(57)【要約】【課題】ハンドルの戻し時に操舵の回転方向によるステアリング装置各部や車両の回転方向でのフリクションの左右差の影響で、ハンドル戻り特性に左右差が生じてしまい、右と左の操舵からの戻りの戻しトルク感、戻り速度、戻り角の特性に大きなアンバランスが生じる欠点があった。【解決手段】モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、判定された電動モータの回転方向別に記憶するメモリ８８と、タイヤが路面から受けるタイヤの路面反力に相当するトルクに対して、前記メモリ８８に記憶された各電動モータの回転方向における操舵トルクの前記回転トルク既定値に対する割合を係数として、トルク左右差の調整をする回転トルクの左右差調整部８７とを備え、前記基本アシスト制御部７１によって決定されたアシストトルクに対して、回転トルクの左右差調整部８７によって調整された路面反力に相当するトルクを減算することにより、ハンドル戻し制御を行う。【選択図】図１
2012076657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者がステアリングを回転させる事によって生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを決定する基本アシスト制御手段と、
アシストトルクを発生するための電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
前記電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段と、
前記モータ回転速度検出手段からのモータ回転速度信号と前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号とにより、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、前記モータ回転方向判定手段によって判定された電動モータの回転方向別に記憶する記憶手段と、
タイヤが路面から受けるタイヤの路面反力に相当するトルクに対して、前記記憶手段に記憶された各電動モータの回転方向における操舵トルクの前記回転トルク既定値に対する割合を係数として、トルク左右差の調整をするトルク左右差調整手段とを備え、
前記基本アシスト制御手段によって決定されたアシストトルクに対して、前記トルク左右差調整手段によって調整された路面反力に相当するトルクを減算することにより、ハンドル戻し制御を行うことを特徴とする電動式電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記モータ回転方向判定手段は、前記電動モータの端子電圧によって電動モータの回転方向を判別するものである、請求項１に記載の電動式電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記タイヤの路面反力に相当するトルクは、前記電動モータに流れる電動モータ電流と、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとに基づいて推定される、請求項１に記載の電動式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、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関し、特に、ハンドル戻し時に、電動パワーステアリング装置により発生するアシストトルクの向きや大きさを制御することのできる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルを操作することによって生じる操舵トルクを検出し、車速と、検出された操舵トルクの値に応じた電流を電動モータに印加して回転駆動する。電動モータは電動パワーステアリング装置の機構に噛み合っているので、この電流の印加により必要なアシストトルクを発生させることができる。
また、一般に電動パワーステアリング装置は、セルフアライニング機能を有する。すなわち、転舵後に直進状態に戻る過程で、運転者がハンドルを回転させる力を０にすれば（いわゆる手放し状態にすれば）、車輪は自動的に中立位置方向に戻ろうとする。
【０００３】
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置においては、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする時にも、電動モータのロータや車両及びステアリング系のフリクションに相当する摩擦力等により、中立位置まで戻りきらず、運転者がハンドルを直進方向へ回転し直す場合があった。
この不具合を部分的に解消する方法として、ハンドル戻りを改善する方法が提案されている。この方法は、モータ回転方向と操舵トルクの方向とが異なる方向であれば、電動モータの回転速度または回転加速度に応じて、電動モータの回転方向と同一方向（戻り方向）のアシストトルクを発生し、この発生されたアシストトルクに応じた電流を電動モータに供給して回転駆動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平7-186994号公報
【特許文献２】特開2002-29442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成により、低車速では手放し時にハンドルの戻りを改善する効果は期待できるが、操舵の回転方向によるステアリング装置各部や車両の回転方向でのフリクションの左右差の影響で、ハンドル戻り特性に左右差が生じてしまう欠点があった。この結果、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする力が同じ場合には、右と左の操舵からの戻りの戻しトルク感、速度、戻り角の特性に大きなアンバランスが生じる欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は、電動モータのロータや車両及びステアリング系の操舵時のフリクションの左右差を実測して記憶し、その結果により、ハンドルの戻りの方向による戻し力やフリクションのアンバランスを補正する補正量を、それぞれの方向に合わせて適正値に調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングを回転させる事によって生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを決定する基本アシスト制御手段と、アシストトルクを発生するための電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、前記電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段と、前記モータ回転速度検出手段からのモータ回転速度信号と前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号とにより、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、前記モータ回転方向判定手段によって判定された電動モータの回転方向別に記憶する記憶手段と、タイヤが路面から受けるタイヤの路面反力に相当するトルクに対して、前記記憶手段に記憶された各電動モータの回転方向における操舵トルクの前記回転トルク既定値に対する割合を係数として、トルク左右差の調整をするトルク左右差調整手段とを備え、前記基本アシスト制御手段によって決定されたアシストトルクに対して、前記トルク左右差調整手段によって調整された路面反力に相当するトルクを減算することにより、ハンドル戻し制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクは、ステアリング機構内のラック＆ピニオンや車両のステアリングに連動して運動する機構部、その他車両のフリクショントルクをそのまま表わすと考えられる。そこで、どちらの回転方向のフリクションを補正するかの方向判定を行って、このフリクショントルクを方向別に記憶手段に記憶し、補正すべきフリクションの方向に応じて、ハンドル戻し補助トルク信号に補正係数を掛けて出力する。これによりハンドル戻り特性の左右差を解消することができる。
【０００９】
一般にステアリング機構内のラック＆ピニオンや車両のステアリングに連動して運動する機構部のフリクショントルクの値は、ハンドルの操舵方向によって異なり、フリクションの値が大きいと、その操舵の回転方向による各々の回転方向でのフリクションの大きさの差も大きくなる傾向があるが、本発明の制御により、回転方向に応じてそれぞれの異なるフリクションを、適切に補償することができる。
【００１０】
前記モータ回転方向判定手段で電動モータＭの端子電圧によって電動モータＭの回転方向を判別することとすれば、舵角センサでハンドル方向をモニタする必要がなくなる。
前記タイヤの路面反力に相当するトルクは、前記電動モータに流れる電動モータ電流と、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとに基づいて推定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、車両のフリクションの、回転方向での差異を学習し、学習結果により、ハンドルの戻りの方向によって異なる戻し力やフリクションのアンバランスを、それぞれの方向に合わせて適正値に調整することにより、ハンドル戻り特性の左右差を自動的に解消する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動パワーステアリング装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図２】回転方向別の補正係数の値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の構成例を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されて用いられ、操作部材としてのステアリングハンドル５１の操作に応じて電動モータＭ（たとえば、ブラシレス電動モータ）を駆動し、この電動モータＭが発生するアシストトルクを操舵機構５２に機械的に伝達することによって操舵補助を行うものである。
【００１４】
この電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドル５１に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ５３と、コントローラとしての電動パワーステアリング用ＥＣＵ（電子制御ユニット）とを備えている。ＥＣＵには、さらに車両の速度（車速）を検出する車速センサ５４の出力信号が与えられており、また、電動モータＭの回転角を検出するロータリーエンコーダなどの回転角センサ５５の出力信号も与えられている。ＥＣＵは、トルクセンサ５３、車速センサ５４及び回転角センサ５５からの信号に基づいて、電動モータＭを駆動制御する。
【００１５】
ＥＣＵは、マイクロコンピュータ６０とともに、電流検出回路５８と、ＰＷＭ（パルス幅変調）パルス生成回路５６と電動モータ駆動回路５７とを備えている。
マイクロコンピュータ６０は、操舵トルク、車速及び電動モータＭの回転角に基づいて、電動モータＭを制御するための制御信号を生成して、ＰＷＭパルス生成回路５６に与える。ＰＷＭパルス生成回路５６は、与えられた制御信号に対応するデューティのＰＷＭパルスを生成して電動モータ駆動回路５７に入力する。電動モータ駆動回路５７は、ＰＷＭパルス生成回路５６から与えられるＰＷＭパルスに基づいてオン／オフされる複数のスイッチング素子を含み、前記制御信号に対応する電流を電動モータＭに供給する。この電動モータＭに実際に流れている電流が、電流検出回路５８によって検出されて、その検出結果がマイクロコンピュータ６０に入力されるようになっている。
【００１６】
マイクロコンピュータ６０は、内部のメモリ（図示せず）に格納された所定のプログラムをＣＰＵ（図示せず）が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有している。この複数の機能処理部には、トルクセンサ５３からの入力信号を処理して操舵トルクを演算する操舵トルク演算部６１と、車速センサ５４からの入力信号を処理して車速を演算する車速演算部６３と、回転角センサ５５からの入力信号を処理して電動モータＭの回転速度を演算するモータ回転速度演算部６５と、このモータ回転速度演算部６５の出力を時間微分処理して回転加速度を演算するモータ回転加速度演算部６６とが含まれている。モータ回転速度演算部６５は、例えば、ロータリエンコーダのパルス出力を差分して回転速度を求めてもよい。
【００１７】
さらに、上記複数の機能処理部には、基本アシスト制御部７１と、ハンドル戻し制御部７３とが含まれている。そして、基本アシスト制御部７１によって求められた電流指令値に、ハンドル戻し制御部７３によって求められたハンドル戻し制御電流が減算され、この減算後の電流値と、電流検出回路５８の出力信号を電動モータ電流演算部６８で処理して得られる実際の電動モータ電流値とが電動モータ電流制御部６９に与えられるようになっている。この電動モータ電流制御部６９は、最終電流指令値と実際の電動モータ電流値との偏差を求め、電動モータＭの電流値を最終電流指令値に一致させるための制御信号をＰＷＭパルス生成回路５６に与える。
【００１８】
基本アシスト制御部７１は、操舵トルク演算部６１によって演算される操舵トルク及び車速演算部６３によって演算される車速に基づいて、基本アシスト電流値を生成する。具体的には、操舵トルクが大きいほど大きなアシスト電流値が生成され、また、車速が大きいほど（高速走行時ほど）小さなアシスト電流値が生成されるように基本アシスト電流値を定める演算が行われる。
【００１９】
ハンドル戻し制御部７３は、操舵トルク演算部６１によって求められる操舵トルク、車速演算部６３によって求められる車速、及び電動モータ電流演算部６８によって求められる電動モータ電流に基づいて、ステアリングハンドル５１を中立位置に戻すときに電動モータＭがハンドルを原点に復帰させる方向にトルクを発生するようにハンドル戻し制御電流を生成する部分である。
【００２０】
ハンドル戻し制御部７３は、前記操舵トルク演算部６１から出力される操舵トルクに、前記電動モータ電流演算部６８から演算されるステアリング軸換算の電動モータトルクを加算することにより、前輪の舵角を原点に復帰させようとする路面反力トルクを推定する路面反力トルク推定部８１と、操舵トルク及びモータ回転加速度演算部６６より出力されるモータ回転加速度とに基づいて、ステアリングハンドル５１の質量、電動モータＭのロータの慣性等によって生ずる慣性力を補償するための補償トルクを演算する慣性力補償部８２と、これらの路面反力トルク及び慣性力補償トルクを加算する第１の加算器８３とを備えている。なお、ハンドル戻し制御部７３における路面反力トルク、慣性力補償トルクはいずれも操舵機構５２のラック出力軸に換算したトルクである。
【００２１】
さらにハンドル戻し制御部７３は、第１の加算器８３で出力されるトルクを電流に換算してこれに比例ゲインＡを乗算するゲイン発生部８４と制限部８５とを備える。この比例ゲインＡを乗算することにより、ハンドルを原点に復帰させるトルクを、路面反力トルクよりも小さくすることができる。よって、車両が有する直進性を助長することができるため、車両のハンドル戻り性能を向上させることができる。なお、比例ゲインＡを車速に応じて、車速が早いほどゲインＡを小さく、車速が遅いほどゲインＡを大きくするように変えることも可能である。制限部８５は、路面反力トルクが操舵機構５２内のフリクショントルクより小さい時に、ハンドルが自動的に原点に復帰しない現象を避けるため、ハンドル戻し補助トルク信号を、ステアリング機構内の概ねフリクショントルク程度の値を上限としてリミッタで制限をかける。この制限値も車速に応じて変えることが可能である。
【００２２】
またさらに、ハンドル戻し制御部７３は、操舵トルク演算部６１によって演算される操舵トルク及びモータ回転速度演算部６５によって演算されるモータ回転速度に基づいて、車両のフリクション（電動モータＭのロータの回転摩擦や操舵機構５２のステアリング系のフリクションを含む車両全体に発生するフリクションを言う。以下同じ）に基づく、モータ回転方向別の操舵トルクの違いを学習する学習部８６と、学習部８６の出力に基づき左右の回転方向により異なる車両のフリクションの方向差が零になるように調整する回転トルクの左右差調整部８７とを備える。
【００２３】
学習部８６は、電動モータＭの端子電圧によって電動モータＭの回転方向を判別し、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、メモリ８８に記憶する。この無負荷回転数とは電動モータＭの規格値であり、電動モータＭにトルクをかけないで既定電圧（例えば１２Ｖ）を印加したときに、電動モータＭが回転する回転速度（例えば2000rpm）である。無負荷回転数は、走行時にすばやくステアリングハンドルを切ったり、車体をジャッキアップしてすばやくステアリングハンドルを切ったときに現れる。無負荷回転数の時の操舵トルクは、車両のフリクションをそのまま表わしている。この求めた操舵トルクの、操舵トルクの規定値に対する割合（補正係数）を、電動モータＭの回転方向別に記憶する。例えば、操舵トルクの規定値が１．０Ｎｍであるとすれば、操舵トルク測定結果が左回転方向において１．３Ｎｍであれば、補正係数は１．３となる。右回転方向において１．０Ｎｍであれば、補正係数は１．０となる。これらの回転方向別の補正係数の値を図２に示す。これにより、例えば、ハンドル軸で右操舵回転時のフリクションが左操舵回転時より３０％大きければ、右回転で戻す場合のハンドル戻し補助トルク信号を３０％大きくなるように補正係数を設定することができる。
【００２４】
なお、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクをメモリ８８に記憶する時点は任意であり、車両の走行中、常時モータ回転速度を監視していて、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合に記憶しても良い。また車両の出荷前点検、定期点検などで、人為的にステアリングハンドルを切って、そのときに記憶しても良い。
左右差調整部８７は、ゲイン発生部８４から出力されるハンドル戻し補助トルクに、この補正係数を掛けて出力する。
【００２５】
このようにしてハンドル戻し制御部７３は、ステアリングハンドル５１を中立位置に戻すときに電動モータＭがハンドルを原点に復帰させる方向にトルクを確実に発生することができる。
本実施の形態では、運転者がハンドルを保持して操舵している場合には、操舵をアシストする操舵補助トルク信号を操舵トルク信号に基づいて発生させるとともに、運転者がハンドルを戻そうとした場合には、ハンドルを原点（中立位置）に復帰させるのを妨げるフリクションを打ち消すハンドル戻し補助トルク信号をハンドルの左右別々の回転方向に対応したフリクションを打ち消すのに必要な最適値として発生させることができる。
【００２６】
さらに、本実施の形態では、ハンドル戻し力若しくは車両のフリクションの、回転方向での差異を学習し、学習結果により、ハンドルの戻りの方向によって異なる戻し力やフリクションのアンバランスを、それぞれの方向に合わせて適正値に調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を自動的に解消する効果が得られる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、「電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段」としての学習部８６は、電動モータＭの端子電圧によって電動モータＭの回転方向を判別していたが、これ以外に操舵トルクの方向に基づいて判別しても良い。またハンドル軸換算の慣性モーメントが小さな電動モータを装着した車両については、慣性力補償部８２の各ゲインを零としてもよく、この場合には、モータ回転加速度検出部６６、慣性力補償部８２は不要となる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
５３…トルクセンサ、６１…操舵トルク演算部、７１…基本アシスト制御部、５５…回転角センサ、６５…モータ回転速度演算部
８６…学習部、８７…回転トルクの左右差調整部、８８…メモリ
【図１】
2012076657.tif 000003
【図２】
2012076657.tif 000004