JP2019209788A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記操舵制御装置において、前記慣性制御演算部は、前記慣性逆数ゲインを車速に応じて変更することが好ましい。
上記操舵制御装置において、前記目標操舵角演算部は、前記モデル式における前記回転軸の角速度に基づく粘性項に対応する粘性制御演算部を備え、前記粘性制御演算部は、前記回転軸の角速度の目標値である目標角速度に応じた粘性ゲイン及び前記目標角速度に基づいて、前記入力トルクに合算する目標粘性トルクを演算するものであって、前記粘性制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記粘性ゲインを変更することが好ましい。
上記構成によれば、粘性ゲインを車速に応じて好適に調整できる。
上記構成によれば、戻り時粘性ゲインを車速に応じて好適に調整できる。
上記構成によれば、目標補償角速度を車速に応じて好適に調整できる。
上記構成によれば、比例ゲインを車速に応じて好適に調整できる。
上記構成によれば、位置調整ゲインを車速に応じて好適に調整できる。
上記構成によれば、操舵トルク補償ゲインを車速に応じて好適に調整できる。
図1に示すように、操舵制御装置1の制御対象となるステアバイワイヤ式の操舵装置2は、運転者により操舵される操舵部3と、運転者による操舵部3の操舵に応じて転舵輪4を転舵させる転舵部5とを備えている。
操舵制御装置1は、操舵側アクチュエータ13(操舵側モータ14)及び転舵側アクチュエータ31(転舵側モータ33)に接続されており、これらの作動を制御する。なお、操舵制御装置1は、図示しない中央処理装置(CPU)やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをCPUが実行することによって、各種制御が実行される。
図2に示すように、操舵制御装置1は、操舵側モータ制御信号Msを出力する制御部としての操舵側制御部51と、操舵側モータ制御信号Msに基づいて操舵側モータ14に駆動電力を供給する操舵側駆動回路52とを備えている。操舵側制御部51には、操舵側駆動回路52と操舵側モータ14の各相のモータコイルとの間の接続線53を流れる操舵側モータ14の各相電流値Ius,Ivs,Iwsを検出する電流センサ54が接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、各相の接続線53及び各相の電流センサ54をそれぞれ1つにまとめて図示している。
操舵側制御部51には、上記車速V、操舵トルクTh、回転角θs、横加速度LA、ヨーレートγ、各相電流値Ius,Ivs,Iws及びq軸電流値Iqtが入力される。そして、操舵側制御部51は、これら各状態量に基づいて操舵側モータ制御信号Msを生成して出力する。
転舵側制御部55には、上記回転角θt、目標操舵角θh*及び転舵側モータ33の各相電流値Iut,Ivt,Iwtが入力される。そして、転舵側制御部55は、これら各状態量に基づいて転舵側モータ制御信号Mtを生成して出力する。
反力成分演算部63には、車速V、操舵トルクTh、横加速度LA、ヨーレートγ、転舵側モータ33のq軸電流値Iqt及び目標操舵角θh*が入力される。反力成分演算部63は、これらの状態量に基づいてラック軸22に作用する軸力に応じた反力成分Fir(ベース反力)を演算し、目標操舵角演算部64に出力する。
なお、「γ’」は、ヨーレートγの微分値を示し、「Kla」及び「Kγ」は、試験等により予め設定された係数を示す。そして、車両状態量軸力演算部88は、このように演算される横力Fyが近似的にラック軸22に作用する軸力とみなすことができることを踏まえ、該横力Fyを車両状態量軸力Fyrとして出力する。
なお、「Ker」及び「Ky」は、試験等により予め設定された係数を示す。このように演算されたグリップ状態量Grは、上記目標操舵角演算部64に出力される。
図4は、スリップ角βが付いている転舵輪の接地面を上から見た図である。転舵輪の向きに向かう中心線xが元々の転舵輪の向きを示しており、転舵輪の進行方向はこれに対して線αで示している。同図において、A点が転舵輪の接地開始点で、B点が接地終了点とすると、スリップ角β分だけ、トレッド面が路面に引きずられて中心線xから線αのラインに沿ってずれて撓む。なお、図4において、トレッド面がずれて撓んだ領域をハッチングで示す。この撓んだ領域のうち、A点側の領域が粘着域であり、B点側の領域が滑り域である。そして、このようなスリップ角βで旋回したときの転舵輪の接地面の着力点には、横力Fyが働き、鉛直軸周りのモーメントがセルフアライニングトルクSATとなる。なお、転舵輪の接地中心と着力点間の距離がニューマチックトレールであり、ニューマチックトレールとキャスタトレールの和がトレールである。
そして、セルフアライニングトルクSATを「軸力≒路面からの反力」と考えると、転舵側モータ33の駆動電流(すなわち、q軸電流値Iqt)に基づく路面軸力FerがセルフアライニングトルクSATを近似的に表現しているといえる。
グリップ状態量Gr=セルフアライニングトルクSAT/横力Fy…(4)
そして、路面軸力FerがセルフアライニングトルクSATを近似的に表現でき、車両状態量軸力Fyrが横力を近似的に表現できることを踏まえると、グリップ状態量Grは、上記(2)式で表される。
図6に示すように、目標操舵角演算部64は、入力トルク基礎成分Tb*とともに操舵トルクThが入力される加算器91を備えており、加算器91においてこれらを足し合わせることにより駆動トルクTcを演算する。また、目標操舵角演算部64は、駆動トルクTcとともに反力成分Firが入力される減算器92を備えており、減算器92において駆動トルクTcから反力成分Firを差し引くことにより、入力トルクTin*を演算する。このように演算された入力トルクTin*は、目標モデル演算部93に入力される。
図7に示すように、慣性制御演算部94は、目標操舵加速度αh*に基づいて慣性逆数ゲインKiiを演算する慣性逆数ゲイン演算部101と、慣性逆数ゲインKiiを調整する慣性調整ゲインKiiaを演算する慣性調整ゲイン演算部102とを備えている。
図8に示すように、粘性制御演算部95は、目標操舵速度ωh*に基づいて粘性ゲインKvbを演算する粘性ゲイン演算部111と、粘性ゲインKvbを調整する粘性調整ゲインKvbaを演算する粘性調整ゲイン演算部112とを備えている。
図9に示すように、戻り時粘性制御演算部96は、目標操舵速度ωh*に基づいて該目標操舵速度ωh*の符号を抽出する符号抽出部121と、戻り時粘性ゲインKvrを演算する戻り時粘性ゲイン演算部122と、戻り時粘性ゲインKvrを調整する戻り時粘性調整ゲインKvraを演算する戻り時粘性調整ゲイン演算部123とを備えている。
図10に示すように、角速度F/B制御演算部97は、目標操舵角θh*に基づいて目標補償角速度ωr*を演算する目標補償角速度演算部131と、目標補償角速度ωr*を調整する補償角速度調整ゲインKraを演算する補償角速度調整ゲイン演算部132とを備えている。
例えば車両が低μ路面を走行し、スリップ角βが大きくなりやすい状況下において、目標操舵角θh*がグリップ状態量Grに基づいて調整前よりも大きくなるように調整された場合を想定する。この場合、例えばスリップ角βが大きくなって限界領域に入る前の段階から、通常よりも操舵側モータ14からステアリングホイール11に付与される操舵反力を小さくでき、所謂抜け感が生じることで、低μ路であるといった路面情報を運転者が認識しやすくなる。
(1)操舵側制御部51は、グリップ状態量Grを考慮して目標操舵角θh*を演算し、この目標操舵角θh*に操舵角θhが追従するようにフィードバック制御を実行することで目標反力トルクTs*を演算する。このように目標反力トルクTs*を演算する基になる目標操舵角θh*にグリップ状態量Grが加味されるため、優れた操舵フィーリングを実現できる。
(4)粘性制御演算部95は、目標操舵速度ωh*に応じた粘性ゲインKvbを演算する粘性ゲイン演算部111と、粘性ゲインKvbに乗算する粘性調整ゲインKvbaを演算する粘性調整ゲイン演算部112とを備え、目標操舵速度ωh*及び粘性ゲインKvbに基づいて目標粘性トルクTvb*を演算する。そして、粘性調整ゲイン演算部112は、グリップ状態量Grに基づいて粘性調整ゲインKvbaを変更し、該粘性調整ゲインKvbaを乗算することにより粘性ゲインKvbの調整を通じて、目標粘性トルクTvb*を変更するため、操舵フィーリングの粘性感をグリップ状態に応じて好適に調整できる。
(6)戻り時粘性制御演算部96は、目標操舵速度ωh*に基づいて戻り時粘性ゲインKvrを演算する戻り時粘性ゲイン演算部122と、戻り時粘性ゲインKvrに乗算する戻り時粘性調整ゲインKvraを演算する戻り時粘性調整ゲイン演算部123とを備える。そして、戻り時粘性制御演算部96は、目標操舵速度ωh*及び戻り時粘性ゲインKvrに基づいて目標戻り時粘性トルクTvr*を演算する。戻り時粘性調整ゲイン演算部123は、グリップ状態量Grに基づいて戻り時粘性調整ゲインKvraを変更し、該戻り時粘性調整ゲインKvraを乗算することによる戻り時粘性ゲインKvrの調整を通じて、目標戻り時粘性トルクTvr*を変更するため、非操舵状態での粘性感をグリップ状態に応じて好適に調整できる。
(8)角速度F/B制御演算部97は、目標操舵角θh*に基づいて目標補償角速度ωr*を演算する目標補償角速度演算部131と、目標補償角速度ωr*に乗算する補償角速度調整ゲインKraを演算する補償角速度調整ゲイン演算部132とを備える。そして、角速度F/B制御演算部97は、目標補償角速度ωr*と目標操舵速度ωh*との角速度偏差Δωに基づいて目標補償角速度トルクTvv*を演算する。補償角速度調整ゲイン演算部132は、グリップ状態量Grに基づいて補償角速度調整ゲインKraを変更し、該補償角速度調整ゲインKraを乗算することによる目標補償角速度ωr*の調整を通じて、目標補償角速度トルクTvv*を変更するため、目標補償角速度ωr*をグリップ状態に応じて好適に調整できる。
(10)角速度F/B制御演算部97は、比例ゲインKprを演算する比例ゲイン演算部141と、比例ゲインKprに乗算する比例調整ゲインKpraを演算する比例調整ゲイン演算部142とを備える。そして、角速度F/B制御演算部97は、角速度偏差Δωに比例ゲインKprを乗算することで目標補償角速度トルクTvv*を変更するため、車速Vに応じた好適な目標補償角速度トルクTvv*を演算できる。比例調整ゲイン演算部142は、比例ゲインKprをグリップ状態量Grに基づいて変更するため、目標補償角速度トルクTvv*の基になる比例ゲインKprにグリップ状態を反映させることができる。
(12)角速度F/B制御演算部97は、目標操舵角θh*に基づいて位置ゲインKpoを演算する位置ゲイン演算部151と、位置ゲインKpoに乗算する位置調整ゲインKpoaを演算する位置調整ゲイン演算部152とを備える。そして、角速度F/B制御演算部97は、角速度偏差Δωに基づく比例成分Tpr*に位置ゲインKpo’を乗算することで目標補償角速度トルクTvv*を変更する。そのため、目標操舵角θh*に応じた好適な目標補償角速度トルクTvv*を演算できる。位置調整ゲイン演算部152は、位置調整ゲインKpoaをグリップ状態量Grに基づいて変更するため、目標補償角速度トルクTvv*を演算する基になる位置ゲインKpoにグリップ状態を反映させることができる。
(14)角速度F/B制御演算部97は、操舵トルクThに基づいて操舵トルク補償ゲインKtsを演算する操舵トルク補償ゲイン演算部162と、操舵トルク補償ゲインKtsに乗算する操舵トルク補償調整ゲインKtsaを演算する操舵トルク補償調整ゲイン演算部163とを備える。そして、角速度F/B制御演算部97は、角速度偏差Δωに基づく値である基礎補償角速度トルクTvvb*に該操舵トルク補償ゲインKtsを乗算することで目標補償角速度トルクTvv*を変更する。操舵トルク補償ゲイン演算部162は、操舵トルクThの絶対値が非操舵閾値Tthを超える場合に操舵トルク補償調整ゲインKtsaがゼロとなるように演算するため、運転者が操舵部3に操舵を入力しない非操舵状態で、目標操舵角θh*に目標補償角速度トルクTvv*が反映される。これにより、戻り時のステアリングホイール11の操舵速度をグリップ状態に応じて調整できる。
・上記実施形態では、グリップ状態量Grに基づく慣性調整ゲインKiiaの調整を通じて慣性逆数ゲインKii’を該グリップ状態量Grに応じて変更した。しかし、これに限らず、例えば慣性制御演算部94が慣性逆数ゲインKiiと慣性調整ゲインKiiaとをまとめた1つのゲインとして慣性逆数ゲインKii’を演算し、該慣性逆数ゲインKii’をグリップ状態量Grに応じて直接変更してもよく、その態様は適宜変更可能である。
・上記実施形態において、慣性制御演算部94、粘性制御演算部95、戻り時粘性制御演算部96及び角速度F/B制御演算部97の少なくとも1つがグリップ状態量Grを考慮して演算を行えば、他の演算部がグリップ状態量Grを考慮して演算を行わなくともよい。
・上記実施形態において、転舵側アクチュエータ31として、例えばラック軸22の同軸上に転舵側モータ33を配置するものや、ラック軸22と平行に転舵側モータ33を配置するもの等を用いてもよい。
Claims (17)
- 操舵部と、前記操舵部に入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵部とが機械的に分離した構造又は機械的に断接可能な構造を有する操舵装置を制御対象とし、
前記操舵部に入力される操舵に抗する力である操舵反力を与える操舵側モータの作動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記操舵部に入力される操舵トルクに基づいて、該操舵部に連結されるステアリングホイールの操舵角の目標値となる目標操舵角を演算する目標操舵角演算部を備え、前記操舵角を前記目標操舵角に追従させるフィードバック制御の実行に基づいて前記操舵反力の目標値となる目標反力トルクを演算するものであって、
前記転舵輪が連結される転舵軸に作用する複数種の軸力を互いに異なる状態量に基づいて演算する複数の軸力演算部と、
前記複数種の軸力に基づいてグリップ状態量を演算するグリップ状態量演算部とを備え、
前記目標操舵角演算部は、前記グリップ状態量を考慮して前記目標操舵角を演算する操舵制御装置。 - 請求項1に記載の操舵制御装置において、
前記目標操舵角演算部は、前記操舵部と前記転舵部とが機械的に連結されていると仮定した場合において前記ステアリングホイールの回転に伴って回転する回転軸への入力トルクと、該回転軸の回転角とを関連づけるモデル式に基づいて前記目標操舵角を演算する操舵制御装置。 - 請求項2に記載の操舵制御装置において、
前記目標操舵角演算部は、前記モデル式における前記回転軸の角加速度に基づく慣性項に対応する慣性制御演算部を備え、
前記慣性制御演算部は、前記回転軸の角加速度の目標値である目標角加速度に応じた慣性逆数ゲインを、前記入力トルクに基づく値に乗算することにより前記目標角加速度を演算するものであって、
前記慣性制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記慣性逆数ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項3に記載の操舵制御装置において、
前記慣性制御演算部は、前記慣性逆数ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項2〜4のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記目標操舵角演算部は、前記モデル式における前記回転軸の角速度に基づく粘性項に対応する粘性制御演算部を備え、
前記粘性制御演算部は、前記回転軸の角速度の目標値である目標角速度に応じた粘性ゲイン及び前記目標角速度に基づいて、前記入力トルクに合算する目標粘性トルクを演算するものであって、
前記粘性制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記粘性ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項5に記載の操舵制御装置において、
前記粘性制御演算部は、前記粘性ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項2〜6のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記目標操舵角演算部は、前記モデル式における前記回転軸の角速度に基づく粘性項に対応し、非操舵状態である場合に作用する戻り時粘性制御演算部を備え、
前記戻り時粘性制御演算部は、前記回転軸の角速度の目標値である目標角速度に応じた戻り時粘性ゲイン及び前記目標角速度に基づいて、前記入力トルクに合算する目標戻り時粘性トルクを演算するものであって、
前記戻り時粘性制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記戻り時粘性ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項7に記載の操舵制御装置において、
前記戻り時粘性制御演算部は、前記戻り時粘性ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項2〜8のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記目標操舵角演算部は、前記モデル式における前記回転軸の角速度の目標値である目標角速度に相当する値を目標補償角速度に追従させる角速度フィードバック制御演算部を備え、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記目標操舵角に相当する値に基づく前記目標補償角速度と前記目標角速度に相当する値との角速度偏差に基づいて前記入力トルクに合算される補償角速度トルクを演算するものであって、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記目標補償角速度を変更する操舵制御装置。 - 請求項9に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記目標補償角速度を車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項9又は10に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、車速に基づく比例ゲインを、前記角速度偏差に基づく値に乗算することで前記補償角速度トルクを補償するものであって、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記比例ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項11に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記比例ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項9〜12のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記目標操舵角に相当する値に基づく位置ゲインを、前記角速度偏差に基づく値に乗算することで前記補償角速度トルクを補償するものであって、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記位置ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項13に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記位置ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。 - 請求項9〜14のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記操舵部に入力される操舵トルクに基づく操舵トルク補償ゲインを、前記角速度偏差に基づく値に乗算することで前記補償角速度トルクを補償するものであって、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記グリップ状態量に基づいて前記操舵トルク補償ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項15に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記操舵トルクの絶対値が非操舵状態を示す非操舵閾値を超える場合に前記操舵トルク補償ゲインがゼロとなるように演算する操舵制御装置。 - 請求項15又は16に記載の操舵制御装置において、
前記角速度フィードバック制御演算部は、前記操舵トルク補償ゲインを車速に応じて変更する操舵制御装置。
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