JP2004058962A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間の外乱やキックバック等による操舵反力トルクの変動を抑制防止すると共に、操舵角が大きいときのアシストトルクを適正に制御する。
【解決手段】操舵角θが小さいほど、より小さな操舵反力トルクＴに対して大きな目標アシストトルクｃＴ_Ａが設定することで、カント走行中のような小操舵角或いは或る程度操舵しているときでも、短時間の外乱やキックバックによる操舵反力トルクＴの増加に対して速やかに目標アシストトルクｃＴ_Ａを増加させる。操舵反力トルクＴが大きいとき並びに操舵角θが小さいほど、操舵反力トルクＴの増加に対する目標アシストトルクｃＴ_Ａの増加変化率を大きく設定することにより、操舵角θが或る程度大きいときの目標アシストトルクｃＴ_Ａを適正に維持すると共に、操舵反力トルクＴが小さい領域での微小な変動に対して目標アシストトルクｃＴ_Ａが大きく変化してしまうという違和感を防止する。
【選択図】　　　図２

Description

【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】
操舵に要する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は、例えば特開平７−２２８２６３号公報に記載されるものや、特開２０００−１５９１３５号公報に記載されるものがある。このうち、特開平７−２２８２６３号公報に記載される電動パワーステアリング装置は、単位時間当たりの操舵角変化が少なく、且つ操舵反力トルクの変化量が大きいときに、路面からのキックバックが発生したと判定し、アシストトルクを補正する構成としている。また、特開２０００−１５９１３５号公報に記載される電動パワーステアリング装置は、過去の所定時間内の操舵角情報から目標中立位置を算出して補助操舵トルクを付加し、中立位置の操舵反力を偏かさせることにより路面カント等による負荷変化に伴う操舵反力トルクを低減する構成としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電動パワーステアリング装置のうち、特開平７−２２８２６３号公報に記載されるものでは、単位時間当たりの操舵角変化が少なく、且つ操舵反力トルクの変化量が大きいときに路面からのキックバックが発生したと判定し、それからアシストトルクを補正する構成となっているため、少なくともキックバック判定までの操舵反力トルク変化は抑制防止できない。また、操舵中は、単位時間当たりの操舵角変化が少なくないので、キックバックが発生しても、それを検出することができず、アシストトルクも補正できない。また、路面カントのように定常的な入力の場合には、操舵反力トルクの変化量が大きくないためにアシストトルクの補正ができない。また、前記特開２０００−１５９１３５号公報に記載される電動パワーステアリング装置では、路面カント等による負荷変化に伴う操舵反力トルクは低減できるが、短時間の外乱やキックバックによるハンドル取られまでは改善できない。
【０００４】
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、操舵中でも、短時間の外乱やキックバックによる操舵反力トルクの変動を適切に抑制防止できる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。
【０００５】
【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、操舵反力トルクが大きいほど、アシストトルクを大きく設定すると共に、操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対し大きなアシストトルクを設定する。具体的には、操舵反力トルクが大きいほど、当該操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定すると共に、操舵角が小さいほど、前記操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定する。また、走行速度が大きいときに、操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対して大きなアシストトルクを設定する。
【０００６】
【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、操舵反力トルクが大きいほど、アシストトルクを大きく設定すると共に、操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対し大きなアシストトルクを設定する構成としたため、カント走行中のような小操舵角或いは或る程度操舵しているときでも、短時間の外乱やキックバックによる操舵反力トルクの増加に対して速やかにアシストトルクを増加させることができ、もってハンドル取られ等の操舵反力トルクの変動を抑制防止することができる。また、操舵反力トルクが大きいほど、当該操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定すると共に、操舵角が小さいほど、前記操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定する構成としたため、操舵角が或る程度大きいときの操舵反力トルクとアシストトルクとの関係を適正に維持することができると共に、操舵反力トルクが小さい領域での微小な操舵反力トルクの変動に対してアシストトルクが大きく変化してしまうという違和感を防止できる。また、走行速度が大きいときに、操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対して大きなアシストトルクを設定する構成としたため、セルフアライニングトルクが十分に発生されない低速走行時に操舵角の増加に伴って操舵反力トルクが大きくなるという違和感を防止することができる。
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
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反力トルクセンサ１２とから構成されている。この操舵反力トルクセンサ１２は、前記トーションバーの捩じれ量から操舵反力トルクを検出し、当該操舵反力トルクの大きさに応じた操舵反力トルクＴを、後述するコントロールユニット７に供給する。
【００１０】
また、車両には走行速度センサ１３が搭載されていて、この走行速度センサ１３によって自車両の走行速度が検出され、当該走行速度の大きさに応じた走行速度検出値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。
【００１１】
そして、前記コントロールユニット１５は、前記操舵反力トルクセンサ１２で検出された操舵反力トルク及び走行速度センサ１３で検出された走行速度Ｖ_ＳＰ及び操舵角センサ１４で検出された操舵角θを入力し且つ前記操舵補助モータ８による目標アシストトルクｃＴ_Ａを算出するためのマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成されている。そして、このようにして算出された目標アシストトルクｃＴ_Ａに応じたモータ駆動信号が、このコントロールユニット１５内のモータドライバから前記操舵補助モータ８に向けて出力され、その結果、当該操舵補助モータ８によって目標アシストトルクｃＴ_Ａが発生される。
【００１２】
このコントロールユニット１５では、所定サンプリング時間ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ．）毎に図２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Ｓ１で、前記走行速度センサ１３で検出された走行速度Ｖ_ＳＰ、操舵角センサ１４で検出された操舵角θ、操舵反力トルクセンサ１２で検出された操舵反力トルクＴ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で読込んだ操舵角θの時間微分値、即ち操舵角速度θ’　を算出する。
【００１４】
次にステップＳ３に移行して、図３の制御マップに従って、前記ステップＳ１で読込んだ走行速度Ｖ_ＳＰに基づいて操舵角影響係数ｋ_Ｓを算出する。この図３の制御マップでは、例えば２０ｋｍ／ｈ程度に設定された所定走行速度以下では操舵角影響係数ｋ_Ｓは“０”であり、それより走行速度の大きい領域では操舵角影響係数ｋ_Ｓは“１”である。
【００１５】
次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出された操舵角影響係数ｋ_Ｓに前記ステップＳ１で読込まれた操舵角θを乗じて操舵角影響度ｅθを算出する。
次にステップＳ５に移行して、図４の制御マップに従って、前記ステップＳ３で算出された操舵角影響度ｅθ及び前記ステップＳ１で読込まれた操舵反力トルクＴを用い、当該操舵反力トルクＴに応じた操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳを算出する。この図４の制御マップは、操舵反力トルクＴが大きいほど操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳが大きく且つ操舵反力トルクＴが大きいほど、当該操舵反力トルクＴの増加に対する操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳの増加変化率が大きい曲線Ｃと、少なくともその曲線Ｃより操舵反力トルクの増加に対する操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳの増加変化率が大きい直線Ｌとから構成される。直線Ｌの傾きは一定で、前記操舵影響度ｅθが大きいほど、操舵反力トルクＴを示す横軸との切片が大きくなる。つまり、前記操舵影響係数ｋ_Ｓを一定と考えると、操舵角θが小さいほど、曲線Ｃと直線Ｌとの交点は、操舵反力トルクＴの小さい方向に移動する。そして、操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳは、前記曲線Ｃと直線Ｌとで構成されるマップに従い、両者の交点より操舵反力トルクＴが小さい領域では曲線Ｃに応じて操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳが設定され、両者の交点より操舵反力トルクＴが大きい領域では直線Ｌに従って操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳが設定される。従って、操舵角θが小さいほど、より小さな操舵反力トルクＴに対して大きな操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳが設定されることになるので、例えばカント走行中のような小操舵角或いは或る程度まで大きな操舵角での操舵中に、短時間の外乱やキックバック等によって操舵反力トルクが大きくなると、前記直線Ｌに従って大きな操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳが設定され、ハンドル取られ等を伴う操舵反力トルクの変動を抑制防止することが可能となる。
【００１６】
次にステップＳ６に移行して、図５の制御マップに従って、前記ステップＳ１で読込んだ走行速度Ｖ_ＳＰに応じた走行速度影響係数ｋ_Ｖを算出する。この図５の制御マップでは、走行速度Ｖ_ＳＰが小さな領域では走行速度影響係数ｋ_Ｖは比較的大きな一定値であり、走行速度Ｖ_ＳＰが大きな領域では走行速度ｋ_Ｖは比較的小さな一定値であり、二つの領域の間では、走行速度Ｖ_ＳＰの増加に伴って走行速度影響係数ｋ_Ｖがリニアに減少するように設定されている。
【００１７】
次にステップＳ７に移行して、前記ステップＳ６で算出された走行速度影響係数ｋ_Ｖを前記ステップＳ５で算出された操舵反力対応アシストトルクＴ_ＡＳに乗じて基準アシストトルクＴ_Ａ０を算出する。
次にステップＳ８に移行して、図６の制御マップに従って、前記ステップＳ２で算出された操舵角速度θ’及びステップＳ１で読込んだ走行速度Ｖ_ＳＰを用い、前記操舵角速度θ’に応じたダンピングトルクＴ_Ｄを算出する。このダンピングトルクＴ_Ｄは、ステアリングホイールに意図的に与える重み或いは減衰力のようなものであり、従って図６の制御マップは操舵角速度θ’が大きいほど、ダンピングトルクＴ_Ｄがリニアに大きくなるように設定されている。また、一般に走行速度Ｖ_ＳＰが大きいほど、ステアリングホイールにしっかり感が要求されるので、図６の制御マップでは、走行速度Ｖ_ＳＰが大きいほど、ダンピングトルクＴ_Ｄの増加傾きが大きくなるように設定されている。
【００１８】
次にステップＳ９に移行して、前記ステップＳ７で算出された基準アシストトルクＴ_Ａ０から前記ステップＳ８で算出されたダンピングトルクＴ_Ｄを減じて目標アシストトルクｃＴ_Ａを算出してからメインプログラムに復帰する。
この演算処理によれば、前記操舵角影響係数ｋ_Ｓが一定であるとすると、少なくとも操舵角θが小さいほど、より小さな操舵反力トルクＴに対して大きな目標アシストトルクｃＴ_Ａが設定されることになるので、前述したようにカント走行中のような小操舵角或いは或る程度操舵しているときでも、短時間の外乱やキックバックによる操舵反力トルクＴの増加に対して速やかに目標アシストトルクｃＴ_Ａを増加させることができ、もってハンドル取られ等の操舵反力トルクの変動を抑制防止することができる。また、操舵反力トルクＴが大きいほど、当該操舵反力トルクＴの増加に対する目標アシストトルクｃＴ_Ａの増加変化率を大きく設定する（図４の制御マップの曲線Ｃ）と共に、操舵角θが小さいほど、前記操舵反力トルクＴの増加に対する目標アシストトルクｃＴ_Ａの増加変化率を大きく設定する（図４の制御マップの直線Ｌ）ようにしたため、操舵角θが或る程度大きいときの操舵反力トルクＴと目標アシストトルクｃＴ_Ａとの関係を適正に維持することができると共に、操舵反力トルクＴが小さい領域での微小な操舵反力トルクＴの変動に対して目標アシストトルクｃＴ_Ａが大きく変化してしまうという違和感を防止できる。また、走行速度Ｖ_ＳＰが小さいときには前記操舵角影響係数ｋ_Ｓを小さくし、走行速度Ｖ_ＳＰが大きいときに前記操舵角影響係数ｋ_Ｓを大きくすることにより、走行速度Ｖ_ＳＰが大きいときに、操舵角θが小さいほど、より小さな操舵反力トルクＴに対して大きな目標アシストトルクｃＴ_Ａが設定されるようにしたため、セルフアライニングトルクが十分に発生されない低速走行時に操舵角の増加に伴って操舵反力トルクが大きくなるという違和感を防止することができる。つまり、短時間の外乱やキックバックのない状態で、低速走行時に操舵角を切り増ししていくと、小操舵角時にはアシストトルクが大きく発生して操舵反力が感じられず、セルフアライニングトルクが十分に発生されていないにも係わらず、操舵反力トルクがどんどん大きくなってしまい、違和感がある。この違和感をなくすことができるのである。
【００１９】
以上より、前記操舵反力トルクセンサ１２及び図２の演算処理のステップＳ１が本発明の操舵反力トルク検出手段を構成し、以下同様に、前記操舵角センサ１４及び図２の演算処理のステップＳ１が操舵角検出手段を構成し、図２の演算処理全体がアシストトルク設定手段を構成し、図１のコントロールユニット７が制御手段を構成している。
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で行われる目標アシストトルク算出のための演算処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の演算処理に用いられる制御マップである。
【図４】図２の演算処理に用いられる制御マップである。
【図５】図２の演算処理に用いられる制御マップである。
【図６】図２の演算処理に用いられる制御マップである。
【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は操舵反力トルクセンサ
１３は走行速度センサ
１４は操舵角センサ

Claims (3)

1. 操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵反力トルクを検出する操舵反力トルク検出手段と、前記操舵反力トルク検出手段で検出された操舵反力トルクに応じて、当該操舵反力トルクが大きいほど大きなアシストトルクを設定するアシストトルク設定手段と、前記アシストトルク設定手段で設定されたアシストトルクを操舵補助モータによって発生する制御手段とを備え、前記アシストトルク設定手段は、前記操舵角検出手段で検出される操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対して大きなアシストトルクを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。
2. 前記アシストトルク設定手段は、前記操舵反力トルク検出手段で検出された操舵反力トルクが大きいほど、当該操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定すると共に、前記操舵角検出手段で検出される操舵角が小さいほど、前記操舵反力トルクの増加に対するアシストトルクの増加変化率を大きく設定することにより、前記より小さな操舵反力トルクに対して大きなアシストトルクを設定することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 自車両の走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、前記アシストトルク設定手段は、前記走行速度検出手段で検出された走行速度が大きいときに、前記操舵角が小さいほど、より小さな操舵反力トルクに対して大きなアシストトルクを設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。

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