JP2018052205A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.操舵制御装置は、ステアリングから転舵輪への動力の伝達状態および遮断状態を切り替える切替装置と、前記遮断状態において前記ステアリングに操舵反力を付与可能な反力アクチュエータと、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、を備えた操舵装置を操作対象とし、前記切替装置は、通電によって前記遮断状態となり、非通電状態とされることにより前記伝達状態となるものであり、前記切替装置が前記遮断状態とされているときに、前記反力アクチュエータの駆動電圧、前記転舵アクチュエータの駆動電圧、および前記切替装置の駆動電圧のいずれかの電圧を取得する電圧取得処理と、前記電圧取得処理によって取得された電圧が閾値電圧以下の場合、前記切替装置を前記伝達状態とする伝達操作処理と、を実行する。
2.上記1記載の操舵制御装置において、前記電圧取得処理は、前記転舵アクチュエータの駆動電圧を取得する転舵電圧取得処理であり、前記伝達操作処理がなされる場合、前記反力アクチュエータを操作して前記転舵輪を転舵させるためのトルクを前記反力アクチュエータに生成させる反力操作処理を実行する。
4.上記3記載の操舵制御装置において、前記転舵側制限処理は、前記伝達操作処理がなされる場合、前記転舵輪を転舵させるためのトルクを前記転舵アクチュエータに生成させない処理である。
5.上記1記載の操舵制御装置において、前記転舵アクチュエータに内蔵された電動機は、少なくともステータコイルとして互いに絶縁された第1系統コイルおよび第2系統コイルを備えており、前記電圧取得処理は、前記転舵アクチュエータの駆動電圧としての前記第1系統コイルの駆動電圧と前記転舵アクチュエータの駆動電圧としての前記第2系統コイルの駆動電圧とを取得する転舵電圧取得処理であり、前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルのいずれか一方の駆動電圧が閾値電圧以下であって他方の駆動電圧が前記閾値電圧よりも高い場合、前記いずれか一方に電流を流さず前記他方に電流を流すことによって前記転舵アクチュエータによって前記転舵輪を転舵させるトルクを生成する転舵側制限処理と、前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルの駆動電圧が前記閾値電圧よりも高いことを条件に、前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルの双方に電流を流すことによって前記転舵アクチュエータによって前記転舵輪を転舵させるトルクを生成する処理と、を実行する。
上記構成では、切替装置の駆動電圧が閾値電圧以下である場合、伝達操作処理によって伝達状態に切り替えることにより、ステアリングと転舵輪との動力伝達が遮断された前提での制御中に意図せずして転舵輪とステアリングとの動力の伝達状態となる事態が生じることを抑制することができる。
8.上記2,3,5,6,7のいずれか1つに記載の操舵制御装置において、前記ステアリングの操作に基づき、操舵角指令値を設定する操舵角指令値設定処理と、操舵角を前記操舵角指令値にフィードバック制御するために前記反力アクチュエータを操作する反力操作処理と、前記ステアリングの操作に基づき、転舵角指令値を設定する転舵角指令値設定処理と、転舵角を前記転舵角指令値にフィードバック制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵操作処理と、前記切替装置が前記遮断状態である場合、前記転舵角指令値と前記操舵角指令値との比である舵角比の指令値を可変設定する可変設定処理と、前記伝達操作処理によって前記伝達状態に切り替えられることを条件に、前記転舵角指令値と前記操舵角指令値との比である舵角比の可変設定を停止する停止処理と、を実行する。
以下、操舵制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる操舵装置10においては、ステアリングホイール(ステアリング12)が、ステアリング12の操作に抗する力である反力を付与する反力アクチュエータ20に接続されている。反力アクチュエータ20は、ステアリング12に固定されたステアリングシャフト22、反力側減速機24、反力側減速機24に回転軸26aが連結された反力モータ26、リレーRs、反力モータ26を駆動するインバータ28、インバータ28のスイッチング素子を駆動するプリドライバ30を備えている。反力モータ26として、本実施形態では、表面磁石同期電動機(SPMSM)を想定している。反力モータ26は、リレーRsを介してインバータ28に接続されている。インバータ28とプリドライバ30とには、電源リレーR1を介してバッテリ100の電力が供給される。
操舵角指令値算出処理部M20は、偏差算出処理部M12の出力値に基づき、操舵角指令値θh*を設定する。ここでは、偏差算出処理部M12の出力値Δと、操舵角指令値θh*とを関係づける以下の式(c1)にて表現されるモデル式を利用する。
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、ステアリング12と転舵輪53とが機械的に連結されたものにおいて、ラック軸56の軸力と操舵角θhとの関係を定めるモデルである。上記の式(c1)において、粘性係数Cは、操舵装置10の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Jは、操舵装置10の慣性をモデル化したものである。
図3に、反力アクチュエータ20および切替装置40の駆動電圧の異常時における処理の手順を示す。図3に示す処理は、メモリ84に記憶されたプログラムをCPU82が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、数字の前に「S」を付与することによって、ステップ番号を表記する。
ここで本実施形態の作用を説明する。
(1)反力アクチュエータ20の駆動電圧(電圧VU)が低下する場合、反力アクチュエータ20のトルクの生成を停止することにより、反力アクチュエータ20の電流を制限した。これにより、駆動電圧が下がっているにもかかわらず反力アクチュエータ20に大電流を流すことに起因して不都合が生じることを抑制することができる。ここで、不都合とは、たとえば、プリドライバ30がインバータ28を駆動するためにそのスイッチング素子のゲートに印加する電圧が低下することによりスイッチング素子の導通抵抗が過度に大きくなり、スイッチング素子の発熱量が過度に大きくなる不都合等がある。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図4に、転舵アクチュエータ50の駆動電圧の異常時における処理の手順を示す。図4に示す処理は、メモリ94に記憶されたプログラムをCPU92が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
ここで本実施形態の作用を説明する。
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
第1系統コイルSC1の駆動電圧および第2系統コイルSC2の駆動電圧のうち第1系統コイルSC1の駆動電圧のみが低下する場合、CPU92は、リレーRt1を開操作するなどして、第1系統コイルSC1への通電によるトルクの生成処理を停止する。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。
4.転舵側制限処理は、S36の処理に対応する。
5.転舵電圧取得処理は、S40の処理に対応し、転舵側制限処理は、S48,S50の処理に対応する。
7.反力電圧取得処理は、S12の処理に対応し、反力側制限処理は、S16の処理に対応する。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「操舵角フィードバック処理部について」
操舵角指令値θh*から操舵角θhを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、フィードバックトルクTrqr1*を算出するものに限らない。たとえば、操舵角指令値θh*から操舵角θhを減算した値を入力とする比例要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、フィードバックトルクTrqr1*を算出するものであってもよい。
転舵アクチュエータ50の駆動電圧が低いことに起因してクラッチ42が締結されているとき、操舵角フィードバック制御の操作量(フィードバックトルクTrqr1*)に基づいて操作信号MSsを生成することは必須ではない。たとえば、アシストトルクTrqa*を反力モータ26に対するトルク指令値とする開ループ制御を実行してもよい。なお、操舵トルクTrqsに応じたアシストトルクTrqa*を、クラッチ42が締結状態であるときと解放状態であるときとで各別の値に適合してもよい。
上記実施形態では、リレーRsを開操作することによって、反力制限処理を実現したが、これに限らない。たとえば、反力モータ26のd軸の電流指令値およびq軸の電流指令値をゼロに制御するようにインバータ28に操作信号MSsを出力する処理であってもよい。またたとえば、上記電流指令値の上限値を、駆動電圧が低くない通常時の値よりも小さい値であって且つゼロよりも大きい値に設定する処理であってもよい。これは、たとえば転舵アクチュエータ50の駆動電圧と反力アクチュエータ20の駆動電圧との双方が低下する場合に特に有効である。すなわち、転舵モータ70の電流と反力モータ26の電流とをともに制限しつつもゼロよりも大きい値とすることにより、ステアリング12の操作をアシストするトルクが不足する事態となることを、反力モータ26の電流をゼロに制限する場合よりも抑制することができる。
反力電圧取得処理としては、電圧VUを取得する処理に限らず、たとえば図1に示した電圧Vsを取得する処理であってもよい。またたとえばリレーRsがノーマリーオープンタイプである場合において、その駆動電圧であってもよい。
転舵角指令値θp*から転舵角θpを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、転舵アクチュエータ50の操作量(転舵トルク指令値Trqt*)を算出するものに限らない。たとえば、転舵角指令値θp*から転舵角θpを減算した値を入力とする比例要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、転舵アクチュエータ50の操作量を算出するものであってもよい。
(a)通常時の処理について
舵角比可変処理部M28による処理や、微分ステア処理部M32による処理を実行することは必須ではない。
図3の処理において、S16の処理が実行される場合において、転舵角フィードバック制御の操作量に基づいて操作信号MStを生成することは必須ではない。たとえば、転舵トルク指令値Trqt*を、アシストトルク設定処理部M6の処理と同様の処理によって操舵トルクTrqsに応じて定まるトルク(開ループ制御の操作量)としてもよい。またたとえば、フィードバック制御の操作量と、上記開ループ制御の操作量との和を、転舵トルク指令値Trqt*としてもよい。
転舵電圧取得処理としては、駆動電圧VD,Vt1,Vt2を取得する処理に限らない。たとえば、プリドライバ74がインバータ72のスイッチング素子をオン操作するときの電圧であってもよい。これは、プリドライバ74が出力する2値的な電圧のうちの高い方として検知することができる。またたとえば、プリドライバ78がインバータ76のスイッチング素子をオン操作するときの電圧であってもよい。またたとえばリレーRt1,Rt2がノーマリーオープンタイプである場合において、その駆動電圧であってもよい。なお、この場合、駆動電圧が低下する場合、転舵モータ70のトルク生成処理を停止することが望ましい。
上記実施形態では、第1系統コイルSC1に流れる電流を制限する処理を、リレーRt1を開操作する処理としたが、これに限らない。たとえば、第1系統コイルSC1のd軸の電流指令値およびq軸の電流指令値をゼロに制御するようにインバータ72に操作信号MSsを出力する処理であってもよい。またたとえば、上記電流指令値の上限値を、駆動電圧が低くない通常時の値よりも小さい値であってゼロよりも大きい値に設定する処理であってもよい。
切替電圧取得処理としては、駆動電圧Vcに限らない。たとえば、電磁コイル44とクラッチドライバ46との間の電圧であってもよい。
切替装置40の駆動電圧が低下することに起因してクラッチ42を締結する場合、たとえば転舵アクチュエータ50のみを駆動してもよい。これは、たとえば、リレーRsを開操作して且つ、図2の処理を実行したり、アシストトルク設定処理部M6の処理と同様の処理によって操舵トルクTrqsに応じて定まるトルク(開ループ制御の操作量)を転舵トルク指令値Trqt*に代入したりすることにより、実現することができる。また、反力アクチュエータ20のみを駆動してもよい。これは、リレーRt1,Rt2を開操作して且つ、図2に示す処理を実行したり、「反力操作処理について」の欄に記載した開ループ制御の操作量を反力指令値Trqr*としたりすることにより、実現することができる。
たとえば、舵角比可変処理部M28の処理を実装しておらず微分ステア処理部M32による処理を実装している場合、クラッチ42が締結状態とされた後には、微分ステア処理部M32による処理を停止させればよい。またたとえば、微分ステア処理部M32の処理を実装しておらず、舵角比可変処理部M28の処理を実装している場合、クラッチ42が締結状態とされた後には、舵角比可変処理部M28による舵角比の可変設定処理を停止させればよい。ただしいずれの場合であってもクラッチ42が締結状態であるときに転舵角θpのフィードバック処理と操舵角θhのフィードバック処理とを併用する場合には、転舵角指令値θp*と操舵角指令値θh*との差を、クラッチ42の締結時における転舵角θpから操舵角θhを引いた値とすることが望ましい。
図2の処理に代えて、たとえば、偏差算出処理部M12の出力値に基づき、操舵角指令値算出処理部M20の処理と同様の処理によって転舵角指令値θp*を算出する転舵角指令値算出処理部を設けてもよい。この場合、転舵角指令値θp*から目標動作角θa*を減算したものを操舵角指令値θh*とすればよい。
ここで、バネ係数Kは、車両の影響をモデル化したものであり、サスペンションやホールアラインメント等の仕様によって決定される。なお、転舵角指令値θp*を、操舵角指令値θh*を介することなくモデルに基づき設定する上述した変形例においては、上記(c1),(c2)において、操舵角指令値θh*を転舵角指令値θp*に代えればよい。
計量単位設定処理部M4による処理は必須ではない。換言すれば、転舵角θpと操舵角θhとを、ともにクラッチ42が締結状態にあるときのステアリング12の回転量に換算した値とすることは必須ではない。こうした処理をしていない場合であっても、クラッチ42が解放状態であるときには、舵角比可変処理部M28によって目標動作角θa*を逐次設定することにより、転舵角θpを転舵角指令値θp*にフィードバック制御することができる。なお、この際、舵角比が固定されていても目標動作角θa*が可変設定されることがありうる。また、クラッチ42が締結状態である場合、転舵アクチュエータ50および反力アクチュエータ20のいずれか一方のみを駆動することとするなら、転舵角θpと操舵角θhとの単位を上記のように設定していないことに起因した問題も生じない。
上記実施形態では、転舵モータ70を、第1系統コイルSC1と第2系統コイルSC2と単一のロータとを備えるものとしたが、これに限らない。たとえば、第1系統コイルSC1用のロータと第2系統コイルSC2用のロータとを各別に備えるものとしてもよい。また、転舵モータ70を冗長系とするものとしては、2重系とするものに限らず、たとえば3重系とするものであってもよい。さらに、冗長系とすることも必須ではない。
転舵アクチュエータ50としては、ラックアンドピニオン型のものに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型(登録商標)、ラック同軸型のものなどを採用してもよい。
上記実施形態では、反力アクチュエータ20およびクラッチドライバ46を操作するマイコン(反力側マイコン80)と、転舵アクチュエータ50を操作する転舵側マイコン90とを、各別のマイコンとしたが、これに限らない。たとえば、それらを単一のマイコンとしてもよい。またたとえば、反力アクチュエータ20を操作するマイコンと、クラッチドライバ46を操作するマイコンと、転舵アクチュエータ50を操作する転舵側マイコン90とを、各別のマイコンとしてもよい。
反力モータ26としては、SPMSMに限らず、たとえばIPMSMを用いてもよく、さらに同期機にも限らず、たとえば誘導機であってもよい。
Claims (8)
- ステアリングから転舵輪への動力の伝達状態および遮断状態を切り替える切替装置と、前記遮断状態において前記ステアリングに操舵反力を付与可能な反力アクチュエータと、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータと、を備えた操舵装置を操作対象とし、
前記切替装置は、通電によって前記遮断状態となり、非通電状態とされることにより前記伝達状態となるものであり、
前記切替装置が前記遮断状態とされているときに、前記反力アクチュエータの駆動電圧、前記転舵アクチュエータの駆動電圧、および前記切替装置の駆動電圧のいずれかの電圧を取得する電圧取得処理と、
前記電圧取得処理によって取得された電圧が閾値電圧以下の場合、前記切替装置を前記伝達状態とする伝達操作処理と、を実行する操舵制御装置。 - 前記電圧取得処理は、前記転舵アクチュエータの駆動電圧を取得する転舵電圧取得処理であり、
前記伝達操作処理がなされる場合、前記反力アクチュエータを操作して前記転舵輪を転舵させるためのトルクを前記反力アクチュエータに生成させる反力操作処理を実行する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記伝達操作処理がなされる場合、前記転舵アクチュエータに内蔵された電動機に流れる電流を、前記伝達操作処理がなされていない場合よりも小さい値に制限する転舵側制限処理を実行する請求項2記載の操舵制御装置。
- 前記転舵側制限処理は、前記伝達操作処理がなされる場合、前記転舵輪を転舵させるためのトルクを前記転舵アクチュエータに生成させない処理である請求項3記載の操舵制御装置。
- 前記転舵アクチュエータに内蔵された電動機は、少なくともステータコイルとして互いに絶縁された第1系統コイルおよび第2系統コイルを備えており、
前記電圧取得処理は、前記転舵アクチュエータの駆動電圧としての前記第1系統コイルの駆動電圧と前記転舵アクチュエータの駆動電圧としての前記第2系統コイルの駆動電圧とを取得する転舵電圧取得処理であり、
前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルのいずれか一方の駆動電圧が閾値電圧以下であって他方の駆動電圧が前記閾値電圧よりも高い場合、前記いずれか一方に電流を流さず前記他方に電流を流すことによって前記転舵アクチュエータによって前記転舵輪を転舵させるトルクを生成する転舵側制限処理と、
前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルの駆動電圧が前記閾値電圧よりも高いことを条件に、前記第1系統コイルおよび前記第2系統コイルの双方に電流を流すことによって前記転舵アクチュエータによって前記転舵輪を転舵させるトルクを生成する処理と、を実行する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記電圧取得処理は、前記切替装置の駆動電圧を取得する切替電圧取得処理である請求項1記載の操舵制御装置。
- 前記電圧取得処理は、前記反力アクチュエータの駆動電圧を取得する反力電圧取得処理であり、
前記伝達操作処理がなされる場合、前記反力アクチュエータに内蔵された電動機に流れる電流を、前記伝達操作処理がなされていない場合よりも小さい値に制限する反力側制限処理を実行する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記ステアリングの操作に基づき、操舵角指令値を設定する操舵角指令値設定処理と、
操舵角を前記操舵角指令値にフィードバック制御するために前記反力アクチュエータを操作する反力操作処理と、
前記ステアリングの操作に基づき、転舵角指令値を設定する転舵角指令値設定処理と、
転舵角を前記転舵角指令値にフィードバック制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵操作処理と、
前記切替装置が前記遮断状態である場合、前記転舵角指令値と前記操舵角指令値との比である舵角比の指令値を可変設定する可変設定処理と、
前記伝達操作処理によって前記伝達状態に切り替えられることを条件に、前記転舵角指令値と前記操舵角指令値との比である舵角比の可変設定を停止する停止処理と、を実行する請求項2,3,5,6,7のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
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