JP2019206230A - ハンズオンオフ検出装置、電動パワーステアリング装置、外部トルク推定方法およびハンズオンオフ検出装置制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1に記載のハンドル操作状態判定装置は、トルク推定オブザーバにより、ステアリングトルク(トーションバートルク)から直接ドライバトルクを推定している。そのため、推定されたドライバトルクが、ドライバのステアリング操舵により発生した真のドライバトルクであるのか、それとも路面反力等が要因により発生した路面反力トルクであるのか、を判定することは困難であった。
本発明のハンズオンオフ検出装置は、ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサとに接続された電動モータと、前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記トルクセンサから操舵トルクを取得し、前記制御部は、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得し、前記制御部は、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出し、前記制御部は、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定し、前記制御部は、前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施し、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をし、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定し、前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定する。
本発明の第一実施形態について、図1から図14を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るハンズオンオフ検出装置200を搭載する電動パワーステアリング装置100の構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置100は、コラム部(ステアリングシャフト)に電動モータと減速機構とが配置されるコラムアシスト式電動パワーステアリング装置である。
ステアリングシャフト20は、ユニバーサルジョイント24、中間軸25、ピニオンラック機構26、タイロッド27a,27bを経て、さらにハブユニット28a,28bを介して操向車輪に連結される。
ステアリングシャフト20には、トルクセンサ29が設けられている。トルクセンサ29は操舵トルク(ステアリングトルク)Tsの算出に用いられる。
ステアリングシャフト20は、ハンドル1に連結されたインプットシャフト21と、ユニバーサルジョイント24に連結されたアウトプットシャフト22と、インプットシャフト21とアウトプットシャフト22とを連結するトーションバー23と、を有している。インプットシャフト21とアウトプットシャフト22とは、トーションバー23を介して、同一軸線上において相対回転可能に連結されている。
なお、ステアリングシャフト20はトーションバー23を用いず、インプットシャフト21とアウトプットシャフト22とが連結(一体化)されているものであってもよい。
なお、トルクセンサ29がインプットシャフト21の角度(ハンドル1の舵角)θISを検出可能なものである場合は、舵角センサ20aは必ずしも必要ではない。
ピニオンは、中間軸25に連結しており、中間軸25の回転に連動して回転する。
ラックは、自動車の左右方向(直進方向に直交する方向)に沿って直線状に延びている。ラックは、ラックの軸方向の中間部付近において、ピニオンと噛み合う。ピニオンおよびラックは、ピニオンの回転をラックの軸方向移動に変換する。ラックを軸方向に移動させることにより、操向車輪が転舵される。
ECU(コントロールユニット)33は、図3に示すように、制御部34と、制御部34によって制御され、電動モータ30に電力を供給するモータ駆動回路35と、を有する。
制御部34は、図4に示すように、CPU(Central Processing Unit)36と、メモリ37と、記憶部38と、入出力制御部39と、を備えるプログラム実行可能な装置(コンピュータ)である。所定のプログラムを実行することにより、後述する電流指令値演算部41等の複数の機能ブロックとして機能する。なお、制御部34の少なくとも一部の機能を、専用の論理回路等によって構成してもよい。
トルクセンサ29によって検出された操舵トルクTsと、車速センサ32によって検出された車速Velとは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部41に入力される。電流指令値演算部41は、入力された操舵トルクTsと車速Velに基づいてアシストマップ等を用いて、電動モータ30に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。
電動モータ30の電流センサによって検出されたモータ電流値Imが取得され、モータトルク算出部50に入力される。モータトルク算出部50は、モータ電流値Imに電動モータ30のトルク定数を乗じて算出したモータトルクTmを、ステアリング状態オブザーバ51に出力する。
トルクセンサ29によって検出された操舵トルクTsと、電動モータ30の回転角センサによって検出されたロータ回転角θOSと、モータトルクTmとが取得され、ステアリング状態オブザーバ51に入力される。ステアリング状態オブザーバ(オブザーバ)51は、操舵トルクTs、ロータ回転角θOS、及びモータトルクTmに基づいて、アウトプットシャフト22に作用するトルクのうちモータトルクTm以外のトルクである外乱トルクTdisを推定する(外部トルク推定工程)。
実際のインプットシャフト角度θISとオブザーバによって推定されるインプットシャフト角度θISとの推定誤差をゼロにできるようオブザーバゲインLを調整する。
ステアリング状態オブザーバ51が推定した外乱トルク推定値^Tdisは、ローパスフィルタ52に入力される。ローパスフィルタ52は外乱トルク推定値^Tdisから所定のカットオフ周波数より高い周波数成分を減衰させる。本実施形態において、カットオフ周波数は、15Hz程度に設定されている。ローパスフィルタ52により、外乱トルク推定値^Tdisに含まれる高周波のノイズ成分を減衰させ、ハンズオン/ハンズオフ検出の精度を高めることができる。
ローパスフィルタ52を通過した外乱トルク推定値^Tdisと、ローパスフィルタ53を通過した操舵トルクTsは、位相比較部54に入力される。
外乱トルクが、ハンドル側(インプットシャフト側)からの入力、すなわちドライバトルクである場合、外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsとは同位相となる。最も簡単な位相比較は、式8のように、外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsの符号で判別する方法である。2つの信号の相互相関や位相関係を演算して、同位相であるかをより正確に求めてもよい。
操舵トルクTsは位相回転変位量(θIS−θOS)から算出しているため、インプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクTsと比較して同位相となる。
操舵トルクTsは位相回転変位量(θIS−θOS)から算出しているため、アウトプットシャフト側に作用した外乱は操舵トルクTsと比較して逆位相となる。
図10に示すように、ドライバがハンドルを操舵している時(ハンズオン状態)、外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsとは同位相となっているが、ドライバがハンドルから手を放した状態(ハンズオフ状態)において、外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsとは逆位相となる。
ローパスフィルタ52を通過した外乱トルク推定値^Tdisと、ローパスフィルタ53を通過した操舵トルクTsは、第一閾値比較部55にも入力される。
第一閾値比較部55は、式10や式11の示すように、外乱トルク推定値^Tdisの絶対値と操舵トルクTsの絶対値がトルク閾値(たとえば0.1[Nm])より大きいかを判別する。
図12に示すように、外乱トルク推定値^Tdisの絶対値と操舵トルクTsの絶対値は、両者とも小さい。
判定部56は、ハンズオン/ハンズオフ検出における最終的な判定を行う。トルクセンサ29やモータ角度センサのノイズ等の影響を緩和して検出の信頼性を向上させるため、カウンタ(「ハンズオンオフカウンタ」と称す)を用いた判定を行う。判定部56には、位相比較部54による位相比較の結果フラグと、第一閾値比較部55による閾値比較の結果フラグと、が入力される。
ハンズオンオフカウンタは、(i)外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsとが同位相であり、かつ、(ii)外乱トルク推定値^Tdisの絶対値がトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント(加算)される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の(i)かつ(ii)の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント(減算)される。
すなわち、ハンズオンオフカウンタに対するインクリメントとデクリメントのいずれか一方の処理が所定の周期で行われる。
(a)カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
(b)カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
図14に示すように、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のインクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオン状態」と判定される。
また、ハンズオンオフカウンタのカウンタ値のデクリメントが開始され、カウンタ値が、ハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオフ状態」と判定される。
所定の条件を満たす期間が続かないとハンズオン/ハンズオフ検出を行わないため、ノイズに強いロバストなハンズオン/ハンズオフ検出が可能となる。
例えば、上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置100はコラムアシスト式電動パワーステアリング装置であったが、電動パワーステアリング装置の態様はこれに限定されない。電動パワーステアリング装置は下流式であってもよく、ステアバイワイヤ式であってもよい。いずれの方式でおいても、路面反力トルク等に対してロバストなハンズオン/ハンズオフ検出を行うことができる。
本発明の第二実施形態について、図15から図17を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
ハンズオンオフカウンタは、(i)ローパスフィルタ52経由で入力される外乱トルク推定値^Tdisと操舵トルクTsとが同位相であり、かつ、(ii)LDWバンドパスフィルタ57経由で入力される外乱トルク推定値Thがトルク閾値を超えている場合に、所定のインクリメント量だけインクリメント(加算)される。この処理は所定の周期ごとに行われる。結果フラグを所定の周期で確認した際、上記の(i)かつ(ii)の条件を満たしていない場合、ハンズオンオフカウンタは所定のデクリメント量だけデクリメント(減算)される。
(a)カウンタ値がハンズオン判定閾値以上となった場合、「ハンズオフ状態」から「ハンズオン状態」への遷移を検出したと判定される。
(b)カウンタ値がハンズオフ判定閾値未満となった場合、「ハンズオン状態」から「ハンズオフ状態」への遷移を検出したと判定される。
200,200B ハンズオンオフ検出装置
1 ハンドル
2 転舵機構
20 ステアリングシャフト
21 インプットシャフト
22 アウトプットシャフト
23 トーションバー
24 ユニバーサルジョイント
25 中間軸
26 ピニオンラック機構
27a タイロッド
27b タイロッド
28a ハブユニット
28b ハブユニット
29 トルクセンサ
3 操舵補助機構
30 電動モータ
31 減速機構
31a ウォームギヤ
31b ウォームホイール
32 車速センサ
34 制御部
35 モータ駆動回路
36 CPU
37 メモリ
38 記憶部
39 入出力制御部
41 電流指令値演算部
42A 加算部
42B 減算部
43 電流制限部
44 補償信号生成部
45 PI(比例積分)制御部
46 PWM制御部
51 ステアリング状態オブザーバ(オブザーバ)
52 ローパスフィルタ
53 ローパスフィルタ
54 位相比較部
55 第一閾値比較部
56,56B 判定部
57 バンドパスフィルタ
58 第二閾値比較部
Claims (9)
- ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、
前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサとに接続された電動モータと、
前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記トルクセンサから操舵トルクを取得し、
前記制御部は、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得し、
前記制御部は、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出し、
前記制御部は、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定し、
前記制御部は、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施し、
前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をし、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定し、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定する、
ハンズオンオフ検出装置。 - 前記制御部は、
カウンタを有し、
前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、前記カウンタのカウンタ値を所定の加算値だけ加算し、
前記カウンタ値を加算する条件を満たさない場合は、前記カウンタ値を所定の減算値だけ減算し、
前記カウンタ値が、所定のハンズオン判定閾値以上となった場合、ドライバがステアリングを把持しているハンズオン状態であると判定し、
前記カウンタ値が、所定のハンズオフ判定閾値未満となった場合、ドライバがステアリングを把持していないハンズオフ状態であると判定する
請求項1に記載のハンズオンオフ検出装置。 - 前記制御部は、
前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算する、
請求項2に記載のハンズオンオフ検出装置。 - 前記制御部は、所定の動作フラグが有効化されている期間において、
前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定した場合、かつ、前記ローパスフィルタ処理後にさらにバンドパスフィルタ処理を施した前記外乱トルクが所定のトルク閾値より大きい場合に、前記カウンタ値を所定の加算値だけ加算する、
請求項2に記載のハンズオンオフ検出装置。 - 前記モータトルクを、前記電動モータの動作誤差を考慮した補正モータトルクに変換して使用する、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置。 - 前記加算値は前記減算値よりも大きい、
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のハンズオンオフ検出装置を搭載した電動パワーステアリング装置。
- ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとから操舵トルクを検出する操舵トルク検出工程と、
前記アウトプットシャフトと連結された電動モータからロータ回転角を検出するロータ回転角検出工程と、
前記電動モータからモータ電流値を検出するモータ電流値検出工程と、
前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出するモータトルク算出工程と、
前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定する外部トルク推定工程と、を備える、
外部トルク推定方法。 - ハンドルが連結されたインプットシャフトと、前記インプットシャフトと連結されたアウトプットシャフトとに取り付けられたトルクセンサと、
前記アウトプットシャフトと連結され、ロータ回転角を検出する角度センサとモータ電流値を検出する電流センサと接続された電動モータと、
前記トルクセンサと前記電動モータとに接続された制御部と、
を備えるハンズオンオフ検出装置において、
前記制御部に、前記トルクセンサから操舵トルクを取得させ、
前記制御部に、前記電動モータから前記ロータ回転角と前記モータ電流値を取得させ、
前記制御部に、前記モータ電流値にトルク定数を乗じたモータトルクを算出させ、
前記制御部に、前記操舵トルクと、前記ロータ回転角と、前記モータトルクとから、前記インプットシャフトと前記アウトプットシャフトに作用するトルクのうち前記モータトルク以外のトルクである外乱トルクを推定させ、
前記制御部に、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとにローパスフィルタ処理を実施させ、
前記ローパスフィルタ処理後の前記外乱トルクと前記操舵トルクとの位相比較をさせ、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが同位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記インプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させ、
前記外乱トルクと前記操舵トルクとが逆位相であると判定した場合、前記外乱トルクが前記アウトプットシャフト側から入力されたトルクであると判定させる、
ハンズオンオフ検出装置制御プログラム。
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