(57)【要約】【課題】  体積密度およびコストを低減できる、車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを提供することにある。【解決手段】  本発明は、車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障検出／管理システムおよび該システムの使用方法を提供する。本発明の方法は、マイクロプロセッサへの、ロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生するように構成された一次および二次ロードホイール位置センサを設ける段階を有する。ステア・バイ・ワイヤシステム内で、一次ロードホイールセンサはアクティブ制御モードにありかつ二次ロードホイールセンサはスタンバイ制御モードにある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステア・バイ・ワイヤシステムのセンサ故障に用いる故障検出ストラテジーを実行する方法において、
マイクロプロセッサへの、ロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生するように構成された一次および二次ロードホイール位置センサを設ける段階を有し、ステア・バイ・ワイヤシステム内で、一次ロードホイールセンサはアクティブ制御モードにありかつ二次ロードホイールセンサはスタンバイ制御モードにあり、
一次および二次センサからロードホイール角度信号を受入れる段階と、
一次および二次センサからのロードホイール角度信号に基いて故障を検出する段階と、
車両変数に基いて推定ロードホイール角度を計算する段階と、
一次センサ信号と推定ロードホイール角度とを比較する段階と、
一次センサ信号と推定ロードホイール角度との比較に基いてシステムの制御を管理する段階とを更に有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステア・バイ・ワイヤシステム（steer-by-wire system）のセンサ故障の場合の故障検出／管理ストラテジーを実行するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車工業界では、ステア・バイ・ワイヤシステムが知られている。ステア・バイ・ワイヤシステムは、車両のステアリングホイールとロードホイールとの間の機械的リンク機構を、ロードホイールアクチュエータ、ロードホイール位置センサ、ステアリングホイール位置センサ、パワー電子駆動装置、および電子制御ユニットを含む電気的接続部品で置換したものである。
【０００３】
ステアリング機能の重要性から、システム設計は、故障に対して安全対処できることが重要である。例えば、通常作動の間に、車両のステア・バイ・ワイヤシステムは、例えばセンサ故障等の部品故障が生じることがあり、安全に対応できなくてはならない。現在、多くのステア・バイ・ワイヤシステムは、センサ故障を含む故障の検出、隔絶および管理を可能にするため、センサの冗長性、例えば三冗長性（triple redundancy）を有している。三冗長センサを備えた車両のステア・バイ・ワイヤシステムは、例えばロードホイール位置のような１つの車両変数のデータを入力するように構成された３つのセンサを有している。いずれにせよ、これらのセンサの１つは、３つの全てのセンサにより発生された信号の比較により容易に検出できる故障が生じることがある。三冗長性ストラテジー（triple redundancy strategy）は充分満足できるものであるが、比較的コストが高くかつ車両内で大きい体積密度を有している。
【０００４】
二冗長性センサを備えたステア・バイ・ワイヤシステムは、一般に、比較的能力が制限されている。例えば、二冗長性故障検出システムは、故障センサ値が通常作動ウィンドウから外れる故障のような限定された故障を検出できるに過ぎない。かくして、ドリフティングのような一般的な故障は、依然として二冗長性システムの関心事である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の一目的は、体積密度およびコストを低減できる、車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを提供することにある。
本発明の他の目的は、冗長性を低減させるための、車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、少数のセンサを備えた車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーであって、同時に三冗長性システムの故障検出能力を維持できる故障検出／管理ストラテジーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一方法は、マイクロプロセッサへの、ロードホイール角度を表すロードホイール角度信号を発生するように構成された一次および二次ロードホイール位置センサを設ける段階を有している。この実施例では、ステア・バイ・ワイヤシステム内で、一次ロードホイールセンサはアクティブ制御モードにありかつ二次ロードホイールセンサはスタンバイ制御モードにある。本発明の方法は更に、一次および二次センサからロードホイール角度信号を受入れる段階と、一次および二次センサからのロードホイール角度信号に基いて故障を検出する段階とを有している。また本発明の方法は、車両変数に基いて推定ロードホイール角度を計算する段階と、一次センサ信号と推定ロードホイール角度とを比較する段階とを有している。更に本発明の方法は、一次センサ信号と推定ロードホイール角度との比較に基いてシステムの制御を管理する段階を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の他の目的、特徴および長所は、添付図面に関連して述べる以下の説明および特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【０００８】
本発明は、車両のステア・バイ・ワイヤシステム内のロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを実行するシステムおよび方法を提供する。本発明のシステムおよび方法は、ステア・バイ・ワイヤシステム内に使用されるセンサの冗長性または個数を減少でき、これにより、システムの体積密度およびコストを低減できると同時に三冗長性システムの能力を維持できる。本発明は、センサの通常作動ウィンドウ（normal operating window）の内側および外側で生じる故障を検出する。かくして、センサドリフトのようなの故障は２つのセンサのみにより検出できる。一般に、システムは、２つのセンサからの信号に基いて故障を検出し、かつ信号の１つと、車両のヨー速度または横方向加速度に関する数学的関係に基いている推定ロードホイール角度とを比較する。次に、システムは、この比較に基いて故障を管理する。本発明は、車両のステア・バイ・ワイヤシステム内のロードホイール位置センサ故障を検出する簡単で、効率的でかつ低コストな方法を提供する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施例による故障検出／管理ストラテジーを実行するための車両ステア・バイ・ワイヤシステム１０を示す概略図である。図示のように、ステア・バイ・ワイヤシステム１０はドライバインターフェースシステム（ＤＩＳ）１２を有し、該ドライバインターフェースシステム１２は、ステアリングホイール（図示せず）と、ドライバインターフェースセンサ１４と、ドライバインターフェースパワー電子装置１６とを備えている。この実施例では、ドライバインターフェースセンサ１４は、ドライバが車両を制御すなわち操縦するためのステアリングホイール、ジョイスティックまたは他の任意の適当な手段と通信するように配置されている。センサ１４は、ステアリングホイールの角度位置を検出することができる。ドライバインターフェースパワー電子装置１６は、コマンド信号を、コントローラから、車両のドライバにフィーリングを与えるアクチュエータを駆動できる電気信号に変換できる電子部品、例えば受信器、送信器、アクチュエータおよび他の適当な構成部品を有している。この実施例では、ドライバインターフェースシステム１２は、車両のステアリングホイール角度を検出し、ステアリングホイール角度を表すステアリングホイール角度信号を発生し、ドライバフィーリングを車両のドライバに供給する。
【００１０】
図１に示すように、ステア・バイ・ワイヤシステム１０は更に、車両のロードホイールを回転させるトルク信号を発生するように構成された電子制御ユニット（electric control unit：ＥＣＵ）１８を有している。電子制御ユニット１８は、本発明の故障検出／管理ストラテジーが取入れられた処理ユニットまたはマイクロプロセッサを有している。電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８は、横方向加速度および／またはヨー速度を含む車両変数を表す信号を受入れるように構成されている。これは、当業界で知られているセンサまたは他の適当な手段を用いて行なうことができる。図示のように、ＥＣＵ１８はドライバインターフェースシステム（ＤＩＳ）１２と電気通信し、ここでは、ドライバインターフェースセンサ１４が、ＥＣＵ１８へのステアリングホイール角度信号のようなドライバ入力を発生する。
【００１１】
システム１０は更にロードホイール付勢システム（road wheel steering actuating system：ＲＷＳＡＳ）２０を有し、該システム２０は、各前方ロードホイール用のロードホイールセンサと、パワー電子装置と、アクチュエータとを備えている。簡単化のため、図１は単なる装置構成を示すに過ぎず、例えばロードホイールの１つについての一次および二次ロードホイールセンサおよびパワー電子装置が示されている。しかしながら、車両には、複数の構成を使用できることに留意されたい。図示のように、システム１０は、ＥＣＵ１８と電気通信する一次および二次ロードホイールセンサ２２、２３と、ロードホイールパワー電子装置２４とを有している。パワー電子装置２４は、ＥＣＵ１８からコマンド信号を受けて、ロードホイール例えばモータおよびアクチュエータ等を回転すなわち駆動する。図示のように、ロードホイール付勢システム２０はＥＣＵ１８と電気通信し、ここでは、センサ２２、２３がそれぞれ一次および二次ロードホイール角度信号を発生して、これらの角度信号をＥＣＵ１８に伝送する。
【００１２】
図２には、図１に示した車両のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障検出／管理制御論理１１０の概略図が示されている。図示のように、制御論理１１０は、ステア・バイ・ワイヤシステムが装備された車両を示すボックス１１２を有している。更に図示されているように、一次および二次センサ２２、２３は、車両１１２からロードホイール角度すなわちロードホイール位置を読取る。この実施例では、一次センサ２２はアクティブ制御モードに構成されており、二次センサ２３はスタンバイ制御モードに構成されている。アクティブ制御モードとは、ロードホイール制御用処理ユニットまたはマイクロプロセッサにより処理されるロードホイール角度信号を読取りかつ発生するモードである。この実施例では、処理ユニットは上記ＥＣＵ内にある。スタンバイ制御モードとは、故障検出およびバックアップ制御のためにのみ処理されるロードホイール角度信号を読取りかつ発生するモードである。一次センサ２２は、マイクロプロセッサへの、車両１１２のロードホイール角度を示す一次ロードホイール角度信号を発生する。二次センサ２３は、マイクロプロセッサへの、車両１１２のロードホイール角度を示す二次ロードホイール角度信号を発生する。
【００１３】
一次および二次ロードホイール角度信号は、制御論理１１０の故障検出ファンクション１１８および故障管理ファンクション１２０により受入れられる。故障検出ファンクション１１８はまた、ヨー速度センサまたは横方向加速度センサ等の任意の適当な手段により車両１１２のヨー速度または横方向加速度を受入れる。ボックス１１８では、故障検出ファンクションは、一次および二次センサからのロードホイール角度信号の比較に基いて故障を検出する。次に、故障検出ファンクション１１８はヨー速度または横方向加速度等の１つの車両変数に基いて、推定ロードホイール角度を計算する。次に、故障検出ファンクション１１８が、一次センサ信号と、推定ロードホイール角度とを比較する。一次センサ信号と評価ロードホイール角度との差が第一閾値内にあれば、一次センサ２２はアクティブ制御モードに維持される。そうでない場合には、二次センサ２３が故障管理ファンクション（ボックス１２０）のアクティブ制御モードに切換えられる。
【００１４】
第一閾値は、センサ故障を表示する任意の適当な閾値である。もちろん、第一閾値の値は、ステア・バイ・ワイヤシステムに使用される装置の構成および組立体に基いて変えることができる。例えば、使用されるセンサの形式に基いて、第一閾値は、本発明の範囲または精神を逸脱することなく変えることができる。
【００１５】
次に、故障管理ファンクション１２０が、アクティブ制御モードのセンサの信号に基いてサマー１２２へのロードホイール位置フィードバックを計算する。サマー１２２は、ＤＩＳ（ボックス１１４）からの所望ロードホイール位置と、測定したロードホイール位置フィードバックとを比較する。サマー１２２は、所望ロードホイール位置とロードホイール位置フィードバックとの差を計算してコントローラすなわちＥＣＵ１８へのエラー入力信号を発生し、コントローラすなわちＥＣＵ１８は、車両１１２への比例した大きさのトルクを発生してこれを加え、エラー入力信号と一致するようにロードホイールを回転させる。
【００１６】
図３には、図２の制御論理を用いて図１の車両ステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサ故障の故障検出／管理ストラテジーを実行する一方法２１０が示されている。この方法２１０は、上記マイクロプロセッサへのロードホイール角度を表示するロードホイール角度信号を発生するように構成された一次および二次ロードホイール位置センサを設ける段階を有している。この実施例では、ステア・バイ・ワイヤシステム内で、一次ロードホイールセンサはアクティブ制御モードにあり、二次ロードホイールセンサはスタンバイ制御モードにある。図示のように、方法２１０はステア・バイ・ワイヤシステムを付勢する段階（ボックス２１２）およびステア・バイ・ワイヤシステムの初期化を完了する段階（ボックス２１４）を有している。
【００１７】
方法２１０は更に、一次および二次センサからロードホイール角度信号を受入れる段階を有している。方法２１０はまた、一次および二次センサが有効作動範囲内の各読取りであるか否かを決定する（それぞれ、ボックス２１６および２１８）。ボックス２１６では、一次センサの読みが、作動範囲および勾配を含む有効作動ウィンドウ内にない場合には、故障が検出される。一次センサの読みが有効作動ウィンドウ内にない場合には、制御ストラテジーが故障モードに切換えられ、この故障モードでは、二次センサがアクティブ制御モードに切換えられる。また、一次センサの有効作動ウィンドウは当業界で知られた任意の適当な作動ウィンドウにできることに留意すべきである。
【００１８】
しかしながら、一次センサの読みが有効作動ウィンドウ内にあると決定した場合には、システムは、二次センサの読みが有効作動ウィンドウ内にあるか否かを決定する（ボックス２１８）。二次センサの読みが有効作動ウィンドウ内にない場合には、故障が検出されかつストラテジーが故障モードに切換えられ、該故障モードでは、システムがフラグを立て、かつ二次センサが故障しておりかつメインテナンスを必要とする旨をコントローラ１８に知らせる（ボックス２２２）。
【００１９】
図示のように、二次センサ信号が有効作動ウィンドウ内にあると決定した場合には、故障検出ファンクションが、一次センサ信号と二次センサ信号との差を決定する。この差は閾値と比較される（ボックス２２４）。この差が閾値より大きくない場合には故障は全く検出されず、一次センサの読みが有効作動範囲内にあるか否かを決定する段階（ボックス２１６）が反復される。この差が閾値より大きい場合には故障が検出され、車両のヨー速度または横方向加速度等の車両変数に基いた数学的関係（後述）を用いて、推定ロードホイール角度が計算される（ボックス２２６）。これにより、センサの１つがその通常の作動ウィンドウ内の故障（例えばドリフティング）を受けているか否かが決定される。
【００２０】
この実施例では、本発明の方法は、分析的冗長性（analytical redundancy）についての次式１を含む数学的関係を使用する。
【数１】
2004256095.tif 000003
ここで、ｍは車両の質量、ＶyおよびＶxは車両の速度成分、ＦyfおよびＦyrは前輪タイヤおよび後輪タイヤに作用する横方向力、Ｆxfは前輪タイヤに作用する長手方向力、δfは前輪のステア角度、Ωzはヨー速度、Ｉzはｚ軸線回りの車両の質量慣性モーメント、ｌ1およびｌ2は、それぞれ、重心と前車軸および後車軸との距離である。
【００２１】
一実施例では、ヨー速度の測定値を用いた定常状態条件下で、上式１は次式２のように簡単化される。
【数２】
2004256095.tif 000004
ここで、Ｌ＝ｌ1＋ｌ2およびｋusは、ヨー速度測定値を用いた、車両のアンダーステア係数である。
【００２２】
他の実施例では、横方向加速度の測定値を用いた定常状態条件下で、上式２は次式３のように簡単化される。
【数３】
2004256095.tif 000005
ここで、ａyは、横方向加速度の測定値を用いた、車両の横方向加速度である。
【００２３】
ボックス２２８に示すように、一次ロードホイール角度信号は推定ロードホイール角度と比較され、その差が閾値内にあるか否かを決定する。この差が閾値内にあるときは、システムはフラグを立て、かつ二次センサが故障しておりかつメインテナンスが必要である旨をコントローラに知らせる（ボックス２２２）。前記差が閾値内にないときは、二次センサがアクティブ制御モードに切換えられ（ボックス２２０）、一次センサはスタンバイ制御モードに切換えられる。この実施例では、閾値はセンサ故障（例えばセンサドリフト）を表す任意の閾値にすることができる。例えば、この実施例での閾値の差は度（°）であり、一次センサの値から二次センサの値を引いた値の絶対値が０．１°を超えるときはいつでも故障を宣言するように設定される。また、この実施例では、０．０１°の分解能をもつ直角位相エンコーダおよび０．０１２°の等価分解能をもつＭＴＳ位置センサが使用される。この実施例では、０．１°の閾値は、最悪の場合の分解能の１０倍として決定された。従って、本発明の範囲または精神から逸脱することなく他の閾値を使用することができる。
【００２４】
使用に際し、本発明は、小さい冗長性をもつステア・バイ・ワイヤシステムの故障検出／管理ストラテジーを実行すると同時に、三冗長性システムの故障検出能力を維持するものである。本発明は、センサの通常の作動ウィンドウの内側または外側のロードホイール位置センサの故障を検出する能力を提供する。
【００２５】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではないことはもちろんであり、当業者ならば、特に上記技術を考慮して種々の変更をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例による故障検出／管理ストラテジーを実行する車両のステア・バイ・ワイヤシステムの組立体を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例による、ロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを実行する図１のステア・バイ・ワイヤシステムを示す制御論理図である。
【図３】図２のステア・バイ・ワイヤシステムのロードホイール位置センサの故障に用いる故障検出／管理ストラテジーを実行する一方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ステア・バイ・ワイヤシステム
１２  ドライバインターフェースシステム（ＤＩＳ）
１４  ドライバインターフェースセンサ
１６  ドライバインターフェースパワー電子装置
１８  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２０  ロードホイール付勢システム
２２  一次ロードホイールセンサ
２３  二次ロードホイールセンサ
２４  ロードホイールパワー電子装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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