JP3611116B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車等の電動パワーステアリング装置を制御する電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者が車両のハンドルを操作するに要する力を、電動モータによって補助する電動パワーステアリング装置において、適切なハンドル操作感（フィーリング）が得られるように電動モータの制御を行なうことは極めて重要であり、その制御を行なう電動パワーステアリング制御装置については、従来から種々提案されている。
図１１は、特開平２−３４４６９号公報に示された従来の電動パワーステアリング制御装置のブロック図である。なお、理解を助けるため一般的な電動パワーステアリング装置の構成を図１５に示す。図１５に於いて、１はハンドル、２はハンドルの軸に取り付けられたトルクセンサ、１０は操向車輪、１１はハンドル１の操作力を操向車輪１０の角度制御機構１２に伝えるギア機構である。
図１１において、２はハンドル（図１５の１）の軸に装着され運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、３はこの車両の走行速度（以下、車速とも言う）を検出する車速センサ、６は操舵補助力（操舵アシスト量又はアシスト力という）をハンドルの軸（以下操舵軸）に与えるための電動モータ（以下モータ）である。７は上記トルクセンサ２および車速センサ３の信号に応じて操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
【０００３】
次に、コントローラ７の動作について説明する。第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速センサ３の出力に基づき、例えば図１２に示す特性で、第１のモータ電流を決める。図１２では発生させるモータ電流（モータトルクに近い）は、操舵トルクが所定の大きさを越えると発生するように設定され、かつ、車速が低いほど大きくなるように決定される。
第２のモータ電流決定手段１０２は、トルク微分演算手段１０４によって上記トルクセンサ２の出力信号を近似微分し、このトルクセンサ出力の近似微分値に、車速センサ３が検出した車速に基づいて決定されるゲイン（例えば図１３のように車速が大きいほどゲインは大きい）を乗じ、図１３に示すような特性で第２のモータ電流を決定する。図１３では発生させるモータ電流は、操舵トルクの変化速度（トルク微分）に比例し、かつ、車速が高いほど大きくなるように決定されている。
上記第１のモータ電流値と、上記第２のモータ電流値とを加算器３０で加算し、この加算値をモータ６に通流する目標電流として、モータ駆動手段１０３でモータ６を定電流駆動している。
【０００４】
このように、従来例では、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２がモータの慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）を打ち消すように作用し、操舵フィーリングを向上させている。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。ここで、モータ慣性によるフィーリングの悪化を防止するためには、このゲインを十分に大きくしなければならないが、大きくしすぎると、高速走行時にトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインが大きくなるために、レーンチェンジや危険回避といった速い操舵を行った際に、上記第２のモータ電流が過大となり、ステアリングホイールのふらつき感といった、いわゆる収斂性の悪化を招くので、そのゲインの調整は難しい。
【０００５】
以上に説明した問題の発生原因について、さらに詳細に説明する。
図１３は、前述したとおり第２のモータ電流決定手段１０２によるモータ電流を示す一例であり、上記トルクの近似微分値と車速に基づいたゲインとの積によって第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆを算出することを示している。ところで、この微分動作には時定数があるので、運転者がステアリングホイールに加える力を緩めて（理解を助けるため極端な例を言えば、ハンドルから手を放し）操舵トルクが０に近い値となった後も、トルクの近似微分の時定数に応じた時間は第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆはゼロとならず、モータ６に電流が通電され続ける。この時定数が長すぎると、例えば、高速走行時のレーンチェンジ等の際の車両の収斂性が悪化する。
【０００６】
図１３の特性では、前述したように高速走行時にはモータ６の慣性モーメントによる操舵フィーリングの悪化を防止するべく、低速時よりも上記ゲインが高い設定となっている。このような設定は、高速ほど、操舵力をゼロにした後に流れるモータ電流が大きくなり、上述の収斂性の悪化を助長することを意味する。
一方、これを防止するために、例えば図１３とは逆に、高速時にゲインが低下する特性にしたとすると、高速時にモータ慣性モーメントの影響を打ち消せなくなり、操舵フィーリングの悪化を招く。このように、ゲイン、すなわち、図１３の傾きの調整だけで操舵フィーリングを制御することには限界がある。
【０００７】
このような課題を解決するため提案された特開平１０−１５７６３６号公報に開示されたものと類似の、他の従来の電動パワーステアリング制御装置の構成を図１４に示す。
図１４の従来の制御装置においては、位相補償器１１０によって、トルクセンサ２の近似微分値を位相補償（周波数特性を改善し、近似微分値の不要な周波数成分の信号を減衰させる）して第２のモータ電流決定手段１０２に入力した後、前述の図１１の従来例と同様に第２のモータ電流を演算している。そしてこのような位相補償回路の追加はアナログ電子回路の追加、又は、ディジタル回路で処理するならば余分なソフトウェアの増加と、処理の複雑化に伴う処理速度の低下を招く。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング制御装置は以上のように構成されているので、高速走行時にトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインが大きくなるために、レーンチェンジや危険回避といった速い操舵を行った際に、第２のモータ電流が過大となり、ステアリングホイールのふらつき感といった、いわゆる収斂性の悪化を招くという問題があった。
また、上記高速時の収斂性の問題を防止するべく、上記従来例とは逆に、高速でトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインを小さくする特性とすると、モータの慣性モーメントが十分に補正されず、操舵フィーリングが悪化するという問題があった。
【０００９】
また、従来装置の問題解決を位相補償器によって図った他の従来装置は、位相補償器を必要とするので、例えばこれをアナログ回路で構成すれば電子回路の追加が、また、マイクロプロセッサで実現する場合には、演算量が増大するため、演算が高速な高価なマイクロプロセッサが必要となり、高価となるという課題があった。
【００１０】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、演算量を増やすことなく、中低速での軽快な操舵フィーリングを維持しつつ、高速時の収斂性の向上と操舵フィーリング向上を図り、快適な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明による電動パワーステアリング制御装置は、操舵装置と、この操舵装置に加えられた操舵力を検出するトルクセンサと、前記操舵力を補助するモータとを有する車両に搭載され、
前記トルクセンサの出力信号に応じて前記モータの第１のモータ電流値を決定する第１のモータ電流決定手段、
前記トルクセンサの出力信号を微分する微分機能を有し、この微分機能の微分時定数を指令された時定数に設定可能な時定数可変型トルク微分演算手段、
前記時定数可変型トルク微分演算手段の出力に応じて前記モータの第２のモータ電流値を決定する第２のモータ電流決定手段、
車両の操向に係る状態量に応じて前記微分時定数を決定し前記時定数可変型トルク微分演算手段に指令する時定数決定手段、
前記第１と第２のモータ電流を加算して前記モータの目標電流とするモータ駆動制御手段を備えたものである。
【００１２】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両の走行速度を用いる車速応答型時定数決定手段としたものである。
【００１３】
また、前記車速応答型時定数決定手段は、前記車両の走行速度が大きくなるにつれて前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００１４】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記トルクセンサの信号を用いる操舵トルク応答型時定数決定手段としたものである。
【００１５】
また、前記操舵トルク応答型時定数決定手段は、前記トルクセンサの信号が大きくなるにつれ前記微分時定数が大きくなるように設定されたものである。
【００１６】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両のヨーレートを用いるヨーレート応答型時定数決定手段としたものである。
【００１７】
また、前記ヨーレート応答型時定数決定手段は、前記ヨーレートが大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００１８】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記操舵装置の操舵速度を用いる操舵速度応答型時定数決定手段としたものである。
【００１９】
また、前記操舵速度応答型時定数決定手段は、前記操舵速度が大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００２０】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として、この車両の前記走行速度、前記トルクセンサの信号、前記車両のヨーレート、前記操舵装置の操舵速度の内から選択した複数の状態量を用いるようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置を示す図である。なお、以下の図において、従来と同じ符号のものは同一又は相当部分であるので、その説明は簡略に行なう。図において、２は図示しないハンドルの軸に装着され運転者がハンドルに加える操舵力を検出するトルクセンサ、６は前記操舵力をアシストする操舵補助力を車両の操舵軸に与えるためのモータである。
【００２２】
８１はこの車両の走行速度（車速とも言う）を表す車速信号、８２は前記トルクセンサ２の出力信号、８３はこの車両のヨーレートを表すヨーレート信号、８４は前記操舵装置が図示しないハンドルを操舵する早さを表す操舵速度信号である。これらの４つの信号が表すデータを説明の都合上、この車両の操向に係る状態量と呼ぶ。
７０Ｘは上記車速信号８１、トルク信号８２、ヨーレート信号８３、および操舵速度信号８４の内の１つ乃至４つの信号に応じて時定数を決定し、操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速信号１０１に基づき、例えば従来の説明で示した図１２のような特性で第１のモータ電流を決める。
【００２３】
第２のモータ電流決定手段１０２は、他から指令された時定数によって微分時定数を変化させることができる微分機能を内部に備えた時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａによってトルクセンサ２の出力を近似微分し、これに車速信号８１に基づいて決定されるゲインを乗じ、例えば従来の説明で示した図１３のような特性に基づいて、第２のモータ電流値を決定する。時定数決定手段１０５Ｘは前記４つの信号の内の１つ乃至４つの信号出力に基づいて時定数を決定し、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａに時定数を指令する。
モータ駆動手段１０３は、第１のモータ電流と、第２のモータ電流との加算値をモータ６に通流する目標電流としてモータ６を定電流駆動している。
【００２４】
次に動作について説明する。時定数決定手段１０５Ｘは、前記１乃至４つの状態量に基づき、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａでの近似微分の時定数を決定する。この決定方法については、各状態量別に以下の実施の形態で詳細に説明する。そして時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａは時定数決定手段１０５Ｘが指令する時定数に従って微分を行なう。
これ以外の動作は従来の説明で示したものと全く同じであり、繰り返し説明となるので詳細な説明は省略するが、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２が、例えばモータ６の慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）などを打ち消すように作用するなどして操舵フィーリングを向上させる。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。
【００２５】
ここで、時定数決定手段１０５Ｘの設定について説明する。
時定数決定手段１０５Ｘにより、前記４つの信号の内のどれか１つ以上のものの変化に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を変化させる。即ち、用いる信号の数は、どれか１つでも良いし、４つでも良い。勿論、いくつ用いるかによって特性は異なるので、個々の例については、以下の実施の形態でそれぞれ信号別に説明する。即ち、車速信号８１に対する時定数の変化特性は実施の形態２に説明している。また、トルク信号８２に対する特性は実施の形態３で、ヨーレート信号８３に対しては実施の形態４で、操舵速度信号８４に対しては実施の形態５で説明している。実施の形態２〜５に示すように各状態量を単独で用いるものの他、図１に示すように任意の複数の状態量を組み合わせて用いることにより、操舵フィーリングをより良くすることができる。
なお、この実施の形態の図１では時定数決定手段１０５Ｘには、前記４つの信号が全て接続されているものを示しているが、前述の通り１つ以上であればよい。
【００２６】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置を示す図である。
図において、２は図示しないハンドルの軸に装着され運転者がハンドルに加える操舵力を検出するトルクセンサ、３は車両の速度を検出する車速センサ、６は前記操舵力をアシストする操舵補助力を車両の操舵軸に与えるためのモータである。７０は上記トルクセンサ２および車速センサ３の信号に応じて操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速センサ３の出力に基づき、例えば従来の説明で示した図１２のような特性で第１のモータ電流を決める。
【００２７】
第２のモータ電流決定手段１０２は、他から指令された時定数によって微分時定数を変化させることができる微分機能を内部に備えた時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａによって、トルクセンサ２の出力８２を近似微分し、このトルクセンサ近似微分値に、車速センサ３が検出した車速信号８１に基づいて決定されるゲインを乗じ、例えば従来の説明で示した図１３のような特性に基づいて第２のモータ電流値を決定する。
第１のモータ電流と、第２のモータ電流の加算値をモータ６に通流する目標電流として、モータ駆動手段１０３でモータ６を定電流駆動している。
上記に示した図１２、図１３の特性は一例として示したものであり、こうでなければならぬというものではない。
１０５は時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａで演算される近似微分の時定数を車速に応じて決めるための車速応答型時定数決定手段である。
【００２８】
次に動作について説明する。車速応答型時定数決定手段１０５は、車速センサ３の出力に基づき、例えば図３に示す特性のように、車速が高くなるにつれ時定数が小さくなるように、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａでの近似微分の時定数を決定する。そして時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａは車速応答型時定数決定手段１０５が指令する時定数に従って微分を行なう。
これ以外の動作は従来の説明で示したものと全く同じであり、繰り返し説明となるので詳細な説明は省略するが、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２がモータの慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）を打ち消すように作用し、操舵フィーリングを向上させている。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。
【００２９】
ここで、車速応答型時定数決定手段１０５の設定について詳しく説明する。
車速応答型時定数決定手段１０５により、車速に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を変化させる。例えば、図３は当該時定数を車速に応じて単調減少とした例であって、低速時には時定数を長く設定することによって、操舵トルクの変化が無くなった後にモータ電流が流れる時間を長くし、操舵フィーリングの軽快感を増すことができる。一方、車速が増すにつれて次第に時定数を短くすることにより、高速時には例えばステアリングホイールから手を放した後にモータ電流が通流される時間を短くし、ステアリングホイールのふらつき感を発生させずに、収斂性を向上させることができる。
これにより、ハンドル切り込み初期にはモータの慣性モーメントを十分に補正し、かつ、第２のモータ電流による位相遅れ感の無い、切りはじめがしっかりとした操舵フィーリングを実現することができる。
このように、上記近似微分の時定数を車速によって変化させ、高速になるほど時定数を短くすることで、車速に応じた最適な操舵フィーリングを実現することができる。
【００３０】
なお、この実施の形態の図３では時定数を車速が増すにつれて単調減少させる例を示したが、要は車速によって何らかの変化をさせればよいのであって、図の直線特性にかぎらず階段状に減少させてもよいし、途中で増加させたり、途中に一定で変化しない部分があってもよい。例えば図４は時定数決定手段１０５の設定を車速に対して非線形な特性を設定した例である。図３のように低速で時定数を長くするとハンドル据え切り時に軽快感を出すことができるが、時定数を長く設定し過ぎると発生させた補助トルクが振動的となるため、図４のものでは極低速での時定数を中速域よりも小さく設定することで発振を抑制し、スラローム走行等でモータの慣性モーメントの影響が問題になることの多い車速域では時定数を大きくして十分これを補償し、高速域では、再び時定数を小さくしてステアリングホイールのふらつきを減少させ、収斂性を向上させている。
このように、車速に応じた最適な時定数の設定を行うことにより、より操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３１】
実施の形態３．
トルク微分時定数は、以下に説明するように操舵トルク１０２の大きさに基づいて決定してもよい。図５は、実施の形態３による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、７１はこの実施の形態におけるコントローラ、１０５Ａはトルクセンサ２の出力に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を指令するトルク応答型時定数決定手段である。その他の箇所については、実施の形態１又は２のものと同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００３２】
次に本実施の形態のトルク応答型時定数決定手段１０５Ａの設定について説明する。
一般に、ハンドル操作角が小さく、ハンドルを操作する力も小さいときには、高速で走行中であることが多いから、ハンドル操作角とハンドルトルクがこのような状態で走行中には、ハンドルのふらつき感の低下を重視することが必要である。即ち、ステアリング中立付近でのふらつき感をなくすように設定することが好ましい。そこで、図６に示す特性図のように、操舵トルク０近傍で近似微分の時定数を小さくすればよい。一方、操舵トルクが大きい領域で時定数の設定を大きくしておけば、モータの慣性モーメントの影響で操舵トルクが増大するような場合には、大きな微分時定数で第２のモータ電流を流すことができる。このように、本実施の形態のトルク応答型時定数決定手段１０５Ａは、トルクセンサ２の出力信号に基づいてトルク近似微分の時定数を設定する。
【００３３】
また、トルクセンサ２の出力特性が個々に異なる周波数特性や温度特性やばらつきなどを有する場合、第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆもトルクセンサの特性に応じて同様に変化してしまうが、上記近似微分の時定数をトルクセンサ２の特性に合わせて設定を変更すれば、これらトルクセンサ個々の影響による操舵フィーリングの相違をなくすことも可能となる。
そこで、トルク応答型時定数決定手段１０５Ａの特性は、トルクセンサ２の特性に応じたトルク微分時定数を製造ライン等で不揮発性メモリ等に設定できる構成としてもよい。
【００３４】
このように、上記近似微分の時定数をトルクセンサ２の出力に応じて変化させることで、操舵トルクに応じた第２のモータ電流を制御でき、これにより、最適な操舵フィーリングを実現することができる。
また、個々のトルクセンサの特性に応じて上記近似微分の時定数を決定することで、トルクセンサの特性バラツキによる影響をなくすことができる。
図６の直線的な特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００３５】
実施の形態４．
実施の形態２と実施の形態３で説明したトルク微分時定数は、以下に説明するように車両のヨーレートに基づいて決定してもよい。図７は、本実施の形態による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、図において７２はこの実施の形態によるコントローラ、１１は車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサである。ヨーレートセンサについては公知であるので詳細な説明は省略するが、車体に取り付けた慣性センサ（車体の旋回を検出）によるか、又は、車体に取り付けた横方向加速度センサによるか、あるいは車速とハンドル角から演算で求めることでもヨーレートを得ることができる。
１０５Ｂはヨーレートセンサ１１の出力に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａに時定数を指令するヨーレート応答型時定数決定手段である。ヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂはヨーレートセンサ１１の出力からトルク近似微分の時定数を決定する。その他の箇所については、実施の形態１乃至３と同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており詳細な説明を省略する。
【００３６】
次に本実施の形態のヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂの設定について説明する。
従来の電動パワーステアリング制御装置では、少なくとも直接的には車両のヨーレートに関係なくトルクの微分値に基づく第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆを決定する。このようにして決定された第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆでは、車両のヨーレートが大きく、車両の挙動が不安定な時には、一般に過大となり、車体の収斂性の悪化を助長する。
そこで、本実施の形態におけるヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂは、ヨーレートセンサ１１により近似微分の時定数を決定する。例えば、図８に示す特性図のようにヨーレートが小さく、車両が安定な状態の時は、ハンドルの軽快感を増すため、近似微分の時定数を大きくし、近似微分値に基づく第２のモータ電流を設定する。また、ヨーレートが大きく、車両の挙動が不安定な状態の時は、近似微分の時定数を小さくすれば、実施の形態２において高速時にトルク微分時定数を小さくした場合と同様の理由で、車両の収斂性を向上させることができる。
図８の直線的な特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００３７】
さらに、ヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂを実施の形態２で説明した車速にも応答するものとすれば、ヨーレートに応じた近似微分値に基づく第２のモータ電流を、さらに車速に応じて補償することが可能となり、高速時の車両安定性の確保、および運転状況に応じた最適な操舵フィーリングを、さらに高度に達成できる。
【００３８】
このように、近似微分の時定数をヨーレートによって変化させることで、操舵フィーリングと車両の挙動の安定性を両立させることができる。
なお、ここでは近似微分の時定数を決定するためにヨーレートを用いたが、前述したとおりヨーレートに代えて、車速とハンドル角、車体の回転速度、横加速度等、車両の挙動の安定性に関する状態量を用いれば、同様の効果を奏する。
【００３９】
実施の形態５．
実施の形態４で説明したヨーレートに基づくトルク微分時定数の決定は、ヨーレートセンサ又はこれに代わるセンサ又は演算装置を追加する必要があるという課題が生じる。そこで同様の効果を他のすでに設けられているセンサから得る方法として、操舵速度（ハンドルを回す早さ）に基づいて決定してもよい。図９は、本実施の形態による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、７３はこの実施の形態によるコントローラである。操舵速度応答型時定数決定手段１０５Ｃは、操舵速度と等価な値が得られるモータ回転速度センサ１２の出力信号からトルク近似微分の時定数を決定する。ただし、図９では理解を容易にするための説明の都合上、車速信号８１も利用している状態で説明している。その他の箇所については、実施の形態４と同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００４０】
次に本実施の形態の操舵速度応答型時定数決定手段１０５Ｃの設定について説明する。
一般に、高速走行時に操舵速度が大きいと、車両の挙動が不安定になりがちである。そこで、例えば、図１０に示す特性線のように、車速が低速で操舵速度すなわちモータ回転速度も小さく、車両が安定な状態の時は、上記近似微分の時定数を大きくして、近似微分値に基づく第２のモータ電流を軽快感を重視した設定とする。また、車速が高速で操舵速度すなわちモータ回転速度も大きく、車両の挙動が不安定な状態の時は、上記近似微分の時定数を小さくすれば、車両の収斂性を向上させる、即ち実施の形態４と同様の効果を得ることができる。図１０の単調に変化する特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００４１】
また、モータ回転速度は逆起電力に比例するので、本実施の形態において、例えば下式に基づいてモータ逆起電力を演算してモータ回転速度に代えれば、実施の形態２の図２の構成に対して新たにセンサを付加することなく、実施の形態４と同様の効果を奏することができ、コストダウンを図ることができる。
Ｖｅ＝Ｖｍ−Ｉａ＊Ｒａ
ここで Ｖｅ：モータ逆起電力（Ｖ）
Ｖｍ：モータ印加電圧（Ｖ）
Ｉａ：電機子電流（Ａ）
Ｒａ：電機子抵抗（Ω） である。
【００４２】
また、ステアリングホイールの操舵速度を測定できるステアリング角度センサなどを具備する場合には、それを用いてもよいことはいうまでもない。一般にステアリング角度センサは実施の形態４で説明したヨーレートセンサよりも安価であり、この場合にも実施の形態４に対してコストダウンを達成できる。
なお、前述したように、この実施の形態では車速信号を必ず使用するように説明したが、必ずしも使用しなくても良い。即ち、モータの回転速度センサ１２の信号または操舵速度信号８４だけを使用して構成しても効果は得られる。
【００４３】
実施の形態６．
実施の形態２〜実施の形態５の説明に於いて、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を指令する時定数決定手段１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃは、実施の形態２の車速に基づくもの、実施の形態３のトルクに基づくもの、実施の形態４のヨーレートに基づくもの、実施の形態５では操舵速度にもとづくものを示した。これら時定数決定手段は、いずれも車両の操向に係る状態量（ここで言う操向に係る状態量とは、車両の操向に関する安定性の程度である。）に応じて時定数を決定するものである。いずれの場合も状態量が大きくなれば（安定性が低下すれば）微分時定数を小さくする。
また、操向に係る状態量としては上記に限らず、ハンドル角、車両の加速度などを用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、車両の操向に係る状態量に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、車両の状態に応じた最適な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４５】
また、走行速度に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、車速に応じた違和感のない操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４６】
また、走行速度が大きくなるにつれてトルクセンサ近似微分の時定数を小さく設定することで、中低速では軽快な操舵フィーリングを実現しつつも、高速時では収斂性を向上させた、電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４７】
また、トルクセンサに基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、トルクセンサの周波数特性や温度特性やばらつきなどによる影響を相殺でき、また、操舵トルクに応じた適切な時定数でモータの慣性モーメント等を補償した電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４８】
また、トルクが大きくなるにつれ時定数を小さくしているので、操舵トルクに応じた適切な時定数でモータの慣性モーメント等を補償した電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４９】
また、ヨーレートに基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５０】
また、ヨーレートが大きくなるにつれ、時定数を小さくしているので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５１】
また、操舵速度に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、ヨーレートセンサを付加することなく、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５２】
また、走行速度が大きくなるにつれ、かつ、操舵速度が高くなるにつれ時定数を小さくしているので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５３】
また、時定数決定手段は、車両の操向に係る状態量として、走行速度、操舵トルク、ヨーレート、操舵速度の内から複数のものを選択して用いるので、最適な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２の電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図３】図２の車速応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図４】図２の車速応答型時定数決定手段の他の特性を説明する図である。
【図５】実施の形態３による電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図６】図５のトルク応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図７】実施の形態４による電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図８】図７のヨーレート応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図９】実施の形態５による電動パワーステアリング装置を示す制御構成
図である。
【図１０】図９の操舵速度応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図１１】従来の電動パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図１２】図１１の第１のモータ電流決定手段の特性を示す図である。
【図１３】図１１の第２のモータ電流決定手段の特性を示す図である。
【図１４】従来の他の電動パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図１５】電動パワーステアリング装置の機構説明図である。
【符号の説明】
２ トルクセンサ、 ３ 車速センサ、 ６ モータ、
３０ 加算器、 ７０、７０Ｘ、７１、７２、７３ コントローラ、
８１ 車速信号、 ８２ 操舵トルク信号、 ８３ ヨーレート信号、
８４ 操舵速度信号、
１０１ 第１のモータ電流決定手段、
１０２ 第２のモータ電流決定手段、 １０３ モータ駆動制御手段、
１０４Ａ 時定数可変型トルク微分演算手段、
１０５ 車速応答型時定数決定手段、
１０５Ａ トルク応答型時定数決定手段、
１０５Ｂ ヨーレート応答型時定数決定手段、
１０５Ｃ 操舵速度応答型時定数決定手段、 １０５Ｘ 時定数決定手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車等の電動パワーステアリング装置を制御する電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者が車両のハンドルを操作するに要する力を、電動モータによって補助する電動パワーステアリング装置において、適切なハンドル操作感（フィーリング）が得られるように電動モータの制御を行なうことは極めて重要であり、その制御を行なう電動パワーステアリング制御装置については、従来から種々提案されている。
図１１は、特開平２−３４４６９号公報に示された従来の電動パワーステアリング制御装置のブロック図である。なお、理解を助けるため一般的な電動パワーステアリング装置の構成を図１５に示す。図１５に於いて、１はハンドル、２はハンドルの軸に取り付けられたトルクセンサ、１０は操向車輪、１１はハンドル１の操作力を操向車輪１０の角度制御機構１２に伝えるギア機構である。
図１１において、２はハンドル（図１５の１）の軸に装着され運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、３はこの車両の走行速度（以下、車速とも言う）を検出する車速センサ、６は操舵補助力（操舵アシスト量又はアシスト力という）をハンドルの軸（以下操舵軸）に与えるための電動モータ（以下モータ）である。７は上記トルクセンサ２および車速センサ３の信号に応じて操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
【０００３】
次に、コントローラ７の動作について説明する。第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速センサ３の出力に基づき、例えば図１２に示す特性で、第１のモータ電流を決める。図１２では発生させるモータ電流（モータトルクに近い）は、操舵トルクが所定の大きさを越えると発生するように設定され、かつ、車速が低いほど大きくなるように決定される。
第２のモータ電流決定手段１０２は、トルク微分演算手段１０４によって上記トルクセンサ２の出力信号を近似微分し、このトルクセンサ出力の近似微分値に、車速センサ３が検出した車速に基づいて決定されるゲイン（例えば図１３のように車速が大きいほどゲインは大きい）を乗じ、図１３に示すような特性で第２のモータ電流を決定する。図１３では発生させるモータ電流は、操舵トルクの変化速度（トルク微分）に比例し、かつ、車速が高いほど大きくなるように決定されている。
上記第１のモータ電流値と、上記第２のモータ電流値とを加算器３０で加算し、この加算値をモータ６に通流する目標電流として、モータ駆動手段１０３でモータ６を定電流駆動している。
【０００４】
このように、従来例では、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２がモータの慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）を打ち消すように作用し、操舵フィーリングを向上させている。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。ここで、モータ慣性によるフィーリングの悪化を防止するためには、このゲインを十分に大きくしなければならないが、大きくしすぎると、高速走行時にトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインが大きくなるために、レーンチェンジや危険回避といった速い操舵を行った際に、上記第２のモータ電流が過大となり、ステアリングホイールのふらつき感といった、いわゆる収斂性の悪化を招くので、そのゲインの調整は難しい。
【０００５】
以上に説明した問題の発生原因について、さらに詳細に説明する。
図１３は、前述したとおり第２のモータ電流決定手段１０２によるモータ電流を示す一例であり、上記トルクの近似微分値と車速に基づいたゲインとの積によって第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆを算出することを示している。ところで、この微分動作には時定数があるので、運転者がステアリングホイールに加える力を緩めて（理解を助けるため極端な例を言えば、ハンドルから手を放し）操舵トルクが０に近い値となった後も、トルクの近似微分の時定数に応じた時間は第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆはゼロとならず、モータ６に電流が通電され続ける。この時定数が長すぎると、例えば、高速走行時のレーンチェンジ等の際の車両の収斂性が悪化する。
【０００６】
図１３の特性では、前述したように高速走行時にはモータ６の慣性モーメントによる操舵フィーリングの悪化を防止するべく、低速時よりも上記ゲインが高い設定となっている。このような設定は、高速ほど、操舵力をゼロにした後に流れるモータ電流が大きくなり、上述の収斂性の悪化を助長することを意味する。
一方、これを防止するために、例えば図１３とは逆に、高速時にゲインが低下する特性にしたとすると、高速時にモータ慣性モーメントの影響を打ち消せなくなり、操舵フィーリングの悪化を招く。このように、ゲイン、すなわち、図１３の傾きの調整だけで操舵フィーリングを制御することには限界がある。
【０００７】
このような課題を解決するため提案された特開平１０−１５７６３６号公報に開示されたものと類似の、他の従来の電動パワーステアリング制御装置の構成を図１４に示す。
図１４の従来の制御装置においては、位相補償器１１０によって、トルクセンサ２の近似微分値を位相補償（周波数特性を改善し、近似微分値の不要な周波数成分の信号を減衰させる）して第２のモータ電流決定手段１０２に入力した後、前述の図１１の従来例と同様に第２のモータ電流を演算している。そしてこのような位相補償回路の追加はアナログ電子回路の追加、又は、ディジタル回路で処理するならば余分なソフトウェアの増加と、処理の複雑化に伴う処理速度の低下を招く。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング制御装置は以上のように構成されているので、高速走行時にトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインが大きくなるために、レーンチェンジや危険回避といった速い操舵を行った際に、第２のモータ電流が過大となり、ステアリングホイールのふらつき感といった、いわゆる収斂性の悪化を招くという問題があった。
また、上記高速時の収斂性の問題を防止するべく、上記従来例とは逆に、高速でトルクセンサの近似微分値に乗ぜられるゲインを小さくする特性とすると、モータの慣性モーメントが十分に補正されず、操舵フィーリングが悪化するという問題があった。
【０００９】
また、従来装置の問題解決を位相補償器によって図った他の従来装置は、位相補償器を必要とするので、例えばこれをアナログ回路で構成すれば電子回路の追加が、また、マイクロプロセッサで実現する場合には、演算量が増大するため、演算が高速な高価なマイクロプロセッサが必要となり、高価となるという課題があった。
【００１０】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、演算量を増やすことなく、中低速での軽快な操舵フィーリングを維持しつつ、高速時の収斂性の向上と操舵フィーリング向上を図り、快適な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明による電動パワーステアリング制御装置は、操舵装置と、この操舵装置に加えられた操舵力を検出するトルクセンサと、前記操舵力を補助するモータとを有する車両に搭載され、
前記トルクセンサの出力信号に応じて前記モータの第１のモータ電流値を決定する第１のモータ電流決定手段、
前記トルクセンサの出力信号を微分する微分機能を有し、この微分機能の微分時定数を指令された時定数に設定可能な時定数可変型トルク微分演算手段、
前記時定数可変型トルク微分演算手段の出力に応じて前記モータの第２のモータ電流値を決定する第２のモータ電流決定手段、
車両の操向に係る状態量に応じて前記微分時定数を決定し前記時定数可変型トルク微分演算手段に指令する時定数決定手段、
前記第１と第２のモータ電流を加算して前記モータの目標電流とするモータ駆動制御手段を備えたものである。
【００１２】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両の走行速度を用いる車速応答型時定数決定手段としたものである。
【００１３】
また、前記車速応答型時定数決定手段は、前記車両の走行速度が大きくなるにつれて前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００１４】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記トルクセンサの信号を用いる操舵トルク応答型時定数決定手段としたものである。
【００１５】
また、前記操舵トルク応答型時定数決定手段は、前記トルクセンサの信号が大きくなるにつれ前記微分時定数が大きくなるように設定されたものである。
【００１６】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両のヨーレートを用いるヨーレート応答型時定数決定手段としたものである。
【００１７】
また、前記ヨーレート応答型時定数決定手段は、前記ヨーレートが大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００１８】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記操舵装置の操舵速度を用いる操舵速度応答型時定数決定手段としたものである。
【００１９】
また、前記操舵速度応答型時定数決定手段は、前記操舵速度が大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたものである。
【００２０】
また、前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として、この車両の前記走行速度、前記トルクセンサの信号、前記車両のヨーレート、前記操舵装置の操舵速度の内から選択した複数の状態量を用いるようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置を示す図である。なお、以下の図において、従来と同じ符号のものは同一又は相当部分であるので、その説明は簡略に行なう。図において、２は図示しないハンドルの軸に装着され運転者がハンドルに加える操舵力を検出するトルクセンサ、６は前記操舵力をアシストする操舵補助力を車両の操舵軸に与えるためのモータである。
【００２２】
８１はこの車両の走行速度（車速とも言う）を表す車速信号、８２は前記トルクセンサ２の出力信号、８３はこの車両のヨーレートを表すヨーレート信号、８４は前記操舵装置が図示しないハンドルを操舵する早さを表す操舵速度信号である。これらの４つの信号が表すデータを説明の都合上、この車両の操向に係る状態量と呼ぶ。
７０Ｘは上記車速信号８１、トルク信号８２、ヨーレート信号８３、および操舵速度信号８４の内の１つ乃至４つの信号に応じて時定数を決定し、操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速信号１０１に基づき、例えば従来の説明で示した図１２のような特性で第１のモータ電流を決める。
【００２３】
第２のモータ電流決定手段１０２は、他から指令された時定数によって微分時定数を変化させることができる微分機能を内部に備えた時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａによってトルクセンサ２の出力を近似微分し、これに車速信号８１に基づいて決定されるゲインを乗じ、例えば従来の説明で示した図１３のような特性に基づいて、第２のモータ電流値を決定する。時定数決定手段１０５Ｘは前記４つの信号の内の１つ乃至４つの信号出力に基づいて時定数を決定し、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａに時定数を指令する。
モータ駆動手段１０３は、第１のモータ電流と、第２のモータ電流との加算値をモータ６に通流する目標電流としてモータ６を定電流駆動している。
【００２４】
次に動作について説明する。時定数決定手段１０５Ｘは、前記１乃至４つの状態量に基づき、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａでの近似微分の時定数を決定する。この決定方法については、各状態量別に以下の実施の形態で詳細に説明する。そして時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａは時定数決定手段１０５Ｘが指令する時定数に従って微分を行なう。
これ以外の動作は従来の説明で示したものと全く同じであり、繰り返し説明となるので詳細な説明は省略するが、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２が、例えばモータ６の慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）などを打ち消すように作用するなどして操舵フィーリングを向上させる。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。
【００２５】
ここで、時定数決定手段１０５Ｘの設定について説明する。
時定数決定手段１０５Ｘにより、前記４つの信号の内のどれか１つ以上のものの変化に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を変化させる。即ち、用いる信号の数は、どれか１つでも良いし、４つでも良い。勿論、いくつ用いるかによって特性は異なるので、個々の例については、以下の実施の形態でそれぞれ信号別に説明する。即ち、車速信号８１に対する時定数の変化特性は実施の形態２に説明している。また、トルク信号８２に対する特性は実施の形態３で、ヨーレート信号８３に対しては実施の形態４で、操舵速度信号８４に対しては実施の形態５で説明している。実施の形態２〜５に示すように各状態量を単独で用いるものの他、図１に示すように任意の複数の状態量を組み合わせて用いることにより、操舵フィーリングをより良くすることができる。
なお、この実施の形態の図１では時定数決定手段１０５Ｘには、前記４つの信号が全て接続されているものを示しているが、前述の通り１つ以上であればよい。
【００２６】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置を示す図である。
図において、２は図示しないハンドルの軸に装着され運転者がハンドルに加える操舵力を検出するトルクセンサ、３は車両の速度を検出する車速センサ、６は前記操舵力をアシストする操舵補助力を車両の操舵軸に与えるためのモータである。７０は上記トルクセンサ２および車速センサ３の信号に応じて操舵アシスト量を演算し、モータ６を駆動するコントローラである。
第１のモータ電流決定手段１０１は、トルクセンサ２の出力と車速センサ３の出力に基づき、例えば従来の説明で示した図１２のような特性で第１のモータ電流を決める。
【００２７】
第２のモータ電流決定手段１０２は、他から指令された時定数によって微分時定数を変化させることができる微分機能を内部に備えた時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａによって、トルクセンサ２の出力８２を近似微分し、このトルクセンサ近似微分値に、車速センサ３が検出した車速信号８１に基づいて決定されるゲインを乗じ、例えば従来の説明で示した図１３のような特性に基づいて第２のモータ電流値を決定する。
第１のモータ電流と、第２のモータ電流の加算値をモータ６に通流する目標電流として、モータ駆動手段１０３でモータ６を定電流駆動している。
上記に示した図１２、図１３の特性は一例として示したものであり、こうでなければならぬというものではない。
１０５は時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａで演算される近似微分の時定数を車速に応じて決めるための車速応答型時定数決定手段である。
【００２８】
次に動作について説明する。車速応答型時定数決定手段１０５は、車速センサ３の出力に基づき、例えば図３に示す特性のように、車速が高くなるにつれ時定数が小さくなるように、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａでの近似微分の時定数を決定する。そして時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａは車速応答型時定数決定手段１０５が指令する時定数に従って微分を行なう。
これ以外の動作は従来の説明で示したものと全く同じであり、繰り返し説明となるので詳細な説明は省略するが、第１のモータ電流決定手段１０１によって運転者の操舵力を補助するトルクを発生させるとともに、第２のモータ電流決定手段１０２がモータの慣性モーメントによる影響（運転者がハンドルを操作するときにモータの慣性モーメントを重さとして感じること）を打ち消すように作用し、操舵フィーリングを向上させている。
また、第２のモータ電流決定手段１０２は、モータ６の慣性モーメントが問題となる高速時には、上記トルクセンサ近似微分値に乗じられるゲインを大きくし、第２のモータ電流によってトルク制御系が不安定になり、操舵トルクが振動的になることが懸念される低車速時には、上記ゲインを小さくしている。
【００２９】
ここで、車速応答型時定数決定手段１０５の設定について詳しく説明する。
車速応答型時定数決定手段１０５により、車速に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を変化させる。例えば、図３は当該時定数を車速に応じて単調減少とした例であって、低速時には時定数を長く設定することによって、操舵トルクの変化が無くなった後にモータ電流が流れる時間を長くし、操舵フィーリングの軽快感を増すことができる。一方、車速が増すにつれて次第に時定数を短くすることにより、高速時には例えばステアリングホイールから手を放した後にモータ電流が通流される時間を短くし、ステアリングホイールのふらつき感を発生させずに、収斂性を向上させることができる。
これにより、ハンドル切り込み初期にはモータの慣性モーメントを十分に補正し、かつ、第２のモータ電流による位相遅れ感の無い、切りはじめがしっかりとした操舵フィーリングを実現することができる。
このように、上記近似微分の時定数を車速によって変化させ、高速になるほど時定数を短くすることで、車速に応じた最適な操舵フィーリングを実現することができる。
【００３０】
なお、この実施の形態の図３では時定数を車速が増すにつれて単調減少させる例を示したが、要は車速によって何らかの変化をさせればよいのであって、図の直線特性にかぎらず階段状に減少させてもよいし、途中で増加させたり、途中に一定で変化しない部分があってもよい。例えば図４は時定数決定手段１０５の設定を車速に対して非線形な特性を設定した例である。図３のように低速で時定数を長くするとハンドル据え切り時に軽快感を出すことができるが、時定数を長く設定し過ぎると発生させた補助トルクが振動的となるため、図４のものでは極低速での時定数を中速域よりも小さく設定することで発振を抑制し、スラローム走行等でモータの慣性モーメントの影響が問題になることの多い車速域では時定数を大きくして十分これを補償し、高速域では、再び時定数を小さくしてステアリングホイールのふらつきを減少させ、収斂性を向上させている。
このように、車速に応じた最適な時定数の設定を行うことにより、より操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３１】
実施の形態３．
トルク微分時定数は、以下に説明するように操舵トルク１０２の大きさに基づいて決定してもよい。図５は、実施の形態３による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、７１はこの実施の形態におけるコントローラ、１０５Ａはトルクセンサ２の出力に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を指令するトルク応答型時定数決定手段である。その他の箇所については、実施の形態１又は２のものと同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００３２】
次に本実施の形態のトルク応答型時定数決定手段１０５Ａの設定について説明する。
一般に、ハンドル操作角が小さく、ハンドルを操作する力も小さいときには、高速で走行中であることが多いから、ハンドル操作角とハンドルトルクがこのような状態で走行中には、ハンドルのふらつき感の低下を重視することが必要である。即ち、ステアリング中立付近でのふらつき感をなくすように設定することが好ましい。そこで、図６に示す特性図のように、操舵トルク０近傍で近似微分の時定数を小さくすればよい。一方、操舵トルクが大きい領域で時定数の設定を大きくしておけば、モータの慣性モーメントの影響で操舵トルクが増大するような場合には、大きな微分時定数で第２のモータ電流を流すことができる。このように、本実施の形態のトルク応答型時定数決定手段１０５Ａは、トルクセンサ２の出力信号に基づいてトルク近似微分の時定数を設定する。
【００３３】
また、トルクセンサ２の出力特性が個々に異なる周波数特性や温度特性やばらつきなどを有する場合、第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆもトルクセンサの特性に応じて同様に変化してしまうが、上記近似微分の時定数をトルクセンサ２の特性に合わせて設定を変更すれば、これらトルクセンサ個々の影響による操舵フィーリングの相違をなくすことも可能となる。
そこで、トルク応答型時定数決定手段１０５Ａの特性は、トルクセンサ２の特性に応じたトルク微分時定数を製造ライン等で不揮発性メモリ等に設定できる構成としてもよい。
【００３４】
このように、上記近似微分の時定数をトルクセンサ２の出力に応じて変化させることで、操舵トルクに応じた第２のモータ電流を制御でき、これにより、最適な操舵フィーリングを実現することができる。
また、個々のトルクセンサの特性に応じて上記近似微分の時定数を決定することで、トルクセンサの特性バラツキによる影響をなくすことができる。
図６の直線的な特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００３５】
実施の形態４．
実施の形態２と実施の形態３で説明したトルク微分時定数は、以下に説明するように車両のヨーレートに基づいて決定してもよい。図７は、本実施の形態による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、図において７２はこの実施の形態によるコントローラ、１１は車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサである。ヨーレートセンサについては公知であるので詳細な説明は省略するが、車体に取り付けた慣性センサ（車体の旋回を検出）によるか、又は、車体に取り付けた横方向加速度センサによるか、あるいは車速とハンドル角から演算で求めることでもヨーレートを得ることができる。
１０５Ｂはヨーレートセンサ１１の出力に応じて時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａに時定数を指令するヨーレート応答型時定数決定手段である。ヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂはヨーレートセンサ１１の出力からトルク近似微分の時定数を決定する。その他の箇所については、実施の形態１乃至３と同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており詳細な説明を省略する。
【００３６】
次に本実施の形態のヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂの設定について説明する。
従来の電動パワーステアリング制御装置では、少なくとも直接的には車両のヨーレートに関係なくトルクの微分値に基づく第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆを決定する。このようにして決定された第２のモータ電流Ｉｄｉｆｆでは、車両のヨーレートが大きく、車両の挙動が不安定な時には、一般に過大となり、車体の収斂性の悪化を助長する。
そこで、本実施の形態におけるヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂは、ヨーレートセンサ１１により近似微分の時定数を決定する。例えば、図８に示す特性図のようにヨーレートが小さく、車両が安定な状態の時は、ハンドルの軽快感を増すため、近似微分の時定数を大きくし、近似微分値に基づく第２のモータ電流を設定する。また、ヨーレートが大きく、車両の挙動が不安定な状態の時は、近似微分の時定数を小さくすれば、実施の形態２において高速時にトルク微分時定数を小さくした場合と同様の理由で、車両の収斂性を向上させることができる。
図８の直線的な特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００３７】
さらに、ヨーレート応答型時定数決定手段１０５Ｂを実施の形態２で説明した車速にも応答するものとすれば、ヨーレートに応じた近似微分値に基づく第２のモータ電流を、さらに車速に応じて補償することが可能となり、高速時の車両安定性の確保、および運転状況に応じた最適な操舵フィーリングを、さらに高度に達成できる。
【００３８】
このように、近似微分の時定数をヨーレートによって変化させることで、操舵フィーリングと車両の挙動の安定性を両立させることができる。
なお、ここでは近似微分の時定数を決定するためにヨーレートを用いたが、前述したとおりヨーレートに代えて、車速とハンドル角、車体の回転速度、横加速度等、車両の挙動の安定性に関する状態量を用いれば、同様の効果を奏する。
【００３９】
実施の形態５．
実施の形態４で説明したヨーレートに基づくトルク微分時定数の決定は、ヨーレートセンサ又はこれに代わるセンサ又は演算装置を追加する必要があるという課題が生じる。そこで同様の効果を他のすでに設けられているセンサから得る方法として、操舵速度（ハンドルを回す早さ）に基づいて決定してもよい。図９は、本実施の形態による電動パワーステアリング制御装置を示す図であり、７３はこの実施の形態によるコントローラである。操舵速度応答型時定数決定手段１０５Ｃは、操舵速度と等価な値が得られるモータ回転速度センサ１２の出力信号からトルク近似微分の時定数を決定する。ただし、図９では理解を容易にするための説明の都合上、車速信号８１も利用している状態で説明している。その他の箇所については、実施の形態４と同じまたは相当する箇所には同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００４０】
次に本実施の形態の操舵速度応答型時定数決定手段１０５Ｃの設定について説明する。
一般に、高速走行時に操舵速度が大きいと、車両の挙動が不安定になりがちである。そこで、例えば、図１０に示す特性線のように、車速が低速で操舵速度すなわちモータ回転速度も小さく、車両が安定な状態の時は、上記近似微分の時定数を大きくして、近似微分値に基づく第２のモータ電流を軽快感を重視した設定とする。また、車速が高速で操舵速度すなわちモータ回転速度も大きく、車両の挙動が不安定な状態の時は、上記近似微分の時定数を小さくすれば、車両の収斂性を向上させる、即ち実施の形態４と同様の効果を得ることができる。図１０の単調に変化する特性は、代表的な例を示したものであり、実施の形態２の図４と同様に非線形特性としても良い。
【００４１】
また、モータ回転速度は逆起電力に比例するので、本実施の形態において、例えば下式に基づいてモータ逆起電力を演算してモータ回転速度に代えれば、実施の形態２の図２の構成に対して新たにセンサを付加することなく、実施の形態４と同様の効果を奏することができ、コストダウンを図ることができる。
Ｖｅ＝Ｖｍ−Ｉａ＊Ｒａ
ここで Ｖｅ：モータ逆起電力（Ｖ）
Ｖｍ：モータ印加電圧（Ｖ）
Ｉａ：電機子電流（Ａ）
Ｒａ：電機子抵抗（Ω） である。
【００４２】
また、ステアリングホイールの操舵速度を測定できるステアリング角度センサなどを具備する場合には、それを用いてもよいことはいうまでもない。一般にステアリング角度センサは実施の形態４で説明したヨーレートセンサよりも安価であり、この場合にも実施の形態４に対してコストダウンを達成できる。
なお、前述したように、この実施の形態では車速信号を必ず使用するように説明したが、必ずしも使用しなくても良い。即ち、モータの回転速度センサ１２の信号または操舵速度信号８４だけを使用して構成しても効果は得られる。
【００４３】
実施の形態６．
実施の形態２〜実施の形態５の説明に於いて、時定数可変型トルク微分演算手段１０４Ａの時定数を指令する時定数決定手段１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃは、実施の形態２の車速に基づくもの、実施の形態３のトルクに基づくもの、実施の形態４のヨーレートに基づくもの、実施の形態５では操舵速度にもとづくものを示した。これら時定数決定手段は、いずれも車両の操向に係る状態量（ここで言う操向に係る状態量とは、車両の操向に関する安定性の程度である。）に応じて時定数を決定するものである。いずれの場合も状態量が大きくなれば（安定性が低下すれば）微分時定数を小さくする。
また、操向に係る状態量としては上記に限らず、ハンドル角、車両の加速度などを用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、車両の操向に係る状態量に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、車両の状態に応じた最適な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４５】
また、走行速度に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、車速に応じた違和感のない操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４６】
また、走行速度が大きくなるにつれてトルクセンサ近似微分の時定数を小さく設定することで、中低速では軽快な操舵フィーリングを実現しつつも、高速時では収斂性を向上させた、電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４７】
また、トルクセンサに基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、トルクセンサの周波数特性や温度特性やばらつきなどによる影響を相殺でき、また、操舵トルクに応じた適切な時定数でモータの慣性モーメント等を補償した電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４８】
また、トルクが大きくなるにつれ時定数を小さくしているので、操舵トルクに応じた適切な時定数でモータの慣性モーメント等を補償した電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００４９】
また、ヨーレートに基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５０】
また、ヨーレートが大きくなるにつれ、時定数を小さくしているので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５１】
また、操舵速度に基づいてトルクセンサ近似微分の時定数を設定できるので、ヨーレートセンサを付加することなく、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５２】
また、走行速度が大きくなるにつれ、かつ、操舵速度が高くなるにつれ時定数を小さくしているので、軽快感と車両の安定性を両立した、さらに良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【００５３】
また、時定数決定手段は、車両の操向に係る状態量として、走行速度、操舵トルク、ヨーレート、操舵速度の内から複数のものを選択して用いるので、最適な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２の電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図３】図２の車速応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図４】図２の車速応答型時定数決定手段の他の特性を説明する図である。
【図５】実施の形態３による電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図６】図５のトルク応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図７】実施の形態４による電動パワーステアリング装置を示す制御構成図である。
【図８】図７のヨーレート応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図９】実施の形態５による電動パワーステアリング装置を示す制御構成
図である。
【図１０】図９の操舵速度応答型時定数決定手段の特性を示す図である。
【図１１】従来の電動パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図１２】図１１の第１のモータ電流決定手段の特性を示す図である。
【図１３】図１１の第２のモータ電流決定手段の特性を示す図である。
【図１４】従来の他の電動パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図１５】電動パワーステアリング装置の機構説明図である。
【符号の説明】
２ トルクセンサ、 ３ 車速センサ、 ６ モータ、
３０ 加算器、 ７０、７０Ｘ、７１、７２、７３ コントローラ、
８１ 車速信号、 ８２ 操舵トルク信号、 ８３ ヨーレート信号、
８４ 操舵速度信号、
１０１ 第１のモータ電流決定手段、
１０２ 第２のモータ電流決定手段、 １０３ モータ駆動制御手段、
１０４Ａ 時定数可変型トルク微分演算手段、
１０５ 車速応答型時定数決定手段、
１０５Ａ トルク応答型時定数決定手段、
１０５Ｂ ヨーレート応答型時定数決定手段、
１０５Ｃ 操舵速度応答型時定数決定手段、 １０５Ｘ 時定数決定手段。
Claims (10)
- 操舵装置と、この操舵装置に加えられた操舵力を検出するトルクセンサと、前記操舵力を補助するモータとを有する車両に搭載され、
前記トルクセンサの出力信号に応じて前記モータの第１のモータ電流値を決定する第１のモータ電流決定手段、
前記トルクセンサの出力信号を微分する微分機能を有し、この微分機能の微分時定数を指令された時定数に設定可能な時定数可変型トルク微分演算手段、
前記時定数可変型トルク微分演算手段の出力に応じて前記モータの第２のモータ電流値を決定する第２のモータ電流決定手段、
車両の操向に係る状態量に応じて前記微分時定数を決定し前記時定数可変型トルク微分演算手段に指令する時定数決定手段、
前記第１と第２のモータ電流を加算して前記モータの目標電流とするモータ駆動制御手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両の走行速度を用いる車速応答型時定数決定手段であ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制御装置。
- 前記車速応答型時定数決定手段は、前記車両の走行速度が大きくなるにつれて前記微分時定数が小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記トルクセンサの信号を用いる操舵トルク応答型時定数決定手段であ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制御装置。
- 前記操舵トルク応答型時定数決定手段は、前記トルクセンサの信号が大きくなるにつれ、前記微分時定数が大きくなるように設定されたことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量としてこの車両のヨーレートを用いるヨーレート応答型時定数決定手段であ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制御装置。
- 前記ヨーレート応答型時定数決定手段は、前記ヨーレートが大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として前記操舵装置の操舵速度を用いる操舵速度応答型時定数決定手段であ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制御装置。
- 前記操舵速度応答型時定数決定手段は、前記操舵速度が大きくなるにつれ前記微分時定数が小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項８に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記時定数決定手段は、前記車両の操向に係る状態量として、この車両の前記走行速度、前記トルクセンサの信号、前記車両のヨーレート、前記操舵装置の操舵速度の内から選択した複数の状態量を用いるものであ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制御装置。
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