JP3799512B2 - 電動式パワーステアリングの戻り制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステアリングシステムに関し、特にステアリングホイールの戻り性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車における電動式パワーステアリングシステムは、従来より種々の方式が提案されているが、そのなかには、図５に示すように、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と自動車の車速を検出する車速センサの出力とにより決定される所定のアシスト指令値（電流指令値）により、ドライブ回路を介してアシストモータを駆動し操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリングホイールの操作性を向上させる方式のものがある。
【０００３】
そして、この様な電動式パワーステアリングシステムにおいて、切り込んだステアリングホイールを逆方向に戻した際の特性、即ちステアリングホイールの戻り性を向上させる戻り制御装置として図５に示すものも開発されている。つまり、例えばアシストモータの電流検出値と該モータの端子電圧とにより推定演算されたモータ回転数から得られるアシストモータの回転方向と、トルクセンサから得られた操舵トルクの入力方向とが互いに異なるとき、ステアリングホイールが戻り状態であることを極性判別手段により判別し、自動車の車速より決定される戻り指令値をアシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイールの戻り性を向上させているのである。
【０００４】
しかしながら、戻り制御を行いたい領域は、ある特定の操舵トルクやモータ回転数の領域に限られるのに対し、上述した従来の電動式パワーステアリングの戻り制御装置にあっては、必要でない領域での戻り制御も行っていたため、次に示すような操舵感覚に違和感を覚えるといった問題があった。即ち、
【０００５】
先ず、図６に示すように、操舵トルクが十分に大きい時、即ちトルクセンサの出力が必要以上に大きい時に、戻り指令値を出力して戻り制御を効かせると、保蛇時（直進等でステアリングホイールを大きく操舵しない時）におけるステアリングホイールの僅かな切り戻によっても所謂ハンドルを取られるという現象が生じる。
【０００６】
また、図７に示すように、操舵トルクが極めて小さい時、即ちトルクセンサの出力が微小値の時には、トルクセンサが有する誤差がその出力値に大きく影響し、極性判別手段による判別が困難となり、戻り指令値の出力方向を誤って逆方向に戻り制御を行なったり、或いはオーバーシュートするといった誤動作を行なう場合がある。
【０００７】
同様に、図７に示すように、推定演算されたモータ回転数推定値は誤差を含み、微速回転の時にはその誤差が大きく影響するため、ステアリングホイールの戻りが遅い時、即ちモータ回転推定値が低い時にはその誤差によって極性判別手段による判別が困難となり、戻り指令値の出力方向を誤って逆方向に戻り制御を行う場合がある。
【０００８】
さらに、図８に示すように、ステアリングホイールの戻りが十分に速い時、即ちモータ回転数推定値が高い時に、必要以上の戻り指令値が出力されて戻り制御が効き過ぎ、ステアリングホイールが戻りすぎてオーバーシュートする場合もある。
【０００９】
そこで、これらの問題を解決するために、本発明者等は鋭意研究開発し、図９に示すように、トルク感応リミッタ及びモータ回転数感応リミッタ等の各種のリミッタをそれぞれ設け、戻り指令値を必要な領域のみ取り出してアシスト指令値に足し込むことにより、戻り制御を行なう際に生じる種々の違和感を低減する戻り制御装置を案出した。
【００１０】
つまり、トルク感応リミッタとして、トルク上限リミッタとトルク下限リミッタとをそれぞれ設け、図６の場合にあっては、トルク上限リミッタによりトルクセンサの出力値が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないようにして保蛇時におけるステアリングホイールの僅かな切り戻による所謂ハンドルを取られるという現象を防止し、また、図７の場合にあっては、トルク下限リミッタによりトルクセンサの出力値が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないようにしてトルクセンサの誤差による影響をなくし戻り制御の誤動作を防止するのである。
【００１１】
一方、モータ回転数感応リミッタとして、モータ回転数下限リミッタとモータ回転数上限リミッタとをそれぞれ設け、図７の場合にあっては、モータ回転数下限リミッタによりアシストモータの回転数が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないようにしてアシストモータの誤差による影響をなくし戻り制御の誤動作を防止し、図８の場合にあっては、モータ回転数上限リミッタによりアシストモータの回転数が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないようにして戻り制御が効かないようにしステアリングホイールが戻りすぎてオーバーシュートすることを防止するのである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この電動式パワーステアリングの戻り制御装置にあっても次のような問題点が残されていた。
【００１３】
例えば、図３に示すように、ステアリングホイール（ハンドル）を徐々に中立付近まで戻してきた場合において、アシスト指令値に足し込まれる戻り指令値は、トルク感応リミッタ及びモータ回転数感応リミッタにより必要な領域のみ取り出されるのであるが、その後極性判別手段により判別されるためその出力はパルス的なオン・オフ信号となり、これによる戻り制御もパルス的となってステアリングホイールにゴツゴツ感として伝わり、ハンドルの戻り動作の違和感につながるという問題が残されていた。
【００１４】
また、ステアリングホイールが中立付近まで戻り、所謂セルフアライニングトルクが極めて小さくなった場合において、戻り指令値はパルス的にオフとなるため戻り制御が一切されないこととなり、それ以上ステアリングホイールが戻らず戻り不足が生じるといった問題も残されていた。
【００１５】
本発明は、以上の実状に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、戻り制御を行なう際に生じる違和感を簡単な構成により低減すると共に、ステアリングホイールの戻り不足を解消することが可能な電動式パワーステアリングの戻り制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明すると、
「ステアリングホイール１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検出する車速センサ３０の出力とにより決定される所定のアシスト指令値により、アシストモータ４０を駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、前記アシストモータ４０の回転方向と操舵トルクの入力方向とが互いに異なるときに前記ステアリングホイール１０が戻り状態であると極性判別手段５３により判別し、前記車速センサ３０の出力により決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイール１０の戻り性を向上させる電動式パワーステアリングの戻り制御装置について、
前記極性判別手段５３の出力側に設けられ、前記戻り指令値が入力されるローパスフィルタ６１と、このローパスフィルタ６１からの出力値とローパスフィルタ６１の直前から分技された戻り指令値との双方が入力されその出力がアシスト指令値に足し込まれるＯＲ演算子６２とから構成された整形手段６０を備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングの戻り制御装置」である。
【００１７】
ここで、整形手段６０におけるＯＲ演算子６２の出力は、図１に示すように、極性判別手段５３から出力された戻り指令が分技されて直接入力される入力１と、ローパスフィルタ６１を介して入力される入力２とにより決定されるのであるが、その値は、表１及び図４のタイムチャートに示すようになる。つまり、極性判別手段５３の出力であるパルス波形は、整形手段６０により図４に示すＯＲ出力の波形となるのである。
【表１】

【００１８】
従って、この請求項１に係る発明は、ローパスフィルタ６１とＯＲ演算子６２とにより構成される整形手段６０を設けたことにより、図３に示すように、極性判別手段５３から出力される戻り指令がオンの際には戻り指令値の立ち上がりが素早く、一方戻り指令がオフの際には、その戻り指令値がローパスフィルタ６１の時定数に基づいて緩やかに減少するため、全体の戻り制御を滑らかにすることが可能となるのである。
【００１９】
また、ステアリングホイール１０（ハンドル）が中立付近まで戻り、セルフアライニングトルクが殆どなくなってからでもローパスフィルタ６１の時定数に応じて最後の少しを徐々に戻り制御することが可能となるのである。
【００２０】
なお、本発明にあっては、パルス的にオン・オフ信号として出力される戻り指令値を円滑にするために整形手段６０を設けたものであるが、請求項２又は３の如くトルク感応リミッタ５１又はモータ回転数感応リミッタ５２を設けることにより、さらにステアリングホイール１０の操舵感覚の違和感をなくすことが可能となるのである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。まず、電動式パワーステアリングシステムに関して図１及び図２を参照して説明する。
図２において、ステアリングホイール１０を操作すると、その操舵トルクはギヤーケース１１の入力軸１１ａに伝達され、出力軸１１ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は操舵リンク１３を介して車輪１４の方向を変える。
【００２２】
一方、図１に示すように、ギヤーケース１１に取付けられたトルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、その電気信号が電気制御装置（以下ＥＣＵ５０と云う）に入力される。ＥＣＵ５０は、トルクセンサ２０からの入力と車速センサ３０からの入力とにより所定のアシスト指令値（電流指令値）を決定し、これを各リミッタを介してドライブ回路に伝達し、当該ドライブ回路によってアシストモータ４０が駆動される。
【００２３】
このアシストモータ４０のトルクは、電磁クラッチ１５を介してギヤーケース１６の入力軸１６ａに伝達され、出力軸１６ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は、ステアリングホイール１０の出力軸１１ｂとともに、アシストモータ４０の出力軸１６ｂにより駆動されるので、ステアリングホイール１０の操作性が著しく改善されるのである。
【００２４】
つぎに、この様な電動式パワーステアリングシステムにおいて、切り込んだステアリングホイール１０を逆方向に戻した際の特性、即ちステアリングホイール１０の戻り性を向上させる戻り制御は次のように行われる。
【００２５】
先ず、アシストモータ４０の電流値が電流検出センサにより検出され、さらに該アシストモータ４０の端子電圧が電圧検出センサにより検出され、それぞれの検出値はＥＣＵ５０に入力される。ＥＣＵ５０は、これらの電流検出値とモータ端子電圧値とからモータ回転数推定演算手段５４によりアシストモータ４０の回転数を推定演算する。
【００２６】
さらにＥＣＵ５０は、モータ回転数から得られるアシストモータ４０の回転方向と、トルクセンサ２０から得られた操舵トルクの入力方向とが互いに異なるとき、ステアリングホイール１０が戻り状態であると判別する極性判別手段５３を有しており、戻り状態であると判別した際には、車速より決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイール１０の戻り性を向上させているのである。
【００２７】
なお、本実施例では、トルクセンサ２０から入力される操舵トルクの微分量と車速センサ３０から入力される車速により決定される微分指令値を、アシスト指令値（電流指令値）に足し込むことにより、制御システムの位相遅れを補償している。
【００２８】
さて、トルクセンサ２０の出力値やアシストモータ４０の回転数によって決定されたパルス的な戻り指令値を適正な型に整形しそれをアシスト指令値に足し込む制御を行うのが本発明であって、本実施例にあっては、戻り指令値は、車速によりゲイン決定された後にトルク感応リミッタ５１及びモータ回転数感応リミッタ５２を介して必要な領域のみ取り出された後、極性判別手段５３により判別され、その後整形手段６０により整形されてアシスト指令値に足し込まれるよう構成されている。
【００２９】
ここで、トルク感応リミッタ５１は、トルクセンサ２０の出力値が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないトルク上限リミッタと、トルクセンサ２０の出力値が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないトルク下限リミッタとの両機能を備えており、一方、モータ回転数感応リミッタ５２は、アシストモータ４０の回転数が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないモータ回転数下限リミッタと、アシストモータ４０の回転数が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないモータ回転数上限リミッタとの両機能を備えている。
【００３０】
従って、図３に示すように、ステアリングホイール（ハンドル）を徐々に中立付近まで戻してきた場合においては、アシスト指令値に足し込まれる戻り指令値は、トルク感応リミッタ５１のトルク下限リミッタとモータ回転数感応リミッタ５２のモータ回転数下限リミッタとにより必要な領域のみ取り出される。
【００３１】
取り出された戻り指令値は、極性判別手段５３によりアシストモータ４０の回転方向と操舵トルクの入力方向（トルクセンサ２０の出力）とが互いに異なるときにステアリングホイール１０が戻り状態であると判別されるため、この時点の戻り指令値はパルス的なオン・オフ信号として出力される。
【００３２】
このパルス的な戻り指令値は、次段の整形手段６０に入力される。整形手段６０は、パルス的な戻り指令値が入力されるローパスフィルタ６１と、このローパスフィルタ６１からの出力値とローパスフィルタ６１の直前から分技された戻り指令値との双方が入力されるＯＲ演算子６２とから構成されており、その出力は前述のアシスト指令値に足し込まれるようになっている。
【００３３】
これにより、図３の最下図に示すように、極性判別手段５３から出力される戻り指令値がオンの際には戻り指令値の立ち上がりが素早く、一方戻り指令がオフの際には、その戻り指令値がローパスフィルタ６１の時定数に基づいて緩やかに減少するため、全体の戻り制御を滑らかにすることができるのである。
【００３４】
また、ステアリングホイール１０が中立付近まで戻り、セルフアライニングトルクが殆どなくなってからでもローパスフィルタ６１の時定数に応じて最後の少しを徐々に戻す制御を行うことができるのである。
【００３５】
なお、本実施例にあっては、トルク感応リミッタ５１及びモータ回転数感応リミッタ５２を介した後に整形手段６０に入力されているが、これらのリミッタ５１、５２を介さずに、車速によりゲイン決定された戻り指令値を直接極性判別手段５３に入力し、その出力を整形手段６０により整形しアシスト指令値に足し込むように構成しても良い。
【００３６】
この際には、トルクセンサ２０やアシストモータ４０の誤差による影響や誤動作を生じる場合もあるが、少なくとも極性判別手段５３の出力であるパルス的なオン・オフ信号を除去できるため、ステアリングホイール１０にゴツゴツ感として伝わる戻り制御の違和感を低減することができるのである。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る電動式パワーステアリングの戻り制御装置によれば、極性判別手段の出力側に整形手段を設けたことにより、戻り制御を行なう際に生じる違和感を低減することができると共に、ステアリングホイールの戻り不足を解消することができるという効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動式パワーステアリングの戻り制御装置における一実施例の制御ブロック図である。
【図２】 図１に示した実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図３】 ステアリングホイールを中立付近に戻してきた際に戻り指令値を出力する状態を従来技術と本発明とを比較して示すグラフである。
【図４】 整形手段の作用を示す表及びタイムチャートである。
【図５】 従来の戻り制御装置の制御ブロック図である。
【図６】 操舵トルクが十分に大きい保舵時に戻り指令値を出力する状態を従来技術と改良例とを比較して示すグラフである。
【図７】 操舵トルクが極めて小さい時、或いはステアリングホイールの戻りが遅くモータ回転数が微小の時に戻り指令値を出力する状態を従来技術と改良例とを比較して示すグラフである。
【図８】 ステアリングホイールの戻りが十分に速い時に戻り指令値を出力する状態を従来技術と改良例とを比較して示すグラフである。
【図９】 従来の改良例における戻り制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ステアリングホイール
２０ トルクセンサ
３０ 車速センサ
４０ アシストモータ
５０ 電気制御装置（ＥＣＵ）
５１ トルク感応リミッタ
５２ モータ回転数感応リミッタ
５３ 極性判別手段
６０ 整形手段
６１ ローパスフィルタ
６２ ＯＲ演算子

Claims (3)

1. ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサの出力とにより決定される所定のアシスト指令値により、アシストモータを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイールの操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、前記アシストモータの回転方向と操舵トルクの入力方向とが互いに異なるときに前記ステアリングホイールが戻り状態であると極性判別手段により判別し、前記車速センサの出力により決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイールの戻り性を向上させる電動式パワーステアリングの戻り制御装置について、
   前記極性判別手段の出力側に設けられ、前記戻り指令値が入力されるローパスフィルタと、このローパスフィルタからの出力値とローパスフィルタの直前から分技された戻り指令値との双方が入力されその出力がアシスト指令値に足し込まれるＯＲ演算子とから構成された整形手段を備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
2. 前記トルクセンサの出力値が所定の範囲外の時には前記戻り指令値を出力しないトルク感応リミッタを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
3. 前記アシストモータの回転数が所定の範囲外の時には前記戻り指令値を出力しないモータ回転数感応リミッタを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。

Images