JP2017206071A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者によるステアリングホイール（２０）の操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角（θｔｇｔ）に転舵輪（４４Ｌ及び４４Ｒ）の転舵角（θｃ）が近付くようにアシストモータ（３０）を制御する電動パワーステアリング装置（１０）において、運転者によるステアリングホイールの操作に転舵角を正確に対応させて、良好なドライバビリティを達成する。
【解決手段】トルクセンサ（２１）によって検出される検出操舵トルク（Ｔｓ）を操舵角センサ（２１ｓ）によって検出される操舵角（θｈ）に基づいて補正して純粋操舵トルク（Ｔｈ）を算出し、この純粋操舵トルクに基づいて目標転舵角を設定する。これにより、ステアリング機構（４０）におけるトルクセンサよりも上流側の構成部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を排除して、正しい目標転舵角を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

当該技術分野において、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くように、アシストモータからステアリング機構に伝達されるトルクであるアシストトルクを制御する電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この目標転舵角は、運転者によってステアリングホイールに付与されるトルクである操舵トルクに応じて増減される。これにより、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応したものとしつつ、運転者によってステアリングホイールに付与される操舵トルクを軽減することができる。

ところで、上記操舵トルクは、例えばインターミディエイトシャフトに設けられたトーションバーの捻れ等に基づいてトルクセンサによって検出される。従って、トルクセンサによる検出値は、ステアリング機構におけるトルクセンサよりも上流側（ステアリングホイール側）の構成部材（以降、「上流側部材」と称される場合がある。）（例えば、ステアリングホイール等）の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。

具体的には、例えば、ステアリングホイールに運転者が触れていない（操舵トルク＝０（ゼロ））状態において目標転舵角に追従して車両が転回した結果、ステアリング機構におけるトルクセンサよりも下流側（転舵輪側）の構成部材（以降、「下流側部材」と称される場合がある。）が回転する場合を想定する。この場合、例えば上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等に起因して、下流側部材の回転に上流側部材が瞬時には追従することができず、トーションバーの捻れが発生し、操舵トルクが０（ゼロ）であるにも拘わらず、トルクセンサによって操舵トルクが検出される可能性がある。

或いは、運転者がステアリングホイールに所定の操舵トルクを付与して一定の操舵角に維持（保舵）している状態において運転者がステアリングホイールから手を離した（操舵トルク＝０（ゼロ））場合を想定する。この場合も、上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等に起因して、その時点における下流側部材の回転角度に上流側部材の回転角度が瞬時に一致することができず、トーションバーの捻れが発生し、操舵トルクが０（ゼロ）であるにも拘わらず、トルクセンサによって操舵トルクが検出される可能性がある。

上記のように、トルクセンサによって検出される操舵トルクは、上流側部材の慣性モーメント及び粘性摩擦等の影響により、運転者がステアリングホイールに実際に付与している操舵トルク（以降、「純粋操舵トルク」と称される場合がある。）に一致しない場合がある。従って、トルクセンサによって検出される操舵トルクに応じて目標転舵角を増減させると、正しい目標操舵角を設定することが困難となる虞がある。その結果、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応したものとすることが困難となり、良好なドライバビリティの達成が困難となる虞がある。

特開２０１５−２１７７９３号公報

本発明は、上記課題を解決するために為されたものである。即ち、本発明は、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くようにアシストモータを制御する電動パワーステアリング装置において、運転者によるステアリングホイールの操作に転舵角を正確に対応させて、良好なドライバビリティを達成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を１つの目的とする。

上記に鑑み、本発明に係る電動パワーステアリング装置（以降、「本発明装置」と称呼される場合がある。）は、ステアリング機構（４０）と、トルクセンサ（２１）と、転舵角センサ（３１）と、目標転舵角設定部（５１）と、目標アシストトルク設定部（５２）と、駆動制御部（５３）と、を備える。

上記ステアリング機構は、運転者によるステアリングホイール（２０）の操作に基づく操舵トルク（Ｔｈ）と、アシストモータ（３０）によって発生するトルクであるアシストトルク（Ｔａ）と、をラック軸（４１）に伝達することにより転舵輪（４４Ｌ及び４４Ｒ）の転舵角（θｃ）を変化させる。上記トルクセンサは、前記操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルク（Ｔｓ）を検出する。上記転舵角センサは、前記転舵輪の転舵角を検出する。

上記目標転舵角設定部は、前記転舵輪の転舵角の目標値である目標転舵角（θｔｇｔ）を設定する。上記目標アシストトルク設定部は、前記転舵角を前記目標転舵角に近付けるための目標アシストトルク（Ｔａ＊）を設定する。上記駆動制御部は、前記設定される目標アシストトルクに対応するアシスト指令値（Ｉｔｇｔ）に基づき前記アシストモータを制御して、前記アシストトルク（Ｔａ）を前記設定される目標アシストトルクに近付ける。

本発明装置は、操舵角センサ（２１ｓ）と、純粋操舵トルク算出部（５４）と、を更に備える。

上記操舵角センサは、前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角（θｈ）を検出する。上記純粋操舵トルク算出部は、前記操舵角に基づいて前記検出操舵トルクを補正して、前記運転者による前記ステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルク（Ｔｈ）を算出する。

加えて、本発明装置において、前記目標転舵角設定部は、前記純粋操舵トルクの方向及び大きさに基づいて前記目標転舵角を設定するように構成される。

本発明によれば、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応して設定される目標転舵角に転舵輪の転舵角が近付くようにアシストモータを制御する電動パワーステアリング装置において、運転者によるステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルクに基づいて目標転舵角を設定する。これにより、ステアリング機構における上流側部材（例えば、ステアリングホイール等）の慣性モーメント（Ｉｈ）及び粘性摩擦（Ｃｈ）等による影響を排除することができる。その結果、転舵輪の転舵角を運転者による操舵トルクに対応させて、良好なドライバビリティを達成することができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置（第１装置）の構成を示す模式図である。 第１装置が備える制御部によって実現される各部の機能を説明する模式的なブロック図である。 第１装置によって実行される操舵アシスト制御ルーチンを示すフローチャートである。 トルクセンサによって検出される検出操舵トルクＴｓと運転者によるステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルクＴｈとの関係を説明するための模式図である。

《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「第１装置」と称される場合がある。）について説明する。

〈構成〉
図１は、第１装置の構成を示す模式図である。第１装置１０は、ステアリング機構４０（図中には付番せず。）と、トルクセンサ２１と、転舵角センサ３１と、制御部５０と、を備える。

ステアリング機構４０は、運転者によるステアリングホイール２０の操作に基づく（ステアリングホイール操作によりステアリング機構４０に入力される）操舵トルクＴｈと、アシストモータ３０によって発生するトルクであるアシストトルクＴａと、を転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒに伝達して、転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒの転舵角を変化させる。図１に示すように、ステアリング機構４０は、インターミディエイトシャフト２２、ピニオンギア（図示せず）、ラック軸４１、並びにタイロッド４２Ｌ及び４２Ｒ等によって構成される。即ち、ステアリング機構４０は、コラムアシスト型のラックアンドピニオン方式を採用している。

しかしながら、ステアリング機構４０として、例えばピニオンアシスト型及びラックアシスト型等、コラムアシスト型以外のラックアンドピニオン方式を採用してもよい。即ち、ステアリング機構４０の構成は、操舵トルクＴｈとアシストトルクＴａとを伝達して転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒの転舵角を変化させることが可能である限り、特に限定されない。

トルクセンサ２１は、運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルクＴｓを検出する。具体的には、トルクセンサ２１は、インターミディエイトシャフト２２に設けられたトーションバーの捻れを検出することにより、検出操舵トルクＴｓを検出する。尚、トルクセンサ２１の構成は、検出操舵トルクＴｓを検出することが可能である限り、特に限定されない。

転舵角センサ３１は、転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒの転舵角θｃを検出する。具体的には、転舵角センサ３１は、アシストモータ３０の回転角度の積算値に基づいて転舵角θｃを検出する。しかしながら、転舵角センサ３１の構成は、転舵角θｃを検出することが可能である限り、特に限定されない。

制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御部５０は、ＥＣＵの機能として、目標転舵角設定部５１と、目標アシストトルク設定部５２と、駆動制御部５３と、をそれぞれ備える。

目標転舵角設定部５１は、転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒの転舵角θｃの目標値である目標転舵角θｔｇｔを設定する。目標アシストトルク設定部５２は、転舵角センサ３１によって検出される転舵角θｃを目標転舵角θｔｇｔに近付けるための目標アシストトルクＴａ＊を設定する。駆動制御部５３は、目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔに基づいてアシストモータ３０を制御して、アシストトルクＴａを目標アシストトルクＴａ＊に近付ける。このような演算及び制御は、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）をＣＰＵが実行することによって実現される。

ところが、前述したように、トルクセンサ２１によって検出される検出操舵トルクＴｓは、ステアリング機構４０におけるトルクセンサ２１よりも上流側の構成部材（上流側部材）（例えば、ステアリングホイール２０等）の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。従って、検出操舵トルクＴｓに応じて目標転舵角θｔｇｔを設定すると、目標操舵角θｔｇｔもまたステアリングホイール２０等の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響を受け得る。その結果、転舵輪４４Ｌ及び４４Ｒの転舵角θｃを運転者による真の操舵トルク（純粋操舵トルクＴｈ）に対応したものとすることが困難となり、良好なドライバビリティの達成が困難となる虞がある。

そこで、第１装置１０は、操舵角センサ２１ｓと、純粋操舵トルク算出部５４と、を更に備える。操舵角センサ２１ｓは、ステアリングホイール２０の回転角度である操舵角θｈを検出する。

図２に示すように、純粋操舵トルク算出部５４は、操舵角センサ２１ｓによって検出される操舵角θｈに基づいて検出操舵トルクＴｓを補正して、運転者によるステアリングホイール２０の操作のみに基づく純粋操舵トルクＴｈを算出する。加えて、目標転舵角設定部５１は、純粋操舵トルク算出部５４によって算出される純粋操舵トルクＴｈの方向及び大きさに基づいて目標転舵角θｔｇｔを設定するように構成されている。

上記の結果、目標アシストトルク設定部５２は運転者による操舵トルクに正確に対応する正しい目標転舵角θｔｇｔに基づく正しい目標アシストトルクＴａ＊を設定し、駆動制御部５３は正しい目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔに基づいて、アシストモータ３０を正しく制御することができる。

〈作動〉
次に、第１装置１０の作動について詳しく説明する。制御部５０を構成するＥＣＵが備えるＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼される場合がある。）は、所定時間（演算周期）Δｔが経過する毎に、図３にフローチャートとして示した「操舵アシスト制御ルーチン」を実行する。

ＣＰＵは、ステップＳ０１において当該ルーチンを開始すると、ステップＳ０２に進み、トルクセンサ２１、転舵角センサ３１及び操舵角センサ２１ｓから検出操舵トルクＴｓ、転舵角θｃ及び操舵角θｈをそれぞれ取得する。検出操舵トルクＴｓは、トーションバーの捻れに基づいてトルクセンサ２１が検出したトルクである。従って、図４に示すように、トルクセンサ２１の下流側部材の回転角度をθｓとし、トーションバーの剛性に対応する比例定数をＫｓとすると、検出操舵トルクＴｓを下式（１）によって表すことができる。

式（１）からも明らかであるように、検出操舵トルクＴｓは、トルクセンサ２１の上流側部材の回転角度（θｈ）と下流側部材の回転角度（θｓ）との差に起因して検出されるトルクである。これらの回転角度の差は、ステアリング機構４０におけるトルクセンサ２１よりも上流側の構成部材（上流側部材）（例えばステアリングホイール２０等）の慣性モーメント及び粘性摩擦等による影響によって生ずる。ステアリングホイール２０の慣性モーメントをＩｈとし、上流部材の粘性摩擦をＣｈとすると、図４に示した系の運動方程式は下式（２）によって表される。

そこで、ＣＰＵはステップＳ０３に進み、式（２）から導かれる下式（３）に従って、純粋操舵トルクＴｈを算出する。即ち、ＣＰＵは純粋操舵トルク算出部５４として機能して、検出操舵トルクＴｓを操舵角センサ２１ｓによって検出される操舵角θｈに基づいて補正し、運転者によるステアリングホイール２０の操作のみに基づく純粋操舵トルクＴｈを算出する。

次に、ＣＰＵはステップＳ０４に進み、目標転舵角設定部５１として機能する。即ち、ＣＰＵは、純粋操舵トルク算出部５４によって算出された純粋操舵トルクＴｈの方向及び大きさに基づいて正しい目標転舵角θｔｇｔを設定（算出）する。純粋操舵トルクＴｈに基づく目標転舵角θｔｇｔの算出方法は、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。

第１層値１０においては、一定期間における純粋操舵トルクＴｈの変化（ΔＴｈ）に比例して目標転舵角θｔｇｔを変化させる手法を採用する。具体的には、目標転舵角θｔｇｔの今回値をθｔｇｔ［ｎ］とし、前回値をθｔｇｔ［ｎ−１］とし、比例ゲインをＫｄｔｈとすると、目標転舵角θｔｇｔの今回値をθｔｇｔ［ｎ］は下式（４）によって表される。

尚、目標転舵角θｔｇｔの初期値としては、例えば、第１装置を搭載する車両の各トリップにおいてステアリングホイールを初めて操舵するときの操舵角θｈからステアリング機構の構成（例えばギア比等）に応じて機械的に特定される転舵角θｃを用いることができる。

次に、ＣＰＵはステップＳ０５に進み、上記のようにして算出（設定）された正しい目標転舵角θｔｇｔと現時点における転舵角θｃとに基づいて目標アシストトルクＴａ＊を設定（算出）する。即ち、ＣＰＵは、目標アシストトルク設定部５２として機能し、転舵角センサ３１によって検出される転舵角θｃを上記目標転舵角θｔｇｔに近付けるための目標アシストトルクＴａ＊を設定（算出）する。

目標転舵角θｔｇｔと転舵角θｃとに基づいて目標アシストトルクＴａ＊を算出（設定）する方法は、例えば転舵角の誤差を小さくするフィードバック制御等、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。第１層値１０においては、ＰＩ制御を採用し、以下の式（５）及び（６）により目標アシストトルクＴａ＊を算出する。式中、ｅは転舵角の誤差（現時点における転舵角θｃと目標転舵角θｔｇｔとの差）であり、Ｋｔ_ｐは比例ゲインであり、Ｋｔ_ｉは積分ゲインである。

次に、ＣＰＵはステップＳ０６に進み、駆動制御部５３として機能する。即ち、ＣＰＵは、目標アシストトルク設定部５２によって設定された目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔを算出し、当該アシスト指令値Ｉｔｇｔに基づいてアシストモータ３０を制御して、アシストモータ３０によって発生するアシストトルクＴａを目標アシストトルクＴａ＊に近付ける。

目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔを算出する方法は、当業者に周知の種々の方法から適宜選択することができる。第１層値１０においては、目標アシストトルクＴａ＊をアシストモータ３０に出力させるための電流指令値をアシスト指令値Ｉｔｇｔとして採用する。

具体的には、種々の電流指令値におけるアシストモータ３０の出力トルクを計測する事前実験等によって目標アシストトルクＴａ＊とアシスト指令値Ｉｔｇｔとの対応関係を予め特定しておく。そして、当該対応関係を示すマップ（ルックアップテーブル）を制御部５０のメモリ（ＲＯＭ）に格納しておき、当該マップをＣＰＵに参照させることにより、目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔを特定する。そして、ＣＰＵはステップＳ０７に進み、上記のようにして特定されたアシスト指令値Ｉｔｇｔに基づいてアシストモータ３０を駆動する。

尚、上記ステップＳ０５においては目標転舵角θｔｇｔと転舵角θｃとに基づいて目標アシストトルクＴａ＊を設定（算出）し、この目標アシストトルクＴａ＊に対応するアシスト指令値Ｉｔｇｔを設定（算出）した。しかしながら、目標転舵角θｔｇｔと転舵角θｃとに基づいてアシスト指令値Ｉｔｇｔを（目標アシストトルクＴａ＊を介さずに）直接算出してもよい。この場合、目標アシストトルク設定部５２として機能するＣＰＵは、例えば、以下の式（７）によりアシスト指令値Ｉｔｇｔを直接算出することができる。式中、Ｋ_ｐは比例ゲインであり、Ｋ_ｉは積分ゲインである。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

１０…電動パワーステアリング装置（第１装置）、２０…ステアリングホイール、２１…トルクセンサ、２１ｓ…操舵角センサ、２２…インターミディエイトシャフト、３０…アシストモータ、３１…転舵角センサ、４０…ステアリング機構、４１…ラック軸、４２Ｌ及び４２Ｒ…タイロッド、４４Ｌ及び４４Ｒ…転舵輪、５０…制御部（ＥＣＵ）、５１…目標転舵角設定部、５２…目標アシストトルク設定部、５３…駆動制御部、並びに５４…純粋操舵トルク算出部。

Claims (1)

1. 運転者によるステアリングホイールの操作に基づく操舵トルクと、アシストモータによって発生するトルクであるアシストトルクと、をラック軸に伝達することにより転舵輪の転舵角を変化させるステアリング機構と、
   前記操舵トルクに対応する検出値である検出操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記転舵輪の転舵角を検出する転舵角センサと、
   前記転舵輪の転舵角の目標値である目標転舵角を設定する目標転舵角設定部と、
   前記転舵角を前記目標転舵角に近付けるための目標アシストトルクを設定する目標アシストトルク設定部と、
   前記目標アシストトルクに対応するアシスト指令値に基づいて前記アシストモータを制御して、前記アシストトルクを前記目標アシストトルクに近付ける駆動制御部と、
   を備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵角に基づいて前記検出操舵トルクを補正して、前記運転者による前記ステアリングホイールの操作のみに基づく純粋操舵トルクを算出する純粋操舵トルク算出部と、
   を更に備え、
   前記目標転舵角設定部は、前記純粋操舵トルクの方向及び大きさに基づいて前記目標転舵角を設定するように構成された、
   電動パワーステアリング装置。

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