JP5962881B1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックエンド近傍で電流指令値を絞って端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、運転者に操舵違和感を与えずに打音を抑制する電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置において、操舵の舵角を検出する機能を有し、舵角に応じてゲインが変化するゲイン特性のゲイン部を備え、舵角に応じてゲイン部から出力されるゲインを、電流指令値に乗算して新たな電流指令値にすると共に、ゲイン特性が、操舵のラックエンドの手前の舵角θ１までは一定値１．０であり、ラックエンドを超える舵角θ２までは徐々に減少し、舵角θ２以上では一定値Ｇを保持する。また、目標電流制限値を上限クリップして、新たな電流指令値とする。【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に舵角（絶対舵角）に応じて変化するゲインを電流指令値に乗算して制御し、或いは舵角（絶対舵角）に応じて変化する目標電流制限値を上限クリップした新たな電流指令値によりアシスト制御し、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることにより操舵トルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、運転者の不快に感じる打音を抑制し、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２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コントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。

減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ制御部３５でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてキャリア信号ＣＦに同期してデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。

補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、電流指令値の特性改善を行う。補償部３４に加えて、ハンドルの振動を抑制する制振制御部が設けられることも多いが、これら補償部や制振制御部は必須のものではない。

このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角（ラックエンド）の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、打音が発生して、運転者が不快に感じる可能性がある。更にはモータを含む操舵系がロックする恐れもある。

そのため、特開昭６１−１８４１７１号公報（特許文献１）には、舵角が所定角度以上になるときにはモータのアシストトルクを減少させたり、アシストトルクの付与を停止することが示されると共に、アシストトルクを発生しないことが示されている。

また、特開２００１−２５３３５６号公報（特許文献２）には、舵角が最大角近傍の所定舵角を超えると、操舵速度に応じてモータの操舵トルクを低減補正するアンローダ補正部を設けた電動パワーステアリング装置が示されている。

特開昭６１−１８４１７１号公報 特開２００１−２５３３５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、舵角が所定角度以上になるときに、モータのアシストトルクを減少させる特性が示されていない。特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、舵角が最大角近傍の所定舵角を超えると操舵トルクを低減するが、操舵速度を使用している。また、いずれの電動パワーステアリング装置も、端当て時にアシストトルクの付与を停止しているので、運転者に操舵違和感を与える。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ラックエンド近傍で電流指令値を絞って端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、運転者に操舵違和感を与えずに打音を抑制する電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、操舵の舵角を検出する機能を有し、前記舵角に応じてゲインが変化するゲイン特性のゲイン部を備え、前記舵角に応じて前記ゲイン部から出力される前記ゲインを、前記電流指令値に乗算して新たな電流指令値にすると共に、前記ゲイン特性が、前記操舵のラックエンドの手前の舵角θ１までは一定値１．０であり、前記ラックエンドを超える舵角θ２（＞θ１）までは徐々に減少し、前記舵角θ２以上では一定値Ｇ（＞０）を保持することにより、或いは、操舵の舵角を検出する機能を有し、前記舵角に応じて目標電流制限値が変化する目標電流制限値特性を有する目標電流制限値演算部を備え、前記電流指令値に対して、前記舵角に応じて前記目標電流制限値演算部から出力される前記目標電流制限値を上限クリップして新たな電流指令値にすると共に、前記目標電流制限値特性が、前記操舵のラックエンドの手前の舵角θ１０までは一定値ＴＬ１であり、前記ラックエンドを超える舵角θ１１（＞θ１０）までは徐々に減少し、前記舵角θ１１以上では一定値ＴＬ２（＞０）を保持することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ラックエンドが前記舵角θ１と前記舵角θ２の中間になっていることにより、或いは前記ゲインの減少が線形特性であることにより、或いは前記ゲインの減少が非線形特性であることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置は、舵角（絶対舵角）に応じて変化するゲインを電流指令値に乗算して制御し、或いは、舵角（絶対舵角）に応じて変化する目標電流制限値を上限クリップしてアシスト制御し、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることにより操舵トルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くしている。これにより、運転者が不快に感じる打音を抑制することができる。また、舵角（絶対舵角）がラックエンドを超えてもゲインを０にしないようにしているので、運転者に操舵違和感を与えることもない。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ゲイン部の特性例（線形）を示す図である。 ゲイン部の特性例（非線形）を示す図である。 ゲイン部の特性例（非線形）を示す図である。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 クリップ部の信号関係を示す図である。 ゲイン部の特性例（線形）を示す図である。 ゲイン部の特性例（非線形）を示す図である。 ゲイン部の特性例（非線形）を示す図である。

本発明は、運転者に操舵違和感を与えることなく、運転者の不快に感じる打音（ラックとラックエンドの衝撃音）を抑制する。特に、超低車速時（停止状態〜クリープの０〜５ｋｍ／ｈ程度）の端当てでの打音を抑制するようにしている。

このため、本発明の第１実施形態では、ラックエンド手前の所定舵角（θ１）とラックエンドを超える領域の所定舵角（θ２）を設定しておき、ハンドル舵角（絶対舵角）の所定値（θ１）以上から所定値（θ２）までゲイン（ＧＳ）を一定値（１．０より小さく、０より大きい値（Ｇ））まで減少させ、ハンドル舵角（絶対舵角）が所定値（θ２）以上となる領域では一定値のゲイン（Ｇ）とし、ハンドル舵角に応じて小さくなるゲイン（ＧＳ）を、別途演算された電流指令値に乗算して得られる新たな電流指令値（目標電流値）に基づいてアシスト制御するようになっている。

また、第２実施形態では、ラックエンド手前の所定舵角（θ１０）とラックエンドを超える領域の所定舵角（θ１１）を設定しておき、ハンドル舵角（絶対舵角）の所定値（θ１０）以上から所定値（θ１１）までに、目標電流制限値（ＴＬ）を一定値ＴＬ１から一定値ＴＬ２（＞０）まで減少させ、ハンドル舵角（絶対舵角）が所定値（θ１１）以上となる領域では一定値の目標電流制限値ＴＬ２とし、ハンドル舵角に応じて小さくなる目標電流制限値（ＴＬ）を上限クリップして新たな電流指令値（目標電流値）を求め、新たな電流指令値に基づいてアシスト制御するようになっている。

つまり、操舵系の操舵トルクに対応してアシストトルクを発生するモータを有する電動パワーステアリング装置であって、操舵系のハンドル舵角（絶対舵角）が最大舵角（ラックエンド）より所定値手前になったことを判定し、舵角が最大舵角より所定値手前になったときに、モータへ入力する電流指令値を減少させてアシストトルクを、０ではない値まで減少させる。

本発明の第１実施形態では、実際のラックエンドでのハンドル舵角（絶対舵角）を、ゲイン（ＧＳ）の変極点となる２つの所定値（θ１、θ２）の丁度中間となるように設定している。端当て時のゲインを変極点に設定すると、運転者の操舵違和感が発生してしまうためである。また、ゲイン（ＧＳ）を０に設定しないことで、操舵違和感の発生を防止している。また、第２実施形態では、実際のラックエンドでのハンドル舵角（絶対舵角）を、目標電流制限値（ＴＬ）の変極点となる２つの所定値（θ１０、θ１１）の丁度中間となるように設定している。端当て時の目標電流制限値を変極点に設定すると、運転者の操舵違和感が発生してしまうためである。また、目標電流制限値（ＴＬ）を０に設定しないことで、操舵違和感の発生を防止している。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は本発明の第１実施形態の一例を図２に対応させて示しており、舵角θの絶対値である絶対舵角｜θ｜を求める絶対値化部１００と、絶対舵角｜θ｜に応じてゲインＧＳが変化するゲイン特性のゲイン部１１０と、電流指令値Ｉｒｅｆ２にゲインＧＳを乗算して新たな電流指令値Ｉｒｅｆ３とする乗算部１２０とが設けられている。

ゲイン部１１０のゲイン特性は、例えば図４に示すようになっている。即ち、図４において、ラックエンドＥθ₀に対して前方（手前）に絶対舵角θ１を設定し、後方に絶対舵角θ２（＞θ１）を設定すると共に、ラックエンドＥθ₀が絶対舵角θ１と絶対舵角θ２の丁度中間となるように設定する。そして、舵角０から、ラックエンドＥθ₀の手前の絶対舵角θ１まではゲインＧＳは一定値１．０であり、絶対舵角θ１に達して後、ラックエンドＥθ₀を超える絶対舵角θ２まで、線形にゲインＧ（≠０で０より大）まで減少する特性である。また、絶対舵角θ２を超える領域では、ゲインＧに保持される特性である。

このような構成において、舵角θは絶対値化部１００に入力されて絶対舵角｜θ｜が求められ、絶対舵角｜θ｜はゲイン部１１０に入力される。ゲイン部１１０は図４に示されるゲイン特性に従って、入力された絶対舵角｜θ｜に応じたゲインＧＳを出力する。ゲインＧＳは乗算部１２０に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ２にゲインＧＳが乗算された新たな電流指令値Ｉｒｅｆ３（＝Ｉｒｅｆｅ２×ＧＳ）が生成され、電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいて前述したようなアシスト制御が実施される。

このように本発明では、絶対舵角｜θ｜に応じて変化するゲインＧＳを電流指令値Ｉｒｅｆ２に乗算して制御し、ラックエンド（Ｅθ₀）近傍（θ１〜θ２）で電流指令値を絞ることにより操舵トルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くしている。これにより、運転者が不快に感じる打音を抑制することができる。また、本発明では、絶対舵角θ２を超える領域で保持されるゲインＧは０より大きく、０ではないので、運転者の操舵違和感を発生することもない。

上述では図４のゲイン特性に示すように、ゲインＧＳの減少特性を線形で行っているが、図５に示すように非線形の放物線状特性で減少させても良く、或いは図６に示すように非線形のＳ字状特性で減少させても良い。図６の場合には、運転者に与える操舵感が一層滑らかになる。

なお、上述では舵角を絶対値化して、ラックエンドを挟む前後の所定舵角θ１及びθ２に基づいてゲインを変化するようにしているが、絶対値化することなく、正負の舵角について所定舵角±θ１及び±θ２を設定し、ゲインを舵角の正負領域で変化させるようにすることも可能である。

次に、本発明の第２実施形態を図７に示して説明する。

絶対値化部１００からの絶対舵角｜θ｜に応じて、目標電流制限値ＴＬが変化する目標電流制限値特性を有する目標電流制限値演算部１３０と、電流指令値Ｉｒｅｆ２に対して、目標電流制限値ＴＬを上限クリップして新たな電流指令値Ｉｒｅｆ３とするクリップ部１４０とが設けられている。

クリップ部１４０の信号の入出力関係は、図８に示すように、目標電流制限値ＴＬの上限クリップによって新たな電流指令値Ｉｒｅｆ３が生成される。

目標電流制限値演算部１３０の目標電流制限値特性は、例えば図９に示すようになっている。即ち、図９において、ラックエンドＥθ_１に対して前方（手前）に絶対舵角θ１０を設定し、後方に絶対舵角θ１１（＞θ１０）を設定すると共に、ラックエンドＥθ_１が絶対舵角θ１０と絶対舵角θ１１の丁度中間となるように設定する。そして、舵角０から、ラックエンドＥθ_１の手前の絶対舵角θ１０までは目標電流制限値ＴＬは一定値ＴＬ１であり、絶対舵角θ１０に達して後、ラックエンドＥθ_１を超える絶対舵角θ１１まで、線形に目標電流制限値ＴＬ２（≠０で０より大）まで減少する特性である。また、絶対舵角θ１１を超える領域では、目標電流制限値ＴＬ２に保持される特性である。

このような構成において、舵角θは絶対値化部１００に入力されて絶対舵角｜θ｜が求められ、絶対舵角｜θ｜は目標電流制限値演算部１３０に入力される。目標電流制限値演算部１３０は図９に示される目標電流制限値特性に従って、入力された絶対舵角｜θ｜に応じた目標電流制限値ＴＬを出力する。目標電流制限値ＴＬはクリップ部１４０に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ２に対して、目標電流制限値ＴＬを上限クリップして新たな電流指令値Ｉｒｅｆ３が生成され、電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいて前述したようなアシスト制御が実施される。

このように第２実施形態では、絶対舵角｜θ｜に応じて変化する目標電流制限値ＴＬを上限クリップして制御し、ラックエンド（Ｅθ_１）近傍（θ１０〜θ１１）で電流指令値を絞ることにより操舵トルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くしている。これにより、運転者が不快に感じる打音を抑制することができる。また、本第２実施形態では、絶対舵角θ１１を超える領域で保持される目標電流制限値ＴＬ２は０より大きく、０ではないので、運転者の操舵違和感を発生することもない。

上述では図９の目標電流制限値特性に示すように、目標電流制限値ＴＬの減少特性を線形で行っているが、図１０に示すように非線形の放物線状特性で減少させても良く、或いは図１１に示すように非線形のＳ字状特性で減少させても良い。図１１の場合には、運転者に与える操舵感が一層滑らかになる。

なお、上述では舵角を絶対値化して、ラックエンドを挟む前後の所定舵角θ１０及びθ１１に基づいて目標電流制限値を変化するようにしているが、絶対値化することなく、正負の舵角について所定舵角±θ１０及び±θ１１を設定し、目標電流制限値を舵角の正負領域で変化させるようにすることも可能である。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
２３ モータ駆動部
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
１００ 絶対値化部
１１０ ゲイン部
１２０ 乗算部
１３０ 目標電流制限値演算部
１４０ クリップ部

Claims (6)

1. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   操舵の舵角を検出する機能を有し、前記舵角に応じてゲインが変化するゲイン特性のゲイン部を備え、
   前記舵角に応じて前記ゲイン部から出力される前記ゲインを、前記電流指令値に乗算して新たな電流指令値にすると共に、
   前記ゲイン特性が、前記操舵の最大舵角であるラックエンドの手前の舵角θ１までは一定値１．０であり、前記ラックエンドを超える舵角θ２（＞θ１）までは徐々に減少し、前記舵角θ２以上では一定値Ｇ（＞０）を保持し、
   前記ラックエンドが前記舵角θ１と前記舵角θ２の中間になっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ゲインの減少が線形特性である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ゲインの減少が非線形特性である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   操舵の舵角を検出する機能を有し、前記舵角に応じて目標電流制限値が変化する目標電流制限値特性を有する目標電流制限値演算部を備え、
   前記電流指令値に対して、前記舵角に応じて前記目標電流制限値演算部から出力される前記目標電流制限値を上限クリップして新たな電流指令値にすると共に、
   前記目標電流制限値特性が、前記操舵の最大舵角であるラックエンドの手前の舵角θ１０までは一定値ＴＬ１であり、前記ラックエンドを超える舵角θ１１（＞θ１０）までは徐々に減少し、前記舵角θ１１以上では一定値ＴＬ２（＞０）を保持し、
   前記ラックエンドが前記舵角θ１０と前記舵角θ１１の中間になっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 前記目標電流制限値の減少が線形特性である請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記目標電流制限値の減少が非線形特性である請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

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