JP2014221587A - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め設定した時間である角速度算出時間内におけるステアリングホイールの操舵角の変化量に基づく操舵角速度と、角速度算出時間内における転舵輪側出力角の変化量に基づく出力角速度の関係を示すモデル式であるユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに、検出した操舵角と転舵角の算出に用いた転舵輪側出力角を入力した値に基づいて、ユニバーサルジョイントに入力された操舵角と、この入力された操舵角に基づきユニバーサルジョイントから出力される出力角の比に基づく入出力トルク比を演算し、検出した操舵トルクと演算した入出力トルク比に基づいて、転舵輪の転舵を補助するためのアシストトルクの指令値を算出する。
【選択図】図17
Description
しかしながら、特許文献1に記載されている技術では、ステアリングホイールにより入力された操舵角の、トルク伝達経路でユニバーサルジョイントにより伝達される変化を考慮することなく、相対的な転舵輪の転舵角を算出して、転舵輪の転舵角を算出する。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、アシストトルクを出力するアクチュエータを適切に制御することが可能な車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題とする。
このため、トルク変動に応じた入出力トルク比に基づいて、アシストトルクの指令値を算出することが可能となり、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、運転者の操舵操作に対してアクチュエータを適切に制御することが可能となる。
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1は、本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両の概略構成を示す図である。また、図2は、本実施形態の車両用操舵制御装置1の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両は、SBWシステムを適用した車両である。
図1及び図2中に示すように、本実施形態の車両用操舵制御装置1は、転舵モータ2と、転舵モータ制御部4と、クラッチ6と、反力モータ8と、反力モータ制御部10を備える。
また、転舵モータ2は、回転可能な転舵モータ出力軸12を有する。
転舵モータ出力軸12の先端側には、ピニオンギヤを用いて形成した転舵出力歯車12aを設けてある。
転舵出力歯車12aは、ステアリングラック14に挿通させたラック軸18の両端部間に設けたラックギヤ18aと噛合する。
転舵モータ角度センサ16は、転舵モータ2の回転角である転舵モータ回転角を検出し、この検出した転舵モータ回転角を含む情報信号を、転舵モータ制御部4を介して、反力モータ制御部10へ出力する。
転舵モータトルクセンサ2tは、転舵モータ2が駆動時に発生させるトルクである転舵モータトルクを検出する。そして、転舵モータトルクセンサ2tは、検出した転舵モータトルクを含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。なお、以降の説明では、転舵モータトルクを、「トルクセンサ値Vtm」と記載する場合がある。また、転舵モータトルクセンサ2tが検出した転舵モータトルクは、操舵トルクに変換してもよい。
ステアリングラック14は、円筒形状に形成してあり、転舵モータ出力軸12の回転、すなわち、転舵出力歯車12aの回転に応じて車幅方向へ変位するラック軸18を挿通させる。
また、ステアリングラック14の内部には、ラック軸18の外径面を全周から覆うストッパ部14aを二つ設ける。二つのストッパ部14aは、それぞれ、ステアリングラック14の内部において、転舵出力歯車12aよりも車幅方向右側及び左側に設ける。なお、図1中では、二つのストッパ部14aのうち、転舵出力歯車12aよりも車幅方向右側に設けたストッパ部14aの図示を省略する。
ラック軸18の両端は、それぞれ、タイロッド20及びナックルアーム22を介して、転舵輪24に連結する。また、ラック軸18とタイロッド20との間には、タイヤ軸力センサ26を設ける。
タイヤ軸力センサ26は、ラック軸18の軸方向(車幅方向)に作用する軸力を検出し、この検出した軸力(以降の説明では、「タイヤ軸力」と記載する場合がある)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
転舵モータ制御部4は、反力モータ制御部10と、CAN(Controller Area Network)等の通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。
また、転舵モータ制御部4は、転舵位置サーボ制御部30と、転舵側前回処理内容記憶部MAを有する。
転舵位置サーボ制御部30は、転舵モータ2を駆動させるための転舵モータ駆動電流を演算し、この演算した転舵モータ駆動電流を、転舵モータ2へ出力する。
転舵モータ駆動電流の演算は、反力モータ制御部10が出力する転舵モータ電流指令と、実際に転舵モータ2へ通電している電流(転舵モータ実電流)の指令値(以降の説明では、「転舵モータ実電流指令It」と記載する場合がある)に基づいて行う。具体的には、転舵モータ実電流指令Itを用いて転舵モータ電流指令を補正し、転舵モータ駆動電流を演算する。
なお、転舵モータ実電流指令Itは、例えば、転舵モータ2に基板温度センサ(図示せず)を内蔵し、この内蔵した基板温度センサを用いて計測する。
ここで、転舵モータ実電流指令Itに基づいて転舵モータ2の温度Ttを推定する方法としては、例えば、大電流域では、計測した実際の電流値を用いて転舵モータ実電流指令Itを求める。具体的には、計測した実際の電流値と予め記憶している電流閾値とを比較し、計測した実際の電流値が電流閾値よりも大きい場合は、計測した実際の電流値を、転舵モータ実電流指令Itとして採用する。
そして、上記のように採用した転舵モータ実電流指令Itを用いて、転舵モータ2の温度Ttを推定する。
なお、転舵側前回処理内容記憶部MAに関する説明は、後述する。
クラッチ6は、運転者が操作するステアリングホイール32と転舵輪24との間に介装し、反力モータ制御部10が出力するクラッチ駆動電流に応じて、開放状態または締結状態に切り替わる。なお、クラッチ6は、通常状態では、開放状態である。
また、ステアリングホイール32とクラッチ6との間には、操舵角センサ34と、操舵トルクセンサ36と、反力モータ8と、反力モータ角度センサ38を配置する。
操舵角センサ34は、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。
ここで、近年の車両は、ステアリングホイール32の操舵角を検出可能なセンサを、標準的に備えている場合が多い。このため、本実施形態では、操舵角センサ34として、車両に既存のセンサである、ステアリングホイール32の操舵角を検出可能なセンサを用いた場合について説明する。
操舵トルクセンサ36は、操舵角センサ34と同様、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。
なお、反力モータ8及び反力モータ角度センサ38に関する説明は、後述する。
また、クラッチ6は、開放状態で互いに離間し、締結状態で互いに噛合する一対のクラッチ板40を有する。なお、図1中及び以降の説明では、一対のクラッチ板40のうち、ステアリングホイール32側に配置するクラッチ板40を、「操舵輪側クラッチ板40a」とし、転舵輪24側に配置するクラッチ板40を、「転舵輪側クラッチ板40b」とする。
転舵輪側クラッチ板40bは、ピニオン軸44の一端に取り付けてあり、ピニオン軸44と共に回転する。
ピニオン軸44の他端は、ピニオン46内に配置してある。
ピニオン46には、ラックギヤ18aと噛合するステアリングギヤ(図示せず)を内蔵する。これに加え、ピニオン46には、ピニオン軸トルクセンサ46tを設ける。
ピニオン軸トルクセンサ46tは、ピニオン軸44に加わるトルクであるピニオン軸トルクを検出する。そして、ピニオン軸トルクセンサ46tは、検出したピニオン軸トルクを含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。なお、以降の説明では、ピニオン軸トルクを、「トルクセンサ値Vtp」と記載する場合がある。
ステアリングギヤは、ピニオン軸44と共に回転する。すなわち、ステアリングギヤは、ピニオン軸44を介して、転舵輪側クラッチ板40bと共に回転する。
また、反力モータ角度センサ38は、反力モータ8の回転角を検出し、この検出した回転角(以降の説明では、「反力モータ回転角」と記載する場合がある)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
反力モータ制御部10は、転舵モータ制御部4と、通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。これに加え、反力モータ制御部10は、通信ライン28を介して、車速センサ50及びエンジンコントローラ52が出力する情報信号の入力を受ける。
また、反力モータ制御部10は、通信ライン28を介して入力を受けた情報信号や、各種センサから入力を受けた情報信号に基づき、反力モータ8を駆動制御する。
エンジンコントローラ52(エンジンECU)は、エンジン(図示せず)の状態(エンジン駆動、または、エンジン停止)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
また、反力モータ制御部10は、指令演算部54と、反力サーボ制御部56と、クラッチ制御部58と、反力側前回処理内容記憶部MBを有する。
指令演算部54は、車速センサ50、操舵角センサ34、エンジンコントローラ52、操舵トルクセンサ36、反力モータ角度センサ38、タイヤ軸力センサ26及び転舵モータ角度センサ16が出力した情報信号の入力を受ける。
なお、指令演算部54の詳細な構成についての説明は、後述する。
また、反力サーボ制御部56は、実際に反力モータ8へ通電している電流(反力モータ実電流)の値(以降の説明では、「反力モータ電流値Ih」と記載する場合がある)を計測する。
ここで、反力モータ駆動電流の演算は、指令演算部54が出力する反力モータ電流指令(後述)と、反力モータ電流値Ihに基づいて行う。具体的には、反力モータ電流値Ihを用いて反力モータ電流指令を補正し、反力モータ駆動電流を演算する。
クラッチ制御部58は、指令演算部54が出力するクラッチ電流指令(後述)に基づいて、開放状態のクラッチ6を締結状態へ切り替えるために必要な電流を、クラッチ駆動電流として演算する。そして、演算したクラッチ駆動電流を、クラッチ6へ出力する。
なお、反力側前回処理内容記憶部MBに関する説明は、後述する。
図3は、SBWシステムのステアリング構造を示す図である。
ステアリングホイール32は、ステアリングシャフト42の一端に連結してある。
ステアリングシャフト42は、ステアリングコラム5によって回転自在に保持されている。
また、ステアリングシャフト42の他端は、ユニバーサルジョイント7を介して操舵側中間シャフト9の一端に連結している。
ステアリングコラム5には、ステアリングシャフト42に連結した反力モータ8を設けている。
操舵側中間シャフト9の他端は、ユニバーサルジョイント11を介してクラッチ入力軸13の一端に連結してある。
クラッチ入力軸13の他端は、クラッチ6を介してクラッチ出力シャフト17の一端に同軸で対向しており、クラッチ6は、クラッチ入力軸13とクラッチ出力シャフト17との断続(締結及び遮断)を行う。
転舵側中間シャフト21の他端は、ユニバーサルジョイント23を介してピニオンシャフト25の一端に連結してあり、ピニオンシャフト25の他端は、ラック&ピニオン式のステアリングギヤ27に連結してある。なお、図示は省略するが、ステアリングギヤ27の出力側となるラックの両端は、夫々、左右のタイロッドの一端に連結してあり、タイロッドの他端は、車輪に連結してある。以上により、トルク伝達経路は、複数のユニバーサルジョイント(7、11、19、23)で連結されている。
通常は、クラッチ6を遮断した状態で、転舵モータ31を駆動制御すると共に、反力モータ8を駆動制御することで、ステア・バイ・ワイヤを実行し、所望のステアリング特性や旋回挙動特性を実現し、且つ良好な操作フィーリングを実現する。一方、システムに異常が生じた場合には、ステア・バイ・ワイヤを中止し、フェールセーフとしてクラッチ6を締結状態に戻すことで、機械的なバックアップを確保する。
操舵側中間シャフト9、及び転舵側中間シャフト21は、夫々、軸方向に伸縮可能に構成してある。
クラッチ6は、ブラケット43を介してダッシュパネル45に固定してある。
次に、図1から図3を参照しつつ、図4を用いて、指令演算部54の詳細な構成について説明する。
図4は、指令演算部54の構成を示すブロック図である。
図4中に示すように、指令演算部54は、中立位置記憶部60と、転舵モータ電流指令演算部62と、クラッチ状態切り替え部64を備える。これに加え、指令演算部54は、操舵側クラッチ角算出部66と、転舵側クラッチ角算出部68と、クラッチ角偏差算出部70と、クラッチ角偏差記憶部72と、転舵角記憶部74と、転舵角算出部76と、EPS制御ブロック78を備える。
転舵モータ電流指令演算部62は、中立位置記憶部60が記憶している操舵角と転舵モータ回転角との関係と、操舵角センサ34が検出した現在操舵角θHと、車速センサ50が検出した車速に基づき、転舵モータ電流指令を演算する。そして、演算した転舵モータ電流指令を含む情報信号を、転舵位置サーボ制御部30へ出力する。
クラッチ状態切り替え部64は、エンジンコントローラ52からエンジンの状態を含む情報信号の入力を受ける。
操舵側クラッチ角算出部66は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、操舵側クラッチ角算出部66は、操舵角センサ34から、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号の入力を受ける。さらに、操舵側クラッチ角算出部66は、操舵トルクセンサ36から、トルクセンサ値Vtsを含む情報信号の入力を受ける。
ここで、本実施形態の操舵側クラッチ角算出部66は、操舵角センサ34が検出した現在操舵角が、操舵側ユニバーサルジョイントを介してクラッチ6へ伝達された回転角である操舵側出力角に基づいて、操舵側クラッチ角を算出する。なお、操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理については、後述する。
そして、転舵側クラッチ角算出部68は、クラッチ6を連結状態へ切り替えると、転舵モータ角度センサ16が検出した転舵モータ回転角に基づいて、トルク伝達経路の転舵輪24側における回転角である転舵側クラッチ角を算出する。さらに、算出した転舵側クラッチ角を含む情報信号を、クラッチ角偏差算出部70へ出力する。なお、転舵側クラッチ角算出部68が転舵側クラッチ角を算出する処理については、後述する。
クラッチ角偏差算出部70は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、クラッチ角偏差算出部70は、操舵側クラッチ角算出部66から、操舵側クラッチ角を含む情報信号の入力を受ける。さらに、クラッチ角偏差算出部70は、転舵側クラッチ角算出部68から、転舵側クラッチ角を含む情報信号の入力を受ける。
クラッチ角偏差記憶部72は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、クラッチ角偏差記憶部72は、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受ける。
そして、クラッチ角偏差記憶部72は、クラッチ6を連結状態へ切り替えた時点の、クラッチ角偏差を記憶する。また、クラッチ角偏差記憶部72は、記憶しているクラッチ角偏差を更新(上書き)すると、クラッチ角偏差を更新した内容を含む情報信号を、トルク比マップ記憶部84へ出力する。
そして、転舵角記憶部74は、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点の、転舵輪24の転舵角を記憶する。
転舵角算出部76は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、転舵角算出部76は、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受ける。また、転舵角算出部76は、操舵トルクセンサ36から、トルクセンサ値Vtsを含む情報信号の入力を受ける。
ここで、上記のユニバーサルジョイント変化角とは、操舵角センサ34が検出した現在操舵角に基づき、トルク伝達経路上で、予め転舵角算出部76が記憶したモデルを用いて算出した角度である。なお、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する処理と、転舵角算出部76が記憶したモデルについては、後述する。
EPS制御ブロック78は、操舵角センサ34から、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号の入力を受ける。また、EPS制御ブロック78は、転舵モータ角度センサ16から、転舵モータ回転角を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、EPS制御ブロック78は、車速センサ50から、車速を含む情報信号の入力を受ける。さらに、EPS制御ブロック78は、ピニオン軸トルクセンサ46tから、トルクセンサ値Vtpを含む情報信号の入力を受ける。
ここで、転舵モータ電流指令の演算は、操舵角センサ34が検出した現在操舵角θHと、転舵モータ角度センサ16が検出した転舵モータ回転角と、車速センサ50が検出した車速と、転舵モータトルクセンサ2tが検出したトルクセンサ値Vtmに基づいて行なう。
なお、EPS制御ブロック78の詳細な構成については、後述する。
以下、図1から図4を参照しつつ、図5及び図6を用いて、クラッチ角偏差算出部70がクラッチ角偏差を算出する具体的な処理について説明する。
図5は、クラッチ角偏差算出部70がクラッチ角偏差を算出する処理を示すブロック図である。
クラッチ角偏差を算出する処理では、操舵側クラッチ角算出部66により操舵側クラッチ角θcl_inを算出し、転舵側クラッチ角算出部68により転舵側クラッチ角θcl_outを算出する。そして、転舵側クラッチ角θcl_outから操舵側クラッチ角θcl_inを減算した値を、クラッチ角偏差dθCLとして算出(図5中に示す「dθCL=θcl_out−θcl_in」)する。
・操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理
操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、操舵側クラッチ角算出用トルク閾値は、操舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、操舵側クラッチ角算出部66に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、操舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチがオフ状態となると、操舵角センサ34が検出した現在操舵角を、ユニバーサルジョイント7の入力角tanθInとして以下の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント7の出力角θoutを算出する。なお、以下の式(1)は、各ユニバーサルジョイントの出力角を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルを示す式である。また、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する原理については、後述する。
ここで、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、操舵側クラッチ角算出部66及び転舵角算出部76に記憶させておく。
したがって、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、操舵輪側入力角と転舵輪側出力角の関係を示すモデル式となる。ここで、操舵輪側入力角は、ユニバーサルジョイントへステアリングホイール32側から入力した角度であり、転舵輪側出力角は、ユニバーサルジョイントを介して操舵輪側入力角を転舵輪24側へ出力した角度である。
ジョイント角α1は、例えば、現在操舵角θHと、予め生成した波形マップを用いて、車両の出荷前に行なう調整工程等において算出し、操舵側クラッチ角算出部66、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76に記憶する。なお、ジョイント角α1の算出及び記憶は、車両の出荷後は、例えば、整備工場等において行なってもよい。
ここで、波形マップは、図6中に示すマップであり、例えば、クラッチ角偏差算出部70に記憶させておく。なお、図6は、波形マップを示す図であり、車両の諸元等に因らず、数式等により規定されるマップである。
また、図6中では、横軸に操舵角(図中では、「操舵角[deg]」と記載する)を示し、縦軸にピニオン46の角度(ピニオン角)と操舵角との偏差(図中では、「偏差角[deg]」と記載する)を示す。
そして、ジョイント角α1を算出する際には、例えば、ステアリングホイール32の操舵角を変化させて、波形マップ中の偏差角[deg]を変化させる。この場合、操舵角を変化させて偏差角[deg]の上限値及び下限値を検出し、これらの検出した上限値及び下限値に基づいて、ジョイント角α1を算出する。
また、上記の式(1)中に示す「θoffset」は、トルク伝達経路における、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)の、入力側の軸に対する出力側の軸のねじれ角を示す位相角である。
位相角θoffsetは、車両の設計事項であるため、例えば、車両の製造時等において、操舵側クラッチ角算出部66、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76に記憶する。なお、位相角θoffsetは、例えば、車両の出荷前に検出及び記憶してもよい。また、位相角θoffsetの検出及び記憶は、車両の出荷後は、例えば、整備工場等において行なってもよい。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント7の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント11の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを算出する。そして、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを、操舵側クラッチ角θcl_inとして算出する。
また、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを算出する際には、上記の式(1)中に示す「θoffset」が、操舵側中間シャフト9に対するクラッチ入力軸13のねじれ角を示す位相角となる。なお、以降の説明では、操舵側中間シャフト9に対するクラッチ入力軸13のねじれ角を示す位相角を、ユニバーサルジョイント11の位相角θoffsetと規定し、「位相角θoffset2」と記載する場合がある。
ここで、操舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、以下に示す二つのモデル式(E1、E2)である。
E1.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α1を入力し、「θoffset」として位相角θoffset1を入力したモデル式
E2.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α2を入力し、「θoffset」として位相角θoffset2を入力したモデル式
転舵側クラッチ角算出部68が転舵側クラッチ角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、転舵側クラッチ角算出用トルク閾値は、転舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、転舵側クラッチ角算出部68に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、転舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして以下の式(2)に入力し、ユニバーサルジョイント23の逆出力角θoutを算出する。なお、以下の式(2)は、各ユニバーサルジョイントの逆出力角を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを示す式である。
ここで、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、転舵側クラッチ角算出部68に記憶させておく。
したがって、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、転舵輪側逆入力角と操舵輪側逆出力角の関係を示すモデル式となる。ここで、転舵輪側逆入力角は、転舵側ユニバーサルジョイントへ転舵輪24側から入力した角度であり、操舵輪側逆出力角は、転舵側ユニバーサルジョイントを介して転舵輪側逆入力角をステアリングホイール32側へ出力した角度である。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント23の逆出力角θoutを、ユニバーサルジョイント19の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力し、ユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを算出する。そして、ユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを、転舵側クラッチ角θcl_outとして算出する。
また、ユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを算出する際には、上記の式(2)中に示す「θoffset」が、クラッチ出力シャフト17に対する転舵側中間シャフト21のねじれ角を示す位相角となる。なお、以降の説明では、クラッチ出力シャフト17に対する転舵側中間シャフト21のねじれ角を示す位相角を、ユニバーサルジョイント19の位相角θoffsetと規定し、「位相角θoffset3」と記載する場合がある。
なお、上記の説明では、式(1)及び(2)を用いて処理を行ったが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、現在操舵角と操舵側クラッチ角θcl_inとの関係を示すマップと、転舵モータ回転角と転舵側クラッチ角θcl_outとの関係を示すマップを用いて処理を行ってもよい。
以下、図1から図6を参照しつつ、図7を用いて、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する具体的な処理について説明する。
図7は、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する処理を示すブロック図である。
転舵輪24の転舵角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した転舵角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、転舵角算出用トルク閾値は、転舵角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、転舵角算出部76に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、転舵角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチをオン状態とした時点において操舵角センサ34が検出した現在操舵角を、ユニバーサルジョイント7の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力する。これにより、ユニバーサルジョイント7の出力角θoutを算出する。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント7の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント11の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを算出する。そして、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを、操舵側クラッチ角θcl_inとして算出する。
そして、上記のように算出した転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outを、ユニバーサルジョイント19の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント19の出力角θoutを算出する。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント19の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント23の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを算出する。
ここで、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分は、以下の式(3)で示される。なお、以下の式(3)は、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルを示す式である。また、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルが成立する原理については、後述する。
ここで、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、転舵角算出部76に記憶させておく。
これに加え、転舵輪24の転舵角を算出する処理では、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分を除算したユニバーサルジョイント23の出力角θoutを、上述したトルクセンサ値Vtpに基づいて補正する。
ここで、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutの補正には、トルクセンサ値Vtpに基づく各シャフト及び各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のねじれ角を用いる。なお、各シャフトとは、ステアリングシャフト42、操舵側中間シャフト9、クラッチ出力シャフト17、転舵側中間シャフト21、ピニオンシャフト25である。
ねじれ角=トルクセンサ値Vtp[Nm]/各シャフト及び各ユニバーサルジョイントのねじり剛性[Nm/rad] … (4)
したがって、トルクセンサモデルは、ピニオン軸トルクセンサ46tが検出したピニオン軸トルクに基づく操舵トルクと、各ユニバーサルジョイントのねじり剛性と、各ユニバーサルジョイントの入力軸及び出力軸のねじり剛性との関係を示すモデル式となる。
なお、本実施形態では、一例として、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを、各シャフト及び各ユニバーサルジョイントのねじれ角を用いて補正する際に、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutにねじれ角を加算する場合を説明する。
以上により、転舵角算出部76は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outが転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角に基づいて、転舵輪24の転舵角を算出する。
また、本実施形態の転舵角算出部76は、予め設定した転舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outを入力した値に基づいて、転舵輪24の転舵角を算出する。
E3.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α3を入力し、「θoffset」として位相角θoffset3を入力したモデル式
E4.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α4を入力し、「θoffset」として位相角θoffset4を入力したモデル式
したがって、操舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルと、転舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、上記の式(1)で示すユニバーサルジョイント出力角算出モデルに基づくモデル式である。
また、本実施形態の転舵角算出部76は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outが転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角を、トルクセンサモデルを用いて算出したトルク伝達経路のねじれ角を用いて補正する。そして、この補正した値に基づいて、転舵輪24の転舵角を算出する。
以下、図1から図7を参照しつつ、図8及び図9を用いて、EPS制御ブロック78の詳細な構成について説明する。
図8中に示すように、EPS制御ブロック78は、トルク比演算部80と、トルク比マップ生成部82と、トルク比マップ記憶部84と、アシストトルク算出部86を備える。なお、図8は、EPS制御ブロック78の構成を示すブロック図である。
トルク比演算部80は、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号と、転舵モータ回転角を含む情報信号と、トルクセンサ値Vtpを含む情報信号の入力を受ける。
トルク比マップ生成部82は、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、トルク比マップ生成部82は、トルク比演算部80から、入出力トルク比を含む情報信号の入力を受ける。
具体的には、現在操舵角が0[°]〜180[°]まで変化する間、すなわち、現在操舵角が180度の変化幅で変化する間における、現在操舵角に対応する入出力トルク比を検出する。そして、現在操舵角が0[°]〜180[°]まで変化する間における入出力トルク比の変動を算出し、この算出した入出力トルク比の変動と現在操舵角とを対応させて、入出力トルク比マップを生成する。
ここで、入出力トルク比マップは、図9中に示すように、横軸に現在操舵角(図中では、「操舵角」と記載する)を示し、縦軸に入出力トルク比(図中では、「トルク比」と記載する)を示すマップである。なお、図9は、入出力トルク比マップを示す図である。
また、入出力トルク比マップの生成は、例えば、車両の出荷前に行なう処理や、車両の出荷後に行なう処理で行う。
トルク比マップ記憶部84は、トルク比マップ生成部82から、入出力トルク比マップを含む情報信号の入力を受ける。これに加え、トルク比マップ記憶部84は、クラッチ角偏差記憶部72から、クラッチ角偏差を更新した内容を含む情報信号の入力を受ける。
また、トルク比マップ記憶部84は、クラッチ角偏差を更新した内容を含む情報信号の入力を受けると、トルク比マップ生成部82から入力を受けた情報信号に基づいて、記憶している入出力トルク比マップを更新する。
すなわち、トルク比マップ記憶部84は、クラッチ角偏差算出部70が算出したクラッチ角偏差dθCLが変化すると、記憶しているトルク比マップを、変化したクラッチ角偏差dθCLに対応する入出力トルク比マップに変更する。
そして、アシストトルク算出部86は、入力を受けた各情報信号と、トルク比マップ記憶部84が記憶している入出力トルク比マップに基づいて、アシストトルクの指令値を算出する。そして、算出したアシストトルクの指令値を含む情報信号(図中では、「アシストトルク指令値」と示す)を、転舵モータ制御部4へ出力する。
また、アシストトルクの指令値を算出する際には、トルク比演算部80から入力を受けた情報信号が含む入出力トルク比と、トルク比マップ記憶部84が記憶している入出力トルク比マップのうち、少なくとも一方を用いる。
すなわち、アシストトルク算出部86は、トルクセンサ値Vtpと、トルク比演算部80が演算した入出力トルク比及びトルク比マップ記憶部84が記憶している入出力トルク比マップのうち、少なくとも一方に基づいて、アシストトルクの指令値を算出する。
また、本実施形態のアシストトルク算出部86は、トルクセンサ値Vtpをトルク比演算部80が演算した入出力トルク比により補正して、アシストトルクの指令値を算出する。
以下、図1から図9を参照しつつ、図10から図12を用いて、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する原理について説明する。
図10は、単体のユニバーサルジョイントが有する回転軸と、回転軸周りの回転運動との関係を示す図である。なお、図10中には、説明のために、ステアリングホイール32を模式的に示している。すなわち、図10中に示す単体のユニバーサルジョイントは、ユニバーサルジョイント7を示す。
図10中に示すように、ユニバーサルジョイントは、三本の回転軸(x軸、y軸、z軸)を有しており、各回転軸周りの回転行列Rは、それぞれ、以下の式(5)〜(7)で示される。なお、式(5)は、x軸周りの回転行列R(x,θ)を示す式であり、式(6)は、y軸周りの回転行列R(y,θ)を示す式であり、式(7)は、z軸周りの回転行列R(z,θ)を示す式である。
また、車両の構成としては、ステアリングホイール32と転舵輪24との間における各種構成部品のレイアウト等に応じて、各ユニバーサルジョイントの入力軸と出力軸を直列に配列することは少ない。このため、ユニバーサルジョイントの位相角θoffsetが存在する構成が一般的である。
したがって、上記の式(15)で示す、ユニバーサルジョイントの入力角tanθInと出力角θoutとの関係に対して、入力角tanθInに位相角θoffsetを加算すると、上記の式(1)で示されるユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する。
以下、図1から図12を参照して、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルが成立する原理について説明する。
転舵輪24の転舵角を算出する際には、上述したように、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutから、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分による影響を除去する。したがって、上記の式(15)において、ユニバーサルジョイントの入力角tanθIn及び出力角θoutを0[°]とすると、以下の式(16)からオフセット成分を減算することにより、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分による影響を除去する。
以下、図1から図12を参照して、転舵側前回処理内容記憶部MAの構成と、反力側前回処理内容記憶部MBの構成について説明する。
転舵側前回処理内容記憶部MAは、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read‐Only Memory)を用いて形成する。
また、転舵側前回処理内容記憶部MAは、エンジンコントローラ52から、エンジンの状態を含む情報信号の入力を受け、さらに、操舵角センサ34から、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、転舵側前回処理内容記憶部MAは、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受け、さらに、転舵角算出部76から、転舵輪24の転舵角を含む情報信号の入力を受ける。
反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、例えば、EEPROMを用いて形成する。
また、反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、エンジンコントローラ52、操舵角センサ34、クラッチ角偏差算出部70、転舵角算出部76から、それぞれ、情報信号の入力を受ける。
そして、反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における、現在操舵角と、クラッチ角偏差と、転舵輪24の転舵角を記憶する。
次に、図1から図12を参照しつつ、図13から図15を用いて、指令演算部54が行なう処理について説明する。
指令演算部54が行なう処理としては、例えば、車両の出荷前に行なう処理と、出荷後の車両に対して行なう処理がある。
図13は、車両の出荷前に行なう処理を示すフローチャートである。
指令演算部54が車両の出荷前に行なう処理としては、ジョイント角αを算出及び記憶する処理と、位相角θoffsetを記憶する処理がある。
図13中に示すように、車両の出荷前に行なう処理を開始(START)すると、まず、ステップS10の処理を行う。
ステップS10では、例えば、整備工場等において、ステアリングホイール32の操舵角と転舵輪24の実転舵角を、共に中立位置へ調整(図中に示す「操舵角と実転舵角を中立位置に調整」)する。ステップS10において、操舵角及び実転舵角を中立位置へ調整すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS20へ移行する。
ステップS30では、位相角θoffset1〜θoffset4を、操舵側クラッチ角算出部66、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76に記憶(図中に示す「位相角θoffsetを記憶」)する。ステップS30において、位相角θoffsetを記憶すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS40へ移行する。
ステップS40では、操舵角に対する転舵モータ回転角の偏差を、操舵角と転舵モータ回転角との関係として、中立位置記憶部60に記憶(図中に示す「中立位置を記憶」)する。ステップS40において、操舵角と転舵モータ回転角との関係を記憶すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は終了(END)する。
出荷後の車両に対して指令演算部54が行なう処理としては、クラッチ角偏差を算出・記憶する処理と、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理がある。
図14は、出荷後の車両に対して行なう処理のうち、クラッチ角偏差を算出・記憶する処理を示すフローチャートである。なお、指令演算部54は、予め設定した周期(例えば、5[ms])で、以下に説明する処理を行う。
図14中に示すように、クラッチ角偏差を算出する処理を開始(START)すると、まず、ステップS100の処理を行う。
ステップS100において、イグニッションスイッチがオフ状態である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS110へ移行する。
一方、ステップS100において、イグニッションスイッチがオフ状態ではない(図中に示す「No」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS100の処理を繰り返す。
ステップS110において、クラッチ6が締結状態である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS120へ移行する。
一方、ステップS110において、クラッチ6が締結状態ではない(図中に示す「No」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS110の処理を繰り返す。
ステップS120において、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS130へ移行する。
一方、ステップS120において、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲外である(図中に示す「No」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS120の処理を繰り返す。
ステップS140では、トルクセンサ値Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する処理(図中に示す「Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内?」)を行う。
ステップS140において、トルクセンサ値Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS150へ移行する。
ステップS150では、転舵側クラッチ角算出部68により、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いて、転舵側クラッチ角θcl_outを算出(図中に示す「転舵側クラッチ角θcl_outを算出」)する処理を行う。ステップS150において、転舵側クラッチ角θcl_outを算出すると、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS160へ移行する。
ステップS170では、クラッチ角偏差記憶部72が、ステップS160で算出したクラッチ角偏差dθCLを記憶(図中に示す「クラッチ角偏差dθCLを記憶」)する処理を行う。ステップS170において、クラッチ角偏差dθCLを記憶すると、クラッチ角偏差を算出する処理は終了(END)する。
図15は、出荷後の車両に対して行なう処理のうち、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理を示すフローチャートである。
図15中に示すフローチャートは、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態となると開始(START)し、まず、ステップS200の処理を行う。
ステップS200では、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する処理(図中に示す「Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内?」)を行う。
一方、ステップS200において、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲外である(図中に示す「No」)と判定した場合、転舵輪24の転舵角を算出する処理は、ステップS200の処理を繰り返す。
一方、ステップS260において、出荷後偏差と出荷前偏差が等しい(図中に示す「No」)と判定した場合、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は、ステップS280へ移行する。
ステップS270では、ステップS40で中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係を、ステップS250で補正した出荷後偏差に基づく関係に補正(図中に示す「中立位置を補正」)する処理を行う。ステップS270において、中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正すると、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は、ステップS290へ移行する。
ステップS290では、クラッチ状態切り替え部64により、クラッチ6を開放状態に切り替えるためのクラッチ電流指令をクラッチ6へ出力(図中に示す「クラッチ開放指令を出力」)を行う。ステップS290において、クラッチ6を開放状態に切り替えるためのクラッチ電流指令をクラッチ6へ出力すると、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は終了(END)する。
以下、図1から図15を参照しつつ、図16を用いて、EPS制御ブロック78が行なう処理のうち、トルク比演算部80が入出力トルク比を演算する処理について説明する。
図16は、トルク比演算部80が入出力トルク比を演算する処理を示すフローチャートである。
図16中に示すフローチャートを開始(START)すると、まず、ステップS300の処理として、イグニッションスイッチをオン状態に維持しつつ、クラッチ6を締結状態(図中に示す「クラッチ締結」)とする処理を行う。なお、ステップS300では、クラッチ6を、滑り締結状態を含まない完全締結状態とする処理を行う。ステップS300において、クラッチ6を締結状態とすると、入出力トルク比を演算する処理は、ステップS310へ移行する。
ステップS310において、クラッチ角偏差dθCLが更新されていない(図中に示す「No」)と判定した場合、入出力トルク比を演算する処理は、ステップS320へ移行する。
一方、ステップS310において、クラッチ角偏差dθCLが更新されている(図中に示す「Yes」)と判定した場合、入出力トルク比を演算する処理は、ステップS340へ移行する。
ステップS340では、操舵角センサ34により、クラッチ6を締結状態とした時点の現在操舵角θHを検出(図中に示す「現在操舵角検出」)する処理を行う。ステップS340において、現在操舵角θHを検出すると、入出力トルク比を演算する処理は、ステップS350へ移行する。
また、仮想変位角ΔθHは、角速度算出時間Δt内における操舵角の変化量に対応するパラメータである。
なお、以下の式(18)は、各ユニバーサルジョイントの出力角速度を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルを示す式である。
したがって、ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルは、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPの関係を示すモデル式である。
ステップS380では、ステップS370で用いた操舵角速度ωθHと各出力角速度ωθPを用いて、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)における速度比を積算(図中に示す「各速度比を積算」)する処理を行う。ステップS380において、各ユニバーサルジョイントにおける速度比を積算すると、入出力トルク比を演算する処理は、ステップS390へ移行する。なお、以降の説明では、ステップS380で積算した速度比を、「積算速度比ωθPint/ωθH」と示す場合がある。
Tratio=1/(ωθPint/ωθH) … (19)
以上により、トルク比演算部80は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outをユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力した値に基づいて、入出力トルク比Tratioを演算する。
また、アシストトルク算出部86は、クラッチ6を連結状態に切り替えた状態でトルク比演算部80が演算した入出力トルク比Tratioに基づいて、アシストトルクの指令値を算出する。
以下、図1から図16を参照しつつ、図17を用いて、トルク比演算部80が入出力トルク比を演算する処理のうち、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)における出力角速度ωθPを算出する処理について説明する。さらに、積算速度比ωθPint/ωθHを算出する処理を説明する。
図17は、トルク比演算部80が、各ユニバーサルジョイントにおける出力角速度ωθPを算出する処理と、積算速度比ωθPint/ωθHを算出する処理を示すブロック図である。なお、図17中には、説明のために、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する処理を示すブロック図(図7参照)を、破線で囲んだ範囲の外に示している。
そして、イグニッションスイッチをオン状態とした時点において操舵角センサ34が検出した現在操舵角θHを「θIn」として、ユニバーサルジョイント7に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力する。これにより、ユニバーサルジョイント7における出力角速度ωθP1を算出する。なお、図17中では、ユニバーサルジョイント7に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルを、符合「7VR」を付して示す。
次に、転舵角算出部76が算出したユニバーサルジョイント7の出力角θoutを「θIn」として、ユニバーサルジョイント11に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力する。これにより、ユニバーサルジョイント11における出力角速度ωθP2を算出する。なお、図17中では、ユニバーサルジョイント11に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルを、符合「11VR」を付して示す。
次に、転舵角算出部76が算出したユニバーサルジョイント19の出力角θoutを「θIn」として、ユニバーサルジョイント23に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力する。これにより、ユニバーサルジョイント23における出力角速度ωθP4を算出する。なお、図17中では、ユニバーサルジョイント23に対応するユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルを、符合「23VR」を付して示す。
上記のように各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)における出力角速度ωθP1、ωθP2、ωθP3、ωθP4を算出した後、これらの算出した出力角速度を以下の式(20)に入力して、積算速度比ωθPint/ωθHを算出する。
また、トルク比演算部80は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outを、操舵輪側入力角としてユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力した値に基づいて、入出力トルク比Tratioを演算する。
次に、図1から図16を参照しつつ、図18を用いて、本実施形態の車両用操舵制御装置1を用いて行なう動作の一例を説明する。なお、図18は、本実施形態の車両用操舵制御装置1を用いた車両の動作を示すタイムチャートである。
図18中に示すタイムチャートは、車両の走行中等、イグニッションスイッチがオン状態であり、トルク伝達経路を機械的に分離させて、SBWシステムの制御を実施している状態(図中に示す「SBWシステム制御中」)からスタートする。なお、SBWシステムの制御とは、例えば、高速走行時には低速走行時よりも操舵角に対する転舵角の変化度合いを減少させる制御(可変ギヤ制御)等、車速に応じた転舵角の制御である。また、SBWシステムの制御は、中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係と、操舵角センサ34が検出した現在操舵角θHと、車速センサ50が検出した車速を用いて行なう。
時点t1で行なう処理は、クラッチ6を連結状態(図中に示す「クラッチ締結」)に切り替えてトルク伝達経路を機械的に連結し、さらに、クラッチ角偏差dθCLを算出・記憶する処理である。これに加え、時点t1では、入出力トルク比を演算する処理を行なう。
そして、演算した入出力トルク比に基づいて算出したアシストトルクの指令値を用いて、EPS制御を実施する。
なお、EPS制御からSBWシステムによる制御へ切り替えは、例えば、運転者が制御切り替えスイッチを操作すると行なう。
時点t2で行なう処理は、クラッチ6を開放状態(図中に示す「クラッチ開放」)に切り替える前に行なう処理であり、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正または維持する処理である。
ここで、本実施形態の車両用操舵制御装置1では、EPS制御の開始時に、操舵角速度ωθHと、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)における出力角速度ωθP1、ωθP2、ωθP3、ωθP4を算出する。これに加え、算出した出力角速度ωθP1〜ωθP4に基づく積算速度比ωθPintと、操舵角速度ωθHを用いて算出した積算速度比ωθPint/ωθHの逆数を演算して、入出力トルク比Tratioを算出する。
すなわち、本実施形態の車両用操舵制御装置1では、操舵輪側入力角と転舵輪側出力角の関係と、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPとの関係を用いて、入出力トルク比Tratioを算出する。
なお、上述した操舵角センサ34は、操舵角検出部に対応する。
また、上述したピニオン軸トルクセンサ46tは、操舵トルク検出部に対応する。
また、上述したように、本実施形態の車両用操舵制御装置1の動作で実施する車両用操舵制御方法は、トルクセンサ値Vtpと入出力トルク比Tratioに基づいて、アシストトルクの指令値を算出する方法である。ここで、入出力トルク比Tratioは、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPとの比である積算速度比ωθPint/ωθHに基づいて演算する。
本実施形態では、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)トルク比演算部80が、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPとの比である積算速度比ωθPint/ωθHに基づいて、入出力トルク比Tratioを演算する。これに加え、アシストトルク算出部86が、トルクセンサ値Vtpと入出力トルク比Tratioに基づいて、ステアリングホイール32の操舵状態に応じて転舵輪24の転舵を補助するために転舵モータ2から出力するアシストトルクの指令値を算出する。
このため、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPとの比であり、トルク伝達経路へ入力する操舵角の変化速度に応じた入出力トルク比Tratioに基づいて、トルク変動を推定することが可能となる。
ここで、トルク伝達経路に発生するトルク変動は、以下の要因により発生する。
ユニバーサルジョイントを用いて連結した二つのシャフトには、ユニバーサルジョイントの不等速性により、回転角の位相が互いに異なる状態となるため、回転時に互いの角速度が異なる状態が発生する。これにより、ユニバーサルジョイントを用いて連結した二つのシャフトには、ユニバーサルジョイントの不等速性によって、予測が困難なトルク変動が発生する。このため、トルク伝達経路を伝達するトルクは、トルク伝達経路へ入力する操舵角の変化に伴って変動することとなる。
その結果、出力角速度ωθPを算出する際の演算負荷を減少させることが可能となるため、入出力トルク比Tratioを演算する際の演算負荷を減少させることが可能となる。
このため、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、クラッチ6を連結状態に切り替えた状態におけるクラッチ角偏差dθCLに応じた入出力トルク比Tratioに基づいて、トルク変動を推定することが可能となる。
その結果、クラッチ6の連結状態における締結角度が変化した場合であっても、トルク伝達経路に発生したトルク変動に応じて、運転者の操舵操作に対して転舵モータ2を適切に制御することが可能となる。
このため、クラッチ6の連結状態における締結角度の違いにより変化する入出力トルク比マップの特性に応じて、アシストトルクの指令値を算出することが可能となる。
その結果、クラッチ6の連結状態における締結角度が変化した場合であっても、入出力トルク比マップの特性に応じて、運転者の操舵操作に対して転舵モータ2を適切に制御することが可能となる。
このため、現在操舵角が0[°]〜180[°]まで変化する間で一周期分の変動を生じる、現在操舵角に対する入出力トルク比Tratioに基づいて、入出力トルク比マップを生成することが可能となる。
その結果、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、入出力トルク比Tratioの一周期分の変動を示す入出力トルク比マップに基づいて、トルク変動を推定することが可能となる。
このため、運転者がステアリングホイール32に加えているトルクをトルク伝達経路に発生したトルク変動に応じて補正し、アシストトルクの指令値を算出することが可能となる。
その結果、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、運転者がステアリングホイール32に加えているトルク及びトルク変動に応じて、運転者の操舵操作に対して転舵モータ2を適切に制御することが可能となる。
このため、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、操舵角速度ωθHと出力角速度ωθPとの比であり、トルク伝達経路へ入力する操舵角の変化速度に応じた入出力トルク比Tratioに基づいて、トルク変動を推定することが可能となる。
その結果、EPS制御において、トルク変動に応じた入出力トルク比に基づいて、アシストトルクの指令値を算出することが可能となる。これにより、トルク伝達経路にトルク変動が発生した場合であっても、運転者の操舵操作に対して転舵モータ2を適切に制御することが可能となる。
(1)本実施形態では、トルク伝達経路が四つのユニバーサルジョイント(7,11,19,23)を備える構成としたが、これに限定するものではなく、ユニバーサルジョイントの数は、例えば、車両のレイアウト等に応じた数であればよい。
この場合、例えば、操舵側ユニバーサルジョイントと転舵側ユニバーサルジョイントを、共に一つのユニバーサルジョイントのみで形成した場合、転舵輪24の転舵角は、以下の式(21)を用いて算出する。
すなわち、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角に、転舵側ユニバーサルジョイント(19、23)のオフセット成分を加算した値を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力してもよい。
すなわち、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角から、トルクセンサ値Vtp及びトルクセンサモデルに基づき、転舵側シャフト及び転舵側ユニバーサルジョイント(19、23)のねじれ角を減算した値を算出する。そしてこの算出した値を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力してもよい。なお、上記の転舵側シャフトとは、クラッチ出力シャフト17、転舵側中間シャフト21、ピニオンシャフト25である。
また、総合ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルは、操舵角速度と出力角合計速度との関係を示すモデル式である。また、出力角合計速度は、全ユニバーサルジョイント(7,11,19,23)を介してそれぞれ出力した、角速度算出時間Δt内における転舵輪側出力角の変化量の合計値に基づく速度である。なお、上記の式(22)中には、全ユニバーサルジョイント(7,11,19,23)のうち、二つのユニバーサルジョイント(7,11)を対象としたモデル式を示している。
この場合、入出力トルク比Tratioを演算する際に行なう処理(ステップ)の回数を減少させることが可能となる。
この場合、トルク比演算部80が入出力トルク比を演算する処理は、ステップS300からステップS330の処理を行なわない(図16参照)。すなわち、トルク比演算部80が入出力トルク比を演算する処理を開始すると、ステップS340の処理を行う。
2 転舵モータ(転舵アクチュエータ)
2t 転舵モータトルクセンサ
4 転舵モータ制御部
6 クラッチ
7,11 ユニバーサルジョイント(操舵側ユニバーサルジョイント)
19,23 ユニバーサルジョイント(転舵側ユニバーサルジョイント)
8 反力モータ(反力アクチュエータ)
10 反力モータ制御部
16 転舵モータ角度センサ
24 転舵輪
32 ステアリングホイール
34 操舵角センサ
40 クラッチ板
42 ステアリングシャフト
44 ピニオン軸
46 ピニオン
46t ピニオン軸トルクセンサ
50 車速センサ
52 エンジンコントローラ
54 指令演算部
56 反力サーボ制御部
58 クラッチ制御部
60 中立位置記憶部
62 転舵モータ電流指令演算部
64 クラッチ状態切り替え部
66 操舵側クラッチ角算出部
68 転舵側クラッチ角算出部
70 クラッチ角偏差算出部
72 クラッチ角偏差記憶部
74 転舵角記憶部
76 転舵角算出部
78 EPS制御ブロック
80 トルク比演算部
82 トルク比マップ生成部
84 トルク比マップ記憶部
86 アシストトルク算出部
MA 転舵側前回処理内容記憶部
MB 反力側前回処理内容記憶部
Claims (6)
- ステアリングホイールと転舵輪との間のトルク伝達経路を連結するユニバーサルジョイントと、運転者の操舵操作に応じて前記転舵輪の転舵を補助するためのトルクであるアシストトルクを出力するアクチュエータと、を備える車両用操舵制御装置であって、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記ステアリングホイールに加わるトルクである操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記ユニバーサルジョイントに入力された操舵角と、前記入力された操舵角に基づき前記ユニバーサルジョイントから出力される出力角と、の比に基づく入出力トルク比を演算するトルク比演算部と、
前記操舵トルク検出部が検出した操舵トルクと、前記トルク比演算部が演算した入出力トルク比と、に基づいて前記アシストトルクの指令値を算出するアシストトルク算出部と、
前記ユニバーサルジョイントに入力された操舵角に基づく角度である操舵輪側入力角と、前記ユニバーサルジョイントを介して前記操舵輪側入力角を前記転舵輪側へ出力した角度である転舵輪側出力角と、の関係を示すモデル式である予め設定したユニバーサルジョイント出力角算出モデルに前記操舵角検出部が検出した操舵角を入力した値に基づいて、前記転舵輪の転舵角を算出する転舵角算出部と、を備え、
前記トルク比演算部は、前記操舵角検出部が検出した操舵角と、前記転舵角算出部が転舵角の算出で用いた前記転舵輪側出力角と、を予め設定したユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力した値に基づいて、予め設定した時間である角速度算出時間内における前記転舵輪側出力角の変化量に基づく出力角速度を算出し、さらに、前記算出した出力角速度と、前記角速度算出時間内における前記ステアリングホイールの操舵角の変化量に基づく操舵角速度と、の比に基づいて前記入出力トルク比を演算し、
前記ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルは、前記操舵角速度と前記出力角速度との関係を示すモデル式であることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記トルク伝達経路は、複数のユニバーサルジョイントで連結され、
前記ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルの代わりに、前記操舵角速度と、前記複数のユニバーサルジョイントを介してそれぞれ出力した前記角速度算出時間内における前記転舵輪側出力角の変化量の合計値に基づく出力角合計速度と、の関係を示すモデル式である総合ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルを用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記アシストトルクを出力するアクチュエータを、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータとし、
前記トルク伝達経路を機械的に分離する開放状態と、前記トルク伝達経路を機械的に連結する連結状態と、に切り替わるクラッチと、
前記ステアリングホイールと前記クラッチとの間を機械的に連結する操舵側ユニバーサルジョイントと、
前記転舵輪と前記クラッチとの間を機械的に連結する転舵側ユニバーサルジョイントと、
前記操舵角検出部が検出した操舵角が前記操舵側ユニバーサルジョイントを介して前記クラッチへ伝達された回転角である操舵側出力角に基づいて、前記トルク伝達経路の前記ステアリングホイール側における回転角である操舵側クラッチ角を算出する操舵側クラッチ角算出部と、
前記転舵アクチュエータの回転角である転舵アクチュエータ回転角を検出する転舵アクチュエータ回転角検出部と、
前記転舵アクチュエータ回転角検出部が検出した転舵アクチュエータ回転角が前記転舵側ユニバーサルジョイントを介して前記クラッチへ伝達された回転角である転舵側逆出力角に基づいて、前記トルク伝達経路の前記転舵輪側における回転角である転舵側クラッチ角を算出する転舵側クラッチ角算出部と、
前記操舵側クラッチ角算出部が算出した操舵側クラッチ角と前記転舵側クラッチ角算出部が算出した転舵側クラッチ角との偏差であるクラッチ角偏差を算出するクラッチ角偏差算出部と、を備え、
前記トルク比演算部は、前記操舵側クラッチ角算出部が算出した操舵側クラッチ角に前記クラッチ角偏差算出部が算出したクラッチ角偏差を加算した転舵角算出用転舵側クラッチ角を前記操舵輪側入力角として前記ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力した値に基づいて、前記入出力トルク比を演算し、
前記アシストトルク算出部は、前記クラッチを連結状態に切り替えた状態で前記トルク比演算部が演算した入出力トルク比に基づいて、前記アシストトルクの指令値を算出することを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記アシストトルク算出部は、前記操舵トルク検出部が検出した操舵トルクを前記トルク比演算部が演算した入出力トルク比により補正して、前記アシストトルクの指令値を算出することを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。
- ステアリングホイールと転舵輪との間のトルク伝達経路をユニバーサルジョイントで連結し、運転者の操舵操作に応じてアクチュエータから前記転舵輪の転舵を補助するためのトルクであるアシストトルクを出力する車両用操舵制御方法であって、
前記ステアリングホイールの操舵角と、前記ステアリングホイールに加わるトルクである操舵トルクと、を検出し、
前記ユニバーサルジョイントに入力された操舵角に基づく角度である操舵輪側入力角と、前記ユニバーサルジョイントを介して前記操舵輪側入力角を前記転舵輪側へ出力した角度である転舵輪側出力角と、の関係を示すモデル式である予め設定したユニバーサルジョイント出力角算出モデルに前記検出した操舵角を入力した値に基づいて、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記検出した操舵角と、前記転舵角の算出で用いた前記転舵輪側出力角と、を予め設定したユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルに入力した値に基づいて、予め設定した時間である角速度算出時間内における前記転舵輪側出力角の変化量に基づく出力角速度を算出し、
前記算出した出力角速度と、前記角速度算出時間内における前記ステアリングホイールの操舵角の変化量に基づく操舵角速度と、の比に基づいて、前記ユニバーサルジョイントに入力された操舵角と、前記入力された操舵角に基づき前記ユニバーサルジョイントから出力される出力角と、の比に基づく入出力トルク比を演算し、
前記検出した操舵トルクと、前記演算した入出力トルク比に基づいて前記アシストトルクの指令値を算出し、
前記ユニバーサルジョイント出力角速度算出モデルは、前記操舵角速度と前記出力角速度との関係を示すモデル式であることを特徴とする車両用操舵制御方法。
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