(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の各車輪の回転角度位置または回転角速度に関する車輪速信号をそれぞれ生成する左右一対の車輪速センサと、
ステアリングコラムにかかる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を生成するトルクセンサと、
この操舵トルクを補強して操舵力を高めるパワーアシストモータと、
これらの車輪速信号のうち少なくとも一方とこの操舵トルク信号とに基づいてこのパワーアシストモータを駆動する制御ユニットと、
を有する電動パワーステアリング装置において、
前記制御ユニットは、
直進状態でも生じる左右の車輪速差を補正し両前記車輪速信号に基づいて左右の各前記車輪の速度差を示す車輪速差信号を生成する左右車輪速差演算手段と、
前記パワーアシストモータに加えられるモータ端子間電圧とモータ電流検出値とに基づいてモータ回転角速度を推定するモータ回転角速度推定手段と、
前記操舵トルク信号とこの車輪速差信号とこのモータ回転角速度とに基づいてハンドルが戻し状態にあるか否かを判定するハンドル戻し検出手段と、
このハンドル戻し検出手段によってハンドルが戻し状態にあると判定された場合には、前記パワーアシストモータに適正な戻し操舵をさせる戻し補正信号を生成する戻し補正制御手段と、
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等の車両に装備される電動パワーステアリング装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵装置では、一方に切られたハンドル（ステアリングホイール）から運転者が手を離すなり操舵力を抜くなりして、自然に操舵車輪が中立位置に戻す操作が通常行われてきた。ところが通常の電動パワーステアリング装置では、自然に操舵車輪が中立位置に戻るのを期待していると、特に低速時にはハンドルが戻りにくいという不都合があった。これは、路面から各操舵車輪にかかる力により自然にハンドルが戻ろうとする際に、パワーアシストモータおよびその減速機がもつ慣性モーメントおよび摩擦抵抗などの影響に起因している。その結果、運転者がハンドルから手を離しても、ハンドルの戻りが遅かったり、ハンドルが中立位置まで戻りきらなかったりするので、運転者は積極的にハンドルを中立位置にまで戻す操作をしなければならず、ワークロードが大きかった。
【０００３】
このような不都合を解消する目的で、特公平３−１１９４４号公報には、ハンドルを一方に切るトルクを弱めると、直ちに戻し操舵が自動的に行われて操舵車輪が中立位置に戻る電動パワーステアリング装置が開示されている。すなわち、同公報の電動パワーステアリング装置には、ステアリングラック軸の左右位置を検出することにより直接的に操舵車輪の操舵角を検出する舵角センサが装備されている。そして、ステアリングコラムにかかる操舵トルクの急激な減少によってハンドルが戻し状態にあると判定された場合には、積極的にパワーアシストモータが駆動され、操舵車輪は速やかに中立位置に戻されるようになっている。その結果、同公報の技術によれば、ハンドルを中立位置に戻すための積極的な運転操作を行うことが不要になり、運転者のワークロードが軽減されるという効果がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報の技術では、通常の電動パワーステアリング装置のハードウェア構成に加えて、操舵車輪の操舵角を検出するための舵角センサが必要とされるので、その分のコストアップは不可避であった。
そこで本発明は、ハンドルを中立位置に戻すためのワークロードが軽減されていながら、コストアップを最小限に止め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解決すべき課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。
本手段では、制御ユニットは、車輪速センサからの左右一対の車輪速信号と、トルクセンサからの操舵トルク信号とに基づいて、パワーアシストモータを駆動する作用を有する。この作用を発揮するために、制御ユニットは、左右車輪速差演算手段、モータ回転角速度推定手段、ハンドル戻し検出手段および戻し補正制御手段の四つの演算手段を備えている。
【０００６】
左右車輪速差演算手段は、左右一対の車輪速信号に基づいた演算を行なって、左右の各車輪の速度差を示す車輪速差信号を生成する数値演算手段である。また、モータ回転角速度推定手段は、パワーアシストモータに加えられるモータ端子間電圧と、そのモータ電流検出値とに基づいて、モータ回転角速度を推定する演算を行う数値演算手段である。一方、ハンドル戻し検出手段は、操舵トルク信号と車輪速差信号とモータ回転角速度とに基づいて、ハンドルが戻し状態にあるか否かを判定する論理演算手段である。さらに、戻し補正制御手段は、このハンドル戻し検出手段によってハンドルが戻し状態にあると判定された場合には、パワーアシストモータに適正な戻し操舵をさせる戻し補正信号を生成する数値演算手段である。これら四つの演算手段が、所定の制御ロジックに従って互いに関連しながら作用することにより、制御ユニットは、ハンドルが戻し状態にある場合には、適正な戻し操舵をさせるように、パワーアシストモータを駆動することができる。
【０００７】
すなわち、これら四つの演算手段は、ＥＣＵ等の制御ユニット内に装備されているマイクロコンピュータのソフトウェアを改修する等のマイナーチェンジによって実現可能である。それゆえ、本手段では、操舵角センサ等のハードウェアを新たに装備すること必要がなくなり、その分のコストアップがなくなる。それでいて、本手段の電動パワーステアリング装置によれば、ハンドルを中立位置に戻すためのワークロードを軽減することができる。
【０００８】
したがって、本手段の電動パワーステアリング装置によれば、ハンドルを中立位置に戻すためのワークロードが軽減されていながら、コストアップを最小限に止めることができるという効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の電動パワーステアリング装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成）
本発明の実施例１としての電動パワーステアリング装置は、電気自動車用の操舵装置であって、図１に示すように、左右一対の車輪速センサ１、トルクセンサ２、制御ユニット１０およびパワーアシストモータ３を有する。
【００１０】
左右一対の車輪速センサ１は、ＡＢＳのセンサとしてすでに自動車に標準装備されているデジタル周波数検出用のピックアップであって、左右の各車輪の回転角速度に関する車輪速信号をそれぞれ生成するセンサである。一方、トルクセンサ２は、ステアリングコラムにかかる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を生成するセンサである。本実施例の電動パワーステアリング装置は、自動車の状態を検知するセンサとしてはこれら二種類のセンサだけを採用しており、操舵車輪の操舵角度を検出するポテンショメータなどの操舵角センサは、必要としていない。
【００１１】
パワーアシストモータ３は、制御ユニット１０によって適正に制御されながら駆動され、運転者がハンドルにかける操舵トルクを補強して、操舵車輪に舵角を与える操舵力を高める直流モータである。一方、制御ユニット１０は、前述の左右一対の車輪速信号と操舵トルク信号とに基づいて、パワーアシストモータを適正に駆動するＥＣＵである。
【００１２】
すなわち、制御ユニット１０は、車速演算器１１、電流指令値演算手段１２、モータ制御回路１３、モータ駆動回路１４、モータ電流検出回路１５、モータ端子間電圧検出回路１６、モータ回転角速度推定手段１７、ハンドル戻し検出手段１８、左右車輪速差演算手段１９および戻し補正制御手段２０を内蔵している。これらの構成要素のうち、車速演算器１１、電流指令値演算手段１２、モータ制御回路１３、モータ駆動回路１４、モータ電流検出回路１５およびモータ端子間電圧検出回路１６は、普通の電動パワーステアリング装置がもっているものと基本的に同じであるので、詳しい説明は省略する。
【００１３】
また、電流指令値演算手段１２、モータ回転角速度推定手段１７、ハンドル戻し検出手段１８、左右車輪速差演算手段１９および戻し補正制御手段２０は、制御ユニット１０に内蔵されているマイクロコンピュータ（図略）によってそれぞれ実現されるデジタル演算手段である。
すなわち、左右車輪速差演算手段１９は、左右一対の車輪速信号に基づいた演算を行なって、左右の各車輪の速度差を示す車輪速差信号を生成する数値演算手段である。また、モータ回転角速度推定手段１７は、パワーアシストモータ３に加えられるモータ端子間電圧と、そのモータ電流検出値とに基づいて、モータ回転角速度を推定する演算を行う数値演算手段である。一方、ハンドル戻し検出手段１８は、操舵トルク信号と車輪速差信号とモータ回転角速度とに基づいて、ハンドルが戻し状態にあるか否かを判定する論理演算手段である。さらに、戻し補正制御手段２０は、このハンドル戻し検出手段によってハンドルが戻し状態にあると判定された場合には、パワーアシストモータ３に適正な戻し操舵をさせる戻し補正信号を生成する数値演算手段である。
【００１４】
本実施例の電動パワーステアリング装置における各種信号の入出力は、図１に示す通りであるが、本実施例の特徴的な部分については後ほど作用効果の項で説明する。
（実施例１の作用効果）
本実施例の電動パワーステアリング装置は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。読者におかれては、図１を参照しつつ読み進められたい。
【００１５】
左右車輪速差演算手段１９は、前述の左右一対の車輪速センサ１からのパルス信号の間隔をパルスカウンタで計測することにより、左右一対の車輪速信号に基づいた演算を行なって、左右の各車輪の速度差を示す車輪速差信号を生成する。すなわち、自動車が左右の一方に旋回中には左右の車輪の回転速度の差が生じるので、左右車輪速差演算手段１９は、その差を検出して数値演算を行うことにより、左右の各車輪の速度差を示す車輪速差信号を生成する。
【００１６】
また、モータ回転角速度推定手段１７は、パワーアシストモータ３に加えられるモータ端子間電圧と、そのモータ電流検出値とに基づいて、モータ回転角速度を推定する数値演算を行う。ここで、モータ端子間電圧は、モータ駆動回路１４に付属しているモータ端子間電圧検出回路１６のよって検出され、Ａ／Ｄ変換器を介してモータ回転角速度推定手段１７に入力される。一方、モータ電流検出値は、モータ制御回路１３等と共にマイナー・フィードバックループを形成しているモータ電流検出回路１５によって計測され、やはりＡ／Ｄ変換器を介してモータ回転角速度推定手段１７に入力される。
【００１７】
モータ回転角速度推定手段１７によって算定されたモータ回転角速度信号は、ハンドル戻し検出手段１８に伝達される。ハンドル戻し検出手段１８にはまた、前述の左右車輪速差演算手段１９によって算出された車輪速差信号と、前述のトルクセンサ２からのトルク信号とが、それぞれ入力される。
ハンドル戻し検出手段１８は、操舵トルク信号と車輪速差信号とモータ回転角速度信号とに基づいて、論理演算を行い、ハンドルが戻し状態にあるか否かを判定する。ハンドル戻し検出手段１８によるこの判定結果は、左右車輪速差演算手段１９によって算出された車輪速差信号と、車速演算器１１により計測された車速信号とに並行して、戻し補正制御手段２０に供給される。
【００１８】
最後に、戻し補正制御手段２０は、前述のようにハンドル戻し検出手段１８によってハンドルが戻し状態にあると判定された場合には、数値演算を行い、パワーアシストモータ３に適正な戻し操舵をさせる戻し補正信号を生成する。この数値演算は、車速演算器１１によって測定された車速信号と、左右車輪速差演算手段１９によって算出された車輪速差信号とに基づき、所定の演算ロジックに従ってなされ、適正な戻し補正信号が生成される。
【００１９】
このようにして戻し補正制御手段２０によって生成された戻し補正信号は、電流指令値演算手段１２に提供される。その結果、電流指令値演算手段１２では、トルクセンサ２からのトルク信号と、車速演算器１１からの車速信号と、戻し補正制御手段２０からの戻し補正信号とに基づき、適正な電流指令値が算出されて戻し操舵がスムースに行われるようになる。
【００２０】
以上の作用のうち、モータ回転角速度推定手段１７、左右車輪速差演算手段１９およびハンドル戻し検出手段１８の作用について、図２のフローチャートを参照しつつより具体的に説明する。
すなわち、先ず処理ステップＳ１で、各種入力データが、制御ユニット１０のマイクロコンピュータ（図略）に読み込まれる。これらの入力データは、トルクセンサ２からの操舵トルク値、モータ電流検出回路１５からのモータ電流検出値、モータ端子間電圧検出回路１６からのモータ端子間電圧値、並びに車輪速センサ１からの右車輪速度および左車輪速度である。
【００２１】
次に処理ステップＳ２では、同ステップのブロックに記載された数式に従って、モータ回転角速度推定手段１７によるモータ回転角速度の数値演算が行われ、モータ回転角速度信号θdot が算出される。
さらに、処理ステップＳ３では、同ステップのブロックに記載された数式に従って数値演算が行われ、左右車輪速差演算手段１９による左右の車輪の速度差を示す車輪速差信号Ｖrdifが算出される。ここで、左右車輪速度差補正値Ｖost は、左右の車輪の空気圧の差などに起因して直進状態でも生じる左右の車輪速差を補正するための補正値であり、学習演算により自動的に調整されて設定される値である。
【００２２】
以下、ステップＳ４〜Ｓ１０は、ハンドル戻し検出手段１８による論理演算のロジックを示す部分である。
すなわち、判断ステップＳ４では、先ず、前回のハンドル戻し検出手段１８の論理演算でハンドル戻し制御フラグがセットされているか、あるいは逆にリセットされているかが判定される。ここで、ハンドル戻し制御フラグがセットされている状態は、ハンドルが戻し状態にあることを示し、逆に、ハンドル戻し制御フラグがリセットされている状態は、ハンドルが戻し状態にはないことを示す。それゆえ、前回のハンドル戻し検出手段１８による論理演算の結果、ハンドル戻し制御フラグがリセットされおりハンドルが戻し状態にはないと判定されていた場合には、判断ステップＳ５以下に進み、新たに戻し状態になってないかが判定される。
【００２３】
判断ステップＳ５では、操舵トルク信号Ｔｓとパワーアシストモータ３の回転方向とが一致しているか、あるいは逆になっているかが判定さる。両者が一致している場合には、ハンドルは依然として戻し状態にないものと判定され、ハンドル戻し制御フラグはそのままでルーチンが終了する。逆に、両者が正負逆になっている場合には、パワーアシストモータ３の回転方向とハンドルにかかっている操舵トルクＴｓとが逆になっているわけであるから、戻し状態になっている可能性ありと判定され、次の判断ステップＳ６にロジックは進む。なお、パワーアシストモータ３が静止しており、操舵トルクＴｓが正負いずれかである場合にも、戻し状態になっている可能性ありと判定され、次の判断ステップＳ６にロジックは進む。
【００２４】
次の判断ステップＳ６では、車輪速差信号Ｖrdifの絶対値が規定値（１ｋｍ／ｈ弱程度）を越えているかが判定され、自動車が旋回状態にあるか否かの判定がなされる。すなわち、車輪速差信号Ｖrdifの絶対値が規定値を越えてなければ、自動車は旋回状態にはなくほぼ直進状態であるものと判定され、戻し状態にはないので、ハンドル戻し制御フラグをそのままにしてルーチンを終了する。逆に、車輪速差信号Ｖrdifの絶対値が規定値を越えいる場合には、自動車は旋回状態にあるものと判定され、戻し状態である可能性が高いと判定されて、次の判断ステップＳ７にロジックは進む。
【００２５】
判断ステップＳ７では、前述の判断ステップＳ５および判断ステップＳ６の判定がごく短時間の所定時間中に保たれているか否かが判定される。これは、操舵トルクＴｓが瞬間的に戻し操作側の符号になっただけで戻し状態にあると判定すると、ハンドルの微動等を拾ってしまい、判定を誤る可能性があるからである。それゆえ、所定時間の間、判断ステップＳ５および判断ステップＳ６の判定が維持されているか否かが判定される。その結果、同判定が維持されていないようであれば、処理ステップＳ１１で所定時間カウンタがリセットされ、ハンドル戻し制御フラグをそのまま（リセット状態のまま）にしてルーチンは終了する。逆に、判断ステップＳ５および判断ステップＳ６の判定が維持されており、戻し状態になったと判断ステップＳ７で判定された場合には、次の処理ステップＳ８でハンドル戻し制御フラグがセットされ、戻し状態にあるとの認識がなされる。
【００２６】
一方、前述の判断ステップＳ４において、前回のハンドル戻し検出手段１８の論理演算でハンドル戻し制御フラグがセットされており、ハンドルが戻し状態にあったと判定された場合には、判断ステップＳ９へとロジックは進む。
判断ステップＳ９では、車輪速差信号Ｖrdifの絶対値が前述の規定値以内であるか否かが判定される。同絶対値が規定値以内にない場合には、自動車は旋回状態にあるわけであるから、依然としてハンドルは戻し状態にあるものと判定され、ハンドル戻し制御フラグはリセットされることなくルーチンは終了する。逆に、同絶対値が規定値以内にある場合には、自動車は旋回状態を終え直進状態に復帰しているわけである。それゆえ、この場合には、ハンドルはすでに中立状態にあり戻し状態を脱していると判定され、ハンドル戻し制御フラグはリセットされてルーチンが終了する。
【００２７】
このようなハンドルが戻し状態にあるか否かの判定が、ハンドル戻し検出手段１８で行われた後、戻し状態であるある場合には、戻し補正制御手段２０により適正な戻し補正信号が算出されて、電流指令値演算手段１２に伝達される。その結果、前述のように、電流指令値演算手段１２では、トルクセンサ２からのトルク信号と、車速演算器１１からの車速信号と、戻し補正制御手段２０からの戻し補正信号とに基づき、適正な電流指令値が算出されて戻し操舵がスムースに行われるようになる。
【００２８】
以上詳述したように、制御ユニット１０に内蔵されたマイクロコンピュータにおいて各演算手段が作用し、制御ユニット１０は、ハンドルが戻し状態にある場合には適正な戻し操舵をさせるように、パワーアシストモータ３を駆動することができる。
すなわち、本実施例の電動パワーステアリング装置は、すでに電気自動車に装備されている制御ユニット（ＥＣＵ）１０内に装備されているマイクロコンピュータのソフトウェアを改修する等のマイナーチェンジによって実現可能である。それゆえ、本実施例では、電気自動車に標準装備されているＡＢＳの車輪速センサ１を利用することによって、操舵角センサ等のハードウェアを新たに装備すること必要がなくなり、その分のコストアップがなくなる。それでいて、本実施例によれば、ハンドルを中立位置に戻すための運転者のワークロードを軽減することができる。
【００２９】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング装置によれば、ハンドルを中立位置に戻すためのワークロードが軽減されていながら、コストアップを最小限に抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図
【図２】  実施例１でのステアリング戻し制御の主要な作用を示す流れ図
【符号の説明】
１：車輪速センサ（左右一対）
２：トルクセンサ（ステアリングコラムに装備）
３：パワーアシストモータ（直流モータ）
１０：制御ユニット（ＥＣＵ）
１１：車速演算器    １２：電流指令値演算手段
１３：モータ制御回路    １４：モータ駆動回路
１５：モータ電流検出回路    １６：モータ端子間電圧検出回路
１７：モータ回転角速度推定手段    １８：ハンドル戻し検出手段
１９：左右車輪速差演算手段    ２０：戻し補正制御手段
【図１】
0004003104.tif 000002
【図２】
0004003104.tif 000003