JP2011063130A - 制御パラメータ適合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動パワーステアリングシステムの機械的な構成要素が持つ粘性摩擦及びクーロン摩擦等の動的特性の製品間のばらつきを加味して、ハンドルの自励振動等の特定の問題が最も発生しやすい条件を有してなる検証用モデルを備えた。そして当該検証用モデルに、適合された制御パラメータである適合データを与えて電動パワーステアリングシステムの動作をシミュレーションするとともに、当該シミュレーションの結果に基づき前記適合データの妥当性を検証する。これにより、量産時における製品間の動的特性のばらつきを考慮した制御パラメータの設定が可能となる。ひいては、適合データの信頼性が高められる。
【選択図】図13
Description
また、例えば特許文献2に記載されるように、適合作業により設定される制御パラメータの妥当性を実機により評価するのではなく、ソフトウエアによるシミュレーションにより評価することも従来提案されている。すなわち、制御システムの制御系及び機械系の各要素をモデル化し、これらモデルを使用して制御システム全体の動作をシミュレーションする。こうしたシミュレーション技術を利用することにより、実機による実験を行うことなく、事前に操舵特性等の各種の車両特性を確認することが可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の制御パラメータ適合装置において、前記制御システムが有する動的特性は、前記機械的な構成要素の粘性摩擦及びクーロン摩擦を含んでなることをその要旨とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載の制御パラメータ適合装置において、前記制御システムは、電動パワーステアリングシステムであることをその要旨とする。
まず、本例において適合作業の対象となる電動パワーステアリングシステムの概略的な構成について説明する。
前述のように構成された電動パワーステアリングシステムにおいては、当該システムが所望の性能を発揮できるように、その電子制御装置において使用される制御パラメータが最適な値に設定される。図1に示されるように、この適合作業は、制御パラメータの適合プログラムに従って動作する適合装置21を使用して行われる。適合装置21において設定された制御パラメータは、当該装置上においてシミュレーションが行われてその妥当性が確認された後に、通信線22を通じて電子制御装置14へ転送される。この通信線22は、電子制御装置14及び適合装置21に対して着脱自在である。なお、適合装置21に設けられる後述する表示装置の画面上には、適合作業の対象となる各種の制御パラメータ(適合データ)、これらパラメータをグラフ化したマップ(適合マップ)、及びシミュレーションによる制御パラメータの妥当性の検証結果等が表示される。作業者は、これら画面の表示を目視しながら適合作業を行う。
次に、適合装置21の構成について説明する。図2(a)に示すように、適合装置21は、制御装置31、表示装置32、補助記憶装置33、及び入力装置34を備えてなる。
次に、適合装置21の各種の機能について説明する。適合装置21の各機能は補助記憶装置33に格納される各種のプログラムに基づく各種の演算機能により実現される。
ここで、表示装置32の画面表示について説明する。図2(b)に示されるように、表示装置32の画面には、適合作業の対象となる各種の制御パラメータ(適合データ)、これらパラメータをグラフ化したマップ(適合マップ)、及びシミュレーションによる制御パラメータの妥当性の検証結果等が表示される。すなわち、表示装置32の画面は、これらが表示される領域が分割して形成される。同図では、画面の左側には、アシストトルク等の特定の適合項目に対応する制御パラメータが表示される第1の表示画面32aが形成されている。同じく画面の中央には、第1の表示画面32aに表示される制御パラメータに基づきグラフ化されたマップが表示される第2の表示画面32bが形成されている。同じく画面の右側にはシミュレーションによる制御パラメータの検証結果が表示される第3の表示画面32cが形成されている。なお、これら表示画面の数、あるいは画面に表示させる項目等は、入力装置34を通じて適宜変更することができる。
次に、電動パワーステアリングシステム1のモデル51について説明する。本例では、電動パワーステアリングシステム1の構成要素の全てがモデル化されてなる。すなわち、図3に示すように、当該モデル51は、電動パワーステアリングシステム1の機械的な要素の全てがモデル化されてなる機械系モデル52、及び電子制御装置14により実行される操舵補助制御の全ての制御ロジック等がモデル化されてなる制御系モデル53からなる。
次に、前述した電動パワーステアリングシステム1のモデル51の動作について説明する。図4に示されるように、機械系モデル52には、シグナルジェネレータ52bにより生成される操舵トルク信号の代替信号が、操舵トルクτとして与えられる。機械系モデル52は、操舵トルクτに応じてトーションバーに発生するトーションバートルクTa、図示しない回転角センサを通じて検出されるモータ15の回転角(電気角)θ、及び当該回転角θに基づき算出されるモータ15の回転速度ωを算出し、これら算出結果を制御系モデル53へ出力する。また、機械系モデル52は、検出されるラック軸5の変位Xra、及び当該変位Xraを微分することにより得られるラック軸5の変位速度dXraを算出する。また、機械系モデル52では、ラック軸5に作用する機械的な負荷からの荷重Lがフィードバックされる。当該荷重Lは、ラック軸5の変位Xra及び変位速度dXraの値に応じて決まる。本例では、ラック軸5の両端に連結されるタイロッド11と転舵輪12との間が負荷装置52aとして設定されている。
次に、機械系モデル52の生成処理について詳細に説明する。機械系モデル52は、ばね、慣性(質量、イナーシャ)及び摩擦(粘性摩擦、クーロン摩擦)等の各種の機械的な要素からなる系として、これら要素が基本的な運動方程式で構成される。そして各運動方程式に基づき機械系モデル52が生成される。
次に、機械系モデル52の各要素について説明する。機械系モデル52の各要素は次のようにして定義づけられて設定される。
次に、トルク制御部54のモデルについて詳細に説明する。
図7に示すように、トルク制御部54のモデルは、基本アシスト制御部61及び補償制御系62を備えてなる。
次に、電流制御部55のモデルについて詳細に説明する。
図8に示すように、電流制御部55のモデルは、CPUの演算(ソフトウエア)により実現される機能部分と、モータ15等のハードウエアにより実現される機能部分とからなる。
次に、前述のように構成した適合装置21を使用して適合されたパラメータの妥当性を検証する検証処理について説明する。本例では、電動パワーステアリングシステム1に発生し得る問題として、ハンドル2の自励振動の発生の有無を検証する場合について説明する。ハンドル2の自励振動が発生する要因としては、次のようなことが考えられる。すなわち、適合装置21を通じて適合した各パラメータの評価を行う制御システム(実機又はモデル)が、摩擦(粘性摩擦及びクーロン摩擦)等の機械的な要素について、そのすべての値が下限値である等の最悪条件ではない場合には、自励振動等の問題が発生することはない。しかし、例えば摩擦等の機械的な要素について、そのすべての値が下限値である等の最悪条件の製品が生産された場合には、例えば基本アシスト制御部61における基本アシストトルクマップのアシスト勾配が大きすぎることにより、制御システムが不安定となり、自励振動が発生するおそれがある。この場合、自励振動の発生に関係するパラメータは、基本アシスト制御部61の有する基本アシストトルクマップのアシスト勾配である。したがって、自励振動の発生を未然に抑制するためには、機械系の各要素の摩擦(粘性摩擦及びクーロン摩擦)を下限の値としたときに制御システムが不安定になっていないかどうかの検証が必要となる。
伝達関数G(s)の周波数特性を表すボード線図は、図12(a)に示されるゲイン線図と、図12(b)に示される位相線図との組合せで示される。ゲイン線図は、対数周波数軸を横軸として周波数(Hz)毎のゲイン(dB)の対数値を縦軸にプロットしたグラフである。また、位相線図は、周波数と位相との関係を表したグラフである。位相線図は、ゲイン線図と同様に周波数は対数軸で表す。ゲイン線図と併用することにより、周波数についての位相変位の量を評価するために使用される。
図12(a)に示されるように、ゲイン余裕gmは、0dBまでにどれだけの余裕を有しているかを示す。換言すれば、ゲイン余裕gmは、位相が−180°のとき、ゲインが0dBから何dBの余裕を有しているかを示す。位相が反転した周波数でのゲインを示すともいえる。
そしてこれらゲイン余裕gm及び位相余裕φmが大きいほど安定性が保証されるとともに、パラメータの変動に対して不安定になりにくいことが知られている。通常、ゲイン余裕gmは10db以上、位相余裕φmは40°以上が好ましいとされる。
・位相余裕φm≧位相余裕判定閾値φmh ・・・(B)
ゲイン余裕判定閾値gmhはシステムの安定度を判定する一つの基準となる値である。本例では、ゲイン余裕判定閾値gmhは10dBとされている。
<検証処理手順>
次に、適合装置21によるパラメータの検証処理の手順を図13のフローチャートに従って説明する。当該フローチャートは、補助記憶装置33に格納された各種の制御プログラムに従ってCPU41により実行される。
検証ボタンBguiが押下されたことを検出すると、CPU41は補助記憶装置33に格納された検証用モデル71を読み込む(ステップS101)。次に、CPU41は、適合作業を通じて適合された制御パラメータ(適合値)を検証用モデル71に設定して(ステップS102)、シミュレーションを実行する(ステップS103)。すなわち、SinSweep信号Tinをトルク制御部54(モデル)へ印加する。そしてCPU41は、入力信号であるSinSweep信号Tinと、出力信号であるトーションバートルクTaとの伝達関数G(s)を演算し、この伝達関数G(s)に基づきシステムの安定性を評価、すなわちシステムが不安定となる状況の発生の有無(不安定性の有無)を判定する(ステップS104)。
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)電動パワーステアリングシステム1が有する動的特性(粘性摩擦及びクーロン摩擦)の製品間のばらつきを加味してなる検証用モデル71に、適合された制御パラメータである適合データを与えて電動パワーステアリングシステム1の動作をシミュレーションするようにした。そして当該シミュレーションの結果に基づき前記適合データの妥当性を検証するようにした。このため、量産時における製品間の動的特性のばらつきを考慮した制御パラメータの設定が可能となる。したがって、適合された制御パラメータである適合データの信頼性が高められる。
(7)最悪条件をすべて網羅するようにして実車評価することも考えられるものの、この場合には、想定される全ての問題、及びそれら問題の発生の原因となる全ての要素について反映された制御システムを用意する必要がある。しかし、これは費用及び工数の観点から現実的ではない。本例では、シミュレーション技術を利用することにより、費用及び工数を低減しつつ、最悪条件をすべて網羅して評価することができる。
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・本例では、システムが不安定となる状況が発生するおそれがある旨の検証結果が得られる場合にのみ表示装置32の画面に当該不安定となる状況の発生を解消するためガイダンスを行うようにしたが、通常の適合作業時にもガイダンスを表示させるようにしてもよい。
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
・電子制御装置による制御を通じて動作する機械的な構成要素を含んでなる制御システムに要求性能を発揮させるべく当該制御システムの制御パラメータを適合する適合装置において、
前記制御システムの持つ動的特性の製品間のばらつきを加味して特定の問題が最も発生しやすい条件を有してなるシミュレーションモデルに、適合された制御パラメータである適合データを与えて前記制御システムの動作をシミュレーションするとともに、当該シミュレーションの結果に基づき前記適合データの妥当性を検証する検証手段を備えてなる制御パラメータ適合装置。
Claims (6)
- 電子制御装置による制御を通じて動作する機械的な構成要素を含んでなる制御システムに要求性能を発揮させるべく当該制御システムの制御パラメータを適合する制御パラメータ適合装置において、
前記制御システムが有する動的特性の製品間のばらつきを加味してなるシミュレーションモデルに、適合された制御パラメータである適合データを与えて前記制御システムの動作をシミュレーションするとともに、当該シミュレーションの結果に基づき前記適合データの妥当性を検証する検証手段を備えてなる制御パラメータ適合装置。 - 請求項1に記載の制御パラメータ適合装置において、
前記シミュレーションモデルは、前記制御システムが有する動的特性の製品間のばらつきをすべて加味することにより特定の問題が最も発生しやすい条件を有してなる制御パラメータ適合装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の制御パラメータ適合装置において、
前記制御システムが有する動的特性は、前記機械的な構成要素の粘性摩擦及びクーロン摩擦を含んでなる制御パラメータ適合装置。 - 請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の制御パラメータ適合装置において、
前記検証手段による検証結果を報知する報知手段を備えてなる制御パラメータ適合装置。 - 請求項4に記載の制御パラメータ適合装置において、
前記報知手段による報知は、制御パラメータの適合に関するガイダンスを含む制御パラメータ適合装置。 - 請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載の制御パラメータ適合装置において、
前記制御システムは、電動パワーステアリングシステムである制御パラメータ適合装置。
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