(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御すると共に、舵角センサを用いてハンドルを中立点に戻す制御を行うようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵補助指令値にハンドル戻し制御信号を印加するハンドル戻し制御部を具備し、常時ハンドル戻し制御を行うと共に、収れん性制御を行い、舵角速度が大きいほど戻し電流を抑えることにより、前記ハンドル戻し制御と前記収れん性制御とのバランスをとるように制御したことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項２】車速センサを具備し、前記ハンドル戻し制御部が、前記車速センサからの車速及び前記舵角センサからの舵角を入力すると共に、舵角速度を入力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の制御装置。
【請求項３】
前記舵角をハンドル戻し基本電流値に変換し、前記車速を車速ゲインに変換すると共に、前記舵角速度を舵角速度感応ゲインに変換し、前記ハンドル戻し基本電流値と、前記車速感応ゲインと、前記舵角速度感応ゲインとの乗算値を前記ハンドル戻し制御信号とした請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与すると共に、舵角センサを用いて舵角に基いてハンドルを中立点に戻す制御、すなわちハンドル戻し制御を行うようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にハンドル戻し制御の電流演算に舵角速度の情報を取り入れることにより操舵性能を向上した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢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、電流制御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。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１４に示して説明すると、ハンドル１の軸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を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、ハンドル１の舵角（操舵角）を検出する舵角センサ７及び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を介して軸２に結合されている。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３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、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Ｔ、車速センサ１２で検出された車速Ｖ、舵角センサ７で検出された舵角θに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ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１５のようになる。
【０００５】
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で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、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器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
ここにおいて、運転者がハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける反力によって中立点、つまり直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者がハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける反力により自然に中立点に復帰し、ハンドルは逆方向に回転する。このような動作は一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に自動車の操舵ハンドルは、セルフアライニングトルクと呼ばれるサスペンションからの反力によって中立点に戻ろうとするが、電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータ２０の回転を減速ギア３を介して舵取り機構に伝達しているため、モータ２０の慣性モーメントや減速ギア３の摩擦等が影響し、特に低速走行時におけるハンドル１の戻りが悪くなるという問題がある。そのため、ハンドル１を中立点に戻すようにモータ２０を制御する必要がある。この制御は、一般にハンドル戻し制御と呼ばれる。
【０００８】
従来の舵角、車速のみに応じたハンドル戻し電流の制御では舵角速度を考慮していないため、高い舵角速度でハンドルが戻される際、ハンドルの収れん性に悪影響を与える。また、特開平９−２７７９５０号公報や特開平１１−３４９０１号公報で開示される技術では、車速と舵角速度に応じてハンドル戻し制御と収れん性制御を切換えるようにしているが、収れん動作中、収れん性制御を行わない時間が生じ、効果を生かしきれなかったり、切り換わり時に運転者に違和感を与える恐れがある。
【０００９】
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、ハンドル戻し制御の電流演算に舵角速度の情報を取り入れることにより、収れん性制御とのバランスをとりながら操舵性能を向上した電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御すると共に、舵角センサを用いてハンドルを中立点に戻す制御を行うようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵補助指令値にハンドル戻し制御信号を印加するハンドル戻し制御部を具備し、常時ハンドル戻し制御を行うと共に、収れん性制御を行い、舵角速度が大きいほど戻し電流を抑えることにより、前記ハンドル戻し制御と前記収れん性制御とのバランスをとるように制御したことにより、達成される。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、車速センサを設け、前記ハンドル戻し制御部が、前記車速センサからの車速及び前記舵角センサからの舵角を入力すると共に、舵角速度を入力し、前記舵角をハンドル戻し基本電流値に変換し、前記車速を車速感応ゲインに変換すると共に、前記舵角速度を舵角速度感応ゲインに変換し、前記ハンドル戻し基本電流値と、前記車速感応ゲインと、前記舵角速度感応ゲインとの乗算値を前記ハンドル戻し制御信号とすることにより、より効果的に達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
従来の舵角、車速のみに応じたハンドル戻し電流の制御では舵角速度を考慮していないため、高い舵角速度でハンドルが戻される際、ハンドルの収れん性に悪影響を与えている。しかしながら、本発明では、舵角速度による戻し電流ゲイン調整を行うことによって、収れん性への悪影響を排除しながら、しかも確実に中立点にハンドルを戻すようなハンドル戻し制御を実現している。
【００１３】
また、従来の改良技術（例えば特開平９−２７７９５０号、特開平１１−３４９０１号）では、車速と舵角速度に応じてハンドル戻し制御と収れん性制御を切換えるようにしているが、収れん動作中、収れん性制御を行わない時間が生じるため、収れん性制御の効果を生かしきれなかったり、ハンドル戻し制御と収れん性制御の切り換わり時に運転者に違和感を与える恐れがあった。しかしながら、本発明では常時収れん性制御を行うと共に、戻し制御も常時に行うようにしている。そのため、舵角速度に応じて戻し制御を調整することによって、収れん性制御とのバランスをとることで両者の利点を全領域で生かし、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明による制御機能のブロック図であり、トルクセンサからの操舵トルクＴは操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１に入力され、各出力が加算器１０２に入力され、その加算結果がトルク制御演算部１０３に入力されている。センタ応答性改善部１０１は、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。トルク制御演算部１０３の出力信号はモータロス電流補償部１０４に入力され、その出力が加算器１０５を経て最大電流制限部１０６に入力され、最大電流制限部１０６で最大電流値が制限されて電流制御部１１０に入力される。モータロス電流補償部１０４は、モータ電流が流れてもモータ出力に現れない電流を上乗せして、モータ出力トルク０からの立ち上りを改善し、最大電流制限部１０６は、電流指令値の最大値が定格電流となるように制限している。電流制御部１１０の出力は、Ｈブリッジ特性補償部１１１を経て電流ドライブ回路１１２に入力され、これによりモータ１１３を駆動する。
【００１６】
モータ１１３のモータ電流ｉは、モータ電流オフセット補正部１２０を経てモータ角速度推定部１２１、電流ドライブ切換部１２２及び電流制御部１１０に入力され、モータ端子電圧Ｖｍはモータ角速度推定部１２１に入力される。モータ角速度推定部１２１で推定された角速度ωｍはモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３、モータロストルク補償部１２４及びヨーレート推定部１２５に入力され、ヨーレート推定部１２５の出力は収れん制御部１２６に入力され、収れん制御部１２６及びモータロストルク補償部１２４の各出力は加算器１２７で加算され、その加算結果が更に加算器１４１を経て加算器１０２に入力される。モータ角加速度推定部・慣性補償部１２３はモータ慣性を加減速させるトルクを操舵トルクから排除し、慣性感のない操舵感にし、収れん制御部１２６は車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっており、モータロストルク補償部１２４はモータ１１３のロストルクの発生する方向、つまりモータ１１３の回転方向に対してロストルク相当のアシストを行う。また、電流ディザ信号発生部１３０が設けられており、電流ディザ信号発生部１３０及びモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３の各出力が加算器１３１で加算され、その加算結果が加算器１０５に入力されている。電流ディザ信号発生部１３０は、モータが静摩擦で張り付いてしまうのを防止する。
【００１７】
また、加算器１４１には、ハンドル戻し制御部１４０からハンドル戻し制御信号ＨＲが印加され、ハンドル戻し制御部１４０には車速センサからの車速Ｖ、舵角センサからの舵角θ、舵角速度ωｈが入力されている。舵角速度ωｈとしては、舵角センサからの舵角θを微分した微分値又はモータ角速度推定部１２１によって推定されたモータ角速度ωｍ、或は舵角速度センサを設け、その舵角速度センサからの値を利用するものであってもよい。
【００１８】
図２はハンドル戻し制御部１４０の構成例を示しており、舵角θに基づいて所定関数でハンドル戻し基本電流値Ｉｒを出力するハンドル戻し基本電流回路１４０Ａと、車速Ｖを入力して所定関数により車速Ｖに応じたゲインＧｖを出力するゲイン回路１４０Ｂと、舵角速度ωｈを入力して所定関数により舵角速度ωｈに応じたゲインＧωを出力するゲイン回路１４０Ｃと、ハンドル戻し基本電流回路１４０Ａからのハンドル戻し基本電流値Ｉｒとゲイン回路１４０Ｂからの車速感応ゲインＧｖとを乗算する乗算器１４０Ｄと、乗算器１４０Ｄからの出力Ｉｒｖをゲイン回路１４０Ｃからの出力Ｇωと乗算する乗算器１４０Ｅとで構成されている。
【００１９】
なお、ヨーレート推定部１２５及び収れん性制御部１２６による収れん性制御は、例えば特開２０００−９５１３２に記述された内容によって行う。つまり、車両のヨーレートの変化率を検出し、その変化率に基づいてヨーレートにダンピングを与えることによって、ヨーレートの収れん性を確実に収れんさせることができる。
【００２０】
図３はハンドル戻し制御部１４０の動作例を示しており、先ず舵角センサから舵角θを読取り（ステップＳ１）、中立点θｃを基準とした舵角θを求める（ステップＳ２）。舵角θは読取値をθｒとすれば、θ＝θｒ−θｃで求められる。そして、ハンドル戻し基本電流回路１４０Ａは舵角θからハンドル戻し基本電流値Ｉｒを求め（ステップＳ３）、次に車速Ｖを読取り（ステップＳ４）、ゲイン回路１４０Ｂから出力された車速感応ゲインＧｖを、乗算器１４０Ｄにおいてハンドル戻し基本電流値Ｉｒと乗算する（ステップＳ５）。即ち、乗算結果Ｉｒｖ＝Ｉｒ・Ｇｖを出力する。
【００２１】
次に、舵角速度ωｈを読込むが（ステップＳ６）、舵角速度ωｈは、舵角センサからの舵角θを微分した微分値又はモータ角速度推定部１２１による推定値であるモータ角速度ωｍ、或は舵角速度センサからの出力値を利用するものであってもよい。そして、舵角速度ωｈを入力することで、ゲイン回路１４０Ｃから舵角速度感応ゲインＧωが出力され、更に乗算器１４０ＥでＩｒｖ・Ｇωが演算され（ステップＳ７）、ハンドル戻し制御信号ＨＲとして出力される。
【００２２】
上述のようにして生成したハンドル戻し制御信号ＨＲを操舵補助指令値演算部１００からの操舵補助指令値に印加することにより、収れん性制御への悪影響を低減することができる。収れん性への悪影響を低減することにより、ハンドル戻し制御を停止する時間を設ける必要はなく、前述した特開平１１−３４９０１号公報で示されているような切換方式に比べ、舵角速度の変化で戻し電流が急変しない特徴がある。
【００２３】
次に、他の構成部分の動作を説明する。本実施例では先ずセンタ応答性改善部１０１を図４に示すように、位相補償部１０１Ａ、近似微分部１０１Ｂ及びゲイン設定部１０１Ｃで構成とし、位相補償部１０１Ａを図５に示す周波数特性とし、近似微分部１０１Ｂを図６に示す周波数特性とする。これにより、位相補償と近似微分との合成特性は図７に示すようになる。また、ゲイン設定部１０１Ｃでは、車速Ｖ及び操舵トルクＴによってゲインを切り換えて設定する。更に、ハンドルが急に戻されるような不安な操舵感を低減し、保舵を安定させるため、操舵トルク大で、かつ操舵トルク変化率大とし、操舵トルク減少方向の場合にゲインを小さくする。即ち、切り換え条件は、｜操舵トルク｜（＝Ａ）と｜操舵トルクー操舵トルク（１サンプリング前）｜（＝Ｂ）がそれぞれの所定値以上で、かつｓｉｇｎ（Ａ）＜＞ｓｉｇｎ（Ｂ）である。切り換え後のゲインは例えば、車速範囲を３分割し、それぞれの範囲で異なる値とする。なお、ｓｉｇｎ（Ａ）＜＞ｓｉｇｎ（Ｂ）は、Ａ＝操舵トルクと、Ｂ＝操舵トルクー操舵トルク（１サンプリング前）の符号が異なることを意味している。
【００２４】
また、本実施例では操舵補助指令値演算部１００におけるアシスト量の計算において、３つの代表車速（０、Ｖ１、Ｖ２Ｋｍ／ｈ）によるアシスト特性を基本特性として設定し、その他の車速では車速補間ゲインに応じて各基本特性間を車速２Ｋｍ／ｈ毎の補間を行う。そして、アシスト特性の車速設定範囲０〜Ｖ２Ｋｍ／ｈ、分解能２Ｋｍ／ｈとする。基本アシスト特性（トルク対電流）は図８に示すものであり、０Ｋｍ／ｈ＝Ｉｏ特性、Ｖ１＝Ｉａ特性、Ｖ２＝Ｉｂ特性で表わされている。そして、その他の車速についての車速補間演算は、図９で示す車速（Ｋｍ／ｈ）対車速補間係数γで２Ｋｍ／ｈ毎に行う。速０〜Ｖ１のとき、アシスト電流ＩはＩ＝Ｉａ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉｏ（Ｔ）−Ｉａ（Ｔ））であり、車速（Ｖ１＋２）〜Ｖ２Ｋｍ／ｈのとき、アシスト電流ＩはＩ＝Ｉｂ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉａ（Ｔ）−Ｉｂ（Ｔ））である。
【００２５】
更に、本実施例ではトルク制御演算部１０３として電動パワーステアリング装置の機械系の安定化、減速ギア部ゴムダンパによる振動の安定化、操舵フィーリングの調整のため、操舵トルク応答を設定するようにしている。その構成は図１０に示すようになっており、クランプ回路１０３Ａの後段に応答性定義部１０３Ｂが設けられ、その後段にクランプ回路１０３Ｃを経てロバスト安定化補償部１０３Ｄが設置されている。そして、ロバスト安定化補償部１０３Ｄの後段にクランプ回路１０３Ｅを経て位相補償部１０３Ｆが設けられ、更にクランプ回路１０３Ｇを経てロバスト安定化補償部１０３Ｈが設置されている。
【００２６】
ロバスト安定化補償部１０３Ｈの特性は図１１に示すものであり、制御系全体の特性を図１２のようにする。機械系の特性が図１３に示すようになっているため、総合的には山部と谷部が相殺されて、ほぼ平坦な特性となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明では、ハンドル戻し制御の出力舵角速度に応じた出力ゲインで調整し、舵角速度が高いときの戻し電流を抑えることによって、ハンドル戻し電流が収れん性に与える悪影響を低減することができる。このことにより、ハンドル戻し制御と収れん性制御を常時並行して動作させることができ、両者の利点を損なうことなく、確実な中立点へのハンドル戻りと、素早い収れん性を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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。
【図２】ハンドル戻し制御部の構成例を示すブロック図である。
【図３】ハンドル戻し制御部の動作例を示すフローチャートである。
【図４】センタ応答改善部のブロック構成図である。
【図５】位相補償部の特性例を示す図である。
【図６】近似微分部の特性例を示す図である。
【図７】位相補償部及び近似微分部の合成特性を示す図である。
【図８】基本アシスト特性を示す図である。
【図９】車速補間演算の一例を示す図である。
【図１０】トルク制御演算の構成例を示すブロック図である。
【図１１】ロバスト安定化補償の特性例を示す図である。
【図１２】制御系の特性例を示す図である。
【図１３】機械系の特性例を示す図である。
【図１４】電動パワーステアリングの一般例を示す機構図である。
【図１５】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
７      舵角センサ
１０    トルクセンサ
１２    車速センサ
２０    モータ
３０    コントロールユニット
１００  操舵補助指令値演算部
１０１  センタ応答性改善部
１０３  トルク制御演算部
１１０  電流制御部
１１２  電流ドライブ回路
１１３  モータ
１２１  モータ角速度推定部
１２４  モータロストルク補償部
１２５  ヨーレート推定部
１２６  収れん制御部
１４０  ハンドル戻し制御部
【図１】
0003551147.tif 000002
【図２】
0003551147.tif 000003
【図３】
0003551147.tif 000004
【図４】
0003551147.tif 000005
【図５】
0003551147.tif 000006
【図６】
0003551147.tif 000007
【図７】
0003551147.tif 000008
【図８】
0003551147.tif 000009
【図９】
0003551147.tif 000010
【図１０】
0003551147.tif 000011
【図１１】
0003551147.tif 000012
【図１２】
0003551147.tif 000013
【図１３】
0003551147.tif 000014
【図１４】
0003551147.tif 000015
【図１５】
0003551147.tif 000016