JP2009292181A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保舵又は切り戻しからの再切り込み時においても良好な操舵フィーリングを実現することのできる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】急変防止処理部は、操舵状態が「切り込み」である場合には、そのローパスフィルタによるフィルタ効果が「切り込み」及び「保舵」時よりも低減されるように、当該ローパスフィルタのフィルタ定数を変更する。
【選択図】図６

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。

従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。そして、通常、こうしたＥＰＳでは、より優れた操舵フィーリングを実現すべく様々な補償制御が行われている。

例えば、運転者によるステアリング操作の状態（操舵状態）には、大別すると、操舵角を増大させる「切り込み」、その操舵角を維持する「保舵」、及び操舵角を減少させる「切り戻し」の３つの操舵状態があり、操舵フィーリングは、これらの各操舵状態毎に変化する。そして、その操舵フィーリングの変化は、上記各操舵状態が切り替わる移行時においてより顕著に現れる傾向がある。

この点を踏まえ、特許文献１に記載のＥＰＳは、上記基本アシスト制御量を演算する前段階において、その演算の基礎となる操舵トルクの値を、上記操舵状態に応じて補正する（操舵トルクシフト制御）。即ち、基本アシスト制御量を演算する前段階における操舵トルクを補正する構成とすることで、簡素な構成にて、その操舵状態に応じた異なるアシスト特性を実現することが可能になる。具体的には、「保舵」及び「切り戻し」時には、その基本アシスト制御量（の絶対値）が大きくなるように、当該操舵トルクシフト制御を実行する。そして、これにより、「保舵」に要する運手者の負担を軽減するとともに、「保舵」から「切り戻し」への移行時における違和感の発生を抑えて、より良好な操舵フィーリングの実現を図る構成となっている。
特開２００６−１４２９３２号公報

さて、上記のような補償制御を実行する場合、その補償成分には、多くの場合、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）等を用いた急変防止処理が施される。そして、これにより、アシスト力の急峻な変化を抑制して良好な操舵フィーリングの実現を図る構成となっている。

しかしながら、上記のような「保舵」及び「切り戻し」時にアシスト力を増大させるべく操舵トルクシフト制御を行なう構成においては、こうしたアシスト力の急変を防止するためのフィルタ処理（急変防止処理）の実行が、その良好な操舵フィーリングを阻害する結果となるおそれがある。

即ち、多くの場合、ステアリング操作は、ステアリング中立位置からの「切り込み」、「保舵」、そして再びステアリング中立位置への「切り戻し」という手順で行なわれる。従って、上記のような急変防止処理の併用は、その操舵状態が「保舵」から「切り戻し」へと移行する際に増大するアシスト力の急変を抑制する意味において有効に機能する。

ところが、実際には、図８に示すように、ステアリング中立での十分な時間経過を経ることなく、「保舵」又は「切り戻し」から直接的に「切り込み」へとその操舵状態が変化することがあり、このような場合には、その急変防止処理の実行により、上記「保舵」又は「切り戻し」時に増大したアシスト力の低減が遅延されることになる。そして、それに伴うアシスト力の過剰により、当該「再切り込み」時における「手応えの軽さ」、及びこれに付随する「所謂ロードインフォメーションの減少」や「切り増し感の少なさ」等といった操舵フィーリングの悪化が引き起こされる可能性があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、保舵又は切り戻しからの再切り込み時においても良好な操舵フィーリングを実現することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、検出される操舵トルクに基づき前記操舵系に付与するアシスト力の基礎成分を演算するとともに、判定される前記ステアリング操作の状態が切り戻し又は保舵である場合には、前記操舵系に付与するアシスト力を増大させるべく前記基礎成分の演算に用いる前記操舵トルクを補正する補償制御を実行するとともに、その補償成分の急峻な変動を抑制すべく該補償成分にフィルタ処理を施す電動パワーステアリング装置であって、前記制御手段は、前記ステアリング操作の状態が切り込みである場合には、前記フィルタ処理の効果を低減すべく、そのフィルタ定数を変更すること、を要旨とする。

上記構成によれば、フィルタ処理の実行による急変防止効果を損ねることなく、「再切り込み」時においても、その「保舵」又は「切り戻し」時に増大したアシスト力を速やかに低減して当該アシスト力の過剰を抑制することができる。その結果、「手応えの軽さ」、及びこれに付随する「所謂ロードインフォメーションの減少」や「切り増し感の少なさ」等の発生を防止して良好な操舵フィーリングを実現することができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記補償成分が大きいほど、より大きく前記フィルタ処理の効果を低減すべく前記フィルタ定数を変更すること、を要旨とする。
上記構成によれば、より効果的に「再切り込み」時におけるアシスト力の過剰を抑制することができる。

本発明によれば、保舵又は切り戻しからの再切り込み時においても良好な操舵フィーリングを実現することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更されるようになっている。

ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、その駆動源であるモータ１２がラック５と同軸に配置された所謂ラックアシスト型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ１２が発生するモータトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック５に伝達される。尚、本実施形態のモータ１２は、ブラシレスモータであり、ＥＣＵ１１から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。

一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、同ＥＣＵ１１は、これらの各センサの出力信号に基づいて、操舵トルクτ及び車速Ｖを検出する。そして、ＥＣＵ１１は、その検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ１０に発生させるべく、その駆動源であるモータ１２への駆動電力の供給を通じて、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳの制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン２１と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路２２とを備えている。

本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される実電流値Ｉを検出するための電流センサ２３、及びモータ１２の回転角θを検出するための回転角センサ２４が接続されている。そして、マイコン２１は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ１２の実電流値Ｉ及び回転角θ、並びに上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、駆動回路２２にモータ制御信号を出力する。尚、以下に示す制御ブロックは、マイコン２１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

詳述すると、本実施形態のマイコン２１は、ＥＰＳアクチュエータ１０に発生させるべき目標アシスト力に対応した電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部２５と、電流指令値演算部２５により算出された電流指令値Ｉq*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部２６とを備えている。

電流指令値演算部２５は、目標アシスト力の基礎成分である基本アシスト制御量Ｉas*を演算する基本アシスト制御部２７を備えており、同基本アシスト制御部２７には、操舵トルクτ（τ´）及び車速Ｖが入力されるようになっている。そして、基本アシスト制御部２７は、これら操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、基本アシスト制御量Ｉas*を演算する。具体的には、その入力される操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より絶対値の大きな基本アシスト制御量Ｉas*を演算する。そして、電流指令値演算部２５は、この基本アシスト制御部２７において演算された基本アシスト制御量Ｉas*に基づく値を、そのパワーアシスト制御における目標アシスト力となる電流指令値Ｉq*としてモータ制御信号出力部２６に出力する。

モータ制御信号出力部２６には、電流指令値演算部２５により演算された電流指令値Ｉq*とともに、電流センサ２３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ２４により検出されたモータ１２の回転角θが入力される。そして、モータ制御信号出力部２６は、目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉq*に実電流値Ｉを追従させるべく電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。

具体的には、本実施形態では、モータ制御信号出力部２６は、実電流値Ｉとして検出されたモータ１２の相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ座標系のｄ，ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）することにより、上記電流フィードバック制御を行う。

即ち、電流指令値Ｉq*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部２６に入力される。また、モータ制御信号出力部２６は、回転角センサ２４により検出された回転角θに基づいて相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ変換し、そのｄ，ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算する。そして、そのｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

そして、本実施形態のＥＣＵ１１は、上記のように生成されたモータ制御信号をマイコン２１が駆動回路２２に出力し、該駆動回路２２がそのモータ制御信号に基づく三相の駆動電力をモータ１２に供給することにより、ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する構成となっている。

［操舵トルクシフト制御］
次に、本実施形態のマイコン２１（電流指令値演算部２５）により実行される操舵トルクシフト制御の態様について説明する。

本実施形態のマイコン２１は、操舵角を増大させる「切り込み」、その操舵角を維持する「保舵」、及び操舵角を減少させる「切り戻し」という３つの操舵状態（ステアリング操作の状態）に応じて、そのパワーアシスト制御の基礎となる操舵トルクτを補正する補償制御（操舵トルクシフト制御）を実行する。

詳述すると、本実施形態の電流指令値演算部２５には、上記操舵トルクτの補正を実行する操舵トルクシフト制御部３０が設けられており、この操舵トルクシフト制御部３０には、操舵トルクτに加え、車速Ｖ、及びモータ１２の回転角速度ωが入力されるようになっている。そして、上記基本アシスト制御部２７には、この操舵トルクシフト制御部３０において、これらの各状態量に基づき実行される操舵トルクシフト制御により補正された後の操舵トルクτ´が入力される構成となっている。

さらに詳述すると、本実施形態の操舵トルクシフト制御部３０は、操舵トルクシフト制御を実行するための補償成分である操舵トルクシフト制御量εtsを演算する操舵トルクシフト制御量演算部３１と、当該操舵トルクシフト制御量εtsの急峻な変動を抑制すべくフィルタ処理を施す急変防止処理部３２とを備えている。

本実施形態の操舵トルクシフト制御量演算部３１は、操舵トルクτに基づき操舵トルクシフト制御の基礎成分となる基礎シフト量εts_bを演算する基礎シフト演算部３５、及び車速Ｖに応じた車速ゲインＫvを演算する車速ゲイン演算部３６、並びに運転者の操舵状態を示す遷移係数Ｋssを演算する遷移係数演算部３７を備えている。

図３に示すように、本実施形態の基礎シフト演算部３５は、入力される操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、より大きな値（同じく絶対値）を有する基礎シフト量εts_bを演算する。尚、この基礎シフト演算部３５による基礎シフト演算は、操舵トルクτと基礎シフト量εts_bとが関連付けられたマップに基づくマップ演算により実行される。そして、その出力される基礎シフト量εts_bの符号は、入力される操舵トルクτの符号と同一となっている。また、図４に示すように、本実施形態の車速ゲイン演算部３６は、入力される車速Ｖが大きいほど、より大きな車速ゲインＫvを演算する。

さらに、本実施形態では、遷移係数演算部３７には、操舵トルクτ及びモータ１２の回転角速度ωが入力されるようになっている。そして、遷移係数演算部３７は、その入力される操舵トルクτの方向及び回転角速度ωに基づいて、上述のような「切り込み」「保舵」「切り戻し」の３つ操舵状態に対応した値を有する遷移係数Ｋssを演算する。

具体的には、本実施形態の遷移係数演算部３７は、図５（ａ）（ｂ）に示されるような操舵トルクτの方向（τ＞０，τ＜０）及び回転角速度ωと遷移係数Ｋssとが関連付けられたマップ３７ａを備えている。そして、このマップ３７ａを用いたマップ演算の実行により遷移係数Ｋssを演算する構成となっている。

より具体的には、図５（ａ）に示すように、上記マップ３７ａにおいて、操舵トルクτの符号が「正（τ＞０）」である場合、モータ１２の回転角速度ωが「０」近傍の所定速度「ω０」以上の領域が「切り込み」に対応する領域に設定され、所定速度「-ω０」以下の領域が「切り戻し」に対応する領域に設定されている。

一方、図５（ｂ）に示すように、上記マップ３７ａにおいて、操舵トルクτの符号が「負（τ＜０）」である場合は、反対に、モータ１２の回転角速度ωが「０」近傍の所定速度「ω０」以上の領域が「切り戻し」に対応する領域に設定され、所定速度「-ω０」以下の領域が「切り込み」に対応する領域に設定されている。

即ち、本実施形態の遷移係数演算部３７は、基本的に、操舵トルクτの方向（符号）とモータ１２の回転角速度ωの方向（符号）とが一致する場合を「切り込み」、不一致である場合を「切り戻し」とし、「ω＝０」近傍の所定範囲（-ω０＜ω＜ω０）を「保舵」として判定する。

そして、上記のように構成されたマップ３７ａに基づいて、その入力される回転角速度ωが「切り込み」に対応する領域にある場合（τ＞０且つω≧ω０、又はτ＜０且つω≦-ω０）には「０」を、「切り戻し」に対応する領域にある場合（τ＞０且つω≦-ω０、又はτ＜０且つω≧ω０）には「１」を、遷移係数Ｋssとして演算する構成となっている。

尚、回転角速度ωが「保舵」に対応する領域にある場合（-ω０＜ω＜ω０）、遷移係数Ｋssは、その回転角速度ωに応じ、「切り戻し」側から「切り込み」側に向かって、「１」から「０」へと減少する方向に変化するように設定されている。

本実施形態では、これら基礎シフト演算部３５により演算された基礎シフト量εts_b、車速ゲイン演算部３６により演算された車速ゲインＫv、及び遷移係数演算部３７により演算された遷移係数Ｋssは、乗算器３８に入力される。そして、操舵トルクシフト制御量演算部３１は、これら基礎シフト量εts_b、遷移係数Ｋss、及び車速ゲインＫvを乗算した値を操舵トルクシフト制御量εtsとして出力する。

一方、本実施形態の急変防止処理部３２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）により構成されており、操舵トルクシフト制御量演算部３１の出力する操舵トルクシフト制御量εtsは、この急変防止処理部３２を通過することにより、その急峻な変動を抑制するためのフィルタ処理が施される（急変防止処理）。そして、操舵トルクシフト制御部３０は、この急変防止処理部３２によりフィルタ処理が施された後の操舵トルクシフト制御量εts´を、加算器３９において操舵トルクτに重畳することにより、当該入力された操舵トルクτの補正、即ち操舵トルクシフト制御を実行し、その補正後の操舵トルクτ´を基本アシスト制御部２７へと出力する構成となっている。

このように、本実施形態では、上記操舵トルクシフト制御の実行により、操舵状態が「保舵」又は「切り戻し」である場合には、その補正後の操舵トルクτ´によって基本アシスト制御量Ｉas*が増大するような操舵トルクシフト制御量εtsが演算される。その結果、「保舵」に要する運手者の負担が軽減されるとともに、「保舵」から「切り戻し」への移行時における違和感の発生が抑えられる。また、その操舵状態が「切り込み」である場合には、操舵トルクシフト制御量εtsは「０」となる。そして、これにより、過剰アシストの発生による所謂「ステアリングの軽さ」の発生を抑制して、良好な操舵フィーリングを確保する構成となっている。

また、上述のように、操舵トルクシフト制御による「保舵」及び「切り戻し」時のアシスト力増大と急変防止処理とを併用する構成においては、「再切り込み」時に、その増大したアシスト力の低減が遅延することにより生ずるアシスト力過剰によって、「手応えの軽さ」等の操舵フィーリングの悪化が引き起こされる可能性がある。

この点を踏まえ、本実施形態の急変防止処理部３２は、操舵状態が「切り込み」である場合には、そのローパスフィルタによるフィルタ効果が「切り込み」及び「保舵」時よりも低減されるように、当該ローパスフィルタのフィルタ定数を変更する。

即ち、図６に示すように、操舵状態が「切り込み」及び「保舵」である場合には、そのフィルタ効果を大として操舵トルクシフト制御量εts´の立ち上がりが遅くなるようなフィルタ定数（フィルタ定数Ａ）とすることにより、アシスト力の急峻な変化を抑制する。そして、操舵状態が「切り込み」である場合には、そのフィルタ効果を小として操舵トルクシフト制御量εts´の立ち下がりが速くなるようなフィルタ定数（フィルタ定数Ｂ）とすることにより、上記のような「再切り込み」時のアシスト力過剰、及びそれにより生ずる操舵フィーリング悪化を防止する構成となっている。

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の急変防止処理部３２には、遷移係数演算部３７により演算された遷移係数Ｋssが入力されるようになっている。そして、急変防止処理部３２は、当該遷移係数Ｋssに示される操舵状態に基づいて、そのローパスフィルタのフィルタ定数を切り替える。

即ち、図７のフローチャートに示すように、急変防止処理部３２は、入力される遷移係数Ｋssが「０」より大きいか否かを判定する（ステップ１０１）。そして、遷移係数Ｋssが「０」より大きい場合（Ｋss＞０、ステップ１０１：ＹＥＳ）には、ローパスフィルタの効果が大となるフィルタ定数Ａを選択し（ステップ１０２）、遷移係数Ｋssが「０」である場合（Ｋss＝０、ステップ１０１：ＮＯ）には、ローパスフィルタの効果が小となるフィルタ定数Ｂを選択する構成となっている（ステップ１０３）。

以上、本実施形態によれば、急変防止制御の効果を損ねることなく、「再切り込み」時においても、その「保舵」又は「切り戻し」時に増大したアシスト力を速やかに低減して当該アシスト力の過剰を抑制することができる。その結果、「手応えの軽さ」、及びこれに付随する「所謂ロードインフォメーションの減少」や「切り増し感の少なさ」等の発生を防止して良好な操舵フィーリングを実現することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態の操舵トルクシフト制御量演算部３１は、基礎シフト量εts_b、遷移係数Ｋss、及び車速ゲインＫvを乗算した値を操舵トルクシフト制御量εtsとすることとした。しかし、操舵トルクシフト制御量演算部３１の構成は、必ずしもこれに限るものではない。

・また、本実施形態では、運転者の操舵状態が、操舵トルクτ及びモータ１２の回転角速度ωに基づき演算される遷移係数Ｋssに示される構成とした。しかし、これに限らず、より直接的に、３つの操舵状態の何れかにあるか否かを判定する構成であってもよい。

・本実施形態では、急変防止処理部３２は、操舵状態が「切り込み」及び「保舵」である場合には、そのフィルタ効果を大となるようなフィルタ定数Ａを選択し、操舵状態が「切り込み」である場合には、そのフィルタ効果を小とするようなフィルタ定数Ｂを選択することとした。しかし、これに限らず、例えば、補償成分である操舵トルクシフト制御量εtsが大きいほど、より大きくフィルタ効果を低減するように連続的にフィルタ定数を変更する構成としてもよい。このような構成とすることで、より効果的に「再切り込み」時におけるアシスト力の過剰を抑制することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの制御ブロック図。 基礎シフト量演算の態様を示す説明図。 車速ゲイン演算の態様を示す説明図。 （ａ）（ｂ）遷移係数演算の態様を示す説明図。 操舵状態に応じたフィルタ定数変更の態様を示す説明図。 フィルタ定数変更の処理手順を示すフローチャート。 切り戻し又は保舵からの再切り込み時におけるアシスト力増加量の推移を示す波形図。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、６…転舵輪、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１４…トルクセンサ、１５…車速センサ、２１…マイコン、２２…駆動回路、２５…電流指令値演算部、２７…基本アシスト制御部、３０…操舵トルクシフト制御部、３１…操舵トルクシフト制御量演算部、３２…急変防止処理部、３５…基礎シフト演算部、３６…車速ゲイン演算部、３７…遷移係数演算部、３７ａ…マップ、τ，τ´…操舵トルク、Ｉas*…基本アシスト制御量、εts，εts´…操舵トルクシフト制御量、εts_b…基礎シフト量、Ｋss…遷移係数、Ａ，Ｂ…フィルタ定数。

Claims (2)

1. モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、検出される操舵トルクに基づき前記操舵系に付与するアシスト力の基礎成分を演算するとともに、判定される前記ステアリング操作の状態が切り戻し又は保舵である場合には、前記操舵系に付与するアシスト力を増大させるべく前記基礎成分の演算に用いる前記操舵トルクを補正する補償制御を実行するとともに、その補償成分の急峻な変動を抑制すべく該補償成分にフィルタ処理を施す電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御手段は、前記ステアリング操作の状態が切り込みである場合には、前記フィルタ処理の効果を低減すべく、そのフィルタ定数を変更すること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記補償成分が大きいほど、より大きく前記フィルタ処理の効果を低減すべく前記フィルタ定数を変更すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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