JP2020142684A - 転舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転支援指令値が入力される周期の制約によって操舵制御装置が算出する操作信号に反映される運転支援指令値の情報が粗くなることを抑制できるようにした転舵制御装置を提供する。【解決手段】上位ECUは、転舵制御装置に周期T2毎に、運転支援指令値Asを転舵制御装置に入力する。転舵制御装置では、周期T2よりも短い周期T1毎に、ピニオン角指令値θp*を更新する。運転支援指令値Asを角速度の次元を有した量とすることにより、周期T1毎に、運転支援指令値Asが示す角速度となるようにピニオン角指令値θp*が更新される。【選択図】図3
Description
本発明は、電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とする転舵制御装置に関する。
たとえば下記特許文献1には、操舵角を目標操舵角にフィードバック制御するために電動機を操作する操舵制御装置が記載されている。
ところで、近年、ADAS(Advanced Driver Assistance System:先進運転支援システム)などの運転者の運転を支援する運転支援装置を構築することが検討されている。具体的には、操舵制御装置の外部から運転を支援するための運転支援指令値が入力され、操舵制御装置では運転支援指令値を電動機の操作に反映させることが検討されている。しかし、その場合、たとえば運転支援指令値として操舵角の指令値を用いる場合、操舵制御装置において都度更新される運転支援指令値を反映した制御が、運転支援指令値が操舵制御装置に入力される周期によって制約を受けることから、操舵角のきめ細かな制御をすることが困難となるおそれがある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とし、前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度を運転者の入力する操舵トルクに応じて制御すべく前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、当該転舵制御装置の外部から入力される運転者の運転を支援するための運転支援指令値に基づき、前記駆動回路を操作するための操作信号の算出過程における演算パラメータを補正する補正処理と、を実行し、前記運転支援指令値は、角度の1階以上の時間微分値の次元を有し、前記算出過程には、前記換算可能角度の1階以上の時間微分値が含まれ、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記換算可能角度の前記時間微分値を補正する処理を含む転舵制御装置である。
1.電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とし、前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度を運転者の入力する操舵トルクに応じて制御すべく前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、当該転舵制御装置の外部から入力される運転者の運転を支援するための運転支援指令値に基づき、前記駆動回路を操作するための操作信号の算出過程における演算パラメータを補正する補正処理と、を実行し、前記運転支援指令値は、角度の1階以上の時間微分値の次元を有し、前記算出過程には、前記換算可能角度の1階以上の時間微分値が含まれ、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記換算可能角度の前記時間微分値を補正する処理を含む転舵制御装置である。
上記構成では、運転支援指令値が角度の1階以上の時間微分値の次元を有し、換算可能角度の1階以上の時間微分値を補正する補正量として利用されることにより、運転支援指令値に換算可能角度の時間変化に関する情報を含めることができる。そのため、運転支援指令値が更新される周期が長い場合であっても、操作信号の更新周期を運転支援指令値が更新される周期よりも短くすることによって、運転支援指令値によって意図された換算可能角度の時間変化を運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で反映することができる。したがって、運転支援指令値が角度の次元を有する場合と比較すると、より短い時間周期で運転支援としてより適切な転舵角への制御が可能となる。
2.前記操作処理は、前記換算可能角度の指令値を算出する角度指令値算出処理を含み、前記角度指令値算出処理は、前記操舵トルクに基づき前記換算可能角度の角速度指令値を算出する処理を含み、前記運転支援指令値は、角度の1階の時間微分値の次元を有し、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記角速度指令値を補正する処理を含む上記1記載の転舵制御装置である。
上記構成では、運転支援指令値が更新される周期が長い場合であっても、操作信号の更新周期を短くすることにより、運転支援指令値が意図する換算可能角度の変化を運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で反映することができる。そのため、運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で運転支援指令値によって意図される転舵角の変化を指示できる。
3.前記操作処理は、前記換算可能角度の指令値を算出する角度指令値算出処理を含み、前記角度指令値算出処理は、前記操舵トルクに基づき前記換算可能角度の角加速度指令値を算出する処理を含み、前記運転支援指令値は、角度の2階の時間微分値の次元を有し、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記角加速度指令値を補正する処理を含む上記1記載の転舵制御装置である。
上記構成では、運転支援指令値が更新される周期が長い場合であっても、操作信号の更新周期を短くすることにより、運転支援指令値が意図する換算可能角度の変化速度の変化を運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で反映させることができる。そのため、運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で運転支援指令値によって意図される転舵角の変化速度の変化を指示できる。
4.前記操作処理は、前記換算可能角度を指令値に制御すべく前記電動機のトルクに換算可能な操作量を算出する角度制御処理を含み、前記角度制御処理は、前記換算可能角度の1階の時間微分値と前記指令値の1階の時間微分値との差に基づき前記操作量を算出する処理であり、前記運転支援指令値は、角度の1階の時間微分値の次元を有し、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記差を補正する処理を含む上記1記載の転舵制御装置である。
上記構成では、運転支援指令値が更新される周期が長い場合であっても、操作信号の更新周期を短くすることにより、運転支援指令値によって意図する換算可能角度の変化を運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で反映できる。そのため、運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で運転支援指令値によって意図される転舵角の変化を指示できる。
5.前記操作処理は、前記換算可能角度を指令値に制御すべく前記電動機のトルクに換算可能な操作量を算出する角度制御処理を含み、前記角度制御処理は、前記換算可能角度の2階の時間微分値相当の量に基づき前記操作量を算出する処理であり、前記運転支援指令値は、角度の2階の時間微分値の次元を有し、前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記2階の時間微分値相当の量を補正する処理を含む上記1記載の転舵制御装置である。
上記構成では、運転支援指令値が更新される周期が長い場合であっても、操作信号の更新周期を短くすることにより、運転支援指令値によって意図する換算可能角度の変化速度の変化を運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で反映できる。そのため、運転支援指令値が更新される周期よりも短い周期で運転支援指令値によって意図される転舵角の変化速度の変化を指示できる。
<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態にかかる転舵制御装置について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置10は、運転者のステアリングホイール22の操作に基づいて転舵輪12を転舵させる操舵機構20、および転舵輪12を電動で転舵させる転舵アクチュエータ30を備えている。
以下、第1の実施形態にかかる転舵制御装置について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置10は、運転者のステアリングホイール22の操作に基づいて転舵輪12を転舵させる操舵機構20、および転舵輪12を電動で転舵させる転舵アクチュエータ30を備えている。
操舵機構20は、ステアリングホイール22と、ステアリングホイール22に固定されたステアリングシャフト24と、ラックアンドピニオン機構27と、を備えている。ステアリングシャフト24は、ステアリングホイール22と連結されたコラムシャフト24aと、コラムシャフト24aの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト24bと、インターミディエイトシャフト24bの下端部に連結されたピニオンシャフト24cとを有している。ピニオンシャフト24cの下端部は、ラックアンドピニオン機構27を介してラック軸26に連結されている。ラック軸26の両端には、タイロッド28を介して、左右の転舵輪12が連結されている。したがって、ステアリングホイール22、すなわちステアリングシャフト24の回転運動は、ピニオンシャフト24cおよびラック軸26からなるラックアンドピニオン機構27を介してラック軸26の軸方向(図1の左右方向)の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸26の両端にそれぞれ連結されたタイロッド28を介して、転舵輪12にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪12の転舵角が変化する。
一方、転舵アクチュエータ30は、ラック軸26を操舵機構20と共有し、また、電動機32や、インバータ33、ボールねじ機構34、ベルト式減速機構36を備えている。電動機32は、転舵輪12を転舵させるための動力の発生源であり、本実施形態では、電動機32として、3相の表面磁石同期電動機(SPMSM)を例示する。ボールねじ機構34は、ラック軸26の周囲に一体的に取り付けられており、ベルト式減速機構36は、電動機32の出力軸32aの回転力をボールねじ機構34に伝達する。電動機32の出力軸32aの回転力は、ベルト式減速機構36およびボールねじ機構34を介して、ラック軸26を軸方向に往復直線運動させる力に変換される。このラック軸26に付与される軸方向の力によって、転舵輪12を転舵させることができる。
転舵制御装置40は、転舵輪12を制御対象とし、その制御量である転舵角を制御すべく、転舵アクチュエータ30を操作する。転舵制御装置40は、制御量の制御に際し、トルクセンサ50によって検出される、運転者がステアリングホイール22を介して入力するトルクである操舵トルクThや、車速センサ52によって検出される車速Vを参照する。また、転舵制御装置40は、回転角度センサ54によって検出される出力軸32aの回転角度θmや、電動機32を流れる電流iu,iv,iwを参照する。なお、電流iu,iv,iwは、インバータ33の各レッグに設けられたシャント抵抗における電圧降下として検出されるものとすればよい。
また転舵制御装置40は、上位ECU60と通信線62を介して通信が可能となっている。上位ECU60は、運転者の運転を支援するための指令値である運転支援指令値Asを転舵制御装置40に出力する機能を有する。
転舵制御装置40は、CPU42、ROM44および周辺回路46を備え、それらがローカルネットワーク48を介して通信可能とされるものである。なお、周辺回路46は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。
図2に、転舵制御装置40が実行する処理の一部を示す。図2に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより実現される。
ベース目標トルク算出処理M10は、後述する軸力Tafに基づき、ステアリングホイール22を介して運転者がステアリングシャフト24に入力すべき目標トルクTh*のベース値であるベース目標トルクThb*を算出する処理である。ここで、軸力Tafは、ラック軸26に加わる軸方向の力である。軸力Tafは、転舵輪12に作用する横力に応じた量となることから、軸力Tafによって横力を把握することができる。一方、ステアリングホイール22を介して運転者がステアリングシャフト24に入力すべきトルクは、横力に応じて定めることが望ましい。したがって、ベース目標トルク算出処理M10は、軸力Tafから把握される横力に応じてベース目標トルクThb*を算出する処理となっている。
ベース目標トルク算出処理M10は、後述する軸力Tafに基づき、ステアリングホイール22を介して運転者がステアリングシャフト24に入力すべき目標トルクTh*のベース値であるベース目標トルクThb*を算出する処理である。ここで、軸力Tafは、ラック軸26に加わる軸方向の力である。軸力Tafは、転舵輪12に作用する横力に応じた量となることから、軸力Tafによって横力を把握することができる。一方、ステアリングホイール22を介して運転者がステアリングシャフト24に入力すべきトルクは、横力に応じて定めることが望ましい。したがって、ベース目標トルク算出処理M10は、軸力Tafから把握される横力に応じてベース目標トルクThb*を算出する処理となっている。
詳しくは、ベース目標トルク算出処理M10は、軸力Tafの絶対値が同一であっても車速Vが小さい場合に大きい場合よりも、ベース目標トルクThb*の絶対値をより小さい値に算出する処理である。これは、たとえば、軸力Tafまたは軸力Tafから把握される横加速度および車速Vを入力変数とし、ベース目標トルクThb*を出力変数とするマップデータが予めROM44に記憶された状態でCPU42によりベース目標トルクThb*をマップ演算することによって実現できる。ここで、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とするのに対し、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
ヒステリシス処理M12は、転舵輪12の転舵角に換算可能な換算可能角度であるピニオンシャフト24cの回転角度(ピニオン角θp)に基づき、ベース目標トルクThb*を補正するヒステリシス補正量Thysを算出して出力する処理である。詳しくは、ヒステリシス処理M12は、ピニオン角θpの変化等に基づき、ステアリングホイール22の切り込み時および切り戻し時を識別し、切り込み時において切り戻し時と比較して目標トルクTh*の絶対値がより大きくなるように、ヒステリシス補正量Thysを算出する処理を含む。詳しくは、ヒステリシス処理M12は、車速Vに応じてヒステリシス補正量Thysを可変設定する処理を含む。
ヒステリシス反映処理M14は、ベース目標トルクThb*にヒステリシス補正量Thysを加算することによって、目標トルクTh*を算出する処理である。
トルクフィードバック処理M16は、操舵トルクThを目標トルクTh*に制御するための操作量である操舵側操作量Ts*を算出する処理である。操舵側操作量Ts*は、操舵トルクThを目標トルクTh*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量を含んだ量である。フィードバック操作量は、たとえば操舵トルクThおよび目標トルクTh*の符号がともに正の場合、操舵トルクThが目標トルクTh*よりも大きい場合に、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdの絶対値を増加させるための量となる。なお、操舵側操作量Ts*は、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdに応じた量であるが、本実施形態では、操舵側操作量Ts*は、ステアリングシャフト24に加わるトルクに換算された量となっている。
トルクフィードバック処理M16は、操舵トルクThを目標トルクTh*に制御するための操作量である操舵側操作量Ts*を算出する処理である。操舵側操作量Ts*は、操舵トルクThを目標トルクTh*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量を含んだ量である。フィードバック操作量は、たとえば操舵トルクThおよび目標トルクTh*の符号がともに正の場合、操舵トルクThが目標トルクTh*よりも大きい場合に、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdの絶対値を増加させるための量となる。なお、操舵側操作量Ts*は、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdに応じた量であるが、本実施形態では、操舵側操作量Ts*は、ステアリングシャフト24に加わるトルクに換算された量となっている。
軸力算出処理M18は、操舵側操作量Ts*に操舵トルクThを加算することによって、軸力Tafを算出する処理である。なお、操舵トルクThは、ステアリングシャフト24に加わるトルクのため、本実施形態において軸力Tafは、ラック軸26の軸方向に加わる力を、ステアリングシャフト24に加わるトルクに換算した値となっている。
角度指令値算出処理M20は、軸力Tafに基づき、ピニオン角θpの指令値であるピニオン角指令値θp*を算出する処理である。詳しくは、角度指令値算出処理M20は、以下の式(c1)にて表現されるモデル式を用いて、ピニオン角指令値θp*を算出する処理である。
Taf=K・θp*+C・θp*’+J・θp*’’ …(c1)
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、軸力Tafと等しい量のトルクがステアリングシャフト24に入力された場合にピニオン角θpが示す値をモデル化したものである。上記の式(c1)において、粘性係数Cは、電動パワーステアリング装置10の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Jは、電動パワーステアリング装置10の慣性をモデル化したものであり、バネ定数Kは、電動パワーステアリング装置10が搭載される車両のサスペンションやホイールアライメント等の仕様をモデル化したものである。
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、軸力Tafと等しい量のトルクがステアリングシャフト24に入力された場合にピニオン角θpが示す値をモデル化したものである。上記の式(c1)において、粘性係数Cは、電動パワーステアリング装置10の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Jは、電動パワーステアリング装置10の慣性をモデル化したものであり、バネ定数Kは、電動パワーステアリング装置10が搭載される車両のサスペンションやホイールアライメント等の仕様をモデル化したものである。
具体的には、減算処理M22において、軸力Tafから、粘性項「C・θp*’」およびバネ項「K・θp*」が減算される。慣性係数除算処理M24によって、減算処理M22の出力が慣性係数Jにより除算され、角加速度指令値αp*(=θp*’’)が算出される。そして、角加速度指令値αp*を入力とし、積分処理M26によって、角速度指令値ωp*(=θp*’)が算出される。上位ECU60から運転支援指令値Asが入力されない場合、この角速度指令値ωp*に粘性係数乗算処理M32によって粘性係数Cが乗算されたものが、粘性項「C・θp*’」となる。一方、上位ECU60から運転支援指令値Asが入力されない場合、角速度指令値ωp*を入力とし、積分処理M28によって、ピニオン角指令値θp*が算出される。このピニオン角指令値θp*は、角度指令値算出処理M20の出力となるとともに、バネ定数乗算処理M30によってバネ定数Kが乗算されることによって、バネ項「K・θp*」が算出される。
積算処理M40は、電動機32の回転角度θmの積算値Inθを算出する処理である。なお、本実施形態では、車両が直進するときの転舵輪12の転舵角を「0」としており、転舵角が「0」であるときの積算値Inθを「0」とする。換算処理M42は、積算値Inθを、ステアリングシャフト24から電動機32までの減速比Kmで除算することによって、ピニオン角θpを算出する処理である。
角度フィードバック処理M50は、ピニオン角θpをピニオン角指令値θp*にフィードバック制御するための操作量である角度側操作量Tt*を算出する処理である。角度側操作量Tt*は、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdに応じた量であるが、本実施形態では、ステアリングシャフト24に加わるトルクに換算された量となっている。
角度フィードバック処理M50は、角度側操作量Tt*以外に、ピニオン角θpに影響するトルクを、外乱トルクTldとしてこれを推定する外乱オブザーバM52を含む。
なお、本実施形態では、外乱トルクTldをステアリングシャフト24に加わるトルクに換算しており、外乱オブザーバM52は、ステアリングシャフト24のトルクに換算された角度側操作量Tt*を用いて、以下の式(c2)に基づき、外乱トルクTldを推定する。
なお、本実施形態では、外乱トルクTldをステアリングシャフト24に加わるトルクに換算しており、外乱オブザーバM52は、ステアリングシャフト24のトルクに換算された角度側操作量Tt*を用いて、以下の式(c2)に基づき、外乱トルクTldを推定する。
J・θp*’’=Tt*+Tld …(c2)
詳しくは、本実施形態では、ピニオン角θpの推定値θpe、角度側操作量Tt*およびオブザーバゲインl1,l2,l3を規定する3行1列の行列Lを用いて以下の式(c3)にて、推定の外乱トルクTldや推定値θpeを算出する。
詳しくは、本実施形態では、ピニオン角θpの推定値θpe、角度側操作量Tt*およびオブザーバゲインl1,l2,l3を規定する3行1列の行列Lを用いて以下の式(c3)にて、推定の外乱トルクTldや推定値θpeを算出する。
フィードバック項算出処理M56は、ピニオン角指令値θp*と推定値θpeとの差を入力とする比例要素の出力値および微分要素の出力値の和であるフィードバック操作量Ttfbを算出する処理である。
2階微分処理M58は、ピニオン角指令値θp*の2階時間微分値を算出する処理である。フィードフォワード項算出処理M60は、2階微分処理M58の出力値に慣性係数Jを乗算することによってフィードフォワード操作量Ttffを算出する処理である。2自由度操作量算出処理M62は、フィードバック操作量Ttfbと、フィードフォワード操作量Ttffとの和から、推定の外乱トルクTldを減算して、角度側操作量Tt*を算出する処理である。
加算処理M70は、操舵側操作量Ts*と角度側操作量Tt*とを加算して、転舵アクチュエータ30に対する要求トルクTdを算出する処理である。
換算処理M72は、要求トルクTdを減速比Kmで除算することによって、要求トルクTdを、電動機32に対するトルクの指令値であるトルク指令値Tm*に換算する処理である。
換算処理M72は、要求トルクTdを減速比Kmで除算することによって、要求トルクTdを、電動機32に対するトルクの指令値であるトルク指令値Tm*に換算する処理である。
操作信号生成処理M74は、電動機32のトルクをトルク指令値Tm*に制御するためのインバータ33の操作信号MSを生成して出力する処理である。なお、操作信号MSは、実際には、インバータ33の各レッグの各アームの操作信号となる。
上記角度指令値算出処理M20では、上位ECU60から角速度の次元を有する運転支援指令値Asが入力される場合、加算処理M80において角速度指令値ωp*に運転支援指令値Asを加算し、これを粘性係数乗算処理M32や積分処理M28の入力とする。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
CPU42は、操舵トルクThを目標トルクTh*にフィードバック制御するための操作量である操舵側操作量Ts*と操舵トルクThとの和である軸力Tafに応じてピニオン角指令値θp*を算出する。そして、角度フィードバック処理M50によって、ピニオン角θpをピニオン角指令値θp*にフィードバック制御するための操作量である角度側操作量Tt*を算出する。そして、CPU42は、操舵側操作量Ts*と角度側操作量Tt*との和に応じて電動機32を操作する。ここで、角度側操作量Tt*は、操舵トルクThや操舵側操作量Ts*等を含む推定の外乱トルクTldを差し引いて算出されるものである。そのため、角度側操作量Tt*は、操舵側操作量Ts*との協働でピニオン角θpをピニオン角指令値θp*に制御するうえで適切な値となっている。
CPU42は、操舵トルクThを目標トルクTh*にフィードバック制御するための操作量である操舵側操作量Ts*と操舵トルクThとの和である軸力Tafに応じてピニオン角指令値θp*を算出する。そして、角度フィードバック処理M50によって、ピニオン角θpをピニオン角指令値θp*にフィードバック制御するための操作量である角度側操作量Tt*を算出する。そして、CPU42は、操舵側操作量Ts*と角度側操作量Tt*との和に応じて電動機32を操作する。ここで、角度側操作量Tt*は、操舵トルクThや操舵側操作量Ts*等を含む推定の外乱トルクTldを差し引いて算出されるものである。そのため、角度側操作量Tt*は、操舵側操作量Ts*との協働でピニオン角θpをピニオン角指令値θp*に制御するうえで適切な値となっている。
これに対し、上位ECU60により、転舵制御装置40の外部から角速度の次元を有する運転支援指令値Asが入力される場合、CPU42は、運転支援指令値Asによって角速度指令値ωp*を補正する。これにより、ピニオン角指令値θp*には、運転支援指令値Asが反映される。したがって、CPU42は、ピニオン角θpを、運転支援指令値Asが反映されたピニオン角指令値θp*に制御することとなる。
図3に、運転支援指令値Asがピニオン角指令値θp*に反映される状態を模式的に示す。なお、図3(a)は、運転支援指令値Asの推移を示し、図3(b)は、ピニオン角指令値θp*の推移を示している。図3に示す周期T1は、CPU42が、ピニオン角指令値θp*を更新する周期である。また、図3に示す周期T2は、上位ECU60が転舵制御装置40に運転支援指令値Asを送信する周期である。
図3に示すように、本実施形態では、周期T1の方が周期T2よりも短くなっている。しかし、運転支援指令値Asが角速度の次元を有することから、CPU42は、周期T2の期間においてピニオン角指令値θp*を運転支援指令値Asが示す角速度に従って更新する。すなわち、CPU42は、周期T1毎に運転支援指令値Asが示す角速度に従ってピニオン角指令値θp*を更新する。これに対し、たとえば運転支援指令値Asが角度の次元を有する場合、周期T2の期間において運転支援指令値Asだけピニオン角指令値θp*を補正することが指示されているのであるから、周期T1の間隔では運転支援指令値Asが変化しない。そのため、運転支援指令値Asの更新の周期T2に応じてピニオン角指令値θp*が更新されることとなり、図3(b)に一点鎖線に示すように、ピニオン角指令値θp*の変化が急激となる。
<第2の実施形態>
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。
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。
本実施形態では、運転支援指令値Asが角加速度の次元を有する。
図4に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図4において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図4において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、角加速度の次元を有する運転支援指令値Asは、加算処理M82によって、角加速度指令値αp*に加算され、積分処理M26に入力される。
これにより、ピニオン角指令値θp*は、運転支援指令値Asに応じたものとなる。そのため、運転支援指令値Asが周期T2毎に転舵制御装置40に入力されると、CPU42では、周期T2よりも短い周期T1毎に、運転支援指令値Asが示す加速度を有した角度となるようにピニオン角指令値θp*を更新する。
これにより、ピニオン角指令値θp*は、運転支援指令値Asに応じたものとなる。そのため、運転支援指令値Asが周期T2毎に転舵制御装置40に入力されると、CPU42では、周期T2よりも短い周期T1毎に、運転支援指令値Asが示す加速度を有した角度となるようにピニオン角指令値θp*を更新する。
<第3の実施形態>
以下、第3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。
以下、第3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。
本実施形態では、角速度の次元を有する運転支援指令値Asを、角度フィードバック処理M50の入力とする。
図5に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図5において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図5において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、角速度の次元を有する運転支援指令値Asは、加算処理M84によって微分処理M54の出力に加算されてフィードバック項算出処理M56に入力される。また、運転支援指令値Asは、積分処理M86によって角度の次元を有する指令値とされた後、加算処理M88によってフィードバック項算出処理M56の入力となるピニオン角指令値θp*に加算される。これにより、フィードバック操作量Ttfbは、運転支援指令値Asの時間積分値によって補正されたピニオン角指令値θp*と推定値θpeとの差に応じた比例項と、ピニオン角指令値θp*の時間微分値が運転支援指令値Asによって補正された値と推定値θpeの時間微分値との差に応じた微分項との和となる。
特に、運転支援指令値Asが周期T2毎に転舵制御装置40に入力されると、CPU42では、周期T1毎に、運転支援指令値Asの時間積分値を更新する。これにより、運転支援指令値Asの入力が周期T2毎であるにもかかわらず、CPU42では、上位ECU60が意図するピニオン角指令値θp*を周期T1毎に受け取った場合に準じた制御をすることができる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、第3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。
以下、第4の実施形態について、第3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。
本実施形態では、角加速度の次元を有する運転支援指令値Asを、角度フィードバック処理M50の入力とする。
図6に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図6において、図5に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図6に、本実施形態にかかる転舵制御装置が実行する処理を示す。なお、図6において、図5に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付してその説明を省略する。
図6に示すように、角加速度の次元を有する運転支援指令値Asは、加算処理M90によって2階微分処理M58の出力に加算され、フィードフォワード項算出処理M60の入力とされる。また、運転支援指令値Asは、積分処理M86によって角速度の次元に変換された後、加算処理M84によって、ピニオン角指令値θp*の時間微分値に加算される。さらに、運転支援指令値Asは、2重積分処理M92によって、角度の次元に変換された後、加算処理M88によってフィードバック項算出処理M56の入力となるピニオン角指令値θp*に加算される。これにより、フィードバック操作量Ttfbは、運転支援指令値Asの2重積分処理値によって補正されたピニオン角指令値θp*と推定値θpeとの差に応じた比例項と、ピニオン角指令値θp*の時間微分値が運転支援指令値Asの時間積分値によって補正された値と推定値θpeの時間微分値との差に応じた微分項との和となる。
特に、運転支援指令値Asが周期T2毎に転舵制御装置40に入力されると、CPU42では、周期T1毎に、運転支援指令値Asの時間積分値や2重積分処理値を更新する。これにより、運転支援指令値Asの入力が周期T2毎であるにもかかわらず、CPU42では、上位ECU60が意図するピニオン角指令値θp*やその時間微分値を、周期T1毎に受け取った場合に準じた制御をすることができる。
<対応関係>
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。[1]駆動回路は、インバータ33に対応し、操作処理は、ベース目標トルク算出処理M10、ヒステリシス処理M12、ヒステリシス反映処理M14、トルクフィードバック処理M16、軸力算出処理M18、角度指令値算出処理M20、角度フィードバック処理M50、加算処理M70、換算処理M72、および操作信号生成処理M74に対応する。補正処理は、図2の加算処理M80、図4の加算処理M82の処理、図5の加算処理M84、図6の加算処理M90に対応する。[2]図2の処理に対応する。[3]図4の処理に対応する。[4]図5の処理に対応する。[5]図6の処理に対応する。
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。[1]駆動回路は、インバータ33に対応し、操作処理は、ベース目標トルク算出処理M10、ヒステリシス処理M12、ヒステリシス反映処理M14、トルクフィードバック処理M16、軸力算出処理M18、角度指令値算出処理M20、角度フィードバック処理M50、加算処理M70、換算処理M72、および操作信号生成処理M74に対応する。補正処理は、図2の加算処理M80、図4の加算処理M82の処理、図5の加算処理M84、図6の加算処理M90に対応する。[2]図2の処理に対応する。[3]図4の処理に対応する。[4]図5の処理に対応する。[5]図6の処理に対応する。
<その他の実施形態>
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。
・「補正処理について」
図5においては、ピニオン角指令値θp*の1階の時間微分値に対して運転支援指令値Asを加算したが、これに限らない。たとえば、微分要素の入力となる差を構成する、推定値θpeの1階時間微分値やピニオン角θpの1階時間微分値から運転支援指令値Asを減算してもよい。
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。
・「補正処理について」
図5においては、ピニオン角指令値θp*の1階の時間微分値に対して運転支援指令値Asを加算したが、これに限らない。たとえば、微分要素の入力となる差を構成する、推定値θpeの1階時間微分値やピニオン角θpの1階時間微分値から運転支援指令値Asを減算してもよい。
たとえば下記「角度フィードバック処理について」の欄に記載したように、ピニオン角θpの2階の時間微分値に基づきフィードフォワード操作量Ttffを算出する場合、ピニオン角指令値θp*の2階時間微分値を運転支援指令値Asによって補正すればよい。
上記構成では、運転支援指令値Asによる補正対象と、運転支援指令値Asとを同一の単位を有する量としたが、これに限らない。たとえば、上記実施形態において、運転支援指令値Asを転舵角の1階または2階の時間微分値としてもよい。この場合、上記各実施形態における補正を行うのに先立って、ステアリングシャフト24に対する転舵輪12の減速比に基づき運転支援指令値Asをピニオン角の1階または2階の時間微分値に変換する処理を行う。
・「外乱オブザーバについて」
たとえば、上記実施形態における2自由度操作量算出処理M62において外乱トルクTldおよび操舵側操作量Ts*を減算し、外乱オブザーバM52の入力を角度側操作量Tt*から「Tt*+Ts*」に変更してもよい。その場合、外乱トルクTldは、ピニオン角θpに影響するトルクのうちの電動機32のトルク以外のトルクとなる。
たとえば、上記実施形態における2自由度操作量算出処理M62において外乱トルクTldおよび操舵側操作量Ts*を減算し、外乱オブザーバM52の入力を角度側操作量Tt*から「Tt*+Ts*」に変更してもよい。その場合、外乱トルクTldは、ピニオン角θpに影響するトルクのうちの電動機32のトルク以外のトルクとなる。
またたとえば、上記実施形態における2自由度操作量算出処理M62において外乱トルクTld、操舵側操作量Ts*および操舵トルクThを減算し、外乱オブザーバM52の入力を角度側操作量Tt*から「Tt*+Ts*+Th」に変更してもよい。その場合、外乱トルクTldは、ピニオン角θpに影響するトルクのうちの電動機32のトルクと操舵トルクThとの和以外のトルクとなる。
外乱トルクTldの算出手法としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、ピニオン角指令値θp*の2階の時間微分値、ピニオン角θpの2階の時間微分値または推定値θpeの2階の時間微分値に慣性係数Jを乗算した値から角度側操作量Tt*、操舵側操作量Ts*および操舵トルクThを減算することによって算出してもよい。
・「角度フィードバック処理について」
上記実施形態では、フィードフォワード操作量Ttffを、ピニオン角指令値θp*の2階の時間微分値に基づき算出したが、これに限らず、たとえばピニオン角θpの2階の時間微分値に基づき算出したり、またたとえばピニオン角指令値θp*とピニオン角θpとの差の2階の時間微分値に基づき算出したりしてもよい。
上記実施形態では、フィードフォワード操作量Ttffを、ピニオン角指令値θp*の2階の時間微分値に基づき算出したが、これに限らず、たとえばピニオン角θpの2階の時間微分値に基づき算出したり、またたとえばピニオン角指令値θp*とピニオン角θpとの差の2階の時間微分値に基づき算出したりしてもよい。
フィードバック項算出処理M56の入力となるフィードバック制御量としては、推定値θpeやその1階の時間微分値に限らない。たとえば、推定値θpeやその1階の時間微分値に代えて、ピニオン角θpやその時間微分値自体としてもよい。
フィードバック項算出処理M56としては、比例項および微分項の和を出力する処理に限らない。たとえば比例項を出力するものとしてもよく、またたとえば微分項を出力するものとしてもよい。さらにたとえば、比例項および微分項の少なくとも一方と、積分要素の出力値との和を出力する処理としてもよい。
・「角度制御処理について」
角度制御処理としては、フィードバック項算出処理M56や外乱オブザーバM52を備えることは必須ではない。たとえばフィードフォワード操作量Ttffを角度側操作量Tt*とする処理であってもよい。またたとえば、フィードフォワード操作量Ttffを含まない値として角度側操作量Tt*を算出する処理としてもよい。
角度制御処理としては、フィードバック項算出処理M56や外乱オブザーバM52を備えることは必須ではない。たとえばフィードフォワード操作量Ttffを角度側操作量Tt*とする処理であってもよい。またたとえば、フィードフォワード操作量Ttffを含まない値として角度側操作量Tt*を算出する処理としてもよい。
・「換算可能角度について」
上記実施形態では、換算可能角度として、ピニオン角θpを用いたが、これに限らない。たとえば、転舵輪の転舵角自体としてもよい。
上記実施形態では、換算可能角度として、ピニオン角θpを用いたが、これに限らない。たとえば、転舵輪の転舵角自体としてもよい。
・「操舵側操作量について」
上記実施形態では、操舵側操作量Ts*を、ステアリングシャフト24のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機32のトルクに換算してもよい。
上記実施形態では、操舵側操作量Ts*を、ステアリングシャフト24のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機32のトルクに換算してもよい。
・「角度側操作量について」
上記実施形態では、角度側操作量Tt*をステアリングシャフト24のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機32のトルクに換算してもよい。
上記実施形態では、角度側操作量Tt*をステアリングシャフト24のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機32のトルクに換算してもよい。
・「目標トルク算出処理について」
ベース目標トルク算出処理としては、軸力Tafと車速Vとに応じてベース目標トルクThb*を算出する処理に限らない。たとえば軸力Tafのみに基づきベース目標トルクThb*を算出する処理であってもよい。
ベース目標トルク算出処理としては、軸力Tafと車速Vとに応じてベース目標トルクThb*を算出する処理に限らない。たとえば軸力Tafのみに基づきベース目標トルクThb*を算出する処理であってもよい。
ベース目標トルクThb*をヒステリシス補正量Thysで補正すること自体必須ではない。
・「ベース目標トルクについて」
軸力Tafに基づきベース目標トルクThb*を求めることは必須ではない。たとえば、操舵トルクThに基づき、操舵をアシストするためのアシストトルクを算出し、アシストトルクと操舵トルクとの和に基づきベース目標トルクThb*を算出してもよい。
・「ベース目標トルクについて」
軸力Tafに基づきベース目標トルクThb*を求めることは必須ではない。たとえば、操舵トルクThに基づき、操舵をアシストするためのアシストトルクを算出し、アシストトルクと操舵トルクとの和に基づきベース目標トルクThb*を算出してもよい。
・「角度指令値算出処理の入力について」
トルクフィードバック処理M16による操舵側操作量Ts*に基づく値を角度指令値算出処理M20の入力とすることは必須ではない。たとえば、操舵トルクThに基づき、操舵をアシストするためのアシストトルクを算出し、アシストトルクと操舵トルクとの和を、角度指令値算出処理M20の入力としてもよい。
トルクフィードバック処理M16による操舵側操作量Ts*に基づく値を角度指令値算出処理M20の入力とすることは必須ではない。たとえば、操舵トルクThに基づき、操舵をアシストするためのアシストトルクを算出し、アシストトルクと操舵トルクとの和を、角度指令値算出処理M20の入力としてもよい。
なお、角度指令値算出処理M20が、角加速度指令値αp*や角速度指令値ωp*を中間変数として算出することは必須ではない。これらを中間変数として算出しなくても、図5や図6に例示したように、角度フィードバック処理M50におけるパラメータを運転支援指令値Asによって補正するのであれば、運転支援指令値Asを反映した制御を実行できる。
・「転舵制御装置について」
転舵制御装置としては、CPU42とROM44とを備えてソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、転舵制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
転舵制御装置としては、CPU42とROM44とを備えてソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、転舵制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
・「電動機、駆動回路について」
電動機としては、SPMSMに限らず、埋込磁石同期電動機(IPMSM)等であってもよい。また、同期機に限らず誘導機であってもよい。さらに、たとえばブラシ付きの直流電動機であってもよい。その場合、駆動回路としては、Hブリッジ回路を採用すればよい。
電動機としては、SPMSMに限らず、埋込磁石同期電動機(IPMSM)等であってもよい。また、同期機に限らず誘導機であってもよい。さらに、たとえばブラシ付きの直流電動機であってもよい。その場合、駆動回路としては、Hブリッジ回路を採用すればよい。
・「転舵アクチュエータについて」
転舵アクチュエータとしては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、ピニオンシャフト24cとは別に、電動機32の動力をラック軸26に伝達させるための第2のピニオンシャフトを備えるいわゆるデュアルピニオン型のものであってもよい。またたとえば、ステアリングシャフト24に電動機32の出力軸32aが機械的に連結された構成であってもよい。その場合、転舵アクチュエータは、ステアリングシャフト24やラックアンドピニオン機構27を操舵機構20と共有する。
転舵アクチュエータとしては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、ピニオンシャフト24cとは別に、電動機32の動力をラック軸26に伝達させるための第2のピニオンシャフトを備えるいわゆるデュアルピニオン型のものであってもよい。またたとえば、ステアリングシャフト24に電動機32の出力軸32aが機械的に連結された構成であってもよい。その場合、転舵アクチュエータは、ステアリングシャフト24やラックアンドピニオン機構27を操舵機構20と共有する。
10…電動パワーステアリング装置、12…転舵輪、20…操舵機構、22…ステアリングホイール、24…ステアリングシャフト、24a…コラムシャフト、24b…インターミディエイトシャフト、24c…ピニオンシャフト、26…ラック軸、27…ラックアンドピニオン機構、28…タイロッド、30…転舵アクチュエータ、32…電動機、32a…出力軸、33…インバータ、34…ボールねじ機構、36…ベルト式減速機構、40…転舵制御装置、42…CPU、44…ROM、46…周辺回路、48…ローカルネットワーク、50…トルクセンサ、52…車速センサ、54…回転角度センサ、60…上位ECU、62…通信線。
Claims (5)
- 電動機が内蔵されて且つ転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを操作対象とし、
前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度を運転者の入力する操舵トルクに応じて制御すべく前記電動機の駆動回路を操作する操作処理と、
当該転舵制御装置の外部から入力される運転者の運転を支援するための運転支援指令値に基づき、前記駆動回路を操作するための操作信号の算出過程における演算パラメータを補正する補正処理と、を実行し、
前記運転支援指令値は、角度の1階以上の時間微分値の次元を有し、
前記算出過程には、前記換算可能角度の1階以上の時間微分値が含まれ、
前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記換算可能角度の前記時間微分値を補正する処理を含む転舵制御装置。 - 前記操作処理は、前記換算可能角度の指令値を算出する角度指令値算出処理を含み、
前記角度指令値算出処理は、前記操舵トルクに基づき前記換算可能角度の角速度指令値を算出する処理を含み、
前記運転支援指令値は、角度の1階の時間微分値の次元を有し、
前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記角速度指令値を補正する処理を含む請求項1記載の転舵制御装置。 - 前記操作処理は、前記換算可能角度の指令値を算出する角度指令値算出処理を含み、
前記角度指令値算出処理は、前記操舵トルクに基づき前記換算可能角度の角加速度指令値を算出する処理を含み、
前記運転支援指令値は、角度の2階の時間微分値の次元を有し、
前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記角加速度指令値を補正する処理を含む請求項1記載の転舵制御装置。 - 前記操作処理は、前記換算可能角度を指令値に制御すべく前記電動機のトルクに換算可能な操作量を算出する角度制御処理を含み、
前記角度制御処理は、前記換算可能角度の1階の時間微分値と前記指令値の1階の時間微分値との差に基づき前記操作量を算出する処理であり、
前記運転支援指令値は、角度の1階の時間微分値の次元を有し、
前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記差を補正する処理を含む請求項1記載の転舵制御装置。 - 前記操作処理は、前記換算可能角度を指令値に制御すべく前記電動機のトルクに換算可能な操作量を算出する角度制御処理を含み、
前記角度制御処理は、前記換算可能角度の2階の時間微分値相当の量に基づき前記操作量を算出する処理であり、
前記運転支援指令値は、角度の2階の時間微分値の次元を有し、
前記補正処理は、前記運転支援指令値によって前記2階の時間微分値相当の量を補正する処理を含む請求項1記載の転舵制御装置。
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JP2019041369A JP2020142684A (ja) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 転舵制御装置 |
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JP2019041369A Pending JP2020142684A (ja) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 転舵制御装置 |
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