(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルク信号および車速信号に基づいて電流指令値を演算し、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを、前記電流指令値に基づいて制御するようにした電動パワーステアリング装置において、
電流指令値演算部に車速に基づいて特性を切り替えることのできる位相補償器と車両が安定であるかを判定する安定性判別器を備え、
前記安定性判別器において車両が安定状態と判定されたとき、前記位相補償器を切り替えられるようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に、安定性および応答性に優れた制御装置を提供することにより、操舵フィーリングを改善することにある。
【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。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置は、制御手段によって制御され、バッテリからイグニッションキー及びリレーを経て電力が供給され、該制御手段は、トルクセンサで検出された操舵トルクと車速センサで検出された車速に基づいて、アシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータに供給する電流を制御するようになっている。
【０００４】
この制御手段は、主として、ＣＰＵで構成されるが、ハンドルの操舵速度による操舵フィーリングを向上させるために、位相補償手段が内蔵されていて、該位相補償手段は、操舵系の安定性を高めるために操舵トルクを位相補償し、位相補償された操舵トルクを操舵補助指令値の演算器に入力するようになっている。
【０００５】
この種の制御手段として、例えば特開平８−２８２５１９号公報に示されるように、操舵系に印加される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該操舵系に連結されるモータとを備え、前記操舵トルク検出手段の出力をモータの回転速度によって位相補償した値を用いてモータを制御するようにしたものは知られている。すなわち、この制御手段では、モータの回転速度が遅い場合、操舵トルクの位相補償値を大きくして、操舵トルクの微分成分によってモータ出力を補正して、ハンドル操舵をスムーズに行うようにした。
【０００６】
また、その他の制御手段として、例えば特開平８−９１２３６号公報に示される。すなわち、この制御手段では、図５に示すように、マイクロプロセッサおよびプログラムを用いた各種演算機能，処理機能から構成し、ソフト位相補償手段１２１，目標電流設定手段１２２，駆動制御手段１２３を備え、操舵トルクセンサ１２４および車速センサ１２５からのアナログの操舵トルク信号および車速信号を、Ａ／Ｄ変換手段で、ディジタル値の操舵トルク信号および車速信号に変換して、電動機駆動手段１２６を介してモータ１２７を駆動するようになっている。このソフト位相補償手段１２１では、遅れ位相補償および進み位相補償のサンプリング時間の離散的な伝達関数を演算し、この演算結果にディジタル値の操舵トルク信号を乗算してサンプリング時間に対する応答出力を算出し、この出力を周波数領域に変換して位相補償が施された操舵トルク信号を出力するようになっている。これにより、車速信号に基づいて操舵トルク信号の位相およびゲインを変更して、車速に応じた位相補償特性を設定し、高速域などで発生する異音（振動）やハンチング現象を防止するようにしたものは知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電流指令値は、操舵トルク信号と車速信号に基づいて演算されるが、図６に示すように、車速が低速ほど、また操舵トルクが大きいほど、ゲイン（操舵補助指令値／操舵トルク）が大きく設定される。そのため、低速時に、ゲインが大きくなり、制御系の安定性が悪い場合や車両が旋回する場合等に、異音（振動）が発生してしまう。これを抑制し、また走行状況に応じた最適な操舵フィーリングを実現するために車速に応じた位相補償特性を設定しているが、旋回中など車両が安定していない状況で位相補償特性を切り替えると過渡応答のため操舵フィーリングが低下する問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は電流指令値演算部に車速に応じて特性を切り替えることのできる位相補償器と車両の状態を判定する安定性判別器を備え、車両が安定しているときに位相補償特性を切り替えることにより、停車時や低速走行時に、異音に対して頑強に、また走行状況に応じて最適な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電動パワーステアリングに関して、本発明の上記目的は、操舵トルク信号および車速信号に基づいて電流指令値を演算し、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを、前記電流指令値に基づいて制御するようにした電動パワーステアリング装置において、車両の状態を判定する安定性判別器を備え、車両が安定しているときに、車速に応じて位相補償部の特性を切り替えることにより、効果的に達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図であり、操向ハンドル１の軸２はユニバーサルジョイント４ａおよび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は、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられていて、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ８が、クラッチ９，減速ギア３を介して軸２に結合されている。
【００１２】
また、パワーステアリング装置を制御する制御手段としてのコントロールユニット１０には、バッテリ１１からイグニッションキー１２およびリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット１０は、トルクセンサ７で検出された操舵トルクと車速センサ１４で検出された車速とに基づいて、電流指令値の演算を行い、該電流指令値に基づいてモータ８に供給する電流を制御するようになっている。
【００１３】
また、図２は、電動パワーステアリング装置の制御系の概略構成を示す。同図において、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータ８は、モータ駆動部５２によって駆動され、該モータ駆動部５２は、コントロールユニット１０で制御される。このコントロールユニット１０には、安定性判別器７０が設けられ、該安定性判別器７０に、トルクセンサ７からのトルク信号、車速センサ１４からの車速信号、ヨーレートセンサ１５からヨーレート信号、横加速度センサ１６から横加速度および舵角センサ１７から舵角および操舵速度が入力される。
【００１４】
また、このコントロールユニット１０には、操舵補助指令演算部５３，センター応答性改善部５４，収れん性制御部５５が設けられ、該操舵補助指令演算部５３は、トルクセンサ７からのトルク信号および車速センサ１４からの車速信号に基づいて、電流指令値としての操舵補助指令値を演算するようになっている。また、上記センター応答性改善部５４は、ステアリング中立付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっている。さらに、上記収れん性制御部５５は、上記トルク信号およびモータ角速度推定部５６からの角速度を受け、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いる。
【００１５】
そして、上記操舵補助指令演算部５３，センター応答性改善部５４，および収れん性制御部５５の各出力は、加算器５７を介して、位相補償手段５８に入力されるようになっている。この制御系の安定性と応答性は、上記位相補償手段５８によって調整され、この位相補償手段５８は、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（Ｔ１・ｓ＋１）／（Ｔ２・ｓ＋１）で表される位相進み補償器或いは位相遅れ補償器で構成され、安定性判別器７０で車両が安定と判定された場合、車速に応じて特性を切り替えるようになっている。
【００１６】
なお、このコントロールユニット１０には、ロバスト安定化補償部５９，加算器６０，モータ特性補償部６１，および電流制御器６２が設けられている。上記ロバスト安定化補償部５９は、上記位相補償手段５８からの出力を受け、ｓをラプラス演算子とする特性式Ｇ（ｓ）＝（ｓ２＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ２＋ｂ１・ｓ＋ｂ２）を有し、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素からなる共振系の共振周波数におけるピークを除去するようにし、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するようになっている。なお、特性式Ｇ（ｓ）のａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、いずれも共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。また、上記モータ角速度推定部５６は、モータ端子間電圧およびモータ電流値に基づいてモータ８の角速度を推定するものであって、モータ８の角速度は、モータ特性補償部６１および収れん性制御部５５に入力される。モータ特性補償部６１及びロバスト安定化補償部５９の各出力は、加算器６０で加算されて電流制御器６２に入力するようになっている。
【００１７】
次に、上記実施例の動作について、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００１８】
まず、ステップＳ１において、トルクセンサ７からトルク信号，車速センサ１４から車速信号，およびその他の各センサから信号を読み取る。ステップＳ２で、上記トルク信号、車速信号に基づいて、操舵補助指令演算部５３で操舵補助指令値を演算して加算器５７に出力するとともに、センター応答性改善部５４および収れん性制御部５５で、それぞれ操舵補助指令値を演算し、制御の応答性や車両のヨーの収れん性を改善して、加算器５７に出力する。そして、加算器５７で、上記操舵補助指令演算部５３，センター応答性改善部５４，および収れん性制御部５５から、それぞれ入力された各出力値を加算するようになっている。
【００１９】
ステップＳ３で安定判定を行ない、例えばヨーレートが、車両が安定していると考えられる予め設定された値、例えば５ｄｅｇ／ｓｅｃ以下の場合、位相補償器を切り替えを可能とし、ステップＳ４へ進む。ヨーレートが予め設定された値より大きい場合、位相補償器の切替を不可とし、ステップＳ８へ進む。
【００２０】
ここで、ヨーレートの代わりに横加速度、操舵速度あるいは車速を用いても良く、またこれらの信号による判断を組み合わせて、たとえば論理積をとり安定判定を行っても良い。
【００２１】
また、上記信号は、推定値、すなわちヨーレートおよび横加速度として車速および舵角センサ情報から車両モデルを用いて推定された値を用いても良い。
【００２２】
また、推定されたヨーレートとセンサによって検出されたヨーレートのうち小さい方の値と予め設定された値とを比較して安定性の判定を行っても良い。
【００２３】
車両が安定と判定する値としては、たとえば横加速度は、３ｍ／ｓｅｃ＾２程度、操舵角速度は１０ｄｅｇ／ｓｅｃ、車速は８０Ｋｍ／ｈ程度である。
【００２４】
また、ステップＳ４で、上記車速信号を、特性マップメモリに記憶された設定値と比較する。例えば、車速に応じて特性を３段階に切り替えるために、予め設定車速１，２を定めておき、図４に示すように、車速が設定車速１よりも大きい場合にステップＳ５で特性Ａ、車速が設定車速１と設定車速２の間にある場合にステップＳ６で特性Ｂ、および車速が設定車速２よりも小さい場合にステップＳ７で特性Ｃに切り替わるようになっている。
【００２５】
次に、上記ステップＳ４での比較に基づいて、車速に応じて最適な特性が選択されると、特性に基づいて、ステップＳ８で、電流指令値が補正され、ステップＳ９で、電流指令値の共振周波数の位相のずれが補償される。そして、ステップＳ１０に進み、電流指令値が、電流制御器６２を介してモータ駆動部５２に送られ、モータ８に駆動電流が供給される。
【００２６】
従って、上記実施例では、コントロールユニット１０に、トルクセンサ７および車速センサ１４から、トルク信号および車速信号が入力される。そして、操舵補助指令演算部５３で、車速信号に基づいて、操舵補助指令値が演算され、車両が安定していると判定された場合、車速に応じて位相補償特性が切り替えられ、操舵補助指令値が補正される。これにより、低速時や停止時に、制御系を安定側に設定しても、異音や振動が生じず、また、高速時の操舵フィーリングも良好になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、操舵トルク信号および車速信号に基づいて電流指令値を演算し、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを、前記電流指令値に基づいて制御するようにした電動パワーステアリング装置において、車両が安定と判定された場合、車速に応じて、前記操舵補助指令値を演算する演算部の特性を多段階に切り替えるようにしたので、停車時や低速走行時に、異音や振動が生じず、高速走行時にも、応答性に優れる。よって、いかなる車速に対しても、操舵フィーリングが良好な電動パワーステアリングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る制御系の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、車速に応じたゲインの特性を示す図であり、（ｂ）は、車速に応じた位相の特性を示す図である。
【図５】従来の制御系の機能構成を示すブロック図である。
【図６】車速に応じた操舵トルクに対する操舵補助指令値の関係を示す図である。
【符号の説明】
７          トルクセンサ
８          モータ
１０          コントロールユニット
１４          車速センサ
１５          ヨーレートセンサ
１６          横加速度センサ
１７          舵角センサ
５２          モータ駆動部
５３          操舵補助指令演算部
５４          センター応答性改善部
５５          収れん性制御部
５８          位相補償手段
５９          ロバスト安定化補償部
７０          安定性判別器
【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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