JP2006213174A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ドライバーの操舵フィーリングを良好に保つ電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】 ＥＰＳギヤモータ７の作動により生ずるラックバー変位の目標値ＲＳを設定する目標変位設定部１１と、ラックバー変位ｊＲＳを検出するラックバー変位センサ６と、目標値ＲＳとラックバー変位ｊＲＳとの偏差△ＲＳを演算する比較部１２と、偏差△ＲＳに基づいてＥＰＳギヤモータ７の作動を制御する制御部１３とを有し、ＥＰＳギヤモータ７の作動によってドライバーの操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサ４を備え、目標変位設定部１１は、操舵トルクに対するラックバー変位の変化率とトルクセンサ４によって検出された操舵トルクとを乗じた値を目標値ＲＳに設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドライバーの操舵動作に応じて電動モータによってアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、ドライバーの操舵動作に応じて電動モータによってアシスト力を付与する車両の電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１）。本電動パワーステアリング装置は、操舵トルクの検出値に基づいてアシスト力を発生させる電動モータの指令電流値を計算し、その計算を車速や操舵速度により補正するものである。
特開２００１−１７１５４０号公報

しかしながら、上述の従来技術では、ステアリングギヤやサスペンション系の摩擦変化が考慮されていない。そのため、摩擦変化が起こることによって操舵トルクが変動してしまい、ドライバーは良好な操舵フィーリングを得ることができない場合がある。

そこで、本発明は、ドライバーの操舵フィーリングを良好に保つ電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
電動モータの作動により生ずる被制御量の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記被制御量を検出する被制御量検出手段と、
前記目標値設定手段によって設定された目標値と前記被制御量検出手段によって検出された被制御量との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって演算された偏差に基づいて前記電動モータの作動を制御する制御手段とを有し、
前記電動モータの作動によってドライバーの操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、
前記目標値設定手段は、操舵トルクに対する被制御量の変化率と前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとを乗じた値を前記目標値に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。このとき、前記被制御量は、ラックバーの変位や前記電動モータの回転角である。

本局面によれば、操舵トルクに対する被制御量の変化率と前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとを乗じた値を被制御量の目標値に設定することによって、電動モータの作動によるアシストは車両の動き（ヨーレート）との関係から補正していることになる。したがって、ステアリングギヤやサスペンション系の摩擦変化があっても、その目標値となるように操舵トルクが補正されるので、ドライバーは良好な操舵フィーリングを得ることができる。なお、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクを補正して、その補正値を乗じてもよい。

本発明によれば、ドライバーの操舵フィーリングを良好に保つことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を示す図である。電動パワーステアリング（「ＥＰＳ」ともいう）装置は、走行状態に応じてステアリングホイール操舵のアシストトルクを任意に変化させることができ、ステアリングホイールの操舵に必要な操舵荷重を調整することができる。

操舵角センサ２は、ステアリングホイール部やそのステアリングホイールに連結するメインシャフト部に備えられている。操舵角センサ２は、ドライバーがステアリングホイールを操舵したときの操舵角の大きさと操舵方向を検出する。その検出値に応じて操舵角センサ２から出力される信号に基づいて、ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は操舵角ｊＭＡを演算する。このとき、操舵方向は正負の符号によって表され、例えば、右操舵には＋が付与され、左操舵には−が付与される。また、ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は、演算された操舵角ｊＭＡに基づいて操舵速度ｊＭＡ’（ｄｊＭＡ／ｄｔ）を演算する。

車速センサ３は、車輪の回転を検出する。その回転に応じて車速センサ３から出力されるパルス信号に基づいて、ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は自車の速度ｊＶ_ＳＰを演算する。
トルクセンサ４ａ，４ｂは、ドライバーがステアリングホイールを操舵したときのトーションバーのねじれの大きさと方向を検出する。ステアリングホイール側の入力軸とギヤ側の出力軸はトーションバーを介して連結されており、トルクセンサ４ａが入力軸の回転検出を担当し、トルクセンサ４ｂが出力軸の回転検出を担当する。その回転に応じてトルクセンサ４ａ，４ｂのそれぞれから出力される信号に基づいて、ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は操舵トルクｊＭＴを演算する。

ラックバー５は、車幅方向に延在し、その両端のそれぞれがタイロッドを介して左右の車輪に接続される。ラックバー５は、ピニオン軸を介してメインシャフト側に接続される。ラックバー変位センサ６は、ラックバー５のストローク変位ｊＲＳを検出する。

ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は、上記各センサによる検出値に基づいて所望のアシストトルクとなるようにＥＰＳギヤモータ７を駆動制御する。ＥＰＳギヤモータ７は、ラックバー５のストローク運動を発生させる電動モータである。

したがって、ドライバーによるステアリングホイールの操舵操作による操舵トルクとＥＰＳ制御用ＥＣＵ１によって制御されるＥＰＳギヤモータ７によるアシストトルクとの両方がラックバー５に作用することによって、ラックバー５はストロークする。そのストロークによってタイロッドを介して左右車輪が転舵し、車両の操舵が行われる。なお、車両全体の操舵方向の動きはラックバー５のストロークと等価なため、そのストローク変位を測定することによって車両全体の操舵方向が間接的に測定可能となる。

ＥＰＳ制御用ＥＣＵ１は、各種演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムを記憶するＲＯＭ、データを記憶するＲＡＭ及び電子回路等を内部に有している。それらによって、目標変位設定部１１、比較部１２、制御部１３及びモータ駆動回路１４が構成される。

目標変位設定部１１は、操舵角速度センサ２から出力される信号に基づき演算された操舵角ｊＭＡ及び操舵速度ｊＭＡ’と、車速センサ３から出力されるパルス信号に基づき演算された速度ｊＶ_ＳＰと、トルクセンサ４ａ，４ｂのそれぞれから出力される信号に基づき演算された操舵トルクｊＭＴとに基づいて、目標ラックバー変位ＲＳを設定する。より詳細な説明は後述する。

比較部１２は、目標変位設定部１２によって設定された目標ラックバー変位ＲＳとラックバー変位センサ６によって検出されたラックバー５のストローク変位ｊＲＳとに基づいて、その偏差△ＲＳ（＝ＲＳ−ｊＲＳ）を演算する。

制御部１３は、偏差△ＲＳに基づいてモータ駆動回路１４を駆動させる駆動信号Ｄを決定する。より詳細な説明は後述する。

モータ駆動回路１４は、例えばブリッジ回路であって、駆動信号Ｄに基づいてＥＰＳギヤモータ７をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する。ＥＰＳギヤモータ７の作動によってストロークするラックバー５の変位は、ラックバー変位センサ６によって検出され、比較部１２にフィードバックされる。

それでは、図面を参照しながら、本実施例の電動パワーステアリング装置の作動例について説明する。図４は、本実施例の電動パワーステアリング装置のＥＰＳ制御用ＥＣＵ１の制御動作を示すフローチャートである。

ステップ１では、目標変位設定部１１は、本実施例の電動パワーステアリング装置の動作範囲である既定の操舵角範囲−ＸＭＡ＜ＭＡ＜＋ＸＭＡに実際の操舵角ｊＭＡが入っているか否かを判断する。入っていればステップ４に進み、入っていなければステップ２に進む。入っていなければ、カウンタＮが初期化（＝０）されるとともに（ステップ２）、制御状態フラグＦｌａｇが初期化（＝０）される（ステップ３）。

上記の操舵角範囲に入っている場合、目標変位設定部１１は、実際の操舵角ｊＭＡが中立点（直進状態）にあるか否かを判断する（ステップ４）。ｊＭＡ＝０ならば、Ｆｌａｇ＝１にされるとともに（ステップ５）、カウンタＮがインクリメントされる（ステップ６）。このステップ１，４，５，６では、直進状態が、ある時間続いているかどうかを確認している。

ステップ４においてｊＭＡ＝０ではなくなったならば（操舵角が発生したならば）、Ｆｌａｇの判定が行われる（ステップ７）。つまり、Ｆｌａｇ＝１であれば「中立点からの切り込み」と判断されてステップ８に進み、Ｆｌａｇ＝１でなければ「中立点からの切り込みではない」と判断されてＳｔａｒｔにリターンする。

「中立点からの切り込み」と判断された場合、目標変位設定部１１はカウンタＮが所定値ＸＮ回を超えたか否かを判断する（ステップ８）。超えていればステップ９に進み、超えていなければＳｔａｒｔにリターンする。すなわち、直進状態がある時間続いた状態から操舵されたか否かが判断されており、操舵時に中立点を通過するような場合にはステップ９以降の制御が行われないようにしている。

カウンタＮが所定値ＸＮ回を超えている場合、目標変位設定部１１は実際の操舵角（絶対値）の前回値｜ｊＭＡ（ｎ−１）｜と実際の操舵角（絶対値）の今回値｜ｊＭＡ（ｎ）｜とを比較し、車両が切り込み状態にあるか否かを判断する（ステップ９）。今回値が前回値を超えればステップ１０に進み、超えなければＳｔａｒｔにリターンする。

今回値が前回値を超えている場合、目標変位設定部１１は実際の操舵トルク（絶対値）の前回値｜ｊＭＴ（ｎ−１）｜と実際の操舵トルク（絶対値）の今回値｜ｊＭＴ（ｎ）｜とを比較し、車両が切り込み状態にあるか否かを判断する（ステップ１０）。今回値が前回値を超えればステップ１１に進み、超えなければＳｔａｒｔにリターンする。

ステップ９及び１０においていずれも前回値を超えている場合には、目標変位設定部１１は実際の操舵トルクｊＭＴがアシスト開始操舵トルクＭＴ１以上出ているか否かを判定する（ステップ１１）。アシスト開始トルクＭＴ１以上であればステップ１２に進み、そうでなければＳｔａｒｔにリターンする。なお、アシスト開始トルクＭＴ１とは、文字通り、ステアリングホイールの操舵のアシストが開始する操舵トルクである。アシスト開始トルクＭＴ１までの操舵トルクでは、ラックストローク変位は発生しないようになっている。つまり、不感帯を設け、零付近の小さな操舵トルクの変動で車両がぐらつかないようにするためである。

続いてのステップ１２乃至１５は、操舵トルクＭＴとラックストロークＲＳとの関係に基づいてアシスト補正トルク△ＭＴが演算される。以下、具体的に説明する。

図２は、目標変位設定部１１の構成を示すブロック図である。ステップ１１において実際の操舵トルクｊＭＴがアシスト開始操舵トルクＭＴ１以上と判定された場合、目標変位設定部１１内のＫ値設定部１１ａは、「操舵速度ＭＡ’」と「操舵トルクＭＴに対するラックストロークＲＳの係数Ｋ」との関係を規定するマップ（図６）に基づいて、実際の操舵速度ｊＭＡ’から係数Ｋを決定する（ステップ１２）。

この係数Ｋは、操舵トルクＭＴに対するラックストロークＲＳの変位のしやすさを表すために導入された係数である。つまり、車両の切り込みやすさを表す。例えば、係数Ｋを大きくすることによって、同じ操舵トルクでもストローク変位が大きくなり、小さな操舵トルクで車両の操舵方向を大きく変化させることができることを表す。

ステップ１２で参照された図６のマップは、操舵速度ＭＡ’が大きくなるにつれて係数Ｋも大きくなるマップである。つまり、操舵速度ＭＡ’が速くなるにつれて（ステアリングホイールの操舵動作が速くなるにつれて）、車両をより切り込みやすくする設定である。

ステップ１２で係数Ｋを決定後、目標変位設定部１１内のＫ値Ｇａｉｎ設定部１１ｂは、「車速Ｖｓｐ」と「Ｋ値Ｇａｉｎ」との関係を規定するマップ（図７）に基づいて、実際の車速ｊＶｓｐからＫ値Ｇａｉｎを決定する（ステップ１３）。このＫ値Ｇａｉｎは、車速Ｖｓｐの係数Ｋへの影響度を表す。図７に示されるように、車速Ｖｓｐが所定値以上になると、Ｇａｉｎを上げるような設定となっている。

ステップ１４において、乗算器１１ｄは、Ｋ値設定部１１ａにより決定された係数ＫとＫ値Ｇａｉｎ設定部１１ｂにより決定されたＧａｉｎを乗算することによって最終的な係数Ｋを決定する。

ステップ１５において、乗算器１１ｅは、現在の操舵トルクｊＭＴからアシスト開始トルクＭＴ１を減算した（ｊＭＴ−ＭＴ１）とステップ１４で決定された最終的な係数Ｋを乗算することによって目標ラックバー変位ＲＳを決定する。

ここで、ステップ１５で決定された目標ラックバー変位ＲＳ（＝（ｊＭＴ−ＭＴ１）×Ｋ）は、操舵トルクＭＴを横軸に目標ラックバー変位ＲＳを縦軸にとると、図５で示される一次直線（ａ）となる。つまり、目標変位設定部１１は、本実施例の電動パワーステアリングが作動する際の目標関数を一次直線（ａ）に設定している。ステアリングギヤやサスペンション系の摩擦があると、（ｂ）のように操舵トルクに対してラックバー変位がリニアになっておらず、ドライバーの操舵フィーリングは良くない。ステアリングギヤやサスペンション系の摩擦が温度等によって変化すると、摩擦が増加したときには大きな操舵トルクで、摩擦が減少したときには小さな操舵トルクで、車両が動き出すことになり操舵フィーリングが変化する。本発明は、操舵トルクに対するラックバー変位の関係を（ｂ）の状態から（ａ）の状態にすることによって、ドライバーの操舵フィーリングを良好に保とうとするものである。

また、ステップ１５において、図１の比較部１１は、目標ラックバー変位ＲＳとフィードバックされた実際のラックバー変位ｊＲＳとの偏差△ＲＳを演算する。

さらに、ステップ１５において、比較部１１によって演算された偏差△ＲＳは、制御部１３内の補正トルク演算部１３ｂに入力される（図３）。補正トルク演算部１３ｂは、△ＭＴと△ＲＳとの間には「△ＭＴ＝△ＲＳ／Ｋ」の関係があるので、先に演算された△ＲＳと係数Ｋからアシスト補正トルク△ＭＴを演算する。

ステップ１６では、目標ラックバー変位ＲＳと実際のラックバー変位ｊＲＳとの大小関係（つまり、△ＲＳ）が判断される。△ＲＳが０以下ならば、実際の操舵トルクｊＭＴに対する実際のラックバー変位ｊＲＳが目標値を超えているため（図５において、実際のラックバー変位ｊＲＳが目標関数の上側にあることを意味する）、ステップ１７のアシスト補正トルク△ＭＴの加算制御は行われず、Ｓｔａｒｔにリターンする。△ＲＳが０より大きいならば、実際の操舵トルクｊＭＴに対する実際のラックバー変位ｊＲＳが目標値を超えていないため（図５において、実際のラックバー変位ｊＲＳが目標関数の下側にあることを意味する）、ステップ１７のアシスト補正トルク△ＭＴの加算制御が行われる。

そのステップ１７では、図３に示される制御部１３内の基本アシストトルク演算部１３ａにより演算された基本アシストトルクＭＴに補正トルク演算部１３ｂにより演算されたアシスト補正トルク△ＭＴを加算する補正が行われることによって、最終的な目標アシストトルクＴＴが演算される。

この基本アシストトルク演算部１３ａは、ステアリングホイールの操舵動作に対してアシスト力を与えるための基本的なトルク値を演算するところである。基本アシストトルク演算部１３ａは、「操舵トルク」と「基本アシストトルク」との関係を規定するマップ（図８）に基づいて、実際の操舵トルクｊＭＴ及び実際の車速ｊＶ_ＳＰから基本アシストトルクＭＴを決定する。図８の基本アシストトルクマップは、操舵トルクが増えるにつれて基本アシストトルクが増えるように設定されている。図８の基本アシストトルクマップは、車速が速くなるにつれて基本アシストトルクが小さくなるように設定されている（Ｖ_ＳＰ１＜Ｖ_ＳＰ２）。

なお、制御動作の操舵角範囲を定めるＸＭＡ、カウンタＮ、ＭＡ’と係数Ｋとの関係を規定するマップ、ＶｓｐとＧａｉｎとの関係を規定するマップ及びアシスト開始操舵トルクＭＴ１等は、車種等に応じて適合されるものである。

したがって、上記のような制御動作をすることによって、図５で示される操舵トルクに対するラックバー変位の関係を（ｂ）の状態から（ａ）の状態にすることによって、ドライバーの操舵フィーリングを良好にすることができる。良好な操舵フィーリングには操作初期の操舵トルクと車両の動き出し特性が重要であり、基本アシストトルク演算部１３ａで演算される基本アシストトルクのみを用いての従来の制御（補正トルク演算部１３ｂによって最終的に演算された△ＭＴの補正が無い制御）では、操舵トルクと車両の動き出し特性に関して最適な適合が難しいからである。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

上記の例示では、ラックバー５のストロークをラックバー変位センサ６により直接検出することによって制御しているが、ＥＰＳギヤモータ７の回転角を検出するモータ回転角センサが設置されていれば、ラックストロークとモータ回転角は（減速比を介して）等価なため、ラックバー変位をモータ回転角で代用することによって、コスト的に安価な方法で制御できるようになる。このとき、目標ラックバー変位ＲＳを目標モータ回転角θＭｏに、実際のラックバー変位ｊＲＳを実際のモータ回転角ｊθＭｏにおきかえればよい。

本発明の電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を示す図である。 目標変位設定部１１の構成を示すブロック図である。 制御部１３の構成を示すブロック図である。 本実施例の電動パワーステアリング装置のＥＰＳ制御用ＥＣＵ１の制御動作を示すフローチャートである。 切り込み初期の操舵トルクとラックストロークとの関係を示す図である。 「操舵速度ＭＡ’」と「操舵トルクＭＴに対するラックストロークＲＳの係数Ｋ」との関係を規定するマップである。 「車速Ｖｓｐ」と「Ｋ値Ｇａｉｎ」との関係を規定するマップである。 「操舵トルク」と「基本アシストトルク」との関係を規定するマップである。

符号の説明

１ ＥＰＳ制御用ＥＣＵ
２ 操舵角センサ
３ 車速センサ
４ａ，４ｂ トルクセンサ
５ ラックバー
６ ラックバー変位センサ
７ ＥＰＳギヤモータ
１０ ＥＰＳギヤ
１１ 目標変位設定部
１２ 比較部
１３ 制御部
１４ モータ駆動回路
ｊＭＡ 実際の操舵角
｜ｊＭＡ｜ 実際の操舵角の絶対値
ｊＭＴ 実際の操舵トルク
｜ｊＭＴ｜ 実際の操舵トルクの絶対値
ＭＴ１ アシスト開始トルク
ＭＡ’ 操舵速度
ｊＭＡ’ 実際の操舵速度
ＲＳ 目標ラックバー変位
ｊＲＳ 実際のラックバー変位
△ＲＳ 目標ラックバー変位と実際のラックバー変位との偏差
△ＭＴ アシスト補正トルク
ＴＴ 最終的な目標アシストトルク
Ｋ 操舵トルクＭＴに対するラックストロークＲＳの係数
Ｇａｉｎ 係数Ｋのゲイン
ｎ 今回の制御値
ｎ−１ 前回の制御値
Ｆｌａｇ 制御状態フラグ
Ｎ カウンタ
ＸＮ カウンタ規定値
Ｄ 駆動信号
Ｖ_ＳＰ 車速
ｊＶ_ＳＰ 実際の車速
−ＸＭＡ，＋ＸＭＡ 操舵角の上下限値

Claims (3)

1. 電動モータの作動により生ずる被制御量の目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記被制御量を検出する被制御量検出手段と、
   前記目標値設定手段によって設定された目標値と前記被制御量検出手段によって検出された被制御量との偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差演算手段によって演算された偏差に基づいて前記電動モータの作動を制御する制御手段とを有し、
   前記電動モータの作動によってドライバーの操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置において、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、
   前記目標値設定手段は、操舵トルクに対する被制御量の変化率と前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとを乗じた値を前記目標値に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記被制御量は、ラックバーの変位である請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記被制御量は、前記電動モータの回転角である請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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