JP6222063B2 - 制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサの異常検出状態に応じて適切にステアリング軸負荷を推定可能な制御装置を提供することにある。
信頼度演算手段は、モータに通電される電流センサ、操舵トルクを検出するトルクセンサ、および、モータの回転角を検出する回転角センサの少なくとも1つについて、異常検出状態に応じた信頼度を演算する。
ステアリング軸負荷推定手段は、電流センサの検出値に応じた値である電流対応値、トルクセンサの検出値に応じた値であるトルク対応値、および、回転角センサの検出値に応じた値である回転角対応値を用いて、ステアリング軸負荷を推定する。
重み付け変更手段は、異常が検出されたセンサに対応する電流対応値、トルク対応値、回転角対応値について、信頼度に応じ、ステアリング軸負荷の推定に用いる値の重み付けを変更する。
第1の態様では、電流対応値は、アシストトルク指令値の前回値である。
第2の態様では、トルク対応値は、操舵トルク指令値の前回値である。
そこで本発明では、異常検出状態に応じたセンサの信頼度を演算し、ステアリング軸負荷の演算に用いる値の重み付けを信頼度に応じて変更するので、異常検出状態に応じてステアリング軸負荷を適切に推定することができる。また、ステアリング軸負荷に基づいてアシストトルク指令値を演算する場合、アシストトルク指令値が適切に演算される。これにより、演算されるアシストトルク指令値は、センサ異常に伴うセンサ値の急峻な変化を受けにくくなるため、車両挙動への影響を低減することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による制御装置を図1〜図3に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態の制御装置41は、電動パワーステアリングシステム1に用いられるモータ15の駆動を制御する。
コラム軸12は、入力軸11のハンドル10と反対側に、トーションバー14を介して接続される。コラム軸12には、ウォームギア16を介してモータ15が接続される。モータ15は、3相交流の電動機であって、モータ15が出力するトルクは、アシストトルク検出値Tmとして、ウォームギア16を経由してコラム軸12に伝達され、コラム軸12の回転を補助する。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリングシステム1は、モータ15のアシストトルク検出値Tmによってコラム軸12の回転を補助するコラムアシストタイプである。
転舵装置17は、図示しないラックおよびピニオンを有するラックアンドピニオン機構により構成され、インターミディエイトシャフト13を経由して伝達されるコラム軸12の回転運動を、ラックの往復運動に変換する。ラックの両端には、タイロッド18が設けられる。タイロッド18は、ラックとともに左右に往復運動し、タイロッド18と車輪20との間に設けられるナックルアーム19を引っ張ったり押したりする。これにより、路面rdと当接する車輪20が転舵される。
トルクセンサ32は、トーションバー14の捩れ角に基づき、トーショントルクを検出する。本実施形態では、トルクセンサ32が検出したトーショントルクを、「操舵トルク」とする。
回転角センサ33は、モータ15の機械角θmを検出する。以下、機械角θmを、「モータ回転角θm」という。
電流センサ31により検出された相電流Iu、Iv、Iwに係る検出信号、トルクセンサ32により検出された操舵トルクに係る検出信号、および、回転角センサ33により検出されたモータ回転角θmに係る検出信号は、制御装置41に出力される。
制御装置41は、第1入力値演算部50、第2入力値演算部60、第3入力値演算部70、および、指令値演算部80を備える。
アシストトルク演算部51は、電流センサ31から取得された相電流Iu、Iv、Iwに基づき、アシストトルク検出値Tmを演算する。アシストトルク検出値Tmは、相電流Iu、Iv、Iwをdq変換し、q軸電流Iqにトルク換算係数を乗じて演算される。
最初のステップS101(以下、「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。)では、電流センサ31の異常が検出されたか否かを判断する。電流センサ31の異常が検出されていないと判断された場合(S101:NO)、S103へ移行する。電流センサ31の異常が検出されたと判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。
S103では、故障フラグが検出中か否かを判断する。故障フラグが検出中でないと判断された場合(S103:NO)、S110へ移行する。故障フラグが検出中であると判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
S105では、故障フラグを「確定」とする。
S106では、信頼度C1を最小値とし、故障確定時処理へ移行する。
S108では、故障フラグの「検出中」を継続する。
S109では、信頼度C1を漸減、または、故障カウンタのカウント値NE1に応じ、直近の信頼度以下の所定値に変更する。なお、S103にて肯定判断された場合、本ステップにおいて、直近の信頼度を維持するようにしてもよい。
S111では、復帰カウンタのカウント値NR1をインクリメントする。
S113では、故障フラグを「復帰中」とする。
S114では、信頼度C1を漸増、または、復帰カウンタのカウント値NR1に応じ、直近の信頼度以上の所定値に変更する。
S116では、信頼度を最大値とする。
Tm_w=Tm×Wm ・・・(1)
なお、重み付け係数Wmは、第1信頼度C1そのものでもよいし、第1信頼度C1を用いた換算値であってもよい。
第2信頼度演算部63は、操舵トルク検出値Tsの信頼度である第2信頼度C2を演算する。本実施形態では、トルクセンサ32が正常である場合の第2信頼度C2を最大値(例えば1)、故障が確定された場合の第2信頼度C2を最小値(例えば0)とし、異常が検出されてから故障または正常復帰が確定されるまでの期間における第2信頼度C2を最小値から最大値までの間の値とする。
第2信頼度演算部63における信頼度演算処理は、第1信頼度演算部53における処理と同様であるので、説明を省略する。
Ts_w=Ts×Ws ・・・(2)
なお、重み付け係数Wsは、第2信頼度C2そのものでもよいし、第2信頼度C2を用いた換算値であってもよい。
モータ角速度演算部71は、回転角センサ33から取得されるモータ回転角θmに基づき、モータ角速度検出値ωmを演算する。
コラム軸換算部72では、モータ角速度検出値ωmをウォームギア16のギア比に基づいて換算し、コラム軸12の回転角速度であるコラム軸角速度検出値ωcを演算する。本実施形態では、コラム軸角速度検出値ωcが「コラム軸の回転角速度検出値」に対応する。
第3信頼度演算部73における信頼度演算処理は、第1信頼度演算部53における処理と同様であるので、説明を省略する。
ωc_w=ωc×Wω ・・・(3)
なお、重み付け係数Wωは、第3信頼度C3そのものでもよいし、第3信頼度C3を用いた換算値であってもよい。
ステアリング軸負荷推定部81では、ステアリング軸負荷Txを推定する。ステアリング軸負荷Txは、運転者によるハンドル操作、および、モータ15の駆動によるアシストによって行われる操舵の負荷であって、コラム軸12とインターミディエイトシャフト13との連結部付近であるX部に係るトルクである。ステアリング軸負荷Txの推定については、後述する。
基本トルク演算部82では、ステアリング軸負荷推定部81にて推定されたステアリング軸負荷Txに基づき、アシストトルク基本指令値Tm*_bを演算する。
加算器86は、アシストトルク基本指令値Tm*_bと補正トルクTm_cとを加算し、アシストトルク指令値Tm*を演算する。モータ15は、アシストトルク指令値Tm*に基づいて制御される。
図3は、電動パワーステアリングシステム1をモデル図であって、電動パワーステアリングシステム1を、3つの慣性体である「ハンドル部H」、「コラム部C」、「負荷部L」と、慣性体を繋ぐばねから構成され、ハンドル部Hとコラム部CとがばねSPtにより連結され、コラム部Cと負荷部LとがばねSPinにより連結され、負荷部Lと路面rdとがばねSPtiによって連結されているとみなす。
そこで本実施形態では、電流センサ31の異常が検出されてから、故障あるいは正常復帰が確定されるまでの期間において、アシストトルク検出値Tmに係る重み付け係数Wmを電流センサ31の信頼度に応じて変更する。
そこで本実施形態では、トルクセンサ32の異常が検出されてから、故障あるいは正常復帰が確定されるまでの期間において、操舵トルク検出値Tsに係る重み付け係数Wsをトルクセンサ32の信頼度に応じて変更する。
そこで本実施形態では、回転角センサ33の異常が検出されてから、故障あるいは正常復帰が確定されるまでの期間において、コラム軸角速度検出値ωcに係る重み付け係数Wωを回転角センサ33の信頼度に応じて変更する。
信頼度演算部53、63、73は、モータ15に通電される電流を検出する電流センサ31、操舵トルクを検出するトルクセンサ32、および、モータ15の回転角を検出する回転角センサ33の少なくとも1つについて、異常検出状態に応じた信頼度C1、C2、C3を演算する。
第2信頼度演算部63は、操舵トルクを検出するトルクセンサ32について、異常検出状態に応じた第2信頼度C2を演算する。
第3信頼度演算部73は、モータ15の回転角である機械角θmを検出する回転角センサ33について、異常検出状態に応じた第3信頼度C3を演算する。
第2重み付け演算部65は、第2信頼度C2に応じ、ステアリング軸負荷Txの推定に用いる操舵トルク検出値Tsの重み付けを変更する。
第3重み付け演算部75は、第3信頼度C3に応じ、ステアリング軸負荷Txの推定に用いるコラム軸角速度検出値ωcの重み付けを変更する。
そこで本実施形態では、異常検出状態に応じた各センサ31〜33の信頼度C1、C2、C3を演算し、ステアリング軸負荷Txの演算に用いる値の重み付けを信頼度C1、C2、C3に応じて変更するので、ステアリング軸負荷Txを適切に推定することができる。また、ステアリング軸負荷Txに基づいてアシストトルク指令値Tm*を演算する場合、アシストトルク指令値Tm*が適切に演算される。これにより、演算されるアシストトルク指令値Tm*は、センサ異常に伴うセンサ値の急峻な変化を受けにくくなるため、車両挙動への影響を低減することができる。
第2重み付け演算部65は、トルクセンサ32の異常が検出されてから故障が確定されるまでの期間において、ステアリング軸負荷Txの推定に用いる操舵トルクを、第2信頼度C2に応じて徐々に減少させる。
ここで、「徐々に減少させる」とは、漸減させることに限らず、信頼度C1〜C3に応じて段階的に小さくすることを含むものとする。
第2重み付け演算部65は、トルクセンサ32の異常が検出された後、故障が確定されずに規定時間が経過して正常復帰させる場合、ステアリング軸負荷Txの推定に用いる操舵トルク検出値Tsを徐々に増加させる。
ここで、「徐々に増加させる」とは、漸増させることに限らず、信頼度C1、C2、C3に応じて段階的に大きくすることを含むものとする。
制御装置41は、基本トルク演算部82、補正トルク演算部85および加算器86を備える。基本トルク演算部82および加算器86は、ステアリング軸負荷Txに基づき、モータ15の駆動に係るアシストトルク指令値Tm*を演算する。これにより、アシストトルク指令値Tm*を適切に演算することができる。
また、アシストトルク検出値Tmが「電流対応値」、操舵トルク検出値Tsが「トルク対応値」、コラム軸角速度検出値ωcが「回転角対応値」に、それぞれ対応する。また、故障カウンタおよび復帰カウンタのカウント値、ならびに、故障フラグの状態が「異常検出状態」に対応する。
本発明の第2実施形態による制御装置を図4に基づいて説明する。
図4に示すように、本実施形態の制御装置42は、第1入力値演算部50が省略されている。そして、ステアリング軸負荷推定部81には、第1入力値としてアシストトルク指令値の前回値Tm* (n-1)が入力され、アシストトルク重み付け値Tm_wに替えて、アシストトルク指令値の前回値Tm* (n-1)を用いてステアリング軸負荷Txを演算する。
電流センサ31の検出値に基づいて演算されるモータ15から出力されるアシストトルク検出値Tmに替えて、アシストトルク指令値Tm*を用いることにより、電流センサ31のノイズの影響を低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態においては、電流センサ31を省略してもよい。
本発明の第3実施形態による制御装置を図5に示す。
図5に示すように、本実施形態の制御装置43は、第2実施形態の制御装置42に加え、第1入力値演算部150を備える。第1入力値演算部150は、第1信頼度演算部53、および、第1重み付け演算部155を有する。
Tm*_w=Tm* (n-1)×Wm ・・・(10)
ステアリング軸負荷推定部81では、アシストトルク重み付け値Tm_wに替えて、重み付け後アシストトルク指令値Tm*_wを用いて、ステアリング軸負荷Txを推定する。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、第1重み付け演算部55に替えて、第1重み付け演算部155が「重み付け変更手段」に対応する。その他については第1実施形態と同様である。
本発明の第4実施形態による制御装置を図6に示す。
図6に示すように、本実施形態の制御装置44は、第2入力値演算部60が省略されている。また、指令値演算部180では、上記実施形態の基本トルク演算部82に替えて、操舵トルク演算部83、および、目標追従制御器84を有する。
目標追従制御器84では、実際の操舵トルク検出値Tsが操舵トルク指令値Ts*に追従するように、トルクセンサ32により検出された操舵トルク検出値Tsおよび操舵トルク指令値Ts*に基づくフィードバック演算を行い、アシストトルク基本指令値Tm*_bを演算する。
操舵トルク演算部83は、ステアリング軸負荷Txに基づき、操舵トルク指令値Ts*を演算する。
目標追従制御器84、補正トルク演算部85および加算器86は、操舵トルク指令値Ts*および操舵トルク検出値Tsに基づき、モータ15の駆動に係るアシストトルク指令値Tm*を演算する。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、操舵トルク演算部83が「操舵トルク指令値演算手段」に対応し、目標追従制御器84、補正トルク演算部85および加算器86が「アシストトルク指令値演算手段」に対応する。
本発明の第5実施形態による制御装置を図7に示す。
図7に示すように、本実施形態の制御装置45は、第4実施形態の制御装置44に加え、第2入力値演算部160を備える。第2入力値演算部160は、第2信頼度演算部63、および、第2重み付け演算部165を有する。
Ts*_w=Ts* (n-1)×Ws ・・・(11)
ステアリング軸負荷推定部81では、操舵トルク重み付け値Ts_wに替えて、重み付け後操舵トルク指令値Ts*_wを用いて、ステアリング軸負荷Txを推定する。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、第2重み付け演算部65に替えて、第2重み付け演算部165が「重み付け変更手段」に対応する。その他については第1実施形態と同様である。
(ア)信頼度演算手段、重み付け変更手段
第1実施形態では、電流センサ、トルクセンサ、および、回転角センサについて、それぞれの信頼度を演算し、信頼度に応じてステアリング軸負荷の推定に用いる値の重み付けを変更する。他の実施形態では、電流センサ、トルクセンサ、および、回転角センサの少なくとも1つの信頼度が演算されていればよく、一部の信頼度の演算、および、信頼度に応じた重み付け演算を省略してもよい。
第2実施形態〜第5実施形態についても同様である。
また、他の実施形態では、異常検出から故障確定に至らず正常復帰する場合、ステアリング軸負荷の推定に用いる値の重み付けは、必ずしも信頼度に応じて変化させる必要はなく、例えば急変を抑制可能な程度に正常時の値に漸近させればよい。
第1実施形態では、ステアリング軸負荷推定手段は、電流対応値としてアシストトルク、トルク対応値として操舵トルク、回転角検出値としてコラム軸角速度を用いてステアリング軸負荷を推定する。
第2実施形態および第3実施形態では、ステアリング軸負荷推定手段は、電流対応値としてアシストトルク指令値の前回値、トルク対応値として操舵トルク、回転角検出値としてコラム軸角速度を用いてステアリング軸負荷を推定する。
第4実施形態および第5実施形態では、ステアリング軸負荷推定手段は、電流対応値としてアシストトルク、トルク対応値として操舵トルク指令値の前回値、回転角検出値としてコラム軸角速度を用いてステアリング軸負荷を推定する。
また、上記実施形態では、電流対応値は、アシストトルクまたはアシストトルク指令値である。他の実施形態では、電流対応値は、電流センサの検出値に対応する値であれば、アシストトルクまたはアシストトルク指令値以外の値としてもよい。
また、上記実施形態では、回転角対応値は、コラム軸角速度である。他の実施形態では、回転角対応値は、回転角センサの検出値に対応する値であれば、例えばコラム軸角加速度等、コラム軸角速度以外の値としてもよい。
第1実施形態〜第3実施形態では、ステアリング軸負荷に基づき、アシストトルク指令値を演算する。他の実施形態では、第1実施形態〜第3実施形態の構成にて、第4実施形態のように、ステアリング軸負荷に基づいて操舵トルク指令値を演算し、操舵トルク指令値に基づいてアシストトルク指令値を演算してもよい。
上記実施形態の電動パワーステアリングシステムは、モータのアシストトルクがコラム軸に付与される所謂「コラムアシストタイプ」である。他の実施形態では、電動パワーステアリングシステムは、モータのアシストトルクがラック軸に付与される「ラックアシストタイプ」等、コラム軸以外の箇所にアシストトルクが付与されるように構成してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
15・・・モータ
41〜45・・・制御装置
53・・・第1信頼度演算部(信頼度演算手段)
63・・・第2信頼度演算部(信頼度演算手段)
73・・・第3信頼度演算部(信頼度演算手段)
55、155・・・第1重み付け演算部(重み付け変更手段)
65、165・・・第2重み付け演算部(重み付け変更手段)
75・・・第3重み付け演算部(重み付け変更手段)
81・・・ステアリング軸負荷演算部(ステアリング軸負荷推定手段)
Claims (10)
- 運転者により操舵される操舵部材(10)に連結される入力軸(11)と、
前記入力軸の前記操舵部材と反対側に接続されるコラム軸(12)と、
前記コラム軸の回転運動を往復運動に変換するラックアンドピニオン機構を有し、車輪(20)を転舵させる転舵装置(17)と、
前記操舵部材の操舵を補助するアシストトルクを発生するモータ(15)と、
を備える電動パワーステアリングシステム(1)における前記モータを制御する制御装置(41〜45)であって、
前記モータに通電される電流を検出する電流センサ(31)、操舵トルクを検出するトルクセンサ(32)、および、前記モータの回転角を検出する回転角センサ(33)の少なくとも1つについて、異常検出状態に応じた信頼度を演算する信頼度演算手段(53、63、73)と、
前記電流センサの検出値に応じた値である電流対応値、前記トルクセンサの検出値に応じた値であるトルク対応値、および、前記回転角センサの検出値に応じた値である回転角対応値を用いて、ステアリング軸負荷を推定するステアリング軸負荷推定手段(81)と、
異常が検出されたセンサに対応する前記電流対応値、前記トルク対応値、または、前記回転角対応値について、前記信頼度に応じ、前記ステアリング軸負荷の推定に用いる値の重み付けを変更する重み付け変更手段(55、65、75、155、165)と、
を備え、
前記電流対応値は、アシストトルク指令値の前回値であることを特徴とする制御装置。 - 前記トルク対応値は、前記トルクセンサにより検出される操舵トルク検出値であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置(41、42、43)。
- 前記トルク対応値は、操舵トルク指令値の前回値であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置(44、45)。
- 運転者により操舵される操舵部材(10)に連結される入力軸(11)と、
前記入力軸の前記操舵部材と反対側に接続されるコラム軸(12)と、
前記コラム軸の回転運動を往復運動に変換するラックアンドピニオン機構を有し、車輪(20)を転舵させる転舵装置(17)と、
前記操舵部材の操舵を補助するアシストトルクを発生するモータ(15)と、
を備える電動パワーステアリングシステム(1)における前記モータを制御する制御装置(41〜45)であって、
前記モータに通電される電流を検出する電流センサ(31)、操舵トルクを検出するトルクセンサ(32)、および、前記モータの回転角を検出する回転角センサ(33)の少なくとも1つについて、異常検出状態に応じた信頼度を演算する信頼度演算手段(53、63、73)と、
前記電流センサの検出値に応じた値である電流対応値、前記トルクセンサの検出値に応じた値であるトルク対応値、および、前記回転角センサの検出値に応じた値である回転角対応値を用いて、ステアリング軸負荷を推定するステアリング軸負荷推定手段(81)と、
異常が検出されたセンサに対応する前記電流対応値、前記トルク対応値、または、前記回転角対応値について、前記信頼度に応じ、前記ステアリング軸負荷の推定に用いる値の重み付けを変更する重み付け変更手段(55、65、75、155、165)と、
を備え、
前記トルク対応値は、操舵トルク指令値の前回値であることを特徴とする制御装置。 - 前記電流対応値は、前記電流センサの検出値に基づいて演算されるアシストトルク検出値であることを特徴とする請求項4に記載の制御装置(41、44、45)。
- 前記重み付け変更手段は、前記電流センサ、前記トルクセンサ、または、前記回転角センサの異常が検出されてから故障が確定されるまでの期間において、異常が検出されたセンサに対応する前記電流対応値、前記トルク対応値、または、前記回転角対応値について、前記ステアリング軸負荷の推定に用いる値を前記信頼度に応じて徐々に減少させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記重み付け変更手段は、前記電流センサ、前記トルクセンサ、または、前記回転角センサの異常が検出された後、故障が確定されずに規定時間が経過して正常復帰させる場合、異常が検出されて故障が確定されなかったセンサに対応する前記電流対応値、前記トルク対応値、または、前記回転角対応値について、前記ステアリング軸負荷の推定に用いる値を正常時の値までの範囲で徐々に増加させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記モータは、前記コラム軸と接続され、
前記回転角対応値は、前記回転角センサの検出値に基づいて演算される前記コラム軸の回転角速度検出値であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷に基づき、前記モータの駆動に係るアシストトルク指令値を演算するアシストトルク指令値演算手段(82、85、86)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の制御装置(41、42、43)。
- 前記ステアリング軸負荷に基づき、操舵トルク指令値を演算する操舵トルク指令値演算手段(83)と、
前記操舵トルク指令値、および、前記操舵トルクに基づき、前記モータの駆動に係るアシストトルク指令値を演算するアシストトルク指令値演算手段(84、85、86)と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の制御装置(44、45)。
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