(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出した温度に応じてゲインを調整するためのアシスト用温度マップを備え、操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部と、
ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じて中高速時のハンドルの戻り量を調整するダンパ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
前記ダンパ制御部が、検出した温度に応じてゲインを調整するためのダンパ用温度マップを備え、低温を示す所定値以下が検出されたことをもって減速機内の粘性抵抗が増大していると判断した際に、温度ゲインを下げることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータにより操舵をアシストする電気式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気式動力舵取装置として、ステアリングホイールが固定された入力軸に、操舵トルクを検出するトルクセンサを取り付け、トルクセンサで検出した操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータにより発生させ、減速機を介して操舵力を軽減するものが一般的に知られている。係る電気式動力舵取装置においては、アシストトルクを発生させる際にのみにモータを付勢すればよいため、常に油圧ポンプを駆動する必要がある油圧式舵取装置に対して、エネルギー消費が少ないという利点がある。一方、電気式動力舵取装置では、モータ及び減速機を介して操舵をアシストするため、モータ及び減速機分だけ摩擦及び慣性量が油圧式動力舵取装置よりも大きく、この摩擦及び慣性感により運転者に違和感を与えることになる。具体的には、低速において摩擦により路面の反力による舵の戻りが遅く、反対に、中高速では一旦戻り始めると慣性により戻りが早くなる。更に、摩擦により切り始めに舵が重く感じ、一旦切り始めると、慣性により舵がどんどん切れて行く感覚を運転者に与えることになる。
【０００３】
電気式動力舵取装置では、上述した低速における舵の戻りが遅いのを補償するため、低速時のハンドルの戻り量を増大させるハンドル戻し補償を行い、上述した中高速における舵の戻りが早いのを補償するため、中高速時のハンドルの戻り量を減少させるダンパ補償を行い、更に、上述した切り始めに舵が重く、一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減するためのトルク慣性補償を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したハンドル戻し補償、ダンパ補償、トルク慣性補償を行っても、電気式動力舵取装置においては、温度により操舵感が変わってしまうという課題が残った。
本発明者が、温度による操舵感の変化の原因を調べたところ、低温時には、減速機を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機内のグリスの粘性抵抗が増大し、かかる減速機の低温時と、常温時との抵抗の違いから、操舵感が変化していることが判明した。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、温度に関わらず一様な操舵感を実現できる電気式動力舵取装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するため、検出した温度に応じてゲインを調整するためのアシスト用温度マップを備え、操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部と、
ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じて中高速時のハンドルの戻り量を調整するダンパ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
前記ダンパ制御部が、検出した温度に応じてゲインを調整するためのダンパ用温度マップを備え、低温を示す所定値以下が検出されたことをもって減速機内の粘性抵抗が増大していると判断した際に、温度ゲインを下げることを技術的特徴とする。
【０００９】
請求項１では、ダンパ制御部が、低温時に逆方向への温度ゲインを下げる。このため、低温において、減速機の摩擦抵抗が高いときにも、常温と同じ操舵感を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の負荷制御装置の実施形態に係る電気式動力舵取装置について図を参照して説明する。
図１は第１実施態様の電気式動力舵取装置１０の構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置１０は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２２と、トルクセンサ２２からの操舵トルク及び車速センサ２４からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシスト量）を演算する制御装置３０と、モータ指令トルクに応じた電流指令値を求めてモータＭへの通電を制御するモータ駆動回路２６とを備える。
【００１６】
トルクセンサ２２は、車両の操舵ステアリング１４に連結された入力軸１２に配設されている。モータＭの出力は、減速機１６により減速され、前輪を操舵するためのラック・ピニオンギア１８に伝達される。減速機１６には、温度センサ２８が取り付けられ、温度センサ２８からの測定温度が制御装置３０へ入力されるようになっている。
【００１７】
制御装置３０及びモータ駆動回路２６の制御系について、図２のブロック図に示す。トルクセンサ２２からの出力（操舵トルク：電圧値）は、Ａ／Ｄ変換３２を介してデジタル値に変換され、トルク演算３４にてトルク値が演算される。演算されたトルク値は、ローパスフィルタ３６にてノイズが除去され、加算ノード３８を介してアシスト制御６０へ入力される。一方、車速センサ２４からの車速（パルス信号）は、Ｉ／Ｆ４０を介して車速演算４２に入力され、演算された車速がアシスト制御６０へ入力される。同様に、温度センサ２８の温度値がアシスト制御６０へ入力される。一方、ローパスフィルタ３６からの出力は、微分４４を介して、位相補償４６にて位相補償され、加算ノード３８を介してアシスト制御６０へ入力される。該位相補償４６は、操舵トルク値を微分４４にて微分することで位相を進め、操舵アシストの遅れを補償する。即ち、検出値に基づき指令値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、この一定時間が、検出値に対する指令値の遅れとなって、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、操舵アシストを適正に制御し得ない。このため、該位相補償４６が操舵トルクの位相を進める。
【００１８】
アシスト制御６０の内容を図３（Ｂ）に示す。加算ノード３８からの操舵トルクに応じて、アシストマップ６２により、指令トルク値が決定される。即ち、操舵トルクが大きいときには、高い指令トルク値が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い指令トルク値が決定され、乗算ノード６８側へ出力される。また、第１実施形態の電気式動力舵取装置においては、操舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルクに応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走行時のステアリング中立付近での剛性感を高め、操舵フィーリングを高めている。操舵トルクＴsよりも小さな操舵トルクのときは、指令トルクが０として出力される。また、所定の操舵トルクＴmよりも大きいときには、最大値として一定の指令トルク値（モータの最大出力）が出力される。
【００１９】
車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ６４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、１００ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、操舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステアリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、高速時に操舵を重くしている。車速ゲインマップ６４からの車速重み付け値が乗算ノード６８側へ出力され、上述した指令トルクが車速に応じて補正される。
【００２０】
温度センサ２８からの温度値は、温度ゲインマップ６６により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ６６を検索することで、例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力され、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、指令トルク値を高め、低温時の常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ６６からの温度重み付け値が、乗算ノード６９側へ出力され、上記車速により補正された指令トルク値が、温度に応じて補正される。
【００２１】
図２に示すように、アシスト制御６０からの指令トルク値は、加算ノード４８を介して電流指令リミッタ５０に加えられる。電流指令リミッタ５０では、モータＭの最大出力を越える指令トルク値が制限される。
【００２２】
電流指令リミッタ５０からの指令トルク値は、減算ノード５２を介してＰＩ制御１００に加えられる。ＰＩ制御１００の内容を図５に示す。ＰＩ制御１００では、指令トルク値にＧｐゲインが加えられ、加算ノード１０２に印加され、また、指令トルク値が微分されＧｉゲインが加えられ、加算ノード１０２へ印加される。一方、上記減算ノード５２へは、ローパスフィルタ１１２及びＡ／Ｄ変換１１４を介してモータＭの電流が印加される。ＰＩ制御１００では、Ａ／Ｄ変換１１４を介して入力された実モータ電流が、指令トルク値（指令電流値）となるようにＰＩフィードバック制御が行われる。
【００２３】
ＰＩ制御１００からの指令トルク値は、モータ駆動回路２６へ印加される。モータ駆動回路２６のＰＷＭ演算２７は、指令トルク値に応じた出力をモータＭに発生させるようにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３，Ｔｒ４のベースに電流を印加し、ＰＷＭ制御を行う。
【００２４】
モータＵ相の電位は、ローパスフィルタ１２２及びＡ／Ｄ変換１２４を介して差動アンプ１３６の非反転入力に加えられる。モータＶ相の電位は、ローパスフィルタ１３２及びＡ／Ｄ変換１３４を介して差動アンプ１３６の反転入力に加えられる。差動アンプ１３６からモータ端子間電圧が出力され、減算ノード５４へ印加される。上述したＡ／Ｄ変換１１４を介して入力されたモータ電流が、（ＬＳ＋Ｒ）１３８で乗算されてモータ起電力として減算ノード５４へ印加され、減算ノード５４からモータの逆起電力が出力される。ここで、乗算される（ＬＳ＋Ｒ）中のＬＳは、モータインダクタンスの微分値を、Ｒは、モータの抵抗分を示している。
【００２５】
減算ノード５４からの逆起電力は、アンプ５６にて逆起電力定数Ｋｅが除算され、モータの角速度が求められ、更に、アンプ５８にて減速機１６の減速比が除算されて、ハンドルの角速度として、ハンドル戻し補償制御８０及びダンパ補償制御９０へ印加される。ここでは、ハンドルの角速度を演算により推測しているが、舵角センサにより角速度を検出することも可能である。
【００２６】
ハンドル戻し補償制御８０は、低速において路面の反力による舵の戻りがモータＭと減速機１６の摩擦抵抗により遅くなる電気式動力舵取装置の特性を補償するための制御を行う。ハンドル戻し補償制御８０の内容を図４（Ａ）に示す。ハンドルの角速度に応じて、ハンドル戻しマップ８２により、ハンドル戻し量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、大きなハンドルの戻り量が決定され、角速度が小さいときには、小さなハンドルの戻り量が決定され、乗算ノード８８側へ出力される。第１実施形態の電気式動力舵取装置のハンドル戻しマップ８２においては、上述したアシストマップ６２と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のハンドルの戻り量が出力される。
【００２７】
車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ８４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、低速においてハンドル戻し量を大きくし、中高速では戻り量を小さくしている。車速ゲインマップ８４からの車速重み付け値が乗算ノード８８側へ出力され、上述したハンドルの戻り量が車速に応じて補正される。
【００２８】
温度センサ２８からの温度値は、温度ゲインマップ８６により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ８６を検索することで、例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力され、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ８６からの温度重み付け値が、乗算ノード８９側へ出力され、上記車速により補正されたハンドルの戻り量が、温度に応じて補正され、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償する。
なお、ハンドル戻し制御回路８０は、ハンドルの角速度に代えて、モータＭの角速度に応じてハンドル戻し量を決定するようにしてもよい。
【００２９】
一方、図２に示すダンパ補償制御９０は、中高速で路面の反力による舵の戻りが早くなるのを補償する。これは一旦舵が戻り始めると、モータＭと減速機１６の慣性により舵が戻りすぎるのを防止するためである。ダンパ補償制御９０の内容を図４（Ｂ）に示す。ハンドルの角速度に応じて、ダンパマップ９２により、ダンパ量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、ハンドルの回転方向とは逆方向への大きなダンパ量（小さなハンドル戻り量）が決定され、角速度が小さいときには、小さなダンパ量（大きなハンドル戻り量）が決定され、乗算ノード９８側へ出力される。ダンパマップ９２は、上述したアシストマップ６２と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のダンパ量が出力される。
【００３０】
車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ９４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、高速においてダンパ量を大きくし、低速ではダンパ量を小さくしている。車速ゲインマップ９４からの車速重み付け値が乗算ノード９８側へ出力され、上述したハンドルの戻り量が車速に応じて補正される。
【００３１】
温度センサ２８からの温度値は、温度ゲインマップ９６により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ９６を検索することで、例えば、温度−１０℃の際には、０が出力され、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、低い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ９６からの温度重み付け値が、乗算ノード９９側へ出力され、上記車速により補正されたダンパ量が、温度に応じて補正され、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償する。
なお、ダンパ補償制御９０はハンドルの角速度に代えて、モータＭの角速度に応じてダンパ量を決定するようにしてもよい。
【００３２】
図２に示すように、操舵トルクの微分値、車速及び温度値は、トルク慣性補償制御７０に入力される。トルク慣性補償制御７０は、切り始めに舵が重く、一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減する。トルク慣性補償制御７０の内容を図３（Ａ）に示す。微分４４で微分された操舵トルクに応じて、慣性補償マップ７２により慣性補償量が決定される。即ち、操舵トルク微分値が大きいときには、高い慣性補償量が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い慣性補償量が決定され、乗算ノード７８側へ出力される。
【００３３】
車速センサ２４からの車速値は、補間係数マップ７４により車速に対応する重み付けが行われる。例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０．７”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“１．０”を出力し、７０ｋｍ／ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、慣性補償量を低速で小さく、中速で大きく、高速で小さくしている。補間計数マップ７４からの重み付け値が乗算ノード７８側へ出力され、上述した慣性補償量が車速に応じて補正される。
【００３４】
温度センサ２８からの温度値は、温度ゲインマップ７６により温度に応じた重み付けが行われる。例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力され、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で減速機１６の抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ７６からの温度重み付け値が、乗算ノード７９側へ出力され、上記車速により補正された慣性補償量が、温度に応じて補正され、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償する。
【００３５】
以上記述したように、本実施形態の電気式動力舵取装置においては、アシスト制御６０、トルク慣性補償制御７０、ハンドルの戻し補償制御８０、ダンパ補償制御９０において、温度ゲインマップを備え、温度に応じて補正を行っているため、低温で減速機１６の抵抗が大きくなっている時に、温度補正を行うことで、低温時と常温時とで同じ操舵感を実現できる。
【００３６】
また、本実施形態では、温度センサ２８が、減速機１６に取り付けられているため、減速機１６に起因する摩擦抵抗の増大を正確に検出し、補償することができ、減速機１６が常温となったときと同じ操舵感を実現できる。
なお、本実施形態では、操舵状態として操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じてアシスト制御するようにしたが、操舵トルクに代えて操舵角や操舵角速度などに応じてアシスト制御するようにしてもよい。また、本実施形態では、温度を検出するのに減速機１６に取り付けられた温度センサにより行っていたが、所定の計算式から推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、図２中のトルク慣性補償制御のブロック図であり、図３（Ｂ）は、アシスト制御のブロック図である。
【図４】図４（Ａ）は、図２中のハンドル戻し補償制御のブロック図であり、図４（Ｂ）は、ダンパ補償制御のブロック図である。
【図５】図２中のトルク慣性補償制御のブロック図である。
【符号の説明】
１０  電気式動力舵取装置
２２  トルクセンサ
２４  車速センサ
２６  モータ駆動回路
２８  温度センサ
３０  制御装置
６０  アシスト制御
７０  トルク慣性補償制御
８０  ハンドル戻し補償制御
９０  ダンパ補償制御
【図１】
0004300691.tif 000002
【図２】
0004300691.tif 000003
【図３】
0004300691.tif 000004
【図４】
0004300691.tif 000005
【図５】
0004300691.tif 000006