JP5489896B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置の基本概念を示す機能ブロック図である。
図1において、電動パワーステアリング装置は、ディザ信号指示手段1と、トルクセンサ11(操舵トルク検出手段)と、アシスト信号指示手段12と、制御回路13と、モータ14と、操舵機構15と、加算手段18とを備えている。
また、車速検出手段(図示せず)は、車両の車速Vを検出し、検出値をディザ信号指示手段1に入力する。
アシスト信号Assは、操舵トルクTに加えて操舵機構15に印加されるモータ出力トルク(アシストトルク)に相当するアシスト電流指示値からなり、モータ14からの出力トルクの方向および大きさを示している。
図2は操舵角速度ωに対する摩擦トルクの一般的特性を示す説明図であり、図3はこの発明の実施の形態1によるディザ信号Dithの一例を示す波形図である。
図3において、横軸は時間t、縦軸はトルクであり、ディザ信号Dithのトルク振幅Tdithおよび周期tdを示している。
図3に示すように、アシスト信号Assに重畳されるディザ信号Dithは、たとえば正弦波の信号である。
まず、第1の効果は、前述の特許文献1(特開平11−49013号公報)に示されるように、操舵トルクTにディザ信号Dithを重畳することにより、静止摩擦トルクTsを突破して動摩擦トルクTdに切替え、操舵開始時の静止摩擦トルクTsの影響を除去することである。
また、第2の効果は、動摩擦トルクTdを低減して、線形化することである。
図4において、ある一定の操舵トルクT(破線参照)を付加したとき、操舵するためには、通常は静止摩擦トルクTsのロス分に示すように、動摩擦トルクTdと比べて大きなトルクが必要となる。
この結果、静止摩擦トルクTsの操舵フィーリングの影響を除去することができる。
図5において、横軸は時間tであり、上段は操舵角速度ω、下段は摩擦トルクを示している。
図5のように、動摩擦トルクTdは、クーロン摩擦(垂直力Nに比例)であると考えると、ディザ信号Dithを重畳した場合の角速度と摩擦トルクで表される。
この結果、ディザ信号Dithの1周期td分の動摩擦トルクの平均値Td’(破線参照)が低下する。
図6に示すように、操舵開始時の静止摩擦トルクTsの範囲でなくとも、傾きDにより動摩擦トルクを線形化することができる。
また、図5から明らかなように、操舵角速度ωが上昇するにつれて、「負の値」となる期間t1〜t2が短くなり、ディザ信号Dithによって角速度が反転する範囲が減少する。つまり、操舵角速度ωがディザ信号Dithのディザ角速度振幅ωdを越えると、角速度の反転が起こらなくなり、ディザ信号Dithによる摩擦トルク低減効果はなくなる。
具体的には、図6(線形化した動摩擦トルク)および式(4)を用いて、一定の操舵角速度ωかつ一定のディザ信号Dithのディザ周波数φdにおいて、ディザ信号Dithのトルク振幅Tdithと、ディザ信号Dithを重畳した後の動摩擦トルクTdとの関係を示している。
また、縦軸の残摩擦トルクとは、動摩擦トルクTdにおけるディザ信号Dithを重畳した後の摩擦トルクを意味する。
つまり、トルク振幅Tdithが摩擦トルクロス以下の場合には、動摩擦トルクTdへの低減効果は得られない。
よって、操舵角速度ωが発生した場合でも、この発明の実施の形態1によれば、1周期td分の動摩擦トルクの平均値Td’を低減することができる。
これにより、操舵機構15の静止摩擦トルクTsのみでなく、操舵中の動摩擦トルクTdも低減することが可能となり、微小トルクアシストすなわち、動摩擦トルクTd以下のトルクアシスト時に効果を得ることができ、また操舵機構15(ハンドル)の中立点への戻り性が改善される。
たとえば、ディザ信号Dithの波形を摩擦トルクロスの4倍に設定し、ディザ周波数φdを50〜100Hzに設定すると、上述の動摩擦トルク低減効果を確認することができる。
上記実施の形態1(図1)では、ディザ信号指示手段1のみで摩擦補償指示手段を構成したが、図8のように、ディザ信号指示手段1のみならず、オフセット信号指示手段2、回転速度切替手段3および回転速度検出手段16を加えて、摩擦補償指示手段17を構成してもよい。
図8において、摩擦補償指示手段17は、ディザ信号Dithを生成するディザ信号指示手段1と、オフセット信号Offを生成するオフセット信号指示手段2と、ディザ信号Dithまたはオフセット信号Offを切替える回転速度切替手段3と、モータ14の回転速度Mω(角速度情報)を推定または測定する回転速度検出手段16とを備えている。
摩擦補償指示手段17内の回転速度切替手段3は、回転速度Mωを用いて、ディザ信号指示手段1からのディザ信号Dithと、オフセット信号指示手段2からのオフセット信号Offとを切替えて、摩擦補償電流指示値として加算手段18に入力する。
前述の実施の形態1(図1)では、操舵角速度ωがディザ角速度振幅ωdを越えると、反転が起こらず、ディザ信号Dithによる摩擦トルク低減効果がなくなるので、ディザ摩擦補償には操舵角速度ωに上限がある。なお、操舵角速度ωの上限を補う別の摩擦補償手段としては、従来からオフセット摩擦補償が知られている。
図9は従来装置によるオフセット摩擦補償効果を示す説明図であり、図10はこの発明の実施の形態2による摩擦補償効果を示す説明図である。
制御回路13は、アシスト信号Assとディザ信号Dithとオフセット信号Offとに基づき、モータ14への電力供給を制御する。
上記実施の形態2(図8〜図10)では、回転速度切替手段3における回転速度切替しきい値(所定回転速度)について、具体的に言及しなかったが、図10内の角速度ω0のように所定回転速度を設定してもよい。
前述(図10)のように、回転速度切替しきい値は、オフセット摩擦補償の下限となるオフセット不感帯Δωのしきい値に相当する角速度ω0に設定することが望ましい。
したがって、ハンドルから振動を感じさせないためには、ディザ周波数φdとトルク振幅Tdithとの比(φd/Tdith)は、トルク振幅Tdithが摩擦トルクロス以上の範囲、かつディザ周波数φdが電気的な応答遅れ以上の範囲で、できるだけ大きい数値に設定することが望ましい。
たとえば、ディザ摩擦補償が有効な範囲を、オフセット摩擦補償不感帯部にすることにより、操舵フィーリングがよく、操舵角速度ωのすべての領域で摩擦補償が可能となる。
上記実施の形態2、3では、ディザ信号Dithのトルク振幅Tdithおよびディザ周波数φdの設定値について、具体的に言及しなかったが、以下のように設定してもよい。
以下、この発明の実施の形態4によるトルク振幅Tdithおよびディザ周波数φdの設定値について説明する。なお、この発明の実施の形態4に係る電動パワーステアリング装置は、図8〜図10に示した通りである。
好ましくは、前述の式(1)または式(2)に基づくディザ信号Dithのトルク振幅Tdith、ディザ周波数φdの設定により、ディザ摩擦補償とオフセット摩擦補償とを滑らかにつなぐような設定が望ましい。
これにより、ディザ信号Dithのディザ周波数φdとトルク振幅Tdithとの比(=φd/Tdith)を設計することができる。
上記実施の形態1〜4(図1〜図10)では、車速Vの条件について具体的に言及しなかったが、車速Vが所定値以下を示す場合には、ディザ信号指示手段1によるディザ信号Dithの生成を禁止してもよい。
以下、この発明の実施の形態5によるディザ信号Dithの生成禁止条件について説明する。なお、この発明の実施の形態5に係る電動パワーステアリング装置は、図1〜図10に示した通りである。
しかし、車速Vが比較的小さい(たとえば、車速Vが10[km/h]程度の)場合には、エンジン音よりも上記振動音の方が大きいので、フィーリングへの悪影響が無視できなくなる。
この発明の実施の形態5によるディザ信号指示手段1は、車両の車速Vが所定値以下を示す場合に、ディザ信号Dithの生成を禁止するので、振動音や操舵フィーリングへの悪影響をなくすことができる。
上記実施の形態5では、車速Vの条件によりディザ信号Dithの生成を禁止したが、操舵トルクTの検出値が所定値以下を示す場合に、ディザ信号指示手段1によるディザ信号Dithの生成を禁止してもよい。
以下、この発明の実施の形態6によるディザ信号Dithの生成禁止条件について説明する。なお、この発明の実施の形態6に係る電動パワーステアリング装置は、図1〜図10に示した通りである。
このとき、トルクセンサ11からの操舵トルクTの検出値(≒0)に基づくアシスト信号Assは、ディザ信号Dithのトルク振幅Tdithに比べて無視できる程度に小さい値となる。
これにより、自動操舵において摩擦補償を行い、運転者による操舵においては、ディザ信号Dithを禁止するという場合にも適用可能である。
Claims (5)
- 車両の運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルクが印加される操舵機構に補助力を作用させるモータと、
前記操舵トルクの検出値に基づき前記モータに対するアシスト信号を生成するアシスト信号指示手段と、
前記操舵トルクの検出値に基づき高周波のディザ信号を生成するディザ信号指示手段と、
前記モータの回転速度を推定または測定する回転速度検出手段と、
前記モータの回転速度と同方向に一定値のオフセット信号を生成するオフセット信号指示手段と、
所定回転速度において前記ディザ信号と前記オフセット信号とを切替える回転速度切替手段と、
前記アシスト信号、前記ディザ信号、および前記オフセット信号に基づき前記モータへの電力供給を制御する制御回路と、を備え、
前記モータからの出力トルクを用いて前記操舵機構への印加トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、
前記ディザ信号指示手段から生成される前記ディザ信号のトルク振幅は、前記操舵機構の摩擦トルクロスよりも大きくなるように設定され、
前記ディザ信号のトルク振幅と周波数の比は、前記所定回転速度と前記摩擦トルクロスの比に所定ゲインを乗じたものとなるよう設定され、
前記所定ゲインは、操舵機構慣性と摩擦トルクロスと比例定数によって設定され、
前記ディザ信号の周波数は50Hz以上となるように設定されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記所定回転速度は、前記操舵機構のオフセット摩擦補償不感帯、または前記モータの誘起電圧、または前記制御回路のECUビット分解能と同等の回転速度に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ディザ信号指示手段は、前記車両の車速が所定値以下を示す場合に、前記ディザ信号の生成を禁止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ディザ信号指示手段は、前記操舵トルクの検出値が所定値以下を示す場合に、前記ディザ信号の生成を禁止することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ディザ信号指示手段は、前記操舵トルクの検出値が所定値以上を示す場合に、前記ディザ信号の生成を禁止し、前記操舵トルクの検出値が所定値未満を示す場合に、前記ディザ信号の生成を許可することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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