JP4134646B2 - 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駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの駆動力をステアリング機構に機械的に伝達することによって操舵補助する電動パワーステアリング装置が従来から用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて設定される目標電流値に基づいて制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
低車速時に十分な操舵補助力を確保するとともに、高速走行時における操舵補助の応答性を確保するために、操舵トルクを検出するためのトルクセンサが出力するトルク信号には、位相補償が施される。この位相補償により、トルク信号のゲインおよび位相の遅れまたは進みが適切に定められ、良好な操舵フィーリングが実現される。
最近では、下記特許文献１に見られるように、ソフトウェア処理によって位相補償処理が実行されるようになってきている。
【０００４】
図３(a)(b)は、位相補償特性の一例を示す図である。図３(a)には、トルク信号の周波数に対するゲインの特性が示されており、図３(b)には、トルク信号の周波数に対する位相の特性が示されている。曲線Ｌ０，Ｌ１０は、停車時（たとえば、車速が０〜５km/hのとき）のゲイン特性および位相特性をそれぞれ示す。これに対して、曲線Ｌ１，Ｌ１１は、走行時（たとえば、車速が２０km/h以上）のときのゲイン特性および位相特性をそれぞれ示す。
【０００５】
ステアリング機構を構成するメカ系との共振に起因する顕著な振動または異音を回避するために、曲線Ｌ０に見られるように、とくに大きな操舵トルクがかかる停車時には、所定の共振周波数ｆｒの付近におけるゲインが、可能な限り小さく抑えられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−９１２３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、低速走行中に、ステアリングホイールに大きな操舵トルクが加えられると、曲線Ｌ１１の特性に従って位相進みが生じ、かつ、大きな操舵トルクに応じて比較的大きなゲインが定められ、さらには、大きな操舵トルクに応じた大きな目標電流値が定められる。その結果、とくに、ステアリングホイールの切り始めにおいて、ステアリング機構に振動が生じたり、異音が発生したりするという問題が起こる。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、操作部材の操作初期における振動または異音の発生を防止し、良好な操舵フィーリングを実現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。
【０００９】
【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に応じて電動モータ（Ｍ）を制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、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を検出する車速センサ（６）と、上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルクセンサ（５）と、このトルクセンサが出力するトルク信号に対して位相補償を施す位相補償手段（１１）であって、ゲインが可変設定可能であり、当該ゲインが小さいほど位相進みが小さくなる位相補償手段と、上記車速センサが検出する車速が所定の車速閾値以上のときに、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほどリニアに小さくなるように、上限値および下限値の間で、上記位相補償手段のゲインを設定するゲイン設定手段（１３，１４，１５）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。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。
【００１０】
この発明によれば、操舵トルクに応じて位相補償手段の特性が変更され、車速が車速閾値（たとえば、約２０ km/h ）以上のときに、操舵トルクが大きいほど応答性を下げるような特性となり、振動または異音の発生を低減できる。これにより、とくに操作部材の操作初期（たとえば、ステアリングホイールの切り始め）における操舵フィーリングを向上できる。
より具体的には、上記位相補償手段は、そのゲインを下げることによって、同時に位相遅れが大きく（すなわち、位相進みが小さく）なる構成であり、上記位相補償手段のゲインが、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほど小さくなるように変更される。
たとえば、トルク適応ゲイン設定部は、走行時（ただし、上記車速閾値以上の車速時）において、操舵トルクが大きくなるに従って、位相補償手段の特性を、上記走行時の特性から停車時の特性へと変更するものであってもよい。この場合、走行時において、大きな操舵トルクが操作部材に加えられると、応答性が下げられることになるから、振動または異音の発生を低減できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記ゲイン設定手段は、上記車速センサが検出する車速に応じた車速適応ゲインを設定する車速適応ゲイン設定部（１３）と、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほどリニアに小さくなるように、トルク適応ゲイン上限値およびトルク適応ゲイン下限値の間で、操舵トルク適応ゲインを設定するトルク適応ゲイン設定部（１４）と、上記車速適応ゲインによって設定された車速適応ゲインと上記トルク適応ゲイン設定部によって設定された操舵トルク適応ゲインとを乗じて得られたゲインを上記位相補償手段に設定する乗算部（１５）とを含む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装置である。
この発明によれば、車速に応じて、位相補償手段の特性を変更できるから、たとえば、停車時は、応答性が低い特性とし、走行時にはそれよりも応答性の高い特性とすることができる。上記車速適応ゲイン設定部は、車速が大きいほど、位相遅れの少ない（位相進みの多い）位相補償特性となるように上記車速適応ゲインを設定するものであってもよい。
【００１２】
このようにして、車速に応じて適切な位相補償を行えるから、いずれの車速域においても、良好な操舵フィーリングが得られる。
しかも、操舵トルクに応じて位相補償手段の特性が変更されることにより、いずれの車速域においても、操作手段の操作開始初期において、振動や異音の発生を低減できる。
請求項３記載の発明は、上記トルク適応ゲイン設定部は、上記車速センサが検出する車速が前記車速閾値未満のときには、操舵トルク適応ゲインを上記トルク適応ゲイン上限値に設定するものであることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置である。
請求項４記載の発明は、上記車速適応ゲイン設定部は、上記車速センサが検出する車速が大きいほどリニアに大きくなるように、車速適応ゲイン上限値および車速適応ゲイン下限値の間で、車速適応ゲインを設定するものであることを特徴とする請求項２または３記載の電動パワーステアリング装置である。
請求項５記載の発明は、上記車速適応ゲイン設定部は、上記車速閾値において上記車速適応ゲイン上限値となるように車速適応ゲインを設定するものであることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置である。
【００１３】
【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Ｍから発生する駆動力が、操舵補助力として、ギヤ機構を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、機械的に伝達されるようになっている。
【００１４】
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、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルク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。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、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６の出力信号も入力されている。
【００１５】
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および車速センサ６によって検出される車速Ｖに応じた目標電流値を設定し、この目標電流値に基づいてモータドライバ２０を制御することにより、電動モータＭに適切な駆動電流を与える。これにより、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた操舵補助力が、ステアリング機構３に与えられることになる。
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、トルクセンサ５が出力するトルク信号に対して、ゲインおよび位相を調整するための位相補償処理を施す位相補償処理部１１と、この位相補償処理部１１によって位相補償処理のされた操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた目標電流値を設定する目標電流値設定部１２とを備えている。
【００１６】
位相補償処理部１１による位相補償特性を変更するためのゲインを設定するために、車速Ｖに応じた車速適応ゲインを設定する車速適応ゲイン設定部１３と、操舵トルクＴ（この実施形態では位相補償処理前のトルク信号に対応するもの）に応じたトルク適応ゲインを設定するトルク適応ゲイン設定部１４と、車速適応ゲイン設定部１３によって設定された車速適応ゲインにトルク適応ゲイン設定部１４によって設定されたトルク適応ゲインを乗じる乗算部１５とが設けられている。この乗算部１５によって求められたゲインが位相補償処理部１１に与えられ、この位相補償処理部１１における位相補償特性の可変設定のために用いられる。
【００１７】
図２は、目標電流値設定部１２の働きを説明するための図であり、位相補償処理後の操舵トルクＴに対する目標電流値の関係が示されている。操舵トルクＴは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値は、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００１８】
目標電流値は、操舵トルクＴの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクＴの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、目標電流値は零とされる。また、目標電流値は、車速センサ６によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００１９】
図３(a)(b)は、位相補償処理部１１による位相補償処理の特性（位相補償特性）の一例を示す図である。［従来の技術］の項ですでに説明したとおり、図３(a)には、トルク信号の周波数に対するゲインの特性が示されており、図３(b)には、トルク信号の周波数に対する位相の特性が示されている。曲線Ｌ０，Ｌ１０は、停車時または極低速時（たとえば、車速Ｖが０〜５km/hのとき）のゲイン特性および位相特性をそれぞれ示す。これに対して、曲線Ｌ１，Ｌ１１は、車両の走行時（たとえば、車速が２０km/h以上）のときのゲイン特性および位相特性をそれぞれ示す。
【００２０】
位相補償処理部１１は、ゲインを可変設定できるようになっていて、このゲインを可変設定することにより、位相遅れまたは位相進みも、併せて、そのゲインに対応した特性に設定されるようになっている。
図４は、車速適応ゲイン設定部１３によって設定される車速適応ゲインの特性の一例を示す図である。車速適応ゲインは、車両が停車している時または極低速域（たとえば、０≦Ｖ≦５km/h）においては、車速適応ゲイン下限値ＧＶ１（たとえば「１」）に保持され、この極低速域から所定の車速閾値Ｖth（たとえば、２０km/h）の車速域においては、車速Ｖが大きくなるに従って所定の車速適応ゲイン上限値ＧＶ２（たとえば、ＧＶ２＝ｋ・ＧＶ１。ｋは定数であり、たとえば、ｋ＝２。）まで単調に（たとえばリニアに）増加する。車速閾値Ｖth以上の車速域においては、車速適応ゲインは上記上限値ＧＶ２に保持される。
【００２１】
図５(a)(b)は、トルク適応ゲイン設定部１４によって設定される操舵トルク適応ゲインの特性の一例を示す図である。トルク適応ゲイン設定部１４は、車速Ｖが上記車速閾値Ｖth未満のときには、図５(a)の特性に従って操舵トルク適応ゲインを設定し、車速Ｖが上記車速閾値Ｖth以上のときには、図５(b)の特性に従って操舵トルク適応ゲインを設定する。
図５(a)の特性では、操舵トルクＴによらずに、操舵トルク適応ゲインは一定値ＧＴ１（たとえば、「１」）とされる。この場合には、乗算部１５による乗算結果は、車速適応ゲインに等しいから、位相補償処理部１１の位相補償特性は、もっぱら車速に依存して変動する。位相補償処理部１１は、たとえば、与えられるゲインが「１」のときに、図３の曲線Ｌ０，Ｌ１０に従う特性で位相補償処理を行い、与えられるゲインが「２」のときに、図３の曲線Ｌ１，Ｌ１１に従う特性で位相補償処理を行う。
【００２２】
一方、図５(b)の特性では、操舵トルク適応ゲインは、操舵トルクＴが一定値以下の範囲では、トルク適応ゲイン上限値ＧＴ１に保持され、それよりも大きな操舵トルクＴに対しては、トルク適応ゲイン下限値ＧＴ２（たとえば、ＧＴ２＝１／ｋ。すなわち、ＧＶ２×ＧＴ２＝１。）までの範囲でリニアに変動する。
したがって、車速Ｖが上記車速閾値Ｖth以上のときには、操舵トルクＴが大きいほど、車速適応ゲインと操舵トルク適応ゲインとの積が小さくなり、ゲインが小さく抑えられることになる。すなわち、走行中であっても、操舵トルクＴが大きいときには、図３(a)(b)における曲線Ｌ０，Ｌ１０で示される停車中の位相補償特性に近づけられることになり、応答性が下げられる。これによって、とくにステアリングホイール１の切り始めの期間において、振動や異音の発生を効果的に抑制できる。
【００２３】
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る。たとえば、上記の実施形態では、電動モータＭを制御するための目標駆動値として目標電流値を用いているが、目標電圧値や操舵補助力の目標値であるアシストトルク目標値を目標駆動値として用いてもよい。
その他、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】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係が示されている。
【図３】位相補償処理部による位相補償処理の特性（位相補償特性）の一例を示す図である。
【図４】車速適応ゲイン設定部によって設定される車速適応ゲインの特性の一例を示す図である。
【図５】トルク適応ゲイン設定部によって設定される操舵トルク適応ゲインの特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリング機構
４ トーションバー
５ トルクセンサ
６ 車速センサ
１０ コントローラ
１１ 位相補償処理部
１２ 目標電流値設定部
１３ 車速適応ゲイン設定部
１４ トルク適応ゲイン設定部
１５ 乗算部
２０ モータドライバ
Ｍ 電動モータ
Ｔ 操舵トルク
Ｖ 車速
Ｖth 車速閾値

Claims (5)

1. 操作部材に加えられた操舵トルクに応じて電動モータを制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   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を検出する車速センサと、
   上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルクセンサと、
   このトルクセンサが出力するトルク信号に対して位相補償を施す位相補償手段であって、ゲインが可変設定可能であり、当該ゲインが小さいほど位相進みが小さくなる位相補償手段と、
   上記車速センサが検出する車速が所定の車速閾値以上のときに、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほどリニアに小さくなるように、上限値および下限値の間で、上記位相補償手段のゲインを設定するゲイン設定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。
2. 上記ゲイン設定手段は、
   上記車速センサが検出する車速に応じた車速適応ゲインを設定する車速適応ゲイン設定部と、
   上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほどリニアに小さくなるように、トルク適応ゲイン上限値およびトルク適応ゲイン下限値の間で、操舵トルク適応ゲインを設定するトルク適応ゲイン設定部と、
   上記車速適応ゲインによって設定された車速適応ゲインと上記トルク適応ゲイン設定部によって設定された操舵トルク適応ゲインとを乗じて得られたゲインを上記位相補償手段に設定する乗算部とを含む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装置。
3. 上記トルク適応ゲイン設定部は、上記車速センサが検出する車速が前記車速閾値未満のときには、操舵トルク適応ゲインを上記トルク適応ゲイン上限値に設定するものであることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記車速適応ゲイン設定部は、上記車速センサが検出する車速が大きいほどリニアに大きくなるように、車速適応ゲイン上限値および車速適応ゲイン下限値の間で、車速適応ゲインを設定するものであることを特徴とする請求項２または３記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記車速適応ゲイン設定部は、上記車速閾値において上記車速適応ゲイン上限値となるように車速適応ゲインを設定するものであることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。

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