JP4332725B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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- Power Steering Mechanism (AREA)
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Description
Ti=To+T′
To=Ka・Ks(θh −θp )
T′=Km・d2 θm /dt2
θh はステアリングホイールの操舵角度、θm はモータの回転角度、Kaは基本アシスト制御ゲイン、Kmはモータの回転角加速度d2 θm /dt2 に応じてモータ出力を補正する際の回転角加速度d2 θm /dt2 の制御ゲイン、Ksはトーションバーのバネ定数である。
ω1 ={K/(Jp−Km)}1/2 …(A)
ζ1 =Cp/[2・{(Jp−Km)・α1/α2}1/2 ]…(B)
図15に示す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の振幅比との関係における周波数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 …(C)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp−Km)・Ks/α1}1/2 ]…(D)
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は操舵系が有する弾性係数、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。
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なることにより、操舵に対する応答性が向上される。さらに、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なることで、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抑制できる。
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なることにより、操舵に対する応答性が向上される。さらに、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なることで、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抑制できる。
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なることにより、操舵に対する応答性が向上される。さらに、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なることで、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抑制できる。
操舵トルクTの大きさと第1トルクゲインGtaとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクTに対応する第1トルクゲインGtaが演算部32において演算される。操舵トルクTの大きさと第1トルクゲインGtaとの対応関係は、例えば図3の演算部32に示すように、操舵トルクTの大きさが大きくなる程に第1トルクゲインGtaが大きくなるものとされる。
さらに、車速Vと第1車速ゲインGvaとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Vに対応する第1車速ゲインGvaが演算部33において演算される。車速Vと第1車速ゲインGvaとの対応関係は、例えば図3の演算部33に示すように、車速Vが小さい時は大きい時よりも第1車速ゲインGvaが大きくなるものとされる。
乗算部34、35において第1補正基準電流iaに第1トルクゲインGtaと第1車速ゲインGvaを乗じることで第1補正電流i1が求められる。これにより、図3の演算部31、32、33に示されるように設定された関係が、回転角加速度d2 θh /dt2 と第1補正電流i1との間の第1の対応関係として制御装置20に記憶され、回転角加速度d2 θh /dt2 に正相関する第1モータ出力補正値として第1補正電流i1が、その第1の対応関係から制御装置20により求められる。
操舵トルクTの大きさと第2トルクゲインGtbとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクTに対応する第2トルクゲインGtbが演算部37において演算される。操舵トルクTの大きさと第2トルクゲインGtbとの対応関係は、例えば図3の演算部37に示すように、操舵トルクTの大きさが大きくなる程に第2トルクゲインGtbが大きくなるものとされる。
さらに、車速Vと第2車速ゲインGvb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、求めた車速Vに対応する第2車速ゲインGvbが演算部38において演算される。車速Vと第2車速ゲインGvbとの対応関係は、例えば図3の演算部38に示すように、車速Vが小さい時は大きい時よりも第2車速ゲインGvbが大きくなるものとされる。
乗算部39、40において第2補正基準電流ibに第2トルクゲインGtbと第2車速ゲインGvbを乗じることで第2補正電流i2が求められる。これにより、図4の演算部36、37、38に示されるように設定された関係が、変化加速度d2 T/dt2 と第2補正電流i2との間の第2の対応関係として制御装置20に記憶され、変化加速度d2 T/dt2 に正相関する第2モータ出力補正値として第2補正電流i2が、その第2の対応関係から制御装置20により求められる。
Ti=To+Ta+Tb
To=Ka・Ks(θh −θp )
Ta=Kw・d2 θh /dt2
Tb=Kdd・d2 Ks(θh −θp )/dt
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、Kddはトルク2階微分制御ゲインである。
ω1 ={K/(Jp−Kw)}1/2 …(1)
ζ1 =Cp/[2・{(Jp−Kw)・α1/α2}1/2 ]…(2)
図7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+Kdd)]1/2 …(3)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp+Kdd)・Ks/α1}1/2 ]…(4)
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は操舵系が有する弾性係数、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。
図9に示すように、角度センサ27により求めた回転角度θm の二階微分により回転角加速度d2 θm /dt2 が回転角加速度対応値として求められる。その回転角加速度d2 θm /dt2 と第1補正基準電流icとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶される。求めた回転角加速度d2 θm /dt2 に対応する第1補正基準電流icが記憶された対応関係に基づき演算部31′において演算される。回転角加速度d2 θm /dt2 と第1補正基準電流icとの対応関係は、例えば図9の演算部31′に示すように、回転角加速度d2 θm /dt2 に第1補正基準電流icが正相関するものとされる。回転角加速度d2 θm /dt2 と第1補正基準電流icの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
操舵トルクTの大きさと第1トルクゲインGtcとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクTに対応する第1トルクゲインGtcが演算部32′において演算される。操舵トルクTの大きさと第1トルクゲインGtcとの対応関係は、例えば図9の演算部32′に示すように、操舵トルクTの大きさが大きくなる程に第1トルクゲインGtcが大きくなるものとされる。
さらに、車速Vと第1車速ゲインGvcとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Vに対応する第1車速ゲインGvcが演算部33′において演算される。車速Vと第1車速ゲインGvcとの対応関係は、例えば図9の演算部33′に示すように、車速Vが小さい時は大きい時よりも第1車速ゲインGvcが大きくなるものとされる。
乗算部34、35において第1補正基準電流icに第1トルクゲインGtcと第1車速ゲインGvcを乗じることで第1補正電流i1が求められる。これにより、図9の演算部31′、32′、33′に示されるように設定された関係が、回転角加速度d2 θm /dt2 と第1補正電流i1との間の第1の対応関係として制御装置20に記憶され、回転角加速度d2 θm /dt2 に正相関する第1モータ出力補正値として第1補正電流i1が、その第1の対応関係から制御装置20により求められる。
変化加速度d2 T/dt2 に正相関する第2補正電流i2は第1実施形態と同様にして求められる。
図10のフローチャートは制御装置20によるモータ10の制御手順を示す。まず、各センサによる検出値V、θm 、T、iを読み込み(ステップS1)、次に、時系列に求めた回転角度θm を2階時間微分することで回転角加速度d2 θm /dt2 を求め、また、時系列に求めた操舵トルクTを2階時間微分することで変化加速度d2 T/dt2 を求める(ステップS2)。なお、制御開始当初においては回転角加速度d2 θm /dt2 と変化加速度d2 T/dt2 として予め定めた初期値を用いればよい。次に、回転角加速度d2 θm /dt2 に応じた第1補正電流i1=Gtc・Gvc・icと、変化加速度d2 T/dt2 に応じた第2補正電流i2=Gtb・Gvb・ibとを求め(ステップS3)、目標駆動電流i* =Gv・(io+i1+i2)を求め(ステップS4)、その目標駆動電流i* と検出駆動電流iとの偏差を低減するようにモータ10をフィードバック制御する(ステップS5)。しかる後に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオンかオフかにより判断し(ステップS6)、制御を終了しない場合はステップS1に戻る。
例えば、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+Tb
To=Ka・Ks(θh −θp )
Ta=Km・d2 θm /dt2
Tb=Kdd・d2 Ks(θh −θp )/dt
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。
ω1 ={K/(Jp−Km)}1/2 …(5)
ζ1 =Cp/[2・{(Jp−Km)・α1/α2}1/2 ]…(6)
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−Km+Kdd)]1/2 …(7)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp−Km+Kdd)・Ks/α1}1/2 ]…(8)
ステアリングホイール2の回転角加速度d2 θh /dt2 に正相関する第1補正電流i1は第1実施形態と同様にして求められる。
図12に示すように、モータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 と第2補正基準電流idとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶される。求めた回転角加速度d2 θm /dt2 に対応する第2補正基準電流idが記憶された対応関係に基づき演算部36′において演算される。モータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 と第2補正基準電流idとの対応関係は、例えば図12の演算部36′に示すように、回転角加速度d2 θm /dt2 に対して第1補正基準電流idが逆相関するものとされる。回転角加速度d2 θm /dt2 と第2補正基準電流idの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
操舵トルクTと第2トルクゲインGtdとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクTに対応する第2トルクゲインGtdが演算部37′において演算される。操舵トルクTの大きさと第2トルクゲインGtdとの対応関係は、例えば図12の演算部37′に示すように、操舵トルクTの大きさが大きくなる程に第2トルクゲインGtdが大きくなるものとされる。
さらに、車速Vと第2車速ゲインGvdとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Vに対応する第2車速ゲインGvdが演算部38′において演算される。車速Vと第2車速ゲインGvdとの対応関係は、例えば図12の演算部38′に示すように、車速Vが小さい時は大きい時よりも第2車速ゲインGvdが大きくなるものとされる。
乗算部39、40において第2補正基準電流idに第2トルクゲインGtdと第2車速ゲインGvdを乗じることで第2補正電流i2が求められる。これにより、図12の演算部36′、37′、38′に示されるように設定された関係が、モータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 と第2補正電流i2との間の第2の対応関係として制御装置20に記憶され、モータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 に逆相関する第2モータ出力補正値として第2補正電流i2が、その第2の対応関係から制御装置20により求められる。
図13のフローチャートは制御装置20によるモータ10の制御手順を示す。まず、各センサによる検出値V、θh 、θm 、T、iを読み込み(ステップS1)、次に、時系列に求めた操舵角度θh を2階時間微分することでステアリングホイール2の回転角加速度d2 θh /dt2 を求め、また、時系列に求めた回転角度θm を2階時間微分することでモータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 を求める(ステップS2)。なお、制御開始当初においてはステアリングホイール2の回転角加速度d2 θh /dt2 とモータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 として予め定めた初期値を用いればよい。次に、ステアリングホイール2の回転角加速度d2 θh /dt2 に応じた第1補正電流i1=Gta・Gva・iaと、モータ10の回転角加速度d2 θm /dt2 に応じた第2補正電流i2=Gtd・Gvd・idとを求め(ステップS3)、目標駆動電流i* =Gv・(io+i1+i2)を求め(ステップS4)、その目標駆動電流i* と検出駆動電流iとの偏差を低減するようにモータ10をフィードバック制御する(ステップS5)。しかる後に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオンかオフかにより判断し(ステップS6)、制御を終了しない場合はステップS1に戻る。
例えば、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+Tb
To=Ka・Ks(θh −θp )
Ta=Kw・d2 θh /dt2
Tb=Km・d2 θm /dt2
ω1 ={K/(Jp−Kw−Km)}1/2 …(9)
ζ1 =Cp/[2・{(Jp−Kw−Km)・α1/α2}1/2 ]…(10)
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−Km)]1/2 …(11)
ζ2 =Cp/[2・{(Jp−Km)・Ks/α1}1/2 ]…(12)
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
27 角度センサ
Claims (3)
- 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求める手段と、
求めた操舵トルクに応じた操舵補助力を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、
前記ステアリングホイール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第1モータ出力補正値との間の設定された第1の対応関係を記憶する手段と、
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第2モータ出力補正値との間の設定された第2の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角加速度対応値に対応する前記第1モータ出力補正値と、求めた変化加速度対応値に対応する前記第2モータ出力補正値の和に対応して補正する手段とが設けられ、
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第1の対応関係が設定され、
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第2の対応関係が設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 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求める手段と、
求めた操舵トルクに応じた操舵補助力を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、
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第1モータ出力補正値との間の設定された第1の対応関係を記憶する手段と、
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第2モータ出力補正値との間の設定された第2の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角加速度対応値に対応する前記第1モータ出力補正値と、求めた変化加速度対応値に対応する前記第2モータ出力補正値の和に対応して補正する手段とが設けられ、
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第1の対応関係が設定され、
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第2の対応関係が設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 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求める手段と、
求めた操舵トルクに応じた操舵補助力を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、
前記ステアリングホイールの回転角加速度に対応する第1回転角加速度対応値を求める手段と、
前記モータの回転角加速度に対応する第2回転角加速度対応値を求める手段と、
前記第1回転角加速度対応値と、この第1回転角加速度対応値に正相関する第1モータ出力補正値との間の設定された第1の対応関係を記憶する手段と、
前記第2回転角加速度対応値と、この第2回転角加速度対応値に逆相関する第2モータ出力補正値との間の設定された第2の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた第1回転角加速度対応値に対応する前記第1モータ出力補正値と、求めた第2回転角加速度対応値に対応する前記第2モータ出力補正値の和に対応して補正する手段とが設けられ、
前記モータの出力を前記第1モータ出力補正値に対応して補正することで、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第1の対応関係が設定され、
前記モータの出力を前記第2モータ出力補正値に対応して補正することで、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第2の対応関係が設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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