JP5028795B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents
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Description
運転者が操作する操作部と、
前記操作部とは機械的に切り離され、操向輪を転舵する転舵部と、
前記操作部と前記転舵部を機械的に断接するバックアップ機構と、
前記操作部に操舵反力トルクを与える操舵反力アクチュエータと、
前記転舵部に転舵トルクを与える転舵アクチュエータと、
前記操舵反力アクチュエータを制御する操舵反力制御手段と、
前記転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記転舵アクチュエータとして、前記バックアップ機構と前記転舵部とを連結する第1ピニオン軸に転舵トルクを与える第1転舵モータと、前記第1ピニオン軸を介さずに前記転舵部に転舵トルクを与える第2転舵モータと、を設け、
前記操作部と前記転舵部とが機械的に切り離されている場合、
前記転舵制御手段は、前記操作部の操作状態に応じた角度指令値となるように、前記第1転舵モータの角度情報を使用せずに前記第2転舵モータの角度情報に基づいて電流指令値を演算し、この演算結果を前記第1転舵モータと前記第2転舵モータとに分配することにより前記第1転舵モータと前記第2転舵モータとを駆動し、
前記操舵反力制御手段は、前記第2転舵モータの駆動電流に基づいて操舵反力指令値を生成し、前記操舵反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
すなわち、バックアップ機構が連結されていない第2転舵モータの駆動電流は、バックアップ機構が連結されている第1転舵モータの駆動電流に比べ、バックアップ機構のフリクションによる外乱(=フリクショントルク)の影響が小さい。この第2転舵モータの駆動電流により推定した路面反力(例えば、ラック軸力の推定値)は、実路面反力(例えば、ラック軸力の実際値)とほぼ一致するものとなる。このため、第2転舵モータの駆動電流を操舵反力制御にフィードバックしても、操舵反力アクチュエータにより付与される操舵反力トルクは、バックアップ機構のフリクション影響によるトルク変動が抑制されて違和感の無いものとなる。
この結果、バックアップ機構のフリクションによる外乱の影響を小さく抑えた路面反力の推定により、トルク変動を抑制した違和感の無い操舵反力制御を達成することができる。
また、第1転舵モータの角度情報を使用せずに第2転舵モータの角度情報に基づいて演算した電流指令値により第1転舵モータと第2転舵モータとを駆動するため、両転舵モータの駆動電流がフリクション変動により変動することが無く、滑らかな転舵トルク制御を達成することができる。
図1は実施例1の車両用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の車両用操舵制御装置において2つの転舵モータが設定されたラック&ピニオンギア機構のリテーナ部を示す断面図である。
ここで、前記ハンドル1と前記操舵反力モータ2と前記コラムシャフト3とが「操作部」に相当する。
前記クラッチ4と前記第1ケーブルプーリ5と前記バックアップケーブル6と前記第2ケーブルプーリ7とが「バックアップ機構」に相当する。なお、第1ケーブルプーリ5とバックアップケーブル6と第2ケーブルプーリ7により「ケーブルコラム」を構成する。
前記第1ピニオン軸8と前記第1転舵モータ9と前記ラック&ピニオンギア機構10と前記第2ピニオン軸11と前記第2転舵モータ12とが「転舵部」に相当する。
前記ケーブルコラム(第1ケーブルプーリ5、バックアップケーブル6、第2ケーブルプーリ7)は、前記クラッチ4の締結時、ハンドル1に加えられた操舵トルクを機械的に伝達する。
すなわち、SBWシステムの正常においては、前記クラッチ4を切り離した開放状態とし、SBW制御として、前記操舵反力モータ2に対する操舵反力制御と、前記両転舵モータ9,12に対する転舵制御と、を実行する。
また、SBWシステムのフェイル時においては、前記クラッチ4を締結し、ケーブルコラム(第1ケーブルプーリ5、バックアップケーブル6、第2ケーブルプーリ7)を介して操作部と転舵部とを機械的に連結し、操舵反力モータ2と第1転舵モータ9と第2転舵モータ12の少なくとも一つのモータが正常である場合、正常なモータをアシストモーとして用い、電動パワーステアリング制御を行う。
前記第1転舵モータ9は、前記ラック&ピニオンギア機構10の第1位置に設定された第1ピニオン軸8に転舵トルクを与える。
前記第2転舵モータ12は、前記ラック&ピニオンギア機構10の第1位置とは異なる第2位置に独立設定された第2ピニオン軸11に転舵トルクを与える。
ラックギアケース10aの第1位置と第2位置との2箇所においてリテーナ10cにより付勢されたラック軸10bが車幅方向に配置され、このラック軸10bのラックギアに噛み合うピニオンが形成された第1ピニオン軸8と第2ピニオン軸11が車両前後方向に配置される。そして、前記第1ピニオン軸8に、ウォーム&ウォームホイールを介して第1転舵モータ9が設定されている。また、前記第2ピニオン軸11に、ウォーム&ウォームホイールを介して第2転舵モータ12が設定されている。
前記計算機3ECU3は、前記第2転舵モータ12の駆動電流(駆動トルク相当値)に基づいて操舵反力指令値を生成し、前記操舵反力モータ2を駆動制御する。
さらに、前記計算機3ECU3は、前記第2転舵モータ2が駆動できない状態となったとき、前記第1転舵モータ9の駆動電流に基づいて操舵反力指令値を生成し、前記操舵反力モータ2を駆動制御する。
[背景技術と問題点]
SBWシステムにおいては、操作部側と転舵部側とが機械的に連結されていないため、転舵モータにより操向輪の転舵トルクを生成し、操舵反力モータにより操舵反力トルクを生成する。
転舵制御では、ハンドルからの入力値(舵角、トルク等)から転舵モータへの指令値を計算し、その指令を転舵モータに出力し、角度制御により操向輪を転舵する。
操舵反力制御では、操向輪を転舵した際の路面反力を転舵モータへの駆動電流により模擬し、模擬した路面反力を得る操舵反力トルクを与える指令を操舵反力モータに出力することで行う。
これに対し、実施例1の車両用操舵制御装置では、バックアップ機構のフリクションによる外乱の影響を小さく抑えた第2転舵モータ12の駆動電流に基づいて、操舵反力トルクを与えることで、バックアップ機構のフリクションによる外乱の影響を小さく抑えた路面反力の推定により、トルク変動を抑制した違和感の無い操舵反力制御を達成することができるようにした。
つまり、第1転舵モータ9へは、ケーブルコラム5,6,7からのフリクショントルクがそのまま第1ピニオン軸8を介して入力される。これに対し、第2転舵モータ12へは、第1ピニオン軸8を介して入力されたフリクショントルクが、ラック軸10bを介して第2ピニオン軸11に入力されるまでに、第1位置から第2位置までのラック軸10bや、第1位置でのリテーナ10cと第2位置でのリテーナ10c等による構成部品により減衰吸収される。
これに対し、図3の1点鎖線特性で示す第2転舵モータ12の駆動電流から換算した軸力特性は、フリクショントルクによる影響を殆ど受けることなく、実線特性で示すラック軸力の実際値特性にほぼ一致する滑らかな特性となる。
この結果、バックアップ機構のフリクションによる外乱の影響を小さく抑えた路面反力の推定により、トルク変動を抑制した違和感の無い操舵反力制御を達成することができる。
例えば、転舵アクチュエータとして、油圧アクチュエータを採用した場合、駆動トルク相当値を得るには油圧センサが必要であり、また、微小な転舵角を制御する場合に、応答性が低くなる。
これに対し、実施例1では、転舵アクチュエータとして、転舵モータ9,12を採用したことで、駆動電流そのものが路面反力を模擬する駆動トルク相当値となり、センサを用いることのない簡単な構成としながら、精度の高い操舵反力制御を実行することができる。
例えば、転舵部の同じ位置に第1転舵モータと第2転舵モータとを設定した場合、2つのモータ間の構成部品が少なく、バックアップ機構からのフリクショントルクの減衰吸収効果が低くなる。
これに対し、第1転舵モータ9と第2転舵モータ12との設定位置を離れた第1位置と第2位置としたことで、その間に介在するラック軸10bやリテーナ10c、10c等による構成部品により、バックアップ機構からのフリクショントルクを有効に減衰吸収することができる。
例えば、操舵反力制御は、第2転舵モータからの駆動電流に基づき制御するという原則を如何なる場合でも貫くと、第2転舵モータ12が駆動できない失陥状態になってしまい、SBW制御を止め、操作部と転舵部とをバックアップ機構により機械的に連結するバックアップモードに直ちに入ってしまうことになる。
これに対し、実施例1では、第2転舵モータ12の失陥時、第1転舵モータ9の駆動電流に基づいて操舵反力指令値を生成することで、与えられる操舵反力トルクの滑らかさは失われるものの、操舵反力制御をそのまま継続することができる。
例えば、バックアップ機構としてクラッチのみを有する機構と、ケーブルコラムとクラッチとを併用した機構とを比べた場合、ケーブルコラムはインナーケーブルをプーリの案内溝に巻き付けてトルクを伝達するため、緊張による巻き付き状態と弛緩による巻き付き状態とが発生し、外乱となるフリクショントルクの変動が遙かに大きくなる。
これに対し、実施例1では、バックアップ機構によるフリクション影響が大きいSBWシステムにもかかわらず、効果的にトルク変動を抑制した違和感の無い操舵反力制御を達成することができる。
実施例1の車両用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。
図4は実施例2の車両用操舵制御装置におけるSBWコントローラ15の計算機1ECU1と計算機2ECU2との制御ブロック図である。
前記第1差分器151は、操作部の操作状態に応じた目標舵角としての角度指令と、第2転舵モータ12の角度検出値との角度差分を求める。
前記角度制御ロジック152は、前記第1差分器151からの角度差分を入力し、角度制御ロジックに基づき、角度差分が大きいほど大きな電流指令値を求める。
前記指令値分配ロジック153は、前記角度制御ロジック152からの角度制御指令値を入力し、第1転舵モータ9と第2転舵モータ12とに1/2配分とする指令値分配ロジックに基づき、分配した電流指令値を第2差分器154と第3差分器156とに出力する。
前記第2差分器154は、前記指令値分配ロジック153からの電流指令値と、第2転舵モータ12の電流検出値との電流差分を求める。
前記電流制御ロジック155は、前記第2差分器154からの電流差分を入力し、電流制御ロジックに基づいて、第2転舵モータ12への制御電流を求め、求めた制御電流を第2転舵モータ12へ出力する。
前記第3差分器156は、前記指令値分配ロジック153からの電流指令値と、第1転舵モータ9の電流検出値との電流差分を求める。
前記電流制御ロジック157は、前記第3差分器156からの電流差分を入力し、電流制御ロジックに基づいて、第1転舵モータ9への制御電流を求め、求めた制御電流を第1転舵モータ9へ出力する。
なお、全体構成を含めて他の構成は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例2の車両用操舵制御装置にあっては、実施例1の(1),(2),(4),(5)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
2 操舵反力モータ(操舵反力アクチュエータ)
3 コラムシャフト
4 クラッチ
5 第1ケーブルプーリ(ケーブルコラム)
6 バックアップケーブル(ケーブルコラム)
7 第2ケーブルプーリ(ケーブルコラム)
8 第1ピニオン軸
9 第1転舵モータ(第1転舵アクチュエータ)
10 ラック&ピニオンギア機構
11 第2ピニオン軸
12 第2転舵モータ(第2転舵アクチュエータ)
13,13 タイロッド
14,14 操向輪
15 SBWコントローラ
ECU1 計算機1(転舵制御手段)
ECU2 計算機2(転舵制御手段)
ECU3 計算機3(操舵反力制御手段)
Claims (4)
- 運転者が操作する操作部と、
前記操作部とは機械的に切り離され、操向輪を転舵する転舵部と、
前記操作部と前記転舵部を機械的に断接するバックアップ機構と、
前記操作部に操舵反力トルクを与える操舵反力アクチュエータと、
前記転舵部に転舵トルクを与える転舵アクチュエータと、
前記操舵反力アクチュエータを制御する操舵反力制御手段と、
前記転舵アクチュエータを制御する転舵制御手段と、
を備えた車両用操舵制御装置において、
前記転舵アクチュエータとして、前記バックアップ機構と前記転舵部とを連結する第1ピニオン軸に転舵トルクを与える第1転舵モータと、前記第1ピニオン軸を介さずに前記転舵部に転舵トルクを与える第2転舵モータと、を設け、
前記操作部と前記転舵部とが機械的に切り離されている場合、
前記転舵制御手段は、前記操作部の操作状態に応じた角度指令値となるように、前記第1転舵モータの角度情報を使用せずに前記第2転舵モータの角度情報に基づいて電流指令値を演算し、この演算結果を前記第1転舵モータと前記第2転舵モータとに分配することにより前記第1転舵モータと前記第2転舵モータとを駆動し、
前記操舵反力制御手段は、前記第2転舵モータの駆動電流に基づいて操舵反力指令値を生成し、前記操舵反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1に記載された車両用操舵制御装置において、
前記転舵部は、ピニオンギアとラックギアによるラック&ピニオンギア機構を有し、
前記第1ピニオン軸及び第1転舵モータは、前記ラック&ピニオンギア機構の第1位置に設定し、
前記第2ピニオン軸及び第2転舵モータは、前記ラック&ピニオンギア機構の第1位置とは離れた第2位置に設定したことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1または2に記載された車両用操舵制御装置において、
前記操舵反力アクチュエータは、前記第2転舵モータが駆動できない状態となったとき、前記第1転舵モータの駆動トルク相当値に基づいて操舵反力指令値を生成することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載された車両用操舵制御装置において、
前記バックアップ機構は、ケーブルコラムを用いて、前記操作部と前記転舵部との間でトルクを伝達することを特徴とする車両用操舵制御装置。
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