JP2017081379A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、ステアリングの操作に応じて、前記操舵装置に操作信号を出力して車両の転舵輪を転舵させる転舵処理部と、前記ステアリングの回転角度である操舵角を変化させるようにステアリングが操作されている場合、前記操舵角の変化速度に応じて、前記転舵処理部による前記転舵輪の転舵量を増減させる増減処理を実行する微分ステア処理部と、を備え、前記増減処理は、前記操舵角の変化方向と同一方向への転舵量の増量処理であり、前記微分ステア処理部は、前記転舵輪の転舵角および前記操舵角の少なくとも一方が閾値に達する場合、前記増減処理を制限するステア制限処理部を備える。
以下、操舵制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる操舵装置においては、ステアリングホイール(ステアリング10)が、ステアリング10の操作に抗する力である反力を付与する反力アクチュエータ20に接続されている。反力アクチュエータ20は、ステアリング10に固定されたステアリングシャフト22、反力側減速機24、反力側減速機24に回転軸26aが連結された反力モータ26、および反力モータ26を駆動するインバータ28を備えている。ここで、反力モータ26は、表面磁石同期電動機(SPMSM)である。
転舵アクチュエータ40は、第1ラックアンドピニオン機構48、第2ラックアンドピニオン機構52、SPMSM(転舵側モータ56)およびインバータ58を備えている。
目標操舵角算出処理部M20は、偏差算出処理部M12の出力値に基づき、目標操舵角θh*を設定する。ここでは、偏差算出処理部M12の出力値Δと、目標操舵角θh*とを関係づける以下の式(c1)にて表現されるモデル式を利用する。
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、ステアリング10と転舵輪30とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリング10の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角度との関係を定めるモデルである。上記の式(c1)において、粘性係数Cは、操舵装置の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Jは、操舵装置の慣性をモデル化したものである。ここで、粘性係数Cおよび慣性係数Jは、車速Vに応じて可変設定される。
上記ベース反力設定処理部M10aは、目標操舵角θh*を入力とする。一方、上記制限用反力設定処理部M10bは、最大値θeを入力として制限用反力Fieを設定する。これは、ラック軸46が軸方向に変位してラック軸46の端部がラックハウジング44に接触する直前と、ステアリング10がスパイラルケーブル68から定まる上限値まで回転する直前との双方において、ステアリング10に、操舵角の大きさをそれ以上大きくするのに抗する力を増加制御するための設定である。以下、これについて説明する。
たとえば車速Vが低速度閾値VLおよび高速度閾値VHの間にある場合、ステアリング10が右旋回側または左旋回側に切られて操舵角θhの絶対値が増大すると、目標操舵角θh*の絶対値が増大し、これに応じて乗算処理部M38dの出力値が大きくなる。このため、角度感応ゲインGθが小さい値となる領域にないなら、微分ステア補正量θdによって、目標転舵角θp*の絶対値が目標転舵角θp1*の絶対値よりも大きい値に補正される。
(1)最大値θeの大きさが共通閾値θenに近づく場合、微分ステア補正量θdを減少補正した。これにより、最大値θeが大きい値となった際に微分ステア処理に起因して操舵装置に振動が生じることを抑制できる。ここで、最大値θeの大きさが共通閾値θen以上であるときに微分ステア処理部M38がなされる場合に操舵装置が振動するのは、目標転舵角θp*や目標操舵角θh*が急激に変化することによって、微分ステア補正量θdが大きく変動するためであると推定される。すなわち、最大値θeの大きさが共通閾値θen以上となると、制限用反力Fieが急激に大きくなるために、目標操舵角θh*の変化速度が大きくなり、ひいては目標転舵角θp*の変化速度も大きくなる。これに対し、本実施形態では、最大値θeが共通閾値θenに達して制限用反力Fieが急激に大きくなることにより、目標操舵角θh*の変化速度が急減したとしても微分ステア補正量θd自体はゼロである。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第5の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第8の実施形態>
以下、第8の実施形態について、第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第9の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態にかかる操舵装置は、反力アクチュエータ20に代えて、可変舵角比アクチュエータ100を備える。可変舵角比アクチュエータ100は、ステアリングシャフト22に一体回転可能に連結されたハウジング102、ハウジング102の内部に収容されるSPMSM(VGRモータ104)、インバータ110、および減速機構106を備えている。減速機構106は、差動回転可能な3つの回転要素からなる機構、例えば遊星歯車機構や波動歯車装置(ストレイン・ウェーブ・ギヤリング)等により構成される。減速機構106を構成する3つの回転要素は、ハウジング102、VGRモータ104の回転軸に連結された回転軸104a、およびピニオン軸42に連結された出力軸108にそれぞれ連結されている。すなわち、減速機構106では、ハウジング102の回転速度とVGRモータ104の回転速度とにより出力軸108の回転速度が一義的に定まる。可変舵角比アクチュエータ100では、減速機構106を通じて、ステアリング10の操作に伴うステアリングシャフト22の回転にVGRモータ104の回転軸104aの回転を上乗せして出力軸108に伝達することにより、ステアリングシャフト22に対する出力軸108の相対的な回転角を変化させる。これにより、操舵角θhに対する転舵角θpの比である舵角比を可変設定する。なお、ここでの「上乗せ」は、加算および減算の双方を含む。また、以下では、ステアリングシャフト22に対する出力軸108の相対的な回転角を「出力軸108の動作角θa」と称する。
操作信号生成処理部M34は、転舵側モータ56のトルクをアシストトルクTrqa*に制御するための操作信号MStを生成してインバータ58に出力する。これは、操作信号生成処理部M24による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
以下、第10の実施形態について、第9の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第11の実施形態>
以下、第11の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、上記実施の形態の事項との対応関係は以下である。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項を項目立てするとともに上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、項目立てした事項を対応関係を例示した実施形態中の事項に限定する意図はない。
上記第1〜第8および第11の実施形態においては、アシストトルク設定処理部M6、反力設定処理部M10、加算処理部M8、偏差算出処理部M12、目標操舵角算出処理部M20、舵角比可変処理部M26、および加算処理部M28によって、目標転舵角設定処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、反力設定処理部M10から、制限用反力設定処理部M10bを削除してもよい。また、目標操舵角算出処理部M20において、上記の式(c1)にて表現されるモデル式を用いて目標操舵角θh*を設定する代わりに、以下の式(c2)にて表現されるモデル式を用いてもよい。
ここで、バネ係数Kは、車両の影響をモデル化したものであり、サスペンションやホールアラインメント等の仕様によって決定される。
上記実施形態では、基本ゲイン設定処理部M38bにおいて、車速Vが低い場合には、基本ゲインGvを低下させたが、これに限らない。たとえば、車速Vが高い場合以外は、一定値としてもよい。また、車速Vが高い場合に基本ゲインGvを低下させることも必須ではない。たとえば、車速が低い場合以外は、基本ゲインGvを一定値としてもよい。もっとも、基本ゲインGvを車速Vに応じて可変設定すること自体必須ではない。
上記第9、第10の実施形態においては、アシストトルク設定処理部M6、制限用反力設定処理部M10b、減算処理部M54、操作信号生成処理部M34によって、可変舵角比アクチュエータ100に操作信号MSvを出力する転舵処理部を構成した。しかし、第9、第10の実施形態においても、たとえば、上記第1〜第8の実施形態における転舵アクチュエータ40に操作信号MStを出力する転舵処理部を構成することも可能である。すなわち、たとえば図2の処理におけるアシストトルク設定処理部M6、反力設定処理部M10、加算処理部M8、偏差算出処理部M12、目標操舵角算出処理部M20、舵角比可変処理部M26、および加算処理部M28、転舵角フィードバック処理部M32、および操作信号生成処理部M34によって操作信号MStを生成してもよい。
上記実施形態では、角度感応ゲイン設定処理部M38c(38g)および乗算処理部M38e(M38h)によって、ステア制限処理部を構成したがこれに限らない。具体的には、角度感応ゲイン設定処理部M38c(38g)としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、中立位置付近において角度感応ゲインGθ(Gθ1,Gθ2)を低下させなくてもよい。ただし、この場合には、差分演算処理部M38aと乗算処理部M38dとの間に、不感帯処理部を備え、中立位置付近における差分演算処理部M38aの出力値の絶対値を減少補正することが望ましい。
(a)閾値との比較対象について
上記実施形態では、操舵角および転舵角の一対のパラメータを閾値との比較対象としたが、これに限らない。たとえば、4輪操舵車において、前輪側の転舵角と後輪側の転舵角と、操舵角との3つのパラメータであってもよい。この場合、上記第1〜第10の実施形態における最大値選択処理部M36に代えて、3つのパラメータの最大値θeを選択すればよい。また第11の実施形態においては、3つのパラメータのそれぞれから角度感応ゲインGθ1,Gθ2,Gθ3のそれぞれを算出し、角度感応ゲインGθを「Gθ1・Gθ2・Gθ3」とすればよい。さらに、4輪操舵車において、4つの転舵輪のそれぞれの転舵角がそれぞれ異なるものとなる場合、4つの転舵角と、1つの操舵角との5つのパラメータであってもよい。
複数の閾値を共通閾値としない場合としては、上記第11の実施形態に限らない。たとえば、第3、第4の実施形態のように、目標操舵角θh*および目標転舵角θp1*を用いる場合や、第5〜第8、第10の実施形態のように、操舵角θhおよび転舵角θpを用いる場合、第9の実施形態のように、操舵角θhおよび「θh+θa*」を用いる場合であってもよい。それらの場合であっても、制限用反力Fieの算出パラメータと角度感応ゲインGθの算出パラメータとを、共通とすることが望ましい。
上記第1〜第8、第11の実施形態では、反力設定処理部M10、偏差算出処理部M12、目標操舵角算出処理部M20、操舵角フィードバック処理部M22、および操作信号生成処理部M24によって、反力増加処理部を構成したがこれに限らない。たとえば、上記第11の実施形態において、制限用反力Fie1と制限用反力Fie2との和を制限用反力Fieとする代わりに、制限用反力Fie1と制限用反力Fie2との最大値を制限用反力Fieとしてもよい。
上記実施形態では、操舵角フィードバック処理部M22および操作信号生成処理部M24によって、操舵角制御処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、操舵角フィードバック処理部M22において、目標操舵角θh*から操舵角θhを減算した値を入力とする比例要素および微分要素の各出力値の和によって、反力アクチュエータ20の操作量(目標反力トルクTrqr*)を算出するものであってもよい。
目標転舵角θp*から転舵角θpを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、転舵アクチュエータ40の操作量(目標転舵トルクTrqt*)を算出するものに限らない。たとえば、目標転舵角θp*から転舵角θpを減算した値を入力とする比例要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、転舵アクチュエータ40の操作量を算出するものであってもよい。
目標動作角θa*から動作角θaを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、可変舵角比アクチュエータ100の操作量(目標舵角比トルクTrqv*)を算出するものに限らない。たとえば、目標動作角θa*から動作角θaを減算した値を入力とする比例要素および微分要素のそれぞれの出力値の和によって、可変舵角比アクチュエータ100の操作量を算出するものであってもよい。
転舵側モータ56としては、SPMSMに限らず、たとえばIPMSMを用いてもよい。また、ラックアンドピニオン型のものに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型、ラック同軸型のものなどを採用してもよい。
上記第9、第10の実施形態において、操舵角を検出するセンサを備えてもよい。この場合、センサの検出値に基づき操舵角θhを取得すればよい。
転舵輪30の転舵角とステアリング10の操舵角との比である舵角比を変更可能なものに限らない。たとえば、図1においてステアリングシャフト22とピニオン軸42とを一体的なものとし、図2において、舵角比可変処理部M26および加算処理部M28を削除したとしても、微分ステア処理部M38が角度感応ゲイン設定処理部M38cを備えることは有効である。
CPU82とメモリ84とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、専用のハードウェア(ASIC)にて処理してもよい。すなわち、たとえば、上記第1の実施形態において、アシストトルク設定処理部M6、反力設定処理部M10、加算処理部M8、偏差算出処理部M12、および目標操舵角算出処理部M20の処理については、ハードウェア処理とし、目標操舵角θh*を、ハードウェアからCPU82が取得するようにしてもよい。
反力モータ26やVGRモータ104としては、SPMSMに限らず、たとえばIPMSMを用いてもよい。
Claims (11)
- 操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、
ステアリングの操作に応じて、前記操舵装置に操作信号を出力して車両の転舵輪を転舵させる転舵処理部と、
前記ステアリングの回転角度である操舵角を変化させるようにステアリングが操作されている場合、前記操舵角の変化速度に応じて、前記転舵処理部による前記転舵輪の転舵量を増減させる増減処理を実行する微分ステア処理部と、を備え、
前記増減処理は、前記操舵角の変化方向と同一方向への転舵量の増量処理であり、
前記微分ステア処理部は、前記転舵輪の転舵角および前記操舵角の少なくとも一方が閾値に達する場合、前記増減処理を制限するステア制限処理部を備える操舵制御装置。 - 前記ステア制限処理部は、少なくとも前記転舵角が転舵角閾値に達する場合に、前記増減処理を制限するものであり、
前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備え、
前記転舵処理部は、前記ステアリングの操作に応じて前記転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定処理部を備え、前記転舵角を前記目標転舵角に制御するために前記転舵アクチュエータに操作信号を出力するものであり、
前記微分ステア処理部は、前記目標転舵角の大きさを、前記操舵角の変化速度に応じて増減補正する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記転舵角が前記転舵角閾値以上となる場合、前記操舵装置に操作信号を出力することによって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御する反力増加処理部を備え、
前記微分ステア処理部によって補正された前記目標転舵角、前記微分ステア処理部によって補正される前の前記目標転舵角、および前記転舵角の検出値のいずれか1つに基づき、前記反力増加処理部が前記反力の増加制御を実行して且つ前記ステア制限処理部が前記転舵量の増減処理を制限する処理を実行する請求項2記載の操舵制御装置。 - 前記操舵装置は、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を前記ステアリングに付与する反力アクチュエータを備え、
前記転舵アクチュエータは、少なくとも前記転舵輪と前記ステアリングとの動力遮断状態において前記転舵輪を転舵させる力を付与するものであり、
前記反力増加処理部は、
前記転舵角が前記転舵角閾値以上となる場合、制限用反力をゼロよりも大きい値に設定する制限用反力設定処理部と、
前記設定された制限用反力に基づき、前記操舵角の目標値である目標操舵角を設定する目標操舵角算出処理部と、
前記操舵角の検出値を前記目標操舵角にフィードバック制御するために前記反力アクチュエータを操作する操舵角制御処理部と、を備える請求項3記載の操舵制御装置。 - 前記微分ステア処理部は、前記操舵角の変化速度に応じて前記目標転舵角を補正するための補正量を算出する補正量算出処理部を備え、
前記ステア制限処理部は、前記転舵角が前記転舵角閾値に達する場合、前記転舵量の増減処理を制限する処理として前記補正量の大きさを減少補正する処理を実行するものであって且つ、前記転舵角の中立位置からの乖離量が規定量以下である場合にも、前記補正量の大きさを減少補正する請求項2〜4のいずれか1項に記載の操舵制御装置。 - 前記ステア制限処理部は、少なくとも前記操舵角が操舵角閾値に達する場合に、前記増減処理を制限するものであり、
前記操舵装置は、前記転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備え、
前記転舵処理部は、前記ステアリングの操作に応じて前記転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定処理部を備え、前記転舵角を前記目標転舵角に制御するために前記転舵アクチュエータに操作信号を出力するものであり、
前記微分ステア処理部は、前記目標転舵角の大きさを、前記操舵角の変化速度に応じて増減補正する請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記操舵角が操舵角閾値以上となる場合、前記操舵装置に操作信号を出力することによって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御する反力増加処理部を備え、
前記ステア制限処理部は、前記操舵角が前記操舵角閾値に達する場合に、前記微分ステア処理部による前記転舵量の増減処理を制限する処理を実行し、
前記操舵角の検出値に基づき、前記反力増加処理部が前記反力の増加制御を実行して且つ前記ステア制限処理部が前記転舵量の増減処理を制限する処理を実行する請求項6記載の操舵制御装置。 - 前記操舵角が操舵角閾値以上となる場合、前記操舵装置に操作信号を出力することによって前記ステアリングの操作に抗する力である反力を増加制御する反力増加処理部を備え、
前記操舵装置は、前記ステアリングの操作に抗する力である反力を前記ステアリングに付与する反力アクチュエータを備え、
前記転舵アクチュエータは、少なくとも前記転舵輪と前記ステアリングとの動力遮断状態において前記転舵輪を転舵させる力を付与するものであり、
前記反力増加処理部は、
前記操舵角が前記操舵角閾値以上となる場合、制限用反力をゼロよりも大きい値に設定する制限用反力設定処理部と、
前記設定された制限用反力に基づき、前記操舵角の目標値である目標操舵角を設定する目標操舵角算出処理部と、
前記操舵角の検出値を前記目標操舵角に制御するために前記反力アクチュエータを操作する操舵角制御処理部と、を備え、
前記目標操舵角に基づき、前記反力増加処理部が前記反力の増加制御を実行して且つ前記ステア制限処理部が前記転舵量の増減処理を制限する処理を実行する請求項6記載の操舵制御装置。 - 前記微分ステア処理部は、前記操舵角の変化速度に応じて前記目標転舵角を補正するための補正量を算出する補正量算出処理部を備え、
前記ステア制限処理部は、前記操舵角が前記操舵角閾値に達する場合、前記転舵量の増減処理を制限する処理として、前記補正量の大きさを減少補正する処理を実行するものであって且つ、前記操舵角の中立位置からの乖離量が規定量以下である場合にも、前記補正量の大きさを減少補正する請求項6〜8のいずれか1項に記載の操舵制御装置。 - 前記ステア制限処理部は、前記転舵量の増減量の大きさを減少補正するものであって、前記転舵角および前記操舵角の少なくとも一方が前記閾値よりも所定量だけ小さい値から前記閾値に到達する値へと増加するのに伴って前記減少補正する量である減少補正量を漸増させるものであり、前記転舵角および前記操舵角の少なくとも一方が前記閾値に達する場合、前記転舵量の増減量をゼロとする請求項1〜9のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
- 前記ステアリングに加わるトルクを前記転舵輪側に伝達させつつ前記操舵角と前記転舵角との比である舵角比を変更する可変舵角比アクチュエータを備え、
前記転舵処理部は、前記操舵角と前記転舵角との比である舵角比を変更するための操作信号を前記可変舵角比アクチュエータに出力するものであり、
前記微分ステア処理部による前記増減処理は、前記舵角比を増減することによって前記転舵量を増減させる処理である請求項1記載の操舵制御装置。
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