(57)【要約】【課題】手放し状態の操作部材の直進操舵位置への戻しを、ドライバーが違和感を感じることなく滑らかに行う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】操作部材の操作を舵角が変化するように車輪に伝達する機構と、操舵補助力を発生するモータとを備える。手放し戻し状態に至るまでの操舵特性を求めて記憶する。手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後も維持するようにモータを制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材の操作を舵角が変化するように車輪に伝達する機構と、
操舵補助力発生用モータと、
操作部材がドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判定する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
操舵特性を求める手段と、
手放し戻し状態に至るまでの操舵特性を記憶する手段と、
手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後も維持するように前記モータを制御する制御装置とを備える電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
手放し戻し状態に至るまでに記憶された操舵特性と手放し戻し状態であると判定された後に求められた操舵特性との偏差を求める手段を備え、
その偏差を低減するように前記モータをフィードバック制御することで、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性が維持される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
操作部材の操作を舵角が変化するように車輪に伝達する機構と、
操舵補助力発生用モータと、
操作部材がドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判定する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
操舵特性を求める手段と、
少なくとも舵角を含む車両走行条件を求める手段と、
手放し戻し状態に至るまでの操舵特性と少なくとも舵角を含む車両走行条件を記憶する手段と、
操作部材を手に持って直進操舵位置まで戻し操舵を行う場合における操舵特性と少なくとも舵角を含む車両走行条件との関係を、操作部材を手に持って戻し操舵を行っている時に記憶した操舵特性と車両走行条件とから求めて操舵特性の変化パターンとして記憶する手段と、
手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後は、前記変化パターンに従って変化させるように前記モータを制御する制御装置とを備える電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記変化パターンに従う場合の操舵特性を目標操舵特性として、その目標操舵特性と手放し戻し状態であると判定された後に求められる操舵特性との偏差を求める手段を備え、
その偏差を低減するように前記モータをフィードバック制御することで、前記変化パターンに従って操舵特性が変化する請求項３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】
路面と車輪との間の摩擦に応じた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その操舵トルクに応じた操舵補助力をモータにより発生する電動パワーステアリング装置が汎用されている。このような電動パワーステアリング装置において左右操舵した後にステアリングホイールを直進操舵位置へ戻す時に、ドライバーがステアリングホイールから手を離したり手を添えるだけで殆ど操舵力を作用させないと、操舵トルクは実質的に零になるので操舵補助力はモータにより付与されない。このような場合、ステアリングホイールはセルフアライニングトルクに基づき直進操舵位置に復帰することになる。
【０００３】
セルフアライニングトルクに基づき直進操舵位置に復帰する場合のステアリングホイールの動きは滑らかなものではなかった。例えば高速走行時に手放し状態で直進操舵位置へ復帰するステアリングホイールは、当初は人手によるよりも速く動き、その後にゆっくりと直進操舵位置へ復帰する。そこで、直進操舵位置へ復帰するステアリングホイールがドライバーにより操舵されているか手放し状態かを判定し、手放し状態である時はステアリングホイールの直進操舵位置への戻り特性が向上するように操舵補助力発生用モータを制御することが提案されている（特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１９８６４号公報
【特許文献２】
特開平６−８８３７号公報
【特許文献３】
特開平５−２０８６８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし何れの従来技術においても、手放し状態である時のステアリングホイールの直進操舵位置への戻り特性は、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性とは無関係に設定される。そのため、ステアリングホイールの動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なり、ドライバーが違和感を感じるという問題があった。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の一つの特徴は、操作部材の操作を舵角が変化するように車輪に伝達する機構と、操舵補助力発生用モータと、操作部材がドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判定する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、操舵特性を求める手段と、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性を記憶する手段と、手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後も維持するように前記モータを制御する制御装置とを備える点にある。
これにより、手放し状態である時の操作部材の直進操舵位置への戻り特性は、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性に対応する。よって、操作部材の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを防止できる。
この場合、手放し戻し状態に至るまでに記憶された操舵特性と手放し戻し状態であると判定された後に求められた操舵特性との偏差を求める手段を備え、その偏差を低減するように前記モータをフィードバック制御することで、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性が維持されるのが好ましい。例えば、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性として手放し戻し状態であると判定される直前の操舵速度を記憶し、記憶した操舵速度と手放し戻し状態である時の操舵速度との偏差を低減するようにモータをフィードバック制御すればよい。これにより、操作部材の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを容易に防止できる。
【０００７】
本発明の電動パワーステアリング装置の別の一つの特徴は、操作部材の操作を舵角が変化するように車輪に伝達する機構と、操舵補助力発生用モータと、操作部材がドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判定する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、操舵特性を求める手段と、少なくとも舵角を含む車両走行条件を求める手段と、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性と少なくとも舵角を含む車両走行条件を記憶する手段と、操作部材を手に持って直進操舵位置まで戻し操舵を行う場合における操舵特性と少なくとも舵角を含む車両走行条件との関係を、操作部材を手に持って戻し操舵を行っている時に記憶した操舵特性と車両走行条件とから求めて操舵特性の変化パターンとして記憶する手段と、手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後は、前記変化パターンに従って変化させるように前記モータを制御する制御装置とを備える点にある。
これにより、手放し状態である時の操作部材の直進操舵位置への戻り特性を、操作部材を手に持つ状態での操舵特性の変化パターンに対応させることができる。よって、操作部材の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを防止できる。
この場合、前記変化パターンに従う場合の操舵特性を目標操舵特性として、その目標操舵特性と手放し戻し状態であると判定された後に求められる操舵特性との偏差を求める手段を備え、その偏差を低減するように前記モータをフィードバック制御することで、前記変化パターンに従って操舵特性が変化するのが好ましい。例えば、手放し戻し状態である時に車両走行条件である舵角に対応する操舵特性である操舵速度を変化パターンに従って目標操舵速度として求め、その目標操舵速度と実際の操舵速度との偏差を低減するようにモータをフィードバック制御する。これにより、操作部材の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを容易に防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態の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を介して前部左右車輪３に伝達されることで舵角が変化する。
【０００９】
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。モータ１０が駆動されていない状態では、前部左右車輪３と路面との間のセルフアライニングトルクによりステアリングホイール２が直進操舵位置に復帰されるように前部左右車輪３のホイールアラインメントが設定されている。
【００１０】
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およびモータ電流Ｉの検出センサ２６が接続される。
【００１１】
図２のフローチャートを参照して上記制御装置４０による制御手順を説明する。まず、各センサ２２、２３、２４、２６の検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、制御装置４０はステアリングホイール２がドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判定する（ステップＳ２）。
【００１２】
図３は、手放し戻し状態か否かを判定する判定ルーチンを示す。まず、手放しフラグがオンかオフかを判断し（ステップＳ１０１）、オフであれば操舵角度δｈの大きさが遊び範囲（本実施形態では１０度）を超えるか否かを判断し（ステップＳ１０２）、遊び範囲を超える場合はステアリングホイール２を戻し操舵中か否かを判断する（ステップＳ１０３）。本実施形態では操舵角度δｈの大きさの変化速度が一定値（例えば毎秒−１０度）未満である場合に戻し操舵中であると判断する。
次に、ステアリングホイール２の手放し中であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。本実施形態では、操舵トルクＴの大きさが基準値α以下である時に手放し中であると判断する。例えば、手放し状態である時の操舵トルクＴｆと車速Ｖと操舵角度δｈとの関係が予め定められて制御装置２０に記憶され、検出された車速Ｖと操舵角度δｈと記憶した関係から求められる手放し状態である時の操舵トルクＴｆの大きさが基準値αとされる。
次に、制御装置２０の内蔵カウンタのカウンタ値をアップカウントし（ステップＳ１０５）、そのカウンタ値が設定値Ｃ以上か否かにより設定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。その設定時間は、ドライバーが意識的に手放し操舵を行っているとみなすことができる最小時間に設定され、例えば０．５秒とされ、その設定時間に対応するようにカウンタ設定値Ｃが定められる。その設定時間が経過していれば手放しフラグをオンし（ステップＳ１０７）、制御装置２０の内蔵カウンタをリセットし（ステップＳ１０８）、手放し戻し状態であると判定し（ステップＳ１０９）、リターンする。
ステップＳ１０１において手放しフラグがオンであれば、緊急操舵か否かが判断される（ステップＳ１１０）。本実施形態では、操舵トルクＴの変化速度の大きさが予め定めた基準値（例えば１０Ｎ・ｍ／ｓｅｃ）を超える場合に緊急操舵であると判断される。緊急操舵でなければリターンし、緊急操舵であれば手放しフラグをオフし（ステップＳ１１１）、通常の操舵補助制御を行うと判定し（ステップＳ１１２）、リターンする。
ステップＳ１０２において操舵角度δｈの大きさが遊び範囲を超えない場合、ステップＳ１０３においてステアリングホイール２が戻し操舵中でない場合、ステップＳ１０４においてステアリングホイール２の手放し中でない場合、制御装置２０の内蔵カウンタをリセットし（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１１で手放しフラグをオフする。ステップＳ１０６において設定時間が経過していなければステップＳ１１１で手放しフラグをオフする。
【００１３】
ステップＳ２において手放し戻し状態でないと判定され、通常の操舵補助制御を行うと判定された場合、運転条件に応じて変化する操舵補助力を発生するようにモータ１０を駆動するためのアシスト用目標電流Ｉ＊  を求め、操舵補助力が運転条件に応じて変化するようにアシスト用目標電流Ｉ＊  と検出したモータ電流Ｉとの偏差をなくすようにモータ１０をフィードバック制御することで操舵補助を行う（ステップＳ３）。本実施形態においては、運転条件として操舵トルクＴと車速Ｖに応じたアシスト用目標電流Ｉ＊  が制御装置２０に記憶された関係に基づき求められる。その関係は、例えば図４に示すようにアシスト用目標電流Ｉ＊  の大きさは操舵トルクＴの大きさが大きく車速Ｖが小さい程に大きくなるものとされる。
次に、通常の操舵補助制御を行っている時点の操舵特性を求めて手放し戻し状態に至るまでの操舵特性として記憶する（ステップＳ４）。本実施形態では検出した操舵角度θｈの変化速度ωａを操舵特性として求めて記憶する。
次に制御を終了するか否かを、例えばイグニッションキーがオフか否かにより判断し（ステップＳ５）、終了しない場合はステップ１に戻る。
ステップＳ２において手放し戻し状態であると判定された場合、現時点の操舵特性として検出した操舵角度θｈの変化速度ωｆを求める（ステップＳ６）。
次に、手放し戻し状態であると判定される直前に記憶された操舵特性ωａと求めた現時点の操舵特性ωｆとの偏差（ωａ−ωｆ）を低減するのに必要なモータ駆動電流を復帰用目標電流Ｉｒ＊  として求める（ステップＳ７）。本実施形態では、その偏差（ωａ−ωｆ）と復帰用目標電流Ｉｒ＊  との関係を予め記憶し、その関係と求めた現時点の操舵特性ωｆと記憶した操舵特性ωａから復帰用目標電流Ｉｒ＊  を演算する。例えば、Ｇを伝達関数として制御装置２０はＩｒ＊  ＝Ｇ・（ωａ−ωｆ）の関係を記憶し、その伝達関数ＧはＰＩ制御を行う場合はゲインをＫ、ラプラス演算子をｓ、時定数をτとして、Ｇ＝Ｋ〔１＋１／（τ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫおよび時定数τは最適な制御を行えるように調整される。求めた復帰用目標電流Ｉｒ＊  と検出したモータ電流Ｉとの偏差をなくすようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ８）。これにより、手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後も維持するようにモータ１０が制御される。しかる後に制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００１４】
上記実施形態によれば、手放し状態である時のステアリングホイール２の直進操舵位置への戻り特性は、手放し戻し状態に至るまでの操舵特性に対応する。よって、ステアリングホイール２の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを容易に防止でき、ドライバーが違和感を感じることはない。
【００１５】
図５は本発明の第２実施形態に関するフローチャートを示し、第１実施形態とは制御装置４０によるモータ１０の制御手順が相違し、他の構成は第１実施形態と同様とされ、同様部分は同一符号を用いて以下説明する。
まず、各センサ２２、２３、２４、２６の検出値を読み込む（ステップＳ２０１）。
次に、手放し戻し状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。この判定ルーチンは第１実施形態と同様とされる。
ステップＳ２０２において手放し戻し状態でなく、通常の操舵補助制御を行うと判定された場合、第１実施形態と同様に操舵補助力を付与するようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ２０３）。
次に、通常の操舵補助制御を行っている時点の操舵特性を求めて手放し戻し状態に至るまでの操舵特性として記憶する（ステップＳ２０４）。その操舵特性は第１実施形態と同様であり、検出した操舵角度θｈの変化速度ωａを操舵特性として求めて記憶する。
次に、手放し戻し状態に至るまでの車両走行条件として、検出した操舵角度δｈを記憶する（ステップＳ２０５）。
次に、ステアリングホイール２を手に持って直進操舵位置まで戻し操舵を行う場合における操舵特性と車両走行条件との関係を、記憶した操舵特性と車両走行条件とから求めて操舵特性の変化パターンとして記憶する（ステップＳ２０６）。本実施形態では、その操舵特性は操舵角度の変化速度であり、その車両走行条件は操舵角度である。すなわち、ステアリングホイール２を手に持って直進操舵位置まで戻し操舵を行う場合における操舵速度と操舵角度の関係が、戻し操舵を行っている時に記憶された操舵角度θｈを操舵角度θｈの変化速度ωａに対応付けることで求められて制御装置２０に記憶される。ここで、戻し操舵を行っているか否かはステップＳ１０３と同様に判断すればよい。その操舵特性の変化パターンを複数パターン求め、平均化したものを操舵特性の変化パターンとして記憶するようにしてもよい。なお、最初に操舵特性の変化パターンが求められるまでは、予め定められた操舵特性の変化パターンが初期パターンとして記憶される。その初期パターンは、例えば複数の平均的ドライバーによる実験結果の平均として予め求める。
次に制御を終了するか否かを、例えばイグニッションキーがオフか否かにより判断し（ステップＳ２０７）、終了しない場合はステップ２０１に戻る。
ステップＳ２０２において手放し戻し状態であると判定された場合、上記操舵特性の変化パターンに基づき、求めた現時点の操舵角度θｈに対応する操舵速度を目標操舵速度ω＊  として求める（ステップＳ２０８）。
次に、その目標操舵速度ω＊  と求めた現時点の操舵角度θｈの変化速度ωａとの偏差を低減するのに必要なモータ駆動電流を復帰用目標電流Ｉｒ＊  として求める（ステップＳ２０９）。その偏差と復帰用目標電流Ｉｒ＊  との関係を予め記憶し、その関係と求めた目標操舵速度ω＊  と変化速度ωａとから復帰用目標電流Ｉｒ＊  を演算すればよい。例えばＧを伝達関数として制御装置２０はＩｒ＊  ＝Ｇ・（ω＊  −ωａ）の関係を記憶し、その伝達関数ＧはＰＩ制御を行う場合はゲインをＫ、ラプラス演算子をｓ、時定数をτとして、Ｇ＝Ｋ〔１＋１／（τ・ｓ）〕とされ、そのゲインＫおよび時定数τは最適な制御を行えるように調整される。
求めた復帰用目標電流Ｉｒ＊  と検出したモータ電流Ｉとの偏差をなくすようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ２１０）。これにより、手放し戻し状態に至るまでの記憶された操舵特性を、手放し戻し状態であると判定された後は、上記変化パターンに従って変化させるようにモータ１０が制御される。しかる後に制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ２０７）。
【００１６】
上記第２実施形態によれば、手放し状態である時のステアリングホイール２の直進操舵位置への戻り特性を、ステアリングホイール２を手に持つ状態での操舵特性の変化パターンに対応させることができる。よって、ステアリングホイール２の動きや車両挙動がドライバーの意図した動きと異なるのを防止でき、ドライバーが違和感を感じることはない。
【００１７】
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、ステアリングホイールがドライバーにより操作されることなく直進操舵位置へ復帰する手放し戻し状態か否かを判断する手段として、特開２００１‐２１９８６４号公報に開示されたような手段を用いてもよい。また、通常の操舵補助制御の仕方は特に限定されるものではなく、例えば運転条件として操舵角度θｈに応じて操舵補助力が変化するようにしてもよい。上記第１実施形態では手放し戻し状態に至るまでの操舵特性として手放し戻し状態であると判定される直前の操舵特性を用いているが、これに限定されず、例えば手放し戻し状態であると判定される前の設定時間における操舵速度等の操舵特性の平均値や中間値等を用いてもよい。また、上記各実施形態における操舵特性は操舵角度θｈの変化速度ωａとされたが、これに限定されず、例えば操舵角度θｈの変化加速度や操舵トルクＴの変化速度や変化加速度を操舵特性としてもよい。さらに、第２実施形態においては車両走行条件を操舵角度θｈのみとしたが、車両走行条件に関連するものであれば他の条件を含めてもよく、例えば車速Ｖを車両走行条件に含めてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、手放し状態の操作部材の直進操舵位置への戻しを、ドライバーが違和感を感じることなく滑らかに行うことができる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【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】本発明の第１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手順を示すフローチャート
【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手放し戻し判定手順を示すフローチャート
【図４】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に応じたアシスト用目標電流の関係を示す図
【図５】本発明の第２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手順を示すフローチャート
【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
【図１】
2004161140.tif 000003
【図２】
2004161140.tif 000004
【図３】
2004161140.tif 000005
【図４】
2004161140.tif 000006
【図５】
2004161140.tif 000007