JP2010149672A

JP2010149672A - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP2010149672A
Application number: JP2008329307A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamamoto; 聡志山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP5245810B2

Abstract

【課題】高負荷時に保舵状態であると判定されて制御ゲインを低下させた後に通常操舵状態に復帰するときに、振動を補償するための十分な応答性を持たせることによって、音及び振動を十分に補償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】操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵捕助力を付与するモータを、電流制御部を経て制御するようになっている電動パワーステアリング制御装置において、操舵状態が通常操舵状態にあるか保舵状態にあるかを判定する保舵判定部と、保舵状態から通常操舵状態に復帰する際に、電流制御部の制御ゲインの傾きを操舵状況に基づいて設定する保舵振動対策部とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵系に操舵補助力を付与す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に関し、特に保舵状態から通常操舵状態に移行する際の制御ゲインの傾きを、保舵状態における操舵状況に基づいて決定する事により、保舵振動対策機能が作動したときの操舵フィーリングを向上させるようになっている電動パワーステアリング制御装置に関する。

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（操舵補助力）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。

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（ステアリングシャフト）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、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。電動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１００には、バッテリ１３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る。コントロールユニット１００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（操舵補助）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１００は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）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。先ず、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とがアシストマップ１１１に入力され操舵補助指令値が算出される。さらに、補償値演算部１１５で演算される補償値、例えば収斂性演算部１１２や慣性演算部１１３で算出された収斂性や慣性などの補償値、ＳＡＴ１１４を加算部１１６、１１７、１１８で前記操舵補助指令値に加算してトルク指令値Ｔｒｅｆが決定される。そして、トルク指令値Ｔｒｅｆに基づいて電流指令値演算部１１９で電流指令値Ｉが決定される。

なお、ブラシレスモータでは、トルク指令値Ｔｒｅｆの他に回転子のロータ角度も電流指令値演算部１１９に入力して電流指令値Ｉが決定される。ここで、上述した操舵トルクＴｒｅｆ、車速Ｖ及び補償値に基づいて電流指令値Ｉを決定するまでの処理部分を、便宜上、電流指令値決定部１１０と呼ぶ。

一方、モータ２０へ供給されるモータ電流Ｉｍは電流検出器１３３で検出され、前記電流指令値Ｉと共に減算部１２４へ入力される。減算部１２４では、それらの偏差ΔＩ＝Ｉ−Ｉｍが算出される。

次に、偏差ΔＩは、電流制御部１２０としての比例積分制御部に入力される。この例では、比例ゲインＫｐである比例項１２２と積分ゲインＫｉである積分項１２１とに入力される。比例項１２２の出力と積分項１２１の出力とは加算部１２３で加算され、電圧指令値Ｖｒｅｆが出力される。

ＰＷＭ制御部１３１は、電圧指令値Ｖｒｅｆを入力として、インバータ１３２へのＰＷＭ信号を出力することにより、電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいたＰＷＭ信号がインバータ回路１３２へ指示される。インバータ１３２は、そのＰＷＭ信号に基づいてモータ２０へモータ電流Ｉｍを供給する。

以上のように構成される電動パワーステアリング制御装置において、外部からのノイズが操舵トルクＴ等に混入し、このノイズが混入した操舵トルクＴ等に基づいて電流指令値Ｉが誤って演算されることにより、モータに音及び振動が生じ、操舵感が悪化する場合があった。この音及び振動は、特にハンドルを保舵しているときに顕著に現れるので、従来の電動パワーステアリング制御装置では、ハンドルが保舵状態にあるか通常操舵状態にあるかを判別し、保舵状態にあるときには、電流制御部１２０における制御ゲインを低く設定するようにしていた。

例えば特許第３８０３２２６号公報（特許文献１）に開示されている電動パワーステアリング制御装置では、トルク微分値やモータ回転角速度等に基づいて、ハンドルが保舵状態にあるか否かを判断し、通常操舵状態から保舵状態になった場合は、制御ゲインを一定時間Δｔかけて線形的に減少させるようにしている。また、保舵状態から通常操舵状態になった場合は、制御ゲインを一定時間Δｔかけて線形的に増加させるようにしている。このようにすることによって、ハンドルが保舵されている状態における操舵感を向上させ、通常操舵が開始された時の操舵補助の応答性を向上させるようにしている。

また、特許第３７１９０８５号公報（特許文献２）に開示されている電気式動力舵取装置では、電流指令値とモータ電流との電流偏差を増幅させ、重み付けマップに従って与えられる値を乗算して、モータに与えるモータ電流をフィードバック制御するようにしている。このときの重み付けマップは、ステアリングホイールの回転速度が所定区間内にあれば、ステアリングホイールの回転速度の増減に比例して重み値を増減させるようにし、当該下限速度より遅いときは０の重み値が与えられ、当該上限速度よりも速いときには１の重み値が与えられるようにしている。このようにすることによって、走行時の急操舵において遅れることなく操舵力をアシストし、停車時の微速操舵や保舵においてステアリングホイールの振動やモータのうなり音を抑制している。
特許第３８０３２２６号公報特許第３７１９０８５号公報

しかしながら、従来の電動パワーステアリング制御装置では、高負荷時に保舵状態であると判定され、制御ゲインを低下させた後、通常操舵状態に復帰するときに音及び振動が発生し、操舵感を悪化させるという問題がある。これは、保舵状態から通常操舵状態に復帰する際に、制御ゲインが振動を補償するための十分な応答性が得られないため、通常操舵状態において補償できていた音及び振動を補償することができなくなるためである。

また、上述の特許文献１に記載の制御装置では、保舵状態から通常操舵状態になった場合は、制御ゲインを一定時間Δｔかけて線形的に増加させるようにしている。このときの制御ゲインが増加する傾き（単位時間当たりの増加率）には、保舵状態における操舵状況が考慮に入れられていないため、制御ゲインが振動を補償するための十分な応答性が得られず、音及び振動を十分に補償することができないという問題がある。

更に、上述の特許文献２に記載の舵取装置では、ステアリングホイールの回転速度に応じてモータにモータ電流をフィードバックする際に乗算する重み値を変化させているが、ステアリングホイールの回転速度が変化したときの重み値の変化の傾き（単位時間当たりの変化率）については開示されておらず、制御ゲインが振動を補償するための十分な応答性が得られず、音及び振動を十分に補償することができないという問題がある。

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、高負荷時に保舵状態であると判定されて制御ゲインを低下させた後に通常操舵状態に復帰するときに、振動を補償するための十分な応答性を持たせることによって、モータの音及び振動を十分に補償できるようにした電動パワーステアリング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電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵捕助力を付与するモータを、電流制御部を経て制御するようになっている電動パワーステアリング制御装置に関し、本発明の上記目的は、操舵状態が通常操舵状態にあるか保舵状態にあるかを判定する保舵判定部と、前記保舵状態から前記通常操舵状態に復帰する際に、前記電流制御部の制御ゲインの傾きを操舵状況に基づいて設定する保舵振動対策部とを設けることによって達成される。

本発明の上記目的は、前記操舵状況が、前記保舵状態に入ったときの前記操舵トルクであることによって、或いは前記操舵状況が、前記保舵状態に入ったときの前記電流指令値であることによって、或いは前記制御ゲインの傾きは、前記保舵状態に入ったときの前記操舵トルクが所定値Ｔ_０よりも小さいときは下限値Ｇ_０に設定され、前記操舵トルクが前記所定値Ｔ_０以上のときは前記操舵トルクが増加するにつれて増加するように設定されることによって、或いは前記制御ゲインの傾きは、前記保舵状態に入ったときの前記電流指令値が所定値Ｉ_０よりも小さいときは下限値Ｇ_０に設定され、前記電流指令値が前記所定値Ｉ_０以上のときは前記電流指令値が増加するにつれて増加するように設定されることによって、或いは前記保舵判定部は、前記操舵トルク、前記電流指令値、前記車速、前記モータの回転角度、前記モータの回転角速度の少なくとも１つを用いて、前記操舵状態を検出することによって、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制御装置によれば、保舵状態であると判定されて制御ゲインを低下させた後に通常操舵状態に復帰するときに、保舵状態における操舵状況に応じて制御ゲインの傾きを変更するようにしているので、保舵状態から通常操舵状態に移行する際に、モータの音及び振動を十分に補償することができる。特に高負荷時に保舵状態になった後に通常操舵状態に移行する際に、制御ゲインの傾きを大きくすることによって、より効果的に音及び振動を低減することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、ハンドルの操舵状態が通常操舵状態にあるか保舵状態にあるかを判定し、保舵状態であると判定された場合には、電流制御部の制御ゲインを小さくする。そして、保舵状態から通常操舵状態に復帰する際には、保舵状態における操舵状況に応じて電流制御部の制御ゲインを増加させる傾きを決定することにより、保舵状態から通常操舵状態に復帰する際に発生する音及び振動を十分に補償できるようになっている。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の電動パワーステアリング制御装置の構成例を、図５に対応させて示すブロック図である。

本発明では図１に示されるように、保舵判定を行って保舵信号ＨＳを出力する保舵判定部１４０と、保舵信号ＨＳが入力されているときに保舵振動対策を行う保舵振動対策部１５０とを設けている。モータ２０には、モータ角度θ、モータ回転角速度ωといったロータ位置信号を出力するレゾルバやホールセンサなどのロータ位置検出センサ２１が取り付けられている。

そして、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とを入力として電流指令値決定部１１０で電流指令値Ｉが決定される。また、モータ２０へ供給されるモータ電流Ｉｍは電流検出器１３３で検出され、電流指令値Ｉと共に減算部１３４へ入力される。減算部１３４ではそれらの偏差ΔＩ＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍが算出され、電流制御部１２０へ入力される。

保舵判定部１４０は、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉ、車速Ｖ、モータ角度θ、モータ回転角速度ωの少なくとも１つを用いて、ハンドルの操舵状態が通常操舵状態であるか保舵状態であるかを判定する。保舵状態と判定された場合には、保舵信号ＨＳを出力して電流制御部１２０及び保舵振動対策部１５０に入力する。一方、通常操舵状態であると判定された場合には、保舵信号ＨＳを出力しないようにする。

また、保舵振動対策部１５０は、保舵判定部１４０からの保舵信号ＨＳに基づいて、操舵状態がどの状態にあるかを検出する。そして、操舵状態が保舵状態から通常操舵状態に復帰する場合には、電流制御部１２０の制御ゲインｇを保舵状態から通常操舵状態に増加させるときの傾き（単位時間当たりの制御ゲインの増加率）Ｇを、保舵状態における操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉに基づいて決定し、決定された制御ゲインｇの傾きＧを電流制御部１２０に入力する。

電流制御部１２０は、偏差ΔＩ、保舵信号ＨＳ及び傾き信号Ｇに基づいて電圧指令値Ｖｒｅｆを演算して出力するが、このときの制御ゲインｇは保舵信号ＨＳの有無に基づいて決定される。即ち、保舵判定部１４０においてハンドルが保舵状態にあると判定された場合には、制御ゲインｇを保舵状態のゲインまで下げて、保舵判定部１４０においてハンドルが通常操舵状態にあると判定された場合には、制御ゲインｇを通常操舵状態のゲインまで上げる。また、通常操舵状態から保舵状態に移行する際に制御ゲインｇを減少させる傾きは所定の傾き（一定値）にする。一方、保舵状態から通常操舵状態に移行する際に制御ゲインｇを増加させる傾きは、保舵振動対策部１５０において操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉに基づいて決定された傾きＧにする。

このように電流制御部１２０でゲイン制御された電圧指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部１３１に入力される。

図２は、ハンドルの操舵状態が通常操舵状態と保舵状態を移行する場合における、電流制御部１２０の制御ゲインｇの変化例を示すタイムチャートであり、時点ｔ_１までは通常操舵状態であり、電流制御部１２０の制御ゲインｇはｇ_１に設定されている。そして、時点ｔ_１に保舵判定部１４０においてハンドルが保舵状態であると判定されると、電流制御部１２０及び保舵振動対策部１５０に保舵信号ＨＳが入力され、電流制御部１２０の制御ゲインｇが保舵状態の制御ゲインｇ_２に時点ｔ_２まで除変減少される。このときの制御ゲインｇの値をｇ_１からｇ_２に減少させる傾きは、所定の傾きに設定されている。

そして、時点ｔ_３まで保舵状態が継続し、時点ｔ_３に保舵判定部１４０においてハンドルが通常操舵状態に復帰したと判定されると、保舵判定部１４０から電流制御部１２０及び保舵信号対策部１５０に入力されていた保舵信号ＨＳが出力されなくなり、電流制御部１２０の制御ゲインｇが保舵状態における値ｇ_２から通常操舵状態における値ｇ_１へと増加される。制御ゲインｇの値がｇ_２からｇ_１に増加するときの傾きＧを、時点ｔ_１の保舵状態に入ったときの操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉの値によって、保舵振動対策部５０において決定された制御ゲインの傾きＧで与える。制御ゲインの傾きＧは、時点ｔ_１の保舵状態に入ったときの操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉの値によって、図２に示される破線の傾きＧ_１、或いは図２に示される実線の傾きＧ_２等になり、図２に示される一点鎖線の下限値Ｇ_０以上になるようにする。

図３（ａ）は、制御ゲインの傾きＧを保舵状態に入ったときの操舵トルクＴに基づいて決定する場合の、制御ゲインの傾きＧと保舵状態に入ったときの操舵トルクＴとの関係の一例を示しており、制御ゲインの傾きＧは、下限値Ｇ_０以上に設定される。操舵トルクＴの値がＴ_２のときの制御ゲインの増加の傾きをＧ_２に決定するとすると、操舵トルクＴの値がＴ_２よりも小さいＴ_１における制御ゲインの増加の傾きは傾きＧ_２よりも小さい傾きＧ_１に決定する。制御ゲインの傾きＧを保舵状態に入ったときの操舵トルクＴに基づいて決定する場合、保舵状態に入ったときの操舵トルクＴが所定値Ｔ_０以下のときは制御ゲインの傾きＧは一定の下限値Ｇ_０に設定される。保舵状態に入ったときの操舵トルクが所定値Ｔ_０以上のときは、制御ゲインの傾きＧは保舵状態に入ったときの操舵トルクＴが増加するにつれて単調に増加するように決定される。

一方、制御ゲインの傾きＧを保舵状態における電流指令値Ｉに基づいて決定する場合、制御ゲインの傾きＧと保舵状態における電流指令値Ｉとの関係は例えば図３（ｂ）のように示され、保舵状態に入ったときの電流指令値Ｉが所定値Ｉ_０以下のときは制御ゲインの傾きＧは一定の下限値Ｇ_０に設定される。保舵状態に入ったときの電流指令値Ｉが所定値Ｉ_０以上のときは、制御ゲインの傾きＧを保舵状態における電流指令値Ｉが増加するにつれて単調に増加するように決定する。電流指令値Ｉの値がＩ_２のときの制御ゲインｇの増加の傾きはＧ_２に決定されると、電流指令値Ｉの値がＩ_２よりも小さいＩ_１における制御ゲインの増加の傾きＧはＧ_２よりも小さいＧ_１に決定される。

電流制御部１２０における制御ゲインの傾きＧをこのようにして操舵トルクＴ及び電流指令値Ｉに基づいて決定することによって、操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉが大きいときに大きい傾きＧになり、操舵トルクＴ又は電流指令値Ｉが小さいときに小さい傾きＧとなるので、保舵状態から通常操舵状態に復帰する際の、音及び振動を十分に補償することができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。なお、上述では制御ゲインの傾きＧを所定値Ｇ_０より単調増加させる例を説明しているが、非線形の増加であっても良い。

本発明に係る電動パワーステアリング制御装置の構成例を示すブロック図ある。ハンドルの操舵状態が通常操舵状態と保舵状態を移行する場合の、制御ゲインの変化例について示すタイムチャートである。操舵状態が保舵状態から通常操舵状態に移行する際の、制御ゲインの増加の傾きと操舵トルク或いは電流指令値との関係を示す特性図である。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構成例を示すブロック図である。

符号の説明

２０モータ
２１ロータ位置検出センサ
１１０電流指令値決定部
１２０電流制御部
１３１ＰＷＭ制御部
１３２インバータ
１３３電流検出器
１４０保舵判定部
１５０保舵振動対策部

Claims

操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵捕助力を付与するモータを、電流制御部を経て制御するようになっている電動パワーステアリング制御装置において、
操舵状態が通常操舵状態にあるか保舵状態にあるかを判定する保舵判定部と、前記保舵状態から前記通常操舵状態に復帰する際に、前記電流制御部の制御ゲインの傾きを操舵状況に基づいて設定する保舵振動対策部とを具備したことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
前記操舵状況が、前記保舵状態に入ったときの前記操舵トルクである請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記操舵状況が、前記保舵状態に入ったときの前記電流指令値である請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記制御ゲインの傾きは、前記保舵状態に入ったときの前記操舵トルクが所定値Ｔ_０よりも小さいときは下限値Ｇ_０に設定され、前記操舵トルクが前記所定値Ｔ_０以上のときは前記操舵トルクが増加するにつれて増加するように設定される請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記制御ゲインの傾きは、前記保舵状態に入ったときの前記電流指令値が所定値Ｉ_０よりも小さいときは下限値Ｇ_０に設定され、前記電流指令値が前記所定値Ｉ_０以上のときは前記電流指令値が増加するにつれて増加するように設定される請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
前記保舵判定部は、前記操舵トルク、前記電流指令値、前記車速、前記モータの回転角度、前記モータの回転角速度の少なくとも１つを用いて、前記操舵状態を検出する請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。