JP2015071345A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途舵角センサ等を追加することなく、端当て時の衝撃力を緩和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】操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍと、モータ角速度ωと、車速Ｖｓとに基づいてトルク指令値飽和度Ｐを検出し、トルク指令値飽和度Ｐが閾値Ｐｔｈ以上であるとき、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを制限値Ｉ＿Ｌｉｍで制限する。そして、制限後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍに基づいて、電動モータ１３を駆動制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステアリング機構に与える操舵補助トルクを発生する電動モータを備える電動パワーステアリング装置に関し、特に端当て時の衝撃を緩和するための電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵す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普及している。
一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左右何れかの方向に操舵を続け、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵ができない操舵限界となる。このような操舵限界となって、メカニカルストッパに当接する状態となることを端当てと称している。

そして、ステアリングホイールが素早く操作される場合、即ち操舵速度が大きい場合には、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も大きくなり、端当て時に生じる衝撃力も大きなものとなる。その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがある。
そこで、端当て時の衝撃を緩和するための電動パワーステアリング装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、舵角が最大舵角近傍の所定舵角を超えたとき、電動機の補助操舵トルクを低減補正するものである。ここでは、操舵速度が速いほど、操舵補助トルクの低減補正量を増大修正するようにしている。

また、別の電動パワーステアリング装置としては、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、操舵輪が所定の最大舵角に接近し減衰開始舵角を超えたことを検出したとき、電動モータの駆動力を減衰するようにしたものである。ここでは、上記減衰開始舵角は、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて設定している。

特許第３５６００２４号公報 特許第４１３２４３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、舵角を検出するセンサが必要となる。また、操舵速度が速い場合、電動機の慣性により、必ずしも端当て時の衝撃を十分に緩和することができない場合がある。
また、上記特許文献２に記載の技術にあっては、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定するように構成されており、操舵速度が高速である場合には、最大舵角と減衰開始舵角との差を大きくする（電動モータの駆動力を減衰させる時点を早める）ことで、モータ慣性によって端当て時に大きな衝撃が発生することを防止するようにしている。しかしながら、この場合にも、上記特許文献１に記載の技術と同様に、舵角を検出するセンサが別途必要となる。

そこで、本発明は、別途舵角センサ等を追加することなく、端当て時の衝撃力を緩和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課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて操舵補助トルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記操舵補助トルク指令値に基づいて前記電動モータを駆動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、前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出部と、自車両の車速を検出する車速検出部と、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値と、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度と、前記車速検出部で検出した車速とに基づいて、前記操舵補助トルク指令値の飽和度を検出する飽和度検出部と、前記飽和度検出部で検出した飽和度が予め設定した閾値以上であるとき、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値を、前記飽和度検出部で検出した飽和度が前記閾値未満であるときと比較して制限するトルク指令値制限部と、を備え、前記モータ制御部は、前記飽和度検出部で検出した飽和度が予め設定した閾値以上であるとき、前記トルク指令値制限部で制限した後の操舵補助トルク指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御することを特徴としている。

このように、操舵補助トルク指令値の飽和度が閾値以上である場合には、操舵補助トルク指令値を制限するので、電動モータの出力を制限することができる。したがって、操舵限界となる端当て時に、中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる。また、操舵補助トルク指令値とモータ角速度と車速とに基づいてトルク指令値制限条件を満足しているかの判定が可能となるため、操舵角を検出する操舵角センサ等を別途追加する必要がない。

また、上記において、前記飽和度検出部は、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値と、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度とを乗算し、前記電動モータのモータ仕事率を演算するモータ仕事率演算部と、前記車速検出部で検出した車速に基づいて、前記モータ仕事率の基準値であるモータ仕事率基準値を設定するモータ仕事率基準値設定部と、前記モータ仕事率演算部で演算したモータ仕事率から、前記モータ仕事率基準値設定部で設定したモータ仕事率基準値を減算し、仕事率偏差を演算する仕事率偏差演算部と、前記仕事率偏差演算部で演算した仕事率偏差を時間積分することで、前記操舵補助トルク指令値の飽和度を演算する飽和度演算部と、を備えることが好ましい。

このように、実際のモータ仕事量と目標のモータ仕事量とを比較するので、適切に操舵補助トルク指令値の飽和度を演算することができる。そのため、操舵補助トルク指令値の制限条件を満足しているか否かを適切に判定することができ、効果的に端当て時の衝撃力を緩和することができる。
さらに、上記において、前記モータ仕事率基準値設定部は、前記車速検出部で検出した車速が速いほど、モータ仕事率基準値を小さく設定することが好ましい。車速が速いほど同じ操舵トルクでも操舵補助トルク指令値は小さく算出されるため、車速が速いほどモータ仕事率基準値を小さく設定することで、適切に操舵補助トルク指令値の飽和度を検出し、適切に操舵補助トルク指令値を制限することができる。

また、上記において、前記トルク指令値制限部は、前記飽和度検出部で検出した飽和度が前記閾値以上であるとき、前記飽和度検出部で検出した飽和度が大きいほど、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値の制限量を大きくすることが好ましい。
これにより、操舵補助トルク指令値の飽和度が大きいほど操舵補助トルク指令値の制限を強くすることができ、より確実に端当て時の衝撃力を弱めることができる。

さらにまた、上記において、前記飽和度検出部で検出した飽和度に、前記電動モータに印加している電源電圧に応じた電源電圧感応ゲインを乗算することで、当該飽和度を補正する飽和度補正部と、を備えることが好ましい。このように、電動モータに印加している電源電圧を考慮するので、より適切に操舵補助トルク指令値の飽和度を検出することができる。

また、上記において、前記飽和度補正部は、前記電源電圧が高いほど電源電圧感応ゲインを大きく設定することが好ましい。これにより、電動モータに印加している電源電圧が高いほど、操舵補助トルク指令値の飽和度を大きな値とし、操舵補助トルク指令値を制限し易くすることができる。
さらに、上記において、前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度とに基づいて、運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出する切り戻し操作検出部を備え、前記飽和度検出部は、前記切り戻し操作検出部で運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出しているとき、前記飽和度を零に設定するが好ましい。

このように、切り戻し操作中は操舵補助トルク指令値の飽和度を零に設定するので、切り戻し操作中は操舵補助トルク指令値の制限を行わないようにすることができる。すなわち、切り増し操作中にのみモータ出力を制限するようにするので、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合に、操舵アシスト力が不十分となるのを防止することができる。そのため、このような切り戻し操作時に、ステアリングホイールが最大舵角付近に張り付くような感覚を運転者に与えることがなくなり、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。

本発明によれば、操舵補助トルク指令値の飽和度が閾値以上であるとき、操舵補助トルク指令値を制限し、発生モータトルクを制限することができる。したがって、別途舵角センサ等を追加することなく、端当て時の操舵限界位置となったときに中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。 コントローラの具体的構成を示すブロック図である。 トルク指令値制限部の具体的構成を示すブロック図である。 モータ仕事率基準値Ｗ＿ｔの算出マップである。 制限値Ｉ＿Ｌｉｍの算出マップである。 トルク指令値制限部で実行するトルク指令値制限処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態のトルク指令値制限部の具体的構成を示すブロック図である。 電源電圧ゲインＧ＿Ｖｒの算出マップである。 第３の実施形態のトルク指令値制限部の具体的構成を示すブロック図である。 切増／切戻処理部で実行する切り増し／切り戻し判定処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号１は、車両のステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力はステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａと出力軸２ｂとを有し、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、入力軸２ａの他端が操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵する。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して補助操舵力を発生する電動モータ１３とを備えている。
また、操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものである。例えば、操舵トルクセンサ３は、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しない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。この操舵トルクセンサ３が検出した操舵トルクＴは、コントローラ１４に入力する。

コントローラ１４は、車載電源であるバッテリ１５から電源供給されることによって作動する。ここで、バッテリ１５の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１６を介してコントローラ１４に接続されると共に、イグニッションスイッチ１６を介さず直接、コントローラ１４に接続されている。
コントローラ１４には、操舵トルクＴの他に、車速センサ１７で検出した車速Ｖｓを入力する。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御（操舵アシスト）を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ１３で発生するための操舵補助指令値（操舵補助トルク指令値）を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ１３の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ１３に供給する駆動電流をフィードバック制御する。

次に、コントローラ１４の具体的構成について説明する。
コントローラ１４は、図２に示すように、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助指令値を演算する指令値演算部２１と、操舵補助指令値を補償する指令値補償部２２と、指令値補償部２２で補償された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを制限するトルク指令値制限部２３と、制限後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍに基づいて電動モータ１３を駆動制御するモータ制御部２４とを備えている。

指令値演算部２１は、操舵補助指令値演算部３１と、位相補償部３２と、トルク微分回路３３と、を備える。
操舵補助指令値演算部３１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓをもとに、操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値を演算する。ここで、操舵補助指令値算出マップは、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に操舵補助指令値をとり、車速Ｖｓをパラメータとした特性線図で構成されている。操舵補助指令値は、操舵トルクＴの増加に対して最初は比較的緩やかに増加し、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助指令値が急峻に増加するように設定されている。この特性曲線の傾きは、車速Ｖｓの増加に従って小さくなるように設定されている。また、各特性曲線には、それぞれ上限値が設けられている。

位相補償部３２は、操舵補助指令値演算部３１で演算した操舵補助指令値に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助指令値を加算器４８に出力する。ここでは、例えば、（Ｔ₁ｓ＋１）／（Ｔ₂ｓ＋１）のような伝達特性を操舵補助指令値に作用させるものとする。
トルク微分回路３３は、操舵トルクＴを微分した操舵トルク変化率をもとに操舵トルクＴに対する補償値を算出し、これを加算器４８に出力する。

指令値補償部２２は、角速度演算部４１と、角加速度演算部４２と、収斂性補償部４３と、慣性補償部４４と、ＳＡＴ推定フィードバック部４５と、を少なくとも有する。
角速度演算部４１は、回転角センサ１３ａで検出したモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する。角加速度演算部４２は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する。

収斂性補償部４３は、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωを入力し、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値Ｉｃを算出する。
慣性補償部４４は、電動モータ１３の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するための慣性補償値Ｉｉを算出する。

ＳＡＴ推定フィードバック部４５は、操舵トルクＴ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び指令値演算部２１で演算した操舵補助指令値を入力し、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定演算する。
そして、加算器４６は、慣性補償部４４で算出した慣性補償値ＩｉとＳＡＴ推定フィードバック部４５で算出したセルフアライニングトルクＳＡＴとを加算し、その結果を加算器４７に出力する。

加算器４７は、加算器４６の加算結果と収斂性補償部４３で算出した収斂性補償値Ｉｃとを加算し、その結果を指令補償値Ｉｃｏｍとして加算器４８に出力する。
加算器４８は、位相補償部３２が出力した位相補償後の操舵補助指令値に、トルク微分回路３３が出力した補償値と、指令値補償部２２が出力した指令補償値Ｉｃｏｍとを加算し、補償後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを出力する。この補償後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍは、トルク指令値制限部２３に入力する。

トルク指令値制限部２３は、加算器４８が出力した補償後の操舵補助指令値（制限前の操舵補助指令値）Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを入力し、以下に示すトルク指令値制限処理を実行し、制限後の操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍを出力する。
図３は、トルク指令値制限部２３の具体的構成を示すブロック図である。この図３に示すように、トルク指令値制限部２３は、仕事率演算部２３ａと、目標仕事率設定部２３ｂと、減算器２３ｃと、トルク指令値飽和度演算部（時間積分）２３ｄと、トルク指令値制限処理部２３ｅとを備える。

仕事率演算部２３ａは、加算器４８で出力した操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍと、角速度演算部４１で演算したモータ角速度ωとを乗算し、電動モータ１３の仕事率であるモータ仕事量Ｗを演算する。
目標仕事率設定部２３ｂは、図４に示すマップを参照し、車速Ｖｓに基づいてモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを設定する。ここで、モータ仕事率基準値Ｗ＿ｔは、モータ仕事率の目標値よりも一定値小さい値であり、図４に示すように、車速Ｖｓ＝０のときに最大となり、車速Ｖｓが速いほど０に向けて小さくなるように設定する。なお、この図４に示すマップは、電動モータごとにチューニング可能とする。

減算器２３ｃは、仕事率演算部２３ａで演算したモータ仕事率Ｗから目標仕事率設定部２３ｂで設定したモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを減算し、その結果を仕事率偏差ΔＷとして出力する。
トルク指令値飽和度演算部２３ｄは、減算器２３ｃが出力した仕事率偏差ΔＷを時間積分し、その結果をトルク指令値飽和度Ｐとして出力する。

トルク指令値制限処理部２３ｅは、先ず、トルク指令値飽和度演算部２３ｄで演算したトルク指令値飽和度Ｐに基づいて、図５に示すマップを参照し、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限値Ｉ＿Ｌｉｍを算出する。ここで、制限値Ｉ＿Ｌｉｍは、図５に示すように、トルク指令値飽和度Ｐが大きいほど小さい値となるように設定する。なお、この図５に示すマップは、電動モータごとにチューニング可能とする。

次に、トルク指令値制限処理部２３ｅは、トルク指令値飽和度Ｐが予め設定した操舵限界を判断する閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定し、Ｐ≧Ｐｔｈであると判定したら、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを、制限値Ｉ＿Ｌｉｍを上限として制限する。そして、制限した結果を制限後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとしてモータ制御部２４に出力する。

すなわち、本実施形態における特徴部分であるトルク指令値制限部２３で実行する処理についてまとめると、以下のようになる。
図６は、トルク指令値制限部２３で実行するトルク指令値制限処理手順を示すフローチャートである。
先ずステップＳ１で、トルク指令値制限部２３は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ、モータ角速度ω、及び車速Ｖｓを読み込み、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、トルク指令値制限部２３（仕事率演算部２３ａ）は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍとモータ角速度ωとを乗算し、モータ仕事率Ｗを演算し、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、トルク指令値制限部２３（目標仕事率設定部２３ｂ）は、前記ステップＳ１で読み込んだ車速Ｖｓに基づいて、図４に示すマップをもとにモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを設定する。

次にステップＳ４では、トルク指令値制限部２３（減算器２３ｃ）は、前記ステップＳ２で演算したモータ仕事率Ｗから、前記ステップＳ３で設定したモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを減算し、仕事率偏差ΔＷを演算する（ΔＷ＝Ｗ−Ｗ＿ｔ）。ここで、仕事率偏差ΔＷには、下限値を０とするリミッタを設ける。すなわち、モータ仕事率Ｗがモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔよりも小さく、（Ｗ−Ｗ＿ｔ）が負の値になる場合には、仕事率偏差ΔＷ＝０として演算する。これにより、モータ仕事率Ｗがモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔよりも小さい場合には、以下の積分処理をさせないようにする。

ステップＳ５では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値飽和度演算部２３ｄ）は、前記ステップＳ４で演算した仕事率偏差ΔＷを時間積分し、トルク指令値飽和度Ｐを演算する（Ｐ＝Ｐ＋ΔＷ）。ここで、モータ仕事率基準値Ｗ＿ｔは、モータ仕事率の目標値よりも一定値小さい値に設定しているため、仕事率偏差ΔＷを時間積分した値（トルク指令値飽和度Ｐ）は、モータ仕事量の目標値に対して実際のモータ仕事量が飽和している度合いを示す値となる。すなわち、このトルク指令値飽和度Ｐの値が大きいほど、実際のモータ仕事量が目標値に対して飽和している状態であることを示す。

ステップＳ６では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、前記ステップＳ５で演算したトルク指令値飽和度Ｐが０以上であるか否かを判定する。そして、Ｐ≧０である場合にはステップＳ７に移行し、前記ステップＳ５で演算したトルク指令値飽和度Ｐをそのまま最終的なトルク指令値飽和度Ｐとして設定し、後述するステップＳ９に移行する。一方、前記ステップＳ６でＰ＜０であると判定した場合にはステップＳ８に移行し、最終的なトルク指令値飽和度Ｐを０としてからステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、トルク指令値飽和度Ｐが予め設定した閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、Ｐ＜Ｐｔｈである場合には、トルク指令値制限条件を満足していないと判断して、そのままトルク指令値制限処理を終了する。一方、Ｐ≧Ｐｔｈである場合には、トルク指令値制限条件を満足しているものと判断してステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、トルク指令値飽和度Ｐに基づいて、図５に示すマップをもとに操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限値Ｉ＿Ｌｉｍを設定し、ステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの絶対値が制限値Ｉ＿Ｌｉｍ以上であるか否かを判定する。そして、｜Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ｜≧Ｉ＿Ｌｉｍである場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限が必要であると判断してステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、Ｓｉｇｎ（Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ）・Ｉ＿Ｌｉｍを制限後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして設定し、トルク指令値制限処理を終了する。ここで、Ｓｉｇｎ（Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ）は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍが正であるときに１、負であるときに−１となる。

また、前記ステップＳ１１で｜Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ｜＜Ｉ＿Ｌｉｍであると判定した場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限は不要であると判断してステップＳ１３に移行する。そして、ステップＳ１３では、トルク指令値制限部２３（トルク指令値制限処理部２３ｅ）は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを制限後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして設定し、トルク指令値制限処理を終了する。

図２に戻って、モータ制御部２４は、電動モータ１３の実電流を検出する電流検出器６０と、電流指令値演算部６１と、減算器６２と、電流制御部６３と、モータ駆動部６４と、を備える。
電流指令値演算部６１は、トルク指令値制限部２３が出力した制限後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍから電動モータ１３の電流指令値Ｉｒｅｆを演算する。

減算器６２は、電流指令値演算部６１が出力した電流指令値Ｉｒｅｆと、電流検出器６０で検出したモータ電流検出値（実電流）との電流偏差を演算し、これを電流制御部６３に出力する。
電流制御部６３は、上記電流偏差に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って電圧指令値を出力するフィードバック制御を行う。

モータ駆動部６４は、電流制御部６３が出力した電圧指令値に基づいてデューティ演算を行い、電動モータ１３の駆動指令となるデューティ比を演算する。そして、そのデューティ比に基づいて電動モータ１３を駆動する。
なお、図１において、操舵トルクセンサ３が操舵トルク検出部に対応し、車速センサ１７が車速検出部に対応している。また、図２において、指令値演算部２１がトルク指令値演算部に対応し、減算器６２、電流制御部６３及びモータ駆動部６４がモータ制御部に対応している。さらに、角速度演算部４１がモータ角速度検出部に対応している。

また、図３において、仕事率演算部２３ａ、目標仕事率設定部２３ｂ、減算器２３ｃ及びトルク指令値飽和度演算部２３ｄが飽和度検出部に対応し、そのうち、仕事率演算部２３ａがモータ仕事率演算部に対応し、目標仕事率設定部２３ｂがモータ仕事率目標値設定部に対応し、減算器２３ｃが仕事率偏差演算部に対応し、トルク指令値飽和度演算部２３ｄが飽和度演算部に対応している。さらに、トルク指令値制限処理部２３ｅがトルク指令値制限部に対応している。

次に、第１の実施形態の動作について説明する。
運転者がイグニッションスイッチ１６をオン状態とすると、バッテリ１５からコントローラ１４に制御電力が供給され、当該コントローラ１４が作動状態となる。このとき、コントローラ１４は、運転者によるステアリング操作に基づいて操舵補助制御を行う。
例えば、運転者が車両を発進させ、カーブ路を旋回走行している場合、コントローラ１４は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを算出する。

このとき、操舵トルクＴが比較的小さい場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍとモータ角速度ωとに基づいて演算されるモータ仕事率Ｗが、車速Ｖｓに基づいて設定されるモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔよりも小さくなる。すなわち、仕事率偏差ΔＷ（＝Ｗ−Ｗ＿ｔ）は負の値となる。そのため、仕事率偏差ΔＷを時間積分して得られるトルク指令値飽和度Ｐも負の値となり、最終的なトルク指令値飽和度Ｐは０に設定される（図６のステップＳ８）。

トルク指令値飽和度Ｐ＝０は閾値Ｐｔｈよりも小さいため（ステップＳ９でＮｏ）、この場合にはトルク指令値制限条件を満足しない。そのため、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限は行わず、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍをそのまま制限後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍとして電動モータ１３を回転駆動する。
その結果、電動モータ１３によって操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達される。これにより、運転者の操舵負担が軽減される。

このような通常の操舵補助制御を実施している状態から、運転者がステアリングホイール１を切り増し操作し比較的大きな操舵トルクＴを検出すると、モータ仕事率Ｗがモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを大きく上回る。すなわち、仕事率偏差ΔＷ＞０となり、これを時間積分したトルク指令値飽和度Ｐは閾値Ｐｔｈ以上の値となる（ステップＳ９でＹｅｓ）。
すると、コントローラ１４は、トルク指令値飽和度Ｐに応じて、トルク指令値飽和度Ｐが大きいほど小さくなる制限値Ｉ＿Ｌｉｍを設定する。また、このようにして設定した制限値Ｉ＿Ｌｉｍによって操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを制限する。

そして、コントローラ１４は、制限したあとの操舵補助指令値（制限後操舵補助指令値）Ｉｒｅｆ＿Ｌｉｍに基づいて電動モータ１３を回転駆動する。これにより、電動モータ１３の出力は、操舵補助指令値を制限する前と比較して制限される。
そのため、この場合には、運転者がステアリングホイール１をラックエンド付近まで操舵したときのアシストトルクを制限することができる。したがって、操舵限界となる端当て時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができ、ステアリング機構の耐久性を維持することができる。

このように、モータ仕事率Ｗとモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔとの偏差を時間積分することで、モータ仕事量の目標値に対して実際のモータ仕事量が飽和している度合い（トルク指令値飽和度Ｐ）を検出することができる。したがって、そのトルク指令値飽和度Ｐと予め設定した閾値Ｐｔｈとを比較することで、容易にトルク指令値制限条件を満足しているか否かを判定することができる。さらに、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ、モータ角速度ω及び車速Ｖｓのみに基づいてトルク指令値制限条件を満足しているか否かの判定が可能となるため、操舵角を検出する操舵角センサを設ける必要がない。

また、モータ仕事率基準値Ｗ＿ｔは、車速Ｖｓが速いほど小さい値に設定する。車速Ｖｓが速いほど同じ操舵トルクＴでも操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍは小さく算出される。したがって、車速Ｖｓが速いほどモータ仕事率基準値Ｗ＿ｔを小さく設定する（モータ仕事率の目標値を小さく設定する）ことで、適切にトルク指令値飽和度Ｐを演算することができる。

さらに、トルク指令値飽和度Ｐが大きいほど、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限値Ｉ＿Ｌｉｍを小さく設定するので、トルク指令値飽和度Ｐが大きいほど、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限量を大きくすることができる。したがって、より確実に端当て時の衝撃力を弱めることができる。
（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。

この第２の実施形態は、電動モータ１３の電源電圧に応じてトルク指令値飽和度Ｐの大きさを設定するようにしたものである。
図７は、第２の実施形態におけるトルク指令値制限部２３の具体的構成を示すブロック図である。
このトルク指令値制限部２３は、電源電圧ゲイン設定部２３ｆと、ゲイン乗算部２３ｇとを追加したことを除いては、図３に示すトルク指令値制限部２３と同様の構成を有する。したがって、ここでは構成の異なる部分を中心に説明する。

電源電圧ゲイン設定部２３ｆは、電動モータ１３の電源電圧Ｖｒを入力し、図８に示す電源電圧ゲイン算出マップを参照して電源電圧ゲインＧ＿Ｖｒを設定する。ここで、電源電圧ゲインＧ＿Ｖｒは、図８に示すように、電源電圧Ｖｒが高くなるほど大きい値に設定する。
ゲイン乗算部２３ｇは、トルク指令値飽和度演算部２３ｄで演算したトルク指令値飽和度Ｐに、電源電圧ゲイン設定部２３ｆで設定した電源電圧ゲインＧ＿Ｖｒを乗算し、その結果を最終的なトルク指令値飽和度Ｐとしてトルク指令値制限処理部２３ｅに出力する。

このように、電動モータ１３に印加している電源電圧Ｖｒを考慮するので、より適切にトルク指令値飽和度Ｐを演算することができる。また、このとき、電源電圧Ｖｒが高いほど、電源電圧感応ゲインＧ＿Ｖｒを大きく設定するので、電源電圧Ｖｒが高いほどトルク指令値飽和度Ｐを大きな値に設定し、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍを制限し易くすることができる。

なお、図７において、電源電圧ゲイン設定部２３ｆ及びゲイン乗算部２３ｇが飽和度補正部に対応している。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、運転者の操舵状態（切り増し／切り戻し）を判定し、その結果に応じてトルク指令値飽和度Ｐを設定するようにしたものである。

図９は、第３の実施形態におけるトルク指令値制限部２３の具体的構成を示すブロック図である。
このトルク指令値制限部２３は、切増／切戻処理部２３ｈを追加したことを除いては、図３に示すトルク指令値制限部２３と同様の構成を有する。したがって、ここでは構成の異なる部分を中心に説明する。

切増／切戻処理部２３ｈは、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍとモータ角速度ωとに基づいて、運転者がステアリングホイール１を切り戻し操作しているか否かを判定し、その結果に応じて最終的なトルク指令値飽和度Ｐを設定する。
図１０は、切増／切戻処理部２３ｈで実行する切り増し／切り戻し判定処理手順を示すフローチャートである。

先ずステップＳ２１で、切増／切戻処理部２３ｈは、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍとモータ角速度ωとが同符号であるか否かを判定する。そして、Ｓｉｇｎ（Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ）＝Ｓｉｇｎ（ω）である場合には、運転者がステアリングホイール１を切り増し操作していると判断してステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２２では、切増／切戻処理部２３ｈは、トルク指令値飽和度演算部２３ｄで演算したトルク指令値飽和度Ｐを、そのまま最終的なトルク指令値飽和度Ｐとしてトルク指令値制限処理部２３ｅに出力し、切り増し／切り戻し判定処理を終了する。

一方、前記ステップＳ２１でＳｉｇｎ（Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍ）≠Ｓｉｇｎ（ω）であると判定した場合には、運転者がステアリングホイール１を切り戻し操作していると判断してステップＳ２３に移行する。
ステップＳ２３では、切増／切戻処理部２３ｈは、最終的なトルク指令値飽和度Ｐ＝０をトルク指令値制限処理部２３ｅに出力し、切り増し／切り戻し判定処理を終了する。

これにより、運転者がステアリングホイール１を切り戻し操作している場合には、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍやモータ角速度ωの大きさにかかわらず、トルク指令値飽和度Ｐ＝０に設定される。そのため、トルク指令値飽和度Ｐが閾値Ｐｔｈ以下となり（図６のステップＳ９でＮｏ）、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限を行わないようにすることができる。

このように、運転者が切り増し操作を行っている場合にのみ操舵補助指令値Ｉｒｅｆ＿ｐｒｅＬｉｍの制限を行い、運転者が切り戻し操作を行っている場合には当該制限を行わない。したがって、ステアリングホイール１を最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合に、操舵アシスト力の不足に起因するステアリングホイール１の最大舵角付近での張り付き感が発生するのを防止することができ、良好な操舵フィーリングを維持することができる。

ここで、図１０のステップＳ２１が切り戻し操作検出部に対応している。
なお、上記第３の実施形態においては、上述した第２の実施形態のように、電動モータ１３の電源電圧Ｖｒに応じてトルク指令値飽和度Ｐを設定する処理を更に追加するようにしてもよい。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１３…電動モータ、１４…コントローラ、１５…バッテリ、１６…イグニッションスイッチ、１７…車速センサ、１８…操舵角センサ、２１…指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…トルク指令値制限部、２３ａ…仕事率演算部、２３ｂ…目標仕事率設定部、２３ｃ…減算器、２３ｄ…トルク指令値飽和度演算部、２３ｅ…トルク指令値制限処理部、２３ｆ…電源電圧ゲイン設定部、２３ｇ…ゲイン乗算部、２３ｈ…切増／切戻処理部、２４…モータ制御部、３１…操舵補助指令値演算部、３２…位相補償部、３３…トルク微分回路、４１…角速度演算部、４２…角加速度演算部、４３…収斂性補償部、４４…慣性補償部、４５…ＳＡＴ推定フィードバック部、４６〜４８…加算器、６１…電流指令値演算部、６２…減算器、６３…電流制御部、６４…モータ駆動部

Claims (7)

1. ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて操舵補助トルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記操舵補助トルク指令値に基づいて前記電動モータを駆動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、
   前記電動モータのモータ角速度を検出するモータ角速度検出部と、
   自車両の車速を検出する車速検出部と、
   前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値と、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度と、前記車速検出部で検出した車速とに基づいて、前記操舵補助トルク指令値の飽和度を検出する飽和度検出部と、
   前記飽和度検出部で検出した飽和度が予め設定した閾値以上であるとき、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値を、前記飽和度検出部で検出した飽和度が前記閾値未満であるときと比較して制限するトルク指令値制限部と、を備え、
   前記モータ制御部は、前記飽和度検出部で検出した飽和度が予め設定した閾値以上であるとき、前記トルク指令値制限部で制限した後の操舵補助トルク指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記飽和度検出部は、
   前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値と、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度とを乗算し、前記電動モータのモータ仕事率を演算するモータ仕事率演算部と、
   前記車速検出部で検出した車速に基づいて、前記モータ仕事率の基準値であるモータ仕事率基準値を設定するモータ仕事率基準値設定部と、
   前記モータ仕事率演算部で演算したモータ仕事率から、前記モータ仕事率基準値設定部で設定したモータ仕事率基準値を減算し、仕事率偏差を演算する仕事率偏差演算部と、
   前記仕事率偏差演算部で演算した仕事率偏差を時間積分することで、前記操舵補助トルク指令値の飽和度を演算する飽和度演算部と、を備え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. 前記モータ仕事率基準値設定部は、前記車速検出部で検出した車速が速いほど、モータ仕事率基準値を小さく設定することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記トルク指令値制限部は、
   前記飽和度検出部で検出した飽和度が前記閾値以上であるとき、前記飽和度検出部で検出した飽和度が大きいほど、前記トルク指令値演算部で演算した操舵補助トルク指令値の制限量を大きくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記飽和度検出部で検出した飽和度に、前記電動モータに印加している電源電圧に応じた電源電圧感応ゲインを乗算することで、当該飽和度を補正する飽和度補正部と、を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記飽和度補正部は、
   前記電源電圧が高いほど電源電圧感応ゲインを大きく設定す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。
7. 前記操舵トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記モータ角速度検出部で検出したモータ角速度とに基づいて、運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出する切り戻し操作検出部を備え、
   前記飽和度検出部は、
   前記切り戻し操作検出部で運転者によるステアリングホイールの切り戻し操作を検出しているとき、前記飽和度を零に設定することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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