JP2018095071A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な演算処理により運転者のステアリングからの手放しを的確に判定でき、その判定結果に基づきダンピングトルクを適切に設定・制御できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】車両の走行中において、操舵角θが操舵角判定値θ0以上であり（ステップＳ２がＹes）、操舵トルクＴが操舵トルク判定値Ｔ0未満であり（ステップＳ３がＹes）、操舵角θが減少方向に変化しているときに（ステップＳ４がＹes）、運転者がステアリング７から手を放したものと見なし、ステアリング７の中立位置でのオーバシュートを抑制すべくダンピングトルクを増加補正する（ステップＳ６）。【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に係り、詳しくはステアリング操舵を抑制する方向にダンピングトルクを発生させて車両の走行状態を安定化させる電動パワーステアリング装置に関する。

従来のこの種の電動パワーステアリング装置では、ステアリングに対する運転者の操舵トルク等から操舵アシスト方向の基本アシストトルクを算出するのに加えて、操舵抑制方向のダンピングトルクを算出し、これらの基本アシストトルクとダンピングトルクとを加算したアシストトルクに基づき電動モータを駆動制御することにより、運転者のステアリングの操舵をアシストしている。ダンピングトルクは車両の走行状態の安定化を目的とした制御量であり、素早い操舵により操舵角速度が増加している状況ほど増加側に設定されて、車両の走行安定性を表す所謂収斂性の向上を図っている。

例えば強い横風等で良好な直進安定性を確保するためにダンピングトルクを増加すると、操舵応答性が損なわれて操舵フィーリングの悪化の要因になる。そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、運転者がステアリングホイールをしっかりと保持しているときには素早い操舵が行われる可能性が高いことから、ダンピングトルクを低下させて操舵応答性を確保し、逆にほとんど手放しの場合には素早い操舵が行われる可能性が低いことから、横風等へ対処のためにダンピングトルクを増加させて車両の収斂性を確保している。

ステアリングからの手放しを判定するための手法としては、操舵角速度に基づく操舵系の慣性モーメントから求められる操舵トルク予測値と、実際に測定される実操舵トルクとの比較に基づき実施している（特許文献１の［数３］等を参照）。

特開平６−３４４９３６号公報

上記したようにステアリングに対する運転者の手放しの有無に応じてダンピングトルクを切り換えているため、車両の走行中には常に手放しを監視する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、手放し判定のために複雑な演算処理が要求されることから、その実行のために制御装置の負荷が増大するという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な演算処理により運転者のステアリングからの手放しを的確に判定でき、その判定結果に基づきダンピングトルクを適切に設定・制御することが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。

上記の目的を達成するため、本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングへの操舵トルクから求めた操舵アシスト方向の基本アシストトルク、及び前記ステアリングの操舵角速度から求めた操舵抑制方向のダンピングトルクに基づきアシストトルクを設定し、該アシストトルクに基づき電動モータを駆動制御してステアリングの操舵をアシストする一方、手放し判定手段により前記ステアリングからの手放しが判定されたときに、トルク増加補正手段により前記ダンピングトルクを増加補正する電動パワーステアリング装置において、前記手放し判定手段が、前記ステアリングの操舵角が予め設定された操舵角判定値以上であり、且つステアリングに対する運転者の操舵トルクが予め設定された操舵トルク判定値未満であるときに前記ステアリングからの手放しと判定することを特徴とする。

このように構成した電動パワーステアリング装置によれば、運転者によりステアリングが操舵されると、操舵トルクが発生してステアリングの操舵角の増加により車両が旋回状態に移行する。従って、操舵角が操舵角判定値以上であるにも拘わらず操舵トルクが操舵トルク判定値未満のときには、操舵中に運転者がステアリングから手を放したと見なせる。

手放しされたステアリングは、ステアリング機構が有する中立位置への復元力により中立位置へと戻されるため、車両は旋回状態から直進状態へと移行する。このとき、トルク増加補正手段により操舵抑制方向に作用するダンピングトルクが増加補正されるため、ステアリングの中立位置への復帰が適度に抑制され、ダンピングトルクの不足に起因する中立位置でのオーバシュートが防止される。このため車両は不安定な挙動に陥ることなく、安定して直進状態へと移行する。

そして、このように本発明によれば、操舵角及び操舵トルクをそれぞれの判定値と比較するだけの簡単な演算処理により、運転者のステアリングからの手放しを的確に判定可能となる。
その他の態様として、前記トルク増加補正手段が、前記ステアリングの操舵角が減少方向に変化しているときに前記ダンピングトルクを増加補正することが好ましい（請求項２）。

この態様によれば、手放し判定手段によりステアリングからの手放しが判定され、さらにステアリングの操舵角が減少方向に変化している場合には、ステアリング機構が有する中立位置への復元力によりステアリングが中立位置へと戻されている状況と見なせる。よって、このようなステアリングの中立位置でのオーバシュートの防止が要求される状況に限り、適切にダンピングトルクを増加補正可能となる。

その他の態様として、前記手放し判定手段が、前記操舵角が操舵角判定値以上であり、前記操舵トルクが操舵トルク判定値未満であり、且つ車両が旋回状態にあるときに前記ステアリングからの手放しと判定することが好ましい（請求項３）。
この態様によれば、操舵角が操舵角判定値以上であることのみならず、実際に車両が旋回状態にあることも判定するため、より確実にステアリングからの手放しを判定可能となる。

その他の態様として、前記トルク増加補正手段が、前記ステアリングの操舵角が大であるほど、前記ダンピングトルクをより大きく増加補正することが好ましい（請求項４）。
この態様によれば、ステアリングの操舵角が大であるほど、より急激に中立位置に復帰してオーバシュートが発生し易くなるが、それに応じてダンピングトルクがより大きく増加補正されることから、オーバシュートを一層確実に防止可能となる。

その他の態様として、前記トルク増加補正手段が、前記手放し判定手段による手放し判定に基づき増加補正した前記ダンピングトルクを、前記ステアリングの操舵角の減少に伴い次第に低下させることが好ましい（請求項５）。
この態様によれば、操舵中にステアリングが手放しされた時点では、オーバシュートの要因である急激な中立位置への復帰を抑制するために大きなダンピングトルクが要求されるが、操舵角の減少と共に中立位置に接近するほど、オーバシュートの抑制のために要求されるダンピングトルクは低下する。操舵角の減少に伴いダンピングトルクを低下させることで、不必要なダンピングトルクの増加が未然に回避される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、簡単な演算処理により運転者のステアリングからの手放しを的確に判定でき、その判定結果に基づきダンピングトルクを適切に設定・制御することができる。

実施形態の電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。 ＥＣＵが実行するダンピングトルク増加補正ルーチンを示すフローチャートである。 実施形態における運転者の手放しによる中立位置への復帰時の操舵角及びヨーレイトの変化状況を示すタイムチャートである。 同じくダンピングトルクを増加補正しない通常制御における運転者の手放しによる中立位置への復帰時の操舵角及びヨーレイトの変化状況を示すタイムチャートである。

以下、本発明を具体化した電動パワーステアリング装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
電動パワーステアリング装置１のステアリングギヤボックス２には左右方向に摺動可能にラック３が設けられ、ラック３の左右両端はそれぞれタイロッド４を介して車両の転舵輪である左右の前輪５に連結されている。ステアリングギヤボックス２内においてラック３にはピニオンギヤ６が噛合し、このピニオンギヤ６には、先端にステアリング７が固定されたステアリングシャフト８の基端が連結されている。従って、ステアリング７が左右に操舵されると、ステアリングシャフト８、ピニオンギヤ６、ラック３及びタイロッド４を介して左右の前輪５が操舵方向と対応する方向に転舵される。

ラック３上には電動モータ９が配設され、図示はしないが、ラック３と電動モータ９との間には周知のボールスクリュー機構が介装されている。このボールスクリュー機構により電動モータ９の回転運動がラック３の左右方向の往復運動に変換され、ステアリング７の操舵がアシストされる。
ステアリングシャフト８にはロータリーエンコーダ等からなる操舵角センサ１０が設けられ、運転者によるステアリング７の操舵方向及び操舵角θに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト８にはトーションバー等からなる操舵トルクセンサ１１が設けられ、運転者によるステアリング７の操舵方向及び操舵トルクＴに応じた信号を出力する。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ１２（電子制御ユニット）が設置されており、電動パワーステアリング装置１の制御を行う。
ＥＣＵ１２の入力側には、操舵角センサ１０及び操舵トルクセンサ１１が接続されると共に、車速Ｖを検出する車速センサ１３、車両の重心鉛直軸回りのヨーレイトＹを検出するヨーレイトセンサ１４等の各種センサ類が接続され、それらの検出情報が入力されるようになっている。またＥＣＵ１２の出力側には、電動モータ９を駆動するための駆動回路１５等の各種デバイス類が接続されている。

ＥＣＵ１２の記憶装置には、操舵トルクＴ等に基づき操舵をアシストする方向の基本アシストトルクを算出する制御マップ、及び操舵角θから求めた操舵角速度に基づき操舵を抑制する方向のダンピングトルクを算出する制御マップ等が予め記憶されている。そして車両の走行中には、これらの制御マップから求めた基本アシストトルクとダンピングトルクとを加算してアシストトルクを算出し、このアシストトルクに基づき駆動回路１５を介して電動モータ９を駆動制御することで、運転者によるステアリング７の操舵をアシストしている。

加えて本実施形態では、操舵中に運転者がステアリング７から手を放した場合を想定して、ダンピングトルクを増加補正する対策を講じている。ステアリング７からの手放しは、例えば何らかのアクシデントにより意図せずに行われる場合も、中立位置への操舵が面倒なときに意図的に行われる場合もあり得る。なお、本発明が想定する手放しとは、ステアリング７から完全に手を放した状態のみならず、ステアリング７に手を添えていても操舵方向にほとんど力を加えていない状態をも含むものとする。

何れに要因による手放しであっても、このときのステアリング７は、ステアリング機構が有する中立位置への復元力により中立位置へと戻され、車両は旋回状態から直進状態へと移行するが、中立位置での操舵角θのオーバシュートにより車両の挙動が不安定になる可能性がある。このようなオーバシュートを防止すべくダンピングトルクを増加補正しているのであるが、そのためには車両の走行中に常に運転者の手放しを監視する必要がある。［発明が解決しようとする課題］で述べたように特許文献１の技術では、手放し判定のために複雑な演算処理が要求されるため制御装置の負荷が増大するという問題を抱えている。

そこで、本実施形態の電動パワーステアリング装置１では、別の手法により運転者の手放しを判定しており、その処理の詳細を以下に説明する。
図２はＥＣＵ１２が実行するダンピングトルク増加補正ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ１２は当該ルーチンを車両の走行中に所定の制御インターバルで実行している。

まずステップＳ１で車速Ｖが予め設定された車速判定値Ｖ0（例えば、８０km/h）以上であるか否かを判定し、判定がＮo（否定）のときには一旦ルーチンを終了する。交差点等での低速走行中にダンピングトルクが増加されると操舵の妨げになるため、このような事態を防止する処理である。
ステップＳ１でＹes（肯定）の判定を下すとステップＳ２に移行し、操舵角θが予め設定された操舵角判定値θ0以上であるか否かを判定し、続くステップＳ３で操舵トルクＴが予め設定された操舵トルク判定値Ｔ0未満であるか否かを判定する。これらステップＳ２，３は、運転者のステアリング７からの手放しを判定するための処理である（手放し判定手段）。操舵角θが操舵角判定値θ0未満であるとしてステップＳ２でＮoの判定を下したとき、及び操舵トルクＴが操舵トルク判定値Ｔ0以上であるとしてステップＳ３でのＮoの判定を下したときには、一旦ルーチンを終了する。

また、ステップＳ２，３で共にＹesの判定を下したときには、操舵中に運転者がステアリング７から手を放したものと見なせる。即ち、操舵により操舵角θが操舵角判定値θ0以上まで増加しているにも拘わらず、操舵トルクＴが操舵トルク判定値Ｔ0未満、換言すると現在の操舵角θを維持可能な程度の操舵トルクＴに達していない状況は、今まさに運転者がステアリング７から手を放したものと見なせる。よって、このときのＥＣＵ１２は、運転者の手放しの判定を下してステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、操舵角θが減少方向に変化しているか否かを判定し、Ｎoのときにはルーチンを終了する。手放しされたステアリング７は復元力により中立位置へと戻され、中立位置でオーバシュートする可能性が高い。このような中立位置への復帰を、ステップＳ４では操舵角θの減少方向への変化として判定している。これによりステアリング７の操舵角θが減少して中立位置でのオーバシュートを防止する必要がある状況に限り、以下に述べるダンピングトルクの増加補正が適切に実施される。

また、ステップＳ４の判定がＹesのときにはステップＳ５に移行し、ヨーレイトＹが予め設定されたヨーレイト判定値Ｙ0以上であるか否かを判定し、Ｎoのときにはルーチンを終了する。既に上記ステップＳ２で操舵角θが操舵角判定値θ0以上と判定しているため、車両は旋回状態にあるはずである。ステップＳ５は、操舵角θに対応するヨーレイトＹの発生、換言すると、実際に車両が旋回状態にあることを確認することにより、ステップＳ２の判定の信頼性を高める処理であり、これによりステアリング７からの手放しを一層確実に判定可能となる。

なお、ステップＳ５の処理は必ずしも必要ではなく、当該処理を省略してもよい。またステップＳ５の処理では、ヨーレイトＹに代えて旋回中の車両の作用する横加速度を適用してもよい。
ステップＳ５でＹesの判定を下すとステップＳ６に移行し、ダンピングトルクを予め設定された所定値だけ増加補正し（トルク増加補正手段）、その後にルーチンを終了する。

従って、増加補正されたダンピングトルクから算出されたアシストトルクに基づき電動モータ９が駆動制御されることにより、ステアリング７の中立位置への復帰が適度に抑制され、ダンピングトルクの不足に起因する中立位置でのオーバシュートが防止される。このため車両は不安定な挙動に陥ることなく、安定して直進状態へと移行する。
図３は本実施形態における運転者の手放しによる中立位置への復帰時の操舵角θ及びヨーレイトＹの変化状況を示すタイムチャート、図４は同じくダンピングトルクを増加補正しない通常制御における運転者の手放しによる中立位置への復帰時の操舵角θ及びヨーレイトＹの変化状況を示すタイムチャートである。通常制御では、中立位置でのオーバシュートによりヨーレイトＹの収束が遅れているのに対し、本実施形態では、オーバシュートの抑制によりヨーレイトＹが迅速に収束していることが判る。

そして、ステアリング７の操舵角θが次第に減少して操舵角判定値θ0未満になると、ステップＳ２の判定がＮoになるため、ステップＳ６のダンピングトルクの増加補正が中止されて通常制御に復帰する。また、操舵角θが操舵角判定値θ0未満まで減少する以前に運転者が操舵を再開すると、操舵トルクＴの立ち上げによりステップＳ３の判定がＮoになるため、同じくステップＳ６のダンピングトルクの増加補正が中止される。

以上のように本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、操舵角θが操舵角判定値θ0以上であるにも拘わらず操舵トルクＴが操舵トルク判定値Ｔ0未満のときに（ステップＳ３，４がＹes）、操舵中に運転者がステアリング７から手を放したとの判定を下している。運転者の手放しは車両の走行中に常に監視する必要があるが、操舵角θ及び操舵トルクＴをそれぞれの判定値と比較するだけの簡単な演算処理であることから、ＥＣＵ１２への負荷はごく僅かであり、これにより運転者のステアリング７からの手放しを的確に判定できる。そして、手放しの判定結果に基づきダンピングトルクを適切に増加補正することにより、中立位置でのオーバシュート、ひいては車両の不安定な挙動を未然に防止することができる。

ところで上記実施形態では、ダンピングトルクの増加補正に一律の所定値を適用すると共に、操舵角θの減少や運転者の操舵再開に応じてダンピングトルクの増加補正が中止されるまで、増加補正後の一定のダンピングトルクを維持したが、これに限るものではない。
例えば、ステアリング７の操舵角θが大であるほど、より急激に中立位置に復帰してオーバシュートを発生させ易くなる。そこで、ステアリング７の操舵角θが大であるほど、ダンピングトルクをより大きく増加補正するようにしてもよい。このようにすれば、中立位置でのオーバシュートを一層確実に防止することができる。

また、操舵中にステアリング７が手放しされた時点では、オーバシュートの要因である急激な中立位置への復帰を抑制するために大きなダンピングトルクが要求されるが、操舵角θの減少と共に中立位置に接近するほど、オーバシュートの抑制のために要求されるダンピングトルクは低下する。そこで、操舵角θの減少に伴いダンピングトルクを低下させてもよい。このようにすれば、不必要なダンピングトルクの増加が未然に回避され、例えば中立位置への復帰途中で運転者が操舵を再開した場合に、過大なダンピングトルクに妨げられることなく軽快にステアリング７を操舵できるため、操舵フィーリングを向上できるという別の利点が得られる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ダンピングトルクを基本アシストトルクに加算してアシストトルクを算出したが、アシストトルクの算出処理の内容はこれに限るものではなく任意に変更可能である。

１ 電動パワーステアリング装置
７ ステアリング
９ 電動モータ
１２ ＥＣＵ（手放し判定手段、トルク増加補正手段）

Claims (5)

1. ステアリングへの操舵トルクから求めた操舵アシスト方向の基本アシストトルク、及び前記ステアリングの操舵角速度から求めた操舵抑制方向のダンピングトルクに基づきアシストトルクを設定し、該アシストトルクに基づき電動モータを駆動制御してステアリングの操舵をアシストする一方、手放し判定手段により前記ステアリングからの手放しが判定されたときに、トルク増加補正手段により前記ダンピングトルクを増加補正する電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し判定手段は、前記ステアリングの操舵角が予め設定された操舵角判定値以上であり、且つステアリングに対する運転者の操舵トルクが予め設定された操舵トルク判定値未満であるときに前記ステアリングからの手放しと判定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記トルク増加補正手段は、前記ステアリングの操舵角が減少方向に変化しているときに前記ダンピングトルクを増加補正する
   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. 前記手放し判定手段は、前記操舵角が操舵角判定値以上であり、前記操舵トルクが操舵トルク判定値未満であり、且つ車両が旋回状態にあるときに前記ステアリングからの手放しと判定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記トルク増加補正手段は、前記ステアリングの操舵角が大であるほど、前記ダンピングトルクをより大きく増加補正する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記トルク増加補正手段は、前記手放し判定手段による手放し判定に基づき増加補正した前記ダンピングトルクを、前記ステアリングの操舵角の減少に伴い次第に低下させる
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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