JP2008265489A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドル戻し制御を必要とする操舵状態でのみハンドル戻し制御を行って、不必要にハンドル戻し制御が行われることを確実に防止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。
【解決手段】車両のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部３１と、前記操舵系の操舵方向を検出する操舵方向検出部２４と、前記車両における左右の前輪の車輪速を検出する前輪車輪速検出部１８ＦＬ，１８ＦＲと、該前輪車輪速検出部１８ＦＬ，１８ＦＲで検出した左右前輪の車輪速と前記操舵方向検出部２４で検出した操舵方向とに基づいてハンドル戻し制御を行うハンドル戻し制御部３３とを備え、前記ハンドル戻し制御部３３は、前記セルフアライニングトルク推定部３１で推定したセルフアライニングトルクが前記操舵方向検出部２４で検出した操舵方向に応じた所定範囲内の値であるときにハンドル戻し制御を行うように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵系の操舵状態を中立位置に戻す際にハンドル戻し制御を行うようにした電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置としては、操舵系に操舵補助力を付与する電動モータの角速度を検出して、この角速度に基づいてハンドルを中立位置に戻すハンドル戻し制御が知られているが、この場合には、摩擦力と操舵補助力とが釣り合ったときに、角速度が零となるためハンドルを中立位置まで戻すことができない。
このため、従来、舵角センサを用い、この舵角センサで検出した絶対舵角に基づいてハンドル戻し制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このように舵角センサで検出した絶対舵角に基づいてハンドル戻し制御を行う場合には、通常電動パワーステアリング装置では使用する必要がない舵角センサを装備する必要があるため、製造コストが嵩み、安価な電動パワーステアリング装置を提供することができない。
このため、従来、操舵系の操舵トルクと回転情報とからハンドル戻し状態を検出し、前輪の左右車輪速差に基づいてハンドル戻し制御を行うことにより、舵角センサを装備することなくハンドル戻し制御を行う電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）
特開２００２−１４５１００号公報 特開２０００−２３８６５２号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、舵角センサを用いることなく、ハンドル戻し検出手段で、トルクセンサで検出した操舵トルクとモータ回転角速度推定手段でパワーアシストモータのモータ端子間電圧に基づいて推定したモータ回転角速度とに基づいてハンドル戻し状態を検出し、ハンドル戻し状態であるときに、パワーアシストモータに適正な戻し操舵をさせる戻し補正信号を生成する戻し補正制御手段を備えているものであるが、ハンドル戻し検出手段で検出するハンドル戻し検出が本来必要とするハンドルを戻したい状況以外にハンドル戻し制御を行ってしまい、運転者に不必要にハンドルが戻される違和感を与えるという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ハンドル戻し制御を必要とする操舵状態でのみハンドル戻し制御を行って、不必要にハンドル戻し制御が行われることを確実に防止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目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、両の操舵系に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも前記操舵トルクセンサ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、該電流指令値演算部で生成した電流指令値に基づいて前記電動モータを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、前記車両のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記操舵系の操舵方向を検出する操舵方向検出部と、前記車両における左右の前輪の車輪速を検出する前輪車輪速検出部と、該前輪車輪速検出部で検出した左右前輪の車輪速と前記操舵方向検出部で検出した操舵方向とに基づいて前記電流指令値に対するハンドル戻し制御を行うハンドル戻し制御部とを備え、前記ハンドル戻し制御部は、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクが前記操舵方向検出部で検出した操舵方向に応じた所定範囲内の値であるときにハンドル戻し制御を行うように構成されていることを特徴としている。

この請求項１に係る発明では、セルフアライニングトルク推定部でセルフアライニングトルクを推定し、推定したセルフアライニングトルクと操舵方向とに基づいてハンドル戻し制御を行う範囲を設定するので、ハンドル戻し制御を適正に行って、不必要にハンドル戻し制御が行われることを確実に防止することができる。
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記ハンドル戻し制御部は、摩擦力をＦｒとし、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクの絶対値を｜ＳＡＴ｜としたときに、０≦｜ＳＡＴ｜≦Ｆｒの範囲内であるときにハンドル戻し制御を行うように構成されていることを特徴としている。

この請求項２に係る発明では、セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクの絶対値｜ＳＡＴ｜が零以上で摩擦力Ｆｒ以下であるときには、ハンドル戻し制御を行うので、ハンドル戻し制御をより適正に行うことができる。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記ハンドル戻し制御部は、摩擦力をＦｒとし、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクをＳＡＴとしたときに、前記操舵方向検出部で左操舵方向を検出しているときに、０≦ＳＡＴ≦Ｆｒの範囲内にあり、且つ右操舵方向を検出しているときに−Ｆｒ≦ＳＡＴ≦０の範囲内にあるときに、ハンドル戻し制御を行うように構成されていることを特徴としている。

この請求項３に係る発明でも、上記請求項２に係る発明と同様にハンドル戻し制御をより適正に行うことができる。
さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記ハンドル戻し制御部は、ハンドル戻し制御で設定されるハンドル戻し電流指令値を前記前輪車輪速検出部で検出した前輪左右の車輪速差に応じて変化させるように構成されていることを特徴としている。

この請求項４に係る発明では、前輪車輪速検出部で検出した前輪左右の車輪速差は転舵輪の転舵角に相当するので、この前輪左右の車輪速差に基づいてハンドル戻し電流指令値を設定することにより、操舵角に対応させて適正なハンドル戻し制御を行うことができる。
なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記前輪車輪速検出部は、検出した前輪車輪速検出値の時間積分した時間積分値を前輪車輪速として設定するように構成されていることを特徴としている。

この請求項５に係る発明では、前輪車輪速検出値の時間積分値を前輪車輪速として設定するので、正確な車輪速検出値を得ることができない低車速領域で、安定した前輪車輪速を確保することができる。
また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項５に係る発明において、車両の車速を検出する車速検出部を有し、前記前輪車輪速検出部は、前記前輪車輪速検出値の積分時間を前記車速検出部で検出した車速に応じて変化させるように構成されていることを特徴としている。

この請求項６に係る発明では、前輪車輪速検出値の積分時間を車速検出部で検出した車速に応じて変化させることにより、車輪速検出値の検出精度が低下するに応じて積分時間を長くして実際の車輪速に応じた値を設定することができる。

本発明によれば、セルフアライニングトルク推定部でセルフアライニングトルクを推定し、推定したセルフアライニングトルクに基づいてハンドル戻し制御を行うか否かを判断するようにしたので、不必要にハンドル戻し制御が行われることを確実に防止して、適正なハンドル戻し制御を行って、運転者に違和感を与えることを防止することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は操舵装置であり、この操舵装置１はステアリングホイール２が装着されたステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３のステアリングホイール２とは反対側に連結されたラックピニオン機構４と、このラックピニオン機構４にタイロッド等の連結機構５を介して連結された左右の転舵輪６とを備えている。

そして、ステアリングシャフト３には、例えばウォームギヤで構成される減速機構７を介して電動モータ８が連結されている。この電動モータ８は、例えばブラシレスモータで構成され、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。そして、電動モータ８は車両に搭載されたバッテリ１１から出力されるバッテリ電圧Ｖｂがイグニッションスイッチ１２及びヒューズ１３を介して供給される制御装置１４によって駆動制御される。

この制御装置１４には、ステアリングシャフト３に配設された操舵トルクセンサ１６で検出されたステアリングホイール２に入力される操舵トルクＴが入力されていると共に、車速検出部としての車速センサ１７で検出した車速検出値Ｖｓが入力され、さらに例えばアンチロックブレーキ制御システムやトラクション制御システムで使用される左右の前輪６Ｌ及び６Ｒの車輪速を検出する車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲで検出した車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが入力されていると共に、電動モータ８の回転角を検出するモータ回転角センサ２０で検出したモータ回転角θｍが入力されている。

ここで、操舵トルクセンサ１６は、ステアリングホイール２に付与されてステアリングシャフト３に伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿した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。
制御装置１４は、例えばマイクロコンピュータで構成され、その構成は機能ブロック図で表すと図２に示すようになる。すなわち、制御装置１４は、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ１７で検出した車速Ｖｓが入力され、これらに基づいて電動モータ８に対する３相電流指令値Ｉ_Aref〜Ｉ_Crefを演算する電流指令値演算部２１と、この電流指令値演算部２１で算出された３相電流指令値Ｉ_Aref〜Ｉ_Crefとモータ電流検出部１９で検出された３相モータ電流Ｉｍ（Ｉｍａ〜Ｉｍｃ）とに基づいて電流フィードバック処理を行って３相電圧指令値Ｖｒｅｆを算出する電流フィードバック制御部２２と、この電流フィードバック制御部２２で算出された３相電圧指令値Ｖｒｅｆが入力されて電動モータ８を駆動制御するモータ駆動回路２３と、モータ回転角センサ２０から入力されるモータ回転角θｍに基づいて電気角θｅ及びモータ角速度ωｍを演算する操舵方向検出部としての角速度演算部２４と、この角速度演算部２４で演算したモータ角速度ωｍを微分してモータ角加速度αを算出する微分回路２５とを備えている。

ここで、電流指令値演算部２１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて図３に示す電流指令値算出用マップを参照して電流指令値Ｉ_refを演算する電流指令値生成部２１ａと、この電流指令値生成部２１ａから出力される電流指令値Ｉ_refと角速度演算部２４で演算された電気角θｅ及びモータ角速度ωｍとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉ_dref及びｑ軸電流指令値Ｉ_qrefとを生成するｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂと、このｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂで生成されたｄ軸電流指令値Ｉ_dref及びｑ軸電流指令値Ｉ_qrefを角速度演算部２４で演算された電気角θｅに基づいて電動モータ８に対応した３相電流指令値Ｉ_Aref、Ｉ_Bref及びＩ_Crefに変換する２相／３相変換部２１ｃとで構成されている。

また、制御装置１４は、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴ、電流指令値演算部２１の電流指令値生成部２１ａで生成された電流指令値Ｉ_ref、角速度演算部２４から出力されるモータ角速度ωｍ及び微分回路２５から出力されるモータ角加速度αが入力されてこれらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定するセルフアライニングトルク推定部３１を備えている。

このセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図４に示して説明する。すなわち、運転者がステアリングホイール２を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ８がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ８の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール２の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。

J・α+ Fr・sign(ωｍ) + SAT = Tm + T …（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・α(s) − Fr・sign(ωｍ(s)) …（２）
上記（２）式から分かるように、電動モータ８の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ωｍ、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。

ここで、アシストトルクＴｍは電流指令値Ｉｒｅｆに比例するので、アシストトルクＴｍに代えて電流指令値Ｉｒｅｆを適用する。
さらに、制御装置１４は、車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲから入力される車輪速Ｖ_FL及びＶ_FRとセルフアライニングトルク推定部３１で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴとに基づいてハンドル戻し制御を行うか否かを判定し、ハンドル戻し制御を行う場合には、モータ角速度ωｍの符号に基づいて右切り状態から中立位置に戻るハンドル戻し状態であるか左切り状態から中立位置に戻るハンドル戻し状態であるかに応じた正負の摩擦力Ｆｒに対抗する電流値−Ｉ_fri、＋Ｉ_friでなるハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを電流指令値生成部２１ａの出力側に設けた加算器３２に出力するハンドル戻し制御部３３を備えている。

ここで、ハンドル戻し制御部３３では、図５に示すハンドル戻し制御処理を実行する。
このハンドル戻し制御処理は、先ず、ステップＳ１で、車輪速検出値Ｖ_FL，Ｖ_FR、モータ角速度ωｍ及びセルフアライニングトルクＳＡＴを読込み、次いでステップＳ２に移行して、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRの平均値を車速Ｖｓ（＝（Ｖ_FL＋Ｖ_FR）／２）として算出する。

次いで、ステップＳ３に移行して、ステップＳ２で算出した車速Ｖｓが予め設定された車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが不安定となる低車速領域を判断する閾値Ｖｓ_L以下であるか否かを判定し、Ｖｓ≦Ｖｓ_Lであるときには低車速領域であると判断してステップＳ４に移行して車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRを予め設定した設定時間で時間積分した値Ｖ_FL′及びＶ_FR′を車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして設定してからステップＳ６に移行する。

一方、ステップＳ３の判定結果が、Ｖｓ＞Ｖｓ_Lであるときには、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが安定している高車速領域であると判断してステップＳ５に移行し、車輪速検出値をＶ_FL及びＶ_FRをそのまま車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして設定してからステップＳ６に移行する。
このステップＳ６では、設定された車輪速Ｖ_WLから車輪速Ｖ_WRを減算した車輪速差ΔＶ_Wの絶対値｜ΔＶ_W｜がスリップ判断閾値ΔＶ_E未満であるか否かを判定し、｜ΔＶ_W｜≧ΔＶ_Eであるときには、例えば前左右輪の一方が接触する路面が低摩擦係数路面で、他方が接触する路面が高摩擦係数路面となる所謂スプリットμ路を走行することにより、低摩擦路面側の前輪がスリップしたり、前輪駆動車で、前輪左右輪の一方がマンホール等の滑り易い路面で駆動スリップしたりすることにより、前輪左右輪の一方にスリップが発生しており、正確な車輪速ではないものと判断して後述するステップＳ１５に移行してハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定して加算器３２に出力してから前述したステップＳ１に戻る。

また、ステップＳ６の判定結果が、車輪速差ΔＶ_Wの絶対値｜ΔＶ_W｜がスリップ判断閾値ΔＶ_E未満であるときには、前輪左右輪の一方にスリップが生じていない正常状態であると判断してステップＳ７に移行する。
このステップＳ７では、モータ角速度ωｍが零以下の負値であって左切り状態であるか否かを判定し、ωｍ＞０であって右操舵状態であるときにはステップＳ８に移行して、セルフアライニングトルクＳＡＴが零以下で且つ転舵輪６と路面との摩擦力−Ｆｒ以上であるか否かを判定し、−Ｆｒ≦ＳＡＴ≦０であるときには左操舵状態から中立位置に戻る状態で、セルフアライニングトルクＳＡＴの絶対値が摩擦力Ｆｒより小さくステアリングホイール２が中立位置に復帰するトルクが不足してハンドル戻し制御を必要とするものと判断してステップＳ９に移行する。

このステップＳ９では、前輪右の車輪速Ｖ_WRから前輪左の車輪速Ｖ_WLを減算した車輪速差ΔＶ_Wが直進状態を判断するための直進判断閾値ΔＶ_e以上であるか否かを判定し、ΔＶ_W＞ΔＶｅであるときには転舵状態であって左操舵状態から中立位置に戻るハンドル戻し状態であると判断してステップＳ１０に移行して、摩擦力Ｆｒに対抗する電流値＋Ｉ_friをハンドル戻し電流指令値Ｉ_compとして設定し、次いでステップＳ１１に移行して設定したハンドル戻し電流指令値Ｉ_compを加算器３２に出力してから前記ステップＳ１に戻る。

一方、前記ステップＳ７の判定結果が、ω≦０であって、左操舵状態であるときには、ステップＳ１２に移行して、セルフアライニングトルクＳＡＴが摩擦力＋Ｆｒ以下で零以上であるハンドル戻し制御が必要な領域であるか否かを判定し、０≦ＳＡＴ≦Ｆｒであるときにはハンドル戻し制御が必要であると判断してステップＳ１３に移行して、前左輪の車輪速Ｖ_WLから前右輪の車輪速Ｖ_WRを減算した車輪速差ΔＶ_Wが直進状態を判断する直進判断閾値ΔＶ_eを超えているか否かを判定し、ΔＶ_W＞ΔＶ_eであるときには転舵状態であるものと判断してステップＳ１４に移行し、摩擦力Ｆｒに対抗する電流値−Ｉ_friをハンドル戻し電流指令値Ｉ_compとして設定してから前記ステップＳ１１に移行する。

また、前記ステップＳ８の判定結果が、ＳＡＴ＞０又はＳＡＴ＜−Ｆｒであるとき、前記ステップＳ９の判定結果が、車輪速差ΔＶ_Wが直進判断閾値ΔＶ_e未満であるとき、前記ステップＳ１２の判定結果が、ＳＡＴ＜０又はＳＡＴ＞Ｆｒであるとき、及びステップＳ１３の判定結果が、車輪速差ΔＶ_Wが直進判断閾値ΔＶ_e未満であるときには、ハンドル戻し制御を行う必要がないと判断して、ステップＳ１５に移行して、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定しこれを加算器３２に出力してから前記ステップＳ１に戻る。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が停止していて、イグニッションスイッチ１２がオフ状態であるものとすると、この状態では、制御装置１４にバッテリ１１からのバッテリ電圧Ｖｂが供給されないので、制御装置１４は停止状態にあり、図２の機能ブロック図に示す操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて実行する操舵補助制御処理は実行停止状態にあり、電動モータ８が停止してステアリングシャフト３への操舵補助力の伝達は行われない。

この車両停止状態から、イグニッションスイッチ１２をオン状態とすると、制御装置１４にバッテリ電圧Ｖｂが供給されることにより、制御装置１４が作動状態となって、図２のモータ電流検出部１９、電流指令値演算部２１、電流フィードバック制御部２２、モータ駆動回路２３、セルフアライニングトルク推定部３１、ハンドル戻し制御部３３による操舵補助制御処理、図５に示すハンドル戻し制御処理が実行開始される。

この状態では、車両が停止しているので、各車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲで検出される車輪速Ｖ_FL及びＶ_FRは“０”となっている。
この状態で、ステアリングホイール２に運転者からの操舵トルクが伝達されていないときには、操舵トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが略“０”となるので、電流指令値演算部２１の電流指令値生成部２１ａで算出される電流指令値Ｉ_refも“０”となっており、ｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂで生成されるｄ軸電流指令値Ｉ_dref及びｑ軸電流指令値Ｉ_qrefも“０”となって、電流指令値演算部２１から出力される３相の電流指令値Ｉ_Aref、Ｉ_Bref及びＩ_Crefも“０”となっている。

また、電動モータ８が停止しているので、モータ電流検出部１９で検出したモータ電流Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃも“０”となっており、電流フィードバック制御部２２から出力される３相電圧指令値Ｖｒｅｆも“０”となって、モータ駆動回路２３から出力される３相電流Ｉｍａ、Ｉｍｂ及びＩｍｃも“０”となって電動モータ８は停止状態を継続する。

この車両の停止状態における非操舵状態では、角速度演算部２４で演算されるモータ角速度ωｍ及び微分回路２５で演算されるモータ角加速度αが共に“０”となるため、セルフアライニングトルク推定部３１で前記（２）式に基づいて推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴも“０”となっており、ハンドル戻し制御部３３で、図５に示すハンドル戻し制御処理を実行したときに、ステップＳ２で算出される車速Ｖｓが“０”となり、低車速領域であると判断されてステップＳ４に移行して、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRの時間積分値Ｖ_FL′及びＶ_FR′が車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして設定されるが、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが“０”であるので、車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRも当然に“０”となる。

このため、図５の処理において、ステップＳ６からステップＳ７及びＳ８を経てステップＳ９に移行したときに、車輪速差ΔＶ_W＝Ｖ_WR−Ｖ_WL≦ΔＶ_eとなるので、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが生成されずにステップＳ１に戻ることになり、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが電流指令値Ｉ_refに加算されることはなく、ｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂに入力される電流指令値Ｉ_refは“０”を維持する。

この車両の停止状態で、運転者がステアリングホイール２を操舵することにより、所謂据え切りを行うと、これに応じて操舵トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが大きな値となることから、電流指令値演算部２１の電流指令値生成部２１ａで生成される電流指令値Ｉ_refが大きな値となり、これがｄ−ｑ軸指令値生成部２１ｂに供給されて、ｄ軸電流指令値Ｉ_dref及びｑ軸電流指令値Ｉ_qrefが生成され、これらが２相／３相変換部２１ｃで３相電流指令値Ｉ_Aref、Ｉ_Bref及びＩ_Crefに変換されて電流フィードバック制御部２２に出力される。

このとき、電動モータ８は停止状態であるので、モータ電流検出部１９で検出されるモータ電流Ｉｍａ〜Ｉｍｃは“０”を維持しているので、電流フィードバック制御部２２から比較的大きな値の３相電圧指令値Ｖｒｅｆがモータ駆動回路２３に出力され、このモータ駆動回路２３から比較的大きな値のモータ駆動電流Ｉｍが電動モータ８に出力される。
このため、電動モータ８が回転駆動されて、比較的大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速機構７を介してステアリングシャフト３に伝達されるので、ステアリングホイール２を軽く操舵することができる。

この状態では、モータ角速度ωｍ、モータ角加速度αが比較的大きな値となるので、セルフアライニングトルク推定部３１で比較的大きなセルフアライニングトルクＳＡＴが演算されるが、ハンドル戻し制御部３３では、図５の処理において、車輪速Ｖ_WLから車輪速Ｖ_WRを減算した車輪速差ΔＶ_Wが“０”となっているので、ステップＳ９からそのままステップＳ１に戻ってハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが算出されて出力されることはない状態を継続する。

この状態で、車両を発進させると、これに応じて車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲで検出される車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが増加し、直進走行状態では、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRは略等しい値となるが、旋回走行状態では外輪側の車輪速検出値Ｖ_FL（又はＶ_FR）が内輪側の車輪速検出値Ｖ_FR（又はＶ_FL）より大きくなり、両者の車輪速差ΔＶ_Wは旋回半径が小さくなるほど大きくなる。

このため、車両が低車速領域で走行している場合には、ハンドル戻し制御部３３で実行される図５のハンドル戻し制御処理で、ステップＳ３からステップＳ４に移行して、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRを時間積分した時間積分値Ｖ_FL′及びＶ_FR′が車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして設定されることにより、特に低車速時に車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲで検出される車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが正確な値とならないことを補償して安定した車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRを得ることができる。

そして、車両が低車速領域で走行している場合には、セルフアライニングトルク推定部３１で推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴが小さい値となるため、ハンドル戻し制御部３３で図５のハンドル戻し制御処理を実行したときに、例えばステアリングホイール２を中立位置から右切りした切り増し状態では、図６に示すように、角速度演算部２４で演算されるモータ角速度ωｍが正値となると共に、セルフアライニングトルク推定部３３で推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴも正値となる。

このため、図５のハンドル戻し制御処理で、ステップＳ７からステップＳ８に移行するが、ＳＡＴ＞０であるので、ステップＳ１５に移行し、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定しこれを加算器３２に出力してからステップＳ１に戻ることを繰り返す。
その後、ステアリングホイール２の切り増し状態から保舵状態としてから運転者がステアリングホイール２を左転舵（左操舵）すると、角速度演算部２４で算出されるモータ角速度ωｍが左操舵方向を表す負値となる。

このときのセルフアライニングトルク推定部３３で推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴが、図６に示すように、正値で摩擦力Ｆｒより大きな値であるものとすると、図５のハンドル戻し制御処理で、ステップＳ７からステップＳ１２に移行するが、ＳＡＴ＞Ｆｒであるので、ステップＳ１５に移行し、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定しこれを加算器３２に出力してからステップＳ１に戻り、ハンドル戻し制御は中止状態を継続する。

その後、ステアリングホイール２の操舵角度が小さくなって、推定されたセルフアライニングトルクＳＡＴが摩擦力Ｆｒ以下となると、図５の処理において、ステップＳ１２からステップＳ１３に移行し、右旋回状態であるので、前左輪の車輪速検出値Ｖ_FLが前右輪の車輪速検出値Ｖ_FRより大きい値となって、両者の偏差である車輪速差ΔＶ_Wが直進判断閾値ΔＶ_eを超えているので、ステップＳ１３からステップＳ１４に移行して、摩擦力Ｆｒに対抗する負値の電流指令値−Ｉ_friがハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compとして設定される。次いで、ステップＳ１１に移行して設定されたハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが加算器３２に出力されることにより、電流指令値生成部２１ａから出力される電流指令値Ｉ_refにハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが加算される。

このとき、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが負値であり、操舵角が小さく、操舵トルクが略“０”であるために、電流指令値Ｉ_refが略“０”であるので、ｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂに入力される電流指令値は負値となり、これに応じたｄ軸電流指令値Ｉ_dref及びｑ軸電流指令値Ｉ_qrefが算出され、これらを２相／３相変換部２１ｃで３相電流指令値Ｉ_Aref、Ｉ_Bref及びＩ_Crefに変換して電流フィードバック制御部２２に出力するので、電動モータ８で摩擦力Ｆｒに抗する操舵補助力が発生されて、ステアリングホイール２が中立位置に復帰し易くなる。運転者にとっては、操舵トルクが大きくならないので、運転し易い。

同様に、ステアリングホイール２を中立位置から左切りして切り増し状態としてからステアリングホイール２を中立位置に戻す右操舵を行う場合には、角速度演算部２４で算出されるモータ角速度ωｍが正値となり、セルフアライニングトルク推定部３１で推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴが負値となる。このとき、セルフアライニングトルクＳＡＴが負の摩擦力−Ｆｒより小さいときには（ＳＡＴ＜−Ｆｒ）、ステップＳ８からステップＳ１５に移行し、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定しこれを加算器３２に出力してからステップＳ１に戻ってハンドル戻し制御を中止する。しかしながら、推定されたセルフアライニングトルクＳＡＴが−Ｆｒ≦ＳＡＴ≦０の範囲内であるときには、ステップＳ８及びＳ９を経てステップＳ１０に移行して、正値の電流指令値＋Ｉ_friがハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compとして設定され、これが加算器３２に出力されるので、前述した右切り状態からのハンドル戻し状態と同様に、電動モータ８で摩擦力−Ｆｒに抗する操舵補助力を発生させて、ステアリングホイール２を中立位置に復帰し易くできる。

さらに、車速Ｖｓが低車速閾値Ｖｓ_Lを超えている場合には、図５の処理において、ステップＳ３からステップＳ５に移行して、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRをそのまま車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして設定することを除いては前述した低車速領域である場合と同様の作用効果を得ることができる。
なお、車両の走行中に、スプリットμ路やマンホール等を走行することにより、一方の車輪がスリップ状態となって、車輪速差ΔＶ_Wの絶対値｜ΔＶ_W｜がスリップ判断閾値ΔＶ_E以上の値となると、図５の処理において、ステップＳ６からステップＳ１５に移行し、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを“０”に設定しこれを加算器３２に出力してからステップＳ１に戻ってハンドル戻し制御を中止するので、スリップ発生時に不必要にハンドル戻し制御が実行されることを確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態によると、セルフアライニングトルク推定部３３でセルフアライニングトルクＳＡＴを推定し、このセルフアライニングトルクＳＡＴの絶対値｜ＳＡＴ｜が摩擦力Ｆｒを超えている場合には、車両に実際に作用するセルフアライニングトルクによってステアリングホイール２を中立位置に戻し、セルフアライニングトルクＳＡＴの絶対値｜ＳＡＴ｜が摩擦力Ｆｒ未満となったときに、摩擦力Ｆｒに抗するハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compを演算して電流指令値Ｉ_refに加算するハンドル戻し制御を行うので、ハンドル戻し制御を必要とする状態でのみハンドル戻し制御を行って不必要なハンドル戻し制御が行われることを確実に防止することができ、運転者に違和感を与えることを確実に防止することができる。

しかも、車輪速センサ１８ＦＬ及び１８ＦＲで検出する車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRが不安定となる低車速領域では、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRの時間積分値を車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRとして採用することにより、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRをローパスフィルタ処理して安定した車輪速Ｖ_WL及びＶ_WRを得ることができ、低車速領域でも安定したハンドル戻し制御を行うことができる。

因みに、ハンドル戻し制御を行うか否かをセルフアライニングトルクＳＡＴによる判断を適用しない従来例の場合には、前述した図６におけるセルフアライニングトルクＳＡＴが摩擦力Ｆｒよりも大きくハンドル戻し制御が不要な領域でもハンドル戻し制御を行うことになり、ステアリングホイール２を中立位置に戻す操舵補助力が大きくなりすぎて運転者に違和感を与えることになるが、本発明では前述したようにハンドル戻し制御を必要とする場合のみハンドル戻し制御を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、ハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compとなる電流値Ｉ_friを一定値とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、車輪速差ΔＶ_Wが直進判断閾値ΔＶ_eより小さいときには電流値Ｉ_friが“０”で、直進判断閾値ΔＶ_eより増加するにつれて電流値Ｉ_friが増加し、車輪速差ΔＶ_Wが設定値ΔＶ_WS以上となったときには電流値Ｉ_friが一定値となる電流値算出マップを適用して、車輪速差ΔＶ_Wをもとに電流値算出マップを参照して車輪速差ΔＶ_Wに応じた電流値Ｉ_friを設定するようにしてもよい。この場合には、旋回状態が直進走行状態に近づくにつれてハンドル戻し制御電流指令値Ｉ_compが小さい値となるので、ステアリングホイール２が中立位置に復帰したときにオーバーシュートすることを防止することができる。

また、上記実施形態においては、低車速領域で、車輪速検出値Ｖ_FL及びＶ_FRを設定時間で時間積分して時間積分値Ｖ_VL′及びＶ_FR′を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、設定時間を車速Ｖｓが大きくなる程短くなるように設定するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、操舵方向検出部として角速度演算部２４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転角センサ２０で検出したモータ回転角θｍに基づいて回転方向を検出したり、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴに基づいて操舵方向を検出したりするようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、電動モータ８としてブラシレスモータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータを適用することもでき、この場合にはｄ−ｑ軸電流指令値生成部２１ｂ及び２相／３相変換部２１ｃを省略すると共に、モータ電流検出部１９で３相モータ電流を検出する場合に代えて直流モータ電流を検出して、電流フィードバック制御部２２にフィードバックするようにすればよい。

本発明の第１の実施形態を示す全体構成図である。 第１の実施形態における制御装置を示す機能ブロック図である。 電流指令値算出用マップを示す操舵トルクと電流指令値との関係を表す特性線図である。 セルフアライニングトルクの推定原理を説明する模式図である。 ハンドル戻し制御部で実行するハンドル戻し制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の動作の説明に供する操舵角度とセルフアライニングトルク及び操舵補助力との関係を示す特性線図である。 ハンドル戻し制御電流指令値となる電流値算出用マップを示す特性線図である。

符号の説明

１…操舵装置、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、７…減速機構、８…電動モータ、１４…制御装置、１６…操舵トルクセンサ、１７…車速センサ、１８ＦＬ，１８ＦＲ…車輪速センサ、１９…モータ電流検出部、２０…モータ回転角センサ、２１…電流指令値演算部、２１ａ…電流指令値生成部、２１ｂ…ｄ−ｑ軸電流指令値生成部、２１ｃ…２相／３相変換部、２２…電流フィードバック制御部、２３…モータ駆動回路、２４…角速度演算部、２５…微分回路、３１…セルフアライニングトルク推定部、３２…加算器、３３…ハンドル戻し制御部

Claims (6)

1. 車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも前記操舵トルクセンサ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、該電流指令値演算部で生成した電流指令値に基づいて前記電動モータを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、
   前記車両のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記操舵系の操舵方向を検出する操舵方向検出部と、前記車両における左右の前輪の車輪速を検出する前輪車輪速検出部と、該前輪車輪速検出部で検出した左右前輪の車輪速と前記操舵方向検出部で検出した操舵方向とに基づいて前記電流指令値に対するハンドル戻し制御を行うハンドル戻し制御部とを備え、前記ハンドル戻し制御部は、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクが前記操舵方向検出部で検出した操舵方向に応じた所定範囲内の値であるときにハンドル戻し制御を行うように構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ハンドル戻し制御部は、摩擦力をＦｒとし、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクの絶対値を｜ＳＡＴ｜としたときに、０≦｜ＳＡＴ｜≦Ｆｒの範囲内であるときにハンドル戻し制御を行うように構成されてい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. 前記ハンドル戻し制御部は、摩擦力をＦｒとし、前記セルフアライニングトルク推定部で推定したセルフアライニングトルクをＳＡＴとしたときに、前記操舵方向検出部で左操舵方向を検出しているときに、０≦ＳＡＴ≦Ｆｒの範囲内にあり、且つ右操舵方向を検出しているときに−Ｆｒ≦ＳＡＴ≦０の範囲内にあるときに、ハンドル戻し制御を行うように構成されてい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。
4. 前記ハンドル戻し制御部は、ハンドル戻し制御で設定されるハンドル戻し電流指令値を前記前輪車輪速検出部で検出した前輪左右の車輪速差に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記前輪車輪速検出部は、検出した前輪車輪速検出値の時間積分した時間積分値を前輪車輪速として設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至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. 車両の車速を検出する車速検出部を有し、前記前輪車輪速検出部は、前記前輪車輪速検出値の積分時間を前記車速検出部で検出した車速に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

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