(57)【要約】【課題】旋回走行中の故障により生じる車両挙動の不安定化を抑制すること。【解決手段】二つの多相コイルを含むモータと、二つの電源を含み、前記モータの各相コイルへと電力を供給する電源部と、前記多相コイルに対応して設けられるインバータを含み、前記各相コイルに対して供給される前記電力を制御する制御部と、を備えた、車両に搭載されるパワーステアリングシステムであって、前記制御部は、前記車両が走行路を旋回走行中に、一方のインバータが故障した場合、前記車両を、徐々に、前記走行路のセンターラインへ近づけて走行させ、且つ、一方のインバータから他方のインバータへと切り替えるまでの間に生じるトルクの減少を、所定値以下とする、パワーステアリングシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの多相コイルを含むモータと、二つの電源を含み、前記モータの各相コイルへと電力を供給する電源部と、前記多相コイルに対応して設けられるインバータを含み、前記各相コイルに対して供給される前記電力を制御する制御部と、を備えた、車両に搭載されるパワーステアリングシステムであって、
前記制御部は、
前記車両が走行路を旋回走行中に、一方のインバータが故障した場合、
前記車両を、徐々に、前記走行路のセンターラインへ近づけて走行させ、且つ、一方のインバータから他方のインバータへと切り替えるまでの間に生じるトルクの減少を、所定値以下とする、パワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリングシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｗ／Ｈ（ワイヤーハーネス）、モータ内部巻線、等の故障時であっても、通常制御を継続できるように、電源からモータへの電力供給ラインを冗長構成とするパワーステアリングシステムが知られている。
【０００３】
故障系統インバータの出力を補うために、電力制御手段により、正常系統インバータに２倍の電流を流し、インバータの出力合計を故障の前後で一定とすることで、故障時の動作変動を抑制する多系統電動機駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
２つのインバータ及び巻線組を備える２系統の電動機駆動装置において、いずれか１系統のインバータ又は巻線が故障した場合、徐々に、操舵アシストトルクが発生する状況を作り出すことで運転者に確実に故障の発生を気付かせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１１４７４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両が旋回走行中に、ある系統の電力供給ラインが故障した場合、故障系統から正常系統への系統切替が行われる間に、ハンドルトルクが急激に減少し、車両挙動が不安定化してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、旋回走行中の故障により生じる車両挙動の不安定化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、一態様によれば、
二つの多相コイルを含むモータと、二つの電源を含み、前記モータの各相コイルへと電力を供給する電源部と、前記多相コイルに対応して設けられるインバータを含み、前記各相コイルに対して供給される前記電力を制御する制御部と、を備えた、車両に搭載されるパワーステアリングシステムであって、
前記制御部は、
前記車両が走行路を旋回走行中に、一方のインバータが故障した場合、
前記車両を、徐々に、前記走行路のセンターラインへ近づけて走行させ、且つ、一方のインバータから他方のインバータへと切り替えるまでの間に生じるトルクの減少を、所定値以下とする、パワーステアリングシステムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
一態様によれば、旋回走行中の故障により生じる車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】パワーステアリングシステムの構成例を示す図である。
【図２】故障系統から正常系統への系統切替が行われる間のハンドルトルクの減少を示す図である。
【図３】走行中の車両とセンターラインとの関係を示す図である。
【図４】故障系統から正常系統への系統切替が行われる間のハンドルトルクの減少を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１２】
本明細書において、「イグニッションスイッチ」とは、車両のエンジンを起動させたり、停止させたりするスイッチを指す。
【００１３】
又、「イグニッションオン（ＩＧ−ＯＮ）」とは、車両を起動させる（走行可能な状態にする）ために、イグニッションスイッチをオンすることを意味する。
【００１４】
又、「白線」とは、走行路（車両が旋回走行又は直進走行する道路）の両端に標示される線を指し、「センターライン（中央線）」とは、白線間の中央に標示される線を指す。
【００１５】
＜パワーステアリングシステムの構成＞
図１に、本実施の形態に係るパワーステアリングシステムの概略構成の一例を示す。パワーステアリングシステム１００は、電源部１１０、ＥＣＵ（電子制御装置）１２０、モータ１３０、等を含む。パワーステアリングシステム１００は、二系統の電源、二系統のインバータ、二系統のモータを有する完全二重系であり、電源供給ラインは、二重の冗長構成を有している。パワーステアリングシステム１００は、主に、コラム式、ラック式のパワーステアリングシステムに適用することが可能である。なお、本明細書において、電源、インバータ、モータにおけるそれぞれの組合せの単位を「系統」と呼ぶ。
【００１６】
電源部１１０は、第１電源系統１１１、第２電源系統１１２を含み、ＥＣＵ１２０、モータ１３０へと電力を供給する。電源部１１０は、例えば、一方の電源系統が故障した場合、他方の電源系統からＥＣＵ１２０、モータ１３０へと電力を供給する。
【００１７】
第１電源系統１１１は、ＨＶバッテリ１１３（例えば、２８８Ｖの直流電源）、ＤＣＤＣコンバータ１１４（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２は、バッテリ１１５（例えば、１２Ｖの直流電源）、等を含む。第２電源系統１１２の電力供給性能は、第１電源系統１１１の電力供給性能と比較して低い。
【００１８】
ＥＣＵ（制御部）１２０は、インバータ１２１（第１インバータ系統）、インバータ１２２（第２インバータ系統）、Ｕ相モータ系統切替リレー１２３、Ｖ相モータ系統切替リレー１２４、Ｗ相モータ系統切替リレー１２５、電源リレー２０１、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３、トルク検出部２０４、白線検出部２０５、故障検出部２０６、等を含む。
【００１９】
インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０の直流電流と、モータ１３０の交流電流との変換を行う電力変換装置であり、モータ１３０を駆動させる駆動装置でもある。例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、エンジンの動力によりモータ１３０で発電する交流電流を、直流電流に変換して出力する（回生制御）。又、例えば、インバータ１２１及びインバータ１２２は、電源部１１０から供給される直流電流を、交流電流に変換してモータ１３０を駆動させる（力行制御）。
【００２０】
インバータ１２１は、電源リレー２０１を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１により制御される。又、インバータ１２１は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２１への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２、電源系統切替リレー２０３により制御される。
【００２１】
インバータ１２２は、電源リレー２０２を介して、第２電源系統１１２より電力が供給される。第２電源系統１１２からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０２により制御される。又、インバータ１２２は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３を介して、第１電源系統１１１より電力が供給される。第１電源系統１１１からインバータ１２２への電力供給の遮断／非遮断は、電源リレー２０１、電源系統切替リレー２０３により制御される。
【００２２】
トルク検出部２０４は、ハンドルトルクを検出する。例えば、車両が旋回走行中に、インバータ１２１が故障した場合、トルク検出部２０４は、故障系統（例えば、インバータ１２１）から正常系統（例えば、インバータ１２２）への系統切替が行われる間に生じるハンドルトルクの減少等を検出する。
【００２３】
白線検出部２０５は、２本の白線及びセンターラインの位置を検出し、各白線及びセンターラインに対する車両の相対位置を検出する。例えば、車両が旋回走行中に、インバータ１２１が故障した場合、白線検出部２０５は、車両が、センターラインから外れ、アンダーステア（オーバーステア）側に動いたことを把握し、車両がセンターラインからどれだけ離れたか、車両が外側（内側）の白線にどれだけ近づいたか、等を検出する。
【００２４】
故障検出部２０６は、インバータ系統（インバータ１２１、インバータ１２２）の故障を検出する。故障検出部２０６は、例えば、各相の端子（ノードＵ１、ノードＶ１、ノードＷ１、ノードＵ２、ノードＶ２、ノードＷ２）からＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線へと流れる各相電流を、シャント抵抗等により検出することで、インバータ１２１又はインバータ１２２の故障を検出する。故障検出部２０７により、インバータ系統の故障が正確に検出されることで、ＥＣＵ１２０は、車両が旋回走行中であっても、電源系統切替リレー２０３を利用して、故障系統から正常系統への系統切替を適切に行うことができる。
【００２５】
即ち、ＥＣＵ１２０は、これらの検出部を備えることで、例えば、車両が旋回走行中に、インバータ１２１が故障した場合、車両を、徐々に、センターラインへ近づけて走行させ、系統切替が行われる間のハンドルトルクの減少を所定値以下に抑えることができる。これにより、車両が旋回走行中（コーナリング中）の故障により生じる車両挙動の不安定化を抑制することができる。
【００２６】
なお、所定値は、パワーステアリングシステム１００の仕様、構成、等に合わせて適宜設定される値であるため、特に限定されるものではない。少なくとも、車両挙動の不安定化を抑制できる程度の値であれば良い。
【００２７】
モータ（多相交流モータ）１３０は、２組の多相コイル（第１の３相巻線１３１、第２の３相巻線１３２）、ステータ、ロータ、及びシャフト（図示せず）、等を含む。
【００２８】
第１の３相巻線１３１は、インバータ１２１に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３１＿（Ｕ−Ｖ−１）、Ｖ相巻線１３１＿（Ｖ−Ｗ−１）、Ｗ相巻線１３１＿（Ｗ−Ｕ−１）を含む３相コイルである（例えば、デルタ結線される）。第１の３相巻線１３１の３相端末（ノードＵ１、ノードＶ１、ノードＷ１）と、第１の３相巻線１３１に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２１とは、接続される。第１の３相巻線１３１は、インバータ１２１から供給される３相交流電力に基づいて、駆動が制御される。
【００２９】
第２の３相巻線１３２は、インバータ１２２に対応して設けられ、Ｕ相巻線１３２＿（Ｕ−Ｖ−２）、Ｖ相巻線１３２＿（Ｖ−Ｗ−２）、Ｗ相巻線１３２＿（Ｗ−Ｕ−２）を含む３相コイルである。第２の３相巻線１３２の３相端末（ノードＵ２、ノードＶ２、ノードＷ２）と、第２の３相巻線１３２に対して供給される３相電力を制御するインバータ１２２とは、接続される。第２の３相巻線１３２は、インバータ１２２から供給される３相交流電力に基づいて、駆動が制御される。
【００３０】
ノードＵ１及びノードＵ２は、Ｕモータ系統切替リレー１２３と接続される。ノードＶ１及びノードＶ２は、Ｖモータ系統切替リレー１２４と接続される。ノードＷ１及びノードＷ２は、Ｗモータ系統切替リレー１２５と接続される。
【００３１】
ロータは、シャフトと共に回転する部材であり、表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有する。ステータは、ロータを内部に収容しており、回転するロータを支持する。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、各突出部には各相コイルが巻回される。
【００３２】
なお、この他にも、ＥＣＵ１２０は、演算部、電流検出部、車速センサ、等を備えていても良い。ＥＣＵ１２０は、上述の処理に限定されず、様々な処理を行うことが可能である。
【００３３】
本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００によれば、車両が旋回走行中に、故障が発生した場合であっても、急なセンタリングを避けることで、ハンドルトルクの急激な減少を防止することができる。これにより、車両挙動の不安定化を抑制できるため、パワーステアリングシステム１００を搭載した車両は、信頼性の高い走行を行うことができる。
【００３４】
＜系統切替によるトルク変動＞
次に、車両が旋回走行中（高度運転支援中）に、一方のインバータ系統が故障した場合、故障系統から正常系統への系統切替が行われる間に生じるハンドルトルクの減少と、車両の走行の様子について、図２乃至図４を用いて説明する。
【００３５】
図２（Ａ）、図４（Ａ）に、第１インバータ系統（故障系統）のタイミングチャートを、図２（Ｂ）、図４（Ｂ）に、第２インバータ系統（正常系統）のタイミングチャートを、図２（Ｃ）、図４（Ｃ）に、電源系統切替リレー２０３のタイミングチャートを示す。図２（Ｄ）に、本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００の制御によるハンドルトルクのタイミングチャートを、図４（Ｄ）に、従来のパワーステアリングシステムの制御によるハンドルトルクのタイミングチャートを示す。図３に、走行中の車両とセンターラインとの関係を示す。
【００３６】
なお、図２及び図４に示す第１インバータ系統、第２インバータ系統、電源系統切替リレー２０３において、タイミングチャートが、"ハイレベル"となる場合は、オン状態であることを意味し、タイミングチャートが、"ロウレベル"となる場合は、オフ状態であることを意味する。
【００３７】
時刻ｔ１において、イグニッションスイッチをオン（以下、ＩＧ−ＯＮと呼ぶ）することで、車両は、起動する。インバータ１２１は、ロウレベルからハイレベルへと切り替わり、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルを維持する。ハンドルトルクは発生しない。
【００３８】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間において、車両は、直進走行する。インバータ１２１は、ハイレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルを維持する。ハンドルトルクは発生しない。
【００３９】
時刻ｔ２において、車両は、カーブの入口に達し、直進走行から旋回走行へと移行する（図３に示すｔ２参照）。インバータ１２１は、ハイレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルを維持する。ハンドルトルクは増加する。
【００４０】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、車両は、センターラインに沿って、旋回走行する。インバータ１２１は、ハイレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルを維持する。ハンドルトルクは、徐々に増加し、所定値Ｔαまで達した後、所定値Ｔαを維持する。
【００４１】
時刻ｔ３において、インバータ１２１に故障が発生し、車両は、例えば、アンダーステア側に動く（図３に示すｔ３参照）。インバータ１２１は、ハイレベルからロウレベルへと切り替わり、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルを維持する。インバータ１２２は、故障の発生と同時に、ハイレベルからロウレベルへと切り替わらず、インバータ１２１（故障系統）からインバータ１２２（正常系統）への完全な系統切替には、タイムラグ（図３に示す遅延時間Δｔｄ参照）が生じる。ハンドルトルクは、インバータ１２１に故障が発生することにより、減少する。
【００４２】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間（遅延時間Δｔｄ）において、車両は徐々に（時間の経過に伴って）、センターラインへ近づくように、旋回走行する。具体的には、時刻ｔ（Ｘ）における白線と車両との相対角度θ（Ｘ）が、時刻ｔ（Ｘ−１）における白線と車両との相対角度θ（Ｘ−１）と比較して、小さくなるように、車両は旋回走行する。例えば、図３に示すように、時刻ｔ４における白線と車両との相対角度θ（Ｘ（Ｘ＝４））が、時刻ｔ３における白線と車両との相対角度θ（Ｘ−１（Ｘ−１＝３））と比較して、小さくなるように、車両は旋回走行する。
【００４３】
インバータ１２１及びインバータ１２２は、ロウレベルを維持し、電源系統切替リレー２０３は、ロウレベルからハイレベルへと切り替わる。
【００４４】
ハンドルトルクは、所定値Ｔαから緩やかに減少し、所定値Ｔβまで達した後、再び、増加する。ハンドルトルクの減少は、所定値Δ（Ｔα−Ｔβ）を超えないように、ＥＣＵ１２０により、制御されるため、ハンドルトルクの減少は、極めて微小である。又、車両の走行が、徐々に、センターラインへ近づくように（急なセンタリングを避けるように）、ＥＣＵ１２０により、制御されるため、ハンドルトルクの減少は緩やかになる。従って、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、ハンドルトルクの減少による車両挙動の乱れは、略顕在化しない。
【００４５】
なお、車両が直進走行中に、故障が発生した場合には、冗長構成を有する電力供給ラインを利用することにより、通常制御を継続することが可能である。
【００４６】
時刻ｔ４において、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間と同様の旋回走行を続ける（図３に示すｔ４参照）。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２は、ロウレベルからハイレベルへと切り替わり、電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは、増加を続ける。
【００４７】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間において、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間と同様に、車両は徐々に、センターラインへ近づくように、旋回走行する。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間と比較して、車両は、よりセンターラインへ近づく（図３に示す実線参照）。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは、時間に比例して、緩やかに増加し、所定値Ｔαまで達した後、再び、減少する。ハンドルトルクの上昇は、極めて緩やかである。
【００４８】
時刻ｔ５において、車両は、カーブの出口に達し、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間と同様の旋回走行を続ける（図３に示すｔ５参照）。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは、減少を続ける。
【００４９】
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間において、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間と同様に、車両は徐々に、センターラインへ近づくように、旋回走行する。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間と比較して、車両は、よりセンターラインへ近づく（図３に示す実線参照）。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは、徐々に減少する。
【００５０】
時刻ｔ６において、車両は、旋回走行から直進走行へと移行する（図３に示すｔ６参照）。図３に示すように、時刻ｔ６における白線と車両との相対角度はゼロとなる（白線の方向と車両の方向とが一致する）。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは、再び、時刻ｔ１と同様の状態に戻る。
【００５１】
時刻ｔ６を超えた後において、車両は、直進走行する。インバータ１２１は、ロウレベルを維持し、インバータ１２２及び電源系統切替リレー２０３は、ハイレベルを維持する。ハンドルトルクは発生しない。
【００５２】
図２の点線部Ｘより、故障系統から正常系統への系統切替が行われる間、ハンドルトルクの減少は極めて小さく、又、故障が発生してからカーブの出口に達するまでの間、ハンドルトルクの変動は極めて緩やかであることがわかる。
【００５３】
ここで、図２（Ｄ）と図４（Ｄ）とを比較する。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すインバータ系統のタイミングチャートは、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すインバータ系統のタイミングチャートと対応し、図４に示す時刻ｔ１〜ｔ６は、図２に示す時刻ｔ１〜ｔ６と対応する。
【００５４】
ハンドルトルクは、図２（Ｄ）の点線部Ｘでは、Ｔα'からＴβ'まで減少しているのに対して、図４（Ｄ）の点線部Ｙでは、ＴαからＴβまでしか減少していない（Δ（Ｔα'−Ｔβ'）＞Δ（Ｔα−Ｔβ））。又、ハンドルトルクは、図２（Ｄ）の点線部Ｘでは、減少してから再び元に戻るまで、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの時間を要しているのに対して、図４（Ｄ）の点線部Ｙでは、減少してから再び元に戻るまで、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間しか要していない。
【００５５】
本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００の制御によるハンドルトルクの減少は、従来のパワーステアリングシステムの制御によるハンドルトルクの減少と比較して、小さいことがわかる。又、本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００の制御によるハンドルトルクの変動は、従来のパワーステアリングシステムの制御によるハンドルトルクの変動と比較して、緩やかであることがわかる。
【００５６】
つまり、図４の点線部Ｙより、故障系統から正常系統への系統切替が行われる間、ハンドルトルクの減少が極めて大きく、又、ハンドルトルクの変動が極めて急峻であることがわかる。
【００５７】
ハンドルトルクの急激な減少は、ステアリング挙動、車両挙動を極めて不安定化させる。例えば、自動運転技術を利用した高度運転支援システムにおいて、高速での旋回走行中に、一方のインバータ系統が故障した場合、フェールセーフ上、カーブを曲がりきるまでは、車両の動作を安定化させることが求められる。
【００５８】
本実施の形態に係るパワーステアリングシステム１００の制御によれば、完全二重系における故障時系統切り替えの間に、センターラインから外れた車両の挙動を、徐々に補正することで、ハンドルトルクの急激な減少を抑制することが可能になる。これにより、車両挙動の不安定化を抑制し、故障時においても信頼性の高いフェールセーフ機能を実現できるため、該システムを搭載した車両の安全性及び制御継続性を向上させることができる。
【００５９】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００                パワーステアリングシステム
１１０                電源部
１１１                第１電源系統（電源）
１１２                第２電源系統（電源）
１２０                ＥＣＵ（制御部）
１２１                インバータ
１２２                インバータ
１３０                モータ
１３１                第１の３相巻線（多相コイル）
１３２                第２の３相巻線（多相コイル）
【図１】
2015205605.tif 000003
【図２】
2015205605.tif 000004
【図３】
2015205605.tif 000005
【図４】
2015205605.tif 000006