JP3865529B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの回転力を利用してステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステアリング操作によって入力される操舵トルクに応じた操舵補助力をモータから発生させ、このモータから発生した操舵補助力をステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置が知られている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置の多くでは、予め作成されたアシスト特性線に従って、ステアリング機構に入力される操舵トルクの大きさに応じたモータ電流目標値が設定されるようになっている。モータ電流目標値とは、モータに供給すべき電流値であり、このモータ電流目標値とモータに実際に流れる電流値とが一致するようにモータ駆動回路を制御することによって、操舵トルクに応じた操舵補助力をモータから発生させることができる。
【０００４】
このモータ制御において参照される上記アシスト特性線には、図５に示すように、操舵補助を行わない操舵トルクの範囲（不感帯）が予め設定されている。そして、ステアリング機構に入力される操舵トルクが不感帯内であれば、モータへの給電を停止して操舵補助を行わないようになっている。これにより、車両の直進時などにおいて、所望しない操舵補助が行われることによる車両のふらつきなどを防止でき、操舵安定感を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、操舵トルクが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われると、モータのオン／オフが頻繁に繰り返されるために、モータ始動音やモータのトルクリップルに起因する振動が頻繁に生じるおそれがあった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、モータ始動音やモータのトルクリップルに起因する振動の発生を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、モータ電流目標値に基づいてモータを駆動し、このモータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置において、上記ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段と、この操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに基づいてモータ電流目標値を設定する電流目標値設定手段と、上記モータの回転角を検出するモータ回転角センサから入力されるパルス信号に基づいてモータ回転速度を算出する手段と、上記ステアリング機構の操舵態様が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、この判断手段によって上記所定の条件を満たしていると判断された場合に、上記電流目標値設定手段によってモータ電流目標値が零に設定される操舵トルクの範囲である不感帯の幅を変更する不感帯幅変更手段とを含み、上記所定の条件は、操舵方向が切り替わり、かつ、トルク中立点を越えておらず、かつ、モータ回転速度が予め定められた基準値以上であるという条件であり、上記不感帯幅変更手段は、上記判断手段によって上記所定の条件を満たしていると判断された場合に、上記不感帯の幅を狭くなるように変更することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００８】
この発明によれば、車両の運転者による操舵の態様が所定の条件を満たしている場合には、操舵トルクに対するモータ電流目標値が零に設定される不感帯の幅が変更される。これにより、たとえば、操舵トルクが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われた場合に、それまでよりも不感帯の幅を狭く変更することにより、モータのオン／オフが繰り返されることを防止できる。その結果、モータ始動音の発生やモータのトルクリップルに起因する振動の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、操舵方向が切り替わり、かつ、トルク中立点を越えておらず、かつ、モータ回転速度が予め定められた基準値以上であるという条件が満たされているか否かが判断されることにより、操舵トルクが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われたか否かを良好に判断することができる。
なお、上記電動パワーステアリング装置は、請求項２に記載のように、上記不感帯幅変更手段によって上記不感帯の幅が変更されるにあたり、操舵トルクとモータ電流目標値との関係を示すアシスト特性線を、上記不感帯の幅が狭くなるように、所定のモータ電流目標値以下の領域において、少なくとも１つの屈曲点を有する屈曲線に変更する手段をさらに含んでいてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。ステアリング機構１は、車幅方向に沿って配置されたラック１１と、このラック１１にギアボックス１７内において噛合するピニオン部を先端に有するピニオン軸１２と、ラック１１の両端に回動自在に結合されたタイロッド１３と、このタイロッド１３の先端に回動自在に結合されたナックルアーム１４とを備えている。
【００１１】
ナックルアーム１４は、キングピン１５まわりに回動自在に設けられており、このナックルアーム１４に操舵輪１６が取り付けられている。ピニオン軸１２の基端部は、ユニバーサルジョイントを介してステアリング軸に結合されており、このステアリング軸の一端には、たとえばステアリングホイール（図示せず）が固定されている。この構成により、ステアリングホイールを回転させることによって、ラック１１がその長手方向に変位し、ナックルアーム１４がキングピン１５まわりに回動して、操舵輪１６の方向が変化する。
【００１２】
電動パワーステアリング装置２は、ラック１１の途中部に関連して設けられた三相ブラシレスモータＭを有している。このモータＭは、車両に固定されたケース２１を備えており、ケース２１内には、ラック１１を取り囲むようにロータ２２が配置され、さらに、ロータ２２を取り囲むようにステータ２３が配置されている。
【００１３】
ロータ２２の一端部には、ボールナット３１が連結されている。このボールナット３１は、ラック１１の途中部に形成されたねじ軸部３２に複数個のボールを介して螺合していて、これによりボールねじ機構３０が形成されている。また、ボールナット３１とモータＭのケース２１との間には、軸受け３３，３４が介装されており、ケース２１とロータ２２の他端部付近との間には、軸受け３５が介装されている。
【００１４】
この構成により、モータＭへの通電が行われて、ロータ２２にトルクが与えられると、その与えられたトルクは、ロータ２２に連結されたボールナット３１に伝達される。ボールナット３１に伝達されたトルクは、ボールねじ機構３０によってラック１１の車幅方向への駆動力に変換される。こうして、モータＭから発生する力がステアリング機構１に与えられる。
【００１５】
操舵補助力の大きさは、モータＭの駆動電流を制御することによって調整される。モータＭの駆動電流は、コントローラ４０によりモータドライバ５０を介して制御されるようになっている。コントローラ４０には、車速を検出するための車速センサ６１、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ６２、モータＭの回転角を検出するためのモータ回転角センサ６３、およびモータＭに流れる電流の大きさを検出するためのモータ電流検出回路７０の出力信号が入力されている。コントローラ４０は、上記各出力信号に基づいてモータＭに供給すべきモータ電流目標値を設定し、このモータ電流目標値に基づいてモータドライバ５０を制御する。
【００１６】
車速センサ６１は、たとえば、車輪に関連して設けられ、車輪の回転速度に対応した周期でパルス信号を出力する車輪速センサによって実現される。この場合、パルス信号の周期または周波数を計測することによって、車両の速さである車速を求めることができる。
トルクセンサ６２は、ピニオン軸１２をステアリングホイール側の入力軸とラック１１側の出力軸とに分割しておき、入力軸と出力軸との間をトーションバーで結合するとともに、このトーションバーのねじれ量を検出する構成によって実現される。つまり、ステアリングホイールに加えられたトルクとトーションバーのねじれ量が一対一に対応するので、このねじれ量をポテンショメータなどの適当な検出機構で検出することによって操舵トルクを検出できる。
【００１７】
モータ回転角センサ６３は、ロータリエンコーダなどで構成され、ロータ２２に関連して設けられている。ロータリエンコーダから出力されるパルス信号に基づいて、ロータ２２の回転位置、つまりモータＭの回転角を検出することができる。
図２は、操舵トルクＴに応じたモータ電流目標値Ｄを設定するためのアシスト特性線を示す図である。コントローラ４０は、この図２に示すアシスト特性線に従って、トルクセンサ６２で検出される操舵トルクＴに応じたモータ電流目標値Ｄを設定する。なお、この図２において、左方向に操舵された時の操舵トルクＴには負の符号(−)を付し、右方向に操舵された時の操舵トルクＴには正の符号(＋)を付すこととする。
【００１８】
アシスト特性線には、操舵トルクＴに対するモータ電流目標値Ｄが零である不感帯が設けられている。すなわち、トルクセンサ６２で検出される操舵トルクＴの絶対値が予め定めるしきい値＋Ｔ１，−Ｔ１の絶対値以下であり、不等式−Ｔ１≦Ｔ≦＋Ｔ１の関係を満たしている場合には、モータ電流目標値Ｄが零に設定されて、モータＭの駆動は行われないようになっている。
【００１９】
コントローラ４０は、運転者によって右方向または左方向への操舵が行われ、この時に入力される操舵トルクＴの絶対値が上記しきい値＋Ｔ１，−Ｔ１の絶対値を超えると、１次関数Ｌ，Ｍに従って、操舵トルクＴの絶対値が大きいほど、モータ電流目標値Ｄを大きな値に設定する。また、コントローラ４０は、操舵トルクＴの絶対値が予め定める上限値＋Ｔ２，−Ｔ２の絶対値を超えると、モータ電流目標値Ｄを一定値Ｄ１に設定する。
【００２０】
さらに、コントローラ４０は、車両の運転者によるステアリング操作の態様が所定の条件を満たせば、上述のアシスト特性線を図２に二点鎖線で示すように変更する。すなわち、不感帯の幅を初期値Ｗに係数α（０≦α＜１）を乗じた値αＷに変更するとともに、これに応じて、１次関数Ｌ，Ｍを操舵トルクＴの座標軸に沿う原点方向に平行移動させる。これにより、操舵トルクＴの絶対値がしきい値＋Ｔ１，−Ｔ１に係数αを乗じて得られる変更後のしきい値＋αＴ１，−αＴ１の絶対値を超えると、二点鎖線で示す平行移動後の１次関数Ｌ，Ｍに従って、操舵トルクＴの絶対値が大きいほど、モータ電流目標値Ｄは大きな値に設定される。また、操舵トルクＴの絶対値が上限値＋Ｔ２，−Ｔ２に係数αを乗じて得られる変更後の上限値＋αＴ２，−αＴ２を超えると、モータ電流目標値Ｄは一定値Ｄ１に設定される。
【００２１】
図３は、アシスト特性線の変更に関するコントローラ４０の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートで示す動作は、運転者によるステアリング操作が行われたことに応答して開始される。
運転者によるステアリング操作が行われると、コントローラ４０は、トルクセンサ６２の出力を参照して、ステアリング操作による操舵方向が切り替わったか否かを調べる（ステップＳ１）。操舵方向が切り替わらない場合は（ステップＳ１でＮＯ）、不感帯の幅を変更するための係数αを１に設定し（ステップＳ５）、アシスト特性線の変更は行わない。そして、コントローラ４０は、未変更のアシスト特性線（図２で実線で示す。）に従ってモータ電流目標値を設定し、このモータ電流目標値に基づいてモータＭの駆動を制御する（ステップＳ６）。
【００２２】
一方、操舵方向が切り替わった場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、次に、トルク中立点を超えるような操舵が行われたか否かを判断する（ステップＳ２）。すなわち、コントローラ４０は、トルクセンサで検出される操舵トルクＴが、−Ｔから＋Ｔ、または＋Ｔから−Ｔに切り替わったか否かを判断する。そして、トルク中立点を超えるような操舵が行われた場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、コントローラ４０は、係数αを１に設定して（ステップＳ５）、アシスト特性線の変更は行わずに、未変更のアシスト特性線に従ってモータＭの駆動を制御する（ステップＳ６）。
【００２３】
トルク中立点を超えるような操舵が行われていない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、コントローラ４０は、モータ回転角センサ６３から入力されるパルス信号に基づいてモータ回転速度Ｎを算出し、その算出したモータ回転速度Ｎが、予め実験を行うことによって車両の種類ごとに適当に定められた基準値Ｂ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。言い換えれば、運転者による操舵速度が高速であるか低速であるかを判断する。そして、モータ回転速度Ｎが基準値Ｂ未満であり、操舵速度が比較的低速である場合には、コントローラ４０は、係数αを１に設定して（ステップＳ５）、未変更のアシスト特性線に従ってモータＭの駆動を制御する（ステップＳ６）。
【００２４】
モータ回転角センサ６３からのパルス信号に基づいて算出したモータ回転速度Ｎが基準値Ｂ以上であり、操舵速度が比較的高速であれば、コントローラ４０は、そのモータ回転速度Ｎに基づいて係数α（０≦α＜１）を設定し（ステップＳ４）、アシスト特性線の不感帯の幅をαＷに変更する。また、変更後の不感帯幅αＷに応じて、１次関数Ｌ，Ｍを平行移動させる。たとえば、係数αは、モータ回転速度Ｎの関数ｆ(N)により定められる。具体的には、モータ回転速度Ｎに定数ａを乗じることによって係数αを設定してもよく、この場合、ｆ(N)＝ａＮとなる。これにより、アシスト特性線の変更が達成され、コントローラ４０は、この変更後のアシスト特性線に従ってモータＭの駆動を制御する（ステップＳ６）。
【００２５】
なお、この実施形態では、ステップＳ１が方向切替判断手段の機能に相当しており、ステップＳ３が操舵速度判断手段の機能に相当している。
以上のように、この実施形態によれば、操舵速度が比較的高速であり、かつ、操舵トルクＴがトルク中立点を超えずに不感帯の境界であるしきい値＋Ｔ１，−Ｔ１付近で変動を繰り返すようなステアリング操作が行われた場合、言い換えれば、操舵トルクＴが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われた場合には、アシスト特性線の不感帯の幅Ｗが幅αＷに変更される。これにより、不感帯の幅が狭くなるから、操舵トルクＴが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われても、モータＭのオン／オフが繰り返し行われることを防止でき、モータ始動音の発生やモータのトルクリップルに起因する振動の発生を抑制することができる。
【００２６】
なお、上述の実施形態では、不感帯の幅Ｗが幅αＷに変更されたことに応じて、１次関数Ｌ，Ｍが平行移動されるとしている。しかしながら、図４に示すように、１次関数Ｌ，Ｍは、予め定めるモータ電流目標値Ｄ２（操舵トルク＋Ｔ３，−Ｔ３）に対応する点で屈曲している屈曲線Ｐ，Ｑに変更されてもよい。
具体的に説明すると、屈曲線Ｐ，Ｑは、いずれも１次関数部分Ｕ１，Ｕ２を有しており、１次関数部分Ｕ２は、変更前の１次関数Ｌ，Ｍにおける所定値＋Ｔ３，−Ｔ３の絶対値以上の操舵トルクＴに対応する部分と一致している。一方、１次関数部分Ｕ１は、操舵トルクＴが変更後のしきい値＋αＴ１，−αＴ１の絶対値よりも大きく、かつ、所定値＋Ｔ３，−Ｔ３の絶対値よりも小さい場合に参照される部分であり、１次関数部分Ｕ２よりも傾きが小さく設定されている。
【００２７】
これにより、アシスト特性線の変更後は、操舵トルクＴの絶対値が変更後のしきい値＋αＴ１，−αＴ１の絶対値より大きければ、モータ電流目標値Ｄが、傾きの小さい１次関数部分Ｕ１に従って設定される。また、操舵トルクＴの絶対値が上記所定値＋Ｔ３，−Ｔ３の絶対値以上であれば、モータ電流目標値Ｄは傾きの大きい１次関数部分Ｕ２に従って設定される。
【００２８】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の実施形態では、不感帯の幅Ｗが幅αＷに変更されたことに応じて、１次関数Ｌ，Ｍが、平行移動または１つの屈曲点を有する屈曲線Ｐ，Ｑに変更されるとしたが、所定のモータ電流目標値以下の領域において複数の屈曲点を有する屈曲線に変更されてもよい。
【００２９】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。
【図２】操舵トルクに応じたモータ電流目標値を設定するためのアシスト特性線を示す図である。
【図３】アシスト特性線（不感帯幅）を変更する処理について説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の他の実施形態について説明するための図である。
【図５】従来のモータ制御について説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
２ 電動パワーステアリング装置
４０ コントローラ（電流目標値設定手段、判断手段、不感帯幅変更手段）
５０ モータドライバ
６２ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
６３ モータ回転角センサ（操舵速度検出手段）
７０ モータ電流検出回路
Ｍ モータ
Ｗ 不感帯幅
αＷ 変更後の不感帯幅

Claims (2)

1. モータ電流目標値に基づいてモータを駆動し、このモータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置において、
   上記ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段と、
   この操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに基づいてモータ電流目標値を設定する電流目標値設定手段と、
   上記モータの回転角を検出するモータ回転角センサから入力されるパルス信号に基づいてモータ回転速度を算出する手段と、
   上記ステアリング機構の操舵態様が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断手段と、
   この判断手段によって上記所定の条件を満たしていると判断された場合に、上記電流目標値設定手段によってモータ電流目標値が零に設定される操舵トルクの範囲である不感帯の幅を変更する不感帯幅変更手段とを含み、
   上記所定の条件は、操舵方向が切り替わり、かつ、トルク中立点を越えておらず、かつ、モータ回転速度が予め定められた基準値以上であるという条件であり、
   上記不感帯幅変更手段は、上記判断手段によって上記所定の条件を満たしていると判断された場合に、上記不感帯の幅を狭くなるように変更することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記不感帯幅変更手段によって上記不感帯の幅が変更されるにあたり、操舵トルクとモータ電流目標値との関係を示すアシスト特性線を、上記不感帯の幅が狭くなるように、所定のモータ電流目標値以下の領域において、少なくとも１つの屈曲点を有する屈曲線に変更する手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。

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