JP3637764B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

【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、特にトルクステアをなくして、全体的な制御精度や追従性といった操舵性を向上でき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なっている。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−ティ比の調整で行なっている。
【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３に示して説明すると、操向ハンドル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、操向ハンドル１の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、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、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と車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、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。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【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４のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。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。又、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を決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。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、その比例出力は加算器３０Ｂ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。
【０００５】
モータ駆動回路３７の構成例を図５に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。
【０００６】
このような電動パワーステアリング装置の制御装置では、モータの慣性の影響を補償したり、車両のヨーレートの収れん性制御のために、モータ角速度やモータ角加速度の推定値若しくは検出値に基づいた制御を行なっている。特開平３−７４２６２号公報に示されるように、コスト低減という大きな目的から、角速度はモータに発生する逆起電力から推定する方法が一般的に知られている。即ち、モータ角速度の推定は、モータの端子間電圧及びモータ電流を検出し、モータのインピーダンスモデルを基にしてモータ逆起電力を算出し、そのモータ逆起電力がモータ角速度に比例して発生するということにより行なっている。
【０００７】
図６はその構成を示しており、コントロールユニット３０Ａ内のモータ角速度推定器３０１は、電流制御値Ｅ（モータ端子間電圧に対応）及びモータ電流値ｉよりモータ角速度ωを推定し、推定されたモータ角速度ωをロストルク補償器３０３及び収れん性制御器３０４に入力する。ロストルク補償器３０３及び収れん性制御器３０４の出力はそれぞれ加減算器３０Ａに入力され、ロストルク補償器３０３はモータ２０のロストルクの発生する方向、つまりモータ２０の回転方向に対してロストルク相当のアシストを行ない、収れん性制御器３０４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いる。また、モータ角速度ωはモータ角加速度推定器（微分器）３０２に入力されてモータ角加速度が推定され、モータ角加速度は慣性補償器３０５に入力され、その補償信号が加減算器３０Ａに入力されている。慣性補償器３０５はモータ２０の慣性により発生する力相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御の応答性の悪化を防止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＦ車の場合、エンジンや変速機の配置上、ドライブシャフトの左右の軸の長さの差が大きく、左右のジョイント屈曲角に差が出ることがある。この場合、左右の車輪回りに発生するモーメントに差が発生し、急加速時等における大トルク発生時にステアリングが取られる現象が発生する。これをトルクステアと呼び、このトルクステアの発生を避けるために、従来は高出力エンジン車のフロントドライブシャフトは、長い方の軸上にセンタサポートベアリングを設け、軸の長さを等しくすることによってジョイント角度を等しくしている。しかしながら、かかる手法では構造的な改良が必要であり、コストの面でも問題があり、簡単な手法でのトルクステア防止のための解決が強く望まれていた。
【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、車両の加速度に基づいて車両の収れん性制御を十分に機能発揮させて、ハンドルの操舵性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】
【課題を解決するための手段】
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づ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するもので、本発明の上記目的は、前記モータの角速度推定値により車両の収れん性制御を行なうと共に、前記車両の加速度が所定値以下のときに前記収れん性制御のゲインを小さくし、前記加速度が所定値を超えたときに前記ゲインを大きくするように変化させることによって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、高速時のトルクステアの発生を防ぐため、車両の加速度の大きさによって収れん性制御のゲインを変えるようにしている。つまり、加速度が小さい場合は、比較的小さなゲインで収れん性制御を行ない、加速度の大きい場合は、大きい収れん性ゲインで収れん動作を強めに行なうようにし、ハンドルの操舵性を向上している。
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明では、図６に対応させて示す図１のように、車速センサ１２からの車速Ｖを微分して車両の加速度ＶＡを求める微分器３１０と、加速度ＶＡを所定値αと比較して収れん性制御器３０４のゲイン信号Ｋｄを得る比較器３１１とを具備している。
【００１４】
図２は本発明の動作例を示すフローチャートであり、車速Ｖを微分して得られる微分器３１０からの加速度ＶＡは比較器３１１に入力され、所定値αに対する大小が比較器３１１で判定される（ステップＳ１）。加速度ＶＡが所定値α以下の場合には、ゲイン信号Ｋｄのゲインを、小さな値の車速Ｖに応じた関数Ｋｄ１（Ｖ）とし（ステップＳ３）、この関数Ｋｄ１（Ｖ）で収れん性制御器３０４によって、車両のヨーの収れん性を改善する。また、加速度ＶＡが所定値αよりも大きな場合には、ゲイン信号Ｋｄのゲインを大きな値のＫｄ２とし（ステップＳ２）、大きなゲインで収れん性制御を行なうことによりトルクステアが生じないようにする。
【００１５】
尚、上述では車速Ｖを微分器３１０で微分して加速度ＶＡを得ているが、加速度センサを別途設けるようにしても良い。また、比較器３１１での所定値αは、適宜変更することも可能である。
【００１６】
【発明の効果】
車両の加速度に応じて収れん性制御のゲインを変えるようにしており、加速度の大きい場合には収れん制御のゲインを大きくして強めに制御するようにしている。このため、ＦＦ車の場合にも、トルクステアを生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図３】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である
【図４】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。
【図５】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図６】従来のコントロールユニットの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 操向ハンドル
５ ピニオンラック機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０，３０Ａ コントロールユニット
３１０ 微分器
３１１ 比較器

Claims (1)

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づ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、
   前記モータの角速度推定値により車両の収れん性制御を行なうと共に、前記車両の加速度が所定値以下のときに前記収れん性制御のゲインを小さくし、前記加速度が所定値を超えたときに前記ゲインを大きくするように変化させる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。

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