JP2006131191A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリングホイール2の操舵トルクをトルクセンサ22により検出し、その検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、操舵補助力を発生するモータ10を制御する。操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定される。アシスト勾配の変化に応じてモータ10の出力の補正量が変更される。
【選択図】図1
Description
これにより、前記ステアリングホイールの操舵周波数と、前記ステアリングホイールの操舵角度に対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、前記モータの出力の補正によりその振幅比が同一周波数に対しては小さくなるように、前記回転角加速度対応値とモータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角加速度に正相関する値に応じて補正され、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵トルクの振幅比が小さくされる。すなわち、操舵に対する操舵補助力発生用モータの出力の応答性を向上し、迅速に操舵補助を行って操舵トルクを低減できる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
あるいは本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比がピーク値になる共振周波数が小さくなるように前記回転角加速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がモータの回転角加速度に逆相関する値、あるいは操舵トルクの変化加速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比がピーク値になる操舵系の共振周波数が小さくされる。すなわち、その共振周波数に対応する外乱トルクの入力周波数が小さくなることから、外乱として影響を与える外乱の周波数範囲が狭まることになり、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記変化速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力が操舵トルクの変化速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配ゲインに応じて変化し、そのアシスト勾配ゲインはアシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている。これにより、直進走行状態や舵角が小さい状態であるために外乱の影響を受けやすいアシスト勾配の小さい範囲において、モータ出力の補正量を確保し、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるようにモータを制御し、操舵に対する外乱の影響を確実に低減することができる。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が小さい範囲においては、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクをトルクセンサへのトルク入力に対して大きくし、モータの出力の補正量を増加させ、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比をフィルタゲインが大きくなっている周波数域で小さくし、操舵に対する外乱の影響をより低減することができる。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が大きい範囲においては、不安定周波数域で擬似的にアシスト勾配をおとすことができるため制御系の安定性が向上し、アシスト勾配の上限を大きくして操舵補助特性を向上することができる。
これにより、車速が増加してアシスト勾配が減少する程に、トルクセンサの入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が増加し、制御系の安定性が向上する。また、車速が増加するとアシスト勾配の設定上限値が減少し、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクがトルクセンサへのトルク入力に対して大きくなるので、操舵に対する応答性を向上することができる。すなわち、制御系の安定性と操舵に対する応答性を両立させることができる。
図2に示すように、トルクセンサ22の出力信号はローパスフィルタ61を介して演算部41に入力され、基本アシスト電流ioを定めるために用いられる。演算部41において、操舵トルクTと基本アシスト電流ioとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、検出操舵トルクTに対応する基本アシスト電流ioが演算される。ローパスフィルタ61によりトルクセンサ22の出力信号から不要な高周波成分が除去される。操舵トルクTと基本アシスト電流ioとの対応関係は、例えば演算部41に示すように、操舵トルクTの大きさが大きくなる程に基本アシスト電流ioの大きさが大きくなるものとされる。操舵トルクTと基本アシスト電流ioの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
Ti=To+Ta…(1)
To=Ka・Ks(θh −θp )…(2)
Ta=Kw・d2 θh /dt2 …(3)
Kaは基本アシスト制御ゲイン、Kwは操舵角速度微分(操舵角2階微分)制御ゲインである。
図6に示す周波数応答特性において、周波数ω1 と減衰比ζ1 は以下の式により求められる。
ω1 ={K/(Jp−Kw)}1/2 …(4)
ζ1 =Cp/[2・{(Jp−Kw)・α1/α2}1/2 ]…(5)
α1は周波数が零の時の操舵の重さのパラメータであり、α2は周波数が零の時の外乱の伝達割合であり、以下の式により表される。
α1=Ks・K/{Ks・(1+Ka)+K}
α2=1/{(1+Ka)+K/Ks}
Kは車両軸力の弾性係数、Jpは操舵系におけるピニオン軸換算の慣性、Cpはトーションバー29よりも下方の操舵系におけるピニオン軸換算粘性係数である。
他の構成は第1実施形態と同様とされ、補正基準電流iaにアシスト勾配ゲインGaaと補正用車速ゲインGvaを乗じることで補正電流i1が求められ、補正電流i1と基本アシスト電流ioの和に基本車速ゲインGvを乗じることでモータ10の目標駆動電流i* が求められることで、モータ10の出力の補正量がアシスト勾配Rの変化に応じて変更される。これにより、第2実施形態の電動パワーステアリング装置は第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。例えば、上記式(3)において操作角θhを回転角度θm に置換し、式(3)、(4)、(5)において操舵角速度微分制御ゲインKwをモータ回転角速度微分(モータ回転角2階微分)制御ゲインKmに置換することで、第1実施形態において図6で表されるのと同様の特性が得られ、操舵に対する応答性を向上することができる。
他の構成は第2実施形態と同様とされ、補正基準電流iaにアシスト勾配ゲインGaaと補正用車速ゲインGvaを乗じることで補正電流i1が求められ、補正電流i1と基本アシスト電流ioの和に基本車速ゲインGvを乗じることでモータ10の目標駆動電流i* が求められることで、モータ10の出力の補正量がアシスト勾配Rの変化に応じ変更される。
Ti=To+Ta…(1)
To=Ka・Ks(θh −θp )…(2)
Tb=Km・d2 θm /dt2 …(6)
Kmはモータ回転角速度微分(モータ回転角2階微分)制御ゲインである。
図10に示される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 =[{Ks・(1+Ka)+K}/(Jp−Km)]1/2 …(7)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp−Km)・Ks/α2}1/2 ]…(8)
他の構成は第3実施形態と同様とされ、補正基準電流iaにアシスト勾配ゲインGaaと補正用車速ゲインGvaを乗じることで補正電流i1が求められ、補正電流i1と基本アシスト電流ioの和に基本車速ゲインGvを乗じることでモータ10の目標駆動電流i* が求められることで、モータ10の出力の補正量がアシスト勾配Rの変化に応じ変更される。
例えば、モータ10による操舵系への投入トルクTiを以下の式により求めるものとする。
Ti=To+Ta…(1)
To=Ka・Ks(θh −θp )…(2)
Tb=Kdd・d2 Ks(θh −θp )/dt…(9)
Kddはトルク2階微分制御ゲインである。
図10で表されるのと同様の周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 =[{Ks・(1+Ka)+K}/(Jp+Kdd)]1/2 …(10)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp+Ks・Kdd)・Ks/α2}1/2 ]…(11)
Ti=To+Ta…(1)
To=Ka・Ks(θh −θp )…(2)
Tb=Kd・d{Ks(θh −θp )}/dt…(12)
Kdはトルク微分制御ゲインである。
図14に示す周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 =[{Ks・(1+Ka)+K}/Jp]1/2 …(13)
ζ2 =(Cp+Ks・Kd)/{2・(Jp・Ks/α2)1/2 }…(14)
演算部33における車速Vと補正用車速ゲインGvaとの対応関係は、図示例では車速Vが大きい時は小さい時よりも補正用車速ゲインGvaが小さくなるものとされるが、特に限定されない。
例えば、モータ10による操舵系への投入トルクTiを以下の式により求めるものとする。
Ti=To+Ta…(1)
To=Ka・Ks(θh −θp )…(2)
Tb=−Kdo・dθm /dt…(15)
Kdoは回転角速度dθm /dtの制御ゲインである。
外乱トルクの入力周波数(Hz)と、外乱トルクに対する操舵トルクTの振幅比とにより表される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 =[{Ks・(1+Ka)+K}/Jp]1/2 …(16)
ζ2 =(Cp+Kdo)/{2・(Jp・Ks/α2)1/2 }…(17)
2 ステアリングホイール
10 モータ
20 制御装置
22 トルクセンサ
23 舵角センサ
24 車速センサ
27 角度センサ
61 ローパスフィルタ
62 スイッチ
63 位相進み補償フィルタ
64 スイッチ
65 位相遅れ補償フィルタ
71 位相補償フィルタ
Claims (8)
- 操舵補助力を発生するモータと、
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係を記憶する手段と、
検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、前記モータを制御する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
アシスト勾配の変化に応じて前記モータの出力の補正量が変更されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、
前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化速度に対応する変化速度対応値を求める手段と、
前記変化速度対応値と、この変化速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられ、
前記アシスト勾配ゲインは、前記アシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、アシスト勾配の減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、前記アシスト勾配の増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 操舵トルクの変化に応じて変化するアシスト勾配に上限値が設定され、そのアシスト勾配の設定上限値が車速の変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
車速を検出する手段と、
検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相の進み遅れ補償を、進み終了周波数と遅れ開始周波数が検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値に応じて変化するように行うアシスト勾配感応位相補償手段とが設けられ、
前記進み遅れ補償は、車速が増加すると位相の進み終了周波数が小さくなると共に遅れ開始周波数が大きくなるように行われる請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
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