JP2009132344A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクの異常を検出した直後、電流指令値が急激に変化して車両が不安定となることを解消することができる電動パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、トルクセンサ１からの出力の高周波成分を除去するローパスフィルタ２と、ローパスフィルタ２からの出力に基づいて電流指令値を算出するトルク指令算出部３と、電流指令値に基づいてステアリングの操舵を補助する電動モータ６を駆動するモータ駆動手段５と、トルクセンサ１からの出力に基づいて操舵トルクの異常を検出する異常判定手段７とを備え、異常判定手段７が操舵トルクの異常を検出した場合に、ローパスフィルタ２の時定数を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータを使用してステアリングの操舵を補助する制御により、運転者がステアリングに加える操舵力を軽減させる電動パワーステアリング制御装置に関する。

一般的な電動式パワーステアリング制御装置では、操舵トルクの検出センサが用いられ、このトルク検出センサは車の運転者によるステアリング系に与えられる操舵トルクを検出する。操舵トルク出力はローパスフィルタにより高周波成分が除去された後、そのローパスフィルタの出力に基づいて、それに対応したトルク指令値をあらかじめ記憶するテーブルを用いて算出され、そのトルク指令値とトルク検出センサ及びローパスフィルタからの出力に基づく微分指令値等が加算され、電気モータに対する駆動電流の目標値が決定される。電気モータはこの駆動電流の目標値に基づいて駆動され、運転者による操舵トルクに対する操舵補助力を与える。操舵トルクに異常が発生した場合には、異常検出手段がトルク検出センサの出力信号に基づいて異常を検出し、電気モータに対する駆動電流の目標値を下げるようにゲイン（比例ゲイン）を徐々に小さくする。

特許文献１記載の電動パワーステアリング制御装置は、トルク検出手段からの検出トルク信号を受け、この検出トルク信号の変化に応じて、補助トルク信号を発生する。この補助トルク信号は検出トルク信号と併存するようにして発生され、異常検出手段が異常検出出力を発生したときに、それに即応して、補助トルク信号を選択した保護動作を行なう。補助トルク信号は、検出トルク信号が変化したときに、この検出トルク信号に追従する追従信号と、異常検出出力が発生されたときに、補助操舵力を０レベルへ戻す戻し信号で構成される。追従信号は検出トルク信号に向かって、また戻し信号は０レベルに向かって、徐々に変化するように、演算によって作られる。これにより、トルク検出手段に異常が検出されてから、補助トルク信号による保護動作に移行するまでの遅れ時間を短縮し、この遅れ時間における補助操舵力の変動を抑えている。

特開２００４−３４５５６９号公報

しかしながら、上記のような電動パワーステアリング制御装置においては、異常検出手段がトルク検出センサの出力信号に基づいて操舵トルクの異常を検出した直後、電動モータに対する電流指令値を変更する制御動作により、電流指令値が急激に変化して車両が不安定となるという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑み、異常検出手段がトルク検出センサの出力信号に基づいて操舵トルクの異常を検出した直後、電流指令値が急激に変化して車両が不安定となることを解消することができる電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサからの出力の高周波成分を除去するフィルタと、フィルタからの出力に基づいて電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、電流指令値に基づいてステアリングの操舵を補助する電動モータを駆動する駆動制御手段と、トルクセンサからの出力に基づいて前記操舵トルクの異常を検出する異常検出手段とを備え、異常検出手段が操舵トルクの異常を検出したことに基づいて、フィルタの時定数を変更することを特徴とする。

このように異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した場合にフィルタの時定数を変更することで、従来のように操舵トルクの異常発生直後に電流指令値が急激に変化して、車両が不安定となることを改善することができる。また、ノイズが一時的に混入したために操舵トルクの異常と誤判定された後、すぐにノイズが消滅して正常の判定に戻るような場合にも、同様の効果がある。

本発明では、前記の電動パワーステアリング制御装置において、異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した後、異常を検出しなくなった場合に、フィルタの変更された時定数を元に戻すようにしてもよい。

これによると、操舵トルクの異常の検出後、操舵トルクが再び正常に戻った場合に、元の正常制御に速やかに移行することができる。

本発明では、前記の電動パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段を備え、異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した場合に、車速検出手段で検出された車速に基づいてフィルタの時定数を変更するようにしてもよい。

これによると、高速から低速に至るまでのどのような車速であっても、車速に適した時定数で電動モータを制御することができる。

本発明では、前記の電動パワーステアリング制御装置において、異常検出手段が操舵トルクの異常を一定時間継続して検出した場合に、当該異常を確定する異常確定手段を備え、駆動制御手段は、異常確定手段が異常を確定した場合に、電流指令値に対するゲインを変化させるようにしてもよい。

これによると、異常状態が一定時間継続して異常が確定した時点からゲインが変化するので、瞬発的な異常によりゲインが変動して電動モータの動作が不安定になるのを回避することができる。

本発明によれば、異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した場合にフィルタの時定数を変更することで、従来のように操舵トルクの異常発生直後に電流指令値が急激に変化して、車両が不安定となることを改善することができる。また、ノイズが一時的に混入したために操舵トルクの異常と誤判定された後、すぐにノイズが消滅して正常の判定に戻るような場合にも、同様の効果がある。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置１００のブロック図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置１００は次のような構成である。操舵トルクセンサ１は、ステアリングの操舵トルクを検出するセンサである。ローパスフィルタ２は、所定の時定数を有する１次遅れ系で構成されており、操舵トルクセンサ１からの出力Ｔｑの高周波成分を除去する。トルク指令算出部３は、ローパスフィルタ２からの出力ＡＴｑと車速検出手段１０からの車速情報とに基づいて、後述するテーブルを用いて電流指令値Ｔｒｅｆを算出する。

微分指令算出部８は、ローパスフィルタ２からの出力ＡＴｑの微分値を算出し、車速検出手段１０からの車速情報を参照して微分指令値Ｄｒｅｆを算出する。収斂指令算出部９は、車速検出手段１０からの車速情報や電動モータ６の回転数等に基づいて、ステアリングの操作フィーリングの向上等のために収斂指令値ＫＶｒｅｆを算出する。トルク指令算出部３から出力される電流指令値Ｔｒｅｆ、微分指令算出部８から出力される微分指令値Ｄｒｅｆ及び収斂指令算出部９から出力される収斂指令値ＫＶｒｅｆが加算器１１，１２で加算され、電流指令値Ｉｒｅｆ１が決定されてゲイン可変部４に入力される。ゲイン可変部４の出力である電流指令値Ｉｒｅｆ２は、モータ駆動手段５に入力され、モータ駆動手段５はステアリングの操舵を補助する電動モータ６を駆動する。

異常判定手段７は、操舵トルクセンサ１からの出力Ｔｑに基づいて操舵トルク系の各種の異常を検出し、異常を検出した場合にローパスフィルタ２の時定数を変更するための異常検出フラグＥｒｒ１＝１を出力する。ローパスフィルタ２はＥｒｒ１＝１が入力されると、時定数を正常時の時定数τ_ＯＫから異常時の時定数τ_ＮＧに変更する。ここで、τ_ＯＫとτ_ＮＧは、τ_ＯＫ＜τ_ＮＧの関係にある。また、異常判定手段７は、異常の検出後、正常を検出した場合にローパスフィルタ２の時定数を変更するフラグＥｒｒ１＝０を出力する。ローパスフィルタ２はＥｒｒ１＝０が入力されると、時定数を異常時の時定数τ_ＮＧから正常時の時定数τ_ＯＫに変更する。

また、異常判定手段７が異常を判定した場合に、ローパスフィルタ２は、車速検出手段１０で検出された車速信号に基づいて、時定数τ_ＮＧを変更する。また、異常判定手段７は、操舵トルク系の各種の異常を確定した場合、異常確定フラグＥｒｒ２＝１をゲイン可変部４に出力する。ゲイン可変部４は、異常確定フラグＥｒｒ２＝１が入力された場合、正常時は１レベルであったゲインＧｎ（比例ゲイン）を徐々に０レベルに変化させる。また、異常確定フラグＥｒｒ２＝１の状態からＥｒｒ２＝０が入力された場合、０レベルであったゲインＧｎを徐々に１レベルに変化させる。

図１の構成において、トルク指令算出部３は、本発明における電流指令値算出手段の一実施形態であり、ゲイン可変部４およびモータ駆動手段５は、本発明における駆動制御手段の一実施形態であり、異常判定手段７は、本発明における異常検出手段および異常確定手段の一実施形態である。ローパスフィルタ２、トルク指令算出部３、ゲイン可変部４、異常判定手段７、微分指令算出部８及び収斂指令算出部９はＣＰＵで構成し、モータ駆動手段５は例えばＦＥＴブリッジで構成し、モータ６は例えばブラシレスモータで構成することができる。

図２は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の操舵トルク信号の異常検出時のフローチャートである。最初に、異常判定手段７は、操舵トルクセンサ１からの出力Ｔｑを検出する（Ｓ１）。次に、Ｔｑがあらかじめ設定された上限異常閾値を超えるかどうかを判定し（Ｓ２）、超えていれば（Ｓ２でＹｅｓ）、異常検出フラグＥｒｒ１＝１とする（Ｓ４）。Ｔｑが上限異常閾値を超えていなければ（Ｓ２でＮｏ）、Ｔｑがあらかじめ設定された下限異常閾値未満かどうかを判定し（Ｓ３）、未満であれば（Ｓ３でＹｅｓ）、異常検出フラグＥｒｒ１＝１とする（Ｓ５）。Ｔｑが下限異常閾値未満でなければ（Ｓ３でＮｏ）、異常検出フラグＥｒｒ１＝０とする（Ｓ６）。

なお、本アルゴリズムは操舵トルク系診断の一例で、回路異常やノイズの混入を想定したものであり、異常の種類には依存しない。

図３は、操舵トルク信号の異常検出時のローパスフィルタの時定数変更アルゴリズムを示すフローチャートである。最初に、トルク信号の異常検出アルゴリズムで決定された異常検出フラグＥｒｒ１が１か０かを判定する（Ｓ１１）。異常検出フラグＥｒｒ１＝１であれば（Ｓ１１でＹｅｓ）、ローパスフィルタ２の時定数を異常時の時定数τ_ＮＧに設定する（Ｓ１２）。異常検出フラグＥｒｒ１＝０であれば（Ｓ１１でＮｏ）、ローパスフィルタ２の時定数を正常時の時定数τ_ＯＫに設定する（Ｓ１３）。

図４は、操舵トルク信号異常検出時のローパスフィルタの時定数変更動作を示すタイミングチャートである。ローパスフィルタ２の時定数は、異常検出フラグＥｒｒ１＝０の正常時には、正常時の時定数τ_ＯＫに設定されている。トルク信号の異常が検出され異常検出フラグがＥｒｒ１＝１へ変化した時、本発明では実線で示すようにローパスフィルタ２の時定数は異常時の時定数τ_ＮＧに変更される。一方、従来技術では点線で示されるようにローパスフィルタ２の時定数が変更されることはない。次に、再びトルク信号が正常となり異常検出フラグがＥｒｒ１＝０へ変化した時には、ローパスフィルタ２の時定数は再び正常時の時定数τ_ＯＫに設定される。

図５は、操舵トルク信号の異常を確定するアルゴリズムを示すフローチャートである。最初に、異常判定手段７は、異常検出フラグＥｒｒ１＝１があらかじめ設定された時間（異常確定時間）継続しているかどうかを判定する（Ｓ２１）。継続していれば（Ｓ２１でＹｅｓ）、異常確定フラグＥｒｒ２＝１とする（Ｓ２２）。継続していなければ（Ｓ２１でＮｏ）、異常確定フラグＥｒｒ２を変更しない。次に、異常検出フラグＥｒｒ１＝０があらかじめ設定された時間（異常確定解除時間）継続しているかどうかを判定する（Ｓ２３）。継続していれば（Ｓ２３でＹｅｓ）、異常確定フラグＥｒｒ２＝０とする（Ｓ２４）。継続していなければ（Ｓ２３でＮｏ）、異常確定フラグＥｒｒ２を変更しない。

図６は、ゲイン可変部４の動作を示すタイミングチャートである。異常検出フラグＥｒｒ１＝０及び異常検出フラグＥｒｒ２＝０である正常状態では、ゲイン可変部４のゲインＧｎは１レベルを保つ。次に、操舵トルク信号に異常が発生して異常検出フラグＥｒｒ１＝１となった場合、異常検出フラグＥｒｒ２＝０の間はゲインＧｎはそのまま１レベルを保つ。異常検出フラグＥｒｒ１＝１の状態が異常確定時間継続すると、異常確定フラグＥｒｒ２＝１となり、ゲインＧｎは１レベルから徐々にレベルを減じ、電動モータ６は減速する。そして、あらかじめ設定されたゲイン下降時間が経過すると、ゲインＧｎは０レベルとなり、電動モータ６による補助操舵が停止する。異常検出フラグＥｒｒ１＝１及び異常確定フラグＥｒｒ２＝１の状態が継続している間は、ゲインＧｎは０レベルを保つ。すなわち、電動モータ６は停止状態にある。

次に、操舵トルク信号の異常が消滅して異常検出フラグＥｒｒ１＝０となった場合、異常確定フラグＥｒｒ２＝１であり、ゲインＧｎは０レベルを保つ。異常検出フラグＥｒｒ１＝０の状態が異常確定解除時間継続すると、異常確定フラグＥｒｒ２＝０となり、ゲインＧｎは０レベルから徐々にレベルを増し、電動モータ６が回転して補助操舵が開始される。そして、あらかじめ設定されたゲイン上昇時間が経過すると、ゲインＧｎは１レベルとなる。

図７は、操舵トルク信号の異常が発生したときのローパスフィルタの時定数や各指令値等の変化を説明するためのタイミングチャートである。図では本発明に係る制御方法の場合が実線で、従来の制御方法の場合が点線で示されている。まず、操舵トルクセンサ１からの出力である操舵トルクＴｑが中立レベルであり正常のときには、異常検出フラグＥｒｒ１＝０であり、異常確定フラグＥｒｒ２＝０であり、ローパスフィルタ２の時定数は正常時の時定数τ_ＯＫに設定され、ゲイン可変部４のゲインＧｎは１レベルであり、ローパスフィルタ２からの出力である制御トルクＡＴｑ、トルク指令算出部３からの出力であるトルク指令値Ｔｒｅｆ、微分指令算出部８からの出力である微分指令値Ｄｒｅｆ、ゲイン可変部４の入力である電流指令値Ｉｒｅｆ１及び出力である電流指令値Ｉｒｅｆ２はいずれも０レベルである。

次に、操舵トルクＴｑが０トルクレベルとなるトルク過小異常が発生すると、異常検出フラグＥｒｒ１＝１となり、ローパスフィルタ２の時定数は異常時の時定数τ_ＮＧ（＞τ_ＯＫ）に変更される。すなわち、ローパスフィルタ２の時定数が大きくなる。ゲイン可変部４のゲインＧｎは１レベルを保つ。制御トルクＡＴｑ及びトルク指令値Ｔｒｅｆは従来の制御方法では急激に上昇していたのが、本発明の制御方法の場合は時定数が大きくなることで、従来よりも緩やかに上昇し始める。微分指令値Ｄｒｅｆは上昇してその後下降するが、やはり従来の制御方法と比較して変化は緩やかである。電流指令値Ｉｒｅｆ１と電流指令値Ｉｒｅｆ２は、従来の制御方法では急激に上昇していたのが、本発明の制御方法によると緩やかに上昇している（一点鎖線で囲んだ部分）。

すなわち、ローパスフィルタ２の時定数が異常時の時定数τ_ＮＧに変更されることで、モータ６への電流指令値Ｉｒｅｆ２が最大値に飽和するのを遅らせることができるので、操舵トルク異常の発生時に従来生じていた補助操舵停止（ゲインＧｎが下降して０レベルに至る時点）までの間の制御動作を抑制し、車両の不安定動作が改善される。また、操舵トルク信号にノイズが一時的に混入した後すぐに消滅して正常に戻るような場合にも、従来生じていた車両の不安定動作が改善される。

次に、異常検出フラグＥｒｒ１＝１の状態が異常確定時間（図６）に達すると、異常確定フラグＥｒｒ２＝１となり、ゲインＧｎは１レベルから徐々にレベルを減じ、ゲイン下降時間（図６）に達すると０レベルとなる。異常検出フラグＥｒｒ１＝１及び異常確定フラグＥｒｒ２＝１の状態が継続している間は、ゲインＧｎは０レベルを保つ。その間、制御トルクＡＴｑ及びトルク指令値Ｔｒｅｆは従来の制御方法と比較して緩やかに上昇を続ける。微分指令値Ｄｒｅｆは０レベル近くを保つ。電流指令値Ｉｒｅｆ１は緩やかに上昇を続け、電流指令値Ｉｒｅｆ２は従来の制御方法と比較して緩やかに０レベルに移行する。

次に、操舵トルクＴｑが正常に復帰すると、異常検出フラグＥｒｒ１＝０となり、ローパスフィルタ２の時定数は、異常時の時定数τ_ＮＧから正常時の時定数τ_ＯＫに変更される。すなわち、時定数が元に戻る。ゲインＧｎは０レベルを保つが、制御トルクＡＴｑ及びトルク指令値Ｔｒｅｆは従来の制御方法と比較して緩やかに下降する。微分指令値Ｄｒｅｆは下降してその後上昇するが、やはり従来の制御方法と比較して変化は緩やかである。電流指令値Ｉｒｅｆ１は、従来の制御方法では急激に下降していたのが、本発明の制御方法によると緩やかに下降している。電流指令値Ｉｒｅｆ２は０レベルを保つ。

次に、異常検出フラグＥｒｒ１＝０の状態が異常確定解除時間（図６）に達すると、異常確定フラグＥｒｒ２＝０となり、ゲインＧｎは０レベルから徐々にレベルを増し、ゲイン上昇時間（図６）に達すると１レベルとなる。

図８は、車速感応式の操舵トルク指令テーブルを示す図である。トルク指令算出部３では、代表車速（本実施例では０、５０、１００ｋｍ／ｈ）毎にトルク指令のテーブルを構成している。横軸の制御トルクＡＴｑが増加するにつれ、縦軸のトルク指令値Ｔｒｅｆは加速度的に増加するが、代表車速ごとにある一定レベルに達すると飽和する。車速０ｋｍ／ｈの場合から車速５０ｋｍ／ｈ、車速１００ｋｍ／ｈと車速が増加するにつれトルク指令値Ｔｒｅｆの値は小さくなっており、また、飽和レベルも下がる。

図９は、車速感応式のローパスフィルタの異常時の時定数τ_ＮＧのテーブルを示す図である。横軸の車速が小さいときには縦軸のローパスフィルタ２の時定数τ_ＮＧは一定であるが、車速が所定値を超えると一定割合で時定数τ_ＮＧは増加し、車速がさらに別の所定値を超えると再び一定となる。なお、ローパスフィルタ２の正常時の時定数τ_ＯＫについては、車速が変化しても異常時の時定数τ_ＮＧよりも低い値で一定である。これらの特性については、他の直線状や曲線状のテーブルを構成するように設計してももちろん良い。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、フィルタとしてローパスフィルタを使用したが、バンドパスフィルタ等を使用するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の操舵トルク信号の異常検出時のフローチャートである。 操舵トルク信号の異常検出時のローパスフィルタの時定数変更アルゴリズムを示すフローチャートである。 操舵トルク信号異常検出時のローパスフィルタの時定数変更動作を示すタイミングチャートである。 操舵トルク信号の異常を確定するアルゴリズムを示すフローチャートである。 ゲイン可変部の動作を示すタイミングチャートである。 操舵トルク信号の異常が発生したときのローパスフィルタの時定数や各指令値等の変化を説明するためのタイミングチャートである。 操舵トルク指令テーブルを示す図である。 ローパスフィルタ時定数テーブルを示す図である。

符号の説明

１ 操舵トルクセンサ
２ ローパスフィルタ
３ トルク指令算出部
４ ゲイン可変部
５ モータ駆動手段
６ 電動モータ
７ 異常判定手段
８ 微分指令算出部
９ 収斂指令算出部
１０ 車速検出手段
１００ 電動パワーステアリング制御装置

Claims (4)

1. ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサからの出力の高周波成分を除去するフィルタと、
   前記フィルタからの出力に基づいて電流指令値を算出する電流指令値算出手段と、
   前記電流指令値に基づいてステアリングの操舵を補助する電動モータを駆動する駆動制御手段と、
   前記トルクセンサからの出力に基づいて前記操舵トルクの異常を検出する異常検出手段と、を備え、
   前記異常検出手段が操舵トルクの異常を検出したことに基づいて、前記フィルタの時定数を変更する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した後、異常を検出しなくなった場合に、前記フィルタの変更された時定数を元に戻す
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
3. 請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記異常検出手段が操舵トルクの異常を検出した場合に、前記車速検出手段で検出された車速に基づいて前記フィルタの時定数を変更する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
4. 請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記異常検出手段が前記操舵トルクの異常を一定時間継続して検出した場合に、当該異常を確定する異常確定手段を備え、
   前記駆動制御手段は、前記異常確定手段が異常を確定した場合に、前記電流指令値に対するゲインを変化させる
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

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