JP2007314064A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構に与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記操舵トルク検出部3で検出した操舵トルクの時間変化率を算出するトルク変化率演算部41を有し、前記モータ制御部は、少なくとも前記トルク変化率演算部で算出した操舵トルク変化率に基づいて前記電動モータで発生させる操舵補助トルクを制限して操舵限界位置での衝撃を抑制するトルク制限部23を有する。
【選択図】図5
Description
一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左及び右の何れの操舵方向に操舵を続けると、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵を禁止する操舵限界位置となる。このような操舵限界位置となって、メカニカルストッパに当接する状態となることを所謂端当てと称している。
このため、従来、端当て時の衝撃を緩和するように構成された電動パワーステアリング装置として、舵角が最大舵角近傍の所定舵角を超えると電動機の操舵補助トルクを低減補正するアンローダ補正部を有し、このアンローダ補正部は、操舵速度が速いほど前記補助操舵トルクの低減補正量を増大修正することを特徴とする電動パワーステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、上記特許文献2に記載の従来例にあっては、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定するので、操舵速度が高速である場合には、最大舵角と減衰開始舵角との差を大きくする(電動モータの駆動力を減衰させる時点を早める)ことで、モータ慣性によって端当て時に大きな衝撃が発生することを防止することが可能となるものであるが、操舵輪の操舵速度を検出するセンサが必要になると共に、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合には、電動モータの駆動力の減衰により、操舵補助力が不十分となって操舵フィーリングが悪化するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、別途舵角センサ等を追加することなく、端当て時の衝撃を緩和することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
さらにまた、請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至3の何れか1つに係る発明において、前記トルク制限部は、トルク変化率の方向と操舵トルクの方向とが一致する場合に、前記操舵補助トルクを制限するように構成されていることを特徴としている。
なお、電動パワーステアリング装置を搭載した車両の車速が所定値以上であるときには、操舵補助トルクの制限を解除するようにすると、走行音によってストッパ叩音がかき消されて運転者に違和感を与えることがないと共に、緊急回避操舵時の操舵補助トルクを確保することができるという効果が得られる。
図1は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、SMはステアリング機構であって、このステアリング機構SMは、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2を備えている。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルク検出部としての操舵トルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。
この操舵補助トルク指令値算出マップは、図3に示すように、横軸に操舵トルクTをとり、縦軸に操舵補助トルク指令値IM *をとると共に、車速Vをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクTが“0”からその近傍の設定値Ts1までの間は操舵補助トルク指令値IM *が“0”を維持し、操舵トルクTが設定値Ts1を超えると最初は操舵補助指令値IM *が操舵トルクTの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクTが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値IM *が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
J・α+ Fr・sign(ω) + SAT = Tm + Ts …(1)
SAT(s) = Tm(s) + Ts(s) − J・ω′(s) + Fr・sign(ω(s)) …(2)
上記(2)式から分かるように、電動モータ12の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクTm及び操舵トルクTよりセルフアライニングトルクSATを推定することができる。ここで、アシストトルクTmは操舵補助電流指令値IM *に比例するので、アシストトルクTmに代えて操舵補助電流指令値IM *を適用する。
さらに、d−q軸電流指令値演算部24は、操舵補助電流指令値IM *とモータ角速度ωとに基づいてd軸目標電流Id*を算出するd軸目標電流算出部51と、モータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてd−q軸誘起電圧モデルEMF(Electro Motion Force)のd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部52と、この誘起電圧モデル算出部52から出力されるd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)とd軸目標電流算出部51から出力されるd軸目標電流id(θ)とゲイン乗算部49から出力される電流指令値IM *″とに基づいてq軸目標電流iq(θ)を算出するq軸目標電流算出部53と、d軸目標電流算出部51から出力されるd軸目標電流id(θ)とq軸目標電流算出部53から出力されるq軸目標電流iq(θ)とを3相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*に変換する2相/3相変換部54とを備えている。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチIGをオン状態とすることにより、コントローラ14に電源が投入されて、操舵補助制御処理が実行開始される。
このため、操舵トルクセンサ3で検出した操舵トルクT、車速センサ15で検出した車速V、モータ電流検出部60で検出したモータ電流検出値IMD、回転角センサ16で検出したモータ回転角θがコントローラ14に供給される。
一方、回転角センサ16で検出したモータ回転角θが角速度演算部31に入力されてモータ角速度ωが算出され、このモータ角速度ωが角加速度演算部32に入力されてモータ角加速度αが算出される。
このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール1が操舵されていない状態では、操舵トルクセンサ3で検出される操舵トルクTが“0”であり、車速センサ15で検出される車速Vも“0”であるので、操舵補助トルク指令値演算部21で算出される操舵補助トルク指令値IM *も“0”となっている。
このため、d−q軸電流指令値演算部24でモータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてd−q軸座標系での指令値演算が行われて、d軸目標電流Id*及びq軸目標電流Iq*が算出され、これらd軸目標電流Id*及びq軸目標電流Iq*が2相/3相変換部54で夫々“0”の3相電流指令値Iu*〜Iw*に変換されてモータ電流制御部25に出力される。
このため、加算器38によって、指令値補償部22で算出された指令補償値Icomが加算されて指令値制限部23に供給される。
したがって、モータ電流制御部25では、モータ電流検出部60で検出されるモータ電流Iu〜Iwが“0”であるので、減算器61u〜61wから出力される電流偏差ΔIu〜ΔIwは電流指令値Iu*〜Iw*がそのままPI電流制御部62に供給されることにより、このPI電流制御部62にPI制御処理が行われて、電圧指令値Vu〜Vwがパルス幅変調回路63に出力される。
このため、インバータ64からモータ電流Iu〜Iwが出力されて電動モータ12が回転駆動されて、操舵トルクTに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ11を介してステアリングシャフト2の出力軸2bに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。
このように、操舵トルクTのトルク変化率Tvを使用してステアリングシャフト2の入力軸2a及び出力軸2b間の相対回転を規制するトルクセンサストッパに当接する状態を検出することができる理由は以下の通りである。
また、上記実施形態においては、指令値制限部23に第1の制限ゲイン設定部42及び第2の制限ゲイン設定部44を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第2のゲイン設定値部44を省略して第1の制限ゲイン設定部42のみを設けるようにしてもよい。
次いで、ステップS8に移行して、操舵補助トルク指令値IM *にステップS4〜S6で算出した収斂性補償値Ic、慣性補償値Ii及びセルフアライニングトルクSATを加算して操舵補助トルク指令補償値IM *′を算出し、次いでステップS9で算出した操舵補助トルク指令補償値IM *′に後述する図8の処理で算出する制限ゲインGtを乗算して制限指令値IM *″を算出してからステップS10に移行する。
次いで、ステップS12に移行して、モータ電流指令値Iu*〜Iw*からモータ電流Iu〜Iwを減算して電流偏差ΔIu〜ΔIwを算出し、次いでステップS13に移行して、電流偏差ΔIu〜ΔIwについてPI制御処理を行って電圧指令値Vu〜Vwを算出し、次いでステップS14に移行して算出した電圧指令値Vu〜Vwに基づいてパルス幅変調処理を行ってインバータゲート信号を形成し、次いでステップS15に移行して、形成したインバータゲート信号をインバータ64に出力してから操舵補助制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
このステップS26では、トルク変化率Tvと操舵トルクTとを乗算した値が正であるか否かを判定することにより、両者の符号が一致するか否かを判定し、両者の符号が一致しない場合に、前述したステップS30に移行し、両者の符号が一致する場合には、トルクストッパに当接するものと判断してステップS27に移行する。
このステップS28では、操舵トルクの絶対値|T|をもとに図5における第2の制限ゲイン設定部44のブロック内に記載されている第2の制限ゲイン算出マップを参照して第2のトルク制限ゲインGt2を算出してからステップS29に移行する。
この図7及び図8の処理において、ステップS2の処理が電流指令値演算部に対応し、ステップS3〜S15の処理及びインバータ64がモータ制御部に対応し、ステップS9の処理及び図8の処理がトルク制限部に対応している。
Claims (6)
- ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構に与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ制御部は、前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクの変化率を算出するトルク変化率演算部と、該トルク変化率演算部で算出した操舵トルク変化率に基づいて前記電動モータで発生させる操舵補助トルクを制限して操舵限界位置での衝撃を抑制するトルク制限部を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記トルク制限部は、トルク変化率が第1の所定値以上であるときに、操舵補助トルクを制限する第1のトルク制限値を小さい値に設定する第1の制限トルク設定部と、操舵トルクの絶対値が第2の所定値以上であるときに、操舵補助トルクを制限する第2のトルク制限値を小さい値に設定する第2の制限トルク設定部とを有することを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記第1の制限トルク設定部及び第2の制限トルク設定部は、操舵トルクの絶対値が所定値以上となったときに、操舵トルクの絶対値の増加に応じてトルク制限値を徐々に小さくするように設定されていることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク制限部は、トルク変化率の方向と操舵トルクの方向とが一致する場合に、前記操舵補助トルクを制限するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク制限部は、トルク変化率が第1の所定値以上であるときに第1のトルク制限ゲインを定常ゲインより小さい値に減少させる第1のゲイン設定部と、操舵トルクの絶対値が第2の所定値以上であるときに第2のトルク制限ゲインを定常ゲインより小さい値に減少させる第2のゲイン設定部と、前記第1のトルク制限ゲイン及び前記第2のトルク制限ゲインを乗算してトルク制限ゲインを算出するゲイン乗算部と、該ゲイン乗算部で乗算されたトルク制限ゲインと定常ゲインとが入力され、トルク変化率が第1の所定値以上及び操舵トルクの絶対値が第2の所定値以上で、且つトルク変化率の符号と操舵トルクの符号とが一致しているときに、トルク制限ゲインを選択し、不一致であるときに非制限ゲインを選択するゲイン選択部と、該ゲイン選択部で選択されたゲインを前記電流指令値演算部で算出された電流指令値及びその補正値の何れか一方に乗算するゲイン乗算部とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク制限部は、車速を検出する車速検出部を有し、該車速検出部で検出した車速が所定値以下であるときに操舵補助トルクを制限するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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