JP2008254602A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アシストトルクTm等に基づき発生するSAT演算値SATaを演算し、また、横力に基づき実際に生じたSAT推定値SATbを推定し、これらセルフアライニングトルクの演算値SATaと推定値SATbとの差からグリップロス度gを算出する。このグリップロス度gと、操舵角速度相当値としての電動モータ12の角速度ωとから、グリップロス度gが大きいときほど大きくなり、且つ角速度ωが大きいときほど大きくなるトルク補正値ΔTを設定し、このトルク補正値ΔT相当を、操舵トルクT及び車速Vに応じた電流指令値Itvから減算して電流指令値Itvを補正し、この補正した電流指令値Itvを操舵補助指令値Imとして、これに基づき電動モータ12を駆動する。
【選択図】 図7
Description
また、このような電動パワーステアリング装置において、操舵性能の向上やコーナリング時の車両の挙動を安定させるために、車両に取り付けられた車輪を中立に戻そうとするトルクであるセルフアライニングトルクを求めて操舵制御に用いたもの、さらにタイヤのグリップ状態を考慮して操舵制御を行うようにしたもの等も提案されている。
このタイヤのグリップ状態を算出する方法としては、例えば規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をタイヤのグリップ状態相当の値として用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、規範ヨーレートは定常走行状態における特性を用いているため、動的な過渡応答、特に素早い操舵が行われた場合には、的確なグリップ状態を得ることは困難である。また、ヨーレートは車両の慣性等の影響を受けるためその応答性が遅い。このため、この場合も、特に、素早い操舵が行われた場合には、的確なグリップ状態を得ることは困難である。
そこで、この発明は上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、車両のグリップ状態に応じて、グリップを失うことなく車両挙動を安定させることの可能な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を目的としている。
また、請求項3に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記補正手段は、前記グリップロス度に応じて前記電流指令値を補正するための補正値を算出し、当該補正値と前記操舵角速度との乗算値を前記電流指令値から減算した値を前記操舵補助指令値とすることを特徴としている。
また、請求項6から請求項8に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、グリップロス度の変化に対する応答性の高いセルフアライニングトルクに基づいてグリックロス度を算出しているため、グリップロス度を高精度に検出することができる。
まず、第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルクを検出するトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を抵抗変化や磁気変化に変換して検出するように構成されている。
コントロールユニット20では、前記グリップロス度を、次の手順で算出する。
J・ω′+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+T ……(1)
ここで、上記(1)式を初期値零としてラプラス変換し、SATについて解くと、次式(2)が得られ、これによりSATを算出することができる。なお、このラプラス変換により得られるセルフアライニングトルクをセルフアライニングトルクの演算値SATaとする。
SATa(s)
=Tm(s)+T(s)−J・ω′(s)+Fr・sign(ω(s)) ……(2)
図3では、タイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方向への変形面積(斜線部)となり、SATがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図4は、横力の着力点(接地面の中心点)がタイヤの中心線より後方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールとの加算値がトレールとなる。
SATb=εn・Fy ……(3)
なお、重心から後輪までの距離をL2(固定値)、車両重量をm、横加速度をGy、車両慣性モーメントをMo、ヨーレートγの微分値をdγ/dt、ホイールベースをLとして、横力Fyは次式(4)により算出することができる。
Fy=(L2・m・Gy+Mo・dγ/dt)/L ……(4)
g=SATb−SATa ……(5)
図6は、SAT演算値SATaとSAT推定値SATb(トレールεnが一定の場合は横力Fy)とを比較して示す特性図であり、スリップ角が大きくなるにしたがって、SATが失われる様子を示しており、上記(5)式から算出されるSAT演算値SATaとSAT推定値SATbとの差をグリップロス度g(図中網かけ部)として示している。
さらに、横力検出部65は、車両に設けられたヨーレートセンサ66からのヨーレートγ及び車両に設けられた横加速度センサ67からの横加速度Gyに基づいて前記(4)式から横力Fyを算出し、算出された横力FyはSAT推定部47に入力される。
グリップロス度検出部50はSAT演算部46より求められたSAT演算値SATaとSAT推定部47より求められたSAT推定値SATbとから、前記(5)式にしたがってグリップロス度gを求める。そして、このグリップロス度gを、トルク補正値演算部51に入力する。
そして、このトルク補正値ΔTgωをリミッタ53に入力し、リミッタ53では、トルク補正値ΔTgωの絶対値|ΔTgω|を予め設定した最大値に制限した後、これをトルク補正値ΔTとして減算部60Cに減算入力する。
減算部60Cでは、慣性補償部45からの慣性補償信号CM1からトルク補正値ΔTを減算し、その減算結果CM3は加算部60Bに入力されて収れん性制御部44からの収れん性制御信号CM2と加算され、その加算結果CM4が加算部60Aに入力されて電流指令値Itvと加算され、これが操舵補助指令値Imとなる。
まず、トルクセンサ3からの操舵トルクT、車速センサ21からの車速V、ヨーレートセンサ66からのヨーレートγ、横加速度センサ67からの横加速度Gy、回転センサ62からの角度θを入力する(ステップS1)。次いで、入力した操舵トルクT及び車速Vに基づき指令値演算部40で、操舵トルクT及び車速Vに応じた電流指令値Itvを算出し(ステップS2)、回転センサ62からの角度θに基づいて角速度検出部63において電動モータ12の角速度ωを検出し、角加速度検出部64において角加速度ω′を検出する(ステップS3)。
続いてグリップロス度検出部50においてSAT演算値SATa及びSAT推定値SATbの偏差からグリップロス度gを検出し(ステップS6)、このグリップロス度gに基づきトルク補正値演算部51で、グリップロス度g相当のトルク補正値ΔTgを算出し(ステップS7)、さらに乗算部52で、このトルク補正値ΔTgに、絶対値演算部52′で算出した角速度ωの絶対値を乗算して、グリップロス度gの絶対値が|g1|よりも大きいときほど大きく、且つ角速度ωの絶対値が大きいときほど絶対値が大きな値となるトルク補正値ΔTgωを算出する(ステップS8)。そして、このトルク補正値Tgωをリミッタ53で制限してトルク補正値ΔTを算出する(ステップS9)。
また、ステップS4の処理がSAT演算部に対応し、ステップS5の処理がSAT推定部に対応し、ステップS5で横力を算出する処理が横力検出部に対応し、ステップS6の処理がグリップロス度検出部に対応している。
この第2の実施の形態は、コントロールユニット20の構成が異なること以外は上記第1の実施の形態と同様であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図9は、第2の実施の形態におけるコントロールユニット20の概略構成を示すブロック図である。
乗算部55では、グリップロス度係数演算部55′で算出されたグリップロス度Kgと、角速度係数演算部54で算出された角速度係数Kωとを乗算し、その乗算結果を補正係数Kとして乗算部56に入力する。
なお、図8に示す上記第1の実施の形態における処理と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
まず、各種センサから、操舵トルクT、車速V、ヨーレートγ、横加速度Gy、電動モータ12の角度θを入力し(ステップS1)、操舵トルクT及び車速Vに応じた電流指令値Itvを算出し(ステップS2)、電動モータ12の角度θから電動モータ12の角速度ω及び角加速度ω′を検出する(ステップS3)。
続いてSAT演算値SATa及びSAT推定値SATbからグリップロス度gを検出する(ステップS6)。このグリップロス度gに応じたグリップロス度係数Kg及び角速度ωに応じた角速度係数Kωを、グリップロス度係数演算部55′及び角速度係数演算部54のそれぞれで算出し(ステップS6a)、これを乗算部55で乗算して補正係数Kを算出する(ステップS6b)。グリップロス度gが不感帯幅内のときにはグリップロス度係数Kgは“1”に設定されることから、補正係数Kは、角速度ωに応じて決定され、角速度ωが零近傍の値のときには角速度係数Kωは“1”近傍の値に設定されることから補正係数Kは“1”近傍の値に設定され、角速度ωの絶対値が大きくなると補正係数Kωが減少することから、これに伴って補正係数Kも減少する。そして、グリップロス度係数gが、不感帯幅外の値となると、グリップロス度gの絶対値が大きくなるほどグリップロス度係数Kgは小さな値に設定されることから、補正係数Kはこれに伴って減少し、さらに角速度ωが大きくなるほどより小さな値に設定される。
また、グリップロス度係数Kgに、不感帯を設けていることから、グリップロス度が小さく、グリップが失われていないにも関わらず操舵補助力が抑制されることを回避することができる。
ここで、図10のステップS6aからステップS11aの処理が補正手段に対応し、ステップS2からステップS11aの処理が操舵補助指令値演算手段に対応している。
この第3の実施の形態は、上記第1の実施の形態において、切り増し切り戻し判定部(操舵方向判定手段)57と、この切り増し切り戻し判定部57の判定結果に応じたゲインを乗算するゲイン部58と、を備えること以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図11は、第3の実施の形態におけるコントロールユニット20の概略構成を示すブロック図である。
切り増し切り戻し判定部57は、このようにして切り増しか切り戻しかを判定したならばその判定信号DSをゲイン部58に出力する。
そして、リミッタ53で制限されたトルク補正値ΔTが減算部60Cに減算入力されて慣性補償部45で算出された慣性補正値CM1から減算され、この演算結果CM3と収れん性制御信号CM2とを加算した加算結果CM4が電流指令値Itvに加算されて、操舵補助指令値Imが算出され、これに基づいて電動モータ12の駆動が行われる。
また、横力Fyを用いずに、水平面における車両運動モデルと、車速V及び操舵角δとを用いてセルフアライニングトルクを推定してもよい。
mV・(dβ/dt)
=−{mV+[(Kf・Lf−Kr・Lr)/V]}・γ−(Kf+Kr)・β+Kf・δ/n
……(6)
I・(dγ/dt)
=−[(Kf・Lf2+Kr・Lr2)/V]・γ+(−Kf・Lf+Kr・Lr)・β
+Kf・Lf・δ/n
……(7)
したがって、この場合には、図14に示すように、車速センサ(車速検出手段)21で検出した車速Vと、図示しない操舵角センサ(操舵角検出手段)で検出した操舵角δとをSAT推定部47に入力し、このSAT推定部47で、図13の特性図にしたがってSAT推定値SATbを算出すればよい。
2 ステアリングシャフト
3 トルクセンサ
12 電動モータ
20 コントロールユニット
21 車速センサ
46 セルフアライニングトルク演算部
47 セルフアライニングトルク推定部
50 グリップロス度検出部
51 トルク補正値演算部
53 リミッタ
55 補正係数演算部
57 切り増し切り戻し判定部
58 ゲイン部
Claims (8)
- 車両のステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値演算手段と、を有し、
前記操舵補助指令値に基づいて前記ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを駆動する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記操舵補助指令値演算手段は、
ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、
前記操舵トルクに基づき前記モータの電流指令値を算出する電流指令値演算手段と、
前記操舵角速度検出手段で検出した操舵角速度及び前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度に基づいて前記電流指令値演算手段で算出した電流指令値を補正しこれを前記操舵補助指令値とする補正手段と、を備え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。 - 前記補正手段は、前記操舵補助指令値が、前記グリップロス度が大きいときほど小さくなり且つ前記操舵角速度が大きいときほど小さくなるように前記電流指令値を補正することを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記補正手段は、前記グリップロス度に応じて前記電流指令値を補正するための補正値を算出し、当該補正値と前記操舵角速度との乗算値を前記電流指令値から減算した値を前記操舵補助指令値とすることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記補正手段は、前記グリップロス度が大きいときほどより小さな値に設定されるグリップロス度係数と前記操舵角速度が大きいときほどより小さな値に設定される角速度係数とを乗算して補正係数を算出し、当該補正係数を前記電流指令値に乗算した値を前記操舵補助指令値とすることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記ステアリングホイールに対する操舵操作が切り増し方向であるか否かを判定する操舵方向判定手段を有し、
前記補正手段は、前記操舵方向判定手段で切り増し方向であると判定されるときには、前記操舵補助指令値が、切り戻し方向である場合よりも小さくなるように前記電流指令値を補正することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 前記ステアリング機構は、転舵輪を操舵するタイロッドに接続されているラックを有し、
前記グリップロス度検出手段は、前記ラック上に生じる外力をセルフアライニングトルク演算値として算出するSAT演算部と、
路面から生じるセルフアライニングトルクを車両運動モデルに基づいてセルフアライニングトルク推定値として推定するSAT推定部と、
前記SAT演算部で算出されたセルフアライニングトルク演算値及び前記SAT推定部で推定されたセルフアライニングトルク推定値の偏差に基づいて前記グリップロス度を算出するグリップロス度検出部と、を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 前記ステアリング機構は、転舵輪を操舵するタイロッドに接続されているラックを有し、
前記グリップロス度検出手段は、前記ラック上に生じる外力をセルフアライニングトルク演算値として算出するSAT演算部と、
車両に作用する横力を検出する横力検出部と、
前記SAT演算部で算出されたセルフアライニングトルク演算値及び前記横力検出部で検出された横力に基づいて前記グリップロス度を算出するグリップロス度検出部と、を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 車速を検出する車速検出手段と、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、を備え、
前記SAT推定部は、前記車速検出手段で検出される車速と、前記操舵角検出手段で検出される操舵角とを前記車両運動モデルに代入して前記セルフアライニングトルク推定値を推定することを特徴とする請求項6記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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