WO2017213130A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric power steering apparatus that enables automatic steering by performing assist control and steering angle control on a steering system by drive control of a motor based on a current command value, and in particular by a driver during automatic steering.
- the present invention relates to an electric power steering apparatus that is safe and can reduce a sense of incongruity even when steering intervention is performed.
- An electric power steering device that applies a steering assist force (assist torque) to a steering system of a vehicle by a rotational force of a motor is driven by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reduction mechanism.
- Assist control is performed by applying a steering assist force to the shaft or the rack shaft.
- Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque.
- the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small.
- the adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
- the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG.
- the pinion rack mechanism 5 and the tie rods 6a and 6b are connected to the steering wheels 8L and 8R via the hub units 7a and 7b.
- a torsion bar is inserted in the column shaft 2
- a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle ⁇ of the steering wheel 1 by a torsion angle of the torsion bar and a torque sensor 10 for detecting the steering torque Tt are provided.
- a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
- the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
- the control unit 30 calculates the current command value of the assist control command based on the steering torque Tt detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value.
- the current supplied to the motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref.
- the steering angle sensor 14 is not essential and may not be provided, and the steering angle can be obtained from a rotation angle sensor such as a resolver connected to the motor 20.
- the control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed V can also be received from the CAN 40.
- the control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.
- the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU, MCU, etc.).
- FIG. 2 shows general functions executed by a program inside the CPU.
- the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2.
- the steering torque Tt detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 are a current command for calculating a current command value Iref1.
- the value is input to the value calculation unit 31.
- the current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Tt and the vehicle speed V.
- the voltage control command value Vref whose characteristics are improved by the PI control unit 35 is input to the PWM control unit 36, and the motor 20 is further PWM driven via the inverter 37.
- the motor current Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and fed back to the subtraction unit 32B.
- the inverter 37 is composed of an FET bridge circuit as a semiconductor switching element.
- a rotation angle sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, and the rotation angle ⁇ is detected from the rotation angle sensor 21 and output.
- the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the compensation of the steering system system is performed by the addition of the compensation signal CM, thereby improving the convergence and inertia characteristics.
- the compensation signal generator 34 adds the self-aligning torque (SAT) 34C and the inertia 34B by the adder 34D, further adds the convergence 34A to the addition result by the adder 34E, and compensates the addition result of the adder 34E.
- the signal CM is used.
- EPS electric power steering device
- a mechanism for assist control executed by conventional EPS and a mechanism for steering angle control for controlling the steering system so that the vehicle travels in a desired direction are independent. It is common to have a configuration in which these outputs can be adjusted.
- position / speed control having excellent performance in response to the steering angle command which is a control target of the steering angle and disturbance suppression against road surface reaction force, etc. is used.
- PI proportional integral
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-17881
- a command from both of the torque control method (corresponding to assist control) and the rotation angle control method (corresponding to steering angle control) is switched.
- a value obtained by multiplying each value by a coefficient (automated coefficient and manual coefficient) and adding the result is used as a final command value, and the coefficient is gradually changed to suppress sudden fluctuations in the command value.
- P control is used for position control in the rotation angle control system
- PI control is used for speed control.
- Patent Document 2 proposes an automatic steering control device that performs a hand operation automatically in accordance with a set steering angle, and particularly aims at parking assistance.
- a torque control mode (equivalent to assist control)
- a parking assistance mode (equivalent to steering angle control)
- control is performed using previously stored parking data. Is going.
- P control is performed in the position control in the parking assist mode
- PI control is performed in the speed control.
- Patent Document 3 Japanese Patent No. 3912279 (Patent Document 3) does not directly apply EPS, but when the steering angle control is started by switching to the automatic steering mode, the steering speed (steering angular speed) is gradually increased. This reduces the driver's uncomfortable feeling due to sudden fluctuations in the steering wheel at the start.
- JP 2004-17881 A Japanese Patent No. 3917008 Japanese Patent No. 3912279
- the steering wheel may react excessively with respect to the steering angular velocity command value, and may give the driver a sense of incongruity or discomfort such as a feeling of being caught.
- Patent Document 1 P control is used for position control and PI control is used for speed control. If there is manual input by the driver during the steering angle control, the steering angle control is the steering angle control command value. Therefore, it is difficult to manually steer until the switching operation from the steering angle control to the assist control is performed. In addition, there is a possibility that a time delay occurs due to the manual input detection or the switching operation, and the steering intervention operation by the driver cannot be sufficiently performed.
- rudder angle control using P control for position control and PI control for speed control is performed.
- the apparatus When steering angle control is performed in a vehicle, disturbances and load conditions greatly change due to changes in vehicle speed, friction, road reaction force, and the like, so the apparatus must have a control configuration that is resistant to them.
- the control configuration of the device described in Patent Document 2 for example, when the road surface reaction force changes or the target steering angle changes quickly, vibration is generated by the natural vibration caused by the spring of the steering wheel mass and the torsion bar. In addition, the driver may feel it uncomfortable or uncomfortable.
- the steering angular speed is gradually increased at the start of the steering angle control.
- the steering angular speed continues to increase until reaching the upper limit value of the steering angular speed, so that the integral value of the I control accumulates excessively.
- the steering angle control command value becomes an excessive value, and the steering wheel may react excessively with respect to the steering angular speed command value, which may give the driver a sense of incongruity.
- the present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to realize manual steering even when steering intervention is performed by a driver during automatic steering, and safety during emergency steering by the driver. It is an object to provide an electric power steering apparatus that further ensures assist and is compatible with assist control and steering angle control.
- the present invention relates to an electric power steering apparatus that drives a motor based on a current command value and performs assist control and steering angle control on a steering system by driving control of the motor.
- a steering angle control unit that calculates a steering angle control current command value for the steering angle control based on the command value and the actual steering angle, the steering angle control unit including the steering angle command value and the actual steering angle;
- a position control unit that calculates a basic rudder angular velocity command value based on the steering steering compensation unit that obtains a compensated rudder angular velocity command value for steering intervention compensation according to steering torque, the basic rudder angular velocity command value, and the compensation rudder
- a steering angular velocity control unit that calculates the steering angular control current command value based on the steering angular velocity command value calculated from the angular velocity command value and the actual steering angular velocity, and the steering intervention compensation unit is provided for the steering torque.
- a compensation gain unit that multiplies the steering intervention compensation gain, obtains the compensated
- the rudder angle control unit further includes a filter unit that converts the rudder angular velocity command value into an extended rudder angular velocity command value using an FF filter, and the rudder angular velocity control unit includes the expansion By calculating the steering angle control current command value based on the steering angular velocity command value and the actual steering angular velocity, or the position control unit multiplies the deviation between the steering angle command value and the actual steering angle by a proportional gain.
- a proportional gain unit that calculates the basic rudder angular velocity command value, or the position control unit converts the rudder angle command value into a target steering angle using a norm model
- the steering angle command value is converted into the steering angular velocity command value 2 using a proportional gain unit that calculates a steering angular velocity command value 1 by multiplying a deviation between the target steering angle and the actual steering angle by a proportional gain and an FF filter.
- a proportional gain unit that calculates a steering angular velocity command value 1 by multiplying a deviation between the target steering angle and the actual steering angle by a proportional gain and an FF filter.
- the steering intervention compensation unit further includes a steering intervention phase compensation unit that performs phase compensation on the steering torque, and the steering intervention compensation unit receives the steering torque via the compensation gain unit and the steering intervention phase compensation unit.
- the assist steering speed command value is obtained, or the steering angular speed control unit calculates the steering angle control current command value by IP control, or at least based on the steering torque.
- An assist control unit that calculates an assist control current command value for control, and is provided before the assist control current command value and the steering angle control current command value.
- the assist control unit By calculating a current command value, or by multiplying the assist control current command value by an assist control output gradual gain to adjust the assist control current command value, or in the assist control unit By multiplying the assist map output current obtained in step 4 by an assist map gradual gain or by multiplying the assist control output gradual gain having a value of zero by the assist control current command value.
- the steering angle control current is applied only to the steering angle control, or the steering angle control unit limits the steering angle control current command value with a preset limit value. This is achieved more effectively by further providing a command value limiter.
- the electric power steering apparatus (EPS) performs assist control, which is a function of the conventional EPS, and steering angle control necessary for automatic steering in automatic driving.
- the assist control and the steering angle control are executed by the assist control unit and the steering angle control unit, respectively, and the current for driving and controlling the motor using the assist control current command value and the steering angle control current command value output from each unit. Calculate the command value.
- Both steering angle control and assist control are executed in automatic steering (automatic steering state), and assist control is executed in manual steering (manual steering state) in which the driver is involved in steering.
- the steering intervention compensation according to the steering torque is performed. Specifically, the steering angular velocity command value is compensated by a compensation value (compensated steering angular velocity command value) obtained by the steering intervention compensation unit using a steering intervention compensation gain prepared in advance.
- the steering intervention compensation gain can be changed according to the vehicle speed.
- FIG. 3 shows a configuration example (first embodiment) of the entire vehicle system according to the present invention.
- the ECU hereinafter referred to as “vehicle side ECU” 100 mounted on the vehicle, the ECU mounted on the EPS ( (Hereinafter referred to as “EPS side ECU”) 200 and plant 400.
- vehicle side ECU vehicle side ECU
- EPS side ECU EPS side ECU
- the vehicle-side ECU 100 includes a vehicle state quantity detection unit 110, a switching command unit 120, a target trajectory calculation unit 130, and a vehicle motion control unit 140.
- the vehicle state quantity detection unit 110 includes an in-vehicle camera, a distance sensor, an angular velocity sensor, an acceleration sensor, and the like, and data detected therefrom is used as a vehicle state quantity Cv, and the switching command unit 120, the target trajectory calculation unit 130, and vehicle motion control. Output to the unit 140.
- the switching command unit 120 inputs a signal Sg for switching the operation mode together with the vehicle state quantity Cv from a button or a switch provided on the dashboard or the like, and outputs a switching signal SW to the EPS side ECU 200.
- the operation modes include “assist control mode” and “steering angle control mode”, “assist control mode” is a mode corresponding to manual steering, and “steering angle control mode” is a mode corresponding to automatic steering. Based on the value of the signal Sg indicating the driver's intention, the operation mode is determined in consideration of the value of each data in the vehicle state quantity Cv, and the determined operation mode is output as the switching signal SW.
- the target trajectory calculation unit 130 calculates the target trajectory Am by an existing method based on the vehicle state quantity Cv and outputs the target trajectory Am to the vehicle motion control unit 140.
- the vehicle motion control unit 140 includes a rudder angle command value generation unit 141.
- the rudder angle command value generation unit 141 is a rudder angle command that is a control target value of the steering angle based on the target trajectory Am and the vehicle state quantity Cv.
- a value ⁇ ref is generated and output to the EPS side ECU 200.
- the EPS-side ECU 200 includes an EPS state quantity detection unit 210, a switching determination / gradual change gain generation unit 220, a steering angle control unit 300, an assist control unit 230, a switching unit 240, a current control / drive unit 250, and a motor current detector 38. I have.
- the EPS state quantity detection unit 210 includes an angle sensor, a torque sensor, and a speed sensor, and detects an EPS state quantity. Specifically, the angle sensor detects the steering angle (the upper angle of the torsion bar) ⁇ h as the actual steering angle ⁇ r, the torque sensor detects the steering torque Tt, and the speed sensor detects the vehicle speed V. Further, the actual steering angular velocity ⁇ r is calculated by performing a differential operation on the actual steering angle ⁇ r.
- the actual steering angle ⁇ r and the actual steering angular speed ⁇ r are input to the steering angle control unit 300, the steering torque Tt is input to the switching determination / gradual change gain generation unit 220, the steering angle control unit 300, and the assist control unit 230, and the vehicle speed V is Input to the steering angle control unit 300 and the assist control unit 230.
- the column steering angle (the lower angle of the torsion bar) may be used as the actual steering angle ⁇ r
- a motor angle sensor rotation angle sensor
- the rotation angle of the motor may be the actual steering angle ⁇ r.
- the actual steering angle ⁇ r and the vehicle speed V may be detected by the vehicle side ECU 100 and transmitted to the EPS side ECU 200.
- the actual steering angular velocity ⁇ r may be calculated from the difference calculation of the rotation angle detected by the motor angle sensor and the gear ratio, or may be calculated from the difference calculation of the actual steering angle ⁇ r.
- An LPF low-pass filter
- the actual steering angular velocity ⁇ r may be calculated from the HPF (high-pass filter) and the gain. .
- the switching determination / gradual change gain generation unit 220 performs switching determination between automatic steering and manual steering based on the switching signal SW and the steering torque Tt from the vehicle-side ECU 100, and determines the gradual gain based on the determination result.
- the steering angle control output gradual change gain Gfa1 the speed control gradual change gain Gfa2, the speed command gradual change gain Gfa3, the steering angle command gradual change gain Gfa4, the assist control output gradual change gain Gft1, and the assist map gradual change gain Gft2.
- Gfa1 and Gft1 are input to the switching unit 240
- Gfa2, Gfa3 and Gfa4 are input to the steering angle control unit 300
- Gft2 is input to the assist control unit 230. Details of the switching determination / gradual change gain generation unit 220 will be described later.
- the steering angle control unit 300 performs the steering angle control by controlling the steering angle command value ⁇ ref from the vehicle-side ECU 100, the actual steering angle ⁇ r, the actual steering angular velocity ⁇ r, the steering torque Tt, the vehicle speed V, and the gradually changing gains Gfa2, Gfa3 and A steering angle control current command value IrefP1 is calculated using Gfa4.
- the steering angle control current command value IrefP1 is input to the switching unit 240.
- the actual steering angular velocity ⁇ r may be calculated not by the EPS state quantity detection unit 210 but by the steering angle control unit 300. Details of the steering angle control unit 300 will be described later.
- the assist control unit 230 includes, for example, a current command value calculation unit 31, a current limiting unit 33, a compensation signal generation unit 34, and an addition unit 32A in the configuration example shown in FIG.
- an assist control current command value IrefT1 corresponding to the current command value Irefm in FIG. 2 is calculated using an assist map.
- the assist map gradual change gain Gft2 output from the switching determination / gradual change gain generation unit 220 is input, and the output (assist map output current) from the current command value calculation unit 31 is input. Multiplication is performed, and the multiplication result is input to the adding unit 32A.
- the assist map used in the current command value calculation unit 31 is a map that defines the characteristics of the current command value with respect to the steering torque Tt, and is a vehicle speed sensitive type that has a characteristic that the current command value decreases as the vehicle speed V increases. Note that the current limiter 33 and / or the compensation signal generator 34 may be omitted.
- the switching unit 240 calculates the current command value Iref using the steering angle control current command value IrefP1, the assist control current command value IrefT1, and the gradual gains Gfa1 and Gft1. Details of the switching unit 240 will be described later.
- the current control / drive unit 250 includes, for example, a subtraction unit 32B, a PI control unit 35, a PWM control unit 36, and an inverter 37 in the configuration example shown in FIG. 2, and is detected by the current command value Iref and the motor current detector 38.
- the motor is driven and controlled by the same operation as the configuration example of FIG.
- the plant 400 is a physical model to be controlled that simulates driver characteristics, EPS, and vehicle mechanical characteristics in steering the steering wheel, and includes a driver steering transmission characteristic 410 and a mechanical transmission characteristic 420. Since the mechanical system operates based on the steering wheel input torque Th generated by the steering of the driver and the motor current Im from the EPS side ECU 200, the state information EV related to the vehicle and the EPS is generated. Status information EV is output.
- the vehicle state quantity detection unit 110 of the vehicle side ECU 100 and the EPS state quantity detection unit 210 of the EPS side ECU 200 detect the vehicle state quantity Cv and the EPS state quantity from the state information EV, respectively. Since the steering wheel input torque Th due to the steering of the driver is generated according to the steering angle ⁇ h in the state information EV, the steering steering transmission characteristic 410 outputs the steering wheel input torque Th.
- FIG. 4 shows a configuration example of the switching determination / gradual change gain generation unit 220.
- the switching determination / gradual change gain generation unit 220 includes a switching determination unit 221 and a gradual change gain generation unit 222, and the switching determination unit 221 is a manual operation.
- An input determination unit 223 and a steering state determination unit 224 are provided.
- the manual input determination unit 223 determines the presence or absence of manual input using the steering torque Tt.
- a configuration example of the manual input determination unit 223 is illustrated in FIG. 5, and the manual input determination unit 223 includes a smoothing filter unit 225, an absolute value conversion unit 226, and a determination processing unit 227.
- the smoothing filter unit 225 has a smoothing filter, smoothes the steering torque Tt with the smoothing filter, and outputs the smoothed steering torque Tt ′.
- the steering torque Tt ' is input to the absolute value converting unit 226, and the absolute value converting unit 226 outputs the absolute value (absolute value data)
- is input to the determination processing unit 227.
- the determination processing unit 227 compares a predetermined threshold value Tth with the absolute value
- Steering state determination unit 224 determines a steering state from switching signal SW from vehicle side ECU 100 and manual input determination signal Jh.
- the switching signal SW is “assist control mode” or the manual input determination signal Jh is “with manual input”, it is determined that the steering state is “manual steering”, otherwise, the switching signal SW is “steering”.
- the steering state is “automatic steering”.
- the determination result is output as a steering state determination signal Js.
- the steering state may be determined only from the manual input determination signal Jh. That is, when the manual input determination signal Jh is “with manual input”, the steering state is determined to be “manual steering”, and when the manual input determination signal Jh is “without manual input”, the steering state is “automatic steering”. It may be determined that
- the gradual gain generating unit 222 determines the gradual gain based on the steering state determination signal Js.
- the gradual gain takes different values depending on the steering state, and the steering state is determined by the steering state determination signal Js.
- the gradual gains Gfa1, Gfa2, Gfa3 and Gfa4 are 100% in the automatic steering state and 0% in the manual steering state, and in the transition from the automatic steering state to the manual steering state and from the manual steering state to the automatic steering state, The value changes gradually.
- the gradually changing gains Gfa1 to Gfa4 change as shown in FIG. That is, when the steering state determination signal Js changes from “automatic steering” to “manual steering” at time t1, the gradually changing gain gradually decreases from that time and becomes 0% at time t2.
- the gradual change gain sequentially increases from the time when the steering state determination signal Js changes to “automatic steering”.
- the gradual gain is increasing if it is decreasing, and if it is increasing. It starts to decrease.
- the gradual change gain in the switching state is linearly changed.
- the gradually changing gain may be used through an LPF, for example, a first-order LPF having a cutoff frequency of 2 Hz.
- the gradual gains Gfa1 to Gfa4 do not have to be changed in conjunction with each other, and may be changed independently.
- the assist control output gradual change gain Gft1 is ⁇ t1 [%] (0 ⁇ ⁇ t1 ⁇ 150) in the automatic steering state and 100% in the manual steering state. As shown in FIG. As in the case of Gfa4, the value is gradually changed in the switching state.
- the assist map gradual change gain Gft2 is ⁇ t2 [%] (0 ⁇ ⁇ t2 ⁇ 150) in the automatic steering state and 100% in the manual steering state, and as shown in FIG. 6C, the gradual change gains Gfa1 to Gfa4. As in the case of, the value is gradually changed in the switching state.
- the steering angle control unit 300 includes a steering angle command value variable limiting unit 310, a variable rate limiting unit 320, a steering wheel vibration removing unit 330, a position control unit 340, a steering intervention compensation unit 350, a speed command value variable limiting unit 360, and a steering angular speed control.
- Unit 370, steering wheel damping unit 380, steering angle control current command value limiting unit 390, multiplication units 391 and 392, addition units 393 and 394, and switching unit 240 includes multiplication units 241 and 242 and addition unit 243.
- the rudder angle command value variable limiting unit 310 of the rudder angle control unit 300 steers an abnormal value or excessive value due to a communication error or the like with respect to the rudder angle command value ⁇ ref for automatic steering received from the vehicle side ECU 100.
- a limit value (upper limit value, lower limit value) is set and the limit is applied and output as the steering angle command value ⁇ ref1.
- the limit value is set according to the steering angle command gradual change gain Gfa4. For example, as shown in FIG.
- variable rate limiting unit 320 applies a change amount to the steering angle command value ⁇ ref1. Then, a limit value is set and the limit is applied, and the steering angle command value ⁇ ref2 is output. For example, if the difference from the rudder angle command value ⁇ ref1 one sample before is the amount of change, and the absolute value of the amount of change is larger than a predetermined value (limit value), the absolute value of the amount of change becomes the limit value.
- the steering angle command value ⁇ ref1 is added or subtracted and output as the steering angle command value ⁇ ref2, and if it is equal to or less than the limit value, the steering angle command value ⁇ ref1 is output as it is as the steering angle command value ⁇ ref2.
- a limit value is set according to the steering angle command gradual change gain Gfa4 in order to set an appropriate limit value in the automatic steering state and the manual steering state.
- the steering state is determined from the steering angle command gradual change gain Gfa4, and is set to a predetermined limit value in the automatic steering state, the limit value is set to zero in the manual steering state, and the steering angle command value ⁇ ref2 remains constant without change.
- an intermediate value between the two limit values is used, but a limit value in the automatic steering state or a limit value in the manual steering state may be used.
- a limit value in the automatic steering state or a limit value in the manual steering state may be used.
- an upper limit value and a lower limit value may be set for the change amount to limit the change amount.
- the multiplication unit 391 multiplies the steering angle command value ⁇ ref2 by the steering angle command gradual change gain Gfa4 and outputs the result as the steering angle command value ⁇ ref3.
- a target steering angle ⁇ t output from a steering wheel vibration removal unit 330 (described later) in the switching state from the automatic steering state to the manual steering state can be made asymptotic to zero, and the steering angle control can be applied to the neutral state.
- the steering wheel vibration removal unit 330 reduces the vibration frequency component included in the steering angle command value ⁇ ref3.
- a frequency component (about 10 Hz) that excites vibration due to the spring property of the torsion bar and the inertial moment of the steering wheel is generated in the steering angle command value ⁇ ref3.
- the steering wheel vibration frequency component included in the steering angle command value ⁇ ref3 is reduced by filter processing using an LPF, a notch filter or the like, or phase delay compensation, and the target steering angle ⁇ t is output.
- any filter may be used as long as the gain of the handle vibration frequency band can be lowered and mounted on the ECU.
- the handle vibration removing unit 300 may be omitted.
- the position control unit 340 performs a steering angular velocity command value (basic steering angular velocity command) for bringing the actual steering angle ⁇ r closer to the target steering angle ⁇ t based on the deviation between the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r by P (proportional) control. Value) ⁇ ref1 is calculated.
- the position control unit 340 includes a proportional gain unit 341 and a subtraction unit 342.
- the proportional gain unit 341 calculates the steering angular velocity command value ⁇ ref1 by multiplying the deviation ⁇ e by the proportional gain Kpp.
- the steering intervention compensation unit 350 calculates a steering angular velocity command value (compensated steering angular velocity command value) ⁇ ref2 for steering intervention compensation according to the steering torque Tt.
- a value can be generated, and steering intervention during automatic steering can be realized.
- FIG. 10 shows a configuration example of the steering intervention compensation unit 350.
- the steering intervention compensation unit 350 includes a compensation gain unit 351 and a steering intervention phase compensation unit 352.
- the compensation gain unit 351 calculates a steering angular velocity command value ⁇ reft by multiplying the steering torque Tt by the steering intervention compensation gain Ktp.
- the steering intervention compensation gain Ktp is a vehicle speed sensitive gain that changes according to the vehicle speed V, and is adjusted by tuning. For example, as shown in FIG. 11, as the vehicle speed V increases, the steering intervention compensation gain Ktp decreases. Thereby, it is possible to make the feel heavier as the vehicle speed increases.
- the assist map used by the assist control unit 230 is also a vehicle speed sensitive map in which the assist control current command value decreases as the vehicle speed V increases.
- the steering intervention compensation gain Ktp changes like a broken line, but may change like a curve.
- the steering intervention phase compensation unit 352 sets phase advance compensation as phase compensation, and converts the steering angular velocity command value ⁇ reft into the steering angular velocity command value ⁇ ref2. For example, phase lead compensation is performed with a primary filter having a numerator cutoff frequency of 1.0 Hz and a denominator cutoff frequency of 1.3 Hz. As a result, it is possible to improve the refreshing feeling and the catching feeling in the case of sudden steering. Note that the steering intervention phase compensation unit 352 can be omitted in the case where cost is important. Further, the steering intervention phase compensation unit 352 may be installed before the input of the steering torque Tt to the compensation gain unit 351. In this case, the steering intervention phase compensation unit 352 receives the steering torque Tt, and the phase-compensated steering torque is input to the compensation gain unit 351.
- the addition unit 393 adds the steering angular velocity command value ⁇ ref1 output from the position control unit 340 and the steering angular velocity command value ⁇ ref2 output from the steering intervention compensation unit 350, and outputs the result as a steering angular velocity command value ⁇ ref.
- the multiplication unit 392 multiplies the steering angular speed command value ⁇ ref by the speed command gradual change gain Gfa3 and outputs the result as the steering angular speed command value ⁇ refg.
- the speed command gradual change gain Gfa3 is used to realize smooth switching when switching from the manual steering state to the automatic steering state. Note that the speed command gradual change gain Gfa3 changes in synchronization with the steering angle control output gradual change gain Gfa1 multiplied by the steering angle control current command value IrefP1 (not necessarily perfect synchronization).
- the speed command value variable limiting unit 360 sets a limit value (upper limit value, lower limit value) for the steering angular speed command value ⁇ refg, limits it, and outputs a target steering angular speed ⁇ t.
- the limit value is set according to the speed command gradual change gain Gfa3. For example, when the speed command gradual change gain Gfa3 is less than a predetermined threshold, the magnitude (absolute value) of the limit value is set to a small value as shown by the broken line in FIG. 12, and the magnitude of the limit value is indicated by a solid line above it. Increase the value to The predetermined threshold value is an arbitrary value of the speed command gradual change gain Gfa3 in the switching state.
- the magnitude of the limit value is fixed at a small value of a broken line, and Gfa3 is set to the predetermined threshold value. If it exceeds, the limit value may be gradually increased up to the solid line.
- the size of the upper limit value and the size of the lower limit value may be different.
- the rudder angular velocity control unit 370 inputs the target rudder angular velocity ⁇ t, the actual rudder angular velocity ⁇ r, and the speed control gradually changing gain Gfa2, and obtains the rudder angle control current command value IrefW such that the actual rudder angular velocity ⁇ r follows the target rudder angular velocity ⁇ t. It is calculated by IP control (proportional advance type PI control).
- the rudder angular velocity control unit 370 includes gain multiplication units 371 and 372, an integration unit 373, subtraction units 374 and 375, and a multiplication unit 376.
- the integrating unit 373 integrates the operation amount D1 and calculates the control amount Ir1.
- the multiplication unit 376 multiplies the control amount Ir1 by the speed control gradually changing gain Gfa2, and outputs the result as the control amount Ir3.
- the multiplication of the speed control gradual change gain Gfa2 is performed in order to realize smooth switching between the manual steering state and the automatic steering state, thereby mitigating the influence of integration value accumulation in the steering angular speed control at the time of switching. be able to.
- the gain multiplication unit 372 multiplies the actual steering angular speed ⁇ r by the gain Kvp and outputs a control amount Ir2.
- a deviation (Ir3-Ir2) between the control amounts Ir3 and Ir2 is calculated and output as a steering angle control current command value IrefW.
- the integration unit 373 any method can be used as long as it is an integration method that can be implemented.
- the integration unit 373 may be configured with a first-order lag transfer function and gain. . Further, the speed control gradually changing gain Gfa2 may be changed in synchronization with the steering angle control output gradually changing gain Gfa1.
- the rudder angular speed control unit 370 uses IP control, but a generally used control method may be used as long as the actual rudder angular speed can follow the target rudder angular speed. .
- IP control IP control
- 2-degree-of-freedom PI control model reference control
- model matching control robust control
- a control method in which compensation means for estimating a disturbance and canceling a disturbance component are combined in part may be used.
- the steering wheel damping unit 380 controls the vibration of the steering wheel based on the steering torque Tt that is a torsion bar torque signal.
- the handle vibration removing unit 330 also has an effect on the handle vibration during automatic steering, but the handle damping unit 380 can further improve the effect.
- the steering wheel damping unit 380 performs damping of the steering wheel vibration by gain and phase compensation, and outputs a steering angle control current command value IrefV that works in a direction to eliminate torsion of the torsion bar.
- the handle damping unit 380 works in the direction of reducing the twist angle, and also has the effect of reducing the uncomfortable feeling of catching at the time of manual input intervention by the driver.
- FIG. 14 shows a configuration example of the handle damping unit 380.
- the handle damping unit 380 includes a gain unit 381 and a damping phase compensation unit 382.
- the gain unit 381 multiplies the steering torque Tt by the gain Kv and outputs a control amount Irv.
- the vibration suppression phase compensation unit 382 is constituted by, for example, a primary filter, and converts the control amount Irv into a steering angle control current command value IrefV. You may comprise not a primary filter but a phase compensation filter more than secondary.
- the steering angle control current command value IrefW output from the steering angular speed control unit 370 and the steering angle control current command value IrefV output from the steering wheel damping unit 380 are added, and the result is used as the steering angle control current command value IrefP2. Is output.
- the steering angle control current command value limiting unit 390 applies a limit to the steering angle control current command value IrefP2 by setting a limit value (upper limit value, lower limit value) in order to prevent excessive output.
- Command value IrefP1 is output.
- an upper limit value and a lower limit value are set to limit the steering angle control current command value IrefP2.
- the magnitude of the upper limit value (absolute value) and the magnitude of the lower limit value may be different.
- the switching unit 240 includes multiplication units 241 and 242, and an addition unit 243.
- the steering angle control current command value IrefP1 output from the steering angle control unit 300 is multiplied by the steering angle control output gradual change gain Gfa1 output from the switching determination / gradual change gain generation unit 220. And output as a steering angle control current command value IrefP.
- the steering angle control output gradual change gain Gfa1 is used to smoothly switch between the manual steering state and the automatic steering state, and to realize a sense of incongruity and safety for the driver.
- the assist control current command value IrefT1 output from the assist control unit 230 is multiplied by the assist control output gradual change gain Gft1, and is output as the assist control current command value IrefT.
- the assist control output gradual gain Gft1 is used to smoothly switch between the manual steering state and the automatic steering state, and to realize steering intervention by the driver during automatic driving.
- the steering angle control current command value IrefP and the assist control current command value IrefT are added and output as a current command value Iref.
- the assist map gradual change gain Gft2 used in the assist control unit 230 is also used for the same purpose as the assist control output gradual change gain Gft1.
- Gft1 is set to ⁇ t1
- Gft2 is set to ⁇ t2
- ⁇ t1 and ⁇ t2 are adjusted to improve the stability of the system and to vibrate. Can be suppressed.
- ⁇ t1 may be simply set to 0% and ⁇ t2 may be set to 100%. In this case, since ⁇ t1 is 0%, the assist control current command value IrefT becomes a zero command, and steering intervention can be realized even when the assist control is eliminated.
- the EPS state quantity detection unit 210 detects the actual steering angle ⁇ r, the steering torque Tt, and the vehicle speed V (step S10), and determines whether the actual steering angle ⁇ r is switched to the steering angle control unit 300 and the steering torque Tt is switched /
- the vehicle speed V is output to the steering angle control unit 300 and the assist control unit 230, respectively, to the gradually changing gain generation unit 220, the steering angle control unit 300, and the assist control unit 230.
- the EPS state quantity detection unit 210 calculates the actual steering angular velocity ⁇ r from the actual steering angle ⁇ r (step S20), and outputs it to the steering angle control unit 300.
- the switching determination / gradual change gain generation unit 220 to which the steering torque Tt is input performs switching determination between automatic steering and manual steering based on whether or not the switching signal SW output from the vehicle ECU 100 is input, and based on the determination result.
- the gradual gain is determined (step S30), and the gradual gains Gfa2, Gfa3, and Gfa4 are output to the steering angle control unit 300, Gft2 to the assist control unit 230, and Gfa1 and Gft1 to the switching unit 240, respectively. Details of the operation of the switching determination / gradual change gain generation unit 220 will be described later.
- the steering angle control unit 300 includes a steering angle command value ⁇ ref from the vehicle side ECU 100, an actual steering angle ⁇ r from the EPS state quantity detection unit 210, an actual steering angular velocity ⁇ r, a steering torque Tt and a vehicle speed V, and a switching determination / gradual change gain.
- the gradually changing gains Gfa2, Gfa3, and Gfa4 from the generation unit 220 are input, and the steering angle control current command value IrefP1 is calculated using them (step S40), and is output to the switching unit 240. Details of the operation of the steering angle control unit 300 will be described later.
- the assist control unit 230 inputs the steering torque Tt, the vehicle speed V, and the assist map gradual gain Gft2, and calculates an assist map output current (current value) by the same operation as the current command value calculation unit 31 shown in FIG. (Step S50). Then, the assist map output current is multiplied by the assist map gradual change gain Gft2 (step S60), and the multiplication result is the same as that of the adder 32A, current limiter 33, and compensation signal generator 34 shown in FIG. To calculate an assist control current command value IrefT1 (step S70) and output it to the switching unit 240.
- the switching unit 240 multiplies the input steering angle control current command value IrefP1 by the steering angle control output gradual gain Gfa1 by the multiplication unit 241 (step S80), and adds the steering angle control current command value IrefP that is the multiplication result. Output to the unit 243. Further, the input assist control current command value IrefT1 is multiplied by the assist control output gradual change gain Gft1 by the multiplication unit 242 (step S90), and the multiplication result of the assist control current command value IrefT is output to the addition unit 243.
- the adding unit 243 adds the steering angle control current command value IrefP and the assist control current command value IrefT (step S100), and outputs the current command value Iref as the addition result to the current control / drive unit 250.
- the current control / driving unit 250 performs the same operation as the subtraction unit 32B, the PI control unit 35, the PWM control unit 36, and the inverter 37 shown in FIG. Using the current Im, the motor current Im is controlled so as to follow the current command value Iref (step S110), and the drive of the motor is controlled.
- the input steering torque Tt is input to the manual input determination unit 223 in the switching determination unit 221.
- the manual input determining unit 223 smoothes the steering torque Tt by the smoothing filter unit 225 (step S210), and obtains the absolute value
- is input to the determination processing unit 227.
- the determination processing unit 227 determines that “manual input is present” (step S240), and when the absolute value
- “no manual input” is determined (step S250), and a manual input determination signal Jh as a determination result is output to the steering state determination unit 224.
- the steering state determination unit 224 confirms whether or not the switching signal SW is input (step S260), and inputs the switching signal SW.
- the switching signal SW is “assist control mode” or the manual input determination signal Jh is “manual input”. If “Yes” (step S 270), the steering state determination signal Js is updated to “manual steering” (step S 280). If not (step S 270), the steering state determination signal Js is updated to “automatic steering” (step S 270). Step S290).
- the steering state determination signal Js is left as it is.
- the steering state determination signal Js is input to the gradual gain generating unit 222.
- the gradual gain generating unit 222 checks the value of the steering state determination signal Js (step S300).
- each gradual gain (Gfa1 to Gfa4, Gft1, Gft2) is changed to a value in the manual steering state (0% for Gfa1 to Gfa4, 100% for Gft1 and Gft2).
- Step S310 When the steering state determination signal Js is “automatic steering”, each gradual gain is changed to a value in an automatic steering state (100% for Gfa1 to Gfa4, 120% for Gft1, 300% for Gft2) (step S320).
- the steering angle command value variable limiting unit 310 confirms the value of the input steering angle command gradual change gain Gfa4 (step S410), and when Gfa4 is 0%, the limit value is set to “at the time of manual steering” shown in FIG. (Step S420), when Gfa4 is 100%, the limit value for "automatic steering” shown in FIG. 8 is set (step S430). When Gfa4 is 0 to 100%, an intermediate value is set as the limit value. (Step S440). Then, using the set limit value, the steering angle command value ⁇ ref input from the vehicle side ECU 100 is limited (step S450), and the steering angle command value ⁇ ref1 is output.
- the steering angle command value ⁇ ref1 is input to the variable rate limiting unit 320 together with the steering angle command gradual change gain Gfa4 and the actual steering angle ⁇ r.
- the variable rate limiting unit 320 checks the value of the steering angle command gradual change gain Gfa4 (step S460). If Gfa4 is 0%, the variable is limited to zero (step S470), and the stored rudder one sample before is held.
- the value of the angle command value ⁇ ref1 is set to the value of the actual steering angle ⁇ r (step S471).
- Step S471 is a state in which the value at the end of the previous steering angle control remains at the time when the steering angle control at which Gfa4 is greater than 0% is started.
- the steering angle command value will change suddenly. Since the steering wheel may change suddenly, this is a measure for suppressing the sudden change by starting the steering wheel in a state where it matches the actual steering angle ⁇ r.
- the limit value is set to a predetermined value (step S480), and when Gfa4 is 0 to 100%, an intermediate value is set as the limit value (step S490). Then, a difference (amount of change) between the steering angle command value ⁇ ref1 and the steering angle command value ⁇ ref1 one sample before is calculated (step S500).
- step S510 When the absolute value of the change amount is larger than the limit value (step S510), the steering angle command value ⁇ ref1 is added or subtracted so that the absolute value of the change amount becomes the limit value (step S520), and is output as the steering angle command value ⁇ ref2. (Step S530).
- the steering angle command value ⁇ ref1 is output as it is as the steering angle command value ⁇ ref2 (step S530).
- the steering angle command value ⁇ ref2 is multiplied by the steering angle command gradual gain Gfa4 by the multiplication unit 391 (step S540), and is output as the steering angle command value ⁇ ref3.
- the steering angle command value ⁇ ref3 is input to the steering wheel vibration removal unit 330. .
- the steering wheel vibration removal unit 330 reduces the vibration frequency component with respect to the steering angle command value ⁇ ref3 (step S550), and outputs it to the position control unit 340 as the target steering angle ⁇ t.
- the target steering angle ⁇ t is added to the subtraction unit 342 in the position control unit 340.
- the subtraction unit 342 receives the subtraction input of the actual steering angle ⁇ r, and the subtraction unit 342 obtains the deviation ⁇ e between the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r (step S560).
- the deviation ⁇ e is input to the proportional gain unit 341, and the proportional gain unit 341 multiplies the deviation ⁇ e by the proportional gain Kpp to calculate the steering angular velocity command value ⁇ ref1 (step S570).
- the steering angular velocity command value ⁇ ref1 is input to the adding unit 393.
- the steering intervention compensation unit 350 receives the vehicle speed V and the steering torque Tt, and the vehicle speed V and the steering torque Tt are input to the compensation gain unit 351.
- the compensation gain unit 351 obtains a steering intervention compensation gain Ktp from the vehicle speed V based on the characteristics shown in FIG. 11, and multiplies the steering torque Tt to calculate the steering angular speed command value ⁇ reft (step S580).
- the steering angular velocity command value ⁇ reft is input to the steering intervention phase compensation unit 352, and the steering intervention phase compensation unit 352 converts the steering angular velocity command value ⁇ reft into the steering angular velocity command value ⁇ ref2 by phase compensation (step S590).
- the steering angular velocity command value ⁇ ref2 is input to the adding unit 393.
- the steering angular velocity command values ⁇ ref1 and ⁇ ref2 input to the adding unit 393 are added (step S600) and output as the steering angular velocity command value ⁇ ref.
- the steering angular speed command value ⁇ ref is multiplied by the speed command gradual change gain Gfa3 by the multiplication unit 392 (step S610), and is input to the speed command value variable limiting unit 360 as the steering angular speed command value ⁇ refg.
- the speed command value variable limiting unit 360 inputs the speed command gradually changing gain Gfa3 together with the steering angular speed command value ⁇ refg, and checks the value of the speed command gradually changing gain Gfa3 (step S620). If Gfa3 is less than the predetermined threshold, the limit value is set to the limit value “Gfa3 small” shown in FIG. 12 (step S630), and if it is equal to or greater than the predetermined threshold, the limit value is set to “Gfa3 large” ( Step S640). Using the set limit value, the steering angular velocity command value ⁇ refg is limited (step S650), and the target steering angular velocity ⁇ t is output. The target rudder angular velocity ⁇ t is input to the rudder angular velocity control unit 370.
- the rudder angular velocity control unit 370 inputs the actual rudder angular velocity ⁇ r and the speed control gradually changing gain Gfa2 together with the target rudder angular velocity ⁇ t.
- the target rudder angular velocity ⁇ t is added to the subtractor 374, the actual rudder angular velocity ⁇ r is subtracted to the subtractor 374, and the deviation ⁇ e between the target rudder angular velocity ⁇ t and the actual rudder angular velocity ⁇ r is input to the gain multiplier 371 (step S660). ).
- the gain multiplication unit 371 multiplies the deviation ⁇ e by the gain Kvi (step S670), and outputs an operation amount D1.
- the operation amount D1 is input to the integration unit 373, and the integration unit 373 integrates the operation amount D1 to calculate the control amount Ir1 (step S680) and outputs it to the multiplication unit 376.
- the multiplication unit 376 multiplies the control amount Ir1 by the speed control gradual change gain Gfa2 (step S690), and outputs the control amount Ir3.
- the control amount Ir3 is added to the subtraction unit 375.
- the actual steering angular velocity ⁇ r is also input to the gain multiplication unit 372.
- the gain multiplication unit 372 multiplies the actual steering angular velocity ⁇ r by the gain Kvp (step S700), outputs the control amount Ir2, and the control amount Ir2 is the subtraction unit. Subtracted at 375.
- the subtraction unit 375 calculates the deviation between the control amounts Ir3 and Ir2 (step S710) and outputs the deviation to the addition unit 394 as the steering angle control current command value IrefW.
- the steering torque Tt is also input to the steering wheel damping unit 380.
- the gain unit 381 multiplies the input steering torque Tt by the gain Kv (step S720), and outputs the control amount Irv.
- the controlled variable Irv is phase-compensated by the damping phase compensator 382 (step S730), and is output as the steering angle control current command value IrefV.
- the steering angle control current command value IrefV is output to the adding unit 394.
- the steering angle control current command values IrefW and IrefV input to the addition unit 394 are added (step S740) and input to the steering angle control current command value limiting unit 390 as the steering angle control current command value IrefP2.
- the steering angle control current command value limiting unit 390 limits the steering angle control current command value IrefP2 using the limit value of the characteristic shown in FIG. 15, and outputs the steering angle control current command value IrefP1 (step). S750).
- the operation of the rudder angle control unit 300 and the operation of the assist control unit 230 may be executed in parallel or in reverse order.
- the operations up to the calculation of IrefW and the operation up to the calculation of the steering angle control current command value IrefV may be executed in reverse or in parallel.
- a vehicle motion model and a driver's steering model are set as the plant model of the plant 400.
- a vehicle movement model for example, Masato Abe, “Automotive Movement and Control”, Tokyo Denki University, Tokyo Denki University Press, issued on September 20, 2009, First Edition, 2nd Edition, Chapter 3 (p.49) -105)
- models shown in Chapter 4 (p.107-130) and Chapter 5 (p.131-147) for example, Daisuke Yokoi, master thesis, “musculoskeletal characteristics of arms” "Study on Evaluation of Steering Feeling of Cars Considering Cargo", Department of Mechanical Engineering, graduate School of Engineering, Mie University, February 6, 2007 accepted, Chapter 2 (p.3-5), Chapter 3 (p.6) -9)
- the model shown in (Reference) may be used, but is not limited thereto, and other models may be used.
- FIG. 20 A steering model used in this simulation is shown in FIG. 20 for reference.
- Carm and Cpalm are viscosity coefficients
- Karm and Kpalm are spring constants
- Iarm is the moment of inertia of the arm.
- the steering wheel steering angle ⁇ h output from the mechanical model (mechanical transmission characteristic) is input to the steering model (driver steering transmission characteristic), and the steering wheel input torque Th output from the steering model is output to the mechanical model.
- the target angle described in the reference is hereinafter referred to as a driver target angle (steering target angle) ⁇ arm.
- the mass system of the arm is added to the column moment of inertia, but the force applied from the palm to the steering wheel is defined as the steering wheel input torque Th, so that it is between the palm angle and the steering wheel steering angle ⁇ h.
- the values of the acting spring constant K palm and viscosity coefficient C palm are sufficiently large, and there is no problem even if the simulation is performed. In this simulation, this is the case.
- the vehicle speed V is assumed to be constant.
- FIG. 21 shows the time response of the actual steering angle ⁇ r and the steering torque Tt with respect to the time change of the target angle ⁇ arm of the driver in the simulation considering the driver's steering model under the same conditions.
- the vertical axis represents the angle [deg] and the steering torque [Nm]
- the horizontal axis represents the time [sec]
- the thick solid line represents the driver's target angle ⁇ arm
- the thin solid line represents the actual steering angle (in this embodiment, the steering wheel).
- Steping angle) ⁇ r the broken line indicates the steering torque Tt.
- the assist control output gradual gain Gft1 is 0%, that is, the assist control is disabled.
- FIG. 21 is an example of a simulation for explaining how the actual steering angle ⁇ r and the steering torque Tt change with respect to the change in the target angle ⁇ arm of the driver.
- FIG. 22 shows the simulation result.
- the vertical axis represents the steering torque [Nm]
- the horizontal axis represents the actual steering angle [deg]
- the case where there is no steering intervention compensation is indicated by a broken line
- the case where there is steering intervention compensation is indicated by a solid line.
- FIG. 23 shows an example of a time response in which the steering angle command value ⁇ ref is changed in a ramp shape from 0 [deg] to 100 [deg].
- the vertical axis indicates the steering angle [deg]
- the horizontal axis indicates time [sec]
- the dotted line indicates the steering angle command value ⁇ ref.
- the response of the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r output from the steering wheel vibration removal unit 330 having a primary LPF with a cutoff frequency of 2 Hz to the steering angle command value ⁇ ref is shown by a thin solid line and a thick line, respectively. Shown in solid line.
- FIG. 23 shows that the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r follow the steering angle command value ⁇ ref.
- the handle vibration removing unit 330 uses a primary LPF having a cutoff frequency of 2 Hz.
- the handle damping unit 380 is a first-order filter that uses a gain Kv that provides a column axis equivalent torque of 10 Nm for a torsion bar torque of 1 Nm, a numerator cutoff frequency of 10 Hz, and a denominator cutoff frequency of 20 Hz. Phase lead compensation was performed.
- FIG. 24 shows that the handle vibration is suppressed by the handle vibration removing unit 330 and the handle damping unit 380.
- FIG. 25 is a diagram showing the change over time of the target steering angular speed ⁇ t, the gradual gain, and the limit value in the speed command value variable limiting unit 360 when shifting from the manual steering state to the automatic steering state.
- the speed control gradual change gain Gfa2 and the speed command gradual change gain Gfa3 change in synchronization with the steering angle control output gradual change gain Gfa1, and FIG. 25 shows only Gfa1.
- the assist control output gradual change gain Gft1 and the assist map gradual change gain Gft2 also change in synchronization with Gfa1, only the change in Gft1 is shown for reference.
- the magnitude of the limit value in the speed command value variable limiter 360 is set to be a small value when Gfa3 is less than a predetermined threshold, and gradually increases when Gfa3 is equal to or greater than the predetermined threshold.
- the steering angular speed command value ⁇ ref is multiplied by the speed command gradual change gain Gfa3 and further limited by the speed command value variable limiting unit 360 to become the target steering angular speed ⁇ t.
- Gfa3 gradually increases from 0
- the target rudder angular velocity ⁇ t also gradually increases from 0.
- the steering angular speed command value ⁇ refg which is an input to the speed command value variable limiting unit 360, reaches the limit value (limit value a) at time t10, the target steering angular speed ⁇ t becomes constant at the limit value a, but Gfa3 is Keeps increasing.
- the steering angular speed control unit 370 Since the target rudder angular speed ⁇ t is limited by the limit value a between time points t10 and t13, and further limited by the multiplication of the speed control gradual change gain Gfa2 in the rudder angular speed control unit 370, the steering angular speed control unit 370 Excessive accumulation of integral values is suppressed, and the current command value as the steering angle control output that causes the driver to feel uncomfortable can be reduced. Further, after the transition of the limit value is completed (that is, after time t13), the steering angular speed command value ⁇ ref is not limited by Gfa3 and the speed command value variable limiting unit 360, and the signal in the steering angular speed control unit 370 is not limited by Gfa2. Therefore, it is possible to shift to normal steering angle control.
- each limiting unit steering angle command value variable limiting unit, variable rate limiting unit, speed command value variable limiting unit, steering angle control current command value limiting unit
- each limiting unit can be omitted in the same case.
- the steering angle command value ⁇ ref is input to the position control unit 340 as the target steering angle ⁇ t. Will be.
- the steering angular speed command value ⁇ ref is input to the steering angular speed control unit 360 as the target steering angular speed ⁇ t.
- FIG. 26 shows a configuration example of the rudder angle control unit 500 in the second embodiment.
- the filter unit 555 is inserted between the addition unit 393 and the multiplication unit 392, and the steering angular velocity command output from the addition unit 393 is provided.
- the value ⁇ ref is input to the filter unit 555 instead of the multiplication unit 392, and the steering angular velocity command value (extended steering angular velocity command value) ⁇ refa output from the filter unit 555 is input to the multiplication unit 392.
- the filter unit 555 has an FF filter, and converts the steering angular velocity command value ⁇ ref into the steering angular velocity command value ⁇ refa by the FF filter.
- the control band of the actual steering angular speed ⁇ r with respect to the steering angle command value ⁇ ref can be expanded to the high frequency side, and the responsiveness of speed control as an inner loop of the steering angle control can be improved. If the responsiveness of speed control is improved, the gain of position control (steering angle control) and steering intervention compensation, which are outside the speed control, can be adjusted greatly without overshooting. In addition, the responsiveness at the time of steering intervention can be improved.
- the FF filter for example, a filter that performs phase advance compensation with a numerator cutoff frequency of 3 Hz and a denominator cutoff frequency of 5 Hz is used.
- the operation example in the second embodiment is different from the operation example in the first embodiment in that the operation of the filter unit 555 is added in the operation of the rudder angle control unit. That is, in the operation example of the rudder angle control unit 300 in the first embodiment shown in FIG. 18 and FIG. 19, the rudder angular velocity command values ⁇ ref1 and ⁇ ref2 are added by the adding unit 393 and output as the rudder angular velocity command value ⁇ ref.
- Step S600 is the same operation as in the first embodiment, and the steering angular velocity command value ⁇ ref is input to the filter unit 555.
- the filter unit 555 converts the steering angular velocity command value ⁇ ref into the steering angular velocity command value ⁇ refa using an FF filter, and outputs the steering angular velocity command value ⁇ refa to the multiplication unit 392. Then, the subsequent operation (from step S610) by multiplying the steering angular speed command value ⁇ refa by the speed command gradual change gain Gfa3 by the multiplication unit 392 is the same as in the first embodiment.
- the frequency characteristics from the steering angular velocity command value ⁇ ref to the actual steering angular velocity ⁇ r are compared with and without the FF filter.
- a filter that performs phase advance compensation with a numerator cutoff frequency of 3 Hz and a denominator cutoff frequency of 5 Hz is used. If there is no FF filter, a gain of 1 is used for simulation. Went.
- FIG. FIG. 27A shows gain characteristics
- FIG. 27B shows phase characteristics.
- a thin solid line indicates a case without an FF filter
- a thick solid line indicates a case with an FF filter.
- the FF filter By using the FF filter, it is possible to increase the proportional gain Kpp in the position control unit 340 of the rudder angle control unit 500, thereby improving the response of the rudder angle control.
- the simulation was performed by changing the simulation condition of the time response of the steering angle control shown in FIG. Specifically, the handle gain removing unit 330 is not provided by doubling the proportional gain Kpp and using a gain of 1 as the handle vibration removing unit 330.
- the time response under this condition is shown in FIG.
- FIG. 28 shows a time response in which the steering angle command value ⁇ ref is changed in a ramp shape from 0 [deg] to 100 [deg], as in FIG.
- FIG. 28B shows an enlarged view of part of FIG. 28A so that the difference can be seen. From FIG. 28, the steering angle overshoots from past 2.1 sec to around 2.4 sec without the FF filter, but with the FF filter, the steering angle follows the steering angle command value ⁇ ref without overshooting.
- a filter unit having an FF filter is provided in the rudder angle control unit, but in the third embodiment, a filter unit having an FF filter is provided in the position control unit.
- FIG. 29 shows a configuration example of the rudder angle control unit 600 in the third embodiment.
- the position control unit 340 is changed to the position control unit 640, and the position control unit 640.
- the vehicle speed V is input.
- the position control unit 640 uses the steering angular velocity command value ⁇ ref1 for bringing the actual steering angle ⁇ r closer to the target steering angle ⁇ t based on the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r.
- the reference model and the FF filter are used. Thereby, the response (followability) of rudder angle control can be improved.
- the position control unit 640 includes a reference model unit 641, a filter unit 642, a proportional gain unit 341, a subtraction unit 342, and an addition unit 643.
- the reference model unit 641 has a transfer function G model defined by Equation 1 below, and converts the target steering angle ⁇ t to the target steering angle ⁇ t1 using the transfer function G model .
- the transfer function G model defines a desired transfer characteristic in the method of model reference control.
- the denominator is the sixth order and the numerator is the zeroth order, but the present invention is not limited to this.
- the subtraction unit 342 calculates the deviation ⁇ e between the target steering angle ⁇ t1 and the actual steering angle ⁇ r, and the deviation ⁇ e is input to the proportional gain unit 341.
- the proportional gain unit 341 multiplies the deviation ⁇ e by the proportional gain Kpp, and calculates the steering angular velocity command value ⁇ refp by P control.
- the filter unit 642 has an FF filter, and converts the target steering angle ⁇ t into a steering angular velocity command value ⁇ refq by the FF filter.
- the transfer function Gf of the FF filter is defined by the following formula 2.
- Kff is an FF filter gain
- P ⁇ is a transfer function from the steering angular velocity command value ⁇ ref, which is an output from the adder 393, to the actual steering angle ⁇ r, and is defined in advance by identification by fitting or the like.
- the FF filter gain Kff is changed according to the vehicle speed V. Since the response of the actual steering angle to the steering angle command value changes due to changes in the road surface reaction force and a steering intervention compensation map, which will be described later, according to the vehicle speed, the FF filter gain Kff is set to the vehicle speed sensitive type. As a result, the response of the actual steering angle to the steering angle command value can be made substantially constant regardless of the vehicle speed. For example, as shown in FIG.
- the FF filter gain Kff decreases monotonously as the vehicle speed V increases from 0 km / h, becomes 1.1 when the vehicle speed V is 20 km / h, and the vehicle speed V increases to 60 km / h. It changes to 1 when h, and remains constant at 1 thereafter.
- the steering angular velocity command values ⁇ refp and ⁇ refq are added by the adding unit 643 and output as the steering angular velocity command value ⁇ ref1.
- the operation example in the third embodiment is different from the operation example in the first embodiment in the operation of the position control unit in the operation of the steering angle control unit.
- the steering angle control unit 600 performs the same operation as the operation example of the steering angle control unit 300 in the first embodiment shown in FIGS. 18 and 19 until step S550, and the target steering output from the steering wheel vibration removal unit 330 is performed.
- the angle ⁇ t is input to the position control unit 640.
- the position control unit 640 inputs the target steering angle ⁇ t to the reference model unit 641 and the filter unit 642.
- the reference model unit 641 converts the target steering angle ⁇ t into the target steering angle ⁇ t1 using Equation 1 (step S555).
- the target steering angle ⁇ t1 is added and input to the subtracting unit 342, and the actual steering angle ⁇ r is input to the subtracting unit 342, and a deviation ⁇ e between the target steering angle ⁇ t1 and the actual steering angle ⁇ r is obtained (step S560).
- the deviation ⁇ e is input to the proportional gain unit 341, and the proportional gain unit 341 multiplies the deviation ⁇ e by the proportional gain Kpp to calculate the steering angular velocity command value ⁇ refp (step S570).
- the filter unit 642 to which the target steering angle ⁇ t is input also inputs the vehicle speed V, obtains the FF filter gain Kff from the vehicle speed V using the characteristics shown in FIG.
- step S571 The command value ⁇ refq is converted (step S571).
- the steering angular velocity command values ⁇ refp and ⁇ refq are added by the adding unit 643 (step S572), the steering angular velocity command value ⁇ ref1 is output, and the steering angular velocity command value ⁇ ref1 is input to the adding unit 393.
- Subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
- the reference model and simulation of the FF filter position control unit 640 firstly, identify the frequency characteristic of the transfer function P Omegashita from the steering angular velocity command value ⁇ ref to the actual steering angle [theta] r, by fitting the frequency sweep, or by a transfer function Specified.
- the result is shown in FIG.
- FIG. 34A shows the gain characteristic of the transfer function P ⁇
- FIG. 34B shows the phase characteristic
- the thin solid line shows the result of frequency sweep
- the thick solid line shows the result of fitting.
- the transfer function P ⁇ as a result of the fitting is the following formula 3.
- the cutoff frequencies f m1 and f m2 are 10 Hz and 20 Hz, respectively.
- the transfer function Gf of the FF filter is calculated based on Equation 2.
- FIG. 35 shows frequency characteristics of the transfer function G model , the transfer function P ⁇ , and the transfer function Gf of the FF filter in such a setting.
- FIG. 35A shows gain characteristics
- FIG. 35B shows phase characteristics.
- the time response of the actual steering angle calculated based on the value obtained by simply multiplying the steering angle deviation (the deviation between the target steering angle ⁇ t and the actual steering angle ⁇ r) by a gain is indicated by a thin solid line.
- the time response of the actual steering angle calculated by the model reference control in the position control unit 640 and the model reference control by the FF filter is indicated by a thick solid line, and the time response of the target steering angle ⁇ t1 output from the reference model unit 641 is indicated by a dotted line.
- the followability is improved by the set reference model and the FF filter as compared with a simple multiplication of the gain indicated by the thin solid line, and the target steering angle ⁇ t1 that is the reference model output is in good agreement.
- the effect of the reference model and the FF filter is shown in FIG. 36, even when the steering angle deviation is simply multiplied by a gain (thin solid line), the actual steering angle ⁇ r is equal to the steering angle command value ⁇ ref. It can be confirmed that it is following sufficiently.
- the multiplication of the speed control gradual change gain Gfa2 in the rudder angular speed control unit 370 is performed on the control amount Ir1 that is the output from the integration unit 373, but with the output from the subtraction unit 375. It is also possible to carry out with respect to a certain steering angle control current command value IrefW.
- FIG. 37 is a configuration example (fourth embodiment) of the steering angular speed control unit when the steering control current command value IrefW is multiplied by the speed control gradual change gain Gfa2.
- the multiplication unit 376 is not after the integration unit 373 but after the subtraction unit 375.
- the other configurations are the same.
- the integration unit 373 calculates the control amount Ir1 by integrating the operation amount D1.
- the control amount Ir1 is input to the subtractor 375, and the subtractor 375 calculates the control amount Ir3 ′ as a deviation (Ir1 ⁇ Ir2) between the control amounts Ir1 and Ir2 until the step S680.
- the multiplication unit 376 multiplies the control amount Ir3 ′ by the speed control gradual change gain Gfa2, and outputs the multiplication result to the addition unit 394 as the steering angle control current command value IrefW.
- the subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
- the deviation ⁇ e that is the output from the subtraction unit 374 is multiplied by the speed control gradual change gain Gfa2.
- the multiplication unit 376 is not after the integration unit 373 but after the subtraction unit 374. The other configurations are the same.
- the subtraction unit 374 calculates the deviation ⁇ e between the target steering angular velocity ⁇ t and the actual steering angular velocity ⁇ r.
- the operation is the same until the calculation step S660, and the deviation ⁇ e is input to the multiplication unit 376 instead of the gain multiplication unit 371.
- the multiplication unit 376 multiplies the deviation ⁇ e by the speed control gradual change gain Gfa2, and multiplies the gain as the deviation ⁇ e1. Output to the unit 371. Thereafter, the operation is the same as that of the first embodiment except that step S690 is eliminated.
- the speed command value variable limiting unit 360 sets a limit value according to the speed command gradual change gain Gfa3, and the limit is set when Gfa3 reaches a predetermined threshold value.
- the steering angle control output gradual change gain Gfa1 may be used instead of Gfa3, and the limit value may be switched when Gfa1 reaches 100%.
- Gfa1 is input to the speed command value variable limiting unit instead of Gfa3, and other configurations are the same as those in the other embodiments.
- the limit value determination determination operation step S620 in FIG.
- the change over time of the limit value in the target rudder angular velocity ⁇ t, gradual gain, and speed command value variable limiting unit when shifting from the manual steering state to the automatic steering state is as shown in FIG. .
- the limit value in the speed command value variable limiter gradually increases from time t12 when Gfa1 becomes 100%, and the target steering angular speed ⁇ t also increases accordingly. Yes.
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Abstract
【課題】自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても手動操舵を実現し、運転者による緊急操舵時の安全性をより確保した、アシスト制御と舵角制御を両立した電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、舵角制御部は、基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、基本舵角速度指令値、補償舵角速度指令値及び実舵角速度より舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、操舵介入補償部は、操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、補償ゲイン部を介して、操舵トルクより補償舵角速度指令値を求め、少なくとも舵角制御電流指令値を用いて電流指令値を演算する。
Description
本発明は、電流指令値に基づくモータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行うことにより、自動操舵も可能とする電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても、安全で且つ違和感の低減が可能な電動パワーステアリング装置に関する。
車両の操舵系にモータの回転力で操舵補助力(アシストトルク)を付与する電動パワーステアリング装置(EPS)は、モータの駆動力を、減速機構を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力として付与し、アシスト制御するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速機構を構成する減速ギア(ウォームギア)3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2にはトーションバーが介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル1の操舵角θを検出する舵角センサ14、操舵トルクTtを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTtと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによってモータ20に供給する電流を制御する。
なお、舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転角センサから操舵角を取得することも可能である。
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCU等も含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。
図2を参照してコントロールユニット30を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTt及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTt及び車速Vに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流Imとの偏差I(=Irefm-Im)が演算され、その偏差Iが操舵動作の特性改善のためのPI(比例積分)制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、更にインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20のモータ電流Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ37は、半導体スイッチング素子としてのFETのブリッジ回路で構成されている。
モータ20にはレゾルバ等の回転角センサ21が連結されており、回転角センサ21から回転角θが検出されて出力される。
また、加算部32Aには補償信号生成部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部34は、セルフアライニングトルク(SAT)34Cと慣性34Bを加算部34Dで加算し、その加算結果に更に収れん性34Aを加算部34Eで加算し、加算部34Eの加算結果を補償信号CMとしている。
近年、車両の自動運転技術の研究開発が進められており、その中の自動操舵において、電動パワーステアリング装置(EPS)を応用する提案がなされている。EPSにより自動操舵を実現する場合、従来のEPSが実行しているアシスト制御のための機構と、車両が所望の方向に走行するように操舵系を制御する舵角制御のための機構を独立して保有し、これらの出力を調整可能とする構成が一般的となっている。また、舵角制御では、操舵角の制御目標である舵角指令に対する応答性及び路面反力等に対する外乱抑圧性で優れた性能をもつ位置速度制御が用いられており、例えば、位置制御ではP(比例)制御、速度制御ではPI(比例積分)制御が採用されている。
アシスト制御と舵角制御を独立して実行し、双方からの出力である指令値を切り換えて全体の制御を行う場合、スイッチ等により急に切り換えてしまうと、指令値が急変動し、ハンドル挙動が不自然になり、運転者へ違和感を与えるおそれがある。特開2004-17881号公報(特許文献1)では、この問題への対応として、トルク制御方式(アシスト制御に相当)と回転角制御方式(舵角制御に相当)の切り換えにおいて、双方からの指令値それぞれに係数(自動化係数及び手動化係数)を乗算して加算した値を最終指令値とし、この係数を徐々に変化させることにより、指令値の急変動を抑制するようにしている。また、回転角制御方式での位置制御ではP制御、速度制御ではPI制御を使用している。
特許第3917008号公報(特許文献2)では、設定操舵角に従ってハンド操作を自動で行い、特に駐車支援を目的とした自動操舵制御装置が提案されている。この装置では、トルク制御モード(アシスト制御に相当)と駐車支援モード(舵角制御に相当)が切り換えられるようになっており、駐車支援モードでは、予め記憶された駐車データを使用して制御を行っている。そして、駐車支援モードでの位置制御ではP制御、速度制御ではPI制御を行っている。
特許第3912279号公報(特許文献3)はEPSを直接応用したものではないが、自動操舵モードへの切り換えにより舵角制御を開始する際に、操舵速度(舵角速度)を緩やかに増加させることにより、開始時のハンドル急変動による運転者への違和感を低減している。
しかしながら、特許文献1では、方式の切り換え中は舵角制御に対する指令値(舵角制御指令値)が係数により制限されて最終指令値に出力されるので、制限された分だけ最終指令値が小さくなってしまう。この制限により、舵角制御指令値から算出される舵角速度に対する指令値(舵角速度指令値)に対して、モータの実速度が遅くなってしまうので、舵角速度指令値と実速度の間に偏差が発生し、速度制御内のI(積分)制御の積分値が蓄積しまうことになり、速度制御から更に大きな舵角制御指令値が出力されてしまうことになる。この結果、アシスト制御に対する指令値(アシスト制御指令値)に乗算する係数が徐々に大きくなっていく状態では、係数による制限が緩和されていくので、係数が大きくなるに従って舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルが舵角速度指令値に対して過剰に反応し、引っ掛かり感等の違和感や不快感を運転者に与えるおそれがある。
また、特許文献1では、位置制御にP制御、速度制御にPI制御を使用しており、舵角制御中に運転者による手入力の介入があった場合、舵角制御は舵角制御指令値に追従するように動作するので、舵角制御からアシスト制御への切換動作が行われるまで、手動により操舵することが困難となる。また、手入力検出や切換動作により時間的な遅れが発生し、運転者による操舵介入の動作を十分に行うことができないおそれがある。
特許文献2でも、位置制御にP制御、速度制御にPI制御を用いた舵角制御を行っている。車両において舵角制御を行う場合、車速、摩擦及び路面反力の変化等により外乱や負荷状況が大きく変化するため、装置は、それらに対して耐性がある制御構成でなければならない。しかし、特許文献2記載の装置の制御構成のみでは、例えば路面反力が変化した場合や、目標操舵角が素早く変化した場合に、ステアリングホイールのマスとトーションバーによるバネによる固有振動により振動が発生し、それを運転者が違和感や不快感として感じるおそれがある。
特許文献3では、舵角制御開始時に徐々に舵角速度を増加させているが、増加が始まると舵角速度の上限値に達するまで増加し続けるので、I制御の積分値が過剰に蓄積してしまう。その結果、舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルが舵角速度指令値に対して過剰に反応し、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、自動操舵中に運転者により操舵介入が行われても手動操舵を実現し、運転者による緊急操舵時の安全性をより確保した、アシスト制御と舵角制御を両立した電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行う電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、少なくとも舵角指令値及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、前記舵角制御部は、前記舵角指令値及び前記実操舵角に基づいて基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、操舵トルクに応じて操舵介入補償のための補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、前記基本舵角速度指令値及び前記補償舵角速度指令値より算出される舵角速度指令値並びに実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、前記操舵介入補償部は、前記操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、前記補償ゲイン部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求め、少なくとも前記舵角制御電流指令値を用いて前記電流指令値を演算することにより達成される。
本発明の上記目的は、前記舵角制御部が、前記舵角速度指令値を、FFフィルタを用いて拡張舵角速度指令値に変換するフィルタ部を更に具備し、前記舵角速度制御部が、前記拡張舵角速度指令値及び前記実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算することにより、或いは、前記位置制御部が、前記舵角指令値及び前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して前記基本舵角速度指令値を算出する比例ゲイン部を具備することにより、或いは、前記位置制御部が、規範モデルを用いて前記舵角指令値を目標操舵角に変換する規範モデル部と、前記目標操舵角と前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して舵角速度指令値1を算出する比例ゲイン部と、FFフィルタを用いて、前記舵角指令値を舵角速度指令値2に変換するフィルタ部とを具備し、前記舵角速度指令値1に前記舵角速度指令値2を加算して前記基本舵角速度指令値を演算することにより、或いは、前記操舵介入補償ゲインが、車速が増加すると減少することにより、或いは、前記操舵介入補償部が、前記操舵トルクに対して位相補償を行う操舵介入位相補償部を更に具備し、前記補償ゲイン部及び前記操舵介入位相補償部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求めることにより、或いは、前記舵角速度制御部が、I-P制御によって前記舵角制御電流指令値を演算することにより、或いは、少なくとも前記操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のためのアシスト制御電流指令値を演算するアシスト制御部を更に備え、前記アシスト制御電流指令値及び前記舵角制御電流指令値より前記電流指令値を演算することにより、或いは、前記アシスト制御電流指令値を調整するために、前記アシスト制御電流指令値に対してアシスト制御出力徐変ゲインを乗算することにより、或いは、前記アシスト制御部内で求められるアシストマップ出力電流に対してアシストマップ徐変ゲインを乗算することにより、或いは、値がゼロの前記アシスト制御出力徐変ゲインを前記アシスト制御電流指令値に乗算することにより、前記操舵系に対して前記舵角制御のみを行うようにすることにより、或いは、前記舵角制御部が、前記舵角制御電流指令値に対して、予め設定された制限値によって制限をかける舵角制御電流指令値制限部を更に具備することにより、より効果的に達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、舵角制御において、ゲインを利用して操舵介入の補償を行っているので、自動操舵中に操舵介入があっても安全で且つ違和感を低減できる。
本発明に係る電動パワーステアリング装置(EPS)は、従来のEPSの機能であるアシスト制御と、自動運転における自動操舵で必要となる舵角制御を行う。アシスト制御及び舵角制御は、それぞれアシスト制御部及び舵角制御部で実行され、各部から出力されるアシスト制御電流指令値及び舵角制御電流指令値を用いて、モータを駆動制御するための電流指令値を演算する。自動操舵(自動操舵状態)では舵角制御とアシスト制御の両方が実行され、運転者が操舵に関与する手動操舵(手動操舵状態)ではアシスト制御が実行される。自動操舵中での操舵介入により発生する違和感を軽減するために、操舵トルクに応じた操舵介入補償を行う。具体的には、予め用意された操舵介入補償ゲインにより操舵介入補償部で求められた補償値(補償舵角速度指令値)により、舵角速度指令値を補償する。操舵介入補償ゲインは、車速に応じて変化させることも可能である。
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係る電動パワーステアリング装置を含む車両システム全体について説明する。
図3は本発明に関わる車両システム全体の構成例(第1実施形態)を示しており、車両に搭載されるECU(以下、「車両側ECU」とする)100、EPSに搭載されるECU(以下、「EPS側ECU」とする)200、及びプラント400からなる。
車両側ECU100は、車両状態量検出部110、切換指令部120、目標軌道演算部130及び車両運動制御部140を備える。
車両状態量検出部110は、車載カメラ、距離センサ、角速度センサ、加速度センサ等を備え、それらから検出されるデータを車両状態量Cvとして、切換指令部120、目標軌道演算部130及び車両運動制御部140に出力する。
切換指令部120は、車両状態量Cvと共に、動作モードを切り換えるための信号Sgをダッシュボード等に設けられたボタンやスイッチ等から入力し、切換信号SWをEPS側ECU200に出力する。動作モードには「アシスト制御モード」と「舵角制御モード」があり、「アシスト制御モード」は手動操舵に対応したモードであり、「舵角制御モード」は自動操舵に対応したモードである。運転者の意思を示す信号Sgの値を基に、車両状態量Cv中の各データの値を加味して動作モードを決定し、決定した動作モードを切換信号SWとして出力する。
目標軌道演算部130は、車両状態量Cvに基づいて、既存の方法により目標軌道Amを演算し、車両運動制御部140に出力する。
車両運動制御部140は舵角指令値生成部141を備えており、舵角指令値生成部141は、目標軌道Am及び車両状態量Cvに基づいて、操舵角の制御目標値である舵角指令値θrefを生成し、EPS側ECU200に出力する。
EPS側ECU200は、EPS状態量検出部210、切換判定/徐変ゲイン生成部220、舵角制御部300、アシスト制御部230、切換部240、電流制御/駆動部250及びモータ電流検出器38を備えている。
EPS状態量検出部210は、角度センサ、トルクセンサ及び速度センサを備え、EPS状態量を検出する。具体的には、角度センサはハンドル舵角(トーションバーの上側の角度)θhを実操舵角θrとして検出し、トルクセンサは操舵トルクTtを検出し、速度センサは車速Vを検出する。また、実操舵角θrに対して微分演算を行うことにより、実舵角速度ωrを算出する。実操舵角θr及び実舵角速度ωrは舵角制御部300に入力され、操舵トルクTtは切換判定/徐変ゲイン生成部220、舵角制御部300及びアシスト制御部230に入力され、車速Vは舵角制御部300及びアシスト制御部230に入力される。なお、実操舵角θrとしてコラム舵角(トーションバーの下側の角度)を使用しても良く、モータ角度センサ(回転角センサ)を備え、モータの回転角を実操舵角θrとしても良い。更に、実操舵角θr及び車速Vは車両側ECU100で検出して、EPS側ECU200に送信するようにしても良い。また、実舵角速度ωrは、モータ角度センサで検出される回転角の差分演算とギア比から算出しても良く、実操舵角θrの差分演算から算出しても良い。EPS状態量検出部210の最終段に、高周波ノイズ低減のためにLPF(ローパスフィルタ)を挿入しても良く、その場合、HPF(ハイパスフィルタ)とゲインにより実舵角速度ωrを算出しても良い。
切換判定/徐変ゲイン生成部220は、車両側ECU100からの切換信号SW及び操舵トルクTtに基づいて自動操舵と手動操舵の切換判定を行い、その判定結果に基づいて徐変ゲインを決定する。徐変ゲインとして、舵角制御出力徐変ゲインGfa1、速度制御徐変ゲインGfa2、速度指令徐変ゲインGfa3、舵角指令徐変ゲインGfa4、アシスト制御出力徐変ゲインGft1及びアシストマップ徐変ゲインGft2を求め、Gfa1及びGft1は切換部240に、Gfa2、Gfa3及びGfa4は舵角制御部300に、Gft2はアシスト制御部230に入力される。切換判定/徐変ゲイン生成部220の詳細については後述する。
舵角制御部300は、舵角制御を行うために、車両側ECU100からの舵角指令値θref、実操舵角θr、実舵角速度ωr、操舵トルクTt、車速V並びに徐変ゲインGfa2、Gfa3及びGfa4を用いて、舵角制御電流指令値IrefP1を算出する。舵角制御電流指令値IrefP1は切換部240に入力される。なお、実舵角速度ωrを、EPS状態量検出部210ではなく、舵角制御部300で算出しても良い。舵角制御部300の詳細については後述する。
アシスト制御部230は、アシスト制御を行うために、例えば、図2に示される構成例での電流指令値演算部31、電流制限部33、補償信号生成部34及び加算部32Aを備え、操舵トルクTt及び車速Vに基づいて、アシストマップを使用して、図2での電流指令値Irefmに相当するアシスト制御電流指令値IrefT1を算出する。但し、図2の構成例とは異なり、切換判定/徐変ゲイン生成部220から出力されるアシストマップ徐変ゲインGft2を入力し、電流指令値演算部31からの出力(アシストマップ出力電流)に乗算し、乗算結果を加算部32Aに入力する。電流指令値演算部31で用いられるアシストマップは操舵トルクTtに対する電流指令値の特性を定めたマップであり、車速感応型で、車速Vが増加すると電流指令値が減少する特性となっている。なお、電流制限部33及び/又は補償信号生成部34はなくても良い。
切換部240は、舵角制御電流指令値IrefP1、アシスト制御電流指令値IrefT1並びに徐変ゲインGfa1及びGft1を用いて、電流指令値Irefを算出する。切換部240の詳細については後述する。
電流制御/駆動部250は、例えば、図2に示される構成例での減算部32B、PI制御部35、PWM制御部36及びインバータ37を備え、電流指令値Irefとモータ電流検出器38で検出されるモータ電流Imを用いて、図2の構成例と同様の動作により、モータを駆動制御する。
プラント400は、ハンドル操舵における運転者の特性とEPS及び車両のメカ特性を模擬した制御対象の物理モデルであり、運転者操舵伝達特性410及びメカ伝達特性420を備える。運転者の操舵により発生するハンドル手入力トルクTh及びEPS側ECU200からのモータ電流Imに基づいてメカ系が動作し、それにより車両及びEPSに関する状態情報EVが生じるので、メカ伝達特性420は、その状態情報EVを出力する。車両側ECU100の車両状態量検出部110及びEPS側ECU200のEPS状態量検出部210は、この状態情報EVから、車両状態量Cv及びEPS状態量をそれぞれ検出する。状態情報EV中のハンドル舵角θhに応じて運転者の操舵によるハンドル手入力トルクThが発生するので、運転者操舵伝達特性410は、そのハンドル手入力トルクThを出力する。
次に、EPS側ECU200の切換判定/徐変ゲイン生成部220、舵角制御部300及び切換部240について、詳細に説明する。
図4は切換判定/徐変ゲイン生成部220の構成例を示しており、切換判定/徐変ゲイン生成部220は切換判定部221及び徐変ゲイン生成部222を備え、切換判定部221は手入力判定部223及び操舵状態判定部224を備える。
手入力判定部223は、操舵トルクTtを用いて手入力の有無を判定する。手入力判定部223の構成例を図5に示しており、手入力判定部223は平滑化フィルタ部225、絶対値化部226及び判定処理部227を備える。平滑化フィルタ部225は平滑化フィルタを有しており、操舵トルクTtを平滑化フィルタにより平滑化し、平滑後の操舵トルクTt’を出力する。操舵トルクTt’は絶対値化部226に入力され、絶対値化部226は操舵トルクTt’の絶対値(絶対値データ)|Tt’|を出力する。絶対値|Tt’|は判定処理部227に入力される。判定処理部227は予め定められた閾値Tthと絶対値|Tt’|を比較し、絶対値|Tt’|が閾値Tth以上の場合、「手入力あり」と判定し、絶対値|Tt’|が閾値Tth未満の場合、「手入力なし」と判定し、判定結果を手入力判定信号Jhとして出力する。
操舵状態判定部224は、車両側ECU100からの切換信号SW及び手入力判定信号Jhから操舵状態を判定する。切換信号SWが「アシスト制御モード」又は手入力判定信号Jhが「手入力あり」の場合、操舵状態は「手動操舵」であると判定し、そうではない場合、つまり、切換信号SWが「舵角制御モード」であり且つ手入力判定信号Jhが「手入力なし」の場合、操舵状態は「自動操舵」であると判定する。判定結果は、操舵状態判定信号Jsとして出力する。なお、手入力判定信号Jhのみから操舵状態を判定しても良い。つまり、手入力判定信号Jhが「手入力あり」の場合、操舵状態は「手動操舵」であると判定し、手入力判定信号Jhが「手入力なし」の場合、操舵状態は「自動操舵」であると判定しても良い。
徐変ゲイン生成部222は、操舵状態判定信号Jsに基づいて徐変ゲインを決定する。徐変ゲインは操舵状態によって異なる値を取り、操舵状態は操舵状態判定信号Jsにより判断する。
徐変ゲインGfa1、Gfa2、Gfa3及びGfa4は、自動操舵状態では100%、手動操舵状態では0%であり、自動操舵状態から手動操舵状態へ及び手動操舵状態から自動操舵状態への移行に際しては、値が徐々に変化する。例えば、自動操舵状態から手動操舵状態へ移行する場合、徐変ゲインGfa1~Gfa4は、図6(A)に示されるように変化する。即ち、時点t1で操舵状態判定信号Jsが「自動操舵」から「手動操舵」に変わると、その時点から徐変ゲインは逐次減少し、時点t2において0%となる。手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する場合は、これとは逆に、操舵状態判定信号Jsが「自動操舵」に変わった時点から徐変ゲインは逐次増加する。徐変ゲインが減少中又は増加中(以下、この状態を「切換状態」とする)に操舵状態判定信号Jsの値が変わったら、徐変ゲインは、減少中ならば増加に、増加中ならば減少に転じる。なお、図6(A)では切換状態での徐変ゲインは直線的に変化させているが、切換動作を円滑にするために、S字カーブのように変化させても良く、直線的に変化する徐変ゲインをLPF、例えばカットオフ周波数が2Hzの1次LPFに通して使用しても良い。また、徐変ゲインGfa1~Gfa4は連動した同じ変化をする必要はなく、それぞれ独立した変化をしても良い。
アシスト制御出力徐変ゲインGft1は、自動操舵状態ではαt1[%](0≦αt1≦150)、手動操舵状態では100%であり、図6(B)に示されるように、徐変ゲインGfa1~Gfa4の場合と同様に、切換状態では値を徐々に変化させる。
アシストマップ徐変ゲインGft2は、自動操舵状態ではαt2[%](0≦αt2≦150)、手動操舵状態では100%であり、図6(C)に示されるように、徐変ゲインGfa1~Gfa4の場合と同様に、切換状態では値を徐々に変化させる。
舵角制御部300及び切換部240の構成例を図7に示す。舵角制御部300は、舵角指令値可変制限部310、可変レート制限部320、ハンドル振動除去部330、位置制御部340、操舵介入補償部350、速度指令値可変制限部360、舵角速度制御部370、ハンドル制振部380、舵角制御電流指令値制限部390、乗算部391及び392並びに加算部393及び394を備え、切換部240は、乗算部241及び242並びに加算部243を備える。
舵角制御部300の舵角指令値可変制限部310は、車両側ECU100から受信する自動操舵等のための舵角指令値θrefに対して、通信エラー等による異常な値や過剰な値が舵角制御に入力されるのを防止するために、制限値(上限値、下限値)を設定して制限をかけ、舵角指令値θref1として出力する。自動操舵状態及び手動操舵状態において適切な制限値を設定すべく、舵角指令徐変ゲインGfa4に応じて制限値を設定する。例えば、図8に示されるように、舵角指令徐変ゲインGfa4が100%の場合を自動操舵状態であると判断して、実線で示される制限値で制限をかけ、舵角指令徐変ゲインGfa4が0%の場合を手動操舵状態であると判断して、破線で示されるような自動操舵状態のときよりも絶対値が小さい制限値で制限をかける。舵角指令徐変ゲインGfa4が0~100%の間の場合は切換状態であると判断して、実線と破線の間の値で制限をかける。切換状態のとき、実線の自動操舵状態での制限値又は破線の手動操舵状態での制限値で制限をかけても良い。なお、上限値の大きさ(絶対値)と下限値の大きさは異なっても良い。
可変レート制限部320は、舵角指令値θrefの急変によって、舵角制御の出力である舵角制御電流指令値が急激に変動することを避けるために、舵角指令値θref1の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、舵角指令値θref2を出力する。例えば、1サンプル前の舵角指令値θref1からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値(制限値)より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、舵角指令値θref1を加減算し、舵角指令値θref2として出力し、制限値以下の場合は、舵角指令値θref1をそのまま舵角指令値θref2として出力する。舵角指令値可変制限部310の場合と同様に、自動操舵状態及び手動操舵状態において適切な制限値を設定すべく、舵角指令徐変ゲインGfa4に応じて制限値を設定する。舵角指令徐変ゲインGfa4より操舵状態を判断し、自動操舵状態では予め定められた制限値とし、手動操舵状態では制限値をゼロとし、舵角指令値θref2が変化せずに一定となるようにする。切換状態では両制限値の中間の値を使用するが、自動操舵状態での制限値又は手動操舵状態での制限値を使用しても良い。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良い。
乗算部391では、舵角指令値θref2に舵角指令徐変ゲインGfa4が乗算され、舵角指令値θref3として出力される。これにより、自動操舵状態から手動操舵状態への切換状態における後述のハンドル振動除去部330から出力される目標操舵角θtをゼロに漸近させ、舵角制御を中立状態に作用させることができる。
ハンドル振動除去部330は、舵角指令値θref3に含まれる振動周波数成分を低減する。自動操舵中、舵角指令が変化しているときに、舵角指令値θref3に、トーションバーのバネ性及びステアリングホイールの慣性モーメントによる振動を励起する周波数(約10Hz前後)成分が発生する。この舵角指令値θref3に含まれるハンドル振動周波数成分を、LPFやノッチフィルタ等でのフィルタ処理又は位相遅れ補償により低減し、目標操舵角θtを出力する。フィルタとしては、ハンドル振動周波数の帯域のゲインを下げ、ECUに実装可能であれば、任意のフィルタを使用して良い。ハンドル振動除去部330の手前に、舵角指令徐変ゲインGfa4を乗算する乗算部391を設置することにより、舵角指令徐変ゲインGfa4の乗算により発生するハンドル振動周波数成分の低減を可能としている。なお、ハンドル振動周波数成分が微小な場合等では、ハンドル振動除去部300を省略しても良い。
位置制御部340は、P(比例)制御により、目標操舵角θtと実操舵角θrの偏差に基づいて、目標操舵角θtに実操舵角θrを近づけるための舵角速度指令値(基本舵角速度指令値)ωref1を算出する。
位置制御部340の構成例を図9に示す。位置制御部340は、比例ゲイン部341及び減算部342を備える。減算部342にて目標操舵角θtと実操舵角θrの偏差θe(=θt-θr)が求められ、偏差θeは比例ゲイン部341に入力される。比例ゲイン部341は、偏差θeに比例ゲインKppを乗算し、舵角速度指令値ωref1を算出する。
操舵介入補償部350は、操舵トルクTtに応じた操舵介入補償のための舵角速度指令値(補償舵角速度指令値)ωref2を算出する。舵角速度指令値ωref2と位置制御部340からの舵角速度指令値ωref1を加算したものが舵角速度指令値ωrefとなり、操舵介入補償部350の機能により、操舵トルクの発生を緩和する方向に舵角速度指令値を生成することができ、自動操舵中での操舵介入を実現することができる。
操舵介入補償部350の構成例を図10に示す。操舵介入補償部350は、補償ゲイン部351及び操舵介入位相補償部352を備える。
補償ゲイン部351は、操舵トルクTtに操舵介入補償ゲインKtpを乗算し、舵角速度指令値ωreftを算出する。操舵介入補償ゲインKtpは、車速Vに応じて変化する車速感応ゲインであり、チューニングにより調整されている。例えば、図11に示されるように、車速Vが増加するにつれて、操舵介入補償ゲインKtpは減少するようになっている。これにより、高車速ほど重いフィールにすることができる。アシスト制御部230で使用するアシストマップも車速Vが増加するにつれてアシスト制御電流指令値が減少する車速感応マップであるから、高速走行時に運転者により操舵介入があった場合、舵角速度指令値及びアシスト制御電流指令値の増加は抑えられ、急な操舵とならず、安全な操舵が可能である。なお、図11では操舵介入補償ゲインKtpは折れ線のように変化しているが、曲線的に変化するようにしても良い。
操舵介入位相補償部352は、位相補償として位相進み補償を設定し、舵角速度指令値ωreftを舵角速度指令値ωref2に変換する。例えば、分子のカットオフ周波数を1.0Hz、分母のカットオフ周波数を1.3Hzとした1次フィルタで位相進み補償を行う。これにより、急操舵した場合等でのスッキリ感や引っ掛かり感を改善することができる。なお、コスト重視の場合等では、操舵介入位相補償部352は省略可能である。また、操舵介入位相補償部352を、補償ゲイン部351への操舵トルクTtの入力の前段に設置しても良い。この場合、操舵介入位相補償部352には操舵トルクTtが入力され、位相補償された操舵トルクが補償ゲイン部351に入力されることになる。
加算部393では、位置制御部340から出力される舵角速度指令値ωref1及び操舵介入補償部350から出力される舵角速度指令値ωref2が加算され、舵角速度指令値ωrefとして出力される。
乗算部392では、舵角速度指令値ωrefに速度指令徐変ゲインGfa3が乗算され、舵角速度指令値ωrefgとして出力される。速度指令徐変ゲインGfa3は、手動操舵状態から自動操舵状態への切換時に円滑な切換を実現するために用いられる。なお、速度指令徐変ゲインGfa3は、舵角制御電流指令値IrefP1に乗算される舵角制御出力徐変ゲインGfa1と同期して変化する(完全な同期でなくても良い)。
速度指令値可変制限部360は、舵角速度指令値ωrefgに対して、制限値(上限値、下限値)を設定して制限をかけ、目標舵角速度ωtを出力する。制限値は、速度指令徐変ゲインGfa3に応じて設定される。例えば、速度指令徐変ゲインGfa3が所定の閾値未満では、制限値の大きさ(絶対値)を図12の破線で示されるような小さい値とし、それ以上では制限値の大きさを実線で示される値まで大きくする。なお、所定の閾値を切換状態での速度指令徐変ゲインGfa3の任意の値とし、Gfa3が所定の閾値未満では、制限値の大きさは破線の小さい値で固定とし、Gfa3が所定の閾値を超えたら、実線のところまで制限値の大きさを徐々に大きくするようにしても良い。なお、上限値の大きさと下限値の大きさは異なっても良い。
舵角速度制御部370は、目標舵角速度ωt、実舵角速度ωr及び速度制御徐変ゲインGfa2を入力し、実舵角速度ωrが目標舵角速度ωtに追従するような舵角制御電流指令値IrefWを、I-P制御(比例先行型PI制御)により算出する。
舵角速度制御部370の構成例を図13に示す。舵角速度制御部370は、ゲイン乗算部371及び372、積分部373、減算部374及び375並びに乗算部376を備える。
ゲイン乗算部371は、減算部374で算出される目標舵角速度ωt及び実舵角速度ωrの偏差ωe(=ωt-ωr)にゲインKviを乗算し、操作量D1を出力する。積分部373は、操作量D1を積分し、制御量Ir1を算出する。乗算部376では、制御量Ir1に速度制御徐変ゲインGfa2が乗算させ、制御量Ir3として出力される。速度制御徐変ゲインGfa2の乗算は、手動操舵状態と自動操舵状態間の円滑な切換を実現するために行われ、これにより、切換時の舵角速度制御での積分値の蓄積の影響を緩和することができる。ゲイン乗算部372は、実舵角速度ωrにゲインKvpを乗算し、制御量Ir2を出力する。減算部375では、制御量Ir3とIr2の偏差(Ir3-Ir2)が算出され、舵角制御電流指令値IrefWとして出力される。なお、積分部373の積分として、実装上実現可能な積分方式であれば、任意の方式を使用可能であり、擬似積分を使用する場合は、1次遅れの伝達関数及びゲインで構成すれば良い。また、速度制御徐変ゲインGfa2は、舵角制御出力徐変ゲインGfa1と同期して変化させても良い。
なお、舵角速度制御部370はI-P制御を使用しているが、目標舵角速度に対して実舵角速度を追従させられるならば、一般的に使用されている制御方法を使用しても良い。例えばPI制御、2自由度PI制御、モデル規範制御、モデルマッチング制御、ロバスト制御、更に、外乱を推定し、外乱成分を打ち消す補償手段を一部に組み合わせた制御方法等を使用しても良い。
ハンドル制振部380は、トーションバートルク信号である操舵トルクTtに基づいて、ハンドルの振動を制振する。自動操舵中のハンドル振動に対して、ハンドル振動除去部330も効果を奏するが、ハンドル制振部380により、更に効果を向上させることができる。ハンドル制振部380は、ゲインと位相補償によりハンドル振動の制振を行い、トーションバーの捩れを解消する方向に働く舵角制御電流指令値IrefVを出力する。また、ハンドル制振部380は、捩れ角を低減する方向に働き、運転者による手入力の介入時の引っ掛かりの違和感を低減する効果も兼ねている。
ハンドル制振部380の構成例を図14に示す。ハンドル制振部380は、ゲイン部381及び制振位相補償部382を備える。ゲイン部381は、操舵トルクTtにゲインKvを乗算し、制御量Irvを出力する。制振位相補償部382は、例えば1次フィルタで構成され、制御量Irvを舵角制御電流指令値IrefVに変換する。1次フィルタではなく、2次以上の位相補償フィルタで構成しても良い。
加算部394では、舵角速度制御部370から出力される舵角制御電流指令値IrefW及びハンドル制振部380から出力される舵角制御電流指令値IrefVが加算され、舵角制御電流指令値IrefP2として出力される。
舵角制御電流指令値制限部390は、舵角制御電流指令値IrefP2に対して、過出力防止のために、制限値(上限値、下限値)を設定して制限をかけ、舵角制御電流指令値IrefP1を出力する。例えば、図15に示されるように、上限値及び下限値を設定して舵角制御電流指令値IrefP2に対して制限をかける。なお、上限値の大きさ(絶対値)と下限値の大きさは異なっても良い。
切換部240は、乗算部241及び242並びに加算部243で構成されている。
切換部240の乗算部241では、舵角制御部300から出力される舵角制御電流指令値IrefP1に、切換判定/徐変ゲイン生成部220から出力される舵角制御出力徐変ゲインGfa1が乗算され、舵角制御電流指令値IrefPとして出力される。舵角制御出力徐変ゲインGfa1は、手動操舵状態と自動操舵状態間の切換動作を円滑に行い、運転者への違和感や安全性等を実現するために用いられる。乗算部242では、アシスト制御部230から出力されるアシスト制御電流指令値IrefT1にアシスト制御出力徐変ゲインGft1が乗算され、アシスト制御電流指令値IrefTとして出力される。アシスト制御出力徐変ゲインGft1は、手動操舵状態と自動操舵状態間の切換動作を円滑に行い、自動運転中の運転者による操舵介入を実現するために用いられる。加算部243では、舵角制御電流指令値IrefP及びアシスト制御電流指令値IrefTが加算され、電流指令値Irefとして出力される。
前述のアシスト制御部230で使用されるアシストマップ徐変ゲインGft2も、アシスト制御出力徐変ゲインGft1と同じ目的で用いられる。自動操舵状態において、図6(B)及び(C)に示されるように、Gft1をαt1に、Gft2をαt2に設定し、αt1及びαt2を調整することにより、システムの安定性を向上させ、振動の発生を抑えることが可能となる。また、自動操舵状態におけるシステムの安定性を維持できるのであれば、簡易的にαt1を0%、αt2を100%としても良い。この場合、αt1は0%ということより、アシスト制御電流指令値IrefTはゼロ指令となり、アシスト制御をなくした状態においても操舵介入を実現できることとなる。
このような構成において、EPS側ECU200の動作例を、図16~図19のフローチャートを参照して説明する。
動作を開始すると、EPS状態量検出部210は実操舵角θr、操舵トルクTt、車速Vを検出し(ステップS10)、実操舵角θrを舵角制御部300に、操舵トルクTtを切換判定/徐変ゲイン生成部220、舵角制御部300及びアシスト制御部230に、車速Vを舵角制御部300及びアシスト制御部230にそれぞれ出力する。更に、EPS状態量検出部210は、実操舵角θrより実舵角速度ωrを算出し(ステップS20)、舵角制御部300に出力する。
操舵トルクTtを入力した切換判定/徐変ゲイン生成部220は、車両側ECU100から出力される切換信号SWの入力の有無も踏まえて自動操舵と手動操舵の切換判定を行い、その判定結果に基づいて徐変ゲインを決定し(ステップS30)、徐変ゲインGfa2、Gfa3及びGfa4を舵角制御部300に、Gft2をアシスト制御部230に、Gfa1及びGft1を切換部240にそれぞれ出力する。切換判定/徐変ゲイン生成部220の動作の詳細については後述する。
舵角制御部300は、車両側ECU100からの舵角指令値θref、EPS状態量検出部210からの実操舵角θr、実舵角速度ωr、操舵トルクTt及び車速V、並びに切換判定/徐変ゲイン生成部220からの徐変ゲインGfa2、Gfa3及びGfa4を入力し、それらを用いて舵角制御電流指令値IrefP1を算出し(ステップS40)、切換部240に出力する。舵角制御部300の動作の詳細については後述する。
アシスト制御部230は、操舵トルクTt、車速V及びアシストマップ徐変ゲインGft2を入力し、図2に示される電流指令値演算部31と同様の動作により、アシストマップ出力電流(電流値)を算出する(ステップS50)。そして、アシストマップ出力電流にアシストマップ徐変ゲインGft2を乗算し(ステップS60)、乗算結果に対して、図2に示される加算部32A、電流制限部33及び補償信号生成部34と同様の動作を行い、アシスト制御電流指令値IrefT1を算出し(ステップS70)、切換部240に出力する。
切換部240は、入力した舵角制御電流指令値IrefP1に対して舵角制御出力徐変ゲインGfa1を乗算部241で乗算し(ステップS80)、乗算結果である舵角制御電流指令値IrefPを加算部243に出力する。また、入力したアシスト制御電流指令値IrefT1に対してアシスト制御出力徐変ゲインGft1を乗算部242で乗算し(ステップS90)、乗算結果であるアシスト制御電流指令値IrefTを加算部243に出力する。加算部243は、舵角制御電流指令値IrefP及びアシスト制御電流指令値IrefTを加算し(ステップS100)、加算結果である電流指令値Irefを電流制御/駆動部250に出力する。
電流制御/駆動部250は、図2に示される減算部32B、PI制御部35、PWM制御部36及びインバータ37と同様の動作により、電流指令値Iref及びモータ電流検出器38で検出されたモータ電流Imを用いて、モータ電流Imが電流指令値Irefに追従するように制御し(ステップS110)、モータを駆動制御する。
切換判定/徐変ゲイン生成部220の動作例の詳細を、図17のフローチャートを参照して説明する。なお、操舵状態判定部224において、操舵状態判定信号Jsには、初期値として「手動操舵」が設定されているとする。
入力した操舵トルクTtは、切換判定部221内の手入力判定部223に入力される。手入力判定部223は、操舵トルクTtを平滑化フィルタ部225で平滑化し(ステップS210)、平滑後の操舵トルクTt’の絶対値|Tt’|を絶対値化部226で求める(ステップS220)。絶対値|Tt’|は判定処理部227に入力される。判定処理部227は、絶対値|Tt’|が閾値Tth以上の場合(ステップS230)、「手入力あり」と判定し(ステップS240)、絶対値|Tt’|が閾値Tth未満の場合(ステップS230)、「手入力なし」と判定し(ステップS250)、判定結果である手入力判定信号Jhを操舵状態判定部224に出力する。
操舵状態判定部224は、切換信号SWの入力の有無を確認し(ステップS260)、切換信号SWを入力しており、切換信号SWが「アシスト制御モード」又は手入力判定信号Jhが「手入力あり」の場合(ステップS270)、操舵状態判定信号Jsを「手動操舵」に更新し(ステップS280)、そうではない場合(ステップS270)、操舵状態判定信号Jsを「自動操舵」に更新する(ステップS290)。切換信号SWを入力していない場合は、操舵状態判定信号Jsはそのままとする。操舵状態判定信号Jsは徐変ゲイン生成部222に入力される。
徐変ゲイン生成部222は、操舵状態判定信号Jsの値を確認する(ステップS300)。操舵状態判定信号Jsが「手動操舵」の場合、各徐変ゲイン(Gfa1~Gfa4、Gft1、Gft2)を手動操舵状態での値(Gfa1~Gfa4では0%、Gft1及びGft2では100%)に遷移させる(ステップS310)。操舵状態判定信号Jsが「自動操舵」の場合、各徐変ゲインを自動操舵状態での値(Gfa1~Gfa4では100%、Gft1では120%、Gft2では300%)に遷移させる(ステップS320)。
舵角制御部300の動作例の詳細を、図18及び図19のフローチャートを参照して説明する。
舵角指令値可変制限部310は、入力した舵角指令徐変ゲインGfa4の値を確認し(ステップS410)、Gfa4が0%の場合、制限値を、図8に示される「手動操舵時」の制限値とし(ステップS420)、Gfa4が100%の場合、図8に示される「自動操舵時」の制限値とし(ステップS430)、Gfa4が0~100%の場合、中間の値を制限値とする(ステップS440)。そして、設定された制限値を用いて、車両側ECU100から入力した舵角指令値θrefに対して制限をかけ(ステップS450)、舵角指令値θref1を出力する。
舵角指令値θref1は、舵角指令徐変ゲインGfa4及び実操舵角θrと共に、可変レート制限部320に入力される。可変レート制限部320は、舵角指令徐変ゲインGfa4の値を確認し(ステップS460)、Gfa4が0%の場合、制限値をゼロとし(ステップS470)、保持している1サンプル前の舵角指令値θref1の値を実操舵角θrの値にする(ステップS471)。ステップS471は、Gfa4が0%より大きくなる舵角制御が開始された時点では、前の舵角制御終了時の値が残った状態であり、その値をそのまま使用すると舵角指令値の急変によりハンドルが急変するおそれがあるので、実操舵角θrと一致させた状態で開始させることにより急変を抑制するための処置である。Gfa4が100%の場合、制限値を予め定められた値とし(ステップS480)、Gfa4が0~100%の場合、中間の値を制限値とする(ステップS490)。そして、舵角指令値θref1と1サンプル前の舵角指令値θref1との差分(変化量)を算出する(ステップS500)。変化量の絶対値が制限値より大きい場合(ステップS510)、変化量の絶対値が制限値となるように、舵角指令値θref1を加減算し(ステップS520)、舵角指令値θref2として出力する(ステップS530)。変化量の絶対値が制限値以下の場合(ステップS510)、舵角指令値θref1をそのまま舵角指令値θref2として出力する(ステップS530)。
舵角指令値θref2は、乗算部391で舵角指令徐変ゲインGfa4を乗算され(ステップS540)、舵角指令値θref3として出力され、舵角指令値θref3はハンドル振動除去部330に入力される。
ハンドル振動除去部330は、舵角指令値θref3に対して、振動周波数成分を低減し(ステップS550)、目標操舵角θtとして位置制御部340に出力する。
目標操舵角θtは、位置制御部340内の減算部342に加算入力される。減算部342には実操舵角θrが減算入力されており、減算部342にて目標操舵角θtと実操舵角θrの偏差θeが求められる(ステップS560)。偏差θeは比例ゲイン部341に入力され、比例ゲイン部341は、偏差θeに比例ゲインKppを乗算し、舵角速度指令値ωref1を算出する(ステップS570)。舵角速度指令値ωref1は加算部393に入力される。
一方、操舵介入補償部350は、車速V及び操舵トルクTtを入力し、車速V及び操舵トルクTtは補償ゲイン部351に入力される。補償ゲイン部351は、図11に示される特性に基づいて、車速Vより操舵介入補償ゲインKtpを求め、操舵トルクTtに乗算して舵角速度指令値ωreftを算出する(ステップS580)。舵角速度指令値ωreftは操舵介入位相補償部352に入力され、操舵介入位相補償部352は、位相補償により、舵角速度指令値ωreftを舵角速度指令値ωref2に変換する(ステップS590)。舵角速度指令値ωref2は加算部393に入力される。
加算部393に入力された舵角速度指令値ωref1及びωref2は加算され(ステップS600)、舵角速度指令値ωrefとして出力される。舵角速度指令値ωrefは、乗算部392で速度指令徐変ゲインGfa3を乗算され(ステップS610)、舵角速度指令値ωrefgとして速度指令値可変制限部360に入力される。
速度指令値可変制限部360は、舵角速度指令値ωrefgと共に、速度指令徐変ゲインGfa3を入力し、速度指令徐変ゲインGfa3の値を確認する(ステップS620)。そして、Gfa3が所定の閾値未満の場合、制限値を、図12に示される「Gfa3小」の制限値とし(ステップS630)、所定の閾値以上の場合、「Gfa3大」の制限値とする(ステップS640)。設定された制限値を用いて、舵角速度指令値ωrefgに対して制限をかけ(ステップS650)、目標舵角速度ωtを出力する。目標舵角速度ωtは舵角速度制御部370に入力される。
舵角速度制御部370は、目標舵角速度ωtと共に、実舵角速度ωr及び速度制御徐変ゲインGfa2を入力する。目標舵角速度ωtは減算部374に加算入力され、実舵角速度ωrは減算部374に減算入力され、目標舵角速度ωtと実舵角速度ωrの偏差ωeがゲイン乗算部371に入力される(ステップS660)。ゲイン乗算部371は偏差ωeにゲインKviを乗算し(ステップS670)、操作量D1を出力する。操作量D1は積分部373に入力され、積分部373は、操作量D1を積分して制御量Ir1を算出し(ステップS680)、乗算部376に出力する。乗算部376は、制御量Ir1に速度制御徐変ゲインGfa2を乗算し(ステップS690)、制御量Ir3を出力する。制御量Ir3は減算部375に加算入力される。また、実舵角速度ωrはゲイン乗算部372にも入力され、ゲイン乗算部372は、実舵角速度ωrにゲインKvpを乗算し(ステップS700)、制御量Ir2を出力し、制御量Ir2は減算部375に減算入力される。減算部375では、制御量Ir3とIr2の偏差が算出され(ステップS710)、舵角制御電流指令値IrefWとして、加算部394に出力される。
操舵トルクTtはハンドル制振部380にも入力される。ハンドル制振部380では、ゲイン部381が、入力した操舵トルクTtにゲインKvを乗算し(ステップS720)、制御量Irvを出力する。制御量Irvは制振位相補償部382で位相補償され(ステップS730)、舵角制御電流指令値IrefVとして出力される。舵角制御電流指令値IrefVは、加算部394に出力される。
加算部394に入力された舵角制御電流指令値IrefW及びIrefVは加算され(ステップS740)、舵角制御電流指令値IrefP2として舵角制御電流指令値制限部390に入力される。
舵角制御電流指令値制限部390は、舵角制御電流指令値IrefP2に対して、図15に示される特性の制限値を用いて制限をかけ、舵角制御電流指令値IrefP1を出力する(ステップS750)。
なお、舵角制御部300の動作とアシスト制御部230の動作は、順番が逆でも、並行して実行されても良い。舵角制御部300の動作においては、加算部393に入力される舵角速度指令値ωref1算出までの動作と舵角速度指令値ωref2算出までの動作、加算部394に入力される舵角制御電流指令値IrefW算出までの動作と舵角制御電流指令値IrefV算出までの動作等も、それぞれ順番が逆でも、並行して実行されても良い。
本実施形態の効果を、シミュレーション結果に基づいて説明する。
シミュレーションでは、プラント400のプラントモデルとして、車両運動モデル及び運転者の操舵モデルを設定する。車両運動モデルとして、例えば、安部正人、「自動車の運動と制御」、学校法人東京電機大学、東京電機大学出版局、2009年9月20日発行、第1版2刷、3章(p.49-105)、4章(p.107-130)、5章(p.131-147)に示されているモデルを使用し、操舵モデルとして、例えば、横井大介、修士論文「腕の筋骨格特性を考慮した車のステアリング操舵感評価に関する研究」、三重大学大学院工学研究科博士前期課程機械工学専攻、2007年2月6日受付、2章(p.3-5)、3章(p.6-9)(参考文献)に示されているモデルを使用しても良く、これらに限定されず、他のモデルを使用しても良い。本シミュレーションで使用する操舵モデルを、参考として、図20に示す。図20において、Carm及びCpalmは粘性係数、Karm及びKpalmはバネ定数、Iarmは腕の慣性モーメントである。メカモデル(メカ伝達特性)から出力されるハンドル舵角θhを操舵モデル(運転者操舵伝達特性)に入力し、操舵モデルから出力されるハンドル手入力トルクThをメカモデルに出力する。参考文献に記載されている目標角度を、以下では運転者の目標角度(操舵目標角度)θarmとする。更に、参考文献では、腕の質量系をコラム慣性モーメントに加算しているが、手のひらからハンドルへ加えられる力をハンドル手入力トルクThとすることにより、手のひらの角度とハンドル舵角θhの間で作用するバネ定数Kpalm及び粘性係数Cpalmの値は十分大きな値としてシミュレーションを行っても支障がなく、本シミュレーションではそのようにしている。また、電流指令値に対するモータ電流の追従性は十分に早く、電流制御/駆動部250の動作による影響は軽微であり、電流指令値=モータ電流とする。更に、車速Vは一定とする。
先ず、操舵介入補償による効果について説明する。
舵角指令値θrefを0[deg]固定として、運転者の目標角度θarmを入力した場合の自動操舵のシミュレーションを行った。参考として、同条件で運転者の操舵モデルを考慮したシミュレーションでの運転者の目標角度θarmの時間変化に対する実操舵角θr及び操舵トルクTtの時間応答を、図21に示す。図21では、縦軸が角度[deg]及び操舵トルク[Nm]、横軸が時間[sec]であり、太実線が運転者の目標角度θarm、細実線が実操舵角(本実施形態ではハンドル舵角)θr、破線が操舵トルクTtを示す。なお、図21において、アシスト制御出力徐変ゲインGft1は0%、つまりアシスト制御は効かないようにした。また、図21は、運転者の目標角度θarmの変化に対して、実操舵角θr及び操舵トルクTtが変化する様子を説明するためのシミュレーションの一例である。
このような運転者の目標角度θarmを入力した場合の実操舵角θr及び操舵トルクTtの変化について、操舵介入補償がなくPI制御にて速度制御を行った場合と操舵介入補償がある場合とで比較を行った。なお、前者では、本実施形態との比較のために、アシスト制御出力徐変ゲインGft1及びアシストマップ徐変ゲインGft2を共に100%として、積分方式の違いを見ることにした。後者では、アシスト制御出力徐変ゲインGft1を0%とした。また、従来の先行技術(例えば特許文献1)においては、切換前の舵角制御中ではアシスト制御指令値は0[deg]であるが、前者の場合よりも操舵介入が困難であると推測されるので割愛した。
図22がシミュレーション結果である。縦軸が操舵トルク[Nm]、横軸が実操舵角[deg]であり、操舵介入補償がない場合を破線で、操舵介入補償がある場合を実線で示している。
図22での破線が示すように、操舵介入補償がない場合、7.5[deg]までは実操舵角θrを切れているが、速度制御でのPI制御の積分の影響により、速度偏差(舵角速度指令値と実舵角速度の偏差)が蓄積され続けることで、最終的に舵角指令値θref(=0[deg])まで強制的に戻されてしまい、更に、15[Nm]以上の非常に大きな操舵トルクが発生してしまい、運転者による操舵が困難な状態となる。
これに対して、図22での実線が示すように、操舵介入補償がある場合は、約22[deg]まで操舵できており、舵角指令値θref(=0[deg])に引き戻されることもない。これは、位置制御部340から出力される舵角速度指令値ωref1に操舵介入補償部350から出力される舵角速度指令値ωref2が加算され、操舵した状態における舵角速度指令値ωrefと実舵角速度ωrの速度偏差が0近傍で釣り合うためである。このように、操舵介入補償部350の機能により、運転者による操舵介入を実現することが可能となる。また、操舵介入補償ゲインKtpを大きくすることで、より軽い操舵を実現することができる。
次に、運転者による操舵介入がなく(ハンドル手入力トルクTh=0[Nm])、舵角制御のみを実行した場合の自動操舵での舵角制御中のハンドル振動に対する効果について説明する。
ハンドル振動に対する効果の説明に先立ち、舵角指令値θrefに対して実操舵角θrが追従する様子を説明するために、舵角指令値θrefに対する追従性について説明する。
図23は、舵角指令値θrefを0[deg]から100[deg]までランプ状に変化させた時間応答の一例を示している。図23では、縦軸が舵角[deg]、横軸が時間[sec]であり、点線が舵角指令値θrefを示す。この舵角指令値θrefに対して、カットオフ周波数が2Hzの1次LPFを有するハンドル振動除去部330から出力された目標操舵角θt及び実操舵角θrの応答の様子を、それぞれ細実線及び太実線で示す。図23から、目標操舵角θt及び実操舵角θrが舵角指令値θrefに追従していることがわかる。
以上の説明より、自動操舵中に操舵介入及び舵角追従の両方を実現可能であると言える。
ハンドル振動に対する効果確認のシミュレーションでは、図23と同様の舵角指令値θrefに対して舵角制御を行った場合、ハンドル振動除去部330及びハンドル制振部380の有無によるトーションバートルクの時間応答の違いを調べた。ハンドル振動除去部330ではカットオフ周波数が2Hzの1次LPFを使用した。ハンドル制振部380では、トーションバートルク1Nmに対してコラム軸換算トルクが10Nm相当になるゲインKvを使用し、分子のカットオフ周波数を10Hz、分母のカットオフ周波数を20Hzとした1次フィルタでの位相進み補償を行った。その結果を図24に示す。図24では、縦軸がトーションバートルク[Nm]、横軸が時間[sec]であり、実線はハンドル振動除去部330及びハンドル制振部380による振動対策がある場合で、点線は振動対策がない場合である。図24から、ハンドル振動除去部330及びハンドル制振部380により、ハンドルの振動が抑制されていることがわかる。
効果の説明の最後として、舵角制御開始時の舵角速度の増加によりI制御の積分値が過剰に蓄積し、舵角制御指令値が過剰となるおそれがある問題(特許文献3等での課題)に対する効果について説明する。
図25は、手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する際の目標舵角速度ωt、徐変ゲイン及び速度指令値可変制限部360での制限値の時間変化を示す図である。なお、速度制御徐変ゲインGfa2及び速度指令徐変ゲインGfa3は、舵角制御出力徐変ゲインGfa1と同期した変化をするとして、図25にはGfa1のみを示す。アシスト制御出力徐変ゲインGft1及びアシストマップ徐変ゲインGft2も、Gfa1と同期した変化をするとして、Gft1の変化の様子のみを参考として示す。また、速度指令値可変制限部360での制限値の大きさは、Gfa3が所定の閾値未満では小さい値で固定とし、Gfa3が所定の閾値以上では徐々に大きくなるような設定とした。
舵角速度指令値ωrefは、速度指令徐変ゲインGfa3を乗算され、更に速度指令値可変制限部360で制限をかけられて、目標舵角速度ωtとなる。手動操舵状態から自動操舵状態への移行が開始すると、Gfa3は0から徐々に大きくなり、目標舵角速度ωtも0から徐々に大きくなる。その後、時点t10で速度指令値可変制限部360への入力である舵角速度指令値ωrefgが制限値(制限値a)に到達すると、目標舵角速度ωtは制限値aで一定となるが、Gfa3は増加し続ける。そして、時点t11でGfa3が所定の閾値となると、制限値は徐々に大きくなり、それに合わせて目標舵角速度ωtも大きくなっていく。時点t12でGfa3が100%となり、更に、時点t13で制限値が制限値bになると、目標舵角速度ωtは制限値b内で変化するようになる。時点t10~t13の間、目標舵角速度ωtが制限値aで制限を受け、更に舵角速度制御部370での速度制御徐変ゲインGfa2の乗算により制限を受けるので、舵角速度制御部370内での積分値の過剰な蓄積が抑制され、運転者への違和感を生じる舵角制御出力としての電流指令値を低減することができる。また、制限値の遷移完了後(つまり、時点t13以降)は、Gfa3及び速度指令値可変制限部360により舵角速度指令値ωrefは制限されず、Gfa2により舵角速度制御部370内の信号も制限されないので、通常の舵角制御にシフトすることができる。
なお、第1実施形態における各徐変ゲイン(Gfa1~Gfa4、Gft1、Gft2)の乗算に関して、徐変ゲイン乗算による効果よりコストを重視する場合等では、少なくとも1つの乗算を残して、後の乗算は省略可能である。また、各制限部(舵角指令値可変制限部、可変レート制限部、速度指令値可変制限部、舵角制御電流指令値制限部)も、同様の場合等では省略可能である。舵角指令値可変制限部310、可変レート制限部320及び乗算部391、更にハンドル振動除去部330が省略された場合、位置制御部340には目標操舵角θtとして舵角指令値θrefが入力されることになる。乗算部392及び速度指令値可変制限部360が省略された場合、舵角速度制御部360には目標舵角速度ωtとして舵角速度指令値ωrefが入力されることになる。
本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態では、舵角制御及び操舵介入時の応答性の向上を図るべく、舵角速度指令値に対して、FF(フィードフォワード)フィルタによる処理を施し、処理後の舵角速度指令値(拡張舵角速度指令値)を用いて舵角速度制御を行う。そのために、第1実施形態と比べると、舵角制御部の構成が異なる。図26に第2実施形態での舵角制御部500の構成例を示す。図7に示される第1実施形態での舵角制御部300と比べると、加算部393と乗算部392との間にフィルタ部555が挿入されており、加算部393から出力される舵角速度指令値ωrefは乗算部392ではなくフィルタ部555に入力され、フィルタ部555から出力される舵角速度指令値(拡張舵角速度指令値)ωrefaが乗算部392に入力される。
フィルタ部555はFFフィルタを有しており、FFフィルタにより舵角速度指令値ωrefを舵角速度指令値ωrefaに変換する。FFフィルタを使用することにより、舵角指令値ωrefに対する実舵角速度ωrの制御帯域を高周波側まで広げることができ、舵角制御のインナーループとしての速度制御の応答性を向上させることができる。速度制御の応答性が向上すれば、速度制御の外側である位置制御(舵角制御)や操舵介入補償のゲインを、オーバーシュートすることなく大きく調整することができるので、結果的に舵角制御及び操舵介入時の応答性を向上させることができる。FFフィルタとして、例えば、分子のカットオフ周波数を3Hz、分母のカットオフ周波数を5Hzとした位相進み補償を行うフィルタを使用する。
第2実施形態での動作例は、第1実施形態での動作例と比べると、舵角制御部の動作においてフィルタ部555の動作が加わる点が異なる。即ち、図18及び図19に示される第1実施形態での舵角制御部300の動作例において、加算部393にて舵角速度指令値ωref1及びωref2が加算され、舵角速度指令値ωrefとして出力されるステップS600までは第1実施形態と同じ動作で、舵角速度指令値ωrefはフィルタ部555に入力される。フィルタ部555は、FFフィルタにより、舵角速度指令値ωrefを舵角速度指令値ωrefaに変換し、乗算部392に出力する。そして、乗算部392で舵角速度指令値ωrefaに速度指令徐変ゲインGfa3を乗算して以降の動作(ステップS610~)は、第1実施形態と同じである。
第2実施形態でのフィルタ部555のFFフィルタによる効果を、シミュレーション結果を基に説明する。
FFフィルタのシミュレーションでは、先ず、舵角速度指令値ωrefから実舵角速度ωrまでの周波数特性を、FFフィルタがない場合とある場合とで比較する。FFフィルタとして、分子のカットオフ周波数を3Hz、分母のカットオフ周波数を5Hzとした位相進み補償を行うフィルタを使用し、FFフィルタがない場合は、大きさが1のゲインを使用することでシミュレーションを行った。その結果を図27に示す。図27(A)はゲイン特性、図27(B)は位相特性を示し、細実線はFFフィルタがない場合、太実線はFFフィルタがある場合を示す。舵角速度制御の応答周波数(限界周波数)をゲインが-3dBまで減衰したときとすると、FFフィルタがない場合(細実線)は約3Hzで、FFフィルタがある場合(太実線)は約5Hzで、FFフィルタがある場合の方が高い値となっている。よって、FFフィルタにより、舵角速度制御の応答が向上していることが確認できる。
FFフィルタの使用により、舵角制御部500の位置制御部340での比例ゲインKppを上げることができ、これにより舵角制御の応答性を向上させることができるという効果がある。この効果を確認するために、図23で示される舵角制御の時間応答のシミュレーション条件を変えて、シミュレーションを行った。具体的には、比例ゲインKppを2倍にし、更に、ハンドル振動除去部330として大きさが1のゲインを使用することにより、ハンドル振動除去部330はないものとした。この条件での時間応答を図28に示す。図28は、図23の場合と同様に、舵角指令値θrefを0[deg]から100[deg]までランプ状に変化させた時間応答を示しており、縦軸が舵角[deg]、横軸が時間[sec]であり、点線が舵角指令値θrefを示す。この舵角指令値θrefに対して、FFフィルタがない場合の時間応答を細実線で、FFフィルタがある場合の時間応答を太実線で示す。違いがわかるように、図28(A)の一部を拡大したものを図28(B)に示す。図28から、FFフィルタなしの場合、2.1sec過ぎから2.4sec辺りまで舵角がオーバーシュートしているが、FFフィルタありの場合は、オーバーシュートせずに舵角指令値θrefに追従していることがわかる。FFフィルタの使用により舵角速度制御の応答性が向上したことで、比例ゲインKppを上げてもオーバーシュートしづらくなったのである。よって、結果的に、舵角制御の応答性を向上させることができる。また、同様に、操舵介入に対する応答性も向上させることができる。
本発明の第3実施形態について説明する。
第2実施形態では舵角制御部内にFFフィルタを有するフィルタ部を設けているが、第3実施形態では位置制御部内にFFフィルタを有するフィルタ部を設ける。
第3実施形態での舵角制御部600の構成例を図29に示す。図7に示される第1実施形態での舵角制御部300と比べると、第3実施形態での舵角制御部600では位置制御部340が位置制御部640に変わっており、位置制御部640には、目標操舵角θt及び実操舵角θrの他に車速Vが入力されている。位置制御部640は、第1実施形態での位置制御部340と同様に、目標操舵角θtと実操舵角θrに基づいて目標操舵角θtに実操舵角θrを近づけるための舵角速度指令値ωref1を算出するが、目標操舵角θtに対する実操舵角θrの制御帯域を高周波側まで広げるために、規範モデル及びFFフィルタを使用する。これにより、舵角制御の応答性(追従性)を向上させることができる。
位置制御部640の構成例を図30に示す。位置制御部640は、規範モデル部641、フィルタ部642、比例ゲイン部341、減算部342及び加算部643を備える。
規範モデル部641は、下記数1で定義される伝達関数Gmodelを有し、伝達関数Gmodelを用いて、目標操舵角θtを目標操舵角θt1に変換する。
減算部342にて目標操舵角θt1と実操舵角θrの偏差θeが求められ、偏差θeは比例ゲイン部341に入力される。比例ゲイン部341は、偏差θeに比例ゲインKppを乗算し、P制御により舵角速度指令値ωrefpを算出する。
フィルタ部642はFFフィルタを有しており、FFフィルタにより目標操舵角θtを舵角速度指令値ωrefqに変換する。FFフィルタの伝達関数Gfは下記数2で定義される。
舵角速度指令値ωrefp及びωrefqは加算部643で加算され、舵角速度指令値ωref1として出力される。
第3実施形態での動作例は、舵角制御部の動作における位置制御部の動作が第1実施形態の動作例と異なる。
図32及び図33に舵角制御部600の動作例を示す。舵角制御部600は、ステップS550までは図18及び図19に示される第1実施形態での舵角制御部300の動作例と同じ動作を行い、ハンドル振動除去部330から出力された目標操舵角θtは位置制御部640に入力される。位置制御部640は、目標操舵角θtを規範モデル部641及びフィルタ部642に入力する。規範モデル部641は、数1を用いて、目標操舵角θtを目標操舵角θt1に変換する(ステップS555)。目標操舵角θt1は減算部342に加算入力され、実操舵角θrが減算部342に減算入力され、目標操舵角θt1と実操舵角θrの偏差θeが求められる(ステップS560)。偏差θeは比例ゲイン部341に入力され、比例ゲイン部341は、偏差θeに比例ゲインKppを乗算し、舵角速度指令値ωrefpを算出する(ステップS570)。目標操舵角θtを入力したフィルタ部642は、車速Vも入力し、図31に示される特性を用いて車速VからFFフィルタゲインKffを求め、数2を用いて、目標操舵角θtを舵角速度指令値ωrefqに変換する(ステップS571)。舵角速度指令値ωrefp及びωrefqは加算部643で加算され(ステップS572)、舵角速度指令値ωref1が出力され、舵角速度指令値ωref1は加算部393に入力される。それ以降の動作(ステップS580~)は第1実施形態と同じである。
第3実施形態での位置制御部640での規範モデル及びFFフィルタの効果を、シミュレーション結果を基に説明する。
位置制御部640での規範モデル及びFFフィルタのシミュレーションでは、先ず、舵角速度指令値ωrefから実操舵角θrまでの伝達関数Pωθの周波数特性を、周波数スイープにより、或いは伝達関数でのフィッティングによる同定により特定する。その結果を図34に示す。図34(A)は伝達関数Pωθのゲイン特性、図34(B)は位相特性を示し、細実線が周波数スイープの結果を示し、太実線がフィッティングの結果を示す。なお、フィッティングの結果での伝達関数Pωθは下記数3である。
規範モデル及びFFフィルタによる効果として、舵角制御(舵角指令値θrefに対する実操舵角θr)の追従性を挙げることができるので、上記の設定の下、車速V=60[km/h]で、舵角指令値θrefを0[deg]から100[deg]までランプ状に変化させたシミュレーションを行った。その結果を図36に示す。図36では、縦軸が舵角[deg]、横軸が時間[sec]であり、破線が舵角指令値θrefを示す。この舵角指令値θrefに対して、舵角偏差(目標舵角θtと実操舵角θrの偏差)に単純にゲインを乗算した値を基に算出した実操舵角の時間応答を細実線で、位置制御部640中の規範モデル及びFFフィルタによるモデル規範制御により算出した実操舵角の時間応答を太実線で、規範モデル部641から出力される目標操舵角θt1の時間応答を点線で示す。図36から、細実線で示される単純にゲインを乗算したものと比較して、設定した規範モデル及びFFフィルタにより追従性が向上し、更に規範モデル出力である目標操舵角θt1と良く一致していることがわかる。但し、図36により規範モデル及びFFフィルタの効果を示したが、舵角偏差に対して単純にゲインを乗算した場合(細実線)においても、舵角指令値θrefに対して実操舵角θrが十分に追従していることを確認することができる。
本発明の他の実施形態について説明する。
第1実施形態では、舵角速度制御部370での速度制御徐変ゲインGfa2の乗算は、積分部373からの出力である制御量Ir1に対して行われているが、減算部375からの出力である舵角制御電流指令値IrefWに対して行うことも可能である。
図37は、舵角制御電流指令値IrefWに対して速度制御徐変ゲインGfa2を乗算する場合の舵角速度制御部の構成例(第4実施形態)である。図13に示される第1実施形態での舵角速度制御部370と比べると、第4実施形態での舵角速度制御部770では、乗算部376が積分部373の後ではなく、減算部375の後に設置されており、その他の構成は同じである。
第4実施形態での舵角速度制御部770の動作例では、図18及び図19に示される第1実施形態の動作例において、積分部373が操作量D1を積分して制御量Ir1を算出するステップS680までは同じ動作で、その後、制御量Ir1は減算部375に入力され、減算部375にて制御量Ir1とIr2の偏差(Ir1-Ir2)として制御量Ir3’が算出される。そして、乗算部376は、制御量Ir3’に速度制御徐変ゲインGfa2を乗算し、舵角制御電流指令値IrefWとして加算部394に出力する。それ以降(ステップS720~)は、第1実施形態と同じ動作である。
速度制御徐変ゲインGfa2の乗算を、舵角速度制御部370内の他の箇所で行うことも可能である。
図38に示される舵角速度制御部の構成例(第5実施形態)では、減算部374からの出力である偏差ωeに対して速度制御徐変ゲインGfa2を乗算している。図13に示される第1実施形態での舵角速度制御部370と比べると、第5実施形態での舵角速度制御部870では、乗算部376が積分部373の後ではなく、減算部374の後に設置されており、その他の構成は同じである。
第5実施形態での舵角速度制御部870の動作例では、図18及び図19に示される第1実施形態の動作例において、減算部374が目標舵角速度ωtと実舵角速度ωrの偏差ωeを算出するステップS660までは同じ動作で、偏差ωeはゲイン乗算部371ではなく、乗算部376に入力され、乗算部376は、偏差ωeに速度制御徐変ゲインGfa2を乗算し、偏差ωe1としてゲイン乗算部371に出力する。その後は、ステップS690がなくなるだけで、第1実施形態と同じ動作である。
上述の実施形態(第1~第5実施形態)では、速度指令値可変制限部360は、速度指令徐変ゲインGfa3に応じて制限値を設定し、Gfa3が所定の閾値になったときに制限値を切り換えているが、Gfa3の代わりに舵角制御出力徐変ゲインGfa1を使用し、Gfa1が100%になったときに制限値を切り換えるようにしても良い。この場合の構成(第6実施形態)では、速度指令値可変制限部にはGfa3の代わりにGfa1が入力され、その他の構成は他の実施形態と同じである。第6実施形態での動作では、速度指令値可変制限部での制限値決定の判断動作(図19でのステップS620)が、Gfa1が100%未満か否かの確認に変わるだけである。第6実施形態において、手動操舵状態から自動操舵状態へ移行する際の目標舵角速度ωt、徐変ゲイン及び速度指令値可変制限部での制限値の時間変化は、図39に示されるようになる。図25で示される時間変化と比べると、速度指令値可変制限部での制限値が、Gfa1が100%となる時点t12から徐々に大きくなっており、それに合わせて目標舵角速度ωtも大きくなっている。
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20 モータ
21 回転角センサ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
33 電流制限部
34 補償信号生成部
35 PI制御部
36 PWM制御部
37 インバータ
38 モータ電流検出器
100 車両側ECU
110 車両状態量検出部
120 切換指令部
130 目標軌道演算部
140 車両運動制御部
141 舵角指令値生成部
200 EPS側ECU
210 EPS状態量検出部
220 切換判定/徐変ゲイン生成部
221 切換判定部
222 徐変ゲイン生成部
223 手入力判定部
224 操舵状態判定部
225 平滑化フィルタ部
226 絶対値化部
227 判定処理部
230 アシスト制御部
240 切換部
250 電流制御/駆動部
300、500、600 舵角制御部
310 舵角指令値可変制限部
320 可変レート制限部
330 ハンドル振動除去部
340、640 位置制御部
341 比例ゲイン部
350 操舵介入補償部
351 補償ゲイン部
352 操舵介入位相補償部
360 速度指令値可変制限部
370、770、870 舵角速度制御部
371、372 ゲイン乗算部
373 積分部
380 ハンドル制振部
381 ゲイン部
382 制振位相補償部
390 舵角制御電流指令値制限部
400 プラント
555、642 フィルタ部
641 規範モデル部
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20 モータ
21 回転角センサ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
33 電流制限部
34 補償信号生成部
35 PI制御部
36 PWM制御部
37 インバータ
38 モータ電流検出器
100 車両側ECU
110 車両状態量検出部
120 切換指令部
130 目標軌道演算部
140 車両運動制御部
141 舵角指令値生成部
200 EPS側ECU
210 EPS状態量検出部
220 切換判定/徐変ゲイン生成部
221 切換判定部
222 徐変ゲイン生成部
223 手入力判定部
224 操舵状態判定部
225 平滑化フィルタ部
226 絶対値化部
227 判定処理部
230 アシスト制御部
240 切換部
250 電流制御/駆動部
300、500、600 舵角制御部
310 舵角指令値可変制限部
320 可変レート制限部
330 ハンドル振動除去部
340、640 位置制御部
341 比例ゲイン部
350 操舵介入補償部
351 補償ゲイン部
352 操舵介入位相補償部
360 速度指令値可変制限部
370、770、870 舵角速度制御部
371、372 ゲイン乗算部
373 積分部
380 ハンドル制振部
381 ゲイン部
382 制振位相補償部
390 舵角制御電流指令値制限部
400 プラント
555、642 フィルタ部
641 規範モデル部
Claims (12)
- 電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系に対してアシスト制御及び舵角制御を行う電動パワーステアリング装置において、
少なくとも舵角指令値及び実操舵角に基づいて、前記舵角制御のための舵角制御電流指令値を演算する舵角制御部を備え、
前記舵角制御部は、
前記舵角指令値及び前記実操舵角に基づいて基本舵角速度指令値を演算する位置制御部と、
操舵トルクに応じて操舵介入補償のための補償舵角速度指令値を求める操舵介入補償部と、
前記基本舵角速度指令値及び前記補償舵角速度指令値より算出される舵角速度指令値並びに実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する舵角速度制御部とを具備し、
前記操舵介入補償部は、前記操舵トルクに対して操舵介入補償ゲインを乗算する補償ゲイン部を具備し、前記補償ゲイン部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求め、
少なくとも前記舵角制御電流指令値を用いて前記電流指令値を演算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記舵角制御部が、
前記舵角速度指令値を、FFフィルタを用いて拡張舵角速度指令値に変換するフィルタ部を更に具備し、
前記舵角速度制御部が、前記拡張舵角速度指令値及び前記実舵角速度に基づいて前記舵角制御電流指令値を演算する請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記位置制御部が、前記舵角指令値及び前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して前記基本舵角速度指令値を算出する比例ゲイン部を具備する請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記位置制御部が、
規範モデルを用いて前記舵角指令値を目標操舵角に変換する規範モデル部と、
前記目標操舵角と前記実操舵角の偏差に比例ゲインを乗算して舵角速度指令値1を算出する比例ゲイン部と、
FFフィルタを用いて、前記舵角指令値を舵角速度指令値2に変換するフィルタ部とを具備し、
前記舵角速度指令値1に前記舵角速度指令値2を加算して前記基本舵角速度指令値を演算する請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記操舵介入補償ゲインが、車速が増加すると減少する請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記操舵介入補償部が、
前記操舵トルクに対して位相補償を行う操舵介入位相補償部を更に具備し、
前記補償ゲイン部及び前記操舵介入位相補償部を介して、前記操舵トルクより前記補償舵角速度指令値を求める請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記舵角速度制御部が、I-P制御によって前記舵角制御電流指令値を演算する請求項1乃至6のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 少なくとも前記操舵トルクに基づいて、前記アシスト制御のためのアシスト制御電流指令値を演算するアシスト制御部を更に備え、
前記アシスト制御電流指令値及び前記舵角制御電流指令値より前記電流指令値を演算する請求項1乃至7のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記アシスト制御電流指令値を調整するために、前記アシスト制御電流指令値に対してアシスト制御出力徐変ゲインを乗算する請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記アシスト制御部内で求められるアシストマップ出力電流に対してアシストマップ徐変ゲインを乗算する請求項8又は9に記載の電動パワーステアリング装置。
- 値がゼロの前記アシスト制御出力徐変ゲインを前記アシスト制御電流指令値に乗算することにより、前記操舵系に対して前記舵角制御のみを行うようにする請求項9に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記舵角制御部が、
前記舵角制御電流指令値に対して、予め設定された制限値によって制限をかける舵角制御電流指令値制限部を更に具備する請求項1乃至11のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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