JP2011105082A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクセンサを用いて操舵アシスト力と旋回保舵判定を行い、車輌が高速にて旋回保舵走行する場合に於ける操舵アシスト力を低減することで、安価な構成の電動パワーステアリング装置としながら、必要な保舵力が低減されて運転者の保舵負担を軽減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。
【解決手段】操舵トルクセンサからの操舵トルク検出値と車速信号を用いて、旋回保舵判定部からの判定結果に基づいて保舵アシスト力設定部の出力ゲインを調整し、旋回保舵時の操舵アシスト力を増加させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に旋回保舵を行う電動パワーステアリング装置に関するものである。

これには、従来より、高速旋回保舵走行時に於ける保舵力を軽減するという課題があった。

この部分の改善の先行技術としては、図８に示す特許文献１（特開平６−１２７４１３号公報）に記載の技術があり、これは、操舵アシスト力を発生するモータと、操舵トルク検出装置により検出される操舵トルクに応じて操舵アシスト量を演算し操舵アシスト量に基づきモータを制御する制御装置と、車速検出装置により検出される車速が高いほど操舵アシスト量を低減補正するアシスト量補正装置とを有する車速感応型の電動式パワーステアリング装置であり、保舵状態検出装置により保舵状態が検出されたときには、アシスト量補正装置により操舵アシスト量を増加させ、操舵力を低減するというものである。

しかしながら、この先行技術には、操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサと、保舵状態を検出するための操舵角センサの２つのセンサを用いながら制御を行っていることから、電動パワーステアリング装置が高価なものになるという問題があった。

特開平６−１２７４１３号公報

本発明の目的は、上記問題に鑑み、操舵トルクセンサを用いて操舵アシスト力と旋回保舵判定を行い、車輌が高速にて旋回保舵走行する場合に於ける操舵アシスト力を低減することで、安価な構成の電動パワーステアリング装置としながら、保舵力が低減されて運転者の保舵負担を軽減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である。

本発明は、上記問題を解決するために、操舵トルクセンサからの操舵トルク検出値と、車両から提供される車速信号を用いて、旋回保舵判定部からの判定結果に基づいて保舵アシスト力設定部の出力ゲインを調整し、旋回保舵時の操舵アシスト力を調整することを特徴とする。

本発明によれば、車両が高速にて旋回保舵走行する場合に、操舵力を低減することができるので、必要な保舵力が低減されて運転者の保舵負担が軽減される。また、操舵トルクセンサ単体で操舵アシスト力と旋回保舵判定を行うことが可能となるので、安価な構成の電動パワーステアリング装置を提供することができるという効果が有る。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の概要図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明に係る制御装置の実施例の保舵判定の論理構成図を示すものである。 本発明に係る制御装置の実施例の保舵抜け判定の論理構成図を示すものである。 本発明に係る制御装置の実施例の保舵判定のゲイン出力図である。 本発明に係る制御装置の実施例の保舵抜け判定のゲイン出力図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１にドライバー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に回転自在に内装され、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。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、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。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８で車両幅方向の直進運動に変換されて左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって転舵輪ＷＬ，ＷＲを転舵させる。

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に連結した減速機構１１と、この減速機構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。

また、減速機構１１のステアリングホイール１側に連結されたハウジング１３内に操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。

そして、操舵トルクセンサ１４から出力される操舵トルク検出値Ｔは、図２に示すように、コントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、操舵トルクセンサ１４からの操舵トルク検出値Ｔの他に車速センサ１９で検出した車速Ｖｓ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉ及びエンコーダ等で構成される回転角センサ１８で検出したステアリングシャフト２の回転角θも入力される。

さらに、コントローラ１５は、バッテリー１６を電源としＩＧＮスイッチ１７を介して電源を入力するので、ＩＧＮスイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦで電動パワーステアリングシステム全体は起動／停止している。バッテリー１６の電源を、電源リレー２０を介してコントローラ１５に直接入力し、ＩＧＮスイッチ１７で電源リレー２０を駆動し電源を入力しても良い。

図３は、本願発明のコントローラ１５の制御ブロック図で、コントローラ１５では操舵トルクセンサ１４から入力される操舵トルク検出値Ｔと車速検出値Ｖｓに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる電流指令値を操舵補助指令値演算部３１で演算し、位相補償部３２、微分補償部３３、収斂性制御部３４、慣性補償部３５の補償値を演算し、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ１を算出する。操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ１は、後述する保舵アシスト力設定部５１を介し、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ２を出力し、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ２は、モータ電流検出部４２の検出値をフィードバックし、さらに、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ２は、ＰＩ制御３６、ＰＷＭ制御３７がなされ、電流制御値Ｅが演算される。

演算された電流制御値Ｅはインバータ３８に入力され、インバータ３８は電流制御値Ｅに基づいて電動モータ１２を駆動制御し、操舵アシスト力を発生させる。

また、回転角センサ１８で検出したモータ回転角θは角速度演算部４０でモータ角速度ωを演算し、更に角加速度演算部４１でモータ角加速度αを演算し、車速検出値Ｖｓと共に収斂性制御部３４、慣性補償部３５により操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ１を補償し電動パワーステアリングの操舵性を向上させている。

旋回保舵判定部５０は、車速検出値Ｖｓと操舵トルク検出値Ｔから図４及び図５に示す論理構成から旋回保舵の判定及び、旋回保舵抜け判定を行う。

図４は、旋回保舵判定を行う論理構成図であり、各構成要件について説明する。

車速検出値Ｖｓは、車速基準値Ａより大きいことを条件としている。これは、車速の低い速度における旋回はドライバーの保舵負担が軽微であることから、ドライバーの保舵負担が車速に連れて大きくなることを想定して車速基準値Ａを設定する。車速基準値Ａは、例えば６０Ｋｍ／ｈに設定される。

操舵トルク検出値Ｔは、トルク基準値Ｂより大きい場合を条件としている。これは、トルク値が高いほどドライバーの保舵負担が高いことから、ドライバーの保舵負担がトルク値に連れて大きくなることを想定してトルク基準値Ｂを設定する。トルク基準値は、例えば左右操舵方向の各々の最大検出値の８０％に設定している。実施例では操舵トルク検出値Ｔの絶対値を用いているが、本願の場合、例えば右方向を正とし、左方向を負の値となることを想定している。操舵トルク検出値Ｔが左右方向共に正の値となる場合は、絶対値を用いなくても良い。

トルク変化量△Ｔは、トルク変化量基準値Ｃより小さく設定している。これは、ドライバーの保舵負担が高い状態を継続している、即ち、操舵トルク検出値Ｔが前記の高い状態で継続していることを検出すると共に、トルク変化量△Ｔの変動が大きい場合は、車両の走行挙動が不安定であることが想定されるので、旋回保舵アシスト力を増加させて更に車両の走行挙動の不安定感を助長することを防止している。トルク変化量基準値Ｃは例えば最大トルクの２０％に設定される。

継続時間ｔ１は、車速基準値Ａより大きく、トルク基準値Ｂより大きく、かつトルク変化量基準値Ｃより小さい状態がＤｓｅｃ以上続いた場合に、旋回保舵の判定を行って保舵アシスト力設定部５１に判定結果を出力する。これは、車速が高く、操舵トルクが高く、更に操舵トルクの高い状態が一定時間継続している時にドライバーの保舵負担が高いと判定し、旋回保舵アシスト力を増加させるように構成されている。継続時間Ｄは例えば３ｓｅｃ程度に設定される。

図５は、旋回保舵抜け判定を行う論理構成図であり、各構成要件について説明する。

車速基準値Ａ、トルク変化量基準値Ｃは、前記の条件の基準値を同じに対蹠的に設定されるので、詳細説明は省略する。

操舵トルク検出値Ｔは、トルク基準値Ｇ以下に設定され、トルク基準値Ｇは、例えば最大検出値の７０％に設定される。また、トルク基準値はＢ＞Ｇの関係を持つことで、操舵トルク検出値Ｔにおいて旋回保舵判定と旋回抜け判定の間に生じるチャタリング現象を防止するように設定される。

継続時間ｔ２は、車速基準値Ａ以下、又は、トルク基準値Ｇ以下、又は、トルク変化量基準値Ｃ以上のいずれかの状態がＦｓｅｃ以上続いた場合に、旋回保舵抜けの判定を行って保舵アシスト力設定部５１に判定結果を出力する。継続時間Ｆは例えば３ｓｅｃ程度に設定される。

図６、図７は、保舵アシスト力設定部５１が旋回保舵判定部５０からの判定結果に基づいて出力するゲイン特性を示す図である。

図６は旋回保舵の判定が行われた場合に、ゲインを一定時間αの間に徐々に増加させることを示しており、操舵補助トルクを徐々に増加させてドライバーに違和感を与えないようにしている。一定時間αは例えば１ｓｅｃに設定される。

図７は旋回保舵抜けの判定が行われた場合に、ゲインを一定時間βの間に徐々に減少させることを示しており、操舵補助トルクを徐々に減少させてドライバーに違和感を与えないようにしている。一定時間βは例えば１ｓｅｃに設定される。

以上にちなみ、本願発明は、車輌が高速にて旋回保舵走行する場合に於ける操舵アシスト力の低減量が低減されるので、必要な保舵力が低減されて運転者の保舵負担が軽減される。また、操舵トルクセンサ単体で操舵アシスト力と旋回保舵判定を行うことが可能となるので、安価な構成の電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置は、各種の車両の操舵装置として使用することが可能であり、特に操舵フィーリングが良好であるため、乗用車において好適に適用することができる。

1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
3 ステアリングコラム
4 ユニバーサルジョイント
5 中間シャフト
6 ユニバーサルジョイント
7 ピニオンシャフト
8 ステアリングギヤ機構
9 タイロッド
10 操舵補助機構
11 減速機構
12 電動モータ
13 ハウジング
14 操舵トルクセンサ
15 コントローラ
16 バッテリー
17 ＩＧＮスイッチ
18 回転角センサ
19 車速センサ
31 操舵補助指令値演算部
32 位相補償部
33 微分補償部
34 収斂性制御部
35 慣性補償部
36 ＰＩ制御部
37 ＰＷＭ制御部
38 インバータ
39 回転角検出部
40 角速度演算部
41 角加速度演算部
42 モータ電流検出部
50 旋回保舵判定部
51 保舵アシスト力設定部

Claims (4)

1. ステアリングホイールに作用する操舵力を検出するトルクセンサと、
   トルクセンサから出力されるトルク検出値に基づいてモータを駆動し、
   車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であって、
   車両速度を検出する車速センサからの車速値と、
   前記トルク検出値に基づき旋回保舵状態を判定する旋回保舵判定部を具備し、
   前記旋回保舵判定部が保舵を判定した場合に、
   前記操舵補助力を向上させるゲインを増加させる保舵アシスト力設定部を具備する
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記旋回保舵判定部は、車速、トルク検出値、トルク検出値の変化量が、同時に一定時間継続した場合に、旋回保舵状態であると判定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. 前記旋回保舵判定部は、前記旋回保舵状態にある場合に、車速、トルク検出値、トルク検出値の変化量の内、何れかが一定時間継続した場合に、旋回保舵抜け状態であると判定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. 前記保舵アシスト力設定部の前記ゲインは、旋回保舵状態を判定した場合に徐々に増加し、旋回保舵抜け状態を判定した場合に徐々に減少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。

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