JP6700594B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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Description
1.操舵制御装置は、車両の操舵をアシストする操舵装置を制御対象とし、前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、前記同期電動機を流れる電流を指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を目標トルクにフィードバック制御するために、前記指令値の位相を定める制御角を操作する制御角操作処理部と、前記制御角操作処理部による前記制御角の更新量を、前記検出値に応じた前記同期電動機の回転方向への前記更新量の大きさの上限ガード値であるトルクベース上限ガード値以下且つ、前記検出値に応じた前記同期電動機の回転方向への前記更新量の大きさの下限ガード値であるトルクベース下限ガード値以上となるようにガード処理を施すトルクベースガード処理部と、を備え、前記トルクベースガード処理部は、前記更新量の大きさが前記トルクベース上限ガード値を上回ること、および前記トルクベース下限ガード値を下回ることの少なくとも一方を条件に、前記トルクベース上限ガード値と前記トルクベース下限ガード値とによって定まる前記更新量の許容範囲を徐々に縮小する縮小処理部を備える。
4.上記2または3記載の操舵制御装置において、前記縮小処理部は、前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準上限ガード値を上回る状態の継続時間が上限用異常判定時間以上となる場合、前記トルクベース上限ガード値を前記基準上限ガード値に対して減少させ、前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準下限ガード値を下回る状態の継続時間が下限用異常判定時間以上となる場合、前記トルクベース下限ガード値を前記基準下限ガード値に対して増加させるものであり、前記下限用異常判定時間と、前記上限用異常判定時間とは、互いに異なる値に設定されている。
7.上記6記載の操舵制御装置において、前記拡大処理部は、前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準上限ガード値以下となる状態の継続時間が上限用回復判定時間以上となる場合、前記基準上限ガード値以下となる範囲で前記トルクベース上限ガード値を増加させ、前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準下限ガード値以上となる状態の継続時間が下限用回復判定時間以上となる場合、前記基準下限ガード値以上となる範囲で前記トルクベース下限ガード値を減少させるものであり、前記上限用回復判定時間と前記下限用回復判定時間とを、異なる値に設定する。
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10においては、ステアリングホイール(ステアリング12)が、ステアリングシャフト13に固定されており、ステアリングシャフト13の回転に応じてラック軸20が軸方向に往復動する。なお、ステアリングシャフト13は、ステアリング12側から順にコラム軸14、中間軸16、およびピニオン軸18を連結することにより構成されている。
指令電流設定処理部M24は、回転座標系であるγδ座標系におけるγ軸の指令電流iγ*とδ軸の指令電流iδ*とを設定する。特に、本実施形態では、γ軸の指令電流iγ*を正の値として且つ、δ軸の指令電流iδ*をゼロとする。
更新量算出処理部M54は、操舵トルクTrqs1を目標トルクTrqs*にフィードバック制御するために制御角θcを操作すべく、制御角θcの上記所定時間ΔTにおける更新量Δθcのベースとなる更新量Δθc2を算出して出力する。ここで、本実施形態では、同期電動機34を流れる電流を、回転座標系において、d軸の正側とq軸の正側との間の領域に制御することを想定する。換言すれば、電流の位相を、「0〜−90°」の領域内に制御することを想定する。ここで、d軸の正方向を、磁極の方向とし、q軸の正方向を、d軸に対して同期電動機34の回転している方向に電気角で90°ずらした方向とする。また、上記電流の位相を、電流ベクトルの方向(ここでは、γ軸の正方向)とq軸とのなす角度であって且つ、q軸から回転方向に行く場合に正と定義する。この場合、電流の位相は、制御角θcの更新量Δθcが、所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量に等しい場合には、一定値となる。これに対し、更新量Δθcが所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量よりも大きい場合には、電流の位相が電流ベクトルを進角させる側に変化する。また、更新量Δθcが所定時間ΔT当たりの同期電動機34の実際の回転量よりも小さい場合には、電流の位相が電流ベクトルを遅角させる側に変化する。このため、本実施形態では、制御角θcを、電流の位相を定めるパラメータとして、電流の位相を操作するために操作する。
トルクベースガード処理部M60は、センサレス処理部M20において、制御角θcの更新量Δθcを算出する処理部分にシステマティックエラーが生じた場合であっても、アシスト制御を継続できるようにするためのガード処理を実行する。すなわち、トルクベースガード処理部M60は、αβ変換処理部M44、誘起電圧オブザーバM46、角度算出処理部M48、速度算出処理部M50、不感帯処理部M52、目標トルク設定処理部M53、更新量算出処理部M54にシステマティックエラーが生じた場合に対処する部分である。
図5に示す一連の処理において、まず、CPU52は、エラーフラグFが「1」であるか否かを判定する(S30)。そしてCPU52は、エラーフラグFが「1」であると判定する場合(S30:YES)、変動上限ガード値ΔEmax1を、所定量ΔEだけ減少補正し、これに応じて、更新量Δθc2のガード処理に用いるトルクベース上限ガード値ΔMAXを設定する(S32)。具体的には、CPU52は、変動上限ガード値ΔEmax1および基準更新量ΔERFの最大値と基準上限ガード値ΔEmaxとのうちの小さい方を、トルクベース上限ガード値ΔMAXとする。ここで、基準更新量ΔERFおよび基準上限ガード値ΔEmaxは、いずれも現在の操舵トルクTrqsに応じた値である。
ここで本実施形態の作用を説明する。
(1)フィードバック処理部M54bによる制御角θcの更新量Δθc1は、同期電動機34の回転速度が高い場合には、適切な値とすることが困難となる傾向がある。この点、本実施形態では、更新量算出処理部M54に、変化量ベースガード処理部M54cを備えることにより、同期電動機34の回転速度が高い場合においても更新量Δθc2を適切な値に設定することができる。
以下、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7に、本実施形態にかかるトルクベースガード処理の手順を示す。図7に示す処理は、たとえば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その説明を省略する。
以下、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。
図9に、本実施形態にかかるトルクベースガード処理の手順を示す。図9に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、図9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その説明を省略する。
このように、本実施形態によれば、異常状態から回復したと判定する場合、トルクベース上限ガード値ΔMAXおよびトルクベース下限ガード値ΔMINによって定まる更新量Δθcの許容範囲を徐々に拡大する。このため、トルクベース上限ガード値ΔMAXおよびトルクベース下限ガード値ΔMINをステップ状に基準上限ガード値ΔEmaxおよび基準下限ガード値ΔEminに戻す場合と比較すると、更新量Δθcが急変することを抑制することができ、ひいては同期電動機34のトルクが急変することを抑制することができる。
以下、第4の実施形態について、第3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トルクベースガード処理の手順を示す。図10に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、図10において図7や図9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その説明を省略する。
以下、第5の実施形態について、第4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。
そしてCPU52は、下限用エラーフラグFminが「1」であるか否かを判定する(S10b)。下限用エラーフラグFminは、「1」である場合に更新量Δθc2が基準下限ガード値ΔEmin未満となるシステマティックエラーが生じていることを示し、「0」である場合に同システマティックエラーが生じていないことを示す。CPU52は、下限用エラーフラグFminが「0」であると判定する場合(S10b:NO)、更新量Δθc2が基準下限ガード値ΔEminよりも小さいか否かを判定する(S14)。CPU52は、基準下限ガード値ΔEminよりも小さいと判定する場合(S14:YES)、上記ステップS16〜S20における異常カウンタCEを下限用異常カウンタCEminに代え、異常閾値CEthを下限用異常閾値CEminthに代え、エラーフラグFを下限用エラーフラグFminに代えた処理を実行する(S16b〜S20b)。そして、CPU52は、変動下限ガード値ΔEmin1として上記最小値ΔEmin0を代入する(S22b)。
なお、CPU52は、ステップS22a,S22b,S24bの処理が完了する場合や、ステップS18a,S18b,S10bにおいて否定判定する場合には、図11に示す一連の処理を一旦終了する。
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。なお、以下において、「メモリ54に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU52」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU52」と記載する。
4.上限用異常判定時間は、上限用異常閾値CEmaxthによって定まる時間に対応し、下限用異常判定時間は、下限用異常閾値CEminthによって定まる時間に対応する。
7.上限用回復時間は、上限用回復閾値CRmaxthによって定まる時間に対応し、下限用回復時間は、下限用回復閾値CRminthによって定まる時間に対応する。
<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。
基準上限ガード値ΔEmaxとしては、図3に例示したものに限らない。たとえば、操舵トルクTrqsが第1トルクTrq1以上となることにより、ステップ状に最大値ΔEmax0となるものであってもよい。またたとえば、操舵トルクTrqsが第2トルクTrq2以上となる場合であっても、操舵トルクTrqsが大きい場合に小さい場合よりも基準上限ガード値ΔEmaxを大きい値に設定してもよい。またたとえば、一律最大値ΔEmax0とするものであってもよい。
基準下限ガード値ΔEminとしては、図3に例示したものに限らない。たとえば、操舵トルクTrqsが第3トルクTrq3となることにより、ステップ状に固定値(>0)に変化するものであってもよい。またたとえば、操舵トルクTrqsが第3トルクTrq3以上であるときの基準下限ガード値ΔEminを一定値としてもよい。またたとえば、操舵トルクTrqsの大きさにかかわらず、一定値とするものであってもよい。
変動上限ガード値ΔEmax1を、操舵トルクTrqsの大きさにかかわらず一定値として生成されるものに限らない。たとえば同期電動機34を流れる電流をd軸の正側とq軸の正側とによって挟まれる領域内に収まるように制御する場合、変動上限ガード値ΔEmax1を、操舵トルクTrqsが大きい場合に小さい場合よりも大きい値としてもよい。
変動下限ガード値ΔEmin1を、操舵トルクTrqsの大きさにかかわらず一定値として生成されるものに限らない。たとえば同期電動機34を流れる電流をd軸の正側とq軸の正側とによって挟まれる領域内に収まるように制御する場合、変動下限ガード値ΔEmin1を、操舵トルクTrqsが大きい場合に小さい場合よりも大きい値としてもよい。
上記第5の実施形態では、更新量Δθc2が基準上限ガード値ΔEmaxを超える異常が生じる場合には、トルクベース上限ガード値ΔMAXのみを変更し、更新量Δθc2が基準下限ガード値ΔEmin未満となる異常が生じる場合には、トルクベース下限ガード値ΔMINのみを変更したが、これに限らない。すなわち、上限用エラーフラグFmaxが「1」となることと下限用エラーフラグFminが「1」となることとの論理和が真である場合、ステップS32a,S34aの双方の処理を実行してもよい。
たとえば、図4の処理において、ステップS14において否定判定される場合、異常カウンタを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理としてもよい。また、図11の処理において、ステップS12において否定判定される場合、上限用異常カウンタCEmaxを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理とし、ステップS14において否定判定される場合、下限用異常カウンタCEminを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理としてもよい。
下記の「同期電動機34を流れる電流の位相について」の欄に記載したように同期電動機34を流れる電流をq軸の正側とd軸の負側とによって挟まれる領域内に収まるように制御する場合、上限用異常判定時間を定める上限用異常閾値CEmaxthを、下限用異常判定時間を定める下限用異常閾値CEminthよりも小さくすることが望ましい。
図8のステップS52において否定判定される場合、回復カウンタCRを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理としてもよい。また、図12のステップS52aにおいて否定判定される場合、上限用回復カウンタCRmaxを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理とし、ステップS52bにおいて否定判定される場合、下限用回復カウンタCRminを、ゼロ以上であることを条件にデクリメントする処理としてもよい。
下記の「同期電動機34を流れる電流の位相について」の欄に記載したように同期電動機34を流れる電流をq軸の正側とd軸の負側とによって挟まれる領域内に収まるように制御する場合、上限用回復判定時間(上限用回復閾値CRmaxth)を、下限用回復判定時間(下限用回復閾値CRminth)よりも大きい値に設定することが望ましい。
上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、モデル予測制御を実行するものであってもよい。具体的には、γδ軸の電流iγ、iδを入力とし、複数のスイッチングモードのそれぞれが仮に選択された場合の未来の電流iγ、iδを予測し、この予測値と指令値との差を小さくするスイッチングモードを実際に採用するものとしてもよい。この場合であっても、γδ座標系と固定座標系との座標変換パラメータとして、制御角θcを用いるなら、上記実施形態の要領で制御角θcを設定することが有効である。
上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、更新量Δθc1を、目標トルクTrqs*と操舵トルクTrqsとの差を入力とする比例要素のみから算出するものとしてもよく、またたとえば、積分要素のみから算出するものとしてもよく、さらにたとえば、比例要素、積分要素、および微分要素を用いて算出するものとしてもよい。
上記実施形態では、同期電動機34を流れる電流が、回転座標系において、d軸の正側とq軸の正側とによって挟まれる領域内に収まることを想定したがこれに限らない。たとえば、q軸の正側とd軸の負側とによって挟まれる領域内に収まるように制御してもよい。この場合、d軸電流が負となるため、弱め界磁制御がなされることから、高回転において同期電動機34のトルクを生成しやすい。
上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、誘起電圧オブザーバとして、推定変化量ω1に応じて回転する回転座標系における電流と、同座標系における指令電圧とに基づき、誘起電圧を推定するものであってもよい。
CPU52とメモリ54とを備えて、ソフトウェア処理のみ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、上記トルクベースガード処理部M60の処理については、ハードウェア処理とし、更新量ΔθcをハードウェアからCPU52が取得するようにしてもよい。
SPMSMに限らず、埋込磁石同期電動機であってもよい。
・「操舵装置について」
転舵アクチュエータとして、ラックアンドピニオン型のものを備えるものに限らない。たとえば、ラッククロス型のものや、ラックパラレル型(登録商標)、ラック同軸型のものなどを備えてもよい。
Claims (8)
- 車両の操舵をアシストする操舵装置を制御対象とし、
前記操舵装置は、アシストトルクを生成する同期電動機と、前記同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備え、
前記同期電動機を流れる電流を指令値に制御するために前記電力変換回路が前記同期電動機に印加する電圧を操作する電流制御処理部と、
ステアリングに入力されるトルクである操舵トルクの検出値を目標トルクにフィードバック制御するために、前記指令値の位相を定める制御角を操作する制御角操作処理部と、
前記制御角操作処理部による前記制御角の更新量を、前記検出値に応じた前記同期電動機の回転方向への前記更新量の大きさの上限ガード値であるトルクベース上限ガード値以下且つ、前記検出値に応じた前記同期電動機の回転方向への前記更新量の大きさの下限ガード値であるトルクベース下限ガード値以上となるようにガード処理を施すトルクベースガード処理部と、を備え、
前記トルクベースガード処理部は、前記更新量の大きさが前記トルクベース上限ガード値を上回ること、および前記トルクベース下限ガード値を下回ることの少なくとも一方を条件に、前記トルクベース上限ガード値と前記トルクベース下限ガード値とによって定まる前記更新量の許容範囲を徐々に縮小する縮小処理部を備える操舵制御装置。 - 前記縮小処理部が前記許容範囲を徐々に縮小する処理を実行する前における前記トルクベース上限ガード値は、基準上限ガード値とされ、前記実行する前における前記トルクベース下限ガード値は、基準下限ガード値とされ、
前記縮小処理部は、基準更新量以上であることを条件に前記トルクベース上限ガード値を前記基準上限ガード値に対して減少させる処理と、前記基準更新量以下であることを条件に前記トルクベース下限ガード値を前記基準下限ガード値に対して増加させる処理との少なくとも一方の処理を実行し、
前記基準更新量は、前記基準上限ガード値および前記基準下限ガード値の間の値であって且つ、前記操舵トルクと正または負の相関を有する値に設定されている請求項1記載の操舵制御装置。 - 前記縮小処理部は、前記トルクベース上限ガード値を前記基準上限ガード値に対して減少させる速度の絶対値と、前記トルクベース下限ガード値を前記基準下限ガード値に対して増加させる速度の絶対値とを、互いに異なる値に設定する請求項2記載の操舵制御装置。
- 前記縮小処理部は、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準上限ガード値を上回る状態の継続時間が上限用異常判定時間以上となる場合、前記トルクベース上限ガード値を前記基準上限ガード値に対して減少させ、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準下限ガード値を下回る状態の継続時間が下限用異常判定時間以上となる場合、前記トルクベース下限ガード値を前記基準下限ガード値に対して増加させるものであり、
前記下限用異常判定時間と、前記上限用異常判定時間とは、互いに異なる値に設定されている請求項2または3記載の操舵制御装置。 - 前記トルクベースガード処理部は、前記制御角操作処理部による前記制御角の更新量が前記基準上限ガード値と前記基準下限ガード値との間にあって且つ前記トルクベース上限ガード値と前記トルクベース下限ガード値とによって定まる許容範囲が前記基準上限ガード値と前記基準下限ガード値とによって定まる許容範囲よりも狭いことを条件に、前記トルクベース上限ガード値と前記トルクベース下限ガード値との幅を拡大する拡大処理部を備える請求項2〜4のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
- 前記拡大処理部は、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準上限ガード値以下であることを条件に、前記基準上限ガード値以下となる範囲で前記トルクベース上限ガード値を増加させ、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準下限ガード値以上であることを条件に、前記基準下限ガード値以上となる範囲で前記トルクベース下限ガード値を減少させるものであり、
前記トルクベース上限ガード値を増加させる速度の絶対値と、前記トルクベース下限ガード値を減少させる速度の絶対値とを、互いに異なる値に設定する請求項5記載の操舵制御装置。 - 前記拡大処理部は、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準上限ガード値以下となる状態の継続時間が上限用回復判定時間以上となる場合、前記基準上限ガード値以下となる範囲で前記トルクベース上限ガード値を増加させ、
前記制御角操作処理部による前記更新量の大きさが前記基準下限ガード値以上となる状態の継続時間が下限用回復判定時間以上となる場合、前記基準下限ガード値以上となる範囲で前記トルクベース下限ガード値を減少させるものであり、
前記上限用回復判定時間と前記下限用回復判定時間とを、異なる値に設定する請求項6記載の操舵制御装置。 - 前記同期電動機を流れる電流と前記電力変換回路によって前記同期電動機の各端子に印加される電圧とに基づき誘起電圧を推定し、該推定される誘起電圧に基づき所定時間当たりの前記同期電動機の回転量である推定変化量を算出する推定処理部と、
前記推定変化量に応じた上限ガード値である変化量ベース上限ガード値および前記推定変化量に応じた下限ガード値である変化量ベース下限ガード値によって前記制御角操作処理部による前記制御角の更新量にガード処理を施す変化量ベースガード処理部を備え、
前記トルクベースガード処理部によるガード処理の対象となるのは、前記変化量ベースガード処理部によってガード処理が施された前記更新量である請求項1〜7のいずれか1項に記載の操舵制御装置。
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