JP6961934B2 - 操舵装置 - Google Patents
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Description
上記のステアリング装置は、車両の操舵機構にトルクを付与するモータと、モータの駆動を制御する制御装置とを有している。制御装置は、トルクセンサにより検出される操舵トルクおよび車速センサにより検出される車速に基づき基本電流指令値を演算する。また、制御装置は、舵角センサにより検出される操舵角に基づき補正値を演算する。補正値は、ステアリングシャフトに操舵反力が付与されるように基本電流指令値を補正する補正成分である。制御装置は、操舵角が操舵角閾値に達した以降、操舵反力が急激に大きくなるように補正値を急激に増大させる。
上記構成では、閾値可変設定部により、ステアリングホイールの舵角速度に応じて閾値を変えている。詳しくは、閾値は、ステアリングホイールの舵角速度が速いほど閾値を小さく設定するようにしている。したがって、第1補正値演算部において第1補正値の演算されるタイミングがステアリングホイールの舵角速度が速いほど早くなるため、ステアリングホイールの舵角速度の勢いで仮想的な操舵限界位置を越えて操作されることが抑制できる。
以下、車両の操舵装置をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」とする)に具体化した一実施の形態を説明する。
操舵機構2は、ユーザのステアリングホイール20の操作に基づいて転舵輪4,4を転舵させる。操舵機構2は、ステアリングホイール20と一体回転するステアリングシャフト21を備えている。ステアリングシャフト21は、ステアリングホイール20と連結されたコラムシャフト21aと、コラムシャフト21aの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト21bと、インターミディエイトシャフト21bの下端部に連結されたピニオンシャフト21cと、を有している。ピニオンシャフト21cの下端部は、ラックアンドピニオン機構22を介してラックシャフト23に連結されている。ラックアンドピニオン機構22は、ピニオンシャフト21cにおけるピニオン歯が設けられた部分およびラックシャフト23におけるラック歯が設けられた部分からなる。したがって、ステアリングシャフト21の回転運動は、ラックアンドピニオン機構22を介してラックシャフト23の軸方向(図1の左右方向)の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト23の両端にそれぞれ連結されたタイロッド24を介して、左右の転舵輪4,4にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪4,4の転舵角が変化する。
図2に示すように、制御装置5は、車載バッテリ等の電源(電源電圧「+Vb」)から供給される直流電力を三相(U相、V相、W相)の交流電力に変換するインバータ回路50、インバータ回路50をPWM(パルス幅変調)駆動するための制御信号をインバータ回路50に出力するマイコン51、およびメモリ59を備えている。
図2に示すように、マイコン51は、電流指令値演算部53と、制御信号生成部54とを備えている。電流指令値演算部53は、操舵トルクTh、車速V、操舵角θs、および目標操舵角値θEに基づき、電流指令値を演算する。電流指令値は、モータ30に供給すべき電流の目標値であり、d/q座標系におけるd軸上の電流指令値およびq軸上の電流指令値をそれぞれ示している。このうち、q軸電流指令値Iq*は、モータ30に発生させるアシストトルクの目標値である。尚、d軸電流指令値Id*は、「0」に固定されている。
基本電流指令値演算部55は、操舵トルクThおよび車速に基づいてq軸電流指令値Iq*の基礎成分である基本電流指令値をIas*を演算する。基本電流指令値Ias*は、運転者のステアリングホイール20の操作を補助するアシストトルクに対応する基本指令値である。
減算器57aは、操舵角θsおよび目標操舵角値θEを取り込み、それらの差分である第1偏差Δθを演算する。
例えば、第2補正値演算部57が、補正ゲインK1の演算機能をもたない場合、ステアリングホイール20の操作位置が操舵限界位置の近傍でない場合、すなわち、舵角センサ6により検出される操舵角θsが操舵角閾値θth未満であり、仮想的な操舵限界位置まで十分に余裕があるときを考える。その場合、第2補正値演算部57の補正成分演算部57bにより演算される仮補正値Irb1*がそのまま第2補正値Irb*として使用されて、基本電流指令値Ias*が補正される。このため、ステアリングホイール20の操作位置は操舵限界位置の近傍に達してないのに関わらず、自動的に目標操舵角値θEまでステアリングホイール20が操舵されてしまうおそれがある。したがって、第2補正値演算部57により演算される第2補正値Irb*は、ステアリングホイール20の操作位置が操舵限界位置の近傍であるとき、すなわち、舵角センサ6により検出される操舵角θsが操舵角閾値θth以上となるときにのみ使用することが好ましい。そのため、補正ゲインK1は、操舵角θsが操舵角閾値θth未満のときには「0」、操舵角θsが操舵角閾値θth以上であるときには「1」と設定することが好ましい。
(1)例えば、運転者がステアリングホイール20を右操舵方向に操作することによりステアリングホイール20に右操舵方向の操舵トルク、すなわち正の操舵トルクThが付与されると、図3に示すように制御装置5は操舵トルクThに応じた正の値の基本電流指令値Ias*、ひいては正の値のq軸電流指令値Iq*を演算する。これによりq軸電流指令値Iq*に応じた正のアシストトルク、すなわち右操舵方向のアシストトルクがモータ30からステアリングシャフト21に付与され、運転者のステアリングホイール20の操作が補助される。
以下、操舵装置の第2の実施形態を説明する。本実施の形態の操舵装置は、基本的には、先の図1〜5に示される第1の実施形態と同様の構成を備えている。ただし、第1の実施形態における操舵角閾値θthの設定方法、および第2補正値演算部57の構成が異なっている。このため、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は割愛する。
切り戻し判定部57eは、舵角センサ6により周期的に検出されている操舵角θsの変化、およびトルクセンサ7により周期的に検出されている操舵トルクThの変化を監視している。具体的には、切り戻し判定部57eは、検出された操舵角θsおよび操舵トルクThのそれぞれにおいて、前回周期の絶対値から最新周期の絶対値が大きくなっているか(以後、「変化が正」)、または小さくなっているか(以後、「変化が負」)を監視している。尚、前回周期とは、最新周期の直前の周期を示している。
操舵角θsの変化が負、且つ操舵トルクThの変化が負であるときにステアリングホイール20が切り戻されていると判定する理由は、操舵角θsまたは操舵トルクThだけでは、正確に切り戻し判定が実施されないおそれがあるためである。例えば、操舵角θsだけを用いて切り戻し判定をした場合を考える。この場合、路面状況によっては、転舵輪4,4からラックシャフト23またはステアリングシャフト21を介してステアリングホイール20に微小な振動を伝わるおそれがある。この微小な振動によって、ステアリングホイール20の左右方向における微小な回転が繰り返し生じることが考えられ、運転者がステアリングホイール20を切り戻しを実施していないのに関わらず、切り戻し判定部57eは、ステアリングホイール20を切り戻していると判定するおそれがある。そのため、切り戻し判定部57eは、操舵角θsの変化が負、且つ操舵トルクThの変化が負である場合にステアリングホイール20が切り戻されていると判定する。
図9に示すように、切り戻し判定部57eは、操舵角θsおよび操舵トルクThを取り込む(ステップ91)。切り戻し判定部57eは、操舵角θsの変化が負であるかを判定する(ステップ92)。操舵角θsの変化が正である場合、補正ゲインK4を「1」に設定する(ステップ93)。切り戻し判定部57eは、操舵角θsの絶対値の変化が負であった場合は、次のステップとして操舵トルクThの変化が負であるかを判定する(ステップ94)。切り戻し判定部57eは、操舵トルクThの変化が負でなければ、補正ゲインK4を「1」に設定する(ステップ93)。切り戻し判定部57eは、操舵トルクThの変化が負であった場合、補正ゲインK4を「0」に設定する(ステップ95)。補正ゲインK4を「0」とすることは、切り戻し判定部57eがステアリングホイール20が切り戻されていると判定したことを示している。
図10に示すように、偏差判定部57fは、第1偏差Δθ、操舵角閾値θth、および操舵角θsを取り込む(ステップ101)。偏差判定部57fは、操舵角閾値θthが下限値θmin以上、且つ上限値θmax以下の値であるかどうかを判定する(ステップ102)。偏差判定部57fは、操舵角閾値θthが下限値θmin以上、且つ上限値θmax以下の値であると判定した場合、次のステップとして、補正ゲインK3を「1」に設定する(ステップ103)。偏差判定部57fは、ステップ102における操舵角閾値θthが下限値θmin以上、且つ上限値θmax以下の値でないと判定した場合、次のステップとして、減算器57aにより演算される第1偏差Δθの絶対値が、偏差判定部57fに記憶されている所定値としての第2偏差Δθ2の絶対値よりも大きいか否かを判定する(ステップ104)。偏差判定部57fは、第1偏差Δθの絶対値が第2偏差Δθ2の絶対値よりも大きいと判定した場合、補正ゲインK3を「0」に設定する(ステップ105)。偏差判定部57fは、第1偏差Δθの大きさが第2偏差Δθ2の大きさよりも大きくないと判定した場合、補正ゲインK3を「1」に設定する(ステップ103)。尚、第1偏差Δθの大きさが第2偏差Δθ2の大きさよりも大きいことは、操舵角θsが操舵角閾値θthの下限値θminよりも小さいことを示している。
例えば、第2補正値演算部57が切り戻し判定部57eおよび偏差判定部57fを持たない場合、ステアリングホイール20の操作位置が操舵限界位置の近傍である場合、すなわち、舵角センサ6により検出される操舵角θsが操舵角閾値θth以上であり、目標操舵角値θEの近傍にある場合を考える。運転者がステアリングホイール20を操舵限界位置の近傍から操舵中立位置に向けて切り戻しているときに、第2補正値演算部57の補正成分演算部57bにより演算される仮補正値Irb1*がそのまま第2補正値Irb*として使用されて、基本電流指令値Ias*が補正される。このため、ステアリングホイール20は、操舵限界位置の近傍から操舵中立位置に向けて切り戻されようとしているのに関わらず、自動的に目標操舵角値θEまでステアリングホイール20が操舵されてしまうおそれがある。したがって、ステアリングホイール20の操作が切り戻し状態であるとき、第2補正値演算部57により演算される第2補正値Irb*は、「0」とすることが好ましい。そのため、補正ゲインK4は、ステアリングホイール20が切り戻されているときには「0」、ステアリングホイール20が操舵限界位置に向けて操作されているときには「1」と設定することが好ましい。
(2)閾値演算部60の閾値可変設定部60bにより、ステアリングホイール20の操舵角速度ωに応じて操舵角閾値θthを変えている。詳しくは、操舵角閾値θthは、上限値θmaxと下限値θminとの間の範囲内において、ステアリングホイール20の操舵角速度ωが速いほど小さく設定される。したがって、第1補正値演算部56において第1補正値Ira*の演算されるタイミングがステアリングホイール20の操舵角速度ωが速いほど早くなるため、ステアリングホイール20の操舵角速度ωの勢いで仮想的な操舵限界位置を越えて操作されることが抑制できる。
・第1および第2の実施形態では、第2補正値演算部57の補正ゲイン演算部57cでは、操舵角閾値θthを使用していたが、これに限らない。例えば、補正ゲイン演算部57cで使用する操舵角θsに対しての閾値としては、操舵角閾値θthよりも若干大きい値としてもよい。第1および第2の実施形態においては、運転者がステアリングホイール20に付与する操舵トルクThが大きくなりすぎる場合、モータ30は操舵反力を発生させるように制御されている。すなわち、運転者がステアリングホイール20に付与する操舵トルクThがステアリングホイール20の仮想的な操舵限界位置を越えるほど大きくなるタイミングは、操舵角θsが操舵角閾値θth以降となるときである。すなわち、第2補正値演算部57により演算される第2補正値Irb*が基本電流指令値Ias*を補正するタイミングは、操舵角θsが操舵角閾値θthに達してから若干遅くなってもよい。
Claims (6)
- 車両の操舵機構に付与されるトルクを発生するモータと、
ステアリングホイールの操作状態を示す状態量に応じて演算される指令値に基づき前記モータの駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記状態量に基づき前記指令値の基本的な制御成分である基本指令値を演算する基本指令値演算部と、
前記ステアリングホイールの舵角値が、仮想的な操舵限界位置として定められた目標舵角値の近傍であって当該目標舵角値の絶対値よりも小さい値として定められた閾値と同じかそれより大きいときに、前記舵角値の絶対値の増大に伴って前記モータにより発生せしめる操舵反力を増加させるための制御成分である第1補正値を演算する第1補正値演算部と、
前記舵角値を前記目標舵角値に近づけるための制御成分である第2補正値を、前記舵角値と前記目標舵角値との差分に基づいて演算し、前記舵角値が前記閾値以上であるときに前記第2補正値を出力する第2補正値演算部と、
前記基本指令値、前記第1補正値、および前記第2補正値を加算することにより前記指令値を演算する加算演算部と、を有する操舵装置。 - 前記目標舵角値は、前記ステアリングホイールおよび転舵輪の少なくとも一方の機械的な操舵限界位置に対応する舵角値近傍の値、且つ前記ステアリングホイールおよび前記転舵輪の少なくとも一方の機械的な操舵限界位置に対応する舵角値よりも小さい値に設定されている請求項1に記載の操舵装置。
- 前記制御装置は、前記ステアリングホイールの舵角速度が速いほど前記閾値をより小さく設定する閾値可変設定部を有している請求項1または請求項2に記載の操舵装置。
- 前記制御装置は、前記ステアリングホイールの前記舵角値の変化、および前記状態量としての操舵トルクの変化に応じて前記ステアリングホイールが切り戻し状態であるか否かを判定する切り戻し判定部を有し、
前記切り戻し判定部が切り戻し状態であると判定した場合、前記第2補正値はゼロに設定される請求項1〜3のいずれか一項に記載の操舵装置。 - 前記制御装置は、前記舵角値が前記閾値以上であり、且つ前記目標舵角値と前記舵角値との差分である第1偏差が所定値よりも大きいという条件を満たすか否かを判定する偏差判定部を有し、
前記偏差判定部が条件を満たすと判定した場合、前記第2補正値はゼロに設定される請求項1〜4のいずれか一項に記載の操舵装置。 - 電動パワーステアリング装置に適用される請求項1〜5のいずれか一項に記載の操舵装置。
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