JP5867648B2 - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、運転者が操作する操作部と転舵輪を転舵する転舵部とを機械的に分離したステアバイワイヤシステムによる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法に関する。
従来、操舵輪(ステアリングホイール)と転舵輪との間のトルク伝達経路を機械的に分離した状態で、転舵モータを駆動制御し、転舵輪を、操舵輪の操作に応じた角度(目標転舵角)に転舵する操舵制御装置がある。
このような操舵制御装置は、一般的に、ステアバイワイヤ(SBW)と呼称するシステム(SBWシステム)を形成する装置であり、例えば、特許文献1に記載のものがある。このSBWシステムでは、ステアリングホイールの操舵角に基づいて前輪の目標転舵角を算出し、転舵モータを制御すると共に、算出した目標転舵角に基づいて反力モータを制御している。
このような操舵制御装置は、一般的に、ステアバイワイヤ(SBW)と呼称するシステム(SBWシステム)を形成する装置であり、例えば、特許文献1に記載のものがある。このSBWシステムでは、ステアリングホイールの操舵角に基づいて前輪の目標転舵角を算出し、転舵モータを制御すると共に、算出した目標転舵角に基づいて反力モータを制御している。
上記特許文献1に記載の技術にあっては、切り増し操作時の目標応答を実現するために、操舵角に対する転舵角の位相を進ませた場合、切り戻し操作時に、位相進みの過剰効果によって運転者に違和感を与えてしまう。
そこで、本発明は、理想的な操舵感を実現することができる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題としている。
そこで、本発明は、理想的な操舵感を実現することができる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出しているとき、運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出しているときと比較して、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
本発明によれば、転舵制御において、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。したがって、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイールが戻るといった理想的な操舵感を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本実施形態の車両用操舵装置を備えた車両の全体構成図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール1と前輪(転舵輪)2を転舵する舵取り機構3とを機械的に切り離した、所謂ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムである。
この車両は、反力モータ5を備える。反力モータ5は、ステアリングホイール1を支持するコラムシャフト4に設ける。また、この車両は、回転角センサ6と、操舵トルクセンサ7と、反力モータ角度センサ8とを備える。回転角センサ6は、コラムシャフト4の回転角を検出する。操舵トルクセンサ7は、コラムシャフト4の捩れ角から操舵トルクを検出する。反力モータ角度センサ8は、反力モータ5の回転角度を検出する。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本実施形態の車両用操舵装置を備えた車両の全体構成図である。この車両用操舵装置は、ステアリングホイール1と前輪(転舵輪)2を転舵する舵取り機構3とを機械的に切り離した、所謂ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムである。
この車両は、反力モータ5を備える。反力モータ5は、ステアリングホイール1を支持するコラムシャフト4に設ける。また、この車両は、回転角センサ6と、操舵トルクセンサ7と、反力モータ角度センサ8とを備える。回転角センサ6は、コラムシャフト4の回転角を検出する。操舵トルクセンサ7は、コラムシャフト4の捩れ角から操舵トルクを検出する。反力モータ角度センサ8は、反力モータ5の回転角度を検出する。
さらに、この車両は、第1,第2転舵モータ9a,9bを備える。第1,第2転舵モータ9a,9bは、舵取り機構3に設けており、ピニオンギヤ13a,13bに対しそれぞれ前輪2を転舵する転舵トルクを付与する。
また、この車両は、第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bと、第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bと、を備える。第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bは、前輪2の直進状態からの回転角である転舵角として第1,第2転舵モータ9a,9bの回転角度を検出する。第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bは、前輪2の横力として前輪2からラック11の軸方向に入力する力を検出する。なお、第1転舵モータ9aはピニオンギヤ13aとラック11を介して、第2転舵モータ9bはピニオンギヤ13bとラック11を介して前輪2と機械的に接続している。そのため、第1,第2転舵モータ9a,9bの回転角度を検出することで前輪2の転舵角を検出することができる。
また、この車両は、第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bと、第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bと、を備える。第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bは、前輪2の直進状態からの回転角である転舵角として第1,第2転舵モータ9a,9bの回転角度を検出する。第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bは、前輪2の横力として前輪2からラック11の軸方向に入力する力を検出する。なお、第1転舵モータ9aはピニオンギヤ13aとラック11を介して、第2転舵モータ9bはピニオンギヤ13bとラック11を介して前輪2と機械的に接続している。そのため、第1,第2転舵モータ9a,9bの回転角度を検出することで前輪2の転舵角を検出することができる。
第1,第2,第3コントローラ14,15,16は、反力モータ5と第1,第2転舵モータ9a,9bとを制御する。
第2コントローラ15は、回転角センサ6からのコラムシャフト回転角と、操舵トルクセンサ7からの操舵トルクと、反力モータ角度センサ8からの反力モータ角度と、第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bからのタイヤ横力とを入力する。また、第2コントローラ15は、図外のCAN通信線を介して車輪速等の車両情報も入力する。
第2コントローラ15は、回転角センサ6からのコラムシャフト回転角と、操舵トルクセンサ7からの操舵トルクと、反力モータ角度センサ8からの反力モータ角度と、第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bからのタイヤ横力とを入力する。また、第2コントローラ15は、図外のCAN通信線を介して車輪速等の車両情報も入力する。
そして、第2コントローラ15は、反力モータ角度センサ8からの反力モータ角度、CAN通信線からの車速に基づいて前輪2の目標転舵角を生成し、これを第1,第3コントローラ14,16へ送る。第1コントローラ14は、第2コントローラ15から入力した目標転舵角と第1転舵モータ角度センサ10aが検出した前輪2の実際の転舵角との偏差を無くす指令電流を第1転舵モータ9aへ出力し、転舵角を制御する。第3コントローラ16は、第2コントローラ15から入力した目標転舵角と第2転舵モータ角度センサ10bが検出した前輪2,2の実際の転舵角との偏差を無くす指令電流を第2転舵モータ9bへ出力し、転舵角を制御する。
また、第2コントローラ15は、反力モータ角度センサ8からの反力モータ角度、第1,第2タイヤ横力センサ12a,12bからのタイヤ横力、第1,第2転舵モータ9a,9bの電流値およびCAN通信線からの車速に基づいて、ステアリングホイール1に付与する目標操舵反力を生成する。そして、第2コントローラ15は、生成した目標操舵反力に基づいた目標電流と反力モータ5に供給している電流を検出する電流センサ(不図示)で検出された実電流との偏差を無くす指令電流を反力モータ5へ出力し、操舵反力を制御する。
第1,第2,第3コントローラ14,15,16は、バッテリ17から電源を供給する。また、第1,第2,第3コントローラ14,15,16は、通信線18を介して互いに入出力情報を共有している。仮に第2コントローラ15に故障が発生した場合であっても、残りの第1,第3コントローラ14,16の一方で目標転舵角および目標操舵反力を生成し、2つの第1,第3コントローラ14,16で第1,第2転舵モータ9a,9bおよび反力モータ5の制御を継続可能となっている。
第2コントローラ15は、第1,第2転舵モータ9a,9bの両方に故障が発生した場合、または反力モータ5に故障が発生した場合には、バックアップクラッチ等によりコラムシャフト4とピニオンシャフト13とを機械的に連結する。これにより、運転者によるマニュアル操舵を可能とする。
なお、第2コントローラ15は、イグニッションオン時、回転角センサ6が検出したコラムシャフト回転角に基づき、コラムシャフト4の回転角度をニュートラル位置(転舵角ゼロに対応する位置)に合わせる。
なお、第2コントローラ15は、イグニッションオン時、回転角センサ6が検出したコラムシャフト回転角に基づき、コラムシャフト4の回転角度をニュートラル位置(転舵角ゼロに対応する位置)に合わせる。
図2は、本実施形態の転舵制御の制御ブロック図である。
以下、説明を簡略化するために、個々を別々に説明する必要がある場合を除き、第1,第2転舵モータ9a,9bを転舵モータ9、第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bを転舵モータ角度センサ10、第1,第2,第3コントローラ14,15,16をコントローラ15という。
コントローラ15は、転舵制御部19と操舵反力制御部20とを備える。
転舵制御部19は、目標転舵角生成部19aと、モータ駆動部19bとを有する。
目標転舵角生成部19aは、定常ステア制御量演算部19aaと、操舵角速度演算部19abと、切り増し/切り戻し判定部19acと、微分ステア制御量演算部19adと、ゲイン乗算部19aeと、加算部19afとを有する。
以下、説明を簡略化するために、個々を別々に説明する必要がある場合を除き、第1,第2転舵モータ9a,9bを転舵モータ9、第1,第2転舵モータ角度センサ10a,10bを転舵モータ角度センサ10、第1,第2,第3コントローラ14,15,16をコントローラ15という。
コントローラ15は、転舵制御部19と操舵反力制御部20とを備える。
転舵制御部19は、目標転舵角生成部19aと、モータ駆動部19bとを有する。
目標転舵角生成部19aは、定常ステア制御量演算部19aaと、操舵角速度演算部19abと、切り増し/切り戻し判定部19acと、微分ステア制御量演算部19adと、ゲイン乗算部19aeと、加算部19afとを有する。
定常ステア制御量演算部19aaは、操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する。定常ステア制御量は、運転者のステアリングホイール1への入力角度である操舵角と車速とに基づいて、可変ギヤ比マップを参照して算出する。
操舵角は、反力モータ角度と、操舵トルクセンサ7に設けたトーションバーの捩れ角とから推定する。トーションバーの捩れ角は、トーションバーの捩り特性から、下記の関係式を用いて算出できる。
トーションバー捩れ角=操舵トルク/トルクセンサバネ定数
ここで、操舵トルクは、操舵トルクセンサ7が検出したトルクである。また、トルクセンサバネ定数は、トーションバーの固有値であって、予め実験等により判明している。
よって、操舵角は、
操舵角=トーションバー捩れ角+反力モータ角度
として求めることができる。
なお、この操舵角は、回転角センサ6で検出したステアリングホイール1の回転角を用いて検出しても良い。
操舵角は、反力モータ角度と、操舵トルクセンサ7に設けたトーションバーの捩れ角とから推定する。トーションバーの捩れ角は、トーションバーの捩り特性から、下記の関係式を用いて算出できる。
トーションバー捩れ角=操舵トルク/トルクセンサバネ定数
ここで、操舵トルクは、操舵トルクセンサ7が検出したトルクである。また、トルクセンサバネ定数は、トーションバーの固有値であって、予め実験等により判明している。
よって、操舵角は、
操舵角=トーションバー捩れ角+反力モータ角度
として求めることができる。
なお、この操舵角は、回転角センサ6で検出したステアリングホイール1の回転角を用いて検出しても良い。
可変ギヤ比マップにおいて、定常ステア制御量は、ステアリングギヤ比(転舵角に対する操舵角の比)に基づく操舵角と転舵角との関係から設定する。ステアリングギヤ比は、車速に応じて変更する。例えば、低車速域ではステアリングギヤ比を小さくして(転舵角に対する操舵角を小さくして)旋回性能を高め、高車速域ではステアリングギヤ比を大きくして(転舵角に対する操舵角を大きくして)走行安定性を高める。すなわち、車速に応じたステアリングギヤ比を可変ギヤ比マップに基づいて設定し、設定したギヤ比と操舵角とに基づいて転舵角を設定する。
操舵角速度演算部19abは、操舵角を微分して操舵角速度を演算する。
切り増し/切り戻し判定部19acは、操舵角と操舵角速度とに基づいて、運転者がステアリングホイール1を切り増し操作しているか、切り戻し操作しているかを判定する。ここでは、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが同じであるとき、切り増し操作を行っていると判断し、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが異なるとき、切り戻し操作を行っていると判断する。
切り増し/切り戻し判定部19acは、操舵角と操舵角速度とに基づいて、運転者がステアリングホイール1を切り増し操作しているか、切り戻し操作しているかを判定する。ここでは、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが同じであるとき、切り増し操作を行っていると判断し、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが異なるとき、切り戻し操作を行っていると判断する。
微分ステア制御量演算部19adは、操舵角速度演算部19abで演算した操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量(基準値)を演算する。微分ステア制御量は、操舵角速度に基づいて、微分ステアマップを参照して算出する。
図3は、微分ステアマップの例である。転舵制御の微分ステア制御量は、操舵角速度と所定の微分ゲインK1とを乗算した値となるように設定する。ここで、微分ゲインK1は、操舵角速度が小さい範囲では操舵角速度が大きい範囲と比較して大きくする。また、微分ゲインK1は、車速が高いほど大きな値となるように設定する。さらに、微分ステア制御量には、あるリミット値により上限を設定する。
図3は、微分ステアマップの例である。転舵制御の微分ステア制御量は、操舵角速度と所定の微分ゲインK1とを乗算した値となるように設定する。ここで、微分ゲインK1は、操舵角速度が小さい範囲では操舵角速度が大きい範囲と比較して大きくする。また、微分ゲインK1は、車速が高いほど大きな値となるように設定する。さらに、微分ステア制御量には、あるリミット値により上限を設定する。
ゲイン乗算部19aeは、切り増し/切り戻し判定部19acの判定結果に応じて補正ゲインKを設定し、これを微分ステア制御量演算部19adで演算した微分ステア制御量(基準値)に乗算する。補正ゲインKは、切り増し/切り戻し判定部19acで運転者がステアリングホイール1を切り増し操作していると判定したとき、K=1に設定する。一方、補正ゲインKは、切り増し/切り戻し判定部19acで運転者がステアリングホイール1を切り戻し操作していると判定したとき、K<1の所定値(例えば、0.4)に設定する。
加算部19afは、定常ステア制御量演算部19aaで演算した定常ステア制御量と、ゲイン乗算部19aeで演算した補正後の微分ステア制御量とを加算して、目標転舵角を生成する。
加算部19afは、定常ステア制御量演算部19aaで演算した定常ステア制御量と、ゲイン乗算部19aeで演算した補正後の微分ステア制御量とを加算して、目標転舵角を生成する。
また、モータ駆動部19bは、目標転舵角生成部19aが生成した目標転舵角と実際の転舵角(実転舵角)とが一致するような指令電流(すなわち目標転舵角と実転舵角との偏差に応じた指令電流)を転舵モータ9へ供給する。
操舵反力制御部20は、仮想目標転舵角生成部20aと、目標反力生成部20bと、モータ駆動部20cとを有する。
仮想目標転舵角生成部20aは、定常ステア制御量演算部20aaと、操舵角速度演算部20abと、微分ステア制御量演算部20acと、加算部20adとを有する。
定常ステア制御量演算部20aaは、操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する。定常ステア制御量は、運転者のステアリングホイール1への入力角度である操舵角と車速とに基づいて、可変ギヤ比マップを参照して算出する。この可変ギヤ比マップは、転舵制御部19の定常ステア制御量演算部19aaで用いる可変ギヤ比マップと同一のものとする。また、操舵角は、転舵制御部19の定常ステア制御量演算部19aaと同一の方法で算出又は検出する。
操舵反力制御部20は、仮想目標転舵角生成部20aと、目標反力生成部20bと、モータ駆動部20cとを有する。
仮想目標転舵角生成部20aは、定常ステア制御量演算部20aaと、操舵角速度演算部20abと、微分ステア制御量演算部20acと、加算部20adとを有する。
定常ステア制御量演算部20aaは、操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する。定常ステア制御量は、運転者のステアリングホイール1への入力角度である操舵角と車速とに基づいて、可変ギヤ比マップを参照して算出する。この可変ギヤ比マップは、転舵制御部19の定常ステア制御量演算部19aaで用いる可変ギヤ比マップと同一のものとする。また、操舵角は、転舵制御部19の定常ステア制御量演算部19aaと同一の方法で算出又は検出する。
操舵角速度演算部20abは、操舵角を微分して操舵角速度を演算する。
微分ステア制御量演算部20acは、操舵角速度演算部20abで演算した操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算する。微分ステア制御量は、操舵角速度に基づいて、微分ステアマップを参照して算出する。
ここで、反力制御の微分ステア制御量は、操舵角速度と所定の微分ゲインK2(>K1)とを乗算した値となるように設定する。ここで、微分ゲインK2は、車速が高いほど大きな値となるように設定する。また、微分ステア制御量は、転舵制御の微分ステア制御量と同様、あるリミット値により上限を設定しておく。
微分ステア制御量演算部20acは、操舵角速度演算部20abで演算した操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算する。微分ステア制御量は、操舵角速度に基づいて、微分ステアマップを参照して算出する。
ここで、反力制御の微分ステア制御量は、操舵角速度と所定の微分ゲインK2(>K1)とを乗算した値となるように設定する。ここで、微分ゲインK2は、車速が高いほど大きな値となるように設定する。また、微分ステア制御量は、転舵制御の微分ステア制御量と同様、あるリミット値により上限を設定しておく。
加算部20adは、定常ステア制御量演算部20aaで演算した定常ステア制御量と、微分ステア制御量演算部20acで演算した微分ステア制御量とを加算して、仮想目標転舵角を生成する。
目標反力生成部20bは、仮想目標転舵角生成部20aが生成した仮想目標転舵角と、車速、車両状態および転舵モータ電流(第1,第2転舵モータ9a,9bの電流値)を参照して目標操舵反力を生成する。
ここでは、仮想目標転舵角をθ、仮想目標転舵角θの1階微分値である仮想目標転舵角速度をdθ/dt、仮想目標転舵角θの2階微分値である仮想目標転舵角加速度をd2θ/dt2としたとき、目標操舵反力Thを、次式をもとに算出する。
Th=Ih・d2θ/dt2+Ch・dθ/dt+Kh・θ+Th・(θ−θac)+Fh・CF+Lh・AP ………(1)
ここで、Ihは慣性係数、Chはダンピング係数、Khはバネ性係数、Thはフィードバック係数、Fhはタイヤ横力係数、CFはタイヤ横力、Lhは転舵軸力係数、APは転舵モータ電流より換算した転舵軸力、θacは実際の転舵角である。
目標反力生成部20bは、仮想目標転舵角生成部20aが生成した仮想目標転舵角と、車速、車両状態および転舵モータ電流(第1,第2転舵モータ9a,9bの電流値)を参照して目標操舵反力を生成する。
ここでは、仮想目標転舵角をθ、仮想目標転舵角θの1階微分値である仮想目標転舵角速度をdθ/dt、仮想目標転舵角θの2階微分値である仮想目標転舵角加速度をd2θ/dt2としたとき、目標操舵反力Thを、次式をもとに算出する。
Th=Ih・d2θ/dt2+Ch・dθ/dt+Kh・θ+Th・(θ−θac)+Fh・CF+Lh・AP ………(1)
ここで、Ihは慣性係数、Chはダンピング係数、Khはバネ性係数、Thはフィードバック係数、Fhはタイヤ横力係数、CFはタイヤ横力、Lhは転舵軸力係数、APは転舵モータ電流より換算した転舵軸力、θacは実際の転舵角である。
ここで、右辺第一項は、仮想目標転舵角加速度に応じて発生する操舵反力の慣性成分を模擬する慣性項である。第二項は、仮想目標転舵角速度に応じて発生する操舵反力の粘性成分を模擬するダンピング項である。第三項は、ハンドル1の回転角度に応じて発生する操舵反力のバネ成分を模擬するバネ項(剛性項)である。第四項は、仮想目標転舵角と実転舵角との偏差に応じて発生する操舵反力のフィードバック成分を模擬するフィードバック項である。第五項は、タイヤ横力に応じて発生する操舵反力のタイヤ横力成分を模擬するタイヤ横力項である。第六項は、セルフアライニングトルクに応じて発生する操舵反力のセルフアライニングトルク成分を模擬するセルフアライニングトルク項である。
上記(1)式において、反力特性(ハンドル操作に対する操舵反力を制御する反力特性)を決める各パラメータIh,Ch,Kh,Th,Fh,Lhは、全て車速に依存する係数であり、車速が高くなるほどより大きな値となるように設定する。これにより、高速走行時の走行安定性を確保する。
モータ駆動部20cは、目標反力生成部20bが生成した目標操舵反力に応じた目標電流と実反力(不図示の電流センサで検出された、反力モータ5に供給されている実電流)とが一致するような指令電流を反力モータ5へ供給する。
モータ駆動部20cは、目標反力生成部20bが生成した目標操舵反力に応じた目標電流と実反力(不図示の電流センサで検出された、反力モータ5に供給されている実電流)とが一致するような指令電流を反力モータ5へ供給する。
(動作)
次に、本実施形態の動作について説明する。
図4の時刻t1で、運転者が停車していた車両を発進させるとともに、ステアリングホイール1を切り増し操作したとする。すると、コントローラ15は、操舵角および車速に基づいて目標転舵角を算出する(目標転舵角生成部19a)。このとき、可変ギヤ比マップを参照して定常ステア制御量(定常項)を算出すると共に、微分ステアマップを参照して微分ステア制御量(過渡項)を算出する。
次に、本実施形態の動作について説明する。
図4の時刻t1で、運転者が停車していた車両を発進させるとともに、ステアリングホイール1を切り増し操作したとする。すると、コントローラ15は、操舵角および車速に基づいて目標転舵角を算出する(目標転舵角生成部19a)。このとき、可変ギヤ比マップを参照して定常ステア制御量(定常項)を算出すると共に、微分ステアマップを参照して微分ステア制御量(過渡項)を算出する。
時刻t1から時刻t2までの間は、図4(a)及び(c)に示すように、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが共に正であるため、コントローラ15は運転者がステアリングホイール1を切り増し操作していると判断する。そのため、定常ステア制御量に微分ステア制御量をそのまま加算し、その結果を目標転舵角とする。続いて、コントローラ15は、算出した目標転舵角から実際の転舵角を減じた減算結果に基づいて転舵モータ9の指令電流を算出する。この指令電流に基づいて転舵モータ9を駆動することにより、運転者の操舵操作に応じて転舵輪2が転舵する。
同時に、コントローラ15は、操舵角および車速に基づいて仮想目標転舵角を算出し(仮想目標転舵角生成部20a)、算出した仮想目標転舵角と、車速、車両状態および転舵モータ電流とに基づいて目標操舵反力を生成する(目標反力生成部20b)。そして、生成した目標操舵反力に基づいて反力モータ5を駆動することにより、ステアリングホイール1に操舵反力を付与する。
その後、時刻t2で運転者がステアリングホイール1を切り戻すと、図4(a)及び(c)に示すように、操舵角速度の符号が負となるため、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが異符号となる。すると、コントローラ15は、操舵角速度に基づいて演算した微分ステア制御量に1よりも小さい補正ゲインK(例えば0.4)を乗じ、補正後の微分ステア制御量を演算する。そして、定常ステア制御量に補正後の微分ステア制御量を加算した結果を目標転舵角とし、転舵モータ9を駆動制御する。
その後、時刻t2で運転者がステアリングホイール1を切り戻すと、図4(a)及び(c)に示すように、操舵角速度の符号が負となるため、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが異符号となる。すると、コントローラ15は、操舵角速度に基づいて演算した微分ステア制御量に1よりも小さい補正ゲインK(例えば0.4)を乗じ、補正後の微分ステア制御量を演算する。そして、定常ステア制御量に補正後の微分ステア制御量を加算した結果を目標転舵角とし、転舵モータ9を駆動制御する。
そして、時刻t3で運転者がステアリングホイール1を切り増しすると、図4(a)及び(c)に示すように、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが再び同符号となる。そのため、コントローラ15は、操舵角速度に基づいて演算した微分ステア制御量をそのまま定常ステア制御量に加算し、その結果を目標転舵角として転舵モータ9を駆動制御する。
このように、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して、微分ステア制御量を小さく演算する。すなわち、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して、操舵角に対する転舵角(=車両ヨーレート)の位相を遅らせ、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
このように、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して、微分ステア制御量を小さく演算する。すなわち、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して、操舵角に対する転舵角(=車両ヨーレート)の位相を遅らせ、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
運転者は切り増し操作時、ステアリングホイール1に力を加えることで操舵角を作る。このとき、運転者の操舵入力に対して応答遅れなく転舵するのが、運転者にとって理想的な操舵感であるといえる。そこで、切り増し操作時の目標応答を実現するために、転舵制御において、切り増し操作時の目標応答に適した目標転舵角を生成するように微分ステアマップを設定することが考えられる。この場合、切り戻し操作時と切り増し操作時とで転舵応答を等しく設定すると、車両ヨーレートは図4(b)の二点鎖線βで示すように変化する。すなわち、切り増し操作時と切り戻し操作時とで、操舵角に対する車両ヨーレートの応答遅れが無くなる。
ところで、一般にSBWシステムでは、ステアリングホイールの切り増し操作時と切り戻し操作時とで、操舵角に対する転舵角(=車両ヨーレート)の位相を同程度としている。すなわち、切り増し操作時の目標応答を実現するために、操舵角に対する転舵角の位相を進ませた場合、切り戻し操作時の操舵入力に対する転舵出力の応答性も、切り増し操作時と同様に高まる。
そして、一般にSBWシステムでは、上記のように、切り増し操作、切り戻し操作にかかわらず、操舵入力に対して転舵出力の応答性を高く設定するのが、きびきびとした車両挙動を実現し良好な操舵感を得るための好適な手段であると考えられてきた。
そして、一般にSBWシステムでは、上記のように、切り増し操作、切り戻し操作にかかわらず、操舵入力に対して転舵出力の応答性を高く設定するのが、きびきびとした車両挙動を実現し良好な操舵感を得るための好適な手段であると考えられてきた。
しかしながら、運転者が求める理想的な操舵感とは、実は、切り増し操作時には応答が遅れず、運転者がステアリングホイールから力を抜いて切り戻し操作を行った際には車両ヨーレート及びステアリングホイールが自然に戻るものであることがわかった。すなわち、運転者が求める理想的な操舵感とは、切り増し操作及び切り戻し操作で共に高い転舵応答を実現するものではなく、切り増し操作時には応答が遅れず、切り戻し操作時には応答が遅れるものである。
例えば、EPS(電動パワーステアリング)では、ステアリングホイールと転舵輪とを機械的に連結し、操舵系に運転者の操舵負担を軽減するための操舵補助力を付与する操舵補助制御を行う。EPSにおいては、切り増し操作時には、運転者の操舵入力に応じたアシスト力を発生し、切り戻し操作時には、タイヤ反力に応じてアシスト力が弱まる。この切り戻し操作時には、車両およびステアリングホイールが自然に戻る。
運転者にとってどのような操舵感が違和感のない操舵感であるかは、運転者のそれまでの運転経験に依存する。つまり、上記のようなEPSの操舵感を経験してきた運転者は、これを理想的な操舵感であると感じる傾向にある。
そのため、上記のように切り増し操作に対して微分ステアを適合し、切り戻し操作時と切り増し操作時とで共に転舵応答を高く設定した場合、切り戻し操作時に、位相進みの過剰効果により操舵角に対してヨーレート戻りが早過ぎてしまう。その結果、運転者に違和感を与えてしまう。
運転者にとってどのような操舵感が違和感のない操舵感であるかは、運転者のそれまでの運転経験に依存する。つまり、上記のようなEPSの操舵感を経験してきた運転者は、これを理想的な操舵感であると感じる傾向にある。
そのため、上記のように切り増し操作に対して微分ステアを適合し、切り戻し操作時と切り増し操作時とで共に転舵応答を高く設定した場合、切り戻し操作時に、位相進みの過剰効果により操舵角に対してヨーレート戻りが早過ぎてしまう。その結果、運転者に違和感を与えてしまう。
そこで、発明者らはこの点に初めて着目し、本実施形態では、転舵制御において、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くしている。具体的には、運転者が切り戻し操作を行っている場合は、切り増し操作を行っている場合と比較して微分ステア制御量を小さく演算する。これにより、図4(b)の実線αで示すように、運転者が切り戻し操作を行っている場合(時刻t2〜時刻t3)は、切り増し操作を行っている場合と比較して転舵応答を遅らせることができる。したがって、切り戻し操作時に、操舵角に対して自然なヨーレート戻りを実現することができる。
すなわち、SBWにおける角度制御にて、EPSにおける力制御の動きを模擬することができる。その結果、EPSの理想的な操舵感に、SBWの操舵感を近づけることができる。
すなわち、SBWにおける角度制御にて、EPSにおける力制御の動きを模擬することができる。その結果、EPSの理想的な操舵感に、SBWの操舵感を近づけることができる。
なお、図2において、定常ステア制御量演算部19aaが定常ステア制御量演算部に対応し、微分ステア制御量演算部19ad及びゲイン乗算部19aeが微分ステア制御量演算部に対応し、加算部19afが目標転舵角設定部に対応している。ここで、微分ステア制御量演算部19adが基準値演算部に対応している。また、切り増し/切り戻し判定部19acが切り戻し操作検出部に対応している。
(効果)
第1の実施形態では、以下の効果が得られる。
(1)転舵制御部19は、運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出する。そして、転舵制御部19は、運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。これにより、切り増し時に応答遅れのない転舵応答を得るために、切り増し操作に対して微分ステアを適合した場合であっても、切り戻し操作において位相進みの過剰効果を受けることがない。すなわち、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイール1が戻るといった理想的な操舵感を実現することができる。
第1の実施形態では、以下の効果が得られる。
(1)転舵制御部19は、運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出する。そして、転舵制御部19は、運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。これにより、切り増し時に応答遅れのない転舵応答を得るために、切り増し操作に対して微分ステアを適合した場合であっても、切り戻し操作において位相進みの過剰効果を受けることがない。すなわち、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイール1が戻るといった理想的な操舵感を実現することができる。
(2)転舵制御部19は、操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する。また、転舵制御部19は、操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算する。さらに、転舵制御部19は、定常ステア制御量と微分ステア制御量とを加算した値を転舵輪の目標転舵角として設定する。このとき、転舵制御部19は、運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出しているとき、切り戻し操作を検出していないときと比較して微分ステア制御量を小さく演算する。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量と比較して小さく演算するので、切り戻し操作時は、切り増し操作時と比較して操舵角に対する転舵角(=車両ヨーレート)の位相を遅らせることができる。したがって、切り戻し操作時の操舵入力に対する転舵出力の応答性を、適切に切り増し操作時よりも低くすることができる。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量と比較して小さく演算するので、切り戻し操作時は、切り増し操作時と比較して操舵角に対する転舵角(=車両ヨーレート)の位相を遅らせることができる。したがって、切り戻し操作時の操舵入力に対する転舵出力の応答性を、適切に切り増し操作時よりも低くすることができる。
(3)転舵制御部19は、ステアリングホイール1の操舵角速度に基づいて微分ステア制御量の基準値を演算する。そして、転舵制御部19は、微分ステア制御量の基準値に、ステアリング操作(切り増し/切り戻し)の判定結果に応じたゲインを乗じて微分ステア制御量を演算する。
このように、切り戻し操作時には、微分ステア制御量の基準値に、切り増し操作時よりも小さいゲインを乗じることで、切り戻し操作時の微分ステア制御量を切り増し操作時の微分ステア制御量よりも小さく演算する。したがって、適切に切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。
このように、切り戻し操作時には、微分ステア制御量の基準値に、切り増し操作時よりも小さいゲインを乗じることで、切り戻し操作時の微分ステア制御量を切り増し操作時の微分ステア制御量よりも小さく演算する。したがって、適切に切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。
(4)転舵制御部19は、操舵角の符号と操舵角速度の符号とが異符号であるとき、運転者が切り戻し操作を行っていると判断する。
これにより、容易且つ適切に運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出することができる。また、定常ステア制御量の演算に用いる操舵角と、微分ステア制御量の演算に用いる操舵角速度とを用いて切り戻し操作を検出するので、切り戻し操作を検出するために別途センサを設ける必要もない。
これにより、容易且つ適切に運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出することができる。また、定常ステア制御量の演算に用いる操舵角と、微分ステア制御量の演算に用いる操舵角速度とを用いて切り戻し操作を検出するので、切り戻し操作を検出するために別途センサを設ける必要もない。
(5)運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、操舵入力に対する転舵出力の応答性を低くする。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。したがって、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイール1が戻るといった理想的な操舵感を実現することができる。
このように、転舵制御では、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。したがって、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイール1が戻るといった理想的な操舵感を実現することができる。
(変形例)
(1)上記実施形態においては、操舵角速度に基づいて演算した微分ステア制御量に補正ゲインKを乗じる場合について説明したが、切り増し操作時と切り戻し操作時とで、参照する微分ステアマップを切替えて微分ステア制御量を演算することもできる。この場合、転舵制御の制御ブロックは、図5に示すようになる。すなわち、切り増し/切り戻し判定部19acの判定結果に応じて、微分ステア制御量演算部19adで用いる微分ステアマップを切り替えるようにする。これにより、比較的簡易に、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量よりも小さく演算することができる。したがって、適切に切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができ、理想的な操舵感を実現することができる。
(1)上記実施形態においては、操舵角速度に基づいて演算した微分ステア制御量に補正ゲインKを乗じる場合について説明したが、切り増し操作時と切り戻し操作時とで、参照する微分ステアマップを切替えて微分ステア制御量を演算することもできる。この場合、転舵制御の制御ブロックは、図5に示すようになる。すなわち、切り増し/切り戻し判定部19acの判定結果に応じて、微分ステア制御量演算部19adで用いる微分ステアマップを切り替えるようにする。これにより、比較的簡易に、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量よりも小さく演算することができる。したがって、適切に切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができ、理想的な操舵感を実現することができる。
(2)上記実施形態においては、操舵角の符号と操舵角速度の符号とを比較することで運転者によるステアリングホイール1の切り戻し操作を検出する場合について説明したが、検出方法はこれに限定されない。例えば、車両ヨーレートの符号と操舵角速度の符号とを比較したり、車両の横Gの符号と操舵角速度の符号とを比較したりする方法を採用することもできる。
(3)上記実施形態においては、操舵角速度に応じて微分ステア制御量を演算する場合について説明したが、定常ステア制御量演算部(19aa,20aa)で演算した目標転舵角(仮想目標転舵角)を微分した目標転舵角速度に応じて微分ステア制御量を演算することもできる。目標転舵角(仮想目標転舵角)は操舵角に基づいて演算するため、操舵角速度に代えて目標転舵角速度を用いても同等の結果が得られる。
(4)上記実施形態においては、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量と比較して小さく演算する場合について説明したが、切り戻し操作時の操舵入力に対する転舵出力の応答を切り増し操作時よりも低くすることができればよく、その手法は適宜選択可能である。
(3)上記実施形態においては、操舵角速度に応じて微分ステア制御量を演算する場合について説明したが、定常ステア制御量演算部(19aa,20aa)で演算した目標転舵角(仮想目標転舵角)を微分した目標転舵角速度に応じて微分ステア制御量を演算することもできる。目標転舵角(仮想目標転舵角)は操舵角に基づいて演算するため、操舵角速度に代えて目標転舵角速度を用いても同等の結果が得られる。
(4)上記実施形態においては、切り戻し操作時の微分ステア制御量を、切り増し操作時の微分ステア制御量と比較して小さく演算する場合について説明したが、切り戻し操作時の操舵入力に対する転舵出力の応答を切り増し操作時よりも低くすることができればよく、その手法は適宜選択可能である。
本発明に係る車両用操舵制御装置によれば、転舵制御において、切り戻し操作時の転舵応答を切り増し操作時の転舵応答と比較して遅らせることができる。したがって、切り増し操作においては応答遅れなく、切り戻し操作においては自然にステアリングホイールが戻るといった理想的な操舵感を実現することができ、有用である。
1…ステアリングホイール、2…前輪(転舵輪)、3…舵取り機構、4…コラムシャフト、5…反力モータ、6…回転角センサ、7…操舵トルクセンサ、8…反力モータ角度センサ、9a,9b…転舵モータ、10a,10b…転舵モータ角度センサ、11…ラック、12a,12b…タイヤ横力センサ、13…ピニオンシャフト、14…第1コントローラ、15…第2コントローラ、16…第3コントローラ、17…バッテリ、18…通信線、19…転舵制御部、19a…目標転舵角生成部、19aa…定常ステア制御量演算部、19ab…操舵角速度演算部、19ac…切り増し/切り戻し判定部、19ad…微分ステア制御量演算部、19ae…ゲイン乗算部、19af…加算部、19b…モータ駆動部、20…操舵反力制御部、20a…仮想目標転舵角生成部、20aa…定常ステア制御量演算部、20ab…操舵角速度演算部、20ac…微分ステア制御量演算部、20ad…加算部、20b…目標反力生成部、20c…モータ駆動部
Claims (6)
- ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に分離され、前記ステアリングホイールの操舵状態に応じた目標転舵角に前記転舵輪を転舵制御する転舵制御部と、
運転者による前記ステアリングホイールの切り戻し操作を検出する切り戻し操作検出部と、を備え、
前記転舵制御部は、
前記ステアリングホイールの操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する定常ステア制御量演算部と、
前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算する微分ステア制御量演算部と、
前記定常ステア制御量演算部で演算した定常ステア制御量と、前記微分ステア制御量演算部で演算した微分ステア制御量とを加算した値を前記目標転舵角として設定する目標転舵角設定部と、を備え、
前記微分ステア制御量演算部は、
前記ステアリングホイールの操舵角速度に基づいて前記微分ステア制御量の基準値を演算する基準値演算部と、
前記基準値演算部で演算した前記微分ステア制御量の基準値に、前記切り戻し操作検出部の検出結果に応じたゲインを乗じて前記微分ステア制御量を演算するゲイン乗算部と、を備え、
前記ゲイン乗算部は、前記切り戻し操作検出部で運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、前記ゲインを小さくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記基準値演算部は、前記ステアリングホイールの操舵角速度と、前記ステアリングホイールの操舵角速度と前記微分ステア制御量の記基準値とが対応付けられた微分ステアマップとから前記微分ステア制御量の基準値を演算す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。
- ステアリングホイールと転舵輪とが機械的に分離され、前記ステアリングホイールの操舵状態に応じた目標転舵角に前記転舵輪を転舵制御する転舵制御部と、
運転者による前記ステアリングホイールの切り戻し操作を検出する切り戻し操作検出部と、を備え、
前記転舵制御部は、
前記ステアリングホイールの操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量を演算する定常ステア制御量演算部と、
前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量を演算する微分ステア制御量演算部と、
前記定常ステア制御量演算部で演算した定常ステア制御量と、前記微分ステア制御量演算部で演算した微分ステア制御量とを加算した値を前記目標転舵角として設定する目標転舵角設定部と、を備え、
前記微分ステア制御量演算部は、
前記ステアリングホイールの操舵角速度と、前記ステアリングホイールの操舵角速度と前記微分ステア制御量とが対応付けられた微分ステアマップとから前記微分ステア制御量を演算するものであって、
前記切り戻し操作検出部で運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときとは異なる微分ステアマップを参照して、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、前記微分ステア制御量を小さく演算することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記微分ステアマップは、車速が高いほど基準値を大きくすることを特徴とする請求項2または3に記載の車両用操舵制御装置。
- 転舵輪と機械的に分離されたステアリングホイールの操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量と、前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量とを加算した値を目標転舵角として設定し、設定した目標転舵角に前記転舵輪を転舵制御するに際し、前記ステアリングホイールの操舵角速度に基づいて前記微分ステア制御量の基準値を演算し、演算した前記微分ステア制御量の基準値にゲインを乗じて前記微分ステア制御量を演算するとともに、運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、前記ゲインを小さくすることを特徴とする車両用操舵制御方法。
- 転舵輪と機械的に分離されたステアリングホイールの操舵角に応じた制御量である定常ステア制御量と、前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた制御量である微分ステア制御量とを加算した値を目標転舵角として設定し、設定した目標転舵角に前記転舵輪を転舵制御するに際し、前記ステアリングホイールの操舵角速度と、前記ステアリングホイールの操舵角速度と前記微分ステア制御量とが対応付けられた微分ステアマップとから前記微分ステア制御量を演算するとともに、運転者による切り戻し操作を検出しているとき、運転者による切り増し操作を検出しているときとは異なる微分ステアマップを参照して、運転者による切り増し操作を検出しているときと比較して、前記微分ステア制御量を小さく演算することを特徴とする車両用操舵制御方法。
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