(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサの出力とにより決定される所定のアシスト指令値により、アシストモータを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイールの操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、前記アシストモータの回転方向と操舵トルクの入力方向とが互いに異なるときに前記ステアリングホイールが戻り状態であると極性判別手段により判別し、前記車速センサの出力により決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイールの戻り性を向上させる電動式パワーステアリングの戻り制御装置について、
前記トルクセンサの出力値が所定値以上の時には前記戻り指令値を出力しないトルク上限リミッタ又は前記トルクセンサの出力値が所定値以下の時には前記戻り指令値を出力しないトルク下限リミッタの少なくとも何れか一つを備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【請求項２】
前記アシストモータの回転数が所定値以下の時には前記戻り指令値を出力しないモータ回転数下限リミッタ又は前記アシストモータの回転数が所定値以上の時には前記戻り指令値を出力しないモータ回転数上限リミッタの少なくとも何れか一つを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【請求項３】
前記モータ回転数は、モータ電流検出値とモータ端子電圧により演算して得られた値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【請求項４】
前記モータ回転数は、モータ回転センサにより検出された値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【請求項５】
前記モータ回転数は、前記ステアリングホイールの舵角速度に応じた値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【請求項６】
前記トルクセンサから入力される操舵トルクの微分量と前記車速センサから入力される車速の微分量により決定される微分指令値をアシスト指令値に足し込むように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の電動式パワーステアリングの戻り制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステアリングシステムに関し、特にステアリングホイールの戻り性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車における電動式パワーステアリングシステムは、従来より種々の方式が提案されているが、そのなかには、図３に示すように、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と自動車の車速を検出する車速センサの出力とにより決定される所定のアシスト指令値（電流指令値）により、ドライブ回路を介してアシストモータを駆動し操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリングホイールの操作性を向上させる方式のものがある。
【０００３】
そして、この様な電動式パワーステアリングシステムにおいて、切り込んだステアリングホイールを逆方向に戻した際の特性、即ちステアリングホイールの戻り性を向上させる戻り制御装置として図３に示すものが開発されている。つまり、例えばアシストモータの電流検出値と該モータの端子電圧とにより推定演算されたモータ回転数から得られるアシストモータの回転方向と、トルクセンサから得られた操舵トルクの入力方向とが互いに異なるとき、ステアリングホイールが戻り状態であることを極性判別手段により判別し、自動車の車速より決定される戻り指令値をアシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイールの戻り性を向上させているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、戻り制御を行いたい領域は、ある特定の操舵トルクやモータ回転数の領域に限られるのであるが、上述した従来の電動式パワーステアリングの戻り制御装置にあっては、必要でない領域での戻り制御も行っていたため、次に示すような操舵感覚に違和感を覚えるといった問題があった。即ち、
【０００５】
（１）図４に示すように、操舵トルクが十分に大きい時、即ちトルクセンサの出力が必要以上に大きい時に、戻り指令値を出力して戻り制御を効かせると、保舵時（直進等でステアリングホイールを大きく操舵しない時）におけるステアリングホイールの僅かな切り戻しによっても所謂ハンドルを取られるという現象が生じ、これが操舵感覚の違和感となって現れる。
【０００６】
（２）図５に示すように、操舵トルクが極めて小さい時、即ちトルクセンサの出力が微小値の時には、トルクセンサが有する誤差がその出力値に大きく影響し、極性判別手段による判別が困難となり、戻り指令値の出力方向を誤って逆方向に戻り制御を行なったり、或いはオーバーシュートするといった誤動作を行なう場合があり、これが操舵感覚の違和感となって現れる。
【０００７】
（３）図５に示すように、推定演算されたモータ回転数推定値は誤差を含み、微速回転の時にはその誤差が大きく影響するため、ステアリングホイールの戻りが遅い時、即ちモータ回転推定値が低い時にはその誤差によって極性判別手段による判別が困難となり、戻り指令値の出力方向を誤って逆方向に戻り制御を行う場合があり、これが操舵感覚の違和感となって現れる。
【０００８】
（４）図６に示すように、ステアリングホイールの戻りが十分に速い時、即ちモータ回転数推定値が高い時に、必要以上の戻り指令値が出力されて戻り制御が効き過ぎ、ステアリングホイールが戻りすぎてオーバーシュートする場合もあり、これが操舵感覚の違和感となって現れる。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、戻り制御を行なう際に生じる種々の違和感を簡単な構成により低減した電動式パワーステアリングの戻り制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１及び２の発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明する。
【００１１】
まず、請求項１の発明が採った手段は、「ステアリングホイール１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検出する車速センサ３０の出力とにより決定される所定のアシスト指令値により、アシストモータ４０を駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、前記アシストモータ４０の回転方向と操舵トルクの入力方向とが互いに異なるときに前記ステアリングホイール１０が戻り状態であると極性判別手段５３により判別し、前記車速センサ３０の出力により決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイール１０の戻り性を向上させる電動式パワーステアリングの戻り制御装置について、前記トルクセンサ２０の出力値が所定値以上の時には前記戻り指令値を出力しないトルク上限リミッタ５１ａ又は前記トルクセンサ２０の出力値が所定値以下の時には前記戻り指令値を出力しないトルク下限リミッタ５１ｂの少なくとも何れか一つを備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングの戻り制御装置」であり、他方、請求項２の発明が採った手段は、「前記アシストモータ４０の回転数が所定値以下の時には前記戻り指令値を出力しないモータ回転数下限リミッタ５２ｂ又は前記アシストモータ４０の回転数が所定値以上の時には前記戻り指令値を出力しないモータ回転数上限リミッタ５２ａの少なくとも何れか一つを備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングの戻り制御装置」である。
【００１２】
つまり、請求項１に係る発明において、トルク上限リミッタ５１ａを設けた場合には、図４に示すように、操舵トルクが十分に大きい時（トルクセンサ２０の出力が必要以上に大きい時）、即ちトルクセンサ２０の出力値が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないため、保舵時におけるステアリングホイール１０の僅かな切り戻しによる所謂ハンドルを取られるという現象を防止し操舵感覚の違和感をなくすことが可能となるのである。
【００１３】
また、トルク下限リミッタ５１ｂを設けた場合には、図５に示すように、操舵トルクが極めて小さい時（トルクセンサ２０の出力が微小値の時）、即ちトルクセンサ２０の出力値が所定値以下の時には、トルクセンサ２０が有する誤差を不感帯でキャンセルして戻り指令値を出力しないため、誤差による影響をなくすことができ、極性判別手段５３による判別の誤動作を防止し操舵感覚の違和感をなくすことが可能となるのである。
【００１４】
他方、請求項２に係る発明において、モータ回転数下限リミッタ５２ｂを設けた場合には、図５に示すように、ステアリングホイール１０の戻りが遅い時（モータ回転数が低い時）、即ちアシストモータ４０の回転数が所定値以下の時には、モータ回転数推定値の誤差を不感帯でキャンセルして戻り指令値を出力しないため、誤差による影響をなくすことができ、極性判別手段５３による判別の誤動作を防止し操舵感覚の違和感をなくすことが可能となるのである。
【００１５】
また、モータ回転数上限リミッタ５２ａを設けた場合には、図６に示すように、ステアリングホイール１０の戻りが十分に速い時（モータ回転数が高い時、例えば、セルフアライニングトルクが大きく戻り制御の必要がない時）、即ちアシストモータ４０の回転数が所定値以上の時には戻り指令値が出力されないため戻り制御が効かないようにすることができ、ステアリングホイール１０が戻りすぎてオーバーシュートすることを防止し操舵感覚の違和感をなくすことが可能となるのである。
【００１６】
ここで、上述した各リミッタは少なくともいずれか一つを備えていれば、操舵感覚の改善を果たすことができるのであるが、後述する実施例でトルク感応リミッタ（上下限）及びモータ回転数感応リミッタ（上下限）として例示した如く、全てのリミッタを備えていればなお良いことは言うまでもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。まず、電動式パワーステアリングシステムに関して図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
図２において、ステアリングホイール１０を操作すると、その操舵トルクはギヤーケース１１の入力軸１１ａに伝達され、出力軸１１ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は操舵リンク１３を介して車輪１４の方向を変える。
【００１９】
一方、図１に示すように、ギヤーケース１１に取付けられたトルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、その電気信号が電気制御装置（以下ＥＣＵ５０と云う）に入力される。ＥＣＵ５０は、トルクセンサ２０からの入力と車速センサ３０からの入力とにより所定のアシスト指令値（電流指令値）を決定し、これを各リミッタを介してドライブ回路に伝達し、当該ドライブ回路によってアシストモータ４０が駆動される。
【００２０】
このアシストモータ４０のトルクは、電磁クラッチ１５を介してギヤーケース１６の入力軸１６ａに伝達され、出力軸１６ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は、ステアリングホイール１０の出力軸１１ｂとともに、アシストモータ４０の出力軸１６ｂにより駆動されるので、ステアリングホイール１０の操作性が著しく改善されるのである。
【００２１】
つぎに、この様な電動式パワーステアリングシステムにおいて、切り込んだステアリングホイール１０を逆方向に戻した際の特性、即ちステアリングホイール１０の戻り性を向上させる戻り制御は次のように行われる。
【００２２】
先ず、アシストモータ４０の電流値が電流検出センサにより検出され、さらに該アシストモータ４０の端子電圧が電圧検出センサにより検出され、それぞれの検出値はＥＣＵ５０に入力される。ＥＣＵ５０は、これらの電流検出値とモータ端子電圧値とからモータ回転数推定演算手段５４によりアシストモータ４０の回転数を推定演算する。
【００２３】
さらにＥＣＵ５０は、モータ回転数から得られるアシストモータ４０の回転方向と、トルクセンサ２０から得られた操舵トルクの入力方向とが互いに異なるとき、ステアリングホイール１０が戻り状態であると判別する極性判別手段５３を有しており、戻り状態であると判別した際には、車速より決定される戻り指令値を前記アシスト指令値に足し込むことにより、ステアリングホイール１０の戻り性を向上させているのである。
【００２４】
さて、トルクセンサ２０の出力値やアシストモータ４０の回転数によって、戻り指令値をアシスト指令値に足し込むか否かの制御を行うのが本発明であって、本実施例にあっては、戻り指令値は、車速によりゲイン決定された後にトルク感応リミッタ５１ａ，５１ｂ及びモータ回転数感応リミッタ５２ａ，５２ｂを介して必要な領域のみ取り出された後、極性判別手段５３により判別されてアシスト指令値に足し込まれるよう構成されている。
【００２５】
ここで、トルク感応リミッタ５１ａ，５１ｂは、トルクセンサ２０の出力値が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないトルク上限リミッタ５１ａと、トルクセンサ２０の出力値が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないトルク下限リミッタ５１ｂとの両機能を備えている。
【００２６】
トルク上限リミッタ５１ａは、図４に示すように、操舵トルクが十分に大きい時、即ちトルクセンサ２０の出力値が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないため、戻り指令値がアシスト指令値に足し込まれずステアリングホイール１０の戻り制御が行われないこととなって、保舵時におけるステアリングホイール１０の僅かな切り戻しによる所謂ハンドルを取られるという現象を防止することができるのである。
【００２７】
また、トルク下限リミッタ５１ｂは、図５に示すように、操舵トルクが極めて小さい時、即ちトルクセンサ２０の出力値が所定値以下の時には、トルクセンサ２０が有する誤差を不感帯でキャンセルして戻り指令値を出力しないため、戻り指令値がアシスト指令値に足し込まれずステアリングホイール１０の戻り制御が行われないこととなって、誤差による影響をなくすことが可能となり、極性判別手段５３による判別の誤動作を防止することができるのである。
【００２８】
一方、モータ回転数感応リミッタは、アシストモータ４０の回転数が所定値以下の時には戻り指令値を出力しないモータ回転数下限リミッタ５２ｂと、アシストモータ４０の回転数が所定値以上の時には戻り指令値を出力しないモータ回転数上限リミッタ５２ａとの両機能を備えている。
【００２９】
モータ回転数下限リミッタ５２ｂは、図５に示すように、ステアリングホイール１０の戻りが遅い時、即ちアシストモータ４０の回転数が所定値以下の時には、モータ回転数推定値の誤差を不感帯でキャンセルして戻り指令値を出力しないため、戻り指令値がアシスト指令値に足し込まれずステアリングホイール１０の戻り制御が行われないこととなって、誤差による影響をなくすことが可能となり、極性判別手段５３による判別の誤動作を防止することができるのである。
【００３０】
また、モータ回転数上限リミッタ５２ａは、図６に示すように、ステアリングホイール１０の戻りが十分に速い時、即ちアシストモータ４０の回転数が所定値以上の時には必要以上の戻り指令値が出力されないため、余分な戻り制御が行われないこととなって、ステアリングホイール１０が戻りすぎてオーバーシュートすることを防止することができるのである。なお、本実施例では、アシストモータ４０が慣性を有しているため、ステアリングホイール１０の戻しの最終期に戻り指令値を一時的に出力して戻り制御を補佐している。
【００３１】
なお、本実施例では、図１にも示したように、トルクセンサ２０から入力される操舵トルクの微分量と車速センサ３０から入力される車速の微分量とにより決定される微分指令値を、アシスト指令値（電流指令値）に足し込むことにより、制御システムの位相遅れを補償している。
【００３２】
次に、図７には、本発明の第二実施例に係るブロック図が示してあり、図１に示した第一実施例とは、トルク感応リミッタ５１ａ，５１ｂとモータ回転数感応リミッタ５２ａ，５２ｂとの位置が相違する。この第二実施例においては、トルク感応リミッタ５１ａ，５１ｂがトルクセンサ２０と極性判別手段５３との間に設けられ、モータ回転数感応リミッタ５２ａ，５２ｂがモータ回転数推定演算手段５４と極性判別手段５３との間に設けられており、第一実施例と比較して、ソフトウエアの構成が簡単であるという点で優れている。
【００３３】
図８には、本発明の第三実施例に係るブロック図が示してあり、図１に示した第一実施例とは、アシストモータ４０の回転数の検出方法が相違する。この第三実施例においては、アシストモータ４０の回転数及び回転方向をモータ回転センサ６０により直接検出し、これをモータ回転数検出値としてモータ回転数感応リミッタ５２ａ，５２ｂと極性判別手段５３とに入力しており、第一実施例と比較して、モータ回転数のより正確な値が得られるという点で優れている。
【００３４】
図９には、本発明の第四実施例に係るブロック図が示してあり、図１に示した第一実施例とは、第三実施例と同様アシストモータ４０の回転数の検出方法が相違する。この第四実施例においては、ハンドル舵角センサ７０によりステアリングホイール１０の舵角速度を検出してハンドル舵角速度検出値とし、これに応じた値としてモータ回転数及び回転方向をモータ回転数感応リミッタ５２ａ，５２ｂと極性判別手段５３とに入力しており、第一実施例と比較して、人間が直接感じるハンドルの舵角速度を用いているため、より操舵感覚の良い制御ができるという点で優れている。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る電動式パワーステアリングの戻り制御装置は、各種のリミッタにより必要な領域のみ取り出された戻り指令値をアシスト指令値に足し込むことにより、戻り制御を行なう際に生じる種々の違和感を低減することができるという効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式パワーステアリングの戻り制御装置における第一実施例の制御ブロック図である。
【図２】第一実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図３】従来の戻り制御装置の制御ブロック図である。
【図４】操舵トルクが十分に大きい保舵時に戻り指令を出力する状態を従来技術と本発明とを比較して示すグラフである。
【図５】操舵トルクが極めて小さい時、或いはステアリングホイールの戻りが遅くモータ回転数が微小の時に戻り指令を出力する状態を従来技術と本発明とを比較して示すグラフである。
【図６】ステアリングホイールの戻りが十分に速い時に戻り指令を出力する状態を従来技術と本発明とを比較して示すグラフである。
【図７】本発明に係る第二実施例の制御ブロック図である。
【図８】本発明に係る第三実施例の制御ブロック図である。
【図９】本発明に係る第四実施例の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１０    ステアリングホイール
２０    トルクセンサ
３０    車速センサ
４０    アシストモータ
５０    電気制御装置（ＥＣＵ）
５１ａ  トルク上限リミッタ
５１ｂ  トルク下限リミッタ
５２ａ  モータ回転数上限リミッタ
５２ｂ  モータ回転数下限リミッタ
５３    極性判別手段
５４    モータ回転数推定演算手段
６０    モータ回転センサ
７０    ハンドル舵角センサ
【図１】
0003613777.tif 000002
【図２】
0003613777.tif 000003
【図３】
0003613777.tif 000004
【図４】
0003613777.tif 000005
【図５】
0003613777.tif 000006
【図６】
0003613777.tif 000007
【図７】
0003613777.tif 000008
【図８】
0003613777.tif 000009
【図９】
0003613777.tif 000010