JP7131737B1 - 転舵制御装置及び転舵装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高い転舵速度で端当てが起こると、大きな衝撃や打音(異音)が発生して運転者が不快に感じるおそれがある。特許文献1には、操舵角の絶対値の最大値をラックエンド位置として学習し、操舵角のラックエンド位置に至る前に操舵反力を増加させて、端当て時の衝撃を緩和する技術が記載されている。
仮想ラックエンド位置に誤差が生じると、仮想ラックエンド位置に至る前に操舵反力を増加させても、端当て時の衝撃もしくは異音の緩和に必要な所望の出力が得られずに、想定以上の衝撃や異音を生じてしまうおそれがある。
終端位置学習部は、転舵機構に加わる回転力が第1所定値以下である時に位置検出部が検出した転舵位置のうち転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第1記憶部と、位置検出部が検出した転舵位置を転舵機構の中立方向へ第2所定値だけずらした位置のうち中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第2記憶部と、第1記憶部及び第2記憶部に記憶された転舵位置のうちより中立位置から遠い方を、終端位置学習部が記憶する終端位置として記憶する第3記憶部と、を備える。
図1は、実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。ステアリングホイール(操向ハンドル)1のコラム軸(操舵軸)2i及び2oは、減速機構を構成する減速ギア(ウォームギア)3、インターミディエイトシャフト4、ピニオンラック機構5、タイロッド6a、6bを経て、更にハブユニット7a、7bを介して操向輪8L、8Rに連結されている。
インターミディエイトシャフト4は、軸部材4cと、軸部材の両端に取り付けられたユニバーサルジョイント4a及び4bを有する。ユニバーサルジョイント4aはコラム出力軸2oに連結され、ユニバーサルジョイント4bはピニオンラック機構5に連結される。
操舵軸2(コラム軸2i及び2o)には操舵トルクThを検出するトルクセンサ10が設けられている。また、操舵軸2(コラム軸2i及び2o)には、ステアリングホイール1の操舵角θhを検出する操舵角センサ14が設けられている。
なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。
なお、操舵角センサ14は必須のものではなく、モータ20の回転軸の回転角度を検出する回転角センサから得られる回転角度に、トルクセンサ10のトーションバーの捩れ角を加えて操舵角θhを算出してもよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ30の機能は、例えばコントローラ30のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
例えば、コントローラ30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ30はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
基本指令値演算部40は、トルクセンサ10からの操舵トルクThと車速センサ12からの車速Vhと基づいて、モータ20の駆動電流の制御目標値である基本電流指令値Iref1を演算する。
衝撃緩和制御部49は、操舵角θhがラックエンド位置に近づいた場合に、操舵角θhの増加を抑制することにより端当てによる衝撃や打音(異音)を緩和する。衝撃緩和制御部49が端当てによる衝撃や異音を緩和する制御を、「衝撃緩和制御」と表記することがある。
衝撃緩和制御部49は、端当てによる衝撃や打音を緩和するために操舵角θhの増加を抑制する電流指令値を衝撃緩和制御出力Iref2として出力する。例えば衝撃緩和制御部49は、操舵反力を発生させる電流指令値を出力してよい。衝撃緩和制御部49の詳細は後述する。
減算器41は、特許請求の範囲に記載の「指令値補正部」の一例であり、減算器42と、電流制御部43と、PWM制御部44と、インバータ45は、特許請求の範囲に記載の「駆動部」の一例である。
さらに、左右の実ラックエンド位置の中央位置(以下「ラック中立位置」と表記することがある)と、操舵角センサ14で検出したコラム軸の操舵角θhの中立位置(以下「操舵角中立位置」と表記することがある)との間に誤差(以下「オフセット誤差」と表記することがある)が発生することがある。
このようなオフセット誤差は、例えばインターミディエイトシャフト4の誤組付け等の理由により発生する。終端位置学習部46は、オフセット誤差Ofsを推定し、操舵角センサ14が検出した操舵角θhからオフセット誤差Ofsを減算して補正した補正操舵角θh1を出力する。終端位置学習部46の詳細は後述する。
図3を参照する。右操舵の場合(すなわち補正操舵角θh1が正値の場合)には、閾値θthR<θh1となる範囲が衝撃緩和制御実施範囲であり、左操舵の場合(すなわち補正操舵角θh1が負の場合)には、閾値θthL>θh1となる範囲が衝撃緩和制御実施範囲である。
例えば、制御回転変位設定部47は、補正操舵角θh1が閾値θthRよりも大きい場合に差分θh1-θthRを制御回転変位θrに設定し、補正操舵角θh1が閾値θthLよりも小さい場合に差分θh1-θthLを制御回転変位θrに設定してよい。
衝撃緩和制御部49は、制御回転変位θrと操舵角速度ωとに基づいて衝撃緩和制御出力Iref2を設定する。
図4は、衝撃緩和制御部49の機能構成の一例を示すブロック図である。衝撃緩和制御部49は、ばね定数テーブル60と、乗算器61及び63と、粘性定数テーブル62と、加算器64と、リミッタ65を備える。
また、粘性定数テーブル62は操舵系の粘性定数μを算出するデータテーブルである。粘性定数μは、図5(b)に示すように制御回転変位θrが増加するのに応じて全体的に比較的緩やかに漸増(非線形増加)する特性を有している。なお、制御回転変位θrが負値の場合の特性は、粘性定数μ軸(縦軸)を対称軸とした線対称な特性である。
例えば、コラム出力軸2oに印加されているコラム出力軸トルクTcが所定値T1以下の場合に仮想ラックエンド第1候補を求めてもよい。
終端位置学習部46は、転舵機構に加わる回転力が第1所定値以下であり、且つ操舵操作部に作用する操作力が第3所定値以下の時に操舵角センサ14が検出した操舵角θhのうち操舵角中立位置から最も離れた操舵角を、仮想ラックエンドの第1候補θm1として求める。
例えば、コラム出力軸トルクTcが所定値T1以下且つ操舵トルクThが所定値T2以下の場合に第1候補θm1を求めてもよい。
第2所定値として、例えば誤差として考えられる最大値を設定してよい。
これにより、トルクにより発生する捩れなどの影響を低減することができ、仮想ラックエンド位置θevr及びθevlと実ラックエンド位置との誤差を小さくすることができる。
例えば出力軸トルク算出部70は、モータ20の電流指令値Iref3や電流検出器50で検出したモータ電流値Imにモータトルク定数及び減速ギア3の減速比を乗算して推定したモータトルクをコラム出力軸トルクTcとして算出してよい。
例えば、出力軸トルク算出部70は、モータ20の電流指令値Iref3にモータトルク定数及び減速ギア3の減速比を乗算して推定したモータトルクと、トルクセンサ10で検出した操舵トルクThとの和をコラム出力軸トルクTcとして算出してよい。
また、出力軸トルク算出部70は、モータ20の角度センサの検出値を2階微分してモータ角加速度を求め、慣性モーメントを乗算することで慣性トルクを推定し、上述のように求めたコラム出力軸トルクTcに慣性トルクを追加してもよい。
コラム出力軸トルクTcは、「転舵機構に加わる回転力」の一例である。操舵トルクThは、「車両の操舵操作部に作用する操作力」の一例である。
選択部71は、コラム出力軸トルクTcと操舵トルクThの値に応じて、補正操舵角θh1及び遅延部73の出力のうち一方を選択して第1記憶部72に出力する。遅延部73は、第1記憶部72に記憶されて出力される仮想ラックエンドの第1候補θm1を遅延させて出力している。
例えば選択部71は、コラム出力軸トルクTcが所定値T1以下且つ操舵トルクThが所定値T2以下の場合に検出した操舵角θhから算出された補正操舵角θh1を選択して第1記憶部72に出力し、それ以外の場合に遅延部73の出力を第1記憶部72に出力してもよい。
これにより、コラム出力軸トルクTcが所定値T1以下且つ操舵トルクThが所定値T2以下の場合に算出された補正操舵角θh1が、それまで第1記憶部72に記憶されている第1候補θm1よりも操舵角中立位置から離れていれば、補正操舵角θh1で第1記憶部72に記憶される第1候補θm1を更新する。
なお選択部71は、コラム出力軸トルクTcが所定値T1以下の場合に補正操舵角θh1を選択して第1記憶部72に出力し、それ以外の場合に遅延部73の出力を第1記憶部72に出力してもよい。
レートリミッタ74は、第1記憶部72から出力される第1候補θm1と第3記憶部から出力される操舵角θoを入力する。レートリミッタ74は、遅延された操舵角θoに対して第1候補θm1の変化率を制限し、変化率を制限された後の第1候補θm1’を第3記憶部78に出力する。
第2記憶部76は、補正位置算出部75の出力と遅延部77の出力のうち、操舵角中立位置から離れている方を、仮想ラックエンドの第2候補θm2として記憶する。遅延部77は、第2記憶部76に記憶されて出力される仮想ラックエンドの第2候補θm2を遅延させて出力している。
第3記憶部78は、レートリミッタ74により変化率を制限された第1候補θm1’と第2候補θm2のうち、操舵角中立位置から離れた操舵角θoを記憶して出力する。
リミッタ79は、第3記憶部78から出力された操舵角θoの大きさを制限して、仮想ラックエンド位置θevr及びθevlとして出力する。
切り増し操舵の際には、操舵角θhがθ1を超えたときにコラム出力軸トルクTcが所定値T1を超え、その後の切り戻し操舵の際には、操舵角θhがθ2より小さくなったとき(θ2>θ1)にコラム出力軸トルクTcが所定値T1より小さくなっている。
図7(b)は図7(a)のコラム出力軸トルクTcが生じた時の右操舵の仮想ラックエンドの学習値の例の説明図である。破線が操舵角θhを示し、一点鎖線が第1候補θm1を示し、二点鎖線が第2候補θm2を示し、実線が第3記憶部78からの出力θo(リミッタ79による制限前の仮想ラックエンド位置θevr及びθevl)を示す。なお、一点鎖線および二点鎖線を他の線と重ならないようにずらして表示している。
また、操舵角θhよりも第2所定値だけ減じた角度を第2候補θm2(二点鎖線)として学習する。
上記の通り、第1候補θm1(一点鎖線)はθ1まで増加するので、第3記憶部78の出力θo(実線)は、第1候補θm1に遅れてθ1まで増加する。時刻t4にてθ1まで至ると、出力θo(実線)は増加を停止する。
このため、レートリミッタ74により変化率を制限された第1候補θm1’が増加を開始し、第3記憶部78の出力θo(実線)として選択される。出力θo(実線)は時刻t6にてθ2となるまで増加して、その後は一定となる。
このため、終端位置学習部46は、上記のとおりラック中立位置と操舵角中立位置との間のオフセット誤差Ofsを推定し、操舵角センサ14が検出した操舵角θhからオフセット誤差Ofsを減算して補正した補正操舵角θh1を出力する。
オフセット誤差算出部81は、ラックストロークStを、所定のラックストローク最大値と比較する。
ラックストロークStがラックストローク最大値を超えた場合、オフセット誤差算出部81は、オフセット誤差が発生したと判定する。そして、ラックストロークStからラックストローク最大値を減算した差分を、オフセット誤差Ofs=(ラックストロークSt-ラックストローク最大値)として算出する。
操舵角中立位置がラック中立位置よりも右側にずれているため、新たに左側の仮想ラックエンド位置θevlを学習したときに、仮想ラックエンド位置θevr、θevl間のラックストロークStがラックストローク最大値を超えている。オフセット誤差算出部81は、ラックストロークStからラックストローク最大値を減算した差分(ラックストロークSt-ラックストローク最大値)を、オフセット誤差Ofsとして算出する。
図8(c)の例のように、操舵角中立位置がラック中立位置から右側にずれていれば、左側の仮想ラックエンド位置が一方の仮想ラックエンド位置となり、右側の仮想ラックエンド位置が他方の仮想ラックエンド位置となる。反対に、操舵角中立位置がラック中立位置から左側にずれていれば、右側の仮想ラックエンド位置が一方の仮想ラックエンド位置となり、左側の仮想ラックエンド位置が他方の仮想ラックエンド位置となる。
終端位置補正部83は、第1記憶部72が記憶する第1候補θm1、第2記憶部θm2、第3記憶部78が記憶する操舵角θoを、オフセット誤差Ofsに応じて補正する。図8(e)を参照して、これらの補正処理を説明する。
一方で、図8(d)で学習した左側の仮想ラックエンド位置θevl(すなわち、一方の仮想ラックエンド位置)は、基点となる操舵角中立位置が移動する前の学習値であるため、図8(e)のように操舵角中立位置を移動させるとこれに伴って左側の仮想ラックエンド位置θevlを補正する必要がある。
一方の仮想ラックエンド位置が右側の仮想ラックエンド位置である場合(すなわち正値である場合)には、オフセット誤差Ofsを減算して補正する。
オフセット誤差算出部81は、新しい左側の仮想ラックエンド位置θevlを学習する前のオフセット誤差Ofsに変化量Δθevlを加えることによってオフセット誤差Ofsを更新する。これによって、操舵角中立位置を変化量Δθevlだけ更に移動する。
一方の仮想ラックエンド位置が右側の仮想ラックエンド位置である場合(すなわち正値である場合)には、変化量Δθevlを減算して補正する。
また、他方の仮想ラックエンド位置(図8(f)の例では、右側の仮想ラックエンド位置θevr)を、仮想ラックエンド位置θevr、θevl間のラックストロークStが、所定のラックストローク最小値となるように補正(リセット)する。
また、終端位置補正部83も、第1記憶部72が記憶する第1候補θm1、第2記憶部θm2、第3記憶部78が記憶する操舵角θoを補正しない。
また、右側の仮想ラックエンド位置θevr(すなわち他方の仮想ラックエンド位置)を新たに学習した後は、終端位置補正部83は、ラックストロークStが所定のラックストローク最小値となるように右側の仮想ラックエンド位置θevrを補正(リセット)するのを停止する。
また、更に新しい右側の仮想ラックエンド位置θevr(すなわち他方の仮想ラックエンド位置)を学習すると、操舵角中立位置、左側の仮想ラックエンド位置θevl(すなわち一方の仮想ラックエンド位置)は変わらずに、右側の仮想ラックエンド位置θevrのみ変化する。
終端位置学習部46の選択部71は、コラム出力軸トルクTcと操舵トルクThの値に応じて、補正操舵角θh1及び遅延部73の出力のうち一方を選択して第1記憶部72に出力する。ここで、補正操舵角θh1に対し、コラム出力軸トルクTcによる機構部の変形量を補正して選択部71に入力してよい。選択部71は、コラム出力軸トルクTcと操舵トルクThの値に応じて、変形量が補正された補正舵角θh1及び遅延部73の出力のうち一方を選択して第1記憶部72に出力してよい。このようにすることで、転舵機構の捩れの影響をさらに小さくできる。変形量は、コラム出力軸トルクTcと機構部の剛性(ばね定数)から求めることができる。剛性は図7において、符号θlまたはθ2で示す点での操舵角θhの変化量に対するコラム出力軸トルクTcの変化量の比率であり、実験等で求めてよい。
(1)転舵制御装置は、車両の転舵機構の転舵位置を検出する位置検出部と、位置検出部が検出した転舵位置に基づいて転舵機構の終端位置を学習する終端位置学習部46を、を備える。終端位置学習部46は、転舵機構に加わる回転力が第1所定値以下である時に位置検出部が検出した転舵位置のうち転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第1記憶部72と、位置検出部が検出した転舵位置を転舵機構の中立方向へ第2所定値だけずらした位置のうち中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第2記憶部76と、第1記憶部72及び第2記憶部76に記憶された転舵位置のうちより中立位置から遠い方を、終端位置学習部46が記憶する終端位置として記憶する第3記憶部78と、を備える。
これにより、転舵機構に加わる回転力による操舵機構の捩れの影響の少ない仮想ラックエンド位置を学習できる。このため、仮想ラックエンド位置と実ラックエンド位置の誤差を低減できる。
転舵機構に加わる回転力が第1所定値以下である時に位置検出部が検出した転舵位置を回転力に応じた補正量(第1の補正量)で補正してよい。また、転舵位置を操舵速度に応じた補正量(第2の補正量)で補正してよい。第1の補正量及び第2の補正量のうち少なくとも一つの補正量を用いてよい。これにより、転舵機構に加わる回転力による操舵機構の捩れ及び操舵速度による影響をさらに低減した仮想ラックエンド位置を学習できる。
これにより、ラック中立位置と操舵角中立位置との間のオフセット誤差があっても、オフセット誤差を吸収し、仮想ラックエンド位置を学習した後は、車両の状態に適した衝撃緩和制御を実施できる。
これにより、転舵機構に加わる回転力と操舵操作部に作用する操作力による転舵機構の捩れの影響の少ない仮想ラックエンド位置を学習できる。
または終端位置学習部46は、転舵機構を駆動するモータ20に対する電流指令値、またはモータ20に流れる電流に基づいて算出した回転トルクと、操舵操作部に作用する操作力との和に基づいて転舵機構に加わる回転力を算出してもよい。
終端位置学習部46は、転舵機構の角加速度と回転モーメントから求めた慣性トルクを上記の回転力に追加してもよい。
これらにより、転舵機構に加わる回転力に応じて仮想ラックエンド位置を学習できる。
Claims (11)
- 車両の転舵機構の転舵位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部が検出した前記転舵位置に基づいて前記転舵機構の終端位置を学習する終端位置学習部と、を備え、
前記終端位置学習部は、
前記転舵機構に加わる回転力が第1所定値以下である時に前記位置検出部が検出した前記転舵位置のうち前記転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第1記憶部と、
前記位置検出部が検出した前記転舵位置を前記転舵機構の中立方向へ第2所定値だけずらした位置のうち前記中立位置から最も離れた転舵位置を記憶する第2記憶部と、
前記第1記憶部及び前記第2記憶部に記憶された転舵位置のうちより前記中立位置から遠い方を、前記終端位置学習部が記憶する前記終端位置として記憶する第3記憶部と、
を備えることを特徴とする転舵制御装置。 - 前記終端位置学習部は、
前記第3記憶部に記憶されている前記転舵機構の左右の終端位置のうち一方の終端位置よりも前記中立位置から離れた前記転舵位置を前記位置検出部が検出した場合に、前記位置検出部によって検出された前記転舵位置と、前記第3記憶部に記憶されている左右の終端位置のうち他方の終端位置と、に基づいて前記転舵機構のストロークを算出するストローク算出部と、
前記ストローク算出部が算出した前記ストロークが閾値を超えている場合に、前記ストロークが前記閾値を超えた超過分に基づいて、前記位置検出部により検出された転舵位置を補正する転舵位置補正部と、
前記ストローク算出部が算出した前記ストロークが前記閾値を超えている場合に、前記一方の終端位置と前記他方の終端位置とが所定間隔離れるように第1記憶部、前記第2記憶部及び前記第3記憶部に記憶される前記他方の終端位置を補正する終端位置補正部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の転舵制御装置。 - 前記終端位置学習部は、前記回転力が前記第1所定値以下であり且つ前記車両の操舵操作部に作用する操作力が第3所定値以下の時に前記位置検出部が検出した前記転舵位置のうち前記転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を前記第1記憶部に記憶する、ことを特徴とする請求項1に記載の転舵制御装置。
- 前記終端位置学習部は、前記転舵機構を駆動するアクチュエータに対する電流指令値、または前記アクチュエータに流れる電流に基づいて前記回転力を算出することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の転舵制御装置。
- 前記終端位置学習部は、前記転舵機構を駆動するアクチュエータに対する電流指令値、または前記アクチュエータに流れる電流に基づいて算出した回転トルクと、前記車両の操舵操作部に作用する操作力との和に基づいて前記回転力を算出することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の転舵制御装置。
- 前記終端位置学習部は、前記転舵機構の角加速度と回転モーメントから求めた慣性トルクを前記回転力に追加することを特徴とする請求項4に記載の転舵制御装置。
- 前記終端位置学習部は、前記回転力が前記第1所定値以下である時に前記位置検出部が検出した前記転舵位置を、前記回転力に応じた第1の補正量及び操舵速度に応じた第2の補正量のうち少なくとも一つの補正量で補正して補正後転舵位置を求め、前記補正後転舵位置のうち前記転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を前記第1記憶部に記憶する、ことを特徴とする請求項1に記載の転舵制御装置。
- 前記終端位置学習部は、前記回転力が前記第1所定値以下であり且つ前記車両の操舵操作部に作用する操作力が前記第3所定値以下の時に前記位置検出部が検出した前記転舵位置を、前記回転力に応じた第1の補正量及び操舵速度に応じた第2の補正量のうち少なくとも一つの補正量で補正して補正後転舵位置を求め、前記補正後転舵位置のうち前記転舵機構の中立位置から最も離れた転舵位置を前記第1記憶部に記憶する、ことを特徴とする請求項3に記載の転舵制御装置。
- 車両の操舵操作部に作用する操作に基づいて、前記転舵機構に操舵補助力を付与するアクチュエータに対する電流指令値を演算する指令値演算部と、
前記位置検出部が検出した転舵位置が、前記終端位置学習部が学習した前記終端位置の近傍にある場合に、前記指令値演算部が演算した前記電流指令値を補正する指令値補正部と、
前記指令値補正部により補正された前記電流指令値に基づいて前記アクチュエータを駆動制御する駆動部と、
を備えることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の転舵制御装置。 - 前記終端位置を前記転舵機構の中立方向へ第4所定値移動した位置を仮終端位置とし、前記転舵位置が前記仮終端位置の近傍にある場合に、前記指令値演算部が演算した前記電流指令値を補正する指令値補正部を備えることを特徴とする請求項9に記載の転舵制御装置。
- 請求項9に記載の転舵制御装置と、
前記転舵制御装置により駆動制御されて前記車両の操向輪を転舵するアクチュエータと、
を備えることを特徴とする転舵装置。
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