JP2005219539A

JP2005219539A - 車両のパワーステアリング装置

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Publication number: JP2005219539A
Application number: JP2004027079A
Authority: JP
Inventors: Shuji Matsumura; 修二松村
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】ステアリング系の操舵系に生じるフラッタを精度良く検出し、確実にフラッタを抑制する。
【解決手段】制御装置のフラッタ防止は、車速が高速の場合で、左前輪力検出センサと右前輪力検出センサで検出される、左前輪と右前輪のそれぞれに上下方向に作用する力、或いは、左前輪と右前輪のそれぞれに前後方向に作用する力、或いは、左前輪と右前輪のそれぞれの回転トルクのフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分のレベルが閾値の領域を超えており、且つ、共に逆位相の関係にあるときに共振条件が満足される。こうして共振条件が満足されると、予め設定しておいた周波数で、共振と判定された信号のうち低い方の信号と同じレベルのキャンセル信号が生成され、モータ指示電流変換部に共振周波数と逆位相のタイミングで出力される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング操舵系に生じるフラッタを抑制する車両のパワーステアリング装置に関する。

一般に、車両の高速走行時においては、タイヤのアンバランス等を原因として、フラッタと称されるステアリング振動が発生することがある。

このようなフラッタを防止する技術として、例えば、特開平６−２０６５５０号公報では、タイロッド軸力を直接検出することによりフラッタを検出し、ステアリングホイールの周方向の振動として発生するフラッタが予測されたときに、このフラッタを収束させるようにアクチュエータを作動させるステアリング操舵系のフラッタ防止装置が開示されている。
特開平６−２０６５５０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、フラッタを検出する際に、タイロッド軸力を直接検出するようになっているため、フラッタ以外の振動、例えば、道路を走行する際の路面によるノイズの影響を受けてフラッタ状態を誤検出してしまう可能性がある。そして、このような誤検出によりフラッタを収束させようとしてシステムが作動すると、振動が収束することなく逆に発散してしまう虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ステアリング系の操舵系に生じるフラッタを精度良く検出し、確実にフラッタを抑制することが可能な車両のパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、左前輪の予め設定した方向に作用する第１の力を検出する左前輪力検出手段と、右前輪の上記予め設定した方向に作用する第２の力を検出する右前輪力検出手段と、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分が予め設定した共振条件を満足するか否かを判定する共振条件判定手段と、上記共振条件判定手段で上記共振条件を満足すると判定した際に、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分の共振状態に応じて該共振状態を解除するキャンセル信号を生成し、操舵力に対するアシスト力を付加するアシスト力付加手段に対して上記キャンセル信号を付加させるキャンセル信号生成出力手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両のパワーステアリング装置は、ステアリング系の操舵系に生じるフラッタを精度良く検出し、確実にフラッタを抑制することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図６は本発明の実施の形態を示し、図１はパワーステアリング装置を備えた車両の概略図、図２はパワーステアリング制御装置の機能ブロック図、図３はフラッタ防止プログラムのフローチャート、図４は電動パワーステアリング目標値作成を説明する特性図、図５はフラッタを判定する共振条件の説明図、図６はトルク制御指示値とモータ指示電流の関係を示す説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両であり、この車両１には、ステアリング系の操舵系に生じるフラッタを防止可能なパワーステアリング装置２が搭載されている。

このため、車両１の前輪操舵部３は、電動パワーステアリングモータ４や図示しないウォームギヤ、リダクションギヤ等を備えた周知の電動パワーステアリング機構で構成されており、左前輪５fl，右前輪５frとリンク機構で接続されている。

パワーステアリング装置２の主要な制御、すなわち、パワーステアリングのアシスト力の決定、後述するフラッタの防止、及び、電動パワーステアリングモータ４の駆動制御を行う制御装置６には、４輪５fl，５fr，５rl，５rrの車輪速ωfl，ωfr，ωrl，ωrrを検出する車輪速センサ２１fl，２１fr，２１rl，２１rrが接続されている。また、制御装置６には、操舵トルクＴｄを検出する操舵トルクセンサ２２が接続されている。

更に、車両１の左前輪５flには、アクスルと連結したハウジング７flに、左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクを第１の力としてそれぞれ独立して検出する左前輪力検出手段としての左前輪力検出センサ２３flが埋設されており、この左前輪力検出センサ２３flからの各力を示す信号は制御装置６に入力される。

また、車両１の右前輪５frには、アクスルと連結したハウジング７frに、右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクを第２の力としてそれぞれ独立して検出する右前輪力検出手段としての右前輪力検出センサ２３frが埋設されており、この右前輪力検出センサ２３frからの各力を示す信号は制御装置６に入力される。

制御装置６は、図２に示すように、車速演算部６ａ、電動パワーステアリング目標値作成部６ｂ、フィルタ処理部６ｃ，６ｄ、共振条件判定部６ｅ、キャンセル信号生成部６ｆ、モータ指示電流変換部６ｇ、電流制御部６ｈ、駆動信号発生部６ｉ、電流検出部６ｊから主要に構成されている。

車速演算部６ａは、４輪の車輪速センサ、すなわち各車輪速度センサ２１fl，２１fr，２１rl，２１rrから４輪５fl，５fr，５rl，５rrの各車輪速度ωfl，ωfr，ωrl，ωrrが入力され、例えばこれらの平均を演算することにより車速Ｖ（＝（ωfl，ωfr，ωrl，ωrr）／４）を演算し、電動パワーステアリング目標値作成部６ｂ、及び、共振条件判定部６ｅに出力する。尚、車速演算部６ａは、車速メータから車速信号を入力し、これを電動パワーステアリング目標値作成部６ｂ、及び、共振条件判定部６ｅに出力するようにしても良い。

電動パワーステアリング目標値作成部６ｂは、操舵トルクセンサ２２から操舵トルクＴｄが入力され、車速演算部６ａから車速Ｖが入力される。そして、例えば、図４（ａ）に示すような、予め記憶しておいた電動パワーステアリング目標値の基本アシスト量Ｔｂと操舵トルクＴｄの特性マップから基本アシスト量Ｔｂを求める。そして、図４（ｂ）に示すような、予め記憶しておいた車速係数Ｋｂと車速Ｖの特性マップから車速係数Ｋｂを求め、これら基本アシスト量Ｔｂと車速係数Ｋｂとを乗算してアシストトルクＴｈを演算する（Ｔｈ＝Ｔｂ・Ｋｂ）。こうして演算したアシストトルクＴｈはモータ指示電流変換部６ｇに出力される。

フィルタ処理部６ｃは、左前輪力検出センサ２３flから左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれが入力され、フィルタ処理により１５〜２０Hzの周波数成分が抽出され、この１５〜２０Hzの周波数のフィルタ処理された各値は、共振条件判定部６ｅとキャンセル信号生成部６ｆとに出力される。

フィルタ処理部６ｄは、右前輪力検出センサ２３frから右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれが入力され、フィルタ処理により１５〜２０Hzの周波数成分が抽出され、この１５〜２０Hzの周波数のフィルタ処理された各値は、共振条件判定部６ｅとキャンセル信号生成部６ｆとに出力される。

共振条件判定部６ｅは、車速演算部６ａから車速Ｖが、フィルタ処理部６ｃから左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値が、フィルタ処理部６ｄから右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値が入力される。

そして、車速Ｖが高速（例えば、１００km/h〜１４０km/h）の場合に、まず、フィルタ処理部６ｃからの左前輪５flに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値のレベルとフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値のレベルの両方が共に、予め設定しておいた閾値Ｃ2の領域（＋Ｃ2〜−Ｃ2の領域）を超えているか否か判定する。尚、この閾値Ｃ2は、予め実験等により設定した通常の値Ｃ1に対して絶対値が２０〜５０％高い値に設定される（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）。こうして、両方のフィルタ処理値のレベルが閾値Ｃ2の領域を超えていると判定した場合（図５の破線の場合）には、両方のフィルタ処理値を加算し、その結果が略０、すなわち位相が略逆位相か否か判定する。そして、逆位相である場合は、フィルタ処理部６ｃからの左前輪５flに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とは共振条件を満足すると判定し、キャンセル信号生成部６ｆに信号出力する。

また、フィルタ処理部６ｃからの左前輪５flに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値が、上述の共振条件を満足していない場合には、上述と同様の判定を、フィルタ処理部６ｃからの左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とで行う。

また、この車両前後方向に作用する力同士の判定でも上述の共振条件を満足していない場合には、上述と同様の判定を、フィルタ処理部６ｃからの左前輪５flに対する回転トルクのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する回転トルクのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とで比較判定する。

尚、車両によっては、本実施の形態のように３つの比較判定を行うことなく、何れか１つの比較で判定するようにしても良く、また、何れか２つの比較で判定するようにしても良い。更に、比較判定する順番は、本実施の形態に限定するものではない。

このように、共振条件判定部６ｅは、共振条件判定手段として設けられている。

キャンセル信号生成部６ｆは、フィルタ処理部６ｃから左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値が、フィルタ処理部６ｄから右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれのフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値が、共振条件判定部６ｅから共振条件の判定結果が入力される。

そして、共振条件判定部６ｅから共振条件を満足しているとの判定結果が入力された場合には、予め設定しておいた周波数（例えば、２７Hz）で、共振と判定された信号のうち低い方の信号と同じレベルの信号が生成され、モータ指示電流変換部６ｇに共振周波数と逆位相のタイミングで出力される。例えば、左前輪５flに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値とフィルタ処理部６ｄからの右前輪５frに対する車両上下方向に作用する力のフィルタ処理された１５〜２０Hzの周波数の値の比較で共振条件を満足した場合には、これら信号のうち、低い方のレベルの信号と同じレベルで、周波数２７Hzのキャンセル信号が生成される。尚、キャンセル信号は、低い方のレベルの信号とすることなく、２つの信号レベルの平均レベルとしても良い。このようにキャンセル信号生成部６ｆは、キャンセル信号生成出力手段として設けられている。

モータ指示電流変換部６ｇは、電動パワーステアリング目標値作成部６ｂからアシストトルクＴｈが、キャンセル信号生成部６ｆから場合に応じてキャンセル信号が入力される。そして、まず、アシストトルクＴｈを、例えば図６に示すような、予め設定しておいたマップを参照してモータ指示電流に変換し、キャンセル信号が入力されている場合には、このモータ指示電流にキャンセル信号を加算して、電流制御部６ｈ、駆動信号発生部６ｉを介して電動パワーステアリングモータ４に電流を出力する。尚、駆動信号発生部６ｉから出力される電流値は、電流検出部６ｊにより検出され、モータ指示電流変換部６ｇで変換した電流値が出力されているかモニタリングされる。

このように、本実施の形態においては、電動パワーステアリングモータ４、電動パワーステアリング目標値作成部６ｂ、モータ指示電流変換部６ｇ、電流制御部６ｈ、駆動信号発生部６ｉ、電流検出部６ｊによりアシスト力付加手段が構成されている。

次に、フィルタ処理部６ｃ，６ｄ、共振条件判定部６ｅ、キャンセル信号生成部６ｆで実行されるフラッタ防止プログラムについて、図３のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、フィルタ処理部６ｃは、左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれから、フィルタ処理により１５〜２０Hzの周波数成分を抽出する。また、フィルタ処理部６ｄは、右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクのそれぞれから、フィルタ処理により１５〜２０Hzの周波数成分を抽出する。

次に、Ｓ１０２に進み、車速Ｖが高速、すなわち、１００km/h以上て１４０km/h以下の領域にあるか否か判定し、車速Ｖが高速ではない場合にはそのままプログラムを抜け、車速Ｖが高速である場合はＳ１０３に進む。

Ｓ１０２で、車速Ｖが高速と判定されＳ１０３に進むと、上下方向の左前輪５flと右前輪５frのそれぞれに作用する力のフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分が上述した共振条件を満足しているか否かを判定し、共振条件を満足している場合にはＳ１０６へとジャンプし、共振条件を満足していない場合にはＳ１０４に進む。

Ｓ１０３の判定の結果、上下方向のフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分が上述した共振条件を満足していないと判定され、Ｓ１０４に進むと、前後方向の左前輪５flと右前輪５frのそれぞれに作用する力のフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分が上述した共振条件を満足しているか否かを判定し、共振条件を満足している場合にはＳ１０６へとジャンプし、共振条件を満足していない場合にはＳ１０５に進む。

Ｓ１０４の判定の結果、前後方向のフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分が上述した共振条件を満足していないと判定され、Ｓ１０５に進むと、左前輪５flと右前輪５frのそれぞれの回転トルクのフィルタ処理による１５〜２０Hzの周波数成分が上述した共振条件を満足しているか否かを判定し、共振条件を満足している場合にはＳ１０６へ進み、共振条件を満足していない場合にはプログラムを抜ける。尚、上述のＳ１０２〜Ｓ１０５における判定処理は、共振条件判定部６ｅにより実行される判定である。

Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５の何れかからＳ１０６に進むと、キャンセル信号生成部６ｆは、予め設定しておいた周波数（例えば、２７Hz）で、左前輪５flと右前輪５frの共振と判定された信号のうち低い方の信号と同じレベルの信号をキャンセル信号として生成する。

そして、Ｓ１０７に進んで、Ｓ１０６で生成したキャンセル信号をモータ指示電流変換部６ｇに共振周波数と逆位相のタイミングで出力し、プログラムを抜ける。

このように本実施の形態によれば、ステアリング操舵系に生じるフラッタを最も起振源に近いところで検出し収束させるようにするので、路面状況により発生する振動等でフラッタを誤検出することが無く、ステアリング系の操舵系に生じるフラッタを精度良く検出し、確実にフラッタを抑制することが可能となる。そして、フラッタをターゲットとする共振周波数を参照した確実な制御となるため、フラッタ誤検出によるシステム作動による発散を生じることも無い。

尚、本発明の実施の形態では、フラッタを検出する際、左前輪力検出センサ２３flから左前輪５flに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルク、及び、右前輪力検出センサ２３frから右前輪５frに対する車両前後方向に作用する力と車両上下方向に作用する力と回転トルクの信号をそれぞれフィルタリングして１５〜２０Hzの信号を抽出し比較するようにしているが、公知のＦＦＴ（Fast Fourier Transform ）により周波数分析を行い、１５〜２０Hzの信号のピーク値や分布量を比較して、これらが共に予め設定しておいた閾値を超え、且つ、逆位相の関係であるときに共振条件を満足するとしても良い。

パワーステアリング装置を備えた車両の概略図パワーステアリング制御装置の機能ブロック図フラッタ防止プログラムのフローチャート電動パワーステアリング目標値作成を説明する特性図フラッタを判定する共振条件の説明図トルク制御指示値とモータ指示電流の関係を示す説明図

符号の説明

１車両
２パワーステアリング装置
３前輪操舵部
４電動パワーステアリングモータ（アシスト力付加手段）
５fl 左前輪
５fr 右前輪
６制御装置
６ａ車速演算部
６ｂ電動パワーステアリング目標値作成部（アシスト力付加手段）
６ｃフィルタ処理部
６ｄフィルタ処理部
６ｅ共振条件判定部（共振条件判定手段）
６ｆキャンセル信号生成部（キャンセル信号生成出力手段）
６ｇモータ指示電流変換部（アシスト力付加手段）
６ｈ電流制御部（アシスト力付加手段）
６ｉ駆動信号発生部（アシスト力付加手段）
６ｊ電流検出部（アシスト力付加手段）
２１fl，２１fr，２１rl，２１rr 車輪速センサ
２２操舵トルクセンサ
２３fl 左前輪力検出センサ（左前輪力検出手段）
２３fr 右前輪力検出センサ（右前輪力検出手段）
代理人弁理士伊藤進

Claims

左前輪の予め設定した方向に作用する第１の力を検出する左前輪力検出手段と、
右前輪の上記予め設定した方向に作用する第２の力を検出する右前輪力検出手段と、
上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分が予め設定した共振条件を満足するか否かを判定する共振条件判定手段と、
上記共振条件判定手段で上記共振条件を満足すると判定した際に、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分の共振状態に応じて該共振状態を解除するキャンセル信号を生成し、操舵力に対するアシスト力を付加するアシスト力付加手段に対して上記キャンセル信号を付加させるキャンセル信号生成出力手段とを備えたことを特徴とする車両のパワーステアリング装置。
上記左前輪力検出手段で検出する上記第１の力と上記右前輪力検出手段で検出する上記第２の力の上記予め設定した方向は、車体に対して上下方向と車体に対して前後方向と回転トルクの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載の車両のパワーステアリング装置。
上記共振条件判定手段での上記予め設定した共振条件は、車速が予め設定しておいた範囲内であり、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分のレベルが共に予め設定した閾値を超え、且つ、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分の位相が略逆位相状態となった場合であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両のパワーステアリング装置。
上記キャンセル信号生成出力手段で生成する上記キャンセル信号は、上記第１の力と上記第２の力のそれぞれの所定の周波数成分のレベルの平均と低い方のレベルのどちらかを基準に生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両のパワーステアリング装置。