JP2004338616A - 車両用電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置において、車両の操舵応答特性の非定常応答成分が上記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、車両用電動パワーステアリング装置に係り、特に、車両の操舵応答特性(操舵角−操舵トルクの位相特性)の非定常応答成分を補償するようにアシストトルクを付与する車両用電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両においては、操舵応答特性(すなわち、操舵角−操舵トルクの位相特性)が操舵速度や車速によって変化するため、運転者が感知するいわゆる「操舵感」(≒操舵反力)も車速や操舵速度によって異なるのが通常である。
【0003】
従来、車両用電動パワーステアリング装置においては、全車速域又は全操舵速度域で安定した(すなわち略一定の)操舵応答特性が得られるように、このような車両の操舵応答特性の変化を考慮してアシストトルクが付与されている。
【0004】
具体的には、所望の特性が得られるように、例えば操舵速度に比例するダンピング項を変化させるなどして、操舵感にいわゆる「味付け」を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御を実行する従来の電動パワーステアリング装置には、実車走行によるトライ・アンド・エラーを積み重ねた経験によらなければ所望の操舵応答特性を得るために制御パラメータに設定すべき目標値を決定することができないという問題がある。
【0006】
また、経験に依存するため、上記目標値を適切に決めることが難しいという問題もある。
【0007】
さらに、例えば車速高速域での安定性を得るために操舵速度に比例した抵抗性分(いわゆるダンピング項)を付与すると、かえって操舵感が悪化するという問題も生じ得る。
【0008】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、経験に依存せずに車両の操舵応答特性を安定させるようなアシストトルクを付与することが可能な車両用電動パワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、車両の操舵応答特性の非定常応答成分が上記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置である。
【0010】
この態様において、操舵応答特性とは、車速及び操舵速度によって変化するものであり、操舵角に対する操舵トルクの応答特性、すなわち車両における操舵角−操舵トルクの位相特性を指す。
【0011】
また、この態様において、操舵応答特性の非定常応答成分とは、該応答特性のうち車速や操舵速度の変化に依存する成分を指す。換言すれば、操舵応答特性の定常応答成分は無限時間が経過したときの応答特性であるから、操舵応答特性から該定常応答成分を差し引いたものが上記非定常応答成分である。
【0012】
この態様によれば、車両モデルとして表された操舵応答特性から、数学的に算出可能な定常応答性分を差し引いて操舵応答特性の非定常応答成分を求めることにより、該非定常応答成分がアシストトルクによって補償される(すなわち、打ち消される)ように電動機を制御することによって操舵応答特性を全車速域及び全操舵速度域において安定化させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、車両用電動パワーステアリング装置自体のおおよその構成や機能は既に良く知られており、本明細書では詳しい説明を省略する。
【0014】
また、以下に説明する本発明の一実施形態においては、便宜上、操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータがラック軸上に設けられたいわゆるラック同軸型のパワーステアリング装置を一例として挙げる。
【0015】
図1は、車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。操舵ハンドル101を通じて入力された運転者の回動操作は、操舵軸102及び図示しないピニオン部を通じてラック軸104に伝達される。
【0016】
ラック軸104は、横方向に動くことによって、転舵輪105を転舵する。ラック軸104の同軸上には、この横方向の動きをアシストする電動モータ106が設けられている。
【0017】
操舵ハンドル101には舵角センサ103が設けられる。舵角センサ103によって検出された操舵角は、モータ106に対する通電制御を行うパワステECU107へ伝達される。ECU107は、モータ106の回転を制御し、所望のアシスト力(モータ指令トルク)を発生させる。また、ECU107には、図示しない車速センサから車速情報が入力される。
【0018】
次いで、図2を用いて、本実施形態に係るECU107によるアシストトルク決定処理について詳述する。図2は、本実施形態に係るアシストトルク決定処理の流れを示すフローチャートである。
【0019】
既述のように、操舵応答特性を安定化させるために、本実施形態に係るECU107は、モータ106によって付与されるアシストトルクによって車両の操舵応答特性の非定常応答成分が補償されるように、モータ指令トルクの大きさを決定する。
【0020】
より具体的には、ECU107は、車両モデルで表された伝達関数から定常応答成分を引くことによって車速や操舵速度に依存する非定常応答成分を求め、この非定常成分が打ち消されるようにモータ指令トルクを決定する。
【0021】
まず、ECU107は、操舵速度ω(rad/s)を入力とし、補償(されるべき)トルクTh(Nm)を出力とする伝達関数F(s)を算出する(S201)。
【0022】
ここで、ハンドル操舵角θを入力とし、操舵トルクTを出力とする車両の伝達関数P(s)は、既知の2輪モデルを用いると、
【0023】
【数1】
と表すことができる。ここで、mは車両重量(kg)であり、ξはトレール(m)であり、Kfは前輪コーナリングパワ(N/rad)であり、Krは後輪コーナリングパワ(N/rad)であり、Ivはヨー慣性モーメント(Nms2)であり、lfは前輪車軸−重心間距離(m)であり、lrは後輪車軸−重心間距離(m)であり、Nsはステアリング・オーバオール・レシオである。
【0024】
ここで、補償伝達関数F(s)は、操舵速度ωに応じて、操舵応答特性の非定常応答成分と等しい補償トルクThを発生させるものであるため、操舵応答特性を示す車両伝達関数P(s)からこのP(s)の定常応答成分すなわち無限時間が経過したときの伝達関数P(0)を引き、次数を下げることによって、求められる。具体的には、
【0025】
【数2】
と表すことができる。ここで、Pnum(s)はP(s)の分子を表し、Pden(s)はP(s)の分母を表す。
【0026】
上記式(1)において、車速V以外のパラメータは車両ごとに予めプリセット可能なものであるため、本実施形態では、搭載車両に関するこれらの値をECU107が予め保持しているものとする。
【0027】
したがって、ECU107は、S201において、図示しない車速センサから取得したその時点での車速を上記式(1)に代入してP(s)及びP(0)を求め、さらにこれらを上記式(2)に代入することによって、その車両についてのその車速での補償伝達関数F(s)を算出することができる。
【0028】
次に、ECU107は、舵角センサ103から取得した操舵角θを時間微分して操舵速度ωを算出し、このωにS201で算出した補償伝達関数F(s)を掛けることによって、補償トルクThを求める(S202)。
【0029】
次に、ECU107は、S202で求めた補償トルクThをモータ指令トルクとし、該トルクを発生するようにモータ106に対する通電制御を行う(S203)。
【0030】
これらS201〜S203の処理は、例えばイグニッション・スイッチがオンである限り、常時繰り返される。
【0031】
このように、本実施形態によれば、その時の車速及び操舵速度に応じて、操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータに、搭載車両の操舵応答特性のうち車速及び操舵速度によって変化する非定常応答成分を補償するような大きさのトルクを発生させることができ、よって操舵応答特性を全車速域及び全操舵速度域において安定化させることができる。
【0032】
なお、上記一実施形態に係る構成は一例に過ぎず、アシスト力を発生するモータはラック同軸型に限られない。
【0033】
また、上記一実施形態の説明では、便宜上、補償トルク=モータ指令トルクとして説明したが、より厳密には、上記処理により決定された補償トルクに更に別の補償制御を加えた上でモータ指令トルクとしてもよい。
【0034】
また、上記一実施形態において、車両操舵応答特性を表すのに2輪モデルを用いたのは一例に過ぎず、当業者には明らかなように、4輪モデルなどの高次モデルに変更すればより精密な補償を行うことができる。
【0035】
さらに、上記一実施形態において、車両伝達関数P(s)に含まれる車速V以外のパラメータの値はECUが予め保持するとしたのは一例に過ぎず、当業者には明らかなように、これらパラメータの値はリアルタイムで測定されてもよい。
【0036】
最後に、図3〜14を用いて、上記一実施形態に係る制御を走行中の車両で実際に行った実験のデータを紹介する。本実験で用いた車両に関する諸元は以下の通りである。
・駆動方式 :2WD(FR)
・排気量 :3,000cc
・車両重量m :1,650kg
・前輪軸重割合Dwf :0.521
・ホイールベースl :2.85m
・正規化慣性モーメント係数Izn :0.851218
・前輪コーナリングパワKf :48,258N/rad
・後輪コーナリングパワKr :70,531N/rad
図3は、上記一実施形態に係る制御を行わない場合、すなわち従来通りのアシストトルク決定処理による、車速Vが80km/hで操舵速度ωが1Hzの場合の操舵角θ−操舵トルクTの位相特性を示すグラフである。
【0037】
図3の状態から操舵速度ωを1Hzに保ちながら車速Vを120km/hに上げた場合の特性を図4に示す。図から明らかなように、車速の増加に伴い、位相特性の描く円がつぶれるように変化している。
【0038】
これらの特性を重ね書きしたものを図5に示す。このように、従来技術によれば、車速の違いによって位相特性が大きく異なるため、運転者の操舵感も一定でない。
【0039】
他方、図6〜8は、同じ条件下で上記一実施形態に係る制御を実行した場合のグラフを示す。図6が車速80km/hの場合を示し、図7が車速120km/hの場合を示す。重ね書きした図8から明らかなように、本制御を実施した場合、位相特性の描く円が80km/hの場合と120km/hの場合とでおよそ一致する。
【0040】
このように、上記一実施形態に係る制御によれば、運転者は、車速が80km/hの場合と120km/hの場合とでほぼ同じ操舵感を得ることになる。
【0041】
図9は、上記一実施形態に係る制御を行わない場合、すなわち従来通りのアシストトルク決定処理による、車速Vが100km/hで操舵速度ωが0.2〜0.4Hzの場合の操舵角θ−操舵トルクTの位相特性を示すグラフである。
【0042】
図9の状態から車速Vを100km/hに保ちながら操舵速度ωを0.9〜1.1Hzに上げた場合の特性を図10に示す。図から明らかなように、操舵速度の増加に伴い、位相特性の描く円がつぶれるように変化している。
【0043】
これらの特性を重ね書きしたものを図11に示す。このように、従来技術によれば、操舵速度の違いによって位相特性が大きく異なるため、運転者の操舵感も一定でない。
【0044】
他方、図12〜14は、同じ条件下で上記一実施形態に係る制御を実行した場合のグラフを示す。図12が操舵速度が0.2〜0.4Hzの場合の場合を示し、図13が操舵速度を0.9〜1.1Hzの場合を示す。重ね書きした図14から明らかなように、本制御を実施した場合、位相特性の描く円が0.2〜0.4Hzの場合と0.9〜1.1Hzの場合とでおよそ一致する。
【0045】
このように、上記一実施形態に係る制御によれば、運転者は、操舵速度が0.2〜0.4Hzの場合と0.9〜1.1Hzの場合とでほぼ同じ操舵感を得ることになる。すなわち、素早く操舵した場合であっても、ゆっくりと操舵した場合であっても、操舵感はほぼ同じとなる。
【0046】
このように、上記実験からも、上記一実施形態により操舵応答特性が全車速域及び全操舵速度域において安定化することは明らかである。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、経験に依存せずに車両の操舵応答特性を安定させるようなアシストトルクを付与することが可能な車両用電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るアシストトルク決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】車速:80km/h、操舵速度:1Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図4】車速:120km/h、操舵速度:1Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図5】車速:80km/h及び120km/h、操舵速度:1Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図6】車速:80km/h、操舵速度:1Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図7】車速:120km/h、操舵速度:1Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図8】車速:80km/h及び120km/h、操舵速度:1Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図9】車速:100km/h、操舵速度:0.2〜0.4Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図10】車速:100km/h、操舵速度:0.9〜1.1Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図11】車速:100km/h、操舵速度:0.2〜0.4Hz及び0.9〜1.1Hz、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図12】車速:100km/h、操舵速度:0.2〜0.4Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図13】車速:100km/h、操舵速度:0.9〜1.1Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図14】車速:100km/h、操舵速度:0.2〜0.4Hz及び0.9〜1.1Hz、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【符号の説明】
101 操舵ハンドル
102 操舵軸
103 舵角センサ
104 ラック軸
105 転舵輪
106 電動モータ
107 パワステECU
Claims (1)
- 操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、
車両の操舵応答特性の非定常応答成分が前記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。
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