JP6142659B2 - 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
しかしながら、特許文献1に記載されている技術では、ステアリングホイールにより入力された操舵角の、トルク伝達経路でユニバーサルジョイントにより伝達される変化を考慮することなく、相対的な転舵輪の転舵角を算出して、転舵輪の転舵角を算出する。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、SBWシステムを適切に制御することが可能な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する。
また、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、操舵角にユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す位相角を加算した角度と、ユニバーサルジョイントを介して操舵角を転舵輪側へ出力した出力角の関係を示すモデル式である。
補正要否判定用入出力角偏差は、演算上で用いるユニバーサルジョイントである演算用ユニバーサルジョイントのジョイント角と演算上で用いる入出力角偏差との関係と演算用操舵角、及び演算用操舵角に換算して設定した増減閾値とを用いて演算する。
このため、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差を推定することが可能となり、実転舵角の推定精度を向上させて、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1は、本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両の概略構成を示す図である。また、図2は、本実施形態の車両用操舵制御装置1の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の車両用操舵制御装置1を備えた車両は、SBWシステムを適用した車両である。
ここで、SBWシステムでは、車両の運転者が操舵操作するステアリングホイール(操舵輪)の操作に応じてアクチュエータ(例えば、転舵モータ)を駆動制御して、転舵輪を転舵する制御を行うことにより、車両の進行方向を変化させる。転舵モータの駆動制御は、ステアリングホイールと転舵輪との間に介装するクラッチを、通常状態である開放状態に切り替えて、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行う。
図1及び図2中に示すように、本実施形態の車両用操舵制御装置1は、転舵モータ2と、転舵モータ制御部4と、クラッチ6と、反力モータ8と、反力モータ制御部10を備える。
転舵モータ2は、転舵モータ制御部4が出力する転舵モータ駆動電流に応じて駆動する電動モータであり、ステアリングホイールの操作に応じた目標転舵角に応じて回転して、転舵輪を転舵制御する転舵アクチュエータを形成する。また、転舵モータ2は、転舵モータ駆動電流に応じて駆動することにより、転舵輪を転舵させるための転舵トルクを出力する。なお、転舵アクチュエータとしては、電動モータ以外に、動力シリンダーや、ソレノイドを備えた油圧回路等を用いることが可能である。
転舵モータ出力軸12の先端側には、ピニオンギヤを用いて形成した転舵出力歯車12aを設けてある。
転舵出力歯車12aは、ステアリングラック14に挿通させたラック軸18の両端部間に設けたラックギヤ18aと噛合する。
また、転舵モータ2には、転舵モータ角度センサ16と、転舵モータトルクセンサ2tを設ける。
転舵モータ角度センサ16は、転舵モータ2の回転角である転舵モータ回転角を検出し、この検出した転舵モータ回転角を含む情報信号を、転舵モータ制御部4を介して、反力モータ制御部10へ出力する。
なお、本実施形態では、転舵モータトルクセンサ2tが検出した転舵モータトルクを、運転者がステアリングホイール32に加えているトルクである操舵トルクに変換する。そして、この変換した操舵トルクを含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する場合について説明する。
ステアリングラック14は、円筒形状に形成してあり、転舵モータ出力軸12の回転、すなわち、転舵出力歯車12aの回転に応じて車幅方向へ変位するラック軸18を挿通させる。
ラック軸18の両端は、それぞれ、タイロッド20及びナックルアーム22を介して、転舵輪24に連結する。また、ラック軸18とタイロッド20との間には、タイヤ軸力センサ26を設ける。
タイヤ軸力センサ26は、ラック軸18の軸方向(車幅方向)に作用する軸力を検出し、この検出した軸力(以降の説明では、「タイヤ軸力」と記載する場合がある)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
転舵モータ制御部4は、反力モータ制御部10と、CAN(Controller Area Network)等の通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。
転舵位置サーボ制御部30は、転舵モータ2を駆動させるための転舵モータ駆動電流を演算し、この演算した転舵モータ駆動電流を、転舵モータ2へ出力する。
ここで、転舵モータ駆動電流は、上述した転舵トルクを制御して、ステアリングホイールの操作に応じた目標転舵角を算出し、この算出した目標転舵角に応じて転舵モータ2を駆動制御するための電流である。
転舵モータ駆動電流の演算は、反力モータ制御部10が出力する転舵モータ電流指令と、実際に転舵モータ2へ通電している電流(転舵モータ実電流)の指令値(以降の説明では、「転舵モータ実電流指令It」と記載する場合がある)に基づいて行う。具体的には、転舵モータ実電流指令Itを用いて転舵モータ電流指令を補正し、転舵モータ駆動電流を演算する。
なお、転舵モータ実電流指令Itは、例えば、転舵モータ2に基板温度センサ(図示せず)を内蔵し、この内蔵した基板温度センサを用いて計測する。
ここで、転舵モータ実電流指令Itに基づいて転舵モータ2の温度Ttを推定する方法としては、例えば、大電流域では、計測した実際の電流値を用いて転舵モータ実電流指令Itを求める。具体的には、計測した実際の電流値と予め記憶している電流閾値とを比較し、計測した実際の電流値が電流閾値よりも大きい場合は、計測した実際の電流値を、転舵モータ実電流指令Itとして採用する。
そして、上記のように採用した転舵モータ実電流指令Itを用いて、転舵モータ2の温度Ttを推定する。
なお、転舵側前回処理内容記憶部MAに関する説明は、後述する。
クラッチ6は、運転者が操作するステアリングホイール32と転舵輪24との間に介装し、反力モータ制御部10が出力するクラッチ駆動電流に応じて、開放状態または締結状態に切り替わる。なお、クラッチ6は、通常状態では、開放状態である。
操舵角センサ34は、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。
また、操舵角センサ34は、ステアリングホイール32の現在の回転角(操舵角)である現在操舵角を検出する。そして、操舵角センサ34は、検出したステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。なお、以降の説明では、現在操舵角を、「現在操舵角θH」と記載する場合がある。
操舵トルクセンサ36は、操舵角センサ34と同様、例えば、ステアリングホイール32を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。
なお、反力モータ8及び反力モータ角度センサ38に関する説明は、後述する。
また、クラッチ6は、開放状態で互いに離間し、締結状態で互いに噛合する一対のクラッチ板40を有する。なお、図1中及び以降の説明では、一対のクラッチ板40のうち、ステアリングホイール32側に配置するクラッチ板40を、「操舵輪側クラッチ板40a」とし、転舵輪24側に配置するクラッチ板40を、「転舵輪側クラッチ板40b」とする。
転舵輪側クラッチ板40bは、ピニオン軸44の一端に取り付けてあり、ピニオン軸44と共に回転する。
ピニオン軸44の他端は、ピニオン46内に配置してある。
ピニオン46には、ラックギヤ18aと噛合するステアリングギヤ(図示せず)を内蔵する。これに加え、ピニオン46には、ピニオン軸トルクセンサ46tを設ける。
なお、本実施形態では、ピニオン軸トルクセンサ46tが検出したピニオン軸トルクを、運転者がステアリングホイール32に加えているトルクである操舵トルクに変換する。そして、この変換した操舵トルクを含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する場合について説明する。
ステアリングギヤは、ピニオン軸44と共に回転する。すなわち、ステアリングギヤは、ピニオン軸44を介して、転舵輪側クラッチ板40bと共に回転する。
また、反力モータ角度センサ38は、反力モータ8の回転角を検出し、この検出した回転角(以降の説明では、「反力モータ回転角」と記載する場合がある)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
反力モータ制御部10は、転舵モータ制御部4と、通信ライン28を介して、情報信号の入出力を行う。これに加え、反力モータ制御部10は、通信ライン28を介して、車速センサ50及びエンジンコントローラ52が出力する情報信号の入力を受ける。
車速センサ50は、例えば、公知の車速センサであり、車両の車速を検出し、この検出した車速を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
エンジンコントローラ52(エンジンECU)は、エンジン(図示せず)の状態(エンジン駆動、または、エンジン停止)を含む情報信号を、反力モータ制御部10へ出力する。
指令演算部54は、車速センサ50、操舵角センサ34、エンジンコントローラ52、操舵トルクセンサ36、反力モータ角度センサ38、タイヤ軸力センサ26及び転舵モータ角度センサ16が出力した情報信号の入力を受ける。
なお、指令演算部54の詳細な構成についての説明は、後述する。
反力サーボ制御部56は、反力モータ8を駆動させるための反力モータ駆動電流を反力モータ8へ出力する。
ここで、反力モータ駆動電流の演算は、指令演算部54が出力する反力モータ電流指令(後述)と、反力モータ電流値Ihに基づいて行う。具体的には、反力モータ電流値Ihを用いて反力モータ電流指令を補正し、反力モータ駆動電流を演算する。
クラッチ制御部58は、指令演算部54が出力するクラッチ電流指令(後述)に基づいて、開放状態のクラッチ6を締結状態へ切り替えるために必要な電流を、クラッチ駆動電流として演算する。そして、演算したクラッチ駆動電流を、クラッチ6へ出力する。
なお、反力側前回処理内容記憶部MBに関する説明は、後述する。
図3は、SBWシステムのステアリング構造を示す図である。
ステアリングホイール32は、ステアリングシャフト42の一端に連結してある。
ステアリングシャフト42は、ステアリングコラム5によって回転自在に保持されている。
ステアリングコラム5には、ステアリングシャフト42に連結した反力モータ8を設けている。
反力モータ8は、転舵角に応じて転舵輪側からステアリングホイール方向へ伝達される路面反力に応じた反力トルクをステアリングシャフト42へ付与する。これにより、クラッチ6が解放されているときであっても、運転者は、転舵状態に応じた路面反力を把握できる。
操舵側中間シャフト9の他端は、ユニバーサルジョイント11を介してクラッチ入力軸13の一端に連結してある。
クラッチ入力軸13の他端は、クラッチ6を介してクラッチ出力シャフト17の一端に同軸で対向しており、クラッチ6は、クラッチ入力軸13とクラッチ出力シャフト17との断続(締結及び遮断)を行う。
転舵側中間シャフト21の他端は、ユニバーサルジョイント23を介してピニオンシャフト25の一端に連結してあり、ピニオンシャフト25の他端は、ラック&ピニオン式のステアリングギヤ27に連結してある。なお、図示は省略するが、ステアリングギヤ27の出力側となるラックの両端は、夫々、左右のタイロッドの一端に連結してあり、タイロッドの他端は、車輪に連結してある。
操舵側中間シャフト9、及び転舵側中間シャフト21は、夫々、軸方向に伸縮可能に構成してある。
クラッチ6は、ブラケット43を介してダッシュパネル45に固定してある。
次に、図1から図3を参照しつつ、図4を用いて、指令演算部54の詳細な構成について説明する。
図4は、指令演算部54の構成を示すブロック図である。
図4中に示すように、指令演算部54は、中立位置記憶部60と、転舵モータ電流指令演算部62と、クラッチ状態切り替え部64を備える。これに加え、指令演算部54は、操舵側クラッチ角算出部66と、転舵側クラッチ角算出部68と、クラッチ角偏差算出部70と、クラッチ角偏差記憶部72と、転舵角記憶部74と、転舵角算出部76と、補正処理ブロック78を備える。
クラッチ状態切り替え部64は、エンジンコントローラ52からエンジンの状態を含む情報信号の入力を受ける。
ここで、本実施形態の操舵側クラッチ角算出部66は、操舵角センサ34が検出した現在操舵角が、操舵側ユニバーサルジョイントを介してクラッチ6へ伝達された回転角である操舵側出力角に基づいて、操舵側クラッチ角を算出する。なお、操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理については、後述する。
ここで、本実施形態の転舵側クラッチ角算出部68は、転舵モータ角度センサ16が検出した転舵モータ回転角が、転舵側ユニバーサルジョイントを介してクラッチ6へ伝達された回転角である転舵側逆出力角に基づいて、操舵側クラッチ角を算出する。なお、操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理については、後述する。
クラッチ角偏差算出部70は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、クラッチ角偏差算出部70は、操舵側クラッチ角算出部66から、操舵側クラッチ角を含む情報信号の入力を受ける。さらに、クラッチ角偏差算出部70は、転舵側クラッチ角算出部68から、転舵側クラッチ角を含む情報信号の入力を受ける。
クラッチ角偏差記憶部72は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、クラッチ角偏差記憶部72は、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受ける。
転舵角記憶部74は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、転舵角記憶部74は、転舵モータ角度センサ16から、転舵モータ回転角を含む情報信号の入力を受ける。
転舵角算出部76は、クラッチ状態切り替え部64から、クラッチ電流指令を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、転舵角算出部76は、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受ける。また、転舵角算出部76は、操舵トルクセンサ36から、トルクセンサ値Vtsを含む情報信号の入力を受ける。
ここで、上記のユニバーサルジョイント変化角とは、操舵角センサ34が検出した現在操舵角に基づき、トルク伝達経路上で、予め転舵角算出部76が記憶したモデルを用いて算出した角度である。なお、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する処理と、転舵角算出部76が記憶したモデルについては、後述する。
補正処理ブロック78は、中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係を、例えば、出荷前の調整工程で行う処理や、車両の出荷後に整備工場等で行う処理等において補正する処理を行う処理ブロックである。なお、補正処理ブロック78の構成については、後述する。
以下、図1から図4を参照しつつ、図5及び図6を用いて、クラッチ角偏差算出部70がクラッチ角偏差を算出する具体的な処理について説明する。
図5は、クラッチ角偏差算出部70がクラッチ角偏差を算出する処理を示すブロック図である。
クラッチ角偏差を算出する処理では、操舵側クラッチ角算出部66により操舵側クラッチ角θcl_inを算出し、転舵側クラッチ角算出部68により転舵側クラッチ角θcl_outを算出する。そして、転舵側クラッチ角θcl_outから操舵側クラッチ角θcl_inを減算した値を、クラッチ角偏差dθCLとして算出(図5中に示す「dθCL=θcl_out−θcl_in」)する。
・操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理
操舵側クラッチ角算出部66が操舵側クラッチ角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、操舵側クラッチ角算出用トルク閾値は、操舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、操舵側クラッチ角算出部66に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、操舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチがオフ状態となると、操舵角センサ34が検出した現在操舵角を、ユニバーサルジョイント7の入力角tanθInとして以下の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント7の出力角θoutを算出する。なお、以下の式(1)は、各ユニバーサルジョイントの出力角を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルを示す式である。また、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する原理については、後述する。
ここで、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、操舵側クラッチ角算出部66及び転舵角算出部76に記憶させておく。
したがって、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、操舵輪側入力角と転舵輪側出力角の関係を示すモデル式となる。ここで、操舵輪側入力角は、ユニバーサルジョイントへステアリングホイール32側から入力した角度であり、転舵輪側出力角は、ユニバーサルジョイントを介して操舵輪側入力角を転舵輪24側へ出力した角度である。
ジョイント角α1は、例えば、現在操舵角θHと、予め生成した波形マップを用いて、車両の出荷前に行なう調整工程等において算出し、操舵側クラッチ角算出部66、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76に記憶する。なお、ジョイント角α1の算出及び記憶は、車両の出荷後は、例えば、整備工場等において行なってもよい。
ここで、波形マップは、図6中に示すマップであり、例えば、クラッチ角偏差算出部70に記憶させておく。なお、図6は、波形マップを示す図であり、車両の諸元等に因らず、数式等により規定されるマップである。
ここで、各ユニバーサルジョイントには不等速性が有るため、図6中に示すように、例えば、操舵角が0[deg]の状態等を除き、操舵角とピニオン角との関係は一定の関係とはならず、ピニオン角と操舵角との偏差は、操舵角に応じて変化する。
また、上記の式(1)中に示す「θoffset」は、トルク伝達経路における、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)の、入力側の軸に対する出力側の軸のねじれ角を示す位相角である。
したがって、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、操舵輪側入力角にユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す位相角を加算した角度と、転舵輪側出力角の関係を示すモデル式となる。
すなわち、ユニバーサルジョイント7の位相角θoffsetを算出する際には、上記の式(1)中に示す「θoffset」が、ステアリングシャフト42に対する操舵側中間シャフト9のねじれ角を示す位相角となる。なお、以降の説明では、ステアリングシャフト42に対する操舵側中間シャフト9のねじれ角を示す位相角を、ユニバーサルジョイント7の位相角θoffsetと規定し、「位相角θoffset1」と記載する場合がある。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント7の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント11の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを算出する。そして、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを、操舵側クラッチ角θcl_inとして算出する。
ここで、操舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、以下に示す二つのモデル式(E1、E2)である。
E1.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α1を入力し、「θoffset」として位相角θoffset1を入力したモデル式
E2.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α2を入力し、「θoffset」として位相角θoffset2を入力したモデル式
転舵側クラッチ角算出部68が転舵側クラッチ角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、転舵側クラッチ角算出用トルク閾値は、転舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、転舵側クラッチ角算出部68に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、転舵側クラッチ角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして以下の式(2)に入力し、ユニバーサルジョイント23の逆出力角θoutを算出する。なお、以下の式(2)は、各ユニバーサルジョイントの逆出力角を算出するためのモデルとして用いることが可能な、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを示す式である。
ここで、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、転舵側クラッチ角算出部68に記憶させておく。
したがって、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、転舵輪側逆入力角と操舵輪側逆出力角の関係を示すモデル式となる。ここで、転舵輪側逆入力角は、転舵側ユニバーサルジョイントへ転舵輪24側から入力した角度であり、操舵輪側逆出力角は、転舵側ユニバーサルジョイントを介して転舵輪側逆入力角をステアリングホイール32側へ出力した角度である。
したがって、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、転舵輪側逆入力角からユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す位相角を減算した角度と、操舵輪側逆出力角の関係を示すモデル式となる。
ここで、ユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを算出する際には、上記の式(2)中に示す「α」が、ユニバーサルジョイント19の入力側の軸とユニバーサルジョイント19の出力側の軸がなす角度となる。ここで、ユニバーサルジョイント19の入力側の軸は、クラッチ出力シャフト17であり、ユニバーサルジョイント19の出力側の軸は、転舵側中間シャフト21である。なお、以降の説明では、クラッチ出力シャフト17と転舵側中間シャフト21とのなす角度αを、ユニバーサルジョイント19のジョイント角αと規定し、「ジョイント角α3」と記載する場合がある。
なお、上記の説明では、式(1)及び(2)を用いて処理を行ったが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、現在操舵角と操舵側クラッチ角θcl_inとの関係を示すマップと、転舵モータ回転角と転舵側クラッチ角θcl_outとの関係を示すマップを用いて処理を行ってもよい。
以下、図1から図6を参照しつつ、図7を用いて、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する具体的な処理について説明する。
図7は、転舵角算出部76が転舵輪24の転舵角を算出する処理を示すブロック図である。
転舵輪24の転舵角を算出する処理では、まず、操舵トルクセンサ36から入力を受けたトルクセンサ値Vtsを含む情報信号を参照する。そして、トルクセンサ値Vtsが、予め設定した転舵角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する。ここで、転舵角算出用トルク閾値は、転舵角を算出する処理を行うために適切なトルクとなる値に設定し、転舵角算出部76に記憶する。したがって、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内であれば、運転者がステアリングホイール32に加えている操舵トルクが、転舵角を算出する処理を行うために適切なトルクである。
イグニッションスイッチをオン状態とした時点において操舵角センサ34が検出した現在操舵角を、ユニバーサルジョイント7の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力する。これにより、ユニバーサルジョイント7の出力角θoutを算出する。
ここで、転舵輪24の転舵角を算出する処理では、クラッチ角偏差記憶部72が記憶しているクラッチ角偏差dθCLに、上記のように算出した操舵側クラッチ角θcl_inを加算する。これにより、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outを算出(図7中に示す「Pθcl_out=θcl_in+dθCL」)する。すなわち、転舵角算出部76は、転舵輪24の転舵角を算出する際に、クラッチ角偏差記憶部72から記憶しているクラッチ角偏差dθCLの情報を取得する。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント19の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント23の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを算出する。
ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを算出した後、この算出したユニバーサルジョイント23の出力角θoutから、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分を減算する。これにより、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutから各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分による影響を除去して、転舵輪24の転舵角を算出する。
ここで、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルは、例えば、車両の出荷前に行なう調整工程等において設定し、転舵角算出部76に記憶させておく。
これに加え、転舵輪24の転舵角を算出する処理では、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分を除算したユニバーサルジョイント23の出力角θoutを、上述したトルクセンサ値Vtpに基づいて補正する。
ここで、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutの補正には、トルクセンサ値Vtpに基づく各シャフト及び各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のねじれ角を用いる。なお、各シャフトとは、ステアリングシャフト42、操舵側中間シャフト9、クラッチ出力シャフト17、転舵側中間シャフト21、ピニオンシャフト25である。
ねじれ角=トルクセンサ値Vtp[Nm]/各シャフト及び各ユニバーサルジョイントのねじり剛性[Nm/rad] … (4)
したがって、トルクセンサモデルは、ピニオン軸トルクセンサ46tが検出したピニオン軸トルクに基づく操舵トルクと、各ユニバーサルジョイントのねじり剛性と、各ユニバーサルジョイントの入力軸及び出力軸のねじり剛性との関係を示すモデル式となる。
なお、本実施形態では、一例として、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを、各シャフト及び各ユニバーサルジョイントのねじれ角を用いて補正する際に、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutにねじれ角を加算する場合を説明する。
以上により、転舵角算出部76は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outが転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角に基づいて、転舵輪24の転舵角を算出する。
ここで、転舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、以下に示す二つのモデル式(E3、E4)である。
E3.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α3を入力し、「θoffset」として位相角θoffset3を入力したモデル式
E4.上記の式(1)に、「α」としてジョイント角α4を入力し、「θoffset」として位相角θoffset4を入力したモデル式
したがって、操舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルと、転舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、上記の式(1)で示すユニバーサルジョイント出力角算出モデルに基づくモデル式である。
また、本実施形態の転舵角算出部76は、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outが転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角を、トルクセンサモデルを用いて算出したトルク伝達経路のねじれ角を用いて補正する。そして、この補正した値に基づいて、転舵輪24の転舵角を算出する。
以下、図1から図7を参照しつつ、図8から図13を用いて、補正角算出ブロック78の構成について説明する。
図8は、補正角算出ブロック78の構成を示すブロック図である。
図8中に示すように、補正角算出ブロック78は、相関マップ記憶部80と、実機入出力角偏差演算部84と、位相角補正要否判定部94と、補正指令値出力部96を備える。
相関マップ記憶部80は、車両の製造時等に生成した相関マップを記憶する。
ここで、相関マップは、図9中に示すように、演算上で用いるユニバーサルジョイント(以降の説明では、「演算用ユニバーサルジョイント」と記載する場合がある)のジョイント角αxと、演算上で用いる入出力角偏差との関係を示すマップである。なお、図9は、相関マップを示す図であり、車両の諸元等に因らず、数式等により規定されるマップである。また、以降の説明では、演算上で用いる入出力角偏差を、「演算用入出力角偏差」と記載する場合がある。
なお、相関マップを生成するために用いるユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、上記の式(1)で示すユニバーサルジョイント出力角算出モデルと同様のモデル式である。
また、図9中に示す相関マップは、車両の設計値が製造時の人的要因等により変更されずに反映された状態に基づいて生成する。すなわち、図9中に示す相関マップは、車両の製造時等にトルク伝達経路を構成する部材に組み付け誤差が発生していない状態において、演算用操舵角θHx及びジョイント角αxに応じた演算用入出力角偏差最大変化幅PPxを算出することが可能なマップである。
実機入出力角偏差演算部84は、実際の車両(実機)を用い、操舵角(現在操舵角θH)を−180[deg]から+180[deg]の範囲内で変化させた状態において、ユニバーサルジョイントの出力角θoutから現在操舵角θHを減算する。これにより、実機入出力角偏差演算部84は、実機入出力角偏差最大変化幅を算出する。
ここで、本実施形態では、一例として、図10中に示すように、以下の順番で、現在操舵角θHに応じて変化する転舵角を算出する場合について説明する。なお、図10は、現在操舵角θHに応じて変化する転舵角を算出する手順を示す図である。また、図10中では、横軸に現在操舵角θH(図中では、「θH」と記載する)を示し、縦軸に転舵角算出部76が算出した転舵角(図中では、「転舵角」と記載する)を示す。
次に、図10中に矢印S2で示すように、操舵角を+180[deg]から0[deg]へ減少させる状態において、現在操舵角θHに応じて変化する転舵角を算出する。
そして、図10中に矢印S3で示すように、操舵角を0[deg]から−180[deg]へ減少させる状態において、現在操舵角θHに応じて変化する転舵角を算出する。
上記の順番で転舵角を算出する際に、算出した転舵角から現在操舵角θHを減算した実機入出力角偏差の変化から、図11中に示すように、最大値の平均と最小値の平均を算出する。そして、算出した最大値の平均と最小値の平均との変化幅を、実機入出力角偏差最大変化幅として演算する。
また、本実施形態では、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力する現在操舵角θHを、中立位置(0[deg])を基準として、予め設定した範囲の上限値(+180[deg])まで変化させた後に中立位置へ戻す。さらに、予め設定した範囲の下限値(−180[deg])まで変化させた後に中立位置へ戻したときの、転舵角の最大値及び最小値に基づく変化幅に基づいて、実機入出力角偏差最大変化幅PPrを算出する。
まず、−180[deg]から+180[deg]の範囲内で変化させた演算用操舵角θHxを、ジョイント角αxとして車両の設計値のジョイント角(α1、α2、α3、α4)を用いた相関マップに入力する。これにより、図12中に示すように、基準補正要否判定用入出力角偏差を演算する。なお、図12は、位相角補正要否判定部94が行なう処理を示す図である。また、図12中では、基準補正要否判定用入出力角偏差を実線L1で示す。また、図12中では、横軸に演算用操舵角θHxを示し、縦軸に基準補正要否判定用入出力角偏差を示す。
ここで、本実施形態では、一例として、増減閾値を、演算用操舵角θHxに換算して5[deg]とした場合を説明する。なお、増減閾値は、例えば、車両の諸元等に応じて、適宜設定可能な値である。
ここで、図12中に示すように、基準補正要否判定用入出力角偏差、加算補正要否判定用入出力角偏差、減算補正要否判定用入出力角偏差は、最大値と最小値との変化幅が同一である。
ここで、実機転舵角最大値とは、実機入出力角偏差演算部84が演算した実機入出力角偏差最大変化幅PPrの最大値である。
ここで、補正指令値は、増減閾値に応じて予め設定した値であり、例えば、補正指令値出力部96に記憶させておく。なお、以降の説明では、補正指令値を「θoffsetX」と記載する場合がある。
補正指令値出力部96は、位相角補正要否判定部94による判定内容及び判定結果に応じて、転舵側クラッチ角算出部68へ、増減閾値に応じて位相角θoffset3から減算する補正指令値を出力する。これに加え、補正指令値出力部96は、位相角補正要否判定部94による判定内容及び判定結果に応じて、転舵角算出部76へ、増減閾値に応じて位相角θoffset1に加算する補正指令値を出力する。
ここで、本実施形態では、増減閾値を、演算用操舵角θHxに換算して5[deg]としている。
このため、実機転舵角最大値maxPPrが最大値maxL3を超えており、位相角の補正が必要であると判定した場合には、転舵側クラッチ角算出部68へ、位相角θoffset3を演算用操舵角θHxに換算して5[deg]減少させる補正指令値を出力する。これに加え、転舵角算出部76へ、位相角θoffset1を演算用操舵角θHxに換算して5[deg]増加させる補正指令値を出力する。
すなわち、実機転舵角最大値maxPPrが、増減閾値の絶対値のうち負の値である最大値maxL2未満である場合には、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルの位相角θoffset3から補正指令値θoffsetXとして−5[deg]を減算する処理を行う。これにより、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルの位相角θoffset3から減算する補正指令値θoffsetXを、増減閾値の負の値に設定する。
また、補正角算出ブロック78は、実機転舵角最大値maxPPrが増減閾値の絶対値の範囲外である場合に、増減閾値に応じて設定した補正指令値θoffsetXを、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角θoffsetに加算する処理を行う。
(位相角を補正したユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いてクラッチ角偏差を算出する処理)
図14は、クラッチ角偏差算出部70が、位相角を補正したユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いてクラッチ角偏差を算出する処理を示すブロック図である。
まず、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力し、ユニバーサルジョイント23の逆出力角θoutを算出する。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント23の逆出力角θoutを、ユニバーサルジョイント19の逆入力角tanθInとして、下記のモデル式E5に入力し、ユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを算出する。さらに、算出したユニバーサルジョイント19の逆出力角θoutを、転舵側クラッチ角θcl_outとして算出する。
そして、転舵側クラッチ角θcl_outから操舵側クラッチ角θcl_inを減算した値を、クラッチ角偏差dθCLとして算出(図14中に示す「dθCL=θcl_out−θcl_in」)する。
以下、図7を参照しつつ、図15を用いて、転舵角算出部76が、位相角を補正したユニバーサルジョイント出力角算出モデルを用いて転舵輪24の転舵角を算出する処理について説明する。
図15は、転舵角算出部76が、位相角を補正したユニバーサルジョイント出力角算出モデルを用いて転舵輪24の転舵角を算出する処理を示すブロック図である。なお、図7を用いて説明した転舵輪24の転舵角を算出する処理と同様の内容については、説明を省略する場合がある。
イグニッションスイッチをオン状態とした時点において操舵角センサ34が検出した現在操舵角を、下記のモデル式E6に入力し、ユニバーサルジョイント7の出力角θoutを算出する。
次に、上記のように算出したユニバーサルジョイント7の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント11の入力角tanθInとして上記の式(1)に入力し、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを算出する。そして、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを、操舵側クラッチ角θcl_inとして算出する。
また、上記のように算出した転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outを、ユニバーサルジョイント19の入力角tanθInとして上記のモデル式E3に入力し、ユニバーサルジョイント19の出力角θoutを算出する。さらに、算出したユニバーサルジョイント19の出力角θoutを、ユニバーサルジョイント23の入力角tanθInとして上記のモデル式E4に入力し、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutを算出する。
これに加え、転舵角を算出する処理では、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のオフセット成分を除算したユニバーサルジョイント23の出力角θoutを、上述したトルクセンサモデルを用いて補正する。
以下、図1から図15を参照しつつ、図16から図18を用いて、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する原理について説明する。
図16は、単体のユニバーサルジョイントが有する回転軸と、回転軸周りの回転運動との関係を示す図である。なお、図16中には、説明のために、ステアリングホイール32を模式的に示している。すなわち、図16中に示す単体のユニバーサルジョイントは、ユニバーサルジョイント7を示す。
図16中に示すように、ユニバーサルジョイントは、三本の回転軸(x軸、y軸、z軸)を有しており、各回転軸周りの回転行列Rは、それぞれ、以下の式(5)〜(7)で示される。なお、式(5)は、x軸周りの回転行列R(x,θ)を示す式であり、式(6)は、y軸周りの回転行列R(y,θ)を示す式であり、式(7)は、z軸周りの回転行列R(z,θ)を示す式である。
また、車両の構成としては、ステアリングホイール32と転舵輪24との間における各種構成部品のレイアウト等に応じて、各ユニバーサルジョイントの入力軸と出力軸を直列に配列することは少ない。このため、ユニバーサルジョイントの位相角θoffsetが存在する構成が一般的である。
したがって、上記の式(15)で示す、ユニバーサルジョイントの入力角tanθInと出力角θoutとの関係に対して、入力角tanθInに位相角θoffsetを加算すると、上記の式(1)で示されるユニバーサルジョイント出力角算出モデルが成立する。
以下、図1から図18を参照して、ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルが成立する原理について説明する。
転舵輪24の転舵角を算出する際には、上述したように、ユニバーサルジョイント23の出力角θoutから、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分による影響を除去する。したがって、上記の式(15)において、ユニバーサルジョイントの入力角tanθIn及び出力角θoutを0[°]とすると、以下の式(16)からオフセット成分を減算することにより、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分による影響を除去する。
以下、図1から図18を参照して、転舵側前回処理内容記憶部MAの構成と、反力側前回処理内容記憶部MBの構成について説明する。
転舵側前回処理内容記憶部MAは、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read‐Only Memory)を用いて形成する。
また、転舵側前回処理内容記憶部MAは、エンジンコントローラ52から、エンジンの状態を含む情報信号の入力を受け、さらに、操舵角センサ34から、ステアリングホイール32の現在操舵角を含む情報信号の入力を受ける。これに加え、転舵側前回処理内容記憶部MAは、クラッチ角偏差算出部70から、クラッチ角偏差を含む情報信号の入力を受け、さらに、転舵角算出部76から、転舵輪24の転舵角を含む情報信号の入力を受ける。
反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、例えば、EEPROMを用いて形成する。
また、反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、エンジンコントローラ52、操舵角センサ34、クラッチ角偏差算出部70、転舵角算出部76から、それぞれ、情報信号の入力を受ける。
そして、反力側前回処理内容記憶部MBは、転舵側前回処理内容記憶部MAと同様、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における、現在操舵角と、クラッチ角偏差と、転舵輪24の転舵角を記憶する。
次に、図1から図18を参照しつつ、図19から図21を用いて、指令演算部54が行なう処理について説明する。
指令演算部54が行なう処理としては、例えば、車両の出荷前に行なう処理と、出荷後の車両に対して行なう処理がある。
図19は、車両の出荷前に行なう処理を示すフローチャートである。
指令演算部54が車両の出荷前に行なう処理としては、ジョイント角αを算出及び記憶する処理と、位相角θoffsetを記憶する処理と、記憶した位相角θoffsetを補正する処理がある。
図19中に示すように、車両の出荷前に行なう処理を開始(START)すると、まず、ステップS10の処理を行う。
ステップS10では、例えば、整備工場等において、ステアリングホイール32の操舵角と転舵輪24の実転舵角を、共に中立位置へ調整(図中に示す「操舵角と実転舵角を中立位置に調整」)する。ステップS10において、操舵角及び実転舵角を中立位置へ調整すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS20へ移行する。
ステップS30では、位相角θoffset1〜θoffset4を、操舵側クラッチ角算出部66、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76に記憶(図中に示す「位相角θoffsetを記憶」)する。ステップS30において、位相角θoffsetを記憶すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS40へ移行する。
ステップS50では、ステップS10で操舵角及び実転舵角を中立位置へ調整した状態を維持し、実機入出力角偏差演算部84により、実機入出力角偏差最大変化幅を算出(図中に示す「実機入出力角偏差最大変化幅を算出」)する。ステップS50において、実機入出力角偏差最大変化幅を算出すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS60へ移行する。
ステップS60において、補正指令値を用いた位相角の補正が必要である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は、ステップS70へ移行する。
ステップS70では、補正指令値出力部96により、転舵側クラッチ角算出部68及び転舵角算出部76へ補正指令値を出力する。これにより、転舵側クラッチ角を算出する処理で用いる位相角θoffset3と、転舵輪24の転舵角を算出する処理で用いる位相角θoffset1を補正(図中に示す「位相角を補正」)する。ステップS70において、転舵側クラッチ角を算出する処理で用いる位相角θoffset3と、転舵輪24の転舵角を算出する処理で用いる位相角θoffset1を補正すると、車両の出荷前に指令演算部54が行なう処理は終了(END)する。
出荷後の車両に対して指令演算部54が行なう処理としては、クラッチ角偏差を算出・記憶する処理と、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理がある。
図20は、出荷後の車両に対して行なう処理のうち、クラッチ角偏差を算出・記憶する処理を示すフローチャートである。なお、指令演算部54は、予め設定した周期(例えば、5[ms])で、以下に説明する処理を行う。
図20中に示すように、クラッチ角偏差を算出する処理を開始(START)すると、まず、ステップS100の処理を行う。
ステップS100では、イグニッションスイッチがオフ状態であるか否かを判定する処理(図中に示す「IGN−OFF?」)を行う。
ステップS100において、イグニッションスイッチがオフ状態である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS110へ移行する。
ステップS110では、クラッチ状態切り替え部64により、クラッチ6を連結状態に切り替えるためのクラッチ電流指令をクラッチ6へ出力する。これに加え、クラッチ6へ出力したクラッチ駆動電流を参照して、クラッチ6が締結状態(滑り締結状態を含まない完全締結状態)であるか否かを判定する処理(図中に示す「クラッチ締結?」)を行う。
ステップS110において、クラッチ6が締結状態である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS120へ移行する。
ステップS120では、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する処理(図中に示す「Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内?」)を行う。
ステップS120において、トルクセンサ値Vtsが操舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS130へ移行する。
ステップS130では、操舵側クラッチ角算出部66により、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルを用いて、操舵側クラッチ角θcl_inを算出(図中に示す「操舵側クラッチ角θcl_inを算出」)する処理を行う。ステップS130において、操舵側クラッチ角θcl_inを算出すると、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS140へ移行する。
ステップS140において、トルクセンサ値Vtsが転舵側クラッチ角算出用トルク閾値の範囲内である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS150へ移行する。
ステップS150では、転舵側クラッチ角算出部68により、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いて、転舵側クラッチ角θcl_outを算出(図中に示す「転舵側クラッチ角θcl_outを算出」)する処理を行う。ステップS150において、転舵側クラッチ角θcl_outを算出すると、クラッチ角偏差を算出する処理は、ステップS160へ移行する。
ここで、上述したステップS70の処理を行っている場合、ステップS150では、位相角θoffset3から補正指令値θoffsetXを減算したユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いて、転舵側クラッチ角θcl_outを算出する。
ステップS170では、クラッチ角偏差記憶部72が、ステップS160で算出したクラッチ角偏差dθCLを記憶(図中に示す「クラッチ角偏差dθCLを記憶」)する処理を行う。ステップS170において、クラッチ角偏差dθCLを記憶すると、クラッチ角偏差を算出する処理は終了(END)する。
図21は、出荷後の車両に対して行なう処理のうち、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理を示すフローチャートである。
図21中に示すフローチャートは、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態となると開始(START)し、まず、ステップS200の処理を行う。
ステップS200では、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内であるか否かを判定する処理(図中に示す「Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内?」)を行う。
ステップS200において、トルクセンサ値Vtsが転舵角算出用トルク閾値の範囲内である(図中に示す「Yes」)と判定した場合、転舵輪24の転舵角を算出する処理は、ステップS210へ移行する。
ステップS210では、イグニッションスイッチをオン状態とした時点の現在操舵角を、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力して、ユニバーサルジョイント11の出力角θoutを、操舵側クラッチ角θcl_inとして算出する。これにより、ステップS210では、操舵側ユニバーサルジョイントの出力角を算出(図中に示す「操舵側ユニバーサルジョイントの出力角を算出」)する処理を行う。ステップS210において、操舵側ユニバーサルジョイントの出力角を算出すると、転舵輪24の転舵角を算出する処理は、ステップS220へ移行する。
ステップS260において、出荷後偏差と出荷前偏差が異なる(図中に示す「Yes」)と判定した場合、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は、ステップS270へ移行する。
ステップS270では、ステップS40で中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係を、ステップS250で補正した出荷後偏差に基づく関係に補正(図中に示す「中立位置を補正」)する処理を行う。ステップS270において、中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正すると、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は、ステップS290へ移行する。
ステップS290では、クラッチ状態切り替え部64により、クラッチ6を開放状態に切り替えるためのクラッチ電流指令をクラッチ6へ出力(図中に示す「クラッチ開放指令を出力」)を行う。ステップS290において、クラッチ6を開放状態に切り替えるためのクラッチ電流指令をクラッチ6へ出力すると、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正する処理は終了(END)する。
次に、図1から図21を参照しつつ、図22を用いて、本実施形態の車両用操舵制御装置1を用いて行なう動作の一例を説明する。なお、図22は、本実施形態の車両用操舵制御装置1を用いた車両の動作を示すタイムチャートである。
図22中に示すタイムチャートは、車両の走行中等、イグニッションスイッチがオン状態であり、トルク伝達経路を機械的に分離させて、SBWシステムの制御を実施している状態(図中に示す「SBWシステム制御中」)からスタートする。なお、SBWシステムの制御とは、例えば、高速走行時には低速走行時よりも操舵角に対する転舵角の変化度合いを減少させる制御(可変ギヤ制御)等、車速に応じた転舵角の制御である。また、SBWシステムの制御は、中立位置記憶部60に記憶した操舵角と転舵モータ回転角との関係と、操舵角センサ34が検出した現在操舵角θHと、車速センサ50が検出した車速を用いて行なう。
時点t1で行なう処理は、クラッチ6を連結状態(図中に示す「クラッチ締結」)に切り替えてトルク伝達経路を機械的に連結し、さらに、クラッチ角偏差dθCLを算出・記憶する処理である。
このとき、イグニッションスイッチをオン状態に切り替えた(図中に示す「IGN OFF」)時点t2で、SBWシステム制御の起動時における処理(図中に示す「SBWシステム起動時の処理」)を行う。
ここで、転舵角を算出する処理で用いる位相角θoffset1を増減閾値に応じて補正している場合、時点t2では、補正している位相角θoffset1を用いて、転舵輪24の転舵角を算出する。これにより、各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)のジョイント角αに誤差が発生している場合であっても、この誤差を、位相角θoffset1を補正したユニバーサルジョイント出力角算出モデルを用いた演算により減少させることが可能となる。
なお、時点t2では、イグニッションスイッチをオン状態に切り替えて、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正または維持する処理を開始しているが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、車両のドア(フロントドア)を開錠する動作により、指令演算部54等を起動させて、転舵輪24の転舵角を算出する処理と、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正または維持する処理を開始してもよい。
すなわち、車速に応じた転舵角の制御を行なう際には、操舵角に対する転舵角の変化度合いが、車速に応じて異なる(操舵角:転舵角=1:X 低速時には1<X、高速時にはX<1)。これに対し、イグニッションスイッチがオフ状態である間に、ステアリングホイール32の操舵角が変化している場合、クラッチ6が連結状態であるため、操舵角の変化度合いと転舵角の変化度合いは等しい(操舵角:転舵角=1:1)。
このため、例えば、駐車している車両を旋回させながら発進させる(旋回発進)場合、すなわち、駐車している車両を、ステアリングホイール32を操舵しながら発進させる場合であっても、操舵角と転舵モータ回転角との関係を補正することが可能となる。これにより、駐車している車両を、ステアリングホイール32を操舵しながら発進させる場合であっても、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
この場合、例えば、車両の構成が、イグニッションスイッチがオフ状態である間に変化した操舵角の変化分を、直進走行により補正する構成である場合であっても、上述した旋回発進時に対して、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
なお、上述した操舵角センサ34は、操舵角検出部に対応する。
また、上述したピニオン軸トルクセンサ46tは、操舵トルク検出部に対応する。
また、上述した補正処理ブロック78は、ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部と、ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデル補正部と、補正指令値設定部に対応する。
また、上述した操舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルと転舵側ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに対応する。
また、上述したモデル式E1は、最もステアリングホイール32側のユニバーサルジョイント7に対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに対応する。
また、上述したように、本実施形態の車両用操舵制御装置1の動作で実施する車両用操舵制御方法は、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正すると判定すると、補正指令値を位相角に加算する方法である。ここで、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正するか否かの判定は、実機入出力角偏差最大変化幅に基づいて行なう。
本実施形態では、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)補正処理ブロック78が、実機入出力角偏差最大変化幅に基づいて、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正するか否かを判定する。これに加え、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正すると判定すると、補正指令値を、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角に加算する。
このため、トルク伝達経路を連結するユニバーサルジョイントに予め設定した範囲内で変化させた操舵角を入力して算出した実機入出力角偏差最大変化幅に基づいて、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正することが可能となる。
その結果、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差を推定することが可能となり、実転舵角の推定精度を向上させて、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
これは、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点の転舵角と、イグニッションスイッチがオン状態となった時点の実転舵角が異なる状態は、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差に起因して発生するためである。これに加え、車両の製造時において、ステアリングホイールの取り付け時等、トルク伝達経路を構成する部材に組み付け誤差が発生すると、上記の不等速性が変化して、シャフト間に発生する回転角の位相差を推定することが困難であることに起因する。
このため、トルク伝達経路を連結するユニバーサルジョイントに予め設定した範囲内で変化させた操舵角を入力して算出した実機入出力角偏差最大変化幅PPrに基づいて、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正することが可能となる。
その結果、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差を推定することが可能となり、トルク伝達経路を構成する部材に組み付け誤差が発生した場合であっても、組み付け誤差に応じて転舵角を算出することが可能となる。これにより、実転舵角の推定精度を向上させて、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
このため、トルク伝達経路を構成する部材のうち、組み付け誤差の発生により転舵角の算出に与える影響が大きいステアリングホイール32の、組み付け誤差による影響を、効率的に抑制することが可能となる。
その結果、トルク伝達経路を構成する部材のうち、転舵角の算出に与える影響が大きいステアリングホイール32に組み付け誤差が発生した場合であっても、組み付け誤差に応じて転舵角を算出することが可能となる。
このため、増減閾値の絶対値により形成される領域に対し、実機転舵角最大値maxPPrが範囲外となっている状態に応じて、補正指令値θoffsetXを、増減閾値の正の値または負の値に設定することが可能となる。
その結果、実機転舵角最大値maxPPrと増減閾値との関係に応じて、ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正することが可能となる。
このため、現在操舵角θHが各ユニバーサルジョイント(7、11、19、23)を介して変化した変化角から、各ユニバーサルジョイントのオフセット成分による影響を除去することが可能となる。
その結果、各ユニバーサルジョイントの位相角に因らず、現在操舵角θHがトルク伝達経路で各ユニバーサルジョイントにより伝達される操舵角の変化に応じて、転舵輪24の転舵角を算出することが可能となる。
その結果、転舵モータ角度センサ16が検出した転舵モータ回転角と、実機転舵角最大値maxPPrに応じて位相角を補正したユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを用いて、転舵輪24の転舵角を算出することが可能となる。これにより、転舵側クラッチ角θcl_outの算出精度を向上させて、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outの算出精度を向上させ、転舵角の算出精度を向上させることが可能となる。
このため、現在操舵角θHを一方向のみに変化させて実機入出力角偏差最大変化幅PPrを算出する場合と比較して、算出した実機入出力角偏差最大変化幅PPrを、ヒステリシスによる影響を抑制した値とすることが可能となる。
その結果、実機入出力角偏差最大変化幅PPrの算出精度を向上させることが可能となり、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差の推定精度を向上させることが可能となる。
このため、現在操舵角θHを予め設定した範囲の一方の限界値のみに変化させて実機入出力角偏差最大変化幅PPrを算出する場合と比較して、算出した実機入出力角偏差最大変化幅PPrを、ヒステリシスによる影響を抑制した値とすることが可能となる。
その結果、実機入出力角偏差最大変化幅PPrの算出精度を向上させることが可能となり、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差の推定精度を向上させることが可能となる。
このため、イグニッションスイッチがオフ状態である間に操舵角が変化し、トルク伝達経路にねじれが発生した場合であっても、トルク伝達経路に発生したねじれを、トルクセンサモデルを用いて補正することが可能となる。
その結果、転舵角算出用転舵側クラッチ角Pθcl_outが転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角から、トルク伝達経路に発生したねじれによる影響を除去して、転舵輪24の転舵角を算出することが可能となる。
このため、トルク伝達経路を連結するユニバーサルジョイントに予め設定した範囲内で変化させた操舵角を入力して算出した実機入出力角偏差最大変化幅PPrに基づいて、全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正することが可能となる。
その結果、ユニバーサルジョイントを用いて連結したシャフト間に発生する回転角の位相差を推定することが可能となり、トルク伝達経路を構成する部材に組み付け誤差が発生した場合であっても、組み付け誤差に応じて転舵角を算出することが可能となる。これにより、実転舵角の推定精度を向上させて、SBWシステムを適切に制御することが可能となる。
(1)本実施形態では、トルク伝達経路が四つのユニバーサルジョイント(7,11,19,23)を備える構成としたが、これに限定するものではなく、ユニバーサルジョイントの数は、例えば、車両のレイアウト等に応じた数であればよい。
この場合、例えば、操舵側ユニバーサルジョイントと転舵側ユニバーサルジョイントを、共に一つのユニバーサルジョイントのみで形成した場合、転舵輪24の転舵角は、以下の式(17)を用いて算出する。
すなわち、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角に、転舵側ユニバーサルジョイント(19、23)のオフセット成分を加算した値を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力してもよい。
すなわち、イグニッションスイッチがオフ状態となった時点における転舵モータ回転角から、トルクセンサ値Vtp及びトルクセンサモデルに基づき、転舵側シャフト及び転舵側ユニバーサルジョイント(19、23)のねじれ角を減算した値を算出する。そして、この算出した値を、ユニバーサルジョイント23の逆入力角tanθInとして上記の式(2)に入力してもよい。なお、上記の転舵側シャフトとは、クラッチ出力シャフト17、転舵側中間シャフト21、ピニオンシャフト25である。
2 転舵モータ(転舵アクチュエータ)
2t 転舵モータトルクセンサ
4 転舵モータ制御部
6 クラッチ
7,11 ユニバーサルジョイント(操舵側ユニバーサルジョイント)
19,23 ユニバーサルジョイント(転舵側ユニバーサルジョイント)
8 反力モータ(反力アクチュエータ)
10 反力モータ制御部
16 転舵モータ角度センサ
24 転舵輪
32 ステアリングホイール
34 操舵角センサ
40 クラッチ板
42 ステアリングシャフト
44 ピニオン軸
46 ピニオン
46t ピニオン軸トルクセンサ
50 車速センサ
52 エンジンコントローラ
54 指令演算部
56 反力サーボ制御部
58 クラッチ制御部
60 中立位置記憶部
62 転舵モータ電流指令演算部
64 クラッチ状態切り替え部
66 操舵側クラッチ角算出部
68 転舵側クラッチ角算出部
70 クラッチ角偏差算出部
72 クラッチ角偏差記憶部
74 転舵角記憶部
76 転舵角算出部
78 補正処理ブロック
80 相関マップ記憶部
84 実機入出力角偏差演算部
94 位相角補正要否判定部
96 補正指令値出力部
MA 転舵側前回処理内容記憶部
MB 反力側前回処理内容記憶部
Claims (10)
- 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連結するユニバーサルジョイントを備えた車両用操舵制御装置であって、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記操舵角検出部が検出した操舵角を、前記ユニバーサルジョイントに対応する予め設定したモデル式である全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力して、前記転舵輪の転舵角を算出する転舵角算出部と、
前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルを補正するユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部と、を備え、前記ステアリングホイールの操舵角に応じて前記転舵輪を転舵制御し、
前記ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部は、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力する前記操舵角を予め設定した範囲内で変化させたときの前記転舵角の変化幅である実機入出力角偏差最大変化幅と、演算上で用いるユニバーサルジョイントである演算用ユニバーサルジョイントのジョイント角と演算上で用いる入出力角偏差との関係と演算上で用いる演算用操舵角及び前記演算用操舵角に換算して設定した増減閾値とを用いて演算した補正要否判定用入出力角偏差と、の比較に基づいて、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正するか否かを判定し、前記位相角を補正すると判定すると、前記増減閾値に応じて設定した補正指令値を前記位相角に加算し、
前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、前記操舵角検出部が検出した操舵角に前記ユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す前記位相角を加算した角度と、前記ユニバーサルジョイントを介して前記操舵角検出部が検出した操舵角を前記転舵輪側へ出力した角度である出力角と、の関係を示すモデル式であることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部は、前記実機入出力角偏差最大変化幅を算出し、当該算出した実機入出力角偏差最大変化幅の最大値である実機転舵角最大値が前記増減閾値の絶対値の範囲外である場合に、前記補正指令値を前記位相角に加算することを特徴とする請求項1に記載した車両用操舵制御装置。
- 前記トルク伝達経路を、複数のユニバーサルジョイントで連結し、
前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、前記複数のユニバーサルジョイントにそれぞれ対応する複数の個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに基づくモデル式であり、
前記転舵角算出部は、前記操舵角検出部が検出した操舵角を前記複数の個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルのうち最も前記ステアリングホイール側のユニバーサルジョイントに対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力し、さらに、前記操舵角検出部が検出した操舵角に基づく角度を前記ステアリングホイール側のユニバーサルジョイントに対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルを介して出力した角度である転舵輪側出力角を、前記最もステアリングホイール側のユニバーサルジョイント以外のユニバーサルジョイントに対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力して、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記最もステアリングホイール側のユニバーサルジョイントに対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、前記操舵角検出部が検出した操舵角に前記最もステアリングホイール側の個別ユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す位相角を加算した角度と、前記最もステアリングホイール側の個別ユニバーサルジョイントを介して前記操舵角検出部が検出した操舵角に基づく角度を前記転舵輪側へ出力した角度である出力角と、の関係を示すモデル式であり、
前記ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部は、前記実機入出力角偏差最大変化幅を算出し、当該算出した実機入出力角偏差最大変化幅の最大値である実機転舵角最大値が前記増減閾値の絶対値の範囲外である場合に、前記最もステアリングホイール側のユニバーサルジョイントに対応する個別ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角に前記補正指令値を加算することを特徴とする請求項1または請求項2に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記補正指令値を設定する補正指令値設定部を備え、
前記補正指令値設定部は、前記実機入出力角偏差最大変化幅の最大値である実機転舵角最大値が前記増減閾値の正の値を超えている場合は前記補正指令値を前記増減閾値の正の値に設定し、前記実機転舵角最大値が前記増減閾値の負の値未満である場合は前記補正指令値を前記増減閾値の負の値に設定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記転舵角算出部は、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力した前記操舵角検出部が検出した操舵角が前記ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角から、予め設定したユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルを用いて算出した前記ユニバーサルジョイントのオフセット成分を減算した値に基づいて、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記ユニバーサルジョイントオフセット成分算出モデルは、前記ユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す位相角を示すモデル式であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記トルク伝達経路を機械的に分離する開放状態とトルク伝達経路を機械的に連結する連結状態に切り替わるクラッチと、
前記ステアリングホイールと前記クラッチとの間を機械的に連結する操舵側ユニバーサルジョイントと、
前記転舵輪と前記クラッチとの間を機械的に連結する転舵側ユニバーサルジョイントと、
前記転舵輪を転舵制御する転舵アクチュエータの回転角である転舵アクチュエータ回転角を検出する転舵アクチュエータ回転角検出部と、
予め設定したユニバーサルジョイント出力角算出モデルに前記操舵角検出部が検出した操舵角を入力して、前記トルク伝達経路の前記ステアリングホイール側における回転角である操舵側クラッチ角を算出する操舵側クラッチ角算出部と、
予め設定したユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルに前記転舵アクチュエータ回転角検出部が検出した転舵アクチュエータ回転角を入力して、前記トルク伝達経路の前記転舵輪側における回転角である転舵側クラッチ角を算出する転舵側クラッチ角算出部と、
前記ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルを補正するユニバーサルジョイント逆出力角算出モデル補正部と、
前記操舵側クラッチ角算出部が算出した操舵側クラッチ角と前記転舵側クラッチ角算出部が算出した転舵側クラッチ角との偏差であるクラッチ角偏差を算出するクラッチ角偏差算出部と、を備え、
前記転舵角算出部は、前記連結状態の前記クラッチが前記開放状態に切り替わる前に、前記操舵側クラッチ角算出部が算出した操舵側クラッチ角に前記クラッチ角偏差算出部が算出したクラッチ角偏差を加算した転舵角算出用転舵側クラッチ角が前記転舵側ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角に基づいて、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルは、前記転舵側ユニバーサルジョイントへ前記転舵輪側から入力した角度である転舵輪側逆入力角から前記位相角を減算した角度と、前記転舵側ユニバーサルジョイントを介して前記転舵輪側逆入力角を前記ステアリングホイール側へ出力した角度である操舵輪側逆出力角と、の関係を示すモデル式であり、
前記ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデル補正部は、前記実機入出力角偏差最大変化幅の最大値である実機転舵角最大値が前記増減閾値の絶対値の範囲外である場合に、前記補正指令値を前記ユニバーサルジョイント逆出力角算出モデルの位相角から減算することを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。 - 前記ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部は、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力する前記操舵角を、中立位置を基準として前記予め設定した範囲内で変化させた後に前記中立位置へ戻したときの前記転舵角の最大値及び最小値に基づく変化幅に基づいて、前記実機入出力角偏差最大変化幅を算出することを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。
- 前記ユニバーサルジョイント出力角算出モデル補正部は、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力する前記操舵角を、中立位置を基準として前記予め設定した範囲の上限値まで変化させた後に前記中立位置へ戻し、さらに、前記予め設定した範囲の下限値まで変化させた後に前記中立位置へ戻したときの前記転舵角の最大値及び最小値に基づく変化幅に基づいて、前記実機入出力角偏差最大変化幅を算出することを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。
- 前記ステアリングホイールに加わるトルクである操舵トルクを検出する操舵トルク検出部を備え、
前記転舵角算出部は、前記操舵角検出部が検出した操舵角が前記ユニバーサルジョイントを介して変化した変化角を、予め設定したトルクセンサモデルを用いて算出した前記トルク伝達経路のねじれ角を用いて補正した値に基づいて、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記トルクセンサモデルは、前記操舵トルク検出部が検出した操舵トルクと、前記ユニバーサルジョイントのねじり剛性と、前記ユニバーサルジョイントの入力軸及び出力軸のねじり剛性と、の関係を示すモデル式であることを特徴とする請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載した車両用操舵制御装置。 - 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ユニバーサルジョイントにより連結し、前記ステアリングホイールの操舵角に応じて前記転舵輪を転舵制御する車両用操舵制御方法であって、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出し、
前記ユニバーサルジョイントに対応する予め設定したモデル式である全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに入力する前記操舵角を予め設定した範囲内で変化させたときの前記転舵輪の転舵角の変化幅である実機入出力角偏差最大変化幅と、演算上で用いるユニバーサルジョイントである演算用ユニバーサルジョイントのジョイント角と演算上で用いる入出力角偏差との関係と演算上で用いる演算用操舵角及び前記演算用操舵角に換算して設定した増減閾値とを用いて演算した補正要否判定用入出力角偏差と、の比較に基づいて、前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルの位相角を補正するか否かを判定し、前記位相角を補正すると判定すると、前記増減閾値に応じて設定した補正指令値を前記位相角に加算し、
前記補正指令値を前記位相角に加算した全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルに前記検出した操舵角を入力して、前記転舵輪の転舵角を算出し、
前記全体ユニバーサルジョイント出力角算出モデルは、前記検出した操舵角に前記ユニバーサルジョイントの入力軸に対する出力軸のねじれ角を示す前記位相角を加算した角度と、前記ユニバーサルジョイントを介して前記検出した操舵角を前記転舵輪側へ出力した角度である出力角と、の関係を示すモデル式であることを特徴とする車両用操舵制御方法。
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