JP6291314B2 - 電動パワーステアリング装置、プログラム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、操向車輪に舵角を与える操舵系に動力を付加するモータと、操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも操舵力検出手段の出力に基づいて操舵補助力と操舵抵抗力とをモータに発生させるための制御手段とを有し、ラック/ピニオン式操舵装置に用いられる電動パワーステアリング装置であって、操舵角と車速とから操向車輪の基準ラック軸負荷を求める手段と、操向車輪の実際のラック軸負荷を検出する手段とを有し、制御手段が、基準ラック軸負荷と実際のラック軸負荷との偏差に応じて操舵抵抗力を設定する。
本発明は、外乱入力を低減することができると共に操舵フィーリングの向上を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車に適用した構成を例示している。
図2は、制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Td、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号v、レゾルバ120からの回転角度信号θsなどが入力される。
また、制御装置10は、電動モータ110のモータ回転角度θを算出するモータ回転角度算出部71と、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θに基づいて、モータ回転速度Nmを算出するモータ回転速度算出部72と、ステアリングホイール101の回転角度である舵角Raを算出する舵角検出手段の一例としての舵角算出部73と、を備えている。
基本目標電流算出部27、ラック軸力偏差電流算出部28および目標電流決定部29については後で詳述する。
制御部30は、図3に示すように、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力する。
モータ電流検出部33は、モータ駆動部32に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
モータ回転速度算出部72(図2参照)は、モータ回転角度算出部71が算出したモータ回転角度θに基づいて電動モータ110のモータ回転速度Nmを算出する。
図4は、基本目標電流算出部27の概略構成図である。
基本目標電流算出部27は、基本目標電流Itfを設定する上でベースとなるベース電流Ibを算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Isを算出するイナーシャ補償電流算出部22と、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流Idを算出するダンパー補償電流算出部23とを備えている。また、基本目標電流算出部27は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23にて算出された値に基づいて基本目標電流Itfを決定する基本目標電流決定部25を備えている。また、基本目標電流算出部27は、トルクセンサ109にて検出された操舵トルクTの位相を補償する位相補償部26を備えている。
なお、目標電流算出部20には、トルク信号Td、車速信号vなどが入力される。
ベース電流算出部21は、位相補償部26にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流Ibを算出する。つまり、ベース電流算出部21は、位相補償された操舵トルクTと、車速Vcとに応じたベース電流Ibを算出する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とベース電流Ibとの対応を示す図5に例示した制御マップに、位相補償された操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりベース電流Ibを算出する。
図6は、ラック軸力偏差電流算出部28の概略構成図である。
ラック軸力偏差電流算出部28は、ラック軸105に生じる規範となる軸力である規範ラック軸力Frmを算出する規範ラック軸力算出手段の一例としての規範ラック軸力算出部280と、ラック軸105に生じる実際の軸力である実ラック軸力Fraを算出する実ラック軸力算出手段の一例としての実ラック軸力算出部287と、を備えている。また、ラック軸力偏差電流算出部28は、規範ラック軸力算出部280にて算出された規範ラック軸力Frmと実ラック軸力算出部287にて算出された実ラック軸力Fraとに基づいてラック軸力偏差電流Irを決定するラック軸力偏差電流設定手段の一例としてのラック軸力偏差電流決定部288を備えている。
ここで、実ラック軸力Fraは、本実施の形態に係るステアリング装置100がピニオン型の装置であることから、ピニオンシャフト106から与えられる軸力に等しいとして、ピニオンシャフト106に加えられたピニオントルクTpに基づいて算出する。実ラック軸力Fraは、ピニオントルクTpをピニオン106aのピッチ円半径rpで除算した値である(Fra=Tp/rp)。
モータトルクTmは、出力軸トルクToに減速機構111の減速比(ギア比)Nを乗算した値である(Tm=To×N)。
出力軸トルクToは、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θおよびモータ電流検出部33にて検出された実電流Imを、予めROMに記憶しておいた算出式に代入することにより算出することができる。なお、モータ回転角度算出部71にて算出されたモータ回転角度θを用いる代わりに、モータ逆起電力から所定の式により算出したモータ回転角度θを用いてもよい。
ラック軸力偏差電流決定部288は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、ラック軸力偏差電流Irとラック軸力偏差ΔFとの対応を示す図7に例示した制御マップに、ラック軸力偏差ΔFを代入することによりラック軸力偏差電流Irを算出する。図7に例示した制御マップにおいては、ラック軸力偏差ΔFがプラス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が大きくなり、ラック軸力偏差ΔFがマイナス方向に大きくなるに従ってラック軸力偏差電流Irによるアシスト力が小さくなるように設定されている。つまり、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも大きいほど、言い換えれば路面から受ける反力が大きいほど、ラック軸力偏差電流Irが大きくなり、他方、実ラック軸力Fraが規範ラック軸力Frmよりも小さいほど、言い換えれば路面から受ける反力が小さいほど、ラック軸力偏差電流Irが小さくなるように設定されている。
そして、目標電流決定部29は、RAMなどの記憶領域に記憶された、基本目標電流Itfとラック軸力偏差電流Irとを加算した値を目標電流Itとして決定する。
規範ラック軸力算出部280は、図6に示すように、舵角算出部73にて算出された舵角Raと車速センサ170にて検出された車速Vcとに基づいて規範ラック軸力Frmのベースとなるベース規範ラック軸力Frmbを算出するベース規範ラック軸力算出部281を備えている。また、規範ラック軸力算出部280は、規範ラック軸力Frmを補正するために加算する補正加算値Pfを設定する補正加算値設定部282と、ベース規範ラック軸力算出部281が算出したベース規範ラック軸力Frmbと補正加算値設定部282が設定した補正加算値Pfとを加算することにより加算値(Frmb+Pf)を得る加算部283と、を備えている。また、規範ラック軸力算出部280は、車速Vcに基づいて規範ラック軸力Frmを補正するため第1車速補正係数Kv1を設定する第1車速補正係数設定部284と、第1車速補正係数設定部284が設定した第1車速補正係数Kv1と加算部283にて算出された加算値(Frmb+Pf)とに基づいて規範ラック軸力Frmを決定する規範ラック軸力決定部285と、を備えている。
ベース規範ラック軸力算出部281は、舵角算出部73にて算出された舵角Raと車速センサ170にて検出された車速Vcとをパラメータとして、予め定められた規範伝達関数を用いてベース規範ラック軸力Frmbを算出する。規範伝達関数は、入力である舵角Raおよび車速Vcを、出力であるベース規範ラック軸力Frmbに応答性を持たせて変換する周知の関数である。
本実施の形態に係るベース規範ラック軸力算出部281にて用いられる規範伝達関数は、舵角Raが同じであっても、ステアリングホイール101が切込まれているときのベース規範ラック軸力Frmbと、切戻されているときのベース規範ラック軸力Frmbとの間に図8に示すようなヒステリシスが生じるように定められている。また、規範伝達関数は、図8に示すように、ステアリングホイール101の右回転方向におけるベース規範ラック軸力Frmbと左回転方向におけるベース規範ラック軸力Frmbとの間にヒステリシスを生じさせるように定められている。
補正加算値設定部282は、モータ回転速度算出部72にて算出されたモータ回転速度Nm、舵角算出部73にて算出された舵角Raおよび車速センサ170にて検出された車速Vcに基づいて補正加算値Pfを設定する。
図9は、補正加算値設定部282の概略構成図である。
補正加算値設定部282は、切込み側加算値Ptのベースとなるベース切込み側加算値Ptbを算出するベース切込み側加算値算出部282aと、切戻し側加算値Prのベースとなるベース切戻し側加算値Prbを算出するベース切戻し側加算値算出部282bと、を備えている。また、補正加算値設定部282は、舵角算出部73にて算出された舵角Raの符号を抽出する符号抽出部282cと、モータ回転速度Nmに基づいて切込み側加算値Ptおよび切戻し側加算値Prを補正するための回転速度補正係数Kmを設定する回転速度補正係数設定部282dと、を備えている。また、補正加算値設定部282は、符号抽出部282cが抽出した符号、回転速度補正係数設定部282dが設定した回転速度補正係数Kmおよびベース切込み側加算値算出部282aが算出したベース切込み側加算値Ptbに基づいて切込み側加算値Ptを算出する切込み側加算値算出部282eと、符号抽出部282cが抽出した符号、回転速度補正係数Kmおよびベース切戻し側加算値算出部282bが算出したベース切戻し側加算値Prbとに基づいて切戻し側加算値Prを算出する切戻し側加算値算出部282fと、を備えている。
ベース切込み側加算値算出部282aは、舵角算出部73にて算出された舵角Raに基づいてベース切込み側加算値Ptbを決定する。ベース切込み側加算値算出部282aは、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、舵角Raの絶対値とベース切込み側加算値Ptbとの対応を示す図10に例示した制御マップに、舵角Raの絶対値を代入することによりベース切込み側加算値Ptbを算出する。図10に例示した制御マップにおいては、ベース切込み側加算値Ptbは正(プラス)の値であり、舵角Raの絶対値が小さい場合にはベース切込み側加算値Ptbは小さめの値となり、舵角Raの絶対値が所定舵角Ra0付近でベース切込み側加算値Ptbが急激に大きくなるように設定されている。また、舵角Raの絶対値が所定舵角Ra0よりも大きい範囲では、舵角Raの絶対値が大きくなるに従ってベース切込み側加算値Ptbが徐々に小さくなるように設定されている。なお、所定舵角Ra0は、舵角Raの絶対値が所定舵角Ra0未満である場合に、運転者に対してステアリングホイール101のセンター感を感じさせる角度であることを例示することができる。
ベース切戻し側加算値算出部282bは、舵角算出部73にて算出された舵角Raに基づいてベース切戻し側加算値Prbを決定する。ベース切戻し側加算値算出部282bは、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、舵角Raの絶対値とベース切戻し側加算値Prbとの対応を示す図11に例示した制御マップに、舵角Raの絶対値を代入することによりベース切戻し側加算値Prbを算出する。図11に例示した制御マップにおいては、ベース切戻し側加算値Prbは負(マイナス)の値であり、舵角Raの絶対値が大きくなるに従ってベース切戻し側加算値Prbが徐々に小さくなる(マイナス方向に大きくなる)ように設定されている。
回転速度補正係数設定部282dは、モータ回転速度算出部72にて算出されたモータ回転速度Nmの絶対値に基づいて回転速度補正係数Kmを設定する。回転速度補正係数設定部282dは、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、回転速度補正係数Kmとモータ回転速度Nmの絶対値との対応を示す図12に例示した制御マップに、モータ回転速度Nmの絶対値を代入することにより回転速度補正係数Kmを算出する。
第2車速補正係数設定部282hは、車速センサ170にて検出された車速Vcに基づいて第2車速補正係数Kv2を設定する。第2車速補正係数設定部282hは、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、第2車速補正係数Kv2と車速Vcとの対応を示す図13に例示した制御マップに、車速Vcを代入することにより第2車速補正係数Kv2を算出する。
加算部283は、ベース規範ラック軸力算出部281が算出したベース規範ラック軸力Frmbと補正加算値設定部282が設定した補正加算値Pfとを加算することにより加算値(Frmb+Pf)を算出する。
図14は、第1車速補正係数Kv1と車速Vcとの対応を示す制御マップの概略図である。
第1車速補正係数設定部284は、車速センサ170にて検出された車速Vcに基づいて第1車速補正係数Kv1を設定する。第1車速補正係数設定部284は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、第1車速補正係数Kv1と車速Vcとの対応を示す図14に例示した制御マップに、車速Vcを代入することにより第1車速補正係数Kv1を算出する。
規範ラック軸力決定部285は、加算部283にて算出された加算値(Frmb+Pf)と第1車速補正係数設定部284が設定した第1車速補正係数Kv1とを乗算することにより得た値を規範ラック軸力Frmとして決定する(Frm=Kv1×(Frmb+Pf))。
上述した事項により、本実施の形態に係る補正加算値Pfは、ステアリングホイール101が右方向に切込まれている場合には正の値である切込み側加算値Ptが補正加算値Pfとして決定され、左方向に切込まれている場合には負の値である切込み側加算値Ptが補正加算値Pfとして決定される。他方、ステアリングホイール101が左方向に切戻されている場合には負の値である切戻し側加算値Prが補正加算値Pfとして決定され、右方向に切戻されている場合には正の値である切戻し側加算値Prが補正加算値Pfとして決定される。
また以上説明した制御装置10が行なう処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現することができる。この場合、制御装置10に設けられた制御用コンピュータ内部のCPUが、制御装置10の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。
Claims (3)
- 車両のステアリングホイールの操舵に対する補助力を加える電動モータと、
前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
前記ステアリングホイールの回転角度である舵角を検出する舵角検出手段と、
前記舵角検出手段が検出した前記舵角と前記車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出手段と、
前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出手段と、
前記規範ラック軸力算出手段にて算出された前記規範ラック軸力と前記実ラック軸力算出手段にて算出された前記実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を設定するラック軸力偏差電流設定手段と、
前記トルク検出手段が検出した前記操舵トルクに基づいて前記電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を設定する基本目標電流設定手段と、
前記基本目標電流設定手段が設定した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流設定手段が設定した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定手段と、
を備え、
前記規範ラック軸力算出手段は、前記ステアリングホイールの操舵状況に応じて前記規範ラック軸力を変更し、
前記規範ラック軸力算出手段は、前記舵角が小さい場合には、前記ステアリングホイールの一方の回転方向における前記規範ラック軸力と他方の回転方向における当該規範ラック軸力との差が小さく、当該舵角が大きい場合には、当該一方の回転方向における当該規範ラック軸力と当該他方の回転方向における当該規範ラック軸力との差が大きくなるように変更する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記規範ラック軸力算出手段は、前記ステアリングホイールを切込んでいるのか切戻しているのかに応じて前記規範ラック軸力を変更する
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。 - コンピュータに、
車両のステアリングホイールの回転角度である舵角と当該車両の移動速度である車速とに基づいて、転動輪を転動させるラック軸に生じる軸力の規範となる規範ラック軸力を算出する規範ラック軸力算出機能と、
前記ラック軸に生じる実際の軸力である実ラック軸力を算出する実ラック軸力算出機能と、
前記規範ラック軸力算出機能にて算出された前記規範ラック軸力と前記実ラック軸力算出機能にて算出された前記実ラック軸力との偏差に基づいてラック軸力偏差電流を設定するラック軸力偏差電流設定機能と、
前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて電動モータに供給する目標電流の基本となる基本目標電流を設定する基本目標電流設定機能と、
前記基本目標電流設定機能が設定した前記基本目標電流と前記ラック軸力偏差電流設定機能が設定した前記ラック軸力偏差電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定機能と、
を備え、
前記規範ラック軸力算出機能は、前記ステアリングホイールの操舵状況に応じて前記規範ラック軸力を変更し、
前記規範ラック軸力算出機能は、前記舵角が小さい場合には、前記ステアリングホイールの一方の回転方向における前記規範ラック軸力と他方の回転方向における当該規範ラック軸力との差が小さく、当該舵角が大きい場合には、当該一方の回転方向における当該規範ラック軸力と当該他方の回転方向における当該規範ラック軸力との差が大きくなるように変更する
ことを実現させるプログラム。
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