JP2005247201A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電動パワーステアリング装置において、共振を抑制する伝達関数G1(s)を持つ帯域阻止フィルタ15aと、伝達関数がG2(s)である位相補償器15bとを備え、前記G1(s)は、下記式(1−1)で表され、
(s2+2ζ11ω1+ω1 2)/(s2+2ζ12ω1+ω1 2) ……(1−1)
前記G2(s)は、下記式(2−1)で表され、
(s2+2ζ21ω2+ω2 2)/(s2+2ζ22ω2+ω2 2) ……(2−1)
前記ζ21,ζ22は、下記式(2−2)を満足する。
ζ21 ≧ ζ22 ≧ 1 ……(2−2)
【選択図】 図2
Description
また、伝達関数Gc(s)によって表される位相補償手段は、帯域阻止フィルタと同型であるため、図7の実線で示すゲイン特性から明らかなように、系において生じる共振(共振周波数:10〜30Hz;図7のA付近)を抑制することができる。
つまり、共振を抑制しようとして、位相補償手段の共振周波数におけるゲインをマイナス側に大きくすると、共振周波数付近だけでなく、共振周波数を中心として広い周波数域でゲインがマイナス側になってしまう(図7のゲイン特性の一点鎖線参照)、しかも、共振周波数よりも高い周波数域(図7のA付近)の位相進みは大きくなるが、共振周波数よりも低い周波数域(図7のB付近)の位相遅れが大きくなってしまう(図7の位相特性の一点鎖線参照)。
しかし、この方法では、コントローラ(マイクロコンピュータ)の演算負荷が大きい浮動小数点演算が避けられず、高速処理が要求される電動パワーステアリングでは、実用性に欠ける。
そこで、本発明は、演算負荷の増大を抑制しつつ位相補償のようなフィルタの設計自由度を確保して、例えば共振の抑制と通常操舵速度領域でのアシストの応答性を両立させることを目的とする。
(s2+2ζ11ω1+ω1 2)/(s2+2ζ12ω1+ω1 2) ……(1−1)
前記G2(s)は、s:ラプラス演算子、ζ21:減衰係数、ζ22:減衰係数、ω2:角周波数とおいたときに下記式(2−1)で表され、
(s2+2ζ21ω2+ω2 2)/(s2+2ζ22ω2+ω2 2) ……(2−1)
前記ζ21,ζ22は、下記式(2−2)を満足する
ζ21 ≧ ζ22 ≧ 1 ……(2−2)
ことを特徴とする。
そして、G2(s)はG1(s)を改善するようにフィルタ設計すれば、G1(s)単独でフィルタ設計するよりも、所望の特性を比較的簡単に得られる。また、各フィルタは2次の低い次数のままで演算負荷を小さくでき、実質的に4次のフィルタと同様に設計自由度が確保される。
よって、例えば、カットしたい共振周波数のゲインを高くすることなく、通常操舵速度領域である比較的低周波領域の位相遅れを小さくすることが簡単に行える。
図1は、電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示している。この電動パワーステアリング装置は、操舵部材としてのハンドル(ステアリングホイール)100に一端が固着されるステアリングシャフト102と、そのステアリングシャフト102の他端に連結されたラックピニオン機構104と、を備えている。
ECU5は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータがプログラムを実行することにより複数の機能処理部を実質的に有し、制御対象であるステアリング装置に対するトルク制御を行うトルク制御系を構成している。
複数の機能処理部は、フィルタリング処理を行うフィルタ部15を有し、さらに、トルク信号Ts及び車速センサ4から出力された車速信号に応じた目標電流値を設定する目標電流設定部16と、目標電流設定部16によって設定された目標電流に基づいて電動モータ6をフィードバック制御するモータ制御部17とを含んでいる。
フィルタ部15は、この目標電流値Itに対してフィルタリング処理を施し、フィルタリング後の目標電流値をモータ制御部17に与える。
モータ制御部17は、与えられた目標電流値に対し、実際にモータ6に流れる電流値Isが一致するように電流制御を行う。その電流制御としては、例えば、目標電流値と実電流値Isとの偏差が打ち消されるようにモータ6に印加すべき電圧の指令値を算出する比例積分制御が行われる。モータ制御部17は、その電圧指令値に応じてモータ6に電圧を印加する。
モータ6は、その電圧印加によって流れる電流に応じた操舵補助力としてのトルクTmを発生し、このトルクTmは、減速ギヤ7を介し操舵補助トルクTaとしてステアリングシャフト102に伝達される。
帯域阻止フィルタ15aの伝達関数G1(s)は、下記式(1−1)の通りである。
G1(s)=(s2+2ζ11ω1+ω1 2)/(s2+2ζ12ω1+ω1 2) ……(1−1)
ここで、s:ラプラス演算子、ζ11:減衰係数、ζ12:減衰係数、ω1:角周波数
また、前記式(1−1)において、前記ζ11,ζ12は、電動パワーステアリング装置のトルク制御における共振を抑制するため下記式(1−2)(1−3)を満足する。
0 < ζ11 ≦ 1 ……(1−2)
ζ12 ≧ 1 ……(1−3)
G2(s)=(s2+2ζ21ω2+ω2 2)/(s2+2ζ22ω2+ω2 2) ……(2−1)
ここで、s:ラプラス演算子、ζ21:減衰係数、ζ22:減衰係数、ω2:角周波数
前記式(2−1)において、前記ζ21,ζ22は、通常の操舵領域での位相遅れを低減するために下記式(2−2)を満足する。
ζ21 ≧ ζ22 ≧ 1 ……(2−2)
なお、前記ζ21,ζ22は、下記式(2−3)を満足するのがより好ましい。
ζ21 > ζ22 > 1 ……(2−3)
この図3により、帯域阻止フィルタ単独よりも、帯域阻止フィルタ15a及び位相補償器15bの組み合わせの方が、カットしたい共振周波数(10〜30Hz付近)のゲインを高くすることなく、通常操舵領域である比較的低周波領域(1〜3Hz付近)の位相遅れが小さくなるのが分かる。また、低周波領域におけるゲインが小さくなるのを防止できている。
このように、共振除去フィルタ部15は、帯域阻止フィルタ単独よりも良好な特性が得られている。
帯域阻止フィルタ15aは、共振周波数におけるゲインを小さくし、20Hzよりも高い周波数で位相を進めて安定性を高める特性を持っている。その一方、帯域阻止フィルタ15a単独では、通常操舵領域である低周波数域(1〜3Hz付近)でのゲインの低下や位相遅れを生じさせる。
このように、共振除去フィルタ部15において所望の特性を得るには、帯域阻止フィルタ15aの特性(図4の(c))を考慮しつつ、この位相補償器15bの特性を適宜決定すればよいため、共振除去フィルタ部15の設計が容易である。
また、ζ21 ≧ ζ22 ≧ 1であるため、浮動小数点演算が避けられ、ECU5の演算負荷を著しく小さくできる。
しかも、帯域阻止フィルタ15aに位相補償器15bを追加しても、位相補償器15bは、伝達関数が帯域阻止フィルタ15aと同型の2次であるため、その設計も容易である。さらに、2次の帯域阻止フィルタ15aに2次の位相補償器を追加したことで、共振除去フィルタ部15は実質的に4次となっているが、2次と2次の組み合わせであれば、4次のフィルタを当初から設計するよりも設計が容易である。
また、求められる共振除去フィルタ部15の特性によっては、ω1とω2を異なる値に設定してもよく、この場合、ω1,ω2を異なる値に設定することによって、共振除去フィルタ部15の特性の自由度が高まる。
P(s)=(ω1 2/(s2+2ζω1+ω1 2))・(ω2/(s+ω2))
ここで、ω1=16.5×2π,ω2=300×2π,ζ=0.4の場合、制御対象のボード線図は、図5の(e)のようになる。すなわち、制御対象では、16.5Hzで共振が生じ、高周波で位相遅れが生じている。
ただし、G1(s),G2(s)において、
ω1=10×2π,ζ11=0.5,ζ12=1.1
ω2= 6×2π,ζ21=1.3,ζ22=1.05
この場合、共振除去フィルタ部15のボード線図は、図5(f)のようになり、制御対象に共振除去フィルタ部15を作用させた場合の特性は、図5(g)のようになる。
実施例の特性である図5(g)と、比較例の特性である図6(i)を比較すると、いずれも共振が抑制されているが、通常操舵領域である低周波領域では、ゲイン・位相共に(i)よりも(g)の方が性能向上していることがわかる。
15a 帯域阻止フィルタ
15b 位相補償器
Claims (3)
- 検出された操舵トルクに基づいて操舵補助トルクを発生するトルク制御系を有する電動パワーステアリング装置において、
前記トルク制御系の位相特性又はゲイン特性を改善させるフィルタ部を備え、
前記フィルタ部は、共振を抑制する伝達関数G1(s)を持つ第1フィルタと、伝達関数がG2(s)である第2フィルタとを含む多段フィルタとして構成され、
前記G1(s)は、s:ラプラス演算子、ζ11:減衰係数、ζ12:減衰係数、ω1:角周波数とおいたときに下記式(1−1)で表され、
(s2+2ζ11ω1+ω1 2)/(s2+2ζ12ω1+ω1 2) ……(1−1)
前記G2(s)は、s:ラプラス演算子、ζ21:減衰係数、ζ22:減衰係数、ω2:角周波数とおいたときに下記式(2−1)で表され、
(s2+2ζ21ω2+ω2 2)/(s2+2ζ22ω2+ω2 2) ……(2−1)
前記ζ21,ζ22は、下記式(2−2)を満足する
ζ21 ≧ ζ22 ≧ 1 ……(2−2)
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記ω1,ω2は、下記式(3)を満足する
ω1 = ω2 ……(3)
ことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記ω1,ω2は、下記式(4)を満足する
ω1 ≠ ω2 ……(4)
ことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
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