JP6657757B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とする操舵制御装置に関する。
たとえば特許文献1には、ラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ軸方向と交差する方向への変位を規制するステアリングギアボックス(規制部材)を、ゴム製のマウントブッシュを利用して車体に固定するものが提案されている。詳しくは、ステアリングギアボックスの複数箇所に取付孔を設け、取付孔にマウントブッシュを嵌め込んで、マウントブッシュにボルトを挿入して車体に締結することによって、ステアリングギアボックスを車体に弾性支持することが記載されている。
特開2009−236297号公報
上記操舵装置は、ステアリングギアボックスに対してラック軸を軸方向へ相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させるものである。このため、こうした操舵装置を操作対象として転舵輪の転舵制御を実行する操舵制御装置は、ステアリングギアボックスに対するラック軸の軸方向への相対変位量の制御によって、転舵輪の転舵角を制御することができる。しかし、上記のようにマウントブッシュによってステアリングギアボックスを車体に弾性支持する場合、マウントブッシュの弾性のために、ステアリングギアボックス自体が車体に対して軸方向に相対変位することがある。そしてこの場合には、ステアリングギアボックスに対するラック軸の軸方向への相対変位量と、車体に対するラック軸の軸方向への相対変位量との間には、車体に対するステアリングギアボックスの相対的な変位量だけ差が生じる。そしてこの差は、ステアリングギアボックスに対するラック軸の軸方向への相対変位量の制御によって転舵輪の転舵角を制御する場合に、転舵角の制御の誤差となるおそれがある。
一方、ステアリングギアボックスを車体に取り付けるに際して、ゴム製のマウントブッシュを利用せず、ステアリングギアボックスと車体とを強固に固定することも考えられる。そしてその場合には、ステアリングギアボックスに対するラック軸の軸方向への相対変位量の制御によって転舵輪の転舵角を制御する場合であっても、転舵角の制御の誤差を抑制することはできる。ただし、その場合、転舵輪を大きく転舵させた場合に、車両に衝撃が伝達されやすいなど、必ずしもユーザのニーズに合致するとは限らない。
このように、転舵輪の転舵制御を実行することに伴って生じる現象は、規制部材を車体に固定する手法に大きな影響を受ける。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転舵輪の転舵制御を実行することに伴って生じる現象が規制部材を車体に固定する手法から受ける影響を緩和することができるようにした操舵制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備える。
上記構成では、補正処理部が、軸力取得処理部により取得されたラック軸力に基づき目標値設定処理部により設定された目標値を補正し、転舵処理部が、上記相対変位量を補正された目標値に制御する。このように、転舵処理部が、補正された目標値に制御するため、転舵処理部が上記相対変位量を目標値設定処理部により設定された目標値に直接制御する場合と比較すると、規制部材を車体に固定する手法の影響が、車両の挙動に直接反映されにくい。したがって、上記構成では、転舵輪の転舵制御を実行することに伴って生じる現象が規制部材を車体に固定する手法から受ける影響を緩和することができる。
2.上記1記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、ステアリングホイールが連結されたステアリングシャフトの回転角度である操舵角と前記転舵輪の転舵角との比である舵角比を変更可能なものであり、前記目標値設定処理部は、前記ステアリングホイールの操作に基づき、前記目標値を設定するものであり、前記補正処理部による前記目標値の補正によって、補正がなされない場合と比較して、前記操舵角と前記相対変位量との比である制御舵角比が変更される。
上記構成では、操舵角と相対変位量との比である制御舵角比が変更される。このため、ユーザによってステアリングホイールが操作されることによって実現される舵角比を、目標値の補正がなされない場合に対して変更することができる。
3.上記2記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、前記ステアリングホイールと前記転舵輪との動力伝達を遮断可能なものであり、前記補正処理部は、前記転舵輪と前記ステアリングホイールとの動力遮断状態において前記目標値を補正するものである。
上記構成では、転舵輪とステアリングホイールとの動力遮断状態において目標値が補正されるため、目標値の補正に伴う転舵輪の転舵制御によって、ステアリングホイールに意図しない力が加わることを回避することができる。
4.上記2記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、前記ステアリングシャフトに加わるトルクを前記転舵輪側に伝達させつつ前記操舵角と前記相対変位量との比である制御舵角比を変更する可変舵角比アクチュエータを備え、前記目標値設定処理部は、前記相対変位量の目標値を設定する処理として、前記制御舵角比の目標値を設定する処理を実行するものであり、前記補正処理部は、前記制御舵角比の目標値を補正するものであり、前記補正処理部が補正した前記制御舵角比の目標値に基づき、前記可変舵角比アクチュエータを操作する舵角操作処理部を備える。
上記構成では、ラック軸力に基づき制御舵角比の目標値を補正するため、操舵角を維持したまま、相対変位量を変更することができる。したがって、目標値の補正によって、ステアリングホイールに意図しない力が加わることを回避することができる。
5.上記1記載の操舵制御装置において、前記目標値設定処理部は、前記目標値の設定によって、ステアリングホイールの操作によらずに前記転舵輪を転舵させる自動操舵処理を実行するものであり、前記補正処理部は、前記自動操舵処理が実行されているときに前記目標値を補正する。
上記構成によれば、自動操舵処理が、車両の振動や操舵に対する転舵の制御性について考慮せずに実行されたものであっても、相対変位量の目標値を補正することによって、これらを適切なものとすることが可能となる。すなわち、自動操舵処理によって設定された相対変位量の目標値に、実際の相対変位量が直接制御される場合には、自動操舵処理によって設定された相対変位量の目標値への制御に伴って生じる現象が、規制部材を車体に固定する手法から直接的な影響を受ける。これに対して、補正処理部が目標値を補正することにより、たとえば、ラック軸力をより小さくする側に目標値を補正することにより振動を抑制したり、ラック軸力をより大きくする側に目標値を補正することにより転舵の制御性を高めたりすることができる。
6.上記3または5記載の操舵制御装置において、前記軸力取得処理部は、前記転舵モータのトルクおよび前記転舵モータを流れる電流の少なくとも一方に基づき、前記ラック軸力を算出する。
上記構成では、転舵モータのトルクは、ラック軸力に応じたものとなる。また、転舵モータのトルクは、転舵モータに流れる電流によって定まる。このため、上記構成では、相対的な変位量への制御の操作量に基づき、ラック軸力を算出することができる。
7.上記4記載の操舵制御装置において、前記ステアリングシャフトに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を取得する操舵トルク取得処理部を備え、前記軸力取得処理部は、前記転舵モータのトルクおよび前記転舵モータを流れる電流の少なくとも一方と、前記操舵トルク取得処理部が取得した操舵トルクとに基づき、前記ラック軸力を算出する。
上記構成では、相対変位量が目標値に制御され、また、可変舵角比アクチュエータが操舵トルクを転舵輪側に伝達するものであるため、操舵トルクと転舵モータのトルクとは、ラック軸力に応じたものとなる。また、転舵モータのトルクは、転舵モータに流れる電流によって定まる。このため、上記構成では、相対的な変位量への制御のための操作量と操舵トルクとに基づき、ラック軸力を算出することができる。
8.上記1〜7のいずれか1つに記載の操舵制御装置において、前記補正処理部は、前記相対変位量の目標値を前記ラック軸がより大きくなる側に補正するものであって、前記ラック軸力が小さい場合と比較して大きい場合に前記目標値の補正量の絶対値を大きくするものである。
上記構成では、ラック軸力に応じて、ラック軸力がより大きくなる側に相対変位量の目標値が補正されるため、補正されなかった場合と比較すると、相対変位量がラック軸力がより大きくなる側の量となる。このため、たとえば、ラック軸力が大きいために相対変位量の割りに転舵角が小さくなる事態が生じることを抑制することができる。
9.上記8記載の操舵制御装置において、前記規制部材は、ゴムを備えたブッシュを介して車体に固定される。
上記構成では、規制部材がゴムを備えたブッシュを介して車体に固定されているため、ラック軸力が大きくなる場合、規制部材自体が車体に対して相対変位するおそれがある。そして、規制部材が車体に対して相対変位する場合、規制部材に対するラック軸の相対変位量の割りに転舵輪の実際の転舵角が小さくなる。これに対し、上記構成では、目標値が、ラック軸力をより大きくする側に補正されるため、こうした事態が生じることを抑制できる。
10:上記1記載の操舵制御装置において、前記操舵装置は、前記車体に対して前記規制部材を弾性支持するブッシュを備え、前記補正処理部は、前記ブッシュの撓みにより前記規制部材が前記車体に対して相対変位することによって、前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記目標値に一致させるように制御する際に生じる、前記転舵輪の転舵角の制御の誤差が低減するように前記目標値を補正する。
上記構成では、規制部材がゴムを備えたブッシュを介して車体に弾性支持されているため、ラック軸力が大きくなる場合、規制部材自体が車体に対して相対変位するおそれがある。そして、規制部材が車体に対して相対変位する場合、規制部材に対するラック軸の相対変位量を目標値に一致させるように制御する際に転舵角の制御に誤差が生じる。これに対し、上記構成では、目標値が補正されるため、こうした事態が生じることを抑制できる。
11.上記1〜7のいずれか1つに記載の操舵制御装置において、前記補正処理部は、前記相対変位量の目標値を前記ラック軸がより小さくなる側に補正するものであって、前記ラック軸力が小さい場合と比較して大きい場合に前記目標値の補正量の絶対値を大きくするものである。
上記構成では、ラック軸力に応じて、ラック軸力がより小さくなる側に相対変位量が補正されるため、補正されなかった場合と比較すると、相対変位量が、ラック軸力がより小さくなる側の量となる。このため、目標値を補正しなかった場合と比較して、転舵輪の転舵制御によって車体に加わる衝撃を緩和することができる。
12.上記1〜7のいずれか1つに記載の操舵制御装置は、前記補正処理部は、所定の前記ラック軸力に対して前記相対変位量の前記目標値を補正する補正量の大きさおよび符号の少なくとも一方が相違する複数のパターンを有して且つ、前記複数のパターンのうちの1つのパターンに基づき前記相対変位量の目標値を補正する補正量を設定するものであり、前記複数のパターンのうちの1つを指定する指定信号を取得する指示取得処理部を備え、前記補正処理部は、前記指示取得処理部が取得した指定信号に基づき、前記複数のパターンの中から、前記相対変位量の前記目標値を補正する補正量の設定に利用するパターンを選択する。
ラック軸力がより大きくなる側に目標値を補正する場合、相対変位量の目標値に対する転舵輪の転舵の制御性が高くなる一方、転舵時の衝撃が大きくなる。特に、補正の度合いが大きいほど、制御性がより高くなる一方、衝撃もより大きくなる。これに対し、ラック軸力がより小さくなる側に目標値を補正する場合、相対変位量の目標値の対する転舵輪の転舵の制御性は低くなるものの、転舵時の衝撃は小さくなる。したがって、制御性を高める要求や、その高める度合いをどうするかの要求、衝撃を緩和する要求等、複数の要求のうちのいずれの要求を満たすかは、複数のパターンのうちのいずれを指定するかに依存する。上記構成では、この点に鑑み、様々な要求に応じる汎用性のある制御を実現することができる。
第1の実施形態にかかる操舵制御装置および操舵装置を示す図。 同実施形態にかかるハウジングのマウント部の断面構成を示す断面図。 同実施形態にかかる操舵制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかる軸力取得処理部の処理を示す流れ図。 同実施形態にかかる補正量算出処理部の処理を示す流れ図。 第2の実施形態にかかるハウジングのマウント部の断面構成を示す断面図。 同実施形態にかかる補正量算出処理部の処理を示す流れ図。 第3の実施形態にかかる補正処理パターンの設定処理を示す流れ図。 同実施形態にかかる補正量算出処理部の処理を示す流れ図。 第4の実施形態にかかる操舵制御装置および操舵装置を示す図。 同実施形態にかかる操舵制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 同実施形態にかかる軸力取得処理部の処理を示す流れ図。 第5の実施形態にかかる操舵制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。
<第1の実施形態>
以下、操舵制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる操舵装置においては、ステアリングホイール(ステアリング10)が、ステアリングシャフト12に固定されており、ステアリングシャフト12は、電子制御式のクラッチ14を介してピニオン軸16に連結可能とされている。
ピニオン軸16は、転舵アクチュエータPSAのラック軸20に動力伝達可能に配置されている。詳しくは、ラック軸20とピニオン軸16とは、所定の交叉角をもって配置されており、ラック軸20に形成された第1ラック歯20aとピニオン軸16に形成されたピニオン歯16aとが噛合されることで第1ラックアンドピニオン機構22が構成されている。また、ラック軸20の両端には、タイロッド24が連結されており、タイロッド24の先端は転舵輪26が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、ステアリング10の操作に伴うステアリングシャフト12の回転が第1ラックアンドピニオン機構22によりラック軸20の軸方向Daへの変位に変換され、軸方向Daの変位がタイロッド24を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪26の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
上記ラック軸20は、ピニオン軸28と所定の交叉角をもって配置されており、ラック軸20に形成された第2ラック歯20bとピニオン軸28に形成されたピニオン歯28aとが噛合されることで第2ラックアンドピニオン機構30が構成されている。ピニオン軸28は、ウォームアンドホイール等の転舵側減速機32を介して、転舵モータ34の回転軸34aに接続されている。転舵モータ34は、3相の表面磁石同期電動機(SPMSM)である。
上記ラック軸20は、軸方向Daと交差する方向への変位を規制する規制部材(ハウジング40)に収容されている。ハウジング40は、軸方向Daの両端部に設けられたマウント部42によって、車体(ここでは、サスペンションメンバ48を例示)に固定されている。
図2に、マウント部42の断面を示す。
図2に示すように、マウント部42は、ブッシュ50を介してサスペンションメンバ48に締結固定されている。ここで、ブッシュ50は、筒状部52と、フランジ部54と、ゴム56とを備えている。ここで、ゴム56および筒状部52は、ゴム56が筒状部52の径方向外側を覆った状態で、マウント部42の内周面42aに挿入されている。ここで、ゴム56および筒状部52は、いずれもそれら両端部が、内周面42aから外にはみ出している。そして、ゴム56は、はみ出した部分が、筒状部52の径方向外側に延びている。一方、フランジ部54は、サスペンションメンバ48に進む方向DFに平行な方向の両側において、マウント部42の内周面42aから突出した部分に設けられている。フランジ部54は、ゴム56に追従するようにして筒状部52の径方向外側に向かって延びている。ここで、筒状部52やフランジ部54は、金属等の硬い固体や「硬さ」や「強さ」を兼ね備えた多結晶体等の剛体である。
筒状部52およびフランジ部54を貫通する孔の内周面52aには、締結部材44が挿入され、マウント部42をサスペンションメンバ48に締結している。このため、マウント部42(ハウジング40)は、サスペンションメンバ48に弾性支持されている。
図1に戻り、転舵モータ34は、インバータINVを介してバッテリ49に接続されている。インバータINVは、バッテリ49の正極および負極のそれぞれと転舵モータ34の3個の端子のそれぞれとの間を開閉する回路である。
なお、図1においては、インバータINVを構成するMOS電界効果トランジスタ(スイッチング素子)の符号のうち転舵モータ34の3個の端子のそれぞれに接続されるものに、「u,v,w」のそれぞれを付与し、また、上側アームに「p」を、下側アームに「n」を付与している。なお、以下では、「u,v,w」を総括して「¥」と表記し、「p,n」を総括して「#」と表記する。すなわち、インバータINVは、バッテリ49の正極と転舵モータ34の端子との間を開閉するスイッチング素子S¥pと、バッテリ49の負極と転舵モータ34の端子との間を開閉するスイッチング素子S¥nとの直列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子S¥#には、ダイオードD¥#が逆並列接続されている。
上記ステアリングシャフト12には、ステアリング10の操作に抗する力である反力を付与する反力アクチュエータRAが接続されている。反力アクチュエータRAは、反力側減速機60、反力側減速機60に回転軸62aが連結された反力モータ62、および反力モータ62を駆動するインバータ64を備えている。
操舵制御装置(制御装置70)は、中央処理装置(CPU72)およびメモリ74を備えている。制御装置70は、転舵輪26の転舵角やステアリング10に加わる反力を制御量とする制御を実行する。この際、制御装置70は、各種センサの検出値を参照する。これらセンサとしては、たとえば、転舵モータ34の回転軸34aの回転角度θp0を検出する回転角度センサ80、反力モータ62の回転軸62aの回転角度θs0を検出する回転角度センサ66、ステアリングシャフト12に加わるトルク(操舵トルクTrqs)を検出するトルクセンサ84がある。また、車両の走行速度(車速V)を検出する車速センサ82などもある。さらに、制御装置70は、スイッチング素子Sun,Svn,Swnのそれぞれのソース側に接続されたシャント抵抗76の電圧降下を電流iu,iv,iwとして取得し、これらを参照する。なお、図1には、ラック軸20、ピニオン軸28、転舵側減速機32、転舵モータ34、およびインバータINVを破線にて囲ってあり、これらを、転舵アクチュエータPSAが備えていることを示した。
図3に、制御装置70が実行する処理の一部を示す。図3に示す処理は、メモリ74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって実現される処理を、実現する処理の種類毎に記載したものである。なお、図3に示す処理は、クラッチ14によって、ステアリング10と転舵輪26との動力伝達が遮断された状態におけるものである。
アシストトルク設定処理部M10は、トルクセンサ84によって検出された操舵トルクTrqsに基づき、アシストトルクTaを算出する。ここで、アシストトルクTaは、操舵トルクTrqsが大きいほど大きい値に設定される。
加算処理部M14は、アシストトルクTaに操舵トルクTrqsを加算した値を出力する。反力設定処理部M12は、ステアリング10の操作に応じた反力Firを設定する。本実施形態では、後述する目標転舵角θp*に基づき、反力Firを設定する。
偏差算出処理部M16は、加算処理部M14の出力値から反力Firを減算した値を出力する。
目標角度設定処理部M18は、偏差算出処理部M16の出力値に基づき、目標操舵角θs*を設定する。ここでは、偏差算出処理部M16の出力値Ffと、目標操舵角θs*とを関係づける以下の式(c1)にて表現されるモデル式を利用する。
Ff=C・θs*’+J・θs*’’ …(c1)
上記の式(c1)にて表現されるモデルは、ステアリング10と転舵輪26とが機械的に連結されたものにおいて、ステアリング10の回転に伴って回転する回転軸のトルクと回転角度との関係を定めるモデルである。上記の式(c1)において、粘性係数Cは、操舵装置の摩擦等をモデル化したものであり、慣性係数Jは、操舵装置の慣性をモデル化したものである。ここで、粘性係数Cおよび慣性係数Jは、車速Vに応じて可変設定される。
積算処理部M20は、回転角度センサ66によって検出された回転角度θs0を、0〜360°よりも広い角度領域の数値に変換して操舵角θsとする。すなわち、たとえば、ステアリング10が車両を直進させる中立位置から右側または左側に最大限回転操作される場合、回転軸62aは、複数回回転する。したがって、積算処理部M20では、たとえばステアリング10が中立位置にある状態から回転軸62aが所定方向に2回転する場合、操舵角θsを720°とする。なお、積算処理部M20は、中立位置における操舵角θsをゼロとする。
偏差算出処理部M22は、目標操舵角θs*から操舵角θsを減算した値を出力する。
操舵角制御処理部M24は、操舵角θsを目標操舵角θs*にフィードバック制御するための操作量として、反力モータ62が生成するトルクの指令値である反力トルクTrqr*を設定する。具体的には、目標操舵角θs*から操舵角θsを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、反力トルクTrqr*とする。
操作信号生成処理部M26は、反力トルクTrqr*に基づき、インバータ64の操作信号MSを生成してインバータ64に出力する。これは、たとえば、反力トルクTrqr*に基づきq軸電流の指令値を設定し、dq軸の電流を指令値にフィードバック制御するための操作量としてdq軸の電圧指令値を設定する周知の電流フィードバック制御にて実現することができる。なお、d軸電流はゼロに制御してもよいが、反力モータ62の回転速度が大きい場合には、d軸電流の絶対値をゼロより大きい値に設定し弱め界磁制御を実行してもよい。もっとも、低回転速度領域においてd軸電流の絶対値をゼロよりも大きい値に設定することも可能である。
積算処理部M28は、回転角度センサ80によって検出された回転角度θp0を、0〜360°よりも広い角度領域の数値に変換して転舵角θpとする。
舵角比可変処理部M30は、車速Vに基づき、操舵角θsと転舵角θpとの比(制御舵角比)を可変設定するための目標動作角θa*を設定する。加算処理部M32は、目標操舵角θs*に目標動作角θa*を加算することにより、目標転舵角θp1*を算出する。
偏差算出処理部M34は、目標転舵角θp1*に応じて算出される目標転舵角θp*から転舵角θpを減算した値を出力する。
転舵角制御処理部M36は、偏差算出処理部M34の出力値に基づき、転舵角θpを目標転舵角θp*にフィードバック制御するための操作量として、転舵モータ34が生成するトルクの指令値であるトルク指令値Trqt*を設定する。具体的には、目標転舵角θp*から転舵角θpを減算した値を入力とする比例要素、積分要素および微分要素のそれぞれの出力値の和を、トルク指令値Trqt*とする。
操作信号生成処理部M38は、トルク指令値Trqt*に基づき、インバータINVのスイッチング素子S¥#の操作信号g¥#を生成してインバータINVに出力する。これは、操作信号生成処理部M26による操作信号MSの生成処理と同様に行うことができる。
上記転舵角θpは、図1に示した軸方向Daにおけるハウジング40に対するラック軸20の相対変位量と1対1の対応関係を有したパラメータである。このため、軸方向Daにおけるハウジング40に対するラック軸20の相対変位量が同一であっても、ハウジング40が車体(サスペンションメンバ48)に対して軸方向Daにおいて相対変位する場合には、転舵輪26の実際の転舵角が一義的には定まらない。換言すれば、転舵角θpが目標転舵角θp*に一致するように制御がなされていたとしても、転舵輪26の実際の転舵角は意図した値からずれうる。ここで、ハウジング40がサスペンションメンバ48に対して軸方向Daにおいて相対変位する要因は、ラック軸20に対し、軸方向Daに負荷(ラック軸力AF)が加わるためである。
すなわち、ラック軸力AFが大きくなると、ラック軸力AFがラック軸20を介してピニオン軸28に伝達され、ピニオン軸28に、ピニオン軸28を軸方向Daに変位させようとする力が加わる。そして、この力は、ピニオン軸28を介してハウジング40に及ぼされる。ところで、本実施形態では、図2に示した態様にて、ハウジング40が車体(サスペンションメンバ48)に弾性支持されている。このため、ハウジング40に、ハウジング40を軸方向Daに変位させようとする力が加わると、ハウジング40は、軸方向Daに変位する。すなわち、ハウジング40に軸方向Daの力が加わると、図2に示した締結部材44を軸方向Daにおいて挟む両側のマウント部42のうちの一方がゴム56を変形させて筒状部52に近づく。これにより、ハウジング40が締結部材44に対して軸方向Daにおいて相対変位し、ひいては、ハウジング40が車体(サスペンションメンバ48)に対して軸方向Daにおいて相対変位する。
そこで、本実施形態では、ラック軸力AFに応じて、目標転舵角θp1*をフィードフォワード制御によって補正したものを最終的な目標転舵角θp*とする。以下、これについて詳述する。
軸力取得処理部M42は、転舵モータ34を流れる電流iu,iv,iwに基づき、ラック軸力AFを算出する。
図4に、軸力取得処理部M42の処理を示す。この処理は、軸力取得処理部M42によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
図4に示す一連の処理において、軸力取得処理部M42は、電流iu,iv,iwを取得する(S10)。次に、軸力取得処理部M42は、電流iu,iv,iwに基づき、q軸の電流iqを算出する(S12)。これは、転舵モータ34の回転角度θp0に基づき、回転座標系であるdq軸の座標系への変換処理によって実現することができる。次に、軸力取得処理部M42は、q軸の電流iqに、所定の係数K1を乗算することによって、ラック軸力AFを算出する(S14)。ここで、所定の係数K1は、転舵側減速機32のギア比や、ピニオン軸28のトルクとラック軸20の軸力との比、さらには、トルク定数に基づき設定されるものである。すなわち、q軸の電流iqにトルク定数を乗算することによって、転舵モータ34のトルクが定まる。そして、転舵モータ34のトルクは、転舵側減速機32等によって変換されてラック軸20に加わる。このため、q軸の電流iqに所定の係数K1を乗算することによって、転舵モータ34によってラック軸20に加えられる軸力を算出することができる。そして、本実施形態では、この軸力をラック軸力AFと絶対値が等しいとする。すなわち、本実施形態では、制御装置70によって転舵角θpが目標転舵角θp*に制御されており、この制御のためにラック軸20に加えられている軸力が、「K1・iq」であるため、この軸力は、ラック軸力AFと絶対値が等しいと見なせる。このため、ラック軸力AFを正とし、所定の係数K1を正とすることで、ラック軸力AFを「K1・iq」と見なせる。
なお軸力取得処理部M42は、ステップS14の処理を完了する場合、図4の処理を一旦終了する。
図3に戻り、補正処理部M40は、軸力取得処理部M42の出力するラック軸力AFに基づき、目標転舵角θp1*を補正し目標転舵角θp*とする。詳しくは、補正処理部M40は、ラック軸力AFに基づき補正量Δθを算出する補正量算出処理部M44と、目標転舵角θp1*に補正量Δθを加算して目標転舵角θp*を算出する加算処理部M46とを備えている。
図5に、補正量算出処理部M44の処理を示す。補正量算出処理部M44は、図5に示す処理を、所定周期で繰り返し実行する。
図5に示す一連の処理において、補正量算出処理部M44は、ラック軸力AFと補正量Δθとの関係を定めたマップデータを用い、軸力取得処理部M42が算出したラック軸力AFに基づき、補正量Δθをマップ演算する(S20)。ここで、マップデータとは、入力変数(ラック軸力AF)の離散的な値のそれぞれに対する出力変数(補正量Δθ)の値を記憶したデータである。補正量算出処理部M44は、ラック軸力AFがマップの入力変数のいずれか1つに一致する場合、対応する出力変数の値を補正量Δθとする一方、いずれにも一致しない場合、補間演算によって補正量Δθを算出する。
マップデータは、ラック軸力AFをより大きくする側の量であるときの補正量Δθの符号を正と定義すると、ラック軸力AFが大きい値である場合、小さい値である場合よりも補正量Δθとして大きい値を定めている。このため、補正量算出処理部M44は、ラック軸力AFが大きいほど、補正量Δθを大きい値に算出する。なお、ラック軸力AFが小さい場合には、補正量Δθは、ゼロとされる。
そして、補正量算出処理部M44は、算出した補正量Δθを、加算処理部M46に出力する(S22)。なお、補正量算出処理部M44は、ステップS22の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
なお、図3に示した処理において、たとえば右旋回時と左旋回時とで転舵角θpの符号を逆にして右旋回時を正とする場合には、補正量Δθが左旋回側の値である場合には、補正量算出処理部M44が出力する補正量Δθは、負とされる。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
たとえば、ステアリング10が大きく右に切られると、軸方向Daにおいて中立位置から離れる側にラック軸20を大きく変位させるように、転舵モータ34からラック軸20にトルクが加えられる。このとき、ラック軸力AFが大きくなるため、ラック軸20を介してハウジング40に、ハウジング40を車体(サスペンションメンバ48)に対して相対変位させる力が加わり、ハウジング40が車体に対して相対変位する。
ここで、制御装置70では、ラック軸力AFに応じて補正量Δθを算出し、目標転舵角θp1*に加算することによって、最終的な目標転舵角θp*を算出する。そして、転舵角θpが目標転舵角θp*となるように、転舵モータ34のトルクが操作される。このため、ハウジング40に対するラック軸20の軸方向Daにおける中立位置からの相対変位量が、補正量Δθによる補正がなされない場合と比較して、大きな値に制御される。
ここで、ハウジング40が車体に対して相対変位する方向は、ハウジング40に対してラック軸20が相対変位する方向と逆となる。このため、ハウジング40が車体に対して相対変位することによって、車体に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量が減少することは、ハウジング40に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量の補正量Δθによる増量によって補償される。換言すれば、転舵角θpの制御の誤差が低減される。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)ラック軸力AFがより大きくなる側に目標転舵角θp1*を補正した。これにより、ハウジング40が車体に対して相対変位したとしても、車体に対するラック軸20の相対変位量を高精度に制御することができ、ひいては転舵輪26の転舵制御の制御性を高く維持することができる。したがって、転舵輪26の転舵制御を実行することに伴って生じる現象がハウジング40を車体に固定する手法から受ける影響を緩和することができる。
(2)ステアリング10と転舵輪26との動力伝達がクラッチ14によって遮断された状態において、目標転舵角θp1*を補正した。これにより、目標転舵角θp1*の補正に伴う転舵輪26の転舵制御によって、ステアリング10に意図しない力が加わる事態を回避することができる。
(3)転舵モータ34の制御に利用されているパラメータである転舵モータ34を流れる電流iu,iv,iwに基づき、ラック軸力AFを算出した。これにより、ラック軸力AFを取得するうえで、新たなハードウェア手段を追加する必要が生じない。
(4)ハウジング40を、ゴム56を備えたブッシュ50を介して車体に固定した。この場合、ラック軸力AFが大きくなると、ハウジング40自体が車体に対して相対変位するおそれがある。そして、ハウジング40が車体に対して相対変位する場合、ハウジング40に対するラック軸力AFの相対変位量の割りに転舵輪26の実際の転舵角が小さくなる。これに対し、ラック軸力AFがより大きくなる側に目標転舵角θp1*を補正することにより、こうした事態が生じることを抑制できる。
<第2の実施形態>
以下、操舵制御装置にかかる第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図6に、本実施形態にかかるマウント部42の断面構成を示す。なお、図6において、図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図6に示すように、本実施形態では、ブッシュ50からゴム56を廃止し、筒状部52をマウント部42の内周面42aに接触させた。この場合、ラック軸力AFが大きい場合であっても、第1の実施形態のようにハウジング40が車体に対して相対変位することは十分に抑制される。しかしこの場合、ステアリング10を急激に右旋回または左旋回させた場合に、ラック軸力AFが大きくなることに起因して、車両に衝撃が加わり、ユーザが感知しやすい騒音が生じやすい。
そこで本実施形態では、車速Vが規定速度Vth以下であることを条件に、ラック軸力AFがより小さくなる側に目標転舵角θp1*を補正する。換言すれば、ラック軸力AFがより小さくなる側に、ハウジング40に対するラック軸20の中立位置からの軸方向Daへの相対変位量を補正する。ここで、規定速度Vthは、転舵輪26の転舵制御によって車両に加わる衝撃に起因した騒音がユーザに感知されやすい速度の上限値に設定する。
図7に、本実施形態にかかる補正量算出処理部M44の処理の手順を示す。この処理は、補正量算出処理部M44によって、所定周期で繰り返し実行される。なお、図7において、図5に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
図7に示す一連の処理において、補正量算出処理部M44は、まず車速Vを取得する(S30)。そして、補正量算出処理部M44は、車速が規定速度Vth以下であるか否かを判定する(S32)。そして補正量算出処理部M44は、規定速度Vth以下であると判定する場合(S32:YES)、ラック軸力AFに基づき、補正量Δθをマップ演算する(S20a)。ここで利用するマップデータは、ラック軸力AFをより大きくする側の値を正とすると補正量Δθをゼロ以下の値とするものであり、且つ、ラック軸力AFが大きいほど、補正量Δθの絶対値を大きくするものである。なお、マップデータは、メモリ74に予め記憶されている。また、ラック軸力AFが小さい場合、補正量Δθはゼロとされる。
以上説明した本実施形態によれば、第1の実施形態の上記(2),(3)の効果に加えて、さらに、以下の効果が得られる。
(5)ラック軸力AFが大きい場合に小さい場合よりも目標転舵角θp1*をラック軸力AFが小さくなる側に補正した。これにより、転舵輪26の転舵制御によって車両に加わる衝撃を緩和することができ、ひいては、衝撃に伴う騒音を低減することができる。
(6)車速Vが規定速度Vth以下であることを条件に、目標転舵角θp1*の補正処理を実行した。このため、転舵制御に伴う騒音がユーザに感知されにくい高速度領域においては、ステアリング10の操作に対する転舵輪26の実際の転舵の制御性を高めることができる。
<第3の実施形態>
以下、操舵制御装置にかかる第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、図2のブッシュ50が採用されているか図6のブッシュ50が採用されているかを特に限定しない。そして、本実施形態では、ラック軸力AFと補正量Δθとの関係を定めた複数種類のマップデータを予めメモリ74に記憶しておき、制御装置70が、いずれのマップデータを利用するかの指示を、制御装置70を搭載した車両の製品出荷に先立って取得することにより、実際に使用するマップデータを決定する。換言すれば、制御装置70は、ラック軸力AFが同一であるときの補正量Δθの値が相違する複数のパターンのうちのいずれのパターンを補正量Δθの設定に利用するかを選択する。なお、本実施形態では、マップデータとして、図5のステップS20において利用したマップデータと、図7のステップS20aにおいて利用したマップデータとをメモリ74に記憶している。
図8に、制御装置70を搭載した車両の製品出荷前に制御装置70によって実行される処理の手順を示す。この処理は、メモリ74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって実現されるものであり、たとえば、制御装置70にコネクタを設けておき、コネクタに車両出荷前やディーラ等においてのみ入力される信号が入力されることを条件に、実行される。
この一連の処理において、CPU72は、まず、いずれのマップデータを用いるかの指示である補正処理パターンの指示を受信したか否かを判定する(S40)。この処理は、上記コネクタから指示信号を受信したか否かを判定する処理である。そして、CPU72は、受信したと判定する場合(S40:YES)、メモリ74内の所定のアドレスの記憶領域に記憶されたフラグを、指示内容に応じて更新する(S42)。ここで、所定のアドレスの記憶領域には、デフォルトで、図5のステップS20において利用したマップデータを利用する旨のフラグFaが記憶されている。このため、CPU72は、仮に、受信された指示内容が、図7のステップS20aにおいて利用したマップデータを指示するものである場合、所定のアドレスの記憶領域に記憶されるフラグを、ステップS20aにおいて利用したマップデータを利用する旨のフラグFbに更新する。
図9に、補正量算出処理部M44の処理の手順を示す。この処理は、補正量算出処理部M44によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。図9において、図5や図7における処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。
図9に示す一連の処理において、補正量算出処理部M44は、まず、所定のアドレスの記憶領域に記憶されたフラグを読み出す(S50)。そして、補正量算出処理部M44は、読み出したフラグが図5のステップS20において利用したマップデータを利用する旨のフラグFaであると判定する場合(S52:YES)、図5のステップS20,S22の処理を実行する。これに対し、補正量算出処理部M44は、フラグFaではないと判定する場合(S52:NO)、読み出したフラグが、ステップS20aにおいて利用したマップデータを利用する旨のフラグFbであるか否かを判定する(S54)。そして、補正量算出処理部M44は、フラグFbであると判定する場合(S54:YES)、図7のステップS30,S32,S20a、およびステップS22の処理を適宜実行する。なお、補正量算出処理部M44は、ステップS54において否定判定する場合には、補正量Δθの出力を停止するか補正量Δθを定常的にゼロとすればよい。これは、所定のアドレスの記憶領域に記憶されたフラグの値の異常時等に対処するためのものである。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
制御装置70を車両に搭載する車両メーカは、車両の製品出荷に先立って、車両に対する要求に応じて、図5のステップS20において利用したマップデータを利用するか、図7のステップS20aにおいて利用したマップデータを利用するかを指示する。この指示に応じて、制御装置70は、メモリ74に、フラグFaかフラグFbかを記憶することとなる。そして車両の製品出荷後において、メモリ74にフラグFaが記憶されている場合には、制御装置70は、目標転舵角θp1*の補正に際して、図5に示した処理と同等の処理を行う一方、メモリ74にフラグFbが記憶されている場合には、目標転舵角θp1*の補正に際して、図7に示した処理と同等の処理を行う。
以上説明した本実施形態によれば、第1の実施形態の上記各効果に準じた効果や、第2の実施形態の上記(5)の効果を奏し得ることに加えて、さらに、以下の効果を奏する。
(6)メモリ74に複数のマップデータを記憶しておき、いずれのマップデータを利用するかを外部から指示可能とした。これにより、制御装置70は、様々な要求に対応できるため、制御装置70の汎用性を高めることができる。
<第4の実施形態>
以下、操舵制御装置にかかる第4の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図10に、本実施形態にかかる操舵制御装置および操舵装置を示す。なお、図10において、図1に示した部材に対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。
本実施形態にかかる操舵装置は、ステアリング10からの操舵トルクTrqsを転舵輪26に伝達しつつも、同一の操舵角θsに対して、ハウジング40に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量と操舵角θsとの比である制御舵角比を変更可能なものとする。
すなわち、ステアリング10は、可変舵角比アクチュエータVAに接続されている。可変舵角比アクチュエータVAは、ステアリングシャフト12に一体回転可能に連結されたハウジング90、ハウジング90の内部に収容される舵角比可変モータ92、インバータ100、および減速機構94を備えている。減速機構94は、差動回転可能な3つの回転要素からなる機構、例えば遊星歯車機構や波動歯車装置(ストレイン・ウェーブ・ギヤリング)等により構成される。減速機構94を構成する3つの回転要素は、ハウジング90、舵角比可変モータ92の回転軸に連結された回転軸92a、およびピニオン軸16にそれぞれ連結されている。すなわち、減速機構94では、ハウジング90の回転速度と舵角比可変モータ92の回転速度とによりピニオン軸16の回転速度が一義的に定まる。可変舵角比アクチュエータVAでは、減速機構94を通じて、ステアリング10の操作に伴うステアリングシャフト12の回転に舵角比可変モータ92の回転軸92aの回転を上乗せしてピニオン軸16に伝達することにより、ステアリングシャフト12に対するピニオン軸16の相対的な回転角を変化させる。これにより、上記制御舵角比を可変設定する。なお、ここでの「上乗せ」は、加算および減算の双方を含む。また、以下では、ステアリングシャフト12に対するピニオン軸16の相対的な回転角を「ピニオン軸16の動作角θa」と称する。
なお、回転角度センサ102は、舵角比可変モータ92の回転軸92aの回転角度θmを検出する。また、トルクセンサ84は、ピニオン軸16のトルクを操舵トルクTrqsとして検出する。
図11に、制御装置70が実行する処理の一部を示す。図11に示す処理は、メモリ74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって実現される処理を、実現する処理の種類毎に記載したものである。なお、図11に示す処理において、図3に示したものに対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。
軸力取得処理部M42は、電流iu,iv,iwに加えて、操舵トルクTrqsを取り込む。
図12に、本実施形態にかかる軸力取得処理部M42の処理の手順を示す。この処理は、軸力取得処理部M42によって、所定周期で繰り返し実行される。なお、図12において、図4に示した処理に対応するものについては、便宜上、同一のステップ番号を付している。
図12に示す一連の処理において、軸力取得処理部M42は、q軸の電流iqを算出すると、次に、操舵トルクTrqsを取得する(S60)。そして、軸力取得処理部M42は、ラック軸力AFを、「K1・iq+K2・Trqs」として算出する(S14a)。ここで、係数K2は、ピニオン軸16に加わるトルクを、ラック軸20に加わる力に変換する係数である。本実施形態では、ピニオン軸16に加わるトルクがラック軸20に伝達されるため、ラック軸力AFを、q軸の電流iqのみならず、操舵トルクTrqsに基づき算出する。
図11に戻り、補正量算出処理部M44は、軸力取得処理部M42が算出したラック軸力AFに基づき、補正量Δθを算出し、加算処理部M46に出力する。
一方、舵角比可変処理部M30は、車速Vに応じて目標動作角θa1*を出力する。この目標動作角θa1*は、基本的に、上記第1の実施形態の目標動作角θa1*と同様に設定されるものである。
加算処理部M46は、目標動作角θa1*に補正量Δθを加算することによって、目標動作角θa*を算出して出力する。動作角算出処理部M50は、減速機構94を構成する各回転要素間のギア比に応じて定まる減速比に基づき、回転角度θmからピニオン軸16の実際の動作角θaを算出する。
偏差算出処理部M52は、目標動作角θa*から動作角θaを減算した値を出力する。舵角比制御処理部M54は、動作角θaを目標動作角θa*にフィードバック制御するための操作量として舵角比トルクTrqv*を算出する。詳しくは、目標動作角θa*から動作角θaを減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素のそれぞれの出力値の和を、舵角比トルクTrqv*とする。
操作信号生成処理部M56は、舵角比可変モータ92のトルクを舵角比トルクTrqv*に制御するためのインバータ100の操作信号MSvを生成してインバータ100に出力する。これは、操作信号生成処理部M26による操作信号の生成処理と同様に行うことができる。
なお、補正量Δθは、第1の実施形態と同様、ラック軸力AFをより大きくする側の補正量である。また、加算処理部M32は、目標操舵角θs*に目標動作角θa*を加算することによって、目標転舵角θp*を算出する。
以上説明した本実施形態によれば、第1の実施形態における上記(1),(4)の効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。
(7)補正量Δθによって、可変舵角比アクチュエータVAの操作による制御量(目標動作角θa1*)を補正した。これにより、ハウジング40に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量の目標値(目標転舵角θp1*)を補正してこの補正された目標値(目標転舵角θp*)に制御する際に、ステアリング10に意図しないトルクが重畳されることを好適に抑制することができる。
(8)転舵モータ34の制御に用いる転舵モータ34を流れる電流iu,iv,iwと、アシストトルクの設定に利用する操舵トルクTrqsとに基づき、ラック軸力AFを算出した。これにより、ラック軸力AFの算出に、新たなハードウェア手段を備えることを回避することができる。
<第5の実施形態>
以下、操舵制御装置にかかる第5の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、ステアリング10の操作とは独立に、転舵輪26を転舵制御する自動操舵処理を実行する。
図13に、制御装置70が実行する処理の一部を示す。図13に示す処理は、メモリ74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって実現される処理を、実現する処理の種類毎に記載したものである。なお、図13に示す処理において、図3に示したものに対応するものについては、便宜上、同一の符号を付している。また、図13に示す処理は、制御装置70が自動操舵処理を実行するときの処理を示している。
自動操舵処理部M60は、ステアリング10の操作とは独立に転舵輪26を転舵させる自動操舵処理のための指令値を算出して出力する。詳しくは、各種検出値に基づき、自動操舵をするうえで必要な、ハウジング40に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量の目標値(目標転舵角θp1*)を算出して出力する。これは、たとえば以下のようにして実現すればよい。
すなわち、まず車両の走行情報であるナビゲーション情報(ナビ情報)や地図データ、画像データに基づき、車両走行の目標軌跡を設定する。これは、たとえば画像データに基づき、車線を区画する白線を認識することで実行できる。具体的には、目標軌跡を、たとえば車両の代表点の軌跡とし、この軌跡が車線の中央付近となるように設定することで、同軌跡を目標軌跡とすることができる。そして、目標軌跡と車速Vとに基づき、目標軌跡とするための上記相対変位量を目標転舵角θp1*として設定する。ただし、目標転舵角θp1*は、目標軌跡に制御するための開ループ操作量のみから定まるものに限らない。たとえば、目標軌跡に基づき、車両のヨーレートや、ヨー角、車線中央に対するずれ量等をフィードバック制御量とし、フィードバック制御量を目標値に制御するための操作量によって、開ループ操作量としての目標転舵角を補正したものを最終的な目標転舵角θp1*としてもよい。
加算処理部M46では、目標転舵角θp1*に補正量算出処理部M44が出力した補正量Δθを加算することによって、目標転舵角θp*を算出して出力する。転舵角制御処理部M36は、転舵角θpを目標転舵角θp*にフィードバック制御するための操作量として、転舵モータ34が生成するトルクの指令値であるトルク指令値Trqt*を設定する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
自動操舵処理部M60は、車両を適切に走行させるうえで適切な目標転舵角θp1*を算出して出力する。この目標転舵角θp1*は、加算処理部M46において、ラック軸力AFがより大きくなる側に、補正量Δθによって補正される。ラック軸力AFが大きいときに補正量Δθによる補正がなされない場合、車体に対するラック軸20の軸方向Daへの相対変位量が小さくなり、自動操舵処理部M60が転舵輪26の実際の転舵量として設定したようには転舵輪26が転舵しない事態が生じうる。これに対し、補正量Δθによって目標転舵角θp1*が補正されることによって、転舵輪26の転舵が、自動操舵処理部M60が狙いとする制御に近づけることができる。
以上説明した本実施形態によれば、第1の実施形態の上記(1),(3),(4)の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。
(9)目標転舵角θp1*を補正することにより、車体に対してハウジング40が軸方向Daに相対変位した場合であっても、自動操舵処理部M60が目標転舵角θp1*の設定によって想定した転舵輪26の転舵から実際の転舵がずれる事態を好適に抑制することができる。したがって、自動操舵処理部M60による転舵制御の制御性を高めることができる。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項を項目立てするとともに上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、項目立てした事項を対応関係を例示した実施形態中の事項に限定する意図はない。なお、「課題を解決するための手段」の欄における「制御舵角比」は、上記第1〜第4の実施形態における操舵角θsと転舵角θpとの比に対応する。また、指示取得処理部は、メモリ74に記憶されたプログラムに従って図8の処理を実行するCPU72に対応する。また、転舵処理部は、偏差算出処理部M34、転舵角制御処理部M36および操作信号生成処理部M38が対応する。また、舵角操作処理部は、偏差算出処理部M52、舵角比制御処理部M54、および操作信号生成処理部M56に対応する。さらに、制御舵角比の目標値は、目標操舵角θs*と、「θs*+θa1*」との比に対応する。また、操舵トルク取得処理部は、メモリ74に記憶されたプログラムに従ってステップS60の処理を実行するCPU72に対応する。
・「補正処理部(M40)について」
(a)複数のパターンについて
ステップS20の処理によって利用したマップデータによって規定されるパターンと、ステップS20aによって利用したマップデータによって規定されるパターンとの一対のパターンに限らない。たとえば、ラック軸力AFをより大きくする側の補正量Δθであって且つラック軸力AFが大きい場合に小さい場合よりも絶対値が大きくなる補正量Δθとしつつも、ラック軸力AFの1つの値から定まる補正量Δθの値として、2通り以上の値を定めてもよい。換言すれば、ラック軸力AFをより大きくする側に補正する2個以上のパターンを設定してもよい。また、たとえば、ラック軸力AFをより小さくする側の補正量Δθであって且つラック軸力AFが大きい場合に小さい場合よりも絶対値が大きくなる補正量Δθとしつつも、ラック軸力AFの1つの値から定まる補正量Δθの値として、2通り以上の値を定めてもよい。換言すれば、ラック軸力AFをより小さくする側に補正する2個以上のパターンを設定してもよい。これらは、2種類以上のマップデータを備えることで実現可能である。
さらに、たとえば、補正量Δθを、ラック軸力AFをより小さくする側に補正するものと大きくなる側に補正するものとを混在させて且つ、ラック軸力AFの1つの値から定まる補正量Δθの値として、3通り以上の値を定めてもよい。これは、3種類以上のマップデータを備えることで実現可能である。
(b)指示信号の取得処理(図8)について
上記実施形態では、制御装置70が搭載される車両が出荷されるに先立って1度、CPU72が図8の処理を実行することを例示したが、これに限らない。たとえば、車両の出荷後も所定周期でCPU72が図8に示した処理を実行するようにしてもよい。この場合、たとえば、ユーザに車両の挙動の好みを指定させるための操作部材を車両に搭載し、ユーザが操作部材を操作することによって、特定のパターンに対応する車両挙動を指定する都度、その操作に応じた指定信号に基づき、CPU72がステップS40において肯定判定してステップS42の処理を実行することができる。
(c)そのほか
上記第1の実施形態や第3の実施形態では、ラック軸力AFが大きくなるに従って、補正量Δθの絶対値を漸増させたがこれに限らない。たとえば、ラック軸力AFに関する複数の閾値を設定しておき、各閾値を上回る度に、補正量Δθの絶対値を段階的に増加させてもよい。また、閾値を複数とする代わりに、1つのみとしてもよい。
上記第2の実施形態や第3の実施形態では、車速Vが規定速度Vth以下である場合、ラック軸力AFが大きくなるに従って、補正量Δθの絶対値を漸増させたがこれに限らない。たとえば、ラック軸力AFに関する複数の閾値を設定しておき、各閾値を上回る度に、補正量Δθの絶対値を段階的に増加させてもよい。また、閾値を複数とする代わりに、1つのみとしてもよい。またたとえば、車速Vが規定速度Vth以下であるか否かにかかわらず、補正量Δθによる補正を実行してもよい。
上記第4の実施形態において、図6のブッシュ50を採用するとともに、補正量算出処理部M44の処理を図7の処理としてもよい。また、図2のブッシュ50を採用するか図6に示したブッシュ50を採用するかにかかわらず、補正量算出処理部M44の処理を図9の処理としてもよい。これにより、上記第3の実施形態の上記(6)の効果を得ることができる。
上記第5の実施形態において、図6のブッシュ50を採用するとともに、補正量算出処理部M44の処理を図7の処理としてもよい。また、図2のブッシュ50を採用するか図6に示したブッシュ50を採用するかにかかわらず、補正量算出処理部M44の処理を図9の処理としてもよい。このように、図9の処理を採用する場合には、自動操舵による車両の挙動について、制御装置70を搭載する車両にとって適切な挙動とすることができる。
なお、補正量Δθを加算するものに限らず、たとえば、補正係数を乗算する補正処理を実行するものであってもよい。この場合、補正係数が乗算される前後の値の差分が、補正量Δθに相当する。
・「相対変位量(θp)、相対変位量の目標値(θp1*;θp1*+θa1*)について」
上記第4の実施形態(図11)においては、舵角比可変処理部M30から出力されて加算処理部M32へと入力される目標動作角θa1*を、補正処理部M40によって補正量Δθにて補正したが、これに限らない。たとえば、加算処理部M32の出力値と、偏差算出処理部M52に入力される舵角比可変処理部M30の出力値との双方を、補正処理部M40によって補正量Δθにて補正してもよい。この場合も、第4の実施形態と同様、補正量Δθの補正対象は、加算処理部M32の出力する「θp1*+θa1*」と、目標動作角θa1*とである。これは、補正対象が、目標操舵角θs*と相対変位量の目標値(θp1*+θa1*)との比である制御舵角比の目標値であると見なせる。
相対変位量としては、ピニオン軸28の回転角度(転舵角θp)に限らない。たとえば、「転舵アクチュエータについて」の欄に記載したように転舵アクチュエータとしてラックパラレル型のものを採用し、これが転舵モータからプーリを介してラック軸側に動力を伝達するものである場合、プーリを介して転舵モータ34の動力を受けて回転するとともに、回転動力をラック軸20に伝達する回転体の回転角度であってもよい。
・「目標値設定処理部について」
上記第1〜第4の実施形態においては、アシストトルク設定処理部M10、反力設定処理部M12、加算処理部M14、偏差算出処理部M16、目標角度設定処理部M18、舵角比可変処理部M30および加算処理部M32によって、目標値設定処理部を構成したが、これに限らない。たとえば、目標角度設定処理部M18の出力値を目標転舵角θp1*とし、舵角比可変処理部M30および加算処理部M32を除いて、アシストトルク設定処理部M10、反力設定処理部M12、加算処理部M14、偏差算出処理部M16および目標角度設定処理部M18によって、目標値設定処理部を構成してもよい。ただし、この場合、目標角度設定処理部M18が利用するモデルを、転舵角に関するモデルとする一方、上記第1〜第3の実施形態においては、目標転舵角θp*を舵角比可変処理部M30の出力値で減算補正したものを目標操舵角θs*とする。
目標角度設定処理部M18としては、上記の式(c1)を用いるものに限らない。たとえば、目標転舵角θp*を入力として車両のサスペンション等やホイールアライメントの仕様等に応じて、転舵角に比例したトルクを算出するモデルを設け、このモデルの出力値によって、目標角度設定処理部M18の入力を減算補正する処理を更に実行してもよい。
なお、第4の実施形態の変形例として「可変舵角比アクチュエータを備える場合の制御について」の欄に記載したものを採用する場合には、目標値設定処理部から、アシストトルク設定処理部M10、反力設定処理部M12、加算処理部M14、偏差算出処理部M16、目標角度設定処理部M18および加算処理部M32を削除してもよい。換言すれば、目標値設定処理部を、舵角比可変処理部M30としてもよい。すなわち、この場合、操舵角θsに目標動作角θa1*を加算したものと、操舵角θsとの比が制御舵角比の目標値となり、目標動作角θa1*を設定する処理は、制御舵角比の目標値を設定する処理と見なせる。
・「可変舵角比アクチュエータを備える場合の制御について」
図11に示した処理に限らない。たとえば、操舵トルクTrqsとアシストトルクTaとの関係を設定しておき、操舵トルクTrqsに応じてアシストトルクTaを設定し、転舵モータ34のトルクをアシストトルクに制御する処理としてもよい。なお、この場合、目標転舵角θp*というパラメータが存在しないため、目標動作角θa*を補正量Δθにて補正するのみとする。同様、転舵アクチュエータを備えない操舵装置の場合にも、目標転舵角θp*というパラメータが存在しないため、目標動作角θa*を補正量Δθにて補正するのみとする。
・「軸力取得処理部(M42)について」
上記第1〜第3、第5の実施形態では、転舵モータ34に流れる電流iu,iv,iwの検出値に基づき、転舵モータ34のトルクを推定し、同トルクに基づきラック軸力AFを算出したが、これに限らない。たとえば、トルク指令値Trqt*を入力とし、これに基づきラック軸力AFを算出してもよい。さらに、電流iu,iv,iwの検出値に基づき算出されたラック軸力AFとトルク指令値Trqt*に基づき算出されたラック軸力AFとの平均値を、最終的なラック軸力AFとしてもよい。
上記第4の実施形態では、転舵モータ34に流れる電流iu,iv,iwの検出値と操舵トルクTrqsとに基づき、ラック軸力AFを算出したが、これに限らない。たとえば、トルク指令値Trqt*と操舵トルクTrqsとに基づきラック軸力AFを算出してもよい。またたとえば、電流iu,iv,iwの検出値に基づき算出されたトルクとトルク指令値Trqt*との平均値と、操舵トルクTrqsとに基づきラック軸力AFを算出してもよい。
軸力取得処理部としては、トルクや電流から軸力を算出するものに限らない。たとえば、ラック軸20に歪みゲージ等からなる軸力センサを設けておき、そのセンサの出力値を取得する処理を実行するものとして構成してもよい。
・「転舵アクチュエータ(PSA)について」
転舵モータ34としては、SPMSMに限らず、IPMSMを用いてもよい。ただしこの場合、電流iu,iv,iwからトルクを算出する際には、d軸電流を利用してリラクタンストルクを考慮する。
ラックアンドピニオン型のものに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型、ラック同軸型のものなどを採用してもよい。
・「規制部材(40)について」
ハウジング40としては、マウント部42を、軸方向Daの両端部に2つずつ備えるものに限らない。たとえば、軸方向Daの両端部に、1つずつ備えるものであってもよい。
規制部材としては、ラック軸20を覆うハウジング40に限らない。要は、ラック軸20の軸方向Daへの相対変位を許容しつつ軸方向Daと交差する方向への変位を規制するものであればよい。
・「操舵装置について」
転舵輪26の転舵角とステアリング10の操舵角との比である舵角比を変更可能なものに限らない。たとえば、図1に示した構成においてステアリングシャフト12とピニオン軸16とが一体的なものに変更する場合であっても、自動操舵処理による転舵角θpの目標値をラック軸力AFに応じて補正するなら、ラック軸力AFを考慮しない場合と比較すると、転舵角θpの転舵制御の制御性を高めることができるというメリットを有する。
・「操舵制御装置について」
CPU72とメモリ74とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、専用のハードウェア(ASIC)にて処理してもよい。すなわち、たとえば、上記第1の実施形態において、アシストトルク設定処理部M10、反力設定処理部M12、加算処理部M14、偏差算出処理部M16、および目標角度設定処理部M18の処理については、ハードウェア処理とし、目標操舵角θs*を、ハードウェアからCPU72が取得するようにしてもよい。
PSA…転舵アクチュエータ、10…ステアリング、12…ステアリングシャフト、14…クラッチ、16…ピニオン軸、16a…ピニオン歯、20…ラック軸、20a…第1ラック歯、20b…第2ラック歯、22…第1ラックアンドピニオン機構、24…タイロッド、26…転舵輪、28…ピニオン軸、28a…ピニオン歯、30…第2ラックアンドピニオン機構、32…転舵側減速機、34…転舵モータ、34a…回転軸、40…ハウジング、42…マウント部、42a…内周面、44…締結部材、48…サスペンションメンバ、49…バッテリ、50…ブッシュ、52…筒状部、52a…内周面、54…フランジ部、56…ゴム、60…反力側減速機、62…反力モータ、62a…回転軸、64…インバータ、66…回転角度センサ、70…制御装置、72…CPU、74…メモリ、76…シャント抵抗、80…回転角度センサ、82…車速センサ、84…トルクセンサ、90…ハウジング、92…舵角比可変モータ、92a…回転軸、94…減速機構、100…インバータ、102…回転角度センサ。

Claims (11)

  1. 車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、
    前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、
    前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、
    前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備え
    前記操舵装置は、ステアリングホイールが連結されたステアリングシャフトの回転角度である操舵角と前記転舵輪の転舵角との比である舵角比を変更可能なものであり、
    前記目標値設定処理部は、前記ステアリングホイールの操作に基づき、前記目標値を設定するものであり、
    前記補正処理部による前記目標値の補正によって、補正がなされない場合と比較して、前記操舵角と前記相対変位量との比である制御舵角比が変更される操舵制御装置。
  2. 前記操舵装置は、前記ステアリングホイールと前記転舵輪との動力伝達を遮断可能なものであり、
    前記補正処理部は、前記転舵輪と前記ステアリングホイールとの動力遮断状態において前記目標値を補正するものである請求項記載の操舵制御装置。
  3. 前記操舵装置は、前記ステアリングシャフトに加わるトルクを前記転舵輪側に伝達させつつ前記操舵角と前記相対変位量との比である制御舵角比を変更する可変舵角比アクチュエータを備え、
    前記目標値設定処理部は、前記相対変位量の目標値を設定する処理として、前記制御舵角比の目標値を設定する処理を実行するものであり、
    前記補正処理部は、前記制御舵角比の目標値を補正するものであり、
    前記補正処理部が補正した前記制御舵角比の目標値に基づき、前記可変舵角比アクチュエータを操作する舵角操作処理部を備える請求項記載の操舵制御装置。
  4. 車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、
    前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、
    前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、
    前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備え
    前記目標値設定処理部は、前記目標値の設定によって、ステアリングホイールの操作によらずに前記転舵輪を転舵させる自動操舵処理を実行するものであり、
    前記補正処理部は、前記自動操舵処理が実行されているときに前記目標値を補正する操舵制御装置。
  5. 前記軸力取得処理部は、前記転舵モータのトルクおよび前記転舵モータを流れる電流の少なくとも一方に基づき、前記ラック軸力を算出する請求項2または4記載の操舵制御装置。
  6. 前記ステアリングシャフトに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を取得する操舵トルク取得処理部を備え、
    前記軸力取得処理部は、前記転舵モータのトルクおよび前記転舵モータを流れる電流の少なくとも一方と、前記操舵トルク取得処理部が取得した操舵トルクとに基づき、前記ラック軸力を算出する請求項記載の操舵制御装置。
  7. 前記補正処理部は、前記相対変位量の目標値を前記ラック軸がより大きくなる側に補正するものであって、前記ラック軸力が小さい場合と比較して大きい場合に前記目標値の補正量の絶対値を大きくするものである請求項1〜のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
  8. 前記規制部材は、ゴムを備えたブッシュを介して車体に固定される請求項記載の操舵制御装置。
  9. 車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、
    前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、
    前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、
    前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備え
    前記操舵装置は、前記車体に対して前記規制部材を弾性支持するブッシュを備え、前記補正処理部は、前記ブッシュの撓みにより前記規制部材が前記車体に対して相対変位することによって、前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記目標値に一致させるように制御する際に生じる、前記転舵輪の転舵角の制御の誤差が低減するように前記目標値を補正する操舵制御装置。
  10. 車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、
    前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、
    前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、
    前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備え
    前記補正処理部は、前記相対変位量の目標値を前記ラック軸力がより小さくなる側に補正するものであって、前記ラック軸力が小さい場合と比較して大きい場合に前記目標値の補正量の絶対値を大きくするものである操舵制御装置。
  11. 車体に固定されてラック軸の軸方向への相対変位を許容しつつ前記軸方向と交差する方向への変位を規制する規制部材に対して前記ラック軸を前記軸方向に相対変位させることにより車両の転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを備えた操舵装置を操作対象とし、
    前記転舵アクチュエータは、前記ラック軸を前記規制部材に対して前記軸方向に相対変位させる転舵モータを備え、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向への相対変位量の目標値を設定する目標値設定処理部と、
    前記ラック軸に対し前記軸方向に加わる負荷としてのラック軸力を取得する軸力取得処理部と、
    前記軸力取得処理部が取得した前記ラック軸力に基づき、前記目標値を補正する補正処理部と、
    前記規制部材に対する前記ラック軸の軸方向の相対変位量を前記補正処理部によって補正された前記目標値に一致するように制御するために前記転舵アクチュエータを操作する転舵処理部と、を備え
    前記補正処理部は、所定の前記ラック軸力に対して前記相対変位量の前記目標値を補正する補正量の大きさおよび符号の少なくとも一方が相違する複数のパターンを有して且つ、前記複数のパターンのうちの1つのパターンに基づき前記相対変位量の目標値を補正する補正量を設定するものであり、
    前記複数のパターンのうちの1つを指定する指定信号を取得する指示取得処理部を備え、
    前記補正処理部は、前記指示取得処理部が取得した指定信号に基づき、前記複数のパターンの中から、前記相対変位量の前記目標値を補正する補正量の設定に利用するパターンを選択する操舵制御装置。
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