JP2007131123A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】据え切り、低速時にラックエンドまでハンドルを切り、その後切返すような場合においても、簡易な構成で大きな演算負荷を要することなくハンドルの吸いつき感を生じない電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】算出された操舵補助指令値を位相補償する位相補償部と、位相補償された操舵補助指令値をロバスト安定化補償するロバスト安定化補償部と、ロバスト安定化補償部で補償された操舵補助指令値の最大値を制限する最大電流制限部と、最大値を制限された操舵補助指令値に基づいてモータを制御し、モータの駆動でステアリング系に操舵補助力を付与する駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、ハンドルの切返しを判定する切返し判定部と、ロバスト安定化補償部の入力を制限する入力制限部とを設け、切返し判定部が切返しを判定したとき、位相補償部を位相進みにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に最大電流以上の入力があった場合に、周波数の位相補償を進みに切替えるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。

かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、目標値である電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図４に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て走行車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にはバッテリ１４から電力が供給され、イグニッションキー１１からイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ、車速センサ１２で検出された車速Ｖに基づいてアシスト指令の電流指令値Ｉの演算を行い、演算された電流指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵ）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図５のようになる。

コントロールユニット３０の機能及び動作を図５について説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと、車速センサ１２で検出された車速Ｖとがルックアップテーブルのアシストマップ３１に入力され、アシストマップ３１で算出された操舵補助指令値Ｉｒは、操舵系の安定性を高めるために位相補償部３２で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Ｉｒａがロバスト安定化補償部３３に入力される。ロバスト安定化補償部３３は特開平８−２９０７７８号公報に示されているような補償部であり、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ^２＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有し、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償している。なお、特性式Ｇ（ｓ）のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。

ロバスト安定化補償部３３で補償された操舵補助指令値Ｉｒｂは最大電流制限部３４で最大電流を制限され、電流制限された電流指令値Ｉが減算器３５に入力される。また、モータ２０の電流ｉは電流検出部２１で検出され、検出されたモータ電流ｉが減算器３５に入力されてフィードバックされている。減算器３５で求められた偏差（＝Ｉ−ｉ）は操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３６に入力され、ＰＩ制御部３６でＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３７に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３８を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。

このような構成において、操舵トルクＴ及び車速Ｖがアシストマップ３１に入力されて操舵補助指令値Ｉｒが算出され、位相補償部３２及びロバスト安定化補償部３３で所定の補償が実施されて最大電流制限部３４に入力され、最大電流制限部３４で最大電流を制限されて減算器３５に入力される。減算器３５でモータ電流ｉとの偏差が求められてＰＩ制御部３６に入力され、ＰＩ制御部３６でＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３７に入力され、駆動部としてのインバータ回路３８を介してモータ２０が駆動されることにより操舵アシストが行われる。
特開２００３−３１２５０９

図５に示す従来の電動パワーステアリング装置の制御装置では、位相補償部３２及びロバスト安定化補償部３３は位相遅れの作用があると共に、その後段に設置されている最大電流制限部３４において電流値の最大値を制限するようになっている。例えばアシストマップ３１で最大電流値の制限をかけると、その後の動特性に過渡応答が発生するため、最大電流制限部３４までは最大電流で演算するようになっている。

ここにおいて、上記制御装置において、図６に示すように操舵補助電流が最大電流以上の端当て（時点０〜ｔ１）から切返し、特性Ａで示す操舵補助電流が最大電流以下となった場合（時点ｔ２）、切返しを始めてから実際に電流指令値が下がり始めるまでに特性Ｂで示すように遅れが生じる。遅れの時間は、操舵トルクＴに対して図７に示すような関係になっている。つまり、操舵トルクＴが大きくなると、指数関数的に遅れ時間が大きくなる。この遅れのためにハンドル操作に、磁石にくっついているようないわゆる「吸いつき感」が発生し、ドライバに不快感を与えている。

また、最大電流前にゲインを徐々に下げていく特許文献１（特開２００３−３１２５０９）に示される制御装置も提案されているが、ゲインを徐々に下げるチューニング工程に時間を要し、演算負荷が大きくなる問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、据え切り、低速時にラックエンドまでハンドルを切り、その後切返すような場合においても、簡易な構成で大きな演算負荷を要することなく、吸いつき感を生じないようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて算出された操舵補助指令値Ｉｒを位相補償する位相補償部と、前記位相補償部で補償された操舵補助指令値Ｉｒａをロバスト安定化するロバスト安定化補償部と、前記ロバスト安定化補償部で補償された操舵補助指令値Ｉｒｂの最大値を制限する最大電流制限部と、前記最大電流制限部で最大値を制限された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータを制御し、前記モータの駆動でステアリング系に操舵補助力を付与する駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ハンドルの切返しを判定する切返し判定部と、前記ロバスト安定化補償部の入力を制限する入力制限部とを設け、前記切返し判定部が前記切返しを判定したとき、前記位相補償部を位相進みにすることによって達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によると、最大電流以上の入力があった場合、周波数の位相補償を進みに切替えるようになっているので、進み補償で相殺されることによって遅れ時間が小さくなり、切返しの場合にも吸いつき感はなくなる。

位相の切替えのみの場合は、内部的には最大電流を上回る値で計算されており、その後段でセンター応答性や慣性補償などの値が加減算されるが、最大電流制限値よりも上回る領域で計算されても何ら意味はなく、最大電流制限値でカットされてしまう。例えば最大電流制限値が１００Ａのとき、内部的に２００Ａまで計算されていたとすると、その後の加減算で例えば±５０Ａ程度の補償が行われても、結局１００Ａの出力になる。つまり、補償値の効果を反映させるために行っている。ラックエンド付近から切り返した場合、入力制限により最大電流値付近から補償値により更に減算されるので、切り戻し効果が得られる。本発明のように入力制限がある場合には、１００Ａ＋補償値（−５０Ａ）＝５０Ａ＜１００Ａであり、入力制限がない場合には、２００Ａ＋補償値（−５０Ａ）＝１５０Ａ＞１００Ａであり、最大電流制限部により１００Ａにカットされる。

ハンドルの吸いつき感を除去する手法として、演算系の最大電流を検知して演算を停止するようにすることも考えられるが、周波数の急激な変化で振動が発生する問題がある。本発明の原理は、据え切りや微低速時にラックエンドまでハンドルを切り、その後に切返すような切返し時に生じるハンドルの吸いつき感を除去するために、位相補償を遅れ補償から進み補償に切替えて全体的な遅れ時間を補償すると共に、ロバスト安定化補償部での入力を制限して遅れの比率を小さくしている。

以下に、本発明の実施の形態の一例を図面に示して説明する。

本発明では図１に示すように、ハンドルの切返しを判定する切返し判定部３００と、ロバスト安定化補償部３３の入力を制限する入力制限部３１０とを設けると共に、切返し判定部３００は位相補償部３２Ａに対して位相の遅れ、進みを切替えるようになっている。切返し判定部３００には、操舵トルクＴ及びロバスト安定化補償部３３の出力である操舵補助指令値Ｉｒｂが入力されており、切返しが判定されたときに切返し信号ＳＦが出力される。切返し信号ＳＦ１は位相補償部３２Ａに入力される。

図２は入力制限部３１０の特性例を示しており、入力される電流指令値Ｉｒａの±Ｉｒ１を超えたときに出力を一定値に制限するようになっている。

このような構成において、切返し判定部３００は操舵トルクＴ及び操舵補助指令値Ｉｒｂに基づいて切返し（電流値オーバー）を判定するが、切返しではない場合は、位相補償部３２Ａで位相補償された電流値Ｉｒａを入力制限部３１０で入力制限し、図５で説明したと同様なアシスト処理を実行する。つまり、通常のアシスト制御を行う。

そして、切返し判定部３００で切返しが判定されると、切返し信号ＳＦ１を位相補償部３２Ａに入力し、位相補償部３２Ａにおける位相の遅れを図３に示すように進みに切替える。位相補償部３２Ａの出力は入力制限部３１０に入力され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒａ’がロバスト安定化補償部３３に入力されるので、ロバスト安定化補償部３３の入力が最大電流値以下になるので、遅れ時間の比率の低下し、振動を発生することもない。

切返し判定部３００における切り返し判定は演算時間を節約するため、最大電流値＋αを超えたときに切り返し信号ＳＦ１を出力するようにしても良い。操舵トルクＴを使用しなくても良い理由は、最大電流値以上で計算が多少異なっていても、結局は出力されない領域のため仕様上問題にならないためである。つまり、切り増し中でも最大電流値＋αを超えれば、位相補償部３２Ａの位相パラメータを進みに切替える。αは大き過ぎると吸いつき感が低減しなくなり、小さ過ぎると最大電流値が出力できなきなることがある。かかる位相補償制御は、車速の変化により位相を切替えている制御にも適用できる。

なお、上述では入力制限部３１０とロバスト安定化補償部３３とを別置きとしているが、ロバスト安定化補償部３３内に入力制限部を設ける構成であっても良い。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の一例を示すブロック構成図である。 入力制限部の特性例を示す特性図である。 位相進み補償の特性図である。 一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。 従来装置の動作例を説明するための特性図である。 従来装置の動作例を説明するための特性図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１１ イグニッションキー
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ アシストマップ
３２、３２Ａ 位相補償部
３３ ロバスト安定化補償部
３４ 最大電流制限部
３６ ＰＩ制御部
３７ ＰＷＭ制御部
３８ インバータ回路
３００ 切返し判定部
３１０ 入力制限部

Claims (2)

1. 操舵トルク及び車速に基づいて算出された操舵補助指令値Ｉｒを位相補償する位相補償部と、前記位相補償部で補償された操舵補助指令値Ｉｒａをロバスト安定化補償するロバスト安定化補償部と、前記ロバスト安定化補償部で補償された操舵補助指令値Ｉｒｂの最大値を制限する最大電流制限部と、前記最大電流制限部で最大値を制限された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータを制御し、前記モータの駆動でステアリング系に操舵補助力を付与する駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、ハンドルの切返しを判定する切返し判定部と、前記ロバスト安定化補償部の入力を制限する入力制限部とを設け、前記切返し判定部が前記切返しを判定したとき、前記位相補償部を位相進みにすることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記切返し判定を最大電流値＋αで行うようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
   

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