JP5045872B2

JP5045872B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5045872B2
Application number: JP2006039328A
Authority: JP
Inventors: 晴天玉泉
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2007216826A

Description

本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置においては、操舵補助力を舵角変化速度に応じて制御することで、ステアリングホイールの収斂性や操舵フィーリングを向上するダンピング制御が行われている。そのようなダンピング制御において、舵角変化速度に応じた基本ダンピング電流に操舵トルクに応じた補正ゲインを乗じた値をダンピング制御電流とし、そのダンピング制御電流を操舵トルクに応じた基本アシスト電流に加算することで、操舵補助力発生用モータの目標電流を求めることが提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−１７５４１６号公報

上記従来技術においては、基本アシスト電流とダンピング制御電流を個々に求めた上で両者を加算することで目標電流を求めている。そのため、操舵トルクや舵角変化速度の変化に対して目標電流を滑らかに変化させることができず、操舵フィーリングを十分に向上できないという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することの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する。

本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用モータと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵角変化速度に対応するダンピング係数を求めるダンピング係数決定部と、操舵トルクとダンピング係数と前記モータの目標出力との間の関係を記憶する記憶部と、検出された操舵トルクと、求められたダンピング係数と、前記関係とから、前記モータの目標出力を演算する演算部と、演算された目標出力に応じて前記モータを駆動する駆動部とを備え、操舵トルクが一定である時、操舵トルクが零でも零でなくてもダンピング係数の変化により目標出力が変化するように前記関係は設定され、且つ、ダンピング係数が一定である時、操舵トルクと目標出力とを座標軸とする平面において前記関係は連続曲線により表されるように設定されている。
これにより、操舵補助力発生用モータの目標出力の変化特性すなわち操舵補助特性を、舵角変化速度に直接的に関連付けて設定することができ、自然な操舵フィーリングを得ることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置において、操舵トルクの大きさが増加すると操舵トルクに対する目標出力の変化割合が増加し、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加するように、前記関係が設定されているのが好ましい。
これにより、切り込み操舵時に舵角変化速度が大きくなると操舵補助力を小さくして過剰操舵を抑制し、戻し操舵時に舵角変化速度が大きくなると切り込み操舵方向への操舵補助力を大きくしてステアリングホイールの収斂性を向上でき、この際、舵角変化速度に対する操舵補助力の変化割合を操舵トルクの大きさに応じて滑らかに変化させ、操舵フィーリングを向上できる。

本発明の電動パワーステアリング装置において、前記関係は以下の式（１）により表され、
Ｉ^*＝β｛（１＋α²）ｘ−α（ｘ²＋１）｝／（１−ｘ²）²…（１）
ここで、Ｉ^*は前記モータの目標出力、βはＩ^*と同一次元を有する予め設定される定数、αはダンピング係数、ｘ＝τ／τ₀、τは操舵トルク、τ₀は０≦ｘ＜１が成立するように予め設定される規格化トルクであるのが好ましい。
これにより本発明を容易に具現化できる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ダンピング制御の際の操舵フィーリングの低下を防止できる。

図１に示す電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を車両の舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態においては、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、このラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。

操舵補助力発生用モータ１０の出力シャフトの回転が減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達され、これにより操舵補助力が付与される。モータ１０は、例えばブラシレスモータが用いられ、制御装置２０により制御される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクτを検出するトルクセンサ２２と、舵角θ_pに対応する値としてステアリングシャフト４の回転角度を検出する舵角センサ２３が接続される。

図２のブロック線図は制御装置２０の構成を表す。制御装置２０は、演算ユニット２０Ａと駆動部２０Ｂを有し、モータ１０の実出力が目標出力に一致するようモータ１０を制御する。演算ユニット２０Ａによりモータ１０の目標出力に対応する目標駆動電流Ｉ^*が求められ、モータ１０の実出力に対応する駆動電流Ｉが電流センサ２４により求められ、目標駆動電流Ｉ^*と駆動電流Ｉの偏差に応じた電力が駆動部２０Ｂによりモータ１０に印加される。すなわち、駆動部２０Ｂは演算された目標駆動電流Ｉ^*に応じてモータ１０を駆動するフィードバック制御を行う。このような駆動部２０Ｂは公知のものを採用できるので詳細な説明は省略する。

演算ユニット２０Ａは、微分器３１、記憶部３２、ダンピング係数決定部３３、演算部３４を有する。微分器３１は、舵角センサ２３から送られる舵角θ_pに対応する値の時間微分により舵角変化速度ωを演算する。

記憶部３２は、舵角変化速度ωとダンピング係数αとの間の関係を記憶する。その関係は、ダンピング係数αが舵角変化速度ωに対応するように設定されていればよく、本実施形態では図３に示すように舵角変化速度ωの大きさが設定値ω_a以下ではダンピング係数αが舵角変化速度ωに比例し、設定値ω_aを超えるとダンピング係数αは一定とされる。ダンピング係数決定部３３は、その演算された舵角変化速度ωと図３に示す関係とからダンピング係数αを求める。

さらに記憶部３２は、操舵トルクτとダンピング係数αとモータ１０の目標駆動電流Ｉ^*との間の関係を記憶する。その関係として上記式（１）により表される関係が記憶される。なお、式（１）における規格化トルクτ₀は、想定される操舵トルクτの最大値を超えるように設定すればよく、これにより０≦ｘ＜１が成立する。例えば、τ₀は７Ｎ・ｍに設定される。図４は、目標駆動電流Ｉ^*と操舵トルクτとダンピング係数αとの関係の一例を示し、α＝０の場合を実線で示し、α＞０の場合を破線で示し、α＜０の場合を一点鎖線で示す。すなわち、ダンピング係数αが一定である時、操舵トルクτと目標駆動電流Ｉ^*とを座標軸とする平面において、式（１）により表される関係は連続曲線により表される。本実施形態においては、操舵トルクτの符号は、右方に操舵されている状態では正、左方に操舵されている状態では負とされ、目標駆動電流Ｉ^*は右方への操舵補助力を付与する場合に正、左方への操舵補助力を付与する場合に負とされる。また、舵角変化速度ωは、ステアリングホイール２の回転方向が右方に向かう時に正、左方に向かう時に負とされる。

演算部３４は、トルクセンサ２２により検出された操舵トルクτと、ダンピング係数決定部３３により求められたダンピング係数αと、図４に示す関係とから、目標駆動電流Ｉ^*を演算する。よって、操舵トルクτの大きさが増加すると操舵トルクτに対する目標駆動電流Ｉ^*の変化割合が増加する。また、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度ωの大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度ωの大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加する。

上記実施形態によれば、目標駆動電流Ｉ^*の変化特性すなわち操舵補助特性を、舵角変化速度ωに直接的に関連付けて設定することができ、自然な操舵フィーリングを得ることができる。また、切り込み操舵時に舵角変化速度ωが大きくなると操舵補助力を小さくして過剰操舵を抑制し、戻し操舵時に舵角変化速度ωが大きくなると切り込み操舵方向への操舵補助力を大きくしてステアリングホイール２の収斂性を向上でき、この際、舵角変化速度ωに対する操舵補助力の変化割合を操舵トルクτの大きさに応じて滑らかに変化させ、操舵フィーリングを向上できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、駆動部２０Ｂとして、目標駆動電流Ｉ^*に応じてモータ１０をオープンループ制御するものを用いてもよい。また、操舵補助力を車速に応じて変化させてもよい。例えば、車速を検出する車速センサを設け、式（１）においてβを車速の関数とし、車速が大きくなれば目標駆動電流Ｉ^*が小さくなるようにβと車速との関係を設定する。

本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図。本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の構成を表すブロック線図。本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における舵角変化速度とダンピング係数との間の関係の一例を示す図。本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における目標駆動電流と操舵トルクとダンピング係数との間の関係の一例を示す図。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、１０…モータ、２０…制御装置、２０Ｂ…駆動部、２２…トルクセンサ、３２…記憶部、３３…ダンピング係数決定部、３４…演算部

Claims

操舵補助力発生用モータと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
舵角変化速度に対応するダンピング係数を求めるダンピング係数決定部と、
操舵トルクとダンピング係数と前記モータの目標出力との間の関係を記憶する記憶部と、検出された操舵トルクと、求められたダンピング係数と、前記関係とから、前記モータの目標出力を演算する演算部と、
演算された目標出力に応じて前記モータを駆動する駆動部とを備え、
操舵トルクが一定である時、操舵トルクが零でも零でなくてもダンピング係数の変化により目標出力が変化するように前記関係は設定され、且つ、ダンピング係数が一定である時、操舵トルクと目標出力とを座標軸とする平面において前記関係は連続曲線により表されるように設定されている電動パワーステアリング装置。
操舵トルクの大きさが増加すると操舵トルクに対する目標出力の変化割合が増加し、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加するように、前記関係が設定されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記関係は以下の式（１）により表され、
Ｉ^*＝β｛（１＋α²）ｘ−α（ｘ²＋１）｝／（１−ｘ²）²…（１）
ここで、Ｉ^*は前記モータの目標出力、βはＩ^*と同一次元を有する予め設定される定数、αはダンピング係数、ｘ＝τ／τ₀、τは操舵トルク、τ₀は０≦ｘ＜１が成立するように予め設定される規格化トルクである請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。