JP6155101B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置として、操舵アシスト用の電動モータを利用して、ステアリングホイールの戻り制御を行うものがある。

特許文献１には、操舵トルクがハンドル手放し状態と判断できる小さいトルク閾値以下である条件と、トルク変化率が所定のトルク変化率閾値以下である条件との２条件を同時に満足したときに、ハンドル戻し制御を実行することによってハンドルの戻しを滑らかに行ない運転者に違和感を与えないようにする電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開２００７−３２０３８３号公報

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、２条件の成立を監視し、その２条件が満足したと判定した場合にハンドル戻し制御を実行するものであるため、ハンドル戻し制御が複雑となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な戻し制御によって操舵の違和感を軽減することを目的とする。

本発明は、ステアリングホイールから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサの検出結果に基づいて演算されるアシスト指令値によって電動モータを駆動し、ドライバによる前記ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ステアリングホイールを中立位置へ戻す方向の基本戻し指令値を、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出器の検出結果に基づいて演算する基本戻し指令値演算部と、前記基本戻し指令値を補正する第１補正ゲインを、車速を検出する車速検出器の検出結果に基づいて演算する第１補正ゲイン演算部と、前記基本戻し指令値を補正する第２補正ゲインを前記トルクセンサによって検出された操舵トルクの変化量に基づいて演算する第２補正ゲイン演算部と、を備え、前記基本戻し指令値を前記第１補正ゲイン及び前記第２補正ゲインにて補正して戻し指令値を演算し、当該戻し指令値を前記アシスト指令値に加算して前記電動モータを駆動し、前記第２補正ゲインは、操舵トルクの変化量が大きいほど小さい値となるように設定され、操舵トルクの変化量が所定操舵トルク変化量以上ではゼロに設定されることを特徴とする。

本発明は、ステアリングハンドルの切りと戻りの判定を行なわずに、戻し指令値をアシスト指令値に加算して電動モータを駆動するものである。また、戻し指令値は車速及び操舵トルクの変化量に基づいて演算された第１補正ゲイン及び第２補正ゲインにて基本戻し指令値を補正することによって演算されるものである。したがって、本発明によれば、簡便な戻し制御によって操舵の違和感を軽減することができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 基本戻し電流を演算するための基本マップ図である。 第１補正ゲインを演算するための第１補正マップ図である。 第２補正ゲインを演算するための第２補正マップ図である。 第３補正ゲインを演算するための第３補正マップ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００の全体構成について説明する。

電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによるステアリングホイール１の操作に伴って回転する入力シャフト７と、上端がトーションバー４を介して入力シャフト７に接続され下端がラック軸５に連係する出力シャフト３と、を有し、出力シャフト３の下端に設けられるピニオン３ａと噛合するラック軸５を軸方向に移動させることで車輪６を操舵するものである。入力シャフト７と出力シャフト３とによってステアリングシャフト２が構成される。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによるステアリングホイール１の操舵を補助するための動力源である電動モータ１０と、電動モータ１０の回転をステアリングシャフト２に減速して伝達する減速機１１と、ステアリングホイール１から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するコントローラ１３と、を備える。

減速機１１は、電動モータ１０の出力軸に連結されるウォームシャフト１１ａと、出力シャフト３に連結されウォームシャフト１１ａに噛み合うウォームホイール１１ｂと、からなる。電動モータ１０が出力するトルクは、ウォームシャフト１１ａからウォームホイール１１ｂに伝達されて出力シャフト３に補助トルクとして付与される。

トルクセンサ１２は、トーションバー４に付与される操舵トルクを入力シャフト７と出力シャフト３の相対回転に基づいて検出するものである。トルクセンサ１２は、検出した操舵トルクに対応する電圧信号をコントローラ１３に出力する。コントローラ１３は、トルクセンサ１２からの電圧信号に基づいて電動モータ１０が出力するトルクを演算し、そのトルクが発生するように電動モータ１０の駆動を制御する。このように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ１２の検出結果に基づいて電動モータを駆動し、ドライバによるステアリングホイール１の操舵を補助するものである。

ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール１の操舵角（絶対操舵角）を検出する操舵角検出器としての操舵角センサ１５が設けられる。操舵角センサ１５の検出結果はコントローラ１３に出力される。操舵角センサ１５は、ステアリングホイール１が中立位置の場合には操舵角としてゼロ度を出力する。また、ステアリングホイール１が中立位置から右切り方向に操舵される場合には、ステアリングホイール１の回転に応じて＋の符号の操舵角を出力する一方、ステアリングホイール１が中立位置から左切り方向に操舵される場合には、ステアリングホイール１の回転に応じて−の符号の操舵角を出力する。

また、コントローラ１３には、車速を検出する車速検出器としての車速センサ１６の検出結果が入力される。

コントローラ１３は、電動モータ１０の動作を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、トルクセンサ１２、操舵角センサ１５、及び車速センサ１６等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。

ここで、車両走行時には、ステアリングホイール１を中立位置に戻そうとするセルフアライニングトルクが働く。このセルフアライニングトルクは、高速走行時には大きいのに対して低速走行時には小さい。セルフアライニングトルクが小さい低速走行時には、ウォームシャフト１１ａとウォームホイール１１ｂ等のステアリング系のギヤのフリクションによってステアリングホイール１の中立位置への戻り性が悪化する。そこで、電動パワーステアリング装置１００では、低速走行時でもステアリングホイール１の中立位置への戻り性を向上させる戻し制御が行われる。

次に、図２〜６を参照して、戻し制御について説明する。

図２に示すように、コントローラ１３は、ベース電流演算部１９にてトルクセンサ１２の検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するためのアシストベース電流（アシスト指令値）を演算する。一方、コントローラ１３は、基本戻し電流演算部（基本戻し指令値演算部）２０にてステアリングホイール１を中立位置へ戻す方向の基本戻し電流を演算すると共に、第１補正ゲイン演算部２１、第２補正ゲイン演算部２２、及び第３補正ゲイン演算部２３にて基本戻し電流を補正する第１補正ゲイン、第２補正ゲイン、及び第３補正ゲインを演算し、乗算器２４にて基本戻し電流に第１補正ゲイン、第２補正ゲイン、及び第３補正ゲインを乗算して戻し電流（戻し指令値）を演算する。演算された戻し電流は、加算器２５にてアシストベース電流に加算される。

以下では、基本戻し電流演算部２０、第１補正ゲイン演算部２１、第２補正ゲイン演算部２２、及び第３補正ゲイン演算部２３について説明する。

まず、基本戻し電流演算部２０について説明する。

基本戻し電流演算部２０は、ステアリングホイール１を中立位置へ戻す方向の基本戻し電流を操舵角センサ１５の検出結果に基づいて演算するものである。具体的には、図３に示す基本マップを参照して、操舵角センサ１５から入力された操舵角に対応する基本戻し電流を演算する。基本戻し電流は、戻し制御の基本となる電流である。

図３に示す基本マップは、操舵角と基本戻し電流との関係を規定したマップであり、横軸が操舵角であり、縦軸が基本戻し電流である。横軸の＋側は中立位置から右切り側の操舵角を示し、−側は中立位置から左切り側の操舵角を示す。また、縦軸の＋側はステアリングホイール１を右切り方向へアシストする基本戻し電流であり、−側はステアリングホイール１を左切り方向へアシストする基本戻し電流である。基本マップの特性は、図３からわかるように、操舵角が右切り側である場合には、基本戻し電流は左切り方向へアシストする値となり、操舵角が左切り側である場合には、基本戻し電流は右切り方向へアシストする値となる。このように、基本マップを参照することによって出力される基本戻し電流は、ステアリングホイール１を中立位置へ戻す方向の電流となる。

図３に示す基本マップを詳しく説明する。ステアリングホイール１の中立位置近傍では、基本戻し電流がゼロとなる不感帯に設定される。これは、操舵角センサ１５の検出誤差に起因する外乱の発生を防ぐためである。操舵角の絶対値が不感帯よりも大きくなると、基本戻し電流の絶対値は所定の傾きで大きくなる。この傾きを調整することによって、ステアリングホイール１が中立位置へ戻る際のドライバが感じる戻り感を変化させることができる。傾きを大きく設定するほど戻り感が大きくなる。操舵角の絶対値が所定値ａ以上の範囲では基本戻し電流がゼロに設定される。これは、基本戻し電流は、ステアリングホイール１の切り込み時にはドライバによる操舵力を増大させるように作用するものであるため、中立位置付近でのみ基本戻し電流が作用し、ステアリングホイール１を大きく切り込んだ際には基本戻し電流が作用しないようにするためである。また、ステアリングホイール１を大きく切り込んで戻す際の急な戻りを抑えるためである。

次に、第１補正ゲイン演算部２１について説明する。

第１補正ゲイン演算部２１は、基本戻し電流を補正する第１補正ゲインを車速センサ１６の検出結果に基づいて演算するものである。具体的には、図４に示す第１補正マップを参照して、車速センサ１６から入力された車速に対応する第１補正ゲインを演算する。セルフアライニングトルクは車速に応じて変化するため、車速に応じて変化する第１補正ゲインにて基本戻し電流を補正する。

図４に示す第１補正マップは、車速と第１補正ゲインとの関係を規定したマップであり、横軸が車速であり、縦軸が第１補正ゲインである。第１補正ゲインは全車速域で１．０以下に設定される。つまり、第１補正ゲインは基本戻し電流を減らす値となる。セルフアライニングトルクは高速走行時には大きく低速走行時には小さいため、図４に示すように、第１補正ゲインは、低速領域では大きく、車速が大きくなるほど小さくなるように設定され、所定速度ｂ以上ではゼロに設定される。また、所定の微低速ｃから停車状態までは所定の傾きで小さくなり、停車状態ではゼロに設定される。このように所定の傾きで第１補正ゲインを小さくしたのは、停車状態となり第１補正ゲインがゼロとなる際に生じる操舵の違和感を軽減するためである。

次に、第２補正ゲイン演算部２２について説明する。

第２補正ゲイン演算部２２は、基本戻し電流を補正する第２補正ゲインをトルク変化量演算部２６にて演算された操舵トルク変化量に基づいて演算するものである。具体的には、図５に示す第２補正マップを参照して、トルク変化量演算部２６から入力された操舵トルク変化量に対応する第２補正ゲインを演算する。トルク変化量演算部２６は、トルクセンサ１２によって検出された操舵トルクから操舵トルク変化量を演算するものである。

図５に示す第２補正マップは、操舵トルク変化量と第２補正ゲインとの関係を規定したマップであり、横軸が操舵トルク変化量であり、縦軸が第２補正ゲインである。第２補正ゲインは全操舵トルク変化量域で１．０以下に設定される。つまり、第２補正ゲインも、第１補正ゲインと同様に基本戻し電流を減らす値となる。

図５に示すように、第２補正ゲインは、操舵トルク変化量が大きいほど小さい値となるように設定され、所定操舵トルク変化量ｄ以上ではゼロに設定される。これにより、ステアリングホイール１を素早く切り込んだ際には、基本戻し電流は第２補正ゲインにて小さくなるように補正されるため、戻し制御によってドライバが重いと感じることがなく、操舵フィーリングが改善する。また、ステアリングホイール１を大きく切り込んだ後に手を離してステアリングホイール１を戻す際には、操舵トルク変化量が大きい初期は第２補正ゲインが小さいため、ステアリングホイール１はゆっくりと戻り始めるのに対して、操舵トルク変化量が小さくなる中立位置近傍では第２補正ゲインが除々に大きくなるため、ステアリングホイール１は素早く滑らかに戻る。このように、操舵状態から手を離した際に、ステアリングホイール１を滑らかに戻すことができる。以上のように、第２補正ゲインはドライバの操舵意思に応じて基本戻し電流を補正するものであり、基本戻し電流を第２補正ゲインにて補正することによって操舵時の違和感を軽減することができる。

また、車両が砂利道等の凹凸のある路面を走行する際には、路面からの衝撃である所謂キックバックがステアリングホイール１に伝達されドライバの意思とは無関係にステアリングホイール１が回転する場合がある。キックバックによるステアリングホイール１の回転に対しても戻し制御が作用すると、ドライバの操舵意思とは無関係にステアリングホイール１が制御されてしまうことになるため、好ましくない。そこで、所定操舵トルク変化量ｄは、想定されるキックバックに伴うトルクの変化量よりも小さい値に設定するのが望ましい。これにより、キックバック発生時には、第２補正ゲインがゼロとなり、基本戻し電流はゼロとなるため、戻し制御が作用しなくなる。

次に、第３補正ゲイン演算部２３について説明する。

第３補正ゲイン演算部２３は、基本戻し電流を補正する第３補正ゲインをトルクセンサ１２の検出結果に基づいて演算するものである。具体的には、図６に示す第３補正マップを参照して、トルクセンサ１２から入力された操舵トルクに対応する第３補正ゲインを演算する。

図６に示す第３補正マップは、操舵トルクと第３補正ゲインとの関係を規定したマップであり、横軸が操舵トルクであり、縦軸が第３補正ゲインである。横軸の＋側は中立位置から右切り側の操舵トルクを示し、−側は中立位置から左切り側の操舵トルクを示す。第３補正ゲインは全操舵トルク域で１．０以下に設定される。つまり、第３補正ゲインも、第１補正ゲイン及び第２補正ゲインと同様に基本戻し電流を減らす値となる。

図６に示すように、第３補正ゲインは、操舵トルクの絶対値が大きいほど小さい値で、かつ操舵トルクの絶対値が所定値ｅ以上でゼロに設定される。操舵トルクの絶対値が所定値ｅより小さい範囲では、操舵トルクの変化に対して第３補正ゲインが曲線状に変化するように設定される。所定値ｅは、ステアリングホイール１を切り込んでいる際には第３補正ゲインがゼロとなるように設定するのが望ましい。これにより、ステアリングホイール１を切り込んでいる際には、基本戻し電流は第３補正ゲインによる補正にてゼロとなるため、戻し制御によってドライバが重いと感じることがなく、操舵フィーリングが改善する。また、ステアリングホイール１を切り込んだ後に手を離してステアリングホイール１を戻す際には、操舵トルクが大きい初期は第３補正ゲインがゼロとなるため、ステアリングホイール１はゆっくりと戻り始めるのに対して、操舵トルクが小さくなる中立位置近傍では第３補正ゲインが除々に大きくなるため、ステアリングホイール１は素早く滑らかに戻る。このように、操舵状態から手を離した際に、ステアリングホイール１を滑らかに戻すことができる。以上のように、第３補正ゲインは、第２補正ゲインと同様に、ドライバの操舵意思に応じて基本戻し電流を補正するものであり、基本戻し電流を第３補正ゲインにて補正することによって操舵時の違和感を軽減することができる。また、ステアリングホイール１が中立位置近傍で保舵されている状態では、操舵トルクの絶対値は所定値ｅよりも小さいため、ステアリングホイール１を中立位置に保持するように戻し制御が作用する。

以上のようにして演算された基本戻し電流、第１補正ゲイン、第２補正ゲイン、及び第３補正ゲインは、図２に示すように、乗算器２４にて乗算された後、ローパスフィルタ３１及び上下限値リミッタ３２にて処理され、戻し電流として加算器２５にてアシストベース電流に加算される。なお、加算器２５では、ギヤのフリクション等を補償する各種補償電流も加算される。加算器２５から出力された制御電流によって電動モータ１０の駆動が制御される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

本実施形態は、ステアリングホイール１の切りと戻りの判定を行なわずに、戻し電流をアシストベース電流に加算して電動モータ１０を駆動するものである。また、戻し電流は、操舵角に基づいて演算された基本戻し電流を、車速に基づいて演算された第１補正ゲイン、操舵トルクの変化量に基づいて演算された第２補正ゲイン、及び操舵トルクに基づいて演算された第３補正ゲインにて補正することによって演算されるものである。したがって、簡便な戻し制御によって操舵の違和感を軽減することができる。

なお、第３補正ゲインは、基本戻し電流を補正するための必須のファクターではなく、基本戻し電流を第１補正ゲイン及び第２補正ゲインのみにて補正することによって、簡便な戻し制御によって操舵の違和感を軽減するという一定の効果が得られる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１００ 電動パワーステアリング装置
１ ステアリングホイール
１０ 電動モータ
１２ トルクセンサ
１３ コントローラ
１５ 操舵角センサ
１６ 車速センサ
１９ ベース電流演算部
２０ 基本戻し電流演算部（基本戻し指令値演算部）
２１ 第１補正ゲイン演算部
２２ 第２補正ゲイン演算部
２３ 第３補正ゲイン演算部

Claims (6)

1. ステアリングホイールから入力される操舵トルクを検出するトルクセンサの検出結果に基づいて演算されるアシスト指令値によって電動モータを駆動し、ドライバによる前記ステアリングホイールの操舵を補助する電動パワーステアリング装置であって、
   前記ステアリングホイールを中立位置へ戻す方向の基本戻し指令値を、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出器の検出結果に基づいて演算する基本戻し指令値演算部と、
   前記基本戻し指令値を補正する第１補正ゲインを、車速を検出する車速検出器の検出結果に基づいて演算する第１補正ゲイン演算部と、
   前記基本戻し指令値を補正する第２補正ゲインを前記トルクセンサによって検出された操舵トルクの変化量に基づいて演算する第２補正ゲイン演算部と、を備え、
   前記基本戻し指令値を前記第１補正ゲイン及び前記第２補正ゲインにて補正して戻し指令値を演算し、当該戻し指令値を前記アシスト指令値に加算して前記電動モータを駆動し、
   前記第２補正ゲインは、操舵トルクの変化量が大きいほど小さい値となるように設定され、操舵トルクの変化量が所定操舵トルク変化量以上ではゼロに設定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記基本戻し指令値は、操舵角の絶対値が所定値以上の範囲ではゼロに設定され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. 前記所定操舵トルク変化量は、想定されるキックバックに伴うトルクの変化量よりも小さい値に設定される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. 前記基本戻し指令値を補正する第３補正ゲインを前記トルクセンサによって検出された操舵トルクに基づいて演算する第３補正ゲイン演算部をさらに備え、
   前記基本戻し指令値を前記第１補正ゲイン、前記第２補正ゲイン、及び第３補正ゲインにて補正して前記戻し指令値を演算し、当該戻し指令値を前記アシスト指令値に加算して前記電動モータを駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記第３補正ゲインは、操舵トルクの絶対値が大きいほど小さい値で、かつ操舵トルクの絶対値が所定値以上でゼロに設定されることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記各補正ゲインは、１．０以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置。

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