JP4039305B2

JP4039305B2 - 車両用電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4039305B2
Application number: JP2003117399A
Authority: JP
Inventors: 一平山▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004322741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、操舵トルクに対して位相進み補償を行う車両用電動パワーステアリング装置に係り、特に、アシストトルクの大きさに応じて該位相進み補償を行う車両用電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータを備えた車両用電動パワーステアリング装置においては、モータの応答遅れを補償し、自励振動の発生を防止する目的で、操舵トルクに対して位相進み補償を行う手法が知られている。
【０００３】
また、従来、車両が高速で走行しているときには低速時に比べて小さいアシストトルクで済むことに鑑み、車速に応じて位相進み補償量を変える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１５９１３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の位相進み補償では、複雑な演算・制御を回避するために、最も自励振動が発生しやすいと考えられる（比較的大きい）アシストトルクに合わせて位相補償フィルタの伝達関数を決めているため、アシストトルクが比較的小さい場合には過剰な位相補償となる。
【０００６】
また、低次のフィルタ（＝１次／１次）では、高周波のゲインも大きくなってしまうため、ノイズに対して弱く、別の音・振動の原因となる。したがって、安定性を得るために、アシストカーブ（操舵トルクに対するアシストトルクの変化）の傾きに上限を設けなければならない場合も生じ得る。
【０００７】
このような常に若干の過剰分を含んだ位相進み補償による影響は、上記特許文献１記載のように補償量を車速に応じて変化させたとしても完全に除去できるものではなく、運転者の操舵感に影響を及ぼす。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、操舵トルクに対する位相進み補償量を最適化した車両用電動パワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、上記アシストトルクの大きさに応じて上記操舵トルクの位相を進み補償することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置である。
【００１０】
この態様において、操舵トルクに対する位相進み補償は、例えば、ＥＣＵ内のソフトウェア処理において、入力された操舵トルクに対していわゆるフィルタを設けることにより実施される。
【００１１】
より具体的には、例えば、操舵トルクに対するアシストトルクの割合（以下、「アシスト率」と称す）に応じて、操舵トルクに対する位相進み補償のフィルタ伝達関数を決定することにより実施される。
【００１２】
ここでは、当然、アシストトルク量が大きくなるほど位相進み補償量が大きくなるように設定される。
【００１３】
この態様によれば、その時点でのアシストトルクの大きさ（又はアシスト率）を考慮してアシストトルクの大きさを決定することにより、電動機（モータ）のトルク応答性を考慮した最適な位相進み補償を行うことができるため、ロバスト安定性が向上すると共に、運転者の操舵時の違和感を改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、車両用電動パワーステアリング装置自体のおおよその構成や機能は既に良く知られており、本明細書では詳しい説明を省略する。
【００１５】
また、以下に説明する本発明の一実施形態においては、便宜上、操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータがラック軸上に設けられたいわゆるラック同軸型のパワーステアリング装置を一例として挙げる。
【００１６】
図１は、車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。操舵ハンドル１０１を通じて入力された運転者の回動操作は、操舵軸１０２及び図示しないピニオン部を通じてラック軸１０４に伝達される。
【００１７】
ラック軸１０４は、横方向に動くことによって、転舵輪１０５を転舵する。ラック軸１０４の同軸上には、この横方向の動きをアシストする電動モータ１０６が設けられている。
【００１８】
操舵軸１０２の途中にはトルクセンサ１０３が設けられる。トルクセンサ１０３は、例えば、上流側と下流側がトーションバーで接続され、上流側の角度センサと下流側の角度センサのねじれ角度の差とトーションバーのねじれ剛性とからトルクを求めるタイプのトルクセンサである。
【００１９】
トルクセンサ１０３によって検出された操舵トルクは、モータ１０６に対する通電制御を行うパワステＥＣＵ１０７へ伝達される。ＥＣＵ１０７は、操舵トルクの方向及びその大きさ（すなわち、操舵方向及び操舵量）に応じて、モータ１０６の回転を制御し、操舵トルクに応じたアシスト力を発生させる。
【００２０】
次いで、図２を用いて、ＥＣＵ１０７における位相補償処理について説明する。既述のように、モータの応答遅れを補償するために、本実施形態に係るＥＣＵ１０７は、アシストトルクの大きさに応じて操舵トルクに対する位相進み補償を行う。
【００２１】
この点、上述の従来技術では、図２（ａ）に示すように、位相補償フィルタによって操舵トルクに対して車速に応じた位相進み補償を行い、モータへ指示するアシストトルク量を算出していた。
【００２２】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、パワステ１０７において、ソフトウェア又はプログラムとして実現される位相補償フィルタ２０１が、トルクセンサ１０３によって検出された操舵トルクＴ_ｈに対して、その時点でのモータ指令トルク（＝モータ１０６により発生するアシストトルク）Ｔ_ｍの大きさに基づいて位相進み補償を行う。具体的には、アシストトルクＴ_ｍが大きいときほど、操舵トルクの位相を進めるように位相補償を行う。より具体的には、本実施形態では、アシスト率α（＝Ｔ_ｍ／Ｔ_ｈ）なる変数を導入し、アシスト率が大きいほど、操舵トルクの位相を進めるように位相補償を行う。
【００２３】
そして、位相補償処理により得られたモータ指令トルクＴ_ｍに基づいて、同じくソフトウェア又はプログラムとして実現されるモータ通電制御部２０２が該トルクＴ_ｍがモータ１０６によって発生されるようにモータ１０６への通電制御を行う。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る位相補償フィルタ２０１が有するフィルタ伝達関数Ｆについて説明する。
【００２５】
電動パワーステアリング装置のステアリング系に与えられるトルクＴは、運転者による操舵トルクＴ_ｈと、モータ１０６によるアシストトルクＴ_ｍとから成る。すなわち、系に与えられるトルクＴ_０は、
Ｔ_０＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ｍ・・・式（１）
と表すことができる。
【００２６】
しかし、実際には、パワステＥＣＵ１０７がモータ１０６に指示するトルク（モータ指令トルク）を算出してからモータ１０６が（モータ指令トルクと同じ大きさの）アシストトルクを発生させるまでの応答に遅れが生じる。本実施形態では、このモータ応答遅れを１次遅れ（時定数：ｔ_１）として近似する。すると、モータの応答遅れを考慮した場合の系に与えられるトルクＴ_１は、
Ｔ_１＝Ｔ_ｈ＋Ｔ_ｍ×（１／ｔ_１ｓ＋１）・・・式（２）
と表すことができる。
【００２７】
このモータ応答遅れを補償するためには、位相補償フィルタ２０１が、
Ｔ_０＝Ｆ・Ｔ_１・・・式（３）
が成立するようなフィルタ伝達関数Ｆを有すればよい。式（３）に式（１）及び（２）を代入し、アシスト率αを用いて、Ｆについて整理すると、
Ｆ＝（ｔ_１ｓ＋１）／｛ｔ_１ｓ／（１＋α）＋１｝・・・式（４）
となる。ここで、新たにフィルタ変数ｔ_２（＝ｔ_１／（１＋α））を導入し、式（４）を書き換えると、
Ｆ＝（ｔ_１ｓ＋１）／（ｔ_２ｓ＋１）・・・式（５）
となる。ここで、ｔ_１は予め設定しておくべき値であるため、結局、伝達関数Ｆはαのみを変数とする式で表されることになる。
【００２８】
このような本実施形態に係るフィルタ伝達関数Ｆのボード線図を図４に示す。図示するように、アシスト率αが大きくなるほど、すなわちアシストトルクの割合が増えるほど、ゲインが大きくなり（図４（ａ））、位相が進む（図４（ｂ））。
【００２９】
次いで、図３を用いて、本実施形態に係る位相補償フィルタ２０１における処理について詳述する。図３は、本実施形態に係る位相進み補償処理の流れを示すフローチャートである。
【００３０】
まず、位相補償フィルタ２０１は、トルクセンサ１０３から入力された操舵トルクＴ_ｈと、フィードバックされたアシストトルクＴ_ｍとから、その時点でのアシスト率αを計算する（Ｓ３０１）。
【００３１】
次に、位相補償フィルタ２０１は、予め保持する時定数ｔ_１とアシスト率αからフィルタ変数ｔ_２を計算し（Ｓ３０２）、このｔ_２とｔ_１とから伝達関数Ｆを上記式（５）に従って計算する（Ｓ３０３）。
【００３２】
その時点でのフィルタ伝達関数Ｆが計算されると、位相補償フィルタ２０１は、操舵トルクに対して位相補償処理を行い（Ｓ３０４）、モータ指令トルクをモータ通電制御部２０２へ出力する。
【００３３】
これらＳ３０１〜Ｓ３０４の処理は、例えばイグニッション・スイッチがオンである限り、常時繰り返される。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、モータによるアシストトルクの割合が高まるほど操舵トルクの位相を進める位相補償を行うことができるため、その時点で発生しているアシストトルクの大きさに応じて最適な位相進み補償を行うことができ、ロバスト安定性が向上すると共に、運転者の操舵時の違和感を改善することができる。
【００３５】
なお、上記一実施形態に係る構成は一例に過ぎず、トルクセンサは上記以外の方式のトルクセンサでもよく、アシスト力を発生するモータはラック同軸型に限られない。
【００３６】
また、上記一実施形態の説明では、便宜上、アシストトルク＝モータ指令トルクとして説明したが、より厳密には、アシスト率αの計算に用いるトルクＴ_ｍは、操舵トルクから直接得られる基本アシストトルクを用いてもよく、その他の補償制御が加えられたモータ指令トルクを用いてもよい。
【００３７】
また、上記一実施形態において、モータの応答性をより高次の伝達関数で近似すれば、より高次の位相補償フィルタを実現することができる。
【００３８】
また、上記一実施形態において、モータの応答特性にはバラツキが含まれると考えられるため、最も時定数が大きいものを選定しておくことでロバスト安定性をより確実に得ることができる。
【００３９】
さらに、上記一実施形態では、パワステＥＣＵがフィルタ変数ｔ_２を位相補償ルーチンごとに計算するものとして説明したが、アシスト率αに対するフィルタ変数ｔ_２の値をマップとして予め保持しておいてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、操舵トルクに対する位相進み補償量を最適化した車両用電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。
【図２】（ａ）従来の電動パワーステアリング装置に備えられたＥＣＵでの処理内容を示す機能ブロック図である。
（ｂ）本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置に備えられたＥＣＵでの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置における位相進み補償処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）本発明の一実施形態に係る位相補償フィルタのゲインについてのボード線図である。
（ｂ）本発明の一実施形態に係る位相補償フィルタの位相についてのボード線図である。
【符号の説明】
１０１操舵ハンドル
１０２操舵軸
１０３トルクセンサ
１０４ラック軸
１０５転舵輪
１０６電動モータ
１０７パワステＥＣＵ
２０１位相補償フィルタ
２０２モータ通電制御部

Claims

操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、
前記アシストトルクの大きさに応じて前記操舵トルクの位相を進み補償することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。
請求項１記載の車両用電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵トルクに対する前記アシストトルクの割合に応じて、前記操舵トルクに対する位相進み補償のフィルタ伝達関数を決定することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。