JP3888412B2 - 電動式パワーステアリングの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
自動車のパワーステアリング機構は、ステアリングの切り込み時や戻し時にアシストトルクを発生させ、ステアリング操作を容易にさせるものである。
本発明は、ステアリング操作を電動モータで支援するときの、ステアリング回し始め等の操作を滑らかにするための電動式パワーステアリングの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に装備する電動式のパワーステアリング機構には、ステアリングトルクセンサが設けられており、ステアリングトルクセンサは操舵トルク及び操舵トルクの増加方向を検知し、これに応じた電圧値に変換する機能を持ち、コントローラに出力するように配線されている。
また、車速センサを設置して車速を測定し、高車速時にアシスト量を小さくして操舵トルクを大きくさせることにより操縦安定性を良くしようとすることが提案されている。
【０００３】
また、一般的に、電動式のパワーステアリング機構では、切り込み操舵時と戻し操舵時で操舵トルクに対するアシスト量は同じになるが、切り込み時の操舵トルクに対して戻し時にはセルフアライニングトルクが作用してステアリング戻し時の操舵力が軽くなる。
【０００４】
ところで、油圧式のパワーステアリング機構では、静摩擦係数と動摩擦係数の差が少なく、電動モータのような慣性物がないため、しっとりとした滑らかなフィーリングに仕上げ易い。逆に、電動式のものではモータが慣性感（ステアリング初動時に静止状態から動作状態に移る瞬間的に感じる抵抗感覚）の原因となり、モータ各部及び減速機構部の摺動抵抗がステアリングの回し始めの張り付き感となり、フィーリングを悪化させる。特に、このフィーリングは、ステアリングの回し始めや、操舵方向の反転時によく感じられる。
現在、この対策として、電動式のものでは、操舵トルクの増加量に対応してアシスト電流を流す制御機構が提案されている（特開平１０−１５７６３６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の制御機構では、モータの慣性感低減、フリクションの低減に効果を発揮するが、ステアリングインフォメーション及び、すわり感、収斂性が希薄になるといった別の現象が出てくる。このため、相反関係にある両者の妥協点を見つける必要がある。
また、理想的には、慣性感が少なく、回し始めと回している時のフリクション感が同じか、回している時の方が、フリクション感が大きく、しかも、ステアリングインフォメーションがしっかりあり、適度なすわり感があるのが良い。
【０００６】
本発明は、ステアリングの回し初めや、操舵方向の反転時等の、モータが止まっている時及び回転数が低いときには、十分微分制御が働き、モータの回転数が高くなると微分制御の効きめを下げるようにした電動式パワーステアリングの制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１の発明は、車両に装備したステアリングの操舵トルク値と車速センサーの検出値とを演算して、操舵を補助する電動モータの基本電流を求め、操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、該操舵速度検出手段からの検出値の低い領域においてゲインの高くなる特性を持つ第１の変換回路により、この特性にしたがった第１のゲインを決定すると共に、車両の高車速時にゲインの低くなる特性を持つ第２の変換回路によりこの特性にしたがった第２のゲインを決定し、前記操舵トルク値を増幅すると共に微分し、かつ積分フィルタにより減算した出力を、求めた第１及び第２のゲインと乗算演算して微分電流を求め、該微分電流と前記基本電流を演算して求めたアシスト電流によりモータ駆動させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ステアリングの回転を支援する前記電動モータの回転数検出手段により、操舵速度を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記構成の制御はモータの回転数感応式とした微分制御である。慣性感はステアリングが止まっている状態から動く瞬間及び、ステアリングの回転方向が反転する時に生じ、共に、ステアリングの回転速度が遅い場合に生じる。このとき、微分制御が他への干渉を少なくして、効率よく働くようにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリングの制御方法は、図１に示す制御回路の工程にしたがって行われる。図１に示すように、該制御方法に必要な入力装置としてステアリングトルクセンサ１と車速センサ２及びモータ角速度センサ（操舵速度検出手段）３が設置される。ステアリングトルクセンサ１で検出したトルク値は、ステアリングの回転を支援する電動モータの駆動時のトルク値と位相がずれるので、ステアリングトルクセンサ１の出力端に位相補償回路４を設けている。また、位相補償回路４の出力と車速センサ２の出力を入力する基本電流演算回路５と、位相補償回路４の出力と車速センサ２の出力及びモータ角速度センサ３の出力を入力する微分電流演算回路６を設けている。
なお、モータ角速度センサ３は電動モータにすでに取り付けてある回転数検出手段を利用することもできる。
【００１１】
基本電流演算回路５には図４に示す車速に応じた操舵トルクに対する基本電流特性のマップ１が収納され、マップ１は操舵トルクからその時の車速に応じた基本電流を算出するのに利用される。
【００１２】
次に、微分電流演算回路６を図２及び図５を参照して説明する。
微分電流演算回路６は車速センサ２の出力と位相補償回路４の出力及びモータ角速度センサ３の出力を入力する。位相補償回路４の出力は増幅・減少量微分回路７に入力され増幅されると共に操舵トルク値が微分される。また、車速センサ２の出力は図５（ａ）に示す特性を有するマップ２を収納した第１利得変換回路８に入力され、モータ角速度センサ３の出力は図５（ｂ）に示す特性を有するマップ３を収納した第２利得変換回路９に入力される。
【００１３】
ここで、マップ２の特性は、一例として、自動車走行状態の低車速時でゲインを高くし、中速時でゲインを下げ始め、高速時になるにつれゲインを下げ、その後、ほぼ一定の低ゲインになる特性を持ち、そのときの車速からマップ２によりゲインＫ１を求めることができる。マップ３の特性は、一例として、モータ回転数がゼロからほぼ１００ｒｐｍ位の間のモータ初動時にゲインを高くし、その後、低ゲインになる特性を持ち、そのときのモータ回転数からマップ３によりゲインＫ２を求めることができる。
【００１４】
微分電流演算回路６の出力は、増幅・減少量微分回路７の出力を積分フィルタ（遅れフィルタ）１０により減算演算し（微分成分をなくし増幅成分を抽出する）、さらに第１利得変換回路８及び第２利得変換回路９のそれぞれの出力値とを乗算演算して微分電流を得るようにしたものである。
【００１５】
次に、電動式パワーステアリング機構の制御システムを図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御システムがスタートすると、ステアリングトルクセンサ１によるトルク値Ｔ0（ｓ１）、車速センサ２による車速Ｖ0（ｓ２）、モータ角速度センサ３によるモータ角速度ｄθ0（ｓ３）が入力される。また、モータ角速度ｄθ0からモータ回転数を算出する（ｓ４）。
次に、図４に示すマップ１に基づいてトルク値Ｔ0と車速Ｖ0から演算して基本電流を決定する（ｓ５）。
【００１６】
次に、トルク値Ｔ0を微分して操舵トルクの変化量ｄＴ0／ｄｔ（図２において増幅・減少量微分回路７からの出力を、遅れフィルタ１０により減算演算したもの）を算出する（ｓ６）。また、マップ２により車速Ｖ0の値からゲインＫ１が求められ（ｓ７）、マップ３によりモータ回転数からゲインＫ２が求められる（ｓ８）。そして、操舵トルクの変化量の絶対値｜ｄＴ0／ｄｔ｜とゲインＫ１とゲインＫ２を乗算演算することにより微分電流を決定する（ｓ９）。この微分電流と基本電流を加算演算してアシスト電流（ｓ１０）を算出し、このアシスト電流によりモータを駆動する（ｓ１１）。
【００１７】
ステアリング操作の初動時は第２利得変換回路９のマップ３において、モータ回転数の低回転領域でゲインＫ２が求められる。ここでは高いゲインＫ２が求められ、このゲインＫ２によりモータ駆動させるので、ステアリング操作の初動において操舵フィーリングの張付き感が減少され、油圧式の操舵フィーリングに近づかせることができる。
【００１８】
また、車両の高車速時にはゲインＫ１が低くなり、アシスト電流が小さくなって操舵トルクが大きくなるため、ステアリング操作時のすわり感が向上して操縦安定性が良好になる。また、高車速時であってもステアリング操作の初動においてはアシスト電流が過大となる場合があるが、モータ回転数が低回転領域よりも高回転側の領域となることで第２利得変換回路９のマップ３より求められるゲインＫ２が低くなり、アシスト電流が小さくなって操舵トルクが大きくなるので、ステアリング操作時のすわり感が向上する。
このように、微分電流演算回路６の微分電流出力を車両の運転状況に合わせた値に増減させ、最適な操舵特性にすることが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上述べた通りであり、請求項１に記載の発明では、ステアリングを作動させる電動モータを、基本電流と微分電流とを加えたアシスト電流によりモータ駆動させるようにしたものであり、操舵開始時において微分電流を高くしたので、ステアリングの回し始めや操舵方向が反転するときの低回転時の電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量が大きくなり、操舵フィーリングの張付き感が減少され、油圧式の操舵フィーリングに近くさせることができる。
また、モータ回転数が高いときには電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量を小さくしたのでステアリングのすわり感が向上して操舵特性及び操縦安定性が良好になる。
さらに、車速のゲインを高車速時に低くなるようにして微分電流を演算したので、高車速時に電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量が小さくなり、操舵速度が小さくなる高車速時においても、ステアリング操作の操舵力抜け感が改善され、すわり感を良くすることができる。
請求項２に記載の発明では、電動モータにすでに取り付けてある回転数検出手段を操舵速度検出手段に利用することができ、設置作業を簡易にし、コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施の形態のパワーステアリング機構の制御回路を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す微分電流演算回路を示すブロック図である。
【図３】 本発明による実施の形態の電動式パワーステアリング機構の制御システムのフローチャートである。
【図４】 図１の基本電流演算回路に収容されたマップ１のグラフである。
【図５】 図１の微分電流演算回路に収容された（ａ）マップ２、（ｂ）マップ３を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ステアリングトルクセンサ
２ 車速センサ
３ モータ角速度センサ（操舵速度検出手段）
５ 基本電流演算回路
６ 微分電流演算回路
７ 増幅・減少量微分回路
８ 第１利得変換回路
９ 第２利得変換回路
１０ 積分フィルタ（遅れフィルタ）
【発明の属する技術分野】
自動車のパワーステアリング機構は、ステアリングの切り込み時や戻し時にアシストトルクを発生させ、ステアリング操作を容易にさせるものである。
本発明は、ステアリング操作を電動モータで支援するときの、ステアリング回し始め等の操作を滑らかにするための電動式パワーステアリングの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に装備する電動式のパワーステアリング機構には、ステアリングトルクセンサが設けられており、ステアリングトルクセンサは操舵トルク及び操舵トルクの増加方向を検知し、これに応じた電圧値に変換する機能を持ち、コントローラに出力するように配線されている。
また、車速センサを設置して車速を測定し、高車速時にアシスト量を小さくして操舵トルクを大きくさせることにより操縦安定性を良くしようとすることが提案されている。
【０００３】
また、一般的に、電動式のパワーステアリング機構では、切り込み操舵時と戻し操舵時で操舵トルクに対するアシスト量は同じになるが、切り込み時の操舵トルクに対して戻し時にはセルフアライニングトルクが作用してステアリング戻し時の操舵力が軽くなる。
【０００４】
ところで、油圧式のパワーステアリング機構では、静摩擦係数と動摩擦係数の差が少なく、電動モータのような慣性物がないため、しっとりとした滑らかなフィーリングに仕上げ易い。逆に、電動式のものではモータが慣性感（ステアリング初動時に静止状態から動作状態に移る瞬間的に感じる抵抗感覚）の原因となり、モータ各部及び減速機構部の摺動抵抗がステアリングの回し始めの張り付き感となり、フィーリングを悪化させる。特に、このフィーリングは、ステアリングの回し始めや、操舵方向の反転時によく感じられる。
現在、この対策として、電動式のものでは、操舵トルクの増加量に対応してアシスト電流を流す制御機構が提案されている（特開平１０−１５７６３６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の制御機構では、モータの慣性感低減、フリクションの低減に効果を発揮するが、ステアリングインフォメーション及び、すわり感、収斂性が希薄になるといった別の現象が出てくる。このため、相反関係にある両者の妥協点を見つける必要がある。
また、理想的には、慣性感が少なく、回し始めと回している時のフリクション感が同じか、回している時の方が、フリクション感が大きく、しかも、ステアリングインフォメーションがしっかりあり、適度なすわり感があるのが良い。
【０００６】
本発明は、ステアリングの回し初めや、操舵方向の反転時等の、モータが止まっている時及び回転数が低いときには、十分微分制御が働き、モータの回転数が高くなると微分制御の効きめを下げるようにした電動式パワーステアリングの制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１の発明は、車両に装備したステアリングの操舵トルク値と車速センサーの検出値とを演算して、操舵を補助する電動モータの基本電流を求め、操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、該操舵速度検出手段からの検出値の低い領域においてゲインの高くなる特性を持つ第１の変換回路により、この特性にしたがった第１のゲインを決定すると共に、車両の高車速時にゲインの低くなる特性を持つ第２の変換回路によりこの特性にしたがった第２のゲインを決定し、前記操舵トルク値を増幅すると共に微分し、かつ積分フィルタにより減算した出力を、求めた第１及び第２のゲインと乗算演算して微分電流を求め、該微分電流と前記基本電流を演算して求めたアシスト電流によりモータ駆動させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ステアリングの回転を支援する前記電動モータの回転数検出手段により、操舵速度を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記構成の制御はモータの回転数感応式とした微分制御である。慣性感はステアリングが止まっている状態から動く瞬間及び、ステアリングの回転方向が反転する時に生じ、共に、ステアリングの回転速度が遅い場合に生じる。このとき、微分制御が他への干渉を少なくして、効率よく働くようにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係る電動式パワーステアリングの制御方法は、図１に示す制御回路の工程にしたがって行われる。図１に示すように、該制御方法に必要な入力装置としてステアリングトルクセンサ１と車速センサ２及びモータ角速度センサ（操舵速度検出手段）３が設置される。ステアリングトルクセンサ１で検出したトルク値は、ステアリングの回転を支援する電動モータの駆動時のトルク値と位相がずれるので、ステアリングトルクセンサ１の出力端に位相補償回路４を設けている。また、位相補償回路４の出力と車速センサ２の出力を入力する基本電流演算回路５と、位相補償回路４の出力と車速センサ２の出力及びモータ角速度センサ３の出力を入力する微分電流演算回路６を設けている。
なお、モータ角速度センサ３は電動モータにすでに取り付けてある回転数検出手段を利用することもできる。
【００１１】
基本電流演算回路５には図４に示す車速に応じた操舵トルクに対する基本電流特性のマップ１が収納され、マップ１は操舵トルクからその時の車速に応じた基本電流を算出するのに利用される。
【００１２】
次に、微分電流演算回路６を図２及び図５を参照して説明する。
微分電流演算回路６は車速センサ２の出力と位相補償回路４の出力及びモータ角速度センサ３の出力を入力する。位相補償回路４の出力は増幅・減少量微分回路７に入力され増幅されると共に操舵トルク値が微分される。また、車速センサ２の出力は図５（ａ）に示す特性を有するマップ２を収納した第１利得変換回路８に入力され、モータ角速度センサ３の出力は図５（ｂ）に示す特性を有するマップ３を収納した第２利得変換回路９に入力される。
【００１３】
ここで、マップ２の特性は、一例として、自動車走行状態の低車速時でゲインを高くし、中速時でゲインを下げ始め、高速時になるにつれゲインを下げ、その後、ほぼ一定の低ゲインになる特性を持ち、そのときの車速からマップ２によりゲインＫ１を求めることができる。マップ３の特性は、一例として、モータ回転数がゼロからほぼ１００ｒｐｍ位の間のモータ初動時にゲインを高くし、その後、低ゲインになる特性を持ち、そのときのモータ回転数からマップ３によりゲインＫ２を求めることができる。
【００１４】
微分電流演算回路６の出力は、増幅・減少量微分回路７の出力を積分フィルタ（遅れフィルタ）１０により減算演算し（微分成分をなくし増幅成分を抽出する）、さらに第１利得変換回路８及び第２利得変換回路９のそれぞれの出力値とを乗算演算して微分電流を得るようにしたものである。
【００１５】
次に、電動式パワーステアリング機構の制御システムを図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、制御システムがスタートすると、ステアリングトルクセンサ１によるトルク値Ｔ0（ｓ１）、車速センサ２による車速Ｖ0（ｓ２）、モータ角速度センサ３によるモータ角速度ｄθ0（ｓ３）が入力される。また、モータ角速度ｄθ0からモータ回転数を算出する（ｓ４）。
次に、図４に示すマップ１に基づいてトルク値Ｔ0と車速Ｖ0から演算して基本電流を決定する（ｓ５）。
【００１６】
次に、トルク値Ｔ0を微分して操舵トルクの変化量ｄＴ0／ｄｔ（図２において増幅・減少量微分回路７からの出力を、遅れフィルタ１０により減算演算したもの）を算出する（ｓ６）。また、マップ２により車速Ｖ0の値からゲインＫ１が求められ（ｓ７）、マップ３によりモータ回転数からゲインＫ２が求められる（ｓ８）。そして、操舵トルクの変化量の絶対値｜ｄＴ0／ｄｔ｜とゲインＫ１とゲインＫ２を乗算演算することにより微分電流を決定する（ｓ９）。この微分電流と基本電流を加算演算してアシスト電流（ｓ１０）を算出し、このアシスト電流によりモータを駆動する（ｓ１１）。
【００１７】
ステアリング操作の初動時は第２利得変換回路９のマップ３において、モータ回転数の低回転領域でゲインＫ２が求められる。ここでは高いゲインＫ２が求められ、このゲインＫ２によりモータ駆動させるので、ステアリング操作の初動において操舵フィーリングの張付き感が減少され、油圧式の操舵フィーリングに近づかせることができる。
【００１８】
また、車両の高車速時にはゲインＫ１が低くなり、アシスト電流が小さくなって操舵トルクが大きくなるため、ステアリング操作時のすわり感が向上して操縦安定性が良好になる。また、高車速時であってもステアリング操作の初動においてはアシスト電流が過大となる場合があるが、モータ回転数が低回転領域よりも高回転側の領域となることで第２利得変換回路９のマップ３より求められるゲインＫ２が低くなり、アシスト電流が小さくなって操舵トルクが大きくなるので、ステアリング操作時のすわり感が向上する。
このように、微分電流演算回路６の微分電流出力を車両の運転状況に合わせた値に増減させ、最適な操舵特性にすることが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は以上述べた通りであり、請求項１に記載の発明では、ステアリングを作動させる電動モータを、基本電流と微分電流とを加えたアシスト電流によりモータ駆動させるようにしたものであり、操舵開始時において微分電流を高くしたので、ステアリングの回し始めや操舵方向が反転するときの低回転時の電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量が大きくなり、操舵フィーリングの張付き感が減少され、油圧式の操舵フィーリングに近くさせることができる。
また、モータ回転数が高いときには電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量を小さくしたのでステアリングのすわり感が向上して操舵特性及び操縦安定性が良好になる。
さらに、車速のゲインを高車速時に低くなるようにして微分電流を演算したので、高車速時に電動モータのアシスト電流、すなわちアシストトルク量が小さくなり、操舵速度が小さくなる高車速時においても、ステアリング操作の操舵力抜け感が改善され、すわり感を良くすることができる。
請求項２に記載の発明では、電動モータにすでに取り付けてある回転数検出手段を操舵速度検出手段に利用することができ、設置作業を簡易にし、コストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施の形態のパワーステアリング機構の制御回路を示すブロック図である。
【図２】 図１に示す微分電流演算回路を示すブロック図である。
【図３】 本発明による実施の形態の電動式パワーステアリング機構の制御システムのフローチャートである。
【図４】 図１の基本電流演算回路に収容されたマップ１のグラフである。
【図５】 図１の微分電流演算回路に収容された（ａ）マップ２、（ｂ）マップ３を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ステアリングトルクセンサ
２ 車速センサ
３ モータ角速度センサ（操舵速度検出手段）
５ 基本電流演算回路
６ 微分電流演算回路
７ 増幅・減少量微分回路
８ 第１利得変換回路
９ 第２利得変換回路
１０ 積分フィルタ（遅れフィルタ）
Claims (2)
- 車両に装備したステアリングの操舵トルク値と車速センサーの検出値とを演算して、操舵を補助する電動モータの基本電流を求め、
操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、該操舵速度検出手段からの検出値の低い領域においてゲインの高くなる特性を持つ第１の変換回路により、この特性にしたがった第１のゲインを決定すると共に、車両の高車速時にゲインの低くなる特性を持つ第２の変換回路によりこの特性にしたがった第２のゲインを決定し、前記操舵トルク値を増幅すると共に微分し、かつ積分フィルタにより減算した出力を、求めた第１及び第２のゲインと乗算演算して微分電流を求め、該微分電流と前記基本電流を演算して求めたアシスト電流によりモータ駆動させるようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリングの制御方法。 - 前記ステアリングの回転を支援する前記電動モータの回転数検出手段により、操舵速度を検出することを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリングの制御方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26568499A JP3888412B2 (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 電動式パワーステアリングの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26568499A JP3888412B2 (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 電動式パワーステアリングの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001088725A JP2001088725A (ja) | 2001-04-03 |
| JP3888412B2 true JP3888412B2 (ja) | 2007-03-07 |
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ID=17420576
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2006008054A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Favess Co Ltd | 電動パワーステアリング装置 |
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| JP7117233B2 (ja) * | 2018-12-14 | 2022-08-12 | 日本電産モビリティ株式会社 | 電子制御装置、制御方法、及び電子制御プログラム |
-
1999
- 1999-09-20 JP JP26568499A patent/JP3888412B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001088725A (ja) | 2001-04-03 |
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