(57)【要約】【課題】操舵方向の反転を高速で行う場合においても操舵補助力発生用モータ等の慣性が操舵に及ぼす影響を正確なタイミングで補償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】操舵による操作部材の回転を舵角が変化するように車輪に伝達する際の操舵トルクＴと、操舵補助力発生用モータ１０の回転角速度ωに基づいて、操舵トルクの変化加速度にゲインＫｇを乗じた値とモータ１０の回転角加速度との和に対応する操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔ＝Ｋｇ／Ｋ・ｄ２  Ｔ／ｄｔ２  ＋ｄω／ｄｔ・１／Ｎを求める。そのゲインＫｇを調整する手段２０ｄを備える。操舵に及ぼす慣性の影響を補償するように予め定められて記憶されたモータ出力補正値Ｉｃと操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔとの間の関係と、求めた操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔに基づいて求められるモータ出力補正値Ｉｃに応じて操舵補助力が補正されるようにモータ１０を制御する。【選択図】図２
2004203366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助力を発生するモータと、
操舵トルクを求める手段と、
そのモータの回転角速度を求める手段と、
その求めた操舵トルクとモータ回転角速度に基づいて、その操舵トルクの変化加速度にゲインを乗じた値とそのモータの回転角加速度との和に対応する操舵角加速度対応値を求める手段と、
そのゲインを調整する手段と、
操舵に及ぼす慣性の影響を補償するように予め定められたモータ出力補正値と前記操舵角加速度対応値との間の関係を記憶する手段と、
その求めた操舵角加速度対応値と記憶した関係に基づいて求められるモータ出力補正値に応じて操舵補助力が補正されるように、そのモータを制御する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】
前記モータ出力補正値の大きさの増加率は前記操舵角加速度対応値の大きさが大きい範囲では小さい範囲よりも大きくされている請求項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、操舵補助力をモータにより付与する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵補助力をモータにより付与する電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクや車速等の運転条件に応じて操舵補助力を変化させている。しかし、操舵補助力を運転条件に応じて変化させただけでは、そのモータを含む操舵系における可動部の慣性の影響により操舵速度の変化時に操舵フィーリングが低下してしまう。そのため、モータの端子間電圧、電流、抵抗、逆起電圧定数からモータの回転角速度を求め、その求めた回転角速度から演算された回転角加速度に応じて操舵に対する慣性の影響を補償するようにモータ出力を補正することが行われている。しかし、実際の操舵によるステアリングホイールの回転角加速度に対して、その求めたモータの回転角加速度が遅れ、慣性の影響を本来補償すべきタイミングで補償できずに操舵が重くなってしまう。
【０００３】
そこで、その慣性の影響を補償するために、モータ回転角加速度に代えて、操舵トルクの変化加速度とモータの回転角加速度との和に対応するステアリングホイールの角加速度に応じて補償することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６９４２１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操舵方向の反転を高速で行った場合、上記従来技術でも慣性の影響を本来補償すべきタイミングで正確に補償できず操舵フィーリングが低下するという問題がある。
本発明は上記問題を解決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を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を発生するモータと、操舵トルクを求める手段と、そのモータの回転角速度を求める手段と、その求めた操舵トルクとモータ回転角速度に基づいて、その操舵トルクの変化加速度にゲインを乗じた値とそのモータの回転角加速度との和に対応する操舵角加速度対応値を求める手段と、そのゲインを調整する手段と、操舵に及ぼす慣性の影響を補償するように予め定められたモータ出力補正値と前記操舵角加速度対応値との間の関係を記憶する手段と、その求めた操舵角加速度対応値と記憶した関係に基づいて求められるモータ出力補正値に応じて操舵補助力が補正されるように、そのモータを制御する手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、操舵補助力発生用モータ等の慣性が操舵に及ぼす影響は、操舵トルクの変化加速度にゲインを乗じた値とモータの回転角加速度との和に対応する操舵角加速度対応値に応じて補償される。そのゲインは調整することができるので、その和におけるモータの回転角加速度分に対する操舵トルクの変化加速度分の割合を大きくできる。これにより、操舵方向の反転を高速で行なう場合は操舵角加速度対応値に応じたモータ出力補正値を大きくし、操舵補助力発生用モータ等の慣性の影響を正確なタイミングで補償することが可能になる。
前記モータ出力補正値の大きさの増加率は前記操舵角加速度対応値の大きさが大きい範囲では小さい範囲よりも大きくされているのが好ましい。これにより、操舵角加速度対応値の大きさが小さく慣性補償を行う必要性が小さい場合に、モータ出力補正値が過大になるのを防止し、また、操舵角加速度対応値の大きさが大きく慣性補償を行う必要性が大きい場合に、モータ出力補正値が不足するのを防止し、適正な慣性補償を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に示す電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２（操作部材）の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態では、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。
【０００８】
ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態では、モータ１０の出力シャフトの回転を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することで操舵補助力を付与する。
【０００９】
モータ１０は駆動回路２１を介してコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングシャフト４により伝達される操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２２、操舵角度θｈを検出する舵角センサ２３、車速Ｖを検出する車速センサ２４、モータ１０の端子間電圧センサ２５およびモータ電流センサ２６が接続される。制御装置２０はモータ１０の回転速度として、センサ２５、２６により検出したモータ１０の端子間電圧とモータ電流および記憶したモータの抵抗と逆起電圧定数とから公知の演算式を用いてモータ１０の回転角速度ωを求める。
【００１０】
制御装置２０は、操舵補助力が運転条件に応じて変化すると共に、モータ１０を含む操舵系における可動部の慣性が操舵に及ぼす影響を補償できるようにモータ１０を制御する。
【００１１】
図２は制御装置２０によるモータ１０の制御ブロック線図を示し、運転条件として求めた操舵トルクＴと車速Ｖに応じてアシスト電流値Ｉａがアシスト電流演算部２０ａにおいて求められる。例えば図３に示すように、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に、また、車速Ｖが低速になる程にアシスト電流値Ｉａの大きさが大きくなる関係が予め定められて制御装置２０に記憶され、その記憶した関係と求めた操舵トルクＴと車速Ｖからアシスト電流値Ｉａが求められる。
【００１２】
求められた操舵トルクＴの微分値である操舵トルク変化速度ｄＴ／ｄｔが微分器２０ｂにおいて求められる。その操舵トルク変化速度ｄＴ／ｄｔに定数１／Ｋを乗じた１／Ｋ・ｄＴ／ｄｔが乗算器２０ｃにおいて求められる。その定数Ｋは、本実施形態では操舵トルクＴとしてステアリングシャフト４により伝達するトルクを検出していることから、そのトルク検出部におけるステアリングシャフト４のねじり剛性に対応し、そのトルク検出部をトーションバーにより連結される２部材により構成する場合はトーションバーのねじり剛性に対応する。
【００１３】
その１／Ｋ・ｄＴ／ｄｔにゲイン調整器２０ｄにより調整されるゲインＫｇを乗じたＫｇ／Ｋ・ｄＴ／ｄｔが乗算器２０ｅにおいて求められる。そのゲイン調整器２０ｄは制御装置２０に接続され、オペレータの操作によりゲインＫｇを調整することが可能とされている。
【００１４】
求められたモータ１０の回転角速度ωに定数１／Ｎを乗じたピニオン角速度ω／Ｎが乗算器２０ｆにおいて求められる。その定数Ｎは、本実施形態ではモータ１０の出力を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することから減速ギヤ機構１１の減速比である。
【００１５】
そのＫｇ／Ｋ・ｄＴ／ｄｔとピニオン角速度ω／Ｎの和である操舵角速度対応値ｕが加算器２０ｇにおいて求められる。
【００１６】
その操舵角速度対応値ｕの微分値である操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔが微分器２０ｈにおいて求められる。ｄｕ／ｄｔ＝Ｋｇ／Ｋ・ｄ２  Ｔ／ｄｔ２  ＋ｄω／ｄｔ・１／Ｎであるから、操舵トルクＴとモータ１０の回転角速度に基づいて、操舵トルクＴの変化加速度にゲインＫｇを乗じた値とモータ１０の回転角加速度との和に対応する操舵角加速度対応値として、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔが求められ、そのゲインＫｇの調整手段としてゲイン調整器２０ｄが設けられている。
【００１７】
制御装置２０に、操舵に及ぼす慣性の影響を補償するように予め定められたモータ出力補正値と操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔとの関係が記憶されている。そのモータ出力補正値は本実施形態では補償電流値Ｉｃとされ、その関係は慣性の影響により操舵速度の変化時に操舵フィーリングが低下するのを防止できるように定められる。例えば図４において実線で示すように、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが大きくなる程に補償電流値Ｉｃの大きさが直線的に大きくなる関係が予め定められて制御装置２０に記憶される。その記憶される関係は例えばルックアップテーブルや演算式の形で記憶される。その記憶した関係と求めた操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔに基づいて補償電流値Ｉｃが演算部２０ｉにおいて求められる。
【００１８】
求めたアシスト電流値Ｉａと補償電流値Ｉｃの和であるモータ１０の目標駆動電流Ｉ＊  が加算器２０ｊにおいて求められる。制御装置２０は、その目標駆動電流Ｉ＊  にモータ電流Ｉが対応するようにモータ１０を駆動回路２１を介してフィードバック制御する。これにより、補償電流値Ｉｃに応じて操舵補助力が補正されるようにモータ１０が制御される。
【００１９】
上記実施形態によれば、操舵補助力発生用モータ１０等の慣性が操舵に及ぼす影響は、モータ１０の回転角加速度と操舵トルクＴの変化加速度にゲインＫｇを乗じた値の和に対応する操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔに応じて補償される。そのゲインＫｇはゲイン調整器２０ｄにより調整できるので、その和におけるモータ１０の回転角加速度分に対する操舵トルクＴの変化加速度分の割合を大きくできる。これにより、操舵方向の反転を高速で行なう場合は操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔに応じた補償電流値Ｉｃを大きくし、その慣性の影響を正確なタイミングで補償することが可能になる。
【００２０】
上記実施形態では、図４において実線で示すように操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが大きくなる程に補償電流値Ｉｃの大きさが直線的に大きくなる。これに代わる変形例として、図４において２点鎖線で示すように、補償電流値Ｉｃの大きさの増加率を操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが大きい範囲では小さい範囲より大きくしてもよい。これにより、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが小さい範囲では実施形態の場合よりも補償電流値Ｉｃの大きさが小さくされ、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが大きい範囲では実施形態の場合よりも補償電流値Ｉｃの大きさが大きくされる。操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが零から図中ａまでの範囲は、補償電流値Ｉｃの大きさが零に設定された不感帯である。よって、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが小さく慣性補償を行う必要性が小さい場合に、補償電流値Ｉｃが過大になるのを防止し、また、操舵角加速度対応値ｄｕ／ｄｔの大きさが大きく慣性補償を行う必要性が大きい場合に、補償電流値Ｉｃが不足するのを防止し、適正な慣性補償を行うことができる。
【００２１】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、モータ１０の回転角速度をエンコーダ等を用いて直接に検出してもよい。また、モータの回転角速度や回転角加速度を角速度や角加速度でなく単位時間当たり回転数や回転数変化で求めてもよい。また、ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構は実施形態に限定されず、例えばステアリングホイールの回転をステアリングシャフトからリンク機構を介して車輪に伝達するものでもよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば実施形態に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。また、上記実施形態ではゲインＫｇを１／Ｋ・ｄＴ／ｄｔに乗じたが、操舵トルク変化速度ｄＴ／ｄｔに乗じてもよく、操舵角加速度対応値が操舵トルクの変化加速度にゲインを乗じた値とモータの回転角加速度との和に対応すればよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵方向の反転を高速で行う場合においても、操舵補助力発生用モータ等の慣性が操舵に及ぼす影響を正確なタイミングで補償し、操舵フィーリングの低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵補助力発生用モータの制御ブロック線図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵トルクと車速とアシスト電流値との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態と変形例の電動パワーステアリング装置における操舵角加速度対応値と補償電流値との関係を示す図
【符号の説明】
２  ステアリングホイール
３  車輪
１０  モータ
２０  制御装置
２０ｄ  ゲイン調整器
２２  トルクセンサ
２５  端子間電圧センサ
２６  モータ電流センサ
【図１】
2004203366.tif 000003
【図２】
2004203366.tif 000004
【図３】
2004203366.tif 000005
【図４】
2004203366.tif 000006