JP2006123630A - 電動ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵反力の急激な変化を防止して、良好な操舵フィーリングを得る。
【解決手段】 ステアリング系に入力された操舵入力に応じて目標電流を設定し、該目標電流にしたがってモータを駆動して前記ステアリング系にトルクを付与する電動ステアリング装置１であって、運転者によって操作される操舵部１０と、転舵輪２１を転舵させる転舵部２０とが機械的に切り離されており、前記モータは操舵部１０に操舵反力を与える反力モータ１２であり、反力モータ１２の目標電流の今回値と前回値の比較値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を前記前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として反力モータ１２を駆動する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動ステアリング装置に関するものである。

車両用操舵装置としてステア・バイ・ワイヤ（Ｓｔｅｅｒ Ｂｙ Ｗｉｒｅ、以下ＳＢＷと略す）方式の電動ステアリング装置が知られている。
ＳＢＷ式の電動ステアリング装置は、運転者によって操作される操作子（例えば、ステアリングホイール）と、転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的には切り離されていて、操作子に入力される操舵入力に基づいて目標転舵角を算出し、この目標転舵角に実転舵角が追従するように転舵機構のステアリングモータの作動を制御する。
また、ＳＢＷ式の電動ステアリング装置では、転舵輪から操作子に路面反力等が伝達されないため、反力付与専用のモータ（以下、反力モータと称す）によって操作子に操舵反力を付与することにより、操作子と転舵機構が機械的に連結されている従来のステアリング装置に近似した操舵フィーリングを得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

このように操舵反力を電気的に制御する場合に、操舵入力（操舵角や操舵トルク等）だけに基づいて操舵反力を制御することも可能であるが、このようにすると路面インフォメーションがなくなるため、良好な操舵フィーリングを得ることができない。
そこで、転舵側も考慮して、操舵側と転舵側の作動量の差（例えば、操舵角と転舵角の差、あるいは、操舵トルクと転舵トルクの差）に基づいて操舵反力を制御することにより、操舵フィーリングの向上を図ることも考えられている。
特開２００２−１６０６５９号公報

このように、操舵反力を電気的に制御する電動ステアリング装置においては、操舵反力の制御出力値（例えば、反力モータの目標電流）に急激な変化があると、運転者に違和感を与える虞がある。
なお、操舵反力の急激な変化は、走行中、路面からのキックバックが大きいときや、横風等の外乱を受けたときや、転舵機構を構成するラックのラックエンドがストッパに突き当たって転舵角最大となったときなどに、操舵側と転舵側の作動量の差が過大となったときに生じる。
そこで、この発明は、操舵反力の急激な変化を防止して、良好な操舵フィーリングを得ることができる電動ステアリング装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ステアリング系に入力された操舵入力に応じて目標電流を設定し、該目標電流にしたがってモータ（例えば、後述する実施例における反力モータ１２）を駆動して前記ステアリング系にトルク（例えば、後述する実施例における操舵反力）を付与する電動ステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動ステアリング装置１）において、前記目標電流の今回値と前回値とを比較し、前記今回値と前記前回値の比較値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を前記前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として前記モータを駆動することを特徴とする。
このように構成することにより、モータの目標電流が急激に変化するのを防止することができ、その結果、モータによりステアリング系に付与されるトルクが急激に変化するのを防止することができる。

請求項２に係る発明は、ステアリング系に入力された操舵入力に応じて目標電流を設定し、該目標電流にしたがってモータ（例えば、後述する実施例における反力モータ１２）を駆動して前記ステアリング系にトルク（例えば、後述する実施例における操舵反力）を付与する電動ステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動ステアリング装置１）において、前記目標電流の今回値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を目標電流の前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として前記モータを駆動することを特徴とする。
このように構成することにより、モータの目標電流が過大になるのを防止することができ、その結果、モータによりステアリング系に付与されるトルクが過大になるのを防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記補正目標電流は、前記前回値に所定の値を加算または減算した値であることを特徴とする。
このように構成することにより、目標電流の前回値に関連づけて補正目標電流を決定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、運転者によって操作される操舵手段（例えば、後述する実施例における操舵部１０）と、転舵輪（例えば、後述する実施例における車輪２１）を転舵させる転舵手段（例えば、後述する実施例における転舵部２０）とが機械的に切り離されており、前記モータは前記操舵手段に操舵反力を与える反力モータ（例えば、後述する実施例における反力モータ１２）であることを特徴とする。
このように構成することにより、反力モータの目標電流が急激に変化するのを防止することができ、その結果、操舵手段に加えられる操舵反力が急激に変化するのを防止することができる。また、反力モータの目標電流が過大になるのを防止することができ、その結果、操舵手段に加えられる操舵反力が過大になるのを防止することができる。

請求項１に係る発明によれば、モータの目標電流が急激に変化するのを防止することができ、その結果、モータによりステアリング系に付与されるトルクが急激に変化するのを防止することができるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
請求項２に係る発明によれば、モータの目標電流が過大になるのを防止することができ、その結果、モータによりステアリング系に付与されるトルクが過大になるのを防止することができるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、目標電流の前回値に関連づけて補正目標電流を決定することができるので、目標電流の変化に違和感がなく、その結果、モータによりステアリング系に付与されるトルクの変化に違和感がないので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
請求項４に係る発明によれば、操舵手段に加えられる操舵反力が急激に変化するのを防止することができ、あるいは、操舵手段に加えられる操舵反力が過大になるのを防止することができるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

以下、この発明に係る電動ステアリング装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施例は、この発明を車両に搭載されたＳＢＷ式の電動ステアリング装置に適用した態様である。
初めに、この発明に係る電動ステアリング装置１の実施例１を図１および図２の図面を参照して説明する。
図１に示すように、ＳＢＷ式の電動ステアリング装置１は、運転者によって操作される操舵部（操舵手段）１０と、転舵輪を転舵させる転舵部（転舵手段）２０と、を備えている。操舵部１０と転舵部２０は機械的に切り離されており、転舵部２０は、操舵部１０への操舵入力に基づいてステアリング電子制御装置（ＥＣＵ）３０によって電気的に制御される。この実施例において操舵部１０と転舵部２０はステアリング系を構成する。

操舵部１０は、運転者が操作するステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に反力トルクを付与する反力モータ１２と、ステアリングホイール１１の操舵角を検出する操舵角センサ１３と、ステアリングホイール１１に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１４と、を備えて構成されている。操舵角センサ１３はステアリングホイール１１の操舵角に対応する電気信号をＥＣＵ３０に出力し、操舵トルクセンサ１４はステアリングホイール１１の操舵トルクに対応する電気信号をＥＣＵ３０に出力する。

転舵部２０は、左右の車輪（転舵輪）２１にタイロッド２２を介して連係されたステアリングロッド２３と、ステアリングロッド２３をねじ機構２４を介して軸方向に移動させるステアリングモータ２５と、車輪２１の転舵角を検出する転舵角センサ２６と、を備えて構成されており、ステアリングモータ２５を正転あるいは逆転することによりステアリングロッド２３を軸方向左右に移動させ、車輪２１を左右に転舵させることができるようになっている。転舵角センサ２６は、車輪２１の転舵角に対応する電気信号をＥＣＵ３０に出力する。
また、車体の適所には車速を検出する車速センサ２７が取り付けられており、車速センサ２７は車速に対応する電気信号をＥＣＵ３０に出力する。

そして、ＥＣＵ３０は、操舵角センサ１３、操舵トルクセンサ１４、車速センサ２７などからの入力信号を処理して得られる制御信号によりステアリングモータ２５に流すべき目標電流を決定し、ステアリングモータ２５に流れる電流が目標電流と一致するように制御することにより、ステアリングモータ２５の出力トルクを制御し、車輪２１の転舵力を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、操舵角センサ１３で検出された操舵角と転舵角センサ２６で検出された転舵角との舵角差に基づいて反力モータ１２に流すべき目標電流を決定し、反力モータ１２に流れる電流が目標電流と一致するように制御することにより、反力モータ１２の出力トルクを制御し、ステアリングホイール１１に付与すべき反力を制御する。なお、反力モータ１２の目標電流は、操舵角と転舵角との舵角差が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、且つ、反力モータ１２の回転方向を考慮して正負の値で設定される（例えば、反力モータ１２を正回転させるときは正の値、逆回転させるときは負の値）。
このように、この電動ステアリング装置１では、反力モータ１２を用いて操舵反力を電気的に制御する。

ところで、走行中に路面からのキックバックが大きいときや、横風等の外乱を受けたときや、転舵機構を構成するラックのラックエンドがストッパに突き当たって転舵角最大となったときなどに、操舵角と転舵角の舵角差が急に大きくなる場合がある。このようなときに、急激に変化した舵角差に基づいて算出した目標電流を反力モータ１２に流すと、操舵反力が急激に変化して、運転者に違和感を与える虞がある。

そこで、この電動ステアリング装置１では、反力モータ１２の目標電流の今回値と前回値とを比較し、今回値と前回値の比較値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として反力モータ１２を駆動するようにした。
より具体的には、反力モータ１２の目標電流に対し１回の制御サイクルにおける変化量に予め許容値を設定しておき、算出された目標電流の今回値と前回値との差が前記許容値から外れたときには、前記許容値の範囲内で補正目標電流を算出し、この補正目標電流を目標電流とすることで、操舵反力の急激な変化を防止するようにした。

次に、実施例１における反力モータ１２の目標電流設定処理について、図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートに示す目標電流設定処理ルーチンは、ＥＣＵ３０によって一定時間毎に実行される
まず、ステップＳ１０１において、操舵角と転舵角との舵角差に基づいて算出された目標電流の今回値Ｉ_０（以下、単に今回値Ｉ_０という）から、目標電流の前回値Ｉ_−１（以下、単に前回値Ｉ_−１という）を減算し、その差ΔＩの絶対値（｜ΔＩ｜＝｜Ｉ_０−Ｉ_−１｜）が予め設定した変化許容値ｉよりも小さいか否かを判定する。すなわち、目標電流の今回値と前回値との比較値が所定範囲から外れているか否かを判定する。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、ステップＳ１０２に進み、反力モータ１２の目標電流Ｉとして今回値Ｉ_０を設定して（Ｉ＝Ｉ_０）、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、今回値Ｉ_０と前回値Ｉ_−１の差ΔＩの絶対値が変化許容値ｉ以内（比較値が所定範囲内）である場合（｜ΔＩ｜＜ｉ）には、補正を加えることなく、この今回値Ｉ_０を目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち、今回値Ｉ_０と前回値Ｉ_−１の差ΔＩの絶対値が変化許容値ｉよりも大きい（比較値が所定範囲外）場合（｜ΔＩ｜≧ｉ）は、ステップＳ１０３に進み、今回値Ｉ_０が前回値Ｉ_−１よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｉ_０＞Ｉ_−１）である場合は、ステップＳ１０４に進み、前回値Ｉ_−１に変化許容値ｉを加算し、その和を補正目標電流Ｉａとして設定する（Ｉａ＝Ｉ_−１＋ｉ）。
そして、ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進み、目標電流Ｉとして補正目標電流Ｉａを設定し（Ｉ＝Ｉａ＝Ｉ_−１＋ｉ）、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、今回値Ｉ_０が前回値Ｉ_−１よりも大きく、且つ、その差ΔＩの絶対値が変化許容値ｉよりも大きい場合には、前回値Ｉ_−１よりも大きく、且つ、前回値Ｉ_−１との差の絶対値が変化許容値ｉ以内に収まる補正目標電流Ｉａを、前回値Ｉ_−１に基づいて算出し、この補正目標電流Ｉａを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。

一方、ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（Ｉ_０＜Ｉ_−１）である場合は、ステップＳ１０６に進み、前回値Ｉ_−１から変化許容値ｉを減算し、その差を補正目標電流Ｉａとして設定する（Ｉａ＝Ｉ_−１−ｉ）。
そして、ステップＳ１０６からステップＳ１０５に進み、目標電流Ｉとして補正目標電流Ｉａを設定し（Ｉ＝Ｉａ＝Ｉ_−１−ｉ）、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、今回値Ｉ_０が前回値Ｉ_−１よりも小さく、且つ、その差ΔＩの絶対値が変化許容値ｉよりも大きい場合には、前回値Ｉ_−１よりも小さく、且つ、前回値Ｉ_−１との差の絶対値が変化許容値ｉ以内に収まる補正目標電流Ｉａを、前回値Ｉ_−１に基づいて算出し、この補正目標電流Ｉａを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。

このように、１制御サイクルでの変化量に制限を設けて反力モータ１２の目標電流Ｉを設定し、反力モータ１２を制御するので、ステアリングホイール１１に付与される反力トルクが急激に変化するのを防止することができる。その結果、操舵反力の急激な変化を防止することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
特に、この実施例では、補正目標電流Ｉａを目標電流の前回値Ｉ_−１に関連づけて決定しているので、補正目標電流Ｉａを目標電流とした場合にも目標電流Ｉの変化がスムーズで、その結果、運転者は操舵反力の変化に違和感を感じることがなく、極めて良好な操舵フィーリングを得ることができる。
なお、この実施例では、目標電流の今回値と前回値の差を比較値として用いたが、今回値と前回値の商を比較値として用いることも可能である。

次に、この発明に係る電動ステアリング装置１の実施例２を図３の図面を参照して説明する。実施例２における電動ステアリング装置１の構成は実施例１のものと同じであるので、図１を援用してその説明は省略する。
実施例２が実施例１と相違する点は、反力モータ１２に対する目標電流の制限方法にある。実施例２では、反力モータ１２の目標電流の今回値が所定範囲から外れたときには、該所定範囲内にて前記目標電流の前回値に基づいて補正目標電流を算出し、この補正目標電流を目標電流として反力モータ１２を駆動するようにした。

実施例２における反力モータ１２の目標電流設定処理について、図３のフローチャートに従って説明する。図３のフローチャートに示す目標電流設定処理ルーチンは、ＥＣＵ３０によって一定時間毎に実行される
まず、ステップＳ２０１において、操舵角と転舵角との舵角差に基づいて算出された目標電流の今回値Ｉ_０（以下、単に今回値Ｉ_０という）が、予め設定された最小値Ｉｍｉｎ以上で、且つ、予め設定された最大値Ｉｍａｘ以下か否かを判定する（Ｉｍｉｎ≦Ｉ_０≦Ｉｍａｘ）。ここで、最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎは反力モータ１２の回転方向（正回転、逆回転）を含んで設定するものとし、最大値Ｉｍａｘは正の値（例えば、正回転方向）、最小値Ｉｍｉｎは負の値（例えば、逆回転方向）とする。

ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｉｍｉｎ≦Ｉ_０≦Ｉｍａｘ）である場合は、ステップＳ２０２に進み、反力モータ１２の目標電流Ｉとして今回値Ｉ_０を設定して（Ｉ＝Ｉ_０）、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、今回値Ｉ_０が最小値Ｉｍｉｎと最大値Ｉｍａｘの間にある場合には、補正を加えることなく、この今回値Ｉ_０を目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。

ステップＳ２０１における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち、今回値Ｉ_０が最小値Ｉｍｉｎよりも小さい場合（Ｉｍｉｎ＞Ｉ_０）、あるいは、今回値Ｉ_０が最大値Ｉｍａｘよりも大きい場合（Ｉ_０＞Ｉｍａｘ）の場合は、ステップＳ２０３に進み、今回値Ｉ_０が目標電流の前回値Ｉ_−１（以下、単に前回値Ｉ_−１という）よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２０３における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｉ_０＞Ｉ_−１）である場合は、ステップＳ２０４に進み、前回値Ｉ_−１に所定値ｉ_２を加算し、その和を補正目標電流Ｉａとして設定する（Ｉａ＝Ｉ_−１＋ｉ_２）。すなわち、今回値Ｉ_０が最大値Ｉｍａｘよりも大きい場合には、前回値Ｉ_−１に基づいて前回値Ｉ_−１よりも大きい補正目標電流Ｉａを算出する。
そして、ステップＳ２０４からステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０４で設定した目標電流Ｉａが最大値Ｉｍａｘよりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ２０５における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｉａ＜Ｉｍａｘ）である場合は、ステップＳ２０６に進み、目標電流ＩとしてステップＳ２０４で設定した補正目標電流Ｉａを設定し（Ｉ＝Ｉａ＝Ｉ_−１＋ｉ_２）、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２０５における判定結果が「ＮＯ」（Ｉａ≧Ｉｍａｘ）である場合は、ステップＳ２０７に進み、目標電流Ｉとして最大値Ｉｍａｘを設定し（Ｉ＝Ｉｍａｘ）、本ルーチンの実行を一旦終了する。
すなわち、ステップＳ２０４で設定した補正目標電流Ｉａが最大値Ｉｍａｘよりも小さい場合には、この補正目標電流Ｉａを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御し、ステップＳ２０４で設定した補正目標電流Ｉａが最大値Ｉｍａｘ以上の場合には、この最大値Ｉｍａｘを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。これにより、目標電流Ｉは最大値Ｉｍａｘ以下に設定されることとなる。

一方、ステップＳ２０３における判定結果が「ＮＯ」（Ｉ_０＜Ｉ_−１）である場合は、ステップＳ２０８に進み、前回値Ｉ_−１から所定値ｉ_２を減算し、その差を補正目標電流Ｉａとして設定する（Ｉａ＝Ｉ_−１−ｉ_２）。すなわち、今回値Ｉ_０が最小値Ｉｍｉｎよりも小さい場合には、前回値Ｉ_−１よりも小さい補正目標電流Ｉａを、前回値Ｉ_−１に基づいて算出する。
そして、ステップＳ２０８からステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０８で設定した目標電流Ｉａが最小値Ｉｍｉｎよりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２０９における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｉｍｉｎ＜Ｉａ）である場合は、ステップＳ２０６に進み、目標電流ＩとしてステップＳ２０８で設定した補正目標電流Ｉａを設定し（Ｉ＝Ｉａ＝Ｉ_−１−ｉ_２）、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、ステップＳ２０９における判定結果が「ＮＯ」（Ｉｍｉｎ≧Ｉａ）である場合は、ステップＳ２１０に進み、目標電流Ｉとして最小値Ｉｍｉｎを設定し（Ｉ＝Ｉｍｉｎ）、本ルーチンの実行を一旦終了する。
すなわち、ステップＳ２０８で設定した補正目標電流Ｉａが最小値Ｉｍｉｎよりも大きい場合には、この補正目標電流Ｉａを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御し、ステップＳ２０８で設定した補正目標電流Ｉａが最小値Ｉｍｉｎ以下の場合には、最小値Ｉｍｉｎを目標電流Ｉとして反力モータ１２を制御する。これにより、目標電流Ｉは最小値Ｉｍｉｎ以上に設定されることとなる。

このように、目標電流Ｉに制限を設けて反力モータ１２を制御するので、ステアリングホイール１１に付与される反力トルクが過大になるのを防止することができる。その結果、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
この実施例２においても、補正目標電流Ｉａを目標電流の前回値Ｉ_−１に関連づけて決定しているので、補正目標電流Ｉａを目標電流Ｉとした場合にも目標電流Ｉの変化がスムーズで、その結果、運転者は操舵反力の変化に違和感を感じることがなく、極めて良好な操舵フィーリングを得ることができる。

〔他の実施例〕
この発明は、前述した実施例のＳＢＷ式の電動ステアリング装置に限るものではない。例えば、操舵手段と転舵手段が機械的に連結されるとともに、操舵力を補助するステアリングモータが操舵手段あるいは転舵手段に連係された所謂電動パワーステアリング装置に、この発明を実施することも可能である。この種の電動パワーステアリング装置では、前記ステアリングモータの目標電流を算出する際に操舵反力分を差し引いている。

この発明に係る電動ステアリング装置の概略構成図である。 この発明の実施例１における目標電流設定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施例２における目標電流設定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 電動ステアリング装置
１０ 操舵部（操舵手段）
１２ 反力モータ（モータ）
２０ 転舵部（転舵手段）
２１ 車輪（転舵輪）

Claims (4)

1. ステアリング系に入力された操舵入力に応じて目標電流を設定し、該目標電流にしたがってモータを駆動して前記ステアリング系にトルクを付与する電動ステアリング装置において、
   前記目標電流の今回値と前回値とを比較し、前記今回値と前記前回値の比較値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を前記前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として前記モータを駆動することを特徴とする電動ステアリング装置。
2. ステアリング系に入力された操舵入力に応じて目標電流を設定し、該目標電流にしたがってモータを駆動して前記ステアリング系にトルクを付与する電動ステアリング装置において、
   前記目標電流の今回値が所定範囲から外れたときには、前記所定範囲内に入る補正目標電流を目標電流の前回値に基づいて算出し、この補正目標電流を目標電流として前記モータを駆動することを特徴とする電動ステアリング装置。
3. 前記補正目標電流は、前記前回値に所定の値を加算または減算した値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動ステアリング装置。
4. 運転者によって操作される操舵手段と、転舵輪を転舵させる転舵手段とが機械的に切り離されており、前記モータは前記操舵手段に操舵反力を与える反力モータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動ステアリング装置。

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