JP2009051278A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電流を使用することなく、モータのコギングトルクやメカ部の作動トルクに起因する操舵トルクリップルの影響を抑制して、操舵性能の良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】トルクセンサからの操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング系に操舵補助力を与えるモータを制御する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おいて、操舵トルクを所定周波数の範囲で抽出する抽出手段と、抽出手段で抽出された抽出トルクを位相補償する位相補償手段とを設け、位相補償手段からの補償信号を電流制御値に加算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や車両のステアリング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、特にトルクセンサからの操舵トルク信号にリップルが発生しても良好な操舵フィーリングを維持でき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を付勢（アシスト）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を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、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、目標値となる電流制御値とモータ電流検出値との差をゼロとす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６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Ｉｒｅｆｆの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆに基づいてモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵ（Micro Processor Unit）も含む）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７のようになる。

図７に基づい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で検出されて入力される操舵トルクＴは、ステアリング系の安定性を高めるために位相補償部３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算部３２に入力される。また、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ＴＡ及び車速Ｖに基づいて、アシストマップ３３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Ｉｒｅｆを決定する。位相補償部３１、操舵補助指令値演算部３２及びアシストマップ３３でトルク制御系３９Ａを構成している。

トルク制御系３９Ａで求められた操舵補助指令値Ｉｒｅｆは、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３４に入力されと共に、減算部３０Ａに入力される。減算部３０Ａは操舵補助指令値Ｉｒｅｆとモータ電流ｉとの偏差（Ｉｒｅｆ−ｉ）を求め、偏差（Ｉｒｅｆ−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、それら比例演算出力及び積分演算出力は加算部３０Ｂに入力される。微分補償部３４の出力も加算部３０Ｂに加算入力され、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ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流ｉは減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。微分補償部３４、比例演算部３５、積分演算部３６、減算部３０Ａ、加算部３０Ｂ、モータ駆動回路３７、モータ電流検出回路３８で電流制御系３９Ｂを構成している。

このような電動パワーステアリング装置において、車両が砂利道（未舗装路）のような凹凸のある路面を走行中に、操舵用車輪が小さな穴に入ったり、小石に乗り上げたりすると、路面からの逆入力（路面反力）によって、操舵用車輪が運転者の意図しない方向へ向けられることがある。このような路面反力は、ステアリング機構を介して操向ハンドルに伝達されるので、ステアリング操作性を悪化させ、運転者に不快感を与えたり、操舵の安定感を損なったりするおそれがある。

上述のような電動パワーステアリング装置の制御装置では、高級感を得るために騒音の発生がなく滑らかな操舵感が得られることが必要であり、モータのコギングトルクとトルクリップル（機械的作動トルク変動）の低減が要請されている。

かかる要請に答えるものとして、例えば特開２００３−２６７２５１号公報（特許文献１）に示される電動パワーステアリング装置の制御装置がある。特許文献１に記載の制御装置は、車両操向のための操作部材に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、この操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに応じてステアリング機構に与えるべきアシストトルクを定めるアシストトルク設定手段と、モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出されるモータ電流の変化加速度を求め、このモータ電流の変化加速度に所定の係数を乗じることにより、路面からステアリング機構に入力される路面反力を相殺するための路面反力相殺トルクを定める相殺トルク設定手段と、アシストトルク設定手段によって定められたアシストトルク及び相殺トルク設定手段によって定められた路面反力相殺トルクの加算値に基づいて、モータを駆動制御するモータ制御手段とを設けて構成している。
特開２００３−２６７２５１

しかしながら、上記特許文献１に記載の制御装置では、モータ電流の検出値から路面反力を推定し、不要な路面反力が操向ハンドルに伝達されないように路面反力を相殺するアシストトルクを発生させ、操舵フィーリングの向上を図っているため、モータのコギングトルクやメカ部の作動トルク変動に起因して、操舵トルクにリップル成分が乗ってしまう問題がある。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、モータ電流を使用することなく、モータのコギングトルクやメカ部（機構部）の作動トルクに起因する操舵トルクリップルの影響を抑制して、操舵性能の良い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、トルクセンサからの操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング系に操舵補助力を与える前記モータを制御する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、本発明の上記目的は、前記操舵トルクを所定周波数の範囲で抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された抽出トルクを位相補償する位相補償手段とを具備し、前記位相補償手段からの補償信号を前記電流制御値に加算することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記位相補償手段の後段に更にゲインを調整するゲイン調整手段を設けることにより、或いは前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれ車速感応、又は操舵角度感応、又は操舵角速度感応になっていることにより、或いは前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれ車速感応、又は操舵角度感応、又は操舵角速度感応になっていることにより、或いは前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれハンドルの切増し切戻しに応じて制御されることにより、或いは前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれハンドルの切増し切戻しに応じて制御されることにより、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、モータ電流を利用することなく、操舵トルク、車速、舵角、操舵速度等によってフィルタ特性、位相及びゲインを調整しているので、モータのコギングトルクやトルクリップルを抑制することができる。この結果、操舵フィーリングを向上させることができる。

本発明では、トルクセンサからの操舵トルクを通常のトルク系制御とは別に、任意帯域で通過させるフィルタを設けると共に、そのフィルタ出力に適当な位相補償を行う位相補償手段及びゲイン調整を行うゲイン調整手段を設け、位相補償手段及びゲイン調整手段を操舵トルク、車速、舵角、舵角速度或いは切増し／切戻しによって制御するようにしている。これにより、モータのコギングトルクやトルクリップルを抑制する。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例を、図７に対応させて示している。本発明ではトルクセンサ１０からの操舵トルクＴを所定周波数の範囲で透過（抽出）させる抽出手段としてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４０を設け、バンドパスフィルタ４０で抽出された操舵トルクＴａの位相補償を行う位相補償手段としての位相補償部４１と、位相補償部４１で位相補償された操舵トルクＴｂをゲイン調整するゲイン調整手段としてのゲイン調整部４２とが設けられている。また、車速Ｖはトルク制御系３９Ａに入力されると共に、バンドパスフィルタ４０、位相補償部４１及びゲイン調整部４２に入力されている。

このような構成において、トルク制御系３９Ａは前述のように操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助指令値Ｉｒｅｆを演算し、操舵補助指令値Ｉｒｅｆを加算部４３に入力する。また、操舵トルクＴはバンドパスフィルタ４０でリップル成分となる所定周波数帯域（例えば１０Ｈｚ、１５Ｈｚ、２０Ｈｚ、２５Ｈｚ、３０Ｈｚ、３５Ｈｚ、４０Ｈｚ等のいずれか）を抽出し、抽出された操舵トルクＴａを位相補償部４１で位相補償する。位相補償部４１で位相補償された操舵トルクＴｂは、更にゲイン調整部４２でゲイン調整されて加算部４３に入力される。

バンドパスフィルタ４０の中心周波数[Ｈｚ]は車速Ｖに対して例えば図２に示すような特性であり、位相補償部４１の位相補償量[ｄｅｇ]は車速Ｖに対して例えば図３に示すような特性であり、ゲイン調整部４２のゲイン量[倍]は車速Ｖに対して例えば図４に示すような特性である。いずれも任意の車速Ｖに任意の値を設定することで、車両特性に合わせた特性とすることができる。

本発明によれば、何らかの原因で操舵トルクにリップルが発生しようとしても即座にリップル成分が検出され、リップル成分と打ち消し合うように位相及びゲインが調整された電流指令値（Ｔｃ）が付加されるため、操舵トルクのリップル成分は最小限に抑制される。

上述ではバンドパスフィルタ４０、位相補償部４１及びゲイン調整部４２を車速Ｖの感応型としているが、操舵トルクＴの感応型とすることも可能であり、操舵角速度感応型、操舵角度感応型、切増し／切戻し感応型とすることも可能である。

切増し／切戻し感応型の場合、図５に示すように舵角θと回転速度ωの符号が同一の場合に切増しと判定し、舵角θと回転速度ωが異符号の場合に切戻しと判定し、２値（切増し、切戻し）の判定信号をバンドパスフィルタ４０、位相補償部４１及びゲイン調整部４２に入力する。また、特開２００３−１７０８５６で示されるように操舵トルク値Ｔの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切増しと判定し、操舵トルク値Ｔの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切戻しと判定するようにしても良いし、操舵トルク値Ｔと回転速度ωの符号が同一の場合に切増しと判定し、異符号の場合に切戻しと判定するようにしても良い。

本発明の実施例を示すブロック構成図である。 本発明で使用するバンドパスフィルタの特性例を示す図である。 本発明で使用する位相補償部の特性例を示す図である。 本発明で使用するゲイン調整部の特性例を示す図である。 切増し／切戻しを説明するための図である。 電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 コントロールユニットの一般的な内部構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
５ ピニオンラック機構
６ タイロッド
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
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
３２ 操舵補助指令値演算部
３３ アシストマップ
３４ 微分補償部
３５ 比例演算部
３６ 積分演算部
４０ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
４１ 位相補償部
４２ ゲイン調整部

Claims (10)

1. トルクセンサからの操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング系に操舵補助力を与える前記モータを制御する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おいて、前記操舵トルクを所定周波数の範囲で抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された抽出トルクを位相補償する位相補償手段とを具備し、前記位相補償手段からの補償信号を前記電流制御値に加算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. 前記位相補償手段の後段に更にゲインを調整するゲイン調整手段が設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれ車速感応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。
4. 前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれ車速感応になっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれ操舵角度感応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。
6. 前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれ操舵角度感応になっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれ操舵角速度感応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。
8. 前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれ操舵角速度感応になっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
9. 前記抽出手段、位相補償手段がそれぞれハンドルの切増し切戻しに応じて制御される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。
10. 前記抽出手段、位相補償手段及びゲイン調整手段がそれぞれハンドルの切増し切戻しに応じて制御されるようになっている請求項２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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