JP5098622B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
その他、ESP(Electronic Stability Program)やVSC(Vehicle Stability Control)等では、ブレーキやエンジンからのタイヤの駆動をコントロールすることにより車両の挙動を制御するようにしている。
本発明ではグリップロス度の位相補償(進み補償)を行っており、タイヤのグリップ力が失われたときにより速く補正できるため、走行安定性が一層向上する特徴がある。
このことを前提に本発明に係る電動パワーステアリング装置は、力の釣り合いを考慮した運動方程式よりSATを検出するSAT検出部と、横力及びトレールの関係或いは車速、操舵角よりSATを推定するSAT推定部とを設け、グリップロス度検出部にてSAT検出値とSAT推定値(若しくは横力)を比較してタイヤのグリップロス度を検出する。そして、グリップロス度を位相補償(進み補償)し、位相補償されたグリップロス度に基づいてタイヤのグリップが戻る方向へ操舵を促すような補正操舵トルク又は補正係数を算出する。算出された補正操舵トルク又は補正係数で電流指令値の補正を行う。
これにより、タイヤのグリップが失われた場合においても、車両挙動を立て直せるグリップ状態まで戻すことができ、位相補償の補正を行っているために車両の挙動を高速に安定させて操舵を行うことができる。なお、速く補正する手法として、開始スレッショルドを小さくすることも考えられるが、開始スレッショルドを小さくし過ぎると、タイヤのグリップが十分ある普通の運転においても補正制御が実行されてしまう可能性があり、運転者に不快感を与える問題がある。そのため、本発明では、グリップロス度の位相補償(進み補償)を行ってから電流指令値の補正を行うようにしている。
SATはハンドルを元の位置に戻そうとする力であり、図1に示すように運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクTが発生し、その操舵トルクTに従ってモータMがアシストトルクTmを発生し、アシストトルクTmが1:nの減速歯車を経て伝達される。その結果、車輪が転舵され、ラック軸上にタイヤから生じる外力(反力)としてSATが発生する。その際、モータMの慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じ、これらの力の釣り合いを考えると下記数1の運動方程式が得られる。なお、ωはモータ角速度、*ωはモータ角加速度である。
J・*ω+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+T
ここで、上記数1を初期値ゼロとしてラプラス変換し、SATについて解くと下記数2が得られ、SATを検出することができる(検出値を「SATa」とする)。なお、“s”はラプラス演算子である。
SATa(s)
=Tm(s)+T(s)−J・*ω(s)−Fr・sign(ω(s))
更に、タイヤが横滑りしながら転動する車両運動の様子をモデル化して図2及び図3に示す。図2ではタイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方法への変形面積(斜線部)となり、SATがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図3は、横力の着力点(接地面の中心点)がタイヤの中心線よりもニューマチックトレール分だけ後方にあることを示しており、ハンドルの戻りを良くするためのキャスタ角によるキャスタトレールがタイヤの中心線より前方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールの加算値がトレールとなる。
SATb=εn・Fy
なお、重心から後輪までの距離をL2(固定値)、車両重量をm、横加速度をGy、車両慣性モーメントをMo、ヨーレートγの微分値をdγ/dt、ホイールベースをLとして、横力Fyは下記数4により求めることができる。
Fy=(L2・m・Gy+Mo・dγ/dt)/L
一方、図4は横力FyとSATの特性をスリップ角に対して示す特性図であり、横力FyとSATはスリップ角に対して非線形な特性となっている。そして、SATは横力Fy×トレールであり、キャスタトレールは固定値であることから、SATの横力Fyに対する非線形特性はニューマチックトレールの変化を直接表すことになる。また、SATの横力に対する特性は、図3における滑り域が増大し、ニューマチックトレールが減少することによって生じる。更に、SATは横力Fyとトレールの積であり、線形領域では滑り域は増加せず、ニューマチックトレールは一定値であるから、線形領域でのニューマチックトレールとキャスタトレールとの和、つまりトレールεnで横力FyをSATの次元に合わせてSAT推定値SATbとして図示すると図5のようになる。
g=SATb−SATa
上記数5で算出されるグリップロス度gにより、車両のグリップが失われた度合いを推定することができる。
グリップロス度gが入力される位相補償部51は図7に示すように、1次式伝達関数要素の位相進み補償部511と、高中周波数成分のノイズを除去するためのローパスフィルタ512とで構成されている。位相進み補償部511の“s”はラプラス演算子であり、“T1”及び“T2”は目標周波数領域でグリップロス度を進めるように設定されるパラメータである。また、位相補償されたグリップロス度Gが入力される補正値演算部53では、図8に示すように+G1〜−G1の範囲を不感帯として前述の所定値Aが設定されており、不感帯値G1及び−G1を超えるとグリップロス度Gが小さいときは小さく、グリップロス度Gが大きいときは大きな補正操舵トルクThが算出され、更に上限値G2又は下限値−G2を超えると一定値の補正操舵トルクThが飽和値として出力される。補正操舵トルクThは減算部52Cに入力されて慣性補償部45からの慣性補償信号CM1から減算され、減算結果CM3は加算部52Bに入力されて収れん性制御部44からの収れん性制御信号CM2と加算され、その加算結果である補正信号CM4が加算部52Aに入力されて電流指令値Iaを補正する。
次に、グリップロス度検出部50はSAT検出値SATa及びSAT推定値SATbに基づいてグリップロス度gを検出し(ステップS11)、グリップロス度gを位相補償部51に入力して位相進み補償し(ステップS12)、位相補償されたグリップロス度Gを補正値演算部53に入力してグリップロス度Gが所定値A以上であるか否かを判定する(ステップS13)。そして、グリップロス度Gが所定値A以上であれば補正ステアリング作動領域であるので、図8に示すような特性式に従って補正操舵トルクThを演算して出力し(ステップS14)、更に慣性補償信号CM1及び収れん性制御信号CM2の補償値を演算し(ステップS15)、補正操舵トルクThを補償値から減算して電流指令値Iaに加算して補正し(ステップS16)、これによりモータ(M)60を駆動する(ステップS17)。
一方、上記ステップS13でグリップロス度Gが所定値Aよりも小さい場合には、補正操舵トルクThを演算して出力せず、通常操舵とする。
また、慣性補償信号CM1と収れん性制御信号CM2とが加算部52Dで加算され、加算された補正信号CM5が加算部52Aに入力されて電流指令値Idと加算され、その加算結果である電流指令値Ibに基づいてモータ(M)60を駆動する。
次に、グリップロス度検出部50はSAT検出値SATa及びSAT推定値SATbに基づいてグリップロス度gを検出し(ステップS28)、グリップロス度gを位相補償部51に入力して位相進み補償し(ステップS29)、位相補償されたグリップロス度Gを補正係数演算部55に入力し補正係数Ctを演算する(ステップS30)。そして、補正係数Ctを乗算部54で電流指令値Iaに乗算して補正し(ステップS31)、慣性補償信号CM1及び収れん性制御信号CM2の補償値を演算し(ステップS32)、補償値を補正された電流指令値Idに加算してモータ(M)60を駆動する(ステップS33)。
そして、SATはスリップ角βの関数として表すことができ、ヨーレートγとスリップ角βを車速Vと操舵角θの関数として整理すれば、SAT推定値SATbを求めることができる。車速Vと操舵角θよりSAT推定値SATbを求めると、図14のようになる。この特性は実験によって、車両毎の特性値を測定してから、車両運動モデルを用いてシミュレーションによって作成しても良い。
次に、グリップロス度検出部50はSAT検出値SATa及びSAT推定値SATbに基づいてグリップロス度gを検出し(ステップS47)、グリップロス度gを位相補償部51に入力して位相進み補償し(ステップS48)、位相補償されたグリップロス度Gを補正係数演算部55に入力してグリップロス度Gが所定値A以上であるか否かを判定する(ステップS50)。そして、グリップロス度Gが所定値A以上であれば補正ステアリング作動領域であるので、図16に示すような特性式に従って補正係数Ctaを演算する(ステップS51)。また、絶対値演算部57は角速度ωの絶対値|ω|を演算し(ステップS52)、乗算部58は補正係数Ctaと角速度絶対値|ω|を乗算して補正操舵トルクThaを求め(ステップS53)、リミッタ59でリミッタ処理を行う(ステップS54)。
更に、慣性補償信号CM1及び収れん性制御信号CM2の補償値を演算し(ステップS55)、補償値から補正操舵トルクThbを減算して電流指令値Iaを補正し(ステップS56)、これによりモータ(M)60を駆動する(ステップS57)。
一方、上記ステップS50でグリップロス度Gが所定値Aよりも小さい場合には、補正係数Ctaを演算して出力せず、通常操舵とする。
更に、前述の各実施形態では収れん性制御部44及び慣性補償部45を設けて補償系を構成しているが、本発明の実施上では必ずしも必須のものではない。また、電流指令値を補正操舵トルク又は補正係数で補正するようにしているが、操舵補助指令値の補正であっても同様である。
2 コラム軸
10 トルクセンサ
12 車速センサ
30 コントロールユニット
40 電流指令値演算部
41 電流制御部
42 PWM制御部
43 インバータ回路
44 収れん性制御部
45 慣性補償部
46 SAT検出部
47 SAT推定部
50 グリップロス度検出部
51 位相補償部
53 補正値演算部
54、58 乗算部
55、56 補正係数演算部
57 絶対値演算部
59 リミッタ
60 モータ(M)
61 回転センサ
62 電流検出部
63 角速度検出部
64 角加速度検出部
65 横力推定部
Claims (6)
- 少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、前記車両のラック軸上に生じる外力をSAT検出値として検出するSAT検出部と、前記車両の車速及び操舵角或いは車両モデルに基づいてSAT推定値を推定するSAT推定部と、前記SAT検出値及び前記SAT推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正係数を演算する補正係数演算部と、前記補正係数で前記モータの角速度絶対値を補正して補正操舵トルクを出力する補正部とを具備し、前記補正操舵トルクで前記電流指令値を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 前記補正部が、前記角速度の絶対値を求める絶対値演算部と、前記補正係数を前記角速度の絶対値で乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記補正部が更に前記乗算部の出力を制限するリミッタを具備している請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記補正係数演算部が不感帯を有している請求項1乃至3にいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記位相補償部が位相進み補償になっている請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記位相補償部がローパスフィルタを具備している請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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