JP2005262936A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 切り戻しから連続して切り込み領域においては漸減処理を行ってダンピングトルクの急変を抑制し、操舵フィーリングの悪化を防止する。
【解決手段】 操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させる電動モータを備えると共に、舵角速度に応じたダンピングトルクを前記アシストトルクに付与する電動パワーステアリング装置である。コントロールユニットのモータ指令トルク算出手段は、操舵トルクの符号と舵角速度の符号の一致、不一致によってステアリングの切り込み、切り戻し状態を判別する操舵状態判別部３９と、該操舵状態判別部によって前記ステアリングが切り戻し領域から連続して切り込み領域へ移行中であると判別された場合に、ダンピングトルクを、漸減タイマー４０によってトルク零側へ漸減処理しながら所定時間付与するように制御した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両の操舵系に対して操舵補助力（アシスト力）を発生させる電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置は、運転者による操舵時の操舵トルクを補助するために、トルクセンサによって操舵トルクを検出するとともに、車速センサによって車速を検出し、前記検出された車速および操舵トルクに応じてアシスト用電動モータを駆動し、操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリングホイールの操作性を向上させるように構成されていた。

また、従来の電動パワーステアリング装置においては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されているものように、前記ステアリングホイールの動きをダンピングするような反力（ダンピングトルク）を与えるダンピング制御を実施し、車両の不整挙動を防止するようにするものも提供されている。

この電動パワーステアリング装置は、ステアリングの切り込み状態と切り戻し状態とを判別し、切り戻し状態のときに、切り込み状態のときに比べて大きなダンピングトルクを付与するようになっている。
特開２００３−１３７１２０号公報

前記特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置にあっては、ステアリングのダンピングトルクを、切り戻し領域ばかりか切り込み領域の場合にも付与され続けているため、このダンピングトルクが操舵アシスト抵抗となっている。

そこで、この問題を解決するために、切り戻し領域でのみダンピングトルクを付与し、切り込み領域では付与しないように制御することも考えられる。

しかしながら、このようなダンピング制御においては、切り戻し領域において付与されていたダンピングトルクが切り込み領域に移行した時点で、即座にダンピングトルクが零になってしまうため、ステアリング系に振動が発生して、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、操舵状態に合わせたダンピングトルクを与え、切り戻し領域から切り込み領域に移行した段階ではダンピングトルクを漸次低下させるようにして、ステアリング系の振動の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置は、とりわけ、ステアリングの切り込み、切り戻し状態を判別する操舵状態判別手段と、該操舵状態判別手段によって前記ステアリングが切り戻し領域から連続して切り込み領域へ移行中であると判別された場合に、前記切り戻し領域において付与されていたダンピングトルクを、前記切り込み領域ではトルク零側へ漸減処理しながら所定時間付与する漸減処理手段とを備えたことを特徴としている。

この発明によれば、操舵状態判別手段によってステアリングが切り戻し状態から切り込み領域へ移行したことを検出すると、今まで付与されていたダンピングトルクを漸減処理手段によって所定時間をかけて漸次零になるように制御する。このため、切り込み領域に移行した時点で、ダンピングトルクが急激に零になることがなくなることから、ステアリング系の振動の発生が抑制されて安定した状態になることから、操舵フィーリングが良好になる。

請求項２に記載の発明にあっては、前記漸減処理手段は、不感帯領域内において前記ダンピングトルクを零まで減少させるようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、不感帯領域ではダンピングトルクを付与するが、アシストトルクが付与される領域においてダンピングトルクを付与すると、操舵アシスト抵抗が発生して、ステアリング操作に違和感を与えるため、この不感帯領域以外のアシスト領域では、ダンピングトルクを零に制御して該アシスト領域における操舵アシスト抵抗の発生を防止する。

以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成を示している。図１において、ステアリングホイール１は、入力軸側ステアリングシャフト２ａ、出力軸側ステアリングシャフト２ｂ、ユニバーサルジョイント３、中間シャフト４およびユニバーサルジョイント５を介してピニオン軸６に連繋されている。

このピニオン軸６の下端部は、水平に延びるラック軸７に噛合し、該ラック軸７とピニオン軸６によってラックアンドピニオン機構を構成している。ラック軸７の両端部は、タイロッド８ａ，８ｂを各々介して図外の操向車輪に接続され、ラック軸７が水平方向に移動することで左右の車輪が操舵されるようになっている。

ステアリングシャフト２ａには、ステアリングホイール１の操舵トルクをトーションバーの捻れによって検出するトルクセンサ９が設けられ、該ステアリングホイール１の操舵力を補助（アシスト）する電動モータ１０が減速ギア機構１１を介してステアリングシャフト２ｂに連繋されている。

図中１２はパワーステアリング装置を制御するコントロールユニットであり、バッテリ１３からイグニッションスイッチ１４を介して電力が供給され、トルクセンサ９で検出された操舵トルクと車速センサ１５で検出された車速及びエンジン回転数センサ１６に基づいてモータ駆動電流（目標電流指令値）を求め、該目標電流指令値に基づいて電動モータ１０に供給する電流を制御するようになっている。

また、前記コントロールユニット１２は、ステアリングの切り込み、切り戻し等の操舵状態を判別する操舵状態判別機能と、該判別された操舵状態に応じたダンピングトルクを与えるダンピングトルク付与機能及び切り戻し状態から連続して切り込み領域に移行した際に、前記ダンピングトルクを漸減処理する漸減処理機能等を実行する、例えばマイクロコンピュータを有しており、具体的には図２のように構成されている。

すなわち、図中２１は車速センサ１５の出力に基づいて車速を演算する車速算出手段、２２はエンジン回転数センサ１６の出力に基づいてエンジン回転数を演算するエンジン回転数算出手段である。

図中２０はトルクセンサ９の出力と車速算出手段２１及びエンジン回転数算出手段２２からの検出信号に基づいてモータ指令トルクを演算するモータ指令トルク算出手段である。

図中２３は指示電流算出手段であって、この指示電流算出手段２３は、前記モータ指令トルク算出手段２０の後述する基本アシストトルクや微分補正トルク及びダンピング補正トルクからのトータルなアシストトルクに基づいて指示電流を算出するようになっており、この指示電流の算出は、具体的には、例えば求められたトータルアシストトルクの１／トルクを定数を乗じるか、または、トータルアシストトルク：モータ電流対応マップを参照することによって行われる。

図中２４はモータ電流検出手段２５および指示電流算出手段２３の出力に基づいて、後述のブリッジ回路２９の各ＦＥＴをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するためのオン、オフのデューティ比を決定するＰＷＭデューティ決定手段である。

また、前記電動モータ１０は、その端子電圧は図外のモータ端子電圧検出手段によって検出され、流れる電流は電流検出用抵抗２８に流れる電流に基づいて、例えばオペアンプを備えた前記前記モータ電流検出手段２５によって検出されるようになっている。

図中２６はＰＷＭデューティ決定手段２４で決定されたデューティ比に基づいてブリッジ回路２９の各ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するパワー素子駆動手段である。

前記ブリッジ回路２９は、前記複数のＦＥＴ２９ａ〜２９ｄをブリッジ接続して成り、その橋絡点に前記電動モータ１０が接続されて、該電動モータ１０の駆動回路として機能している。このＦＥＴ２９ａとＦＥＴ２９ｂの共通接続点は電流検出用抵抗２８を介してバッテリ１３の正極に接続されている。ＦＥＴ２９ｃとＦＥＴ２９ｄの共通接続点は接地されている。

また、前記ブリッジ回路２９の制御は、一例として次のような制御が行われる。すなわち、ＦＥＴ２９ａまたは２９ｂがパルス幅変調制御され、ＦＥＴ２９ｃ又は２９ｄが連続してオン制御される。このためバッテリ１３から電流検出用抵抗２８を介してブリッジ回路２９に供給される電流は、ＦＥＴ２９ａ（または２９ｂ）→電動モータ１０→ＦＥＴ２９ｄ（または２９ｃ）→接地なる経路で流れ、電動モータ１０は右回転（又は左回転）する。これによって、ステアリングホイール１により操舵操作されている方向へ回転して操舵力をアシストする。

また、図中２７はアシスト方向と操舵方向とが不一致と判別された場合に、逆アシスト状態としてシステムの異常と判別する異常判別手段である。

さらに、ステアリングの舵角速度は、前記モータ端子電圧検出手段およびモータ電流検出手段２５の出力信号に基づいて舵角速度が推定されるようになっている。

ここでモータ端子電圧検出手段およびモータ電流検出手段２５の各出力に基づいて舵角速度を推定することができる根拠を以下に述べる。

モータの電圧方程式は次のように示される。

Ｖ＝（Ｌ・ｄＩ／ｄｔ）＋ＩＲ＋Ｅ
＝（ＬＳ＋Ｒ）・Ｉ＋Ｋｅ・ω…（１）
但し、Ｖは端子間電圧［Ｖ］、Ｌはインダクタンス［Ｈ］、Ｓはｄ／ｄｔ、Ｉは電流［Ａ］、Ｒは抵抗［Ω］、Ｅは逆起電圧［Ｖ］、Ｋｅは逆起電圧定数［Ｖ／ｒａｄ／ｓ］、ωはモータの角速度［ｒａｄ／ｓ］である。

定常状態ではインダクタンスの影響は無視できるため、前記（１）式を簡略化して、
Ｖ＝ＩＲ＋Ｋｅ・ω…（２）
（２）式より、モータ角速度は下式で表される。

ω＝（Ｖ−ＩＲ）／Ｋｅ…（３）
抵抗値Ｒ［Ω］、逆起電圧定数Ｋｅ［Ｖ／ｒａｄ／ｓ］はモータ固有の定数値であるから、モータ端子間電圧Ｖ［Ｖ］とモータ電流Ｉ［Ａ］を計測する事でモータ角速度が求められる。

操舵角速度［ｒａｄ／ｓ］は、定常状態ではモータ角速度の１／減速ギア比として求めることができる。

ただし、（３）式と最終段の操舵角速度の算出は、過渡状態を無視した定常状態での簡略方法であることと、電流制御がＰＩ制御によるフィードバック制御であること、及びモータ駆動がＰＷＭによる電圧の高速スイッチングであることから、実測の電流値及び端子電圧値には高周波ノイズが重畳するため、（３）式を単純に適用しただけでは実用的なモータ角速度の推定、すなわち操舵角速度の推定はまず無理である。そこで、実用的には最低限（３）式の出力にＬＰＦ（ローパスフィルター）処理を施したり、電流値、端子電圧値の区間平均値を使う、移動平均を行う、すなわち入力値のＬＰＦ処理を施したりするものである。

そして、前記モータ指令トルク算出手段２０は、図３に示すように、トルクセンサ９からの操舵トルク信号と車速算出手段２１からの車速信号とに基づいて基本アシストトルクを演算する基本アシストトルク算出部３０を備えていると共に、前記操舵トルク信号と車速算出手段２１からの車速信号に基づいて微分補正トルクを演算するトルク微分補正トルク算出部３１とを備えている。また、前記操舵トルク信号と車速算出手段２１からの車速信号及び前記舵角速度推定手段からの舵角速度信号の各出力信号に基づいてダンピングトルクを演算するダンピング補正トルク算出部３２を備えており、これら各算出部３０〜３２からの信号を加算してモータ電流リミットを算出処理するモータ電流リミット処理部３３からモータ指令トルク信号として前記指示電流算出手段２３に出力している。

前記ダンピング補正トルク算出部３２は、図４に示すように、基本的には、前記舵角速度を絶対値化部３４によって絶対値化された数値をダンピング算出部３５に出力し、このダンピング算出部３５では、ダンピングトルクを演算して出力するようになっている。

前記車速検出手段２１から出力された車速信号は、車速ゲイン部３６においてマップによりシグナル増幅信号として出力するようになっている。

また、ダンピング補正トルク算出部３２は、前記操舵トルク信号を符号化するトルク信号符号化部３７と、前記舵角速度を符号化する舵角速度符号化部３８と、該両符号化部３７，３８から出力された符号の一致（ｔｒｕｅ）あるいは不一致（ｆａｌｓｅ）によって現在のステアリング状態を判定する操舵状態判別手段である操舵状態判別部３９とを備えている。

この操舵状態判別部３９は、前記両符号化部３７，３８から出力された符号が不一致の場合は、現在切り戻しの状態であると判別する一方、符号が一致している場合は、切り戻し状態から切り込み領域に切り替わったと判断するようになっている。また、前記切り戻しから切り込み領域に移行したと判断した場合は、その信号が漸減タイマー４０（漸減処理手段）に入力されて、この漸減タイマー４０によって漸減処理を行う。

つまり、前記舵角速度によってダンピング算出部３５によって求められた基本的なダンピングトルクは、切り戻し領域ではそのまま付与されるが、切り戻しから連続的に切り込み領域に移行した場合には、漸減タイマー４０によってダンピングトルクが次第に０になるように処理されて、ダンピング補正トルクとして前記モータ電流リミット処理部３３に出力されるようになっている。

以下、前記ダンピング補正トルク算出部３２による具体的な制御を、図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップ１では前記操舵トルク符号と舵角速度符号が一致しているか否かを判別し、ここで、ＹＥＳであると判別した場合、つまり一致していると判別した場合は、切り戻しから切り込み領域に移行した状態であるからステップ２に移行する。

このステップ２では、漸減タイマー４０のカウントアップ処理を行い、ステップ３に移行する。

ステップ３では、カウントアップされた漸減タイマー値が漸減時間定数よりも大きいか（等しい）否かを判別し、ここで、ＮＯと判別した場合、つまり、いまだ大きくなっていない（等しくなっていない）と判別した場合は、ステップ４に移行する。

このステップ４では、（漸減時間定数−漸減タイマー値）／漸減時間定数の式からダンピングトルク係数を算出し（０≦ダンピングトルク係数＜１）、例えば、ダンピングトルク値を１から０までに漸次減少させて、そのままリターンする。

前記ステップ１において、ＮＯであると判別した場合、つまり両者の符号が不一致であると判断した場合には、切り戻し状態にあるとして、ステップ５に移行する。

このステップ５では、漸減タイマー値を０にしてダンピングトルク係数を算出し、ダンピングトルク係数を１にする処理を行い、その後、ステップ４に移行する。ここでは、ダンピングトルク係数１になっているので、通常のダンピングトルクを付与する。

また、前記ステップ３において、漸減タイマー値が漸減時間定数よりも大きいか等しいと判断した場合は、ステップ６に移行する。このステップ６では、漸減タイマー値を漸減時間定数と等しい値に処理してステップ４に移行する。
ここでは、漸減タイマー値が漸減時間定数に等しい値に処理されていることから、ダンピングトルク係数が０となってダンピングトルクの付与がなくなる。

また、前記ダンピングトルクの漸減処理では、不感帯領域以外のアシストトルク付与領域においても前記ダンピングトルクを０まで減少させる制御を行う。

すなわち、ステップ１において操舵トルク符号と舵角速度符号が一致しており、かつステップ３において漸減タイマー値が０のとき、切り戻し状態から着込み状態へ移行した状態となる。その後、連続して切り込み状態が継続した場合には、ステップ３において漸減時間が判断され、漸減時間定数を越えた場合には、ステップ６においてダンピングトルクが０となるように処理される。よって、ステップ１において操舵トルク符号と舵角速度符号とを比較するだけで、継続して切り込み、切り戻し状態であるか、切り戻しから切り込み状態へ移行した状態であるかを判断する。

また、、不感帯領域ではダンピングトルクを若干付与するが、これ以外のアシストトルクを付与すべき領域では、ダンピングトルクを付与すると、操舵アシスト抵抗が発生して、ステアリング操作に違和感を与えるおそれがある。このため、この不感帯領域以外のアシストトルク付与領域では、ダンピングトルクを０に制御してアシスト領域における操舵アシスト抵抗の発生を防止することができる。しかしながら、運転者に操舵違和感を与えない程度にアシストトルク付与領域でダンピングトルクを付与してもよい。

また、前記異常検出手段２７は、前記車速算出手段２１とエンジン回転数算出手段２２及び指示電流算出手段２３からの出力信号を入力すると共に、前記モータ電流検出手段２５からの出力信号を入力する。

そして、具体的には図示しないが、前記それぞれの入力信号に基づいて電動モータ１０のアシスト方向を判別するアシスト方向判別部と、ステアリングの操舵方向を判別する操舵方向判別部と、これらアシスト方向と操舵方向とを比較する比較部とを備えていると共に、該比較部によってアシスト方向と操舵方向とが、所定時間の間で不一致状態が継続している判別された場合に、逆アシスト状態としてシステムの異常と判別する異常判別部とを備えている。

そして、前記異常判別部は、システム異常と判別した場合には、前記ダンピングトルクの漸減処理が完了する所定時間経過後に異常判別処理を行う。

以上のように、この実施形態によれば、操舵状態判別部３９によってステアリングが切り戻し状態から切り込み領域へ移行したことを検出すると、今まで付与されていたダンピングトルクを漸減タイマー４０によって所定時間をかけて漸次零になるように制御する。

このため、切り込み領域に移行した時点で、ダンピングトルクが０になって急変することがなくなることから、ステアリング系の振動の発生が抑制されて安定した状態になる。この結果、操舵フィーリングが良好になる。

また、前述のように、操舵アシスト方向の異常検出は、異常判別部が、電動モータ１０によるアシスト方向とステアリングの操舵方向との一致、不一致の状態が所定時間以上継続したかどうかによって判別している。

そのため、ステアリングの切り込み領域におけるダンピング制御が時間以外のパラメータで制御される場合には、場合によってはダンピング制御自体が操舵アシスト方向の異常（逆アシスト状態）であると誤認してしまう場合がある。 そこで、本実施形態における前記異常検出手段２７では、漸減処理が完了する所定時間経過後に、操舵アシスト方向の異常検出を行うようにした。これによって、ダンピング制御と操舵アシスト方向の異常との混同を防止することが可能になる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

前記モータのアシスト方向を判別するアシスト方向判別手段と、
前記ステアリングの操舵方向を判別する操舵方向判別手段と、
前記アシスト方向判別手段によって判別されたアシスト方向と前記操舵方向判別手段によって判別された操舵方向とを比較する比較手段と、
前記比較手段によって前記アシスト方向と操舵方向とが不一致と判別された場合に、逆アシスト状態としてシステムの異常と判別する異常判別手段とを備え、
前記異常判別手段は、前記漸減処理手段によって前記ダンピングトルクの漸減処理が完了する所定時間経過後に異常判別処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。

操舵アシスト方向の異常検出を行うには、電動モータによるアシスト方向とステアリングの操舵方向との一致、不一致の状態が所定時間以上継続したかどうかによって判別している。

そのため、ステアリングの切り込み領域におけるダンピング制御が時間以外のパラメータで制御される場合には、場合によってはダンピング制御自体が操舵アシスト方向の異常（逆アシスト状態）であると誤認してしまう場合がある。 そこで、この発明では、漸減処理が完了する所定時間経過後に、操舵アシスト方向の異常検出を行うようにしたことによって、ダンピング制御と操舵アシスト方向の異常との混同を防止することができる。

本発明を適用した電動パワーステアリング装置の一例を示す構成図である。 本発明に供されるコントロールユニットの制御ブロック図である。 本発明の制御に供されるモータ指令トルク算出手段の制御ブロック図である。 前記モータ指令トルク算出手段のダンピングトルク補正トルク算出部の制御ブロック図である。 本実施形態に供されるコントロールユニットの制御フローチャート図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール
９…トルクセンサ
１０…電動モータ
１２…コントロールユニット
１５…車速センサ
１６…エンジン回転数センサ
２０…モータ指令トルク算出手段
２１…車速算出手段
２２…エンジン回転数算出手段
２３…指示電流算出手段
２４…ＰＷＭデューティ決定手段
２５…モータ電流検出手段
２６…パワー素子駆動手段
２７…異常検出手段
２８…電流検出用抵抗
２９…ブリッジ回路
２９ａ〜２９ｄ…ＦＥＴ
３０…基本アシストトルク算出部
３１…微分補正トルク算出部
３２…ダンピング補正トルク算出部
３３…モータ電流リミット処理部
３５…ダンピング算出部
３９…操舵状態判別部
４０…漸減タイマー

Claims (2)

1. 運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させる電動モータを備え、該電動モータによってステアリング系の操舵力を補助すると共に、操舵角速度に応じたダンピングトルクを前記アシストトルクに付与する電動パワーステアリング装置において、
   ステアリングの切り込み、切り戻し状態を判別する操舵状態判別手段と、
   該操舵状態判別手段によって前記ステアリングが切り戻し領域から連続して切り込み領域へ移行中であると判別された場合に、前記切り戻し領域において付与されていたダンピングトルクを、前記切り込み領域ではトルク零側へ漸減処理しながら所定時間付与する漸減処理手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記漸減処理手段は、不感帯領域内において前記ダンピングトルクを零まで減少させるようにした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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