JP2008260340A - 電動式パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い応答性が要求される操舵状態において、高い応答性を実現することができる電動式パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】車両の運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の車速を検出する車速センサ２と、操舵トルクを補助するための補助トルクを発生するモータ３と、モータ３の回転速度を検出する回転速度センサ５と、モータ３に通電される駆動電流を検出する電流検出器４と、少なくとも操舵トルクに基づいて、モータ３に対する目標電流を演算する目標電流演算部７と、目標電流を減衰させて減衰後目標電流を出力する目標電流減衰部８と、を備え、目標電流減衰部８は、車速および回転速度の少なくとも一方に応じて、目標電流の少なくとも高周波成分を減衰させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータにより運転者の操舵トルクを補助するための補助トルクを発生する電動式パワーステアリング制御装置に関する。

従来より、トルクセンサが検出する操舵トルクと、車速センサが検出する車速とに基づいてモータに対する目標電流を設定するとともに、ＰＩ（比例積分）制御手段、またはＰＩＤ（比例積分微分）制御手段により、目標電流とモータに実際に通電される駆動電流との位相遅れおよび偏差を補償する電動パワーステアリングが知られている。

この電動パワーステアリングでは、角周波数が低い領域においてゲインが大幅に改善され、角周波数が高い領域において位相遅れが大幅に改善されるが、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御は、外部から混入するノイズの影響を受けやすい。
そのため、外部からのノイズによってステアリング系の振動が生じ、運転者に不快なトルク振動を感じさせるという問題点があった。

そこで、上記の問題点を解決するために、従来の電動パワーステアリングは、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、ステアリング系に操舵補助力を作用させる電動機と、操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動機の目標電流を決定する目標電流設定手段と、電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、目標電流と電動機電流との偏差に基づいて電動機の駆動を制御し、少なくとも比例要素および積分要素を備えた制御手段と、電動機電流検出手段と制御手段とを結ぶ経路、および制御手段と目標電流設定手段とを結ぶ経路にそれぞれ設けられ、高周波ノイズを減衰させる減衰手段とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９５９９５７号公報

従来の電動パワーステアリングでは、減衰手段が高周波ノイズを減衰させることにより、ステアリング系の振動が抑制され、運転者に対する不快なトルク振動が抑制される。
しかしながら、減衰手段は、操舵状態にかかわらず常時高周波ノイズを減衰させる。
そのため、モータ駆動において高い応答性が要求される操舵状態（車速、またはモータの回転速度が高い状態）においては、減衰手段による減衰動作の影響によって所望の応答性が得られず、応答性が低くなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、高い応答性が要求される操舵状態においては、高い応答性を実現するとともに、高い応答性が要求されない操舵状態においては、ノイズによるステアリング系の振動、および運転者に対する不快なトルク振動を抑制することができる電動式パワーステアリング制御装置を提供することにある。

この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、車両の運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、操舵トルクを補助するための補助トルクを発生するモータと、モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、モータに通電される駆動電流を検出する電流検出手段と、少なくとも操舵トルクに基づいて、モータに対する目標電流を演算する目標電流演算手段と、目標電流を減衰させて減衰後目標電流を出力する目標電流減衰手段と、を備え、目標電流減衰手段は、車速および回転速度の少なくとも一方に応じて、目標電流の少なくとも高周波成分を減衰させるものである。

この発明の電動式パワーステアリング制御装置によれば、目標電流減衰手段は、車速および回転速度の少なくとも一方に応じて、目標電流の少なくとも高周波成分を減衰させる。
そのため、高い応答性が要求される操舵状態においては、高い応答性を実現するとともに、高い応答性が要求されない操舵状態においては、ノイズによるステアリング系の振動、および運転者に対する不快なトルク振動を抑制することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
図１において、この電動式パワーステアリング制御装置は、トルクセンサ１（操舵トルク検出手段）と、車速センサ２（車速検出手段）と、モータ３と、電流検出器４（電流検出手段）と、回転速度センサ５（回転速度検出手段）と、主制御部６とを備えている。

トルクセンサ１は、車両の運転者の操舵によって生じる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する。車速センサ２は、車両の車速を検出して車速信号を出力する。モータ３は、操舵トルクを補助するための補助トルクを発生する。
電流検出器４は、モータ３に通電される駆動電流を検出して駆動電流信号を出力する。回転速度センサ５は、モータ３の回転速度を検出して回転速度信号を出力する。
主制御部６は、操舵トルク信号、車速信号、駆動電流信号および回転速度信号を取り込んでＡ／Ｄ変換し、モータ３に対する目標電圧を演算して、目標電圧信号を出力する。

主制御部６は、目標電流演算部７（目標電流演算手段）と、目標電流減衰部８（目標電流減衰手段）と、電流制御部９（目標電圧制御手段）とを含んでいる。
ここで、主制御部６は、マイクロプロセッサ（図示せず）で構成されている。マイクロプロセッサは、演算処理を実行するＣＰＵ、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ、および格納されているデータを書き換えることができるＲＡＭを有している。主制御部６を構成する各ブロックは、ＲＯＭ内にソフトウェアとして記憶されている。
なお、ＲＯＭおよびＲＡＭは、図１の電動式パワーステアリング制御装置を構成する各ブロックにそれぞれ設けられてもよい。

目標電流演算部７は、操舵トルク信号および車速信号に基づいて、モータ３に対する目標電流を演算し、目標電流信号を出力する。
すなわち、目標電流演算部７は、操舵トルクおよび車速と目標電流との関係が記された操舵トルク・車速−目標電流マップをＲＯＭ内に記憶しており、操舵トルク信号および車速信号に基づいて、このマップから目標電流を演算する。

目標電流減衰部８は、目標電流演算部７と電流制御部９との間に設けられ、車速信号および回転速度信号に応じて目標電流信号を減衰させて、減衰後目標電流信号（減衰後目標電流）を出力する。
電流制御部９は、電流検出器４からの駆動電流信号と目標電流減衰部８からの減衰後目標電流信号とを比較して、モータ３の駆動電流が減衰後目標電流と一致するように、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御によってモータ３の端子に印加する目標電圧を演算し、例えばＰＷＭ信号として目標電圧信号を出力する。

目標電流減衰部８は、減衰ゲイン演算部１０（減算ゲイン演算手段）と、係数乗算部１１（係数乗算手段）とを含んでいる。
減衰ゲイン演算部１０は、車速信号および回転速度信号に基づいて、目標電流信号を減衰させるための減衰ゲインＫ（≦１）を演算する。係数乗算部１１は、減衰ゲインＫに応じた所定係数（１−Ｋ）を目標電流信号に乗算して目標電流信号を減衰させ、減衰後目標電流信号を出力する。

すなわち、減衰ゲイン演算部１０は、車速および回転速度と減衰ゲインＫとの関係が記された車速・回転速度−減衰ゲインマップをＲＯＭ内に記憶しており、車速信号および回転速度信号に基づいて、このマップから減衰ゲインＫを演算する。
図２は、減衰ゲイン演算部１０に設けられた車速・回転速度−減衰ゲインマップを示す説明図である。

図２において、減衰ゲイン演算部１０には、車速に応じて高速用減衰ゲインマップＡ、中速用減衰ゲインマップＢおよび低速用減衰ゲインマップＣの３種類の減衰ゲインマップが設けられている。
また、各減衰ゲインマップにおいて、減衰ゲインＫは、例えば、低速用減衰ゲインマップＣのように、モータ３の回転速度が高くなるにしたがって、低くなるように設定されている。
減衰ゲイン演算部１０は、まず、車速信号に基づいて上記３種類の減衰ゲインマップの何れかを選択し、続いて、回転速度信号に基づいて選択した減衰ゲインマップから減衰ゲインＫを演算する。

以下、図３のフローチャートを参照しながら、上記構成の電動式パワーステアリング制御装置における主制御部６の動作について説明する。
まず、主制御部６は、所定のサンプリング周期毎に、トルクセンサ１からの操舵トルク信号を読み込んでＲＡＭに記憶する（ステップＳ２１）。
また、主制御部６は、回転速度センサ５からの回転速度信号を読み込んでＲＡＭに記憶する（ステップＳ２２）。
また、主制御部６は、車速センサ２からの車速信号を読み込んでＲＡＭに記憶する（ステップＳ２３）。
また、主制御部６は、電流検出器４からの駆動電流信号を読み込んでＲＡＭに記憶する（ステップＳ２４）。

続いて、目標電流演算部７は、操舵トルク信号および車速信号に基づいて、前述した操舵トルク・車速−目標電流マップからモータ３に対する目標電流を演算し、目標電流信号をＲＡＭに記憶する（ステップＳ２５）。
次に、減衰ゲイン演算部１０は、車速信号および回転速度信号に基づいて、図２に示した車速・回転速度−減衰ゲインマップから減衰ゲインＫを演算し、ＲＡＭに記憶する（ステップＳ２６）。

続いて、係数乗算部１１は、減衰ゲインＫに応じた所定係数（１−Ｋ）を目標電流信号に乗算して目標電流信号を減衰させ、減衰後目標電流信号をＲＡＭに記憶する（ステップＳ２７）。
次に、電流制御部９は、駆動電流信号および減衰後目標電流信号に基づいて、モータ３の駆動電流が減衰後目標電流と一致するように、モータ３の端子に印加する目標電圧を演算し、目標電圧信号をＲＡＭに記憶し（ステップＳ２８）、図３の処理を終了する。

この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング制御装置によれば、減衰ゲイン演算部１０は、車速信号および回転速度信号に基づいて、図２に示した車速・回転速度−減衰ゲインマップから減衰ゲインＫ（≦１）を演算し、係数乗算部１１は、減衰ゲインＫに応じた所定係数（１−Ｋ）を目標電流信号に乗算して目標電流信号を減衰させる。
そのため、モータ駆動において高い応答性が要求される操舵状態においては、減衰ゲイン演算部１０で演算される減衰ゲインＫが低い値（または、零）となり、係数乗算部１１による減衰動作が抑制または停止されるので、高い応答性を実現することができる。
また、高い応答性が要求されない操舵状態、すなわち、車速が低く、車両のハンドルを保舵している状態（モータ３の回転速度が零である状態、以下「保舵状態」と称する）、または、微舵でハンドルを操舵している状態（モータ３の回転速度が低い状態、以下「微舵状態」と称する）においては、減衰ゲイン演算部１０で演算される減衰ゲインＫが高い値となるので、係数乗算部１１による減衰動作によって、ノイズによるステアリング系の振動、および運転者に対する不快なトルク振動を抑制することができる。

なお、上記実施の形態１の減衰ゲイン演算部１０は、車速信号および回転速度信号に基づいて減衰ゲインＫを演算したが、これに限定されず、車速信号および回転速度信号の何れか一方に基づいて減衰ゲインＫを演算してもよい。
このとき、減衰ゲイン演算部１０は、車速または回転速度と減衰ゲインＫとの関係が記されたマップをＲＯＭ内に記憶し、車速信号または回転速度信号に基づいて、このマップから減衰ゲインＫを演算する。
この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、目標電流減衰部８が車速信号および回転速度信号に基づいて減衰ゲインＫを演算し、減衰ゲインＫを用いて目標電流信号を減衰させて減衰後目標電流信号を出力したが、これに限定されず、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と称する）を用いて、目標電流信号の高周波成分のみを除去して減衰後目標電流信号を出力してもよい。

図４は、この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
図４において、この電動式パワーステアリング制御装置は、図１に示した目標電流減衰部８に代えて、目標電流減衰部８Ａを備えている。

目標電流減衰部８Ａは、ＬＰＦ１２（特定周波数成分除去手段）と、スイッチング部１３（スイッチング手段）とを含んでいる。
ＬＰＦ１２は、入力された目標電流信号の高周波成分（特定の周波数成分）を除去する。スイッチング部１３は、車速信号および回転速度信号に基づいて、ＬＰＦ１２を有効にするか否かを選択し、減衰後目標電流信号を出力する。

すなわち、スイッチング部１３は、車速が所定車速以下で、かつ回転速度が所定速度以下の場合にＬＰＦ１２を有効にして、ＬＰＦ１２で高周波成分が除去された目標電流信号を減衰後目標電流信号として出力する。
また、スイッチング部１３は、車速が所定車速よりも大きいか、または回転速度が所定速度よりも大きい場合にＬＰＦ１２を無効にして、目標電流演算部７からの目標電流信号をそのまま減衰後目標電流信号として出力する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。

以下、図５のフローチャートを参照しながら、上記構成の電動式パワーステアリング制御装置における主制御部６Ａの動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、目標電流演算部７は、操舵トルク信号および車速信号に基づいて、前述した操舵トルク・車速−目標電流マップからモータ３に対する目標電流を演算し、目標電流信号をＲＡＭに記憶する（ステップＳ２５）。

続いて、スイッチング部１３は、車速信号に基づいて、車速が所定車速以下であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。
ステップＳ３１において、車速が所定車速以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、スイッチング部１３は、回転速度信号に基づいて、回転速度が所定速度以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２において、回転速度が所定速度以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、スイッチング部１３は、ＬＰＦ１２を有効にして、ＬＰＦ１２で高周波成分が除去された目標電流信号を減衰後目標電流信号としてＲＡＭに記憶する（ステップＳ３３）。

一方、ステップＳ３１において、車速が所定車速よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合、またはステップＳ３２において、回転速度が所定速度よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合、スイッチング部１３は、ＬＰＦ１２を無効にして、目標電流演算部７からの目標電流信号をそのまま減衰後目標電流信号としてＲＡＭに記憶する（ステップＳ３４）。

この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング制御装置によれば、ＬＰＦ１２は、入力された目標電流信号の高周波成分を除去し、スイッチング部１３は、車速信号および回転速度信号に基づいて、ＬＰＦ１２を有効にするか否かを選択し、減衰後目標電流信号を出力する。
そのため、モータ駆動において高い応答性が要求される操舵状態においては、スイッチング部１３から、ＬＰＦ１２で高周波成分が除去された目標電流信号が減衰後目標電流信号として出力されるので、高い応答性を実現することができる。
また、高い応答性が要求されない操舵状態、すなわち保舵状態または微舵状態においては、スイッチング部１３から、目標電流演算部７で演算された目標電流信号がそのまま減衰後目標電流信号として出力されるので、ノイズによるステアリング系の振動、および運転者に対する不快なトルク振動を抑制することができる。

なお、上記実施の形態２のスイッチング部１３は、車速信号および回転速度信号に基づいてＬＰＦ１２を有効にするか否かを選択したが、これに限定されず、車速信号および回転速度信号の何れか一方に基づいてＬＰＦ１２を有効にするか否かを選択してもよい。
このとき、スイッチング部１３は、車速が所定車速以下の場合、または回転速度が所定速度以下の場合にＬＰＦ１２を有効にする。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態２のＬＰＦ１２は、ソフトウェアとして構成されているが、ハードウェアで構成されていてもよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態２の目標電流減衰部８Ａは、ＬＰＦ１２を用いて目標電流信号の高周波成分を除去したが、これに限定されない。
目標電流減衰部８Ａは、ＬＰＦ１２に代えて、目標電流信号の複数の値をサンプリングして移動平均を演算することにより、目標電流信号の高周波成分（特定の高周波成分）を除去する移動平均演算部（特定周波数成分除去手段）を含んでいてもよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１、２の目標電流演算部７は、操舵トルク信号および車速信号に基づいてモータ３に対する目標電流を演算したが、これに限定されない。
目標電流演算部７は、操舵トルク信号のみに基づいて目標電流を演算してもよい。
このとき、目標電流演算部７は、操舵トルクと目標電流との関係が記されたマップをＲＯＭ内に記憶し、操舵トルク信号に基づいて、このマップから目標電流を演算する。
この場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１、２では、回転速度センサ５を用いてモータ３の回転速度を検出したが、これに限定されない。
モータ３の回転速度は、モータ３の位置の変化量を微分して演算されてもよいし、モータ３に印加される駆動電圧および駆動電流の関係から推定されてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。 図１の減衰ゲイン演算部に設けられた車速・回転速度−減衰ゲインマップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１による主制御部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による主制御部の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、２ 車速センサ（車速検出手段）、３ モータ、４ 電流検出器（電流検出手段）、５ 回転速度センサ（回転速度検出手段）、７ 目標電流演算部（目標電流演算手段）、８、８Ａ 目標電流減衰部（目標電流減衰手段）、９ 電流制御部（目標電圧制御手段）、１０ 減衰ゲイン演算部（減算ゲイン演算手段）、１１ 係数乗算部（係数乗算手段）、１２ ＬＰＦ（特定周波数成分除去手段）、１３ スイッチング部（スイッチング手段）、Ｋ 減衰ゲイン。

Claims (7)

1. 車両の運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記操舵トルクを補助するための補助トルクを発生するモータと、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記モータに通電される駆動電流を検出する電流検出手段と、
   少なくとも前記操舵トルクに基づいて、前記モータに対する目標電流を演算する目標電流演算手段と、
   前記目標電流を減衰させて減衰後目標電流を出力する目標電流減衰手段と、を備え、
   前記目標電流減衰手段は、前記車速および前記回転速度の少なくとも一方に応じて、前記目標電流の少なくとも高周波成分を減衰させることを特徴とする電動式パワーステアリング制御装置。
2. 前記目標電流減衰手段は、
   前記車速および前記回転速度の少なくとも一方に基づいて、前記目標電流を減衰させるための減衰ゲインを演算する減衰ゲイン演算手段と、
   前記減衰ゲインに応じた所定係数を前記目標電流に乗算する係数乗算手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
3. 前記目標電流減衰手段は、前記車速が所定車速以下で、かつ前記回転速度が所定速度以下の場合に、前記目標電流を減衰させることを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
4. 前記目標電流減衰手段は、
   入力された信号の特定の周波数成分を除去する特定周波数成分除去手段と、
   前記車速および前記回転速度の少なくとも一方に基づいて、前記特定周波数成分除去手段を有効にするか否かを選択するスイッチング手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
5. 前記目標電流減衰手段は、前記車速が所定車速以下で、かつ前記回転速度が所定速度以下の場合に、前記目標電流を減衰させることを特徴とする請求項４に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
6. 前記特定周波数成分除去手段は、フィルタを用いて前記特定の周波数成分を除去することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
7. 前記特定周波数成分除去手段は、前記目標電流の移動平均を演算することにより、前記特定の周波数成分を除去することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電動式パワーステアリング制御装置。

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