(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵トルク及び車速に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定手段と、その基本アシスト指令値に基づいて、電動モータにモータ電流を流すモータ電流制御手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置において、ステアリングホイールの切り込み・戻りを判別する切り込み・戻り判別手段と、電動モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段と、ステアリングホイールの切り込み時に、モータ角速度及び車速に応じて粘性補償指令値を決定する切り込み時用の粘性補償指令値決定手段と、ステアリングホイールの戻り時に、モータ角速度及び車速に応じて粘性補償指令値を決定する戻り時用の粘性補償指令値決定手段と、上記切り込み・戻り判別手段が切り込み時と判別したとき、切り込み時用の粘性補償指令値決定手段から出力された粘性補償指令値を基本アシスト指令値に加算するスイッチと、上記切り込み・戻り判別手段が戻り時と判別したとき、戻り時用の粘性補償指令値決定手段から出力された粘性補償指令値を基本アシスト指令値に加算するスイッチとを備え、これら粘性補償指令値に基づいて、電動モータに粘性補償トルクを発生させて、粘性トルクを打ち消したり、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを発生させたりする構成にしたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
切り込み・戻り判別手段は、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの方向と、モータ角速度検出手段で検出したモータ角速度の方向とが同一であれば、切り込み時と判別し、逆であれば、戻り時と判別する構成にした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制御装置。
【請求項３】
切り込み時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の低速走行域で、実際に発生した粘性トルクのほぼすべてを打ち消す粘性補償指令値を出力する構成にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
切り込み時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の高速走行域で、実際に発生した粘性トルクの一部を打ち消す粘性補償指令値を出力する構成にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の低速走行域で、実際に発生した粘性トルクのすべてを打ち消すだけでなく、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、実際に発生した粘性トルクの方向と逆に発生させる粘性補償指令値を出力する構成にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、モータ角速度がゼロ付近のとき、粘性補償指令値をゼロにして、電動モータに粘性補償トルクを発生させない構成にしたことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の高速走行域で、実際に発生した粘性トルクを全く打ち消さず、さらには、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、実際に発生した粘性トルクの方向に発生させる粘性補償指令値を出力する構成にしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粘性トルクを補償する構成にした電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、ステアリングホイールＷに連係する入力軸１の先端に、ピニオン２を設けている。また、両端に車輪３Ｒ、３Ｌが連係するロッド４に、ラック５を形成している。そして、上記入力軸１のピニオン２を、このロッド４のラック５にかみ合せている。
また、電動モータ６を設け、そのモータ出力を、減速機７を介して上記ロッド４に伝達するようにしている。
さらに、入力軸１に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８と、車速を検出する車速センサ９とを設け、コントローラーＣに接続している。
【０００３】
このコントローラーＣは、図６に示すように、基本アシスト指令値決定回路１０とモータ電流制御回路１１とを備えている。
基本アシスト指令値決定回路１０では、操舵トルク及び車速に応じて基本アシスト指令値を決定している。そして、モータ電流制御回路１１は、その基本アシスト指令値に基づいて、電動モータ６にモータ電流を流す。したがって、電動モータ６には、操舵トルク及び車速に応じたアシストトルクが発生し、アシスト力を付与することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動パワーステアリング制御装置では、電動モータ６内の潤滑油等を原因として、粘性トルクが発生してしまう。この粘性トルクは、詳しくは後述するが、モータ角速度にほぼ比例した大きさで発生し、電動モータ６の回転方向と逆に作用するものである。
そして、この粘性トルクが発生すると、ステアリングホイールＷの切り込み時に、以下のような影響を及ぼすことがある。
【０００５】
例えば、ステアリングホイールＷを急に切ったような場合、電動モータ６に大きなモータ角速度が生じるので、それだけ大きな粘性トルクが発生する。そのため、その粘性トルクをドライバーが粘性感として感じ、ステアリングの軽快感が損なわれてしまうことがある。
また、この粘性トルクは、電動モータ６の回転方向と逆に作用するので、アシストトルクを減ずることになり、アシスト力不足になったり、応答性が悪くなったりすることがある。
【０００６】
一方、ステアリングホイールＷの戻り時には、以下のような影響を及ぼすことがある。
一般的に、転舵状態では、車輪３Ｒ、３Ｌを中立方向に復帰させようとするセルフアライニングトルクが発生する。したがって、転舵後にステアリングホイールから手を放せば、このセルフアライニングトルクによって車輪３Ｒ、３Ｌが中立方向に復帰しようとする。
【０００７】
ところが、車輪３Ｒ、３Ｌが中立方向に復帰しようとするとき、ラック５にかみ合う電動モータ６も、ロッド４の移動方向に回転させられてしまう。そのため、粘性トルクが発生し、それが車輪３Ｒ、３Ｌが中立方向に復帰する方向と逆に作用することになる。
特に、車両の低速走行時には、セルフアライニングトルクが小さく、そのぶん粘性トルクによる影響が大きくなり、ステアリングホイールＷの戻り性が悪くなってしまう。
この発明の目的は、ステアリングホイールの切り込み時・戻り時に、電動モータに粘性補償トルクを発生させて、粘性トルクを打ち消したり、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを発生させたりして、操舵フィーリングを向上させることのできる電動パワーステアリング制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵トルク及び車速に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定手段と、その基本アシスト指令値に基づいて、電動モータにモータ電流を流すモータ電流制御手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置を前提とする。
そして、第１の発明は、ステアリングホイールの切り込み・戻りを判別する切り込み・戻り判別手段と、電動モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段と、ステアリングホイールの切り込み時に、モータ角速度及び車速に応じて粘性補償指令値を決定する切り込み時用の粘性補償指令値決定手段と、ステアリングホイールの戻り時に、モータ角速度及び車速に応じて粘性補償指令値を決定する戻り時用の粘性補償指令値決定手段と、上記切り込み・戻り判別手段が切り込み時と判別したとき、切り込み時用の粘性補償指令値決定手段から出力された粘性補償指令値を基本アシスト指令値に加算するスイッチと、上記切り込み・戻り判別手段が戻り時と判別したとき、戻り時用の粘性補償指令値決定手段から出力された粘性補償指令値を基本アシスト指令値に加算するスイッチとを備え、これら粘性補償指令値に基づいて、電動モータに粘性補償トルクを発生させて、粘性トルクを打ち消したり、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを発生させたりする構成にした点に特徴を有する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、切り込み・戻り判別手段は、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの方向と、モータ角速度検出手段で検出したモータ角速度の方向とが同一であれば、切り込み時と判別し、逆であれば、戻り時と判別する構成にした点に特徴を有する。
第３の発明は、第１、２の発明において、切り込み時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の低速走行域で、実際に発生した粘性トルクのほぼすべてを打ち消す粘性補償指令値を出力する構成にした点に特徴を有する。
第４の発明は、第１〜３の発明において、切り込み時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の高速走行域で、実際に発生した粘性トルクの一部を打ち消す粘性補償指令値を出力する構成にした点に特徴を有する。
【００１０】
第５の発明は、第１〜４の発明において、戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の低速走行域で、実際に発生した粘性トルクのすべてを打ち消すだけでなく、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、実際に発生した粘性トルクの方向と逆に発生させる粘性補償指令値を出力する構成にした点に特徴を有する。
第６の発明は、第５の発明において、戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、モータ角速度がゼロ付近のとき、粘性補償指令値をゼロにして、電動モータに粘性補償トルクを発生させない構成にした点に特徴を有する。
第７の発明は、第１〜６の発明において、戻り時用の粘性補償指令値決定手段は、車両の高速走行域で、実際に発生した粘性トルクを全く打ち消さず、さらには、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、実際に発生した粘性トルクの方向に発生させる粘性補償指令値を出力する構成にした点に特徴を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜４に、この発明の電動パワーステアリング制御装置の一実施例を示す。ただし、上記従来例と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１に示すように、電動モータ６のモータ角速度ωを検出するモータ角速度センサ１２を設け、コントローラーＣに接続している。
コントローラーＣには、切り込み時用の粘性補償指令値決定回路１３を設けている。そして、その粘性補償指令値を、スイッチ１４を介して基本アシスト指令値に加算し、モータ電流制御回路１１に出力するようにしている。
【００１２】
この切り込み時用の粘性補償指令値決定回路１３は、粘性補償値演算部１５と車速テーブル部１６とからなる。
このうち、粘性補償値演算部１５では、次のようにして粘性補償値を演算している。
前述のように、粘性トルクＴDは、モータ角速度ωにほぼ比例した大きさで発生し、次式
ＴD＝Ｄ・ω
ただし、Ｄ：粘性係数
で表すことができる。
この粘性係数Ｄは、予め車両実験により求められるので、それをメモリしておけば、実際に発生している粘性トルクＴDを推定することができる。そして、この演算した粘性トルクＴDをすべて打ち消すだけのモータ出力を電動モータ６に発生させるように、粘性補償値を決めている。
【００１３】
また、車速テーブル部１６には、車速に応じて変化させる粘性補償指令値のゲインをテーブル値としてメモリしている。そして、そのゲインを上記粘性補償値に乗算して、粘性補償指令値を決定するようにしている。
例えば、図２に示すように、低車速域においては、ゲインを１程度とし、上記粘性補償値をそのまま粘性補償指令値として出力するようにしている。したがって、この粘性補償指令値がモータ電流制御回路６に伝えられると、電動モータ６には、粘性トルクＴDをすべて打ち消すだけの粘性補償トルクが発生することになる。
そして、高車速になるにつれて、そのゲインを小さくし、上記粘性補償値よりも小さくした粘性補償指令値を出力するようにしている。したがって、電動モータ６には、粘性トルクＴDの一部だけを打ち消す粘性補償トルクが発生することになる。
【００１４】
また、コントローラーＣには、戻り時用の粘性補償指令値決定回路１７を設けている。そして、その粘性補償指令値を、スイッチ１８を介して基本アシスト指令値に加算し、モータ電流制御回路１１に出力するようにしている。
この戻り時用の粘性補償指令値決定回路１７も、粘性補償値演算部１９と車速テーブル部２０からなる。以下では、上記切り込み時用の粘性補償指令値決定回路１３との相違点のみについて説明する。
粘性補償値演算部１９では、上記と同様に粘性補償値を演算している。
車速テーブル部２０では、図３に示すように、低車速域においてゲインを１よりも大きくし、上記粘性補償値よりも大きくした粘性補償指令値を出力するようにしている。したがって、この粘性補償指令値がモータ電流制御回路１１に伝えられると、電動モータ６に粘性補償トルクが発生し、実際に発生した粘性トルクＴDをすべて打ち消すだけでなく、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、その粘性トルクＴDの方向と逆に発生させることになる。
【００１５】
そして、高車速になるにつれて、そのゲインを小さくした粘性補償指令値を出力するようにしている。したがって、粘性補償トルクが小さくなり、粘性トルクと同質のトルクが小さくなっていく。そして、ゲインが１よりも小さくなると、そのトルクはなくなり、実際に発生した粘性トルクＴDを打ち消していくことになる。
さらに高車速になると、そのゲインがゼロを超えて、マイナス領域に達する。したがって、電動モータ６には逆方向に粘性補償トルクが発生し、実際に発生した粘性トルクＴDを全く打ち消さず、さらに、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、その粘性トルクＴDの方向に発生させることになる。
【００１６】
上記スイッチ１４、１８は、ステアリングホイールＷの切り込み・戻りを判別する切り込み・戻り判別回路２１によって制御されている。
この切り込み・戻り判別回路２１には、操舵トルクセンサ８とモータ角速度センサ１２とを接続している。
そして、これらセンサ８、１２で検出した操舵トルクの極性とモータ角速度の極性とが同極性であれば、つまり、その方向が同一であれば、切り込み時であると判別する。このように判別できるのは、ステアリングホイールＷを切り込んだときは、必ず操舵トルクが発生し、電動モータ６にはそれと同極のアシストトルクが発生するからである。
このようにして切り込み時であると判別したときは、スイッチ１４をオンにする。したがって、切り込み時用の粘性補償指令値決定回路１３から出力された粘性補償指令値が、基本アシスト指令値に加算され、モータ電流制御回路１１に伝えられる。
【００１７】
それに対して、操舵トルクの極性とモータ角速度の極性とが異極性であれば、つまり、その方向が逆であれば、戻り時であると判別する。このように判別できるのは、転舵後にステアリングホイールＷから手を放したような場合、セルフアライニングトルクにより電動モータ６も回転させられるが、入力軸１にはステアリングホイールＷ自体の質量により慣性が働き、操舵トルクセンサ８が、その慣性トルクを異極の操舵トルクとして検出するからである。
このようにして戻り時であると判別したときは、スイッチ１８をオンにする。したがって、戻り時用の粘性補償指令値決定回路１７から出力された粘性補償指令値が、基本アシスト指令値に加算され、モータ電流制御回路１１に伝えられる。
【００１８】
次に、この実施例の電動パワーステアリング制御装置の作用を説明する。
ステアリングホイールＷの切り込み時には、基本アシスト指令値決定回路１０から、操舵トルク及び車速に応じた基本アシスト指令値が出力される。
同時に、切り込み・戻り判別回路２１は、ステアリングホイールの切り込み時であると判別し、スイッチ１４をオンにする。したがって、切り込み時用の粘性補償指令値決定回路１３から出力された粘性補償指令値が、基本アシスト指令値に加算されて、モータ電流制御回路１１に伝えられる。
【００１９】
いま、車両が低速走行していれば、前述のようにゲインが１程度であり、電動モータ６には、粘性トルクＴDをすべて打ち消すだけの粘性補償トルクが発生する。したがって、ドライバーが粘性感を感じることがなく、ステアリングの軽快感を確保することができる。しかも、粘性トルクＴDを打ち消せば、電動モータ６には、基本アシスト指令値に基づくアシストトルクがそのまま発生するので、アシスト力不足になったり、応答性が悪くなったりすることがない。
それに対して、車両が高速走行しているときは、そのゲインが小さくなるので、電動モータ６に、粘性トルクＴDの一部だけを打ち消す粘性補償トルクが発生することになる。つまり、粘性トルクＴDの一部は残った状態となり、その粘性トルクが反力として作用するので、ステアリングホイールＷの剛性感を残して、安定した高速走行が可能となる。
【００２０】
一方、ステアリングホイールＷの戻り時には、切り込み・戻り判別回路２１が戻り時であると判別し、スイッチ１８をオンにする。したがって、戻り時用の粘性補償指令値決定回路１７から出力された粘性補償指令値が、基本アシスト指令値に加算されて、モータ電流制御回路１１に伝えられる。
いま、車両が低速走行していれば、前述のようにゲインを１よりも大きくするので、電動モータ６には、実際に発生した粘性トルクＴDをすべて打ち消すとともに、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを、実際に発生した粘性トルクＴDの方向と逆に発生させることになる。つまり、このトルクが、車輪を中立方向に復帰する補助力として作用し、ステアリングホイールＷの戻り性を向上させることができる。
【００２１】
それに対して、車両が高速走行しているときは、そのゲインがゼロを超えて、マイナス領域に達するので、実際に発生した粘性トルクＴDが全く打ち消されず、さらに、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクが、実際に発生した粘性トルクＴDの方向に発生することになる。以下では、高速走行時に、実際に発生した粘性トルクＴDの方向に、積極的にトルクを発生させる理由を説明する。
【００２２】
セルフアライニングトルクは、高車速になるほど大きくなる特性を有するので、高速走行域におけるステアリングホイールＷの戻り時には、低速走行域と異なり、車輪が中立方向に復帰する勢いが強くなる。そのため、中立位置を超えて転舵してしまうこともあり、ステアリングホイールＷの収れん性が悪くなってしまう。
そこで、実際に発生した粘性トルクＴDの方向、つまり、セルフアライニングトルクに抗する方向に、積極的にトルクを発生させるようにしている。こうすれば、実際に発生した粘性トルクＴDに加え、そのトルクがダンパ機能を発揮することになり、ステアリングホイールＷの収れん性を向上させることができる。
【００２３】
なお、図２、３に示す特性はほんの一例にすぎず、車速テーブル部のテーブル値を変更すれば、ステアリングホイールＷの切り込み時・戻り時に、粘性トルクを打ち消したり、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを発生させたりできる。したがって、車種に応じて、あるいは、ユーザーからの要望に応じて、操舵フィーリングをきめこまやかにチューニングすることができる。
また、車速テーブル部１６、２０の他に、モータ角速度テーブル部を設けたりしてもよい。
例えば、図４に示すように、モータ角速度ωのゼロ付近で、粘性補償指令値のゲインをゼロとするようにしておけば、電動モータ６が発振するのを防止することができる。
【００２４】
つまり、停止状態から、電動モータ６が何等かの原因で少しでも動いたような場合、モータ角速度ωが発生するので、モータ角速度センサ１２がそれを検出し、コントローラーＣに伝える。そして、コントローラーＣでは、そのモータ角速度ωに応じて粘性補償トルクを発生させるが、その粘性補償トルクによっても、電動モータ６にはモータ角速度ωが発生してしまう。
このように、ループ系の制御をしている場合、電動モータ６が少しでも動くと、繰り返しモータ角速度ωが発生してしまい、電動モータ６が発振することがあった。そこで、モータ角速度ωのゼロ付近で、粘性補償指令値のゲインをゼロとするようにしておけば、電動モータ６が何等かの原因で少し動いたとしても、それによって粘性補償トルクが発生することがなく、電動モータ６が発振するのを防止することができる。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ステアリングホイールの切り込み時・戻り時に、電動モータに粘性補償トルクを発生させて、粘性トルクを打ち消したり、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクを発生させたりでき、操舵フィーリングを向上させることができる。しかも、切り込み時用あるいは戻り時用の粘性補償指令値決定手段の特性をそれぞれ変更してやれば、車種に応じて、あるいは、ユーザーからの要望に応じて、操舵フィーリングをきめこまやかにチューニングすることができる。
第２の発明によれば、第１の発明において、なんら新たな要素を付加することなく、切り込み・戻り判別手段を構成することができ、コストダウンが可能となる。
【００２６】
第３の発明によれば、第１、２の発明において、実際に発生した粘性トルクをすべて打ち消すので、ドライバーが粘性感を感じることがなく、ステアリングの軽快感を確保することができる。しかも、電動モータには、基本アシスト指令値に基づくアシストトルクがそのまま発生するので、アシスト力不足になったり、応答性が悪くなったりすることがない。
第４の発明によれば、第１〜３の発明において、実際に発生した粘性トルクの一部は残った状態となり、その粘性トルクが反力として作用するので、ステアリングホイールの剛性感を残して、安定した高速走行が可能となる。
【００２７】
第５の発明によれば、第１〜４の発明において、実際に発生した粘性トルクをすべて打ち消すだけでなく、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクが、実際に発生した粘性トルクの方向と逆に発生する。したがって、その見かけ上は粘性トルクと同質のトルクが車輪を中立方向に復帰する補助力として作用することになり、ステアリングホイールの戻り性を向上させることができる。
第６の発明によれば、第５の発明において、電動モータが発振するのを防止することができる。
第７の発明によれば、第１〜６の発明において、実際に発生した粘性トルクに加え、見かけ上は粘性トルクと同質のトルクが、実際に発生した粘性トルクの方向に発生する。したがって、これらトルクがダンパ機能を発揮することになり、ステアリングホイールの収れん性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の電動パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
【図２】切り込み時における車速とゲインとの関係を示す一例である。
【図３】戻り時における車速とゲインとの関係を示す一例である。
【図４】モータ角速度とゲインとの関係を示す一例である。
【図５】電動パワーステアリング制御装置を示す図である。
【図６】従来例の電動パワーステアリング制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
６      電動モータ
８      操舵トルクセンサ
９      車速センサ
１０    基本アシスト指令値決定回路
１１    モータ電流制御回路
１２    モータ角速度センサ
１３    切り込み時用の粘性補償指令値決定回路
１７    戻り時用の粘性補償指令値決定回路
２１    切り込み・戻り判別回路
【図１】
0003840309.tif 000002
【図２】
0003840309.tif 000003
【図３】
0003840309.tif 000004
【図４】
0003840309.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003840309.tif 000007