JP2017165219A - 操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵制御装置は、操舵角θhの目標値である目標操舵角θh*にフィードバック制御するために反力アクチュエータを操作する操舵角フィードバック処理部M22及び操作信号生成処理部M24と、理想軸力Fibを算出する理想軸力演算部M10abと、路面軸力Ferを算出する路面軸力演算部M10acと、理想軸力Fib及び路面軸力Ferを所定割合で配分したベース反力Fdを算出する軸力配分演算部M10aaと、ベース反力Fdに基づき、目標操舵角θh*を設定する目標操舵角算出処理部M20とを備えている。そして、路面軸力Ferを通じて路面情報が反映される目標操舵角θh*は、操舵角フィードバック処理部M22によってフィードバックされることにより、角度制御されるようにしている。
【選択図】図2
Description
そして、例えば、路面凍結時等、低μ路を走行する場合、低μ路でない路面を走行する場合と比較して転舵輪に対して加えられる伝達力が著しく低下する状況となる。この場合、転舵輪とステアリングとが機械的に連結されたものにおいて、ステアリングの反力が著しく低下する状況となる。こうした反力の変化は、上記構成であれば、転舵輪とステアリングとの動力遮断状態であっても、路面成分を通じてステアリングに反力の変化として伝達されるようになる。すなわち、上記例のように、低μ路でない路面を走行している状態から低μ路を走行する状態への移行時、転舵輪とステアリングとの動力遮断状態であっても、ステアリングの反力が急に低下する状況を反力アクチュエータによって実現することができる。
そして、例えば、路面凍結時等、低μ路を走行する場合、低μ路でない路面を走行する場合と比較して転舵輪に対して加えられる伝達力が著しく低下し、ステアリングの反力が著しく低下する状況となる。こうした反力の変化は、上記構成であれば、ステアリングの操作を補助するなかで、路面成分を通じてステアリングに反力の変化として伝達されるようになる。すなわち、上記例のように、低μ路でない路面を走行している状態から低μ路を走行する状態への移行時、ステアリングの反力が急に低下する状況を補助力アクチュエータによって、より精度よく実現することができる。
上記構成によれば、配分割合を可変させてステアリングに伝達させる路面情報量を可変させることができるので、車両の走行状態に応じて、必要なだけの路面情報をユーザーが取得できるように調整することができる。これにより、操舵フィーリングを効果的に向上させることができる。
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、及び反力モータ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)及びインバータ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及び慣性係数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、目標転舵角θp*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(ラックストッパ)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。
(1)ステアリング10の回転に抗する力である反力Firには、軸力配分演算部M10aaにより、その時のドライブモードDMや車速Vに応じて必要とされる路面情報を路面軸力Ferとして、そのうちのいくらかを反映させることができるように構成されている。そのため、操舵角フィードバック処理部M22の目標値であって、反力Firに基づき演算される目標操舵角θh*には、理想軸力Fibと路面軸力Ferとを配分することができるようになる。このように少なくとも路面軸力Ferが配分された目標操舵角θh*は、操舵角フィードバック処理部M22によってフィードバックされることにより、操舵角θhをあるべき角度に角度制御することができる。これにより、路面軸力Ferに反映されている路面情報を操舵角θhの微小角度のレベルでステアリング10に伝達させることができ、操舵フィーリングの微調整が可能になる。したがって、ステアリング10に付与する反力によって、ステアリング10に路面情報を伝達させる際に、操舵角θhが成り行きである場合と比較して操舵フィーリングを調整し易くすることができる。
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。
本実施形態にかかる操舵装置は、クラッチ12及び反力アクチュエータ20を備えておらず、ステアリング10が、ステアリングシャフト100に固定されており、ステアリングシャフト100の回転に応じてラック軸46が軸方向に往復動する。なお、ステアリングシャフト100は、ステアリング10側から順にコラム軸102、中間軸104、及びピニオン軸106を連結することにより構成されている。
偏差算出処理部M46は、加算処理部M42の出力から反力Firを減算した値を出力する。
上記の式(c2)にて表現されるモデルは、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(c2)において、粘性係数C及び慣性係数Jは、式(c1)と同様のものである。
(5)転舵角フィードバック処理部M50の目標値であって、反力Firに基づき演算される目標転舵角θp*には、理想軸力Fibと路面軸力Ferとを配分することができるようになる。このように少なくとも路面軸力Ferが配分された目標転舵角θp*は、転舵角フィードバック処理部M50によってフィードバックされることにより、転舵角θpをあるべき角度に角度制御することができる。これにより、路面軸力Ferに反映されている路面情報を転舵角θpの微小角度のレベルでステアリング10に伝達させることができ、操舵フィーリングの微調整が可能になる。したがって、ステアリング10の操作を補助する場合であっても、ステアリング10に路面情報を伝達させる際に、転舵角θpが成り行きである場合と比較して操舵フィーリングを調整し易くすることができる。
・各配分ゲインGib,Gerは、ドライブモードDMに関係なく、総和が1となるように値が設定されていてもよい。この場合、ゲイン演算部M10aaaは、各配分ゲインGib,Gerの何れかをマップ演算し、得られた配分ゲインを1から減算することによって残りの配分ゲインを算出するようにしてもよい。また、各配分ゲインGib,Gerは、総和が1未満となるように値が設定されていてもよい。このように、各配分ゲインGib,Gerの設定の方法を変更することで、様々な操舵フィーリングを実現することができる。
・各実施形態において、転舵アクチュエータ40としては、ラックアシスト型であれば、例えば、ラック軸46の同軸上に転舵側モータ56を配置するものや、ラック軸46に平行に転舵側モータ56を配置するもの等であってもよい。また、第2の実施形態においては、ラックアシスト型電動パワーステアリングシステムに替えて、ステアリングシャフト100のコラム軸102に補助力を付与するコラムアシスト型電動パワーステアリングシステムを実現するようにしてもよい。この場合、転舵アクチュエータ40に替えて、転舵側モータ56に替えて補助力用のモータを備える補助力アクチュエータをステアリングシャフト100(特に、コラム軸102)に機械的に連結して設けるようにすればよい。なお、補助力用のモータの回転軸の回転角度とステアリングシャフト100の操舵角との間には相関関係がある。したがって、補助力用のモータの回転軸の回転角度と転舵輪30の転舵角との間にも相関関係がある。そのため、制御装置80は、積算処理部M2により、センサによって検出される補助力用のモータの回転軸の回転角度に処理を施し、これに換算係数を乗算して、転舵角θpを算出すればよい。なお、この場合の換算係数は、補助力アクチュエータにおける減速機と補助力用のモータの回転軸との回転速度比、及びコラム軸102とピニオン軸106との回転速度比の積とすればよい。
Claims (6)
- 操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、
前記操舵装置に前記操作信号を出力することによって、ステアリングに付与されるステアリングの操作に抗する力である反力を制御する反力処理部を備え、
前記操舵装置は、前記反力を付与する反力アクチュエータと、少なくとも転舵輪と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転舵アクチュエータとを備え、
前記反力処理部は、
操舵角の検出値を、当該操舵角の目標値である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、
前記転舵輪に対して路面から伝達される路面情報が反映されない成分である理想成分を演算する理想成分演算部と、
前記路面情報が反映された成分である路面成分を演算する路面成分演算部と、
前記理想成分及び前記路面成分を所定割合で配分した成分である配分成分を演算する配分成分演算部と、
前記配分成分に基づき、前記目標操舵角を設定する目標操舵角算出処理部と、
を有する操舵制御装置。 - 前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角の検出値を、当該回転角の目標値である目標転舵角にフィードバック制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵角制御処理部を備え、
前記理想成分演算部は、前記目標操舵角及び前記目標転舵角の少なくともいずれかに基づき、前記転舵輪に作用する伝達力の理想値である理想伝達力を前記理想成分として演算し、
前記路面成分演算部は、前記転舵アクチュエータの実電流値に基づき、前記転舵輪に作用する伝達力を前記路面成分として演算する請求項1に記載の操舵制御装置。 - 操舵装置に操作信号を出力する操舵制御装置において、
前記操舵装置に前記操作信号を出力することによってステアリングの操作を補助し、転舵輪を転舵させる補助力処理部を備え、
前記操舵装置は、前記ステアリングの操作を補助する力である補助力を付与する補助力アクチュエータを備え、
前記補助力処理部は、
前記転舵輪の転舵角に換算可能な回転軸の回転角の検出値を、当該回転角の目標値である目標転舵角にフィードバック制御するために前記補助力アクチュエータを操作する転舵角制御処理部と、
前記転舵輪に対して路面から伝達される路面情報が反映されない成分である理想成分を演算する理想成分演算部と、
前記路面情報が反映された成分である路面成分を演算する路面成分演算部と、
前記理想成分及び前記路面成分を所定割合で配分した成分である配分成分を演算する配分成分演算部と、
前記配分成分に基づき、前記目標転舵角を設定する目標転舵角算出処理部と、
を有する操舵制御装置。 - 前記理想成分演算部は、前記目標転舵角に基づき、前記転舵輪に作用する伝達力の理想値である理想伝達力を前記理想成分として演算し、
前記路面成分演算部は、前記補助力アクチュエータの実電流値に基づき、前記転舵輪に作用する伝達力を前記路面成分として演算する請求項3に記載の操舵制御装置。 - 前記配分成分演算部は、車両の状態に応じて前記理想成分及び前記路面成分を配分する割合を可変させる請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置。
- 前記配分成分演算部は、前記理想成分を1とした場合の前記配分成分に配分される当該理想成分の割合と、前記路面成分を1とした場合の前記配分成分に配分される当該路面成分の割合との和が1よりも大きくなる割合での配分が可能に構成されている請求項1〜請求項5のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置。
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