JP2014141129A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング操作にかかる負担が軽くなるとともに、良好な操作フィーリングを得られる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】車両の操舵機構に操舵補助力を付与するモータ３１と、車両のステアリング操作に応じてモータ３１を制御するＥＣＵ４０と、を備え、ＥＣＵ４０は、車両が直進走行状態にあるか否かを判定し、車両が直進走行状態にある場合に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが設定値を超えたとき、操舵トルクが低減するようにアシスト力を徐々に増加させる電動パワーステアリング装置において、ＥＣＵ４０は、ステアリングが切り戻し状態にある場合には、操舵トルクを低減させるアシスト力の増加を停止する電動パワーステアリング装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置が知られている。ところで、車両が直進走行状態であるにも関わらず、車両の偏向を抑えるためにステアリング操作が必要となる状況がある。例えば、カント路の走行や横風の影響、ホイールアライメントのずれ等に起因して車両に偏向が生ずることがある。このような車両の偏向が長時間にわたる場合、ステアリング操作に伴う継続的な負荷が運転者の負担として蓄積されることになる。そこで、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、車両が直進走行状態にも関わらず、車両の偏向を抑えるための操舵トルクが作用している場合には、操舵トルクを軽減する方向に操舵補助力を増加させる所謂リードプル補償制御を実行する。

特開２００２−２７４４０６号公報

ところで、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、ステアリングの操舵状態に関係なくリードプル補償制御を実行している。しかし、ステアリングが切り戻し状態にある場合、ステアリングの操舵方向とは逆向きの操舵トルクが検出されるため、リードプル補償制御が実行されると、ステアリングの操舵方向とは逆向きに操舵補助力が増加することになり操舵に違和感が生じるおそれがある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステアリング操作にかかる負担が軽くなるとともに、良好な操作フィーリングを得られ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、車両の操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、車両のステアリング操作に応じて前記モータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、車両が直進走行状態にあるか否かを判定し、前記車両が直進走行状態にある場合に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが設定値を超えたとき、当該操舵トルクが低減するように操舵補助力を徐々に増加させる電動パワーステアリング装置において、前記制御装置は、ステアリングが切り戻し状態にある場合には、前記操舵トルクを低減させる操舵補助力の増加を停止することを要旨とする。

この構成によれば、車両が直進走行状態にも関わらず、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが所定値を超えたとき、操舵トルクを低減させるリードプル補償制御が実行される。そのため、車両の偏向に起因するステアリング操作に伴う運転者の負担を軽減することができる。また、リードプル補償制御の実行中にステアリングが切り戻し状態にある場合には、操舵トルクを低減させる操舵補助力の増加が停止される。そのため、リードプル補償制御の実行中にステアリングが切り戻されても、ステアリングの操舵方向と逆向きの操舵補助力が増加しない。したがって、操舵に違和感が生じるおそれもなく、運転者は、良好な操作フィーリングを得ることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ステアリング操作にかかる負担が軽くなるとともに、良好な操作フィーリングを得られる。

電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図。 モータ制御装置の概略構成を示すブロック図。 補助演算部による補正電流指令値の算出処理手順を示すフローチャート。

以下、電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
＜電動パワーステアリング装置の概要＞
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１０は、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪を転舵させる操舵機構２０、および運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構３０、および操舵補助機構３０の作動を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えている。

操舵機構２０は、運転者により操作されるステアリングホイール２１、およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１の中心に連結されたコラムシャフト２２ａ、コラムシャフト２２ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２２ｂ、およびインターミディエイトシャフト２２ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２２ｃからなる。ピニオンシャフト２２ｃの下端部は、ピニオンシャフト２２ｃに交わる方向へ延びるラック軸２３（正確には、ラック歯が形成された部分２３ａ）に噛合されている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、ピニオンシャフト２２ｃおよびラック軸２３からなるラックアンドピニオン機構２４によりラック軸２３の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸２３の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２５を介して左右の転舵輪２６，２６にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪２６，２６の転舵角θ_ｔａが変更される。転舵輪２６，２６の転舵角θ_ｔａが変更されることにより車両の進行方向が変更される。

操舵補助機構３０は、操舵補助力の発生源であるモータ３１を備えている。モータ３１としては、ブラシレスモータなどの三相交流モータが採用される。モータ３１は、減速機構３２を介してコラムシャフト２２ａに連結されている。減速機構３２はモータ３１の回転を減速し、モータトルクをコラムシャフト２２ａに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２２にモータトルクが操舵補助力（アシスト力）として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

ＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これら取得される各種の情報に応じて、モータ３１を制御する。各種のセンサとしては、たとえば車速センサ４１０、トルクセンサ４２０、舵角センサ４３０及びヨーレートセンサ４４０がある。車速センサ４１０は、車速（車両の走行速度）Ｖを検出する。トルクセンサ４２０は、コラムシャフト２２ａに設けられて、ステアリングホイール２１を介してステアリングシャフト２２に印加される操舵トルクＴ_ｈを検出する。舵角センサ４３０は、コラムシャフト２２ａに設けられて、ステアリングシャフト２２の操舵角θ_ｓを検出する。ヨーレートセンサ４４０は、車両のヨーレートγを検出する。ＥＣＵ４０は、これらセンサを通じて取得される車速Ｖ、操舵トルクＴ_ｈ、操舵角θ_ｓ及びヨーレートγに基づき、モータ３１を制御する。

＜ＥＣＵの概略構成＞
つぎに、ＥＣＵのハードウェア構成を説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ４０は、インバータ回路４１およびマイクロコンピュータ４２を備えている。

インバータ回路４１は、マイクロコンピュータ４２により生成されるモータ駆動信号に基づいて、バッテリなどの直流電源から供給される直流電流を三相交流電流に変換する。当該変換された三相交流電流は、各相の給電経路４４を介してモータ３１に供給される。各相の給電経路４４には電流センサ４５が設けられている。これら電流センサ４５は、各相の給電経路４４に生ずる実際の電流値Ｉを検出する。なお、図２では、説明の便宜上、各相の給電経路４４および各相の電流センサ４５をそれぞれ１つにまとめて図示する。

マイクロコンピュータ４２は、車速センサ４１０、トルクセンサ４２０、舵角センサ４３０、ヨーレートセンサ４４０および電流センサ４５の検出結果をそれぞれ定められたサンプリング周期で取り込む。マイクロコンピュータ４２は、これら取り込まれる検出結果、すなわち車速Ｖ、操舵トルクＴ_ｈ、操舵角θ_ｓ、ヨーレートγおよび電流値Ｉに基づきモータ駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）を生成する。

＜マイクロコンピュータ＞
つぎに、マイクロコンピュータの機能的な構成を説明する。
マイクロコンピュータ４２は、図示しない記憶装置に格納された制御プログラムを実行することによって実現される各種の演算処理部を有している。図２に示すように、マイクロコンピュータ４２は、これら演算処理部として、電流指令値演算部５１と、モータ駆動信号生成部５２と、を備えている。電流指令値演算部５１は、基本指令値演算部５３と、補正値演算部５４と、加算器５７と、を有している。

基本指令値演算部５３は、車速Ｖ、及び操舵トルクＴ_ｈをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる各種の情報に基づいて基本電流指令値ｉ^＊を演算する。基本指令値演算部５３は、操舵トルクＴ_ｈの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほど、基本電流指令値ｉ^＊の絶対値をより大きな値に設定する。

補正値演算部５４は、車速Ｖ、操舵トルクＴ_ｈ、およびヨーレートγをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる各種の情報に基づいて補正電流指令値Δｉ^＊を演算する。
加算器５７は、基本電流指令値ｉ^＊と補正電流指令値Δｉ^＊とを足し合わせることにより電流指令値Ｉ^＊を生成する。電流指令値Ｉ^＊は、モータ３１に供給するべき電流を示す指令値である。

モータ駆動信号生成部５２は、電流指令値Ｉ^＊、および実際の電流値Ｉをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる情報に基づき実際の電流値Ｉが電流指令値Ｉ^＊に追従するように電流のフィードバック制御を行う。
＜補正値演算部＞
つぎに、補正値演算部５４について詳細に説明する。

図２に示すように、補正値演算部５４は、直進走行状態判定部５５と、切り戻し状態判定部５６と、を有している。
直進走行状態判定部５５は、車速Ｖが０（零）を超えているか否かに基づいて車両が走行状態であるか否かを判定し、ヨーレートγと予め設定された閾値との比較に基づいて車両が直進走行状態であるか否かを判定する。

切り戻し状態判定部５６は、操舵トルクＴ_ｈ及び操舵角速度ω_ｓに基づいてステアリングホイール２１が切り戻し状態であるか否かを判定する。具体的に、切り戻し状態判定部５６は、操舵トルクＴ_ｈが印加される方向と操舵角速度ω_ｓの方向がと不一致の場合に、ステアリングホイール２１が切り戻し状態であると判定する。なお、操舵角速度ω_ｓは、舵角センサ４３０が検出する操舵角θ_ｓを微分することにより算出される。

＜補正値演算部の処理＞
つぎに、補正値演算部５４による補正電流指令値Δｉ^＊の算出処理手順を、図３のフローチャートに従って説明する。

図３に示すように、補正値演算部５４は、直進走行状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１においてＹＥＳ、すなわち、直進走行状態である場合には、切り戻し状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２においてＮＯ、すなわち、切り戻し状態でない場合には、サンプリングした操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値Ｔ_０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。なお、本実施形態における操舵トルクＴ_ｈの符号は、車両の進行方向に向かって左方向を正とし、右方向を負として定義されている。設定トルク値Ｔ_０は、運転者にとって負担となる操舵トルク値を任意に設定する。例えば、設定トルク値Ｔ_０は、０（零）に設定してもよい。ステップＳ３においてＹＥＳ、すなわち、操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値Ｔ_０より大きい場合には、車両が直進走行状態であるにも関わらず、車両の偏向を抑えるための操舵トルクＴ_ｈが左方向に作用していると判断して、前回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ−１）に所定値αを加算することにより今回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ）を演算し（ステップＳ４）、この一連の処理を終了する。所定値αは、操舵感への影響等を考慮して実験解析により予め適当な値が設定される。

なお、ステップＳ３においてＮＯ、すなわち、操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値Ｔ_０よりも大きくない場合には、操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値−Ｔ_０より小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５においてＹＥＳ、すなわち操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値−Ｔ_０より小さい場合には、車両が直進走行状態であるにも関わらず、車両の偏向を抑えるための操舵トルクＴ_ｈが右方向に作用していると判断して、前回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ−１）に所定値αを減算することにより今回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ）を演算し（ステップＳ６）、この一連の処理を終了する。

なお、ステップＳ２においてＹＥＳ、すなわち、切り戻し状態である場合、及びステップＳ５においてＮＯ、すなわち操舵トルクＴ_ｈが設定トルク値−Ｔ_０以上であり設定トルク値Ｔ_０以下である場合には、前回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ−１）をそのまま今回の補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ）として演算し（ステップＳ７）、この一連の処理を終了する。

また、ステップＳ１においてＮＯ、すなわち、直進走行状態でない場合には、Δｉ^＊（ｎ）を０（零）にし（ステップＳ８）、この一連の処理を終了する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）補正値演算部５４は、車両が直進走行状態であるにも関わらず、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクＴ_ｈの大きさが設定トルク値Ｔ_０の大きさよりも大きい場合、操舵トルクＴ_ｈの大きさを低減させるリードプル補償制御を実行する。このため、車両の偏向に起因するステアリング操作に伴う運転者の負担を軽減することができる。また、リードプル補償制御の実行中にステアリングが切り戻し状態にある場合には、操舵トルクＴ_ｈを低減させる操舵補助力の増加を停止する。このため、リードプル補償制御の実行中にステアリングが切り戻されても、ステアリングの操舵方向と逆向きに操舵補助力が増加しない。したがって、操舵に違和感が生じるおそれもなく、運転者は、良好な操作フィーリングを得ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、切り戻し状態判定部５６は、操舵トルクＴ_ｈが印加される方向と操舵角速度ω_ｓの方向とが不一致の場合に、ステアリングホール２１が切り戻し状態であると判定したが、本発明は、このような切り戻し状態判定方法に限定されるわけではない。切り戻し状態の判定には、他の周知の判定方法を用いてもよい。

・上記実施形態では、舵角センサ４３０が検出する操舵角θ_ｓに基づき操舵角速度ω_ｓを算出したが、モータ３１に設けられた回転角センサ（図示せず）の検出値に基づき算出してもよい。

・上記実施形態では、ヨーレートγを閾値との比較結果、及び車速が入力されることを条件に、車両が直進走行状態にあることを判定した。しかし、本発明は、このような直進走行状態の判定方法に限定されるわけではない。横方向加速度や左右の車輪速差に基づくその他周知の方法により車両の直進走行状態を判定してもよい。

・上記実施形態では、補正値演算部５４は、ステップＳ８において、補正電流指令値Δｉ^＊（ｎ）をすぐに０（零）に変更したが、０（零）に漸減するようにしてもよい。
・上記実施形態では、コラムシャフト２２ａに操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置１０に具体化したが、たとえばピニオンシャフト２２ｃあるいはラック軸２３に操舵補助力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に具体化してもよい。

・上記実施形態では、モータ３１はブラシレスモータとされたが、ブラシ付きのモータを採用してもよい。

１０…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイール、２２…ステアリングシャフト、３０…操舵補助機構、３１…モータ、３２…減速機構、４０…モータ制御装置（ＥＣＵ）、５１…電流指令値演算部、５２…モータ駆動信号生成部、５３…基本指令値演算部、５４…補正値演算部、５５…直進走行状態判定部、５６…切り戻し状態判定部。

Claims (1)

1. 車両の操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、車両のステアリング操作に応じて前記モータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、車両が直進走行状態にあるか否かを判定し、前記車両が直進走行状態にある場合に、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクが設定値を超えたとき、当該操舵トルクが低減するように操舵補助力を徐々に増加させる電動パワーステアリング装置において、
   前記制御装置は、ステアリングが切り戻し状態にある場合には、前記操舵トルクを低減させる操舵補助力の増加を停止する電動パワーステアリング装置。