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技術 アクチュエータ制御装置

出願人 株式会社ジェイテクト
発明者 前田真悟都甲高広中曽根源平青野慎也
出願日 2016年8月8日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-155634
公開日 2018年2月15日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2018-024281
状態 特許登録済
技術分野 パワーステアリング機構 走行状態に応じる操向制御
主要キーワード 手動制御モード 角度情報θ 介入操作 アクチュエータ制御装置 制御項 操作状態量 乖離量 角度指令値
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

車両の転舵輪舵角の大きな変化を生じさせることを抑えられるアクチュエータ制御装置を提供する。

解決手段

アクチュエータ制御装置30は、操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を発生させるようにアクチュエータを制御するものである。アクチュエータ制御装置30は、第1アシスト成分Ta1*を演算するアシスト制御部60と、第2アシスト成分Ta2*を演算する自動操舵制御部70とを備えている。自動操舵制御部70は、操舵トルクTmが閾値B未満の間、第2アシスト成分Ta2*を演算可能であり、第2アシスト成分Ta2*を演算する場合、角度偏差Δθsに基づき得られる積分項を用いるPID制御を実行する。そして、自動操舵制御部70は、操舵トルクTmが閾値B未満の間であって、閾値A以上であることに基づいて、積分項を操舵トルクTmが閾値A未満の間と比較して増大し難くなるように制限する構成を有している。

概要

背景

車両のステアリング装置において、モータ等を有するアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置を備え、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪転舵させる動力を発生させ、車両が走行中に車線を逸脱することを防ぐ車線逸脱防止支援ステム構築するものがある(例えば、特許文献1)。

特許文献1には、車線逸脱防止支援システムに係る制御の実行中に、ユーザーが操作するステアリングホイールの持ち方である操舵状態に応じて、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断することが開示されている。上記操舵状態は、ステアリングホイールに対してユーザーによって付加される操舵トルク監視により検出される。そして、操舵トルクがキャンセル判定閾値以上の場合に、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断し、ユーザー(運転者)が自らの意思で転舵輪を転舵させることができるようにしている。

概要

車両の転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えられるアクチュエータ制御装置を提供する。アクチュエータ制御装置30は、操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を発生させるようにアクチュエータを制御するものである。アクチュエータ制御装置30は、第1アシスト成分Ta1*を演算するアシスト制御部60と、第2アシスト成分Ta2*を演算する自動操舵制御部70とを備えている。自動操舵制御部70は、操舵トルクTmが閾値B未満の間、第2アシスト成分Ta2*を演算可能であり、第2アシスト成分Ta2*を演算する場合、角度偏差Δθsに基づき得られる積分項を用いるPID制御を実行する。そして、自動操舵制御部70は、操舵トルクTmが閾値B未満の間であって、閾値A以上であることに基づいて、積分項を操舵トルクTmが閾値A未満の間と比較して増大し難くなるように制限する構成を有している。

目的

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の転舵輪の舵角の大きな変化を抑えられるアクチュエータ制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両の操舵機構に対するユーザーの操作によって変化する操作状態量に基づき演算される第1アシスト成分、及び車両周辺環境に基づき演算される第2アシスト成分の少なくとも一方を用いて、前記操舵機構に対して転舵輪転舵させる動力を発生させるようにアクチュエータを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記操作状態量が第1閾値以上の間、前記第1アシスト成分を演算可能であるとともに、前記操作状態量が前記第1閾値未満の間、前記第2アシスト成分を演算可能であり、前記第2アシスト成分を演算する場合、前記車両周辺環境に基づき設定される車両の進行方向を示す成分である状態量目標値と車両の実際の前記状態量との偏差に基づき得られる積分項を少なくとも含む制御項を用いるフィードバック制御を実行し、前記操作状態量が前記第1閾値未満の間であって、当該第1閾値未満の値である第2閾値以上であることに基づいて、前記フィードバック制御の前記制御項を前記操作状態量が前記第2閾値未満の間と比較して増大し難くなるように制限する制限処理を実行するアクチュエータ制御装置

請求項2

前記制御部は、前記操作状態量が前記第1閾値未満の間、前記第2閾値以上の状態が予め定めた閾時間継続される場合、前記制限処理を実行する請求項1に記載のアクチュエータ制御装置。

請求項3

前記操作状態量は、前記操舵機構に対するユーザーの操作によって付加される操舵トルクであるとともに、前記状態量は、前記転舵輪の舵角換算可能な角度である請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータ制御装置。

請求項4

前記制御部は、前記目標値と前記状態量との偏差に基づき得られる比例項、当該偏差に基づく積分要素が積算されてなる積分項、及び当該偏差に基づく微分要素に基づき得られる微分項の各制御項を用いるフィードバック制御を実行し、前記制限処理として、前記各制御項のうち少なくとも前記積分項の制限を行うものである請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置。

請求項5

前記制御部は、前記操作状態量が前記第1閾値未満の間、前記操作状態量に応じた前記積分項の上限の制限を行うとともに、前記操作状態量が前記第2閾値以上であることに基づいて、前記制限処理として、前回までの前記積分項に対して加算されるべき前記積分要素を値に制限する請求項4に記載のアクチュエータ制御装置。

技術分野

0001

本発明は、アクチュエータ制御装置に関する。

背景技術

0002

車両のステアリング装置において、モータ等を有するアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置を備え、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪転舵させる動力を発生させ、車両が走行中に車線を逸脱することを防ぐ車線逸脱防止支援ステム構築するものがある(例えば、特許文献1)。

0003

特許文献1には、車線逸脱防止支援システムに係る制御の実行中に、ユーザーが操作するステアリングホイールの持ち方である操舵状態に応じて、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断することが開示されている。上記操舵状態は、ステアリングホイールに対してユーザーによって付加される操舵トルク監視により検出される。そして、操舵トルクがキャンセル判定閾値以上の場合に、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断し、ユーザー(運転者)が自らの意思で転舵輪を転舵させることができるようにしている。

先行技術

0004

特開2009−214680号公報

発明が解決しようとする課題

0005

アクチュエータ制御装置は、アクチュエータに供給する電流値であって、アクチュエータに発生させる動力(アシストトルク)の目標値であるアシスト成分を演算し、当該アシスト成分に基づいてアクチュエータを制御するものである。

0006

例えば、上記特許文献1において、アシスト成分は、カメラ等で撮影された画像データに基づき車両が走行中の走行レーンを維持して走行するように設定される目標走行線と、実際の車両の走行レーンに対する位置との偏差乖離量)に基づき、当該偏差が解消されるように実行するフィードバック制御を通じて演算される。このフィードバック制御では、制御の安定性の観点からP項比例項)、I項(積分項)、D項(微分項)の3項を用いたPID制御が採用されることが多い。

0007

ただしこの場合、上記特許文献1では、車線逸脱防止支援システムに係る制御の実行中、制御を中断しない程度の操舵トルクがステアリングホイールに対してユーザーにより付加されていると、これが抵抗力となって、上記偏差が定常的に残るようになる。この定常的に残る上記偏差は、PID制御のI項としてフィードバック毎に積算されていく。これにより、アシスト成分は、I項が積算されるほど大きい値が演算されるように影響を受ける。

0008

そして、ユーザーにより制御を中断しない程度の操舵トルクが付加されていることに起因して、アシスト成分が上記影響を受けている状態で、当該操舵トルクが値等まで小さくなると、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪を転舵させる動力の大きな変化、すなわち転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせてしまう。

0009

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の転舵輪の舵角の大きな変化を抑えられるアクチュエータ制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するアクチュエータ制御装置は、車両の操舵機構に対するユーザーの操作によって変化する操作状態量に基づき演算される第1アシスト成分、及び車両周辺環境に基づき演算される第2アシスト成分の少なくとも一方を用いて、操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を発生させるようにアクチュエータを制御する制御部を備えている。このアクチュエータ制御装置において、制御部は、操作状態量が第1閾値以上の間、第1アシスト成分を演算可能であるとともに、操作状態量が第1閾値未満の間、第2アシスト成分を演算可能である。そして、制御部は、第2アシスト成分を演算する場合、車両周辺環境に基づき設定される車両の進行方向を示す成分である状態量の目標値と車両の実際の状態量との偏差に基づき得られる積分項を少なくとも含む制御項を用いるフィードバック制御を実行し、操作状態量が第1閾値未満の間であって、当該第1閾値未満の値である第2閾値以上であることに基づいて、フィードバック制御の制御項を操作状態量が第2閾値未満の間と比較して増大し難くなるように制限する制限処理を実行するようにしている。

0011

上記構成によれば、車両周辺環境に基づき演算される第2アシスト成分は、ユーザーの操作によって変化する操作状態量が第1閾値未満の間、状態量の目標値と車両の実際の状態量との偏差に基づき実行されるフィードバック制御を通じて演算される。この場合、ユーザーの操作によって操作状態量が第2閾値以上に変化していると、状態量の目標値と実際の状態量との偏差が定常的に残る可能性があり、当該偏差に基づく要素が積分項としてフィードバック毎に積算されていくことは、上記[発明が解決しようとする課題]で述べた通りである。

0012

ただし、上記構成では、第2アシスト成分が演算される際、上述のように偏差が定常的に残る可能性がある状況で、制限処理を通じてフィードバック制御の制御項が増大し難くなるように制限されるようにしている。この場合、第2アシスト成分は、操作状態量が第2閾値未満の間と比較して、増大し難くなるように制限して演算される。これにより、操作状態量が第1閾値未満の間、操作状態量に関係なく、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪を転舵させる動力の大きな変化、すなわち転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

0013

上記アクチュエータ制御装置において、制御部は、操作状態量が第1閾値未満の間、第2閾値以上の状態が予め定めた閾時間継続される場合、制限処理を実行することが望ましい。

0014

上記構成によれば、第2閾値以上の状態が予め定めた閾時間継続される場合には、ユーザーの意図的な操作によって操作状態量が第2閾値以上に変化している状態である可能性が高い。これにより、ユーザーの意図的な操作によって操作状態量が第2閾値以上の状態となる場合、制限処理が実行されるようになっている。したがって、制限処理がむやみやたらに実行されることを抑え、制限処理が実行される状況を最適化することができる。

0015

上記アクチュエータ制御装置のように、車両の転舵輪を転舵させる動力を発生させるようにアクチュエータを制御する場合、操作状態量及び状態量として最適な構成は、操作状態量は、操舵機構に対するユーザーの操作によって付加される操舵トルクであるとともに、状態量は、転舵輪の舵角に換算可能な角度である。これにより、アクチュエータを制御することによって、車両の転舵輪を転舵させるために最適な動力を発生させることができる。

0016

また、上記アクチュエータ制御装置において、制御部は、目標値と状態量との偏差に基づき得られる比例項、当該偏差に基づく積分要素が積算されてなる積分項、及び当該偏差に基づく微分要素に基づき得られる微分項の各制御項を用いるフィードバック制御を実行し、制限処理として、各制御項のうち少なくとも積分項の制限を行うものであることが望ましい。

0017

上記構成によれば、上記[発明が解決しようとする課題]で述べた通り、車両の転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせる原因をより好適に制限することができる。
なお、操作状態量が第2閾値未満の場合であっても、状態量の目標値と実際の状態量との偏差が定常的に残った状態で、操作状態量が第2閾値未満の間で零値等まで小さくなるように変化する可能性がある。この場合、上記[発明が解決しようとする課題]で述べた通り、アクチュエータの制御を通じて転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせる可能性がある。

0018

そこで、アクチュエータ制御装置において、制御部は、操作状態量が第1閾値未満の間、操作状態量に応じた積分項の上限の制限を行うとともに、操作状態量が第2閾値以上であることに基づいて、制限処理として、前回までの積分項に対して加算されるべき積分要素を零値に制限するようにしている。

0019

上記構成によれば、操作状態量が第1閾値未満の間、第2閾値未満であるか否かに関係なく、積分項自体の上限が制限されている。これにより、操作状態量が第1閾値未満の間、操作状態量が第2閾値以上であるか否かに関係なく、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

0020

ただし、このように積分項自体の上限が制限されることによっては、積分項の第2アシスト成分を演算するためのフィードバック制御への反映が制限されることとなり、却って積分項が積算され易くなる。これは、操作状態量が第2閾値以上の間、第2閾値未満の間と比較して顕著である。

0021

これに対して、上記構成では、操作状態量が第2閾値以上であることに基づいて、却って積分項が積算され易くなる状況で、制限処理を通じて積分項に対して加算させる積分要素が零値に制限されるようにしている。この制限処理の間は、積分項の積算が中断されるようになる。これにより、操作状態量が第1閾値未満の間、積分項については積算され難くすることができ、アクチュエータの制御を通じて車両の転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

発明の効果

0022

本発明によれば、車両の転舵輪の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

図面の簡単な説明

0023

車両転舵システムについてその概略を示す図。
同車両転舵システムについてその電気的構成を示すブロック図。
アクチュエータ制御装置についてその自動操舵トルク指令値演算部の機能を示すブロック図。
同自動操舵トルク指令値演算部の積分項演算部についてそのガード処理部の機能を示すブロック図。
変形例の自動操舵トルク指令値演算部の機能を示すブロック図。
変形例の積分項演算部についてそのガード処理部の機能を示すブロック図。

実施例

0024

以下、アクチュエータ制御装置の一実施形態を説明する。
図1に示すように、車両Aには、後述する操舵機構2に対して車両Aの進行方向を自動的に変化させる動力を付与することによって、車両Aが走行中に車線を逸脱することを防ぐ車線逸脱防止支援システムを構築する車両転舵システム1が搭載されている。

0025

操舵機構2は、ユーザーにより操作されるステアリングホイール10と、ステアリングホイール10と固定されるステアリングシャフト11とを備えている。ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール10と連結されたコラムシャフト11aと、コラムシャフト11aの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト11bと、インターミディエイトシャフト11bの下端部に連結されたピニオンシャフト11cとを有している。ピニオンシャフト11cの下端部は、ラックアンドピニオン機構13を介してラックシャフト12に連結されている。ステアリングシャフト11の回転運動は、ラックアンドピニオン機構13を介してラックシャフト12の軸方向の往復直線運動に変換される。この往復直線運動が、ラックシャフト12の両端にそれぞれ連結されたタイロッド14を介して、左右の転舵輪15にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪15の転舵角が変化する。

0026

ステアリングホイール10と固定されたコラムシャフト11aの途中には、操舵機構2に対して付与する動力の発生源であるモータ20を有するアクチュエータ3が設けられている。例えば、モータ20は、表面磁石同期電動機(SPMSM)であり、3相(U,V,W)の駆動電力に基づいて回転する3相ブラシレスモータである。モータ20の回転軸21は、減速機構22を介してコラムシャフト11aに連結されている。アクチュエータ3は、モータ20の回転軸21の回転力を減速機構22を介してコラムシャフト11aに伝達する。このコラムシャフト11aに付与されるモータ20のトルク(回転力)が動力(転舵力)となり、左右の転舵輪15の転舵角を変化させる。

0027

アクチュエータ3には、モータ20の駆動を制御するアクチュエータ制御装置30がインバータ23を介して接続されている。例えば、インバータ23は、車両Aのバッテリ等の電力源の正極とモータ20の端子との間を開閉する3つのスイッチング素子MOS電界効果トランジスタ)と、上記電力源の負極とモータ20の端子との間を開閉する3つのスイッチング素子との直列接続体を備えて構成されている。インバータ23は、各スイッチング素子のオンオフ切り替えることによって、モータ20へ駆動電力として電流を供給する。

0028

アクチュエータ制御装置30は、車両Aに設けられる各種のセンサの検出結果に基づきインバータ23の各スイッチング素子のオンオフの切り替えを制御することによって、モータ20の制御量である電流量を制御する。各種のセンサとしては、例えば、舵角センサ50、トルクセンサ51、回転角センサ52、及び車速センサ53がある。舵角センサ50及びトルクセンサ51はコラムシャフト11aに設けられ、回転角センサ52はモータ20に設けられている。舵角センサ50は、ユーザーのステアリング操作連動するコラムシャフト11aの回転角であるステアリング角θsを検出する。トルクセンサ51は、ユーザーのステアリング操作によりステアリングシャフト11に変化を伴って生じる操舵トルクTmを検出する。回転角センサ52は、モータ20の回転軸21の回転角度θmを検出する。車速センサ53は、車両Aの走行速度である車速Vを検出する。なお、ステアリング角θsと転舵輪15の舵角との間には相関関係がある。ステアリング角θsに処理を施し、これに換算係数乗算すれば、転舵輪15の舵角を算出できる。ステアリング角θsは、転舵輪15の舵角に換算可能な角度である。なお、本実施形態において操舵トルクTmは操作状態量の一例である。

0029

また、アクチュエータ制御装置30には、車載される上位制御装置40が接続されている。上位制御装置40は、車両Aの進行方向を自動的に変化させる自動操舵制御車線維持制御)をアクチュエータ制御装置30に対して指示する。

0030

上位制御装置40は、車両Aに設けられるカーナビ等のGPSやその他の車載センサ(カメラ、距離センサヨーレートセンサレーザー等)や車路間通信による車両周辺環境検出部54の検出結果に基づいて、自動操舵制御に用いる角度指令値θs*をアクチュエータ制御装置30に対して出力する。車両周辺環境検出部54は、各種センサから車両周辺環境を検出することによって、これらに基づき角度情報θvを演算する。角度情報θvは、例えば、道路に対する車両Aの相対的な方向である。これは、車両Aの進行方向を示す成分(状態量)であり、車両Aの直進方向に対する転舵輪15の舵角である。そのため、転舵輪15の舵角に換算可能なステアリング角θsは、車両Aの実際の進行方向を示す成分となる。また、自動操舵制御に用いる角度指令値θs*は、車両Aの進行方向を示す成分の目標値となる。

0031

なお、アクチュエータ制御装置30には、図示しない切替スイッチが接続されている。切替スイッチは、ユーザーにより操作され、アクチュエータ制御装置30が自動操舵制御を実行する自動操舵モードを設定するか否かの切り替えを指示する。アクチュエータ制御装置30は、自動操舵モードの設定が指示される間、自動操舵制御を実行し、ユーザーによるステアリング操作の介入(以下、「介入操作」という)があれば(後述の閾値B以上の操舵トルクTmが検出されれば)、自動操舵制御を中断してステアリング操作を補助する介入制御を実行する。また、アクチュエータ制御装置30は、自動操舵モードの設定が指示されない間(設定しないことが指示される間)、自動操舵制御を実行しないで、ステアリング操作を補助するアシスト制御を実行する。この場合、アクチュエータ制御装置30は、上位制御装置40が出力する角度指令値θs*を無効化する。

0032

次に、車両転舵システム1の電気的構成についてアクチュエータ制御装置30の機能と合わせて説明する。
図2に示すように、上位制御装置40は、角度情報θvに基づき最適な角度指令値θs*を演算する角度指令値演算部41を備えている。角度指令値演算部41は、所定周期毎に角度指令値θs*を演算し、演算した角度指令値θs*をアクチュエータ制御装置30に対して所定周期毎に出力する。

0033

また、アクチュエータ制御装置30は、アシスト制御部60、自動操舵制御部70、及び制御信号生成部80を備えている。なお、本実施形態において、アシスト制御部60、自動操舵制御部70、及び制御信号生成部80は、例えば、単数又は複数のCPU(Central Processing Unit)からなるマイクロプロセスユニット(MPU)であり、[特許請求の範囲]で記載する「制御部」の一例である。

0034

アシスト制御部60は、アシストトルク指令値演算部61を有している。アシストトルク指令値演算部61は、トルクセンサ51及び車速センサ53から得られる操舵トルクTm及び車速Vに基づいて、モータ20に発生させるべきアシストトルク(動力)に対応した電流量の目標値である第1アシスト成分Ta1*を演算して出力する。

0035

自動操舵制御部70は、自動操舵トルク指令値演算部71、指令値出力切替部72、及び指令値切替判定部73を有している。
自動操舵トルク指令値演算部71は、角度指令値演算部41(上位制御装置40)から得られる角度指令値θs*と、舵角センサ50から得られるステアリング角θsとの差である角度偏差Δθsに基づいて、モータ20に発生させるべく自動操舵トルク(動力)に対応した電流量の目標値である第2アシスト成分Ta2*を演算する。

0036

指令値出力切替部72は、指令値切替判定部73の判定結果に基づいて、第2アシスト成分Ta2*及び零値(「0」)のいずれを出力するか切り替える。
指令値切替判定部73は、トルクセンサ51から得られる操舵トルクTmに基づいて、当該操舵トルクTmの絶対値が閾値B未満(|Tm|<B)であるか否かを判定する。閾値Bは、自動操舵制御の実行中、介入操作があることを判断できるとして実験的に定めた値が設定されている。

0037

自動操舵制御部70には、角速度ガード部31を通じて、上限及び下限で制限された角度指令値θs*が入力される。角速度ガード部31は、角度指令値θs*の前回値及び今回値の変化量(ω)に基づいて、今回値の角度指令値θs*の上限及び下限を制限するものであり、車両Aの仕様等に応じて設定されている。そして、自動操舵トルク指令値演算部71には、角速度ガード部31を通過後の角度指令値θs*から、減算処理部32を通じてステアリング角θsが減算された値である角度偏差Δθsが入力される。

0038

自動操舵制御部70は、自動操舵制御の実行中、指令値切替判定部73の判定を通じて、操舵トルクTmが閾値B未満(|Tm|<B→Yes)、すなわち介入操作がないことを判断できる場合、指令値出力切替部72の切り替えを通じて、自動操舵トルク指令値演算部71の演算値とする第2アシスト成分Ta2*を出力する。この場合、アクチュエータ制御装置30は、自動操舵制御を主体に車両Aの進行方向を変化させるように、非手動制御モードでの制御を実行している。

0039

一方、自動操舵制御部70は、自動操舵制御の実行中、指令値切替判定部73の判定を通じて、操舵トルクTmが閾値B以上(|Tm|<B→No)、すなわち介入操作があることを判断できる場合、指令値出力切替部72の切り替えを通じて、自動操舵トルク指令値演算部71の演算値に関係なく零値を出力する。この場合、アクチュエータ制御装置30は、自動操舵制御を中断して介入制御に切り替え、ユーザーによるステアリング操作(介入操作)を主体に車両Aの進行方向を変化させるように、手動制御モードでの制御を実行している。

0040

なお、自動操舵制御部70は、アシスト制御の実行中、操舵トルクTmに関係なく、零値を出力するように指令値出力切替部72を切り替える。
アシスト制御部60から出力される第1アシスト成分Ta1*と、自動操舵制御部70から出力される第2アシスト成分Ta2*とは、加算処理部33を通じて加算される。この加算された値は、最終的な電流量の目標値であるアシストトルク指令値Ta*として、制御信号生成部80に入力される。制御信号生成部80は、アシストトルク指令値Ta*、及び回転角センサ52から得られる回転角度θmに基づいて、モータ制御信号MSを生成し、PWM信号としてインバータ23に対して出力する。

0041

以下、自動操舵制御部70の自動操舵トルク指令値演算部71の機能についてさらに詳しく説明する。
図2に示すように、自動操舵トルク指令値演算部71は、角度偏差Δθsを入力すると、比例制御積分制御微分制御(PID制御)を実行し、第2アシスト成分Ta2*を演算して出力する。すなわち、自動操舵トルク指令値演算部71は、角度偏差Δθsに基づいて、角度指令値θs*にステアリング角θsを追従させて、角度偏差Δθsを解消するようにフィードバック制御することにより、第2アシスト成分Ta2*を演算している。

0042

具体的には、図3に示すように、自動操舵トルク指令値演算部71は、比例項Pを演算する比例項演算部71aと、積分項Iを演算する積分項演算部71bと、微分項Dを演算する微分項演算部71cとを有している。

0043

比例項演算部71aは、乗算処理部71aaを通じて角度偏差Δθsに比例ゲインKpを乗算して得られる比例項P(=Kp・Δθs)を演算して出力する(所謂、比例制御)。

0044

積分項演算部71bは、乗算処理部71baを通じて角度偏差Δθsに積分ゲインKiを乗算して得られる積分要素(Ki・Δθs)を、ガード処理部90を通じて積算して得られる積分項I(=∫(Ki・Δθs))を演算して出力する(所謂、積分制御)。

0045

微分項演算部71cは、微分処理部71dを通じて角度偏差Δθsを時間微分(d/dt)して得られる微分要素(d(Δθs)/dt)に対して、乗算処理部71caを通じて微分ゲインKdを乗算して得られる微分項D(=Kd・d(Δθs)/dt)を演算して出力する(所謂、微分制御)。

0046

比例項演算部71aから出力される比例項Pと、積分項演算部71bから出力される積分項Iと、微分項演算部71cから出力される微分項Dとは、加算処理部71eを通じて加算される。この加算された値は、第2アシスト成分Ta2*として、指令値出力切替部72に入力される。

0047

ここで、ガード処理部90について、詳しく説明する。
図4に示すように、ガード処理部90は、要素出力切替部91、要素切替判定部92、ガード部93、及び積分項リミットマップ演算部94を有している。

0048

要素出力切替部91は、要素切替判定部92の判定結果に基づいて、積分要素(Ki・Δθs)及び零値(「0」)のいずれを出力するか切り替える。
要素切替判定部92は、トルクセンサ51から得られる操舵トルクTmに基づいて、当該操舵トルクTmの絶対値が閾値A未満(|Tm|<A)であるか否かを判定する。なお、要素切替判定部92は、操舵トルクTmの絶対値が閾値A以上であっても、この閾値A以上の状態が閾時間C継続しない場合、当該操舵トルクTmの絶対値が閾値A未満(|Tm|<A→Yes)であることを判定する。一方、要素切替判定部92は、操舵トルクTmの絶対値が閾値A以上であり、この閾値A以上の状態が閾時間C継続する場合、当該操舵トルクTmの絶対値が閾値A以上(|Tm|<A→No)であることを判定する。閾値Aは、自動操舵制御の実行中、ユーザーにより自動操舵制御を中断しない程度の介入操作があり、これを無視しても車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる可能性がないことを判断できる値として実験的に定められている。すなわち、閾値Aは、零値よりも大きい、且つ、閾値B未満の値である(0<A<B)。また、閾時間Cは、ユーザーにより自動操舵制御を中断しない程度の閾値A以上の介入操作が継続した場合に、車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる可能性があることを判断できる値として実験的に定められている。

0049

ガード部93は、積分項リミットマップ演算部94から得られるガード値ILimに基づいて、積分項Iの上限を制限する。
積分項リミットマップ演算部94は、トルクセンサ51から得られる操舵トルクTmの絶対値と、積分項Iの上限とするガード値ILimとの関係を定めたマップを備えており、操舵トルクTmの絶対値を入力とし、ガード値ILimをマップ演算する。ガード値ILimは、操舵トルクTmの絶対値(|Tm|)が大きい場合に小さい場合よりも値が小さくなる。

0050

そして、ガード処理部90には、乗算処理部71baを通じて、角度偏差Δθsに積分ゲインKiが乗算された値である積分要素(Ki・Δθs)が入力される。
ガード処理部90は、自動操舵制御の実行中、要素切替判定部92の判定を通じて、操舵トルクTmが閾値A未満(|Tm|<A→Yes)、すなわちユーザーによる介入操作を無視できることを判断できる場合、要素出力切替部91の切り替えを通じて、積分要素(Ki・Δθs)を出力する。この場合、自動操舵制御部70は、ユーザーによる介入操作を無視できること、すなわち車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる可能性がないことを判断し、積分項Iを積算する。

0051

一方、ガード処理部90は、自動操舵制御の実行中、要素切替判定部92の判定を通じて、操舵トルクTmが閾値A以上(|Tm|<A→No)、すなわちユーザーにより自動操舵制御を中断しない程度の介入操作があることを判断できる場合、要素出力切替部91の切り替えを通じて、積分要素(Ki・Δθs)に関係なく零値を出力する。この場合、自動操舵制御部70は、ユーザーにより自動操舵制御を中断しない程度の介入操作があること、すなわち車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる可能性があることを判断し、積分要素(Ki・Δθs)の積算を中断する。この間は、積分項Iの変化が中断され、積分項Iが現状よりも大きくならないようになっている。

0052

なお、ガード処理部90は、アシスト制御の実行中、操舵トルクTmに関係なく、零値を出力するように要素出力切替部91を切り替える。
要素出力切替部91から出力される積分要素(Ki・Δθs)と、遅延処理部96を通じて直前周期(1周期前)に保持された値である前回値の積分項Irとは、加算処理部95を通じて加算される。この加算された値は、前回値の積分項Irに対して今回の積分要素(Ki・Δθs)を加算した積分項Iとして、ガード部93に入力される。また、ガード部93には、積分項リミットマップ演算部94を通じて、ガード値ILimが入力される。ガード部93は、積分項Iがガード値ILim以下の間、当該積分項Iを出力し、積分項Iがガード値ILimよりも大きい間は積分項Iとして、当該ガード値ILimを出力する。

0053

このように、自動操舵制御部70は、ガード処理部90のうち特に要素出力切替部91及び要素切替判定部92の機能によって、操舵トルクTmが閾値A以上(|Tm|<A→No)の間、積分項Iを操舵トルクTmが閾値A未満(|Tm|<A→Yes)の間と比較して増大し難くなるように制限する制限処理を実行する。

0054

以上に説明した本実施形態によれば、以下に示す作用及び効果を奏する。
(1)上位制御装置40に入力される車両周辺環境(角度情報θv)に基づき演算される第2アシスト成分Ta2*は、トルクセンサ51から得られる操舵トルクTmの絶対値が閾値B未満の間、角度偏差Δθsに基づき実行されるフィードバック制御を通じて指令値出力切替部72から出力される。この場合、自動操舵制御を中断しない程度の介入操作があると、角度偏差Δθsが定常的に残る可能性があり、積分要素(Ki・Δθs)が積分項Iとしてフィードバック毎に積算されていくことは、上記[発明が解決しようとする課題]で述べた通りである。

0055

ただし、図4に示すように、本実施形態では、上述の如く角度偏差Δθsが定常的に残る可能性がある状況で、ガード処理部90の特に要素出力切替部91及び要素切替判定部92の機能を通じて、転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる原因である積分項Iが増大し難くなるように制限されるようになっている。この場合、第2アシスト成分Ta2*は、操舵トルクTmが閾値A未満の間と比較して、増大し難くなるように制限して演算される。これにより、操舵トルクTmが閾値B未満の間、操舵トルクTmに関係なく、モータ20(アクチュエータ3)の制御を通じて車両Aの転舵輪15を転舵させる動力の大きな変化、すなわち転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせることを好適に抑えることができる。

0056

(2)積分項演算部71bでは、操舵トルクTmが閾値B未満の間、閾値A以上の状態が閾時間C継続されることによって、操舵トルクTmが閾値A以上(|Tm|<A→No)であることが判定され、積分項Iの積算が中断される。

0057

すなわち、自動操舵制御の実行中、閾値A以上の状態が閾時間C継続される場合には、ユーザーの意図的な介入操作がある状態である可能性が高くなる。これにより、ユーザーの意図的な介入操作がある状態となる場合、積分項Iの積算が中断されるようになっている。したがって、積分項Iの積算がむやみやたらに中断されることを抑え、積分項Iの積算が中断される状況を最適化することができる。

0058

(3)本実施形態のアクチュエータ制御装置30では、車両Aの転舵輪15を転舵させる動力を発生させるようにコラムシャフト11aに設けられるアクチュエータ3を制御する場合、コラムシャフト11aに設けられる舵角センサ50及びトルクセンサ51から得られるステアリング角θs及び操舵トルクTmを用いるようにしている。また、ステアリング角θsは、転舵輪15の舵角に換算可能でもある。これにより、コラムシャフト11aに設けられるアクチュエータ3を制御することによって、車両Aの転舵輪15を転舵させるために最適な動力を発生させることができる。

0059

(4)なお、操舵トルクTmが閾値A未満であり、ユーザーによる介入操作を無視できることを判断できる場合であっても、角度偏差Δθsが定常的に残った状態で、操舵トルクTmが閾値A未満の間で零値等まで小さくなるように変化する可能性がある。この場合、上記[発明が解決しようとする課題]で述べた通り、アクチュエータ3の制御を通じて車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせる可能性がある。

0060

そこで、図4に示すように、本実施形態の自動操舵制御部70は、自動操舵制御の実行中、ガード処理部90(特にガード部93及び積分項リミットマップ演算部94)を通じて、操舵トルクTmが閾値B未満の間、操舵トルクTmに応じた積分項Iの上限の制限を行うようにしている。また、同図に示すように、自動操舵制御部70は、自動操舵制御の実行中、ガード処理部90(特に要素出力切替部91及び要素切替判定部92)を通じて、操舵トルクTmが閾値A以上であることに基づいて、前回値の積分項Irに対して加算されるべく積分要素(Ki・Δθs)を零値に制限するようにしている。

0061

そのため、本実施形態の自動操舵制御部70では、自動操舵制御の実行中、操舵トルクTmが閾値B未満の間、閾値A未満であるか否かに関係なく、積分項I自体の上限が制限されている。これにより、操舵トルクTmが閾値B未満の間、操舵トルクTmが閾値A以上であるか否かに関係なく、アクチュエータ3の制御を通じて車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

0062

ただし、このように積分項I自体の上限が制限されることによっては、積分項Iの第2アシスト成分Ta2*を演算するためのフィードバック制御への反映が制限されることとなり、却って積分項Iが積算され易くなる。これは、操舵トルクTmが閾値A以上の間、閾値A未満の間と比較して顕著である。

0063

これに対して、本実施形態では、操舵トルクTmが閾値A以上であることに基づいて、却って積分項Iが積算され易くなる状況で、ガード処理部90(特に要素出力切替部91及び要素切替判定部92)を通じて、積分項Iに対して加算させる積分要素(Ki・Δθs)が零値に制限されるようにしている。この積分要素(Ki・Δθs)が零値の間は、積分項Iの積算が中断されるようになる。これにより、操舵トルクTmが閾値B未満の間、積分項Iについては積算され難くすることができ、アクチュエータ3の制御を通じて車両Aの転舵輪15の舵角の大きな変化を生じさせることを抑えることができる。

0064

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・要素出力切替部91は、積分項Iが積算され難くなるように、積分要素(Ki・Δθs)を調整する機能を有していればよく、例えば、零値の替わりに今回値の積分要素(Ki・Δθs)の半分等、実際よりも小さい値を出力したり、積分項Iが減少するような値を出力したりするようにしてもよい。この場合であっても、積分項Iが増大し難くなるように制限する効果を発揮する。

0065

・ガード処理部90では、ガード部93及び積分項リミットマップ演算部94の機能を、要素出力切替部91及び要素切替判定部92の機能と同様、操舵トルクTmが閾値A以上である場合に発揮させるように構成してもよい。その他、ガード処理部90では、ガード部93及び積分項リミットマップ演算部94の機能を省略してもよい。

0066

・積分項Iが増大し難くなるように制限することは、要素出力切替部91及び要素切替判定部92の機能を省略して、ガード部93及び積分項リミットマップ演算部94の機能によって実現してもよい。この場合、積分項リミットマップ演算部94において、例えば、操舵トルクTmが閾値A以上である場合に、上限が制限されるように、操舵トルクTmの絶対値と、ガード値ILimとの関係を定めたマップを備えていればよい。なお、本変形例の構成は、比例項P及び微分項Dに対しても同様に適用することができる。

0067

・積分項Iが増大し難くなるように制限することは、積分ゲインKiの上限を制限することによって実現してもよい。例えば、積分項演算部71bに対して積分ゲインKiを指示する構成を追加すればよい。この場合、ガード処理部90は、積分要素(Ki・Δθs)の積分に必要な構成を少なくとも有していればよく、例えば、要素出力切替部91及び要素切替判定部92の機能を省略してもよい。また、積分項演算部71bに対して積分ゲインKiを指示する構成は、例えば、操舵トルクTmの絶対値と、積分ゲインKiとの関係を定めたマップを備え、操舵トルクTmの絶対値を入力とし、積分ゲインKiをマップ演算するものであればよい。例えば、積分ゲインKiは、操舵トルクTmが閾値A以上である場合に、上限が制限されるように構成されていればよい。

0068

なお、本変形例の構成は、図5に示すように、比例項P及び微分項Dに対しても同様に適用することができる。この場合の自動操舵トルク指令値演算部74は、比例項演算部74aに対して比例ゲインKpを指示する比例ゲインマップ演算部74aa、積分項演算部74bに対して積分ゲインKiを指示する積分ゲインマップ演算部74ba、微分項演算部74cに対して微分ゲインKdを指示する微分ゲインマップ演算部74caを有している。なお、微分項演算部74cには、微分処理部74dを通じて角度偏差Δθsを時間微分(d/dt)して得られる微分要素(d(Δθs)/dt)が入力される。これら各項演算部74a,74b,74cから出力される各項P,I,Dは、加算処理部74eを通じて加算される。この加算された値は、第2アシスト成分Ta2*として、指令値出力切替部72に入力される。各ゲインマップ演算部74aa,74ba,74caは、操舵トルクTmの絶対値と、対応するゲインとの関係を定めたマップをそれぞれ備え、操舵トルクTmの絶対値を入力とし、対応するゲインをマップ演算するものであればよい。例えば、各ゲインKp,Ki,Kdは、操舵トルクTmが閾値A以上である場合に、上限が制限されるように構成されていればよい。こうした構成を採用する場合には、比例項P、積分項I、及び微分項Dの少なくとも一つについてゲインの上限が制限されるように構成されていればよい。すなわち、比例項P(比例ゲインKp)のみ制限したり、比例項P(比例ゲインKp)及び積分項I(積分ゲインKi)を制限したり、比例項P(比例ゲインKp)及び微分項D(微分ゲインKd)を制限したり、積分項I(積分ゲインKi)及び微分項D(微分ゲインKd)を制限したり、微分項D(微分ゲインKd)のみ制限したりしてもよい。なお、比例項P又は微分項Dの制限と、積分項Iの制限とを組み合わせる場合は、積分項Iの制限については上記実施形態の構成を採用してもよい。

0069

図6に示すように、積分項演算部71bにおいて、積分項Iは、まず角度偏差Δθsを積算した後、積分ゲインKiを乗算するように構成してもよい。この場合、ガード処理部90の要素出力切替部91には、角度偏差Δθsが入力される。要素出力切替部91は、要素切替判定部92の判定の結果に基づいて、角度偏差Δθs又は零値のいずれかを出力する。この場合、積分項リミットマップ演算部94は、トルクセンサ51から得られる操舵トルクTmの絶対値と、角度偏差Δθsの積算の上限とするガード値ΔLimとの関係を定めたマップを備えており、操舵トルクTmの絶対値を入力とし、ガード値ΔLimをマップ演算する。ガード値ΔLimは、操舵トルクTmの絶対値(|Tm|)が大きい場合に小さい場合よりも値が小さくなる。要素出力切替部91から出力される角度偏差Δθsと、遅延処理部96を通じて直前周期(1周期前)に保持された値である前回値の角度偏差Δθsの積算である積分要素∫(Δθs)rとは、加算処理部95を通じて加算される。この加算された値は、前回値の積分要素∫(Δθs)rに対して今回の角度偏差Δθsを加算した積分要素∫(Δθs)として、ガード部93に入力される。また、ガード部93には、積分項リミットマップ演算部94を通じて、ガード値ΔLimが入力される。ガード部93は、積分要素∫(Δθs)がガード値ΔLim以下の間、当該積分要素∫(Δθs)を出力し、積分要素∫(Δθs)がガード値ΔLimよりも大きい間は積分要素∫(Δθs)として、当該ガード値ΔLimを出力する。そして、積分項演算部71bは、乗算処理部71baを通じて積分要素∫(Δθs)に積分ゲインKiを乗算して得られる積分項I(=Ki・∫(Δθs))を演算して出力する。この場合であっても、上記実施形態に準じた作用及び効果を奏することができる。

0070

・アクチュエータ3の制御では、操舵トルクTmの替わりに、ユーザーのステアリング操作の状態を把握可能な情報として、例えば、ステアリング角θsの角速度や角加速度を用いるようにしてもよい。また、アクチュエータ3の制御では、ステアリング角θsの替わりに、ピニオンシャフト11cの角度であるピニオン角やラックシャフト12の移動位置を用いるようにしてもよい。

0071

・要素切替判定部92は、操舵トルクTmの絶対値が閾値A以上の場合、閾値A以上の状態が継続する時間に関係なく、当該操舵トルクTmの絶対値が閾値A以上(|Tm|<A→No)であることを判定するように構成してもよい。

0072

・車両転舵システム1は、自動操舵モードの設定が指示されている間に介入操作があった場合、自動操舵制御からアシスト制御に切り替えるように構成されていてもよい。
・上位制御装置40は、角度指令値θs*の替わりに、角度偏差Δθsをアクチュエータ制御装置30に対して出力するようにしてもよい。この場合、上位制御装置40は、舵角センサ50から得られるステアリング角θsに基づいて、角度偏差Δθsを演算すればよい。

0073

・ステアリング角θsは、回転角センサ52から得られる回転角度θmに基づいて、算出されるようにしてもよい。この場合、回転角センサ52の回転角度θmの累積から絶対角を算出し、これに換算係数を乗算すれば、ステアリング角θsを算出できる。これにより、舵角センサ50を省略することができ、部品点数及びコストを削減することができる。

0074

・第1アシスト成分Ta1*の演算は、操舵トルクTmを少なくとも用いていればよく、車速Vを用いなくてもよい。その他、第1アシスト成分Ta1*の演算は、操舵トルクTm及び車速Vと、これら以外の要素とを用いるようにしてもよい。また、第2アシスト成分Ta2*の演算は、車両周辺環境(角度情報θv)に基づき演算される角度指令値θs*を少なくとも用いていればよく、角度指令値θs*と、車速Vやそれ以外の要素とを用いるようにしてもよい。

0075

・指令値切替判定部73及び要素切替判定部92の判定は、操舵トルクTmを少なくとも用いていればよく、操舵トルクTmと、ステアリング角θs(その角速度)やそれ以外の要素とを用いるようにしてもよい。

0076

・第2アシスト成分Ta2*の演算は、積分制御を含むフィードバック制御を通じて演算されればよく、例えば、P項(比例項)及びI項(積分項)を用いたPI制御を採用してもよい。

0077

・車両転舵システム1は、車両の走行を支援する他の機能として、例えば、横滑り防止装置ビークルスタビティコントロール)を構築するものであってもよいし、車線逸脱防止支援システムと、横滑り防止装置とを共に構築するものであってもよい。

0078

・上記実施形態では、車両転舵システム1をコラムシャフト11aに動力を付与するタイプに具体化したが、ラックシャフト12に動力を付与するタイプに適用してもよい。この場合、トルクセンサ51は、例えば、ピニオンシャフト11cに設けられるようにしてもよいが、上記実施形態と同様、ユーザーの介入操作を精度よく判断できるようにコラムシャフト11aに設けていてもよい。

0079

・上記実施形態は、例えば、ステアバイワイヤ式操舵装置にも適用可能である。この場合、アクチュエータ3をラックシャフト12の周辺に設けるようにすればよい。
・各変形例は、互いに組み合わせて適用してもよく、例えば、ステアバイワイヤ式の操舵装置に具体化することと、その他の変形例の構成とは、互いに組み合わせて適用してもよい。

0080

1…車両転舵システム、2…操舵機構、3…アクチュエータ、15…転舵輪、20…モータ、30…アクチュエータ制御装置、40…上位制御装置、41…角度指令値演算部、50…舵角センサ、51…トルクセンサ、54…車両周辺環境検出部、60…アシスト制御部、70,74…自動操舵制御部、71a,74a…比例項演算部、71b,74b…積分項演算部、71c,74c…微分項演算部、74aa…比例ゲインマップ演算部、74ba…積分ゲインマップ演算部、74ca…微分ゲインマップ演算部、80…制御信号生成部、90…ガード処理部、91…要素出力切替部、92…要素切替判定部、93…ガード部、94…積分項リミットマップ演算部、A…車両、D…微分項、I…積分項、P…比例項、θm…回転角度、θs…ステアリング角、θv…角度情報、Kd…微分ゲイン、Ki…積分ゲイン、Kp…比例ゲイン、MS…モータ制御信号、Tm…操舵トルク、Δθs…角度偏差、θs*…角度指令値、Ta1*…第1アシスト成分、Ta2*…第2アシスト成分、Ki・Δθs,∫(Δθs)…積分要素。

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