JP2009143312A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な処理でエンド当たりの際の衝撃を緩和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】電動パワーステアリング装置１では、エンド当たりの発生が判定されると、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値に基づいて電動モータ１６を制御する。したがって、エンド当たりの発生によって操舵トルクが瞬間的に増加し、電動モータ１６の逆起電力が急減しても、電動モータ１６に出力される電流指令値は、ステアリングホイール１１の最大操舵角を維持する際の適正な値に補正される。これにより、エンド当たりの際の衝撃が緩和され、伝達機構１２の破損防止や、大きな音による運転者への不快感の発生防止を実現できる。電流指令値の設定にあたっては、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算する処理で済むので、処理の複雑化も回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。

ドライバーがステアリングホイールを操作する際、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクに応じて電動モータによるアシストをステアリング機構に付加する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置では、ハンドルの操舵角が一定量に達すると、いわゆる「エンド当たり」が生じ、最大操舵角以上にハンドルを操作できないように規制されている。

エンド当たりでは、ステアリングホイールの慣性でトーションバーが捻られ、より多くの操舵トルクが瞬間的に検出されるため、電動モータへのアシスト制御が必要以上に強く作用してしまう場合がある。この場合、逆起電力の急減によって電動モータに過剰なアシスト電流が流れ、エンド当たりの際の衝撃が大きくなってしまうおそれがある。

エンド当たりの際の衝撃を緩和する技術として、例えば特許文献１に記載の制御装置では、ラックエンドに近づいたことを判定したときに、電動モータへの電流指令値を徐々に低下させ、電流指令値が０になるタイミングで電磁ブレーキを作動させるようにしている。また、例えば特許文献２の制御装置では、角度ゲインと位置制御ゲインとの加算によって得られるアシストゲインをアシスト電流値に乗算することにより、電動モータに流す電流の目標値を設定している。
特開２００７−４５３９４号公報 特開２００５−１８６９２６号公報

上述のようにエンド当たりの際の衝撃を緩和することは、ステアリング機構の破損防止や、大きな音による運転者への不快感の発生防止に有用である。しかしながら、上述した従来の制御装置では、エンド当たりが生じる前の複数の物理量を検出及び演算する必要があり、処理が複雑なものとなっている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な処理でエンド当たりの際の衝撃を緩和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。

上記課題の解決のため、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両に取り付けられ、ステアリングホイールの操舵に応じて電動モータによる操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置であって、ステアリングホイールにおけるエンド当たりの発生の有無を判定する判定手段と、エンド当たりが発生する直前の電動モータに対する現アシスト電流値を記憶する第１の記憶手段と、エンド当たりの発生によって変動する電動モータの逆起電力に基づいて算出される余剰アシスト電流値を記憶する第２の記憶手段と、エンド当たり判定手段によってエンド当たりが発生したと判定された場合に、エンド当たりの発生から所定時間が経過するまでの間、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値に基づいて電動モータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

この電動パワーステアリング装置では、判定手段によってエンド当たりの発生が判定されてから所定時間が経過するまでの間、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値に基づいて電動モータを制御する。したがって、エンド当たりの発生によって操舵トルクが瞬間的に増加し、電動モータの逆起電力が急減しても、電動モータに出力される電流指令値は、ステアリングホイールの最大操舵角を維持する適正な値に補正される。これにより、この電動パワーステアリング装置では、エンド当たりの際の衝撃が緩和され、ステアリング機構の破損防止や、大きな音による運転者への不快感の発生防止を実現できる。電流指令値の設定にあたっては、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算する処理で済むので、処理の複雑化も回避できる。

また、ステアリングホイールに付加される操舵トルクを検出する検出手段を更に備え、判定手段は、操舵トルクの変化率に基づいてエンド当たりの発生の有無を判定することが好ましい。この場合、舵角センサといった特別の検出手段を設けることなく、エンド当たりの発生を精度良く判断できる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、簡単な処理でエンド当たりの際の衝撃を緩和することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電動パワーステアリング装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、車両１に搭載された電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１の回転を左右の前車輪ＦＲ，ＦＬに伝える伝達機構１２とを備え、運転者のステアリング操作に応じて伝達機構１２にアシスト力を付与することによって操舵アシストを行う装置として構成されている。

伝達機構１２は、ステアリングホイール１１と接続されたステアリングシャフト１３と、左右の前車輪ＦＲ，ＦＬにそれぞれ接続されたタイロッド１４，１４と、ステアリングシャフト１３に付与されたアシスト力をタイロッド１４に伝達するギア部１５とを有している。

ステアリングシャフト１３には、アシスト力を付与するための電動モータ１６が減速機（不図示）を介して連結されている。電動モータ１６は、インバータ等を含む制御回路を介して後述のＥＣＵ１９と電気的に接続され、ＥＣＵ１９による動作制御に従って回転する。減速機は、電動モータ１６の回転を減速してステアリングシャフト１３の出力軸に伝達する。

ギア部１５は、例えばラックアンドピニオン機構によって構成されている。ギア部１５において、ステアリングシャフト１３の回転に応じたピニオンギアの回転が、ラックにおける車両１の幅方向への往復運動に変換される。

タイロッド１４は、左右一対の連結部材であり、左右の前車輪ＦＲ，ＦＬとギア部１５におけるラック端部とを連結している。上述したラックの往復運動は、タイロッド１４の往復運動に変換され、これにより、前車輪ＦＲ，ＦＬの向きが左右に変動するようになっている。

また、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング操作によって発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ（検出手段）１７と、車両１の走行速度を検出する車速センサ１８と、トルクセンサ１７及び車速センサ１８と接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記す）１９とを備えている。トルクセンサ１７は、例えばステアリングシャフト１３の入力軸に設けられている。

トルクセンサ１７の内部では、ステアリングホイール１１側の入力軸とギア部１５側の出力軸がトーションバーで連結されており、この入力軸と出力軸にはそれぞれレゾルバセンサ（不図示）が取り付けられている。ステアリングホイール１１の操作によってトーションバーに捻れが生じると、二つの回転角センサで検出される角度に相対的な差が生じ、その差から操舵トルクが算出される。

ＥＣＵ１９は、図２に示すように、機能的な構成要素として、エンド当たり判定部（判定手段）１０１と、現アシスト電流値記憶部（第１の記憶手段）１０２と、電動モータ制御部（制御手段）１０３と、アシスト電流値演算部１０４と、逆起電力補正用波形記憶部（第２の記憶手段）１０５とを有している。

エンド当たり判定部１０１は、トルクセンサ１７及び車速センサの検出値に基づいて、ステアリングホイール１１におけるエンド当たりの発生の有無を判定する部分である。エンド当たり判定部１０１は、エンド当たりが発生していないと判定した場合には、現アシスト電流値記憶部１０２に対し、電動モータ１６に付加されている現アシスト電流値の更新を指示する。

また、エンド当たり判定部１０１は、エンド当たりが発生していると判定した場合には、電動モータ制御部１０３に対し、衝撃緩和制御の実行を指示する。エンド当たり判定部１０１におけるエンド当たりの発生の判定方法については後述する。

現アシスト電流値記憶部１０２は、エンド当たりが発生する直前の前記電動モータに対する現アシスト電流値を記憶する部分である。現アシスト電流値記憶部１０２は、例えばローパスフィルタの位相遅れを利用することにより、更新前のアシスト電流値を一定期間記憶する。

現アシスト電流値記憶部１０２は、エンド当たり判定部１０１から更新を指示する旨の情報を受け取ると、電動モータ１６に現在付加されているアシスト電流値を読み取り、これを現アシスト電流値として新たに記憶する。エンド当たりが発生する直前に現アシスト電流値記憶部１０２に記憶されている現アシスト電流値は、ステアリングホイール１１の最大操舵角を維持する際の適正なアシスト電流値を意味している。

電動モータ制御部１０３は、電動モータ１６の駆動を制御する部分である。電動モータ制御部１０３は、エンド当たり判定部１０１によってエンド当たりが発生したと判定された場合に、エンド当たりの発生から所定時間が経過するまでの間、電動モータに対して衝撃緩和制御を行う。

衝撃緩和制御に移行すると、電動モータ制御部１０３は、アシスト電流値演算部１０４に対してアシスト電流値の演算の実行を指示する。そして、電動モータ制御部１０３は、アシスト電流値演算部１０４から出力される電流指令値に基づいて電動モータ１６の制御を実行する。

アシスト電流値演算部１０４は、衝撃緩和制御時に用いるアシスト電流値を演算する部分である。アシスト電流値演算部１０４は、電動モータ制御部１０３から指示を受けると、現アシスト電流値記憶部１０２に記憶されている現アシスト電流値と、逆起電力補正用波形記憶部１０５に記憶されている逆起電力補正用波形とを参照する。

エンド当たりでは、ステアリングホイールの慣性でトーションバーが捻られ、より多くの操舵トルクが瞬間的に検出されるため、電動モータ１６の逆起電力の急減によって電動モータに過剰なアシスト電流（以下、「余剰アシスト電流」と記す）が流れる場合がある。逆起電力補正用波形は、かかる余剰アシスト電流を補正するため、エンド当たり発生時から所定時間が経過するまでの電動モータ１６の逆起電力の変化を車両ごとに予め計測して得られるものである。

図３は、逆起電力補正用波形記憶部１０５に記憶されている逆起電力補正用波形の一例を示す図である。図３に示す例では、横軸に時間Ｔ、縦軸に余剰アシスト電流値Ｉを示している。逆起電力補正用波形Ｐは、略ガウシアン型のプロファイルを有しており、余剰アシスト電流値は、エンド当たりが発生した時刻Ｔ１から徐々に増加してピークを迎えた後徐々に減少し、時刻Ｔ１から所定時間が経過した時刻Ｔ２よりも前の時点でほぼ０となっている。なお、時刻Ｔ２は、車両１ごとに決定される定数である。

アシスト電流値演算部１０４は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２に至るまで実行される衝撃緩和制御において、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値を電動モータ制御部１０３に出力する。電流指令値の演算式は、以下の通りである。
電流指令値Ｉｃ（ｔ）＝現アシスト電流値Ｉｎ（一定）−余剰アシスト電流値Ｉ（ｔ）

続いて、上述した構成を有する電動パワーステアリング装置１の動作について説明する。図４及び図５は、電動パワーステアリング装置１の動作を示すフローチャートである。

図４に示すように、電動パワーステアリング装置１では、まず、エンド当たり判定処理が行われる（ステップＳ０１）。このエンド当たり判定処理において、図５に示すように、ＥＣＵ１９は、車速センサ１８による車両１の車速Ｖを取得する（ステップＳ１０１）。次に、取得した車速Ｖが、予め設定された閾値Ｖ_ｔｈ未満であるか否かが判断される（ステップＳ１０２）。

車速Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ以上であると判断された場合、ＥＣＵ１９は、エンド当たり発生フラグをオフに設定し（ステップＳ１０９）、一連の処理を繰り返す。一方、車速Ｖが閾値Ｖ_ｔｈ未満であると判断された場合、ＥＣＵ１９は、トルクセンサ１７によって検出される操舵トルクＭＴを取得する（ステップＳ１０３）。次に、取得した操舵トルクＭＴの絶対値が予め設定された閾値ＭＴ_ｔｈを超えているか否かが判断される（ステップＳ１０４）。

操舵トルクＭＴの絶対値が閾値ＭＴ_ｔｈ以下であると判断された場合、ＥＣＵ１９は、エンド当たり発生フラグをオフに設定し（ステップＳ１０９）、一連の処理を繰り返す。一方、操舵トルクＭＴの絶対値が閾値ＭＴ_ｔｈを超えていると判断された場合、ＥＣＵ１９は、操舵トルク変化率ＤＭＴを算出する（ステップＳ１０５）。操舵トルク変化率ＤＭＴは、操舵トルクＭＴの単位時間当たりの変化量である。

エンド当たりが発生する場合、操舵トルクＭＴが増加すると共に、ステアリングホイール１１がストロークエンドに達しているにも関わらず操舵が行われようとすることに起因して、操舵トルク変化率ＤＭＴが大きく変化する。したがって、操舵トルク変化率ＤＭＴは、エンド当たりの発生を判定する指標として好適である。

操舵トルク変化率ＤＭＴを算出した後、操舵トルク変化率ＤＭＴの絶対値が、予め設定された閾値ＤＭＴ_ｔｈを超えているか否かが判断される（ステップＳ１０６）。操舵トルク変化率ＤＭＴの絶対値が閾値ＤＭＴ_ｔｈ以下であると判断された場合、ＥＣＵ１９は、エンド当たり発生フラグをオフに設定し（ステップＳ１０９）、一連の処理を繰り返す。

一方、操舵トルク変化率ＤＭＴの絶対値が閾値ＤＭＴ_ｔｈを超えていると判断された場合、操舵トルクＭＴと操舵トルク変化率ＤＭＴとが同符号であるか否かが判断される（ステップＳ１０７）。操舵トルクＭＴと操舵トルク変化率ＤＭＴとが異符号である場合、ステアリングホイール１１は、エンド当たりが回避される方向に操作されていることとなる。したがって、ＥＣＵ１９は、エンド当たり発生フラグをオフに設定し（ステップＳ１０９）、一連の処理を繰り返す。

操舵トルクＭＴと操舵トルク変化率ＤＭＴとが同符号である場合、ステアリングホイール１１は、エンド当たりが発生する方向に操作されていることとなる。この場合、ＥＣＵは、エンド当たり発生フラグをオンに設定し（ステップＳ１０８）、一連の処理を繰り返す。

図４に戻り、一連のエンド当たり判定処理の後、ＥＣＵ１９は、エンド当たり発生フラグを参照し、エンド当たりが発生の有無を判定する（ステップＳ０２）。エンド当たりが発生していないと判定された場合、ＥＣＵ１９は、電動モータ１６に現在付加されているアシスト電流値を読み取り、これを現アシスト電流値として記憶の更新を行う（ステップＳ０３）。この後、ステップＳ０１におけるエンド当たり判定処理を繰り返し実行する。

エンド当たりが発生していると判定された場合、エンド当たりが発生したと判定された時刻Ｔ１から所定時間後の時刻Ｔ２に至るまで、衝撃緩和制御が実行される（ステップＳ０４）。衝撃緩和制御において、ＥＣＵ１９は、現アシスト電流値記憶部１０２に記憶されている現アシスト電流値Ｉｎと、逆起電力補正用波形記憶部１０５に記憶されている逆起電力補正用波形Ｐとを参照し、現アシスト電流値Ｉｎから余剰アシスト電流値Ｉ（ｔ）を減算して得られる電流指令値Ｉｃ（ｔ）に基づいて、電動モータ１６を制御する。

ステップＳ０４の後、エンド当たり発生からの時間が時刻Ｔ２を経過したか否かの判断がなされ（ステップＳ０５）、時刻Ｔ２を経過していないと判断された場合には、引き続き衝撃緩和制御が継続される。また、時刻Ｔ２を経過していると判断された場合には、衝撃緩和制御が終了する（ステップＳ０６）。

以上説明したように、電動パワーステアリング装置１では、エンド当たり判定部１０１によってエンド当たりの発生が判定されてから所定時間が経過するまでの間、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値に基づいて電動モータ１６を制御する。したがって、エンド当たりの発生によって操舵トルクが瞬間的に増加し、電動モータ１６の逆起電力が急減しても、電動モータ１６に出力される電流指令値は、ステアリングホイール１１の最大操舵角を維持する際の適正な値に補正される。

これにより、電動パワーステアリング装置１では、エンド当たりの際の衝撃が緩和され、伝達機構１２の破損防止や、大きな音による運転者への不快感の発生防止を実現できる。電流指令値の設定にあたっては、現アシスト電流値から余剰アシスト電流値を減算する処理で済むので、処理の複雑化も回避できる。

また、電動パワーステアリング装置１では、トルクセンサ１７によって検出した操舵トルクとその変化率に基づいて、エンド当たりの発生の有無を判定している。したがって、ステアリングホイール１１の据え切り操作や緊急回避操作をエンド当たりの発生として誤検出することが防止され、エンド当たりの発生を高精度に行うことが可能となる。舵角センサといった特別の検出手段を設ける必要もないため、低コスト化も実現できる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。 ＥＣＵの機能的な構成要素を示した図である。 逆起電力補正用波形の一例を示す図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。 エンド当たり判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両、２…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１６…電動モータ、１７…トルクセンサ（検出手段）、１０１…エンド当たり判定部（判定手段）、１０２…現アシスト電流値記憶部（第１の記憶手段）、１０３…電動モータ制御部（制御手段）、１０５…逆起電力補正用波形記憶部（第２の記憶手段）。

Claims (2)

1. 車両に取り付けられ、ステアリングホイールの操舵に応じて電動モータによる操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記ステアリングホイールにおけるエンド当たりの発生の有無を判定する判定手段と、
   前記エンド当たりが発生する直前の前記電動モータに対する現アシスト電流値を記憶する第１の記憶手段と、
   前記エンド当たりの発生によって変動する前記電動モータの逆起電力に基づいて算出される余剰アシスト電流値を記憶する第２の記憶手段と、
   前記エンド当たり判定手段によって前記エンド当たりが発生したと判定された場合に、前記エンド当たりの発生から所定時間が経過するまでの間、前記現アシスト電流値から前記余剰アシスト電流値を減算して得られる電流指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングホイールに付加される操舵トルクを検出する検出手段を更に備え、
   前記判定手段は、前記操舵トルクの変化率に基づいて前記エンド当たりの発生の有無を判定す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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