JP4303689B2 - 修正混成フィルタを使用して電気支援モータを制御するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気支援モータを制御するための方法および装置に向けられる。本発明は、特には、修正混成フィルタを使用して、電気ステアリングシステムの電気モータを制御するための方法および装置に向けられる。

電気支援ステアリングシステムは、当該技術分野でよく知られている。当該電気支援ステアリングシステムにおいて、電気支援モータは、作動化されると、運転者が車両の操縦ホイールを回す支援するためのステアリング支援トルクを提供する。電気支援モータは、典型的には、車両のステアリングホイールに加えられるステアリングトルクおよび測定速度の両方に応答して制御される。コントローラは、ステアリングトルクを監視し、次に電流を電気支援モータに印加する駆動回路を制御する。このような駆動回路は、典型的には、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）、または車両バッテリと電気支援モータの間に動作可能に結合された他の形のソリッドステートスイッチを含む。モータ電流は、ＦＥＴのパルス幅変調（「ＰＷＭ」）によって制御される。

オンセンター感覚（on-center feel）は、実質的に直線移動する車両に対するステアリングシステムの応答性と定義づけられる。良好なオンセンター感覚は、運転者が、小さなステアリングホイール角度入力に対して車両の横方向の加速を感知するとき、および運転者による最小限の入力で車両が直線移動するときに生じる。所望の直線からはずれる、またはそれる傾向にある車両は、オンセンター感覚が劣ると考えられる。

オフセンター感覚（off-center feel）は、定常状態ターンにおけるステアリングシステムの応答性である。良好なオフセンター感覚は、運転者が、例えば高速道路への曲がった入口ランプで車両速度定常状態のターンを行いながら、明らかに車両通路を修正するステアリングホイール角度を容易に小さく変化させることができるときに生じる。摩擦またはヒステリシスが大きいために、角度補正を行うのが困難である場合、または角度補正によって車両の通路が修正されない場合は、その車両は、オフセンター感覚が劣るものと特徴づけられる。

車両速度が大きいときは、良好なオフセンター応答、ならびに良好なオンセンター応答を提供することが望ましい。これを達成するためには、受容できるオンセンター感覚およびオフセンター応答性を得るように、トルク信号の選択において妥協する。

知られている電気支援モータは、車両速度の関数として変化する動力学的性能特性、すなわちシステム帯域幅を有する。車両運転者が、ステアリングトルクを加え、ステアリングホイールを前後に回転させると、電気支援モータが作動化されて、感知されたステアリング入力に応じてステアリング支援を提供する。前後のステアリングホイール移動の特定の周波数におけるステアリングシステムの応答は、システムの動力学的性能を表す。ステアリングシステムが良好に応答する周波数範囲が、システムの帯域幅である。

電気支援モータの局所変化量を、運転者によって加えられたステアリングトルクの局所変化量で割ったものがステアリングシステム利得である。感知されたトルクを処理して所望のモータコマンドにする制御機能により、ステアリングトルクがステアリングホイールに加えられてから、支援モータが応答するまで時間遅れが生じる。この時間遅れは、入力コマンドが加えられる周波数の関数である。これは、システム応答時間と称する。システム利得は、全体的なシステム安定性を維持しながら短いシステム応答時間を有するように、所定の値に設定される。システム応答時間およびシステム利得は、ステアリングシステムにおける関数である。

ステアリングシステムの帯域幅は、車両速度の関数として変化する。動力学的ステアリング周波数、または電気支援ステアリングシステムにおける過渡的ステアリング入力の周波数が、特定車両速度においてシステム帯域幅を超えると、ステアリング支援モータが十分に迅速に応答できないため、ステアリング感覚が「緩慢」になる（ステアリング入力に対する「ためらい」として感じられる）。車両速度が大きくなって、車両速度の増加とともにシステムためらいまたは緩慢がより顕著になるに従って、電気支援システムにおけるステアリングシステム利得ならびにシステム帯域幅が小さくなる。

米国特許第５，５６８，３８９号（ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ他） 米国特許第５，４７３，２３１号（ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ他）

本発明は、電気支援ステアリングシステムにおける電気モータにおけるステアリング感覚を向上させるための方法および装置を提供する。

高周波数支援利得値は車両速度と供給ステアリングトルクに応じて求められる。
良好なオフセンター追従性、ならびに良好なオンセンター感覚を提供するように、高周波数支援利得値を用いて、トルクコマンド値を制御する。

本発明は、感知トルク信号に応じてステアリング支援を提供するために、電気支援モータを制御するための方法に向けられる。該方法は、感知トルク信号τ_Ｓをフィルタして、低周波数トルク信号τ_ＳＬおよび高周波数トルク信号τ_ＳＨを供給するステップを含む。低周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＰ}は、低周波数トルク信号τ_ＳＬの関数と定義づけられる。高周波数支援利得信号Ｋ_ｍａｘは、感知トルク信号τ_Ｓおよび感知車両速度νの関数と定義づけられる。高周波数支援利得信号Ｋ_ｍａｘは、高周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＰ}を決定するために、高周波数トルク信号τ_ＳＨに供給される。トルクコマンド信号τ_ｃｍｄは、低周波数支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＰ}の関数と定められる。電気支援モータは、トルクコマンド信号τ_ｃｍｄに従ってステアリング支援を提供するよう命令される。

本発明は、また、車両電気支援ステアリングモータを制御するための装置に向けられる。本装置は、感知車両速度を表す値を有する速度信号を供給する車両速度センサを含む。適用ステアリングトルクセンサは供給ステアリングトルクを示す感知トルク信号を供給する。該装置は、また、感知トルク信号をフィルタして、低周波数トルク信号および高周波数トルク信号を供給するフィルタ手段と、低周波数トルク信号の関数として低周波数支援トルク値を求め、低周波数支援トルク信号を供給する手段と、感知トルク信号および感知車両速度の関数として高周波数支援利得値を求め、高周波数支援利得信号を提供する手段と、高周波数トルク信号と高周波数支援利得信号の積に関連する高周波数支援トルク値を決定し、高周波数支援トルク信号を供給する手段と、低周波数支援トルク信号および高周波数支援トルク信号の関数としてトルクコマンド値を決定し、トルクコマンド信号を供給する手段と、トルクコマンド信号に従ってステアリング支援を提供するよう電気支援モータに命令するモータ命令手段とを含む。

好ましくは、高周波数支援利得信号を決定する前記ステップは、
前記感知トルク信号の関数として低車両速度高周波数支援利得を決定するステップと、
前記感知トルク信号の関数として高車両速度高周波数支援利得を決定するステップと、
車両速度の関数として、前記低車両速度高周波数支援利得と前記高車両速度高周波支援利得を混合するステップとを含む。

好ましくは、前記低速度高周波数支援利得と前記高速度高周波数支援利得の混合は、車両速度およびステアリング入力トルクに応じて、二次元マップに基づいて行われる。
より好ましくは、前記低速度高周波数支援利得と前記高速度高周波数支援利得を混合する前記ステップは、
入力が車両速度および低周波数入力トルクで、出力が高周波数利得である二次元マップを確立するステップと、
前記低速度高周波数支援利得と前記高周波数利得の積として混合低速度高周波数支援利得を決定するステップと、
前記高速度高周波数支援利得と、１と前記高周波利得の差との積として、混合高速度高周波数支援利得を決定するステップと、
前記混合低速度高周波数支援利得と前記混合高速度高周波数支援利得の和を決定するステップとを含む。

図面を参照しながら、例示のみを目的として、本発明を以下にさらに説明する。
図１を参照すると、電気支援ステアリングシステム１０は、入力軸１４に接続されたステアリングホイール１２を含む。入力軸（１４）は、ねじり棒１６を通じて、出力軸２０に動作可能に接続される。ねじり棒１６は、供給ステアリングトルクに応じてねじることにより、入力軸１４と出力軸２０の相対的回転を可能にする。止め具（図示されていない）は、当該技術分野で知られている形式で、入力軸１４と出力軸２０の相対回転の量を制限する。ねじり棒１６は、ここではＫ_ｃと記載されるバネ定数を有する。供給ステアリングトルクに応答する入力軸１４と出力軸２０の相対回転運動の関数としての供給ステアリングトルクの量は、Ｋ_ｃの関数である。バネ定数Ｋｃは、ニュートン・メートル（Ｎ・Ｍ）の単位、または入力軸１４と出力軸２０の回転角度当たりの重量で表すことができる。

位置センサ２２は、入力軸１４および出力軸２０に動作可能に接続される。位置センサ２２は、ねじり棒１６と組み合わされて、トルクセンサ３０を形成する。位置センサ２２は、入力軸１４と出力軸２０の相対回転位置を決定する。トルクセンサ３０は、２４で示される供給トルク信号τ_ａｐｐをトルク信号プロセッサ３２に供給する。供給トルク信号τ_ａｐｐは、入力軸１４と出力軸２０の相対回転位置を表す。

ステアリングホイール１２が回転すると、入力軸１４と出力軸２０の間の相対角度は、ステアリングホイールに加えられた入力トルクの関数として変化する。トルク信号プロセッサ３２は、供給トルク信号τ_ａｐｐを介して入力軸１４と出力軸２０の間の角度を監視し、ねじり棒１６のバネ定数Ｋ_ｔが与えられると、供給ステアリングトルクτ_Ｓを表す、３４で示される信号を提供する。

出力軸２０は、ピニオンギヤ４０に接続される。ピニオンギヤ４０は、当該技術分野でよく知られているように、ステアリングラックまたは線形ステアリングナンバ４２の上の直線切断歯と係合、または噛み合う螺旋形の歯を有する。ピニオンギヤ４０は、ステアリングラック４２上の歯と組み合わせられて、ラックおよびピニオンギヤセット４４を形成する。ステアリングラック４２は、既知の方式で、ステアリングリンク機構（図示されていない）を介して、車両の操縦可能ホイール４６に動作可能に結合される。ステアリングホイール１２が回転すると、ラックおよびピニオンギヤセット４４は、ステアリングホイール１２の回転運動をステアリングラック４２の直線運動に変換する。ステアリングラック４２が直線方向に移動すると、操縦可能ホイール４６は、それに伴うステアリング軸のまわりを回転する。

例示の実施形態によれば、電気支援モータ５０は、既知の方式、または他の所望の歯車構造（ウオーム・アンド・ホイール、傘歯車またはベルト駆動システム等）で、ボール−ナット組立体（図示されていない）を介して、ステアリングラック４２に動作可能に接続される。本発明の例示の実施形態を説明する目的で、電気モータのステアリングナットへの動作可能接続は、ボールナット組立体を通じて行われることを前提としているが、電気モータをステアリング歯車に動作可能に接続する他の構造にも本発明は等しく適用可能である。電気支援モータ５０は、ステアリング支援を提供する目的で、ステアリング部材との代替的な接続部を有することができることを当業者なら理解するであろう。例えば、電気支援モータ５０は、出力軸２０、および個別的なピニオン駆動機構等に動作可能に接続されうる。電気支援モータ５０は、作動化されると、車両運転者による車両ステアリングホイール１２の回転を支援するための動力支援を提供する。

例示の実施形態の電気モータ５０は、電気支援ステアリングシステム１０における使用に適した任意の知られているタイプのものであってもよい。例えば、電気モータ５０は、可変リラクタンス（「ＶＲ」）モータ、永久磁石交流（「ＰＭＡＣ」）モータまたはブラシレス直流（「ＢＬＤＣ」）モータであってもよい。例示の実施形態において、電気モータ５０は、ここでは、電気支援ステアリングシステム１０を支援する動力を提供する具体的目的を有するものとして記載される。本発明は、他のモータ構成、および機械工具に対して機械的動力を提供するといったような他のモータ用途にも等しく適用可能である。

電気支援ステアリングシステム１０における電気支援モータの基本動作は、当該技術分野でよく知られている。基本的には、所望の回転方向に所望の量のモータトルクを達成するために固定子極が電力供給される。特定のモータタイプでは固定子コイルが電力供給される順序に応じて、また他のモータタイプでは電流の流れ方向に応じて、モータ回転方向が制御される。モータによって生成されるトルクは、固定子コイルを流れる電流の量によって制御される。本発明の例示の実施形態を説明する目的で、電気支援モータ５０はＰＭＡＣモータであることを前提としている。

電気モータ５０が電力供給されると、モータ回転子が回転し、それによって回転子が接続されたボール−ナット駆動機構のナット部を回転する。ナットが回転すると、ボールが、直線方向の力をステアリングラック４２に伝達する。ステアリングラック５０の移動方向は、電気モータ５０の回転方向に従う。

回転子位置センサ６０が、モータ５０に動作可能に接続され、固定子に対する相対的なロータの位置を感知する。位置センサ６０は、回転子と固定子の相対位置を示す、６２で示されるロータ位置信号θを供給する。回転子位置センサの構造および動作は、当該技術分野で知られているため、ここでは詳細な説明を省略する。電気モータ５０の所望の回転方向および出力トルクを達成するために、固定子に対する回転子の相対的な位置を把握することが必要である。

電気支援ステアリングシステム１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を含む。ＥＣＵ７０は、好適なメモリを有するマイクロコンピュータであるのが好ましい。ＥＣＵ７０は、他の好適な構成を有することができることが理解されるであろう。ＥＣＵ７０は、感知パラメータに応じて、所定の様式で電気モータ５０を制御するように動作可能な制御アルゴリズムでプログラム化される。

ＥＣＵ７０は、駆動回路８０に動作可能に接続される。駆動回路８０は、リレー８２を介して電源８４に動作可能に接続される。電源８４は、車両バッテリ８６に動作可能に接続され、駆動回路８０に供給される電力を調節する。ＥＣＵ７０は、９０で示される電圧制御出力信号τ_ｏｕｔを駆動回路８０に供給する。電圧制御出力信号τ_ｏｕｔは、ＥＣＵ７０でプログラム化され、以下に詳細に説明する制御アルゴリズムによって求められる、電気モータ５０の各相に供給される電圧を示す。

駆動回路８０は、ＦＥＴ、または９２で示されるモータ電流Ｉ_ｍを電気モータ５０の相に供給するように機能する他の好適な形の制御可能固体スイッチを含む。電気モータ５０の各相に対するモータ電流Ｉ_ｍは、電圧制御出力信号Ｖ_ｏｕｔに従って、ＦＥＴのＰＷＭによって制御される。

電圧／電流監視デバイス１００は、電気モータ５０に供給されるモータ電流Ｉ_ｍを監視し、各相の測定モータ電流信号Ｉ_ｍａｓをＥＣＵ７０に供給する。これらの測定モータ電流信号Ｉ_ｍａｓは、１０２で示される。回転子位置センサ６０およびトルク信号プロセッサ３２は、回転子位置θ信号および感知トルクτ_Ｓ信号をＥＣＵ７０にそれぞれ供給する。車両速度センサ１０４は、１０６で示される車両速度信号νをＥＣＵ７０に供給する。制御、安全またはシステム監視目的で、一般に１１４で示される他の入力をＥＣＵ７０に与えることもできる。

ＥＣＵ７０に記憶された制御アルゴリズムは、トルク制御ループ１２０と、モータ制御ループ１３０と、電流制御ループ１４０とを含む。トルク制御ループ１２０は、１２６で示される要求されたトルクコマンド信号τ_ｃｍｄを決定するように機能する。トルクコマンド信号τ_ｃｍｄは、少なくとも特に感知ステアリング作用トルクτ_ｓ、および感知車両速度νに基づいて、電気モータ５０から要求されたステアリング支援トルクの量を表す。トルク制御ループ１２０は、トルクコマンド信号τ_ｃｍｄをモータ制御ループ１３０に供給する。

モータ制御ループ１３０は、１３２で示されるモータ電流コマンドＩ_ｃｍｄ、および１３４で示されるｄｑ電流進み角γを決定するように機能する。ｄｑ電流制御ループは、電気モータ５０における電流を制御するために使用される。電流コマンド信号Ｉ_ｃｍｄは、電気モータ５０に供給される電流の量を示す。ｄｑ電流進み角γは、モータが要求されるｑ軸に関するモータ電流の回転角を示す。ｄｑ電流進み角γは、モータ角度の関数として求められ、モータ速度が大きい場合のみ非ゼロである。電流コマンド信号Ｉ_ｃｍｄおよびｄｑ電流進み角γは、トルクコマンドτ_ｃｍｄおよび感知回転子速度ωに基づいて求められる。測定モータ電流Ｉ_ｍｅａｃおよび感知回転子位置θは、フィードバックおよび監視を目的として、モータ制御ループ１３０に与えられる。モータ制御ループ１３０は、モータ電流コマンドＩ_ｃｍｄおよびｄｑ電流進み角γを電流制御ループ１４０に供給する。

電流制御ループ１４０は、電圧出力信号ν_ｏｕｔを決定するように機能する。上述したように、電圧出力ν_ｏｕｔは、ＰＭＡＣ電気支援モータ５０の各相に供給される電圧を示す。電圧出力信号ν_ｏｕｔは、少なくとも特に電流コマンドＩ_ｃｍｄ、ｄｑ電流進み角γおよび感知回転子位置θに基づいて求められる。電圧出力信号ν_ｏｕｔは、適切な量のモータ電流Ｉ_ｍが電気モータ５０の各相に提供されるように、駆動回路８０におけるＦＥＴのＰＷＭを制御するようにフォーマットされる。測定モータ電流Ｉ_ｍｅａｃは、モータ制御ループ１３０および電流制御ループ１４０に供給される。

トルク制御ループ１２０を図２に示す。ＥＣＵ７０が果たす機能のいくつかは、区別なく機能または回路と称する。感知トルク信号τ_ｓは、トルク制御ループ１２０の混成フィルタ２００に提供される。混成フィルタ２００は、車両速度の関数として開ループ伝達関数Ｇ_ｐを測定することによって設計される。混成フィルタ２００は、すべての車両速度νに対する安定性および性能規格を満たすように設計される。混成フィルタ２００は、また、所望の性能目的、利得安定性限界および相安定性限界を満たすように設計される。

具体的には、混成フィルタ２００は、低域フィルタ（Ｇ_Ｌ）２０２と、高域フィルタ（Ｇ_Ｈ）２０４とを含む。低域フィルタ２０２および高域フィルタ２０４は、２つのフィルタの和が、すべての周波数に対して１に等しくなるように設計される。低域フィルタ２０２は、信号のすべての高周波数成分を拒絶しながら、周波数成分が混合周波数ω_ｂより低い感知トルク信号τ_Ｓのすべてを通過させる。高域フィルタ２０４は、信号のすべての低周波数成分を拒絶しながら、周波数成分が混合周波数ω_ｂより高い感知トルク信号τ_Ｓのすべてを通過させる。２１２で示される混成フィルタ周波数ω_ｂは、混成フィルタ決定機能２１０によって、車両速度νの関数として求められる。ω_ｂの決定は、ＥＣＵ７０のルックアップテーブルを用いて達成してもよいし、所定の式に従って計算を行うことによって達成してもよい。

混成フィルタは、低域フィルタＧＬ（Ｓ）と高域フィルタＧＨ（Ｓ）の和が常に１に等しくなるように選択される。
Ｇ_Ｌ（Ｓ）＋Ｇ_Ｈ（Ｓ）＝１ （１）
例示の実施形態によれば、低域フィルタ２０２は、極が混合周波数ωｂである一次フィルタに選択される。高域フィルタ２０４は、２つのフィルタの和が１になるという上述の制約によって一義的に定められる。したがって、低域および高域フィルタは、以下のように表される。

Ｇ_Ｌ（Ｓ）＝ω_ｂ／（Ｓ＋ω_ｂ） （２）
Ｇ_Ｎ（Ｓ）＝Ｓ／（Ｓ＋ω_ｂ） （３）
デジタルコンピュータで混成フィルタの集合体を実現するときに、個別の高域および低域フィルタ段を構成する必要がないことを当業者なら理解するであろう。むしろ、低域通過トルク信号τＳ_Ｌを得るために、混成フィルタに入力される感知トルク信号τ_Ｓが、低域フィルタに通される。高域通過トルク信号は、感知トルクτ_Ｓから低域通過信号τ_ＳＬを引いたものである。したがって、感知トルク信号τ_Ｓから低周波数部τ_ＳＬを引き、
τ_ＳＨ＝τ_Ｓ−τ_ＳＬ （４）
となる。

この結果は、高周波数情報のみを有する信号になる。より高次の混成フィルタも使用できることが理解されるであろう。
低域フィルタ２０２は、２０６で示される低域通過トルク信号τ_ＳＬを低周波数二重支援曲線回路２２０に提供する。二重支援曲線回路２２０は、低域通過トルク信号τ_ＳＬおよび感知車両速度νに関数的に関連する値を有する低周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＰ}を供給する。二重支援曲線機能２２０を図３に示す。二重支援曲線回路２２０は、低域トルク信号τ_ＳＬに基づいて、低周波数支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＬＰ}を決定するための１つの方法の例である。低域通過信号τ_ＳＬに基づいて、低周波数支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＬＦ}を決定するための他の方法が存在することを当業者なら理解するであろう。本発明の主旨から逸脱することなく、トルク制御ループ１２０の二重支援曲線回路２２０を他の方法に代えることが可能であることが理解されるであろう。例えば、本発明に従って使用できる二重支援曲線は、本明細書で参照されている米国特許第５，５６８，３８９号（ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ他）に記載されている。

低域通過トルク信号τ_ＳＬは、２３４で示される低域通過支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}を与える低域通過支援曲線機能２３０に提供される。低速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}は、車両駐車の如き低またはゼロ速度状況に向けられる支援トルク値を表す。低速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}は、低域通過トルク信号τ_ＳＬの関数として求められ、それは、ＥＣＵ７０に記憶されたルックアップテーブルを用いて達成してもよいし、所定の式に従って計算を行うことによって達成してもよい。低速度支援曲線は、典型的には、ステアリングホイールトルクが所定のレベルを超えるまで支援が提供されないデッドバンドを有する。デッドバンドは、運転者が放したときにステアリングホイールがセンタに戻るために必要とされる。

低域通過トルク信号τ_ＳＬは、２３６で示される高速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}を供給する高速度支援曲線機能２３２にも供給される。高速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}は、高速道路ドライブの如き高速度車両運転に向けられる支援トルク値を表す。高速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}は、低域通過トルク信号τ_ＳＬの関数として求められ、それは、ＥＣＵ７０に記憶されたルックアップテーブルを用いて達成してもよいし、所定の式に従って計算を行うことによって達成してもよい。

車両速度信号νは、２４２で示される速度比例混合項または値Ｓ_ｐを与える混合利得曲線回路２４０に供給される。速度比例混合項Ｓ_ｐは、車両速度の関数として、０と１の間で変化する。例示の実施形態において、速度比例混合項Ｓ_ｐは、高速または車両最大速度における０と低速またはゼロ車両速度における１との間で変化する。速度比例混合項Ｓ_ｐは、低速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}と高速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}を混合するために用いられる。

速度比例混合項Ｓ_ｐおよび低速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}は、２５２で示される混合低速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}を供給する低速度混合利得回路２５０に提供される。低速度混合利得回路２５０は、速度比例混合項Ｓ_ｐに等しい低速度混合利得値を低速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}にかける。

加算回路２５４において速度比例混合項Ｓ_ｐを１から引いて、２５６で示される高速度混合利得値１−Ｓ_ｐを決定する。高速度混合利得値１−Ｓ_ｐおよび高速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}は、２６２で示される混合高速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}を供給する高速度混合利得回路２６０に与えられる。高速度混合利得回路２６０は、高速度混合利得値１−Ｓ_ｐを高速度支援トルクτ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}に乗算する。したがって、低速度混合利得値と高速度混合利得値の和は、常に１に等しい。

加算回路２６４において混合低速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ’}と混合高速度支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ’}を加算して、２６６で示される低周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＦ}を提供する。したがって、低周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＦ}は、以下の式によって求められる。

τ_{ａｓｓｉｓｔＬＦ}＝（Ｓ_ｐ×τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}）＋（（１−Ｓ_ｐ）×τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}） （５）
したがって、τ_{ａｓｓｉｓｔＬＦ}は、車両速度νの変化としての低速度および高速度支援トルク値τ_{ａｓｓｉｓｔＬＳ}およびτ_{ａｓｓｉｓｔＨＳ}の滑らかな補間を提供する。

図２を参照すると、高域通過トルク信号τ_ＳＨは、２８２で示される高周波数支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＦ}を決定する高周波数支援利得回路２８０に供給される。加算回路２８４において、高周波数支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＦ}を周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＬＰ}に加えて、１２２で示されるトルク支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔ}を決定する。

トルク支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔ}を１２４で示される適応トルクフィルタＧ_ｆでフィルタして、モータコマンド信号τ_ｃｍｄを決定する。当該適応トルクフィルタＧ_ｆの例が、本明細書で参照されている米国特許第５，４７３，２３１号（ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ他）に記載されている。

高周波数支援信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＰ}は、高域通過トルク信号τ_ＳＨと高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘの積として決定される。高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、電気支援ステアリングシステム１０の帯域幅を決定するのに役立つ。車両速度が大きいときは、良好なオフセンター追従性を提供するために、高周波数利得Ｋ_ｍａｘに対して比較的大きい値を採用するのが望ましい。しかし、車両速度が大きいときは、また、良好なオンセンター感覚を提供するために、高周波数利得Ｋ_ｍａｘに対して比較的小さい値を採用するのが望ましい。本発明によれば、高周波数利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度が大きいときに良好なオフセンター追従性および良好なオンセンター感覚を提供するアルゴリズムに従って決定される。

２９２で示される高周波数利得Ｋ_ｍａｘは、Ｋ_ｍａｘ計算機能２９０で求められる。本発明によれば、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度νおよび感知トルク信号τ_Ｓの関数として決定される。図２の例示の実施形態において、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度νおよび低域通過トルク信号τ_ＳＬの関数として決定される。しかし、図２において２９４で表されている点線によって示されるように、高周波支援利得Ｋ_ｍａｘを車両速度νおよび感知トルク信号τ_Ｓの関数として決定することも可能である。勿論、この場合、低域通過トルク信号τ_ＳＬをＫ_ｍａｘ計算回路２９０に供給する必要はない。

図４のグラフは、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを車両速度νおよび入力トルクの関数として決定する例を示す。このグラフは、特定の車両プラットフォームおよび／または所望のステアリング応答特性に応じて変化しうることが理解されるであろう。上述したように、入力トルクは、感知トルク信号τ_Ｓまたは低域通過トルク信号τ_ＳＬであってもよい。

図４を参照すると、低速度またはゼロ速度に対する高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、３００で示される曲線によって定められる。高速度または最大速度に対する高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、３０２で示される曲線によって定められる。低速度高周波数支援曲線３００と高速度高周波数支援曲線３０２の間に間隔をおいて配置された曲線は、車両速度の所定の増加量における高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを示す。

車両速度が小さいときの低速度Ｋ_ｍａｘ曲線３００によって示されるように、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは一定、すなわち入力トルクの量にかかわらず同じである。しかし、低速度Ｋ_ｍａｘ曲線３００を、入力トルクの量に応じて変化する高周波支援利得Ｋ_ｍａｘを提供するように適応させることも可能である。車両速度νが増加すると、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度および入力トルク、すなわち低域通過トルクτ_ＳＬに応じて変化する。概して、入力トルクがゼロＮ・Ｍから増加するに従って、高周波支援利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度に応じて、最小値から増加する。高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、ゼロＮ・Ｍから約０．３Ｎ・Ｍまで、一般に低率または低勾配で増加する。約０．３Ｎ・Ｍになると、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、０．３Ｎ・Ｍから１．０Ｎ・Ｍをわずかに上回るまで、より高率または高傾斜で増加する。ほぼ１．０Ｎ・Ｍを上回ると、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、入力トルクの量にかかわらず一定になる。

Ｋ_ｍａｘ計算回路２９０は、図４に示される曲線に従って高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを決定する。この計算は、ＥＣＵ７０に記憶されているルックアップテーブルを用いて達成できる。車両速度νが、最も接近した２つの速度曲線によって定められる所定の速度の間にあるときは、補間技術を用いて、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを決定することができる。あるいは、Ｋ_ｍａｘ計算回路２９０は、図４のＫ_ｍａｘ曲線に従って選択された所定の式に従って計算を行うことによって、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを決定することも可能である。

他の実施形態において、Ｋ_ｍａｘ計算回路２９０は、低周波数二重支援回路２２０（図３）に組み込まれたアルゴリズムに類似した二重曲線混合アルゴリズムを実行して、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを決定する。この場合、低速度Ｋ_ｍａｘ曲線（図４）を高速度Ｋ_ｍａｘ曲線３０２と混合して、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを決定する。これを図５に示す。

図５を参照すると、低域通過トルク信号τ_ＳＬは、３１０で示される低速度高周波支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}を与える低速度Ｋ_ｍａｘ曲線３００に供給される。低速度高周波支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}は、車両駐車の如き車両速度が小さいまたは０の状態に向けられた高周波支援利得を表す。高速度高周波支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}は、低域通過トルク信号τ_ＳＬの関数として求められ、それは、ＥＣＵ７０に記憶されたルックアップテーブルを用いて達成してもよいし、所定の式に従って計算を行うことによって達成してもよい。低域通過トルク信号τ_ＳＬは、３１２で示される高速度高周波支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}を与える高速度Ｋ_ｍａｘ曲線３０２にも供給される。高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}は高速ドライブの如き高速度車両運転に向けられる高周波数支援利得を表す。高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}は、低域通過トルク信号τ_ＳＬの関数として決定され、それは、ＥＣＵ７０に記憶されたルックアップテーブルを用いて達成してもよいし、所定の式に従って計算を行うことによって達成してもよい。

車両速度信号ν１０６は、３１６で示される速度比例混合項または値Ｓ_ｐ１（フォールドバック利得とも称する）を提供する混合利得曲線回路３１４に供給される。速度比例混合項Ｓ_ｐ１は、図６のグラフに示されるように、車両速度νの関数として、０と１の間で変化する。例示の実施形態において、図６に示されるように、３１６で示される速度比例混合項Ｓ_ｐ１は、高い車両速度における０とゼロ車両速度における１との間で変化する。速度比例混合項Ｓ_ｐ１は、低速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}と高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}を混合するために用いられる。

図５を参照すると、速度比例混合項Ｓ_ｐ１および低速度高周波支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}は、３２２で示される混合低速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ’}を提供する低速度混合利得機能３２０に与えられる。低速度混合利得回路３２０は、速度比例混合項Ｓ_ｐ１に等しい低速度混合利得値を低速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ}に乗算する。

加算回路３２４において、１から速度比例混合項Ｓ_ｐ１を引いて、３２６で示される高速度混合利得値１−Ｓ_ｐ１を決定する。高速度混合利得値１−Ｓ_ｐ１および高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}は、３３２で示される混合高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ’}を与える高速度混合利得回路３３０に提供される。高速度混合利得回路３３０は、高速度混合利得値１−Ｓ_ｐ１を高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ}に乗算する。したがって、低速度混合利得値と高速度混合利得値の和は、常に１に等しい。

加算回路３３４において、混合低速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＬＳ’}と混合高速度高周波数支援利得Ｋ_{ｍａｘＨＳ’}を加算して、Ｋ_ｍａｘ２９２を計算する。したがって、Ｋ_ｍａｘは、以下の式によって求められる。

Ｋ_ｍａｘ＝（Ｓ_ｐ１×Ｋ_{ｍａｘＬＳ}）＋（１−Ｓ_ｐ１）×Ｋ_{ｍａｘＨＳ}） （６）
したがって、Ｋ_ｍａｘは、車両速度νの変化としての低速度および高速度高周波数支援利得値Ｋ_{ｍａｘＬＳ}およびＫ_{ｍａｘＨＳ}の滑らかな補間を提供する。

高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、車両速度νと入力トルクτ_ＳＬの両方に基づいて求められる。図４のＫ_ｍａｘ曲線によって示されるように、概して、車両速度νが低下するに従って高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘが増加する。また、任意の所定の速度において、高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、入力トルクτ_ＳＬの関数として変化する。概して、図４に示される特定のＫ_ｍａｘ曲線に対しては、任意の所定の速度において（Ｋ_ｍａｘが一定である速度ゼロを除く）、高周波支援利得Ｋ_ｍａｘは、低出力トルク値に対してはより低く、高出力トルク値に対してはより高くなる。したがって、車両速度νが大きいときは、良好なオフセンター追従性ならびに良好なオンセンター感覚を提供するように高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘを適応させる。

混合周波数ω_ｂより大きい入力周波数に対しては、トルク制御ループ１２０は、ループの高周波数支援利得部２８０が支配的になる。システムは、ゼロ交差周波数付近で線形システムのような挙動を示すため、安定性は容易に解析され、試験される。混合周波数ω_ｂおよび高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘは、どちらも車両速度νの関数であるため、電気支援ステアリングシステム１０のシステム帯域幅は、車両速度の関数として制御されうる。これは、速度比例混合項Ｓ_ｐ１を介して、高周波支援利得Ｋ_ｍａｘを修正することによって行うことができる。高周波数支援利得Ｋ_ｍａｘが小さくなるに従って帯域幅も小さくなる。したがって、トルク制御ループ１２０の高周波部分は、電気支援ステアリングシステム１０の過渡応答および安定性特性を定める。

混合周波数ω_ｂより小さい周波数に対しては、トルク制御ループ１２０は、ループの低周波数二重支援曲線部２２０が支配的になる。このトルク制御ループ１２０の低周波部は、低速の定常入力に対して電気支援ステアリングシステム１０が運転者にとってどのように感じられるかを判断する。電気支援ステアリングシステム１０が所望のステアリング感覚を提供するように、二重支援曲線を調整することができる。

電気支援ステアリングシステム１０によって提供される支援トルクの量は、入力トルク（τ_？）が増加してステアリングホイールトルクデッドバンドから離れるに従って徐々に増加する。デッドバンドから離れると、電気支援ステアリングシステム１０の局所的利得は一般に極めて小さくなる。すなわち、入力トルクが大きく変化して、ステアリング支援トルクに小さな変化を生じる。トルク制御ループ１２０の高周波数支援利得部２８０がなければ、全体的なシステム帯域幅は、低入力トルクで減少し、電気支援ステアリングシステム１０が緩慢に感じられることになる。しかし、制御ループ１２０の高周波数支援利得部２８０を含めることにより、システム帯域幅が選択可能になり、システムが、応答して滑らかにデッドバンドから離れる。

混合周波数ω_ｂをゼロのデッドバンド周波数より低い１０進数に選択すると、トルク制御ループ１２０の非線形低周波二重支援曲線部２２０は、ステアリングシステムの力学と比較した場合に、徐々に変化する現象となる。本質的に、非線形低周波部は、トルク制御ループ１２０の線形高周波支援利得部２８０から動力学的に切り離される。したがって、電気支援ステアリングシステム１０は、低周波数入力に対しては非線形的挙動を示し、高周波数入力に対しては線形的挙動を示す。

再び図５を参照すると、前述のシステムの一実施形態は、２つのトルク依存曲線、すなわち低速度支援曲線３００および高速度支援曲線３０２、ならびに速度依存比（「速度比例」）３１４を生成する「二重支援曲線（ＤＡＣ）」を利用する。これらの要素が一緒になって、そのＫ_ｍａｘが低速度および高速度特性の可変混合である高周波数支援曲線（ＨＦＡＣ）を生成することによって、車両速度が小さいときは低速度曲線が支配的になり、車両速度が大きいときは高速度曲線が支配的になる。

したがって、「速度比例」３１４は、所定の車両速度における低速度および高速度曲線の各々の優位性を判断するのに用いられる。
図５の実施形態において、「速度比例」は、車両速度のみに応答して、ライン３１６上で速度比例混合項Ｓ_ｐ１を提供する混合利得曲線３１４によって提供される。

しかし、車両速度に基づいた速度比例は、システムの調整自由度、すなわち良好なオンセンター感覚は、高周波数利得Ｋ_ｍａｘが小さい値であることを必要とするのに対して、良好なオフセンター感覚は、高周波利得Ｋ_ｍａｘが大きい値を有することを必要とする所望の特性間のバランスをわずかに制限するという実質的制約を有する。

この速度比の制約を克服するために、図７に示されるさらに好ましい実施形態では、図５の速度比例／混合利得曲線の代わりに、２つの入力、すなわち車両速度および低周波数トルク、ならびに出力Ｋ_ｍａｘを有する二次元のルックアップテーブルを用いる。後者の機構は図７に示されており、そこでは、図５と同じ機能を有する部分には図５と同じ参照番号が付されている。図７の実施形態は、車両速度に対応する信号νを運ぶライン１０６からの入力と、低周波数トルク信号Ｔ_ＳＬを運ぶライン２０６からの入力と、出力Ｋ_ｍａｘ２９２を有する二次元マップ３５０を含む。したがって、図７に示される好ましい実施形態において、Ｋ_ｍａｘ計算回路２９０は、二次元の線形補間マップルックアップ機能を実行して、高周波数利得Ｋ_ｍａｘを決定する。二次元のルックアップテーブル３５０はＥＣＵ７０に記憶されている。高周波数支援アルゴリズム２８０は、Ｋ_ｍａｘ２９２と高域フィルタトルク信号τ_ＳＨ２０８の積を形成することによって、高周波数支援トルク信号τ_{ａｓｓｉｓｔＨＦ}２８２を生成する。可能な二次元マップ３５０の例を図８に示す。

図７および図８の修正を組み込んだ全体システムの構成図を図９に示す。

本発明の一実施形態による電気支援ステアリングシステムの概略図である。 図１の電気支援ステアリングシステムのトルク制御ループの機能構成図である。 図２の低周波数支援曲線機能の機能構成図である。 図２の高周波数支援利得計算機能の高周波数支援曲線を示すグラフである。 図２の高周波数支援利得計算機能の機能構成図である。 図２の高周波数支援利得計算機能によって用いられる速度比例利得曲線を示すグラフである。 代替的な高周波数支援利得計算機能を示す図である。 二次元マップの例を示す図である。 図７に示されるように修正された場合の全体システムを示す図である。

符号の説明

１０ 電気支援ステアリングシステム
１２ ステアリングホイール
１６ ねじり棒
２２ 位置センサ
３０ トルクセンサ
３２ トルク信号プロセッサ
４０ ピニオン
４２ ステアリング部材
４４ ラックおよびピニオンギヤセット
４６ 操縦可能ホイール
５０ 電気支援モータ
６０ 回転子位置センサ
７０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８０ 駆動回路
８２ リレー
８４ 電源
８６ 車両バッテリ
１００ 電圧／電流監視デバイス
１２０ トルク制御ループ
１３０ モータ制御ループ
１４０ 電流制御ループ
２００ 混成フィルタ
２０２ 低域フィルタ
２０４ 高域フィルタ
２１０ 混成フィルタ決定機能
２２０ 低周波数二重支援曲線回路
２３２ 高速度支援曲線機能２３２
２４０ 混合利得曲線回路
２５０ 低速度混合利得回路
２６０ 高速度混合利得回路
２８０ 高周波数支援利得回路
２９０ Ｋ_ｍａｘ計算機能
３００ 低速度支援曲線
３０２ 高速度支援曲線
３１４ 混合利得曲線回路
３２０ 低速度混合利得機能
３３０ 高速度混合利得回路
３５０ 二次元マップ

Claims (13)

1. 低周波数トルク信号および高周波数トルク信号を供給するために感知トルク信号をフィルタするステップと、
   前記低周波数トルク信号の関数として低周波数支援トルク信号を決定するステップと、
   前記感知トルク信号および感知車両速度（ｖ）の関数として二次元線形補間マップ機能により高周波数支援利得信号を決定するステップと、
   高周波数支援トルク信号を決定するために、前記高周波数トルク信号に前記高周波数支援利得信号を供給するステップと、
   前記低周波数支援トルク信号および前記高周波数支援トルク信号の関数としてトルクコマンド信号を決定するステップと、
   前記トルクコマンド信号に関数的に関連する電圧出力信号に従ってステアリング支援を提供するよう電気支援モータに命令するステップと、
   を含む感知トルク信号に応答してステアリング支援を提供するための電気支援モータを制御するための方法。
2. 二次元線形補間マップ機能は、その入力として前記低周波数トルク信号（τ _ＳＬ ）および前記感知車両速度（ｖ）を受信する、請求項１に記載の方法。
3. フィルタする前記ステップは、混合周波数より小さい周波数を有する前記低周波数トルク信号を供給し、前記混合周波数より大きい周波数を有する前記高周波数トルク信号を供給する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記車両速度（ｖ）の関数として前記混合周波数を決定するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 低周波数支援トルク信号を決定する前記ステップは、二重支援曲線を提供するステップと、前記二重支援曲線を混合するための混合アルゴリズムを実行して、前記低周波数支援トルク信号を供給するステップとを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記高周波数支援利得信号を供給する前記ステップは、前記高周波数トルク信号と前記高周波数支援利得信号の積を決定するステップを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. トルクコマンド信号を決定する前記ステップは、
   前記低周波数支援トルク信号と前記高周波数支援トルク信号の和を決定するステップと、
   適応トルクフィルタを通じて、前記低周波数支援トルク信号と前記高周波数支援トルク信号の前記和をフィルタするステップとを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 感知車両速度を示す値を有する速度信号を供給する車両速度センサと、
   供給ステアリングトルクを示す感知トルク信号（τ _Ｓ）を与える適用ステアリングトルクセンサと、
   感知トルク信号をフィルタして、低周波数トルク信号（τ _ＳＬ）および高周波数トルク信号（τ _ＳＨ）を供給する手段と、
   前記低周波数トルク信号（τ _ＳＬ）の関数として低周波数支援トルク値（τ _{ＡＳＳＩＳＴＬＦ}）を決定し、それを示す低周波数支援トルク信号を供給する手段と、
   前記感知トルク信号（τ _Ｓ）および感知車両速度（ｖ）の関数として、高周波数支援利得値（Ｋ_ｍａｘ）を決定するために二次元線形補間マップルックアップ機能（３５０）実現し、それを示す高周波数支援利得信号を供給する手段と、
   前記高周波数トルク信号（τ _ＳＨ）と前記高周波数支援利得信号（Ｋ_ｍａｘ）の積に関連する高周波数支援トルク値（τ _{ＡＳＳＩＳＴＨＦ}）を決定し、それを示す高周波数支援トルク信号（τ _{ＡＳＳＩＳＴＨＦ}）を供給する手段と、
   前記低周波数支援トルク信号および前記高周波数支援トルク信号の関数として、トルクコマンド値を決定し、それを示すトルクコマンド信号を供給する手段と、
   前記トルクコマンド信号に従ってステアリング支援を提供するよう電気支援モータに命令する手段と、
   を含む車両電気支援ステアリングモータを制御するための装置。
9. フィルタする前記手段は、混合周波数より小さい周波数を通過させるための低域フィルタで感知トルク信号をフィルタする手段と、前記混合周波数より大きい周波数を通過させるための高域フィルタでフィルタする手段とを含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記混合周波数は、前記感知車両速度の関数として選択される、請求項９に記載の装置。
11. トルクコマンド値を決定する前記手段は、
    前記低周波数支援トルク信号と前記高周波数支援トルク信号の和を決定する手段と、
    前記低周波数支援トルク信号と前記高周波数支援トルク信号の前記和をフィルタする適応トルクフィルタ手段とを含む、請求項８から１０のいずれかに記載の装置。
12. 二次元マップ（３５０）を記憶する電子制御ユニットを含む、請求項８から１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記二次元線形補間マップルックアップ機能は、その入力として前記低周波数トルク信号（τ _ＳＬ ）および前記感知車両速度（ｖ）を受信する、請求項８から１２のいずれかに記載の装置。