JP2002369565A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置の制御装置Info
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Abstract
ることによりチューニングし易く、安全で快適な操舵性
能が得られる電動パワーステアリング装置の制御装置を
提供する。 【解決手段】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
クに基いて演算された操舵補助指令値と、ステアリング
機構に操舵補助力を与えるモータの電流検出値とから演
算した電流指令値に基いて、前記モータを制御するよう
になっている電動パワーステアリング装置の制御装置に
おいて、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、操舵
補助力及び操舵信号を入力してセルフアライニングトル
クの推定若しくはセンサによる測定を行うSATフィー
ドバック部を設け、前記SATフィードバック部で求め
られたSAT値を、フィードバックフィルタを通して前
記操舵補助指令値にフィードバックする。
Description
舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電
動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に周波
数領域で路面情報及び外乱等の信号処理を行うことによ
りチューニングし易く、安全で快適な操舵性能が得られ
る電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
タの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング
装置は、モータの駆動力を、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
なるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モー
タ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)
制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
般的な構成を図7に示して説明すると、操向ハンドル1
の軸2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び
4b、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッ
ド6に結合されている。軸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10が設けられてお
り、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減
速ギア3を介して軸2に結合されている。パワーステア
リング装置を制御するコントロールユニット30には、
バッテリ14からイグニションキー11を経て電力が供
給され、コントロールユニット30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12で検出さ
れた車速Vとに基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に基いてモ
ータ20に供給する電流を制御する。
Uで構成されるが、そのCPU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図8のようになる。
例えば位相補償器31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、CPUで実行される位
相補償機能を示している。
を説明すると、トルクセンサ10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31で位相補償され、位相補償された操舵トルク
TAが操舵補助指令値演算器32に入力される。また、
車速センサ12で検出された車速Vも操舵補助指令値演
算器32に入力される。操舵補助指令値演算器32は、
入力された操舵トルクTA及び車速Vに基いてモータ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30A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34に入力され、減算器30Aの偏差
(I−i)は比例演算器35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36に
入力される。微分補償器34及び積分補償器36の出力
も加算器30Bに加算入力され、加算器30Bでの加算
結果である電流制御値Eが、モータ駆動信号としてモー
タ駆動回路37に入力される。
おいて、従来はロバスト安定化補償器により、システム
の安定性と路面情報及び外乱情報の感度特性が同時に設
計されるようになっている(例えば特開平8−2907
78号)。
来の制御装置では、ステアリング中立点付近の操舵時の
反力が小さいため、摩擦の影響により、路面情報をドラ
イバに正確に伝えることが困難である。また、従来の電
動パワーステアリング装置では、操舵角と操舵力との間
のヒステリシス特性を、油圧式パワーステアリング並み
の特性にすることが困難である。
のであり、本発明の目的は、周波数領域で路面情報及び
外乱等の信号処理を行うことにより、チューニングし易
く、安全で快適な操舵性能が得られる電動パワーステア
リング装置の制御装置を提供することにある。
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与える
モータの電流検出値とから演算した電流指令値に基い
て、前記モータ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に関するもので、本発明の
上記目的は、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、
操舵補助力及び操舵信号を入力してセルフアライニング
トルクの推定若しくはセンサによる測定を行うSATフ
ィードバック部を設け、前記SATフィードバック部で
求められたSAT値を、フィードバックフィルタを通し
て前記操舵補助指令値にフィードバックするすることに
よって達成される。
バックフィルタの静特性ゲインを車速信号に感応して変
化させることにより、或は前記フィードバックフィルタ
が更に周波数特性を有していることにより、或は前記フ
ィードバックフィルタの動特性を、ドライバに伝えたい
路面情報の周波数領域のゲインを大きくし、ドライバに
伝えたくない路面情報の周波数領域のゲインを小さくす
るか又は遮断することによって、より効果的に達成され
る。
トルク(SAT)の推定を行うSAT推定フィードバッ
ク部を設け、SAT推定フィードバック部で推定された
SAT推定値を、フィードバックフィルタを通して電動
パワーステアリング装置の操舵補助指令値にフィードバ
ックしており、これにより周波数領域で路面情報及び外
乱等に対する信号処理を行うことができる。SATを推
定してフィードバックするSAT推定フィードバック部
の代わりに、SATをセンサで測定してフィードバック
するようなSAT測定フィードバック部としても良い。
タの静特性ゲインを車速信号に感応して変化させると共
に、フィードバックフィルタの動特性を、ドライバに伝
えたい路面情報の周波数領域のゲインを大きく、ドライ
バに伝えたくない路面情報の周波数領域のゲインを小さ
くするか、又は遮断するようにしている。これにより、
チューニングし易く、安全で快適な操舵性能が得られ
る。
詳細に説明する。
している。即ち、ステアリング装置の補助操舵力を発生
するモータ40はモータ駆動部41によって駆動され、
モータ駆動部41は二点鎖線で示すコントロールユニッ
ト100で制御され、コントロールユニット100には
トルクセンサからのトルク信号Tr及び車速検出系から
の車速信号Velが入力される。モータ40では、モー
タ端子間電圧Vm及びモータ電流値iが計測されて出力
される。
Trを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部50
と、モータ40の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で
示すモータ系制御部60とで構成されている。トルク系
制御部50はアシスト量演算部51、微分制御器52、
ヨーレート収れん性制御部53、ロバスト安定化補償部
54及びセルフアライニングトルク(SAT)推定フィ
ードバック部55によって構成され、加算器56及び5
7、減算器58を具備している。また、モータ系制御部
60は補償器61、外乱推定器62、モータ角速度推定
部63、モータ角加速度推定部(微分器)64及びモー
タ特性補償部65で構成され、加算器66及び67を具
備している。
微分制御器52、ヨーレート収れん性制御部53及びS
AT推定フィードバック部55に入力され、いずれも車
速信号Velをパラメータ入力としている。アシスト量
演算部51はトルク信号Trに基づいてアシストトルク
量を演算し、ヨーレート収れん性制御部53はトルク信
号Tr及びモータ角速度の推定値ωを入力とし、車両の
ヨー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っている。ま
た、微分制御器52はステアリングの中立点付近の制御
の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するよ
うになっており、SAT推定フィードバック部55はト
ルク信号Trと、アシスト量演算部51の出力に微分制
御器52の出力を加算器56で加算した信号と、モータ
角速度推定部63で推定された角速度推定値ωと、モー
タ角加速度推定部64からの角加速度推定値*ωとを入
力し、後述する式に従ってSATを推定し、推定したS
ATを後述するフィードバックフィルタ(70)を用い
て信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として
与えるようになっている。
制御器52の出力を加算器56で加算した信号に、ヨー
レート収れん性制御部53の出力を加算器57で加算し
た信号をアシスト量AQとしてロバスト安定化補償部5
4に入力している。ロバスト安定化補償部54は特開平
8−290778号公報に示されている補償部であり、
検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系
の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答
性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償す
るものである。ロバスト安定化補償部54の出力からS
AT推定フィードバック部55の出力を減算器58で減
算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝える
ことができるアシスト量Iaが得られる。
子間電圧Vm及びモータ電流値iに基づいてモータ角速
度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ角
加速度推定部64、ヨーレート収れん性制御部53及び
SAT推定フィードバック部55に入力される。モータ
角加速度推定部64では、入力されたモータ角速度ωに
基づいてモータ角加速度を推定し、推定したモータ角加
速度*ωはモータ特性補償部65に入力される。モータ
特性補償部65の出力Icに、ロバスト安定化補償部5
8の出力からSAT推定フィードバック部55の出力を
減算したアシスト量Iaが加算器66で加算され、その
加算信号が電流指令値Irとして微分補償器等で成る補
償器61に入力される。補償器61で補償された電流指
令値Iraに外乱推定器62の出力を加算器67で加算
した信号がモータ駆動部41及び外乱推定器62に入力
される。外乱推定器62は特開平8−310417号公
報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標
である補償器61で補償された電流指令値Iraに外乱
推定器62の出力を加算した信号と、モータ電流値iと
に基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ
制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失う
ことがないようにしている。
発生するトルクの様子を図2に示して説明する。ドライ
バがハンドルを操舵することによって操舵トルクThが
発生し、その操舵トルクThに従ってモータ40がアシ
ストトルクTmを発生する。その結果、車輪が転舵さ
れ、反力としてSATが発生する。また、その際、モー
タ40の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンド
ル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り
合いを考えると、下記(1)式のような運動方程式が得
られる。
し、SATについて解くと下記(2)式が得られる。
静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ
回転角速度ω、回転角加速度*ω、操舵補助力及び操舵
信号よりSAT(セルフアライニングトルク)を推定す
ることができる。かかる理由より、SAT推定フィード
バック部55にはトルク信号Tr、角速度ω、角加速度
*ω、アシスト量演算部51の出力がそれぞれ入力され
ている。
推定したSAT情報をそのままフィードバックした場
合、ステアリングが重くなり過ぎるため、操舵感覚を向
上することはできない。そこで、本発明では、図3のブ
ロック図で示すように、車速感応ゲインと周波数特性を
有するフィードバックフィルタ70を用いてSATの推
定値を信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な
情報のみをフィードバックする。ここで用いるフィード
バックフィルタ70は静特性ゲインとして、推定したS
ATの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを持つ
Qフィルタと、図4に示すような車速に感応したゲイン
Kを持ち、据え切りや低速走行といった路面情報の重要
性が比較的低い場合には、フィードバックする路面情報
を小さくしている。
又は図6に示す動特性を持ち、推定したSATを周波数
領域で処理することができる。例えば図5のフィルタを
用いた場合は、設定したSATをカットオフ周波数以上
の情報は遮断されるが、図6のフィルタを用いた場合
は、設定した周波数以上の情報を完全に遮断せずに、減
衰させた情報として残すことができる。
ワーステアリング装置に適用できることは勿論、ラック
アシスト式電動パワーステアリング装置にも適用可能で
ある。また、上述では、SATを推定してフィードバッ
クするSAT推定フィードバック部を55を説明してい
るが、SATを直接センサで測定してフィードバックす
るような構成としても良い。
ルク(SAT)の推定を行うSAT推定フィードバック
部を設け、このSAT推定フィードバック部で推定され
たSAT推定値を、フィードバックフィルタを通して操
舵補助指令値にフィードバックするようになっているの
で、周波数領域で路面情報及び外乱等の信号処理がで
き、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能を得る
ことができる。
インを車速信号に感応して変化させると共に、動特性
を、ドライバに伝えたい路面情報の周波数領域のゲイン
を大きくし、ドライバに伝えたくない路面情報の周波数
領域のゲインを小さくするか又は遮断するようにしてい
るので、より安全で快適な操舵性能が得られる。
る。
クの様子を示す模式図である。
すブロック図である。
る。
る。
る。
す図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
クに基いて演算された操舵補助指令値と、ステアリング
機構に操舵補助力を与えるモータの電流検出値とから演
算した電流指令値に基いて、前記モータを制御するよう
になっている電動パワーステアリング装置の制御装置に
おいて、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、操舵
補助力及び操舵信号を入力してセルフアライニングトル
クの推定若しくはセンサによる測定を行うSATフィー
ドバック部を設け、前記SATフィードバック部で求め
られたSAT値を、フィードバックフィルタを通して前
記操舵補助指令値にフィードバックするようになってい
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。 - 【請求項2】前記フィードバックフィルタの静特性ゲイ
ンが車速信号に感応して変化されるようになっている請
求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の制
御装置。 - 【請求項3】前記フィードバックフィルタが更に周波数
特性を有している請求項2に記載の電動パワーステアリ
ング装置の制御装置。 - 【請求項4】前記フィードバックフィルタの動特性を、
ドライバに伝えたい路面情報の周波数領域のゲインを大
きくし、ドライバに伝えたくない路面情報の周波数領域
のゲインを小さくするか又は遮断するようになっている
請求項3に記載の電動パワーステアリング装置の制御装
置。
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