JP5454883B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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Description
(一実施形態)
本発明の一実施形態による操舵制御装置は、電動モータにより車両の操舵を補助する電動パワーステアリング装置として適用される。一実施形態による操舵制御装置を図1に示す。操舵制御装置1は、第1軸としてのステアリングシャフト10、第2軸としてのステアリングシャフト20、トルクセンサ30、転舵アクチュエータとしての電動モータ40、および、制御部としての電子制御装置(以下、「ECU」という)50などを備えている。
ステアリングシャフト10とステアリングシャフト20との間には、トルクセンサ30が設けられている。トルクセンサ30は、図示しないトーションバーを有している。このトーションバーは、一端がステアリングシャフト10に接続され、他端がステアリングシャフト20に接続されている。トルクセンサ30は、トーションバーの捻れ量に基づき、運転者により入力された操舵トルクを検出する。すなわち、トルクセンサ30は、ステアリングシャフト10の回転角度とステアリングシャフト20の回転角度との差に基づき、操舵トルクを検出する。
本実施形態のECU50による電動モータ40の制御を説明するにあたり、まず、比較例1および比較例2について説明する。ここで、比較例1および比較例2とは、機械的な構成は本実施形態と同様(図1参照)であって、ECU50による電動モータ40の制御の仕方が本実施形態とは異なるものである。
ステアリングシャフト10の回転角度をθ1、ステアリングシャフト20の回転角度をθ2とすると、運転者によりステアリングホイール2(ステアリングシャフト10)に対し入力された操舵トルクThは、ステアリングホイール2(ステアリングシャフト10)の慣性モーメントJ1s2θ1および粘性摩擦C1sθ1、ならびにトーションバーの捻れ(θ1とθ2との差によりトーションバーに生じる力)と釣り合うため、式1を得る。
Th=(J1s2+C1s)θ1+Kt(θ1−θ2) ・・・式1
トルクセンサ30が検出する操舵トルクTsnは、トーションバーの捻れ量(θ1とθ2との差)に基づき算出されるため、式2を得る。
Tsn=Kt(θ1−θ2) ・・・式2
Kt(θ1−θ2)+KaTsn=(J2s2+C2s+K2)θ2 ・・・式3
ここで、J2s2θ2はステアリングシャフト20の慣性モーメント、C2sθ2はステアリングシャフト20の粘性摩擦である。
(1+Ka)Kt(θ1−θ2)=(J2s2+C2s+K2)θ2 ・・・式4
また、ステアリングホイール2の角度(操舵角)とタイヤ5の角度(転舵角)との比(1/オーバーオールギア比)をrとすると、タイヤ5の角度δfとステアリングシャフト20の角度θ2との関係として、式5を得る。
δf=rθ2 ・・・式5
比較例1では、ECU50は、入力部51に入力される操舵トルクと電動モータ40により出力されるべき転舵アシストトルクとの対応を示すMAP52を有している(図2(B)参照)。上述したアシストゲインKaは、MAP52に表される特性曲線の傾きに対応する値である。MAP52には、図2(B)に示すように、操舵トルクと転舵アシストトルクとの対応を示す特性曲線が車速V毎に複数表されている。ここで、車速Vは、車両の速度を検出する車速センサ7(図1参照)がECU50に対し出力する信号値である。
比較例2のシステムのブロック図を図4に示す。比較例2のシステムのブロック図は、比較例1のシステムのブロック図(図2(A)参照)のアシストゲインKaの部分(破線100で囲んだ部分)を、複数の要素からなる要素群(図4の破線200で囲んだ部分)に置き換えたものである。比較例2のシステムは、図4に示すように、破線200で囲んだ部分に、制御系の特性を改善するための補償制御である「位相進み遅れ補償」要素、および電動モータ40を指令どおりに作動させるためのフィードバック制御である「モータ電流FB制御」要素等を含んでいる。さらに、比較例2では、ECU50は、モータ電流FB制御による電動モータ40の安定性を確保するために、入力部51からトルクセンサ30までの開ループ周波数応答特性のゲイン余裕を20dB以上、位相余裕を50deg以上確保する。これにより、電動モータ40の作動が安定し、電動モータ40の振動を抑制することができる。
本実施形態では、上述した比較例2での問題を解決するために、比較例2のシステムに対し、さらにフィルタ等の要素を追加している。つまり、本実施形態のシステムのブロック図は、比較例2のシステムのブロック図(図4参照)に対し、破線300で囲んだ部分の要素が追加されたものとして示される(図7参照)。本実施形態では、ECU50は、図7の破線300で囲んだ部分に示すフィルタ要素301のパラメータを適宜設定することにより、操舵トルクThからタイヤ5の角度δfまでの閉ループ周波数応答特性を、図8(A)の線L7に示すごとく設定する。なお、図8(A)の線L8は、フィルタ要素301を有しない比較例2のシステムにおける操舵トルクThからタイヤ5の角度δfまでの閉ループ周波数応答特性を示したものである。
上述の実施形態では、「制御部が、入力部からトルクセンサまでの開ループ周波数応答特性のゲイン余裕を20dB以上、位相余裕を50deg以上確保すること」を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、フィードバック制御による転舵アクチュエータの安定性を確保することができるのであれば、ゲイン余裕および位相余裕について、いかなる値を確保することとしてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
Claims (4)
- 車両の操舵を補助する操舵制御装置であって、
操舵トルクが入力される操舵入力手段に接続された第1軸と、
前記第1軸と前記車両の転舵輪との間に設けられ、回転することで前記転舵輪の角度を変更可能な第2軸と、
前記第1軸の回転角度と前記第2軸の回転角度との差に基づき前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクによる前記転舵輪の角度の変更を補助する転舵アシストトルクを前記転舵輪に対し付与する転舵アクチュエータと、
前記トルクセンサにより検出された前記操舵トルクが入力される入力部を有し、当該入力部に入力された前記操舵トルクに基づき前記転舵アシストトルクまたは電流指令値を算出し、当該算出した前記転舵アシストトルクを前記転舵輪に対し付与するよう、または、前記算出した前記電流指令値に基づく電流が前記転舵アクチュエータに流れるよう、前記転舵アクチュエータを作動させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記操舵トルクを入力とする、次数が6次のフィルタ、
前記入力部に入力される前記操舵トルクと出力されるべき前記転舵アシストトルクとの対応を示すMAPに表される特性曲線の傾きを算出する傾き算出手段、
前記傾きに基づき傾きゲインを算出する傾きゲイン算出手段、および、
前記MAPに基づき算出された前記転舵アシストトルクを前記電流指令値に変換するトルク電流変換手段を有し、
前記フィルタの出力と前記傾きゲインとの乗算結果を前記トルク電流変換手段による変換後の前記電流指令値または前記転舵アシストトルクに加算し、
前記入力部から前記トルクセンサまでの開ループ周波数応答特性のゲイン余裕および位相余裕を所定値以上確保し、かつ、前記操舵トルクから前記転舵輪の角度までの閉ループ周波数応答特性のゲインを所定の周波数帯において定常ゲインよりも高くすることを特徴とする操舵制御装置。 - 前記制御部は、前記入力部から前記トルクセンサまでの開ループ周波数応答特性のゲイン余裕を20dB以上、位相余裕を50deg以上確保することを特徴とする請求項1に記載の操舵制御装置。
- 前記制御部は、
前記入力部に入力される前記操舵トルクと出力されるべき前記転舵アシストトルクとの対応を示すMAPに基づき前記転舵アシストトルクを算出し、
前記MAPに表される特性曲線のどの傾きにおいても、前記操舵トルクから前記転舵輪の角度までの閉ループ周波数応答特性のゲインを前記所定の周波数帯において定常ゲインよりも高くすることを特徴とする請求項1または2に記載の操舵制御装置。 - 前記所定の周波数帯は、0.1〜6.0Hzの範囲内のうちの、いずれかの周波数帯であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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