JP2009274661A - 車両用電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所謂ハンドル取られ時の車両挙動の安定化と運転者の運転負荷低減を図る。
【解決手段】少なくとも操舵トルクに応じてアシストモータ９による操舵アシスト量を制御する車両用電動パワーステアリング装置１において、操舵角を検出する操舵角センサ６と、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５を備え、操舵角センサ６により検出した操舵角の変化方向と操舵トルクセンサ５により検出した操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、前記両変化方向が同じである場合よりも操舵アシスト量を増大する。また、車両の前後方向の加速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくする。また、車両の前後方向の減速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両操舵時の運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置には、操舵トルクに応じて操舵アシスト量を制御するものがある。この電動パワーステアリング装置では、一般的に、操舵トルクが大きくなるほどアシストモータで発生させるアシストトルク（操舵アシスト量）を増大させ、操舵トルクが小さくなるほどアシストトルクを減少させている。

また、電動パワーステアリング装置には、セルフアライニングトルクの不足分をアシストモータによるアシストトルクで補うために、操舵角に応じて操舵アシスト量の補正を行うものもある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３８４７１７９号公報

ところで、車両が走行中に外乱（例えば、路面の凸凹等）を受けると所謂ハンドルを取られることにより車両の挙動が乱れる。その際に、運転者は外乱に抗してステアリングホイールを支持あるいは修正操舵を強いられるため、運転負荷が増大するという課題がある。
そこで、この発明は、所謂ハンドル取られ時の車両挙動の安定化と運転者の運転負荷低減を図ることができる車両用電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る車両用電動パワーステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、少なくとも操舵トルクに応じてアシストモータによる操舵アシスト量を制御する車両用電動パワーステアリング装置（例えば、後述する実施例における車両用電動パワーステアリング装置１）において、操舵角を検出する操舵角検出手段（例えば、後述する実施例における操舵角センサ６）と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（例えば、後述する実施例における操舵トルクセンサ５）を備え、前記操舵角検出手段により検出した操舵角の変化方向と前記操舵トルク検出手段により検出した操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、前記両変化方向が同じである場合よりも前記操舵アシスト量を増大することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置である。
ステアリングホイールからステアリングシャフトに入力される通常操舵時には操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向は同じ方向となるが、外乱がタイヤからステアリングシャフトに入力されるときには操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が逆になる。そこで、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、タイヤから外乱が入力されていると推定し、そのときには操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが同じである場合よりも操舵アシスト量を増大することにより、車両挙動の乱れを低減し、運転者の運転負荷を低減する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車両の前後方向の加速度が大きいほど前記操舵アシスト量を大きくすることを特徴とする。
車両の前後方向の加速度が大きいほど駆動輪で生じるトルクステアが大きくなり、ハンドル取られが起こり易いが、車両の前後方向の加速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくすることにより、加速時のハンドル取られを確実に抑制することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車両の前後方向の減速度が大きいほど前記操舵アシスト量を大きくすることを特徴とする。
車両の前後方向の減速度が大きいほど前輪への荷重負担が大きくなり、ハンドル取られが起こり易いが、車両の前後方向の減速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくすることにより、減速時のハンドル取られを確実に抑制することができる。

請求項１に係る発明によれば、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、タイヤから外乱が入力されていると推定し、そのときには操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが同じである場合よりも操舵アシスト量を増大するので、運転者の運転負荷を低減しつつ、ハンドル取られを抑制することができ、車両挙動の乱れを低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、加速時のハンドル取られを確実に抑制することができ、車両挙動の乱れを確実に低減することができる。

請求項３に係る発明によれば、減速時のハンドル取られを確実に抑制することができ、車両挙動の乱れを確実に低減することができる。

以下、この発明に係る車両用電動パワーステアリング装置の実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。
図１のブロック図に示すように、車両用電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストトルクを発生させるアシストモータ９と、アシストモータ９の回転数を検出するモータ回転数センサ２と、車両の速度（車速）を検出する車速センサ３と、車両に発生するヨーレートを検出するヨーレートセンサ４と、ステアリングシャフトに印加される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５と、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ６と、車両の前後方向の加速度（以下、前後Ｇと略す）を検出する前後Ｇセンサ７と、アシストモータ９を駆動する駆動回路８と、電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）１０と、を備えて構成されている。
モータ回転数センサ２、車速センサ３、ヨーレートセンサ４、操舵トルクセンサ５、操舵角センサ６、前後Ｇセンサ７は、それぞれ検出値に応じた出力信号をＥＣＵ１０に出力する。

ＥＣＵ１０は、ＥＰＳ基本制御部１１と、反力制御部１２と、ハンドル取られ制御部１３等を備えて構成されている。
ＥＰＳ基本制御部１１は、モータ回転数センサ２、車速センサ３、操舵トルクセンサ５の出力信号に基づいて、アシストモータ９の基本制御量Ｉｂを算出する。基本制御量Ｉｂの算出方法は公知の電動パワーステアリング装置と同じであるので詳細説明は省略するが、概略、アシストモータ９の回転数が大きくなるにしたがって（換言すると、操舵角速度が大きいほど）基本制御量Ｉｂが小さくなり、操舵トルクが大きくなるにしたがって基本制御量Ｉｂが大きくなり、車速が大きくなるにしたがって基本制御量Ｉｂが小さくなるように設定される。

反力制御部１２は、ヨーレートセンサ４の出力信号に基づいて反力補正量Ｉｙを算出する。反力補正量Ｉｙは、例えば車両の旋回走行時などにおいてヨーレートが発生したときに、このヨーレートを打ち消す方向のトルクを発生させる反力成分であり、ヨーレートが大きくなるにしたがって反力補正量Ｉｙが大きくなるように設定されている。
ハンドル取られ制御部１３は、操舵トルクセンサ５、操舵角センサ６、前後Ｇセンサ７の出力信号に基づいて、ハンドル取られ抑制補正量Ｉｈを算出する。ハンドル取られ抑制補正量Ｉｈの算出方法については、後で詳述する。

ＥＣＵ１０は、ＥＰＳ基本制御部１１により算出された基本制御量Ｉｂから、反力制御部１２により算出された反力補正量Ｉｙを減算し、さらにハンドル取られ制御部１３により算出されたハンドル取られ抑制補正量Ｉｈを加算して、アシストモータ９の目標電流Ｉｏを求め、この目標電流Ｉｏをモータ駆動回路８へ出力する。モータ駆動回路８では、アシストモータ９の実電流が前記目標電流Ｉｏと一致するように、フィードバック制御が行われる。これにより、この車両用電動パワーステアリング装置１においては、ハンドル取られが生じているときにはハンドル取られが生じていないときよりもアシストモータ９の目標電流Ｉｏを大きく設定し、アシストモータ９によるアシストトルクが大きくなるようにしている。

次に、図２から図４の図面を参照して、ハンドル取られ制御部１３において実行されるハンドル取られ抑制補正量算出処理を説明する。
まず、ハンドル取られの判定原理を図４の図面を参照して説明する。図４において上側は、車両が直線道路Ｒを蛇行して走行した場合の車両の軌跡を示し、道路Ｒにはその終端近くに外乱を生じさせる窪地Ｋが存在している。図４において下側は、道路Ｒを前記蛇行走行したときの車両の操舵角（図４において実線）と操舵トルク（図４において細線）の変化の様子を示したものである。

外乱のない通常の走行状態（つまり、ステアリングホイールからステアリングシャフトへ入力が行われている状態）では、操舵角の変化方向（図４において実線矢印）と操舵トルクの変化方向（図４において破線矢印）はほぼ同じになる。つまり、操舵角が右回転方向に増加している場合には、操舵トルクも右回転方向に増加し、操舵角が左回転方向に増加している場合には、操舵トルクも左回転方向に増加する。

しかしながら、車両のタイヤが窪地Ｋに入り、外乱がタイヤからステアリングシャフトへ入力されて、ハンドル取られの状態になると、操舵トルクの変化方向と操舵角の変化方向が逆になる。これは、運転者がハンドル取られに抗するため、タイヤからステアリングシャフトに作用するトルクに逆らって逆の方向へステアリングホイールを回転しようとするからである。

このことから、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が同じ場合には通常操舵状態であり、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が逆の場合には外乱入力によりハンドル取られが生じているときであると推定することができる。これが、ハンドル取られ判定原理である。

次に、図２のブロック図を参照して、ハンドル取られ制御部１３、およびハンドル取られ抑制補正量算出処理を説明する。
ハンドル取られ制御部１３は、方向判定部２１，２２と、ハンドル取られ判定部２３と、変動トルク算出部２４と、電流変換部２５と、前後Ｇ係数算出部２６等を備えて構成されている。
方向判定部２１は、操舵角センサ６の出力信号に基づいて操舵角の時間微分を行い、操舵角の変化方向を判別し、判別結果をハンドル取られ判定部２３へ出力する。
方向判定部２２は、操舵トルクセンサ５の出力信号に基づいて操舵トルクの時間微分を行い、操舵トルクの変化方向を判別し、判別結果をハンドル取られ判定部２３へ出力する。

ハンドル取られ判定部２３は、方向判定部２１，２２から入力した操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が同じか否かを判定し、その判定結果に応じてハンドル取られ抑制制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７を切り換える。詳述すると、ハンドル取られ判定部２３は、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が異なると判定した場合には、ハンドル取られ状態であると推定して、ハンドル取られ抑制制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７をＯＮとし、ハンドル取られ抑制補正を行うことを許可する。また、ハンドル取られ判定部２３は、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向が同じと判定した場合には、ハンドル取られ状態ではないと推定して、ハンドル取られ抑制制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７をＯＦＦとし、ハンドル取られ抑制補正を行うことを禁止する。

変動トルク算出部２４は、操舵トルクセンサ５の出力信号に対してハイパスフィルタ処理を行うことにより、操舵トルクの低周波成分をカットし、高周波成分のみを電流変換部２５へ出力する。この操舵トルクの高周波成分は、外乱入力によって生じたトルク変動と言うことができる。以下、前記高周波成分をトルク変動と称して説明する。
電流変換部２５は、変動トルク算出部２４から入力したトルク変動量に所定のゲインを乗じて電流値に変換し、積算器２８へ出力する。

前後Ｇ係数算出部２６は、前後Ｇセンサ７の出力信号に応じて、図３に示すＧ係数マップを参照して、Ｇ係数αを算出し、積算器２８へ出力する。図３に示すＧ係数マップでは、前後Ｇが−Ｇ３以上＋Ｇ１以下（−Ｇ３≦前後Ｇ≦＋Ｇ１）ではＧ係数αは「１」で一定であり（α＝１）、前後Ｇが＋Ｇ１から＋Ｇ２の間は前後Ｇが増大するにしたがってＧ係数αが１次関数的に増大し、前後Ｇが＋Ｇ２以上ではＧ係数αがα１で一定となり、前後Ｇが−Ｇ３から−Ｇ４の間は前後Ｇの絶対値が増加するにしたがってＧ係数αが一次関数的に増大し、前後Ｇが−Ｇ４以下ではＧ係数αがα１で一定となっている。なお、α１は１より大きく、前後Ｇがプラス値は加速を意味し、マイナス値は減速を意味する。つまり、加速度が大きいほどＧ係数αが大きくなり、減速度が大きいほどＧ係数αが大きくなるように設定されている。

積算器２８は、電流変換部２５から入力した電流値と、前後Ｇ係数算出部２６から入力したＧ係数αを乗算して、その積をハンドル取られ抑制制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７へ出力する。
ハンドル取られ抑制制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２７がＯＮの場合、すなわちハンドル取られ判定部２３によりハンドル取られ状態であると判定されているときには、積算器２８の出力が、ハンドル取られ抑制補正量Ｉｈとしてハンドル取られ制御部１３から出力され、前述したようにアシストモータ９の目標電流Ｉｏの算出に供される。

このように構成された車両用電動パワーステアリング装置１によれば、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、ハンドル取られ状態であると推定し、そのときには外乱入力によって生じたトルク変動の大きさに応じて算出したハンドル取られ抑制補正量Ｉｈだけアシストモータ９による操舵アシスト量を増大するので、操舵角の変化方向と操舵トルクの変化方向とが同じである場合よりも操舵アシスト量を増大することができる。その結果、運転者の運転負荷を低減しつつ、ハンドル取られを抑制することができ、車両挙動の乱れを低減することができる。

また、車両の前後方向の加速度が大きいほど駆動輪で生じるトルクステアが大きくなり、ハンドル取られが起こり易いが、この電動パワーステアリング装置１では、車両の前後方向の加速度が大きいほどＧ係数αを大きくして、ハンドル取られ抑制補正量Ｉｈを大きくしているので、車両の前後方向の加速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくすることができる。したがって、加速時にも、ハンドル取られを確実に抑制することができ、車両挙動の乱れを確実に低減することができる。

また、車両の前後方向の減速度が大きいほど前輪への荷重負担が大きくなり、ハンドル取られが起こり易いが、この電動パワーステアリング装置１では、車両の前後方向の減速度が大きいほどＧ係数αを大きくして、ハンドル取られ抑制補正量Ｉｈを大きくしているので、車両の前後方向の減速度が大きいほど操舵アシスト量を大きくすることができる。したがって、減速時にも、ハンドル取られを確実に抑制することができ、車両挙動の乱れを確実に低減することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、図３に示すＧ係数マップは一例であり、これに限るものではない。例えば、加速度、減速度の増加にしたがってＧ係数αを連続的に増大させてもよいし、あるいは階段状に増加させてもよい。
前述した実施例の反力制御部１２における反力補正量の算出方法は一例であり、これに限定されるものではなく、ヨーレート以外の他のファクターに基づいて反力補正量を算出することも可能である。

この発明に係る車両用電動パワーステアリング装置の実施例におけるブロック図である。 前記実施例におけるハンドル取られ制御部のブロック図である。 Ｇ係数マップの一例を示す図である。 ハンドル取られ判定原理を説明するための図である。

符号の説明

１ 車両用電動パワーステアリング装置
５ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
６ 操舵角センサ（操舵角検出手段）

Claims (3)

1. 少なくとも操舵トルクに応じてアシストモータによる操舵アシスト量を制御する車両用電動パワーステアリング装置において、
   操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、
   前記操舵角検出手段により検出した操舵角の変化方向と前記操舵トルク検出手段により検出した操舵トルクの変化方向とが異なる場合には、前記両変化方向が同じである場合よりも前記操舵アシスト量を増大することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。
2. 車両の前後方向の加速度が大きいほど前記操舵アシスト量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動パワーステアリング装置。
3. 車両の前後方向の減速度が大きいほど前記操舵アシスト量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動パワーステアリング装置。

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