JP5546431B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に係り、詳しくは走行安定性や操舵性の向上等を図る技術に関する。

近年の自動車では、旧来の油圧パワーステアリング装置に代えて、電気モータによってアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering system：以下、ＥＰＳと記す）が採用されることが多くなっている。電動パワーステアリング装置には、電気モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電気モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、ＥＣＵ（電子制御装置）による制御が極めて容易に行える等の特長がある。

旧来のＥＰＳでは、運転者の操舵トルクに応じて電気モータのアシストトルクを設定するため、電気モータの慣性分や装置各部のフリクション等の要素を考慮することが難しく、操舵フィーリングが低下することが避けられなかった。そこで、ステアリングホイールの操舵角に基づいてマップから目標操舵トルクを求め、目標操舵トルクと操舵トルクセンサから入力した検出値（実操舵トルク）との差（操舵トルク差）に基づいて目標アシストトルクを設定し、目標アシストトルクと実アシストトルクとを一致させるようにフィードバック制御を行う技術が提案されている。この技術によれば、上述した操舵フィーリングの低下が起こり難くなるとともに、直進走行時等に路面の不整（凹凸やうねり、わだち等）に起因する操舵車輪の転向（いわゆる、ハンドル取られ）が起こりかけても、ハンドル取られを矯正する方向にアシストトルクが生起されることで安定した走行を実現できる（特許文献１参照）。

特開平６−５６０４６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、ステアリングホイールの操舵角と目標操舵トルクの値とが一義的に対応していることにより、円滑な切り増しや切り戻しが行い難くなることがあった。例えば、運転者は旋回走行や障害物回避の際にステアリングホイールを素早く切り増すことがあるが、操舵トルク差の瞬間的な増大によってアシストトルクが大きくなるため（すなわち、操舵反力が弱くなるため）、過剰操舵に起因する不安定な車両挙動が生じる虞があった。一方、運転者は旋回走行等を終了した後にステアリングホイールに添えた手を緩めることがあるが、この際に操舵角が大きかった場合には目標操舵トルクも大きくなるため、実操舵トルクの減少（あるいは、消滅）によって大きな操舵トルク差が生じる。その結果、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に大きなアシストトルクが生起され、ステアリングホイールが勢いよく戻り回転して運転者が違和感を憶えたり車両挙動が乱れたりする虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、走行安定性や操舵性の向上等を実現した電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面では、操舵機構にアシスト力を付与する電動式の操舵アシストモータ（９）と、ステアリングホイール（２）の操舵角を検出する操舵角検出手段（１１）と、前記操舵角検出手段の検出結果に基づき、ステアリングホイールの目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定手段（４６，４７）と、運転者からステアリングホイールに加えられた実操舵トルクを検出する実操舵トルク検出手段（１２）と、前記目標操舵トルクと前記実操舵トルクとの差を操舵トルク差として算出する操舵トルク差算出手段（４８）と、前記操舵トルク差算出手段の算出結果に基づき目標駆動電流を設定する目標駆動電流設定手段（３６）と、前記目標駆動電流をもって前記操舵アシストモータを駆動制御するモータ駆動制御手段（２２）とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記目標操舵トルク設定手段（４６，４７）は、ステアリングホイールの切り増し時における目標操舵トルクを第１目標操舵トルク（４２）として設定し、ステアリングホイールの切り戻し時における目標操舵トルクを第２目標操舵トルク（４４）として設定するとともに、前記第１目標操舵トルクを前記第２目標操舵トルクよりも大きく設定し、前記第１目標操舵トルクと前記第２目標操舵トルクとは、前記操舵角が０で互いに交差し、前記第１目標操舵トルクと前記第２目標操舵トルクとは、前記操舵角が０で互いに交差し、前記目標操舵トルク設定手段は、ステアリングホイールが回転しない保舵状態における前記目標操舵トルクを前記第１目標操舵トルクよりは小さくかつ前記第２目標操舵トルクよりは大きい保舵時目標操舵トルクとして設定する。

また、本発明の第２の側面では、前記目標操舵トルク設定手段は、前記第１目標操舵トルクを前記第２目標操舵トルクよりも大きく設定する。

本発明によれば、例えば、旋回走行や障害物回避の際に運転者がステアリングホイールを素早く切り増しても、第１目標操舵トルクが比較的大きいことから操舵トルク差が小さくなり、適切な操舵反力をもってステアリングホイールを操作することが可能となる。一方、旋回走行等を終了した後に運転者がステアリングホイールに添えた手を緩めても、第２目標操舵トルクが比較的小さいことから操舵トルク差が小さくなり、アシストトルクによるステアリングホイールの急激な戻り回転が起こり難くなる。

実施形態に係る実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 実施形態に係るＥＰＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る操舵トルク差算出部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る切増時ベース値マップである。 実施形態に係る保舵時ベース値マップである。 実施形態に係る切戻時ベース値マップである。 実施形態に係る切増時車速ゲインマップである。 実施形態に係る保舵時車速ゲインマップである。 実施形態に係る切戻時車速ゲインマップである。 実施形態に係る操舵トルク差設定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る目標操舵トルクを示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明を乗用車用電動パワーステアリング装置に適用した一実施形態を詳細に説明する。

≪実施形態の構成≫
＜電動パワーステアリング装置＞
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２にステアリングシャフト３を介して連結されたピニオン４と、ピニオン４に噛み合って車幅方向に往復動するラック５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備えている。ラック５は、その両端がタイロッド６を介して左右前輪７側のナックルアーム８に連結され、ステアリングホイール２の回転操作に応じて左右前輪７が転舵される。ラック５にはモータやギヤ等からなる操舵アシスト機構９が同軸に装着されており、この操舵アシスト機構９が発生するアシストトルクによって運転者の操舵力が軽減される。

ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ１１が上部に設けられるとともに、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２がピニオン４の近傍に設けられている。また、車体の適所には、車速を検出する車速センサ１３と、車体の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１４とが設けられている。また、操舵アシスト機構９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１５が設けられている。

これらの各センサ１１〜１５の出力信号は、ステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、電動パワーステアリング装置１を統括的に制御するもので、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、上述した出力信号に基づき目標制御量（目標電流）を決定し、操舵アシスト機構９の駆動回路２２に出力する。駆動回路２２は、ＦＥＴブリッジ等から構成されており、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１が決定した目標制御量に基づき操舵アシスト機構９に電力を供給し、これにより操舵アシスト機構９からラック５に付与されるアシストトルクが制御される。

＜ＥＰＳ−ＥＣＵ＞
図２に示すように、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１には、行き戻り判定部３１と、角速度算出部３２と、アシストトルク設定部３３と、ダンパ補償部３４と、操舵反力設定部３５と、目標電流設定部３６とが内装されている。

行き戻り判定部３１は、操舵角センサ１１および操舵トルクセンサ１２の出力信号に基づいて操舵方向が行き（操舵方向が中立位置から遠ざかる方向）か戻り（中立位置に戻る方向）かを判定し、その判定結果をアシストトルク設定部３３に出力する。また、角速度算出部３２は、レゾルバ１５の出力信号に基づき操舵アシスト機構９の角速度を算出し、角速度信号をダンパ補償部３４に出力する。ダンパ補償部３４は、操舵角センサ１１やヨーレイトセンサ１４、角速度算出部３２の出力信号に基づき操舵アシスト機構９の減衰補正値を設定し、これをアシストトルク設定部３３に出力する。

アシストトルク設定部３３は、後述する操舵トルク差算出部４０等から構成されており、操舵トルク差算出部４０で算出した操舵トルク差Ｄｔｓや車速センサ１３、ヨーレイトセンサ１４、ダンパ補償部３４等からの入力信号に基づいてアシストトルク目標値Ｔａｔを設定し、これを目標電流設定部３６に出力する。

操舵反力設定部３５は、操舵角センサ１１や操舵トルクセンサ１２、車速センサ１３、ヨーレイトセンサ１４の出力信号の他、角速度算出部３２の出力信号に基づき操舵反力目標値力Ｔｒｔを設定し、これを目標電流設定部３６に出力する。

目標電流設定部３６は、アシストトルク設定部３３から入力したアシストトルク目標値Ｔａｔと、操舵反力設定部３５から入力した操舵反力目標値力Ｔｒｔとに基づき目標電流Ｉｔを設定し、これを駆動回路２２に出力する。

＜操舵トルク差算出部＞
図３に示すように、操舵トルク差算出部４０は、操舵領域判定部４１と、切増時ベース値設定部４２と、保舵時ベース値設定部４３と、切戻時ベース値設定部４４と、操舵角速度算出部４５と、目標操舵トルク選択部４６と、乗算器４７と、加算器４８と、切増時車速ゲイン設定部５１と、保舵時車速ゲイン設定部５２と、切戻時車速ゲイン設定部５３と、車速ゲイン乗算器５４〜５６とから構成されている。

操舵領域判定部４１は、操舵トルクセンサ１２の出力信号に基づき、操舵領域（ステアリングホイール２が中立位置から左右どちらにあるか）を判定する。切増時ベース値設定部４２は、図４の切増時ベース値マップに示すように、操舵角θに対して比較的大きな切増時ベース値Ｔｔｇｂを設定する。保舵時ベース値設定部４３は、図５の保舵時ベース値マップに示すように、操舵角θに対して中程度の大きさの保舵時ベース値Ｔｔｈｂを設定する。切戻時ベース値設定部４４は、図６の切戻時ベース値マップに示すように、操舵角θに対して比較的小さな切戻時ベース値Ｔｔｒｂを設定する。

操舵角速度算出部４５は、操舵角θを時間微分することによって操舵角速度ωを算出する。目標操舵トルク選択部４６は、操舵角速度算出部４５の算出結果（操舵状態と保舵状態とのどちらであるか）と行き戻り判定部３１の判定結果に基づき、３つの目標操舵トルクＴｔｇ，Ｔｔｈ，Ｔｔｒのいずれかを目標操舵トルクベース値Ｔｔｂとして選択する。乗算器４７は、操舵領域判定部４１の判定結果に基づいて目標操舵トルクベース値Ｔｔｂの符号を決定し、目標操舵トルクＴｔｇｔを出力する。加算器４８は、目標操舵トルクＴｔｇｔから実操舵トルクＴｒｅａｌを減算し、操舵トルク差Ｄｔｓを出力する。

切増時車速ゲイン設定部５１は、図７の切増時車速ゲインマップに示すように、車速Ｖに対して比較的大きな切増時車速ゲインＧｖｇを設定する。保舵時ベース値設定部４３は、図８の保舵時車速ゲインマップに示すように、車速Ｖに対して中程度の大きさの保舵時目車速ゲインＧｖｈを設定する。切戻時ベース値設定部４４は、図９の切戻時車速ゲインマップに示すように、車速Ｖに対して比較的小さな切戻時車速ゲインＧｖｒを設定する。

≪実施形態の作用≫
自動車が走行を開始すると、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、所定の処理間隔（例えば、１０ｍｓ）で操舵アシスト制御を繰り返し実行する。操舵アシスト制御を開始すると、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、アシストトルク設定部３３で後述する操舵トルク差Ｄｔｓにダンパ補償等を行うことでアシストトルク目標値Ｔａｔを設定する一方、操舵反力設定部３５で操舵反力トルクＴｒｔを設定する。次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、目標電流設定部３６でアシストトルク目標値Ｔａｔおよび操舵反力トルクＴｒｔに基づき目標電流Ｉｔを設定して駆動回路２２に出力する。これにより、操舵アシスト機構９からラック５にアシスト力が付与され、運転者の操舵負担が軽減される。

＜操舵トルク差の設定＞
ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、上述した操舵アシスト制御と平行して、図１０のフローチャートにその手順を示す操舵トルク差設定処理を実行する。
操舵トルク差設定処理を開始すると、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、現在の操舵角θと車速Ｖとに基づき、ステップＳ１で切増時ベース値Ｔｔｇｂと切増時車速ゲインＧｖｇとから切増時目標操舵トルクＴｔｇを設定し、ステップＳ２で保舵時ベース値Ｔｔｈｂと保舵時目車速ゲインＧｖｈとから保舵時目標操舵トルクＴｔｈを設定し、ステップＳ３で切戻時ベース値Ｔｔｒｂと切戻時車速ゲインＧｖｒとから切戻時目標操舵トルクＴｔｒを設定する。

次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、ステップＳ４でステアリングホイール２が切り増し状態（すなわち、行き側）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ５で切増時目標操舵トルクＴｔｇを目標操舵トルクベース値Ｔｔｂとする。

また、ステップＳ４の判定がＮｏであった場合、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、ステップＳ６でステアリングホイール２が切り戻し状態（すなわち、戻り側）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ７で切戻時目標操舵トルクＴｔｒを目標操舵トルクベース値Ｔｔｂとする。

そして、ステップＳ６の判定もＮｏであった場合（すなわち、ステアリングホイール２が回転してない保舵状態にあった場合）、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、ステップＳ８で保舵時目標操舵トルクＴｔｈを目標操舵トルクベース値Ｔｔｂとする。

次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、ステップＳ９でステアリングホイール２の位置が中立位置に対して右にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１０で目標操舵トルクベース値Ｔｔｂをそのまま目標操舵トルクＴｔｇｔとして設定し、ＮｏであればステップＳ１１で目標操舵トルクベース値Ｔｔｂの符号を負としたものを目標操舵トルクＴｔｇｔとして設定する。

次に、ＥＰＳ−ＥＣＵ２１は、ステップＳ１２で目標操舵トルクＴｔｇｔから実操舵トルクＴｒｅａｌを減じることによって操舵トルク差Ｄｔｓを算出／出力する。

図１１に示すように、目標操舵トルクＴｔｇｔは、保舵時に対して切り増し時には絶対値が大きくなり、保舵時に対して切り戻し時には絶対値が小さくなる。これにより、切り増し時には確実な操舵反力が発生することで操舵の安定性が向上する一方、切り戻し時には過剰な操舵反力によるステアリングホイール２の急激な戻り回転が起こり難くなる。なお、保舵時をはじめ、切り増し時や切り戻し時において、路面の不整に起因するハンドル取られ等が起こりかけても、ハンドル取られを矯正する方向に操舵トルク差Ｄｔｓ（すなわち、アシストトルク）が生起されることで安定した走行を実現できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、操舵アシスト機構のアシストモータとしてブラシレスモータを用いたＥＰＳに本発明を適用し、角速度検出部がレゾルバの出力信号に基づきアシストモータの角速度を検出するようにしたが、本発明はアシストモータとしてブラシモータを用いたＥＰＳにも当然に適用可能であり、その場合には操舵角センサの検出値を時間微分することでアシストモータの角速度を検出すればよい。また、上記実施形態では、保舵時の目標操舵トルクを保舵時専用のマップ（保舵時ベース値マップおよび保舵時車速ゲインマップ）に基づいて設定するようにしたが、保舵直前のマップ（切増時用マップあるいは切戻時マップ）に基づいて保舵時の目標操舵トルクを設定するようにしてもよい。また、上記実施形態では、車速ゲインマップとして、切増時用と保舵時用と切戻時用とで車速に対するゲインが互いに異なるものを用いたが、これらを同一のものとしてもよい。更に、電動パワーステアリング装置やＥＰＳ−ＥＣＵの具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
５ ラック
７ 左右前輪
９ 操舵アシスト機構（操舵アシストモータ）
１１ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
１２ 操舵トルクセンサ（実操舵トルク検出手段）
２１ ステアリング制御装置
２１ ＥＰＳ−ＥＣＵ
３３ アシストトルク設定部
４０ 操舵トルク差算出部（操舵トルク差算出手段）
４１ 操舵領域判定部
４２ 切増時ベース値設定部（目標操舵トルク設定部）
４３ 保舵時ベース値設定部（目標操舵トルク設定部）
４４ 切戻時ベース値設定部（目標操舵トルク設定部）
４６ 目標操舵トルク選択部

Claims (1)

1. 操舵機構にアシスト力を付与する電動式の操舵アシストモータと、
   ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角検出手段の検出結果に基づき、ステアリングホイールの目標操舵トルクを設定する目標操舵トルク設定手段と、
   運転者からステアリングホイールに加えられた実操舵トルクを検出する実操舵トルク検出手段と、
   前記目標操舵トルクと前記実操舵トルクとの差を操舵トルク差として算出する操舵トルク差算出手段と、
   前記操舵トルク差算出手段の算出結果に基づき目標駆動電流を設定する目標駆動電流設定手段と、
   前記目標駆動電流をもって前記操舵アシストモータを駆動制御するモータ駆動制御手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記目標操舵トルク設定手段は、ステアリングホイールの切り増し時における目標操舵トルクを第１目標操舵トルクとして設定し、ステアリングホイールの切り戻し時における目標操舵トルクを第２目標操舵トルクとして設定するとともに、前記第１目標操舵トルクを前記第２目標操舵トルクよりも大きく設定し、
   前記第１目標操舵トルクと前記第２目標操舵トルクとは、前記操舵角が０で互いに交差し、
   前記目標操舵トルク設定手段は、ステアリングホイールが回転しない保舵状態における前記目標操舵トルクを前記第１目標操舵トルクよりは小さくかつ前記第２目標操舵トルクよりは大きい保舵時目標操舵トルクとして設定する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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