JP6582887B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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Description
1.操舵制御装置は、ステアリングの操舵に応じて操舵をアシストする操舵装置を操作対象とし、前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクを取得するトルク取得処理部と、前記操舵トルクの目標値である目標トルクを設定する目標トルク設定処理部と、前記同期電動機を流れる電流を指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、前記同期電動機を流れる電流と前記電力変換回路によって前記同期電動機の各端子に印加される電圧とに基づき誘起電圧を推定し、該推定される誘起電圧に基づき所定時間当たりの前記同期電動機の回転量である推定変化量を算出する推定処理部と、前記操舵トルクの大きさが閾値を超えることを条件に、前記トルク取得処理部が取得した操舵トルクを前記目標トルク設定処理部が設定した目標トルクにフィードバック制御するために、前記電流の指令値の位相を定める制御角を操作し、前記操舵トルクの大きさが前記閾値以下となることによって前記フィードバック制御が停止されることを条件に、前記推定変化量に基づき前記制御角を操作する制御角操作処理部と、前記トルク取得処理部によって取得された前記操舵トルクの大きさが規定値以下の場合、前記推定変化量による前記制御角の更新量を制限する制限処理部と、を備え、前記規定値は、前記閾値以下である。
同期電動機の回転速度が過度に小さいために同期電動機の誘起電圧の振幅の大きさが過度に小さい場合には、推定処理部によって推定される推定変化量の精度が低下する。そこで上記構成では、推定処理部による推定変化量の算出処理を、誘起電圧の振幅の大きさが規定値未満の場合には実行しないことによって、不適切な推定変化量が算出されることを回避することができる。
以下、操舵制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる操舵装置においては、ステアリングホイール(ステアリング10)が、ステアリングシャフト12に固定されており、ステアリングシャフト12の回転に応じてラック軸20が軸方向に往復動する。なお、ステアリングシャフト12は、ステアリング10側から順にコラム軸14、中間軸16、およびピニオン軸18を連結することにより構成されている。
指令電流設定処理部M24は、回転座標系であるγδ座標系におけるγ軸の指令電流iγ*とδ軸の指令電流iδ*とを設定する。特に、本実施形態では、γ軸の指令電流iγ*を正の値として且つ、δ軸の指令電流iδ*をゼロとする。
この一連の処理において、不感帯処理部M52は、まず操舵トルクTrqsを取得する(S2)。続いて不感帯処理部M52は、操舵トルクTrqsの大きさを、閾値TrqLだけ減少補正した操舵トルクTrqs1を算出する(S4)。そして、不感帯処理部M52は、操舵トルクTrqs1を出力する(S6)。なお、不感帯処理部M52は、ステップS6の処理が完了する場合、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
更新量算出処理部M54は、制御角θcを更新するための更新量Δθcを算出して出力する。更新処理部M56は、前回の制御周期における制御角θcに今回の更新量Δθcを加算することで、制御角θcを更新する。なお、上記所定時間ΔTは、制御周期に一致している。
図4に示す一連の処理において、更新量算出処理部M54は、まず、操舵トルクTrqs1を取得する(S10)。次に、更新量算出処理部M54は、誘起電圧eα,eβのベクトルノルムが規定値Eth以上であるか否かを判定する。ここで、ベクトルノルムは、同期電動機34の誘起電圧の振幅の大きさを定量化したパラメータである。ここで、規定値Ethは、同期電動機34の回転速度の絶対値が、誘起電圧オブザーバM46による回転角度や回転速度の推定精度が規定以上の精度となるときの誘起電圧ベクトルのノルムの下限値に設定される。更新量算出処理部M54は、規定値Eth以上であると判定する場合(S12:YES)、操舵トルクTrqs1から目標トルクTrqs*を減算した値を入力値として、更新量Δθc1を算出する(S14)。詳しくは、操舵トルクTrqs1から目標トルクTrqs*を減算した値を入力値として、ゲインKiを用いて積分要素の出力値Iを更新するとともに、ゲインKpを用いて比例要素の出力値Pを更新し、積分要素の出力値Iと比例要素の出力値Pとの和を更新量Δθc1とする。
図5に示す一連の処理において、更新量算出処理部M54は、まず、誘起電圧eα,eβのベクトルノルムが規定値Eth以上であることと、操舵トルクTrqsが規定値Trqth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(S40)。ここで、操舵トルクTrqsや規定値Trqthは、トルクの大きさ(絶対値)のこととする。また、規定値Trqthは、閾値TrqLよりも小さい値とする。そして、更新量算出処理部M54は、論理積が真である場合(S40:YES)、推定変化量ω1をゼロとする(S42)。なお、更新量算出処理部M54は、ステップS42の処理を完了する場合や、ステップS40において否定判定する場合には、図5に示す一連の処理を一旦終了する。
図6(a)に、ステアリング10が左旋回側に切られ、操舵角が増加しているときを示し、図6(b)に、ステアリング10が左旋回側の所定の操舵角で固定されている場合を示す。なお、図6においては、操舵角の変化速度ωを記載している。図6に示すように、操舵角が増加している場合には、操舵角が増加していない場合よりも、γ軸の指令電流iγ*とq軸とのなす角度が小さくなっている。これは、操舵角を増加させる場合には、操舵角を固定する場合よりも、大きなトルクが必要であることに対応している。すなわち、制御装置50は、操舵トルクTrqs1を目標トルクTrqs*にフィードバック制御しているため、操舵トルクTrqsとアシストトルクとの合計トルクとして要求されるトルクが大きいほど、アシストトルクを増加制御するために、指令電流iγ*をq軸に近づける。換言すれば、制御角θcを進角側に操作する。
(1)操舵トルクTrqsが規定値Trqth以下の場合、制御装置50が推定変化量ω1をゼロとした。これにより、操舵トルクTrqsが規定値Trqthよりも大きかったときのステアリング10の回転方向を正とした場合、アシストトルクが迅速に漸減して負となる。このため、操舵トルクTrqsを減少させているにもかかわらず、ステアリング10が更に大きく変位しようとするようなアシストトルクが生じないことから、操舵トルクTrqsの減少に伴ってステアリング10の操作に違和感が生じることを抑制できる。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項を項目立てするとともに上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、項目立てした事項を対応関係を例示した実施形態中の事項に限定する意図はない。なお、「課題を解決するための手段」の欄におけるトルク取得処理部は、メモリ54に記憶されたプログラムに従ってステップS2の処理を実行するCPU52に対応する。
更新量算出処理部M54に出力される目標トルクTrqs*をゼロとすることは必須ではない。たとえば、更新量算出処理部M54に、目標トルクTrqs*として、操舵トルクTrqsの目標値である閾値TrqLを出力してもよい。この場合、制御角操作処理部において、ステップS12とステップS14との処理の間に、操舵トルクTrqsが閾値TrqL以下であるか否かを判定する処理を設け、閾値TrqLを超えると判定される場合にステップS14に移行し、閾値TrqL以下であると判定される場合にステップS24に移行するロジックを構築すればよい。
上記実施形態では、指令電流設定処理部M24、γδ変換処理部M26、偏差算出処理部M28,M30、電流フィードバック処理部M32,M34、αβ変換処理部M36、uvw変換処理部M38、PWM処理部M40,およびデッドタイム生成処理部M42によって、電流制御処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、モデル予測制御を実行するものであってもよい。具体的には、γδ軸の電流iγ、iδを入力とし、複数のスイッチングモードのそれぞれが仮に選択された場合の未来の電流iγ、iδを予測し、この予測値と指令値との差を小さくするスイッチングモードを実際に採用するものとしてもよい。この場合であっても、γδ座標系と固定座標系との座標変換パラメータとして、制御角θcを用いるなら、上記実施形態の要領で制御角θcを設定することが有効である。
上記実施形態では、メモリ54に記憶されたプログラムに従って図4の処理と更新処理部M56の処理とを実行するCPU52によって、制御角操作処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、更新量Δθc1を、目標トルクTrqs*と操舵トルクTrqsとの差を入力とする比例要素のみから算出するものとしてもよく、またたとえば、積分要素のみから算出するものとしてもよく、さらにたとえば、比例要素、積分要素、および微分要素を用いて算出するものとしてもよい。
上記実施形態では、αβ変換処理部M44、誘起電圧オブザーバM46、角度算出処理部M48、および速度算出処理部M50によって、推定処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、誘起電圧オブザーバとして、推定変化量ω1に応じて回転する回転座標系における電流と、同座標系における指令電圧とに基づき、誘起電圧を推定するものであってもよい。
ガード処理に利用するものに限らない。たとえば、制御角θcの更新量Δθcの基本値を推定変化量ω1として且つ、トルクフィードバック制御の操作量によって、上記基本値を補正したものを最終的な更新量Δθcとしてもよい。
上記実施形態では、同期電動機34を流れる電流が、回転座標系において、d軸の正側とq軸の正側とによって挟まれる領域内に収まることを想定したがこれに限らない。たとえば、q軸の正側とd軸の負側とによって挟まれる領域内に収まるように制御してもよい。この場合、d軸電流が負となるため、弱め界磁制御がなされることから、高回転において同期電動機34のトルクを生成しやすい。
たとえば、予め定められた値Xを用いて、推定変化量ω1に対して第1所定値としての値Xを加算したものを上限値ΔMaxとし、推定変化量ω1に対して第2所定値としての「−X」を加算したものを下限値ΔMinとするものであってもよい。
上記実施形態では、メモリ54に記憶されたプログラムに従って図5の処理や図7の処理を実行するCPU52によって、制限処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、図7のステップS42aにおいて、操舵トルクTrqsの大きさが、1または複数の閾値のそれぞれを超える場合に閾値以下である場合よりもゲインGを大きい値に設定するというように、ゲインGを操舵トルクTrqsに応じた離散的な複数の値に可変設定してもよい。またたとえば、操舵トルクTrqsが小さい場合、ゲインGを絶対値が1よりも小さい負の値に設定してもよい。また、図7のステップS42aにおけるマップにおいて、操舵トルクTrqsが規定値Trqthであるときのゲインを「1」よりも小さくしてもよい。
CPU52とメモリ54とを備えて、ソフトウェア処理のみ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、専用のハードウェア(ASIC)にて処理してもよい。すなわち、たとえば、上記推定処理部の処理については、ハードウェア処理とし、推定変化量ω1をハードウェアからCPU52が取得するようにしてもよい。
上記インバータINVに限らない。たとえば、スイッチング素子S¥#として、MOS電界効果トランジスタに代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を用いてもよい。なお、直流電圧源(バッテリ40)の正極および負極のそれぞれと電動機の各端子との間を開閉するスイッチング素子S¥#を備えるものに限らない。たとえば、電動機の各端子毎に周知のDCDCコンバータと同様の回路構成の回路を接続したものであってもよい。この場合であっても、それらコンバータの出力電圧を高速で変化させることで、同出力電圧を指令電圧v¥*とすることができ、上記実施形態に準じた効果を得ることができる。
SPMSMに限らず、埋込磁石同期電動機であってもよい。
・「操舵装置について」
転舵アクチュエータとして、ラックアンドピニオン型のものを備えるものに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型、ラック同軸型のものなどを備えてもよい。
Claims (6)
- ステアリングの操舵に応じて操舵をアシストする操舵装置を操作対象とし、
前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、
ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクを取得するトルク取得処理部と、
前記操舵トルクの目標値である目標トルクを設定する目標トルク設定処理部と、
前記同期電動機を流れる電流を指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、
前記同期電動機を流れる電流と前記電力変換回路によって前記同期電動機の各端子に印加される電圧とに基づき誘起電圧を推定し、該推定される誘起電圧に基づき所定時間当たりの前記同期電動機の回転量である推定変化量を算出する推定処理部と、
前記操舵トルクの大きさが閾値を超えることを条件に、前記トルク取得処理部が取得した操舵トルクを前記目標トルク設定処理部が設定した目標トルクにフィードバック制御するために、前記電流の指令値の位相を定める制御角を操作し、前記操舵トルクの大きさが前記閾値以下となることによって前記フィードバック制御が停止されることを条件に、前記推定変化量に基づき前記制御角を操作する制御角操作処理部と、
前記トルク取得処理部によって取得された前記操舵トルクの大きさが規定値以下の場合、前記推定変化量による前記制御角の更新量を制限する制限処理部と、を備え、
前記規定値は、前記閾値以下である操舵制御装置。 - 前記制御角操作処理部には、前記トルク取得処理部が取得した操舵トルクの大きさを前記閾値だけ減算補正したものが入力され、
前記目標トルク設定処理部は、前記操舵トルクの目標値の大きさを前記閾値とするために、前記制御角操作処理部に出力する演算上の前記目標トルクをゼロとするものであり、
前記制御角操作処理部は、前記減算補正された操舵トルクと前記演算上の前記目標トルクとの差がゼロであることを条件に、前記制御角の更新量を前記推定変化量に応じて設定する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記推定処理部は、前記誘起電圧の振幅の大きさが前記規定値未満の場合、前記推定変化量を算出しない請求項1または2記載の操舵制御装置。
- 前記制限処理部は、前記トルク取得処理部によって取得された前記操舵トルクの大きさが前記規定値以下の場合、前記推定変化量による前記制御角の更新量をゼロとする請求項1〜3のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
- 前記制限処理部は、前記トルク取得処理部が取得した前記操舵トルクの大きさが小さいほど前記推定変化量による前記制御角の更新量を小さくする請求項1〜3のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
- 前記フィードバック制御は、前記目標トルクが前記操舵トルクよりも大きい場合、前記同期電動機の回転方向の値を正とすると、前記制御角の更新量を、前記同期電動機の実際の回転量よりも小さい値とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
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