(57)【要約】【課題】ハンドルの中立位置付近において運転者が感じるトルクの段つき感を解消し、違和感のない操舵感を得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】電動パワーステアリング装置において、操舵トルクＴｓに基づいてモータ６を駆動するための目標電流値Ｉｔが設定される。また、ローパスフィルタ８により、トルクリップルよりも高い周波数成分の信号を除去した操舵トルクＴｓからトルク微分値が算出され、そのトルク微分値に基づいて補償電流値算出手段１３により補償電流値Ｉｈが算出される。そして、目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈを付加することによりトルクリップルの発生が解消される。これにより、トルクの段つき感が解消され、運転者に違和感のない操舵感を与え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ができる。【選択図】        図２
2004276804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両操舵のための操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクに応じて前記電動モータに供給すべき電流の目標値を設定する目標電流設定手段と、
前記操舵トルクの微分値であるトルク微分値を算出する手段と、
前記トルク微分値に応じて前記電流の目標値に付加する補償電流値を算出する手段と、
前記電流の目標値と前記補償電流値とを加算して電流の目標値を補正する手段と、
前記補正後の目標値に応じて前記電動モータを駆動する駆動制御手段とを備え、
前記トルク微分値は、前記操舵トルクからトルクリップルよりも高い周波数成分の信号を除去したトルクの微分値であ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】
前記補償電流値は、前記トルク微分値の絶対値が所定の値以上のときに零に設定され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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵トルクに応じて電動モータに供給する電流を設定する電流制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動パワーステアリング装置において、操舵トルクの大きさに応じた電流をモータに流すための電流制御が行われている。この電動パワーステアリング装置には、操舵のための操作手段であるハンドル（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと走行中の車両の速度を検出する車速センサとが設けられており、該トルクセンサにて検出される操舵トルクと該車速センサにて検出される車速とに基づきモータに流すべき電流の目標値（以下「目標電流値」という）が設定される。そして、目標電流値とモータに実際に流れる電流の量との偏差に基づいて比例積分演算によりモータの駆動手段に与えるべき指令値を生成するＰＩ制御部が設けられており、この指令値によりモータに対するフィードバック制御が行われる。
【０００３】
しかし、従来の電動パワーステアリング装置においては、上述のようにモータに流すべき電流を制御しているにも拘わらず操舵トルクの微小な振動であるトルクリップルが生じていることがある。トルクリップルは操舵角の大小に拘わらず発生しており、そのため、操舵トルクのなめらかな変化を運転者に与えることができていない。一方、操舵角が大きくなるに従い操舵トルクは大きくなり、逆に、操舵角が小さくなるに従い操舵トルクは小さくなる。そのため、操舵角が小さいほど、操舵トルクの大きさに対するトルクリップルの大きさの割合が大きくなり、運転者はトルクリップルを感じやすくなる。図３は、ハンドルの操舵角と運転者が感じる操舵トルクの大きさとの関係を模式的に表した図である。図３において、操舵角が小さい範囲にこぶ状の曲線で表しているものがトルクリップルである。この図に示しているように、特にハンドルが中立位置付近にあるときに運転者はトルクリップルを感じやすくなっている。
なお本説明において、操舵トルクの変化がこぶ状に感じられる状態のことを以下「トルクの段つき感」という。
【０００４】
特開２０００−２８９６３８号公報に係る電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵態様に応じて不感帯の幅を変更することにより前述のようなトルクリップルに起因する振動の発生を抑制している（特許文献１参照）。電動パワーステアリング装置には、車両が直進に近い状態で進行しているときに運転者が所望しない操舵補助が行われることによる車両のふらつきを防止するため、モータへの給電を停止して操舵補助を行わないようにする不感帯が設けられていることが多い。ところが、操舵トルクが不感帯の境界付近において変動を繰り返すと、モータのオン／オフが繰り返され、モータ始動音やモータのトルクリップルに起因する振動が頻繁に生じるおそれがある。特開２０００−２８９６３８号公報によると、例えば操舵トルクが不感帯の境界付近において変動を繰り返すような左右方向への急操舵が行われた場合に、不感帯の幅を狭くすることによりモータのオン／オフの発生を防止して振動の発生を抑制している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２８９６３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トルクリップルの発生要因には様々なものが考えられる。前述したモータのオン／オフの繰り返しによるもののほか、例えば、モータ電流の位相遅れや機械的な振動が挙げられる。前記の従来技術では、モータのオン／オフの繰り返しに起因するトルクリップルは解消されるが、その他の要因により発生するトルクリップルは解消されていない。
【０００７】
そこで本発明では、ハンドルが中立位置付近にあるときの様々な要因により発生するトルクリップルに起因するトルクの段つき感を解消し、運転者に違和感のない操舵感を与え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目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両操舵のための操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに応じて前記電動モータに供給すべき電流の目標値を設定する目標電流設定手段と、前記操舵トルクの微分値であるトルク微分値を算出する手段と、前記トルク微分値に応じて前記電流の目標値に付加する補償電流値を算出する手段と、前記電流の目標値と前記補償電流値とを加算して電流の目標値を補正する手段と、前記補正後の目標値に応じて前記電動モータを駆動する駆動制御手段とを備え、前記トルク微分値は、操舵トルクからトルクリップルよりも高い周波数成分の信号を除去したトルクの微分値であることを特徴とする。
【０００９】
このような第１の発明によれば、操舵トルクの微分値に応じて目標電流値に補償電流値を付加することができる。また、トルク微分値を用いることによりトルクリップルに対して遅れが生じることなく目標電流値に補償電流値が付加される。これにより、トルクリップルに起因するトルクの段つき感が解消され、運転者に与える操舵感を改善することが可能となる。また、トルクリップルより高い周波数成分の振動の影響を受けずに目標電流値に補償電流値を付加することができる。これにより、トルクリップルをより効果的に解消することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記補償電流値は、前記トルク微分値の絶対値が所定の値以上のときに零に設定されることを特徴とする。
【００１１】
このような第２の発明によれば、運転者がトルクリップルを感じやすいときに目標電流値が補正される。これにより、トルクリップルを効果的に解消するよう目標電流値に補償電流値を付加することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ９から電源の供給を受けて、トルクセンサ３や車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。
【００１３】
図２は、上記電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。上記電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵ５は、目標電流設定部１１と、トルク微分値算出部１２と、補償電流値算出部１３と、加算器１４と、減算器１５と、ＰＩ制御部１６と、モータ駆動回路１７と、電流検出器１８とを備えている。なお、ＥＣＵ５の構成要素のうち目標電流設定部１１、トルク微分値算出部１２、補償電流値算出部１３、加算器１４、減算器１５、およびＰＩ制御部１６は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。また、減算器１５と、ＰＩ制御部１６と、モータ駆動回路１７と、電流検出器１８とによって、電動モータを駆動する駆動制御手段が構成される。目標電流設定部１１は、トルクセンサ３の出力信号である操舵トルク信号Ｔｓと、車速センサ４によって検出される車両速度の検出値Ｓｓとを受け取り、モータに供給すべき目標電流値Ｉｔを決定する。より詳細には、目標電流設定部１１には操舵トルクとアシストトルクとを車速別に関係づけたテーブル（以下「アシストマップ」という）が設けられており、アシストマップに基づいて操舵トルク信号Ｔｓと車両速度の検出値Ｓｓとによりアシストトルクが決定され、そのアシストトルクに応じた目標電流値Ｉｔが決定される。図４は、アシストマップの一例を示す図である。このアシストマップでは、車速の増加に従いハンドルが重くなるように車速の増加に応じてアシストトルクを徐々に減少させている。ローパスフィルタ８は、操舵トルク信号Ｔｓから高周波数成分の信号を除去している。トルク微分値算出部１２は、ローパスフィルタ８を通過した後の操舵トルク信号を微分することによりトルク微分値を算出する。補償電流値算出部１３は、トルク微分値に基づいて目標電流値Ｉｔに付加すべき補償電流値Ｉｈを算出する。加算器１４は、目標電流設定部１１から出力される目標電流値Ｉｔと補償電流値算出部１３から出力される補償電流値Ｉｈとの和Ｉｕを算出する。減算器１５は、補正後の目標電流値Ｉｕと電流検出器１８から出力される電流検出値Ｉｓとの偏差Ｉｕ−Ｉｓを算出する。ＰＩ制御部１６は、この偏差Ｉｕ−Ｉｓに基づき比例積分制御演算によって電圧指令値Ｖを生成する。モータ駆動回路１７は、この電圧指令値Ｖに基づいて、モータ６に電圧を印加する。この電圧印加によりモータに電流が流れ、運転者のハンドル操作を補助している。
【００１４】
＜２．トルク微分値に応じた目標電流値の補正＞
次に、トルク微分値に応じた目標電流値の補正について説明する。本発明はトルクリップルを解消することを目的としているが、トルクリップルとはトルクの微小な変動であり、トルクリップルが生じているときには運転者は操舵トルクに間欠的な段つき感を感じている。このような操舵トルクの段つき感を解消するにはアシストトルクを大きくすればよいので、本実施形態では目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈを付加する構成となっている。
【００１５】
次に目標電流値Ｉｔに付加すべき補償電流値Ｉｈについて説明する。トルクリップル発生時の操舵トルクの大きさに応じた補償電流値Ｉｈを目標電流値Ｉｔに付加する構成にすると、目標電流値Ｉｔへの補償電流値Ｉｈの付加は既に発生したトルクリップルに対して遅れが生じるので、トルクリップルを解消することはできない。一方、操舵トルクの微分値に応じた補償電流値Ｉｈを目標電流値Ｉｔに付加する構成にすると、トルクリップルが生じる前にトルクリップルの発生を抑制するように電流を付加することができるので、トルクリップルを解消することが可能となる。そこで本実施形態では、トルク微分値に応じて補償電流値Ｉｈを決定し、その補償電流値Ｉｈを目標電流値Ｉｔに付加する構成となっている。
【００１６】
また、目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈを付加する目的はトルクリップルを解消することである。そのため、トルク微分値を求める際の操舵トルクにはトルクリップルの周波数成分の信号が含まれなければならない。さらに、トルクリップルの周波数成分よりも高い周波数成分の信号を除去することにより、トルクリップルが効果的に解消されるように電流を付加することができる。そこで本実施形態では、ローパスフィルタ８によってトルクリップルの周波数成分よりも高い周波数成分の信号が除去された操舵トルクを微分することにより、補償電流値Ｉｈの決定のためのトルク微分値を算出する構成となっている。さらにまた、トルクリップルはトルクの微小な変動であるため、例えばハンドルを速く回転させたときには運転者はトルクリップルを感じにくい。一方、例えばハンドルを中立位置付近で低回転速度にて回転させたときには、操舵トルクが小さいため操舵トルクの大きさに対するトルクリップルの大きさの割合が相対的に大きくなりなおかつ回転速度が低いので、運転者はトルクリップルを感じやすい。そこで本実施形態では、トルク微分値が小さいときにのみトルク微分値に応じた補償電流値Ｉｈを目標電流値Ｉｔに付加する構成となっている。一方、トルク微分値が所定の値以上のときは、目標電流値Ｉｔは当初設定された値でよいので、補償電流値Ｉｈは零に設定される。
【００１７】
図５は、トルク微分値と補償電流値との関係を示す図である。横軸はトルク微分値を示しており、縦軸は補償電流値Ｉｈを示している。横軸は右操舵方向へのトルクの増加を正としている。縦軸は右方向への操舵力を補助するために付加される補償電流値Ｉｈを正としている。
【００１８】
目標電流値Ｉｔに付加する補償電流値Ｉｈは、前述した図５に示しているテーブルにより決定される。例えば、トルク微分値がａ以下である正の小さな値であるとすると、図５に示しているテーブルにおいて当該トルク微分値に関係づけられた補償電流値Ｉｈを目標電流値Ｉｔに付加する。これにより右方向にハンドルが回転するためのアシストトルクが発生することになる。ここで、目標電流値Ｉｔへの補償電流値Ｉｈの付加はトルク微分値の絶対値が小さいとき（図５においてｂからａまでの範囲）にのみ行われるので、図５ではトルク微分値の絶対値の小さい領域が拡大表示されている。なお、図５においてａおよびｂで示しているトルク微分値の具体的な値は、例えば車両を使った実験による測定結果に基づいて決定される。
【００１９】
図６は、目標電流値に補償電流値を付加していない従来構成の場合の操舵トルクと、目標電流値に補償電流値を付加している本実施形態による構成の場合の操舵トルクとの違いを測定した実験結果を示した図である。なお、図６における「トルク微分制御量」は、本実施形態の説明において補償電流値Ｉｈに相当するトルクである。図６においてＺで示している時間域における補正前トルクと補正後トルクの違いに着目する。補正前トルクにはトルクの段つき感を表すこぶ状の曲線が見うけられる。ここで、補正前トルクにおけるトルクの段つき感に応じて目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈが付加されることにより、操舵トルクの時間推移は図６において補正後トルクで示されたものとなった。補正後トルクにはこぶ状の曲線は見うけられず、操舵トルクの時間推移は滑らかなものとなっている。このように実験結果によっても目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈを付加することによる操舵トルクの段つき感の解消の効果があることが示されている。
【００２０】
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、操舵トルクからトルクリップルよりも高い周波数成分の信号がローパスフィルタによって除去されたトルクを微分することによりトルク微分値が算出されている。これにより、トルクリップルよりも高い周波数成分の振動の影響を受けずに補償電流値Ｉｈの決定のためのトルク微分値を算出することができる。そして、そのトルク微分値の絶対値が小さいときにのみ、当該トルク微分値に応じて目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈが付加される。トルク微分値を用いることにより、トルクリップルに対して遅れが生じることなく目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈが付加される。これにより、運転者がトルクリップルを感じやすいときにトルクリップルが効果的に解消されるように目標電流値Ｉｔに補償電流値Ｉｈが付加される。その結果、運転者はトルクの段つき感を感じることなく快適な操舵感を得ることが可能となる。
【００２１】
なお本実施形態において、ＥＣＵ５の構成要素のうち目標電流設定部１１、トルク微分値算出部１２、補償電流値算出部１３、加算器１４、減算器１５、およびＰＩ制御部１６は、ソフトウェア的に実現しているが、それらの一部又は全部をハードウェアとして実現してもよい。
【００２２】
＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、モータの慣性力を打ち消すための慣性補償器を設けてもよい。また、目標電流設定部１１の前段にモータ電流の位相遅れを回避するための位相補償器が設けられることが多い。本実施形態においては説明の便宜上、位相補償器を省略したが、位相補償器を含めた構成にしてもよい。また、本実施形態では図４に示しているアシストマップを用いて目標電流値Ｉｔを算出しているが、操舵トルクに基づいて目標電流値Ｉｔを算出するものであれば図４に示したようなアシストマップを用いることに限定されるものではない。例えば、後述するアシストマップの第１の変形例および第２の変形例に示すようなアシストマップを用いて目標電流値Ｉｔを算出してもよい。
【００２３】
＜４．アシストマップの第１の変形例＞
図７は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクとアシストトルクとの関係を示すアシストマップの第１の変形例である。この変形例に係るアシストマップでは、ある車速より高速になったときに車速の増加に応じてアシストトルクも増加させている。
【００２４】
一般に用いられているアシストマップでは、車速の増加に従いハンドルが重くなるように車速の増加に応じてアシストトルクを徐々に減少させている。しかし、このようにアシストトルクをハンドルに付加すると、高速状態で運転者がハンドルを回転させたときに、車両によってはモータの立ち上がりが悪く感じられることがある。そこで、本変形例で用いるアシストマップでは、時速１００ｋｍ以下においては車速の増加に応じてアシストトルクを減少させ、時速１００ｋｍ以上においては車速の増加に応じてアシストトルクを増加させている。このように、時速１００ｋｍのときにアシストトルクが最も小さくなっている。なお、アシストトルクが最も小さくなる車速は時速１００ｋｍに限定されるものではなく、車両の特性に応じて決定すればよい。
【００２５】
＜５．アシストマップの第２の変形例＞
図８は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクとアシストトルクとの関係を示すアシストマップの第２の変形例である。この変形例に係るアシストマップでは、据え切り時および微低速時のみをそれ以外の車速時と異なるアシスト特性にしている。
【００２６】
車速の増加に応じてアシストトルクを徐々に減少させているアシストマップを用いた場合、車速が変化すると操舵力が変化するので操舵感が悪くなるときがある。そこで車速に拘わらずアシストトルクを一定にすると、今度は据え切り時および微低速時にステアリングホイールが重くなってしまう。そこで、本変形例では、据え切り時および微低速時のみをそれ以外の車速時と異なるアシスト特性にしたアシストマップを用いている。これにより、全車速域において運転者に適度な操舵感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。
【図３】ハンドルの操舵角と運転者が感じる操舵トルクの大きさとの関係を模式的に表した図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクとアシストトルクとの関係を示すアシストマップの一例を示す図である。
【図５】トルク微分値と補償電流値との関係を示す図である。
【図６】目標電流値に補償電流値を付加していない従来構成の場合の操舵トルクと、目標電流値に補償電流値を付加している本実施形態による構成の場合の操舵トルクとの違いを測定した実験結果を示した図である。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクとアシストトルクとの関係を示すアシストマップの第１の変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る電動パワーステアリング装置における操舵トルクとアシストトルクとの関係を示すアシストマップの第２の変形例を示す図である。
【符号の説明】
３    …トルクセンサ
８    …ローパスフィルタ
１１  …目標電流設定部
１２  …トルク微分値算出部
１３  …補償電流値算出部
１４  …加算器
Ｉｔ  …目標電流値
Ｉｈ  …補償電流値
Ｉｕ  …補正後の目標電流値
【図１】
2004276804.tif 000003
【図２】
2004276804.tif 000004
【図３】
2004276804.tif 000005
【図４】
2004276804.tif 000006
【図５】
2004276804.tif 000007
【図６】
2004276804.tif 000008
【図７】
2004276804.tif 000009
【図８】
2004276804.tif 000010