(57)【要約】【課題】転舵機構に転舵力を与える２つのモータを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、各モータの駆動電流を検出する電流センサの故障を誤りなく検出できるステアバイワイヤシステムの提供。【解決手段】転舵機構７に転舵力を与える電動モータＭ１及びＭ２と、電動モータＭ１及びＭ２に駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ供給する転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２と、駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ検出する電流センサＳ1及びＳ２とを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２の両者へ供給する電流ＩＰ0を検出する電流センサＳ0と、電流センサＳ1及びＳ２それぞれの出力Ｉ1及びＩ2の絶対値の和と電流センサＳ0の出力Ｉ0の絶対値との偏差を求め、該偏差と基準値との比較に基づき電流センサＳ1，Ｓ2及びＳ0の故障を検出する手段とを設けた。【選択図】図１
2007230303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵機構に転舵力を与える電動モータＭ１及びＭ２と、該電動モータＭ１及びＭ２に駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ供給する転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２と、該駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ検出する電流センサＳ1及びＳ2とを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、
前記転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２の両者へ供給する電流ＩＰ0を検出する電流センサＳ0と、
前記電流センサＳ1及びＳ2それぞれの出力Ｉ1及びＩ2の絶対値の和と前記電流センサＳ0の出力Ｉ0の絶対値との偏差を求め、該偏差と基準値との比較に基づき前記電流センサＳ1，Ｓ2及びＳ0の故障を検出する手段と
を設けたことを特徴とするステアバイワイヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの電動モータ（以下単に「モータ」と称する）で転舵機構を駆動するステアバイワイヤシステムに関し、特に該モータの駆動電流を検出する電流センサの故障の検出を簡易に行えるようにしたステアバイワイヤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００４−３４５４１３号公報）には、第１及び第２のモータで転舵機構を駆動する車両用操舵装置（ステアバイワイヤシステム）であって、第１モータ及び第２モータのいずれかの駆動に支障を来す故障を確実に検出するという方式が提案されている。この車両用操舵装置は、図９に示すように、舵取り機構（１０）に駆動力を与える第１及び第２モータ（５１Ｍ），（５１Ｓ）と、モータ（５１Ｍ），（５１Ｓ）を駆動制御する第１及び第２電子制御ユニット（Ｕ１），（Ｕ２）とを備えている。車載バッテリ（１００）からの給電線（１０１），（１０２）に流れる電流が電流センサ（Ｃ１），（Ｃ２）によって検出される。これらの電流センサ（Ｃ１），（Ｃ２）によって検出される電流の偏差が所定のしきい値を超えると、異常が発生していると判定される旨が、特許文献１には記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４５４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、２つのモータで転舵機構を駆動するステアバイワイヤシステムにおける一般的な２重系フィードバックシステムによるモータ制御系を示す図である。この２重系フィードバックシステムでは、モータＭ１及びＭ２の駆動力を加算して、リンクＲ１及びＲ２により左右の転舵輪に転舵力を与え、左右の転舵角度δ１及びδ２を角度センサＡ１及びＡ２でそれぞれ検出し、フィードバックループＦ１で転舵角度δ１を入力側へ帰還し、ステアリングＥＣＵ（電子制御ユニット）から指令される目標舵角δと転舵角度δ１との偏差Ｉｃを生成し、更にこの偏差Ｉｃと電流センサＳ１及びＳ２の出力Ｉ１及びＩ２との電流偏差を生成し、この電流偏差を補償器Ｃ１及びＣ２で補償し、補償器Ｃ１及びＣ２の出力でモータＭ１及びＭ２を制御している。Ｉｂ１及びＩｂ２は、電流センサＳ１及びＳ２の誤差をそれぞれ表す。Ｋｔ１及びＫｔ２はモータＭ１及びモータＭ２のトルク定数をそれぞれ示し、Ｊは負荷を慣性モーメントに換算したものを示す。
【０００５】
図５、図６及び図７は、図４の２重系フィードバックシステムのモータ制御系についてコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図である。これらの図において、横軸は時間（単位：秒）、縦軸は電流［単位：Ａ（アンペア）］である。いま図４において、補償器Ｃ１、モータＭ１及び電流センサＳ１でなる系を１系、補償器Ｃ２、モータＭ２及び電流センサＳ２でなる系を２系とする。図５乃至図７において、（Ａ）は１系の電流特性図、（Ｂ）は２系の電流特性図、（Ｃ）は１系及び２系の両電流特性を重ねて描いた図である。図５では、縦軸は、電流センサＳ１，Ｓ２の出力Ｉ１，Ｉ２とＩｃとの電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ），（Ｉ２−Ｉｃ）を表す。Ｉｃは、図４における目標舵角δと転舵角度δ１との差であり、モータＭ１及びＭ２に対する目標値である。図５は、時刻0.114秒に電流センサＳ１のバイアス故障によりバイアス電流Ｉｂ１が生じたとき、電流センサＳ１の出力Ｉ１と目標値Ｉｃとの電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ）は瞬間的に−１０アンペアとなるが、その瞬時の後は電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ）と（Ｉ２−Ｉｃ）は等しくなることを表している。また図６では、縦軸は、電流センサＳ１，Ｓ２の出力の電流値Ｉ１，Ｉ２を表す。図６は、図５と同じ状況における電流センサＳ１，Ｓ２の出力Ｉ１，Ｉ２を示す。図６から、電流センサＳ１にバイアス故障が生じたとき、Ｉ１が瞬間的に−１０アンペアとなるが、その瞬時の後はＩ１＝Ｉ２となることを表している。図７では、縦軸はモータ駆動電流を表している。図７に現れているように、電流センサＳ１のバイアス故障によりバイアス電流Ｉｂ１が生じた時から後には、モータＭ１及びＭ２の駆動電流ＩＭ１及びＩＭ２は極性が反対でほぼ同じ大きさの値となる。このように、図４のような２重系フィードバックシステムでは、フィードバックループの作用により、一方の系の電流センサが故障し、その検出電流に誤差が生じると、他方の系がその異常を補償する方向に作用する。
【０００６】
特許文献１は、モータを２つ使った図４と同様な２重系フィードバックシステムの車両操舵装置において、互いに他系のフィードバックループ内の電流センサとの偏差をもって故障を検出しようとしている。そこで、図５、図６を参照して上に説明したように、特許文献１の方式では、片系の電流センサの出力にバイアス誤差（Ｉｂ１又はＩｂ２）がある、或いは片系の電流センサにおけるスケールファクタが異常であるといった故障があったとしても、そのような故障を起こすと、両方の系の電流センサの出力が瞬間的に一致してしまい、故障の検出が不能になる。故障の瞬間に生じるスパイク的な電流変化を検出しようとして、電流センサ出力Ｉ１，Ｉ２を早い周期で監視すると、故障検出のための計算機による高速な解析における計算負荷が大きくなったり、或は故障に関係のない短い周期のノイズ（スパイクなど）を検出して、電流センサ故障との識別が不能になったりする。またフィードバックループ内の電流センサ（図９の電流センサＣ１１，Ｃ１２）とは別に、両方の系にＥＣＵ供給電流センサ（図９の電流センサＣ１，Ｃ２）を設ければ、ＥＣＵ供給電流センサの出力とフィードバックループ内電流センサの出力との比較により、電流センサの故障の検出が可能になるが、所要の電流センサが４つとなり、故障検出処理が複雑となり、コスト的にも不利である。
【０００７】
２つのモータにより転舵機構を駆動するステアバイワイヤシステムにおいて、モータの駆動電流を検出する電流センサに故障が起き、その故障が検出できないと、目標舵角δに対応した駆動電流とは異なる値の電流が故障した系のモータに流れ、故障した系のモータと正常な系のモータとが互いに反対方向にトルクを出力する状態になってしまう、いわゆるフォースファイトの状態が起こるので、電力を無駄に消費してしまう。そこで、本発明の目的は、転舵機構に転舵力を与える２つのモータを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、各モータの駆動電流を検出する電流センサの故障を誤りなく検出できるステアバイワイヤシステムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
転舵機構に転舵力を与えるモータＭ１及びＭ２と、該モータＭ１及びＭ２に駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ供給する転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２と、該駆動電流ＩＭ1及びＩＭ2をそれぞれ検出する電流センサＳ1及びＳ2とを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、
前記転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２の両者へ供給する電流ＩＰ0を検出する電流センサＳ0と、
前記電流センサＳ1及びＳ2それぞれの出力Ｉ1及びＩ2の絶対値の和と前記電流センサＳ0の出力Ｉ0の絶対値との偏差を求め、該偏差と基準値との比較に基づき前記電流センサＳ1，Ｓ2及びＳ0の故障を検出する手段と
を設けたことを特徴とするステアバイワイヤシステム
である。
【発明の効果】
【０００９】
上述の本発明によれば、転舵機構に転舵力を与える２つのモータを備えるステアバイワイヤシステムにおいて、各モータの駆動電流を検出する電流センサの故障を誤りなく検出するステアバイワイヤシステムが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態を示し、電流センサ故障検出を可能とするステアバイワイヤシステムのシステム構成を示す構成図である。図１のステアバイワイヤシステムのモータ制御系は、図４に示したステアバイワイヤシステムにおける一般的な２重系フィードバックシステムのモータ制御系である。図１のステアバイワイヤシステムにおいて、モータＭ１及びＭ２は駆動力を転舵機構７に与える。転舵機構７は、モータＭ１及びＭ２の駆動力の和の駆動力を受け、その和の駆動力に基づき、右側の転舵輪Ｗ１及び左側の転舵輪Ｗ２に転舵力を与える。角度センサＡ１及びＡ２は、右側の転舵輪Ｗ１の転舵角度δ１及び左側の転舵輪Ｗ２の転舵角度δ２をそれぞれ検出する。電源１１０は、転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２に電力を供給する。電源１１０の出力電流ＩＰ０は、その大部分がモータＭ１及びＭ２の駆動電流ＩＭ１及びＩＭ２となり、僅かな残部が転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２の作動電流となる。そこで、電源１１０の出力電流ＩＰ０は、実質的に駆動電流ＩＭ１及びＩＭ２の和である。そこで、ＩＭ１、ＩＭ２の絶対値和（｜ＩＭ１｜＋｜ＩＭ２｜）は総電流ＩＰ０の絶対値｜ＩＰ０｜にほぼ等しい。
【００１１】
角度センサ９２はステアリングハンドル９３で与えられる操舵角を検出し、ステアリングＥＣＵ（電子制御ユニット）８へその操舵角を出力する。ステアリングＥＣＵ８は、ＣＰＵ８１及び駆動回路８２を備え、角度センサ９２出力の操舵角に基づき目標舵角δを生成し、転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２にコマンドとして目標舵角δを出力するとともに、反力モータ９１に駆動電流を供給する。車速センサ１０１出力の車速、ＹＡＷジャイロ１０２出力の車両ＹＡＷ角速度（垂直軸廻りの角速度）及びシフトレバーの位置を含む車両情報は、車両データ１２１及び１２２として転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２へそれぞれ与えられ、車両の走行安定性や操縦の快適性を最適にするように利用される。
【００１２】
転舵電子制御ユニットＥＣＵ１は、ＣＰＵ１１及び駆動回路１２を備え、目標舵角δと転舵角度δ１との差をゼロにするように演算し、駆動電流ＩＭ１を生成する。同様に、転舵電子制御ユニットＥＣＵ２は、ＣＰＵ２１及び駆動回路２２を備え、目標舵角δと転舵角度δ２との差をゼロにするように演算し、駆動電流ＩＭ２を生成する。符号１００は転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２相互に通信されるデータ、符号１１１は転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及びステアリングＥＣＵ８相互に通信されるデータ、符号１１２は転舵電子制御ユニットＥＣＵ２及びステアリングＥＣＵ８相互に通信されるデータをそれぞれ表す。
【００１３】
電流センサＳ１は、モータＭ１の駆動電流ＩＭ１を検出し、検出した電流値Ｉ１を転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２に与える。同様に、電流センサＳ２は、モータＭ２の駆動電流ＩＭ２を検出し、検出した電流値Ｉ２を転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２に与える。電流センサＳ0は、電源１１０から出力される総電流ＩＰ0を検出し、検出した電流値Ｉ0を転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２に与える。電流センサＳ0，Ｓ１及びＳ２の出力は、電源１１０の出力電流ＩＰ0，駆動電流ＩＭ１及びＩＭ２と区別するために、それぞれＩ0，駆動電流ＩＭ１及びＩＭ２と表記してある。先に述べたように、駆動電流ＩＭ１、ＩＭ２の絶対値和（｜ＩＭ１｜＋｜ＩＭ２｜）は総電流ＩＰ０の絶対値｜ＩＰ０｜にほぼ等しいので、電流センサＳ１，Ｓ２及びＳ0が正常であれば、それら電流センサの出力Ｉ１及びＩ２の絶対値和（｜Ｉ１｜＋｜Ｉ２｜）はＩ0の絶対値｜Ｉ0｜にほぼ等しい。
【００１４】
図２は本実施の形態における電流センサ故障検出の処理の流れを示す図である。ステップＰ１で、転舵電子制御ユニットＥＣＵ１及び２は電流センサＳ0，Ｓ１及びＳ２の出力Ｉ0，Ｉ１及びＩ２を取得する。ステップＰ２で、
（｜｜Ｉ０｜−（｜Ｉ１｜＋｜Ｉ２｜）｜）＞Iｎ        ・・・・・・・・・・（１）
なる式で判断を行う。Iｎは故障を判定する閾値である。前述のとおり、Ｉ１、Ｉ２の絶対値和（｜Ｉ１｜＋｜Ｉ２｜）は総電流Ｉ０の絶対値｜Ｉ０｜にほぼ等しいはずであるから、両者の差[式（１）の左辺]が閾値Iｎ[式（１）の右辺]より大きいときは、検出電流の誤差が大きく、電流センサＳ0，Ｓ１及びＳ２の内のいずれかが故障していることを表している。
【００１５】
ステップＰ３で、Ｉs1及びＩs2を求める演算を行う。
Ｉs1＝Σ（δＩ１−δＩr）                    ・・・・・・・・・・・（２）
Ｉs2＝Σ（δＩ２−δＩr）                    ・・・・・・・・・・・（３）
Ｉs1は、電流偏差δＩ１とレファレンス電流偏差δＩrとの差を、一定の時間Δｔにわたって積算して得た値である。同様に、Ｉs2は、電流偏差δＩ２とレファレンス電流偏差δＩrとの差を、その一定時間Δｔにつき積算して得た値である。Δｔは例えば0.1秒であるが、この値に限定する必要はなく、ある時点の電流偏差の状況を表すために、その時点近傍のデータを抽出するための0.01〜１秒程度の時間である。電流偏差δＩ１，δＩ２は、電流センサＳ１及びＳ２それぞれの出力Ｉ１，Ｉ２とモータＭ１，Ｍ２に対する目標値Ｉｃとの差であり、
δＩ１＝（Ｉ１−Ｉｃ）                        ・・・・・・・・・・（４）
δＩ２＝（Ｉ２−Ｉｃ）                        ・・・・・・・・・・（５）
なる式で計算した値である。ここで、Ｉｃは、目標舵角δと転舵角度δ１との差である。レファレンス電流偏差δＩrは、図４の２重系フィードバックシステムのモータ制御系をコンピュータ上の理想モデルで実現したときに式４の計算で得られる基準の電流偏差である。なお、上記一定時間Δｔの積算は、その一定時間Δｔの積分又はフィルタリングの処理をもって代えても差し支えない。
【００１６】
ステップＰ４では、
｜Ｉs1｜＞ If                          ・・・・・・・・・・・（６）
なる比較演算を行う。また、ステップＰ５及びＰ８では、
｜Ｉs2｜＞ If                          ・・・・・・・・・・・（７）
なる比較演算を行う。ステップＰ４，Ｐ５，Ｐ８におけるIfは、上記ステップ３において式２，３の演算により得たＩs1及びＩs2との大小比較をする閾値であり、予め設定してある。これら演算において、
（１）｜Ｉs1｜＞ If（ステップＰ４でＹＥＳ）  かつ  
｜Ｉs2｜≦If（ステップＰ５でＮＯ）ならば、
Ｓ１故障（ステップＰ１４）と判断する。
（２）｜Ｉs1｜≦ If（ステップＰ４でＮＯ）  かつ  
｜Ｉs2｜＞ If（ステップＰ８でＹＥＳ）ならば、
Ｓ２故障（ステップＰ９）と判断する。
（３）｜Ｉs1｜≦ If（ステップＰ４でＮＯ）  かつ  
｜Ｉs2｜≦If（ステップＰ８でＮＯ）ならば、
Ｓ０故障（ステップＰ１２）と判断する。
（４）｜Ｉs1｜＞ If（ステップＰ４でＹＥＳ）  かつ  
｜Ｉs2｜＞If（ステップＰ５でＹＥＳ）ならば、
Ｓ１故障及びＳ２故障の同時発生が想定される。通常の故障処理は、故障発生時に故障した系のモータ駆動をオフにすることとなるので、安全の観点より２つのモータを同時にオフとしないために、ステップＰ６において、次の判断をする。
【００１７】
｜Ｉs1｜＞｜Ｉs2｜    ならば    Ｓ１故障  
｜Ｉs2｜＞｜Ｉs1｜    ならば    Ｓ２故障  
｜Ｉs2｜＝｜Ｉs1｜    ならば    故障とするべき優先順位を予め決めておき、Ｓ１又はＳ２の内の一方を故障とする。
【００１８】
図８は、図４の２重系フィードバックシステムのモータ制御系についてコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図である。縦軸は、前記式２及び３で演算した積算値Ｉs1及びＩs2を表し、横軸は時間（単位：秒）である。図８において、（Ａ）は１系の電流特性図、（Ｂ）は２系の電流特性図、（Ｃ）は１系及び２系の両電流特性を重ねて描いた図である。図５おいて、時刻0.114秒に電流センサＳ１の故障によりバイアス電流Ｉｂ１が生じたとき、電流センサＳ１の出力Ｉ１と目標値Ｉｃとの電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ）は瞬間的にスパイク状の−１０アンペアとなるが、その瞬時の後は電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ）と（Ｉ２−Ｉｃ）は等しくなることを示した。これに対し、上記偏差の積算値Ｉs1及びＩs2は故障発生後に約−１０アンペアの差が継続して生じることを図８は示している。この積算値を故障判定の閾値である基準値と比較することで電流センサの故障検出を容易なものにしている。かくして、図１の実施の形態において図２の流れ図による処理を行うことにより、電流センサＳ0，Ｓ１及びＳ２の故障の有無が確実に容易に検出できる。
【００１９】
以上に実施形態を挙げ本発明を具体的に説明したが、本発明の範囲が上記実施形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、図３に示すように、図１では２つに分かれていた転舵電子制御ユニットＥＣＵを１つのハードウエアに統合し、また角度センサ、転舵電子制御ユニットＥＣＵ、ステアリングＥＣＵ相互の通信をＬＡＮ（符号Ｌ１で示す要素）を介して行うようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を示し、電流センサの故障検出を可能にするステアバイワイヤシステムのシステム構成を示す構成図である。
【図２】図１の実施形態における処理の流れを示す図である。
【図３】図１の実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図４】２つのモータで転舵機構を駆動するステアバイワイヤシステムにおける一般的な２重系フィードバックシステムによるモータ制御系を示す図である。
【図５】図４のモータ制御系についてコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図であり、電流センサＳ１，Ｓ２の出力Ｉ１，Ｉ２と目標値Ｉｃとの電流偏差（Ｉ１−Ｉｃ）及び（Ｉ２−Ｉｃ）を示す。
【図６】図４のモータ制御系についてコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図であり、電流センサＳ１及びＳ２それぞれの出力の電流値Ｉ１及びＩ２を示す。
【図７】図４のモータ制御系についてコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図であり、モータ駆動電流ＩＭ１,ＩＭ２を表している。
【図８】図４のモータ制御系についてのコンピュータ・シミュレーションにより得た電流特性を示す図であり、式２及び３で演算した積算値Ｉs1及びＩs2を表す。
【図９】特許文献１に開示された従来の車両用操舵装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
Ａ１，Ａ２    角度センサ    
ＥＣＵ１，ＥＣＵ２    転舵電子制御ユニット
Ｍ１，Ｍ２    モータ
Ｓ0，Ｓ１，Ｓ２    電流センサ
Ｗ１，Ｗ２    転舵輪    
δ１，δ２    転舵角度
ＩＰ0    電源１１０の出力電流
ＩＭ１    モータＭ１の駆動電流
ＩＭ２    モータＭ２の駆動電流
Ｉ0    電流センサＳ0の出力
Ｉ１    電流センサＳ１の出力
Ｉ２    電流センサＳ２の出力
７    転舵機構
【図１】
2007230303.tif 000003
【図２】
2007230303.tif 000004
【図３】
2007230303.tif 000005
【図４】
2007230303.tif 000006
【図５】
2007230303.tif 000007
【図６】
2007230303.tif 000008
【図７】
2007230303.tif 000009
【図８】
2007230303.tif 000010
【図９】
2007230303.tif 000011