JP4100106B2

JP4100106B2 - 車両用操舵制御装置

Info

Publication number: JP4100106B2
Application number: JP2002263946A
Authority: JP
Inventors: 裕介加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP2004098872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング操作に応じて操向車輪を転舵する車両用操舵制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の車両用操舵制御装置として、例えば、舵取機構と機械的に連結されていないステアリングホイールを備える構成において、舵取機構の相異なる位置に主操舵モータと副操舵モータとを配設し、舵取制御部は、操舵角センサにより検出されるステアリングホイールの操作状態と、タイロッド変位センサにより検出される舵取機構の実動作位置とに基づいて必要操舵力を求め、これを予め設定された比率で配分して主操舵モータ及び副操舵モータの出力が目標値となるように両操舵モータを駆動制御して、これらの出力の合力を舵取機構に加えて舵取を行わせるように構成された自動車の舵取装置がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２１８０００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例にあっては、主操舵モータと副操舵モータに対する必要操舵力の配分率が一定に定まっているので、例えば、主操舵モータ、又は副操舵モータの何れかの抵抗値が、温度の上昇によって増加すると、そのモータの熱ストレスが増加することにより耐久性能が低下してしまうという未解決の課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、操向車輪に連結された転舵軸に転舵力を付与する複数の電動モータの熱ストレスを軽減して、耐久性能を向上させた車両用操舵制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用操舵制御装置は、ステアリング操作状態に応じて、操向車輪に連結された転舵軸に転舵力を付与する複数の電動モータに対する総駆動力指令値を算出し、配分手段が、算出された総駆動力指令値の各電動モータに対する配分率を、各電動モータの抵抗値の比率に基づいて設定することを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係る車両用操舵制御装置によれば、ステアリング操作状態に応じて、操向車輪に連結された転舵軸に転舵力を付与する複数の電動モータに対する総駆動力指令値を算出し、算出された総駆動力指令値の各電動モータに対する配分率を、各電動モータ同士の抵抗値の比率に基づいて決定するように構成されているので、各電動モータに生じる熱ストレスを軽減して、耐久性能を向上させることができるという効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を、ステアリング操作される操舵側と操向車輪に連結された転舵側とを機械的に分離させた所謂ステアリング・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵制御装置に適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。
【０００９】
図中、１は転舵軸２に連結した操向車輪であり、３ｉ（以下、ｉ＝ａ、ｂ、ｃとする）はステアリング操作状態に応じた転舵力を転舵軸２に付与する同一型の電動モータである。これら各電動モータ３ｉに対して要求されるトルク配分は、１：１：１となるように予め設定されている。転舵軸２の転舵角は、例えばロータリエンコーダで構成された角度センサ４により検出され、また、各電動モータ３ｉに入力される電流値Ｉｉは、電流センサ５ｉにより検出されている。そして、各電動モータ３ｉは、制御装置６によって回転トルク、及び回転方向が駆動制御される。
【００１０】
制御装置６は、ステアリング操作状態に応じた操向車輪の転舵角指令、及び角度センサ４で検出される転舵角に基づいて総駆動力指令値としての総電流指令値Ｉtotalを算出する総電流指令値算出器７と、総電流指令値算出器７で算出された総電流指令値Ｉtotalを、各電動モータ３ｉに対する電流指令値Ｉｉとに配分する配分手段としての配分用コントローラ８と、配分用コントローラ８で配分された電流指令値Ｉｉに基づいて、各電動モータ３ｉを駆動すると共に、電動モータ３ｉの夫々の電機子電圧Ｅｉを検出して配分用コントローラ８に出力する駆動用コントローラ９ｉとで構成されている。
【００１１】
配分用コントローラ８は、例えば、例えば、マイクロコンピュータで構成され、角度センサ３、電流センサ５ｉ、及び駆動用コントローラ９ｉで検出される各種信号に基づいて、図２の総電流指令値配分処理を常時実行し、総電流指令値Ｉtotalを各電動モータ３ｉに対する電流指令値Ｉｉに配分して、駆動用コントローラ９ｉに夫々出力する。
【００１２】
次に、配分用コントローラ８で実行する総電流指令値配分処理を、図２のフローチャートに従って説明する。
この配分処理は、先ず、ステップＳ１で、各電動モータ３ｉの抵抗値Ｒｉを算出する。電動モータのコイル抵抗値をＲ、電流値をＩ、電動モータの回転速度をＶ、電動モータの電機子電圧をＥ、電動モータの逆起電力係数をｋとすると、下記（１）式の関係が成り立ち、この（１）式を下記（２）式のように変形させて、抵抗値Ｒを算出することができる。
【００１３】
Ｅ＝Ｒ・Ｉ＋ｋ・Ｖ・・・・・・（１）
Ｒ＝（Ｅ−ｋ・Ｖ）／Ｉ・・・・・・（２）
したがって、回転速度Ｖは角度センサ３から出力されるパルス信号の周期に基づいて算出したもの、電流値Ｉｉは電流センサ５ｉ、また電機子電圧Ｅｉは駆動用コントローラ９ｉで検出したものを、夫々読込んで、前記（２）式に従って、各電動モータ３ｉの抵抗値Ｒｉを算出してから、ステップＳ２に移行する。
【００１４】
ステップＳ２では、総電流指令値算出器７で算出された、総電流指令値Ｉtotalを読込んでから、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、ステップＳ２で読込んだ総電流指令値Ｉtotalを、前記ステップＳ１で算出した抵抗値Ｒｉに応じて、各電動モータ３ｉへ配分する電流指令値Ｉｉを算出する。先ず、電動モータの消費電力をＰとすると、下記（３）式に従って算出することができる。
【００１５】
Ｐ＝Ｉ²・Ｒ・・・・・・（３）
そして、各電動モータ３ｉに対して要求されるトルク配分は予め設定された１：１：１であるため、電流値Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃにおける設計上の関係は、Ｉａ＝Ｉｂ＝Ｉｃとなる。これら電流値Ｉｉと総電流指令値Ｉtotalとは、下記（４）式に示す関係にある。
【００１６】
Ｉtotal＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ・・・・・・（４）
また、各電動モータ３ｉは同一型であるため、各抵抗値Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃにおける設計上の関係は、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃとなる。したがって、前記（３）に基づいて各消費電力を算出するときに、下記（５）式を導くことができる。
Ｉａ²・Ｒａ＝Ｉｂ²・Ｒｂ＝Ｉｃ²・Ｒｃ・・・・・・（５）
また、上記（５）式に基づき、Ｉｂ、及びＩｃは、下記（６）式、及び（７）式に従って算出することができる。
【００１７】
【数１】

【００１８】
【数２】

【００１９】
そして、上記（６）式、及び（７）式を、前記（４）式に代入することにより、下記（８）式を導き、更にこの（８）式を変形することにより、Ｉａを求める下記（９）式を導き出すことができる。
【００２０】
【数３】

【００２１】
【数４】

【００２２】
同様に、上記（４）式、及び（５）式に基づいて、Ｉｂ、及びＩｃを求める下記（１０）式、及び（１１）式を導き出すことができる。
【００２３】
【数５】

【００２４】
【数６】

【００２５】
したがって、前記ステップＳ１で算出された各電動モータ３ｉの抵抗値Ｒｉと、前記ステップＳ２で読込まれた総電流指令値Ｉtotalとを、前記（９）式、（１０）式、及び（１１）式に代入することにより、電動モータ３ｉに対する電流指令値Ｉｉを算出し、ステップＳ４に移行する。そして、このステップＳ４で算出された電流指令値Ｉｉを、夫々、各駆動用コントローラ９ｉに出力してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２６】
ここで、ステップＳ１の処理が抵抗値算出手段に対応し、ステップＳ３の処理が配分手段に対応している。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、運転者がステアリング操作を開始すると、先ず、このステアリング操作に応じて操向車輪１を転舵する角度指令値が総電流指令値算出器７に入力され、この総電流指令値算出器７が、角度指令値応じて電動モータ３ａｉを駆動するのに必要な総電流指令値Ｉtotalを算出し、配分用コントローラ８へ出力する。
【００２７】
そして、配分用コントローラ８は、総電流指令値Ｉtotalを、電流指令値Ｉｉに配分して（ステップＳ３）、各駆動用コントローラ９ｉに出力することにより（ステップＳ４）、電流指令値Ｉｉに基づいて各電動モータ３ｉが駆動される。このとき、各電動モータ３ｉの温度が上昇しておらず、その抵抗値Ｒｉが予め設定された１：１：１の比率を維持しているときには、前記（９）式、（１０）式、及び（１１）式に基づいて算出される各電流指令値Ｉｉも、１：１：１の比率となるので、各電動モータ３ｉが同量のトルクを転舵軸２に付与する。
【００２８】
ところが、同一型の電動モータを使用しているときでも、初期抵抗値のバラツキのみならず、例えば、排気等の熱源に近い位置に配設された電動モータは他の電動モータに比べて加熱しやすいため、抵抗値が増加し、夫々の抵抗値Ｒｉの比率が変動し得る。この抵抗値の増加に伴う熱ストレスは、電動モータの耐久性能の低下を招来するため、抵抗値が所定の値から増加した電動モータにはトルク配分を軽減させ、この減少分を残りの電動モータで補えば、抵抗値が増加した電動モータの熱ストレスを軽減することができる。なお、所定の値とは、他の電動モータの抵抗値との比率により設定される。
【００２９】
したがって、例えば、電動モータ３ａの抵抗値Ｒａが、他の電動モータ３ｂ及び３ｃの抵抗値Ｒｂ及びＲｃに比べて大きくなったとすると、電動モータ３ａに対する電流指令値Ｉａは前記（９）式に従って、Ｉｂ及びＩｃに比べて相対的に減少するように算出される。一方、電動モータ３ｂ及び３ｃの抵抗値Ｒｂ及びＲｃは、Ｒａに比べて小さくなるので、電動モータ３ｂ及び３ｃに対する電流指令値Ｉｂ及びＩｃは、前記（１０）式、及び（１１）式に従って、Ｉａに比べて相対的に増加するように算出される。
【００３０】
このように、抵抗値が増加した電動モータには、電流指令値の配分率を減少させると共に、他の電動モータには、電流指令値の配分率を増加させることにより、各電動モータ３ｉの熱ストレスを可及的に軽減して、その耐久性能を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、トルク配分が均等となるように同一型の電動モータを複数備えた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、定格出力の異なる複数の電動モータを使用して、予め設定するトルク配分を換えてもよい。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、本発明を、ステアリング操作される操舵側と操向車輪に連結された転舵側とを機械的に分離させた所謂ステアリング・バイ・ワイヤ方式に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、操舵側と転舵側とが機械的に結合されており、その転舵側に、補助転舵力を付与する複数の電動モータを備えた構成にも、本発明を適用することができる。
【００３２】
以上のように、上記実施形態によれば、配分用コントローラ８は、各電動モータの抵抗値の比率が、予め設定された所定比率から変動するとき、通常時の抵抗値より値が増加した電動モータに対する総駆動力指令値の配分率を減少させるように構成されているので、各電動モータに生じる熱ストレスを確実に軽減して、耐久性能を向上させることができるという効果が得られる。
【００３３】
また、上記実施形態によれば、複数の電動モータが、ステアリング操作される操舵側と操向車輪に連結された転舵側とが機械的に分離した構造の当該転舵側に配設されているので、操舵側と転舵側とを連結した構造に比べれば、電動モータにおけるレイアウトの自由度が比較的低いが、排気等の熱源に近い場所にも電動モータを配設することができ、レイアウトの自由度を改善することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成図である。
【図２】駆動指令値配分処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１操向車輪
２転舵軸
３ａ、３ｂ、３ｃ電動モータ
４角度センサ
５ａ、５ｂ、５ｃ電流センサ
６制御装置
７電流指令値算出器（駆動力指令値算出手段）
８配分用コントローラ（配分手段）
９駆動用コントローラ

Claims

操向車輪に連結された転舵軸に転舵力を付与する複数の電動モータと、ステアリング操作状態に応じて前記複数の電動モータに対する総駆動力指令値を、算出する総駆動力指令値算出手段と、該総駆動力指令値算出手段で算出された総駆動力指令値を前記各電動モータに配分する配分手段とを備えた車両用操舵制御装置において、
前記複数の電動モータごとに抵抗値を算出する抵抗値算出手段を有し、前記配分手段は、前記抵抗値算出手段で算出された各電動モータの抵抗値の比率に基づいて、前記総駆動力指令値の配分率を設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。
前記配分手段は、各電動モータの抵抗値の比率が、予め設定された所定比率から変動するとき、所定の抵抗値より値が増加した電動モータに対する総駆動力指令値の配分率を減少させることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵制御装置。
前記複数の電動モータは、ステアリング操作される操舵側と操向車輪に連結された転舵側とが機械的に分離した構造の当該転舵側に配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用操舵制御装置。