JP2002293256A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵トルクが小さいときに、操舵反力を付与す
るための逆アシストトルクが大きくなりすぎないように
する。 【解決手段】アシストトルク比例項Ｔ_MP、アシストトル
ク微分項Ｔ_MD、アシストトルクダンピング項Ｔ_MM、アシ
ストトルク戻り項（逆アシストトルク）Ｔ_MRとの加算値
からなる目標モータトルクＴ_M0をモータトルク制限値Ｔ
_MR-lmt、ｔ_ML-lmtで規制するにあたり、操舵トルクＴ_S
の絶対値が小さい領域では、モータトルク制限値Ｔ
_MR-lmt、ｔ_ML-lmtを共に、操舵系のメカニカルフリクシ
ョントルク以下に設定することにより、操舵トルクＴ_S
が小さいときには目標モータトルクＴ_M0が達成されても
ステアリングホイールが回転されることはなく、逆アシ
ストトルクが大きくなりすぎてステアリングホイールが
重くなることもない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操舵に要する力を操舵
補助モータの回転出力によりアシスト（操舵補助）する
電動パワーステアリング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】操舵方向と逆向きのアシストトルクを発
生する電動パワーステアリング装置として、例えば特開
平８−１５６８１４号公報に記載されるものがある。こ
の電動パワーステアリング装置では、操舵系で検出され
る操舵トルクに応じて逆方向に操舵補助モータを作動し
て逆アシストトルクを発生させ、車両前軸荷重の小さな
車両、例えば軽自動車やミッドシップカー等の手動操舵
の手応え感を良好にしようとするものである。なお、実
際の車両では、アシストトルクを決定する制御におい
て、操舵トルクが小さいときに、アシストトルクの微分
項やダンピング項等の制御が可能となるようにアシスト
トルクの制限値を設け、絶対値を零より大きな値に設定
する必要があると考えられる。アシストトルクの微分項
とは、例えば操舵トルクの微分値に対するアシストトル
ク成分であり、主として応答性に寄与するものとし、ア
シストトルクのダンピング項とは、例えば操舵角速度に
対するアシストトルク成分であり、主として安定性に寄
与するものとする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、手動操
舵による操舵トルクが小さいときに前記逆アシストトル
クが作用すると、操舵トルクが大きくなりすぎて、運転
者に違和感を与える恐れがある。本発明は、前記諸問題
を解決すべく開発されたものであり、逆アシストトルク
が作用しても操舵トルクが大きくなりすぎない電動パワ
ーステアリング装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵系に
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、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出された操
舵トルクに基づいて操舵補助モータの目標アシストトル
クを算出する目標アシストトルク算出手段と、少なくと
も前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクに基
づいて操舵補助モータのアシストトルクの制限値を設定
するアシストトルク制限値設定手段と、前記目標アシス
トトルク算出手段で算出された目標アシストトルク又は
前記アシストトルク制限値設定手段で設定されたアシス
トトルク制限値に基づいて操舵補助モータへの指令値を
算出するモータ指令値算出手段とを備え、前記アシスト
トルク制限値設定手段は、前記操舵トルク検出手段で検
出された操舵トルクが小さいとき、前記アシストトルク
の制限値を、操舵系の機械的摩擦抵抗トルク以下に設定
することを特徴とするものである。

【０００５】

【発明の効果】而して、本発明の電動パワーステアリン
グ装置によれば、検出された操舵トルクが小さいとき、
アシストトルクの制限値を、操舵系の機械的摩擦抵抗ト
ルク以下に設定する構成としたため、手動操舵と逆向き
の逆アシストトルクが発生しても、操舵系の機械的摩擦
抵抗トルク以下の制限値で規制されるため、手動操舵に
よる操舵トルクが小さいときに逆アシストトルクによっ
て操舵トルクが大きくなりすぎることがない。

【０００６】

【発明の実施の形態】次いで本発明の電動パワーステア
リング装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。ま
ず構成を説明すると、図１に示すように、ステアリング
ホイール１はステアリングシャフト２の上端部に連結さ
れ、当該ステアリングシャフト２は下方に延びている。
そのステアリングシャフト２の下端部は、トルク検出機
構を介してピニオンシャフト３に連結している。ピニオ
ンシャフト３の下端部、つまりピニオンは、車両幅方向
に配設されたラック４に噛合し、該ラック４とピニオン
シャフト３によってステアリングギアを構成している。
従って、ステアリングホイール１からステアリングシャ
フト２回りの回転運動は、ラック４の直進運動（並進運
動）に変換される。

【０００７】そして、水平に延在するラック４の両端部
は、それぞれタイロッド５を介してナックル及び転舵輪
６に接続し、当該ラック４が水平方向に移動（並進運
動）することで左右の転舵輪６が転舵するようになって
いる。また、上記ピニオンシャフト３の上部には、減速
機を構成するリングギア１１が同軸に固定され、このリ
ングギア１１に操舵補助モータ８の駆動軸９が断続可能
に連結されている。なお、この操舵補助モータ８は，後
述するコントロールユニット７のＰＷＭ（Pulse Width
Modulation）駆動回路１９からのパルス信号によって、
その発生トルク、つまりアシストトルクが制御される、
所謂デューティ比制御により、何れかの方向に正逆転制
御される。また、この操舵補助モータ８の回転方向制御
は、後述するマイクロコンピュータ１５で算出出力され
るモータトルク指令値Ｓ_M が正値であるときに、ステア
リングシャフト２、即ち転舵輪６を右方向に回転し、当
該モータトルク指令値Ｓ_M が負値であるときに，ステア
リングシャフト２及び転舵輪６を左方向に回転するよう
に構成されている。なお、このモータトルク指令値Ｓ_M
の大きさがデューティ比に相当する。

【０００８】また、前記トルク検出機構は、ステアリン
グシャフト２の下端部とピニオンシャフト３の上端部を
連結する図示されないトーションバーと、その外周に配
置された操舵トルクセンサ１２とから構成されている。
この操舵トルクセンサ１２は、前記トーションバーの捩
じれ量から操舵トルクを検出し、当該操舵トルクの大き
さに応じ且つステアリングホイール１の右切り（ピニオ
ンシャフト３からの入力に対しては左回り）で正値、ス
テアリングホイール１の左切り（ピニオンシャフト３か
らの入力に対しては右回り）で負値の電圧信号からなる
操舵トルクＴ_Sを、後述するコントロールユニット７に
供給する。

【０００９】また、車両には車速センサ１３が搭載され
ていて、この車速センサ１３によって車両前後方向車速
が検出され、当該車速の大きさに応じた電圧信号からな
る車速検出値Ｖが、後述するコントロールユニット７に
供給される。また、前記ステアリングホイール１には、
その操舵角θを検出する操舵角センサ１４が設けられて
おり、その検出値もコントロールユニット７に供給され
る。

【００１０】また、操舵補助モータ８には、流れる電流
値から実際に発生しているモータトルクＴ_M を検出する
モータトルク検出器１６が取付けられていて、該モータ
トルク検出器１６で検出されたモータトルクＴ_M が、後
述するコントロールユニット７に供給される。そして、
前記コントロールユニット１５は、図２に示すように、
前記操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トルクＴ_S
及び車速センサ１３で検出された車速Ｖ及び操舵角セン
サ１４で検出された操舵角θ及びモータトルク検出器１
６で検出されたモータトルクＴ_M を入力し且つ前記操舵
補助モータ８の回転方向と発生トルクとを制御するため
の当該操舵補助モータ８への指令電流値をモータトルク
指令値Ｓ_M として出力するマイクロコンピュータ１５
と、このマイクロコンピュータ１５からＤ／Ａ変換され
て出力される前記モータトルク指令値Ｓ_M が供給され
て、これらを前記操舵補助モータ８の回転方向と発生ト
ルクとを制御する電流値信号に変換するＰＷＭ駆動回路
１９とを備えている。

【００１１】ここで、前記マイクロコンピュータ１５
は、少なくともＦ／Ｖ変換機能やＡ／Ｄ変換機能を備え
た入力側インタフェース回路１５ａ、マイクロプロセサ
ユニットＭＰＵ等からなる演算処理装置（ＣＰＵ）１５
ｂ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等からなる記憶装置１５ｃ及びＤ／
Ａ変換機能を備えた出力側インタフェース回路１５ｄを
有する。そして、前記入力インタフェース回路１５ａに
は、前記操舵トルクセンサ１２からの操舵トルクＴ_S 及
び車速センサ１３からの車速Ｖ及び操舵角センサ１４か
らの操舵角θ及びモータトルク検出器１６からのモータ
トルクＴ_M が入力され、出力側インタフェース回路１５
ｄからは操舵補助モータ８に対するモータトルク指令値
Ｓ_M が出力される。

【００１２】前記演算処理装置１５ｂでは、所定サンプ
リング時間ΔＴ（例えば１０msec．）毎に図３の演算処
理を行い、前記モータトルク指令値Ｓ_M を算出出力す
る。なお、この演算処理では、特に通信のためのステッ
プを設けていないが、算出された情報は随時記憶装置に
更新記憶されると共に、記憶装置に記憶されている情報
は随時演算処理装置に読込まれる。

【００１３】さて、この演算処理では、まずステップＳ
１で、前記操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トル
クＴ_S 、車速センサ１３で検出された車速Ｖ、操舵角セ
ンサ１４で検出された操舵角θを読込む。次にステップ
Ｓ２に移行して、同ステップ内で行われる個別の演算処
理に従って、前記ステップＳ１で読込んだ操舵トルクの
時間微分値Ｔ_S ' を算出する。

【００１４】次にステップＳ３に移行して、同ステップ
内で行われる個別の演算処理に従って、前記ステップＳ
１で読込んだ操舵角の時間微分値、即ち操舵角速度θ'
を算出する。次にステップＳ４に移行して、同ステップ
内で行われる個別の演算処理に従って、図４の制御マッ
プ検索によりアシストトルクの比例項Ｔ_MPを算出する。
この制御マップでは、操舵トルクＴ_S の絶対値が小さい
領域、具体的には所定値ーＴ _S0から所定値＋Ｔ_S0の領域
を不感帯とし、それより操舵トルクＴ_S が正方向に大き
い領域、つまり右切りでは、操舵トルクＴ_S の増加に伴
ってアシストトルク比例項Ｔ_MPが負の方向に大きくな
り、前記不感帯より操舵トルクＴ_S が負方向に大きい領
域、つまり左切りでは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ_S ｜の
増加に伴ってアシストトルク比例項Ｔ_MPが正の方向に大
きくなるように設定してある。この不感帯は、手動操舵
トルクが零近傍での前記操舵トルクセンサ１２のヒステ
リシスに相当して設定してある。

【００１５】次にステップＳ５に移行して、前記ステッ
プＳ２で算出した操舵トルクの微分値Ｔ_S ' にゲインＫ
₁ を乗じた値と、前記ステップＳ１で読込んだ車速Ｖに
ゲインＫ₂ を乗じた値との加算値からアシストトルク微
分項Ｔ_MDを算出する。このアシストトルク微分項Ｔ
_MDは、前述したように主として操舵トルクが小さい領域
での応答性に係るものである。

【００１６】次にステップＳ６に移行して、前記ステッ
プＳ１で読込んだ車速ＶにゲインＫ ₃ を乗じた値と、前
記ステップＳ３で算出した操舵角速度θ' にゲインＫ₄
を乗じた値との加算値からアシストトルクダンピング項
Ｔ_MMを算出する。このアシストトルクダンピング項Ｔ_MM
は、前述したように主として操舵トルクが小さい領域で
の安定性に係るものである。

【００１７】次にステップＳ７に移行して、前記ステッ
プＳ１で読込んだ車速ＶにゲインＫ ₅ を乗じた値と、前
記ステップＳ１で読込んだ操舵角θにゲインＫ₆ を乗じ
た値との加算値からアシストトルク戻り項Ｔ_MRを算出す
る。このアシストトルク戻り項Ｔ_MRは、前記逆アシスト
トルク、即ち操舵反力を与えるものである。次にステッ
プＳ８に移行して、前記ステップＳ４〜ステップＳ７で
算出したアシストトルク比例項Ｔ_MP、アシストトルク微
分項Ｔ_MD、アシストトルクダンピング項Ｔ_MM及びアシス
トトルク戻り項Ｔ_MRの加算値から目標アシストトルクＴ
_M0を算出する。

【００１８】次にステップＳ９に移行して、同ステップ
内で行われる個別の演算処理に従って、図５の制御マッ
プからモータトルク制限値Ｔ_MR-lmt、Ｔ_ML-lmtを算出設
定する。この図５の制御マップでは、図５ａから右切り
モータトルク制限値Ｔ_MR-lmtを設定し、図５ｂから左切
りモータトルク制限値Ｔ_MR-lmtを設定する。このうち、
図５ａでは、操舵トルクＴ_S が比較的小さい正の所定値
＋Ｔ_S1以上の領域では右切りモータトルク制限値Ｔ
_MR-lmtは比較的大きい正の所定値＋Ｔ_MR-lmt1 一定であ
り、この正の所定値＋Ｔ_S1から比較的絶対値が小さい負
の所定値ーＴ_S1までの領域では右切りモータトルク制限
値Ｔ_MR-lmtは比較的小さい正の所定値＋Ｔ_{MR -lmt0} 一定
であり、当該負の所定値ーＴ_S1以下の領域では、車速Ｖ
に応じて右切りモータトルク制限値Ｔ_MR-lmtが変化す
る。即ち、車速Ｖが大きいほど、操舵トルクＴ_S が負の
方向に大きくなるにつれて右切りモータトルク制限値Ｔ
_MR-lmtは正の方向に大きく設定される。車速Ｖが零のと
きには、右切りモータトルク制限値Ｔ_MR-lmtは前記正の
所定値＋Ｔ_MR-lmt0 一定である。また、図５ｂでは、操
舵トルクＴ_S が比較的絶対値が小さい負の所定値ーＴ_S1
以下の領域では左切りモータトルク制限値Ｔ_ML-lmtは比
較的絶対値の大きい負の所定値ーＴ_MR-lmt1 一定であ
り、この負の所定値ーＴ_S1から比較的小さい正の所定値
＋Ｔ_S1までの領域では左切りモータトルク制限値Ｔ
_MR-lmtは比較的絶対値の小さい負の所定値ーＴ_{MR-l mt0}
一定であり、当該正の所定値＋Ｔ_S1以下の領域では、車
速Ｖに応じて左切りモータトルク制限値Ｔ_ML-lmtが変化
する。即ち、車速Ｖが大きいほど、操舵トルクＴ_S が正
の方向に大きくなるにつれて左切りモータトルク制限値
Ｔ_ML-lmtは負の方向に大きく設定される。車速Ｖが零の
ときには、左切りモータトルク制限値Ｔ_ML-lmtは前記負
の所定値ーＴ_MR-lmt0 一定である。なお、前記所定値＋
Ｔ_{MR-l mt0} 、ーＴ_MR-lmt0 は、共に操舵系のメカニカル
フリクショントルク、つまり機械的摩擦抵抗トルク以下
に設定されている。

【００１９】次にステップＳ１０に移行して、前記ステ
ップＳ８で算出した目標モータトルクＴ_M0が“０”以上
であるか否か、即ち右切りであるか否かを判定し、目標
モータトルクＴ_M0が“０”以上である場合にはステップ
Ｓ１１に移行し、そうでない場合にはステップＳ１２に
移行する。前記ステップＳ１１では、前記目標モータト
ルクの絶対値｜Ｔ_M0｜が前記右切りモータトルク制限値
の絶対値｜Ｔ_MR-lmt｜以上であるか否かを判定し、当該
目標モータトルクの絶対値｜Ｔ_M0｜が前記右切りモータ
トルク制限値の絶対値｜Ｔ _MR-lmt｜以上である場合には
ステップＳ１３に移行し、そうでない場合にはステップ
Ｓ１４に移行する。

【００２０】前記ステップＳ１２では、前記目標モータ
トルクの絶対値｜Ｔ_M0｜が前記左切りモータトルク制限
値の絶対値｜Ｔ_ML-lmt｜以上であるか否かを判定し、当
該目標モータトルクの絶対値｜Ｔ_M0｜が前記左切りモー
タトルク制限値の絶対値｜Ｔ _ML-lmt｜以上である場合に
はステップＳ１５に移行し、そうでない場合には前記ス
テップＳ１４に移行する。

【００２１】前記ステップＳ１３では、前記右切りモー
タトルク制限値Ｔ_MR-lmtを目標モータトルクＴ_M0に設定
してからステップＳ１６に移行する。前記ステップＳ１
４では、前記目標モータトルクＴ_M0をそのまま目標モー
タトルクＴ_M0に設定してから前記ステップＳ１６に移行
する。前記ステップＳ１５では、前記左切りモータトル
ク制限値Ｔ_ML-lmtを目標モータトルクＴ_M0に設定してか
ら前記ステップＳ１６に移行する。

【００２２】前記ステップＳ１６では、前記モータトル
ク検出器１６で検出されたモータトルクＴ_M を読込む。
次にステップＳ１７に移行して、前記ステップＳ１６で
読込んだモータトルクＴ_M が“０”以上であるか否か、
即ち右切りであるか否かを判定し、当該モータトルクＴ
_M が“０”以上である場合にはステップＳ１８に移行
し、そうでない場合にはステップＳ１９に移行する。

【００２３】前記ステップＳ１８では、前記モータトル
クの絶対値｜Ｔ_M ｜前記右切りモータトルク制限値の絶
対値｜Ｔ_MR-lmt｜以上であるか否かを判定し、当該モー
タトルクの絶対値｜Ｔ_M ｜前記右切りモータトルク制限
値の絶対値｜Ｔ_MR-lmt｜以上である場合にはステップＳ
２０に移行し、そうでない場合にはステップＳ２１に移
行する。

【００２４】前記ステップＳ１９では、前記モータトル
クの絶対値｜Ｔ_M ｜前記左切りモータトルク制限値の絶
対値｜Ｔ_ML-lmt｜以上であるか否かを判定し、当該モー
タトルクの絶対値｜Ｔ_M ｜前記左切りモータトルク制限
値の絶対値｜Ｔ_ML-lmt｜以上である場合には前記ステッ
プＳ２０に移行し、そうでない場合には前記ステップＳ
２１に移行する。

【００２５】前記ステップＳ２１では、図示しない個別
のフェイルセーフプログラムを行って、本演算処理を終
了する。前記ステップＳ２０では、前記目標モータトル
クＴ_M0からモータトルクＴ_M を減じてモータトルク差Δ
Ｔ_M を算出する。次にステップＳ２２に移行して、前記
ステップＳ２０で算出したモータトルク差ΔＴ_M に対
し、比例ー微分ー積分制御によるモータトルク指令値
（電流値）Ｓ _M を算出出力してからメインプログラムに
復帰する。具体的には、前記モータトルク差ΔＴ_M に比
例ゲインＫ_P を乗じた値と、モータトルク差の時間微分
値ΔＴ _M ・ｓ（ｓ：ラプラス演算子）に微分ゲインＫ_D
を乗じた値と、モータトルク差の時間積分値ΔＴ_M ／ｓ
に積分ゲインＫ_I を乗じた値との加算値からモータトル
ク指令値Ｓ_M を算出する。

【００２６】この演算処理によれば、操舵トルクＴ_S の
絶対値が小さい領域、具体的には前記負の所定値ーＴ_S1
から所定値＋Ｔ_S1までの領域では、右切りモータトルク
制限値Ｔ_MR-lmtは小さな所定値＋Ｔ_MR-lmt0 に、左切り
モータトルク制限値Ｔ_ML-lmtは絶対値の小さな負の所定
値ーＴ_ML-lmt0 に設定されるので、例えば前記車速Ｖや
操舵角θの影響により、前記ステップＳ７で算出される
アシストトルク戻り項Ｔ_MRが大きくなっても、目標モー
タトルクＴ_M0自体が前記右切りモータトルク制限値Ｔ
_MR-lmt、或いは左切りモータトルク制限値Ｔ_ML-lmtで規
制される（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）。しか
も、これらの所定値＋Ｔ_MR-lmt0 、ーＴ_{ML-l mt0} は共に
操舵系のメカニカルフリクショントルク以下であるか
ら、規制された目標モータトルクＴ_M0が達成されたとし
ても、それがステアリングホイールに伝達されることは
ない。従って、従来のように逆アシストトルクが大きく
なりすぎて操舵感が重くなることがない。

【００２７】また、本実施形態の電動パワーステアリン
グ装置では、アシストトルク比例項Ｔ_MPに、操舵トルク
センサ１２のヒステリシスに相当する不感帯を設定して
ある。もし、不感帯を設定せず、操舵トルクＴ_S に対し
てリニアにアシストトルク比例項Ｔ_MPを設定すると、例
えば図６ａに示すようにコーナーから手放しに近い状態
で直進に戻る場合、図６ｂに示すようにヒステリシスに
よって僅かでも操舵トルクセンサ１２から操舵トルクＴ
_S が検出されると、それに対してモータトルクＴ_M が発
生するため、ステアリングホイールが戻りすぎてしまう
恐れがある。そのため、本実施形態では、前記操舵トル
クセンサ１２のヒステリシス分の不感帯を設定し、前述
のような状況でステアリングホイールが戻りすぎてしま
うのを抑制防止している。

【００２８】以上より、前記操舵トルクセンサ１２及び
図３の演算処理のステップＳ１が操舵トルク検出手段を
構成し、以下同様に、前記図３の演算処理のステップＳ
２〜ステップＳ８が目標アシストトルク算出手段を構成
し、前記図３の演算処理のステップＳ９がアシストトル
ク制限値設定手段を構成し、図３の演算処理のステップ
Ｓ１０からステップＳ１５及びステップＳ２０、ステッ
プＳ２２がモータ指令値算出手段を構成している。

【００２９】なお、前記実施例では，コントロールユニ
ットをマイクロコンピュータで構築する場合についての
み詳述したが、同等の演算回路や理論回路で構築しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動パワーステアリング装置の一実施
形態を示す全体概略構成図である。

【図２】図１の電動パワーステアリング装置の電気的構
成を示す概略ブロック図である。

【図３】図１の電動パワーステアリング装置で行われる
モータトルク指令値算出のためのフローチャートであ
る。

【図４】図３の演算処理に用いられる制御マップであ
る。

【図５】図３の演算処理に用いられる制御マップであ
る。

【図６】図３の演算処理の作用の説明図である。

【符号の説明】

１はステアリングホイール ２はステアリングシャフト ３はピニオンシャフト ４はラック ６は転舵輪 ７はコントロールユニット ８は操舵補助モータ １２は操舵トルクセンサ １３は車速センサ １４は操舵角センサ １５はマイクロコンピュータ １６はモータトルク検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA03 DA15 DA23 DA62 DD06 DD10 DE06 EC23 3D033 CA03 CA13 CA16 CA17 CA20 CA21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系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、少なくとも前記操舵トルク検
   出手段で検出された操舵トルクに基づいて操舵補助モー
   タの目標アシストトルクを算出する目標アシストトルク
   算出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出
   された操舵トルクに基づいて操舵補助モータのアシスト
   トルクの制限値を設定するアシストトルク制限値設定手
   段と、前記目標アシストトルク算出手段で算出された目
   標アシストトルク又は前記アシストトルク制限値設定手
   段で設定されたアシストトルク制限値に基づいて操舵補
   助モータへの指令値を算出するモータ指令値算出手段と
   を備え、前記アシストトルク制限値設定手段は、前記操
   舵トルク検出手段で検出された操舵トルクが小さいと
   き、前記アシストトルクの制限値を、操舵系の機械的摩
   擦抵抗トルク以下に設定することを特徴とする電動パワ
   ーステアリング装置。