JP4506509B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、がバックアップ手段を介して機械的に分離・連結が可能とされ、
前記バックアップ手段を切り離し、操舵状態に応じた転舵角とする前記転舵アクチュエータの制御と、転舵状態に応じた操舵反力を付与する前記操舵反力アクチュエータの制御と、によってステアバイワイヤ制御を行うステアバイワイヤ制御手段と、
前記バックアップ手段を連結し、前記操舵反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータのうち少なくとも一方をアシスト手段として操舵補助制御を行う操舵補助制御手段と、
前記ステアバイワイヤ制御手段によるステアバイワイヤ制御中に、所定の条件が成立したら、前記操舵補助制御手段による操舵補助制御に移行する制御切替手段と、
を備えた操舵制御装置において、
前記制御切替手段は、ステアバイワイヤ制御から操舵補助制御への移行時であって、前記バックアップ手段に対する連結指令から連結完了までの間、連結完了後に前記操向輪に作用する転舵トルクの増加相当分を補正量とし、ステアバイワイヤ制御での転舵トルクを減少補正することを特徴とする。
図1は実施例1の操舵制御装置が適用されたステアバイワイヤシステム(以下、「SBWシステム」という。)を示す全体構成図、図2は実施例1の操舵制御装置におけるバックアップクラッチの一例を示す断面図、図3は実施例1の操舵制御装置の全体システムを示す制御ブロック図である。実施例1の操舵制御装置は、(1)反力装置(操舵部)、(2)バックアップ装置(バックアップ手段)、(3)転舵装置(転舵部)、(4)制御コントローラにより構成されている。以下、それぞれの構成を詳しく説明する。
反力装置は、舵角センサ1,1と、エンコーダ2と、トルクセンサ3,3(操舵トルク検出手段)と、ホールIC4と、反力モータ5(操舵反力アクチュエータ)と、を有して構成される。
反力装置(1)と転舵装置(3)とを機械的に分離・連結を可能とするバックアップ装置は、ケーブルコラム7とバックアップクラッチ9により構成されている。
転舵装置は、エンコーダ10,10、舵角センサ11,11、トルクセンサ12,12、ホールIC13、転舵モータ14,14(転舵アクチュエータ)、ステアリング機構15、操向輪16,16とを有して構成される。
制御コントローラは、電源18により処理演算等を行う2つの制御コントローラ19,19により二重系が構成されている。
ここで、「転舵トルク補正値ΔT」は、転舵トルク補正基準値ΔTOに軸力変化ゲインGdFと操舵角速度ゲインGdθと車両挙動量ゲインGdYとを掛け合わせることで求められる。
図10は実施例1の制御コントローラ19,19にて実行される切替制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この処理は、所定の制御周期(例えば、10msec)で実行される(切替制御手段)。
すなわち、このステップS2では、「SBW制御」状態を確認し、状態遷移を行うための判断を行う。その判断は、システムチェックとして行うための状態遷移と、システム異常状態の回避を行うための状態遷移になる。正常な場合、システム起動後は「SBW制御」として動作しており、「EPS制御」への状態移行はバックアップ機構チェックを行う際に必要になる。それ以外では、「SBW制御」時のシステム異常において、「SBW制御」からマニュアルステア(制御停止)への急激なシステムダウンの回避するため、「SBW制御」から「EPS制御」へ移行する際に必要になる。
このステップS5に進むと、まず、バックアップクラッチ9に対して締結指令が出力されると共に、ステップS6〜ステップS10による転舵トルク補正制御と、ステップS11による操舵反力制御と、による「SBW制御」から「EPS制御」への切替制御を経過し、「EPS制御」へ移行する。
ここで、転舵トルク補正値ΔTは、転舵トルク補正基準値ΔTOに軸力変化ゲインGdFと操舵角速度ゲインGdθと車両挙動量ゲインGdYとを掛け合わせた、
ΔT=ΔTO×GdF×Gdθ×GdY
の式により求められる。各値の算出について説明する。
バックアップクラッチ9の締結過渡期に減算される転舵トルク補正値ΔTの転舵トルク補正基準値ΔTOは、操舵トルクThを図11に示す転舵トルク補正値マップに照合することで求められる。この転舵トルク補正値マップは、操舵トルクThが右切り側または左切り側に大きいほど大きな値とする特性として設定している。つまり、ドライバがハンドル6を介して入力する操舵トルクThが大きいほど、転舵トルク補正基準値ΔTOは大きな値で与えられる。
転舵トルク補正基準値ΔTOを調整する軸力変化ゲインGdFは、図12に示すように、ラック軸力変化dF/dtの軸力方向が+方向時(増加時)の場合には、増加するほど1より小さな値で与え、ラック軸力変化dF/dtの軸力方向が−方向時(減少時)の場合には、減少するほど1より大な値で与える。
転舵トルク補正基準値ΔTOを調整する舵角速度ゲインGdθは、図13に示すように、操舵角速度dθh/dtが設定値以下の領域では1の値で与え、操舵角速度dθh/dtが設定値を超えると、操舵角速度dθh/dtが大きいほど1より小さい値で与える。
転舵トルク補正基準値ΔTOを調整する車両挙動量ゲインGdYは、図14に示すように、ヨーレートまたは横Gが設定値以下の領域では1の値で与え、ヨーレートまたは横Gが設定値を超えると、ヨーレートまたは横Gが大きいほど1より大きい値で与える。
ここで、転舵トルク補正値ΔTを出力するとは、図4に示すように、「SBW制御」での転舵トルク指令値から転舵トルク補正値ΔTを減算することであり、転舵トルク補正値ΔTは、「SBW制御」の転舵トルク減少補正値と言い換えることができる。
ここで、バックアップクラッチ9の完全締結後、転舵トルク補正値ΔTをゼロに書き換えるとは、図8に示すように、転舵モータ14をアシスト手段とする「EPS制御」時の転舵トルク(操舵アシストトルク)に移行することを意味する。
ここで、「EPS制御」時の反力トルク値を出力するとは、図6に示すように、バックアップクラッチ9の完全締結後、「EPS制御」への移行を目指し、操舵反力トルクをゼロにするか(通常の操舵反力制御停止)、または、反力付与方向とは逆方向の操舵アシスト方向にトルクを付与すること(反力モータ5と転舵モータ14をアシスト手段とする)、をいう。
このEPS制御は、図8に示す制御ブロックにて求められた操舵アシストトルクTaを、転舵モータ14のみにて負担するか、転舵モータ14と反力モータ5にて分担するか、さらには、転舵モータ14が故障モードである場合には、反力モータ5のみにて負担することで行われる。
なお、バックアップクラッチ9は、電源ONにて解放し、電源OFFにて締結するクラッチが用いられ、断線等により電源OFFとなった場合もバックアップクラッチ9を締結し、操舵アシストは無いが、ドライバの操作力のみによって操舵を行うマニュアルステアリングを確保するようにしている。
システム正常時、図10のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4へと進み、ステップS3では、バックアップクラッチ9の締結解放による反力装置(1)と転舵装置(3)との機械的分離を確認し、ステップS4では、ハンドル6への操舵状態に応じて転舵装置(3)に転舵トルクを付与する制御指令を転舵モータ14に出力する転舵トルク制御と、操向輪16,16の転舵状態に応じて反力装置(1)により操舵反力トルクを付与する制御指令を反力モータ5に出力する操舵反力制御と、を行う「SBW制御」が実行される。
従来、「SBW制御」から「EPS制御」への移行時であって、メカバックアップ機構を連結する時には、連結指令の出力時点から連結完了までに時間を要する。すなわち、メカバックアップ機構としてバックアップクラッチを用いた場合、入出力軸の締結までに機械的・電気的な固有時定数を持ち、締結指示から締結完了までには、固有時定数により決まる所定時間を要する。
一方、反力トルクについては、従来、「SBW制御」から「EPS制御」への移行時、反力制御を中止するようにしているため、転舵トルクの過剰により反力トルク抜けとなってしまい、図17における従来のハンドルに発生する反力特性(細線特性)に示すように、バックアップクラッチによる連結完了後、反力トルクが低下し、反力抜け感をドライバに与えてしまう。
実施例1の操舵制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
2 エンコーダ
3 トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
4 ホールIC
5 反力モータ(操舵反力アクチュエータ)
6 ハンドル
7 ケーブルコラム(バックアップ手段)
8 コラムシャフト
9 バックアップクラッチ(バックアップ手段)
10 エンコーダ
11 舵角センサ
12 トルクセンサ
13 ホールIC
14 転舵モータ(転舵アクチュエータ)
15 ステアリング機構
16,16 操向輪
17 ピニオンシャフト
18 電源
19 制御コントローラ
20 ヨーレート/横Gセンサ(車両挙動量検出手段)
21 車速センサ
22 反力モータ温度センサ
Claims (7)
- ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、がバックアップ手段を介して機械的に分離・連結が可能とされ、
前記バックアップ手段を切り離し、操舵状態に応じた転舵角とする前記転舵アクチュエータの制御と、転舵状態に応じた操舵反力を付与する前記操舵反力アクチュエータの制御と、によってステアバイワイヤ制御を行うステアバイワイヤ制御手段と、
前記バックアップ手段を連結し、前記操舵反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータのうち少なくとも一方をアシスト手段として操舵補助制御を行う操舵補助制御手段と、
前記ステアバイワイヤ制御手段によるステアバイワイヤ制御中に、所定の条件が成立したら、前記操舵補助制御手段による操舵補助制御に移行する制御切替手段と、
を備えた操舵制御装置において、
前記制御切替手段は、ステアバイワイヤ制御から操舵補助制御への移行時であって、前記バックアップ手段に対する連結指令から連結完了までの間、連結完了後に前記操向輪に作用する転舵トルクの増加相当分を補正量とし、ステアバイワイヤ制御での転舵トルクを減少補正することを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項1に記載された操舵制御装置において、
前記操舵部に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設け、
前記制御切替手段は、前記操舵トルク検出値が大きいほど、転舵トルク減少補正値を大きく設定する転舵トルク補正値設定部を有することを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項2に記載された操舵制御装置において、
前記転舵部のラック軸力変化を検出するラック軸力変化検出手段を設け、
前記転舵トルク補正値設定部は、前記ラック軸力変化が転舵トルクを増加させる方向であるほど、転舵トルク減少補正値を小さくし、前記ラック軸力変化が転舵トルクを減少させる方向であるほど、転舵トルク減少補正値を大きくすることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項2または3に記載された操舵制御装置において、
前記操舵部の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を設け、
前記転舵トルク補正値設定部は、前記操舵角速度検出値が大きいほど、転舵トルク減少補正値を小さくすることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項2乃至4の何れか1項に記載された操舵制御装置において、
車両挙動量を検出する車両挙動量検出手段を設け、
前記転舵トルク補正値設定部は、前記車両挙動量検出値が高いほど、転舵トルク減少補正値を大きくすることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項1乃至5の何れか1項に記載された操舵制御装置において、
前記制御切替手段は、前記バックアップ手段の連結完了後、前記操舵反力をゼロ、または、操舵トルクと同一方向にトルクを発生させる操舵反力制御を行うことを特徴とする操舵制御装置。 - ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、がバックアップ手段を介して機械的に分離・連結が可能とされ、
前記バックアップ手段を切り離し、操舵状態に応じた転舵角とする前記転舵アクチュエータの制御と、転舵状態に応じた操舵反力を付与する前記操舵反力アクチュエータの制御と、によってステアバイワイヤ制御を行い、
前記バックアップ手段を連結し、前記操舵反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータのうち少なくとも一方をアシスト手段として操舵補助制御を行い、
ステアバイワイヤ制御中に、所定の条件が成立したら、操舵補助制御に移行する操舵制御装置において、
ステアバイワイヤ制御から操舵補助制御への移行時であって、前記バックアップ手段に対する連結指令から連結完了までの間、連結完了後に前記操向輪に作用する転舵トルクの増加相当分を補正量とし、ステアバイワイヤ制御での転舵トルクを減少補正することを特徴とする操舵制御装置。
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