JP6870792B1 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記のような点に着目し、操舵感覚を向上可能な電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。
また、縁石に乗り上げたりして操舵反力を受けると、モータの回生電流が生じて瞬間的にバッテリ電流が上昇することがある。この場合も回路保護のためにアシスト力が低減しステアリングホイールが急に重くなり、一定期間その状態が継続して、操作感覚に違和感を与えてしまう可能性がある。
図1は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の全体構成を示す図である。図1の電動パワーステアリング制御装置1は、ステアリング軸側でアシスト力を加えるコラム式EPS(Electric Power Steering)に適用したものである。
図1に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング制御装置1は、ステアリングホイール2と、ステアリング軸3と、ピニオン入力軸4と、トルクセンサ5と、減速機構6と、ラックアンドピニオン7と、ロッド8L、8Rと、モータ9と、操舵角センサ10と、車速センサ11と、バッテリ12と、ECU(Electronic Control Unit)13とを備えている。
バッテリ12は、モータ9、ECU13、スターター・モータ、カーエアコン、カーナビ、オーディオ等、電動パワーステアリング制御装置1が搭載される車両の各種電装品に電力を供給する。また、バッテリ12は、オルタネータで発電された電力が充電される。
MCU22は、メモリ26を有している。メモリ26は、MCU22が実行可能な各種プログラムを記憶している。また、メモリ26は、各種プログラムの実行時に各種データを記憶する。データとしては、例えば、後述するゲインG、ゲイン目標値G*等が挙げられる。メモリ26としては、例えば、RAM(Random Access Memory)を採用できる。
電流指令値演算部27は、トルク検出回路15から出力される操舵トルクT、及び車速検出回路17から出力される車速Vに基づき、アシストマップを用いて、モータ9が出力するアシスト力の制御のための電流指令値を算出する。アシストマップとしては、例えば、操舵トルクT及び車速Vが入力されると、それらの入力に応じて、電流指令値を出力するマップを用いる。算出された電流指令値は、電流指令値補正部28に出力される。
PWM駆動部23は、三相変換部37から出力される変換後の電流指令値に基づき、変換後の電流指令値の大きさに応じたアシスト力をモータ9に出力させるためのPWM信号を算出する。すなわち、変換後の電流指令値が大きいほど、大きいアシスト力をモータ9に出力させるPWM信号を算出する。PWM信号の算出方法としては、例えば、変換後の電流指令値iU*、iV*、iW*と、モータ用電流センサ18で検出されたモータ9の電流値iU、iV、iWとの差(iU*−iU)、(iV *−iV)、(iW *−iW)を基にPI制御値を演算し、演算したPI制御値を基にPWM演算を行って、モータ9のU相コイルに対応するPWM信号、V相コイルに対応するPWM信号、及びW相コイルに対応するPWM信号を算出する方法を採用できる。算出されたPWM信号は、FETドライバ24に出力される。
モータ駆動FET25は、FETドライバ24で駆動されると、バッテリ12から供給される電力を用いて、モータ9に駆動電流を供給する。電流指令値演算部27、電流指令値補正部28、三相変換部37、PWM駆動部23、FETドライバ24及びモータ駆動FET25が、ゲイン設定部33から出力されるゲインG、及びトルク検出回路15から出力される操舵トルクTに基づきモータ9が出力するアシスト力を制御する制御部29を構成する。
次に、初期化部30、電圧取得部31、目標値設定部32及びゲイン設定部33が実行するゲイン設定処理について説明する。
図4に示すように、まずステップS101では、初期化部30が、初期化処理を実行する。すなわち、メモリ26の所定領域に所定の初期値を設定する処理を行う。これにより、ゲインG及びゲイン目標値G*のそれぞれが「1.0」に設定される。
続いてステップS102に移行して、電圧取得部31が、バッテリ用電圧センサ19から出力されるバッテリ12の電圧を取得する。バッテリ12の電圧は、数百μs〜数ms毎に取得されるようにする。なお、バッテリ12の電圧としては、例えば、単数又は複数個(3個以上)の電圧データによる移動平均値等を用いるようにしてもよい。
そして、復帰時設定ゲインGrが所定閾値Gth「0.7」よりも大きいと判定した場合には(Yes)、ステップS106に移行する。一方、復帰時設定ゲインGrが所定閾値Gth「0.7」以下であると判定した場合には(No)、ステップS107に移行する。
ステップS107では、ゲイン設定部33が、ステップS108で用いる変動速度dG/dtを比較的遅い第2復帰速度dG2/dtに設定した後、ステップS108に移行する。第2復帰速度dG2/dtとしては、第1復帰速度dG1/dtよりも遅い速度が用いられる。
ステップS108では、目標値設定部32が、ゲイン目標値G*を予め定めた通常値(例えば、「1.0」)に設定する。なお、通常値としては、所定閾値Gth「0.7」よりも大きい数値であればよく、「1.0」以外の数値を用いるようにしてもよい。
そして、第1低電圧領域内にあると判定した場合には、バッテリ12の電圧に応じてゲイン目標値G*を設定する。具体的には、バッテリ12の電圧が通常電圧の範囲と第1低電圧領域との境界値と一致する場合には、ゲイン目標値G*を通常値「1.0」とする。
また、バッテリ12の電圧が第1低電圧領域と第2低電圧領域との境界値と一致する場合には、ゲイン目標値G*を設定値(例えば、「0.5」)とする。設定値としては、通常値「1.0」と「0」との間の数値であればよく、「0.5」以外の数値を用いるようにしてもよい。さらに、バッテリ12の電圧が、それら2つの境界値の間にある場合、つまり第1低電圧領域内にある場合には、ゲイン目標値G*をバッテリ12の電圧の大きさに応じた値に設定する。すなわち、電圧の大きさに応じて通常値「1.0」〜設定値「0.5」の間で直線的に変化させる。一方、バッテリ12の電圧が第2低電圧領域内にあると判定した場合には、ゲイン目標値G*を設定値「0.5」に設定する。
そして、バッテリ12の電圧が第1高電圧領域内にあると判定した場合には、ゲイン目標値G*を設定値「0.5」に設定する。一方、バッテリ12の電圧が第2高電圧領域内にあると判定した場合には、ゲイン目標値G*を「0」に設定する。
続いてステップS113に移行して、ゲイン設定部33が、ステップS112で設定したゲイン目標値G*に基づきゲインGを設定した後、ステップS102に戻る。具体的には、ステップS111と同様に、ゲイン目標値G*にゲインGが近づくように、メモリ26が記憶しているゲインGに、所定速度dGo2/dtに更新時間toを乗算した乗算結果を加算又は減算し、算出結果をメモリ26が記憶しているゲインGに上書きする。更新時間toとしては、メモリ26が記憶しているゲインGの上書きが前回行われてから現在までの経過時間を用いる。
次に、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置1の動作について、図面を参照して説明する。
まず、図5に示すように、エンジンに接続されたスターター・モータが起動され、スターター・モータに瞬間的に大きな電流が流れることで、図6(a)の時刻t0に示すように、バッテリ12の電圧の降下が開始されたとする。そして、図6(a)の時刻t1に示すように、バッテリ12の電圧が通常電圧の範囲内から第1低電圧領域に変化したとする。すると、ECU13が、図6(b)の時刻t1に示すように、バッテリ12の電圧の低減に応じてゲイン目標値G*を低減し、図6(c)の時刻t1に示すように、低減したゲイン目標値G*に近づくようにゲインGを低減させる。これにより、モータ9によって出力されるアシスト力が低減するように、モータ9が制御される。
続いて、タイヤが縁石に乗り上げて操舵反力を受け、モータ9に回生電流が生じ、図6(a)の時刻t6に示すように、バッテリ12の電圧の上昇が開始されたとする。そして、図6(a)の時刻t7に示すように、バッテリ12の電圧が通常電圧の範囲内から第1高電圧領域に変化すると、ECU13が、図6(b)の時刻t7に示すように、ゲイン目標値G*を通常値「1.0」から設定値「0.5」に切り替え、図6(c)の時刻t7に示すように、設定値「0.5」に切り替えたゲイン目標値G*に近づくようにゲインGを低減させる。これにより、アシスト力が低減するように、モータ9が制御される。
続いて、バッテリ12の電圧の復帰(下降)が開始され、図6(a)の時刻t9に示すように、バッテリ12の電圧が第2高電圧領域から第1高電圧領域に変化したとする。すると、ECU13が、図6(b)の時刻t9に示すように、ゲイン目標値G*を「0」から設定値「0.5」に切り替え、図6(c)の時刻t9に示すように、設定値「0.5」に切り替えたゲイン目標値G*に近づくようにゲインGを低減させる。これにより、アシスト力が通常時アシスト力の50%まで低減するようにモータ9が制御される。
すなわち、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置1によれば、バッテリ12の電圧が第1低電圧領域から通常電圧の範囲内へ復帰するときや、電圧が第1高電圧領域から通常電圧の範囲内へ復帰するときのゲインGが所定閾値Gthよりも大きいときに、ゲインGを即復帰させ、アシスト力を直ちに増加させる。一方、上記ゲインGが所定閾値Gth以下である場合に、ゲインGを除変させアシスト力を徐々に増加させる。
ちなみに、バッテリ12の電圧が通常電圧の範囲外にあるときに、ゲイン目標値G*を「1.0」未満の値に設定しない場合には、バッテリ12を劣化させる可能性や他の機器の故障を誘発する可能性、モータ駆動FET25が熱損傷する可能性がある。またゲインGが所定閾値Gth以下であるときにも、ゲイン目標値G*まで直ちに増加するようにゲインGを設定する場合には、トルクが抜けたような操舵違和感を感じさせる可能性がある。
(1)本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置1では、ゲイン設定部33が、ゲイン目標値G*までゲインGを増加させるときのゲインGの増加速度(第1復帰速度dG1/dt及び第2復帰速度dG2/dtの少なくとも一方の速度を指す。以下、「復帰速度」とも呼ぶ)を一定値とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、復帰速度を、バッテリ12の電圧の通常電圧の範囲外から範囲内への復帰時にゲイン設定部33で設定されていたゲインG(復帰時設定ゲインGr)の値に応じて設定する構成としてもよい。具体的には、復帰速度を、復帰時設定ゲインGrが大きいほど大きな値に設定し、復帰時設定ゲインGrが小さいほど小さな値に設定する構成としてもよい。
操舵角速度算出部34は、操舵角検出回路16からの操舵角δに基づき、操舵角速度dδ/dtを算出する。算出された操舵角速度dδ/dtは、ゲイン設定部33に出力される。
また、ステップS107の変動速度dG/dtの設定時には、ゲイン設定部33が、第2復帰速度dG2/dtの設定処理を実行し、上述した第1復帰速度dG1/dtの設定方法と同様の方法で、第2復帰速度dG2/dtを設定する。第2復帰速度dG2/dtとしては、ステップS202やS203で設定される第1復帰速度dG1/dtよりも遅い速度が設定される。
Claims (9)
- バッテリから電力を供給され、ステアリングホイールによる操舵を補助するためのアシスト力を出力するモータと、
前記バッテリの電圧を検出するバッテリ用電圧センサと、
前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧に基づき、前記モータが出力するアシスト力の制御に用いられるゲインの目標値であるゲイン目標値を設定する目標値設定部と、
前記目標値設定部で設定したゲイン目標値に基づきゲインを設定するゲイン設定部と、
前記ステアリングホイールによる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記ゲイン設定部で設定したゲイン及び前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づき前記モータが出力するアシスト力を制御する制御部と、を備え、
前記目標値設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が予め定めた通常電圧の範囲内にある場合には、前記ゲイン目標値を予め定めた通常値に設定し、当該電圧が前記通常電圧の範囲外にある場合には、前記ゲイン目標値を前記通常値未満の値に設定し、
前記ゲイン設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が前記通常電圧の範囲外から範囲内に復帰する時に前記ゲイン設定部で設定されていたゲインである復帰時設定ゲインが予め定めた所定閾値よりも大きいか否かを判定し、前記所定閾値よりも大きいと判定した場合には、前記ゲイン目標値まで直ちに増加するように前記ゲインの設定を行い、前記所定閾値以下であると判定した場合には、前記ゲイン目標値まで徐々に増加するように前記ゲインの設定を行う電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ゲイン設定部は、前記ゲイン目標値まで前記ゲインを増加させるときの前記ゲインの増加速度である復帰速度を、前記復帰時設定ゲイン、操舵トルク、操舵角、操舵角速度及び車速の少なくとも1つ、或いはこれらのうちの2つ以上の組み合わせに基づき設定する請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記ゲイン設定部は、前記復帰速度を、前記復帰時設定ゲインが大きいほど大きな値に設定し、前記復帰時設定ゲインが小さいほど小さな値に設定する復帰速度設定部を備える請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記ゲイン設定部は、前記復帰速度設定部で設定した前記復帰速度を、操舵トルク、操舵角、操舵角速度及び車速の少なくとも1つ、或いはこれらのうちの2つ以上の組み合わせに基づき補正する復帰速度補正部を備える請求項3に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記目標値設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が前記通常電圧よりも低い第1低電圧領域内にある場合には、前記ゲイン目標値を当該電圧の大きさに応じた値に設定する請求項1から4の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記目標値設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が前記第1低電圧領域よりも低い第2低電圧領域内にある場合には、前記ゲイン目標値を前記通常値と「0」との間の設定値に設定する請求項5に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記目標値設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が前記通常電圧よりも高い第1高電圧領域内にある場合には、前記ゲイン目標値を前記通常値と「0」との間の設定値に設定する請求項1から6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記目標値設定部は、前記バッテリ用電圧センサで検出した電圧が前記第1高電圧領域よりも高い第2高電圧領域内にある場合には、前記ゲイン目標値を「0」に設定する請求項7に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記制御部は、
前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づき、前記モータが出力するアシスト力の制御のための電流指令値を算出する電流指令値演算部と、
前記電流指令値演算部で算出した電流指令値に、前記ゲイン設定部で設定したゲインを乗算して、補正後の電流指令値を得る電流指令値補正部と、
前記電流指令値補正部で得た補正後の電流指令値を、前記モータのU相コイル、V相コイル及びW相コイルの電流指令値に変換する三相変換部と、
前記三相変換部で変換した変換後の電流指令値に基づきPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成するPWM駆動部と、
前記PWM駆動部が生成したPWM信号に従って、前記モータに駆動電流を供給するモータ駆動FETを駆動するFETドライバと、を備える請求項1から8の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
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