JP4593457B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両操舵時の運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置には、操舵トルクに応じて操舵アシスト量を制御するものがある。この電動パワーステアリング装置では、一般的に、操舵トルクが大きくなるほどステアリングモータで発生させる補助操舵トルク（アシスト量）を増大させ、操舵トルクが小さくなるほど補助操舵トルクを減少させている。
ところで、車両が横勾配のある路面を走行しているときには、車両として直進状態にあっても路面の低い方向へ車体が流されてしまう。そのため、この車体流れに抗して直進させるには、車体が路面の低い方へ流れないように運転者はハンドルに操舵トルクを加え続けなければならず、運転者の疲労を早める場合がある。
この課題に対処するに、車両の傾斜角度を検出し、該傾斜角度に応じてアシスト量を補正する電動パワーステアリング装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−４３１６５号公報

前記従来の電動パワーステアリング装置では、前後輪のサスペンション装置に上下方向の変位を検出するストロークセンサを設け、ストロークセンサの出力信号に基づいて車両の傾斜角度を演算し、該傾斜角度に応じてアシスト量を補正している。
そのため、多数のストロークセンサが必要でコストアップになり、また、制御が複雑になるという課題があった。
そこで、この発明は、装置構成および制御が簡単ながら、車体流れ時の運転者の疲労を軽減す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ものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール３）に加わる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（例えば、後述する実施例における操舵トルクセンサ１６）と、操舵をアシストするステアリングモータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモータ１０）とを備え、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて前記ステアリングモータによるアシスト量を制御する車両の電動パワーステアリング装置において、車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段（例えば、後述する実施例におけるヨーレートセンサ１８）と、前記操作子の操舵角を検出する操舵角検出手段（例えば、後述する実施例における操舵角センサ１５）とを備え、該ヨーレート検出手段で検出されるヨーレートがゼロ近傍であり且つ前記操舵トルク検出手段で検出される操舵トルクが所定値以上である場合に、前記アシスト量を車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加させ、前記操舵角検出手段で検出される操舵角が大きいほど、車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加する増加量を大きくすることを特徴とする。
このように構成することにより、ヨーレート検出手段で検出されるヨーレートがゼロ近傍であり且つ操舵トルク検出手段で検出される操舵トルクが所定値以上である場合には、車体流れに抗して車両を直進させる操舵状態（以下、車体流れ阻止操舵状態という）であると判断して、ステアリングモータによるアシスト量を車体流れが生じていない通常時（車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたとき）のアシスト量よりも増加するので、車体流れ阻止操舵状態における運転者の操舵力を小さくすることができる。

また、操舵角検出手段で検出される操舵角が大きいほど、車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加する増加量を大きくするので、車体流れ阻止操舵状態におけるアシスト量の増加制御を安定させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車速がゼロ近傍のときは、車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加する増加量をゼロにすることを特徴とする。
このように構成することにより、車速がゼロ近傍での誤判断を避けることができる。

請求項１に係る発明によれば、車体流れ阻止操舵状態の判断が可能で、車体流れ阻止操舵状態のときにステアリングモータによるアシスト量を車体流れが生じていない通常時（車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたとき）のアシスト量よりも増加することができるので、車体流れ阻止操舵状態における運転者の操舵力が小さくて済み、運転者の負担を軽減することができ、運転者を疲れ難くすることができる。また、車両の直進安定性も向上する。しかも、装置構成および制御が簡単で、コストアップを抑えることができる。
また、車体流れ阻止操舵状態におけるアシスト量の増加制御を安定させることができる。
請求項２に係る発明によれば、車速がゼロ近傍での誤判断を避けることができる。

以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置の実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例は、車両用の電動パワーステアリング装置の態様である。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック歯７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連係されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給するステアリングモータ１０が配設されている。つまり、この電動パワーステアリング装置ではステアリングモータ１０が操舵をアシストする。ステアリングモータ１０により供給される補助操舵力は、ラック軸７に対してほぼ平行に設けられたボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。そのために、ラック軸７を挿通させたステアリングモータ１０のロータに駆動側ヘリカルギヤ１１を一体的設け、この駆動側ヘリカルギヤ１１に噛合する従動側ヘリカルギヤ１３を、ボールねじ機構１２のスクリューシャフト１２ａの一端に設け、ボールねじ機構１２のナット１４をラック７に固定している。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵角を検出するための操舵角センサ（操舵角検出手段）１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。また、車体の適所には、車両のヨーレート（車両挙動）を検出するヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）１８と、車速を検出する車速センサ（車速検出手段）１９と、が取り付けられている。
操舵角センサ１５は検出した操舵角に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は検出した車速に対応した電気信号を、それぞれステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２０に出力する。
ステアリング制御装置２０は、これらセンサ１５，１６，１８，１９からの入力信号を処理して得られる制御信号によりステアリングモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に供給することによりステアリングモータ１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力（アシスト量）を制御する。

図２の制御ブロック図を参照して、電動パワーステアリング装置におけるステアリングモータ１０の電流制御を説明する。
ステアリング制御装置２０は、ベース電流算出部３１、ヨーレート反力補正電流算出部３２、トルクセンサ補正中点値算出部３３を備え、ベース電流算出部３１で算出したベース電流から、ヨーレート反力補正電流算出部３２で算出したヨーレート反力補正電流を減算することにより、ステアリングモータ１０の目標電流を算出する。

詳述すると、ベース電流算出部３１は、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、ベース電流テーブル（図示略）を参照して、操舵トルクと車速に応じたベース電流を算出する。前記ベース電流テーブルは、操舵トルクに対応する信号値（以下、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔと称す）が大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定されている。この実施例において、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは操舵トルクセンサ１６の出力値（出力電圧）Ｖｎからトルクセンサ中点値を減算した値であり、トルクセンサ中点値とは、中点（操舵トルク＝ゼロ）における操舵トルクセンサ１６の出力値（出力電圧）である。

図４は操舵トルクセンサ１６の出力特性図の一例であり、この図を参照して操舵トルク信号値について具体的に説明する。図４において縦軸は操舵トルクセンサ１６の出力（電圧）、横軸は操舵トルクであり、プラスは右回り、マイナスは左回りの操舵トルクを示している。トルクセンサ中点値をＶ_０とすると、例えば、操舵トルクセンサ１６の出力電圧がＶ_１（Ｖ_１＞Ｖ_０）の場合には、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは「Ｖ_１−Ｖ_０」である。この場合、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは正の値になるので、右回りの操舵トルクとして処理される。一方、操舵トルクセンサ１６の出力電圧がＶ_２（Ｖ_２＜Ｖ_０）の場合には、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは「Ｖ_２−Ｖ_０」である。この場合、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは負の値になるので、左回りの操舵トルクとして処理される。

ヨーレート反力補正電流算出部３２は、ヨーレートセンサ１８の出力信号に基づき、ヨーレート反力補正電流テーブル（図示略）を参照して、ヨーレート反力補正電流を算出する。ヨーレート反力補正電流は、例えば車両の旋回走行時などにおいてヨーレートが発生したときに、このヨーレートを打ち消す方向のトルクを発生させる反力成分である。ヨーレート反力補正電流テーブルは、ヨーレートが大きくなるにしたがってヨーレート反力補正電流が大きくなるように設定されている。

ところで、前述したように車両が横勾配のある路面を走行しているときには、車両として直進状態にあっても路面の低い方向へ車体が流されてしまうため、この車体流れに抗して直進させるには、運転者はステアリングホイール３に操舵トルクを加え車体が路面の低い方へ流れないように操舵する必要がある。しかしながら、このような状況が長く続くと、運転者の疲労を早めてしまうので好ましくない。
そこで、この電動パワーステアリング装置では、車体流れに抗して車両を直進させる操舵状態（車体流れ阻止操舵状態）にあると判断したときには、操舵トルクセンサ１６のトルクセンサ中点値を補正することによって、車体流れが生じていないとき（以下、この出願においては「通常時」という）よりもアシスト量が大きくなるように制御し、これにより運転者の負担を軽減する。以下の説明の都合上、補正前のトルクセンサ中点値Ｖ_０をトルクセンサ基本中点値Ｖ_０と称す。

トルクセンサ補正中点値算出部３３は、車体流れ阻止操舵状態にあるか否かの判断と、トルクセンサ中点値の補正を実行する。そのために、トルクセンサ補正電流算出部３３には、操舵角センサ１５、操舵トルクセンサ１６、ヨーレートセンサ１８、車速センサ１９の各出力信号が入力される。
トルクセンサ補正中点値算出部３３において実行される車体流れ阻止操舵状態判断処理およびトルクセンサ中点値補正処理について、図３に示すブロック図を参照して説明する。

トルクセンサ補正中点値算出部３３は、車体流れ判断部３４、中点補正スイッチ３５、トルクセンサ中点補正マップ３６、車速レシオマップ３７、フェードＩＮ／ＯＵＴ処理部３８を備えている。
車体流れ判断部３４は、操舵角センサ１５と操舵トルクセンサ１６とヨーレートセンサ１８の各出力信号に基づき、車体流れ阻止操舵状態にあるか否かを判断する。この実施例では、次の（１）〜（３）の３つの条件を同時に満足する状態が一定時間継続した場合に、車体流れ判断部３４は車体流れ阻止操舵状態にあると判断する。
（１）ヨーレートセンサ１８で検出されるヨーレートがゼロ近傍で安定している。
（２）操舵トルクセンサ１６の出力電圧（操舵トルク）がトルクセンサ基本中点値Ｖ_０から同方向（右回りあるいは左回り）に所定値以上オフセットしている。
（３）操舵角センサ１５で検出される操舵角が中点値から同方向（右回りあるいは左回り）に所定値以上オフセットしている。

つまり、車両にヨーレートが殆ど発生していないのに、運転者がステアリングホイール３を一定の方向に回転させ且つ所定値以上のトルクを加え続ける状態が一定時間継続したときには、車体流れに抗して車両を直進させる操舵を運転者が行っている状態（すなわち、車体流れ阻止操舵状態）であると判断する。
換言すると、上記（１）〜（３）の３つの条件を満たしても一定時間継続しないときや、上記（１）〜（３）の条件のいずれか１つでも満たしていないときには、車体流れ判断部３４は車体流れ阻止操舵状態でないと判断する。
この実施例では上記（１）〜（３）の３条件と継続性を課すことによって、車体流れ阻止操舵状態の判断の正確性を期している。
ただし、簡易的な方法として、上記（２）と（３）のいずれか一方と（１）の条件とを同時に満足する状態が一定時間継続した場合に車体流れ阻止操舵状態であると判断することも可能である。

中点補正スイッチ３５は、車体流れ判断部３４が車体流れ阻止操舵状態であると判断した場合にＯＮされ、車体流れ阻止操舵状態でないと判断した場合にＯＦＦされる。
そして、トルクセンサ補正中点値算出部３３は、操舵角センサ１５で検出された操舵角の絶対値に基づき、トルクセンサ中点補正マップ３６を参照して、操舵角の絶対値に応じた基本補正電圧を算出するとともに、車速センサ１９で検出された車速に基づき、車速レシオマップ３７を参照して、車速に応じた車速レシオＲｖを算出する。

なお、この実施例におけるトルクセンサ中点補正マップ３６では、操舵角の絶対値が第１の所定角度θ_１に達するまでは基本補正電圧はゼロであり、第１の所定角度θ_１を越えると操舵角の絶対値が大きくなるにしたがって基本補正電圧が徐々に大きくなり、操舵角の絶対値が第２の所定角度θ_２に達すると基本補正電圧は最大値となり、第２の所定角度θ_２以上では基本補正電圧は前記最大値で一定に設定されている。
この実施例における車速レシオマップ３７では、車速が第１の車速ｖ_１に達するまでは車速レシオＲｖはゼロであり、第１の車速ｖ_１を越えると車速が大きくなるにしたがって車速レシオＲｖが徐々に大きくなり、車速が第２の車速ｖ_２に達すると車速レシオＲｖは最大値となり、第３の車速ｖ_３に達するまで車速レシオＲｖは前記最大値で一定で、第３の車速ｖ_３を越えると車速が大きくなるにしたがって車速レシオＲｖは徐々に小さくなり、車速が第４の車速ｖ_４に達するとそれ以上は車速レシオＲｖは所定の中間値で一定に設定されている。

トルクセンサ補正中点値算出部３３は、車体流れ判断部３４が車体流れ阻止操舵状態であると判断して中点補正スイッチ３５をＯＮしたときには、操舵角の絶対値に基づきトルクセンサ中点補正マップ３６を参照して算出した基本補正電圧に、車速レシオマップ３７を参照して算出した車速レシオＲｖを乗じて、補正電圧値Ｖｈを算出し、フェードＩＮ／ＯＵＴ処理部３８において所定時間をかけて徐々に補正電圧値Ｖｈに移行するように処理し、トルクセンサ基本中点値Ｖ_０から補正電圧値Ｖｈを減算した電圧値を、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈとして出力する（Ｖ_０ｈ＝Ｖ_０−Ｖｈ）。なお、補正電圧値Ｖｈの符号は、操舵角センサ１５で検出された操舵角の符号と同じにする。
フェードＩＮ／ＯＵＴ処理部３８により徐々に補正電圧値Ｖｈに移行させるのは、瞬時にトルクセンサ基本中点値Ｖ_０からトルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈに切り換えると操舵フィーリングが悪化するからである。

例えば、ステアリングホイール３を右に切って車体流れ阻止操舵状態となっているときには、操舵角も右回転で符号が「正」であるので、補正電圧値Ｖｈの符号も「正」とする。その結果、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈは、トルクセンサ基本中点値Ｖ_０よりも小さい値（図４においてＶ_０ｈ１）となる（Ｖ_０＞Ｖ_０ｈ１）。このように操舵トルクセンサ１６の中点値を補正すると、操舵トルクセンサ１６の出力電圧がＶ_１（Ｖ_１＞Ｖ_０）の場合には、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは「Ｖ_１−Ｖ_０ｈ１」となり、車体流れが生じていない通常時の操舵トルク信号値Ｖ_Ｔ（＝Ｖ_１−Ｖ_０）よりも大きくなる。したがって、車体流れ阻止操舵状態のときのアシスト量を、通常時のアシスト量よりも大きくすることができる。この場合、基本的には、操舵角センサ１５で検出される操舵角が大きいほど、また、車速センサ１９で検出される車速が大きいほど、アシスト量が大きくなる。

また、ステアリングホイール３を左に切って車体流れ阻止操舵状態となっているときには、操舵角も左回転で符号が「負」であるので、補正電圧値Ｖｈの符号も「負」とする。その結果、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈは、トルクセンサ基本中点値Ｖ_０よりも大きい値（図４においてＶ_０ｈ２）となる（Ｖ_０＜Ｖ_０ｈ２）。このように操舵トルクセンサ１６の中点値を補正すると、操舵トルクセンサ１６の出力電圧がＶ_２（Ｖ_２＜Ｖ_０）の場合には、操舵トルク信号値Ｖ_Ｔは「Ｖ_２−Ｖ_０ｈ２」となり、車体流れが生じていない通常時の操舵トルク信号値Ｖ_Ｔ（＝Ｖ_２−Ｖ_０）よりも絶対値の大きい負の値となる。したがって、この場合にも、車体流れ阻止操舵状態のときのアシスト量を、通常時のアシスト量よりも大きくすることができる。この場合も、基本的には、操舵角センサ１５で検出される操舵角が大きいほど、また、車速センサ１９で検出される車速が大きいほど、アシスト量が大きくなる。

なお、車体流れ判断部３４が車体流れ阻止操舵状態であると判断していても、操舵角センサ１５で検出される操舵角が第１の所定角度θ_１以下のときには基本補正電圧がゼロに設定されるので、補正電圧値Ｖｈはゼロとなり、トルクセンサ中点値の補正は実質的に行われず、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈはトルクセンサ基本中点値Ｖ_０に一致する（Ｖ_０ｈ＝Ｖ_０）。
また、車速センサ１９で検出される車速が第１の所定車速ｖ_１以下のときも車速レシオＲｖがゼロに設定されるので、補正電圧値Ｖｈはゼロとなり、トルクセンサ中点値の補正は実質的に行われず、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈはトルクセンサ基本中点値Ｖ_０に一致する（Ｖ_０ｈ＝Ｖ_０）。これは、車速がゼロ近傍（第１の所定車速ｖ_１以下）で誤判断を避けるためである。
車体流れ判断部３４が車体流れ阻止操舵状態ではないと判断して中点補正スイッチ３５をＯＦＦしたときも、基本補正電圧がゼロになるので、補正電圧値Ｖｈもゼロとなり、トルクセンサ中点値の補正は実質的に行われず、トルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈはトルクセンサ基本中点値Ｖ_０に一致する（Ｖ_０ｈ＝Ｖ_０）。

なお、トルクセンサ中点値の補正実行中に、車体流れ判断部３４が車体流れ阻止操舵状態でないと判断し中点補正スイッチ３５をＯＦＦする場合には、瞬時にトルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈからトルクセンサ基本中点値Ｖ_０に切り換えると操舵フィーリングが悪化するので、フェードＩＮ／ＯＵＴ処理部３８において所定時間をかけて徐々に補正電圧値Ｖｈをゼロに移行するように処理する。
この実施例における車速レシオマップ３７では車速が第３の車速ｖ_３よりも高い高車速域では車速が高くなるにしたがって車速レシオＲｖを小さくしているので、高車速で車体流れ阻止操舵状態にあるときは操舵アシスト量の増加を抑え気味にすることができ、高車速域での操舵フィーリング悪化を防止することができる。

以上説明するように、この実施例における電動パワーステアリング装置によれば、操舵角センサ１５、操舵トルクセンサ１６、ヨーレートセンサ１８の各出力信号に基づいて車体流れ阻止操舵状態にあるか否かを判断し、車体流れ阻止操舵状態であると判断した場合には、基本的に操舵角センサ１５の出力信号に基づいてトルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈを算出し、操舵トルクセンサ１６の中点値を補正することによりアシスト量を車体流れが生じていない通常時のアシスト量よりも増加するので、車体流れ阻止操舵状態における運転者の操舵力が小さくて済み、運転者の負担を軽減することができ、運転者を疲れ難くすることができる。また、車両の直進安定性も向上する。
しかも、操舵トルクセンサ１６およびヨーレートセンサ１８は一般に電動パワーステアリング装置に初めから備えられており、操舵角センサ１５を１つ追加するだけで前記作用・効果を得ることができるので、装置構成および制御が簡単になり、コストアップを抑えることができる。
操舵角センサ１５の出力は操舵トルクセンサ１６の出力よりもノイズが小さく、このノイズの小さい操舵角センサ１５の出力値（つまり、操舵角）Ｖｎに応じてトルクセンサ補正中点値Ｖ_０ｈを算出しているので、トルクセンサ中点値の補正を安定して行うことができ、車体流れ阻止操舵状態におけるアシスト量の増加制御を安定させることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、操舵トルクセンサ１６の中点値を補正することによって車体流れ阻止操舵状態のときの操舵アシスト量を増加させているが、トルクセンサ中点値を補正せずに操舵アシスト量を増加補正しても構わない。
また、図３に示されるトルクセンサ中点補正マップ３６や車速レシオマップ３７はいずれも一例である。

この発明に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記電動パワーステアリング装置のステアリングモータに対する電流制御のブロック図である。 トルクセンサ中点値補正処理のブロック図である。 操舵トルクセンサの出力特性図の一例である。

符号の説明

３ ステアリングホイール（操作子）
１０ ステアリングモータ
１５ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
１６ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１８ ヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）
１９ 車速センサ

Claims (2)

1. 操作子に加わる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵をアシストするステアリングモータとを備え、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて前記ステアリングモータによるアシスト量を制御する車両の電動パワーステアリング装置において、
   車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、前記操作子の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備え、該ヨーレート検出手段で検出されるヨーレートがゼロ近傍であり且つ前記操舵トルク検出手段で検出される操舵トルクが所定値以上である場合に、前記アシスト量を車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加させ、前記操舵角検出手段で検出される操舵角が大きいほど、車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加する増加量を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 車速がゼロ近傍のときは、車体流れ阻止操舵状態ではないと判定されたときのアシスト量よりも増加する増加量をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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