JP6249134B2 - 電動パワーステアリング装置及びそれに設定されるパラメータを決定する制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流指令値を演算するアシストマップと、操舵角度情報としてのコラム角（コラム出力側角度）若しくはハンドル角（コラム入力側角度）に基づいて、補償信号を演算して電流指令値を補償するＳＡＴ（セルフアライニングトルク）補償部兼仮想バネ補償部とにより、オンセンタ（中立点付近）で所望の操舵特性（微小微舵速領域）を実現する電動パワーステアリング装置及びそれに設定されるパラメータを決定する制御装置に関する。

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）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）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操舵補助力を付与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、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（ステアリングホイール）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にはトーションバー（図示せず）が介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル１の操舵角θを検出する舵角センサ１４、操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０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Ｔｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令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値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。

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Ｖｅｌ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ＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）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Ｔｈ及び車速センサ１２（若しくはＣＡＮ４０）からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１はアシストマップを用いて車速Ｖｅｌをパラメータとする電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部３２で位相補償され、位相補償された電流指令値Ｉｒｅｆ２が加算部３３に入力される。また、操舵トルクＴｈは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部３５に入力され、微分補償された操舵トルクＴｈｄは加算部３３に入力され、加算部３３は電流指令値Ｉｒｅｆ２と操舵トルクＴｈｄを加算し、その加算結果である電流指令値Ｉｒｅｆ３を減算部３４に入力する。

減算部３４は、電流指令値Ｉｒｅｆ３とフィードバックされているモータ電流Ｉｍとの偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｍ）を求め、偏差Ｉｒｅｆ４は電流制御部３６でＰＩ制御等を施され、電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティを演算され、インバータ３８を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３９で検出され、減算部３４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、オンセンタ感を向上させるための手段として、例えばＷＯ ２０１１／１０１９７９（特許文献１）に開示されているように、ＳＡＴ（セルフアライニングトルク）を用いてフィードバックする方法が提案されている。

ＷＯ ２０１１／１０１９７９

しかしながら、特許文献１に示される制御装置では、オンセンタでの微小な操舵においては、機械的な摩擦、トーションバーのバネ性等の影響により、ＳＡＴを検出することが極めて難しいため、摩擦感のような非線形的な操舵感になり、所望の操舵特性を成立させるのが難しい問題がある。

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、簡易的な制御構成により、操舵角度情報としてのコラム角若しくはハンドル角に基づいてオンセンタの微小な操舵での所望の操舵特性を実現し、摩擦感を抑制し線形的なオンセンタの操舵フィーリングを向上させる電動パワーステアリング装置及びそれに設定されるパラメータを決定する制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に関連するアシストマップを用いて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、コラム軸にトーションバーを具備している操舵系をアシスト制御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、操舵角度情報としてハンドル角及びコラム角を検出する機能を有し、前記コラム角若しくは前記ハンドル角及び前記車速に基づいて、前記コラム角若しくは前記ハンドル角に応じたＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを演算し、電流変換係数により前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクを変換した補償信号を出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部を設け、前記補償信号により前記電流指令値を補償し、オンセンタ感の所望特性を得ることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、緩慢操舵における近似関係式と、捩れ角係数を用いたトーションバートルク及びトーションバー捩れ角の関係式１と、ＳＡＴ係数を用いた前記コラム角若しくは前記ハンドル角及びＳＡＴ値の関係式２と、前記アシストマップの傾きＫｍａｐを用いたアシストトルク及び前記トーションバートルクの関係式３と、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を用いた前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルク及び前記コラム角若しくは前記ハンドル角の関係式４とに基づいて、前記コラム角若しくは前記ハンドル角及び前記トーションバートルクの基本関係式を導出するようになっていることにより、或いは前記操舵角度情報を横軸、前記操舵トルクを縦軸として前記基本関係式を表記した場合、前記横軸の前記操舵角度情報に対する操舵トルクの傾きα及び前記縦軸の切片Ｔｒを求め、前記傾きα及び前記切片Ｔｒに基づいて前記傾きＫｍａｐ及び前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を導出するようになっていることにより、或いは前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、ゲイン部、位相補償部、変換係数部で構成されていることにより、或いは前記操舵角度情報が±３０ｄｅｇ以内の範囲となっていることにより、或いは前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、傾き変換係数及び前記傾きＫｍａｐを用いて前記アシストマップの原点からの傾きＫｍａｐ’を設定することにより、或いは前記傾きＫｍａｐ’が前記車速に応じて変化するようになっていることにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、操舵トルク及び車速に関連するアシストマップを用いて、コラム軸にトーションバーを具備している操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置を制御する制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記電動パワーステアリング装置が備える、操舵角度情報及び前記車速に基づいて演算されるＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを電流変換係数により変換した補償信号を出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部並びに前記アシストマップに設定される制御パラメータを演算する制御パラメータ演算部を備えることにより達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車速をパラメータとして操舵トルクに応じて電流指令値を演算し、原点からの傾きを可変できるアシストマップと、車速及びコラム角（コラム出力側角度）或いは車速及びハンドル角（コラム入力側角度）を用いたＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部とを設け、ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクの補償信号で電流指令値を補償している。これにより、オンセンタの緩やかな操舵での所望の操舵特性（微小微舵速操舵領域）を実現している。

制御構成も簡易であり、微小微舵速操舵領域で摩擦感を抑制し線形的なオンセンタの操舵フィーリングを向上することができる。

また、本発明に係る制御装置によれば、車速をパラメータとして操舵トルクに応じて電流指令値を演算し、原点からの傾きを変更できるアシストマップと、車速及び操舵角度情報を用いたＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部とを設け、ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクの補償信号で電流指令値を補償する電動パワーステアリング装置に対して、オンセンタの微小な操舵での所望の微小微舵速操舵領域が得られる制御パラメータを設定しており、この制御パラメータを用いることにより、所望の操舵特性を有し、微小微舵速操舵領域で摩擦感を抑制し、線形的なオンセンタの操舵フィーリングを向上する電動パワーステアリング装置を実現できる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 本発明に係るＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部の構成例を示すブロック図である。 本発明に係るアシストマップの一例を示す特性図である。 センサの装着例及び操舵角度情報の関係を示す模式図である。 トーションバーと操舵角度情報の関係を示す機構図である。 舵角（コラム角）と操舵トルク（トーションバートルク）の関係を模式的に示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明（第１実施形態）のシミュレーション結果を示す特性図である。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 本発明に係るＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部の構成例を示すブロック図である。 本発明（第２実施形態）のシミュレーション結果を示す特性図である。 本発明に係る制御装置（第３実施形態）が制御する電動パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例（第１実施例）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第１実施例）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第２実施例）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第２実施例）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第３実施例）を示すブロック図である。 第３実施形態の表示部の表示例を示す画面図である。

本発明は簡易な制御構成により、オンセンタ（中立点付近）の微小な操舵（緩慢操舵）において所望の操舵特性を実現し、従来より一層摩擦感を抑制し、線形的なオンセンタの操舵フィーリングを向上させる電動パワーステアリング装置である。本発明では、車速をパラメータとして操舵トルクに応じて電流指令値を演算すると共に、原点からの傾きを可変できるアシストマップと、車速と、操舵角度情報としてのコラム角（コラム出力側角度）或いは車速及び操舵角度情報としてのハンドル角（コラム入力側角度）とに基づいて、ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償を行う補償信号を演算するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部とを設け、補償信号で電流指令値を補償することによって、オンセンタにおける緩慢操舵での所望の操舵特性（微小微舵速操舵領域）を実現している。

また、本発明に係る制御装置は、簡易な制御構成により、オンセンタ緩慢操舵において所望の操舵特性を実現し、従来より一層摩擦感を抑制し、線形的なオンセンタの操舵フィーリングを向上させるものであり、アシストマップの初期勾配とＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部に設定されるＳＡＰ補償兼仮想バネ係数を、制御パラメータとして算出して設定することにより、簡易にセンタ感をチューニングできるようにしている。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図３は本発明の構成例（第１実施形態）を図２に対応させて示しており、車速Ｖｅｌ及び操舵角度情報θとしてコラム角θｃを入力して補償信号Ｉｓｋを出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００が設けられている。ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００で算出された補償信号Ｉｓｋは加算部３３に入力されて加算処理され、電流指令値Ｉｒｅｆ２を補償する。ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償された電流指令値Ｉｒｅｆ３によって、モータ２０を駆動する。

ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００の構成は、例えば図４に示すようになっている。操舵角度情報θ（コラム角θｃ）は車速感応のゲイン部１０１に入力され、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂでゲイン倍された仮想バネトルクＴｓｋ’［Ｎｍ］は、チューニングの幅を持たせるための位相補償部１０２に入力される。位相補償部１０２は、仮想バネトルクＴｓｋ’［Ｎｍ］に基づいて位相補償した仮想バネトルクＴｓｋ［Ｎｍ］を算出し、算出された仮想バネトルクＴｓｋはモータ電流［Ａ］に換算するための変換係数部１０３に入力され、電流変換係数で電流値に換算された補償信号Ｉｓｋが出力される。

また、本発明では電流指令値演算部３１内のアシストマップの原点からの傾きを、図５に示すように傾きＫｍａｐ’に設定する。Ｃｉをコラム軸トルク［Ｎｍ］からモータ電流［Ａ］への傾き変換係数とし、後述の数６で使用する傾きＫｍａｐを用いて下記数１により、傾きＫｍａｐ’を設定する。傾きＫｍａｐ’は電流指令値演算部３１に入力され、アシストマップの原点からの傾きＫｍａｐ’に調整される。なお、傾きＫｍａｐ’は車速Ｖｅｌに応じて変化する。

コラム軸（ハンドル軸）２にトーションバーを具備する電動パワーステアリング装置では、例えば図６に示すような各種センサがトーションバー２３を挟むコラム軸２に装着され、角度が検出される。即ち、ハンドル軸２のハンドル１側の入力シャフト２Ａには、角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及びトルクセンサ入力側ロータの２０°ロータセンサ２２が装着されている。ホールＩＣセンサ２１は２９６°周期のＡＳ＿ＩＳ角度θｎを出力する。トーションバー２３よりもハンドル１側に装着された２０°ロータセンサ２２は、２０°周期のコラム入力側角度信号θｈ１を出力し、コラム入力側角度信号θｈ１は舵角演算部５０に入力される。また、ハンドル軸２の出力シャフト２Ｂには、トルクセンサ出力側ロータの４０°ロータセンサ２４が装着されており、４０°ロータセンサ２４からコラム出力側角度信号θｃ１が出力され、コラム出力側角度信号θｃ１は舵角演算部５０に入力される。操舵角度情報としてのコラム入力側角度信号θｈ１及びコラム出力側角度信号θｃ１は共に舵角演算部５０で絶対角度に演算され、舵角演算部５０から絶対角度のハンドル角θｈ及びコラム角θｃが操舵角度情報として出力される。このようにして検出されるコラム角θｃが、ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００に入力される。

ここで、トーションバートルクをＴｔ、コラム角速度をωc、検出したトーションバートルクＴｔに応じたアシストトルクをＴａ、コラム角θｃに応じたＳＡＴ補償兼仮想バネトルクをＴｂ、検出若しくは推定されたＳＡＴ（セルフアライニングトルク）値をＴｓａｔ、摩擦トルクをＴｆとしたとき、比較的ゆっくり若しくは緩やかな操舵（以下、「緩慢操舵」とする）での関係式は、近似的に下記数２で表わせる。数２を、以下では、「緩慢操舵における第１近似関係式」とする。

一方、トーションバー捩れ角Δθ、ハンドル角θh、コラム角θcの関係は、図７に示すようになり、下記数３が成立する。

また、トーションバートルクＴｔとトーションバー捩れ角Δθの関係は、Ｋｔを捩れ角係数として、下記数４の関係式で表わせる。

そして、コラム角θcとＳＡＴ値Ｔｓａｔの関係が線形であるとすると、ＫｓａｔをＳＡＴ係数として、下記数５の関係式が成立する。

また、アシストトルクＴａが検出したトーションバートルクＴｔに対して線形で表されるとすると、Ｋｍａｐを傾きとして、下記数６の関係式が成立する。

ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクＴｂがコラム角θcに対して線形で表されるとすると、ＫｂをＳＡＴ補償兼仮想バネ定数として、下記数７の関係式が成立する。

以上の関係式から、コラム角θｃとトーションバートルクＴｔの関係式を導出すると、下記数８となる。

上記数８から、操舵角度情報θ（ハンドル角θｈ［ｄｅｇ］）と操舵トルク（トーションバートルクＴｔ）［Ｎｍ］を模式的に図で表すと、図８になる。Ｘ軸（横軸）がハンドル角θｈ[ｄｅｇ]であり、Ｙ軸（縦軸）がトーションバートルクＴｔ[Ｎｍ]である。ただし、Ｙ軸との切片Ｔｒ[Ｎｍ]とハンドル角θｈ[ｄｅｇ]に対する操舵トルクの傾きα[Ｎｍ／ｄｅｇ]は、下記数９及び数１０で表される。

次に、所望のトーションバートルクＴｔと操舵トルクの傾きαから傾きＫｍａｐを導出すると下記数１１となり、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂは下記数１２となる。

このような構成において、その動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

先ず検出された操舵トルクＴｈを入力し（ステップＳ１）、次いで車速Ｖｅｌを入力し（ステップＳ２）、ハンドル角θｈ及びコラム角θｃを入力する（ステップＳ３）。これら入力の順番は適宜変更可能である。ゲイン部１０１はコラム角θｃ及び車速Ｖｅｌに基づいて仮想バネトルクＴｓｋ’を求め（ステップＳ１０）、位相補償部１０２は仮想バネトルクＴｓｋ’に基づいて仮想バネトルクＴｓｋを算出する（ステップＳ２０）。

位相補償部１０２からの仮想バネトルクＴｓｋは変換係数部１０３に入力され、電流に変換する電流変換係数を乗算されて補償信号Ｉｓｋが出力される（ステップＳ３０）。その後、電流指令値演算部３１は、傾きＫｍａｐ’のアシストマップを用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する（ステップＳ４１）。変換係数部１０３からの補償信号Ｉｓｋが加算部３３に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ２が補償信号Ｉｓｋによって補償される（ステップＳ４２）。

車両モデルと電動パワーステアリング装置を考慮した第１実施形態のシミュレーション結果を、図１０に示す。車速１００ｋｐｈ、ハンドル角を５ｄｅｇ、０．２Ｈｚで操舵したときのコラム角θｃとトーションバートルクＴｔの線図を示す。細線と太線は、切片Ｔｒと傾きαの設定値を以下の値にした場合の、アシストマップの初期勾配Ｋｍａｐ’［Ａ／Ｎｍ］、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂ[Ｎｍ／ｄｅｇ]を適用した。

細線：Ｔｒ＝０．５［Ｎｍ］、α＝０．２[Ｎｍ／ｄｅｇ]
太線：Ｔｒ＝０．２５［Ｎｍ］、α＝０．２[Ｎｍ／ｄｅｇ]
本発明の第１実施形態は、図１０に示すような所望の特性（切片Ｔｒ，傾きα）を逆算して傾きＫｍａｐ、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂを算出している。ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂ及び傾きＫｍａｐは予め求められており、例えば車速に応じた特性のマップでも良い。また、コラム角は、コラム角を直接検出する角度センサでも良いし、ハンドル角とトーションバー捩れ角を組み合わせて求めたものでも良い。

次に、操舵角度情報θとしてハンドル角（コラム出力側角度）θｈを用いる第２実施形態を説明する。

その構成は、図３に対応させて示す図１１であり、ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００Ａには車速Ｖｅｌ及び操舵角度情報としてハンドル角θｈが入力され、補償信号Ｉｓｋは加算部３３に入力される。ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００Ａの詳細構成は、図４に対応させて示す図１２であり、ハンドル角θｈが車速感応のゲイン部１０１Ａに入力され、ＳＡＴ補償部兼仮想バネ定数Ｋｂでゲイン倍された仮想バネトルクＴｓｋ’［Ｎｍ］が位相補償部１０２に入力される。

第２実施形態では、トーションバートルクＴｔ、コラム角速度ωc、アシストトルクＴａ、ＳＡＴ補償兼仮想バネトルクＴｂ、ＳＡＴ値をＴｓａｔ、摩擦トルクＴｆに対して、緩慢操舵での関係式は、近似的に下記数１３で表わせる。数１３を、以下では、「緩慢操舵における第２近似関係式」とする。

第２実施形態においても、トーションバー捩れ角Δθ、ハンドル角θh、コラム角θcの関係は図７に示すようになり、前記数３が成立し、トーションバートルクＴｔとトーションバー捩れ角Δθの関係は、前記数４で表わせる。同様に、ハンドル角θｈとＳＡＴ値Ｔｓａｔの関係が線形であるとすると、前記数５の関係式が成立し、アシストトルクＴａが検出したトーションバートルクＴｔに対して線形で表されるとすると前記数６の関係式が成立する。そして、ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクＴｂがハンドル角θｈに対して線形で表されるとすると、下記数１４の関係式が成立する。

以上の関係式から、ハンドル角θｈとトーションバートルクＴｔの関係式を導出すると、下記数１５となる。

上記数１５から、操舵角度情報（ハンドル角θｈ）［ｄｅｇ］と操舵トルク（トーションバートルクＴｔ）［Ｎｍ］を図で表すと図８になるが、第２実施形態では、Ｙ軸との切片Ｔｒ[Ｎｍ]とハンドル角θｈに対する操舵トルクの傾きα[Ｎｍ／ｄｅｇ]は、下記数１６及び数１７で表される。

次に、所望のトーションバートルクＴｔと操舵トルクの傾きαから傾きＫｍａｐを導出すると下記数１８となり、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂは前記数１２となる。

このような構成において、その動作例は図９のフローチャートと同様であり、ゲイン部１０１Ａがハンドル角θｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて仮想バネトルクＴｓｋ’を求めるステップ（ステップＳ１０）のみが、第１実施形態と相違している。

車両モデルと電動パワーステアリング装置を考慮した第２実施形態のシミュレーション結果を、図１３に示す。車速１００ｋｐｈ、ハンドル角を５ｄｅｇ、０．２Ｈｚで操舵したときのハンドルム角θｈとトーションバートルクＴｔの線図を示す。細線と太線は、切片Ｔｒと傾きαの設定値を以下の値にした場合の、アシストマップの初期勾配Ｋｍａｐ’［Ａ／Ｎｍ］、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂ[Ｎｍ／ｄｅｇ]を適用した。

細線：Ｔｒ＝０．５［Ｎｍ］、α＝０．２[Ｎｍ／ｄｅｇ]
太線：Ｔｒ＝０．２５［Ｎｍ］、α＝０．２[Ｎｍ／ｄｅｇ]
本発明は図１３に示すような所望の特性（切片Ｔｒ，傾きα）を逆算して傾きＫｍａｐ、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂを算出しており、ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数Ｋｂ及び傾きＫｍａｐは予め求められており、例えば車速に応じた特性のマップでも良い。

また、ハンドル角は、ハンドル角を直接検出する角度センサでも良いよいし、或いはモータ角度と減速比の関係から求めた角度でも良く、或いはコラム角とトーションバー捩れ角から求めた角度でも良い。また、トーションバー捩れ角は、捩れ角を直接検出するトーションバートルクセンサでも良いし、ハンドル角とコラム角の偏差から求めたものでも良い。

ここで、電動パワーステアリング装置内の電流指令値演算部が用いるアシストマップの初期勾配を図５に示すようにＫｍａｐ’に設定し、傾き変換係数Ｃｉを用いると、初期勾配Ｋｍａｐ’は前記数１より算出される。よって、摩擦トルクＴｆ，捩れ角係数Ｋｔ，ＳＡＴ係数Ｋｓａｔ及び傾き変換係数Ｃｉを既知として、所望の切片Ｔｒと傾きαを設定することにより、コラム角θｃの場合は数１１、数１２及び数１９を用いて、ハンドル角θｈの場合は数１１、数１８及び数１９を用いてアシストマップの初期勾配Ｋｍａｐ’とＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂを求めることができる。なお、初期勾配Ｋｍａｐ’とＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂは車速Ｖｅｌに応じて変化するので、予め設定された複数の車速（以下、「設定車速」とする）Ｖｓ毎に初期勾配Ｋｍａｐ’とＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂを求める。

本発明に係る制御装置が制御する電動パワーステアリング装置について説明する。

図１４は本発明に係る制御装置が制御する電動パワーステアリング装置の構成例第３実施形態を図２及び図３に対応させて示しており、本例では操舵角度情報としてコラム角θｃを使用しており、車速Ｖｅｌ及びコラム角θｃを入力して補償信号Ｉｓｋを出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００が設けられている。ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００で算出された補償信号Ｉｓｋは加算部３３に入力されて加算処理され、電流指令値Ｉｒｅｆ２を補償する。ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償された電流指令値Ｉｒｅｆ３によって、モータ２０を駆動する。制御装置６０で演算されたアシストマップの初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂが、それぞれ電流指令値演算部３１及びＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００に設定車速Ｖｓと共に設定される。

ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００の構成は、例えば図１５に示すようになっている。制御装置６０で演算されたＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂが設定された車速感応のゲイン部１０１にコラム角θｃが入力され、ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂでゲイン倍されたＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクＴｂ［Ｎｍ］は位相補償部１０２に入力される。位相補償部１０２は、位相補償した仮想バネトルクＴｓｋ［Ｎｍ］を算出し、仮想バネトルクＴｓｋは変換係数部１０３に入力され、電流値に換算された補償信号Ｉｓｋが出力される。

コラム軸（ハンドル軸）２にトーションバーを具備する電動パワーステアリング装置では、例えば図６に示すような各種センサがトーションバー２３を挟むコラム軸２に装着され、角度が検出される。検出されたコラム角θｃが、ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００に入力される。

このような構成の電動パワーステアリング装置において、その動作例は図９のフローチャートに示されており、ＳＡＴ補償兼仮想バネ補償トルクＴｂの算出（ステップＳ１０）及び電流指令値Ｉｒｅｆ１の算出（ステップＳ４１）において、設定車速Ｖｓの中に車速Ｖｅｌと一致するものがない場合、車速Ｖｅｌに最も近い設定車速に対するＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂ及び初期勾配Ｋｍａｐ’を使用する。操舵角度情報としてハンドル角θｈを使用する場合の構成及び動作は、上述の構成例及び動作例と同様である。

本発明に係る制御装置は、上述のように、電流指令値演算部３１及びＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００に設定される初期勾配Ｋｍａｐ及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂを演算する。

以下に、本発明に係る制御装置（第３実施形態）の実施例を、図面を参照して説明する。

図１６は本発明の第１実施例を示すブロック図であり、本第１実施例では、制御装置６０は、データ入力部６１、制御パラメータ演算部６２及びメモリ６３を備える。

データ入力部６１はキーボードやタブレット等を有し、所望の操舵特性の切片Ｔｒ及び傾きα並びに設定車速Ｖｓを取得する。メモリ６３には、摩擦トルクＴｆ、捩れ角係数Ｋｔ、ＳＡＴ係数Ｋｓａｔ及び傾き変換係数Ｃｉ（以下、纏めて「特性組成データ」とする）が格納されている。制御パラメータ演算部６２は、所望の操舵特性の切片Ｔｒ及び傾きαとメモリ６３に格納されている特性組成データを用いて、設定車速Ｖｓに対する制御パラメータ（初期勾配Ｋｍａｐ’、ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂ）を算出する。

このような構成において、その動作例（第１実施例）を図１７のフローチャートを参照して説明する。

先ずデータ入力部６１が設定車速Ｖｓ、所望の操舵特性の切片Ｔｒ及び傾きαを取得し、制御パラメータ演算部６２に出力する（ステップＳ１００）。制御パラメータ演算部６２は、メモリ６３に格納されている特性組成データ（Ｔｆ、Ｋｔ、Ｋｓａｔ、Ｃｉ）を読み出し（ステップＳ１１０）、入力された切片Ｔｒ及び傾きαを用いて、初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂを算出する（ステップＳ１２０）。算出に当たり、舵角としてコラム角θｃを使用する場合は数１０、数１１及び数１２を使用し、舵角としてハンドル角θｈを使用する場合は数１１、数１２及び数１８を使用する。

算出された初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂは、設定車速Ｖｓに対する制御パラメータとして電動パワーステアリング装置９に設定される。

本発明に係る制御装置で算出した制御パラメータを用いて、車両モデルと電動パワーステアリング装置を考慮したシミュレーション結果は図１３と同一である。

なお、上述の第１実施例では制御パラメータのみを算出しているが、電動パワーステアリング装置９内のＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００の位相補償部１０２のパラメータを制御装置６０で算出しても良い。例えば、位相補償を1次のフィルタで実現する場合、伝達関数の分子と分母のカットオフ周波数を設定することにより、制御装置６０でフィルタ係数を算出する。この場合、カットオフ周波数はデータ入力部６１で取得する。これにより、電動パワーステアリング装置９の動作に必要なパラメータを纏めて算出することができる。

第１実施例では設定車速に対する制御パラメータのみを算出しているが、設定車速以外の車速に対する制御パラメータを線形補間等により算出することもできる。例えば、設定車速以外の車速Ｖｘに対する制御パラメータを、設定車速の中で車速Ｖｘの近傍に位置する設定車速Ｖｓ（ｎ）及びＶｓ（ｎ＋１）に対する制御パラメータから線形補間により算出する。即ち、設定車速Ｖｓ（ｎ）及びＶｓ（ｎ＋１）に対する初期勾配がＫｍａｐ’（ｎ）及びＫｍａｐ’（ｎ＋１）、ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数がＫｂ（ｎ）及びＫｂ（ｎ＋１）の場合、車速Ｖｘに対する初期勾配Ｋｍａｐ’ｘ及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂｘを、それぞれ下記の数１９及び数２０で算出する。

これにより、対応可能な車速の範囲を容易に拡大することができる。

この機能を盛り込んだ本発明の第２実施例を図１８に示す。本第２実施例では、図１６に示される第１実施例に対して、制御パラメータ演算部とメモリが変更されている。即ち、メモリ７３は、特性組成データの他に、制御パラメータ演算部７２で算出される設定車速Ｖｓに対する制御パラメータを設定車速Ｖｓと共に格納する。制御パラメータ演算部７２は、メモリ７３に格納された設定車速Ｖｓに対する制御パラメータを用いて、設定車速Ｖｓ以外の車速Ｖｘに対する制御パラメータも算出する。なお、車速Ｖｘはデータ入力部６１で取得しても良いし、予め決定しておいても良いし、設定車速Ｖｓから算出（例えば設定車速間の中間値をＶｘとする等）しても良い。

第２実施例の動作例を図１９のフローチャートを参照して説明する。

先ず第１実施例と同様の動作により、設定車速Ｖｓに対する初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂを算出する（ステップＳ１００〜Ｓ１２０）。算出された初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂ並びに設定車速Ｖｓはメモリ７３に格納される（ステップＳ１３０）。そして、全ての設定車速に対する初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂが算出されたら（ステップＳ１４０）、制御パラメータ演算部７２は、メモリ７３に格納されたＫｍａｐ’、Ｋｂ及びＶｓを用いて、設定車速Ｖｓ以外の車速Ｖｘに対する初期勾配Ｋｍａｐ’ｘ及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂｘを数１９及び２０による線形補間により算出する（ステップＳ１５０）。

算出された初期勾配Ｋｍａｐ’ｘ及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂｘは、車速Ｖｘに対する制御パラメータとして、設定車速Ｖｓに対する初期勾配Ｋｍａｐ’及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂと共に、電動パワーステアリング装置９に設定される。

なお、車速Ｖｘに対する制御パラメータの算出を電動パワーステアリング装置９で行っても良い。電動パワーステアリング装置９が入力する車速Ｖｅｌが設定車速Ｖｓではない場合、例えば電流指令値演算部３１が車速Ｖｅｌに対する初期勾配Ｋｍａｐ’ｘを線形補間により算出し、ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００が車速Ｖｅｌに対するＳＡＴ補償兼仮想バネ係数Ｋｂｘを線形補間により算出する。これにより、実測された車速に応じた制御パラメータを算出することができる。

また、車速Ｖｘに対する制御パラメータは、線形補間以外の補間方法で算出しても良い。例えば、多項式補間であるラグランジュ補間やニュートン補間等で算出しても良い。これにより、補間算出の精度を上げることができる。

本発明に係る制御装置に表示部を設け、データ入力部６１が取得した切片Ｔｒ及び傾きαから描写される特性図を表示させることにより、所望の操舵特性を分かりやすく提示することができる。

図１６に示される第１実施例に対して、表示部を追加した第３実施例を図２０に示す。データ入力部６１から出力される切片Ｔｒ、傾きα及び設定車速Ｖｓが、制御パラメータ演算部６２と表示部６４に入力されている。

表示部６４による表示例を図２１に示す。本表示例では、電動パワーステアリング装置９内のＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部１００の位相補償部１０２のパラメータを算出するために設定されるカットオフ周波数も表示している。

なお、制御パラメータ演算部６２が算出する初期勾配及びＳＡＴ補償兼仮想バネ係数も表示部６４で表示しても良い。

上述の第１実施例〜第３実施例では、制御装置６０と電動パワーステアリング装置９は接続されているが、制御装置６０で演算された制御パラメータが電動パワーステアリング装置９に設定された後は、再設定が必要になるまでは制御装置６０は不要であるから、制御装置６０と電動パワーステアリング装置９を切り離しても良い。或いは、制御装置６０と電動パワーステアリング装置９は接続せず、演算した制御パラメータを着脱可能な記憶媒体に制御装置６０が書き出し、その記憶媒体から電動パワーステアリング装置９が制御パラメータを読み出すようにしても良い。

１ ハンドル（ステアリングホイール）
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
１３ バッテリ
２０ モータ
３６ 電流制御部
３７ ＰＷＭ制御部
３８ インバータ
５０ 舵角演算部
６０ 制御装置
６３ メモリ
１００、１００Ａ ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部
１０１、１０１Ａ ゲイン部
１０２ 位相補償部
１０３ 変換係数部

Claims (14)

1. 操舵トルクに対する電流指令値の特性を車速に応じて規定するアシストマップを用いて前記電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、コラム軸にトーションバーを具備している操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記アシストマップの原点からの傾きＫｍａｐ’が変更可能で、
   操舵角度情報としてハンドル角及びコラム角を検出する機能を有し、前記コラム角若しくは前記ハンドル角及び前記車速に基づいて、車速感応のＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を用いて前記コラム角若しくは前記ハンドル角に応じたＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを演算し、電流変換係数により前記ＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを変換した補償信号を出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部を設け、
   前記補償信号により前記電流指令値を補償し、オンセンタ感の所望特性を得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、
   緩慢操舵における近似関係式と、捩れ角係数を用いたトーションバートルク及びトーションバー捩れ角の関係式１と、ＳＡＴ係数を用いた前記コラム角若しくは前記ハンドル角及びＳＡＴ値の関係式２と、前記アシストマップの傾きＫｍａｐを用いたアシストトルク及び前記トーションバートルクの関係式３と、前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を用いた前記ＳＡＴ補償兼仮想バネトルク及び前記コラム角若しくは前記ハンドル角の関係式４とに基づいて導出される前記コラム角若しくは前記ハンドル角及び前記トーションバートルクの基本関係式を利用して導出される前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を用いて前記ＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを演算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。
3. 前記操舵角度情報を横軸、前記操舵トルクを縦軸として前記基本関係式を表記した場合、前記横軸の前記操舵角度情報に対する操舵トルクの傾きα及び前記縦軸の切片Ｔｒを求め、前記傾きα及び前記切片Ｔｒに基づいて前記傾きＫｍａｐ及び前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ定数を導出するようになっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、
   ゲイン部、位相補償部、変換係数部で構成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵角度情報が±３０ｄｅｇ以内の範囲となっている請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーテアリング装置。
6. 前記ＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部が、傾き変換係数及び前記傾きＫｍａｐを用いて前記傾きＫｍａｐ’を設定する請求項３に記載の電動パワーテアリング装置。
7. 前記傾きＫｍａｐ’が前記車速に応じて変化するようになっている請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 操舵トルクに対する電流指令値の特性を車速に応じて規定するアシストマップを用いて、コラム軸にトーションバーを具備している操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置を制御する制御装置において、
   前記電動パワーステアリング装置が備える、操舵角度情報及び前記車速に基づいて演算されるＳＡＴ補償兼仮想バネトルクを電流変換係数により変換した補償信号を出力するＳＡＴ補償部兼仮想バネ補償部に設定されるＳＡＴ補償兼仮想バネ係数並びに前記アシストマップに設定される初期勾配を演算する制御パラメータ演算部を備えることを特徴とする制御装置。
9. 前記制御パラメータ演算部が、
   緩慢操舵における近似関係式と、捩れ角係数を用いた前記操舵トルク及びトーションバー捩れ角の関係式１と、ＳＡＴ係数を用いたコラム角若しくはハンドル角及びＳＡＴ値の関係式２と、アシスト係数を用いたアシストトルク及び前記操舵トルクの関係式３と、前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数を用いた前記ＳＡＴ補償兼仮想バネトルク及び前記舵角の関係式４とに基づいて導出されるハンドル角若しくはコラム角及び前記操舵トルクの基本関係式を、前記ハンドル角若しくは前記ハンドル角を横軸、前記操舵トルクを縦軸として表記した場合の前記横軸の前記ハンドル角若しくは前記コラム角に対する前記操舵トルクの傾き及び前記縦軸の切片に基づいて前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数及び前記初期勾配を演算する請求項８に記載の制御装置。
10. 前記制御パラメータ演算部が、前記傾き及び前記切片に基づいて導出される前記アシスト係数並びに傾き変換係数を用いて前記初期勾配を演算する請求項９に記載の制御装置。
11. 前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数及び前記初期勾配が前記車速に応じて変化する請求項９又は１１に記載の制御装置。
12. 前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数及び前記初期勾配は、複数の設定車速に対しては前記制御パラメータ演算部より演算され、前記設定車速以外の車速に対しては前記設定車速に対する前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数及び前記初期勾配を用いて演算される請求項１２に記載の制御装置。
13. 前記設定車速以外の車速に対する前記ＳＡＴ補償兼仮想バネ係数及び前記初期勾配は、前記電動パワーステアリング装置にて演算される請求項１３に記載の制御装置。
14. 前記傾き及び前記切片を表示する表示部を備える請求項８、９、１１乃至１４のいずれかに記載の制御装置。

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