JP2020179833A - 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、車速が規定速度以下であって且つステアリングホイールへの入力トルクの大きさが規定値以下である場合、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる減少処理と、前記減少処理がなされる場合、前記角度指令値算出処理が前記角度指令値を算出する際の入力の大きさが小さくなるように当該入力を補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置である。
6.前記減少処理は、前記車速が前記規定速度以下であることと、前記入力トルクの大きさが前記規定値以下であることと、操舵速度の大きさが規定速度以下であることとの論理積が真であるか否かを判定する判定処理を含み、前記判定処理によって前記論理積が真であると判定される場合に前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる処理である上記1〜5のいずれか1つに記載の転舵制御装置である。
図1に示す電動パワーステアリング装置10は、車両の推力を生成する車載原動機として内燃機関のみを搭載した車両に搭載されている。電動パワーステアリング装置10においては、ステアリングホイール12が、ステアリングホイール12の操作に抗する力である抗力を付与する抗力アクチュエータ20に接続されている。抗力アクチュエータ20は、ステアリングホイール12に固定されたステアリングシャフト14、減速機22、減速機22に回転軸が連結された電動機24、および電動機24の各端子に交流電圧を印加するインバータ26を備えている。なお、本実施形態は、電動機24として、表面磁石同期電動機(SPMSM)を例示する。
ピニオンシャフト32の下端部は、ラックアンドピニオン機構34を介してラック軸36に連結されている。ラック軸36の両端には、タイロッド38を介して、左右の転舵輪39が連結されている。したがって、クラッチ30が締結状態であれば、ステアリングホイール12、すなわちステアリングシャフト14の回転運動は、ピニオンシャフト32およびラック軸36からなるラックアンドピニオン機構34を介してラック軸36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36の両端にそれぞれ連結されたタイロッド38を介して、転舵輪39にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪39の転舵角が変化する。
ベース目標トルク算出処理M10は、後述する軸力Taf0に基づき、ステアリングホイール12を介して運転者がステアリングシャフト14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Taf0は、ラック軸36に加わる軸方向の力である。軸力Taf0は、転舵輪39に作用する横力に応じた量となることから、軸力Taf0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12を介して運転者がステアリングシャフト14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Taf0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42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42に対する要求トルク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14に加わるトルクに換算された量となっている。
規範モデル演算処理M30は、軸力Tafに基づき、操舵角θhの指令値である操舵角指令値θh*を算出する処理である。詳しくは、規範モデル演算処理M30は、以下の式(c1)にて表現されるモデル式を用いて、操舵角指令値θh*を算出する処理である。
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、クラッチ30が締結状態である場合において、軸力Tafと等しい量のトルクがステアリングシャフト14に入力された場合に操舵角θh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、入力に対する操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。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。
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。
換算処理M76は、角度操作量Tt*を減速比Kmで除算することによって、角度操作量Tt*を、電動機42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。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
図4に示すように、操舵角θhが「0」である状態から操舵角θhが増加する場合、トルク指令値Tr*は曲線d1に沿って増加する。その後、たとえば交差点等でユーザが車両を停止させ、図4の点Pの操舵角θhにてステアリングホイール12の操作もやめる場合、操舵トルクThの大きさが小さくなる。操舵トルクThの大きさが小さくなると、操舵角指令値θh*の大きさが操舵角θhの大きさよりも小さい値となり、ステアリングホイール12が中立位置側に戻される。これにより、トルク指令値Tr*は、図4のd2に沿って操舵角θhの大きさの減少に伴って小さくなり、操舵角θhが、「θa」となる時点でトルク指令値Tr*が「0」となる。しかし、これに応じて設定されるピニオン角指令値θp*は、必ずしも電動機42のトルクが「0」であっても維持される角度ではない。たとえば、「θb」となるときの操舵角指令値θh*が、電動機42のトルクが「0」であってもピニオン角θpがそのまま維持される角度である場合、角度操作量Tt*によって、ピニオン角θpがピニオン角指令値θp*に維持されていることとなる。なお、実際には運転者がステアリングホイール12に手をおいている場合、操舵トルクThは必ずしも「0」とならず、その場合、操舵角θhは「θa」とは相違するが、その場合であっても、これに応じて設定されるピニオン角指令値θp*は、必ずしも電動機42のトルクが「0」であっても維持される角度とはならない。
(1)CPU52は、角度操作量Tt*から角度操作量Tt0*を減算した値である減少補正量ΔTt*を、軸力Taf0から減算して規範モデル演算処理M30の入力となる軸力Tafとする。これにより、推定外乱トルクTldeの大きさが過度に大きくなることを抑制できる。すなわち、角度操作量算出処理M50によって算出された角度操作量Tt0*は、ピニオン角θpをピニオン角指令値θp*とするうえで適切な操作量である。そのため、角度操作量Tt0*から角度操作量Tt*を減算した値が「0」ではない場合には、ピニオン角θpがピニオン角指令値θp*から大きく乖離し、ひいては推定外乱トルクTldeの大きさが過度に大きくなるおそれがある。そしてその場合、角度操作量Tt0*がピニオン角θpをピニオン角指令値θp*とするうえで適切な値からずれることから、角度操作量Tt*を角度操作量Tt0*へと移行させる場合に、ピニオン角θpの制御性が低下するおそれがある。
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。[1,5]換算可能角度は、ピニオン角θpに対応する。角度指令値算出処理は、規範モデル演算処理M30、舵角比可変処理M32および加算処理M34に対応する。操作処理は、換算処理M76および操作信号生成処理M78に対応する。減少処理は、ゲインαが「0」よりも大きいときの減算処理M72に対応し、補正処理は、減算処理M20に対応する。駆動回路は、インバータ43に対応する。[2]切替装置は、クラッチ30およびクラッチドライバ70に対応する。[3]S12,S16の処理に対応する。[4]変更処理は、S18〜S22の処理に対応する。[6]判定処理は、S10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。
上記実施形態では、上記条件(ア)、条件(イ)および条件(ウ)の論理積が真であることを減少処理の実行条件としたが、これに限らない。たとえば、上記条件(ア)および条件(イ)の論理積が真であることを実行条件としてもよい。
上記実施形態では、角度操作量Tt*を「0」へと漸減させることにより電動機42に流れる電流を「0」に減少させたがこれに限らない。たとえば、角度操作量Tt*を「0」へとステップ的に減少させてもよい。
上記実施形態では、角度操作量Tt*が「0」とされる場合に限って、弾性係数Kや粘性係数Cを変更する処理を実行したが、これに限らない。たとえば角度操作量Tt*を角度操作量Tt0*で除算した値が所定比率以下の場合に、弾性係数Kや粘性係数Cを変更する処理を実行してもよい。
上記実施形態では、角度操作量Tt*を電動機42に対する要求トルクとしたが、これに限らない。たとえば、角度操作量Tt*と操舵操作量Ts*との和を電動機42に対する要求トルクとしてもよい。
上記実施形態では、規範モデル演算処理M30において、軸力Tafを入力として、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)等に基づき操舵角指令値θh*を算出したが、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。また、たとえば舵角比可変処理M32および加算処理M34を削除し、規範モデル演算処理M30の出力を、操舵角指令値θh*兼ピニオン角指令値θp*としてもよい。
上記実施形態では、転舵輪39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39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14のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機42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Taf0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Taf0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14のトルクに換算したが、これに限らない。たとえば、電動機42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14のトルクに換算されている場合であって且つ操舵操作量Ts*と角度操作量Tt*との和を電動機42に対する要求トルクとする場合、要求トルクを、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Taf0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Taf0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。
・「走行許可信号について」
上記実施形態では、走行許可信号としてIG信号を例示したがこれに限らない。たとえば下記「車両について」の欄に記載したように車両の推力を生成する車載原動機として回転電機を備える車両においては、車両の走行許可信号を、たとえば回転電機への電力の供給を可能とするリレーを閉状態とする信号としてもよい。もっとも、走行許可信号がオン状態であることを条件に、クラッチ30を解放状態とすること自体必須ではなく、たとえば転舵アクチュエータ40に異常が生じる等、フェールセーフ処理時以外には、原則、クラッチ30を解放状態に維持するものであってもよい。
転舵制御装置としては、CPU52とROM54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。
ステアバイワイヤシステムに限らず、たとえば、図1において、クラッチ30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ステアリングシャフト14をピニオンシャフト32に機械的に連結してもよい。この場合であっても、たとえば上記条件(ア),(イ)および(ウ)の論理積が真である場合にステアリングシャフト14とピニオンシャフト32との連結を解除する場合等にあっては、図3に例示した処理が有効である。
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32とは別に、電動機42の動力をラック軸36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、ピニオンシャフト32に電動機42の出力軸42aが機械的に連結された構成であってもよい。
車両としては、車両の推力を生成する車載原動機が内燃機関のみからなるものに限らず、たとえば、内燃機関と回転電機とからなるものであってもよい。もっとも、内燃機関を備えること自体必須ではない。
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、
車速が規定速度以下であって且つステアリングホイールへの入力トルクの大きさが規定値以下である場合、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させる減少処理と、
前記減少処理がなされる場合、前記角度指令値算出処理が前記角度指令値を算出する際の入力の大きさが小さくなるように当該入力を補正する補正処理と、を実行する転舵制御装置。 - 前記ステアリングホイールおよび前記転舵輪間の動力の伝達状態と遮断状態とが切替装置によって切り替え可能とされ、
前記減少処理を、前記切替装置によって前記遮断状態とされているときに実行する請求項1記載の転舵制御装置。 - 前記減少処理は、前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを漸減させる処理である請求項1または2記載の転舵制御装置。
- 前記角度指令値算出処理は、前記減少処理を実行する場合、前記入力に応じた出力の関係を変更する変更処理を含む請求項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る処理を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の転舵制御装置。
- 前記減少処理は、前記車速が前記規定速度以下であることと、前記入力トルクの大きさが前記規定値以下であることと、操舵速度の大きさが規定速度以下であることとの論理積が真であるか否かを判定する判定処理を含み、前記判定処理によって前記論理積が真であると判定される場合に前記角度操作量算出処理によって算出された前記角度操作量の大きさに対して前記操作処理に反映される前記角度操作量の大きさを減少させ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。
Priority Applications (4)
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