WO2007043539A1

WO2007043539A1 - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: WO2007043539A1
Application number: PCT/JP2006/320236
Authority: WO
Inventors: Satoshi Yamamoto; Takeshi Hara; Shuji Endo
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2007-04-19
Also published as: JP4872298B2; US20090271069A1; JP2007099053A; KR20080057302A; EP1942044A1

Abstract

本発明では、モータが発生する操舵補助力をステアリング機構に伝達して操舵力を軽減させる電動パワーステアリング装置の制御装置において、ステアリングシャフトの操舵角を検出する舵角センサと、前記ステアリングシャフトに加えられる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検出手段と、前記操舵角、前記操舵角の舵角速度、前記操舵トルク及び前記車速に基づいて前記モータを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段はハンドル戻し制御機能を有し、前記ハンドル戻し制御機能により前記操舵角に応じた操舵フィーリングを補正する。

Description

明細書電動パワーステアリング装置の制御装置

技術分野

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいてステアリングのアシスト量を制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置の改良に関し、特に何らかの要因（ステアリングジオメトリ、サスペンシヨン等）で違和感の生じる電動パワーステアリング装置のハンドル戻し制御（アクティブリターン）を改善した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。背景技術

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢 (アシスト）する電動パワーステアリング装置は、モー夕の駆動力を、減速機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夕印加電圧を調整するものであり、モー夕印加電圧の調整は、一般的に P W M (パルス幅変調）制御のデューティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を第 1図に示して説明すると、操向ハンドル 1のステアリングシャフト（コラム軸） 2 は減速ギア 3、ユニバーサルジョイント 4 A及び 4 B、ピニオンラック機構 5を経て操向車輪のタイロッド 6に連結されている。ステアリングシャフト 2には、操向ハンドル 1の操舵トルクを検出するトルクセンサ 1 0が設けられており、操向ハンドル 1の操舵力.を補助（アスト）するモー夕 2 0が減速ギア' 3を介してステアリングシャフト 2に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールュニッ卜 3 0 には、バッテリ 1 4から電力が供給されると共に、イダニシヨンキー 1 1からイダニシヨンキー信号が入力されている。また、ステアリングシャフト 2には操舵角を検出するための舵角センサ 1 5が配設されており、舵角センサ 1 5からの操舵角 0はコントロールユニット 3 0に入力される。コントロールユニット 3 0はトルクセンサ 1 0で検出された操舵トルク Tと車速センサ 1 2で検出された車速 Vとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値 I の演算を行い、演算された操舵補助指令値 I に基づいてモ一夕 2 0に供給する電流を制御する。

コントロールユニット 3 0 は主として C P U ( M P U ( Micro Processor Unit) や M C U ( Micro Controller Unit) も含む）で構成されるが、その C P. U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第 2図のようになる。例えば位相補償器 3 1は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、 C P Uで実行される位相補償機能を示している。

コントロールユニット 3 0の機能及び動作を第 2図に基づいて説明すると、トルクセンサ 1 0で検出されて入力される操舵トルク Tは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器 3 1で位相補償され、位相補償された操舵トルク T Aが操舵補助指令値演算器 3 2に入力される。また、車速センサ 1 2で検出された車速 V、舵角センサ 1 5からの操舵角 Θ も操舵補助指令値演算器 3 2に入力される。操舵補助指令値演算器 3 2は、入力された操舵トルク T A及び車速 Vに基づいてモー夕 2 0に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値 I を決定する'。操舵補助指令値 I は減算器 3 O Aに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器 3 4に入力され、減算器 3 0 Aの偏差（ I - i ) は比例演算器 3 5に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器 3 6に入力される。微分補償器 3 4の出力と共に、比例演算器 3 5及び積分演算器 3 6の出力も加算器 3 0 Bに加算入力され、加算器 3 0 Bでの加算結果である電流制御値 Eが、モー夕駆動信号としてモー夕駆動回路 3 7に入力され、モー夕 2 0が駆動される。モー夕 2 0の電流 i はモー夕電流検出回路 3 8で検出され、減算器 3 0 Aにフィードバックされる。

このような電動パワーステアリング装置において、特開昭 6 2— 1 8 7 6 5 3 (特許文献 1 ) では車両の走行状態によらず、車速が低速と高速の場合にアツカーマンステアリングジオメトルとパラレルステアリングジオメトルを、ステアリングラックを前後に可変とすることにより操舵フィーリングを向上させるようにしたステァリング装置を提案している。即ち、左右前輪に取り付けられたナックルアームをタイロッドを介して連結し、ハンドル操舵によって左右方向へ移動される連結部材と、この連結部材を車両前輪方向へ移動させる移動手段とを設け、ハンドル操舵によって定まる左輪と右輪の操舵角の関係を変更するようにしている。

また、日本国特許第 3 5 5 1 1 4 7 (特許文献 2 ) では、アシスト卜ルクの減算方法としてハンドル戻し制御（アクティブリターン）を開示している。即ち、舵角センサを用いてハンドルを中立点に戻すハンドル戻し制御部を設け、常時ハンドル戻し制御を行うと共に、収れん性制御を行い、舵角速度が大きいほど戻し電流を抑えることにより、ハンドル戻し制御と収れん性制御のバランスをとるようにしている。上記特許文献 1の装置では、車両の操作性（旋回性能）に関する根本の原因（ステアリングジオメトリ）をジオメトリ可変システムを導入することで解決しているが、操舵力の違和感を補償.するものではない。また、新規システム（ジオメトリ可変システム）が必要になるため、コストアップとなる。

特許文献 2の装置はハンドル戻りに重点を置いており、，操舵角—戻し電流テーブルは適切なハンドル戻りのために設定され、操舵力の違和感を補償するものではない。

ここにおいて、車両レイアウト等の要因により操舵角と操舵トルクの関係が、運転者に違和感を与える関係となる車両がある。例として、パラレルジオメトリに近い特性のステアリングジオメトリの採用が増加しているが、完全なパラレルジオメトリで設計された車,両とアツカーマンジオメ卜リで設計された車両は、低速時の操舵角と操舵トルクの関係は第 3図及び第 4図に示すような特性となる。第 3図はパラレルジオメトリの操舵角一操舵トルク特性を示しており、操舵角が小さいときには操舵角の増加に伴い操舵トルクも大きくなり、途中から操舵角が大きくなるに従って操舵トルクも小さくなる特性になっている。これが、運転者に違和感を与える要因となっている。また、第 4図は理想的なアツカーマンジオメトリでの操舵角一操舵トルク特性を示しており、操舵トルクは操舵角に直線的に比例して増加している。

このようにパラレルジオメトリで設計された車両では、旋回内輪の横すべり角が反対向きに転じるために S A T (セルファライニングトルク）が発散側に転じ、操舵角が大きくなると操舵トルクが軽くなり、運転者に違和感を与える。発明の開示

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、ハンドル戻し制御により操舵角に応じた操舵フィーリングの楠正を行うことにより性能を向上じた電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。本発明は、操舵角一戻し電流テーブルを車両の操舵角一操舵力の関係を補正するための設計とすることにより.、車両側の問題による操舵力の違和感を補償する。

本発明は、モータが発生する操舵補助カをステアリング機構に伝達して操舵力を軽減させる電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ステアリングシャフトの操舵角を検出する舵角センサと、前記ステアリングシャフトに加えられる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検出手段と、前記操舵角、前記操舵角の舵角速度、前記操舵トルク及び前記車速に基づいて前記モー夕を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段はハンドル戻し制御機能を有し、前記ハンドル戻し制御機能により前記操舵角に応じた操舵フィーリングを補正することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記ハンドル戻し制御機能を条件基づいて出力制御することにより、或いは前記条件が動作中、装置の異常及び禁止信号であることにより、より効果的に達成される。図面の簡単な説明

第 1図は、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。

第 2図は、コントローラの一例を示すブロック構成図である。

第 3図は、従来装置の特性例を示す特性図である。

第 4図は、従来装置の特性例を示す特性図である。第 5図は、本発明に係る制御装置の一例を示すブロック構成図である。第 6図は、ハンドル戻し制御部の構成例を示すプロック図である。第 7図は、ノ、ンドル戻し制御部の動作例を示すフローチヤ一トである。第 8図は、本発明によ'る特性例を示す特性図である。

第 9図は、本発明による特性例を示す特性図である。発明を実施するための最良の形態

本発明は、モー夕が発生する操舵補助カをステアリング機構に伝達し、操舵補助力を軽減させる電動パワーステアリング装置の制御装置であり、ステアリングシャフトの操舵角を検出する舵角センサと、操舵角の角速度を得る手段と、ステアリングシャフトに加えられる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検出手段とを有しており、得られた操舵角、舵角速度、操舵トルク及び車速に応じた八ンドル戻し制御電流を求め、ハンドル戻し制御電流で電流指令値を補正している。つまり、操舵角一戻し電流テーブルを車両の操舵角一操舵力の関係を補正するための設計とし、車両側の問題による操舵力の違和感を補償している。

本発明では、パラレルジオメトリのような操舵角と操舵トルクの特性を示す車両において、操舵角に応じて八ンドル戻し制御電流によって電流指令値を補正し、大きな操舵角に対して操舵反力を付けることにより、運転者が望む操舵フィーリングを得ている。これにより、ステアリングジオメトリに拘わらず、理想的な反力特性を再現することができる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

第 5図は本発明による制御装置例を示すブロック図であり、ステアリングシャフ卜に取り付けられたトルクセンサからの操舵トルク Tは操舵補助指令値演算部 1 0 0及びセンター応答性改善部 1 0 1 に入力され、各出力が加算部 1 0 2に入力され、その加算結果（電流指令値 I r 1 ) が口バスト安定化補償部 1 0 3に入力されている。センター応答性改善部 1 0 1は、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行い、口バス卜安定化補償部 1 0 3は、検出トルクに含まれる慣性要素とパ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ものである。ロバスト安定化補償部 1 0 3で補償された電流指令値 I r 2は加算部 1 0 4 に入力される。

また、車速センサ等からの車速 Vは操舵補助指令値演算部 1 0 0に入力されると共に、ハンドル戻し制御部 1 3 0に入力されている。車両には加速度センサが搭載されており、前後方向に対する加速度加速度信号が得られるので、 C A N ( controller area network) 凝由等で取得して積分することによって速度 Vを得ることも可能である。

また、加算部 1 0 4には補償信号 C Mが加算されており、補償信号 C M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ようになつている。即ち、セルファライニングトルク（S A T ) 1 1 0 と慣性 1 1 1 を加算部 1 1 3で加算し、その加算結果に更に収れん性 1 1 2を加算部 1 1 4で加算し、加算部 1 1 4の加算結果を補償信号 C Mとしている。慣性補償は、モー夕慣性を加減速させるトルクを操舵トルクから排除し、慣性感のない操舵感にし、収れん性制御は、車両のョ一の収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになつている。

加算部 1 0 4で補償された電流指令値 I r 3はモー夕ロス電流補償部 1 2 0に入力され、その出力（電流指令値 I r 4 ) が加算部 1 2 1 に入力される。モー夕ロス電流補償部 1 2 0は、モー夕電流が流れてもモー夕出力に現れない電流を上乗せして、モー夕出力トルクのゼロからの立ち上りを改善する。

更に、ステアリングシャフトに取り付けられている舵角センサからの操舵角 Θはハンドル戻し制御部 1 3 0に入力され、微分部 1 3 1で微分された舵角速度 ωもハドル戻し制御部 1 3 0に入力される。ハンドル戻し制御部 1 3 0には車速 Vも入力されており、ハンドル戻し制御部 1 3 0からのハンドル戻し制御信号 H Rは、条件信号 C Νで制御される出力制御部 1 4 0を経て減算部 1 2 1に入力され ¾。

減算部 1 2 1には、ハンドル戻し制御部 1 3 0からのハンドル戻し制御信号 H Rが出力制御部 1 4 0を経て減算入力され、八ンドル戻し制御部 1 3 0には車速 V、操舵角 Θ及び舵角速度 ωが入力されている。舵角速度 ωとしては、本例では舵角センサからの操舵角 Θを微分部 1 4 1で微分した微分値（d eZ d t ) を用いているが、モー夕角速度推定部（図示せず）によって推定されたモ一夕角速度、或いは舵角速度センサを設け、その舵角速度センサからの値を利用するものであってもよい。

モー夕ロス電流補償部 1 2 0から出力される電流指令値 I r 4は減算部 1 2 1でハンドル戻し制御信号 H Rを減算され、その減算値である電流指令値 I r 5 ( = I r 4 - H R ) は更に減算部 1 2 2に入力され、フィ一ドバックされているモー夕電流値 i との偏差 I ( I r 5— i ) が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のための P I制御部 1 2 3に入力される。 P I制御部 1 2 3で特性改善された操舵補助指令値 V r e f が P W M制御部 1 2 4に入力され、更に駆動部としてのィンバ一夕 1 2 5を介してモー夕 1 2 6が P W M駆動される。モー夕 1 2 6の電流値 i はモー夕電流検出器 1 2 7で検出され、減算部 1 2 2にフィードバックされる。インバ一夕 1 2 5の駆動素子として F E Tが用いられ、 F E T のブリッジ回路で構成されている。

第 6図はハンドル戻し制御部 1 3 0の構成例を示しており、操舵角 Θ に基づいて所定関数でハンドル戻し基本電流値 I r hを出力するハンドル戻し基本電流部 1 3 1 と、舵角速度 ωを入力して所定関数により舵角速度 ωに応じた舵角速度感応ゲイン G 1 (最大値 " 1 ") を出力するゲイン部 1 3 2 と、車速 Vも入力して所定関数により車速 Vに応じた車速感応ゲイン G 2 (最大値 " 1 ") を出力するゲイン部 1 3 3 と、ハンドル戻し基本電流 1 3 1からのハンドル戻し基本電流値 I r hとゲイン部 1 3 2からの舵角速度感応ゲイン G 1 とを乗算する乗算部 1 3 4と、乗算部 1 3 4からの出力 I r h · G 1 をゲイン部 1 3 3からの車速感応ゲイン G 2 と乗算する乗算部 1 3 5 と、乗算部 1 3 5から出力される電流値 I r h · G 1 · G 2を正負の上下最大値で制限するリミッタ 1 3 6 とで構成されている。

第 7図はハンドル戻し制御部 1 3 0の動作例を示しており、先ず舵角センサから操舵角 Θを入力して読取り（ステップ S 1 )、中立点 6 c を基準とした操舵角 Θ を確定する（ステップ S 2 )。操舵角 Θ の確定は読取値を Θ Γ とすれば、 Θ = Θ Γ — 0 cで求められる。そして、ハンドル戻し基本電流部 1 3 1 は操舵角 Θ からハンドル戻し基本電流値 I r hを求め

(ステップ S 3 )、次に舵角速度 ωを入力して読込む（ステップ S 4 )。そして、舵角速度 ωを入力することで、ゲイン部 1 3 2から舵角速度感応ゲイン G 1が出力され（ステップ S 5 )、更に乗算部 1 3 4で電流値 I r h · G 1が演算される（ステップ S 6 )。次に車速 Vを入力して読取り (ステップ S 7 )、ゲイン部 1 3 3から車速感応ゲイン G 2が出力され (ステップ S 8 )、乗算部 1 3 5において電流値 I r h · G 1 · G 2を乗算し（ステップ S 9 )、リミッタ 1 3 6を経てハンドル戻し制御信号 H R を出力する（ステップ S 1 0 )。

なお、操舵角 θ、舵角速度 ω及び車速 Vの入力の順番は任意であり、結果的に電流値 I r h · G 1 · G 2 を求めることができれば良い。また、出力制御部 1 4 0は、条件信号 C Nによってハンドル戻し制御信号 HRの減算部 1 2 1への入力を ONZ〇 F F制御し、舵角センサの異常時、ホールセンサの異常時、アシスト停止時に条件信号 CNによつてハンドル戻し制御信号 HRの減算部 1 2 1への入力を停止（O F F) するようになつている。

このような構成において、その動作を説明する。

条件信号 C Nによって出力制御部 1 4 0が OF Fされている場合には、ハンドル戻し制御部 1 3 0からのハンドル戻し制御信号 H Rは減算部 1 2 1に入力されない。即ち、操舵補助指令値演算部 1 0 0は操舵トルク T及び車速 Vに基づいて補助電流指令値 I r e f を演算し、セン夕一応答性改善部 1 0 1からの改善信号を加算部 1 0 2で加算した電流指令値 I r 1 を口バスト安定化補償部 1 0 3に入力し、口バス卜安定化された電流指令値 I r 2が加算部 1 0 4に入力される。加算部 1 0 4では S A T 1 1 0、慣性 1 1 1及び収れん性 1 1 2による補償信号 CMが電流指令値 I r 2に加算され、その電流指令値 I r 3がモー夕ロス電流補償部 1 2 0で補償され、減算部 1 2 1及び 1 2 2を経て P I制御部 1 2 3に入力され、ハンドル戻し制御信号 HRのない通常のアシストが実行される。

一方、条件信号 C Nによって出力制御部 1 4 0が ONされている場合には、ハンドル戻し制御部 1 3 0からのハンドル戻し制御信号 HRが減算部 1 2 1に入力される。即ち、本発明では操舵角 Θに応じてアシストを減少させるハンドル戻し制御を行っており、予め減少するトルクを補正する電流指令値を操舵角 Θに応じて電流指令値として設定する。舵角速度 ω及び車速 Vについては最大値を " 1 " としたゲイン G 1及び G 2 を設定し、操舵角 Θにより算出された基本電流値 I r hから、舵角速度感応ゲイン G 1 と車速感応ゲイン G 2を乗算して得られる電流指令値 I r h · G 1 * G 2をトルク系の出力とは反対側、つまりアシストを抜くように演算するため、減算部 1 2 1で電流指令値 I r 4から減算している。そのため、操舵角 Θに応じて操舵反力を付けることが可能である。

このように、本発明ではハンドル戻し制御機能を採用することにより、低速時の大きな操舵角において操舵反力が逆に働く大きな操舵角において、第 8図及び第 9図に示すようにハンドル戻し制御の出力を大きく設定し、操舵反力を付けることにより違和感のない操舵感と共に、ハンドル戻りを実現することができる。

第 8図は操舵角 Θに対するハンドル戻し制御信号 H Rの特性を示しており、第 9図は操舵角に対する操舵トルクの特性を示している。第 3図で説明したように、操舵角が大きくなるに従って操舵トルクが減少すると運転者に違和感を与えるので、これを補正するためにハンドル戻り制御の操舵角一出力（ハンドル戻し制御信号 H R ) の特性を第 8図の実線のようにすることで、操舵力特性を図の実線のように補正することが可能である。また、操舵力特性を、第 9図の点線のようにすることも可能である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、ステアリングジオメトリに拘わらず、理想的な反力特性を再現することができる。本発明では常時収れん性制御を行うと共に、戻し制御も常時に行うようにしている。そのため、舵角速度に応じて戻し制御を調整することによって、収れん性制御とのバランスをとることで両者の利点を全領域で生かし、良好な操舵フィ一リングを得ることができる。

また、本発明では、ハンドル戻し制御の出力を舵角速度に応じた出力ゲインで調整し、舵角速度が高いときの戻し電流を抑えることによって、ハンドル戻し電流が収れん性に与える悪影響を低減することができる。このことにより、ハンドル戻し制御と収れん性制御を常時並行して動作させることができ、両者の利点を損なうことなく、確実な中立点へのハンドル戻りと、素早い収れん性を両立させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . モー夕が発生する操舵補助カをステアリング機構に伝達して操舵力を軽減させる電動パワーステアリング装置の制御装置において、ステアリングシャフトの操舵角を検出する它角センサと、前記ステアリングシャフトに加えられる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検出手段と、前記操舵角、前記操舵角の舵角速度、前記操舵トルク及び前記車速に基づいて前記モ一夕を制御する制御手段とを具備し、前記制御手段はハンドル戻し制御機能を有し、前記八ンドル戻し制御機能により前記操舵角に応じた操舵フィ一リングを補正するこ,とを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。

2 . 前記ハンドル戻し制御機能を条件に基づいて出力制御するようになつている請求の範囲第 1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

3 . 前記条件が、動作中、装置の異常及び禁止信号である請求の範囲第 2項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。