JP5224419B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
TS≒T=TL±Tf+TI−TM ・・・(1)
A.構成
1.電動パワーステアリング装置10の全体
図1は、この発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置10(以下「パワーステアリング装置10」という。)の概略構成図である。
ステアリング軸42は、その一端が操向ハンドル12に固定され、他端がユニバーサルジョイント60aに連結されている。ユニバーサルジョイント60aは、ステアリング軸42の一端と軸部62の一端とを連結する。ユニバーサルジョイント60bは、軸部62の他端とピニオン軸72の一端とを連結する。ピニオン軸72のピニオン74と、車幅方向に往復動可能なラック軸80のラック歯82とが噛合する。ラック軸80の両端はそれぞれタイロッド84を介して左右の前輪20に連結されている。
(1)アシスト駆動系
モータ22は、ウォームギア90及びウォームホイールギア92を介してステアリング軸42に連結されている。すなわち、モータ22の出力軸は、ウォームギア90に連結されている。また、ウォームギア90と噛合するウォームホイールギア92は、ステアリング軸42自体に一体的に又は弾性的に形成されている。
トルクセンサ50、車速センサ26、インバータ24、センサユニット28及びECU30は、アシスト駆動系を制御するアシスト制御系を構成する。以下では、アシスト駆動系、アシスト制御系及びバッテリ32を合わせて転舵アシスト系とも称する。
トルクセンサ50は、ステアリング軸42に直接磁歪めっきを処理した曲げ・捩り両剛性の高い磁歪式であり、磁歪式の第1検出素子(磁歪膜)100及び第2検出素子(磁歪膜)102を有する。第1検出素子100は、運転者から操向ハンドル12に向かって時計回りの方向のトルク(右方向トルクTsr)に応じた電圧(右方向トルク電圧VT1)をECU30に出力する。第2検出素子102は、運転者から操向ハンドル12に向かって反時計回りの方向のトルク(左方向トルクTsl)に応じた電圧(左方向トルク電圧VT2)をECU30に出力する。
インバータ24は、3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、バッテリ32からの直流を3相の交流に変換してモータ22に供給する。
センサユニット28は、前記ベクトル制御においてトルク電流成分であるq軸電流Iqを検出する。センサユニット28は、モータ22の巻線(図示せず)におけるU相、V相及びW相のうち少なくとも2相の電流を検出する電流センサ(図示せず)と、モータ22の図示しない出力軸又は外ロータの回転角度である電気角θを検出するレゾルバ(図示せず)と、前記少なくとも2相の電流及び電気角θに基づいてq軸電流Iqを演算する演算部とを含む。なお、前記演算部の機能は、ECU30が担うこともできる。
図1に示すように、ECU30は、ハードウェアの構成として、入出力部110と、演算部112と、記憶部114とを有する。ECU30は、各センサからの出力値に基づき、インバータ24を介してモータ22の出力を制御する(詳細は後述する。)。
バッテリ32は、低電圧(本実施形態では12ボルト)を出力可能な蓄電装置であり、例えば、鉛蓄電池等の2次電池を利用することができる。
1.概要
第1実施形態のECU30は、モータ22が発生するトルクについてのフィードフォワード(FF)制御の目標値(以下「モータ目標トルクTtar」という。)を、主として、基準成分(以下「モータ基準目標トルクTt1」又は「基準目標トルクTt1」という。)と加算成分(以下「モータ加算目標トルクTt2」又は「加算目標トルクTt2」という。)の2つの成分に分けて制御する。
図2は、ECU30によるモータ22の出力制御に関する説明図である。図2に示すように、ECU30は、トルク検出部120と、目標基準電流算出部122と、目標加算トルク算出部124と、目標加算トルク補正部126と、第1減算器128と、第1PID制御部130と、第2減算器132と、第2PID制御部134とを有する。図2におけるECU30の各構成要素は、記憶部114に記憶されているプログラムを演算部112が実行することにより実現される。
以上のように、第1実施形態によれば、検出トルクTsをゼロとするように制御しつつ(第1制御)、舵角θsに基づいて、検出トルクTsをゼロよりも大きい第1目標加算トルクTm1になるように制御する(第2制御)。検出トルクTsをゼロとするように制御することにより、モータ22の回転軸の慣性モーメント、軸受類のグリースによる粘性抵抗及び機械的フリクションの影響を低減することが可能となる。そして、この状態で、検出トルクTsを第1目標加算トルクTm1とするように制御する。従って、検出トルクTsの制御を容易とし、例えば、前記慣性モーメント等の影響によるフィードバックの応答遅れに伴う操舵感の低下を防止することが可能となるばかりか、路面の摩擦係数の変化及び路面の状況に応じた操舵反力を運転者に伝達し易くなり、操舵感を向上させることができる。
A.電動パワーステアリング装置10Aの全体構成(第1実施形態との相違)
図4は、この発明の第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置10A(以下「パワーステアリング装置10A」という。)の概略構成図である。第2実施形態に係るパワーステアリング装置10Aは、基本的に、第1実施形態に係るパワーステアリング装置10と同様の構成を有する。第1実施形態と第2実施形態とで同様の構成要素については同一の参照番号を付してその説明を省略する。
1.概要
第1実施形態のECU30と同様、第2実施形態のECU30aは、モータ22が発生するトルクについてのモータ目標トルクTtarを、主として、基準成分(基準目標トルクTt1)と加算成分(加算目標トルクTt2)の2つの成分に分けて制御する。
図5は、ECU30aによるモータ22の出力制御に関する説明図である。図5に示すように、ECU30aは、トルク検出部120と、目標基準電流算出部122と、目標加算トルク算出部124aと、目標加算トルク補正部126aと、第1減算器128aと、第1PID制御部130aと、第2減算器132aと、第2PID制御部134aとを有する。
以上のような第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記各実施形態では、モータ22は、3相ブラシレス式としたが、これに限らない。例えば、モータ22は、3相ブラシ式とすることができる。或いは、直流式としてもよい。
上記第1実施形態では、車幅方向又は水平回転方向の車両の挙動を発生する操作子の操作量として舵角θsを用い、舵角θsを検出する手段として舵角センサ52を用いた。しかしながら、車幅方向又は水平回転方向の車両の挙動を発生する操作子の操作量は、舵角θsに限らない。例えば、ラック軸80の車幅方向の変位を当該操作量として用い、当該変位を検出する手段として変位センサ(光学式、磁気式など)を用いることが可能である。
1.基準成分の設定(第1制御)
上記各実施形態では、基準成分(モータ基準目標トルクTt1又は目標基準電流Im)は、慣性モーメント、粘性及びフリクションの影響をなくして検出トルクTsをゼロにするようにモータ22を作動させるq軸電流Iqとした。
(1)目標加算トルク補正部126、126a
上記各実施形態では、目標加算トルク算出部124、124aと目標加算トルク補正部126、126aとを組み合わせて加算成分(第2目標加算トルクTm2、Tm12)を設定した。しかしながら、目標加算トルク補正部126、126aを用いず、目標加算トルク算出部124、124aのみを用いて加算成分(第1目標加算トルクTm1、Tm11)を設定することも可能である。
上記第1実施形態では、舵角θsに基づいて第1目標加算トルクTm1を設定し、当該第1目標加算トルクTm1を車速Vsに応じて補正して第2目標加算トルクTm2を設定した。しかしながら、加算成分の設定は、これに限らず、舵角θsと加算成分(目標加算トルクTm)との関係を示すマップを車速Vs毎に設定しておくことで行うこともできる。この場合、まず車速Vsでマップを選択し、選択したマップにおいて舵角θsに対応する加算成分(目標加算トルクTm)を選択して第1減算器128に出力することも可能である。
上記のように、舵角センサ52からの舵角θsとヨーレートセンサ140からのヨーレートYrを組み合わせて用いる場合、第1目標加算トルクTm1と第1目標加算トルクTm11とを加算して用いることができる。同様に、舵角センサ52からの舵角θsとヨーレートセンサ140からのヨーレートYrと横加速度センサからの横加速度とを組み合わせて用いる場合、第1目標加算トルクTm1と第1目標加算トルクTm11と横加速度に基づく第1目標加算トルクTm21とを加算して用いることができる。舵角センサ52、ヨーレートセンサ140及び横加速度センサを全て用いて操舵アシスト力を発生させることで、低車速から高車速まで極め細やかに操舵アシスト力を付与し、操舵感を一層向上させることが可能となる。
図7に示すように、目標加算トルク算出部124で用いるマップでは、舵角θsがゼロ近傍である領域に不感帯を設けることも可能である。これにより、舵角センサ52の検出精度が悪く、検出誤差によって、操向ハンドル12が中点にあるにもかかわらず不感帯内の微少な角度を検出してしまうような事象が発生しても、意図しない目標加算トルクTmの算出を防ぐことができる。尚、この構成のみでは不感帯での操舵反力がほぼ0になってしまい、中点付近での直進安定性が損なわれる可能性があるが、基準目標トルクTt1を上述した第1所定値に設定すれば、第1所定値分のフリクションが得られるので、中点付近での直進安定性を確保できる。また、図6に示すように、検出トルクTsがゼロ近傍である領域に不感帯を設ければ、より大きなフリクションが得られるので、一層中点付近での直進安定性を確保できる。よって、この構成をとることにより、舵角センサ52の検出精度を原因とした不必要な加算成分(第2目標加算トルクTm2)の算出を防げ、且つハンドル中点付近での直進安定性を確保できるため、高い操舵感(舵角θsがゼロ付近で操向ハンドル12の位置が安定すること)を実現することが可能となる。舵角θsの代わりにヨーレートYrでも同様である。
12…操向ハンドル 20…前輪
22…モータ 26…車速センサ(車速検出手段)
30、30a…ECU(モータ制御手段、第1制御手段、第2制御手段)
42…ステアリング軸 50…トルクセンサ
52…舵角センサ(操作量検出手段) 72a…ピニオン軸(ステアリング軸)
100…第1検出素子 102…第2検出素子
140…ヨーレートセンサ(車両挙動検出手段)
Claims (5)
- ステアリング軸を介してタイヤに接続された操向ハンドルからの操舵トルクを検出するトルク検出手段を用いてモータを制御するモータ制御手段を備えた電動パワーステアリング装置であって、
車幅方向又は水平回転方向の車両の挙動を発生させる操作子の操作量を検出する操作量検出手段及び車幅方向又は水平回転方向の車両の挙動量を検出する車両挙動検出手段の少なくとも一方を備え、
前記モータ制御手段は、
前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクをゼロ又は第1所定値とするように制御する第1制御手段と、
前記操作量検出手段によって検出される操作量又は前記車両挙動検出手段によって検出される車両の挙動量に基づいて、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクをゼロ又は前記第1所定値よりも大きい第2所定値とするように制御する第2制御手段と
を備え、
前記モータ制御手段は、前記第1制御手段の出力と前記第2制御手段の出力とに基づいてモータを制御する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、
さらに、前記車両の速度を検出する車速検出手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記車速検出手段によって検出される車速に基づいて、前記第2所定値を補正する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1又は2記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操作量検出手段は、操向ハンドルの操舵量を検出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記車両挙動検出手段は、前記車両の横加速度を検出する横加速度センサ及び前記車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサの少なくとも1つである
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記モータ制御手段は、前記第2制御手段が故障した場合、前記第1制御手段の制御を前記第2所定値となるように制御する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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