JP7017130B2 - ステアリングシステム - Google Patents
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Description
反力付与装置を2系統とすることで、操作情報を取得する系統である操作情報取得系統を2系統とし、転舵装置を2系統とすることで、転舵系統も2系統とし、さらに、反力付与装置とは別に、操作情報取得装置を補助的な操作情報取得系統として設けるとともに、車両の向きを変更するための補助転舵装置を、補助的な転舵系統として設け、反力付与装置の2系統に対応した2つの制御装置の一方と、転舵装置の2系統に対応した2つの制御装置の一方を、1つの専用通信線で、他方と他方とを、別の1つの専用通信線で接続し、操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、転舵装置の2つの制御装置および補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される通信バスを設けたことを特徴とする。
2系統に対応して2つの反力制御装置を有し、各系統において、前記操作部材の操作程度に関する情報である操作情報を取得するとともに、その操作情報に基づいて前記操作部材に操作反力を付与する2系統の反力付与装置と、
2系統に対応して2つの転舵制御装置を有し、各系統において、前記操作情報に基づいて車輪を転舵する2系統の転舵装置と、
前記反力付与装置とは別に、前記操作情報を取得する操作情報取得装置と
前記転舵装置とは別に、車両の向きを変更可能な補助転舵装置と、
1つが、前記2つの反力制御装置の一方と前記2つの転舵制御装置の一方とを互いに送受信可能に接続し、他の1つが、前記2つの反力制御装置の他方と前記2つの転舵制御装置の他方とを互いに送受信可能に接続する2本の専用通信線と、
前記操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、前記2つの転舵制御装置および前記補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される第1通信バスと
を備えたステアバイワイヤ式のステアリングシステム。
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備えた( 1)項または( 2)項に記載のステアリングシステム。
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備えた(1)項ないし(4)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスと、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスと
を備え、
前記2つの転舵制御装置のうちの1つが、前記第1通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第1通信バスに送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に続され、かつ、
前記2つの反力制御装置のうちの1つが、前記第2通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第2通信バスに、送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に接続された( 1)項ないし( 6)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
前記当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられて、左右の車輪に独立して制動力を付与可能なブレーキシステムである( 1)項ないし( 7)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
前記2系統の反力付与装置が、各系統において、前記転舵情報に基づいて、前記操作反力を制御するように構成された( 1)項ないし( 8)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備え、その第2通信バスに前記車速情報が流れるように構成された(10)項ないし(12)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備え、その第3通信バスに前記車速情報が流れるように構成された(10)項ないし(13)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられた車両駆動システムからの情報を含む(10)項ないし(15)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
実施例のステアバイワイヤ式のステアリングシステムは、例えば、図1に示すような車両10に搭載される。車両10は、前後左右4つの車輪を有する車両であり、図に示す左右の2つの前輪12(以下、前輪と後輪とを区別せずに「車輪12」という場合がある)が転舵輪とされ、ステアリングシステム14は、それら2つの前輪12を転舵(転向)する。本車両10は、前輪駆動車であり、2つの前輪12は、駆動輪ともされている。それら2つの前輪12を回転駆動させるために、車両10には、ハイブリッド式の車両駆動システム16が搭載されている。さらに、本車両10には、4つの車輪12の回転を止めるために、液圧式のブレーキシステム18が設けられている。ステアリングシステム14の構成については、後に詳しく説明し、ここでは、車両駆動システム16とブレーキシステム18について、簡単に説明する。
実施例のステアリングシステム14は、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムであり、ステアリング操作部材であるステアリングホイール60と、ステアリングホイール60に操作反力を付与する反力付与装置62と、車輪12を転舵する転舵装置64とを含んで構成されている。
図1を参照しつつ説明すれば、転舵装置64の制御、すなわち、転舵アクチュエータ72が備える転舵モータ68の制御は、2系統に対応して、それぞれが転舵制御装置として機能する2つの転舵電子制御ユニット108A,108B(以下、「転舵ECU108A,108B」という場合がある)によって行われる。具体的には、転舵ECU108Aは、モータ回転角センサ96Aによって検出されたモータ回転角RSに基づいて、転舵モータ68Aの作動の制御を行い、転舵ECU108Bは、モータ回転角センサ96Bによって検出されたモータ回転角RSに基づいて、転舵モータ68Bの作動の制御を行う。同様に、反力付与装置62の制御、すなわち、反力モータ102の制御は、2系統に対応して、それぞれが反力制御装置として機能する2つの反力電子制御ユニット110A,110B(以下、「反力ECU110A,110B」という場合がある)によって行われる。具体的には、反力ECU110Aは、モータ回転角センサ104Aによって検出されたモータ回転角RCに基づいて、反力モータ102Aの作動の制御を行い、反力ECU110Bは、モータ回転角センサ104Bによって検出されたモータ回転角RCに基づいて、反力モータ102Bの作動の制御を行う。また、操作量センサ106によって検出された操作量δについての情報の送信のため、本ステアリングシステム14では、操作量電子制御ユニット112(以下、「操作量ECU112」という場合がある)が設けられている。
通常時、すなわち、本ステアリングシステム14の2系統のいずれにおいても失陥を生じていないときの本ステアリングシステム14の制御は、主に、反力ECU110A,110Bによる反力付与装置62、すなわち、反力モータ102A,102Bの制御である反力制御と、転舵ECU108A,108Bによる転舵装置64、すなわち、転舵モータ68A,68Bの制御である転舵制御とに区別することができる。先に説明したように、本ステアリングシステム14は、2系統のものとされており、それら2系統は、同じ制御が実行されるため、以下の説明は、2系統のうちの1系統の制御の説明に留める。したがって、反力ECU110A,110B、反力モータ102A,102B、転舵ECU108A,108B、転舵モータ68A,68B等については、符号の添え字である“A”,“B”を削除して、反力ECU110、反力モータ102、転舵ECU108B、転舵モータ68等と表すこととする。つまり、2系統を1系統であるかのようにして扱うこととする。なお、2系統に対応して、通常時は、反力ECU110Aと転舵ECU108Aとは、専用通信線124Aを介して通信し、反力ECU110Bと転舵ECU108Bとは、専用通信線124Bを介して通信するようにされており、第1通信バス120a~第3通信バス120cを介する反力ECU110,転舵ECU108相互間の通信は行わないようにされている。
通常時において、反力ECU110、詳しくは、反力ECU110のコンピュータ114Cが実行する反力制御は、基本的には、操作量δに応じた大きさの操作反力FCを、ステアリングホール60に付与するように実行される。これが基本反力制御であり、言い換えれば、中立位置に戻す方向の力が、操作量δが大きい程大きくなるように、反力モータ102への供給電流ICが制御される。反力モータ102に設けられているモータ回転角センサ104によって検出されるモータ回転角RCを累積することで、操作量δは算出できるため、反力ECU110は、モータ回転角RCに基づく算出によって、現時点での操作量δを把握しており、その把握した操作量δに基づいて、次式に従って、付与すべき操作反力FCを決定する。
FC=αc×δ αc:基本反力ゲイン
ちなみに、当該車両10が稼働を開始した時点において、反力ECU110が把握している操作量δは、操作量センサ106によって検出されている操作量δに基づいて、キャリブレーションがなされる。
FC=αc×δ+βC×v+γC×Δθ
βC:車速依拠反力ゲイン,γC:転舵負荷依拠反力ゲイン
そして、上記式に従って決定された操作反力FCを付与するための電流ICが、インバータ116Cから反力モータ102に供給される。
通常時において、転舵ECU108、詳しくは、転舵ECU108のコンピュータ114Sが実行する転舵制御は、基本的には、車輪の転舵量θが、ステアリングホイール60の操作量δに応じた量となるように、転舵アクチュエータ72、すなわち、転舵モータ68が制御される。これが基本転舵制御である。転舵モータ68に設けられているモータ回転角センサ96によって検出されるモータ回転角RSを累積することで、転舵量θは算出できるため、転舵ECU108は、モータ回転角RSに基づく算出によって、現時点での転舵量θを把握している。一方、転舵ECU108は、操作情報として反力ECU110から送信されてくるステアリングホイール60の操作量δに基づいて、次式に従って、転舵量θの目標となる目標転舵量θ*を決定する。
θ*=αS×δ αS:基本転舵ゲイン
そして、転舵ECU108は、実際の転舵量θの目標転舵量に対する偏差である転舵量偏差Δθを求め、その転舵量偏差Δθに基づく転舵モータ68のフィードバック制御が行われる。具体的に言えば、例えば、次式に基づいて、転舵モータ68への供給電流ISが決定され、その電流がインバータ116Sから転舵モータ68に供給される。
IS=βSP×Δθ+βSD×dΔθ
βSP:比例ゲイン,βSD:微分ゲイン,dΔθ:転舵量偏差の微分値
なお、操作量δと同様に、当該車両10が稼働を開始した時点において、転舵ECU108が把握している転舵量θは、転舵量センサ98によって検出されている転舵量θに基づいて、キャリブレーションがなされる。
θ*=γS(v)×αS×δ γS(v):車両走行速度vをパラメータとする係数
本ステアリングシステム14は、運転者がステアリングホイール60に加えた操作力によらず、転舵アクチュエータ72の電気的な制御によって車輪12を転舵するシステム、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムである。そして、本ステアリングシステム14では、当該ステアリングシステム14に電気的な失陥が生じた際にも、運転者の操作力によって車輪12を転舵する手段を備えていない。したがって、フェールセーフの観点から、電気的な失陥、具体的には、ステアリングシステム14が備える反力ECU110,転舵ECU108の失陥への対処が特に問題となる。以下に、反力ECU110,転舵ECU108の失陥に対処するために本ステアリングシステム14に備えられている手段について説明する。
本ステアリングシステム14において、反力ECU110,転舵ECU108のいずれかにおいて電気的な失陥が生じた際に、最低でも、ステアリングホイール60の操作量δに応じて車両10の向きをある程度変更できる機能が担保される必要がある。先に説明したように、本ステアリングシステム14では、2系統の反力付与装置62に対応して、操作量δを操作情報として取得する系統(以下、「操作情報取得系統」という場合がある)として、それぞれが1つずつの反力ECU110,モータ回転角センサ104を含む2つの系統を有している。また、車両10の向きを変更する系統(以下、「転舵系統」という場合がある)として、車輪12を転舵することによって車両10の向きを変えるための それぞれが1つずつの転舵ECU108,転舵モータ68を含む2つの系統を有している。そして、反力ECU110の1つと転舵ECU108の1つが、また、反力ECU110のもう1つと転舵ECU108のもう1つが、専用通信線124で接続されている。したがって、2つの反力ECU110,2つの転舵ECU108のうちのいずれか1つが失陥したとしても、すなわち、1次的失陥が生じたとしても、少なくとも1つの操作情報取得系統と1つの転舵系統の作動、すなわち、当該ステアリングシステム14の2系統のうちの1系統の作動が担保される。
転舵ECU108,反力ECU110,操作量ECU112,ハイブリッドECU40,ブレーキECU52(以下、単に「ECU」と総称する場合がある)の各々は、通信バス120を介して情報(以下、「コンテンツ情報」という場合がある)を送信する場合、その情報に、自身を識別させるための情報(例えば、アドレス,ID等であり、以下、「識別情報」という場合がある)を付して、通信バス120に流す。ECUの各々は、通信バスを流れてくる情報から、識別情報を基に、必要となるコンテンツ情報を受け入れる。ところが、ECUが失陥した場合、詳しく言えば、ECUが内蔵するコンピュータ114S,114C,114δ等が失陥した場合、その失陥したECUは、識別情報を付すことなく、意味不明な情報を、大量に、通信バス120に垂れ流すこともあり得る。つまり、無秩序送信現象を伴った失陥が生じることもあり得るのである。
以下に、1つもしくは2つのECUに電気的失陥が生じた場合において、失陥していないECU間の通信がどのように確保され、当該ステアリングシステム14がどのように作動するかについて、具体的に説明する。なお、以下の説明において、3つの操作情報取得系統,3つの転舵系統のいずれにも属しないハイブリッドECU40については省略することとする。
上記実施例のステアリングシステム14では、無秩序送信現象を伴う失陥に鑑み、反力ECU110A,110B,転舵ECU108A,108Bと、第1~第3通信バス120a~120cとの接続において、反力ECU110A,110B,転舵ECU108A,108Bの各々における3つのポートのうちの1つを介した通信が、上述のような一方向通信とされていた。一方向通信とするポートの数や、どのポートを一方向通信とするかについては、設計において任意に決定することが可能である。
Claims (15)
- 運転者によって操作される操作部材と、
2系統に対応して2つの反力制御装置を有し、各系統において、前記操作部材の操作程度に関する情報である操作情報を取得するとともに、その操作情報に基づいて前記操作部材に操作反力を付与する2系統の反力付与装置と、
2系統に対応して2つの転舵制御装置を有し、各系統において、前記操作情報に基づいて車輪を転舵する2系統の転舵装置と、
前記反力付与装置とは別に、前記操作情報を取得する操作情報取得装置と
前記転舵装置とは別に、車両の向きを変更可能な補助転舵装置と、
1つが、前記2つの反力制御装置の一方と前記2つの転舵制御装置の一方とを互いに送受信可能に接続し、他の1つが、前記2つの反力制御装置の他方と前記2つの転舵制御装置の他方とを互いに送受信可能に接続する2本の専用通信線と、
前記操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、前記2つの転舵制御装置および前記補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される第1通信バスと
を備えたステアバイワイヤ式のステアリングシステム。 - 前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものが、前記第1通信バスに、送信不能に接続された請求項1に記載のステアリングシステム。
- 当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備えた請求項1または請求項2に記載のステアリングシステム。 - 前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものが、前記第2通信バスに、送信不能に接続された請求項3に記載のステアリングシステム。
- 当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備えた請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものと、前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものとの少なくとも一方が、前記第3通信バスに、送信不能に接続された請求項5に記載のステアリングシステム。
- 当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスと、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスと
を備え、
前記2つの転舵制御装置のうちの1つが、前記第1通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第1通信バスに送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に続され、かつ、
前記2つの反力制御装置のうちの1つが、前記第2通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第2通信バスに、送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に接続された請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記補助転舵装置が、
前記当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられて、左右の車輪に独立して制動力を付与可能なブレーキシステムである請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記2系統の転舵装置が、各系統において、車輪の転舵程度に関する情報である転舵情報を取得するように構成され、かつ、
前記2系統の反力付与装置が、各系統において、前記転舵情報に基づいて、前記操作反力を制御するように構成された請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記2系統の反力付与装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、前記操作反力が制御されるように構成され、および/または、
前記2系統の転舵装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、車輪の転舵程度が制御されるように構成された請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記第1通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10に記載のステアリングシステム。
- 当該ステアリングシステムが、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備え、その第2通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10または請求項11に記載のステアリングシステム。 - 当該ステアリングシステムが、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備え、その第3通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10ないし請求項12のいずれか1つに記載のステアリングシステム。 - 前記車速情報が、当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられたブレーキ装置からの情報を含む請求項10ないし請求項13のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
- 前記車速情報が、
当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられた車両駆動システムからの情報を含む請求項10ないし請求項14のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
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