JP4749452B2

JP4749452B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4749452B2
Application number: JP2008212947A
Authority: JP
Inventors: 千明藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP2008302929A

Description

この発明は、操舵軸に動力伝達可能な状態に接続され、回転に応じて操舵軸にモータ駆動によるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関するものである。

自動車などの車両の電動パワーステアリング装置として、例えば、特許文献１に記載されているものがある。この従来の電動パワーステアリング装置では、各種センサの出力からアシスト力を付与するようにアシストトルクを決定するアシストトルク決定手段と、車両の挙動が正常状態にあるかどうかを判断し、異常であるときに正常状態に戻すようにアシスト力に反映させるアシスト反力トルク決定手段と、左右輪の駆動力または制動力を制御するコントロールユニットにおいて、左右輪、それぞれを駆動力または制動力を制御することから、左右輪の出力信号から左右輪の駆動力または制動力の差を求める駆・制動力左右輪差信号出力手段と、電動パワーステアリングコントロールユニットにおいて、駆動力または制動力左右輪差信号に応じてトルクステア防止するための補助トルクを求めるトルクステア防止アシストトルク決定手段とにより、モータを駆動するための目標電流を決定する目標電流決定手段を得て、実際にモータに電圧を印加し、通電する出力電流制御手段によって、モータを制御し、操舵をアシストする。

このように構成された従来の電動パワーステアリング装置においては、左右輪の駆動力または制動力を制御するコントロールユニットにより、左右輪の駆動力または制動力差により左右不均等な力が転舵輪に作用した場合、キングピン軸回りのモーメントが左右で不均等になるため、転舵輪側から操舵ハンドルを回そうとするハンドル取られ（トルクステア）が発生するが、この場合に、上記制御により、これを駆動力、制動力の左右輪差から、ハンドル取られを抑えることができる。

特許第３１０５８４７号公報（第２〜４頁、図２）

しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置では、ハンドル取られを抑制するためには、左右輪の駆動力または制動力を制御するためのコントロールユニットから発生した駆動力または制動力の左右輪差のみにしか適応できない。例えば、左右輪が路面摩擦係数の異なる路面において、駆動、もしくは制動したときには、左右輪に同一の駆動、ないし制動力をかけたとしても、上述のように実際には車輪にかかる駆動、制動力が異なり、ハンドル取られが発生するが、これに適応できないという問題点があった。
また、従来の電動パワーステアリング装置では、左右輪の駆動力または制動力を制御するコントロールユニットが必要であり、また、コントロールユニットから駆動力または制動力の左右輪差の信号を出力してもらう必要がある。つまり、左右輪の駆動力または制動力を制御するコントロールユニットが必要であり、駆動力または制動力の左右輪差の信号を出力する出力手段を構成する必要があるために、コストがかかるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、左右輪を駆動または制動するコントロールユニットから発生される駆動力または制動力による左右輪差だけでなく、路面により発生されるハンドル取られにも適応することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的にしている。

この発明に係わる電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルの操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、補助操舵を行う電動パワーステアリング装置において、車両の車輪速度を検出する車輪速度検出手段、この車輪速度検出手段により検出された車輪速度から車体速度を算出する車速演算手段、操舵トルク及び車速演算手段により算出された車体速度に応じて目標モータ電流を算出するアシスト制御手段、車輪速度及び車体速度から左右の車輪のスリップ量をそれぞれ算出するスリップ演算手段、車輪速度から、左右の車輪の車輪加速度をそれぞれ算出する車輪加速度演算手段、及びスリップ演算手段により算出された左右の車輪のスリップ量の差に応じ、かつ左右の車輪の車輪加速度の差に基づくゲインを乗じて算出された補正電流により、トルクステアを抑制するように目標モータ電流を補正する補正手段を備えたものである。

この発明は、以上説明したように、操舵ハンドルの操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、補助操舵を行う電動パワーステアリング装置において、車両の車輪速度を検出する車輪速度検出手段、この車輪速度検出手段により検出された車輪速度から車体速度を算出する車速演算手段、操舵トルク及び車速演算手段により算出された車体速度に応じて目標モータ電流を算出するアシスト制御手段、車輪速度及び車体速度から左右の車輪のスリップ量をそれぞれ算出するスリップ演算手段、車輪速度から、左右の車輪の車輪加速度をそれぞれ算出する車輪加速度演算手段、及びスリップ演算手段により算出された左右の車輪のスリップ量の差に応じ、かつ左右の車輪の車輪加速度の差に基づくゲインを乗じて算出された補正電流により、トルクステアを抑制するように目標モータ電流を補正する補正手段を備えたので、目標モータ電流を補正することにより、左右輪の駆動力または制動力の差により発生するハンドル取られを抑制することができると共に、路面の影響により左右輪に駆動力または制動力の差が発生した場合においても適応することができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
図１において、操舵ハンドル１と、操舵ハンドル１に加えられた操舵力（回転力）に応じて電気信号を出力するトルクセンサ２とは、第１のステアリングシャフト４ａによって連結される。第１のユニバーサルジョイント３ａは、第２のステアリングシャフト４ｂによりトルクセンサ２と連結される。
第２のユニバーサルジョイント３ｂは、第１のピニオン軸５ａに連結される。ラック軸６は、第１のピニオン軸５ａと噛み合う第１のラック歯部６ａと、後述のウォームホィール軸と連結される第２のピニオン軸５ｂと噛み合う第２のラック歯部６ｂを有する。第１のポールジョイント７ａにより、第１のタイロッド８ａとラック軸６の一端が連結され、第２のポールジョイント７ｂにより、第２のタイロッド８ｂとラック軸６の他端が連結される。コントロールユニット９には、トルクセンサ２からの電気信号が供給される。車輪速度センサ１０は、車両の各車輪の速度を検出してコントロールユニット９に供給する。コントロールユニット９とバッテリ１１の間には、キースイッチ１２が設けられている。モータ１３は、バッテリ１１からコントロールユニット９を介して供給される電源によって駆動される。モータ１３の出力軸には、ウォーム軸１５が連結され、減速機を形成する。ウォームホィール軸１６は、ウォーム軸１５と噛み合って駆動される。

図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のコントロールユニットを示す図である。
図２において、操舵トルク検出手段３１は、トルクセンサ２の出力に基づいて操舵トルクを測定する。車輪速度検出手段３２は、車輪速センサ１０の出力に基づいて各車輪の速度を測定する。車速演算手段３３は、車体の速度を演算し、各車輪速度の最大速度を車体速度とする。アシスト制御手段３４は、例えば図３に示すマップにより、車体速度と操舵トルクに応じた目標モータ電流を求める。スリップ演算手段３５は、各車輪速度と車体速度との差により各車輪のスリップ量を求める。トルクステア補正制御手段３７（補正手段）は、図４に示すように左右のスリップ量差に応じたトルクステアを抑制するように補正する電流を求める。モータ電流制御手段３８は、アシスト制御手段３４により得られる目標モータ電流に、トルクステア補正制御手段３７より得られるトルクステアを抑制する電流を差し引いた電流をモータに流れるように駆動制御する。

図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵トルクと車速に応じた目標モータ電流の演算を示す図である。
図３において、横軸は、操舵トルクであり、縦軸は、目標モータ電流であり、アシスト制御手段３４により、操舵トルクと車速から目標モータ電流が求まるようになっている。
図４は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の左右スリップ量の差に補正電流の算出方法を示す図である。
図４において、横軸は、スリップ比較値の左右の差であり、縦軸は、セルフステア補正電流である。

図５は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
図６は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の路面摩擦係数を含むスリップと駆動力または制動力との関係を示す図である。
図６において、横軸は、スリップ率であり、縦軸は、制動力、駆動力である。

次に、図５のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１は、操舵トルク検出手段３１により、トルクセンサ２から信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ内に取り込み、デジタル化する。
ステップＳ２は、車輪速検出手段３２により、車輪速センサ１０からの車輪の所定回転角度に対する車輪速パルス列を入力し、そのパルス列間の周期を計測し、車輪の所定回転角度、つまり車両が進んだ距離をパルス列間の周期で除することにより、車輪速度を算出する。
なお、直接電動パワーステアリング装置のコントロールユニット９が演算しなくても、例えば、アンチロックブレーキ装置などが車輪速を演算し、その演算結果をもらっても良い。また、アンチロックブレーキ装置などが演算した車輪速の結果でなく、車輪速パルス間の周期、もしくは所定時間内に入力された車輪速パルスなどの、他の装置から入力される信号でもよい。これらは、車輪速度に置き換えることが可能であり、電動パワーステアリングに車輪速を入力するためのインターフェースを設ける必要がなく、安価な装置を構成することができる。

ステップＳ３は、車速演算手段３３により、ステップＳ２で得られた車輪速度から車体速度を求める。各車輪速度の最大値を車体速度として求める。
ステップＳ４は、スリップ演算手段３５により、ステップＳ２で得られた車輪速度とステップＳ３で得られた車体速度との差よりスリップ量を演算する。

ステップＳ５は、セルフステア補正制御手段３７により、図４に示されるように、左右のスリップ量を比較することにより、トルクステア分を補正する電流を求める。なお、図４では、左右のスリップ量において、一律な補正量により求めることとしたが、車速によりこれを変化させるようにしてもよい。これにより、より細かくトルクステア抑制分を調整することができる。また、左右輪だけでなく、４輪すべてのスリップ量を利用することにより、車両の挙動も合わせて考慮することができる。

左右のスリップの差により左右輪の駆動力差もしくは制動力差を判断することができる。図６に駆動力または制動力とスリップ率との関係の一例が示されている。図６のように、左右輪の駆動力または制動力を制御する場合、つまり、左右輪において異なる駆動力または制動力が発生した場合には、Ａ点とＢ点とを比較するようにスリップ率が異なる。スリップ率は、スリップ量を車体速度で除することにより求めることができる。ここで左右輪のスリップを比較することに着目しているので、左右輪における車体速度は同じであるから、スリップ率は、スリップ量でも同一のことがいえる。
路面摩擦係数が異なる場合に同一の駆動力または制動力を与えた場合、Ａ点とＣ点とを比較するように、摩擦係数とスリップとの関係が異なるので、摩擦係数の低い方が最大の駆動力または制動力が小さいため、それ以上に付加された力の影響によりスリップが増大する。したがって、路面摩擦係数の異なる路面においても同様にスリップにて左右にかかる駆動力または制動力を検出することができる。

ステップＳ６のアシスト制御手段３４によるアシスト制御電流演算では、図３に示すような車速と操舵トルクとからなる目標モータ電流値のマップにおいて、ステップＳ１、ステップＳ３で得られた車速、操舵トルクから目標モータ電流値を引き出す。
ステップＳ７は、目標モータ電流とトルクステア補正電流との差を算出し、モータ電流値を算出する。

ステップＳ８は、モータ電流制御手段３８により、ステップＳ７で決定されたモータ電流値をモータに通電できるように、ブラシつきモータであればモータ端子間に電圧を印加する。また、ブラシレスであれば、通電しようとする電流値から印加すべき電圧を算出し、その電圧値を座標変換演算し、各相の端子電圧を印加する。

したがって、ハンドル取られが発生する状況である左右輪の駆動力または制動力に差が発生する場合には、左右輪のスリップ量に差が発生し、このスリップ量差に基づきアシスト量を補正することで、ハンドル取られを抑制することができる。

図７に示すように、左右のスリップ量に基づいて補正した値を所定値以上のスリップ量が継続したときの時間、または、スリップ量の積算値を比較することで、より左右輪差の影響が小さい場合にも適応することができる。
図７は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ積算によるコントロールユニットを示す図である。
図７においては、図２のスリップ演算手段３５の後段にスリップ積分演算手段３６を配置し、このスリップ積分演算手段３６の出力をセルフステア補正制御手段３７に入力する。

図８は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の車輪加速度によるコントロールユニットを示す図である。
図８においては、図２のスリップ演算手段３５を車輪加速度演算手段４１に置換えている。
車輪の回転運動方程式として、次の式が一般的に知られている。

ここで、ｄω／ｄｔは、車輪の回転加速速度、つまり、車輪加速度である。また、Ｉは車輪の慣性モーメント、ｒはタイヤ半径、Ｗは車輪過重、μは路面摩擦係数、Ｔはブレーキトルクである。

したがって、制動力または路面の影響が車輪加速度に反映されることとなる。したがって、スリップと同様に、車輪加速度を用いても同様な効果を得ることができる。

図８では、スリップ量を車輪加速度に置き換えて、左右の車輪加速度に差が発生した場合において、車輪加速度の差に応じてトルクステア補正電流を求める。これにより、スリップ量が発生する前に車輪加速度が大きく変化するので、これを捉えることにより、より早期に補正することができる。すなわち左右輪差、路面の影響をすばやく検出して、より早くからハンドル取られを抑制することができる。

図９は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ量と車輪加速度とを組み合せたコントロールユニットを示す図である。
図９においては、図２に加えて、スリップ演算手段３５と並列に車輪加速度演算手段４１を配置し、スリップ演算手段３５と車輪加速度演算手段４１の出力をセルフステア補正制御手段３７に入力する。
図１０は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ量と車輪加速度とを組み合せた制御を示す図である。
図９及び図１０に示されるように、スリップ量と車輪加速度とを組み合わせてもよい。このときには、スリップの差により決定した補正電流に対し、車輪加速度の差により決定されるゲインマップを乗ずることにより補正電流を決定する。

実施の形態１によれば、アシスト特性を変更することにより、左右輪の駆動力または制動力の差により発生するハンドル取られを抑制することができる。
また、路面の影響により左右輪に駆動力または制動力の差が発生した場合においても適応することができる。

参考例１．
実施の形態１では、アシスト特性を変更することにより、ハンドル取られを低減するようにしたが、ハンドルが取られるときには、急にハンドルが動くので、ハンドル回転速度、つまり機構的に接続されているモータ回転速度が急変することを抑えてもよい。従来、電動パワーステアリングにおいて、車両の収斂性を高めるため、ハンドル回転速度またはモータ回転速度により粘性補償制御が行われている。参考例１は、この制御を車輪のスリップに応じて補正量を調整することにより、ハンドルを取られるときのハンドルの急変を抑えるようにしたものである。

図１１は、この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の左右スリップ差に応じた粘性補償制御のコントロールユニットを示す図である。
図１１において、２、９、１０、１３、３１〜３５、３８は図２におけるものと同一のものである。モータ電流制御手段３８の出力を受け、モータ回転数を検出するモータ回転数検出手段３９及びこのモータ回転数検出手段３９とスリップ演算手段３５の出力を受ける粘性補償制御手段４０が設けられている。
図１２は、この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の粘性補償制御を示す図である。

図１１のモータ回転数検出手段３９は、モータに流れる電流とそのときのモータ電圧から発生する誘起電圧からモータ回転数を求めることができる。また、ブラシレスモータなどのようにモータにモータ位置を示すセンサを持つ場合には、センサからモータの回転数を求めてもよい。また、舵角センサを持つものは、ハンドル角速度を検出し、これをモータの回転数に置き換えてもよい。粘性補償制御手段４０は、図１２に示すように、モータ回転数、車速、スリップに応じてモータ回転数を抑制するように、補正電流を算出する。

図１３は、この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
次に、図１３について説明する。
ステップＳ１〜ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ８は、実施の形態１と同様である。ステップＳ９は、モータ回転数検出手段３９により、モータの回転数をモータに流れる電流とそのときの電圧から発生する誘起電圧を求め、誘起電圧からモータが回転数を求める。また、ブラシレスモータなどのようにモータにモータ位置を示すセンサを持つ場合には、センサからモータの回転数を求めてもよい。また、舵角センサを持つものは、ハンドル角速度を検出し、これをモータの回転数に置き換えてもよい。
ステップＳ１０は、粘性補償制御手段４０により、図１２に示すように、モータ回転数、車速、スリップに応じてモータ回転数を抑制するように、補正電流である粘性補償制御電流を演算する。ステップＳ１１は、目標モータ電流と粘性補償制御電流とを合わせることでモータ電流を演算する。

また、実施の形態１でも述べたように、スリップ量の代わりに車輪加速度を用いてもよく、また、車輪加速度とスリップ量とを合わせて用いてもよい。

参考例１によれば、ハンドル回転速度すなわちモータ回転速度が急変することを抑えることにより、左右輪の駆動力または制動力の差により発生するハンドル取られを抑制することができる。

参考例２．
図１４は、この発明の参考例２による電動パワーステアリング装置のアシスト制御にトルクステア補正を付加したものを示す図である。
参考例２は、目標モータ電流そのものを補正することで、操舵時にハンドル取られを抑制することができ、同様な効果を得るものである。
図１４は、アシスト制御手段３４にトルクステア補正を付加したものを示している。左右輪に発生するスリップと、図３に示すように目標モータ電流とを算出する。その上で、左右のスリップ差から求めたゲインを乗ずることにより目標モータ電流に補正を加えるものである。
ただし、操舵中のスリップ量が深い方向への操舵時には、アシスト量を小さくし、アシストしにくくするともに、車輪からトルクセンサに伝達されたトルクステア分のトルク分を除去することができる。

参考例２によれば、目標モータ電流そのものを補正することで、操舵時にハンドル取られを抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のコントロールユニットを示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵トルクと車速に応じた目標モータ電流の演算を示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の左右スリップ量の差に補正電流の算出方法を示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の路面摩擦係数を含むスリップと駆動力または制動力との関係を示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ積算によるコントロールユニットを示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の車輪加速度によるコントロールユニットを示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ量と車輪加速度とを組み合せたコントロールユニットを示す図である。この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のスリップ量と車輪加速度とを組み合せた制御を示す図である。この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の左右スリップ差に応じた粘性補償制御のコントロールユニットを示す図である。この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の粘性補償制御を示す図である。この発明の参考例１による電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。この発明の参考例２による電動パワーステアリング装置のアシスト制御にトルクステア補正を付加したものを示す図である。

符号の説明

１操舵ハンドル
２トルクセンサ
９コントロールユニット
１０車輪速センサ
１３モータ
３１操舵トルク検出手段
３２車輪速検出手段
３３車速演算手段
３４アシスト制御手段
３５スリップ演算手段
３６スリップ積分演算手段
３７セルフステア補正制御手段
３８モータ電流制御手段
３９モータ回転数検出手段
４０粘性補償制御手段
４１車輪加速度演算手段

Claims

操舵ハンドルの操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、補助操舵を行う電動パワーステアリング装置において、
車両の車輪速度を検出する車輪速度検出手段、
この車輪速度検出手段により検出された車輪速度から車体速度を算出する車速演算手段、
上記操舵トルク及び上記車速演算手段により算出された車体速度に応じて目標モータ電流を算出するアシスト制御手段、
上記車輪速度及び上記車体速度から左右の車輪のスリップ量をそれぞれ算出するスリップ演算手段、
上記車輪速度から、左右の車輪の車輪加速度をそれぞれ算出する車輪加速度演算手段、
及び上記スリップ演算手段により算出された左右の車輪のスリップ量の差に応じ、かつ上記左右の車輪の車輪加速度の差に基づくゲインを乗じて算出された補正電流により、トルクステアを抑制するように上記目標モータ電流を補正する補正手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記車輪速度検出手段は、他の装置から入力される信号に基づき、車輪速度を算出す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装置。