JP2005254983A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速走行時において運転者の操舵力入力に応じた車両挙動を実現でき、自然な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、舵取機構２に操舵補助力を加えるモータ５と、操舵トルクと車速に応じた操舵補助力を発生させるようにモータ５を駆動制御するコントロールユニット１３と、を有する電動パワーステアリング装置において、車両の走行速度を検出する車速センサ１４と、操舵トルクと車速に基づいて車両の目標ヨーレートを設定する目標ヨーレート設定部１３ｄと、実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６と、を設け、コントロールユニット１３は、操舵トルクと、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差とに基づいてモータを制御駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の技術分野に属する。

従来の電動パワーステアリング装置は、操舵角から算出した目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に基づいて操舵補助力を制御することにより、運転者に対し操舵角に応じた最適な操舵反力を付与している（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１４２３３１号公報

通常、運転者は、低速走行時は操舵角入力、高速走行時は操舵トルク入力で操舵を行っている。ところが、上記従来技術にあっては、常に操舵角から車両挙動が規定されるため、高速走行時に操舵力入力に応じた車両挙動が得られず、運転者に違和感を与えるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、高速走行時において運転者の操舵力入力に応じた車両挙動を実現でき、自然な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、ステアリング操舵手段に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、舵取機構に操舵補助力を加えるモータと、少なくとも前記トルク検出手段による検出トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する操舵補助力制御手段と、を有する電動パワーステアリング装置において、
車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
操舵トルクと車速に基づいて車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、
車両に実際に発生している運動状態量を検出する実運動状態量検出手段と、
目標運動状態と実運動状態との偏差を求める偏差演算手段と、
を設け、
前記操舵補助力制御手段は、操舵トルクと偏差演算手段の出力とに基づいてモータを制御駆動することを特徴とする。

本発明にあっては、操舵トルクに基づいて車両の目標運動状態量が規定され、この目標運動状態量と実運動状態量との偏差に基づいてモータが駆動制御されるため、高速走行時において運転者の操舵力入力に応じた車両挙動を実現でき、自然な操舵フィーリングが得られる。

以下に、本発明の電動パワーステアリング装置を実施するための最良の形態を、実施例1〜３に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。

舵取り操作用のハンドル（ステアリング操作手段）１と、舵取り動作を行う舵取機構２とを連結する操舵軸３に、ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ（トルク検出手段）４と操舵補助用のモータ５とが配置されている。

ハンドル１は、図示しない車室内部に運転者と対向するように、軸周りに回転可能なように固定されている。舵取機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成される。ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向へ摺動可能な状態で固定され、ラック軸７の両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の車輪１０，１１に連結されている。

操舵を補助するモータ５は、モータ５の発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換するような減速機１２を介して、操舵軸３に結合される。このモータ５に供給されるモータ電流は、コントロールユニット１３により制御されている。

続いて、図２の制御ブロック図を加えて、実施例１の制御系を説明する。
運転者によりハンドル１が操作されると、機械的な連結により車輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントロールユニット１３へ入力される。さらに、コントロールユニット１３には、車両の走行速度を検出する車速センサ１４、車両に実際に発生している運動状態量であるヨーレートを検出するヨーレートセンサ（実運動状態量検出手段）１６等の信号が与えられる。

コントロールユニット１３は、モータ５の回転速度を推定するためのモータ端子間電圧センサ１３ａと、モータ５の実電流値を検出するモータ電流センサ１３ｂとを内蔵している。

また、コントロールユニット１３には、目標電流設定部１３ｃと、目標ヨーレート設定部（目標運動状態量設定手段）１３ｄとが設けられている。目標電流設定部１３ｃは、操舵トルクと車速に基づいて目標電流値を設定する。目標ヨーレート設定部１３ｄは、操舵トルクと車速に応じて目標ヨーレートを設定する。

目標ヨーレート設定部１３ｄにおいて、車速に応じた目標ヨーレートは、車速の高さに比例して小さくなるように設定されている。また、操舵トルクに応じた目標ヨーレートは、操舵トルクに比例して大きくなるように設定され、その特性は遅れのない線形項で構成されている。

コントロールユニット１３は、実際に計測した車両のヨーレートと目標ヨーレートの偏差を取り（偏差演算手段に相当）、偏差量に応じた補正量を目標電流値から減算することで、モータ５の電流指令値を算出する。そして、モータ５の実電流値が電流指令値と一致するようにモータ５を制御駆動する（操舵補助力制御手段に相当）。モータ５へ供給される電源は、バッテリ１５により与えられる。

次に、作用を説明する。
実施例１では、目標ヨーレート設定部１３ｄにおいて、車速が高いほど目標ヨーレートが低くなるため、実ヨーレートとの偏差は大きくなり反力は重くなることになる。また、操舵トルクに応じた目標ヨーレートは遅れのない線形項で構成しているので、操舵開始初期に操舵角に対する車両挙動の遅れが発生したとき、操舵力が重くなり、より自然な操舵フィーリングが実現できる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動パワーステアリング装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(1) コントローラ１３は、操舵トルクに基づいて、目標ヨーレート（車両の目標運動状態量）を設定し、この目標ヨーレートと実ヨーレート（実運動状態量）との偏差に基づいてモータ５を駆動制御するため、高速走行時において運転者の操舵力入力に応じた車両挙動を実現でき、自然な操舵フィーリングが得られる。

(2) 車両運動状態量として、ヨーレートを用いたため、運転者の選択した入力（操舵角，操舵トルク）に応じて車両の旋回方向との関係を最適化できる。

まず、構成を説明する。
実施例２の電動パワーステアリング装置は、実運動状態量として、操舵トルクに代えて横加速度（横Ｇ）を用いた点で実施例１と異なる。なお、他の構成は実施例１と同じであるため、同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図３は、実施例２の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図であり、コントロールユニット２０は、目標運動状態量設定手段として、操舵トルクと車速に基づいて目標横Ｇを設定する目標横Ｇ設定部１３ｅを備えている。この目標横Ｇ設定部１３ｅにおいて、車速に応じた目標横Ｇは、車速の高さに比例して小さくなるように設定される。また、操舵トルクに応じた目標横Ｇは、操舵トルクに比例して大きくなるように設定され、その特性は遅れのない線形項で構成されている。

コントロールユニット２０は、横Ｇセンサ１７により実際に計測した車両の横Ｇと目標横Ｇの偏差を取り、偏差量に応じた補正量を目標電流値から減算することにで、モータ５の電流指令値を算出する。

次に、効果を説明する。
実施例２の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)に加え、下記の効果が得られる。

(3) 車両運動状態量として、横Ｇを用いたため、運転者の選択した入力（操舵角，操舵トルク）に応じて車両の横移動量との関係を最適化できる。

まず、構成を説明する。
実施例３の電動パワーステアリング装置は、操舵トルクと操舵角を組み合わせた操舵量を定義し、この操舵量に対する車両目標運動力を設定する部位を設けた点で実施例１と異なる。なお、他の構成は実施例１と同じであるため、同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図４は、実施例３の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図であり、コントロールユニット３０は、操舵量設定部１３ｆと、目標ヨーレート設定部１３ｇとを有している。操舵量設定部１３ｆは、車速に基づいて、操舵トルクと操舵角の操舵量に対する比率を算出する（車速に応じて、操舵トルクと操舵角の重み付けを行う）とともに、この比率に応じて、下記の式(1)から操舵量（操舵トルクと操舵角との和）を設定する。

操舵量＝（操舵角×操舵角比率）＋（操舵トルク×操舵トルク比率） …(1)
ただし、操舵角比率＋操舵トルク比率＝１であり、低車速ほど操舵角比率が大きく、高車速になるほど操舵トルク比率が大きくなるように設定する。

ここで、電動パワーステアリング装置においては、ハンドル軸とモータ軸は減速機を介して機械的に連結されているので、実施例１では、算出したモータ速度を積分したモータ角度に減速比を積算することで操舵角としている（操舵角検出手段に相当）。なお、操舵角角を、ハンドル軸に角度を検出する操舵角センサを追加して計測する構成としてもよい。

目標ヨーレート設定部１３ｇは、設定された操舵量に基づいて目標ヨーレートを設定する。この目標ヨーレート設定部１３ｇにおいて、車速に応じた目標ヨーレートは、車速の高さに比例して小さくなるように設定される。また、操舵量に応じた目標ヨーレートは、操舵量に比例して大きくなるように設定され、その特性は遅れのない線形項で構成されている。

次に、作用を説明する。
運転者は、操舵入力として低速では操舵角を選択し、高速では操舵トルクを選択している。その中間では両者の組み合わせとなることが本願発明者らの研究により明らかになっている。

ところが、上述した特開平９−１４２３３１号公報に記載の従来装置では、車速にかかわらず常に操舵角から車両挙動が規定されるため、高速走行時に操舵力入力に応じた車両挙動が得られず、運転者に違和感を与えてしまう。

これに対し、実施例３の電動パワーステアリング装置では、低速では操舵量に対する操舵角の割合を増やし（操舵トルクの割合を減らし）、高速になるに従って操舵量に対する操舵トルクの割合を増やしている。そのように算出された操舵量に基づいて目標ヨーレートを設定し、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に応じてモータ電流を補正することにより、運転者の入力に応じた車両挙動を発生させることができ、自然な操舵フィーリングを実現できる。

次に、効果を説明する。
実施例３の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)に加え、下記の効果が得られる。

(4) 目標ヨーレート設定部１３ｆは、車速に応じて目標運動状態量に対する操舵トルクと操舵角の重み付けを変化させ、低車速ほど操舵角の重み付けを操舵トルクの重み付けよりも大きくし、高車速ほど操舵トルクの重み付けを操舵角の重み付けよりも大きくするため、低速走行時には運転者の入力である操舵角に応じた目標ヨーレート、高速走行時に運転者の入力である操舵トルクに応じた目標ヨーレート、中間速度走行時には操舵トルクと操舵角を配分した値に応じた目標ヨーレートというように、運転者の入力に応じた自然な操舵フィーリングが得られる。

実施例１の電動パワーステアリング装置を適用した車両を操舵系を示すブロック図である。 実施例１の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 実施例２の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 実施例３の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ 舵取り機構
３ 操舵軸
４ トルクセンサ
５ モータ
６ ピニオン
７ ラック
８，９ タイロッド
１０，１１ 前輪
１２ 減速機
１３ コントロールユニット
１３ａ 電圧センサ
１３ｂ 電流センサ
１３ｃ 目標電流設定部
１３ｄ 目標ヨーレート設定部
１３ｅ 目標横Ｇ設定部
１３ｆ 操舵量設定部
１３ｇ 目標ヨーレート設定部
１４ 車速センサ
１５ バッテリ
１６ ヨーレートセンサ
１７ 横Ｇセンサ

Claims (5)

1. ステアリング操舵手段に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   舵取機構に操舵補助力を加えるモータと、
   少なくとも前記トルク検出手段による検出トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する操舵補助力制御手段と、
   を有する電動パワーステアリング装置において、
   車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
   操舵トルクと車速に基づいて車両の目標運動状態量を設定する目標運動状態量設定手段と、
   車両に実際に発生している運動状態量を検出する実運動状態量検出手段と、
   目標運動状態と実運動状態との偏差を求める偏差演算手段と、
   を設け、
   前記操舵補助力制御手段は、操舵トルクと偏差演算手段の出力とに基づいてモータを制御駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリング操作手段の操舵角を検出する操舵角検出手段を設け、
   前記目標運動状態量設定手段は、操舵トルクと車速と操舵角とに基づいて車両の目標運動状態量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。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記目標運動状態量設定手段は、車速に応じて目標運動状態量に対する操舵トルクと操舵角の重み付けを変化させ、
   低車速ほど操舵角の重み付けを操舵トルクの重み付けよりも大きくし、
   高車速ほど操舵トルクの重み付けを操舵角の重み付けよりも大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   車両運動状態量は、ヨーレートであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   車両運動状態量は、横加速度であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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