JP2015081001A

JP2015081001A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2015081001A
Application number: JP2013219427A
Authority: JP
Inventors: 裏　則岳; Noritake Ura; 則岳裏
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-27

Abstract

【課題】ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】目標ラック軸力生成手段から生成した目標ラック軸力に、左右ラック軸力差演算手段から演算した左右ラック軸力差をフィードバック制御することにより、モータを駆動制御する構成とした。その結果、モータに流れる実電流以降に発生するトルクに関しても、最適なアシスト力を発生させることができるので、ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングを向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、モータにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置では、車速と操舵トルクより目標電流を生成し、電流検出器で、モータに流れる実電流を検出している。そして、目標電流と実電流の差分を演算し、この差分を公知のＰＩＤ制御（比例制御、積分制御、微分制御）することにより最適なアシスト力を発生させることによって、快適な操舵フィーリングが得られるようにモータ制御を行っている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−３３８５６２号公報

しかし、上述したような方法では、モータに流れる実電流以降のトルク制御は行われない。そのため、アシスト力に、例えば、ギヤやボールネジ等に発生する摩擦トルクなどが加味されていないため、最適なアシスト力を発生させることができない。その結果、ハンドルの切り始めなどに違和感があり、操舵フィーリングが劣化するという問題があった。

本発明の目的は、ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータによって操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、左のラック軸力を検出する左ラック軸力検出手段と、右のラック軸力を検出する右ラック軸力検出手段と、前記左ラック軸力検出手段から検出された左ラック軸力と、前記右ラック軸力検出手段から検出された右ラック軸力から、左右ラック軸力差を演算する左右ラック軸力差演算手段と、前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速から、目標ラック軸力を生成する目標ラック軸力生成手段と、前記目標ラック軸力生成手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記目標ラック軸力生成手段から生成した目標ラック軸力に、前記左右ラック軸力差演算手段から演算した左右ラック軸力差をフィードバック制御することにより前記モータを駆動制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、目標ラック軸力生成手段から生成した目標ラック軸力に、左右ラック軸力差演算手段から演算した左右ラック軸力差をフィードバック制御することにより、モータを駆動制御することができる。その結果、モータに流れる実電流以降に発生するトルクに関しても、最適なアシスト力を発生させることができるので、ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングを向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記目標ラック軸力生成手段は、前記操舵トルク検出手段から検出された操舵トルクの絶対値が所定操舵トルク値以下の場合には、前記目標ラック軸力を零とすること、を要旨とする。

上記構成によれば、目標ラック軸力生成手段は、操舵トルク検出手段から検出された操舵トルクの絶対値が所定操舵トルク値以下の場合には、目標ラック軸力を零とする。その結果、操舵トルクの絶対値が小さい微振動系のトルクが除去できるので、操舵フィーリングを向上させることができる。

本発明によれば、ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。本実施形態におけるＥＰＳの全体制御ブロック図。本実施形態における目標ラック軸力指令値を決定する処理手順を説明するフローチャート図。

以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。

また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２４（操舵力補助装置）と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２３を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２３により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５（車速検出手段）、トルクセンサ２６（操舵トルク検出手段）、左ラック軸力センサ１３（左ラック軸力検出手段）、右ラック軸力センサ１４（右ラック軸力検出手段）、及びモータ回転角センサ２２が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、左ラック軸力Ｆｒｌ、右ラック軸力Ｆｒｒ、及びモータ回転角θｍを検出する。

尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。

次に、本実施形態のＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の全体制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９（制御手段）と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に三相の駆動電力を供給する駆動回路４０、及びモータ２１に通電されるＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、及びＷ相実電流値Ｉｗを検出するための、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗとを備えている。

駆動回路４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（図示略）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、駆動回路４０を構成する各スイッチング素子（図示略）のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子（図示略）に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づく三相のモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。

ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角θｍを検出するためのモータ回転角センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出された、モータ２１のＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、Ｗ相実電流値Ｉｗ、モータ回転角θｍ、並びに上記操舵トルクτ、車速Ｖ、左ラック軸力Ｆｒｌ、及び右ラック軸力Ｆｒｒに基づいて、駆動回路４０にモータ制御信号を出力する。

以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。マイコン２９は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

図２に示すように、マイコン２９は、モータ２１を制御するラック軸力指令値Ｆｒ＊を演算するラック軸力指令値演算部３１（目標ラック軸力生成手段）と、左右ラック軸力差（Ｆｒｌ−Ｆｒｒ）を演算する左右ラック軸力差演算部３９（左右ラック軸力差演算手段）と、上記駆動回路４０を制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４４と、を備えている。そして、ラック軸力指令値Ｆｒ＊と、左右ラック軸力差（Ｆｒｌ−Ｆｒｒ）の差分からｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。

マイコン２９は、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗで検出されたＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、及びＷ相実電流値Ｉｗを、ｄ／ｑ座標系に写像することにより（ｄ／ｑ変換）、同ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行する。そして、駆動回路４０を構成するＦＥＴのオン／オフタイミングを決定するＤＵＴＹ指令値をＰＷＭ出力部３８で生成し、そのＤＵＴＹ指令値に基づいてゲートオン／オフ信号の出力を実行する。

ラック軸力指令値演算部３１には、トルクセンサ２６により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ２５により検出された車速Ｖが入力される。ラック軸力指令値演算部３１は、その操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標であるラック軸力指令値Ｆｒ＊を、操舵トルク／ラック軸力指令値マップより決定する。
尚、操舵トルク／ラック軸力指令値マップは、同じ操舵トルクの場合、車速Ｖが小さいほど、大きなラック軸力指令値Ｆｒ＊を決定するように構成されている。

モータ制御信号生成部４４は、ｄ／ｑ変換演算部３２、ｑ軸電流制御演算部３３、ｑ軸ＰＩＤ制御部３４、ｄ軸電流制御演算部３５、ｄ軸ＰＩＤ制御部３６、ｄ／ｑ逆変換演算部３７、及びＰＷＭ出力部３８で構成されている。

次に、ｄ／ｑ変換演算部３２に入力されたＵ相実電流値Ｉｕと、Ｖ相実電流値Ｉｖと、及びＷ相実電流値Ｉｗは、ｄ／ｑ変換され、ｑ軸電流値Ｉｑ、及びｄ軸電流値Ｉｄとなる。そして、ｑ軸電流値Ｉｑは、減算器３３Ｊに入力される。減算器３３Ｊは、
ラック軸力指令値Ｆｒ＊と、左右ラック軸力差（Ｆｒｌ−Ｆｒｒ）の差分から生成されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、ｑ軸電流値Ｉｑを減算したｑ軸偏差電流値ΔＩｑをｑ軸ＰＩＤ制御部３４に入力する。ｑ軸ＰＩＤ制御部３４で演算されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。

一方、ｄ／ｑ変換演算部３２で変換されたｄ軸電流値Ｉｄは、減算器３５Ｊに入力される。減算器３５Ｊは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ＊＝０）から、ｄ軸電流値Ｉｄを減算したｄ軸偏差電流値ΔＩｄをｄ軸ＰＩＤ制御部３６に入力する。ｄ軸ＰＩＤ制御部３６で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。

ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換されＰＷＭ出力部３８に入力される。

次に、本実施形態のマイコン２９による、目標ラック軸力指令値Ｆｒ＊を決定する処理手順について、図３に基づいて説明する。
まず、マイコン２９は、操舵トルクτを読み込む（ステップＳ１０１）。そして、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が所定操舵トルク値τ０以下か否かを判定する（ステップＳ１０２）。そして、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が所定操舵トルク値τ０以下の場合（｜τ｜≦τ０、ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、ラック軸力指令値演算部３１から演算された目標ラック軸力指令値Ｆｒ＊を零として、減算器３１Ｊに出力する（ステップＳ１０３）。

一方、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が所定操舵トルク値τ０より大きい場合（｜τ｜＞τ０、ステップＳ１０２：ＮＯ）には、ラック軸力指令値演算部３１から演算された目標ラック軸力指令値Ｆｒ＊をそのままの値で、減算器３１Ｊに出力（ステップＳ１０４）し、処理を終わる。

次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
ラック軸力指令値演算部から生成した目標ラック軸力に、左右ラック軸力差演算部から演算した左右ラック軸力差をフィードバック制御することにより、モータを駆動制御する構成とした。

その結果、モータに流れる実電流以降に発生するトルクに関しても、最適なアシスト力を発生させることができるので、ハンドルの切り始めなどにおいても、操舵フィーリングを向上させることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、ラック軸力指令値演算部３１の入力として、操舵トルクτと車速Ｖのみとしたが、更に、操舵トルクτの微分値を加算してもよい。

・本実施形態では、ラック軸力指令値演算部３１の入力として、操舵トルクτと車速Ｖのみとしたが、更に、モータ回転角速度ωｍを加算してもよい。

・本実施形態では、アシスト力を補助するモータをブラシレスＤＣモータとしたが、本発明をＤＣモータやＶＲモータに適用してもよい。

・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。

１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
８：コラムシャフト、９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、
１３：左ラック軸力センサ（左ラック軸力検出手段）、
１４：右ラック軸力センサ（右ラック軸力検出手段）、
２１：モータ、２２：モータ回転角センサ、２３：減速機構、
２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ（車速検出手段）、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、２９：マイコン（制御手段）、
３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ：実電流値検出センサ、
３１：ラック軸力指令値演算部（目標ラック軸力生成手段）、
３２：ｄ／ｑ変換演算部、３３：ｑ軸電流制御演算部、３４：ｑ軸ＰＩＤ制御部、
３５：ｄ軸電流制御演算部、３６：ｄ軸ＰＩＤ制御部、３７：ｄ／ｑ逆変換演算部、３８：ＰＷＭ出力部、３９：左右ラック軸力差演算部（左右ラック軸力差演算手段）、４０：駆動回路、４４：モータ制御信号生成部、
３１Ｊ、３３Ｊ、３５Ｊ、３９Ｊ：減算器、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θｍ：モータ回転角、τ０：所定操舵トルク値、
Ｆｒ＊：ラック軸力指令値、Ｆｒｌ：左ラック軸力、Ｆｒｒ：右ラック軸力、
Ｉｕ：Ｕ相実電流値、Ｉｖ：Ｖ相実電流値、Ｉｗ：Ｗ相実電流値、
Ｉｑ＊：ｑ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流値、ΔＩｑ：ｑ軸偏差電流値、
Ｉｄ＊：ｄ軸電流指令値、Ｉｄ：ｄ軸電流値、ΔＩｄ：ｄ軸偏差電流値、
Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令値、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令値、
Ｖｕ＊：Ｕ相電圧指令値、Ｖｖ＊：Ｖ相電圧指令値、Ｖｗ＊：Ｗ相電圧指令値

Claims

モータによって操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
左のラック軸力を検出する左ラック軸力検出手段と、
右のラック軸力を検出する右ラック軸力検出手段と、
前記左ラック軸力検出手段から検出された左ラック軸力と、前記右ラック軸力検出手段から検出された右ラック軸力から、左右ラック軸力差を演算する左右ラック軸力差演算手段と、
前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速から、目標ラック軸力を生成する目標ラック軸力生成手段と、
前記目標ラック軸力生成手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、前記目標ラック軸力生成手段から生成した目標ラック軸力に、前記左右ラック軸力差演算手段から演算した左右ラック軸力差をフィードバック制御することにより前記モータを駆動制御すること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記目標ラック軸力生成手段は、前記操舵トルク検出手段から検出された操舵トルクの絶対値が所定操舵トルク値以下の場合には、前記目標ラック軸力を零とすること、
を特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。