JP2023019006A - ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減させる。
【解決手段】ステアリングシステムであって、ステアリングシャフトを含む操舵機構と、前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。
【選択図】図2
【解決手段】ステアリングシステムであって、ステアリングシャフトを含む操舵機構と、前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。
【選択図】図2
Description
本願発明は、ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラムに関する。
近年、車両において、先進運転支援システム(ADAS:Advanced Driver-Assistance Systems)や自動運転(AD:Autonomous Driving)の機能を実現するために、パワーステアリング装置においても様々な技術が開発されている。例えば、バスやトラックにてADASやADを実現することを考える。量産されているバスやトラックの大半は、油圧パワーステアステアリング(HPS:Hydraulic Power Steering)を搭載している。このような車両に対しては、既存のHPSを残しつつ、パワーステアリングシステムの上段部分に出力が比較的小さい電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)を搭載する構成により、自動運転等に対応させることが考えられる。このような構成においては、例えば、コラムEPSを利用することが可能である。
例えば、特許文献1では、EPSとHPSを組み合わせた構成において、トーションバーのねじれ設定をEPS側とHPS側とで異ならせることにより、HPSの故障の際にEPSを動作させる構成が開示されている。
また、特許文献2では、大型トラックやバス等の車両を想定して、EPSとHPSを組み合わせた構成が開示されている。この構成において、EPSは、車線維持支援機能を動作させる際の操舵アクチュエータとして作動したり、通常動作時にHPSと協働して操舵アシストを行ったりすることが記載されている。
しかしながら、HPSの上側にコラムEPSを搭載した場合、コラムEPSを構成する減速機やモータなどの摩擦に起因して、マニュアルコラムを搭載した従来のHPSの構成と比較して操舵が重くなったり、ハンドル戻りが悪化したりする等の操舵性の問題が生じる。
上記の先行技術文献では、EPSとHPSが組み合わされた構成については開示されているものの、それらの組み合わせによる操舵性の悪化については十分に考慮されていなかった。
上記課題を鑑み、本願発明は、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減することを目的とする。
上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、ステアリングシステムであって、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラムを提供する。
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラムを提供する。
本願発明により、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。
<第1の実施形態>
以下、本願発明の第1の実施形態について説明を行う。なお、以下に示す電動パワーステアリング装置の構成は一例であり、本願発明は、転舵装置を含むステアリングシステム全般に適用可能である。
以下、本願発明の第1の実施形態について説明を行う。なお、以下に示す電動パワーステアリング装置の構成は一例であり、本願発明は、転舵装置を含むステアリングシステム全般に適用可能である。
[構成概要]
まず、本願発明のステアリングシステムの構成を説明する前に、その比較対象として、従来の油圧パワーステアリング装置の構成について説明する。上述したように、例えば、バスやトラックなどの車両においては、油圧パワーステアリング装置(HPS)が搭載されていることが想定される。
まず、本願発明のステアリングシステムの構成を説明する前に、その比較対象として、従来の油圧パワーステアリング装置の構成について説明する。上述したように、例えば、バスやトラックなどの車両においては、油圧パワーステアリング装置(HPS)が搭載されていることが想定される。
図1Aは、油圧パワーステアリング装置100の概要構成の例を示す図である。ステアリングホイール1は、ドライバが転舵操作を行うための転舵輪である。ステアリングホイール1の操舵軸2は、マニュアルコラムを含んで構成され、ユニバーサルジョイント4a、中間軸5、ユニバーサルジョイント4b、ベベルギア6を経てロータリ制御バルブ7へ接続される。操舵軸2、ユニバーサルジョイント4a、中間軸5、ユニバーサルジョイント4b、ベベルギア6などを含んでステアリングシャフトが構成される。ロータリ制御バルブ7は、油圧ポンプ8を介してタンク9から供給されるオイルを油圧チャンバ10へと供給する。ロータリ制御バルブ7は、ステアリングホイール1から伝達された操舵力や、路面からの反力などにより油圧チャンバ10へのオイルの流量を制御する。油圧チャンバ10により、ステアリングボックス11内部のパワーシリンダ(不図示)が駆動される。図1Aには示していないが、ステアリングボックス11内には、ステアリングホイール1からの操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン、ピニオンに嵌合するラックなどが含まれる。ピニオンに伝達された回転運動が、ラックで車幅方向の直進運動に変換される。パワーシリンダによる駆動力は左右の接続部12a、12b、タイロッド13a、13b、およびハブユニット14a、14bを介して操向車輪15a、15bに連結されている。
次に本実施形態に係る電動パワーステアリング装置(EPS)の構成例について説明する。上述したように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、従来、HPSを備えるバスなどの車両に対し、自動運転(AD)や先進運転支援システム(ADAS)による走行制御を可能とすることを想定する。ADASによる機能としては、車線維持機能や車線変更機能などが挙げられるが、その種類は特に限定するものではない。
図1Bは、本実施形態に係るステアリングシステム110の概要構成の例を示す図である。操向車輪15側(以下、下流側とも称する)のHPSの構成は図1Aと同様としつつ、ステアリングホイール1側(以下、上流側とも称する)において、マニュアルコラムに代えてEPSの機能部30を備える。つまり、操舵軸2、ユニバーサルジョイント4a、中間軸5、ユニバーサルジョイント4b、ベベルギア6などを含んで構成されるステアリングシャフトにEPSの機能部30が備えられる。ここでは、下流側に位置するHPSの説明は省略する。
操舵軸2には、トーションバー(不図示)に対して加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ31が設けられている。また、トルクセンサ31は、操舵軸2のステアリングホイール1側(上流側)の軸周りの回転角を示す操舵角θhや、操舵軸2のユニバーサルジョイント4a側(下流側)の軸周りの回転角を示す出力軸角θcを検出するような構成であってよい。つまり、トルクセンサ31は、操舵角θhと出力軸角θcの差によって生じるトーションバーのねじれに基づき、操舵トルクTを検出する。更に、トルクセンサ31を介して、EPS-ECU(Electronic Control Unit)32に対し、操舵トルクT、回転角θの情報が通知される。
なお、図1Bでは、トルクセンサ31としてまとめて記載しているが、操舵角θhと出力軸角θcそれぞれを検出するためのセンサとして、操舵角センサと出力軸角センサが別個に構成されてもよい。したがって、トルクセンサ31の構成は特に限定するものではなく、例えば、トーションバーのねじれからトルクを検出するスリーブタイプやリングタイプなどが用いられてよい。また、上記の構成では、操舵トルクTは、操舵角θhと出力軸角θcの差によって生じるトーションバーのねじれに基づいて検出されているが、これに限定するものではない。例えば、トーションバーのステアリングホイール1側の角度信号と、ユニバーサルジョイント4a側の角度信号の差を用いて、操舵トルクTを検出してもよい。
ステアリングホイール1に対する操舵力を補助する操舵補助モータ33が、減速ギアを構成するウォーム34およびウォームホイール35を介して操舵軸2に連結されている。EPSを制御するコントローラであるEPS-ECU32には、不図示のバッテリから電力が供給される。なお、操舵軸2に対して操舵補助力を付与する手段は、モータに限るものではなく、様々な種類のアクチュエータを利用可能であってよい。
EPS-ECU32は、トルクセンサ31で検出された操舵トルクTや回転角θ、および車両側ECU40から提供される各種情報に基づいてアシスト指令値としての電流指令値の演算を行う。車両側ECU40から提供される情報としては、車速センサ(不図示)で検出された車速Vhなどが挙げられる。そして、EPS-ECU32は、操舵トルクTに基づく電流指令値と、運転支援機能に基づく電流指令値とに応じた出力電圧Vmによって操舵補助モータ33に供給する電力を制御する。操舵補助モータ33は、EPS-ECU32からの出力電圧Vmに基づき、ウォーム34やウォームホイール35を動作させ、ステアリングホイール1に対するアシスト制御を行う。また、出力電圧Vmに応じて操舵補助モータ33に印加されたモータ電流Imが、モータ電流検出部(不図示)により検出され、EPS-ECU32に通知される。また、操舵補助モータ33のモータ角θmが、エンコーダやレゾルバなどにて構成されるモータ角センサ(不図示)により検出され、EPS-ECU32に通知される。
EPS-ECU32は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)であってよい。記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。以下に説明するEPS-ECU32の機能は、例えばEPS-ECU32のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、EPS-ECU32は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成されてもよい。例えば、EPS-ECU32は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えば、EPS-ECU32は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
車両側ECU40についても、EPS-ECU32と同様の構成であってもよいし、ADやADASにて実現する機能に応じて別個の構成であってもよい。また、車両側ECU40は複数のECUにて実現されてもよい。
上述したようなEPSの機能部30が操舵軸2周りに備えられることにより、図1Aにて示したような油圧パワーステアリング装置100の構成よりも操舵軸2周りの摩擦が生じる。その結果、その摩擦に起因して操舵性が悪化することが想定される。これは例えば、操舵補助モータ33や、ウォーム34やウォームホイール35などの各部位と、操舵軸2との接触面における摩擦が操舵性の悪化の原因となりうる。本実施形態では、このような操舵性の悪化を抑制するような制御を行う。より具体的には、本実施形態では、操舵軸2周りの機能部30に起因するクーロン摩擦(静摩擦および動摩擦)に対する補償値を導出し、それにより、操舵補助モータ33の制御を行う。
[機能構成]
図2は、本実施形態に係るEPS-ECU32における摩擦補償機能に係る機能構成の例を示すブロック図である。図2において、矢印はデータの流れの例を示すが、ここで示す流れに限定するものではなく、部位間が連携する場合に他のデータの送受信が更に行われてもよい。また、図2では、本実施形態に係る機能のみを示すが、EPS-ECU32は他の機能を実現するための構成を更に備えていてよい。例えば、アシスト指令値を算出するための部位や、ADAS機能に対応した各種処理を行うための部位が更に備えられてよい。
図2は、本実施形態に係るEPS-ECU32における摩擦補償機能に係る機能構成の例を示すブロック図である。図2において、矢印はデータの流れの例を示すが、ここで示す流れに限定するものではなく、部位間が連携する場合に他のデータの送受信が更に行われてもよい。また、図2では、本実施形態に係る機能のみを示すが、EPS-ECU32は他の機能を実現するための構成を更に備えていてよい。例えば、アシスト指令値を算出するための部位や、ADAS機能に対応した各種処理を行うための部位が更に備えられてよい。
クーロン摩擦補償部200は、静摩擦補償部210、動摩擦補償部220、およびフェード切替部230を含んで構成される。静摩擦補償部210は、トルクセンサ31にて検出された操舵トルクTを入力とし、静摩擦に起因する静摩擦補償値Fsを導出する。動摩擦補償部220は、操舵速度ωを入力とし、動摩擦に起因する動摩擦補償値Fdおよび操舵状態判別フラグLsを導出する。操舵速度ωは、トルクセンサ31にて検出された操舵角θhに基づいて、EPS-ECU32の操舵速度算出部(不図示)により算出される。なお、操舵速度ωは、トルクセンサ31側で導出し、EPS-ECU32に通知するような構成であってもよい。また、操舵速度ωはモータ角θmを微分することにより求めてもよい。フェード切替部230は、静摩擦補償値Fs、動摩擦補償値Fd、および操舵状態判別フラグLsの値に基づいて、クーロン摩擦補償値Fcを算出するためのパラメータの切り替え、クーロン摩擦補償値Fcを導出する。
(静摩擦補償部)
図3は、本実施形態に係る静摩擦補償部210の機能構成の例を示すブロック図である。静摩擦補償部210は、入力フィルタ部211、トルクヒステリシス中心演算部212、減算部213、および静摩擦ゲイン部214を含んで構成される。
図3は、本実施形態に係る静摩擦補償部210の機能構成の例を示すブロック図である。静摩擦補償部210は、入力フィルタ部211、トルクヒステリシス中心演算部212、減算部213、および静摩擦ゲイン部214を含んで構成される。
入力フィルタ部211は、入力された操舵トルクTのノイズ除去を目的として構成される。入力フィルタ部211は、例えばLPF(Low Pass Filter)やBPF(Band Pass Filter)などにて構成されるが、特に限定されるものではない。ここで用いられるフィルタは、フィルタ次数として1次もしくは2次にて構成されてよい。以下の式(1)は、1次フィルタの伝達関数の例を示す。なお、以下の各式において、z-1は、各変数の1サンプル過去の値を示す。
トルクヒステリシス中心演算部212は、入力フィルタ部211による処理が適用された後の操舵トルクTfと、任意のトルクヒステリシス幅ΔTに基づいて、トルクヒステリシス中心値Yを算出する。トルクヒステリシス幅ΔTの値は、予め設定され、記憶部(不図示)等に保持されている。本実施形態において、トルクヒステリシス中心値Yは以下の式(2)により算出される。なお、以下の式は一例であり、条件や式は別のものが用いられてもよい。
条件1:Tf>Yz-1+ΔTの場合
Y=Tf-ΔT
条件2:Tf<Yz-1-ΔTの場合
Y=Tf+ΔT
条件3:条件1または条件2に当てはまらない、または、その他の場合
Y=Yz-1 …(2)
Y=Tf-ΔT
条件2:Tf<Yz-1-ΔTの場合
Y=Tf+ΔT
条件3:条件1または条件2に当てはまらない、または、その他の場合
Y=Yz-1 …(2)
減算部213は、入力フィルタ部211が適用された後の操舵トルクTfから、トルクヒステリシス中心演算部212にて算出されたトルクヒステリシス中心値Yを減算する(Tf-Y)。
静摩擦ゲイン部214は、減算部213から得られた値に対して以下の式(3)に示すようにゲインGsをかけることで、静摩擦補償値Fsを算出する。ゲインGsは、予め規定され、そのパラメータは保持されている。
Fs=Gs(Tf-Y) …(3)
Fs=Gs(Tf-Y) …(3)
図4は、操舵トルクTfの変化に伴う、静摩擦補償値Fsの変化を示すグラフ図である。図4において、縦軸はトルク値[Nm]を示し、横軸は時間[s]を示す。トルク値において+(プラス)はステアリングホイール1の反時計回り(CCW)の値を示し、-(マイナス)はステアリングホイール1の時計回り(CW)の値を示す。
(動摩擦補償部)
図5は、本実施形態に係る動摩擦補償部220の機能構成の例を示すブロック図である。動摩擦補償部220は、符号化部221、絶対値化部222、操舵状態判別部223、乗算部224、および動摩擦ゲイン部225を含んで構成される。
図5は、本実施形態に係る動摩擦補償部220の機能構成の例を示すブロック図である。動摩擦補償部220は、符号化部221、絶対値化部222、操舵状態判別部223、乗算部224、および動摩擦ゲイン部225を含んで構成される。
符号化部221は、操舵速度ωに基づき、転舵方向を示す符号を導出する。ここでは、符号化関数sign(ω)により符号を導出することで、+1(すなわち、正)または-1(すなわち、負)が得られる。例えば、+1の場合は反時計回りの転舵方向を示し、-1の場合は時計回りの転舵方向を示す。なお、これが逆であってもよい。
絶対値化部222は、操舵速度ωの絶対値|ω|を導出する。
操舵状態判別部223は、絶対値|ω|を用いて、以下の式(4)により操舵状態を判別し、操舵状態を示す操舵状態判別フラグLsを出力する。なお、閾値ωthは、予め規定され、記憶部(不図示)等にて保持されている。
条件1:|ω|≧ωthの場合
Ls=1(動作状態)
条件2:|ω|<ωthの場合
Ls=0(静止状態) …(4)
条件1:|ω|≧ωthの場合
Ls=1(動作状態)
条件2:|ω|<ωthの場合
Ls=0(静止状態) …(4)
乗算部224は、符号化部221の出力と、操舵状態判別部223にて出力された操舵状態判別フラグLsの値を掛け合わせる。乗算部224により、1、0、-1のいずれかの値が出力される。
動摩擦ゲイン部225は、乗算部224から得られた値に対して、ゲインGdをかけることで、動摩擦補償値Fdを算出する。すなわち、動摩擦補償部220により得られる動摩擦補償値Fdは、以下の式(5)にて表すことができる。
Fd=Gd・Ls・sign(ω) …(5)
Fd=Gd・Ls・sign(ω) …(5)
図6は、操舵速度ωの変化に伴う、動摩擦補償値Fdの変化を示すグラフ図である。図6において、縦軸は操舵速度[deg/s]を示し、横軸は時間[s]を示す。操舵速度値において+(プラス)はステアリングホイール1の反時計回り(CCW)の値を示し、-(マイナス)はステアリングホイール1の時計回り(CW)の値を示す。
(フェード切替部)
本実施形態に係るフェード切替部230は、操舵状態判別フラグLsの値の変化に応じて、動摩擦補償値Fdと静摩擦補償値Fsの値それぞれの割合を切り替えるように制御する。ここでは、動摩擦補償値Fdの割合を動摩擦割合Pdにて示し、静摩擦補償値Fsの割合を静摩擦割合Psにて示す。
本実施形態に係るフェード切替部230は、操舵状態判別フラグLsの値の変化に応じて、動摩擦補償値Fdと静摩擦補償値Fsの値それぞれの割合を切り替えるように制御する。ここでは、動摩擦補償値Fdの割合を動摩擦割合Pdにて示し、静摩擦補償値Fsの割合を静摩擦割合Psにて示す。
図7は、フェード切替部230による各補償値の割合の切り替えを説明するためのグラフ図である。図7(a)は、操舵状態判別フラグLsの値の変化を示す図である。図7(a)において、縦軸は操舵状態判別フラグLsの値を示し、横軸は時間[ms]を示す。なお、操舵状態判別フラグLsの値は、上記の式(4)に示すように0と1を取るが、グラフでは制御周期の間で0と1の間を変化したように図示されている。図7(b)は、動摩擦割合Pdと静摩擦割合Psの変化を示すグラフ図である。図7(b)において、縦軸は割合[%]を示し、横軸は時間[ms]を示す。図7(a)と図7(b)の時間軸は対応している。
本実施形態において、Ls=0の場合、Ps=100%とし、Pd=0%とする。また、Ls=1の場合、Ps=30%とし、Pd=100%とする。さらに、本実施形態では、補償値の急激な変化を低減することを目的として、操舵状態判別フラグLsの値が変化したことに起因して、各割合を徐々に変化させるように制御する。例えば、図7(a)の10msのタイミングで操舵状態判別フラグLsの値が0から1へと変化している。その際には、静摩擦割合Psは、100%から0%に向けて徐々に低下するが、30%に下限設定されて、30%で一定となる。このとき、変化には、約7msほど要している(9~16msの区間)。また、動摩擦割合Pdは、0%から100%に向けて徐々に上昇する。このとき、変化には約10msほど要している(9~19msの区間)。
同様に、図7(a)の30msのタイミングで操舵状態判別フラグLsの値が1から0へと変化している。その際には、静摩擦割合Psは、操舵状態判別フラグLsの値が変化した一定の時間経過後、30%から100%に向けて徐々に上昇する。このとき、変化には、約7msほど要している(32~39msの区間)。また、動摩擦割合Pdは、操舵状態判別フラグLsの値が変化したタイミングで、100%から0%に向けて徐々に低下する。このとき、変化には約10msほど要している(29~39msの区間)。
なお、図7に示した割合の切り替え条件は一例であり、これに限定するものではない。例えば、静摩擦補償はトルク変動を軽減する効果が期待できるため、静摩擦割合の最小値を0%とせずに30%とした。しかし、静摩擦割合の最小値を0%として制御してもよい。また、静摩擦割合と動摩擦割合の変動比率(すなわち、割合が最大値から最小値、または最小値から最大値に変化する際の単位時間当たりの変化量)は同じとしたが、それぞれが異なるように制御してもよい。また、割合を上昇させる場合と減少させる場合とでは異なる変動比率で変動させてもよい。
また、図7の例では、静摩擦割合Psが上昇する場合には、操舵状態判別フラグLsが1から0に変化したタイミングではなく、このタイミングから一定程度の時間が経過した後、上昇を開始した例を示したが、それらのタイミングを一致させてもよい。この場合には、割合の上下限値や変動比率に応じて、変化させるタイミングを調整してよい。また、図7の例では変動比率を直線、すなわち、一定にて制御しているが、曲線にて示される変動比率より割合を変化させてもよい。
そして、フェード切替部230は、図7に示した方法にて決定した静摩擦割合Psおよび動摩擦割合Pdを用いて、以下の式(6)により、クーロン摩擦補償値Fcを導出する。
Fc=Ps・Fs+Pd・Fd …(6)
Fc=Ps・Fs+Pd・Fd …(6)
その後、EPS-ECU32は、導出したクーロン摩擦補償値Fcを操舵補助モータ33に対する制御値に反映させることで、操舵補助モータ33への出力電圧Vmを調整する。ここでの調整により、図1Aにて示したような油圧パワーステアリング装置100の操舵性に近づくように、すなわち、マニュアルコラムにおける操舵感に近づくようにステアリングシステム110は制御される。
(動作例)
図8は、本実施形態に係るクーロン摩擦補償の有無により動作させた結果を示す図である。図8において、横軸はステアリングホイール1の回転角[deg]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)の回転角を示し、-(マイナス)の値は時計回りの回転角(CW)を示す。また、縦軸はトルク値[Nm]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)のトルク値を示し、-(マイナス)の値は時計回りのトルク値を示す。
図8は、本実施形態に係るクーロン摩擦補償の有無により動作させた結果を示す図である。図8において、横軸はステアリングホイール1の回転角[deg]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)の回転角を示し、-(マイナス)の値は時計回りの回転角(CW)を示す。また、縦軸はトルク値[Nm]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)のトルク値を示し、-(マイナス)の値は時計回りのトルク値を示す。
図8に示すように本実施形態に係るクーロン摩擦補償が無しの場合、±1.3Nmの作動トルク(摩擦トルク)が生じ得る。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が有りの場合、±0.2Nmの作動トルクとなり、その作動トルクの大きさを抑制することができる。更に、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が無しの場合、上下限値付近である+1.3Nmや-1.3Nm付近の振れ幅(変動幅)が大きく、その振れ幅は0.5Nm程度となっている。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が有りの場合、上下限値付近である+0.2Nmや-0.2Nm付近の振れ幅が小さいものとなっている。これにより、本実施形態に係るクーロン摩擦補償では、EPSとHPSを組み合わせた構成であっても、操舵性を向上させることができている。
図9は、図1Aに示した油圧パワーステアリング装置のマニュアルコラムの測定結果を示す図である。図9において、横軸はステアリングホイール1の回転角[deg]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)の回転角を示し、-(マイナス)の値は時計回り(CW)の回転角を示す。また、縦軸はトルク値[Nm]を示し、+(プラス)の値は反時計回り(CCW)のトルク値を示し、-(マイナス)の値は時計回り(CW)のトルク値を示す。図9と図8とを比較した場合、従来のEPSとHPSを組み合わせた構成では、トルク変動が大きくなっていたのに対し、本実施形態に係るクーロン摩擦補償を適用することで、EPSを備えていないHPSの操舵性に近づけることができている。そのため、操舵性の悪化を抑制することが可能となっている。
以上、本実施形態により、電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
<その他の実施形態>
また、電動パワーステアリング装置の構成は、図1に示した構成に限定するものではない。例えば、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール1側、すなわち、転舵機構側と、操向車輪15側、すなわち、転舵機構側とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ(SBW:Steer-By-Wire)機構により構成されていてもよい。
また、電動パワーステアリング装置の構成は、図1に示した構成に限定するものではない。例えば、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール1側、すなわち、転舵機構側と、操向車輪15側、すなわち、転舵機構側とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ(SBW:Steer-By-Wire)機構により構成されていてもよい。
なお、ステアバイワイヤ機能において、下流側は、油圧パワーステアリング装置であってもよいし、モータによる電動パワーステアリング装置であってもよい。この場合でも、例えば、上流側の電動パワーステアリング装置のモータや減速機の構成に起因する摩擦を補償するような制御が行われてよい。
また、本願発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
また、動摩擦補償値Fdを、式(4)および式(5)に基づいて演算される形態として説明したが、これらに代えて、下記の式(7)および式(8)に基づいて演算してもよい。
条件1:|ω|≧ωthの場合
Ls=1(動作状態)
Gds=1
条件2:|ω|<ωthの場合
Ls=0(静止状態)
Gds= |ω|/ωth …(7)
Fd=Gd・Gds・sign(ω) …(8)
このようにすることで、操舵速度ωが±ωthの範囲で、動摩擦補償値Fdを滑らかに変化させることができる。式(7)ではGdsは直線的に変化するが、操舵速度に応じて曲線状に変化するマップを介してGdsを設定してもよい。
条件1:|ω|≧ωthの場合
Ls=1(動作状態)
Gds=1
条件2:|ω|<ωthの場合
Ls=0(静止状態)
Gds= |ω|/ωth …(7)
Fd=Gd・Gds・sign(ω) …(8)
このようにすることで、操舵速度ωが±ωthの範囲で、動摩擦補償値Fdを滑らかに変化させることができる。式(7)ではGdsは直線的に変化するが、操舵速度に応じて曲線状に変化するマップを介してGdsを設定してもよい。
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
(1) ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
(2) 前記クーロン摩擦の補償値は、前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値に基づいて導出され、
前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対するトルクのヒステリシスの中心値に基づいて、前記静摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする(1)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、トルクのヒステリシスに基づいて、より精度良く静摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。
前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対するトルクのヒステリシスの中心値に基づいて、前記静摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする(1)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、トルクのヒステリシスに基づいて、より精度良く静摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。
(3) 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記動摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする(2)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置が備えられたステアリングシャフトの操舵速度に基づいて、より精度良く動摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置が備えられたステアリングシャフトの操舵速度に基づいて、より精度良く動摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。
(4) 前記制御部は、
前記ステアリングシャフトに対する操舵状態を判別し、
前記判別した操舵状態に基づいて、前記静摩擦の補償値および前記動摩擦の補償値の割合を切り替えて前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする(3)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、操舵状態に基づいて動摩擦および静摩擦の補償値の割合を調整することが可能となる。その結果、より精度良くクーロン摩擦の補償値を導出することが可能となる。
前記ステアリングシャフトに対する操舵状態を判別し、
前記判別した操舵状態に基づいて、前記静摩擦の補償値および前記動摩擦の補償値の割合を切り替えて前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする(3)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、操舵状態に基づいて動摩擦および静摩擦の補償値の割合を調整することが可能となる。その結果、より精度良くクーロン摩擦の補償値を導出することが可能となる。
(5) 前記割合において、前記静摩擦の補償値の最小の割合と、前記動摩擦の補償値の最小の割合とは異なる、ことを特徴とする(4)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値を適切な割合で組み合わせることが可能となる。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値を適切な割合で組み合わせることが可能となる。
(6) 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで同じである、ことを特徴とする(4)または(5)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率を共通にて制御することが可能となる。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率を共通にて制御することが可能となる。
(7) 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで異なる、ことを特徴とする(4)または(5)に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率をそれぞれ別の値にて制御することが可能となる。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率をそれぞれ別の値にて制御することが可能となる。
(8) 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする(1)~(7)のいずれかに記載のステアリングシステム。
この構成により、電動パワースアテリング装置に含まれるモータおよび減速機に起因したクーロン摩擦を対象として制御を行うことが可能となる。
この構成により、電動パワースアテリング装置に含まれるモータおよび減速機に起因したクーロン摩擦を対象として制御を行うことが可能となる。
(9) ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
(10) ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。
1…ステアリングホイール
2…操舵軸
4a,4b…ユニバーサルジョイント
5…中間軸
6…ベベルギア
7…ロータリ制御バルブ
8…油圧ポンプ
9…タンク
10…油圧チャンバ
11…ステアリングボックス
12a,12b…接続部
13a,13b…タイロッド
14a,14b…ハブユニット
15a,15b…操向車輪
30…機能部
31…トルクセンサ
32…EPS-ECU(Electronic Control Unit)
33…操舵補助モータ
34…ウォーム
35…ウォームホイール
40…車両側ECU
100…油圧パワーステアリング装置
110…ステアリングシステム
2…操舵軸
4a,4b…ユニバーサルジョイント
5…中間軸
6…ベベルギア
7…ロータリ制御バルブ
8…油圧ポンプ
9…タンク
10…油圧チャンバ
11…ステアリングボックス
12a,12b…接続部
13a,13b…タイロッド
14a,14b…ハブユニット
15a,15b…操向車輪
30…機能部
31…トルクセンサ
32…EPS-ECU(Electronic Control Unit)
33…操舵補助モータ
34…ウォーム
35…ウォームホイール
40…車両側ECU
100…油圧パワーステアリング装置
110…ステアリングシステム
Claims (10)
- ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。 - 前記クーロン摩擦の補償値は、前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値に基づいて導出され、
前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対するトルクのヒステリシスの中心値に基づいて、前記静摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項1に記載のステアリングシステム。 - 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記動摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項2に記載のステアリングシステム。
- 前記制御部は、
前記ステアリングシャフトに対する操舵状態を判別し、
前記判別した操舵状態に基づいて、前記静摩擦の補償値および前記動摩擦の補償値の割合を切り替えて前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項3に記載のステアリングシステム。 - 前記割合において、前記静摩擦の補償値の最小の割合と、前記動摩擦の補償値の最小の割合とは異なる、ことを特徴とする請求項4に記載のステアリングシステム。
- 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで同じである、ことを特徴とする請求項4または5に記載のステアリングシステム。
- 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで異なる、ことを特徴とする請求項4または5に記載のステアリングシステム。
- 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載のステアリングシステム。
- ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。 - ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。
Priority Applications (1)
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JP2021123439A JP2023019006A (ja) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラム |
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