JP2019131014A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
操舵制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用した第1の実施の形態を説明する。
また、操舵装置10は、操舵反力を生成するための構成として、反力モータ31、減速機構32、回転角センサ33、およびトルクセンサ34を有している。ちなみに、操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール11の操作方向と反対方向へ向けて作用する力(トルク)をいう。操舵反力をステアリングホイール11に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。
また、操舵装置10は、転舵輪16,16を転舵させるための動力である転舵力を生成するための構成として、転舵モータ41、減速機構42、および回転角センサ43を有している。
ちなみに、操舵装置10は、ピニオンシャフト13を有している。ピニオンシャフト13は、転舵シャフト14に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト13のピニオン歯13aは、転舵シャフト14のラック歯14aに噛み合わされている。ピニオンシャフト13を設ける理由は、ピニオンシャフト44と共に転舵シャフト14をハウジング(図示略)の内部に支持するためである。すなわち、操舵装置10に設けられる支持機構(図示略)によって、転舵シャフト14は、その軸方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト13,44へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト14はハウジングの内部に支持される。ただし、ピニオンシャフト13を使用せずに転舵シャフト14をハウジングに支持する他の支持機構を設けてもよい。
また、操舵装置10は、制御装置50を有している。制御装置50は、各種のセンサの検出結果に基づき反力モータ31、および転舵モータ41を制御する。センサとしては、前述した回転角センサ33、トルクセンサ34および回転角センサ43に加えて、車速センサ501がある。車速センサ501は、車両に設けられて車両の走行速度である車速Vを検出する。
つぎに、制御装置50について詳細に説明する。
図2に示すように、制御装置50は、反力制御を実行する反力制御部50a、および転舵制御を実行する転舵制御部50bを有している。
反力制御部50aは、目標操舵反力演算部51、目標舵角演算部52、舵角演算部53、舵角フィードバック制御部54、加算器55、および通電制御部56を有している。
目標舵角演算部52は、目標操舵反力T1 *、操舵トルクThおよび車速Vに基づきステアリングホイール11の目標舵角θ*を演算する。目標舵角演算部52は、目標操舵反力T1 *および操舵トルクThの総和を入力トルクとするとき、この入力トルクに基づいて理想的な舵角を定める理想モデルを有している。この理想モデルは、ステアリングホイール11と転舵輪16,16との間が機械的に連結されている操舵装置を前提として、入力トルクに応じた理想的な転舵角に対応する舵角(操舵角)を予め実験などによりモデル化したものである。目標舵角演算部52は、目標操舵反力T1 *と操舵トルクThとを加算することにより入力トルクを求め、この入力トルクから理想モデルに基づいて目標舵角θ*(目標操舵角)を演算する。
図2に示すように、転舵制御部50bは、ピニオン角演算部61、舵角比変更制御部62、微分ステアリング制御部63、ピニオン角フィードバック制御部64、および通電制御部65を有している。
つぎに、目標舵角演算部52について詳細に説明する。
前述したように、目標舵角演算部52は、目標操舵反力T1 *および操舵トルクThの総和である入力トルクから理想モデルに基づいて目標舵角θ*を演算する。この理想モデルは、ステアリングシャフト12に印加されるトルクとしての入力トルクTin *が、次式(A)で表されることを利用したモデルである。
ただし、「J」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12の慣性モーメント、「C」は転舵シャフト14のハウジングに対する摩擦などに対応する粘性係数(摩擦係数)、「K」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12をそれぞればねとみなしたときのばね係数である。
ステアリングモデル71は、ステアリングシャフト12および反力モータ31など、操舵装置10の各構成要素の特性に応じてチューニングされる。ステアリングモデル71は、加算器73、減算器74、慣性モデル75、第1の積分器76、第2の積分器77および粘性モデル78を有している。
減算器74は、加算器73により算出される入力トルクTin *から後述する粘性成分Tvi *およびばね成分Tsp *をそれぞれ減算することにより、最終的な入力トルクTin *を演算する。
第2の積分器77は、第1の積分器76により算出される舵角速度ω*をさらに積分することにより、目標舵角θ*を演算する。目標舵角θ*は、ステアリングモデル71に基づくステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)の理想的な回転角である。
図4に示すように、車両モデル72は、仮想ラックエンド軸力演算部90、理想軸力演算部91、推定軸力演算部92、推定軸力演算部93、推定軸力演算部94、軸力配分演算部95および換算部96を有している。
<軸力配分演算部>
図5に示すように、軸力配分演算部95は、6つの演算部101,102,103,104,105,106、および2つの加算器107,108を有している。
したがって、配分指令Srとしてのフラグの値が「1」であるとき、分配比率DRaの値は「1」になる。配分指令Srとしてのフラグの値が「0」であるとき、分配比率DRaの値は「0」になる。
F1a=DRa・F1 …(C)
したがって、分配比率DRaの値が「1(100%)」であるとき、演算部101により演算される理想軸力F1がそのまま理想軸力F1aとなる。分配比率DRaの値が「0(0%)」であるとき、理想軸力F1aの値は「0」となる。
したがって、配分指令Srとしてのフラグの値が「1」であるとき、分配比率DRmの値は「0」になる。配分指令Srとしてのフラグの値が「0」であるとき、分配比率DRmの値は「1」になる。
F5m=DRm・Sr …(E)
したがって、配分指令Srとしてのフラグの値が「1(100%)」であるとき、加算器107により演算される混合軸力F5がそのまま式(E)の演算結果である混合軸力F5mとなる。配分指令Srとしてのフラグの値が「0(0%)」であるとき、混合軸力F5mの値は「0」となる。
したがって、第1の実施の形態によれば、以下の作用および効果を得ることができる。
(1)上位制御装置100が操舵制御に介入するとき(指令値S*が演算されるとき)と、上位制御装置100が操舵制御に介入しないとき(指令値S*が演算されないとき)とで、反力モータ31が発生する操舵反力(駆動力)に対する要求が異なることがある。たとえば、上位制御装置100が操舵制御に介入するとき、反力モータ31が発生する操舵反力に車両挙動あるいは路面状態を反映させないことが要求される場合がある。これは、ステアリングホイール11の操作の実行主体が上位制御装置100となる場合、反力モータ31が発生する操舵反力に必ずしも車両挙動あるいは路面状態を反映させる必要がないという観点に基づく。
つぎに、操舵制御装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には図1〜図5に示される第1の実施の形態と同様の構成を有している。
したがって、第2の実施の形態によれば、以下の作用および効果を得ることができる。
(2)上位制御装置100が操舵制御に介入するとき、配分指令Srとしての自動運転率に基づき、理想軸力F1の分配比率DRa、および推定軸力F2a,F3a,F4aを含む混合軸力F5の分配比率DRmが設定される。このため、入力トルクTin *、ひいては操舵反力指令値T*に対して車両挙動あるいは路面状態を反映させる度合いが自動運転率に応じて好適に設定される。したがって、上位制御装置100による操舵制御への介入に対して適切に対応することができる。
つぎに、操舵制御装置を電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という。)に適用した第3の実施の形態を説明する。なお、第1の実施の形態と同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を割愛する。
目標ピニオン角演算部203は、図3に示される目標舵角演算部52と同様の構成を有している。ただし、先の目標舵角演算部52が目標操舵反力T1 *を取り込むのに対し、目標ピニオン角演算部203は、基本アシスト成分Ta1 *を取り込む。目標ピニオン角演算部203が操舵トルクThおよび車速Vを取り込むことについては、先の目標舵角演算部52と同じである。また、目標舵角演算部52が目標舵角θ*を演算することに対し、目標ピニオン角演算部203は目標ピニオン角θp *を演算する。取り込む信号の一部、および生成する信号が異なるだけであって、目標ピニオン角演算部203の内部的な演算処理の内容は、目標舵角演算部52と同じである。
なお、各実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第1および第2の実施の形態における目標操舵反力演算部51、および第3の実施の形態における基本アシスト成分演算部202は、車速Vを使用しなくてもよい。
(a2)推定軸力F2および推定軸力F3に対して個別に設定される所定の分配比率を乗算した値を合算することにより得られる推定軸力。
(a4)推定軸力F2、推定軸力F3および推定軸力F4に対して個別に設定される所定の分配比率を乗算した値を合算することにより得られる推定軸力。
・第1〜第3の実施の形態において、制御装置50,191は、配分指令Srに対して時間に対する徐変処理(徐々に変化させるための処理)を施すローパスフィルタなどを有していてもよい。このようにすれば、上位制御装置100が操舵制御に介入する場合、最終的な軸力Fspの急激な変化を抑えることができる。
Claims (5)
- 車両の操舵機構に付与される駆動力の発生源であるモータを操舵状態に応じて演算される指令値に基づき制御する操舵制御装置であって、
複数種の状態量に基づき転舵シャフトに作用する軸力を複数演算する軸力演算部と、
複数の前記軸力に対してそれぞれ個別に設定される分配比率を乗算した値を合算することにより前記指令値に反映させる最終的な軸力を演算する配分演算部と、を備え、
前記配分演算部は、上位制御装置が操舵制御に介入する際に生成する配分指令に基づき、複数の前記軸力の分配比率を設定する操舵制御装置。 - 請求項1に記載の操舵制御装置において、
前記軸力演算部は、車両挙動または路面状態が反映されない状態量に基づき前記転舵シャフトに作用する理想的な軸力である理想軸力を演算する理想軸力演算部と、
車両挙動または路面状態が反映される状態量に基づき前記転舵シャフトに作用すると推定される推定軸力を演算する推定軸力演算部と、を有する操舵制御装置。 - 請求項2に記載の操舵制御装置において、
前記配分演算部は、前記理想軸力に第1の分配比率を乗算することにより第1の軸力を演算する第1の演算部と、
前記理想軸力および前記推定軸力に対してそれぞれ個別に設定される分配比率を乗算した値を合算した合算値に第2の分配比率を乗算することにより第2の軸力を演算する第2の演算部と、
前記第1の軸力と前記第2の軸力とを合算することにより前記最終的な軸力を演算する第3の演算部と、を有し、
前記第1の演算部は前記配分指令に基づき前記第1の分配比率を、前記第2の演算部は前記配分指令に基づき前記第2の分配比率を設定する操舵制御装置。 - 請求項2に記載の操舵制御装置において、
前記配分演算部は、前記配分指令に基づいて、前記最終的な軸力に前記理想軸力のみが反映されるように前記理想軸力の分配比率、および前記推定軸力の分配比率を設定する操舵制御装置。 - 請求項2〜請求項4のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記理想軸力演算部は、ステアリングホイールの操作に応じて回転する回転体の目標回転角に基づき前記理想軸力を演算し、
前記推定軸力演算部は、センサを通じて検出される横加速度、ヨーレート、および前記モータの電流値の少なくとも一に基づき前記推定軸力を演算する操舵制御装置。
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