JP2017100673A - Steering control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵制御装置に関する。 The present invention relates to a steering control device.
従来、車両の操舵装置において、操舵機構に対して動力を付与する複数のモータと、各モータを制御するようにした操舵制御装置として特許文献1がある。
特許文献1には、第1モータ及び第1ECUを組み合わせて構成される第1システムと、第2モータ及び第2ECUを組み合わせて構成される第2システムとを備えることが開示されている。第1システムにおいて、第1ECUは、ステアリングホイールの操舵位置と第1モータの位置情報に基づいて位置制御を行うことでトルク指令値を生成する。このトルク指令値は、第1ECUによって第1システムと第2システムとにそれぞれ分配される。そして、各ECUは、第1ECUによって分配されたトルク指令値に基づいて各モータの駆動を制御するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a vehicle steering apparatus, there is a plurality of motors that apply power to a steering mechanism and a steering control apparatus that controls each motor is disclosed in
上記特許文献1では、2つのシステムの各モータを使って、共通の操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を付与するようにしている。こうした2つのシステムの各モータの使い方は、上記特許文献1の使い方に限るものではなく新たな使い方の提案の余地を残している。
In the said
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、これまでにない新しい複数のモータの使い方を提案することのできる操舵制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a steering control device capable of proposing new ways to use a plurality of motors.
上記課題を解決する操舵制御装置は、転舵輪の転舵を可能にするステアリングホイールを含んで構成される操舵機構に対して動力を付与する第1のモータ及び第2のモータを含んで構成される動力付与機構を備えるものである。こうした操舵制御装置は、ステアリングホイールの回転角に基づく角度指令値を用いて第1のモータの駆動を制御するとともに、ステアリングホイールに入力される操舵トルクに基づくトルク指令値を用いて第2のモータの駆動を制御する制御部を備えている。そして、第1のモータと第2のモータとが同時に駆動される状況において、トルク指令値を用いて駆動される第2のモータが操舵機構に対して付与する動力の最大値は、角度指令値を用いて駆動される第1のモータが操舵機構に対して付与する動力の最大値と比較して大きくなるように構成されている。 A steering control device that solves the above problem includes a first motor and a second motor that apply power to a steering mechanism that includes a steering wheel that enables turning of steered wheels. A power applying mechanism is provided. Such a steering control device controls the driving of the first motor using an angle command value based on the rotation angle of the steering wheel, and uses the torque command value based on the steering torque input to the steering wheel to control the second motor. The control part which controls the drive of is provided. In the situation where the first motor and the second motor are driven simultaneously, the maximum value of the power that the second motor driven using the torque command value applies to the steering mechanism is the angle command value. The first motor driven by using the motor is configured to be larger than the maximum value of the power applied to the steering mechanism.
例えば、ステアリングホイールに入力される操舵トルクに基づくトルク指令値を用いて駆動される第2のモータによっては、ユーザーの意思を操舵機構に動力として反映させることができる。そして、車両の走行中のなかでも障害物の回避等の緊急操舵時においては、ステアリングホイールに入力される操舵トルクに対して大きな動力を操舵機構に付与しなければいけないことが多い。 For example, depending on the second motor driven using a torque command value based on the steering torque input to the steering wheel, the user's intention can be reflected as power in the steering mechanism. During emergency steering such as avoiding obstacles while the vehicle is running, it is often necessary to apply a large power to the steering mechanism relative to the steering torque input to the steering wheel.
すなわち、上記構成によれば、第1のモータと第2のモータとが同時に駆動される状況であっても、ステアリングホイールに入力される操舵トルクに対して特に大きな動力を操舵機構に付与しなければいけない場合、ユーザーの意思を操舵機構に動力として好適に反映させることができるようになる。したがって、これまでにない複数のモータの使い方として、車両の走行中のなかで障害物の回避等の緊急操舵時において、第1のモータと第2のモータとが共に駆動されていたとしても第2のモータの構成によってユーザーの意思を好適に優先させるための使い方を提案することができる。 In other words, according to the above configuration, even in a situation where the first motor and the second motor are driven at the same time, a particularly large power with respect to the steering torque input to the steering wheel must be applied to the steering mechanism. If this is the case, the user's intention can be suitably reflected as power in the steering mechanism. Therefore, as a method of using a plurality of motors that has never been seen before, even if the first motor and the second motor are both driven during emergency steering such as avoiding an obstacle while the vehicle is running, It is possible to propose a usage for favorably giving priority to the user's intention by the configuration of the motor 2.
また、上記操舵制御装置は、ステアリングホイールの操舵とは独立して車両の走行状態に応じて動力を付与するように動力付与機構を制御する自動操舵モードを有し、制御部は、自動操舵モード中に角度指令値を用いて第1のモータを駆動させている場合、ステアリングホイールに操舵トルクが入力される状況でトルク指令値を用いて第2のモータを駆動させるように構成されていることが望ましい。 Further, the steering control device has an automatic steering mode for controlling the power applying mechanism so as to apply power according to the traveling state of the vehicle independently of steering of the steering wheel. When the first motor is driven using the angle command value, the second motor is driven using the torque command value in a situation where the steering torque is input to the steering wheel. Is desirable.
上記構成によれば、自動操舵モード中における車両の走行中のなかでも障害物の回避等の緊急操舵時においては、ユーザーの意思を操舵機構に動力として好適に反映させることができる。 According to the above configuration, during an emergency steering operation such as avoiding an obstacle while the vehicle is traveling in the automatic steering mode, the user's intention can be suitably reflected as power on the steering mechanism.
また、上記操舵制御装置において、制御部は、第1のモータの駆動を制御する第1の制御部と、第2のモータの駆動を制御する第2の制御部とを含み、第1の制御部と第2の制御部には、それぞれ同一の信号が外部から入力されるように構成されていることが望ましい。 In the steering control device, the control unit includes a first control unit that controls driving of the first motor and a second control unit that controls driving of the second motor, and the first control unit It is desirable that the same signal be input from the outside to the unit and the second control unit.
上記構成によれば、第1の制御部及び第2の制御部の間では、外部から入力される信号に基づく演算の結果等を互いにやりとりすることで互いに異常があるか否かを判断する相互監視を実現することができるようになる。したがって、制御部の機能安全を向上させることができる。 According to the above configuration, the first control unit and the second control unit mutually determine whether or not there is an abnormality by exchanging the results of calculations based on signals input from the outside. Monitoring can be realized. Therefore, the functional safety of the control unit can be improved.
例えば、第1の制御部は、外部から入力される信号に基づき第2のモータの駆動を制御するためのトルク指令値を演算して第2の制御部に対して伝達するように構成されており、第2の制御部は、第2のモータの駆動を制御するためのトルク指令値を第1の制御部から受け取る他、自身でも外部から入力される信号に基づき演算可能に構成されており、第1の制御部から受け取ったトルク指令値について、自身で演算したトルク指令値と一致するか否かを判断するように構成されていてもよい。 For example, the first control unit is configured to calculate a torque command value for controlling the driving of the second motor based on a signal input from the outside and transmit the torque command value to the second control unit. The second control unit is configured to receive a torque command value for controlling the driving of the second motor from the first control unit and to be able to perform calculations based on a signal input from the outside. The torque command value received from the first control unit may be configured to determine whether or not it matches the torque command value calculated by itself.
上記構成によれば、仮に第1の制御部の異常時、第1の制御部からトルク指令値が伝達されなくなったとしても第2の制御部は、自身で演算したトルク指令値を用いて第2のモータの駆動を制御することができるようになる。その他、第2の制御部には、第1の制御部と同一の信号が入力されているので、角度指令値に基づき第1の制御部の替わりに第1のモータの駆動を制御することもできるようになる。これは、第2の制御部の異常時でも同様であり、この場合には第1の制御部が第2の制御部の替わりに第2のモータの駆動を制御することもできるようになる。したがって、制御部の機能安全をより好適に向上させることができる。 According to the above configuration, even if the torque command value is not transmitted from the first control unit when the first control unit is abnormal, the second control unit uses the torque command value calculated by itself. It becomes possible to control the driving of the second motor. In addition, since the same signal as the first control unit is input to the second control unit, the driving of the first motor may be controlled based on the angle command value instead of the first control unit. become able to. This is the same even when the second control unit is abnormal. In this case, the first control unit can control the driving of the second motor instead of the second control unit. Therefore, the functional safety of the control unit can be improved more suitably.
また、例えば、第2の制御部は、第1の制御部から受け取ったトルク指令値について、自身で演算したトルク指令値と一致するか否かを判断する際、第1の制御部から受け取ったトルク指令値と自身で演算したトルク指令値とが一致しないことを判断する場合、自身で演算したトルク指令値が正常であることとして第1の制御部が異常であることを判断するように構成されていてもよい。 Further, for example, the second control unit receives the torque command value received from the first control unit from the first control unit when determining whether or not it matches the torque command value calculated by itself. When it is determined that the torque command value does not match the torque command value calculated by itself, the first control unit is determined to be abnormal as the torque command value calculated by itself is normal. May be.
上記構成によれば、第2の制御部については、自身で演算したトルク指令値が常に正常である旨の優先順位が設定されていることとなる。そのため、特に第1の制御部の異常時にはその異常の判断を速やかに導き出すことができるようになる。したがって、制御部の機能安全をより好適に向上させることができる。 According to the said structure, the priority order that the torque command value calculated by itself is always normal is set about the 2nd control part. Therefore, especially when the first control unit is abnormal, the determination of the abnormality can be quickly derived. Therefore, the functional safety of the control unit can be improved more suitably.
本発明によれば、これまでにない新しい複数のモータの使い方を提案することができる。 According to the present invention, it is possible to propose a new way of using a plurality of motors that has never existed before.
以下、操舵制御装置の一実施形態を説明する。
図1に示すように、車両には、運転者のステアリング操作によらずに後述する操舵機構10に対して動力を付与する自動操舵装置1が搭載されている。自動操舵装置1は、動力を付与する油圧パワーステアリング装置(以下、「HPS」という)2及び電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という)3を備えている。HPS2及びEPS3は、運転者のステアリング操作に応じて動力として転舵力及び操舵力を付与し、運転者のステアリング操作を補助する。なお、EPS3すなわち自動操舵装置1は操舵制御装置の一例である。
Hereinafter, an embodiment of the steering control device will be described.
As shown in FIG. 1, the vehicle is equipped with an
操舵機構10は、運転者により操作されるステアリングホイール11と、ステアリングホイール11に固定されるステアリングシャフト12とを備えている。ステアリングシャフト12におけるステアリングホイール11とは反対側の端部には、ピニオンシャフト13が設けられている。ピニオンシャフト13に設けられたピニオンギヤ13aは、後述する油圧シリンダ20に収容されるラックシャフト14に設けられたラックギヤ14aに噛み合わされている。ピニオンシャフト13の回転運動は、ピニオンギヤ13a及びラックギヤ14aを介してラックシャフト14の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動がラックシャフト14の両端にそれぞれ連結されたタイロッド15,15を介して左右の転舵輪16,16にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪16,16の転舵角が変更される。
The
ラックシャフト14の周辺には、HPS2が設けられている。HPS2は、ラックシャフト14(操舵機構10)に付与する転舵力の発生源たる油圧シリンダ20と、油圧シリンダ20に作動油を供給するポンプ21と、油圧シリンダ20への作動油の給排を制御するバルブ装置22と、ポンプ21により油圧シリンダ20に給排される作動油をリザーブ(貯留)するリザーバタンク23とを備えている。なお、ポンプ21は、機械駆動であって、車両に搭載されるエンジン(内燃機関)4から駆動力を得る。
An HPS 2 is provided around the
円筒状の油圧シリンダ20は、その内部を2つの油圧室20aに区画するピストン24を備えている。ピストン24は、ラックシャフト14の軸方向に移動可能にラックシャフト14に一体に固定されている。
The cylindrical
バルブ装置22には、作動油を供給又は排出するポート25が設けられている。ポート25は、油路26を介してポンプ21の吐出口、リザーバタンク23、各油圧室20aに接続されている。ポンプ21の吸入口は、接続管27を介してリザーバタンク23に接続されている。
The valve device 22 is provided with a
HPS2において、ポンプ21によりリザーバタンク23から吸い上げられた作動油は、油路26や接続管27を介してバルブ装置22に供給される。バルブ装置22に供給された作動油は、運転者のステアリング操作に応じて、油路26を介して油圧室20aに供給されたり油圧室20aから排出されたりする。これにより、一方の油圧室20aには作動油が充填されて加圧され、他方の油圧室20aからは作動油が排出されて減圧される。なお、油圧室20aから排出される作動油は、リザーバタンク23へと戻される。その結果、各油圧室20aの間に油圧差が発生し、この油圧差に基づいてピストン24とともにラックシャフト14が軸方向に移動することで、運転者のステアリング操作が補助される。
In the HPS 2, the hydraulic oil sucked up from the
ステアリングホイール11が固定されたステアリングシャフト12の途中には、EPS3が設けられている。EPS3は、ステアリングシャフト12(操舵機構10)に付与する操舵力の発生源たる動力付与機構30と、動力付与機構30の動作を制御する制御部31と、トルクセンサ32とを備えている。
An
動力付与機構30は、ステアリングシャフト12に操舵力を付与する角度制御モータ33及びトルク制御モータ34を備えている。角度制御モータ33及びトルク制御モータ34には、制御部31が接続されている。角度制御モータ33は、第1減速機33aを介してステアリングシャフト12に連結されている。トルク制御モータ34は、第1減速機33aと比較して減速比を大きくした第2減速機34aを介してステアリングシャフト12に連結されている。なお、角度制御モータ33は第1のモータの一例である。また、トルク制御モータ34は第2のモータの一例である。
The
具体的に、角度制御モータ33の回転軸には、第1プーリ35が固定されている。第1プーリ35の外周には、歯が等間隔に設けられている。第1プーリ35の歯数は、例えば45である。トルク制御モータ34の回転軸には、第2プーリ36が固定されている。第2プーリ36の外周には、歯が等間隔に設けられている。第2プーリ36の歯数は、第1プーリ35の歯数よりも少なく設定されている。第2プーリ36の歯数は、例えば43である。ステアリングシャフト12の中間部には、第3プーリ37が固定されている。第3プーリ37の外周には、歯が等間隔に設けられている。第3プーリ37の歯数は、例えば133である。
Specifically, the
第1プーリ35と第3プーリ37との間には、第1ベルト38が巻き掛けられている。第1プーリ35と第3プーリ37と第1ベルト38とが第1減速機33aとして機能する。角度制御モータ33の駆動力は、第1減速機33aを介してステアリングシャフト12に付与される。
A
第2プーリ36と第3プーリ37との間には、第2ベルト39が巻き掛けられている。第2プーリ36と第3プーリ37と第2ベルト39とが第2減速機34aとして機能する。トルク制御モータ34の駆動力は、第2減速機34aを介してステアリングシャフト12に付与される。
A
角度制御モータ33には、角度制御モータ33の回転軸の回転角度である第1相対回転角度θ1を検出する第1相対角度センサ33bが設けられている。また、トルク制御モータ34には、トルク制御モータ34の回転軸の回転角度である第2相対回転角度θ2を検出する第2相対角度センサ34bが設けられている。第1相対角度センサ33b及び第2相対角度センサ34bは、制御部31に接続されている。第1相対角度センサ33b及び第2相対角度センサ34bとしては、それぞれMRセンサが採用されている。MRセンサは、回転軸の回転に応じてsin信号及びcos信号の2つのアナログ信号を生成する。
The
ステアリングシャフト12において、第3プーリ37とステアリングホイール11との間には、トルクセンサ32が設けられている。トルクセンサ32は、ステアリングシャフト12に付与される操舵トルクを検出する。トルクセンサ32は、制御部31に接続されている。
In the steering
制御部31には、車載される自動操舵ECU40が接続されている。自動操舵ECU40は、運転者のステアリング操作とは独立してステアリングシャフト12に操舵力を付与し、車両の走行状態に応じてステアリングホイール11の回転角である操舵角を自動的に変化させる自動操舵の制御を制御部31に対して指示するものである。
An
次に、自動操舵装置1(EPS3)の電気的構成について説明する。
図2に示すように、制御部31は、第1操舵ECU41と第2操舵ECU42の2つのECUを備えている。第1操舵ECU41はメモリ41aを有しているとともに、第2操舵ECU42はメモリ42aを有している。第1操舵ECU41には、制御対象として角度制御モータ33が接続されている。第2操舵ECU42には、制御対象としてトルク制御モータ34が接続されている。なお、図2中、二点鎖線で示すように、第1操舵ECU41は、第2操舵ECU42に異常がある場合にはトルク制御モータ34を制御対象とすることができるようにも構成されている。同じく二点鎖線で示すように、第2操舵ECU42は、第1操舵ECU41に異常がある場合には角度制御モータ33を制御対象とすることができるようにも構成されている。なお、第1操舵ECU41は第1の制御部の一例である。また、第2操舵ECU42は第2の制御部の一例である。
Next, the electrical configuration of the automatic steering device 1 (EPS3) will be described.
As shown in FIG. 2, the
また、各操舵ECU41,42には、それぞれ自動操舵ECU40が接続されている。自動操舵ECU40には、車両の走行状態を示す車両情報θconが入力される。車両情報θconは、カーナビ等のGPSや車速センサや車載センサ(カメラ、距離センサ、レーザー等)や車路間通信により認識される車両の周辺環境を含む車両の走行状態を示す各種情報である。自動操舵ECU40は、車両情報θconに基づき生成する自動操舵の制御に用いる角度指令値θs*を各操舵ECU41,42のそれぞれに対して出力する。
Further, an
また、各操舵ECU41,42には、それぞれトルクセンサ32が接続されている。トルクセンサ32は、ステアリングシャフト12に付与される操舵トルクτを各操舵ECU41,42のそれぞれに対して出力する。また、各操舵ECU41,42には、それぞれ第1相対角度センサ33bが接続されている。第1相対角度センサ33bは、第1相対角度を各操舵ECU41,42のそれぞれに対して出力する。ここでは、説明の便宜上、第1相対角度センサ33bの出力に「θ1」を付している。また、各操舵ECU41,42には、それぞれ第2相対角度センサ34bが接続されている。第2相対角度センサ34bは、第2相対角度を各操舵ECU41,42のそれぞれに対して出力する。ここでは、説明の便宜上、第2相対角度センサ34bの出力に「θ2」を付している。
A
なお、各操舵ECU41,42には、それぞれ図示しない切替スイッチが接続されている。切替スイッチは、運転者により操作され、各操舵ECU41,42が自動操舵の制御を実行する自動操舵モードを設定するか否かの切り替えを指示するものである。本実施形態において、各操舵ECU41,42は、自動操舵モードの設定が指示される間、自動操舵に関わる自動操舵制御を実行し、運転者によるステアリング操作の介入操作があれば自動操舵制御と並行してステアリング操作を補助する介入操舵制御を実行する。また、各操舵ECU41,42は、自動操舵モードの設定が指示されない間(設定しないことが指示される間)、自動操舵制御を実行しないで、ステアリング操作を補助するEPS制御を実行する。この場合、各操舵ECU41,42は、自動操舵ECU40が出力する角度指令値θs*を無効にしたり入力しないようにしたりすればよい。
Note that a changeover switch (not shown) is connected to each of the
次に、各操舵ECU41,42の機能について詳しく説明する。
図3に示すように、まず自動操舵ECU40は、車両情報θconに基づき最適な角度指令値θs*を生成する目標操舵角演算を所定周期毎に実行する。そして、自動操舵ECU40は、生成した角度指令値θs*を各操舵ECU41,42のそれぞれに所定周期毎に出力する。角度指令値θs*に基づいては、第1操舵ECU41が角度制御モータ33の動作を制御してモータ駆動させる。
Next, functions of the
As shown in FIG. 3, first, the
具体的に、第1操舵ECU41は、角度指令値θs*が自動操舵ECU40から入力される毎に当該角度指令値θs*に基づき角度制御モータ33に出力させるべきモータトルクを示す操舵力(自動操舵トルク)の目標値として自動操舵トルク指令値Tθ*を生成する自動操舵トルク演算を実行する。なお、自動操舵トルク指令値Tθ*は、角度制御モータ33に供給する電流値を示している。自動操舵装置1では、角度制御モータ33に供給可能な電流の最大値が予め定められている。
Specifically, each time the angle command value θs * is input from the
自動操舵トルク演算において、第1操舵ECU41は、ステアリングシャフト12の実際の回転角度(以下、「絶対回転角度」という)が角度指令値θs*と一致するように自動操舵トルク指令値Tθ*を生成する。
In the automatic steering torque calculation, the
第1操舵ECU41が実行する自動操舵トルク演算は、第2操舵ECU42においても同様にして実行される。なお、第2操舵ECU42が実行する自動操舵トルク演算では、第1操舵ECU41の場合と同一の角度指令値θs*と同一のステアリングシャフト12の絶対回転角度とを用いているので、自動操舵装置1に異常が発生していなければ第1操舵ECU41の場合と同一の自動操舵トルク指令値Tθ*が生成されるはずである。
The automatic steering torque calculation executed by the
ここで、図4を参照して、各操舵ECU41,42によるステアリングシャフト12の絶対回転角度の算出を説明する。
各操舵ECU41,42は、第1相対角度センサ33bから取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第1相対回転角度θ1を算出する。各操舵ECU41,42は、第2相対角度センサ34bから取得される2つのアナログ信号からアークタンジェントを求めることにより第2相対回転角度θ2を算出する。
Here, the calculation of the absolute rotation angle of the steering
Each of the
図4に示したグラフの縦軸は第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とを示し、横軸はステアリングシャフト12の多回転の絶対回転角度を示している。破線は第1相対回転角度θ1の遷移を示し、実線は第2相対回転角度θ2の遷移を示している。なお、第1相対角度センサ33b及び第2相対角度センサ34bの出力信号はそれぞれ軸倍角1倍である。そして、角度制御モータ33とトルク制御モータ34との減速比の違いにより、破線の波形の位相及び実践の波形の位相が回転とともにずれていく。第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とは、それぞれMRセンサの検出範囲の回転角度(0°〜360°)である。すなわち、第1相対回転角度θ1及び第2相対回転角度θ2のそれぞれからでは、ステアリングシャフト12の多回転の回転角度である絶対回転角度を算出することができない。
The vertical axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the first relative rotation angle θ1 and the second relative rotation angle θ2, and the horizontal axis indicates the multiple rotation absolute rotation angle of the steering
そこで、各操舵ECU41,42は、第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2との角度差(|θ1−θ2|)を算出する。図4のグラフの太線が角度差を示している。図4に示すように、絶対回転角度が大きくなるほど、角度差(|θ1−θ2|)が絶対回転角度に比例して大きくなる。このため、各操舵ECU41,42は、角度差(|θ1−θ2|)に対する絶対回転角度を予め把握していることで、角度差(|θ1−θ2|)から絶対回転角度を算出することができる。各操舵ECU41,42における各メモリ41a,42aには、角度差(|θ1−θ2|)に対する絶対回転角度が予め記憶されている。
Accordingly, each of the
なお、各操舵ECU41,42は、イグニッション信号が入力されると、ステアリングホイール11の回転角度(絶対回転角度)を算出する。各操舵ECU41,42は、第1相対角度センサ33b及び第2相対角度センサ34bから得られる第1相対回転角度θ1と第2相対回転角度θ2とを使用して絶対回転角度を算出する。
In addition, each steering ECU41,42 will calculate the rotation angle (absolute rotation angle) of the
また、トルクセンサ32は、操舵トルクτを各操舵ECU41,42のそれぞれに所定周期毎に出力する。操舵トルクτに基づいては、第2操舵ECU42がトルク制御モータ34の動作を制御してモータ駆動させる。ただし、本実施形態において、第2操舵ECU42がトルク制御モータ34の動作を制御する際に用いるトルク指令値Tτ*は、第1操舵ECU41が生成して第2操舵ECU42に対して出力(伝達)するようになっている。
The
具体的に、第1操舵ECU41は、操舵トルクτがトルクセンサ32から入力される毎に当該操舵トルクτに基づきトルク制御モータ34に出力させるべきモータトルクを示す操舵力(アシストトルク)の目標値としてトルク指令値Tτ*を生成するアシストトルク演算を実行する。なお、トルク指令値Tτ*は、トルク制御モータ34に供給する電流値を示している。自動操舵装置1では、トルク制御モータ34に供給可能な電流の最大値が予め定められている。
Specifically, the
本実施形態では、トルク制御モータ34に供給する電流の最大値が角度制御モータ33に供給する電流の最大値と同一に設定されている。ただし、トルク制御モータ34(第2減速機34a)の減速比が角度制御モータ33(第1減速機33a)の減速比と比較して大きく設定されている。
In the present embodiment, the maximum value of the current supplied to the
そのため、図5に示すように、各トルク指令値Tθ*,Tτ*(供給する電流)の最大値が同一に設定されていたとしても、トルク制御モータ34では、角度制御モータ33がステアリングシャフト12に付与する操舵力と比較して減速比が大きい分だけステアリングシャフト12に大きい操舵力を付与することができる。すなわち、トルク制御モータ34(付与トルク大)は、角度制御モータ33(付与トルク小)と比較してステアリングシャフト12に付与する操舵力(以下、「付与トルク」という)の最大値が大きくなるように構成されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, even if the maximum values of the respective torque command values Tθ * and Tτ * (current to be supplied) are set to be the same, the
図5に示したグラフの縦軸は角度制御モータ33の付与トルクの最大値(Tθmax)とトルク制御モータ34の付与トルクの最大値(Tτmax)とを示し、横軸は経過時間を示している。斜線で強調した部分は角度制御モータ33の付与トルク(Tθ)の範囲を示している。すなわち、同図に示すように、トルク制御モータ34の付与トルクの最大値(Tτmax)は、角度制御モータ33の付与トルクの最大値(Tθmax)と比較して常に大きくなるように構成されている。
The vertical axis of the graph shown in FIG. 5 indicates the maximum value (Tθmax) of the applied torque of the
また、同図に示すように、第1操舵ECU41は、図示しないバッテリの蓄電状態等に基づく車両状態(状態A、状態B、状態C)に応じて各制御モータ33,34に供給する電流の最大値を変動させるようになっている。この場合であっても、トルク制御モータ34の付与トルクの最大値(Tτmax)は、角度制御モータ33の付与トルクの最大値(Tθmax)と比較して常に大きくなるように構成されている。
Further, as shown in the figure, the
第1操舵ECU41が実行するアシストトルク演算は、第2操舵ECU42においても同様にして実行される。なお、第2操舵ECU42が実行するアシストトルク演算では、第1操舵ECU41の場合と同一の操舵トルクτを用いているので、自動操舵装置1に異常が発生していなければ第1操舵ECU41の場合と同一のトルク指令値Tτ*が生成されるはずである。
The assist torque calculation executed by the
そして、第1操舵ECU41は、角度指令値θs*を用いて当該角度指令値θs*にステアリングシャフト12の実際の回転角度(絶対回転角度)を一致させるように、角度制御モータ33のモータ駆動を制御する。第1操舵ECU41は、自動操舵トルク指令値Tθ*のモータトルク(付与トルク小)を出力させるように、角度制御モータ33のモータ駆動を制御する。角度制御モータ33の回転制御によってステアリングシャフト12の回転速度及び回転角度(絶対回転角度)が制御される。
Then, the
また、第2操舵ECU42は、トルク指令値Tτ*を用いて当該トルク指令値Tτ*のモータトルク(付与トルク大)を出力させるように、トルク制御モータ34のモータ駆動を制御する。トルク制御モータ34の回転制御によって運転者のステアリング操作が補助される。
Further, the
なお、本実施形態の各制御モータ33,34の出力には、HPS2によってラックシャフト14に付与される転舵力も上乗せされている。すなわち、各制御モータ33,34の出力は、HPS2の転舵力によって引き上げられ(ブーストされ)ており、各制御モータ33,34の負担が低減されているとともに各トルク指令値Tθ*,Tτ*に対する追従性が向上されている。
Note that the steering force applied to the
また、第1操舵ECU41には、第2操舵ECU42から自動操舵トルク演算の結果(自動操舵トルク指令値Tθ*)が入力される(図3中、破線で示す)。そして、第1操舵ECU41は、自身の自動操舵トルク演算の結果と第2操舵ECU42から入力される(受け取った)自動操舵トルク指令値Tθ*とを比較し、一致する場合に第2操舵ECU42が正常であることを判断するとともに、一致しない場合に第2操舵ECU42が異常であることを判断する第2操舵ECU42の監視制御を実行する。第1操舵ECU41は、第2操舵ECU42が異常であることを判断する場合、第2操舵ECU42に対して動作(トルク制御モータ34の駆動の制御)の停止を指示する。なお、第2操舵ECU42は、動作の停止が指示されると、以後の動作を停止して一切の制御を実行しないようになる。
The
一方、第2操舵ECU42は、自身のアシストトルク演算の結果と第1操舵ECU41から入力される(受け取った)トルク指令値Tτ*とを比較し、一致する場合に第1操舵ECU41が正常であることを判断するとともに、一致しない場合に第1操舵ECU41が異常であることを判断する第1操舵ECU41の監視制御を実行する。第2操舵ECU42は、第1操舵ECU41が異常であることを判断する場合、第1操舵ECU41に対して動作(角度制御モータ33の駆動の制御)の停止を指示する。なお、第1操舵ECU41は、動作の停止が指示されると、以後の動作を停止して一切の制御を実行しないようになる。
On the other hand, the
このように各操舵ECU41,42は、それぞれ入力される角度指令値θs*、操舵トルクτ、第1相対回転角度θ1、第2相対回転角度θ2に基づき同一の演算を実行するように構成されている。そして、各操舵ECU41,42は、自身が主になって実行する制御に関わる演算(第1操舵ECU41であれば角度制御モータ33に関わる自動操舵トルク演算、第2操舵ECU42であればトルク制御モータ34に関わるアシストトルク演算)について、自身の演算が常に正常である旨の優先順位を設定した監視制御を実行する。このように設定した優先順位に基づき、互いに互いを監視する相互監視が実現されている。
As described above, the
以上に説明した本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を奏する。
(1)例えば、ステアリングホイール11に入力される操舵トルクに基づくトルク指令値Tτ*を用いて駆動されるトルク制御モータ34によっては、ユーザーの意思を操舵機構10に操舵力として反映させることができる。そして、自動操舵モード中における車両の走行中のなかでも障害物の回避等の緊急操舵時においては、ステアリングホイール11に入力される操舵トルクに対して大きな付与トルクを必要とすることが多い。
According to the present embodiment described above, the following operations and effects are achieved.
(1) For example, depending on the
その点、本実施形態では、角度制御モータ33とトルク制御モータ34とが同時に駆動される状況、すなわち自動操舵モード中であっても、ステアリングホイール11に入力される操舵トルクに対して特に大きな付与トルクを必要とする場合、ユーザーの意思を操舵機構10に操舵力として好適に反映させることができるようになる。したがって、これまでにない複数のモータの使い方として、自動操舵モード中における車両の走行中のなかで障害物の回避等の緊急操舵時において、角度制御モータ33とトルク制御モータ34とが共に駆動されていたとしてもトルク制御モータ34の構成によってユーザーの意思を好適に優先させるための使い方を提案することができる。
In this respect, in the present embodiment, even when the
(2)各操舵ECU41,42には、それぞれ角度指令値θs*、操舵トルクτ、第1相対回転角度θ1、第2相対回転角度θ2が入力されるようにしている。そして、各操舵ECU41,42の間では、自動操舵トルク演算の結果(自動操舵トルク指令値Tθ*)及びアシストトルク演算の結果(トルク指令値Tτ*)を互いにやりとりすることで互いに異常があるか否かを判断する相互監視を実現するようにしている。したがって、各操舵ECU41,42の機能安全を向上させることができる。
(2) An angle command value θs *, a steering torque τ, a first relative rotation angle θ1, and a second relative rotation angle θ2 are input to the
(3)第1操舵ECU41は、トルクセンサ32から入力される操舵トルクτに基づきトルク制御モータ34の駆動を制御するためのトルク指令値Tτ*を演算して第2操舵ECU42に対して伝達するように構成されている。そして、第2操舵ECU42は、トルク制御モータ34を制御するためのトルク指令値Tτ*を第1操舵ECU41から受け取る他、自身でもトルクセンサ32から入力される操舵トルクτに基づき演算することで、第1操舵ECU41の監視制御を実行する。
(3) The
すなわち、仮に第1操舵ECU41の異常時、第1操舵ECU41からトルク指令値Tτ*が伝達されなくなったとしても第2操舵ECU42は、自身で演算したトルク指令値Tτ*を用いてトルク制御モータ34の駆動を制御することができるようになる。その他、第2操舵ECU42には、第1操舵ECU41と同一の信号が入力されているので、角度指令値θs*に基づき第1操舵ECU41の替わりに角度制御モータ33の駆動を制御することもできる。これは、第2操舵ECU42の異常時でも同様であり、この場合には第1操舵ECU41が第2操舵ECU42の替わりにトルク制御モータ34の駆動を制御することもできる。
That is, even if the
ここで、図6(a)〜(c)を参照して、状況毎における各操舵ECU41,42の機能を説明する。
図6(a)に示すように、第1操舵ECU41は、各操舵ECU41,42が共に正常で異常がない場合、自動操舵制御と第2操舵ECU監視とを実行するように機能する。また、第2操舵ECU42は、各操舵ECU41,42が共に正常で異常がない場合、EPS制御と介入操舵制御と第1操舵ECU監視とを実行するように機能する。なお、第2操舵ECU監視は、第1操舵ECU41が実行する第2操舵ECU42の監視制御のことである。第1操舵ECU監視は、第2操舵ECU42が実行する第1操舵ECU41の監視制御のことである。
Here, with reference to FIGS. 6A to 6C, functions of the
As shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示すように、第1操舵ECU41に異常があって(第1操舵ECU故障)、第2操舵ECU42が正常で異常がない場合、第1操舵ECU41は機能しなくなる。この場合、第2操舵ECU42は、自動操舵制御とEPS制御と介入操舵制御とを実行するように機能する。この場合であっても、第2操舵ECU42は、角度指令値θs*に基づき自動操舵トルク演算によって自動操舵トルク指令値Tθ*を算出しているので、角度指令値θs*に基づき角度制御モータ33の駆動を制御することができる。また、第2操舵ECU42は、操舵トルクτに基づきアシストトルク演算によってトルク指令値Tτ*を算出しているので、トルク指令値Tτ*に基づきトルク制御モータ34の駆動を制御することができる。これにより、第2操舵ECU42は、第1操舵ECU41が実行していた機能を冗長化することができる。
As shown in FIG. 6B, when the
一方、図6(c)に示すように、第2操舵ECU42に異常があって(第2操舵ECU故障)、第1操舵ECU41が正常で異常がない場合、第2操舵ECU42は機能しなくなる。この場合、第1操舵ECU41は、自動操舵制御とEPS制御と介入操舵制御とを実行するように機能する。この場合であっても、第1操舵ECU41は、操舵トルクτに基づきアシストトルク演算によってトルク指令値Tτ*を算出しているので、操舵トルクτに基づきトルク制御モータ34の駆動を制御することができる。これにより、第1操舵ECU41は、第2操舵ECU42が実行していた機能を冗長化することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6C, when the
したがって、各操舵ECU41,42の機能安全をより好適に向上させることができる。
(4)第2操舵ECU42では、少なくとも自身で算出したトルク指令値Tτ*が常に正常である旨の優先順位を設定した監視制御が実行されるようにしている。なお、第1操舵ECU41では、少なくとも自身で算出した自動操舵トルク指令値Tθ*が常に正常である旨の優先順位を設定した監視制御が実行されるようにしている。そのため、各操舵ECU41,42の異常時にはその異常の判断を速やかに導き出すことができるようになる。したがって、各操舵ECU41,42の機能安全をより好適に向上させることができる。
Therefore, the functional safety of each steering
(4) In the
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・各操舵ECU41,42では、相互監視を実現していたが第2操舵ECU42による第1操舵ECU41の監視が少なくとも実現されていればよい。この場合、第2操舵ECU42の監視については、第2操舵ECU42の自己判定(セルフチェック)に委ねればよい。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms which changed this suitably.
The mutual monitoring is realized in each of the
・各操舵ECU41,42の監視において、正常である旨の優先順位は、各操舵ECU41,42のいずれかのみに設定してもよい。この場合であっても、上記効果(4)に準じた効果を得ることができる。
In the monitoring of each of the
・第2操舵ECU42は、トルク制御モータ34の駆動を制御する場合、自身で算出したトルク指令値Tτ*を用いるように構成してもよい。また、第1操舵ECU41は、角度制御モータ33の駆動を制御する場合、第2操舵ECU42から入力される自動操舵トルク指令値Tθ*を用いるように構成してもよい。また、各操舵ECU41,42は、制御部31として一つのECUとして構成されていてもよい。
The
・各操舵ECU41,42には、制御に必要な信号のみ入力されるように構成されていてもよい。この場合には、例えば、第1操舵ECU41のみにしか入力されない信号については、第1操舵ECU41を介して第2操舵ECU42に入力されるように構成することで相互監視についても実現することができる。
The
・上記実施形態は、自動操舵モードの設定が指示されている間に介入操作があった場合、自動操舵制御を中断又は停止させて自動操舵モードの設定が指示されない状態、すなわちEPS制御に切り替えるようにした自動操舵装置1に適用してもよい。これにより、自動操舵制御からEPS制御への切り替え時には、減速比の大きいトルク制御モータ34が駆動されることによって介入操作が優先されるように構成することができる。したがって、自動操舵制御からEPS制御への切り替え時には、切り替えが正常に行われず角度制御モータ33が駆動されてしまうことがあったとしてもユーザーの意思を操舵機構10に操舵力として好適に反映させることができる。
In the above embodiment, when an intervention operation is performed while the setting of the automatic steering mode is instructed, the automatic steering control is interrupted or stopped so that the automatic steering mode setting is not instructed, that is, the EPS control is switched. You may apply to the
・トルク制御モータ34については、角度制御モータ33と比較して供給可能な電流の最大値が大きくなるように設定したり、角度制御モータ33と比較して巻線の巻数を増やしたりして、角度制御モータ33と比較してモータ自体の出力が大きくなるようにしてもよい。この場合、トルク制御モータ34は、第2減速機34aの減速比が第1減速機33aの減速比と同一であったとしても、角度制御モータ33と比較して付与トルクの最大値(この場合には、モータ自体の最大出力)が大きくなる。なお、本変形例では、仮に第2減速機34aの減速比と第1減速機33aの減速比とを同一にする場合、ステアリングシャフト12に当該ステアリングシャフト12の絶対回転角度を検出可能な舵角センサを別途設ける等すればよい。
The
・第1相対角度センサ33b及び第2相対角度センサ34bとしてMRセンサを用いたが、ホールセンサを用いてもよく、レゾルバを用いてもよい。
・角度制御モータ33及びトルク制御モータ34をそれぞれベルトに代えてギヤを介してステアリングシャフト12に連結してもよい。
-Although the MR sensor was used as the 1st
The
・第1プーリ35の歯数、第2プーリ36の歯数、第3プーリ37の歯数は、減速比の大小関係が維持されれば、任意に設定可能である。
・動力付与機構30には、角度制御モータ33とトルク制御モータ34とが少なくともそれぞれ一つずつ設けられていればよく、角度制御モータ33を2個以上設けるようにしたりトルク制御モータ34を2個以上設けるようにしたりしてもよい。この場合、角度制御モータ33及びトルク制御モータ34のうち少なくとも2個のモータの回転角度差から絶対回転角度を算出すればよい。
The number of teeth of the
The
・各制御モータ33,34の設ける位置を変更することで、ピニオンシャフト13の回転角度を算出するようにしてもよい。
・上記実施形態において、HPS2は、例えば、ボールスクリュー式の油圧パワーステアリング装置等、その仕様を変更してもよい。その他、ラックシャフト14(操舵機構10)に付与する転舵力の発生源は、電動パワーステアリング装置(EPS)とするようにしてもよい。こうした電動パワーステアリング装置には、ラックシャフト14に転舵力を付与するラック型の電動パワーステアリング装置を採用すればよい。
-You may make it calculate the rotation angle of the
In the above embodiment, the specifications of the HPS 2 may be changed, for example, a ball screw type hydraulic power steering device. In addition, the generation source of the turning force applied to the rack shaft 14 (steering mechanism 10) may be an electric power steering device (EPS). For such an electric power steering apparatus, a rack type electric power steering apparatus that applies a steering force to the
・上記実施形態は、自動操舵モードを有していない操舵装置にも適用可能である。この場合、角度制御モータ33は、例えば、横滑り防止装置(ビークル・スタビリティ・コントロール)でステアリングシャフト12に動力を付与するのに用いられたりする。
-The above-mentioned embodiment is applicable also to a steering device which does not have automatic steering mode. In this case, the
・上記実施形態は、例えば、ステアバイワイヤ式の操舵装置にも適用可能である。この場合、HPS2には、電気的に制御する仕様に変更したバルブ装置22を設けるようにすればよい。このバルブ装置22は、角度指令値θs*を用いて第1操舵ECU41によって制御されればよい。なお、第1操舵ECU41は、軸方向の往復直線運動によって左右の転舵輪16,16を転舵させる転舵軸(上記実施形態のラックシャフト14相当)の位置(又は移動量)が角度指令値θs*に基づき算出される転舵軸の位置(又は移動量)と一致するようにバルブ装置22(各油圧室20aの油圧差)を制御すればよい。この場合、角度制御モータ33(動力付与機構30)は、自動操舵中に転舵輪16,16の転舵に応じてステアリングホイール11が回転するようにステアリングシャフト12(操舵機構10)に動力(操舵力)を付与するように機能する。また、トルク制御モータ34(動力付与機構30)は、自動操舵中にステアリングシャフト12に付与される操舵トルクに応じてステアリングホイール11に負荷が生じるようにステアリングシャフト12(操舵機構10)に動力(反力)を付与するように機能する。その他、ラックシャフト14(操舵機構10)に付与する転舵力の発生源は、上記実施形態や上記変形例のように、電動パワーステアリング装置(EPS)とするようにしてもよい。こうした電動パワーステアリング装置として、転舵軸に転舵力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置を採用すればよい。なお、本変形例は、上述の他の変形例と組み合わせて適用してもよい。
-The above-mentioned embodiment is applicable also to a steer-by-wire type steering device, for example. In this case, the HPS 2 may be provided with a valve device 22 that has been changed to an electrically controlled specification. The valve device 22 may be controlled by the
1…自動操舵装置、3…電動パワーステアリング装置、10…操舵機構、11…ステアリングホイール、12…ステアリングシャフト、16…転舵輪、30…動力付与機構、31…制御部、32…トルクセンサ、33…角度制御モータ、34…トルク制御モータ、40…自動操舵ECU、41…第1操舵ECU、42…第2操舵ECU、θs*…角度指令値、Tτ*…トルク指令値、Tθmax,Tτmax…付与トルクの最大値。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ステアリングホイールの回転角に基づく角度指令値を用いて前記第1のモータの駆動を制御するとともに、前記ステアリングホイールに入力される操舵トルクに基づくトルク指令値を用いて前記第2のモータの駆動を制御する制御部を備え、
前記第1のモータと前記第2のモータとが同時に駆動される状況において、前記トルク指令値を用いて駆動される前記第2のモータが前記操舵機構に対して付与する動力の最大値は、前記角度指令値を用いて駆動される前記第1のモータが前記操舵機構に対して付与する動力の最大値と比較して大きくなるように構成されていることを特徴とする操舵制御装置。 In a steering control device including a power applying mechanism configured to include a first motor and a second motor that apply power to a steering mechanism configured to include a steering wheel that enables steering wheels to be steered. ,
The driving of the first motor is controlled using an angle command value based on the rotation angle of the steering wheel, and the second motor is driven using a torque command value based on a steering torque input to the steering wheel. A control unit for controlling
In a situation where the first motor and the second motor are driven simultaneously, the maximum value of the power that the second motor driven using the torque command value applies to the steering mechanism is A steering control device, wherein the first motor driven using the angle command value is configured to be larger than a maximum value of power applied to the steering mechanism.
前記制御部は、前記自動操舵モード中に前記角度指令値を用いて前記第1のモータを駆動させている場合、前記ステアリングホイールに前記操舵トルクが入力される状況で前記トルク指令値を用いて前記第2のモータを駆動させるように構成されている請求項1に記載の操舵制御装置。 An automatic steering mode for controlling the power application mechanism so as to apply the power according to a running state of a vehicle independently of steering of the steering wheel;
The controller uses the torque command value when the steering torque is input to the steering wheel when the first motor is driven using the angle command value during the automatic steering mode. The steering control device according to claim 1, wherein the steering control device is configured to drive the second motor.
前記第1の制御部と前記第2の制御部には、それぞれ同一の信号が外部から入力されるように構成されている請求項1又は請求項2に記載の操舵制御装置。 The control unit includes a first control unit that controls driving of the first motor, and a second control unit that controls driving of the second motor,
The steering control device according to claim 1 or 2, wherein the first control unit and the second control unit are configured such that the same signal is input from outside.
前記第2の制御部は、前記第2のモータの駆動を制御するための前記トルク指令値を前記第1の制御部から受け取る他、自身でも外部から入力される信号に基づき演算可能に構成されており、前記第1の制御部から受け取った前記トルク指令値について、自身で演算した前記トルク指令値と一致するか否かを判断するように構成されている請求項3に記載の操舵制御装置。 The first control unit is configured to calculate the torque command value for controlling the driving of the second motor based on a signal input from the outside, and to transmit the torque command value to the second control unit. Has been
The second control unit is configured to receive the torque command value for controlling the driving of the second motor from the first control unit, and to be able to calculate based on a signal input from the outside. The steering control device according to claim 3, wherein the steering control device is configured to determine whether or not the torque command value received from the first control unit matches the torque command value calculated by itself. .
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