JP2007290544A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が加減速中であってもハンドルの安定性を向上させる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】操舵トルクＴｓの補助トルクを発生するモータ１と、操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ２と、ハンドル角速度ωを検出するハンドル角速度検出器３と、車速Ｖｓを検出する車速検出器４と、目標電流ｉＴを演算する目標電流演算部５とを備え、目標電流演算部５は、車速Ｖｓに基づいて、車両の加速度αを演算する加速度演算部７と、車速Ｖｓと操舵トルクＴｓとに基づいて、第１目標電流ｉＴ１を演算する第１目標電流演算部８と、車速Ｖｓとハンドル角速度ωとに基づいて、第２目標電流ｉＴ２を演算する第２目標電流演算部９と、加速度αに基づいて、第２目標電流ｉＴ２を補正して補正第２目標電流ｉＲ２を算出する目標電流補正部１０とを含むものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータにより運転者の操舵トルクを補助するための補助トルクを発生する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動式パワーステアリング装置の制御装置は、操舵系の捩りトルクを検出する捩りトルクセンサの捩りトルク信号と、車速を検出する車速センサの車速信号と、に基づいてアシスト指令部が発するアシスト信号を指令信号として電動モータの出力トルクの方向と大きさを制御する装置であって、舵角速度センサを設け、舵角速度信号に応じて減衰信号を発する減衰指令部の減衰信号を、車速が大となるに従い大とするよう車速によって可変制御して得られた指令値を、上記アシスト信号に加算した指令信号にて、上記電動モータの出力トルクの方向と大きさを制御している（例えば、特許文献１参照）。

上記従来装置において、減衰指令部から出力される減衰信号を、車速に応じて可変制御することにより、高速走行時における手放しの安定性を確保した上で、低速走行時における舵の復元性を向上させている。

特許第２５４６６７３号公報

従来の電動式パワーステアリング装置の制御装置では、電動モータを制御する指令信号を決定する際に、車速は考慮されているが、車両の加速度は考慮されていない。
そのため、車両の加速度に応じて車両の挙動が異なり、ハンドルを十分に安定させることができないという問題点があった。

すなわち、例えば車両のタイヤが進行方向に対して横滑り角を持っている場合に、横滑り角を減らす方向に発生するアライニングモーメントは、タイヤに駆動力がかかると（車両の加速時には）、定速走行時よりも増加する。そのため、車両の加速時には、ハンドル戻り量が過剰になる。
また、アライニングモーメントは、タイヤに制動力がかかると（車両の減速時には）、定速走行時よりも減少するか、あるいは逆方向に発生する。そのため、車両の減速時には、ハンドルの挙動が不安定になる。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、車両が加減速中であってもハンドルの安定性を向上させることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の運転者による操舵トルクを補助するための補助トルクを発生するモータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両のハンドルの角度、角速度、および角加速度の少なくとも一つを含むハンドル角度情報を検出するハンドル角度情報検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、モータに通電する目標電流を演算する目標電流演算手段とを備え、目標電流演算手段は、車速に基づいて、車両の加速度を演算する加速度演算手段と、車速と操舵トルクとに基づいて、モータに通電する第１目標電流を演算する第１目標電流演算手段と、車速と、操舵トルクおよびハンドル角度情報の少なくとも一方とに基づいて、モータに通電する第２目標電流を演算する第２目標電流演算手段と、加速度に基づいて、第２目標電流を補正して補正第２目標電流を算出する目標電流補正手段とを含むものである。

この発明の電動パワーステアリング装置によれば、目標電流補正手段が、車両の加速度に基づいて、第２目標電流を補正して補正第２目標電流を算出するので、車両が加減速中であってもハンドルの安定性を向上させることができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示すブロック図である。
図１において、電動パワーステアリング装置は、モータ１と、トルクセンサ２（操舵トルク検出手段）と、ハンドル角速度検出器３（ハンドル角度情報検出手段）と、車速検出器４（車速検出手段）と、目標電流演算部５（目標電流演算手段）と、モータ電流制御部６とを備えている。

モータ１は、モータ駆動信号ＤＳ（後述する）によって駆動し、車両（図示せず）の運転者による操舵トルクＴｓを補助するための補助トルクを発生する。
トルクセンサ２は、操舵トルクＴｓを検出して目標電流演算部５に出力する。ハンドル角速度検出器３は、車両のハンドルの角速度ω（以下、「ハンドル角速度ω」と称する）（ハンドル角度情報）を検出して目標電流演算部５に出力する。車速検出器４は、車両の車速Ｖｓを検出して目標電流演算部５に出力する。
目標電流演算部５は、操舵トルクＴｓ、ハンドル角速度ω、および車速Ｖｓに基づいて、モータ１に通電する目標電流ｉＴを演算する。モータ電流制御部６は、目標電流ｉＴに基づいて、モータ１を制御するモータ駆動信号ＤＳを演算する。

目標電流演算部５は、プログラムを格納した記憶部とＣＰＵとを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されている。目標電流演算部５を構成する各ブロックは、記憶部にソフトウェアとして記憶されている。
目標電流演算部５は、加速度演算部７（加速度演算手段）と、第１目標電流演算部８（第１目標電流演算手段）と、第２目標電流演算部９（第２目標電流演算手段）と、目標電流補正部１０（目標電流補正手段）と、加算器１１とを含んでいる。

加速度演算部７は、車速Ｖｓに基づいて、車両の加速度αを演算する。
第１目標電流演算部８は、車速Ｖｓと操舵トルクＴｓとに基づいて、モータ１に通電する第１目標電流ｉＴ１を演算する。
また、第１目標電流演算部８は、車速Ｖｓおよび操舵トルクＴｓと、第１目標電流ｉＴ１との関係が記された第１目標電流テーブルを有している。第１目標電流演算部８は、車速Ｖｓおよび操舵トルクＴｓから、第１目標電流テーブルを参照して第１目標電流ｉＴ１を演算する。

第２目標電流演算部９は、車速Ｖｓとハンドル角速度ωとに基づいて、ハンドル角速度ωを減少させ、ハンドルの収斂性を向上させる（ダンピングを補償する）ために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算する。
また、第２目標電流演算部９は、車速ＶｓとゲインＫとの関係が記されたゲインデータテーブルを有している。第２目標電流演算部９は、まず、車速Ｖｓからゲインデータテーブルを参照してゲインＫを決定する。続いて、ゲインＫとハンドル角速度ωとに基づいて、モータ１に通電する第２目標電流ｉＴ２を演算する。第２目標電流ｉＴ２は、次式（１）で表される。

ｉＴ２＝−Ｋ・ω・・・（１）

式（１）において、ゲインＫは、車速Ｖｓに対応して設定されている。また、式（１）の符号「−」は、第２目標電流ｉＴ２による補助トルクの向きが、ハンドル角速度ωの向きと反対であることを示している。

目標電流補正部１０は、車速Ｖｓと加速度αとに基づいて、第２目標電流ｉＴ２を補正して補正第２目標電流ｉＲ２を算出する。加算器１１は、第１目標電流演算部８で演算された第１目標電流ｉＴ１と、目標電流補正部１０で算出された補正第２目標電流ｉＲ２とを加算して、モータ１に通電する目標電流ｉＴを演算する。

モータ電流制御部６は、モータ１に流れるモータ電流ｉＭを検出するモータ電流検出部１２と、目標電流ｉＴとモータ電流ｉＭとの偏差を出力する減算器１３と、目標電流ｉＴとモータ電流ｉＭとの偏差が０となるように、モータ駆動信号ＤＳを演算してモータ１を制御するモータ駆動信号演算部１４とを含んでいる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る目標電流補正部１０を詳細に示すブロック図である。
図２において、目標電流補正部１０は、車速Ｖｓと加速度αとに基づいて、補正ゲインＫｃ（後述する）を決定する補正ゲイン参照部１５と、第２目標電流ｉＴ２と補正ゲインＫｃとを乗算して補正第２目標電流ｉＲ２を算出する補正ゲイン乗算部１６とを有している。

補正ゲイン参照部１５は、加速度αと補正ゲインＫｃとの関係が記された補正ゲインデータテーブルを有している。また、補正ゲイン参照部１５は、車速Ｖｓに応じて３種類（低車速用、中車速用、高車速用）の補正ゲインデータテーブルを有している。
補正ゲイン参照部１５は、まず、車速Ｖｓに応じた補正ゲインデータテーブルを選択し、続いて、加速度αから補正ゲインデータテーブルを参照して補正ゲインＫｃを決定する。
ここで、補正第２目標電流ｉＲ２は、次式（２）で表される。

ｉＲ２＝−Ｋ・ω・（１＋Ｋｃ）＝ｉＴ２・（１＋Ｋｃ）・・・（２）

式（２）において、補正ゲインＫｃが０より大きい場合、補正第２目標電流ｉＲ２は、第２目標電流ｉＴ２よりも小さくなるように補正される。その結果、目標電流ｉＴが小さくなり、補助トルクが減少する。
また、補正ゲインＫｃが０より小さい場合、補正第２目標電流ｉＲ２は、第２目標電流ｉＴ２よりも大きくなるように補正される。その結果、目標電流ｉＴが大きくなり、補助トルクが増加する。

ここで、補正ゲインＫｃは、加速度αに応じて変化する前述のアライニングモーメントを補償するように設定されている。また、補正ゲインＫｃは、個々の車両毎に、実車試験を実施することによって設定されている。
すなわち、図２に示すように、車両の加速時（アライニングモーメントが定速走行時よりも大きくなる）には、補正ゲインＫｃは、０よりも小さく設定される。つまり、第２目標電流ｉＴ２が大きくなるように補正され、補助トルクが増加することにより、ハンドル戻り量が過剰になることが抑制される。
また、図２に示すように、車両の減速時（アライニングモーメントが定速走行時よりも小さくなる）には、補正ゲインＫｃは、０よりも大きく設定される。つまり、第２目標電流ｉＴ２が小さくなるように補正され、補助トルクが減少することにより、ハンドルの挙動が不安定になることが抑制される。

なお、図２に示すように、加速度αが急減速に対応する所定加速度αｔよりも小さい領域において、補正ゲインＫｃは、急激に増加するように設定されている。
例えば、運転者が前方に障害物を発見して急制動した場合、アライニングモーメントは、前述のように、減少するかあるいは逆方向に発生して、ハンドルの挙動が不安定になる。そのため、運転者が急制動しながらハンドルを切った場合、ハンドルが軽くなり、操舵量が過剰になるおそれがある。
このとき、加速度αが所定加速度αｔよりも小さい場合に、補正ゲインＫｃが急激に増加するように設定することにより、急減速ではない通常時と比較して、補正第２目標電流ｉＲ２を小さくする。
したがって、車両の急減速時においても、操舵量が過剰になることを防止し、ハンドルの安定性を向上させることができる。
ここで、所定加速度αｔは、任意に設定され、補正ゲインＫｃは、個々の車両毎に、実車試験を実施することによって設定されている。

以下、図１および図２とともに、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作について説明する。
また、本実施の形態の特徴は、目標電流補正部１０が、加速度αに基づいて、第２目標電流ｉＴ２を補正して補正第２目標電流ｉＲ２を算出することにある。また、モータ１およびモータ電流制御部６の動作は従来の動作と同様である。
そこで、以下の説明では、簡単のためにモータ１およびモータ電流制御部６の動作については、説明を省略する。

まず、トルクセンサ２で検出された操舵トルクＴｓ、ハンドル角速度検出器３で検出されたハンドル角速度ω、および車速検出器４で検出された車速Ｖｓが目標電流演算部５に入力される。
続いて、車速Ｖｓおよび操舵トルクＴｓは、第１目標電流演算部８に入力されて、第１目標電流ｉＴ１が演算される。
また、車速Ｖｓとハンドル角速度ωは、第２目標電流演算部９に入力されて、第２目標電流ｉＴ２が演算される。

次に、車速Ｖｓは、加速度演算部７に入力されて、加速度αが演算される。
また、車速Ｖｓ、加速度α、および第２目標電流ｉＴ２は、目標電流補正部１０に入力されて、補正第２目標電流ｉＲ２が算出される。
続いて、第１目標電流ｉＴ１および補正第２目標電流ｉＲ２は、加算器１１で加算され、目標電流ｉＴが演算される。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置によれば、目標電流補正部１０が、加速度αに基づいて、アライニングモーメントを補償するように、第２目標電流ｉＴ２を補正して補正第２目標電流ｉＲ２を算出するので、車両が加減速中であってもハンドルの安定性を向上させることができる。

また、補正ゲインＫｃは、加速度αが所定加速度αｔよりも小さい場合に、急激に増加するように設定されているので、車両の急減速時においても、操舵量が過剰になることを防止し、ハンドルの安定性を向上させることができる。

また、補正ゲイン参照部１５は、車速Ｖｓに応じて３種類（低車速用、中車速用、高車速用）の補正ゲインデータテーブルを有しているので、車速Ｖｓによって異なる路面からの反力、車両の挙動、アライニングモーメントの影響を考慮して補正ゲインＫｃを決定することができる。

なお、上記実施の形態１による電動パワーステアリング装置は、ハンドル角速度ωを検出するハンドル角速度検出器３を備えているが、これに限定されることはない。
電動パワーステアリング装置は、ハンドルの角度を検出するハンドル角検出器（ハンドル角度情報検出手段）、あるいは、ハンドルの角加速度を検出するハンドル角加速度検出器（ハンドル角度情報検出手段）を備えていてもよい。
このとき、第２目標電流演算部９は、ハンドルの角度、あるいはハンドルの角加速度を用いて第２目標電流ｉＴ２を演算する。
これらの場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１による第２目標電流演算部９は、車速Ｖｓとハンドル角速度ωとに基づいて、第２目標電流ｉＴ２を演算したが、これに限定されることはない。
第２目標電流演算部９は、トルクセンサ２およびハンドル角度情報検出手段の少なくとも一方の出力に基づいて、第２目標電流ｉＴ２を設定してもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１による第２目標電流演算部９は、ハンドルの収斂性を向上させるために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算したが、これに限定されることはない。
第２目標電流演算部９は、トルクセンサ２およびハンドル角度情報検出手段の少なくとも一方の出力に基づいて、ハンドルを中立点に戻す（ハンドル戻り性を改善する）ために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算してもよい。
また、第２目標電流演算部９は、トルクセンサ２およびハンドル角度情報検出手段の少なくとも一方の出力に基づいて、モータ１の慣性を打ち消す（モータ慣性を補償する）ために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算してもよい。

さらに、第２目標電流演算部９は、トルクセンサ２の出力の微分値、およびハンドル角度情報検出手段の出力の少なくとも一方に基づいて、操舵時の軽快感を持たせるトルク微分制御のために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算してもよい。
また、第２目標電流演算部９は、トルクセンサ２の出力の微分値、およびハンドル角度情報検出手段の出力の少なくとも一方に基づいて、ハンドル切り始めの静止摩擦を補償するために必要な第２目標電流ｉＴ２を演算してもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る目標電流補正部を詳細に示すブロック図である。

符号の説明

１ モータ、２ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、３ ハンドル角速度検出器（ハンドル角度情報検出手段）、４ 車速検出器（車速検出手段）、５ 目標電流演算部（目標電流演算手段）、７ 加速度演算部（加速度演算手段）、８ 第１目標電流演算部（第１目標電流演算手段）、９ 第２目標電流演算部（第２目標電流演算手段）、１０ 目標電流補正部（目標電流補正手段）、ｉＲ２ 補正第２目標電流、ｉＴ 目標電流、ｉＴ１ 第１目標電流、ｉＴ２ 第２目標電流、Ｋｃ 補正ゲイン、Ｔｓ 操舵トルク、Ｖｓ 車速、α 加速度、αｔ 所定加速度、ω ハンドル角速度（ハンドル角度情報）。

Claims (4)

1. 車両の運転者による操舵トルクを補助するための補助トルクを発生するモータと、
   前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記車両のハンドルの角度、角速度、および角加速度の少なくとも一つを含むハンドル角度情報を検出するハンドル角度情報検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記モータに通電する目標電流を演算する目標電流演算手段とを備え、
   前記目標電流演算手段は、
   前記車速に基づいて、前記車両の加速度を演算する加速度演算手段と、
   前記車速と前記操舵トルクとに基づいて、前記モータに通電する第１目標電流を演算する第１目標電流演算手段と、
   前記車速と、前記操舵トルクおよび前記ハンドル角度情報の少なくとも一方とに基づいて、前記モータに通電する第２目標電流を演算する第２目標電流演算手段と、
   前記加速度に基づいて、前記第２目標電流を補正して補正第２目標電流を算出する目標電流補正手段と
   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. 前記目標電流補正手段は、前記加速度に応じて変化するアライニングモーメントを補償するように前記補正第２目標電流を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記目標電流補正手段は、前記加速度が急減速に対応する所定加速度よりも小さい場合に、通常時の電流よりも小さい前記補正第２目標電流を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記目標電流補正手段は、さらに前記車速に基づいて、前記第２目標電流を補正することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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