CN110091912A - 转向操纵控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够适当地与上位控制装置的转向操纵介入对应的转向操纵控制装置。控制装置基于根据转向操纵状态运算出的转向操纵反作用力指令值控制产生对包含转向轴的车辆的转向操纵机构赋予的转向操纵反作用力的反作用力马达。控制装置的轴向力分配运算电路通过将对理想轴向力以及估计轴向力乘以分别独立设定的分配比率后的值相加来对混合轴向力进行运算。轴向力分配运算电路通过将对理想轴向力以及混合轴向力乘以分别独立设定的分配比率后的值相加来对要反映于转向操纵反作用力指令值的最终轴向力进行运算。轴向力分配运算电路基于上位控制装置介入转向操纵控制时生成的分配指令,设定理想轴向力以及混合轴向力的分配比率。
Description
相关申请的交叉引用
本发明主张于2018年1月30日提交的日本专利申请号2018-014082的优先权,并在此引用其全部内容。
技术领域
本发明涉及转向操纵控制装置。
背景技术
以往,已知有在机械上分离方向盘与转向轮之间的动力传递的所谓的线控转向方式的转向操纵装置。该转向操纵装置具有作为对转向传动轴赋予的转向操纵反作用力的产生源的反作用力马达、以及作为用于使转向轮转向的转向力的产生源的转向马达。在车辆行驶时,转向操纵装置的控制装置执行通过反作用力马达使转向操纵反作用力产生的反作用力控制,并且执行通过转向马达使转向轮转向的转向控制。
这里,在线控转向方式的转向操纵装置中,由于在机械上分离方向盘与转向轮之间的动力传递,所以作用于转向轮的路面反作用力不容易传递到方向盘。因此,作为通过方向盘由手感受到的转向操纵反作用力(手感),驾驶员不容易感受路面状况。
因此,例如日本特开2014-148299号公报所记载的转向操纵控制装置对基于转向操纵角的理想的齿条轴向力亦即前馈轴向力、和基于车辆的状态量(横向加速度、转向电流、以及横摆率)的估计轴向力亦即反馈轴向力进行运算。转向操纵控制装置通过将对前馈轴向力以及反馈轴向力乘以规定的分配比率后的值相加来对最终轴向力进行运算,并基于该最终轴向力控制反作用力马达。由于在反馈轴向力反映了路面状态(路面信息),所以在通过反作用力马达产生的转向操纵反作用力也反映路面状态。因此,驾驶员能够感受路面状态作为转向操纵反作用力。
以往,用于实现用于使车辆的安全性或者便利性进一步提高的各种驾驶辅助功能的驾驶辅助系统的开发不断发展。近年来,也盛行用于实现由系统代替驾驶的自动驾驶功能的自动驾驶系统的开发。驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的控制装置(以下,称为上位控制装置。)基于实时的车辆的状态求出最佳的控制方法,并根据该求出的控制方法对各车载系统的控制装置指示分别独立的控制。转向操纵控制装置基于通过上位控制装置生成的指令值控制反作用力马达以及转向马达的驱动。
在车辆安装有驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的情况下,有以下那样的担心。例如反作用力马达产生的转向操纵反作用力也对方向盘的举动造成影响。因此,有在通过驾驶员进行手动驾驶时、和进行驾驶辅助或者自动驾驶时,对转向操纵控制装置执行的反作用力控制的要求不同的情况。但是,在日本特开2014-148299号公报的转向操纵控制装置中,例如在手动驾驶时和上位控制装置的转向操纵介入时以相同的方式运算基于车辆的状态量的反馈轴向力,所以在反作用力马达产生的转向操纵反作用力也一直同样地反映路面状态。因此,有不能够得到与上位控制装置的转向操纵介入时的要求对应的转向操纵反作用力,进而不能够得到方向盘的举动的担心。
发明内容
本发明的目的之一在于提供能够适当地与上位控制装置的转向操纵介入对应的转向操纵控制装置。
本发明的一方式是基于根据转向操纵状态运算出的指令值控制作为对车辆的转向操纵机构赋予的驱动力的产生源的马达的转向操纵控制装置,具备:轴向力运算电路,基于多种状态量运算多个作用于转向轴的轴向力;以及分配运算电路,通过将分别对多个上述轴向力乘以独立地设定的分配比率后的值相加来对要反映于上述指令值的最终轴向力进行运算。上述分配运算电路基于在上位控制装置介入转向操纵控制时生成的分配指令,设定多个上述轴向力的分配比率。
有在上位控制装置介入转向操纵控制时和不介入时,对马达产生的驱动力的要求不同的情况。对于这一点,根据上述的构成,通过基于上位控制装置生成的分配指令设定多个轴向力的分配比率,从而在上位控制装置介入转向操纵控制时和不介入时要反映于上述指令值的最终轴向力的值改变。即,在上位控制装置介入转向操纵控制时,根据分配指令变更马达产生的驱动力。因此,能够适当地与上位控制装置对转向操纵控制的介入对应。
本发明的其它方式是在上述方式的转向操纵控制装置中,优选上述轴向力运算电路具有:理想轴向力运算电路,基于不反映车辆举动或者路面状态的状态量对作用于上述转向轴的理想的轴向力亦即理想轴向力进行运算;以及估计轴向力运算电路,基于反映了车辆举动或者路面状态的状态量对估计为作用于上述转向轴的估计轴向力进行运算。
根据上述的构成,基于来自上位控制装置的分配指令,设定了理想轴向力的分配比率和估计轴向力的分配比率。因此,能够使车辆举动或者路面状态与分配指令对应地反映于马达产生的驱动力。
本发明的其它方式是在上述方式的转向操纵控制装置中,优选上述分配运算电路具有:第一运算电路,通过对上述理想轴向力乘以第一分配比率来对第一轴向力进行运算;第二运算电路,通过对将对上述理想轴向力以及上述估计轴向力乘以分别独立地设定的分配比率后的值相加的合计值乘以第二分配比率来对第二轴向力进行运算;以及第三运算电路,通过将上述第一轴向力与上述第二轴向力相加来对上述最终轴向力进行运算,上述第一运算电路基于上述分配指令设定上述第一分配比率,上述第二运算电路基于上述分配指令设定上述第二分配比率。
本发明的其它方式是在上述方式的转向操纵控制装置中,优选上述分配运算电路基于上述分配指令设定上述理想轴向力的分配比率、以及上述估计轴向力的分配比率,以使上述最终轴向力仅反映上述理想轴向力。
有在上位控制装置介入转向操纵控制时,要求不使车辆举动或者路面状态反映于马达产生的驱动力的情况。在这样的情况下,上述的转向操纵控制装置合适。即,由于在理想轴向力不反映车辆举动或者路面状态,所以反映于指令值的最终轴向力不反映车辆举动或者路面状态,进而马达产生的驱动力也不反映车辆举动或者路面状态。
有在上位控制装置介入转向操纵控制时,要求不使车辆举动或者路面状态反映于马达产生的驱动力的情况。在这样的情况下,上述的构成合适。由于马达产生的驱动力仅反映理想轴向力,所以马达的驱动力不会根据车辆举动或者路面状态而变化。
本发明的其它方式是在上述方式的转向操纵控制装置中,优选上述理想轴向力运算电路基于与方向盘的操作对应地旋转的旋转体的目标旋转角对上述理想轴向力进行运算,上述估计轴向力运算电路基于通过传感器检测出的横向加速度、横摆率、以及上述马达的电流值的至少一个来对上述估计轴向力进行运算。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述,本发明前述的和其它的特点和优点得以进一步明确。其中,相同的附图标记表示相同的要素,其中,
图1是安装有转向操纵控制装置的第一实施方式的线控转向方式的转向操纵装置的构成图。
图2是第一实施方式中的控制装置的控制框图。
图3是第一实施方式中的目标转向角运算电路的控制框图。
图4是第一实施方式中的车辆模型的控制框图。
图5是第一以及第二实施方式中的轴向力分配运算电路的控制框图。
图6是应用于电动助力转向装置的转向操纵控制装置的第三实施方式的控制框图。
具体实施方式
以下,对将本发明的转向操纵控制装置应用于线控转向方式的转向操纵装置的第一实施方式进行说明。
如图1所示,车辆的转向操纵装置10具有与方向盘11连结的转向传动轴12。转向传动轴12构成转向操纵机构。另外,转向操纵装置10具有沿着车宽方向(图1中的左右方向)延伸的转向轴14。在转向轴14的两端分别经由转向横拉杆15、15连结有左右的转向轮16、16。通过转向轴14进行直线运动,从而变更转向轮16、16的转向角θt。
接下来对作为用于使转向操纵反作用力产生的构成的反作用力单元进行说明。转向操纵装置10具有反作用力马达31、减速机构32、旋转角传感器33、以及转矩传感器34,作为用于生成转向操纵反作用力的构成。另外,转向操纵反作用力是指朝向与驾驶员对方向盘11的操作方向相反方向作用的力(转矩)。通过对方向盘11赋予转向操纵反作用力,能够给予驾驶员适度的手感。
反作用力马达31是转向操纵反作用力的产生源。例如采用三相(U,V,W)的无刷马达作为反作用力马达31。反作用力马达31(正确地说,为其旋转轴)经由减速机构32与转向传动轴12连结。减速机构32设置在转向传动轴12的与离合器21相比靠方向盘11侧的部分。反作用力马达31的转矩作为转向操纵反作用力赋予给转向传动轴12。
旋转角传感器33设置于反作用力马达31。旋转角传感器33检测反作用力马达31的旋转角θa。反作用力马达31的旋转角θa使用于转向角(转向操纵角)θs的运算。反作用力马达31与转向传动轴12经由减速机构32联动。因此,在反作用力马达31的旋转角θa与转向传动轴12的旋转角之间,进而在与方向盘11的旋转角亦即转向角θs之间有相关关系。因此,能够基于反作用力马达31的旋转角θa求出转向角θs。
转矩传感器34检测通过方向盘11的旋转操作施加给转向传动轴12的转向操纵转矩Th。转矩传感器34设置在转向传动轴12的与减速机构32相比靠方向盘11侧的部分。
接下来对作为用于产生转向力的构成的转向单元进行说明。转向操纵装置10具有转向马达41、减速机构42、以及旋转角传感器43,作为用于生成用于使转向轮16、16转向的动力亦即转向力的构成。
转向马达41是转向力的产生源。作为转向马达41,例如采用三相的无刷马达。转向马达41(正确地说,为其旋转轴)经由减速机构42与小齿轮轴44连结。小齿轮轴44的小齿轮齿44a与转向轴14的齿条齿14b啮合。转向马达41的转矩作为转向力经由小齿轮轴44赋予给转向轴14。转向轴14与转向马达41的旋转对应地沿着车宽方向(图中的左右方向)移动。
旋转角传感器43设置于转向马达41。旋转角传感器43检测转向马达41的旋转角θb。另外,转向操纵装置10具有小齿轮轴13。小齿轮轴13设置为与转向轴14相交。小齿轮轴13的小齿轮齿13a与转向轴14的齿条齿14a啮合。设置小齿轮轴13的理由是为了与小齿轮轴44一起在壳体(图示省略)的内部支承转向轴14。即,通过设置于转向操纵装置10的支承机构(图示省略),转向轴14被支承为能够沿着其轴向移动,并且被朝向小齿轮轴13、44按压。由此,转向轴14被壳体的内部支承。但是,也可以不使用小齿轮轴13而设置将转向轴14支承于壳体的其它的支承机构。
另外,转向操纵装置10具有控制装置50。控制装置50基于各种传感器的检测结果控制反作用力马达31、以及转向马达41。作为传感器,除了上述的旋转角传感器33、转矩传感器34以及旋转角传感器43之外,还有车速传感器501。车速传感器501设置于车辆并检测车辆的行驶速度亦即车速V。
控制装置50通过反作用力马达31的驱动控制执行使与转向操纵转矩Th对应的转向操纵反作用力产生的反作用力控制。控制装置50基于转向操纵转矩Th以及车速V对目标转向操纵反作用力进行运算,并基于该运算出的目标转向操纵反作用力、转向操纵转矩Th以及车速V对方向盘11的目标转向操纵角进行运算。控制装置50通过为了使实际的转向角θs追随目标转向操纵角而执行的转向角θs的反馈控制来对转向角修正量进行运算,并通过将该运算出的转向角修正量与目标转向操纵反作用力相加来对转向操纵反作用力指令值进行运算。控制装置50向反作用力马达31供给为了使与转向操纵反作用力指令值对应的转向操纵反作用力产生所需要的电流。
控制装置50通过转向马达41的驱动控制执行使转向轮16、16与转向操纵状态对应地转向的转向控制。控制装置50基于通过旋转角传感器43检测出的转向马达41的旋转角θb对小齿轮轴44的实际的旋转角亦即小齿轮角θp进行运算。该小齿轮角θp是反映转向轮16、16的转向角θt的值。控制装置50使用上述的目标转向操纵角对目标小齿轮角进行运算。然后,控制装置50求出目标小齿轮角与实际的小齿轮角θp的偏差,并以消除该偏差的方式控制对转向马达41的供电。
这里,有在车辆为了安全地实现更良好的驾驶而安装有辅助驾驶员的驾驶操作的驾驶辅助系统,或者实现系统代替驾驶的自动驾驶功能的自动驾驶系统的情况。该情况下,在车辆中,进行控制装置50与其它的车载系统的控制装置的协作控制。协作控制是指多种车载系统的控制装置相互合作地控制车辆的动作的技术。在车辆例如安装有统一控制各种车载系统的控制装置的上位控制装置100。上位控制装置100基于实时的车辆的状态求出最佳的控制方法,并根据该求出的控制方法对各种车载控制装置指示分别独立的控制。
上位控制装置100介入控制装置50的转向操纵控制。上位控制装置100通过设置在驾驶席等的未图示的开关的操作,在打开(有效)和关闭(无效)之间切换自己的驾驶辅助控制功能或者自动驾驶控制功能。
上位控制装置100例如对附加角度指令值进行运算作为用于使车辆在目标车道上行驶的指令值S*。附加角度指令值是为了与实时的车辆的行驶状态对应地,使车辆沿着车道行驶所需要的转向操纵角的目标值(应该附加给当前的转向操纵角的角度)。控制装置50使用通过上位控制装置100运算出的指令值S*控制反作用力马达31以及转向马达41。
另外,上位控制装置100生成标志作为对控制装置50的分配指令Sr。标志是表示驾驶辅助控制功能或者自动驾驶控制功能打开还是关闭的信息。上位控制装置100在驾驶辅助控制功能或者自动驾驶控制功能打开时使标志的值为1,在驾驶辅助控制功能或者自动驾驶控制功能关闭时将标志的值置位为零。
接下来,对控制装置50进行详细说明。如图2所示,控制装置50具有执行反作用力控制的反作用力控制电路50a、以及执行转向控制的转向控制电路50b。
反作用力控制电路50a具有目标转向操纵反作用力运算电路51、目标转向角运算电路52、转向角运算电路53、转向角反馈控制电路54、加法器55、以及通电控制电路56。
目标转向操纵反作用力运算电路51基于转向操纵转矩Th以及车速V对目标转向操纵反作用力T1 *进行运算。目标转向角运算电路52基于目标转向操纵反作用力T1 *、转向操纵转矩Th以及车速V对方向盘11的目标转向角θ*进行运算。目标转向角运算电路52具有在将目标转向操纵反作用力T1 *以及转向操纵转矩Th的总和作为输入转矩时,基于该输入转矩决定理想的转向角的理想模型。该理想模型是将以机械的方式连结方向盘11与转向轮16、16之间的转向操纵装置作为前提,预先通过实验等将与输入转矩对应的理想的转向角所对应的转向角(转向操纵角)模型化后的模型。目标转向角运算电路52通过将目标转向操纵反作用力T1 *与转向操纵转矩Th相加来求出输入转矩,根据该输入转矩并基于理想模型对目标转向角θ*(目标转向操纵角)进行运算。
转向角运算电路53基于通过旋转角传感器33检测出的反作用力马达31的旋转角θa对方向盘11的实际的转向角θs进行运算。转向角反馈控制电路54为了使实际的转向角θs追随目标转向角θ*而通过转向角θs的反馈控制对转向角修正量T2 *进行运算。加法器55通过对目标转向操纵反作用力T1 *加上转向角修正量T2 *来计算转向操纵反作用力指令值T*。
通电控制电路56向反作用力马达31供给与转向操纵反作用力指令值T*对应的电力。具体而言,通电控制电路56基于转向操纵反作用力指令值T*对针对反作用力马达31的电流指令值进行运算。另外,通电控制电路56通过设置在针对反作用力马达31的供电路径的电流传感器57,检测在该供电路径产生的实际的电流值Ia。该电流值Ia是供给到反作用力马达31的实际的电流的值。然后,通电控制电路56求出电流指令值与实际的电流值Ia的偏差,并以消除该偏差的方式控制对反作用力马达31的供电(电流Ia的反馈控制)。由此,反作用力马达31产生与转向操纵反作用力指令值T*对应的转矩。能够对于驾驶员给予与路面反作用力对应的适度的手感。
另外,在通过上位控制装置100的驾驶辅助控制或者自动驾驶控制的执行,运算出附加角度指令值作为指令值S*的情况下,对通过目标转向角运算电路52运算出的目标转向角θ*加上指令值S*。
如图2所示,转向控制电路50b具有小齿轮角运算电路61、转向角比变更控制电路62、微分转向控制电路63、小齿轮角反馈控制电路64、以及通电控制电路65。
小齿轮角运算电路61基于通过旋转角传感器43检测出的转向马达41的旋转角θb对小齿轮轴13的实际的旋转角亦即小齿轮角θp进行运算。如上述那样,转向马达41与小齿轮轴44经由减速机构42联动。因此,在转向马达41的旋转角θb与小齿轮角θp之间有相关关系。利用该相关关系能够根据转向马达41的旋转角θb求出小齿轮角θp。并且,也如上述那样,小齿轮轴44与转向轴14噛合。因此,在小齿轮角θp与转向轴14的移动量之间也有相关关系。即,小齿轮角θp是反映转向轮16、16的转向角θt的值。
转向角比变更控制电路62根据车辆的行驶状态(例如车速V)设定转向角θt相对于转向角θs之比亦即转向角比,并根据该设定的转向角比对目标小齿轮角进行运算。转向角比变更控制电路62以车速V越慢相对于转向角θs的转向角θt越大的方式,另外以车速V越快相对于转向角θs的转向角θt越小的方式,对目标小齿轮角θp *进行运算。转向角比变更控制电路62为了实现与车辆的行驶状态对应地设定的转向角比,而对针对目标转向角θ*的修正角度进行运算,并通过将该运算出的修正角度与目标转向角θ*相加来对与转向角比对应的目标小齿轮角θp *进行运算。
微分转向控制电路63通过对目标小齿轮角θp *进行微分来对目标小齿轮角θp *的变化速度(转向速度)进行运算。另外,微分转向控制电路63通过对目标小齿轮角θp *的变化速度乘以增益来对针对目标小齿轮角θp *的修正角度进行运算。微分转向控制电路63通过将修正角度与目标小齿轮角θp *相加来对最终的目标小齿轮角θp *进行运算。通过使通过转向角比变更控制电路62运算出的目标小齿轮角θp *的相位提前,来改善转向延迟。即,与转向速度对应地确保转向响应性。
小齿轮角反馈控制电路64为了使实际的小齿轮角θp追随通过微分转向控制电路63运算出的最终的目标小齿轮角θp *而通过小齿轮角θp的反馈控制(PID控制)对小齿轮角指令值Tp *进行运算。
通电控制电路65向转向马达41供给与小齿轮角指令值Tp *对应的电力。具体而言,通电控制电路65基于小齿轮角指令值Tp *对针对转向马达41的电流指令值进行运算。另外,通电控制电路65通过设置在针对转向马达41的供电路径的电流传感器66,检测在该供电路径产生的实际的电流值Ib。该电流值Ib是供给到转向马达41的实际的电流的值。然后,通电控制电路65求出电流指令值与实际的电流值Ib的偏差,并以消除该偏差的方式控制对转向马达41的供电(电流值Ib的反馈控制)。由此,转向马达41旋转与小齿轮角指令值Tp *对应的角度。
接下来,对目标转向角运算电路52进行详细说明。如上述那样,目标转向角运算电路52根据目标转向操纵反作用力T1 *以及转向操纵转矩Th的总和亦即输入转矩并基于理想模型来对目标转向角θ*进行运算。该理想模型是利用了由以下式(A)表示作为施加给转向传动轴12的转矩的输入转矩Tin *的模型。
Tin *=Jθ*″+Cθ*′+Kθ* (A)
其中,J是方向盘11以及转向传动轴12的惯性力矩,C是与转向轴14的相对于壳体的摩擦等对应的粘性系数(摩擦系数),K是将方向盘11以及转向传动轴12分别视为弹簧时的弹性系数。
根据式(A)可知,通过将对目标转向角θ*的二阶时间微分值θ*″乘以惯性力矩J后的值、对目标转向角θ*的一阶时间微分值θ*′乘以粘性系数C后的值、以及对目标转向角θ*乘以弹性系数K后的值相加得到输入转矩Tin *。目标转向角运算电路52根据基于式(A)的理想模型对目标转向角θ*进行运算。
如图3所示,基于式(A)的理想模型被分为转向模型71、以及车辆模型72。转向模型71根据转向传动轴12以及反作用力马达31等转向操纵装置10的各构成要素的特性进行调整。转向模型71具有加法器73,减法器74、惯性模型75、第一积分器76、第二积分器77以及粘性模型78。
加法器73通过将目标转向操纵反作用力T1 *与转向操纵转矩Th相加来对输入转矩Tin *进行运算。减法器74通过从通过加法器73计算出的输入转矩Tin *分别减去后述的粘性成分Tvi *以及弹簧成分Tsp *,来对最终的输入转矩Tin *进行运算。
惯性模型75作为与式(A)的惯性项对应的惯性控制运算电路发挥作用。惯性模型75通过对通过减法器74计算出的最终的输入转矩Tin *乘以惯性力矩J的倒数,来对转向角加速度α*进行运算。
第一积分器76通过对通过惯性模型75计算出的转向角加速度α*进行积分,来对转向角速度ω*进行运算。第二积分器77通过进一步对通过第一积分器76计算出的转向角速度ω*进行积分,来对目标转向角θ*进行运算。目标转向角θ*是基于转向模型71的方向盘11(转向传动轴12)的理想的旋转角。
粘性模型78作为与式(A)的粘性项对应的粘性控制运算电路发挥作用。粘性模型78通过对通过第一积分器76计算出的转向角速度ω*乘以粘性系数C,来对输入转矩Tin *的粘性成分Tvi *进行运算。
根据安装有转向操纵装置10的车辆的特性调整车辆模型72。例如根据悬架以及车轮定位的规格、以及转向轮16、16的抓地力(摩擦力)等决定对转向操纵特性给予影响的车辆侧的特性。车辆模型72作为与式(A)的弹簧项对应的弹簧特性控制运算电路发挥作用。车辆模型72通过对通过第二积分器77计算出的目标转向角θ*乘以弹性系数K,来对输入转矩Tin *的弹簧成分Tsp *(转矩)进行运算。
根据像这样构成的目标转向角运算电路52,通过分别调整转向模型71的惯性力矩J以及粘性系数C、及车辆模型72的弹性系数K,能够实现直接地调整输入转矩Tin *与目标转向角θ*的关系,进而能够实现所希望的转向操纵特性。
另外,使用根据输入转矩Tin *并基于转向模型71以及车辆模型72运算出的目标转向角θ*对目标小齿轮角θp *进行运算。然后,以实际的小齿轮角θp与目标小齿轮角θp *一致的方式进行反馈控制。如上述那样,在小齿轮角θp与转向轮16、16的转向角θt之间有相关关系。因此,与输入转矩Tin *对应的转向轮16、16的转向动作也根据转向模型71以及车辆模型72决定。即,根据转向模型71以及车辆模型72决定车辆的转向操纵感。因此,通过调整转向模型71以及车辆模型72能够实现所希望的转向操纵感。
但是,朝向与驾驶员的转向操纵方向相反方向进行作用的力(转矩)亦即转向操纵反作用力(通过方向盘感受到的手感)只与目标转向角θ*对应。即,转向操纵反作用力不根据车辆举动或者路面状态(路面的易滑度等)而改变。因此,驾驶员不容易通过转向操纵反作用力把握车辆举动或者路面状态。因此,在本例中,基于消除这样的担忧的观点,如以下那样构成车辆模型72。
如图4所示,车辆模型72具有假想齿条端轴向力运算电路90、理想轴向力运算电路91、估计轴向力运算电路92、估计轴向力运算电路93、估计轴向力运算电路94、轴向力分配运算电路95以及换算电路96。
假想齿条端轴向力运算电路90基于目标转向角θ*对用于假想地限制方向盘11的操作范围的假想齿条端轴向力Fend进行运算。基于急剧地增大使反作用力马达31产生的与转向操纵方向相反方向的转矩(转向操纵反作用力转矩)的观点来对假想齿条端轴向力Fend进行运算。假想齿条端轴向力运算电路90使用储存于控制装置50的未图示的存储装置的假想齿条端设定表来对假想齿条端轴向力Fend进行运算。假想齿条端轴向力Fend在目标转向角θ*达到角度阈值以后产生,并且相对于目标转向角θ*的增加急剧地增大。
理想轴向力运算电路91基于目标小齿轮角θp *对通过转向轮16、16作用于转向轴14的轴向力的理想值亦即理想轴向力F1进行运算。理想轴向力运算电路91使用储存于控制装置50的未图示的存储装置的理想轴向力设定表对理想轴向力F1进行运算。目标小齿轮角θp *(或者通过对目标小齿轮角θp *乘以规定的换算系数得到的目标转向角)的绝对值越增大,另外车速V越慢,越将理想轴向力F1设定为更大的绝对值。此外,也可以不一定考虑车速V。
估计轴向力运算电路92基于转向马达41的电流值Ib对作用于转向轴14的估计轴向力F2(路面反作用力)进行运算。这里,转向马达41的电流值Ib根据由于与路面状态(路面摩擦阻力)对应的干扰作用于转向轮16而产生目标小齿轮角θp *与实际的小齿轮角θp之间的差而变化。即,转向马达41的电流值Ib反映了作用于转向轮16、16的实际的路面反作用力。因此,能够基于转向马达41的电流值Ib对反映了路面状态的影响的轴向力进行运算。通过对转向马达41的电流值Ib乘以与车速V对应的系数亦即增益来求出估计轴向力F2。
估计轴向力运算电路93基于通过设置于车辆的横向加速度传感器502检测出的横向加速度LA,对作用于转向轴14的估计轴向力F3进行运算。通过对横向加速度LA乘以与车速V对应的系数亦即增益来求出估计轴向力F3。在横向加速度LA反映了路面摩擦阻力等路面状态。因此,基于横向加速度LA运算出的估计轴向力F3反映了实际的路面状态。
估计轴向力运算电路94基于通过设置于车辆的横摆率传感器503检测出的横摆率YR,对作用于转向轴14的估计轴向力F4进行运算。通过在对横摆率YR进行微分后的值亦即横摆率微分值乘以与车速V对应的系数亦即车速增益来求出估计轴向力F4。车速V越快车速增益越被设定为更大的值。在横摆率YR反映了路面摩擦阻力等路面状态。因此,基于横摆率YR运算出的估计轴向力F4反映了实际的路面状态。
轴向力分配运算电路95通过将对假想齿条端轴向力Fend、理想轴向力F1、估计轴向力F2、估计轴向力F3、以及估计轴向力F4乘以分别独立地设定的分配比率(增益)后的值相加,来对相对于输入转矩Tin *的弹簧成分Tsp *的运算所使用的最终轴向力Fsp进行运算。根据车辆举动、路面状态或者反映转向操纵状态的各种状态量设定分配比率。
换算电路96基于通过轴向力分配运算电路95运算出的最终轴向力Fsp对相对于输入转矩Tin *的弹簧成分Tsp *进行运算(换算)。通过使基于该最终轴向力Fsp的弹簧成分Tsp *反映于输入转矩Tin *,能够将与车辆举动或者路面状态对应的转向操纵反作用力赋予给方向盘11。
这里,在车辆安装有驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的情况下,担心以下那样的情况。例如,反作用力马达31产生的转向操纵反作用力也对方向盘11的举动造成影响。因此,有在通过驾驶员进行手动驾驶时、和进行驾驶辅助或者自动驾驶时,对控制装置50执行的反作用力控制的要求不同的情况。
例如,优选在进行手动驾驶时在通过反作用力马达31产生的转向操纵反作用力反映有车辆举动或者路面状态。这是因为通过由驾驶员感受车辆举动或者路面状态作为转向操纵反作用力,驾驶员能够更迅速并正确地进行转向操纵。与此相对,在进行驾驶辅助或者自动驾驶的情况下,即在方向盘11的操作的执行主体不是驾驶员而是驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的上位控制装置100时,不需要一定使车辆举动或者路面状态正确地反映于通过反作用力马达31产生的转向操纵反作用力。另外,在进行驾驶辅助或者自动驾驶的情况下,例如在车辆正在凹凸路行驶时,由于使路面状态反映于转向操纵反作用力,有方向盘11根据路面状态进行旋转的担心。根据产品规格,在进行驾驶辅助或者自动驾驶时,要求抑制方向盘11的不需要的动作。
因此,在本实施方式中,作为轴向力分配运算电路95,采用以下的构成。如图5所示,轴向力分配运算电路95具有六个运算电路101、102、103、104、105、106、以及两个加法器107、108。
运算电路101通过对通过理想轴向力运算电路91运算出的理想轴向力F1乘以分配比率DR1,来对与分配比率DR1对应的值的理想轴向力F1a进行运算。运算电路102通过对通过估计轴向力运算电路92运算出的估计轴向力F2乘以分配比率DR2,来对与分配比率DR2对应的值的估计轴向力F2a进行运算。运算电路103通过对通过估计轴向力运算电路93运算出的估计轴向力F3乘以分配比率DR3,来对与分配比率DR3对应的值的估计轴向力F3a进行运算。运算电路104通过对通过估计轴向力运算电路94运算出的估计轴向力F4乘以分配比率DR4,来对与分配比率DR4对应的值的估计轴向力F4a进行运算。另外,根据车辆举动、反映了路面状态或者转向操纵状态的状态量,每次设定分配比率DR1、DR2、DR3、DR4。
加法器107通过将通过运算电路101运算出的理想轴向力F1a、以及通过运算电路102~104运算出的估计轴向力F2a、F3a、F4a相加,来对混合轴向力F5进行运算。
运算电路105获取通过运算电路101运算出的理想轴向力F1、以及通过上位控制装置100运算出的分配指令Sr。运算电路105通过将作为分配指令Sr的标志的值应用于下式(B),来对理想轴向力F1的分配比率DRa进行运算。
DRa=Sr (B)
因此,在作为分配指令Sr的标志的值为1时,分配比率DRa的值为1。在作为分配指令Sr的标志的值为零时,分配比率DRa的值为零。
如下式(C)所示,运算电路105通过对理想轴向力F1乘以分配比率DRa,来对与分配比率DRa对应的值的理想轴向力F1a进行运算。
F1a=DRa·F1 (C)
因此,在分配比率DRa的值为1(100%)时,通过运算电路101运算出的理想轴向力F1直接成为理想轴向力F1a。在分配比率DRa的值为零(0%)时,理想轴向力F1a的值为零。
运算电路106获取通过加法器107运算出的混合轴向力F5、以及通过上位控制装置100运算出的分配指令Sr。运算电路106通过将作为分配指令Sr的标志的值应用于下式(D),来对混合轴向力F5的分配比率DRm进行运算。
DRm=1-Sr (D)
因此,在作为分配指令Sr的标志的值为1时,分配比率DRm的值为零。在作为分配指令Sr的标志的值为零时,分配比率DRm的值为1。
如下式(E)所示,运算电路106通过对混合轴向力F5乘以分配比率DRm,来对与分配比率DRm对应的值的混合轴向力F5m进行运算。
F5m=DRm·F5 (E)
因此,在作为分配指令Sr的标志的值为零(0%)时,通过加法器107运算出的混合轴向力F5直接成为式(E)的运算结果亦即混合轴向力F5m。在作为分配指令Sr的标志的值为1(100%)时,混合轴向力F5m的值成为零。
加法器108通过将通过运算电路105运算出的理想轴向力F1a与通过运算电路106运算出的混合轴向力F5m相加,来对弹簧成分Tsp *的运算所使用的最终轴向力Fsp进行运算。
根据第一实施方式,能够得到以下的作用以及效果。
(1)有在上位控制装置100介入转向操纵控制时(运算出指令值S*时)、和上位控制装置100不介入转向操纵控制时(不运算出指令值S*时),对反作用力马达31产生的转向操纵反作用力(驱动力)的要求不同的情况。例如,有在上位控制装置100介入转向操纵控制时,要求不使反作用力马达31产生的转向操纵反作用力反映车辆举动或者路面状态的情况。这基于在方向盘11的操作的执行主体为上位控制装置100的情况下,不需要一定使车辆举动或者路面状态反映于反作用力马达31产生的转向操纵反作用力这样的观点。
对于这一点,根据转向操纵装置10的控制装置50,在上位控制装置100介入转向操纵控制时,基于分配指令Sr,反映于输入转矩Tin *,进而反映于转向操纵反作用力指令值T*的轴向力从包含估计轴向力F2a、F3a、F4a的混合轴向力F5切换为理想轴向力F1。由于在该理想轴向力F1未反映车辆举动或者路面状态,所以输入转矩Tin *也不反映车辆举动或者路面状态,进而反作用力马达31产生的转向操纵反作用力也不反映车辆举动或者路面状态。因此,例如即使车辆正在凹凸路行驶的情况下,方向盘11也不会根据路面状态而不必要地旋转。因此,能够适当地与通过上位控制装置100的转向操纵介入对应。
接下来,对转向操纵控制装置的第二实施方式进行说明。本实施方式基本而言具有与图1~图5所示的第一实施方式相同的构成。
在本实施方式中,上位控制装置100不向控制装置50供给标志(零或者1),而向控制装置50供给自动驾驶率,作为分配指令Sr。自动驾驶率是指表示对车辆的驾驶的系统的参与的程度的值。随着根据技术水平的高度化而驾驶辅助系统被复合化或者高度化,系统的对驾驶的参与程度提高。例如,在自动驾驶率为100%时,系统完全代替驾驶。相反,在自动驾驶率为0%时,驾驶员进行全部行驶环境的识别、危险判断、以及车辆的驾驶操作(转向操纵、加减速等)。这里,上位控制装置100设定零(0%)~1(100%)的范围的值作为自动驾驶率。
在这种情况下,轴向力分配运算电路95的运算电路105也使用式(B)、(C)对理想轴向力F1的分配比率DRa、以及与分配比率DRa对应的值的理想轴向力F1a进行运算。另外,运算电路106使用式(D)、(E),对混合轴向力F5的分配比率DRm、以及与分配比率DRm对应的值的混合轴向力F5m进行运算。
例如在自动驾驶率的值为1(100%)时,基于式(B)将分配比率DRa设定为1,并且基于式(D)将分配比率DRm设定为零。另外,在自动驾驶率的值为0.3(30%)时,基于式(B)将分配比率DRa设定为0.3,并且基于式(D)将分配比率DRm设定为0.7。
因此,根据第二实施方式,能够得到以下的作用以及效果。
(2)在上位控制装置100介入转向操纵控制时,基于作为分配指令Sr的自动驾驶率,设定理想轴向力F1的分配比率DRa、以及包含估计轴向力F2a、F3a、F4a的混合轴向力F5的分配比率DRm。因此,能够与自动驾驶率对应地合适地设定对输入转矩Tin *,进而对转向操纵反作用力指令值T*反映车辆举动或者路面状态的程度。因此,能够适当地与上位控制装置100对转向操纵控制的介入对应。
接下来,对将转向操纵控制装置应用于电动助力转向装置(以下,称为EPS。)的第三实施方式进行说明。此外,对与第一实施方式相同的部件标注相同的附图标记,并省去其详细的说明。
EPS以机械的方式连结图1所示的方向盘11与转向轮16、16之间。即,转向传动轴12、小齿轮轴13以及转向轴14作为方向盘11与转向轮16、16之间的动力传递路径发挥作用。随着方向盘11的旋转操作而转向轴14进行直线运动,从而变更转向轮16、16的转向角θt。另外,EPS具有设置在与图1所示的反作用力马达31以及转向马达41的任意一方相同的位置的辅助马达。辅助马达产生转向操纵辅助力(辅助力)。
如图6所示,EPS190的控制装置191通过对辅助马达192的通电控制执行使与转向操纵转矩Th对应的转向操纵辅助力产生的辅助控制。控制装置191基于通过转矩传感器34检测出的转向操纵转矩Th、通过车速传感器501检测出的车速V、以及通过设置在辅助马达192的旋转角传感器193检测出的旋转角θm,控制对辅助马达192的供电。
控制装置191具备小齿轮角运算电路201、基本辅助成分运算电路202、目标小齿轮角运算电路203、小齿轮角反馈控制电路(小齿轮角F/B控制电路)204、加法器205、以及通电控制电路206。
小齿轮角运算电路201获取辅助马达192的旋转角θm,并基于该获取的旋转角θm对小齿轮轴13的旋转角亦即小齿轮角θp进行运算。
基本辅助成分运算电路202基于转向操纵转矩Th以及车速V对基本辅助成分Ta1 *进行运算。基本辅助成分运算电路202使用根据车速V规定转向操纵转矩Th与基本辅助成分Ta1 *的关系的三维设定表,对基本辅助成分Ta1 *进行运算。转向操纵转矩Th的绝对值越大,另外车速V越慢,基本辅助成分运算电路202越将基本辅助成分Ta1 *的绝对值设定为更大的值。
目标小齿轮角运算电路203获取通过基本辅助成分运算电路202运算出的基本辅助成分Ta1 *、以及转向操纵转矩Th。目标小齿轮角运算电路203具有在将基本辅助成分Ta1 *以及转向操纵转矩Th的总和作为输入转矩时,基于输入转矩决定理想的小齿轮角的理想模型。理想模型是预先通过实验等将与输入转矩对应的理想的转向角所对应的小齿轮角进行模型化后的模型。目标小齿轮角运算电路203将基本辅助成分Ta1 *与转向操纵转矩Th相加求出输入转矩,根据该求出的输入转矩并基于理想模型对目标小齿轮角θp *进行运算。
小齿轮角反馈控制电路204分别获取通过目标小齿轮角运算电路203计算出的目标小齿轮角θp *以及通过小齿轮角运算电路201计算出的实际的小齿轮角θp。小齿轮角反馈控制电路204进行PID(比例、积分、微分)控制作为小齿轮角的反馈控制,以使实际的小齿轮角θp追随目标小齿轮角θp *。即,小齿轮角反馈控制电路204求出目标小齿轮角θp *与实际的小齿轮角θp的偏差,并以消除该偏差的方式对基本辅助成分Ta1 *的修正成分Ta2 *进行运算。
加法器205通过对基本辅助成分Ta1 *加上修正成分Ta2 *来对辅助指令值Ta *进行运算。辅助指令值Ta *是表示应该使辅助马达192产生的旋转力(辅助转矩)的指令值。
通电控制电路206向辅助马达192供给与辅助指令值Ta *对应的电力。具体而言,通电控制电路206基于辅助指令值Ta *对针对辅助马达192的电流指令值进行运算。另外,通电控制电路206获取通过电流传感器207检测出的电流值Im。该电流值Im是供给到辅助马达192的实际的电流的值。然后,通电控制电路206求出电流指令值与实际的电流值Im的偏差,并以消除该偏差的方式控制对辅助马达192的供电。由此,辅助马达192产生与辅助指令值Ta *对应的转矩。其结果,进行与转向操纵状态对应的转向操纵辅助。
根据该EPS190,根据输入转矩(基本辅助成分Ta1 *以及转向操纵转矩Th的总和)并基于理想模型设定目标小齿轮角θp *,并进行反馈控制以使实际的小齿轮角θp与目标小齿轮角θp *一致。这里,在小齿轮角θp与转向轮16、16的转向角θt之间有相关关系。因此,也根据理想模型决定与输入转矩对应的转向轮16、16的转向动作。即,根据理想模型决定车辆的转向操纵感。因此,通过理想模型的调整能够实现所希望的转向操纵感。
另外,实际的转向角θt被维持为与目标小齿轮角θp *对应的转向角θt。因此,也能够得到由于路面状态或者制动等干扰而产生的反输入振动的抑制效果。即,即使在振动经由转向轮16、16传递到转向传动轴12等转向操纵机构的情况下,也以小齿轮角θp成为目标小齿轮角θp *的方式调节修正成分Ta2 *。因此,实际的转向角θt被维持为与根据理想模型规定的目标小齿轮角θp *对应的转向角θt。从结果来看,通过向抵消反输入振动的方向进行转向操纵辅助,能够抑制反输入振动传递到方向盘11。
但是,朝向与驾驶员的转向操纵方向相反的方向作用的力(转矩)亦即转向操纵反作用力(通过方向盘感受到的手感)仅与目标小齿轮角θp *对应。即,例如转向操纵反作用力不根据车辆举动或者路面状态而改变,所以驾驶员不容易把握路面状态作为手感。
因此在本实施方式中,使目标小齿轮角运算电路203具有与第一实施方式中的目标转向角运算电路52相同的运算功能。目标小齿轮角运算电路203具有与图3所示的目标转向角运算电路52相同的构成。但是,先前的目标转向角运算电路52获取目标转向操纵反作用力T1 *,与此相对目标小齿轮角运算电路203获取基本辅助成分Ta1 *。目标小齿轮角运算电路203获取转向操纵转矩Th以及车速V,与先前的目标转向角运算电路52相同。另外,目标转向角运算电路52对目标转向角θ*进行运算,与此相对,目标小齿轮角运算电路203对目标小齿轮角θp *进行运算。仅获取的信号的一部分、以及生成的信号不同,目标小齿轮角运算电路203的内部的运算处理的内容与目标转向角运算电路52相同。
根据像这样构成的目标小齿轮角运算电路203,通过轴向力分配运算电路95运算出的最终轴向力Fsp(参照图4)反映于输入转矩Tin *,从而能够得到反映了车辆举动或者路面状态的目标小齿轮角θp *,进而能够得到反映了车辆举动或者路面状态的辅助指令值Ta *。因此,能够对方向盘11赋予与车辆举动或者路面状态对应的更适当的助力。驾驶员通过感受经由方向盘11的转向操纵反作用力作为手感,能够更准确地把握车辆举动或者路面状态。
这里,在车辆安装了驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的情况下,有与第一实施方式相同的担心。即,有在通过驾驶员进行手动驾驶时、和进行驾驶辅助或者自动驾驶时,对控制装置191执行的辅助控制的要求不同的情况。
对于这一点,目标小齿轮角运算电路203具有与图4所示的车辆模型72相同的构成,进而具有与图5所示的轴向力分配运算电路95相同的构成。因此,根据第三实施方式,能够得到与第一实施方式的(1)、(2)相同的效果。
即,在上位控制装置100介入转向操纵控制时,基于分配指令Sr,将反映于输入转矩Tin *的轴向力,进而将反映于转向操纵反作用力指令值T*的轴向力从包含估计轴向力F2a、F3a、F4a的混合轴向力F5切换为理想轴向力F1(参照图5)。因此,输入转矩Tin *不会反映车辆举动或者路面状态,进而辅助马达192产生的转向操纵辅助力不会反映车辆举动或者路面状态。另外,也能够抑制根据路面状态而方向盘11不必要地旋转。因此,即使在车辆安装了驾驶辅助系统或者自动驾驶系统的情况下,也能够适当地与上位控制装置100对转向操纵控制的介入对应。另外,也能够将第二实施方式应用于本实施方式,在该情况下能够得到与第二实施方式相同的作用以及效果。
此外,各实施方式也可以如以下那样进行变更实施。第一以及第二实施方式中的目标转向操纵反作用力运算电路51、以及第三实施方式中的基本辅助成分运算电路202也可以不使用车速V。
在第一~第三实施方式中,车辆模型72(参照图4)只要具有三个估计轴向力运算电路92、93、94中的至少一个即可。通过使通过估计轴向力运算电路92、93、94的任意一个运算出的估计轴向力反映于输入转矩Tin *,能够使车辆举动或者路面状态反映于转向操纵反作用力。
在第一~第三实施方式中,也可以除了估计轴向力F2~F4之外,或者代替估计轴向力F2~F4,而使用以下的(a1)~(a6)中的至少一个轴向力,作为反映于输入转矩Tin *的估计轴向力。
(a1)基于横向加速度LA以及横摆率微分值运算出的估计轴向力。
(a2)通过将对估计轴向力F2以及估计轴向力F3乘以分别独立地设定的规定的分配比率后的值相加得到的估计轴向力。
(a3)通过将对估计轴向力F2以及估计轴向力F4乘以分别独立地设定的规定的分配比率后的值相加得到的估计轴向力。
(a4)通过将对估计轴向力F2、估计轴向力F3以及估计轴向力F4乘以分别独立地设定的规定的分配比率后的值相加得到的估计轴向力。
(a5)通过将对估计轴向力F2以及上述(a1)的估计轴向力乘以分别独立地设定的规定的分配比率后的值相加得到的估计轴向力。
在第一~第三实施方式中,也可以控制装置50、191具有对分配指令Sr实施针对时间的渐变处理(用于使其逐渐变化的处理)的低通滤波器等。这样一来,在上位控制装置100介入转向操纵控制的情况下,能够抑制最终轴向力Fsp的急剧的变化。
在第一以及第二实施方式中,也可以在转向操纵装置10设置离合器。该情况下,如图1的双点划线所示,转向传动轴12与小齿轮轴13经由离合器21连结。作为离合器21,采用通过对励磁线圈的通电的断续来进行动力的断续的电磁离合器。控制装置50执行切换离合器21的断续的断续控制。在离合器21被切断时,在机械上切断方向盘11与转向轮16、16之间的动力传递路径。在离合器21被连接时,在机械上连结方向盘11与转向轮16、16之间的动力传递。
在第一实施方式中,轴向力分配运算电路95也可以通过根据分配指令Sr调整运算电路101~104的分配比率DR1~DR4,来对最终轴向力Fsp进行运算。例如,在第一实施方式中,在作为分配指令Sr的标志的值为1时,对理想轴向力F1进行运算的运算电路101将分配比率DR1的值设定为1,对估计轴向力F2~F4进行运算的运算电路102~104将分配比率DR2~DR4的值设定为零。这样一来,也能够得到与第一实施方式相同的效果。另外,在第一实施方式中,能够采用省去了运算电路105、106的构成作为轴向力分配运算电路95。对于第二实施方式、以及第三实施方式也相同。
Claims (5)
1.一种转向操纵控制装置,基于根据转向操纵状态运算出的指令值控制作为对车辆的转向操纵机构赋予的驱动力的产生源的马达,该转向操纵控制装置具备:
轴向力运算电路,基于多种状态量运算多个作用于转向轴的轴向力;以及
分配运算电路,通过将对多个上述轴向力乘以分别独立设定的分配比率后的值相加来对要反映于上述指令值的最终轴向力进行运算,
上述分配运算电路基于上位控制装置介入转向操纵控制时生成的分配指令,设定多个上述轴向力的分配比率。
2.根据权利要求1所述的转向操纵控制装置,其中,
上述轴向力运算电路具有:
理想轴向力运算电路,基于不反映车辆举动或者路面状态的状态量对作用于上述转向轴的理想的轴向力亦即理想轴向力进行运算;以及
估计轴向力运算电路,基于反映了车辆举动或者路面状态的状态量对估计为作用于上述转向轴的估计轴向力进行运算。
3.根据权利要求2所述的转向操纵控制装置,其中,
上述分配运算电路具有:
第一运算电路,通过对上述理想轴向力乘以第一分配比率来对第一轴向力进行运算;
第二运算电路,通过对将对上述理想轴向力以及上述估计轴向力乘以分别独立设定的分配比率后的值相加得到的合计值乘以第二分配比率来对第二轴向力进行运算;以及
第三运算电路,通过将上述第一轴向力与上述第二轴向力相加来对上述最终轴向力进行运算,
上述第一运算电路基于上述分配指令设定上述第一分配比率,上述第二运算电路基于上述分配指令设定上述第二分配比率。
4.根据权利要求2所述的转向操纵控制装置,其中,
上述分配运算电路基于上述分配指令设定上述理想轴向力的分配比率、以及上述估计轴向力的分配比率,以使上述最终轴向力仅反映上述理想轴向力。
5.根据权利要求2~4中任意一项所述的转向操纵控制装置,其中,
上述理想轴向力运算电路基于与方向盘的操作对应地旋转的旋转体的目标旋转角对上述理想轴向力进行运算,
上述估计轴向力运算电路基于通过传感器检测出的横向加速度、横摆率、以及上述马达的电流值的至少一个来对上述估计轴向力进行运算。
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