JP3623022B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、応答性の良さや小型軽量化が可能であるといった利点から、電動式パワーステアリング装置が注目されるようになってきた。こうした電動式パワーステアリング装置においては、そのままでは従前の油圧式パワーステアリング装置におけるような自然なヒステリシス特性が得られず、運転者の操舵フィーリングや制御の安定性の点で油圧式に劣る面があった。
【０００３】
このため、従来、クラッチ制御によってヒステリシス特性を与えたり（特開昭６１−２０２９７３号公報）、インダクタンスによる阻止電流を戻り操作状態のときには別回路に流すようにしてヒステリシス特性を与えて（特公平４−５７５４３号公報）、操舵フィーリングの改善を狙った提案がなされてきた。
【０００４】
しかし、これら従来の技術では、ヒステリシス特性が一律にしか得られず、操舵フィーリングの改善は未だ十分とはいえなかった。
そこで、本発明は、電動式パワーステアリング装置における操舵フィーリングを油圧式パワーステアリング装置により一層近づけることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発明の効果】
本発明の電動式パワーステアリング装置は、基準とする操舵速度における、操舵系の入力トルクに応じたアシストトルク指令値を演算する指令値演算部と、
前記基準とする操舵速度と実際の操舵速度との差に基づいて、前記指令値演算部が演算したアシストトルク値を補正する指令値補正部と、
前記指令値補正部にて補正されたアシストトルク指令値に基づいてモータ駆動回路へ通電し、電動モータによる操舵アシスト力を発生させるアシスト力発生手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この電動式パワーステアリング装置によれば、入力トルクが同一であっても操舵速度が異なればアシストトルク指令値が異なった値とされる。この場合、前記アシストトルク指令値は、操舵速度が速いほど小さい値とされる。
【０００８】
以上の様な本発明によれば、油圧式パワーステアリング装置におけると同様に、自然な操舵フィーリングを達成することができるとともに、様々なヒステリシス特性を持たせるために新たに記憶すべき情報が増えず、装置構成を複雑化したり記憶容量を増大させたりする必要がない。
なお、操舵速度は、ハンドルに速度センサを設けておいて直接検出するようにしてもよいし、ラック軸のストローク速度から検出するようにしてもよい。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を適用した電動式パワーステアリング装置の実施例について説明する。
実施例の電動式パワーステアリング装置では、図１に示すように、タイヤ１，１とタイロッド３，３を介して両端を連結されたラック軸５に、ラック歯７とスクリュー溝９とを設けてある。ラック歯７には操舵軸１１の下端に設けられたピニオン歯車１３を噛み合わせ、マニュアルステアリングを可能にしている。また、スクリュー溝９には、これを取り囲む様にラック軸５と同軸的にステッピングモータ１５を取り付け、両者の間にボール１７を介在させてアシスト用のボールスクリューを構成している。
【００１０】
このステッピングモータ１５は、電子制御装置（ＥＣＵ）３０によって駆動制御される。ＥＣＵ３０には、操舵軸１１に取り付けられて入力トルクの大きさを検出するトルクセンサ２１、ステッピングモータ１５のポジションを検出するポジションセンサ２３及び車速センサ２５からの検出信号が入力される。ＥＣＵ３０は、これら検出信号に基づいて、アシストトルク指令値を演算し、この指令値に従って、ステッピングモータ１５に対してバッテリ２７からの駆動電力を供給する。
【００１１】
トルクセンサ２１は、操舵軸上部と下部とを連結するトーションバーのねじれによって生じる歪の大きさに対応するアナログ信号を出力するものである。ポジションセンサ２３は、ステッピングモータ１５に装着されたレゾルバであり、ステッピングモータ１５の位相角に対応する波形信号を出力するものである。車速センサ２５は、スピードメータケーブル用の出力軸が１回転する毎に１パルスの信号を出力するものである。
【００１２】
ステッピングモータ１５は、ＶＲ型の４相励磁方式のものであり、その駆動回路の概略を示すと、図２の様に構成される。
第１相と第３相、第２相と第４相がそれぞれグループに分けられている。そして、各グループについてバッテリ２７の正側とを結ぶコモンラインが設けられ、そこにそれぞれ１個ずつのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＱＡ，ＱＢ）が配置されている。また、各相は独立ラインでバッテリ２７の負側と接続され、そこに各１個のＭＯＳ型ＦＥＴ（Ｑ１〜Ｑ４）が配置されている。なお、駆動回路内には、リカバリー用として、ダイオードＤＡ，ＤＢ，Ｄ１〜Ｄ４が配置されている。
【００１３】
この駆動回路により、左操舵及び右操舵に対して、それぞれ定められている順番に各相を励磁し、左右へのアシスト力を発生する様になっている。
ＥＣＵ３０は、その果たす役割に着目してブロック図に表すと図３の様になる。
【００１４】
まず、入力部４０として、トルクセンサ２１からの検出信号を入力し、これを入力トルクデータに換算するための入力トルク換算部４１と、車速センサ２５からの車速パルス信号を入力し、これを車速データに換算するための車速換算部４２と、ポジションセンサ２３からの波形信号を入力し、これを位相角に換算する位相角換算部４３とを備えている。
【００１５】
演算部５０には、入力トルクデータと車速データに基づいてアシストトルク指令値を演算する指令値演算部５１と、位相角の変化に基づいてステッピングモータの回転角速度を演算する角速度演算部５２と、モータの回転角速度と車速とからラック軸５のストローク速度を演算するストローク速度演算部５３と、このストローク速度に基づいてアシストトルク指令値を補正するための指令値補正部５４と、位相角に回転角速度を加味して位相角を補正する位相角補正部５５と、アシストトルク指令値に基づいて駆動電流値を算出すると共に、入力トルクの正負により操舵方向を特定して励磁順を決定し、補正された位相角に基づいて励磁相を特定する励磁相＆電流値演算部５６とを備えている。
【００１６】
指令値演算部５１が実行する演算は、従来公知のものと同じであり、入力トルクに比例したアシストルク指令値を算出する。
角速度演算部５２は、前回演算タイミングにおける位相角と今回演算された位相角との差分からモータ回転角速度を算出する。そして、位相角補正部５５は、今回検出された位相角に、このモータ回転角速度を加味して、次の演算タイミングまでの位相角の変化を予測するのである。
【００１７】
ストローク速度演算部５３は、角速度に対して減速比を考慮してストローク速度ｓを算出する。このストローク速度は、操舵速度に比例する。
指令値補正部５４は、下記式に従ってアシストトルク指令値を補正する。
【００１８】
【数１】
ａ_ｘ ＝ａ_１ ×［１−｛（ｓ−ｓ_ｍａｘ ）／ｓ_ｍａｘ ｝・Ｋ］
ここで、
ａ_ｘ ：補正後のアシストトルク指令値
ａ_１ ：指令値演算部５１により算出されたアシストトルク指令値
ｓ_ｘ ：実際のストローク速度
ｓ_ｍａｘ ：最高ストローク速度
Ｋ ：係数
である。
【００１９】
このアシストトルク指令値を算出する処理の内容をフローチャートで表すと、図４に示すようになる。まず、入力部４０から操舵トルクＴ_ｘ 、車速Ｖ_ｘ を入力し、アシストトルク指令値ａ_１ を求める（Ｓ１０，Ｓ２０）。そして、ストローク速度ｓ_ｘ を入力し、上記式に基づいて操舵速度を考慮したアシストトルク指令値ａ_２ を算出する（Ｓ３０，Ｓ４０）。
【００２０】
具体例で説明すると、図５（Ａ）に示すように、まず、入力トルクＴ_ｘ に対する最高操舵速度時のアシストトルク指令値ａ_１ が、スマイル曲線Ａ_１ に基づいて算出される。次に、実際の操舵速度に対応したアシストトルク指令値ａ_ｘ が得られる。このａ_ｘ は、図中点線で示すように当該操舵速度におけるスマイル曲線Ａ_ｘ が描けるとすると、その上の点である。操舵速度がさらに遅くてｓ_ｘ２であるなら、図示の様に、アシストトルク指令値はさらに大きな値ａ_ｘ２に補正される。即ち、さらに遅い操舵速度ｓ_ｘ２に対して想定されるスマイル曲線Ａ_ｘ２上の点がアシストトルク指令値として決定されるのである。
【００２１】
この結果、同図（Ｂ）に示す様に、急操舵後にハンドルを戻すときのヒステリシス幅ｈ１に対し、操舵速度が遅い場合のヒステリシス幅ｈ２の方が小さいものとなり、油圧式パワーステアリングにおけるような自然な操舵フィーリングが得られる。
【００２２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々なる態様に変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の電動式パワーステアリング装置の全体を示す構成図である。
【図２】実施例におけるステッピングモータ駆動回路の回路構成図である。
【図３】実施例におけるＥＣＵの機能ブロック図である。
【図４】実施例における処理内容を示すフローチャートである。
【図５】実施例の作用を例示するグラフである。
【符号の説明】
１・・・タイヤ、３・・・タイロッド、５・・・ラック軸、７・・・ラック歯、９・・・スクリュー溝、１１・・・操舵軸、１３・・・ピニオン歯車、１５・・・ステッピングモータ、１７・・・ボール、２１・・・トルクセンサ、２３・・・ポジションセンサ、２５・・・車速センサ、２７・・・バッテリ、２８・・・オン抵抗検出センサ、２９・・・温度センサ、３０・・・ＥＣＵ、４１・・・入力トルク換算部、４２・・・車速換算部、４３・・・位相角換算部、５１・・・指令値演算部、５２・・・角速度演算部、５３・・・ストローク速度演算部、５４・・・指令値補正部、５５・・・位相角補正部、５６・・・位相角＆電流値演算部。

Claims (3)

1. 基準とする操舵速度における、操舵系の入力トルクに応じたアシストトルク指令値を演算する指令値演算部と、
   前記基準とする操舵速度と実際の操舵速度との差に基づいて、前記指令値演算部が演算したアシストトルク値を補正する指令値補正部と、
   前記指令値補正部にて補正されたアシストトルク指令値に基づいてモータ駆動回路へ通電し、電動モータによる操舵アシスト力を発生させるアシスト力発生手段と、
   を備えることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の電動式パワーステアリング装置において、前記アシストトルク指令値は、操舵速度が速いほど小さい値とされることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置において、
   前記指令値演算部は、基準とする操舵速度として最高操舵速度時における操舵系の入力トルクに応じたアシストトルク値を演算することを特徴とする電動式パワーステアリング装置。

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