(57)【要約】【課題】二重化したサブシステムの何れに故障の可能性が高いかを判定でき、しかもセンサを用いることなくその故障の判定ができる故障検知機能付き二重系システムの提供。【解決手段】入力Ｕを共通の入力とするサブシステムＡ及びＢでなる二重系Ｄと、入力Ｕを受け、サブシステムＡの出力ＱＡ又はサブシステムＢの出力ＱＢをモデル化により推定した推定値を擬似出力Ｐとして計算により生成する計算モデルＸと、出力ＱＡ及びＱＢ並びに擬似出力Ｐを比較し、サブシステムＡ又はＢのうちのいずれが故障であるかを多数決論理で判定し、出力ＱＡ及びＱＢのうちの正常な方を選択し、システム１の出力Ｑとする判定選択部Ｇとから構成される。判定選択部Ｇは、擬似出力Ｐが常に正しいとして判定する。計算モデルＸは、サブシステムＡ又はＢの伝達関数モデルをプログラムにより実現し、その伝達関数に入力Ｕを加えたときの出力を擬似出力Ｐとする。【選択図】      図１
2006228002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物理量をそのまま、又は第１の物理量の変換をして得た第２の物理量を共通の入力とする第１及び第２のサブシステムでなる二重系と、
前記第１又は第２の物理量を受け、前記第１又は第２のサブシステムの出力をモデル化により推定した推定値を擬似出力として計算により生成する計算モデルと、
前記第１及び第２のサブシステムの出力並びに前記擬似出力を比較し、該第１又は第２のサブシステムのうちのいずれが故障であるかを多数決論理で判定する判定手段と
を含んでなる故障検知機能付き二重系システム。
【請求項２】
車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の操向車輪の操舵角との差を前記第１の物理量とし、
前記第１の物理量を移動量に変換し、該移動量を前記第２の物理量とする動力装置を備え、
前記第１及び第２のサブシステムの各々は、前記移動量に基づく前記操舵角を取り出すリンク機構および該リンク機構で取り出された該操舵角を検知する操舵角センサを備え、
前記計算モデルは、前記第１の物理量に基づき前記操舵角センサの出力の推定値を計算し、該推定値を前記擬似出力とし、
前記判定手段は、前記第１及び第２のサブシステムの前記操舵角センサの出力と前記擬似出力との比較により、該第１及び第２のサブシステムの内のいずれが故障であるかを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の故障検知機能付き二重系システム。
【請求項３】
車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の操向車輪の操舵角との差を前記第１の物理量とし、
前記第１又は第２のサブシステムの各々は、前記第１の物理量に基づき回転力を生成するモータ及び該モータの駆動電流を検知する電流センサを備え、
前記計算モデルは、前記第１の物理量に基づき前記電流センサの出力の推定値を計算し、該推定値を前記擬似出力とし、
前記判定手段は、前記第１及び第２のサブシステムの前記電流センサの出力と前記擬似出力との比較により、該第１及び第２のサブシステムの内のいずれが故障であるかを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の故障検知機能付き二重系システム。
【請求項４】
第１の物理量をそのまま、又は第１の物理量の変換をして得た第２の物理量を入力とするサブシステムと、
前記第１又は第２の物理量を受け、前記サブシステムの出力をモデル化により推定した推定値を擬似出力として計算により生成する計算モデルと、
前記サブシステムの出力と前記擬似出力とを比較し、該サブシステムの故障の有無を判定する判定手段と
を含んでなる故障検知機能付きシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一構成の２つのサブシステムを並列に備えることにより、信頼性の向上を図った二重系システムであって、特に２つのサブシステムの内の一方が故障したときに、どちらのサブシステムが故障したかを検知できるようにした二重系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の手動式のステアリング装置は、ハンドル（ステアリングホイール）、コラム、ステアリングギア、ステアリングリンク装置等でなる。ステアリングリンク装置は、転回車輪（「操向車輪」と称される）の転舵を行うことにより、自動車の舵取りをする。運転者が、ハンドルを回転し、舵取り操作を行うと、ハンドルに与えられた回転力と舵角（前述の操作角に同じ）とは、コラム、ステアリングギア、ステアリングリンク装置を介して、転回車輪へ伝えられる。
【０００３】
上記現用のステアリング装置におけるコラム、ステアリングギア、ステアリングリンク装置は、機械要素でなり、所用の取り付け空間が大きく、自動車の室内空間を制限する。このような機械要素を電気系に置き換えたステアバイワイヤシステムと呼ばれるステアリングシステムが提案されている。ステアバイワイヤシステムでは、転回車輪を転回させるモータ（サーボモータ）を備え、ハンドルの舵角情報は電気線路でモータ制御系に送られ、モータ制御系は舵角情報に基づきモータの回転を制御する。モータの回転力は、リンク機構を介して転回車輪へ伝え、転回車輪を転舵させる。
【０００４】
ステアバイワイヤシステムでは、電気回路でなる制御系に故障が生じると、操舵不能などの重大な事態に陥る懸念がある。ステアバイワイヤシステムの安全性（フェールセーフ）を向上する手段としては、制御系を冗長化することがまず考えられる。特許文献１には、図７に示すような３重系の冗長化制御装置が開示されている。特許文献１の制御装置では、宇宙機の位置、目標物との相対姿勢を検出するセンサ（１）のセンサデータ（２）を３つのコントローラ内のセンサ信号処理回路（３）で処理して位置・相対姿勢データ（４）を得る。３つの計算機（５）は、そのデータ（４）を入力して各種処理を行い、アクチュエータ制御信号（６）を生成し、監視制御回路（１３）へ出力する。監視制御回路（１３）は、３つのコントローラ（８）から出力されるアクチュエータ制御信号（６）をチェックし、アクチュエータ（１２）へ駆動信号を出力する。監視制御回路（１３）は、コントローラ（８）の動作をチェックする。３台のコントローラ（８）は、監視制御回路（１３）の動作をチェックすることにより、危険を回避するための制御処理を行う。
【０００５】
図８は特許文献２に記載の自動車用制御装置を示す図である。この自動車用制御装置では、スロットルバルブ７の開度を複数のスロットル開度センサ８1 
〜８nで検出し、空気密度ρと回転数Ｎeと吸入空気量ｑとから推定スロットル開度演算手段１１で推定スロットル開度演算を行い、推定スロットル開度ΘIと複数のスロットル開度センサの検出信号とを比較演算手段１５で比較演算して、スロットル開度センサの故障の判定を行い、その程度に応じて燃料供給停止または強制休筒を行う。空気密度ρは空気密度センサ９で検出し、回転数Ｎeは回転数センサ１０で検出し、吸入空気量ｑは空気流量センサ１２および吸入空気量検出手段１３で検出する。特許文献２では、図８の構成でもって、スロットル開度センサの故障検出を確実にすることにより、スロットル開度センサの故障による自動車の暴走防止とドライバビリティの向上が可能であり、自動車用制御装置の信頼性が向上するとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５―２８６４９９
【特許文献２】特開平５―３１２０９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような３重系の冗長化制御装置では、監視制御回路（１３）は３つのコントローラ（８）から出力されるアクチュエータ制御信号を比較し、３つのアクチュエータ制御信号（６）相互の差が所定の閾値を越えたときは、多数決原理により、３つのコントローラ（８）のうちのどれが故障している可能性が大きいかを判定できる。しかしながら、３重系の冗長システムは、小型のシステムでは採用に困難が生じ易い。例えば、前記ステアバイワイヤ方式のステアリングシステムを軽自動車に搭載しようとすると、３個のモータ及びリンク機構を要するから、搭載のための所要空間が大きくなり、重量も大きくなり、更に製造価格も高くなる。
【０００８】
３重系の冗長システムにおける所要空間および重量の大きさを軽減するために、２つのサブシステムを設けた２重系の冗長システムの採用が考えられる。一方のサブシステムの故障を検出できれば他方のサブシステムへ切り替えることができるので、サブシステムを１つだけ備える一重系に比べれば安全性が向上するといえる。しかし、単なる二重系システムでは、現用のサブシステムが故障か否かの判定において多数決論理が適用できない。そこで、単なる二重系システムは、ステアバイワイヤシステム等の高度の安全性が求められるシステムには適さない。ステアバイワイヤシステム等の高度の安全性が求められる冗長系システムでは、故障サブシステムを冗長系システムから切り離す必要があり、そのためには複数のサブシステムのうちの故障サブシステムを高い信頼性をもって探し出せる判定手段の採用が不可避である。
【０００９】
特許文献２の自動車用制御装置によれば、推定スロットル開度ΘIと複数のスロットル開度センサの検出信号とを比較演算手段１５で比較演算して、スロットル開度センサの故障の判定が可能である。しかしながら、推定スロットル開度ΘIは、空気密度センサ９で検出した空気密度ρ、回転数センサ１０で検出した回転数Ｎe、空気流量センサ１２および吸入空気量検出手段１３で検出した吸入空気量ｑを用いて、推定スロットル開度演算手段１１で推定スロットル開度演算を行うことにより、生成している。このように、多重化したスロットル開度センサの故障判定に、格別な空気密度センサ９、回転数センサ１０並びに空気流量センサ１２および吸入空気量検出手段１３を要する特許文献２の自動車用制御装置の構成では、多重化システムを一層複雑化する。特許文献２の冗長系が、スロットル開度センサというサブシステムを２個とした最小構成の二重化システムであっても、必要なセンサはやはり空気密度センサ９、回転数センサ１０及び空気流量センサ１２の３個であり、サブシステムを二重化した二重化システムの構成における故障判定手段の複雑性は軽減されない。故障判定手段に物理的なセンサを設ければ、センサ自体に故障の確率が相当にある。したがって、特許文献２の冗長系システムには、センサ設置のための空間を要するので小型のシステムでは採用に困難が生じ易いという特許文献１の冗長系システムの欠点は解消されない上、更に故障判定手段としての物理的なセンサに起因する安全性・信頼性の低下を招くという欠点がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、二重化したサブシステムの何れに故障の可能性が高いかを判定でき、しかもセンサを用いることなくその故障の判定ができる故障検知機能付き二重系システムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１２】
（１）第１の物理量をそのまま、又は第１の物理量の変換をして得た第２の物理量を共通の入力とする第１及び第２のサブシステムでなる二重系と、
前記第１又は第２の物理量を受け、前記第１又は第２のサブシステムの出力をモデル化により推定した推定値を擬似出力として計算により生成する計算モデルと、
前記第１及び第２のサブシステムの出力並びに前記擬似出力を比較し、該第１又は第２のサブシステムのうちのいずれが故障であるかを多数決論理で判定する判定手段と
を含んでなる故障検知機能付き二重系システム。
【００１３】
（２）車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の操向車輪の操舵角との差である第１の物理量を前記第１の物理量とし、
前記第１の物理量を移動量に変換し、該移動量を前記第２の物理量とする動力装置を備え、
前記第１及び第２のサブシステムの各々は、前記移動量に基づく前記操舵角を取り出すリンク機構および該リンク機構で取り出された該操舵角を検知する操舵角センサを備え、
前記計算モデルは、前記第１の物理量に基づき前記操舵角センサの出力の推定値を計算し、該推定値を前記擬似出力とし、
前記判定手段は、前記第１及び第２のサブシステムの前記操舵角センサの出力と前記擬似出力との比較により、該第１及び第２のサブシステムの内のいずれが故障であるかを判定する
ことを特徴とする前記（１）に記載の故障検知機能付き二重系システム。
【００１４】
（３）車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の操向車輪の操舵角との差を前記第１の物理量とし、
前記第１又は第２のサブシステムの各々は、前記第１の物理量に基づき回転力を生成するモータ及び該モータの駆動電流を検知する電流センサを備え、
前記計算モデルは、前記第１の物理量に基づき前記電流センサの出力の推定値を計算し、該推定値を前記擬似出力とし、
前記判定手段は、前記第１及び第２のサブシステムの前記電流センサの出力と前記擬似出力との比較により、該第１及び第２のサブシステムの内のいずれが故障であるかを判定する
ことを特徴とする前記（１）に記載の故障検知機能付き二重系システム。
【００１５】
（４）第１の物理量をそのまま、又は第１の物理量の変換をして得た第２の物理量を入力とするサブシステムと、
前記第１又は第２の物理量を受け、前記サブシステムの出力をモデル化により推定した推定値を擬似出力として計算により生成する計算モデルと、
前記サブシステムの出力と前記擬似出力とを比較し、該サブシステムの故障の有無を判定する判定手段と
を含んでなる故障検知機能付きシステム。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成の本発明の故障検知機能付き二重系システムは、二重化サブシステムに加えて計算モデルを設けた擬似三重系である。計算モデルでは、二重化サブシステムの入力の物理量に基づき、該サブシステムの出力に近似した出力を擬似出力として計算する。そこで、本発明の故障検知機能付き二重系システムでは、この擬似三重系の各出力を判定手段で比較することにより、何れのサブシステムの故障の可能性が高いかが多数決論理で判定できる。計算モデルはマイクロプロセッサ及びプログラムで実現できるので、リンク機構等のサブシステムに比べて小型、軽量、安価であるから、本発明の故障検知機能付き二重系システムは、小型のシステムにも容易に適用できる。また、本発明の故障検知機能付き二重系システムは、擬似三重系で構成されるので、単なる二重系システムよりもシステム全体としての安全性・信頼性は改善される。
【００１７】
その上、本発明の故障検知機能付き二重系システムでは、特許文献１のような三重系システムにすることもなく、また特許文献２のように故障検出用センサを備えることもなくサブシステムの故障の判定をするから、小型のシステムにも容易に適用でき、システム全体としての安全性・信頼性がサブシステムを三重系にしたときと同様に向上できるという有利性が担保される。このように、本発明の故障検知機能付き二重系システムは、三重系システムにすることもなく、また故障検出用センサを備えることもなくサブシステムの故障の判定をするから、サブシステムを三重系にした三重系冗長システムに比べ、小型、軽量、安価であり、部品の交換や点検の回数、費用を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に実施の形態を挙げ、本発明を一層具体的に説明する。  
【００１９】
図１は本発明の第1の実施の形態の構成を示す図である。本図において、１は本発明の一実施の形態である故障検知機能付き二重系システム、Ｃはコントローラ、Ｄは二重系、Ａ，Ｂはサブシステム、Ｘは計算モデル、Ｇは判定選択部である。故障検知機能付き二重系システム１は、二重系Ｄ、計算モデルＸ及び判定選択部Ｇでなる。二重系ＤはサブシステムＡ及びＢでなる。コントローラＣの出力は、故障検知機能付き二重系システム１に対する入力Ｕである。入力Ｕは前述の第１の物理量に相当する。サブシステムＡ及びＢは、同じ構成であり、入力Ｕを処理し、それぞれ出力ＱＡ及びＱＢを生成する。計算モデルＸは、マイクロプロセッサ及びプログラムでなる。そのプログラムは、サブシステムＡにおける処理を模した伝達関数で計算をし、擬似出力Ｐを生成する。擬似出力Ｐは、入力ＵがサブシステムＡで処理されたときにおけるサブシステムＡの出力ＱＡをモデルにより推定した推定値である。
【００２０】
図２は、図１における判定選択部Ｇの内部構成を示す図である。判定選択部Ｇは、判定部Γおよび選択部Πでなる。判定部Γは、出力ＱＡ及びＱＢ並びに擬似出力Ｐを受け、表１の判定基準表に従い、サブシステムＡ及びＢが正常であるか故障であるかを判定し、判定を表す判定データλを出力する。判定基準表におけるξ及びξ’は許容誤差である。許容誤差ξの次元は、出力ＱＡ、ＱＢ、Ｐの次元である。選択部Πは、判定データλで示される判定に従い、出力ＱＡ又はＱＢのうちの一方を出力Ｑとして選択する。
【００２１】
【表１】
2006228002.tif 000003
【００２２】
図３は、一般的なステアバイワイヤシステムにおける二重系部分および関連部分の一例を示す機能構成図である。モータＭＡ及びＭＢはサーボモータ、操舵力伝達機構Ｆは、モータＭＡ，ＭＢの出力である操舵力を転回車輪へ伝達する機械部分である。リンクＬＡ及びＬＢは転回車輪の操舵角を検知するために、転回車輪とともにキングピン回りに回転する機械要素（ナックルアーム等）に連結されたリンクである。リンクＬＡの出力のδＬＡ及びリンクＬＢの出力のδＬＢを出力する。二重系＃１はモータＭＡ及びＭＢでなり、二重系＃２はリンクＬＡ及びＬＢでなる。
【００２３】
入力Ｕは、車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の転回車輪の操舵角との差である誤差角に基づき、ステアバイワイヤシステムのコントローラで生成される操舵指令値を表し、前記第１の物理量に相当する。ＱＭＡ及びＱＭＢは、モータＭＡ及びＭＢの出力であって、トルクの次元で表されてものである。ＱＭはＱＭＡ及びＱＭＢの和のトルクである。Ｒは、転回車輪の転回角度すなわち操舵角であり、操舵力伝達機構ＦがトルクＱＭを転回車輪に伝達することにより、転回車輪が転回した角度である。δＬＡ及びδＬＢは、それぞれリンクＬＡ及びＬＢで操舵角Ｒを取り出し、操舵角センサで検出した操舵角である。δＬは、操舵角であり、選択部Πにおいて選択された操舵角δＬＡ又はδＬＢの内の一方である。δＬは、入力Ｕを基に、モータＭＡ及びＭＢ並びに操舵力伝達機構Ｆにより転回車輪を転回させた結果を表すデータであり、ステアバイワイヤシステムのコントローラにフィードバックされる。図３の構成のままでは、操舵角δＬＡ又はδＬＢの内のどちらを選択するべきかを判定する手段を備えないから、実用的ではない。
【００２４】
図４は、ステアバイワイヤシステムにおける二重系部分および関連部分の一例を示す機能構成図であり、図３の構成を一層具体化するとともに、操舵角δＡ又はδＢの内のどちらを選択するべきかを判定する手段を備えたものである。図４は、本発明の故障検知機能付き二重系システムの第２の実施の形態である。入力Ｕは、車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の転回車輪の操舵角との差である誤差角に基づき、ステアバイワイヤシステムのコントローラで生成される操舵指令値を表し、前述の第１の物理量に対応する。モータＭＡ及びＭＢは、サーボモータであり、入力Ｕに対応する駆動電流１０１及び１０２をそれぞれ消費して、回転する。電流センサＳＡ及びＳＢは、駆動電流１０１及び１０２をそれぞれ検知し、電流ＩＡ及びＩＢとして、それぞれ出力する。Ｋta及びＫtbは、それぞれモータＭＡ及びＭＢのトルク定数である。ＱＡ及びＱＢは、それぞれモータＭＡ及びＭＢの出力であって、駆動電流１０１及び１０２をトルク定数Ｋta及びＫtbでそれぞれトルクの次元に変換した値である。換算外力１０５は、転回車輪が路面から受ける外力をトルクの次元に換算した値であり、転回車輪が路面の段差などに乗り上げたとき等に大きな値となる。ＱＴは、ＱＡ，ＱＢ及び換算外力１０５の和のトルクである。モータＭＡ及びＭＢ並びにトルク定数Ｋta及びＫtbは、図３の二重系＃１に対応する。
【００２５】
変速機Ｚは、モータＭＡ及びＭＢの回転を減速するギアであり、そのギア比はＮgである。変速機Ｚの出力１０７は、変速機の入力であるトルクＱＴをギア比Ｎg倍したトルクである。慣性モーメントＪは、変速機Ｚの出力を転回車輪へ伝えるリンク機構等の機械要素の換算慣性モーメントである。慣性モーメントＪの出力Ｒは、入力１０７の二重積分であり、操舵角を表し、前述の第２の物理量に対応する。リンクＬＡ及びＬＢは、転回車輪の操舵角を取り出すために、転回車輪とともにキングピン回りに回転する機械要素（ナックルアーム等）に連結されたリンク機構である。リンクＬＡ及びＬＢは、１つの転回車輪の操舵角を互いに独立に取り出す。ΔＡ及びΔＢは、リンクＬＡ及びＬＢでそれぞれ取り出された操舵角である。操舵角センサΨＡ及びΨＢは、それぞれリンクＬＡ及びＬＢの角度、すなわち転回車輪の操舵角ΔＡおよびΔＢを入力として受け、検出した操舵角をδＡおよびδＢとして出力する。リンクＬＡ及び操舵角センサΨＡはサブシステムＡをなし、リンクＬＢ及び操舵角センサΨＢはサブシステムＢをなす。サブシステムＡ及びサブシステムＢは図３の二重系＃２に対応する。
【００２６】
計算モデルＸは、マイクロプロセッサ及びプログラムでなり、入力Ｕを受け、擬似出力δＰを生成する。そのプログラムは、入力Ｕを入力し、モータＭＡから操舵角センサΨＡに至る物理的実在のサブシステムを模した式（１）の伝達関数により、入力Ｕを処理し、操舵角センサΨＡの出力の操舵角δＡを計算する。
【数１】
2006228002.tif 000004
式（１）において、トルク定数Ｋta＝Ｋtb＝Ｋtとした。また、Ｊは前記慣性モーメント、Ｋpはシステムの比例ゲイン、Ｋdはシステムの速度ゲインである。
【００２７】
判定選択部Ｇは、図２の構成を有してなる。ただし、図４における判定選択部Ｇは、図２におけるＱＡ，ＱＢ，Ｑ及びＰをδＡ，δＢ，δ及びδＰにそれぞれ代えたものである。図４の構成では、計算モデルＸが、操舵角δＡに代えて操舵角δＢを推定するようにしても差し支えない。
【００２８】
図２の判定部Γは、操舵角δＡ及びδＢ並びに擬似出力δＰを受け、表２の判定基準表に従い、リンクＬＡ及び操舵角センサΨＡでなるサブシステムＡ並びにリンクＬＢ及び操舵角センサΨＢでなるサブシステムＢが正常であるか故障であるかを判定し、判定結果を表す判定データλを出力する。判定基準表におけるξ及びξ’は許容誤差である。許容誤差ξ及びξ’の次元は操舵角δＡ又はδＢと同じ次元である。選択部Πは、判定データλで示される判定に従い、操舵角δＡ又はδＢのうちの一方を図４の故障検知機能付き二重系システムの操舵角δとして選択する。
【００２９】
【表２】
2006228002.tif 000005
【００３０】
表２において、「サブシステムＡ出力δＡ」の列は、出力（操舵角）δＡと擬似出力δＰとの差の絶対値を許容誤差ξと比較して、場合を分けている。「サブシステムＢ出力δＢ」の列は、出力（操舵角）δＢと擬似出力δＰとの差の絶対値を許容誤差ξと比較して、場合を分けている。この実施の形態では、計算モデルＸは故障せず、擬似出力δＰは常に正常であるとしており、したがって「擬似出力δＰ」の列は、常にδＰである。計算モデルＸを構成するマイクロプロセッサの異常は、別途の公知の手段でモニタし、システムはマイクロプロセッサの異常に対処し得るように構成してある。
【００３１】
表２の「故障」の列は、「サブシステムＡ出力δＡ」及び「サブシステムＢ出力δＢ」の状況から判断して、判定部Γが故障と判定する要素を示している。本実施の形態では、サブシステムＡ及びＢにおけるリンクＬＡ及びＬＢは故障の可能性が実質上ゼロであるとしており、サブシステムＡ及びＢにおける故障は操舵角センサΨＡ又はΨＢにだけあり得ると仮定している。そこで、「故障」の列では、システムの全てが正常であると判断するときは「正常」とし、サブシステムＡ又はＢに故障があると判断するときはセンサΨＡ又はΨＢを「故障」としている。「故障」の列で「正常」と記した場合には、判定部Γは選択部Πに対し操舵角δＡを選択させるべく判定データλを出力する。「故障」の列で「センサΨＡ」と記した場合には、判定部Γは選択部Πに対し操舵角δＢを選択させるべく判定データλを出力し、「故障」の列で「センサΨＢ」と記した場合には、判定部Γは選択部Πに対し操舵角δＡを選択させるべく判定データλを出力する。
【００３２】
「停止」の列は、「故障」の列でセンサΨＡ又はΨＢを故障としたときに停止する要素を示す。本実施の形態では、センサΨＡ又はΨＢが故障のときは、センサΨＡ又はΨＢをそれぞれ停止し、停止した要素はシステムから切り離す。「運用」の列には、判定部Γにおいて「故障」の列に記した判定をしたときに、システムをどのように運用するかが記してある。No.１―No.４の場合には、判定選択部Ｇの出力δは、入力Ｕを生成するコントローラへ帰還（フィードバック）される。No.５の場合には、機械的な故障又は操舵角センサΨBの故障として外部へ報告する。No.６の場合には、機械的な故障又は操舵角センサΨAの故障として外部へ報告し、δをδBへ切り替える。No.７の場合は、｜δA-δP｜≧ξ、｜δB-δP｜≧ξであって、かつ｜δA-δB｜＜ξ’の場合である。このような場合は、路面状況が悪く、路面から大きな外力を受けている可能性が高い。そこで、判定部Γはシステムを正常と判定する。しかし、もし換算外力１０５が異常のときはシステムが異常であるとして外部へ報告する。No.８の場合は、｜δA-δP｜≧ξ、｜δB-δP｜≧ξであって、かつ｜δA-δB｜≧ξ’の場合である。このとき、判定部Γは、仮に舵角センサΨBの故障と判定するとともに、操舵角δAで外力を推定し、その推定外力を外部へ報告する。なお、直進走行の場合には、δA及びδBはいずれもほぼゼロとなるが、サブシステムＡ又はＢが正常であればそのサブシステムの出力δA又はδBは変動するので、出力δA又はδBの変動幅が所定値を越えておればそのサブシステムを正常と判定し、その変動幅が所定値以下であれば当該サブシステムを故障と判定するように、表２の判定基準を変更しても差し支えない。
【００３３】
上に述べた図４の本発明の故障検知機能付き二重系システムは、サブシステムＡ及びＢでなる二重化サブシステムに加えて計算モデルＸを設けた擬似三重系である。計算モデルＸでは、システムの入力Ｕに基づき、サブシステムＡ又はＢの出力の操舵角δＡ又はδＢをモデル化により推定した推定値を擬似出力δＰとして計算する。そこで、図４の実施の形態では、この擬似三重系の各出力δＡ，δＢ及びδＰを判定選択部Ｇで比較することにより、何れのサブシステムの故障の可能性が高いかが多数決論理で判定できる。計算モデルＸはマイクロプロセッサ及びプログラムで実現できるので、リンクＬＡ及び操舵角センサΨＡでなるサブシステムＡや、リンクＬＢ及び操舵角センサΨＢでなるサブシステムＢに比べて小型、軽量、安価であるから、図４の本発明の実施の形態は、小型のシステムにも容易に適用できる。また、本実施の形態の故障検知機能付き二重系システムは、擬似三重系構成であるから、単なる二重系システムよりも、システム全体としての安全性・信頼性が改善される。
【００３４】
その上、図４の故障検知機能付き二重系システムでは、特許文献１のような三重系システムにすることもなく、また特許文献２のように故障検出用センサを備えることもなくサブシステムの故障の判定をするから、小型のシステムにも容易に適用でき、システム全体としての安全性・信頼性がサブシステムを三重系にしたときと同様に向上できるという有利性が担保される。このように、図４の実施の形態の故障検知機能付き二重系システムは、サブシステムを三重系にした三重系冗長システムに比べ、小型、軽量、安価であり、部品の交換や点検の回数、費用を軽減できる。
【００３５】
図５は、ステアバイワイヤシステムにおける二重系部分の故障判定を可能にした本発明の第３の実施の形態を示す機能構成図である。図５の実施の形態は、ステアバイワイヤシステムにおける二重系部分の故障判定を行うが、図４で多数決論理により故障の有無を判定した部分とは別の二重系部分について故障判定を行う。モータＭＡ，ＭＢ、電流センサＳＡ，ＳＢ及び判定選択部Ｇ並びに入力Ｕは、図４のものと同である。モータＭＡ及び電流センサＳＡはサブシステムＡをなし、モータＭＢ及び電流センサＳＢはサブシステムＢをなす。
【００３６】
計算モデルＸ２は、マイクロプロセッサ及びプログラムでなり、入力Ｕを受け、擬似出力ＩＰを生成する。そのプログラムは、入力Ｕを入力し、モータＭＡ及び電流センサＳＡでなるサブシステムＡを模した伝達関数により、入力Ｕを処理し、電流センサＳＡの出力の電流ＩＡを計算する。伝達関数に代えてフィルタを用いることもできる。図５の構成では、計算モデルＸ２が、電流ＩＡに代えて電流ＩＢを推定するようにしても差し支えない。判定選択部Ｇは、図２の構成を有してなる。ただし、図４における判定選択部Ｇは、図２におけるＱＡ，ＱＢ，Ｑ及びＰをＩＡ，ＩＢ，Ｉ及びＩＰにそれぞれ代えたものである。
【００３７】
入力Ｕは、車両の操縦ハンドルの操作角に基づく該車両の目標操向方向と該車両の転回車輪の操舵角との差である誤差角に基づき、ステアバイワイヤシステムのコントローラで生成される操舵指令値を表し、前述の第１の物理量に対応する。モータＭＡ及びＭＢは、サーボモータであり、入力Ｕに対応する駆動電流１０１及び１０２をそれぞれ消費して、回転する。電流センサＳＡ及びＳＢは、駆動電流１０１及び１０２をそれぞれ検知し、電流ＩＡ及びＩＢとして、それぞれ出力する。
【００３８】
図２の判定部Γは、電流ＩＡ及びＩＢ並びに擬似出力ＩＰを受け、表３の判定基準表に従い、モータＭＡ及び電流センサＳＡでなるサブシステムＡ並びにモータＭＢ及び電流センサＳＢでなるサブシステムＢが正常であるか故障であるかを判定し、判定を表す判定データλを出力する。判定基準表におけるξは許容誤差である。許容誤差ξの次元は電流である。選択部Πは、判定データλで示される判定に従い、電流ＩＡ及びＩＢのうちの一方を図５の故障検知機能付き二重系システムの電流Ｉとして選択する。この図５の本発明の故障検知機能付き二重系システムは、サブシステムＡ及びＢでなる二重化サブシステムに加えて計算モデルＸ２を設けた擬似三重系であり、表３に示すように、図４のシステムと同様の多数決原理より故障のサブシステムを検出でき、正常なサブシステムの出力をシステムの出力Ｉとして選択し、故障のサブシステムをシステムから切り離すことができる。図５の故障検知機能付き二重系システムには、図４のシステムと同様な多くの利点がある。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
図６は、本発明の第４の実施の形態の構成を示す図である。この実施の形態は、図１の実施の形態におけるサブシステムＢを除いた構成である。計算モデルＸは、図１のものと同じであり、マイクロプロセッサ及びプログラムでなる。そのプログラムは、サブシステムＡにおける処理を模した伝達関数で計算をし、擬似出力Ｐを生成する。擬似出力Ｐは、入力ＵがサブシステムＡで処理されたときにおけるサブシステムＡの出力ＱＡを推定した推定値である。判定選択部Ｇは、図２の構成を有してなる。ただし、図６における判定選択部Ｇでは、図２におけるＱＢの入力がないので、サブシステムＡの故障の有無を多数決原理により判定することはできない。そこで、判定選択部Ｇの判定部Γは、サブシステムＡの出力ＱＡと擬似出力Ｐとの比較をし、出力ＱＡが擬似出力Ｐとの差の絶対値が許容値ξを超えたときは、サブシステムＡの故障の可能性を警告する。
【００４１】
以上には実施の形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、図１、図４、図５及び図６の実施の形態では、計算モデルＸ又はＸ２におけるプログラムは伝達関数により、擬似出力を計算するとしたが、本発明の計算モデルは伝達関数に代えてフィルタを用いても擬似出力を計算できる。また、図４の実施の形態では、計算モデルＸは、入力Ｕ（前述の第１の物理量に相当）を受け、操舵角δＡ又はδＢをモデル化により推定したが、入力Ｕに代えて、操舵力伝達機構Ｆの出力の操舵角Ｒ（前述の第２の物理量に相当）を受け、操舵角δＡ又はδＢをモデル化により推定しても差し支えない。また、図６の実施の形態は、計算モデルＸ及びサブシステムＡが入力Ｕ（前述の第１の物理量に相当）をそのまま共通に受け、計算モデルＸがサブシステムＡの出力ＱＡをモデル化により推定した例であるが、図４の実施の形態と同様に図６の実施の形態を変形し、入力Ｕを別のサブシステムで別の物理量（前述の第２の物理量に相当）に変換し、その別の物理量をサブシステムＡに入力し、計算モデルＸはサブシステムＡの出力ＱＡをモデル化（別のサブシステム及びサブシステムＡでなるシステムのモデル化）により推定するようにしても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第1の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１における判定選択部Ｇの内部構成を示す図である。
【図３】一般的なステアバイワイヤシステムにおける二重系部分および関連部分の一例を示す機能構成図である。
【図４】ステアバイワイヤシステムにおける二重系部分および関連部分の一例を示す機能構成図であり、図３の構成を一層具体化するとともに、操舵角δＡ又はδＢの内のどちらを選択するべきかを判定する手段を備えた本発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図５】ステアバイワイヤシステムにおける二重系部分の故障判定を可能にした本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の構成を示す図である。
【図７】従来の３重系の冗長化制御装置を示す図である。
【図８】複数のスロットル開度センサの故障判定を可能にする自動車用制御装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  故障検知機能付き二重系システム
１０１  モータＭＡ出力
１０２  モータＭＢ出力
１０５  換算外力（摩擦など）
１０７  変速機Ｚの入力であるトルクＱＴをギア比Ｎg倍したトルク
Ａ，Ｂ    サブシステム
Ｃ  コントローラ
Ｄ  二重系
Ｆ  操舵力伝達機構
Ｇ  判定選択部
Ｉ  判定選択部Ｇの出力の電流
ＩＡ  電流センサＳＡで検知した電流
ＩＢ  電流センサＳＢで検知した電流
ＩＰ  計算モデルＸ２における計算により推定した電流
Ｊ  慣性モーメント
Ｋta，Ｋtb  トルク定数
ＬＡ，ＬＢ  リンク
ＭＡ，ＭＢ  モータ
Ｎg  ギア比
Ｐ  擬似出力
Ｑ  故障検知機能付き二重系システム１の出力
ＱＡ  モータＭＡの出力101をトルク定数Ｋtaでトルクの次元に変換した値（並びに図１及び図６のサブシステムＡの出力）
ＱＢ  モータＭＢの出力102をトルク定数Ｋtbでトルクの次元に変換した値（並びに図１及び図４のサブシステムＢの出力）
ＱＭＡ  モータＭＡの出力
ＱＭＢ  モータＭＢの出力
ＱＭ  ＱＭＡ及びＱＭＢの和
ＱＴ  ＱＡ，ＱＢ及び換算外力105の和のトルク
Ｒ  操舵力伝達機構Ｆの出力の操舵角
ＳＡ，ＳＢ  電流センサ
Ｕ  入力
Ｘ，Ｘ２  計算モデル
Ｚ  変速機
ΔＡ  サブシステムＡにおけるリンクＬＡで取り出した操舵角
ΔＢ  サブシステムＢにおけるリンクＬＢで取り出した操舵角
δ  判定選択部Ｇの出力の操舵角
δＡ  ΔＡを操舵角センサΨＡで検知した操舵角
δＢ  ΔＢを操舵角センサΨＢで検知した操舵角
δＬＡ  リンクＬＡの出力の操舵角
δＬＢ  リンクＬＢの出力の操舵角
δＰ  計算モデルＸにおける計算により推定した操舵角
Γ  判定部
Π  選択部
λ  判定データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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