JP4989093B2 - 電動パワーステアリング装置、および、これに用いる演算特性設定方法。 - Google Patents
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Description
なお、特許文献2の慣性補償電流値決定手段には、トルクセンサ出力のみが入力されており車速信号が入力されていない。
また、請求項3に係る発明は、請求項1に記載の演算特性設定方法であって、前記評価関数Evは、前記操舵トルクTsに対する、前記トルク検出信号Tdetの比に基づいて設定することを特徴とする。
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の演算特性設定方法において、前記操舵トルクTsは、慣性トルクと、粘性トルクと、反力トルクである前記トルク検出信号Tdet、の和であることを特徴とする。
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の演算特性設定方法において、前記ステップによる特性の設定は、前記電動パワーステアリング装置が車両に搭載されていない状態で実行され、前記電動パワーステアリング装置が前記車両に搭載された状態で実行され、前記ベース信号演算部で演算する特性と、前記ダンパ補償信号演算部で演算する特性とが設定される他のステップ(SP40,SP50)を備えることを特徴とする。
本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置を図面を用いて説明する。
図1において、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4によって連結され、また、ピニオン軸5の下端部に設けられたピニオンギア7は、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して左右の転舵輪10,10が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cを介してステアリングギアボックス20に支持されている。
TM‘=TM−(cmdθm/dt+Jmd2θm/dt2)i2 (1)
この式より、出力トルクTM‘と電動機回転角θmとの関係は、電動機11の回転子の慣性モーメントJmと粘性係数cmとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。
Tp=Ts+AH
=Ts+kA(V)×Ts
となる。これより、操舵トルクTsは、
Ts=Tp/(1+kA(V)) (2)
と表現される。
Ts=J・d2θS/dt2+C・dθS/dt+K(θS−θF) (3)
となることがわかっている。ここで、θSは操舵回転角であり、θFは、電動機回転角θmを減速機構の回転比nMで除した値である。また、Jはステアリング系の慣性係数(イナーシャ)であり、Cはステアリング系の粘性係数(ダンパ)であり、Kはベース信号係数である。この式も(1)式と同様に車両特性や車両状態に無関係である。
Ev=Tdet/Ts=K(θS−θF)/Ts (4)
である。これにより、TsからTdet=K(θS−θF)までの伝達関数のゲイン特性をEv0以下とするような補償器H(S)を求めることができる。
例えば、零点・極をそれぞれ4個ずつ持つように、伝達関数Hf(S)を、
Hf(S)=8.88(S+140)(S+65.1)(S+30.1)(S+1.77)/{(S+1730)(S+209)(S+37.1)(S+15.6)}
に設定することができる。なお、第2実施形態で述べるように、伝達関数Hf(S)のゲイン特性は微分特性を備えている。
図2の制御装置200は、ベース信号演算部220と、イナーシャ補償信号演算部210と、ダンパ補償信号演算部225と、Q軸(トルク軸)PI制御部240と、D軸(磁極軸)PI制御部245と、2軸3相変換部260と、PWM変換部270と、3相2軸変換部265と、電動機速度算出部280と、励磁電流生成部285とを備える。
Hf(S)=8.88(S+140)(S+65.1)(S+30.1)(S+1.77)/{(S+1730)(S+209)(S+37.1)(S+15.6)}
である。
ステップSP10においては、設定者がステアリングギアボックス20と制御装置200とを接続する。このとき、ステアリングギアボックス20を車両本体に搭載しない。言い換えれば、この状態は電動パワーステアリング装置100が車両に搭載されていない状態である。ステップSP20において、イナーシャ補償信号演算部210のイナーシャテーブル210aを設定する。イナーシャテーブル210aは、トルク信号Tに依存し、車速信号VSに依存せず、また例えば、前記したH∞制御のように机上で算出され低次元化され、車両負荷をかけなくても設定できるため、設定が容易である。ステップSP30においては、電動パワーステアリング装置100を車両に搭載する。そして、ステップSP40において、ベース信号演算部220のベーステーブル220aを設定する。そして、ダンパ補償信号演算部225のダンパテーブル225aの設定を行う。すなわち、ベーステーブル220aとダンパテーブル225aとは車速信号VSの関数であるので、車両に搭載して設定を行う必要がある。
前記第1実施形態は、ベース信号演算部220の出力信号DTを基準にしてイナーシャ補償信号演算部210の出力信号とダンパ補償信号演算部225の出力信号とを加減算して補償したが、イナーシャ補償信号演算部210の特性を微分手段の特性と安定化向上手段の特性とに分割して、微分手段の出力信号とダンパ補償信号演算部225の出力信号とを用いて補償し、安定化向上手段を用いて制御を安定化させることができる。
図6(a)から分かるように、電動パワーステアリング装置100の操舵トルクTsは、低周波領域で低く、中周波領域で極大になり、高周波領域で減衰する特性を備えている。これは、中周波領域で減衰が不足していることを示している。
イナーシャ補償信号演算部215(図5参照)の伝達関数Hf(S)を
Hf(S)=8.88(S+140)(S+65.1)(S+30.1)(S+1.77)/{(S+1730)(S+209)(S+37.1)(S+15.6)}
とし、この伝達関数Hf(S)を微分手段230の伝達関数H1f(S)と安定化向上手段235の伝達関数H2f(S)とに分割した(図5参照)。すなわち、伝達関数H1f(S)は、
H1f(S)=2.77(s+30.1)(S+1.77)/{(S+209)(S+37.1)}
であり、また、伝達関数H2f(S)は、
H2f(S)=2.97(S+140)(S+65.1)/{(S+1730)(S+15.6)}
である。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記各実施形態は、目標電流を設定して電動機11に流す電流を制御したが、電動機11に印加される電圧を目標電圧に設定することもでき、電動機11が出力するトルクを目標トルクに設定して、電動機11に流す電流を制御することもできる。この目標電圧あるいは目標トルクも目標信号に含まれる。
(2)本発明の電動パワーステアリング装置には、操向ハンドル2と転舵輪10とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ(Steer_By_Wire)が含まれる。
2 操向ハンドル
3 メインステアリングシャフト
4 ユニバーサルジョイント
5 ピニオン軸
6a,6b,6c 軸受
7 ピニオンギア
8 ラック軸
8a ラック歯
9 タイロッド
10 転舵輪
11 電動機
12 ウォームギア
13 ウォームホイールギア
20 ステアリングギアボックス
30 トルクセンサ
35 車速センサ
40 差動増幅回路
50 レゾルバ
60 電動機駆動手段
100 電動パワーステアリング装置
200,205 制御装置
210,215 イナーシャ補償信号演算部
210a イナーシャテーブル
220 ベース信号演算部
220a ベーステーブル
225 ダンパ補償信号演算部
225a ダンパテーブル
230 微分手段
230a 微分テーブル
235 安定化向上手段
235a 安定化テーブル
240 Q軸(トルク軸)PI制御部
245 D軸(磁極軸)PI制御部
250,251,252,253 加算器
260 2軸3相変換部
265 3相2軸変換部
270 PWM変換部
280 電動機速度算出部
Claims (6)
- 少なくとも操舵トルクセンサが検出するトルク検出信号Tdetに応じて、ベース信号を演算するベース信号演算部と、
電動機の回転速度もしくは操舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部と、
少なくとも操舵トルクTsに基づいてイナーシャ補償信号を演算するイナーシャ補償信号演算部と、を備え、
前記ダンパ補償信号および前記イナーシャ補償信号が前記ベース信号を補償して定められた目標信号によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置における演算特性設定方法であって、
前記操舵トルクTsに基づいて評価関数Evを設定し、
前記イナーシャ補償信号演算部で演算に用いられる補償器H(S)を設定する際に、
前記評価関数Evのゲイン特性を、ステアリング系の慣性係数および前記ステアリング系廻りの粘性を無視したときの評価関数Ev0のゲイン特性以下とするステップを備えることを特徴とする演算特性設定方法。 - 少なくとも操舵トルクセンサが検出するトルク検出信号Tdetに応じて、ベース信号を演算するベース信号演算部と、
電動機の回転速度もしくは操舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部と、
少なくとも操舵トルクTsに基づいてイナーシャ補償信号を演算するイナーシャ補償信号演算部と、を備え、
前記ダンパ補償信号および前記イナーシャ補償信号が前記ベース信号を補償して定められた目標信号によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置における演算特性設定方法であって、
前記操舵トルクTsに対する、前記トルク検出信号Tdetの比に基づいて評価関数Evを設定し、
前記イナーシャ補償信号演算部で演算に用いられる補償器H(S)が前記評価関数Evに基づいて設定されるステップを備えることを特徴とする演算特性設定方法。 - 前記評価関数Evは、前記操舵トルクTsに対する、前記トルク検出信号Tdetの比に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載の演算特性設定方法。
- 前記操舵トルクTsは、慣性トルクと、粘性トルクと、反力トルクである前記トルク検出信号Tdet、の和であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の演算特性設定方法。
- 前記ステップは、
前記電動パワーステアリング装置が車両に搭載されていない状態で実行され、
前記電動パワーステアリング装置が前記車両に搭載された状態で実行され、前記ベース信号演算部で演算する特性と、前記ダンパ補償信号演算部で演算する特性とが設定される他のステップを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の演算特性設定方法。 - 少なくとも操舵トルクTsに応じて、ベース信号を演算するベース信号演算部と、
電動機の回転速度もしくは操舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部と、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載される演算特性設定方法を用いて、少なくとも前記操舵トルクTsに基づいてイナーシャ補償信号を演算するイナーシャ補償信号演算部と、を備え、
前記ダンパ補償信号および前記イナーシャ補償信号が前記ベース信号を補償して定められた目標信号によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置において、
前記イナーシャ補償信号演算部の特性は、微分手段の特性と信号安定性向上手段の特性とに分割され、
前記ベース信号を前記ダンパ補償信号で補償した補償信号と前記微分手段からの出力信号とを加算する加算器が備えられ、
前記信号安定性向上手段は、前記加算器の出力側に配置され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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