JP2008307910A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドル戻し制御を行う舵角の中点をカウンター方向にオフセットし、カウンターステア方向へのハンドル操舵の動作を行い易くすると共に、運転者に車両の状況を認識させ、安全な舵角に導くことができる信頼性の高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】操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両のハンドルの操舵に操舵補助力を付与するモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、オーバーステアを検出するオーバーステア検出手段と、ヨーレートに基づいてハンドルの中点に対するオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、舵角、舵角速度、車速、ヨーレートに基づいて反力トルクを算出する反力トルク算出手段とを設け、オーバーステアが検出されたとき、オフセット量及び反力トルクに基づいて電流指令値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与すると共に、舵角センサからの舵角に基づいてハンドルをニュートラル位置（以下、「中点」とする）に戻すハンドル戻し制御を行うようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にハンドル戻し制御の中点をカウンターステア方向にオフセットし、反力トルク（カウンター方向のアシストトルク）を出力することにより車両の姿勢回復を行う電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

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、電流指令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−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９に示して説明すると、操向ハンドル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を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル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、操向ハンドル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３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力され、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と車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値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（ＭＰＵやＭＣＵを含む）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１０のようになる。

図１０を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴは操舵補助指令値演算部３２及び微分補償部３４に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算部３２に入力される。操舵補助指令値演算部３２は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて、メモリ３３に記憶されているアシストマップを参照してモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。微分補償部３４は、操舵トルクＴに基づいて応答速度を高めるための補償値Ｔａを決定し、補償値Ｔａを減算部３０Ａに入力する。操舵補助指令値Ｉは減算部３０Ａに入力され、減算部３０Ａで求められる偏差（＝Ｉ＋Ｔａ−ｉ）は比例演算部３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算部３６に入力され、その比例出力は加算部３０Ｂに入力される。加算部３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ駆動回路３７にはバッテリ１４から電力が供給され、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出部３８で検出され、モータ電流値ｉは減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。

このような電動パワーステアリング装置において、最近はハンドルの操舵フィーリングや操舵性能の向上だけでなく、走行中にコーナリングや急ブレーキなどによりタイヤのグリップが失われるような場合においても、車両の状況を判断し挙動を安定させるためにタイヤのグリップを復活させるようにハンドル操舵を促す制御装置や、車両の状況により車輪に挙動補正するための適切なブレーキをかけることで、車両の挙動を安定させるＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｏｇｒａｍ）やＶＤＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の高性能な制御装置が提案されている。

ＥＳＰやＶＤＣ等による装置では、車両がコーナリング時にオーバーステアリングの状態にある場合、車両の後方が横滑りを起こす前に過度のオーバーステアリング状態であることを検出し、コーナ外側の前輪にブレーキをかけて車両の挙動を安定させるようにしていて、アンダーステアリングの状態にある場合には、車両の前方が滑り出す前に過度のアンダーステアリング状態であることを検出して、コーナ内側の後輪にブレーキをかけて車両の挙動を安定させるようにしている。これらの制御はＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等を経由して各種センサ系からの入力信号により、車両の状況を判断して挙動の安定化を行うようにしている。

また、電動パワーステアリング装置の制御では、特許第３１６６３８８号公報（特許文献１）に示されるハンドル戻し制御を用いた車両の挙動を安定させる装置では、実ヨーレートを目標ヨーレートと比較することでオーバーステア或いはアンダーステアを判断し、ヨーレートの偏差微分量と車両状況に基づいて、過度なオーバーステア或いはアンダーステアの状態を増長しない方向へハンドル操舵に反力トルクを出力するようにしている。
特許第３１６６３８８号公報

しかしながら、特許文献１の装置は反力トルクの計算が非常に複雑であり、新たな機能を追加しなければならないためにコストアップになり、処理負荷が増加するという問題がある。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、車両のオーバーステアの状態に基づいて、反力トルクを演算して出力するハンドル戻し制御を行う舵角の中点をカウンター方向にオフセットすることにより、運転者のハンドル操舵を行い易くすると共に、コストアップや処理負荷が増加することなく、車両の挙動を安定させる最適な舵角に導くことができる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、操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両のハンドルの操舵に操舵補助力を付与するモータを駆動制御する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、前記車両のオーバーステアを検出するオーバーステア検出手段と、前記車両のヨーレートに基づいて前記ハンドルの中点に対するオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、前記ハンドルの舵角及び舵角速度、前記車速及びヨーレートに基づいて反力トルクを算出する反力トルク算出手段とを設け、前記オーバーステアが検出されたとき、前記オフセット量及び反力トルクに基づいて前記電流指令値を補正することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記オフセット量算出手段が、前記ヨーレートを積分する積分部と、前記積分部の出力にゲインを乗算するゲイン部とで構成されていることにより、或いは前記反力トルク算出手段が、前記舵角の大きさ及び方向に応じた舵角戻し電流を求める舵角戻し電流算出部と、前記舵角速度に応じた舵角速度ゲインを求める舵角速度ゲイン部と、前記車速に応じた車速ゲインを求める車速ゲイン部とで構成されていることにより、或いは前記反力トルク算出手段が出力部に更にリミッタを備えていることにより、或いは前記舵角戻し電流算出部が、前記舵角の方向を判定する符号判定部と、前記舵角の絶対値の大きさに応じた舵角戻し電流を出力する舵角戻し電流出力部と、前記符号判定部で判定された方向の符号及び前記舵角戻し電流を乗算する乗算部とで構成されていることにより、より効果的に達成される。

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れば、車両が走行中にオーバーステアと検出された場合に、検出される車両の状況に基づいて反力トルクを演算して出力を行うハンドル戻し制御の舵角の中点を、カウンター方向にオフセットさせることにより、運転者がカウンターステア方向にハンドルの操舵を行い易くすると共に、運転者に車両の状況を容易に認識させ、車両の挙動を安定させる方向に確実に操舵を促すようにすることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、ＶＤＣやＥＳＰ等を搭載した車両、又は従来技術により車両の挙動を検出でき得る車両において、オーバーステアの状態を検出した場合に、検出される車両の状況に基づき反力トルクを演算して出力するハンドル戻し制御の舵角の中点、つまり操向ハンドルの中点をカウンターステア方向にオフセットすることにより、運転者にカウンターステア方向への操舵を行い易くすると共に、運転者に車両の状況を認識させ、車両の挙動を安定させる方向に操舵を促すことができる。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

本発明を実施するために適した構成例を図１に示して説明する。

トルクセンサ１０からの操舵トルクＴが操舵補助指令値演算部１０３、センタ付近摩擦補償部１０２、センタ応答性改善部１０１、オフセンタヒステリシス制御部１１０、ＳＡＴ（セルフアライニングトルク）フィードバック部１１１に入力される。操舵補助指令値演算部１０３で演算された電流指令値Ｉａはオフセンタヒステリシス制御部１１０及び加算部１３０Ｃに入力され、電流指令値Ｉａは、センタ付近摩擦補償部１０２によりセンタ付近を摩擦補償された補償信号ＣＭ２と加算部１３０Ｃで加算される。オフセンタヒステリシス制御部１１０はハンドル切増し時にかかる摩擦とハンドル切戻し時にかかる異なる摩擦を補償するために、操舵補助指令値Ｉａに、ハンドル切増し時とハンドル切戻し時に異なるゲインを乗算するようになっている。加算部１３０Ｃの加算結果である電流指令値Ｉｂは応答性改善の位相補償部１０５に入力され、位相補償された電流指令値Ｉｂ１はＳＡＴをフィードバックするためのＳＡＴフィードバック部１１１及び応答性改善の位相補償部１０６に入力され、位相補償された電流指令値Ｉｂ２は加減算部１３０Ｇに加算入力され、ＳＡＴフィードバック部１１１で算出されたＳＡＴ値ＳＡＴａは加減算部１３０Ｇに減算入力され、オフセンタヒステリシス制御部１１０で演算されたオフセンタヒステリシス信号ＨＳは加減算部１３０Ｇに加算入力され、電流指令値Ｉｂ２、ＳＡＴ値ＳＡＴａ及びオフセンタヒステリシス信号ＨＳは加減算部１３０Ｇで加減算処理される。

加減算結果である電流指令値Ｉｃはロバスト安定化補償部１１３に入力され、ロバスト安定化補償部１１３で補償された電流指令値Ｉｃ１は加算部１３０Ｅに入力され、センタ応答性改善部１０１で応答性を改善された操舵トルクＴａと、収れん制御部１１５からの収れん信号ＣＮと加算処理される。加算結果である電流指令値Ｉｄがモータロス電流補償部１２３に入力され、補償された電流指令値Ｉｄ１が加算部１３０Ｆに入力され、摩擦補償部１２４で摩擦補償された補償信号ＦＣと加算処理される。加算結果である電流指令値Ｉｅは加減算部１３０Ｈに加算入力される。角速度フィードバック部１２０で算出される信号と慣性補償部１２１で慣性補償された信号を加算部１３０Ｄで加算処理した補償信号ＣＭ１は加減算部１３０Ｈに加算入力され、ハンドル戻し制御部２００で演算された反力トルクＴｈは加減算部１３０Ｈに減算入力され、その加減算結果である電流指令値Ｉｆがモータ駆動回路１４０に入力され、モータ２０はモータ駆動回路１４０によって駆動される。

なお、ロバスト安定化補償部１１３は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する。収れん制御部１１５は、車両のヨーの収れん性を改善するためにハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、慣性補償部１２１はモータの慣性により発生する力相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御の応答性の悪化を防止し、モータロス電流補償部１２３はモータの回転方向に対してロストルク相当のアシストを行い、摩擦補償部１２４は操舵系の機構内の摩擦、タイヤと路面との間の摩擦を補償するものである。

ハンドル戻し制御部２００では、車両状態を判別することできるＣＡＮを用いたネットワークからの検出信号や、オーバーステア検出センサからのオーバーステア信号ＯＵ、舵角センサからの舵角θ、舵角速度センサからの舵角速度ω、車速センサからの車速Ｖ、ヨーレートセンサからのヨーレートＹ、横滑り角センサ、横加速度センサ、車輪速センサ等の各センサ系から車両の挙動を検出する信号を入力すると共に、反力トルクＴｈを演算して加減算部１３０Ｈに減算入力し、加減算部１３０Ｈの加減算処理の結果がモータ駆動回路１４０に入力されることにより、モータ２０の駆動に反力トルクＴｈが反映される。なお、ヨーレートＹはヨーレートセンサによる検出ではなく、推定によっても求めることができる。また、検出若しくは推定されて入力されるヨーレートＹに基づきオフセット量θ’を演算し、オフセット量θ’をハンドル戻し制御部２００に用いる舵角θの中点にオフセット量θ’を与える。即ち、オーバーステアが検出されてハンドル戻し制御を行う場合、ハンドル戻し制御部２００にて中点のオフセット量θ’を算出し、オフセット量θ’を用いてハンドル戻し制御部２００の舵角θにオフセット量θ’を加減算して反力トルクＴｈを算出する。

なお、オーバーステアの検出は外部車両安定化制御モジュールに一任し、ＣＡＮ等を介してオーバーステアの信号を受けるようにしても良い。

ハンドル戻し制御部２００は、オフセット量θ’を求めるオフセット量算出手段と、反力トルクＴｈを求める反力トルク算出手段とで構成されているが、先ずオフセット量θ’を求めるオフセット量算出手段を説明する。ハンドルのオフセット量θ’は、ヨーレートＹの積分値Ｙｉにゲインｋを乗算することにより求まる。即ち、下記（１）式に従ってオフセット量θ’を求める。

θ’＝ｋ×Ｙｉ ・・・（１）

よって、ハンドル戻し制御部２００でのオフセット量θ’を求めるオフセット量算出手段の構成例は図２のように、ヨーレートＹを積分する積分部２０１と、積分部２０１からの積分値Ｙｉにゲインｋを乗算するゲイン部２０２とで構成されている。なお、ゲイン部２０２のゲインｋは、時間的に可変であっても良い。

図３は、ハンドル戻し制御部２００で反力トルクＴｈを求める反力トルク算出手段の構成例を示すブロック図である。舵角センサからの舵角θは方向を判定して符号を付与する符号判定部２１０及び絶対値を求める絶対値部２１１に入力され、符号判定部２１０により操舵の方向が判定され、判定された方向信号ＦＧが乗算部２４０Ａに入力され、絶対値部２１１で絶対値化された舵角絶対値｜θ｜は舵角戻し電流テーブル２１３に入力され、ヨーレートＹにより可変となる。そして、舵角戻し電流テーブル２１３で求められた舵角戻し電流Ｉｔが乗算部２４０Ａに入力される。また、舵角速度センサからの舵角速度ωは絶対値部２１２に入力され、絶対値化された舵角速度絶対値｜ω｜は舵角速度ゲインテーブル２１４に入力され、舵角速度ゲインテーブル２１４で求められた舵角速度ゲインωＧが乗算部２４０Ｂに入力される。

乗算部２４０Ａで求められた乗算値ＣＭ３は乗算部２４０Ｂに入力され、乗算部２４０Ｂで乗算値ＣＭ３と舵角速度ゲインωＧとが乗算され、その乗算値ＣＭ４が乗算部２４０Ｃに入力される。また、車速センサからの車速Ｖは車速ゲインテーブル２１５に入力され、車速ゲインテーブル２１５で求められた車速ゲインＶＧは乗算部２４０Ｃに入力され、乗算部２４０Ｃで車速ゲインＶＧと乗算値ＣＭ４とが乗算され、その乗算値ＣＭ５が上下限を制限するリミッタ２３１に入力され、リミッタ２３１より反力トルクＴｈが出力される。

このような構成において、以下にその動作を説明する。

本発明では、ハンドルのオーバーステアが検出されていない通常制御では、ハンドル戻し制御部２００は、オフセット量θ’の演算は行わず、通常の反力トルクＴｈの演算を行う。そして、オーバーステアが検出されて、オーバーステア検出信号ＯＵがハンドル戻し制御部２００に入力されると、ハンドル戻し制御部２００は舵角θ、舵角速度ω、車速Ｖに対するマップをオーバーステア時用に切替え、舵角θ、舵角速度ω、車速Ｖ、ヨーレートＹ等の各データを読取り、反力トルクＴｈを演算して加減算部１３０Ｈに減算入力すると共に、オフセット量θ’を演算して加算部２５０に入力する。このため、ハンドル戻し制御部内の中点をカウンターステア方向に角度θ’だけオフセットすることにより、カウンターステアを切り易くし、更にヨーレートＹの積分値に基づいてオフセット中点を決定することで、最適な舵角に運転者を導くようにしている。

図４（Ａ）は操向ハンドルの中点に対して操舵角θで操舵を行っている様子を示しており、図４（Ａ）の状態でオーバーステアと判断されたとき、本発明ではハンドル戻し制御部２００はオフセット量θ’と反力トルクＴｈを算出して出力し、図４（Ｂ）に示すように反力トルクＴｈによるハンドル戻し制御の舵角の中点をカウンター方向に角度θ’だけオフセットする。

また、図５は舵角θと電流指令値の関係を示しており、通常ハンドル戻し制御部２００の出力は破線のようになるのに対し、オーバーステア時には実線のように角度θ’だけオフセットした特性となる。図６乃至図８はオーバーステア時のハンドル戻し制御部のゲインの与え方の例を示しており、図６は舵角対電流指令値のマップ例であり、破線が通常操舵時の出力、実線がオーバーステアを検出した際に用いるマップである。そして、図６の舵角対電流指令値のみが、ヨーレートの変動に従って変化する。また、図７は操舵角速度ω対ゲインのマップ例であり、破線が通常操舵時の出力、実線がオーバーステアを検出した際に用いるマップである。図８は車速Ｖ対ゲインのマップ例であり、破線が通常操舵時の出力、実線がオーバーステアを検出した際に用いるマップである。

なお、上述ではハンドル戻し制御部２００におけるオフセット量θ’の算出をヨーレートＹの積分値Ｙｉで行っているが、横滑り角から得られる検出値を用いてもよい。また、舵角θの絶対値に対応する戻し電流Ｉｔは、ヨーレートＹにより可変させることでも同様の効果が得られる。更に、オーバーステアの検出は、ハンドル戻し制御部２００に入力される各種センサの信号から行ってもよい。

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構成例を示すブロック図である。 本発明に係るオフセット量を演算する構成例を示すブロック図である。 本発明に係る反力トルクを演算する構成例を示すブロック図である。 操向ハンドルの中点に対するオフセットと反力トルクの関係を説明するための図である。 反力トルクとオフセットした舵角の出力例を示す特性図である。 オーバーステア時の戻し制御部のゲイン例であり、舵角対電流指令値のマップ例を示す特性図である。 オーバーステア時の戻し制御部のゲイン例であり、操舵角速度対ゲインのマップ例を示す特性図である。 オーバーステア時の戻し制御部のゲイン例であり、車速対ゲインのマップ例を示す特性図である。 一般的なパワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
１０１ センタ応答改善部
１０２ センタ付近摩擦補償部
１０３ 操舵補助指令値演算部
１０５、１０６ 位相補償部
１１０ オフセンタヒステリシス制御部
１１１ ＳＡＴフィードバック部
１１３ ロバスト安定化補償部
１１５ 収れん性制御部
１２０ 角速度フィードバック部
１２１ 慣性補償部
１２３ モータロス電流補償部
２００ ハンドル戻し制御部
２０１ 積分部
２０２ ゲイン部
２１０ 符号判定部
２１１、２１２ 絶対値部
２１３ 舵角戻し電流テーブル
２１４ 舵角速度ゲインテーブル
２３１ リミッタ
２４０Ａ〜２４０Ｃ 乗算部

Claims (5)

1. 操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両のハンドルの操舵に操舵補助力を付与するモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記車両のオーバーステアを検出するオーバーステア検出手段と、前記車両のヨーレートに基づいて前記ハンドルの中点に対するオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、前記ハンドルの舵角及び舵角速度、前記車速及びヨーレートに基づいて反力トルクを算出する反力トルク算出手段とを具備し、前記オーバーステアが検出されたとき、前記オフセット量及び反力トルクに基づいて前記電流指令値を補正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. 前記オフセット量算出手段が、前記ヨーレートを積分する積分部と、前記積分部の出力にゲインを乗算するゲイン部とで構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記反力トルク算出手段が、前記舵角の大きさ及び方向に応じた舵角戻し電流を求める舵角戻し電流算出部と、前記舵角速度に応じた舵角速度ゲインを求める舵角速度ゲイン部と、前記車速に応じた車速ゲインを求める車速ゲイン部とで構成されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記反力トルク算出手段が出力部に更にリミッタを備えている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記舵角戻し電流算出部が、前記舵角の方向を判定する符号判定部と、前記舵角の絶対値の大きさに応じた舵角戻し電流を出力する舵角戻し電流出力部と、前記符号判定部で判定された方向の符号及び前記舵角戻し電流を乗算する乗算部とで構成されている請求項３又は４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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