JP3556083B2

JP3556083B2 - 電動パワーステアリングの制御装置

Info

Publication number: JP3556083B2
Application number: JP1608598A
Authority: JP
Inventors: 宗法山本; 隆之喜福
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH11208490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操舵輪の操舵力を電動機で補助する電動パワーステアリングの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の電動パワーステアリング装置の構成を示すもので、操舵輪２１に取付けられたステアリング軸２２が、ラック・ピニオン機構２３によりラック軸２４に連結されている。このラック軸２４は、連結部材２５を介して車輪２６に連結されており、操舵輪２１に加えられた操舵力は、ラック軸２４の往復運動に変換されて車輪２６を揺動させる。更に、上記操舵力を補助するために、モータ３を設け、このモータ３の回転力を動力伝達機構２７を介してラック軸２４に伝達することによりラック軸２４の往復運動を補助し、少ない操舵力で車輪２６を揺動させるようにしている。上記モータ３は、ステアリング軸２４に設けられた操舵系のトルクを検出するトルクセンサ１からの出力信号と、車速を検出する図外の車速センサからの出力信号とに基づいて制御された電流値により駆動される。図１２は、従来の電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図で、トルクセンサ１からのトルク信号は、位相補償手段３１において、車速センサ２の出力信号に応じて位相補償され、モータ３の制御を行う制御手段３２に送られる。制御手段３２の目標電流設定手段３３は、上記位相補償されたトルク信号に基づいて目標電流を設定し、駆動制御手段３４は、上記目標電流値に基づいて電動機駆動手段３５からモータ３への供給されるモータ駆動電流を制御する。上記構成の電動パワーステアリング装置の制御性を向上させるため、例えば、特開平８−９１２３６号公報では、位相補償手段をソフトウェアで構成し、車速に応じた位相補償をより正確に行えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電動パワーステアリング装置では、位相補償手段３１をソフトウェアで構成したかハードウェアで構成したかに係わらず、トルク信号に対して、車速に応じた位相遅れまたは位相進みを与えてゲインを調整するようにしている。しかしながら、トルク信号には様々な周波数成分が含まれており、ある特定の周波数帯域の位相補償だけではその他の周波数成分に対して位相補償できず、操舵フィーリングの応答性及び安定性を十分に確保することができないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、トルク信号を広い周波数帯域で位相補償することにより、操舵フィーリングの応答性及び安定性に優れた電動パワーステアリングの制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、操舵トルクを検出するトルクセンサからのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段とを含む複数の位相補償手段を設け、上記トルク信号を位相補償した信号に基づいてモータの駆動電流を制御するようにしたものである。
【０００６】
本発明の請求項２に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、車速センサの出力信号に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性、すなわち、位相補償手段の利得（ゲイン）及び位相の周波数特性を変化させるようにしたものである。
【０００７】
本発明の請求項３に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、エンジン回転数センサの出力に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性を変化させるようにしたものである。
【０００８】
本発明の請求項４に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、上記複数の位相補償手段を構成する際に、高周波帯域を位相補償する位相補償手段をハードウェアで構成し、低周波帯域を位相補償する位相補償手段をソフトウェアで構成したものである。
また、請求項５に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、上記位相補償手段を、少なくとも上記トルクセンサからのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段を含む３つの位相補償手段にて構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図で、１は操舵トルクを検出するトルクセンサ、２は車速センサ、３はモータ、４はハードウェアで構成された位相進み補償手段、５はソフトウェアで構成された位相進み補償手段、６はソフトウェアで構成された位相遅れ補償手段、７はモータ３に供給する電流の目標値を演算するモータ電流目標値演算手段、８はモータ３の電流を検出するモータ電流検出手段、９はモータ電流目標値演算手段７からのモータ電流目標値とモータ電流検出手段８からのモータ電流検出値とに基づいてモータ電流の制御を行うモータ電流制御手段、１０はモータ電流制御手段９で演算された制御信号に従ってモータ３を駆動するモータ駆動手段である。なお、図１において、符号１１は、位相進み補償手段５，位相遅れ補償手段６，モータ電流目標値演算手段７，モータ電流制御手段９の演算を行うマイクロコンピュータで、符号１２は、位相進み補償手段４，モータ電流検出手段８，モータ駆動手段１０の各電子回路と、上記マイクロコンピュータ１１とから構成される電動パワーステアリングの制御手段である。
【００１１】
次に、上記構成の電動パワーステアリングの制御装置の動作を説明する。まず、電動パワーステアリングの制御手段１２に入力されるトルクセンサ１からの出力信号（トルク信号）を位相進み補償手段４により位相進み補償する。図２は、上記位相進み補償を行う前の操舵系の開ループ周波数特性の一例を示す図で、（ａ）図はゲインの周波数特性で、（ｂ）図は位相の周波数特性である。この周波数特性に対して、位相進み補償手段４により、操舵系の交差周波数ｆ_ｃ（ゲインが０ｄＢとなる周波数で、車種によるが、約３０Ｈｚ）付近で位相進み補償を行うことにより、図３（ｂ）に示すように、交差周波数における位相を−１８０度から正の方向に測った角度θを正でかつ大きくすることができる。上記角度θは位相余裕といわれるもので、一般に位相余裕が大きい程系の安定性が高い。したがって、位相進み補償手段４の位相進み補償により、操舵系の安定性が向上したことが分かる。
次に、上記位相進み補償手段４により位相進み補償された信号を、マイクロコンピュータ１１内に取込み、位相進み補償手段５により、実際の操舵で主に用いられる低周波帯域（１〜５Ｈｚ程度）での位相進み補償を行う。図４は、上記信号に対して位相進み補償手段５により位相進み補償を行った結果を示す図で、点線は図２に示した位相補償前のトルク信号の周波数特性で、実線は位相進み補償手段４及び位相進み補償手段５により位相進み補償された信号の周波数特性で、位相補償後は、ゲインも高くなり位相余裕も大きくなっている。このように、トルク信号に対し異なる周波数帯域で位相進み補償を行うことにより、操舵系の応答性と安定性をともに向上させることができる。更に、図５に示すように、上記位相進み補償手段４，５により位相進み補償された信号に対して、位相遅れ補償手段６により５〜８Ｈｚの低い周波数帯域で位相遅れ補償を行って交差周波数を下げ、位相余裕を更に増やすことにより、操舵系の安定性を更に向上させることができる。なお、図５において、点線は位相進み補償手段４，５により位相補償したトルク信号の周波数特性で、実線は位相進み補償手段４，５及び位相遅れ補償手段６により位相補償された信号の周波数特性である。
【００１２】
位相進み補償手段４，５及び位相遅れ補償手段６により位相補償されたトルク信号は、モータ電流目標値演算手段７に入力される。モータ電流目標値演算手段７は、上記トルク信号と車速センサ２から入力された車速信号とに基づいて、モータ電流目標値を演算する。図６は、操舵トルク量とモータ電流目標値演算手段７で演算されたモータ電流目標値（アシスト電流）との関係を示す図で、モータ電流目標値は、車速が低速になる程アシスト電流が大きくなるように演算される。モータ電流制御手段９は、上記モータ電流目標値と、モータ電流検出手段８で検出されたモータ電流検出値とに基づいて、フィードバック制御を行い、演算された操作量に基づいて、モータ駆動手段１０でモータ３を駆動する。
【００１３】
このように、本実施の形態１においては、トルク信号に対して、ハードウェアで構成した位相進み補償手段４により操舵系の交差周波数付近での位相進み補償を行った後、ソフトウェアで構成した位相進み補償手段５により、実際の操舵で主に用いる低い周波数帯域での位相進み補償を行い、更に、位相遅れ補償手段６により、位相余裕が更に増えるように位相遅れ補償を行うようにしたので、実際の操舵に用いられる周波数帯域でのゲインが高くなり操舵系の応答性が向上させることができるともに、位相余裕も大きいので、操舵系の安定性も向上させることができる。
【００１４】
また、本実施の形態１では、高い周波数帯域である操舵系の交差周波数付近では、ハードウェアによる位相補償を行ない、実際の操舵で主に用いる低い周波数帯域ではソフトウェアによる位相補償を行なったが、これは、低い周波数帯域での位相補償をハードウェアで構成する場合には、コンデンサの容量が大きくなりコストアップにつながるが、ソフトウェアで構成する場合には、コンデンサが不要である上に、サンプリング周波数が低くてよいので、安価なマイクロコンピュータを用いることができるためである。一方、高い周波数帯域での位相補償をソフトウェアで構成する場合には、サンプリング周波数を高くする必要があるため、より高い処理速度のマイクロコンピュータを用いなければならないため、コストアップとなるが、ハードウェアで構成する場合には、容易かつ安価に回路を作製することができるためである。
但し、本発明においては、必ずしも高い周波数帯域の位相補償はハードウェアで行ない低い周波数帯域での位相補償はソフトウェアで行う必要はなく、車両特性により種々に変更可能である。例えば、位相補償をハードウェアで構成する場合に、回路規模の増大やコストアップが小さければ、両帯域の位相補償をすべてハードウェアで構成することにより、ソフトウェアでの位相補償におけるＡ／Ｄコンバータによる量子化誤差による悪影響をなくすことができる。また、マイクロコンピュータの処理能力が十分高く、かつマイクロコンピュータの高速化によるコストアップが小さければ、両帯域の位相補償をすべてソフトウェアで構成してもよい。
【００１５】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、位相補償の周波数特性を固定していたが、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つの位相補償手段の周波数特性を、車速に従って変化させることにより、操舵系の応答性と安定性を更に向上させることができる。
一般に、車速が高速（例えば、３０ｋｍ以上）の場合には、パワーステアリングの負荷が小さくなるので、図６に示すように、高速時にはゲインを小さくしての操舵アシストを少なく、操舵が軽すぎないようにするのが普通である。しかしながら、図６に示すような操舵アシスト特性を実装すると、操舵系の開ループゲイン周波数特性は、図７（ａ）に示すように、高速の場合の交差周波数が低速の場合に比較して下がってしまう。一方、図７（ｂ）に示すように、位相特性は低速時も高速時も同じなので、低速時には応答性は高いが位相余裕が小さくなり、高速時には位相余裕が大きいが応答性が悪いという特性となる。
このような特性を補償するため、本実施の形態２は、図８に示すように、車速センサ２の出力をモータ電流目標値演算手段７だけでなく、位相進み補償手段５及び位相遅れ補償手段６にも入力し、上記位相補償手段５，６の周波数特性を車速センサ２の出力値に従って変化させるようにしたものである。すなわち、低速時には、図９に示すように、交差周波数を下げ、位相余裕を大きくして安定性を向上させ、高速時には、図１０に示すように、交差周波数を上げ、ゲインを大きくして応答性を向上させる。
【００１６】
このように、本実施の形態２においては、位相進み補償手段５及び位相遅れ補償手段６の周波数特性を、車速センサ２の出力信号に従って変化させるようにしたので、低車速では操舵アシストを増加させても操舵系の安定性が確保でき、高車速では操舵系の応答性を向上させた操舵フィーリングを得ることができる。
【００１７】
なお、上記例では、ソフトウェアで構成した位相補償手段５，６の周波数特性のみを車速センサ２の出力信号に従って変化させたが、ハードウェアで構成された位相進み補償手段４の周波数特性についても、車速センサ２の出力信号に応じて変化させることにより、操舵フィーリングを更に改善することができる。
【００１８】
実施の形態３．
上記実施の形態２においては、車速センサ２の出力信号に基づいて位相補償の周波数特性を変化させたが、車速とエンジン回転数とは強い相関があるので、図８の車速センサ２の出力に代えて、エンジン回転数に基づいて位相補償の周波数特性を変化させても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００１９】
なお、上記各実施の形態１，２，３では、高い周波数帯域の位相補償を行うハードウェアで構成された位相進み補償手段４と、低い周波数帯域の位相補償を行うソフトウェアで構成された位相進み補償手段５及び位相遅れ補償手段６を用いて、トルク信号の位相補償を行ったが、位相補償手段の構成はこれに限るものではない。例えば、位相補償を追加し、位相補償を行う周波数帯域を更に増やすことにより、トルク信号の周波数特性を更にきめ細かく補正し、実際の操舵に用いられる周波数帯域での操舵系の応答性と操舵系の安定性を更に向上させることができる。また、位相補償の順序も上記例に限定されるものではないことは言うまでもない。但し、ハードウェアで構成された位相補償手段とソフトウェアで構成された位相補償手段とが混在する場合には、ハードウェアで構成された位相補償手段による補償を先に行う方が装置構成が簡素化される。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の電動パワーステアリングの制御装置は、操舵トルクを検出するトルクセンサのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段とを含む複数の位相補償手段を設け、上記トルク信号を位相補償した値に基づいてモータの駆動電流を制御するようにしたので、操舵時の応答性と安定性を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項２記載の電動パワーステアリングの制御装置は、車速センサの出力信号に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性、すなわち、位相補償手段のゲイン及び位相の周波数特性を変化させるようにしたので、低車速では操舵アシストを増加させても操舵系の安定性が確保でき、高車速では操舵系の応答性を向上させた操舵フィーリングを得ることができる。
【００２２】
請求項３記載の電動パワーステアリングの制御装置は、エンジン回転数センサの出力信号に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性を変化させるようにしたので、エンジン回転数に応じた操舵時の応答性と安定性とを得ることができる。
【００２３】
また、請求項４記載の電動パワーステアリングの制御装置は、上記複数の位相補償手段を構成する際に、高周波帯域を位相補償する位相補償手段をハードウェアで構成し、低周波帯域を位相補償する位相補償手段をソフトウェアで構成したので、安価に回路を作製することができる。
また、請求項５に係わる電動パワーステアリングの制御装置は、上記位相補償手段を、少なくとも上記トルクセンサからのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段を含む３つの位相補償手段にて構成したので、操舵時の応答性と安定性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係わる電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図である。
【図２】操舵系の開ループ周波数特性を説明する図である。
【図３】実施の形態１の第１の位相進み補償手段を説明する図である。
【図４】実施の形態１の第２の位相進み補償手段を説明する図である。
【図５】実施の形態１の位相遅れ補償手段を説明する図である。
【図６】実施の形態１の操舵アシスト電流を説明する図である。
【図７】車速感応パワーステアリングが装着された操舵系の開ループ周波数特性を説明する図である。
【図８】実施の形態２に係わる電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図である。
【図９】実施の形態２における位相補償を説明する図である。
【図１０】実施の形態２における位相補償を説明する図である。
【図１１】従来の電動パワーステアリングの制御装置の構成図である。
【図１２】従来の電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１トルクセンサ、２車速センサ、３モータ、４（ハードウェアで構成した）位相進み補償手段、５（ソフトウェアで構成した）位相進み補償手段、
６（ソフトウェアで構成した）位相遅れ補償手段、７モータ電流目標値演算手段、８モータ電流検出手段、９モータ電流制御手段、１０モータ駆動手段、１１マイクロコンピュータ、１２（電動パワーステアリングの）制御手段

Claims

操舵系に連結された操舵アシストトルクを発生するモータと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、少なくとも上記トルクセンサからのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段とを含む複数の位相補償手段と、上記モータを駆動するモータ駆動手段とを備え、上記トルク信号を上記複数の位相補償手段で位相補償した信号に基づいて上記モータの駆動電流を制御することを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
車速を検出する車速センサを備えるとともに、上記車速センサの出力信号に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性を変化させることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングの制御装置。
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサを備えるとともに、上記エンジン回転数センサの出力信号に基づいて、上記複数の位相補償手段の少なくとも１つまたは全部の周波数特性を変化させることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングの制御装置。
高周波帯域を位相補償する位相補償手段をハードウェアで構成し、低周波帯域を位相補償する位相補償手段をソフトウェアで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の電動パワーステアリングの制御装置。
上記位相補償手段を、少なくとも上記トルクセンサからのトルク信号の高周波帯域である操舵系の交差周波数付近の周波帯域に対して位相補償する位相補償手段及び実際の操舵で主に用いられる周波帯域を含む低周波帯域低周波帯域に対して位相補償する位相補償手段を含む３つの位相補償手段にて構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか記載の電動パワーステアリングの制御装置。