JP7155887B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
かかる電動パワーステアリング装置では、減速ギアやラック・ピニオンにより摩擦が大きく、また、アシストトルクを発生させるためのモータによりステアリング軸回りの等価慣性モーメントが大きい。
一方、SATが大きい高車速域ではSATが大きいため、ハンドル戻りの操舵角速度は低車速域に比べて速くなる傾向にあるが、慣性モーメントが大きいため慣性トルクも大きく、舵角の中立点でハンドルが収束せず、オーバーシュートしてしまうため、車両特性が不安定に感じられることがある。
例えば、下記特許文献1には、ドライバーによる操舵介入時でも滑らかなハンドル戻り制御を行うことを目的とした電動パワーステアリング装置が提案されている。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、ドライバーの操舵状態に応じた最適な目標操舵角速度を設定することを目的とする。
(構成)
図1は、実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す。ステアリングホイール1のステアリング軸(コラム軸、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、ラック・ピニオン機構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。
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)50が接続されており、車速VはCAN50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、CAN50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CAN51も接続可能である。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントロールユニット30の機能は、例えばコントロールユニット30のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
例えば、コントロールユニット30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット30はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTd及び車速V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Irefを演算する。
補正後電流指令値Irefnは、電流制限部33に入力されて、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部34に入力さる。
インバータ37は、駆動素子としてFET(Field Effect Transistor)を用い、FETのブリッジ回路で構成されている。
このように、セルフアライニングトルクSATは、ステアリングホイール1の操舵に対して1次遅れ特性を有する。このため、目標戻り操舵角速度ωtは車速V、操舵角θ及び実操舵角速度ωに応じて設定できるように構成する。
操舵トルクTdはトルクセンサ10によって検出でき、アシストトルクTaは電流指令値Irefからモータトルク定数、減速ギア比N及びギア効率の乗算値Ktを考慮して算出できる。操舵トルクTdとアシストトルクTaの合計に対して仮想的なステアリングの粘性係数Cで除算することで、操舵トルクTdとアシストトルクTaによって発生する操舵角速度を算出し、それらを合計することで目標操舵角速度ω0とする。
操舵角θは、目標戻り操舵角速度ωtを設定する目標操舵角速度設定部120に入力される。
車速Vは、目標操舵角速度設定部120、車速ゲインKPを出力する車速ゲイン部130及び粘性係数Cを出力する粘性係数出力部133に入力される。
第1操舵系特性部150からの目標速度値ω1は、ローパスフィルタ(LPF)151に入力され、LPF151で運転者の操舵入力以上若しくは操舵入力に基づく車両運動特性以上の周波数(10Hz~)を減衰された目標速度値ω2となり、加算部101に入力される。
目標戻り操舵角速度ωtは、反転部121で符号を反転(-ωt)されて加算部101に入力され、加算部101での加算結果である目標速度値ω3が伝達関数“1/(J/Cs+1)”の第2操舵系特性部160に入力される。
目標操舵角速度ω0は、減算部103に加算入力され、実操舵角速度ωは減算部103に減算入力される。目標操舵角速度ω0と実操舵角速度ωの偏差SG1が減算部103で算出され、偏差SG1は乗算部132に入力されている。
乗算部132は、偏差SG1に操舵トルクゲインTh及び車速ゲインKPを乗算してハンドル戻し制御ゲインSG2(比例制御値)を得る。
次に、第1実施形態の目標操舵角速度設定部120の構成及び機能を説明する。図5を参照する。
減算部201が操舵角θから正の操舵角シフトΔθを減じるため、元の操舵角θよりも小さな角度が目標戻り操舵角速度算出部202に入力される。したがって、目標戻り操舵角速度(-ωt)の特性曲線(実線)は、実操舵角速度ωによる補正がない場合の特性曲線(破線)よりも操舵角θの正の方向へシフトする。
この結果、実操舵角速度ωに応じて設定した目標戻り操舵角速度(-ωt)は、縦軸方向において実操舵角速度ωによる補正がない場合も増加する。すなわち、縦軸方向において正の方向に移動する。
また、操舵角θが正である範囲ではステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向が負の方向となり、操舵角θが負である範囲ではステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向が正の方向となる。
このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向を目標戻り操舵角速度(-ωt)の増加方向と考えると、目標戻り操舵角速度(-ωt)は減少している。
このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向を目標戻り操舵角速度(-ωt)の増加方向と考えると、目標戻り操舵角速度(-ωt)は増加している。
減算部201が操舵角θから負の操舵角シフトΔθを減じるため、元の操舵角θよりも大きな角度が目標戻り操舵角速度算出部202に入力される。したがって、目標戻り操舵角速度(-ωt)の特性曲線(実線)は、実操舵角速度ωによる補正がない場合(破線)よりも操舵角θの負の方向へシフトする。この結果、実操舵角速度ωに応じて設定した目標戻り操舵角速度(-ωt)は、縦軸方向において実操舵角速度ωによる補正がない場合も減少する。すなわち、縦軸方向において負の方向に移動する。
このため、切り増し操舵が行われている範囲では、実操舵角速度ωに応じて設定した目標戻り操舵角速度(-ωt)は、実操舵角速度ωによる補正がない場合よりも、ステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向(正の方向、縦軸方向において上方向)と反対方向(下方向)に移動している。
このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向を目標戻り操舵角速度(-ωt)の増加方向と考えると、目標戻り操舵角速度(-ωt)は減少している。
このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻す操舵角θの変化の方向を目標戻り操舵角速度(-ωt)の増加方向と考えると、目標戻り操舵角速度(-ωt)は増加している。
実線は正の実操舵角速度ωに応じて設定された目標戻り操舵角速度(-ωt)に基づいて算出される目標速度値ω3の特性曲線であり、破線は実操舵角速度ωによる補正がない場合の目標速度値ω3の特性曲線である。上記の通り、目標速度値ω3は、目標戻り操舵角速度(-ωt)と目標速度値ω2との和であるため、目標戻り操舵角速度(-ωt)に対して目標速度値ω2分だけオフセットされている。また、二点鎖線は実操舵角速度ωの軌跡であり、目標速度値ω3及び操舵角θの平面に示した。
目標速度値ω3の特性曲線(実線)と、二点鎖線で示す実操舵角速度ωの軌跡との交点では、目標速度値ω3と実操舵角速度ωとの偏差がなくなりハンドル戻し制御電流HRが0となる。この交点よりも操舵角θが大きい領域では、目標速度値ω3が実操舵角速度ωよりも小さいため目標速度値ω3は正の実操舵角速度ωを遅らせるように働く。すなわち、切り増し操舵を妨げる方向に働く。
二点鎖線で示す実操舵角速度ω及び目標速度値ω3の特性曲線(一点鎖線)との交点よりも操舵角θが大きい領域では、目標速度値ω3が実操舵角速度ωよりも小さいため目標速度値ω3は負の実操舵角速度ωを速めるように働く。すなわち切り戻し操舵を助ける方向に働く。
次に、図12を参照して、電流指令値補正部32の動作例を説明する。
先ず操舵トルクTd、電流指令値Iref、車速V、操舵角θ、実操舵角速度ωを入力(読み取り)し(ステップS1)、操舵トルクゲイン部110は操舵トルクゲインThを出力する(ステップS2)。ゲイン部111は電流指令値IrefにゲインKt倍してアシストトルクTaを算出し(ステップS3)、加算部102で操舵トルクTdと加算して、その合計値を第1操舵系特性部150に入力する(ステップS4)。
図13は、目標操舵角速度設定部120による目標戻り操舵角速度設定処理のフローチャートである。
ステップS31において減算部201は、操舵角θから操舵角シフトΔθを減じて補正した補正後の操舵角(θ-Δθ)を目標戻り操舵角速度算出部202に入力する。目標戻り操舵角速度算出部202は、補正後の操舵角(θ-Δθ)と車速Vに応じて目標戻り操舵角速度ωtを算出する。
その後に目標戻り操舵角速度設定処理は終了する。
LPF151でフィルタ処理された目標速度値ω2は加算部101で目標戻り操舵角速度“-ωt”と加算され、加算された目標速度値ω3が第2操舵系特性部160に入力される(ステップS12)。
偏差SG1は乗算部132に入力され、操舵トルクゲインTh及び車速ゲインKPが乗算され(ステップS14)、その乗算によってハンドル戻し制御ゲインSG2が求められる。
(1)電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクTdに基づいて電流指令値Irefを演算し、電流指令値Irefに基づいてモータ20を駆動し、モータ20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は、ステアリング軸2の操舵角θを検出する舵角センサ14と、ステアリング軸2の実操舵角速度ωを検出する角速度変換部38と、車速Vを検出する車速センサ12と、操舵角θ、車速V、及び実操舵角速度ωに応じて、ステアリング軸2を中立位置へ戻すための目標戻り操舵角速度ωtを設定する目標操舵角速度設定部120と、目標戻り操舵角速度ωtに基づいてハンドル戻し制御電流を算出する減算部103、積分部140、積分ゲイン部141、リミッタ142及び加算部104と、ハンドル戻し制御電流で補正された電流指令値Irefnでモータ20を駆動するインバータ37を備える。
これにより、切り増し操舵時や切り戻し操舵時に、操舵を妨げるハンドル戻し制御電流を低減できる。これによりドライバーは過度の反力を感じないで操舵することができる。また、切り戻し操舵を助けるハンドル戻し制御電流を増加できる。このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻すのが楽になる。
これにより、操舵角θの変化に対するセルフアライニングトルクの位相遅れを目標戻り操舵角速度ωtに反映させることができる。この結果、切り増し操舵時や切り戻し操舵時に、操舵を妨げるハンドル戻し制御電流を低減できる。これによりドライバーは過度の反力を感じないで操舵することができる。また、切り戻し操舵を助けるハンドル戻し制御電流を増加できる。このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻すのが楽になる。
次に、第2実施形態を説明する。第2実施形態の目標操舵角速度設定部120は、実操舵角速度ωに応じた補正値Δωtを、操舵角θ及び車速Vに応じて算出した基本目標戻り操舵角速度ωt*に加えることにより、操舵角θ、実操舵角速度ω及び車速Vに基づいて目標戻り操舵角速度ωtを設定する。
図14を参照する。目標操舵角速度設定部120は、補正量算出部203と、目標戻り操舵角速度算出部202と、加算部204を備える。
また、実操舵角速度ωの符号が正の場合に補正値Δωtの符号は負であり。実操舵角速度ωの符号が負の場合には補正値Δωtの符号は正である。さらに、車速Vが高いほど補正値Δωtの絶対値は大きくなり、補正値Δωtが0である実操舵角速度ωの範囲も狭くなる。
このため、第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果を生じることになる。
目標操舵角速度設定部120は、実操舵角速度ωに応じた補正値Δωtを、前記操舵角及び前記車速に応じて算出した基本目標戻り操舵角速度ωt*に加えて、目標戻り操舵角速度ωtを設定する。
これにより、第1実施形態と同様に、操舵角θの変化に対するセルフアライニングトルクの位相遅れを目標戻り操舵角速度ωtに反映させることができる。この結果、切り増し操舵時や切り戻し操舵時に、操舵を妨げるハンドル戻し制御電流を低減できる。これによりドライバーは過度の反力を感じないで操舵することができる。また、切り戻し操舵を助けるハンドル戻し制御電流を増加できる。このため、ステアリング軸2を中立位置へ戻すのが楽になる。
次に、第3実施形態を説明する。第3実施形態の目標操舵角速度設定部120は、実操舵角速度ωに応じた補正ゲインKωtを、操舵角θ及び車速Vに応じて算出した基本目標戻り操舵角速度ωt*に乗じることにより、操舵角θ、実操舵角速度ω及び車速Vに基づいて目標戻り操舵角速度ωtを設定する。
図16を参照する。目標操舵角速度設定部120は、補正ゲイン算出部205と、目標戻り操舵角速度算出部202と、乗算部206を備える。
目標操舵角速度設定部120は、実操舵角速度ωに応じた補正ゲインKωtを、操舵角θ及び車速Vに応じて算出した基本目標戻り操舵角速度ωt*に乗じることにより目標戻り操舵角速度ωtを設定する。
Claims (5)
- 少なくとも操舵トルク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であって、
ステアリング軸の操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記ステアリング軸の操舵角速度を検出する操舵角速度検出部と、
車速を検出する車速検出部と、
前記操舵角、前記車速、及び前記操舵角速度に応じて、前記ステアリング軸を中立位置へ戻すための目標戻り操舵角速度を設定する目標操舵角速度設定部と、
前記目標戻り操舵角速度に基づいてハンドル戻し制御電流を算出するハンドル戻し制御電流算出部と、
前記ハンドル戻し制御電流で補正された前記電流指令値で前記モータを駆動する駆動部と、
を備え、
前記目標操舵角速度設定部は、前記操舵角速度に応じて前記操舵角の変化に対するセルフアライニングトルクの位相遅れを前記目標戻り操舵角速度に反映させることにより、前記操舵角及び前記車速に応じて算出される前記目標戻り操舵角速度を補正することを特徴とする記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記目標操舵角速度設定部は、前記操舵角速度が高いほど切り増し操舵時に前記目標戻り操舵角速度を減少させ、前記操舵角速度が高いほど切り戻し操舵時に前記目標戻り操舵角速度を増加す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。
- 前記目標操舵角速度設定部は、前記操舵角速度に応じて補正した前記操舵角と前記車速とに応じて前記目標戻り操舵角速度を算出す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。
- 前記目標操舵角速度設定部は、前記操舵角速度に応じた補正値を、前記操舵角及び前記車速に応じて算出した前記目標戻り操舵角速度に加え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。
- 前記目標操舵角速度設定部は、前記操舵角速度に応じた補正ゲインを、前記操舵角及び前記車速に応じて算出した前記目標戻り操舵角速度に乗じ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。
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