JP7323301B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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Description
上記の操舵制御装置において、前記機構は、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフト、および前記ステアリングホイールとの間の動力伝達が分離される転舵シャフトを含んでいてもよい。この場合、制御対象として、操舵状態に応じて演算される第1の指令値に基づき前記ステアリングシャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、操舵状態に応じて演算される第2の指令値に基づき前記転舵シャフトに付与される前記転舵輪を転舵させるための転舵力を発生する前記モータとしての転舵モータと、を含んでいてもよい。
以下、操舵制御装置をステアバイワイヤ方式の操舵装置に適用した第1の実施の形態を説明する。
また、操舵装置10は、操舵反力を生成するための構成として、反力モータ31、減速機構32、回転角センサ33、およびトルクセンサ34を有している。ちなみに、操舵反力とは、運転者によるステアリングホイール11の操作方向と反対方向へ向けて作用する力(トルク)をいう。操舵反力をステアリングホイール11に付与することにより、運転者に適度な手応え感を与えることが可能である。
また、操舵装置10は、転舵輪16,16を転舵させるための動力である転舵力を生成するための構成として、転舵モータ41、減速機構42、および回転角センサ43を有している。
ちなみに、操舵装置10は、ピニオンシャフト13を有している。ピニオンシャフト13は、転舵シャフト14に対して交わるように設けられている。ピニオンシャフト13のピニオン歯13aは、転舵シャフト14のラック歯14aに噛み合わされている。ピニオンシャフト13を設ける理由は、ピニオンシャフト44と共に転舵シャフト14をハウジング(図示略)の内部に支持するためである。すなわち、操舵装置10に設けられる支持機構(図示略)によって、転舵シャフト14は、その軸方向に沿って移動可能に支持されるとともに、ピニオンシャフト13,44へ向けて押圧される。これにより、転舵シャフト14はハウジングの内部に支持される。ただし、ピニオンシャフト13を使用せずに転舵シャフト14をハウジングに支持する他の支持機構を設けてもよい。
また、操舵装置10は、制御装置50を有している。制御装置50は、各種のセンサの検出結果に基づき反力モータ31、および転舵モータ41を制御する。センサとしては、前述した回転角センサ33、トルクセンサ34および回転角センサ43に加えて、車速センサ501がある。車速センサ501は、車両に設けられて車両の走行速度である車速Vを検出する。
つぎに、制御装置50について詳細に説明する。
図2に示すように、制御装置50は、反力制御を実行する反力制御部50a、および転舵制御を実行する転舵制御部50bを有している。
反力制御部50aは、目標操舵反力演算部51、目標舵角演算部52、舵角演算部53、舵角フィードバック制御部54、加算器55、および通電制御部56を有している。
図2に示すように、転舵制御部50bは、ピニオン角演算部61、制限制御部62、ピニオン角フィードバック制御部63、通電制御部64を有している。
つぎに、目標舵角演算部52について詳細に説明する。
前述したように、目標舵角演算部52は、目標操舵反力T1 *および操舵トルクThの総和である入力トルクから理想モデルに基づいて目標舵角θ*を演算する。この理想モデルは、ステアリングシャフト12に印加されるトルクとしての入力トルクTin *が、次式(1)で表されることを利用したモデルである。
ただし、「J」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12の慣性モーメント、「C」は転舵シャフト14のハウジングに対する摩擦などに対応する粘性係数(摩擦係数)、「K」はステアリングホイール11およびステアリングシャフト12をそれぞればねとみなしたときのばね係数である。
ステアリングモデル71は、ステアリングシャフト12および反力モータ31など、操舵装置10の各構成要素の特性に応じてチューニングされる。ステアリングモデル71は、加算器73、減算器74、慣性モデル75、第1の積分器76、第2の積分器77および粘性モデル78を有している。
減算器74は、加算器73により算出される入力トルクTin *から後述する粘性成分Tvi *およびばね成分Tsp *をそれぞれ減算することにより、最終的な入力トルクTin *を演算する。
第2の積分器77は、第1の積分器76により算出される舵角速度ω*をさらに積分することにより、目標舵角θ*を演算する。目標舵角θ*は、ステアリングモデル71に基づくステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)の理想的な回転角である。
図4に示すように、車両モデル72は、理想軸力演算部81、推定軸力演算部82、軸力配分演算部83、仮想ラックエンド軸力演算部84、判定部85、制限軸力演算部86、最大値選択部87、および換算部88を有している。
A2.│Ib│>Ith
A3.│ωp│<ωth
判定条件A1において、「θp *」は目標ピニオン角、「θp」は実際のピニオン角である。また、「Δθp」は角度偏差であって、目標ピニオン角θp *から実際のピニオン角θpを減算することにより得られる。また、「θth」は角度偏差しきい値である。角度偏差しきい値θthは、つぎの観点に基づき設定される。すなわち、転舵輪16,16が障害物に当たっている場合、転舵輪16,16は切り増し側へ向けて転舵することが困難となる。この状態でステアリングホイール11が切り増し側へ向けて操舵されるとき、その操舵に応じて目標舵角θ*、ひいては目標ピニオン角θp *が増大するのに対して、転舵角θw、ひいてはピニオン角θpは一定の値に維持される。このため、転舵輪16,16が障害物に当たっている状況で、さらに転舵輪16,16を転舵しようとするほど、目標舵角θ*と目標ピニオン角θp *との偏差が増大する。このため、角度偏差Δθpの絶対値が大きいときほど、転舵輪16,16が障害物に当たっている蓋然性が高いといえる。したがって、角度偏差Δθpは、転舵輪16,16が障害物に当たっている状況の確からしさの度合いを示す値である。この観点に基づき、角度偏差しきい値θthは、回転角センサ43のノイズなどによる公差を考慮しつつ、実験あるいはシミュレーションにより設定される。
最大値選択部87によって混合軸力F3が最終的な軸力Fspとして設定される場合、この最終的な軸力Fspに基づくばね成分Tsp *が入力トルクTin *に反映されることによって、車両挙動あるいは路面状態に応じた操舵反力をステアリングホイール11に付与することが可能となる。運転者は、ステアリングホイール11を介した操舵反力を手応えとして感じることにより車両挙動あるいは路面状態を把握することが可能となる。
つぎに、しきい値マップMthを使用して電流しきい値Ithを演算することによる作用を説明する。
したがって、第1の実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)制御装置50は、転舵輪16,16が障害物に当たっているかどうかの判定基準である電流しきい値Ithを制限値Ilimよりも小さい値に設定する。このため、制御装置50は、転舵モータ41へ供給する電流量を制限すべき状況であれ、転舵輪16,16が障害物に接触している旨判定することができる。したがって、制御装置50は、転舵輪16,16が障害物に接触している状況であることを、ステアリングホイール11を介した操舵反力を通じて運転者に伝えることができる。運転者は操舵反力として突き当たり感を感じることによって、転舵輪16,16が障害物に当たっている状況であることを認識することができる。また、運転者による障害物側へ向けた切り増し操舵を抑制するとともに、障害物に対する転舵輪16,16の接触回避操舵が促される。
つぎに、操舵制御装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図1~図3に示される第1の実施の形態と同様の構成を有している。本実施の形態は、車両モデル72として制限軸力演算部86を割愛した構成が採用されている点で第1の実施の形態と異なる。
なお、第1および第2の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第1および第2の実施の形態において、制限値Ilimに対する電流しきい値Ithの特性は、制限値Ilimの変化に対して図5のグラフの特性線L1,L2で示される折れ線状に変化するものでなくてもよい。たとえば電流しきい値Ithは、しきい値マップMthの原点を通り、かつ制限値Ilimの変化に対して線形的に変化する特性を有していてもよい。また、制限値Ilimが「0」から所定値I0までの範囲内の値であるときの制限値Ilimと電流しきい値Ithとの関係を示す特性線L1を、特性線L2と同様の観点に基づき設定してもよい。すなわち、図5に太い二点鎖線で示すように、特性線L1は、特性線L0を縦軸に沿って設定値ΔIの分だけ負の方向へオフセット(平行移動)させたものとしてもよい。この場合、特性線L1の傾きは、特性線L0,L2と同じになるとともに、特性線L1,L2は傾きが一定の単一の直線(特性線)を構成する。
・第1および第2の実施の形態では、転舵輪16,16が障害物に当たっているかどうかの判定条件として3つの判定条件A1~A3を設定したが、少なくとも判定条件A2が設定されていればよい。
Claims (5)
- 車両の転舵輪を転舵させるための機構に付与される駆動力を発生するモータを操舵状態に応じて制御する操舵制御装置であって、
前記モータへ供給する電流を、前記モータの発熱状態に応じて演算される制限値に制限する制限制御部と、
前記モータへ供給される電流の値としきい値との比較を少なくとも用いて前記転舵輪が障害物に当たっているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により使用される前記しきい値として、前記制限値に応じて前記制限値よりも小さい値の前記しきい値を演算するしきい値演算部と、を有している操舵制御装置。 - 前記しきい値演算部は、車両の通常の使用状態において生じる前記モータの電流値の範囲である実用電流範囲に重ならないように、前記しきい値を演算する請求項1に記載の操舵制御装置。
- 前記機構は、ステアリングホイールの操作に連動して回転するステアリングシャフト、および前記ステアリングホイールとの間の動力伝達が分離される転舵シャフトを含み、
制御対象として、操舵状態に応じて演算される第1の指令値に基づき前記ステアリングシャフトに付与される操舵方向と反対方向のトルクである操舵反力を発生する反力モータと、
操舵状態に応じて演算される第2の指令値に基づき前記転舵シャフトに付与される前記転舵輪を転舵させるための転舵力を発生する前記モータとしての転舵モータと、を含む請求項1または請求項2に記載の操舵制御装置。 - 前記判定部により前記転舵輪が障害物に当たっている旨判定されるとき、その旨運転者に報知するための制御として、前記ステアリングホイールの操作を仮想的に制限すべく前記反力モータの前記第1の指令値に反映させるべき前記転舵シャフトの軸力として制限軸力を演算する制限軸力演算部を有している請求項3に記載の操舵制御装置。
- 前記転舵輪の転舵動作に連動して回転する回転体の目標回転角に基づく前記転舵シャフトの理想的な軸力である理想軸力を演算する理想軸力演算部と、
車両挙動、路面状態または操舵状態が反映される前記転舵モータの電流値に基づき前記転舵シャフトの軸力を推定軸力として演算する推定軸力演算部と、
前記推定軸力および前記理想軸力を車両挙動、路面状態または操舵状態に応じて混合することにより前記反力モータに対する前記第1の指令値に反映させる前記転舵シャフトの軸力としての混合軸力を演算する配分演算部と、を有し、
前記配分演算部は、前記判定部により前記転舵輪が障害物に当たっている旨判定されるとき、その旨運転者に報知するための制御として、前記反力モータに対する前記第1の指令値に反映させる前記転舵シャフトの軸力を前記混合軸力から前記推定軸力へ切り替える請求項3に記載の操舵制御装置。
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