JP2006137281A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドル戻し時にアシストモータに供給される戻し修正電流値の変化を常に滑らかに行い操舵違和感を与えない電動パワーステアリング装置を供する。
【解決手段】アシスト目標電流に従ってアシストモータが駆動制御されて人力をアシストする電動パワーステアリング装置において、ハンドル舵角θｈと操舵トルクＴに基づきハンドルの手放し戻り状態を判定する手放し戻り状態判定手段41と、手放し戻り状態判定手段41の判定結果とハンドル舵角θｈと車速ｖに基づき目標戻し修正電流値Ｉrmを演算する目標戻し修正電流演算手段42と、前回戻し修正電流値を目標戻し修正電流値Ｉrmに近づける方向に微少電流値ΔＩだけ変化させて戻し修正電流値Ｉｒとする戻し修正電流漸増減演算手段45と、アシストベース電流値Ｉｂに戻し修正電流値Ｉｒを加えてアシスト目標電流値Ｉｏとするアシスト目標電流演算手段46とを備えた電動パワーステアリング装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車に搭載される電動パワーステアリング装置に関し、特に操舵トルクの制御に関する。

走行車両は、操向車輪が路面から受けるセルフアライニングトルクにより自然と舵角を０（中立位置）に近づけようとする復元力が働くので、ハンドルを切った後の戻しは、操舵力を加えない手放し状態でもいいようであるが、特に低車速においては、セルフアライニングトルクは小さく、実際はステアリング系のフリクション等で中立位置までは戻らない。

そこで、電動パワーステアリング装置を備えた車両では、人力をアシストするモータを利用してハンドルの戻し時も駆動制御する例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８９６３９号公報

同特許文献１に記載された実施例では、操舵トルクと車速からモータに供給して人力をアシストするベースとなる電流指令値（ベース電流値）が演算され、操舵トルクと操舵角速度推定値に基づいてハンドルが戻し状態にあるか否かを判定し、戻し状態と判定されたときは、操舵角速度と車速によって戻し補正量（補正電流）を演算して電流指令値に加算することで、戻し特有の制御を行っている。

なお、ハンドルが戻し状態でないと判定されたときは、戻し補正量を０とすることで、電流指令値は補正されない。
以上の演算は、２０ｍsec毎に実行される。

低車速で操舵角速度が急激に変化したとき、特にハンドル戻し制御開始時や戻し制御終了時に操舵角速度が急激に変化することがあり、かかる場合に２０ｍsec毎に演算されたとしても戻し補正量が急減して０になったり、０から急増したりして、操舵がモータ制御されていることを操舵する者に感じさせ、違和感を与えることがある。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、ハンドル戻し時にアシストモータに供給される戻し修正電流値の変化を常に滑らかに行い操舵する者に操舵違和感を与えない電動パワーステアリング装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、操舵トルクおよび車速に基づきアシストベース電流値を算出する操舵アシスト制御手段を備え、前記アシストベース電流値に基づくアシスト目標電流に従ってアシストモータが駆動制御されて人力をアシストする電動パワーステアリング装置において、ハンドル舵角を検出するハンドル舵角検出手段と、前記ハンドル舵角と前記操舵トルクに基づきハンドルの手放し戻り状態を判定する手放し戻り状態判定手段と、前記手放し戻り状態判定手段の判定結果と前記ハンドル舵角と前記車速に基づき目標戻し修正電流値を演算する目標戻し修正電流演算手段と、前回戻し修正電流値を前記目標戻し修正電流値に近づける方向に微少電流値だけ変化させて戻し修正電流値とする戻し修正電流漸増減演算手段と、前記アシストベース電流値に前記戻し修正電流値を加えてアシスト目標電流値とするアシスト目標電流演算手段とを備えた電動パワーステアリング装置とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記目標戻し修正電流演算手段が、予め設定しておいたハンドル舵角に対するベース戻し修正電流値の関係を記憶するベース戻し修正電流記憶手段と車速に対する車速乗算係数値の関係を記憶する車速乗算係数記憶手段とを備え、前記手放し戻り状態判定手段が手放し戻り状態でないと判定したときは、目標戻し修正電流値を０とし、手放し戻り状態であると判定したときは、前記ベース戻し修正電流記憶手段から抽出演算したベース戻し修正電流値に前記車速乗算係数記憶手段から抽出演算した車速乗算係数を乗算して目標戻し修正電流値とすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング装置において、前記手放し戻り状態判定手段が、前記ハンドル舵角が０近辺でなく、かつ前記操舵トルクが０近辺であるときをハンドルの手放し戻り状態と判定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によれば、手放し戻り状態判定手段の判定結果とハンドル舵角と車速に基づき演算された目標戻し修正電流値に、前回戻し修正電流値を近づける方向に微少電流値だけ変化させて戻し修正電流値を算出し、同戻し修正電流値をアシストベース電流値に加えてアシスト目標電流値としてモータを駆動制御するので、前回戻し修正電流値を即時に目標戻し修正電流値にすることなく、徐々に段階的に漸増または漸減しながら目標戻し修正電流値に近づけるように戻し修正電流値を制御するため、特に、ハンドル戻し制御開始時や戻し制御終了時に目標戻し修正電流値が大きく変化しても、アシストモータに供給される戻し修正電流値の変化を常に滑らかに行い操舵する者に操舵違和感を与えない。

請求項２記載の電動パワーステアリング装置によれば、目標戻し修正電流値は、手放し戻り状態でないと判定されたとき、０とし、手放し戻り状態であると判定されたとき、ベース戻し修正電流記憶手段から抽出演算したベース戻し修正電流値に車速乗算係数記憶手段から抽出演算した車速乗算係数を乗算して目標戻し修正電流値とするので、適切な目標戻し修正電流値が容易かつ速やかに算出される。

請求項３記載の電動パワーステアリング装置によれば、ハンドル舵角が０近辺でなく（ハンドルが左か右に舵角を有して）、かつ操舵トルクが０近辺である（ハンドル手放し）ときを、ハンドルの手放し戻り状態と判定するので、ハンドルが手放しで戻り状態にあることを的確に判断することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図７に基づいて説明する。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の全体の概略後面図を図１に示す。

電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向（図１における左右方向に一致）に指向した略円筒状のラックハウジング２内にラック軸３が左右軸方向に摺動自在に収容されている。

ラックハウジング２の両端開口から突出したラック軸３の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッドが連結され、ラック軸３の移動によりタイロッドが動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。

ラックハウジング２の右端部にステアリングギアボックス４が設けられている。
ステアリングギアボックス４には、ステアリングホイール（図示せず）が一体に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸５が軸受を介して回動自在に軸支されており、図２に示すように入力軸５はステアリングギアボックス４内でトーションバー６を介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン軸７と連結されている。

この操舵ピニオン軸７のはす歯７ａがラック軸３のラック歯３ａと噛合している。
したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸５に伝達された操舵力は、トーションバー６を介して操舵ピニオン軸７を回動して操舵ピニオン軸７のはす歯７ａとラック歯３ａの噛合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させる。

ラック軸３は、ラックガイドスプリング８に付勢されたラックガイド９により背後から押圧されている。

ステアリングギアボックス４の上部にはアシストモータＭが取り付けられ、アシストモータＭの駆動力を減速して操舵ピニオン軸７に伝達するウオーム減速機構10がステアリングギアボックス４内に構成されている。

ウオーム減速機構10は、操舵ピニオン軸７の上部に嵌着されたウオームホイール11にアシストモータＭの駆動軸に同軸に連結されたウオーム12が噛合して構成されている。

アシストモータＭの駆動力をこのウオーム減速機構10を介して操舵ピニオン軸７に作用させて操舵を補助する。
なお、アシストモータＭには、その回転駆動軸の回転を直接検出するロータリエンコーダ、レゾルバなどの回転角センサ27が設けられている。

ウオーム減速機構10のさらに上方に操舵トルクセンサ20が設けられている。
トーションバー６の捩れをコア21の軸方向の移動に変換し、コア21の移動をコイル22，23のインダクタンス変化に変えて操舵トルクＴを検出している。
なお、トーションバー６の捩れを光学的に検出するトルクセンサでもよい。

この操舵トルクをもとに制御され操舵を補助するアシストモータＭは、ＣＰＵにより駆動制御されており、その操舵トルク制御装置30の概略ブロック図を図３に示す。
操舵トルクセンサ20が検出した操舵トルクＴと車速センサ25が検出した車速ｖに基づいて操舵アシスト制御手段31がアシストベース電流値Ｉｂを演算し出力する。

アシストベース電流値Ｉｂは、アシストモータＭを駆動するベースとなる電流で、操舵トルクＴが大きい程アシストベース電流値Ｉｂは大きくして操舵する者の負担を軽減するのを基本として演算され、同じ操舵トルクでも車速が高速のときより低速のときの方がハンドルは重くなるのでアシストベース電流値Ｉｂを大きくして操舵トルクを軽減する。

操舵アシスト制御手段31は、操舵トルクＴと車速ｖから上記のことを考慮して適切なアシストベース電流値Ｉｂを演算する。
例えば、操舵トルクＴに対するアシストベース電流値Ｉｂの最適な関係を所定の車速毎に予め決めておき、同関係をもとに操舵トルクＴと車速ｖからアシストベース電流値Ｉｂを演算する。
さらに、ステアリング系の慣性トルクやモータの慣性トルクを補償する演算も加えてアシストベース電流値Ｉｂを求めるようにしてもよい。

このアシストベース電流値Ｉｂは、ハンドル戻し時にはこれから述べるハンドル舵角θｈに基づく修正が加えられてアシスト目標電流値Ｉｏとされ、電流フィードバック制御手段32によってこのアシスト目標電流値Ｉｏとフィードバックしたモータ電流値Ｉｍとの差を０にするように制御する駆動電流値Ｉｄが演算されてモータ駆動回路33に出力されて、モータ駆動回路33のＰＷＭ制御によってアシストモータＭが駆動される。

アシストモータＭには、モータ電流値Ｉｍを検出するモータ電流検出装置26を備えるとともに、回転角センサ27を備え、アシストモータＭの回転角度すなわちモータ回転数ｎを検出している。
この回転角センサ27が検出するモータ回転数ｎに基づいてハンドル舵角θｈを検出するハンドル舵角演算手段34を備えている。
なお、ハンドル舵角θｈを直接検出するハンドル舵角センサを設けてもよい。

ハンドル戻し時にアシストベース電流値Ｉｂを修正する戻し修正電流値Ｉｒは、戻し修正電流演算手段40によって演算される。
戻し修正電流演算手段40は、前記トルクセンサ20が検出した操舵トルクＴと車速センサ25が検出した車速ｖおよびハンドル舵角演算手段34が演算したハンドル舵角θｈを入力して演算処理して戻し修正電流値Ｉｒを演算するもので、演算された戻し修正電流値Ｉｒは加算手段46によりアシストベース電流値Ｉｂに加算されてアシスト目標電流値Ｉｏが求められる。

図３に示すように、戻し修正電流演算手段40は、手放し戻り状態判定手段41と目標戻し修正電流演算手段42と戻し修正電流漸増減演算手段45とからなる。
手放し戻り状態判定手段41は、操舵トルクＴとハンドル舵角θｈに基づいてハンドルの手放しで戻り状態を判定する。

目標戻し修正電流演算手段42は、ハンドル戻し時のハンドル舵角θｈに対するベース戻し修正電流値Ｉrbの関係マップ（図４参照）を記憶するベース戻し修正電流記憶手段43と、車速ｖに対する車速乗算係数ｋｖの関係マップ（図５参照）を記憶する車速乗算係数記憶手段44とを備えている。

ベース戻し修正電流記憶手段43が記憶する関係マップは、ハンドル戻し時の所定の車速（１０km/h）におけるハンドル舵角θｈに対するベース戻し修正電流値Ｉrbの適切な関係を予め設定した関係マップであり、図４に示すように、ハンドル舵角θｈが±３０°近辺でベース戻し修正電流値Ｉrbが最大となるように設定されている。

ハンドル舵角θｈに対して戻し修正電流のベースとなるベース戻し修正電流値Ｉrbの関係を適切に決めているので、ハンドルは手放しでも中立位置（ハンドル舵角θｈ＝０）まで正確に復元させることが可能である。

車速ｖに対する車速乗算係数ｋｖの関係マップは、ベース戻し修正電流値Ｉrbを車速ｖに応じて補正するため予め設定した関係マップであり、図５に示すように、車速ｖが１０km/h近辺で車速乗算係数ｋｖが最大値１を示すように設定されている。

そして、目標戻し修正電流演算手段42は、ベース戻し修正電流記憶手段43から抽出演算したベース戻し修正電流値Ｉrbに車速乗算係数記憶手段44から抽出演算した車速乗算係数ｋｖを乗算して目標戻し修正電流値Ｉrmを演算する。

ただし、目標戻し修正電流演算手段42には、前記手放し戻り状態判定手段41の判定結果が入力されて、手放し戻り状態と判定されたときのみ上記演算により目標戻し修正電流値Ｉrmを求めて出力するが、手放し戻り状態でないと判定されたときは、目標戻し修正電流値Ｉrmを０として出力する。

戻し修正電流漸増減演算手段45は、目標戻し修正電流演算手段42が上記のようにして演算した目標戻し修正電流値Ｉrmを入力して、その入力時の戻し修正電流値（前回戻し修正電流値Ｉro）を目標戻し修正電流値Ｉrmに近づける方向に微少電流値ΔＩだけ変化させて戻し修正電流値Ｉｒとする。

以上のハンドルの戻し時の戻し修正電流値Ｉｒが演算されるまでの戻し修正電流演算手段40による算出手順を、図６のフローチャートに示し、同フローチャートに従って説明する。
該戻し修正電流演算ルーチンは、一連の処理が一定周期（例えば１ｍsec）で繰り返し実行される。

まず、ハンドル舵角θｈが左右いずれかにも偏しない０近辺にあるか否かが判別され（ステップ１）、０近辺にあればステップ３に飛び、０近辺になければステップ２に進む。
ステップ２では、操舵トルクＴがハンドル手放し状態である０近辺にあるか否かが判別され、０近辺にあればステップ４に進み、０近辺になければステップ３に進む。

したがって、ハンドルが左か右に舵角を有してハンドル舵角θｈが０近辺でなく、ステップ２に進み、ハンドル手放し状態で操舵トルクが０近辺にあるとき、すなわち手放し戻り状態のときにのみステップ４に進み、それ以外の場合はステップ３に進む。

手放し戻り状態でステップ４に進むと、前記したように目標戻し修正電流演算手段42によりハンドル舵角θｈから抽出演算したベース戻し修正電流値Ｉrbに、車速ｖから抽出演算した車速乗算係数ｋｖを乗算して目標戻し修正電流値Ｉrm（＝Ｉrb・ｋｖ）を求めてステップ５に進む。

一方、手放し戻り状態以外の場合でステップ３に進んだときは、目標戻し修正電流値Ｉrmを０としてステップ５に進む。
したがって、目標戻し修正電流値Ｉrmは、手放し戻り状態においてＩrb・ｋｖの値を示し、手放し戻り状態以外では０となる。

そしてステップ５では、目標戻し修正電流値Ｉrmを前回戻し修正電流値Ｉro（前回の処理において設定され出力された戻し修正電流値Ｉro）と比較して、目標戻し修正電流値Ｉrmが前回戻し修正電流値より小さいか否かを判別する。
Ｉrm＜Ｉroならばステップ６に進み、Ｉrm≧Ｉroならばステップ７に進む。

Ｉrm＜Ｉroでステップ６に進むと、目標戻し修正電流値Ｉrmと前回戻し修正電流値Ｉroの差|Ｉrm−Ｉro|が、一定の微少電流値ΔＩより小さいか否かが判別され、|Ｉrm−Ｉro|＜ΔＩのときはステップ８に進んで戻し修正電流値Ｉｒとして目標戻し修正電流値Ｉrmを設定するが、|Ｉrm−Ｉro|≧ΔＩのときはステップ９に進んで、前回戻し修正電流値Ｉroから微少電流値ΔＩを減算して戻し修正電流値Ｉｒ（＝Ｉro−ΔＩ）に設定する。

すなわち、目標戻し修正電流値Ｉrmが前回戻し修正電流値Ｉroより小さい場合は、その差が小さいときは目標戻し修正電流値Ｉrmを戻し修正電流値Ｉｒとし、その差が大きいときは前回戻し修正電流値Ｉroから微少電流値ΔＩを減算して目標戻し修正電流値Ｉrmに近づけた戻し修正電流値Ｉｒとする。

一方、Ｉrm≧Ｉroでステップ７に進むと、ステップ６と同様に目標戻し修正電流値Ｉrmと前回戻し修正電流値Ｉroの差|Ｉrm−Ｉro|が、一定の微少電流値ΔＩより小さいか否かが判別され、|Ｉrm−Ｉro|＜ΔＩのときはステップ１０に進んで戻し修正電流値Ｉｒとして目標戻し修正電流値Ｉrmを設定するが、|Ｉrm−Ｉro|≧ΔＩのときはステップ１１に進んで、前回戻し修正電流値Ｉroに微少電流値ΔＩを加算して戻し修正電流値Ｉｒ（＝Ｉro＋ΔＩ）に設定する。

すなわち、目標戻し修正電流値Ｉrmが前回戻し修正電流値Ｉroより大きい場合は、その差が小さいときは目標戻し修正電流値Ｉrmを戻し修正電流値Ｉｒとし、その差が大きいときは前回戻し修正電流値Ｉroに微少電流値ΔＩを加算して目標戻し修正電流値Ｉrmに近づけた戻し修正電流値Ｉｒとする。

こうしてステップ８，９，１０，１１のいずれかで戻し修正電流値Ｉｒが設定されると、ステップ１２に進み、設定された戻し修正電流値Ｉｒが出力される。
そして、次のステップ１３で出力された戻し修正電流値Ｉｒを前回戻し修正電流値Ｉroにして次回の演算処理に備え、ステップ１に戻る。

以上の演算処理が一定周期で繰り返し実行されるときの目標戻し修正電流値Ｉrmと戻し修正電流値Ｉｒの変化の例を、図７に示す。
図７において破線が目標戻し修正電流値Ｉrmの変化であり、実線が戻し修正電流値Ｉｒの変化である。

図７に示すように、目標戻し修正電流値Ｉrmが大きく変化したときは、戻し修正電流値Ｉｒは、目標戻し修正電流値Ｉrmに近づく方向に微少電流値ΔＩを加算または減算を繰り返しながら階段状に設定されて、目標戻し修正電流値Ｉrmに漸増または漸減して近づいていく。

この戻し修正電流値Ｉｒが、前記操舵アシスト制御手段31が演算したアシストベース電流値Ｉｂに加算されてアシストベース電流値Ｉｂが修正され（図３の加算手段46参照）、アシスト目標電流値Ｉｏが得られ、この修正されたアシスト目標電流値ＩｏによってアシストモータＭが駆動制御される。

したがって、ハンドル手放し戻り状態の場合のみ戻し修正電流値Ｉｒによりアシストベース電流値Ｉｂが修正され、その戻し修正電流値Ｉｒは目標戻し修正電流値Ｉrmが大きく変化しても即時に目標戻し修正電流値Ｉrmにすることなく、徐々に段階的に漸増または漸減しながら目標戻し修正電流値Ｉrmに近づけるように制御されるため、目標戻し修正電流値Ｉrmが大きく変化しても、アシストモータＭに供給される戻し修正電流値Ｉｒの変化を常に滑らかに制御して操舵する者に操舵違和感を与えない。

特に、ハンドル戻し制御開始時や戻し制御終了時に、目標戻し修正電流値Ｉrmが急激に変化するときでも、戻し修正電流値Ｉｒは滑らかに変化して、操舵がモータ制御されていることを操舵する者に感じさせて違和感を与えるようなことは回避することができる。

本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体の概略後面図である。 ステアリングギアボックス内の構造を示す断面図である。 操舵トルク制御装置の概略ブロック図である。 ハンドル舵角θｈに対するベース戻し修正電流値Ｉrbの関係マップを示す図である。 車速ｖに対する車速乗算係数ｋｖのマップを示す図である。 戻し修正電流値Ｉｒを算出する手順を示すフローチャートである。 目標戻し修正電流値Ｉrmと戻し修正電流値Ｉｒの変化の例を示す図である。

符号の説明

Ｍ…アシストモータ、
１…電動パワーステアリング装置、２…ラックハウジング、３…ラック軸、４…ステアリングギアボックス、５…入力軸、６…トーションバー、７…操舵ピニオン軸、８…ラックガイドスプリング、９…ラックガイド、10…ウオーム減速機構、11…ウオームホイール、12…ウオーム、
20…トルクセンサ、21…コア、22，23…コイル、25…車速センサ、26…モータ電流検出装置、27…回転角センサ、
30…操舵トルク制御装置、31…操舵アシスト制御手段、32…電流フィードバック制御手段、33…モータ駆動回路、34…ハンドル舵角演算手段、40…戻し修正電流演算手段、41…手放し戻り状態判定手段、42…目標戻し修正電流演算手段、46…加算手段。

Claims (3)

1. 操舵トルクおよび車速に基づきアシストベース電流値を算出する操舵アシスト制御手段を備え、前記アシストベース電流値に基づくアシスト目標電流に従ってアシストモータが駆動制御されて人力をアシストする電動パワーステアリング装置において、
   ハンドル舵角を検出するハンドル舵角検出手段と、
   前記ハンドル舵角と前記操舵トルクに基づきハンドルの手放し戻り状態を判定する手放し戻り状態判定手段と、
   前記手放し戻り状態判定手段の判定結果と前記ハンドル舵角と前記車速に基づき目標戻し修正電流値を演算する目標戻し修正電流演算手段と、
   前回戻し修正電流値を前記目標戻し修正電流値に近づける方向に微少電流値だけ変化させて戻し修正電流値とする戻し修正電流漸増減演算手段と、
   前記アシストベース電流値に前記戻し修正電流値を加えてアシスト目標電流値とするアシスト目標電流演算手段と、
   を備えた電動パワーステアリング装置。
2. 前記目標戻し修正電流演算手段は、
   予め設定しておいたハンドル舵角に対するベース戻し修正電流値の関係を記憶するベース戻し修正電流記憶手段と車速に対する車速乗算係数値の関係を記憶する車速乗算係数記憶手段とを備え、
   前記手放し戻り状態判定手段が手放し戻り状態でないと判定したときは、目標戻し修正電流値を０とし、手放し戻り状態であると判定したときは、前記ベース戻し修正電流記憶手段から抽出演算したベース戻し修正電流値に前記車速乗算係数記憶手段から抽出演算した車速乗算係数を乗算して目標戻し修正電流値と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. 前記手放し戻り状態判定手段が、
   前記ハンドル舵角が０近辺でなく、かつ前記操舵トルクが０近辺であるときをハンドルの手放し戻り状態と判定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
   
   

Images