JP7222309B2 - vehicle steering system - Google Patents
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Description
本発明は、車両用操向装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering system.
車両用操向装置の1つである電動パワーステアリング装置(EPS)は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力(操舵補助力)を付与するものである。EPSは、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト又はラック軸にアシスト力として付与する。 2. Description of the Related Art An electric power steering system (EPS), which is one of vehicle steering systems, applies an assist force (steering assist force) to a steering system of a vehicle using the rotational force of a motor. The EPS applies the driving force of a motor controlled by electric power supplied from an inverter to a steering shaft or a rack shaft as an assisting force through a transmission mechanism including a speed reduction mechanism.
例えば、車庫入れ操作などの低速運転時に操舵補助力を通常時によりも徐々に増加させ、車庫入れが終了すると増加させた操舵補助力を徐々に通常時の操舵補助力に戻すパワーステアリング装置が開示されている(例えば、特許文献1)。 For example, a power steering device is disclosed that gradually increases the steering assist force during low-speed driving such as parking in a garage, and gradually returns the increased steering assist force to the normal steering assist force when parking is completed. (For example, Patent Document 1).
一般に、低速運転時には操舵補助力を下げる制御が行われる。しかしながら、低速運転時に操舵補助力を一律に下げた場合、舵角がゼロ付近となる操舵角を運転者が認識し辛くなる。特に、パーキングエリア等に車両を駐車するために車両を後進(バック)させている場合等、運転者が車両の背後の安全確認を目視で行う際の操舵感覚が掴み難くなる。 In general, control is performed to reduce the steering assist force during low-speed driving. However, if the steering assist force is uniformly lowered during low-speed driving, it becomes difficult for the driver to recognize the steering angle at which the steering angle is near zero. In particular, when the vehicle is reversed in order to park the vehicle in a parking area or the like, it becomes difficult for the driver to get a sense of steering when visually confirming the safety behind the vehicle.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、操舵感を向上することができる車両用操向装置を提供すること、を目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle steering system capable of improving steering feel.
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る車両用操向装置は、操舵力を補助するモータを駆動制御することにより、車両の操舵系をアシスト制御する車両用操向装置であって、前記車両の運転モードとして、第1モードと、前記第1モードとは異なる第2モードと、を有し、ハンドルの操舵角の絶対値がゼロ以上となる所定領域において、前記第2モードにおける前記モータの目標操舵トルクの変化率が前記第1モード以上となり、前記所定領域以外の領域において、前記第2モードにおける前記目標操舵トルクの変化率が前記第1モードよりも小さい。 In order to achieve the above object, a vehicle steering system according to one aspect of the present invention is a vehicle steering system that assists and controls a steering system of a vehicle by driving and controlling a motor that assists steering force. The vehicle has a first mode and a second mode different from the first mode as operation modes of the vehicle. The rate of change of the target steering torque of the motor is equal to or higher than the first mode in the second mode, and the rate of change of the target steering torque in the second mode is smaller than that in the first mode in regions other than the predetermined region.
車両用操向装置の望ましい態様として、予め定められた所定の操作を検知した場合に、前記第2モードと判定する判定部と、ハンドルの操舵角の絶対値の増加に伴い徐々に変化率が小さくなる曲線に沿って増加する第1トルク信号を生成し、当該第1トルク信号に基づき生成された第2トルク信号に補正ゲインを乗じて第3トルク信号を生成し、当該第3トルク信号に対し、第4トルク信号を加算して、前記目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、を備え、前記目標操舵トルク生成部は、前記第2モードにおいて、1未満の正の補正ゲインを生成すると共に、前記操舵角の絶対値がゼロのときの傾きが前記第1トルク信号よりも大きい第4トルク信号を生成することが好ましい。 As a desirable aspect of the steering system for a vehicle, when a predetermined operation is detected, a determination unit for determining the second mode, and a rate of change gradually increases as the absolute value of the steering angle of the steering wheel increases. generating a first torque signal that increases along a decreasing curve; multiplying a second torque signal generated based on the first torque signal by a correction gain to generate a third torque signal; a target steering torque generation unit that generates the target steering torque by adding a fourth torque signal, the target steering torque generation unit having a positive correction gain of less than 1 in the second mode. and generating a fourth torque signal having a slope larger than that of the first torque signal when the absolute value of the steering angle is zero.
上記構成によれば、第2モードにおける運転者の負担を軽減することができ、操舵感を向上することができる。 According to the above configuration, the burden on the driver in the second mode can be reduced, and the steering feeling can be improved.
車両用操向装置の望ましい態様として、前記第2モードにおける第4トルク信号は、前記操舵角が所定値以上の領域において一定値となることが好ましい。 As a preferred aspect of the vehicle steering system, it is preferable that the fourth torque signal in the second mode has a constant value in a region where the steering angle is equal to or greater than a predetermined value.
これにより、第2モードにおける目標操舵トルクを小さくすることができ、ハンドルの操作を軽くすることができる。 As a result, the target steering torque in the second mode can be reduced, and the operation of the steering wheel can be lightened.
車両用操向装置の望ましい態様として、前記目標操舵トルク生成部は、前記第1モードにおいて、前記補正ゲインを1とし、前記第4トルク信号をゼロとすることが好ましい。 As a preferred aspect of the vehicle steering system, it is preferable that the target steering torque generator sets the correction gain to 1 and the fourth torque signal to zero in the first mode.
これにより、第1モードに適した目標操舵トルクが得られる。 As a result, a target steering torque suitable for the first mode is obtained.
車両用操向装置の望ましい態様として、前記第2モードにおける目標操舵トルクが前記第1モードにおける目標操舵トルクよりも小さい。 As a desirable aspect of the vehicle steering system, the target steering torque in the second mode is smaller than the target steering torque in the first mode.
これにより、ハンドルの操作を軽くすることができる。 This makes it possible to lighten the operation of the steering wheel.
本発明によれば、操舵感を向上することができる車両用操向装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a vehicle steering system capable of improving the steering feel.
以下、発明を実施するための形態(以下、実施形態という)につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates in detail, referring drawings for the form (henceforth embodiment) for implementing invention. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments. In addition, components in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that fall within a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be combined as appropriate.
(実施形態1)
図1は、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を示した図である。車両用操向装置の1つである電動パワーステアリング装置(EPS)は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2、減速機構3、ユニバーサルジョイント4a,4b、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を介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクTsを検出するトルクセンサ10及び操舵角θhを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速機構3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTsと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、モータ20に供給する電流を制御する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a general configuration of an electric power steering system. An electric power steering system (EPS), which is one of vehicle steering systems, is composed of a column shaft (steering shaft, steering wheel shaft) 2 of a
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40等の車載ネットワークが接続されている。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
The
コントロールユニット30は、主としてCPU(MCU、MPU等も含む)で構成される。図2は、電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。
The
コントロールユニット30を構成する制御用コンピュータ1100は、CPU(Central Processing Unit)1001、ROM(Read Only Memory)1002、RAM(Random Access Memory)1003、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)1004、インターフェース(I/F)1005、A/D(Analog/Digital)変換器1006、PWM(Pulse Width Modulation)コントローラ1007等を備え、これらがバスに接続されている。
A
CPU1001は、電動パワーステアリング装置の制御用コンピュータプログラム(以下、制御プログラムという)を実行して、電動パワーステアリング装置を制御する処理装置である。
The
ROM1002は、電動パワーステアリング装置を制御するための制御プログラムを格納する。また、RAM1003は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。EEPROM1004には、制御プログラムが入出力する制御データ等が格納されている。制御データは、コントロールユニット30に電源が投入された後にRAM1003に展開された制御用コンピュータプログラム上で使用され、所定のタイミングでEEPROM1004に上書きされる。
A
ROM1002、RAM1003、及びEEPROM1004等は情報を格納する記憶装置であって、CPU1001が直接アクセスできる記憶装置(一次記憶装置)である。
A
A/D変換器1006は、操舵トルクTs、モータ20の電流検出値Im、及び操舵角θhの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。
The A/
インターフェース1005は、CAN40に接続されている。インターフェース1005は、車速センサ12からの車速Vの信号(車速パルス)を受け付けるためのものである。
PWMコントローラ1007は、モータ20に対する電流指令値に基づいてUVW各相のPWM制御信号を出力する。
A
図3は、電動パワーステアリング装置におけるコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。操舵トルクTs及び車速Vsは、電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、操舵トルクTs及び車速Vsに基づき、予め記憶しているルックアップテーブル(アシストマップ等)を参照し、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an internal block configuration of a control unit in the electric power steering system. The steering torque Ts and the vehicle speed Vs are input to the current
補償信号生成部34は、補償信号CMを生成する。補償信号生成部34は、収れん性推定部341、慣性推定部342、セルフアライニングトルク(SAT:Self Aligning Torque)推定部343を備える。収れん性推定部341は、モータ20の角速度に基づいて車両のヨーレートを推定し、ハンドル1が振れ回る動作を制動することで、車両のヨーの収れん性を改善する補償値を推定する。慣性推定部342は、モータ20の角加速度に基づいて、モータ20の慣性力を推定し、応答性を高めるためにモータ20の慣性力を補償する補償値を推定する。SAT推定部343は、操舵トルクTs、アシストトルク、モータ20の角速度及び角加速度に基づいてセルフアライニングトルクTSATを推定し、そのセルフアライニングトルクを反力としてアシストトルクを補償する補償値を推定する。補償信号生成部34は、収れん性推定部341、慣性推定部342、SAT推定部343に加え、他の補償値を推定する推定部を備えてもよい。補償信号CMは、加算部344において慣性推定部342の補償値と、SAT推定部343の補償値とが加算され、この加算値と収れん性推定部341の補償値とが加算部345において加算された加算値である。なお、本開示において、SAT推定部343によって推定されるセルフアライニングトルクTSATは、後述する目標操舵トルク生成部200にも出力される。
The
加算部32Aにおいて、補償信号生成部34からの補償信号CMが電流指令値Iref1に加算されており、補償信号CMの加算によって、電流指令値Iref1に操舵システム系の特性補償がされ、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。そして、電流指令値Iref1は加算部32Aを経て、特性補償された電流指令値Iref2となり、電流指令値Iref2が電流制限部33に入力されている。電流制限部33において、電流指令値Iref2の最大電流が制限され、電流指令値Irefmが生成される。電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、モータ20側からフィードバックされている電流検出値Imとの偏差I(Irefm-Im)が減算部32Bで演算される。偏差Iが操舵動作の特性改善のためのPI制御部35に入力される。そうすると、PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、さらにモータ駆動部としてのインバータ回路37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流検出値Imは、電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。また、インバータ回路37は、駆動素子として電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:(以下、FETという。))が用いられ、FETのブリッジ回路で構成されている。
In the
従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとしてトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この方法で制御を行なう場合、路面の状態(例えば傾斜)の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。 In the assist control of the conventional electric power steering system, the steering torque applied by the driver's manual input is detected by a torque sensor as the torsion torque of the torsion bar, and the motor current is mainly used as the assist current corresponding to the torque. controlling. However, when the control is performed by this method, the steering torque may vary depending on the steering angle due to the difference in road surface conditions (for example, inclination). Steering torque may also be affected by variations in motor output characteristics due to long-term use.
図4は、舵角センサの設置例を示す構造図である。 FIG. 4 is a structural diagram showing an installation example of the steering angle sensor.
コラム軸2には、トーションバー2Aが備えられている。操向車輪8L,8Rには、路面反力Rr及び路面情報(路面の摩擦抵抗μ)が作用する。トーションバー2Aを挟み、コラム軸2のハンドル側には、上側角度センサが設けられている。トーションバー2Aを挟み、コラム軸2の操向車輪側には、下側角度センサが設けられている。上側角度センサは、ハンドル角θ1を検出し、下側角度センサは、コラム角θ2を検出する。操舵角θhは、コラム軸2の上部に設けられた舵角センサで検出される。トーションバーの捩れ角Δθは、ハンドル角θ1及びコラム角θ2の偏差から、下記(1)式で表される。また、トーションバートルクTtは、(1)式で表されるトーションバーの捩れ角Δθ用いて、下記(2)式で表される。なお、Ktは、トーションバー2Aのバネ定数である。
The
Δθ=θ2-θ1・・・(1) Δθ=θ 2 −θ 1 (1)
Tt=-Kt×Δθ・・・(2) Tt=−Kt×Δθ (2)
トーションバートルクTtは、トルクセンサを用いて検出することも可能である。本実施形態では、トーションバートルクTtを操舵トルクTsとしても扱うこととする。 Torsion bar torque Tt can also be detected using a torque sensor. In this embodiment, the torsion bar torque Tt is also treated as the steering torque Ts.
図5は、実施形態1に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。 5 is a diagram illustrating an example of an internal block configuration of a control unit according to the first embodiment; FIG.
コントロールユニット30は、内部ブロック構成として、目標操舵トルク生成部200、捩れ角制御部300、操舵方向判定部400、及び変換部500を備えている。
The
本実施形態において、運転者のハンドル操舵は、EPS操舵系/車両系100のモータ20でアシスト制御される。EPS操舵系/車両系100は、モータ20の他に、角度センサ、角速度演算部等を含む。
In this embodiment, the driver's steering is assist-controlled by the
目標操舵トルク生成部200は、本開示において車両の操舵系をアシスト制御する際の操舵トルクの目標値である目標操舵トルクTrefを生成する。変換部500は、目標操舵トルクTrefを目標捩れ角Δθrefに変換する。捩れ角制御部300は、モータ20に供給する電流の制御目標値であるモータ電流指令値Irefを生成する。
The target steering
捩れ角制御部300は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθrefとなるようなモータ電流指令値Irefを演算する。モータ20は、モータ電流指令値Irefにより駆動される。
The torsion
操舵方向判定部400は、EPS操舵系/車両系100から出力されるモータ角速度ωmに基づき、操舵方向が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態信号STsとして出力する。図6は、操舵方向の説明図である。
The steering
操舵方向が右切りか左切りかを示す操舵状態は、例えば図6に示すような操舵角θh及びモータ角速度ωmの関係で求めることができる。すなわち、モータ角速度ωmが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωmの代わりに、操舵角θh、ハンドル角θ1又はコラム角θ2に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。 The steering state indicating whether the steering direction is right or left can be obtained from the relationship between the steering angle θh and the motor angular velocity ωm as shown in FIG. 6, for example. That is, when the motor angular velocity ωm has a positive value, it is determined as "right turn", and when it has a negative value, it is determined as "left turn". Instead of the motor angular velocity ωm, an angular velocity calculated by performing a velocity calculation on the steering angle θh, the steering wheel angle θ1 , or the column angle θ2 may be used.
変換部500は、上記(2)式の関係を用いて、目標操舵トルク生成部200で生成された目標操舵トルクTrefを目標捩れ角Δθrefに変換する。
次に、実施形態1のコントロールユニットにおける基本的な動作例について説明する。図7は、実施形態1に係るコントロールユニットの動作例を示すフローチャートである。 Next, a basic operation example of the control unit of the first embodiment will be described. 7 is a flowchart illustrating an operation example of the control unit according to the first embodiment; FIG.
操舵方向判定部400は、EPS操舵系/車両系100から出力されるモータ角速度ωmの符号に基づき、操舵方向が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態信号STsとして、目標操舵トルク生成部200に出力する(ステップS10)。
The steering
目標操舵トルク生成部200は、車速Vs、車速判定信号Vfail、操舵状態信号STs、操舵角θh、及び実ヨーレートγreに基づき、目標操舵トルクTrefを生成する(ステップS20)。
Target
変換部500は、目標操舵トルク生成部200で生成された目標操舵トルクTrefを目標捩れ角Δθrefに変換する(ステップS20)。目標捩れ角Δθrefは、捩れ角制御部300に出力される。
捩れ角制御部300は、目標捩れ角Δθref、操舵角θh、捩れ角Δθ、及びモータ角速度ωmに基づき、モータ電流指令値Irefを演算する(ステップS30)。
The torsion
そして、捩れ角制御部300から出力されたモータ電流指令値Irefに基づいて電流制御が実施され、モータ20が駆動される(ステップS40)。
Current control is performed based on the motor current command value Iref output from the torsion
図8は、実施形態1の目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。図8に示すように、目標操舵トルク生成部200は、基本マップ部210、乗算部211、符号抽出部213、微分部220、ダンパゲインマップ部230、ヒステリシス補正部240、SAT情報補正部250、乗算部260,264、加算部261,262,265、及び操舵反力補正部280を備える。図9は、基本マップ部が保持する基本マップの特性例を示す図である。図10は、ダンパゲインマップ部が保持するダンパゲインマップの特性例を示す図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a target steering torque generator according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the target steering
基本マップ部210には、操舵角θh及び車速Vsが入力される。基本マップ部210は、図9に示す基本マップを用いて、車速Vsをパラメータとするトルク信号Tref_a0を出力する。すなわち、基本マップ部210は、車速Vsに応じたトルク信号Tref_a0を出力する。
The steering angle θh and the vehicle speed Vs are input to the
図9に示すように、トルク信号Tref_a0は、操舵角θhの大きさ(絶対値)|θh|の増加に伴い増加する特性を有する。また、トルク信号Tref_aは、車速Vsの増加に伴い増加する特性を有する。なお、図9では操舵角θhの大きさ|θh|に応じたマップを構成しているが、正負の操舵角θhに応じたマップを構成しても良い。この場合は、トルク信号Tref_a0の値は、正負の値を取り、後述する符号計算は不要である。 As shown in FIG. 9, the torque signal Tref_a0 has a characteristic that it increases as the magnitude (absolute value) |θh| of the steering angle θh increases. Also, the torque signal Tref_a has a characteristic that it increases as the vehicle speed Vs increases. In addition, in FIG. 9, the map is configured according to the magnitude |θh| of the steering angle θh, but the map may be configured according to the positive or negative steering angle θh. In this case, the value of the torque signal Tref_a0 takes a positive or negative value, and sign calculation, which will be described later, is unnecessary.
符号抽出部213は、操舵角θhの符号を抽出する。具体的には、例えば、操舵角θhの値を、操舵角θhの絶対値で除算する。これにより、符号抽出部213は、操舵角θhの符号が「+」の場合には「1」を出力し、操舵角θhの符号が「-」の場合には「-1」を出力する。
A
微分部220には、操舵角θhが入力される。微分部220は、操舵角θhを微分して、角速度情報である舵角速度ωhを算出する。微分部220は、算出した舵角速度ωhを乗算部260に出力する。
The steering angle θh is input to the differentiating
ダンパゲインマップ部230には、車速Vsが入力される。ダンパゲインマップ部230は、図10に示す車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Vsに応じたダンパゲインDGを出力する。
The vehicle speed Vs is input to the damper
図10に示すように、ダンパゲインDGは、車速Vsが高くなるに従い徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインDGは、操舵角θhに応じて可変する態様としても良い。 As shown in FIG. 10, the damper gain DG has the characteristic of gradually increasing as the vehicle speed Vs increases. The damper gain DG may be varied according to the steering angle θh.
乗算部260は、微分部220から出力される舵角速度ωhに対して、ダンパゲインマップ部230から出力されるダンパゲインDGを乗算し、トルク信号Tref_bとして加算部262に出力する。
Multiplying
操舵方向判定部400は、例えば図6に示すような判定を行う。ヒステリシス補正部240には、操舵角θh、車速Vs、及び、図6に示す判定結果である操舵状態信号STsが入力される。ヒステリシス補正部240は、操舵角θh及び操舵状態信号STsに基づき、下記(3)式及び(4)式を用いてトルク信号Tref_cを演算する。なお、下記(3)式及び(4)式において、xは操舵角θh、yR=Tref_c及びyL=Tref_cはトルク信号Tref_cとする。また、係数aは1よりも大きい値であり、係数cは0よりも大きい値である。係数Ahysは、ヒステリシス特性の出力幅を示し、係数cは、ヒステリシス特性の丸みを表す係数である。
The steering
yR=Ahys{1-a-c(x-b)}・・・(3) y R =Ahys{1-a -c(xb) } (3)
yL=-Ahys{1-ac(x-b’)}・・・(4) y L =-Ahys {1-a c(x-b') } (4)
右切り操舵の際には、上記(3)式を用いて、トルク信号Tref_c(yR)を算出する。左切り操舵の際には、上記(4)式を用いて、トルク信号Tref_c(yL)を算出する。なお、右切り操舵から左切り操舵へ切り替える際、又は、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際には、操舵角θh及びトルク信号Tref_cの前回値であるの最終座標(x1,y1)の値に基づき、操舵切り替え後の上記(3)式及び(4)式に対し、下記(5)式又は(6)式に示す係数b又はb’を代入する。これにより、操舵切り替え前後の連続性が保たれる。 During right turn steering, the torque signal Tref_c(y R ) is calculated using the above equation (3). During left-turn steering, the torque signal Tref_c(y L ) is calculated using the above equation (4). When switching from right-turn steering to left-turn steering, or when switching from left-turn steering to right-turn steering, the final coordinates (x 1 , y 1 ) of the previous values of the steering angle θh and the torque signal Tref_c are Based on the value of , a coefficient b or b' shown in the following equation (5) or (6) is substituted into the above equations (3) and (4) after steering switching. As a result, continuity before and after steering switching is maintained.
b=x1+(1/c)loga{1-(y1/Ahys)}・・・(5) b=x 1 +(1/c) log a {1−(y 1 /Ahys)} (5)
b’=x1-(1/c)loga{1-(y1/Ahys)}・・・(6) b′=x 1 −(1/c) log a {1−(y 1 /Ahys)} (6)
上記(5)式及び(6)式は、上記(3)式及び(4)式において、xにx1を代入し、yR及びyLにy1を代入することにより導出することができる。 The above formulas (5) and (6) can be derived by substituting x 1 for x and y 1 for y R and y L in the above formulas (3) and (4). .
係数aとして、例えば、ネイピア数eを用いた場合、上記(3)式、(4)式、(5)式、(6)式は、それぞれ下記(7)式、(8)式、(9)式、(10)式で表せる。 For example, when Napier's number e is used as the coefficient a, the above formulas (3), (4), (5), and (6) are respectively the following formulas (7), (8), and (9 ) and (10).
yR=Ahys[1-exp{-c(x-b)}]・・・(7) y R =Ahys[1-exp{-c(xb)}] (7)
yL=-Ahys[{1-exp{c(x-b’)}]・・・(8) y L =-Ahys[{1-exp{c(xb')}] (8)
b=x1+(1/c)loge{1-(y1/Ahys)}・・・(9) b=x 1 +(1/c)log e {1−(y 1 /Ahys)} (9)
b’=x1-(1/c)loge{1-(y1/Ahys)}・・・(10) b′=x 1 −(1/c)log e {1−(y 1 /Ahys)} (10)
図11は、ヒステリシス補正部の特性例を示す図である。図11に示す例では、上記(9)式及び(10)式において、Ahys=1[Nm]、c=0.3と設定し、0[deg]から開始し、+50[deg]、-50[deg]の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Tref_cの特性例を示している。図11に示すように、ヒステリシス補正部240から出力されるトルク信号Tref_cは、0の原点→L1(細線)→L2(破線)→L3(太線)のようなヒステリシス特性を有している。
FIG. 11 is a diagram showing an example of characteristics of the hysteresis corrector. In the example shown in FIG. 11, in the above equations (9) and (10), Ahys = 1 [Nm], c = 0.3, starting from 0 [deg], +50 [deg], -50 FIG. 10 shows a characteristic example of a hysteresis-corrected torque signal Tref_c when steering is performed by [deg]. As shown in FIG. 11, the torque signal Tref_c output from the
なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるAhys及び丸みを表す係数であるcを、車速Vs及び操舵角θhの一方又は双方に応じて可変としても良い。 Ahys, which is a coefficient representing the output width of the hysteresis characteristic, and c, which is a coefficient representing roundness, may be variable according to one or both of the vehicle speed Vs and the steering angle θh.
また、舵角速度ωhは、操舵角θhに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ(LPF)処理を実施している。また、ハイパスフィルタ(HPF)とゲインにより、微分演算とLPFの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωhは、操舵角θhではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ1又は下側角度センサが検出するコラム角θ2に対して微分演算とLPFの処理を行って算出しても良い。舵角速度ωhの代わりにモータ角速度ωmを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部220は不要となる。
Further, the steering angular velocity ωh is obtained by a differential operation with respect to the steering angle θh, but is moderately subjected to low-pass filter (LPF) processing in order to reduce the influence of high-frequency noise. Alternatively, the differential operation and LPF processing may be performed using a high-pass filter (HPF) and gain. Furthermore, instead of the steering angle θh, the steering angular velocity ωh may be calculated by performing differentiation and LPF processing on the steering wheel angle θ1 detected by the upper angle sensor or the column angle θ2 detected by the lower angle sensor. . The motor angular velocity ωm may be used as the angular velocity information instead of the steering angular velocity ωh, in which case the differentiating
図8に戻り、乗算部211は、基本マップ部210から出力されるトルク信号Tref_a0に対して、符号抽出部213から出力される操舵角θhの符号を乗算し、トルク信号Tref_aとして加算部261に出力する。これにより、正負の操舵角θhに応じたトルク信号Tref_aが得られる。
Returning to FIG. 8, the
上述のように求められたトルク信号Tref_a、トルク信号Tref_b、及びトルク信号Tref_cは、加算部261,262で加算され、トルク信号Tref_eが得られる。
The torque signal Tref_a, the torque signal Tref_b, and the torque signal Tref_c obtained as described above are added by
本実施形態におけるトルク信号Tref_aが、本開示の「第1トルク信号」に対応する。また、本実施形態におけるトルク信号Tref_eが、本開示の「第2トルク信号」に対応する。 The torque signal Tref_a in this embodiment corresponds to the "first torque signal" of the present disclosure. Also, the torque signal Tref_e in the present embodiment corresponds to the "second torque signal" of the present disclosure.
図12は、操舵反力補正部の一構成例を示すブロック図である。図12に示すように、操舵反力補正部280は、補正ゲイン生成部281、補正トルクマップ282、符号抽出部283、及び乗算部284を備えている。
FIG. 12 is a block diagram showing one configuration example of the steering reaction force correction unit. As shown in FIG. 12 , the steering reaction
操舵反力補正部280には、操舵角θh及び低速運転モード検知部15(図1参照)から出力される低速運転モード信号Pfが入力される。
The steering reaction
ここで、「低速運転モード(第2モード)」について説明する。本実施形態において、「低速運転モード(第2モード)」とは、例えば、車両を駐車場に駐車する場合等、車両を所定の停車位置に移動させる際や、進入した袋小路から戻るために後退移動させる等、運転者が予め定められた所定の低速運転モード移行操作を行ったときに選択される運転モードである。つまり、本実施形態における低速運転モード(第2モード)は、上述したような所定の低速運転モード移行操作が行われた際に、車両を低速で移動させるための運転モードである。 Here, the "low speed operation mode (second mode)" will be described. In this embodiment, the "low-speed driving mode (second mode)" refers to, for example, when the vehicle is parked in a parking lot, when the vehicle is moved to a predetermined stop position, or when the vehicle is retreated to return from a dead end. This driving mode is selected when the driver performs a predetermined low-speed driving mode transition operation such as moving the vehicle. That is, the low-speed driving mode (second mode) in the present embodiment is a driving mode for moving the vehicle at low speed when the above-described predetermined low-speed driving mode transition operation is performed.
低速運転モード検知部15は、運転者によって所定の低速運転モード移行操作が行われたことを検知して、低速運転モード信号Pfを出力する構成部である。低速運転モード検知部15は、例えば、車両のセンターコンソール等に具備される「パーキングボタン」が運転者によって押されたことを検知して、低速運転モード信号Pfを出力する態様であっても良い。また、低速運転モード検知部15は、例えば、車両のシフトノブを運転者が操作して、「リバース(後退)」、「パーキングF(前進)」、又は「パーキングB(後退)」のポジションが選択されたことを検知して、低速運転モード信号Pfを出力する態様であっても良い。ここで、「パーキングF(前進)」は、低速運転モード(第2モード)において前進する際に選択するポジションを示し、「パーキングB(後退)」は、低速運転モード(第2モード)において後退する際に選択するポジションを示している。運転者による低速運転モード(第2モード)の選択手段としては、上記以外の態様であっても良く、運転者による低速運転モード(第2モード)の選択手段により本発明が限定されるものではない。なお、以下の説明では、低速運転モード(第2モード)非選択時における通常の運転モードを「ドライブモード(第1モード)」とも称する。すなわち、本開示において、低速運転モード検知部15は、所定の低速運転モード移行操作を検知して、ドライブモード(第1モード)とは異なる低速運転モード(第2モード)と判定する「判定部」に対応する。
The low-speed operation
補正ゲイン生成部281は、低速運転モード(第2モード)において、低速運転モード信号Pfに応じた補正ゲインG(Gは、1未満の正の値)を出力する。具体的に、補正ゲイン生成部281は、低速運転モード(第2モード)において、例えば、補正ゲインG=0.3を出力する。また、補正ゲイン生成部281は、ドライブモード(第1モード)において、補正ゲインG=1を出力する。低速運転モード(第2モード)における補正ゲインGの値は一例であって、0.3に限るものではない。低速運転モード(第2モード)における補正ゲインGの値は、1未満の正の所定値とすることができる。
The
補正トルクマップ282には、操舵角θhの大きさ|θh|に応じた補正トルクが設定されている。補正トルクマップ282は、操舵角θhの大きさ|θh|に応じた補正トルク信号Tref_p0を出力する。
In the
符号抽出部283は、操舵角θhの符号を抽出する。具体的には、例えば、操舵角θhの値を、操舵角θhの絶対値で除算する。これにより、符号抽出部283は、操舵角θhの符号が「+」の場合には「1」を出力し、操舵角θhの符号が「-」の場合には「-1」を出力する。
A
乗算部284は、補正トルクマップ282から出力される補正トルク信号Tref_p0に対して、符号抽出部283から出力される操舵角θhの符号を乗算し、補正トルク信号Tref_pとして出力する。これにより、正負の操舵角θhに応じた補正トルク信号Tref_pが得られる。
The
図13は、補正トルクマップの一例を示す図である。図13において、横軸は操舵角θhの絶対値|θh|を示し、縦軸はトルクを示している。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a correction torque map. In FIG. 13, the horizontal axis indicates the absolute value |θh| of the steering angle θh, and the vertical axis indicates the torque.
図13では、トルク信号Tref_a0の一例を破線で示し、補正トルク信号Tref_p0を実線で示している。なお、図13では操舵角θhの大きさ(絶対値)|θh|に応じたマップを構成しているが、正負の操舵角θhに応じたマップを構成しても良い。この場合、補正トルク信号Tref_p0の値は、正負の値を取り得る。補正トルクマップ282は、例えば、コントロールユニット30を構成する制御用コンピュータ1100のEEPROM1004等に記憶されていても良いし、操舵反力補正部280が保持する態様であっても良い。
In FIG. 13, an example of the torque signal Tref_a0 is indicated by a dashed line, and a corrected torque signal Tref_p0 is indicated by a solid line. In FIG. 13, the map is formed according to the magnitude (absolute value) |θh| of the steering angle θh, but the map may be formed according to the positive or negative steering angle θh. In this case, the value of the correction torque signal Tref_p0 can take positive and negative values.
図13に示すように、補正トルク信号Tref_p0は、操舵角θhの絶対値|θh|が閾値θh_th未満となる領域において、操舵角θhの絶対値|θh|の増加に伴い徐々に変化率が小さくなる曲線に沿って増加する特性を有する。また、図13に示すように、補正トルク信号Tref_p0は、操舵角θhの絶対値|θh|が閾値|θh_th|以上となる領域において一定値|Tc|となる。本実施形態において、補正トルク信号Tref_p0の操舵角θhの絶対値|θh|=0における傾きK2は、トルク信号Tref_a0の操舵角θhの絶対値|θh|=0における傾きK1よりも大きい値としている。閾値|θh_th|及び一定値|Tc|は任意の所定値とすることができる。 As shown in FIG. 13, the correction torque signal Tref_p0 gradually decreases in rate of change as the absolute value |θh| of the steering angle θh increases in a region where the absolute value |θh| It has a characteristic that increases along a curve of Further, as shown in FIG. 13, the correction torque signal Tref_p0 has a constant value |Tc| in a region where the absolute value |θh| of the steering angle θh is equal to or greater than the threshold value |θh_th|. In this embodiment, the slope K2 of the corrected torque signal Tref_p0 at the absolute value |θh|=0 of the steering angle θh is set to a value larger than the slope K1 at the absolute value |θh|=0 of the steering angle θh of the torque signal Tref_a0. . The threshold value |θh_th| and the constant value |Tc| can be arbitrary predetermined values.
操舵反力補正部280は、低速運転モード信号Pfに応じた補正トルク信号Tref_pを出力する。操舵反力補正部280は、低速運転モード(第2モード)において、操舵角θhに応じた補正トルク信号Tref_pを出力する。また、操舵反力補正部280は、ドライブモード(第1モード)において、操舵角θhに依らず、補正トルク信号Tref_p=0を出力する。
The steering reaction
図8に戻り、乗算部264は、加算部261から出力されるトルク信号Tref_eに対し、操舵反力補正部280から出力される補正ゲインGを乗算し、トルク信号Tref_fとして加算部265に出力する。加算部265は、乗算部264から出力されるトルク信号Tref_fに対し、操舵反力補正部280から出力される補正トルク信号Tref_pを加算して、目標操舵トルクTrefとして出力する。すなわち、目標操舵トルクTrefは、下記(11)式で表せる。
Returning to FIG. 8, the
Tref=(Tref_e)×G+Tref_p
=Tref_f+Tref_p ・・・(11)
Tref=(Tref_e)×G+Tref_p
=Tref_f+Tref_p (11)
本実施形態におけるトルク信号Tref_fが、本開示の「第3トルク信号」に対応する。また、本実施形態における補正トルク信号Tref_pが、本開示の「第4トルク信号」に対応する。 The torque signal Tref_f in this embodiment corresponds to the "third torque signal" of the present disclosure. Further, the correction torque signal Tref_p in this embodiment corresponds to the "fourth torque signal" of the present disclosure.
図14は、目標操舵トルク生成部から出力される目標操舵トルクの一例を示す図である。図14において、横軸は操舵角θhを示し、縦軸はトルクを示している。 FIG. 14 is a diagram showing an example of the target steering torque output from the target steering torque generator. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the steering angle θh, and the vertical axis indicates the torque.
図14では、ドライブモードにおける目標操舵トルクの一例を破線で示し、低速運転モードにおける目標操舵トルクを実線で示している。 In FIG. 14, an example of the target steering torque in the drive mode is indicated by a dashed line, and an example of the target steering torque in the low-speed driving mode is indicated by a solid line.
ドライブモード(第1モード)では、上述したように、トルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対して、補正ゲインG=1を乗じ、補正トルク信号Tref_p(第4トルク信号)=0を加算する。これにより、目標操舵トルクTref=トルク信号Tref_e(第2トルク信号)となり、ドライブモード(第1モード)に適した目標操舵トルクTrefを得ることができる。 In the drive mode (first mode), as described above, the torque signal Tref_e (second torque signal) is multiplied by the correction gain G=1, and the correction torque signal Tref_p (fourth torque signal)=0 is added. . As a result, target steering torque Tref=torque signal Tref_e (second torque signal), and target steering torque Tref suitable for the drive mode (first mode) can be obtained.
低速運転モード(第2モード)では、上述したように、トルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対し、1未満の正の補正ゲインG(例えば、G=0.3)を乗じてトルク信号Tref_f(第3トルク信号)を生成し、さらに、トルク信号Tref_f(第3トルク信号)に対し、トルク信号Tref_a(第1トルク信号)よりも操舵角θhの絶対値|θh|=0における傾きが大きい補正トルク信号Tref_p(第4トルク信号)を加算して、目標操舵トルクTrefを生成する。これにより、図14に示すように、低速運転モード(第2モード)では、ドライブモード(第1モード)よりも目標操舵トルクTrefを小さくすることができ、ハンドル1の操作を軽くすることができる。また、図14に示すように、操舵角θhが0前後の所定領域(図14中において一点鎖線で示した領域)では、操舵角θhの変化に対して操舵力の変化を大きくすることができる。換言すれば、ハンドル1の操舵角θhの絶対値|θh|がゼロ以上となる所定領域において、低速運転モード(第2モード)における目標操舵トルクTrefの変化率がドライブモード(第1モード)以上となり、所定領域以外の領域において、低速運転モード(第2モード)における目標操舵トルクTrefの変化率がドライブモード(第1モード)よりも小さくなる。これにより、運転者は、舵角ゼロを認識し易くなる。このため、運転者の負担を軽減することができ、操舵感を向上することができる。
In the low-speed operation mode (second mode), as described above, the torque signal Tref_e (second torque signal) is multiplied by a positive correction gain G less than 1 (for example, G=0.3) to obtain the torque signal Tref_f. (third torque signal), and the slope of the torque signal Tref_f (third torque signal) at the absolute value |θh|=0 of the steering angle θh is greater than that of the torque signal Tref_a (first torque signal). A correction torque signal Tref_p (fourth torque signal) is added to generate a target steering torque Tref. As a result, as shown in FIG. 14, in the low-speed operation mode (second mode), the target steering torque Tref can be made smaller than in the drive mode (first mode), and the operation of the
なお、図8に示す例では、トルク信号Tref_a(第1トルク信号)、トルク信号Tref_b、及びトルク信号Tref_cを加算して得たトルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対し、補正ゲインGを乗じて、トルク信号Tref_f(第3トルク信号)を生成する例を示したが、トルク信号Tref_a(第1トルク信号)、トルク信号Tref_b、トルク信号Tref_cのそれぞれに対して、それぞれ1未満の個別の補正ゲインGを乗じた後に加算して、トルク信号Tref_f(第3トルク信号)を生成する態様であっても良い。 In the example shown in FIG. 8, the torque signal Tref_e (second torque signal) obtained by adding the torque signal Tref_a (first torque signal), torque signal Tref_b, and torque signal Tref_c is multiplied by the correction gain G. to generate the torque signal Tref_f (third torque signal). A mode may be employed in which the torque signal Tref_f (third torque signal) is generated by adding after multiplying by the gain G.
以下、実施形態1の捩れ角制御部300(図5参照)について、図15を参照して説明する。 The twist angle control section 300 (see FIG. 5) of the first embodiment will be described below with reference to FIG.
図15は、実施形態1の捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。捩れ角制御部300は、目標捩れ角Δθref、捩れ角Δθ、操舵角θh及びモータ角速度ωmに基づいてモータ電流指令値Irefを演算する。捩れ角制御部300は、捩れ角フィードバック(FB)補償部310、速度制御部330、安定化補償部340、出力制限部350、舵角外乱補償部360、減算部361、加算部363、及び減速比部370を備えている。
15 is a block diagram showing a configuration example of a twist angle control unit according to the first embodiment; FIG. The torsion
変換部500から出力される目標捩れ角Δθrefは、減算部361に加算入力される。捩れ角Δθは、減算部361に減算入力される。操舵角θhは、舵角外乱補償部360に入力される。モータ角速度ωmは、安定化補償部340に入力される。
The target twist angle Δθref output from the
捩れ角FB補償部310は、減算部361で算出される目標捩れ角Δθrefと捩れ角Δθの偏差Δθ0に対して補償値CFB(伝達関数)を乗算し、目標捩れ角Δθrefに捩れ角Δθが追従するような目標コラム角速度ωref1を出力する。目標コラム角速度ωref1は、加算部363に加算出力される。補償値CFBは、単純なゲインKppでも、PI制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。
The torsion angle FB compensator 310 multiplies the deviation Δθ0 between the target torsion angle Δθref and the torsion angle Δθ calculated by the
舵角外乱補償部360は、操舵角θhに対して補償値Ch(伝達関数)を乗算し、目標コラム角速度ωref2を出力する。目標コラム角速度ωref2は、加算部363に加算出力される。
A steering
加算部363は、目標コラム角速度ωref1と目標コラム角速度ωref2とを加算し、目標コラム角速度ωrefとして速度制御部330に出力する。これにより、運転者から入力される操舵角θhの変化による、トーションバー捩れ角Δθへの影響を抑制し、急操舵に対する目標捩れ角Δθrefへの捩れ角Δθの追従性を向上することができる。
運転者の操舵により操舵角θhが変化すると、操舵角θhの変化が外乱として捩れ角Δθに影響してしまい、目標捩れ角Δθrefに対してずれが発生する。特に、急な操舵に対しては、操舵角θhの変化による目標捩れ角Δθrefに対するずれが顕著に出てしまう。舵角外乱補償部360の基本的な目的は、この外乱としての操舵角θhの影響を低減させることである。
When the steering angle θh changes due to steering by the driver, the change in the steering angle θh affects the torsion angle Δθ as a disturbance, causing a deviation from the target torsion angle Δθref. In particular, for sudden steering, the deviation from the target torsion angle Δθref due to the change in the steering angle θh is remarkable. The basic purpose of the steering
速度制御部330は、I-P制御(比例先行型PI制御)により、目標コラム角速度ωrefにコラム角速度ωcが追従するようなモータ電流指令値Isを算出する。コラム角速度ωcは、図15のように、モータ角速度ωmに減速機構である減速比部370の減速比1/Nを乗算した値としても良い。
減算部333は、目標コラム角速度ωrefとコラム角速度ωcとの差分(ωref-ωc)を算出する。積分部331は、目標コラム角速度ωrefとコラム角速度ωcとの差分(ωref-ωc)を積分し、積分結果を減算部334に加算入力する。
The
捩れ角速度ωtは、比例部332にも出力される。比例部332は、コラム角速度ωcに対してゲインKvpによる比例処理を行い、比例処理結果を減算部334に減算入力する。減算部334での減算結果は、モータ電流指令値Isとして出力される。なお、速度制御部330は、I-P制御ではなく、PI制御、P(比例)制御、PID(比例積分微分)制御、PI-D制御(微分先行型PID制御)、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Isを算出しても良い。
The torsional angular velocity ωt is also output to the
出力制限部350は、モータ電流指令値Isに対する上限値及び下限値が予め設定されている。モータ電流指令値Isの上下限値を制限して、モータ電流指令値Irefを出力する。
The
なお、本実施形態における捩れ角制御部300の構成は一例であり、図15に示す構成とは異なる態様であっても良い。例えば、捩れ角制御部300は、舵角外乱補償部360及び加算部363や、減速比部370を具備しない構成であっても良い。
Note that the configuration of the torsion
(実施形態2)
図16は、実施形態2に係るコントロールユニットの内部ブロック構成の一例を示す図である。なお、上述した実施形態1で説明した構成と同じ構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。実施形態2に係るコントロールユニット(ECU)30aは、目標操舵トルク生成部201及び捩れ角制御部300aの構成が実施形態1とは異なる。
(Embodiment 2)
16 is a diagram illustrating an example of an internal block configuration of a control unit according to the second embodiment; FIG. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same structure part as the structure demonstrated in
目標操舵トルク生成部201には、操舵角θh、車速Vs、車速判定信号Vfailに加え、操舵トルクTs及びモータ角θmが入力される。
In addition to the steering angle θh, the vehicle speed Vs, and the vehicle speed determination signal Vfail, the steering torque Ts and the motor angle θm are input to the target
捩れ角制御部300aは、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθrefとなるようなモータ電流指令値Imcを演算する。モータ20は、モータ電流指令値Imcにより駆動される。
The torsion
図17は、実施形態2の目標操舵トルク生成部の一構成例を示すブロック図である。図17に示すように、実施形態2の目標操舵トルク生成部201は、実施形態1において説明した構成に加え、SAT情報補正部250及び加算部263を備える。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration example of a target steering torque generator according to the second embodiment. As shown in FIG. 17, the target
SAT情報補正部250には、操舵角θh、車速Vs、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値Imcが入力される。SAT情報補正部250は、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値Imcに基づいてセルフアライニングトルク(SAT)を算出し、更にフィルタ処理、ゲイン乗算及び制限処理を施して、トルク信号Tref_dを演算する。
The steering angle θh, vehicle speed Vs, steering torque Ts, motor angle θm, and motor current command value Imc are input to the SAT
図18は、SAT情報補正部の一構成例を示すブロック図である。SAT情報補正部250は、SAT算出部251、フィルタ部252、操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254、舵角感応ゲイン部255、及び制限部256を備える。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration example of the SAT information corrector. The SAT
ここで、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子について、図19を参照して説明する。図19は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示すイメージ図である。 Here, the state of torque generated between the road surface and the steering will be described with reference to FIG. FIG. 19 is an image diagram showing how torque is generated from the road surface to the steering wheel.
運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクTsが発生し、その操舵トルクTsに従ってモータ20がアシストトルク(モータトルク)Tmを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてセルフアライニングトルクTSATが発生する。その際、コラム軸換算慣性(モータ20(のロータ)、減速機構等によりコラム軸に作用する慣性)J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。更に、モータ20の回転速度により、ダンパ項(ダンパ係数DM)として表現される物理的なトルク(粘性トルク)が発生する。これらの力の釣り合いから、下記(12)式に示す運動方程式が得られる。
Steering torque Ts is generated by the driver steering the steering wheel, and the
J×αM+Fr×sign(ωM)+DM×ωM=Tm+Ts+TSAT・・・(12) J× αM +Fr×sign( ωM )+ DM × ωM =Tm+Ts+ TSAT (12)
上記(12)式において、ωMはコラム軸換算(コラム軸に対する値に変換)されたモータ角速度であり、αMはコラム軸換算されたモータ角加速度である。そして、上記(12)式をTSATについて解くと、下記(13)式が得られる。 In the above equation (12), ω M is the motor angular velocity converted to the column axis (converted into a value with respect to the column axis), and α M is the motor angular acceleration converted to the column axis. Then, when the above equation (12) is solved for T SAT , the following equation (13) is obtained.
TSAT=-Tm-Ts+J×αM+Fr×sign(ωM)+DM×ωM・・・(13) T SAT =−Tm−Ts+J× αM +Fr×sign( ωM )+D M × ωM (13)
上記(13)式からわかるように、コラム軸換算慣性J、静摩擦Fr及びダンパ係数DMを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ωM、モータ角加速度αM、アシストトルクTm及び操舵トルクTsよりセルフアライニングトルクTSATを算出することができる。なお、コラム軸換算慣性Jは、簡易的にモータ慣性と減速比の関係式を用いてコラム軸に換算した値でも良い。 As can be seen from the above equation (13), the column axis conversion inertia J, the static friction Fr, and the damper coefficient DM are determined in advance as constants, so that the motor angular velocity ω M , the motor angular acceleration α M , the assist torque Tm, and the steering torque Ts The self-aligning torque T SAT can be calculated from the above. Note that the column axis conversion inertia J may be a value converted to the column axis using a simple relational expression between the motor inertia and the speed reduction ratio.
SAT算出部251には、操舵トルクTs、モータ角θm、及びモータ電流指令値Imcが入力される。SAT算出部251は、上記(13)式を用いて、セルフアライニングトルクTSATを算出する。SAT算出部251は、換算部251A、角速度演算部251B、角加速度演算部251C、ブロック251D、ブロック251E、ブロック251F、ブロック251G、及び加算器251H,251I,251Jを備える。
The steering torque Ts, the motor angle θm, and the motor current command value Imc are input to the
換算部251Aには、モータ電流指令値Imcが入力される。換算部251Aは、予め定められたギア比及びトルク定数を乗算することにより、コラム軸換算されたアシストトルクTmを算出する。
Motor current command value Imc is input to
角速度演算部251Bには、モータ角θmが入力される。角速度演算部251Bは、微分処理及びギア比の乗算により、コラム軸換算されたモータ角速度ωMが算出される。
The motor angle θm is input to the
角加速度演算部251Cには、モータ角速度ωMが入力される。角加速度演算部251Cは、モータ角速度ωMを微分し、コラム軸換算されたモータ角加速度αMを算出する。
The motor angular velocity ω M is input to the
そして、入力された操舵トルクTs並びに算出された上記アシストトルクTm、モータ角速度ωM及びモータ角加速度αMを用いて、ブロック251D、ブロック251E、ブロック251F、ブロック251G、及び加算器251H,251I,251Jにより、数8に基づいて、図18に示されるような構成によりセルフアライニングトルクTSATが算出される。
Then, using the input steering torque Ts and the calculated assist torque Tm, motor angular velocity ωM , and motor angular acceleration αM , block 251D, block 251E, block 251F, block 251G,
ブロック251Dには、角速度演算部251Bから出力されたモータ角速度ωMが入力される。ブロック251Dは、符号関数として機能し、入力データの符号を出力する。
The
ブロック251Eには、角速度演算部251Bから出力されたモータ角速度ωMが入力される。ブロック251Eは、入力データにダンパ係数DMを乗算して出力する。
The
ブロック251Fは、ブロック251Dからの入力データに静摩擦Frを乗算して出力する。
Block 251F multiplies the input data from
ブロック251Gには、角加速度演算部251Cから出力されたモータ角加速度αMが入力される。ブロック251Gは、入力データにコラム軸換算慣性Jを乗算して出力する。
The
加算器251Hは、操舵トルクTsと換算部251Aから出力されるアシストトルクTmとを加算する。
The
加算器251Iは、加算器251Hの出力からブロック251Gの出力を減算する。
Adder 251I subtracts the output of
加算器251Jは、ブロック251Eの出力とブロック251Fの出力とを加算し、加算器251Iの出力を減算する。
上記構成により、上記(13)式を実現することができる。すなわち、図18に示すSAT算出部251の構成により、セルフアライニングトルクTSATが算出される。
With the above configuration, the above equation (13) can be realized. That is, the configuration of the
なお、コラム角が直接検出可能な場合は、モータ角θmの代わりにコラム角を角度情報として使用しても良い。この場合、コラム軸換算は不要となる。また、モータ角θmではなく、EPS操舵系/車両系100からのモータ角速度ωmをコラム軸換算した信号をモータ角速度ωMとして入力し、モータ角θmに対する微分処理を省略しても良い。更に、セルフアライニングトルクTSATは、上記以外の方法で算出しても良く、算出値ではなく、測定値を使用しても良い。
If the column angle can be directly detected, the column angle may be used as angle information instead of the motor angle .theta.m. In this case, column axis conversion becomes unnecessary. Instead of the motor angle .theta.m, a signal obtained by converting the motor angular velocity .omega.m from the EPS steering system/
SAT算出部251にて算出されたセルフアライニングトルクTSATを活用し運転者に操舵感として適切に伝えるために、フィルタ部252により、伝えたい情報をセルフアライニングトルクTSATから抽出し、操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254及び舵角感応ゲイン部255により伝える量を調整し、更に、制限部256により上下限値を調整する。なお、本開示において、SAT算出部251にて算出されるセルフアライニングトルクTSATは、目標操舵トルク生成部201にも出力される。
In order to utilize the self-aligning torque T SAT calculated by the
フィルタ部252には、SAT算出部251からセルフアライニングトルクTSATが入力される。フィルタ部252は、例えばバンドバスフィルタにより、セルフアライニングトルクTSATに対してフィルタ処理を行い、SAT情報TST1を出力する。
The
操舵トルク感応ゲイン部253には、フィルタ部252から出力されるSAT情報TST1及び操舵トルクTsが入力される。操舵トルク感応ゲイン部253は、操舵トルク感応ゲインを設定する。
The
図20は、操舵トルク感応ゲインの特性例を示す図である。図20に示されるように、操舵トルク感応ゲイン部253は、直進走行状態であるオンセンタ近辺で感度が高くなるように、操舵トルク感応ゲインを設定する。操舵トルク感応ゲイン部253は、操舵トルクTsに応じて設定される操舵トルク感応ゲインをSAT情報TST1に乗算し、SAT情報TST2を出力する。
FIG. 20 is a diagram showing a characteristic example of the steering torque sensitive gain. As shown in FIG. 20, the steering torque
図20において、操舵トルク感応ゲインは、操舵トルクTsがTs1(例えば2Nm)以下では1.0で固定とし、操舵トルクTsがTs2(>Ts1)(例えば4Nm)以上では1.0より小さい値で固定とし、操舵トルクTsがTs1とTs2の間では一定の割合で減少するように設定した例を示している。 In FIG. 20, the steering torque sensing gain is fixed at 1.0 when the steering torque Ts is Ts1 (for example, 2 Nm) or less, and is a value smaller than 1.0 when the steering torque Ts is Ts2 (>Ts1) (for example, 4 Nm) or more. An example is shown in which the steering torque Ts is fixed and is set to decrease at a constant rate between Ts1 and Ts2.
車速感応ゲイン部254には、操舵トルク感応ゲイン部253から出力されるSAT情報TST2及び車速Vsが入力される。車速感応ゲイン部254は、車速感応ゲインを設定する。
The vehicle speed sensitive gain section 254 receives the
図21は、車速感応ゲインの特性例を示す図である。図21に示されるように、車速感応ゲイン部254は、高速走行時の感度が高くなるように、車速感応ゲインを設定する。車速感応ゲイン部254は、車速Vsに応じて設定される車速感応ゲインをSAT情報TST2に乗算し、SAT情報TST3を出力する。
FIG. 21 is a diagram showing a characteristic example of the vehicle speed sensitive gain. As shown in FIG. 21, the vehicle speed sensitive gain unit 254 sets the vehicle speed sensitive gain so that the sensitivity during high speed running is high. Vehicle speed sensitive gain section 254 multiplies
図21において、車速感応ゲインは、車速VsがVs2(例えば70km/h)以上では1.0で固定とし、車速VsがVs1(<Vs2)(例えば50km/h)以下では1.0より小さい値で固定とし、車速VsがVs1とVs2の間では一定の割合で増加するように設定した例を示している。 In FIG. 21, the vehicle speed sensitive gain is fixed at 1.0 when the vehicle speed Vs is Vs2 (eg, 70 km/h) or higher, and is less than 1.0 when the vehicle speed Vs is Vs1 (<Vs2) (eg, 50 km/h) or lower. , and the vehicle speed Vs is set to increase at a constant rate between Vs1 and Vs2.
舵角感応ゲイン部255には、車速感応ゲイン部254から出力されるSAT情報TST3及び操舵角θhが入力される。舵角感応ゲイン部255は、舵角感応ゲインを設定する。
The SAT information T ST 3 and the steering angle θh output from the vehicle speed sensitive gain section 254 are input to the steering angle
図22は、舵角感応ゲインの特性例を示す図である。図22に示されるように、舵角感応ゲイン部255は、所定の操舵角から作用し始め、操舵角が大きい時の感度が高くなるように、舵角感応ゲインを設定する。舵角感応ゲイン部255は、操舵角θhに応じて設定される舵角感応ゲインをSAT情報TST3に乗算し、トルク信号Tref_d0を出力する。
FIG. 22 is a diagram showing a characteristic example of the steering angle sensitive gain. As shown in FIG. 22, the steering angle
図22において、舵角感応ゲインは、操舵角θhがθh1(例えば10deg)以下では所定のゲイン値Gαで、操舵角θhがθh2(例えば30deg)以上では1.0で固定とし、操舵角θhがθh1とθh2の間では一定の割合で増加するように設定した例を示している。操舵角θhが大きいときの感度を高くしたい場合は、Gαを0≦Gα<1の範囲に設定すれば良い。操舵角θhが小さいときの感度を高くしたい場合は、図示していないが、Gαを1<Gαの範囲に設定すれば良い。操舵角θhによる感度を変えたくない場合は、Gα=1として設定すれば良い。 In FIG. 22, the steering angle responsive gain is a predetermined gain value Gα when the steering angle θh is θh1 (for example, 10 degrees) or less, and is fixed at 1.0 when the steering angle θh is θh2 (for example, 30 degrees) or more. An example is shown in which θh1 and θh2 are set to increase at a constant rate. To increase the sensitivity when the steering angle .theta.h is large, G.alpha. should be set in the range of 0.ltoreq.G.alpha.<1. If it is desired to increase the sensitivity when the steering angle θh is small, Gα may be set in the range of 1<Gα (not shown). If it is desired not to change the sensitivity due to the steering angle θh, Gα=1 may be set.
制限部256には、舵角感応ゲイン部255から出力されるトルク信号Tref_d0が入力される。制限部256は、トルク信号Tref_d0の上限値及び下限値が設定されている。
The torque signal Tref_d0 output from the steering angle
図23は、制限部におけるトルク信号の上限値及び下限値の設定例を示す図である。図23に示されるように、制限部256は、トルク信号Tref_d0に対する上限値及び下限値が予め設定され、入力するトルク信号Tref_d0が、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合はトルク信号Tref_d0を、トルク信号Tref_dとして出力する。
FIG. 23 is a diagram showing a setting example of the upper limit value and the lower limit value of the torque signal in the limiting section. As shown in FIG. 23, the limiting
なお、操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン、及び舵角感応ゲインは、図20、図21、及び図22に示されるような直線的な特性ではなく、曲線的な特性でも良い。また、操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン、及び舵角感応ゲインは、操舵フィーリングに応じて設定を適宜調整しても良い。また、トルク信号の大きさが増大するおそれがない場合や他の手段で抑制する場合等では、制限部256を削除しても良い。操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254、及び舵角感応ゲイン部255についても、適宜、省略可能である。また、操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン、及び舵角感応ゲインの設置位置を入れ替えても良い。また、例えば、操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン、及び舵角感応ゲインを並列に求め、1つの構成部でSAT情報TST1に乗算する態様であっても良い。
Note that the steering torque sensitive gain, the vehicle speed sensitive gain, and the steering angle sensitive gain may have curvilinear characteristics instead of linear characteristics as shown in FIGS. Further, the settings of the steering torque sensitive gain, the vehicle speed sensitive gain, and the steering angle sensitive gain may be appropriately adjusted according to the steering feeling. Also, if there is no possibility that the magnitude of the torque signal will increase or if it is suppressed by other means, the
すなわち、本実施形態におけるSAT情報補正部250の構成は一例であり、図18に示す構成とは異なる態様であっても良い。
That is, the configuration of the SAT
本実施形態においても、上述した実施形態1において説明した操舵反力補正部280を目標操舵トルク生成部201に備えた構成とすることで、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
Also in the present embodiment, the steering reaction
具体的に、トルク信号Tref_a(第1トルク信号)、トルク信号Tref_b、トルク信号Tref_c、及びトルク信号Tref_dは、加算部261,262,263で加算され、トルク信号Tref_e(第2トルク信号)が得られる。
Specifically, torque signal Tref_a (first torque signal), torque signal Tref_b, torque signal Tref_c, and torque signal Tref_d are added in
また、乗算部264は、加算部261から出力されるトルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対し、操舵反力補正部280から出力される補正ゲインGを乗算し、トルク信号Tref_f(第3トルク信号)として加算部265に出力する。加算部265は、乗算部264から出力されるトルク信号Tref_f(第3トルク信号)に対し、操舵反力補正部280から出力される補正トルク信号Tref_p(第4トルク信号)を加算して、目標操舵トルクTrefとして出力する。
Further, the
ドライブモード(第1モード)では、実施形態1と同様に、トルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対して、補正ゲインG=1を乗じ、補正トルク信号Tref_p(第4トルク信号)=0を加算する。これにより、目標操舵トルクTref=トルク信号Tref_e(第2トルク信号)となり、ドライブモード(第1モード)に適した目標操舵トルクTrefを得ることができる。 In the drive mode (first mode), as in the first embodiment, the torque signal Tref_e (second torque signal) is multiplied by a correction gain G=1 to obtain a correction torque signal Tref_p (fourth torque signal)=0. to add. As a result, target steering torque Tref=torque signal Tref_e (second torque signal), and target steering torque Tref suitable for the drive mode (first mode) can be obtained.
低速運転モード(第2モード)では、実施形態1と同様に、トルク信号Tref_e(第2トルク信号)に対し、1未満の正の補正ゲインG(例えば、G=0.3)を乗じてトルク信号Tref_f(第3トルク信号)を生成し、さらに、トルク信号Tref_f(第3トルク信号)に対し、トルク信号Tref_a(第1トルク信号)よりも操舵角θhの絶対値|θh|=0における傾きが大きい補正トルク信号Tref_p(第4トルク信号)を加算して、目標操舵トルクTrefを生成する。これにより、実施形態1と同様に、ドライブモード(第1モード)よりも目標操舵トルクTrefを小さくすることができ、ハンドル1の操作を軽くすることができる。また、実施形態1と同様に、操舵角θhが0前後の領域(図14中において一点鎖線で示した領域)では、操舵角θhの変化に対して操舵力の変化を大きくすることができ、舵角ゼロを認識し易くなる。これにより、運転者の負担を軽減することができ、操舵感を向上することができる。
In the low-speed operation mode (second mode), as in the first embodiment, the torque signal Tref_e (second torque signal) is multiplied by a positive correction gain G less than 1 (for example, G=0.3) to obtain torque. A signal Tref_f (third torque signal) is generated, and the slope at the absolute value |θh|=0 of the steering angle θh is greater than the torque signal Tref_a (first torque signal) with respect to the torque signal Tref_f (third torque signal). is added to generate the target steering torque Tref. As a result, as in the first embodiment, the target steering torque Tref can be made smaller than in the drive mode (first mode), and the operation of the
以下、実施形態2の捩れ角制御部300aについて、図24を参照して説明する。
The twist
図24は、実施形態2の捩れ角制御部の一構成例を示すブロック図である。捩れ角制御部300aは、目標捩れ角Δθref、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωmに基づいてモータ電流指令値Imcを演算する。捩れ角制御部300aは、捩れ角フィードバック(FB)補償部310、捩れ角速度演算部320、速度制御部330、安定化補償部340、出力制限部350、減算部361及び加算部362を備えている。
24 is a block diagram illustrating a configuration example of a twist angle control unit according to the second embodiment; FIG. The torsion
変換部500から出力される目標捩れ角Δθrefは、減算部361に加算入力される。捩れ角Δθは、減算部361に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部320に入力される。モータ角速度ωmは、安定化補償部340に入力される。
The target twist angle Δθref output from the
捩れ角FB補償部310は、減算部361で算出される目標捩れ角Δθrefと捩れ角Δθの偏差Δθ0に対して補償値CFB(伝達関数)を乗算し、目標捩れ角Δθrefに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωrefを出力する。補償値CFBは、単純なゲインKppでも、PI制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。
The torsion angle FB compensator 310 multiplies the deviation Δθ0 between the target torsion angle Δθref and the torsion angle Δθ calculated by the
目標捩れ角速度ωrefは、速度制御部330に入力される。捩れ角FB補償部310及び速度制御部330により、目標捩れ角Δθrefに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。
The target torsional angular velocity ωref is input to
捩れ角速度演算部320は、捩れ角Δθに対して微分演算処理を行い、捩れ角速度ωtを算出する。捩れ角速度ωtは、速度制御部330に出力される。捩れ角速度演算部320は、微分演算として、HPFとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度演算部320は、捩れ角速度ωtを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部330に出力するようにしても良い。
The torsion angular
速度制御部330は、I-P制御(比例先行型PI制御)により、目標捩れ角速度ωrefに捩れ角速度ωtが追従するようなモータ電流指令値Imca1を算出する。
減算部333は、目標捩れ角速度ωrefと捩れ角速度ωtとの差分(ωref-ωt)を算出する。積分部331は、目標捩れ角速度ωrefと捩れ角速度ωtとの差分(ωref-ωt)を積分し、積分結果を減算部334に加算入力する。
The
捩れ角速度ωtは、比例部332にも出力される。比例部332は、捩れ角速度ωtに対してゲインKvpによる比例処理を行い、比例処理結果を減算部334に減算入力する。減算部334での減算結果は、モータ電流指令値Imca1として出力される。なお、速度制御部330は、I-P制御ではなく、PI制御、P(比例)制御、PID(比例積分微分)制御、PI-D制御(微分先行型PID制御)、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Imca1を算出しても良い。
The torsional angular velocity ωt is also output to the
安定化補償部340は、補償値Cs(伝達関数)を有しており、モータ角速度ωmからモータ電流指令値Imca2を算出する。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角FB補償部310及び速度制御部330のゲインを上げると、高域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ωmに対し、安定化するために必要な伝達関数(Cs)を安定化補償部340に設定する。これにより、EPS制御システム全体の安定化を実現することができる。
加算部362は、速度制御部330からのモータ電流指令値Imca1と安定化補償部340からのモータ電流指令値Imca2とを加算し、モータ電流指令値Imcbとして出力する。
出力制限部350は、モータ電流指令値Imcbに対する上限値及び下限値が予め設定されている。出力制限部350は、モータ電流指令値Imcbの上下限値を制限して、モータ電流指令値Imcを出力する。
The
なお、本実施形態における捩れ角制御部300aの構成は一例であり、図24に示す構成とは異なる態様であっても良い。例えば、捩れ角制御部300aは、安定化補償部340を具備しない構成であっても良い。
Note that the configuration of the torsion
(実施形態3)
実施形態1,2では、車両用操向装置の1つとして、本開示をコラム型EPSに適用しているが、本開示はコラム型等の上流型に限られず、ラック&ピニオン等の下流型EPSにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー(バネ定数任意)及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ(SBW)反力装置等にも適用可能である。本開示を、トーションバーを備えたSBW反力装置に適用した場合の実施形態(実施形態3)について説明する。
(Embodiment 3)
In
まずは、SBW反力装置を含むSBWシステム全体について説明する。図25は、SBWシステムの構成例を、図1に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、上述した実施形態1,2で説明した構成と同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
First, the entire SBW system including the SBW reaction force device will be described. FIG. 25 is a diagram showing a configuration example of the SBW system in correspondence with the general configuration of the electric power steering apparatus shown in FIG. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same structure as the structure demonstrated by
SBWシステムは、図1におけるユニバーサルジョイント4aにてコラム軸2と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル1の操作を電気信号によって操向車輪8L,8R等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図25に示されるように、SBWシステムは反力装置60及び駆動装置70を備え、コントロールユニット(ECU)50が両装置の制御を行う。反力装置60は、舵角センサ14にて操舵角θhの検出を行うと同時に、操向車輪8L,8Rから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ61により生成される。なお、本開示では、トルクセンサ10にて操舵トルクTsを検出するが、これに限定されない。また、角度センサ74が、反力用モータ61のモータ角θmを検出する。駆動装置70は、運転者によるハンドル1の操舵に合わせて、駆動用モータ71を駆動し、その駆動力を、ギア72を介してピニオンラック機構5に付与し、タイロッド6a,6bを経て、操向車輪8L,8Rを転舵する。ピニオンラック機構5の近傍には角度センサ73が配置されており、操向車輪8L,8Rの転舵角θtを検出する。ECU50は、反力装置60及び駆動装置70を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θhや転舵角θt等の情報に加え、車速センサ12からの車速Vs等を基に、反力用モータ61を駆動制御する電圧制御指令値Vref1及び駆動用モータ71を駆動制御する電圧制御指令値Vref2を生成する。
The SBW system does not have an intermediate shaft that is mechanically coupled to the
このようなSBWシステムに本開示を適用した実施形態3の構成について説明する。 A configuration of a third embodiment in which the present disclosure is applied to such an SBW system will be described.
図26は、実施形態3の構成を示すブロック図である。実施形態3は、捩れ角Δθに対する制御(以下、「捩れ角制御」とする)と、転舵角θtに対する制御(以下、「転舵角制御」とする)を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。 FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment. Embodiment 3 performs control over the torsion angle Δθ (hereinafter referred to as “torsion angle control”) and control over the steering angle θt (hereinafter referred to as “turning angle control”). control, and the driving device is controlled by steering angle control. Note that the driving device may be controlled by other control methods.
捩れ角制御では、実施形態2と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θh等を用いて目標操舵トルク生成部202及び変換部500を経て算出される目標捩れ角Δθrefに追従するような制御を行う。モータ角θmは角度センサ74で検出され、モータ角速度ωmは、角速度演算部951にてモータ角θmを微分することにより算出される。転舵角θtは角度センサ73で検出される。また、実施形態1ではEPS操舵系/車両系100内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部130は、図3に示される減算部32B、PI制御部35、PWM制御部36及びインバータ回路37と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部300aから出力されるモータ電流指令値Imc及びモータ電流検出器140で検出される反力用モータ61の電流値Imrに基づいて、反力用モータ61を駆動して、電流制御を行う。
In the torsion angle control, the torsion angle Δθ follows the target torsion angle Δθref calculated through the target steering
転舵角制御では、目標転舵角生成部910にて操舵角θhに基づいて目標転舵角θtrefが生成され、目標転舵角θtrefは転舵角θtと共に転舵角制御部920に入力され、転舵角制御部920にて、転舵角θtが目標転舵角θtrefとなるようなモータ電流指令値Imctが演算される。そして、モータ電流指令値Imct及びモータ電流検出器940で検出される駆動用モータ71の電流値Imdに基づいて、電流制御部930が、電流制御部130と同様の構成及び動作により、駆動用モータ71を駆動して、電流制御を行う。なお、本開示において、転舵角制御部920にて算出されるモータ電流指令値Imctは、目標操舵トルク生成部202にも出力される。
In the steering angle control, the target steering angle θtref is generated based on the steering angle θh in the target steering
図27は、目標転舵角生成部の構成例示す図である。目標転舵角生成部910は、制限部931、レート制限部932及び補正部933を備える。
FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration example of a target steering angle generation unit. The target
制限部931は、操舵角θhの上下限値を制限して、操舵角θh1を出力する。図24に示す捩れ角制御部300a内の出力制限部350と同様に、操舵角θhに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。
A limiting
レート制限部932は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θh1の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θh2を出力する。例えば、1サンプル前の操舵角θh1からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値(制限値)より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θh1を加減算し、操舵角θh2として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θh1をそのまま操舵角θh2として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。
A
補正部933は、操舵角θh2を補正して、目標転舵角θtrefを出力する。例えば、操舵角θh2の大きさ|θh2|に対する目標転舵角θtrefの特性を定義したマップを用いて、操舵角θh2より目標転舵角θtrefを求める。或いは、単純に、操舵角θh2に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θtrefを求めるようにしても良い。
A
図28は、転舵角制御部の構成例を示す図である。転舵角制御部920は、図24に示される捩れ角制御部300aの構成例において安定化補償部340及び加算部362を除いた構成と同様の構成をしており、目標捩れ角Δθref及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θtref及び転舵角θtを入力し、転舵角フィードバック(FB)補償部921、転舵角速度演算部922、速度制御部923、出力制限部926及び減算部927が、それぞれ捩れ角FB補償部310、捩れ角速度演算部320、速度制御部330、出力制限部350及び減算部361と同様の構成で同様の動作を行う。
FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of a turning angle control section. The steering
このような構成において、実施形態3の動作例を、図29のフローチャートを参照して説明する。図29は、実施形態3の動作例を示すフローチャートである。 In such a configuration, an operation example of the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 29 is a flowchart illustrating an operation example of the third embodiment;
動作を開始すると、角度センサ73は転舵角θtを検出し、角度センサ74はモータ角θmを検出し(ステップS110)、転舵角θtは転舵角制御部920に、モータ角θmは角速度演算部951にそれぞれ入力される。
When the operation starts, the
角速度演算部951は、モータ角θmを微分してモータ角速度ωmを算出し、捩れ角制御部300aに出力する(ステップS120)。
The
その後、目標操舵トルク生成部202において、図7に示されるステップS10~S40と同様の動作を実行し、反力用モータ61を駆動し、電流制御を実施する(ステップS130~S160)。
Thereafter, the target
一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部910が操舵角θhを入力し、操舵角θhは制限部931に入力される。制限部931は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θhの上下限値を制限し(ステップS170)、操舵角θh1としてレート制限部932に出力する。レート制限部932は、予め設定された制限値により操舵角θh1の変化量に対して制限をかけ(ステップS180)、操舵角θh2として補正部933に出力する。補正部933は、操舵角θh2を補正して目標転舵角θtrefを求め(ステップS190)、転舵角制御部920に出力する。
On the other hand, in steering angle control, the target
転舵角θt及び目標転舵角θtrefを入力した転舵角制御部920は、減算部927にて目標転舵角θtrefから転舵角θtを減算することにより、偏差Δθt0を算出する(ステップS200)。偏差Δθt0は転舵角FB補償部921に入力され、転舵角FB補償部921は、偏差Δθt0に補償値を乗算することにより偏差Δθt0を補償し(ステップS210)、目標転舵角速度ωtrefを速度制御部923に出力する。転舵角速度演算部922は転舵角θtを入力し、転舵角θtに対する微分演算により転舵角速度ωttを算出し(ステップS220)、速度制御部923に出力する。速度制御部923は、速度制御部330と同様にI-P制御によりモータ電流指令値Imctaを算出し(ステップS230)、出力制限部926に出力する。出力制限部926は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Imctaの上下限値を制限し(ステップS240)、モータ電流指令値Imctとして出力する(ステップS250)。
The turning
モータ電流指令値Imctは電流制御部930に入力され、電流制御部930は、モータ電流指令値Imct及びモータ電流検出器940で検出された駆動用モータ71の電流値Imdに基づいて、駆動用モータ71を駆動し、電流制御を実施する(ステップS260)。
The motor current command value Imct is input to the
なお、図29におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部920内の速度制御部923は、捩れ角制御部300a内の速度制御部330と同様に、I-P制御ではなく、PI制御、P制御、PID制御、PI-D制御等、実現可能で、P、I及びDのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部920及び捩れ角制御部300aでの追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。転舵角制御部920については、目標角度(ここでは目標転舵角θtref)に対して実角度(ここでは転舵角θt)が追従する制御構成であれば、車両用装置に用いられている制御構成に限定されず、例えば、産業用位置決め装置や産業用ロボット等に用いられている制御構成を適用しても良い。
Note that the order of data input and calculation in FIG. 29 can be changed as appropriate. Further, like the
実施形態3では、図25に示されるように、1つのECU50で反力装置60及び駆動装置70の制御を行っているが、反力装置60用のECUと駆動装置70用のECUをそれぞれ設けても良い。この場合、ECU同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図25に示されるSBWシステムは反力装置60と駆動装置70の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸2と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるSBWシステムにも、本開示は適用可能である。このようなSBWシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。
In the third embodiment, as shown in FIG. 25, one
上述の実施形態1から3での捩れ角制御部300,300aは、直接的にモータ電流指令値Imc及びアシスト電流指令値Iacを演算しているが、それらを演算する前に、先ず出力したいモータトルク(目標トルク)を演算してから、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。
The torsion
本実施形態においても、上述した実施形態1において説明した操舵反力補正部280を目標操舵トルク生成部202に備えた構成とすることで、実施形態1と同様の効果を得ることができる。
Also in the present embodiment, the steering reaction
なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。また、ハンドルと、モータ又は反力モータの間に任意のバネ定数を有する機構であれば、トーションバーに限定しなくても良い。 Note that the diagrams used above are conceptual diagrams for qualitatively explaining the present disclosure, and are not limited to these. In addition, although the above-described embodiment is an example of the preferred implementation of the present disclosure, it is not limited to this, and various modifications can be implemented without departing from the gist of the present disclosure. Also, any mechanism having an arbitrary spring constant between the handle and the motor or reaction motor may be used without being limited to the torsion bar.
1 ハンドル
2 コラム軸
2A トーションバー
3 減速機構
4a、4b ユニバーサルジョイント
5 ピニオンラック機構
6a,6b タイロッド
7a,7b ハブユニット
8L,8R 操向車輪
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
13 バッテリ
14 舵角センサ
15 低速運転モード検知部(判定部)
20 モータ
30,30a,50 コントロールユニット(ECU)
60 反力装置
61 反力用モータ
70 駆動装置
71 駆動用モータ
72 ギア
73 角度センサ
100 EPS操舵系/車両系
130 電流制御部
140 モータ電流検出器
200,201,202 目標操舵トルク生成部
210 基本マップ部
211 乗算部
213 符号抽出部
220 微分部
230 ダンパゲインマップ部
240 ヒステリシス補正部
250 SAT情報補正部
251 SAT算出部
251A 換算部
251B 角速度演算部
251C 角加速度演算部
251D,251E,251F ブロック
251H ,251I,251J 加算器
252 フィルタ部
253 操舵トルク感応ゲイン部
254 車速感応ゲイン部
255 舵角感応ゲイン部
256 制限部
260,264 乗算部
261,262,265 加算部
280 操舵反力補正部
281 補正ゲイン生成部
282 補正トルクマップ
283 符号抽出部
284 乗算部
300,300a 捩れ角制御部
310 捩れ角フィードバック(FB)補償部
320 捩れ角速度演算部
330 速度制御部
331 積分部
332 比例部
333,334 減算部
340 安定化補償部
350 出力制限部
360 舵角外乱補償部
361 減算部
362,363 加算部
370 減速比部
400 操舵方向判定部
500 変換部
910 目標転舵角生成部
920 転舵角制御部
921 転舵角フィードバック(FB)補償部
922 転舵角速度演算部
923 速度制御部
926 出力制限部
927 減算部
930 電流制御部
931 制限部
933 補正部
932 レート制限部
940 モータ電流検出器
1001 CPU
1005 インターフェース
1006 A/D変換器
1007 PWMコントローラ
1100 制御用コンピュータ(MCU)
1
20
60 reaction force device 61 reaction force motor 70 drive device 71 drive motor 72 gear 73 angle sensor 100 EPS steering system/vehicle system 130 current control unit 140 motor current detector 200, 201, 202 target steering torque generation unit 210 basic map Section 211 Multiplication Section 213 Sign Extraction Section 220 Differentiation Section 230 Damper Gain Map Section 240 Hysteresis Correction Section 250 SAT Information Correction Section 251 SAT Calculation Section 251A Conversion Section 251B Angular Velocity Calculation Section 251C Angular Acceleration Calculation Section 251D, 251E, 251F Blocks 251H, 251I , 251J adder 252 filter unit 253 steering torque sensitive gain unit 254 vehicle speed sensitive gain unit 255 steering angle sensitive gain unit 256 limiting unit 260, 264 multiplication unit 261, 262, 265 addition unit 280 steering reaction force correction unit 281 correction gain generation unit 282 correction torque map 283 sign extraction unit 284 multiplication unit 300, 300a torsion angle control unit 310 torsion angle feedback (FB) compensation unit 320 torsion angular velocity calculation unit 330 speed control unit 331 integration unit 332 proportional unit 333, 334 subtraction unit 340 stabilization Compensating unit 350 Output limiting unit 360 Steering angle disturbance compensating unit 361 Subtracting unit 362, 363 Adding unit 370 Reduction ratio unit 400 Steering direction determining unit 500 Converting unit 910 Target turning angle generating unit 920 Turning angle control unit 921 Turning angle feedback (FB) Compensator 922 Steering angular velocity calculator 923 Speed controller 926 Output limiter 927 Subtracter 930 Current controller 931 Limiter 933 Corrector 932 Rate limiter 940 Motor current detector 1001 CPU
1005 interface 1006 A/
Claims (5)
前記車両の運転モードとして、
低速運転モードと、
前記低速運転モードの非選択時におけるドライブモードと、
を有し、
ハンドルの操舵角の絶対値がゼロ以上となる所定領域において、前記低速運転モードにおける前記モータの目標操舵トルクの変化率が前記ドライブモード以上となり、前記所定領域以外の領域において、前記低速運転モードにおける前記目標操舵トルクの変化率が前記ドライブモードよりも小さい
車両用操向装置。 A vehicle steering apparatus that assists and controls a steering system of a vehicle by driving and controlling a motor that assists steering force,
As the driving mode of the vehicle,
low speed mode and
a drive mode when the low-speed operation mode is not selected;
has
In a predetermined region where the absolute value of the steering angle of the steering wheel is zero or more, the change rate of the target steering torque of the motor in the low-speed operation mode is equal to or higher than the drive mode , and in regions other than the predetermined region, the low-speed operation mode . the rate of change of the target steering torque in the drive mode is smaller than that in the drive mode.
ハンドルの操舵角の絶対値の増加に伴い徐々に変化率が小さくなる曲線に沿って増加する第1トルク信号を生成し、当該第1トルク信号に基づき生成された第2トルク信号に補正ゲインを乗じて第3トルク信号を生成し、当該第3トルク信号に対し、第4トルク信号を加算して、前記目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
を備え、
前記目標操舵トルク生成部は、
前記低速運転モードにおいて、1未満の正の前記補正ゲインを生成すると共に、前記操舵角の絶対値がゼロのときの傾きが前記第1トルク信号よりも大きい前記第4トルク信号を生成する
請求項1に記載の車両用操向装置。 a determination unit that determines the low-speed operation mode when a predetermined operation is detected;
A first torque signal is generated that increases along a curve whose rate of change gradually decreases as the absolute value of the steering angle of the steering wheel increases, and a correction gain is applied to the second torque signal generated based on the first torque signal. a target steering torque generation unit that multiplies to generate a third torque signal, adds a fourth torque signal to the third torque signal, and generates the target steering torque;
with
The target steering torque generation unit
Generating the positive correction gain of less than 1 and generating the fourth torque signal having a greater slope than the first torque signal when the absolute value of the steering angle is zero in the low-speed operation mode. 2. The vehicle steering system according to 1.
請求項2に記載の車両用操向装置。 3. The vehicle steering system according to claim 2, wherein the fourth torque signal in the low speed operation mode has a constant value in a region where the steering angle is equal to or greater than a predetermined value.
前記ドライブモードにおいて、前記補正ゲインを1とし、前記第4トルク信号をゼロとする
請求項2又は3に記載の車両用操向装置。 The target steering torque generation unit
4. The vehicle steering system according to claim 2, wherein in the drive mode , the correction gain is set to 1 and the fourth torque signal is set to zero.
請求項1から4の何れか一項に記載の車両用操向装置。 The vehicle steering system according to any one of claims 1 to 4, wherein the target steering torque in the low speed operation mode is smaller than the target steering torque in the drive mode .
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