JP5533822B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
Taに応じた駆動電圧Vdをモータ110に印加することによりモータ110を駆動させ、これによりアシストトルク指令Taに応じたアシスト操舵力をハンドル軸に与える。ハンドル軸から車輪に至る制御対象(操舵系メカ)100においては、モータ110の回転速度であるモータ速度ωと、操舵トルクTsとが検出される。電流FB部142は、モータ110に流れる電流(モータ電流Im)を検出してその電流値が目標電流(アシストトルク指令Taに応じた値)となるように電流FB制御する。
シスト操舵力を増やす方向に制御する。
演算手段とアシスト補償量生成手段の両者の干渉を最小限に留める(或いは完全に無くす)ことができる。そのため、基本アシスト量演算手段による、路面負荷に応じた操舵反力の特性の実現と、アシスト補償量生成手段による、車両全体としての適切な操作安定性(適切な車両運動特性)の実現とを両立させることができ、車両の運転性能を高めることができる。
そして、より好ましくは、請求項5に記載のように、推定負荷に対して目標操舵トルクが対数的に変化するように目標操舵トルクを演算するようにするとよい。推定負荷に対して目標操舵トルクを対数的に生成することは、いわば、路面負荷に対する操舵反力のあるべき量を示す人間感覚モデルに基づく生成であると言える。そのため、推定負荷に対して目標操舵トルクを対数的に演算するようにすることで、ドライバーに対して自然な操舵感覚を与えることができる。
このように、推定負荷に対してだけでなく、車速に対しても対数的に変化するように目標操舵トルクを生成するようにすることで、ドライバーに対して車速変化時にも自然な操舵感覚を与えることができる。
数の基本指令演算手段と、入力される第1の重み付け設定指令に従って複数の基本指令演算手段からの基本指令を重み付け加算する第1の重み付け加算手段と、を備えている。
図1は、本実施形態の電動パワーステアリングシステム1の概略構成を表す構成図である。本実施形態の電動パワーステアリングシステム1は、ドライバーによるハンドル2の操作をモータ6によってアシストするものである。ハンドル2は、ステアリングシャフト3の一端に固定され、ステアリングシャフト3の他端にはトルクセンサ4が接続されており、このトルクセンサ4の他端には、インターミディエイトシャフト5が接続されている。尚、以下の説明では、ステアリングシャフト3からトルクセンサ4を経てインターミディエイトシャフト5に至る軸体全体を、まとめてハンドル軸とも言う。
このような構成により、ドライバーがハンドル2を回転(操舵)させると、その回転がステアリングシャフト3、トルクセンサ4、及びインターミディエイトシャフト5を介してステアリングギアボックス7に伝達される。そして、ステアリングギアボックス7内で、インターミディエイトシャフト5の回転がタイロッド8の左右移動に変換され、タイロ
ッド8が動くことによって、左右の両タイヤ10が操舵される。
3は、操舵トルクTsと目標操舵トルクTs*との差であるトルク偏差を演算する。そして、そのトルク偏差に基づき、コントローラ部24が、トルク偏差が0になるよう、即ち路面負荷に応じたアシスト操舵力(アシストトルク又はアシスト量とも言う)を発生させるための、そのアシスト操舵力を示すベースアシスト指令Tb*を生成する。
ースアシスト部20のうち目標生成部22を除く各構成をまとめて伝達制御演算部60、補正部30を車両制御演算部70と称し、更に、伝達制御演算部60内のコントローラ部24と車両制御演算部70内のトルク補正部31の構成をより具体化したものである。以下、図3を用いて、本実施形態の制御機構の構成についてより詳しく説明する。
人が車両旋回挙動を感じ取る際に、その刺激となるのは、操舵トルクのような手に伝わる反力をはじめ、横加速度やヨーレートといった人体に作用する力や速度がある。そうした刺激によって得られる感覚においてリニアな変化を感じるには、それら刺激の強度が強いほどその刺激は大きな変化を示す必要があることを示唆している。
横加速度やヨーレートは、車両線形領域においては、路面反力と同様、静的にはハンドルの操舵角に比例している。従って、旋回に関わる車両挙動と手応えを感覚上で対応づけるためには、路面反力に対して対数関係を持った操舵トルクになればよい。つまり、推定負荷Txに対して対数関数で(対数的に変化するように)目標操舵トルクTs*を規定すればよい。
Ts*=sgn(Tx)・(A・log(|Tx|)+B) ・・・(1)
上記式(1)において、一例としてA=0.8,B=0.5とし、またTx=0ではTs*=0とした場合、推定負荷Txに対する目標操舵トルクTs*は、図5(a)のように得られる。この図5(a)に示した特性は、言わば、路面負荷に対する操舵反力のあるべき量を示す人間感覚モデルであるといえる。
但し、Nはステアリングギヤ比、Lはホイールベース、Ksはスタビリティファクタである。
Gy=V2/(1+Ks・V2)×(θs/N/L) ・・・(3)
図5(b)に、ハンドルを1rad操舵した場合の、車速Vに対する定常ヨーレートγ及び定常横加速度Gyの特性例を示す。図5(b)の特性例は、同じ操舵角であっても車速Vが増すと車両挙動が増すことを示している。定常ヨーレートγはある速度から上は減衰していくが、単位時間あたりの横移動量にするとγ・Vの成分が出てくるため、前述の定常横加速度Gyと同様となり、車速Vに対して単調増加となる。
上記式(4)において、一例としてC=0.25,D=1.5とした場合、車速Vに対するなる目標操舵トルクゲインKgは、図5(c)のように得られる。但し、停車時(車速V=0のとき)については対数演算ができないため、図5(c)に示すように、例えば「1」などの固定値に漸近させる。
そして、このような補正が行われた場合、ハンドルトルク(ドライバーにより加えられるトルク)に対する操舵トルクTsの応答は、図11に示すような特性となる。即ち、各補正フィルタ62,63,64による補正によって、特定の周波数帯でゲインが増える。
本実施形態では、各伝達系補正係数K1,K2,K3は、伝達系スケジューラ65に入力される伝達系特性設定値P1に応じ、各スケジューラ65a,65b,65cにて個々に設定される。
ところで、アシストコントローラ61は、ここまでは積分器を有しないものとして説明したが、入力されるトルク偏差を積分する積分器を備えた構成としてもよい。図12(a)〜(c)に、積分器を備えたアシストコントローラの構成例を示す。
に対し、その内部に積分器を含んでいる。そのため、このアシストコントローラ81の周波数特性は、図12(d)に実線で示すように、概ね10Hz以下の領域では周波数が低くなるほどゲインが上昇していくような特性となる。
す。図13において、(a)はハンドル角θsの変化を示し、(b)は補正トルク指令Trの変化を示し、(c)は操舵トルクTsの変化を示す。
ラ部24内の重み付け部66は本発明の第1の重み付け加算手段に相当し、第1車両運動コントローラ71及び第2車両運動コントローラ72はいずれも本発明の基本補償量演算手段に相当する。また、ベースアシスト指令Tb*は本発明の基本アシスト量に相当し、補正トルク指令Trは本発明のアシスト補償量に相当し、アシストトルク指令Taは本発明の補正アシスト量に相当し、アシストコントローラ61からの出力は本発明の基本指令に相当し、各車両運動コントローラ71,72からの出力はいずれも本発明の基本補償量に相当し、伝達系スケジューラ65から出力される各ゲインK1,K2,K3はいずれも本発明の第1の重み付け設定指令に相当する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
複数設けて更に補正フィルタも1つ又は複数設けるようにしてもよい。
また、車速Vによってどれだけ車両のヨー共振を抑制するか(ダンピングを強くするか)を示す減衰レベルζを、車速と減衰レベルとが対応付けられたマップに基づき演算し、その減衰レベルζを達成しうるスケジューラによってマップ演算して、重み付けのための1つのゲインKbを求める。このゲインKbを前述のSbに掛け合せることによって、最終的な車両運動コントローラ(ここでは収斂制御)の出力Sxを求めることができる。
ステアリングギアボックス、8…タイロッド、9…ナックルアーム、10…タイヤ、11…車速センサ、20…ベースアシスト部、21…負荷推定器、21a,41,66d,66e…加算器、21b…LPF、22…目標生成部、23…偏差演算器、24…コントローラ部、30…補正部、31…トルク補正部、42…電流FB部、50…HMI部、51…伝達系特性設定部、52…車両運動特性設定部、60…伝達制御演算部、61,81,82,83…アシストコントローラ、62…第1補正フィルタ、63…第2補正フィルタ、64…第3補正フィルタ、65…伝達系スケジューラ、65a…第1スケジューラ、65b…第2スケジューラ、65c…第3スケジューラ、66,74…重み付け部、66a…第1積算器、66b…第2積算器、66c…第3積算器、70…車両制御演算部、71…第1車両運動コントローラ、72…第2車両運動コントローラ、73…車両系スケジューラ、82a…積分器、82b…コントローラ、83a…ゲインK、83b…コントローラ、100…操舵系メカ
Claims (16)
- 車両のハンドルに連結されて該ハンドルと共に回転する入力軸と、
前記入力軸の回転を前記車両の操舵輪に伝達することにより該操舵輪を操舵させる入力伝達手段と、
前記入力軸に加えられる軸回転方向のトルクである操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ハンドルの操作による前記操舵輪の操舵時に該ハンドルの操作をアシストするためのアシスト操舵力を前記入力軸又は前記入力伝達手段に与えるためのモータと、
を備えた電動パワーステアリングシステムに設けられ、前記モータを制御することにより前記アシスト操舵力を制御する電動パワーステアリング制御装置であって、
前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルクに基づき、該操舵トルクが路面から前記操舵輪に加えられる路面負荷に応じて変化するように前記ハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を生成する基本アシスト量生成手段と、
前記操舵輪の挙動が予め設定した挙動特性に応じたものとなるように、前記基本アシスト量生成手段により演算された前記基本アシスト量を補正するための、アシスト補償量を生成するアシスト補償量生成手段と、
前記基本アシスト量生成手段により生成された前記基本アシスト量を、前記アシスト補償量生成手段により生成された前記アシスト補償量によって補正することにより、補正アシスト量を生成するアシスト量補正手段と、
前記アシスト量補正手段からの前記補正アシスト量に基づいて前記モータを駆動させるモータ駆動手段と、
を備え、
前記基本アシスト量生成手段は、
該基本アシスト量生成手段自身の生成結果である前記基本アシスト量と前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルクに基づいて前記路面負荷を推定する路面負荷推定手段と、
前記路面負荷推定手段により推定された前記路面負荷である推定負荷に基づいて、前記操舵トルクの目標値である目標操舵トルクを演算する目標操舵トルク演算手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出される前記操舵トルクが前記目標操舵トルク演算手段により演算された前記目標操舵トルクと一致するように前記モータを制御するための前記基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算手段と、
を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記路面負荷推定手段は、前記基本アシスト量と前記操舵トルクとの和から、予め設定した周波数帯域の成分を抽出し、その抽出した周波数帯域の成分を前記推定負荷として出力する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記周波数帯域は10Hz以下であることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記目標操舵トルク演算手段は、前記路面負荷推定手段により推定された前記推定負荷に基づき、該推定負荷が大きくなるほど前記目標操舵トルクも大きくなるように該目標操舵トルクを演算する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項4に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記目標操舵トルク演算手段は、前記推定負荷に対して前記目標操舵トルクが対数的に変化するように該目標操舵トルクを演算する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記電動パワーステアリングシステムは、前記車両の走行速度である車速を検出する車速検出手段を備え、
前記目標操舵トルク演算手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速に基づき、該車速が大きくなるほど前記目標操舵トルクも大きくなるように該目標操舵トルクを演算する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項6に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記目標操舵トルク演算手段は、前記車速に対して前記目標操舵トルクが対数的に変化するように該目標操舵トルクを演算する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記基本アシスト量演算手段は、
前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルクと前記目標操舵トルク演算手段により演算された前記目標操舵トルクとの差であるトルク偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段により演算される前記トルク偏差が0になるように前記基本アシスト量に相当する基本指令を演算する基本指令演算手段と、
を備え、
前記基本指令演算手段は、入力される前記トルク偏差に対する、出力する前記基本指令の伝達関数が、所定の周波数以下の帯域におけるゲインが1よりも大きい所定のレベル以上となるように構成されている
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項8に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記基本指令演算手段は、入力される前記トルク偏差を積分して出力する積分手段を備え、前記トルク偏差が0となるように前記基本指令を演算するよう構成されている
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項9に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記積分手段は、出力する積分値の絶対値が所定の積分上限値以下に制限されるよう構成されている
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項10に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記積分上限値は、前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルク、前記ハンドルの回転角、前記モータの回転角、又は前記基本アシスト量生成手段が生成する前記基本アシスト量を設定用状態量として、この設定用状態量が大きくなるほど大きな値となるように設定される
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項8〜請求項11の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記所定の周波数は1Hzであることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項8〜請求項12の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記所定のレベルは10倍であることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項8〜請求項13の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記基本アシスト量演算手段は、
周波数特性の異なる複数の前記基本指令演算手段と、
入力される第1の重み付け設定指令に従って前記複数の基本指令演算手段からの前記基本指令を重み付け加算する第1の重み付け加算手段と、
を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項1〜請求項14の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記モータの回転速度を直接又は間接的に示す情報である操舵速度情報を取得する操舵速度情報取得手段を備え、
前記アシスト補償量生成手段は、前記操舵速度情報取得手段により取得された前記操舵速度情報、前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルク、及び前記路面負荷推定手段により推定された前記路面負荷のうち少なくとも1つに基づいて、前記車両の挙動を収斂させるための前記アシスト補償量を生成する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 請求項15に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記アシスト補償量生成手段は、前記車両の挙動を収斂させるための前記アシスト補償量に相当する基本補償量を演算する、複数の基本補償量演算手段を備え、該各基本補償量演算手段により演算された前記各基本補償量を重み付け加算したものを前記アシスト補償量として演算するよう構成されている
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
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