(57)【要約】【課題】主操舵駆動系Ｍと副操舵駆動系Ｓといった多重系の車両操舵装置において、相互干渉を引き起こすことなく安定した車両操舵を達成可能な多重系車両操舵装置を提供すること。【解決手段】多重系車両操舵装置において、制御手段に、センサ出力に基づいてアクチュエータから発生している操作力を推定する操作力推定部と、実際にアクチュエータに出力している制御出力値と前記操作力推定値を比較することにより外部からシステムに加えられる外乱を推定する外乱推定部と、該推定された外乱が相殺されるように制御出力を調整する外乱補償部を有するフィードバック演算器を設け、前記制御手段は、複数のアクチュエータを統合された１つのアクチュエータとみなして制御出力値を演算することとした。【選択図】        図１
2004196085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操向させるための操作手段と、
該操作手段に取り付けられ、操作力を発生させる複数のアクチュエータと、
前記操作手段の制御に関連した物理量を検出するセンサと、
該センサの出力に基づいて、前記複数のアクチュエータに対し、車両の走行を制御するための信号を出力する制御手段と、
該制御手段から出力された信号を、前記複数のアクチュエータに分配するための出力分配手段と、
を備えた多重系車両操舵装置において、
前記制御手段に、前記センサ出力に基づいて前記アクチュエータから発生している操作力を推定する操作力推定部と、実際にアクチュエータに出力している制御出力値と前記操作力推定値を比較することにより外部からシステムに加えられる外乱を推定する外乱推定部と、該推定された外乱が相殺されるように制御出力を調整する外乱補償部を有するフィードバック演算器を設け、
前記制御手段は、前記複数のアクチュエータを統合された１つのアクチュエータとみなして制御出力値を演算することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多重系車両操舵装置において、
前記出力分配手段は、前記制御手段からの制御出力を前記複数のアクチュエータに分配する際に、分配した出力値に意図的に偏差を加える偏差付加部を有し、前記フィードバック演算器の調整する調整値が所定の範囲を超える動作をした場合は、前記複数のアクチュエータに各々異なる偏差を付加し、
偏差付加後に、前記フィードバック演算器で演算される調整値と前記偏差付加部で付加された偏差とを比較することにより、誤動作の発生しているアクチュエータを判定することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多重系車両操舵装置において、
前記フィードバック演算器の調整する調整値が所定の範囲を超える動作をした場合は、前記偏差付加部において前記複数のアクチュエータの１つに偏差を付加し、
偏差付加後に、前記フィードバック演算器で演算される調整値と前記偏差付加部で付加された偏差とを比較することにより、偏差を付加したアクチュエータに誤動作が発生しているかを判定し、上記操作を他の前記アクチュエータにも順次実施することにより、誤動作の発生しているアクチュエータを特定することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の多重系車両操舵装置において、
前記偏差付加部において偏差を付加する際に、偏差量を必要な値まで徐々に増大させることを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の多重系車両操舵装置において、
前記フィードバック演算器の調整する調整値の所定時間間隔毎に平均値が、０から所定値以上離れた値になったときは、誤動作の発生しているアクチュエータを特定する処理を実行することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の多重系車両操舵装置において、
前記偏差付加部において偏差を付加する操作を、前記操作部材によって制御される車両の操舵角が、直進状態を挟む所定の範囲内の時に実行することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項７】
請求項１ないし５に記載の多重系車両操舵装置において、
前記偏差付加部において偏差を付加する操作を、前記操作部材によって制御される車両の操舵角速度が、０を挟む所定の範囲内の時に実行することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項８】
請求項１ないし５に記載の多重系車両操舵装置において、
前記偏差付加部において偏差を付加する操作を、前記操作部材によって制御される車両の操舵角が直進状態を挟む所定の範囲内で、かつ、車両の操舵角速度が０を挟む所定の範囲内の時に実行することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の多重系車両操舵装置において、
前記偏差付加部において偏差付加後に、前記フィードバック演算器で演算される調整値と前記偏差付加部で付加された偏差とを比較することにより、誤動作の発生しているアクチュエータを特定した場合は、該誤動作の発生しているアクチュエータをシステムから除外し、誤動作の発生しているアクチュエータを特定できなかった場合は、前記フィードバック演算器の演算パラメータを調整することを特徴とする多重系車両操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の舵取り機構を駆動するための主操舵駆動系と、この主操舵駆動系がフェールしたときに、代わって舵取り機構を駆動する副操舵駆動系とを有する多重系車両操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、多重系車両操舵装置として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この技術は主操舵駆動系と副操舵駆動系との二重系の操舵駆動装置により、舵取り機構を駆動する。主操舵用アクチュエータと副操舵用アクチュエータとは、遊びを有するリンク機構を介して機械的にリンクされており、常時駆動される。このとき、相互干渉検知機構が設けられており、主操舵駆動系と副操舵駆動系との干渉の有無を検出する。そして、主制御部，副制御部は、自身の操舵駆動系に異常が生じると、自身の操舵駆動系をシステムダウンさせる。また、主制御部及び副制御部は、自身の操舵駆動系が正常の時に、相互干渉検知機構により相互干渉が検知されると、各他方の操舵駆動系を強制停止させる。これにより、操舵駆動系の出力低下を防止しつつ、確実なフェールセーフを実現するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３７１１２号公報（３頁参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主操舵用アクチュエータと副操舵用アクチュエータが遊びを有するリンク機構で機械的にリンクされているため、制御に影響を与えないアクチュエータ動作が生じて消費電力の無駄が生じるという問題があった。また、自操舵駆動系の異常が発生しているにもかかわらず、その異常を検知できなかった場合、相互干渉により正常に動作している系のシステムをダウンして異常が発生している系で制御を継続するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑み、主操舵駆動系と副操舵駆動系といった多重系の車両操舵装置において、相互干渉を引き起こすことなく安定した車両操舵を達成可能な多重系車両操舵装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、車両を操向させるための操作手段と、該操作手段に取り付けられ、操作力を発生させる複数のアクチュエータと、前記操作手段の制御に関連した物理量を検出するセンサと、該センサの出力に基づいて、前記複数のアクチュエータに対し、車両の走行を制御するための信号を出力する制御手段と、該制御手段から出力された信号を、前記複数のアクチュエータに分配するための出力分配手段と、を備えた多重系車両操舵装置において、前記制御手段に、前記センサ出力に基づいて前記アクチュエータから発生している操作力を推定する操作力推定部と、実際にアクチュエータに出力している制御出力値と前記操作力推定値を比較することにより外部からシステムに加えられる外乱を推定する外乱推定部と、該推定された外乱が相殺されるように制御出力を調整する外乱補償部を有するフィードバック演算器を設け、前記制御手段は、前記複数のアクチュエータを統合された１つのアクチュエータとみなして制御出力値を演算することにより上記課題を解決するに至った。
【０００７】
【発明の効果】
本願発明にあっては、制御装置が複数のアクチュエータを統合された１つのアクチュエータとみなして制御出力値を演算するとともに、センサ出力よりアクチュエータから発生している操作力を推定し、実際にアクチュエータに出力している制御出力値と推定された操作力を比較することにより外部からシステムに加えられる外乱を推定し、この外乱が相殺されるように制御出力を調整するフィードバック演算器を有するため、２つ以上のアクチュエータの少なくとも１つ以上に誤動作が発生しても、アクチュエータ間に拮抗を生じさせることなく安定して車両の操向を実現させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図1は本発明のシステム構成図である。１は車両の運転者の操作を伝えるステアリングホイール、２はステアリングホイールに操作反力を発生させる反力アクチュエータ、３はステアリングホイールが操作された操作量を検出するための操作角センサである。また、４は車両を操向させるための舵取り車輪、５，６，７は走行するための力を車輪に伝達するためのナックルアーム、タイロッド、ステアリングロッドである。また、８は車両を操向するために車両横方向への力を伝達するステアリングギア、９は舵取り車輪の転舵角を検出する転舵角センサである。
【０００９】
１０は舵取り車輪に転舵角を発生させるための制御量と反力アクチュエータに操作反力を発生させるための制御量を算出する制御装置である。この制御装置１０内には、転舵角センサ９の出力値をもとに制御量を調整するフィードバック演算器１１が設けられている。
【００１０】
１２は制御装置の出力を複数のアクチュエータに分配する出力分配器である。この出力分配器１２内には、分配した出力に意図的に偏差を付加する偏差付加部１３が設けられている。
【００１１】
１４，１５，１６はステアリングギア８を操作して車両を操向するための力を発生させる複数の転舵アクチュエータである。
【００１２】
１７はシステム調整器であり、偏差付加部１３で付加された偏差とフィードバック演算器１１によって調整された調整値との比較により誤動作しているアクチュエータを判断する。そして、誤動作しているアクチュエータが特定された場合はそのアクチュエータをシステムから除外するように制御装置１０と出力分配器１２に指令を出力する。一方、誤動作しているアクチュエータが特定されなかった場合はフィードバック演算器１１のパラメータを調整するように制御装置１０に指令を出力する。
【００１３】
これらの構成により、運転者の操作入力に対して任意に転舵角の特性を変更することができる、いわゆるステアバイワイヤの機能を実現している。
【００１４】
次に動作を説明する。図２は本発明の操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。尚、本制御は、車両のイグニッションスイッチなどにより起動される。
【００１５】
S1では、通常処理モードに設定する。この処理モードでは誤動作しているアクチュエータを判定するための処理は実行せずに、偏差付加部１３において偏差を付加しないでアクチュエータへ指令値を出力する処理を実行する。
【００１６】
S2では、操作角センサ３において検出される車両の運転者の指令舵角を制御装置１０に入力する。
【００１７】
S3では、入力された指令舵角に応じてアクチュエータへの制御出力を算出する。例えば、アクチュエータに直流誘導モータを用いた場合、印加される電流値に比例したトルクが出力される。このときの比例係数をトルク定数という。従って、指令舵角に対して算出される転舵角の目標値に舵取り車輪４の転舵角を一致させるために必要な操作トルクを算出し、この操作トルクを出力するための電流値を出力する。このとき、2つ以上の複数のアクチュエータが1つの操作部材であるステアリングギア８に接続されているが、各アクチュエータへの出力を個別に演算するのではなく、複数のアクチュエータを1つのアクチュエータと見なして出力値の演算を行う。前出の直流誘導モータの例に従えば、各モータのステアリングギア８との接続部分のギア比とトルク定数の積を算出し、それらの和を定数として1つの出力値を演算する。
【００１８】
S4では、S3で算出された１つの出力値を複数のアクチュエータに分配する。ここでは、出力値を等分するようにしても良いし、アクチュエータごとのステアリングギア８との接続部分のギア比とトルク定数の積を考慮して、各アクチュエータのステアリングギア８への伝達トルクが等しくなるように分配しても良い。また、各アクチュエータのステアリングギア８への伝達トルクが一定の比率になるように分配しても良い。
【００１９】
S5では、制御装置１０内のフィードバック演算器１１により、舵取り車輪４の転舵角を転舵角センサ９から読み込んで目標転舵角との差を算出し、この差に応じたフィードバック量を演算して制御装置１０の出力に付加する。ここでのフィードバック演算器１１と他の制御ブロックとの関係を図３に示す。フィードバック演算器１１は、内部に制御対象であるアクチュエータと操作部材を制御モデル化したブロックを持ち、指令舵角に応じて出力されるフィードフォワード演算器１８の出力を入力して、制御対象の出力結果から制御対象の状態量としてアクチュエータごとの出力を推定する操作力推定部１１ｂと、推定された操作力と実際の制御対象の出力結果とを比較して、システムに入力された外乱を推定する外乱推定部１１ａと、その差分である外乱を除去するような調整値を制御出力に付加する外乱補償部１１ｃから構成されている。このフィードバック演算器１１からの出力（付加される値）の所定時間（たとえば１分間）の平均値を算出する。
【００２０】
S6では、S5で算出されたフィードバック量の平均値が０より所定値以上離れているか判断する。フィードバック演算器１１内の制御モデルが実際の制御対象と一致していれば、フィードバック演算器１１による調整値は横風や道路の傾きなど道路環境の外乱による制御の乱れを補償するように機能する。したがって、車両が通常の条件下で道路を走行している場合は、確率的に左右どちらか一方に偏ったり、長時間継続して道路環境の外乱が発生することは考えにくい。そこで、フィードバック量の平均値が０より所定値以上離れていれば、制御システムに何らかの誤動作が生じていると判断できる。フィードバック量の平均値が０より所定値以上離れていなければS2に戻って処理を継続し、所定値以上離れていればS7に進む。
【００２１】
S7では、操舵角および／または操舵角速度が所定値以内であるか判断し、所定値以内でなければS2に戻って処理を継続し、所定値以内であればS8に進む。
【００２２】
S8では、誤動作アクチュエータ判定モードに設定する。この処理モードでは誤動作しているアクチュエータを判定するための処理を実行するために、偏差付加部１３において偏差を付加してアクチュエータへ指令値を出力する処理を実行する。
【００２３】
S9、S10では、各々S2、S3と同じ処理を実行する。
【００２４】
S11では、S4と同じ処理を実行し、さらに各アクチュエータへの出力に意図的に偏差を付加する。例えば、３つのアクチュエータが接続されている場合は、アクチュエータＡには＋10％、アクチュエータＢには＋20％、アクチュエータＣには＋40％の偏差を付加する。ただし、この偏差量を一度に付加するのではなく、例えば偏差量の10％ずつを10回の処理で付加するなど、徐々に付加していく。
【００２５】
S12では、S5と同様にフィードバック量を演算するが、このときフィードバック演算器に入力されるフィードフォワード出力には、S11で偏差を付加する前の値を用いる。
【００２６】
S13では、S11で付加した偏差量がすべて付加されているか判定し、付加されていなければS9に戻り、付加されていればS14に進む。
【００２７】
S14では、システム調整器１７により付加した偏差と、偏差付加に応じたフィードバック量の変化を比較し、誤動作しているアクチュエータを判定する。前出の偏差付加の例に従えば、アクチュエータＡが誤動作していればフィードバック量は60％、アクチュエータＢが誤動作していればフィードバック量は50％、アクチュエータＣが誤動作していればフィードバック量は30％、アクチュエータが誤動作していなければフィードバック量は70％の偏差と等しくなる。誤動作アクチュエータが判定されればS15に進み、誤動作アクチュエータが判定されなければS16に進む。
【００２８】
S15では、誤動作アクチュエータと判定されたアクチュエータを以後使用しないように、制御装置１０のパラメータを誤動作アクチュエータを除いたシステムのパラメータに変更するとともに、出力分配器１２では誤動作アクチュエータに出力を分配しないようにする。さらに、システム構成図には明記していないが、誤動作アクチュエータへ供給される電源を遮断し、誤動作アクチュエータの影響がシステムに及ばないようにする。これにより無駄な電力消費を防止することができる。
【００２９】
S16では、フィードバック平均値が０になるようにフィードバック演算器１１のパラメータを調整する。S15およびS16の処理が終了後、S1に戻り再び通常処理モードに設定する。以上の流れによって、本発明の動作が実行される。
【００３０】
以上説明したように、第１実施例の多重系車両操舵装置においては、制御装置１０は、複数のアクチュエータを統合された１つのアクチュエータとみなして制御出力値を演算するとともに、センサ出力よりアクチュエータから発生している操作力を推定して、推定値と、実際にアクチュエータに出力している制御出力値とを比較することにより外部からシステムに加えられる外乱を推定して、外乱が相殺されるように制御出力を調整するフィードバック演算器を有する構成なので、複数のアクチュエータの少なくとも１つ以上に誤動作が発生しても、アクチュエータ間に拮抗を生じさせることなく安定した車両の操向を実現することができる（請求項１に対応）。
【００３１】
また、出力分配器１２は、制御装置１０から制御出力を２つ以上のアクチュエータに分配する際、分配した出力値に意図的に偏差を加えることができる偏差付加部１３を有し、フィードバック演算器の調整する調整値が所定の範囲を超える動作をした場合は、２つ以上のアクチュエータに各々異なる偏差を付加し、偏差付加後にフィードバック演算器で演算される調整値と、偏差付加部１３で付加された偏差とを比較する構成なので、誤動作の発生しているアクチュエータを判定することができる。また、フィードバック演算器の調整値により、車両の操向制御が正常な状態のままで誤動作の発生しているアクチュエータを判定することができる（請求項２に対応）。
【００３２】
また、偏差付加部１３において、偏差を付加する場合に、偏差量を必要な値まで徐々に増大する構成なので、フィードバック演算器の調整値によって車両の操向制御が正常な状態のままで誤動作の発生しているアクチュエータを特定することができる（請求項４に対応）。
【００３３】
また、フィードバック演算器１１の調整する調整値の所定時間（例えば１分間）間隔毎の平均値が、０から所定値以上離れた値となった場合に、誤動作の発生しているアクチュエータを特定する処理を実行する構成なので、実際にシステムに加えられた外乱の影響を排除して誤動作の発生しているアクチュエータを特定する処理を実行することができる（請求項５に対応）。
【００３４】
また、偏差付加部１３において偏差を付加する操作を、操作部材（ナックルアーム，タイロッド，ステアリングギヤ等）によって制御される車両の操舵角が直進状態を挟む所定の範囲内であるか（請求項６に対応）、車両の操舵角速度が０を挟む所定の範囲内であるか（請求項７に対応）、操作部材によって制御される車両の操舵角が直進状態を挟む所定の範囲内で、かつ、車両の操舵角速度が０を挟む所定の範囲内のときに実行する構成（請求項８に対応）なので、例えばフィードバック演算器１１の調整値が時間的な応答遅れを生じて車両の操向制御に影響を及ぼすようなことがあっても、車両挙動への影響を低く抑えることができる。
【００３５】
また、偏差付加部１３において偏差付加後に、フィードバック演算器で演算される調整値と偏差付加部１３で付加された偏差とを比較することにより、誤動作の発生しているアクチュエータが特定された場合は、誤動作の発生しているアクチュエータをシステムから除外し、誤動作の発生しているアクチュエータを特定できなかった場合は、フィードバック演算器１１の演算パラメータを調整する構成なので、故障部位を除外するだけでなく、制御システムのパラメータ調整も実行することができる（請求項９に対応）。尚、誤動作の発生しているアクチュエータをシステムから除外する際、電源供給を遮断することで、無駄な電力消費を防止することができる。
【００３６】
（第２実施例）
続いて、本発明の第２実施例を説明する。これは、システム構成、処理の流れは第１実施例と同様の処理の説明は省略し、図４を用いて異なる部分のみ説明する。
【００３７】
S110では、偏差を付加する際に、複数のアクチュエータのうち１つのアクチュエータのみに偏差を付加する。
【００３８】
S140では、誤動作アクチュエータと判定されなかった場合はS141に進み、すべてのアクチュエータが調査されていなければS142に進んで別のアクチュエータを調査するように設定してS9に戻る。すべてのアクチュエータが調査されていればS143に進んで図２のS16と同じ処理を実行する。S140において誤動作アクチュエータと判定された場合はS144に進み、図２のS15と同じ処理を実行する。以上の流れによって、本発明の動作が実行される。
【００３９】
以上説明したように、第２実施例にあっては、フィードバック演算器１１の調整する調整値が所定の範囲を超える動作をした場合は、偏差付加部１３において２つ以上のアクチュエータの１つに偏差を付加し、偏差付加後に、フィードバック演算器１１で演算される調整値と偏差付加部１３で付加された偏差とを比較することにより、偏差を付加したアクチュエータに誤動作が発生しているかを判定し、上記の操作を他のアクチュエータにも順次実施する構成なので、誤動作の発生しているアクチュエータを判定することができる。また、フィードバック演算器１１の調整値により車両の操向制御が正常な状態のままで誤動作の発生しているアクチュエータを判定することができる（請求項３に対応）。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における多重系車両操舵装置の全体システムを表すシステム図である。
【図２】第１実施例における操舵制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図３】第１実施例における制御装置の制御構成を表すブロック図である。
【図４】第２実施例における操舵制御の制御内容を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    反力アクチュエータ
３    操作角センサ
４    舵取り車輪
５    ナックルアーム
６    タイロッド
７    ステアリングロッド
８    ステアリングギヤ
９    転舵角センサ
１０    制御装置
１１    フィードバック演算器
１１ａ    外乱推定部
１１ｂ    操作力推定部
１１ｃ    外乱補償部
１２    出力分配器
１３    偏差付加部
１４，１５，１６    転舵アクチュエータ
１７    システム調整器
１８    フィードフォワード演算器
【図１】
2004196085.tif 000003
【図２】
2004196085.tif 000004
【図３】
2004196085.tif 000005
【図４】
2004196085.tif 000006