JP2004314909A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の感覚に適合するように、操舵補助力を与え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。
【解決手段】目標電流演算部１２に、操舵トルクＴと目標電流値Ｉｔとを車速別に関係づけた従来からの第１のアシストマップに加え、操舵角と目標電流値Ｉｔとを車速別に関係づけた第２のアシストマップを更に備える。車速センサ４により検出された車速が、あらかじめ設定された速度未満であれば、車速と操舵角とに基づいて目標電流値Ｉｔが算出される。一方、当該車速が、あらかじめ設定された速度以上であれば、車速と操舵トルクとに基づいて目標電流値Ｉｔが算出される。これにより、ハンドル操作に対する運転者の感覚に適合するように操舵補助力が発生し、運転者が低速走行時に感じていた操舵トルクに対する操舵補助力の遅れ感が解消される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを駆動することにより車両の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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加え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用いられている。この電動パワーステアリング装置には、操舵のための操作手段であるハンドル（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと車両の走行速度を検出する車速センサとが設けられており、トルクセンサで検出される操舵トルクと車速センサで検出される車速とに基づき電動モータに供給すべき電流の目標値（以下「目標電流値」という）が設定される。そして、この目標電流値と電動モータに実際に流れる電流の値との偏差に基づいて比例積分演算により電動モータの駆動手段に与えるべき指令値が生成され、この指令値により電動モータに対するフィードバック制御が行われる。
【０００３】
ところで、電動パワーステアリング装置が搭載された車両において、高速走行時は、運転者がハンドルに加えるトルクと運転者がハンドルから受けるトルク（手応え）との差分と、車両挙動との間に一定の関係があるように運転者には感じられる。言い換えると、ハンドルから受ける手応えよりも強い力をハンドルに加えるほど車両の曲がる角度が大きくなると運転者には感じられる。従って、運転者は、ハンドルから受ける手応えに基づいてハンドルに加える力を調節することにより、車両の進行方向を制御している。
【０００４】
一方、低速走行時は、ハンドルの回転量（操舵角）と車両挙動との間に一定の関係があるように運転者には感じられる。従って、運転者は、ハンドルの操舵角を調節することにより、車両の進行方向を制御している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−５８５０５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８５６６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電動パワーステアリング装置においては、高速走行時であるか低速走行時であるかに拘わらず、運転者に必要とされる操舵トルクが軽減されるように目標電流値が設定されている。すなわち、常に、トルクセンサで検出される操舵トルクに基づいて目標電流値が設定されている。また、低速走行時に、操舵トルクに対して操舵補助力が遅れて発生しているように運転者が感じることがある。このように、ステアリング機構に与えられる操舵補助力は、必ずしも運転者の感覚に適合していない。
【０００７】
そこで本発明では、運転者の感覚に適合するようにステアリング機構に操舵補助力を与え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目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両を操舵する運転者の負荷を軽減するために当該車両の車速に基づいて設定されるモータ駆動目標電流値に応じて電動モータを駆動することにより当該車両の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であって、
前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記車両を操舵するための操作手段に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
前記操作手段の操作角度である操舵角を検出する舵角検出手段と、
前記モータ駆動目標電流値を設定する目標電流値設定手段とを備え、
前記目標電流値設定手段は、前記車速が所定値未満のときには前記車速と前記操舵角とに基づいて前記モータ駆動目標電流値を設定し、前記車速が所定値以上のときには前記車速と前記操舵トルクとに基づいて前記モータ駆動目標電流値を設定することを特徴とする。
【０００９】
このような第１の発明によれば、車速が所定値未満のときには、車速と操舵角とに基づいてモータ駆動目標電流値が設定され、車速が所定値以上のときには、車速と操舵トルクとに基づいてモータ駆動目標電流値が設定される。これにより、運転者の感覚に適合するようにモータ駆動目標電流値を設定することができる。このため、低速走行時に運転者が感じる操舵トルクに対する操舵補助力の遅れ感を解消することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記操作手段を中立位置に戻すために前記モータ駆動目標電流値に付加する電流値である戻し制御電流値を設定する戻し制御電流値設定手段を更に備え、
前記戻し制御電流値設定手段は、前記車速が所定値未満のときには前記操舵角に基づいて前記戻し制御電流値を設定し、前記車速が所定値以上のときには前記操舵トルクに基づいて前記戻し制御電流値を設定することを特徴とする。
【００１１】
このような第２の発明によれば、車速が所定値未満のときには、操舵角に基づいて戻し制御電流値が設定され、車速が所定値以上のときには、操舵トルクに基づいて戻し制御電流値が設定される。これにより、低速走行時および中速走行時における良好なハンドル戻りが実現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
＜１．第１の実施形態＞
＜１．１ 全体構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、当該車両の走行速度を検出する車速センサ４と、ハンドル１００の操舵角度を検出する舵角センサ９と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３、舵角センサ９及び車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。
【００１３】
運転者がハンドル１００を操作すると、トルクセンサ３によって検出された操舵トルクＴｓと舵角センサ９によって検出された操舵角と車速センサ４によって検出された車速とに基づいてＥＵＣ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓとモータ６の発生する操舵補助力Ｔａとの和が、出力トルクＴｂとして、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオン機構１０４に与えられる。
【００１４】
＜１．２ 制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。上記電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵ５は、位相補償フィルタ１０と、目標電流演算部１２と、減算器１４と、ＰＩ制御部１５と、モータ駆動部２０と、電流検出器１９とを備えている。なお、ＥＣＵ５の構成要素のうち位相補償フィルタ１０、目標電流演算部１２、減算器１４、およびＰＩ制御部１５は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。
【００１５】
トルクセンサ３は、ハンドル１００の操作によって加えられる操舵トルクを検出し、その検出値を示す信号を操舵トルク信号Ｔｓとして出力する。位相補償フィルタ１０は、操舵トルク信号Ｔｓに対して位相補償を施し、その位相補償後の信号を操舵トルク信号Ｔとして出力する。
【００１６】
舵角センサ９は、ハンドル１００の回転量（操舵角）を検出し、その検出値を示す信号を舵角信号Ｄｓとして出力する。車速センサ４は、この電動パワーステアリング装置が搭載される車両の走行速度を検出し、その検出値を示す信号を車速信号Ｓｓとして出力する。
【００１７】
目標電流演算部１２は、操舵トルク信号Ｔと舵角信号Ｄｓと車速信号Ｓｓとに基づき目標電流値Ｉｔを設定する。なお、目標電流値Ｉｔの設定についての詳しい説明は後述する。
【００１８】
電流検出器１９は、モータ６に実際に供給される電流を検出し、その電流を示す電流検出値Ｉｓを出力する。減算器１４は、目標電流演算部１２から出力される目標電流値Ｉｔと電流検出器１９から出力される電流検出値Ｉｓとの偏差Ｉｔ−Ｉｓを算出する。ＰＩ制御部１５は、この偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づき比例積分制御演算によって電圧指令値Ｖを生成する。モータ駆動部２０は、この電圧指令値Ｖに基づいて、モータ６に電圧を印加する。この電圧印加によりモータ６に電流が流れ、運転者のハンドル操作を補助している。
【００１９】
＜１．３ 目標電流値の設定＞
次に、本実施形態における目標電流値Ｉｔの設定について説明する。従来より目標電流演算部１２は、操舵トルクと発生すべき操舵補助力に対応づけられる目標電流値Ｉｔとを車速別に関係づけたテーブル（以下「アシストマップ」という）を備えており、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｓｓとに基づいて、アシストマップを参照して目標電流値Ｉｔを決定している。図３は、操舵トルクと目標電流値Ｉｔとの関係を示すアシストマップの一例を示す図である。このアシストマップでは、車速（速度）の低いものから順にａ、ｂ、ｃで示される３段階の車速別に、操舵トルクと目標電流値Ｉｔとが関係づけられている。
【００２０】
本実施形態では、目標電流演算部１２は、図３に示すアシストマップに加えて、図４に示す操舵角と目標電流値Ｉｔとを車速別に関係づけたアシストマップを備えている。このアシストマップでは、車速（速度）の低いものから順にｄ、ｅ、ｆで示される３段階の車速別に、操舵角と目標電流値Ｉｔとが関係づけられている。これにより、当該アシストマップを参照して、舵角信号Ｄｓと車速信号Ｓｓとに基づいた目標電流値Ｉｔも設定される。以下、図３に示す操舵トルクと目標電流値Ｉｔとの関係を示すアシストマップを「第１のアシストマップ」といい、図４に示す操舵角と目標電流値Ｉｔとの関係を示すアシストマップを「第２のアシストマップ」という。
【００２１】
上述したように、一般に運転者は、高速走行時にはハンドルから受ける手応えに基づいてハンドルに加える力を調節することにより車両の進行方向を制御し、低速走行時にはハンドルの操舵角を調節することにより車両の進行方向を制御している。しかし、従来の電動パワーステアリング装置では、高速走行時であるか低速走行時であるかに拘わらず、目標電流値Ｉｔは車速と操舵トルクとに基づいて設定されている。目標電流値Ｉｔが車速と操舵トルクとに基づいて設定された場合、低速走行時に、操舵トルクに対して操舵補助力が遅れて発生しているように運転者が感じることがある。そこで、本実施形態では、目標電流演算部１２は、ハンドルの操舵に関して運転者が感じている感覚に応じた操舵補助力が発生するように目標電流値Ｉｔを設定する。すなわち、高速走行時には、目標電流演算部１２は、従来どおり第１のアシストマップを参照して、車速と操舵トルクとに基づいた目標電流値Ｉｔを設定する。一方、低速走行時には、目標電流演算部１２は、第２のアシストマップを参照して、車速と操舵角とに基づいた目標電流値Ｉｔを設定する。
【００２２】
図５は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置における目標電流値Ｉｔの設定の手順を示すフローチャートである。以下、目標電流演算部１２における目標電流値Ｉｔ設定の手順を説明する。なお、目標電流値Ｉｔはマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより設定される。すなわち、この所定プログラムにより、図２に示すブロック図における目標電流演算部１２がソフトウェア的に実現されている。
【００２３】
目標電流演算部１２には、車速信号Ｓｓと操舵トルク信号Ｔと舵角信号Ｄｓとが入力される（ステップＳ１０１）。目標電流演算部１２は、その車速信号Ｓｓによって示される車速と、低速と高速とを区分するためにあらかじめ設定された速度（以下「低速上限値」という）とを比較する（ステップＳ１１１）。比較した結果、車速が低速上限値未満であれば、ステップＳ１２１に進み、第２のアシストマップを参照して目標電流値Ｉｔが設定される。すなわち、車速をパラメータとして、車速と操舵角とに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。一方、車速が低速上限値以上であれば、ステップＳ１２２に進み、第１のアシストマップを参照して目標電流値Ｉｔが設定される。すなわち、車速をパラメータとして、車速と操舵トルクとに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。
【００２４】
＜１．４ 効果＞
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、目標電流演算部１２において、車速と操舵トルクとに基づいた目標電流値Ｉｔもしくは車速と操舵角とに基づいた目標電流値Ｉｔが、車速に応じて切り替えられて設定される。また、目標電流値Ｉｔが車速と操舵トルクとに基づいて設定されるか、もしくは、車速と操舵角とに基づいて設定されるかは、あらかじめ設定された低速上限値より車速が高いか否かによって決定される。これにより、目標電流演算部１２では、低速走行時には操舵角に基づいて目標電流値Ｉｔが設定され、高速走行時には操舵トルクに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。このため、ハンドル操作に対する運転者の感覚に適合するように操舵補助力が発生し、運転者が低速走行時に感じていた操舵トルクに対する操舵補助力の遅れ感が解消される。
【００２５】
なお本実施形態において、ＥＣＵ５の構成要素のうち位相補償フィルタ１０、目標電流演算部１２、減算器１４、およびＰＩ制御部１５は、ソフトウェア的に実現されているが、それらの一部又は全部をハードウェアとして実現してもよい。また、図３および図４に示すアシストマップでは、パラメータとして３段階の車速について操舵トルクまたは操舵角と目標電流値Ｉｔとの関係が示されているが、パラメータは３段階に限定されるものではない。
【００２６】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。従来より、電動パワーステアリング装置において、ハンドルの戻り時の操舵性を良好なものとするために、目標電流演算部１２で設定された目標電流値Ｉｔに電流値を付加する技術が知られている。目標電流値Ｉｔに電流値を付加しハンドルの戻りを良好なものとする制御は、戻し制御等と呼ばれている（以下、目標電流値Ｉｔに付加する電流値を「戻し制御電流値Ｉｕ」という）。しかし、操舵トルクに基づいた戻し制御電流値Ｉｕを目標電流値Ｉｔに付加した場合、中速以下の速度での走行時にハンドルの戻りが良好でないときがある。そこで、本実施形態では、中速以下の速度での走行時における良好なハンドル戻りを実現するため、中速以下の速度での走行時には、操舵角に基づいて戻し制御電流値Ｉｕが設定される。
【００２７】
＜２．１ 全体構成及び制御装置の構成＞
第２の実施形態の全体構成は、第１の実施形態と同じく図１に示すとおりであるので説明を省略する。図６は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。本実施形態においては、図２に示す第１の実施形態の構成に加えて、戻し制御部２１と加算器２２とが設けられている。なお、本実施形態における他の構成要素は、第１の実施形態におけるものとほぼ同様であるので、同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２８】
目標電流値Ｉｔに付加すべき電流値を設定する戻し制御電流値設定手段である戻し制御部２１は、操舵トルク信号Ｔと舵角信号Ｄｓと車速信号Ｓｓとに基づき戻し制御電流値Ｉｕを設定する。加算器２２は、目標電流演算部１２から出力される目標電流値Ｉｔと戻し制御部２１から出力される戻し制御電流値Ｉｕとの和Ｉｔ＋Ｉｕを算出し、加算値Ｉｔ＋Ｉｕを補正後の目標電流値として出力する。そして、この補正後の目標電流値Ｉｔ＋Ｉｕに基づいて、ＰＩ制御部１５が電圧指令値Ｖを設定する。この電圧指令値Ｖに基づいてモータ駆動部がモータ６に電圧を印加することにより、目標電流値Ｉｔに戻し制御電流値Ｉｕが加算されないときよりも良好なハンドル戻りを実現している。
【００２９】
＜２．２ 目標電流値および戻し制御電流値の設定＞
図７は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置における、上記補正後の目標電流値Ｉｔ＋Ｉｕの設定の手順を示すフローチャートである。なお、補正後の目標電流値Ｉｔ＋Ｉｕはマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより設定される。すなわち、この所定プログラムにより、図６に示すブロック図における目標電流演算部１２と戻し制御部２１と加算器２２とがソフトウェア的に実現されている。
【００３０】
目標電流演算部１２と戻し制御部２１とには、車速信号Ｓｓと操舵トルク信号Ｔと舵角信号Ｄｓとが入力される（ステップＳ２０１）。次に、その車速信号Ｓｓによって示される車速と、低速と中速とを区分するためにあらかじめ設定された速度（以下「低中速区分速度」という）とが比較される（ステップＳ２１１）。比較した結果、車速が低中速区分速度未満であれば、ステップＳ２３１に進み、第２のアシストマップを参照して目標電流値Ｉｔが設定される。すなわち、車速をパラメータとして、車速と操舵角とに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。さらにステップＳ２４１に進み、操舵角に基づいて戻し制御電流値Ｉｕが設定される。
【００３１】
車速が低中速区分速度以上であれば、ステップＳ２２１に進む。ステップＳ２２１では、その車速と、中速と高速とを区分するためにあらかじめ設定された速度（以下「中高速区分速度」という）とが比較される。比較した結果、車速が中高速区分速度未満であれば、ステップＳ２３２に進み、第１のアシストマップを参照して目標電流値Ｉｔが設定される。すなわち、車速をパラメータとして、車速と操舵トルクとに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。さらにステップＳ２４２に進み、操舵角に基づいて戻し制御電流値Ｉｕが設定される。
【００３２】
車速が中高速区分速度以上であれば、ステップＳ２３３に進み、第１のアシストマップを参照して目標電流値Ｉｔが設定される。すなわち、車速をパラメータとして、車速と操舵トルクとに基づいて目標電流値Ｉｔが設定される。さらにステップＳ２４３に進み、操舵トルクに基づいて戻し制御電流値Ｉｕが設定される。
【００３３】
ステップＳ２４１、Ｓ２４２、Ｓ２４３でそれぞれ戻し制御電流値Ｉｕが設定された後、目標電流値Ｉｔと戻し制御電流値Ｉｕとを加算することにより補正後の目標電流値Ｉｔ＋Ｉｕが設定される（ステップＳ２５１）。
【００３４】
＜２．３ 効果＞
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、低速走行時には、目標電流値Ｉｔは操舵角に基づいて算出され、戻し制御電流値Ｉｕも操舵角に基づいて算出される。中速走行時には、目標電流値Ｉｔは操舵トルクに基づいて算出され、戻し制御電流値Ｉｕは操舵角に基づいて算出される。高速走行時には、目標電流値Ｉｔは操舵トルクに基づいて算出され、戻し制御電流値Ｉｕも操舵トルクに基づいて算出される。このため、ハンドル操作に対する運転者の感覚に適合するように操舵補助力が発生し、運転者が低速走行時に感じていた操舵トルクに対する操舵補助力の遅れ感が解消される。さらに、低速及び中速走行時に、操舵角に基づく戻し制御電流値Ｉｕが目標電流値Ｉｔに付加されることにより、低速走行時および中速走行時における良好なハンドル戻りが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクと目標電流値との関係を示すアシストマップの一例を示す図である。
【図４】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における操舵角と目標電流値との関係を示すアシストマップの一例を示す図である。
【図５】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における目標電流値の設定の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。
【図７】上記第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における補正後の目標電流値の設定の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …ＥＵＣ（電子制御ユニット）
９ …舵角センサ
１２ …目標電流演算部（目標電流値設定手段）
２１ …戻し制御部（戻し制御電流値設定手段）
２２ …加算器
Ｉｔ …目標電流値
Ｉｕ …戻し制御電流値

Claims (2)

1. 車両を操舵する運転者の負荷を軽減するために当該車両の車速に基づいて設定されるモータ駆動目標電流値に応じて電動モータを駆動することにより当該車両の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であって、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記車両を操舵するための操作手段に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   前記操作手段の操作角度である操舵角を検出する舵角検出手段と、
   前記モータ駆動目標電流値を設定する目標電流値設定手段とを備え、
   前記目標電流値設定手段は、前記車速が所定値未満のときには前記車速と前記操舵角とに基づいて前記モータ駆動目標電流値を設定し、前記車速が所定値以上のときには前記車速と前記操舵トルクとに基づいて前記モータ駆動目標電流値を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。
2. 前記操作手段を中立位置に戻すために前記モータ駆動目標電流値に付加する電流値である戻し制御電流値を設定する戻し制御電流値設定手段を更に備え、
   前記戻し制御電流値設定手段は、前記車速が所定値未満のときには前記操舵角に基づいて前記戻し制御電流値を設定し、前記車速が所定値以上のときには前記操舵トルクに基づいて前記戻し制御電流値を設定することを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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