JP4299784B2 - 修正ブレンディングフィルタを使用した電動アシストモータを制御する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動アシストモータを制御する方法および装置を対象とする。特に、本発明は、修正ブレンディングフィルタを使用して電動アシストステアリングシステムの電動モータを制御する方法および装置を対象とする。
発明の背景
電動アシストステアリングシステムは当該技術分野で既知である。このような電動アシストステアリングシステムにおいて、電動アシストモータは、通電（付勢）されると、ステアリングアシストトルクを提供し、運転手が車両のステアリング可能ホイールの向きを変えるのを援助する。電動アシストモータは、通常、車両のステアリングホイールに印加されるステアリングトルクおよび計測された車両速度の双方に応じて制御される。コントローラが、ステアリングトルクを監視して駆動回路を制御し、次に、駆動回路が、電流を電動アシストモータに供給する。このような駆動回路は、通常、車両バッテリと電動アシストモータとの間に動作可能に接続された電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）または他の形式のソリッドステートスイッチを含む。モータの電流は、ＦＥＴのパルス幅変調（「ＰＷＭ」）によって制御される。

オンセンタ感覚（on-center feel）は、ほぼ直線走行する車両のステアリングシステムの応答性として定義される。良好なオンセンタ感覚は、運転手が、小さなステアリングホイール角入力について車両の横加速度を検知する時、および、車両が運転手からの最小限の入力で直線走行する時に生じる。所望の直線から揺らいだりドリフトしたりする傾向のある車両は、オンセンタ感覚が悪いとみなされる。

オフセンタ感覚（off-center feel）は、定常状態における方向転換時のステアリングシステムの応答性である。良好なオフセンタ感覚は、高速の車両速度で定常状態における方向転換中、例えば、自動車専用道路へのカーブした進入ランプ上において、運転手が、車両経路を明確に修正するステアリングホイール角の小さな変更を容易に行うことができる時に生じる。高い摩擦力もしくはヒステリシスが原因で角度補正を行うのが困難である場合、または、その補正が車両の経路修正の原因にならない場合には、車両は、オフセンタ感覚が悪いとして特徴付けられる。

高速の車両速度では、良好なオンセンタ感覚だけでなく良好なオフセンタ応答も提供することが望ましい。これを達成するために、トルク信号の選択において、許容可能なオンセンタ感覚およびオフセンタ応答性を得るためのトレードオフが行われる。

既知の電動アシストステアリングシステムは、車両速度の関数として変化する動的性能特性、すなわちシステム帯域幅を有する。車両運転者が、ステアリングトルクを印加して、ステアリングホイールを前後に回転させると、電動アシストモータは、通電されて、検知したステアリング入力に応じたステアリングアシストを提供する。前後のステアリングホイール移動の特定の周波数におけるステアリングシステムの応答は、システムの動的性能を示す。ステアリングシステムが満足に応答する周波数レンジが、システムの帯域幅である。

運転手が印加するステアリングトルクのローカルな変更量によって分割された電動アシストモータにおけるローカルな変更量が、ステアリングシステム利得である。検知したトルクを所望のモータコマンドに処理する制御機能のため、ステアリングトルクがステアリングホイールに印加される時間からアシストモータが応答する時間までの時間遅延が発生する。この時間遅延は、入力コマンドが適用される周波数の関数である。これはシステム応答時間と呼ばれる。システム利得は、システム応答時間を短くすると同時に、それでもなおシステム全体の安定性を維持するように、所定の値に設定される。システム応答時間およびシステム利得は、ステアリングシステム帯域幅の因子（係数）である。

ステアリングシステムの帯域幅は、車両速度の関数として変化する。電動アシストステアリングシステムにおける動的なステアリング周波数または一時的なステアリング入力の周波数が、特定の車両速度におけるシステム帯域幅を超えると、ステアリングアシストモータが十分素早く応答できないので、ステアリング感覚は、「鈍く（sluggish）」なる（ステアリング入力に対して「躊躇したもの」と感じられる）。電動アシストステアリングシステムでは、車両速度が増加するにつれて、システム帯域幅だけでなくステアリングシステム利得も減少し、その結果、車両速度が増加するにつれて、システムの躊躇すなわち鈍さがより顕著になる。
発明の概要
本発明は、電動アシストステアリングシステムにおける電動モータのステアリング感覚を改善する方法および装置を提供する。高周波アシスト利得値が、車両速度および印加されたステアリングトルクに応じて求められる。この高周波アシスト利得値は、トルクコマンド値を制御するのに使用され、良好なオンセンタ感覚だけでなく良好なオフセンタトラッキングが提供されるようにする。

本発明は、検知されたトルク信号に応じてステアリングアシストを提供する電動アシストモータを制御する方法に関する。本方法は、上記検知されたトルク信号τ_sをフィルタリングし、低周波トルク信号τ_sLおよび高周波トルク信号τ_sHを供給する、上記検知されたトルク信号τ_sをフィルタリングするステップを含む。低周波アシストトルク信号τ_assistLFは、上記低周波トルク信号τ_sLの関数として求められる。高周波アシスト利得信号Ｋ_maxは、上記検知されたトルク信号τ_sおよび検知された車両速度νの関数として求められる。上記高周波アシスト利得信号Ｋ_maxは、上記高周波トルク信号τ_sHに適用され、それによって、高周波アシストトルク信号τ_assistHFが求められる。トルクコマンド信号τ_cmdは、上記低周波アシストトルク信号τ_assistLFおよび上記高周波アシストトルク信号τ_assistHFの関数として求められる。上記電動アシストモータは、上記トルクコマンド信号τ_cmdに従ってステアリングアシストを提供するように命令される。

本発明はまた、車両電動アシストステアリングモータを制御する装置に関する。車両速度センサは、検知された車両速度を示す値を有する速度信号を供給する。印加ステアリングトルクセンサは、印加されたステアリングトルクを示す検知されたトルク信号を供給する。本装置はまた、上記検知されたトルク信号をフィルタリングするフィルタリング手段であって、それによって、低周波トルク信号および高周波トルク信号を供給する、上記検知されたトルク信号をフィルタリングするフィルタリング手段を備える。上記低周波トルク信号の関数として低周波アシストトルク値を求める手段は、低周波アシストトルク信号を供給する。上記検知されたトルク信号および検知された車両速度の関数として高周波アシスト利得値を求める手段は、高周波アシスト利得信号を供給する。本装置はまた、上記高周波トルク信号と上記高周波アシスト利得信号との積に関係する高周波アシストトルク値を求め、高周波アシストトルク信号を供給する手段を備える。上記低周波アシストトルク信号および上記高周波アシストトルク信号の関数としてトルクコマンド値を求める手段は、トルクコマンド信号を供給する。本装置はさらに、上記トルクコマンド信号に従ってステアリングアシストを提供するように上記電動アシストモータに命令するモータ命令手段を備える。

本発明の上記特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付図面を参照する以下の説明を読むことにより、本発明が関係する当業者には明らかになるであろう。
好ましい実施の形態の説明
図１を参照すると、電動アシストステアリングシステム１０は、入力軸（シャフト）１４に接続されたステアリングホイール１２を含む。入力軸１４は、トーションバー１６を通じて出力軸２０に動作可能に接続される。トーションバー１６は、印加されたステアリングトルクに応じてねじれ、それによって、入力軸１４と出力軸２０との間で相対的な回転が可能になる。ストップ装置（図示せず）は、当該技術分野に既知の方法で、入力軸１４と出力軸２０との間の相対的な回転量を制限する。トーションバー１６は、本明細書ではＫ_tと呼ぶバネ定数を有する。印加されたステアリングトルクに応じた入力軸１４と出力軸２０との間の相対的な回転運動の関数としての印加されたステアリングトルクの量は、Ｋ_tの関数である。バネ定数Ｋ_tは、入力軸１４と出力軸２０との間の回転角当たりのニュートン・メートル（Ｎ・Ｍ）の単位で表すこともできるし、インチ・ポンド（in-lbs.）で表すこともできる。

位置センサ２２は、入力軸１４および出力軸２０に動作可能に接続される。位置センサ２２は、トーションバー１６と組み合わさって、トルクセンサ３０を形成する。位置センサ２２は、入力軸１４と出力軸２０との間の相対的な回転位置を求める。トルクセンサ３０は、２４に示す印加されたトルク信号τ_appをトルク信号プロセッサ３２に供給する。印加されたトルク信号τ_appは、入力軸１４と出力軸２０との間の相対的な回転位置を示す。

ステアリングホイール１２が回転すると、入力軸１４と出力軸２０との間の相対的な角度が、ステアリングホイールに印加された入力トルクの関数として変化する。トルク信号プロセッサ３２は、印加されたトルク信号τ_appを介して入力軸１４と出力軸２０との間の角度を監視し、トーションバー１６のバネ定数K_tが与えられると、印加されたステアリングトルクτ_sを表す、３４に示す信号を供給する。

出力軸２０は、ピニオンギア４０に接続される。ピニオンギア４０は、当該技術分野で既知のように、ステアリングラックまたは直線状ステアリング部材４２の直線状に切られた歯と係合するか、または、噛み合うヘリカル歯を有する。ピニオンギア４０は、ステアリングラック４２のギア歯と組み合わさって、ラック／ピニオンギアセット４４を形成する。ステアリングラック４２は、既知の方法でステアリングリンク機構（図示せず）を介して車両のステアリング可能ホイール４６に動作可能に接続される。ステアリングホイール１２が回転すると、ラック／ピニオンギアセット４４は、ステアリングホイール１２の回転運動をステアリングラック４２の直線運動に変換する。ステアリングラック４２が直線方向に移動すると、ステアリング可能ホイール４６は、自身に関連付けられたステアリング軸の回りを旋回する。

この例示の実施の形態によると、電動アシストモータ５０は、既知の方法または他の所望のギア機構でボール・ナットアセンブリ（図示せず）を通じてステアリングラック４２に動作可能に接続される。電動アシストモータ５０が、ステアリングアシストを提供するために、ステアリング部材と代わりの接続を有することも可能であることが当業者には理解されよう。例えば、電動アシストモータ５０は、出力軸２０や別個のピニオン駆動機構等に動作可能に接続することができる。電動アシストモータ５０は、通電（付勢）されると、車両運転者による車両ステアリングホイール１２の回転を援助するパワーアシストを提供する。

この例示の実施形態の電動モータ５０は、電動アシストステアリングシステム１０での使用に適したものならば、既知のどのようなタイプのものであってもよい。例えば、電動モータ５０は、可変リラクタンス（「ＶＲ」）モータであってもよいし、永久磁石交流（「ＰＭＡＣ」）モータであってもよいし、ブラシレス直流（「ＢＬＤＣ」）モータであってもよい。本明細書では、この例示の実施の形態において、電動モータ５０を、電動アシストステアリングシステム１０でパワーアシストを提供するという特定の目的を有するものとして説明する。本発明は、他のモータ構成、および、工作機械に機械パワーを供給する等の他のモータの目的にも等しく適用することができる。

電動アシストステアリングシステム１０における電動アシストモータの基本動作は、当該技術分野において既知である。基本的には、所望の回転方向の所望量のモータトルクを得るように固定子極が通電される。モータの回転方向は、一定のモータタイプでは、固定子コイルが通電されるシーケンスに応じて制御され、それ以外のモータタイプでは、電流の方向に応じて制御される。モータが生成するトルクは、固定子コイルを流れる電流量によって制御される。本発明の一例示の実施形態を説明するために、電動アシストモータ５０はＰＭＡＣモータであると仮定する。

電動モータ５０が通電されると、モータの回転子が回転し、次いで、回転子が接続されたボール・ナット駆動機構のナット部を回転させる。ナットが回転すると、ボールは、直線状の力をステアリングラック４２に伝達する。ステアリングラック５０の移動方向は、電動モータ５０の回転方向に依存する。

回転子位置センサ６０は、モータ５０に動作可能に接続され、固定子に対する回転子の位置を検知する。この位置センサ６０は、６２に示す回転子位置信号θを供給する。この回転子位置信号θは、回転子と固定子との間の相対的な位置を示す値を有する。回転子位置センサの構造および動作は、当該技術分野で既知であり、したがって、本明細書では詳細に説明しない。電動モータ５０の所望の回転方向および出力トルクを達成するには、固定子に対する回転子の位置を知る必要がある。

電動アシストステアリングシステム１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を含む。ＥＣＵ７０は、適切なメモリを有するマイクロコンピュータであることが好ましい。ＥＣＵ７０は、他の適切な構成を有することも可能であることが理解されよう。ＥＣＵ７０は、検知されたパラメータに応じて所定の方法で電動モータ５０を制御するように動作できる制御アルゴリズムでプログラムされる。

ＥＣＵ７０は、駆動回路８０に動作可能に接続される。駆動回路８０は、リレー８２を介して電源装置８４に動作可能に接続される。電源装置８４は、車両バッテリ８６に動作可能に接続され、駆動回路８０に供給される電力を調整する。ＥＣＵ７０は、９０に示す電圧制御出力信号ｖ_outを駆動回路８０に供給する。この電圧制御出力信号ｖ_outは、電動モータ５０の各相に供給される電圧を示す。この電圧は、ＥＣＵ７０にプログラムされた制御アルゴリズムによって求められ、以下で詳述する。

駆動回路８０は、９２に示すモータ電流ｉ_mを電動モータ５０の相に供給するように動作できるＦＥＴまたは他の適切な形式の制御可能なソリッドステートスイッチを含む。電動モータ５０の各相のモータ電流ｉ_mは、電圧制御出力信号ｖ_outに従ってＦＥＴのＰＷＭにより制御される。

電圧／電流監視（モニタ）デバイス１００は、電動モータ５０に供給されるモータ電流ｉ_mを監視し、各相の計測されたモータ電流信号ｉ_measをＥＣＵ７０に供給する。計測されたこれらのモータ電流信号ｉ_measは、１０２に示される。回転子位置センサ６０およびトルク信号プロセッサ３２は、それぞれ、回転子位置θ信号および検知されたトルクτ_s信号をＥＣＵ７０に供給する。車両速度センサ１０４は、１０６に示す車両速度信号νをＥＣＵ７０に供給する。１１４に総括して示す他の入力も、制御目的、安全目的、またはシステム監視目的でＥＣＵ７０に提供することができる。

ＥＣＵ７０に記憶された制御アルゴリズムは、トルク制御ループ１２０、モータ制御ループ１３０、および電流制御ループ１４０を備える。トルク制御ループ１２０は、１２６に示す要求されたトルクコマンド信号τ_cmdを求めるように動作できる。このトルクコマンド信号τ_cmdは、検知されたステアリング印加トルクτ_sおよび検知された車両速度νに少なくとも部分的に基づいた、電動モータ５０から必要とされるステアリングアシストトルクの量を示す。トルク制御ループ１２０は、トルクコマンド信号τ_cmdをモータ制御ループ１３０に供給する。

モータ制御ループ１３０は、１３２に示すモータ電流コマンドｉ_cmdおよび１３４に示すｄｑ電流前進角（current advance angle）γを求めるように動作できる。ｄｑ電流制御ループは、電動モータ５０の電流を制御するのに使用される。電流コマンド信号ｉ_cmdは、電動モータ５０に供給される電流の量を示す。ｄｑ電流前進角γは、モータに命令する、ｑ軸に対するモータ電流の回転角を示す。ｄｑ電流前進角γは、モータ速度の関数として求められ、高速のモータ速度の場合にのみ非ゼロである。電流コマンド信号ｉ_cmdおよびｄｑ電流前進角γは、トルクコマンドτ_cmdおよび検知された回転子速度ωに基づいて求められる。計測されたモータ電流ｉ_measおよび検知された回転子位置θは、フィードバック目的および監視目的でモータ制御ループ１３０に供給される。モータ制御ループ１３０は、モータ電流コマンドｉ_cmdおよびｄｑ電流前進角γを電流制御ループ１４０に提供する。

電流制御ループ１４０は、電圧出力信号ν_outを決定するように動作できる。上述したように、電圧出力信号ｖ_outは、ＰＭＡＣ電動アシストモータ５０の各相に供給される電圧を示す。電圧出力信号ｖ_outは、電流コマンドｉ_cmd、ｄｑ電流前進角γ、および検知された回転子位置θに少なくとも部分的に基づいて求められる。電圧出力信号ｖ_outは、駆動回路８０のＦＥＴのＰＷＭを制御するようにフォーマットされ、モータ電流ｉ_mの適切な量が電動モータ５０の各相に供給されるようにする。計測されたモータ電流ｉ_measは、モータ制御ループ１３０および電流制御ループ１４０に供給される。

トルク制御ループ１２０を図２に示す。この説明では、ＥＣＵ７０が実行する機能のいくつかは、交換可能に機能または回路と言う。検知されたトルク信号τ_sは、トルク制御ループ１２０のブレンディングフィルタ２００に供給される。ブレンディングフィルタ２００は、開ループ伝達関数Ｇ_pを車両速度の関数として計測することにより設計される。ブレンディングフィルタ２００は、すべての車両速度νに対して安定性および性能の仕様を満たすように設計される。また、ブレンディングフィルタ２００は、所望の性能目標、利得安定性マージン、および位相安定性マージンを満たすようにも設計される。

具体的には、ブレンディングフィルタ２００は、ローパスフィルタ（Ｇ_L）２０２およびハイパスフィルタ（Ｇ_H）２０４を含む。ローパスフィルタ２０２およびハイパスフィルタ２０４は、これら２つのフィルタの総和が、全周波数を１つにしたものに等しくなるように設計される。ローパスフィルタ２０２によって、検知されたトルク信号τ_sのうち、ブレンディング周波数ω_bよりも低い周波数内容を有するすべてが通過することが可能になる一方で、その信号のうち、すべての高周波数内容は拒絶される。ハイパスフィルタ２０４によって、検知されたトルク信号τ_sのうち、ブレンディング周波数ω_bよりも高い周波数内容を有するすべてが通過することが可能になる一方で、その信号のうち、すべての低周波数内容は拒絶される。２１２に示すブレンディングフィルタの周波数ω_bは、ブレンディングフィルタ算出機能２１０によって車両速度νの関数として算出される。ω_bの算出は、ＥＣＵ７０の参照表（ルックアップテーブル）を使用して行うこともできるし、所定の方程式による計算を実行することによって行うこともできる。

ブレンディングフィルタは、ローパスフィルタＧ_L（Ｓ）およびハイパスフィルタＧ_H（Ｓ）の和が常に１に等しくなるように選択される。
［数１］
Ｇ_L（Ｓ）＋Ｇ_H（Ｓ）＝１ （１）
この例示の実施の形態によると、ローパスフィルタ２０２は、ブレンディング周波数ω_bに極を有する１次フィルタとなるように選択される。ハイパスフィルタ２０４は、２つのフィルタの和が１でなければならないという上記制約によって一意に定義される。したがって、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタは次のようになる。
［数２］
Ｇ_L（Ｓ）＝ω_b／（Ｓ＋ω_b） （２）
［数３］
Ｇ_H（Ｓ）＝Ｓ／（Ｓ＋ω_b） （３）
１組のブレンディングフィルタをデジタルコンピュータで実現する際に、ハイパスフィルタ段およびローパスフィルタ段を別個に構築する必要がないことが当業者には理解されよう。逆に、ブレンディングフィルタに入力される検知されたトルク信号τ_sは、ローパスフィルタを通過して、低域通過トルク信号τ_sLが得られる。高域通過トルク信号は、検知されたトルクτ_sから、低域通過トルク信号τ_sLを差し引いたものである。低周波部分τ_sLは、次のように、検知されたトルク信号τ_sから減算される。
［数４］
τ_sH＝τ_s−τ_sL （４）
その結果が高周波情報のみを有する信号である。より高次のブレンディングフィルタを使用できることは理解されよう。

ローパスフィルタ２０２は、２０６に示す低域通過トルク信号τ_sLを低周波二重アシスト曲線（dual assist curve）回路２２０に供給する。二重アシスト曲線回路２２０は、低域通過トルク信号τ_sLおよび検知された車両速度νと関数関係にある値を有する低周波アシストトルク信号τ_assistLFを供給する。二重アシスト曲線機能２２０を図３に示す。二重アシスト曲線回路２２０は、低域通過トルク信号τ_sLに基づいて低周波アシストトルクτ_assistLFを求める一方法の例示である。低域通過トルク信号τ_sLに基づいて低周波アシストトルクτ_assistLFを求める他の方法が存在することが当業者には理解されよう。このような他の方法は、本発明の精神から逸脱することなく、トルク制御ループ１２０の二重アシスト曲線回路２２０と置換可能であることが理解されよう。例えば、本発明に従って使用できる二重アシスト曲線は、McLaughlin等に発行された米国特許第５，５６８，３８９号に記載されている。この米国特許は、そのすべてが参照により本明細書に援用される。

低域通過トルク信号τ_sLは、低速アシスト曲線機能２３０に供給される。低速アシスト曲線機能２３０は、２３４に示す低速アシストトルク信号τ_assistLSを供給する。この低速アシストトルク信号τ_assistLSは、車両の駐車等の低速状況または速度が０の状況を対象にしたアシストトルク値を表す。低速アシストトルク信号τ_assistLSは、低域通過トルク信号τ_sLの関数として求められる。これは、ＥＣＵ７０に記憶された参照表を使用して行うこともできるし、所定の方程式による計算を実行することによって行うこともできる。低速アシスト曲線は、通常、デッドバンド（不感帯）を有する。この不感帯では、ステアリングホイールトルクが所定のレベルを超えるまで、アシストは提供されない。不感帯は、ステアリングホイールが、運転手によって解放された時に中央に戻るために必要とされる。

また、低域通過トルク信号τ_sLは、高速アシスト曲線機能２３２にも供給される。高速アシスト曲線機能２３２は、２３６に示す高速アシストトルク信号τ_assistHSを供給する。高速アシストトルク信号τ_assistHSは、ハイウェイ運転等の高速車両動作を対象としたアシストトルク値を表す。高速アシストトルク信号τ_assistHSは、低域通過トルク信号τ_sLの関数として求められる。これは、ＥＣＵ７０に記憶された参照表を使用して行うこともできるし、所定の方程式による計算を実行することによって行うこともできる。

車両速度信号νは、ブレンディング利得曲線回路２４０に供給される。ブレンディング利得曲線回路２４０は、２４２に示す、速度に比例したブレンディング項または値Ｓ_pを提供する。速度に比例したブレンディング項Ｓ_pは、車両速度の関数として０と１との間で変化する。この例示の実施の形態では、速度に比例したブレンディング項Ｓ_pは、高速すなわち最大の車両速度における０と、低速または０の車両速度における１との間で変化する。速度に比例したブレンディング項Ｓ_pは、低速アシストトルクτ_assistLSを高速アシストトルクτ_assistHSとブレンドするのに使用される。

速度に比例したブレンディング項Ｓ_pおよび低速アシストトルクτ_assistLSは、低速ブレンディング利得回路２５０に提供される。低速ブレンディング利得回路２５０は、２５２に示す、ブレンドされた低速アシストトルク信号τ_assistLS’を供給する。低速ブレンディング利得回路２５０は、低速アシストトルクτ_assistLSを、速度に比例したブレンディング項Ｓ_pに等しい低速ブレンディング利得値と乗算する。

速度に比例したブレンディング項Ｓ_pは、加算回路２５４において１から減算されて、２５６に示す高速ブレンディング利得値１−Ｓ_pが求められる。高速ブレンディング利得値１−Ｓ_pおよび高速アシストトルクτ_assistHSは、高速ブレンディング利得回路２６０に提供される。高速ブレンディング利得回路２６０は、２６２に示す、ブレンドされた高速アシストトルク信号τ_assistHS’を供給する。高速ブレンディング利得回路２６０は、高速アシストトルクτ_assistHSを高速ブレンディング利得値１−Ｓ_pと乗算する。したがって、低速ブレンディング利得値と高速ブレンディング利得値との和は、常に１に等しい。

ブレンドされた低速アシストトルク信号τ_assistLS’およびブレンドされた高速アシストトルク信号τ_assistHS’は、加算回路２６４において合計されて、２６６に示す低周波アシストトルク信号τ_assistLFが供給される。したがって、この低周波アシストトルク信号τ_assistLFは、以下の方程式に従って求められる。
［数５］
τ_assistLF＝（Ｓ_p×τ_assistLS）＋（（１−Ｓ_p）×τ_assistHS） （５）
したがって、低周波アシストトルク信号τ_assistLFは、車両速度νが変化するに伴い、低速アシストトルク値τ_assistLSおよび高速アシストトルク値τ_assistHSの滑らかな補間を提供する。

図２を参照すると、高域通過トルク信号τ_sHは、高周波アシスト利得回路２８０に供給される。高周波アシスト利得回路２８０は、２８２に示す高周波アシスト信号τ_assistHFを求める。高周波アシスト信号τ_assistHFは、加算回路２８４において、低周波アシストトルク信号τ_assistLFに加算されて、１２２に示すトルクアシスト信号τ_assistが求められる。

このトルクアシスト信号τ_assistを、１２４に示す適応トルクフィルタＧ_fによりフィルタリングして、モータコマンド信号τ_cmdを求めることができる。このような適応型トルクフィルタＧ_fの一例は、McLaughlin等に発行された米国特許第５，４７３，２３１号に記載されている。この米国特許は、そのすべてが参照により本明細書に援用される。

高周波アシスト信号τ_assistHFは、高域通過トルク信号τ_sHと高周波アシスト利得Ｋ_maxとの積として求められる。この高周波アシスト利得Ｋ_maxは、電動アシストステアリングシステム１０の帯域幅を求めるのに役立つ。高速の車両速度では、良好なオフセンタトラッキングを提供するために、高周波利得Ｋ_maxとして比較的高い値を組み込むことが望ましい。一方、高速の車両速度では、良好なオンセンタ感覚を提供するために、高周波利得Ｋ_maxとして比較的低い値を組み込むことも望ましい。本発明によると、高速の車両速度における良好なオフセンタトラッキングおよび良好なオンセンタ感覚を提供するアルゴリズムに従って、高周波利得Ｋ_maxが求められる。

２９２に示す高周波アシスト利得Ｋ_maxは、Ｋ_max計算機能２９０において求められる。本発明によると、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、車両速度νおよび検知されたトルク信号τ_sの関数として求められる。図２の例示の実施形態では、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、車両速度νおよび低域通過トルク信号τ_sLの関数として求められる。一方、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、図２の２９４を付した破線で示すように、車両速度νおよび検知されたトルク信号τ_sの関数として求めることができる。もちろん、この例では、低域通過トルク信号τ_sLをＫ_max計算回路２９０に供給する必要はない。

図４のグラフは、高周波アシスト利得Ｋ_maxを車両速度νおよび入力トルクの関数として求める一例を示している。このグラフは、特定の車両プラットフォームおよび／または所望のステアリング応答特性に応じて変化し得ることが理解されよう。上述したように、入力トルクは、検知されたトルク信号τ_sであってもよいし、低域通過トルク信号τ_sLであってもよい。

図４を参照して、低速または０の速度に対する高周波アシスト利得Ｋ_maxは、３００で示す曲線によって規定される。高速すなわち最大の速度に対する高周波アシスト利得Ｋ_maxは、３０２に示す曲線によって規定される。低速の高周波アシスト曲線３００と高速の高周波アシスト曲線３０２との間で間隔をおいて配置された曲線は、車両速度を所定の増分だけ変化させた場合の高周波アシスト利得Ｋ_maxを示している。

低速のＫ_max曲線３００が示すように、低速の車両速度では、高周波アシスト利得Ｋ_maxは一定である。すなわち、入力トルクの量にかかわらず同じである。一方、低速のＫ_max曲線３００は、入力トルクの量と共に変化する高周波アシスト利得Ｋ_maxを提供するように適応することができる。車両速度νが増加するにつれて、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、車両速度および入力トルク、すなわち低域通過トルクτ_sLに応じて変化する。一般に、入力トルクが０Ｎ・Ｍから増加するにつれて、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、車両速度に応じて最小値から増加する。高周波アシスト利得Ｋ_maxは、０Ｎ・Ｍから約０．３Ｎ・Ｍへは概ね低い変化率または傾きで増加する。約０．３Ｎ・Ｍにおいて、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、０．３Ｎ・Ｍから１．０Ｎ・Ｍをちょうど超えるまではより高い変化率または傾きで増加する。１．０Ｎ・Ｍをちょうど超えた辺りで、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、入力トルクの量にかかわらず一定に推移する。

Ｋ_max計算回路２９０は、図４に示す曲線に従って高周波アシスト利得Ｋ_maxを求める。この計算は、ＥＣＵ７０に記憶された参照表を使用して行うことができる。車両速度νが、２つの隣接した速度曲線によって規定される所定の速度間にある場合には、補間技法を使用して高周波アシスト利得Ｋ_maxを求めることができる。Ｋ_max計算回路２９０は、別法では、図４のＫ_max曲線に従って選択された所定の方程式による計算を行うことによっても高周波アシスト利得Ｋ_maxを求めることができる。

好ましい代替形態として、Ｋ_max計算回路２９０は、低周波二重アシスト曲線回路２２０（図３）に組み込まれたアルゴリズムと同様の二重曲線ブレンディングアルゴリズムを実行して、高周波アシスト利得Ｋ_maxを求める。この例では、低速Ｋ_max曲線３００（図４）が、高速Ｋ_max曲線３０２とブレンドされて、高周波アシスト利得Ｋ_maxが求められる。これを図５に示す。

図５を参照すると、低域通過トルク信号τ_sL２０６が、低速Ｋ_max曲線３００に供給され、低速Ｋ_max曲線３００は、３１０に示す低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSを提供する。この低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSは、車両の駐車等の低速または０の車両速度の状況を対象にした高周波アシスト利得値を表す。低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSは、低域通過トルク信号τ_sLの関数として求められ、これは、ＥＣＵ７０に記憶された参照表を使用して行うこともできるし、所定の方程式による計算を実行することによって行うこともできる。

低域通過トルク信号τ_sLは、高速Ｋ_max曲線３０２にも供給される。高速Ｋ_max曲線３０２は、３１２に示す高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSを提供する。高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSは、ハイウェイ運転等の高速車両動作を対象とした高周波アシスト利得を表す。高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSは、低域通過トルク信号τ_sLの関数として求められる。これは、ＥＣＵ７０に記憶された参照表を使用して行うこともできるし、所定の方程式による計算を実行することによって行うこともできる。

車両速度信号ν１０６は、ブレンディング利得曲線回路３１４に供給される。ブレンディング利得曲線回路３１４は、３１６に示す、速度に比例したブレンディング項または値Ｓ_p1（フィードバック利得とも呼ばれる）を提供する。この速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1は、図６のグラフで示すように、車両速度νの関数として０と１との間で変化する。図６に示すように、この例示の実施の形態では、速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1は、高速の車両速度における０と、０の車両速度における１との間で変化する。速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1は、低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSを、高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSとブレンドするのに使用される。

図５を参照すると、速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1および低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSは、低速ブレンディング利得機能３２０に提供される。低速ブレンディング利得機能３２０は、３２２で示す、ブレンドされた低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLS’を提供する。低速ブレンディング利得回路３２０は、低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLSを、速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1に等しい低速ブレンディング利得値と乗算する。

速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1は、加算回路３２４において１から減算されて、３２６に示す高速ブレンディング利得値１−Ｓ_p1が求められる。高速ブレンディング利得値１−Ｓ_p1および高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSは、高速ブレンディング利得回路３３０に提供される。高速ブレンディング利得回路３３０は、３３２で示す、ブレンドされた高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHS’を提供する。高速ブレンディング利得回路３３０は、高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHSを高速ブレンディング利得値１−Ｓ_p1と乗算する。したがって、低速ブレンディング利得値と高速ブレンディング利得値との和は、常に１に等しい。

ブレンドされた低速の高周波アシスト利得Ｋ_maxLS’およびブレンドされた高速の高周波アシスト利得Ｋ_maxHS’は、加算回路３３４において合計されて、計算されたＫ_max２９２が提供される。したがって、Ｋ_maxは、以下の方程式に従って求められる。
［数６］
Ｋ_max＝（Ｓ_p1×Ｋ_maxLS）＋（（１−Ｓ_p1）×Ｋ_maxHS） （６）
したがって、Ｋ_maxは、車両速度νが変化するに伴い、低速の高周波アシスト利得値Ｋ_maxLSおよび高速の高周波アシスト利得値Ｋ_maxHSの滑らかな補間を提供する。

本発明によると、高周波アシスト利得Ｋ_maxが、車両速度νおよび入力トルクτ_sLの双方に基づいて求められる。図４のＫ_max曲線が示すように、一般に、車両速度νが減少するにつれて、高周波アシスト利得Ｋ_maxは増加する。また、任意の所与の速度において、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、入力トルクτ_sLの関数として変化する。一般に、図４に示す特定のＫ_max曲線では、任意の所与の速度（Ｋ_maxが一定となる０の速度を除く）において、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、低い入力トルク値に対しては低くなり、高い入力トルク値に対しては高くなる。したがって、本発明によると、高速の車両速度νにおいて、高周波アシスト利得Ｋ_maxは、良好なオンセンタ感覚だけでなく良好なオフセンタトラッキングも提供するように適応される。

ブレンディング周波数ω_bよりも高い入力周波数では、トルク制御ループ１２０は、ループの高周波アシスト利得部２８０によって支配される。システムは、０のクロスオーバ周波数付近で線形システムのように振る舞うので、安定性が容易に解析され、試験される。ブレンディング周波数ω_bおよび高周波アシスト利得Ｋ_maxは、共に車両速度νの関数であるので、電動アシストステアリングシステム１０のシステム帯域幅は、車両速度の関数として制御することができる。これは、速度に比例したブレンディング項Ｓ_p1を介して高周波アシスト利得Ｋ_maxを変更することにより行うことができる。高周波アシスト利得Ｋ_maxが減少するにつれて、帯域幅は減少する。したがって、トルク制御ループ１２０の高周波部分は、電動アシストステアリングシステム１０の一時的な応答特性および安定性特性を規定する。

ブレンディング周波数ω_bよりも低い周波数では、トルク制御ループ１２０は、ループの低周波二重アシスト曲線部２２０によって支配される。このトルク制御ループ１２０の低周波部分は、電動アシストステアリングシステム１０が、ゆっくりと安定した入力の運転者にとってどのように感じるかを決定する。電動アシストステアリングシステム１０が所望のステアリング感覚を提供するように二重アシスト曲線を調整することができる。

入力トルク（τ_meas）がステアリングホイールトルクの不感帯から離れて増加するにつれて、電動アシストステアリングシステム１０が提供するアシストトルクの量は次第に増加する。不感帯から離れると、電動アシストステアリングシステム１０のローカル利得は、一般に非常に低い。すなわち、ステアリングアシストトルクを小さく変化させるのに、入力トルクを大きく変化させることが必要である。トルク制御ループ１２０の高周波アシスト利得部２８０がない場合、システム全体の帯域幅は低入力トルクにおいて低減され、電動アシストステアリングシステム１０は鈍く感じることになる。一方、トルク制御ループ１２０の高周波アシスト利得部２８０を含めることによって、システム帯域幅を選択することが可能になり、システムに、不感帯から離れてスムーズに応答させることが可能になる。

ブレンディング周波数ω_bが、ゼロの不感帯クロスオーバ周波数よりも１０倍低く（decade lower）選択されると、トルク制御ループ１２０の非線形低周波二重アシスト曲線部２２０は、ステアリングシステムの動力学と比較してゆっくりと変化する現象となる。基本的に、非線形低周波部は、トルク制御ループ１２０の線形高周波アシスト利得部２８０から動的に分離される。したがって、電動アシストステアリングシステム１０は、低周波入力に対しては非線形形式で振る舞い、高周波入力に対しては線形形式で振る舞う。

本発明の上記説明から、改良、変更、および修正が当業者には理解されよう。当該技術分野の技術の範囲内に含まれるこのような改良、変更、および修正は、の特許請求の範囲に含まれることを意図している。

本発明の一例示の実施の形態による電動アシストステアリングシステムの概略表現である。 図１の電動アシストステアリングシステムのトルク制御ループの機能ブロック図である。 図２の低周波二重アシスト曲線機能の機能ブロック図である。 図２の高周波アシスト利得計算機能の高周波アシスト曲線を示すグラフである。 図２の高周波アシスト利得計算機能の機能ブロック図である。 図２の高周波アシスト利得計算機能によって使用される速度に比例した利得曲線を示すグラフである。

Claims (16)

1. 検知されたトルク信号に応答してステアリングアシストを提供する電動アシストモータを制御する方法であって、
   前記検知されたトルク信号をフィルタリングし、低周波トルク信号および高周波トルク信号を供給するステップと、
   前記低周波トルク信号の関数として低周波アシストトルク信号を決定するステップと、
   前記検知されたトルク信号および検知された車両速度の関数として高周波アシスト利得信号を決定するステップと、
   前記高周波アシスト利得信号および前記高周波トルク信号の関数として、高周波アシストトルク信号を決定するステップと、
   前記低周波アシストトルク信号および前記高周波アシストトルク信号の関数として、トルクコマンド信号を決定するステップと、
   前記トルクコマンド信号と関数関係にある電圧出力信号に従ってステアリングアシストを提供するように前記電動アシストモータに命令するステップと、
   を含む方法。
2. 前記フィルタリングするステップは、ブレンディング周波数よりも低い周波数を有する前記低周波トルク信号を供給し、前記ブレンディング周波数よりも高い周波数を有する前記高周波トルク信号を供給する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ブレンディング周波数を前記検知された車両速度の関数として決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記低周波アシストトルク信号を決定するステップは、前記低周波トルク信号の関数として第１および第２アシストトルク値を決定するステップと、ブレンディングアルゴリズムを実行して、前記第１および第２アシストトルク値を前記車両速度の関数としてブレンドし、前記低周波アシストトルク信号を供給するステップと、を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記高周波アシスト利得信号を決定するステップは、前記低周波トルク信号および車両速度の関数として前記高周波アシスト利得信号を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記高周波アシスト利得信号を決定するステップは、
   低速の車両速度の高周波アシスト利得を前記検知されたトルク信号の関数として決定するステップと、
   高速の車両速度の高周波アシスト利得を前記検知されたトルク信号の関数として決定するステップと、
   前記低速の車両速度の高周波アシスト利得と前記高速の車両速度の高周波アシスト利得とを車両速度の関数としてブレンドするステップと、
   を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記低速の高周波アシスト利得と前記高速の高周波アシスト利得とをブレンドする前記ステップは、
   前記検知された車両速度に基づいて０から１の範囲にある値を有する、速度に比例した係数を、前記検知された車両速度の関数として決定するステップと、
   ブレンドされた低速の高周波アシスト利得を、前記低速の高周波アシスト利得と前記速度に比例した係数との積として決定するステップと、
   ブレンドされた高速の高周波アシスト利得を、前記高速の高周波アシスト利得と、１と前記速度に比例した係数との差との積として決定するステップと、
   前記ブレンドされた低速の高周波アシスト利得と、前記ブレンドされた高速の高周波アシスト利得との和を決定するステップと、
   を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記高周波アシストトルク信号を決定するステップは、前記高周波トルク信号と前記高周波アシスト利得信号との積を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記トルクコマンド信号を決定するステップは、
   前記低周波アシストトルク信号と前記高周波アシストトルク信号との和を決定するステップと、
   前記低周波アシストトルク信号と前記高周波アシストトルク信号との前記和を適応トルクフィルタによりフィルタリングするステップと、
   を含む請求項１に記載の方法。
10. 車両電動アシストステアリングモータを制御する装置であって、
    検知された車両速度を示す値を有する速度信号を供給する車両速度センサと、
    印加されたステアリングトルクを示す検知されたトルク信号を供給する印加ステアリングトルクセンサと、
    前記検知されたトルク信号をフィルタリングして、低周波トルク信号および高周波トルク信号を供給する手段と、
    前記低周波トルク信号の関数として低周波アシストトルク値を決定し、該低周波アシストトルク値を示す低周波アシストトルク信号を供給する手段と、
    前記検知されたトルク信号および検知された車両速度の関数として高周波アシスト利得値を決定し、該高周波アシスト利得値を示す高周波アシスト利得信号を供給する手段と、
    前記高周波トルク信号と前記高周波アシスト利得信号との積に関係する高周波アシストトルク値を決定し、該高周波アシストトルク値を示す高周波アシストトルク信号を供給する手段と、
    前記低周波アシストトルク信号および前記高周波アシストトルク信号の関数としてトルクコマンド値を決定し、該トルクコマンド値を示すトルクコマンド信号を供給する手段と、
    前記トルクコマンド信号に従ってステアリングアシストを提供するように前記電動アシストモータに命令する手段と、
    を備える装置。
11. 前記フィルタリングする手段は、前記検知されたトルク信号を、ブレンディング周波数よりも低い周波数を通過させるローパスフィルタでフィルタリングする手段と、前記ブレンディング周波数よりも高い周波数を通過させるハイパスフィルタでフィルタリングする手段とを含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記ブレンディング周波数は、前記検知された車両速度の関数として選択される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記高周波アシスト利得値を決定する手段は、前記低周波トルク信号の関数として前記高周波アシスト利得値を決定する手段を備える、請求項１０に記載の装置。
14. 前記高周波アシスト利得値を決定する手段は、
    低速の高周波アシスト利得を前記検知されたトルク信号の関数として決定する手段と、
    高速の高周波アシスト利得を前記検知されたトルク信号の関数として決定する手段と、
    前記低速の高周波アシスト利得と前記高速の高周波アシスト利得とを車両速度の関数としてブレンドする手段と、
    を備え、前記高周波アシスト利得値は、前記ブレンドされた利得に応答する、
    請求項１０に記載の装置。
15. 前記低速の高周波アシスト利得と前記高速の高周波アシスト利得とをブレンドする手段は、
    前記検知された車両速度に基づいて０から１の範囲にある値を有する、速度に比例した係数を、前記検知された車両速度の関数として決定する手段と、
    ブレンドされた低速の高周波アシスト利得を、前記低速の高周波アシスト利得と前記速度に比例した係数との積として決定する手段と、
    ブレンドされた高速の高周波アシスト利得を、前記高速の高周波アシスト利得と、１と前記速度に比例した係数との差との積として決定する手段と、
    前記ブレンドされた低速の高周波アシスト利得と前記ブレンドされた高速の高周波アシスト利得との和を決定する手段と、
    備える請求項１４に記載の装置。
16. 前記トルクコマンド値を決定する手段は、
    前記低周波アシストトルク信号と前記高周波アシストトルク信号との和を決定する手段と、
    前記低周波アシストトルク信号と前記高周波アシストトルク信号との前記和をフィルタリングする適応トルクフィルタリング手段と、
    を備える請求項１０に記載の装置。

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