JP2014058225A - 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クラッチ6が締結状態であるときに、クラッチ締結解除条件が成立したとき、クラッチ6に対して締結解除指令を出力する。そして、クラッチ6に対して締結解除指令を出力してから、クラッチ6の締結解除が完了したことを検出するまでの間、転舵角θrを解放用転舵指令角とするべく転舵モータ8を駆動制御する転舵角制御を行う。そして、転舵角制御を行っている間、仮想セルフアライニングトルクに相当する操舵反力を付与するように、反力モータ4を駆動制御する。
【選択図】 図5
Description
SBWシステムを形成する装置としては、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、通常時はクラッチを解放することでステアリングホイールと転舵輪とを機械的に分離し、SBW制御を行うものである。また、フェール時にはクラッチを締結し、ステアリングホイールと転舵輪を機械的に接続してマニュアルステアを確保するバックアップシステムを備えている。
そこで、本発明は、操舵の違和感なくクラッチを解放することができる車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法を提供することを課題としている。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本実施形態に係る車両用操舵制御装置を適用したステアバイワイヤシステム(SBWシステム)の全体構成図である。
図1に示すように、運転者が操舵操作可能なステアリングホイール1は、左右前輪(転舵輪)11R,11Lとは機械的に切り離し可能に設ける。ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト2に連結する。ステアリングシャフト2には、操舵角センサ3と、反力モータ4と、操舵トルクセンサ5とを設ける。
操舵角センサ3は、ステアリングホイール1の操舵角θsを検出するものであり、エンコーダ等で構成する。
操舵トルクセンサ5は、ステアリングホイール1からステアリングホイール2に伝達する操舵トルクTを検出する。この操舵トルクセンサ5は、トーションバーの捩れ角変位をポテンショメータで検出することで、操舵トルクTを検出する構成となっている。
このクラッチ6は、通常状態では、解放状態となっており、SBWシステムに何らかの異常(例えば操舵反力系の異常)が発生したときに締結状態となる。当該異常が発生してクラッチ6を締結した状態では、操舵系に運転者の操舵負担を軽減するための操舵補助力を付与する操舵補助制御(以下、EPS制御という)を行う。
クラッチ6の解放状態では、ステアリングホイール1と転舵輪11R,11Lとの間のトルク伝達経路が機械的に分離するため、ステアリングホイール1の操舵操作が転舵輪11R,11Lへ伝達しない状態となる。一方、クラッチ6の締結状態では、ステアリングホイール1と転舵輪11R,11Lとの間のトルク伝達経路が機械的に結合するため、ステアリングホイール1の操舵操作が転舵輪11R,11Lへ伝達する状態となる。
この図2及び図3に示すように、クラッチ6は、内輪カム61、外輪62及び複数(一例として、8個を図示)のローラ(係合子)63を有する。そして、内輪カム61の外面(外周面)61aと外輪62の内面(内周面)62aとの間にローラ63が噛み込んで係合することにより、締結状態となる。また、内輪カム61の外面61aと外輪62の内面62aの間に係合していたローラ63の係合が解除することにより、解放状態となる。
内輪カム61と、内輪カム61を覆う外輪62との間には、入力軸64方向に重ねて摺動保持器65と回転保持器66とを、それぞれの脚部65a,66aを交互に位置して配置する。両脚部65a,66aは何れも、重なり合う内輪カム61の外面61aと外輪62の内面62aとの間に形成した空間を自由に移動することができる。
各ローラ63が移動する内輪カム61の外面61aは、各ローラ63を押し当てている両脚部65a,66a間の略中央と、各脚部65a,66aとを直線状に結ぶ平坦面(平面)により形成している。この平坦面は、入力軸64半径方向断面において、内輪カム61の外面61aを円弧とした場合、円弧に対する弦に相当する。つまり、ローラ63を配置した脚部65a(或いは脚部66a)側へ向かう空間は、外輪62の内面62a側を上面に、平坦面からなる内輪カム61の外面61a側を下面にして、脚部65a(或いは脚部66a)に向かうに連れて上下面間距離が狭まった、楔形状空間となる。なお、脚部65aと脚部66aは、楔形状空間を自由に移動することができる。
(クラッチ締結時)
クラッチ締結時は、電磁コイル72が無励磁状態にあり、図3(a)及び図3(b)に示すように、バネ部材68は、各ローラ63を脚部65a或いは脚部66aに押し当てている。各ローラ63を介して、脚部65a或いは脚部66aにバネ部材68の付勢力が作用することにより、脚部65aと脚部66aは、互いに離反するように押し広げられ、摺動保持器65と回転保持器66が互いに逆向きに内輪カム61の回りを移動する。
そして、互いに逆向きに回動移動する内輪カム61と外輪62との位相差が許容値を超えた時点で、ローラ63が内輪カム61と外輪62の間に楔状に噛み込むことにより、入力軸64に連結する内輪カム61と、出力軸に連結する外輪62が締結状態になる。
図4は、クラッチ6の解放状態を示す図である。ここで、図4(a)は入力軸方向に沿う面から見た図、図4(b)はローラ位置の入力軸半径方向に沿う面から見た図である。
図4(a)及び図4(b)に示すように、クラッチ解放時、電磁コイル72が励磁状態になってコイル吸引力が発生し、外輪62に接触していたアーマチュア67は、ロータ71側に引き寄せられる。アーマチュア67がロータ71側に引き寄せられるのに伴い、アーマチュア67と脚部65aが連結されている摺動保持器65もロータ71側に移動する。摺動保持器65のロータ71側への移動時、摺動保持器65と回転保持器66の間に介在しているボールカム機構70において、ボール70bがカム溝70a内に略埋没した状態になるように、摺動保持器65と回転保持器66が互いに逆向きに移動する。
このように、本実施形態のクラッチ6は、内輪カム61の外面61aと外輪62の内面62aとの間にローラ63が楔状に噛み込んで係合することにより締結状態となる構成を有する。また、クラッチ6は、内輪カム61の外面61aと外輪62の内面62aとの間のローラ63の係合が解除することにより解放状態となる構成を有する。
ラック軸13の両端は、それぞれタイロッド14及びナックルアーム15を介して、転舵輪11R,11Lに連結する。すなわち、転舵輪11R,11Lは、ピニオンギア12の回転に応じてラック軸13が車幅方向へ変位することで、タイロッド14及びナックルアーム15を介して転舵し、車両の進行方向を変化可能となっている。
転舵モータ8の出力軸先端側には、ピニオンギアを用いて形成した転舵出力歯車8aを設ける。そして、転舵出力歯車8aは、ラック軸13の両端部間に設けたラックギアと噛合する。すなわち、転舵輪11R,11Lは、転舵出力歯車8aの回転に応じて転舵可能となっている。
コントローラ20は、操舵角センサ3で検出したステアリングホイール1の操舵角θsと、操舵トルクセンサ5で検出した操舵トルクTと、転舵モータ角センサ9で検出した転舵角θrと、転舵モータ電流センサ10で検出した転舵モータ実電流Imとを入力する。また、コントローラ20は、この他に、他システムのコントローラ16から車速Vやヨーレートγを入力する。
図5は、コントローラ20の構成を示すブロック図である。
この図5に示すように、コントローラ20は、切替判定部21と、クラッチ制御部22とを備える。
切替判定部21は、操舵角θsと転舵角θrと操舵トルクTとを入力し、クラッチ6の締結及び締結解除の切替を判定する。本実施形態では、切替判定部21は、操舵角θsと転舵角θrとに基づいて端当て状態を検出し、その検出結果に応じてクラッチ6の締結及び締結解除の切替を判定する。ここで、端当て状態とは、運転者がステアリングホイール1を中立位置から左方向または右方向に操舵し、ラック軸13が最大移動量に達した状態(操舵限界に達した状態)をいう。また、切替判定部21は、操舵トルクTに基づいて、クラッチ6の状態(締結状態であるか解放状態であるか)を判定する。
先ずステップS1で、切替判定部21は、直前に設定した後述する切替判定フラグFlgに基づいて、クラッチ6が締結状態であるか否かを判定する。そして、Flg=0又はFlg=2である場合には、クラッチ6が解放状態であると判断してステップS2に移行する。一方、Flg=1である場合には、クラッチ6が締結状態であると判断して後述するステップS8に移行する。
ステップS3では、切替判定部21は、クラッチ6を解放するためのクラッチ指令(クラッチ解放指令)を、クラッチ制御部22に出力し、ステップS4に移行する。
ステップS5では、切替判定部21は、操舵角θsが最大操舵角即ち切り込み限界角であるか否かを判定する。そして、操舵角θsが最大操舵角ではないと判定した場合には前記ステップS3に移行し、操舵角θsが最大操舵角であると判定した場合にはステップS6に移行する。
ステップS7では、切替判定部21は、切替判定フラグFlgを、端当て状態であることを示す“1”にセットする。そして、切替判定フラグFlg=1を後述する反力指令切替部25及び転舵指令切替部30に出力してから、端当て判定処理を終了する。
ステップS9では、切替判定部21は、クラッチ制御部22にクラッチ解放指令を出力し、ステップS10に移行する。
ステップS11では、切替判定部21は、クラッチ6が確実に解放状態となったか否かを判定する。ここでは、操舵トルクセンサ5で検出した操舵トルクTが、ゼロ付近の解放判断閾値以下(例えば1Nm以下)である状態が、所定時間(例えば数msec)続いたときに、クラッチ6の解放が完了したと判断する。
クラッチ制御部22は、切替判定部21から入力したクラッチ指令に従って、クラッチ6の締結及び締結解除を制御する。
図2に戻って、コントローラ20は、実SAT反力演算部23と、仮想SAT反力演算部24と、反力指令切替部25と、反力制御部26とを備える。
仮想SAT反力演算部24は、転舵角θrを、操舵状態に応じた転舵指令角とするべく転舵モータ8を駆動制御したときに生じるセルフアライニングトルクである仮想SATに相当する反力指令を演算する。
仮想SAT反力演算部24は、後述する転舵指令角演算部27で演算した通常転舵指令角θr0と、車速Vとを入力する。通常転舵指令角θr0は、転舵輪11R,11Lを運転者の操舵に応じた転舵角とするための転舵指令角である。
仮想SAT演算部24cは、仮想転舵モータ電流Im´及び仮想転舵角θr´の他に車速Vを入力し、上述した実SAT反力演算部23と同様の処理を行うことで、仮想SATを演算する。すなわち、仮想SATは、通常転舵指令角θr0で転舵モータ8を駆動制御したときに生じるSATを、車両モデルを用いて推定したものである。そして、仮想SAT演算部24cは、演算した仮想SATに相当する反力指令を、仮想SAT反力指令Ts1として反力指令切替部25に出力する。
転舵指令角演算部27は、転舵輪11R,11Lを運転者の操舵に応じた転舵角とするための転舵指令角を演算する。ここでは、操舵角θsに、車速Vに応じて設定したギア比を乗算し、転舵指令角を演算する。そして、転舵指令角演算部27は、演算した転舵指令角を通常転舵指令角θr0として転舵指令切替部30に出力する。
解放用転舵指令角演算部29は、操舵角θsと操舵トルクTとを入力する。この解放用転舵指令角演算部29は、クラッチ6を、締結状態からできるだけ早く確実に解放状態とするためのクラッチ解放用の転舵指令角(解放用転舵指令角θr2)を演算する。
このとき、クラッチ6に解放指令を出力してから、クラッチ6の解放が完了するまでの間は、可変ギア比制御を停止してギア比固定制御を行う。また、その間、仮想SATに相当する操舵反力を付与する操舵反力制御を行う。
次に、第1の実施形態の動作について説明する。
本SBWシステムは、クラッチ6の締結を解除した状態でSBW制御を実行する。
SBW制御中に運転者がステアリング操作を行うと、操舵角センサ3は運転者が入力した操舵角θsを検出する。そして、コントローラ20は、実転舵角が、操舵角センサ3が検出した操舵角θsに応じた転舵量となるように転舵モータ8を駆動制御する。これにより、転舵輪11R,11Lが転舵する。
このようにしてSBW制御を行うことで、運転者は自身の感覚に合致したステアリング操作を行うことができる。
すると、コントローラ20は、クラッチ締結指令によってクラッチ6を解放状態から締結状態へ切り替える制御を行う(ステップS6)。また、同時に、最終転舵指令角θr*を端当て時転舵指令角θr1に固定すると共に、最終反力指令Ts*を仮想SAT反力指令Ts1に切り替える(ステップS7)。
このとき、ステアリングホイール1と転舵輪11R,11Lとは、クラッチ6を介して機械的に連結している。そのため、転舵輪11R,11Lの転舵角を固定することで、ステアリングホイール1をそれ以上切り込めないようにすることができる。すなわち、反力モータの過熱を防止しつつ、運転者に対して良好な端当て感を与えることができる。
すなわち、本実施形態では、図7(a)に示すように、時刻t1でクラッチ解放指令を出力してから、時刻t2でクラッチ6が実際に解放して通常のSBW制御に復帰するまでの間、操舵状態に応じた操舵反力を付与する。
以上のように、端当て時制御開始時の転舵指令角の変更やクラッチ解放動作中の転舵指令角の変更によって、実SATが変動した場合であっても、その変動を操舵反力の乱れとして運転者に伝えないようにすることができる。
そこで、本実施形態では、クラッチ解放指令を出力してから実際にクラッチ6の解放が完了するまでの間は、可変ギア比制御を停止したギア比固定制御を行う。これにより、操舵側と転舵側とが同じように動くようにすることができ、操舵トルクTの増加を禁止することができる。そのため、クラッチ6を構成するローラ63が内外輪に噛み込む力が余計にかかるのを防止することができる。その結果、クラッチ6を解放し易くすることができる。
このように、クラッチ6を構成するローラ63が内外輪に噛み込む力が余計にかかるのを防止し、クラッチ6を解放し易くすることができる。すなわち、操舵意思と合致しない操舵反力の乱れが発生することによる操舵の違和感を抑制しつつ、クラッチを確実に解放することができる。
さらに、図6のステップS6がクラッチ締結制御部に対応し、ステップS9がクラッチ解放制御部に対応し、ステップS10及び仮想SAT反力演算部24が操舵反力制御部に対応し、ステップS11が解放完了検出部に対応している。
第1の実施形態では、以下の効果が得られる。
(1)クラッチ6を締結した状態でクラッチ6の締結解除条件が成立したとき、コントローラ20は、クラッチ解放指令を出力する。そして、クラッチ解放指令を出力してから、実際にクラッチ6の解放が完了したことを検出するまでの間、コントローラ20は、転舵角θrを解放用転舵指令角とするべく転舵モータ8を駆動制御する転舵角制御を行う。そして、コントローラ20は、転舵角制御を行っている間、操舵状態に応じた仮想SATに相当する操舵反力を付与するように、反力モータ4を駆動制御する。
これにより、クラッチ締結状態からクラッチ解放状態とする場面において、操舵の違和感なく確実なクラッチ解放動作を行うことができる。
これにより、クラッチ解放指令を出力した後のクラッチ解放動作中だけでなく、端当て時制御を開始してからクラッチ解放指令を出力するまでの間も、操舵状態に応じた操舵反力を付与することができる。したがって、端当て時制御開始時における運転者の違和感も適切に抑制することができる。
これにより、クラッチ締結状態でクラッチ解放指令を出力したとき、操舵の違和感なくクラッチ6を解放することができる。
(1)上記実施形態においては、端当て時制御中にハンドル切り込み操作を検出したとき、クラッチ解除条件が成立したとしてギア比固定制御及び操舵反力制御を実施しているが、イグニッションスイッチをオン状態としたときにも、本発明を適用可能である。
この場合、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替わったことを検出したとき、切替判定部21が、クラッチ制御部22にクラッチ解放指令を出力するようにする。また、このとき切替判定部21は、切替判定フラグFlg=2を反力指令切替部25及び転舵指令切替部30に出力するようにする。そして、図6のステップS11と同様に、クラッチ6が確実に解放状態となったか否かを判定し、クラッチ6が解放したと判断したら、切替判定部21から、切替判定フラグFlg=0を反力指令切替部25及び転舵指令切替部30に出力するようにする。
同様に、例えばEPS制御からSBW制御へ移行する場合など、クラッチ6を締結状態から解放状態へ切り替える場面であれば、本発明を適用することができる。
Claims (4)
- ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する反力アクチュエータを有する操舵部と、
転舵輪及び該転舵輪を転舵する転舵機構を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵部と、
前記操舵部と前記転舵部とを機械的に連結及び連結解除可能なクラッチと、を備える車両用操舵制御装置であって、
前記クラッチを締結した状態で当該クラッチの締結解除条件が成立したとき、当該クラッチに対して締結解除指令を出力するクラッチ解放制御部と、
前記クラッチ解放制御部により前記クラッチに対して締結解除指令を出力した後、当該クラッチの締結解除が完了したことを検出する解放完了検出部と、
前記クラッチ解放制御部により前記クラッチに対して締結解除指令を出力してから、前記解放完了検出部で前記クラッチの締結解除が完了したことを検出するまでの間、前記転舵輪の転舵角を、前記クラッチを解放するための解放用転舵指令角とするべく前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵角制御を行う転舵角制御部と、
前記転舵輪の転舵角を、前記ステアリングホイールの操舵状態に応じた転舵指令角とするべく前記転舵アクチュエータを駆動制御したときに生じるセルフアライニングトルクを、仮想セルフアライニングトルクとして車両モデルを用いて演算する仮想セルフアライニングトルク演算部と、
前記転舵角制御部による前記転舵角制御を行っている間、前記仮想セルフアライニングトルク演算部で演算した仮想セルフアライニングトルクに相当する操舵反力を付与するように、前記反力アクチュエータを駆動制御する操舵反力制御部と、を備えることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前記クラッチの締結を解除した状態で、前記転舵輪の転舵角を、前記ステアリングホイールの操舵状態に応じた転舵指令角とするべく前記転舵アクチュエータを駆動制御すると共に、前記ステアリングホイールに、前記転舵輪の転舵状態に応じた操舵反力を付与するべく前記反力アクチュエータを駆動制御するステアバイワイヤ制御を行う操舵制御部と、
前記操舵制御部によるステアバイワイヤ制御中に、前記ステアリングホイールの切り込み限界付近に達した端当て状態を検出する端当て検出部と、
前記端当て検出部で端当て状態を検出したとき、前記クラッチに対して締結指令を出力して運転者に端当て感を与える端当て制御を行う端当て制御部と、
運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出する切り戻し検出部と、をさらに備え、
前記クラッチ解放制御部は、前記端当て制御部による端当て制御中に、前記切り戻し検出部で運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出したとき、前記クラッチの締結解除条件が成立したと判断することを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵制御装置。 - 前記端当て制御部で端当て制御を開始してから、前記クラッチ解放制御部により前記クラッチに対して締結解除指令を出力するまでの間、前記仮想セルフアライニングトルク演算部で演算した仮想セルフアライニングトルクに応じた操舵反力を付与するように、前記反力アクチュエータを駆動制御する端当て制御時操舵反力制御部をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の車両用操舵制御装置。
- ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する反力アクチュエータを有する操舵部と、
転舵輪及び該転舵輪を転舵する転舵機構を駆動する転舵アクチュエータを有する転舵部と、
前記操舵部と前記転舵部とを機械的に連結及び連結解除可能なクラッチと、を備える車両用操舵制御方法であって、
前記クラッチを締結した状態で当該クラッチの締結解除条件が成立したとき、当該クラッチに対して締結解除指令を出力し、前記クラッチに対して締結解除指令を出力してから、前記クラッチの締結解除が完了したことを検出するまでの間、車両モデルに基づいて仮想的なセルフアライニングトルクである仮想セルフアライニングトルクに相当する操舵反力を付与するように、前記反力アクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用操舵制御方法。
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