JP2020179830A - 転舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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、運転者が入力する操舵トルクを目標操舵トルクにフィードバック制御すべく前記転舵輪を転舵させるための前記電動機の操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である操舵操作量を算出する操舵操作量算出処理と、前記操舵操作量に応じて前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度の指令値である角度指令値を算出する角度指令値算出処理と、前記換算可能角度を前記角度指令値にフィードバック制御する操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である角度操作量を算出する角度操作量算出処理と、前記角度操作量に応じて前記電動機のトルクを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、前記転舵角の大きさが転舵角閾値以上である場合、前記転舵角の大きさがさらに大きくなる側へのステアリングホイールの操作に抗する抗力を付与すべく、前記角度操作量算出処理よりも上流側のパラメータを補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置である。
以下、転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、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。
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に入力すべき目標操舵トルク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。
操舵操作量算出処理M16は、操舵トルクThを目標操舵トルクTh*にフィードバック制御するための操作量である操舵操作量Ts*を算出する処理である。操舵操作量Ts*は、操舵トルクThを目標操舵トルクTh*にフィードバック制御するための操作量を含んだ量であるが、フィードフォワード項を含んでもよい。フィードバック制御のための操作量は、たとえば操舵トルクThおよび目標操舵トルクTh*の符号がともに正の場合、操舵トルクThが目標操舵トルクTh*よりも大きい場合に、電動機32に対する要求トルクの大きさ(絶対値)を増加させるための量となる。なお、操舵操作量Ts*は、操舵トルクThを目標操舵トルクTh*にフィードバック制御するうえでの電動機32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。
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、弾性係数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。このモデルは、実際の電動パワーステアリング装置10や電動パワーステアリング装置10が搭載される車両を正確に表現したモデルではなく、入力に対する転舵角の挙動を理想的な挙動とするために設計された規範モデルである。すなわち、本実施形態では、規範モデルの設計を通じて操舵フィーリングの調整を可能としている。
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。ピニオン角θpは、「0」である場合に直進方向であることを示し、正であるか負であるかに応じて、右旋回側の転舵角であるか左旋回側の転舵角であるかを示す。
微分演算処理M54は、ピニオン角指令値θp*の微分演算によってピニオン角速度指令値を算出する処理である。
加算処理M74は、操舵操作量Ts*と角度操作量Tt*とを加算して、電動機32に対する要求トルクTdを算出する処理である。
運転者によってステアリングホイール22が操作されると、CPU42は、これに応じて目標操舵トルクTh*を算出し、操舵トルクThを目標操舵トルクTh*にフィードバック制御する。また、CPU42は、フィードバック制御のための操作量としての操舵操作量Ts*と操舵トルクThとの和に基づき、ピニオン角指令値θp*を算出する。そしてCPU42は、ピニオン角θpの推定値θpe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操作量Tt*を算出する。そしてCPU42は、操舵操作量Ts*と角度操作量Tt*との和に応じてトルク指令値Tm*を定め、電動機32のトルクをトルク指令値Tm*に制御する。
(1)反力Trvに粘性反力Tωp*を含めた。ここで、粘性反力Tωp*は、ピニオン角速度指令値ωp*の大きさが大きい場合に小さい場合よりも大きくなるのみならず、粘性項「C・ωp*」と比較してピニオン角指令値θp*の大きさが大きい場合に大きくなりやすいパラメータである。そのため、ピニオン角指令値θp*が閾値θpthに近づく際にピニオン角速度指令値ωp*が大きい値をとる場合、その大きさを減少させるための大きな値となる。そのため、ピニオン角指令値θp*が閾値θpthに近づく際のピニオン角速度指令値ωp*の大きさが過度に大きくなることを抑制できる。これに対し、ピニオン角指令値θp*が閾値θpthを超えるときのピニオン角指令値θp*の変化速度の大きさが大きい場合には、仮想反力Tiefに応じてステアリングホイール22に付与される抗力とピニオン角指令値θp*の大きさを大きくしようとする力とがぶつかり合うことによる衝撃が大きくなるおそれがある。
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。
ここで、本実施形態にかかる作用および効果について記載する。
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。
以上説明した本実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果に準じた効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
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]角度指令値算出処理は、図2や図4の規範モデル演算処理M20や、図7の規範モデル演算処理M20、舵角比可変処理M82および加算処理M84に対応する。換算可能角度は、ピニオン角θpに対応する。操作処理は、加算処理M74、換算処理M76および操作信号生成処理M78に対応する。補正処理は、S10の処理に応じた反力Trvを減算処理M21において軸力Tafから減算する処理や、S32の処理、図7の減算処理M21において反力Trvを軸力Tafから減算する処理に対応する。駆動回路は、インバータ33に対応する。[2]弾性力は、弾性項「K・θp*」と仮想反力Tiefとの和に対応する。[3]粘性力は、粘性項「C・θp*´」と粘性反力Tωp*との和に対応する。粘性調整処理は、S12〜S18の処理に対応する。[4]S32の処理に対応する。[5]図7および図8の処理に対応する。[6]図7の処理に対応する。[7]目標操舵トルク算出処理は、ベース目標トルク算出処理M10、加算処理M12、およびヒステリシス処理M14に対応する。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
たとえば、S10の処理において、ピニオン角指令値θp*に代えて、ピニオン角θpに基づき仮想反力Tiefを算出したり、推定値θpeに基づき仮想反力Tiefを算出したりしてもよい。またたとえば、S32の処理において、ピニオン角θpに代えて、推定値θpeに基づきゲインGiefを算出したり、ピニオン角指令値θp*に基づきゲインGiefを算出したりしてもよい。
たとえば、図3の処理においてS18の処理を削除し、S20の処理において、S16の処理によって算出された粘性反力Tωp*を、仮想反力Tiefに加算してもよい。またたとえば、図3の処理においてS12,S14の処理を削除してもよい。
図8の処理において、ピニオン角指令値θp*の算出処理に粘性反力Tωp*を用いなかったが、用いてもよい。ここで、粘性反力は、たとえばピニオン角指令値θp*の時間微分値のみに応じて算出してもよく、またたとえば操舵角指令値θh*の時間微分値のみに応じて算出してもよい。また、たとえばピニオン角指令値θp*の時間微分値と操舵角指令値θh*の時間微分値との双方に応じて算出してもよい。これは、たとえばピニオン角指令値θp*の時間微分値と操舵角指令値θh*の時間微分値とのうちの大きさが小さくない方に基づき粘性反力を算出することにより実現できる。
図2、および図4では、角度操作量Tt*および操舵操作量Ts*の和を要求トルクTdとしたが、これに限らない。たとえば、角度操作量Tt*を要求トルクとしてもよい。
「角度指令値算出処理について」
上記実施形態では、軸力Tafを入力として、ピニオン角指令値θp*や操舵角指令値θh*を算出したが、これに限らず、たとえば、操舵操作量Ts*を入力としてもよい。上記実施形態では、軸力Tafを入力とし、上記の式(c1)等に基づきピニオン角指令値θp*や操舵角指令値θh*を算出したが、ピニオン角指令値θp*や操舵角指令値θh*を算出するためのロジック(モデル)としては、これに限らない。
上記実施形態では、転舵輪12に作用するトルクが転舵角の角加速度に比例するトルクと釣り合うという簡易なモデルにて外乱オブザーバを構成したが、これに限らない。たとえば、転舵輪12に作用するトルクが、転舵角の角加速度に比例するトルクと転舵角の角速度に比例するトルクとの和と釣り合うというモデルを用いて外乱オブザーバを構成してもよい。
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階時間微分値に基づき算出したり、推定値θpeの2階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、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、操舵操作量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のトルクとしてもよい。ただし、その場合、たとえば操舵トルクThを減速比Kmで除算した値と操舵操作量Ts*との和を軸力Tafとしたり、操舵操作量Ts*に減速比Kmを乗算した値と操舵トルクThとの和を軸力Tafとしたりする。
上記実施形態では、角度操作量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のトルクとしてもよい。ただし、たとえば操舵操作量Ts*がステアリングシャフト24のトルクに換算されている場合、要求トルクTdを、角度操作量Tt*に減速比Kmを乗算した値と操舵操作量Ts*との和等とする。
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。
・「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。
電動機としては、SPMSMに限らず、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を操舵機構と共有する。
たとえば図6において、クラッチ60を削除し、代わりに、ギア比を可変とするギア比可変機構を介して入力軸24dをピニオンシャフト24cに機械的に連結してもよい。その場合であっても、ステアバイワイヤの場合において例示した処理と同様の処理を実現できる。
Claims (7)
- 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、
運転者が入力する操舵トルクを目標操舵トルクにフィードバック制御すべく前記転舵輪を転舵させるための前記電動機の操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である操舵操作量を算出する操舵操作量算出処理と、
前記操舵操作量に応じて前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能角度の指令値である角度指令値を算出する角度指令値算出処理と、
前記換算可能角度を前記角度指令値にフィードバック制御する操作量であって前記電動機に要求されるトルクに換算可能な操作量である角度操作量を算出する角度操作量算出処理と、
前記角度操作量に応じて前記電動機のトルクを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、
前記転舵角の大きさが転舵角閾値以上である場合、前記転舵角の大きさがさらに大きくなる側へのステアリングホイールの操作に抗する抗力を付与すべく、前記角度操作量算出処理よりも上流側のパラメータを補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置。 - 前記角度指令値算出処理は、前記転舵角の大きさが大きい場合に小さい場合よりも大きくなる弾性力を、前記角度指令値算出処理の入力となる前記操舵操作量から減算する処理と、該減算した値に基づき前記角度指令値を算出する処理と、を含み、
前記補正処理は、前記転舵角の大きさの増加に対する前記弾性力の増加量を、前記転舵角の大きさが前記転舵角閾値以上となる場合に大きくする処理を含む請求項1記載の転舵制御装置。 - 前記角度指令値算出処理は、前記転舵角の変化速度である転舵角速度の大きさが大きい場合に小さい場合よりも大きくなる粘性力を、前記角度指令値算出処理の入力となる前記操舵操作量から減算する処理と、該減算した値に基づき前記角度指令値を算出する処理と、を含み、
前記転舵角の大きさが前記転舵角閾値以下であるとき、前記転舵角の大きさが前記転舵角閾値に近い場合に遠い場合よりも前記粘性力を大きくする粘性調整処理を実行する請求項1または2記載の転舵制御装置。 - 前記補正処理は、前記転舵角の大きさが前記転舵角閾値以上となる場合に前記角度指令値算出処理に入力される前記操舵操作量の大きさを小さくする処理を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の転舵制御装置。
- 前記ステアリングホイールには、前記転舵輪と前記ステアリングホイールとの動力の伝達が遮断された状態において前記ステアリングホイールの操作に抗する力である抗力を前記ステアリングホイールに付与する抗力アクチュエータが取り付けられており、
当該転舵制御装置は、前記転舵アクチュエータに加えて前記抗力アクチュエータを操作対象とし、
前記角度指令値に応じて前記抗力アクチュエータを操作する抗力操作処理を実行し、
前記補正処理は、前記ステアリングホイールの回転角である操舵角の大きさが操舵角閾値以上であることと、前記転舵角が前記転舵角閾値以上であることとの少なくとも一方が成立する場合、前記抗力アクチュエータによって前記操舵角の大きさがさらに大きくなる側への前記ステアリングホイールの操作に抗する抗力を付与すべく、前記角度操作量算出処理よりも上流側のパラメータを補正する処理である請求項1〜4のいずれか1項に記載の転舵制御装置。 - 前記操作処理は、前記操舵操作量によらずに前記角度操作量に基づき前記電動機のトルクを制御すべく前記駆動回路を操作する処理である請求項1〜5のいずれか1項に記載の転舵制御装置。
- 前記操舵操作量と前記操舵トルクとを同一の物体に働く力に換算した量同士の和に基づき、前記目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出処理を実行する請求項1〜6のいずれか1項に記載の転舵制御装置。
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