JP3663332B2

JP3663332B2 - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP3663332B2
Application number: JP2000072546A
Authority: JP
Inventors: 一恭吉田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001260916A; US6431307B2; DE60131691D1; US20010022249A1; DE60131691T2; EP1134147A2; EP1134147A3; EP1134147B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達するようにして操舵補助する電動パワーステアリング装置のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに基づいて電動モータを駆動し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達するようしている。
従来からの電動パワーステアリング装置の電気的構成を図３に示す。この電動パワーステアリング装置は、マイクロコンピュータにより構成されるコントローラ５０によって、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータ５８を制御する。コントローラ５０には、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ５７の出力信号が入力されている。トルクセンサ５７が出力するアナログ信号は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器５１によってディジタル信号に変換される。コントローラ５０は、ディジタル値により表される操舵トルクＴに基づいて、電動モータ５８に与えるべき電流に対応した制御指令値を定め、この制御指令値に基づいて、モータ駆動回路５５を介して電動モータ５８を駆動する。
【０００３】
コントローラ５０は、その内部における演算を、すべてディジタル的に行うように構成されている。すなわち、コントローラ５０は、所定の動作プログラムに従って、ソフトウエア演算を行うことにより、アシスト制御部５２、慣性補償部５３、および加算部５４としての機能を果たす。
アシスト制御部５２は、操舵トルクＴに応じた目標電流値Ｉを定める。また、慣性補償部５３は、操舵トルクＴの時間微分値ΔＴに対応した補償電流値ΔＩを出力するようになっている。この補償電流値ΔＩは、ステアリング機構および電動モータ５８の慣性による応答遅れを補償するための電流値である。加算部５４は、アシスト制御部５２からの目標電流値Ｉと慣性補償部５３からの補償電流値ΔＩとを加算して、制御指令値Ｉ＋ΔＩを作成する。この制御指令値Ｉ＋ΔＩに基づいて、モータ駆動回路５５が制御され、これにより、電動モータ５８は、操舵トルクＴに対応した操舵補助力を良好な応答性で発生することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、操舵トルクＴの時間微分値ΔＴと補償電流値ΔＩとの関係を示す図である。慣性補償部５３は、たとえば、操舵トルクＴの時間微分値ΔＴに比例する補償電流値ΔＩを出力する。しかし、コントローラ５０内における演算はすべてプログラム処理によるディジタル演算であるので、時間微分値ΔＴは、１ビットごとの離散的な値をとりうるに過ぎず、補償電流値ΔＩも離散的な値をとることができるに過ぎない。したがって、時間微分値ΔＴに対する補償電流値ΔＩの変化は、いわば階段状になる。
【０００５】
操舵トルクＴの変化が十分に速い場合には、補償電流値ΔＩが時間微分値ΔＴに対して階段状の変化を示すとしても、電動モータ５８を良好に制御することができる。これに対して、操舵トルクＴの時間変化が極めて緩慢である場合には、図５(ａ)に示すように、アシスト制御部５２から出力される目標電流値Ｉは、長い周期で微小量ずつ階段状に変化する。これに応じて、図５(ｂ)に示すように、時間微分値ΔＴ＝１ビットに対応したパルス状の補償電流値ΔＩが比較的長い周期で慣性補償部５３から生成されることになる。この場合には、加算部５４において目標電流値Ｉと補償電流値ΔＩとを加算して得られる制御指令値Ｉ＋ΔＩは、図５(ｃ)に示すように、比較的長い周期で現れるパルス状の波形を有することになる。これに応じたパルス状の電流が電動モータ５８に印加されると、電動モータ５８およびステアリング機構の共振が生じて、不快な振動や異音が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、振動および異音を効果的に抑制することができる電動パワーステアリング制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材（１）に加えられた操舵トルクに基づいて駆動される電動モータ（２５）によって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置のための制御装置であって、操舵トルク（Ｔ）に応じて目標電流値（Ｉ）を生成する目標電流設定手段（１５）と、操舵トルクの時間微分値（ΔＴ）に応じた補償電流値（ΔＩ）を生成する補償値設定手段（１６）と、この補償値設定手段によって生成された補償電流値を、正弦波状に時間変化する補正補償値（ΔＩ′）に変換する波形変換手段（１７）と、この波形変換手段が生成する補正補償値と上記目標電流設定手段によって設定される目標電流値とを重畳して、制御指令値（Ｉ＋ΔＩ′）を生成する手段と、上記制御指令値に基づいて電動モータを駆動するモータ駆動手段（１９，２０，２４）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。
【０００８】
この構成によれば、操舵トルクの時間微分値に応じた補償電流値が生成され、この補償電流値が、さらに、正弦波状に時間変化する補正補償値に変換される。そして、この波形変換された補正補償値と、操舵トルクに応じて定められた目標電流値とが重畳されて、制御指令値が作成される。この制御指令値は、操舵トルクがゆっくりと時間変化して補償電流値がパルス状に変化する場合であっても、そのパルス状の変化が正弦波状に緩和された値を有する。したがって、この制御指令値に基づいて電動モータを駆動制御すれば、電動モータまたはステアリング機構の不快な振動または異音が生じることがない。
【０００９】
この発明は、目標電流設定手段および補償値設定手段などが、ディジタルデータで表された操舵トルク値に基づいて、同じくディジタルデータで表される目標電流値および補償電流値を定める構成において特に有利である。
なお、上記目標電流設定手段、補償値設定手段および波形変換手段などは、マイクロコンピュータが所定プログラムを実行することによるソフトウエア処理によって、それぞれの機能が実現されるようになっていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータ２５の駆動力が操舵補助力として伝達されるようになっている。
【００１１】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクＴに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。このトルクセンサ５の出力信号は、マイクロコンピュータで構成されたコントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
【００１２】
コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴに応じた駆動電流を電動モータ２５に与え、操舵トルクＴに応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータ２５を駆動制御する。このコントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかにも、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速Ｖを検出する車速センサ７の出力信号も入力されている。
【００１３】
コントローラ１０は、トルクセンサ５および車速センサ７の出力信号を処理するためのトルク信号入力回路１１および車速信号入力回路１２を備えている。これらのトルク信号入力回路１１および車速信号入力回路１２は、それぞれアナログ／ディジタル変換回路を有していて、ディジタルデータで表された操舵トルクＴおよび車速Ｖをそれぞれ出力するようになっている。
コントローラ１０は、さらに、図示しない記憶媒体（ＲＯＭなど）に格納された動作プログラムを実行することによって実現される複数の機能処理部を有している。これらの機能処理部には、操舵トルクＴの信号の位相を進めて、系を安定化させるための位相補償部１３、位相補償部１３によって位相が進められた操舵トルクＴに対応した目標電流値Ｉを生成するアシスト制御部１５、操舵トルクＴの時間微分値ΔＴを検出するための時間微分値検出部１４、時間微分値検出部１４によって求められた時間微分値ΔＴに対応した補償電流値ΔＩを生成する慣性補償部１６、および慣性補償部１６が出力するパルス状の補償電流値ΔＩを正弦波的に時間変化する補正補償値ΔＩ′に変換するための波形変換部１７が含まれている。
【００１４】
アシスト制御部１５によって生成される目標電流値Ｉと、波形変換部１７から生成される補正補償値ΔＩ′とは、加算部１８によって加算され、これにより制御指令値Ｉ＋ΔＩ′が生成される。この制御指令値Ｉ＋ΔＩ′は、減算部２０に与えられるようになっている。
減算部２０は、電流検出回路２１よって検出されるモータ電流値と制御指令値Ｉ＋ΔＩ′との偏差を求める。この求められた偏差が、ＰＩ制御部１９に入力され、このＰＩ制御部１９による比例積分制御演算によって、電動モータ２５に印加すべき電圧値が定められる。この電圧値に基づいて、電動モータ２５を駆動するモータ駆動回路２４の制御が行われることになる。
【００１５】
電流検出回路２１によるモータ電流値のフィードバックにより、電動モータ２５に流れる電流は、制御指令値Ｉ＋ΔＩ′に対応した値へと導かれる。これにより、ステアリング機構３には、操舵トルクＴに対応した操舵補助力が伝達されることになる。
慣性補償部１６は、電動モータ２５およびステアリング機構３の慣性に起因する応答送れを補償するためのものである。この慣性補償部１６は、操舵トルクＴの時間微分値ΔＴに比例する補償電流値ΔＩを生成するようになっている。補償電流値ΔＩは、たとえば、コントローラ１０内の図示しないメモリ内に、操舵トルクの時間微分値ΔＴに対するテーブルの形式で記憶されている。
【００１６】
時間微分値ΔＴは、ディジタル値で表されるがゆえに、１ビット単位の離散的な値をとり得るに過ぎない。同様に、テーブルに記憶されている補償電流値ΔＩも、ディジタルデータによって表されるから、時間微分値ΔＴに対して階段状に変化する離散的な値をとりうるに過ぎない。
補償電流値ΔＩを記憶したテーブルは、たとえば、車速域に応じて複数個設けられている。これにより、たとえば、車速Ｖが大きくなるほど、補償電流値ΔＩが小さくなるようにして、高速走行時における慣性補償を鈍化するようにしている。
【００１７】
アシスト制御部１５は、操舵トルクＴに応じて増減する目標電流値Ｉを生成する。この目標電流値Ｉは、たとえば操舵トルクＴに対するテーブルの形式で図示しないメモリに格納されている。この目標電流値Ｉのテーブルは、たとえば、車速域に応じて複数個設けられている。これにより、車速Ｖが大きくなるほど目標電流値Ｉを小さく設定して、いわゆる車速感応制御を行えるようにしている。
図２は、波形変換部１７の働きを説明するための波形図である。図２(ａ)はアシスト制御部１５が生成する目標電流値Ｉの時間変化を示し、図２(ｂ)は慣性補償部１６が生成する補償電流値ΔＩの時間変化を示し、図２(ｃ)は波形変換部１７が生成する補正補償値ΔＩ′の時間変化を示し、図２(ｄ)は加算部１８が生成する制御指令値Ｉ＋ΔＩ′の時間変化を示す。
【００１８】
この図２には、操舵トルクＴの時間変化が極めて緩慢である場合の例が示されている。この場合、ディジタルデータで表される操舵トルクＴは比較的長い周期で階段状に変化するから、同じくディジタルデータで表される目標電流値Ｉも、それに応じた階段状の変化を示す。このとき、慣性補償部１６は、たとえば操舵トルクＴが１ビット変化したこと（ΔＴ＝１ビット）に対応するパルス状の補償電流値ΔＩを比較的長い周期で生成する。
【００１９】
波形変換部１７は、慣性補償部１６から与えられるパルス状の補償電流値ΔＩを、図２(ｃ)に示すように、正弦波状に時間変化する補正補償値ΔＩ′に変換する。ただし、波形変換部１７の働きはディジタル演算によって実現されるので、補正補償値ΔＩ′は、滑らかな正弦波形状の変化を示すことはできず、図２(ｃ)において参照符号Ｐで示すように、小刻みな階段状の変化を示すことになる。この図２の例においては、４段階の離散的な値を用いて正弦波的に時間変化する補正補償値ΔＩ′が作成されている。
【００２０】
慣性補償部１６がパルス状の補償電流値ΔＩを短時間間隔で生成する場合には、波形変換部１７は、それらのパルスに対応した個々の正弦波形状Ｐ１，Ｐ２を重ね合わせたさらに大きな正弦波形状Ｐ１２を呈する補正補償値ΔＩ′を生成することになる。
制御指令値Ｉ＋ΔＩ′は、加算部１８において目標電流値Ｉと補正補償値ΔＩ′とを重畳することによって得られる。したがって、図２(ａ)および(ｃ)の波形を重ね合わせて得られる図２(ｄ)の波形が、制御指令値Ｉ＋ΔＩ′の時間変化を表すことになる。
【００２１】
以上のようにこの実施形態の構成によれば、慣性補償部１６が生成する補償電流値ΔＩのパルス状の変化が、波形変換部１７によって正弦波状の時間変化へと変換される。そして、この正弦波状に時間変化が緩和された補正補償値ΔＩ′と、目標電流値Ｉとを重畳して制御指令値Ｉ＋ΔＩ′が作成され、この制御指令値Ｉ＋ΔＩ′を用いて電動モータ２５が制御される。これによって、操舵トルクＴの変化が極めて緩慢である場合であっても、電動モータ２５やステアリング機構３の共振などに起因する不快な振動または異音が生じることがない。
【００２２】
操舵トルクＴが比較的速やかに変化する場合であれば、慣性補償部１６から出力されるパルス状の補償電流値ΔＩに対応する複数の正弦波形状が重ね合わせられて大きな正弦波形状に対応した補正補償値ΔＩ′が生成されるから、応答遅れが生じるおそれもない。
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、波形変換部１７は、パルス状の補償電流値ΔＩの入力に対して、４段階に変化する階段状の正弦波を生成するようにしたけれども、３段階または５段階以上の離散的な値で階段状の正弦波形状を形成するようにしてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】パルス状の補償電流値を正弦波状に時間変化する補正補償値に変換する波形変換部の働きを説明するための波形図である。
【図３】従来の電動パワーステアリング装置の主要部の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】操舵トルクの時間微分値に対する補償電流値の変化を示す図である。
【図５】操舵トルクの時間変化が緩慢であるときの目標電流値、補償電流値および制御指令値の時間変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
３ステアリング機構
５トルクセンサ
１０コントローラ
１１トルク信号入力回路
１２車速信号入力回路
１４時間微分値検出部
１５アシスト制御部
１６慣性補償部
１７波形変換部
１８加算部
１９ＰＩ制御部
２０減算部
２１電流検出回路
２４モータ駆動回路
２５電動モータ
Ｉ目標電流値
ΔＩ補償電流値
ΔＩ′ 補正補償値
Ｉ＋ΔＩ′ 制御指令値
Ｔ操舵トルク
ΔＴ操舵トルクの時間微分値
Ｖ車速

Claims

操作部材に加えられた操舵トルクに基づいて駆動される電動モータによって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置のための制御装置であって、
操舵トルクに応じて目標電流値を生成する目標電流設定手段と、
操舵トルクの時間微分値に応じた補償電流値を生成する補償値設定手段と、
この補償値設定手段によって生成された補償電流値を、正弦波状に時間変化する補正補償値に変換する波形変換手段と、
この波形変換手段が生成する補正補償値と上記目標電流設定手段によって設定される目標電流値とを重畳して、制御指令値を生成する手段と、
上記制御指令値に基づいて電動モータを駆動するモータ駆動手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。