JP2015186942A - 電動パワーステアリング装置、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】操舵フィーリングの低下を伴うことなく、変化する路面での走行安定性の向上を図ることができる技術を提供する。【解決手段】舵角と車速とに基づいて規範ラック軸力Frmを算出する規範ラック軸力算出部281と、ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraを算出する実ラック軸力算出部282と、規範ラック軸力Frmの遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理部283と、実ラック軸力Fraの遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理部284と、規範側ローパスフィルタ処理部283にて処理された規範ラック軸力Frmと実側ローパスフィルタ処理部284にて処理された実ラック軸力Fraとの偏差に基づいてラック軸力偏差電流Irを算出するラック軸力偏差電流算出部286と、を備える。【選択図】図6
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置およびプログラムに関する。
近年、電動パワーステアリング装置において、路面の変化に対する車両の走行安定性を向上する技術が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加するモータと、操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも操舵力検出手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とをモータに発生させるための制御手段とを有し、ラック/ピニオン式操舵装置に用いられる電動パワーステアリング装置であって、操舵角と車速とから操向車輪の基準ラック軸負荷を求める手段と、操向車輪の実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、制御手段が、基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差に応じて操舵抵抗力を設定する。
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加するモータと、操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも操舵力検出手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とをモータに発生させるための制御手段とを有し、ラック/ピニオン式操舵装置に用いられる電動パワーステアリング装置であって、操舵角と車速とから操向車輪の基準ラック軸負荷を求める手段と、操向車輪の実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、制御手段が、基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差に応じて操舵抵抗力を設定する。
規範となるラック軸負荷(ラック軸力)と実際のラック軸負荷との偏差に基づいて電動モータのアシスト力を設定する構成においては、速い操舵や、瞬間的な車輪からの反力の入力の際に、規範となるラック軸負荷の算出値の変化と、実際のラック軸負荷の変化のタイミングにズレが生じ、正確な偏差の算出が困難となるおそれがある。このような誤った偏差に基づいて電動モータのアシスト力を設定すると、逆に操舵フィーリングが低下してしまう。
本発明は、操舵フィーリングの低下を抑えて、変化する路面での走行安定性の向上を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明は、操舵フィーリングの低下を抑えて、変化する路面での走行安定性の向上を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、車両のステアリングホイールの操舵に対する補助力を加える電動モータと、前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記ステアリングホイールの舵角を検出する舵角検出手段と、前記舵角検出手段が検出した舵角と前記車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出手段と、前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出手段と、前記規範ラック軸力算出手段が算出した前記規範ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理手段と、前記実ラック軸力算出手段が算出した前記実ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理手段と、前記規範側ローパスフィルタ処理手段にて処理された規範ラック軸力と前記実側ローパスフィルタ処理手段にて処理された実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を算出するラック軸力偏差電流算出手段と、前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を算出する基本目標電流算出手段と、前記基本目標電流算出手段が算出した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流算出手段が算出した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
ここで、前記規範側ローパスフィルタ処理手段および前記実側ローパスフィルタ処理手段の前記遮断周波数を、前記電動モータの回転速度に基づいて設定する遮断周波数設定手段をさらに備えてもよい。
また、前記遮断周波数設定手段は、前記電動モータの回転速度が大きくなるに従って前記遮断周波数を高く設定してもよい。
また、前記遮断周波数設定手段は、前記電動モータの回転速度が大きくなるに従って前記遮断周波数を高く設定してもよい。
他の観点から捉えると、本発明は、コンピュータに、車両のステアリングホイールの舵角と当該車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出機能と、前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出機能と、前記規範ラック軸力算出機能が算出した前記規範ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理機能と、前記実ラック軸力算出機能が算出した前記実ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理機能と、前記規範側ローパスフィルタ処理機能にて処理された規範ラック軸力と前記実側ローパスフィルタ処理機能にて処理された実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を算出するラック軸力偏差電流機能と、前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を算出する基本目標電流算出機能と、前記基本目標電流算出機能が算出した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流算出機能が算出した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定機能と、を実現させるプログラムである。
本発明によれば、操舵フィーリングの低下を伴うことなく、変化する路面での走行安定性の向上を図ることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車に適用した構成を例示している。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車に適用した構成を例示している。
ステアリング装置100は、自動車の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)101と、ステアリングホイール101に一体的に設けられたステアリングシャフト102とを備えている。また、ステアリング装置100は、ステアリングシャフト102と自在継手103aを介して連結された上部連結シャフト103と、この上部連結シャフト103と自在継手103bを介して連結された下部連結シャフト108とを備えている。下部連結シャフト108は、ステアリングホイール101の回転に連動して回転する。
また、ステアリング装置100は、転動輪としての左右の前輪150のそれぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aは、ピニオンシャフト106の下端部に形成されている。これらラック軸105、ピニオンシャフト106などが、ステアリングホイール101の回転操作力を前輪150の転動力として伝達する伝達機構として機能する。ピニオンシャフト106は、前輪150を転動させるラック軸105に対して、回転することにより前輪150を転動させる駆動力(ラック軸力)を加える。
また、ステアリング装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギヤボックス107を有している。ピニオンシャフト106は、ステアリングギヤボックス107内にてトーションバー112を介して下部連結シャフト108と連結されている。そして、ステアリングギヤボックス107の内部には、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバー112の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール101に加えられた操舵トルクTを検出するトルク検出手段の一例としてのトルクセンサ109が設けられている。
また、ステアリング装置100は、ステアリングギヤボックス107に支持された電動モータ110と、電動モータ110の駆動力を減速してピニオンシャフト106に伝達する減速機構111とを有している。減速機構111は、例えば、ピニオンシャフト106に固定されたウォームホイール(不図示)と、電動モータ110の出力軸に固定されたウォームギヤ(不図示)などから構成される。電動モータ110は、ピニオンシャフト106に回転駆動力を加えることにより、ラック軸105に前輪150を転動させる駆動力(ラック軸力)を加える。本実施の形態に係る電動モータ110は、電動モータ110の回転角度であるモータ回転角度θに連動した回転角度信号θsを出力するレゾルバ120を有する3相ブラシレスモータである。
また、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。制御装置10には、上述したトルクセンサ109からの出力信号が入力される。また、制御装置10には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク(CAN)を介して、自動車の移動速度である車速Vcを検出する車速センサ170などからの出力信号が入力される。
以上のように構成されたステアリング装置100は、トルクセンサ109が検出した操舵トルクTに基づいて電動モータ110を駆動し、電動モータ110の発生トルクをピニオンシャフト106に伝達する。これにより、電動モータ110の発生トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。
次に、制御装置10について説明する。
図2は、制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Td、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号v、レゾルバ120からの回転角度信号θsなどが入力される。
図2は、制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Td、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号v、レゾルバ120からの回転角度信号θsなどが入力される。
そして、制御装置10は、電動モータ110に供給する目標電流Itを算出(設定)する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流Itに基づいてフィードバック制御などを行う制御部30とを有している。
また、制御装置10は、電動モータ110のモータ回転角度θを算出するモータ回転角度算出部71と、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θに基づいて、モータ回転速度Nmを算出するモータ回転速度算出部72と、ステアリングホイール101の回転角度である舵角Raを算出する舵角検出手段の一例としての舵角算出部73と、を備えている。
また、制御装置10は、電動モータ110のモータ回転角度θを算出するモータ回転角度算出部71と、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θに基づいて、モータ回転速度Nmを算出するモータ回転速度算出部72と、ステアリングホイール101の回転角度である舵角Raを算出する舵角検出手段の一例としての舵角算出部73と、を備えている。
目標電流算出部20は、トルク信号Tdおよび車速信号vに基づいて電動モータ110に供給する目標電流Itの基本となる基本目標電流Itfを算出(設定)する基本目標電流算出手段の一例としての基本目標電流算出部27を備えている。また、目標電流算出部20は、ラック軸105に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力Frmとラック軸105に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraとの偏差に応じた電流であるラック軸力偏差電流Irを算出(設定)するラック軸力偏差電流算出部28と、基本目標電流Itfとラック軸力偏差電流Irとに基づいて最終的に目標電流Itを決定する目標電流決定手段の一例としての目標電流決定部29と、を備えている。
基本目標電流算出部27、ラック軸力偏差電流算出部28および目標電流決定部29については後で詳述する。
基本目標電流算出部27、ラック軸力偏差電流算出部28および目標電流決定部29については後で詳述する。
図3は、制御部30の概略構成図である。
制御部30は、図3に示すように、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
制御部30は、図3に示すように、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
フィードバック制御部40は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差を求める偏差演算部41と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック(F/B)処理部42とを有している。
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流Itと実電流Imとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力する。
モータ駆動部32は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)を備え、6個の内の3個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の3個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。そして、6個の中から選択した2個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ110の駆動を制御する。
モータ電流検出部33は、モータ駆動部32に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
モータ電流検出部33は、モータ駆動部32に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
モータ回転角度算出部71(図2参照)は、レゾルバ120からの回転角度信号θsに基づいてモータ回転角度θを算出する。
モータ回転速度算出部72(図2参照)は、モータ回転角度算出部71が算出したモータ回転角度θに基づいて電動モータ110のモータ回転速度Nmを算出する。
モータ回転速度算出部72(図2参照)は、モータ回転角度算出部71が算出したモータ回転角度θに基づいて電動モータ110のモータ回転速度Nmを算出する。
舵角算出部73(図2参照)は、ステアリングホイール101、減速機構111などが機械的に連結されているためにステアリングホイール101の回転角度(舵角Ra)と電動モータ110のモータ回転角度θとの間に相関関係があることに鑑み、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θに基づいて舵角Raを算出する。舵角算出部73は、例えば、モータ回転角度算出部71にて定期的(例えば1ミリ秒毎)に算出されたモータ回転角度θの前回値と今回値との差分の積算値に基づいて舵角Raを算出する。
次に、目標電流算出部20の基本目標電流算出部27について詳述する。
図4は、基本目標電流算出部27の概略構成図である。
基本目標電流算出部27は、基本目標電流Itfを設定する上でベースとなるベース電流Ibを算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Isを算出するイナーシャ補償電流算出部22と、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流Idを算出するダンパー補償電流算出部23とを備えている。また、基本目標電流算出部27は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23にて算出された値に基づいて基本目標電流Itfを決定する基本目標電流決定部25を備えている。また、基本目標電流算出部27は、トルクセンサ109にて検出された操舵トルクTの位相を補償する位相補償部26を備えている。
なお、目標電流算出部20には、トルク信号Td、車速信号vなどが入力される。
図4は、基本目標電流算出部27の概略構成図である。
基本目標電流算出部27は、基本目標電流Itfを設定する上でベースとなるベース電流Ibを算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Isを算出するイナーシャ補償電流算出部22と、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流Idを算出するダンパー補償電流算出部23とを備えている。また、基本目標電流算出部27は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23にて算出された値に基づいて基本目標電流Itfを決定する基本目標電流決定部25を備えている。また、基本目標電流算出部27は、トルクセンサ109にて検出された操舵トルクTの位相を補償する位相補償部26を備えている。
なお、目標電流算出部20には、トルク信号Td、車速信号vなどが入力される。
図5は、操舵トルクTおよび車速Vcとベース電流Ibとの対応を示す制御マップの概略図である。
ベース電流算出部21は、位相補償部26にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流Ibを算出する。つまり、ベース電流算出部21は、位相補償された操舵トルクTと、車速Vcとに応じたベース電流Ibを算出する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とベース電流Ibとの対応を示す図5に例示した制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりベース電流Ibを算出する。
ベース電流算出部21は、位相補償部26にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流Ibを算出する。つまり、ベース電流算出部21は、位相補償された操舵トルクTと、車速Vcとに応じたベース電流Ibを算出する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とベース電流Ibとの対応を示す図5に例示した制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりベース電流Ibを算出する。
イナーシャ補償電流算出部22は、トルク信号Tsと、車速信号vとに基づいて電動モータ110およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Isを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部22は、操舵トルクT(トルク信号Ts)と、車速Vc(車速信号v)とに応じたイナーシャ補償電流Isを算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部22は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とイナーシャ補償電流Isとの対応を示す制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりイナーシャ補償電流Isを算出する。
ダンパー補償電流算出部23は、トルク信号Tsと、車速信号vと、電動モータ110のモータ回転速度Nmとに基づいて、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流Idを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部23は、操舵トルクT(トルク信号Ts)と、車速Vc(車速信号v)と、電動モータ110のモータ回転速度Nmに応じたダンパー補償電流Idを算出する。なお、ダンパー補償電流算出部23は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、操舵トルクT(トルク信号Ts)、車速Vc(車速信号v)およびモータ回転速度Nmと、ダンパー補償電流Idとの対応を示す制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)、車速Vc(車速信号v)およびモータ回転速度Nmを代入することによりダンパー補償電流Idを算出する。
基本目標電流決定部25は、ベース電流算出部21にて算出されたベース電流Ib、イナーシャ補償電流算出部22にて算出されたイナーシャ補償電流Isおよびダンパー補償電流算出部23にて算出されたダンパー補償電流Idに基づいて基本目標電流Itfを決定する。基本目標電流決定部25は、例えば、ベース電流Ibに、イナーシャ補償電流Isを加算するとともにダンパー補償電流Idを減算して得た電流を基本目標電流Itfとして決定する。
次に、ラック軸力偏差電流算出部28について詳述する。
図6は、ラック軸力偏差電流算出部28の概略構成図である。
ラック軸力偏差電流算出部28は、ラック軸105に生じる規範となる軸力である規範ラック軸力Frmを算出する規範ラック軸力算出手段の一例としての規範ラック軸力算出部281と、ラック軸105に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraを算出する実ラック軸力算出手段の一例としての実ラック軸力算出部282と、を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範ラック軸力算出部281が算出した規範ラック軸力Frmの遮断周波数(カットオフ周波数)Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理手段の一例としての規範側ローパスフィルタ処理部283と、実ラック軸力算出部282が算出した実ラック軸力Fraの遮断周波数Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理手段の一例としての実側ローパスフィルタ処理部284と、を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284の遮断周波数Fcを設定する遮断周波数設定手段の一例としての遮断周波数設定部285を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範側ローパスフィルタ処理部283にて処理された規範ラック軸力Frmと実側ローパスフィルタ処理部284にて処理された実ラック軸力Fraとに基づいてラック軸力偏差電流Irを決定するラック軸力偏差電流算出手段の一例としてのラック軸力偏差電流決定部286を備えている。
図6は、ラック軸力偏差電流算出部28の概略構成図である。
ラック軸力偏差電流算出部28は、ラック軸105に生じる規範となる軸力である規範ラック軸力Frmを算出する規範ラック軸力算出手段の一例としての規範ラック軸力算出部281と、ラック軸105に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraを算出する実ラック軸力算出手段の一例としての実ラック軸力算出部282と、を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範ラック軸力算出部281が算出した規範ラック軸力Frmの遮断周波数(カットオフ周波数)Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理手段の一例としての規範側ローパスフィルタ処理部283と、実ラック軸力算出部282が算出した実ラック軸力Fraの遮断周波数Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理手段の一例としての実側ローパスフィルタ処理部284と、を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284の遮断周波数Fcを設定する遮断周波数設定手段の一例としての遮断周波数設定部285を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範側ローパスフィルタ処理部283にて処理された規範ラック軸力Frmと実側ローパスフィルタ処理部284にて処理された実ラック軸力Fraとに基づいてラック軸力偏差電流Irを決定するラック軸力偏差電流算出手段の一例としてのラック軸力偏差電流決定部286を備えている。
規範ラック軸力算出部281は、舵角算出部73にて算出された舵角Raと車速センサ170にて検出された車速Vcとに基づいて規範ラック軸力Frmを算出する。つまり、規範ラック軸力算出部281は、舵角Raと車速Vcとに応じた規範ラック軸力Frmを算出する。なお、規範ラック軸力算出部281は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、舵角Raおよび車速Vcと規範ラック軸力Frmとの対応を示す制御マップ又は算出式に、舵角Raおよび車速Vcを代入することにより規範ラック軸力Frmを算出する。
実ラック軸力算出部282は、トルクセンサ109にて検出された操舵トルクTと、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θと、モータ電流検出部33にて検出された実電流Imとに基づいて実ラック軸力Fraを算出する。
ここで、実ラック軸力Fraは、本実施の形態に係るステアリング装置100がピニオン型の装置であることから、ピニオンシャフト106から与えられる軸力に等しいとして、ピニオンシャフト106に加えられたピニオントルクTpに基づいて算出する。実ラック軸力Fraは、ピニオントルクTpをピニオン106aのピッチ円半径rpで除算した値である(Fra=Tp/rp)。
ここで、実ラック軸力Fraは、本実施の形態に係るステアリング装置100がピニオン型の装置であることから、ピニオンシャフト106から与えられる軸力に等しいとして、ピニオンシャフト106に加えられたピニオントルクTpに基づいて算出する。実ラック軸力Fraは、ピニオントルクTpをピニオン106aのピッチ円半径rpで除算した値である(Fra=Tp/rp)。
ピニオントルクTpは、ステアリングホイール101を介して運転者から加えられる操舵トルクTと電動モータ110の出力軸トルクToから加えられるモータトルクTmとを加算したトルクと推定することができる(Tp=T+Tm)。
操舵トルクTは、トルクセンサ109からのトルク信号Tdに基づいて把握することができる。
モータトルクTmは、出力軸トルクToに減速機構111の減速比(ギア比)Nを乗算した値である(Tm=To×N)。
出力軸トルクToは、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θおよびモータ電流検出部33にて検出された実電流Imを、予めROMに記憶しておいた算出式に代入することにより算出することができる。なお、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θを用いる代わりに、モータ逆起電力から所定の式により算出したモータ回転角度θを用いてもよい。
モータトルクTmは、出力軸トルクToに減速機構111の減速比(ギア比)Nを乗算した値である(Tm=To×N)。
出力軸トルクToは、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θおよびモータ電流検出部33にて検出された実電流Imを、予めROMに記憶しておいた算出式に代入することにより算出することができる。なお、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θを用いる代わりに、モータ逆起電力から所定の式により算出したモータ回転角度θを用いてもよい。
図7は、規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284の機能を示す概略図である。図7において、横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。
規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284は、遮断周波数(カットオフ周波数)Fcより低い周波数の成分は減衰させずに通し、遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる。規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284は、例えばアナログ回路やCPUが実行するプログラム(ソフトウェア)で構成可能である。そして、遮断周波数Fcが、遮断周波数設定部285により変更される。
規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284は、遮断周波数(カットオフ周波数)Fcより低い周波数の成分は減衰させずに通し、遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる。規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284は、例えばアナログ回路やCPUが実行するプログラム(ソフトウェア)で構成可能である。そして、遮断周波数Fcが、遮断周波数設定部285により変更される。
図8は、遮断周波数Fcとモータ回転速度Nmとの対応を示す制御マップの概略図である。
遮断周波数設定部285は、モータ回転速度算出部72が算出したモータ回転速度Nmに基づいて規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284の遮断周波数Fcを設定する。つまり、遮断周波数設定部285は、モータ回転速度Nmに応じた遮断周波数Fcを算出する。なお、遮断周波数設定部285は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、モータ回転速度Nmと遮断周波数Fcとの対応を示す図8に例示した制御マップに、モータ回転速度Nmを代入することにより遮断周波数Fcを算出する。図8に例示した制御マップにおいては、モータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなるに従って遮断周波数Fcは大きくなり、モータ回転速度Nm(舵角速度)が小さめのうちは遮断周波数Fcの上昇割合が大きく、モータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなるに従って上昇割合が徐々に小さくなる。そして、遮断周波数Fcは、予め定められた上限遮断周波数Fcmaxよりも低い値となるように設定されている。
遮断周波数設定部285は、モータ回転速度算出部72が算出したモータ回転速度Nmに基づいて規範側ローパスフィルタ処理部283および実側ローパスフィルタ処理部284の遮断周波数Fcを設定する。つまり、遮断周波数設定部285は、モータ回転速度Nmに応じた遮断周波数Fcを算出する。なお、遮断周波数設定部285は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、モータ回転速度Nmと遮断周波数Fcとの対応を示す図8に例示した制御マップに、モータ回転速度Nmを代入することにより遮断周波数Fcを算出する。図8に例示した制御マップにおいては、モータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなるに従って遮断周波数Fcは大きくなり、モータ回転速度Nm(舵角速度)が小さめのうちは遮断周波数Fcの上昇割合が大きく、モータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなるに従って上昇割合が徐々に小さくなる。そして、遮断周波数Fcは、予め定められた上限遮断周波数Fcmaxよりも低い値となるように設定されている。
ラック軸力偏差電流決定部286は、実側ローパスフィルタ処理部284を通過した実ラック軸力Fraから規範側ローパスフィルタ処理部283を通過した規範ラック軸力Frmを減算することによりラック軸力偏差ΔF(=Fra−Frm)を算出すると共に、算出したラック軸力偏差ΔFに基づいてラック軸力偏差電流Irを算出する。
図9は、ラック軸力偏差電流Irとラック軸力偏差ΔFとの対応を示す制御マップの概略図である。
ラック軸力偏差電流決定部286は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、ラック軸力偏差電流Irとラック軸力偏差ΔFとの対応を示す図9に例示した制御マップに、ラック軸力偏差ΔFを代入することによりラック軸力偏差電流Irを算出する。図9に例示した制御マップにおいては、ラック軸力偏差ΔFがプラス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が大きくなり、ラック軸力偏差ΔFがマイナス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が小さくなるように設定されている。つまり、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも大きいほど、言い換えれば路面から受ける反力が大きいほど、ラック軸力偏差電流Irが大きくなり、他方、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも小さいほど、言い換えれば路面から受ける反力が小さいほど、ラック軸力偏差電流Irが小さくなるように設定されている。
ラック軸力偏差電流決定部286は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、ラック軸力偏差電流Irとラック軸力偏差ΔFとの対応を示す図9に例示した制御マップに、ラック軸力偏差ΔFを代入することによりラック軸力偏差電流Irを算出する。図9に例示した制御マップにおいては、ラック軸力偏差ΔFがプラス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が大きくなり、ラック軸力偏差ΔFがマイナス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が小さくなるように設定されている。つまり、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも大きいほど、言い換えれば路面から受ける反力が大きいほど、ラック軸力偏差電流Irが大きくなり、他方、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも小さいほど、言い換えれば路面から受ける反力が小さいほど、ラック軸力偏差電流Irが小さくなるように設定されている。
ラック軸力偏差電流決定部286は、上述した手法にて算出したラック軸力偏差電流IrをRAMなどの記憶領域に記憶する。
そして、目標電流決定部29は、RAMなどの記憶領域に記憶された、基本目標電流Itfとラック軸力偏差電流Irとを加算した値を目標電流Itとして決定する。
そして、目標電流決定部29は、RAMなどの記憶領域に記憶された、基本目標電流Itfとラック軸力偏差電流Irとを加算した値を目標電流Itとして決定する。
以上のように構成された本実施の形態に係る目標電流算出部20においては、ラック軸105に生じる実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも大きくなるほど、ラック軸力偏差電流Irが大きくなり、目標電流Itが増大する。他方、ラック軸105に生じる実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも小さい場合は、ラック軸力偏差電流Irが小さくなり、目標電流Itが減少する。それゆえ、例えば、旋回時に平らな路面から凹んだわだちを走行する場合、わだちに進入する際には、路面からの反力が小さくなるが、電動モータ110によるアシスト力が減少するのでステアリングホイール101を切り込み過ぎることが抑制される。他方、わだちから脱出する際には、路面からの反力が大きくなるが、電動モータ110によるアシスト力が大きくなるのでステアリングホイール101が切り戻され過ぎることが抑制される。このように、本実施の形態に係るステアリング装置100によれば、例えば路面状態が変化して、保舵力と路面反力とのバランスが崩れたとしても電動モータ110によるアシスト力が調整されるので、いわゆるハンドル取られを抑制することができ、走行安定性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る目標電流算出部20においては、実側ローパスフィルタ処理部284を通過した実ラック軸力Fraと規範側ローパスフィルタ処理部283を通過した規範ラック軸力Frmとの偏差であるラック軸力偏差ΔFに基づいてラック軸力偏差電流Irを算出する。それゆえ、実ラック軸力Fraおよび規範ラック軸力Frmの変動周波数が遮断周波数Fcよりも大きい範囲ではそれらの値が減衰させられて小さくなっているか零となっているのでラック軸力偏差ΔFも小さくなっているか零であり、ラック軸力偏差電流Irも小さくなっているか零である。したがって、実ラック軸力Fraの変化と規範ラック軸力Frmの算出値の変化のタイミングにズレが生じることに起因して、誤ったラック軸力偏差ΔFに基づいて電動モータ110の目標電流Itを設定してしまい、操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。なお、上限遮断周波数Fcmaxは、10Hzであることを例示することができる。これにより、5Hz程度と考えられるわだちの通過時の走行安定性を向上させることができると共に、10Hzを超えると考えられる、車両を構成する部品の微小振動や、部品同士の共振などによる悪影響を抑制することができる。
さらに、本実施の形態に係る目標電流算出部20においては、遮断周波数設定部285が、モータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなるに従って遮断周波数Fcを高くするように設定する。これにより、直進走行時などモータ回転速度Nm(舵角速度)が小さい走行時には、車両を構成する部品の微小振動や、部品同士の共振などによる悪影響をより精度よく抑制することができ、操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。他方、路面が不安定となりモータ回転速度Nm(舵角速度)が大きくなった場合には遮断周波数Fcが高くなるので、路面状態が変化して、保舵力と路面反力とのバランスが崩れたとしてもラック軸力偏差電流Irによりアシスト力が調整されるので、いわゆるハンドル取られを抑制することができ、走行安定性を向上させることができる。
以上説明したように、本実施の形態に係るステアリング装置100によれば、操舵フィーリングの低下を伴うことなく、変化する路面の走行安定性の向上を図ることができる。
以上説明したように、本実施の形態に係るステアリング装置100によれば、操舵フィーリングの低下を伴うことなく、変化する路面の走行安定性の向上を図ることができる。
<プログラムの説明>
また以上説明した制御装置10が行なう処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現することができる。この場合、制御装置10に設けられた制御用コンピュータ内部のCPUが、制御装置10の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。
また以上説明した制御装置10が行なう処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現することができる。この場合、制御装置10に設けられた制御用コンピュータ内部のCPUが、制御装置10の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。
よって制御装置10が行なう処理は、コンピュータに、車両のステアリングホイール101の舵角と車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸105に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力Frmを算出する規範ラック軸力算出機能と、ラック軸105に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraを算出する実ラック軸力算出機能と、規範ラック軸力算出機能が算出した規範ラック軸力Frmの遮断周波数Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理機能と、実ラック軸力算出機能が算出した実ラック軸力Fraの遮断周波数Fcより低い周波数の成分は減衰させずに遮断周波数Fcより高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理機能と、規範側ローパスフィルタ処理機能にて処理された規範ラック軸力Frmと実側ローパスフィルタ処理機能にて処理された実ラック軸力Fraとの偏差に基づいてラック軸力偏差電流Irを算出するラック軸力偏差電流機能と、ステアリングホイール101の操舵トルクTに基づいて電動モータ110に供給する目標電流Itの基本となる基本目標電流Itfを算出する基本目標電流算出機能と、基本目標電流算出機能が算出した基本目標電流Itfとラック軸力偏差電流算出機能が算出したラック軸力偏差電流Irとに基づいて目標電流Itを決定する目標電流決定機能と、を実現させるプログラムとして捉えることもできる。
なお、本実施の形態を実現するプログラムは、通信手段により提供することはもちろん、CD−ROM等の記録媒体に格納して提供することも可能である。
10…制御装置、20…目標電流算出部、21…ベース電流算出部、27…基本目標電流算出部、28…ラック軸力偏差電流算出部、29…目標電流決定部、30…制御部、100…電動パワーステアリング装置、110…電動モータ、281…規範ラック軸力算出部、282…実ラック軸力算出部、283…規範側ローパスフィルタ処理部、284…実側ローパスフィルタ処理部、285…遮断周波数設定部、286…ラック軸力偏差電流決定部
Claims (4)
- 車両のステアリングホイールの操舵に対する補助力を加える電動モータと、
前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
前記ステアリングホイールの舵角を検出する舵角検出手段と、
前記舵角検出手段が検出した舵角と前記車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出手段と、
前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出手段と、
前記規範ラック軸力算出手段が算出した前記規範ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理手段と、
前記実ラック軸力算出手段が算出した前記実ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理手段と、
前記規範側ローパスフィルタ処理手段にて処理された規範ラック軸力と前記実側ローパスフィルタ処理手段にて処理された実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を算出するラック軸力偏差電流算出手段と、
前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を算出する基本目標電流算出手段と、
前記基本目標電流算出手段が算出した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流算出手段が算出した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定手段と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記規範側ローパスフィルタ処理手段および前記実側ローパスフィルタ処理手段の前記遮断周波数を、前記電動モータの回転速度に基づいて設定する遮断周波数設定手段をさらに備える
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。 - 前記遮断周波数設定手段は、前記電動モータの回転速度が大きくなるに従って前記遮断周波数を高く設定する
ことを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - コンピュータに、
車両のステアリングホイールの舵角と当該車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出機能と、
前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出機能と、
前記規範ラック軸力算出機能が算出した前記規範ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる規範側ローパスフィルタ処理機能と、
前記実ラック軸力算出機能が算出した前記実ラック軸力の遮断周波数より低い周波数の成分は減衰させずに当該遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる実側ローパスフィルタ処理機能と、
前記規範側ローパスフィルタ処理機能にて処理された規範ラック軸力と前記実側ローパスフィルタ処理機能にて処理された実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を算出するラック軸力偏差電流機能と、
前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を算出する基本目標電流算出機能と、
前記基本目標電流算出機能が算出した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流算出機能が算出した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定機能と、
を実現させるプログラム。
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2014
- 2014-03-26 JP JP2014064457A patent/JP2015186942A/ja active Pending
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