(57)【要約】【課題】  電動ステアリング装置の制御の安定性を向上する。【解決手段】  操舵力を発生させるモータ１１と、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ３０と、操舵トルクセンサ３０で検出した操舵トルクに基づいてモータ１１の目標電流を算出する目標電流算出手段と、前記目標電流算出手段で算出した目標電流に応じてモータ１１を駆動する駆動回路４０と、を備え、前記目標電流算出手段は、目標電流の単位時間当たりの変化量を制限する制限手段を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵力を発生させるモータと、
操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、
少なくとも前記操舵入力検出手段で検出した操舵入力に基づいて前記モータの目標電流を算出する目標電流算出手段と、
前記目標電流算出手段で算出した目標電流に応じて前記モータを駆動する駆動手段と、
を備え、前記目標電流算出手段は、前記目標電流の単位時間当たりの変化量を制限する制限手段を備えることを特徴とする電動ステアリング装置。
【請求項２】
前記目標電流が所定値以上であるときに前記制限手段による制限が実行されることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項３】
車速が所定値以上であるときには前記制限手段による制限を弱めることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項４】
前記モータに電力を供給する電源の電圧を監視し、前記電圧が所定値よりも高いときに前記制限手段による制限を強めるか、または、前記電圧が所定値よりも低いときに前記制限手段による制限を弱めることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項５】
車両の転舵を行うラックアンドピニオン機構と、前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段とを備え、
前記ラック位置検出手段で検出したラック位置が所定位置以上のときに前記制限手段による制限が実行されることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項６】
車両の転舵を行うラックアンドピニオン機構と、前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段とを備え、
前記ラック位置検出手段で検出したラック位置が中点から離れるにしたがって前記制限手段による制限を強めることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項７】
前記制限手段により制限される変化量は、前記目標電流の前回値からの単位時間当たりの変化量であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用操舵装置として電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに結合されたステアリングシャフトと転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に連結されるとともに、操舵力を補助するためのモータが前記転舵機構に連係されて構成されており、一般に、ステアリングホイールに加えられる操舵入力（例えば、操舵トルク）が大きいほど操舵補助力が大きくなるように前記モータの目標電流を算出し、前記モータの駆動電流を制御している。
ところで、操舵トルクの単位変化量に対する前記モータの目標電流の変化量が大きいと、操舵フィーリングが悪化する虞があるため、操舵トルクの単位変化量に対する前記目標電流の変化量を制限する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４０９７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように目標電流の変化量に制限を設けた従来の電動ステアリング装置においては、時間の要素が考慮されていないため、急激（急速）な目標電流の変化を抑えることができず、制御系の安定化にとっては好ましくなかった。
そこで、この発明は、制御の安定性に優れた電動ステアリング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、操舵力を発生させるモータ（例えば、後述する実施例におけるモータ１１）と、操舵入力を検出する操舵入力検出手段（例えば、後述する実施例における操舵トルクセンサ３０）と、少なくとも前記操舵入力検出手段で検出した操舵入力に基づいて前記モータの目標電流を算出する目標電流算出手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０７）と、前記目標電流算出手段で算出した目標電流に応じて前記モータを駆動する駆動手段（例えば、後述する実施例における駆動回路４０）と、を備え、前記目標電流算出手段は、前記目標電流の単位時間当たりの変化量を制限する制限手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０２〜Ｓ１０６）を備えることを特徴とする電動ステアリング装置である。
このように構成することにより、モータの目標電流が急激（急速）に変化するのを防止することができ、過渡期におけるモータの電流ゲインを抑制することができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記目標電流が所定値以上であるときに前記制限手段による制限が実行されることを特徴とする。
このように構成することにより、目標電流のゲインが高いときに生じ易いステアリングの制御系の発振を防止することができる。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車速が所定値以上であるときには前記制限手段による制限を弱めることを特徴とする。
このように構成することにより、モータの目標電流のゲインが元々小さい高速域では前記制限を弱めることで、高速域において操舵補助力が必要以上に低下するのを防止することができる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記モータに電力を供給する電源（例えば、後述する実施例におけるバッテリー４１）の電圧を監視し、前記電圧が所定値よりも高いときに前記制限手段による制限を強めるか、または、前記電圧が所定値よりも低いときに前記制限手段による制限を弱めることを特徴とする。
このように構成することにより、モータの駆動電流が過度に上昇するのを防止することができる。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車両の転舵を行うラックアンドピニオン機構（例えば、後述する実施例におけるピニオン７、ラック軸８）と、前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段（例えば、後述する実施例におけるラック位置センサ６０）とを備え、前記ラック位置検出手段で検出したラック位置が所定位置以上のときに前記制限手段による制限が実行されることを特徴とする。
このように構成することにより、ラックがストロークエンドに近付いたときにステアリングの制御系が発振するのを確実に防止することができる。また、ストロークエンドにおける衝撃を緩和することもできる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載の発明において、車両の転舵を行うラックアンドピニオン機構（例えば、後述する実施例におけるピニオン７、ラック軸８）と、前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段（例えば、後述する実施例におけるラック位置センサ６０）とを備え、前記ラック位置検出手段で検出したラック位置が中点から離れるにしたがって前記制限手段による制限を強めることを特徴とする。
このように構成することにより、ラックがストロークエンドに近付いたときにステアリングの制御系が発振するのを確実に防止することができる。また、ストロークエンドにおける衝撃を緩和することもできる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記制限手段により制限される変化量は、前記目標電流の前回値からの単位時間当たりの変化量であることを特徴とする。
このように構成することにより、制御を簡単に構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、モータの目標電流が急激（急速）に変化するのを防止することができ、過渡期におけるモータの電流ゲインを抑制することができるので、ステアリングの制御系が発振するのを防止することができ、モータに対する制御の安定性が向上し、ひいては操舵が安定する。
請求項２に係る発明によれば、目標電流のゲインが高いときに生じ易いステアリングの制御系の発振を防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、高速域において操舵補助力が必要以上に低下するのを防止することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明によれば、モータの駆動電流が過度に上昇するのを防止することができ、その結果、ステアリングの制御系の発振を確実に防止して、制御の安定性を確保することができる。
請求項５に係る発明によれば、ラックがストロークエンドに近付いたときにステアリングの制御系が発振するのを確実に防止することができ、操舵の安定性が向上する。また、ストロークエンドにおける衝撃を緩和することもできる。
請求項６に係る発明によれば、ラックがストロークエンドに近付いたときにステアリングの制御系が発振するのを確実に防止することができ、操舵の安定性が向上する。また、ストロークエンドにおける衝撃を緩和することもできる。
請求項７に係る発明によれば、制御を簡単に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明に係る電動ステアリング装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両用電動パワーステアリング装置（電動ステアリング装置）１００はステアリングホイール（操作子）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。
ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。
ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端に設けられたラックエンド８ｂにそれぞれタイロッド９が連結され、タイロッド９に転舵輪としての前輪１０が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、タイロッド９は転舵機構を構成する。
【００１４】
また、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２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるモータ１１を備えており、モータ１１で発生したトルク（アシストトルク）は、減速装置１２によって倍力されてピニオン軸５に伝達される。なお、減速装置１２は、モータ１１の出力軸に設けられたウォームギヤ１２ａと、ピニオン軸５に設けられウォームギヤ１２ａに噛合するウォームホイールギヤ１２ｂとからなる。
【００１５】
また、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルクを検出する磁歪式の操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段、操舵入力検出手段）３０が配置されている。
操舵トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に設けられた２つの磁歪膜３１，３２と、各磁歪膜３１，３２に対向配置された２つの検出コイル３３，３４と、各検出コイル３３，３４にそれぞれ接続された検出回路３５，３６を備え、検出回路３５，３６は、磁歪に起因して生じる各検出コイル３３，３４のインダクタンスの変化を電圧変化に変換してＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は各検出回路３５，３６の出力に基づいてステアリングシャフト１に作用する操舵トルクを算出する。
【００１６】
ピニオン軸５、減速装置１２はステアリングギヤボックス２０に収容されており、ラック８はステアリングギヤボックス２０に連なるラックハウジング２１に収容されている。そして、ラック８のラックエンド８ｂが、ラックハウジング２１の端部近傍に形成された係止部２２に突き当たるとストロークエンドとなり、ステアリングホイール２の回転が規制され、このときにハンドル最大回転角となる。ラックハウジング２１にはラック８の位置を検出するラック位置センサ（ラック位置検出手段）６０が取り付けられており、ラック位置センサ６０はラック位置に対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力する。
ラックハウジング２１の端部には、蛇腹状をなす伸縮可能なラックエンドカバー２３が取り付けられており、このラックエンドカバー２３内にラックエンド８ｂが移動可能に収容され、タイロッド９はラックエンドカバー２３を貫通して外方に突出している。
【００１７】
また、車体の適所には車速を検出する車速センサ１５が取り付けられており、車速センサ１５は車速に対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力する。
そして、ＥＣＵ５０は、車速センサ１５、操舵トルクセンサ３０などからの入力信号を処理して得られる制御信号によりモータ１１に供給すべき目標電流を決定し、モータ１１に流れる電流が目標電流と一致するようにＰＩＤ制御を行うことにより、モータ１１の出力トルクを制御し、操舵補助力を制御する。
なお、車載のバッテリー（電源）４１は駆動回路（駆動手段）４０を介してモータ１１に電力を供給するとともに、他の電気負荷（例えば、空調装置用のコンプレッサなどの補機類）４２にも電力を供給する。電圧検出手段４３はバッテリー４１の電圧を検出し、電圧に対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力する。
【００１８】
次に、この実施例におけるモータ１１の目標電流決定処理について、図２のフローチャートに従って説明する。
図２のフローチャートに示す目標電流決定処理ルーチンは、ＥＣＵ５０によって一定時間毎にＥＣＵ５０によって実行される
まず、ステップＳ１０１において、車速センサ１５により検出された車速と、操舵トルクセンサ３０で検出された操舵トルクに基づいて、基本目標電流マップを参照してモータ１１の基本目標電流ＩｏｂｊＮｂを算出する。図３は車速毎に設定された操舵トルク−基本目標電流マップの一例であり、基本的には、操舵トルクＴＲＱが大きくなるにしたがって基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが大きくなるように設定されており、同じ操舵トルクＴＲＱで比較すると車速が大きいほど基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが小さくなるように設定されている。
【００１９】
次に、ステップＳ１０２に進み、目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋と目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−を算出する。目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋と目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−は、目標電流の前回値ＩｏｂｊＮー１に、予め設定した目標電流決定処理の実行サイクル当たりの一定変化量ｄＩを加算あるいは減算して算出する（ＩｏｂｊＮ＋＝ＩｏｂｊＮー１＋ｄＩ，  ＩｏｂｊＮ−＝ＩｏｂｊＮー１−ｄＩ）。
次に、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０１で算出した基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋よりも小さいか否か判定する。
【００２０】
ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（ＩｏｂｊＮｂ≧ＩｏｂｊＮ＋）である場合、すなわち、マップから求めた基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋以上である場合には、ステップＳ１０４に進み、目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋を目標電流ＩｏｂｊＮに設定して本ルーチンの実行を一旦終了する（ＩｏｂｊＮ＝ＩｏｂｊＮ＋）。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（ＩｏｂｊＮｂ＜ＩｏｂｊＮ＋）である場合、すなわち、マップから求めた基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋よりも小さい場合には、ステップＳ１０５に進み、基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−よりも大きいか否か判定する。
【００２１】
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（ＩｏｂｊＮｂ≦ＩｏｂｊＮ−）である場合、すなわち、マップから求めた基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−以下である場合には、ステップＳ１０６に進み、目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−を目標電流ＩｏｂｊＮに設定して本ルーチンの実行を一旦終了する（ＩｏｂｊＮ＝ＩｏｂｊＮ−）。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（ＩｏｂｊＮｂ＞ＩｏｂｊＮ−）である場合は、マップから求めた基本目標電流ＩｏｂｊＮｂが目標電流下限値ＩｏｂｊＮ−よりも大きく且つ目標電流上限値ＩｏｂｊＮ＋よりも小さいので、ステップＳ１０７に進み、基本目標電流ＩｏｂｊＮｂを目標電流ＩｏｂｊＮに設定して本ルーチンの実行を一旦終了する（ＩｏｂｊＮ＝ＩｏｂｊＮｂ）。
この実施例では、ＥＣＵ５０がステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理を実行することにより目標電流算出手段が実現され、ＥＣＵ５０がステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を実行することにより、制限手段が実現される。
【００２２】
このようにモータ１１に対する目標電流ＩｏｂｊＮを設定すると、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量を制限することができるので、目標電流ＩｏｂｊＮの急激（急速）な変化を防止することができる。したがって、過渡期におけるモータ１１の電流ゲインを抑制することができるので、ステアリングの制御系が発振するのを防止することができ、モータ１１に対する制御の安定性が向上し、ひいては操舵が安定する。
【００２３】
また、通常時におけるモータ１１の目標電流ＩｏｂｊＮ（すなわち、基本目標電流ＩｏｂｊＮｂ）については高く設定することが可能になり、基本目標電流マップの設定自由度が向上する。つまり、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量を制限していない場合には、基本目標電流マップにおいて電流ゲインを高く設定すると制御系が発振する虞があるため、電流ゲインを低く設定せざるを得ない場合があったが、この実施例の電動パワーステアリング装置１００では、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量を制限することによりステアリングの制御系の発振を防止することができるので、基本目標電流マップにおいて電流ゲインを高く設定することが可能である。
【００２４】
なお、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限処理は、目標電流ＩｏｂｊＮが所定値以上のときだけ実行するようにしてもよい。この場合の目標電流ＩｏｂｊＮの所定値はステアリングの制御系に発振が生じない範囲で設定する。一般に、ラック８がストロークエンドに近付いたときモータ１１の電流ゲインを大きくすることにより操舵補助力を大きくして、操舵が重くならないようにしているが、電流ゲインが高いほどステアリングの制御系が発振し易くなるので、これを防止するために、目標電流ＩｏｂｊＮが所定値以上のときだけ前記制限を実行して制御の安定性を確保するのである。
【００２５】
また、このように、ラック８がストロークエンド近傍に達するとモータ１１の電流ゲインが大きくなりステアリングの制御系が発振し易くなるので、ラック位置センサ６０の出力信号に基づいて、ラック８の位置が所定位置よりもストロークエンドに近付いたときに、前述した単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限処理を実行するようにしてもよい。あるいは、ラック８の位置が中点（車両を直進させるときの位置）から離れるにしたがって、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を強めるようにしてもよい。このようにすると、ラック８がストロークエンドに近付いたときにステアリングの制御系が発振するのを確実に防止することができ、操舵が安定する。また、ストロークエンドにおいてラックエンド８ｂが係止部２２に突き当たるときの衝撃を緩和することもできる。
【００２６】
また、車速が所定値以上の高速域では、基本目標電流ＩｏｂｊＮｂのゲインが元々小さいので、単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量も小さくなる。したがって、高速域では前述した単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限の必要性が低いので、車速が所定値以上のときには単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を弱めてもよい。ここで、「制限を弱める」には「制限をしない」が含まれる。これにより、高速域において操舵補助力が必要以上に低下するのを防止することができる。
【００２７】
ところで、モータ１１の駆動電流をデューティ比制御する場合には、同じデューティ比であってもバッテリー４１の電圧値によって制御電流が異なり、バッテリー４１の電圧値が高いほど制御電流値が大きくなる。そして、このバッテリー４１の電圧値は、バッテリー４１の劣化によるだけでなく、バッテリー４１の負荷状態によっても変化する。例えば、バッテリー４１が空調装置のコンプレッサに電力供給しているときには、電力供給していないときよりも電圧値が低下する。そこで、モータ１１の駆動電流をデューティ比制御する場合には、電圧検出手段４３によって検出されたバッテリー４１の電圧が所定値よりも高いときに、前述した単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を強めるようにしてもよい。このようにすると、モータ１１の駆動電流が過度に上昇するのを防止することができ、その結果、ステアリングの制御系の発振を確実に防止して、制御の安定性を確保することができる。
【００２８】
また、モータ１１の駆動電流をデューティ比制御する場合には、電圧検出手段４３によって検出されたバッテリー４１の電圧が所定値よりも低いときに、前述した単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を弱めるようにしてもよい。バッテリー４１の電圧が低いときには、モータ１１の駆動電流が低めになり、ステアリングの制御系に発振が起こり難いからである。
【００２９】
さらに、ステアリングギヤボックス２０の温度を検出し、該温度が低下するにしたがって単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を弱めたり、あるいは、車輪１０の空気圧を検出して、該空気圧が低くなるにしたがって単位時間当たりの目標電流ＩｏｂｊＮの変化量の制限を弱めてもよい。これは次の理由による。ステアリングギヤボックス２０の温度が低いと、内部のギヤオイルの温度も低く粘性が大きくなってフリクションが増大し、また、車輪１０の空気圧が低いほどフリクションが増大する。このようにフリクションが大きいときにはモータ１１の駆動電流を大きくする必要があるので、前記制限を弱めるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に係る電動ステアリング装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】前記実施例におけるモータの目標電流決定処理を示すフローチャートである。
【図３】前記目標電流決定処理において使用される基本目標電流マップの一例である。
【符号の説明】
【００３１】
７  ピニオン（ラックアンドピニオン機構）
８  ラック軸（ラックアンドピニオン機構）
１１  モータ
３０  操舵トルクセンサ（操舵入力検出手段）
４０  駆動回路（駆動手段）
４１  バッテリー（電源）
５０  ＥＣＵ（目標電流算出手段、制限手段）
６０  ラック位置センサ（ラック位置検出手段）
１００  電動パワーステアリング装置
【図１】
2006315439.tif 000003
【図２】
2006315439.tif 000004
【図３】
2006315439.tif 000005