説明

電動パワーステアリング装置

【課題】簡素な構成にて効果的に車両の偏向が抑えられ、快適な操舵フィーリングを得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にある。
【解決手段】トルクセンサから検出された操舵トルクτの形状を生成する操舵トルク波形形状補正手段(32)によって、操舵トルクτの波形形状を運転状態に最適な波形形状の補正操舵トルクTcに補正する。そして、その補正操舵トルクTcと、操舵トルクτの乗算により算出されたリードプル補正量Iip*の値により、アシスト力を増減する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置(EPS)がある。そして、通常、このようなEPSでは、検出される操舵トルクに基づいて、操舵系に付与するアシスト力の基礎成分(基本アシスト制御量)が演算される。
【0003】
ところで、実際の走行時には、直進状態であるにも関わらず、車両の偏向(リードプル)を抑えるためのステアリング操作が必要となる状況がある。例えば、図7に示すように、車両40の走行路41には、多くの場合、排水性向上等の理由から幅方向に傾斜(カント)が付けられており、このようなカント路を走行する際には、その重力による偏向を抑えるための操舵トルクが必要となる。そして、こうしたカント路走行が長時間に亘る場合には、その継続的な負荷が、疲労として運転者に蓄積されることになる。
【0004】
このような問題を解決すべく、従来、車両走行路のカント状態を判定し、その判定結果に基づいて、車両の偏向を抑制するための制御成分を演算する方法が提案されている。例えば、特許文献1に記載の車両制御装置は、車速や横方向加速度、或いは、操舵状態および走行環境情報等、検出される複数の状態量に基づいて、車両走行路のカント状態を学習する。そして、その学習結果を用いたニューラルネットワーク演算を行なうことにより、カント状態を判定し、そのカントの存在に起因する車両の偏向を抑制するための制御成分を演算する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−22169号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、特許文献1の場合のように精緻なカント状態判定を行う構成では、その演算負荷の増大に伴うコスト上昇が不可避であり、また併せて、その構成の複雑さを考慮するならば、これが現実的な解決手段であるとは言い難い虞があり、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【0007】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて効果的に車両の偏向が抑えられ、快適な操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置(13)と、前記操舵力補助装置(13)の駆動源であるモータ(12)に対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置(13)の作動を制御する制御手段(21)と、操舵トルクを検出するトルクセンサ(15)と、前記トルクセンサ(15)から検出された検出操舵トルクの波形形状を補正する操舵トルク波形形状補正手段(21)と、前記操舵トルク波形形状補正手段(21)から補正された補正操舵トルクと前記検出操舵トルクとを乗算する乗算手段(21)と、前記乗算手段(21)から出力された演算操舵トルクから、アシスト補正電流を算出する操舵トルク/アシスト補正電流マップ(21)とを備え、前記制御手段(21)は、前記操舵トルク/アシスト補正電流マップ(21)より出力されたアシスト補正電流の値により、前記アシスト力を増減すること、を要旨とする。
【0009】
上記構成によれば、トルクセンサから検出された検出操舵トルクの波形形状を補正する操舵トルク波形形状補正手段によって、検出操舵トルクの波形形状を運転状態に最適な波形形状の補正操舵トルクに補正できる。また、その検出操舵トルクと補正操舵トルクの乗算により算出されたアシスト補正電流の値により、アシスト力を増減できる。
その結果、大きな操舵トルクが生じている場合には、アシスト力を増加させ、操舵トルクを低減できる。一方、操舵トルクが小さくなれば、アシスト力も減少させることができるので、簡素な構成にて効果的に車両の偏向が抑えられ、快適な操舵フィーリングを得ることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記操舵トルク波形形状補正手段は、ローパスフィルタであり、前記ローパスフィルタの時定数は、前記検出操舵トルクと前記アシスト補正電流の前回値を乗算した結果の符合が負の場合には、前記ローパスフィルタ時定数を小さくすること、を要旨とする。
【0011】
上記構成によれば、操舵トルク波形形状補正手段であるローパスフィルタの時定数は、検出操舵トルクとアシスト補正電流の前回値を乗算した結果の符合が、負(逆補正)の場合には、ローパスフィルタ時定数を小さくする。
その結果、操舵トルク波形形状補正手段で補正された補正操舵トルクの立ち上がりが速くなるので、検出操舵トルクとアシスト補正電流の前回値の符号が異なる場合には、アシスト補正電流の立ち上がりが速く、アシスト補正電流値も大きくなるので、検出操舵トルクの大きさを速く小さくでき、快適な操舵フィーリングを得ることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、簡素な構成にて効果的に車両の偏向が抑えられ、快適な操舵フィーリングを得ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】電動パワーステアリング装置(EPS)の概略構成図。
【図2】EPSの制御ブロック図。
【図3】リードプル補正制御部の構成を示す説明図。
【図4】ローパスフィルタ部のゲインK決定部の処理手順を示すフローチャート。
【図5】操舵トルク/ゲインKマップ図。
【図6】ローパスフィルタ部の時定数T1演算部の処理手順を示すフローチャート。
【図7】車両走行路の傾斜を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置1(以下、EPSという)に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のEPS1において、ステアリング2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。
【0015】
尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、コラムシャフト8、インターミディエイトシャフト9、及びピニオンシャフト10を連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の往復直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド6を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪7の舵角が変更される。
【0016】
また、EPS1は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するEPSアクチュエータ13と、EPSアクチュエータ13の作動を制御する制御手段としてのECU11とを備えている。
【0017】
本実施形態のEPSアクチュエータ13は、コラム型のEPSアクチュエータであり、その駆動源であるモータ12は、減速機構14を介してコラムシャフト8と駆動連結されている。EPSアクチュエータ13は、モータ12の回転を減速機構14により減速してコラムシャフト8に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。
【0018】
ECU11には、車速センサ16、トルクセンサ15、及びモータ回転角センサ18が接続されている。ECU11は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速V、操舵トルクτ、及びモータ回転角θを検出する。例えば、本実施形態のトルクセンサ15は、一対のレゾルバが図示しないトーションバーの両端に設けられたツインレゾルバ型のトルクセンサである。また、ECU11は、これらの検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、モータ12への駆動電力の供給を通じて、EPSアクチュエータ13の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【0019】
次に、本実施形態のEPSにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図2に示すように、ECU11は、モータ制御信号を出力するマイコン21と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ12に駆動電力を供給する駆動回路24とを備えて構成されている。
【0020】
本実施形態では、ECU11には、モータ12に通電される実電流値Iを検出するための電流センサ25、及びモータ12の回転角θを検出するためのモータ回転角センサ18(図1参照)が接続されている。そして、マイコン21は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ25及びモータ回転角センサ18の出力信号に基づき検出されたモータ12の実電流値I及びモータ回転角θに基づいて、駆動回路24に出力するモータ制御信号を生成する。
【0021】
尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン21が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン21は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【0022】
詳述すると、本実施形態のマイコン21は、モータ12に対する電力供給の目標値である電流指令値Iq*を演算する電流指令値演算部22と、電流指令値演算部22により演算された電流指令値Iq*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部23とを備えている。
【0023】
電流指令値演算部22には、上記アシスト力目標値の基礎成分としての基本アシスト制御量Ias*を演算する基本アシスト制御部26が設けられており、本実施形態では、この基本アシスト制御部26には、車速V、および操舵トルクτが入力されるようになっている。そして、基本アシスト制御部26は、操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Vが小さいほど、より大きなアシスト力を付与すべき旨の基本アシスト制御量Ias*を演算する構成となっている。
【0024】
モータ制御信号出力部23には、この電流指令値演算部22が出力する電流指令値Iq*とともに、電流センサ25により検出された実電流値I、およびモータ回転角センサ18により検出されたモータ回転角θが入力される。そして、モータ制御信号出力部23は、この電流指令値Iq*に実電流値Iを追従させるべく電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。
【0025】
具体的には、本実施形態では、モータ12には、三相(U,V,W)の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御信号出力部23は、実電流値Iとして検出されたモータ12の相電流値(Iu,Iv,Iw)をd/q座標系のd、q軸電流値に変換(d/q変換)することにより、上記電流フィードバック制御を行う。
【0026】
即ち、電流指令値Iq*は、q軸電流指令値としてモータ制御信号出力部23に入力され、モータ制御信号出力部23は、モータ回転角センサ18により検出されたモータ回転角θに基づいて相電流値(Iu,Iv,Iw)をd/q変換する。また、モータ制御信号出力部23は、そのd、q軸電流値およびq軸電流指令値に基づいてd、q軸電圧指令値を演算する。そして、そのd、q軸電圧指令値をd/q逆変換することにより相電圧指令値(Vu*,Vv*,Vw*)を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。
【0027】
このようにして生成されたモータ制御信号は、マイコン21から駆動回路24へと出力され、同駆動回路24によりモータ制御信号に基づく三相の駆動電力がモータ12へと供給される。そして、その操舵トルクτに基づくアシスト力目標値としての電流指令値Iq*に相当するモータトルクが発生することにより、アシスト力目標値に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。
【0028】
(リードプル補正制御)
次に、本実施形態におけるリードプル補正制御の態様について説明する。
上述のように、カント路走行等、車両の偏向を誘引する因子、(例えば、走行路面の傾斜)を打ち消すための操舵トルクの入力が長時間に亘る場合、その継続的な負荷が、疲労として運転者に蓄積されることになる。
【0029】
そこで、本実施形態では、マイコン21の電流指令値演算部22には、車両が直進状態にあると判定される場合に検出される操舵トルクτを低減するための補正成分としてのリードプル補正量Iip*を演算するリードプル補正制御部27が設けられている。そして、電流指令値演算部22は、このリードプル補正制御部27の演算するリードプル補正量Iip*を、加算器28において、基本アシスト制御部26の演算する基礎成分としての基本アシスト制御量Ias*に重畳することにより、そのパワーアシスト制御における目標アシスト力としての電流指令値Iq*を演算する。
【0030】
そして、本実施形態では、そのリードプル補正量Iip*に基づき発生するアシスト力によって、車両の偏向を誘引する因子である走行路面の傾斜による影響(重力)を打ち消すことにより、その偏向を抑制して運転者の負担の軽減を図る構成となっている。
【0031】
更に、リードプル補正制御部27の詳細について図3を用いて説明する。
リードプル補正制御部27には、操舵トルクτ、車速V、及びモータ回転角θが入力される。操舵トルクτは、絶対値処理部30で絶対値操舵トルク|τ|に変換され、操舵トルク波形形状補正部32に入力される。操舵トルク波形形状補正部32は、ローパスフィルタを主部として構成されている。絶対値操舵トルク|τ|は、操舵トルク波形形状補正部32で高周波ノイズの除去、及び操舵トルク波形形状が補正された補正操舵トルクTcに変換される。尚、操舵トルク波形形状補正部32の時定数T1は、操舵トルクτ及びリードプル補正量前回値Iip*(n−1)を入力とする、操舵トルク波形形状補正部時定数T1演算部31で演算される。
【0032】
次に、操舵トルク波形形状補正部32で高周波ノイズの除去、及び操舵トルク波形形状が補正された補正操舵トルクTcは、乗算器38で操舵トルクτと乗算される。そして、乗算器38で乗算された演算操舵トルクTtは、リードプル補正量Iip*生成マップ33に入力される。そして、リードプル補正量Iip*生成マップ33は、リードプル補正量Iip*を生成する。
【0033】
この構成によって、例えば、カント路状態でない車両直進状態においては、操舵トルクτはほぼ零なので、リードプル補正量Iip*もほぼ零となり、運転者は操舵トルクτの変化を感じることはない。一方、カント路状態である車両直進状態においては、操舵トルクτは所定値となるので、リードプル補正量Iip*もほぼ所定値となり、運転者は操舵トルクτが軽くなったと感じることができる。その結果、長時間カント路状態である車両直進状態においても運転者は、疲労感を感じることはない。
【0034】
また、カント路状態でない車両直進後、操舵状態になった場合には、操舵トルクτは所定値となるが、操舵トルク波形形状補正部32の時定数T1が大きいため、リードプル補正量Iip*の立ち上がりが遅く、リードプル補正量Iip*はほぼ零の状態となるため、運転者は路面状態に対応した操舵トルクτを感じることができる。
【0035】
次に、モータ回転角θは微分器36で微分され、モータ回転角速度ωが生成される。モータ回転角速度ωは、モータ回転角速度ゲインKω生成マップ34に入力され、モータ回転角速度ゲインKω生成マップ34で生成されたモータ回転角速度ゲインKωは、乗算器38に出力される。モータ回転角速度ゲインKω生成マップ34は、モータ回転角速度ωが大きいほど、モータ回転角速度ゲインKωは小さくなる。即ち、緊急操舵時のようにモータ回転角速度ωが大きくなる場合には、リードプル補正量Iip*は小さくなる。その結果、操舵トルクτは大きな値となり、運転者に安定感を感じさせることができる。
【0036】
更に、車速Vは、車速ゲインKv生成マップ35に入力され、車速ゲインKv生成マップ35で生成された車速ゲインKvは、乗算器38に出力される。車速ゲインKv生成マップ35は、車速Vが大きいほど、車速ゲインKvは小さくなる。即ち、高速走行時のように車速Vが大きくなる場合には、リードプル補正量Iip*は小さくなる。
その結果、操舵トルクτは大きな値となり、運転者に安定感を感じさせることができる。
【0037】
次に、操舵トルク波形形状補正部32のゲインK決定部の処理手順を図4及び図5を用いて説明する。
マイコン21は、操舵トルクτ(n)を取り込む(ステップS101)。次に、マイコン21は、図5に示された操舵トルクτ(n)/ゲインKマップ40から、ステップS101で取り込まれた操舵トルクτ(n)に対応した操舵トルク波形形状補正部ゲインKを演算する(ステップS102)。そして、マイコン21は、決定された操舵トルク波形形状補正部ゲインKを操舵トルク波形形状補正部32のゲインとして出力する(ステップS103)。操舵トルクτ(n)/ゲインKマップ40は、操舵トルクτ(n)が大きいほど、操舵トルク波形形状補正部ゲインKは漸増している。即ち、操舵トルクτ(n)が大きいほど、リードプル補正量Iip*は大きくなる。
その結果、操舵トルクτは小さくなり、運転者が疲労感を感じることはない。
【0038】
次に、操舵トルク波形形状補正部32の時定数T1演算部の処理手順を図6を用いて説明する。
マイコン21は、操舵トルクτ(n)を取り込む(ステップS201)。次に、マイコン21は、リードプル補正量前回値Iip*(n−1)を取り込む(ステップS202)。そして、マイコン21は、操舵トルクτ(n)とリードプル補正量前回値Iip*(n−1)の乗算符号が負か否かを判定する(ステップS203)。ここで、操舵トルクτ(n)とリードプル補正量前回値Iip*(n−1)の乗算符号が負ということは、操舵トルクτ(n)に対して、リードプル補正量前回値Iip*(n−1)が逆補正を行なっているということであり、リードプル補正量Iip*を早く零にする必要がある。これは、車両がカント路走行状態からレーンチェンジ状態に入った場合などに起こる現象である。
【0039】
そして、マイコン21は、操舵トルクτ(n)とリードプル補正量前回値Iip*(n−1)の乗算符号が負の場合(τ(n)*Iip*(n−1)<0、ステップS203:YES)には、操舵トルク波形形状補正部32の時定数T1に所定値τsを設定(ステップS204)し、この処理を終わる。一方、マイコン21は、操舵トルクτ(n)とリードプル補正量前回値Iip*(n−1)の乗算符号が負でない場合(τ(n)*Iip*(n−1)≧0、ステップS203:NO)には、操舵トルク波形形状補正部32の時定数T1に所定値τlを設定(ステップS205)し、この処理を終わる。ここで、操舵トルク波形形状補正部32の所定値τsは、所定値τlより小さい値である(τs<τl)。
【0040】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
リードプル補正制御部27には、トルクセンサ15から検出された操舵トルクτの波形形状を補正する操舵トルク波形形状補正成手段32と、操舵トルク波形形状補正手段32から補正された補正操舵トルクTcと操舵トルクτとを乗算する乗算手段38が設けられている。
そして、乗算手段38から出力された演算操舵トルクTtから、リードプル補正量Iip*生成マップ33によりリードプル補正量Iip*を算出する。そして、制御手段は、算出されたリードプル補正量Iip*を加算器28において、基本アシスト制御部26の演算する基礎成分としての基本アシスト制御量Ias*に重畳することにより、そのパワーアシスト制御における目標アシスト力としての電流指令値Iq*を演算する。
【0041】
そして、本実施形態では、そのリードプル補正量Iip*に基づき発生するアシスト力によって、車両の偏向を誘引する因子である走行路面の傾斜による影響(重力)を打ち消すことにより、その偏向を抑制して運転者の負担の軽減を図る構成となっている。
【0042】
その結果、操舵系に一定の操舵トルクが長時間かかっている場合には、操舵トルクを減少させることができるので、簡素な構成にて効果的に車両の偏向が抑えられ、快適な操舵フィーリングを得ることができる。
【0043】
尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明を、所謂コラム型のEPS1に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のEPSに適用してもよい。
【0044】
・上記実施形態では、本発明を、ブラシレスモータを駆動源とするEPSに具体化したが、本発明は、ブラシ付の直流モータを駆動源とするEPSに適用してもよい。
【0045】
・上記実施形態では、本発明を、前段リードプル補正量Iip**に、モータ回転角速度ゲインKωおよび車速ゲインKvを積算することで、リードプル補正量Iip*を演算する構成とした。しかし、モータ回転角速度ゲインKωおよび車速ゲインKvはどちらか一方のみでも、またどちらもなくても勿論よい。
【符号の説明】
【0046】
1:電動パワーステアリング装置(EPS)、2:ステアリング、
3:ステアリングシャフト、4:ラックアンドピニオン機構、5:ラック軸、
6:タイロッド、7:転舵輪、8:コラムシャフト、
9:インターミディエイトシャフト、10:ピニオンシャフト、11:ECU、
12:モータ、13:EPSアクチュエータ、14:減速機構、
15:トルクセンサ、16:車速センサ、18:モータ回転角センサ、
21:マイコン、22:電流指令値演算部、23:モータ制御信号出力部、
24:駆動回路、25:電流センサ、26:基本アシスト制御部、
27:リードプル補正制御部、28:加算器、30:絶対値処理部、
31:操舵トルク波形形状補正部時定数T1演算部、32:操舵トルク波形形状補正部、
33:リードプル補正量Iip*生成マップ、
34:モータ回転角速度ゲインKω生成マップ、35:車速ゲインKv生成マップ、
36:微分器、38:乗算器、40:操舵トルクτ(n)/ゲインKマップ、
V:車速、τ、Tc:補正操舵トルク、Tt:演算操舵トルク、θ:モータ回転角、
I:実電流値、ω:モータ回転角速度、
Iq*:電流指令値、Ias*:基本アシスト制御量、
Iip*:リードプル補正量、
Iip*(n−1):リードプル補正量前回値、
Iu,Iv,Iw:相電流値、Vu*,Vv*,Vw*:相電圧指令値、
Kω:モータ回転角速度ゲイン、Kv:車速ゲイン、
K:操舵トルク波形形状補正部ゲイン、T1:操舵トルク波形形状補正部32の時定数、
τs、τl:操舵トルク波形形状補正部32の時定数の所定値

【特許請求の範囲】
【請求項1】
操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサから検出された検出操舵トルクの波形形状を補正する操舵トルク波形形状補正手段と、
前記操舵トルク波形形状補正手段から補正された補正操舵トルクと前記検出操舵トルクとを乗算する乗算手段と、
前記乗算手段から出力された演算操舵トルクから、アシスト補正電流を算出する操舵トルク/アシスト補正電流マップとを備え、
前記制御手段は、前記操舵トルク/アシスト補正電流マップより出力されたアシスト補正電流の値により、前記アシスト力を増減すること、
を特徴とした電動パワーステアリング装置。
【請求項2】
前記操舵トルク波形形状補正手段は、ローパスフィルタであり、前記ローパスフィルタの時定数は、前記検出操舵トルクと前記アシスト補正電流の前回値を乗算した結果の符合が負の場合には、前記ローパスフィルタ時定数を小さくすること、を特徴とした請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−78972(P2013−78972A)
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−219101(P2011−219101)
【出願日】平成23年10月3日(2011.10.3)
【出願人】(000001247)株式会社ジェイテクト (7,053)
【Fターム(参考)】