JPWO2015122043A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
本願発明の課題は、舵角及び操舵速度に応じた戻し制御電流を演算して電流指令値を補償することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することである。本願発明は、舵角(θ)、車速(Vel)及び操舵速度(ω)によって戻し制御電流(Irc)を演算し、戻し制御電流を電流指令値から減算した補償電流指令値でモータを駆動するハンドル戻し制御部(100)を備える。前記ハンドル戻し制御部(100)は、ベース戻し制御電流(Ibr)を演算するベース戻し制御電流演算部(101)と、目標操舵速度(ωt)を演算する目標操舵速度演算部(102)と、目標操舵速度(ωt)及び操舵速度(ω)の偏差を求めて符号処理すると共に制御演算によって戻し制御ゲイン(Gr)を演算する戻し制御ゲイン演算部と、戻し制御ゲイン(Gr)の最大値を制限するリミッタ(108)と、リミッタの出力ゲイン(Grl)でベース戻し制御電流(Ibr)を補正して戻し制御電流(Irc)を出力する補正部(107)とで構成される。
Description
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって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、特に舵角に応じた戻し制御電流で電流指令値を補償することにより、直進状態に戻す走行状態においてハンドル(ステアリングホイール)を積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置に関する。
車両のステアリング装置をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置は、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補助負荷付勢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、アシストトルク(操舵補助トルク)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−ティ比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。また、コラム軸2には操舵角を検出するための舵角センサ15が配設されており、舵角センサ15で検出された舵角θはコントロールユニット30に入力される。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)指令となる電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値E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。
コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCU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Tr、車速センサ12で検出された車速Vel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Tr、車速Vel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。電流指令値演算部31は、操舵系の安定性を高めるための位相補償部、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うセンター応答性改善部、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相ずれを補償するロバスト安定化補償部等を具備していても良い。
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Iref3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Iref4(=Iref3−Im)が演算され、その偏差Iref4が、操舵動作の特性改善のための電流制御部である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値E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。
なお、電流制限部33は必須のものではない。
なお、電流制限部33は必須のものではない。
また、加算部32Aには補償部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償部34は、セルフアライニングトルク(SAT)343と慣性342を加算部344で加算し、その加算結果に更に収れん性341を加算部345で加算し、加算部345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アリング装置において、アシスト力を伝達するための減速ギアやピニオンラック機構の摩擦により動作が阻害され、直進状態に戻したい走行状態であるにも拘わらず、ハンドルが中立点まで戻らず、車両が直進状態になり難いことがある。
ハンドル戻り時のアシスト特性を制御するための先行技術として特許第4872298号公報(特許文献1)に開示されているハンドル戻り制御がある。特許文献1に開示されている制御構成は、舵角、車速及び操舵トルクから目標操舵速度を算出し、実操舵速度と目標操舵速度の偏差に応じて補償電流を算出している。
ハンドル戻し制御において、舵角から算出される目標操舵速度は一般的に舵角が大きくなるほど目標操舵速度が大きくなるように設定される。しかしながら、例えば旋回運転中に、運転者は舵角が大きい領域で実操舵速度が小さい操舵をしようとする。このとき、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きくなるため、戻し制御の出力も大きくなる傾向にあり、運転者はハンドル戻され感が強い車両特性に感じてしまう。また、切り増し操舵時には偏差により補償電流が出力されるため、補償出力は操舵速度に応じても変化する。これにより、運転者は擬似的な粘性摩擦を感じることになるが、切り増し時にハンドル戻り制御によって粘性摩擦感を得ることは必ずしも必要でない。
特許文献1のハンドル戻し制御では、運転者の操舵トルクに応じて目標操舵速度を下げることで上述の問題を回避しているが、急操舵をした場合などには、一時的に操舵トルクが大小に変化することがあり、そのような場合には補償量の急変が発生することで操舵違和感として感じられる問題がある。
また、特開2007−99053号公報(特許文献2)にもハンドル戻し制御技術が開示されているが、目標操舵速度と実操舵速度の偏差を戻し制御に使用していないので、操舵速度を制御できない問題がある。
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、舵角及び操舵速度に応じた戻し制御電流を演算して電流指令値を補償することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことが可能な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、操舵トルク及び車速に基づ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、前記モータの駆動制御によって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、舵角、前記車速及び操舵速度によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、前記ハンドル戻し制御部が、舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求めて符号処理すると共に、P制御演算、I制御演算、D制御演算の少なくとも2つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで構成されることにより達成される。
本発明の上記目的は、前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算、I制御演算及びD制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をP制御演算及びI制御演算し、前記第2反転部の出力をD制御演算し、前記I制御演算の出力から前記D制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記P制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算及びD制御演算し、前記I制御の出力から前記P制御演算及びD制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第1反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第1乗算部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第2反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第2乗算部と、前記第1乗算部の出力をI制御演算し、前記第2乗算部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記最大値が“1.0”であり、前記補正部が乗算部であることにより、或いは前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性であることにより、或いは目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性であることにより、より効果的に達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じてP制御演算(比例制御演算)、I制御演算(積分制御演算)、D制御演算(微分制御演算)の少なくとも2つの制御演算を用いた演算によりハンドル戻し制御のゲインを演算し、そのゲインで舵角に応じたベース戻し制御電流を補正(乗算)することで補償電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じて戻し制御電流が増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。
また、切り増し操舵では戻し制御のゲインが積分ゲインにより蓄積されるが、本発明では、戻し制御ゲインの値を制限(最大値=1.0)することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、角度に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって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であり、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じてPI制御演算(比例積分制御演算)等の制御演算により戻し制御ゲインを演算し、その戻し制御ゲインで、舵角(車速)に応じたベース戻し制御電流を補正(乗算)することで、電流指令値補償用の戻し制御電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じて戻し制御電流の大きさが増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。
また、ハンドルの切り増し操舵では、戻し制御ゲインの値が積分ゲインにより蓄積されるが、戻し制御ゲインの最大値を“1.0”に制限することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、舵角に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。
以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図3は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を図2に対応させて示すブロック図であり、本発明では舵角θ、操舵速度ω及び車速Velを入力して戻し制御電流Ircを演算して出力するハンドル戻し制御部100が設けられていると共に、舵角θから操舵速度ωを演算(微分)する操舵速度演算部180と、電流指令値Iref2から戻し制御電流Ircを減算(補正)して補償電流指令値Iref3aを出力する減算部181とが設けられている。
ハンドル戻し制御部100は図4に示すような構成となっており、舵角θはベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102に入力され、車速Velもベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102に入力されており、ベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102はいずれも車速感応の特性になっている。ベース戻し制御電流演算部101の特性は図5に示すように、舵角θが0より大きく(小さく)なるに従って正方向(負方向)に大きくなり、正負の所定値を超えると徐々に小さくなる放物線状の点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である。また、目標操舵速度演算部102の特性は図6に示すように、舵角θが0より大きく(小さく)なるに従って負方向(正方向)に徐々に大きくなる点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である。
ベース戻し制御電流演算部101で演算されたベース戻し制御電流Ircは、補正部としての乗算部107に入力され、目標操舵速度演算部102で演算された目標操舵速度ωtは減算部104に加算入力される。減算部104には操舵速度ωが実操舵速度として減算入力されており、減算部104で求められた目標操舵速度ωtと操舵速度ωの偏差ωeは反転部105に入力され、反転された偏差“−ωe”は乗算部106に入力される。
また、舵角θは符号部103に入力され、符号部103は図7に示すように舵角θの正側で「+1」、負側で「−1」となる符号SNを出力する。符号SNは乗算部106に入力され、反転された偏差“−ωe”と乗算され、乗算部106で乗算された操舵速度ωc(=SN・(−ωe))は、制御演算部としてのPI制御演算部110に入力される。なお、符号部103、減算部104、反転部105、乗算部106及びPI制御演算部110で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
PI制御演算部110は、操舵速度ωcを比例制御演算する比例(P)演算部111と、操舵速度ωcを積分演算する積分(I)演算部112と、積分演算部112の出力に積分ゲインIを乗算する積分ゲイン部113と、比例演算部111及び積分ゲイン部113の出力を加算して戻し制御ゲインGrを出力する加算部114とで構成されており、PI制御演算部110は操舵速度ωcに対して制御演算を行って戻し制御ゲインGrを出力する。
PI制御演算部110で制御演算された戻し制御ゲインGrは、図8に示すような特性を有するリミッタ108で最大出力値を“1.0”に制限され、最大出力値を“1.0”に制限された戻し制御ゲインGrが乗算部107に入力される。乗算部107では、ベース戻し制御電流Ibrと戻し制御ゲインGrを乗算し、乗算結果である戻し制御電流Ircを出力する。戻し制御電流Ircは減算部181に減算入力され、電流指令値Iref2から戻し制御電流Ircが減算された補償電流指令値Iref3aが生成される。
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。
先ず舵角センサ15から舵角θ、車速センサ12から車速Velを入力して読取り(ステップS1)、操舵速度演算部180は舵角θから操舵速度ωを演算(微分)して求める(ステップS2)。なお、舵角θ、車速VelはCANから入力してもよい。
ベース戻し制御電流演算部101は舵角θ及び車速Velに基づいてベース戻し制御電流Ircを演算し、乗算部107に入力する(ステップS3)。また、目標操舵速度演算部102は舵角θ及び車速Velに基づいて目標操舵速度ωtを演算し(ステップS4)、減算部104は操舵速度(実操舵速度)ωと目標操舵速度ωtの偏差ωeを演算し(ステップS5)、反転部105は偏差ωeを反転して偏差“−ωe”を乗算部106に入力する(ステップS6)。
また、符号部103は舵角θについての符号を算出し(ステップS7)、乗算部106において偏差“−ωe”に符号SNを乗算し(ステップS8)、符号を付与された偏差ωcをPI制御演算部110に入力する。PI制御演算部110は、比例演算部111による比例制御演算と、積分演算部112及び積分ゲイン部113による積分制御演算とを行い、比例制御演算と積分制御演算の加算を加算部114で行い、加算部114より戻し制御ゲインGrを出力する(ステップS9)。戻し制御ゲインGrはリミッタ108で最大値を“1.0”に制限されて乗算部107に入力され、戻し制御ゲインGrでベース戻し制御電流Ibrを補正(乗算)して戻し制御電流Ircを出力する(ステップS10)。戻し制御電流Ircは減算部181に減算入力され、戻し制御電流Ircを減算されて補償された電流指令値Iref3aが生成され(ステップS11)、以降は前述と同様な操舵制御が実施される。
上述のように本発明では、舵角θ、車速Velに応じてベース戻し制御電流Ibrを演算しており、これによりSAT(セルフアライニングトルク)が小さく、ハンドル戻りが悪い車両状態では戻し制御電流Ircを大きく、SATが大きくハンドルが戻る車両状態では戻し制御電流Ircを小さくすることができる。また、ハンドル戻し制御が必要とされない据え切りなどの車速域では、ハンドル戻し制御を実施しないようにしている。
目標操舵速度ωtはハンドル戻し操舵時の目標速度であるため、図6に示されるように舵角θが正で目標操舵速度ωtは負と定義される。偏差ωeの符号を反転し、舵角θの符号SNを乗算することで、舵角θと操舵速度ωが一致している場合には、符号付与後の偏差ωcは目標操舵速度ωtよりも速い操舵速度で戻っている場合には正、目標操舵速度ωtよりも遅い操舵速度で戻っている場合には負となる。符号付与後の偏差ωcを入力してPI制御演算部110によって戻し制御ゲインGrを求めると、戻し制御ゲインGrは操舵速度ωが目標操舵速度ωtより速いほど負の方向に大きく、目標操舵速度ωtより遅いほど正の方向に大きくなる。ベース戻し制御電流Ibrに戻し制御ゲインGrを乗算して補正することにより戻し制御電流Ircを求める。戻し制御電流Ircは偏差ωeに応じて大小変化(増減)し、目標操舵速度ωtよりも遅い操舵ではセンター(中立点)に戻すための戻しアシストトルクを大きく、目標操舵速度ωtよりも遅い場合にはアシストトルクを小さく、或いは速度を遅くするためのブレーキトルクとして出力する。
本発明では、偏差ωeからPI制御演算部110によって戻し制御ゲインGrを求め、戻し制御電流Ircを大小変化させるため、目標操舵速度ωtで戻るように制御するため滑らかなハンドル戻しを実現することができる。更に、戻し制御ゲインGrはリミッタ108で最大値を制限された後にベース戻し制御電流Ibrに乗算し、リミッタ108の上限値を1倍としている。切り増し操舵を行うと舵角θが正の場合、操舵速度ωは正である。そのとき、目標操舵速度ωtは負であり、偏差ωeは負の目標操舵速度ωtから正の操舵速度ωを減算するため必ず負となる。符号付与後の偏差は反転し、舵角θの符号SNを乗算するため正となる。従って、PI制御演算部110の積分値が正方向に蓄積していく。PI制御演算の後段にリミッタ108を設けることで、戻し制御ゲインGrが上限値(=1.0)で張り付くことになる。この結果、ベース戻し制御電流Ibrがそのまま戻し制御電流Ircとして出力される。これにより、切り増し時は戻し制御電流Ircは舵角θ、車速Velに応じた補償量として出力されることになり、操舵速度ωが補償量に関連しないため、粘性感を感じさせることなく擬似的な路面反力を運転者に感じさせることができる。
なお、図4では、偏差“−ωe”を乗算部106において符号SNと乗算してPI制御演算部110に入力しているが、図4の破線で示すように乗算部109をPI制御演算部110の出力部に設けると共に、偏差“−ωe”をPI制御演算部110に直接入力し、乗算部109において、PI制御演算部110からの戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力するようにしても良い。
図10〜図13は、ハンドル戻し制御部100の戻し制御ゲイン演算部の他の構成例を図4と対応させて示している。以下に、各実施形態を説明する。
図10の実施形態は、図4のPI制御演算部110の構成に微分(D)制御演算を付加してPID制御演算部120とし、乗算部106を削除し、代わりにPID制御演算部120の出力部に符号SNを乗算する乗算部109を設けたものである。即ち、D制御演算として、操舵速度ωcを微分演算する微分(D)演算部121と、微分演算部121の出力に微分ゲインDを乗算する微分ゲイン部122とを設け、微分ゲイン部122の出力、比例演算部111及び積分ゲイン部113の出力を加算部123で加算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。そして、乗算部109において、戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力している。
本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105、乗算部109及びPID制御演算部120で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
本実施形態では、微分(D)制御が偏差の変化量によって制御ゲインを可変させるため、偏差の変化量が大きい場合に戻し制御ゲインが大きくなる。従って、微分(D)制御が追加されることによって、目標操舵速度に対する制御即応性を改善することができる。
図11の実施形態は、PI制御演算にD先行型制御演算を付加したPI−D制御演算部としたものであり、制御演算部としてPI制御演算部110とD制御演算部130とが備えられており、PI制御演算部110の出力部に乗算部109が設けられている。また、操舵速度ωを反転する反転部105Aが設けられており、反転された操舵速度−ωがD制御演算部130内の微分演算部131で微分演算され、更に微分ゲイン部132で微分ゲインDを乗算され、その結果がPI制御演算部110内の減算部115に減算入力される。減算部115には積分演算の結果が加算入力されており、その差が加算部114で比例演算の結果と加算されて戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。戻し制御ゲインGrは乗算部109で符号SNと乗算されてリミッタ108に入力される。
本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部109、PID制御演算部110、D制御演算部130で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
本実施形態に係る微分先行型PID制御は、微分(D)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも微分(D)制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には微分(D)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
図12の実施形態は、I制御演算にPD先行型制御演算を付加したI−PD制御演算部としたものであり、制御演算部としてI制御演算部140とPD制御演算部150とが設けられている。また、図11の実施形態と同様に、反転部105Aが設けられており、反転された操舵速度−ωを、PD制御演算部150内の比例演算部154でP制御演算すると共に、微分演算部152で微分演算し、更に微分ゲイン部153で微分ゲインDを乗算し、加算部155で比例演算結果及び微分演算結果を加算する。加算部155の加算結果は、I制御演算部140内の減算部143に減算入力される。また、反転部105からの操舵速度−ωeはI制御演算部140内の積分演算部141で積分演算され、更に積分ゲイン部142で積分ゲインIを乗算され、減算部143に加算入力される。減算部143は、I制御演算部140の積分演算結果からPD制御演算部150の結果を減算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。戻し制御ゲインGrは乗算部109で符号SNと乗算されてリミッタ108に入力される。
本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部109、I制御演算部140、PD制御演算部150で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
本実施形態に係る比例微分先行型PID制御は、微分(D)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例(P)制御、微分(D)制御の各出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には比例(P)制御及び微分(D)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
図13の実施形態は、I制御演算にP先行型制御演算を付加したI−P制御演算部としたものであり、制御演算部としてI制御演算部140とP制御演算部160とが設けられている。図11の実施形態と同様に、反転部105A及び乗算部106Aが設けられており、乗算部106Aの乗算結果をP制御演算部160内の比例演算部161で比例演算し、I制御演算部140内の減算部143に減算入力する。また、操舵速度ωcはI制御演算部140内の積分演算部141で積分演算され、更に積分ゲイン部142で積分ゲインIを乗算され、減算部143に加算入力される。減算部143は、I制御演算部140の積分演算結果からPD制御演算部150の結果を減算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。
なお、図13では、偏差“−ωe”を乗算部106において符号SNと乗算してI制御演算部140に入力すると共に、操舵速度“−ω”を乗算部106Aにおいて符号SNと乗算してP制御演算部160に入力しているが、図13の破線で示すように乗算部109をI制御演算部140の出力部に設けると共に、偏差“−ωe”をI制御演算部140に直接入力すると共に、操舵速度“−ω”をP制御演算部160に直接入力し、乗算部109において、I制御演算部140からの戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力するようにしても良い。
本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部106及び106A(又は109)、I制御演算部140、P制御演算部160で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
本実施形態に係る比例先行型PI制御は微分(D)制御がないため、制御ロジックを簡略化できると共に、比例(P)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例(P)制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止し、外乱による操舵速度変化には比例(P)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
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)
3 減速ギア
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
13 バッテリ
15 舵角センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
100 ハンドル戻し制御部
101 ベース戻し制御電流演算部
102 目標操舵速度演算部
103 符号部
105,105A 反転部
108 リミッタ
110 PI制御演算部
120 PID制御演算部
130 D制御演算部
140 I制御演算部
150 PD制御演算部
160 P制御演算部
180 操舵速度演算部
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
3 減速ギア
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
13 バッテリ
15 舵角センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
100 ハンドル戻し制御部
101 ベース戻し制御電流演算部
102 目標操舵速度演算部
103 符号部
105,105A 反転部
108 リミッタ
110 PI制御演算部
120 PID制御演算部
130 D制御演算部
140 I制御演算部
150 PD制御演算部
160 P制御演算部
180 操舵速度演算部
Claims (11)
- 操舵トルク及び車速に基づ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、前記モータの駆動制御によって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、
舵角、前記車速及び操舵速度によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、
前記ハンドル戻し制御部が、
舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求めて符号処理すると共に、P制御演算、I制御演算、D制御演算の少なくとも2つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで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。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算、I制御演算及びD制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をP制御演算及びI制御演算し、前記第2反転部の出力をD制御演算し、前記I制御演算の出力から前記D制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記P制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算及びD制御演算し、前記I制御の出力から前記P制御演算及びD制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第1反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第1乗算部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第2反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第2乗算部と、前記第1乗算部の出力をI制御演算し、前記第2乗算部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記戻し制御ゲイン演算部が、
前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記最大値が“1.0”であり、前記補正部が乗算部である請求項1乃至8のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である請求項1乃至9のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である請求項1乃至10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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