JP2006143185A

JP2006143185A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2006143185A
Application number: JP2005306048A
Authority: JP
Inventors: Yuji Karizume; 裕二狩集; Harutaka Tamaizumi; 晴天玉泉
Original assignee: Favess Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Favess Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: JP4683210B2

Abstract

【課題】操舵特性向上のための操舵補助力発生用モータの出力補正を迅速に開始すると共に精度良く行う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】車両が直進走行状態か否かの判定を行い、車両が直進走行状態であるとの判定時点での相対舵角の累計を、車両が直進走行状態であるとの判定回数で除した平均基準舵角を求める。平均基準舵角を舵角中点として、舵角中点を相対舵角から差し引くことで舵角を求める。求めた舵角に基づき求められる出力補正値に応じて、操舵補助力を発生するモータ１０の出力を補正する。その出力補正値を、車両が直進走行状態であるとの判定回数に正相関するように変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。

操舵補助力発生用モータを備える電動パワーステアリング装置においては、そのモータの出力を舵角に基づき求められる出力補正値に応じて補正することで操舵特性を向上することが図られている。この場合、その舵角を求めるために車輪の機械的な動きに対応する値を検出するセンサを用いるとコストが増大する。そこで、そのモータの駆動電流、印加電圧、内部抵抗に対応する温度等の検出結果から逆起電力を求め、その逆起電力に基づき相対舵角を求め、さらに、車両が直進状態か否かを判定し、車両が直進状態である時に求めた相対舵角の累計の平均値を舵角中点として舵角を求めることが提案されている（特許文献１参照）。
特許第２７８１８５４号公報

上記従来技術においては、車両が直進状態か否かの判定を厳密に行うのは困難であるため、車両が直進状態であると判定された時に求めた相対舵角の累計の平均値を舵角中点としている。しかし、その判定回数を少なくすると精度が低下して正確な制御を行うことができず、多くすると制御開始が遅れるという問題がある。このような問題は、車輪の機械的な動きに対応する値を検出するセンサにより舵角を求める場合においても、センサ精度の経時劣化等により生じる。本発明は、そのような問題を解決することの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。

本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を発生するモータと、相対舵角の決定部と、車両が直進走行状態か否かを判定する判定部と、車両が直進走行状態であるとの判定時点での前記相対舵角の累計を、車両が直進走行状態であるとの判定回数で除した平均基準舵角の決定部と、前記平均基準舵角を舵角中点として、舵角中点を相対舵角から差し引くことで舵角を求める舵角の決定部と、求めた舵角に基づき求められる出力補正値に応じて前記モータの出力を補正する補正部と、前記出力補正値を、車両が直進走行状態であるとの判定回数に正相関するように変更する変更部とを備える。
本発明によれば、舵角中点として用いられる平均基準舵角の精度は車両が直進走行状態であるとの判定回数が多い程に高くなる。よって、平均基準舵角を舵角中点として求められる舵角に基づき求められる出力補正値は、その判定回数が多い程に精度良く求められる。その出力補正値を判定回数に正相関するように変更することで、判定回数が少なく出力補正値の精度が低い時はモータの出力補正量を精度の影響がないように少なくすると共に制御を迅速に開始し、判定回数が多くなって出力補正値の精度が高くなるとモータの出力補正量を多くして制御を精度良く行うことができる。

本発明においては、操舵トルクを求めるセンサと、求めた操舵トルクに応じた操舵補助力が発生するように前記モータを制御するコントローラと、直進操舵位置へ向かい戻り操舵されているか否かを判定する判定部とを備え、戻り操舵がなされている時、前記出力補正値は求めた舵角に対して逆相関されるのが好ましい。これにより、戻り操舵がなされている時に舵角が大きい程に出力補正値の大きさを大きくすることで、路面から車輪を介して作用する操舵反力の影響を低減できる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵特性向上のための操舵補助力発生用モータの出力補正を迅速に開始すると共に精度良く行うことができる。

図１に示す本発明の実施形態の車両用電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態では、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７、ナックルアーム８を介し車輪３に伝達されることで舵角が変化する。

ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態では、モータ１０の出力シャフトの回転を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することで操舵補助力を付与する。

モータ１０は駆動回路２１を介してコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。駆動回路２１は制御装置２０からのＰＷＭ制御信号によりバッテリー２７からモータ１０に供給される電力を制御する。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクＴを求めるトルクセンサ２２、車両のヨーレートγを求めるヨーレートセンサ２３、車速Ｖを求める車速センサ２４、モータ１０の駆動電流ｉを求める電流センサ２６、モータ１０への印加電圧Ｅを求める電圧検出部２８、モータ１０の温度ｔａを求める温度検出部２９が接続される。操舵トルクＴ、ヨーレートγ、駆動電流ｉ、印加電圧Ｅの正負の符号は、車両を左右一方へ旋回させる場合が正、その反対方向に旋回させる場合が負とされる。電圧検出部２８は、バッテリー２７の端子間電圧とＰＷＭデューティからモータ１０への印加電圧Ｅを求めるものにより構成でき、温度検出部２９は、駆動回路２１を構成するパワートランジスタの温度検出センサと、そのパワートランジスタの温度とモータ１０の温度との対応関係とからモータ１０の温度を求めるものにより構成できる。

制御装置２０は、求めた操舵トルクＴに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力を発生するようにモータ１０を制御し、また、その操舵補助力を検出車速Ｖに応じて変化させ、さらに、舵角に応じて補正する。

図２は制御装置２０によるモータ１０の制御ブロック線図を示す。トルクセンサ２２の出力信号はローパスフィルタ６１を介して演算部４１に入力され、基本アシスト電流ｉｏを定めるために用いられる。演算部４１において、操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、検出操舵トルクＴに対応する基本アシスト電流ｉｏが演算される。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係は、例えば演算部４１に示すように、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に基本アシスト電流ｉｏの大きさが大きくなるものとされる。

演算部４２において、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Ｖに対応する基本車速ゲインＧｖが演算される。車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係は、例えば演算部４２に示すように、車速Ｖが小さい時は大きい時よりも基本車速ゲインＧｖが大きくなるものとされる。基本アシスト電流ｉｏと基本車速ゲインＧｖの積が基本アシストトルクに対応する。図３に示すように、車速Ｖが一定であれば、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に、基本アシストトルクＴｏの大きさが設定上限値まで大きくなり、操舵トルクＴが一定であれば車速Ｖが減少する程に基本アシストトルクＴｏの大きさが大きくなるものとされる。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係と、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係とが記憶されることで、操舵トルクＴと基本アシストトルクＴｏとの対応関係が記憶されることになる。

演算部４３において舵角δが演算される。舵角δは車両が左右一方へ向かう場合が正、反対方向へ向かう場合が負とされる。本実施形態では、まず、モータ１０の内部抵抗ＲをＲ＝Ｒｏ＋α・（ｔａ−ｔｏ）・Ｒｏの関係から求める。ここで、ｔａは温度検出部２９によるモータ１０の検出温度、ｔｏは予め設定された基準温度、Ｒｏは基準温度ｔｏでのモータ１０の内部抵抗、αは基準温度での抵抗温度係数である。次に、モータ１０の逆起電力ＥａをＥａ＝Ｅ−Ｒ・ｉの関係から求める。Ｋを比例定数として舵角変化速度ωはω＝Ｅａ／Ｋの関係から求められるので、制御装置２０の演算周期をｔ１、ｎ回目の演算周期において求められる舵角変化速度ωと相対舵角δ_rをそれぞれω_n、δ_rnとして、δ_rn＝δ_rn-1＋ω_n・ｔ１の関係から演算周期毎に相対舵角δ_rを求める。次に、車両が直進走行状態か否かを判定する。本実施形態では、操舵トルクＴの大きさが設定値Ｔ′以下であって操舵が実質的になされておらず、ヨーレートγの大きさが設定値γ′以下であって車両進行方向が実質的に変化しておらず、車速Ｖが設定値Ｖ′以上であって車両が停止していない状態が、設定時間ｔ′以上継続している場合、車両は直進走行状態であると判定する。車両が直進走行状態であると判定した時点の相対舵角δ_rを基準舵角とし、その基準舵角の累計を判定回数で除した平均基準舵角を求める。車両が直進走行状態であるとｍ回目に判定される時の基準舵角をδ_rmとして、δ_m＝｛（ｍ−１）・δ_m-1＋δ_rm｝／ｍの関係から、車両が直進走行状態であるとｍ回目に判定される時の平均基準舵角δ_mを求める。しかる後に、最新の平均基準舵角を舵角中点δｏとして、舵角中点δｏからの相対舵角δ_rである舵角δを演算周期毎にδ＝δ_r−δｏの関係から求める。

判定部４４において直進操舵位置へ向かい戻り操舵されているか否かが判定され、戻り操舵されている場合は求めた舵角δが演算部４５に入力され、戻り操舵されていない場合は演算部４５へ入力される舵角δは零とされる。戻り操舵されているか否かの判定は、例えば、操舵速度の正負の符号と検出操舵トルクＴの正負の符号とが一致しない場合に戻し操舵状態であると判定する。

演算部４５において、舵角δとモータ１０の出力補正値である補正電流ｉ１との間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、記憶された対応関係と求めた舵角δに基づき補正電流ｉ１が演算される。戻り操舵状態でない場合、演算部４５に入力される舵角δは零であるため補正電流ｉ１は零となる。戻り操舵がなされている時、舵角δと補正電流ｉ１との対応関係は、図２の演算部４５に示すように、舵角δに対して補正電流ｉ１が逆相関するものとされる。

演算部４６において、車両が直進走行状態であるとの判定回数ｍと中点判定ゲインＧｍとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、その判定回数ｍに対応する中点判定ゲインＧｍが演算される。中点判定ゲインＧｍは判定回数ｍに正相関するものとされ、例えば演算部４６に示すように、判定回数ｍが第１設定値ｍ１に至るまで零とされ、その後は判定回数ｍに比例して増加し、第２設定値ｍ２に至ることで一定値とされる。

制御装置２０は、補正電流ｉ１に中点判定ゲインＧｍを乗算部４７において乗じた値と基本アシスト電流ｉｏに基本車速ゲインＧｖを乗算部４９において乗じた値との和を加算部４８においてモータ１０の目標駆動電流ｉ^*として求める。目標駆動電流ｉ^*と求めた駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御することで操舵補助力を付与する。これにより、求めた舵角δに基づき求められる補正電流ｉ１に応じてモータ１０の出力が補正され、その補正電流ｉ１は判定回数ｍに正相関するように変更され、さらに、戻り操舵がなされている時の補正電流ｉ１は舵角δに対して逆相関する。

図４、図５のフローチャートを参照して制御装置２０によるモータ１０の制御手順を示す。まず、各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ１）、舵角中点δｏの演算を行う（ステップＳ２）。舵角中点δｏの演算は、モータ１０の内部抵抗Ｒを求め（ステップＳ１０１）、モータ１０の逆起電力Ｅａを求め（ステップＳ１０２）、相対舵角δ_rを求める（ステップＳ１０３）。なお、制御開始当初の相対舵角と舵角中点は初期設定値を用いればよく、例えば零とされる。次に、操舵トルクＴの大きさが設定値Ｔ′以下か否かを判断し（ステップＳ１０４）、設定値Ｔ′以下であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）ヨーレートγの大きさが設定値γ′以下か否かを判断し（ステップＳ１０５）、設定値γ′以下であれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）車速Ｖが設定値Ｖ′以上か否かを判断し（ステップＳ１０６）、設定値以上であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）タイマーをオンし（ステップＳ１０７）、設定時間ｔ′以上経過したか否かを判断し（ステップＳ１０８）、設定時間ｔ′以上経過していれば（Ｓ１０８：ＹＥＳ）直進状態であるとの判定回数ｍを１回増やし（ステップＳ１０９）、しかる後に舵角中点δｏを求め（ステップＳ１１０）、リターンする。ステップＳ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６において判断が否定的である場合はタイマーをリセットし（ステップＳ１１１）、リターンする。ステップＳ１０８において判断が否定的である場合（Ｓ１０８：ＮＯ）はタイマーをリセットすることなくリターンする。舵角中点δｏの演算後に舵角δを演算する（ステップＳ３）。次に、戻り操舵されているか否かを判定し（ステップＳ４）、戻り操舵されている場合（Ｓ４：ＹＥＳ）は求めた舵角δに対応する補正電流ｉ１を演算し（ステップＳ５）、車両が直進走行状態であるとの判定回数ｍに対応する中点判定ゲインＧｍを演算し（ステップＳ６）、戻り操舵されていない場合（Ｓ４：ＮＯ）は補正電流ｉ１を零に設定する（ステップＳ７）。次に、検出操舵トルクＴに対応する基本アシスト電流ｉｏを演算し（ステップＳ８）、目標駆動電流ｉ^*＝Ｇｖ・ｉｏ＋Ｇｍ・ｉ１を求め（ステップＳ９）、目標駆動電流ｉ^*と検出駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ１０）。しかる後に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオンかオフかにより判断し（ステップＳ１１）、制御を終了しない場合（Ｓ１１：ＮＯ）はステップＳ１に戻る。

上記実施形態によれば、舵角中点δｏとして用いられる平均基準舵角の精度は車両が直進走行状態であるとの判定回数ｍが多い程に高くなる。よって、平均基準舵角を舵角中点δｏとして求められる舵角δに基づき求められる補正電流ｉ１は、その判定回数ｍが多い程に精度良く求められる。補正電流ｉ１を判定回数ｍに正相関するように変更することで、判定回数ｍが少なく補正電流ｉ１の精度が低い時はモータ１０の出力補正量を精度の影響がないように少なくすると共に制御を迅速に開始し、判定回数ｍが多くなって補正電流ｉ１の精度が高くなるとモータ１０の出力補正量を多くして制御を精度良く行うことができる。また、戻り操舵がなされている時に舵角δが大きい程に補正電流ｉ１の大きさを大きくすることで、路面から車輪３を介して作用する操舵反力の影響を低減できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、車両が直進走行状態か否かの判定方法は特に限定されず、例えば、舵角変化速度の大きさが設定値以下であって操舵が実質的になされておらず、横加速度の大きさが設定値以下であって車両進行方向が実質的に変化しておらず、車速が設定値以上であって車両が停止していない状態が設定時間以上継続している場合、車両は直進走行状態であると判定してもよい。また、相対舵角を演算により求めるのに代えて角度センサにより求めるようにしてもよく、これにより角度センサの精度が経時劣化等により低下しても舵角中点からの舵角を正確に求めることができる。また、モータの出力補正値は、舵角のみに基づき求められるものに限定されず、例えば、モータの慣性や外乱の影響を補償できるように舵角変化速度や舵角変化加速度等に応じて変化するものであってもよい。ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構は実施形態に限定されず、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトからラックピニオン以外のリンク機構を介して車輪に伝達するものでもよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば実施形態に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。

本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵トルクと基本アシストトルクと車速との間の関係を示す図本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御手順を示すフローチャート本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における舵角中点を求めるためのフローチャート

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
１０モータ
２０制御装置
２２トルクセンサ
２３ヨーレートセンサ
２４車速センサ
２６電流センサ
２８電圧検出部
２９温度検出部

Claims

操舵補助力を発生するモータと、
相対舵角の決定部と、
車両が直進走行状態か否かを判定する判定部と、
車両が直進走行状態であるとの判定時点での前記相対舵角の累計を、車両が直進走行状態であるとの判定回数で除した平均基準舵角の決定部と、
前記平均基準舵角を舵角中点として、舵角中点を相対舵角から差し引くことで舵角を求める舵角の決定部と、
求めた舵角に基づき求められる出力補正値に応じて前記モータの出力を補正する補正部と、
前記出力補正値を、車両が直進走行状態であるとの判定回数に正相関するように変更する変更部とを備える電動パワーステアリング装置。
操舵トルクを求めるセンサと、
求めた操舵トルクに応じた操舵補助力が発生するように前記モータを制御するコントローラと、
直進操舵位置へ向かい戻り操舵されているか否かを判定する判定部とを備え、
戻り操舵がなされている時、前記出力補正値は求めた舵角に対して逆相関される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。