JP2008221869A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の外乱に対する安定性を向上させると共にドライバの操作性を向上させる。
【解決手段】ステアリングホイールに入力される手動操舵力に応じて電動機９の補助操舵トルクに対応するアシスト電流Ｉａを算出する基本制御部２１と、車両挙動に応じて補助操舵トルクの反力成分となるヨーレート反力補正電流Ｉｙを算出する操舵反力制御部２２と、ラックロードを推定して、該ラックロードに相当するラックロード補正電流Ｉｒを算出するラックロード補償部２３と、基本制御部で取得したアシスト電流を、操舵反力制御部及びラックロード補償部で取得した補正電流で補正して、電動機９の目標電流Ｉｔを決定する減算器２４とを有するものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を車両挙動に応じて制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵力を軽減する目的で補助操舵トルクを発生させる電動機が設けられているが、この電動機に発生させる補助操舵トルクの反力成分を、車両の挙動（ヨーレート）が大きくなるのに応じて増大するように制御して、車両の走行安定性を向上させるようにした技術が知られている（例えば特許文献１・２参照）。
特許第３１１０８９１号公報 特開２００６−２７３１８５号公報

しかるに、前記の車両挙動に応じて補助操舵トルクに反力成分を付与する制御では、一般的に、車両挙動に応じた反力成分が大きく設定されるようにすることで、車両の外乱に対する安定性を向上させることができるが、その反面、ステアリングホイールが必要以上に重くなってドライバの操作性を損ねる不都合が生じる。これを回避するために、ドライバの手動操舵力に応じて設定される基本となる補助操舵トルク自体が大きく設定されるようにすると、車両挙動に関する制御系に失陥が発生した場合に、ステアリングホイールが著しく軽くなってしまいドライバの操作性を損ねるという問題が生じる。また車両挙動に応じた制御では、車両挙動が生じてから初めて効果を発揮するため、操向輪側からラックに入力される外力で操作子が動作する、いわゆるハンドル取られの補正には遅れが生じるという難点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、車両の外乱に対する安定性を向上させると共にドライバの操作性を向上させることができるように構成された電動パワーステアリング装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明による電動パワーステアリング装置においては、請求項１に示すとおり、操作子（ステアリングホイール１）に入力される手動操舵力に応じて電動機（９）の補助操舵トルクを算出する基本制御部（２１）と、車両挙動に応じて補助操舵トルクの反力成分となる補正量を算出する操舵反力制御部（２２）と、ラックロードを推定して、該ラックロードに相当する補正量を算出するラックロード補償部（２３）と、前記基本制御部で取得した補助操舵トルクを、前記操舵反力制御部及び前記ラックロード補償部で取得した補正量で補正して、補助操舵トルクを決定する補助操舵トルク決定部（減算器２４）とを有するものとした。

これによると、車両挙動に応じた補正量とは別に、ラックロードに応じた補正量で補助操舵トルクが補正されて、ラックロード相当分だけ補助操舵トルクが増大する。このため、車両の外乱に対する安定性を向上させるために車両挙動に応じた反力成分を大きく設定しても、操作子が必要以上に重くなることを避けることができ、ドライバの操作性を損なうことなく、車両の外乱に対する安定性を向上させることができる。

そして、ドライバに操作子を介して車両挙動を察知させる上で支障となる操舵反力中のラックロード成分の割合が低下して、相対的に車両挙動成分が占める割合が高くなり、操舵反力としてドライバに伝えられる情報が車両挙動成分を中心としたものになるため、車両挙動に関するインフォメーション性（情報伝達性）を向上させる、すなわちドライバが車両挙動を敏感に察知することができるようになり、ドライバの操作性を向上させることができる。

また、ラックロード相当分だけ補助操舵トルクが増大し、操舵反力中のラックロード成分の割合が低下するため、ラックロード外乱、特に操向輪側からラックに入力される外力で操作子が動作するハンドル取られを効果的に抑制することができる。

前記電動パワーステアリング装置においては、請求項２に示すとおり、前記操舵反力制御部の制御を中止する際には、前記基本制御部の制御を継続させつつ、前記操舵反力制御部で取得不能な補正量と共に、前記ラックロード補償部で取得可能な補正量に基づく補正が、前記補助操舵トルク決定部で行われないようにした構成とすることができる。

これによると、操舵反力制御部の制御を中止することで、車両挙動に応じた補正量のないままラックロードに応じた補正量のみで補助操舵トルクが補正されることにより、補助操舵トルクが異常に増大して操作子が著しく軽くなることでドライバの操作性が損なわれることを避けることができ、その上、基本制御部のみの一般的な制御で電動パワーステアリング装置が動作するため、ドライバの操作性を確保することができる。

この場合、操舵反力制御部及びラックロード補償部で取得した補正量の各信号が補助操舵トルク決定部に入力することを許可・禁止するスイッチ手段を設け、操舵反力制御部の制御を中止する場合には、スイッチ手段で信号入力を禁止する構成とすると良い。

また、操舵反力制御部の制御を中止する場合としては、例えば操舵反力制御部の失陥、すなわち車両挙動（ヨーレート）を検出するセンサの故障などにより、車両挙動に応じた補正量の取得が正常に行われない事象が発生した場合である。この場合、操舵反力制御部の失陥を検知する失陥検知部を設け、この失陥検知部で操舵反力制御部の失陥を検知すると、スイッチ手段を動作させて信号入力を禁止する構成とすると良い。

なお、車両挙動は、ヨーレートの他、横加速度などでも検出可能である。

このように本発明によれば、ラックロード相当分だけ補助操舵トルクが増大するため、操作子が必要以上に重くなってドライバの操作性が低下することを避けることができ、特に操舵反力としてドライバに伝えられる情報が車両挙動成分を中心としたものになるため、ドライバが車両挙動を敏感に察知することが可能になり、ドライバの操作性を向上させる上で大きな効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール（操作子）１にステアリングシャフト２を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン３と、このピニオン３に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸４とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸４の両端がタイロッド５を介して操向車輪としての左右の前輪６のナックルアーム７に連結されて、ステアリングホイール１の回転操作に応じて左右の前輪６が転舵されるようになっており、このようなラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生する電動機９がラック軸４に同軸的に設けられている。

ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ１１が設けられ、ピニオン３の近傍には、ピニオン３に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられている。また、車体の適所には、車両のヨーレート（車両挙動）を検出するヨーレートセンサ１３と、車速を検出する車速センサ１４とが設けられている。

これらの操舵角センサ１１、操舵トルクセンサ１２、ヨーレートセンサ１３、及び車速センサ１４の出力信号は、駆動回路１７を介して電動機９を制御するステアリング制御装置（EPS-ECU）１６に入力されており、このステアリング制御装置１６において操舵角、操舵トルク、ヨーレート、及び車速に基づいて電動機９が制御され、所要の補助操舵力がラック軸４に入力される。

図２は、図１に示したステアリング制御装置１６の概略構成を示すブロック図である。このステアリング制御装置１６は、基本制御部２１と、操舵反力制御部２２と、ラックロード補償部２３と、減算器２４・２５とを有しており、電動機９に発生させる補助操舵トルクに対応する目標電流Ｉｔが算出される。

基本制御部２１は、ステアリングホイール（操作子）１に入力される手動操舵力に応じて、電動機９に発生させる補助操舵トルクに対応する目標電流Ｉｔの元になるベース電流Ｉｂを算出すると共にそのベース電流Ｉｂに対して所要の補正を行ってアシスト電流Ｉａを求めるものであり、ベース電流算出部３１と、ステアリング系のイナーシャを補償するイナーシャ補償部３２と、ステアリング系のダンピングを補償するダンパ補償部３３とを備えている。

ベース電流算出部３１では、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、及び車速センサ１４による車速に基づいてベース電流Ｉｂを求める。イナーシャ補償部３２では、操舵トルクセンサ１２による操舵トルクの時間微分値、及び車速センサ１４による車速に基づいてイナーシャ補正値を算出して、ベース電流Ｉｂを補正する。ダンパ補償部３３では、操舵角センサ１１による操舵角を時間微分して得た操舵角速度（モータ角速度）、及び車速センサ１４による車速に基づいてダンピング補正値を算出して、ベース電流Ｉｂを補正する。

操舵反力制御部２２は、ヨーレート（車両挙動）に応じて、電動機９に発生させる補助操舵トルクの反力成分に対応するヨーレート反力補正電流Ｉｙを算出するものであり、ヨーレート反力補正電流算出部３４を備えている。このヨーレート反力補正電流算出部３４では、ヨーレートセンサ１３によるヨーレートに基づいて、ヨーレート反力補正電流Ｉｙが算出される。

基本制御部２１では、アシスト電流Ｉａが、手動操舵トルクが増大するのに応じて大きくなるように設定され、操舵反力制御部２２では、ヨーレート反力補正電流Ｉｙが、ヨーレートが増大するのに応じて大きくなるように設定される。この結果、ドライバがステアリングホイール１に大きな操舵力を与えても、ヨーレート（車体挙動）が大きい場合には、電動機９の補助操舵トルクが減少して操舵反力が大きくなる、すなわちステアリングホイール１が重くなり、これにより車両の不安定性をドライバに察知させつつ、ドライバのステアリング操作を抑制して、車両の走行安定性を向上させると共にドライバの操作性を向上させることができる。

ラックロード補償部２３は、ラックロード、すなわち旋回などの車両の挙動や轍などの路面状況に応じて車輪６に加わる外力に起因して車輪６側からラック軸４に作用する荷重を推定して、そのラックロードに応じた補正量に対応するラックロード補正電流Ｉｒを算出するものであり、ラックロード推定部３５と、制御の安定性および応答性の向上を図るためのゲイン３６及び補償器（フィルタ）３７とを備えている。

ここでは、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、操舵角センサ１１による操舵角、及びモータ電流計２８により検出される電動機９の実電流に基づいて、ラックロード補正電流Ｉｒが算出される。

ラックロードは、ドライバによりステアリングホイール１に入力される手動操舵トルクと、電動機９が出力する補助操舵トルクとを加算し、機械系フリクション要素、すなわち機械的な摩擦による動力損失を減算することで求められる。ここで、手動操舵トルクは、操舵トルクセンサ１２により検出されるトルク値にステアリング系慣性項を加算することで求められ、ステアリング系慣性項は、操舵角センサ１１により検出される操舵角を２階微分して得られる操舵角加速度から求められる。補助操舵トルクは、モータ電流計２８による電動機９の実電流から求められる。機械系フリクション要素は、定数で与えれば良い。

このようにラックロードは、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、操舵角センサ１１による操舵角、及びモータ電流計２８による電動機９の実電流から求めることができ、これらの各値と、ラックロードに応じた補正量としてのラックロード補正電流Ｉｒとの相関関係を示すテーブルや計算式を、実験値や設計値に基づいて予め作成しておくことで、ラックロード補正電流Ｉｒが算出される。

このようにして操舵反力制御部２２で取得したヨーレート反力補正電流Ｉｙ、及びラックロード補償部２３で取得したラックロード補正電流Ｉｒは、減算器２５に入力され、ここで、ヨーレート反力補正電流Ｉｙからラックロード補正電流Ｉｒが減算され、さらに減算器２５で取得した補正電流（Ｉｙ−Ｉｒ）、及び基本制御部２１で取得したアシスト電流Ｉａが、減算器（補助操舵トルク決定部）２４に入力され、ここで、アシスト電流Ｉａから補正電流（Ｉｙ−Ｉｒ）が減算されて目標電流Ｉｔが算出され、これを式で表すと、
Ｉｔ＝Ｉａ−（Ｉｙ−Ｉｒ）＝Ｉａ−Ｉｙ＋Ｉｒ
となる。

減算器２４から出力される目標電流Ｉｔは駆動回路１７に入力され、この駆動回路１７では、電動機９に流れる実電流と目標電流Ｉｔとの偏差が小さくなるように電動機９に流れる電流が制御される。

さらにこのステアリング制御装置１６は、減算器２５からの補正電流（Ｉｙ−Ｉｒ）の信号の減算器２４に対する入力を断続するリレー２６と、操舵反力制御部２２の失陥を検知する失陥検知部２７とを備えており、失陥検知部からのリレー駆動信号によりリレー２６がオン／オフ（導通／遮断）制御される。

失陥検知部２７では、操舵反力制御部２２の失陥、すなわちヨーレートセンサ１３の故障などによりヨーレート反力補正電流Ｉｙの算出処理が実行不能か否かが判定され、操舵反力制御部２２の失陥がない正常時にはリレー２６がオンとなり、減算器２５からの補正電流（Ｉｙ−Ｉｒ）の信号が減算器２４に入力される。他方、操舵反力制御部２２の失陥が発生すると、リレー２６がオフとなり、減算器２５からの補正電流（Ｉｙ−Ｉｒ）の信号が減算器２４に入力されず、基本制御部２１からのアシスト電流Ｉａが補正されることなく駆動回路１７に入力される。

これにより、操舵反力制御部２２の失陥が発生した場合に、電動機９の発生トルクが異常に大きくなってステアリングホイール１が著しく軽くなることでドライバの操作性が損なわれることを避けることができる。

すなわち、操舵反力制御部２２の失陥が発生して、減算器２５にラックロード補償部２３からのラックロード補正電流Ｉｒの信号のみが入力されると、減算器２５から補正電流（−Ｉｒ）が出力されて、この補正電流（−Ｉｒ）により減算器２４でアシスト電流Ｉａが補正されることで、目標電流Ｉｔが異常に大きくなり、電動機９の発生トルクも異常に大きくなるが、前記のように、操舵反力制御部２２の失陥が発生した場合に、減算器２４への補正電流信号の入力を禁止することで、電動機９の発生トルクが異常に大きくなることを避けることができ、しかも、基本制御部２１のみの一般的な制御で電動パワーステアリング装置が動作するため、ドライバの操作性を確保することができる。

なお前記の例では、操舵反力制御部２２からのヨーレート反力補正電流Ｉｙ及びラックロード補償部２３からのラックロード補正電流Ｉｒを減算器２５で予め減算した上で減算器２４に入力するようにしたが、基本制御部２１からのアシスト電流Ｉａ、操舵反力制御部２２からのヨーレート反力補正電流Ｉｙ及びラックロード補償部２３からのラックロード補正電流Ｉｒの各信号を１つの加減算器に入力するようにしても良く、この場合、操舵反力制御部２２からのヨーレート反力補正電流Ｉｙ及びラックロード補償部２３からのラックロード補正電流Ｉｒの各信号の入力を断続する２つのスイッチを同時に開閉制御する。

本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 図１に示したステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
３ ピニオン
４ ラック軸
６ 車輪
９ 電動機
１３ ヨーレートセンサ
１６ ステアリング制御装置
２１ 基本制御部
２２ 操舵反力制御部
２３ ラックロード補償部
２４ 減算器（補助操舵トルク決定部）
２６ リレー
３５ ラックロード推定部
Ｉｔ 目標電流
Ｉｂ ベース電流
Ｉａ アシスト電流
Ｉｙ ヨーレート反力補正電流
Ｉｒ ラックロード補正電流

Claims (2)

1. 操作子に入力される手動操舵力に応じて電動機の補助操舵トルクを算出する基本制御部と、
   車両挙動に応じて補助操舵トルクの反力成分となる補正量を算出する操舵反力制御部と、
   ラックロードを推定して、該ラックロードに相当する補正量を算出するラックロード補償部と、
   前記基本制御部で取得した補助操舵トルクを、前記操舵反力制御部及び前記ラックロード補償部で取得した補正量で補正して、補助操舵トルクを決定する補助操舵トルク決定部とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記操舵反力制御部の制御を中止する際には、前記基本制御部の制御を継続させつつ、前記操舵反力制御部で取得不能な補正量と共に、前記ラックロード補償部で取得可能な補正量に基づく補正が、前記補助操舵トルク決定部で行われないようにした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。

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