JP2012166769A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドル戻し状態時における、快適な操舵フィーリングを得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。
【解決手段】操舵トルクが所定値１より大きく、操舵角速度が所定値２（ほぼゼロ値）より小さい場合には、ハンドルが保舵状態であると判定する。そして、ハンドル戻し制御時に、ハンドルが保舵状態にあると判定した場合には、ハンドル戻し制御のフィードバック制御の出力値をゼロとし、操舵トルクの増大を防止する。
【選択図】図２

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、電動パワーステアリング装置において、低速走行時のハンドル戻り特性を改善するために、ハンドル戻し状態時に、車速及び操舵角速度に応じたハンドル戻し電流を出力して、ハンドルが戻る方向にアシストを行なうのが一般的となっている。

例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、まず、操舵角及び車速に基づいてハンドルを中立位置へ戻すための目標操舵角を設定し、次に目標操舵角と操舵角の偏差及び車速に基づいて目標操舵角速度を設定している。そして、目標操舵角速度と操舵角速度の偏差に基づいて設定した目標収斂電流を、アシスト用モータに出力することによって、ハンドルを中立位置へ戻している。

特開２００２−１２０７４５号公報

ところが、このようなハンドル戻し状態時に、ハンドルを保舵する場合がある。
ハンドル戻し状態では、操舵トルクと車速から一般的に算出されるアシストトルクと同じ方向にハンドル戻しトルクが働く。その結果、ハンドル戻し状態時に、ハンドルを保舵すると、操舵トルクが大きくなってしまい、操舵フィーリングが低下する場合がある。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、特に、ハンドル戻し状態時における、快適な操舵フィーリングを得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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータ（１２）と、操舵角度を検出する操舵角センサ（１７）と、操舵トルクを検出するトルクセンサ（１５）と、前記操舵角度から目標操舵角速度を演算する目標操舵角速度演算手段（マイコン、２１）と、前記操舵角度を微分した操舵角速度と、前記目標操舵角速度演算手段から演算された目標操舵角速度に前記操舵角速度が追従するようにしたフィードバック制御を構成するハンドル戻し制御（マイコン、２１）とを、備えた電動パワーステアリング装置（１）において、
前記操舵トルクと前記操舵角速度からハンドルの保舵を判定するハンドル保舵判定手段（マイコン、２１）と、前記ハンドル保舵判定手段（マイコン、２１）がハンドルの保舵を判定した場合には、前記ハンドル戻し制御（マイコン、２１）のフィードバック制御の出力値をゼロにすること、を要旨とする。

上記構成によれば、ハンドル戻し制御時に、ハンドルが保舵状態にあると判定した場合には、ハンドル戻し制御のフィードバック制御の出力値をゼロとなるようにした。その結果、操舵トルクの増大を防止できるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記ハンドル保舵判定手段（マイコン、２１）は、前記操舵トルクが所定値１より大きく、前記操舵角速度が所定値２より小さい場合には、ハンドルが保舵状態であると判定すること、を要旨とする。

上記構成によれば、操舵トルクが所定値１より大きく、操舵角速度が所定値２（ほぼゼロ値）より小さい場合には、ハンドルが保舵状態であると判定する。その結果、ハンドル戻し制御時のハンドル保舵状態を正確に判定できる。

本発明によれば、ハンドル戻し状態時のハンドル保舵時に、操舵トルクの増大を防止できるので、快適な操舵フィーリングを得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の電気的構成を示すブロック図。 本発明の実施形態のハンドル戻し制御部における保舵判定部の処理手順フローチャート図。

以下、コラム型の電動パワーステアリング装置１（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、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を介してラック軸５と連結されている。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によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角が変更される。

また、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ＥＰＳアクチュエータ１３と、ＥＰＳアクチュエータ１３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１３は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ１２は、減速機構１４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。ＥＰＳアクチュエータ１３は、モータ１２の回転を減速機構１４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する。

ＥＣＵ１１には、車速センサ１６、トルクセンサ１５、操舵角センサ１７及びモータ回転角センサ１８が接続されている。ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、操舵角θs及びモータ回転角θmを検出する。例えば、本実施形態のトルクセンサ１５は、一対のレゾルバが図示しないトーションバーの両端に設けられたツインレゾルバ型のトルクセンサである。また、ＥＣＵ１１は、これらの検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、モータ１２への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ１３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、モータ１２に駆動電力を供給する駆動回路４０とを備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される実電流値Ｉmを検出するための電流センサ４１、及びモータ１２の回転角θmを検出するための回転角センサ１８（図１参照）が接続されている。そして、マイコン２１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ４１及びモータ回転角センサ１８の出力信号に基づき検出されたモータ１２の実電流値Ｉm及びモータ回転角θmに基づいて、駆動回路４０に出力するモータ制御信号を生成する。

尚、以下に示す各制御ブロックは、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。そして、同マイコン２１は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン２１は、モータ１２に対する電力供給の目標値である電流指令値Ｉas*を演算する電流指令値演算部２２と、電流指令値演算部２２により演算された電流指令値Ｉas*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３１とを備えている。

電流指令値演算部２２には、上記アシスト力目標値の基礎成分としての基礎アシスト制御量Ｉas**を演算する基本アシスト制御部２４が設けられており、本実施形態では、この基本アシスト制御部２４には、車速Ｖ及び操舵トルクτ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２４は、当該操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きなアシスト力を付与すべき旨の基礎アシスト制御量Ｉas**を演算する構成となっている。

また、本実施形態では、上記電流指令値演算部２２には、車速Ｖ、操舵角θs及びモータ回転角速度ωmに基づいてハンドル戻し制御量Ｉah*を演算するハンドル戻し制御部２５が設けられている。そして、本実施形態の電流指令値演算部２２は、ハンドル戻しを行なった場合には、このハンドル戻し制御部２５が演算するハンドル戻し制御量Ｉah*に基づく値を、上記基礎アシスト制御量Ｉas**に加算して、電流指令値Ｉas*としてモータ制御信号出力部３１に出力する構成となっている。

詳述すると、本実施形態のハンドル戻し制御部２５には、操舵角θsと、車速Ｖ及びモータ１２の回転角θmの微分値であるモータ回転角速度ωmが入力されるようになっている。そして、ハンドル戻し制御部２５は、これらの各状態量に基づいて、そのハンドル戻し制御量Ｉah*の演算を実行する。尚、このハンドル戻し制御量Ｉah*の演算の詳細については、例えば、上記特許文献１に記載の内容を参照されたい。

また、本実施形態の電流指令値演算部２２には、切替制御部２６が設けられている。
ハンドル戻し制御部２５において演算されたハンドル戻し制御量Ｉah*は、ハンドルの保舵状態を判定する保舵判定部２８の出力する保舵判定フラグＦＬＧ１とともに、この切替制御部２６に入力される。

そして、同切替制御部２６は、その入力される保舵判定フラグＦＬＧ１が保舵判定を示すものである場合には、接点２６cと接点２６bを接続し、上記基本アシスト制御量Ｉas**を電流指令値Ｉas*として出力する構成となっている。

一方、同切替制御部２６は、その入力される保舵判定フラグＦＬＧ１がハンドル戻し制御を示すものである場合には、接点２６cと接点２６aを接続し、上記基本アシスト制御量Ｉas**に上記ハンドル戻し制御量Ｉah*を加算した値を電流指令値Ｉas*として出力する構成となっている。

一方、モータ制御信号出力部３１には、この電流指令値演算部２２が出力する電流指令値Ｉas*とともに、電流センサ４１により検出された実電流値Ｉm、及び回転角センサ１８により検出されたモータ１２の回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部３１は、この電流指令値Ｉas*に実電流値Ｉmを追従させるべく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１２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御信号出力部３１は、実電流値Ｉm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Ｉas*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部３１に入力され、モータ制御信号出力部３１は、回転角センサ１８により検出された回転角θmに基づいて相電流値（Ｉu,Ｉv,Ｉw）をｄ／ｑ変換する。また、モータ制御信号出力部１８は、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。

このようにして生成されたモータ制御信号は、マイコン２１から駆動回路４０へと出力され、同駆動回路４０により当該モータ制御信号に基づく三相の駆動電力がモータ１２へと供給される。そして、その操舵トルクτに基づくアシスト力目標値としての電流指令値Ｉas*に相当するモータトルクが発生することにより、当該アシスト力目標値に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。

次に、上記のように構成されたハンドル戻し演算部２３における保舵判定部２８の処理手順について説明する。
図３のフローチャートに示すように、マイコン２１は、操舵トルクτを読み込む（ステップＳ１０１）。次に、操舵角速度ωsを読み込む（ステップＳ１０２）。そして、操舵トルクτの絶対値が所定の操舵トルク値τ1以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。

そして、操舵トルクτの絶対値が所定の操舵トルク値τ1以上の場合（｜τ｜≧τ1、
ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、モータ回転角速度ωmの絶対値が所定のモータ回転角速度ωso以下か否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、モータ回転角速度ωmの絶対値が所定のモータ回転角速度ωso以下の場合（｜ωm｜≦ωso、ステップＳ１０４、ＹＥＳ）、保舵判定フラグＦＬＧ１に「１」を書き込み（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０６に推移する。ステップＳ１０６では、切替制御部２６が、接点２６cと接点２６bを接続して、処理を終わる。即ち、ハンドル戻し状態時における保舵状態であるので、基本アシスト制御量Ｉas**にハンドル戻し制御量Ｉah*を加算しない（ハンドル戻し制御の出力値はゼロ）。

また、操舵トルクτの絶対値が所定の操舵トルク値τ1より小さい場合（｜τ｜＜τ1、ステップＳ１０３、ＮＯ）、又は、モータ回転角速度ωmの絶対値が所定のモータ回転角速度ωsoより大きい場合（｜ωm｜＞ωso、ステップＳ１０４、ＮＯ）、保舵判定フラグＦＬＧ１に「０」を書き込み（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０８に推移する。ステップＳ１０８では、切替制御部２６が、接点２６cと接点２６aを接続して、処理を終わる。即ち、ハンドル戻し状態時における保舵状態ではないので、基本アシスト制御量Ｉas**にハンドル戻し制御量Ｉah*を加算して、操舵トルクを減少させる。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）操舵トルクが所定値１より大きく、操舵角速度が所定値２（ほぼゼロ値）より小さい場合には、ハンドルが保舵状態であると判定する。そして、ハンドル戻し制御時に、ハンドルが保舵状態にあると判定した場合には、ハンドル戻し制御のフィードバック制御の出力値をゼロとなるようにした。

その結果、ハンドル戻し制御時のハンドル保舵状態を正確に判定できるとともに、ハンドル戻し状態時のハンドル保舵時に、操舵トルクの増大を防止できるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

・上記実施形態では、本発明を、所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。

・上記実施形態では、本発明を、ブラシレスモータを駆動源とするＥＰＳに具体化したが、本発明は、ブラシ付の直流モータを駆動源とするＥＰＳに適用してもよい。

・上記実施形態では、ハンドル戻し制御時に、ハンドルが保舵状態にあると判定した場合には、ハンドル戻し制御のフィードバック制御の出力値をゼロとなるようにしたが、ハンドル戻し制御のフィードバック制御の出力値を漸減するようにしてもよい。

１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
６：タイロッド、７：転舵輪、８：コラムシャフト、
９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：ＥＣＵ、
１２：モータ、１３：ＥＰＳアクチュエータ、１４：減速機構、
１５：トルクセンサ、１６：車速センサ、１７：操舵角センサ、
１８：モータ回転角センサ、２１：マイコン、２２：電流指令値演算部、
２３：ハンドル戻し演算部、２４：基本アシスト制御部、
２５：ハンドル戻し制御部、２６：切替制御部、２８：保舵判定部、
３１：モータ制御信号出力部、４０：駆動回路、４１：電流センサ、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θs：操舵角、θm：モータ回転角、
ωm：モータ回転角速度、Ｉm：実電流値、Ｉas*：電流指令値、
Ｉas**：基礎アシスト制御量、Ｉah*：ハンドル戻し制御量、
ＦＬＧ１：保舵判定フラグ、２６a、２６b、２６c：接点、
τ1：所定の操舵トルク値、ωso：所定のモータ回転角速度

Claims (2)

1. 車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、
   操舵角度を検出する操舵角センサと、
   操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記操舵角度から目標操舵角速度を演算する目標操舵角速度演算手段と、
   前記操舵角度を微分した操舵角速度と、
   前記目標操舵角速度演算手段から演算された目標操舵角速度に前記操舵角速度が追従するようにしたフィードバック制御を構成するハンドル目標戻し制御とを、備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵トルクと前記操舵角速度からハンドルの保舵を判定するハンドル保舵判定手段と、前記ハンドル保舵判定手段がハンドルの保舵を判定した場合には、前記ハンドル目標戻し制御のフィードバック制御の出力値をゼロにすることを特徴とした電動パワーステアリング装置。
2. 前記ハンドル保舵判定手段は、前記操舵トルクが所定値１より大きく、前記操舵角速度が所定値２より小さい場合には、ハンドルが保舵状態であると判定することを特徴とした請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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