JP3671829B2

JP3671829B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3671829B2
Application number: JP2000315162A
Authority: JP
Inventors: 雄一福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-10-16
Also published as: JP2002120743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリング装置の操舵力を電動モータによって補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、特開平１１−４９０００号公報に記載されているものがある。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置は、操舵角と車速から操向車輪の基準ラック軸負荷を求める手段と、実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、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ようになっており、偏差が大きくなるに従い操舵抵抗力を大きくするようにしていた。そのため、車両が部分凍結路のごとき路面反力が変動する路面を走行中、特に旋回中にラック軸負荷が変化、即ち路面反力が変化しても操舵抵抗力を調節して保舵力の変化を小さくし、保舵力と路面反力とのバランスが崩れることによる舵角の切れ込みを抑制でき、車両の安定性をある程度確保することができていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、実際のラック軸負荷を検出する際に、モータ出力分のラック軸負荷が温度変化や製造ばらつきによる影響でばらつく為にラック軸負荷がばらついて操舵抵抗力にばらつきが発生したり、重量の異なる車両毎にコントローラ内の基準ラック軸負荷を算出する演算値を変えたり、基準ラック軸負荷を算出する際に、サイドロッドとナックルアームの折れ角によるリンク効率を考慮する為にコントローラ内の制御構成が複雑になるという問題があった。
【０００５】
そこで、上記のような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、制御ばらつきを抑え、安定性を更に向上させ得る電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルクに対し第１の補助操舵トルクを発生させるモータと、該モータに発生させる前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御する第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段に基づいてモータに発生させる第１の補助操舵トルクを制御する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、車速検出手段により検出された車速とから目標操舵トルクを推定する目標操舵トルク推定手段と、該目標操舵トルク推定手段により推定された目標操舵トルクと、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとの偏差を算出する偏差算出手段とを備え、前記偏差に基づいて第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段により前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御し、
前記第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段は、前記偏差に対して第１の補助操舵トルクの指令電流値を決定する比例項制御手段を備え、
該比例項制御手段では、前記偏差に対する前記第１の補助操舵トルクの指令電流値のゲインが、偏差ゼロ近傍領域では小さくなり、該偏差ゼロ近傍領域を越えると立ち上がり、前記偏差が正の場合は前記車速が速い程高くなり、逆に前記偏差が負の場合は前記車速が速い程低くなるように補正されることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操舵トルクと、前記車速によりモータに発生させる第２の補助操舵トルクの指令電流値を制御する第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段を備えて、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値に前記第２の補助操舵トルクの指令電流値を加算し、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置において、前記第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段は、前記偏差の微分値に対して前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を決定する微分項制御手段を備えて、該微分項制御手段では前記偏差の微分値に対する前記第１の補助操舵トルクの指令電流値のゲインが偏差の微分値ゼロ近傍領域では小さくなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵角検出手段によって検出された操舵角から操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、前記操舵角速度に基づいてモータに発生させるダンピングトルクの指令電流値を制御するダンピングトルク指令電流値制御手段とを備えて、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値に前記ダンピングトルクの指令電流値を加算することで前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵角速度に対する前記ダンピングトルクの指令電流値のゲインで決定されるダンピング定数は、前記車速検出手段で検出された車速が速い程大きくなるように変化することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、運転者がハンドルを操舵する操舵力とハンドルの回転半径によって決定される運転者の操舵トルクを検出する為、モータの温度変化や製造ばらつきによるトルクへの影響を完全に除去することができる。また、車両重量や、リンク効率を考慮することなく目標操舵トルクを設定する為、コントローラ内の制御を簡素なものとすることができる。
また、目標操舵トルクと操舵トルクとの偏差が小さい場合、すなわち補助操舵トルクをあまり発生させる必要がない場合に、効果的にゲインを下げてハンチングを抑制して制御を安定化させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、操舵角検出手段の故障によって、操舵角を検出できなくなった場合でも、制御が停止することがなく操舵トルクと車速により第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段によって制御することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２の効果に加え、ハンチングを防止し、より制御を安定化させることができる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、請求項1 〜３の効果に加え、操舵中に運転者が操舵トルクを開放した時に、車両が直進する操舵角が中立の位置で操舵角速度が最大となり、ダンピングトルクもその位置で最大となり操舵角を前記中立の位置に収斂し易くなる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、請求項４の効果に加え、ダンピング定数は車速が速い程大きくなる為、車両が高速旋回時にダンピングのゲインを上げることで高速走行時に要求される操舵角を前記中立の位置に収斂させる性能を向上させることができ、一方車両が低速旋回時の場合は、ダンピングのゲインを下げることで低速走行時に要求される操舵におけるハンドルの戻り性能を向上させることができる。従って、高速時と低速時の相反する要求性能を容易に両立させることができる。
【００２０】
さらに、前述の請求項１に係る発明によれば、前述の効果に加え、比例項のゲインを車速によって補正することができる為、車速と路面状況に応じて、運転者のニーズにあった操舵感を提供することができる。操舵トルクが目標操舵トルクより小さい場合、例えば車両が旋回時に路面μの変化による路面反力により操舵トルクが小さくなってしまう時（偏差が正の時）、高速で旋回中ならば、ゲインを大きくすることでしっかりした操舵感を与えることができる。逆に車両が低速の時は、ゲインを小さくすることで例えば路面μが急に変化した時に操舵トルクの変動を運転者に分かり易くすることで、危険予知の手助けをすることができる。一方、操舵トルクが目標操舵トルクより大きい場合（偏差が負の時）、高速旋回中であれば、ゲインを小さくすることで運転者にある程度のしっかりとした操舵感を残すことができ、逆に低速で旋回の場合は、ゲインを大きくすることで、例えば車庫入れ等を行う場合に据え切り操舵トルクを小さくすることで運転者の操舵の負荷を軽減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明実施の電動パワーステアリング制御装置を示す全体システム図である。図１において、１はハンドル、２は操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、３は減速機、４はラック＆ピニオンステアリング機構、５はモータ、６は舵角センサ、７はコントロールユニット、８はステアリングシャフト、９は車速センサ（車速検出手段）である。
【００２３】
コントロールユニット７には、操舵トルクセンサ２と舵角センサ６及び車速センサ９からセンサ信号が送られる。これらのセンサ信号に基づいてモータに発生するトルクの指令電流値が演算され、モータ制御部１６に対して前記トルクの指令電流値を出力し、前記モータ制御部１６でモータ５に発生させるトルクが制御されて前記モータ５が駆動される。このモータの駆動力は、減速機３を介してラック＆ピニオンステアリング機構４に伝えられ、運転者のハンドル１に対する操舵トルクを補助（トルクの増加を含む）するように構成されている。
【００２４】
図２は、第１実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
図２において、１１は減算器（偏差算出手段）、１５は、加算器である。ハンドル１の操舵角θをハンドル１の該中央部に取り付けられた舵角センサ６で検出し、車両の車速Ｖを車速センサ９で検出する。双方の検出結果がコントローラ７に入力され、目標操舵トルク推定手段１０で目標操舵トルクＴｍが推定される。ここで目標操舵トルクの推定値を図３に示す。ここで、前記操舵角θ及び目標操舵トルクＴｍは、右方向を正（＋）と定義する。操舵角θに対し車速Ｖが高くなるに従って目標操舵トルクＴｍのゲインは高くなる傾向にある。一方、ハンドル１を操舵する時に操舵角θに対し操舵トルクセンサ２で操舵トルクＴが検出され、減算器（偏差算出手段）１１で前記目標操舵トルクＴｍと操舵トルクＴの偏差εが算出される。ここで、Ｔｍ−Ｔ＝εと定義する。
【００２５】
次に、算出された偏差εによって第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段２４の比例項制御手段１２及び微分項制御手段１４でそれぞれ第１の補助操舵トルクの指令電流値が制御される。以下にその詳細を説明する。比例項制御手段１２では、前記偏差εに対して前記第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaが図４のように決定される。偏差が正（＋）でトルクの指令電流値Ｔｃaは負（−）としている。偏差が正（＋）の場合、操舵トルクＴが目標操舵トルクＴｍより小さい為、前記指令電流値Ｔｃaを負（−）として逆方向にトルクを作用させようとしている。微分項については、偏差微分演算回路１３で前記偏差εの時間による微分値εが算出され、微分項制御手段１４で前記微分値εに対して第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃbが図５のように決定される。前記ＴｃaとＴｃbは加算器１５で加算されて、第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔc１としてモータ制御部１６に出力される。この制御内容は、操舵トルクに対する制御である為、従来例のラック軸負荷の制御のようにモータの温度変化や製造ばらつきや車両重量、リンク効率を考慮する必要がない。
【００２６】
図６は、第２実施例におけるコントロールユニット７の制御内容を表す制御ブロック図である。第２実施例は、前記補助操舵トルクの制御に本発明を適用する場合の実施例を示している。
図６において、１８は加算器である。第１実施例との違いについて説明すると、車速センサ９で検出された車速Ｖと操舵トルクセンサ２で検出された操舵トルクＴがコントローラ７に入力されて前記第２の補助操舵トルクの制御手段である第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段１７に入力され、第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔcoが決定される。第２の補助操舵トルクの指令電流値の決定を図７に表す。ここで、操舵トルクＴ及び第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔcoは、右方向を正（＋）と定義する。車速Ｖが高くなるに従って第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔcoのゲインは低くなる傾向を示している。前記第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔcoは実施例１と同様にして決定された第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃ1に加算器１８で加算されて第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃ2がモータ制御部１６に出力される。よって、操舵角を検出できなくなった場合でも、制御が停止することがなく操舵トルクと車速により第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段によって第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御することができる。
【００２７】
図８は、第３実施例として前述の第１及び第２実施例の比例項制御手段１２において偏差εがゼロ近傍領域（−ε1〜＋ε1間で）で第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaのゲインが小さくなる場合を示している。そして、偏差εが絶対値でε1以上となると前記トルクの指令電流値Ｔｃaのゲインが急に立ち上がることで、偏差εが大きい場合に指令電流値Ｔｃaが小さくなってモータのトルクが不足するのを防止している。よって、偏差が小さい場合、すなわちモータのトルクをあまり発生させる必要がない場合に、効果的にゲインを下げてハンチングを抑制して制御を安定化させることができる。
【００２８】
図９は、第４実施例として第３実施例の微分項制御手段１４において偏差の微分値εがゼロ近傍領域（−ε1〜＋ε1間で）で第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃbのゲインが小さくなる場合を示している。比例項制御手段１２と同様にして、前記εが絶対値でε1以上となると第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃbのゲインが急に立ち上がることで、偏差の微分値εが大きい場合に指令電流値Ｔｃbが小さくなって比例項制御手段１２と合せてモータのトルクが不足するのを防止している。その結果、偏差が小さい場合には第３実施例の効果に加え、ハンチングを防止してより制御を安定化させることができる。
【００２９】
図１０は、第５実施例におけるコントロールユニット７の制御内容を表す制御ブロック図である。第５実施例は、第１〜第４実施例各々に対しダンピングトルク指令電流値制御手段を追加した場合の実施例を示している。
図１０において、２１は加算器である。舵角センサ６で検出された操舵角θは操舵角微分演算回路１９で前記操舵角θの時間による微分値θが算出され、ダンピングトルク指令電流値制御手段２０で前記微分値θに対してダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcが決定される。
ダンピングトルクの指令電流値の決定を図１１に示す。ここで微分値θ及びダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcは、右方向を正（＋）と定義する。微分値θとダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcは比例の関係にある。前記ダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcは実施例１〜４の各々でモータ制御部１６に出力される第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃ1又はＴｃ2に加算器２１で加算されて第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃ3としてモータ制御部１６に出力される。従って、操舵中に運転者が操舵トルクを開放した時に、車両が直進する操舵角が中立の位置で操舵角速度が最大となり、ダンピングトルクもその位置で最大となり操舵角を前記中立の位置に収斂し易くなる。
【００３０】
図１２は、第６実施例におけるコントロールユニット７の制御内容を表す制御ブロック図である。第６実施例は、第５実施例に対しダンピングトルク指令電流値制御手段２０を車速Ｖに対して可変としている。
図１２において、第５実施例と同様にして算出された操舵角θの時間による微分値θと車速センサ９で検出された車速Ｖが前記車速可変式ダンピングトルク指令電流値制御手段２２に入力されてダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcが決定される。ここで、車速可変式ダンピングトルクの指令電流値の決定を図１３に示す。車速が高くなるに伴いダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcのゲインは高くなる傾向を示している。このことで車両が高速旋回時にダンピングのゲインを上げることで高速走行時に要求される操舵角を前記中立の位置に収斂させる性能を向上させることができ、一方車両が低速旋回時の場合は、ダンピングのゲインを下げることで低速走行時に要求される操舵におけるハンドルの戻り性能を向上させることができる。従って、高速時と低速時の相反する要求性能を容易に両立させることができる。
【００３１】
図１４は、第７実施例におけるコントロールユニット７の制御内容を表す制御ブロック図である。第７実施例は、第１〜６実施例の各々に対し比例項制御手段１２を車速Ｖに対して可変としている。
図１４において、車速センサで検出された車速Ｖが偏差εと同時に車速可変式比例項制御手段２３に入力されて第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaが決定される。ここで車速により可変な比例項の決定を図１５及び図１６に示す。図１５は図４に対し車速によりゲインが上下する様子を表し、図１６は図８に対して同様の場合を示している。偏差εが正（＋）の場合、車速Ｖが高くなるほどゲインを負（−）の方向に高くすることで前記第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaは負（−）の方向に増大し大きな反力トルクの指令電流値を発生させることで運転者にしっかりした操舵感を与えることができる。逆に車速Ｖが低くなるほど前記トルクの指令電流値Ｔｃaは負（−）の方向に減少して操舵トルクＴに対し発生する反力トルクが小さい為、スリップ等に対し運転者は路面状況を的確に把握してある程度の危険予知ができる。偏差εが負（−）の場合、車速Ｖが高くなるほどゲインを正（＋）の方向に低くすることで第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaは正（＋）の方向に減少して小さなアシストトルクの指令電流値を発生させることになり、高速旋回中であれば運転者にある程度のしっかりとした操舵感を残すことができる。逆に車速Ｖが低くなるほど前記第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaは正（＋）の方向に増大して操舵トルクＴに対し発生するアシストトルクが大きくなる為、例えば車庫入れ等を行う場合に据え切り操舵トルクを小さくすることで運転者の操舵の負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の電動パワーステアリング制御装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
【図３】目標操舵トルク推定手段１０で操舵角θと目標操舵トルクＴｍ及び車速Ｖとの関係を表す図である。
【図４】比例項制御手段１２で偏差εと第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaとの関係を表す図である。
【図５】微分項制御手段１４で偏差の微分値εと第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃbとの関係を表す図である。
【図６】第２実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
【図７】第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段１７で操舵トルクＴと第２の補助操舵トルクの指令電流値Ｔco及び車速Ｖとの関係を表す図である。
【図８】比例項制御手段１２で偏差εと第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃaとの関係が偏差εがゼロ近傍領域で小さい場合を表す図である。
【図９】微分項制御手段１４で偏差の微分値εと第１の補助操舵トルクの指令電流値Ｔｃbとの関係が微分値εがゼロ近傍領域で小さい場合を表す図である。
【図１０】第５実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
【図１１】ダンピングトルク指令電流値制御手段２０で操舵角θの時間による微分値θとダンピングトルクの指令電流値Ｔｃcとの関係を表す図である。
【図１２】第６実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
【図１３】車速可変式ダンピングトルク指令電流値制御手段２２で微分値θとダンピングトルクの指令電流値Ｔｃc及び車速Ｖとの関係を表す図である。
【図１４】第７実施例のコントロールユニット７における制御内容を表す制御ブロック図である。
【図１５】図４に対し、車速Ｖとの関係を表す図である。
【図１６】図８に対し、車速Ｖとの関係を表す図である。
【符号の説明】
１ハンドル
２操舵トルクセンサ
３減速機
４ラック＆ピニオンステアリング機構
５モータ
６バッテリー
７コントロールユニット
８ステアリングシャフト
９車速センサ
１０目標操舵トルク推定手段
１１偏差算出手段
１２比例項制御手段
１３偏差微分演算回路
１４微分項制御手段
１５加算器
１６モータ制御部
１７第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段
１８加算器
１９操舵角微分演算回路
２０ダンピングトルク指令電流値制御手段
２１加算器
２２車速可変式ダンピングトルク指令電流値制御手段
２３車速可変式比例項制御手段
２４第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段

Claims

運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルクに対し第１の補助操舵トルクを発生させるモータと、該モータに発生させる前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御する第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段に基づいてモータに発生させる第１の補助操舵トルクを制御する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、車速検出手段により検出された車速とから目標操舵トルクを推定する目標操舵トルク推定手段と、該目標操舵トルク推定手段により推定された目標操舵トルクと、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとの偏差を算出する偏差算出手段とを備え、前記偏差に基づいて第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段により前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御し、
前記第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段は、前記偏差に対して第１の補助操舵トルクの指令電流値を決定する比例項制御手段を備え、
該比例項制御手段では、前記偏差に対する前記第１の補助操舵トルクの指令電流値のゲインが、偏差ゼロ近傍領域では小さくなり、該偏差ゼロ近傍領域を越えると立ち上がり、前記偏差が正の場合は前記車速が速い程高くなり、逆に前記偏差が負の場合は前記車速が速い程低くなるように補正されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク及び前記車速によりモータに発生させる第２の補助操舵トルクの指令電流値を制御する第２の補助操舵トルク指令電流値制御手段を備え、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値に前記第２の補助操舵トルクの指令電流値を加算して、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置において、前記第１の補助操舵トルク指令電流値制御手段は、前記偏差の微分値に対して第１の補助操舵トルクの指令電流値を決定する微分項制御手段を備え、該微分項制御手段では前記偏差の微分値に対する前記第１の補助操舵トルクの指令電流値のゲインが偏差の微分値ゼロ近傍領域では小さくなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項１乃至請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵角検出手段によって検出された操舵角から操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、前記操舵角速度に基づいてモータに発生させるダンピングトルクの指令電流値を制御するダンピングトルク指令電流値制御手段とを備え、前記第１の補助操舵トルクの指令電流値に前記ダンピングトルクの指令電流値を加算することで前記第１の補助操舵トルクの指令電流値を制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
請求項４記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵角速度に対する前記ダンピングトルクの指令電流値のゲインで決定されるダンピング定数は、前記車速検出手段で検出された車速が速い程大きくなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。