JP3598707B2

JP3598707B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JP3598707B2
Application number: JP1159597A
Authority: JP
Inventors: 修司遠藤; 秀行小林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH10203383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にハンドルの急操舵に対する応答性を向上させる電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる電動パワーステアリング装置は、一般的には図４に示すように、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ，ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【０００３】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図５のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。尚、コントロールユニット３０をＣＰＵで構成せず、各機能要素を独立のハードウェアで構成することも可能である。
【０００４】
ここで、コントロールユニット３０の一般的な機能及び動作を説明する。トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉ（操舵トルク対電流指令値特性）を格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００５】
モータ駆動回路３７の構成例を図６に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。又、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基いて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の電動パワーステアリング装置では、操舵補助電流決定手段（操舵補助指令値演算器３２，メモリ３３）で決定される電流指令値に操舵トルクの変化率に比例した電流指令値や、モータ２０の角加速度に比例した電流指令値を加算し、急操舵に対する応答性を向上させている。
【０００７】
しかし、操舵トルクの変化率に比例した電流指令値や、モータの角加速度に比例した電流指令値を加算する場合、比例の度合い（ゲイン）が大きいと電動パワーステアリング装置は振動を起こしてしまう。よって、ゲインの大きさには限界があり、自ずと操舵補助トルクの応答性にも限界がある。また、より大きな車両に電動パワーステアリング装置を使用した場合、より大きな補助トルクが必要となり、モータのロータの慣性も大きくなる。従って、このような場合には、より大きな慣性を加速させる必要があり、操舵補助トルクの応答性は低くなる。このような電動パワーステアリング装置では、急操舵を行なった場合に操舵が重くなるという問題点があった。
【０００８】
即ち、電動式パワーステアリング装置では、操舵輪を操舵するのに必要な操舵負荷トルクを、モータによる操舵補助力により、人の操舵による操舵トルクを軽減させるものである。操舵補助力を決定する操舵補助電流決定手段には、図７のような操舵トルク対操舵補助電流指令値特性が一般的に用いられており、操舵トルクが大きいほど操舵補助力が大きくなるようになっている。従って、急操舵を行なったときの操舵負荷トルクが図８のＡのようになった場合、図７の特性から操舵補助力は図８のＢのようになる。操舵トルクはＡとＢの差であり、例えば時間ｔ１では操舵補助力が小さいことから、操舵トルクが非常に大きくなる。電動式パワーステアリングの応答性を改善するため、操舵トルクの変化率に比例した電流指令値やモータの角加速度に比例した電流指令値を加算しているが、ゲインが大きいと電動式パワーステアリング装置は振動を起こしてしまう。よって、ゲインには自ずと限界があり、応答性の改善にも限界がある。このような電動式パワーステアリング装置では、急操舵を行なうとトルクセンサの捻れを規制するストッパに当たる場合があり、操舵に衝撃感を生じる。
【０００９】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、急操舵を行なった場合にも操舵が重くなることなく、ハンドルの急操舵に対する応答性を向上させる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動すると共に、予め定められた操舵トルク対電流指令値特性に基づいてモータ電流を決定する操舵補助電流決定手段を有するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記操舵補助電流決定手段が複数の操舵トルク対電流指令値特性を有し、前記操舵トルクの変化率の絶対値が所定値以上であり、かつ前記操舵トルクの変化率の方向が前記操舵トルクの方向と一致している急操舵状態を検出する急操舵状態検出手段を設け、前記急操舵状態が検出されたときに前記複数の操舵トルク対電流指令値特性の中からゲインの高い特性に切換えることによって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、操舵トルクの変化率の絶対値が所定値以上であり、かつ、操舵トルクの変化率の方向が操舵トルクの方向と一致している場合を検出することによって、急操舵状態を検出し、このような急操舵状態が検出された場合に、操舵補助電流決定手段の操舵トルク対電流指令値特性をより高いゲインの特性に切換えることにより、より大きな電流指令値を与えて操舵トルクの応答性を向上させるものである。
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１３】
図５に示すような一般的なコントロールユニット３０に対して、本発明ではコントロールユニット内に、図１に示すように急操舵状態を検出する急操舵状態検出手段４０を設けると共に、操舵補助指令値演算器３２及びメモリ３３で構成する操舵補助電流決定手段に、複数のゲインの高い操舵トルク対電流指令値特性を設定する。急操舵状態検出手段４０は、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴの変化率ＤＴを求める微分器４１と、変化率ＤＴの絶対値を求める絶対値回路４２と、変化率ＤＴの絶対値が所定値Ｃ以上のときに切換信号ＳＷを出力する比較器４３と、変化率ＤＴの方向と操舵トルクＴの方向が一致しているか否かを判別する方向判別回路４４と、方向判別回路４４から方向一致信号ＣＮが出力されているときに切換信号ＳＷを操舵補助指令値演算器３２に入力するゲート４５とで構成されている。
【００１４】
操舵トルクの変化率ＤＴの絶対値が所定値Ｃ以上であり、かつ操舵トルクの変化率ＤＴの方向が操舵トルクＴの方向と一致している場合を方向判別回路４４で検出することにより、ハンドルを切り増す方向に急操舵が行なわれたことを検出する。切換え後の操舵トルク対電流指令値特性は、操舵補助トルクの応答性を高めるために使われるので、図２の特性ｂで示すような通常の操舵トルク対電流指令値特性よりゲインの高い特性となるように選択する。本実施例では、ゲインの高い特性は図２のａのように、操舵トルクＴの一次関数として設定されている。急操舵が行なわれ、図３（Ａ）のような操舵トルクＴとなった場合、操舵トルクの変化率ＤＴは図３（Ｂ）のようになる。操舵トルク対電流指令値特性を切換える所定値を図３（Ｂ）のＣとすると、区間ｍでは操舵トルクの変化率ＤＴの絶対値が所定Ｃより大きく、操舵トルクＴと方向が一致しているため、切換信号ＳＷの出力によって操舵トルク対電流指令値特性は図２のｂからａに切換えられ、電流指令値Ｉは図３（Ｃ）のようになる。これにより、急操舵での応答性を向上させることができる。図３（Ｂ）の区間ｎでは、操舵トルクの変化率の絶対値は所定値Ｃを超えているが、操舵トルクの方向と逆であるため、方向判別回路４４からは一致信号ＣＮが出力されず、操舵トルク対電流指令特性の切換えは行なわれない。これにより、切換えによる振動発生を防ぎ、応答性の必要な場合のみ電流指令値Ｉを増加させることができる。
【００１５】
尚、上述の実施例では、操舵トルク対電流指令値特性を２種として説明しているが、更に多くの特性を設定しておいて適宜選択するようにしておいても良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、ハンドルの急操舵をハンドルを切り増す方向で検出し、急操舵が検出されたときだけ高いゲインの操舵トルク対電流指令値特性を使用するようにしているので、ハンドルの急操舵に対する応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図２】操舵トルク対電流指令値の関係例を示す特性図である。
【図３】本発明の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である。
【図５】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図６】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図７】操舵トルク対操舵補助電流指令値特性の一般例を示す図である。
【図８】急操舵を行なったときの操舵負荷トルクの一例を示す図である。
【符号の説明】
１操向ハンドル
５ピニオンラック機構
１０トルクセンサ
１２車速センサ
２０モータ
３０コントロールユニット
４０急操舵状態検出手段

Claims

ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動すると共に、予め定められた操舵トルク対電流指令値特性に基づいてモータ電流を決定する操舵補助電流決定手段を有するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵補助電流決定手段が複数の操舵トルク対電流指令値特性を有し、前記操舵トルクの変化率の絶対値が所定値以上であり、かつ前記操舵トルクの変化率の方向が前記操舵トルクの方向と一致している急操舵状態を検出する急操舵状態検出手段を設け、前記急操舵状態が検出されたときに前記複数の操舵トルク対電流指令値特性の中からゲインの高い特性に切換えるようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。