(57)【要約】【課題】操作部材をロックエンド角まで操作した時に生じる衝撃を低減し、かつ、操作部材をロックエンド角近傍で切り返したときの操舵負担を軽減する。【解決手段】電子制御ユニット２は、マイクロコンピュータを備えていて、このマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値を設定する目標電流値設定部２１、ならびに操舵トルク、操舵角および車速に基づいて制限値を設定し、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値を制限値以下に制限して出力する電流制限部２２の各機能を実現する。電流制限部２２は、車速が零の状態でステアリングホイール１に所定のトルク値＋Ｔ以上の操舵トルクが加えられると、予め定められた操舵角−目標制限値特性に従って、操舵角に応じた目標制限値を求め、この求めた目標制限値に基づいて目標電流値を制限する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作手段の操作に応じて電動モータを制御し、この電動モータからの発生トルクをステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
上記操作手段に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
上記操作手段の操作に応じて変化する舵角を検出する舵角検出手段と、
この舵角検出手段によって所定角度以上の舵角が検出されているときに、上記電動モータの駆動目標値を制限する制限手段と、
この制限手段による駆動目標値の制限が行われているときに、上記操舵トルク検出手段によって上記操作手段を中立位置に戻す方向の所定トルク値以上の操舵トルクが検出されたことに応答して、上記制限手段による駆動目標値の制限を解除する制限解除手段と
を含む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】
上記制限手段は、上記電動モータの駆動目標値を上記舵角検出手段によって検出される舵角に応じた制限値に制限するものであることを特徴とする請求項１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】
この発明は、電動モータからの発生トルクをステアリング機構に与えて操舵補助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】
従来から、電動モータの発生トルクをステアリング機構に伝達することによって操舵補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに基づいて駆動制御される。すなわち、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに応じた電動モータの目標電流値が定められ、この目標電流値に基づいて、電動モータの駆動電流がフィードバック制御される。目標電流値は、たとえば、操舵トルクが大きいほど大きな値に定められるようになっており、これによって、操舵トルクの大小に応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
一般的なステアリング機構では、一定以上の舵取り用車輪の転舵を阻止するためのロックエンド機構が設けられていて、ステアリングホイールを中立位置から左右にそれぞれ所定のロックエンド角（最大操舵角）まで操舵して、舵取り用車輪の転舵角が最大転舵角に達すると、それ以上は同方向に舵取り用車輪を転舵できないようになっている。このため、ステアリングホイールがロックエンド角近傍まで操舵されているにもかかわらず、ステアリングホイールに大きな操舵トルクが加えられたことに応答して、電動モータからステアリング機構に大きな操舵補助力が与えられると、ロックエンド機構に大きな衝撃が加わって、大きな衝撃音を発生したり、ロックエンド機構の構成部品の破損や変形などを生じたりするおそれがある。
【０００４】
このような問題を回避するために、たとえば、下記特許文献１（特公平６−４４１７号公報）に開示されている先行技術を採用することができる。すなわち、ステアリングホイールの操舵角がロックエンド角近傍の所定角度に達した後、目標電流値を転舵角の増加に伴って減少させていき、転舵角がロックエンド角に達したときに目標電流値を零にすることにより、ロックエンド機構に大きな衝撃が加わることを防止できる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−４４１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記先行技術をそのまま採用したのでは、ステアリングホイールがロックエンド角近傍で反対方向へ切り返された場合に、転舵角が所定角度以下になるまでの間、目標電流値に制限が加えられるために、操舵トルクに応じた十分な操舵補助力をステアリング機構に与えることができず、ステアリングホイールが重くなってしまう。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、操作部材をロックエンド角まで操作した時に生じる衝撃を低減することができ、かつ、操作部材をロックエンド角近傍で切り返したときの操舵負担を軽減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である。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作手段（１）の操作に応じて電動モータ（Ｍ）を制御し、この電動モータからの発生トルクをステアリング機構（３）に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記操作手段に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（４）と、上記操作手段の操作に応じて変化する舵角を検出する舵角検出手段（４）と、この舵角検出手段によって所定角度以上の舵角が検出されているときに、上記電動モータの駆動目標値を制限する制限手段（２２，Ｓ４）と、この制限手段による駆動目標値の制限が行われているときに、上記操舵トルク検出手段によって上記操作手段を中立位置に戻す方向の所定トルク値以上の操舵トルクが検出されたことに応答して、上記制限手段による駆動目標値の制限を解除する制限解除手段（２２，Ｓ８）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、舵角検出手段によって所定角度以上の舵角が検出されているときには、制限手段によって電動モータの駆動目標値が制限される。これにより、操作手段がロックエンド角まで操舵されても、舵取り用の車輪の転舵を阻止するためのロックエンド機構に大きな衝撃が加わることがなく、大きな衝撃音を発生したり、ロックエンド機構の破損を生じたりするおそれがない。
【００１０】
また、制限手段による駆動目標値の制限が行われているときに、操作手段を中立位置に戻す方向の所定トルク値以上の操舵トルクが検出されると、これに応答して、その制限手段による駆動目標値の制限が解除される。これにより、操作手段がロックエンド角近傍で反対方向へ切り返された場合に、その反対方向の操舵に対して十分な操舵補助力を電動モータから速やかに発生させることができ、操舵負担を軽減することができる。
【００１１】
また、車速検出手段を備え、この車速検出手段によって検出された車速が零のときのみ駆動目標値の制限を行うようにしてもよい。これは、車速が零でないときは、ロックエンド角まで操舵される頻度およびモータ駆動目標値が、車速が零のときと比較して小さいことによる。
上記制限手段は、請求項２に記載のように、上記電動モータの駆動目標値を上記舵角検出手段によって検出される舵角に応じた制限値に制限するものであることが好ましく、この場合、舵角が最大舵角（ロックエンド角または最大転舵角）に近づくほど制限値が小さな値に設定され、舵角が最大舵角に達した時点で制限値が零に設定されることが好ましい。こうすることにより、ロックエンド機構に大きな衝撃が加わることを一層良好に防止できる。
【００１２】
また、上記舵角検出手段は、操作手段の操舵角を舵角として検出するものであってもよいし、車両の舵取り用の車輪の転舵角を舵角として検出するものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この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示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作に基づいて、電子制御ユニット２が電動モータＭを駆動制御し、これにより電動モータＭから発生されるトルクをステアリング機構３に与えて操舵補助を達成するように構成されている。
【００１４】
ステアリング機構３は、ステアリングホイール１に結合されたステアリング軸３１と、ステアリング軸３１の先端に設けられたピニオンギヤ３２と、車両の幅方向に直線運動可能に設けられたラックバー３３とを含む。ステアリングホイール１を操作すると、ステアリング軸３１が回転し、この回転に伴ってピニオンギヤ３２が回転する。ピニオンギヤ３２の回転は、ラックバー３３を車両の幅方向（ラックバー３３の長手方向）に直線運動させる。ラックバー３３の直線運動は、図示しないタイロッドやナックルアームなどによって、舵取り用の前左右車輪の転舵力に変換される。電動モータＭの発生トルクは、たとえば、減速機３４を介してラックバー３３に入力されるようになっている。
【００１５】
ステアリング軸３１に関連して、ステアリングホイール１の操舵角およびステアリングホイール１に入力された操舵トルクを検出するアングルトルクセンサ４が設けられている。具体的には、ステアリング軸３１は、ステアリングホイール１に結合された入力軸３１Ａとピニオンギヤ３２を介してラックバー３３に結合された出力軸３１Ｂとをトーションバー３５で連結した構成になっており、アングルトルクセンサ４は、入力軸３１Ａおよび出力軸３１Ｂの回転角をそれぞれ検出して、その検出した入力軸３１Ａの回転角に応じた信号を操舵角検出信号として出力し、また、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂとの回転角差にトーションバー３５の弾性定数を乗じた値に応じた信号を操舵トルク検出信号として出力する。アングルトルクセンサ４の出力信号（操舵角検出信号および操舵トルク検出信号）は、電子制御ユニット２に与えられるようになっている。
【００１６】
なお、操舵角は、ステアリングホイール１が舵角中点（中立位置）にあるときを零として、ステアリングホイール１を舵角中点から左側に切った状態で負の値をとり、ステアリングホイール１を舵角中点から右側に切った状態で正の値をとるとする。また、操舵トルクは、ステアリングホイール１を右方向へ操舵ためのトルクが正の値をとり、ステアリングホイール１を左方向へ操舵するためのトルクが負の値をとるとする。
【００１７】
電子制御ユニット２にはさらに、この電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速を検出する車速センサ５の出力信号が与えられるようになっている。車速センサ５は、車速を直接的に検出するものでもよいし、車輪に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車速を計算により求めるものであってもよい。
図２は、電子制御ユニット２の構成を説明するためのブロック図である。電子制御ユニット２は、マイクロコンピュータを備えていて、このマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵トルクおよび車速センサ５によって検出される車速に応じた目標電流値を設定する目標電流値設定部２１、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵トルクおよび操舵角ならびに車速センサ５によって検出される車速に基づいて制限値を設定し、その制限値以下に目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値を制限して出力する電流制限部２２、電流制限部２２の出力値に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２３の各機能を実現する。
【００１８】
電子制御ユニット２はさらに、パワー素子のブリッジ回路で構成されるモータドライバ２４を備えている。ＰＷＭ信号生成部２３が生成するＰＷＭ信号によってモータドライバ２４の各パワー素子のオン／オフが制御され、このモータドライバ２４からパワー素子のオン／オフに応じた駆動電流が電動モータＭに供給されるようになっている。
目標電流値設定部２１は、たとえば、操舵トルクについての微小な範囲をトルク不感帯として、このトルク不感帯内の操舵トルクに対しては、目標電流値を零に設定する。一方、トルク不感帯外の操舵トルクに対しては、操舵トルクの絶対値が大きいほど、目標電流値を大きな値に設定する。また、車速が小さいほど目標電流値を大きな値に設定する。これにより、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵トルクが大きいほど、また、車速センサ５によって検出される車速が小さいほど、電動モータＭに大きな駆動電流が流れ、その結果、大きな操舵補助力が電動モータＭから発生される。
【００１９】
図３は、電流制限部２２の機能について説明するためのフローチャートである。このフローチャートでは、操舵角が正側での電流制限を示しているが、操舵角が負側での電流制限も同様である（負側では、ステップＳ１で、操舵トルク≦−Ｔ、ステップＳ７で、操舵トルク≧＋Ｔとなる。）。電流制限部２２は、まず、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵トルクが所定のトルク値＋Ｔ（たとえば、Ｔ＝０．３Ｎｍ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。つまり、ステアリングホイール１が操舵角の絶対値の増加方向にＴ以上の操舵トルクで操舵されているか否かを判断する。
【００２０】
操舵トルクが所定のトルク値＋Ｔ以上であれば、車速センサ５によって検出される車速が零か否かを判断する（ステップＳ２）。車速が零であれば、つづいて、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵角に応じた目標制限値を求め、その求めた目標制限値と現時点で設定されている制限値（以下「現在制限値」という。）との偏差が所定値未満であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
操舵角に応じた目標制限値は、図４に示すような操舵角−目標制限値特性に従って求めることができる。操舵角−目標制限値特性は、操舵角についての−θ〜＋θ（たとえば、θ＝５１０ｄｅｇ）の範囲で、目標制限値が電動モータＭに供給可能な最大電流値（ＰＷＭ信号のデューティが１００％のときに電動モータＭに流れる電流値）に等しい最大制限値Ｌｍａｘをとるように定められている。また、操舵角についての＋θ〜＋θｍａｘ，−θ〜−θｍａｘ（たとえば、θｍａｘ＝５４０ｄｅｇ）の範囲では、操舵角の絶対値が増加するにつれて、目標制限値が最大制限値Ｌｍａｘから零まで単調に減少（この実施形態ではリニアに減少）するように定められている。
【００２１】
現在制限値と目標制限値との偏差が所定値未満であれば、現在制限値を目標制限値に設定し（ステップＳ４）、その設定した現在制限値に基づいて、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値を制限して出力する。つまり、電流制限部２２は、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値を、アングルトルクセンサ４によって検出された操舵角に応じた目標制限値以下に制限して出力する。なお、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵角が−θ〜＋θの範囲内の値である場合、現在制限値は最大制限値Ｌｍａｘに設定されるが、この最大制限値Ｌｍａｘは電動モータＭに供給可能な最大電流値に等しいので、このとき、実質的には、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値に対する制限が加えられないことになる。
【００２２】
一方、現在制限値と目標制限値との偏差が所定値以上である場合には、電流制限部２２は、現在制限値を操舵角に応じた目標制限値まで漸減（たとえば、８１Ａｒｍｓ／ｓｅｃで減少）させていき（ステップＳ５）、その一方で、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値を現在制限値以下に制限して出力する。
こうして現在制限値を設定した後、この図３の処理を再び行ったときに、車速センサ５によって検出される車速が零でなければ（ステップＳ２のＮＯ）、電流制限部２２は、現在制限値を最大制限値Ｌｍａｘまで漸増（たとえば、８１Ａｒｍｓ／ｓｅｃで増加）させて、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値に対する制限を徐々に解除していく（ステップＳ６）。
【００２３】
また、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵トルクが所定のトルク値＋Ｔ未満であれば（ステップＳ１のＮＯ）、電流制限部２２は、その操舵トルクが所定のトルク値−Ｔ以下であるか否かを判断し（ステップＳ７）、操舵トルクがトルク値−Ｔ以下であれば、現在制限値を最大制限値Ｌｍａｘに設定して、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値に対する制限を一気に解除する（ステップＳ８）。
【００２４】
以上のように、車速が零の状態でステアリングホイール１に所定のトルク値＋Ｔ以上の操舵トルクが加えられると、図４に示すような操舵角−目標制限値特性に従って、アングルトルクセンサ４によって検出される操舵角に応じた目標制限値が求められ、この求められた目標制限値に基づいて、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値が制限される。
これにより、ステアリングホイール１が所定角度＋θ，−θを超えて、さらに切り込まれた場合（操舵角が増す方向に操作された場合）に、操舵角がロックエンド角＋θｍａｘ，−θｍａｘに近づくほど、目標電流値が小さな値に制限され、操舵角がロックエンド角＋θｍａｘ，−θｍａｘに達した時点では、目標電流値が零に制限されて、電動モータＭの出力トルクが零になる。よって、ステアリングホイール１がロックエンド角＋θｍａｘ，−θｍａｘまで操舵されても、舵取り用の車輪の転舵を阻止するためのロックエンド機構に大きな衝撃が加わることがなく、大きな衝撃音を発生したり、ロックエンド機構の破損を生じたりするおそれがない。
【００２５】
また、目標電流値に対する制限は、ステアリングホイール１に所定のトルク値−Ｔ以下の操舵トルクが加えられると即座に解除される。これにより、ステアリングホイール１がロックエンド角近傍で反対方向へ切り返された場合に、その反対方向の操舵に対して十分な操舵補助力を電動モータＭから速やかに発生させることができ、すぐれた操舵フィーリングを実現することができる。
これに対し、目標電流値に対する制限が加えられている状態で、車速が零でなくなった場合には、目標電流値に対する制限が徐々に解除されていく。これにより、目標電流値に対する制限の解除に伴って操舵補助力（電動モータＭの発生トルク）が急増することを防止でき、操舵補助力の急増による操舵違和感の発生を防止することができる。
【００２６】
また、たとえば、ステアリングホイール１が所定角度＋θ，−θを超えて切り込まれている状態で、操舵トルクが所定のトルク値−Ｔ以下となり、目標電流値に対する制限が一旦解除された後、操舵角が＋θ〜＋θｍａｘ，−θ〜−θｍａｘの範囲に保持されたまま、操舵トルクがトルク値＋Ｔ以上となった場合、その時の操舵角に応じた目標制限値と現在制限値（最大制限値Ｌｍａｘ）との間に大きな偏差を生じる。このような場合に、その目標制限値が現在制限値に設定されて、目標電流値に対する制限が急に加えられると、操舵補助力が急減し、これによる操舵違和感を運転者に与えてしまう。そこで、この実施形態では、現在制限値と操舵角に応じた目標制限値との間に所定値以上の偏差がある場合、現在制限値が操舵角に応じた目標制限値まで漸減される。これにより、操舵補助力の急減を防止することができ、操舵補助力の急減による操舵違和感の発生を防止することができる。
【００２７】
この発明の一実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記の実施形態では、アングルトルクセンサ４によってステアリングホイール１の操舵角が検出され、その検出された操舵角に応じた目標制限値が求められるとしたが、車両の舵取り用車輪の転舵角を検出する転舵角センサを設けて、この転舵角センサが検出する転舵角に応じた目標制限値を求めるようにしてもよい。また、電動モータの駆動目標値は、目標電圧値や目標トルク値であってもよい。
【００２８】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この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示すブロック図である。
【図２】電子制御ユニットの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】電流制限部の機能について説明するためのフローチャートである。
【図４】操舵角に対する目標制限値の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１      ステアリングホイール
２      電子制御ユニット
３      ステアリング機構
４      アングルトルクセンサ
５      車速センサ
２１    目標電流値設定部
２２    電流制限部
Ｍ      電動モータ
【図１】
2004175196.tif 000003
【図２】
2004175196.tif 000004
【図３】
2004175196.tif 000005
【図４】
2004175196.tif 000006