JP2021146918A - パワーステアリング制御装置、パワーステアリングの制御方法、プログラム、及び自動操舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】目標操舵角に対する実際の操舵角の位相遅れを抑制する。【解決手段】パワーステアリング制御装置１００は、車両のステアリングホイールの目標操舵角を取得する目標操舵角取得部１１０と、所定の周波数よりも低い低周波数帯域における目標操舵角の位相進み補償を行う位相進み補償部１２０と、ステアリングホイールの操舵角を取得する操舵角取得部１４０と、位相進み補償が行われた目標操舵角と、取得した操舵角との偏差に基づいて、車両のパワーステアリング２０のモータの制御を行うモータ制御部１６０と、目標操舵角を入力値とし、取得した操舵角を出力値としたときの、入力値の各周波数のそれぞれに対応する出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定する周波数特性推定部１７０と、推定した周波数特性に基づいて、位相進み補償による低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整する調整部１８０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パワーステアリング制御装置、パワーステアリングの制御方法、プログラム、及び自動操舵システムに関する。

従来、パワーステアリング装置及び自動操舵システムが搭載されている車両が知られている。例えば、特許文献１には、操舵角の指令値に基づいて、パワーステアリングの操舵角を制御する装置が開示されている。

特開２０１２−０５６４０４号公報

パワーステアリングにおける操舵角の制御では、外乱やギアの非線形性による影響を抑制するため、マイナーループを有するマルチループ型の角度フィードバック補償器が適用される。しかしながら、マルチループ型の補償器が適用される操舵角の制御では、応答速度が劣化する可能性があり、目標操舵角に対し、実際の操舵角の位相遅れが発生するという問題がある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、目標操舵角に対する実際の操舵角の位相遅れを抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、車両のステアリングホイールの目標操舵角を取得する目標操舵角取得部と、所定の周波数よりも低い低周波数帯域における前記目標操舵角の位相進み補償を行う位相進み補償部と、前記ステアリングホイールの操舵角を取得する操舵角取得部と、前記位相進み補償部から出力された、前記位相進み補償が行われた前記目標操舵角と、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角との偏差に基づいて、前記車両のパワーステアリングのモータの制御を行うモータ制御部と、前記目標操舵角取得部が取得した前記目標操舵角を入力値とし、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角を出力値としたときの、前記入力値の各周波数のそれぞれに対応する前記出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定する周波数特性推定部と、前記周波数特性推定部が推定した前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整する調整部と、を備えるパワーステアリング制御装置を提供する。

前記目標操舵角取得部は、前記車両の発進前に前記目標操舵角として規範操舵角を取得し、前記周波数特性推定部は、前記目標操舵角取得部が取得した前記規範操舵角を入力値とし、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角を出力値としたときの周波数特性を前記車両の発進前に推定し、前記調整部は、前記周波数特性推定部が推定した前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整してもよい。

本発明の第２の態様においては、パワーステアリングを制御するコンピュータが実行する、車両のステアリングホイールの目標操舵角を取得するステップと、所定の周波数よりも低い低周波数帯域における前記目標操舵角の位相進み補償を行うステップと、前記ステアリングホイールの操舵角を取得するステップと、前記位相進み補償が行われた前記目標操舵角と、前記操舵角との偏差に基づいて、前記車両のパワーステアリングのモータの制御を行うステップと、前記目標操舵角を入力値とし、前記操舵角を出力値としたときの、前記入力値の各周波数のそれぞれに対応する前記出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定するステップと、推定された前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整するステップと、を有する、パワーステアリングの制御方法を提供する。

本発明の第３の態様においては、コンピュータを、前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラムを提供する。

本発明の第４の態様においては、車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、前記パワーステアリングを制御する、請求項１又は２に記載の前記パワーステアリング制御装置と、を備える、自動操舵システムを提供する。

本発明によれば、目標操舵角に対する実際の操舵角の位相遅れを抑制することができるという効果を奏する。

本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００における位相進み補償の調整に係る動作フローの一例を示す。

＜自動操舵システム１０の構成例＞
図１は、本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。自動操舵システム１０は、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるシステムである。自動操舵システム１０は、車両のパワーステアリング２０と、パワーステアリング制御装置１００とを備える。

パワーステアリング２０は、ドライバがステアリングホイールをスムーズに操舵できるように、ステアリングホイール２１の回転動作を補助する。これにより、ドライバは、より小さい入力トルクでステアリングホイールを操舵することができる。パワーステアリング２０は、ステアリングホイール２１、モータ２２、ウォーム２３、ウォームホイール２４、第１トーションバー２５、第２トーションバー２６、アクチュエータ２７、車輪２８、第１検出器３１、及び第２検出器３２を有する。

ドライバは、環状のステアリングホイール２１を操作することにより車両の進行方向を調整する。ここで、ステアリングホイール２１の角度を操舵角とする。

モータ２２は、入力する駆動信号に応じてステアリングホイール２１を駆動することにより、ステアリングホイール２１にトルクを付与する。駆動信号は、例えば、モータ２２に流す電流値を指定する信号である。モータ２２は、ウォーム２３を回転させ、ウォーム２３とかみ合うウォームホイール２４を回転させる。ウォームホイール２４の軸の一方の端部は、第１トーションバー２５を介してステアリングホイール２１に接続されている。

ウォームホイール２４の軸の一方の端部とは反対側の端部は、第２トーションバー２６を介してアクチュエータ２７に接続されている。アクチュエータ２７は、ウォームホイール２４から伝わる力に応じて、車輪２８の角度を変更する。アクチュエータ２７は、一例として、油圧アクチュエータである。

第１検出器３１は、ステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを検出する。第１検出器３１は、例えば、第１トーションバー２５に設けられており、第１トーションバー２５の復元力を操舵トルクとして検出する。

第２検出器３２は、ステアリングホイール２１の操舵角を検出する。第２検出器３２は、例えば、ステアリングホイール２１に設けられており、車両を直進させるステアリングホイール２１の操舵角を基準とした角度を操舵角として検出する。一例として、基準の角度は０度である。これに代えて、第２検出器３２は、モータ２２に設けられていてもよい。この場合、第２検出器３２は、例えば、モータ２２がウォーム２３を回転させている角度を検出し、検出された角度に対応するステアリングホイール２１の角度を操舵角として出力する。

パワーステアリング制御装置１００は、以上のようなパワーステアリング２０を制御する。パワーステアリング制御装置１００は、自動操舵制御に係る目標操舵角と、ドライバのステアリングホイール２１の操作に係る目標操舵角とに基づき、モータ２２を駆動させるための駆動信号をモータ２２に供給する。以上のようなパワーステアリング制御装置１００について、次に説明する。

＜パワーステアリング制御装置１００の構成例＞
図２は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、目標操舵角取得部１１０と、位相進み補償部１２０と、記憶部１３０と、操舵角取得部１４０と、減算部１５０と、モータ制御部１６０と、周波数特性推定部１７０と、調整部１８０とを備える。

目標操舵角取得部１１０は、車両のステアリングホイール２１の目標操舵角を取得する。例えば、目標操舵角取得部１１０は、ドライバがステアリングホイール２１を操作している場合に、ドライバがステアリングホイール２１に付与したドライバ入力トルクに基づいて算出された目標操舵角を取得する。また、目標操舵角取得部１１０は、ドライバがステアリングホイール２１を操作していない場合に、車両に搭載されている自動操舵制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）等から自動操舵制御に係る目標操舵角を取得する。

位相進み補償部１２０は、目標操舵角取得部１１０が取得した目標操舵角の位相進み補償を行う。位相進み補償部１２０における位相進み補償の伝達関数Ｃ（ｓ）は、例えば、時定数をＴ、ゲインの調整量を規定するパラメータである第１パラメータをＫ、位相を調整する周波数帯域を規定するパラメータである第２パラメータをα（ただしα＞１）とした場合に次式で示される。

第１パラメータＫ及び第２パラメータαは、後述する調整部１８０により調整され、記憶部１３０に記憶されているものとする。位相進み補償部１２０は、調整部１８０により調整され、記憶部１３０に記憶されている第１パラメータＫ及び第２パラメータαに基づいて、位相進み補償を行い、目標操舵角取得部１１０が取得した目標操舵角の所定の周波数よりも低い低周波数帯域の位相を進ませるとともに、目標操舵角の低周波数帯域のゲインを増加させる。

記憶部１３０は、例えば、コンピュータ等のＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。また、記憶部１３０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）及び／又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置を含んでもよい。また、コンピュータは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等をさらに備えてもよい。

記憶部１３０は、コンピュータがパワーステアリング制御装置１００として動作する場合、パワーステアリング制御装置１００として機能するＯＳ（Operating System）、及びプログラムの情報を格納してもよい。また、記憶部１３０は、当該プログラムの実行時に参照されるデータベースを含む種々の情報を格納してもよい。記憶部１３０は、後述の調整部１８０により調整された第１パラメータＫ及び第２パラメータαを記憶する。

操舵角取得部１４０は、ステアリングホイール２１の操舵角をパワーステアリング２０から取得する。操舵角取得部１４０は、例えば、第２検出器３２から操舵角を取得する。また、操舵角取得部１４０は、第２検出器３２が検出してデータベース等に記憶した操舵角を、当該データベースから取得してもよい。この場合、操舵角取得部１４０は、ネットワークを介して操舵角の情報を取得してもよい。

減算部１５０は、位相進み補償部１２０から出力された、位相進み補償が行われた目標操舵角から、操舵角取得部１４０が取得した操舵角を減算することにより、位相進み補償が行われた目標操舵角と、操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差を算出する。

モータ制御部１６０は、例えば、マイナーループを有するマルチループ型の角度フィードバック補償器である。モータ制御部１６０は、メジャーループにおいて角度フィードバック補償を行い、マイナーループにおいて、外乱やギアの非線形性による影響を抑制するために、角速度制御やトルク制御を行う。モータ制御部１６０は、角度フィードバック補償を行うため、モータ２２の制御に遅延が生じ、操舵角取得部１４０が取得する操舵角の位相が、目標操舵角の位相に比べて遅れてしまう。

モータ制御部１６０は、減算部１５０から出力された、位相進み補償が行われた目標操舵角と、操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差に基づいて、車両のパワーステアリングのモータ２２を制御する。モータ制御部１６０は、位相進み補償が行われた目標操舵角と、操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差に対応する駆動信号を生成してモータ２２に供給することにより、モータ２２を制御する。

周波数特性推定部１７０は、目標操舵角取得部１１０が取得した目標操舵角を入力値とし、操舵角取得部１４０が取得した操舵角を出力値としたときの、入力値の各周波数のそれぞれに対応する出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定する。周波数特性推定部１７０は、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）解析やＦＲＡ（Frequency Response Analyzer）法を用いることにより、周波数特性を推定する。

調整部１８０は、周波数特性推定部１７０が推定した周波数特性に基づいて、位相進み補償部１２０が行う位相進み補償による低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整する。調整部１８０は、周波数特性推定部１７０が推定した周波数特性に基づいて、車両の発進前に、位相進み補償部１２０による低周波数帯域における位相進み量と、ゲイン調整量とを調整する。

例えば、調整部１８０は、車両のイグニッションキーがオンになったタイミングで、記憶部１３０に記憶されているゲインの調整量を規定する第１パラメータＫ、位相調整範囲を規定する第２パラメータαの値をそれぞれ１とし、位相進み補償部１２０による位相進み補償を行わないようにする。

その後、調整部１８０は、車両に搭載されている自動操舵制御を行うＥＣＵに、周波数特性を推定するための規範操舵角を所定期間にわたって出力させる。目標操舵角取得部１１０は、目標操舵角として規範操舵角を取得し、位相進み補償部１２０は、位相進み補償を行わず、規範操舵角をそのまま出力する。モータ制御部１６０は、減算部１５０から出力された規範操舵角と、操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差に基づいて、車両のパワーステアリングのモータ２２を制御する。

周波数特性推定部１７０は、目標操舵角取得部１１０が所定期間において取得した規範操舵角を入力値とし、操舵角取得部１４０が当該所定期間において取得した操舵角を出力値としたときの周波数特性を車両の発進前に推定する。調整部１８０は、周波数特性推定部１７０が推定した周波数特性に基づいて、位相進み補償部１２０において調整されるゲインを規定する第１パラメータＫと、位相進み量を規定する第２パラメータαとを調整する。調整部１８０は、調整した第１パラメータＫ及び第２パラメータαを記憶部１３０に記憶させる。このようにすることで、調整部１８０は、車両の発進前に位相進み補償を調整し、車両の走行時における操舵角の位相遅れを抑制することができる。

なお、周波数特性推定部１７０は、車両の走行中に周波数特性を推定してもよい。そして、調整部１８０は、車両の走行中に、周波数特性推定部１７０が推定した周波数特性に基づいて第１パラメータＫ及び第２パラメータαを調整し、車両の走行前に記憶部１３０に記憶された第１パラメータＫ及び第２パラメータαを更新してもよい。

＜パワーステアリング制御装置１００における処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００における処理の流れについて説明する。図３は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００における位相進み補償の調整に係る動作フローの一例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、図３のＳ３００からＳ３５０の動作を実行することにより、位相進み補償における位相進み量とゲインとを調整する。

まず、調整部１８０は、車両に搭載されている自動操舵制御を行うＥＣＵに、周波数特性を推定するための規範操舵角を所定期間にわたって出力させる。目標操舵角取得部１１０は、所定期間にわたって規範操舵角を取得する（Ｓ３００）。位相進み補償部１２０は、目標操舵角取得部１１０が取得した規範操舵角の位相進み補償を行わずに減算部１５０に出力する。

操舵角取得部１４０は、ステアリングホイール２１の操舵角を取得し、減算部１５０に出力する（Ｓ３１０）。減算部１５０は、規範操舵角と、操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差をモータ制御部１６０に出力する。

モータ制御部１６０は、減算部１５０から出力された、規範操舵角と操舵角取得部１４０が取得した操舵角との偏差に基づいて、車両のパワーステアリングのモータ２２を制御する駆動信号を生成し、モータ２２を駆動させる（Ｓ３２０）。

調整部１８０は、ＥＣＵが規範操舵角を出力し始めてから所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ３３０）。調整部１８０は、所定期間が経過したと判定すると、Ｓ３４０に処理を移し、所定期間が経過していないと判定すると、Ｓ３００に処理を移す。

Ｓ３４０において、周波数特性推定部１７０は、目標操舵角取得部１１０が取得した規範操舵角を入力値とし、操舵角取得部１４０が取得した操舵角を出力値としたときの、入力値の各周波数のそれぞれに対応する出力値の位相遅れ及びゲインを示す周波数特性を推定する。

続いて、調整部１８０は、周波数特性推定部１７０が推定した周波数特性に基づいて、位相進み補償部１２０による低周波数帯域における位相進み量とゲインとを調整する（Ｓ３５０）。

［本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、目標操舵角を入力値とし、パワーステアリング２０の操舵角を出力値としたときの、入力値の各周波数のそれぞれに対応する出力値の位相遅れ及びゲインを示す周波数特性を推定し、推定した周波数特性に基づいて、位相進み補償部１２０による低周波数帯域における位相進み量とゲインとを調整する。このようにすることで、パワーステアリング制御装置１００は、操舵角の位相遅れを抑制することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、実施の形態におけるパワーステアリング制御装置１００は、ステアリングホイール２１と車輪２８とが機械的に接続されることとしたが、これに限らず、ステアリングホイール２１と車輪２８とが機械的に接続されないステアバイワイヤ方式の車両にも適用してもよい。また、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ 自動操舵システム
２０ パワーステアリング
２１ ステアリングホイール
２２ モータ
２３ ウォーム
２４ ウォームホイール
２５ 第１トーションバー
２６ 第２トーションバー
２７ アクチュエータ
２８ 車輪
３１ 第１検出器
３２ 第２検出器
１００ パワーステアリング制御装置
１１０ 目標操舵角算出部
１２０ 位相進み補償部
１３０ 記憶部
１４０ 操舵角取得部
１５０ 減算部
１６０ モータ制御部
１７０ 周波数特性推定部
１８０ 調整部

Claims (5)

1. 車両のステアリングホイールの目標操舵角を取得する目標操舵角取得部と、
   所定の周波数よりも低い低周波数帯域における前記目標操舵角の位相進み補償を行う位相進み補償部と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を取得する操舵角取得部と、
   前記位相進み補償部から出力された、前記位相進み補償が行われた前記目標操舵角と、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角との偏差に基づいて、前記車両のパワーステアリングのモータの制御を行うモータ制御部と、
   前記目標操舵角取得部が取得した前記目標操舵角を入力値とし、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角を出力値としたときの、前記入力値の各周波数のそれぞれに対応する前記出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定する周波数特性推定部と、
   前記周波数特性推定部が推定した前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整する調整部と、
   を備えるパワーステアリング制御装置。
2. 前記目標操舵角取得部は、前記車両の発進前に前記目標操舵角として規範操舵角を取得し、
   前記周波数特性推定部は、前記目標操舵角取得部が取得した前記規範操舵角を入力値とし、前記操舵角取得部が取得した前記操舵角を出力値としたときの周波数特性を前記車両の発進前に推定し、
   前記調整部は、前記周波数特性推定部が推定した前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整する、
   請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
3. パワーステアリングを制御するコンピュータが実行する、
   車両のステアリングホイールの目標操舵角を取得するステップと、
   所定の周波数よりも低い低周波数帯域における前記目標操舵角の位相進み補償を行うステップと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を取得するステップと、
   前記位相進み補償が行われた前記目標操舵角と、前記操舵角との偏差に基づいて、前記車両のパワーステアリングのモータの制御を行うステップと、
   前記目標操舵角を入力値とし、前記操舵角を出力値としたときの、前記入力値の各周波数のそれぞれに対応する前記出力値の位相及びゲインを示す周波数特性を推定するステップと、
   推定された前記周波数特性に基づいて、前記位相進み補償による前記低周波数帯域における位相進み量及びゲインを調整するステップと、
   を有する、パワーステアリングの制御方法。
4. コンピュータを、請求項１又は２に記載の前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラム。
5. 車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、
   前記パワーステアリングを制御する、請求項１又は２に記載の前記パワーステアリング制御装置と、
   を備える、自動操舵システム。
   

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