JP2007062499A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の起動直後の操舵フィーリングを改善する。
【解決手段】この電動パワーステアリング装置は、電動モータＭからステアリング機構３にステアリングホイール１の操作に応じた操舵補助力を与える。この装置は、操舵トルクを検出するトルクセンサ５と、操舵トルクの変化速度を求めるトルク変化速度演算部２４と、操舵トルクに応じたモータ電流目標値を求めるモータ電流目標値設定部２２と、当該電動パワーステアリング装置の起動を検出する起動検出部２３と、起動検出部２３からの起動検出通知を受けて、モータ電流目標値に乗じるアシストゲインを漸増させるゲイン設定部２５と、アシストゲインをモータ電流目標値に乗じて電流指令値を求める乗算部２７と、操舵トルク変化速度に応じてアシストゲイン漸増速度を定める漸増速度設定部２６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
ところが、ステアリングホイールに操舵トルクを加えている状態で、車両のイグニッションキースイッチをオンすると、電動モータの始動に伴って、操舵力が急変するから、高級感が損なわれ、操舵フィーリングが悪化する。

この問題を回避するために、下記特許文献１では、ステアリングホイールに操舵トルクが加えられた状態でイグニッションスイッチがオンされた直後には、電動機制御信号を漸増させ、徐々に操舵補助を開始する制御が提案されている。
特公平７−９４２２６号公報 特開２００１−３０９３７号公報

しかし、この先行技術では、イグニッションスイッチをオンした直後に運転者が急操舵を試みる場合に、操舵補助の立ち上がりが遅れ、いわゆる引っ掛かり感が生じてしまい、操舵フィーリングがよくない。
一方、この先行技術では、イグニッションスイッチオン時に操舵トルクが加えられている場合であっても、操舵トルクが一旦零になった後には、電動機制御信号に対する制限が解除される。そのため、イグニッションスイッチオン直後に急操舵を行い、さらにその直後にステアリングホイールを切り返すときには、その切り返し操舵が急操舵であっても、前述の引っ掛かり感が生じない。したがって、操舵フィーリングが急変することになるから、運転者に違和感を与えてしまう。

そこで、この発明の目的は、起動直後の操舵フィーリングを改善できる電動パワーステアリング装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（Ｍ）を駆動源とし、車両に搭載されたステアリング機構（３）に操作手段（１）の操作に応じた操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、操作手段に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ（５）と、前記操作手段に加えられる操舵トルクの変化速度を求める操舵トルク変化速度演算手段（２４）と、前記トルクセンサが検出する操舵トルクに応じたモータ駆動目標値を求めるモータ駆動目標値演算手段（２２）と、前記電動パワーステアリング装置の起動を検出する起動検出手段（２３）と、この起動検出手段によって前記電動パワーステアリング装置の起動が検出されたときに、モータ駆動目標値演算手段によって演算されるモータ駆動目標値まで漸増（たとえば、起動検出からの時間経過に伴って漸増）するようにモータ駆動値を求めるモータ駆動値演算手段（２５，２７）と、このモータ駆動値演算手段によって求められるモータ駆動値の漸増速度を、前記操舵トルク変化速度演算手段によって求められる変化速度に応じて設定する漸増速度設定手段（２６）と、前記モータ駆動値演算手段によって求められるモータ駆動値に応じて前記電動モータを駆動するモータ駆動手段（１２，１３）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。

この構成によれば、電動パワーステアリング装置が起動すると、モータ駆動値は、操舵トルクに応じたモータ駆動目標値まで漸増させられる。このときの漸増速度が、操舵トルク変化速度に応じて設定される。これにより、運転者が操作手段に加える操舵トルクの状況、すなわち、操舵状況に応じて、電動モータが発生する操舵補助力の立ち上がり特性が可変設定されることになる。その結果、電動パワーステアリング装置の起動直後に急操舵が行われれば、速やかに操舵補助力を立ち上げることによって引っ掛かり感を抑制することができる。したがって、切り返し急操舵を行ったときに操舵フィーリングが急変することもなく、操舵違和感を回避できる。このようにして、起動直後の操舵フィーリングを改善できる。

電動パワーステアリング装置が起動される場合には、車両のイグニッションスイッチがオンされる場合のほか、故障と判定されて電動パワーステアリング装置の動作が一旦停止された後に、故障状態から正常状態へと復帰したと判定される場合などがある。
請求項２記載の発明は、前記漸増速度設定手段は、前記操舵トルク変化速度演算手段によって求められる変化速度が大きいほど前記漸増速度を大きく設定するものであ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である。

これにより、操舵速度が速いほど操舵補助力の立ち上がりが速くなるから、起動直後の急操舵に伴う引っ掛かり感を確実に抑制できる。
なお、前記漸増速度設定手段は、操舵トルク変化速度が所定の閾値以下であれば一定の漸増速度を設定し、操舵トルク変化速度が前記閾値を超える場合は、操舵トルク変化速度に応じて増加するように漸増速度を設定するものであってもよい。漸増速度は、操舵トルク変化速度に応じて線形（リニア）に増加するように設定されてもよいし、非線形に増加するように設定されてもよい。また、漸増速度は、操舵トルク変化速度に応じて、連続的に増加するように設定されてもよいし、段階的に増加するように設定されてもよい。

また、前記漸増速度設定手段は、操舵トルク変化速度が所定の閾値以下であれば漸増速度を第１速度に設定し、操舵トルク変化速度が前記閾値を超える場合は漸増速度を第２速度（＞第１速度）に設定するものであってもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作手段としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭからの操舵補助力が、減速機構（図示せず）を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、伝達されるようになっている。

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。

トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
コントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかに、車速センサ６が出力する車速信号が入力されている。コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に応じて、モータ駆動値としての電流指令値を定め、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭを駆動制御する。

コントローラ１０は、マイクロコンピュータ１１と、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)変換回路１２と、モータ駆動回路１３と、電動モータＭに流れる電流値を検出するモータ電流検出回路１４と、偏差演算回路１５とを備えている。マイクロコンピュータ１１は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に基づいて、電流指令値を演算し、偏差演算回路１５に与える。この偏差演算回路１５は、モータ電流検出回路１４によって検出されるモータ電流値と電流指令値との偏差を求め、この偏差をＰＷＭ変換回路１２に与える。ＰＷＭ変換回路１２は、偏差演算回路１５によって求められる偏差に対応したパルス幅のＰＷＭ駆動信号を発生し、モータ駆動回路１３に出力する。モータ駆動回路１３は、ＰＷＭ駆動信号に応じた電流により電動モータＭを駆動する。そして、電動モータＭが発生する駆動力が、操舵補助力として、ステアリング機構３に伝達されることになる。

マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、アシスト特性記憶部２１と、モータ電流目標値設定部２２と、起動検出部２３と、トルク変化速度演算部２４と、ゲイン設定部２５と、漸増速度設定部２６と、乗算部２７とを備えている。

アシスト特性記憶部２１は、操舵トルクおよび車速に対応したモータ電流目標値を予め定めた基本アシスト特性（アシストマップ）を記憶している。基本アシスト特性は、たとえば、操舵トルクが大きいほどモータ電流目標値が大きくなり、車速が大きくなるほどモータ電流目標値が小さくなるように定めたアシスト特性である。
モータ電流目標値設定部２２は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速を、アシスト特性記憶部２１に記憶された基本アシスト特性に当てはめて、モータ電流目標値を求める。モータ電流目標値設定部２２は、そのほか、基本アシスト特性から求められる目標値に対して、いわゆる慣性補償制御やダンピング制御などの公知の補償制御演算を施してモータ電流目標値を求めるものであってもよい。

起動検出部２３は、当該電動パワーステアリング装置の起動を検出するものである。起動検出部２３は、車両のイグニッションスイッチ３１がオンされると、電動パワーステアリング装置が起動されたと判断する。また、起動検出部２３は、マイクロコンピュータ１１が何らかの異常（フェール）を検出してアシスト制御（操舵補助制御）を中断した後、その異常が解消して正常状態に復帰すると、電動パワーステアリング装置が起動されたと判断する。

より具体的に説明すると、マイクロコンピュータ１１は、たとえば、エンジン回転センサ（図示せず）が出力するエンジン回転信号を監視しており、エンジン回転信号があるのに、所定時間以上継続して車速信号が０km/hを示しているときには、断線などの異常が生じたものと判断して、モータ駆動回路１３の動作を停止させる。一方、マイクロコンピュータ１１は、異常発生によりシステムを停止した場合には、正常状態に復帰したかどうかを監視する正常状態復帰監視処理を行う。そして、異常判定がされた後に正常状態に復帰した場合、たとえば、信号系コネクタの接触不良が元に戻った場合には、電動パワーステアリング装置の動作（アシスト制御）が再開される。このことが、起動検出部２３によって検出される。

トルク変化速度演算部２４は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクの単位時間当たりの変化量を演算することによって、操舵トルクの変化速度を求める。
ゲイン設定部２５は、起動検出部２３から、当該電動パワーステアリング装置の起動を検出したことの通知（起動検出通知）を受けて、モータ電流目標値に乗じるべきアシストゲインを「０」（下限値）から「１」（上限値）まで漸増させる。このアシストゲインの漸増速度が、漸増速度設定部２６によって設定される。漸増速度設定部２６は、トルク変化速度演算部２４によって求められる操舵トルク変化速度に応じて、アシストゲイン漸増速度を設定する。ただし、ゲイン設定部２５は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクが零になると、即座にアシストゲインを「１」（上限値）に設定する。具体的には、起動検出部２３から起動検出通知を受けたときに操舵トルクが零であれば、アシストゲインを漸増するのではなく、アシストゲインを即座に「１」に設定する。また、アシストゲインを漸増している途中であっても、操舵トルクが零になれば、アシストゲインを即座に「１」に設定する。

乗算部２７は、ゲイン設定部２５によって設定されるアシストゲインを、モータ電流目標値設定部２２によって設定されるモータ電流目標値に乗じて、モータ駆動値としての電流指令値を求める。したがって、ゲイン設定部２５によって設定されるアシストゲインが「０」であれば電動モータＭは駆動されず、アシストゲインが「１」であれば、モータ電流目標値をそのまま用いて電動モータＭが駆動され、アシストゲインが「０」と「１」との間の値であれば、モータ電流目標値に対してアシストゲインに応じた制限を加えた値が電流指令値とされる。このように、ゲイン設定部２５および乗算部２７は、モータ駆動値としての電流指令値を求めるモータ駆動値演算手段として機能している。

図２は、漸増速度設定部２６の働きを説明するための図であり、操舵トルク変化速度に対するアシストゲイン漸増速度の関係が示されている。漸増速度設定部２６は、操舵トルク変化速度が大きいほどアシストゲイン漸増速度を大きく設定する。より詳細には、図２において実線で示すように、操舵トルク変化速度が所定の閾値Ｔｖ以下の区間においては、アシストゲイン漸増速度が一定値（下限値）Ｖ１に設定され、操舵トルク変化速度が前記閾値Ｔｖを超える区間においては、アシストゲイン漸増速度は操舵トルク変化速度の増加に伴ってリニアに（図２の例では連続的に）増加するように設定される。

むろん、図２の実線の設定は、一例であり、たとえば、図２において二点鎖線で示すように、閾値Ｔｖ以下の区間においてはアシストゲイン漸増速度を一定値Ｖ１に設定し、閾値Ｔｖを超える区間においてはアシストゲイン漸増速度を他の一定値Ｖ２（＞Ｖ１）に設定するようにしてもよい。その他、３段階以上にアシストゲイン漸増速度を段階的に設定するようにしてもよいし、閾値Ｔｖを超える区間において、操舵トルク変化速度の増加に伴って非線形に増加するようにアシストゲイン漸増速度を設定してもよい。また、閾値Ｔｖ以下の区間におけるアシストゲイン漸増速度を一定値とする必要もなく、この区間においても、アシストゲイン漸増速度を連続的または段階的に変化させることとしてもよい。ただし、いずれの場合にも、操舵トルク変化速度が大きいほど、アシストゲイン漸増速度が大きくなるように設定することが好ましい。

図３は、運転者がステアリングホイール１に操舵トルクを掛けた状態でイグニッションスイッチ３１をオンしたときのアシストゲインの時間変化の例を示す図である。操舵トルク変化速度が前記閾値Ｔｖ以下のときには、アシストゲインの時間変化は曲線Ｌ０に従う。これに対して、操舵トルク変化速度が閾値Ｔｖを超える場合には、曲線Ｌ１〜Ｌ４に示すような変化となる。より具体的には、曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の順に、操舵トルク変化速度が速くなっていく場合のアシストゲインの時間変化が示されている。

すなわち、操舵トルク変化速度が速く、したがって、急操舵が行われる場合ほど、アシストゲインは、下限値「０」から上限値「１」まで速やかに立ち上がり、操舵補助が良好な応答性で立ち上がる。これにより、イグニッションスイッチ３１をオンしたときの操舵力の急変を生じることがなく、しかも、イグニッションスイッチ３１をオンした直後に急操舵が行われるときには、それに応じて速やかに操舵補助力を発生させ、引っ掛かり感を抑制または防止できる。

イグニッションスイッチ３１をオンした直後の急操舵後に、さらに急操舵による切り返しを行う場合、操舵トルクは一瞬「０」になるので、アシストゲインは切り返し前に「１」になる。しかし、イグニッションスイッチ３１をオンした直後であっても、急操舵時には操舵補助力が速やかに立ち上がるので、その後に、急操舵による切り返しが行われたときにも、操舵補助力の大きな変化が生じることがない。したがって、操舵補助力の急変に起因する違和感を回避できる。このようにして、イグニッションスイッチ３１をオンした直後における操舵フィーリングを大幅に改善することができる。

むろん、一時的な異常状態から正常状態に復帰したときにも同様な処理が行われるので、同様な効果を達成できる。
起動時に運転者がステアリングホイール１に操舵力を掛けていない場合には、前述のとおり、アシストゲインは当初から「１」に設定される。したがって、この場合には、操舵開始当初からモータ電流目標値設定部２２によって設定されるモータ電流目標値を電流指令値として用いたアシスト制御が行われることになる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態でも実施することができる。たとえば、車両の左右の前輪（舵取り車輪）のタイヤ空気圧を検出するタイヤ空気圧センサ（図示せず）の出力をマイクロコンピュータ１１に入力し、タイヤ空気圧を加味したアシスト制御を行い、タイヤ空気圧低下に伴う操舵フィーリングの悪化の抑制を図ることとしてもよい。より具体的には、たとえば、左前輪タイヤの空気圧低下が検出された場合に、左方向操舵時のアシスト量（操舵補助力）を増加するように、基本アシスト特性（基本アシストマップ）またはその他の補償制御の制御特性（補正制御マップ）を変更するようにしてもよい。右前輪タイヤの空気圧低下が検出された場合も同様の制御を行えばよい。さらにまた、左右両前輪のタイヤ空気圧低下が検出された場合に、左右の操舵時のアシスト量をいずれも増加するように、基本アシスト特性またはその他の補償制御の制御特性を変更するようにしてもよい。アシスト量の変更量は、予めタイヤ空気圧と操舵トルク変動量との関係を確認し、これに基づいて定めておけばよい。また、空気圧低下検出後、アシスト量を変更する際に、操舵トルクの急激な変動を避けるには、フィルタ処理などによって、アシスト特性またはその他の補償制御の制御特性を徐々に変更させればよい。

また、トルクセンサ５として、たとえばツインレゾルバトルクセンサのように、ステアリングホイール１側（上側）からの正入力と、路面側（下側）からの逆入力とを区別して検出できるものを用い、横風等の外乱によるステアリングホイール１側の操舵トルクの増加を打ち消す制御を行って、操舵フィーリングおよび走行安定性を向上することとしてもよい。

より具体的には、図４のフローチャートに示す制御をマイクロコンピュータ１１によって行えばよい。すなわち、横風等の外乱の有無を判定し（ステップＳ１）、外乱がある場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、ステアリングホイール１側（上側）操舵トルクの増加を打ち消す方向に付加アシストトルクＴdis（外乱防止用補正トルク）を付加する（ステップＳ３）。この場合に、付加アシストトルクＴdisを「０」から漸増させれば、操舵フィーリングを損なうことがない。より詳細には、基本アシスト特性に従って求められたモータ電流目標値に対して付加アシストトルクＴdisに対応した付加電流値を加算して、最終的なモータ電流目標値とすればよい。一方、外乱がないと判定された場合（ステップＳ２のＮＯ）には、付加アシストトルクＴdisが「０」かどうかを判断し（ステップＳ４）、「０」であれば処理（ステップＳ４のＮＯ）を終え、「０」でなければ（ステップＳ４のＹＥＳ）付加アシストトルクＴdisを「０」まで漸減させる（ステップＳ５）。このようにして、横風等の外乱による影響を抑制して、操舵フィーリングを向上することができる。

図４のステップＳ１における外乱の有無の判定は、たとえば、車両が直進走行状態であって、かつ、路面側（下側）の操舵トルクの絶対値が一定値（たとえば、２Ｎｍ）以上であるときに外乱ありと判定し、さもなければ外乱なしと判定することにより行える。車両が直進走行状態かどうかは、たとえば、車速が一定値（たとえば６０km/h）以上であり、かつ、ステアリングホイール１側（上側）操舵トルクの絶対値が一定値（たとえば１Ｎｍ）以下であり、かつ、操舵速度の絶対値が一定値（たとえば１００度／秒）以下であるときに直進走行状態であると判定し、いずれかの条件が満たされないときには直進走行状態ではないと判定することによって行える。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。 操舵トルク変化速度に対するアシストゲイン漸増速度の関係を示す図である。 運転者がステアリングホイールに操舵トルクを掛けた状態でイグニッションスイッチをオンしたときのアシストゲインの時間変化の例を示す図である。 外乱の影響を抑制するための処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…ステアリングホイール、５…トルクセンサ、１０…コントローラ（ＥＣＵ）、１１…マイクロコンピュータ、３１…イグニッションスイッチ、Ｍ…電動モータ

Claims (2)

1. 電動モータを駆動源とし、車両に搭載されたステアリング機構に操作手段の操作に応じた操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
   操作手段に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記操作手段に加えられる操舵トルクの変化速度を求める操舵トルク変化速度演算手段と、
   前記トルクセンサが検出する操舵トルクに応じたモータ駆動目標値を求めるモータ駆動目標値演算手段と、
   前記電動パワーステアリング装置の起動を検出する起動検出手段と、
   この起動検出手段によって前記電動パワーステアリング装置の起動が検出されたときに、モータ駆動目標値演算手段によって演算されるモータ駆動目標値まで漸増するようにモータ駆動値を求めるモータ駆動値演算手段と、
   このモータ駆動値演算手段によって求められるモータ駆動値の漸増速度を、前記操舵トルク変化速度演算手段によって求められる変化速度に応じて設定する漸増速度設定手段と、
   前記モータ駆動値演算手段によって求められるモータ駆動値に応じて前記電動モータを駆動するモータ駆動手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記漸増速度設定手段は、前記操舵トルク変化速度演算手段によって求められる変化速度が大きいほど前記漸増速度を大きく設定するものであ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。

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