JPWO2015083215A1 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

低速域での制御応答性の向上を図りながら、ノイズ、振動を抑制することができる電動パワーステアリング制御装置を提供する。電動パワーステアリング制御装置の制御量設定手段は、目標電流と実電流との偏差に応じてＰＩ制御を行うが、偏差と車速に応じて比例項のゲインを可変とするゲイン設定手段１２を有し、積分項は予め決まった一定ゲインを使用して制御量を演算する。

Description

この発明は、自動車の運転者の操舵力をアシストする電動パワーステアリング制御装置に関し、特に、低速域での応答性を確保しながら、ノイズ、振動の抑制を改善できる電動パワーステアリング制御装置に関するものである。

従来、電動パワーステアリング制御装置においては、ドライバのハンドル操作に呼応して操舵アシストを行うためのモータを駆動する目標電流を設定し、この目標電流と実際のモータ電流との差異を低減するようなフィードバック制御方式が採用されていた。この制御には、上記目標電流と実際のモータ電流との差異を基に比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）を利用した比例・積分制御手段（ＰＩ制御）が一般的に採用されている。

さらに、これら比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）のゲインを高速域と低速域で変更し、高速域のゲインを低速域より大きくすることにより、低速域ではステアリング系の音や振動の発生を防止し、高速域ではステアリング系の操舵応答性を改善しようとするものが提案されている。すなわち、上記比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）のゲインを車の速度に依存して可変とすることにより、低速域では発生しやすいノイズ、振動をゲイン低減により抑制し、高速域ではゲインを大きくすることにより、応答性を向上するようにするものが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許第３１５２３３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、低速域ではゲインを小さくし、高速域ではゲインを大きくするため、低速域でのノイズ（異音も含む）や振動を抑制するためとは言え、低速域での応答性が犠牲となっていることが推察される。
電動パワーステアリング制御装置の分野において、特にノイズ低減に支配的な要素を調査すると、比例項（Ｐ項）が主流であって、積分項（Ｉ項）はそれほど影響しないことが判明した。

一般に、積分項ゲインは比例項ゲインと比較して元々小さく設定されており、そのため小さい方のゲインをある程度変更しても実車レベルではそれほど影響はない。一方、比例項はそのゲインをさらに可変とすることにより、より応答性を向上できるものである。
この発明の目的は、比例項（Ｐ項）のゲインを可変とすると共に、積分項（Ｉ項）のゲインを予め決められた一定値とすることにより、低速域の応答性を確保しつつ、ノイズ、振動を抑制することができる電動パワーステアリング制御装置を提供するものである。

この発明になる電動パワーステアリング制御装置は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、操舵力をアシストするモータと、前記両センサの情報を基に前記モータを制御する制御量を演算・出力する制御ユニットとから構成され、前記制御ユニットは、前記両センサの情報から目標電流を演算する目標電流設定手段と、前記モータに供給された実電流を検出する実電流検出手段と、前記目標電流値と実電流との偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差に応じて制御量を演算・出力する制御量設定手段を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
前記制御量設定手段は、少なくとも比例項と積分項からなるＰＩ制御演算手段と、前記偏差及び車速に応じて比例項のゲインを可変するゲイン設定手段を備え、このゲインを用いて前記比例項を演算し、前記積分項のゲインは予め決められた一定値とすることによりＰＩ制御演算を行うことを特徴とするものである。

この発明によれば、比例項（Ｐ項）のゲインを可変とすると共に、積分項（Ｉ項）のゲインを予め決められた一定値としてＰＩ制御を行ったので、低速域での制御応答性の向上を図りながら、ノイズ、振動の抑制を図ることができる。

本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１におけるゲイン設定の具体的特性図である。 本発明の実施の形態２における電動パワーステアリング制御装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態３におけるゲイン設定の具体的特性図である。 本発明の実施の形態３における電動パワーステアリング制御装置の全体構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、車両に装着されたパワーステアリング制御装置の全体構成図である。制御を司る制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１と、ハンドル付近に搭載され操舵トルクを検出するトルクセンサ２と、車速を検出する車速センサ３と、ハンドルの操舵力をアシストするモータ４とから構成されている。

ＣＰＵを内蔵するＥＣＵ１は、トルクセンサ２にて検出した操舵トルク信号（Ｔｓ）と車速センサ３で検出した車速信号（Ｖｓ）から情報を入力し、目標電流（Ｉｉ）を設定する目標電流設定手段１０と、モータ４に供給されている実電流（Ｉｍ）を測定する実電流検出手段１８と、上記目標電流（Ｉｉ）と実電流（Ｉｍ）との偏差（△Ｉ）を求める偏差演算手段１１と、この偏差に基づきＰＩ制御演算を行い、その演算信号を出力する制御量設定手段１９と、スイッチング素子からなるブリッジ回路で構成されモータ４を駆動する駆動手段１７と、前記制御量設定手段１９の出力を前記駆動手段１７のスイッチング素子への制御量（Ｄｙ）に変換する制御量出力手段１６とから構成されている。

また、上記制御量設定手段１９は、比例項を演算し比例信号（ＫｐＩ）を出力する比例手段１３と、積分項を演算し積分信号（ＫｉＩ）を出力する積分手段１４と、両者の演算結果を加算演算する加算手段１５と、上記偏差演算手段１１と比例手段１３との間に挿入され、上記車速センサ３で検出した車速信号（Ｖｓ）を入力するゲイン設定手段１２とから構成されている。

すなわち、比例手段１３に対してのみ、前記の電流の偏差（△Ｉ）と車速信号（Ｖｓ）に応じて比例項のゲインを可変するゲイン設定手段１２が挿入されており、このゲイン設定手段１２は、積分項へは挿入されていない。そのため積分項のゲインは、車速、偏差で変化しない予め決められた一定ゲインを基に積分項の演算を行い、一方比例項は可変して設定されたゲイン（△Ｉ2）を用いて演算するものである。

次に具体的にそのゲイン設定方法について図２を用いて説明する。
図２は実施の形態１の具体的なゲイン設定例を示すものであり、特性Ｉ２a（点線）はゲイン＝α特性、特性Ｉ２b（実線）は偏差△Ｉが小さい領域（△Ｉ１以下）ではゲイン＜α特性で、偏差△Ｉが大きい領域（△Ｉ１以上）ではゲイン＝α特性となるものである。
車速が所定値、例えば２０ｋｍ／ｈ以上の場合は特性Ｉ２a（点線）を選択し、車速が所定値未満、例えば２０ｋｍ／ｈ以下の場合は特性Ｉ２b（実線）を選択するとよい。

以上のようにこの発明の実施形態によれば、比例項のゲインは車速及び偏差に応じて可変とし、積分項は予め決められた一定値とするように制御されている。また、少なくとも車速を低速域と高速域に２分し、それぞれの領域で異なるゲインを設定するとともに、高速域の方を低速域に比較して大きなゲインを設定するようになされている。上記ゲインは偏差が大きくなるにつれて、ゲインも大きくなる傾向を持つと共に、低速域で偏差が小さい領域が全ゲインの中で最も小さい値となるようになされている。

積分項のゲインを固定にしてもノイズ、振動の抑制にあまり影響がない理由は、ひとつには元々積分項ゲインは比例項ゲインと比較して小さく設定されているためである。そのため小さい方のゲインをある程度変更しても実車レベルではさほど影響はない。一方、比例項は偏差に応じて元々演算された制御量が積分項の値とは異なり、そのゲインをさらに可変とすることにより、より応答性を向上できるものである。

ただし、ゲインを上げ過ぎると、収斂性が悪くなるばかりか、ノイズ、振動の抑制効果も減じられる。そのため偏差に応じてゲインを可変とするようにしたものである。これにより偏差が比較的小さい領域では、その制御が効果的であって、ゲインを上げてノイズ、振動を誘発する可能性が少ないので、ゲインは押さえた値とする。一方、偏差が大きい領域では、運転者のアシスト要請と食い違っているので、応答性を向上し、つまりゲインを上げて目標の制御量に早く近づける必要がある。このように、比例項ゲインを車速、偏差に応じて可変とすることにより、ノイズ・振動と応答性の両立を図ることができる。

実施の形態２．
次に実施の形態２について図３、図４を用いて説明する。図１と比較してゲイン設定手段１２の位置を変更したものであり、具体的にはゲイン設定手段１２を実施の形態１では偏差演算手段１１と比例手段１３との間に挿入したが、比例手段１３と積分手段１４と並列に挿入したものである。ゲイン設定手段１２は偏差（△Ｉ）と車速（Ｖｓ）に基いて比例項ゲイン（Ｋｐ）を算出し、比例手段１３は偏差（△Ｉ）にＫｐを掛けてＫｐＩを算出している。

図４（a）は低速域のゲイン設定手段の具体的内容を示した特性図である。低速域とは例えば車速が２０Ｋｍ／ｈ未満である。横軸は目標電流と実電流との偏差（△Ｉ）であり、縦軸は比例項のゲイン（Ｋｐ）を表してしる。偏差（△Ｉ）が比較的小さい、つまり実電流が目標電流に近い領域（｜△Ｉ｜＜ΔI1）では、ゲインは比較的小さく、それ以上の偏差がある場合はゲインを大きくした特性（２２）となっている。

一方、図４（ｂ）は高速域の特性図であり、こちらは偏差（△Ｉ）に応じて比例的にゲイン（Ｋｐ）を大きくした特性（２３）となっているものである。このように車速及び偏差に応じて比例項のゲイン（Ｋｐ）を可変とし、一方積分項のゲインは一定とすることにより、応答性を重視して操舵フィーリングを向上した制御とすることができる。なお、図４に示すように偏差が所定以上となるとゲインは最大値で固定されているので、高速域とはいえどもゲインが高くなりすぎて、制御の収斂性を悪化させることのないように配慮している。

また、図４（ｃ）は、偏差（△Ｉ）に応じて比例項のゲイン（Ｋｐ）が連続的に変化せず、多段階の変化を持つ特性（２４）としたものである。図において、２４ａの特性は低速域であり、２４ｂは高速域の特性である。図４（ｃ）のように偏差に対して複数の一定値のゲインであっても同様の効果がある。

実施の形態３．
次に実施の形態３について図５を用いて説明する。実施の形態１、２と比較して微分項を追加したものであり、具体的には比例手段１３、積分手段１４と並列に微分手段２１を追加すると共に、実施の形態１、２のゲイン設定手段１２に代わり第１のゲイン設定手段１２と第２のゲイン設定手段２０を設けている。微分項を演算する微分手段２１が制御量を演算するために追加されている。第１のゲイン設定手段１２および第２のゲイン設定手段２０は偏差（△Ｉ）と車速信号（Ｖｓ）に基いて比例項ゲイン（ｋｐ）、微分ゲイン（ｋｄ）を算出し、比例手段１３は△Ｉにｋｐを掛けてＫｐＩを算出し、微分手段２１は△Ｉにｋｄを掛けてＫｄＩを算出している。

具体的なゲイン設定は、実施の形態２と同様に、偏差に応じてリニアに可変、又は多段階のどちらを選択してもよい。この方法によって、比例項と微分項のゲインを可変とすることができるので、偏差が大の時の応答性のみならず、偏差は小さい領域であっても、今後偏差が大きくなる傾向を捕えて、早めの対応が可能となり、引いては応答性をさらに向上することが可能となる。

１ 制御ユニット、２ トルクセンサ、３ 車速センサ、４ モータ、
１０ 目標電流設定手段、１１ 偏差演算手段、
１２、２０ ゲイン設定手段、１３ 比例手段、１４ 積分手段、
１５ 加算手段、１６ 制御量出力手段、１７ 駆動手段、
１８ 実電流検出手段、１９ 制御量設定手段。

この発明になる電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、操舵力をアシストするモータと、前記両センサの情報を基に前記モータを制御する制御量を演算・出力する制御ユニットとから構成され、前記制御ユニットは、前記両センサの情報から目標電流を演算する目標電流設定手段と、前記モータに供給された実電流を検出する実電流検出手段と、前記目標電流値と実電流値の偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差に応じて制御量を演算・出力する制御量設定手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置において、前記制御量設定手段は、少なくとも比例項と積分項からなるＰＩ制御演算手段を備え、前記偏差及び車速に応じて比例項のみのゲインを可変するゲイン設定手段を有し、このゲインを用いて前記比例項を演算し、前記積分項のゲインは予め決められた一定値とすることによりＰＩ制御演算を行うことを特徴とするものである。

Claims (8)

1. ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、操舵力をアシストするモータと、前記両センサの情報を基に前記モータを制御する制御量を演算・出力する制御ユニットとから構成され、前記制御ユニットは、前記両センサの情報から目標電流を演算する目標電流設定手段と、前記モータに供給された実電流を検出する実電流検出手段と、前記目標電流値と実電流値の偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差に応じて制御量を演算・出力する制御量設定手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置において、
   前記制御量設定手段は、少なくとも比例項と積分項からなるＰＩ制御演算手段を備え、前記偏差及び車速に応じて比例項のゲインを可変するゲイン設定手段を有し、このゲインを用いて前記比例項を演算し、前記積分項のゲインは予め決められた一定値とすることによりＰＩ制御演算を行うことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 前記ゲイン設定手段は、少なくとも車速を低速域と高速域に２分し、それぞれの領域で異なるゲインを設定するとともに、高速域の方が低速域に比較して大きなゲインを設定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制御装置。
3. 前記ゲイン設定手段は、偏差が大きくなるにつれて、ゲインも大きくなる傾向を示すことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
4. 前記ゲイン設定手段は、低速域で偏差が小さい領域が全ゲインの中で最も小さい値としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
5. 前記ゲイン設定手段は、偏差及び車速に応じて多段階のゲイン値から設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
6. 前記ゲイン設定手段は、前記偏差演算手段と比例手段との間に挿入され、前記偏差演算手段から出力される偏差信号（△Ｉ）と車速信号（Ｖｓ）が入力され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制御装置。
7. 前記ゲイン設定手段は、前記比例手段と積分手段と互いに並列接続され、前記偏差演算手段から出力される偏差信号（△Ｉ）と車速信号（Ｖｓ）が入力され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制御装置。
8. 前記制御量設定手段は、ＰＩ制御手段に微分項も含み、ゲイン設定手段は積分項以外の比例項と微分項の各ゲインを偏差及び車速に応じて設定できるようにし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制御装置。

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