JP5999291B1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冗長系を構成する多系統の各駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、各駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行い、運転者に不快感を与えないようにした電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、モータにより車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置において、モータが多系統モータであり、モータの各系統巻線毎にインバータを有する多系統駆動系を具備し、多系統駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する多系統電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、多系統駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行う。【選択図】図6
Description
本発明は、操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、モータにより車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関し、特にモータが多系統モータ(少なくとも2系統モータ)であり、モータの各系統巻線毎にインバータを具備して多系統(少なくとも2系統)の駆動系を構成し、多系統の各駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、各駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。
2系統の場合には、2系統モータの一方を左操舵に使用すると共に、他方を右操舵に使用し、不感帯を無くして制御不可能領域を無くしている。
モータを制御するモータ制御装置を搭載した装置として電動パワーステアリング装置(EPS)があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア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操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の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)制御のデューティの調整で行っており、モータとしては保守性に優れたブラシレスモータが一般的に使用されている。
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)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、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクTsを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、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に連結されている。電動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(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー(IG)信号が入力される。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Tsと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト(操舵補助)制御の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。
なお、舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VsはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
コントロールユニット30は主としてMCU(CPU、MPU等も含む)で構成されるが、そのMCU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2のようになる。
図2を参照して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で検出された操舵トルクTs及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vsは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTs及び車速Vsに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差I(Irefm−Im)が演算され、その偏差Iが操舵動作の特性改善のためのPI制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、更に駆動部としてのインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ37は駆動素子としてFETが用いられ、FETのブリッジ回路で構成されている。
加算部32Aには補償信号生成部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部34は、セルフアライニングトルク(SAT)34−3と慣性34−2を加算部34−4で加算し、その加算結果に更に収れん性34−1を加算部34−5で加算し、加算部34−5の加算結果を補償信号CMとしている。
このような電動パワーステリング装置においては、近年、ハンドルセンター付近の操舵フィーリングに違和感があると、クライアント(使用者)から改善要求の声が増加してきている状況にある。その原因の1つとして挙げられるのは、車両運転時のハンドルセンター付近の所謂メカガタや、図3に示すようなハンドルセンター付近の不感帯の存在、その不感帯から逸脱するときの変極点C1及びC2(不連続なアシストトルクの立ち上がり)の存在である。ハンドルセンター付近の不感帯については、従来の電動パワーステリング装置では繊細な制御を働かせることができない状況にあり、運転者に対して不快感を与えてしまう可能性がある。
ハンドルセンター付近において、運転者の操舵フィーリングを向上する電動パワーステリング装置として、例えば特開2007−237839号公報(特許文献1)に開示されたものがある。特許文献1では、操舵トルクを調整可能なアクチュエータ(モータ)を備え、操舵トルクに基づいて目標操舵角を算出し、実操舵角が目標操舵角と一致するようにアクチュエータの出力トルクを制御している。このとき、運転者の操舵により操舵トルクの方向が変化したとき、所定の操舵トルク変化があるまで、目標操舵角が一定値又はほぼ一定値となるように設定する。
しかし、特許文献1に開示された装置では、電気系システムに存在する不感帯となる要素が存在し、それ自体を制御することができない本質的な課題がある。また、不感帯から外れる付近(不感帯から制御可能領域へ変化する領域)では、不連続(変極点)となり、運転者に不快感を与えてしまう懸念もある。
また、特開2014−121189号公報(特許文献2)に開示されている装置では、複数の結線モータ及び複数の駆動装置が示されているが、5次高調波成分及び7次高調波成分を対象としており、ハンドルセンター付近の制御を対象とするものではなく、上記要請に応えることができない。
これらに加えて、ハンドルセンター付近における運転者の操舵フィーリングの障害となるものとして、横流れ(片流れ)の問題がある。道路の舗装面には、排水などの目的でセンターラインから路肩まで1〜2%程度の横断勾配が付けられているため、直線道路を高速に走行する場合には長時間ハンドルを切り続けないと、車両が路肩方向に流される傾向(横流れ)がある。また、車両の経年変化(例えばサスペンションブッシュのヘタリや車体の経時変化)や縁石への衝突などによりホイールアライメントが崩れ、ドライバがハンドルに力を入れないと、車両が真っ直ぐに走行できないこと(横流れ)がある。このような走行では、運転者に大きな負担がかかる恐れがある。
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、冗長系を構成する多系統の各駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、各駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行い、或いは不感帯となる要素を無くし、左右操舵時に不均衡となるように制御することにより、不感帯と変極点による影響を極力減らし、運転者に不快感を与えないようにし、更に横流れ(片流れ)を抑制して運転者の負担を軽減した電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、前記モータにより車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータが多系統モータであり、前記モータの各系統巻線毎に前記インバータを有する多系統駆動系を具備し、前記多系統駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する多系統電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、前記多系統駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行うことにより達成される。
本発明の上記目的は、前記多系統電流指令値特性が、ハンドルセンター付近においてオフセットを有しており、操舵トルクの絶対値が大きくなるに従ってオフセット量の差が大きくなる特性であることにより、或いは前記オフセットの度合いが可変であることにより、或いは前記可変が車速感応特性であることにより、或いは前記車速感応特性が、車速が高速になるに従ってハンドルセンター付近のオフセットが小さく、前記オフセット量の差の度合いが大きく又は小さくなっていることにより、或いは前記多系統モータ、前記多系統駆動系及び前記多系統電流指令値特性が、いずれも少なくとも2系統であることにより、或いは前記モータがスター結線の2系統巻線であることにより、或いは前記モータがデルタ結線の2系統巻線であることにより、或いは前記多系統モータ、前記多系統駆動系及び前記多系統電流指令値特性がいずれも2系統であり、一方向用電流指令値により2系統モータの一部を一方向領域に使用すると共に、他方向用電流指令値により前記2系統モータの他部を他方向領域に使用するようになっていることにより、或いはハンドルセンター付近において、前記一方向用電流指令値がオフセット1を有し、前記他方向用電流指令値がオフセット2を有していることにより、或いは前記一方向領域において、操舵トルクが大きくなるに従って前記一方向用電流指令値が増加し、前記他方向領域において、前記操舵トルクが大きくなるに従って前記他方向用電流指令値が増加することにより、或いは前記一方向用電流指令値及び前記他方向用電流指令値の変化特性を可変できることにより、或いは前記オフセット1及び前記オフセット2が等しいことにより、或いは前記オフセット1及び前記オフセット2が相違していることにより、或いは前記オフセット1及び前記オフセット2が車速に応じて変化することにより、より効果的に達成される。
また、本発明は、操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、前記モータにより車両のステアリング機構にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータが少なくとも2系統モータであり、前記モータの系統巻線毎に前記インバータを具備し、一方向用電流指令値により前記少なくとも2系統モータの一部を一方向領域に使用すると共に、他方向用電流指令値により前記少なくとも2系統モータの他部を他方向領域に使用し、ハンドルセンター付近において、前記一方向用電流指令値がオフセット1を有し、前記他方向用電流指令値がオフセット2を有し、前記車両の走行状態及び前記ステアリング機構に付加する作用力に基づいて前記オフセット1及び前記オフセット2が算出されることにより達成される。
本発明の上記目的は、前記車両の走行状態が直進走行状態のときに、前記作用力に応じて前記オフセット1及び前記オフセット2が変化することにより、或いは前記直進走行状態において、前記一方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット1が増加し、前記他方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット2が増加することにより、或いは前記直進走行状態において、前記一方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット2が減少し、前記他方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット1が減少することにより、或いは前記車両が前記直進走行状態から離れたときに、前記オフセット1及び前記オフセット2が前記ステアリング機構の回転角度及び前記作用力によって初期値に戻ることにより、或いは前記オフセット1及び前記オフセット2は徐々に変化し、前記初期値には徐々に戻ることにより、或いは前記一方向用電流指令値及び前記他方向用電流指令値の変化特性を変更できることにより、或いは前記作用力がセルフアライニングトルク又は操舵トルクであることにより、より効果的に達成される。
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、冗長系を構成する多系統駆動系に対してそれぞれ、手入力(操舵トルク)に対する多系統電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、多系統駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行うようになっているので、不感帯と不連続(変極点)もなくなり、運転者に不快感を与えることがない。また、電気系システムのハンドルセンター付近に不感帯がなく、右操舵時と左操舵時が不均衡となるように左右操舵の電流指令値を個別に演算して制御しているので、不連続(変極点)もなくなる。
操舵トルクに対する多系統電流指令値特性によりそれぞれアシスト制御しているので、制御不可能領域もなくなる。
また、手入力(操舵トルク)の大きい方では、モータ内のトルク発生が同位相となり、その結果アシスト出力も大きくなり、効果的な操舵アシストを実現できる。多系統をそれぞれ別個の駆動系(電流指令値)で制御しているので、1つの系統が故障若しくは異常となった場合でも、他の正常な駆動系によってバックアップしてアシスト制御を継続することができる。
更に、ハンドルセンター付近に左右操舵の電流指令値のオフセットをそれぞれ設定し、車両の横流れ(片流れ)を検出して各オフセットを調整することにより、横流れによる運転者の負担を軽減することができる。
本発明は、操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータ(GDMでも可)を介してモータを駆動制御し、モータにより車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置である。本発明は、従来問題となっていた電気系システムの不感帯を無くすと共に、冗長系を構成する電動パワーステアリング装置としている。モータが多系統モータ(少なくとも2系統モータ)であり、モータの各系統巻線毎にインバータを具備して多系統(少なくとも2系統)の駆動系を構成し、多系統の各駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、各駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行うようになっている。
各電流指令値特性は手入力(操舵トルク)のゼロ近辺、つまりハンドルセンター付近でオフセットを有しており、操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って曲線的に大きくなる特性である。平坦特性、オフセット、曲線状の度合いなどはチューニング可能であり、車速感応であっても良い。
本発明によれば、各電流指令値に不感帯と不連続(変極点)な出力特性がないので、運転者に不快感を与えることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。また、モータは多系統結線(少なくとも2系統巻線)になっており、各系統巻線が別個に駆動制御されるようになっているので、省スペースの上でも大きな利点がある。
更に、ハンドルセンター付近において左右操舵が実施されているので、操舵フィーリングが一層向上する。更に、車両の走行状態を判定し、走行状態の判定結果及びステアリング機構に付加する作用力(セルフアライニングトルク(SAT)、操舵トルク、コラム軸の反力等)に基づいてオフセットF1及びF2を調整し、横流れに対してアシストがかかるようにしているので、運転者の負担が軽減する。
なお、本発明は図1に示すようなコラムアシスト型に適用できるが、本実施形態の構成が適用可能であれば、ラックアシスト型やピニオンアシスト型でも良く、それぞれ舵角可変装置付きにも適用可能である。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
先ず、本発明に適用する多系統モ−タを有する3相モータについて、2系統モータの例を図4及び図5に挙げて説明する。
図4はスター結線の3相モータを示しており、1系統がU相巻線UW1、V相巻線VW1、W相巻線WW1で構成され、他の1系統がU相巻線UW2、V相巻線VW2、W相巻線WW2で構成されている。巻線UW1〜WW1又は巻線UW2〜WW2に3相電流を流すことによってモータが駆動される。また、図5はデルタ結線の3相モータを示しており、1系統がU相巻線UW1、V相巻線VW1、W相巻線WW1で構成され、他の1系統がU相巻線UW2、V相巻線VW2、W相巻線WW2で構成されている。巻線UW1〜WW1又は巻線UW2〜WW2に3相電流を流すことによってモータが駆動される。本発明に使用するモータはスター結線でも、デルタ結線でも良い。
このような2系統モータのモータに対して、本発明では、2系統モータのそれぞれを個別に駆動制御する2系統の駆動系を設け、一方の系統(第1系統)を例えば図6の電流指令値特性IC1に基づく電流指令値Iref1で、左右操舵時で不均衡に制御し、他方の系統(第2系統)を例えば図6の電流指令値特性IC2に基づく電流指令値Iref2で、左右操舵時で不均衡に制御する。
図6の電流指令値特性(実効電流値)では、電流指令値特性IC1は、手入力(操舵トルク)が正方向となる右操舵の領域では、所定値T1までほぼ平坦な正方向のオフセットF1を有し、手入力(操舵トルク)が所定値T1を超えてから、大きくなるに従って曲線的に増加し、手入力(操舵トルク)が負方向となる左操舵の領域では、所定値−T4までほぼ平坦な正方向のオフセットF1を有し、手入力(操舵トルク)が所定値−T4を超えてから、負方向に大きくなるに従って曲線的に負方向に増加する、左右操舵で不均衡な特性となっている。負方向の減少特性は車速感応で変化しても良く、チューニングで変化しても良い。また、電流指令値特性IC2は、手入力(操舵トルク)が正方向となる右操舵の領域では、所定値T2までほぼ平坦な負方向のオフセットF2を有し、手入力(操舵トルク)が所定値T2を超えてから、大きくなるに従って曲線的に増加し、手入力(操舵トルク)が負方向となる左操舵の領域では、所定値−T3までほぼ平坦な負方向のオフセットF2を有し、手入力(操舵トルク)が所定値−T3を超えてから、負方向に大きくなるに従って曲線的に負方向に増加する、左右操舵で不均衡な特性となっている。正方向の増加特性は車速感応で変化しても良く、チューニングで変化しても良い。
なお、右操舵と左操舵は逆であっても良く、平坦特性を定める手入力(操舵トルク)の所定値T1,T2,−T3、−T4は任意に設定可能であり、オフセットF1とオフセットF2は異なっていても(不均衡)、同一(均衡)でも良い。特に車両の片流れを防止するためには、不均衡に設定することが望ましい。平坦特性、オフセットF1及びF2、特性IC1及びIC2の各曲線状の度合いは可変であり、車速感応特性であっても良い。車速感応特性の場合、車速が高速になるに従って平坦特性が狭く、オフセットが小さく、曲線状の度合いが大きくなっている。
また、右操舵と左操舵の判別は、例えば図7に示すように操舵角θとモータ角速度ωを用いて、切増し/切戻しを含めて行うこともできる。
図8は本発明の構成例を示しており、2系統モータを有するモータ200を駆動制御するコントロールユニット(ECU)100は、図6の電流指令値特性IC1及びIC2に基づいて、各駆動系毎に操舵トルクTs及び車速Vsに基づいて電流指令値Iref1及びIref2の演算等を行うと共に、左右操舵を判定し、各種補償機能を有するMCU500と、各駆動系を個別にアシスト制御する2系統のGDM(Gate Drive Module)121及び122とを備えている。ECU100には、操舵トルクTs、舵角θ、車速Vs、イグニション信号IGが入力され、電源+Vc、CAN、非CANが接続されている。GDM121及び122にはそれぞれ電流指令値Iref1及びIref2が入力され、GDM121はモータ200の1系統を駆動し、GDM122はモータ200の他の1系統を駆動する。また、GDM121及び122は、モータリレー(接点式又は半導体式)、モニタ及び診断用インタフェース、電流制御部、インバータ、バランス調整機能(ソフト、ハード)等を含んでおり、MCU500は、電流指令値Iref1及びIref2の間の補正機能を具備している。更に、ECU100には、モータ200に接続されたレゾルバ等の回転センサ201からモータ回転信号RSが入力されている。
MCU500は、入力される操舵トルクTs、舵角θ、車速Vs等に基づいて左右操舵の判別を行うと共に、電流指令値特性IC1及びIC2に基づいて操舵トルクTs、車速Vsからそれぞれ電流指令値Iref1及びIref2を演算し、演算した電流指令値Iref1及びIref2をGDM121及び122に入力する。GDM121は、モータ200の第1系統のモータ巻線UW1,VW1,WW1の駆動によってアシスト制御し、GDM122は、モータ200の第2系統のモータ巻線UW2,VW2,WW2の駆動によってアシスト制御する。また、GDM121で計測された電流や電圧等のモニタ値DT1はMCU500にフィードバックされ、GDM122で計測された電流や電圧等のモニタ値DT2はMCU500にフィードバックされる。
更にMCU500は、電流指令値特性IC1のオフセットF1、平坦特性(操舵トルクT1と操舵トルク−T4とのトルク幅)及び曲線状の度合いを設定し、電流指令値Iref1を演算する。また、電流指令値特性IC2のオフセットF2、平坦特性(操舵トルクT2と操舵トルク−T3とのトルク幅)及び曲線状の度合いを設定し、電流指令値Iref2を演算する。電流指令値Iref1及びIref2は、例えば図6に示すような特性を有しているので、ハンドルセンター付近では、電流指令値Iref1及びIref2はいずれもゼロではなく、所定のオフセットF1、F2を有している。つまり、ハンドルセンター付近では、モータの第1系統も第2系統も駆動された状態になっている。従って、ハンドルセンター付近では不感帯は無く、個別に駆動されており、操舵が変極点等によって不連続になることもない。
2系統を、それぞれ電流指令値Iref1及びIref2による別個のGDM121及び122で制御しているので、一方の系統が故障若しくは異常となった場合でも、他方の正常な駆動系によってバックアップしてアシスト制御を継続することができる。
上述の電流指令値Iref1のオフセットF1及び電流指令値Iref2のオフセットF2は、車速感応の場合、いずれも図9に示すように車速Vsが低速時には緩やかに減少し、車速Vsが高速になったときに急激に減少する特性である。車速Vsが低速時には急激に減少し、車速が高速になったときに緩やかに減少する特性であっても良い。また、電流指令値Iref1及びIref2の平坦特性は、いずれも図10に示すように車速Vsが高速になるに従って狭くなる特性であるが、線形に狭くなっても良い。図11は、車速Vsに対する曲線状の度合いの変化例を示しており、曲線状の度合いは車速Vsの増加に従って線形に増加している。車速Vsに対して減少しても良く、或いは非線形に増加減する特性であっても良い。
以上のように電気系システムのハンドルセンター付近に不感帯がなく、右操舵時と左操舵時が不均衡となるように制御することにより、図12に示すように手入力に対して出力は線形で、滑らかな特性となる。特にハンドルセンター付近での不連続が無くなるので、操舵フィーリングが向上する。
本発明の実施形態2では、図13に示すように、一方の系統(第1系統)を例えば右操舵領域の制御に使用し、他方の系統(第2系統)を左操舵の制御に使用する。即ち、手入力(操舵トルク)が正方向となる右操舵の領域では、所定値Taまでほぼ平坦なオフセットF1を有し、手入力(操舵トルク)が所定値Taを超えてから、大きくなるに従って次第に増加する右操舵用電流指令値特性RHとなっている。また、手入力(操舵トルク)が負方向となる左操舵の領域では、所定値−Tbまでほぼ平坦なオフセットF2を有し、手入力(操舵トルク)が所定値−Tbを超えてから、大きくなるに従って次第に増加する左操舵用電流指令値特性LHとなっている。
なお、右操舵と左操舵は逆であっても良く、絶対値|Ta|と絶対値|−Tb|は異なっていても同一でも良く、また、オフセットF1とオフセットF1は異なっていても(不均衡)、同一(均衡)でも良い。特に車両の横流れ(片流れ)を防止するためには、不均衡に設定する。更に、右操舵用電流指令値特性RH及び左操舵用電流指令値特性LHの変化特性は可変であり、それぞれの特性を自由に設定できる。
右操舵と左操舵の判別は前述の図7のように行い、構成は図8と同様である。 MCU500は、入力される操舵トルクTs、舵角θ、車速Vs等に基づいて左右操舵を判別すると共に、右操舵のオフセットF1又は左操舵のオフセットF2を設定し、更に右操舵用電流指令値Iref1又は左操舵用電流指令値Iref2を演算する。右操舵用電流指令値Iref1は、例えば図13に示すような特性RHを有しており、左操舵用電流指令値Iref2は特性LHを有している。ハンドルセンター付近では、右操舵用電流指令値Iref1はゼロではなく、所定のオフセットF1を有しており、左操舵用電流指令値Iref2もゼロではなく、所定のオフセットF2を有している。つまり、ハンドルセンター付近では、モータの第1系統も第2系統も駆動された状態になっている。従って、ハンドルセンター付近では不感帯は無く、右操舵と左操舵が個別に駆動されており、操舵が変極点等によって不連続になることもない。
右操舵用電流指令値Iref1のオフセットF1及び左操舵用電流指令値Iref2のオフセットF2は、いずれも図9に示すような特性であり、図14に示すように車速Vsが低速時には急激に減少し、車速が高速になったときに緩やかに減少する特性であっても良い。
以上のように実施形態2においても、電気系システムのハンドルセンター付近に不感帯がなく、右操舵時と左操舵時が不均衡となるように制御することにより、図12に示すように手入力に対して出力は線形で、ハンドルセンター付近での不連続が無くなり、滑らかな特性となる。
次に、MCU500の具体的な構成例を図15に示して説明する。MCU500は、操舵方向判別部510、オフセット演算部520及び550、電流指令値生成部560、SAT検出部570から構成される。
操舵方向判別部510は、操舵角θ及び回転角度RSを入力し、回転角度RSから角速度ωを算出し、図7に示される区分けに従い操舵角θと角速度ωを用いて操舵方向(左操舵、右操舵)を判別する。判別結果SDは電流指令値生成部560に出力される。
SAT検出部570はSAT値STを検出し、オフセット演算部520、550及び電流指令値生成部560に出力する。SAT値STはSATセンサを設けて検出しても良いし、操舵トルクTsや角速度ω等に基づいて推定しても良い。
オフセット演算部520は、図16に示されるような構成となっており、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを入力し、オフセットF1を算出する。オフセット演算部520は、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STに基づいて車両の直進を判定する直進判定部521を有し、直進判定部521からの判定信号Flgはスイッチ526に入力されて接点526a及び526bを切り替えるようになっている。スイッチ526の接点526aには、オフセットゲイン部522から出力されるオフセットゲインOGが入力されており、直進判定部521が車両の直進を判定したときに判定信号Flgは「1」になり、スイッチ526の接点は接点526aに切り替えられるようになっている。
直進判定部521の構成は例えば図17に示されるようになっており、車速Vsは閾値Vthと比較する比較部543に入力され、回転角度RSは絶対値部541で絶対値化されて閾値RSthと比較する比較部544に入力され、SAT値STは絶対値部542で絶対値化されて閾値STthと比較する比較部545に入力される。比較部543〜545の比較結果は判定部546で判定され、比較部543〜545の比較結果が全て条件を満たしている場合には判定部546は直進信号YSを出力し、直進信号YSによって計時カウンタ547をカウントアップし、その計数値Cntは閾値C1と比較する比較部548に入力される。比較部548の比較結果RCは判定信号出力部549に入力される。一方、比較部543〜545の比較結果の少なくとも1つが条件を満たさない場合には判定部546は非直進信号NSを出力し、非直進信号NSは計時カウンタ547をリセットすると共に判定信号出力部549に入力される。判定信号出力部549は非直進信号NS及び比較結果RCに基づいて判定信号Flgを出力する。
オフセットゲイン部522は、SAT値STに感応してオフセットゲインOGを出力する。図18(A)はオフセットゲイン部522のゲイン特性例を示しており、SAT値STがゼロではオフセットゲインOGはゼロで、SAT値STが大きくなるとオフセットゲインOGも大きくなっている。
オフセット演算部520は、SAT値ST及び回転角度RSに感応してリセットゲインRGを出力するリセットゲイン部523を有しており、リセットゲインRGは乗算部529に入力され、乗算結果MRがスイッチ526の接点526bに入力される。直進判定部521が車両の直進を判定しないときには判定信号Flgは「0」であり、スイッチ526の接点が接点526bに切り替えられる。図19はリセットゲイン部523のゲイン特性例を示しており、SAT値ST及び回転角度RSのいずれが大きくなっても、リセットゲインRGが大きくなる出力ゲイン特性になっている。
スイッチ526の出力は加算部530に入力され、その加算結果は加算部531に入力されると共に、1サンプリング前の値を記憶して保持するメモリユニット527に入力される。メモリユニット527からの1サンプリング前の値が加算部530に入力されて加算されると共に、反転部528で符号を反転されて乗算部529に入力される。乗算部529でのリセットゲインRGとの乗算結果MRがスイッチ526の接点526bに入力される。加算部531でオフセット初期値524を加算された加算結果はリミッタ525に入力され、リミッタ525で制限された信号がオフセットF1として出力される。
オフセット演算部550はオフセット演算部520と同じ構成となっており、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを入力し、オフセットF2を算出するが、オフセットゲイン部のゲイン特性がオフセット演算部520と異なっている。図18(B)はオフセット演算部550のオフセットゲイン部のゲイン特性例を示しており、SAT値STがゼロではオフセットゲインOGはゼロで、SAT値STが大きくなるとオフセットゲインOGは小さくなっている。
電流指令値生成部560は、例えば図2に示されている電流指令値演算部、電流制限部、補償信号生成部、加算部及び減算部で構成されている。電流指令値生成部560の電流指令値演算部が演算する電流指令値Irefは、例えば図6又は図13に示されるような特性を有しており、オフセット演算部520から出力されるオフセットF1及びオフセット演算部550から出力されるオフセットF2が使用される。
このような構成において、その動作例を図20及び図21のフローチャートを参照して説明する。
動作がスタートすると、操舵方向判別部510は操舵角θ及び回転角度RSを読み込み、回転角度RSから角速度ωを算出し、図7に示される区分けに従い操舵方向を判別し、判別結果SD(左操舵、右操舵)を出力する(ステップS1)。
SAT検出部570はSAT値STを検出し、オフセット演算部520、550及び電流指令値生成部560に出力する(ステップS2)。
オフセット演算部520は、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを用いてオフセットF1を算出する(ステップS3)。
オフセットF1の算出では、先ず直進判定部521が車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを読み込む(ステップS31)。SAT値STはオフセットゲイン部522及びリセットゲイン部523にも入力され、回転角度RSはリセットゲイン部523にも入力される。
直進判定部521に読み込まれた車速Vsは比較部543に入力され、比較部543で車速Vsが閾値Vth以上であるか否かを判定し(ステップS32)、車速Vsが閾値Vth以上の場合には、絶対値部541で絶対値化された回転角度RSの絶対値|RS|が閾値RSth以下であるか否かを判定し(ステップS33)、回転角度RSの絶対値|RS|が閾値RSth以下であれば更に、絶対値部542で絶対値化されたSAT値STの絶対値|ST|が閾値STth以下であるか否かを判定する(ステップS34)。車速Vsが高い状態は直進状態を精度良く検出でき、直進状態では一般的に回転角度とSATが小さいことに基づく判定である。なお、ステップS32〜S34の順番は任意であり、適宜変更可能である。
比較部543〜545の比較結果は判定部546に入力されて、上記全ての条件が満たされたときに判定部546は直進信号YSを出力し、時間経過を計測する計時カウンタ547の計数値Cntを「+1」し(ステップS35)、次に計数値Cntが閾値C1より大きくなったか否か、つまり所定時間を経過したか否かを比較部548で判定する(ステップS36)。計数値Cntが閾値C1より大きくなり所定時間を経過した場合には、比較部548は比較結果RCを判定信号出力部549に出力し、判定信号出力部549は判定信号Flgを「1」とし(ステップS37)、スイッチ526の接点を526aに切り替える。そして、オフセットゲイン部522がSAT値STを用いて図18(A)で示される特性で設定したオフセットゲインOGがスイッチ526を経て加算部530に入力され、メモリユニット527の1サンプリング前のデータが加算され、加算部531に入力される。路面の傾斜などにより直進走行感(オンセンター感)の低下が発生し、タイヤの向きを変えようとする反力(SAT)が発生することを利用して、横流れ(片流れ)を検出し、オフセットを調整している。
一方、上記ステップS32において、車速Vsが閾値Vthより小さい場合、或いは上記ステップS33において、回転角度RSの絶対値|RS|が閾値RSthより大きい場合、或いは上記ステップS34において、SAT値STの絶対値|ST|が閾値STthより大きい場合には、判定部546は非直進信号NSを計時カウンタ547及び判定信号出力部549に出力する。これにより、計時カウンタ547の計数値Cntが0にリセットされると共に、判定信号出力部549から出力される判定信号Flgが「0」にされ、スイッチ526の接点が接点526bに切り替えられる(ステップS38)。この切り替えにより、メモリユニット527の1サンプリング前のデータが反転部528で符号反転されて乗算部529に入力され、リセットゲイン部523で図19に示される特性で設定されたリセットゲインRGを乗算された乗算結果MRが、スイッチ526を経て加算部530に入力され、更に加算部531に入力される。この場合、直進状態から離れ、オフセットゲインOGは徐々にゼロに近付き、最終的にゼロとなる。
加算部531ではオフセット初期値524が加算され(ステップS39)、リミッタ525で最大値及び最小値(0より大きい値)を制限されて、オフセットF1として出力される。
オフセット演算部550は、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを用いてオフセットF2を算出する(ステップS4)。オフセットF2の算出はオフセットF1の算出と同様の処理であるから、説明は省略する。なお、オフセットゲイン部のオフセットゲイン設定では、図18(B)で示される特性が使用される。
電流指令値生成部560は、オフセット演算部520から出力されたオフセットF1及びオフセット演算部550から出力されたオフセットF2を用いて、例えば図6又は図13に示されるような特性を電流指令値Irefに付与し、操舵方向判別部510から出力された判別結果SDに基づいて右操舵用電流指令値Iref1又は/及び左操舵用電流指令値Iref2を出力する(ステップS5)。ハンドルセンター付近では、右操舵用電流指令値Iref1及び左操舵用電流指令値Iref2は共にゼロではないので、モータの第1系統も第2系統も駆動された状態になっている。従って、ハンドルセンター付近では不感帯は無く、右操舵と左操舵が個別に駆動されており、操舵が変極点等によって不連続になることもない。
なお、オフセット演算部520のオフセットゲイン部522のゲイン特性は、図22(A)に示されるような、SAT値STがゼロ以下ではオフセットゲインがゼロとなる特性でも良い。同様に、オフセット演算部550のオフセットゲイン部のゲイン特性は、図22(B)に示されるような、SAT値STがゼロ以上ではオフセットゲインがゼロとなる特性でも良い。この場合、作用力(例えばSAT値)が正方向となる右操舵の領域ではオフセットF1のみが変化し、作用力が負方向となる左操舵の領域ではオフセットF2のみが変化することになる。或いは、オフセット演算部520のオフセットゲイン部522のゲイン特性を図22(C)に示されるようなSAT値STがゼロ以上ではオフセットゲインがゼロとなる特性とし、オフセット演算部550のオフセットゲイン部のゲイン特性を図22(D)に示されるようなSAT値STがゼロ以下ではオフセットゲインがゼロとなる特性としても良い。この場合、作用力が正方向となる右操舵の領域ではオフセットF2のみが変化し、作用力が負方向となる左操舵の領域ではオフセットF1のみが変化することになる。また、オフセット演算部520のオフセットゲイン部522のゲイン特性とオフセット演算部550のオフセットゲイン部のゲイン特性は、変化の割合(直線の傾きの絶対値)が同じでなくても良く、直線状ではなく曲線状に変化しても良い。このような特性にすることにより、走行環境等に合わせた適切な調整を行うことができる。
上記実施例1では、オフセットF1及びオフセットF2はSAT値に応じて変化しているが、SAT値に加えて車速に応じて可変としても良い。車速に応じてオフセットが可変となるように、例えばオフセット演算部に機能を追加する。
本機能を追加したオフセット演算部の構成例(実施例2)のブロック図を図23に示す。図16に示される実施例1のオフセット演算部520に対して、車速感応ゲイン部532及び乗算部533が追加され、他の構成は実施例1と同じである。実施例と同じ構成については動作も同じであるので、説明は省略する。
車速感応ゲイン部532は、車速Vsに感応して車速ゲインVGを出力する。図24(A)は車速感応ゲイン部532のゲイン特性例を示しており、車速Vsが低速時には緩やかに減少し、車速が高速になったときに急激に減少する特性となっている。図24(B)に示すように、車速Vsが低速時には急激に減少し、車速が高速になったときに緩やかに減少する特性であっても良い。
オフセット演算部580は、オフセット演算部520と同様に、車速Vs、回転角度RS及びSAT値STを入力し、オフセットF1を算出する。リミッタ525で最大値及び最小値を制限されたオフセットF1は、乗算部533で車速ゲインVGを乗算されて、出力される。
オフセットF2に対しても、同様の構成及び動作により、車速ゲインが乗算される。
オフセットを車速に応じても変化させることにより、ハンドルセンター付近での電流指令値の調整が走行状態に合わせて適切に行われるので、操舵フィーリングを向上させることができる。
実施例1では、ステアリング機構に付加する作用力としてSAT値STを使用しているが、操舵トルクTsを使用しても良い。
図25は、作用力として操舵トルクTsを用いた場合のMCUの構成例を示しており、図15に示されるMCU500に対してSAT検出部570が削除され、オフセット演算部にSAT値STの代わりに操舵トルクTsが入力されている。よって、図16に示される直進判定部、オフセットゲイン部及びリセットゲイン部にはSAT値STの代わりに操舵トルクTsが入力されることになる。その他の構成は図15の形態と同一である。SATの検出を行う必要がないため、構成がより簡易となる。
オフセット演算部620及び650の動作は、SAT値STの代わりに操舵トルクTsを使用していることのみが図15のオフセット演算部520及び550と相違しており、その他の動作は全く同一であり、同様な効果が得られる。
以上のように、本発明によれば、電気系システムのハンドルセンター付近に不感帯がなく、右操舵時と左操舵時が不均衡となるように制御することにより、図26(A)に示すように手入力に対して出力は線形で、滑らかな特性となる。特にハンドルセンター付近での不連続が無くなるので、操舵フィーリングが向上する。更に、直進走行状態において横流れが発生しても、電流指令値のオフセットが調整されることにより、手入力に対する出力の特性が例えば図26(B)に示すようにシフトし、出力が補正されるので、運転者の負担が軽減する。
なお、上述の実施形態では、MCUはオフセット演算部を2つ有しているが、1つのオフセット演算部でオフセットF1及びF2を算出する構成としても良い。これにより、構成を簡易にすることができる。
また、上述の実施形態では2系統モータ巻線を有するモータを例に挙げて説明したが、3系統以上の多系統モータを有するモータにも適用できる。更に、上述の実施形態ではGDMによってモータを駆動制御しているが、PI制御部、PWM制御部、インバータ等の構成であっても良い。上述の左右操舵の説明は、当然逆であっても良い。
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
14 舵角センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
40 CAN
100 コントロールユニット(ECU)
121,122 GDM
200 2系統モータ
201 回転センサ
500 MCU
510 操舵方向判定部
520 オフセット演算部
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
14 舵角センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
40 CAN
100 コントロールユニット(ECU)
121,122 GDM
200 2系統モータ
201 回転センサ
500 MCU
510 操舵方向判定部
520 オフセット演算部
Claims (23)
- 操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、前記モータにより車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置において、
前記モータが多系統モータであり、前記モータの各系統巻線毎に前記インバータを有する多系統駆動系を具備し、前記多系統駆動系に対してそれぞれ、操舵トルクに対する多系統電流指令値特性を左右操舵時に不均衡となるように与え、前記多系統駆動系が別個の電流指令値特性に応じたアシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記多系統電流指令値特性が、ハンドルセンター付近においてオフセットを有しており、操舵トルクの絶対値が大きくなるに従ってオフセット量の差が大きくなる特性である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記オフセットの度合いが可変である請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記可変が車速感応特性である請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記車速感応特性が、車速が高速になるに従ってハンドルセンター付近のオフセットが小さく、前記オフセット量の差の度合いが大きく又は小さくなっている請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記多系統モータ、前記多系統駆動系及び前記多系統電流指令値特性が、いずれも少なくとも2系統である請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータがスター結線の2系統巻線である請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータがデルタ結線の2系統巻線である請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記多系統モータ、前記多系統駆動系及び前記多系統電流指令値特性がいずれも2系統であり、一方向用電流指令値により2系統モータの一部を一方向領域に使用すると共に、他方向用電流指令値により前記2系統モータの他部を他方向領域に使用するようになっている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- ハンドルセンター付近において、前記一方向用電流指令値がオフセット1を有し、前記他方向用電流指令値がオフセット2を有している請求項9に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記一方向領域において、操舵トルクが大きくなるに従って前記一方向用電流指令値が増加し、前記他方向領域において、前記操舵トルクが大きくなるに従って前記他方向用電流指令値が増加する請求項10に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記一方向用電流指令値及び前記他方向用電流指令値の変化特性を可変できる請求項11に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記オフセット1及び前記オフセット2が等しい請求項10乃至12のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記オフセット1及び前記オフセット2が相違している請求項10乃至12のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記オフセット1及び前記オフセット2が車速に応じて変化する請求項13に記載の電動パワーステアリング装置。
- 操舵指令となる電流指令値に基づいてインバータを介してモータを駆動制御し、前記モータにより車両のステアリング機構にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置において、
前記モータが少なくとも2系統モータであり、前記モータの系統巻線毎に前記インバータを具備し、一方向用電流指令値により前記少なくとも2系統モータの一部を一方向領域に使用すると共に、他方向用電流指令値により前記少なくとも2系統モータの他部を他方向領域に使用し、ハンドルセンター付近において、前記一方向用電流指令値がオフセット1を有し、前記他方向用電流指令値がオフセット2を有し、前記車両の走行状態及び前記ステアリング機構に付加する作用力に基づいて前記オフセット1及び前記オフセット2が算出されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記車両の走行状態が直進走行状態のときに、前記作用力に応じて前記オフセット1及び前記オフセット2が変化する請求項16に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記直進走行状態において、前記一方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット1が増加し、前記他方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット2が増加する請求項17に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記直進走行状態において、前記一方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット2が減少し、前記他方向領域では前記作用力が大きくなるに従って前記オフセット1が減少する請求項17又は18に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記車両が前記直進走行状態から離れたときに、前記オフセット1及び前記オフセット2が前記ステアリング機構の回転角度及び前記作用力によって初期値に戻る請求項17乃至19のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記オフセット1及び前記オフセット2は徐々に変化し、前記初期値には徐々に戻る請求項17乃至20のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記一方向用電流指令値及び前記他方向用電流指令値の変化特性を変更できる請求項16に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記作用力がセルフアライニングトルク又は操舵トルクである請求項16乃至22のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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