(57)【要約】【課題】最大操舵角度付近でのラックとストッパとの衝突によって中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を、確実に緩和することができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング機構に操舵補助トルクを伝達する電動モータ１２と、操舵トルクに基づく電流指令値に応じて電動モータ１２を駆動制御するコントローラ１５とを備え、コントローラ１５は、操舵角δが所定角度δ１以上であるラックストロークエンド付近において、操舵トルクの変化率ΔＴに応じてトルクセンサ３で検出したトルク検出値Ｔｉを減少補正し、補正後の操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値ＩM*をもとに電動モータ１２を駆動制御する。【選択図】図３
2008230580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクの変化率を演算する操舵トルク変化率演算手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段で検出した操舵角が所定角度以上であるとき、前記操舵トルク変化率演算手段で演算した操舵トルク変化率に応じて、前記操舵トルク検出手段で検出したトルク検出値を減少補正するトルク補正手段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。
【請求項２】
前記トルク補正手段は、前記操舵トルク変化率が大きいほど、前記トルク検出値を大きく減少補正す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。
【請求項３】
前記トルク補正手段は、前記操舵トルク変化率が所定変化率以上であるときに、前記トルク検出値を減少補正す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。
【請求項４】
車速を検出する車速検出手段を有し、前記トルク補正手段は、前記車速検出手段で検出した車速に応じて、前記トルク検出値の減少補正量を変更する補正量変更手段を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記補正量変更手段は、車速が低車速領域にあるとき、車速が極低車速領域にあるときと比較して、前記トルク検出値の減少補正量を変更するゲインを大きく設定することを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
操舵速度を演算する操舵速度検出手段と、該操舵速度検出手段で演算した操舵速度が低操舵速度領域及び高操舵速度領域の少なくとも一方にあるとき、前記トルク補正手段による前記トルク検出値の減少補正を禁止する補正禁止手段とを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段で検出した車速が高車速領域にあるとき、前記トルク補正手段による前記トルク検出値の減少補正を禁止する補正禁止手段とを備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータと、少なくとも操舵トルク検出値に基づいて演算した電流指令値に基づいて電動モータを制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の大型化に伴い、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も増加傾向にある。これにより、インタミシャフトに加わる入力トルクや、ラックエンドに配置されているメカストッパへの荷重も同様に増加し、設計的な強度アップによる大型化が車載搭載性に悪影響を与えることとなる。
また、ステアリングホイールが素早く操作される場合即ち転舵速度が大きい場合には、ラックエンドに当たる衝撃力が大きなものとなり、その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがある。
【０００３】
このため、従来の電動パワーステアリング装置として、操舵角速度が所定角速度以上であると判定し、且つ操舵角度が所定角度であると判定したとき、所定時間（例えば、１ｍｓ）目標電流値に所定係数（＜１）を乗算してモータの出力トルクを削減したり、所定時間（例えば、１ｍｓ）目標電流値に負の所定係数（＞−１）を乗算してモータに出力トルクとは逆方向のトルクを出力させたりすることで、最大操舵角付近で、運転者にストッパ付近であることを感覚的に認識させるというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１６００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、運転者に対してストッパ付近であるという警告を与えるだけであり、ラックエンドに当たる衝撃力を緩和することはできない。
また、操舵トルクや操舵トルクの時間変化率を考慮せずにモータ出力トルクの削減量を決定しているため、例えば、操舵トルクの時間変化率が非常に小さく、上記衝撃力によるステアリング機構の耐久性への影響がほとんどない場合であっても、運転者への警告が発せられることとなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、最大操舵角度付近でのラックとストッパとの衝突によって中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を、確実に緩和することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクの変化率を演算する操舵トルク変化率演算手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段で検出した操舵角が所定角度以上であるとき、前記操舵トルク変化率演算手段で演算した操舵トルク変化率に応じて、前記操舵トルク検出手段で検出したトルク検出値を減少補正するトルク補正手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記トルク補正手段は、前記操舵トルク変化率が大きいほど、前記トルク検出値を大きく減少補正することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記トルク補正手段は、前記操舵トルク変化率が所定変化率以上であるときに、前記トルク検出値を減少補正することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、車速を検出する車速検出手段を有し、前記トルク補正手段は、前記車速検出手段で検出した車速に応じて、前記トルク検出値の減少補正量を変更する補正量変更手段を備えることを特徴としている。
さらにまた、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項４に係る発明において、前記補正量変更手段は、車速が低車速領域にあるとき、車速が極低車速領域にあるときと比較して、前記トルク検出値の減少補正量を変更するゲインを大きく設定することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜５の何れか１項に係る発明において、操舵速度を演算する操舵速度検出手段と、該操舵速度検出手段で演算した操舵速度が低操舵速度領域及び高操舵速度領域の少なくとも一方にあるとき、前記トルク補正手段による前記トルク検出値の減少補正を禁止する補正禁止手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段で検出した車速が高車速領域にあるとき、前記トルク補正手段による前記トルク検出値の減少補正を禁止する補正禁止手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵角が所定角度以上のラックストロークエンド付近であるとき、操舵トルク変化率に応じて操舵トルク検出値を減少補正することで、操舵系に付与される操舵アシスト力を減少補正するので、ラックエンドに当たる衝撃力を確実に緩和することができると共に、例えば、操舵トルクの時間変化率が非常に小さく、上記衝撃力によるステアリング機構の耐久性への影響がほとんどない場合には操舵トルク検出値の減少補正を行わないようにするなど、必要以上に操舵アシスト力の減少補正が行われることを防止して運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端はトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。また、入力軸２ａには、ステアリングホイール１の舵角を検出する操舵角センサ１８が配設されている。
【００１３】
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
【００１４】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤ１１と、減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して補助操舵力を発生する３相ブラシレスモータからなる電動モータ１２とを備えている。
トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。このトルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔｉは、コントローラ１５に入力される。
【００１５】
コントローラ１５には、図２に示すように、トルク検出値Ｔｉの他に車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗ、レゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ１７で検出した電動モータ１２の回転角θ、及び操舵角センサ１８で検出した操舵角δも入力される。そして、入力されるトルク検出値Ｔｉ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる操舵補助トルク指令値ＩM*を算出し、算出した操舵補助トルク指令値ＩM*に対して、回転角θに基づいて算出するモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいて各種補償処理を行ってからｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*に変換する。
【００１６】
また、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／ｄ−ｑ変換してｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑを算出し、前記ｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック処理して、その結果をｄ−ｑ／３相変換し、電動モータ１２を駆動制御するモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗを出力する。
すなわち、コントローラ１５は、操舵トルクＴｉ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値ＩM*を演算する操舵補助トルク指令値演算部２１と、算出された操舵補助トルク指令値ＩM*を補償する指令値補償部２２と、この指令値補償部２２で補償されたトルク指令値Ｉｒに基づいてｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を算出し、これら指令電流に基づいてモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを生成するモータ電流制御部２３とを備えている。
【００１７】
図３は、操舵補助トルク指令値演算部２１の詳細な構成を示すブロック図である。
この図３に示すように、操舵補助トルク指令値演算部２１は、トルク変化率演算部４１と、第１トルク補償値演算部４２と、第２トルク補償値演算部４３と、第１切換判定部４４と、第１切換部４５と、舵角速度演算部４６と、第２切換判定部４７と、第２切換部４８と、加算部４９と、指令値演算部５０とを備えている。
【００１８】
トルク変化率演算部４１は、トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴｉを微分することにより操舵トルクＴｉの時間変化率ΔＴを演算し、これを第１トルク補償値演算部４２に出力する。
第１トルク補償値演算部４２は、操舵トルク変化率ΔＴをもとに図３に示すマップを参照し、第１トルク補償値Ｔ１を演算する。ここで、第１トルク補償値Ｔ１は、操舵トルク変化率ΔＴが所定値ΔＴ１未満の領域でＴ１＝０に設定され、ΔＴ≧ΔＴ１の領域において、操舵トルク変化率ΔＴの増加に伴って比例的に増加し、操舵トルク変化率ΔＴが所定値ΔＴ２に達すると最大値Ｔ１MAXに固定されるように設定されている。
【００１９】
第２トルク補償値演算部４３は、先ず、車速センサ１６で検出した車速Ｖをもとに図３に示すマップを参照して、ゲインＧを演算する。ここで、ゲインＧは、トルク検出値Ｔｉの減少補正量を変更するためのゲインであり、車速０から所定車速Ｖ１までの極低速領域では比較的小さいゲインＧ１に固定され、所定車速Ｖ１以上所定車速Ｖ２未満の低速領域では、ゲインＧ１より大きいゲインＧ２を上限として車速Ｖの増加に伴って増加し、所定車速Ｖ２以上の中速〜高速領域では、車速Ｖの増加に伴ってＧ＝Ｇ２からＧ＝０まで比例的に減少するように設定されている。
【００２０】
そして、このようにして演算されたゲインＧに第１トルク補償値演算部４２で演算した第１トルク補償値Ｔ１を乗じることで、第２トルク補償値Ｔ２を演算する（Ｔ２＝Ｇ×Ｔ１）。
第１切換判定部４４は、操舵角センサ１８で検出した操舵角δをもとに図３に示すマップを参照し、操舵角｜δ｜が所定操舵角δ１以上のハンドルエンド付近であるときに、第１切換部４５をＯＮ状態に切り換える論理値“１”の制御信号Ｓ１を出力し、それ以外のときには第１切換部４５をＯＦＦ状態とする論理値“０”の制御信号Ｓ１を出力する。
【００２１】
そして、第１切換部４５は、第１切換判定部４４から論理値“１”の制御信号Ｓ１出力されているときにのみ、第２トルク補償値演算部４３で演算した第２トルク補償値Ｔ２を後段に出力する。
舵角速度演算部４６は、操舵角センサ１８で検出した操舵角δを微分することにより操舵速度Δδを演算し、これを第２切換判定部４７に出力する。
【００２２】
第２切換判定部４７は、舵角速度演算部４６で演算した舵角速度Δδをもとに図３に示すマップを参照し、操舵速度Δδが所定舵角速度Δδ１以下の低操舵速度領域や、所定舵角速度Δδ２以上の高操舵速度領域であるときに、第２切換部４８をＯＦＦ状態に切り換える論理値“０”の制御信号Ｓ２を出力し、それ以外のときには第２切換部４８をＯＮ状態とする論理値“１”の制御信号Ｓ２を出力する。
【００２３】
ここで、低操舵速度領域とは、ラックエンドストッパへの荷重が上がらない程度のゆっくりとした操舵速度領域であり、高操舵速度領域とは、電動モータ１２の追従性不足となる急操舵領域である。
そして、第２切換部４８は、第２切換判定部４７から論理値“１”の制御信号Ｓ２出力されているときにのみ、第１切換部４５から出力された第２トルク補償値Ｔ２を、最終的なトルク補償値として後段に出力する。
【００２４】
加算部４９は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴｉから第２切換部４８から出力されるトルク補償値Ｔ２を減算することで補償後の操舵トルクＴを演算し、これを指令値演算部５０に出力する。
指令値演算部５０は、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに図３に示すマップを参照し、電流指令値となる操舵補助トルク指令値ＩM*を算出し、これを後述する加算器３８に出力する。
【００２５】
ここで、上記マップは、車速Ｖをパラメータとした特性線図で構成され、操舵トルクＴが所定の不感帯を超えると、操舵トルクＴの増加に伴って操舵補助トルク指令値ＩM*が比例的に増加し、さらに操舵トルクＴが所定値以上となると操舵補助トルク指令値ＩM*が飽和するように設定されている。そして、この特性線の傾きは、車速の増加に伴って小さくなるように設定されている。
【００２６】
また、図２の指令値補償部２２は、回転角センサ１７で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する角速度演算部３１と、この角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度演算部３２と、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部３３と、角加速度演算部３２で算出されたモータ角加速度αに基づいて電動モータ１２の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部３４と、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定するＳＡＴ推定フィードバック部３５とを少なくとも有する。
【００２７】
ここで、収斂性補償部３３は、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値Ｉｃを算出する。
また、ＳＡＴ推定フィードバック部３５は、操舵トルクＴｉ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び操舵補助トルク指令値演算部２１で算出した操舵補助トルク指令値ＩM*が入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定演算する。
【００２８】
このセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図４に示して説明する。
すなわち、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ１２がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ１２の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール１の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。
【００２９】
Ｊ・α＋Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω）＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ  ………（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
ＳＡＴ（ｓ）＝Ｔｍ（ｓ）＋Ｔ（ｓ）−Ｊ・ω´（ｓ）−Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω（ｓ））  ………（２）
上記（２）式から分かるように、電動モータ１２の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。ここで、アシストトルクＴｍは操舵補助トルク指令値ＩM*に比例するので、アシストトルクＴｍに代えて操舵補助トルク指令値ＩM*を適用する。
【００３０】
そして、慣性補償部３４で算出された慣性補償値Ｉｉ及びＳＡＴ推定フィードバック部３５で算出されたセルフアライニングトルクＳＡＴが加算器３６で加算され、この加算器３６の加算出力と収斂性補償部３３で算出された収斂性補償値Ｉｃとが加算器３７で加算されて指令補償値Ｉｃｏｍが算出され、この指令補償値Ｉｃｏｍが操舵補助トルク指令値演算部２１から出力される操舵補助トルク指令値ＩM*に加算器３８で加算されて補償後トルク指令値Ｉｒが算出され、この補償後トルク指令値Ｉｒがモータ電流制御部２３に出力される。
【００３１】
モータ電流制御部２３は、電動モータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出するモータ電流検出器６０と、制限後トルク指令値Ｉｒからｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を算出する電流指令値算出部６１と、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗをｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する３相／ｄ−ｑ変換部６２と、ｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*からｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑを個別に減算して各相電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑを求める減算器６１ｄ，６１ｑと、各相電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを算出する電流制御部６３と、当該電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑが入力されて、３相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが算出されるｄ−ｑ／３相変換部６４と、これら電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてデューティ演算を行って各相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗを算出するデューティ比演算部６５とを備えている。
【００３２】
さらに、モータ電流制御部２３は、デューティ比演算部６５から出力されるデューティ比に基づいてパルス幅変調を行ってパルス幅変調信号を求め、このパルス幅変調信号に基づいて３相モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを電動モータ１２に出力するインバータ６６を備えている。
図２において、トルクセンサ３が操舵トルク検出手段に対応し、車速センサ１６が車速検出手段に対応し、操舵角センサ１８が操舵角検出手段に対応し、モータ電流制御部２３がモータ制御手段に対応している。
【００３３】
また、図３において、トルク変化率演算部４１が操舵トルク変化率演算手段に対応し、第１トルク補償値演算部４２、第２トルク補償値演算部４３及び加算部４９がトルク補正手段に対応し、第２トルク補償値演算部４３が補正量変更手段に対応し、第１切換判定部４４、第１切換部４５、第２切換判定部４７及び第２切換部４８が補正禁止手段に対応し、舵角速度演算部４６が操舵速度検出手段に対応し、指令値演算部５０が電流指令値演算手段に対応している。
【００３４】
次に、本発明の実施形態における動作及び効果について説明する。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチをオン状態としたものとすると、コントローラ１５に電源が投入されて操舵補助制御処理が実行開始され、トルクセンサ３で検出したトルク検出値Ｔｉ、車速センサ１６で検出した車速Ｖ、モータ電流検出器６０で検出したモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗ、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θ、操舵角センサ１８で検出した操舵角δがコントローラ１５に供給される。
【００３５】
これにより、操舵補助トルク指令値演算部２１では、補償後の操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて操舵補助トルク指令値ＩM*を算出する。一方、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θが角速度演算部３１に入力されてモータ角速度ωが算出され、このモータ角速度ωが角加速度演算部３２に入力されてモータ角加速度αが算出される。
そして、収斂性補償部３３でモータ角速度ωに基づいて収斂性補償値Ｉｃが算出され、慣性補償部３４でモータ角加速度αに基づいて慣性補償値Ｉｉが算出され、さらにＳＡＴ推定フィードバック部３５でモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴが算出され、これらが加算器３６及び３７で加算されて指令値補償値Ｉｃｏｍが算出され、これが加算器３８で操舵補助トルク指令値ＩM*に加算されて補償後トルク指令値Ｉｒが算出される。
【００３６】
このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール１が操舵されていない状態では、操舵トルクＴが“０”であり、車速センサ１６で検出される車速Ｖも“０”であるので、操舵補助トルク指令値演算部２１で算出される操舵補助トルク指令値ＩM*も“０”となっている。また、角速度演算部３２で演算されるモータ角加速度αも“０”となっている。そのため、補償後トルク指令値Ｉｒ＝０となって電動モータは停止状態を継続する。
【００３７】
この電動モータ１２の停止状態で、ステアリングホイール１を右切り（又は左切り）操舵する所謂据え切りを行うと、トルクセンサ３で操舵方向に応じたトルク検出値Ｔｉが検出され、この操舵トルクＴｉがコントローラ１５に供給される。このとき、ラックストロークエンド付近に達していないものとすると、操舵角センサ１８で検出される操舵角δが所定操舵角δ１以上とならないため、第１切換判定部４４から論理値“０”の制御信号Ｓ１が出力されて第１切換部４５がＯＦＦ状態となる。そのため、第２トルク補償値演算部４３で演算された第２トルク補償値Ｔ２は後段に出力されず、トルク補償値Ｔ２によるトルク検出値Ｔｉの補償は行われない。したがって、トルク検出値Ｔｉがそのまま操舵トルクＴとして設定され、指令値演算部５０では、その操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値ＩM*が算出される。
【００３８】
このとき、車速Ｖが“０”であるので、指令値演算部５０では、図３の一番内側の特性線が選択されて操舵トルクＴの増大に応じて早めに大きな値となる操舵補助トルク指令値ＩM*が算出され、この操舵補助指令値ＩM*が加算器３８に出力される。また、操舵によりモータ角加速度αが出力される。
そして、指令値補償部２２で算出される指令補償値Ｉｃｏｍによって操舵補助指令値ＩM*に対する補償が行われて補償後トルク指令値Ｉｒが算出され、これに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。これにより、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。
【００３９】
この状態から、Δδ１＜Δδ＜Δδ２となる操舵速度でステアリングホイール１を転舵し、ラックストロークエンド付近に達すると、操舵角δが所定操舵角δ１以上となるため、第１切換判定部４４から論理値“１”の制御信号Ｓ１が出力されて第１切換部４５がＯＮ状態に切り換わる。また、Δδ１＜Δδ＜Δδ２であるため、第２切換判定部４７から論理値“１”の制御信号Ｓ２が出力されて第２切換部４８もＯＮ状態に切り換わる。
【００４０】
このとき、トルク変化率ΔＴが所定値ΔＴ１以上であるものとすると、このトルク変化率ΔＴをもとに演算される第１トルク補償値Ｔ１、及び車速Ｖ＝０をもとに演算されるゲインＧ＝Ｇ１に基づいてトルク補償値Ｔ２が演算され、このトルク補償値Ｔ２によるトルク検出値Ｔｉの補償が行われる。これにより、操舵トルクＴはトルク検出値Ｔｉよりトルク補償値Ｔ２分小さい値に補正され、指令値演算部５０で演算される操舵補助トルク指令値ＩM*は、トルク検出値Ｔｉの補正を行わない場合と比較して小さくなる。したがって、操舵系に付与される操舵補助トルクもトルク検出値Ｔｉの補正前と比較して小さくなり、ラックストロークエンドに達したときの衝撃力を緩和することができる。
【００４１】
一方、停止状態から車両が発進し、Ｖ１≦Ｖ＜Ｖ２で低速走行しているものとする。このとき、ステアリングホイール１がラックストロークエンド付近に達していないものとすると、第１切換部４５がＯＦＦ状態となるためトルク検出値Ｔｉの補償は行われず、トルク検出値Ｔｉがそのまま操舵トルクＴとして出力される。そして、指令値演算部５０では、図３のマップにおいて車速Ｖに応じた特性線が選択され、車速Ｖに応じた最適な操舵補助トルクが発生される。
【００４２】
この低速走行中に、Δδ１＜Δδ＜Δδ２となる操舵速度でステアリングホイール１がラックストロークエンド付近に達すると、第１切換部４５及び第２切換部４８が共にＯＮ状態となる。このとき、トルク変化率ΔＴが比較的大きいものとすると、トルク変化率ΔＴをもとに演算される比較的大きい第１トルク補償値Ｔ１、及び車速Ｖをもとに演算されるゲインＧに基づいてトルク補償値Ｔ２が演算され、このトルク補償値Ｔ２によるトルク検出値Ｔｉの補償が行われる。
【００４３】
ここで、車両は低速走行中であることから、ゲインＧは据え切り時を含む極低速走行時に設定されるゲインＧ１より大きい値に設定される。ゲインＧが大きく設定されるほど第２トルク補償値Ｔ２も大きく設定されるため、トルク検出値Ｔｉが大きく減少補正され、操舵補助トルクが低減されることになる。このように、極低速走行時より低速走行時に操舵負荷が低減している状態でトルク検出値Ｔｉを大きく減少補正するようにゲインＧが設定される。これにより、据え切り時を含む極低速走行時では操舵補助トルクの減少補正が抑制されて、車庫入れ等における運転者の操舵負担を軽減することができると共に、低速走行時には操舵補助トルクを大きく減少補正して、ラックストロークエンドに到達したときの衝撃力を確実に緩和することができる。
【００４４】
一方、車両がＶ１≦Ｖ＜Ｖ２の低速走行中であり、Δδ１＜Δδ＜Δδ２となる操舵速度でステアリングホイール１がラックストロークエンド付近に達したとき、トルク変化率ΔＴが所定値ΔＴ１未満の比較的小さい場合には、第１トルク補償値演算部４２で第１トルク補償値Ｔ１が“０”に設定される。したがって、第２トルク補償値演算部４３で演算される第２トルク補償値Ｔ２も“０”となる。このとき、第１切換部４５及び第２切換部４８は共にＯＮ状態であるが、Ｔ２＝０であるためトルク検出値Ｔｉの補償は行われず、加算部４９からはトルク検出値Ｔｉがそのまま操舵トルクＴとして出力される。そして、この操舵トルクＴに基づいて演算される操舵補助トルク指令値ＩM*に応じた操舵補助トルクが発生される。
【００４５】
ところで、ステアリングホイールが素早く操作される場合即ち転舵速度が大きい場合には、ラックエンドに当たる衝撃力が大きなものとなり、ステアリング機構の耐久性が低下したり操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがあるため、この対策として、操舵角速度が所定角速度以上であると判定し、且つ操舵角度が所定角度であると判定したとき、所定時間（例えば、１ｍｓ）目標電流値に所定係数（＜１）を乗算してモータの出力トルクを削減したり、所定時間（例えば、１ｍｓ）目標電流値に負の所定係数（＞−１）を乗算してモータに出力トルクとは逆方向のトルクを出力させたりすることで、最大操舵角付近で、運転者にストッパ付近であることを感覚的に認識させるという電動パワーステアリング装置がある。
【００４６】
しかしながら、この場合、運転者に対してストッパ付近であるという警告を与えるだけであり、ラックエンドに当たる衝撃力を緩和することはできない。また、操舵トルクや操舵トルクの時間変化率を考慮せずにモータ出力トルクの削減量を決定しているため、例えば、操舵トルクの時間変化率が非常に小さく、上記衝撃力によるステアリング機構の耐久性への影響がほとんどない場合であっても、運転者への警告が発せられることとなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、トルク変化率ΔＴがある程度大きい場合にのみ、トルク検出値Ｔｉの補償が行われるように第１トルク補償値Ｔ１を設定するため、トルク変化率ΔＴが非常に小さく、ステアリングホイール１がラックストロークエンドに到達したときの衝撃荷重が小さい場合には、トルク検出値Ｔｉの補償を行うことがない。そのため、必要以上に操舵補助トルクを低減させることがなく、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができる。
【００４８】
さらに、トルク変化率ΔＴが大きいほど、トルク検出値Ｔｉの減少補正量が大きくなるように第１トルク補償値Ｔ１を設定するため、ステアリングホイール１がラックストロークエンドに到達したときの衝撃荷重が大きいほど、操舵補助トルクを大きく低減させることができ、効果的にインタミシャフトやラックエンドストッパへの衝撃を緩和することができる。
【００４９】
また、車両がＶ≧Ｖ２となる中速〜高速走行中であるときに、ステアリングホイール１がラックストロークエンド付近に達した場合には、第２トルク補償値演算部４３でゲインＧ＝０に設定されて第２トルク補償値Ｔ２＝０に算出されるため、トルク検出値Ｔｉの補償は行われず、加算部４９からはトルク検出値Ｔｉがそのまま操舵トルクＴとして出力される。
【００５０】
車両が高速走行中であるときには、運転者による操舵トルクが支配的でありほとんど操舵アシスト力を必要としない状態であるため、この状態でトルク検出値Ｔｉを減少補正することは、車両挙動を著しく変化させる要因となる。したがって、このような高速走行中には、ゲインＧ＝０に設定してトルク検出値Ｔｉの補償を行わないようにすることで、走行安定性を向上させることが可能となる。
【００５１】
このように、上記実施形態では、操舵角が所定角度以上であるとき、操舵トルク変化率に応じてトルク検出値を減少補正するので、ステアリングホイールがラックストロークエンド付近にあってラックストロークエンドに到達したときの衝撃荷重が印加されると判断される状況下では、予め操舵トルク値を減少させて電動モータを駆動制御するための電流指令値を低減させることができ、インタミシャフトやラックエンドストッパへの衝撃を緩和することができる。その結果、ステアリング機構の耐久性の低下や、操舵操作において運転者に与えられる不快感を防止することができる。
【００５２】
また、操舵トルク変化率が大きいほど、トルク検出値を大きく減少補正するので、ステアリングホイールがラックストロークエンドに到達したときの衝撃荷重が大きいほど、大きく上記電流指令値を低減させることができ、より確実にステアリング機構の耐久性の低下を防止することができる。
さらに、操舵トルク変化率が所定変化率以上であるときに、トルク検出値を減少補正するので、操舵トルク変化率が非常に小さく上記衝撃荷重が小さい場合には、トルク検出値の補償を行わないなど、必要以上に操舵補助トルクが低減されることを防止して、運転者に違和感のない操舵補助制御を行うことができる。
【００５３】
また、車速に応じてトルク検出値の減少補正量を変更するので、車両の走行状態に応じて操舵補助トルクを補正することができ、走行安定性の確保とラックエンドに当たる衝撃力の低減とを実現することができる。
さらにまた、車速が低車速領域にあるときには、車速が極低車速領域にあるときと比較して、トルク検出値の減少補正量を変更するゲインを大きく設定するので、極低速走行時では操舵補助トルクの減少補正が抑制されて、車庫入れ時等における運転者の操舵負担を軽減することができると共に、低速走行時には操舵補助トルクを大きく減少補正してラックストロークエンドに到達したときの衝撃力を確実に緩和することができる。
【００５４】
また、操舵速度が、衝撃荷重の小さい低操舵速度領域やモータ追従性不足となる高操舵速度領域にあるときには、トルク検出値の減少補正を禁止するので、より適切にインタミシャフトやラックエンドストッパの保護制御を実施することができる。
さらに、車速が高車速領域にあるときには、トルク検出値の減少補正を禁止するので、トルク検出値の減少補正に起因する著しい車両挙動変化を防止することができ、走行安定性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記実施形態においては、操舵角検出手段として操舵角センサ１８を適用してハンドル角度を検出する場合について説明したが、操舵角センサ１８代えて、例えばモータレゾルバを適用し、モータレゾルバ信号からハンドル角度を検出することもできる。
また、上記実施形態においては、電動モータとしてブラシレスモータを適用する場合について説明したが、ブラシモータシステムを適用することもできる。この場合、例えば、モータの逆起電力からモータ角速度ωを推定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】操舵補助トルク指令値演算部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】セルフアライニングトルクの説明に供する模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１６…車速センサ、１７…回転センサ、１８…操舵角センサ、２１…操舵補助トルク指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…モータ電流制御部、４１…トルク変化率演算部、４２…第１トルク補償値演算部、４３…第２トルク補償値演算部、４４…第１切換判定部、４５…第１切換部、４６…舵角速度演算部、４７…第２切換判定部、４８…第２切換部、４９…加算部、５０…指令値演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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