JP5585422B2 - 電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents
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Description
従来、電動パワーステアリング装置では、操舵トルクセンサで検出した操舵トルク信号にはノイズが含まれていることから、その対策としてノイズ除去手段を設ける必要がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、様々な状況にかかわらず、操舵トルク信号のノイズを低減することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
この構成によると、出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して例えば低域通過フィルタ処理を行うことにより、高周波ノイズを低減することができる。
この構成によると、出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号における高周波領域の角度信号が減衰してしまったときに、モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、例えば高域通過フィルタ処理を行ったフィルタ出力を加算することにより、高周波領域の角度信号の減衰を補償することができる。
この構成によると、例えば出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して例えば低域通過フィルタ処理を行って、高周波領域の角度信号が減衰してしまったときに、第2のフィルタ手段のフィルタ出力を加算して、高周波領域の角度信号の減衰を補償することができる。
この構成によると、ノイズ抑制手段で、第1のフィルタ手段のフィルタ出力と、第2のフィルタ手段のフィルタ出力とを加算することにより、ノイズ低減出力軸回転角を形成し、入力軸回転検出手段で検出した入力軸回転角からノイズ低減出力軸回転角を減算することにより、トーションバーの捩じれによる回転角差を算出することができ、この回転角差にトーションバーレートを乗算することにより操舵トルクを算出することができる。
この構成によると、第1のフィルタ手段を低域通過フィルタまたは信号平滑特性を有する低域強調フィルタで構成することにより、高周波ノイズを抑制した出力軸回転角信号を得ることができる。
この構成によると、第2のフィルタ手段を高域通過フィルタまたは高域強調特性を有するフィルタで構成することにより、高周波の出力軸回転角が減衰された場合に、この減衰分をモータ回転角のフィルタ出力で補償することができる。
この構成によると、第1のフィルタ手段を低域通過フィルタとし、第2のフィルタ手段を高域通過フィルタとしたときに、カットオフ特性とカットオフ周波数とを同一特性に設定することにより、低域側と高域側との切り分けを正確に行い、滑らかなノイズ抑制出力軸回転角を得ることができる。
この構成によると、信号平滑特性を有するフィルタと高域強調特性を有するフィルタの周波数特性を対とすることにより、低域側と高域側との切り分けを正確に行い、滑らかなノイズ抑制出力軸回転角を得ることができる。
この構成によると、電動モータのモータ回転角と出力軸の出力軸回転角とが相関関係を有し、出力軸回転角をフィルタ処理したときの出力をモータ回転角をフィルタ処理した出力を加算することにより、出力軸回転角の高域成分が減衰したときに、減衰した高域成分を正確に補償することができる。
ステアリングシャフト2の出力軸2cには、操舵補助力を出力軸2cに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2cに連結した減速ギヤ機構11と、この減速ギヤ機構11に連結されて操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
トルクセンサ14は、図1に示すように、入力軸2aの回転角を検出する例えばロータリエンコーダで構成される入力軸回転角検出手段としての入力軸回転角センサ15と、出力軸2cの回転角を検出する例えばロータリエンコーダで構成される出力軸回転角検出手段としての出力軸回転角センサ16とを備えている。入力軸回転角センサ15は、入力軸2aの回転角を検出して入力軸回転角検出値θ1を出力する。また、出力軸回転角センサ16は出力軸2cの回転角を検出して第1の出力軸回転角検出値θ2を出力する。
Vsin=Asinωt・sinθm …………(1)
Vcos=Asinωt・cosθm …………(2)
操舵補助制御装置20の具体的構成は、図2に示すように、レゾルバ17から出力され正弦波信号Vsin,余弦波信号Vcosが入力されてレゾルバ信号をデジタル値のモータ回転角信号θmに変換するレゾルバ/デジタル信号変換回路RDCを備えている。
図3の機能ブロック図は、操舵トルク検出部29を示しており、この操舵トルク検出部29は、ノイズ抑制手段20aに対応するノイズ抑制部30を有する。
このノイズ抑制部30は、出力軸回転角センサ16で検出された第1の出力軸回転角検出値θ2を低域通過フィルタ(ローパスフィルタ)31に入力して高周波数のノイズ成分を除去し、そのフィルタ出力であるノイズ成分を除去した第2の出力軸回転角検出値θ2aを加算器32に供給する。
また、操舵トルク検出部29は、トーションバーの回転角差Δθを、トーションバーバネレート設定器37で設定されたトーションバー2bのトーションバーバネレートKが入力された乗算器38に供給して、トーションバーバネレートKを乗算して、操舵トルクT(=K・Δθ)を算出する。
このステップS2では、第1の出力軸回転角検出値θ2に対して低域通過フィルタ処理を施して、高周波のノイズ成分を除去した第2の出力軸回転角検出値θ2aを算出し、次いでステップS3に移行して、ステップS1で読込んだモータ回転角信号θmにギヤ比Grを乗算して第3の出力軸回転角検出値θ2bを算出する。
次いで、ステップS7に移行して、算出した回転角差Δθに予め設定されたトーションバー2bのトーションバーバネレートKを乗算して操舵トルクT(=K・Δθ)を算出し、次いでステップS8に移行して、算出した操舵トルクTをRAM等のメモリに形成した操舵トルク記憶領域に更新記憶してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
この図4の処理が操舵トルク検出部に対応し、ステップS1〜S5の処理がノイズ抑制部30に対応している。
ステップS13では、モータ回転角信号θmを微分してモータ角速度ωを算出し、次いでステップS14に移行して、モータ回転角信号θm及びモータ角速度ωを使用して操舵補助電流指令値Irefに対してd−q軸指令値演算処理を実行してd軸目標電流Idref及びq軸目標電流Iqrefを算出する。
このステップS16では、モータ電流指令値Iuref、Ivref及びIwrefからモータ電流検出値Iud、Ivd及びIwdを減算して電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwを算出し、次いでステップS17に移行して、電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwについてPI制御処理を行って電圧指令値Vuref,Vvref及びVwrefを算出する。
今、操舵補助制御装置20の演算処理装置21で、入力軸回転角センサ15で検出した入力軸回転角検出値θ1及び出力軸回転角センサ16で検出した第1の出力軸回転角検出値θ2を読込むとともに、レゾルバ17で検出した正弦波信号Vsin及び余弦波信号Vcosをレゾルバ/デジタル信号変換回路RDCに供給してモータ回転角信号θmを算出し、算出したモータ回転角信号θmにギヤ比Grを乗算して第2の出力軸回転角検出値θ2bを算出する。
このとき、出力軸回転角センサ16で検出される第1の出力軸回転角検出値θ2は、図7(a)において特性曲線L1で示す角度信号成分と特性線L2で示す例えば25dB以下のノイズ成分とが重畳されている。
これら出力軸回転角センサ16で検出した第1の出力軸回転角検出値θ2及びレゾルバ17の検出信号に基づく第2の出力軸回転角検出値θ2bのそれぞれにおいて、角度信号成分がノイズ成分を超えている場合には、角度情報として使用することができるが、角度信号成分がノイズ成分以下であるときには角度信号がノイズにかき消されてしまい、角度情報としては使用することができない。
このため、操舵補助電流指令値Irefに基づいてd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefが算出され、これらd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefが2相/3相変換されて3相モータ電流指令値Iuref〜Iwrefが算出される。
このため、前述した従来例のようにディジタルフィルタ処理による位相遅れを補償するために、様々な状況に応じてフィルタのオン/オフ切換えが必要となるとともに、フィルタのオフ時にはフィルタ効果が得られないという問題点はなく、低コストで変動のない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
また、上記実施形態においては、トルクセンサを構成する入力軸回転角センサ15及び出力軸回転角センサ16をロータリエンコーダで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータリポテンショメータやレゾルバ等の他の回転角センサを適用することができる。
Claims (10)
- 車両の操舵系に設けられたトーションバーで連結した入力軸及び出力軸の回転角を個別に検出する入力軸回転角検出手段及び出力軸回転角検出手段を有するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて制御され、前記出力軸に対して操舵補助力を発生する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータのモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段と、
前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号の高周波数ノイズ成分をフィルタ処理によって低減すると共に、ノイズ低減後の信号に対して、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角を使用して前記フィルタ処理によって減衰した高周波信号成分を補償するノイズ低減処理を行うノイズ抑制手段と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記ノイズ抑制手段は、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第1のフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ノイズ抑制手段は、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第2のフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 車両の操舵系に設けられたトーションバーで連結した入力軸及び出力軸の回転角を個別に検出する入力軸回転角検出手段及び出力軸回転角検出手段を有するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて制御され、前記出力軸に対して操舵補助力を発生する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータのモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段と、
前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対してノイズ低減処理を行うノイズ抑制手段と
を備え、
前記ノイズ抑制手段は、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第1のフィルタ手段と、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第2のフィルタ手段とを備えると共に、前記第1のフィルタ手段のフィルタ出力と前記第2のフィルタ手段のフィルタ出力とを加算した値をノイズ低減出力軸回転角信号とするノイズ低減処理を行い、
前記トルク検出手段は、入力軸回転角検出手段で検出した入力軸回転角信号から前記ノイズ低減出力軸回転角を減算した値に前記トーションバーレートを乗算して操舵トルクを算出するように構成されている
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記第1のフィルタ手段は、低域通過フィルタ及び信号平滑特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴とする請求項2又は4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記第2のフィルタは、高域通過フィルタ及び高域強調特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記低域通過フィルタ及び前記高域通過フィルタのカットオフ特性とカットオフ周波数とが同一特性に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記信号平滑特性を有するフィルタ及び前記高域強調特性を有するフィルタの周波数特性が対の特性に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電動モータは、減速ギヤ機構を介して前記出力軸に連結されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置を備えた車両。
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