JP2017206071A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転者によるステアリングホイール(20)の操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角(θtgt)に転舵輪(44L及び44R)の転舵角(θc)が近付くようにアシストモータ(30)を制御する電動パワーステアリング装置(10)において、運転者によるステアリングホイールの操作に転舵角を正確に対応させて、良好なドライバビリティを達成する。
【解決手段】トルクセンサ(21)によって検出される検出操舵トルク(Ts)を操舵角センサ(21s)によって検出される操舵角(θh)に基づいて補正して純粋操舵トルク(Th)を算出し、この純粋操舵トルクに基づいて目標転舵角を設定する。これにより、ステアリング機構(40)におけるトルクセンサよりも上流側の構成部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を排除して、正しい目標転舵角を設定する。
【選択図】図1
【解決手段】トルクセンサ(21)によって検出される検出操舵トルク(Ts)を操舵角センサ(21s)によって検出される操舵角(θh)に基づいて補正して純粋操舵トルク(Th)を算出し、この純粋操舵トルクに基づいて目標転舵角を設定する。これにより、ステアリング機構(40)におけるトルクセンサよりも上流側の構成部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を排除して、正しい目標転舵角を設定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
当該技術分野において、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くように、アシストモータからステアリング機構に伝達されるトルクであるアシストトルクを制御する電動パワーステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この目標転舵角は、運転者によってステアリングホイールに付与されるトルクである操舵トルクに応じて増減される。これにより、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応したものとしつつ、運転者によってステアリングホイールに付与される操舵トルクを軽減することができる。
ところで、上記操舵トルクは、例えばインターミディエイトシャフトに設けられたトーションバーの捻れ等に基づいてトルクセンサによって検出される。従って、トルクセンサによる検出値は、ステアリング機構におけるトルクセンサよりも上流側(ステアリングホイール側)の構成部材(以降、「上流側部材」と称される場合がある。)(例えば、ステアリングホイール等)の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。
具体的には、例えば、ステアリングホイールに運転者が触れていない(操舵トルク=0(ゼロ))状態において目標転舵角に追従して車両が転回した結果、ステアリング機構におけるトルクセンサよりも下流側(転舵輪側)の構成部材(以降、「下流側部材」と称される場合がある。)が回転する場合を想定する。この場合、例えば上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等に起因して、下流側部材の回転に上流側部材が瞬時には追従することができず、トーションバーの捻れが発生し、操舵トルクが0(ゼロ)であるにも拘わらず、トルクセンサによって操舵トルクが検出される可能性がある。
或いは、運転者がステアリングホイールに所定の操舵トルクを付与して一定の操舵角に維持(保舵)している状態において運転者がステアリングホイールから手を離した(操舵トルク=0(ゼロ))場合を想定する。この場合も、上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等に起因して、その時点における下流側部材の回転角度に上流側部材の回転角度が瞬時に一致することができず、トーションバーの捻れが発生し、操舵トルクが0(ゼロ)であるにも拘わらず、トルクセンサによって操舵トルクが検出される可能性がある。
上記のように、トルクセンサによって検出される操舵トルクは、上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等の影響により、運転者がステアリングホイールに実際に付与している操舵トルク(以降、「純粋操舵トルク」と称される場合がある。)に一致しない場合がある。従って、トルクセンサによって検出される操舵トルクに応じて目標転舵角を増減させると、正しい目標操舵角を設定することが困難となる虞がある。その結果、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応したものとすることが困難となり、良好なドライバビリティの達成が困難となる虞がある。
本発明は、上記課題を解決するために為されたものである。即ち、本発明は、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くようにアシストモータを制御する電動パワーステアリング装置において、運転者によるステアリングホイールの操作に転舵角を正確に対応させて、良好なドライバビリティを達成することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを1つの目的とする。
上記に鑑み、本発明に係る電動パワーステアリング装置(以降、「本発明装置」と称呼される場合がある。)は、ステアリング機構(40)と、トルクセンサ(21)と、転舵角センサ(31)と、目標転舵角設定部(51)と、目標アシストトルク設定部(52)と、駆動制御部(53)と、を備える。
上記ステアリング機構は、運転者によるステアリングホイール(20)の操作に基づく操舵トルク(Th)と、アシストモータ(30)によって発生するトルクであるアシストトルク(Ta)と、をラック軸(41)に伝達することにより転舵輪(44L及び44R)の転舵角(θc)を変化させる。上記トルクセンサは、前記操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルク(Ts)を検出する。上記転舵角センサは、前記転舵輪の転舵角を検出する。
上記目標転舵角設定部は、前記転舵輪の転舵角の目標値である目標転舵角(θtgt)を設定する。上記目標アシストトルク設定部は、前記転舵角を前記目標転舵角に近付けるための目標アシストトルク(Ta*)を設定する。上記駆動制御部は、前記設定される目標アシストトルクに対応するアシスト指令値(Itgt)に基づき前記アシストモータを制御して、前記アシストトルク(Ta)を前記設定される目標アシストトルクに近付ける。
本発明装置は、操舵角センサ(21s)と、純粋操舵トルク算出部(54)と、を更に備える。
上記操舵角センサは、前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角(θh)を検出する。上記純粋操舵トルク算出部は、前記操舵角に基づいて前記検出操舵トルクを補正して、前記運転者による前記ステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルク(Th)を算出する。
加えて、本発明装置において、前記目標転舵角設定部は、前記純粋操舵トルクの方向及び大きさに基づいて前記目標転舵角を設定するように構成される。
本発明によれば、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くようにアシストモータを制御する電動パワーステアリング装置において、運転者によるステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルクに基づいて目標転舵角を設定する。これにより、ステアリング機構における上流側部材(例えば、ステアリングホイール等)の慣性モーメント(Ih)及び粘性摩擦(Ch)等による影響を排除することができる。その結果、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応させて、良好なドライバビリティを達成することができる。
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び/又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び/又は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
《第1実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置(以下、「第1装置」と称される場合がある。)について説明する。
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置(以下、「第1装置」と称される場合がある。)について説明する。
〈構成〉
図1は、第1装置の構成を示す模式図である。第1装置10は、ステアリング機構40(図中には付番せず。)と、トルクセンサ21と、転舵角センサ31と、制御部50と、を備える。
図1は、第1装置の構成を示す模式図である。第1装置10は、ステアリング機構40(図中には付番せず。)と、トルクセンサ21と、転舵角センサ31と、制御部50と、を備える。
ステアリング機構40は、運転者によるステアリングホイール20の操作に基づく(ステアリングホイール操作によりステアリング機構40に入力される)操舵トルクThと、アシストモータ30によって発生するトルクであるアシストトルクTaと、を転舵輪44L及び44Rに伝達して、転舵輪44L及び44Rの転舵角を変化させる。図1に示すように、ステアリング機構40は、インターミディエイトシャフト22、ピニオンギア(図示せず)、ラック軸41、並びにタイロッド42L及び42R等によって構成される。即ち、ステアリング機構40は、コラムアシスト型のラックアンドピニオン方式を採用している。
しかしながら、ステアリング機構40として、例えばピニオンアシスト型及びラックアシスト型等、コラムアシスト型以外のラックアンドピニオン方式を採用してもよい。即ち、ステアリング機構40の構成は、操舵トルクThとアシストトルクTaとを伝達して転舵輪44L及び44Rの転舵角を変化させることが可能である限り、特に限定されない。
トルクセンサ21は、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルクTsを検出する。具体的には、トルクセンサ21は、インターミディエイトシャフト22に設けられたトーションバーの捻れを検出することにより、検出操舵トルクTsを検出する。尚、トルクセンサ21の構成は、検出操舵トルクTsを検出することが可能である限り、特に限定されない。
転舵角センサ31は、転舵輪44L及び44Rの転舵角θcを検出する。具体的には、転舵角センサ31は、アシストモータ30の回転角度の積算値に基づいて転舵角θcを検出する。しかしながら、転舵角センサ31の構成は、転舵角θcを検出することが可能である限り、特に限定されない。
制御部50は、CPU、ROM、RAM及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路(ECU:Electronic Control Unit)である。制御部50は、ECUの機能として、目標転舵角設定部51と、目標アシストトルク設定部52と、駆動制御部53と、をそれぞれ備える。
目標転舵角設定部51は、転舵輪44L及び44Rの転舵角θcの目標値である目標転舵角θtgtを設定する。目標アシストトルク設定部52は、転舵角センサ31によって検出される転舵角θcを目標転舵角θtgtに近付けるための目標アシストトルクTa*を設定する。駆動制御部53は、目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtに基づいてアシストモータ30を制御して、アシストトルクTaを目標アシストトルクTa*に近付ける。このような演算及び制御は、メモリ(ROM)に格納されたインストラクション(ルーチン)をCPUが実行することによって実現される。
ところが、前述したように、トルクセンサ21によって検出される検出操舵トルクTsは、ステアリング機構40におけるトルクセンサ21よりも上流側の構成部材(上流側部材)(例えば、ステアリングホイール20等)の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。従って、検出操舵トルクTsに応じて目標転舵角θtgtを設定すると、目標操舵角θtgtもまたステアリングホイール20等の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。その結果、転舵輪44L及び44Rの転舵角θcを運転者による真の操舵トルク(純粋操舵トルクTh)に対応したものとすることが困難となり、良好なドライバビリティの達成が困難となる虞がある。
そこで、第1装置10は、操舵角センサ21sと、純粋操舵トルク算出部54と、を更に備える。操舵角センサ21sは、ステアリングホイール20の回転角度である操舵角θhを検出する。
図2に示すように、純粋操舵トルク算出部54は、操舵角センサ21sによって検出される操舵角θhに基づいて検出操舵トルクTsを補正して、運転者によるステアリングホイール20の操作のみに基づく純粋操舵トルクThを算出する。加えて、目標転舵角設定部51は、純粋操舵トルク算出部54によって算出される純粋操舵トルクThの方向及び大きさに基づいて目標転舵角θtgtを設定するように構成されている。
上記の結果、目標アシストトルク設定部52は運転者による操舵トルクに正確に対応する正しい目標転舵角θtgtに基づく正しい目標アシストトルクTa*を設定し、駆動制御部53は正しい目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtに基づいて、アシストモータ30を正しく制御することができる。
〈作動〉
次に、第1装置10の作動について詳しく説明する。制御部50を構成するECUが備えるCPU(以下、単に「CPU」と称呼される場合がある。)は、所定時間(演算周期)Δtが経過する毎に、図3にフローチャートとして示した「操舵アシスト制御ルーチン」を実行する。
次に、第1装置10の作動について詳しく説明する。制御部50を構成するECUが備えるCPU(以下、単に「CPU」と称呼される場合がある。)は、所定時間(演算周期)Δtが経過する毎に、図3にフローチャートとして示した「操舵アシスト制御ルーチン」を実行する。
CPUは、ステップS01において当該ルーチンを開始すると、ステップS02に進み、トルクセンサ21、転舵角センサ31及び操舵角センサ21sから検出操舵トルクTs、転舵角θc及び操舵角θhをそれぞれ取得する。検出操舵トルクTsは、トーションバーの捻れに基づいてトルクセンサ21が検出したトルクである。従って、図4に示すように、トルクセンサ21の下流側部材の回転角度をθsとし、トーションバーの剛性に対応する比例定数をKsとすると、検出操舵トルクTsを下式(1)によって表すことができる。
式(1)からも明らかであるように、検出操舵トルクTsは、トルクセンサ21の上流側部材の回転角度(θh)と下流側部材の回転角度(θs)との差に起因して検出されるトルクである。これらの回転角度の差は、ステアリング機構40におけるトルクセンサ21よりも上流側の構成部材(上流側部材)(例えばステアリングホイール20等)の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響によって生ずる。ステアリングホイール20の慣性モーメントをIhとし、上流部材の粘性摩擦をChとすると、図4に示した系の運動方程式は下式(2)によって表される。
そこで、CPUはステップS03に進み、式(2)から導かれる下式(3)に従って、純粋操舵トルクThを算出する。即ち、CPUは純粋操舵トルク算出部54として機能して、検出操舵トルクTsを操舵角センサ21sによって検出される操舵角θhに基づいて補正し、運転者によるステアリングホイール20の操作のみに基づく純粋操舵トルクThを算出する。
次に、CPUはステップS04に進み、目標転舵角設定部51として機能する。即ち、CPUは、純粋操舵トルク算出部54によって算出された純粋操舵トルクThの方向及び大きさに基づいて正しい目標転舵角θtgtを設定(算出)する。純粋操舵トルクThに基づく目標転舵角θtgtの算出方法は、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。
第1層値10においては、一定期間における純粋操舵トルクThの変化(ΔTh)に比例して目標転舵角θtgtを変化させる手法を採用する。具体的には、目標転舵角θtgtの今回値をθtgt[n]とし、前回値をθtgt[n−1]とし、比例ゲインをKdthとすると、目標転舵角θtgtの今回値をθtgt[n]は下式(4)によって表される。
尚、目標転舵角θtgtの初期値としては、例えば、第1装置を搭載する車両の各トリップにおいてステアリングホイールを初めて操舵するときの操舵角θhからステアリング機構の構成(例えばギア比等)に応じて機械的に特定される転舵角θcを用いることができる。
次に、CPUはステップS05に進み、上記のようにして算出(設定)された正しい目標転舵角θtgtと現時点における転舵角θcとに基づいて目標アシストトルクTa*を設定(算出)する。即ち、CPUは、目標アシストトルク設定部52として機能し、転舵角センサ31によって検出される転舵角θcを上記目標転舵角θtgtに近付けるための目標アシストトルクTa*を設定(算出)する。
目標転舵角θtgtと転舵角θcとに基づいて目標アシストトルクTa*を算出(設定)する方法は、例えば転舵角の誤差を小さくするフィードバック制御等、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。第1層値10においては、PI制御を採用し、以下の式(5)及び(6)により目標アシストトルクTa*を算出する。式中、eは転舵角の誤差(現時点における転舵角θcと目標転舵角θtgtとの差)であり、Ktpは比例ゲインであり、Ktiは積分ゲインである。
次に、CPUはステップS06に進み、駆動制御部53として機能する。即ち、CPUは、目標アシストトルク設定部52によって設定された目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtを算出し、当該アシスト指令値Itgtに基づいてアシストモータ30を制御して、アシストモータ30によって発生するアシストトルクTaを目標アシストトルクTa*に近付ける。
目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtを算出する方法は、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。第1層値10においては、目標アシストトルクTa*をアシストモータ30に出力させるための電流指令値をアシスト指令値Itgtとして採用する。
具体的には、種々の電流指令値におけるアシストモータ30の出力トルクを計測する事前実験等によって目標アシストトルクTa*とアシスト指令値Itgtとの対応関係を予め特定しておく。そして、当該対応関係を示すマップ(ルックアップテーブル)を制御部50のメモリ(ROM)に格納しておき、当該マップをCPUに参照させることにより、目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtを特定する。そして、CPUはステップS07に進み、上記のようにして特定されたアシスト指令値Itgtに基づいてアシストモータ30を駆動する。
尚、上記ステップS05においては目標転舵角θtgtと転舵角θcとに基づいて目標アシストトルクTa*を設定(算出)し、この目標アシストトルクTa*に対応するアシスト指令値Itgtを設定(算出)した。しかしながら、目標転舵角θtgtと転舵角θcとに基づいてアシスト指令値Itgtを(目標アシストトルクTa*を介さずに)直接算出してもよい。この場合、目標アシストトルク設定部52として機能するCPUは、例えば、以下の式(7)によりアシスト指令値Itgtを直接算出することができる。式中、Kpは比例ゲインであり、Kiは積分ゲインである。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
10…電動パワーステアリング装置(第1装置)、20…ステアリングホイール、21…トルクセンサ、21s…操舵角センサ、22…インターミディエイトシャフト、30…アシストモータ、31…転舵角センサ、40…ステアリング機構、41…ラック軸、42L及び42R…タイロッド、44L及び44R…転舵輪、50…制御部(ECU)、51…目標転舵角設定部、52…目標アシストトルク設定部、53…駆動制御部、並びに54…純粋操舵トルク算出部。
Claims (1)
- 運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクと、アシストモータによって発生するトルクであるアシストトルクと、をラック軸に伝達することにより転舵輪の転舵角を変化させるステアリング機構と、
前記操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
前記転舵輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、
前記転舵角を前記目標転舵角に近付けるための目標アシストトルクを設定する目標アシストトルク設定部と、
前記目標アシストトルクに対応するアシスト指令値に基づいて前記アシストモータを制御して、前記アシストトルクを前記目標アシストトルクに近付ける駆動制御部と、
を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角センサと、
前記操舵角に基づいて前記検出操舵トルクを補正して、前記運転者による前記ステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルクを算出する純粋操舵トルク算出部と、
を更に備え、
前記目標転舵角設定部は、前記純粋操舵トルクの方向及び大きさに基づいて前記目標転舵角を設定するように構成された、
電動パワーステアリング装置。
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