JP4909937B2

JP4909937B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4909937B2
Application number: JP2008112059A
Authority: JP
Inventors: 茂樹江原; 裕之徳永
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2009262651A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、トルクステアによる操舵性の低下を抑制する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置を備えた車両において、加減速時に発生するトルクステア（操舵輪が駆動輪となる車両において、操舵輪に発生する操舵力により、操舵輪側からステアリングホイールが転舵される（ハンドルが取られる）現象）を防止するための技術が存在する。

例えば、左右輪間あるいは前後輪間で駆動力あるいは制動力を配分する駆動力・制動力配分装置と、操舵系に操舵補助トルクを付加するモータを有する電動パワーステアリング装置とを備えた車両において、駆動力・制動力配分装置が発生する駆動力・制動力配分量に基づいて、電動パワーステアリング装置のモータを制御する制御手段からモータに出力されるモータ制御信号を補正することで、当該駆動力・制動力配分量に比例するトルクステア量を打ち消すようにした技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−８０５３５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来技術は、電動パワーステアリング装置と駆動力・制動力配分装置との協調制御を実施するものであり、駆動力・制動力配分装置が発生する駆動力・制動力配分量から推定されたトルクステア量により、電動パワーステアリング装置のモータを駆動制御する構成であるので、そのような駆動力・制動力配分装置を備えていない車両には適用することができないという課題があった。また、上記従来技術は、サスペンション装置のレイアウトや路面状況（凹凸等）に起因して発生するハンドル取られについては、対応することができないという課題もあった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、車両の走行状態に応じて電動機の目標制御量を適切に設定することにより、簡易な構成により、トルクステア等に起因するハンドル取られを抑制可能とす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する。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、補助操舵力を発生する電動機（９）と、当該電動機を所定の目標制御量（Ｉｔ）をもって駆動する駆動制御装置（２２）とを備えた電動パワーステアリング装置（１）であって、少なくとも操舵トルクと車速に基づき前記目標制御量の元になる目標制御ベース量（Ｉａ）を車速に応じて可変するように設定する目標制御ベース量設定手段（３１）と、少なくとも前記電動機の回転速度と車速に基づき前記目標制御ベース量を補償するダンパ補償制御量を車速に応じて可変するように設定するダンパ補償制御量設定手段（３３）と、車両が加速または減速状態にある場合、前記目標制御ベース量設定手段が出力した前記目標制御ベース量に対する第１ゲイン（Ｇａ）と、前記ダンパ補償制御量設定手段が出力した前記ダンパ補償制御量に対する第２ゲイン（Ｇｂ）とをそれぞれ設定するゲイン設定手段（３４）とを備え、前記ゲイン設定手段は、前記車速が所定値未満の場合に、前記第１ゲインのみを増大させる一方、前記車速が所定値以上の場合に、前記第２ゲインのみを増大させる構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記ゲイン設定手段は、前記車両の操舵量の増大に応じて前記第１ゲインを増大させる構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記ゲイン設定手段は、前記車速の増大に応じて前記第２ゲインを増大させる構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、車両の走行状態に応じて電動機の目標制御量を適切に設定することにより、簡易な構成により、トルクステア等に起因するハンドル取られを抑制可能となる。また、上記第２の発明によれば、車両の操舵量の増大に応じて、目標制御ベース量に対する第１ゲインを適切に増大させることで、操舵量が大きくなった場合でも運転者の操作負荷を軽減することができる。また、上記第３の発明によれば、車速の増大に応じて、ダンパ補償制御量に対する第２ゲインを適切に増大させることで、車速の増大とともに外乱に対するタフネスを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２にステアリングシャフト３を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン４と、このピニオン４に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸５の両端がタイロッド６を介して操向車輪としての左右の前輪７のナックルアーム８に連結されて、ステアリングホイール２の回転操作に応じて左右の前輪７が転舵されるようになっており、このようなラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するモータ９がラック軸５に同軸的に設けられている。

ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ１１が設けられ、ピニオン４の近傍には、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられている。また、車体の適所には、車速を検出する車速センサ１３と、車両の前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１４とが設けられている。また、モータ９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１５が設けられている。

これらの操舵角センサ１１、操舵トルクセンサ１２、車速センサ１３、前後Ｇセンサ１４、及びレゾルバ１５の各出力信号は、ステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。ステアリング制御装置２１は、電動パワーステアリング装置１の動作を統括的に制御するもので、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、各センサ１１〜１５の出力信号に基づき、モータ９を駆動制御するための目標制御量（目標電流）を決定し、モータ９の駆動回路２２に入力する。駆動回路２２は、ＦＥＴのブリッジ回路等から構成されており、ステアリング制御装置２１が決定した目標制御量に基づきモータ９に電力を供給し、これにより、モータ９の出力トルクが制御され、ステアリング操作における補助操舵力が制御される。

図２は図１に示したステアリング制御装置２１の概略構成を示すブロック図である。

ステアリング制御装置２１は、目標電流Ｉｔの元になるベース電流Ｉａを算出するベース電流算出部３１と、モータ９およびステアリングシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｂを算出するイナーシャ補償電流算出部３２と、モータ９の回転を制限するためのダンパ補償電流Ｉｃを算出するダンパ補償電流算出部３３と、車両の走行状況や運転状況に応じてベース電流Ｉａまたはダンパ補償電流Ｉｃを選択的に増大させるためのゲインを設定するゲイン設定部３４と、乗算器３５，３６と、加算器３７と、減算器３８とを主として有し、各センサ１１〜１５の出力信号に基づいて算出したモータ９の目標電流Ｉｔを駆動回路２２に対して入力する。

ベース電流算出部３１は、操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トルクおよび車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてベース電流Ｉａを算出する。このベース電流Ｉａは、乗算器３５に入力されて増幅された後、更に加算器３７および減算器３８に入力されて補正される。

イナーシャ補償電流算出部３２は、操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トルクの時間微分値を算出し、当該操舵トルクの時間微分値および車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてイナーシャ補償電流Ｉｂを算出する。このイナーシャ補償電流Ｉｂは加算器３７に入力されてベース電流Ｉａの補正に用いられる。

ダンパ補償電流算出部３３は、モータ回転速度算出部４１で算出されたモータ回転速度（即ち、レゾルバ１５で検出されたモータ９の回転角の微分値）および車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてダンパ補償電流Ｉｃを算出する。このダンパ補償電流Ｉｃは、乗算器３６に入力されて増幅された後、減算器３８に入力されてベース電流Ｉａの補正に用いられる。なお、電動パワーステアリング装置１では、ステアリングホイール２の操舵回転速度はモータ９の回転速度に比例するため、モータ回転速度は、操舵角センサ１１で検出された操舵角の時間微分値を用いてもよい。

ゲイン設定部３４は、アシストゲイン算出部４２とダンピングゲイン算出部４３とを有し、車両が加速または減速状態にある場合に、車速に応じてベース電流Ｉａに対するアシストゲイン（第１ゲイン）Ｇａまたはダンパ補償電流Ｉｃに対するダンピングゲイン（第２ゲイン）Ｇｂを選択的に設定する。ここで、車両の加速または減速状態の判定は、前後Ｇセンサ１４で検出された前後加速度が所定値を超えるか否かによって行うことができる。なお、そのような車両の加速または減速状態を検出するための手段としては、前後Ｇセンサに限らず、例えば、アクセル開度を検出するアクセル開度センサや、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキセンサ等を用いてもよい。

アシストゲイン算出部４２は、車速センサ１３で検出された車速が所定値（ここでは、低速域のＶａ）未満の場合に、アシストゲインＧａを算出する。このアシストゲインＧａは乗算器３５に入力され、これにより、ベース電流Ｉａが増幅される。この場合、アシストゲイン算出部４２は、図３（Ａ）に示すように、操舵角センサ１１で検出された操舵角（操舵量）θの増大に応じて、アシストゲインＧａを増大させることができる。このアシストゲインＧａにより、車両が比較的低速で走行している場合に、運転者の操舵性を重視した制御が実現され、その結果、操舵フィーリングを向上させることができる。特に、操舵角θに基づき、アシストゲインＧａを適切に増大させることで、操舵量が大きくなった場合でも運転者の操作負荷を軽減することができる。

ダンピングゲイン算出部４３は、車速センサ１３で検出された車速が所定値（ここでは、中高速域のＶｂ）未満の場合に、所定の演算式やマップに基づき、ダンピングゲインＧｂを算出する。このダンピングゲインＧｂは乗算器３６に入力され、これにより、ダンパ補償電流Ｉｃが増幅される。アシストゲイン算出部４２は、図３（Ｂ）に示すように、車速の増大に応じて、アシストゲインＧａを増大させることができる。このダンピングゲインＧｂにより、車両が中高速で走行している場合に、操舵の安定性を重視した制御が実現され、その結果、ハンドル取られを抑制することができる。特に、車速に基づき、ダンピングゲインＧｂを適切に増大させることで、車速の増大とともに外乱に対するタフネスを向上させることができる。

この場合、ダンピングゲイン算出部４３が、操舵トルクと操舵角の方向が一致しているか否かを判定し、両者一致しない（即ち、ハンドル取られの発生が推定される）場合にのみ、ダンピングゲインＧｂを算出する構成とすることができる。これにより、ハンドル取られが発生する場合にのみダンパ補償電流Ｉｃを適切に増幅させる（即ち、ステアリングホイールを動き難くする）ことができ、運転者の操舵フィーリングが向上する。

なお、上記各電流算出部３１〜３３における電流Ｉａ〜Ｉｃの算出及びゲイン設定部３４におけるゲインＧａ，Ｇｂの算出は、所定の演算式やマップ等を用いて行うことができる。

図４は図２に示したゲイン設定部３４におけるゲインの算出処理手順を示すフロー図である。

ゲイン設定部３４は、まず、前後加速度が判定閾値Ａ以上である場合（ＳＴ１０１：ＹＥＳ）、車速が判定閾値Ｖａ未満であるか否かを判定する（ＳＴ１０２）。このとき、閾値Ｖａは、例えば、比較的低速の３０ｋｍ／ｈｒに設定することができる。車速が閾値Ｖａ未満の場合（Ｙｅｓ）、アシストゲイン算出部４２は、アシストゲインＧａを算出し（ＳＴ１０３）、乗算器３５に入力する（ＳＴ１０４）。

一方、ＳＴ１０２において車速が判定閾値Ｖａ以上である場合（Ｎｏ）、更に、ゲイン設定部３４は、車速が判定閾値Ｖｂ以上であるかか否かを判定する（ＳＴ１０５）。この判定閾値Ｖｂは、少なくともＶａ以上の値をとり、例えば、中高速の８０ｋｍ／ｈｒに設定することができる。車速が閾値Ｖｂ以上である場合（Ｙｅｓ）、ダンピングゲイン算出部４３は、ダンピングゲインＧｂを算出し（ＳＴ１０６）、乗算器３６に入力する（ＳＴ１０７）。なお、上述のようにＶａとＶｂが異なる値の場合、車速がＶａ〜Ｖｂの範囲（低速から中速域）にあるとき（ＳＴ１０５：Ｎｏ）には、ゲインＧａ，Ｇｂは設定されない。

上記構成を有するステアリング制御装置２１においては、図２に示したように、まず、ベース電流算出部３１で算出されたベース電流Ｉａが乗算器３５に入力される。このとき、車両が加速または減速状態にあり、かつ車速が所定値未満である場合には、乗算器３５においてベース電流Ｉａにアシストゲイン算出部４２で算出されたアシストゲインが乗算される。次に、加算器３７において、ベース電流Ｉａにイナーシャ補償電流Ｉｂが加算される。さらに、減算器３８において、ベース電流Ｉａからダンパ補償電流Ｉｃが減算される。このとき、車両が加速または減速状態にあり、かつ車速が所定値以上である場合には、減算されるダンパ補償電流Ｉｃは、乗算器３６においてダンピングゲイン算出部４３が乗算されたものとなる。最終的に減算器３８から出力される補正後のベース電流は、目標電流Ｉｔとして駆動回路２２に入力され、これにより、モータ９が制御される。

本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図図１のステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図アシストゲインと操舵角との関係並びにダンピングゲインと車速との関係を示す図アシストゲイン及びダンピングゲインの算出処理手順を示すフロー図

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
２ステアリングホイール
７前輪
９モータ
１１操舵角センサ
１２操舵トルクセンサ
１３車速センサ
１４前後Ｇセンサ
１５レゾルバ
２１ステアリング制御装置
２２駆動回路
３１ベース電流算出部
３２イナーシャ補償電流算出部
３３ダンパ補償電流算出部
３４ゲイン設定部
４１モータ回転速度算出部
４２アシストゲイン算出部
４３ダンピングゲイン算出部

Claims

補助操舵力を発生する電動機と、当該電動機を所定の目標制御量をもって駆動する駆動制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
少なくとも操舵トルクと車速に基づき前記目標制御量の元になる目標制御ベース量を車速に応じて可変するように設定する目標制御ベース量設定手段と、
少なくとも前記電動機の回転速度と車速に基づき前記目標制御ベース量を補償するダンパ補償制御量を車速に応じて可変するように設定するダンパ補償制御量設定手段と、
車両が加速または減速状態にある場合、前記目標制御ベース量設定手段が出力した前記目標制御ベース量に対する第１ゲインと、前記ダンパ補償制御量設定手段が出力した前記ダンパ補償制御量に対する第２ゲインとをそれぞれ設定するゲイン設定手段と
を備え、
前記ゲイン設定手段は、前記車速が所定値未満の場合に、前記第１ゲインのみを増大させる一方、前記車速が所定値以上の場合に、前記第２ゲインのみを増大させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ゲイン設定手段は、前記車両の操舵量の増大に応じて前記第１ゲインを増大させ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。
前記ゲイン設定手段は、前記車速の増大に応じて前記第２ゲインを増大させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。