JP2015137038A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動パワーステアリングシステム1に適用される電動パワーステアリング制御装置101は、運転者のハンドル操作とモータ5のアシストとによって行われる操舵の負荷であるステアリング軸負荷Txを推定するステアリング軸負荷推定部41を備える。ステアリング軸負荷推定部41は、トルクセンサ40が検出した操舵トルクTs、モータ回転角センサ50が検出したモータ回転角θmを換算して得られる操舵角速度ωs、補正後アシストトルク指令値Tm**の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷Txを推定する。従来技術のように電流センサの検出値を用いないため、電流センサノイズによる高周波成分の影響を回避し、ステアリング軸負荷Txの推定における信頼性を向上させることができる。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1に開示された装置は、操舵トルクを検出するトルクセンサ、モータに流れる実電流を検出する電流センサ、及び、モータの回転角速度を検出するモータ回転角センサの検出値に基づいて、ステアリング軸に加わる軸力を推定する。この推定軸力はモータ制御信号出力部に入力され、推定軸力を使用した判定結果に基づいてアシスト目標値を変えることによって、操舵フィーリングの向上を図る。
ステアリング軸負荷推定手段は、トルクセンサが検出した操舵トルク、モータ回転角センサが検出したモータ回転角を換算して得られる操舵角速度(ωs)又は操舵角加速度(αs)、及び、基本アシストトルク指令値の前回値(Tm*)に基づいて、ステアリング軸負荷を推定することを特徴とする。
ここで、「前回値」とは、繰り返し実行される基本アシストトルク演算における以前の演算値であり、1回前の値(直前値)に限らず、2回以上前の値を含む。
この場合、ステアリング軸負荷推定手段は、操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、基本アシストトルク指令値の前回値に代えて補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷を推定してもよい。「前回値」の解釈は、基本アシストトルク指令値の場合と同様である。
特許文献1の従来技術では、操舵状態の変化を考慮していないのに対し、操舵状態の変化を考慮することで、ステアリング軸負荷の推定値を適切に補正することができる。
また、操舵状態の変化を考慮して補正した推定値をアシスト制御に使用することで、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
或いは、操舵トルクと操舵角速度との積の値に基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正してもよい。
さらに、ステアリング軸負荷推定手段は、モータの出力をラックに伝達する動力伝達機構の伝達効率や車速等にも基づいて、ステアリング軸負荷の推定値を補正してもよい。これにより、ステアリング軸負荷の推定値をより精度良く補正することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電動パワーステアリング制御装置について、図1〜図6を参照して説明する。電動パワーステアリング制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステムにおいて、モータが出力するアシストトルクを制御する装置であり、例えばECU(電子制御装置)として構成される。
運転者により操舵されるハンドル2は、ハンドル軸31の一端に結合されている。トルクセンサ40は、ハンドル軸31の他端とコラム軸32との間に接続されたトーションバー4のねじれ角に基づいてトーショントルクを検出する。トルクセンサ40が検出したトーショントルクを、以下、「操舵トルクTs」という。
また、モータ5の回転角θmは、モータ回転角センサ50によって検出される。
さらに、車両の所定部位に設けられた車速センサ60は、車速Vを検出する。
これらの構成は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「ステアリング軸負荷推定手段」、「基本アシスト制御手段」、「補正トルク演算手段」及び「操舵状態変化判定手段」に相当し、具体的にはマイコン等で構成される。
なお、モータ角速度演算部51及び操舵角速度演算部52は、電動パワーステアリング制御装置101の外部に設けられ、外部で演算された操舵角速度ωsが電動パワーステアリング制御装置101に入力される態様としてもよい。
従来の基本アシスト制御部は、一般に、トルクセンサが検出した操舵トルクTs、モータ回転角センサが検出したモータ回転角θm、車速センサが検出した車速V等の情報が入力され、これらの情報に基づいて、モータ5に対するアシストトルク指令値の基本値である「基本アシストトルク指令値Tm*」を演算する。
また、補正トルク演算部45は、例えばハンドル2の切込み、切戻しや車両の収斂性を考慮して基本アシストトルク指令値Tm*に対する補正トルクTcompを演算する。そして、基本アシストトルク指令値Tm*と補正トルクTcompとが加算器46で加算された「補正後アシストトルク指令値Tm**」がモータ5に指令される。
基本アシスト制御部44及び補正トルク演算部45によるアシストトルク演算は、車両のイグニッションスイッチがオンのとき、繰り返し実行される。
補正後アシストトルク指令値Tm**を用いる場合、後述の第5実施形態に対し、補正トルクTcompに高周波成分が混入する可能性があるものの、モータ5の実際の挙動により近い情報を得ることができる点で有利である。
図中の記号Tはトルク、kはねじればね定数、Cは粘性摩擦係数、θは回転角を示し、記号の添え字「h」、「c」、「L」は、それぞれ、ハンドル部C、コラム部C、負荷部Lについての量であることを示す。TMは、モータトルクを示し、第1実施形態における基本アシストトルク指令値Tm*又は補正後アシストトルク指令値Tm**に対応する。
また、操舵トルクTs、すなわち、トルクセンサ40が検出するトーショントルクは、式(2)で表される。
Ts=kt(θh−θc) ・・・(2)
以上より、ステアリング軸負荷推定部41は、操舵トルクTs、操舵角速度ωs、及び、補正後アシストトルク指令値Tm**の前回値の情報に基づいて、ステアリング軸負荷Txを推定可能であることが説明される。
なお、式(3)の右辺の第3項を無視すると、ステアリング軸負荷Txは、操舵トルクTsとアシストトルクTMとの和に釣り合っていると考えることができる。
このステアリング軸負荷補正の一つとして、ハンドル2の切込み状態と切戻し状態との「操舵状態の変化」を考慮した補正を行う。そのための手段として、第1実施形態では、操舵状態変化判定部42を備える。操舵状態変化判定部42は、操舵トルクTs及び操舵角速度ωsが入力され、その変化に基づいて操舵状態が変化したことを判定し、判定信号Sjをステアリング軸負荷推定部41に出力する。ステアリング軸負荷推定部41は、判定信号Sjに基づいて、ステアリング軸負荷Txの推定値を補正する。
このケース(I)では、トルク及び力の符号の末尾に「1」を付し、ピニオントルクをTp1、ピニオントルクTp1によってラック73を軸方向に押す推力をFp1と表す。また、ピニオン71の半径をrp、ラック歯74の圧力角をα、リード角をγとする。
Fp1=Tp1/rp ・・・(4.1)
力Fp1がラック歯74の歯面を垂直に押す力Ft1は、式(4.2)で表される。
Ft1=Fp1cosαcosγ ・・・(4.2)
力Ft1によってラック73が軸方向に押される力の基準値Fr1_refは、式(4.3)で表される。
Fr1_ref=Ft1cosγcosα ・・・(4.3)
式(4.3)を式(4.1)、(4.2)により展開すると、式(4.4)が得られる。
Fr1_ref=(Tp1/rp)cos2αcos2γ ・・・・(4.4)
Fr1_frc=μFt1sinγcosα
=μ(Tp1/rp)cos2αsinγcosγ・・・(4.5)
Fr1=Fr1_ref−Fr1_frc
=(Tp1/rp)×(cos2αcos2γ−μcos2αsinγcosγ)
・・・(5)
このケース(II)では、トルク及び力の符号の末尾に「2」を付し、ラック73の軸方向の推力をFr2、ラック推力Fr2によってピニオン71を回転させるトルクをTp2と表す。また、各記号は上記のケース(I)の記号を援用する。
Tp2=rp×Fr2×(cos2αcos2γ−μcos2αcosγsinγ)
・・・(6)
ピニオン71がラック73を駆動する場合のケース(I)の特性線と、ラック73がピニオン71を駆動する場合のケース(II)の特性線とは、ミラー線Mに対して反転した関係となる。歯面摩擦係数μが0に近く伝達効率が良いときほど両者の特性線は近づき、歯面摩擦係数μが1に近く伝達効率が悪いときほど両者の特性線は離れる傾向にある。
なお、バックラッシュ以外の「操舵系の特性変化」の例として、動力伝達機構における静摩擦と動摩擦との切り替わり等が考えられる。
本実施形態の電動パワーステアリング制御装置101の効果について説明する。
(1)ステアリング軸負荷推定部41は、操舵トルクTs及び操舵角速度ωsに加え、補正後アシストトルク指令値Tm**の前回値に基づいて、ステアリング軸負荷Txを推定する。特許文献1の従来技術のように電流センサの検出値を用いないため、電流センサノイズによる高周波成分の影響を回避し、ステアリング軸負荷Txの推定における信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、基本アシスト制御部44がステアリング軸負荷Txの推定値に基づいて基本アシストトルク指令値Tm*を演算するため、適切な推定値をアシスト制御に使用することで、運転者の操舵フィーリングを向上させることができる。
第2実施形態の電動パワーステアリング制御装置について、図7を参照して説明する。以下の実施形態の説明において、前述の実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
ステアリング軸負荷推定部41は、乗算器43が出力した値に基づいて、マップ等を用いて操舵状態の変化を推定し、ステアリング軸負荷Txの推定値を補正する。
第2実施形態は、第1実施形態と同様の効果(1)〜(4)を奏する。
第3〜第6実施形態の電動パワーステアリング制御装置について、図8〜図11を参照して説明する。これらの第3〜第6実施形態は、上記第1、第2実施形態のように、ステアリング軸負荷推定部41において、操舵状態の変化に基づいてステアリング軸負荷Txの推定値を補正する構成を有していない。ステアリング軸負荷推定部41は、伝達効率η又は車速Vに基づいてステアリング軸負荷Txの推定値を補正する(図8、図9)か、或いは、推定値を補正しないで出力する(図10、図11)。
図8に示す第3実施形態の電動パワーステアリング制御装置103では、ステアリング軸負荷推定部41は、第1、第2実施形態と同様、操舵トルクTs、操舵角速度ωs、及び、「補正後アシストトルク指令値Tm**の前回値」に基づいて、ステアリング軸負荷Txを推定する。
操舵角加速度演算部53もまた、電動パワーステアリング制御装置104の範囲に含む態様に限らず、電動パワーステアリング制御装置104の外部に設けられてもよい。
なお、ステアリング軸負荷推定部41が取得する情報の観点から言えば、この実施形態では補正トルク演算部45を有しなくてもよい。
なお、上記の他の実施形態についても、ステアリング軸負荷Txの推定値を補正トルク演算部45にのみ入力するようにしてもよい。
また、動力伝達機構の伝達効率η又は車速Vの少なくとも一方に基づいてステアリング軸負荷Txの推定値を補正する態様では、第1実施形態の効果(4)を共有する。
上記実施形態の電動パワーステアリング制御装置は、例えばECUとして構成される。しかし、それは物理的に1枚或いは1セットの電子基板で形成されることを意味しない。例えば、ステアリング軸負荷推定部41と、基本アシスト制御部44その他の部分とが物理的に独立して設けられ、ハーネス等で通信される形態としてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
101−106:電動パワーステアリング制御装置、
2 :ハンドル、
32:コラム軸、
4 :トーションバー、
40:トルクセンサ、
41:ステアリング軸負荷推定部(ステアリング軸負荷推定手段)、
44:基本アシスト制御部(基本アシスト制御手段)、
5 :モータ、
50:モータ回転角センサ
7 :転舵装置、
9 :車輪。
Claims (10)
- 運転者により操作されるハンドル(2)と、
前記ハンドルとコラム軸(32)との間に接続されたトーションバー(4)と、
前記トーションバーのねじれ角に基づいて操舵トルク(Ts)を検出するトルクセンサ(40)と、
前記コラム軸の回転運動を、ラックアンドピニオン機構により、車輪(9)を転舵させるラック(73)の往復運動に変換する転舵装置(7)と、
前記コラム軸の回転又は前記ラックの推力を補助するアシストトルク(TM)を発生するモータ(5)と、
前記モータの回転角(θm)を検出するモータ回転角センサ(50)と、
を備えた電動パワーステアリングシステム(1)に適用され、前記モータが出力するアシストトルクを制御する電動パワーステアリング制御装置(101−106)であって、
運転者のハンドル操作と前記モータのアシストとによって行われる操舵の負荷であるステアリング軸負荷(Tx)を推定するステアリング軸負荷推定手段(41)と、
前記モータに対するアシストトルク指令値の基本値である基本アシストトルク指令値(Tm*)を演算する基本アシスト制御手段(44)と、
を備え、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記トルクセンサが検出した操舵トルク、前記モータ回転角センサが検出したモータ回転角を換算して得られる操舵角速度(ωs)又は操舵角加速度(αs)、及び、前記基本アシストトルク指令値の前回値(Tm*)に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定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。 - 前記基本アシストトルク指令値に対する補正トルク(Tcomp)を演算する補正トルク演算手段(45)をさらに備え、前記基本アシストトルク指令値と前記補正トルクとを加算した補正後アシストトルク(Tm**)指令値を前記モータに指令する請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
操舵トルク、及び、操舵角速度又は操舵角加速度に加え、前記基本アシストトルク指令値の前回値に代えて前記補正後アシストトルク指令値の前回値に基づいて、前記ステアリング軸負荷を推定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。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記ハンドルの切込み動作と切戻し動作との操舵状態の変化に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 操舵トルク及び操舵角速度に基づいて前記操舵状態が変化したことを判定する操舵状態変化判定手段(42)を備え、
前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記操舵状態変化判定手段による判定信号に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
操舵トルクと操舵角速度との積の値に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記ハンドルの切込み動作から切戻し動作への変化、又は、切戻し動作から切込み動作への変化によって生ずる操舵系の特性変化に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記操舵系の特性変化について、周波数特性に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項6に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
前記モータの出力を前記ラックに伝達する動力伝達機構の伝達効率(η)に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ステアリング軸負荷推定手段は、
車速(V)に基づいて、前記ステアリング軸負荷の推定値を補正することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記基本アシスト制御手段は、
前記ステアリング軸負荷推定手段が推定したステアリング軸負荷の推定値に基づいて、前記基本アシストトルク指令値を演算することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
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