JP3755369B2

JP3755369B2 - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP3755369B2
Application number: JP2000032574A
Authority: JP
Inventors: 雄一福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP2001219864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車ステアリング系等に適用され、ドライバーによりハンドルに加えられた操舵トルクをモータトルクによりアシストする電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング制御装置としては、例えば、特開平６−８８３７号公報や特開平５−２０８６８４号公報に記載の装置が知られている。
【０００３】
前者の公報には、操舵系の操舵あるいは手放し時のそれぞれの状態に応じた最適なアシスト制御を行い、操舵時の手応え感と、手放し時のハンドル戻り特性及び収斂性を両立することを目的とし、モータ角速度と操舵トルク微分の波形から運転者が操舵状態か手放し状態かを判定し、手放し状態と判定されたときには、アシストトルクを減少させる装置が記載されている。
【０００４】
後者の公報には、ハンドルの戻り性能を向上することを目的とし、操舵状態検出手段によりステアリング戻り状態が検出されると、微分補正演算手段によりステアリングの戻り状態に応じた操舵トルクの微分補正値を演算し、ハンドルの戻り時に微分ゲインを大きくして、戻りをよくする技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記前者の従来技術にあっては、ハンドル操舵と手放し操舵とを区別し、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻す操舵時は、ハンドル切り込み操舵時と同じようにアシストトルクが与えられるし、また、後者の従来技術にあっては、切り込み操舵と戻し操舵を区別し、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻すときも手放しでハンドルを中立位置に戻すときも同じようにアシストトルクが与えられる。
【０００６】
すなわち、いずれの従来技術も、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻す操舵時は、アシストトルクを付与する構成であるため、操舵フィーリングに違和感が発生するという問題があった。
つまり、図８に示すように、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻す際、モータ回転速度が設定速度以上になると急に復元制御電流がモータ電流に加わり、これによりアシストトルクが増大することで、運転者の感じる操舵トルクが突然減少し、いわゆる抜け感が発生する。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、手放しでハンドルを中立位置に戻すときのハンドル戻り性能の向上と、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻すときの操舵違和感防止との両立を図ることができる電動式パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明では、操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生するモータと、
運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
モータ又はハンドルの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク以上の場合、操舵トルク検出値と車速検出値を含む入力情報によってモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させるアシスト電流が決められ、操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク未満の場合、アシスト電流をゼロにする転舵時アシスト制御手段と、
ハンドル戻し時、モータ又はハンドルの回転速度検出値と車速検出値によりモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させる復元制御電流が決められる復元制御手段と、
前記アシスト電流と前記復元制御電流を加算し、この値を最終電流値としてモータに出力するモータ電流出力手段と、
を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク絶対値が、前記不感帯トルクより小さいかどうかにより手放し戻し操舵時を判定する手放し戻し操舵判定手段を設け、
かつ、該手放し戻し操舵判定手段により操舵トルク絶対値が前記不感帯トルクより小さいと判定されたときのみ、復元制御電流をモータ電流出力手段に対して出力し、操舵トルク絶対値が前記不感帯トルク以上と判定されたとき、復元制御電流のモータ電流出力手段に対する出力を禁止する復元制御電流出力制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記復元制御電流出力制御手段を、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、復元制御電流の出力をやめる手段としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記復元制御電流出力制御手段を、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、回転速度検出値に応じて徐々に復元制御電流を小さくする手段としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の作用および効果】
請求項１記載の発明にあっては、転舵時アシスト制御手段において、操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク以上の場合、操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値と車速検出手段からの車速検出値を含む入力情報によってモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させるアシスト電流が決められ、操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク未満の場合、アシスト電流がゼロにされる。一方、復元制御手段において、ハンドル戻し時、回転速度検出手段からの回転速度検出値と車速検出手段からの車速検出値によりモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させる復元制御電流が決められる。そして、モータ電流出力手段において、アシスト電流と復元制御電流が加算され、この値が最終電流値としてモータに出力される。
この制御中、復元制御電流出力制御手段において、手放し戻し操舵判定手段により操舵トルク絶対値が前記不感帯トルクより小さいと判定されたときのみ、復元制御電流がモータ電流出力手段に対して出力され、操舵トルク絶対値が前記不感帯トルク以上と判定されたとき、復元制御電流のモータ電流出力手段に対する出力が禁止される。
よって、手放しでハンドルを中立位置に戻すときは、復元制御電流によりモータアシスト力を増大させる復元制御が働くことでハンドル戻り性能が向上する。一方、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻すときは、復元制御は働かずアシスト制御によるアシスト電流のみがモータに印加されることで、操舵の途中で復元制御電流が加わることによる操舵違和感（抜け感）の発生を防止することができる。
加えて、手放し戻し操舵判定手段では、転舵時アシスト制御手段で用いられる操舵トルク情報と不感帯トルクを利用した簡単な判定手法により手放し戻し操舵時を判定することができ、復元制御電流出力制御手段では、スイッチ回路により復元制御電流の出力を制御することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明にあっては、復元制御電流出力制御手段において、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、復元制御電流の出力がやめられる。
例えば、走行中に突起乗り上げをした場合、急激にモータ又はハンドルの回転速度が上昇するが、そのような場合、復元制御を続けるとハンドルの収束が悪化する。よって、このような急激なモータ又はハンドルの回転速度の上昇時には、復元制御を禁止することで、ハンドルの収束性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明にあっては、復元制御電流出力制御手段において、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、回転速度検出値に応じて徐々に復元制御電流が小さくされる。
例えば、旋回から直線走行に移行する際に、加速しながら直線走行に移行する場合、ハンドルの回転速度が上昇していく。そのような場合、復元制御を続けると、ハンドルの収束性が悪化する。よって、復元制御を禁止する方がよいが、急激に制御をやめると、ハンドルが不自然な動きをするので、徐々に復元制御を弱めることで、不自然な動きを防止することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１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はモータ回転速度センサ（回転速度検出手段）、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。
【００１８】
コントロールユニット７には、操舵トルクセンサ２とモータ回転速度センサ６と車速センサ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電流が演算され、モータ５に対してモータ電流を出力することでモータ５が駆動される。このモータ駆動力は、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アシストするように構成されている。
【００１９】
図２は実施の形態１のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
図２において、１０は微分演算回路、１１は乗算器、１２はゲイン演算回路、１３はトルク対応電流演算回路、１４はゲイン演算回路、１５は乗算器、１６は加減算器、１７はゲイン演算回路、１８は乗算器、１９は復元制御電流演算回路、２０は比較器、２１は開閉器、２２は加算器であり、微分演算回路１０〜加減算器１６は転舵時アシスト制御手段に相当し、復元制御電流ゲイン演算回路１７〜復元制御電流演算回路１９は復元制御手段に相当し、加算器２２はモータ電流出力手段に相当する。
【００２０】
前記乗算器１１では、微分演算回路１０により演算された操舵トルク微分値Ｔ’と、ゲイン演算回路１２により演算された車速対応のゲインＫ_Ｔ’とを乗算することでトルク微分値対応電流ｉ_Ｔ’が求められる。このトルク微分値対応電流ｉ_Ｔは、加減算器１６にプラスの信号として出力される。
【００２１】
前記トルク対応電流演算回路１３では、操舵トルクＴと車速Ｖが読み込まれ、操舵トルクＴが不感帯トルクＴ。以上である場合、車速Ｖ及び操舵トルクＴに応じたトルク対応電流ｉ_Ｔが演算される。このトルク対応電流ｉ_Ｔは、加減算器１６にプラスの信号として出力される。
【００２２】
前記乗算器１５では、ゲイン演算回路１４により演算された車速対応のゲインＫ_ωと、モータ回転速度ωとを乗算することで回転速度対応電流ｉ_ωが求められる。この回転速度対応電流ｉ_ωは、加減算器１６にマイナスの信号として出力される。
【００２３】
前記加減算器１６では、転舵時アシスト制御での電流指令０が、０＝ｉ_Ｔ _'＋ｉ_Ｔ−ｉ_ωの式により算出され、加算器２２に出力される。
【００２４】
前記乗算器１８では、ゲイン演算回路１７により演算された回転速度対応のゲインＫ_ω１と、復元制御電流演算回路１９により演算された車速対応の回転速度復元制御電流ｉ_ωＦとを乗算することで復元制御電流ｉ_Ｆが演算される。この復元制御電流ｉ_Ｆは、開閉器２１に出力される。なお、ゲイン演算回路１７では、回転速度ωが−ω１＜ω＜ω１の時、すなわち、回転速度不感領域は０を、ω≧ω１の時は１を、ω≦−ω１の時は−１を乗算器１８に出力する。
【００２５】
前記比較器２０では、操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が不感帯トルクＴ。と比較され、｜Ｔ｜＜Ｔ。のときは、開閉器２１を閉じ、復元制御電流ｉ_Ｆを加算器２２に出力し、｜Ｔ｜≧Ｔ。のときは、開閉器２１を開き、復元制御電流ｉ_Ｆの加算器２２への出力を遮断する。
【００２６】
前記加算器２２では、転舵時アシスト制御での電流指令０と復元制御電流ｉ_Ｆが加算されて電流指令１が求められる。この電流指令１は、モータ５に対して出力される。
【００２７】
図３は実施の形態１のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００２８】
ステップ１０１では、操舵トルクＴ、モータ回転速度ω、車速Ｖが読み込まれる。
【００２９】
ステップ１０２では、各センサ信号に基づき、図２の微分演算回路１０〜加減算器１６において電流指令値０が算出される。
【００３０】
ステップ１０３では、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が不感帯トルクＴ。より小さいかどうかが判定される（手放し戻し操舵判定手段に相当）。このステップ１０３でＹＥＳであればステップ１０４以降へ進み、ＮＯであればステップ１０７へ進む。
【００３１】
ステップ１０４では、読み込まれたモータ回転速度ωに基づいて回転速度対応のゲインＫ_ω１が算出される。
【００３２】
ステップ１０５では、車速Ｖに基づいて回転速度復元制御電流ｉ_ωＦが算出される。
【００３３】
ステップ１０６では、復元制御電流ｉ_Ｆが以下の式により算出される。
ｉ_Ｆ＝Ｋ_ω１×ｉ_ωＦ
【００３４】
ステップ１０７では、復元制御電流ｉ_Ｆが＝ｉ_Ｆ０とされる。
【００３５】
ステップ１０８では、電流指令１が、電流指令１＝電流指令０＋ｉ_Ｆの式を用いて算出され、電流指令１に基づいてモータ電流が制御される。
【００３６】
次に、作用効果を説明する。
【００３７】
［手放し戻し操舵時］
手放し戻し操舵時には、ステアリングシャフト８に入力される操舵トルクＴが極めて小さいものとなる。このため、検出される操舵トルクＴが不感帯トルクＴ。よりも小さくなり、図３のフローチャートで、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０４→ステップ１０５→ステップ１０６→ステップ１０８へと進む流れとなる。
よって、アシスト電流である電流指令０は、操舵トルクＴが不感帯トルクＴ。よりも小さいためにほぼゼロであるが、復元制御電流ｉ_Ｆがモータ回転速度ωと車速Ｖにより与えられる。つまり、手放し戻し操舵時には、アシスト力を増大させる復元制御が働くことでハンドル戻り性能が向上する。
【００３８】
［ハンドル戻し操舵時］
ハンドル戻し操舵時には、ステアリングシャフト８に入力される操舵トルクＴが大きいものとなる。このため、検出される操舵トルクＴが不感帯トルクＴ。よりも大きくなり、図３のフローチャートで、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０７→ステップ１０８へと進む流れとなる。
よって、アシスト電流である電流指令０は、操舵トルクＴが不感帯トルクＴ。よりも大きいため、操舵トルクＴや車速Ｖにより与えられることになるが、復元制御電流ｉ_Ｆはゼロである。つまり、運転者が操舵力を使ってハンドルを中立位置に戻すときは、復元制御は働かずアシスト制御による電流指令０のみがモータ２に印加されることで、操舵の途中で復元制御電流ｉ_Ｆが加わることによる操舵違和感（抜け感）の発生を防止することができる。
【００３９】
さらに、ステップ１０３では、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜がアシスト電流を発生させない不感帯トルクＴ。より小さいかどうかにより手放し戻し操舵時が判定されるため、転舵時アシスト制御での操舵トルク情報と不感帯トルクＴ。を用いる簡単な判定手法により手放し戻し操舵時を判定することができる。
【００４０】
また、復元制御では、開閉器２１の開閉動作により復元制御電流ｉ_Ｆの加算器２２に対する出力の許可と禁止が実行されるという、簡単なスイッチ回路により復元制御電流ｉ_Ｆの出力を制御することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
【００４２】
図４は請求項３に対応する実施の形態２のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
この実施の形態２では、図２のゲイン演算回路１７に代え、ゲイン演算回路２７とした点で相違する。すなわち、ゲイン演算回路２７では、回転速度ωが−ω１＜ω＜ω１の時は０を、ω１≦ω≦ω２の時は１を、−ω２≦ω≦−ω１の時は−１を、ω＞ω２あるいはω＜−ω２の時は０を、乗算器１８に出力する。
【００４３】
図５は実施の形態２のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートで、この実施の形態２では、図３のステップ１０４に代えステップ２０４としたもので、この回転速度対応のゲインＫ_ω１の算出ステップであるステップ２０４が相違するのみである。
【００４４】
例えば、走行中に、突起乗り上げをした場合、急激にハンドルの回転速度が上昇するが、そのような場合、復元制御を続けると、ハンドルの収束が悪くなってしまう。
【００４５】
これに対し、実施の形態２では、回転速度ωがω２を超える領域及び−ω２未満の領域においては復元制御を禁止しているため、走行中に突起乗り上げをした場合等においてハンドルの収束性の向上を図ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
図６は請求項４に対応する実施の形態３のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
この実施の形態３では、図２のゲイン演算回路１７に代え、ゲイン演算回路３７とした点で相違する。すなわち、ゲイン演算回路３７では、回転速度ωが−ω１＜ω＜ω１の時は０を、ω１≦ω≦ω２の時は１を、−ω２≦ω≦−ω１の時は−１を、ω＞ω２あるいはω＜−ω２の時は徐々に０に収束する値を、乗算器１８に出力する。
【００４７】
図７は実施の形態３のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートで、この実施の形態３では、図３のステップ１０４に代えステップ３０４としたもので、この回転速度対応のゲインＫ_ω１の算出ステップであるステップ３０４が相違するのみである。
【００４８】
例えば、旋回から直線走行に移行する際に、加速しながら直線走行に移行する場合、ハンドルの回転速度が上昇していく。そのような場合、復元制御を続けると、ハンドルの収束が悪くなるが、急激に制御をやめると、ハンドルが不自然な動きをする。
これに対し、実施の形態３では、回転速度ωがω２を超える領域及び−ω２未満の領域においては徐々に復元制御を弱める制御しているため、ハンドルの収束性を確保しながら、ハンドルの不自然な動きを防止することができる。
【００４９】
（その他の実施の形態）
以上、本発明を実施の形態１〜実施の形態３により説明してきたが、具体的な構成はこれに限られるものでなく、様々な変更や追加が施されても請求項１に記載された構成要件を備えている限り本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１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】実施の形態１のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
【図３】実施の形態１のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
【図５】実施の形態２のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態３のコントロールユニット７におけるモータアシスト制御内容を表す制御ブロック図である。
【図７】実施の形態３のコントロールユニット７で行われるモータアシスト制御動作を示すフローチャートである。
【図８】従来制御における抜け感を表すタイムチャートである。
【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
５モータ
６モータ回転速度センサ
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操舵トルク微分器
１１，１５，１８乗算器
１２ゲイン演算回路
１３トルク対応電流演算回路
１４ゲイン演算回路
１６，２２加算器
１７，２７，３７ゲイン演算回路
１９復元制御電流演算回路
２０比較器
２１開閉器

Claims

操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生するモータと、
運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
モータ又はハンドルの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク以上の場合、操舵トルク検出値と車速検出値を含む入力情報によってモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させるアシスト電流が決められ、操舵トルク検出値が設定された不感帯トルク未満の場合、アシスト電流をゼロにする転舵時アシスト制御手段と、
ハンドル戻し時、モータ又はハンドルの回転速度検出値と車速検出値によりモータ又はハンドルの回転方向と同一方向にモータのトルクを発生させる復元制御電流が決められる復元制御手段と、
前記アシスト電流と前記復元制御電流を加算し、この値を最終電流値としてモータに出力するモータ電流出力手段と、
を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク絶対値が、前記不感帯トルクより小さいかどうかにより手放し戻し操舵時を判定する手放し戻し操舵判定手段を設け、
かつ、該手放し戻し操舵判定手段により操舵トルク絶対値が前記不感帯トルクより小さいと判定されたときのみ、復元制御電流をモータ電流出力手段に対して出力し、操舵トルク絶対値が前記不感帯トルク以上と判定されたとき、復元制御電流のモータ電流出力手段に対する出力を禁止する復元制御電流出力制御手段を設けたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記復元制御電流出力制御手段を、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、復元制御電流の出力をやめる手段としたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記復元制御電流出力制御手段を、モータ又はハンドルの回転速度検出値の絶対値が設定値以上のときには、回転速度検出値に応じて徐々に復元制御電流を小さくする手段としたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。