JP3837295B2 - 電動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】
この発明は、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動モータが発生する駆動力を減速機などを介してステアリング機構に伝達す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が用いられている。
図２は、従来の電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。電動パワーステアリング装置は、電動モータ９１を駆動制御するためのコントローラ９２を備えている。コントローラ９２には、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ９３および車速を検出する車速センサ９４の出力信号が与えられている。
【０００３】
コントローラ９２は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータがプログラム処理を実行することにより、複数の機能処理部を実質的に有している。複数の機能処理部は、トルクセンサ９３の出力信号（トルク信号）の位相補償を行う位相補償部９５と、この位相補償部９５で位相補償されたトルク信号および車速センサ９４から出力される車速信号に応じた目標電流値を設定する目標電流値設定部９６と、目標電流値設定部９６によって設定された目標電流値に基づいて電動モータ９１をフィードバック制御するモータ制御部９７とを含む。
【０００４】
目標電流値設定部９６は、車速域ごとに定められた複数のトルク−目標電流特性線の中から車速信号に応じた特性線を選択し、その選択した特性線に従って、位相補償部９５から出力されるトルク信号に応じた目標電流値を設定する。各トルク−目標電流特性線には、操舵補助を行わないトルク信号の範囲（不感帯）Ｔoffが設けられている。したがって、位相補償部９５から出力されるトルク信号が不感帯Ｔoffに含まれていれば、目標電流値は零に設定され、電動モータ９１による操舵補助は行われない。これにより、車両直進時における不必要な操舵補助が防止され、操舵安定感（ハンドルの中立感）が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
位相補償部９５では、ステアリングシャフトに組み込まれたトーションバーの弾性振動などを考慮したトルク信号の位相補償が行われる。したがって、位相補償部９５から出力されるトルク信号に基づいて目標電流値が設定され、この目標電流値に基づいて電動モータ９１が駆動制御されることにより、トーションバーの弾性振動などに起因するハンドルの振動を抑制できる。
【０００６】
ところが、上述した従来の電動パワーステアリング装置では、トルク信号が不感帯Ｔoffに含まれているときには、目標電流値が零に設定されて電動モータ９１が駆動されないので、このときにトーションバーの弾性振動などに起因するハンドルの微振動（トルク不感帯Ｔoff内でのトルク信号の高周波的な変化）が生じても、このハンドルの振動を抑えることができない。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、位相補償後のトルク信号が不感帯内に含まれているときであっても、ハンドルの振動を抑え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である。
【０００７】
【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、操作手段（１）の操作に基づいて電動モータ（４）を駆動し、このモータの駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、操作手段に加えられた操舵トルクを検出し、その検出した操舵トルクに応じたトルク信号を出力するトルク検出手段（６）と、このトルク検出手段が出力するトルク信号の位相を補償する位相補償手段（１１）と、この位相補償手段による位相補償後のトルク信号に対応した第１の目標電流値を設定する第１目標電流値設定手段（１２）と、この第１目標電流値設定手段によって第１の目標電流値が零に設定され、かつ、上記位相補償手段による位相補償後のトルク信号の周波数が予め定める周波数以上である場合に、その位相補償後のトルク信号に対応した第２の目標電流値を設定する第２目標電流値設定手段（１４）と、上記第１目標電流値設定手段によって設定された第１の目標電流値および上記第２目標電流値設定手段によって設定された第２の目標電流値の加算値に基づいて電動モータを駆動するモータ駆動手段（１６）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００８】
上記位相補償手段は、操作手段とステアリング機構とを連結するステアリングシャフト（２）にトーションバー（５）が組み込まれている場合には、このトーションバーに生じる弾性振動に起因する操作手段の振動を防止するためにトルク信号の位相を補償するものであってもよい。
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。
この発明によれば、第１の目標電流値が零に設定される場合、つまり、位相補償後のトルク信号が、第１目標電流値設定手段によって第１の目標電流値が零に設定されるトルク信号範囲であるトルク不感帯内に含まれる場合であって、そのトルク信号の周波数が予め定める周波数以上であれば、第２目標電流値設定手段によって、位相補償後のトルク信号に応じた第２の目標電流値が設定される。このとき、第１の目標電流値は零であるから、電動モータは、第２の目標電流値に基づいて駆動されることになる。
【０００９】
これにより、トルク信号がトルク不感帯に含まれているときに、トーションバーの弾性振動などに起因する操作手段の微振動（トルク不感帯内でのトルク信号の高周波的な変化）が生じても、その振動を抑制するトルクが電動モータから発生される。よって、ハンドルの微振動を速やかに抑制でき、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
また、トルク信号がトルク不感帯内に含まれ、かつ、そのトルク信号の周波数が予め定める周波数未満である場合、つまりトルク信号がドライバによるハンドル操作によって生じる比較的緩やかな変化を示している場合には、第１および第２の目標電流値は設定されず、電動モータに駆動電流は供給されない。したがって、操作手段を中立位置（例えば、車両直進時における操作手段の位置）で保舵しているときに不必要な操舵補助が行われることはなく、第２目標電流値設定手段が備えられていることにより、車両直進時における操舵安定感が損なわれるおそれはない。
【００１０】
【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。ハンドル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４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。
【００１１】
ステアリングシャフト２は、ハンドル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５によって互いに連結されている。トーションバー５は、ハンドル１に加えられた操舵トルク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６よって検出されるようになっている。トルクセンサ６の検出信号は、マイクロコンピュータを含むコントローラ（ＥＣＵ）１０に入力されている。
【００１２】
コントローラ１０には、トルクセンサ６の検出信号の他に、車両の走行速度（車速）Ｖを検出する車速センサ７および電動モータ４に流れるモータ電流値を検出するモータ電流検出回路８の検出信号が入力されている。コントローラ１０は、トルクセンサ６、車速センサ７およびモータ電流検出回路８の各検出信号に基づいて、ハンドル１の操作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４を駆動制御する。
【００１３】
コントローラ１０は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータがプログラム処理を実行することにより、電動モータ４の駆動制御に必要な機能を実現する。すなわち、コントローラ１０は、トーションバー５に生じる弾性振動などに起因するハンドル１の振動を防止するためにトルクセンサ６の検出信号（トルク信号）の位相を補償する位相補償部１１、この位相補償部１１で位相補償されたトルク信号および車速センサ７の検出信号（車速信号）に応じた第１目標電流値を設定する第１目標電流値設定部１２、位相補償部１１で位相補償されたトルク信号から低周波成分を除去して、予め定める周波数（たとえば、１０Hz）以上のトルク信号のみを通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１３、このハイパスフィルタ１３を通過後のトルク信号に応じた第２目標電流値を設定する第２目標電流値設定部１４、第１目標電流値設定部１２の出力値と第２目標電流値設定部１４の出力値とを加算する加算部１５、ならびに、この加算部１５の出力値に基づいて電動モータ４をフィードバック制御するモータ制御部１６の各機能処理部を実質的に有している。
【００１４】
第１目標電流値設定部１２は、トルク−第１目標電流特性を定めたトルク−第１目標電流特性マップを有している。トルク−第１目標電流特性マップには、トルク信号に対する第１目標電流値が零であるトルク不感帯Ｔoffが設けられている。また、トルク−第１目標電流特性マップは、トルク不感帯Ｔoff外の一定の範囲において、トルク信号の大きさが大きくなるほど、第１目標電流値が単調に増加するように定められている。そして、そのトルク信号に対する第１目標電流値の増加の割合（マップの傾き）は、予め定める車速域ごとに異なり、高速域ではトルク信号に対する第１目標電流値の増加の割合が小さく、低速域ではトルク信号に対する第１目標電流値の増加の割合が大きくなっている。
【００１５】
第１目標電流値設定部１２は、トルク−第１目標電流特性マップに従って、位相補償部１１から出力されるトルク信号および車速センサ７から出力される車速信号に応じた第１目標電流値を設定する。したがって、第１目標電流値設定部１２では、位相補償部１１から出力されるトルク信号がトルク不感帯Ｔoff内に含まれるときには第１目標電流値は零に設定され、トルク信号がトルク不感帯Ｔoff内に含まれないときにのみ有意な第１目標電流値が設定されることになる。
【００１６】
一方、第２目標電流値設定部１４は、予め定めるトルク信号範囲内におけるトルク−第２目標電流特性を定めたトルク−第２目標電流特性マップを有している。上記予め定めるトルク信号範囲は、トルク不感帯Ｔoffを含み、トルク不感帯Ｔoffよりも少しだけ広く設定されている。そして、トルク−第２目標電流特性マップは、トルク不感帯Ｔoff内では、トルク信号の大きさが大きくなるほど、第２目標電流値が零からＩ２max（たとえば、５Ａ）まで単調に増加し、トルク不感帯Ｔoff外では、トルク信号の大きさが大きくなるほど、第２目標電流値がＩ２maxから零まで単調に減少するように定められている。
【００１７】
第２目標電流値設定部１４は、トルク−第２目標電流特性マップに従って、ハイパスフィルタ１３を通過後のトルク信号に応じた第２目標電流値を設定する。したがって、第２目標電流値設定部１４では、位相補償部１１から上記予め定める周波数以上のトルク信号が出力され、かつ、そのトルク信号が上記予め定めるトルク信号範囲（主にトルク不感帯Ｔoff）内に含まれる場合に、トルク信号の大きさにほぼ比例した第２目標電流値が設定されることになる。
【００１８】
以上の構成により、位相補償後のトルク信号が上記予め定めるトルク信号範囲内に含まれないときには、第１目標電流値設定部１２において第１目標電流値が設定され、その設定された第１目標電流値に基づいて電動モータ４が駆動制御される。また、位相補償後のトルク信号が上記予め定めるトルク信号範囲内に含まれ、かつ、トルク不感帯Ｔoff内に含まれないときには、第１目標電流値設定部１２において第１目標電流値が設定されるとともに、トルク信号が上記予め定める周波数以上であれば第２目標電流値設定部１４において第２目標電流値が設定され、第１目標電流値および第２目標電流値の加算値に基づいて電動モータ４が駆動制御される。
【００１９】
そして、位相補償後のトルク信号がトルク不感帯Ｔoff内に含まれるときには、第１目標電流値は設定されず、トルク信号が上記予め定める周波数以上であれば、第２目標電流値設定部１４において、位相補償後のトルク信号に応じた第２目標電流値が設定され、その設定された第２目標電流値に基づいて電動モータ４が駆動制御される。これにより、トルク信号が不感帯Ｔoffに含まれているときに、トーションバー５の弾性振動などに起因するハンドル１の微振動（トルク不感帯Ｔoff内でのトルク信号の高周波的な変化）が生じても、その振動を抑制するトルクが電動モータ４から発生される。よって、ハンドル１の微振動を速やかに抑制でき、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００２０】
また、トルク信号がトルク不感帯Ｔoff内に含まれ、かつ、そのトルク信号の周波数が上記予め定める周波数未満である場合、つまりトルク信号がドライバによるハンドル操作によって生じる比較的緩やかな変化を示している場合には、第１目標電流値および第２目標電流値は設定されず、電動モータ４に駆動電流は供給されない。したがって、ハンドル１を中立位置（例えば、車両直進時におけるハンドル位置）で保舵しているときに不必要な操舵補助が行われることはなく、第２目標電流値設定部１４が設けられていることにより、車両直進時における操舵安定感（ハンドルの中立感）が損なわれるおそれはない。
【００２１】
なお、上記予め定めるトルク信号範囲であってトルク不感帯Ｔoff外で第２目標電流値が定められるのは、トルク信号がトルク不感帯Ｔoffの境界を跨いで変化したときに、電動モータ４に供給される駆動電流が急激に減少するのを防止するためである。すなわち、上記予め定めるトルク信号範囲であってトルク不感帯Ｔoff外で第２目標電流値が零に設定されるようにした場合、トルク信号がトルク不感帯Ｔoffの境界を跨いで変化したときに、電動モータ４に供給される駆動電流が、第２目標電流値に対応した駆動電流から第１目標電流値に対応した駆動電流に急激に減少する。そこで、上記予め定めるトルク信号範囲であってトルク不感帯Ｔoff外では、第２目標電流値を設定し、この第２目標電流値と第１目標電流値との加算値に対応した駆動電流を電動モータ４に供給することにより、電動モータ４の駆動電流が急激に減少するのを防止している。
【００２２】
以上、この発明の一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、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】従来の電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ ハンドル
２ ステアリングシャフト
２Ａ 入力軸
２Ｂ 出力軸
３ ステアリング機構
４ 電動モータ
５ トーションバー
６ トルクセンサ
７ 車速センサ
８ モータ電流検出回路
１０ コントローラ
１１ 位相補償部
１２ 第１目標電流値設定部
１３ ハイパスフィルタ
１４ 第２目標電流値設定部
１５ 加算部
１６ モータ制御部

Claims (1)

1. 操作手段の操作に基づいて電動モータを駆動し、このモータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置であって、
   操作手段に加えられた操舵トルクを検出し、その検出した操舵トルクに応じたトルク信号を出力するトルク検出手段と、
   このトルク検出手段が出力するトルク信号の位相を補償する位相補償手段と、
   この位相補償手段による位相補償後のトルク信号に対応した第１の目標電流値を設定する第１目標電流値設定手段と、
   この第１目標電流値設定手段によって第１の目標電流値が零に設定され、かつ、上記位相補償手段による位相補償後のトルク信号の周波数が予め定める周波数以上である場合に、その位相補償後のトルク信号に対応した第２の目標電流値を設定する第２目標電流値設定手段と、
   上記第１目標電流値設定手段によって設定された第１の目標電流値および上記第２目標電流値設定手段によって設定された第２の目標電流値の加算値に基づいて電動モータを駆動するモータ駆動手段と
   を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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