JP3868073B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、ステリングホイールＷに連係する入力軸１の先端に、ピニオン２を設けている。また、両端に車輪３Ｒ、３Ｌが連係するロッド４に、ラック５を形成している。そして、上記入力軸１のピニオン２を、このロッド４のラック５にかみ合せている。
また、減速機７に連係する電動モータ６を設けるとともに、減速機７の出力軸に設けたピニオンも上記ロッド４のラック５にかみ合せている。
さらに、入力軸１に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８と、車速を検出する車速センサ９とを設け、コントローラーＣに接続している。
【０００３】
このコントローラーＣは、図７に示すように、上記センサ８、９からの操舵トルク信号及び車速信号に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定回路１０と、その基本アシスト指令値に応じて、電動モータ６にモータ電流を出力するモータ電流制御回路１１とを備えている。
したがって、電動モータ６には、操舵トルク及び車速に応じたモータ電流が流れ、それに応じたモータトルクがアシスト力として発生することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動パワーステアリング制御装置では、電動モータ６が回転すると、その磁気抵抗の変化によりコギングトルクが発生してしまう。そして、このコギングトルクの影響でドライバーの手に振動が伝わり、操舵フィーリングが悪くなってしまうことがあった。
また、車両の走行中においてステアリングホイールＷを切り込むとき、低速走行域では、ステアリングの応答性が要求される一方、中・高速走行域では、逆にステアリングにある程度の剛性感を残しておいたほうが、その走行を安定させることができる。
【０００５】
一方、車両の走行中において車輪３Ｒ、３Ｌが転舵された状態にあるとき、これら車輪３Ｒ、３Ｌには中立位置に復帰しようとするセルフアライニングトルクが発生するが、このセルフアライニングトルクは、車両の低速域は小さく、高速域になるほど大きくなる性質を有する。そのため、車両の低速走行域では、ステアリングホイールＷの戻り性が悪くなる一方、高速走行域では、逆にセルフアライニングトルクが大きくなり過ぎて、収れん性が悪くなってしまう。
この発明の目的は、ステアリングホイールの切り込み時あるいは戻り時に、操舵トルク微分指令値に応じて電動モータの出力を制御することで、操舵フィーリングを向上させることのできる電動パワーステアリング制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵トルク信号及び車速信号に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定手段と、基本アシスト指令値に応じて、電動モータにモータ電流を出力するモータ電流制御手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置を前提とする。
そして、第１の発明は、ステアリングホイールの切り込み・戻り判別手段と、操舵トルク信号を微分するとともに、ステアリングホイールの切り込み時に、切り込み時用の操舵トルク微分指令値を出力する切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段と、操舵トルク信号を微分するとともに、ステアリングホイールの戻り時に、戻り時用の操舵トルク微分指令値を出力する戻り時用の操舵トルク微分指令値決定手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、基本アシスト指令値と操舵トルク微分指令値とからなるモータ電流指令値に応じて、電動モータにモータ電流を出力する構成にするとともに、上記切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段および戻り時用操舵トルク微分指令値決定手段は、それぞれ、上記操舵トルク信号の脈動に対するモータ電流指令値の脈動の位相を、モータトルクの脈動を反転させた信号に対する操舵トルク信号の脈動の遅れ分だけ進めるように、操舵トルク微分指令値の大きさを決定し、モータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動に対して反転させ、上記決定した操舵トルク微分指令値に、車速に応じたゲインを乗じた値を出力する構成にした点に特徴を有する。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、切り込み・戻り判別手段は、上記操舵トルク検出手段と、モータ回転方向検出手段とからなり、操舵トルク方向とモータ回転方向とが同方向であれば、切り込み時と判別し、逆方向であれば、戻り時と判別する構成にした点に特徴を有する。
第３の発明は、第１、２の発明において、切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段は、低車速域では、その操舵トルク微分指令値をほぼそのまま出力し、また、中・高車速域にかけては、その操舵トルク微分指令値のゲインを徐々に小さくして出力する構成にした点に特徴を有する。
第４の発明は、第１〜３の発明において、戻り時用の操舵トルク微分指令値決定手段は、低車速域では、その操舵トルク微分指令値をほとんどゼロに近い大きさで出力し、また、中・高車速域にかけては、その操舵トルク微分指令値のゲインを徐々に大きくして出力する構成にした点に特徴を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜５に、この発明の電動パワーステアリング制御装置の一実施例を示す。ただし、上記従来例と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１に示すように、コントローラーＣには、切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定回路１３と、戻り時用の操舵トルク微分指令値決定回路１７とを設けている。
そして、切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定回路１３が決定した操舵トルク微分指令値を、スイッチ１４を介して基本アシスト指令値に加算し、モータ電流制御回路１１に出力するようにしている。同じく、戻り時用の操舵トルク微分指令値決定回路１７が決定した操舵トルク微分指令値も、スイッチ１８を介して基本アシスト指令値に加算し、モータ電流制御回路１１に出力するようにしている。
【０００９】
上記切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定回路１３は、操舵トルク微分指令値演算部１５と車速テーブル部１６とからなる。
このうち、操舵トルク微分指令値演算部１５では、操舵トルク微分指令値を演算するのであるが、その説明の前に、コギングトルクについて説明しておく。
電動モータ６が回転すると、その磁気抵抗の変化によりコギングトルクが発生してしまう。つまり、その内部のロータが周囲の磁石に吸引されたり、反発されたりするため、モータトルクに脈動が発生してしまう。
いま、説明を簡単にするため、図２(ｂ)の一点鎖線に示すように、一定の操舵トルクがステアリングホイールＷに入力されているとする。このとき、電動モータ６には一定のモータ電流が流れ、図２(ａ)の一点鎖線に示すように、一定のモータトルクが発生するはずである。ところが、上記コギングトルクが発生して、図２(ａ)の実線に示すように、モータトルクに脈動が発生してしまう。
【００１０】
コギングトルクによってモータトルクが増大するときは、その分ステアリングが軽くなるので、操舵トルクは小さく検出される。逆に、コギングトルクによってモータトルクが減少するときは、その分ステアリングが重くなるので、操舵トルクが大きく検出される。したがって、図２(ｂ)の二点鎖線に示すように、操舵トルク信号にも脈動が発生し、モータトルクの脈動とは反転して生じることになる。そして、その操舵トルク信号に応じてモータ電流も変化するので、結局は、コギングトルクが打ち消され、その影響はなくなるはずである。
【００１１】
ところが、実際には、モータトルクが変化してから、操舵トルクセンサに伝わるまでに、ラックとピニオンとのかみ合等を原因とする時間差が発生してしまう。したがって、図２(ｂ)の実線に示すように、操舵トルク信号の脈動は、モータトルクの脈動に対してやや遅れて発生することになる。そして、その操舵トルク信号に応じてモータ電流が変化すると、モータトルクの脈動がきれいに打ち消されず、それがドライバーの手に振動として伝わり、操舵フィーリングが悪くなってしまう。
【００１２】
そこで、上記操舵トルク微分指令値演算部１５では、操舵トルク微分指令値を演算して、モータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動と反転させるようにしている。
つまり、操舵トルク信号を微分、例えば、図２(ｂ)の実線に示す操舵トルク信号を微分すると、図２(ｃ)に示すように、操舵トルク信号の脈動部分だけを抽出して、その位相を９０度すすませた信号となる。そして、モータ電流制御回路１１に伝えられるモータ電流指令値は、基本アシスト指令値と操舵トルク微分指令値とを加算したものである。したがって、このモータ電流指令値を、図２(ｄ)に示すように、モータトルクの脈動と反転させれば、コギングトルクを打ち消すことができる。
【００１３】
ここで、上記モータ電流指令値に含まれるコギング成分の大きさａ及び位相θは、図３に示す関係で表すことができる。
つまり、操舵トルク信号には、前述したようにやや遅れて発生したコギング成分が含まれるので、この基本アシスト指令値にも、そのコギング成分が含まれることになる。それに対して、操舵トルク微分指令値は、操舵トルク信号に含まれるコギング成分とは９０度ずれたコギング成分を有するものである。
そして、図３に示すように、モータ電流指令値に含まれるコギング成分の大きさａ及び位相θは、基本アシスト指令値に含まれるコギング成分(図３の横軸)と、それとは９０度位相のずれた操舵トルク微分指令値(図３の縦軸)とを合成して決めてやることができる。
この実施例では、上記操舵トルク微分指令値演算部１５が、操舵トルク微分指令値の大きさを変えて、モータ電流指令値に含まれるコギング成分の位相θを操舵トルク信号の遅れに一致させるようにしている。したがって、モータ電流指令値をモータトルクの脈動と反転させることができ、電動モータ６に発生するコギングトルクを打ち消してやることができる。
【００１４】
なお、図３の横軸、すなわち、基本アシスト指令値に含まれるコギング成分の大きさは、車両の走行状態に応じて決められるものである。そのため、モータ電流指令値に含まれるコギング成分の大きさａ及び位相θといった２つのパラメータが、操舵トルク微分指令値の大きさだけで決められることになる。
この実施例では、前述のように、基本アシスト指令値に含まれるコギング成分の位相θを操舵トルク信号の遅れと一致させているので、モータ電流指令値に含まれるコギング成分の大きさａが、コギングトルクを打ち消すだけの電動モータ６に発生させる値と必ずしも一致しない。ただし、その位相θが操舵トルク信号の遅れに一致しているので、完全ではないがコギングトルクをきれいに打ち消すことができる。
【００１５】
また、車速テーブル部１６には、操舵トルク微分指令値のゲインを車速に応じて変化させたテーブル値としてメモリしている。そして、そのゲインを、上記操舵トルク微分指令値演算部１５で演算された操舵トルク微分指令値に乗算している。
図４に示すように、低車速走行域においては、ゲインを１程度とし、上記操舵トルク微分指令値をそのまま出力するようにしている。したがって、この操舵トルク微分指令値がモータ電流制御回路６に伝えられると、前述のように、コギングトルクをきれいに打ち消すことができ、ドライバーにはほとんど振動が伝わらない。
【００１６】
それに対して、高車速になるにつれて、そのゲインを徐々に小さくした操舵トルク微分指令値を出力するようにしているが、以下ではその理由について説明する。
一般的に、操舵トルク信号に基づいてモータトルクを発生させる場合、電動モータ６にはロータ慣性が作用するため、操舵トルク信号に対してモータトルクが遅れて発生することがある。そこで、操舵トルク微分指令値を基本アシスト指令値に合成してやれば、電動モータ６に発生するモータトルクの立ち上がりを早くして、ステアリングの応答性を向上させることができる。
しかし、車両の中・高速走行域でステアリングの応答性をよくすると、逆にステアリングが軽くなり過ぎて、走行安定性を悪くしてしまうこともある。
【００１７】
また、前述したコギングトルクによる振動が問題となるのは、車両の低速走行域のみであり、中・高速走行域では、その走行自体の振動等によりドライバーはコギングトルクによる振動をほとんど感じない。
そこで、車両の中・高速走行域においては、コギングトルクによる振動をなくすことよりも、ステアリングの応答性を適切にセッティングし、ステアリングが軽くなり過ぎないようにすることに重点をおいている。そして、低車速域と同じく、コギングトルクによる振動を基準として決定した操舵トルク微分指令値をそのまま基本アシスト指令値に加算すると、ステアリングが軽くなり過ぎることもあるので、ゲインを徐々に小さくしている。
【００１８】
この場合、モータ電流指令値に含まれるコギング成分の位相θが操舵トルク信号の遅れとずれるので、モータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動と完全に反転させることができず、コギングトルクをきれいに打ち消すことができない。しかし、前述のように、ドライバーはコギングトルクによる振動をほとんど感じないのでなんら問題がなく、それよりも、ステアリングが軽くなり過ぎることがなく、ある程度の剛性感を残して、高速走行を安定させることができる。
【００１９】
一方、戻り時用の操舵トルク微分指令値決定回路１７も、操舵トルク微分指令値演算部１９と車速テーブル部２０とからなる。
操舵トルク微分指令値演算部１９では、上記操舵トルク微分指令値演算部１５と同様に、モータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動と反転させるべく操舵トルク微分指令値を演算している。
また、車速テーブル部２０では、図５に示すように、低車速域では、ゲインをほぼゼロにして、上記操舵トルク微分指令値を実質的には出力しないようにしている。
【００２０】
つまり、ステアリングホイールＷの戻り時には、セルフアライニングトルクによって車輪３Ｌ、３Ｒが中立位置に復帰しようとするが、このとき、ステアリングホイールＷの質量のため操舵トルクが発生する。そのため、基本アシスト指令値決定回路１０は基本アシスト指令値を出力するが、それによって、電動モータ６には、上記セルフアライニングトルクに抗するモータトルクが発生する。
この場合に、操舵トルク微分指令値までを出力すると、それが基本アシスト指令値に合成されて、電動モータ６に発生するモータトルクの立ち上がりを早くしてしまう。そのため、ステアリングホイールＷの戻り性がさらに悪くなってしまいかねない。
そこで、低車速域では、操舵トルク微分指令値を出力しないようにして、ステアリングホイールＷの戻り性をできるだけ確保することにしている。
【００２１】
それに対して、高車速になるにつれて、そのゲインを徐々に大きくした操舵トルク微分指令値を出力するようにしている。
つまり、前述のように、セルフアライニングトルクによって車輪３Ｌ、３Ｒが中立位置に復帰しようとするとき、操舵トルクが発生して、電動モータ６にはセルフアライニングトルクに抗するモータトルクが発生する。しかし、高車速になるにつれてセルフアライニングトルクは大きくなるので、それに抗するモータトルクが発生したとしても、中立位置に復帰しようとする勢いが強くなり過ぎることもある。
そこで、操舵トルク微分指令値を出力し、基本アシスト指令値に合成させてやれば、電動モータ６に発生するモータトルクの立ち上がりを早くして、セルフアライニングトルクに抗するモータトルクを効果的に発生させることができる。
同様に、車輪３Ｌ、３Ｒ側からのキックバック等があったときにも、電動モータ６に発生するモータトルクの立ち上がりを早くすることができる。したがって、車輪３Ｌ、３Ｒ側からの入力に抗するモータトルクを効果的に発生させることができ、車両の高速走行を安定させることができる。
【００２２】
上記操舵トルク微分指令値決定回路１３、１７を選択するスイッチ１４、１８は、ステアリングホイールＷの切り込み・戻りを判別する切り込み・戻り判別回路２１によって制御されている。
この切り込み・戻り判別回路２１には、操舵トルクセンサ８と、モータ角速度センサ１２とを接続している。
そして、これらセンサ８、１２で検出した操舵トルクの極性とモータ角速度の極性とが同じであれば、つまり、その方向が同じであれば、切り込み時であると判別する。このように判別できるのは、ステアリングホイールＷを切り込んだとき、操舵トルクが発生し、電動モータ６はその方向に回転するからである。
このようにして切り込み時であると判別したときは、スイッチ１４をオンにする。したがって、切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定回路１３から出力された操舵トルク微分信号が、基本アシストに加算され、モータ電流制御回路１１に伝えられることになる。
【００２３】
それに対して、操舵トルクの極性とモータ角速度の極性とが異なれば、つまり、その方向が異なれば、戻り時であると判別する。このように判別できるのは、以下の通りである。すなわち、転舵後にステアリングホイールＷに入力する力をゼロにしたような場合、セルフアライニングトルクにより電動モータ６も回転させられるが、入力軸１にはステアリングホイールＷ自体の質量により慣性が働く。そして、その慣性により発生するトルクを、操舵トルクセンサ８が、モータ回転方向とは逆方向の操舵トルクとして検出するからである。
このようにして戻り時であると判別したときは、スイッチ１８をオンにする。したがって、戻り時用の操舵トルク微分指令値決定回路１７から出力された操舵トルク微分信号が、基本アシストに加算され、モータ電流制御回路１１に伝えられることになる。
【００２４】
ここでは、上記モータ角速度センサ１２が、電動モータ６の回転方向を検出するモータ回転方向検出手段を構成している。もちろん、電動モータ６の回転方向を検出できるものであれば、それ以外のセンサ類を用いてもかまわないが、モータ角速度センサ１２は電動パワーステアリング装置に搭載されることが多く、それを利用することで、コストダウンを図ることが可能となる。
なお、図４、５に示す特性はほんの一例にすぎず、これら車速テーブル部のテーブル値を変更すれば、車種に応じて、あるいは、ユーザーからの要望に応じて、操舵フィーリングをきめこまやかにチューニングすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電動モータに操舵トルク微分指令値に基づいたトルクを発生させて、コギングトルクを打ち消したり、ステアリングの応答性をよくしたりでき、操舵フィーリングを向上させることができる。
また、ステアリングホイールの切り込み・戻り時に別々の制御ができ、しかも、その操舵トルク微分指令値決定手段の特性を適宜変更してやれば、車種に応じて、あるいは、ユーザーからの要望に応じて、操舵フィーリングをきめこまやかにチューニングすることができる。
しかも、操舵トルク微分指令値によってモータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動と反転させることができるので、モータのコギングトルクによる振動を抑制することもできる。
第２の発明によれば、第１の発明において、簡単な構成で、ステアリングホイールの切り込み・戻り時を判別することができる。
【００２６】
第３の発明によれば、第１、２の発明において、車両の低車速域では、コギングトルクを打ち消して、ドライバーに振動が伝わるのを防止することができる。それに対して、コギングトルクによる振動が問題とならない中・高車速域では、ステアリングの応答性を適切にセッティングし、ステアリングが軽くなり過ぎるのを防止して走行を安定させることができる。
第４の発明によれば、第１〜３の発明において、車両の低車速域では、ステアリングホイールＷの戻り性を確保することができる。それに対して、中・高車速域では、収れん性を向上させるとともに、車輪側からのキックバック等に対して抗力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電動パワーステアリング制御装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】 (ａ)がモータトルクの変化を示し、(ｂ)が操舵トルクの変化を示し、(ｃ)が操舵トルクを微分した特性の変化を示し、(ｄ)がモータ電流指令値の変化を示す図である。
【図３】モータ電流指令値に含まれるコギング成分の大きさａ及び位相θの関係を示した図である。
【図４】ステアリングホイールＷの切り込み時におけるゲインと車速との関係の一例を示した図である。
【図５】ステアリングホイールＷの戻り時におけるゲインと車速との関係の一例を示した図である。
【図６】電動パワーステアリング制御装置の全体図である。
【図７】実施例の電動パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
６ 電動モータ
８ 操舵トルクセンサ
９ 車速センサ
１０ 基本アシスト指令値決定回路
１１ モータ電流制御回路
１２ モータ角速度センサ
１３、１７ 操舵トルク微分指令値決定回路
１４、１８ スイッチ
１５、１９ 操舵トルク微分指令値演算部
１６、２０ 車速テーブル部
２１ 切り込み・戻り判別回路

Claims (4)

1. アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵トルク信号及び車速信号に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定手段と、基本アシスト指令値に応じて、電動モータにモータ電流を出力するモータ電流制御手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置において、ステアリングホイールの切り込み・戻り判別手段と、操舵トルク信号を微分するとともに、ステアリングホイールの切り込み時に、切り込み時用の操舵トルク微分指令値を出力する切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段と、操舵トルク信号を微分するとともに、ステアリングホイールの戻り時に、戻り時用の操舵トルク微分指令値を出力する戻り時用の操舵トルク微分指令値決定手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、基本アシスト指令値と上記操舵トルク微分指令値決定手段から出力された操舵トルク微分指令値とからなるモータ電流指令値に応じて、電動モータにモータ電流を出力する構成にするとともに、上記切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段および戻り時用操舵トルク微分指令値決定手段は、それぞれ、上記操舵トルク信号の脈動に対するモータ電流指令値の脈動の位相を、モータトルクの脈動を反転させた信号に対する操舵トルク信号の脈動の遅れ分だけ進めるように、操舵トルク微分指令値の大きさを決定し、モータ電流指令値の脈動をモータトルクの脈動に対して反転させ、上記決定した操舵トルク微分指令値に、車速に応じたゲインを乗じた値を出力する構成にしたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 切り込み・戻り判別手段は、上記操舵トルク検出手段と、モータ回転方向検出手段とからなり、操舵トルク方向とモータ回転方向とが同方向であれば、切り込み時と判別し、逆方向であれば、戻り時と判別する構成にした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制御装置。
3. 切り込み時用の操舵トルク微分指令値決定手段は、低車速域では、その操舵トルク微分指令値をほぼそのまま出力し、また、中・高車速域にかけては、その操舵トルク微分指令値のゲインを徐々に小さくして出力する構成にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング制御装置。
4. 戻り時用の操舵トルク微分指令値決定手段は、低車速域では、その操舵トルク微分指令値をほとんどゼロに近い大きさで出力し、また、中・高車速域にかけては、その操舵トルク微分指令値のゲインを徐々に大きくして出力する構成にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の電動パワーステアリング制御装置。

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