(57)【要約】【課題】低温状態で車両を起動した直後の低速運転時での操舵メカ部に係る起動作動抵抗の影響を小さくして、操舵フィーリングの低下を抑制することのできる電動パワーステアリング制御装置を提供する。【解決手段】操舵メカ部にアシスト力を付与するモータ２０と、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖとに応じて変化する当該モータ２０の制御指令値を記憶したアシストマップ３３に基づいて当該モータ２０を制御するコントロールユニット３０と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記操舵メカ部に係る温度を検出する温度センサ７を備え、且つ前記コントロールユニット３０は、車両を起動した直後の低速運転時に、当該温度センサ７の検出結果に基づいて、起動作動抵抗に対する補償を実施する。【選択図】図２
2008018860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵メカ部にアシスト力を付与するモータと、
操舵トルクと車速とに応じて変化する当該モータの制御指令値を記憶したアシストマップに基づいて当該モータを制御する操舵制御駆動装置と、を備える電動パワーステアリング装置において、
前記操舵メカ部に係る温度を検出する温度検出手段を備え、且つ、
前記操舵制御駆動装置は、車両を起動した直後の低速運転時に、当該温度検出手段の検出結果に基づいて、起動作動抵抗に対する補償を実施す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】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操舵制御駆動装置は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記アシストマップを変更して、前記補償を実施す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３】
請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操舵制御駆動装置は、前記温度検出手段の検出結果が所定の温度以下であり、且つ車両の起動時からの経過時間が所定の時間内であり、且つ車速が所定の速度以下であると判定した時に、前記補償を実施することを特徴とする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、操舵ハンドルの操舵操作をモータのアシスト力によりアシストする電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両に使用される電動パワーステアリング装置は、操舵者によって入力された操舵トルクをトルクセンサで検出し、この操舵トルクに応じた補助トルクをモータにより得てステアリング装置に補助トルクを付与し、操舵者が入力するステアリング装置の操舵力を軽減するように構成されている。また、操舵トルクは、車両が停止した状態では最も大きく、一方車速が大きいほど前記操舵トルクは小さくなる特性がある。したがって、図５に示すように、予め設定されるアシストマップに基づいて、操舵トルク（操舵トルク信号ＴＡ）とモータに供給される電流指令値（操舵補助指令値Ｉ）との変化特性を車速に応じて変化させることによって、操舵フィーリングを向上させるとともに車両挙動の安定化を図るものが知られている。
【０００３】
しかし、従来のアシストマップは、特定の使用環境を想定されて設定されるので、車両の使用環境の変化、特に減速ギアやピニオンラック機構などの操舵メカ部やモータの温度特性の変化によって、所望の変化特性にならず、前記アシストマップに基づいて制御した場合、操舵フィーリングを損なってしまうことがあった。
【０００４】
この対策として、外部環境の変化により操舵フィーリングが変わらないように、予め複数記憶された制御パラメータ（オフセットおよびゲイン）を外部環境の変化に応じて選択して、アシストマップに基づいて算出される電流指令値を補正するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、モータ温度を検出して、モータに供給される電流指令値を、前記モータ温度に応じて補正演算を行い、モータの出力トルクを温度変化によって変化しないように補正するものがある（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３８９３８号公報（図１、３、５）
【特許文献２】特許第３６４３９４１号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えば、冬期間、または早朝の駐車場などでの、低温状態で車両を起動した直後の低速運転では、操舵メカ部や、当該操舵メカ部を潤滑するためのグリースなどの潤滑剤や、シール装置等の回転接触部などにおける起動作動抵抗が大きいことが知られている。
【０００８】
例えば、図６に従って、前記操舵メカ部を潤滑するための潤滑油と、エンジンルーム内の雰囲気温度との関係について説明する。当該関係は、図６に示すように、雰囲気温度が低下するにつれて増加し、特に、前記雰囲気温度が−３０度以下になると、潤滑剤が徐々に粘性を失い固形化して性能が急激に悪化するので、急激に起動作動抵抗が上昇する。なお、図６は、潤滑剤に、グリースの基油に低温性能に優れた合成油、例えば、合成炭化水素油やエステル油、鉱物油、増ちょう剤としてリチウム系石鹸、ウレア化合物、など自動車に一般的な潤滑剤を用いた場合を示している。
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２のいずれも、車両の温度が上昇して前記起動作動抵抗が問題とならない通常走行状態を想定したものであって、低温状態で車両を起動した直後の低速運転時での起動作動抵抗について考慮されたものではない。
【００１０】
さらに、特許文献１では、低温状態における変化特性の補正については詳しい記載がなく、低温状態での運転では操舵フィーリングを損なってしまう虞がある。また、特許文献２では、低温状態で変化特性を補正する構成ではない。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温状態で車両を起動した直後の低速運転時での起動作動抵抗の影響を小さくして、操舵フィーリングの損失を抑制することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  操舵メカ部にアシスト力を付与するモータと、
操舵トルクと車速とに応じて変化する当該モータの制御指令値を記憶したアシストマップに基づいて当該モータを制御する操舵制御駆動装置と、を備える電動パワーステアリング装置において、
前記操舵メカ部に係る温度を検出する温度検出手段を備え、且つ、
前記操舵制御駆動装置は、車両を起動した直後の低速運転時に、当該温度検出手段の検出結果に基づいて、起動作動抵抗に対する補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【００１３】
（２）  （１）に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操舵制御駆動装置は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記アシストマップを変更して、前記補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【００１４】
（３）  （１）または（２）に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記操舵制御駆動装置は、前記温度検出手段の検出結果が所定の温度以下であり、且つ車両の起動時からの経過時間が所定の時間内であり、且つ車速が所定の速度以下であると判定した時に、前記補償を実施することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、操舵メカ部にアシスト力を付与するモータと、操舵トルクと車速とに応じて変化する当該モータの制御指令値を記憶したアシストマップに基づいて当該モータを制御する操舵制御駆動装置と、を備える電動パワーステアリング装置において、操舵メカ部に係る温度を検出する温度検出手段を備え、且つ前記操舵制御駆動装置は、車両を起動した直後の低速運転時に、当該温度検出手段の検出結果に基づいて、起動作動抵抗に対する補償を実施するので、低温状態で車両を起動した直後の低速運転時での、起動作動抵抗の影響を小さくして、操舵フィーリングの低下を抑制することができ、通常運転時と同様に良好なステアリング操舵ができる。
【００１６】
また、摩擦抵抗低減のための、潤滑剤などの改良にかかるコストを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図に従って本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。当該電動パワーステアリング装置の操舵メカ部は、操舵ハンドル１のコラム軸２が、減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ，４ｂ、ピニオンラック機構５を経て車輪のタイロッド６に結合されて構成され、図示しないエンジンルーム内に配設されている。また、前記コラム軸２には操舵ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操舵ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に結合されている。
【００１９】
ステアリング装置を制御する、操舵制御駆動装置であるコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニッションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０はトルクセンサ１０で検出された操舵トルク信号Ｔと、車速センサ１２で検出された車速信号Ｖと、温度センサ７で検出された温度信号Ｔｈとに基づいてアシスト指令値の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給されるアシスト電流を制御することによりアシスト制御を行っている。
【００２０】
また、温度センサ７は、例えばサーミスタであり、取付容易性を考慮して、前記モータ２０または前記コントロールユニット３０に付設され、これら温度信号Ｔｈより車両の雰囲気温度を検出している。なお、車両は外気にさらされた状態であるので、車両起動時では操舵メカ部もエンジンルーム内の雰囲気温度と同レベルである。また、前記温度センサ７には、サーミスタに限らず、白金測温抵抗体や熱電対や放射温度計など、種々のものが適用できる。さらに前記温度信号Ｔｈは、車両に取り付けられている、前記温度センサ７とは異なった温度センサから、ＣＡＮなどのデジタル通信回線を経由して前記コントロールユニット３０に入力されてもよい。
【００２１】
また、前記コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成され、このＣＰＵ内部においてＲＯＭなどに記憶されたプログラムが読み込まれて、前記アシスト制御を実施している。なお、前記操舵トルク信号Ｔと前記車速信号Ｖと前記温度信号Ｔｈは、前記コントロールユニット３０で演算処理できるように、例えば図示しないＡ／Ｄ変換器にてアナログ信号からデジタル信号に変換されている。なお、前記速度信号Ｖは車両に搭載されているＣＡＮなどのデジタル通信回線を経由して前記コントロールユニット３０に入力されてもよい。また、当該信号は図示しない増幅器で増幅され、また図示しないローパスフィルタにて濾波処理が適宜施される。
【００２２】
図２は、コントロールユニット３０の一般的な機能とその機能の動作手順を示すブロック構成図である。例えば、位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行されるプログラムの一機能としての位相補償機能を示すものである。
【００２３】
コントロールユニット３０は、位相補償器３１と操舵補助制御部３２と微分補償器３４と比例演算器３５と積分演算器３６と減算器３０ａと加算器３０ｂとモータ駆動回路３７とモータ電流検出回路３８とを備えている。
【００２４】
トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルク信号Ｔは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルク信号ＴＡが操舵補助制御部３２へ入力される。また、車速センサ１２で検出された車速信号Ｖおよび温度センサ７により検出された温度信号Ｔｈも、同じく操舵補助制御部３２へ入力される。
【００２５】
操舵補助制御部３２は、アシストマップ３３を備えている。当該操舵補助制御部３２は、当該アシストマップ３３を参照して、入力された操舵トルク信号ＴＡと車速信号Ｖと温度信号Ｔｈとに基づいて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。
【００２６】
特に、前記操舵補助制御部３２は、前記アシストマップ３３を参照してモータに供給する操舵補助指令値Ｉを決定する際、低温状態での車両起動直後の低速運転状態であると判定した場合には、図３に示すように、アシストマップに示される、例えば、通常走行状態時における、特定の車速信号Ｖに対応したアシスト曲線ａに、温度信号Ｔｈに対応したゲイン値Ｇ（ただし、Ｇ＞１）を乗算処理して変更して、アシスト曲線ｂを算出する。そして、前記操舵補助制御部３２は当該アシスト曲線ｂに基づき、操舵トルク信号ＴＡに対応する操舵補助指令値Ｉを決定する。なお、前記温度信号Ｔｈに対応した前記ゲイン値Ｇの算出にあたっては、予め設定された変換テーブルにより実施される。これにより、演算処理を短時間で実施可能となっている。また、前記変換テーブルは、例えば、試験結果により求めることができる。
【００２７】
このようにして算出された制御操舵補助指令値Ｉは減算器３０ａに入力されるとともに、フィードバック系の過渡応答を改善するための微分補償器３４に入力される。減算器３０ａにて出力される偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されるとともに、フィードバック系の定常特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４の出力とともに、比例演算器３５および積分演算器３６の出力も加算器３０ｂに加算入力され、加算器３０ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが出力される。また、モータ２０の電流ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、減算器３０ａにフィードバックされ、ＰＩＤ補償によるフィードバック制御が構成されている。
前記電流制御値Ｅはモータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。
【００２８】
本実施形態では、モータ２０としてブラシレスモータを使用する。ブラシレスモータのロータには、複数のＮ極とＳ極が円周に亙って交互に配置、固定されており、前記ロータを外包するように周方向に亙ってステータコイルが配置されている。また、ブラシレスモータには磁極位置検出素子としてホール素子が用いられており、当該ホール素子によって前記ロータの磁極の位相を検出し、検出された当該位相に応じて各々の前記ステータコイルに流す電流を選択的に切り替えることにより回転トルクが得られる。またモータ駆動回路３７は当該電流の供給とその切り替えを行い、電流制御値Ｅが達成されるような動作を行う。これにより、モータ２０による補助トルクを操舵系に付加するアシスト制御を実現している。
【００２９】
次に、本発明に係る操舵補助制御部３２の動作手順について、図４のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００３０】
車両が起動されたと同時に、温度センサ７により、雰囲気温度を検出して、その検出結果である温度信号Ｔｈが出力される（即ちＳ１００）。当該温度信号Ｔｈが温度閾値Ｔｈ１未満であるかの判定を実施する。ただし、本実施形態では、−３０℃程度以下から急激に起動作動抵抗が増加している（図６参照）ため、温度閾値Ｔｈ１を−２０度とする（即ちＳ１０１）。温度信号Ｔｈが温度閾値Ｔｈ１以上なら処理を終了し、温度閾値Ｔｈ１未満ならば前記操舵補助制御部３２は低温フラグをＯＮとする（即ちＳ１０２）。
【００３１】
一方、イグニッションキーがＯＮされてからの経過時間である起動後経過時間Ｓ（ＩＧ  ＯＮ  スタート時間）の計測をタイマー（不図示）により行う。この計測結果により、起動後経過時間Ｓと時間閾値Ｓ１との比較を行い、起動後経過時間Ｓが時間閾値Ｓ１を経過したかを判定する（Ｓ１０４）。ただし、本実施形態では、前記時間閾値Ｓ１を３０秒以下とする。起動後経過時間Ｓが時間閾値Ｓ１を経過していれば処理を終了し、また経過していなければ車両の起動初期状態であると判定して、操舵補助制御部３２は起動フラグをＯＮとする（Ｓ１０５）。
【００３２】
なお、時間閾値Ｓ１経過後は、操舵者の操舵によって起動作動抵抗が低下していくとともに、エンジン熱により操舵メカ部および当該操舵メカ部における潤滑剤などの温度が上昇して車両の低温状態が解消して、大幅に起動作動抵抗が低下して通常値に戻る。したがって、本実施形態では、上述したように起動後経過時間Ｓの計測を行うとともに時間閾値Ｓ１を設定し、これらの比較を実施して車両の起動初期状態か否かを判定できる構成としている。
【００３３】
続いて、車速信号Ｖを車速センサ１２により検出して（Ｓ１０６）、車速信号Ｖと車速閾値Ｖ１とを比較する（Ｓ１０７）。本実施形態では、車速閾値Ｖ１を５Ｋｍ／ｈとする。車速信号Ｖが車速閾値Ｖ１以上であれば処理を終了し、車速閾値未満であれば、低速状態と判定して操舵補助制御部３２は速度フラグをＯＮとする（Ｓ１０８）。
【００３４】
最後に、操舵補助制御部３２は前記低温フラグ、前記起動フラグ、前記速度フラグ、のいずれもＯＮであることを確認して、アシストマップ３３（図３）を呼び出し、当該アシストマップ３３に示された、車速センサ１２により検出される車速信号Ｖの対応したアシスト曲線ａを読み出すとともに、当該アシスト曲線ａに温度信号Ｔｈに応じたゲイン値Ｇ（ただしＧ＞１）を乗算処理し、その処理結果と操舵トルク信号ＴＡとに基づいて操舵補助指令値Ｉを決定する（Ｓ１０９）。これにより、操舵メカ部に係る起動作動抵抗に対する補償を実施することができる。
【００３５】
なお、前記低温フラグと、前記起動フラグと、前記速度フラグと、の少なくとも一つがＯＮでない場合には、操舵補助制御部３２は通常の走行状態であると判断して、ゲイン値Ｇでアシストマップ３３を調整せず、従来と同様に操舵トルク信号ＴＡと車速信号Ｖに基づいて、当該アシストマップ３３を参照して操舵補助指令値Ｉを決定して、通常の走行状態に移行する構成となっている。
【００３６】
また、前記温度閾値Ｔｈ１と、前記時間閾値Ｓ１と、前記車速閾値Ｖ１とは車両の種類、車両の使用年数、潤滑剤の種類などに応じて予め設定する値であり、また外部より適宜変更可能な値である。
【００３７】
したがって、本実施形態によれば、温度センサ７を備え、且つコントロールユニット３０が、車両を起動した直後の低速運転時に、温度センサ７により検出された温度信号Ｔｈに基づいてアシストマップ３３を変更して、操舵メカ部に係る起動動作抵抗の補正を実施するので、低温状態で車両を起動した直後の低速運転時での、起動作動抵抗の影響を小さくして、操舵フィーリングの低下を抑制することができる。したがって、通常運転時と同様に良好なステアリング操舵ができる。
【００３８】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の様態はこれら実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、本実施形態では処理の大部分をソフトウエアにて行っているが、その一部またはすべてをＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのハードウエアで実現してもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、アシスト曲線を調整するゲインの算出を、試験結果により求めた変換テーブルを用いて実施しているが、これに限らず、例えばファジー制御や遺伝的アルゴリズムなどのパラメータ最適化手法などを用いても構わない。
【００４０】
また、本実施形態では、アシストマップのアシスト曲線を変更するものとして、ゲインを例示して説明したが、これに限らず、低温状態での車両起動直後における低速運転時で温度信号Ｔｈに応じて操舵制御指令値Ｉを補正できればよく、例えば、操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖと温度信号Ｔｈとに直接対応した多次元のアシスト曲線で示されるアシストマップを適用しても、あるいは温度信号Ｔｈに対応した複数のアシストマップを予め設定しておき、検出される温度信号Ｔｈに応じてアシストマップを切り替えるようにしてもよい。
【００４１】
なお、本発明は電動パワーステアリング装置の形式（コラムタイプ、ピニオンタイプ、ラックタイプ）、モータの種類（ブラシ付き、ブラシレスなど）を問わず、全ての電動パワーステアリング装置に適用可能である。
【００４２】
また、本実施形態ではコントロールユニットにおける制御を、ＰＩＤ補償によるフィードバック制御を例示して説明したが、これに限らず、選定するモータに応じて、Ｈ∞制御、ロバスト補償制御、ｄ・ｑ軸ベクトル制御、など適宜種々の制御が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す概略模式図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵駆動制御装置のブロック構成図である。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置のアシストマップを示す図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリングの動作を示すフローチャート
【図５】従来のアシストマップを示す図である。
【図６】起動作動抵抗と雰囲気温度との特性図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  操舵ハンドル
２  軸
３  減速ギア
４  ユニバーサルジョイント
５  ピニオンラック機構
６  タイロッド
７  温度センサ
１０  トルクセンサ
１１  イグニッションキー
１２  車速センサ
１４  バッテリ
２０  モータ
３０  コントロールユニット
３１  位相補償器
３２  操舵補助制御部
３３  アシストマップ
３４  微分補償器
３５  比例演算器
３６  積分演算器
３７  モータ駆動回路
３８  モータ電流検出器
【図１】
2008018860.tif 000003
【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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