JP2009196573A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵系の切り増し操舵であるときは操舵補助指令値を制限せず、操舵系の操舵状態が操舵系の切り戻し操舵であるときは操舵補助指令値（操舵補助指令値）を制限してハンドル戻りを改善した電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 操舵状態、操舵トルク、車速、操舵速度等の情報に応じて操舵補助指令値制限ゲインを設定し、操舵補助指令値Ｉに操舵補助指令値制限ゲインＧを乗算して操舵補助指令値Ｉの制限処理を行う。操舵速度Ｓが零の状態（Ｓ＝０）が所定時間継続か否かの判定と、操舵トルクＴの符号と車速Ｖの符号とが一致か否かの判定結果（Ｐ１１、Ｐ１２）から、制限の必要がないときは操舵補助指令値制限ゲインＧを１に設定、制限の必要があれば操舵トルクＴ対応ゲインＧａ、車速Ｖ対応ゲインＧｂ、操舵速度Ｓ対応ゲインＧｃから操舵補助指令値制限ゲインＧｄを演算（Ｐ１６）、操舵補助指令値Ｉを制限する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵トルクを補助するアシストトルクの向きや大きさを制御する制御装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした装置であって、ステアリング装置に発生する操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクの値に応じた操舵補助指令値を演算し、演算された操舵補助指令値に基づいて決定されたモータ電流でモータを駆動し、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるものである。

ステアリング装置は、セルフアライニング機能を有し、運転者がステアリング装置を操作して転舵した後、直進状態（中立位置）に戻る切り戻し過程で、運転者がステアリング装置から手を放すと、車輪が路面から受ける抵抗（路面反力）により、車輪を中立位置に戻そうとするセルフアライニングトルクが発生し、車輪は自動的に中立位置に戻る。セルフアライニングトルクは、車速が大きいほど大きくなる。

電動パワーステアリング装置において、例えば、運転者がステアリング装置を操作して右に転舵しているものとすれば、セルフアライニングトルクにより車輪は自動的に中立位置、即ち左方向に動く。このとき、運転者は操舵していないので、本来は、検出された操舵トルク値は零で、モータ電流は流れず、アシストトルクが発生しない状態であるが、セルフアライニングトルクによりステアリング装置が自動的に回転して中立位置に復帰し（ハンドル戻りという）、車輪は中立位置に戻る。

しかしながら、実際には電動ステアリング装置のモータロータの慣性力や、ステアリング系の摩擦力等のため、特に低速走行時にはステアリング装置の中立位置への復帰（ハンドル戻り）が悪いという不都合があった。

この対策として、ステアリング装置のハンドル戻りの状態に応じて、車両の状態や操舵状態を示すパラメータ、例えば車速、操舵トルク、操舵トルクの微分値、操舵角、舵角速度等から、少なくとも２以上のパラメータをファジー入力としてファジー推論し、操舵トルクの微分値の補正値を演算してモータ制御を行うものが提案されている（特許文献１参照）。

また、モータの回転方向と操舵トルクの方向とが一致するか否かに基づいてアシストトルクの方向と大きさを決定してモータを駆動し、ハンドル戻りを改善するもの（特許文献２参照）、路面反力に基づくステアリング装置の中立位置へのハンドル戻り補正値を、ハンドル切り込みと切り戻しの方向に応じて異なった値としてハンドル切り込み時と切り戻し時のバランスを調整するようにしたもの等が提案されている（特許文献３参照）。
特開平０５−２０８６８４号公報 特開２００１−０８０５３６号公報 特開２００２−０２９４４１号公報

しかしながら、上記したハンドル切り込みと切り戻しの方向により、セルフアライニングトルクによるハンドル戻し補正値を補正するものでは、モータを駆動する操舵補助指令値は補正されていないため、ハンドル戻りを妨げる方向にモータ電流が流れて、ハンドル戻りを十分に改善することができなかった。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、操舵系に発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵系の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、操舵系に操舵補助トルクを発生させるモータと、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクと、車速検出手段で検出された車速とに基づいて操舵補助指令値を決定して前記モータを制御する制御手段と、前記操舵系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態に応じて、前記操舵補助指令値を制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置である。

そして、前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態とは、操舵系の切り増し操舵か操舵系の切り戻し操舵である。

また、前記制御手段は、前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態が、操舵系の切り増し操舵であるときは操舵補助指令値を制限せず、操舵系の操舵状態が操舵系の切り戻し操舵であるときは操舵補助指令値を制限するものとする。

また、前記制御手段は、前記操舵補助指令値の制限を、操舵トルク、車速、操舵速度に関する情報から選択された１又はそれ以上の複数の情報に基づいて行うものとする。

また、前記制御手段は、前記操舵補助指令値の制限を所定の比率で徐々に行うようにするとよい。

この発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、操舵補助トルクを発生させるモータに供給する電流を規定する操舵補助指令値を、検出された操舵系の操舵状態に応じて制限、即ち、操舵系の切り増し操舵であるときは操舵補助指令値を制限せず、操舵系の操舵状態が操舵系の切り戻し操舵であるときは操舵補助指令値を制限するものであるから、ハンドル戻りを十分に改善することができる。

以下、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置で実行される制御機能について説明する。

図１は電動パワーステアリング装置の制御装置１０の機能を説明するブロック図である。図示しないステアリング装置の操舵軸に配置されたトルクセンサにより検出された操舵トルクＴと、図示しない車速センサにより検出された車速Ｖが、操舵補助指令値演算部１１に入力される。

操舵補助指令値演算部１１は、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて、図示しないステアリング装置の出力軸に連結された操舵補助用のモータに供給する電流の大きさを規定する操舵補助指令値を演算するもので、操舵補助指令値演算部１１には予め操舵トルクＴと車速Ｖに対応した操舵補助指令値を規定した換算表（マップ）が記憶されているか、或いは予め設定されている所定の操舵補助指令値演算式が記憶されている。

操舵補助指令値演算部１１は、検出された操舵トルクＴと車速Ｖに基づいて、換算表から操舵補助指令値をＩ0 を出力し、或いは予め設定されている所定の演算式によって操舵補助指令値Ｉ0 を演算し出力する。

微分補償部１２は、後述する操舵補助指令値制限部２０から出力された操舵補助指令値Ｉａを微分補償する微分補償値Ｄｄを出力するもので、入力された操舵トルクＴと車速Ｖの微分値に基づく微分補償値Ｄｄを出力し、操舵トルクＴと車速Ｖの変動を補償する。

位相補償部１３は、操舵補助指令値演算部１１から入力された操舵補助指令値Ｉ0 の位相のずれを補償し、位相補償された操舵補助指令値を出力する。

ＳＡＴ補償部１４は、ステアリング装置の機構部分の摩擦により失われる操舵力を操舵トルクＴと車速Ｖから推定し、操舵補助指令値Ｉ0 を補償するためのＳＡＴ補償値を出力する。

収斂性補償部１５は、検出された操舵トルクＴと車速Ｖに関する情報に基づいて操舵補助指令値の収斂性を補償する収斂性補償値を出力する。

加算器１６は、位相補償部１３で位相補償された操舵補助指令値に、ＳＡＴ補償部１４から出力されたＳＡＴ補償値を加算し、ロバスト安定化補償部１７に出力する。

ロバスト安定化補償部１７は、加算器１６から出力された操舵補助指令値に対してロバスト安定化補償（制御対象の変化に対して所望の入出力応答を保つようにする適応制御）を行う。

加算器１８は、ロバスト安定化補償部１７で安定化補償された操舵補助指令値に、収斂性補償部１５から出力された収斂性補償値を加算し、前記した各種の補償処理がなされた操舵補助指令値Ｉを、後段の操舵補助指令値制限部２０の演算器２７に出力する。

操舵補助指令値制限部２０は、操舵状態判定部２１、操舵トルク感応ゲイン演算部２２、車速感応ゲイン演算部２３、操舵速度感応ゲイン演算部２４、操舵補助指令値制限ゲイン演算部２５、レイトリミッタ２６、及び演算器２７から構成され、以下説明する操舵補助指令値の制限に関する処理を行う。

操舵状態判定部２１は、検出された操舵トルクＴと車速Ｖ、及び操舵速度Ｓに関する情報に基づいて、ステアリングホイールの切り増し、ステアリングホイールを切った後、手を放してステアリングホイールが自動的に戻るハンドル戻り（操舵トルクが発生していない）、或いはステアリングホイールを切った状態で保持している等の、ステアリングホイールの状態を示す判定信号Ｄｓを出力し、操舵状態に応じた操舵補助指令値の制限処理の内容を規定する。

操舵トルク感応ゲイン演算部２２は、検出された操舵トルクＴと車速Ｖに関する情報に基づいて、操舵トルクＴに応じたゲインＧａを演算出力する。

即ち、操舵トルクＴが大きい領域では、運転者はステアリングホイールを操作しているものと判断されるから、操舵補助指令値を制限する必要はなく、操舵トルク感応ゲイン演算部２２からゲインＧａ＝１を出力する。また、操舵トルクＴが小さい領域では、運転者はステアリングホイールから手を放しハンドル戻りの状態と判断されるから、操舵補助指令値を制限する必要があり、操舵トルク感応ゲイン演算部２２から、ゲインＧａ＜１を出力する。

車速感応ゲイン演算部２３は、検出された車速Ｖに関する情報に基づいて、車速Ｖに応じたゲインＧｂを演算出力する。

即ち、車速が速い領域では、ＳＡＴが大きいためハンドル戻り速度が速いから、操舵補助指令値を制限する必要はなく、車速感応ゲイン演算部２３から、ゲインＧｂ＝１を出力する。また、車速が遅い領域では、ＳＡＴが小さいためハンドル戻り速度が遅いから、操舵補助指令値を制限する必要があり、車速感応ゲイン演算部２３から、ゲインＧｂ＜１を出力する。

操舵速度感応ゲイン演算部２４は、検出された操舵速度Ｓに関する情報に基づいて、操舵速度Ｓに応じたゲインＧｃを演算出力する。

即ち、操舵速度が速い領域では、ハンドル戻りは良いと判断されるから、操舵補助指令値を制限する必要はなく、操舵速度感応ゲイン演算部２４から、ゲインＧｃ＝１を出力する。また、操舵速度が遅い領域では、ハンドル戻りは良くないと判断されるから、操舵補助指令値を制限する必要があり、操舵速度感応ゲイン演算部２４から、ゲインＧｃ＜１を出力する。

操舵補助指令値制限ゲイン演算部２５は、操舵状態判定部２１から出力されたステアリングホイールの状態を示す判定信号と、前記した操舵トルク感応ゲイン演算部２２から出力されたゲインＧａ、車速感応ゲイン演算部２３から出力されたゲインＧｂ、操舵速度感応ゲイン演算部２４から出力されたゲインＧｃを入力とし、最終的に操舵補助指令値Ｉに対するアシストゲインＧｄを演算する。

レイトリミッタ２６は、操舵補助指令値制限ゲイン演算部２５から出力されたアシストゲインＧｄの変動を緩和したアシストゲインＧｅを出力するもので、例えば、運転者がステアリングホイールの切り増し操舵をした後、急に切り戻し操舵をしたような場合、アシストゲインＧｄの急激な減少を防ぐことができる。

演算器２７は、加算器１８から出力された各種補償処理がなされた操舵補助指令値Ｉにレイトリミッタ２６から出力された操舵補助指令値制限ゲインＧｅを乗算し（Ｉ×Ｇｅ）、操舵補助指令値Ｉａを出力する。

加算器３０は、演算器２７から出力された操舵補助指令値Ｉａに、微分補償部１２から出力された微分補償値を加算して、操舵トルクＴと車速Ｖの変動を補償した操舵補助指令値Ｉｂを出力する。

最大電流制限部３１は、入力された操舵補助指令値Ｉｂの最大電流値が、モータの焼損防止など安全のために予め設定された所定の限界値を越えないように制限するもので、所定の限界値未満の場合は、入力された操舵補助指令値Ｉｂがそのまま出力される。また、所定の限界値を越える場合は、操舵補助指令値Ｉｂの最大電流値が限界値に制限された操舵補助指令値Ｉｂが出力される。

モータ駆動回路３２は、入力された操舵補助指令値Ｉｂに基づいてＰＷＭ信号のデューテイ比を演算し、演算されたデューテイ比で操舵補助用のモータ３３が駆動される。

図２は、電動パワーステアリング装置の制御装置１０で実行される操舵補助指令値の制限処理を説明するフローチャートである。以下、図１に示す制御装置の機能を説明するブロック図と、図２に示すフローチャートを参照して、この発明の特徴部分である操舵補助指令値制限部２０における操舵補助指令値の制限処理について説明する。操舵補助指令値の制限処理は、操舵状態、操舵トルク、車速、操舵速度等の情報に応じて操舵補助指令値制限ゲインを設定し、操舵補助指令値Ｉに操舵補助指令値制限ゲインＧを乗算して操舵補助指令値Ｉの制限処理を行う。

まず、操舵状態判定部２１において、入力された操舵速度Ｓに関する情報に基づいて、操舵速度Ｓが零の状態（Ｓ＝０）が所定時間継続したか否か、即ち、運転者がステアリングホイールを保持した状態（操舵していない状態）が所定時間継続したか否かを判定する（ステップＰ１１）。判定の結果、操舵速度Ｓが零の状態（Ｓ＝０）が所定時間継続した場合は、操舵補助指令値を制限する必要はないので、以下説明するステップＰ１２からＰ１６までの操舵補助指令値制限ゲインＧの演算処理を省き、ステップＰ２０に移る。

また、操舵状態判定部２１において、入力された操舵トルクＴの符号（sin Ｔ）と車速Ｖの符号（sin Ｖ）とが一致したか否かを判定する（ステップＰ１２）。

ステップＰ１２の判定で、操舵トルクＴの符号（sin Ｔ）と車速Ｖの符号（sin Ｖ）が一致した場合は、運転者がステアリングホイールの切り増し操舵をしており、操舵状態にあると判定されるので、操舵補助指令値を制限する必要はないから、以下説明するステップＰ１３からＰ１６までの操舵補助指令値制限ゲインＧの演算処理を省き、ステップＰ２０に移る。

ステップＰ１２の判定で、操舵トルクＴの符号（sin Ｔ）と車速Ｖの符号（sin Ｖ）が一致しない場合は、ステアリングホイールの切り戻し操舵、或いはハンドル戻しの状態にあると判定され、操舵補助指令値を制限する必要があるので、ステップＰ１３以降の操舵補助指令値制限ゲインＧの演算処理に移る。

操舵トルク感応ゲイン演算部２２において、検出された操舵トルクＴと車速Ｖに関する情報に基づいて、操舵トルクＴに対応したゲインＧａを演算する。操舵トルクＴが大きい領域では操舵補助指令値を制限する必要がないのでゲインＧａを１（Ｇａ＝１）に設定し、また、操舵トルクＴが小さい領域ではハンドル戻りの状態と判断されるから操舵補助指令値を制限する必要があり、ゲインＧａは１より小（Ｇａ＜１）に設定する（ステップＰ１３）。

車速感応ゲイン演算部２３において、検出された車速Ｖに関する情報に基づいて、車速Ｖに応じたゲインＧｂを演算する。車速が速い領域ではハンドル戻り速度が速いから、操舵補助指令値を制限する必要はないのでゲインＧｂを１（Ｇｂ＝１）に設定し、また、車速が遅い領域ではハンドル戻り速度が遅いから操舵補助指令値を制限する必要があり、ゲインＧｂは１より小（Ｇｂ＜１）に設定する（ステップＰ１４）。

操舵速度感応ゲイン演算部２４において、検出された操舵速度Ｓに関する情報に基づいて、操舵速度Ｓに応じたゲインＧｃを演算する。操舵速度が速い領域ではハンドル戻りは良いと判断されるから操舵補助指令値を制限する必要はないのでゲインＧｃを１（Ｇｃ＝１）に設定し、また、操舵速度が遅い領域ではハンドル戻りは良くないと判断されるから操舵補助指令値を制限する必要があり、ゲインＧｃは１より小（Ｇｃ＜１）に設定する（ステップＰ１５）。

操舵補助指令値制限ゲイン演算部２５において、操舵状態判定部２１から出力されたステアリングホイールの状態を示す判定結果（前記ステップＰ１１、Ｐ１２の判定結果）と、前記したゲインＧａ、ゲインＧｂ、ゲインＧｃを入力とし、最終的に操舵補助指令値Ｉに対する操舵補助指令値制限ゲインＧｄを演算する（ステップＰ１６）。

ステップＰ１１の判定の結果、操舵補助指令値を制限する必要がない場合及びステップＰ１２の判定の結果操舵補助指令値を制限する必要がない場合は、ステップＰ２０に移り、操舵補助指令値制限ゲインＧｄを１（Ｇｄ＝１）に設定し、ステップＰ１７に移る。

レイトリミッタ２６において、操舵補助指令値制限ゲイン演算部２５から出力された操舵補助指令値制限ゲインＧｄの変動を緩和するレイトリミット処理を行い、レイトリミット処理された操舵補助指令値制限ゲインＧｅを出力する（ステップＰ１７）。演算器２７において、操舵補助指令値Ｉに操舵補助指令値制限ゲインＧｅを乗算し（ステップＰ１８）、操舵補助指令値Ｉａを出力して操舵補助指令値の制限処理を終了する。

この後、加算器３０において操舵補助指令値Ｉａに微分補償値が加算された操舵補助指令値Ｉｂは最大電流制限部３１で最大電流値が制限され、最大電流値が制限された操舵補助指令値Ｉｂに基づいて操舵補助用のモータ３３が駆動される。

図３は、この発明により達成されたハンドル戻りの特性を説明するハンドル戻り特性図であって、図３の線Ａは時間に対する操舵角の変化を示す線、線Ｂは時間に対する操舵トルクの変化を示す線である。

運転者がステアリング装置を操作して転舵した後、直進状態（中立位置）に戻る切り戻しの過程で、運転者がステアリング装置から手を放すと、車輪が路面から受ける抵抗（路面反力）により、車輪を中立位置に戻そうとするセルフアライニングトルクが発生し、車輪は自動的に中立位置に戻る。このときの時間に対する操舵角の変化は、図３で線Ａに示ように変化する。

このとき、運転者がステアリング装置から手を放しているから操舵トルクは発生していないので、操舵補助指令値Ｉａも零となるが、車輪が路面から受ける抵抗（路面反力）により車輪を中立位置に戻そうとするセルフアライニングトルクによりトルクセンサにはハンドル戻りを阻止する方向にトルクが発生し、ハンドル戻りを阻害するモータ電流が出力される。図３の線Ｂの部分ｘはこのハンドル戻りを阻害する方向に作用するトルクを示している。

そして、ハンドルが直進状態（中立位置）に戻っている最中も、操舵トルクの変動は暫く継続するから、ハンドル戻りを阻害するモータ電流（振動電流）が流れる。図３の線Ｂの部分ｙはハンドル戻りを阻害するモータ電流（振動電流）を発生させる操舵トルクを示している。

図４は、本願発明による操舵補助指令値の制御によるハンドル戻りの状態と、従来の電動パワーステアリング装置の操舵補助指令値の制御によるハンドル戻りの状態とを比較した図であって、図４の線Ａは、本願発明による操舵補助指令値の制御による時間に対する操舵角の変化を示す線、図４の線Ｂは、従来の操舵補助指令値の制御による時間に対する操舵角の変化を示す線を示している。

本願発明による操舵補助指令値の制御によれば、ハンドル戻りの場合は、操舵トルク及び操舵トルク振動により発生するモータ電流を制限するので、図４の線Ａに示すように、比較的短時間で操舵角が減少する。これに対し、従来の操舵補助指令値の制御によれば、ハンドル戻りの場合も操舵トルク及び操舵トルク振動により発生するモータ電流を制限しないので、図４の線Ｂに示すように、操舵角の減少には比較的長時間を必要とすることが分かる。

ハンドル戻りを改善した電動パワーステアリング装置の制御装置である。操舵補助トルクを発生させるモータに供給する操舵補助指令値を、検出された操舵系の操舵状態に応じて調整し、操舵系の切り増し操舵であるときは操舵補助指令値を制限せず、操舵系の操舵状態が操舵系の切り戻し操舵であるときは操舵補助指令値を制限する。

電動パワーステアリング装置の制御装置の機能を説明するブロック図。 操舵補助指令値の制限処理を説明するフローチャート。 この発明により達成されたハンドル戻りの特性を説明するハンドル戻り特性図。 この発明による操舵補助指令値の制御によるハンドル戻りの状態と、従来の電動パワーステアリング装置の操舵補助指令値の制御によるハンドル戻りの状態とを比較する図。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置の制御装置
１１ 操舵補助指令値演算部
１２ 微分補償部
１３ 位相補償部
１４ ＳＡＴ補償部
１５ 収斂性補償部
１６ 加算器
１７ ロバスト安定化補償部
１８ 加算器
２０ 操舵補助指令値制限部
２１ 操舵状態判定部
２２ 操舵トルク感応ゲイン演算部
２３ 車速感応ゲイン演算部
２４ 操舵速度感応ゲイン演算部
２５ 操舵補助指令値制限ゲイン演算部
２６ レイトリミッタ
２７ 演算器
３０ 加算器
３１ 最大電流制限部
３２ モータ駆動回路
３３ モータ

Claims (5)

1. 操舵系に発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵系の操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、操舵系に操舵補助トルクを発生させるモータと、前記操舵トルク検出手段で検出された操舵トルクと、車速検出手段で検出された車速とに基づいて操舵補助指令値を決定して前記モータを制御する制御手段と、前記操舵系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態に応じて、前記操舵補助指令値を制限すること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態とは、操舵系の切り増し操舵か操舵系の切り戻し操舵であること
   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の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記操舵状態検出手段により検出された操舵系の操舵状態が、操舵系の切り増し操舵であるときは操舵補助指令値を制限せず、操舵系の操舵状態が操舵系の切り戻し操舵であるときは操舵補助指令値を制限すること
   を特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記操舵補助指令値の制限を、操舵トルク、車速、操舵速度に関する情報から選択された１又はそれ以上の複数の情報に基づいて行うこと
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記操舵補助指令値の制限を所定の比率で徐々に行うこと
   を特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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