JP5181527B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵機構を構成するラックがラックエンドに衝突するときの衝撃を緩和する電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした装置であって、ステアリング装置に発生する操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクの値に応じた電流指令値を演算し、演算された電流指令値に基づいてモータを制御し、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるものである。

図７は、電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を説明する図である。ステアリングホイール１０１のコラム軸１０２は、減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４Ａ、１０４Ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に接続されている。コラム軸１０２にはステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１１０が設けられており、操舵補助力を供給するモータ１２０が減速ギア１０３を介してコラム軸１０２に連結されている。

電動パワーステアリング装置を制御する制御装置１３０には、バッテリ１０４からイグニッションキー１１１を経て電力が供給される。制御装置１３０には、イグニッションキーＯＮ信号と、検出された操舵トルクＴと、車速センサ１１２で検出された車速Ｖとが入力され、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づき、予め設定されたアシストテーブル或いは所定の演算式から電流指令値Ｉを算出し、算出された電流指令値Ｉに基づいてモータ電流を制御してモータを駆動する。

上記した一般的な電動パワーステアリング装置では、操舵装置の構造上の制約から操向車輪の転舵角度（以下、舵角という）には制限があり、操向車輪の転舵を行うピニオン・ラック機構にはラックの移動限界（ラックエンド）を越える移動を阻止するためのラックエンド機構が設けられている。以下の説明では、上記したラックの移動限界、及びラックの移動限界に設けられたラックエンド機構を、単にラックエンドと呼ぶ場合がある。

このため、ステアリングホイールの舵角に対応して移動するラック位置がラックエンド付近にあるときに、ステアリングホイールに更に大きな操舵トルクが加わると、大きな操舵トルクに応答した大きな電流指令値によりモータが駆動され、大きな操舵補助力が操舵装置に加わり、ラックがラックエンドに激しく衝突して大きな衝撃音を発生させたり、ラックエンドの構成部品に破損や変形を生じさせるおそれがある。

この課題への対処として、検出された舵角がラックエンドに相当する角度（ラックがラックエンドにあるときのステアリングホイールの舵角、以下、ラックエンド角という）近傍に到達したときは、電流指令値を舵角の増加に伴って減少するように制限し、舵角がラックエンド角に達したとき電流指令値を零にし、ラックがラックエンドに激しく衝突することを防止する構成が提案されている（特許文献１参照）。

しかし、上記した構成では、ステアリングホイールがラックエンド角近傍において反対方向に切返された場合は、舵角が所定角度以下になるまで、電流指令値Ｉref が制限されているため、操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に供給できず、転舵操作が重くなってしまうという不都合がある。

この課題への対処として、検出された舵角がラックエンド角近傍に到達したとき、電流指令値を舵角の増加に伴って減少するように制限するが、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に向かう所定値以上の操舵トルクが検出された場合は、電流指令値の制限を解除する構成が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、舵角がラックエンド角近傍に到達したときは、その前後で操舵トルクが大きく変化し、適切な電流指令値を設定できない。

この課題への対処として、電流指令値演算部の後段に電流指令値低減部を設け、舵角がラックエンド角近傍に到達したとき、電流指令値の低減値を小さくし、また、モータ回転速度が大きいときは電流指令値の低減値を小さくする構成が提案されている（特許文献３参照）。

図８は、上記特許文献３に開示された制御装置１３０の機能を説明するブロック図である。図示しないトルクセンサからの操舵トルクＴは、ゲイン調整部１４１でゲイン調整されて電流指令値演算部１３１に入力され、また、図示しない車速センサからの車速Ｖも電流指令値演算部１３１に入力される。

ゲイン調整部１４１は、後述するヒッティングノイズ対策部１４０から出力されるゲインＫ１により入力された操舵トルクＴをＫ１倍する増幅部を構成しており、入力された操舵トルクＴのゲインを調整する。

ヒッティングノイズ対策部１４０は、ラックがラックエンドに衝突して発生する衝撃を緩和し、衝撃音を抑制するためにラックが衝突する直前の状態を検出してゲインを調整する信号であるゲインＫ１を出力するもので、操舵トルクＴ、車速Ｖの他、ステアリングホイールの操舵角を検出する舵角センサから出力される舵角θ、操舵角速度を検出する角速度センサから出力される角速度ωが入力される。ヒッティングノイズ対策部１４０については、後で詳細に説明する。

補償部１５０は、ステアリング系の安定性を高める補償情報を演算するもので、ステアリング系のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）に基づく情報、モータの慣性に基づく情報、収斂牲に基づく情報等を加算演算して補償情報とし、加算器１３２に出力する。

電流指令値演算部１３１では、入力された操舵トルクＴと車速Ｖとに基づき電流指令値Ｉref が演算され、加算器１３２に出力される。加算器１３２では、入力された電流指令値Ｉref と補償部１５０から出力された補償情報とを加算される。補償情報が加算された電流指令値Ｉref は電流制限部１３３において最大電流が制限され、最大電流が制限された電流指令値Ｉrefmが減算器１３４に出力される。

減算器１３４では、電流指令値Ｉrefmとフィードバックされたモータ電流ｉｍとの差（Ｉrefm−ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵特性を改善するＰＩ制御部１３５で処理され、電流制御値Ｅref が出力される。ＰＷＭ制御部１３６では電流制御値Ｅref に基づいてモータを駆動するデューテイ比が決定され、インバータ回路１３７を介してモータ１２０が駆動される。

図９は、ヒッティングノイズ対策部１４０の構成を説明するブロック図である。ヒッティングノイズ対策部１４０では、以下説明する舵角感応ゲインｋ1 、角速度感応ゲインｋ2 、車速感応ゲインｋ3 を乗算し、乗算結果に基づいて入力された操舵トルクＴを低減するゲインＫ１を出力するものである。

、ステアリングホイールの舵角θは、絶対値回路４０１に入力されて舵角絶対値｜θ｜に変換され、舵角感応ゲイン演算部４０２に入力され、格納されている舵角感応ゲインテーブルから舵角絶対値｜θ｜に対応するゲインｋ1 が乗算器４０３に出力されると共に、舵角θは後述する判定制御部４１０にも出力される。また、舵角θは切増し／切戻し判定部４２０にも入力される。

ステアリングホイールの角速度ωは、絶対値回路４０４に入力されて角速度絶対値｜ω｜に変換され、角速度感応ゲイン演算部４０５に入力され、格納されている角速度感応ゲインテーブルから角速度絶対値｜ω｜に対応するゲインｋ2 が乗算器４０３に出力されると共に、後述する判定制御部４１０に出力される。車両速度である車速Ｖは、車速感応ゲイン演算部４０６に入力され、格納されている車速感応ゲインテーブルから車速に対応するゲインｋ3 が乗算器４０７に出力されると共に、後述する判定制御部４１０に出力される。

ここで、図１０を参照して、舵角感応ゲイン演算部４０２に格納されている舵角感応ゲインテーブル、角速度感応ゲイン演算部４０５に格納されている角速度感応ゲインテーブル４０５、車速感応ゲイン演算部４０６に格納されている車速感応ゲインテーブルの特性について説明する。

舵角感応ゲインテーブルは、図１０（ａ）に示すような特性を備える。即ち、舵角絶対値｜θ｜が所定値｜θ1 ｜まではゲインｋ1 ＝１を維持し、それ以降は１次関数で減少し、｜θ2 ｜でゲインｋ1 ＝０となる。

角速度感応ゲインテーブルは、図１０（ｂ）に示すような特性を備える。即ち、角速度絶対値｜ω｜が所定値｜ω1 ｜まではゲインｋ2 ＝１を維持し、それ以降は１次関数で減少し、｜ω2 ｜でゲインｋ2 ＝０となる。

車速感応ゲインテーブルは、図１０（ｃ）に示すような特性を備える。即ち、車速０ではゲインｋ3 ＝１であり、車速０からＶ1 までは１次関数で減少、車速Ｖ1 からＶ2 までは１次関数で増加し、それ以降はゲインｋ3 ＝１を維持する。

舵角絶対値｜θ1 ｜はステアリングホイールの舵角がラックエンドに接近して、それ以降はゲインを減少させる限界値である。また、角速度絶対値｜ω｜はステアリングホイールが急速に操作されて、それ以降はゲインを減少させる限界値である。

切増し／切戻し判定部４２０は、操舵トルクＴ、舵角θ、角速度ωを入力として、ステアリングホイールの切増し／切戻し操作を判定するもので、判定結果を示す信号ＤＳは後述する判定制御部４１０に出力される。

即ち、舵角θの符号と角速度ωの符号が同一符号の場合は切増しと判定し、舵角θの符号と角速度ωの符号が異符号の場合は切戻しと判定する。また、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号が同一で且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上の場合は切増しと判定し、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号が異符号で且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上の場合は切戻しと判定してもよい。また、操舵トルクＴの符号と角速度ωの符号が同一符号の場合は切増しと判定し、操舵トルクＴの符号と角速度ωの符号が異符号の場合は切戻しと判定してもよい。

故障検出部４２１は、舵角センサその他のセンサ類の異常や故障を検出し、異常や故障が検出された場合は、故障信号ＡＢを判定制御部４１０に出力する。

乗算器４０３の乗算結果はスイッチ４２２の接点ａ１１に入力され、乗算器４０７の乗算結果はスイッチ４２２の接点ｂ１１に入力される。

スイッチ４２３の接点ａ１２には固定ゲイン“１”が供給され、スイッチ４２３の接点ｂ１２にはスイッチ４２２の出力が供給される。スイッチ４２２及び４２３は、判定制御部４１０から出力される切替信号ＳＷ１及びＳＷ２によりそれぞれ切替られる。スイッチ４２３からはゲインＫ１ａが出力され、変化率制御部４２４に入力される。変化率制御部４２４は、ゲインＫ１ａの変化率が所定の変化率を越えないように制限するもので、制限されたゲインＫ１ａがゲインＫ１として出力される。

図１１は、判定制御部４１０の制御動作を説明するフローチャートである。ゲインテーブル４０２から読出したゲインｋ1 、又はゲインテーブル４０５から読出したゲインｋ2がゲイン“１”か否かを判定（ステップＳ１）し、指定条件が成立するときは切替信号ＳＷ２を出力し、スイッチ４２３の接点ａ１２を出力側に切替える（ステップＳ２）。これによりスイッチ４２３の出力ゲインＫ１ａは“１”となり、変化率制御部４２４を経てゲイン調整部１４１（図８参照）に入力されるゲインＫ１は“１”となるから、操舵トルクＴに対するアシスト制限は行われない。

ステップＳ１の判定結果、指定条件が成立しないときは、切替信号ＳＷ１を出力してスイッチ４２２の接点ａ１１を出力側に切替えると共に、切替信号ＳＷ２を出力してスイッチ４２３の接点ｂ１２を出力側に切替える（ステップＳ３、Ｓ４）。これによりゲインｋ1 とｋ2 の積算値（ｋ1 ×ｋ2 ）がスイッチ４２２及び４２３を経て出力され、変化率制御部４２４を経てゲイン調整部１４１（図８参照）に入力されるゲインＫ１（＝ｋ1 ×ｋ2 ）に基づいて、操舵トルクＴに対するアシスト制限が行なわれる。

その後、判定制御部４１０は、ゲインｋ1 又はｋ2 がゲイン“１”、又は｛（舵角θ×角速度ω）≦０｝が成立するか否かを判定（ステップＳ５）、指定条件が成立するときは切替信号ＳＷ２を出力してスイッチ４２３の接点ａ１２を出力側に切替える（ステップＳ６）。これによりスイッチ４２３の出力ゲインＫ１ａは“１”となり、変化率制御部４２４を経てゲイン調整部１４１（図８参照）に入力されるゲインＫ１は“１”となるから、操舵トルクＴに対するアシスト制限は行われない。

なお、｛（舵角θ×角速度ω）≦０｝の判定は切戻し判定であるから、切増し／切戻し判定部４２０から出力される判定信号ＤＳにより切戻し判定をすることもできる。

ステップＳ５の判定で指定条件が成立しないときは、切替信号ＳＷ１を出力してスイッチ４２２の接点ｂ１１を出力側に切替えると共に、切替信号ＳＷ２を出力してスイッチ４２３の接点ｂ１２を出力側に切替える（ステップＳ７、Ｓ８）。これによりゲインｋ1 とｋ2 とｋ3 の積算値（ｋ1 ×ｋ2 ×ｋ3 ）がスイッチ４２２及び４２３を経て出力され、変化率制御部４２４を経てゲイン調整部１４１（図８参照）に入力されるゲインＫ１（＝ｋ1 ×ｋ2 ×ｋ3 ）に基づいて、操舵トルクＴに対するアシスト制限が行なわれる。

さらに判定制御部４１０は、故障検出部４２１から故障信号ＡＢが入力されたか否かを判定し（ステップＳ９）、故障信号ＡＢが入力されたときは、切替信号ＳＷ２を出力してスイッチ４２３の接点ａ１２を出力側に切替える（ステップＳ１０）。これによりスイッチ４２３の出力ゲインＫ１ａは“１”、変化率制御部４２４を経てゲイン調整部１４１（図８参照）に入力されるゲインＫ１は“１”となるから、操舵トルクＴに対するアシスト制限は行われない。即ち、舵角センサその他のセンサ類の異常や故障が検出されたときは、操舵トルクＴに対するアシスト制限は停止される。

上記した判定制御部４１０の制御動作によれば、ステアリングホイールの舵角θがラックエンド付近にあり、且つ角速度ωが所定の設定値ω１以上の場合、或いは切戻し操舵時には、操舵トルクＴに対するゲインＫ１を低減してアシスト量を減少させ、ステアリングホイールの操舵を重くして角速度ωを遅くさせ、ラックがラックエンドに衝突した場合の衝撃を小さくして衝撃音（ヒッティングノイズ）を抑制することができる。
特公平６−４４１７号公報 特開２００４−１７５１９６号公報 特開２００６−２４８２５２号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、ラックがラックエンドに到達する少し手前からの急激な切り増し操舵が行われた場合には、ラックがラックエンドに衝突する衝撃や、異音の発生を回避する効果が期待できないことが分かった。

即ち、図１２は、時間に対するステアリングホイールの舵角と操舵トルクの変化を説明する図で、図１２（ａ）は、切り増し操舵が行なわれるときのステアリングホイールの舵角を説明する図、図１２（ｂ）は時間に対する舵角の変化を説明する図、図１２（ｃ）は時間に対する操舵トルクの変化を説明する図である。

図１２（ａ）に示すように、ステアリングホイールＳＷがラックエンド手前（舵角θs）からラックエンド（舵角θe ）へ急激な切り増し操舵が行なわれるときは、タイヤが捩じれるだけでタイヤは動かないためタイヤと路面との間の摩擦力が作用しない状態にあり、大きな操舵トルクＴを必要としないで、ラックがラックエンドに衝突してしまう結果となる（図１２（ｂ）（ｃ）参照）。このため、図１２（ｃ）に示すように、電流指令値を低減して操舵トルクＴをＴlim 程度に制限したのでは、ラック軸がラックエンドに衝突する動きを効果的に抑制することができず、更に操舵トルクＴをＴlima程度にまで制限しないと、ラック軸がラックエンドに衝突する動きを効果的に抑制することができないという不都合のあることが分かった。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、操舵トルクと車速に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータへ供給するモータ電流を規定する電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記演算された電流指令値に基づいてモータを制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角加速度を出力する操舵角加速度出力手段と、ステアリングホイールの操舵角を出力する操舵角出力手段と、車両の走行速度を出力する車速出力手段とを備え、前記制御部が、前記操舵角出力手段から出力された操舵角からステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近したと判定し、且つ、前記操舵角加速度出力手段から出力された操舵角加速度からステアリングホイールが切増し方向へ急操舵されたと判定したときは、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制することを特徴とする。

そして、前記操舵角加速度出力手段は、ステアリングホイールの操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段、又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度に基づいて操舵角加速度を推定する操舵角加速度推定手段とする。

そして、前記制御部は、操舵角加速度、操舵角速度、操舵角、車速から選択された情報に基づいて入力された操舵トルク又は電流指令値を予め設定された所定値以下に制限してモータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制するものとする。

そして、前記制御部は、操舵角符号と操舵角速度符号とに基づいてステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないものとする。

また、前記制御部は、操舵トルク符号と操舵トルク変化率符号、及び操舵トルク変化率の絶対値とに基づいてステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないものとする。

また、前記制御部は、操舵トルク符号と操舵角速度符号とに基づいてステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないものとする。

そして、前記制御部は、操舵角加速度と車速とに基て、ステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近したと判定され、且つ、車速が予め設定された限界値以下の場合は、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないよう、入力された操舵トルク又は電流指令値を予め設定された所定の下限値以下に設定しないものとする。

この発明の電動パワーステアリング装置は、操舵角出力手段から出力された操舵角からステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近したと判定され、且つ、前記操舵角加速度出力手段から出力された操舵角加速度からステアリングホイールが切増し方向へ急操舵されたと判定されたときは、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制するように動作することから、ステアリングホイールがラックエンド手前からラックエンドに向けて急激な切り増し操舵が行なわれても、ラック軸がラックエンドに衝突する動きを効果的に抑制することができる。

また、この発明の電動パワーステアリング装置は、操舵角加速度と車速とに基づいて、ステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近したと判定され、且つ、車速が予め設定された限界値以下の場合は、モータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないよう、入力された操舵トルク又は電流指令値を予め設定された所定の下限値以下には設定しないから、ステアリングホイールがゆっくりと操作されてラックがラックエンドに接近した場合、ラックエンド手前での操舵補助力の不足を回避することができる。

以下、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置について説明する。電動パワーステアリング装置の全体構成は、先に図７を参照して説明した構成と変らないのでここでは説明を省略し、制御装置の構成と機能について説明する。

この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置は、前記発明の課題で説明したラックエンド手前からラックエンドへの急激な切増し操舵をした場合に発生するラックの動き、即ちラックがラックエンドに衝突する動きを効果的に抑制する、衝撃・異音低減部とゲイン調整部とを備えている。

制御装置には、操舵トルクを制限する第１実施例と、電流指令値を制限する第２実施例とがあるが、第１実施例と第２実施例とは機能ブロックの配置順序が相違するだけであるから、第１実施例と第２実施例の機能ブロックには同一符号を付して説明する。

［第１実施例］
図１は、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御部の第１実施例である制御部１０Ａの機能を説明するブロック図で、前記した衝撃・異音低減部とゲイン調整部が電流指令値演算部の前段に配置され、入力された操舵トルク値を低減するように構成されている。

図示しないトルクセンサで検出された操舵トルクＴは、ゲイン調整部２０において後述する衝撃・異音低減部３０から出力されたゲインＧ１が乗算されて低減される。低減された操舵トルクＴと図示しない車速センサで検出された車速Ｖは、電流指令値演算部１１に入力され、電流指令値Ｉref が演算される。

加算器１２では、電流指令値Ｉref に、後述する補償部１９から出力された補償情報が加算され、電流制限部１３に出力される。電流制限部１３は、電流指令値Ｉref の最大電流値を予め設定された最大電流値に制限するもので、制限された電流指令値Ｉrefmが減算器１４に出力される。

減算器１４では、電流指令値Ｉrefmとフィードバックされたモータ電流ｉｍとの差（Ｉrefm−ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵特性を改善するＰＩ制御部１５で処理され、電流制御値Ｅref が出力される。ＰＷＭ制御部１６では電流制御値Ｅref に基づいてモータを駆動するデューテイ比が決定され、インバータ回路１７を介してモータ１８が駆動される。モータ１８に流れるモータ電流ｉｍは図示しないモータ電流検出回路により検出され、検出されたモータ電流ｉｍは減算器１４にフィードバックされる。

補償部１９は、ステアリング系の安定性を高める補償情報を演算するもので、ステアリング系のセルフアライニングトルクに関するＳＡＴ情報、モータの慣性に関する慣性情報、ステアリング系の収斂牲に関する収斂牲情報等を加算演算して補償情報とし、加算器１２に出力する。

［第２実施例］
図２は、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御部の第２実施例である制御部１０Ｂの機能を説明するブロック図で、前記した衝撃・異音低減部とゲイン調整部が、電流指令値演算部の後段に配置され、演算された電流指令値を低減するように構成されている。

図示しないトルクセンサで検出された操舵トルクＴと図示しない車速センサで検出された車速Ｖは、電流指令値演算部１１に入力され、電流指令値Ｉref が演算される。演算された電流指令値Ｉref はゲイン調整部２０において後述する衝撃・異音低減部３０から出力されたゲインＧ１が乗算されて低減される。

加算器１２では、低減された電流指令値Ｉref に、後述する補償部１９から出力された補償情報が加算され、電流制限部１３に出力される。電流制限部１３は、電流指令値Ｉref の最大電流値を予め設定された最大電流値に制限するもので、制限された最大電流値Ｉrefmが減算器１４に出力される。

減算器１４では、電流指令値Ｉrefmとフィードバックされたモータ電流ｉｍとの差（Ｉrefm−ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵特性を改善するＰＩ制御部１５で処理され、電流制御値Ｅref が出力される。ＰＷＭ制御部１６では電流制御値Ｅref に基づいてモータを駆動するデューテイ比が決定され、インバータ回路１７を介してモータ１８が駆動される。モータ１８に流れるモータ電流ｉｍは図示しないモータ電流検出回路により検出され、検出されたモータ電流ｉｍは減算器１４にフィードバックされる。

補償部１９は、ステアリング系の安定性を高める補償情報を演算するもので、ステアリング系のセルフアライニングトルクに関するＳＡＴ情報、モータの慣性に関する慣性情報、ステアリング系の収斂牲に関する収斂牲情報等を加算演算して補償情報とし、加算器１２に出力する。

［衝撃・異音低減部の構成］
図３は、衝撃・異音低減部３０の構成を説明するブロック図で、前記した第１実施例の制御部１０Ａ、第２実施例の制御装置１０Ｂに共通した構成を備えている。衝撃・異音低減部３０では、以下説明する舵角加速度ゲインｇ４、舵角ゲインｇ１、角速度ゲインｇ２、車速ゲインｇ３を乗算し、乗算結果に基づいて、入力された操舵トルク値を低減し、或いは演算された電流指令値を低減するゲインＧ１を出力するものである。

衝撃・異音低減部３０には、操舵角加速度出力手段から出力された操舵角加速度（以下、舵角加速度）α、操舵角出力手段から出力された操舵角（以下、舵角）θ、操舵角速度出力手段から出力された操舵角速度（以下、角速度）ω、車速出力手段から出力された車速Ｖ、及び操舵トルク出力手段から出力された操舵トルクＴが入力される。

なお、操舵角加速度出力手段は、操舵角加速度を検出する図示しない操舵角加速度検出手段、又は図示しない操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度に基づいて操舵角加速度を推定演算する操舵角加速度推定手段を含むものとする。

操舵角速度出力手段は、操舵角速度を検出する図示しない操舵角速度検出手段、又は図示しない操舵角検出手段により検出された操舵角に基づいて操舵角速度を推定演算する操舵角速度推定手段を含むものとする。操舵角出力手段は、操舵角を検出する図示しない操舵角検出手段、又は前記操舵角速度出力手段により検出された操舵角速度に基づいて操舵角を推定演算する操舵角推定手段を含むものとする。

この他、車速出力手段は、背景技術で説明した車速を検出する車速センサ、操舵トルク出力手段は、操舵トルクを検出するトルクセンサを使用することができる。

舵角加速度感応ゲイン演算部３２には、絶対値回路３１で処理された舵角加速度αの絶対値｜α｜及び舵角θの絶対値｜θ｜が入力され、格納されている舵角加速度感応ゲインテーブルに基づいて舵角加速度絶対値｜α｜に対応する舵角加速度ゲインｇ４が出力される。

舵角感応ゲイン演算部３４には、絶対値回路３３で処理された舵角θの絶対値｜θ｜が入力され、格納されている舵角感応ゲインテーブルに基づいて舵角絶対値｜θ｜に対応する舵角ゲインｇ１が出力される。

角速度感応ゲイン演算部３６には、絶対値回路３５で処理された角速度ωの絶対値｜ω｜が入力され、格納されている角速度感応ゲインテーブルに基づいて角速度絶対値｜ω｜に対応する角速度ゲインｇ２が出力される。

車速感応ゲイン演算部３７には車速Ｖが入力され、格納されている車速感応ゲインテーブルに基づいて車速Ｖに対応する車速ゲインｇ３が出力される。

操舵トルク下限ゲイン設定部３８には、車速Ｖと舵角ゲインｇ１とが入力され、ラックエンド手前でのアシストトルクの不足を防止するため、操舵トルクが過大に減少しないように操舵トルク下限ゲインｇＬ１が出力される。操舵トルク下限ゲインｇＬ１は車速Ｖに感応する値である。操舵トルク下限ゲイン設定部３８の機能については後で詳細に説明する。

図４を参照して、舵角加速度感応ゲイン演算部３２に格納されている舵角加速度感応ゲインテーブル、舵角感応ゲイン演算部３４に格納されている操舵角感応ゲインテーブル、操舵角速度感応ゲイン演算部３６に格納されている操舵角速度感応ゲインテーブル、車速感応ゲイン演算部３７に格納されている車速感応ゲインテーブル、の特性について説明する。

図４（ａ）は、舵角加速度感応ゲイン演算部３２に格納されている舵角加速度感応ゲインテーブルの特性を示すもので、舵角加速度絶対値｜α｜が｜α1 ｜まではゲインｇ４＝１を維持し、｜α1 ｜から｜α2 ｜まではゲインｇ４を１次関数で徐々に減少させ、｜α2 ｜でゲインｇ４＝０とする。即ち、ラックエンド附近での急操舵など、舵角加速度が速い領域（｜α｜が大）では、ラックがラックエンドに激しく衝突して大きな衝撃と異音を発生するので、これを回避するためゲインｇ４を低く設定し、舵角加速度が低い領域（｜α｜が小）では、ラックがラックエンドに衝突しても衝撃と異音は大きくないので、ゲインｇ４＝１とする。

図４（ｂ）は、舵角感応ゲイン演算部３４に格納されている舵角感応ゲインテーブルの特性を示すもので、舵角絶対値｜θ｜が｜θ1 ｜まではゲインｇ１＝１を維持し、舵角がラックエンドに向かう｜θ1 ｜から｜θ2 ｜まではゲインｇ１を１次関数で減少させ、ラックエンド｜θ2 ｜でゲインｇ１＝０とする。

図４（ｃ）は、操舵角速度感応ゲイン演算部３６に格納されている角速度感応ゲインテーブルの特性を示すもので、角速度絶対値｜ω｜が｜ω1 ｜まではゲインｇ２＝１を維持し、｜ω1 ｜から｜ω2 ｜まではゲインｇ２を１次関数で徐々に減少させ、｜ω2 ｜でゲインｇ２＝０とする。即ち、ラックエンド附近での急操舵など、角速度が速い領域（｜ω｜が大）では、ラックがラックエンドに激しく衝突して大きな衝撃と異音を発生するので、これを回避するためゲインｇ２を低く設定し、角速度が低い領域（｜ω｜が小）では、ラックがラックエンドに衝突しても衝撃と異音は大きくないので、ゲインｇ２＝１とする。

図４（ｄ）は、車速感応ゲイン演算部３７に格納されている車速感応ゲインテーブルの特性を示すもので、車速ＶがＶ1 までは１次関数でゲインｇ３が減少し、車速Ｖ1 からＶ2 までは１次関数で増加してゲインｇ３＝１まで回復し、車速Ｖ2 以降はゲインｇ３＝１を維持する。即ち、車速Ｖが零（停車状態）ではゲインｇ３＝１とし、車速Ｖが零から低車速Ｖ1 まではラック推力が大きいためゲインｇ３を減少させるが、低車速Ｖ1 から車速Ｖ2 まではラック推力が大きくなるためゲインｇ３を徐々に高く設定し、車速Ｖ2 でｇ３＝１とする。車速Ｖ2 以上では、ラックがラックエンドに衝突することは殆ど考えられないので、ゲインｇ３を制限しない。ゲインｇ３を制限しない車速Ｖ2 を車速感応ゲインの閾値（車速閾値）とする。

操舵トルク下限ゲイン設定部３８と、操舵トルク下限ゲイン設定部３８から出力される操舵トルク下限ゲインｇＬについて説明する。操舵トルク下限ゲイン設定部３８はステアリング機構のラックがラックエンド手前に接近したとき、操舵トルクが衝撃・異音低減部３０とゲイン調整部２０（図１、図２参照）の動作により過大に制限され、ラックエンド手前でアシストトルクが不足してしまうことを防止するものである。

操舵トルク下限ゲイン設定部３８には、車速Ｖと舵角ゲインｇ１とが入力され、舵角ゲインｇ１に基づいてラックエンド手前か否かを判断する。そしてラックエンド手前であれば、その時の車速Ｖに応じた操舵トルク下限ゲインｇＬ（図３参照）を出力する。

図５は、操舵トルク（又は電流制御値）を制限する操舵トルク下限ゲイン設定部３８から出力される操舵トルク下限ゲインｇＬを説明する図で、横軸は車速Ｖ、縦軸は操舵トルク下限ゲインｇＬを示し、線（ａ）は参考のために示した通常時（ラックがラックエンド附近にない場合）の操舵トルク下限ゲインｇＬ、線（ｂ）はラックがラックエンド附近にある時の操舵トルク下限ゲインｇＬ１を示し、通常時（ラックがラックエンド附近にない場合）のゲインｇＬよりも小さい値が設定されている。なお、電流制御値を制限する場合は、操舵トルク下限ゲインを、電流制御値下限ゲインと読み替えるものとする。

まず、通常時（ラックがラックエンド附近にない場合）を説明する。車速が停車状態にあるときはラック推力が大きいため、操舵トルク（又は電流制御値）を制限しない。車速Ｖが低速走行状態にあるときはラック推力が小さいため、操舵トルク（又は電流制御値）を下限ゲインｇＬに制限する。車速Ｖが高速走行状態にあるときはラックがラックエンドに衝突することは考えられない（高速走行では急操舵はしない）ので、操舵トルク（又は電流制御値）を制限しない。

次にラックがラックエンド附近にある場合の操舵トルク値（又は電流制御値）の制限について説明する。車速が停車状態を示すときはラック推力が大きいため、操舵トルク（又は電流制御値）を制限しない。

車速Ｖが低速走行状態を示すときはラック推力が小さいため、ラックがラックエンドに激しく衝突するおそれがあるので、激しく衝突しないようにするため、操舵トルク（又は電流制御値）を車速Ｖに応じたゲインに制限する。操舵トルク下限値設定部３８からは操舵トルク下限ゲインｇＬ１が出力される。

車速Ｖが高速走行状態にあるとき（車速Ｖ＝Ｖ2 以上）は、ラックがラックエンドに衝突することは考えられない（高速走行では急操舵はしない）ので、操舵トルク（又は電流制御値）を制限しない。

切増し切戻し判定部３９は、ステアリングホイールの切増し／切戻し操作を判定するもので、舵角θ、角速度ω、及び操舵トルクＴに基づいて切増し／切戻し操作を判定する。判定結果を示す信号ＤＳは、後述する判定制御部４１に出力される。

即ち、舵角θの符号と角速度ωの符号が同一符号の場合は切増しと判定し、舵角θの符号と角速度ωの符号が異符号の場合は切戻しと判定する。また、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号が同一で且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上の場合は切増しと判定し、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号が異符号で且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上の場合は切戻しと判定してもよい。また、操舵トルクＴの符号と角速度ωの符号が同一符号の場合は切増しと判定し、操舵トルクＴの符号と角速度ωの符号が異符号の場合は切戻しと判定してもよい。

乗算器４０は、舵角加速度感応ゲイン演算部３２から出力される舵角加速度ゲインｇ４、舵角感応ゲイン演算部３４から出力される舵角ゲインｇ１、角速度感応ゲイン演算部３６から出力される角速度ゲインｇ２、車速感応ゲイン演算部３７から出力される車速ゲインｇ３が入力され、それそれのゲインｇ１、ゲインｇ２、ゲインｇ３、ゲインｇ４を乗算し、乗算結果であるゲインｇ５（ｇ５＝ｇ１×ｇ２×ｇ３ｇ×４）をスイッチ４３に出力する。

故障検出部４２は、舵角センサその他のセンサ類の異常や故障を検出し、異常や故障が検出された場合は、故障信号ＡＢを後述する判定制御部４１に出力する。

判定制御部４１は、操舵トルクＴに対するアシスト制限を行うか否かを判定するもので、舵角θ、車速Ｖ、操舵トルク下限ゲインｇＬ１、切増し／切戻し操作の判定結果を示す信号ＤＳ、舵角感応ゲイン演算部３４から出力される舵角ゲインｇ１、角速度感応ゲイン演算部３６から出力される舵角速度ゲインｇ２、車速感応ゲイン演算部３７から出力される車速ゲインｇ３、故障検出部４２から出力される故障信号ＡＢ、及び後述するスイッチ４３の出力であるゲインＧ１ａを入力とし、アシスト制限を行うか否かの判定結果に基づいてスイッチ４３及び４４を切替える切替信号ＳＷ１（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）及びＳＷ２（ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ）を出力する。判定制御部４１の制御動作については、後で図６のフローチャートにより詳細に説明する。

スイッチ４３の接点ａ１１には固定ゲイン“１”が入力され、スイッチ４３の接点ｂ１１には乗算器４０の乗算結果であるゲインｇ５が入力される。判定制御部４１から出力される切替信号ＳＷ１ａによりスイッチ４３の接点ａ１１が出力側に切替えられると、固定ゲイン“１”がゲインＧ１ａとして出力され、又切替信号ＳＷ１ｂによりスイッチ４３の接点ｂ１１が出力側に切替えられると、ゲインｇ５がゲインＧ１ａとして出力される。

スイッチ４４の接点ａ１２にはスイッチ４３の出力ゲインＧ１ａ（＝ゲイン“１”又はゲインｇ５）が入力され、スイッチ４４の接点ｂ１２には操舵トルク下限値制限回路３８から出力された操舵トルク下限ゲインｇＬ１が入力される。判定制御部４１から出力される切替信号ＳＷ２ａによりスイッチ４４の接点ａ１２が出力側に切替えられると、ゲインＧ１ａがゲインＧ１ｂとして変化率制御部４５に出力され、判定制御部４１から出力される切替信号ＳＷ２ｂによりスイッチ４４の接点ｂ１２が出力側に切替えられると、操舵トルク下限値下限ゲインｇＬ１がゲインＧ１ｂとして変化率制御部４５に出力される。

変化率制御部４５は、操舵トルク値、或いは電流指令値が急激に変動して、運転者に違和感を与えることがないようにアシストトルクの変化率を調整するもので、具体的にはゲインＧ１ｂの変化率が予め設定された所定の変化率を越えないように調整される。入力されたゲインＧ１ｂは調整され、ゲインＧ１としてゲイン調整部２０（図１、図２参照）に出力される。

図６は、判定制御部４１の制御動作を説明するフローチャートである。舵角θの符号と角速度ωの符号が異符号か否かを判定し（ステップＰ１１）、舵角θの符号と角速度ωの符号が異符号の場合は切戻しと判定してステップＰ１２に移る。ステップＰ１２では、スイッチ切替信号ＳＷ１ａを出力してスイッチ４３の接点ａ１１を出力側に切替え、固定ゲイン“１”をゲインＧ１ａとして出力し、ステップＰ１７に移る。

ステップＰ１１の判定で、舵角θの符号と角速度ωの符号が同一符号の場合は切り増しと判定してゲインｇ１が１か否かを判定し（ステップＰ１３）、ゲインｇ１が１であればステップＰ１２に移る。

ステップＰ１３の判定でゲインｇ１が１でないときは、ゲインｇ２が１か否かを判定し（ステップＰ１４）、ゲインｇ２が１であればステップＰ１２に移る。

ステップＰ１４の判定でゲインｇ２が１でないときは、車速Ｖが予め設定された所定車速Ｖ１よりも大きいか否かを判定し（ステップＰ１５）、車速Ｖが予め設定された所定車速Ｖ１よりも大きい場合はステップＰ１２に移る。

ステップＰ１５の判定で、車速Ｖが予め設定された所定車速Ｖ１よりも大きくない場合はステップＰ１６に移り、切替信号ＳＷ１ｂを出力してスイッチ４３の接点ｂ１１を出力側に切替え、ゲインｇ５をゲインＧ１ａとして出力し、ステップＰ１７に移る。

ゲインＧ１ａが操舵トルク下限ゲインｇＬ１よりも大きいか否かを判定し（ステップＰ１７）、（Ｇ１ａ＞ｇＬ１）の関係が成立するときは、切替信号ＳＷ２ａを出力してスイッチ４４の接点ａ１２を出力側に切替え、ゲインＧ１ａを変化率制御部４５に出力し、ステップＰ２０に移る。

ステップＰ１７の判定で（Ｇ１ａ＞ｇＬ１）の関係が成立しないときは、切替信号ＳＷ２ｂを出力してスイッチ４４の接点ｂ１２を出力側に切替え、操舵トルク下限ゲインｇＬ１を変化率制御部４５に出力し、ステップＰ２０に移る。

故障検出部４２から出力される故障信号ＡＢの有無を判定し（ステップＰ２０）、故障信号ＡＢが出力されたときは、切替信号ＳＷ１ａを出力してスイッチ４３の接点ａ１１を出力側に切替え（ステップＰ２１）、さらに切替信号ＳＷ２ａを出力してスイッチ４４の接点ａ１２を出力側に切替え（ステップＰ２２）、固定ゲイン“１”を変化率制御部４５に出力し、アシスト制限を停止して主ルーチンに戻る。

ステップＰ２０の判定で、故障信号ＡＢが出力されていないときは、直ちに主ルーチンに戻る。変化率制御部４５を経てゲイン部２０（図１、図２参照）に入力されるゲインＧ１に基づいて、操舵トルクＴに対するアシスト制限が行なわれる。

以上、この発明の電動パワーステアリング装置の実施の形態について説明したが、操舵機構を構成するラックがラックエンド附近にあるとき、急激な切増し操舵によってもラックがラックエンドに激しく衝突しないよう、操舵トルク或いは電流指令値を制限してモータからステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制するが、これに加えて操舵トルク或いは電流指令値を制限する下限値を設けることで、ラックエンド手前での操舵補助力の不足を回避することができる。

車両用の操舵機構を構成するラックがラックエンド附近にあるとき、急激な切増し操舵によってもラックがラックエンドに激しく衝突しないよう、操舵トルク或いは電流指令値を制限して、操舵機構を破損したり異音の発生を回避するように構成した電動パワーステアリング装置である。

電動パワーステアリング装置の制御装置の第１実施例の機能を説明するブロック図。 電動パワーステアリング装置の制御装置の第２実施例の機能を説明するブロック図。 衝撃・異音低減部の構成を説明するブロック図。 舵角加速度感応ゲインテーブル、舵角感応ゲインテーブル、角速度感応ゲインテーブル、車速感応ゲインテーブルの特性を説明する図。 操舵トルク下限値設定部における操舵トルク値又は電流制御値を制限するゲインを説明する図。 判定制御部の制御動作を説明するフローチャート。 電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を説明する図。 従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の機能を説明するブロック図。 従来の制御装置のヒッティングノイズ対策部の構成を説明するブロック図。 従来の制御装置の舵角感応ゲインテーブル、角速度感応ゲインテーブル、車速感応ゲインテーブルの特性を説明する図。 従来の制御装置の判定制御部の制御動作を説明するフローチャート。 時間に対するステアリングホイールの舵角と操舵トルクの変化を説明する図。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ 制御部
１１ 電流指令値演算部
１２ 加算器
１３ 電流制限部
１４ 減算器
１５ ＰＩ制御部
１６ ＰＷＭ制御部
１７ インバータ回路
１８ モータ
１９ 補償部
２０ ゲイン調整部
３０ 衝撃・異音低減部
３１、３３、３５ 絶対値回路
３２ 舵角加速度感応ゲイン演算部
３４ 舵角感応ゲイン演算部
３６ 角速度感応ゲイン演算部
３７ 車速感応ゲイン演算部
３８ 操舵トルク下限ゲイン設定部
３９ 切増し／切戻し判定部
４０ 乗算器
４１ 判定制御部
４２ 故障検出部
４３、４４ スイッチ
４５ 変化率制御部

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵トルクと車速に基づいて、ピニオン・ラック機構で構成されるステアリング機構に操舵補助力を付与するモータへ供給するモータ電流を規定するための電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記演算された電流指令値に基づいて前記モータを制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリングホイールの操舵角加速度を出力する操舵角加速度出力手段と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を出力する操舵角出力手段と、
   前記車速を出力する車速出力手段と、
   を備え、
   前記制御部は、前記操舵角出力手段から出力された操舵角と前記操舵角加速度出力手段から出力された操舵角加速度と前記車速とに基づいて、前記ステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近し、且つ、前記ステアリングホイールが切り増し方向へ急操舵されたと判定したときは、前記モータから前記ステアリング機構に付与される操舵補助力を低減して、前記ラックがラックエンドに衝突する動きを抑制すると共に、
   前記制御部は、前記操舵角出力手段から出力された操舵角と前記操舵角加速度出力手段から出力された操舵角加速度と前記車速とに基づいて、前記ステアリング機構を構成するラックがラックエンドに接近し、且つ、前記車速が予め設定された限界値以下の場合は、前記モータから前記ステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制し過ぎないよう、操舵トルク又は前記電流指令値の何れかを予め設定された所定の下限値以下には設定しないでラックエンド手前での操舵補助力の不足を回避することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記操舵角加速度出力手段は、前記ステアリングホイールの操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段、又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度に基づいて操舵角加速度を推定する操舵角加速度推定手段であ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. 前記制御部は、操舵角符号と操舵角速度符号とに基づいて前記ステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、前記モータから前記ステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記制御部は、操舵トルク符号と操舵トルク変化率符号、及び操舵トルク変化率の絶対値とに基づいて前記ステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、前記モータから前記ステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記制御部は、操舵トルク符号と操舵角速度符号とに基づいて前記ステアリングホイールが切戻し方向へ操舵されたと判定されたときは、前記モータから前記ステアリング機構に付与される操舵補助力を抑制しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。

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