WO2017060959A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
Definitions
- the present invention relates to an electric power steering apparatus.
- JPH02-128961A has a maximum turning angle for the purpose of reducing shock noise and vibration generated when the rack hits a stopper provided in the gear box case when turning near the maximum turning angle. It has been disclosed to reduce the power assist in the turning direction given by the electric motor when a predetermined angle near the corner is exceeded.
- An object of the present invention is to achieve both the suppression of noise generation at the stroke end of the rack and the suppression of the uncomfortable feeling of the steering feeling.
- an electric power steering device an assist basic command value calculation unit that calculates an assist basic command value based on a steering torque, and the assist basic command value based on a steering angle and a vehicle speed.
- a limit value calculating unit that calculates a limit value; and a motor control unit that controls driving of an electric motor based on the assist command value calculated using the assist basic command value and the limit value.
- the calculation unit calculates the limit value so that the assist command value becomes small when the steering wheel is cut and the steering angle exceeds the limit start steering angle near the maximum steering angle, and the limit start steering angle Is set so as to decrease as the vehicle speed increases.
- FIG. 1 is a configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a control block diagram of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 3A is a map showing the relationship between the steering angle and the limit current, and the vehicle speed corresponds to 0 km / h.
- FIG. 3B is a map showing the relationship between the steering angle and the limit current, and the vehicle speed corresponds to 5 km / h.
- FIG. 3C is a map showing the relationship between the steering angle and the limit current, and the vehicle speed corresponds to 10 km / h.
- an electric power steering apparatus 100 includes an input shaft 2 that rotates in response to an operation of a steering wheel 1 by a driver (hereinafter referred to as “steering operation”), and a rack that steers wheels 6. 5 and an output shaft 3 linked to 5 and a torsion bar 4 connecting the input shaft 2 and the output shaft 3.
- a steering shaft 7 is configured by the input shaft 2, the output shaft 3, and the torsion bar 4.
- a pinion gear 3 a that meshes with a rack gear 5 a formed on the rack 5 is formed below the output shaft 3.
- the steering shaft 7 rotates, and the rotation is converted into a linear motion of the rack 5 by the pinion gear 3a and the rack gear 5a, and the wheel 6 is steered via the knuckle arm 14.
- the electric power steering apparatus 100 includes an electric motor 10 that is a power source for assisting the driver in steering the steering wheel 1, and a speed reducer 11 that decelerates and transmits the rotation of the electric motor 10 to the steering shaft 7. And a torque sensor 12 that detects a steering torque applied to the steering shaft 7 in accordance with a steering operation by the driver, and a controller 30 that controls the driving of the electric motor 10 based on the detection result of the torque sensor 12. .
- the electric motor 10 is provided with a motor rotation angle sensor 10a as a motor rotation angle detector that detects a motor rotation angle.
- the motor rotation angle sensor 10a is configured by a resolver.
- the motor rotation angle sensor 10a is not limited to a resolver, and may be any sensor having a short detection cycle.
- the reducer 11 includes a worm shaft 11a connected to the output shaft of the electric motor 10 and a worm wheel 11b connected to the output shaft 3 and meshing with the worm shaft 11a.
- the torque output from the electric motor 10 is transmitted from the worm shaft 11a to the worm wheel 11b and applied to the output shaft 3 as a steering assist torque.
- the torque sensor 12 detects the steering torque based on the torsion amount of the torsion bar 4 due to the relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3 accompanying the steering operation by the driver.
- the torque sensor 12 outputs a signal corresponding to the steering torque to the controller 30.
- the controller 30 calculates a current corresponding to the torque output from the electric motor 10 based on the signal from the torque sensor 12, and controls the driving of the electric motor 10 so that torque is generated based on the current.
- the electric power steering apparatus 100 detects the steering torque applied to the steering shaft 7 by the torque sensor 12, and controls the drive of the electric motor 10 by the controller 30 based on the detection result. Assist steering operation.
- the input shaft 2 is provided with a steering angle sensor 15 as a steering angle detector that detects a steering angle (absolute steering angle) that is a rotation angle of the steering wheel 1. Since the rotation angle of the input shaft 2 is equal to the steering angle of the steering wheel 1, the steering angle of the steering wheel 1 can be obtained by detecting the rotation angle of the input shaft 2 by the steering angle sensor 15. The detection result of the steering angle sensor 15 is output to the controller 30 via the in-vehicle network.
- the steering angle sensor 15 includes, for example, a center gear that rotates integrally with the input shaft 2 and two outer gears that mesh with the center gear, and is based on changes in magnetic flux accompanying rotation of the two outer gears.
- the rotation angle of the center gear that is, the rotation angle of the input shaft 2 is calculated.
- the detection result of the vehicle speed sensor 16 as a vehicle speed detector that detects the vehicle speed is input to the controller 30 via the in-vehicle network.
- the controller 30 includes a CPU that controls the operation of the electric motor 10, a ROM that stores control programs and setting values necessary for the processing operation of the CPU, a torque sensor 12, a steering angle sensor 15, a vehicle speed sensor 16, and the like. And a RAM for temporarily storing information detected by various sensors.
- the rack 5 is mechanically restricted from moving beyond a predetermined stroke. Specifically, a stroke end is defined by a part of the rack 5 coming into contact with a stopper formed in a rack housing (not shown) that accommodates the rack 5. That is, the steering angle of the steering wheel 1 is maximized when the rack 5 comes into contact with the stopper of the rack housing.
- the controller 30 calculates a basic basic current calculation unit 31 that calculates an basic basic current (assist basic command value) for assisting the driver in steering the steering wheel 1 based on the detection result of the torque sensor 12. And a motor control unit 32 that controls driving of the electric motor 10 and an abnormal noise suppression control unit 33 that performs control for suppressing the generation of abnormal noise in the vicinity of the stroke end of the rack 5.
- the abnormal noise suppression control unit 33 calculates a limit current (limit value) for limiting the assist basic current calculated by the basic current calculation unit 31.
- the motor control unit 32 calculates an assist current (assist command value) using the assist basic current and the limit current, and controls driving of the electric motor 10 based on the assist current.
- abnormal noise suppression control unit 33 will be described in detail.
- the abnormal noise suppression control unit 33 includes a high-precision steering angle calculation unit 41 that calculates a high-precision steering angle based on the detection result of the steering angle sensor 15 and the detection result of the motor rotation angle sensor 10a, and a high-precision steering angle calculation unit.
- a limit current calculation unit 42 for calculating a limit current based on the high-accuracy steering angle calculated in 41 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 16, and determining whether or not to limit the assist basic current.
- a current limit execution determination unit 43 is a current limit current based on the high-accuracy steering angle calculated in 41 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 16, and determining whether or not to limit the assist basic current.
- the steering angle of the steering wheel 1 is used when the limit current calculation unit 42 calculates the limit current.
- the high-accuracy steering angle calculation unit 41 detects the steering angle detected by the steering angle sensor 15 with the motor rotation angle sensor 10a.
- a high-precision steering angle is calculated by correcting using the motor rotation angle. More specifically, the motor rotation angle sensor 10 a detects a motor rotation angle that is a rotation angle change amount of the electric motor 10 at a cycle shorter than the detection cycle of the steering angle sensor 15.
- the amount of change in the rotation angle of the output shaft 3 can be obtained from the motor rotation angle detected by the motor rotation angle sensor 10a and the reduction ratio of the reduction gear 11 (the reduction ratio of the output shaft 3 and the electric motor 10). Therefore, the rotation angle change amount of the output shaft 3 obtained from the motor rotation angle detected by the motor rotation angle sensor 10a and the reduction ratio of the speed reducer 11 is added to the steering angle detected by the steering angle sensor 15.
- the steering angle of the output shaft 3 can be calculated in a short cycle. That is, a highly accurate steering angle can be calculated. Thereby, even when the steering wheel 1 is quickly steered, a highly accurate steering angle can be obtained.
- the detection cycle of the rudder angle sensor 15 is about 10 msec and the detection cycle of the motor rotation angle sensor 10a is 1 msec or less. However, if the detection cycle of the rudder angle sensor 15 is short, the steering is performed only by the rudder angle sensor 15. A corner may be detected.
- the limit current calculation unit 42 calculates and outputs a limit current using the high-precision steering angle calculated by the high-precision steering angle calculation unit 41 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 16 as input signals. Specifically, the limit current calculation unit 42 stores a plurality of limit current maps (see FIGS. 3A to 3C) having different characteristics depending on the vehicle speed. The limit current calculation unit 42 selects a limit current map corresponding to the current vehicle speed from among a plurality of limit current maps, and calculates a limit current corresponding to the current steering angle with reference to the selected limit current map.
- the limit current is a current for limiting the assist basic current calculated by the basic current calculation unit 31 and is an upper limit value of the assist current for driving the electric motor 10. Therefore, even when the assist basic current calculated by the basic current calculation unit 31 is large, when the assist basic current is limited by the limit current, the assist current does not become larger than the limit current. The output of the motor 10 is limited.
- the limit current map stored in the limit current calculation unit 42 will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
- the limit current maps shown in FIGS. 3A to 3C are maps showing the relationship between the steering angle and the limit current, FIG. 3A is a map when the vehicle speed is 0 km / h, that is, when the vehicle is stopped, and FIG. 3B is a map when the vehicle speed is 5 km / h.
- FIG. 3C is a map when the vehicle speed is 10 km / h.
- FIG. 3 shows a case where a common map is used for left steering and right steering of the steering wheel 1.
- the limit current is a constant value that does not limit the assist basic current calculated by the basic current calculation unit 31 between the steering angle of 0 degrees (neutral position) and the limit start steering angle Ax.
- the limit current is set to a smaller value than the constant value Imax so that the assist current becomes smaller when the steering wheel 1 is cut and the steering angle exceeds the limit start steering angle Ax. That is, the assist basic current is limited only in a region (a limited region) where the steering angle exceeds the limit start steering angle Ax.
- the limit start steering angle Ax is set near the maximum steering angle Az determined by the rack 5 coming into contact with the stopper of the rack housing. For example, it is set to about 30 degrees before the maximum steering angle Az.
- the limit start steering angle Ax is set in the vicinity of the maximum steering angle Az, the steering basic current is not limited during steering operation during normal vehicle travel, and the steering wheel does not become heavy.
- the assist basic current is limited by the limit current and the assist current becomes small. Therefore, the output torque of the electric motor 10 is reduced. Thereby, the thrust in the vicinity of the stroke end of the rack 5 becomes weak, and the impact of the rack 5 coming into contact with the stopper is reduced. Therefore, the generation of abnormal noise due to the contact between the rack 5 and the stopper is suppressed. Further, since the impact with which the rack 5 comes into contact with the stopper is reduced, the generation of noise due to the contact between the rack gear 5a and the pinion gear 3a, which occurs when the rack 5 returns from the stroke end, is also suppressed.
- the limiting current is set so as to be smaller as the steering angle is larger when the steering angle is equal to or larger than the restriction start steering angle Ax and equal to or smaller than the predetermined steering angle Ay smaller than the maximum steering angle Az.
- the constant value Imin is set regardless of the steering angle.
- the limit current is set when the steering angle is the maximum steering angle Az without setting the limit current to be smaller as the steering angle is larger.
- the reason why the constant value Imin is set is that it is necessary to leave an assist current to some extent so as to overcome the reaction force from the wheels 6 when the rack 5 reaches the stroke end. That is, Imin is set as a holding current for holding the rack 5 at the stroke end.
- the characteristics of the plurality of limit current maps stored in the limit current calculation unit 42 differ depending on the vehicle speed. As can be seen from FIGS. 3A to 3C, the limit start steering angle Ax and the holding current Imin vary depending on the vehicle speed. This will be specifically described below.
- the restriction start steering angle Ax is set to a smaller steering angle than when the vehicle is stopped (FIG. 3A).
- the limit start steering angle Ax is set so as to decrease as the vehicle speed increases.
- the holding current Imin is set large to leave the assist current to some extent.
- the reaction force from the wheels 6 when the rack 5 reaches the stroke end is small. Accordingly, during low speed traveling, as shown in FIG. 3C, the holding current Imin is set smaller than that when the vehicle is stopped (FIG. 3A).
- the holding current Imin is set so as to decrease as the vehicle speed increases.
- the limited current map is set to have different characteristics depending on the vehicle speed in order to suppress the uncomfortable feeling of the steering feeling. As a result, it is possible to achieve both the suppression of the occurrence of abnormal noise at the stroke end of the rack 5 and the suppression of the uncomfortable feeling of the steering feeling.
- the limit current map is shown for three maps corresponding to vehicle speeds of 0 km / h, 5 km / h, and 10 km / h.
- the limit current map shows that the vehicle speed is every 1 km / h or 0.5 km / h. It may be set every h.
- the current limit execution determination unit 43 determines whether or not to limit the assist basic current using the limit current calculated by the limit current calculation unit 42. In other words, the current limit execution determination unit 43 determines whether or not to perform noise suppression control for suppressing noise generation near the stroke end of the rack 5.
- the current limit execution determination unit 43 determines that the assist basic current is limited when the vehicle speed is equal to or lower than the predetermined speed.
- the predetermined speed is, for example, 10 km / h.
- the speed threshold value for determining whether or not to limit the basic assist current is only 10 km / h, if the vehicle is traveling at a speed of around 10 km / h, There is a risk of repeated unrestrictions. Therefore, it is desirable to set the release threshold value for releasing the restriction of the assist basic current when the vehicle is accelerating and the execution threshold value for executing the restriction of the assist basic current when the vehicle is decelerated to different speeds. For example, the release threshold is set to 10 km / h, and the implementation threshold is set to 5 km / h. Thus, stable abnormal noise suppression control can be performed by offsetting the release threshold and the implementation threshold.
- the motor control unit 32 calculates the assist current using the assist basic current and the limit current, and based on the assist current. The drive of the electric motor 10 is controlled.
- the electric power steering apparatus 100 includes a basic current calculation unit 31 that calculates an assist basic current based on the steering torque, and a limit current that calculates a limit current that limits the assist basic current based on the steering angle and the vehicle speed.
- a calculation unit 42 and a motor control unit 32 that controls the driving of the electric motor 10 based on the assist current calculated using the assist basic current and the limit current.
- the limit current calculation unit 42 calculates the limit current so that the assist current becomes small and starts the limit.
- the steering angle Ax is set so as to decrease as the vehicle speed increases.
- the limit current calculation unit 42 has a plurality of limit current maps with different limit start steering angles Ax according to the vehicle speed, and selects a map corresponding to the current vehicle speed from the plurality of limit current maps. To do.
- the limit current is the assist current as the steering angle is larger when the steering angle is not less than the limit start steering angle Ax and not more than the predetermined steering angle Ay that is smaller than the maximum steering angle.
- the assist current is set to a constant value regardless of the steering angle.
- the electric power steering apparatus 100 further includes a steering angle sensor 15 that detects the steering angle of the steering wheel 1, and a motor rotation angle sensor 10 a that detects the motor rotation angle of the electric motor 10.
- a high-precision steering angle is calculated by correcting the steering angle detected by the steering angle sensor 15 using the motor rotation angle detected by the motor rotation angle sensor 10a.
- the limiting current is calculated based on the steering angle and the vehicle speed.
- the electric power steering apparatus 100 further includes a current limit execution determination unit 43 that determines whether or not to limit the assist basic current using the limit current, and the current limit execution determination unit 43 includes: It is determined that the assist basic current is limited when the vehicle speed is equal to or lower than the predetermined speed.
- the limit current is between the steering angle Ax that is equal to or greater than the limit start steering angle Ax and smaller than the maximum steering angle Az.
- the mode is set such that the larger the steering angle is, the smaller the steering angle is, and when the steering angle is equal to or larger than the predetermined steering angle Ay, the constant value Imin is set regardless of the steering angle.
- the limiting current may be set so as to decrease as the steering angle increases when the steering angle is equal to or greater than the limiting start steering angle Ax. That is, when the steering angle is equal to or greater than the limit start steering angle Ax, the assist current may be set to be smaller as the steering angle is larger.
- the limit current calculation unit 42 has been described with reference to the limit current map. However, the limit current calculation unit 42 may be configured to calculate the limit current without referring to the limit current map.
- the steering angle detected by the steering angle sensor 15 is corrected by using the motor rotation angle detected by the motor rotation angle sensor 10a.
- the mode for calculating the high-precision steering angle has been described.
- the limit current is calculated using only the steering angle detected by the steering angle sensor 15. Also good. That is, the present invention does not exclude a mode in which the limit current is calculated using only the steering angle detected by the steering angle sensor 15.
- the limit current calculated by the limit current calculation unit 42 may be output to the motor control unit 32 without passing through the current limit execution determination unit 43. That is, the current limit execution determination unit 43 is not an essential configuration of the present invention.
- the driving force of the electric motor 10 may be applied to the rack 5 via a speed reducer having a pulley and a belt (belt drive system), and the driving force of the electric motor 10 is reduced to the speed reducer. It is good also as a structure (direct drive system) provided directly to the rack 5 without going through. As described above, the electric motor 10 applies steering assist torque to the steering system.
- the pinion type electric power steering apparatus 100 in which the pinion gear 3 a meshing with the rack gear 5 a formed in the rack 5 is formed in the output shaft 3 has been described.
- the present invention may be a column-type electric power steering device in which no pinion is formed on the output shaft 3.
- the single pinion type electric power steering apparatus 100 in which the steering torque by the driver and the steering assist torque by the electric motor 10 are input to the rack 5 via the common steering shaft 11 has been described.
- the present invention may be a dual pinion type electric power steering apparatus in which the steering torque by the driver and the steering assist torque by the electric motor 10 are independently input to the rack 5.
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Abstract
電動パワーステアリング装置１００は、操舵トルクに基づいてアシスト基本指令値を演算するアシスト基本指令値演算部３１と、操舵角及び車速に基づいてアシスト基本指令値の制限値を演算する制限値演算部４２と、アシスト基本指令値と制限値を用いて演算されるアシスト指令値に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するモータ制御部３２と、を備える。制限値演算部４２は、ステアリングホイール１が切り込まれて操舵角が最大操舵角近傍Ａｚの制限開始操舵角Ａｘを超えた場合に、アシスト指令値が小さくなるように制限値を演算し、制限開始操舵角Ａｘは、車速が大きいほど小さくなるように設定される。
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
ＪＰＨ０２－１２８９６１Ａには、最大転舵角近傍まで転舵する際において、ラックがギヤボックスケースに設けられたストッパに当たることによって発生するショック音や振動の軽減を目的として、転舵角が最大転舵角近傍の所定角を越えた場合に、電動モータにより与えられる転舵方向へのパワアシストを減少させることが開示されている。
ＪＰＨ０２－１２８９６１Ａに記載の電動パワーステアリング装置では、車庫入れ時に最大操舵角まで操舵が可能なように、パワアシストを減少させる所定操舵角を最大操舵角近傍に設定する必要がある。しかし、このように設定すると、低速走行時に最大操舵角近傍まで操舵した際には、最大操舵角近傍で急に操舵感が重くなってしまい、運転者に操舵フィーリングの違和感を与えてしまう。
本発明は、ラックのストロークエンドでの異音の発生抑制と操舵フィーリングの違和感抑制とを両立させることを目的とする。
本発明のある態様によれば、電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクに基づいてアシスト基本指令値を演算するアシスト基本指令値演算部と、操舵角及び車速に基づいて前記アシスト基本指令値の制限値を演算する制限値演算部と、前記アシスト基本指令値と前記制限値を用いて演算されるアシスト指令値に基づいて電動モータの駆動を制御するモータ制御部と、を備え、前記制限値演算部は、ステアリングホイールが切り込まれて操舵角が最大操舵角近傍の制限開始操舵角を超えた場合に、前記アシスト指令値が小さくなるように前記制限値を演算し、前記制限開始操舵角は、車速が大きいほど小さくなるように設定される。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００について説明する。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１００の全体構成について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、運転者によるステアリングホイール１の操作（以下、「ステアリング操作」と称する。）に伴って回転する入力シャフト２と、車輪６を転舵するラック５に連係する出力シャフト３と、入力シャフト２と出力シャフト３を連結するトーションバー４と、を備える。入力シャフト２、出力シャフト３、及びトーションバー４によってステアリングシャフト７が構成される。
出力シャフト３の下部には、ラック５に形成されたラックギヤ５ａと噛み合うピニオンギヤ３ａが形成される。ステアリングホイール１が操作されると、ステアリングシャフト７が回転し、その回転がピニオンギヤ３ａ及びラックギヤ５ａによってラック５の直線運動に変換され、ナックルアーム１４を介して車輪６が転舵される。
また、電動パワーステアリング装置１００は、運転者によるステアリングホイール１の操舵を補助するための動力源である電動モータ１０と、電動モータ１０の回転をステアリングシャフト７に減速して伝達する減速機１１と、運転者によるステアリング操作に伴ってステアリングシャフト７に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するコントローラ３０と、をさらに備える。
電動モータ１０には、モータ回転角を検出するモータ回転角検出器としてのモータ回転角センサ１０ａが設けられる。モータ回転角センサ１０ａは、レゾルバによって構成される。モータ回転角センサ１０ａはレゾルバに限られず、検出周期が短いセンサであればよい。
減速機１１は、電動モータ１０の出力軸に連結されるウォームシャフト１１ａと、出力シャフト３に連結されウォームシャフト１１ａに噛み合うウォームホイール１１ｂと、からなる。電動モータ１０が出力するトルクは、ウォームシャフト１１ａからウォームホイール１１ｂに伝達されて出力シャフト３に操舵補助トルクとして付与される。
トルクセンサ１２は、運転者によるステアリング操作に伴う入力シャフト２と出力シャフト３との相対回転によるトーションバー４の捩れ量に基づいて操舵トルクを検出する。トルクセンサ１２は、操舵トルクに対応する信号をコントローラ３０に出力する。コントローラ３０は、トルクセンサ１２からの信号に基づいて、電動モータ１０が出力するトルク相当の電流を演算し、その電流に基づいてトルクが発生するように電動モータ１０の駆動を制御する。このように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシャフト７に付与される操舵トルクをトルクセンサ１２にて検出し、その検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動をコントローラ３０にて制御して運転者のステアリング操作をアシストする。
入力シャフト２には、ステアリングホイール１の回転角度である操舵角（絶対操舵角）を検出する操舵角検出器としての操舵角センサ１５が設けられる。入力シャフト２の回転角とステアリングホイール１の操舵角とは等しいため、操舵角センサ１５にて入力シャフト２の回転角を検出することによってステアリングホイール１の操舵角が得られる。操舵角センサ１５の検出結果は車載ネットワークを経由してコントローラ３０に出力される。
操舵角センサ１５は、図示しないが、例えば、入力シャフト２と一体に回転するセンターギアと、センターギアに噛み合う２つのアウターギアと、を備え、２つのアウターギアの回転に伴う磁束の変化に基づいて、センターギアの回転角、すなわち入力シャフト２の回転角を演算する。
コントローラ３０には、車速を検出する車速検出器としての車速センサ１６の検出結果が車載ネットワークを経由して入力される。
コントローラ３０は、電動モータ１０の動作を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、トルクセンサ１２、操舵角センサ１５、及び車速センサ１６等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。
ラック５は、所定ストローク以上の移動が機械的に規制されている。具体的には、ラック５の一部が、ラック５を収容するラックハウジング（図示せず）に形成されたストッパに当接することによって、ストロークエンドが規定されている。つまり、ラック５がラックハウジングのストッパに当接することによってステアリングホイール１の操舵角が最大となる。
ラック５がストロークエンドまで移動してストッパに勢いよく当接すると、ラック５とストッパの当接による異音が発生する。また、ラック５がストッパに当接した後、ストロークエンドから戻る際には、ラックギヤ５ａとピニオンギヤ３ａの噛み合いの遊び（バックラッシュ）に起因してラックギヤ５ａとピニオンギヤ３ａの当接による反転音が発生する。ラックギヤ５ａとピニオンギヤ３ａの当接による反転音は、ラック５がストッパから勢いよく離れるほど大きくなる。電動パワーステアリング装置１００では、このようなラック５のストロークエンドでの異音の発生を抑制するための制御が行なわれる。
次に、主に図２及び３を参照して、ラック５のストロークエンド付近での異音の発生を抑制するための制御、具体的には、コントローラ３０による電動モータ１０の制御について説明する。
図２に示すように、コントローラ３０は、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて運転者によるステアリングホイール１の操舵を補助するためのアシスト基本電流（アシスト基本指令値）を演算する基本電流演算部３１と、電動モータ１０の駆動を制御するモータ制御部３２と、ラック５のストロークエンド近傍での異音発生を抑制するための制御を行う異音抑制制御部３３と、を備える。
異音抑制制御部３３は、基本電流演算部３１で演算されるアシスト基本電流を制限するための制限電流（制限値）を演算する。モータ制御部３２は、アシスト基本電流と制限電流を用いてアシスト電流（アシスト指令値）を演算し、そのアシスト電流に基づいて電動モータ１０の駆動を制御する。
以下では、異音抑制制御部３３について詳しく説明する。
異音抑制制御部３３は、操舵角センサ１５の検出結果とモータ回転角センサ１０ａの検出結果とに基づいて高精度操舵角を演算する高精度操舵角演算部４１と、高精度操舵角演算部４１にて演算された高精度操舵角と車速センサ１６にて検出された車速とに基づいて制限電流を演算する制限電流演算部４２と、アシスト基本電流の制限を実施するか否かを判定する電流制限実施判定部４３と、を備える。
制限電流演算部４２にて制限電流を演算する際には、ステアリングホイール１の操舵角が用いられる。しかし、操舵角センサ１５の検出周期では、ステアリングホイール１が素早く操舵された際には、操舵角センサ１５のみではステアリングホイール１の操舵角を精度良く検出することができない。そこで、ステアリングホイール１の操舵角をより高精度に検出するために、高精度操舵角演算部４１は、操舵角センサ１５にて検出された操舵角を、モータ回転角センサ１０ａにて検出されたモータ回転角を用いて補正することによって高精度操舵角を演算する。具体的に説明すると、モータ回転角センサ１０ａは、操舵角センサ１５の検出周期よりも短い周期で電動モータ１０の回転角変化量であるモータ回転角を検出する。モータ回転角センサ１０ａで検出されたモータ回転角と減速機１１の減速比（出力シャフト３と電動モータ１０の減速比）とから出力シャフト３の回転角度変化量を得ることができる。よって、操舵角センサ１５にて検出される操舵角に、モータ回転角センサ１０ａで検出されるモータ回転角と減速機１１の減速比とから得られる出力シャフト３の回転角度変化量を加算することによって、短い周期で出力シャフト３の操舵角を演算することができる。つまり、高精度操舵角を演算することができる。これにより、ステアリングホイール１が素早く操舵された際であっても、精度の高い操舵角を得ることができる。なお、例えば、舵角センサ１５の検出周期は１０msec程度であり、モータ回転角センサ１０ａの検出周期は１msec以下であるが、舵角センサ１５の検出周期が短ければ、舵角センサ１５のみによって操舵角を検出するようにしてもよい。
制限電流演算部４２は、高精度操舵角演算部４１にて演算された高精度操舵角と車速センサ１６にて検出された車速とを入力信号として、制限電流を演算して出力する。具体的には、制限電流演算部４２には、車速に応じて特性が異なる複数の制限電流マップ（図３Ａ～３Ｃ参照）が記憶されている。制限電流演算部４２は、複数の制限電流マップのうち現在の車速に対応する制限電流マップを選択し、その選択した制限電流マップを参照して現在の操舵角に対応する制限電流を演算する。制限電流は、基本電流演算部３１で演算されるアシスト基本電流を制限するための電流であり、電動モータ１０を駆動するためのアシスト電流の上限値となるものである。よって、基本電流演算部３１で演算されるアシスト基本電流が大きい場合であっても、アシスト基本電流が制限電流によって制限された場合には、アシスト電流が制限電流よりも大きくなることはなく、電動モータ１０の出力が制限される。
図３Ａ～３Ｃを参照して、制限電流演算部４２に記憶された制限電流マップについて説明する。図３Ａ～３Ｃに示す制限電流マップは、操舵角と制限電流との関係を示すマップであり、図３Ａは車速が０km/h時、つまり停車時のマップ、図３Ｂは車速が５km/h時のマップ、図３Ｃは車速が１０km/h時のマップである。図３では、ステアリングホイール１の左操舵と右操舵で共通のマップを使用する場合について示している。
図３Ａに示すように、制限電流は、操舵角が０度（中立位置）から制限開始操舵角Ａｘまでの間では、基本電流演算部３１で演算されるアシスト基本電流を制限しない大きさの一定値Ｉmaxに設定される。また、制限電流は、ステアリングホイール１が切り込まれて操舵角が制限開始操舵角Ａｘを超えた場合に、アシスト電流が小さくなるように一定値Ｉmaxと比較して小さい値に設定される。つまり、アシスト基本電流の制限は、操舵角が制限開始操舵角Ａｘを超える領域（制限領域）のみで行われる。制限開始操舵角Ａｘは、ラック５がラックハウジングのストッパに当接することによって決まる最大操舵角Ａｚ近傍に設定される。例えば、最大操舵角Ａｚの手前３０度程度に設定される。
制限開始操舵角Ａｘは最大操舵角Ａｚ近傍に設定されるため、通常の車両走行時におけるステアリング操作の際に、アシスト基本電流が制限されてハンドルが重くなってしまうことはない。一方、車庫入れ時等のように最大操舵角Ａｚまでステアリングホイール１を操作する場合には、操舵角が制限開始操舵角Ａｘを超えるとアシスト基本電流が制限電流によって制限されてアシスト電流が小さくなるため、電動モータ１０の出力トルクが小さくなる。これにより、ラック５のストロークエンド付近での推力が弱くなり、ラック５がストッパに当接する衝撃が小さくなる。よって、ラック５とストッパの当接による異音の発生が抑制される。また、ラック５がストッパに当接する衝撃が小さくなることによって、ラック５がストロークエンドから戻る際に発生する、ラックギヤ５ａとピニオンギヤ３ａの当接による異音の発生も抑制される。
このように、操舵角が最大操舵角Ａｚ近傍の制限開始操舵角Ａｘを超えた場合にアシスト基本電流を制限することによって、ラック５のストロークエンドでの異音の発生を抑制することができる。
図３Ａに示すように、制限電流は、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上であって最大操舵角Ａｚよりも小さい所定操舵角Ａｙ以下の間では、操舵角が大きいほど小さくなるように設定され、操舵角が所定操舵角Ａｙ以上では、操舵角に関係なく一定値Ｉminに設定される。制御電流がこのように設定されることによって、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上所定操舵角Ａｙ以下の間では、操舵角が大きいほどアシスト電流が小さくなり、操舵角が所定操舵角Ａｙ以上では、操舵角に関係なくアシスト電流は一定となる。このように、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上の制限領域において、操舵角が大きいほど制限電流が小さくなるように設定せずに、操舵角が最大操舵角Ａｚである場合には制限電流を一定値Ｉminに設定したのは、ラック５がストロークエンドに到達した状態では車輪６からの反力に打ち勝つようにある程度アシスト電流を残す必要があるためである。つまり、Ｉminは、ラック５をストロークエンドに保持するための保持電流として設定される。
制限電流演算部４２に記憶された複数の制限電流マップは、車速に応じて特性が異なる。図３Ａ～３Ｃからわかるように、制限開始操舵角Ａｘ及び保持電流Ｉminが車速に応じて異なる。以下に、具体的に説明する。
停車時には、車庫入れのために最大操舵角までの操舵が要求され、また、ラック５がストロークエンドに向って移動するのに伴って操舵トルクが大きくなり続ける。したがって、停車時には、図３Ａに示すように、制限開始操舵角Ａｘは最大操舵角Ａｚに極力近い方が望ましい。一方、低速走行時には、最大操舵角までの操舵の要求はそれほど大きくなく、また、ラック５がストロークエンドに向かって移動しても操舵トルクがそれほど大きくならない。したがって、低速走行時には、制限開始操舵角Ａｘが最大操舵角Ａｚにそれほど近くなくても問題がない。また、低速走行時においても、図３Ａに示す停車時の制限電流マップを用いると、最大操舵角近傍まで操舵した際には、最大操舵角近傍で急に操舵感が重くなってしまい、運転者に操舵フィーリングの違和感を与えてしまう。そこで、低速走行時には、図３Ｃに示すように、制限開始操舵角Ａｘは停車時（図３Ａ）と比較して小さい操舵角に設定される。これにより、低速走行時に最大操舵角近傍まで操舵した際には、最大操舵角に向けて除々に操舵感が重くなるため、違和感のない自然な操舵フィーリングが実現される。
このように、制限開始操舵角Ａｘは、車速が大きいほど小さくなるように設定される。
また、停車時には、ラック５がストロークエンドに到達した際の車輪６からの反力が大きい。したがって、停車時には、図３Ａに示すように、保持電流Ｉminはアシスト電流をある程度残すために大きく設定される。一方、低速走行時には、ラック５がストロークエンドに到達した際の車輪６からの反力が小さい。したがって、低速走行時には、図３Ｃに示すように、保持電流Ｉminは停車時（図３Ａ）と比較して小さく設定される。
このように、保持電流Ｉminは、車速が大きいほど小さくなるように設定される。
以上のように、制限電流マップは、操舵フィーリングの違和感抑制のため、車速に応じて異なる特性に設定される。これにより、ラック５のストロークエンドでの異音の発生抑制と操舵フィーリングの違和感抑制とを両立することができる。
本実施形態では、制限電流マップは、車速が０km/h、５km/h、１０km/hに対応する３つのマップについて示した、しかし、制限電流マップは車速が１km/h毎又は０．５km/h毎に設定するようにしてもよい。より多くの制限電流マップを設定することによって、操舵フィーリングの違和感をより抑制することができる。
図２に戻り、電流制限実施判定部４３は、制限電流演算部４２にて演算された制限電流を用いてアシスト基本電流の制限を実施するか否かを判定する。つまり、電流制限実施判定部４３は、ラック５のストロークエンド近傍での異音発生を抑制するための異音抑制制御を行うか否かを判定するものである。
車速が大きい場合には、ステアリングホイール１が最大操舵角近傍まで操舵されることは無い。よって、電流制限実施判定部４３は、車速が所定速度以下の場合にアシスト基本電流の制限を実施すると判定する。所定速度は、例えば１０km/hである。
ただ、アシスト基本電流の制限を実施するか否かを判定する速度の閾値が１０km/hのみの場合には、車両が１０km/h前後の速度で走行する場合には、アシスト基本電流の制限と非制限を繰り返してしまうおそれがある。そこで、車両の加速時においてアシスト基本電流の制限を解除する解除閾値と、車両の減速時においてアシスト基本電流の制限を実施する実施閾値と、を異なる速度に設定するのが望ましい。例えば、解除閾値は１０km/hに設定され、実施閾値は５km/hに設定される。このように、解除閾値と実施閾値をオフセットすることによって安定した異音抑制制御が可能となる。
電流制限実施判定部４３にてアシスト基本電流の制限を実施すると判定された場合には、モータ制御部３２は、アシスト基本電流と制限電流を用いてアシスト電流を演算し、そのアシスト電流に基づいて電動モータ１０の駆動を制御する。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
本実施形態では、電動パワーステアリング装置１００は、操舵トルクに基づいてアシスト基本電流を演算する基本電流演算部３１と、操舵角及び車速に基づいてアシスト基本電流を制限する制限電流を演算する制限電流演算部４２と、アシスト基本電流と制限電流を用いて演算されるアシスト電流に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するモータ制御部３２と、を備える。制限電流演算部４２は、ステアリングホイール１が切り込まれて操舵角が最大操舵角Ａｚ近傍の制限開始操舵角Ａｘを超えた場合に、アシスト電流が小さくなるように制限電流を演算し、制限開始操舵角Ａｘは、車速が大きいほど小さくなるように設定される。
この構成では、操舵角が最大操舵角Ａｚ近傍の制限開始操舵角Ａｘ以上である場合にはアシスト基本電流が制限されるため、ラック５のストロークエンド付近での推力が弱くなり、ストロークエンドでの異音の発生が抑制される。また、制限開始操舵角Ａｘは車速が大きいほど小さくなるように設定されるため、低速走行時に最大操舵角Ａｚ近傍まで操舵した際には、最大操舵角Ａｚに向けて除々に操舵感が重くなり、違和感のない自然な操舵フィーリングが実現される。よって、ラック５のストロークエンドでの異音の発生抑制と操舵フィーリングの違和感抑制とを両立することができる。
また、本実施形態では、制限電流演算部４２は、車速に応じて制限開始操舵角Ａｘが異なる複数の制限電流マップを有し、複数の制限電流マップのうち現在の車速に対応するマップを選択する。
この構成では、制限電流は、車速に応じて制限開始操舵角Ａｘが異なる複数の制限電流マップに基づいて演算されるため、操舵フィーリングの違和感をより抑制することができる。
また、本実施形態では、制限電流マップにおいて、制限電流は、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上であって最大操舵角よりも小さい所定操舵角Ａｙ以下の間では、操舵角が大きいほどアシスト電流が小さくなるように設定され、操舵角が所定操舵角Ａｙ以上では、操舵角に関係なくアシスト電流が一定値になるように設定される。
この構成では、ラック５がストロークエンドに到達した状態において、車輪６からの反力に打ち勝つアシスト電流を確保することができる。
また、本実施形態では、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ１５と、電動モータ１０のモータ回転角を検出するモータ回転角センサ１０ａと、をさらに備え、操舵角センサ１５にて検出された操舵角を、モータ回転角センサ１０ａにて検出されたモータ回転角を用いて補正することによって高精度操舵角が演算され、制限電流演算部４２は、高精度操舵角及び車速に基づいて制限電流を演算する。
この構成では、ステアリングホイール１が素早く操舵された際であっても精度の高い操舵角を得ることができるため、制限電流の精度も向上する。
また、本実施形態では、電動パワーステアリング装置１００は、制限電流を用いてアシスト基本電流の制限を実施するか否かを判定する電流制限実施判定部４３をさらに備え、電流制限実施判定部４３は、車速が所定速度以下の場合にアシスト基本電流の制限を実施すると判定する。
この構成では、車速が所定速度以下の場合にのみアシスト基本電流の制限が実施されるため、異音抑制制御が必要のない車両の通常走行時に、アシスト基本電流が制限されてしまう事態を防止することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、図３Ａ～３Ｃに示す制限電流マップのように、制限電流は、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上であって最大操舵角Ａｚよりも小さい所定操舵角Ａｙ以下の間では、操舵角が大きいほど小さくなるように設定され、操舵角が所定操舵角Ａｙ以上では、操舵角に関係なく一定値Ｉminに設定される形態について説明した。しかし、所定操舵角Ａｙ及び一定値Ｉminを設定せずに、制限電流を、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上では、操舵角が大きいほど小さくなるように設定してもよい。つまり、操舵角が制限開始操舵角Ａｘ以上では、操舵角が大きいほどアシスト電流が小さくなるように設定してもよい。
また、上記実施形態では、制限電流演算部４２は、制限電流マップを参照して制限電流を演算する形態について説明した。しかし、制限電流演算部４２は、制限電流マップを参照することなく制限電流を演算する構成であってもよい。
また、上記実施形態では、精度の高い操舵角を得るために、操舵角センサ１５にて検出された操舵角を、モータ回転角センサ１０ａにて検出されたモータ回転角を用いて補正することによって高精度操舵角を演算する形態について説明した。しかし、精度の高い操舵角が必要でない場合や、操舵角センサ１５の検出周期が十分短い場合には、操舵角センサ１５にて検出された操舵角のみを用いて制限電流を演算するようにしてもよい。つまり、本発明は、操舵角センサ１５にて検出された操舵角のみを用いて制限電流を演算する形態を排除するものではない。
また、制限電流演算部４２にて演算される制限電流を、電流制限実施判定部４３を介さずにモータ制御部３２に出力するようにしてもよい。つまり、電流制限実施判定部４３は本発明の必須の構成ではない。
また、上記実施形態では、電動モータ１０の駆動力が、減速機１１を介して出力シャフト３に付与される形態について説明した。これに代えて、電動モータ１０の駆動力を、プーリ及びベルトを有する減速機を介してラック５に付与する構成（ベルトドライブ方式）としてもよく、また、電動モータ１０の駆動力を、減速機を介さずに直接ラック５に付与する構成（ダイレクトドライブ方式）としてもよい。このように、電動モータ１０は、ステアリング系に操舵補助トルクを付与するものである。
また、上記実施形態では、ラック５に形成されたラックギヤ５ａと噛み合うピニオンギヤ３ａが出力シャフト３に形成されたピニオン式の電動パワーステアリング装置１００について説明した。しかし、本発明は、出力シャフト３にピニオンが形成されないコラム式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
また、上記実施形態では、ドライバによる操舵トルクと電動モータ１０による操舵補助トルクとが共通のステアリングシャフト１１を介してラック５に入力されるシングルピニオン式の電動パワーステアリング装置１００について説明した。しかし、本発明は、ドライバによる操舵トルクと電動モータ１０による操舵補助トルクとがそれぞれ独立してラック５に入力されるデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
Claims (5)
- 操舵トルクに基づいてアシスト基本指令値を演算するアシスト基本指令値演算部と、
操舵角及び車速に基づいて前記アシスト基本指令値の制限値を演算する制限値演算部と、
前記アシスト基本指令値と前記制限値を用いて演算されるアシスト指令値に基づいて電動モータの駆動を制御するモータ制御部と、を備え、
前記制限値演算部は、ステアリングホイールが切り込まれて操舵角が最大操舵角近傍の制限開始操舵角を超えた場合に、前記アシスト指令値が小さくなるように前記制限値を演算し、
前記制限開始操舵角は、車速が大きいほど小さくなるように設定される電動パワーステアリング装置。 - 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記制限値演算部は、車速に応じて前記制限開始操舵角が異なる複数のマップを有し、複数の前記マップのうち現在の車速に対応するマップを選択する電動パワーステアリング装置。 - 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記マップにおいて、前記制限値は、操舵角が前記制限開始操舵角以上であって最大操舵角よりも小さい所定操舵角以下の間では、操舵角が大きいほど前記アシスト指令値が小さくなるように設定され、操舵角が前記所定操舵角以上では、操舵角に関係なく前記アシスト指令値が一定値になるように設定される電動パワーステアリング装置。 - 請求項１から３のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータのモータ回転角を検出するモータ回転角検出器をさらに備え、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出器にて検出された操舵角を、前記モータ回転角検出器にて検出されたモータ回転角を用いて補正することによって高精度操舵角が演算され、
前記制限値演算部は、高精度操舵角及び車速に基づいて前記制限値を演算する電動パワーステアリング装置。 - 請求項１から４のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置であって、
前記制限値を用いて前記アシスト基本指令値の制限を実施するか否かを判定する制限実施判定部をさらに備え、
前記制限実施判定部は、車速が所定速度以下の場合に前記アシスト基本指令値の制限を実施すると判定する電動パワーステアリング装置。
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