JP2012171523A

JP2012171523A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2012171523A
Application number: JP2011036765A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nozawa; 哲也野澤; Masayuki Kita; 政之喜多; Sadanao Baba; 貞尚馬場
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】ハンドル切り込み状態時における、快適な操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【解決手段】操舵トルクが所定値以上であり、かつ操舵トルクの微分値が０より大きい場合か、又は、操舵トルクが所定値以下であり、かつ操舵トルクの微分値が０より小さい場合には、切り込み状態と判定し、切り込み状態と判定した条件以外の場合には、切り戻し状態と判定する。そして、切り込み状態と判定した場合のみ、ダンパー補償制御、及び慣性補償制御を有効となるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動パワーステアリング装置において、操舵トルクと車速から基本アシスト電流を演算し、それに対して、モータ回転を制限するダンパー補償電流や、モータ及びシステムの慣性モーメントを打ち消すための慣性補償電流を加算する制御構成が一般的となっている。

例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、モータの電圧方程式により、ダンパー補償電流に必要なモータ回転角速度を演算している。そして、モータの電圧方程式に使用するモータパラメータを、種々のモータパラメータを事前に多数サンプリングしておくことで、精度の高いダンパー補償電流を算出している。

また、例えば、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクと慣性補償制御量とが互いに相反する方向に作用するときには、慣性補償制御量を制限することによって操舵フィーリングの低下を防止している。

特開２００４−０６６９９９号公報特開２００１−１１４１２１号公報特開２００３−１８２６１６号公報

ところが、特許文献１の場合、モータの電圧方程式により、推定したモータ回転角速度にオフセットが発生した場合には、車両直進状態で無保舵に近い運転をしているにもかかわらず、ダンパー補償が有効となって操舵フィーリングを低下させるという虞がある。

また、特許文献２の場合、操舵トルクと慣性補償制御量とが互いに相反する方向に作用するときには、慣性補償制御量を制限するので、そのことによって、一時的に操舵フィーリングの低下は避けられない虞がある。この点において、特許文献１及び特許文献２の場合、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、特に、ハンドル切り込み時における、快適な操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータ（１２）と、操舵角度を検出する操舵角センサ（１７）と、操舵トルクを検出するトルクセンサ（１５）と、前記操舵角センサ（１７）から検出した操舵角度を微分した操舵角速度と、前記操舵角速度を微分した操舵角加速度と、前記操舵角速度に応じたダンパー補償制御（マイコン、２１）と、前記操舵角加速度に応じた慣性補償制御（マイコン、２１）とを、備えた電動パワーステアリング装置（１）において、前記トルクセンサ（１５）から検出した操舵トルクの大きさ、及び前記操舵トルクの変化方向に応じて操舵状態を判定する操舵状態判定手段（マイコン、２１）と、前記操舵状態判定手段（マイコン、２１）が切り込み状態と判定した場合のみ、前記ダンパー補償制御（マイコン、２１）及び前記慣性補償制御（マイコン、２１）を有効にすること、を要旨とする。

上記構成によれば、トルクセンサから検出した操舵トルクの絶対値の大きさ、及び操舵トルクの絶対値の変化方向に応じて操舵状態を判定する操舵状態判定手段が、切り込み状態と判定した場合のみ、ダンパー補償制御、及び慣性補償制御を有効にできる。その結果、切り込み状態と判定した場合のみ、操舵トルクを減少させることができるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記操舵状態判定手段（マイコン、２１）は、前記操舵トルクが所定値以上であり、かつ前記操舵トルクの微分値が０より大きい場合か、又は、前記操舵トルクが所定値以下であり、かつ前記操舵トルクの微分値が０より小さい場合には、切り込み状態と判定し、前記切り込み状態と判定した条件以外の場合には、切り戻し状態と判定すること、を要旨とする。

上記構成によれば、操舵トルクが所定値以上であり、かつ操舵トルクの微分値が０より大きい場合か、又は、操舵トルクが所定値以下であり、かつ操舵トルクの微分値が０より小さい場合には、切り込み状態と判定し、切り込み状態と判定した条件以外の場合には、切り戻し状態と判定する。
その結果、切り込み状態か、切り戻し状態かを正確に判定できる。

本発明によれば、切り込み状態と判定した場合のみ、ダンパー補償制御、及び慣性補償制御を有効となるようにして、操舵トルクを減少させることができるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。ＥＰＳの電気的構成を示すブロック図。本発明の実施形態のダンパー・慣性補償演算部における操舵状態判定部の処理手順を示すフローチャート図。

以下、コラム型の電動パワーステアリング装置１（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１３と、ＥＰＳアクチュエータ１３の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１３は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ１２は、減速機構１４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。ＥＰＳアクチュエータ１３は、モータ１２の回転を減速機構１４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。

ＥＣＵ１１には、車速センサ１６、トルクセンサ１５、操舵角センサ１７及びモータ回転角センサ１８が接続されている。ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、操舵角θs及びモータ回転角θmを検出する。例えば、本実施形態のトルクセンサ１５は、一対のレゾルバが図示しないトーションバーの両端に設けられたツインレゾルバ型のトルクセンサである。また、ＥＣＵ１１は、これらの検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、モータ１２への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ１３の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン２１と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１２に駆動電力を供給する駆動回路４０とを備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される実電流値Ｉmを検出するための電流センサ４１、及びモータ１２の回転角θmを検出するためのモータ回転角センサ１８（図１参照）が接続されている。そして、マイコン２１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ４１及びモータ回転角センサ１８の出力信号に基づき検出されたモータ１２の実電流値Ｉm及びモータ回転角θmに基づいて、駆動回路４０に出力するモータ制御信号を生成する。

尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン２１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン２１は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン２１は、モータ１２に対する電力供給の目標値である電流指令値Ｉas*を演算する電流指令値演算部２２と、電流指令値演算部２２により演算された電流指令値Ｉas*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部３５とを備えている。

電流指令値演算部２２には、上記アシスト力目標値の基礎成分としての基礎アシスト制御量Ｉas**を演算する基本アシスト制御部２４が設けられており、本実施形態では、この基本アシスト制御部２４には、車速Ｖ及び操舵トルクτが入力されるようになっている。そして、基本アシスト制御部２４は、当該操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きなアシスト力を付与すべき旨の基礎アシスト制御量Ｉas**を演算する構成となっている。

また、本実施形態では、上記電流指令値演算部２２には、上記操舵トルクτ、車速Ｖ及び操舵角θsに基づいて慣性補償制御量Ｉah*及びダンパー補償制御量Ｉad*を演算するダンパー・慣性補償演算部２３が設けられている。そして、本実施形態の電流指令値演算部２２は、ハンドルの切り込みを行なった場合には、このダンパー・慣性補償演算部２３が演算する慣性補償制御量Ｉah*及びダンパー補償制御量Ｉad*に基づく値を、上記基礎アシスト制御量Ｉas**に加算して、電流指令値Ｉas*としてモータ制御信号出力部３５に出力する構成となっている。

詳述すると、本実施形態のダンパー・慣性補償演算部２３には、操舵トルクτ、車速Ｖ及び操舵角θsが入力されるようになっている。そして、ダンパー・慣性補償演算部２３は、これらの各状態量に基づいて、慣性補償制御部２５にて慣性補償制御量Ｉah*、及びダンパー補償制御部２６にてダンパー補償制御量Ｉad*の演算を実行する。
尚、この慣性補償制御量Ｉah*及びダンピング補償制御量Ｉad*の演算の詳細については、例えば、上記特許文献３に記載の内容を参照されたい。

また、本実施形態のダンパー・慣性補償演算部２３には、上記慣性補償制御部２５及びダンパー補償制御部２６以外に、操舵状態を判定する操舵状態判定部２７が設けられている。そして、上記慣性補償制御部２５の後段には、慣性補償切替制御部２８が、また、上記ダンパー補償制御部２６の後段には、ダンパー補償切替制御部２９が設けられている。

詳述すると、本実施形態の操舵状態判定部２７には、操舵トルクτが入力されるようになっている。そして、操舵状態判定部２７は、操舵トルクτの大きさ、及び操舵トルクτの変化方向によって操舵状態を判定する。そして、操舵状態判定部２７は、操舵状態を判定した結果である操舵状態判定フラグＦＬＧ１を、上記慣性補償切替制御部２８及びダンパー補償切替制御部２９に出力する。

更に、詳述すると、本実施形態のマイコン２１は、操舵状態判定部２７が切り込み状態にあると判定した場合には、操舵状態判定フラグＦＬＧ１を「１」に、操舵状態判定部２７が切り込み状態以外にあると判定した場合には、操舵状態判定フラグＦＬＧ１を「０」とする。

そして、本実施形態のマイコン２１は、操舵状態判定部２７が切り込み状態にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「１」）には、慣性補償切替制御部２８の接点２８cと接点２８aを接続し、慣性補償制御部２５が出力する慣性補償制御量Ｉah*を加算器３４に出力する。

一方、操舵状態判定部２７が切り込み状態以外にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「０」）には、慣性補償切替制御部２８の接点２８cと接点２８bを接続し、メモリ３０に記憶されているデータ「０」を加算器３４に出力する。

また、本実施形態のマイコン２１は、操舵状態判定部２７が切り込み状態にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「１」）には、ダンパー補償切替制御部２９の接点２９cと接点２９aを接続し、ダンパー補償制御部２６が出力するダンパー補償制御量Ｉad*を加算器３４に出力する。

一方、操舵状態判定部２７が切り込み状態以外にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「０」）には、ダンパー補償切替制御部２９の接点２９cと接点２９bを接続し、メモリ３１に記憶されているデータ「０」を加算器３４に出力する。

即ち、操舵状態判定部２７が切り込み状態にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「１」）には、電流指令値Ｉas*は、基本アシスト制御量Ｉas**と、慣性補償制御量Ｉah*と、ダンパー補償制御量Ｉad*の加算値となって、モータ制御信号出力部３５に出力される。

一方、操舵状態判定部２７が切り込み状態以外にあると判定した場合（操舵状態判定フラグＦＬＧ１＝「０」）には、電流指令値Ｉas*は、基本アシスト制御量Ｉas**のみの値がモータ制御信号出力部３５に出力される。

また、モータ制御信号出力部３５には、この電流指令値演算部２２が出力する電流指令値Ｉas*とともに、電流センサ４１により検出された実電流値Ｉm、及び回転角センサ１８により検出されたモータ１２の回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部３５は、この電流指令値Ｉas*に実電流値Ｉmを追従させるべくフィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。

具体的には、本実施形態では、モータ１２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御信号出力部３５は、実電流値Ｉmとして検出されたモータ１２の相電流値（Ｉu,Ｉv,Ｉw）をｄ／ｑ座標系のｄ、ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）することにより、上記電流フィードバック制御を行う。

即ち、電流指令値Ｉas*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部３５に入力され、モータ制御信号出力部３５は、回転角センサ１８により検出されたモータ回転角回転角θmに基づいて相電流値（Ｉu,Ｉv,Ｉw）をｄ／ｑ変換する。また、モータ制御信号出力部３５は、そのｄ、ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ、ｑ軸電圧指令値を演算する。そして、そのｄ、ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

このようにして生成されたモータ制御信号は、マイコン２１から駆動回路４０へと出力され、同駆動回路４０により当該モータ制御信号に基づく三相の駆動電力がモータ１２へと供給される。そして、その操舵トルクτに基づくアシスト力目標値としての電流指令値Ｉas*に相当するモータトルクが発生することにより、当該アシスト力目標値に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。

次に、上記のように構成されたダンピング・慣性補償演算部２３における操舵状態判定部２７の処理手順について説明する。
図３のフローチャートに示すように、マイコン２１は、操舵トルクτを読み込む（ステップＳ１０１）。次に、読み込んだ操舵トルクτを微分して、操舵トルクτの変化量dτ/dtを演算する（ステップＳ１０２）。そして、操舵トルクτが所定の操舵トルク値τ1以上であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

そして、操舵トルクτが所定の操舵トルク値τ1以上であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より大きい場合（τ≧τ1かつdτ/dt＞０、ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、操舵状態判定フラグＦＬＧ１に「１」を書き込み（ＦＬＧ１＝「１」、ステップＳ１０４）、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６に推移する。

ステップＳ１０５では、慣性補償切替制御部２８の接点２８cと接点２８aを接続し、ステップＳ１０６では、ダンパー補償切替制御部２９の接点２９cと接点２９aを接続して、処理を終わる。即ち、切り込み状態であるので、基本アシスト制御量Ｉas**に慣性補償制御量Ｉah*を加算し、ダンパー補償制御量Ｉad*を減算する。

また、操舵トルクτが所定の操舵トルク値τ1以上であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より大きい場合ではない場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、操舵トルクτが所定の操舵トルク値−τ1以下であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

そして、操舵トルクτが所定の操舵トルク値−τ1以下であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より小さい場合（τ≦−τ1かつdτ/dt＜０、ステップＳ１０７、ＹＥＳ）、操舵状態判定フラグＦＬＧ１に「１」を書き込み（ＦＬＧ１＝「１」、ステップＳ１０４）、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６に推移する。

また、操舵トルクτが所定の操舵トルク値−τ1以下であり、かつ操舵トルクτの変化量dτ/dtが０より小さい場合ではない場合（ステップＳ１０７、ＮＯ）、操舵状態判定フラグＦＬＧ１に「０」を書き込み（ＦＬＧ１＝「０」、ステップＳ１０８）、ステップＳ１０９、ステップＳ１１０に推移する。

ステップＳ１０９では、慣性補償切替制御部２８の接点２８cと接点２８bを接続し、ステップＳ１１０では、ダンパー補償切替制御部２９の接点２９cと接点２９bを接続して、処理を終わる。即ち、切り込み状態以外であるので、基本アシスト制御量Ｉas**慣性補償制御量Ｉah*（＝０）を加算し、ダンパー補償制御量Ｉad*（＝０）を減算する。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
操舵トルクが所定値以上であり、かつ操舵トルクの微分値が０より大きい場合か、又は、操舵トルクが所定値以下であり、かつ操舵トルクの微分値が０より小さい場合には、切り込み状態と判定し、切り込み状態と判定した条件以外の場合には、切り戻し状態と判定する。そして、切り込み状態と判定した場合のみ、ダンパー補償制御、及び慣性補償制御を有効となるようにした。

その結果、車両の操舵状態を正確に判定できるとともに、ハンドル切り込み時のみに、慣性補償制御量Ｉah*と、ダンパー補償制御量Ｉad*を出力させることができるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。

・上記実施形態では、本発明を、ブラシレスモータを駆動源とするＥＰＳに具体化したが、本発明は、ブラシ付の直流モータを駆動源とするＥＰＳに適用してもよい。

１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
６：タイロッド、７：転舵輪、８：コラムシャフト、
９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：ＥＣＵ、
１２：モータ、１３：ＥＰＳアクチュエータ、１４：減速機構、
１５：トルクセンサ、１６：車速センサ、１７：操舵角センサ、
１８：モータ回転角センサ、２１：マイコン、２２：電流指令値演算部、
２３：ダンパー・慣性補償演算部、２４：基本アシスト制御部、
２５：慣性補償制御部、２６：ダンパー補償制御部、２７：操舵状態判定部、
２８：慣性補償切替制御部、２９：ダンパー補償切替制御部、
３０、３１：メモリ、３４：加算器、３５：モータ制御信号出力部、
４０：駆動回路、４１：電流センサ、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θs：操舵角、θm：モータ回転角、
ωm：モータ回転角速度、Ｉm：実電流値、Ｉas*：電流指令値、
Ｉas**：基礎アシスト制御量、Ｉah*：慣性補償制御量、
Ｉad*：ダンパー補償制御量、ＦＬＧ１：操舵状態判定フラグ、
２８a、２８b、２８c、２９a、２９b、２９c：接点、τ1：所定の操舵トルク値

Claims

車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、
操舵角度を検出する操舵角センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵角センサから検出した操舵角度を微分した操舵角速度と、
前記操舵角速度を微分した操舵角加速度と、
前記操舵角速度に応じたダンパー補償制御と、
前記操舵角加速度に応じた慣性補償制御とを、備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサから検出した操舵トルクの大きさ、及び前記操舵トルクの変化方向に応じて操舵状態を判定する操舵状態判定手段と、
前記操舵状態判定手段が切り込み状態と判定した場合のみ、前記ダンパー補償制御及び前記慣性補償制御を有効にすること、を特徴とした電動パワーステアリング装置。
前記操舵状態判定手段は、前記操舵トルクが所定値以上であり、かつ前記操舵トルクの微分値が０より大きい場合か、又は、前記操舵トルクが所定値以下であり、かつ前記操舵トルクの微分値が０より小さい場合には、切り込み状態と判定し、前記切り込み状態と判定した条件以外の場合には、切り戻し状態と判定すること、を特徴とした請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。