JP4326881B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図９に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵも含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図１０のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。

コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４の出力と共に、比例演算器３５及び積分演算器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０の電流ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、減算器３０Ａにフィードバックされる。

このような電動パワーステアリング装置において、従来制御装置の停止時にアシストが急になくなり、操舵フィーリングが低下し、運転者に違和感を与えるといった問題があり、アシスト力を徐々に減少させ、その後停止することで違和感を解消させていた。

図１１はかかる従来のアシスト動作の様子を示しており、電源電圧が予め設定されている動作限界電圧Ｖ_１０に達すると、直ちにアシストを停止するようにしている。
特許第３３２８５９５号

従来、電動パワーステアリングを停止する時にアシストが急になくなり、ハンドルが重くなるために発生する違和感、ハンドル取られを防止するために、時間と共に徐々にアシストを制限することが行われて来た。また、このようなフィーリングの低下による違和感の防止処理を行う場合にも、極端に車両の電源電圧が変動すると、通常の制御を行うことができない（制御装置を破壊してしまうような高電圧、アシストを継続できないような低電圧）状況が発生するので、極端な電源電圧の低下又は上昇時には、制御装置を停止させなければならない。

これら２つの問題の解決法として、通常のアシスト動作範囲の外側に第１の判定値を設定し、電源電圧がこの判定値を超えた時に、先ず徐々にアシストを制限する処理を行う。そして、その外側に更に第２の判定値を設定しておき、電源電圧が第１の判定値を超え、更に第２の判定値を超えた場合には、アシスト系の制御装置を停止するような処理を行っている（特許文献１）。

図１２はその構成例を示しており、操舵トルク検出手段４０の検出信号が操舵トルク入力補正手段４１に入力され、補正された操舵トルク信号がモータ制御信号発生手段４２に入力され、電源（バッテリ）電圧を検出するバッテリ電圧検出手段４４の検出信号がアシスト低減開始電圧範囲検出手段４５及びアシスト停止電圧範囲検出手段４７に入力されている。アシスト低減開始電圧範囲検出手段４５の出力はアシスト低減ゲイン設定検出手段４６を経て操舵トルク入力補正手段４１に入力され、アシスト停止電圧範囲検出手段４７の停止信号はモータ制御信号発生手段４２に入力され、モータはモータ駆動手段４３を介して駆動される。

このような構成において、アシスト低減開始電圧範囲検出手段４５には図１３（Ａ）に示す第１の判定値としての低減開始電圧Ｖ_１１が設定されており、アシスト低減ゲイン設定検出手段４６には図１３（Ｂ）に示す傾斜（ゲイン）が設定されており、アシスト停止電圧範囲検出手段４７には図１３（Ａ）に示す第２の判定値としての動作限界電圧Ｖ_１２が設定されている。電源電圧はバッテリ電圧検出手段４４で常時検出されており、図１３（Ａ）に示すように電源電圧が低下して低減開始電圧Ｖ_１１になると（時点Ｔ_１）、アシスト低減開始電圧範囲検出手段４５がこれを検出し、その検出信号をアシスト低減ゲイン設定検出手段４６に入力する。これによりアシスト低減ゲイン設定検出手段４６は図１３（Ｂ）の時点Ｔ_１〜Ｔ_２について操舵トルク入力補正手段４１でゲイン補正を行い、この補正された操舵トルク信号がモータ制御信号発生手段４２に入力される。また、その後電源電圧が動作限界電圧Ｖ_１２になると（時点Ｔ_２）、これがアシスト停止電圧範囲検出手段４７によって検出され、停止信号がモータ制御信号発生手段４２に入力されることによって、時点Ｔ_２以降アシストが停止される。

しかしながら、自動車の電源は変動幅が大きく、また不特定であるので、動作限界電圧Ｖ_１２（第２の判定値）の最適化が難しく、動作限界電圧Ｖ_１２の処理（制御装置の停止）があるため、低減開始電圧Ｖ_１１（第１の判定値）の処理（徐々にアシストを制限）の効果が得られない状況が発生することがあった。これと逆に、第１の処理を優先すると、第２の処理の効果が得られず、制御装置を破壊してしまうような状況を発生することがあり得た。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、電源電圧に応じてアシスト減少特性を持たせることで、操舵フィーリングを低下させることなく、円滑で安全なアシスト制限を行い得る電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、モータによる回転力をアシストとして操舵系に付与するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記制御装置の停止における電源電圧の低下時に、前記アシストを２段以上の多段階に切替える機能を有し、前記電源電圧によって前記多段階のアシスト低減ゲインを可変させ、前記アシストの停止までに前記アシスト低減ゲインの出力を終了させることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記多段階のアシスト低減ゲインを前記電源電圧の電圧関数とすることにより、より効果的に達成される。

本発明によれば、電源電圧が動作限界電圧に達するまでにゲインを徐々に低減するようにしているので、操舵フィーリングを低下させることなく常に円滑なアシストを行うことができ、ドライバに違和感を与えることがない。

以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の動作原理を示しており、電源電圧に対して３つの判定値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が設定されている。判定値Ｖ１はアシスト低減の開始電圧であり、判定値Ｖ２はアシスト低減特性の変更電圧であり、判定値Ｖ３はアシストの動作限界電圧である。図１（Ａ）に示すように、時点ｔ０からの電源電圧が判定値Ｖ１になったとき（時点ｔ１）に、図１（Ｂ）に示すようにアシスト低減（傾斜Ｌ１）を開始する。そして、更に電源電圧が判定値Ｖ２に達したとき（時点ｔ２）に、動作限界前にアシストを停止することができるような低減特性Ｌ２へ変更し、電源電圧が判定値Ｖ３に達したとき（時点３）に、アシストを停止する。特性Ｌ１の傾斜よりも特性Ｌ２の傾斜を急にすることにより、滑らかななアシスト停止を実現することができる。特性Ｌ１及びＬ２の傾斜を電源電圧の関数とすることも可能である。図１では、時点ｔ０〜ｔ１の範囲がアシスト通常動作域であり、時点ｔ１〜ｔ３の範囲がアシスト低減域であり、時点ｔ３以降がアシスト停止域である。

図２は本発明の第１実施例を示しており、操舵トルク検出手段５０の出力が操舵トルク入力補正手段５１に入力され、電源電圧を検出するバッテリ電圧検出手段５４の検出信号はアシスト低減開始電圧範囲検出手段６１及びアシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２に入力される。アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１及びアシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２からの各検出信号はアシスト低減ゲイン設定検出手段５５に入力され、このアシスト低減ゲイン設定検出手段５５からの低減信号が操舵トルク入力補正手段５１に入力され、補正された操舵トルクがモータ制御信号発生手段５２に入力され、更にモータ駆動手段５３を介してモータを駆動する。

アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１には図１で説明した判定値Ｖ１が設定され、アシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２には判定値Ｖ２が設定されている。また、アシスト低減ゲイン設定検出手段５５には、図１（Ｂ）に示す傾斜Ｌ１及びＬ２が補正ゲインとして設定されている。

このような構成において、その動作を図３のフローチャートを参照して説明する。

先ず回路系のイニシアライズを行い（ステップＳ１）、操舵トルク検出手段５０からの操舵トルク検出信号の入力を行い（ステップＳ２）、電流検出信号の入力を行い（ステップＳ３）、更にバッテリ電圧検出手段５４からバッテリ電圧の入力を行う（ステップＳ４）。そして、アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１はバッテリ電圧が判定値Ｖ１の外であるか否かを判定し（ステップＳ５）、判定値Ｖ１内であればアシスト低減ゲイン設定検出手段５５からはゲイン出力はなく、操舵トルク入力補正手段５１及びモータ制御信号発生手段５２は通常のアシストを実施するためにモータ制御信号の演算を行い（ステップＳ６）、モータ制御信号発生手段５２はモータ制御信号の出力を行い（ステップＳ７）、上記ステップＳ２にリターンする。

また、上記ステップＳ５で判定値Ｖ１の外であると判定された場合には、操舵トルクの減少率をＡ（図１（Ｂ）の傾斜Ｌ１）とし（ステップＳ１０）、アシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２はその後バッテリ電圧が判定値Ｖ２の外であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、バッテリ電圧が判定値Ｖ２内であれば、アシスト低減ゲイン設定検出手段５５は操舵トルク入力補正手段５１を介して操舵トルク検出信号を減少し（ステップＳ１３）、判定値Ｖ２の外である場合には操舵トルクの減少率をＢ（図１（Ｂ）の傾斜Ｌ２）とし、その後に操舵トルク検出信号を減少する（ステップＳ１２）。そして、アシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２は操舵トルク検出信号が０であるか否かを判定し（ステップＳ１４）、０でない場合には上記ステップＳ６に移行する。また、操舵トルク検出信号が０の場合には、アシスト低減ゲイン設定検出手段５５を介して電動パワーステアリングのアシストを停止して終了する（ステップＳ１５）。

次に、本発明の第２実施例を図４に示して説明する。図４は図２に対応しており、同一装置には同一符号を付して説明を省略する。本例ではバッテリ電圧検出手段５４の出力が、アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１、アシスト低減特性＃１変更電圧範囲検出手段６２１及びアシスト低減特性＃２変更電圧範囲検出手段６２２に入力されている。

このような構成において、その動作を図５のフローチャート及び図６のタイムチャートを参照して説明する。なお、アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１には判定値Ｖ１が設定されており、アシスト低減特性＃１変更電圧範囲検出手段６２１には判定値Ｖ２〜Ｖ３が設定されており、アシスト低減特性＃２変更電圧範囲検出手段６２２には判定値Ｖ３〜Ｖ４が設定されている。

先ず回路系のイニシアライズを行い（ステップＳ２０）、操舵トルク検出信号の入力を行い（ステップＳ２１）、電流検出信号の入力を行い（ステップＳ２２）、更にバッテリ電圧の入力を行う（ステップＳ２３）。そして、バッテリ電圧が判定値Ｖ１の外であるか否かを判定し（ステップＳ２４）、判定値Ｖ１内であれば通常のアシストを実施するためにモータ制御信号の演算を行い（ステップＳ２５）、モータ制御信号の出力を行い（ステップＳ２６）、上記ステップＳ２１にリターンする。

また、上記ステップＳ２４で判定値Ｖ１の外であると判定された場合には、操舵トルクの減少率をＡ（図６（Ａ）の傾斜Ｌ１）とし（ステップＳ３０）、その後バッテリ電圧が判定値Ｖ２の外であるか否かを判定し（ステップＳ３１）、判定値Ｖ２の外であれば操舵トルクの減少率をＢ（図６（Ｂ）の傾斜Ｌ２）とし（ステップＳ３２）、その後又は上記ステップＳ３１で内と判定された場合には、更にバッテリ電圧が判定値Ｖ３の外であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。そして、内側の場合には操舵トルク検出信号を減少し（ステップＳ３５）、外側の場合には操舵トルクの減少率をＣ（図６（Ｂ）の傾斜Ｌ３）として後に操舵トルク検出信号を減少する（ステップＳ３５）。その後、操舵トルク検出信号が０であるか否かを判定し（ステップＳ３６）、０でない場合には上記ステップＳ２５に移行する。また、操舵トルク検出信号が０の場合には、電動パワーステアリングのアシストを停止して終了する（ステップＳ３７）。

次に、本発明の第３実施例を図７に示して説明する。図７は図２に対応しており、同一装置には同一符号を付して説明を省略する。本例では、低減特性固定のアシスト低減ゲイン設定検出手段（＃１）５５１及び低減特性電圧感応のアシスト低減ゲイン設定検出手段（＃２）５５２が設けられており、バッテリ電圧検出手段５４の出力が、アシスト低減開始電圧範囲検出手段６１、アシスト低減特性変更電圧範囲検出手段６２及びアシスト低減ゲイン設定検出手段５５２に入力されている。

このような構成において、その動作を図８のフローチャートを参照して説明する。

先ず回路系のイニシアライズを行い（ステップＳ４０）、操舵トルク検出信号の入力を行い（ステップＳ４１）、電流検出信号の入力を行い（ステップＳ４２）、更にバッテリ電圧の入力を行う（ステップＳ４３）。そして、バッテリ電圧が判定値Ｖ１の外であるか否かを判定し（ステップＳ４４）、判定値Ｖ１内であれば通常のアシストを実施するためにモータ制御信号の演算を行い（ステップＳ４５）、モータ制御信号の出力を行い（ステップＳ４６）、上記ステップＳ４１にリターンする。

また、上記ステップＳ４４で判定値Ｖ１の外であると判定された場合には、操舵トルクの減少率をＡとし（ステップＳ５０）、バッテリ電圧は判定値Ｖ２の外であるか否かを判定し（ステップＳ５１）、判定値Ｖ２の外であれば操舵トルクの減少率をバッテリ電圧の関数で計算し（ステップＳ５２）、その後又は上記ステップＳ５１で内と判定された場合には操舵トルク検出信号を減少し（ステップＳ５３）、操舵トルク検出信号が０であるか否かを判定し（ステップＳ５４）、０でない場合には上記ステップＳ４５に移行する。また、操舵トルク検出信号が０の場合には、電動パワーステアリングのアシストを停止して終了する（ステップＳ５５）。

なお、上述の実施例では２段階及び３段階で低減してアシストを停止するようにしているが、更に４段階以上の多数段とすることも可能である。

本発明によれば電源電圧が低下した場合であっても、直ちにアシストを停止するのではなく、数段階の判定値に従ってゲイン可変してアシストを調整しているので、自動車や車両の高性能電動パワーステアリングに適用可能である。

本発明の動作原理を説明するための図である。 本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。 本発明の第１実施例の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。 本発明の第２実施例の動作例を示すフローチャートである。 第３実施例を説明するための図である。 本発明の第３実施例を示すブロック構成図である。 本発明の第３実施例の動作例を示すフローチャートである。 一般的な電動パワーステアリングの構成図である。 従来の制御装置のブロック図である。 従来の動作例を示すタイムチャートである。 従来装置の構成例を示すブロック図である。 図１２の動作例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
５０ 操舵トルク検出手段
５１ 操舵トルク入力補正手段
５２ モータ制御信号発生手段
５３ モータ駆動手段
５４ バッテリ電圧検出手段
５５ アシスト低減ゲイン設定検出手段
６１ アシスト低減開始電圧範囲検出手段

Claims (2)

1. モータによる回転力をアシストとして操舵系に付与するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記制御装置の停止における電源電圧の低下時に、前記アシストを２段以上の多段階に切替える機能を有し、前記電源電圧によって前記多段階のアシスト低減ゲインを可変させ、前記アシストの停止までに前記アシスト低減ゲインの出力を終了させるようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記多段階のアシスト低減ゲインを前記電源電圧の電圧関数としている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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