KR100481934B1 - 전동파워 스티어링 제어장치 - Google Patents

Abstract

종래의 전동파워 스티어링 제어장치에서는 토크신호의 미분치에 곱해지는 게인이 고속주행 시에 커지므로, 차로 변경이나 위험 회피를 위해 빠른 조향을 했을 때에 커지게 되므로, 차로 변경이나 위험 회피를 위해 빠른 조향을 했을 때에 스티어링의 흔들림의 느낌이 증가하고, 차량의 조향 수렴성이 악화된다는 과제가 있었다.

토크 센서(2)의 신호를 미분하여, 제2 모터전류를 출력하는 때의 미분 시정수를 가변으로 한 가변형 토크 미분연산수단(104A)과, 이 가변형 토크 미분연산수단(104A)에 시정수를 지령하는 시정수 결정수단(105X)을 설치한다. 시정수 결정수단(105X)은 차속(81), 조향 토크(82), 요레이트(yaw rate)(83), 및 조향 속도(84)의 신호들 중에서 임의로 선택한 하나 이상의 신호의 변화에 따라 시정수를 결정한다.

Description

전동파워 스티어링 제어장치{ELECTRIC POWER STEERING CONTROL SYSTEM}

본 발명은 자동차의 전동파워 스티어링 장치를 제어하는 전동파워 스티어링 제어장치에 관한 것이다.

운전자가 차량의 핸들을 조작하는데 필요한 힘을 전동모터에 의해 보조하는 전동파워 스티어링 장치에서 적절한 핸들 조작감(feeling)이 얻어지도록 전동모터를 제어하는 것은 극히 중요하고, 그러한 제어를 행하는 전동파워 스티어링 제어장치에 대해서는 종래부터 여러 가지가 제안되어 있다.

도 11은 일본국 특허공개 평2-344469호 공보에 표시된 종래의 전동파워 스티어링 제어장치의 블록도이다. 또, 이해를 돕기 위한 일반적인 전동파워 스티어링 장치의 구성을 도 15에 표시한다.

도 15에서 1은 핸들, 2는 핸들의 축에 부착된 토크 센서, 10은 조향 차륜, 11은 핸들(1)의 조작력을 조향 차륜(10)의 각도제어기구(12)에 전달하는 기어기구이다.

도 11에서 2는 핸들(도 15의 1)의 축에 장착되어 운전자의 조향력을 검출하는 토크 센서, 3은 이 차량의 주행속도(이하 차속이라고도 함)를 검출하는 차속 센서, 6은 조향 보조력(조향 어시스트량 또는 어시스트력이라고도 함)을 핸들의 축(이하 조향축)에 전달하기 위한 전동모터(이하 모터)이다. 7은 상기 토크 센서(2) 및 차속 센서(3)의 신호에 따라 조향 어시스트량을 연산하고 모터(6)를 구동하는 컨트롤러이다.

다음으로, 컨트롤러(7)의 동작에 대해 설명한다. 제1 모터전류 결정수단 (101)은 토크 센서(2)의 출력과 차속 센서(3)의 출력에 따라, 예를 들면, 도 12에 표시하는 특성으로 제1 모터전류를 결정한다. 도 12에서는, 발생시키는 모터전류(모터 토크에 가깝다)가 조향 토크가 소정의 크기를 초과하면 발생하도록 설정되고, 또 차속이 낮을수록 커지도록 결정된다.

제2 모터전류 결정수단(102)은 토크 미분연산수단(104)에 의해, 상기 토크 센서(2)의 출력 신호를 미분하고, 이 토크 센서의 출력의 미분치에 차속 센서(3)가 검출한 차속에 따라 결정되는 게인(예를 들면, 도 13과 같이 차속이 클수록 게인은 크다)을 곱하여, 도 13에 표시한 바와 같은 특성으로 제2 모터전류를 결정한다. 도 13에서는, 발생시키는 모터전류가 조향 토크의 변화 속도(토크 미분)에 비례하고, 또 차속이 높을수록 크게 되도록 결정된다.

상기 제1 모터전류치와 상기 제2 모터전류치를 가산기(30)에서 가산하고, 이 가산치를 모터(6)에 통류(通流)하는 목표전류로 하여, 모터구동수단(103)에서 모터(6)를 정전류 구동하고 있다.

이와 같이, 종래예에서는 제1 모터전류 결정수단(101)에 의해 운전자의 조향력을 보조하는 토크를 발생시키는 동시에, 제2 모터전류 결정수단(102)이 모터의 관성 모멘트에 의한 영향(운전자가 핸들을 조작할 때에 모터의 관성 모멘트를 무게로 느끼는 것)을 소멸시키도록 작용하여, 조향감을 향상시키고 있다.

또, 제2 모터전류 결정수단(102)은, 모터(6)의 관성 모멘트가 문제로 되는 고속시에는 상기 토크의 미분치에 곱해지는 게인을 크게 하고, 제2 모터전류에 의해 토크 제어계가 불안정해지고 조향토크가 진동적이 되는 것이 염려되는 저속시에는 상기 게인을 작게 하고 있다. 여기서, 모터 관성에 의한 조작감의 악화를 방지하기 위해서는 이 게인을 충분히 크게 해야 하나, 너무 크게 하면 고속 주행시에 토크 센서의 출력의 미분치에 곱해지는 게인이 커지기 때문에, 차로 변경이나 위험 회피를 위해 빠른 조향을 했을 때에 상기 제2 모터전류가 과대해지고 핸들의 흔들림감이라고 하는 소위 수렴성의 악화를 초래하므로, 그 게인의 조정은 어렵다.

이상에서 설명한 문제의 발생원인에 대해 다시금 상세하게 설명한다.

도 13은, 전술한 바와 같이, 제2 모터전류 결정수단(102)에 의한 모터전류를 표시하는 한 예이고, 상기 토크의 미분치와 차속에 따른 게인과의 곱에 의해 제2 모터전류(Idiff)를 산출하는 것을 나타내고 있다. 그런데, 이 미분 동작에는 시정수가 있으므로, 운전자가 핸들에 가하는 힘을 완화하여(이해를 돕기 위해 극단적인 예를 말하면 핸들에서 손을 놓고) 조향 토크가 0에 가까운 값이 된 후에도, 토크의 미분 시정수에 따른 시간에는 제2 모터전류(Idiff)는 0으로 되지 않고, 모터(6)에 전류가 계속 통전된다. 이 시정수가 너무 길면, 예를 들어 고속 주행시의 차로 변경 등을 할 때에 차량의 수렴성이 악화된다.

도 13의 특성에서는, 전술한 바와 같이, 고속 주행시에는, 모터(6)의 관성 모멘트에 의한 조향감의 악화를 방지하도록, 저속일 때보다도 상기 게인이 높게 설정되어 있다. 이와 같은 설정은, 고속일수록, 조향력을 0으로 한 후에 흐르는 모터전류가 커지게 되고, 상술한 수렴성의 악화를 조장하는 것을 의미한다.

한편, 이것을 방지하기 위해, 예를 들면 도 13과는 반대로, 고속시에 게인이 낮아지는 특성으로 하면, 고속시에 모터의 관성 모멘터의 영향을 소멸시킬 수가 없고, 조향감의 악화를 초래한다. 이와 같이, 게인, 즉 도 13의 경사의 조정만으로는 조작감을 제어하는 데에 한계가 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 제안된 일본 특개평10-157636호 공보에 개시된 것과 유사한, 다른 종래의 전동파워 스티어링 제어장치의 구성을 도 14에 표시한다.도 14의 종래의 제어장치에서는 위상 보상기(110)에 의해, 토크 센서(2)의 출력의 미분치를 위상 보상(주파수 특성을 개선하고, 미분치의 불필요한 주파수 성분의 신호를 감쇄시킨다)해서 제2 모터전류 결정수단(102)에 입력한 후 전술한 도 11의 종래 예와 같이 제2 모터전류를 연산하고 있다. 그러나, 이와 같은 위상 보상회로의 추가는 아날로그 전자회로의 추가, 또는 디지털 회로의 경우라면 소프트웨어의 증가와 처리의 복잡화에 따른 처리속도의 저하를 초래한다.

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종래의 전동파워 스티어링 제어장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 고속 주행시에 토크 센서의 출력의 미분치에 곱해지는 게인이 크게 되기 때문에, 차로 변경이나 위험 회피를 위해 빠른 조향을 했을 때에, 제2 모터전류가 과대해지고 핸들의 흔들림감이라는 소위 수렴성의 악화를 초래한다는 문제가 있었다.

또, 상기 고속시의 수렴성의 문제를 방지하도록, 상기 종래예와는 반대로 고속에서 토크 센서의 출력의 미분치에 곱해지는 게인을 작게하는 특성으로 하면 모터의 관성 모멘트가 충분히 보정되지 않아, 조향감이 악화된다는 문제가 있었다.

또, 종래 장치의 문제 해결을 위상 보상기에 의해 도모한 다른 종래 장치는, 위상 보상기를 필요로 하므로, 예를 들면 이것을 아날로그 회로로 구성하면 전자회로의 추가가, 또 마이크로프로세서로 실현하는 경우에는 연산량이 증대하므로 연산이 고속인 고가의 마이크로프로세서가 필요하게 된다는 과제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위해 된 것으로, 연산량을 증가하지 않고 중저속에서의 경쾌한 조향감을 유지하면서 고속에서의 수렴성의 향상과 조향감 향상을 도모하여, 쾌적한 조향감의 전동파워 스티어링 제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 전동파워 스티어링 제어장치는 조향장치와 이 조향장치에 가해진 조향력을 검출하는 토크 센서와, 상기 조향력을 보조하는 모터를 갖는 차량에 탑재되어, 상기 토크 센서의 출력 신호에 따라 상기 모터의 제1 모터전류치를 결정하는 제1 모터전류 결정수단, 상기 토크 센서의 출력 신호를 미분하는 미분기능을 가지고 이 미분기능의 미분 시정수를 지령된 시정수로 설정가능한 시정수 가 가변형 토크 미분연산수단, 상기 시정수 가변형 토크 미분연산수단의 출력에 따라 상기 모터의 제2 모터전류치를 결정하는 제2 모터전류 결정수단, 상기 차량의 조향에 관한 상태량에 따라, 상기 미분 시정수를 결정하여 상기 시정수 가변형 토크 미분연산수단에 지령하는 시정수 결정수단, 상기 제1과 제2 모터전류를 가산해서 상기 모터의 목표 전류로 하는 모터 구동 제어수단을 구비한 것이다.

또, 상기 시정수 결정수단은 상기 차량의 조향에 관한 상태량으로서 이 차량의 주행속도, 상기 토크 센서의 신호, 상기 차량의 요레이트, 상기 조향장치의 조향 속도 중에서 선택한 하나 또는 다수의 상태량을 사용한다.

또, 상기 시정수 결정수단은 상기 차량의 주행 속도 또는 상기 토크 센서의 신호 또는 상기 조향장치의 조향 속도의 각각이 커짐에 따라 상기 미분 시정수는 작아지도록 설정한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 전동파워 스티어링 제어장치를 표시하는 도면이다. 또, 이하의 도면에서 종래와 같은 부호의 것은 동일 또는 상당하는 부분이므로 그 설명은 간략하게 한다. 도면에서, 2는 도시하지 않은 핸들의 축에 장착된 운전자가 핸들에 가하는 조향력을 검출하는 토크 센서, 6은 상기 조향력을 보조하는 조향 보조력을 차량의 조향축에 부여하기 위한 모터이다.

81은 이 차량의 주행 속도(차속이라고도 함)를 표시하는 차속 신호, 82는 상기 토크 센서(2)의 출력 신호, 83은 이 차량의 요레이트를 표시하는 요레이트 신호, 84는 상기 조향장치가 도시하지 않은 핸들을 조향하는 속도를 표시하는 조향 속도 신호이다. 이들 4개의 신호가 표시하는 데이터를, 설명의 편의상, 이 차량의 상태량이라 부른다.

70X는 상기 차속 신호(81), 토크 신호(82), 요레이트 신호(83) 및 조향 속도 신호(84) 중의 1개 내지 4개의 신호에 따라 시정수를 결정하고, 조향 어시스트량을 연산하여, 모터(6)를 구동하는 컨트롤러이다.

제1 모터전류 결정수단(100)은, 토크 센서(2)의 출력과 차속 신호(101)에 따라, 예를 들면 종래의 설명에서 표시한 도 12와 같은 특성으로 제1 모터전류를 결정한다.

제2 모터전류 결정수단(102)은, 다른 곳에서 지령된 시정수에 의해 미분 시정수를 변화시킬 수 있는 미분기능을 내부에 구비한 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에 의해 토크 센서(2)의 출력을 미분하고, 이것에 차속 신호(81)에 따라 결정되는 게인을 곱하여, 예를 들면 종래의 설명에서 표시한 도 13과 같은 특성에 따라 제2 모터전류치를 결정한다. 시정수 결정수단(105X)은 상기 4개의 신호 중 1개 내지 4개의 신호 출력에 따라 시정수를 결정하고, 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에 시정수를 지령한다.

모터구동수단(103)은 제1 모터전류와 제2 모터전류와의 가산치를 모터(6)에 통류하는 목표전류로 하여 모터(6)을 정전류 구동하고 있다.

다음으로, 동작에 대해 설명한다. 시정수 결정수단(105X)은 상기 1개 내지 4개의 상태량에 따라 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에서의 미분의 시정수를 결정한다. 이 결정방법에 대해서는 각 상태량 별로, 아래의 실시 형태에서 상세하게 설명한다. 그리고, 시정수가 변형 토크 미분연산수단(104A)는 시정수 결정수단(105X)이 지령하는 시정수에 따라 미분을 한다.

이외의 동작은 종래의 설명에서 나타낸 것과 모두 같아서 반복설명이 되므로 상세한 설명은 생략하나, 제1 모터전류 결정수단(101)에 의해 운전자의 조향력을 보조하는 토크를 발생시키는 동시에, 제2 모터전류 결정수단(102)이, 예를 들면 모터(6)의 관성 모멘트에 의한 영향(운전자가 핸들을 조작할 때에 모터의 관성 모멘트를 무게로 느끼는 것) 등은 소멸시키도록 작용해서 조향감을 향상시킨다.

또, 제2 모터전류 결정수단(102)는 모터(6)의 관성 모멘트가 문제가 되는 고속시에는 상기 토크 센서의 출력의 미분치에 곱해지는 게인을 크게 하고, 제2 모터전류에 의해 토크 제어계가 불안정하게 되고 조향 토크가 진동적으로 될 우려가 있는 저속시에는 상기 게인을 작게 하고 있다.

여기서 시정수 결정수단(105X)의 설정에 대해 설명한다.

시정수 결정수단(105X)에 의해 상기 4개의 신호 중 어느 하나 이상의 것의 변화에 따라 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)의 시정수를 변화시킨다. 즉, 사용하는 신호의 수는 어느 하나라도 되고, 네개라도 된다.

물론 몇 개를 사용하는가에 의해 특성은 다르므로, 개개의 예에 대해서는 아래의 실시 형태에서 각각 신호별로 설명한다. 즉, 차속 신호(81)에 대한 시정수의 변화 특성은 실시 형태 2에서 설명하고 있다. 또, 토크 신호(82)에 대한 특성을 실시 형태 3에서, 요레이트 신호(83)에 대해서는 실시 형태 4에서, 조향 속도 신호 (84)에 대해서는 실시 형태 5에서 설명하고 있다. 실시 형태 2∼5에 나타낸 바와같이, 각 상태량을 단독으로 사용하는 것 외에, 도 1에 표시한 바와 같이, 임의의 다수의 상태량을 조합해서 사용하는 것이 조향감을 보다 좋게 할 수 있다.또, 도 1에서는 시정수 결정수단(105X)에 상기 4개의 신호가 모두 접속되어 있는 것을 표시하고 있으나 전술한 대로 하나 이상이면 된다.

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실시의 형태 2.

도 2는 본 발명의 실시 형태 2의 전동파워 스티어링 제어장치를 표시한 도면이다.

도면에서 2는 도시하지 않은 핸들의 축에 장착되어 운전자가 핸들에 가하는 조향력을 검출하는 토크 센서, 3은 차량의 속도를 검출하는 차속 센서, 6은 상기 조향력을 보조하는 조향 보조력을 차량의 조향축에 부여하기 위한 모터이다.

70은 상기 토크 센서(2) 및 차속 센서(3)의 신호에 따라 조향 어시스트량을 연산하고, 모터전류 결정수단(101)은 토크 센서(2)의 출력과 차속 센서(3)의 출력에 따라, 예를 들면 종래의 설명에서 표시한 도 12와 같은 특성으로 제1 모터전류를 결정한다.

제2 모터전류 결정수단(102)은, 다른 곳에서 지령된 시정수에 의해 미분 시정수를 변화시킬 수 있는 미분기능을 내부에 구비한 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에 의해 토크 센서(2)의 출력(82)을 미분하고, 이 토크 센서의 출력의 미분치에 차속 센서(3)가 검출한 차속신호(81)에 따라 결정되는 게인을 곱하고, 예를 들면 종래의 설명에서 표시한 도 13과 같은 특성에 따라, 제2 모터전류치를 결정한다.

제1 모터전류와 제2 모터전류의 가산치를 모터(6)에 통류하는 목표전류로 하여 모터구동수단(103)에서 모터(6)을 정전류 구동하고 있다.

상기에 표시한 도 12 및 도 13의 특성은 한 예로 표시한 것이고, 반드시 그렇게 되어야 하는 것은 아니다.

105는 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에서 연산되는 미분의 시정수를 차속에 따라 결정하기 위한 차속 응답형 시정수 결정수단이다.

다음 동작에 대해 설명한다. 차속 응답형 시정수 결정수단(105)은 차속 센서(3)의 출력에 따라, 예를 들면 도 3에 표시하는 특성과 같이 차속이 높아짐에 따라 시정수가 작아지도록 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)에서의 미분의 시정수를 결정한다. 그리고, 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)은 차속 응답형 시정수 결정수단(105)이 지령하는 시정수에 따라 미분을 한다.

이 이외의 동작은 종래의 설명에서 표시한 것과 같고, 반복설명이 되므로 상세한 설명은 생략하나, 제1 모터전류 결정수단(101)에 의해 운전자의 조향력을 보조하는 토크를 발생시키는 동시에, 제2 모터전류 결정수단(102)이 모터의 관성 모멘트에 의한 영향(운전자가 핸들을 조작할 때에 모터의 관성 모멘트를 무게로 느끼는 것)을 소멸시키도록 작용하여, 조향감을 향상시키고 있다.

또, 제2 모터전류 결정수단(102)은 모터(6)의 관성 모멘트가 문제되는 고속시에는 상기 토크 센서의 출력의 미분치에 곱해지는 게인을 크게 하고, 제2 모터전류에 의해 토크 제어계가 불안정해져서 조향 토크가 진동적될 우려가 있는 저속시에는 상기 게인을 작게 하고 있다.

여기서, 차속 응답형 시정수 결정수단(105)의 설정에 대해 상세하게 설명한다. 차속 응답형 시정수 결정수단(105)에 의해 차속에 따라 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)의 시정수를 변화시킨다. 예를 들면 도 3은 당해 시정수를 차속에 따라 단조 감소시킨 예로서, 저속시에는 시정수를 길게 설정함으로써 조향 토크의 변화가 없어진 후에는 모터전류가 흐르는 시간을 길게 해서 조향감의 경쾌감을 증가시킬 수 있다. 한편, 차속이 증가함에 따라 점차 시정수를 짧게 함으로써, 고속시에는 예를 들면 핸들에서 손을 땐 후에 모터전류가 통류되는 시간을 짧게 하여, 핸들의 흔들림감의 발생없이 수렴성을 향상시킬 수 있다.

이로써, 핸들을 돌리는 초기에는 모터의 관성 모멘트를 충분히 보정하고, 또 제2 모터전류에 의한 위상 지연감이 없는, 초기 핸들 조작이 확실한 조향감을 실현할 수가 있다.

이와 같이, 상기 미분의 시정수를 차속에 의해 변화시키고, 고속이 될수록 시정수를 짧게 함으로써 차속에 따른 쾌적한 조향감을 실현시킬 수 있다.

또, 이 실시 형태의 도 3에서는 시정수를 차속이 증가함에 따라 단조 감소시키는 예를 표시하였으나, 그 요지는 차속에 따라 어떤 변화를 주면 되는 것이므로, 도면의 직선 특성에 한하지 않고 계단식으로 감소시켜도 되고, 도중에 증가시키거나 도중에 일정하게 변화하지 않는 부분이 있어도 된다. 예를 들면 도 4는 시정수 결정수단(105)의 설정을 차속에 대해 비선형인 특성을 설정한 예이다. 도 3과 같이 저속에서 시정수를 길게 하면, 핸들을 돌릴 때 경쾌감을 낼 수 있으나, 시정수를 길게 설정하는 것이 과도해지면 발생시킨 보조 토크가 진동적이 되므로, 도 4에서는 극저속에서의 시정수를 중간 속도 영역에서보다도 작게 설정함으로써 발진을 억제하고, 회전 주행 등에서 모터의 관성 모멘트의 영향이 문제가 되기 쉬운 차속 영역에서는 시정수를 크게 해서 충분히 이를 보상하고 고속 영역에서는 다시 시정수를 작게 해서 핸들의 진동을 감소시켜 수렴성을 향상시키고 있다.

이와 같이 차속에 따른 최적의 시정수를 설정함으로써 조향감을 보다 향상시킬 수 있다.

실시의 형태 3.

토크의 미분 시정수는, 아래에 설명하는 바와 같이, 조향 토크(102)의 크기에 따라 결정해도 된다. 도 5는 실시 형태 3에 의한 전동파워 스티어링 제어장치를 표시하는 도면이고, 71은 이 실시 형태에서의 컨트롤러, 105A는 토크 센서(2)의 출력에 따라 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)의 시정수를 지령하는 토크 응답형 시정수 결정수단이며. 기타의 개소에 대해서는 실시 형태 1 또는 2의 것과 같거나 또는 상당하는 개소에 같은 부호를 부여하고, 설명은 생략했다.

다음으로, 본 실시 형태의 토크 응답형 시정수 결정수단(105A)의 설정에 대해 설명한다.

일반적으로 핸들 조작각이 작고, 핸들을 조작하는 힘도 작은 경우는 고속으로 주행 중인 경우가 많으므로, 핸들 조작각과 핸들 토크가 이와 같은 상태로 주행 중에는, 핸들의 흔들림감의 저하를 중시할 필요가 있다. 즉, 핸들의 중립 부근에서의 흔들림감이 없도록 설정하는 것이 바람직하다. 그래서, 도 6에 표시하는 특성도와 같이, 조향 토크가 0인 근방에서 미분의 시정수를 작게 하면 된다. 한편, 조향 토크가 큰 영역에서 시정수의 설정을 크게 해 놓으면, 모터의 관성 모멘트의 영향으로 조향 토크가 증대하는 경우에, 큰 미분 시정수로 제2 모터전류를 흘릴 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 토크 응답형 시정수 결정수단(105A)는 토크 센서(2)의 출력 신호에 따라 토크의 미분 시정수를 설정한다.

또, 토크 센서(2)의 출력 특성이 각각 다른 주파수 특성이나 온도 특성이나 어긋남을 갖는 경우, 제2 모터전류(Idiff)도 토크 센서의 특성에 따라 마찬가지로 변화하겠지만, 상기 미분의 시정수를 토크 센서(2)의 특성에 맞추어 설정을 변경하면 이들 토크 센서 개개의 영향에 의한 조향감의 차이를 없애는 것도 가능해진다.

그래서, 토크 응답형 시정수 결정수단(105A)의 특성은, 토크 센서(2)의 특성에 따른 토크의 미분 시정수를 제조 라인 등에서 불휘발성 메모리에 설정할 수 있는 구성으로 해도 좋다.

이와 같이, 상기 미분의 시정수를 토크 센서(2)의 출력에 따라 변화시킴으로써 조향 토크에 따라 제2 모터전류를 제어할 수 있고, 이로써 최적의 조향감을 실현할 수 있다.

또, 개개의 토크 센서의 특성에 따라, 상기 미분의 시정수를 결정함으로써 토크 센서의 특성 어긋남에 의한 영향을 없앨 수 있다.

도 6의 직선적인 특성은 대표적인 예를 표시한 것이고, 실시 형태 2의 도 4와 마찬가지로 비선형 특성으로 해도 된다.

실시의 형태 4

실시 형태 2와 실시 형태 3에서 설명한 토크의 미분 시정수는, 아래에 설명하는 바와 같이, 차량의 요레이트에 따라 결정해도 된다. 도 7은 본 실시 형태에 의한 전동파워 스티어링 제어장치를 표시하는 도면이고, 도면에서 72는 이 실시 형태에 의한 컨트롤러, 11은 차량의 요레이트를 검출하는 요레이트 센서이다. 요레이트 센서에 대해서는 공지이므로, 상세한 설명은 생략하나. 차체에 부착한 관성 센서(차체의 선회의 검출)에 의하거나, 또는 차체에 부착한 가로방향 가속도 센서에 의하거나, 또는 차속과 핸들각의 연산에 의해서도 요레이트를 얻을 수가 있다.

105B는 요레이트 센서(1)의 출력에 따라 시정수 가변형 토크 미분연산수단 (104A)에 시정수를 지령하는 요레이트 응답형 시정수 결정수단이다. 요레이트 응답형 시정수 결정수단(105B)는 요레이트 센서(1)의 출력에 따라 토크의 미분 시정수를 결정한다. 기타의 개소에 대해서는 실시 형태 1 내지 3과 같거나, 또는 상당하는 개소에에 같은 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 본 실시 형태의 요레이트 응답형 시정수 결정수단(105B)의 설정에 대해 설명한다.

종래의 전동파워 스티어링 제어장치에서는, 적어도 직접적으로는 차량의 요레이트에 관계없이 토크의 미분치에 따라 제2 모터전류(Idiff)를 결정한다. 이와 같이 하여 결정된 제2 모터전류(Idiff)는, 차량의 요레이트가 크고 차량의 거동이 불안정한 때에는, 일반적으로 과도하게 되어 차체의 수렴성의 악화를 조장한다.

그래서, 본 실시 형태에서의 요레이트 응답형 시정수 결정수단(105B)는 요레이트 센서(11)에 의해 미분의 시정수를 결정한다. 예를 들면, 도 8에 표시하는 특성도와 같이, 요레이트가 작고 차량이 안정된 상태일 때는, 핸들의 경쾌감을 증가하기 위해 미분의 시정수를 크게 하고, 미분치에 따라 제2 모터전류를 설정한다. 또, 요레이트가 크고 차량의 거동이 불안정한 상태일 때는, 미분의 시정수를 작게 하면, 실시 형태 2에서 고속시에 토크의 미분 시정수를 작게 한 경우와 같은 이유로, 차량의 수렴성을 향상시킬 수가 있다.

도 8의 직선적인 특성은 대표적인 예를 표시한 것이고, 실시 형태 2의 도 4와 같이 비선형 특성으로 해도 된다.

또, 요레이트 응답형 시정수 결정수단(105B)을 실시 형태 2에서 설명한 차속에도 응답하는 것으로 하면, 요레이트에 따른 미분치에 기초한 제2 모터전류를 더욱이 차속에 따라 보상하는 것이 가능하게 되어, 고속시의 차량 안정성의 확보 및 운전상황에 따른 최적의 조향감을 더욱 고도로 달성할 수가 있다.

이와 같이, 미분의 시정수를 요레이트에 의해 변화시킴으로써 조향감과 차량의 거동의 안정성을 양립시킬수가 있다.

또, 여기서는 미분의 시정수를 결정하기 위해 요레이트를 사용하였으나. 전술한 바와같이 요레이트 대신에 차속과 핸들각 차체의 회전속도, 가로가속도 등, 차량의 거동의 안정성에 관한 상태량을 사용하면 같은 효과를 나타낸다.

실시의 형태 5.

실시 형태 4에서 설명한 요레이트에 따른 토크의 미분 시정수의 결정은 요레이트 센서 또는 이에 대신하는 센서 또는 연산 장치를 추가할 필요가 있다는 과제가 생긴다. 그래서, 같은 효과를 다른 이미 설정되어 있는 센서에서 얻는 방법으로 조향 속도(핸들을 돌리는 속도)에 따라 결정해도 된다. 도 9는, 본 실시 형태에 의한 전동파워 스티어링 제어장치를 나타낸 도면이고, 73은 이 실시 형태에 의한 컨트롤러이다.

조향 속도 응답형 시정수 결정수단(105C)은 조향 속도와 등가의 값이 얻어지는 모터 회전 속도 센서(12)의 출력 신호로부터 토크의 미분 시정수를 결정한다. 단, 도 9에서는, 이해를 쉽게 하기 위한 설명의 편의상, 차속 신호(81)도 이용하고 있는 상태로 설명하고 있다. 기타의 개소에 대해서는 실시 형태 4와 같거나 상당하는 개소에 같은 부호를 부여하고 설명을 생략하였다.

다음으로, 본 실시 형태의 조향 속도 응답형 시정수 결정수단(105C)의 설정에 대해 설명한다.

일반적으로, 고속 주행시에 조향 속도가 크면 차량의 거동이 불안정하게 되기 쉽다. 여기서, 예를 들면 도 10에 표시한 특성선과 같이, 차속이 저속이고 조향 속도 즉, 모터 회전 속도도 작아서 차량이 안정된 상태일 때는, 상기 미분의 시정수를 크게 해서 미분치에 따른 제2 모터전류를 경쾌감을 중시한 설정으로 한다. 또, 차속이 고속이고 조향속도 즉, 모터회전속도도 커서 차량의 거동이 불안정한 상태일 때는, 상기 미분의 시정수를 작게 하여 차량의 수렴성을 향상시킨다. 즉, 실시 형태 4와 같은 효과를 얻을 수가 있다. 도 10의 단조롭게 변화하는 특성은 대표적인 예로서 표시한 것이고, 실시 형태 2의 도 4와 같이 비선형 특성으로 해도 된다.

또, 모터 회전 속도는 역기전력에 비례하므로, 본 실시 형태에서 예를 들어 아래 식에 따라 모터 역기전력을 연산해서 모터 회전 속도에 대신하면, 실시 형태 2의 도 2의 구성에 대해 새로히 센서를 부가하지 않고, 실시 형태 4와 같은 효과를 얻을 수 있어, 비용 절감을 도모할 수가 있다.

Ve=Vm-Ia＊Ra

여기서, Ve : 모터역기전력(V)

Vm : 모터인가전압(V)

Ia : 전기자전류(A)

Ra : 전기자저항(Ω)이다.

또, 핸들의 조향속도를 측정할 수 있는 핸들 각도 센서 등을 구비하는 경우에는 이를 사용해도 되는 것은 말할 나위 없다. 일반적으로 핸들 각도 센서는 실시 형태 4에서 설명한 요레이트 센서보다도 값이 싸고, 이 경우에도 실시 형태 4에 대해 비용 절감을 달성할 수 있다.

또, 전술한 바와같이 이 실시 형태에서는 차속 신호를 사용하도록 설명하였으나, 반드시 사용하여야 하는 것은 아니다. 즉, 모터의 회전 속도 센서(12)의 신호, 또는 조향 속도 신호(84)만을 사용해서 구성해도 효과는 얻어진다.

실시의 형태 6.

실시 형태 2 ∼ 실시 형태 5의 설명에서 시정수 가변형 토크 미분연산수단(104A)의 시정수를 지령하는 시정수 결정수단(105,105A,105B,105C)은 실시 형태 2의 차속에 기인하는 것, 실시 형태 3의 토크에 따른 것, 실시 형태 4의 요레이트에 기인하는 것, 실시 형태 5에서는 조향 속도에 기인하는 것을 표시하였다. 이들 시정수 결정수단은 어느 것도 차량의 조향에 관한 상태량(여기서 말하는 조향에 관한 상태량은 차량의 조향에 관한 안정성의 정도이다.)에 따라 시정수를 결정하는 것이다. 어느 경우에도 상태량이 커지면(안정성이 저하하면), 시정수를 작게 한다.

또, 조향에 관한 상태량으로는 상기에 한하지 않고, 핸들각, 차량의 가속도 등을 사용하는 것도 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 차량의 조향에 관한 상태량에 따라 토크 센서의 출력의 미분 시정수를 설정할 수 있으므로 차량의 상태에 따른 최적의 조향감의 전동파워 스티어링 제어장치를 얻을 수가 있다.

또, 시정수 결정수단은 차량의 조향에 관한 상태량으로서, 주행 속도, 조향 토크, 요레이트, 조향 속도 중에서 복수의 것을 선택해서 사용하므로 최적의 조향감을 얻을 수가 있다.

또, 주행 속도 또는 토크 센서의 신호, 또는 차량의 요레이트 또는 조향 속도가 높아짐에 따라 미분시정수를 작게 하고 있으므로, 경쾌감과 차량의 안정성을 양립시키고, 또 양호한 조향감의 전동파워 스티어링 제어장치를 얻을 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 전동파워 스티어링 장치를 표시하는 제어구성도.

도 2는 본 발명의 실시 형태 2의 전동파워 스티어링 장치를 표시하는 제어구성도.

도 3은 도 2의 차속 응답형 시정수 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 4는 도 2의 차속 응답형 시정수 결정수단의 특성을 설명하는 도면.

도 5는 실시 형태 3에 의한 전동파워 스티어링 장치를 표시하는 도면.

도 6은 도 5의 토크 응답형 시정수 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 7은 실시 형태 4에 의한 전동파워 스티어링 장치를 표시하는 제어구성도.

도 8은 도 7의 요레이트 응답형 시정수 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 9는 실시 형태 5에 의한 전동파워 스티어링 장치를 표시하는 제어구성도.

도 10은 도 9의 조향 속도 응답형 시정수 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 11은 종래의 전동파워 스티어링 제어장치를 표시하는 구성도.

도 12는 도 11의 제1 모터전류 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 13은 도 11의 제2 모터전류 결정수단의 특성을 표시하는 도면.

도 14는 종래의 다른 전동파워 스티어링 제어장치를 표시하는 구성도.

도 15는 전동파워 스티어링 장치의 기구 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 토크 센서, 3 : 차속 센서,

6 : 모터, 30 : 가산기,

70,70X,71,72,73 : 컨트롤러,

81 : 차속 신호, 82 : 조향 토크 신호,

83 : 요레이트 신호, 84 : 조향 속도 신호,

101 : 제1 모터전류 결정수단,

102 : 제2 모터전류 결정수단, 103 : 모터구동 제어수단,

104A : 시정수 가변형 토크 미분연산수단,

105 : 차속 응답형 시정수 결정수단,

105A : 토크 응답형 시정수 결정수단,

105B : 요레이트 응답형 시정수 결정수단,

105C : 조향 속도 응답형 시정수 결정수단,

105X : 시정수 결정수단.

Claims (3)

1. 조향장치와 이 조향장치에 가해진 조향력을 검출하는 토크 센서와, 상기 조향력을 보조하는 모터를 가진 차량에 탑재되되는 전동파워 스티어링 제어장치로서,

   상기 토크 센서의 출력 신호에 따라 상기 모터의 제1 모터전류치를 결정하는 제1 모터전류 결정수단,

   상기 토크 센서의 출력 신호를 미분하는 미분기능을 가지고, 이 미분기능의 미분 시정수를 지령된 시정수로 설정가능한 시정수 가변형 토크 미분연산수단.

   상기 시정수 가변형 토크 미분연산수단의 출력에 따라 상기 모터의 제2 모터전류치를 결정하는 제2 모터전류 결정수단.

   상기 차량의 조향에 관한 상태량에 따라 상기 미분 시정수를 결정하고, 상기 시정수 가변형 토크 미분연산수단에 지령하는 시정수 결정수단.

   상기 제1 및 제2 모터전류를 가산해서 상기 모터의 목표전류로 하는 모터구동 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시정수 결정수단은, 상기 차량의 조향에 관한 상태량으로서, 이 차량의 주행 속도, 상기 토크 센서의 신호, 상기 차량의 요레이트, 및 상기 조향장치의 조향 속도 중에서 선택된 하나 또는 다수의 상태량을 이용하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 시정수 결정수단은, 상기 차량의 주행 속도, 상기 토크 센서의 신호, 상기 차량의 요레이트, 및 상기 조향장치의 조향 속도 중에서 상기 제2항에서 선택된 상태량이 커짐에 따라 상기 미분 시정수는 작아지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링 제어장치.