WO2015049861A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2015049861A1
WO2015049861A1 PCT/JP2014/005000 JP2014005000W WO2015049861A1 WO 2015049861 A1 WO2015049861 A1 WO 2015049861A1 JP 2014005000 W JP2014005000 W JP 2014005000W WO 2015049861 A1 WO2015049861 A1 WO 2015049861A1
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WO
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steering
target value
voltage target
steering angle
value
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/005000
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English (en)
French (fr)
Inventor
勇 韋
前田　将宏
Original Assignee
日本精工株式会社
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Publication date
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Priority to US14/443,783 priority patent/US9505429B2/en
Priority to EP14850142.2A priority patent/EP3015344B1/en
Publication of WO2015049861A1 publication Critical patent/WO2015049861A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0469—End-of-stroke control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409—Electric motor acting on the steering column

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus including an electric motor that generates a steering assist torque to be applied to a steering mechanism, and more particularly to an electric power steering apparatus for reducing an impact at the time of end contact.
  • an electric power steering device that gives a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque by which a driver steers a steering wheel has become widespread.
  • a steering mechanism when the steering wheel is steered in either the left or right direction from the neutral position and the steering wheel operation amount reaches a maximum steering angle corresponding to the maximum value, the steering mechanism comes into contact with the mechanical stopper.
  • the steering limit is such that no further steering is possible. This end limit is referred to as end contact when the steering limit is reached.
  • the attenuation start steering angle is set according to the load of the steered wheel and the steered speed of the steered wheel.
  • the steered speed is high.
  • the steering assist force is insufficient near the maximum rudder angle, and it becomes difficult for the driver to operate the steering wheel to the maximum rudder angle.
  • an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can reduce the impact force at the time of end contact while realizing a natural and smooth steering feeling without deteriorating the steering feeling. .
  • an aspect of an electric power steering apparatus includes a steering torque detection unit that detects a steering torque input to a steering mechanism, and a steering torque detected by at least the steering torque detection unit.
  • a current command value calculation unit that calculates a current command value based on the electric motor that generates a steering assist torque to be applied to a steering shaft of the steering mechanism, and a motor control unit that controls the drive of the electric motor based on the current command value
  • An electric power steering apparatus comprising: a steering angle detection unit that detects a steering angle of a steering wheel; and a voltage target value of the electric motor is set based on the steering angle detected by the steering angle detection unit.
  • a voltage target value setting unit for detecting, a motor rotation number detection unit for detecting a motor rotation number of the electric motor, and the electric The current command value calculated by the current command value calculation unit based on the motor output characteristics of the electric motor using the voltage target value set by the target value setting unit and the motor rotation number detected by the motor rotation number detection unit
  • a current limit value setting unit that sets a limit value of the current command value calculated by the current command value calculation unit, with the limit value set by the current limit value setting unit as an upper limit.
  • the electric motor is drive-controlled based on the current command value after the limitation.
  • the output characteristics of the electric motor can be set according to the steering angle.
  • the upper limit value of the current command value for the steering assist control is set using the set motor output characteristic. Therefore, the maximum current value that flows through the electric motor can be set according to the steering angle, and a desired steering feeling can be realized. Therefore, it is possible to reduce the impact force at the time of the end contact or to suppress the shortage of assist near the maximum rudder angle, and to improve the steering feeling.
  • the voltage target value setting unit determines that the steering angle detected by the steering angle detection unit is the limit start. It is preferable to reduce and correct the voltage target value as compared to when the angle is smaller than the steering angle.
  • the output of an electric motor can be restrict
  • the voltage target value setting unit determines that the steering angle detected by the steering angle detection unit is a turning limit of a steering wheel. It is preferable to perform a large decrease correction so that the voltage target value decreases from the preset maximum voltage value toward the preset minimum voltage value based on the motor output characteristics as it approaches the maximum steering angle that is an angle. .
  • the voltage target value of the electric motor is set to a smaller value as the steering angle approaches the maximum steering angle, so that the assist force can be limited so as to decrease as the steering angle approaches the maximum steering angle. Therefore, the impact force at the time of end application can be more effectively reduced.
  • the minimum voltage value of the electric motor is set based on the motor output characteristics, it is possible to ensure a minimum assist force necessary for the driver to operate the steering wheel to the rack end. Thereby, a smooth steering feeling can be realized.
  • a rerun operation detecting unit that detects a renewal operation of the steering wheel by the driver is provided, and the voltage target value setting unit performs a renewal operation of the steering wheel by the driver in the rerun operation detecting unit.
  • the steering angle detected by the steering angle detection unit is greater than or equal to the limit start steering angle
  • the steering angle detected by the steering angle detection unit is smaller than the limit start steering angle.
  • the voltage target value is preferably corrected to decrease. In this way, since the motor output is limited by limiting the voltage of the electric motor only during the rounding operation, when the steering wheel is switched back from the vicinity of the maximum steering angle toward the neutral position, the steering assist force is reduced. It can be prevented from becoming insufficient. Therefore, at the time of such a switching back operation, the driver is not given a feeling that the steering wheel sticks near the maximum steering angle, and deterioration of the steering feeling can be prevented.
  • a steering angular velocity detection unit that detects the steering angular velocity of the steering wheel is provided, and the voltage target value setting unit corrects the decrease in the voltage target value as the steering angular velocity detected by the steering angular velocity detection unit increases. It is preferable to increase the amount. In this way, as the steering angular velocity increases, the voltage limit of the electric motor is increased, so that the motor output during high speed steering can be limited to weaken the impact force at the end of contact, and the steering assist force during low speed steering can be maintained. can do.
  • a steering angular acceleration detection unit that detects a steering angular acceleration of a steering wheel is provided, and the voltage target value setting unit increases the steering target angular acceleration detected by the steering angular acceleration detection unit. It is preferable to increase the decrease correction amount. As described above, since the voltage limit of the electric motor is increased as the steering angular acceleration is increased, the motor output can be appropriately limited even for a sudden turn-around steering near the rack end.
  • the voltage target value setting unit increases the decrease correction amount of the voltage target value as the steering torque detected by the steering torque detection unit is smaller.
  • the smaller the steering torque the greater the voltage limit of the electric motor. Therefore, even when the steering force is small due to the load of the vehicle or the road surface ⁇ , the motor output can be appropriately limited, The impact force can be reduced.
  • a vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed of the host vehicle
  • the voltage target value setting unit is configured such that when the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit falls below a preset high vehicle speed region determination vehicle speed, the vehicle speed is The faster the speed, the smaller the correction amount of the voltage target value is changed, and when the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit is greater than or equal to the high vehicle speed region determination vehicle speed, the reduction correction amount of the voltage target value may be changed to zero. preferable.
  • the voltage limit of the electric motor is eliminated, so that it is possible to prevent the emergency avoidance from being affected.
  • the current limit value setting unit is the operating point on the motor output characteristic line when the voltage value of the electric motor is constant at the voltage target value set by the voltage target value setting unit, It is preferable to calculate a motor current value when the motor rotation speed becomes the motor rotation speed detected by the motor rotation speed detection unit, and set the motor current value as a limit value of the current command value.
  • the limit value of the current command value for the steering assist control is set based on the motor output characteristic specified from the voltage target value of the electric motor and the motor rotation speed, thereby realizing a natural and smooth steering feeling. can do.
  • the upper limit value of the current flowing through the electric motor can be set using the motor output characteristics. Therefore, the impact force transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft is reduced when the steering limit position is reached at the time of end contact while realizing a natural and smooth steering feeling without deteriorating the steering feeling. be able to.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to the present invention. It is a block diagram which shows the specific structure of a controller. It is a voltage target value setting map. It is a figure which shows the output characteristic of an electric motor. It is a flowchart which shows the current command value restriction
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a steering wheel of a vehicle, and a steering force applied to the steering wheel 1 from a driver is transmitted to the steering shaft 2.
  • the steering shaft 2 has an input shaft 2 a and an output shaft 2 b, one end of the input shaft 2 a is connected to the steering wheel 1, and the other end of the input shaft 2 a is connected to one end of the output shaft 2 b via the steering torque sensor 3. It is connected to.
  • the steering force transmitted to the output shaft 2 b is transmitted to the intermediate shaft 5 via the universal joint 4 and further transmitted to the pinion shaft 7 via the universal joint 6.
  • the steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the tie rod 9 via the steering gear 8 and steers steered wheels (not shown).
  • the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a pinion 8a connected to the pinion shaft 7 and a rack 8b meshing with the pinion 8a, and the rotational motion transmitted to the pinion 8a is linearly moved by the rack 8b. It has been converted to movement.
  • a steering assist mechanism 10 for transmitting a steering assist force to the output shaft 2b is connected to the output shaft 2b of the steering shaft 2.
  • the steering assist mechanism 10 includes a reduction gear 11 connected to the output shaft 2b, and an electric motor 13 connected to the reduction gear 11 and generating an auxiliary steering force for the steering system.
  • the steering torque sensor 3 detects the steering torque applied to the steering wheel 1 and transmitted to the input shaft 2a.
  • the steering torque sensor 3 converts the steering torque into a torsion angle displacement of a torsion bar (not shown) interposed between the input shaft 2a and the output shaft 2b, detects this torsion angle displacement with a magnetic signal, and converts it into an electric signal. Is configured to convert.
  • the steering torque T detected by the steering torque sensor 3 is input to the controller 14.
  • the controller 14 operates by being supplied with power from a battery 15 that is a vehicle-mounted power source.
  • the negative electrode of the battery 15 is grounded, and the positive electrode thereof is connected to the controller 14 via an ignition switch 16 that starts the engine, and is directly connected to the controller 14 without passing through the ignition switch 16.
  • the controller 14 receives the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 17 and the steering angle ⁇ s detected by the steering angle sensor 18. Then, steering assist control (steering assist) is performed to apply a steering assist force corresponding to these to the steering system.
  • a steering assist command value (steering assist torque command value) for generating the steering assist force by the electric motor 13 is calculated by a known procedure, and the electric motor 13 is operated based on the calculated steering assist command value. Calculate the current command value. The drive current supplied to the electric motor 13 is feedback-controlled based on the calculated current command value and the detected motor current value.
  • the controller 14 includes a command value calculation unit 21 that calculates a steering assist command value (steering assist torque command value) based on the steering torque T and the vehicle speed Vs, and a command value that compensates the steering assist command value.
  • the voltage limiting unit 23 for setting the voltage target value Vt for limiting the voltage of the electric motor 13 based on the steering angle ⁇ s, and the steering assist command value compensated by the command value compensation unit 22.
  • a motor control unit 24 that drives and controls the electric motor 13.
  • the command value calculation unit 21 includes a steering assist command value calculation unit 31, a phase compensation unit 32, and a torque differentiation circuit 33.
  • the steering assist command value calculation unit 31 calculates a steering assist command value (steering assist torque command value) with reference to the steering assist command value calculation map based on the steering torque T and the vehicle speed Vs.
  • the steering assist command value calculation map is composed of a characteristic diagram with the steering torque T on the horizontal axis, the steering assist command value on the vertical axis, and the vehicle speed Vs as a parameter.
  • the steering assist command value is set so that the steering assist command value increases relatively slowly at first with respect to the increase of the steering torque T, and further increases with the increase of the steering torque T. Yes.
  • the slope of this characteristic curve is set so as to decrease as the vehicle speed Vs increases.
  • Each characteristic curve has an upper limit value.
  • the phase compensation unit 32 performs phase compensation on the steering assist command value calculated by the steering assist command value calculation unit 31, and outputs the steering assist command value after phase compensation to the adder 48.
  • a transfer characteristic such as (T 1 s + 1) / (T 2 s + 1) is applied to the steering assist command value.
  • the torque differentiating circuit 33 calculates a compensation value for the steering torque T based on the steering torque change rate obtained by differentiating the steering torque T, and outputs the compensation value to the adder 48.
  • the command value compensation unit 22 includes at least an angular velocity computation unit 41, an angular acceleration computation unit 42, a convergence compensation unit 43, an inertia compensation unit 44, and a SAT estimation feedback unit 45.
  • the angular velocity calculation unit 41 differentiates the motor rotation angle ⁇ detected by the rotation angle sensor 13a to calculate the motor angular velocity ⁇ .
  • the angular acceleration calculation unit 42 differentiates the motor angular velocity ⁇ calculated by the angular velocity calculation unit 41 to calculate the motor angular acceleration ⁇ .
  • the convergence compensator 43 receives the motor angular velocity ⁇ calculated by the angular velocity calculator 41 and converges the brake so as to brake the operation of the steering wheel 1 in order to improve the yaw convergence of the vehicle.
  • the compensation value Ic is calculated.
  • the inertia compensator 44 calculates an inertia compensation value Ii for compensating for the torque equivalent generated by the inertia of the electric motor 13 and preventing deterioration of the sense of inertia or control responsiveness.
  • the SAT estimation feedback unit 45 inputs the steering torque T, the motor angular velocity ⁇ , the motor angular acceleration ⁇ , and the steering assist command value calculated by the command value calculation unit 21, and estimates and calculates the self-aligning torque SAT based on these.
  • the adder 46 adds the inertia compensation value Ii calculated by the inertia compensation unit 44 and the self-aligning torque SAT calculated by the SAT estimation feedback unit 45, and outputs the result to the adder 47.
  • the adder 47 adds the addition result of the adder 46 and the convergence compensation value Ic calculated by the convergence compensation unit 43 and outputs the result to the adder 48 as a command compensation value Icom.
  • the adder 48 adds the compensation value output from the torque differentiating circuit 33 and the command compensation value Icom output from the command value compensation unit 22 to the steering assist command value after phase compensation output from the phase compensation unit 32.
  • the compensated steering assist command value is output.
  • the compensated steering assist command value is input to the motor control unit 24.
  • the voltage limiting unit 23 includes an increase determination unit 51 and a voltage target value setting unit 52.
  • the turning increase determination unit 51 inputs the steering angle ⁇ s, and determines whether or not the driver is turning and operating the steering wheel 1.
  • the additional increase determination unit 51 calculates the steering angular velocity ⁇ s based on the steering angle ⁇ s.
  • the voltage target value setting unit 52 inputs the rounding determination flag Flg and the steering angle ⁇ s, and sets the voltage target value (voltage limit value) Vt of the electric motor 13 based on these.
  • the voltage of the electric motor 13 is not limited, and the voltage target value Vt is always set to the battery voltage Vbatt that is the maximum voltage value.
  • the voltage of the electric motor 13 is in a region where the steering angle ⁇ s is greater than or equal to the preset limit start steering angle ⁇ st (hereinafter referred to as a voltage limiting region).
  • the voltage target value Vt is linearly changed from the battery voltage Vbatt to the minimum voltage Vmin as the steering angle ⁇ s increases.
  • ⁇ end is the maximum steering angle that the driver can steer and corresponds to the rack end angle.
  • the minimum voltage Vmin is set to a motor voltage value that allows the driver to turn the steering wheel to the rack end. That is, the minimum voltage Vmin is set to a motor voltage value for maintaining the minimum assist force at the maximum steering angle, and is set in advance based on the motor output characteristics of the electric motor 13.
  • the voltage target value setting unit 52 outputs the voltage target value Vt set in this way to the current command value limiting unit 62 of the motor control unit 24.
  • the motor control unit 24 includes a current detector 60 that detects an actual current of the electric motor 13, a current command value calculation unit 61, a current command value limiting unit 62, a subtractor 63, a current control unit 64, and a motor drive. Unit 65.
  • the current command value calculation unit 61 calculates the current command value Iref of the electric motor 13 from the steering assist command value (steering assist torque command value) output from the adder 48.
  • the current command value limiter 62 limits the current command value Iref calculated by the current command value calculator 61 with a current limit value I_Lim described below as an upper limit, and outputs the limited current command value as a post-limit current command value Iref_Lim.
  • the current limit value I_Lim is set using the motor output characteristics based on the voltage target value Vt set by the voltage target value setting unit 52 and the motor rotation speed N calculated from the motor angular velocity ⁇ .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of the electric motor 13.
  • the electric motor 13 when the voltage is constant, the electric motor 13 has a characteristic that the motor current decreases and the assist torque decreases as the motor rotation speed N increases. Further, as the voltage decreases, the motor output characteristic line changes in the direction of the arrow in FIG.
  • the motor output characteristic line when the voltage is constant at the voltage target value Vt set by the voltage target value setting unit 52 is identified from the motor output characteristic diagram shown in FIG. Based on the motor rotation speed N, the maximum current (current limit value I_Lim) that flows through the electric motor 13 is set.
  • the motor rotation speed is calculated on the motor output characteristic line ⁇ .
  • An operating point P that is the motor rotational speed N obtained from the motor angular velocity ⁇ calculated by the unit 41 is calculated.
  • the motor current value at the operating point P is set as the current limit value I_Lim.
  • the subtractor 63 calculates a current deviation between the post-limit current command value Iref_Lim output from the current command value limiting unit 62 and the motor current detection value (actual current) detected by the current detector 60, and this is calculated as a current control unit. 64.
  • the current control unit 64 performs feedback control that performs a proportional integration (PI) operation on the current deviation and outputs a voltage command value.
  • the motor drive unit 65 performs a duty calculation based on the voltage command value output from the current control unit 64 and calculates a duty ratio to be a drive command for the electric motor 13. Then, the electric motor 13 is driven based on the duty ratio.
  • PI proportional integration
  • FIG. 5 is a flowchart showing a voltage limiting process procedure (current command value limiting process procedure) executed by the voltage target value setting unit 52 and the current command value limiting unit 62.
  • step S1 the voltage target value setting unit 52 reads the steering angle ⁇ s from the steering angle sensor 18 and reads the increase determination flag Flg from the increase determination unit 51, and proceeds to step S2.
  • step S3 the voltage target value setting unit 52 limits the voltage target value Vt using the voltage target value setting map shown in FIG. 3 described above based on the steering angle ⁇ s read in step S1. That is, the correction is performed so that the voltage target value Vt is smaller than the battery voltage Vbatt.
  • step S ⁇ b> 4 the current command value limiting unit 62 reads the current command value Iref from the current command value calculation unit 61 and reads the motor angular velocity ⁇ from the angular velocity calculation unit 41. Then, the motor rotation speed N is calculated based on the read motor angular velocity ⁇ .
  • step S5 the current command value limiter 62 determines the motor output when the voltage is constant at the voltage target value Vt limited in step S3, based on the motor output characteristic diagram shown in FIG. Calculate the characteristic line. Then, a current limit value I_Lim is set based on the motor output characteristic line and the motor rotational speed N calculated in step S4.
  • step S6 the current command value limiting unit 62 compares the absolute value of the current command value Iref read in step S4 with the current limit value I_Lim set in step S5. If
  • step S7 the current command value limiter 62 sets the current limit value I_Lim as the post-limit current command value Iref_Lim, and then ends the current command value limit process.
  • step S8 the current command value limiting unit 62 sets the current command value Iref as the post-limit current command value Iref_Lim, and then ends the current command value limiting process.
  • the steering torque sensor 3 corresponds to the steering torque detector
  • the vehicle speed sensor 17 corresponds to the vehicle speed detector
  • the steering angle sensor 18 corresponds to the steering angle detector.
  • the command value calculation unit 21 corresponds to a current command value calculation unit
  • the subtractor 63, the current control unit 64, and the motor drive unit 65 correspond to a motor control unit.
  • step S4 in FIG. 5 corresponds to the motor rotation number detection unit
  • step S5 corresponds to the current limit value setting unit.
  • the controller 14 calculates a steering assist command value based on the steering torque T and the vehicle speed Vs, and performs electric driving based on the steering assist command value.
  • a current command value Iref of the motor 13 is calculated.
  • the controller 14 sets the voltage target value Vt of the electric motor 13 to the maximum voltage. Is set to the battery voltage Vbatt. That is, voltage limitation is not performed.
  • the current limit value I_Lim for limiting the current command value Iref is based on the motor output characteristic line when the voltage of the electric motor 13 is constant at the maximum voltage (battery voltage Vbatt) and the motor rotation speed N. Will be the value set. Then, a normal limiting process for limiting the current command value Iref with the current limit value I_Lim set in this way is performed, and the electric motor 13 is rotationally driven based on the post-limit current command value Iref_Lim.
  • the steering assist torque corresponding to the steering torque T and the vehicle speed Vs is generated by the electric motor 13, and this is transmitted to the output shaft 2 b of the steering shaft 2 via the reduction gear 11. This reduces the driver's steering burden.
  • the controller 14 The voltage target value Vt of 13 is corrected to decrease with respect to the battery voltage Vbatt. That is, voltage limitation is performed. At this time, the voltage target value Vt is set so as to approach the minimum voltage Vmin as the steering angle ⁇ s approaches the maximum steering angle (rack end angle) ⁇ end.
  • the current limit value I_Lim is a value set based on the motor output characteristic line when the voltage of the electric motor 13 is limited to the voltage target value Vt smaller than the battery voltage Vbatt and the motor rotation speed N. .
  • the current limit value I_Lim at this time is a value smaller than the current limit value I_Lim when the voltage limit is not performed at the same motor speed N ( ⁇ s ⁇ st or during switching operation).
  • the current command value Iref is limited by the current limit value I_Lim set in this way. That is, the maximum current flowing through the electric motor 13 becomes the current limit value I_Lim corrected for decrease, and the output of the electric motor 13 can be limited.
  • the assist torque when the driver steers the steering wheel 1 to the vicinity of the rack end can be limited. Therefore, the impact force transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft at the time of end contact that becomes the steering limit can be reduced, and the durability of the steering mechanism can be maintained. Moreover, it can suppress giving a driver discomfort in the steering operation.
  • the output of the electric motor 13 is limited by limiting the voltage of the electric motor 13, it is possible to perform assist limitation control using the motor output characteristics. Therefore, it is possible to reduce the impact force at the time of end contact while realizing a natural and smooth steering feeling without deteriorating the steering feeling.
  • the minimum voltage Vmin is set based on the motor output characteristics so that the driver can turn the steering wheel to the rack end. Therefore, even if the steering angle ⁇ s is equal to or greater than the limit start steering angle ⁇ st and the voltage of the electric motor 13 is limited, it is possible to prevent the steering assist force from becoming insufficient near the maximum steering angle ⁇ end.
  • the voltage limitation of the electric motor 13 is performed only when the driver is performing an increase operation, and the voltage limitation is not performed when the driver is performing a switch back operation. Therefore, when the steering wheel 1 is turned back from the vicinity of the maximum steering angle ⁇ end toward the neutral position, it is possible to prevent a feeling of sticking in the vicinity of the maximum steering angle ⁇ end of the steering wheel 1 due to insufficient steering assist force. And a good steering feeling can be maintained.
  • the voltage target value setting unit 52 may correct the voltage target value Vt set based on the steering angle ⁇ s with the steering angular velocity ⁇ s. .
  • the steering angular velocity sensitive gain G1 is calculated based on the steering angular velocity ⁇ s, and the steering angular velocity sensitive gain G1 is multiplied by the voltage target value Vt set based on the steering angle ⁇ s.
  • the steering angular velocity sensitive gain G1 is set to a smaller value as the steering angular velocity ⁇ s increases.
  • the voltage limit can be increased during high-speed steering, and the voltage limit can be decreased during low-speed steering. Therefore, it is possible to weaken the impact force of the end pad during high speed steering and maintain the steering assist force applied during low speed steering.
  • the voltage target value Vt can be corrected using the steering angular acceleration ⁇ s instead of the steering angular velocity ⁇ s.
  • the steering angular acceleration sensitive gain G2 is calculated based on the steering angular acceleration ⁇ s, and the steering target angular acceleration sensitive gain G2 is set based on the steering angle ⁇ s.
  • the value Vt is multiplied. That is, the decrease correction amount of the voltage target value Vt is increased as the steering angular acceleration ⁇ s is increased. Thereby, it is possible to appropriately limit the sudden turn-back steering near the rack end.
  • the voltage target value Vt can be corrected using the steering torque T instead of the steering angular velocity ⁇ s and the steering angular acceleration ⁇ s.
  • the steering torque sensitive gain G3 is calculated based on the steering torque T, and the steering torque sensitive gain G3 is multiplied by the voltage target value Vt set based on the steering angle ⁇ s.
  • the steering torque sensitivity gain G3 is set to a larger value as the steering torque T is larger. That is, the smaller the steering torque T, the larger the reduction correction amount of the voltage target value Vt.
  • the voltage limit can be increased when the steering force is small, and the voltage limit can be decreased when the steering force is large. Therefore, even when the steering force is small due to the load of the vehicle, the state of the road surface ⁇ , and the like, it is possible to appropriately limit and reduce the shock at the rack end.
  • decrease correction amount can also be changed according to the vehicle speed Vs.
  • the decrease correction amount of the voltage target value Vt is gradually reduced as the vehicle speed Vs increases, and the vehicle speed Vs. Is equal to or higher than the high vehicle speed region determination vehicle speed Vs1, the decrease correction amount of the voltage target value Vt is set to zero. That is, in the region where Vs ⁇ Vs1, the voltage limit is reduced as the vehicle speed Vs increases, and in the region where Vs ⁇ Vs1, the voltage limit is eliminated. Thereby, it is possible to prevent the emergency avoidance from being affected.
  • the voltage target value Vt is set so as to gradually decrease linearly from the battery voltage Vbatt to the minimum voltage Vmin.
  • a voltage that decreases stepwise from the battery voltage Vbatt to the minimum voltage Vmin in the region where the steering angle ⁇ s is greater than the limit start steering angle ⁇ st as shown in FIG.
  • the target value Vt can also be set.
  • the voltage target value Vt can be set so as to decrease nonlinearly from the battery voltage Vbatt to the minimum voltage Vmin as the steering angle ⁇ s increases.
  • Fig.9 (a) it is good not only as a structure reduced to the minimum voltage Vmin by 1 step
  • Convergence compensation unit 44. Inertia compensation unit, 45. SAT estimation feedback unit, 46 to 48. 52 ... Voltage target value setting unit, 61 ... Current command value calculation unit, 62 ... Current command value limiting unit, 63 ... Subtractor, 64 ... Current control unit, 65 ... Motor drive unit

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Abstract

　操舵フィーリングを悪化することなく、自然且つ円滑な操舵感を実現しながら、端当て時の衝撃力を緩和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。操舵角（θｓ）が制限開始舵角（θｓｔ）以上であるとき、電動モータ（１３）の電圧目標値（Ｖｔ）を制限し、制限した電圧目標値（Ｖｔ）とモータ回転数（Ｎ）とで、電動モータ（１３）のモータ出力特性を利用して、電流指令値（Ｉｒｅｆ）の上限値（電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍ）を設定する。そして、電流指令値（Ｉｒｅｆ）を、電流制限値（Ｉ＿Ｌｉｍ）で制限した後の電流指令値（Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍ）に基づいて電動モータ（１３）を駆動制御する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、ステアリング機構に与える操舵補助トルクを発生する電動モータを備える電動パワーステアリング装置に関し、特に端当て時の衝撃を緩和するための電動パワーステアリング装置に関するものである。
　従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
　一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左右何れかの方向に操舵を続け、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵ができない操舵限界となる。このような操舵限界となって、メカニカルストッパに当接する状態となることを端当てと称している。
　そして、ステアリングホイールが素早く操作される場合、即ち操舵速度が大きい場合には、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も大きくなり、端当て時に生じる衝撃力も大きなものとなる。その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがある。
　そこで、端当て時の衝撃を緩和するため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に記載の技術がある。この技術は、操舵輪が所定の最大舵角に接近し減衰開始舵角を超えたことを検出したとき、電動モータの駆動力を減衰するようにしたものである。ここでは、上記減衰開始舵角は、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて設定している。
特許第４１３２４３９号公報
　上記特許文献１に記載の技術にあっては、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定するように構成されており、操舵速度が高速である場合には、最大舵角と減衰開始舵角との差を大きくする（電動モータの駆動力を減衰させる時点を早める）ことで、モータ慣性によって端当て時に大きな衝撃が発生することを防止するようにしている。
　しかしながら、この場合、最大舵角近傍で操舵補助力が不足し、運転者が最大舵角までハンドル操作することが困難となってしまう。また、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合には、電動モータの駆動力の減衰により、操舵補助力が不十分となってステアリングホイールが最大舵角付近に張り付くような感覚を与え、操舵フィーリングが悪化してしまう。
　そこで、本発明は、操舵フィーリングを悪化することなく、自然且つ円滑な操舵感を実現しながら、端当て時の衝撃力を緩和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ことを課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出部と、前記操舵角検出部で検出した操舵角に基づいて、前記電動モータの電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、前記電動モータのモータ回転数を検出するモータ回転数検出部と、前記電圧目標値設定部で設定した電圧目標値と前記モータ回転数検出部で検出したモータ回転数とを用い、前記電動モータのモータ出力特性に基づいて、前記電流指令値演算部で演算した電流指令値の制限値を設定する電流制限値設定部と、を備え、前記モータ制御部は、前記電流指令値演算部で演算した電流指令値を、前記電流制限値設定部で設定した制限値を上限として制限した後の電流指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御することを特徴としている。
　このように、操舵角に応じて電動モータの電圧目標値を設定することで、操舵角に応じて電動モータの出力特性を設定することができる。そして、設定したモータ出力特性を用いて、操舵補助制御の電流指令値の上限値を設定する。そのため、電動モータに流す最大電流値を操舵角に応じて設定することができ、所望の操舵感を実現することができる。したがって、端当て時の衝撃力を緩和したり最大舵角付近でのアシスト不足を抑制したりすることができ、操舵フィーリングを向上することができる。
　また、上記において、前記電圧目標値設定部は、前記操舵角検出部で検出した操舵角が予め設定した制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角よりも小さいときと比較して、前記電圧目標値を減少補正することが好ましい。
　これにより、操舵角が制限開始舵角以上である場合には、確実に電動モータの出力を制限することができる。そのため、確実に端当て時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる。したがって、ステアリング機構の耐久性を維持することができる。また、操舵操作において運転者が不快感を覚えるのを抑制することができる。
　さらに、上記において、前記電圧目標値設定部は、前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角がステアリングホイールの切り込み限界角である最大操舵角に近づくほど、前記電圧目標値が、予め設定した最大電圧値からモータ出力特性に基づいて予め設定した最小電圧値に向けて小さくなるように、大きく減少補正することが好ましい。
　このように、操舵角が最大操舵角に近づくほど電動モータの電圧目標値を小さい値に設定するので、操舵角が最大操舵角に近づくほどアシスト力が小さくなるように制限することができる。したがって、より効果的に端当て時の衝撃力を緩和することができる。また、モータ出力特性に基づいて電動モータの最小電圧値を設定しておくので、運転者がラックエンドまでハンドル操作するのに最低限必要なアシスト力を確保しておくことができる。これにより、円滑な操舵感を実現することができる。
　また、上記において、運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出する切り増し操作検出部を備え、前記電圧目標値設定部は、前記切り増し操作検出部で運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出しており、且つ前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角よりも小さいときと比較して、前記電圧目標値を減少補正することが好ましい。
　このように、切り増し操作中にのみ電動モータの電圧制限を行ってモータ出力を制限するようにするので、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合に、操舵アシスト力が不十分となるのを防止することができる。そのため、このような切り戻し操作時に、ステアリングホイールが最大舵角付近に張り付くような感覚を運転者に与えることがなくなり、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
　さらにまた、上記において、ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度検出部を備え、前記電圧目標値設定部は、前記操舵角速度検出部で検出した操舵角速度が大きいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることが好ましい。このように、操舵角速度が大きいほど電動モータの電圧制限を大きくするので、高速操舵時のモータ出力を制限し端当て時の衝撃力を弱めることができると共に、低速操舵時の操舵補助力を維持することができる。
　また、上記において、ステアリングホイールの操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出部を備え、前記電圧目標値設定部は、前記操舵角加速度検出部で検出した操舵角加速度が大きいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることが好ましい。このように、操舵角加速度が大きいほど電動モータの電圧制限を大きくするので、ラックエンド付近の急な切返し操舵に対しても適切にモータ出力を制限することができる。
　さらに、上記において、前記電圧目標値設定部は、前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクが小さいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることが好ましい。このように、操舵トルクが小さいほど電動モータの電圧制限を大きくするので、車両の負荷や路面μの状態などによって操舵力が小さい場合でも、適切にモータ出力を制限することができ、端当て時の衝撃力を低減することができる。
　また、上記において、自車両の車速を検出する車速検出部を備え、前記電圧目標値設定部は、前記車速検出部で検出した車速が予め設定した高車速領域判定車速を下回るとき、当該車速が速いほど前記電圧目標値の減少補正量を小さく変更し、前記車速検出部で検出した車速が前記高車速領域判定車速以上であるとき、前記電圧目標値の減少補正量を零に変更することが好ましい。このように、車速が高車速領域内にある場合には電動モータの電圧制限をなくすので、緊急回避などに影響がないようにすることができる。
　さらにまた、上記において、前記電流制限値設定部は、前記電動モータの電圧値を、前記電圧目標値設定部で設定した電圧目標値で一定としたときのモータ出力特性線上の動作点のうち、モータ回転数が前記モータ回転数検出部で検出したモータ回転数となるときのモータ電流値を算出し、当該モータ電流値を前記電流指令値の制限値として設定することが好ましい。
　このように、電動モータの電圧目標値から特定したモータ出力特性と、モータ回転数とに基づいて、操舵補助制御の電流指令値の制限値を設定するので、自然且つ円滑な操舵フィーリングを実現することができる。
　本発明によれば、モータ出力特性を利用して、電動モータに流れる電流の上限値を設定することができる。したがって、操舵フィーリングを悪化することなく、自然且つ円滑な操舵感を実現しながら、端当て時の操舵限界位置となったときに中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる。
本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。 コントローラの具体的構成を示すブロック図である。 電圧目標値設定マップである。 電動モータの出力特性を示す図である。 電圧目標値設定部及び電流指令値制限部で実行する電流指令値制限処理手順を示すフローチャートである。 角速度（角加速度）感応ゲイン算出マップである。 操舵トルク感応ゲイン算出マップである。 車速感応ゲイン算出マップである。 （ａ）～（ｃ）は、電圧目標値設定マップの非線形変化例である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
　図中、符号１は、車両のステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａと出力軸２ｂとを有し、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、入力軸２ａの他端が操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
　そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵する。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
　ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して補助操舵力を発生する電動モータ１３とを備えている。
　また、操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものである。例えば、操舵トルクセンサ３は、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。この操舵トルクセンサ３が検出した操舵トルクＴは、コントローラ１４に入力する。
　コントローラ１４は、車載電源であるバッテリ１５から電源供給されることによって作動する。ここで、バッテリ１５の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１６を介してコントローラ１４に接続されると共に、イグニッションスイッチ１６を介さず直接、コントローラ１４に接続されている。
　コントローラ１４には、操舵トルクＴの他に、車速センサ１７で検出した車速Ｖｓや操舵角センサ１８で検出した操舵角θｓを入力する。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御（操舵アシスト）を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ１３で発生するための操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ１３に供給する駆動電流をフィードバック制御する。
　次に、コントローラ１４の具体的構成について説明する。
　コントローラ１４は、図２に示すように、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を演算する指令値演算部２１と、操舵補助指令値を補償する指令値補償部２２と、操舵角θｓに基づいて電動モータ１３の電圧を制限するための電圧目標値Ｖｔを設定する電圧制限部２３と、指令値補償部２２で補償された操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３を駆動制御するモータ制御部２４とを備えている。
　指令値演算部２１は、操舵補助指令値演算部３１と、位相補償部３２と、トルク微分回路３３と、を備える。
　操舵補助指令値演算部３１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓをもとに、操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を演算する。ここで、操舵補助指令値算出マップは、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に操舵補助指令値をとり、車速Ｖｓをパラメータとした特性線図で構成されている。操舵補助指令値は、操舵トルクＴの増加に対して最初は比較的緩やかに増加し、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助指令値が急峻に増加するように設定されている。この特性曲線の傾きは、車速Ｖｓの増加に従って小さくなるように設定されている。また、各特性曲線には、それぞれ上限値が設けられている。
　位相補償部３２は、操舵補助指令値演算部３１で演算した操舵補助指令値に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助指令値を加算器４８に出力する。ここでは、例えば、（Ｔ1ｓ＋１）／（Ｔ2ｓ＋１）のような伝達特性を操舵補助指令値に作用させるものとする。
　トルク微分回路３３は、操舵トルクＴを微分した操舵トルク変化率をもとに操舵トルクＴに対する補償値を算出し、これを加算器４８に出力する。
　指令値補償部２２は、角速度演算部４１と、角加速度演算部４２と、収斂性補償部４３と、慣性補償部４４と、ＳＡＴ推定フィードバック部４５と、を少なくとも有する。
　角速度演算部４１は、回転角センサ１３ａで検出したモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する。角加速度演算部４２は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する。
　収斂性補償部４３は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを入力し、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値Ｉｃを算出する。
　慣性補償部４４は、電動モータ１３の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するための慣性補償値Ｉｉを算出する。
　ＳＡＴ推定フィードバック部４５は、操舵トルクＴ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び指令値演算部２１で演算した操舵補助指令値を入力し、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定演算する。
　そして、加算器４６は、慣性補償部４４で算出した慣性補償値ＩｉとＳＡＴ推定フィードバック部４５で算出したセルフアライニングトルクＳＡＴとを加算し、その結果を加算器４７に出力する。
　加算器４７は、加算器４６の加算結果と収斂性補償部４３で算出した収斂性補償値Ｉｃとを加算し、その結果を指令補償値Ｉｃｏｍとして加算器４８に出力する。
　加算器４８は、位相補償部３２が出力した位相補償後の操舵補助指令値に、トルク微分回路３３が出力した補償値と、指令値補償部２２が出力した指令補償値Ｉｃｏｍとを加算し、補償後の操舵補助指令値を出力する。この補償後の操舵補助指令値は、モータ制御部２４に入力する。
　また、電圧制限部２３は、切り増し判定部５１と、電圧目標値設定部５２と、を備える。
　切り増し判定部５１は、操舵角θｓを入力し、運転者がステアリングホイール１を切り増し操作しているか否かを判定する。先ず、切り増し判定部５１は、操舵角θｓに基づいて操舵角速度ωｓを算出する。そして、操舵角θｓと操舵角速度ωｓとが同符号であるとき、運転者がステアリングホイール１を切り増し操作していると判断し、切り増し判定フラグＦｌｇ＝１を電圧目標値設定部５２に出力する。一方、操舵角θｓと操舵角速度ωｓとが異符号であるとき、運転者がステアリングホイール１を切り戻し操作していると判断し、切り増し判定フラグＦｌｇ＝０を電圧目標値設定部５２に出力する。
　電圧目標値設定部５２は、切り増し判定フラグＦｌｇと操舵角θｓとを入力し、これらに基づいて電動モータ１３の電圧目標値（電圧制限値）Ｖｔを設定する。ここでは、切り戻し操作中（Ｆｌｇ＝０）であると判定した場合には、電動モータ１３の電圧制限をしないものとし、電圧目標値Ｖｔを常に最大電圧値であるバッテリ電圧Ｖｂａｔｔに設定する。
　一方、切り増し操作中（Ｆｌｇ＝１）であると判定した場合には、操舵角θｓが予め設定した制限開始舵角θｓｔ以上の領域（以下、電圧制限領域という）で、電動モータ１３の電圧制限をするものとし、当該領域で電圧目標値Ｖｔをバッテリ電圧Ｖｂａｔｔよりも小さい値に設定（バッテリ電圧Ｖｂａｔｔに対して減少補正）する。
　具体的には、図３に示すように、切り戻し操作中（Ｆｌｇ＝０）である場合には、操舵角θｓにかかわらず常に電圧目標値Ｖｔをバッテリ電圧Ｖｂａｔｔに設定する。また、切り増し操作中（Ｆｌｇ＝１）である場合で、０≦θｓ＜θｓｔである場合にも、電圧目標値Ｖｔをバッテリ電圧Ｖｂａｔｔに設定する。
　そして、切り増し操作中（Ｆｌｇ＝１）である場合で、θｓｔ≦θｓ≦θｅｎｄである場合には、操舵角θｓが大きくなるにつれて電圧目標値Ｖｔがバッテリ電圧Ｖｂａｔｔから最小電圧Ｖｍｉｎまで直線的に小さくなるように設定する。ここで、上記θｅｎｄは、運転者が操舵可能な最大操舵角であり、ラックエンド角に相当する。
　また、最小電圧Ｖｍｉｎは、運転者がラックエンドまでハンドルを切れるようにするためのモータ電圧値に設定する。すなわち、最小電圧Ｖｍｉｎは、最大操舵角での最低限のアシスト力を維持するためのモータ電圧値に設定するものとし、電動モータ１３のモータ出力特性に基づいて予め設定しておく。
　電圧目標値設定部５２は、このようにして設定した電圧目標値Ｖｔを、モータ制御部２４の電流指令値制限部６２に出力する。
　モータ制御部２４は、電動モータ１３の実電流を検出する電流検出器６０と、電流指令値演算部６１と、電流指令値制限部６２と、減算器６３と、電流制御部６４と、モータ駆動部６５と、を備える。
　電流指令値演算部６１は、加算器４８が出力した操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）から電動モータ１３の電流指令値Ｉｒｅｆを演算する。
　電流指令値制限部６２は、電流指令値演算部６１で演算した電流指令値Ｉｒｅｆを、後述する電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍを上限として制限し、制限した電流指令値を制限後電流指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして出力する。ここで、電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍは、電圧目標値設定部５２で設定した電圧目標値Ｖｔと、モータ角速度ωから算出したモータ回転数Ｎとに基づいて、モータ出力特性を利用して設定する。
　図４は、電動モータ１３の出力特性を示す図である。この図４に示すように、電動モータ１３は、電圧一定の場合、モータ回転数Ｎが大きくなるにつれてモータ電流が小さくなり、アシストトルクが小さくなるという特性を有する。また、電圧が小さくなるにつれて、モータ出力特性線は、図４の矢印の方向に変化する。
　本実施形態では、図４に示すモータ出力特性図から、電圧を電圧目標値設定部５２で設定した電圧目標値Ｖｔで一定としたときのモータ出力特性線を特定し、そのモータ出力特性線とモータ回転数Ｎとに基づいて、電動モータ１３に流す最大電流（電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍ）を設定する。
　例えば、電圧を電圧目標値設定部５２で設定した電圧目標値Ｖｔで一定としたときのモータ出力特性線が図４のβである場合、モータ出力特性線β上で、モータ回転数が角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωから求めたモータ回転数Ｎとなる動作点Ｐを算出する。そして、その動作点Ｐでのモータ電流値を、電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍとして設定する。
　減算器６３は、電流指令値制限部６２が出力した制限後電流指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍと、電流検出器６０で検出したモータ電流検出値（実電流）との電流偏差を演算し、これを電流制御部６４に出力する。
　電流制御部６４は、上記電流偏差に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って電圧指令値を出力するフィードバック制御を行う。
　モータ駆動部６５は、電流制御部６４が出力した電圧指令値に基づいてデューティ演算を行い、電動モータ１３の駆動指令となるデューティ比を演算する。そして、そのデューティ比に基づいて電動モータ１３を駆動する。
　すなわち、本実施形態における特徴部分である電圧目標値設定部５２及び電流指令値制限部６２で実行する処理についてまとめると、以下のようになる。
　図５は、電圧目標値設定部５２及び電流指令値制限部６２で実行する電圧制限処理手順（電流指令値制限処理手順）を示すフローチャートである。
　先ずステップＳ１で、電圧目標値設定部５２は、操舵角センサ１８から操舵角θｓを読み込むと共に、切り増し判定部５１から切り増し判定フラグＦｌｇを読み込み、ステップＳ２に移行する。
　ステップＳ２では、電圧目標値設定部５２は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角θｓが制限開始舵角θｓｔ以上であり、且つ前記ステップＳ１で読み込んだ切り増し判定フラグＦｌｇが切り増し操作中であることを示す“１”であるか否かを判定する。そして、θｓ≧θｓｔ且つＦｌｇ＝１である場合にはステップＳ３に移行し、それ以外の場合には電圧制限を行わないと判断して、そのまま電圧制限処理を終了する。
　ステップＳ３では、電圧目標値設定部５２は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角θｓに基づいて、上述した図３に示す電圧目標値設定マップを用いて電圧目標値Ｖｔを制限する。すなわち、電圧目標値Ｖｔがバッテリ電圧Ｖｂａｔｔよりも小さい値となるように減少補正する。
　次にステップＳ４では、電流指令値制限部６２は、電流指令値演算部６１から電流指令値Ｉｒｅｆを読み込むと共に、角速度演算部４１からモータ角速度ωを読み込む。そして、読み込んだモータ角速度ωに基づいてモータ回転数Ｎを算出する。
　次にステップＳ５では、電流指令値制限部６２は、上述した図４に示すモータ出力特性図をもとに、電圧を、前記ステップＳ３で制限した電圧目標値Ｖｔで一定としたときのモータ出力特性線を算出する。そして、そのモータ出力特性線と前記ステップＳ４で算出したモータ回転数Ｎとに基づいて、電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍを設定する。
　ステップＳ６では、電流指令値制限部６２は、前記ステップＳ４で読み込んだ電流指令値Ｉｒｅｆの絶対値と、前記ステップＳ５で設定した電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍとを比較する。そして、｜Ｉｒｅｆ｜≧Ｉ＿Ｌｉｍである場合にはステップＳ７に移行し、｜Ｉｒｅｆ｜＜Ｉ＿Ｌｉｍである場合にはステップＳ８に移行する。
　ステップＳ７では、電流指令値制限部６２は、電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍを制限後電流指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして設定してから、電流指令値制限処理を終了する。
　また、ステップＳ８では、電流指令値制限部６２は、電流指令値Ｉｒｅｆを制限後電流指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして設定してから、電流指令値制限処理を終了する。
　なお、図１において、操舵トルクセンサ３が操舵トルク検出部に対応し、車速センサ１７が車速検出部に対応し、操舵角センサ１８が操舵角検出部に対応している。また、図２において、指令値演算部２１が電流指令値演算部に対応し、減算器６３、電流制御部６４及びモータ駆動部６５がモータ制御部に対応している。
　さらに、切り増し判定部５１が切り増し操作検出部に対応し、電圧目標値設定部５２が電圧目標値設定部に対応している。また、図５のステップＳ４がモータ回転数検出部に対応し、ステップＳ５が電流制限値設定部に対応している。
　次に、本実施形態の動作について説明する。
　運転者がイグニッションスイッチ１６をオン状態とすると、バッテリ１５からコントローラ１４に制御電力が供給され、当該コントローラ１４が作動状態となる。このとき、コントローラ１４は、運転者によるステアリング操作に基づいて操舵補助制御を行う。
　例えば、運転者が車両を発進させ、カーブ路を旋回走行している場合、コントローラ１４は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助指令値を算出し、その操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３の電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。
　このとき、運転者がステアリングホイール１を切り増し操作しているが、操舵角θｓが制限開始舵角θｓｔに達していない場合には、コントローラ１４は、電動モータ１３の電圧目標値Ｖｔを最大電圧であるバッテリ電圧Ｖｂａｔｔに設定する。すなわち、電圧制限は行わない。
　そのため、電流指令値Ｉｒｅｆを制限するための電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍは、電動モータ１３の電圧を、最大電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔｔ）で一定としたときのモータ出力特性線と、モータ回転数Ｎとに基づいて設定した値となる。そして、このようにして設定した電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍによって電流指令値Ｉｒｅｆを制限する通常の制限処理を行い、制限後電流指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍに基づいて電動モータ１３を回転駆動する。
　その結果、電動モータ１３によって操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達される。これにより、運転者の操舵負担が軽減される。
　そして、このような通常の操舵補助制御を実施している状態から、運転者がさらにステアリングホイール１を切り増し操作し、操舵角θｓが制限開始舵角θｓｔ以上となると、コントローラ１４は、電動モータ１３の電圧目標値Ｖｔをバッテリ電圧Ｖｂａｔｔに対して減少補正する。すなわち、電圧制限を行う。このとき、電圧目標値Ｖｔは、操舵角θｓが最大操舵角（ラックエンド角）θｅｎｄに近づくほど最小電圧Ｖｍｉｎに近づくように設定される。
　この場合、電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍは、電動モータ１３の電圧を、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔよりも小さい電圧目標値Ｖｔに制限したときのモータ出力特性線と、モータ回転数Ｎとに基づいて設定した値となる。このときの電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍは、同じモータ回転数Ｎで電圧制限を行わない場合（θｓ＜θｓｔ又は切り戻し操作中）の電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍよりも小さい値となる。そして、このようにして設定した電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍによって電流指令値Ｉｒｅｆを制限する。
　すなわち、電動モータ１３に流れる最大電流は、減少補正された電流制限値Ｉ＿Ｌｉｍとなり、電動モータ１３の出力を制限することができる。これにより、運転者がステアリングホイール１をラックエンド付近まで操舵したときのアシストトルクを制限することができる。したがって、操舵限界となる端当て時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができ、ステアリング機構の耐久性を維持することができる。また、操舵操作において運転者に不快感を与えるのを抑制することができる。
　さらに、電動モータ１３の電圧制限を行うことで電動モータ１３の出力を制限するので、モータ出力特性を利用したアシスト制限制御を行うことができる。したがって、操舵フィーリングを悪化させることなく、自然且つ円滑な操舵感を実現しながら、端当て時の衝撃力を緩和することができる。
　また、電動モータ１３の電圧制限に際し、最小電圧Ｖｍｉｎを、運転者がラックエンドまでハンドルを切れるようにするために、モータ出力特性に基づいて設定する。そのため、操舵角θｓが制限開始舵角θｓｔ以上となって電動モータ１３の電圧制限がなされても、最大舵角θｅｎｄ近傍で操舵アシスト力が不足してしまうのを防止することができる。
　さらに、運転者が切り増し操作を行っている場合にのみ電動モータ１３の電圧制限を行い、運転者が切り戻し操作を行っている場合には当該電圧制限を行わない。したがって、ステアリングホイール１を最大舵角θｅｎｄ近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合に、操舵アシスト力の不足に起因するステアリングホイール１の最大舵角θｅｎｄ付近での張り付き感が発生するのを防止することができ、良好な操舵フィーリングを維持することができる。
（変形例）
　上記実施形態においては、切り増し操作中且つθｓ≧θｓｔであるとき、電圧目標値設定部５２において、操舵角θｓに基づいて設定した電圧目標値Ｖｔを操舵角速度ωｓで補正するようにしてもよい。この場合、図６に示すマップを参照して、操舵角速度ωｓに基づいて操舵角速度感応ゲインＧ１を算出し、その操舵角速度感応ゲインＧ１を操舵角θｓに基づいて設定した電圧目標値Ｖｔに掛算するようにする。
　ここで、操舵角速度感応ゲインＧ１は、操舵角速度ωｓが大きいほど小さい値に設定する。すなわち、操舵角速度ωｓが大きいほど電圧目標値Ｖｔの減少補正量を大きくする。これにより、高速操舵時には電圧制限を強め、低速操舵時には電圧制限を弱めることができる。したがって、高速操舵時における端当ての衝撃力を弱め、低速操舵時に付与する操舵補助力を維持することができる。
　また、操舵角速度ωｓに代えて操舵角加速度αｓを用いて電圧目標値Ｖｔを補正することもできる。この場合にも、図６に示すマップを参照して、操舵角加速度αｓに基づいて操舵角加速度感応ゲインＧ２を算出し、その操舵角加速度感応ゲインＧ２を操舵角θｓに基づいて設定した電圧目標値Ｖｔに掛算するようにする。すなわち、操舵角加速度αｓが大きいほど電圧目標値Ｖｔの減少補正量を大きくする。これにより、ラックエンド付近の急な切返し操舵に対しても適切に制限を行うことができる。
　さらに、操舵角速度ωｓや操舵角加速度αｓに代えて操舵トルクＴを用いて電圧目標値Ｖｔを補正することもできる。この場合、図７に示すマップを参照して、操舵トルクＴに基づいて操舵トルク感応ゲインＧ３を算出し、その操舵トルク感応ゲインＧ３を操舵角θｓに基づいて設定した電圧目標値Ｖｔに掛算するようにする。
　ここで、操舵トルク感応ゲインＧ３は、操舵トルクＴが大きいほど大きい値に設定する。すなわち、操舵トルクＴが小さいほど電圧目標値Ｖｔの減少補正量を大きくする。これにより、操舵力が小さい場合には電圧制限を強め、操舵力が大きい場合には電圧制限を弱めることができる。したがって、車両の負荷や路面μの状態などによって操舵力が小さい場合でも、適切に制限を行うことができ、ラックエンドの衝撃を緩和することができる。
　なお、上述した操舵角速度ωｓ、操舵角加速度αｓ、及び操舵トルクＴによる電圧目標値Ｖｔの補正は、組み合わせて適用することもできる。
　また、上記実施形態においては、電圧目標値設定部５２において、車速Ｖｓに応じて減少補正量を変更することもできる。具体的には、図８に示すように、車速Ｖｓが予め設定した高車速領域判定車速Ｖｓ１を下回るとき、車速Ｖｓが大きくなるにつれて徐々に電圧目標値Ｖｔの減少補正量を小さくし、車速Ｖｓが高車速領域判定車速Ｖｓ１以上であるときは電圧目標値Ｖｔの減少補正量を０にする。すなわち、Ｖｓ＜Ｖｓ１の領域では、車速Ｖｓが速くなるにつれて電圧制限を減少し、Ｖｓ≧Ｖｓ１の領域では、電圧制限をなくすようにする。これにより、緊急回避などに影響がないようにすることができる。
　また、上記実施形態においては、電圧目標値設定部５２において、切り増し操作中（Ｆｌｇ＝１）かつ操舵角θｓが予め設定した制限開始舵角θｓｔ以上の領域で、図３に示すように、操舵角θｓが大きくなるにつれて、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔから最小電圧Ｖｍｉｎまで直線的に徐々に小さくなるように電圧目標値Ｖｔを設定するようにした。この構成に限らず、例えば図９（ａ）に示すように、切り増し操作中かつ操舵角θｓが制限開始舵角θｓｔ以上の領域で、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔから最小電圧Ｖｍｉｎまで階段状に小さくなる電圧目標値Ｖｔを設定することもできる。または、例えば図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、操舵角θｓが大きくなるにつれて、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔから最小電圧Ｖｍｉｎまで非線形に小さくなるように電圧目標値Ｖｔを設定することもできる。なお、図９（ａ）に示すように、１段階で最小電圧Ｖｍｉｎまで小さくする構成に限らず、複数段階で階段状に小さくする構成としてもよい。
　以上、本願が優先権を主張する日本国特許出願Ｐ２０１３－２０６４２０（２０１３年１０月１日出願）の全内容は、ここに引用例として包含される。
　ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明のことである。
　１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１３…電動モータ、１４…コントローラ、１５…バッテリ、１６…イグニッションスイッチ、１７…車速センサ、１８…操舵角センサ、２１…指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…電圧制限部、２４…モータ制御部、３１…操舵補助指令値演算部、３２…位相補償部、３３…トルク微分回路、４１…角速度演算部、４２…角加速度演算部、４３…収斂性補償部、４４…慣性補償部、４５…ＳＡＴ推定フィードバック部、４６～４８…加算器、５１…切り増し判定部、５２…電圧目標値設定部、６１…電流指令値演算部、６２…電流指令値制限部、６３…減算器、６４…電流制御部、６５…モータ駆動部

Claims (9)

  1. 　ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
    　ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出部と、
    　前記操舵角検出部で検出した操舵角に基づいて、前記電動モータの電圧目標値を設定する電圧目標値設定部と、
    　前記電動モータのモータ回転数を検出するモータ回転数検出部と、
    　前記電圧目標値設定部で設定した電圧目標値と前記モータ回転数検出部で検出したモータ回転数とを用い、前記電動モータのモータ出力特性に基づいて、前記電流指令値演算部で演算した電流指令値の制限値を設定する電流制限値設定部と、を備え、
    　前記モータ制御部は、前記電流指令値演算部で演算した電流指令値を、前記電流制限値設定部で設定した制限値を上限として制限した後の電流指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 　前記電圧目標値設定部は、
    　前記操舵角検出部で検出した操舵角が予め設定した制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角よりも小さいときと比較して、前記電圧目標値を減少補正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。
  3. 　前記電圧目標値設定部は、
    　前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角がステアリングホイールの切り込み限界角である最大操舵角に近づくほど、前記電圧目標値が、予め設定した最大電圧値からモータ出力特性に基づいて予め設定した最小電圧値に向けて小さくなるように、大きく減少補正することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 　運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出する切り増し操作検出部を備え、
    　前記電圧目標値設定部は、
    　前記切り増し操作検出部で運転者によるステアリングホイールの切り増し操作を検出しており、且つ前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角以上であるとき、前記操舵角検出部で検出した操舵角が前記制限開始舵角よりも小さいときと比較して、前記電圧目標値を減少補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 　ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度検出部を備え、
    　前記電圧目標値設定部は、
    　前記操舵角速度検出部で検出した操舵角速度が大きいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 　ステアリングホイールの操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出部を備え、
    　前記電圧目標値設定部は、
    　前記操舵角加速度検出部で検出した操舵角加速度が大きいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることを特徴とする請求項２～５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 　前記電圧目標値設定部は、
    　前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクが小さいほど、前記電圧目標値の減少補正量を大きくすることを特徴とする請求項２～６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 　自車両の車速を検出する車速検出部を備え、
    　前記電圧目標値設定部は、
    　前記車速検出部で検出した車速が予め設定した高車速領域判定車速を下回るとき、当該車速が速いほど前記電圧目標値の減少補正量を小さく変更し、前記車速検出部で検出した車速が前記高車速領域判定車速以上であるとき、前記電圧目標値の減少補正量を零に変更することを特徴とする請求項２～７の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 　前記電流制限値設定部は、
    　前記電動モータの電圧値を、前記電圧目標値設定部で設定した電圧目標値で一定としたときのモータ出力特性線上の動作点のうち、モータ回転数が前記モータ回転数検出部で検出したモータ回転数となるときのモータ電流値を算出し、当該モータ電流値を前記電流指令値の制限値として設定することを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
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