JP2005145248A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドルを放した直後は早く中立状態方向に戻り、その後は徐々に中立状態に戻るという感覚を運転者に与えることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵トルク及び操舵角速度に基づきハンドル戻し制御を開始するか否かを判定するハンドル戻し制御開始判定手段（戻し補正許可判定部）２１と、操舵角速度に基づきハンドル戻しトルクを算出するハンドル戻しトルク算出手段（戻し補正トルク算出部）２２と、車速に基づき車速ゲインを算出する車速ゲイン算出手段（車速ゲイン算出部）２４と、ハンドル戻し制御を開始すると判定された場合にハンドル戻し制御が開始されてからの経過時間に基づき時間ゲインを算出する時間ゲイン算出手段（時間ゲイン算出部）２３と、ハンドル戻しトルク，車速ゲイン及び時間ゲインに基づきハンドル戻し目標電流を算出するハンドル戻し目標電流算出手段（戻し補正量算出部）２５とからなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、特にハンドル戻し制御についての電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置において、ハンドルを中立状態に戻す制御であるいわゆるハンドル戻し制御については、例えば特開２００１−１７１５３３号公報及び特開２００２−２１１４２６号公報に開示されたものがある。当該公報には、ハンドル角速度に対応するハンドル戻し補償電流値と車速に対応するゲインとを乗算して得られたハンドル戻し補償電流値に基づき、アシスト電動機を制御することが記載されている。
特開２００１−１７１５３３号公報 特開２００２−２１１４２６号公報

ところで、ハンドルを放したときにハンドルが中立状態に戻る際、運転者にとってはハンドルを放した直後は早く中立状態方向に戻り、その後は徐々に中立状態に戻るという感覚が理想的である。ここで、従来のハンドル戻し制御によれば、車速によりゲインが変更されるのみであるので、車速の変更に伴いハンドル戻りのアシストトルクが変更される。しかし、従来のハンドル戻し制御では、ハンドルを放した直後の状態とその後の状態とに応じてアシストトルクは変更されない。つまり、ハンドルを放した直後は早く中立状態方向に戻り、その後は徐々に中立状態に戻るという感覚を得ることはできない。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ハンドルを放した直後は早く中立状態方向に戻り、その後は徐々に中立状態に戻るという感覚を運転者に与えることが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。

そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、ハンドル戻し制御の開始からの経過時間に応じた時間ゲインを追加することを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵力を補助するアシストトルクを発生するアシスト電動機と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルク，前記操舵角速度及び前記車速に基づき前記アシスト電動機に供給するハンドル戻し目標電流を設定するハンドル戻し目標電流設定手段と、前記ハンドル戻し目標電流に基づき前記アシスト電動機を制御する電動機制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ハンドル戻し目標電流設定手段は、前記操舵トルク及び前記操舵角速度に基づきハンドルを中立状態に戻す制御であるハンドル戻し制御を開始するか否かを判定するハンドル戻し制御開始判定手段と、前記操舵角速度に基づきハンドル戻しトルクを算出するハンドル戻しトルク算出手段と、前記車速に基づき車速ゲインを算出する車速ゲイン算出手段と、前記ハンドル戻し制御開始判定手段により前記ハンドル戻し制御を開始すると判定された場合にハンドル戻し制御が開始されてからの経過時間に基づき時間ゲインを算出する時間ゲイン算出手段と、前記ハンドル戻しトルク，前記車速ゲイン及び前記時間ゲインに基づき前記ハンドル戻し目標電流を算出するハンドル戻し目標電流算出手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。

つまり、本発明の電動パワーステアリング装置は、従来の電動パワーステアリング装置に対して、新たにハンドル戻し制御の開始判定からの経過時間に応じて設定される時間ゲインを設けたことが特に特徴的な部分である。

この時間ゲインを設けることにより、ハンドル戻し制御が開始された直後のハンドル戻しトルクと、ハンドル戻し制御が開始されてから所定時間経過した時のハンドル戻しトルクを適宜変更することができる。すなわち、従来は車速に応じた車速ゲインのみによりハンドル戻しトルクを変更していたが、時間ゲインを追加することにより、より運転者にとって良好な操舵フィーリングを与えることが可能となる。例えば、ハンドルを放した直後にはハンドル戻しトルクを大きくしたり、その後はハンドル戻しトルクを小さくしたりすることができる。

また、操舵角速度が小さい場合には、一般にハンドル戻しトルクは小さくしている。しかし、ハンドル戻し制御が開始された直後などには、操舵角速度が小さいか否かに関わりなく、早く中立状態方向にハンドルが戻る感覚を運転者に与えること方がよい。そこで、本発明によれば、操舵角速度が小さい場合であっても、ハンドル戻し制御が開始された直後に時間ゲインを大きくすることにより、操舵フィーリングを良好にすることができる。さらに、セルフアライニングトルクが小さな車両においても、時間ゲインを大きくすることで、ハンドル戻しトルクを増大させることができる。その結果、ハンドル戻しの操舵フィーリングを良好にすることができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

前記時間ゲイン算出手段は、予め記憶された前記経過時間と前記時間ゲインとの関係マップである経過時間−時間ゲイン関係マップに基づき前記時間ゲインを算出するようにするとよい（請求項２）。つまり、前記時間ゲインの算出時間をより短縮することができる。これにより、ハンドル戻し制御をより良好にすることができ、運転者に良好な操舵フィーリングを提供することができる。

また、前記経過時間−時間ゲイン関係マップは、前記ハンドル戻し制御が開始された直後における前記時間ゲインが最大値であるようにするとよい（請求項３）。つまり、ハンドル戻し制御の開始直後が時間ゲインが最大値となるので、ハンドル戻し制御開始直後にハンドル戻しトルクが最大となる。これにより、例えば、運転者がハンドルを放した直後に早く中立状態方向に戻るように作用する。このことは、運転者に対して良好な操舵フィーリングとなる。

また、前記経過時間−時間ゲイン関係マップは、前記経過時間が増加するにつれて前記時間ゲインが小さくなる関係を有するようにしてもよい（請求項４）。つまり、ハンドル戻し制御の開始からの経過時間が増加するにつれて時間ゲインを小さくすることにより、ハンドル戻し制御開始直後が最もハンドル戻しトルクが大きく、その後ハンドル戻しトルクが小さくなることになる。このように、ハンドル戻しトルクが徐々に小さくなることは、運転者にとって良好な操舵フィーリングとなる。例えば、ハンドルを手放しした直後には早く中立状態方向にハンドルが戻るのに対して、その後の中立状態への戻りは遅くなるように作用する。

また、前記操舵角速度検出手段は、前記アシスト電動機の回転速度を検出する電動機回転速度検出手段と、前記アシスト電動機の前記回転速度に基づきハンドルの操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、を備えるようにしてもよい（請求項５）。ここで、操舵角速度検出手段として直接操舵角速度を検出する操舵角センサを別途設けることにより、操舵角速度を検出することが可能である。しかし、操舵角センサを別途設けることは、高コスト化を招来する。そこで、操舵角速度検出手段は、別途操舵角センサを設けることなく、アシスト電動機の回転速度を用いてハンドルの操舵角速度を算出することにより、低コスト化を図ることができる。なお、この操舵角速度は、ハンドル戻しトルクの算出及びハンドル戻し制御の開始判定に用いている。

次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。本実施例における電動パワーステアリング装置の全体構成のブロック図を図１に示す。図１に示すように、電動パワーステアリング装置は、電動パワーステアリング制御部１と、操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）２と、車速センサ（車速検出手段）３と、アシスト電動機４とから構成される。

操舵トルクセンサ２は、ステアリング軸（図示せず）にかかる操舵トルクを検出して、操舵トルク信号を電動パワーステアリング制御部１の目標電流設定部１１に出力するセンサである。具体的には、ステアリングホイールにステアリング軸が連結されており、このステアリング軸は、トーションバーを備えている。このトーションバーに操舵トルクセンサ２が取り付けられている。そして、ステアリングホイールが回転することによりトーションバーに回転力が加わり、その加わった回転力に応じてトーションバーが捻れる。そして、このトーションバーの捻れに対応するステアリング軸にかかる操舵トルクが、操舵トルクセンサ２により検出される。なお、ハンドルが右方向に操舵されている場合には、操舵トルク値は正の値となり、ハンドルが左方向に操舵されている場合には、操舵トルク値は負の値となる。

車速センサ３は、車両の走行速度を検出して、車速信号を電動パワーステアリング制御部１の目標電流設定部１１に出力するセンサである。この車速センサ３は、車両の前輪に取り付けられている。

アシスト電動機４は、電動パワーステアリング制御部１からアシスト電流が供給されることにより、アシストトルク及びハンドル戻しトルクを発生する。アシストトルクとは、操舵力を補助するトルクである。ハンドル戻しトルクは、ハンドルを中立状態に戻すためのトルクである。すなわち、ハンドルが例えば右に旋回している場合には、中立状態である左に旋回するトルクである。なお、アシスト電動機４は、例えば３相ブラシレスモータにより構成される。

電動パワーステアリング制御部１は、図１に示すように、目標電流設定部１１と、減算器１２と、比例積分制御部１３と、制御信号発生部１４と、電動機駆動部１５と、電動機電流検出部１６と、電動機回転速度検出部１７と、操舵角速度算出部１８と、ハンドル戻し補正部１９とから構成される。

目標電流設定部１１は、まず、操舵トルクセンサ２から入力された操舵トルクの位相補償処理を行う。そして、位相補償処理が行われた操舵トルク信号と車速センサ３から入力された車速信号とに基づき、アシスト電動機４に供給する目標電流値に対応する目標電流信号を設定する。この目標電流信号の設定は、操舵力を補助するアシストトルクを発生させる目標電流信号を設定する。このアシストトルクを発生させる目標電流信号は、予め記憶された操舵トルク信号及び車速信号に対するアシストトルクの目標電流信号の関係を示す目標電流マップに基づき行われる。続いて、このアシストトルクの目標電流信号に後述するハンドル戻しトルクに基づく戻し補正量を加算して、最終的なアシスト電動機４に供給する目標電流信号を設定する。この最終的な目標電流信号は、操舵力を補助するアシストトルクとハンドルを中立状態に戻すハンドル戻しトルクとを発生させる電流信号となる。

減算器１２は、目標電流設定部１１にて設定された目標電流信号から後述する電動機電流検出部１６にて検出された電動機電流信号を減算した、いわゆる偏差電流信号（偏差）を算出する。比例積分制御部１３は、減算器１２にて算出された偏差電流信号に比例ゲイン及び積分ゲインを乗算して得られる比例積分電流信号を算出する。

制御信号発生部１４は、比例積分電流信号に基づきＰＷＭ信号を算出して、電動機駆動部１５に出力する。そして、電動機駆動部１５は、制御信号発生部１４から出力されたＰＷＭ信号に基づき、アシスト電動機４にアシスト電流を供給する。このアシスト電動機４に電流が供給されることにより、操舵補助力及びハンドル戻しトルクが発生する。電動機電流検出部１６は、アシスト電動機４に流れる電動機電流を検出して、電動機電流信号を減算器１２に出力する。

電動機回転速度検出部（電動機回転速度検出手段、操舵角速度検出手段）１７は、アシスト電動機４の回転速度を検出する。ここで、回転速度は、アシスト電動機４が右方向回転の場合に正の値となり、左方向回転の場合に負の値となる。操舵角速度算出部（操舵角速度算出手段、操舵角速度検出手段）１８は、アシスト電動機４の回転速度に基づき、ハンドルの操舵角速度を算出する。例えば、アシスト電動機４の回転速度に減速機の減速比を乗算することによりハンドルの操舵角速度を算出することができる。ここで、ハンドルの操舵角速度は、ハンドルを右方向に操舵している場合に正の値となり、ハンドルを左方向に操舵している場合に負の値となる。すなわち、ハンドルの操舵角速度の正負は、アシスト電動機４の回転方向の正負と同一としている。

ハンドル戻し補正部（ハンドル戻し目標電流設定手段）１９は、操舵トルクセンサ２から入力した操舵トルク信号と、車速センサ３から入力した車速信号と、操舵角速度算出部１８から入力したハンドルの操舵角速度とに基づき、ハンドルを中立状態に戻すハンドル戻しトルクを発生させるハンドル戻し補正量（ハンドル戻し目標電流信号）を算出する。そして、算出したハンドル戻し補正量を目標電流設定部１１に出力して、上述したようにハンドル戻しトルクを考慮した目標電流信号を生成させる。

ここで、ハンドル戻し補正部１９の詳細な構成について図２を参照して説明する。図２は、ハンドル戻し補正部１９の詳細構成を示すブロック図である。図２に示すように、ハンドル戻し補正部１９は、戻し補正許可判定部２１と、戻し補正トルク算出部２２と、時間ゲイン算出部２３と、車速ゲイン算出部２４と、戻し補正量算出部２５とから構成される。

戻し補正許可判定部２１は、ハンドルを中立状態に戻す制御（ハンドル戻し制御）を開始するか否かの判定を行う。すなわち、アシスト電動機４にハンドル戻しトルクを発生させるか否かの判定を行う。具体的には、後述する戻し補正量算出２６にてハンドル戻し補正量を算出し、算出した補正量を目標電流設定部１１に出力するか否かの判定を行うことになる。この判定は、操舵トルクセンサ２から入力された操舵トルクと操舵角速度算出１８から入力されたハンドルの操舵角速度とに基づき行う。具体的には、操舵トルクの正負とハンドルの操舵角速度の正負とが逆符号の場合には、ハンドル戻し制御の許可フラグＦをＯＮにする。一方、操舵トルクの正負とハンドルの操舵角速度の正負とが同符号の場合には、ハンドル戻し制御の許可フラグＦをＯＦＦにする。つまり、ハンドル戻し制御の許可フラグＦがＯＦＦの場合に、許可フラグＦがＯＮになると、ハンドル戻し制御を開始させることになる。また、ハンドル戻し制御の許可フラグＦがＯＮの場合に、許可フラグＦがＯＦＦになると、ハンドル戻し制御を終了させることになる。

また、戻し補正許可判定部２１は、許可フラグＦを戻し補正量算出部２６に出力するのに加えて、ハンドル戻し制御の許可フラグＦがＯＮに変更されたことを示す許可開始フラグＦｓを時間ゲイン算出部２３に出力する。

戻し補正トルク算出部２２は、操舵角速度算出部１８から入力されたハンドルの操舵角速度に基づき、ハンドル戻し補正トルク（ハンドル戻しトルク）を算出する。具体的には、図３に示すような操舵角速度とハンドル戻し補正トルクとの関係マップを予め記憶しておき、この関係マップに基づきハンドル戻し補正トルクを算出する。図３に示すように、操舵角速度−ハンドル戻し補正トルク関係マップは、操舵角速度が０付近においては、ハンドル戻し補正トルクは０となる関係である。操舵角速度が正の所定値を上回ると、操舵角速度の増加量に応じてハンドル戻し補正トルクも増加する関係である。また、操舵角速度が負の所定値を下回ると、操舵角速度の減少量に応じてハンドル戻し補正トルクも減少する関係である。

時間ゲイン算出部２３は、戻し補正許可判定部２１から入力された許可開始フラグＦｓに基づき、時間ゲインを算出する。具体的には、図４に示すような、許可開始フラグＦｓが入力された時刻を０として、その時刻からの経過時間に対する時間ゲインの関係マップ（経過時間−時間ゲイン関係マップ）に基づき算出する。この経過時間−時間ゲイン関係マップは、許可開始フラグＦｓが入力された時刻、すなわちハンドル戻し補正制御の開始される時刻の時に、時間ゲインが最大値となる。そして、経過時間が増加するにつれて、徐々に時間ゲインは減少している。そして、ハンドル戻し補正制御の開始直後における時間ゲインの減少率は小さくしており、その後の時間ゲインの減少率は大きくしている。さらに、時間ゲインが０倍となるにつれて時間ゲインの減少率は小さくしている。

車速ゲイン算出部２４は、車速センサ３から入力された車速信号に基づき、車速ゲインを算出する。具体的には、図５に示すような、車速に対する車速ゲインの関係マップに基づき算出する。すなわち、車速が低い場合には車速ゲインは大きく、車速が高いなるほど車速ゲインは小さくなる。

戻し補正量算出部２５は、戻し補正許可判定部２１から許可フラグＦがＯＮとされた場合に、ハンドル戻し補正量の目標電流値を算出する。そして、算出したハンドル戻し補正量の目標電流値を目標電流設定部１１に出力する。この場合、アシスト電動機４は、アシストトルク及びハンドル戻しトルクを発生させるように動作する。一方、戻し補正許可判定部２１から許可フラグＦがＯＦＦとされた場合には、目標電流設定部１１への出力はされない。この場合、アシスト電動機４は、ハンドル戻しトルクは発生させることなく、アシストトルクのみを発生させるように動作する。

ここで、ハンドル戻し補正量の電流値は、戻し補正トルク算出部２２により算出されたハンドル戻し補正トルクと、時間ゲイン算出部２３により算出された時間ゲインと、車速ゲイン算出部２４により算出された車速ゲインとに基づき算出される。具体的には、これらのハンドル戻し補正トルク，時間ゲイン及び車速ゲインを乗算して得られた値に所定値を乗算することにより、ハンドル戻し補正量の目標電流値を算出する。

つまり、時間ゲインが大きい場合ほど、ハンドル戻し補正量の目標電流値が比例して大きくなる。従って、ハンドル戻し補正制御が開始された直後には、ハンドル戻し補正トルクが大きくなる。そして、ハンドル戻し補正制御が開始された所定時間経過後には、時間ゲインが小さいので、ハンドル戻し補正トルクは小さくなる。また、車速ゲインが大きい場合ほど、ハンドル戻し補正量の目標電流値が比例して大きくなる。従って、車速が低いほどハンドル戻し補正トルクが大きくなり、車速が高いほどハンドル戻し補正トルクが小さくなる。

本発明の電動パワーステアリング装置のブロック図を示す図である。 ハンドル戻し補正部のブロック図を示す図である。 操舵角速度−ハンドル戻し補正トルク関係マップを示す図である。 経過時間−時間ゲイン関係マップを示す図である。 車速−車速ゲイン関係マップを示す図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング制御部、 ２・・・操舵トルクセンサ、 ３・・・車速センサ、 ４・・・アシスト電動機、 １１・・・目標電流設定部、 １２・・・減算器、 １３・・・比例積分制御部、 １４・・・制御信号発生部、 １５・・・電動機駆動部、 １６・・・電動機電流検出部、 １７・・・電動機回転速度検出部、 １８・・・操舵角速度算出部、 １９・・・ハンドル戻し補正部、 ２１・・・戻し補正許可判定部、 ２２・・・戻し補正トルク算出部、 ２３・・・時間ゲイン算出部、 ２４・・・車速ゲイン算出部、 ２５・・・戻し補正量算出部

Claims (5)

1. 操舵力を補助するアシストトルクを発生するアシスト電動機と、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   ハンドルの操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記操舵トルク，前記操舵角速度及び前記車速に基づき前記アシスト電動機に供給するハンドル戻し目標電流を設定するハンドル戻し目標電流設定手段と、
   前記ハンドル戻し目標電流に基づき前記アシスト電動機を制御する電動機制御手段と、
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記ハンドル戻し目標電流設定手段は、
   前記操舵トルク及び前記操舵角速度に基づきハンドルを中立状態に戻す制御であるハンドル戻し制御を開始するか否かを判定するハンドル戻し制御開始判定手段と、
   前記操舵角速度に基づきハンドル戻しトルクを算出するハンドル戻しトルク算出手段と、
   前記車速に基づき車速ゲインを算出する車速ゲイン算出手段と、
   前記ハンドル戻し制御開始判定手段により前記ハンドル戻し制御を開始すると判定された場合にハンドル戻し制御が開始されてからの経過時間に基づき時間ゲインを算出する時間ゲイン算出手段と、
   前記ハンドル戻しトルク，前記車速ゲイン及び前記時間ゲインに基づき前記ハンドル戻し目標電流を算出するハンドル戻し目標電流算出手段と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記時間ゲイン算出手段は、予め記憶された前記経過時間と前記時間ゲインとの関係マップである経過時間−時間ゲイン関係マップに基づき前記時間ゲインを算出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。
3. 前記経過時間−時間ゲイン関係マップは、前記ハンドル戻し制御が開始された直後における前記時間ゲインが最大値であることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記経過時間−時間ゲイン関係マップは、前記経過時間が増加するにつれて前記時間ゲインが小さくなる関係を有することを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵角速度検出手段は、
   前記アシスト電動機の回転速度を検出する電動機回転速度検出手段と、
   前記アシスト電動機の前記回転速度に基づきハンドルの前記操舵角速度を算出する操舵角速度算出手段と、
   を備えた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。

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