JP2021154894A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
車速が増大するほど、転舵輪の転舵に必要なトルクが大きくなる。したがって、車速の変化によって、角度制御の実行による換算可能角の目標角への調整度合いが変化し、操舵に応じた車両の挙動に影響が及ぶ。この点、上記構成によれば、車速の増大に基づいて制御ゲインが大きくなるため、車速に応じて最適な角度制御を実行できる。
横加速度が増大するほど、転舵輪の転舵に必要なトルクが大きくなる。したがって、横加速度の変化によって、角度制御の実行による換算可能角の目標角への調整度合いが変化し、操舵に応じた車両の挙動に影響が及ぶ。この点、上記構成によれば、横加速度の絶対値の増大に基づいて制御ゲインが大きくなるため、横加速度に応じて最適な角度制御を実行できる。
図1に示すように、本実施形態の操舵制御装置1の制御対象となる操舵装置2はステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。操舵装置2は、ステアリングホイール3を介して運転者により操舵される操舵ユニット4と、運転者による操舵ユニット4の操舵に応じて転舵輪5を転舵させる転舵ユニット6とを備えている。
操舵制御装置1は、操舵側モータ13及び転舵側モータ32に接続されており、これらの作動を制御する。操舵制御装置1は、図示しない中央処理装置(CPU)やメモリを備えている。そして、CPUがメモリに記憶されたプログラムを所定の演算周期ごとに実行することで、各種の制御が実行される。
状態量には、トルクセンサ41によって検出される操舵トルクTh、及び車速センサ42によって検出される車速Vbが含まれる。なお、トルクセンサ41は、ステアリングシャフト11における操舵側減速機14との連結部分よりもステアリングホイール3側に設けられている。操舵トルクThは、運転者がステアリングホイール3を介して入力するトルクである。
図2に示すように、操舵側モータ13は、ロータ51と、図示しないステータに巻回されるコイル群52とを備えている。コイル群52は、U、V、Wの三相のコイルを有している。コイル群52の各相のコイルは、単一の給電経路を構成するように接続されているとともに、接続線53を介して操舵制御装置1に接続されている。
操舵制御装置1は、操舵側モータ制御信号Msを出力する操舵側マイコン61と、操舵側モータ制御信号Msに基づいてコイル群52に駆動電力を供給する操舵側駆動回路62とを備えている。操舵側マイコン61には、回転角θs、操舵トルクTh、車速Vbが入力される。また、操舵側マイコン61には、接続線53を流れる操舵側モータ13の各相電流値Ius,Ivs,Iwsを検出する電流センサ63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63をそれぞれ1つにまとめて図示している。
図3に示すように、操舵側マイコン61は、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することで、操舵側モータ制御信号Msを演算する。操舵側マイコン61には、上記操舵トルクTh、車速Vb、回転角θs、各相電流値Ius,Ivs,Iws、転舵側モータ32の駆動電流であるq軸電流値Iqt1,Iqt2及び第1転舵対応角θp1が入力される。そして、操舵側マイコン61は、これら各状態量に基づいて操舵側モータ制御信号Msを演算する。
図4に示すように、目標反力トルク演算部72は、入力トルク基礎成分Tbを演算する入力トルク基礎成分演算部81と、反力成分Firを演算する反力成分演算部82を備えている。入力トルク基礎成分Tbは、運転者の操舵方向にステアリングホイール3を回転させる力である。反力成分Firは、運転者の操舵によるステアリングホイール3の回転に抗する力である。
第1転舵側マイコン64及び第2転舵側マイコン67は、転舵側モータ32の駆動方式に応じて、第1転舵側モータ制御信号Mt1及び第2転舵側モータ制御信号Mt2の演算処理をそれぞれ変更する。
第1転舵側マイコン64は、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することで、第1転舵側モータ制御信号Mt1を演算する。第1転舵側マイコン64には、上記回転角θt1、操舵角θh、操舵トルクTh、各相電流値Iut1,Ivt1,Iwt1、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ及び対象温度Tempが入力される。そして、第1転舵側マイコン64は、これら各状態量に基づいて第1転舵側モータ制御信号Mt1を演算して出力する。
第2転舵側マイコン67は、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することで、第2転舵側モータ制御信号Mt2を演算する。第2転舵側マイコン67には、上記回転角θt2、操舵角θh、操舵トルクTh、各相電流値Iut2,Ivt2,Iwt2及び、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ及び対象温度Tempが入力される。そして、第2転舵側マイコン67は、これら各状態量に基づいて第2転舵側モータ制御信号Mt2を演算して出力する。
図6に示すように、優先目標転舵トルク演算部94は、第1転舵対応角θp1を第1目標転舵対応角θp1*に調整する角度制御の実行に基づいて、優先目標転舵トルクTty*を演算する。本実施形態の優先目標転舵トルク演算部94は、角度制御として、第1転舵対応角θp1を第1目標転舵対応角θp1*に追従させる角度F/B制御と、第1目標転舵対応角θp1*に基づくフィードフォワード制御と、第1転舵対応角θp1の変化量である第1転舵対応角速度ωp1に基づくダンピング制御とを実行する。そして、優先目標転舵トルク演算部94は、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1、すなわち転舵側モータ32の駆動方式に基づいて、角度制御の実行に用いられる制御ゲインを変更する。これにより、角度制御の最適化が図られる。なお、以下では、フィードフォワードという文言を「F/F」と記すことがある。
詳しくは、優先目標転舵トルク演算部94は、角度F/BトルクTfbpを演算する角度F/Bトルク演算部111と、角度F/FトルクTffpを演算する角度F/Fトルク演算部112と、ダンピングトルクTdmpを演算するダンピングトルク演算部113とを備えている。そして、優先目標転舵トルク演算部94は、角度F/FトルクTffpと、角度F/BトルクTfbpと、ダンピングトルクTdmpとを加算することにより得られる値を優先目標転舵トルクTty*として演算する。
図7に示すように、角度F/Bトルク演算部111は、角度F/B制御としてPID制御を実行することにより、角度F/BトルクTfbpを演算する。
比例成分演算部121には、角度偏差Δθp1に加え、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1が入力される。比例成分演算部121は、角度偏差Δθp1にブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1に応じた制御ゲイン及びF/Bゲインである比例ゲインKpを乗算することにより比例成分Tpを演算する。
図7に示すように、積分成分演算部122には、角度偏差Δθp1に加え、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1が入力される。積分成分演算部122は、角度偏差Δθp1にブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1に応じた制御ゲイン及びF/Bゲインである積分ゲインKiを乗算することにより積分基礎成分Tibを演算する。そして、積分成分演算部122は、最新の演算周期で演算した積分基礎成分Tibに対して、前回の演算周期までに演算した積分基礎成分Tibを積算することにより得られる積算値を加算することで、積分成分Tiを演算する。
微分成分演算部123には、角度偏差Δθp1に加え、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1が入力される。微分成分演算部123は、角度偏差Δθp1を微分することにより得られる角速度偏差Δωp1に対して、ブレーキ操作フラグFbr、車速Vb、横加速度γ、対象温度Temp及び第1状態信号S1に応じた制御ゲイン及びF/Bゲインである微分ゲインKdを乗算することにより微分成分Tdを演算する。
図9に示すように、角度F/Fトルク演算部112は、SAT成分Tsatを演算するSAT成分演算部151と、プラント成分Tpltを演算するプラント成分演算部152と、角度F/FゲインKffpを演算する角度F/Fゲイン演算部153とを備えている。SAT成分Tsatは、転舵輪5に作用するセルフアライニングトルクに相当する外乱を補償するためのトルクを示す。プラント成分Tpltは、転舵側モータ32に対するq軸電流指令値Iqt1*を入力とするとともに第1転舵対応角θp1を出力とするシステムのプラント特性に応じた外乱を補償するためのトルクを示す。そして、角度F/Fトルク演算部112は、SAT成分Tsatとプラント成分Tpltとを加算することにより得られる加算値に対して、角度F/FゲインKffpを乗算することで、角度F/FトルクTffpを演算する。
図10に示すように、ダンピングトルク演算部113は、ダンピング基本成分Tdmpbを演算するダンピング基本成分演算部161と、ダンピングゲインKdmpを演算するダンピングゲイン演算部162とを備えている。そして、ダンピングトルク演算部113は、ダンピング基本成分TdmpbにダンピングトルクTdmpを乗算することによりダンピングトルクTdmpを演算する。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
・上記実施形態では、転舵側モータ32が第1コイル群55及び第2コイル群56を有する構成としたが、これに限らず、例えば転舵側アクチュエータ31が複数の転舵側モータを有する構成としてもよい。このように構成することは、操舵装置にモータトルクを付与するモータが、給電経路が分けられた複数のコイル群を有することと同義である。
・上記実施形態において、転舵側モータ32の駆動方式として、協調方式、独立方式、残存方式以外の方式を採用してもよい。一例として、転舵側モータ32の温度が閾値以上となった場合に、転舵側モータ32の過熱を抑制するために、q軸電流指令値Iqt1*及びq軸電流指令値Iqt2*の絶対値を制限する駆動方式を採用してもよい。
・上記実施形態では、車両が減速状態である場合に、通常時車速感応ゲインKvnよりも小さな値となる減速時車速感応ゲインKvrを出力することで、制御ゲインを小さくした。しかし、これに限らず、例えば車両が減速状態であるか否かに応じて異なる減速感応ゲインを乗算器147に出力することで、制御ゲインを小さくしてもよく、その演算態様は適宜変更可能である。
・上記実施形態では、角度F/Bトルク演算部111が角度F/B制御としてPID制御を実行したが、これに限らず、例えばPI制御を実行してもよく、角度F/B制御の実行態様は適宜変更可能である。
・上記実施形態では、制御対象となる操舵装置2を、操舵ユニット4と転舵ユニット6との間の動力伝達が分離したリンクレスの構造としたが、これに限らず、クラッチにより操舵ユニット4と転舵ユニット6との間の動力伝達を分離可能な構造の操舵装置を制御対象としてもよい。
(イ)前記操舵装置は、操舵ユニットと、前記操舵ユニットに入力される操舵に応じて転舵輪を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達が分離した構造を有するものであり、前記モータは、前記転舵輪を転舵させる力である転舵力として前記モータトルクを付与する転舵側モータである操舵制御装置。
Claims (10)
- モータを駆動源とするアクチュエータからモータトルクが付与される操舵装置を制御対象とし、
前記モータの作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御部と、前記モータ制御信号に基づいて前記モータに駆動電力を供給する駆動回路とを備える操舵制御装置において、
前記制御部は、
前記モータの回転角に換算可能な換算可能角を目標角に調整する角度制御の実行に基づいて、前記モータトルクの目標値となるトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、
前記トルク指令値に基づいて前記モータ制御信号を演算するモータ制御信号演算部とを備え、
前記トルク指令値演算部は、操舵に応じた車両の挙動に影響を及ぼす要因の変化に基づいて、前記角度制御に用いる制御ゲインを変更する操舵制御装置。 - 請求項1に記載の操舵制御装置において、
前記モータは、給電経路が分けられた複数のコイル群を有するものであり、
前記複数のコイル群にそれぞれ対応する前記制御部及び前記駆動回路の組を該コイル群と同数備え、
前記モータとの間において、前記複数のコイル群で発生するトルクを個別に制御する複数の制御系統が構成されるものであって、
前記要因には、前記モータの駆動方式が含まれる操舵制御装置。 - 請求項2に記載の操舵制御装置において、
前記駆動方式には、
前記複数の制御系統の一の前記制御部が演算する前記トルク指令値に基づいて、前記各制御系統のコイル群で発生するトルクを制御する協調方式と、
前記複数の制御系統の前記制御部がそれぞれ演算する前記トルク指令値に基づいて、対応する前記制御系統のコイル群で発生するトルクを制御する独立方式と、
前記複数の制御系統のいずれか1つが異常である場合に、正常な制御系統の前記制御部が演算する前記トルク指令値に基づいて、対応する前記正常な制御系統のコイル群で発生するトルクを制御する残存方式とが含まれ、
前記制御ゲインは、前記独立方式、前記協調方式、前記残存方式の順で大きくなるように変更される操舵制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記要因には、車速が含まれ、
前記制御ゲインは、前記車速の増大に基づいて、大きくなるように変更される操舵制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記要因には、車両の加減速状態が含まれ、
前記制御ゲインは、車両が減速状態である場合に、車両が非減速状態である場合に比べ、小さくなるように変更される操舵制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記要因には、横加速度が含まれ、
前記制御ゲインは、前記横加速度の絶対値の増大に基づいて、大きくなるように変更される操舵制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記要因には、前記モータの温度、前記制御部の温度、前記駆動回路の温度、前記操舵装置の温度、及び前記操舵装置の周辺温度の少なくとも1つの対象温度が含まれ、
前記制御ゲインは、前記対象温度の低下に基づいて、大きくなるように変更される操舵制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記角度制御には、前記換算可能角を前記目標角に追従させるフィードバック制御が含まれ、
前記制御ゲインには、前記フィードバック制御に用いられるフィードバックゲインが含まれる操舵制御装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記角度制御には、前記目標角に基づくフィードフォワード制御が含まれ、
前記制御ゲインには、前記フィードフォワード制御に用いられるフィードフォワードゲインが含まれる操舵制御装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
前記角度制御には、前記目標角の変化量である目標角速度に基づくダンピング制御が含まれ、
前記制御ゲインには、前記ダンピング制御に用いられるダンピングゲインが含まれる操舵制御装置。
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