JP6378887B2 - 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。

車両走行時に、ホイールバランス等に起因して、ステアリングホイールの回転方向にフラッタやシミーと称される振動が発生することがある。

特許文献１には、タイロッドの軸力の検出値に基づいてステアリングホイールの振動発生を予測し、ステアリングホイールの振動発生と略同時に振動収束機構のアクチュエータを駆動することによってアキュムレータ内のオイルをシャフトのオイル室に供給してステアリングホイールの振動発生を防止する装置が開示されている。

特開平６−２０６５５０号公報

特許文献１に記載の技術では、タイロッドの軸力を検出する必要があり、また、ステアリングホイールの振動発生を防止するための振動収束機構の構造が複雑となる。したがって、ステアリングホイールに発生する振動を簡易に防止することができるとは言い難い。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ステアリングホイールに発生する振動を簡易な方法で抑制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する電動パワーステアリング装置であって、前記トルクセンサにて検出された操舵トルク信号の位相を進める位相進み補正部と、前記トルクセンサにて検出された操舵トルク信号のうち特定の周波数帯域の成分を抽出する特定周波数抽出部と、前記位相進み補正部の出力信号と前記特定周波数抽出部の出力信号との乗算に基づいて演算された操舵トルク信号にゲインを乗算して、当該操舵トルク信号をリミッタで設定された制限値に達するように補正するゲイン乗算部と、前記ゲイン乗算部から出力された出力信号に基づいて演算されるアシスト補正指令値を前記アシスト指令値に加算する加算部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータを駆動するためのアシスト指令値に、位相進み補正部の出力信号と特定周波数抽出部の出力信号とに基づいて演算されたアシスト補正指令値が加算されるため、電動モータはステアリングホイールの振動を打ち消す方向のアシストトルクを発生する。また、アシスト指令値に加算されるアシスト補正指令値は、トルクセンサから出力される操舵トルク信号が減衰したとしても、ゲイン乗算部の作用によって減衰しないため、電動モータが発生するアシストトルクはステアリングホイールの振動を打ち消す方向に一定の大きさで作用する。よって、ステアリングホイールに発生する振動を簡易な方法で抑制することができる。

本発明の第１及び第２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。 本発明の第１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。 トルクセンサから出力される操舵トルク信号を示す図である。 トルクセンサから出力される操舵トルク信号、リミッタから出力される矩形波、及び波形変換部にて変換された正弦波を示す図である。 本発明の第２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。 本発明の第２実施形態の変形例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。

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。

＜第１実施形態＞
図１〜４を参照して、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００について説明する。まず、図１を参照して、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、下端がラック軸５に連係する出力シャフト３と、入力シャフト７と出力シャフト３を連結するトーションバー４と、を備える。電動パワーステアリング装置１００は、出力シャフト３の下端に設けられるピニオン３ａと噛み合うラック軸５を軸方向に移動させることによって車輪６を転舵するものである。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。

電動パワーステアリング装置１００はさらに、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にアシスト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１０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。

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、特に、車両の高速走行時（例えば７０〜１５０ｋｍ／ｈ）には、路面から車輪６を通じてラック軸５に入力される振動とトーションバー４より上方側の固有振動数とが一致して共振し、ステアリングホイール１にフラッタやシミーと称される振動が発生することがある。電動パワーステアリング装置１００では、このステアリングホイール１の振動を抑制するための制御が行なわれる。

次に、図２〜４を参照して、ステアリングホイール１の振動を抑制するための制御、具体的には、コントローラ１３による電動モータ１０の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、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて、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ためのアシストベース電流（アシスト指令値）を演算するベース電流演算部１９を有する。

コントローラ１３はさらに、ステアリングホイール１の振動を抑制するためのアシスト補正電流（アシスト補正指令値）を演算する補正電流演算部３０を備える。アシスト補正電流は、加算部２５にてアシストベース電流に加算される。

加算部２５では、アシストベース電流とアシスト補正電流の他に、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、電動モータ１０の駆動を制御する制御電流として電動モータ１０に出力される。

このように、電動モータ１０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アシストベース電流に、ステアリングホイール１の振動を抑制するためのアシスト補正電流を加算することによって得られる制御電流にて制御される。

以下では、補正電流演算部３０について説明する。

補正電流演算部３０は、トルクセンサ１２にて検出された操舵トルク信号の位相を進める位相進み補正部としてのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１と、トルクセンサ１２にて検出された操舵トルク信号のうち特定の周波数帯域の成分を抽出する特定周波数抽出部としてのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、を備える。

バンドパスフィルタ３２によって抽出される特定の周波数帯域の成分は、ステアリングホイール１の振動成分である１０〜２０Ｈｚの帯域の操舵トルク信号である。バンドパスフィルタ３２にて抽出された周波数成分は、絶対値算出部（ＡＢＳ）３３にて絶対値に変換される。絶対値算出部３３にて算出された絶対値は、ピークホールド部（Ｐ／Ｈ）３４に出力される。ピークホールド部３４は、絶対値算出部３３にて算出された絶対値のピーク値を検出し、ピーク値が一定期間の間一定値分だけ減少するように処理する。つまり、ピークホールド部３４は、絶対値算出部３３にて算出された絶対値のピーク値が一定期間減少しないように処理する。

ハイパスフィルタ３１から出力された操舵トルク信号とピークホールド部３４から出力された操舵トルク信号とは、乗算部３５にて乗算される。乗算部３５から出力される操舵トルク信号は、ハイパスフィルタ３１とバンドパスフィルタ３２のそれぞれにて処理された信号が乗算されたものであるため、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号よりも位相が進み、かつステアリングホイール１の振動成分以外の成分は除去されたものとなる。したがって、乗算部３５から出力される操舵トルク信号に基づいて演算されるアシスト補正電流によって電動モータ１０が出力するアシストトルクは、路面から車輪６を通じてラック軸５に入力される振動を打ち消す方向に作用する。つまり、アシスト補正電流は、ステアリングホイール１の振動を抑えるように作用する。

図３に、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号を示す。図３において、横軸は時間、縦軸は操舵トルクである。図３に示す「振動抑制制御開始」の位置がアシストベース電流へのアシスト補正電流の加算が開始された位置である。

振動抑制制御が行なわれることによって、電動モータ１０が出力するアシストトルクはラック軸５に入力される振動を打ち消す方向に作用するため、図３に示すようにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクは減衰する。つまり、ステアリングホイール１の振動が抑制される。

しかし、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクが減衰することによって、ハイパスフィルタ３１とバンドパスフィルタ３２に入力される操舵トルク信号（フィードバック信号）も小さくなる。そのため、乗算部３５から出力される操舵トルク信号に基づいて演算されるアシスト補正電流が小さくなってしまい、ステアリングホイール１の振動が継続している場合には、ステアリングホイール１の振動が再び大きくなってしまう。このように、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクが減衰することによって、アシスト補正電流も減衰してしまい、ステアリングホイール１の振動が効果的に抑制できないおそれがある。

この対策として、補正電流演算部３０は、操舵トルクが減衰したとしてもアシスト補正電流が減衰しないようにする補正電流補償部３６を備える。

図２及び４を参照して、補正電流補償部３６について説明する。

補正電流補償部３６は、乗算部３５から出力される操舵トルク信号にゲインを乗算するゲイン乗算部３７と、操舵トルク信号の上下限値を制限するリミッタ３８と、リミッタ３８から出力される矩形波を正弦波に変換する波形変換部としてのローパスフィルタ３９と、ローパスフィルタ３９の出力信号を電流に変換する電流変換部４０と、を備える。図４に、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号を実線、リミッタ３８から出力される矩形波を一点鎖線、ローパスフィルタ３９にて変換された正弦波を点線で示す。図４において、横軸は時間、縦軸はトルク値である。

ゲイン乗算部３７では、操舵トルク信号にゲインを乗算し、操舵トルク信号の上下限値をリミッタ３８で設定された制限値（絶対値）に達するように補正する。したがって、図４に一点鎖線で示すように、リミッタ３８から出力される矩形波の上下限値は、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号（図４中実線）の大きさに依らず、リミッタ３８で制限された一定値となる。

リミッタ３８から出力される操舵トルク信号は矩形波であるため、この矩形波に基づいて演算したアシスト補正電流によって電動モータ１０を制御した場合には、ステアリングホイール１の操舵フィーリングが悪化してしまうおそれがある。そこで、リミッタ３８から出力される矩形波の操舵トルク信号は、ローパスフィルタ３９にて正弦波に変換される。これにより、操舵フィーリングの悪化が防止される。図４に点線で示すように、ローパスフィルタ３９から出力された操舵トルク信号は、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号（図４中実線）の大きさに依らず、一定の振幅で変化する。なお、図４に点線で示すローパスフィルタ３９から出力された操舵トルク信号は、ハイパスフィルタ３１の作用によって、図４に実線で示すトルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号と比較して位相が進んでいる。

ローパスフィルタ３９から出力された操舵トルク信号は、電流変換部４０にて電流に変換された後、アシスト補正電流として加算部２５にてアシストベース電流に加算される。

以上のように、加算部２５に出力されるアシスト補正電流は、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号が減衰したとしても、減衰しないように補正電流補償部３６にて補償される。したがって、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号が減衰したとしても、アシスト補正電流によって電動モータ１０が出力するアシストトルクは、ラック軸５に入力される振動を打ち消す方向に一定の大きさで継続して作用するため、ステアリングホイール１の振動が効果的に抑制される。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

電動モータ１０を駆動するためのアシストベース電流に、ハイパスフィルタ３１から出力された操舵トルク信号とバンドパスフィルタ３２から出力された操舵トルク信号とに基づいて演算されたアシスト補正電流が加算されるため、電動モータ１０はステアリングホイール１の振動を打ち消す方向のアシストトルクを発生する。また、アシスト補正電流は、トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号が減衰したとしても、減衰しないように補正電流補償部３６にて補償されるため、アシスト補正電流によって電動モータ１０が出力するアシストトルクは、ラック軸５に入力される振動を打ち消す方向に一定の大きさで継続して作用する。したがって、ステアリングホイール１に発生する振動を簡易な方法で効果的に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図１及び５を参照して、本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置２００について説明する。以下では、上記第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００と異なる点について説明する。電動パワーステアリング装置２００において、上記第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００と同一の構成には、図面中に同一の符号を付して説明を省略する。

電動パワーステアリング装置２００では、加算部２５は所定の実行条件の成立時にのみアシスト補正電流をアシストベース電流に加算する加算処理を実行する点で、上記第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００と相違する。以下では、所定の実行条件について詳しく説明する。

電動パワーステアリング装置２００は、車速センサ１６にて検出された車速が予め定められた所定範囲内か否かを判定する車速判定部５０と、操舵角センサ１６にて検出された操舵角から演算される舵角速度が予め定められた所定速度以下か否かを判定する舵角速度判定部５１と、を備える。車速判定部５０及び舵角速度判定部５１が、加算部２５での加算処理を実行する実行条件の成立を判定する実行条件判定部に該当する。

車速判定部５０にて車速が前記所定範囲内と判定され、かつ、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度以下と判定された場合には、切換器５２にてアシストベース電流にアシスト補正電流が加算される。一方、車速判定部５０にて車速が前記所定範囲外と判定されるか、又は、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度を超えると判定された場合には、切換器５２にてアシストベース電流に０Ａが加算される。つまり、アシストベース電流にアシスト補正電流が加算されない。

このように、電動パワーステアリング装置２００では、車速と操角速度を監視し、車速及び操角速度が所定の実行条件を満たす場合にのみアシストベース電流にアシスト補正電流が加算されステアリングホイール１の振動抑制制御が行なわれる。車速を監視するようにしたのは、ステアリングホイール１の振動は、特に車両の高速走行時において発生することが多いためである。そのため、車両の高速走行時にのみステアリングホイール１の振動抑制制御を行なうようにする。したがって、前記所定範囲は、例えば７０〜１５０ｋｍ／ｈに設定される。なお、ステアリングホイール１の振動は、車両の高速走行時にだけ発生する現象ではなく、顕著に表れるのが高速走行時であり、低速走行時においても発生する。また、操角速度を監視するようにしたのは、ステアリングホイール１の振動はステアリングホイール１の切り込み時には発生し難く、ステアリングホイール１の保舵時に発生し易いためである。つまり、ステアリングホイール１の振動は、ステアリングホイール１を強く握っている際には発生し難く、ステアリングホイール１を軽く握っている際に発生し易い。したがって、舵角速度が所定速度以下、例えば１０ｄｅｇ／ｓ以下である場合には、ステアリングホイール１が保舵されていると判定して、ステアリングホイール１の振動抑制制御を行なうようにする。

以上では、車速及び操角速度の双方を監視し、車速判定部５０及び舵角速度判定部５１にて同時に条件が成立した場合に、ステアリングホイール１の振動抑制制御を行なう場合について説明した。しかし、これに代わり、車速判定部５０及び舵角速度判定部５１のいずれか一方にて条件が成立した場合に、ステアリングホイール１の振動抑制制御を行なうようにしてもよい。

次に、図６を参照して、本第２実施形態の変形例について説明する。

図６に示すように、本変形例では、図５に示す切換器５２に代わり、リミッタ３８で設定された制限値を可変にするリミッタ可変処理部５３が設けられる。

リミッタ可変処理部５３は、車速判定部５０及び舵角速度判定部５１からなる実行条件判定部の判定結果に基づいて、リミッタ３８で設定された制限値を漸増減する。具体的には、実行条件判定部において実行条件が不成立から成立に切り換わった際、つまり、車速判定部５０にて車速が前記所定範囲外と判定されるか、又は、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度を超えると判定された状態から、車速判定部５０にて車速が前記所定範囲内と判定され、かつ、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度以下と判定された際には、リミッタ可変処理部５３は、リミッタ３８で設定された制限値を０Ｎｍから予め定められた上限値まで漸増する。これにより、ゲイン乗算部３７からリミッタ３８を通じて出力される出力信号は０Ｎｍから上限値まで漸増するため、アシスト補正電流は徐々に増加する。一方、実行条件判定部において実行条件が成立から不成立に切り換わった際、つまり、車速判定部５０にて車速が前記所定範囲内と判定され、かつ、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度以下と判定された状態から、車速判定部５０にて車速が前記所定範囲外と判定されるか、又は、舵角速度判定部５１にて舵角速度が前記所定速度を超えると判定された際には、リミッタ可変処理部５３は、リミッタ３８で設定された制限値を上限値から０Ｎｍまで漸減する。これにより、ゲイン乗算部３７からリミッタ３８を通じて出力される出力信号は上限値から０Ｎｍまで漸減するため、アシスト補正電流は徐々に減少する。

このように、車速判定部５０及び舵角速度判定部５１からなる実行条件判定部において実行条件が不成立から成立又は成立から不成立に切り換わった際には、リミッタ３８で設定された制限値は、リミッタ可変処理部５３によって漸増減されるため、アシスト補正電流を滑らかに変化させることができる。よって、電動モータ１０の動作を滑らかにすることができる。

リミッタ３８で設定された制限値をリミッタ可変処理部５３によって０Ｎｍから上限値まで漸増する時間と上限値から０Ｎｍまで漸減する時間は、同一時間であっても、異なる時間であってもよい。

また、図５に示す切換器５２と図６に示すリミッタ可変処理部５３とを併用するようにしてもよい。具体的には、実行条件判定部において実行条件が不成立から成立に切り換わった際には、リミッタ可変処理部５３にてリミッタ３８で設定された制限値を０Ｎｍから上限値まで漸増する一方、実行条件判定部において実行条件が成立から不成立に切り換わった際には、切換器５２にてアシストベース電流に０Ａを加算するようにしてもよい。また、実行条件判定部において実行条件が不成立から成立に切り換わった際には、、切換器５２にてアシストベース電流にアシスト補正電流を加算する一方、実行条件判定部において実行条件が成立から不成立に切り換わった際には、リミッタ可変処理部５３にてリミッタ３８で設定された制限値を上限値から０Ｎｍまで漸減するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，２００ 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
１５ 操舵角センサ（操舵角検出器）
１９ ベース電流演算部
２５ 加算部
３０ 補正電流演算部
３１ ハイパスフィルタ（位相進み補正部）
３２ バンドパスフィルタ（特定周波数抽出部）
３６ 補正電流補償部
３７ ゲイン乗算部
３８ リミッタ
３９ ローパスフィルタ
４０ 電流変換部
５０ 車速判定部（実行条件判定部）
５１ 舵角速度判定部（実行条件判定部）
５２ 切換器
５３ リミッタ可変処理部

Claims (9)

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する電動パワーステアリング装置であって、
   前記トルクセンサにて検出された操舵トルク信号の位相を進める位相進み補正部と、
   前記トルクセンサにて検出された操舵トルク信号のうち特定の周波数帯域の成分を抽出する特定周波数抽出部と、
   前記位相進み補正部の出力信号と前記特定周波数抽出部の出力信号との乗算に基づいて演算された操舵トルク信号にゲインを乗算して、当該操舵トルク信号をリミッタで設定された制限値に達するように補正するゲイン乗算部と、
   前記ゲイン乗算部から出力された出力信号に基づいて演算されるアシスト補正指令値を前記アシスト指令値に加算する加算部と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記リミッタから出力される矩形波の出力信号を正弦波に変換する波形変換部をさらに備え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. 前記加算部での加算処理を実行する実行条件の成立を判定する実行条件判定部をさらに備え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. 車速が予め定められた所定範囲内か否かを判定する車速判定部をさらに備え、
   前記実行条件判定部は、前記車速判定部にて車速が前記所定範囲内と判定された場合に、前記実行条件の成立を判定することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 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と、
   前記操舵角検出器にて検出された操舵角から演算される舵角速度が予め定められた所定速度以下か否かを判定する舵角速度判定部と、をさらに備え、
   前記実行条件判定部は、前記舵角速度判定部にて舵角速度が前記所定速度以下と判定された場合に、前記実行条件の成立を判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記リミッタで設定された前記制限値を可変にするリミッタ可変処理部をさらに備え、
   前記実行条件判定部の判定結果に基づいて、前記リミッタ可変処理部は前記制限値を漸増減することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記実行条件判定部において前記実行条件が不成立から成立に切り替わった際には、前記リミッタ可変処理部は前記制限値を漸増することを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記実行条件判定部において前記実行条件が成立から不成立に切り替わった際には、前記リミッタ可変処理部は前記制限値を漸減することを特徴とする請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ゲイン乗算部にてゲインが乗算される前記操舵トルク信号は、前記位相進み補正部の出力信号と、前記特定周波数抽出部の出力信号を絶対値に変換し前記絶対値のピーク値が一定期間減少しないように処理した信号と、に基づいて演算されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の電動パワーステアリング装置。