(57)【要約】【課題】手放し状態でのステアリング機構の中立位置への復帰時に、ステアリング機構が振動するのを抑制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】保舵電流値設定部２９は、車速センサ７によって検出される車速が８０ｋｍ／ｈ以上であり、かつ、微分演算部２４から出力される舵角速度が３００ｄｅｇ／ｓｅｃ以上であって、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているという状況下において、舵角センサ６によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になると、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクに応じた保舵電流値を設定する。具体的には、保舵電流値設定部２９は、上記状況下でステアリング機構３が中立位置に達すると、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクを打ち消すトルクが電動モータＭから出力されるように保舵電流値を設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段と、
上記ステアリング機構の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検出される舵角の時間変化率である舵角速度を算出する舵角速度算出手段と、
上記車両の操向のために運転者の手で操作される操作部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
このトルク検出手段の出力に基づいて、上記操作部材から運転者の手が放れているかどうかを判定する手放し判定手段と、
上記車速検出手段によって検出される車速が所定速度以上であり、かつ、舵角速度算出手段によって算出される舵角速度が所定角速度以上であって、上記手放し判定手段によって上記操作部材から運転者の手が放れていると判定されている状況下において、上記舵角検出手段によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になったことに応答して、上記ステアリング機構を中立位置で保持するための保舵電流値を設定する保舵電流値設定手段と、
この保舵電流値設定手段によって設定される保舵電流値に基づいて、電動モータを制御するモータ制御手段と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の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る操舵トルクおよび車速に基づいて駆動制御される。すなわち、操舵トルクおよび車速に応じて目標電流値が設定され、その目標電流値に基づいて、電動モータがフィードバック制御されることによって、操舵トルクおよび車速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】
このような電動パワーステアリング装置では、電動モータの慣性モーメントのために、セルフアライニングトルク（操向のための車輪が路面から受ける反力）によるハンドルの中立位置（車両直進時における位置）への戻り性能（収斂性）が悪いことが知られている。たとえば、ステアリングホイールを左側または右側へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放すと、図４に示すように、ステアリング機構が中立位置を中心として左右に振動し、また、それに応じて車両のヨーレイトが振動することがある。このようなヨーレイトの振動は、車両が左右にふらつき、挙動が不安定になっていることを表す。
【０００４】
すなわち、ステアリングホイールを一方側（左側または右側）へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放すと、セルフアライニングトルクによって、ステアリング機構が中立位置へ戻されていく。このとき、電動モータの慣性モーメントが大きいために、ステアリング機構が中立位置を越えて反対側へ大きく行き過ぎてしまう。その後、ステアリング機構は、セルフアライニングトルクによって中立位置へ向けて再び戻されるが、このときにも電動モータの慣性モーメントのために中立位置を越えてしまう。このようにして、ステアリングホイールを一方側へ切り込んだ後、ステアリングホイールから手を放したときには、ステアリング機構が中立位置を越えて左右に行き過ぎては戻されるといった動き（振動）が繰り返される。そして、その振動が次第に減衰していき、ステアリング機構が中立位置に収斂する。
【０００５】
ステアリング機構の中立位置への収斂性の向上を図るために、下記特許文献１では、ステアリングホイールから手が放されている状態で、ステアリング機構が中立位置に近づく方向（戻し方向）に動いているか、中立位置から離れる方向（切り込み方向）に動いているかを判断して、中立位置に近づく方向に動いている場合には、操舵トルクに応じて設定された目標電流値を増大補正し、中立位置から離れる方向に動いている場合には、操舵トルクに応じて設定された目標電流値を低減補正する制御手法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４４９４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この制御手法を採用すれば、手放し状態で生じるステアリング機構の振動の振幅を小さくすることができ、ステアリング機構が中立位置に収斂するのに要する時間（ステアリング機構が振動している時間）を短くすることができる。しかし、ステアリング機構が中立位置を越えて左右に行き過ぎることによる振動の発生を防止することはできず、そのような振動による操舵フィーリングの悪化を改善することはできない。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、手放し状態でのステアリング機構の中立位置への復帰時に、ステアリング機構が左右に振動するのを抑制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。
【０００９】
【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、電動モータ（Ｍ）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、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記ステアリング機構の舵角を検出する舵角検出手段（６）と、この舵角検出手段によって検出される舵角の時間変化率である舵角速度を算出する舵角速度算出手段（２４）と、上記車両の操向のために運転者の手で操作される操作部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段（５）と、このトルク検出手段の出力に基づいて、上記操作部材から運転者の手が放れているかどうかを判定する手放し判定手段（２８）と、上記車速検出手段によって検出される車速が所定速度以上であり、かつ、舵角速度算出手段によって算出される舵角速度が所定角速度以上であって、上記手放し判定手段によって上記操作部材から運転者の手が放れていると判定されている状況下において、上記舵角検出手段によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になったことに応答して、上記ステアリング機構を中立位置で保持するための保舵電流値を設定する保舵電流値設定手段（２９）と、この保舵電流値設定手段によって設定される保舵電流値に基づいて、電動モータを制御するモータ制御手段（２０，３０）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。
【００１０】
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、保舵電流値設定手段によって保舵電流値が設定されることによって、中立位置付近まで復帰したステアリング機構に対して、ステアリング機構が中立位置で保持されるようなトルクが電動モータから与えられる。これにより、操作部材を一方側へ切り込んだ後、運転者が操作部材から手を放したときに、ステアリング機構が中立位置を超えて左右に行き過ぎることを抑制することができ、ステアリング機構が中立位置を中心に左右に振動するのを抑制することができる。よって、従来の電動パワーステアリング装置に比べて、ステアリング機構を短時間で中立位置に収斂させることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００１１】
【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電気的構成を示すブロック図である。ステアリングホイール１（操作部材）に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから発生する駆動力が、操舵補助力として、図示しないギヤ機構を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、機械的に伝達されるようになっている。
【００１２】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、ステアリングホイール１に加えられる操舵トルクに応じて捩れを生じるものであり、このトーションバー４に捩れが生じることで、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとは弾性的に同軸中心に相対回転する。
【００１３】
ステアリングシャフト２に関連して、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクを検出するためのトルクセンサ５（トルク検出手段）が備えられている。このトルクセンサ５によって検出される操舵トルクは、運転者によってステアリングホイール１に加えられた操舵トルクであって、車両の操向のための車輪が路面から受ける反力を含まない。トルクセンサ５の出力信号は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
【００１４】
コントローラ１０には、トルクセンサ５からの出力信号のほかにも、ステアリング機構３の舵角を検出するための舵角センサ６（舵角検出手段）、および車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサ７（車速検出手段）の各出力信号が入力されている。
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０およびモータドライバ３０を有している。マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５、舵角センサ６および車速センサ７の各出力信号に基づいてモータドライバ３０を制御する。
【００１５】
マイクロコンピュータ２０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に備えている。具体的には、マイクロコンピュータ２０は、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉｏｂｊを設定する目標電流値設定部２１と、トルクセンサ５の出力信号に基づいて、電動モータＭの慣性による応答遅れなどを補償するための補正電流値を設定する補正電流値設定部２２と、車速に応じた車速ゲインを設定する車速ゲイン設定部２３と、舵角センサ６の出力信号を時間微分することによって舵角速度を出力する微分演算部２４（舵角速度算出手段）と、この微分演算部２４から出力される舵角速度に応じた舵角速度ゲインを設定する舵角速度ゲイン設定部２５とを備えている。
【００１６】
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、操舵トルクが大きいほど目標電流値を大きな値に設定する。また、目標電流値設定部２１は、車速が小さいほど目標電流値を大きな値に設定する。
補正電流値設定部２２は、たとえば、トルクセンサ５の出力信号を時間微分することによってトルク微分値（操舵トルクの変化速度）を演算して、このトルク微分値が零から予め定める上限値までの範囲では、トルク微分値の増加に伴って零から一定値まで単調に増加するように補正電流値を設定する。また、トルク微分値が上記上限値を超えるときには、トルク微分値にかかわらず、補正電流値を上記一定値に設定する。
【００１７】
補正電流値設定部２２が設定する補正電流値には、乗算部２６１において、車速ゲイン設定部２３が設定する車速ゲインが乗じられる。さらに、その乗算結果に対して、舵角速度ゲイン設定部２５が設定する舵角速度ゲインが乗算部２６２において乗じられる。この乗算部２６２の出力が、補正電流値Ｉｃとして加算部２７１に入力されるようになっている。そして、加算部２７１において、目標電流値設定部２１が設定する目標電流値Ｉｏｂｊと補正電流値Ｉｃとが加算されて、補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃが生成される。
【００１８】
さらに、マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５の出力信号に基づいて、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているかどうかを判定する手放し判定部２８（手放し判定手段）と、この手放し判定部２８の判定結果に基づいて、ステアリング機構３を中立位置（車両直進時における位置）で保持するための保舵電流値を設定する保舵電流値設定部２９（保舵電流値設定手段）とを備えている。保舵電流値設定部２９が設定する保舵電流値は、加算部２７２において、加算部２７１から入力される補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃに加算され、その加算結果に応じた制御信号（たとえば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号）がモータドライバ３０に与えられるようになっている。
【００１９】
手放し判定部２８は、たとえば、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクが１Ｎ以下であれば、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定する。
図２は、保舵電流値設定部２９の働きを説明するためのフローチャートである。また、図３は、ステアリングホイール１が一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイール１から運転者の手が放れたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【００２０】
ステアリングホイール１が一方側へ切り込まれた後、ステアリングホイール１から運転者の手が放されると、セルフアライニングトルクによって、ステアリング機構３が中立位置へ戻されていく。ステアリング機構３が中立位置に達すると、セルフアライニングトルクは零になるが、このとき、電動モータＭの慣性によるトルク（以下、単に「モータ慣性トルク」という。）がステアリング機構３に作用する。
【００２１】
保舵電流値設定部２９は、車速センサ７によって検出される車速が所定速度（この実施形態では、８０ｋｍ／ｈ）以上であり、かつ、微分演算部２４から出力される舵角速度が所定角速度（この実施形態では、３００ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上であって、ステアリングホイール１から運転者の手が放れているという状況下において（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３のすべてがＹＥＳ）、舵角センサ６によって検出される舵角が中立位置を表す舵角になると（ステップＳ４でＹＥＳ）、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクに応じた保舵電流値を設定する（ステップＳ５）。具体的には、保舵電流値設定部２９は、上記状況下において、ステアリング機構３が中立位置まで戻ったことに応答して、このときステアリング機構３に作用しているモータ慣性トルクを打ち消すトルクが電動モータＭから出力されるように保舵電流値を設定する。
【００２２】
より具体的には、モータ慣性トルクＦは、下記式（１）に従って算出することができるから、その下記式（１）に従って算出されるモータ慣性トルクＦを相殺するために必要なトルクが電動モータＭから出力されるように保舵電流値が設定される。
【００２３】
【数１】
2005041279.tif 000003
【００２４】
ステアリングホイール１から運転者の手が放れているときは、ステアリングホイール１に入力される操舵トルクは零であり、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉｏｂｊは零に設定される。また、操舵トルクが零である状況が続いているとき、トルク微分値は零であり、トルク微分値に応じた補正電流値は零に設定される。したがって、このような状況下において、加算部２７１で生成される補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃは零であるから、保舵電流値設定部２９によって保舵電流値が設定されると、その保舵電流値に応じた制御信号がモータドライバ３０に与えられる。
【００２５】
保舵電流値設定部２９は、ステアリング機構３が中立位置に達してから所定時間（たとえば、２秒間）が経過するか（ステップＳ６のＹＥＳ）、または、ステアリングホイール１が運転者によって操作されて、手放し判定部２８によってステアリングホイール１から運転者の手が放されていないと判定されるまで保舵電流値を設定する（ステップＳ７のＮＯ）。
保舵電流値が設定されている間、中立位置付近まで復帰したステアリング機構３に対して、ステアリング機構３が中立位置で保持されるようなトルクが電動モータＭから与えられることになる。これにより、図３に示すように、ステアリングホイール１を一方側へ約６０°切り込んだ後、時刻ｔでステアリングホイール１から手を放したときの舵角は、ほとんど振動せず、図４と比較して明らかなように、ステアリング機構３は、従来の電動パワーステアリング装置よりもはるかに短い時間（約１秒間）で中立位置に収斂する。よって、従来の電動パワーステアリング装置と比較して、良好な操舵フィーリングで車両の操舵を行うことができる。
【００２６】
ステアリング機構３が中立位置に達してから上記所定時間が経過し、または、上記所定時間内にステアリングホイール１が運転者によって操作された場合には、この図２に示す処理は終了であり、保舵電流値設定部２９による保舵電流値の設定が解除（保舵電流値が零に）される。この後は、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクおよび車速などに応じた目標電流値Ｉｏｂｊが設定され、また、補正電流値Ｉｃが設定されて、この補正電流値Ｉｃによる補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃに応じた制御信号がモータドライバ３０に与えられる。
【００２７】
たとえば、電動モータＭの慣性による応答遅れは、操舵トルクの変化速度が大きいほど顕著であり、また、車速および舵角速度によっても異なるから、大きなトルク微分値に対して補正電流値が大きな値に設定され、これに車速および舵角速度に応じたゲインを乗じて得られる値を補正電流値Ｉｃとして目標電流値Ｉｏｂｊが補正されて、その補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｃの駆動電流が電動モータＭに供給されることにより、応答遅れが良好に補償されて、ステアリングホイール１の操作に対して良好な応答性で操舵補助が達成される。
【００２８】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、トルクセンサ５として、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じた信号を出力する構成のものを採用して、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも先に変化し、かつ、一定時間（たとえば、２秒間）内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値（たとえば、±１度）以下である場合に、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定するようにしてもよい。すなわち、運転者によってステアリングホイール１が積極的に操作されている場合、入力軸２Ａは出力軸２Ｂよりも先に回転し、その入力軸２Ａの回転角の変化量も大きいはずである。したがって、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも先に変化し、かつ、一定時間内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値以下である場合には、ステアリングホイール１から運転者の手が放れていると判定することができる。一方、出力軸２Ｂの回転角が入力軸２Ａの回転角よりも遅れて変化している場合、または、一定時間内における入力軸２Ａの回転角の変化量が所定値よりも多い場合には、ステアリングホイール１が運転者の手で操作されていると判定することができる。
【００２９】
また、上記の実施形態に係る手法に代えて、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときに、ステアリング機構を中立位置に積極的に導くための戻し制御を行うことによっても、ステアリング機構の中立位置への収斂性を向上させることができる。
低速走行中（車速１０〜４０ｋｍ／ｈでの走行中）は、セルフアライニングトルクが小さいから、ステアリング機構の収斂性がとくに悪い。そこで、図５に示すように、低速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合に、一定の戻し電流値（たとえば、８０Ａ）を設定し、この戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給することにより、低速走行中における収斂性を向上させることができる。しかしながら、このような戻し制御のみでは、中速走行中（車速４０〜８０ｋｍ／ｈでの走行中）および高速走行中（車速８０ｋｍ／ｈ以上での走行中）にステアリングホイールから手が放された場合に、ステアリング機構が中立位置を中心に左右に振動することを防止できず、図６に示すように、舵角（操舵角度）およびヨーレイトが振動する。
【００３０】
これに対し、図７に実線Ｌ１で示すように、一定速度（たとえば、１０ｋｍ／ｈ）以上の車速での走行中に、ステアリングホイールから運転者の手が放された場合に、一定の戻し電流値（たとえば、８０Ａ）を設定して、この戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給すれば、低速走行中だけでなく、中速走行中および高速走行中における収斂性も向上させることができる。
また、図７に破線Ｌ２で示すように、低車速域および中車速域（車速１０〜８０ｋｍ／ｈ）では、車速の増加に伴って零から一定値（たとえば、８０Ａ）まで単調に増加するように戻し電流値を設定し、この設定した戻し電流値の駆動電流を電動モータに供給するようにしても、全車速域における収斂性を向上させることができる。
【００３１】
さらに、中速走行中の収斂性が問題にならない場合には、図７に一点鎖線Ｌ３で示すように、低速走行中および高速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合には、戻し電流値を相対的に大きな電流値（たとえば、８０Ａ）に設定し、中速走行中にステアリングホイールから運転者の手が放された場合には、戻し電流値を相対的に小さな電流値（たとえば、１０Ａ）に設定するようにしてもよい。
【００３２】
図７に実線Ｌ１、破線Ｌ２または一点鎖線Ｌ３で示す線図に従って戻し電流値を設定することにより、図８に示すように、舵角およびヨーレイトの振動を抑えることができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
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電気的構成を示すブロック図である。
【図２】保舵電流値設定部の働きを説明するためのフローチャートである。
【図３】上記電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図４】従来の電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが一方側へ約６０°切り込まれた後、ステアリングホイールから運転者の手が放されたときの舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図５】低速走行時にのみ戻し制御を行う場合の戻し電流値の設定例を示す図である。
【図６】図５に示す線図に従って戻し電流値を設定した場合における舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【図７】高速走行時にも戻し制御を行う場合の戻し電流値の設定例を示す図である。
【図８】図７に示す線図に従って戻し電流値を設定した場合における舵角（操舵角度）および車両のヨーレイトの変化を示す図である。
【符号の説明】
１      ステアリングホイール（操作部材）
３      ステアリング機構
５      トルクセンサ（トルク検出手段）
６      舵角センサ（舵角検出手段）
７      車速センサ（車速検出手段）
１０    コントローラ
２０    マイクロコンピュータ（モータ制御手段）
２４    微分演算部（舵角速度算出手段）
２８    手放し判定部（手放し判定手段）
２９    保舵電流値設定部（保舵電流値設定手段）
３０    モータドライバ（モータ制御手段）
Ｍ      電動モータ
【図１】
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【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】
2005041279.tif 000009
【図７】
2005041279.tif 000010
【図８】
2005041279.tif 000011