(57)【要約】【課題】  誤フェールの減少と、フェール判定時のスムーズなシステムロックの実施を両立する。【解決手段】  前輪４，４のセルフステアがフェール判定の許容時間の間継続して判定されたとき、フェールと判定してワーニングランプ１２を点灯させるとともに、システムをロックするステアリング装置において、転舵制御コントローラ１１は、推定されたセルフアライニングトルクから前輪転舵アクチュエータ７のモータの回転角速度を算出し、算出された回転角速度が大きいときほど許容時間を短く設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標転舵角に応じて操向輪を転舵させる転舵アクチュエータと、
操向輪の目標転舵角と実転舵角との差が、あらかじめ設定された第１設定角度以上であるかどうかを検知するセルフステア検知手段と、
車速に応じたフェール判定の許容時間を設定する許容時間設定手段と、
セルフステアの検知が許容時間継続したとき、フェールと判定するフェール判定手段と、
を備えたステアリング装置において、
前記操向輪のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段を設け、
前記許容時間設定手段は、推定されたセルフアライニングトルクが大きいときほど、許容時間を短く設定することを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング装置において、
前記転舵アクチュエータは、モータを備え、
前記許容時間設定手段は、推定されたセルフアライニングトルクからモータの回転角速度を算出し、算出された回転角速度が大きいときほど許容時間を短く設定することを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステアリング装置において、
前記操向輪の目標転舵角と実転舵角との差が、第１設定角度よりも大きな第２設定角度以上であるかどうかを判断するセルフステア判断手段を設け、
前記許容時間設定手段は、操向輪の目標転舵角と実転舵角との差が前記第１設定角度以上となったとき許容時間を設定し、
前記フェール判定手段は、許容時間が設定されてからセルフステアの判定が前記許容時間継続したとき、フェールと判定することを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標転舵角に基づいて操向輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えたステアリング装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステアリング装置は、フェールとなる可能性があるセルフステアの角度が検知されたとき、車速に応じてフェール判定の許容時間を設定し、この許容時間に基づいてフェールを判定している。ここで、「セルフステア」とは、制御もしくは運転者が意図しない転舵を指す。ちなみに、非特許文献１には、許容時間の根拠となる安全なセルフステアの角度が規定されている。
【非特許文献１】BMW学会論文(Aachener Kolloquium Fahrzeug - und Motorentechnk2002),Active Steering - Requirements for System Safety and Development Process
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、フェールセーフのシステムでは、通常、フェール判定の許容時間を厳しい条件（転舵速度が高い）で規定しているため、フェール判定までの時間が非常に短く、システムロックを滑らかに作動する時間が少なく、かつ誤フェールを発生する可能性がある。逆に、緩やかな条件にした場合、高速走行時においてフェール判定が遅れ、システムのロックをスムーズに実施できないという問題がある。なお、「誤フェール」とは、フェールではないのに誤ってフェールと判定することであり、例えば目標転舵角と実転舵角とが、システムの応答性能によりわずかに乖離してしまった際に、故障と間違えて判断してしまうことをいう。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、誤フェールの減少と、フェール判定時のスムーズなシステムロックの実施とを両立できるステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、目標転舵角に応じて操向輪を転舵させる転舵アクチュエータと、操向輪の目標転舵角と実転舵角との差が、あらかじめ設定された第１設定角度以上であるかどうかを検知するセルフステア検知手段と、車速に応じたフェール判定の許容時間を設定する許容時間設定手段と、セルフステアの検知が許容時間継続したとき、フェールと判定するフェール判定手段と、を備えたステアリング装置において、前記操向輪のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段を設け、前記許容時間設定手段は、推定されたセルフアライニングトルクが大きいときほど、許容時間を短く設定する手段とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のステアリング装置にあっては、セルフアライニングトルクが小さく時間的余裕がある場合には、フェール判定の許容時間を長く設定し、セルフアライニングトルクが大きく時間的余裕が無い場合には、フェール判定の許容時間を短く設定することにより、誤フェールの減少と、フェール判定時のスムーズなシステムロックの実施とを両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図であり、実施例１のステアリング装置は、ステアリングホイール１と、コラムシャフト２と、前輪転舵機構３と、前輪４，４と、後輪転舵機構５と、後輪６，６と、前輪転舵アクチュエータ７と、前輪転舵コントローラ８と、後輪転舵アクチュエータ９と、後輪転舵コントローラ１０と、転舵制御コントローラ１１と、ワーニングランプ１２と、操舵角センサ１３と、車速センサ１４と、を備えている。
【０００９】
前輪転舵機構３は、ステアリングホイール１からコラムシャフト２に入力された回転を、ラックアンドピニオンにより車両の横方向運動へ変換し、前輪４，４を転舵させる。また、後輪転舵機構５は、後輪転舵アクチュエータ９の入力を車両横方向運動に変換し、後輪６，６を転舵させる。
【００１０】
前輪転舵アクチュエータ７は、例えば、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸がコラムシャフト２に連結されている。この前輪転舵アクチュエータ７は、前輪転舵コントローラ８からの転舵角指令値に基づいて、前輪転舵角δに対する操舵角θの比であるステアリングギア比（θ／δ）を可変に制御する。
【００１１】
前輪転舵コントローラ８は、転舵制御コントローラ１１から出力された目標前輪転舵角と、前輪転舵アクチュエータ７からフィードバックされた実際の前輪転舵角値とに基づいて、前輪転舵アクチュエータ７に対し、転舵角指令値を出力する。
【００１２】
後輪転舵アクチュエータ９は、前輪転舵アクチュエータ７と同様に、モータと減速機等により構成され、モータの回転軸が後輪転舵機構５のラック軸と連結されている。この後輪転舵アクチュエータ９は、後輪転舵コントローラ１０からの転舵角指令値に基づいて、後輪６，６の転舵角を可変に制御する。
【００１３】
後輪転舵コントローラ１０は、転舵制御コントローラ１１から出力された目標後輪転舵角と、後輪転舵アクチュエータ９からフィードバックされた実際の後輪転舵角値とに基づいて、後輪転舵アクチュエータ９に対し、転舵角指令値を出力する。
【００１４】
転舵制御コントローラ１１は、操舵角センサ１３からの操舵角信号と、車速センサ１４からの車体速（＝車速）信号とに基づいて、目標前輪転舵角と目標後輪転舵角を生成し、前輪転舵コントローラ８と後輪転舵コントローラ１０に対し、制御指令を出力する。
【００１５】
また、転舵制御コントローラ１１は、モータの故障など、システムの故障時には、ワーニングランプ１２に対し、点灯指令を出力し、運転者に注意を促すとともに、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ９を停止させてシステムをロックする。
【００１６】
図２は、転舵制御コントローラ１１のブロック図であり、転舵制御コントローラ１１は、目標値生成部１５と、目標出力値生成部１６とを備えている。目標値生成部１５は、操舵角と車体速から、目標ヨーレートと目標横速度を生成し、目標出力値生成部１６へ出力する。目標出力値生成部１６は、目標ヨーレートと目標横速度から、目標前輪転舵角と目標後輪転舵角を生成し、前輪転舵コントローラ８と後輪転舵コントローラ１０に出力する。
【００１７】
図３は、目標値生成部１５の詳細を示すブロック図であり、目標値生成部１５は、車両モデル演算部１５ａと、目標値演算部１５ｂとを備えている。車両モデル演算部１５ａは、操舵角と車体速に基づいて車両パラメータを演算し、目標値演算部１５ｂへ出力する。目標値演算部１５ｂは、車両パラメータから目標ヨーレートと目標横速度を演算し、目標出力値生成部１６へ出力する。
【００１８】
図４は、目標出力値生成部１６の詳細を示すブロック図であり、目標出力値生成部１６は、目標前輪転舵角演算部１６ａと、目標後輪転舵角演算部１６ｂとを備えている。目標前輪転舵角演算部１６ａは、目標ヨーレート、目標横速度および後輪転舵角最大値に基づいて、目標前輪転舵角を演算し、前輪転舵コントローラ８へ出力する。また、目標後輪転舵角演算部１６ｂは、目標ヨーレートおよび目標横速度に基づいて、目標後輪転舵角を演算し、後輪転舵コントローラ１０へ出力する。
【００１９】
次に、作用を説明する。
［フェール判定制御処理］
図５は、転舵制御コントローラ１１で実行されるフェール判定制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００２０】
ステップS1では、車体スリップアングルβを推定し、ステップS2へ移行する。
【００２１】
ステップS2では、セルフアライニングトルクSATを推定し、ステップS3へ移行する。
【００２２】
ステップS3では、前輪転舵アクチュエータ７のモータの回転角速度ωを算出し、ステップS4へ移行する。
【００２３】
ステップS4では、目標前輪転舵角と実際の前輪転舵角値との差（セルフステアの角度）が、あらかじめ設定された第１設定角度以上乖離しているかどうかを判定する（セルフステア検知手段に相当）。YESの場合にはステップS5へ移行し、NOの場合には本制御を終了する。ここで、第１設定角度は、今後フェールとなる可能性があるセルフステアの角度（例えば、5deg）が設定されている。
【００２４】
ステップS5では、フェール判定の許容時間を決定し（許容時間設定手段に相当）、ステップS6へ移行する。
【００２５】
ステップS6では、タイマーのカウンターをインクリメントし、ステップS7へ移行する。なお、タイマーのカウンターは、本制御開始時にリセットされる。
【００２６】
ステップS7では、目標前輪転舵角と実際の前輪転舵角値との差があらかじめ設定された第２設定角度以上乖離しているかどうかを判断する（セルフステア判断手段に相当）。YESの場合にはステップS7へ移行し、NOの場合には本制御を終了する。第２設定角度は、第１設定角度よりも大きな角度であり、フェールとなる可能性が高いセルフステアの角度が設定されている。
【００２７】
ステップS8では、タイマーのカウンターが許容時間以上であるかどうかを判定する（フェール判定手段に相当）。YESの場合にはステップS9へ移行し、NOの場合にはステップS6へ移行する。
【００２８】
ステップS9では、前輪転舵コントローラ８と後輪転舵コントローラ１０に対し、転舵制御を停止する制御指令を出力するとともに、ワーニングランプ１２を点灯させる。
【００２９】
［フェール判定制御作用］
セルフステアの角度が第１設定角度を超えた場合には、図５のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5へと進み、ステップS5において、モータの回転角速度ωに応じたフェール判定の許容時間が決定される。
【００３０】
続いて、セルフステアの角度が第２設定角度を超えた状態が継続している場合には、ステップS6→ステップS7→ステップS8が繰り返され、ステップS6において、タイマーのカウンターがインクリメントされる。
【００３１】
そして、タイマーのカウンターが、フェール判定の許容時間に到達した場合には、ステップS8→ステップS9へと進み、ステップS9において、前輪転舵アクチュエータ７と後輪転舵アクチュエータ９による転舵角制御が停止され、ワーニングランプ１２の点灯により運転者にシステムフェールが通知される。
【００３２】
［フェール判定の許容時間算出］
実施例１では、前輪４，４のセルフアライニングトルクSATから、前輪転舵アクチュエータ７のモータの回転角速度ωを推定し、この回転角速度ωに基づいて、フェール判定の許容時間を設定する。
【００３３】
車体スリップアングルβは、下記の式１〜式３により算出できる。
mV{(dβ/dt)+γ}=-2Kf(β+lf*γ/V-δ)-2Kr(β-lr*γ/V)  …式１
Idγ/dt=-2Kf(β+lr*γ/V-δ)lf+2Kr(β-lr*γ/V)lγ  …式２
lf=l-lr  …式３
なお、Vは車速（車体速）、mは車両重量（定数）、Kf,Krは前輪，後輪のCP（定数）、lはホイールベース（定数）、δは前輪４，４の転舵角、Ｉは慣性モーメント（定数）、γはヨーレートである。
【００３４】
続いて、セルフアライニングトルクSATは、下記の式４から求めることができる。
SAT=f(β+δ)  …式４
【００３５】
よって、モータの回転角速度ωは、下記の式５，６から算出できる。
Tsat=K*SAT  …式５
dω/dt=(Tmotor-Tsat)/I  …式６
なお、Tmotorはモータトルク、TsatはセルフアライニングトルクSATがコラムシャフト２に及ぼすトルク、Kは定数である。
【００３６】
次に、式６の両辺を積分することにより、下記の式７が得られる。
ω=(Tmotor-Tsat)/I*t  …式７
【００３７】
よって、フェール判定の許容時間tは、下記の式８のように表すことができる。
t=(Tmotor-Tsat)/I*ω  …式８
すなわち、許容時間tは、モータの回転角速度ωに反比例するとともに、セルフアライニングトルクSATが大きくなるほど小さな値となる。
【００３８】
［モータの回転角速度に基づく許容時間可変制御作用］
BMW学会論文(Aachener Kolloquium Fahrzeug - und Motorentechnk2002)には、安全なセルフステア角度の規定が開示されている。図６は、車速に応じた最大セルフステアの角度、すなわち、許容されるセルフステアの最大角を示すグラフである。例えば、車速が50km/hの場合には、最大セルフステア角度は1.1degとなり、車速が100km/hの場合には、最大セルフステア角度は0.5degとなる。
【００３９】
図６に対して、前輪４，４の転舵速度の違いでグラフ化したものを、図７に示す。グラフの横軸は車速であるが、縦軸はセルフステアの許容時間となる。この図は、モータの回転角速度を1200deg/secと定めた例であり、車速が50km/hの場合、許容時間は16secであり、車速が100km/hの場合、許容時間は7secとなることが判る。
【００４０】
ところが、上述の論文においては、セルフステア角度に至る転舵速度、すなわちモータの回転角速度についての規定はなされておらず、例えば、図８において、転舵角指令値と実転舵角との間で所定角度以上の乖離が生じた場合、通常は、車速に応じた許容時間を設定し、セルフステアが許容時間継続したとき、フェールと判定してシステムロックを実施している。
【００４１】
このとき、転舵速度は考慮されていないため、転舵速度（モータの回転角速度）が遅く、時間的余裕がある場合と、転舵速度が速く、時間的余裕が無い場合とで、同一のフェール判定時間が設定されている。
【００４２】
一般に、フェールセーフは、システムの最も厳しい条件でフェール判定時間を設定するため、フェール判定までの時間的余裕が少なく、誤フェールでシステムを停止してしまう可能性や、システムロックを滑らかに実施できない可能性がある。
【００４３】
これに対し、実施例１のステアリング装置では、セルフアライニングトルクSATからモータの回転角速度ωを推定し、このモータの回転角速度ωに応じて許容時間tを設定している。例えば、図９に示すように、車速が50km/hの場合、モータの回転角速度ωが1200deg/secの場合には、許容時間tは16secであるが、モータの回転角速度ωが400deg/secの場合には、許容時間tは47secとなる。また、車速が100km/hの場合、モータの回転角速度ωが1200deg/secの場合には、許容時間tは7secであるが、モータの回転角速度ωが400deg/secの場合には、許容時間tは21secとなる。
【００４４】
すなわち、車速が同じ場合でも、時間的余裕がある場合には、誤フェールを回避しつつ正確な判定を行い、時間的余裕が少ない場合には、より早い判断を行うというように、モータの回転角速度ωに応じて許容時間tを変化させることで、より正確なフェール判定を行うことができる。
【００４５】
次に、効果を説明する。
実施例１のステアリング装置にあっては、下記の効果が得られる。
【００４６】
(1) 転舵制御コントローラ１１は、推定したセルフアライニングトルクSATが大きいときほど許容時間tを短く設定するため、誤フェールの減少と、フェール判定時のスムーズなシステムロックの実施とを両立できる（請求項１に対応する効果）。
【００４７】
(2) 転舵制御コントローラ１１は、セルフアライニングトルクSATを推定してモータの回転角速度ωを算出し、回転角速度ωが大きいときほど許容時間tを短く設定するため、より正確な許容時間tを設定でき、フェール判定の正確さが高められる（請求項２に対応する効果）。
【００４８】
(3) 転舵制御コントローラ１１は、セルフステアの角度が第１設定角度以上となったとき、許容時間tを設定してタイマーのカウントを開始し、タイマーのカウンタが許容時間tに到達するまでの間、セルフステアの角度が常に第２設定角度以上である場合に、フェールと判定してシステムロックを実施する。すなわち、セルフステアの角度が、フェールの可能性が第２設定角度ほどは高くない第１設定角度となったとき、あらかじめ許容時間tを決定しておくことにより、セルフステアの角度が第２設定角度以上となったときに許容時間tを設定する場合と比較して、フェールの判定時間を長く設定できるとともに、フェール判定時のシステムロックをスムーズに実施できる（請求項３に対応する効果）。
【００４９】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５０】
例えば、セルフステアを検知する手段として、モータの指令電流から目標前輪転舵角と実際の前輪転舵角値との差を間接的に判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１のステアリング装置を適用した車両のシステムブロック図である。
【図２】転舵制御コントローラ１１のブロック図である。
【図３】目標値生成部１５の詳細を示すブロック図である。
【図４】目標出力値生成部１６の詳細を示すブロック図である。
【図５】転舵制御コントローラ１１で実行されるフェール判定制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】車速に応じた最大セルフステアの角度を示すグラフである。
【図７】車速とモータの回転角速度に応じた余裕時間を示すグラフである。
【図８】従来のフェール判定を示す説明図である。
【図９】モータの回転角速度に応じた許容時間設定作用を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ステアリングホイール
２  コラムシャフト
３  前輪転舵機構
４  前輪
５  後輪転舵機構
６  後輪
７  前輪転舵アクチュエータ
８  前輪転舵コントローラ
９  後輪転舵アクチュエータ
１０  後輪転舵コントローラ
１１  転舵制御コントローラ
１２  ワーニングランプ
１３  操舵角センサ
１４  車速センサ
１５  目標値生成部
１５ａ  車両モデル演算部
１５ｂ  目標値演算部
１６  目標出力値生成部
１６ａ  目標前輪転舵角演算部
１６ｂ  目標後輪転舵角演算部
【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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【図９】
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