JP6028575B2 - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Description
このような操舵制御装置としては、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、転舵輪が縁石等に当接している状態で操舵輪を転舵方向へ操作し続けている場合に、転舵モータへ供給する駆動電流を減少して、転舵モータに駆動電流を供給し続けることを防止するものである。
そこで、本発明は、フル転舵時におけるラックエンドとステアリングラックとの接触を抑制することができる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題としている。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両の概略構成を示す図である。また、図2は、本実施形態の車両用操舵制御装置1の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両は、SBWシステムを適用した車両である。
ここで、SBWシステムでは、車両の運転者が操舵操作する操舵輪(ステアリングホイール)の操作に応じて転舵モータを駆動制御して、転舵輪を転舵する制御を行うことにより、車両の進行方向を変化させる。転舵モータの駆動制御は、ステアリングホイールと転舵輪との間に介装するクラッチを、通常状態である開放状態に切り換えて、ステアリングホイールと転舵輪との間のトルク伝達経路を機械的に分離した状態で行う。
図1及び図2中に示すように、本実施形態の操舵制御装置1は、転舵モータ2と、転舵モータ制御部4と、クラッチ6と、反力モータ8と、反力モータ制御部10を備える。
転舵モータ出力軸12の先端側には、ピニオンギアを用いて形成した転舵出力歯車12aを設けている。
転舵出力歯車12aは、ステアリングラック14に挿通させたラック軸18の両端部間に設けたラックギア18aと噛合する。
転舵輪24R,24Lの転舵角θrは、転舵出力歯車12aの回転角度と、ラック軸18のラックギアと転舵出力歯車12aとのギア比とによって一意に決定する。そのため、本実施形態では、転舵モータ回転角θtから転舵輪24R,24Lの転舵角θrを求めるものとする。
ステアリングラック14の内部には、ラック軸18の外径面を全周から覆うストッパ部14aを二つ設ける。二つのストッパ部14aは、それぞれ、ステアリングラック14の内部において、転舵出力歯車12aよりも車幅方向右側及び左側に設ける。なお、図1中では、二つのストッパ部14aのうち、転舵出力歯車12aよりも車幅方向右側に設けたストッパ部14aの図示を省略している。
ラック軸18の両端は、それぞれ、タイロッド20及びナックルアーム22を介して、転舵輪24に連結する。また、ラック軸18とタイロッド20との間には、タイヤ軸力センサ26を設ける。
タイヤ軸力センサ26は、ラック軸18の軸方向(車幅方向)に作用する軸力を検出し、この検出した軸力(タイヤ軸力)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
転舵モータ制御部4は、反力モータ制御部10と、CAN(Controller Area Network)等の通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。
転舵位置サーボ制御部30は、実転舵角θrが、後述する指令演算部54が出力する転舵指令角と一致するように、転舵モータ2の電流指令値(転舵モータ駆動電流)を演算する。ここで、転舵位置サーボ制御部30は、転舵指令角に所定の応答特性で実転舵角が追従するように制御演算する角度サーボ制御により、転舵モータ2の電流指令値を演算する。角度サーボ制御では、フィードフォワード制御+フィードバック制御+ロバスト補償により、上記電流指令値を演算する。そして、転舵モータ2の転舵モータ実電流が上記電流指令値に追従するための転舵モータ2の駆動電圧を演算し、当該駆動電圧に基づいて転舵モータ2を駆動制御する。
ここで、クラッチ6の状態を開放状態に切り換えると、ステアリングホイール32と転舵輪24との間のトルク伝達経路を機械的に分離させて、ステアリングホイール32の操舵操作が転舵輪24へ伝達されない状態とする。一方、クラッチ6の状態を締結状態に切り換えると、ステアリングホイール32と転舵輪24との間のトルク伝達経路を機械的に結合させて、ステアリングホイール32の操舵操作が転舵輪24へ伝達される状態とする。
操舵角センサ34は、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。この操舵角センサ34は、ステアリングホイール32の現在の回転角度(操舵操作量)である現在操舵角θを検出する。操舵角θは、ステアリングホイール32を右方向に回転させる方向を正方向とし、左方向に回転させる方向を負方向とする。
操舵トルクセンサ36は、操舵角センサ34と同様、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。
この操舵トルクセンサ36は、運転者がステアリングホイール32に加えているトルクである操舵トルクを検出する。そして、操舵トルクセンサ36は、検出した操舵トルクを含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
操舵輪側クラッチ板40aは、ステアリングホイール32と共に回転するステリングシャフト42に取り付けてあり、ステリングシャフト42と共に回転する。転舵輪側クラッチ板40bは、ピニオン軸44の一端に取り付けてあり、ピニオン軸44と共に回転する。
ピニオンギアは、ピニオン軸44と共に回転する。すなわち、ピニオンギアは、ピニオン軸44を介して、転舵輪側クラッチ板40bと共に回転する。
また、ピニオン46には、ピニオン角度センサ48を設ける。このピニオン角度センサ48は、ピニオンギアの回転角度(ピニオン回転角)を検出し、この検出した回転角度を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
反力モータ制御部10は、転舵モータ制御部4と、通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。これに加え、反力モータ制御部10は、通信ライン28を介して、車速センサ50及びエンジンコントローラ52が出力する情報信号の入力を受ける。
車速センサ50は車両の車速を検出し、この検出した車速を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
エンジンコントローラ52(エンジンECU)は、エンジン(図示せず)の状態(エンジン駆動、または、エンジン停止)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
反力モータ制御部10は、図2に示すように、指令演算部54と、反力サーボ制御部56と、クラッチ制御部58を有する。
クラッチ制御部58は、指令演算部54が出力するクラッチ指令に基づいて、開放状態のクラッチ6を締結状態へ切り換えるために必要な電流を、クラッチ駆動電流として演算する。そして、演算したクラッチ駆動電流を、クラッチ6へ出力する。
以下、指令演算部54の詳細な構成について説明する。
反力指令値演算処理では、指令演算部54は、例えば、車速センサ50及び転舵モータ角度センサ16が出力した情報信号に基づき、転舵モータ回転角θtに、車速に応じた反力モータ用ゲインGhを乗算して、反力指令値を演算する。演算した反力指令値は、反力サーボ制御部56へ出力する。
クラッチ指令演算処理では、指令演算部54は、入力した各種情報信号に基づき、クラッチ指令を演算する。演算したクラッチ指令は、クラッチ制御部58へ出力する。
図3は、指令演算部54が実行する転舵指令角演算処理手順を示すフローチャートである。なお、転舵角及び転舵指令角は右方向への転舵と左方向への転舵とで正負が異なるが、ここでは説明を簡素化するために正符号で記述し説明する。負符号の場合は符号を逆にして読みかえるものとする。
ステップS2では、指令演算部54は、前記ステップS1で取得した現在操舵角θ及び車速に基づいて転舵指令角(転舵指令角演算値)θr0を演算し、ステップS3に移行する。このとき、転舵指令角演算値θr0には上限値θr2を設けるものとする。当該上限値θr2は、転舵輪24を転舵可能な限界の転舵角(ラックエンド角)付近に設定するものとし、例えばラックエンド角−10°とする。
ここで、ラックエンド角とは、ストッパ部14aと端当て部材18bとが当接している状態における、転舵輪24の転舵角であり、車両の設計時、製造時、工場出荷時等において、予め設定する。
ステップS5では、指令演算部54は、設定した転舵指令角出力値θr1を転舵位置サーボ制御部30に出力して転舵指令角演算処理を終了する。
ステップS7では、指令演算部54は、実転舵角θrが閾値θrth以上であるか否かを判定し、実転舵角θrが閾値θrth未満(θrth>θr)である場合にはステップS8に移行する。ステップS8では、指令演算部54は、転舵指令角出力値θr1を閾値θrthで保持して(θr1=θrth)前記ステップS5に移行する。
このように、指令演算部54は、転舵指令角の演算に際し、ラックエンド付近の閾値θrthを超える領域では、転舵指令角演算値θr0に対してレートリミット処理を施すことにより、最終的な転舵指令角(転舵指令角出力値θr1)の切り増し方向の変化が緩やかになるようにする。
次に、第1の実施形態の動作について、図4を参照しながら説明する。
本SBWシステムは、クラッチ6の締結を解除した状態でSBW制御を実行する。
SBW制御中の時刻t1で運転者がステアリング操作を開始し、フル転舵すべくステアリングホイール32を最大操舵角(切り込み限界角)に向けて操作し始めると、操舵角センサ34は運転者が入力した操舵角θを検出する。そして、反力モータ制御部10は、操舵角θに応じた転舵量(転舵指令角演算値θr0)を演算する(図3のステップS2)。
このとき、転舵指令角演算値θr0はラックエンド付近の閾値θrth以下であるため(ステップS6でNo)、反力モータ制御部10は、転舵指令角演算値θr0を最終的な転舵指令角(転舵指令角出力値θr1として設定する(ステップS4)。すると、転舵モータ制御部4は、実転舵角θrが当該転舵指令角θr1となるように転舵モータ2を駆動制御する。これにより、転舵輪11R,11Lが転舵する。
その後、時刻t2で転舵指令角演算値θr0が閾値θrthを超えると(ステップS6でYes)、反力モータ制御部10は、実転舵角θrが転舵指令角出力値θr1(=θr0)に達しているか否かを判定する。この時刻t2では、実転舵角θrは転舵指令角出力値θr1(=θr0)に達していないため(ステップS7でNo)、反力モータ制御部10は、転舵指令角出力値θr1を閾値θrthで保持する(ステップS8)。
時刻t3で実転舵角θrが転舵指令角出力値θr1(=θrth)に達すると(ステップS7でYes)、反力モータ制御部10は、レートリミット処理により、転舵指令角出力値θr1を閾値θrthから転舵指令角演算値θr0(=θr2)に向けて緩増加する(ステップS9)。このとき、実転舵角θrは、転舵指令角出力値θr1に遅れなく追従する。
ところで、上述したレートリミット処理等を行わず、操舵状態に応じて演算した転舵指令角をそのまま最終的な転舵指令角として設定した場合、ラックから当たり音がするといった現象が生じる。以下、この点について、図5を参照しながら詳細に説明する。
ここでは、時刻t11で運転者がステアリング操作を開始し、ステアリングホイールを最大操舵角(切り込み限界角)に向けて操作した場合について説明する。この場合、最終的な転舵指令角(ここでは、転舵指令角出力値θr1´とする)は、時刻t12で上限値θr2に達するまで、操舵状態に応じて増加する。そして、時刻t12で上限値θr2に達した後は、上限値θr2を維持する。
そして、実転舵角θrがラックエンド角に達する時刻t14では、ストッパ部14aと端当て部材18bとが当接することにより当たり音が発生する。この当たり音の発生は、乗員にとって不快感となり得る。
そして、運転者がステアリングホイール32を最大操舵角まで操作している状態から、切り戻し方向へ操作すると(ステップS3でNo)、反力モータ制御部10は、操舵状態に応じた転舵指令角演算値θr0をそのまま転舵指令角出力値θr1として設定する(ステップS4)。すなわち、転舵指令角演算値θr0が閾値θrthを超えている状態であっても、上述した切り増し方向へ操舵している場合のようなレートリミット処理は行わない。したがって、操舵状態に応じて素早く実転舵角θrを中立方向に戻すことができる。
第1の実施形態では、以下の効果が得られる。
(1)反力モータ制御部10は、ステアリングホイール32の操舵状態に応じた転舵指令角演算値θr0を、ラックエンド角付近の上限値θr2を上限角度として演算する。また、反力モータ制御部10は、少なくとも操舵角センサ34で検出した現在操舵角θに基づいて、運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出する。そして、反力モータ制御部10は、転舵指令角演算値θr0が、上限値θr2付近で且つ上限値θr2よりも小さい閾値θrthを超えており、運転者が切り増し操作を行っているとき、転舵指令角演算値θr0の変化率を制限した結果を転舵指令角出力値θr1として演算する。転舵モータ制御部4は、転舵輪の転舵角θrを転舵指令角出力値θr1とするべく転舵モータ8を駆動制御する。
このように、実転舵角θrが転舵指令角出力値θr1に追いついていない場合には、転舵指令角出力値θr1の増加を停止し、実転舵角θrが転舵指令角出力値θr1に追いつくのを待つ。これにより、閾値θrthを超えるラックエンド付近では、実転舵角θrが転舵指令角出力値θr1に遅れなく追従した状態とすることができる。したがって、確実に上記オーバーシュートを抑制し、異音の発生を防止することができる。
これにより、操舵状態に応じて演算した転舵指令角演算値θr0が最大転舵角(ラックエンド角)付近の閾値θrthを超えているとき、転舵指令角出力値θr1を緩やかに変化することができる。したがって、フル転舵時に実転舵角θrが上限値θr2に達したときのオーバーシュートを抑制することができる。そのため、ラックエンドとステアリングラックとの接触を防止し、異音の発生を防止することができる。
(1)上記実施形態においては、レートリミット処理のリミット値(最大増加幅Δθr)を車速に応じて変更することもできる。走行中は停車中と比較してレートリミット処理を施すことに起因する違和感が発生し易い。そこで、例えば、車速が設定車速よりも速い場合には、車速が設定車速以下である場合と比較してレートリミットを緩和する(最大増加幅Δθrを大きくする)ようにする。これにより、上記違和感を低減することができる。なお、車速に応じたゲインを用い、車速が速いほどレートリミットを緩和するようにしてもよい。
Claims (4)
- 転舵輪を転舵駆動する転舵アクチュエータと、
ステアリングホイールの操舵状態に応じた転舵指令角を、前記転舵輪を転舵可能な限界の転舵角である最大転舵角付近の角度を上限角度とし、転舵指令角演算値として演算する転舵指令角演算部と、
操舵角を検出する操舵角検出部と、
少なくとも前記操舵角検出部で検出した操舵角に基づいて、運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出する切り増し検出部と、
前記切り増し検出部で運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出しており、前記転舵指令角演算部で演算した転舵指令角演算値が、前記上限角度付近で且つ当該上限角度よりも小さい制限開始角度を超えているとき、当該転舵指令角演算値の変化率を制限した結果を転舵指令角出力値として設定する転舵指令角制限部と、
前記転舵輪の転舵角を、前記転舵指令角制限部で設定した転舵指令角出力値とするべく前記転舵アクチュエータを駆動制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出部を備え、
前記転舵指令角制限部は、前記転舵指令角演算部で演算した転舵指令角演算値が前記制限開始角度を超えており、且つ前記転舵角検出部で検出した転舵角が前記制限開始角度未満であるとき、前記転舵指令角出力値を前記制限開始角度で保持することを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵制御装置。 - 車速を検出する車速検出部を備え、
前記転舵指令角制限部は、前記車速検出部で検出した車速が予め設定した設定車速よりも速いとき、前記車速検出部で検出した車速が前記設定車速以下であるときと比較して、前記転舵指令角演算値の変化率を制限する量を小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用操舵制御装置。 - ステアリングホイールの操舵状態に応じた転舵指令角演算値を、転舵輪を転舵可能な限界の転舵角である最大転舵角付近の角度を上限角度として演算し、
演算した転舵指令角演算値が、前記上限角度付近で且つ当該上限角度よりも小さい制限開始角度を超えているとき、当該転舵指令角演算値の切り増し方向の変化率を制限した結果を転舵指令角出力値として演算し、
前記転舵輪の転舵角を前記転舵指令角出力値とするべく、前記転舵輪を転舵駆動する転舵アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操舵制御方法。
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