JP2008018865A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパ部に加わる衝撃を低減す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】操舵補助用のモータ６に供給すべき駆動電流の目標値をステアリングホイールに加わる操舵トルクの検出結果に基づいて求める電動パワーステアリング装置において、操舵角度及び操舵角速度に基づいて算出される抑制電流値を用いて前記目標値を低減補正するよう構成してある。操舵角度と操舵角速度の両方を考慮して駆動電流の目標値である目標駆動電流値を低減しているから、ロック位置近傍にあるステアリングホイールを素早く操作した場合には、十分に目標駆動電流値を減少させ、ストッパ部に加わる衝撃を低減することができる一方、ステアリングホイールがゆっくり操作される限りロック位置近傍であっても目標駆動電流値の低減量が抑えられ、操舵補助力にあまり影響を与えずにすむ。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵部材をロック位置まで操作したときにストッパ部に加わる衝撃を低減する電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出された操舵トルクに基づいて目標補助力を定め、該目標補助力を発生させるべく操舵補助用のモータの駆動電流を増減制御する構成となっている。

ところで、車両のステアリング装置においては、操舵部材の操作により実現し得る最大操舵角度が予め定められており、この最大操舵角度に相当する位置（以下、ロック位置という）を超える操舵部材の操作を機械的に制限するためのロック手段が一般的に設けてある。このロック手段は、舵取機構の動作を機械的に拘束して目的を達成する構成となっており、例えば、操舵部材の回転に応じたピニオン軸の回転をラック軸の軸長方向の移動に変換して舵取りを行わせるラックピニオン式の舵取機構においては、ラック軸を移動自在に支持するラックハウジングにストッパ部を設け、前記ロック位置に対応する移動位置に達したラック軸の一部をストッパ部に当接させて、該ラック軸の移動を機械的に拘束するように構成されている。

このため、電動パワーステアリング装置においては、操舵部材がロック位置近傍まで操作されているにもかかわらず、操舵部材に大きな操舵トルクが加えられ、この操舵トルクに応じた操舵補助力が舵取機構に加えられると、ストッパ部に大きな衝撃が加わることとなる。この衝撃の結果、大打音が発生し、また操舵部材に操作方向と逆向きの反力が作用して運転者に不快感を与えるという問題が生じる。更にストッパ部及び舵取機構の構成部品が劣化又は損傷する虞がある。

このような問題を回避するために、操舵部材がロック位置近傍に達したとき、操舵補助用のモータの駆動電流を低減補正することにより、発生する操舵補助力を抑えるようにした電動パワーステアリング装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動パワーステアリング装置は、操舵角度を検出し、この検出結果に基づいて操舵部材がロック位置近傍に達したと判定されたとき、操舵補助用のモータに供給される駆動電流の上限値を操舵角度の増加に応じて低減するように構成されている。
特開２００４−１７５１９６号公報

前述したストッパ部に加わる衝撃は、操舵部材の操舵角速度が大きいほど大きくなるにもかかわらず、特許文献１においては操舵角度の増加に応じて一律に操舵補助用のモータに供給される駆動電流の上限値を小さくしている。このため、例えば、ゆっくり操舵部材を操作して車庫入れする場合に、前記駆動電流の上限値が小さく抑えられていると、操舵補助力が不足するという問題がある。この問題を回避すべく前記駆動電流の上限値を大きめに設定すると、前述したストッパ部に加わる衝撃を低減することができない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵部材がゆっくり操作される際には操舵補助力にあまり影響を与えることなく、操舵部材が素早く操作される際には操舵補助力を低減して操舵部材をロック位置まで操作したときにストッパ部に加わる衝撃を低減す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を目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータに供給すべき駆動電流の目標値を操舵部材に加わる操舵トルクの検出結果に基づいて求める電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材の回転操作に伴って変化する操舵角度を検出する操舵角度センサと、該操舵角度センサにより検出された操舵角度を用いて操舵角速度を算出する角速度算出手段と、該角速度算出手段により算出された操舵角速度及び前記操舵角度センサにより検出された操舵角度に基づいて抑制電流値を算出する電流算出手段と、該電流算出手段により算出された抑制電流値を用いて前記目標値を低減補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵角速度と基準抑制電流値との対応関係を示す参照テーブルを備え、前記電流算出手段は、前記角速度算出手段により算出された操舵角速度を前記参照テーブルに適用して基準抑制電流値を求め、求めた基準抑制電流値に、前記操舵角度の増加に応じて増加する係数を乗算して前記抑制電流値を算出するよう構成してあることを特徴とする。

第１発明によれば、操舵角度及び操舵角速度に基づいて算出される抑制電流値を用いて、操舵補助用のモータに供給すべき駆動電流の目標値である目標駆動電流値を低減補正するよう構成してあり、操舵角度と操舵角速度の両方を考慮して前記目標駆動電流値を低減補正しているから、ロック位置近傍にある操舵部材を素早く操作した場合には、十分に目標駆動電流値を減少させ、ストッパ部に加わる衝撃を低減することができる一方、操舵部材がゆっくり操作される限りロック位置近傍であっても目標駆動電流値の低減量が抑えられ、操舵補助力にあまり影響を与えずにすむ。

第２発明によれば、操舵角速度を参照テーブルに適用して求めた基準抑制電流値に、操舵角度の増減に応じて増減する係数を乗じて抑制電流値を決定するから、例えば操舵角速度の増加に応じて基準抑制電流値が増加するように参照テーブルを適宜設定することにより、ロック位置近傍にある操舵部材を素早く操作した場合には、抑制電流値が大幅に増加し、目標駆動電流値を大きく低減補正して、ストッパ部に加わる衝撃を低減することができる一方、操舵部材がゆっくり操作される限りロック位置近傍であっても目標駆動電流値の低減量が抑えられ、操舵補助力にあまり影響を与えずにすむ。また抑制電流値は連続的に増減するから、操舵部材を操作する運転者に不快感又は違和感を与えることなく、目標駆動電流値を低減することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、ラックピニオン式の舵取機構を備える本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。

ラックピニオン式の舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１０と、ラックハウジング１１の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。

ラックハウジング１１の両側から外部に突出するラック軸１０の両端は、各別のタイロッド１２，１２を介して操舵輪としての左右の前輪１３，１３に連結され、またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。またピニオンハウジング２０の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング１１との交叉部において、ラック軸１０の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されており、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１０の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１０の移動により、左右の前輪１３，１３が各別のタイロッド１２，１２を介して押し引きされて舵取りがなされる。

ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途には、ステアリングホイール３０の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出すべく、トルクセンサ４が設けてある。該トルクセンサ４よりも上位置には、操舵角度を検出する操舵角度センサ５が設けてあり、トルクセンサ４よりも下位置には、操舵補助用のモータ６が取付けてある。

操舵補助用のモータ６は、コラムハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ６の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように伝動構成し、前述の如く行われる舵取りを補助している。

このように取付けられた操舵補助用のモータ６は、アシスト制御部７からモータ駆動回路８を介して与えられる制御指令に従って駆動される。図２は、図１に示す本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図である。図２に示すように、トルクセンサ４により検出された操舵トルク値Ｔ及び操舵角度センサ５により検出された操舵角度値θが各別のインタフェース４０，５０を介してアシスト制御部７に与えられている。尚、図２には、アシスト制御部７を機能ブロックにより表しているが、アシスト制御部７は、内部バスにより相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により以下のアシスト制御を実施するＥＣＵとして構成されている。

操舵トルク値Ｔは、アシスト制御部７の目標駆動電流演算部７０と微分演算部７２とに与えられる。目標駆動電流演算部７０は、操舵トルク値Ｔと目標駆動電流値Ｉとの関係を示す制御マップを有しており、与えられる操舵トルク値Ｔをこの制御マップに適用して目標駆動電流値Ｉを求め、求めた目標駆動電流値Ｉを加算手段７１に与える。制御マップは、図示するように、操舵トルク値Ｔの増加に応じて目標駆動電流値Ｉが増加するよう設定されている。

微分演算部７２は、操舵トルク値Ｔを微分し、微分トルク値Ｔ’に、予め定められた係数を乗じて、この結果を微分電流値Ｉｄとして加算手段７１に与える。加算手段７１は、目標駆動電流演算部７０及び微分演算部７２により夫々与えられる目標駆動電流値Ｉと微分電流値Ｉｄとを加算し、この加算結果を目標駆動電流値Ｉを低減補正する補正手段である加算手段７３に与える。微分電流値Ｉｄによる目標駆動電流値Ｉの補正により、モータ６及び舵取機構１の慣性補償が行われる。

また操舵角度値θは、アシスト制御部７の操舵角速度演算部７４及びゲイン演算部７５に夫々与えられる。操舵角速度演算部７４は、与えられる操舵角度値θの差分により操舵角速度値ωを演算し、演算した操舵角速度値ωを基準抑制電流演算部７６に与える。基準抑制電流演算部７６は、操舵角速度値ωと基準抑制電流値Ｉωとの関係を示す抑制電流マップ（参照テーブル）を有しており、与えられる操舵角速度値ωをこの抑制電流マップに適用して基準抑制電流値Ｉωを求め、求めた基準抑制電流値Ｉωを抑制電流値Ｉｒを算出する算出手段である抑制電流演算部７７に与える。図示するように、抑制電流マップは、ステアリングホイール３０の操舵角速度値ωの増加に応じて基準抑制電流値Ｉω（絶対値）が増加し、基準抑制電流値Ｉωが目標駆動電流値Ｉと正負逆になるように設定されている。

ゲイン演算部７５は、操舵角度値θとゲインＧとの関係を示すゲインマップを有しており、与えられる操舵角度値θをこのゲインマップに適用してゲインＧを求め、求めたゲインＧを抑制電流演算部７７に与える。図示するように、ゲインマップは、操舵角度値θの増加に従ってゲインＧが増加し、ロック位置近傍において増加率が大きくなるように設定されている。

抑制電流演算部７７は、基準抑制電流演算部７６及びゲイン演算部７５により夫々与えられる基準抑制電流値Ｉω及びゲインＧを乗算し、この乗算結果である抑制電流値Ｉｒを加算手段７３に与える。

加算手段７３は、慣性補償がなされた目標駆動電流値Ｉに抑制電流演算部７７により与えられる抑制電流値Ｉｒを加算し、この加算結果である補正駆動電流値Ｉａを減算手段７８に与える。

減算手段７８には、操舵補助用のモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路６０が出力したモータ電流検出値Ｉｓも与えられている。減算手段７８は、加算手段７３の出力値、即ち目標駆動電流値Ｉを抑制電流値Ｉｒにより低減補正した補正駆動電流値Ｉａとモータ電流検出値Ｉｓとの偏差を求め、この偏差をモータ電圧演算部７９に与える。モータ電圧演算部７９は、与えられる偏差に対してＰＩＤ演算を行い、この演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路８に与える。モータ駆動回路８は、与えられるＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。尚、アシスト制御部７及び操舵補助用のモータ６の電源は、電源スイッチ回路を通じて車載バッテリＢから与えられている。

図３は、アシスト制御部７のアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。アシスト制御部７は、トルクセンサ４により検出される操舵トルク値Ｔと操舵角度センサ５により検出される操舵角度値θとを所定のサンプリング周期にて夫々読み込む（ステップＳ１，２）。

アシスト制御部７は、ステップＳ２において読み込まれた現時点の操舵角度値θと、前回のサンプリング時に読み込まれた操舵角度値θとを用いて差分演算を実施し、操舵角速度値ωを求める（ステップＳ３）。次に、操舵トルク値Ｔに応じた目標駆動電流値Ｉを決定する（ステップＳ４）。前述したように操舵角速度値ωの演算は、操舵角速度演算部７４においてなされ、目標駆動電流値Ｉの演算は、目標駆動電流演算部７０において制御マップを用いてなされる。操舵補助用のモータ６の駆動電流値を目標駆動電流値Ｉに一致させると、ステアリングホイール３０に加わる操舵トルクに応じた操舵補助力が発生することになる。尚、操舵補助用のモータ６の駆動電流は、一般的に車速等の走行状態に応じて適宜補正されるが、本実施の形態においては、これらの説明は省略する。

次に、アシスト制御部７は、ステップＳ４において決定した目標駆動電流値Ｉに対してモータ６及び舵取機構１の慣性補償を行う（ステップＳ５）。前述したように慣性補償のための演算は、微分演算部７２においてなされる。

次に、慣性補償がなされた目標駆動電流値Ｉを以下の処理手順により低減補正する低減補正動作を行う（ステップＳ６）。図４は、低減補正の処理手順を示すフローチャートである。アシスト制御部７は、ステップＳ３において求めた操舵角速度値ωに応じた基準抑制電流値Ｉωを決定する（ステップＳ２０）。次に、ステップＳ２において読み込まれた操舵角度値θに応じたゲインＧを決定する（ステップＳ２１）。前述したように基準抑制電流値Ｉωの演算は、基準抑制電流演算部７６において抑制電流マップを用いてなされ、ゲインＧの演算は、ゲイン演算部７５においてゲインマップを用いてなされる。

アシスト制御部７は、ステップＳ２０及びＳ２１において夫々決定した基準抑制電流値ＩωとゲインＧとを乗算して、抑制電流値Ｉｒを求める（ステップＳ２２）。前述したように抑制電流値Ｉｒの演算は、抑制電流演算部７７においてなされる。抑制電流Ｉｒは、ステアリングホイール３０の操舵角速度ωの増加に応じて絶対値が増加し、目標駆動電流Ｉと正負逆になる基準抑制電流Ｉωと操舵角度θの増加に応じて増加するゲインＧとを乗算した結果であり、得られる抑制電流Ｉｒは目標駆動電流Ｉと正負逆になる。尚、ステアリングホイール３０の回転方向と逆方向の操舵補助力を付加しないように、抑制電流値ＩｒがステップＳ５において求められる目標駆動電流値Ｉ以下の値になるように、前述した抑制電流マップ及びゲインマップは設定してある。

アシスト制御部７は、ステップＳ２２において求められる抑制電流値ＩｒをステップＳ５において求められる目標駆動電流値Ｉに加算し、この加算結果を補正駆動電流値Ｉａとして更新登録して（ステップＳ２３）、リターンする。補正駆動電流値Ｉａは、目標駆動電流値Ｉを操舵角度値θ及び操舵角速度値ωに応じて低減補正した結果である。即ち、操舵補助用のモータ６は、目標駆動電流Ｉに、該目標駆動電流Ｉと逆向きの抑制電流Ｉｒを加算した結果である補正駆動電流Ｉａにより駆動されることになる。前述したように補正駆動電流値Ｉａの演算は、加算手段７３においてなされる。

アシスト制御部７は、図３に示すように、以上のように低減補正して得られた補正駆動電流値Ｉａと操舵補助用のモータ６に流れる電流の検出値であるモータ電流検出値Ｉｓとの偏差を求め（ステップＳ７）、この偏差に対してＰＩＤ演算を行って、モータ電圧を求め（ステップＳ８）、この演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路８に与え（ステップＳ９）、モータ駆動回路８は、与えられるＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。これにより、補正駆動電流値Ｉａと実際のモータ電流検出値Ｉｓとを一致させ、補正駆動電流値Ｉａに応じた操舵補助力を得ることができる。前述したように補正駆動電流値Ｉａとモータ電流検出値Ｉｓとの偏差の算出は、減算手段７８においてなされ、モータ電圧の算出のためのＰＩＤ演算は、モータ電圧演算部７９においてなされる。

以上のように構成された本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイール３０の操舵角速度値ωの増加に応じて増加する基準抑制電流値Ｉωに、操舵角度値θの増減に応じて増減し、ロック位置近傍において変化率が大きくなるゲインＧを乗じて抑制電流値Ｉｒを決定するから、ロック位置近傍にあるステアリングホイール３０を素早く操作した場合には、抑制電流値Ｉｒが大幅に増加し、目標駆動電流値Ｉを大きく低減補正して、ストッパ部に加わる衝撃を低減することができる。一方、ステアリングホイール３０がゆっくり操作される限りロック位置近傍であっても目標駆動電流値Ｉの低減量が抑えられ、操舵補助力にあまり影響を与えずにすむ。このため、例えば、ゆっくり操舵部材を操作して車庫入れする場合に、十分な操舵補助力が得ることができる。また抑制電流値Ｉｒは連続的に増減するから、ステアリングホイール３０を操作する運転者に不快感又は違和感を与えることなく、目標駆動電流値Ｉを低減することができる。

尚、以上の実施の形態においては、図２に示すように、操舵角速度値ωと基準抑制電流値Ｉωとの関係を示す抑制電流マップを用いて基準抑制電流値Ｉωを求めているが、これに限定されず、基準抑制電流値Ｉωを操舵角度値θ又は操舵角速度値ωを変数とする関数により表し、この関数により基準抑制電流値Ｉωを求めてもよい。目標駆動電流値Ｉ及びゲインＧについても同様に、マップではなく関数により求めるよう構成してもよい。

更に、以上の実施の形態においては、ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途に操舵角度センサ５を設けてあるが、これに限定されず、操舵角度センサ５は適宜の位置に設けることができる。また、操舵角度センサ５が相対操舵角度しか検出できない場合、この操舵角度センサ５による相対操舵角度の検出に加えて、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）により接続された他の車載コントローラから、車速、ヨーレート、横加速度等、車両の旋回状態を示す情報を入手し、この情報と操舵角度センサ５の検出結果とを組合せて絶対操舵角度を求めることも可能である。

更に、以上の実施の形態では、ラックピニオン式の舵取機構を備える車両への適用例について述べたが、本発明は、ボールねじ式の舵取機構等、他の形式の舵取機構を備える車両への適用も可能であることは言うまでもない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図である。 アシスト制御部のアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。 低減補正の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 舵取機構、４ トルクセンサ、５ 操舵角度センサ、６ 操舵補助用のモータ、７ アシスト制御部、７３ 加算手段（補正手段）、７４ 操舵角速度演算部（角速度算出手段）、７６ 基準抑制電流演算部（電流算出手段）、７７ 抑制電流演算部（電流算出手段）、３０ ステアリングホイール（操舵部材）

Claims (2)

1. 操舵補助用のモータに供給すべき駆動電流の目標値を操舵部材に加わる操舵トルクの検出結果に基づいて求める電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材の回転操作に伴って変化する操舵角度を検出する操舵角度センサと、該操舵角度センサにより検出された操舵角度を用いて操舵角速度を算出する角速度算出手段と、該角速度算出手段により算出された操舵角速度及び前記操舵角度センサにより検出された操舵角度に基づいて抑制電流値を算出する電流算出手段と、該電流算出手段により算出された抑制電流値を用いて前記目標値を低減補正する補正手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記操舵角速度と基準抑制電流値との対応関係を示す参照テーブルを備え、前記電流算出手段は、前記角速度算出手段により算出された操舵角速度を前記参照テーブルに適用して基準抑制電流値を求め、求めた基準抑制電流値に、前記操舵角度の増加に応じて増加する係数を乗算して前記抑制電流値を算出するよう構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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