JP5958678B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、特に舵角に応じた戻し制御電流で電流指令値を補償することにより、直進状態に戻す走行状態においてハンドル（ステアリングホイール）を積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置をモータの回転力でアシスト制御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（減速比＝Ｇｒ）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（操舵補助トルク）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。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３（減速比＝Ｇｒ）、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、タイロッド６a、６bを経て、更にハブユニット７a、７bを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、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、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。電動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（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。また、コラム軸２には操舵角を検出するための舵角センサ１５が配設されており、舵角センサ１５で検出された舵角θはコントロールユニット３０に入力される。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Ｔｒと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令となる電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｅによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等から受信することも可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵも含む）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２のようになる。

図２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で検出された操舵トルクＴｒ、車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｒ、車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値演算部３１は、操舵系の安定性を高めるための位相補償部、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うセンター応答性改善部、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相ずれを補償するロバスト安定化補償部等を具備していても良い。

電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ３が減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉｒｅｆ４が、操舵動作の特性改善のための電流制御部であるＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御値ＥがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

なお、電流制限部３３は必須のものではない。

また、加算部３２Ａには補償部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このような電動パワーステアリング装置において、アシスト力を伝達するための減速ギアやピニオンラック機構の摩擦により動作が阻害され、直進状態に戻したい走行状態であるにも拘わらず、ハンドルが中立点まで戻らず、車両が直進状態になり難いことがある。

ハンドル戻り時のアシスト特性を制御するための先行技術として特許第４８７２２９８号公報（特許文献１）に開示されているハンドル戻り制御がある。特許文献１に開示されている制御構成は、舵角、車速及び操舵トルクから目標操舵速度を算出し、実モータ角速度／Ｇｒ比と目標操舵速度の偏差に応じて補償電流を算出している。

特許第４８７２２９８号公報 特開２００７−９９０５３号公報

ハンドル戻し制御において、舵角から算出される目標操舵速度は一般的に舵角が大きくなるほど目標操舵速度が大きくなるように設定される。しかしながら、例えば旋回運転中に、運転者は舵角が大きい領域で実モータ角速度／Ｇｒ比が小さい操舵をしようとする。このとき、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差が大きくなるため、戻し制御の出力も大きくなる傾向にあり、運転者はハンドル戻され感が強い車両特性に感じてしまう。また、切り増し操舵時には偏差により補償電流が出力されるため、補償出力はモータ角速度／Ｇｒ比に応じても変化する。これにより、運転者は擬似的な粘性摩擦を感じることになるが、切り増し時にハンドル戻り制御によって粘性摩擦感を得ることは必ずしも必要でない。

特許文献１のハンドル戻し制御では、運転者の操舵トルクに応じて目標操舵速度を下げることで上述の問題を回避しているが、急操舵をした場合などには、一時的に操舵トルクが大小に変化することがあり、そのような場合には補償量の急変が発生することで操舵違和感として感じられる問題がある。

また、特開２００７−９９０５３号公報（特許文献２）にもハンドル戻し制御技術が開示されているが、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を戻し制御に使用していないので、操舵速度を制御できない問題がある。

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、舵角及びモータ角速度／Ｇｒ比に応じた戻し制御電流を演算して電流指令値を補償することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、舵角、前記車速及びモータ角速度／Ｇｒ比によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、前記ハンドル戻し制御部が、舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求めて符号処理すると共に、Ｐ制御演算、Ｉ制御演算、Ｄ制御演算の少なくとも２つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで構成されることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をＰ制御演算、Ｉ制御演算及びＤ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第１反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第１乗算部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第２反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第２乗算部と、前記第１乗算部の出力をＩ制御演算し、前記第２乗算部の出力をＰ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｐ制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＰ制御演算及びＤ制御演算し、前記Ｉ制御の出力から前記Ｐ制御演算及びＤ制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＤ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｄ制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記Ｐ制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＰ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｐ制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記最大値が“１．０”であり、前記補正部が乗算部であることにより、或いは前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が０より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性であることにより、或いは目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が０より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性であることにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差に応じてＰ制御演算（比例制御演算）、Ｉ制御演算（積分制御演算）、Ｄ制御演算（微分制御演算）の少なくとも２つの制御演算を用いた演算によりハンドル戻し制御のゲインを演算し、そのゲインで舵角に応じたベース戻し制御電流を補正（乗算）することで補償電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差に応じて戻し制御電流が増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。

また、切り増し操舵では戻し制御のゲインが積分ゲインにより蓄積されるが、本発明では、戻し制御ゲインの値を制限（最大値＝１．０）することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、角度に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。

一般的な電動パワーステアリング装置の概略を示す構造図である。 コントロールユニット（ＥＣＵ）の一例を示すブロック構成図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の構成例を示すブロック図である。 ベース戻し制御電流演算部の特性例を特性図である。 目標操舵速度演算部の特性例を示す特性図である。 符号部の特性例を示す特性図である。 リミッタの特性例を示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 ハンドル戻し制御部の他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置であり、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差に応じてＰＩ制御演算（比例積分制御演算）等の制御演算により戻し制御ゲインを演算し、その戻し制御ゲインで、舵角（車速）に応じたベース戻し制御電流を補正（乗算）することで、電流指令値補償用の戻し制御電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実モータ角速度／Ｇｒ比の偏差に応じて戻し制御電流の大きさが増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。

また、ハンドルの切り増し操舵では、戻し制御ゲインの値が積分ゲインにより蓄積されるが、戻し制御ゲインの最大値を“１．０”に制限することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、舵角に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を図２に対応させて示すブロック図であり、本発明では舵角θ、モータ角速度／Ｇｒ比及び車速Ｖｅｌを入力して戻し制御電流Ｉｒｃを演算して出力するハンドル戻し制御部１００が設けられていると共に、舵角θから操舵速度ωを演算（微分）する操舵速度演算部１８０と、電流指令値Ｉｒｅｆ２から戻し制御電流Ｉｒｃを減算（補正）して補償電流指令値Ｉｒｅｆ３ａを出力する減算部１８１とが設けられている。

ハンドル戻し制御部１００は図４に示すような構成となっており、舵角θはベース戻し制御電流演算部１０１及び目標操舵速度演算部１０２に入力され、車速Ｖｅｌもベース戻し制御電流演算部１０１及び目標操舵速度演算部１０２に入力されており、ベース戻し制御電流演算部１０１及び目標操舵速度演算部１０２はいずれも車速感応の特性になっている。ベース戻し制御電流演算部１０１の特性は図５に示すように、舵角θが０より大きく（小さく）なるに従って正方向（負方向）に大きくなり、正負の所定値を超えると徐々に小さくなる放物線状の点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が０より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である。また、目標操舵速度演算部１０２の特性は図６に示すように、舵角θが０より大きく（小さく）なるに従って負方向（正方向）に徐々に大きくなる点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が０より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である。

ベース戻し制御電流演算部１０１で演算されたベース戻し制御電流Ｉｂｒは、補正部としての乗算部１０７に入力され、目標操舵速度演算部１０２で演算された目標操舵速度ωｔは減算部１０４に加算入力される。減算部１０４には操舵速度ωが実モータ角速度／Ｇｒ比として減算入力されており、減算部１０４で求められた目標操舵速度ωｔとモータ角速度／Ｇｒ比ωの偏差ωｅは反転部１０５に入力され、反転された偏差“−ωｅ”は乗算部１０６に入力される。

また、舵角θは符号部１０３に入力され、符号部１０３は図７に示すように舵角θの正側で「＋１」、負側で「−１」となる符号ＳＮを出力する。符号ＳＮは乗算部１０６に入力され、反転された偏差“−ωｅ”と乗算され、乗算部１０６で乗算された操舵速度ωｃ（＝ＳＮ・（−ωｅ））は、制御演算部としてのＰＩ制御演算部１１０に入力される。なお、符号部１０３、減算部１０４、反転部１０５、乗算部１０６及びＰＩ制御演算部１１０で戻し制御ゲイン演算部を構成している。

ＰＩ制御演算部１１０は、操舵速度ωｃを比例制御演算する比例（Ｐ）演算部１１１と、操舵速度ωｃを積分演算する積分（Ｉ）演算部１１２と、積分演算部１１２の出力に積分ゲインＩを乗算する積分ゲイン部１１３と、比例演算部１１１及び積分ゲイン部１１３の出力を加算して戻し制御ゲインＧｃを出力する加算部１１４とで構成されており、ＰＩ制御演算部１１０は操舵速度ωｃに対して制御演算を行って戻し制御ゲインＧｃを出力する。

ＰＩ制御演算部１１０で制御演算された戻し制御ゲインＧｃは、図８に示すような特性を有するリミッタ１０８で最大出力値を“１．０”に制限され、最大出力値を“１．０”に制限された戻し制御ゲインＧｃが乗算部１０７に入力される。乗算部１０７では、ベース戻し制御電流Ｉｂｒと戻し制御ゲインＧｃを乗算し、乗算結果である戻し制御電流Ｉｒｃを出力する。戻し制御電流Ｉｒｃは減算部１８１に減算入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ２から戻し制御電流Ｉｒｃが減算された補償電流指令値Ｉｒｅｆ３ａが生成される。

このような構成において、その動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

先ず舵角センサ１５から舵角θ、車速センサ１２から車速Ｖｅｌを入力して読取り（ステップＳ１）、操舵速度演算部１８０は舵角θから操舵速度ωを演算（微分）して求める（ステップＳ２）。なお、舵角θ、車速ＶｅｌはＣＡＮから入力してもよい。

ベース戻し制御電流演算部１０１は舵角θ及び車速Ｖｅｌに基づいてベース戻し制御電流Ｉｂｒを演算し、乗算部１０７に入力する（ステップＳ３）。また、目標操舵速度演算部１０２は舵角θ及び車速Ｖｅｌに基づいて目標操舵速度ωｔを演算し（ステップＳ４）、減算部１０４は操舵速度（実モータ角速度／Ｇｒ比）ωと目標操舵速度ωｔの偏差ωｅを演算し（ステップＳ５）、反転部１０５は偏差ωｅを反転して偏差“−ωｅ”を乗算部１０６に入力する（ステップＳ６）。

また、符号部１０３は舵角θについての符号を算出し（ステップＳ７）、乗算部１０６において偏差“−ωｅ”に符号ＳＮを乗算し（ステップＳ８）、符号を付与された偏差ωｃをＰＩ制御演算部１１０に入力する。ＰＩ制御演算部１１０は、比例演算部１１１による比例制御演算と、積分演算部１１２及び積分ゲイン部１１３による積分制御演算とを行い、比例制御演算と積分制御演算の加算を加算部１１４で行い、加算部１１４より戻し制御ゲインＧｃを出力する（ステップＳ９）。戻し制御ゲインＧｃはリミッタ１０８で最大値を“１．０”に制限されて乗算部１０７に入力され、戻し制御ゲインＧｃでベース戻し制御電流Ｉｂｒを補正（乗算）して戻し制御電流Ｉｒｃを出力する（ステップＳ１０）。戻し制御電流Ｉｒｃは減算部１８１に減算入力され、戻し制御電流Ｉｒｃを減算されて補償された電流指令値Ｉｒｅｆ３ａが生成され（ステップＳ１１）、以降は前述と同様な操舵制御が実施される。

上述のように本発明では、舵角θ、車速Ｖｅｌに応じてベース戻し制御電流Ｉｂｒを演算しており、これによりＳＡＴ（セルフアライニングトルク）が小さく、ハンドル戻りが悪い車両状態では戻し制御電流Ｉｒｃを大きく、ＳＡＴが大きくハンドルが戻る車両状態では戻し制御電流Ｉｒｃを小さくすることができる。また、ハンドル戻し制御が必要とされない据え切りなどの車速域では、ハンドル戻し制御を実施しないようにしている。

目標操舵速度ωｔはハンドル戻し操舵時の目標速度であるため、図６に示されるように舵角θが正で目標操舵速度ωｔは負と定義される。偏差ωｅの符号を反転し、舵角θの符号ＳＮを乗算することで、舵角θと操舵速度ωが一致している場合には、符号付与後の偏差ωｃは目標操舵速度ωｔよりも速い操舵速度で戻っている場合には正、目標操舵速度ωｔよりも遅い操舵速度で戻っている場合には負となる。符号付与後の偏差ωｃを入力してＰＩ制御演算部１１０によって戻し制御ゲインＧｃを求めると、戻し制御ゲインＧｃは操舵速度ωが目標操舵速度ωｔより速いほど負の方向に大きく、目標操舵速度ωｔより遅いほど正の方向に大きくなる。ベース戻し制御電流Ｉｂｒに戻し制御ゲインＧｃを乗算して補正することにより戻し制御電流Ｉｒｃを求める。戻し制御電流Ｉｒｃは偏差ωｅに応じて大小変化（増減）し、目標操舵速度ωｔよりも遅い操舵ではセンター（中立点）に戻すための戻しアシストトルクを大きく、目標操舵速度ωｔよりも遅い場合にはアシストトルクを小さく、或いは速度を遅くするためのブレーキトルクとして出力する。

本発明では、偏差ωｅからＰＩ制御演算部１１０によって戻し制御ゲインＧｃを求め、戻し制御電流Ｉｒｃを大小変化させるため、目標操舵速度ωｔで戻るように制御するため滑らかなハンドル戻しを実現することができる。更に、戻し制御ゲインＧｃはリミッタ１０８で最大値を制限された後にベース戻し制御電流Ｉｂｒに乗算し、リミッタ１０８の上限値を１倍としている。切り増し操舵を行うと舵角θが正の場合、操舵速度ωは正である。そのとき、目標操舵速度ωｔは負であり、偏差ωｅは負の目標操舵速度ωｔから正の操舵速度ωを減算するため必ず負となる。符号付与後の偏差は反転し、舵角θの符号ＳＮを乗算するため正となる。従って、ＰＩ制御演算部１１０の積分値が正方向に蓄積していく。ＰＩ制御演算の後段にリミッタ１０８を設けることで、戻し制御ゲインＧｃが上限値（＝１．０）で張り付くことになる。この結果、ベース戻し制御電流Ｉｂｒがそのまま戻し制御電流Ｉｒｃとして出力される。これにより、切り増し時は戻し制御電流Ｉｒｃは舵角θ、車速Ｖｅｌに応じた補償量として出力されることになり、操舵速度ωが補償量に関連しないため、粘性感を感じさせることなく擬似的な路面反力を運転者に感じさせることができる。

なお、図４では、偏差“−ωｅ”を乗算部１０６において符号ＳＮと乗算してＰＩ制御演算部１１０に入力しているが、図４の破線で示すように乗算部１０９をＰＩ制御演算部１１０の出力部に設けると共に、偏差“−ωｅ”をＰＩ制御演算部１１０に直接入力し、乗算部１０９において、ＰＩ制御演算部１１０からの戻し制御ゲインＧｃに符号ＳＮを乗算してリミッタ１０８に入力するようにしても良い。

図１０〜図１３は、ハンドル戻し制御部１００の戻し制御ゲイン演算部の他の構成例を図４と対応させて示している。以下に、各実施形態を説明する。

図１０の実施形態は、図４のＰＩ制御演算部１１０の構成に微分（Ｄ）制御演算を付加してＰＩＤ制御演算部１２０とし、乗算部１０６を削除し、代わりにＰＩＤ制御演算部１２０の出力部に符号ＳＮを乗算する乗算部１０９を設けたものである。即ち、Ｄ制御演算として、操舵速度ωｃを微分演算する微分（Ｄ）演算部１２１と、微分演算部１２１の出力に微分ゲインＤを乗算する微分ゲイン部１２２とを設け、微分ゲイン部１２２の出力、比例演算部１１１及び積分ゲイン部１１３の出力を加算部１２３で加算して戻し制御ゲインＧｃを出力するようになっている。そして、乗算部１０９において、戻し制御ゲインＧｃに符号ＳＮを乗算してリミッタ１０８に入力している。

本実施形態では、符号部１０３、減算部１０４、反転部１０５、乗算部１０９及びＰＩＤ制御演算部１２０で戻し制御ゲイン演算部を構成している。

本実施形態では、微分（Ｄ）制御が偏差の変化量によって制御ゲインを可変させるため、偏差の変化量が大きい場合に戻し制御ゲインが大きくなる。従って、微分（Ｄ）制御が追加されることによって、目標操舵速度に対する制御即応性を改善することができる。

図１１の実施形態は、ＰＩ制御演算にＤ先行型制御演算を付加したＰＩ−Ｄ制御演算部としたものであり、制御演算部としてＰＩ制御演算部１１０とＤ制御演算部１３０とが備えられており、ＰＩ制御演算部１１０の出力部に乗算部１０９が設けられている。また、操舵速度ωを反転する反転部１０５Ａが設けられており、反転された操舵速度−ωがＤ制御演算部１３０内の微分演算部１３１で微分演算され、更に微分ゲイン部１３２で微分ゲインＤを乗算され、その結果がＰＩ制御演算部１１０内の減算部１１５に減算入力される。減算部１１５には積分演算の結果が加算入力されており、その差が加算部１１４で比例演算の結果と加算されて戻し制御ゲインＧｃを出力するようになっている。戻し制御ゲインＧｃは乗算部１０９で符号ＳＮと乗算されてリミッタ１０８に入力される。

本実施形態では、符号部１０３、減算部１０４、反転部１０５及び１０５Ａ、乗算部１０９、ＰＩＤ制御演算部１１０、Ｄ制御演算部１３０で戻し制御ゲイン演算部を構成している。

本実施形態に係る微分先行型ＰＩＤ制御は、微分（Ｄ）制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも微分（Ｄ）制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には微分（Ｄ）制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。

図１２の実施形態は、Ｉ制御演算にＰＤ先行型制御演算を付加したＩ−ＰＤ制御演算部としたものであり、制御演算部としてＩ制御演算部１４０とＰＤ制御演算部１５０とが設けられている。また、図１１の実施形態と同様に、反転部１０５Ａが設けられており、反転された操舵速度−ωを、ＰＤ制御演算部１５０内の比例演算部１５４でＰ制御演算すると共に、微分演算部１５２で微分演算し、更に微分ゲイン部１５３で微分ゲインＤを乗算し、加算部１５５で比例演算結果及び微分演算結果を加算する。加算部１５５の加算結果は、Ｉ制御演算部１４０内の減算部１４３に減算入力される。また、反転部１０５からの操舵速度−ωｅはＩ制御演算部１４０内の積分演算部１４１で積分演算され、更に積分ゲイン部１４２で積分ゲインＩを乗算され、減算部１４３に加算入力される。減算部１４３は、Ｉ制御演算部１４０の積分演算結果からＰＤ制御演算部１５０の結果を減算して戻し制御ゲインＧｃを出力するようになっている。戻し制御ゲインＧｃは乗算部１０９で符号ＳＮと乗算されてリミッタ１０８に入力される。

本実施形態では、符号部１０３、減算部１０４、反転部１０５及び１０５Ａ、乗算部１０９、Ｉ制御演算部１４０、ＰＤ制御演算部１５０で戻し制御ゲイン演算部を構成している。

本実施形態に係る比例微分先行型ＰＩＤ制御は、微分（Ｄ）制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例（Ｐ）制御、微分（Ｄ）制御の各出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には比例（Ｐ）制御及び微分（Ｄ）制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。

図１３の実施形態は、Ｉ制御演算にＰ先行型制御演算を付加したＩ−Ｐ制御演算部としたものであり、制御演算部としてＩ制御演算部１４０とＰ制御演算部１６０とが設けられている。図１１の実施形態と同様に、反転部１０５Ａ及び乗算部１０６Ａが設けられており、乗算部１０６Ａの乗算結果をＰ制御演算部１６０内の比例演算部１６１で比例演算し、Ｉ制御演算部１４０内の減算部１４３に減算入力する。また、操舵速度ωｃはＩ制御演算部１４０内の積分演算部１４１で積分演算され、更に積分ゲイン部１４２で積分ゲインＩを乗算され、減算部１４３に加算入力される。減算部１４３は、Ｉ制御演算部１４０の積分演算結果からＰＤ制御演算部１５０の結果を減算して戻し制御ゲインＧｃを出力するようになっている。

なお、図１３では、偏差“−ωｅ”を乗算部１０６において符号ＳＮと乗算してＩ制御演算部１４０に入力すると共に、操舵速度“−ω”を乗算部１０６Ａにおいて符号ＳＮと乗算してＰ制御演算部１６０に入力しているが、図１３の破線で示すように乗算部１０９をＩ制御演算部１４０の出力部に設けると共に、偏差“−ωｅ”をＩ制御演算部１４０に直接入力すると共に、操舵速度“−ω”をＰ制御演算部１６０に直接入力し、乗算部１０９において、Ｉ制御演算部１４０からの戻し制御ゲインＧｃに符号ＳＮを乗算してリミッタ１０８に入力するようにしても良い。

本実施形態では、符号部１０３、減算部１０４、反転部１０５及び１０５Ａ、乗算部１０６及び１０６Ａ（又は１０９）、Ｉ制御演算部１４０、Ｐ制御演算部１６０で戻し制御ゲイン演算部を構成している。

本実施形態に係る比例先行型ＰＩ制御は微分（Ｄ）制御がないため、制御ロジックを簡略化できると共に、比例（Ｐ）制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例（Ｐ）制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止し、外乱による操舵速度変化には比例（Ｐ）制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。

１ ハンドル（ステアリングホイール）
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１５ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
１００ ハンドル戻し制御部
１０１ ベース戻し制御電流演算部
１０２ 目標操舵速度演算部
１０３ 符号部
１０５，１０５Ａ 反転部
１０８ リミッタ
１１０ ＰＩ制御演算部
１２０ ＰＩＤ制御演算部
１３０ Ｄ制御演算部
１４０ Ｉ制御演算部
１５０ ＰＤ制御演算部
１６０ Ｐ制御演算部
１８０ 操舵速度演算部

Claims (11)

1. 操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、舵角、前記車速及びモータ角速度／Ｇｒ比によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、前記ハンドル戻し制御部が、舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求めて符号処理すると共に、Ｐ制御演算、Ｉ制御演算、Ｄ制御演算の少なくとも２つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演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。
3. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を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。
4. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をＰ制御演算、Ｉ制御演算及びＤ制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を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。
5. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＰ制御演算及びＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＤ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｄ制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記Ｐ制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を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。
6. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＰ制御演算及びＤ制御演算し、前記Ｉ制御の出力から前記Ｐ制御演算及びＤ制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を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。
7. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第１反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第１乗算部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第２反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第２乗算部と、前記第１乗算部の出力をＩ制御演算し、前記第２乗算部の出力をＰ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｐ制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演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。
8. 前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記モータ角速度／Ｇｒ比の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第１反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第２反転部と、前記第１反転部の出力をＩ制御演算し、前記第２反転部の出力をＰ制御演算し、前記Ｉ制御演算の出力から前記Ｐ制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を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。
9. 前記最大値が“１．０”であり、前記補正部が乗算部である請求項１乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が０より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である請求項１乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
11. 目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が０より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である請求項１乃至１０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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