JP2009274692A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端当て時（操舵限界に達した時）の衝撃を十分に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】ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータ１２と、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段１４と、該トルク検出手段１４で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータ１２を駆動制御する制御手段１５と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータ１２のトルクを検出し、検出したトルクの変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段２３を備え、前記制御手段１５は、前記検知手段２３で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータ１２を駆動制御する逆アシスト制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般的なステアリング機構は、舵角が最大操舵角に達すると、構造上のストッパによって係止され、それ以上は操舵できない操舵限界となる。また、タイヤが縁石などに接触したときも、同様に操舵限界となる。このような操舵限界に達することを、端当てと称している。ところで、電動パワーステアリング装置により、最大操舵角に向けてアシストトルクを発生させると、端当て時の衝撃が大きくなり、ステアリング機構の劣化を早めたり、運転者に違和感を与えることになる。そこで、舵角が最大操舵角近傍の所定値を超えたときに、アシストトルクを低減すると共に、そのときの操舵速度が速いほど低減量を大きくするものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−２５３３５６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術にあっては、単にアシストトルクを低減させるだけなので、ステアリング機構のイナーシャは軽減されず、端当て時の衝撃を十分に緩和することはできない。
本発明の課題は、端当て時の衝撃を十分に緩和することである。

本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータのトルクを検出し、検出したトルクの変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出したトルクの変化率が所定値を超え、且つトルクの絶対値が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。
本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出したトルクの変化率が所定値を超え、且つトルクの絶対値が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータの電流を検出し、検出した電流の変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出した電流の変化率が所定値を超え、且つ電流が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。
本発明の請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出した電流の変化率が所定値を超え、且つ電流が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。

本発明の請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、ステアリング系に入力されるセルフアライニングトルクを検出し、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超え、且つセルフアライニングトルクの絶対値が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。
本発明の請求項９に係る電動パワーステアリング装置は、前記検知手段は、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超え、且つセルフアライニングトルクの絶対値が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする。

本発明の請求項１０に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、所定時間だけ、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする。
本発明の請求項１１に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときの運転者の操舵速度が速いほど、前記逆アシスト制御を行う所定時間を長くすることを特徴とする。

本発明の請求項１２に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときの運転者の操舵トルクが大きいほど、前記逆アシスト制御を行う所定時間を長くすることを特徴とする。
本発明の請求項１３に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときとは極性を反転させた電流指令値を算出し、算出した電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする。

本発明の請求項１４に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、前記電動モータへの通電方向を反転させて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする。
本発明の請求項１５に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、操舵角の絶対値が小さくなる方向で、パルス幅変調信号のデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする。

本発明によれば、操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に電動モータを駆動制御して逆アシスト制御を行うことで、ステアリング機構のイナーシャを軽減し、端当て時の衝撃を十分に緩和することができる。
ここで、操舵角が操舵限界に達したか否かは、電動モータのトルク、電流、及びセルフアライニングトルクから検知する。すなわち、トルクの変化率が所定値を超えるか、電流の変化率が所定値を超えるか、セルフアライニングトルクの変化率が所定値を超えるかしたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する。このように、電動モータのトルク、電流、及びセルフアライニングトルクなど、既存のシステム構成から入手できることが多いパラメータを利用するので、コストの増大を抑制しつつ、操舵限界を容易に検知することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、本実施形態の構成について説明する。
図１は、パワーステアリング装置の概略構成である。
ステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に保持され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。

出力軸２ｂに伝達される操舵力は、２つのヨーク４ａ、４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ、６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。

ピニオンシャフト７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって図示しない転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ８は、図２に示すように、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。

ラック軸８ｃの両端は、ボールジョイント９ａを介してタイロッド９に連結される。ラック軸８ｃを覆うギヤハウジング８ａの筒状部８ｄの内周面には、ラック軸８ｃが操舵限界（ストロークエンド）に達するときに、ボールジョイント９ａの内側端面に形成した緩衝部材８ｅと当接するストッパ部材８ｆが形成されている。これら緩衝部材８ｅとストッパ部材８ｆとの当接位置が構造上の操舵限界となる。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
減速ギヤ１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内には、運転者の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１４が配設されている。トルクセンサ１４は、トーションバーの捩れ角（相対角変位）を例えば磁気センサで検出し、これを操舵トルクＴとして換算するように構成されている。

トルクセンサ１４の出力は、図３に示すように、コントローラ１５に入力される。コントローラ１５には、車速センサ１６で検出した車速Ｖ、レゾルバやエンコーダ等の回転角センサ１７で検出した電動モータ１２の回転角θｍも入力される。

コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを算出する電流指令値算出部２１と、電流指令値Ｉｒｅｆを補償して電流指令値Ｉｒｅｆ′を出力する補償部２２と、端当てを検知する端当て検知部２３と、端当てを検知したときに操舵角の絶対値が小さくなる方向に電動モータ１２を駆動するための逆アシスト指令値Ｉｒを算出する逆アシスト指令値算出部２４と、端当てを検知していないときには電流指令値Ｉｒｅｆ′を選択し、端当てを検知したときには逆アシスト指令値Ｉｒを選択することにより、電流指令値Ｉｒｅｆ″を出力する選択部２５と、電流指令値Ｉｒｅｆ″を電流指令値Ｉｄ^*及びＩｑ^*に変換するｄ−ｑ軸変換部２６と、電流指令値Ｉｄ^*及びＩｑ^*に基づいてモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを生成するモータ制御部２７と、を備えている。

電流指令値算出部２１は、図４のマップを参照し、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。このマップは、図４に示すように、操舵トルク｜Ｔ｜が所定値Ｔ₁以下のときは、電流指令値Ｉｒｅｆが０を維持し、操舵トルク｜Ｔ｜が所定値Ｔ₁を超えると、操舵トルク｜Ｔ｜が大きいほど、且つ車速Ｖが低いほど、電流指令値｜Ｉｒｅｆ｜が大きくなるように設定されている。ここでは、右方向を正値、左方向を負値とする。

補償部２２は、図５に示すように、モータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωを算出する角速度算出部３１と、モータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度算出部３２と、ヨーレートの収斂性を補償するために車速Ｖ及びモータ角速度ωに応じて補償値Ｉｃを算出する収斂性補償部３３と、慣性感又は制御応答性の悪化を防止するためにモータ角加速度αに応じて補償値Ｉｉを算出する慣性補償部３４と、セルフアライニングトルクＳＡＴを算出するＳＡＴ推定フィードバック部３５と、を備える。

収斂性補償部３３は、ステアリングホイール１の振れ回りに対してブレーキを作用させるために、車速Ｖに応じた収斂性制御ゲインＫｖにモータ角速度ωを乗じて補償値Ｉｃを算出する。
ＳＡＴ推定フィードバック部３５は、下記に示すように、操舵トルクＴ、角速度ω、角加速度α、電流指令値Ｉｒｅｆに応じてセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する。

ここで、図６に示すように、運転者の操舵トルクＴに応じて電動モータ１２でアシストトルクＴｍを発生させると、車輪Ｗが転舵され、その反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。このとき、電動モータ１２の慣性Ｊ、及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによって、ステアリングホイール１の操舵抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。

Ｊ・α＋Ｆｒ・sign(ω)＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ ………（１）
上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
ＳＡＴ(s)＝Ｔｍ(s)＋Ｔ(s)−Ｊ・α(s)−Ｆｒ・sign(ω(s)) ………（２）

上記（２）式に示すように、電動モータ１２の慣性Ｊ、及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ、及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。なお、アシストトルクＴｍは、電流指令値Ｉｒｅｆに比例するので、これを代入する。

補償部２２は、補償値Ｉｃと、補償値Ｉｉと、セルフアライニングトルクＳＡＴとを加算して補償値Ｉｃｏｍを算出し、この補償値Ｉｃｏｍを電流指令値Ｉｒｅｆに加算することで電流指令値Ｉｒｅｆ′を出力する。
次に、端当て検知部２３、逆アシスト指令値算出部２４、及び選択部２５で実行される逆アシスト制御処理を、図７のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１では、端当ての検知状態を表す検知フラグがＦ＝０であるか否かを判定する。この判定結果がＦ＝０であれば、端当ては未だ検知されていないと判断してステップＳ２に移行する。一方、判定結果がＦ＝１であれば、端当てが既に検知されていると判断して後述するステップＳ１２に移行する。

ステップＳ２では、下記（３）式に示すように、モータ電流Ｉｑとモータ角加速度αとに応じてモータトルクＴｍを算出する。ここで、Ｋはモータトルクの係数、Ｊｍはロータの慣性モーメントである。
Ｔｍ＝Ｋ・Ｉｑ−Ｊｍ・α ………（３）

続くステップＳ３では、モータトルクＴｍを微分して変化率ΔＴｍを算出する。この変化率ΔＴｍは、モータトルクＴｍの絶対値の増加率に相当する。
続くステップＳ４では、変化率ΔＴｍが所定値ΔＴｓを超えたか否かを判定する。この所定値ΔＴｓは、ラック軸８ｃがストロークエンドに達したり、タイヤが縁石などに接触するなどして、通常のステアリング操作では発生しないような大きな増加率であり、例えば１５０［Nm/sec］程度である。この判定結果がΔＴｍ＞ΔＴｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断して後述するステップＳ７に移行する。一方、判定結果がΔＴｍ≦ΔＴｓであれば、端当ては発生していないと判断してステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、カウンタＣを０にリセットする。このカウンタＣは、端当て検知条件が成立してからの経過時間を表す。
続くステップＳ６では、電流指令値Ｉｒｅｆ′を、そのまま電流指令値Ｉｒｅｆ″として出力してから所定のメインプログラムに復帰する。

一方、ステップＳ７では、モータトルク｜Ｔｍ｜が所定値Ｔｓを超えているか否かを判定する。この所定値Ｔｓは、例えば２.０［Nm］程度である。この判定結果が｜Ｔｍ｜＜Ｔｓであれば、端当ては発生していないと判断して前記ステップＳ５に移行する。一方、判定結果が｜Ｔｍ｜≧Ｔｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断してステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、カウンタＣに１だけインクリメントする。
続くステップＳ９では、カウンタＣが所定値Ｃｓを超えているか否かを判定する。この所定値Ｃｓは、端当てによってモータトルクＴｍが急変する極僅かな時間に相当し、例えば１０msec程度である。この判定結果がＣ≦Ｃｓであれば、端当てが発生していない可能性があると判断して前記ステップＳ６に移行する。一方、判定結果がＣ＞Ｃｓであれば、端当てが発生していると判断してステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、カウンタＣを０にリセットする。
続くステップＳ１１では、検知フラグをＦ＝１にセットする。
続くステップＳ１２では、タイマＴに１だけインクリメントする。このタイマＴは、後述する逆アシスト制御を開始してからの経過時間を表す。

続くステップＳ１３では、タイマｔが所定値ｔｓより小さいか否かを判定する。この所定値Ｔｓは、運転者に違和感を与えることのない僅かな時間に相当し、例えば２０msec程度である。この判定結果がｔ＜ｔｓであれば、逆アシスト制御を継続する必要があると判断してステップＳ１４に移行する。一方、判定結果がｔ≧ｔｓであれば、逆アシスト制御を終了するために後述するステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１４では、操舵角の絶対値が小さくなる方向に、電動モータ１２を駆動制御するために、端当てを検知したときの電流指令値Ｉｒｅｆ′とは極性（符号）を反転させた状態で、下記１〜７の何れかの方法で、逆アシスト指令値Ｉｒを算出する。なお、方法２で述べる電流指令値制限制御とは、電源の状況に応じてモータ電流を必要十分に制限することにより、有限である電源からの供給電力内で最大限の操舵補助を行う制御を指す。

１．予め設定された所定値を用いる。
２．出力可能な最大値（例えば電流指令値制限制御による制限値）を用いる。
３．電流指令値｜Ｉｒｅｆ′｜を用いる。
４．端当てを検知したときの操舵速度に応じて算出する。例えば、操舵速度が大きいほど、逆アシスト指令値｜Ｉｒ｜を大きくする。
５．端当てを検知したときの操舵トルクＴに応じて算出する。例えば、操舵トルクＴが大きいほど、逆アシスト指令値｜Ｉｒ｜を大きくする。
６．端当てを検知したときの電流指令値｜Ｉｒｅｆ′｜を用いる。
７．上記３〜６を複合する。例えば、何れかをセレクトハイしたり、夫々を重み付けして加算したりする。

続くステップＳ１５では、逆アシスト指令値Ｉｒを、新たな電流指令値Ｉｒｅｆ″として出力してから所定のメインプログラムに復帰する。
一方、ステップＳ１６では、タイマＴを０にリセットする。
続くステップＳ１７では、検知フラグをＦ＝０にリセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。

ここで、コントローラ１５の説明に戻る。
ｄ−ｑ軸変換部２６は、図８に示すように、モータ回転角θｍに応じて電気角θｅを算出する電気角算出部４１と、電流指令値Ｉｒｅｆ″、電気角θｅ、及びモータ角速度ωに応じて電流指令値Ｉｄ^*を算出するｄ軸指令値算出部４２と、電気角θｅに応じてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Electromotive Force）のｄ軸成分ｅｄ(θｅ)、及びｑ軸成分ｅｑ(θｅ)を算出する誘起電圧モデル算出部４３と、ｄ軸成分ｅｄ(θｅ)、及びｑ軸成分ｅｑ(θｅ)、電流指令値Ｉｄ^*、並びに電流指令値Ｉｒｅｆ″に応じて電流指令値Ｉｑ^*を算出するｑ軸指令値算出部４４と、を備えている。

モータ制御部２７は、図９に示すように、電動モータ１２の各相コイルＬｊ（ｊ＝ｕ、ｖ、ｗ）に供給されるモータ電流Ｉｊを検出するモータ電流検出部６１と、モータ電流Ｉｊを３相／２相変換してモータ電流Ｉｄ及びＩｑを算出する３相／２相変換部６２と、電流指令値Ｉｄ^*からモータ電流Ｉｄを減算した偏差ΔＩｄ、及び電流指令値Ｉｑ^*からモータ電流Ｉｑを減算した偏差ΔＩｑに対して比例積分制御を行い、電圧指令値Ｖｄ及びＶｑを算出するＰＩ制御部６３と、電圧指令値Ｖｄ及びＶｑを２相／３相変換して各相の電圧指令値Ｖｊを算出する２相／３相変換部６４と、電圧指令値Ｖｊに応じてデューティ比Ｄｊのパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調部６５と、デューティ比Ｄｊのパルス幅変調信号に応じてモータ電流Ｉｊを電動モータ１２に出力するインバータ６６と、を備えている。

以上より、トルクセンサ１４が「トルク検出手段」に対応し、コントローラ１５が「制御手段」に対応し、端当て検知部２３、及びステップＳ４、Ｓ７、Ｓ９の処理が「検知手段」に対応する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
ステアリング機構ＳＭは、舵角が最大操舵角に達すると、構造上のストッパによって係止され、それ以上は操舵できない操舵限界となる。また、タイヤが縁石などに接触したときも同様である。このとき、電動モータ１２が最大操舵角に向けてアシストトルクを発生させると、端当て時の衝撃が大きくなり、ステアリング機構ＳＭの劣化を早めたり、運転者に違和感を与えることになる。

そこで、本実施形態では、操舵角が操舵限界に達したことを検知したときには、その時点の電流指令値Ｉｒｅｆ′とは極性を反転させた逆アシスト指令値Ｉｒを算出し（ステップＳ１４）、これを新たな電流指令値Ｉｒｅｆ″として出力する（ステップＳ１５）。こうして、操舵角の絶対値が小さくなる方向に、電動モータ１２を駆動制御して逆アシスト制御を行うことで、ステアリング機構ＳＭのイナーシャを軽減し、端当て時の衝撃を十分に緩和することができる。したがって、ステアリング機構ＳＭの劣化が早まったり、運転者に違和感を与えてしまうといった事態を回避できる。

また、逆アシスト指令値Ｉｒの算出は、ステップＳ１４で述べた１〜７の何れかの方法で行う。方法１〜３を採用すれば、演算負担を抑制することができ、方法４〜７を採用すれば、逆アシスト指令値Ｉｒを最適化することができる。すなわち、操舵速度が大きいほど、また操舵トルク｜Ｔ｜や電流指令値｜Ｉｒｅｆ′｜が大きいほど、端当て時の衝撃が大きくなるので、その分、逆アシスト指令値Ｉｒを大きくすることで、端当て時の衝撃を効果的に吸収することができる。

端当てが発生すると、モータ電流Ｉｑは増加し、モータ角加速度αは減少するので、前記（３）式からも明らかなように、モータトルクＴｍは急増する。したがって、このモータトルクＴｍの変化率ΔＴｍを算出し（ステップＳ５）、変化率ΔＴｍが所定値ΔＴｓを超え（ステップＳ４の判定が“Yes”）、且つモータトルク｜Ｔｍ｜が所定値Ｔｓを超えた状態で（ステップＳ５の判定が“Yes”）、所定時間が経過したときに（ステップＳ９の判定が“Yes”）、操舵角が操舵限界に達したと検知する。

これにより、操舵角が操舵限界に達したことを正確に検知することができる。例えば、不整路やベルジアン路（石畳路）等を走行する場合、タイヤから大きな振動が断続的に入力されることがあるが、変化率ΔＴｍのみならず、モータトルクＴｍや経過時間を併せて勘案することで、そうした断続的な外乱を、端当てとして誤検知することを防止できる。また、モータトルクＴｍ、その変化率ΔＴｍなど、既存のシステム構成から入手可能なパラメータを利用するので、コストの増大を抑制しつつ、操舵限界を容易に検知することができる。

また、上記の逆アシスト制御を開始してから、所定時間が経過したら（ステップＳ１３の判定が“No”）、再び電流指令値Ｉｒｅｆ′を電流指令値Ｉｒｅｆ″として出力する（ステップＳ６）。この所定時間は、例えば２０msec程度の僅かな値なので、不必要に逆アシスト制御を継続して運転者に違和感を与えるようなことはない。

〔変形例〕
なお、本実施形態では、端当てを検知する基準として、固定された所定値ΔＴｓやＴｓを用いたが、これに限定されるものではなく、車速Ｖに応じて所定値ΔＴｓやＴｓを可変にしてもよい。すなわち、車速Ｖが高いほど、操舵角が構造上の操舵限界に達する可能性は低まるので、その分、所定値ΔＴｓやＴｓを大きくして端当てを検知しにくくすることで、誤検知を防止できる。

また、本実施形態では、逆アシスト制御の継続時間を一定にしているが、これに限定されるものではない。例えば、端当て検知したときの操舵速度が大きいほど、また操舵トルク｜Ｔ｜が大きいほど、端当て時の衝撃が大きくなるので、その分、逆アシスト制御の継続時間を長くすることで、端当て時の衝撃を効果的に吸収することができる。
また、本実施形態では、端当てを検知したら、所定時間が経過するまで、逆アシスト制御を実行しているが、これに限定されるものではなく、端当てを検知している間だけ、逆アシスト制御を実行するだけもよい。
また、本実施形態では、ブラシレスモータを採用しているが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータを採用してもよい。

〔第２実施形態〕
本実施形態で実行する逆アシスト制御処理を、図１０に示すように、前記ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ７の代わりに、新たなステップＳ２１〜Ｓ２３を実行することを除いては、第１実施形態と同様の処理を実行する。

ステップＳ２１では、モータ電流Ｉｑを微分して変化率ΔＩｑを算出する。この変化率ΔＩｑは、モータ電流Ｉｑの増加率に相当する。
続くステップＳ２２では、変化率ΔＩｑが所定値ΔＩｓを超えたか否かを判定する。この所定値ΔＩｓは、ラック軸８ｃがストロークエンドに達したり、タイヤが縁石などに接触するなどして、通常のステアリング操作では発生しないような大きな増加率である。この判定結果がΔＩｑ＞ΔＩｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断してステップＳ２３に移行する。一方、判定結果がΔＩｑ≦ΔＩｓであれば、端当ては発生していないと判断して前記ステップＳ５に移行する。

ステップＳ２３では、モータ電流Ｉｑが所定値Ｉｓを超えているか否かを判定する。この所定値Ｉｓは、例えば定格電流の１１０％程度である。この判定結果がＩｑ＜Ｉｓであれば、端当ては発生していないと判断して前記ステップＳ５に移行する。一方、判定結果がＩｑ≧Ｉｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断して前記ステップＳ８に移行する。
以上より、ステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ９の処理が「検知手段」に対応する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
前述したように、端当てが発生すると、モータ電流Ｉｑは増加し、モータ角加速度αは減少するので、モータ電流Ｉｑの変化率ΔＩｑを算出し（ステップＳ２１）、変化率ΔＩｑが所定値ΔＩｓを超え（ステップＳ２２の判定が“Yes”）、且つモータ電流Ｉｑが所定値Ｉｓを超えた状態で（ステップＳ２３の判定が“Yes”）、所定時間が経過したときに（ステップＳ９の判定が“Yes”）、操舵角が操舵限界に達したと検知する。

これにより、操舵角が操舵限界に達したことを正確に検知することができる。また、モータ電流Ｉｑ、その変化率ΔＩｑなど、既存のシステム構成から入手可能なパラメータを利用するので、コストの増大を抑制しつつ、操舵限界を容易に検知することができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態で実行する逆アシスト制御処理を、図１１に示すように、前記ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ７の代わりに、新たなステップＳ３１〜Ｓ３３を実行することを除いては、第１実施形態と同様の処理を実行する。
ステップＳ３１では、セルフアライニングトルクＳＡＴを微分して変化率ΔＳＡＴを算出する。この変化率ΔＳＡＴは、セルフアライニングトルクＳＡＴの増加率に相当する。

続くステップＳ３２では、変化率ΔＳＡＴが所定値ΔＳＡＴｓを超えたか否かを判定する。この所定値ΔＳＡＴｓは、ラック軸８ｃがストロークエンドに達したり、タイヤが縁石などに接触するなどして、通常のステアリング操作では発生しないような大きな増加率であり、例えば３０００［Nm/sec］程度である。この判定結果がΔＳＡＴ＞ΔＳＡＴｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断してステップＳ３３に移行する。一方、判定結果がΔＳＡＴ≦ΔＳＡＴｓであれば、端当ては発生していないと判断して前記ステップＳ５に移行する。

ステップＳ３３では、セルフアライニングトルクＳＡＴが所定値ＳＡＴｓを超えているか否かを判定する。この所定値ＳＡＴｓは、例えば４０［Nm］程度である。この判定結果がＳＡＴ＜ＳＡＴｓであれば、端当ては発生していないと判断して前記ステップＳ５に移行する。一方、判定結果がＳＡＴ≧ＳＡＴｓであれば、端当てが発生している可能性があると判断して前記ステップＳ８に移行する。
以上より、ステップＳ３２、Ｓ３３、Ｓ９の処理が「検知手段」に対応する。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
前述したように、端当てが発生すると、モータトルクＴｍが増加するので、前記（２）式からも明らかなように、セルフアライニングトルクＳＡＴは増加する。したがって、セルフアライニングトルクＳＡＴの変化率ΔＳＡＴを算出し（ステップＳ３１）、変化率ΔＳＡＴが所定値ΔＳＡＴｓを超え（ステップＳ３２の判定が“Yes”）、且つセルフアライニングトルクＳＡＴが所定値ＳＡＴｓを超えた状態で（ステップＳ３３の判定が“Yes”）、所定時間が経過したときに（ステップＳ９の判定が“Yes”）、操舵角が操舵限界に達したと検知する。

これにより、操舵角が操舵限界に達したことを正確に検知することができる。また、セルフアライニングトルクＳＡＴ、その変化率ΔＳＡＴなど、既存のシステム構成から入手可能なパラメータを利用するので、コストの増大を抑制しつつ、操舵限界を容易に検知することができる。

〔第４実施形態〕
本実施形態は、ブラシ付きモータを採用したものであり、モータ制御部２７は、図１２に示すように、四つの電解効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）を有するＨブリッジ回路を備えている。

逆アシスト制御を行う際には、図１３に示すように、Ｈブリッジ回路により、電動モータ１２への通電方向を反転させて電動モータ１２を駆動制御する。このようなブラシシステムでは、フラグ判定によって駆動方向を切替えるため、例えばｆ＝１を正方向、ｆ＝０を負方向とした場合、端当てを検知した時点の駆動方向がｆ＝１であればｆ＝０に反転させ、逆にｆ＝０であればｆ＝１に反転させる。
このように、単にＨブリッジ回路により、電動モータ１２への駆動方向を反転させるだけなので、演算負担を抑制することができる。

〔第５実施形態〕
本実施形態は、前述した逆アシスト制御に相当する処理を、図１４に示すように、モータ制御部２７で実行するものである。すなわち、逆アシスト制御を行う際、操舵角の絶対値が小さくなる方向で、パルス幅変調信号のデューティ比Ｄｊを設定し、設定したデューティ比Ｄｊのパルス幅変調信号をインバータ６６へ出力する。

このとき、モータ電流に応じたフィードバック制御ではなく、モータ回転角θｍに応じたフィードフォワード制御により、逆アシスト制御を実行する。デューティ比Ｄｊの最大値は、例えば前述した電流指令値制限制御による制限値をもとに算出する。

電圧を一定に保ち矩形状の波形となるパルス幅変調制御を採用しているが、レゾルバのように高分解能信号が得られれば、電圧を連続的に変化させ正弦曲線状の波形となるパルス振幅制御としてもよい。
このように、逆アシスト制御をモータ制御部２７で実行しても、前述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

電動パワーステアリング装置の概略構成である。 ステアリングギヤの概略構成である。 コントローラのブロック図である。 電流指令値の算出に用いるマップである。 補償部のブロック図である。 セルフアライニングトルクの概念図である。 第１実施形態の逆アシスト制御処理を示すフローチャートである。 ｄ−ｑ軸変換部のブロック図である。 モータ制御部のブロック図である。 第２実施形態の逆アシスト制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の逆アシスト制御処理を示すフローチャートである。 第４実施形態のＨブリッジ回路である。 Ｈブリッジ回路の動作を示す。 第５実施形態のモータ制御部を示すブロック図である。

符号の説明

ＳＭ…ステアリング機構、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…ステアリングコラム、４、６…ユニバーサルジョイント、５…中間シャフト、８…ステアリングギヤ、８ａ…ギヤハウジング、８ｂ…ピニオン、８ｃ…ラック軸、８ｅ…緩衝部材、８ｆ…ストッパ部材、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１４…トルクセンサ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１７…回転角センサ、２１…電流指令値算出部、２２…補償部、２３…端当て検知部、２４…逆アシスト指令値算出部、２５…選択部、２６…ｄ−ｑ軸変換部、２７…モータ制御部、３１…角速度算出部、３２…角加速度算出部、３３…収斂性補償部、３４…慣性補償部、３５…ＳＡＴ推定フィードバック部、４１…電気角算出部、４２…ｄ軸指令値算出部、４３…誘起電圧モデル算出部、４４…ｑ軸指令値算出部、６１…モータ電流検出部、６２…３相／２相変換部、６３…ＰＩ電流制御部、６４…２相／３相変換部、６５…パルス幅変調部、６６…インバータ

Claims (15)

1. ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータのトルクを検出し、検出したトルクの変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記検知手段は、検出したトルクの変化率が所定値を超え、且つトルクの絶対値が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知す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。
3. 前記検知手段は、検出したトルクの変化率が所定値を超え、且つトルクの絶対値が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知す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。
4. ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータの電流を検出し、検出した電流の変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 前記検知手段は、検出した電流の変化率が所定値を超え、且つ電流が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する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。
6. 前記検知手段は、検出した電流の変化率が所定値を超え、且つ電流が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する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。
7. ステアリング系にアシストトルクを伝達可能な電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   ステアリング系に入力されるセルフアライニングトルクを検出し、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知する検知手段を備え、
   前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 前記検知手段は、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超え、且つセルフアライニングトルクの絶対値が所定値を超えたときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記検知手段は、検出したセルフアライニングトルクの変化率が所定値を超え、且つセルフアライニングトルクの絶対値が所定値を超えた状態で、所定時間が経過したときに、操舵角が操舵限界に達したと検知することを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときに、所定時間だけ、操舵角の絶対値が小さくなる方向に前記電動モータを駆動制御する逆アシスト制御を行うことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときの運転者の操舵速度が速いほど、前記逆アシスト制御を行う所定時間を長くすることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記制御手段は、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときの運転者の操舵トルクが大きいほど、前記逆アシスト制御を行う所定時間を長くすることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、前記検知手段で操舵角が操舵限界に達したことを検知したときとは極性を反転させた電流指令値を算出し、算出した電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、前記電動モータへの通電方向を反転させて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記制御手段は、前記逆アシスト制御を行う際、操舵角の絶対値が小さくなる方向で、パルス幅変調信号のデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいて前記電動モータを駆動制御することを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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