JP5744262B1 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステアバイワイヤ式の操舵装置におけるフェール検知後に、適切なタイミングでハンドルとタイヤ間を機械的に接続する。【解決手段】ハンドル1の角度と車両の走行速度に基づき、ハンドル1を中立方向へ戻そうとする操舵反力トルクを演算し付与する操舵反力演算付与手段12と、前記走行速度に基づき、予め定めた転舵ギア比に基づきタイヤ10を転舵する転舵トルクを演算し付与する転舵演算付与手段13と、を有する。操舵反力演算付与手段12、前記転舵演算付与手段13は、フェールを検出するフェール検出手段23、93と、フェールを検出した時に、フェールを検出してからクラッチ11へ接続指令を出力するまでの限界時間であるクラッチ接続限界時間を少なくともフェール直前の転舵電流とフェール直前の車両の走行速度から演算するクラッチ接続限界時間演算手段とを備えた。【選択図】図2

Description

この発明は、車両用操舵制御装置に係り、特にはステアバイワイヤ式の操舵装置を備えた車両用操舵制御装置に関するものである。
近年では、タイヤとステアリングホイール(ハンドル)を機械的に切り離した、所謂、ステアバイワイヤ式の操舵装置について、振動等の不快な成分をドライバへ伝達しないために関心が高まっている。このステアバイワイヤ式の操舵装置は、ハンドルの操作量に応じてタイヤを転舵する転舵アクチュエータや、ハンドルの角度やタイヤの状態に応じて、ハンドルを切っている方向と反対方向の力を付与する反力アクチュエータを備えた装置である。
このようなステアバイワイヤ式の操舵装置において、例えば特開2007−90975号公報(特許文献1)には、システムの一部が失陥(フェール)した場合にフェールセーフモードとなって、クラッチ等を用いてタイヤとステアリングホイール(ハンドル)を機械的に接続し、その結果、ドライバによる操舵が可能となり、安全性を確保する技術が記載されている。
また、特開2006−240398号公報(特許文献2)には、フェール検出後、直ちに接続指令を出力し、接続完了までの間、転舵トルクを減少補正する技術が記載されている。
特開2007−90975号公報 特開2006−240398号公報
前記特許文献1に記載された技術によれば、フェール検知後フェールセーフモードとなり、クラッチ等を用いてハンドルとタイヤ間を機械的に接続するので、ハンドル側の角度とタイヤ側の角度がずれた状態で接続されるとハンドルへのショックが発生する可能性があった。
また、前記特許文献2に記載された技術によれば、フェール検知後、直ちに接続指令を出力するので、応答の良いクラッチの場合、転舵トルクの減少補正の効果が現れる前に接続される可能性があった。
また、何れの技術においても、車両の状況にかかわらずフェール検知後にハンドルとタイヤ間を機械的に接続するため、接続後にハンドルとタイヤ間の角度ずれを発生させ、ドライバに違和感を与える可能性があった。
この発明は、このような安全性の確保、及びドライバへの影響に対する問題点に着目してなされたもので、ステアバイワイヤ式の操舵装置におけるフェール検知後に、適切なタイミングでハンドルとタイヤ間を機械的に接続する車両用操舵制御装置を提供することを目的とする。
この発明に係る車両用操舵制御装置は、自動車のハンドルとタイヤとの間の接続が機械的に切離された車両用操舵制御装置において、前記自動車の走行速度を検出する車速検出手段と、前記ハンドルの角度を検出するハンドル角検出手段と、少なくとも前記ハンドルの角度と前記走行速度に基づき、前記ハンドルを中立方向へ戻そうとする操舵反力トルクを演算し付与する操舵反力演算付与手段と、少なくとも前記ハンドルの角度と前記走行速度に基づき、予め定めた転舵ギア比に基づき前記タイヤを転舵する転舵トルクを演算し付与する転舵演算付与手段と、前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段による接続指令に基づき、前記ハンドルと前記タイヤとの間を機械的に接続するクラッチと、前記転舵演算付与手段が付与している転舵電流を検出する転舵電流検出手段と、を備えると共に、
前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段は、フェールを検出するフェール検出手段と、前記フェール検出手段によりフェールを検出した時に、前記フェールを検出してから前記クラッチへ前記接続指令を出力するまでの限界時間であるクラッチ接続限界時間を少なくともフェール直前の前記転舵電流とフェール直前の前記走行速度から演算するクラッチ接続限界時間演算手段と、を備えたことを特徴とするものである。
この発明によれば、フェール直前の車両状況から少なくとも安全性を確保できるクラッチ接続限界時間を設定し、クラッチ接続限界時間内はハンドルとタイヤ間の角度ずれを減少するため、安全性を維持しながらハンドルとタイヤ間の機械的接続時にハンドルへのショックを減らすことが可能となる。また、機械的接続後にハンドルとタイヤ間の角度ずれに伴うドライバの違和感を減らすことが可能となる。
この発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置を含む操舵系の全体構成図である。 この発明の実施の形態1に係る操舵反力演算付与手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る操舵反力演算付与手段の動作を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態1に係るハンドル側クラッチ角度演算手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係るクラッチ接続限界時間演算手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係るクラッチ接続限界時間演算手段の動作を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態1に係るクラッチ接続指令実施判断手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係るクラッチ接続指令実施判断手段の動作を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態1に係る転舵演算付与手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る転舵演算付与手段の動作を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態1に係る転舵トルク演算手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る転舵トルク演算手段の動作を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置の効果を示す図である。
以下、この発明に係る車両用操舵制御装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置を含む操舵系の全体構成図である。ハンドルとタイヤとが機械的に切り離されている、所謂、ステアバイワイヤ系の操舵装置であり、ハンドル1、ハンドル角センサ2、操舵トルクセンサ3、反力ギアボックス4、反力モータ5、転舵ギアボックス6、転舵モータ7、車両用操舵制御装置8、車速センサ9、タイヤ10、及びハンドル1とタイヤ10とを機械的に接続状態とするためのクラッチ11を含んでいる。車両用操舵制御装置8は、操舵反力演算付与手段12及び転舵演算付与手段13を含み、その他の車載システム等と通信する図示しない装置も含んでいる。
ハンドル角センサ2は、ドライバが操作しているハンドル1の角度を検出し、操舵トルクセンサ3は、ドライバが操作しているハンドル1に掛かる操舵トルクを検出する。反力モータ5は、操舵反力演算付与手段12からの反力電流指令値Irct_tに基づいて駆動する。反力モータ5の出力は反力ギアボックス4により数倍になったトルクをステアリング軸に付与する。
操舵反力演算付与手段12は、車両用操舵制御装置8に含まれ、ハンドル角センサ2の出力であるハンドル角θhdl、操舵トルクセンサ3の出力である操舵トルクThdl、反力モータ5に流れている電流信号である反力電流Irct、車速センサ9の出力である車速V、転舵モータ7に流れている電流信号である転舵電流Istr、転舵ギアボックス6内に含まれる転舵角センサ(図示せず)の出力である転舵角θtire、クラッチ11のタイヤ側の軸角度であるタイヤ側クラッチ角度θtcl、及びクラッチ11の接続状態を表す信号である接続状態信号Cnct_clから、反力モータ5への電流指令値である反力電流指令値Irct_tを出力し、反力モータ5へ電圧を印加するとともに、クラッチ11へ第1の接続指令信号Cmnd_rctを、また、転舵演算付与手段13へクラッチ11のハンドル側の軸角度であるハンドル側クラッチ角度θuclを出力する。
転舵演算付与手段13は、車両用操舵制御装置8に含まれ、ハンドル角センサ2の出力であるハンドル角θhdl、転舵モータ7に流れている電流信号である転舵電流Istr、車速センサ9の出力である車速V、転舵ギアボックス6内に含まれる転舵角センサの出力である転舵角θtire、クラッチ11の接続状態を表す信号である接続状態信号Cnct_cl、及びクラッチ11のハンドル側の軸角度であるハンドル側クラッチ角度θuclから、転舵モータ7への電流指令値である転舵電流指令値Istr_tを出力し、転舵モータ7へ電圧を印加するとともに、クラッチ11へ第2の接続指令信号Cmnd_strを、また、操舵反力演算付与手段12へクラッチ11のタイヤ側の軸角度であるタイヤ側クラッチ角度θtclを出力する。
転舵モータ7は、転舵演算付与手段13からの転舵電流指令値Istr_tに基づいて駆動する。転舵モータ7の出力は転舵ギアボックス6により数倍になったトルクをステアリング軸経由でラックに付与する。図示していないが、転舵ギアボックス6内にタイヤ10の転舵角度を検出する転舵角センサを含み、転舵角θtireを出力する。
車速センサ9は、車両の走行速度を検出する。ここでは、1輪の車輪速に基づき検出するように記載しているが、これにとらわれるものではなく、4輪の車輪速の平均や、右車輪速平均、左車輪速平均の平均により速度を求めても構わない。
タイヤ10は、転舵可能な車両前輪である。クラッチ11は、ハンドル側のステアリング軸とタイヤ側のステアリング軸とを機械的に接続あるいは切断し、操舵反力演算付与手段12の出力である第1の接続指令信号Cmnd_rct、転舵演算付与手段13の出力である第2の接続指令信号Cmnd_strに基づき接続あるいは切断を実施する。そして、クラッチ11は、現在のクラッチ11の接続及び切断状態を表す信号である接続状態信号Cnct_clを操舵反力演算付与手段12及び転舵演算付与手段13へ出力する。
次に、操舵反力演算付与手段12を実現する構成を図2により説明する。操舵反力演算付与手段12は、操舵反力トルク演算手段21、ハンドル側クラッチ角度演算手段22、フェール検出手段23、クラッチ接続限界時間演算手段24、フェール経過時間検出手段25、クラッチ接続指令実施判断手段26、及び操舵反力トルク補正手段27を備えている。
操舵反力トルク演算手段21は、ハンドル角θhdl、操舵トルクThdl、車速V、反力電流Irct、接続状態信号Cnct_cl、転舵角θtireから、操舵反力トルクTrq_rctを出力する。例えば、ハンドル角θhdlと車速Vにより基本的な操舵反力成分と操舵方向による摩擦成分、ハンドル角θhdlから操舵速度を演算し、操舵速度に基づく粘性成分などから操舵反力を演算すればよく、具体的な操舵反力トルクTrq_rctの演算は公知の技術を用いて演算すればよい。
ハンドル側クラッチ角度演算手段22は、ハンドル角θhdl及び操舵トルクThdlからハンドル側クラッチ角度θuclを出力する。フェール検出手段23は、操舵トルクThdl及び反力電流Irctからフェール状態を判定し、フェール検出信号Fail_Sigを出力する。本実施の形態では、フェール検出信号Fail_Sigは、フェール未検出状態を「0」、フェール検出状態を「1」の信号として以降において説明するが、本信号に限定されることはなく、公知の方法で設定すれば良い。また、フェール状態の検出は操舵トルクThdl、反力電流Irctから検出する例を用いているが、この方法に限定されるものではなく、フェール状態を判定するものであれば、公知技術によって判定しても何ら構わない。
クラッチ接続限界時間演算手段24は、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、及びフェール検出信号Fail_Sigからクラッチ接続限界時間Clch_Timeを出力する。フェール経過時間検出手段25は、フェール検出信号Fail_Sigからフェール経過時間Fail_Timeを出力する。フェール検出信号Fail_Sigの立ち上がり時(「0」から「1」への変化タイミング)をスタートとして、動作サンプリングタイム毎に累積し、経過時間を演算する。フェール検出信号Fail_Sigの立ち下がり時(「1」から「0」への変化タイミング)で経過時間をリセットすればよい。その他、公知の技術を用いて経過時間を演算しても構わない。
クラッチ接続指令実施判断手段26は、ハンドル側クラッチ角度θucl、タイヤ側クラッチ角度θtcl、クラッチ接続限界時間Clch_Time、フェール検出信号Fail_Sig、フェール経過時間Fail_Timeから、第1の接続指令信号Cmnd_rct、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctを出力する。
操舵反力トルク補正手段27は、操舵反力トルクTrq_rct、角度偏差信号θdiff、補正有無信号Corr_on_rctから、反力電流指令値Irct_tを出力する。補正有無信号Corr_on_rctに基づき、操舵反力トルクTrq_rctの補正を実施するかを判断する。補正方法については、角度偏差信号θdiffをゲイン演算し、操舵反力トルクTrq_rctに加減算する方法等を用いればよい。その他にも公知の技術を用いて操舵反力トルクTrq_rctを補正しても構わない。
次に、操舵反力演算付与手段12の動作を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS101で、ハンドル角θhdl、操舵トルクThdl、車速V、反力電流Irct、接続状態信号Cnct_cl、転舵角θtire、タイヤ側クラッチ角度θtcl、及び転舵電流Istrを読み込む。次に、ステップS102で、ハンドル角θhdl、操舵トルクThdl、車速V、反力電流Irct、接続状態信号Cnct_cl、及び転舵角θtireから、操舵反力トルクTrq_rctを出力する。
ステップS103で、ハンドル角θhdlと操舵トルクThdlから、ハンドル側クラッチ角度θuclを出力する。ステップS104で、操舵トルクThdlと反力電流Irctからフェール状態を判定し、フェール検出信号Fail_Sigを出力する。
ステップS105で、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、及びフェール検出信号Fail_Sigから、クラッチ接続限界時間Clch_Timeを出力する。ステップS106で、フェール検出信号Fail_Sigから、フェール経過時間Fail_Timeを出力する。
ステップS107で、ハンドル側クラッチ角度θucl、タイヤ側クラッチ角度θtcl、クラッチ接続限界時間Clch_Time、フェール検出信号Fail_Sig、フェール経過時間Fail_Timeから、第1の接続指令信号Cmnd_rct、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctを出力する。ステップS108で、操舵反力トルクTrq_rct、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctから、反力電流指令値Irct_tを出力する。
次に、ハンドル側クラッチ角度演算手段22の構成を図4により説明する。ハンドル側クラッチ角度演算手段22は、補正値算出手段41及び角度補正手段42を備えている。補正値算出手段41は、操舵トルクThdlからハンドル角に対してステアリング軸のねじれ分を補正する角度補正値θcorrを出力する。角度補正値θcorrの算出は、操舵トルクThdlに対するマップ等で設定してもよく、その他公知の方法で演算して構わない。
角度補正手段42は、ハンドル角θhdlと角度補正値θcorrからハンドル側クラッチ角度θuclを出力する。補正方法は、ハンドル角θhdlに対して、角度補正値θcorrを加減演算によって実施すれば良い。
次に、クラッチ接続限界時間演算手段24の構成を図5により説明する。クラッチ接続限界時間演算手段24は、データ保持手段51、52、53、マップ手段54、55、56、58、クラッチ接続限界時間決定手段57を備えている。データ保持手段51は、ハンドル角θhdlとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前ハンドル角θhdl_Bfを出力する。フェール検出信号Fail_Sigの立ち上がり時の1サンプル前のハンドル角θhdlデータを保持してフェール直前ハンドル角θhdl_Bfとして出力し、フェール検出信号Fail_Sigの立ち下がり時に保持データをリセットすればよい。
データ保持手段52は、車速Vとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前車速V_Bfを出力する。フェール検出信号Fail_Sigの立ち上がり時の1サンプル前の車速Vデータを保持してフェール直前車速V_Bfとして出力し、フェール検出信号Fail_Sigの立ち下がり時に保持データをリセットすればよい。
データ保持手段53は、転舵電流Istrとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前転舵電流Istr_Bfを出力する。フェール検出信号Fail_Sigの立ち上がり時の1サンプル前の転舵電流Istrのデータを保持してフェール直前転舵電流Istr_Bfとして出力し、フェール検出信号Fail_Sigの立ち下がり時に保持データをリセットすればよい。
マップ手段54は、フェール直前ハンドル角θhdl_Bfから、ハンドル角ベース限界時間T_θbaseを出力する。マップはフェール直前ハンドル角θhdl_Bfが大きいほど、ハンドル角ベース限界時間T_θbaseが小さくなるようなマップ設定とすればよい。フェール直前のハンドル角が大きいほど、車両の旋回状態は大きいことになり、フェールしてからクラッチ接続までの時間が長いと車線逸脱を引き起こし、大事故につながる可能性があるため、フェール発生からクラッチ接続まで早急に実施する必要がある。
マップ手段55は、フェール直前車速V_Bfから、車速ベース限界時間T_Vbaseを出力する。マップはフェール直前車速V_Bfが大きいほど、車速ベース限界時間T_Vbaseが小さくなるようなマップ設定とすればよい。フェール直前の車速が大きいほど、小さい角度のずれで車線逸脱を引き起こし、大事故につながる可能性があるため、フェール発生からクラッチ接続まで早急に実施する必要がある。
マップ手段56は、フェール直前転舵電流Istr_Bfから、転舵電流ベース限界時間T_Istrbaseを出力する。フェール直前転舵電流Istr_Bfが大きいほど、転舵電流ベース限界時間T_Istrbaseが小さくなるようなマップ設定とすればよい。フェール直前の転舵電流が大きいほど、車両の旋回状態は大きいことになり、フェールしてからクラッチ接続までの時間が長いと車線逸脱を引き起こし、大事故となる可能性があるため、フェール発生からクラッチ接続まで早急に実施する必要がある。
クラッチ接続限界時間決定手段57は、ハンドル角ベース限界時間T_θbase、車速ベース限界時間T_Vbase、及び転舵電流ベース限界時間T_Istrbaseから、クラッチ接続限界時間決定値Clch_Time_decを出力する。例えば、3つの入力値における、セレクトローを選択するなどの方法を用いればよく、その他にも公知の演算方法などを用いて構わない。
マップ手段58は、クラッチ接続限界時間決定値Clch_Time_decから、クラッチ接続限界時間Clch_Timeを出力する。例えば、入力値に対して、上下限値でクリップするようにマップ設定すればよい。
次に、クラッチ接続限界時間演算手段24の動作を図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS201で、ハンドル角θhdlとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前ハンドル角θhdl_Bfを出力する。次に、ステップS202で、車速Vとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前車速V_Bfを出力する。
ステップS203で、転舵電流Istrとフェール検出信号Fail_Sigから、フェール直前転舵電流Istr_Bfを出力する。ステップS204で、フェール直前ハンドル角θhdl_Bfから、ハンドル角ベース限界時間T_θbaseを出力する。
ステップS205で、フェール直前車速V_Bfから、車速ベース限界時間T_Vbaseを出力する。ステップS206で、フェール直前転舵電流Istr_Bfから、転舵電流ベース限界時間T_Istrbaseを出力する。
ステップS207で、ハンドル角ベース限界時間T_θbase、車速ベース限界時間T_Vbase、及び転舵電流ベース限界時間T_Istrbaseから、クラッチ接続限界時間決定値Clch_Time_decを出力する。ステップS208で、クラッチ接続限界時間決定値Clch_Time_decから、クラッチ接続限界時間Clch_Timeを出力する。
次に、クラッチ接続指令実施判断手段26の構成を図7により説明する。クラッチ接続指令実施判断手段26は、差分演算71、角度偏差閾値72、比較手段73、74、反転手段75、論理積76、78、79、及び論理和77を備えている。差分演算71は、ハンドル側クラッチ角度θuclとタイヤ側クラッチ角度θtclから角度偏差信号θdiffを出力する。角度偏差信号θdiffは、ハンドル側クラッチ角度θuclからタイヤ側クラッチ角度θtclを差分演算した信号である。この他にもタイヤ側クラッチ角度θtclからハンドル側クラッチ角度θuclを差分演算、あるいは差分演算結果の絶対値演算結果を出力しても構わない。
角度偏差閾値72は予め設定した値θthreshである。
比較手段73は、角度偏差閾値θthresh、角度偏差信号θdiffから、偏差比較結果信号ThetaResult_Sigを出力する。偏差比較結果信号ThetaResult_Sigは、「0」、「1」からなる信号であり、0は角度偏差信号θdiffが角度偏差閾値θthresh以上、1は角度偏差信号θdiffが角度偏差閾値θthresh未満を示す信号とすればよい。
比較手段74は、クラッチ接続限界時間Clch_Timeとフェール経過時間Fail_Timeから、時間比較結果信号TimeResult_Sigを出力する。時間比較結果信号TimeResult_Sigは、「0」、「1」からなる信号であり、0はフェール経過時間Fail_Timeがクラッチ接続限界時間Clch_Time未満、1はフェール経過時間Fail_Timeがクラッチ接続限界時間Clch_Time以上を示す信号とすればよい。
反転手段75は、時間比較結果信号TimeResult_Sigから、時間比較結果反転信号TimeResult_NSigを出力する。時間比較結果反転信号TimeResult_NSigは、時間比較結果信号TimeResult_Sigの反転値である。
論理積76は、偏差比較結果信号ThetaResult_Sigと時間比較結果反転信号TimeResult_NSigから、時間内偏差結果信号TT_Resを出力する。時間内偏差結果信号TT_Resは「0」、「1」からなる信号である。
論理和77は、時間内偏差結果信号TT_Resと時間比較結果信号TimeResult_Sigから、時間角度偏差結果OTT_Resを出力する。時間角度偏差結果OTT_Resは「0」、「1」からなる信号である。
論理積78は、時間角度偏差結果OTT_Resとフェール検出信号Fail_Sigから、第1の接続指令信号Cmnd_rctを出力する。第1の接続指令信号Cmnd_rctは、「0」、「1」からなる信号であり、0は接続指令無し、1は接続指令有りを示す信号である。
論理積79は、時間比較結果反転信号TimeResult_NSigとフェール検出信号Fail_Sigから、補正有無信号Corr_on_rctを出力する。補正有無信号Corr_on_rctは、「0」、「1」からなる信号であり、0は補正無し、1は補正有りを示す信号である。
次に、クラッチ接続指令実施判断手段26の動作を図8に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS301で、ハンドル側クラッチ角度θuclとタイヤ側クラッチ角度θtclから、角度偏差信号θdiffを出力する。次に、ステップS302で、角度偏差閾値θthreshと角度偏差信号θdiffから、偏差比較結果信号ThetaResult_Sigを出力する。
ステップS303で、クラッチ接続限界時間Clch_Timeとフェール経過時間Fail_Timeから、時間比較結果信号TimeResult_Sigを出力する。ステップS304で、時間比較結果信号TimeResult_Sigから、時間比較結果反転信号TimeResult_NSigを出力する。
ステップS305で、偏差比較結果信号ThetaResult_Sigと時間比較結果反転信号TimeResult_NSigから、時間内偏差結果信号TT_Resを出力する。ステップS306で、時間内偏差結果信号TT_Resと時間比較結果信号TimeResult_Sigから、時間角度偏差結果OTT_Resを出力する。
ステップS307で、時間角度偏差結果OTT_Resとフェール検出信号Fail_Sigから、第1の接続指令信号Cmnd_rctを出力する。ステップS308で、時間比較結果反転信号TimeResult_NSigとフェール検出信号Fail_Sigから、補正有無信号Corr_on_rctを出力する。
次に、転舵演算付与手段13の構成を図9により説明する。転舵演算付与手段13は、クラッチ接続限界時間演算手段24、フェール経過時間検出手段25、転舵トルク演算手段91、タイヤ側クラッチ角度演算手段92、フェール検出手段93、クラッチ接続指令実施判断手段94、及び転舵トルク補正手段95を備えている。クラッチ接続限界時間演算手段24、フェール経過時間検出手段25は、操舵反力演算付与手段12で用いられているものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
転舵トルク演算手段91は、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、接続状態信号Cnct_cl、転舵角θtire、及び補正有無信号Corr_on_rctから、転舵トルクTrq_strを出力する。
タイヤ側クラッチ角度演算手段92は、転舵角θtireからタイヤ側クラッチ角度θtclを出力する。転舵角θtireを転舵ギアボックス6内の転舵ギア比による変換演算を実施して、クラッチ11に対してタイヤ側のステアリング軸の角度を演算する。
フェール検出手段93は、転舵電流Istrと転舵電流指令値Istr_tから、フェール状態を判定し、フェール検出信号Fail_Sigを出力する。本実施の形態では、フェール検出信号Fail_Sigはフェール未検出状態を「0」、フェール検出状態を「1」の信号として以降において説明するが、本信号に限定されることはなく、公知の方法で設定すれば良い。また、フェール状態の検出は転舵電流Istr、転舵電流指令値Istr_tから検出する例を用いているが、この方法に限定されるものではなく、フェール状態を判定するものであれば、公知技術によって判定しても何ら構わない。
クラッチ接続指令実施判断手段94は、タイヤ側クラッチ角度θtcl、ハンドル側クラッチ角度θucl、クラッチ接続限界時間Clch_Time、フェール検出信号Fail_Sig、フェール経過時間Fail_Timeから、第2の接続指令信号Cmnd_str、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctを出力する。クラッチ接続指令実施判断手段94は、クラッチ接続指令実施判断手段26に対して、出力信号名が異なるのみで動作については同様であるため、ここでの詳細説明は省略する。
転舵トルク補正手段95は、転舵トルクTrq_str、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctから、転舵電流指令値Istr_tを出力する。補正有無信号Corr_on_rctに基づき、転舵トルクTrq_strの補正を実施するかを判断する。補正方法については、角度偏差信号θdiffをゲイン演算し、転舵トルクTrq_strに加減算する方法等を用いればよい。その他にも公知の技術を用いて転舵トルクTrq_strを補正しても構わない。
次に、転舵演算付与手段13の動作を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS401で、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、接続状態信号Cnct_cl、転舵角θtire、及びハンドル側クラッチ角度θuclを読み込む。次にステップS402で、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、接続状態信号Cnct_cl、転舵角θtire、及び補正有無信号Corr_on_rctから、転舵トルクTrq_strを出力する。
ステップS403で、転舵角θtireから、タイヤ側クラッチ角度θtclを出力する。ステップS404で、転舵電流Istrと転舵電流指令値Istr_tから、フェール状態を判定し、フェール検出信号Fail_Sigを出力する。
ステップS405で、ハンドル角θhdl、車速V、転舵電流Istr、及びフェール検出信号Fail_Sigから、クラッチ接続限界時間Clch_Timeを出力する。ステップS406で、フェール検出信号Fail_Sigから、フェール経過時間Fail_Timeを出力する。
ステップS407で、タイヤ側クラッチ角度θtcl、ハンドル側クラッチ角度θucl、クラッチ接続限界時間Clch_Time、フェール検出信号Fail_Sig、フェール経過時間Fail_Timeから、第2の接続指令信号Cmnd_str、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctを出力する。ステップS408で、転舵トルクTrq_str、角度偏差信号θdiff、及び補正有無信号Corr_on_rctから、転舵電流指令値Istr_tを出力する。
次に、転舵トルク演算手段91の構成を図11により説明する。転舵トルク演算手段91は、マップ手段111、機械的ギア比112、切替え手段113、転舵目標値演算手段114、目標偏差演算手段115、及び付与トルク演算手段116を備えている。マップ手段111は、車速Vから設定ギア比SetRatioを出力する。例えば、車速が大きい程ギア比が小さくなる(ハンドル角に対する転舵角応答が小さくなる)ようにマップ設定すればよい。その他にも、公知の技術を用いたマップ設定でも構わない。また、機械的ギア比112は、クラッチ11を接続した場合のハンドル角に対するメカニカルな転舵角応答ギア比を予め設定した値である。
切替え手段113は、設定ギア比SetRatio、機械的ギア比MecRatio、及び補正有無信号Corr_on_rctから、切替え後比率SwRatioを出力する。切替え手段113は、補正有無信号Corr_on_rctが「0:補正無し」の場合、設定ギア比SetRatioを切替え後比率SwRatioとして出力し、補正有無信号Corr_on_rctが「1:補正有り」の場合、機械的ギア比MecRatioを切替え後比率SwRatioとして出力すればよい。
転舵目標値演算手段114は、ハンドル角θhdlと切替え後比率SwRatioから、転舵目標値θtire_tを出力する。例えば、ハンドル角θhdlに対して、切替え後比率SwRatioとの乗算演算あるいは除算演算によって、転舵目標値θtire_tを求める。本手法以外にその他の公知技術を用いても構わない。
目標偏差演算手段115は、転舵目標値θtire_tと転舵角θtireから、目標偏差θtire_diffを出力する。目標偏差θtire_diffは、転舵目標値θtire_tから転舵角θtireを差分演算した信号である。その他にも、転舵角θtireから転舵目標値θtire_tを差分演算した信号でも構わない。
付与トルク演算手段116は、目標偏差θtire_diffから、転舵トルクTrq_strを出力する。付与トルク演算手段116は、目標偏差θtire_diffに対して、ゲイン演算により転舵トルクTrq_strを演算する。付与トルク演算手段116は、本手法に限られるものではなく、それ以外にも公知技術を用いて転舵トルクTrq_strを演算しても構わない。
次に、転舵トルク演算手段91の動作を、図12に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップS501で、車速Vから設定ギア比SetRatioを出力する。次にステップS502で、設定ギア比SetRatio、機械的ギア比MecRatio、及び補正有無信号Corr_on_rctから、切替え後比率SwRatioを出力する。
ステップS503で、ハンドル角θhdlと切替え後比率SwRatioから、転舵目標値θtire_tを出力する。ステップS504で、転舵目標値θtire_tと転舵角θtireから、目標偏差θtire_diffを出力する。ステップS505で、目標偏差θtire_diffから、転舵トルクTrq_strを出力する。
次に、図13により本実施の形態に関する効果の一例を示す。上段にフェール検出信号Fail_Sigの時間波形を、中段に第1の接続指令信号Cmnd_rctの時間波形を、下段に角度偏差信号θdiffの時間波形を示す。斜線領域はクラッチ接続限界時間Clch_Timeを示している。フェール検出信号Fail_Sigが立ち上がる(「0:フェールなし」から「1:フェール検出」となる)タイミングで、従来では第1の接続指令信号Cmnd_rctも「0:接続指令なし」から「1:接続指令有り」となる。その結果、角度偏差信号θdiffが大きい状況でクラッチ11を接続することになり、ハンドル1へ接続ショックを与えると共に、機械的接続後にハンドル1とタイヤ10の間の角度ずれに伴いドライバへ違和感を与えることとなる。
一方、本実施の形態では、フェール検出信号Fail_Sigが立ち上がる(「0:フェールなし」から「1:フェール検出」となる)タイミングで、即座に第1の接続指令信号Cmnd_rctを「1:接続指令有り」としない。クラッチ接続限界時間Clch_Time内は角度偏差信号θdiffを低下する制御を実施し、角度偏差が角度偏差閾値θthresh以下となった状態で第1の接続指令信号Cmnd_rctを「1:接続指令有り」とする。その結果、角度偏差信号θdiffが小さい状況でクラッチ接続が可能となる。
以上詳説したように、実施の形態1に係る車両用操舵制御装置によれば、フェール直前の車両状況から少なくとも安全性を確保できるクラッチ接続限界時間を設定し、クラッチ接続限界時間内はハンドル1とタイヤ10の間の角度ずれを減少するため、安全性を維持しながら、ハンドル1とタイヤ10の間の機械的接続時にハンドル1へのショックを減らすことが可能となる。また、機械的接続後にハンドル1とタイヤ10の間の角度ずれに伴うドライバの違和感を減らすことが可能となる。
前記においては、この発明の実施の形態1について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 ハンドル、2 ハンドル角センサ、3 操舵トルクセンサ、4 反力ギアボックス、5 反力モータ、6 転舵ギアボックス、7 転舵モータ、8 車両用操舵制御装置、9 車速センサ、10 タイヤ、11 クラッチ、12 操舵反力演算付与手段、13 転舵演算付与手段、21 操舵反力トルク演算手段、22 ハンドル側クラッチ角度演算手段、23、93 フェール検出手段、24 クラッチ接続限界時間演算手段、25 フェール経過時間検出手段、26、94 クラッチ接続指令実施判断手段、27 操舵反力トルク補正手段、41 補正値算出手段、42 角度補正手段、51、52、53 データ保持手段、54、55、56、58、111 マップ手段、57 クラッチ接続限界時間決定手段、71 差分演算、72 角度偏差閾値、73、74 比較手段、75 反転手段、76、78、79 論理積、77 論理和、91 転舵トルク演算手段、92 タイヤ側クラッチ角度演算手段、95 転舵トルク補正手段、112 機械的ギア比、113 切替え手段、114 転舵目標値演算手段、115 目標偏差演算手段、116 付与トルク演算手段。

Claims (10)

  1. 自動車のハンドルとタイヤとの間の接続が機械的に切離された車両用操舵制御装置において、
    前記自動車の走行速度を検出する車速検出手段と、
    前記ハンドルの角度を検出するハンドル角検出手段と、
    少なくとも前記ハンドルの角度と前記走行速度に基づき、前記ハンドルを中立方向へ戻そうとする操舵反力トルクを演算し付与する操舵反力演算付与手段と、
    少なくとも前記ハンドルの角度と前記走行速度に基づき、予め定めた転舵ギア比に基づき前記タイヤを転舵する転舵トルクを演算し付与する転舵演算付与手段と、
    前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段による接続指令に基づき、前記ハンドルと前記タイヤとの間を機械的に接続するクラッチと、
    前記転舵演算付与手段が付与している転舵電流を検出する転舵電流検出手段と、
    を備えると共に、
    前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段は、フェールを検出するフェール検出手段と、前記フェール検出手段によりフェールを検出した時に、前記フェールを検出してから前記クラッチへ前記接続指令を出力するまでの限界時間であるクラッチ接続限界時間を少なくともフェール直前の前記転舵電流とフェール直前の前記走行速度から演算するクラッチ接続限界時間演算手段と、を備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
  2. 前記クラッチ接続限界時間は、前記フェール直前の前記転舵電流が大きいほど短くなることを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵制御装置。
  3. 前記クラッチ接続限界時間は、前記フェール直前の前記走行速度が大きいほど短くなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用操舵制御装置。
  4. 前記クラッチ接続限界時間演算手段は、前記フェール直前の前記転舵電流と前記フェール直前の前記走行速度に加え、前記フェール直前の前記ハンドルの角度に基づき前記クラッチ接続限界時間を演算し、前記クラッチ接続限界時間は、前記フェール直前の前記ハンドルの角度が大きいほど短くなることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  5. 前記クラッチ接続限界時間は、予め定めた上限値及び下限値をもつことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  6. 前記タイヤの転舵角を検出する転舵角検出手段と、
    少なくとも前記転舵角からタイヤ側の前記クラッチの軸角度を演算するタイヤ側クラッチ角度演算手段と、
    少なくとも前記ハンドルの角度に基づきハンドル側の前記クラッチの軸角度を演算するハンドル側クラッチ角度演算手段と、
    前記フェールの発生からの経過時間を検出するフェール経過時間検出手段と、
    を備え、
    前記経過時間が前記クラッチ接続限界時間よりも小さい場合、前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段は、前記ハンドル側の前記クラッチの軸角度と前記タイヤ側の前記クラッチの軸角度の差分が予め定めた値よりも小さいときに、前記クラッチへ前記接続指令を出力することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  7. 前記フェールの発生からの経過時間が前記クラッチ接続限界時間以上経過した場合、前記操舵反力演算付与手段、及び前記転舵演算付与手段は、前記クラッチへ接続指令を出力
    することを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  8. 前記フェールの発生からの経過時間が前記クラッチ接続限界時間よりも小さい場合、前記操舵反力演算付与手段は、前記ハンドル側の前記クラッチの軸角度と前記タイヤ側の前記クラッチの軸角度の角度偏差を減少するように前記操舵反力トルクを補正制御することを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  9. 前記フェールの発生からの経過時間が前記クラッチ接続限界時間よりも小さい場合、前記転舵演算付与手段は、前記ハンドル側の前記クラッチの軸角度と前記タイヤ側の前記クラッチの軸角度の角度偏差を減少するように前記転舵トルクを補正制御することを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
  10. 前記フェールの発生からの経過時間が前記クラッチ接続限界時間よりも小さい場合、前記転舵演算付与手段は、前記転舵ギア比を予め設定された機械的なギア比として演算することを特徴とする請求項1から請求項9の何れか一項に記載の車両用操舵制御装置。
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