JP2005254931A - 電動パワーステアリング装置におけるアシストマップの設計方法及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵反力の変化率を考慮したアシストマップを作成する。
【解決手段】 操舵トルクＴ_ｈに対応したアシストトルクＴ_ａを電動モータ（６）によって発生させるための特性を記憶したアシストマップ設計方法であって、下記式１におけるチューニングパラメータａ，ｂを調整することで、アシストマップを決定する工程を含む。
【数１】

ここで、Ｔ_ｈ：操舵トルク、Ｔ_ａ：アシストトルク、Ｔ_ｏ：出力トルク（＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａ）、ａ，ｂ：チューニングパラメータ
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置におけるアシストマップの設計方法及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールから入力される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じたアシストトルクが発生するようにモータを制御するものである。
操舵トルクに応じて所定のアシストトルクを発生させるために、電動パワーステアリング装置は、アシスト特性（操舵トルクに対するアシストトルクの特性）を記憶したアシストマップ（ルックアップテーブル）を備えており、このアシストマップを参照することにより、アシスト制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１３８９３８号公報

アシストマップは、操舵フィーリングに大きく影響するため、適切に設定することが求められる。適切なアシストマップを設定するには、サンプルとなるアシストマップをステアリング装置に組み込み、実際に操舵して、トライ＆エラーを繰り返しながら試行錯誤により適切な条件を見出す必要があり、大変な作業であった。

また、操舵感の軽重は、操舵フィーリング上の重要な要素であるが、従来、人間の感じる操舵の軽重に関しては、静的な要素である操舵反力の大きさしか考慮されていなかった。
しかし、操舵の軽重には、操舵反力の大きさだけでなく、動的な要素である「操舵反力の変化率」も影響することを本発明者らは見出した。
例えば、操舵反力が小さい場合、従来の考え方では操舵は常に軽いはずであるが、操舵反力が小さくても、操舵反力の変化率が大きいと、人間は重く感じる。
したがって、操舵反力の変化率を考慮することなく、アシストマップを設定しても、自然な操舵フィーリングが得られない。

そこで、本発明は、良好な操舵フィーリングのアシストマップを簡単に得られるアシストマップの設計方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、操舵反力の変化率を考慮したアシストマップを備えた電動パワーステアリング装置を提供することである。

第１の本発明は、操舵トルクに対応したアシストトルクを電動モータによって発生させるための特性を記憶したアシストマップの設計方法であって、下記式１又は式２におけるチューニングパラメータａ，ｂを調整することで、アシストマップを決定する工程を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置におけるアシストマップ設計方法である。

ここで、Ｔ_ｈ：操舵トルク、Ｔ_ａ：アシストトルク、Ｔ_ｏ：出力トルク（＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａ）、ａ，ｂ：チューニングパラメータ

第２の本発明は、操舵トルクに対応したアシストトルクを電動モータによって発生させるための特性を記憶したアシストマップを備えた電動パワーステアリング装置において、前記アシストマップの特性は、式１又は式２で表され又は近似されるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

人間が感じる操舵の軽重は、反力の大きさだけでなく、反力の変化率が含まれている。また、操舵反力を感じる度合いは、反力の大きさあるいは変化率の絶対値が大きくなるにつれて鈍感になる傾向があり、人間の感覚は指数関数的に変化するものであるから、いずれも指数関数的に扱うのが妥当である。
本発明者は、上記観点から式１を決定したものである。すなわち、出力トルクＴ_ｏが大きいときには反力変化率による影響に対して鈍感になり、出力トルクが小さいときには反力変化率による影響が敏感に感じられるようにするために、「出力トルクＴ_ｏ」と「出力トルクに対する操舵トルクの傾きｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ」とを両対数グラフにとったときに、「出力トルクＴ_ｏ」が大きいほど「出力トルクに対する操舵トルクの傾きｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ」が直線的に小さくなる特性としたものである。この特性は、式１のような累乗関数によって表され又は近似される。
ここで、式２は、式１を変換したもので、式１と等価な式である。また、本発明では、式１又は式２に代えて、式１又は式２を変換した等価式であってもよい。

この式１又は式２の関数では、パラメータがａとｂに集約されるため、ａ，ｂという少ないパラメータの調整によって、上記特性を適宜調整でき、アシストマップ決定のための作業を容易にすることができる。
そして、式１又は式２の関係を、操舵トルクに対するアシストトルクの関係に変換することによりアシストマップが得られる。
このようにして得られたアシスト特性は、式１又は式２のような理論式に基づいているため、試行錯誤によって決定したものに比べて、操舵感が不連続になりにくく、自然な操舵感が得られる。

本発明の設計方法によれば、少ないパラメータで操舵反力の変化率を考慮したアシストマップを決定できる。
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵反力の変化率を考慮した自然な操舵感が得られる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示している。この電動パワーステアリング装置は、操舵部材としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、を備えている。

ステアリングシャフト１０２が回転すると、その回転はラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

また、電動パワーステアリング装置は、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、操舵補助力を発生させる電動モータ（ブラシレスモータ）６と、そのモータ６の発生するアシストトルクをステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３などからのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５と、を備えている。

このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において、運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクＴ_ｈがトルクセンサ３によって検出され、その操舵トルクＴ_ｈの検出値や車速などに基づいてＥＣＵ５によりモータ６が駆動され、アシストトルクＴ_ａが発生する。アシストトルクが減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作による運転者の負担が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴ_ｈと、モータ６の発生するアシストトルクＴ_ａとの和が、出力トルクＴ_ｏとして、ステアリングシャフト１０２に与えられて操舵が行われる。すなわち、出力トルクＴ_ｏ＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａである。

図２は、電動パワーステアリング装置の制御装置としてのＥＣＵ５を中心とする要部構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５は、トルクセンサ３から与えられた操舵トルクＴ_ｈに基づいて、モータ６の目標電流を決定し、モータ６を制御してアシストトルクＴ_ａを発生させる。

具体的には、図２に示すように操舵トルクＴ_ｈからモータ６の目標電流（アシストトルク得るためのを制御目標値）を決定するアシストマップ１０と、目標電流に基づいてモータ６を駆動制御する駆動制御部２０とを備えている。
アシストマップ１０は、検出された操舵トルクＴ_ｈに対応したアシストトルクＴ_ａを得るために、操舵トルクＴ_ｈに対応するモータのｑ軸目標電流値ｉｑ^＊を持つ参照テーブルとして構成されている。

駆動制御部２０は、ｑ軸の電流制御部２１と、ｄ軸の電流制御部２２と、ｄｑ／３相交流変換部２３と、ＰＷＭインバータ２４と、電流検出器２５と、モータ６の回転角度検出器２６と、３相交流／ｄｑ変換部２７と、非干渉化演算部２８と、を備えている。

電流制御部２１，２２では、ｄｑ軸目標電流（ｉｄ^＊，ｉｑ^＊）と、検出したｄｑ軸電流（ｉｄ，ｉｑ）との偏差に基づいて、ＰＩ制御などの制御を行い、ｄｑ軸目標電圧（Ｖｄ’，Ｖｑ’）を生成する。ｄｑ軸電流（ｉｄ，ｉｑ）は、モータ６に与えられる３相電流（ｉｕ，ｉｖ）を電流検出器によって検出し、当該電流（ｉｕ，ｉｖ）を３相交流／ｄｑ変換部２７によって変換して得たものである。

非干渉化演算部２８では、検出したｄｑ軸電流（ｉｄ，ｉｑ）と、回転角度検出器２６によって検出されたモータ回転角度θをもとに角速度演算部２６ａによって算出した角速度ωとに基づいて、非干渉化演算を行う。
検出したｄ軸電流ｉｄは、ｑ軸に係る制御系の影響を受けており、検出したｑ軸電流ｉｑは、ｄ軸に係る制御系の影響を受けているが、非干渉化演算によってこのような干渉が打ち消される。
つまり、電流制御部２１，２２によって生成されたｄｑ軸目標電圧（Ｖｄ’，Ｖｑ’）は、非干渉化演算部２８によって、非干渉化されたｄｑ軸目標電圧（Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊）に補正され、ｄｑ／３相交流変換部２３に与えられる。
ｄｑ／３相交流変換部２３では、非干渉化ｄｑ軸目標電圧（Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊）に基づいて、ｄｑ／３相交流変換を行い、３相目標電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を生成して、ＰＷＭインバータ（モータ駆動部）２４に供給する。

以下、本発明における前記アシストマップ１０の決定方法を説明する。
まず、出力トルクＴ_ｏと操舵反力の関係を示すと図３のようになる。図３において、特性Ａは、アシストトルクが与えられないマニュアル式のステアリング装置における特性を示しており、出力トルクと操舵反力とが対応している。
図３において、特性Ｂは、アシストトルクが与えられる電動パワーステアリング装置における特性を示している。
図３の特性Ｂにおいては、出力トルクが小さい範囲Ｒ１と出力トルクが大きい範囲Ｒ２とでは、その傾き（ｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ）が異なる。

図４は、この傾き（ｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ）と出力トルクＴ_ｏとの関係を両対数グラフ上に示したものである。本発明方法によらずトライ＆エラーにより決定したアシスト特性である比較例（図４の点線の特性）においては傾きの変化が一定でなく、このため操舵感の不連続が生じる。
本発明では、人間が操舵反力を感じる度合いは、反力の大きさあるいは変化率の絶対値が大きくなるにつれて鈍感になる傾向があるため、いずれも指数関数的に扱うのが人間の感覚に適合的である。

すなわち、図４において実線で示す実施例の特性のように、両対数グラフ上で「出力トルクＴ_ｏ」が大きいほど「出力トルクに対する操舵トルクの傾きｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ」が直線的に小さくなる特性としたものである。この特性は、式１のような累乗関数によって表され又は近似される。

ここで、Ｔ_ｈ：操舵トルク、Ｔ_ａ：アシストトルク、Ｔ_ｏ：出力トルク（＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａ）、ａ，ｂ：チューニングパラメータ
また、式１は、式２のように変形してもよい。

両対数グラフ上で「出力トルクＴ_ｏ」が大きいほど「出力トルクに対する操舵トルクの傾きｄＴ_ｈ／ｄＴ_ｏ」が直線的に小さくなる特性であれば、反力の変化率が人間の感覚に沿っており操舵感の不連続がなくなる。
式１又は式２の特性に従って、チューニングパラメータを適宜調節することによって最適なアシストマップを見出せば、いかように調節しても操舵感が不連続になりにくい。しかもチューニングパラメータはａ，ｂの２つしかないので、最適なアシストマップを見出すための調整が容易である。

より適切な操舵感を得るため、チューニングパラメータであるａは０．５〜０．７の範囲で調整するのが好ましい。ａの調整範囲の下限としては、０．５４がさらに好ましく、ａの調整範囲の上限としては０．６３がさらに好ましい。なお、実施例におけるａの値は０．５４である。
同様に、他のチューニングパラメータであるｂは、−０．５〜−０．３の範囲で調整するのが好ましい。ｂの調整範囲の下限としては、−０．４８がさらに好ましく、ｂの調整範囲の上限としては、−０．３９がさらに好ましい。なお、実施例におけるｂの値は、−０．４８である。

そして、式１の関係を、操舵トルクＴ_ｈに対するアシストトルクＴ_ａの関係に変換することによりアシストマップが得られる。図５は、図４の実施例及び比較例を操舵トルクＴ_ｈに対するアシストトルクＴ_ａの関係に変換したものである。
なお、図５の実施例のアシストマップは、１つの特性だけを示しているが、実際の電動パワーステアリング装置では、車速に応じて異なる複数の特性が必要である。複数の各特性に対して本発明方法のチューニングを施すことにより、全速度領域において良好な操舵感が得られる。

電動パワーステアリング装置の構成概略図である。 ＥＣＵのブロック図である。 出力トルク−操舵反力の関係を示す特性図である。 操舵反力及びその変化率に着目した操舵特性図である。 図４の特性に対応するアシストマップである。

符号の説明

６ 電動モータ
１０ アシストマップ

Claims (2)

1. 操舵トルクに対応したアシストトルクを電動モータによって発生させるための特性を記憶したアシストマップの設計方法であって、
   下記式１又は式２におけるチューニングパラメータａ，ｂを調整することで、アシストマップを決定する工程を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置におけるアシストマップの設計方法。
   

   

   

   ここで、Ｔ_ｈ：操舵トルク、Ｔ_ａ：アシストトルク、Ｔ_ｏ：出力トルク（＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａ）、ａ，ｂ：チューニングパラメータ
2. 操舵トルクに対応したアシストトルクを電動モータによって発生させるための特性を記憶したアシストマップを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記アシストマップの特性は、下記式１又は式２で表され又は近似されるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

   

   

   ここで、Ｔ_ｈ：操舵トルク、Ｔ_ａ：アシストトルク、Ｔ_ｏ：出力トルク（＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ａ）、ａ，ｂ：チューニングパラメータ

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