(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵を補助するモータと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクの不感帯幅を規定する初期値を保持する初期値保持手段と、
不感帯幅及び該不感帯幅を越える操舵トルクに対するモータ指令トルク値を記憶するモータ指令値記憶手段と、
検出した操舵トルクと操舵トルクの上記初期値から、前記モータ指令値記憶手段の不感帯幅を補正する補正手段と、
この補正した不感帯幅及びモータ指令トルク値に基づき、操舵トルクに対応するモータ指令トルクを求め、前記モータを制御するモータ制御手段と、を備える電気式動力舵取装置であって、
前記補正手段は、上記検出した操舵トルクが操舵トルクの上記初期値を越えた際に、前記不感帯幅を狭め、
上記検出した操舵トルクが操舵トルクの上記初期値を下回った際に、前記不感帯幅を広げることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【請求項２】
前記補正手段が、前記不感帯幅を広げる際に、一定の遅延時間を置いてから不感帯幅を広げることを特徴とする請求項１に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項３】
前記補正手段が、前記不感帯幅を広げる際に、不感帯幅を徐々に広げることを特徴とする請求項１に記載の電気式動力舵取装置。
【請求項４】
前記補正手段が、前記不感帯幅を狭める際に、不感帯幅を徐々に狭めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の電気式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータにより操舵をアシストする電気式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気式動力舵取装置は、トルクセンサにより操舵トルクを検出し、操舵トルクに応じてモータを駆動することで操舵アシストを行っている。ここで、トルクセンサは、車両の操舵ステアリングに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に配設されたトーションバーの捻れ量から操舵トルクを検出している。そして、電気式動力舵取装置の制御装置が、該検出した操舵トルクに応じて、モータを駆動し操舵をアシストする。
【０００３】
かかる制御装置の制御において、操舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルクに応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を一般に設けてある。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走行時のステアリング中立付近での剛性感（以下単に「中立剛性」という）を高め、操舵フィーリングを高めている。
【０００４】
一方、該制御装置においては、操舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステアリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、高速時に操舵を重くしている。上述した不感帯の設定と車速に応じた制御量の切り替えの制御系を図７（Ａ）に示す。トルクセンサからの操舵トルクＴsに応じて、指令トルクマップ１２０を検索して、指令トルクＴmが決定され、ノード１２４へ出力される。ここで、該指令トルクマップ１２０には、不感帯が設定されており、不感帯幅よりも小さな操舵トルクＴsaのときは、指令トルクＴmが０として出力される。他方、車速センサからの車速値は、重み付けマップ１２２を参照して、重み付けされてノード１２４へ出力される。例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”が出力され、１００ｋｍ／ｈの際には“０．２”が出力される。そして、ノード１２４にて両者の値が乗積算しモータへの指令トルクＴm’を求め、この値に基づきモータが制御される。
【０００５】
この制御系の操舵トルクＴsに対するモータ指令トルクＴmの関係を図７（Ｂ）中のグラフに示す。該グラフ中に車速０ｋｍ／ｈ（所謂据え切り）の際と、車速１００ｋｍ／ｈの際とを表してある。グラフ中から理解できるように、不感帯の範囲内では、操舵トルクＴsが増大しても、車速に関わらず指令トルクＴmを０に維持する。そして、操舵トルクＴsが不感帯を越えてから徐々に指令トルクＴmを増大させ、設定された値（図中ｅ）を超えると、操舵トルクＴsに応じて指令トルクＴmを高める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述した不感帯幅は、中立剛性と操舵感との相反する要素に基づき決定されている。即ち、不感帯幅を大きくすると、中立剛性が高くなり、中、高速での直進時にステアリングが安定する反面、操舵を行う際、例えば、レーンチェンジのような時には、ステアリングを切り始めてから唐突に操舵アシストが開始されることになって、ステアリングが引っかかるような違和感を運転者に与えることになる。一方、不感帯の幅が小さいときには、高速走行時に、中立剛性が低くなり、小さな操舵トルクでもアシストが開始されるため、ステアリングがふらつくような感覚を運転者に与えることになる。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ステアリングの中立剛性を保ちつつ、アシストを必要とするときには、直ちに操舵アシストを行い得る電気式動力舵取装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電気式動力舵取装置は、操舵を補助するモータと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクの不感帯幅を規定する初期値を保持する初期値保持手段と、
不感帯幅及び該不感帯幅を越える操舵トルクに対するモータ指令トルク値を記憶するモータ指令値記憶手段と、
検出した操舵トルクと操舵トルクの上記初期値から、前記モータ指令値記憶手段の不感帯幅を補正する補正手段と、
この補正した不感帯幅及びモータ指令トルク値に基づき、操舵トルクに対応するモータ指令トルクを求め、前記モータを制御するモータ制御手段と、を備える電気式動力舵取装置であって、
前記補正手段は、上記検出した操舵トルクが操舵トルクの上記初期値を越えた際に、前記不感帯幅を狭め、
上記検出した操舵トルクが操舵トルクの上記初期値を下回った際に、前記不感帯幅を広げることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項２の電気式動力舵取装置は、請求項１において、前記補正手段が、前記不感帯幅を広げる際に、一定の遅延時間を置いてから不感帯幅を広げることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項３の電気式動力舵取装置は、請求項１において、前記補正手段が、前記不感帯幅を広げる際に、不感帯幅を徐々に広げることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項４の電気式動力舵取装置は、請求項１〜３において、前記補正手段が、前記不感帯幅を狭める際に、不感帯幅を徐々に狭めることを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明では、補正手段が、操舵トルクと操舵トルクの初期値から、モータ指令値記憶手段の不感帯幅を補正するため、操舵状態に応じて不感帯幅を最適な値に調整できる。このため、操舵時の中立剛性を保ちつつ、アシストを必要とするときには、直ちに操舵アシストを行うことが可能になる。
【００１４】
請求項１の発明では、検出した操舵トルクが操舵トルクの初期値を越えた際に、不感帯幅を狭めるため、ステアリングを切り始めアシストが必要になると直ちに操舵アシストを開始できる。一方、検出した操舵トルクが操舵トルクの初期値を下回った際に、不感帯幅を広げるため、ステアリングを戻す際には、ステアリング中立付近における中立剛性をすぐに高めることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、不感帯幅を広げる際に、一定の遅延時間を置いてから広げるため、ステアリングを戻す際に、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００１６】
請求項３の発明では、不感帯幅を広げる際に徐々に広げるため、ステアリングを戻す際に、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００１７】
請求項４の発明では、不感帯幅を狭める際に徐々に狭めるため、ステアリングの切り始めに、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る電気式動力舵取装置について図を参照して説明する。
図１は第１実施態様の電気式動力舵取装置の制御構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２からの操舵トルク及び車速センサ１４からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシスト量）を演算する制御装置２０と、該制御装置２０からのモータ指令トルクに応じてモータＭを制御するモータ駆動回路３０とからなる。
【００１９】
トルクセンサ１２は、車両の操舵ステアリングに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に配設されたトーションバーの捻れ量から操舵トルクを検出する。制御装置２０は、ＣＰＵ２２と、該ＣＰＵ２２とトルクセンサ１２及び車速センサ１４とを接続するためのインターフェイス２４とから構成されている。
【００２０】
該制御装置２０とモータ駆動回路３０との制御系について、図２のブロック図に示す。トルクセンサ１２からの出力（操舵トルク：電圧値）は、ノイズを除去すると共にＡ／Ｄ変換を行うフィルタ回路４２を介して位相補償手段４４へ出力される。該位相補償手段４４は、検出値を微分することで位相を進め、操舵アシストの遅れを補償する。即ち、検出値に基づき指令値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、この一定時間が、検出値に対する指令値の遅れとなるため、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、操舵アシストを適正に制御し得ない。このため、該位相補償手段４４が操舵トルクＴsの位相を進める。
【００２１】
一方、車速センサからの車速値は、車速パルス検出手段６０にて波形成形され、車速重み関数決定手段６２にて、重み付け関数にて車速に応じた重み付けが行われる。即ち、図５（Ａ）中に示す重み付け関数のマップ６２ＡがＣＰＵ２２のＲＯＭ等に記憶されており、車速に応じて記憶されたマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、１００ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。
【００２２】
アシストトルク決定手段４６は、該位相補償手段４４からの操舵トルクＴsと、車速重み関数決定手段６２からの重み付け値Ｗaから、モータＭによるアシスト量を決定する。即ち、アシストトルク決定手段４６は、図５（Ａ）中に示す操舵トルクＴs−モータ指令トルクＴmのマップ６２Ａと、ノード４６Ｂとの機能を有しており、入力された操舵トルクＴsに対応するモータ指令トルクＴmをマップを検索して求め、ノード４６Ａにて、該検索したモータ指令トルクＴmと車速重み関数決定手段６２からの重み付け値Ｗaとを積算、即ち、モータ指令トルクＴmを車速で補正し、補正したモータ指令トルクＴm’を出力する。なお、後述するように、本実施形態では、図７（Ｂ）を参照して上述した従来技術と異なり、該アシストトルク決定手段４６は、不感帯を変えることで、最適な制御を可能にしている。
【００２３】
電流指令決定手段４８は、アシストトルク決定手段４６からのモータ指令トルクＴm’をモータＭにて発生させるための電流指令値を決定する。この電流値が、モータ電流をフィードバックするノード４９を介して増幅手段５０へ出力される。該増幅手段５０は、入力された値を増幅してＰＷＭ回路５２へ出力する。ＰＷＭ回路５２は、増幅手段５０により出力された値に応じて、バッテリ（図示せず）からの電流をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ制御を行い、モータ指令トルクＴm’に応じたトルクを発生させ、操舵をアシストする。
【００２４】
なお、上述したフィルタ回路４２、位相補償手段４４、アシストトルク決定手段４６、車速パルス検出手段６０、車速重み関数決定手段６２の機能を、図１中の制御装置２０が果たし、電流指令決定手段４８、ノード４９，増幅手段５０、ＰＷＭ回路５２をモータ駆動回路３０が備える。
【００２５】
引き続き、該制御装置２０のＣＰＵ２２によるモータ指令トルクの演算処理について、図３及び図４のフローチャート及び図５（Ｂ）を参照して説明する。この図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中のマップ４６Ａの第１象限部分のみを拡大して示している。
【００２６】
図３は、ＣＰＵ２２の立ち上がり時の初期設定処理を示している。まず、操舵トルクＴsの不感帯幅の操舵トルクのデフォルト値Ｔs1’を格納する（Ｓ１０）。ここでは、図５（Ｂ）中に示す０からｂの範囲を不感帯幅Ｔs１として読み込み、この値をデフォルト値Ｔs1’＝Ｔs1として記憶する。なお、正確には、図５（Ａ）中に示すマップ４６Ａの第３象限側のデフォルト値を併せて格納するが、説明の便宜上、右方向の操舵時のみについて説明する。引き続き、不感帯変化量Ｔsdを読み込む（Ｓ１２）。ここで、不感帯変化量Ｔsdとは、図５（Ｂ）中に示すように、不感帯の幅を変化させる際の変化量を示す。従って、該不感帯変化量Ｔsdは、０よりも大きく、上述した不感帯幅のデフォルト値Ｔs1’＝Ｔs１よりも小さくなる。
【００２７】
引き続き、ＣＰＵ２２による通常時のモータ指令トルクＴm’の演算処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。
ＣＰＵ２２は、先ず、トルクセンサ１２からの操舵トルクＴsを読み込む（Ｓ２２）。次に、操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えるかを判断する（Ｓ２４）。ここで、ステアリングが切られておらず、操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えない間は（Ｓ２４がＮｏ）、ステップ３２の処理及びステップ３４の判断：Ｎｏを経て、ステップ２８に進み、図５に示すマップ４６Ａのマップ処理により操舵トルクＴsからモータ指令トルクＴmを算出する。ここでは、不感帯内であるため「０」が算出される。そして、該「０」の値が、図５（Ａ）に示す内容のマップ６２Ａを参照して車速に応じた重み付けが行われる、即ち、ステップ２８により算出したモータ指令トルクＴmと車速に応じた重み付け値Ｗaを掛け合わせることにより、モータ指令トルクＴm’を算出する。ここで、直進時には、不感帯の幅を広く維持することで、モータアシストを見合わせ、中、高速走行時の中立剛性を高め、操舵感を向上させている。
【００２８】
引き続き、ステアリングを切り始めた際の処理の流れについて説明する。ステアリングが切られ、上述したステアリング側に接続されたトーションバーが捻られ、トルクセンサ１２にて検出される操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えると（Ｓ２４がＹｅｓ）、ステップ２６へ移行し、不感帯の幅を変更する（狭める）。即ち、不感帯幅Ｔs１を上記デフォルト値Ｔs１’から不感帯変化量Ｔsdを減算した値にする。これにより、不感帯幅Ｔs１を図５（Ｂ）中に０からａで示す範囲にまで狭める。この結果、ステップ２８では、図５（Ｂ）中のａ−ｃ−ｄで示す折れ線に沿って、マップ処理により操舵トルクＴsからモータ指令トルクＴmを算出する。そして、該算出された値が、車速に応じて重み付けが行われることで、モータ指令トルクＴm’として出力される（Ｓ３０）。ここでは、操舵トルクＴsが不感帯のデフォルト値Ｔs1’を越えた際に、不感帯幅を狭めるため、ステアリングを切り始めてアシストが必要になると、直ちに操舵アシストを開始できる。
【００２９】
次に、ステアリングを中立位置に戻す際の処理について説明する。ステアリングが戻され、トーションバーの捻れが戻り、操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えなくなると（Ｓ２４がＮｏ）、ステップ３２へ進み、ＣＰＵ２２のタイマ割り込みによるカウンタの読み込みを開始する。ここで、ＣＰＵ２２は、５０mｓの割り込みタイミング毎に１ずつ加算して行く。そして、カウント値がＮ（ここでは１０）に達したかを判断する（Ｓ３４）。ここで、カウント値がＮ（１０）に達するまで、即ち、ステアリングを戻し、操舵トルクＴsが低下してから５００mｓ経過するまでは（Ｓ３４がＮｏ）、ステップ２８へ移行して、上述した狭い不感帯での処理を継続する。
【００３０】
一方、ステアリングを戻し、操舵トルクＴsが低下してから５００mｓ経過すると（Ｓ３４がＹｅｓ）、不感帯幅Ｔs１（図５（Ｂ）中０からａの範囲）をデフォルト値Ｔs１’（図５中０からｂの範囲）まで戻し（Ｓ３６）、上記ＣＰＵ２２のカウンタをリセットする（Ｓ３８）。即ち、この処理で、不感帯の幅が元の値に戻り（広がる）。ステップ２８では、図５（Ｂ）中のｂ−ｃ−ｄで示す折れ線に沿って、マップ処理により操舵トルクＴsからモータ指令トルクＴmを算出する。そして、該算出された値を車速に応じて重み付けし、モータ指令トルクＴm’として出力する（Ｓ３０）。ステアリングを戻す際には、操舵トルクが操舵トルクのデフォルト値を下回った際に、不感帯幅を広げるため、中立剛性を確立することができる。
【００３１】
第１実施形態では、不感帯幅を広げる（戻す）際に、一定の遅延時間を置いてから不感帯幅を広げるため、ステアリングを戻す際に、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００３２】
引き続き、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、第１実施形態の図４を参照して上述したモータ指令トルクの演算処理を除き同様であるため、当該モータ指令トルクの演算処理についてのみ図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、不感帯を狭める際に、直ちに狭め、広げる際には、一定の遅延時間を置いてから広げた。これに対して、第２実施形態では、不感帯の幅を変更する際、即ち、狭める際にも、広げる際にも徐々に行う。この処理を説明する。
【００３３】
先ず、ステアリングを切り始めた際の処理について説明する。ステアリングが切られ、操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えると（Ｓ２４がＹｅｓ）、ステップ５２へ移行し、不感帯幅Ｔs１が、デフォルト値Ｔs１’から不感帯変化量Ｔsdを減算した値まで狭まったかを判断する。ここで、該値まで狭まる前は（Ｓ５２がＮｏ）、ステップ５４へ進み、不感帯の幅を少し狭める。即ち、不感帯幅Ｔs１を現在の不感帯Ｔs１から不感帯変化量ｄＴsd（Ｔsdの１／１０程度の値）を減算した値にする。そして、上記不感帯変化量ｄＴsdを狭める処理を繰り返し、不感帯幅Ｔs１が、デフォルト値Ｔs１’から不感帯変化量Ｔsdを減算した値まで狭まると（Ｓ５２がＹｅｓ）、直ちにステップ２８へ移行する。ここでは、操舵トルクＴsが不感帯幅のデフォルト値Ｔs1’を越えた際に、不感帯幅を徐々に狭めるため、ステアリングを切り始めに、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００３４】
次に、ステアリングを中立位置に戻す際の処理について説明する。ステアリングが戻され、操舵トルクＴsが不感帯幅Ｔs１’を越えなくなると（Ｓ２４がＮｏ）、ステップ５６へ進み、不感帯幅Ｔs１がデフォルト値Ｔs１’まで広がったかを判断する。ここで、該値まで広がる以前は（Ｓ５６がＮｏ）、ステップ５８へ進み、不感帯の幅を少し広げる。即ち、不感帯幅Ｔs１を現在の不感帯値Ｔs１に不感帯変化量ｄＴsd（Ｔsdの１／１０程度の値）を加算した値にする。そして、上記不感帯変化量ｄＴsdを広げる処理を繰り返し、不感帯幅Ｔs１がデフォルト値Ｔs１’まで広がると（Ｓ５６がＹｅｓ）、直ちにステップ２８へ移行する。ここで、第２実施形態の電気式動力舵取装置においては、操舵トルクＴsが不感帯幅のデフォルト値Ｔs1’を下回った際に、不感帯幅を徐々に広げるため、ステアリングを戻す際に、操舵アシスト量が急変して操舵者に違和感を与えることがない。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、不感帯を広げる際も、狭める際にも同一のデフォルト値を基準としたが、不感帯を広げる際と、狭める際とで異なるデフォルト値を設定することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、操舵トルクと不感帯幅の初期値から、不感帯幅を補正するため、操舵状態に応じて不感帯幅を最適な値に調整できる。このため、操舵時の中立剛性を保ちつつ、アシストを必要とするときには、直ちに操舵アシストを行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置の制御構成を示すブロック図である。
【図２】制御装置とモータ駆動回路との制御系のブロック図である。
【図３】ＣＰＵの初期設定処理を示すフローチャートである。
【図４】ＣＰＵのモータ指令アシスト値の演算処理を示すフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）は、アシストトルク決定手段に保持されているマップの内容を示す説明図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中の操舵トルク−モータ指令トルクマップの第１象限を拡大して示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置のＣＰＵのモータ指令トルクの演算処理を示すフローチャートである。
【図７】図７（Ａ）は、従来技術に係る電気式動力舵取装置の不感帯の設定と車速に応じた制御量の切り替えの制御系を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、操舵トルクに対するモータ指令トルクの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１２  トルクセンサ
１４  車速センサ
２０  制御装置
２２  ＣＰＵ
３０  モータ駆動回路
４２  フィルタ回路
４４  位相補償手段
４６  アシストトルク決定手段
４６Ａ  モータ指令トルク値マップ（モータ指令値記憶手段）
４８  電流指令決定手段
５２  ＰＷＭ回路
６０  車速パルス検出手段
６２  車速重み関数決定手段
Ｍ  モータ
Ｓ２２  初期値保持手段
Ｓ２６  補正手段
Ｓ２８  モータ制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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