JP3847179B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セルフアライメントトルク補正機能を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング機構は、路面からの反力を受けて直進操舵状態へと向かうセルフアライメントトルクが働くように設計されている。すなわち、車両の走行中にステアリングホイールから手を放すと、車両は直進方向に進もうとする。全車速域（停止状態を除く。）、全舵角位置において、このような走行特性が得られれば、理想的な車両特性であると言える。
【０００３】
しかし、車両によっては、特定の車速域（一般的には低速域）で、ある舵角（大舵角）時には、走行中にステアリングホイールから手を放すと、直進操舵状態ではなく、逆に、右または左方向の限界舵角までステアリングが切り込まれてしまう場合がある。
たとえば、図３に示すように、高速域および中速域では、全舵角位置において、セルフアライメントトルクが正の値（直進操舵状態へ向かう方向）であるのに対して、低速域および極低速域では、大舵角時に、セルフアライメントトルクが負の値となる場合がある。
【０００４】
セルフアライメントトルクを補正するための１つの先行技術では、ラック軸にばねを結合し、ばね力によって、直進操舵状態への復帰が図られている。しかし、車速域に関係なく、ばね力によって車両の直進性を保持しようとするため、一部の車速域においてのみ直進性が問題となる車両においては、補正が不要な車速域においてもセルフアライメントトルクが補正される可能性がある。
また、セルフアライメントトルクを機械的に補正する上記の先行技術では、個々の車種毎に、ばねによるセルフアライメントトルク補正構造を設計しなければならず、開発工数が著しく多くなるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、セルフアライメントトルク補正機能を有する電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（Ｍ）の駆動力を車両のステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、操作部材（１）の舵角を検出する舵角検出手段（６）と、車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段（２２）と、上記舵角検出手段によって検出された舵角および上記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、車両のセルフアライメントトルクの過不足を補償するように、上記駆動目標値設定手段が定める駆動目標値を補正するセルフアライメントトルク補償手段（２４，２５）と、上記セルフアライメントトルク補償手段によって補正された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段（３０）とを含み、上記セルフアライメントトルク補償手段は、上記舵角検出手段が検出する舵角に応じた補正電流を生成する舵角適応補正部（４１）と、上記車速検出手段が検出する車速に応じた補正ゲインを生成する車速適応補正部（４２）と、上記舵角適応補正部が生成する補正電流に上記車速適応補正部が生成する補正ゲインを乗じて補正値を求める乗算処理部（４３）とを有し、上記乗算処理部によって求められる補正値によって上記駆動目標値設定手段が定める駆動目標値を補正するものであり、上記車速適応補正部は、極低速域（停止状態を除く）および低速域においては補正ゲインを大きく定め、上記極低速域および低速域よりも高速な速度域である中速域および高速域においては、補正ゲインを、上記極低速域および低速域における補正ゲインよりも小さな値であるほぼ零とするものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００７】
上記の構成によれば、舵角および車速を検出し、これらに基づいて駆動源を制御することにより、電気的にセルフアライメントトルクの過不足が補償される。したがって、特定の車速域（極低速域および低速域）のみ、または特定の舵角域のみに関して、セルフアライメントトルクを補正したりすることが可能になる。
より具体的には、極低速域（停止状態を除く）および低速域において、補正ゲインが大きくとられ、中速域および高速域においては、補正ゲインはほぼ零とされる。これにより、極低速域および低速域では、補正電流による駆動目標値への補正の寄与が大きく、ステアリング機構を直進操舵状態に戻そうとする傾向が大きくなる。逆に、中高速域では、補正電流の寄与が小さく抑えられ、ステアリング機構が本来的に備えている特性に従い、路面反力によるセルフアライメントトルクがステアリング機構に与えられることになる。
しかも、機械的な補正手段とは異なり、ステアリング機構の構造を個々の車種毎に検討する必要がないから、セルフアライメントトルクの補正が容易であり、ステアリング機構の開発工数を削減できる。
【０００８】
また、セルフアライメントトルクの補正を電気的に行えることから、ステアリング機構の機械設計が容易になり、その自由度が高くなる。たとえば、ラック位置の変動によるセルフアライメントトルクの変化を電気的に補償することができるから、ラック位置を従来よりも自由に設定してステアリング機構の開発設計を行うことができる。
つまり、従来の車両のように、ステアリングホイールを中立位置に戻す力であるセルフアライメントトルクが発生するように足回りを設計する際に、サスペンション諸元およびステアリングギアの搭載位置、機構設計などの制限があるが、本発明によればその制限が緩和される。
【００１０】
また、この発明では、電動パワーステアリング装置にセルフアライメントトルク補償機能を付加することができ、既存の電気機械装置を利用しつつ、上記の効果を達成できる。
なお、車速適応補正部は、車速に応じたセルフアライメントトルク補正特性を記憶する記憶手段（４２ａ）を有するものであってもよい。また、舵角適応補正部は、舵角に応じたセルフアライメントトルク補正特性を記憶する記憶手段（４１ａ）を有するものであってもよい。そして、セルフアライメントトルク補償手段は、これらの記憶手段に記憶された各特性に基づいて、駆動目標値を補正するものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから操舵補助力が伝達されるようになっている。
【００１２】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。
【００１３】
トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
コントローラ１０には、さらに、ステアリングホイール１の舵角を検出する舵角センサ６、および当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ７の各出力信号が入力されている。
【００１４】
コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ７によって検出される車速に応じて電動モータＭの目標電流値を定め、操舵トルク等に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭを駆動制御する。
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０と、このマイクロコンピュータ２０からの制御信号に基づいて電動モータＭを駆動するモータドライバ３０とを有している。
【００１５】
マイクロコンピュータ２０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。具体的には、マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５の出力信号の位相を進め、系を安定化させるための位相補償部２１と、トルクセンサ５および車速センサ７の出力に基づいて、電動モータＭの目標電流値Ｉobjを設定する目標電流値設定部２２と、付加制御のための補正値Ｉａを生成する付加制御部２３と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両のセルフアライメントトルクを補償するための補正値Ｉｂを生成するセルフアライメントトルク補正制御部２４と、目標電流値Ｉobjに補正値Ｉａ，Ｉｂを加算する加算処理部２５とを有している。
【００１６】
付加制御部２３は、ダンピング制御、摩擦補償制御、慣性補償制御およびハンドル戻し制御などのための補正値Ｉａを発生する。
セルフアライメントトルク補正制御部２４は、舵角センサ６が検出する舵角に応じた補正電流Ｉθを生成する舵角適応補正部４１と、車速センサ７が検出する車速に応じた補正ゲインｋを生成する車速適応補正部４２と、舵角適応補正部４１が生成する補正電流Ｉθに車速適応補正部４２が生成する補正ゲインｋを乗じて、補正値Ｉｂ＝ｋ・Ｉθを求める乗算処理部４３とを有している。
【００１７】
舵角適応補正部４１は、舵角に対する補正電流Ｉθの特性を記憶した舵角適応補正特性記憶部４１ａを有している。同様に、車速適応補正部４２は、車速に対する補正ゲインｋの特性を記憶した車速適応補正特性記憶部４２ａを有している。舵角適応補正部４１および車速適応補正部４２は、舵角および車速に応じた補正電流Ｉθおよび補正ゲインｋを、それぞれ、舵角適応補正特性記憶部４１ａおよび車速適応補正特性記憶部４２ａから読み出して生成する。
【００１８】
操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。目標電流値設定部２２が設定する目標電流値Ｉobjは、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
目標電流値Ｉobjは、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが所定の不感帯内の微小な値のときには、目標電流値Ｉobjは零とされる。また、目標電流値Ｉobjは、車速センサ７によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００１９】
舵角適応補正特性記憶部４１ａには、車種に応じて、たとえば実験によって適切に定められた特性データが格納される。図１の例では、舵角の正の値（舵角中点から右方向に操舵された状態）に対しては、負の補正電流Ｉθが対応付けられており、舵角の負の値（舵角中点から左方向に操舵された状態）に対しては、正の補正電流Ｉθが対応付けられている。これにより、ステアリング機構３を直進操舵状態へ導くためのトルクの方向に対応した補正が行われることになる。
【００２０】
車速適応補正特性記憶部４２ａにも、車種に応じて、たとえば実験によって適切に定められた特性データが格納される。図１の例では、極低速域（停止状態を除く。）および低速域において、補正ゲインｋが大きくとられ、上記極低速域および低速域よりも高速な速度域である中速域および高速域においては、補正ゲインｋはほぼ零（上記極低速域および低速域における補正ゲインよりも小さな値）とされている。これにより、極低速域および低速域では、補正電流Ｉθによる目標電流値Ｉobjへの補正の寄与が大きく、ステアリング機構３を直進操舵状態に戻そうとする傾向が大きくなる。逆に、中高速域では、補正電流Ｉθの寄与が小さく抑えられ、ステアリング機構３が本来的に備えている特性に従い、路面反力によるセルフアライメントトルクがステアリング機構３に与えられることになる。
【００２１】
図２は、路面反力によるセルフアライメントトルクと、セルフアライメントトルク補正制御部２４からの補正値Ｉｂによるトルクとを合成したトルク特性を示す図である。高速域、中速域、低速域および極低速域のいずれの車速域においても、舵角に対してリニアに増大する良好なセルフアライメントトルク特性が得られていることが理解される。すなわち、図３のようなセルフアライメントトルク特性を有する車両であっても、セルフアライメントトルク補正制御部２４による電気的な補正によってセルフアライメントトルクの過不足が補われ、車両の特性を理想的なセルフアライメントトルク特性に補正することができる。
【００２２】
こうして、本来的に直進性の低い車両であっても自然な直進性を得ることができる。また、直進性の悪い車速域または舵角域に関してはセルフアライメントトルクを大きく補正でき、直進性の良好な車速域または舵角域については、補正を少なくしたりなくしたりすることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、目標電流値設定部２２によって設定された目標電流値Ｉobjに対して舵角および車速に応じた補正を施すことによってセルフアライメントトルクの過不足が補償されているが、たとえば、目標電流値設定部２２に入力されるトルク値に対して、舵角および車速に応じた補正を施すことにより、セルフアライメントトルクの過不足を補償するための補正を目標電流値Ｉobjに対して施すこともできる。
【００２３】
また、上記の実施形態では、電動パワーステアリング装置の電動モータＭを駆動源として用いて車両のセルフアライメントトルク特性を電気的に補正する例について説明したが、電動パワーステアリング装置とは別の駆動源を設けて、この駆動源の制御により、セルフアライメントトルク特性の改善を図るようにしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】路面反力によるセルフアライメントトルクと、セルフアライメントトルク補正制御部からの補正値によるトルクとを合成したトルク特性を示す図である。
【図３】路面反力によるセルフアライメントトルクの特性例を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
３ ステアリング機構
５ トルクセンサ
６ 舵角センサ
７ 車速センサ
１０ コントローラ
２０ マイクロコンピュータ
２１ 位相補償部
２２ 目標電流値設定部
２３ 付加制御部
２４ セルフアライメントトルク補正制御部
２５ 加算処理部
３０ モータドライバ
４１ 舵角適応補正部
４１ａ 舵角適応補正特性記憶部
４２ 車速適応補正部
４２ａ 車速適応補正特性記憶部
４３ 乗算処理部
ｋ 補正ゲイン
Ｉａ 補正値
Ｉｂ 補正値
Ｉθ 補正電流
Ｉobj 目標電流値
Ｍ 電動モータ

Claims (1)

1. 電動モータの駆動力を車両のステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   操作部材の舵角を検出する舵角検出手段と、
   車両の車速を検出する車速検出手段と、
   上記電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段と、
   上記舵角検出手段によって検出された舵角および上記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、車両のセルフアライメントトルクの過不足を補償するように、上記駆動目標値設定手段が定める駆動目標値を補正するセルフアライメントトルク補償手段と、
   上記セルフアライメントトルク補償手段によって補正された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段とを含み、
   上記セルフアライメントトルク補償手段は、上記舵角検出手段が検出する舵角に応じた補正電流を生成する舵角適応補正部と、上記車速検出手段が検出する車速に応じた補正ゲインを生成する車速適応補正部と、上記舵角適応補正部が生成する補正電流に上記車速適応補正部が生成する補正ゲインを乗じて補正値を求める乗算処理部とを有し、上記乗算処理部によって求められる補正値によって上記駆動目標値設定手段が定める駆動目標値を補正するものであり、
   上記車速適応補正部は、極低速域（停止状態を除く）および低速域においては補正ゲインを大きく定め、上記極低速域および低速域よりも高速な速度域である中速域および高速域においては、補正ゲインを、上記極低速域および低速域における補正ゲインよりも小さな値であるほぼ零とするものである
   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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