JP2006137341A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイロッドから入力される外乱のステアリングへの影響を抑制することが出来る電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】 トルク信号が有する周波数が、第１周波数より低いときは、減衰させて、第１周波数より高い第２周波数より高いときは、位相を進ませて、トルク信号を出力する進相フィルタ手段１７と、進相フィルタ手段１７が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、不感帯を有する第２制御手段１８と、トルク信号が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力する手段２２と、操舵角速度が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力する手段２３と、与えられた車速が所定速度以上であるときのみ、ゲインデータを出力する手段２４と、前記各ゲインデータ及び制御量を乗算する手段１９とを備え、その乗算した結果を第１制御手段１２が出力した制御量に加算する構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵部材に加えられたトルクを検出するトルク検出装置と、トルク検出装置が検出したトルクに応じた制御量を出力すると共に、制御量を出力しないトルクの不感帯を有する制御手段と、制御手段が出力した制御量に基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力を電動モータにより補助するものであり、操舵部材（ステアリング）と操舵軸とが連結された舵取機構に、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助する操舵補助用の電動モータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた操舵補助力を得られるように、電動モータを駆動させることにより、操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。また、車両の高速走行時に、操舵部材への操作力が軽くなり過ぎないように、車速に応じた操舵補助力を得られるようになっている。

特許文献１には、目標電流値及び電動機の現在の電流値の差に基づく第１の制御信号を出力する第１の電流制御器と、目標電圧信号及び電流検出値から電動機に生じている外乱電圧に対応する外乱電圧推定値を推定する外乱電圧推定器と、外乱電圧推定器の出力に基づく第２の制御信号を出力する第２の電流制御器と、第１の電流制御器及び第２の電流制御器の出力を加算して目標電圧信号を出力する加算手段とを有し、外乱電圧推定器が、その入力側及び出力側の少なくとも一方に、２次以上のハイパスフィルタを有している電動パワーステアリング装置の電流制御装置が記載されている。

特許文献２には、並列接続された第１及び第２のフィルタ手段により混合されフィルタされたトルク信号を提供し、第１のフィルタ手段が、混合周波数よりも小さなトルク周波数で第１の関数特性を有し、第２のフィルタ手段が、混合周波数よりも大きなトルク周波数で第２の関数特性を有する混合フィルタ手段と、混合フィルタ手段に動作的に接続され、混合されフィルタされたトルク信号に応答して、制御信号をステアリング・アシスト手段に提供する制御手段とを備え、混合フィルタ手段は、トルク信号をフィルタし、選択可能なシステムの帯域幅をシステムの動作中に維持する電気アシスト・ステアリング・システムの制御装置が記載されている。
特開２００２−２４９０６１号公報 特許第２８３８０５３号公報

ブレーキ振動等の外乱が、車輪に連結するタイロッドから入力されるとき、その外乱は、ステアリングを介して操舵者に伝わるが、従来の電動パワーステアリング装置では、タイロッドから入力される外乱のステアリングへの影響を抑制する上流感度低減の為の制御は実現されていないという問題がある。また、実現しようとしても、周期的操舵による操舵トルク信号の周波数と、外乱による操舵トルク信号の周波数との境界である１０Ｈｚ付近で、外乱を抑制する為の制御と操舵制御とを明確に切り換えることは、困難であるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、タイロッドから入力される外乱を抑制する為の制御と操舵制御とを明確に切り換えることが出来、外乱のステアリングへの影響を抑制することが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられたトルクを検出するトルク検出装置と、該トルク検出装置が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、該制御量を出力しない前記トルク信号の不感帯を有する第１制御手段と、該第１制御手段が出力した制御量に基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置において、与えられた前記トルク信号が有する周波数が、第１周波数より低いときは、前記トルク信号を減衰させて出力し、前記第１周波数より高い第２周波数より高いときは、位相を進ませて前記トルク信号を出力する進相フィルタ手段と、該進相フィルタ手段が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、該制御量を出力しない不感帯を有する第２制御手段と、前記トルク検出装置が検出したトルク信号が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力するトルクゲイン出力手段と、前記操舵部材の操舵角速度を検出する手段と、該手段が検出した操舵角速度が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力する角速度ゲイン出力手段と、与えられた車速が所定速度以上であるときのみ、ゲインデータを出力する車速ゲイン出力手段と、前記トルクゲイン出力手段、角速度ゲイン出力手段及び車速ゲイン出力手段が出力した各ゲインデータ、及び前記第２制御手段が出力した制御量を乗算する手段と、該手段が乗算した結果を前記第１制御手段が出力した制御量に加算する手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記第１周波数は７．５Ｈｚであり、前記第２周波数は１０Ｈｚであることを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、進相フィルタ手段が、与えられたトルク信号が有する周波数が、第１周波数より低いときは、トルク信号を減衰させて出力し、第１周波数より高い第２周波数より高いときは、位相を進ませてトルク信号を出力する。第２制御手段が、進相フィルタ手段が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、制御量を出力しない不感帯を有し、トルクゲイン出力手段が、トルク検出装置が検出したトルク信号が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力する。

角速度ゲイン出力手段が、操舵角速度が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力し、車速ゲイン出力手段が、与えられた車速が所定速度以上であるときのみ、ゲインデータを出力する。乗算する手段が、トルクゲイン出力手段、角速度ゲイン出力手段及び車速ゲイン出力手段が出力した各ゲインデータ、及び第２制御手段が出力した制御量を乗算し、加算する手段が、その乗算した結果を第１制御手段が出力した制御量に加算する。
これにより、タイロッドから入力される外乱を抑制する為の制御と操舵制御とを明確に切り換えることが出来、外乱のステアリングへの影響を抑制することが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

以下に、本発明の実施の形態を、それを示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しない操舵部材（ステアリング、ハンドル）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ２１が出力した操舵トルク信号が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓが位相補償部１１に与えられる。位相補償部１１は、操舵トルク信号Ｔｓの位相補償を行う。位相補償部１１により位相補償された操舵トルク信号Ｔは、関数発生部１２（第１制御手段）に与えられる。
関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が出力し、インタフェース４がサンプリングした車速信号Ｖも与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク信号Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号Ｔの増加に従って目標電流Ｉ（制御量）が比例的に増加し、さらに操舵トルク信号Ｔが所定値以上になると目標電流Ｉが飽和するような関数が、車速信号Ｖに応じて可変的に定められている。前記関数は車速信号Ｖが大となるに従って操舵トルク信号Ｔに対する目標電流Ｉの比が小となると共に、目標電流Ｉの飽和値が小となるようになっている。
関数発生部１２が定めた目標電流Ｉは加算手段１３へ与えられる。

一方、サンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓは、３次ハイパスフィルタ１７（進相フィルタ手段；例えばＲＣフィルタを３段重ねたフィルタ）へも与えられる。３次ハイパスフィルタ１７は、操舵トルク信号Ｔｓが有する周波数に応じた、図２のボード線図に示すような入出力特性を有している。例えば、与えられた操舵トルク信号Ｔｓが有する周波数（３次成分を含む）が、７．５Ｈｚより低いときは、操舵トルク信号Ｔｓを減衰させて出力し、これにより、操舵したときの粘性感の増加を防止する。

また、操舵トルク信号Ｔｓが有する周波数（３次成分を含む）が、１０Ｈｚより高いときは、操舵トルク信号Ｔｓを１以上のゲインで増幅すると共に、操舵トルク信号Ｔｓの位相を９０〜０ｄｅｇ進ませて出力する。これにより、後述する制御量マップ１８が出力した目標電流Ｉｃ（制御量）が、外乱の影響を抑制するように、目標電流Ｉに加算され、外乱によるステアリングへの影響を低減する。尚、３次ハイパスフィルタ１７の代わりに、２次ハイパスフィルタもしくは４次以上の高次のハイパスフィルタを使用しても良い。

３次ハイパスフィルタ１７が出力した操舵トルク信号Ｔｓは、制御量マップ１８（第２制御手段）へ与えられる。制御量マップ１８は、図３に示すように、不感帯が大きい関数を有しており、操舵トルク信号Ｔｓに応じた目標電流Ｉｃ（制御量）を出力する。制御量マップ１８の操舵トルク信号Ｔｓの不感帯を大きくすることにより、通常のゆっくりと操舵したときの粘性感の増加を防止する。

操舵トルク信号Ｔｓは、トルクゲインマップ２２（トルクゲイン出力手段）へも与えられる。トルクゲインマップ２２は、図４に示すように、与えられた操舵トルク信号Ｔｓが例えば−１．０〜＋１．０Ｎ・ｍにあるときのみ、ゲインデータ（例えば、−１．０〜−０．９Ｎ・ｍ；０〜１、−０．９〜＋０．９Ｎ・ｍ；１、０．９〜１．０Ｎ・ｍ；１〜０）を出力する。これにより、大きく操舵したとき（例えば、−１．０〜＋１．０Ｎ・ｍ以外）の外乱抑制効果を排除して、粘性感の増加を防止する。

操舵角速度センサ８が出力し、インタフェース９がサンプリングした操舵角速度信号が、操舵角速度ゲインマップ２３（角速度ゲイン出力手段）に与えられる。操舵角速度ゲインマップ２３は、図５に示すように、与えられた操舵角速度信号が例えば−１００〜＋１００ｄｅｇ／ｓにあるときのみ、ゲインデータ（例えば、−１００〜−９０ｄｅｇ／ｓ；０〜１、−９０〜＋９０ｄｅｇ／ｓ；１、９０〜１００ｄｅｇ；１〜０）を出力する。これにより、速く操舵したとき（例えば、−１００〜＋１００ｄｅｇ／ｓ以外）の外乱抑制効果を排除して、粘性感の増加を防止する。

車速センサ３が出力し、インタフェース４がサンプリングした車速信号が、車速ゲインマップ２４（車速ゲイン出力手段）に与えられる。車速ゲインマップ２４は、図６に示すように、与えられた車速信号が例えば６０ｋｍ／ｓ以上であるときのみ、ゲインデータ（例えば、６０〜８０ｋｍ／ｈ；０〜１、８０ｋｍ／ｈ〜；１）を出力する。

制御量マップ１８が出力した目標電流Ｉｃと、トルクゲインマップ２２、操舵角速度ゲインマップ２３及び車速ゲインマップ２４が出力した各ゲインデータとは、乗算手段１９に与えられ乗算される。乗算された結果は、加算手段１３に与えられ、関数発生部１２が定めた目標電流Ｉに加算される。加算手段１３の加算結果は、減算手段１５へ与えられる。

減算手段１５には、操舵補助を行う電動モータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出信号Ｉｓも与えられている。
減算手段１５は、加算手段１３の加算結果からモータ電流検出信号Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号により電動モータ６を駆動する。

上述した位相補償部１１、関数発生部１２、３次ハイパスフィルタ１７、制御量マップ１８、トルクゲインマップ２２、操舵角速度ゲインマップ２３、車速ゲインマップ２４、乗算手段１９、加算手段１３、減算手段１５及びモータ電圧演算部１６は、制御部１を構成している。制御部１は、例えば、マイクロコンピュータでソフトウェア的に構成されるが、マイクロコンピュータを使用せずに、ハードウェア的に構成することも可能である。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
制御部１は、先ず、サンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓ、操舵角速度信号、車速信号Ｖ及びモータ電流検出信号Ｉｓをそれぞれ読込む。操舵トルク信号Ｔｓは、３次ハイパスフィルタ１７及びトルクゲインマップ２２に与えられる。位相補償部１１は、読込んだ操舵トルク信号Ｔｓに位相補償を施し、位相補償を施された操舵トルク信号Ｔは、関数発生部１２に与えられる。

関数発生部１２は、位相補償部１１から与えられた操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖとに基づいて、上述した関数により目標電流Ｉを決定し出力する。
３次ハイパスフィルタ１７は、サンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓを、上述した周波数特性（図２）により処理して、制御量マップ１８（第２制御手段）へ与える。
制御量マップ１８は、上述した関数（図３）により、操舵トルク信号Ｔｓに応じた目標電流Ｉｃ（制御量）を決定し出力する。

トルクゲインマップ２２は、読込んだ操舵トルク信号Ｔｓに基づき、上述した特性（図４）を有するゲインデータを出力する。
操舵角速度ゲインマップ２３は、読込んだ操舵角速度信号に基づき、上述した特性（図５）を有するゲインデータを出力する。
車速ゲインマップ２４は、読込んだ車速信号に基づき、上述した特性（図６）を有するゲインデータを出力する。

乗算手段１９は、制御量マップ１８が出力した目標電流Ｉｃと、トルクゲインマップ２２、操舵角速度ゲインマップ２３及び車速ゲインマップ２４が出力した各ゲインデータとを乗算し、乗算した結果Ｉｃ^*を加算手段１３に与える。
乗算手段１９が乗算した結果は、操舵トルク信号Ｔｓの周波数（３次成分を含む）が、外乱による操舵トルク信号Ｔｓの周波数である１０Ｈｚ以上である場合、
（０〜９０ｄｅｇ進んだ制御量）×（トルクゲイン×操舵角速度ゲイン＝１）
＝（０〜９０ｄｅｇ進んだ制御量）
となる。

操舵トルク信号Ｔｓの周波数（３次成分を含む）が、通常の操舵による操舵トルク信号Ｔｓの周波数である０〜７．５Ｈｚである場合、
ゆっくりと操舵し（操舵周波数＝０．１〜１Ｈｚ）、操舵トルク信号Ｔｓの周波数が０．１〜３Ｈｚ（３次成分）であるとき、
（制御量マップの不感帯により制御量＝０）×
（トルクゲイン×操舵角速度ゲイン＝０〜１）＝（制御量＝０）
となる。

速く操舵し（操舵周波数＝１〜２．５Ｈｚ）、操舵トルク信号Ｔｓの周波数が１〜７．５Ｈｚ（３次成分）であるとき、
（１２０〜２４０ｄｅｇ進み少し減衰した制御量）×
（トルクゲイン×操舵角速度ゲイン＝０〜１）＝（制御量＝０）
となる。

以上より、乗算手段１９が乗算した結果は、操舵トルク信号Ｔｓに外乱による影響が存在する場合は、０〜９０ｄｅｇ進んだ制御量となり、操舵トルク信号Ｔｓに外乱の影響が存在しない場合は０となる。
これにより、加算手段１３の加算結果は、操舵トルク信号Ｔｓに外乱による影響が存在する場合は、０〜９０ｄｅｇ進んだ目標電流Ｉｃにより、外乱による影響が抑制される。操舵トルク信号Ｔｓに外乱の影響が存在しない場合は、関数発生部１２が定めた目標電流Ｉは影響を受けず、操舵フィーリングへの影響は無い。

加算手段１３の加算結果は、減算手段１５へ与えられ、減算手段１５は、加算手段１３の加算結果からモータ電流検出信号Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号により電動モータ６を駆動する。

図７は、以上のような電動パワーステアリング装置をラック＆ピ二オン方式のステアリング装置に適用し、ラックと一体化された車軸の端部から外乱を加える（３２９Ｎ・ｍ加振）ベンチ試験の試験結果を示す特性図である。
図７の特性図から、１０Ｈｚ以上のステアリング周方向の加速度が４ｍ／ｓ²
以下となり、望ましい外乱抑制性能を達成したことが確認出来た。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 ３次ハイパスフィルタの入出力特性を示すボード線図である。 制御量マップの入出力特性を示す特性図である。 トルクゲインマップの入出力特性を示す特性図である。 操舵角速度ゲインマップの入出力特性を示す特性図である。 車速ゲインマップの入出力特性を示す特性図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置のベンチ試験の試験結果を示す特性図である。

符号の説明

１ 制御部
３ 車速センサ
５ モータ駆動回路
６ 電動モータ
８ 操舵角速度センサ
１２ 関数発生部（第１制御手段）
１３ 加算手段
１５ 減算手段
１６ モータ電圧演算部
１７ ３次ハイパスフィルタ（進相フィルタ手段）
１８ 制御量マップ（第２制御手段）
１９ 乗算手段
２１ トルクセンサ
２２ トルクゲインマップ（トルクゲイン出力手段）
２３ 操舵角速度ゲインマップ（角速度ゲイン出力手段）
２４ 車速ゲインマップ（車速ゲイン出力手段）
Ｉｃ 目標電流（制御量）

Claims (2)

1. 操舵部材に加えられたトルクを検出するトルク検出装置と、該トルク検出装置が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、該制御量を出力しない前記トルク信号の不感帯を有する第１制御手段と、該第１制御手段が出力した制御量に基づき駆動制御される操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置において、
   与えられた前記トルク信号が有する周波数が、第１周波数より低いときは、前記トルク信号を減衰させて出力し、前記第１周波数より高い第２周波数より高いときは、位相を進ませて前記トルク信号を出力する進相フィルタ手段と、該進相フィルタ手段が出力したトルク信号に応じた制御量を出力すると共に、該制御量を出力しない不感帯を有する第２制御手段と、前記トルク検出装置が検出したトルク信号が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力するトルクゲイン出力手段と、前記操舵部材の操舵角速度を検出する手段と、該手段が検出した操舵角速度が所定範囲にあるときのみ、ゲインデータを出力する角速度ゲイン出力手段と、与えられた車速が所定速度以上であるときのみ、ゲインデータを出力する車速ゲイン出力手段と、前記トルクゲイン出力手段、角速度ゲイン出力手段及び車速ゲイン出力手段が出力した各ゲインデータ、及び前記第２制御手段が出力した制御量を乗算する手段と、該手段が乗算した結果を前記第１制御手段が出力した制御量に加算する手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１周波数は７．５Ｈｚであり、前記第２周波数は１０Ｈｚである請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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