JP5401875B2 - 車両用舵角検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリング機構の絶対舵角を検出する車両用舵角検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。

従来の車両用舵角検出装置としては、例えばスリットディスクのスリット部と２組のフォトインタラプタからなる検出部とにより当角度間隔で１／４周期ずれた２種の信号が出力され、イグニッションスイッチのオン時点からの一方の信号の角度位置が対応する頻度カウンタでカウントされ、この頻度カウンタによる頻度演算によりステアリング中立を特定し、所定のサンプリング数が得られた後では、頻度から平均へとステアリング中立を移行することにより、走行初期ではステアリング中立の確定が早くなり、それ以降ではステアリング中立はより正確なものに近づけるようにしたステアリング中立演算装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ステアリングホイールの操舵角に応じて増減するステアリングカウント値を求め、その増減傾向に基づいて右方向及び左方向の操舵角ピークＭＡＸ、ＭＩＮを検出し、所定期間内に連続してＭＡＸ、ＭＩＮが検出された場合は最後のピークのみを有効値とし、直進状態付近において検出されたＭＡＸ、ＭＩＮでなく、且つＭＡＸ又はＭＩＮの連続検出とならないＭＡＸ又はＭＩＮの連続検出とならないＭＡＸ、ＭＩＮをそれぞれＰＫＨ，ＰＫＬとして採用し、中立位置演算の基礎データとするようにした中立位置検出装置も提案されている（例えば、特許文献２に参照）。
特許第３３４１３４５号公報 特開平８−１２２０５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、舵角が出現する頻度の記録や、舵角の平均などの複雑な演算を必要とすると共に、長時間の旋回などによる誤推定が生じやすいという未解決の課題がある。
また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、左右の操舵角のピーク値を平均して中立点を演算するので、長時間の旋回や片方の修正舵などによる誤推定の可能性があるという未解決の課題があると共に、中立点位置を既知とする必要があるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易な演算処理で、長時間の旋回や片方の修正舵などによる誤推定を抑制することができる車両用舵角検出装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る車両用舵角検出装置は、車両のステアリング機構の相対舵角θｒを検出する相対舵角検出手段と、既知の車両全舵角範囲θｔを記憶する全舵角範囲記憶手段と、該全舵角範囲記憶手段に記憶された前記車両全舵角範囲θｔと、前記相対舵角検出手段で検出した前記相対舵角θｒとに基づいて前記ステアリング機構の絶対舵角推定値θａを演算する絶対舵角推定値演算手段とを備え、前記絶対舵角推定値演算手段は、操舵時における正負の符号付きの前記相対舵角θｒについて、正方向を大、負方向を小としたときに最大となる前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ、及び正方向を大、負方向を小としたときに最小となる前記相対舵角θｒの最小値θｒｍｉｎを検出する操舵範囲検出手段と、該操舵範囲検出手段で検出した最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて、舵角の中立点が存在する中立点存在舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎを推定し、推定した最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて中点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを演算する中点舵角範囲演算部と、該中点舵角範囲演算部で演算した中点舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎに基づいて絶対舵角推定値θａを演算する絶対舵角演算部と、を備えていることを特徴としている。

さらに、請求項２に係る車両用舵角検出装置は、請求項１に係る発明において、前記中点舵角範囲演算部は、前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて、
θｎｍａｘ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２＋｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
θｎｍｉｎ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２−｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
θｎｒａｎｇｅ＝θｎｍａｘ−θｎｍｉｎ
の演算を行なって中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを算出することを特徴としている。

さらにまた、請求項３に係る車両用舵角検出装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記全舵角範囲θｔが中立点に対して左右非対称である場合に、直進判定によりその中立点左右差θｎｃｏｐを推定する中立点左右差推定手段と、該中立点左右差推定手段です推定した中立左右差θｎｃｏｐに基づいて前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎの平均値でなる中立点暫定値θｎｔｅｍｐを補正する中立点暫定値補正手段と、前記中立点左右差θｎｃｏｐを不揮発性メモリに記憶する中立点左右差記憶手段と、車両の始動時に前記不揮発性メモリに記憶されている中立点左右差θｎｃｏｐに基づいて前記中立点暫定値θｎｔｅｍｐを補正する中立点舵角初期補正手段とを備えていることを特徴としている。

なおさらに、請求項４に係る車両用舵角検出装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅに基づいて前記絶対舵角推定値θａに対する絶対舵角不感帯を設定する不感帯設定手段を備え、前記絶対舵角推定手段は、前記相対舵角θｒ、前記中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅ及び前記絶対舵角不感帯に基づいて絶対舵角推定値θａを推定するように構成されていることを特徴としている。
また、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用舵角検出装置を備え、該車両用舵角検出装置で検出したステアリングホイールの絶対舵角に基づいて操舵制御を行なうことを特徴としている。

本発明によれば、相対舵角検出手段で検出した車両のステアリング機構の相対舵角θｒと全舵角範囲記憶手段に記憶されている既知の車両全舵角範囲とに基づいてステアリング機構の絶対舵角推定値θａを演算するので、複雑な演算処理を行なうことなく正確な絶対舵角推定値θａを演算することができる。
また、絶対舵角推定値演算手段で、相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと車両全舵角範囲θｔとに基づいて舵角の中立点が存在する中立点存在舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎを推定し、推定値した最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎと車両全舵角範囲θｔとに基づいて中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを演算し、この中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎに基づいて絶対舵角θａを演算することにより、長時間の旋回や片方の修正舵などによる誤推定を抑制して正確な中立点を演算することができる。
また、上記効果を有する車両用舵角検出装置を電動パワーステアリング装置に適用することにより、ステアリングホイール戻り制御等の操舵制御を正確に行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を操舵装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、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が回転体としての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、一端がステアリングホイール１に連結された入力軸２ａと、この入力軸２ａの他端に図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとで構成されている。そして、ステアリングシャフト２に伝達される操舵トルクが操舵トルクセンサ４によって検出される。

一方、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５を介してロアシャフト６に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント７を介してピニオンシャフト８に伝達される。このピニオンシャフト８に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構９を介してタイロッド１０に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構９は、ピニオンシャフト８に連結されたピニオン９ａとこのピニオン９ａに噛合するラック９ｂ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９ａに伝達された回転運動をラック９ｂ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１１が連結されている。この操舵補助機構１１は、出力軸２ｂに連結した減速機構１２と、この減速機構１２に連結された操舵補助力を発生する例えば直流モータで構成される電動モータ１３とを備えている。この電動モータ１３には、その回転角θｍを検出するエンコーダ、レゾルバ等で構成されるモータ角度センサ１４が設けられている。

そして、操舵トルクセンサ４、モータ角度センサ１４及び車速センサ１５で検出した操舵トルクＴ、モータ角度θｍ及び車速検出値Ｖｓが制御装置１６に入力され、この制御装置１６で絶対舵角推定値θａを演算するとともに、電動モータ１３を駆動制御する。また、制御装置１６にはバッテリ１７からの直流電力が直接及びイグニッションスイッチ１８を介して供給されている。

制御装置１６は、例えばマイクロコンピュータで構成され、その構成は機能ブロック図で表すと図２に示すようになる。すなわち、制御装置１６は、操舵トルクセンサ４で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖｓが入力されこれらに基づいて電動モータ１３に対する電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部２１と、この電流指令値演算部２１で算出された電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流検出部１９で検出されたモータ電流Ｉｍとに基づいて電流フィードバック処理を行って電圧指令値を算出する電流フィードバック制御部２２と、この電流フィードバック制御部２２で算出された電圧指令値Ｖｒｅｆが入力されて電動モータ１３を駆動制御するモータ駆動回路２３と備えている。

また、制御装置１６は、前記ステアリングギヤ機構９のラック９ｂのストロークとステアリングホイール１を１回転即ちピニオンシャフト８が一回転したときにラック９ｂが移動する距離（例えば５０ｍｍ／回転）とから求められる既知の全舵角範囲θｔを記憶する例えばＥＥＰＲＯＭで構成される不揮発性メモリ２４と、この不揮発性メモリ２４に記憶された全舵角範囲θｔと、モータ角度センサ１４で検出したモータ角度情報基づいて演算した相対舵角θｒとに基づいて絶対舵角推定値θａを演算する絶対舵角演算部２６と、この絶対舵角演算部２６で演算した絶対舵角推定値θａを微分して絶対舵角速度ωを算出する微分回路２７と、絶対舵角演算部２６で演算した絶対舵角推定値θａ、微分回路２７で演算した絶対舵角速度ω及び車速検出値Ｖｓに基づいて転舵状態でステアリングホイール１への操舵力を緩めたときにステアリングホイール２を中立点位置に戻す所謂ハンドル戻し制御を行うハンドル戻し制御部２８と、このハンドル戻し制御部２８で算出したハンドル戻し制御信号ＨＲと電流指令値演算部２１から出力される電流指令値Ｉｒｅｆとを加算して電流フィードバック制御部２２に供給する加算器２９とを備えている。

ここで、不揮発性メモリ２４には、前述したようにステアリングギヤ機構９の仕様によって決定されるラックストロークとステアリングホイール１を１回転させたときにラック９ｂが移動する距離とから求めた全舵角範囲θｔを記憶するか、又は工場出荷時における操舵装置１の最終調整終了時にステアリングホイール２を一方のラックエンドに当接した状態から他方のラックエンドに当接するまでの舵角を検出することにより求めた全舵角範囲θｔを記憶する。

また、絶対舵角演算部２６は、図２に示すように、モータ角度センサとこの絶対舵角演算部２６で実行する絶対舵角演算処理等の各種プログラムを格納するＲＯＭ２６ａと、絶対舵角演算部２６で実行する各処理の処理過程で必要とする値等を記憶するＲＡＭ２６ｂとが接続されている。
そして、図３に示すように、絶対舵角演算部２６は、モータ角度センサ１４から出力されるモータ角度θｍに基づいて相対舵角θｒを演算する相対舵角演算部３１を有し、この相対舵角演算部３１から出力される相対舵角θｒが最大値検出部３２及び最小値検出部３３に入力される。

最大値検出部３２は、入力側に相対舵角演算部３１から相対舵角θｒが入力されるとともに、出力側に前回の最大値θｒｍａｘ(n-1)を遅延保持する遅延器３４が接続され、この遅延器３４に保持された前回の最大値θｒｍａｘ(n-1)が入力側に供給されている。そして、最大値検出部３２では、入力された相対舵角θｒと前回の最大値θｒｍａｘ(n-1)とを比較して、θｒ＞θｒｍａｘ(n-1)であるときには、入力された相対舵角θｒを最大値θｒｍａｘ(n)として出力し、θｒ≦θｒｍａｘ(n-1)であるときには前回の最大値θｒｍａｘ(n-1)を最大値θｒｍａｘ(n)として出力する。

最小値検出部３３は、入力側に相対舵角演算部３１から相対舵角θｒが入力されるとともに、出力側に前回の最小値θｒｍｉｎ(n-1)を遅延保持する遅延器３５が接続され、この遅延器３５に保持された前回の最小値θｒｍｉｎ(n-1)が入力側に供給されている。そして、最小値検出部３３では、入力された相対舵角θｒと前回の最小値θｒｍｉｎ(n-1)とを比較して、θｒ＜θｒｍｉｎ(n-1)であるときには、入力された相対舵角θｒを最小値θｒｍｉｎ(n)として出力し、θｒ≦θｒｍｉｎ(n-1)であるときには前回の最小値θｒｍｉｎ(n-1)を最小値θｒｍｉｎ(n)として出力する。

そして、最大値検出部３２から出力される最大値θｒｍａｘ(n)と最小値検出部３３から出力される最小値θｒｍｉｎとが加算器３６で加算され、この加算器３６の加算出力が１／２を乗算する乗算器３７に供給されて中立点暫定値θｎｔｅｍｐを算出する。そして、算出された中立点暫定値θｎｔｅｍｐを減算器３８に供給して相対舵角θｒから中立点暫定値θｍｔｅｍｐを減算することにより、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐを算出し、算出した絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐを不感帯設定部３９に出力する。

一方、最大値検出部３２から出力される最大値θｒｍａｘ(n)及び最小値検出部３３から出力される最小値θｒｍｉｎ(n)が減算器４０に供給されて、最大値θｒｍａｘ(n)から最小値θｒｍｉｎ(n)が減算され、この減算値と不揮発性メモリ２４から読出された全舵角範囲値θｔとが減算器４１に供給されて、全舵角範囲値θｔから減算値（θｒｍａｘ(n)−θｒｍｉｎ(n)）が減算されて中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが算出される。そして、算出された中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが直接不感帯幅設定部３９に供給されるとともに、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅに１／２を乗算する乗算器４２に供給されて不感帯幅θｄｂが算出され、この不感帯幅θｄｂが不感帯設定部３９に供給される。

不感帯設定部３９では、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅに基づいて絶対舵角θａを出力するか否かを判定し、その判定結果が絶対舵角θａを出力しないものであるときには、絶対舵角θａの出力を禁止し、絶対舵角を出力するものであるときには、入力される絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐと不感帯幅θｄｂとを比較して、両者の関係が−θｄｂ≦θａｔｅｍｐ≦θｄｂであるときには、絶対舵角θａを“０”に設定し、θａｔｅｍｐ＞θｄｂであるときにはθａ＝θａｔｅｍｐ−θｄｂの演算を行なって絶対舵角θａを算出し、θａｔｅｍｐ＜−θｄｂであるときにはθａ＝θａｔｅｍｐ＋θｄｂの演算を行なって絶対舵角θａを算出し、算出した絶対舵角θａを微分回路２７及びハンドル戻し制御部２８に出力する。

この不感帯幅設定器３９では、図４に示す不感帯設定処理を実行する。
この不感帯設定処理は、先ず、ステップＳ１で、入力される絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐ、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅ及び不感帯幅θｄｂを読込み、次いでステップＳ２に移行して、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが予め設定した所定値θｎｓ以下であるか否かを判定する。この判定は、絶対舵角推定値θａを出力するか否かを判定するものであり、θｎｒａｎｇｅ＞θｎｓであるときには、始動後のステアリングホイール１の操舵範囲が小さくて中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎの偏差が小さく安定した中立点を求めることができないものと判断してステップＳ３に移行して、絶対舵角推定値θａの出力を禁止してから前記ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２の判定結果がθｎｒａｎｇｅ≦θｎｓであるときには、ステアリングホイール１の操舵範囲が大きくなり、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが拡がり、安定した中立点を求めることができ、絶対舵角推定値θａの出力が可能であるものと判断してステップＳ４に移行する。
このステップＳ４では、前記ステップＳ１で読込んだ絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅−θｄｂ及びθｄｂの範囲内であるか否かを判定し、−θｄｂ≦θａｔｅｍｐ≦θｄｂであるときには不感帯幅内であるものと判断して、ステップＳ５に移行して絶対舵角推定値θａを“０”に設定してからステップＳ９に移行する。

ステップＳ４の判定結果が、不感帯幅内ではないときにはステップＳ６に移行して、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅θｄｂより大きいか否かを判定し、θａｔｅｍｐ＞θｄｂであるときにはステップＳ７に移行して、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐから不感帯幅θｄｂを減算した値（θａｔｅｍｐ−θｄｂ）を絶対舵角推定値θａとして設定してからステップＳ９に移行する。

さらに、ステップＳ４の判定結果がθａｔｅｍｐ＜−θｄｂであるときには、ステップＳ８に移行して、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐに不感帯幅θｄｂを加算した値（θａｔｅｍｐ＋θｄｂ）を絶対舵角推定値θａとして設定してからステップＳ９に移行する。
ステップＳ９では、ステップＳ５、ステップＳ７及びステップＳ８の何れかで設定された絶対舵角推定値θａを微分回路２７及びハンドル戻し制御部２８に出力してから前記ステップＳ１に戻る。

このため、不感帯設定器３９から出力される絶対舵角推定値θａは、図５に示す絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅−θｄｂからθｄｂの範囲であるときには絶対舵角推定値θａが“０”に維持され、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅−θｄｂより小さいときには絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐに不感帯幅θｄｂを加算した値が絶対舵角推定値θａとなり、逆に絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅θｄｂより大きいときには、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐから不感帯幅θｄｂを減算した値が絶対舵角推定値θａとなる。

ここで、絶対舵角演算部２６での絶対舵角θａの演算は、基本的には、下記（１）〜（３）式の演算を行なって中立点が存在する中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを算出し、算出した中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎの平均値を算出して絶対舵角推定値θａを算出することになる。
θｎｍａｘ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２＋｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
…………（１）
θｎｍｉｎ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２−｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
…………（２）
θｎｒａｎｇｅ＝θｎｍａｘ−θｎｍｉｎ …………（３）
すなわち、前記（１）式を整理すると、
θｎｍａｘ＝θｒｍｉｎ＋θｔ／２ …………（４）
となり、
前記（２）式を整理すると、
θｎｍｉｎ＝θｒｍａｘ−θｔ／２ …………（５）
となる。

そして、中立点暫定値θｎｔｅｍｐは、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎの平均値となり、これに前記（４）式及び（５）式を代入することにより下記（６）式で表すことができ、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅは前記（３）式に前記（４）式及び（５）式を代入することにより下記（７）式で表すことができる。
θｎｔｅｍｐ＝（θｎｍａｘ＋θｎｍｉｎ）／２
＝（θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ）／２ …………（６）
θｎｒａｎｇｅ＝θｎｍａｘ−θｎｍｉｎ
＝θｔ−（θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ） …………（７）

したがって、図３に示すように、乗算器３７の出力が中立点暫定値θｎｔｅｍｐとなり、この中立点暫定値θｎｔｅｍｐを相対舵角θｒから減算することにより、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐを算出することができる。また、減算器４１の出力が中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅとなり、この中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの１／２の値を不感帯幅θｄｂとして設定する。

さらに、ハンドル戻し制御部２８では、図６に示すように、絶対舵角推定値θａに基づいて所定関数でハンドル戻し基本電流値Ｉｒを出力するハンドル戻し基本電流回路５０と、車速検出値Ｖｓを入力して所定関数により車速検出値Ｖｓに応じたゲインＧｖを出力するゲイン回路５１と、ハンドル戻し基本電流回路５０からのハンドル戻し基本電流値Ｉｒとゲイン回路５１からのゲインＧｖとを乗算する乗算器５２と、乗算器５２からの出力Ｉｒ・Ｇｖを接点ａ又はｂに切換えて出力するスイッチ５３と、スイッチ５３が接点ｂ側に切換えられたときの出力を０とする零出力回路５４と、絶対舵角推定θａ及び絶対舵角速度ωを入力し、両者の符号の一致又は不一致を判定する符号判定回路５５とで構成されている。
符号判定回路５５は、判定信号としてスイッチ信号ＳＷを出力してスイッチ５３の接点を切換えるが、絶対舵角推定値θａ及び舵角速度ωの符号が一致のときにスイッチ信号ＳＷで接点ｂに切換える。また、スイッチ５３の接点ａ，ｂは、舵角速度ωが零となったことを検出する回路（図示せず）からも切換えられるように構成されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が停止していて、イグニッションスイッチ１８がオフ状態であるものとすると、この状態では、制御装置１６にイグニッションスイッチ１８を介するバッテリ１７からのバッテリ電圧Ｖｂが供給されないので、制御装置１６は停止状態にあり、図３に示す操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて実行する操舵補助制御処理は実行停止状態にあり、電動モータ１３が停止してステアリングシャフト３への操舵補助力の伝達は行われない。

この車両停止状態から、イグニッションスイッチ１８をオン状態とすると、制御装置１６にバッテリ電圧Ｖｂが供給されることにより、制御装置１６が作動状態となって、図２のモータ電流検出部１９、電流指令値演算部２１、電流フィードバック制御部２２、モータ駆動回路２３、ハンドル戻し制御部２８及び加算器２９による操舵補助制御及び絶対舵角演算負２６の絶対舵角演算が開始される。

この状態で、ステアリングホイール１を操舵していないときには、操舵トルクセンサ４で検出される操舵トルクＴが“０”であるので、電流指令値演算部２１で演算される電流指令値Ｉｒｅｆが“０”となり、電流フィードバック制御部２２から出力される電圧指令値Ｖｒｅｆも“０”となって、モータ駆動回路２３からモータ電流Ｉｍが出力されず、電動モータ１３が停止状態を維持する。

このとき、ステアリングホイール１が操舵されておらず、電動モータ１３が停止状態にあるので、モータ角度センサ１４から現在のモータ角度θｍが出力され、相対舵角演算部３１で、モータ角度θｍに応じた相対舵角θｒが出力されるが、相対舵角θｒが変化しないので、最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎも相対舵角θｒと同じ値となる。このため、減算器４０の出力は略“０”となり、減算器４１で算出される中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが略全舵角範囲値θｔと等しくなる。したがって、不感帯設定器３９での図４の不感帯設定処理において、ステップＳ２でθｎｒａｎｇｅ＞θｎｓと判定されるので、ステップＳ３に移行して、絶対舵角推定値θａの出力が禁止される。

このため、ハンドル戻し制御部２８では、絶対舵角演算部２６から絶対舵角推定値θａが入力されないことにより、ハンドル戻し制御信号ＨＲは“０”に設定され、これが加算器２９に供給されるので、この加算器２９では電流指令値演算部２１で算出された操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づく電流指令値Ｉｒｅｆがそのまま電流フィードバック制御部２２に出力される。

このとき、運転者がステアリングホイール１を操舵していない状態であるので、前述したように、モータ駆動回路２３から出力されるモータ電流Ｉｍも“０”となって電動モータ１３は停止状態を継続する。
この状態から、運転者がステアリングホイール１を操舵して所謂据え切り状態とすると、これに応じて操舵トルクセンサ４から比較的大きな操舵トルクＴが出力されることにより、電流指令値演算部２１から操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに応じた比較的大きな電流指令値Ｉｒｅｆが出力される。

このとき、電動モータ１３は停止状態であり、モータ電流検出部１９で検出されるモータ電流Ｉｍは“０”を維持しているので、電流フィードバック制御部２２から比較的大きな値の電圧指令値Ｖｒｅｆがモータ駆動回路２３に出力され、このモータ駆動回路２３から比較的大きな値のモータ駆動電流Ｉｍが電動モータ１３に出力される。
このため、電動モータ１３が回転駆動されて、比較的大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速機構１２を介してステアリングシャフト３に伝達されるので、ステアリングホイール１を軽く操舵することができる。

この状態で、車両を発進させると、車速検出値Ｖｓが増加するとともに、ステアリングホイール１の左右の操舵によって、相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎが両者の偏差が大きくなる方向に変化する。そして、この最大値θｒｍａｘ及び最小値θｍｉｎの偏差が大きくなって、減算器４１で算出される中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが予め設定した所定値θｎｓ以下となると、図４の不感帯設定処理で、ステップＳ２からステップＳ４に移行して、絶対舵角推定値θａの演算処理を開始する。

このため、ステアリングホイール１を中立位置として車両が直進走行している状態では、減算器３８から出力される相対舵角θｒから中立点暫定値θｎｔｅｍｐを減算した絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが減算器４１で算出される中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの１／２の値である不感帯幅±θｄｂの幅内に収まることになり、ステップＳ４からステップＳ５に移行して、絶対舵角推定値θａが“０”に設定され、この設定された絶対舵角推定値θａが微分回路２７及びハンドル戻し制御部２８に出力される。この状態ではハンドル戻し制御部２８では絶対舵角推定値θａが“０”であるので、ハンドル戻し基本電流値Ｉｒが“０”となり、不感帯幅内でステアリングホイール１が操舵されてもハンドル戻し制御信号ＨＲは“０”を継続する。

その後、ステアリングホイール１を不感帯幅を超えて左切り（又は右切り）して左操舵状態（又は右操舵状態）とし、これによってモータ角度センサ１４で検出されるモータ角度θｍが増加（又は減少）して相対舵角演算部３１で演算される相対舵角θｒが増加して、減算器３８で算出される絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐが不感帯幅θｄｂを超える状態となると、図４の不感帯設定処理において、ステップＳ４からステップＳ６を経てステップＳ７に移行して、絶対舵角暫定値θａｔｅｍｐから不感帯幅θｄｂを減算した値（θａｔｅｍｐ−θｄｂ）を絶対舵角推定値θａとして設定し、この絶対舵角推定値θａを微分回路２７及びハンドル戻し制御部２８に出力する。
このため、ハンドル戻し制御部２８では、切り増し方向と判断されて符号判定回路５５からスイッチ信号ＳＷが出力されることにより、スイッチ５３がｂ接点側に切換えられた状態を維持する。

その後、ステアリングホイール２を右切り（又は左切り）して中立位置に戻すと、絶対舵角推定値θａは正（又は負）であり、絶対舵角速度ωが負（又は正）となるので、両者の符号が異なることにより、ハンドル戻し状態であると判断されて、ハンドル戻し制御部２８のスイッチ３３がａ接点側に切換えられ、これにより、絶対舵角推定値θａに基づいてハンドル戻し基本電流回路５０で算出されるハンドル戻し基本電流値Ｉｒにゲイン回路５１から出力される車速感応ゲインＧｖとを乗算器５２で乗算した値Ｉｒ・Ｇｖがハンドル戻し制御信号ＨＲとして加算器２９に出力される。このため、ハンドル戻し時にのみ良好なハンドル戻し制御を行うことができる。

このように、上記第１の実施形態においては、絶対舵角演算部２６で、車両全舵角範囲θｔと相対舵角θｒとに基づいて絶対舵角推定値θａを算出するので、ステアリングホイール１の中立点を予め設定することなく、絶対舵角推定値θａを正確に算出することができる。
しかも、相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと車両全舵角範囲θｔとに基づいて中立点が存在する中立点存在舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎを推定し、推定した最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎと車両全舵角範囲θｔとに基づいて中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを算出し、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎに基づいて絶対舵角推定値θａを演算するので、長時間の旋回や片方の修正舵などによる誤推定を抑制して正確な絶対舵角推定値θａを算出することができる。

この場合、前述した（１）式〜（３）式を適用することにより、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅとその最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎを正確に算出することができ、正確な絶対舵角推定値θａを算出することができる。
実質的には、前述した（１）式〜（３）式を整理した図３に示す回路構成とすることにより、簡易な構成で演算処理時間を短縮することができる。

さらに、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅの１／２の値を不感帯幅θｄｂとして設定し、この不感帯幅θｄｂに基づいて不感帯設定部３９で図４の不感帯設定処理を行なうことにより、図５に示すように絶対舵角推定値θａの中立点近傍で変化しても絶対舵角推定値θａを“０”に設定する不感帯を設けるので、舵角推定誤差により電動パワーステアリング装置の操舵制御の誤動作を回避することができる。たとえば、推定誤差によりハンドル戻し制御部２８によるハンドル戻し制御の逆アシスト状態の発生を確実に抑制することができる。

さらに、中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅが大きすぎる場合即ちステアリングホイール１の操舵した際の舵角範囲が小さく、中立点が存在する可能性がある舵角範囲が大きすぎる場合に、絶対舵角推定値θａの出力を禁止することにより、中立点暫定値θｎｔｅｍｐが安定せず信頼性の低い絶対舵角推定値θａを出力することがないので、信頼性の低い絶対舵角推定値θａによる操舵制御の誤動作を確実に防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７について説明する。
この第２の実施形態では、中立点暫定値θｎｔｅｍｐの実際の中立点からのずれ量を表す中立点左右差θｎｃｏｐを補正するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図７に示すように、中立点左右差θｎｃｏｐを不揮発性メモリ２４に記憶しておき、この不揮発性メモリに記憶された中立点左右差θｎｃｏｐを図３の絶対舵角演算部２６における乗算器３７から出力される中立点暫定値θｎｔｅｍｐに、乗算器３７の出力側に設けた加算器４３で加算するようにしたことを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図３との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第２の実施形態では、不揮発性メモリ２４に記憶させる中立点左右差θｎｃｏｐとしては、生産ラインの最終組み立て工程で中立点のずれ量を実測した値を記憶させるか、あるいは直進走行状態を検出する毎に、そのときの相対舵角θｒを直進時相対舵角θｒｎとして設定し、この直進時相対舵角θｒｎと中立点暫定値θｎｔｅｍｐとの偏差を中立点左右差θｎｃｏｐとして不揮発性メモリ２４に更新記憶し、車両の始動時には、不揮発性メモリ２４に記憶されている前回走行終了時の中立点左右差θｎｃｏｐを読出して使用するようにしてもよい。

ここで、直進走行状態を検出して中立点左右差θｎｃｏｐを算出する中立点左右差算出部としては、図８に示すように、車両のセルフアライニングトルクＳＡＴを推定するセルフアライニングトルク推定部６０と、車両の直進走行状態を判定する直進状態判定部６１と、この直進状態判定部６１で直進走行状態と判定されたときに、中立点暫定値θｎｔｅｍｐと比較する直進時相対舵角θｒｎを算出し、算出した直進時相対舵角θｒｎと中立点暫定値θｎｔｅｍｐとの偏差を中立点左右差θｎｃｏｐとし、中立点左右差θｎｃｏｐを不揮発性メモリ２４に記憶する中立点左右差推定部６２とが設けられている。

ここで、セルフアライニングトルク推定部６０では、操舵トルクセンサ４から入力される操舵トルクＴ、モータ角度センサ１４で検出されたモータ回転角θｍを微分してモータ回転角速度ωｍを算出するモータ角速度演算部１４ａから入力されるモータ角速度ωｍと、このモータ角速度ωｍを微分してモータ角加速度αｍを算出するモータ角加速度演算部１４ｂから入力されるモータ角加速度αｍと、電流指令値演算部２１から出力される電流指令値Ｉｒｅｆとが入力され、これらに基づいて下記（８）式の演算を行うことにより、路面側から転舵輪６を介してステアリング機構に入力されるセルフアライニングトルクＳＡＴを演算する。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・αｍ(s) − Fr・sign(ωｍ(s)) …………(８）
ここで、Ｔｍ(s)は電動モータ１３で発生するアシストトルク、Ｔ(s)は操舵トルク、Ｊは電動モータ１３の慣性、Ｆｒは電動モータ１３の静摩擦、ｓはラプラス演算子である。なお、アシストトルクＴｍ(s)は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに比例するので、アシストトルクＴｍに代えて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを適用する。

また、直進状態判定部６１では、セルフアライニングトルク推定部６０で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴ、モータ角速度演算部１４ａで演算したモータ角速度ωｍ、及び車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖｓが入力され、セルフアライニングトルクＳＡＴがセルフアライニングトルク閾値ＳＡＴｔｈ以下、モータ角速度ωｍがモータ角速度閾値ωｍｔｈ以下、及び車速検出値Ｖｓが車速閾値Ｖｓｔｈ以上である状態が所定時間以上継続している直進走行条件を満足するか否かを判定し、直進走行条件を満足するときに論理値“１”、直進走行条件を満足しないときに論理値“０”の直進判定信号Ｓｄを中立点左右差推定部６２に出力する。

中立点左右差推定部６２では、直進状態判定部６１から出力される直進判定信号Ｓｄが論理値“１”であるときにオン状態となる２つの開閉スイッチ６３ａ及び６３ｂを有し、一方の開閉スイッチ６３ａに相対舵角演算部３１で演算された相対舵角θｒが入力され、他方の開閉スイッチ６３ｂに車速検出値Ｖｓが入力される。開閉スイッチ６３ａの出力側には後述する遅延器７３で保持された前回の中立点推定値θｃ(n-1)が入力される減算器６４が接続され、この減算器６４の減算出力が乗算器６５に供給される。

一方、開閉スイッチ６３ｂの出力側には車速検出値Ｖｓに応じた信頼係数Ｄｖを出力するＤｖテーブル６６が接続され、このＤｖテーブル６６から出力される信頼係数Ｄｖが信頼度係数Ｄを演算する信頼度係数演算部６７に供給され、この信頼度係数演算部６７で演算された信頼度係数Ｄが前述した乗算器６５に供給される。
ここで、Ｄｖテーブル６６は、車速検出値Ｖｓを横軸に、信頼係数Ｄｖを縦軸にとったテーブルで構成され、車速検出値Ｖｓが増加するに応じて信頼係数Ｄｖがステップ状に増加する特性線が設定されている。

また、信頼度係数演算部６７は、信頼係数Ｄｂが入力される加算器６８と、この加算器６８の加算出力の最大値及び最小値を制限して信頼度係数Ｄを出力するリミッタ６９と、このリミッタ６９の出力を前回信頼度係数Ｄ(n-1)として遅延保持する遅延器７０と、この遅延器７０から出力される前回信頼度係数Ｄ(n-1)に所定のゲインを乗算するゲイン設定器７１とを備えている。そして、ゲイン設定器７１の出力が加算器６８に出力され、リミッタ６９から出力される信頼度係数Ｄが乗算器６５に出力される。

さらに、乗算器６５の乗算出力が加算器７２に供給され、この加算器７２にその加算出力である中立点推定値θｃの前回値θｃ(n-1)を遅延保持する遅延器７３から出力される前回中立点推定値θｃ(n-1)が入力されている。
そして、加算器７２から出力される中立点推定値θｃが直進時相対舵角θｒｎとして減算器７４に供給される。この減算器７４には、前記乗算器３７で演算された中立点暫定値θｎｔｅｍｐが供給され、直進時相対舵角θｒｎから中立点暫定知θｎｔｅｍｐを減算して中立点左右差θｎｃｏｍを算出し、この中立点左右差θｎｃｏｍが不揮発性メモリ２４の所定記憶領域に更新記憶される。

この第２の実施形態によると、中立点左右差推定部６２では、下記（９）式の演算を実行して中立点推定値θｃを算出することになる。
θｃ＝（θａ−θｃ(n-1)）・Ｄ＋θｃ(n-1)…………（９）
そして、車速検出値Ｖｓが大きくなる程、Ｄｖテーブル６６で算出される信頼係数Ｄｖが“０”から順に“１”、“２”、“３”……と大きな値となる。

このため、車速が速く且つ直進と判定された結果が継続している状態で、信頼度係数Ｄｖが大きい値となるので、絶対舵角推定値θａから前回の中心点舵角θｃ(n-1)を減算した補正後の絶対舵角推定値に信頼度係数Ｄを乗算し、この乗算値に前回の中立点舵角θｃ(n-1)を加算して中立点舵角推定値θｃを算出するので、正確な中立点舵角推定値θｃを算出することができる。したがって、算出した中立点舵角推定値θｃを直進時相対舵角θｒｎとし、この直進時相対舵角θｒｎから中立点暫定値θｎｔｅｍｐを減算して中立点左右差θｎｃｏｐを正確に算出することができる。
そして、中立点左右差θｎｃｏｐに基づいて絶対舵角演算部２６の中立点暫定値θｎｔｅｍｐを補正するので、中立点ずれ量を正確に補正した中立点暫定値を算出することができ、絶対舵角推定値θａをより正確に推定することができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、絶対舵角演算部２６で検出した絶対舵角推定値θａを電動パワーステアリング装置のハンドル戻し制御部２８で使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、絶対舵角推定値θを必要とする走行制御装置等の他の車載制御装置にＣＡＮ等のネットワークを使用して送信したり、直接送信したりするようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、相対舵角θｒを検出する場合に、モータ角度センサ１４を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングシャフト２の回転角を検出する例えばフォトインタプラタで構成される操舵角センサを適用するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す全体構成図である。 図１の制御装置１６の具体的構成を示すブロック図である。 図２の絶対舵角演算部の具体的構成を示すブロック図である。 図２の不感帯設定部で実行する不感帯設定処理手順の一例を示すフローチャートである。 絶対舵角暫定値と絶対舵角推定値との関係を示す特性線図である。 図２のハンドル戻し制御部の具体的構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態を示す絶対舵角演算部の具体的構成を示すブロック図である。 中立点左右差算出部を示すブロック図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、１２…減速機構、１３…電動モータ、１４…モータ角度センサ、１５…車速センサ、１６…制御装置、１９…モータ電流検出回路、２１…電流指令値演算部、２２…電流フィードバック制御部、２３…モータ駆動回路、２４…不揮発性メモリ、２６…絶対舵角演算部、２７…微分回路、２８…ハンドル戻し制御部、２９…加算器、３１…相対舵角演算部、３２…最大値演算部、３３…最小値演算部、３４，３５…遅延器、３６加算器、３７…乗算器、３８…減算器、３０…不感帯設定部、４０，４１…減算器、４２…乗算器、４３…加算器、６０…セルフアライニングトルク推定部、６１…直進状態判定部、６２…中立点左右差推定部、６３ａ，６３ｂ…開閉スイッチ、６４…減算器、６５…乗算器、６６…Ｄｖテーブル、６７…信頼度演算部、７２…加算器、７３…遅延器、７４…減算器

Claims (5)

1. 車両のステアリング機構の相対舵角θｒを検出する相対舵角検出手段と、既知の車両全舵角範囲θｔを記憶する全舵角範囲記憶手段と、該全舵角範囲記憶手段に記憶された前記車両全舵角範囲θｔと、前記相対舵角検出手段で検出した前記相対舵角θｒとに基づいて前記ステアリング機構の絶対舵角推定値θａを演算する絶対舵角推定値演算手段とを備え、
   前記絶対舵角推定値演算手段は、
   操舵時における正負の符号付きの前記相対舵角θｒについて、正方向を大、負方向を小としたときに最大となる前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ、及び正方向を大、負方向を小としたときに最小となる前記相対舵角θｒの最小値θｒｍｉｎを検出する操舵範囲検出手段と、
   該操舵範囲検出手段で検出した最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて、舵角の中立点が存在する中立点存在舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎを推定し、推定した最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて中点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを演算する中点舵角範囲演算部と、
   該中点舵角範囲演算部で演算した中点舵角範囲の最大値θｎｍａｘ及び最小値θｎｍｉｎに基づいて絶対舵角推定値θａを演算する絶対舵角演算部と、を備えていることを特徴とする車両用舵角検出装置。
2. 前記中点舵角範囲演算部は、前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎと前記車両全舵角範囲θｔとに基づいて、
   θｎｍａｘ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２＋｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
   θｎｍｉｎ＝(θｒｍａｘ＋θｒｍｉｎ)/２−｛θｔ−(θｒｍａｘ−θｒｍｉｎ)｝/２
   θｎｒａｎｇｅ＝θｎｍａｘ−θｎｍｉｎ
   の演算を行なって中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅを算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用舵角検出装置。
3. 前記全舵角範囲θｔが中立点に対して左右非対称である場合に、直進判定によりその中立点左右差θｎｃｏｐを推定する中立点左右差推定手段と、該中立点左右差推定手段です推定した中立左右差θｎｃｏｐに基づいて前記相対舵角θｒの最大値θｒｍａｘ及び最小値θｒｍｉｎの平均値でなる中立点暫定値θｎｔｅｍｐを補正する中立点暫定値補正手段と、前記中立点左右差θｎｃｏｐを不揮発性メモリに記憶する中立点左右差記憶手段と、車両の始動時に前記不揮発性メモリに記憶されている中立点左右差θｎｃｏｐに基づいて前記中立点暫定値θｎｔｅｍｐを補正する中立点舵角初期補正手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用舵角検出装置。
4. 前記中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅに基づいて前記絶対舵角推定値θａに対する絶対舵角不感帯を設定する不感帯設定手段を備え、前記絶対舵角推定手段は、前記相対舵角θｒ、前記中立点舵角範囲θｎｒａｎｇｅ及び前記絶対舵角不感帯に基づいて絶対舵角推定値θａを推定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用舵角検出装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用舵角検出装置を備え、該車両用舵角検出装置で検出したステアリングホイールの絶対舵角に基づいて操舵制御を行なう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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