(57)【要約】【課題】  本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、通常走行時における車両運転者の操舵フィーリングを良好に維持しつつ、据え切り時における系の振動や異音の発生を防止することを目的とする。【解決手段】  ステアリング系１２にアシストトルクを付与する電動モータ３４を、ステアリング系１２に加わる操舵トルクＴに基づく目標電流と実際に流れる実電流との偏差に基づいてフィードバック駆動する。この電流フィードバックループのフィードバックゲインＧをステアリング系１２に加わる操舵トルクＴに応じて変更する。具体的には、操舵トルクＴが比較的小さいときに比較的大きな値に設定し、操舵トルクＴが比較的大きいときに比較的小さな値に設定する。【選択図】  図４
2005170283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング系に操舵アシスト力を付与する電動モータと、ステアリング系に加わる操舵トルクに基づいて設定される前記電動モータに流れるべき目標電流と前記電動モータに実際に流れる実電流との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック駆動するフィードバック制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記フィードバック制御手段は、ステアリング系に加わる操舵トルクに応じてフィードバックゲインを変更するゲイン変更手段を有す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】
前記ゲイン変更手段は、フィードバックゲインとして、前記操舵トルクが所定値以下である場合には第１のゲイン値を設定し、また、前記操舵トルクが前記所定値を超える場合には前記第１のゲイン値よりも小さな第２のゲイン値を設定す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。
【請求項３】
前記第２のゲイン値は、前記操舵トルクが大きいほど小さな値であることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に係り、特に、ステアリング系に操舵アシスト力を付与する電動モータを、目標電流と実電流との偏差に基づいてフィードバック駆動する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動モータの発生するアシストトルクをステアリング系に伝達することにより車両操舵に必要なトルクをアシストする電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる電動パワーステアリング装置においては、運転者の操作によって車両のステアリングホイールに加わる操舵トルクが検出され、その検出操舵トルクに応じたアシストトルクを得るために必要な電動モータに流れるべき目標電流が設定されると共に、電流センサを用いて電動モータに実際に流れる実電流が検出される。そして、目標電流と実電流との偏差に基づいて両者が一致するようにその回転角に従って電動モータがフィードバック駆動される。従って、上記した電動パワーステアリング装置によれば、車両操舵に必要なトルクをアシストするアシストトルクを電動モータを用いて適正に発生させることができる。
【特許文献１】特開２００２−１６６８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記の如く電動モータを目標電流と実電流との偏差に基づいてフィードバック駆動するシステムでは、その系を制御するうえでの応答性が低いと、電動モータの発生するアシストトルクが検出操舵トルクに速やかに追従せず、車両走行中における運転者の操舵フィーリングが悪化する事態が生じてしまう。そこで、かかる事態の発生を回避するために、比較的高いフィードバックゲインを設定することにより系の応答性を高めることが必要である。
【０００４】
しかしながら、系の応答性が高くなっていると、通常走行時等の発生させるべきアシストトルクが小さく電動モータに流すべき電流が比較的小さいときにはそのリップル変動幅も小さいため、系に振動や異音が発生することはほとんどないが、一方、据え切り時等の発生させるべきアシストトルクが大きく電動モータに流すべき電流が比較的大きいときにはそのリップル変動幅も大きくなるため、系に大きな振動が発生したり或いは異音が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、通常操舵時における車両運転者の操舵フィーリングを良好に維持しつつ、据え切り操舵時における系の振動や異音の発生を防止することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、ステアリング系に操舵アシスト力を付与する電動モータと、ステアリング系に加わる操舵トルクに基づいて設定される前記電動モータに流れるべき目標電流と前記電動モータに実際に流れる実電流との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック駆動するフィードバック制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置であって、前記フィードバック制御手段は、ステアリング系に加わる操舵トルクに応じてフィードバックゲインを変更するゲイン変更手段を有する電動パワーステアリング装置により達成される。
【０００７】
請求項１記載の発明において、電動モータを目標電流と実電流との偏差に基づいてフィードバック駆動するうえでのフィードバックゲインは、ステアリング系に加わる操舵トルクに応じて変更される。操舵トルクが比較的小さい場合にフィードバックゲインを比較的大きな値に設定することとすれば、ステアリング系の応答性は高く維持されるため、電動モータにより操舵アシストを受ける運転者の操舵フィーリングが良好に維持される。また、操舵トルクが比較的大きい場合にフィードバックゲインを比較的小さい値に設定することとすれば、電動モータに流すべき電流は比較的大電流であるが、そのリップル変動幅は小さくなるため、ステアリング系の大きな振動及び異音の発生が防止される。従って、本発明によれば、通常操舵時における車両運転者の操舵フィーリングを良好に維持しつつ、据え切り操舵時におけるステアリング系の振動や異音の発生を防止することができる。
【０００８】
この場合、請求項２に記載する如く、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記ゲイン変更手段は、フィードバックゲインとして、前記操舵トルクが所定値以下である場合には第１のゲイン値を設定し、また、前記操舵トルクが前記所定値を超える場合には前記第１のゲイン値よりも小さな第２のゲイン値を設定することとすればよい。
【０００９】
尚、請求項３に記載する如く、請求項２記載の電動パワーステアリング装置において、前記第２のゲイン値は、前記操舵トルクが大きいほど小さな値であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１乃至３記載の発明によれば、通常操舵時における車両運転者の操舵フィーリングを良好に維持しつつ、据え切り操舵時におけるステアリング系の振動や異音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例である電動パワーステアリング装置１０のシステム構成図を示す。本実施例の電動パワーステアリング装置１０は、車両を運転する運転者のステアリング操作負担を軽減すべく、電動モータを用いて電気的にアシストトルクを発生させ、そのアシストトルクを車両のステアリング系１２に伝達することにより車両操舵に必要な操舵トルクをアシストする装置である。
【００１２】
車両のステアリング系１２は、車両運転者によって回動操作されるステアリングホイール１４を有している。ステアリングホイール１４は、ステアリングシャフト１６に連結されている。ステアリングシャフト１６は、ステアリングホイール１４の回転に伴って回転する。ステアリングシャフト１６の他端には、ピニオンとピニオンに係合するラックギヤとからなるステアリングギヤボックス１８が連結されている。ステアリングギヤボックス１８のラックギヤは、車幅方向に延びるラック軸２０に設けられている。ステアリングギヤボックス１８は、ステアリングシャフト１６の回転運動をラック軸２０の車幅方向への直線運動に変換する機能を有している。ラック軸２０の両端にはそれぞれ、ジョイントを介してタイロッド２２が結合されている。各タイロッド２２には、キングピン軸回りに回動可能なナックルアーム２４が連結されている。ナックルアーム２４には、操舵用車輪ＦＬ，ＦＲが支持されている。
【００１３】
かかるステアリング系１２において、ステアリングホイール１４が操作されると、ステアリングシャフト１６の回転がステアリングギヤボックス１８に伝達され、ラック軸２０が車幅方向へ変位する。この際、ステアリングシャフト１６の回転は、ラック軸２０の直線運動に変換されることとなる。ラック軸２０が車幅方向へ変位すると、ナックルアーム２４がキングピン軸回りに回動し、車輪ＦＬ，ＦＲが転舵される。この際、ラック軸２０の直線運動は、ナックルアーム２４の回動運動に変換されることとなる。従って、本実施例のステアリング系１２によれば、ステアリングシャフト１６の回転をラック軸２０の車幅方向への変位に変換させ、更に、ナックルアーム２４のキングピン軸回りの回動に変換させることで、車輪ＦＬ，ＦＲを転舵させることが可能である。
【００１４】
上記したステアリングシャフト１６は、ステアリングホイール１４に連結された入力シャフト２６と、ピニオンに連結された出力シャフト２８と、入力シャフト２６と出力シャフト２８との間に介在するトーションバー（図示せず）と、により構成されている。トーションバーは、ステアリングホイール１４に加わる操舵トルクの方向および大きさに応じたねじれを発生する。
【００１５】
電動パワーステアリング装置１０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３０を備えている。ＥＣＵ３０には、ステアリングシャフト１６のトーションバーに配設されたトルクセンサ３２が接続されている。トルクセンサ３２は、トーションバーのねじれ角に応じた信号をＥＣＵ３０へ向けて出力する。ＥＣＵ３０は、トルクセンサ３２の出力信号に基づいてトーションバーのねじれ角を検出し、車両運転者がステアリングホイール１４を操作する際にステアリング系１２に加わる操舵トルクの方向及び大きさＴを検出する。
【００１６】
ＥＣＵ３０には、例えば三相交流ブラシレスモータ等からなる電動モータ３４が接続されている。電動モータ３４は、ラック軸２０に係合しており、その回転駆動によりラック軸２０の車幅方向への変位をアシストするアシストトルクを発生し、車両操舵に必要な運転者のステアリング操作をアシストするモータである。この点、車両のラック軸２０は、運転者のステアリング操作によるステアリングシャフト１の回転、及び、電動モータ３４の回転の双方によって車幅方向へ変位し得る。ＥＣＵ３０は、上記の如くトルクセンサ３２を用いて検出した操舵トルクに基づいて電動モータ３４を制御する。電動モータ３４は、ＥＣＵ３０からの指令に従ってステアリング系１２にアシストトルクを付与する。
【００１７】
ＥＣＵ３０には、また、電流検出回路３６が接続されている。電流検出回路３６は、電動モータ３４に実際に流れる電流（実電流）に応じた信号をＥＣＵ３０へ向けて出力する。ＥＣＵ３０は、電流検出回路３６の出力信号に基づいて電動モータ３４に流れる実電流Ｉを検出する。
【００１８】
図２は、本実施例の電動パワーステアリング装置１０の備えるＥＣＵ３０の詳細なブロック構成図を示す。また、図３は、車両運転者による操舵トルクＴと電動モータ３４によってステアリング系１２に付与すべきアシストトルクとの関係を表したマップを示す。本実施例において、図３に示すマップは、操舵トルクＴが大きいほどアシストトルクが二次曲線的に大きな値となるように設定されている。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、トルクセンサ３２の出力信号が入力されるアシストトルク演算部４０を有している。アシストトルク演算部４０は、トルクセンサ３２による操舵トルクの方向及び大きさＴに基づいて、図３に示す如きマップを参照してステアリング系１２に付与すべきアシストトルクＴ*を演算する。アシストトルク演算部４０には、目標電流演算部４２が接続されている。アシストトルク演算部４０の出力は、目標電流演算部４２に供給される。目標電流演算部４２は、アシストトルク演算部４０の演算したアシストトルクＴ*に基づいて、そのアシストトルクＴ*をステアリング系１２に付与するのに必要な電動モータ３４に供給すべき目標電流Ｉ*を演算する。
【００２０】
目標電流演算部４２には、後に詳述するゲイン変更部４４を介して電流フィードバックコントローラ４６が接続されている。目標電流演算部４２の出力は、電流フィードバックコントローラ４６に供給される。電流フィードバックコントローラ４６には、また、上記した電流検出回路３６の出力する電動モータ３４に流れる実電流Ｉに応じた信号が供給される。電流フィードバックコントローラ４６は、目標電流演算部４２による目標電流Ｉ*と電流検出回路３６による実電流Ｉとの偏差に基づいて、電動モータ３４に流れる電流を目標電流に一致させるのに適切な電動モータ３４に印加すべき電圧指令値を演算する。
【００２１】
電流フィードバックコントローラ４６には、上記した電動モータ３４が接続されている。電動モータ３４には、その電動モータ３４に電圧を印加するパワースイッチング素子が所定のデューティ比でＰＷＭ制御されることにより、電流フィードバックコントローラ４６の演算した電圧指令値が印加される。電動モータ３４に電圧が印加されると、モータ３４に電流が流れ、ステアリング系１２のラック軸２０の車幅方向への変位をアシストするアシストトルクが発生する。
【００２２】
このような電動パワーステアリング装置１０において、車両運転者によりステアリングホイール１４が操作されると、その操舵トルクＴに応じたアシストトルクがステアリング系１２に付与されるように電動モータ３４がフィードバック駆動される。この際、モータ３４の駆動は、操舵トルクＴが大きいほど大きなアシストトルクが発生するように行われる。従って、本実施例の電動パワーステアリング装置１０によれば、電動モータ３４を用いて運転者によるステアリング操作の負担を軽減することが可能となる。
【００２３】
ところで、本実施例の如く電動モータ３４が目標電流Ｉ*と実電流Ｉとの偏差に基づいてフィードバック駆動されるシステムでは、そのステアリング系１２を制御するうえでのＥＣＵ３０の制御応答性が低いと、電動モータ３４の発生するアシストトルクが検出された操舵トルクＴに速やかに追従せず、車両走行中における運転者の操舵フィーリングが悪化することとなってしまう。そこで、かかる事態の発生を回避するために、ＥＣＵ３０の制御において比較的高いフィードバックゲイン（係数）Ｇを設定することにより、ステアリング系１２の応答性を高めることが必要である。
【００２４】
しかしながら、フィードバックゲインＧが比較的高く設定され、ステアリング系１２の応答性が高くなっていると、ステアリング系１２に付与すべきアシストトルクが比較的小さく電動モータ３４に流すべき電流が比較的小さい通常走行中における操舵時には、そのリップル変動幅は小さいため、ステアリング系１２において振動や異音はほとんど発生しないが、一方、アシストトルクが比較的大きく電動モータ３４に流すべき電流が比較的大きい車両停止中における操舵（据え切り）時には、そのリップル変動幅が大きいため、ステアリング系１２において大きな振動や異音が発生してしまう。
【００２５】
そこで、本実施例の電動パワーステアリング装置１０は、通常操舵時におけるステアリング系１２の応答性を高く維持しつつ、据え切り操舵時におけるステアリング系１２の振動等の発生を防止する点に特徴を有している。以下、図４及び図５を参照して、本実施例の特徴部について説明する。
【００２６】
図４は、本実施例における操舵トルクＴとフィードバックゲインＧとの関係を表したマップを示す。本実施例の電動パワーステアリング装置１０において、上記したＥＣＵ３０内のゲイン変更部４４には、図２に示す如く、トルクセンサ３２の出力信号が入力される。ゲイン変更部４４は、トルクセンサ３２による操舵トルクＴに応じてフィードバックゲインＧを変更する。具体的には、図４に示す如きマップを参照して、フィードバックゲインＧを、操舵トルクＴが所定値α以下で小さいときには一定値“１”に設定し、操舵トルクＴが所定値αを超えて大きいほど反比例的に小さな値に設定する。尚、所定値αは、フィードバックゲインＧが一定値“１”であるものとした際にステアリング系１２に振動や音が発生するか否かの境界を示す操舵トルク値である。
【００２７】
かかる構成によれば、操舵トルクＴが所定値α以下で小さいときは、所定値αを超えた大きいときに比べて、ＥＣＵ３０の電流フィードバックループにおけるフィードバックゲインＧが大きいので、電動モータ３４からステアリング系１２に付与されるアシストトルクが操舵トルクＴに速やかに追従し、ステアリング系１２の応答性が高く維持されるため、運転者の操舵フィーリングが良好に維持される。
【００２８】
また、操舵トルクＴが所定値αを超えて大きいときは、ステアリング系１２に付与すべきアシストトルクが比較的大きくて電動モータ３４に流れる電流も比較的大きいが、操舵トルクＴが所定値α以下で小さいときに比べて上記のフィードバックゲインＧが小さいので、フィードバックゲインＧが“１”であるときよりもゲイン余裕が大きく、リップル変動幅が小さく抑制されてシステムが安定するため、ステアリング系１２における大きな振動や音の発生が防止される。
【００２９】
図５は、上記の機能を実現すべく、本実施例の電動パワーステアリング装置１０においてＥＣＵ３０のゲイン変更部４４が実行する制御ルーチンのフローチャートの一例を示す。図５に示すルーチンは、その処理が終了するごとに繰り返し起動されるルーチンである。図５に示すルーチンが起動されると、まずステップ１００の処理が実行される。
【００３０】
ステップ１００では、トルクセンサ３２の出力信号に基づいて車両運転者のステアリング操作によってステアリング系１２に加わる操舵トルクＴが検出される。そして、ステップ１０２では、上記ステップ１００で検出した操舵トルクＴに基づいて、上記図４に示す如きマップを参照することにより、電流フィードバックループのフィードバックゲインＧを設定する処理が実行される。本ステップ１０２の処理が実行されると、以後、設定されたフィードバックゲインＧに従って電動モータ３４のフィードバック制御が行われる。本ステップ１０２の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００３１】
上記図５に示すルーチンによれば、操舵トルクＴに応じて電流フィードバックループのフィードバックゲインＧを変更することができる。具体的には、操舵トルクＴが比較的小さいときには比較的大きなフィードバックゲインＧを設定し、また、操舵トルクＴが比較的大きいときには比較的小さなフィードバックゲインＧを設定することができる。操舵トルクＴは、通常走行中に操舵が行われる通常操舵時には小さいが、車両停止中に操舵が行われる据え切り操舵時には大きくなる。従って、本実施例において、フィードバックゲインＧは、通常操舵時に大きな値となり、また、据え切り操舵時に小さな値となる。
【００３２】
このため、通常操舵時には、フィードバックゲインＧが大きいことで、アシストトルクが操舵トルクＴに速やかに追従し、ステアリング系１２の応答性が高く維持されるので、走行中に電動モータ３４による操舵アシストを受ける車両運転者の操舵フィーリングが良好に維持される。また、据え切り操舵時には、アシストトルクが比較的大きくて電動モータ３４に流れる電流も比較的大きいが、フィードバックゲインＧが小さいことで、電流のリップル変動幅が小さく抑制されてシステムが安定するので、ステアリング系１２に大きな振動や音が発生するのが防止される。従って、本実施例の電動パワーステアリング装置１０によれば、通常操舵時における車両運転者の操舵フィーリングを良好に維持しつつ、電動モータ３４に大電流が必要となる据え切り操舵時におけるステアリング系１２の大きな振動や異音の発生を防止することが可能となっている。
【００３３】
尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ３０が特許請求の範囲に記載した「フィードバック制御手段」に、ゲイン変更部４４が特許請求の範囲に記載した「ゲイン変更手段」に、所定値αが特許請求の範囲に記載した「所定値」に、それぞれ相当している。
【００３４】
ところで、上記の実施例においては、電流フィードバックループのフィードバックゲインＧを、操舵トルクＴが所定値α以下で小さいときは“１”に設定し、操舵トルクＴが所定値αを超えて大きいほど反比例的に小さな値に設定するものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、操舵トルクＴに応じて段階的に設定することとしてもよい。
【００３５】
また、上記の実施例においては、電動モータ３４のアシストトルクをラック軸２０に付与することとしているが、ステアリングシャフト１６の出力軸２８に付与することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例である電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】本実施例の電動パワーステアリング装置の備えるＥＣＵの詳細なブロック構成図である。
【図３】車両運転者による操舵トルクＴと電動モータによってステアリング系に付与すべきアシストトルクとの関係を表したマップである。
【図４】本実施例における操舵トルクＴとフィードバックゲインＧとの関係を表したマップである。
【図５】本実施例の電動パワーステアリング装置において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電動パワーステアリング装置
１２  ステアリング系
３０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３２  トルクセンサ
３４  電動モータ
Ｔ  操舵トルク
Ｇ  フィードバックゲイン係数
【図１】
2005170283.tif 000003
【図２】
2005170283.tif 000004
【図３】
2005170283.tif 000005
【図４】
2005170283.tif 000006
【図５】
2005170283.tif 000007