JP2005041279A

JP2005041279A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2005041279A
Application number: JP2003200686A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Okamoto; 和典岡本; Tadao Tanaka; 忠夫田中; Yoshitaka Nagata; 佳孝永田; Takunori Hamada; 卓範濱田; Teruhiro Takami; 彰宏高見
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device capable of suppressing the vibration of a steering mechanism when it returns to the neutral position in the hands-off condition. <P>SOLUTION: The electric power steering device includes a steering keeping amperage setting part 29, and when the steering angle sensed by a steering angle sensor 6 becomes the value to represent the neutral position in the situation where the vehicle speed detected by a vehicle speed sensor 7 is 80km/n or greater, the steering angular velocity emitted by a differential operation part 24 is 300 deg/sec or more and the steering wheel 1 is free of the driver's hand, the part 29 sets the steering keeping amperage according to the motor inertia torque acting on the steering mechanism 3 at this time. Concretely, when the steering mechanism 3 attains the neutral position under the described situation, the amperage setting part 29 sets the steering keeping amperage so that a torque such as to set off the motor inertia torque acting on the mechanism 3 is emitted from a motor M. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動モータの発生トルクをステアリング機構に伝達することによって操舵補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクおよび車速に基づいて駆動制御される。すなわち、操舵トルクおよび車速に応じて目標電流値が設定され、その目標電流値に基づいて、電動モータがフィードバック制御されることによって、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、電動モータの慣性モーメントのために、セルフアライニングトルク（操向のための車輪が路面から受ける反力）によるハンドルの中立位置（車両直進時における位置）への戻り性能（収斂性）が悪いことが知られている。たとえば、ステアリングホイールを左側または右側へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放すと、図４に示すように、ステアリング機構が中立位置を中心として左右に振動し、また、それに応じて車両のヨーレイトが振動することがある。このようなヨーレイトの振動は、車両が左右にふらつき、挙動が不安定になっていることを表す。
【０００４】
すなわち、ステアリングホイールを一方側（左側または右側）へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放すと、セルフアライニングトルクによって、ステアリング機構が中立位置へ戻されていく。このとき、電動モータの慣性モーメントが大きいために、ステアリング機構が中立位置を越えて反対側へ大きく行き過ぎてしまう。その後、ステアリング機構は、セルフアライニングトルクによって中立位置へ向けて再び戻されるが、このときにも電動モータの慣性モーメントのために中立位置を越えてしまう。このようにして、ステアリングホイールを一方側へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放したときには、ステアリング機構が中立位置を越えて左右に行き過ぎては戻されるといった動き（振動）が繰り返される。そして、その振動が次第に減衰していき、ステアリング機構が中立位置に収斂する。
【０００５】
ステアリング機構の中立位置への収斂性の向上を図るために、下記特許文献１では、ステアリングホイールから手が放されている状態で、ステアリング機構が中立位置に近づく方向（戻し方向）に動いているか、中立位置から離れる方向（切り込み方向）に動いているかを判断して、中立位置に近づく方向に動いている場合には、操舵トルクに応じて設定された目標電流値を増大補正し、中立位置から離れる方向に動いている場合には、操舵トルクに応じて設定された目標電流値を低減補正する制御手法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４４９４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この制御手法を採用すれば、手放し状態で生じるステアリング機構の振動の振幅を小さくすることができ、ステアリング機構が中立位置に収斂するのに要する時間（ステアリング機構が振動している時間）を短くすることができる。しかし、ステアリング機構が中立位置を越えて左右に行き過ぎることによる振動の発生を防止することはできず、そのような振動による操舵フィーリングの悪化を改善することはできない。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、手放し状態でのステアリング機構の中立位置への復帰時に、ステアリング機構が左右に振動するのを抑制できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００９】
【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、電動モータ（Ｍ）からの発生トルクをステアリング機構（３）に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記ステアリング機構の舵角を検出する舵角検出手段（６）と、この舵角検出手段によって検出される舵角の時間変化率である舵角速度を算出する舵角速度算出手段（２４）と、上記車両の操向のために運転者の手で操作される操作部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段（５）と、このトルク検出手段の出力に基づいて、上記操作部材から運転者の手が放れているかどうかを判定する手放し判定手段（２８）と、上記車速検出手段によって検出される車速が所定速度以上であり、かつ、舵角速度算出手段によって算出される舵角速度が所定角速度以上であって、上記手放し判定手段によって上記操作部材から運転者の手が放れていると判定されている状況下において、上記舵角検出手段によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になったことに応答して、上記ステアリング機構を中立位置で保持するための保舵電流値を設定する保舵電流値設定手段（２９）と、この保舵電流値設定手段によって設定される保舵電流値に基づいて、電動モータを制御するモータ制御手段（２０，３０）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１０】
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。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、保舵電流値設定手段によって保舵電流値が設定されることによって、中立位置付近まで復帰したステアリング機構に対して、ステアリング機構が中立位置で保持されるようなトルクが電動モータから与えられる。これにより、操作部材を一方側へ切り込んだ後、運転者が操作部材から手を放したときに、ステアリング機構が中立位置を超えて左右に行き過ぎることを抑制することができ、ステアリング機構が中立位置を中心に左右に振動するのを抑制することができる。よって、従来の電動パワーステアリング装置に比べて、ステアリング機構を短時間で中立位置に収斂させることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００１１】
【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。ステアリングホイール１（操作部材）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Ｍから発生する駆動力が、操舵補助力として、図示しないギヤ機構を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、機械的に伝達されるようになっている。
【００１２】
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、ステアリングホイール１に加えられる操舵トルクに応じて捩れを生じるものであり、このトーションバー４に捩れが生じることで、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとは弾性的に同軸中心に相対回転する。
【００１３】
ステアリングシャフト２に関連して、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクを検出するためのトルクセンサ５（トルク検出手段）が備えられている。このトルクセンサ５によって検出される操舵トルクは、運転者によってステアリングホイール１に加えられた操舵トルクであって、車両の操向のための車輪が路面から受ける反力を含まない。トルクセンサ５の出力信号は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
【００１４】
コントローラ１０には、トルクセンサ５からの出力信号のほかにも、ステアリング機構３の舵角を検出するための舵角センサ６（舵角検出手段）、および車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサ７（車速検出手段）の各出力信号が入力されている。
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０およびモータドライバ３０を有している。マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５、舵角センサ６および車速センサ７の各出力信号に基づいてモータドライバ３０を制御する。
【００１５】
マイクロコンピュータ２０は、プログラム処理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実質的に備えている。具体的には、マイクロコンピュータ２０は、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉｏｂｊを設定する目標電流値設定部２１と、トルクセンサ５の出力信号に基づいて、電動モータＭの慣性による応答遅れなどを補償するための補正電流値を設定する補正電流値設定部２２と、車速に応じた車速ゲインを設定する車速ゲイン設定部２３と、舵角センサ６の出力信号を時間微分することによって舵角速度を出力する微分演算部２４（舵角速度算出手段）と、この微分演算部２４から出力される舵角速度に応じた舵角速度ゲインを設定する舵角速度ゲイン設定部２５とを備えている。
【００１６】
目標電流値設定部２１は、たとえば、操舵トルクについての微小な範囲をトルク不感帯として、このトルク不感帯内の操舵トルクに対しては、目標電流値を零に設定する。一方、トルク不感帯外の操舵トルクに対しては、操舵トルクが大きいほど目標電流値を大きな値に設定する。また、目標電流値設定部２１は、車速が小さいほど目標電流値を大きな値に設定する。
補正電流値設定部２２は、たとえば、トルクセンサ５の出力信号を時間微分することによってトルク微分値（操舵トルクの変化速度）を演算して、このトルク微分値が零から予め定める上限値までの範囲では、トルク微分値の増加に伴って零から一定値まで単調に増加するように補正電流値を設定する。また、トルク微分値が上記上限値を超えるときには、トルク微分値にかかわらず、補正電流値を上記一定値に設定する。
【００１７】
補正電流値設定部２２が設定する補正電流値には、乗算部２６１において、車速ゲイン設定部２３が設定する車速ゲインが乗じられる。さらに、その乗算結果に対して、舵角速度ゲイン設定部２５が設定する舵角速度ゲインが乗算部２６２において乗じられる。この乗算部２６２の出力が、補正電流値Ｉｃとして加算部２７１に入力されるようになっている。そして、加算部２７１において、目標電流値設定部２１が設定する目標電流値Ｉｏｂｊと補正電流値Ｉｃとが加算されて、補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃが生成される。
【００１８】
さらに、マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５の出力信号に基づいて、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているかどうかを判定する手放し判定部２８（手放し判定手段）と、この手放し判定部２８の判定結果に基づいて、ステアリング機構３を中立位置（車両直進時における位置）で保持するための保舵電流値を設定する保舵電流値設定部２９（保舵電流値設定手段）とを備えている。保舵電流値設定部２９が設定する保舵電流値は、加算部２７２において、加算部２７１から入力される補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃに加算され、その加算結果に応じた制御信号（たとえば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号）がモータドライバ３０に与えられるようになっている。
【００１９】
手放し判定部２８は、たとえば、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクが１Ｎ以下であれば、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定する。
図２は、保舵電流値設定部２９の働きを説明するためのフローチャートである。また、図３は、ステアリングホイール１が一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイール１から運転者の手が放れたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【００２０】
ステアリングホイール１が一方側へ切り込まれた後、ステアリングホイール１から運転者の手が放されると、セルフアライニングトルクによって、ステアリング機構３が中立位置へ戻されていく。ステアリング機構３が中立位置に達すると、セルフアライニングトルクは零になるが、このとき、電動モータＭの慣性によるトルク（以下、単に「モータ慣性トルク」という。）がステアリング機構３に作用する。
【００２１】
保舵電流値設定部２９は、車速センサ７によって検出される車速が所定速度（この実施形態では、８０ｋｍ／ｈ）以上であり、かつ、微分演算部２４から出力される舵角速度が所定角速度（この実施形態では、３００ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上であって、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているという状況下において（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３のすべてがＹＥＳ）、舵角センサ６によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になると（ステップＳ４でＹＥＳ）、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクに応じた保舵電流値を設定する（ステップＳ５）。具体的には、保舵電流値設定部２９は、上記状況下において、ステアリング機構３が中立位置まで戻ったことに応答して、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクを打ち消すトルクが電動モータＭから出力されるように保舵電流値を設定する。
【００２２】
より具体的には、モータ慣性トルクＦは、下記式（１）に従って算出することができるから、その下記式（１）に従って算出されるモータ慣性トルクＦを相殺するために必要なトルクが電動モータＭから出力されるように保舵電流値が設定される。
【００２３】
【数１】

【００２４】
ステアリングホイール１から運転者の手が放れているときは、ステアリングホイール１に入力される操舵トルクは零であり、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉｏｂｊは零に設定される。また、操舵トルクが零である状況が続いているとき、トルク微分値は零であり、トルク微分値に応じた補正電流値は零に設定される。したがって、このような状況下において、加算部２７１で生成される補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃは零であるから、保舵電流値設定部２９によって保舵電流値が設定されると、その保舵電流値に応じた制御信号がモータドライバ３０に与えられる。
【００２５】
保舵電流値設定部２９は、ステアリング機構３が中立位置に達してから所定時間（たとえば、２秒間）が経過するか（ステップＳ６のＹＥＳ）、または、ステアリングホイール１が運転者によって操作されて、手放し判定部２８によってステアリングホイール１から運転者の手が放されていないと判定されるまで保舵電流値を設定する（ステップＳ７のＮＯ）。
保舵電流値が設定されている間、中立位置付近まで復帰したステアリング機構３に対して、ステアリング機構３が中立位置で保持されるようなトルクが電動モータＭから与えられることになる。これにより、図３に示すように、ステアリングホイール１を一方側へ約６０°切り込んだ後、時刻ｔでステアリングホイール１から手を放したときの舵角は、ほとんど振動せず、図４と比較して明らかなように、ステアリング機構３は、従来の電動パワーステアリング装置よりもはるかに短い時間（約１秒間）で中立位置に収斂する。よって、従来の電動パワーステアリング装置と比較して、良好な操舵フィーリングで車両の操舵を行うことができる。
【００２６】
ステアリング機構３が中立位置に達してから上記所定時間が経過し、または、上記所定時間内にステアリングホイール１が運転者によって操作された場合には、この図２に示す処理は終了であり、保舵電流値設定部２９による保舵電流値の設定が解除（保舵電流値が零に）される。この後は、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクおよび車速などに応じた目標電流値Ｉｏｂｊが設定され、また、補正電流値Ｉｃが設定されて、この補正電流値Ｉｃによる補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃに応じた制御信号がモータドライバ３０に与えられる。
【００２７】
たとえば、電動モータＭの慣性による応答遅れは、操舵トルクの変化速度が大きいほど顕著であり、また、車速および舵角速度によっても異なるから、大きなトルク微分値に対して補正電流値が大きな値に設定され、これに車速および舵角速度に応じたゲインを乗じて得られる値を補正電流値Ｉｃとして目標電流値Ｉｏｂｊが補正されて、その補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃの駆動電流が電動モータＭに供給されることにより、応答遅れが良好に補償されて、ステアリングホイール１の操作に対して良好な応答性で操舵補助が達成される。
【００２８】
以上、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、トルクセンサ５として、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じた信号を出力する構成のものを採用して、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも先に変化し、かつ、一定時間（たとえば、２秒間）内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値（たとえば、±１度）以下である場合に、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定するようにしてもよい。すなわち、運転者によってステアリングホイール１が積極的に操作されている場合、入力軸２Ａは出力軸２Ｂよりも先に回転し、その入力軸２Ａの回転角の変化量も大きいはずである。したがって、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも先に変化し、かつ、一定時間内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値以下である場合には、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定することができる。一方、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも遅れて変化している場合、または、一定時間内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値よりも多い場合には、ステアリングホイール１が運転者の手で操作されていると判定することができる。
【００２９】
また、上記の実施形態に係る手法に代えて、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときに、ステアリング機構を中立位置に積極的に導くための戻し制御を行うことによっても、ステアリング機構の中立位置への収斂性を向上させることができる。
低速走行中（車速１０〜４０ｋｍ／ｈでの走行中）は、セルフアライニングトルクが小さいから、ステアリング機構の収斂性がとくに悪い。そこで、図５に示すように、低速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合に、一定の戻し電流値（たとえば、８０Ａ）を設定し、この戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給することにより、低速走行中における収斂性を向上させることができる。しかしながら、このような戻し制御のみでは、中速走行中（車速４０〜８０ｋｍ／ｈでの走行中）および高速走行中（車速８０ｋｍ／ｈ以上での走行中）にステアリングホイールから手が放された場合に、ステアリング機構が中立位置を中心に左右に振動することを防止できず、図６に示すように、舵角（操舵角度）およびヨーレイトが振動する。
【００３０】
これに対し、図７に実線Ｌ１で示すように、一定速度（たとえば、１０ｋｍ／ｈ）以上の車速での走行中に、ステアリングホイールから運転者の手が放された場合に、一定の戻し電流値（たとえば、８０Ａ）を設定して、この戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給すれば、低速走行中だけでなく、中速走行中および高速走行中における収斂性も向上させることができる。
また、図７に破線Ｌ２で示すように、低車速域および中車速域（車速１０〜８０ｋｍ／ｈ）では、車速の増加に伴って零から一定値（たとえば、８０Ａ）まで単調に増加するように戻し電流値を設定し、この設定した戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給するようにしても、全車速域における収斂性を向上させることができる。
【００３１】
さらに、中速走行中の収斂性が問題にならない場合には、図７に一点鎖線Ｌ３で示すように、低速走行中および高速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合には、戻し電流値を相対的に大きな電流値（たとえば、８０Ａ）に設定し、中速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合には、戻し電流値を相対的に小さな電流値（たとえば、１０Ａ）に設定するようにしてもよい。
【００３２】
図７に実線Ｌ１、破線Ｌ２または一点鎖線Ｌ３で示す線図に従って戻し電流値を設定することにより、図８に示すように、舵角およびヨーレイトの振動を抑えることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された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示すブロック図である。
【図２】保舵電流値設定部の働きを説明するためのフローチャートである。
【図３】上記電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図５】低速走行時にのみ戻し制御を行う場合の戻し電流値の設定例を示す図である。
【図６】図５に示す線図に従って戻し電流値を設定した場合における舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図７】高速走行時にも戻し制御を行う場合の戻し電流値の設定例を示す図である。
【図８】図７に示す線図に従って戻し電流値を設定した場合における舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【符号の説明】
１ステアリングホイール（操作部材）
３ステアリング機構
５トルクセンサ（トルク検出手段）
６舵角センサ（舵角検出手段）
７車速センサ（車速検出手段）
１０コントローラ
２０マイクロコンピュータ（モータ制御手段）
２４微分演算部（舵角速度算出手段）
２８手放し判定部（手放し判定手段）
２９保舵電流値設定部（保舵電流値設定手段）
３０モータドライバ（モータ制御手段）
Ｍ電動モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus configured to assist steering by transmitting a driving force generated by an electric motor to a steering mechanism.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering device that assists steering by transmitting generated torque of an electric motor to a steering mechanism has been used. The electric motor is driven and controlled based on the steering torque applied to the steering wheel and the vehicle speed. That is, a target current value is set according to the steering torque and the vehicle speed, and the electric motor is feedback controlled based on the target current value, whereby a steering assist force according to the steering torque and the vehicle speed is given to the steering mechanism. .
[0003]
In such an electric power steering device, due to the moment of inertia of the electric motor, the steering wheel is moved to the neutral position (position when the vehicle is going straight) by self-aligning torque (reaction force that the steering wheel receives from the road surface). It is known that the return performance (convergence) is poor. For example, if the steering wheel is turned to the left or right and then released from the steering wheel, the steering mechanism vibrates to the left and right around the neutral position as shown in FIG. 4, and the vehicle yaw rate is adjusted accordingly. May vibrate. Such yaw rate vibration indicates that the vehicle fluctuates from side to side and the behavior becomes unstable.
[0004]
That is, after the steering wheel is cut to one side (left side or right side) and then released from the steering wheel, the steering mechanism is returned to the neutral position by the self-aligning torque. At this time, since the inertia moment of the electric motor is large, the steering mechanism goes too far to the opposite side beyond the neutral position. Thereafter, the steering mechanism is returned again to the neutral position by the self-aligning torque, but at this time, the steering mechanism exceeds the neutral position due to the moment of inertia of the electric motor. In this way, when the steering wheel is cut to one side and then released from the steering wheel, a movement (vibration) is repeated in which the steering mechanism is moved back and forth after passing the neutral position. The vibration gradually attenuates, and the steering mechanism converges to the neutral position.
[0005]
In order to improve the convergence of the steering mechanism to the neutral position, in Patent Document 1 below, whether the steering mechanism is moving in the direction approaching the neutral position (return direction) with the hand released from the steering wheel. If it is moving in the direction approaching the neutral position by judging whether it is moving in the direction away from the neutral position (cutting direction), the target current value set according to the steering torque is increased and corrected. A control method has been proposed in which the target current value set in accordance with the steering torque is reduced and corrected when moving away from the vehicle.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-344940
[Problems to be solved by the invention]
By adopting this control method, it is possible to reduce the amplitude of the vibration of the steering mechanism that occurs in the released state, and shorten the time required for the steering mechanism to converge to the neutral position (the time during which the steering mechanism vibrates). be able to. However, it is not possible to prevent the occurrence of vibration due to the steering mechanism going too far to the left and right beyond the neutral position, and the deterioration of the steering feeling due to such vibration cannot be improved.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that solves the above technical problem and can suppress the steering mechanism from vibrating left and right when returning to the neutral position of the steering mechanism in the released state. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an electric power steering device for assisting steering by applying a torque generated from an electric motor (M) to a steering mechanism (3), the electric power steering device. Vehicle speed detection means (7) for detecting the vehicle speed of the vehicle on which the vehicle is mounted, steering angle detection means (6) for detecting the steering angle of the steering mechanism, and change in steering angle detected by the steering angle detection means over time Rudder angular velocity calculating means (24) for calculating the rudder angular speed as a rate, and torque detecting means (5) for detecting steering torque applied to the operation member operated by the driver's hand for steering the vehicle. And a release detection means (28) for determining whether the driver's hand is released from the operation member based on the output of the torque detection means, and a vehicle detected by the vehicle speed detection means. In which the steering angular speed calculated by the steering angular speed calculating means is equal to or higher than the predetermined angular speed, and it is determined that the driver's hand is released from the operation member by the hand release determining means. Below, in response to the rudder angle detected by the rudder angle detection means becoming the rudder angle representing the neutral position, the rudder holding current value for setting the steering current value for holding the steering mechanism at the neutral position is set. Electricity characterized by including current value setting means (29) and motor control means (20, 30) for controlling the electric motor based on the steering current value set by the steering current value setting means. It is a power steering device.
[0010]
In addition, the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
According to the above configuration, the steering current value is set by the steering current value setting means, so that the torque that holds the steering mechanism at the neutral position is applied to the steering mechanism that has returned to the vicinity of the neutral position. Given from an electric motor. Thus, after the operating member is cut to one side, when the driver releases his / her hand from the operating member, the steering mechanism can be prevented from going beyond the neutral position to the left and right, and the steering mechanism can be moved to the neutral position. It is possible to suppress the vibration from side to side with respect to the center. Therefore, compared with the conventional electric power steering apparatus, the steering mechanism can be converged to the neutral position in a short time, and a good steering feeling can be achieved.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The steering torque applied to the steering wheel 1 (operation member) is transmitted to the steering mechanism 3 via the steering shaft 2. A driving force generated from the electric motor M is mechanically transmitted to the steering mechanism 3 as a steering assist force through a gear mechanism (not shown) or by a direct drive method.
[0012]
The steering shaft 2 is divided into an input shaft 2A coupled to the steering wheel 1 side and an output shaft 2B coupled to the steering mechanism 3 side. The input shaft 2A and the output shaft 2B are connected to the torsion bar 4. Are connected to each other. The torsion bar 4 is twisted according to the steering torque applied to the steering wheel 1, and the torsion bar 4 is twisted so that the input shaft 2A and the output shaft 2B are elastically relative to the coaxial center. Rotate.
[0013]
In relation to the steering shaft 2, a torque sensor 5 (torque detection means) for detecting a steering torque applied to the steering wheel 1 is provided. The steering torque detected by the torque sensor 5 is the steering torque applied to the steering wheel 1 by the driver, and does not include the reaction force that the wheels for steering the vehicle receive from the road surface. The output signal of the torque sensor 5 is input to the controller 10 (ECU).
[0014]
In addition to the output signal from the torque sensor 5, the controller 10 detects a steering angle sensor 6 (steering angle detection means) for detecting the steering angle of the steering mechanism 3 and a traveling speed (vehicle speed) of the vehicle. Each output signal of the vehicle speed sensor 7 (vehicle speed detection means) for this is input.
The controller 10 has a microcomputer 20 and a motor driver 30. The microcomputer 20 controls the motor driver 30 based on the output signals of the torque sensor 5, the steering angle sensor 6 and the vehicle speed sensor 7.
[0015]
The microcomputer 20 substantially includes a plurality of function processing units realized by executing program processing. Specifically, the microcomputer 20 delays the response due to the inertia of the electric motor M based on the target current value setting unit 21 that sets the target current value Iobj corresponding to the steering torque and the vehicle speed, and the output signal of the torque sensor 5. A correction current value setting unit 22 that sets a correction current value for compensating for a vehicle speed, a vehicle speed gain setting unit 23 that sets a vehicle speed gain according to the vehicle speed, and a rudder by time-differentiating the output signal of the rudder angle sensor 6. A differential calculation unit 24 (steering angular velocity calculation means) that outputs angular velocity and a steering angular velocity gain setting unit 25 that sets a steering angular velocity gain according to the steering angular velocity output from the differentiation calculation unit 24 are provided.
[0016]
For example, the target current value setting unit 21 sets a small range of the steering torque as a torque dead zone, and sets the target current value to zero for the steering torque within the torque dead zone. On the other hand, for the steering torque outside the torque dead zone, the target current value is set to a larger value as the steering torque increases. Further, the target current value setting unit 21 sets the target current value to a larger value as the vehicle speed is lower.
For example, the correction current value setting unit 22 calculates a torque differential value (change speed of steering torque) by differentiating the output signal of the torque sensor 5 with respect to time, and the torque differential value is from zero to a predetermined upper limit value. In the range, the correction current value is set so as to monotonously increase from zero to a constant value as the torque differential value increases. When the torque differential value exceeds the upper limit value, the correction current value is set to the constant value regardless of the torque differential value.
[0017]
The correction current value set by the correction current value setting unit 22 is multiplied by the vehicle speed gain set by the vehicle speed gain setting unit 23 in the multiplication unit 261. Further, the multiplication unit 262 multiplies the multiplication result by the steering angular velocity gain set by the steering angular velocity gain setting unit 25. The output of the multiplication unit 262 is input to the addition unit 271 as the correction current value Ic. Then, the adding unit 271 adds the target current value Iobj set by the target current value setting unit 21 and the correction current value Ic to generate a corrected target current value Iobj + Ic.
[0018]
Further, the microcomputer 20 determines whether the driver's hand is released from the steering wheel 1 on the basis of the output signal of the torque sensor 5, and the release determination unit 28 (release determination unit). A steering current value setting unit 29 (steering current value setting means) that sets a steering current value for holding the steering mechanism 3 in a neutral position (a position when the vehicle goes straight) based on the determination result is provided. Yes. The steering current value set by the steering current value setting unit 29 is added to the corrected target current value Iobj + Ic input from the addition unit 271 in the addition unit 272, and a control signal (for example, for example, A PWM (Pulse Width Modulation) control signal) is supplied to the motor driver 30.
[0019]
For example, if the steering torque detected by the torque sensor 5 is 1 N or less, the hand release determination unit 28 determines that the driver's hand is released from the steering wheel 1.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the steering holding current value setting unit 29. FIG. 3 is a diagram showing changes in the steering angle (steering angle) and the yaw rate of the vehicle when the driver's hand is released from the steering wheel 1 after the steering wheel 1 is cut by about 60 ° to one side. It is.
[0020]
When the driver's hand is released from the steering wheel 1 after the steering wheel 1 is cut to one side, the steering mechanism 3 is returned to the neutral position by the self-aligning torque. When the steering mechanism 3 reaches the neutral position, the self-aligning torque becomes zero. At this time, torque due to the inertia of the electric motor M (hereinafter simply referred to as “motor inertia torque”) acts on the steering mechanism 3.
[0021]
The steering current value setting unit 29 has a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 7 equal to or higher than a predetermined speed (80 km / h in this embodiment), and a steering angular speed output from the differential calculation unit 24 is a predetermined angular speed ( In this embodiment, it is 300 deg / sec) or more and is detected by the rudder angle sensor 6 under the situation that the driver's hand is released from the steering wheel 1 (YES in steps S1, S2, and S3). If the rudder angle becomes the rudder angle representing the neutral position (YES in step S4), a holding current value corresponding to the motor inertia torque acting on the steering mechanism 3 at this time is set (step S5). Specifically, the steering current value setting unit 29 responds to the return of the steering mechanism 3 to the neutral position under the above-described situation, and cancels the motor inertia torque acting on the steering mechanism 3 at this time. Is set so that is output from the electric motor M.
[0022]
More specifically, since the motor inertia torque F can be calculated according to the following formula (1), the torque required to cancel the motor inertia torque F calculated according to the following formula (1) is the electric motor. The steering holding current value is set so as to be output from M.
[0023]
[Expression 1]

[0024]
When the driver's hand is released from the steering wheel 1, the steering torque input to the steering wheel 1 is zero, and the target current value Iobj corresponding to the steering torque and the vehicle speed is set to zero. When the situation where the steering torque is zero continues, the torque differential value is zero, and the correction current value corresponding to the torque differential value is set to zero. Therefore, in such a situation, the corrected target current value Iobj + Ic generated by the adding unit 271 is zero, so when the steering current value is set by the steering current value setting unit 29, the steering maintenance value is set. A control signal corresponding to the current value is given to the motor driver 30.
[0025]
The steering current value setting unit 29 determines whether a predetermined time (for example, 2 seconds) elapses after the steering mechanism 3 reaches the neutral position (YES in Step S6) or the steering wheel 1 is operated by the driver. Then, the steering holding current value is set until it is determined by the hand release determination unit 28 that the driver's hand is not released from the steering wheel 1 (NO in step S7).
While the steering holding current value is set, the electric motor M gives a torque such that the steering mechanism 3 is held at the neutral position with respect to the steering mechanism 3 that has returned to the vicinity of the neutral position. As a result, as shown in FIG. 3, the steering angle when the hand is released from the steering wheel 1 at time t after turning the steering wheel 1 about 60 ° to one side hardly vibrates. As is apparent, the steering mechanism 3 converges to the neutral position in a much shorter time (about 1 second) than the conventional electric power steering apparatus. Therefore, the vehicle can be steered with a better steering feeling as compared with the conventional electric power steering apparatus.
[0026]
When the predetermined time has elapsed since the steering mechanism 3 reached the neutral position, or when the steering wheel 1 is operated by the driver within the predetermined time, the processing shown in FIG. The setting of the steering current value by the steering current value setting unit 29 is canceled (the steering current value is made zero). Thereafter, a target current value Iobj corresponding to the steering torque and vehicle speed applied to the steering wheel 1 is set, and a correction current value Ic is set, and the target current value corrected by the correction current value Ic is set. A control signal corresponding to Iobj + Ic is given to the motor driver 30.
[0027]
For example, the response delay due to the inertia of the electric motor M becomes more significant as the change speed of the steering torque increases, and also varies depending on the vehicle speed and the steering angular speed, so that the correction current value is set to a large value with respect to a large torque differential value. Then, the target current value Iobj is corrected with a value obtained by multiplying the gain according to the vehicle speed and the steering angular speed as the correction current value Ic, and the drive current of the corrected target current value Iobj + Ic is supplied to the electric motor M. Thus, the response delay is compensated well, and the steering assist is achieved with a good response to the operation of the steering wheel 1.
[0028]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the torque sensor 5 is configured to output a signal corresponding to a change in the positional relationship between the input shaft 2A and the output shaft 2B in the rotational direction, and the rotation angle of the output shaft 2B is the rotation of the input shaft 2A. Driving from the steering wheel 1 when the angle changes before the angle and the change amount of the rotation angle of the input shaft 2A within a predetermined time (for example, 2 seconds) is a predetermined value (for example, ± 1 degree) or less. It may be determined that the person's hand is released. That is, when the steering wheel 1 is actively operated by the driver, the input shaft 2A should rotate before the output shaft 2B, and the amount of change in the rotation angle of the input shaft 2A should be large. Therefore, when the rotation angle of the output shaft 2B changes before the rotation angle of the input shaft 2A and the amount of change in the rotation angle of the input shaft 2A within a predetermined time is equal to or less than a predetermined value, the steering wheel 1 Therefore, it can be determined that the driver's hand is released. On the other hand, when the rotation angle of the output shaft 2B changes with a delay from the rotation angle of the input shaft 2A, or when the amount of change in the rotation angle of the input shaft 2A within a predetermined time is larger than a predetermined value, It can be determined that the steering wheel 1 is operated by the driver's hand.
[0029]
Further, instead of the method according to the above-described embodiment, when the driver's hand is released from the steering wheel, return control for actively guiding the steering mechanism to the neutral position is also performed. Convergence to the neutral position can be improved.
During low speed traveling (during traveling at a vehicle speed of 10 to 40 km / h), the self-aligning torque is small, so the convergence of the steering mechanism is particularly bad. Therefore, as shown in FIG. 5, when the driver's hand is released from the steering wheel during low speed traveling, a constant return current value (for example, 80 A) is set, and the drive current of this return current value is electrically By supplying to the motor, it is possible to improve the convergence property during low-speed traveling. However, with such return control alone, the steering wheel is released during medium speed traveling (traveling at a vehicle speed of 40 to 80 km / h) and high speed traveling (traveling at a vehicle speed of 80 km / h or higher). In this case, the steering mechanism cannot be prevented from vibrating left and right around the neutral position, and the steering angle (steering angle) and the yaw rate vibrate as shown in FIG.
[0030]
On the other hand, as shown by the solid line L1 in FIG. 7, when the driver's hand is released from the steering wheel during traveling at a vehicle speed of a certain speed (for example, 10 km / h) or more, a certain return current is obtained. If a value (for example, 80 A) is set and the drive current of this return current value is supplied to the electric motor, it is possible to improve the convergence not only during low-speed traveling but also during medium-speed traveling and high-speed traveling. .
Further, as indicated by a broken line L2 in FIG. 7, in a low vehicle speed range and a medium vehicle speed range (vehicle speed 10 to 80 km / h), it increases monotonically from zero to a constant value (for example, 80A) as the vehicle speed increases. Even if the return current value is set to, and the drive current of the set return current value is supplied to the electric motor, the convergence property in the entire vehicle speed range can be improved.
[0031]
Furthermore, when the convergence during middle speed driving does not become a problem, as shown by a one-dot chain line L3 in FIG. 7, when the driver's hand is released from the steering wheel during low speed driving and high speed driving. If the return current value is set to a relatively large current value (for example, 80 A) and the driver's hand is released from the steering wheel during medium speed traveling, the return current value is set to a relatively small current value. (For example, 10A) may be set.
[0032]
By setting the return current value according to the diagram indicated by the solid line L1, the broken line L2, or the alternate long and short dash line L3 in FIG. 7, the steering angle and yaw rate vibrations can be suppressed as shown in FIG. Can be achieved.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation of a steering current value setting unit;
FIG. 3 shows the steering angle (steering angle) and the yaw rate of the vehicle when the driver's hand is released from the steering wheel after the steering wheel is cut by about 60 ° to one side in the electric power steering device. It is a figure which shows a change.
FIG. 4 shows a steering angle and a yaw rate of a vehicle when a driver's hand is released from the steering wheel after the steering wheel is cut by about 60 ° to one side in a conventional electric power steering apparatus. It is a figure which shows the change of.
FIG. 5 is a diagram illustrating a setting example of a return current value when the return control is performed only during low-speed traveling.
6 is a diagram showing changes in the steering angle (steering angle) and the yaw rate of the vehicle when the return current value is set according to the diagram shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a setting example of a return current value when the return control is performed even during high-speed traveling.
8 is a diagram showing changes in steering angle (steering angle) and vehicle yaw rate when a return current value is set according to the diagram shown in FIG. 7; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Steering wheel (operation member)
3 Steering mechanism 5 Torque sensor (torque detection means)
6 Rudder angle sensor (steering angle detection means)
7 Vehicle speed sensor (vehicle speed detection means)
10 controller 20 microcomputer (motor control means)
24 Differentiation calculation part (steering angular velocity calculation means)
28 Hand release determination unit (hand release determination means)
29 Steering current value setting section (steering current value setting means)
30 Motor driver (motor control means)
M Electric motor

Claims

An electric power steering device for assisting steering by giving a torque generated from an electric motor to a steering mechanism,
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the vehicle on which the electric power steering device is mounted;
Rudder angle detecting means for detecting the rudder angle of the steering mechanism;
Rudder angular speed calculating means for calculating a rudder angular speed that is a time change rate of the rudder angle detected by the rudder angle detecting means;
Torque detecting means for detecting a steering torque applied to an operating member operated by a driver's hand for steering the vehicle;
Based on the output of the torque detection means, hand release determination means for determining whether the driver's hand is released from the operation member;
The vehicle speed detected by the vehicle speed detection means is equal to or higher than a predetermined speed, and the steering angular speed calculated by the steering angular speed calculation means is equal to or higher than a predetermined angular speed. In order to hold the steering mechanism in the neutral position in response to the rudder angle detected by the rudder angle detection means having become a rudder angle representing a neutral position under a situation where it is determined to be released A steering current value setting means for setting the steering current value;
An electric power steering apparatus comprising: motor control means for controlling the electric motor based on the steering current value set by the steering current value setting means.