JP3780141B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操舵トルクに応じて駆動制御される電動モータからの駆動力をステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動モータからの駆動力をステアリング機構に伝達することによって操舵補助を行う電動パワーステアリング装置が、車両に搭載されて用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクおよび車速に応じて設定された目標電流値に基づいてフィードバック制御されるようになっており、これにより、操舵トルクに応じた操舵補助力（目標電流値に相当する力）がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
目標電流値は、操舵トルクが大きいほど大きく定められ、これにより、操舵トルクの大小に応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。また、目標電流値は、車速が大きいほど小さくされ、これにより高速走行時における操舵補助力を弱めるとともに、低速走行中や停車中には大きな操舵補助力をステアリング機構に与えることができるようになっている。
操舵トルクに対する目標電流値の関係はアシスト特性と呼ばれる。このアシスト特性を車速域に応じて変更することによって、上述のような車速感応制御が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような従来の電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクおよび車速の情報のみに基づいて操舵補助力が決定されており、その他の情報は考慮されていない。すなわち、操舵補助力を決定する目標電流値は、操舵トルクおよび車速の関数となっている。そのため、たとえば、走行中の路面の状態が変化し、タイヤと路面との摩擦係数が小さくなったときには、操舵力が不必要に軽く感じられるという問題があり、操舵フィーリングの悪化を招いていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、車両が走行中の路面状態の変化に良好に対応して、操舵補助力を適切に設定することができ、これにより操舵フィーリングの向上を実現することができる電動パワーステアリング制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材（１）に加えられた操舵トルク（Ｔ）に基づいて駆動される電動モータ（２０）によって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置のための制御装置であって、電動モータによる操舵補助力の操舵トルクに対する特性であるアシスト特性に従って、上記電動モータにより発生させるべき操舵補助力を定めるアシスト制御手段（１１）と、所定舵角変化（Δθ）当たりの操舵トルクの積算値（Σ）を求めるトルク積算手段（１４）と、このトルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値に基づいて、上記アシスト制御手段が従うべきアシスト特性を変更するアシスト特性変更手段（１３）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００７】
この発明によれば、所定の舵角変化が検出されるまでの操舵トルクの積算値が求められる。この操舵トルクの積算値は、所定舵角変化を生じさせるためにステアリングホイールなどの操作部材に加えられたエネルギーの総和に相当する。このエネルギーの総和は、車両が走行中の路面の摩擦係数が大きい場合には大きくなり、路面の摩擦係数が小さい場合には小さくなる。すなわち、操舵トルクの積算値は、路面状態を反映した値となる。そこで、この発明においては、操舵トルクの積算値に基づいて、アシスト特性を変更することとしている。これにより、電動モータは、路面状態に適応した操舵補助力を発生することになるので、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記トルク積算手段は、操舵角（θ）の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、操舵トルクの積算を繰り返し行うものであり、上記アシスト特性変更手段は、操舵角の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、上記トルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値の前回値（Σold）と今回値（Σnew）とを比較して、この比較結果に応じて操舵補助力を増減するように上記アシスト特性を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置である。
【０００９】
この発明においては、操舵トルクの積算値は、操舵角の変化が所定舵角変化に達するごとに繰り返し行われる。そして、操舵トルクの積算値の前回値と今回値とが比較され、この比較結果に応じてアシスト特性が変更される。これにより、操舵補助力が増減される。したがって、たとえば、操舵トルクの積算値が前回と比較して増加した場合には、操舵補助力を増加させることによって、ステアリング機構に適切な操舵補助力を与えることができる。また、乾燥したアスファルトの路面から濡れた路面や凍結した路面に入った場合などには、操舵トルクの積算値が前回値と比較して小さくなるから、このような場合には、操舵補助力を減少させることによって、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記アシスト特性変更手段は、操舵角の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、上記トルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値（Σnew）を予め定める基準値（Σref１，Σref２）と比較し、この比較結果に応じて操舵補助力を増減するように上記アシスト特性を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置である。この発明においては、操舵角の変化が所定舵角変化に達するまでの操舵トルクの積算値が予め定めた基準値と比較される。そして、この比較結果に応じてアシスト特性が変更され、これにより、走行中の路面状態に応じて操舵補助力が適切に増減されることになる。これにより、ステアリング機構に操舵補助力を過不足なく与えることができるので、良好な操舵フィーリングが達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータ２０から発生する駆動力が操舵補助力として伝達されるようになっている。
【００１２】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクＴに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。このトルクセンサ５の出力信号は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
【００１３】
コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴに応じた駆動電流を電動モータ２０に与え、操舵トルクＴに応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータ２０を駆動制御する。このコントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかにも、ステアリングホイール１の回転角としての操舵角θを検出する舵角センサ６と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速Ｖを検出する車速センサ７との各出力信号も入力されている。
【００１４】
コントローラ１０は、内部に備えられたマイクロコンピュータによるプログラム処理によって、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた目標電流値を設定するアシスト制御部１１、このアシスト制御部１１によって設定された目標電流値に基づいて電動モータ２０をフィードバック制御するモータ制御部１２、アシスト制御部１１における操舵トルク対目標電流特性であるアシスト特性を変更するためのアシスト特性変更部１３、ならびに操舵角θが一定の変化（所定舵角変化）Δθを示すときの操舵トルクＴの積算値Σを演算するトルク積算部１４の各機能を実現するようになっている。
【００１５】
操舵角θが所定舵角変化Δθを示すまでの操舵トルクＴの積算値Σは、運転者が舵角変化Δθを起こさせるためにステアリングホイール１に加えたエネルギーの総和に等しい。このエネルギーの総和は、車両が走行中の路面とタイヤとの間の摩擦係数が大きい場合に大きく、逆にこの摩擦係数が小さい場合には小さくなる。すなわち、操舵トルクＴの積算値Σは、車両が走行中の路面の摩擦係数、すなわち路面状態を表している。
【００１６】
トルク積算部１４おいて積算された操舵トルクＴの積算値Σは、アシスト特性変更部１３に与えられるようになっている。このアシスト特性変更部１３は、操舵トルクＴの積算値Σの大小に応じて、アシスト制御部１１が従うべきアシスト特性を変更させるための指令信号を、アシスト制御部１１に与える。すなわち、操舵トルクＴの積算値Σが大きい場合には、路面の摩擦係数が大きい場合であるから、これに応じて、目標電流値を大きくするように、アシスト特性が変更される。これに対して、操舵トルクＴの積算値Σが小さな値をとる場合には、路面の摩擦係数が小さい場合であるから、大きな操舵補助力が不要なので、目標電流値を小さく設定するように、アシスト特性が変更される。これにより、路面の摩擦係数に応じた適切な操舵補助力がステアリング機構３に与えられるから、車両が走行中の路面の摩擦係数が途中で変化した場合であっても、運転者に違和感を与えることがない。
【００１７】
図２は、コントローラ１０による電動モータ２０の制御を説明するためのフローチャートである。この図２に示された処理は、一定の制御周期ごとに繰り返し実行される。まず、車速Ｖおよび操舵トルクＴが車速センサ７およびトルクセンサ５からそれぞれ取り込まれる（ステップＳ１，Ｓ２）。そして、アシスト特性変更部１３において、トルク積算部１４から与えられる操舵トルクＴの積算値Σに基づき、アシスト係数αが演算される（ステップＳ３）。このアシスト係数αは、アシスト制御部１１に与えられる。アシスト制御部１１は、車速Ｖ、操舵トルクＴおよびアシスト係数αの関数として目標電流値Ｉ(Ｖ,Ｔ,α)（たとえば、Ｉ＝α・Ｉ（Ｖ，Ｔ））を求める（ステップＳ４）。これにより、操舵トルクＴの積算値Σに基づいてアシスト特性が変更されることになる。
【００１８】
こうして目標電流値Ｉが定められると、たとえばＰＩ（比例積分）制御演算によって、電動モータ２０に印加すべき電圧指令値がモータ制御部１２により作成され（ステップＳ５）、この電圧指令値に基づいて電動モータ２０の駆動制御が行われる（ステップＳ６）。
図３は、図２のステップＳ３におけるアシスト係数演算処理の詳細を説明するためのフローチャートである。トルク積算部１４は、トルクセンサ５が出力する操舵トルクＴを積算する（ステップＳ３１）。
【００１９】
操舵トルクＴの積算は、一定のサンプリング周期ごとにトルクセンサ５から取り込まれる操舵トルクＴの値をそのまま積算する演算（すなわち、Σ＝ΣＴ）であってもよいし、必要に応じて車速センサ７によって検出される車速Ｖを考慮して操舵トルクＴを積算する演算であってもよい。
車速Ｖを考慮する場合には、たとえば、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴに、車速Ｖに依存する係数値ｋ（Ｖ）を掛け、これを積算するようにしてもよい。すなわち、Σ＝Σｋ(Ｖ)Ｔにより、積算値Σを求めてもよい。また、一定の車速域（たとえば、時速２０km〜時速５０kmの範囲）においてのみ、操舵トルクＴの積算を行うこととしてもよい。さらには、これらを組み合わせて、計数値ｋ（Ｖ）を操舵トルクＴに乗じて積算するとともに、この積算を一定の車速域においてのみ行うこととしてもよい。
【００２０】
トルク積算部１４は、舵角センサ６が出力する操舵角θを監視する（ステップＳ３２）。そして、操舵角θの変化が所定舵角変化Δθに達したかどうかが判断される（ステップＳ３３）。操舵角θの変化が所定舵角変化Δθに達しなければ、アシスト係数演算処理を終了する。すなわち、アシスト係数αは従前の値に保持される。一方、操舵角θの変化が所定舵角変化Δθに達した場合には、その時点における操舵トルク積算値Σnewと、前回の操舵トルク積算値Σoldとの差ΔΣ＝Σnew−Σoldが求められる（ステップＳ３４）。この後、操舵トルク積算値の今回値Σnewが操舵トルク積算値の従前値Σoldに代入され（ステップＳ３５）、操舵トルク積算値の今回値Σnewが零にリセットされる（ステップＳ３６）。
【００２１】
次いで、ステップＳ３４で求められた操舵トルクの積算値の今回値と前回値との差ΔΣの絶対値が、一定の基準値ΔΣref以上かどうかが判断される（ステップＳ３７）。操舵トルク積算値の差ΔΣの絶対値が基準値ΔΣref以上である場合には、操舵トルクの積算値の差ΔΣの符号および値に応じて、アシスト係数αが増減される（ステップＳ３８）。すなわち、操舵トルク積算値の差ΔΣの符号が正である場合には、アシスト係数αは、ΔΣの値の大小に応じて、従前値よりも大きな値に変更される。つまり、ΔΣの値が大きくなるに従い、アシスト係数αが大きな値に変更される。これに対して、操舵トルク積算値の差ΔΣが負の値をとる場合には、アシスト係数αは、ΔΣの値の大小に応じて、従前値よりも小さな値に変更される。つまり、ΔΣの値の絶対値が大きくなるに従い、アシスト係数αが小さな値に変更される。
【００２２】
このようにして、所定舵角変化Δθを検出するたびに、操舵トルク積算値Σが繰り返し演算され、この操舵トルク積算値Σの前回値Σoldに対する今回値Σnewの差ΔΣが求められ、これに基づいてアシスト係数αが増減されるので、操舵トルク積算値Σの増減に応じて、ステアリング機構３に与えられる操舵補助力を増減することができるようになる。これにより、路面の摩擦係数に良好に適応した操舵補助力がステアリング機構３に与えられるから、走行中の路面の摩擦係数が変化した場合であっても、運転者に違和感が与えられることがなく、良好な操舵フィーリングを実現することができる。
【００２３】
図４は、この発明の他の実施形態におけるアシスト係数演算処理を説明するためのフローチャートである。すなわち、図３に示された処理の代わりに、この図４の処理が適用されてもよい。なお、図４において、上述の図３に示された各ステップと同等の処理が行われるステップには図３の場合と同じ参照符号を付して示し、その説明を省略する。
この実施形態では、操舵トルク積算値Σの前回値と今回値との比較は行わずに、操舵角θの変化が所定舵角変化Δθに達した時点における操舵トルク積算値Σnewが、複数の基準値Σref１，Σref２（ただし、Σref１＜Σref２）と比較される（ステップＳ３９）。
【００２４】
たとえば、操舵トルク積算値Σnewが第１の基準値Σref１未満であれば、アシスト係数αとして、予め定めた第１の値α１が設定される（ステップＳ４０）。また、操舵トルク積算値Σnewが、第１の基準値Σref１以上第２の基準値Σref２未満の範囲の値をとる場合であれば、アシスト係数αに第２の値α２（α２＞α１）が設定される（ステップＳ４１）。そして、操舵トルク積算値Σnewが第２の基準値Σref２以上の値をとる場合には、アシスト係数αに第３の値α３（α３＞α２）が設定される（ステップＳ４２）。
【００２５】
このようにして、操舵トルク積算値Σnewの値に応じた適切なアシスト係数α１，α２，α３が設定されるので、上述の図３に示されたアシスト係数演算処理の場合と同様に、路面状態の変化に良好に適応した操舵補助を行える。
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、図４に示された第２の実施形態におけるアシスト係数演算処理では、２種類の基準値Σref１，Σref２を用いて、３種類のアシスト係数α１，α２，α３が設定される例について説明したが、１種類の基準値のみを用いて２種類のアシスト係数を設定するようにしてもよいし、３種類以上の基準値を用いて４種類以上のアシスト係数を設定できるようにしてもよい。
【００２６】
また、上述の２つの実施形態においては、操舵トルク積算値Σに応じてアシスト係数αを求めるようにしているが、操舵トルク積算値Σ、車速Ｖおよび操舵トルクＴに基づいて目標電流値Ｉを定めるテーブルを用いることとして、アシスト係数αの演算を省くようにしてもよい。
これらの他にも特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】電動モータの駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】操舵トルク積算値に応じたアシスト係数を求めるアシスト係数演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の他の実施形態におけるアシスト係数演算処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
３ ステアリング機構
５ トルクセンサ
６ 舵角センサ
７ 車速センサ
１０ コントローラ
１１ アシスト制御部
１２ モータ制御部
１３ アシスト特性変更部
１４ トルク積算部
２０ 電動モータ

Claims (3)

1. 操作部材に加えられた操舵トルクに基づいて駆動される電動モータによって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置のための制御装置であって、
   電動モータによる操舵補助力の操舵トルクに対する特性であるアシスト特性に従って、上記電動モータにより発生させるべき操舵補助力を定めるアシスト制御手段と、
   所定舵角変化当たりの操舵トルクの積算値を求めるトルク積算手段と、
   このトルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値に基づいて、上記アシスト制御手段が従うべきアシスト特性を変更するアシスト特性変更手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 上記トルク積算手段は、操舵角の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、操舵トルクの積算を繰り返し行うものであり、
   上記アシスト特性変更手段は、操舵角の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、上記トルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値の前回値と今回値とを比較して、この比較結果に応じて操舵補助力を増減するように上記アシスト特性を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置。
3. 上記アシスト特性変更手段は、操舵角の変化が上記所定舵角変化に達するごとに、上記トルク積算手段によって求められた操舵トルクの積算値を予め定める基準値と比較し、この比較結果に応じて操舵補助力を増減するように上記アシスト特性を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置。

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