JP2013193476A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクセンサの検出範囲を超える、大きな操舵トルクに対応することができる車両用操舵制御装置を提供する。
【解決手段】操舵トルクセンサによって検出された操舵トルクＴの絶対値を所定の閾値Ｔshと比較判定し、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値Ｔsh以下であれば操舵トルク値に基づいて操舵反力を制御するとともに、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値Ｔshを超えていれば、検出された反力モータ電流値を基準値Ｉ_keepとして操舵反力を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵部材の操作に基づいて転舵輪を転舵させる車両用操舵制御装置に関する。

近年、ステアリングホイール等の操舵部材と転舵輪との間の機械的な連結を解き、操舵伝達系の一部を電気的な経路で構成する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム（単にＳＢＷとも称する）を搭載した車両用操舵制御装置が提供されている。
この種の車両用操舵制御装置では、操舵部材につながった操舵機構と、転舵輪を転舵させるための転舵用モータを用いて実際にタイヤを転舵する転舵機構とが備えられている。転舵機構は、操舵角センサにより検出される操舵部材の操舵角に基づいて転舵用モータを駆動制御する。

操舵機構は、操舵軸に連結された反力モータを備え、該反力モータによって路面等から転舵輪に伝わる反力を模擬的に作り出し、操舵反力として操舵部材に与える（特許文献１参照）。
反力モータを制御する方法として、反力モータに流すモータ電流を直接制御する方法と、操舵トルクセンサを用いて操舵部材に印加される操舵トルクを検出し、この操舵トルクが目標トルクに近づくようにフィードバック制御する方法とがある。後者の方法のほうが精度が良く、一般に用いられる。操舵トルクセンサには、電動パワーステアリング用の操舵トルクセンサが流用される。

特開2006-182058号公報

ステア・バイ・ワイヤ・システムでは、操舵部材の端当て感も反力モータを用いて作り出すので、操舵部材に大きな操舵トルクが印加される。しかし、操舵トルクセンサの検出範囲には限界がある。
そこで操舵トルクセンサの検出範囲を広げるため、操舵トルクセンサの構成部品であるトーションバーとしてばね定数の大きなものを用いることも考えられるが、こうすると操舵トルクの小さな範囲においてセンサの検出分解能が低下するという問題がある。

本発明は、かかる実情に鑑み、操舵トルクセンサの検出範囲を超える、大きな操舵トルクに対応することができる車両用操舵制御装置を提供しようとするものである。

本発明は、操舵部材に印加される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵部材に操舵反力を与えるための反力モータと、操舵トルク検出手段で検出された操舵トルク値に基づいて反力モータによる車両の操舵反力を制御する反力モータ電流制御手段とを備える車両用操舵制御装置において、前記反力モータに流れるモータ駆動電流を検出する反力モータ駆動電流検出手段をさらに備え、前記反力モータ電流制御手段は、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクの絶対値を所定の閾値と比較判定し、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値以下であれば該操舵トルク値に基づいて操舵反力を制御するとともに、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値を超えていれば、前記反力モータ駆動電流検出手段によって検出されたモータ電流値を基準値として操舵反力を制御するものである。

この構成によれば、検出された操舵トルク値の絶対値が閾値以下であれば該操舵トルク値に基づいて操舵反力を制御することにより、操舵トルク検出手段の検出限界内の正確な操舵反力の制御が行える。また検出された操舵トルク値の絶対値が閾値を超える場合にはモータ電流値を基準値として操舵反力を制御することにより、操舵トルク検出手段の検出限界を超えた大きな操舵トルクに対応することができる。

反力モータ電流制御手段は、操舵トルク値に基づく操舵反力の制御から、モータ電流値を基準値とした操舵反力の制御へ切り替える場合は、切り替わる時点でのモータ電流値を記憶し、該記憶されたモータ電流値を基準値として操舵反力を制御するものであってもよい。これによれば、検出された操舵トルク値の絶対値が閾値を超えた時点での反力モータ駆動電流検出手段によって検出されたモータ電流値を基準値とすることで、操舵トルク値の絶対値が閾値を超える時点での反力モータ電流値の急な変化がなくなり、トルク変動の少ない切り換え制御が可能になる。その結果、滑らかな操舵フィーリングが得られる。

本発明の車両用操舵制御装置は、操舵部材に大きな操舵トルクが印加されるステア・バイ・ワイヤ・システムを搭載した車両用操舵制御装置に、有効に利用できる。

本発明の一実施の形態の車両用操舵制御装置１の概略構成を示す模式図である。 制御装置１９の中の、反力モータ１０を駆動制御するための部位を取り出して描いた機能ブロック図である。 制御装置１９により実行される反力モータ電流制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の車両用操舵制御装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵制御装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な連結が解除された、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムを構成している。

車両用操舵制御装置１では、操舵部材２の回転操作に応じて駆動される転舵アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換するようになっている。この転舵軸６の直線運動は、転舵用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換され、これにより車両の転舵が達成される。車両が直進しているときの転舵輪３の位置に対応する操舵部材２の位置が、操舵中立位置として設定される。

転舵アクチュエータ４は、例えば、転舵モータＭを含んでいる。この転舵モータＭの駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ装置）により、転舵軸６の軸方向の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端に連結されたタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８に支持された転舵輪３の操向が達成される。

転舵軸６、タイロッド７およびナックルアーム８により、転舵輪３を転舵するための転舵機構Ａが構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、車体Ｂに固定されている。
操舵部材２は、車体Ｂに回転可能に支持された操舵軸９に連結されている。操舵軸９には、路面等から転舵輪３に伝わる反力を操舵反力として操舵部材２に与えるための反力モータ１０が取り付けられている。反力モータ１０は、ブラシレスモータ等のモータである。反力モータ１０は、車体Ｂに固定されたハウジング内に収容されている。

車両用操舵制御装置１には、操舵軸９に関連して、操舵部材２の操舵角θを検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、操舵軸９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。操舵角θは、操舵部材２を中立位置から右に回すに従って正の方向に増加し、操舵部材２を中立位置から左に回すに従って負の方向に増加するものとする。操舵トルクＴの符号は、操舵部材２を右回転させる方向を正にとり、左回転させる方向を負にとるものとする。操舵部材２、操舵軸９、操舵角センサ１２により、操舵機構Ｃが構成されている。

一方、車両用操舵制御装置１には、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。
これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５が設けられている。車速センサ１５を特に設けず、車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）から取得される車速信号を用いて車速Ｖを検出しても良い。

これらのセンサ類１２〜１５の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニットである制御装置としての制御装置１９に入力されるようになっている。
制御装置１９は、駆動回路２０Ａを通して転舵モータＭを駆動制御するとともに、駆動回路２０Ｂを通して反力モータ１０を駆動制御する。
図２は、制御装置１９の中の、反力モータ１０を駆動制御するための部位を取り出して描いた機能ブロック図である。制御装置１９は、目標トルク値演算部３１、反力モータ電流制御部３２、偏差演算部３３、ＰＩ制御部３４、ＰＷＭ信号を作り出すＰＷＭ信号生成部３５を有している。制御装置１９はさらに、トルクセンサ１３によって検出された操舵トルク値Ｔと比較される閾値Ｔshを記憶する第１メモリ３６と、反力モータ駆動電流検出手段としての駆動回路２０Ｂから得られる反力モータ電流値Ｉを記憶する第２メモリ３７とを備えている。

目標トルク値演算部３１は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θと、車速センサ１５によって検出された車速Ｖとを入力として、操舵角θ、車速Ｖの関数としての目標トルク値Ｔ_refを演算する。目標トルク値Ｔ_refは、操舵角θが正の方向に大きくなるほど負の方向に増大し、操舵角θが負の方向に大きくなるほど正の方向に増大する。また車速Ｖとの関係では、車速Ｖが小さいほどその絶対値は増大し、車速Ｖが大きくなるほどその絶対値は減少していくものとする。

反力モータ電流制御部３２は、目標トルク値Ｔ_refと、トルクセンサ１３によって検出された操舵トルク値Ｔを入力とし、目標モータ電流値Ｉ_refを出力する部位である。反力モータ電流制御部３２は、後に詳しく説明するように、操舵トルク値Ｔの絶対値に応じて、反力モータ電流の制御内容を変える。
反力モータ電流制御部３２から出力される目標モータ電流値Ｉ_refは、偏差演算部３３で反力モータ電流値Ｉとの偏差がとられ、この偏差がＰＩ制御部３４に入力される。ＰＩ制御部３４は反力モータ電流値Ｉを目標モータ電流値Ｉ_refに近づけるため（すなわち偏差を０にするため）の比例・積分制御を行う。

ＰＩ制御部３４の出力はＰＷＭ制御部に入力され、ここで、駆動回路２０Ｂ内の駆動素子をオンオフ制御するためのゲート信号のパルス幅が調整される。駆動回路２０Ｂは駆動素子のオンオフ動作を利用して反力モータを駆動するための反力モータ電流値Ｉを生成する。この反力モータ電流値Ｉが差分演算部にフィードバックされる。
反力モータ電流制御部３２における制御の流れを、フローチャート（図３）を用いて詳細に説明する。この制御は車両走行中、一定処理周期ごとに行っている。

反力モータ電流制御部３２は、トルクセンサ１３によって検出された操舵トルク値Ｔを取得し（ステップＳ１）、操舵トルク値Ｔの絶対値が、閾値Ｔshより小さいかどうか調べる（ステップＳ２）。閾値Ｔshとしては、トルクセンサ１３の検出精度が確保できる上限値、又はこの近傍の値を設定するものとする。
操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshより小さいならば、目標トルク値演算部３１から入力される目標トルク値Ｔ_refとトルクセンサ１３によって検出された操舵トルク値Ｔとに基づいて、例えばＰＩＤ制御の式(1)：
Ｉ_ref＝Ｋ_P（Ｔ_ref−Ｔ）＋Ｋ_I∫（Ｔ_ref−Ｔ）dt＋Ｋ_D d（Ｔ_ref−Ｔ）/dt
を用いて、目標モータ電流値Ｉ_refを算出する（ステップＳ３）。ここでＫ_P，Ｋ_I，Ｋ_Dはモータ電流とモータトルクとの関係を表す定数である。この式(1)は、操舵トルク値Ｔを目標トルク値Ｔ_refに近づけるために行うＰＩＤ制御の内容を表している。

操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshより大きいならば（ステップＳ２のＮＯ）、目標トルク値Ｔ_refとともに、反力モータ駆動電流検出手段としての駆動回路２０Ｂから検出される反力モータ電流値Ｉを利用して、操舵反力を制御する。
その制御内容を説明する。前回の処理周期で検出された操舵トルク値Ｔの絶対値を閾値Ｔshと比較する（ステップＳ４）。もし閾値Ｔshよりも小さければ、操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshを超えた後、初めての処理であることが分かるので、駆動回路２０Ｂから得られる反力モータ電流値Ｉを、第２メモリ３７に記憶する（ステップＳ５）。この記憶した反力モータ電流値ＩをＩ_keepと表記する。そして、目標モータ電流値Ｉ_refを、式(2)：
Ｉ_ref＝Ｉ_keep＋（Ｔ_ref−Ｔsh）Ｋt
を用いて算出する（ステップＳ６）。

もし前回の処理周期で検出された操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshよりも大きければ（ステップＳ４のＮＯ）、操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshを超えた後、初めてでなく２回目以後の処理であることが分かるが、このときは式(2)をそのまま用いて目標モータ電流値Ｉ_refを算出する（ステップＳ６）。
この式(2)は、目標トルク値Ｔ_refと閾値Ｔshとの差を電流値に換算するためモータトルク定数を乗じた項に、トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshを超えた直後のモータ保持電流値Ｉ_keepを加算したものである。

この式の構造により、モータトルク定数Ｋtを含む項のみに基づいて目標モータ電流値Ｉ_refを決定する場合に比べて、モータ保持電流値Ｉ_keepを加算することで、操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshを超える時点での目標モータ電流値Ｉ_refのステップ状の変化がなくなり、トルク変動の少ない切り換え制御が可能になる。その結果、滑らかな操舵フィーリングが得られる。また、車両の中立付近特性をより再現するためにメカ摩擦要素を加えたシステムでは、中立付近ではメカ摩擦要素が良好な反力特性に寄与する一方、反力の大きな領域では、所定の目標反力とずれが生じるが、メカ摩擦によるそのずれを補償できる。

また、式(1)と比較すれば分かるように、トルクセンサ１３によって検出される操舵トルク値Ｔの変わりに閾値Ｔshを用いている。前述したように「閾値Ｔshとしては、トルクセンサの検出精度が確保できる上限値、又はこの近傍の値を設定」しているので、この閾値Ｔshを超える操舵トルク値Ｔの精度は保障されない。よって、操舵トルク値Ｔの絶対値が閾値Ｔshよりも大きなときに、トルクセンサ１３によって検出される非保障の操舵トルク値Ｔを用いないで、固定された閾値Ｔshを用いるようにしたのである。これによって、検出限界の広いトルクセンサ１３を用いなくても、高い検出分解能を維持しながら大きな操舵トルクに対応することができる。

以上で本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明の車両用操舵制御装置の反力モータ電流制御は、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両のみならず、ドライビング・シミュレータの操舵制御にも利用することができる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵制御装置、２…操舵部材、１０…反力モータ、１２…操舵角センサ、１３…操舵トルクセンサ、１９…制御装置、２０Ｂ…駆動回路、Ａ…転舵機構、Ｃ…操舵機構、Ｍ…転舵モータ

Claims (3)

1. 操舵部材に印加される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵部材に操舵反力を与えるための反力モータと、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルク値に基づいて前記反力モータによる車両の操舵反力を制御する反力モータ電流制御手段とを備える車両用操舵制御装置において、
   前記反力モータに流れるモータ駆動電流を検出する反力モータ駆動電流検出手段をさらに備え、
   前記反力モータ電流制御手段は、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクの絶対値を所定の閾値と比較判定し、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値以下であれば該操舵トルク値に基づいて操舵反力を制御するとともに、前記検出された操舵トルク値の絶対値が前記閾値を超えていれば、前記反力モータ駆動電流検出手段によって検出されたモータ電流値を基準値として操舵反力を制御するものである、車両用操舵制御装置。
2. 前記反力モータ電流制御手段は、前記操舵トルク値に基づく操舵反力の制御から、前記モータ電流値を基準値とした操舵反力の制御へ切り替える場合は、切り替わる時点でのモータ電流値を記憶し、該記憶されたモータ電流値を前記基準値として操舵反力を制御するものである、請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
3. ステア・バイ・ワイヤ・システムを搭載した車両用操舵制御装置である、請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵制御装置。

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