JP4736754B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

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、特に車速信号により車両ヨーレート信号のゲインを増減可能な機能を有する電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

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（アシスト）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。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図３に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸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に連結されている。コラム軸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が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。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から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、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値Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）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４のようになっている。

図４を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴ及び車速センサ１２からの車速Ｖは、操舵補助指令値演算部３１に入力されて基本操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された基本操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部３２で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が加算部３０Ａに入力される。また、収れん性制御部３３及び慣性補償部３４の各補償信号が加算部３０Ｄで加算され、加算部３０Ｄで得られた補償信号ＣＭが加算部３０Ａに入力され、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２と加算される。加算部３０Ａでの加算結果である操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３は、加算部３０Ｂに入力される。

操舵トルクＴは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部３５に入力され、微分補償された微分操舵トルクＴＡは加算部３０Ｂに入力される。加算部３０Ｂは操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３と微分操舵トルクＴＡを加算し、その加算結果である操舵補助指令値Ｉｒｅｆ４は減算部３０Ｃに入力される。
減算部３０Ｃは操舵補助指令値Ｉｒｅｆ４とモータ電流ｉとの偏差（Ｉｒｅｆ４−ｉ）を求め、偏差（Ｉｒｅｆ４−ｉ）はＰＩ制御部３６でＰＩ制御され、更にＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティを演算され、インバータ３８を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段（図示せず）で検出され、減算部３０Ｃに入力されてフィードバックされる。

このような電動パワーステアリングにおいて、微分補正電流は車速に関係なく操舵トルクの時間変化率のみに応じて変化するため、高速走行時に操舵を開始すると同時に大きな駆動電流がモータに流れ、アシスト力が動作してハンドルが軽くなり過ぎるという問題がある。かかる問題を解決したものとして、特開２００１−８８７２５号公報（特許文献１）に記載の電動式パワーステアリングの制御方法がある。

特許文献１に記載の制御方法は、ステアリングの操舵を支援するモータに送るアシスト電流を基本電流と微分電流とを加算することにより求め、微分電流は、モータの回転し始めに大きな利得が得られる特性のマップから求めたゲインと、高車速時に小さな利得が得られる特性マップから求めたゲインと、操舵トルク値の変化量とを演算して求めるようになっている。
特開２００１−８８７２５号公報

しかし、特許文献１の制御方法では、トルクセンサ信号（操舵トルク）を微分し、ゲインを乗算してアシストトルク設定部へ印加し、ステアリングに加えるトルクをセンサが感知するまでの遅れを低減し、操舵し始めの摩擦感を除去するようにしているが、車両の状態が分からないため、ハンドルセンタからの操舵し始めの摩擦感を除去するような微分ゲインを設定した場合、車両に大きなヨーが発生しているときは、トルク微分制御によりアシストが大きくなり、結果的にハンドルが切れ過ぎ車両ヨーレートを増大させてしまったり、旋回保舵時に軽くなり過ぎてしまう可能性がある。その結果、ハンドルセンタからの摩擦感と旋回保舵時の保舵力が両立せず、操舵フィーリングを損なう可能性があった。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、ヨーレートに応じてトルク微分値を適正な値とすることにより、操舵フィーリングの向上を図った高性能な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。

本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、トルクセンサからの操舵トルクを微分した微分操舵トルクと、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流検出値とから演算された電流指令値に基づいて、前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ヨーレート信号及び前記車速に基づいてヨーレートゲインを求めるヨーレートゲイン設定部と、前記ヨーレートゲイン設定部から出力されるヨーレートゲインを前記微分操舵トルクと乗算する乗算部とを具備し、前記ヨーレートゲイン設定部は、前記ヨーレート信号の入力が大きくなるに従って前記ヨーレートゲインが小さくなる特性となっており、前記乗算部の乗算結果を前記操舵補助指令値に加算することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記車速が大きくなるに従って前記ヨーレートゲインが小さくなることにより、より効果的に達成される。

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、ヨーレートに応じてトルク微分値を適正な値とする補正を行っているのでダンピング特性が付与され、ハンドルセンタからの摩擦感と旋回保舵時の保舵力を両立させ、操舵フィーリングの向上を図ることができる。

本発明は、操舵トルクを微分制御して基本アシスト指令値に加算してアシスト制御するようになっているトルク微分制御系の電動パワーステアリング装置の制御装置であり、車速をパラメータとして、ヨーレートに対応してゲインを演算し、演算されたゲインで操舵トルクの微分値を乗算して基本アシスト指令値を補正する。ヨーレートに応じてトルク微分値を適正な値としているので、操舵フィーリングの一層の向上を図ることができる。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の基本構成例を図４に対応させて示しており、ヨーレート信号ＹＳ及び車速Ｖを入力するヨーレートゲイン設定部１００と、ヨーレートゲイン設定部１００で求められたヨーレートゲインＹＧと微分補償部３５からの操舵トルクＴＡとを乗算する乗算部１０１とが設けられており、乗算部１０１で得られた乗算結果ＴＡ・ＹＧは加算部３０Ｂに入力されている。

ヨーレートゲイン設定部１００は図２に示す特性を有しており、入力されるヨーレート信号ＹＳが大きくなるに従って出力のヨーレートゲインＹＧは徐々に小さくなっている。そして、車速Ｖをパラメータとしており、車速Ｖが高速になるに従ってヨーレートゲインＹＧが小さくなる特性になっている。なお、ヨーレート信号ＹＳはヨーレート検出器で求めても、計算で推定したものであっても良い。

このような構成において、ヨーレート検出器で検出（若しくは計算で推定）されたヨーレート信号ＹＳと、車速Ｖとがヨーレートゲイン設定部１００に入力され、ヨーレートゲイン設定部１００は車速Ｖをパラメータとして、ヨーレート信号ＹＳに対応したヨーレートゲインＹＧを出力する。ヨーレートゲインＹＧは乗算部１０１に入力され、微分補償部３５から出力される微分操舵トルクＴＡと乗算され、乗算部１０１で得られた乗算結果ＴＡ・ＹＧが加算部３０Ｂにおいて、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３と加算され、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ４となる。以降の動作は、図４で説明したものと同一であり、同様なアシスト制御が実行される。

本発明では上述のように車速感応でヨーレートゲインＹＧを設定し、設定されたヨーレートゲインＹＧを微分操舵トルクＴＡに乗算し、その結果で操舵補助指令値Ｉｒｅｆ３を補正するようにしているので、ハンドルセンタからの摩擦感と旋回保舵時の保舵力を両立させ、操舵フィーリングの向上を図ることができる。

なお、上述の説明では収れん性制御及び慣性補償による補償系がある場合を説明したが、これら補償がない場合にも本発明は全く同様に適用することができる。

本発明の基本構成例を示すブロック図である。 ヨーレートゲイン設定部の特性例を示す特性図である。 電動パワーステアリング装置の一般的な構成例を示す図である。 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。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ 操舵補助指令値演算部
３２ 位相補償部
３３ 収れん性制御部
３４ 慣性補償部
３５ 微分補償部
３６ ＰＩ制御部
３７ ＰＷＭ制御部
３８ インバータ
１００ ヨーレートゲイン設定部
１０１ 乗算部

Claims (2)

1. ステアリングシャフトに発生する操舵トルク及び車速に基づいて演算された操舵補助指令値と、トルクセンサからの操舵トルクを微分した微分操舵トルクと、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流検出値とから演算された電流指令値に基づいて、前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   ヨーレート信号及び前記車速に基づいてヨーレートゲインを求めるヨーレートゲイン設定部と、前記ヨーレートゲイン設定部から出力されるヨーレートゲインを前記微分操舵トルクと乗算する乗算部とを具備し、
   前記ヨーレートゲイン設定部は、前記ヨーレート信号の入力が大きくなるに従って前記ヨーレートゲインが小さくなる特性となっており、前記乗算部の乗算結果を前記操舵補助指令値に加算す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。
2. 前記車速が大きくなるに従って前記ヨーレートゲインが小さくなるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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