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JP7593243B2 - Steering gear - Google Patents
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Description

本発明は、油圧機構により転舵力の一部が付与される転舵機構を備えた操舵装置に関する。 The present invention relates to a steering device equipped with a steering mechanism in which part of the steering force is applied by a hydraulic mechanism.

従来、転舵機構に対して補助力を付与するために、電動パワーステアリング装置と、油圧パワーステアリング装置とが設けられたパワーステアリング装置が存在している。 Conventionally, there exists a power steering system that is provided with an electric power steering device and a hydraulic power steering device to provide an auxiliary force to the steering mechanism.

例えば特許文献1に記載される電動パワーステアリング装置、および油圧パワーステアリング装置が設けられたパワーステアリング装置は、車速に応じて電動パワーステアリング装置が担う補助トルクと油圧パワーステアリング装置が担う補助トルクとを分配している。また、転舵角に応じたハンドル戻しアシスト量をマップから演算し、アシスト制御量に応じた制御電流になるように電動パワーステアリングを制御してハンドル戻し制御を行っている。 For example, the electric power steering device described in Patent Document 1 and the power steering device equipped with a hydraulic power steering device distribute the assist torque provided by the electric power steering device and the assist torque provided by the hydraulic power steering device according to the vehicle speed. In addition, the steering wheel return assist amount according to the steering angle is calculated from a map, and the electric power steering is controlled so that the control current corresponds to the assist control amount, thereby performing steering wheel return control.

特開2006-213094号公報JP 2006-213094 A

ところが、油圧パワーステアリングの異常発生を検出することは甚だ困難である。例えば、運転者がステアリングホイールを操作する際のトルクを測定するトーションバーのねじれ量から油圧パワーステアリングの異常発生を検出することが試みられているが、異常発生を検出するためにはトーションバーのばね定数を大きくしなければならないという制約があり、実機に採用しうるトーションバーを選定することは困難である。 However, it is extremely difficult to detect abnormalities in hydraulic power steering. For example, attempts have been made to detect abnormalities in hydraulic power steering from the amount of twist in a torsion bar, which measures the torque when the driver operates the steering wheel, but there is a restriction that the spring constant of the torsion bar must be large in order to detect abnormalities, making it difficult to select a torsion bar that can be used in actual equipment.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、油圧機構の異常発生を容易に検出することができる操舵装置の提供を目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above problems, and aims to provide a steering device that can easily detect the occurrence of an abnormality in the hydraulic mechanism.

上記目的を達成するために、本発明の1つである操舵装置は、転舵輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構と操舵軸体を介して接続され、前記転舵機構に第一トルクを付与する駆動装置と、前記転舵機構にアシスト力を付与する油圧機構と、前記駆動装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記転舵機構に付与される前記第一トルクを含むトルクに関するトルク情報、および前記操舵軸体の実角加速度に関する角加速度情報を取得する情報取得部と、取得したトルク情報に基づき前記操舵軸体の実角加速度に対応する推定角加速度を導出する角加速度推定部と、前記操舵軸体の実角加速度、および前記推定角加速度に基づいて前記油圧機構の異常を検出する異常検出部と、を備える。 In order to achieve the above object, a steering device according to the present invention includes a steering mechanism for steering a steered wheel, a drive device connected to the steering mechanism via a steering shaft and for applying a first torque to the steering mechanism, a hydraulic mechanism for applying an assist force to the steering mechanism, and a control device for controlling the drive device. The control device includes an information acquisition unit for acquiring torque information related to the torque including the first torque applied to the steering mechanism and angular acceleration information related to the actual angular acceleration of the steering shaft, an angular acceleration estimation unit for deriving an estimated angular acceleration corresponding to the actual angular acceleration of the steering shaft based on the acquired torque information, and an abnormality detection unit for detecting an abnormality in the hydraulic mechanism based on the actual angular acceleration of the steering shaft and the estimated angular acceleration.

本発明によれば、油圧機構の異常発生を容易に検出することができる。 The present invention makes it easy to detect abnormalities in hydraulic mechanisms.

操舵装置を備えるステアリングシステムを模式的に表す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a steering system including a steering device. 操舵装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the steering device. 実際の伝達関数F1(s)を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an actual transfer function F1(s). 操舵装置を備えるステアリングシステムの別例を模式的に表す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic diagram of another example of a steering system including a steering device.

以下、本発明に係る操舵装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するために一例を挙示するものであり、本発明を限定する主旨ではない。例えば、以下の実施の形態において示される形状、構造、材料、構成要素、相対的位置関係、接続状態、数値、数式、方法における各段階の内容、各段階の順序などは、一例であり、以下に記載されていない内容を含む場合がある。また、平行、直交などの幾何学的な表現を用いる場合があるが、これらの表現は、数学的な厳密さを示すものではなく、実質的に許容される誤差、ずれなどが含まれる。また、同時、同一などの表現も、実質的に許容される範囲を含んでいる。 Below, an embodiment of the steering device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following embodiment is presented as an example to explain the present invention, and is not intended to limit the present invention. For example, the shapes, structures, materials, components, relative positional relationships, connection states, numerical values, mathematical expressions, the contents of each step in the method, and the order of each step shown in the following embodiment are merely examples, and may include contents not described below. In addition, while geometric expressions such as parallel and orthogonal may be used, these expressions do not indicate mathematical strictness, and include substantially acceptable errors, deviations, and the like. In addition, expressions such as simultaneous and identical also include substantially acceptable ranges.

また、図面は、本発明を説明するために適宜強調、省略、または比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状、位置関係、および比率とは異なる。 The drawings are schematic diagrams in which emphasis, omissions, or proportions have been appropriately adjusted in order to explain the present invention, and may differ from the actual shapes, positional relationships, and proportions.

また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として包括的に説明する場合がある。また、以下に記載する内容の一部は、本発明に関する任意の構成要素として説明している。 In addition, multiple inventions may be collectively described below as a single embodiment. Some of the content described below is also described as an optional component of the present invention.

図1は、操舵装置を備えるステアリングシステムを模式的に表す図である。ステアリングシステム200は、目標舵角に応じて転舵輪220を転舵し、ステアリングシステム200が搭載される車両の走行方向を操作するシステムである。ステアリングシステム200は、操舵装置100と、操作入力手段210と、自動制御装置250と、を備えている。 Figure 1 is a schematic diagram of a steering system equipped with a steering device. The steering system 200 is a system that steers steered wheels 220 according to a target steering angle and controls the traveling direction of a vehicle in which the steering system 200 is installed. The steering system 200 includes a steering device 100, an operation input means 210, and an automatic control device 250.

操作入力手段210は、ステアリングホイール等の操作部材211を運転者が操作し、運転者が意図する目標舵角を出力する装置である。本実施の形態の場合、図1に示すように、操作入力手段210は、操作部材211と、操作軸体212と、目標舵角検出手段213と、を備えている。なお、操作入力手段210は、さらに、トルク検出装置、反力装置などを備えても構わない。 The operation input means 210 is a device that outputs a target steering angle intended by the driver when the driver operates an operating member 211 such as a steering wheel. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the operation input means 210 includes an operating member 211, an operating shaft 212, and a target steering angle detection means 213. The operation input means 210 may further include a torque detection device, a reaction force device, etc.

操作軸体212は、操作部材211に機械的に連結され、操作部材211の操作に応じて回転する棒状の部材である。本実施の形態の場合、操作軸体212は、反力手段に接続され、操作部材211を操作する運転者に対し運転状態に応じた操舵感覚などを付与する反力が加えられる。 The operating shaft 212 is a rod-shaped member that is mechanically connected to the operating member 211 and rotates in response to the operation of the operating member 211. In this embodiment, the operating shaft 212 is connected to a reaction means, and a reaction force is applied to the driver operating the operating member 211 to give the driver a steering sensation according to the driving state.

操作軸体212と転舵機構150との接続態様は、特に限定されるものではない。例えば、操作軸体212は、操舵軸体119を介してピニオンシャフト151に機械的に連結されてもよく、また自動運転中においては、クラッチなどを用いて操作軸体212とピニオンシャフト151との機械的連結を切り離しても構わない。本実施の形態の場合、操作軸体212と転舵機構150とは機械的に連結されておらず、ステアリングシステム200は、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムとなっている。 The manner of connection between the operating shaft 212 and the steering mechanism 150 is not particularly limited. For example, the operating shaft 212 may be mechanically connected to the pinion shaft 151 via the steering shaft 119, and during automatic driving, the mechanical connection between the operating shaft 212 and the pinion shaft 151 may be disconnected using a clutch or the like. In the case of this embodiment, the operating shaft 212 and the steering mechanism 150 are not mechanically connected, and the steering system 200 is a so-called steer-by-wire system.

目標舵角検出手段213は、操作部材211の回転角を検出し目標舵角として出力する装置である。本実施の形態の場合、目標舵角検出手段213は、操作軸体212の回転を操作部材211の回転として検出している。目標舵角検出手段213の種類は、特に限定されるものではないが、例えばレゾルバ、ロータリーエンコーダなどを例示できる。 The target rudder angle detection means 213 is a device that detects the rotation angle of the operating member 211 and outputs it as a target rudder angle. In the present embodiment, the target rudder angle detection means 213 detects the rotation of the operating shaft body 212 as the rotation of the operating member 211. The type of the target rudder angle detection means 213 is not particularly limited, but examples include a resolver and a rotary encoder.

自動制御装置250は、ステアリングシステム200が搭載されている車両を自動運転するためのECU(Electronic Control Unit)の1つである。本実施の形態の場合、自動制御装置250は、車両外部の障害物、道路上の白線、信号などに関する情報を、例えばカメラ251、レーザーライダー252などのセンサから取得し、取得した情報に基づき自動運転に対応した目標舵角を逐次生成して操舵装置100の制御装置130に出力する。 The automatic control device 250 is one of the ECUs (Electronic Control Units) for automatically driving the vehicle equipped with the steering system 200. In this embodiment, the automatic control device 250 acquires information on obstacles outside the vehicle, white lines on the road, traffic lights, etc. from sensors such as a camera 251 and a laser rider 252, and sequentially generates a target steering angle corresponding to the automatic driving based on the acquired information and outputs it to the control device 130 of the steering device 100.

操舵装置100は、目標舵角に基づいて転舵輪220を転舵し、車両を走向する装置であり、転舵機構150と、駆動装置110と、油圧機構140と、制御装置130と、を備えている。 The steering device 100 is a device that steers the steered wheels 220 based on a target steering angle to direct the vehicle, and includes a steering mechanism 150, a drive unit 110, a hydraulic mechanism 140, and a control device 130.

転舵機構150は、転舵輪220を転舵させるための機構である。転舵機構150は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ラック・アンド・ピニオンが採用されている。具体的に転舵機構150は、ピニオンシャフト151と、ラックシャフト152と、タイロッド153と、を備えている。 The steering mechanism 150 is a mechanism for steering the steered wheels 220. Although there is no particular limitation to the steering mechanism 150, in this embodiment, a rack and pinion is used. Specifically, the steering mechanism 150 includes a pinion shaft 151, a rack shaft 152, and a tie rod 153.

ピニオンシャフト151は、ラックシャフト152に設けられたラックと噛合うピニオンを備えた棒状の部材である。ピニオンシャフト151は、操舵装置100に連結されており、駆動装置110からトルクが付与されて回転し、ラックシャフト152の軸方向にラックシャフト152を移動させる。 The pinion shaft 151 is a rod-shaped member equipped with a pinion that meshes with a rack provided on the rack shaft 152. The pinion shaft 151 is connected to the steering device 100, and rotates when torque is applied from the drive device 110, moving the rack shaft 152 in the axial direction of the rack shaft 152.

ラックシャフト152は、外周面の一部にピニオンシャフト151と噛み合うラックが設けられ、ピニオンシャフト151の回転を、ラックシャフト152の軸方向の移動量に変換し、タイロッド153を介して転舵輪220を旋回させる部材である。ラックシャフト152には、油圧機構140が接続されており、油圧によって転舵輪220を転舵するためのアシスト力が付与される。ラックシャフト152は、車体に取り付けられたラックハウジング内に収容され、ラックハウジングによりラックシャフト152の移動が案内されている。 The rack shaft 152 is a member that has a rack on part of its outer periphery that meshes with the pinion shaft 151, converts the rotation of the pinion shaft 151 into the axial movement of the rack shaft 152, and turns the steered wheels 220 via the tie rod 153. A hydraulic mechanism 140 is connected to the rack shaft 152, and an assist force is applied to steer the steered wheels 220 by hydraulic pressure. The rack shaft 152 is housed in a rack housing attached to the vehicle body, and the movement of the rack shaft 152 is guided by the rack housing.

駆動装置110は、転舵機構150に操舵軸体119を介して接続され、転舵機構150に第一トルクを付与する装置である。駆動装置110の構成は、特に限定されるものではないが、本実施形態の場合、駆動装置110は、電動モータ111と、減速機112と、を備え、電動モータ111の出力軸体(不図示)は、減速機112を介して操舵軸体119に連結されている。駆動装置110が転舵機構150に付与するトルクである第一トルクは、正常な状態の油圧機構140が転舵機構150に付与するアシスト力よりもかなり小さい。例えば、転舵輪220を転舵させる力のほとんどは油圧転舵力であり、第一トルクは、転舵輪220の舵角、および転舵方向を制御するための制御力として転舵機構150に伝達される程度である。 The drive device 110 is connected to the steering mechanism 150 via a steering shaft 119 and applies a first torque to the steering mechanism 150. The configuration of the drive device 110 is not particularly limited, but in this embodiment, the drive device 110 includes an electric motor 111 and a reduction gear 112, and the output shaft (not shown) of the electric motor 111 is connected to the steering shaft 119 via the reduction gear 112. The first torque, which is the torque applied by the drive device 110 to the steering mechanism 150, is significantly smaller than the assist force applied by the hydraulic mechanism 140 to the steering mechanism 150 in a normal state. For example, most of the force that steers the steered wheels 220 is a hydraulic steering force, and the first torque is transmitted to the steering mechanism 150 as a control force for controlling the steering angle and steering direction of the steered wheels 220.

本実施の形態の場合、駆動装置110は、回転角検出手段113を備えている。本実施の形態の場合、回転角検出手段113は、電動モータ111の出力軸の回転角を検出し、検出回転角として出力する装置である。回転角検出手段113の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、回転角検出手段113は、電動モータ111の出力軸と共に回転する主歯車と、主歯車に噛み合う径の異なる二つの従動歯車とを備え、従動歯車にそれぞれ備えられた永久磁石の回転をホール素子などで検出することにより出力軸の回転角度ばかりでなく回転方向も検出できるものとなっている。 In this embodiment, the drive device 110 is equipped with a rotation angle detection means 113. In this embodiment, the rotation angle detection means 113 is a device that detects the rotation angle of the output shaft of the electric motor 111 and outputs it as a detected rotation angle. The type of rotation angle detection means 113 is not particularly limited, but in this embodiment, the rotation angle detection means 113 is equipped with a main gear that rotates together with the output shaft of the electric motor 111 and two driven gears of different diameters that mesh with the main gear, and is capable of detecting not only the rotation angle of the output shaft but also the rotation direction by detecting the rotation of the permanent magnets provided on each of the driven gears using a hall element or the like.

油圧機構140は、ピニオンシャフト151の回転角などに応じて油圧を調整し、ラックシャフト152にラックシャフト152の軸方向の力をアシスト力として付与する。油圧機構140は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、パワーシリンダ141と、ロータリーバルブ142と、オイルポンプ143と、リザーバタンク144とを備えている。 The hydraulic mechanism 140 adjusts the hydraulic pressure according to the rotation angle of the pinion shaft 151, etc., and applies the axial force of the rack shaft 152 to the rack shaft 152 as an assist force. Although not limited to any particular type, in this embodiment, the hydraulic mechanism 140 includes a power cylinder 141, a rotary valve 142, an oil pump 143, and a reservoir tank 144.

パワーシリンダ141は、ピストン145によって二つの空間に隔てられたシリンダ146を備え、二つの空間のそれぞれに充填された油の油圧が調整されることによりピストン145がラックシャフト152の軸方向に移動する。ピストン145は、ラックシャフト152に連結されており、ピストン145からラックシャフト152に移動方向の力が付与される。 The power cylinder 141 has a cylinder 146 separated into two spaces by a piston 145, and the piston 145 moves in the axial direction of the rack shaft 152 by adjusting the hydraulic pressure of the oil filled in each of the two spaces. The piston 145 is connected to the rack shaft 152, and a force in the moving direction is applied from the piston 145 to the rack shaft 152.

ロータリーバルブ142は、ピストン145によって隔てられた二つの空間にそれぞれ供給される油圧を調整する装置である。ロータリーバルブ142の構造は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ピニオンシャフト151と操舵装置100との間の操舵軸体119に介在配置されるトーションバー(不図示)を備えている。ロータリーバルブ142は、トーションバーの捩れによって生じる内側バルブと外側バルブとの相対移動に応じ、オイルポンプ143から圧送される油を、ピストン145によって隔てられた二つの空間の一方に供給する量を調整すると共に、他方の空間の余剰油をリザーバタンク144に還流する量を調整することにより、ピストン145の動作を制御している。 The rotary valve 142 is a device that adjusts the oil pressure supplied to each of the two spaces separated by the piston 145. The structure of the rotary valve 142 is not particularly limited, but in this embodiment, it is equipped with a torsion bar (not shown) that is interposed in the steering shaft 119 between the pinion shaft 151 and the steering device 100. The rotary valve 142 controls the operation of the piston 145 by adjusting the amount of oil pumped from the oil pump 143 to be supplied to one of the two spaces separated by the piston 145 in response to the relative movement between the inner valve and the outer valve caused by the twisting of the torsion bar, and by adjusting the amount of excess oil in the other space that is returned to the reservoir tank 144.

図2は、制御装置の機能構成を示すブロック図である。制御装置130は、目標舵角に応じた出力軸の回転角となるように駆動装置110を制御する装置であり、ECUの1つである。また、制御装置130は、油圧機構140の状態を常時監視し、異常の発生を検出する。制御装置130は、プログラムを実行することにより実現する処理部として、情報取得部131と、角加速度推定部132と、異常検出部133と、駆動制御部134と、を備えている。 Figure 2 is a block diagram showing the functional configuration of the control device. The control device 130 is a device that controls the drive device 110 so that the rotation angle of the output shaft corresponds to the target steering angle, and is one of the ECUs. The control device 130 also constantly monitors the state of the hydraulic mechanism 140 and detects the occurrence of abnormalities. The control device 130 includes an information acquisition unit 131, an angular acceleration estimation unit 132, an abnormality detection unit 133, and a drive control unit 134 as processing units that are realized by executing a program.

情報取得部131は、転舵機構150に付与されるトルクに関するトルク情報、および操舵軸体119の実角加速度に関する角加速度情報を取得する処理部である。トルク情報の取得先は、特に限定されるものではなく、例えば専用のトルク検出装置を操舵軸体119に取り付けてもよい。本実施の形態の場合、情報取得部131は、油圧機構140のロータリーバルブ142に取り付けられているトーションバーのねじれ量に基づきトルク情報を取得している。これにより、専用のトルク検出装置を設ける必要がなく、操舵装置100の部品点数を抑制し、組み立て効率の向上を図ることができる。 The information acquisition unit 131 is a processing unit that acquires torque information related to the torque applied to the steering mechanism 150 and angular acceleration information related to the actual angular acceleration of the steering shaft 119. The source from which the torque information is acquired is not particularly limited, and for example, a dedicated torque detection device may be attached to the steering shaft 119. In the case of this embodiment, the information acquisition unit 131 acquires the torque information based on the amount of twist of the torsion bar attached to the rotary valve 142 of the hydraulic mechanism 140. This eliminates the need to provide a dedicated torque detection device, reduces the number of parts in the steering device 100, and improves assembly efficiency.

加速度情報の取得先は、特に限定されるものではなく、例えば操舵軸体119に取り付けられた専用の角加速度検出装置から操舵軸体119の実角加速度を取得してもよい。本実施の形態の場合、情報取得部131は、駆動装置110が備える回転角検出手段113から電動モータ111の出力軸の検出回転角を角度情報として逐次取得する。情報取得部131は、取得した回転角度を用いて演算(例えば2度の時間微分)を行うことにより実角加速度を出力している。なお、本実施の形態の場合、電動モータ111の出力軸は、減速機112を介して操舵軸体119と連結されているため、情報取得部131は、減速機112の減速比を考慮して操舵軸体119の実角加速度を出力している。 The source of the acceleration information is not particularly limited, and the actual angular acceleration of the steering shaft 119 may be obtained from a dedicated angular acceleration detection device attached to the steering shaft 119, for example. In this embodiment, the information acquisition unit 131 sequentially acquires the detected rotation angle of the output shaft of the electric motor 111 as angle information from the rotation angle detection means 113 provided in the drive unit 110. The information acquisition unit 131 outputs the actual angular acceleration by performing a calculation (for example, 2-degree time differentiation) using the acquired rotation angle. In this embodiment, since the output shaft of the electric motor 111 is connected to the steering shaft 119 via the reducer 112, the information acquisition unit 131 outputs the actual angular acceleration of the steering shaft 119 taking into account the reduction ratio of the reducer 112.

角加速度推定部132は、情報取得部131が取得したトルク情報に基づき操舵軸体119の角加速度に関する推定角加速度を導出する処理部である。角加速度推定部132が推定角加速度を導出する方法は、限定されるものではない。例えば、角加速度推定部132は、人工知能を用いて推定角加速度を導出してもかまわない。本実施の形態の場合、角加速度推定部132は、伝達関数を用いて推定角加速度を導出している。図3は、転舵輪が接続された操舵装置の実際の伝達関数F1(s)を示す図である。角加速度推定部132は、図3に示す実際の伝達関数を模した推定の伝達関数F2(s)を用いて推定角加速度を導出する。 The angular acceleration estimation unit 132 is a processing unit that derives an estimated angular acceleration related to the angular acceleration of the steering shaft 119 based on the torque information acquired by the information acquisition unit 131. The method by which the angular acceleration estimation unit 132 derives the estimated angular acceleration is not limited. For example, the angular acceleration estimation unit 132 may derive the estimated angular acceleration using artificial intelligence. In the case of this embodiment, the angular acceleration estimation unit 132 derives the estimated angular acceleration using a transfer function. Figure 3 is a diagram showing the actual transfer function F1(s) of a steering device to which steered wheels are connected. The angular acceleration estimation unit 132 derives the estimated angular acceleration using an estimated transfer function F2(s) that imitates the actual transfer function shown in Figure 3.

異常検出部133は、情報取得部131が出力した実角加速度、および角加速度推定部132が導出した推定角加速度に基づいて油圧機構140の異常を検出する処理部である。本実施の形態の場合、異常検出部133は、実角加速度と推定角加速度の差分が所定の閾値以上の場合、異常が発生したと検出する。 The abnormality detection unit 133 is a processing unit that detects an abnormality in the hydraulic mechanism 140 based on the actual angular acceleration output by the information acquisition unit 131 and the estimated angular acceleration derived by the angular acceleration estimation unit 132. In the present embodiment, the abnormality detection unit 133 detects that an abnormality has occurred when the difference between the actual angular acceleration and the estimated angular acceleration is equal to or greater than a predetermined threshold value.

駆動制御部134は、油圧機構140が正常な状態である通常モードにおいて、取得した目標舵角に基づき実際の転舵輪220の舵角が目標舵角に一致するようにPID制御などにより駆動装置110を制御する。本実施の形態の場合、駆動装置110は、異常検出部133が異常を検出した場合、異常検出する前より強いトルクが発生するように駆動装置110を制御する強化モードに切り替わる。強化モードとは、例えば、異常が発生していない状態の油圧機構140が転舵機構150のラックシャフト152に付与するアシスト力と同等、または匹敵するほどのトルクを駆動装置110に発生させるモードである。これにより、油圧機構140に以上が発生し、ラックシャフト152にアシスト力を付与できない状況においても駆動制御部134により転舵輪220の転舵し、車両を走向することが可能となる。 In the normal mode in which the hydraulic mechanism 140 is in a normal state, the drive control unit 134 controls the drive unit 110 by PID control or the like so that the actual steering angle of the steered wheels 220 matches the target steering angle based on the acquired target steering angle. In the case of this embodiment, when the abnormality detection unit 133 detects an abnormality, the drive unit 110 switches to an enhanced mode in which the drive unit 110 is controlled to generate a stronger torque than before the abnormality was detected. The enhanced mode is, for example, a mode in which the drive unit 110 generates a torque equal to or comparable to the assist force that the hydraulic mechanism 140 applies to the rack shaft 152 of the steering mechanism 150 when no abnormality is occurring. As a result, even in a situation in which an abnormality occurs in the hydraulic mechanism 140 and an assist force cannot be applied to the rack shaft 152, the drive control unit 134 can steer the steered wheels 220 and the vehicle can run.

なお、強化モードにおいては駆動装置110の電動モータ111を定格以上で動作させる場合があるため、駆動制御部134は、異常検出部133の異常検出から所定の期間経過後に、強化モードを終了し、駆動装置110の定格以上の動作を短時間で終了させる。所定の期間とは、例えば油圧機構140に異常が発生してから車両を路肩に安全に停止させることができる時間、カーブ走行中に油圧機構140に異常が発生した場合にカーブ走行を維持しながら車両を安全に停止させることができる時間等である。 In the enhanced mode, the electric motor 111 of the drive unit 110 may be operated above the rated speed, so the drive control unit 134 ends the enhanced mode after a predetermined period of time has elapsed since the abnormality detection unit 133 detected an abnormality, and causes the drive unit 110 to stop operating above the rated speed in a short period of time. The predetermined period of time is, for example, the time required for the vehicle to be safely stopped on the shoulder of the road after an abnormality occurs in the hydraulic mechanism 140, or the time required for the vehicle to be safely stopped while continuing to travel along a curve if an abnormality occurs in the hydraulic mechanism 140 while traveling along a curve.

以上のステアリングシステム200に備えられた操舵装置100によれば、油圧機構140の異常検出のための専用のセンサなどを設けることなく、容易に油圧機構140の異常を検出することができる。 The steering device 100 provided in the above steering system 200 makes it possible to easily detect abnormalities in the hydraulic mechanism 140 without providing a dedicated sensor for detecting abnormalities in the hydraulic mechanism 140.

また、操舵軸体119の実角加速度と推定角加速度を比較することにより、他のパラメータ、例えば角速度などで比較する場合に比べて正確に油圧機構140の異常を検出することができる。 In addition, by comparing the actual angular acceleration of the steering shaft 119 with the estimated angular acceleration, abnormalities in the hydraulic mechanism 140 can be detected more accurately than when comparing with other parameters, such as angular velocity.

また、ステア・バイ・ワイヤ構造や、自動運転中においても油圧機構140の異常を検出することができる。 In addition, abnormalities in the hydraulic mechanism 140 can be detected even in a steer-by-wire structure or during autonomous driving.

また、油圧機構140の異常を検出した後に、強化モードにて駆動装置110を制御し転舵輪220を転舵させることにより、安全に車両を停車させるなどすることが可能となる。 In addition, after detecting an abnormality in the hydraulic mechanism 140, the drive unit 110 can be controlled in enhanced mode to steer the steered wheels 220, making it possible to safely stop the vehicle.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the components described in this specification may be combined in any way, or some of the components may be removed to create another embodiment of the present invention. The present invention also includes modifications that are made to the above-described embodiment by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, i.e., the meaning of the words in the claims.

例えば、図4に示すように、操舵軸体119と操作軸体212とが機械的に連結されることにより、運転者が操作部材211を操作した際の第二トルクが転舵機構150に付与されるトルクの一部として機械的に伝達されるステアリングシステム200であっても構わない。この場合、角加速度推定部132は、第二トルクに第一トルクを加えたトルクに基づいて推定角加速度を導出する。また、異常検出後の強化モードにおいて駆動制御部134は、異常が発生していない状態の油圧機構140が転舵機構150のラックシャフト152に付与するアシスト力と第二トルクに第一トルクを加えたトルクが同等、または匹敵するように駆動装置110を制御する。 For example, as shown in FIG. 4, the steering system 200 may be such that the steering shaft 119 and the operating shaft 212 are mechanically connected to each other, so that the second torque generated when the driver operates the operating member 211 is mechanically transmitted as part of the torque applied to the steering mechanism 150. In this case, the angular acceleration estimation unit 132 derives the estimated angular acceleration based on the torque obtained by adding the first torque to the second torque. In addition, in the enhanced mode after the abnormality is detected, the drive control unit 134 controls the drive device 110 so that the assist force applied to the rack shaft 152 of the steering mechanism 150 by the hydraulic mechanism 140 when no abnormality is occurring is equal to or comparable to the torque obtained by adding the first torque to the second torque.

また、図4に示すように回転角検出手段113は、操舵軸体119の回転角度を直接検出するものでも構わない。 Also, as shown in FIG. 4, the rotation angle detection means 113 may directly detect the rotation angle of the steering shaft 119.

本発明は、車両、特に、転舵輪の転舵に大きな力が必要な、大型車両、農業用車両、建設用車両などに利用可能である。 The present invention can be used in vehicles, particularly large vehicles, agricultural vehicles, construction vehicles, and other vehicles that require a large force to steer the wheels.

100…操舵装置、110…駆動装置、111…電動モータ、112…減速機、113…回転角検出手段、119…操舵軸体、130…制御装置、131…情報取得部、132…角加速度推定部、133…異常検出部、134…駆動制御部、140…油圧機構、141…パワーシリンダ、142…ロータリーバルブ、143…オイルポンプ、144…リザーバタンク、145…ピストン、146…シリンダ、150…転舵機構、151…ピニオンシャフト、152…ラックシャフト、153…タイロッド、200…ステアリングシステム、210…操作入力手段、211…操作部材、212…操作軸体、213…目標舵角検出手段、220…転舵輪、250…自動制御装置、251…カメラ、252…レーザーライダー 100... steering device, 110... drive device, 111... electric motor, 112... reducer, 113... rotation angle detection means, 119... steering shaft, 130... control device, 131... information acquisition unit, 132... angular acceleration estimation unit, 133... abnormality detection unit, 134... drive control unit, 140... hydraulic mechanism, 141... power cylinder, 142... rotary valve, 143... oil pump, 144... reservoir tank, 145... piston, 146... cylinder, 150... steering mechanism, 151... pinion shaft, 152... rack shaft, 153... tie rod, 200... steering system, 210... operation input means, 211... operation member, 212... operation shaft, 213... target steering angle detection means, 220... steered wheel, 250... automatic control device, 251... camera, 252... laser rider

Claims (4)

転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構と操舵軸体を介して接続され、前記転舵機構に第一トルクを付与する駆動装置と、
前記転舵機構にアシスト力を付与する油圧機構と、
前記駆動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記転舵機構に付与される前記第一トルクを含むトルクに関するトルク情報、および前記操舵軸体の実角加速度に関する角加速度情報を取得する情報取得部と、
取得したトルク情報に基づき前記操舵軸体の実角加速度に対応する推定角加速度を導出する角加速度推定部と、
前記操舵軸体の実角加速度、および前記推定角加速度に基づいて前記油圧機構の異常を検出する異常検出部と、を備える
操舵装置。
A steering mechanism for steering the steered wheels;
a drive device connected to the steering mechanism via a steering shaft body and configured to apply a first torque to the steering mechanism;
a hydraulic mechanism that applies an assist force to the steering mechanism;
A control device that controls the drive device,
The control device includes:
an information acquisition unit that acquires torque information regarding a torque including the first torque applied to the steering mechanism and angular acceleration information regarding an actual angular acceleration of the steering shaft;
an angular acceleration estimator that derives an estimated angular acceleration corresponding to an actual angular acceleration of the steering shaft based on the acquired torque information;
an abnormality detection unit that detects an abnormality in the hydraulic mechanism based on the actual angular acceleration of the steering shaft and the estimated angular acceleration of the steering shaft.
前記情報取得部が取得するトルク情報は、前記第一トルク、および運転者の操作により前記操舵軸体に付与される第二トルクを含む
請求項1に記載の操舵装置。
The steering device according to claim 1 , wherein the torque information acquired by the information acquisition unit includes the first torque and a second torque applied to the steering shaft by an operation of a driver.
前記制御装置は、
前記異常検出部が異常を検出した場合、異常検出する前より強いトルクが発生するように前記駆動装置を制御する強化モードに切り替わる駆動制御部を備える
請求項1または2に記載の操舵装置。
The control device includes:
3. The steering device according to claim 1, further comprising a drive control section that switches to an enhanced mode in which, when the abnormality detection section detects an abnormality, the drive device is controlled so as to generate a stronger torque than before the abnormality was detected.
前記駆動制御部は、
前記異常検出部の異常検出から所定の期間経過後に、強化モードを終了する
請求項3に記載の操舵装置。
The drive control unit is
The steering device according to claim 3 , wherein the enhanced mode is terminated when a predetermined period of time has elapsed since the abnormality detection unit detected an abnormality.
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