JP2009262652A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分を付加する操舵力制御において、運転者の操舵フィーリングを向上させるとともに、操作負荷を低減する。
【解決手段】補助操舵力を発生するモータ９と、当該モータを所定の目標電流をもって駆動する駆動回路２２とを備えた電動パワーステアリング装置１において、少なくとも操舵トルクに基づき目標電流の元になるベース電流を設定するベース電流算出部３１と、ベース電流に対し、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分の補正量（戻し力電流）を設定する戻し力電流算出部３４とを備え、戻し力電流算出部は、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致しない場合よりも補正量を小さく設定することで、戻し力を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分を用いて操舵力を制御する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置を備えた車両において、旋回後にステアリングホイールを中立位置に戻す際の操舵力を適切に制御することで、運転者の操舵フィーリングの向上等を図る技術が存在する。

例えば、車両のステアリング機構に駆動力を与える駆動源と、ハンドルの舵角を検出する舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、舵角検出手段によって検出された舵角および車速検出手段によって検出された車速に基づいて、車両のセルフアライメントトルクの過不足を補償するセルフアライメントトルク補償手段とを有し、セルフアライメントトルク補償手段が、低速ではセルフアライメントトルクの補正ゲインを比較的大きく設定する一方、中高速では補正ゲインを略ゼロに設定することで、セルフアライニングトルクを適切に補正する電動パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。

また、例えば、車両における車輪の車輪操舵角を制御可能なアクチュエータを備えたステアリング装置において、車輪戻り時に、少なくとも車輪戻り時の車輪操舵角に基づいて車輪操舵角を制御するものが知られている（特許文献２参照）。

特開２００３−２２０９６４号公報

特開２００５−２７１８７７号公報

ところで、本願発明者らは、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分を、操舵補助力に対して付加する電動パワーステアリング装置においては、操舵トルク方向（モータの回転方向）とステアリングホイールの回転方向とが一致するか否かを考慮して戻し力成分を決定することが、運転者の操舵フィーリングを向上させる上で重要となることを見出した。

しかしながら、上記特許文献１，２に記載されたような従来技術では、ステアリングホイールが中立位置へ戻る際の制御が対象とされており、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向との関係については考慮されていなかった。従って、上記従来技術では、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合に、戻し力成分が過度に設定されることにより、運転者の操舵フィーリングが低下したり操作負荷が大きくなったりするという課題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分を付加する操舵力制御において、ステアリングホイールの適切な戻り動作を維持しつつ、運転者の操舵フィーリングを向上させることを可能とす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。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、補助操舵力を発生する電動機（９）と、当該電動機を所定の目標制御量（Ｉｔ）をもって駆動する駆動制御装置（２２）とを備えた電動パワーステアリング装置（１）であって、少なくとも操舵トルクに基づき前記目標制御量の元になる目標制御ベース量（Ｉａ）を設定する目標制御ベース量設定手段（３１）と、前記目標制御ベース量に対し、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分の補正量（Ｉｄ）を設定する補正量設定手段（３４）とを備え、前記補正量設定手段は、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致しない場合よりも前記補正量を小さく設定する構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記補正量設定手段は、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合、前記ステアリングホイールの操舵角速度（θ’）の増大に応じて、前記補正量を減少させる構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分を付加する操舵力制御において、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合に、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致しない場合よりも戻し力成分を小さく設定することで、ステアリングホイールの適切な戻り動作を維持しつつ、運転者の操舵フィーリングを向上させることが可能となる。また、上記第２の発明によれば、操舵を行う運転者の意志に基づき補正量が設定されるので、運転者の操舵フィーリングを一層向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２にステアリングシャフト３を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン４と、このピニオン４に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸５の両端がタイロッド６を介して操向車輪としての左右の前輪７のナックルアーム８に連結されて、ステアリングホイール２の回転操作に応じて左右の前輪７が転舵されるようになっており、このようなラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生するモータ９がラック軸５に同軸的に設けられている。

ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ１１が設けられ、ピニオン４の近傍には、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられている。また、車体の適所には、車速を検出する車速センサ１３が設けられている。また、モータ９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１４が設けられている。

これらの操舵角センサ１１、操舵トルクセンサ１２、車速センサ１３、及びレゾルバ１４の各出力信号は、ステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。ステアリング制御装置２１は、電動パワーステアリング装置１の動作を統括的に制御するもので、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、各センサ１１〜１４の出力信号に基づき、モータ９を駆動制御するための目標制御量（目標電流）を決定し、モータ９の駆動回路２２に入力する。駆動回路２２は、ＦＥＴのブリッジ回路等から構成されており、ステアリング制御装置２１が決定した目標制御量に基づきモータ９に電力を供給し、これにより、モータ９の出力トルクが制御され、ステアリング操作における補助操舵力が制御される。

図２は図１に示したステアリング制御装置２１の概略構成を示すブロック図である。

ステアリング制御装置２１は、目標電流Ｉｔの元になるベース電流Ｉａを算出するベース電流算出部３１と、モータ９およびステアリングシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｂを算出するイナーシャ補償電流算出部３２と、モータ９の回転を制限するためのダンパ補償電流Ｉｃを算出するダンパ補償電流算出部３３と、イナーシャ補償電流Ｉｂおよびダンパ補償電流Ｉｃにより補償されたベース電流Ｉａに対し、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分の補正量として戻し力電流Ｉｄを算出する戻し力電流算出部３４と、加算器３５，３７と、減算器３６とを主として有し、各センサ１１〜１４の出力信号に基づいて算出したモータ９の目標電流Ｉｔを駆動回路２２に対して入力する。

ベース電流算出部３１は、操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トルクおよび車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてベース電流Ｉａを算出する。このベース電流Ｉａは、加算器３５、減算器３６、及び加算器３７に順に入力されて補正される。

イナーシャ補償電流算出部３２は、操舵トルクセンサ１２で検出された操舵トルクの時間微分値を算出し、当該操舵トルクの時間微分値および車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてイナーシャ補償電流Ｉｂを算出する。このイナーシャ補償電流Ｉｂは加算器３５に入力されてベース電流Ｉａの補正に用いられる。

ダンパ補償電流算出部３３は、モータ回転速度算出部４１で算出されたモータ回転速度（即ち、レゾルバ１４で検出されたモータ９の回転角の微分値）および車速センサ１３で検出された車速に基づき、周知の方法を用いてダンパ補償電流Ｉｃを算出する。このダンパ補償電流Ｉｃは、減算器３６に入力されてベース電流Ｉａの補正に用いられる。なお、電動パワーステアリング装置１では、ステアリングホイール２の操舵回転速度はモータ９の回転速度に比例するため、モータ回転速度は、操舵角センサ１１で検出された操舵角の時間微分値を用いてもよい。

戻し力電流算出部３４は、操舵角センサ１１で検出された操舵角に基づき、発生させる戻し力に対応する戻し力電流Ｉｄを算出する。この戻し力電流Ｉｄは、加算器３７に入力されてベース電流Ｉａの補正に用いられる。戻し力電流Ｉｄは、少なくとも一定の範囲において、レゾルバ１４で検出されたモータの回転方向（即ち、操舵トルク方向）と操舵角センサ１１で検出されたステアリングホイールの回転方向とが一致する場合（以下、「往き操舵」）と、モータの回転方向とステアリングホイールの回転方向とが一致しない場合（以下、「戻り操舵」）とで異なる値を取るように設定される。ここで、戻り操舵には、例えば、運転者がステアリングホィールに対して一方方向（例えば、右方向）に操舵力を加えているにも関わらず、路面反力が他方方向（例えば、左方向）に作用することによって、ステアリングホィールが他方方向に回転している状態が相当する。

戻し力電流Ｉｄは、例えば、図３に示すように、往き操舵および戻り操舵において、操舵角θがθ１未満の場合には操舵角θの増大とともに増大し、操舵角θがθ１以上の場合には概ね一定の値をとるように設定され、このとき、往き操舵における戻し力電流Ｉｄは、戻り操舵における戻し力電流Ｉｄよりも小さな値に設定される。これにより、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合の戻し力が減少し（即ち、往き操舵では戻し力が運転者の操舵を阻害せず）、ステアリングホイールの適切な戻り動作を維持しつつ、運転者の操舵フィーリングを向上させることが可能となる。

また、戻し力電流算出部３４は、往き操舵における戻し力電流Ｉｄを設定する場合、操舵角に基づき得られた戻し力電流Ｉｄに、操舵角速度θ’に応じて変化する補正ゲインＧを乗じることができる。この補正ゲインＧは、少なくとも一定の範囲において操舵角速度θ’の増大に応じて減少するように設定され、例えば、図４に示すように、操舵角速度θ’がθ’１以上の場合、操舵角速度θ’の増大とともに減少するように設定される。これにより、操舵を行う運転者の意志（運転者によるステアリングホイールの迅速な操作）に基づき、戻し力が更に減少するため、運転者の操舵フィーリングを一層向上させることができる。

なお、上記各電流算出部３１〜３４における電流Ｉａ〜Ｉｄの算出は、所定の演算式やマップ等を用いて行うことができる。

図５は図２に示した戻し力電流算出部３４による戻し力電流Ｉｄの算出処理手順を示すフロー図である。

戻し力電流算出部３４は、操舵角センサ１１からの操舵角の情報と、レゾルバ１４からのモータの回転方向の情報とを取得し（ＳＴ１０１）、操舵状態が往き操舵か否かを判定する（ＳＴ１０２）。往き操舵の場合（ＹＥＳ）、戻し力電流算出部３４は、例えば、図３に示したようなマップから、操舵角θに基づき往き操舵に対する戻し力電流Ｉｄを算出する（ＳＴ１０３）。

次に、戻し力電流算出部３４は、操舵角の情報から操舵角速度（操舵角の時間微分）を算出し（ＳＴ１０４）、例えば、図４に示したようなマップから、操舵角速度θ’に基づき往き補正ゲインＧを算出する（ＳＴ１０５）。続いて、戻し力電流算出部３４は、戻し力電流Ｉｄに補正ゲインＧを乗じて補正し（ＳＴ１０６）、これを出力する。

一方、ＳＴ１０２において往き操舵でない（即ち、戻り操舵）と判定された場合、戻し力電流算出部３４は、例えば、図３に示したようなマップから、操舵角θに基づき戻り操舵に対する戻し力電流Ｉｄを算出し（ＳＴ１０７）、これを出力する。

上記構成を有するステアリング制御装置２１においては、図２に示したように、ベース電流算出部３１で算出されたベース電流Ｉａには、加算器３５においてイナーシャ補償電流Ｉｂが加算され、減算器３６においてダンパ補償電流Ｉｃが減算され、更に、加算器３７において戻し力電流Ｉｄが加算される。最終的に加算器３７から出力される補正後のベース電流は、目標電流Ｉｔとして駆動回路２２に入力され、これにより、モータ９が制御される。

本発明による電動パワーステアリング装置を示す模式図 図１のステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図 戻し力電流と操舵角との関係を示す図 戻し力電流の補正ゲインと操舵角速度との関係を示す図 戻し力電流の算出処理手順を示すフロー図

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
７ 前輪
９ モータ
１１ 操舵角センサ
１２ 操舵トルクセンサ
１３ 車速センサ
１４ レゾルバ
２１ ステアリング制御装置
２２ 駆動回路
３１ ベース電流算出部
３２ イナーシャ補償電流算出部
３３ ダンパ補償電流算出部
３４ 戻し力電流算出部
４１ モータ回転速度算出部

Claims (2)

1. 補助操舵力を発生する電動機と、当該電動機を所定の目標制御量をもって駆動する駆動制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   少なくとも操舵トルクに基づき前記目標制御量の元になる目標制御ベース量を設定する目標制御ベース量設定手段と、
   前記目標制御ベース量に対し、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向に作用する戻し力成分の補正量を設定する補正量設定手段と
   を備え、
   前記補正量設定手段は、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致しない場合よりも前記補正量を小さく設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記補正量設定手段は、操舵トルク方向とステアリングホイールの回転方向とが一致する場合、前記ステアリングホイールの操舵角速度の増大に応じて、前記補正量を減少させ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。

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