JP3572471B2

JP3572471B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3572471B2
Application number: JP03390096A
Authority: JP
Inventors: 光彦西本; 一恭吉田; 篤志伊後
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: EP0791522B1; US5984042A; DE69728704T2; JPH09226605A; DE69728704D1; EP0791522A2; EP0791522A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵トルクの検出値に基づいて決定される操舵力補助用モータのモータ電流目標値を自動制御の目標値として、操舵力補助用モータをＰＷＭ制御により回転駆動し、操舵力補助を行う電動パワーステアリング装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
操舵トルクの検出値に基づいて決定される操舵力補助用モータの電流目標値と、操舵力補助用モータの駆動電流の検出値とに基づいて、操舵力補助用モータをＰＷＭ制御により回転駆動する電動パワーステアリング装置では、ハンドル（舵輪）の戻し時には、操舵力補助用モータにハンドル戻し電流を流してハンドルの戻し制御を行っている。そして、車両が直進するハンドルの中立位置（舵角中点）近く迄戻ると、ハンドル戻し電流を０にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ハンドルがその中立位置迄戻っても、操舵力補助用モータの慣性力により、ハンドルは、中立位置で直ちにはその回転が停止せず、図８に示すような、振り子のように中立位置（０ｄｅｇ）の反対側迄行き過ぎては戻る動作を繰り返しながら、中立位置に収斂する。そのため、ハンドルが中立位置に収斂して停止する迄に時間がかかり、その間、車両の走行状態が安定せず、特に、高速走行時にその影響が大きい。
【０００４】
この問題を解決するために、車速によって何れか一方又は双方が変更される、操舵トルク及び操舵回転速度の各条件を満たしたときに、操舵力補助用モータを制動する特公平６−６２０９２号公報に記載されたもの、車速が所定値を超え操舵が停止されたときに、操舵力補助用モータの両端子間を短絡制動する特公平６−６７７３８号公報に記載されたもの、操舵トルクが所定値以下で、操舵回転速度が所定値以上であり、ステアリング系が中立位置にあるときに、操舵力補助用モータを制動する特公平７−３９２６８号公報に記載されたものが提案されている。
【０００５】
また、操舵トルクが所定値以下で、操舵力補助用モータの回転速度が所定値以上であるときに、操舵力補助用モータを制動する特開昭６２−２４４７６１号公報に記載されたもの等が既に提案されているが、何れも急に制動力が加わるので、ハンドルにそのショックが伝わり、操舵フィーリングが良くなかった。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、操舵フィーリングが良好で、ハンドルを速やかに中立位置に戻すことができる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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクの検出値に基づいて操舵力補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、該モータ電流が該目標値になるように、前記モータをＰＷＭ制御により回転駆動し、操舵力補助を行う電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクの検出値が不感帯内にあるか否かを検出する不感帯検出手段と、舵輪の回転速度を検出する舵角速度検出手段と、前記不感帯検出手段によって前記操舵トルクの検出値が前記不感帯内にあると検出されたときは、前記舵角速度検出手段が検出した舵輪の回転速度に応じたＰＷＭ制御で前記モータの端子を短絡することにより、前記モータを制動するモータ制動手段とを備え、該モータ制動手段は、舵輪の回転速度が所定値より大きいときは、該回転速度が増減するに従って、前記ＰＷＭ制御のデューティファクタを所定値より大きい範囲で増減させることを特徴とする。
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、不感帯検出手段が操舵トルクの検出値が不感帯内にあるか否かを検出し、舵角速度検出手段は舵輪の回転速度を検出する。そして、不感帯検出手段によって操舵トルクの検出値が不感帯内にあると検出されたときは、舵角速度検出手段が検出した舵輪の回転速度に応じたＰＷＭ制御で操舵力補助用モータの端子を短絡することにより、モータ制動手段が操舵力補助用モータを制動する。
【０００８】
また、モータ制動手段は、操舵力補助用モータの逆起電力による制動力が有効な大きさになる、舵輪の回転速度が所定値より大きいときは、その回転速度が増減するに従って、デューティファクタを所定値より大きい範囲で増減させる。一方、舵輪の回転速度が所定値より小さいときは、制動力が有効な大きさにならず、また、舵輪の回転力が小さいので、舵輪の収斂性制御を行わない。
これにより、舵輪が戻る不感帯で、舵輪の回転速度の大小に応じて、操舵力補助用モータに与える制動力を大小に制御でき、制動力の変化を滑らかにすることができるので、操舵力補助用モータの制動時に舵輪に加わるショックが小さく、操舵フィーリングが良好で、舵輪を速やかに中立位置に戻すことができる。
【０００９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、舵輪の舵角中点からの舵角を検出する絶対舵角検出手段を備え、前記モータ制動手段は、該舵角検出手段が検出した舵角が所定値より小さいときに、前記モータを制動することを特徴とする。
【００１０】
この電動パワーステアリング装置では、絶対舵角検出手段が舵輪の舵角中点からの舵角である絶対舵角を検出する。モータ制動手段は、絶対舵角検出手段が検出した絶対舵角が所定値より小さいときに、操舵力補助用モータを制動する。これにより、舵輪の収斂性制御が、舵輪の戻し制御と重なることがなく、舵輪の戻りの妨げになるのを防ぐことができる。
【００１３】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、車速センサをさらに備え、前記モータ制動手段は、該車速センサより車速信号が与えられ、車速が所定値より大きいときは、該車速が増減するに従って、前記ＰＷＭ制御のデューティファクタを増減させることを特徴とする。
【００１４】
この電動パワーステアリング装置では、モータ制動手段は、舵輪が収斂して停止する迄に時間がかかるときの影響が大きい高速走行時に、その車速が増減するに従って、デューティファクタを増減させてＰＷＭ制御を行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態を、それを示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の１例の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に設けたトルクセンサ２からの操舵トルク信号が、位相補償部１１により位相補償され、アシスト制御部１２に与えられる。
【００１６】
また、車速センサ７からの車速信号はアシスト制御部１２と角速度差制御部４とハンドル戻し制御部２２と舵角中点演算部２０とデューティ決定部２５とに与えられる。アシスト制御部１２は、位相補償部１１からの操舵トルク信号及び車速センサ７からの車速信号に基づいた目標電流値を出力し、比較選択部１３に与える。一方、トルクセンサ２からの操舵トルク信号は、角速度差検出部３により微分され、その微分値は角速度差制御部４に与えられる。角速度差制御部４は、与えられた操舵トルク信号の微分値と、車速センサ７からの車速信号とに応じた電流値を出力し、加算手段１４に与える。この電流値はモータＭの慣性補償に使用される。
【００１７】
操舵力補助用のモータＭの回転数を検出するモータ回転センサ１８からのモータ回転数信号が、相対舵角検出部１９に与えられ、相対舵角検出部１９は、このモータ回転数信号からハンドル（舵輪）の相対舵角を検出し、舵角中点演算部２０と減算手段２１と舵角速度検出部２４とに与える。
舵角中点演算部２０は、与えられた相対舵角から、車両が直進するハンドルの舵角中点を演算し、その演算結果を減算手段２１に与える。減算手段２１は、与えられた演算結果を相対舵角から減算して、舵角中点からの舵角である絶対舵角を求め、その信号をハンドル戻し制御部２２に与える。
【００１８】
ハンドル戻し制御部２２は、絶対舵角と車速センサ７からの車速信号とに基づいた、ハンドルを戻すためのモータＭの目標電流値を出力し、比較選択部１３に与える。
比較選択部１３は、アシスト制御部１２からの目標電流値が略０でないときは、その目標電流値を加算手段１４に与え、その目標電流値が略０であるときは、ハンドル戻し制御部２２からの目標電流値を加算手段１４に与える。
加算手段１４は、与えられた目標電流値に角速度差制御部４から与えられた電流値を加算し、その加算結果を減算手段１５に与える。
【００１９】
減算手段１５は、加算手段１４からの加算結果と、モータ電流検出回路６によって検出されたモータＭの駆動電流のフィードバック値との偏差を求め、この偏差をＰＩ制御部１６に与える。ＰＩ制御部１６は、この偏差（比例要素）及び偏差の積分値（積分要素）を前回制御量に加算し、今回の制御量としてＰＷＭ制御部１７に与える。
ＰＷＭ制御部１７は、この制御量をＰＷＭ波信号及びモータＭの回転方向を表す信号に変換し、駆動回路５に与える。駆動回路５は、４個のＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がＨ型ブリッジに構成され、橋絡部分にモータＭが設置されている。
【００２０】
舵角速度検出部２４は、与えられた相対舵角から、ハンドルの回転速度である舵角速度を検出し、舵角速度信号としてデューティ決定部２５に与える。
前述したトルクセンサ２からの操舵トルク信号は不感帯検出部２３へも与えられる。不感帯検出部２３は、与えられた操舵トルク信号がアシスト制御部１２の不感帯内にあるか否かを検出し、その検出信号をデューティ決定部２５に与える。尚、不感帯検出部２３に入力される操舵トルク信号は、位相補償を行う前の値とする。これは、位相補償後の操舵トルク信号では、微分要素が加わり、不感帯を検出する機会が減るためである。
【００２１】
デューティ決定部２５は、車速センサ７からの車速信号と、不感帯検出部２３からの不感帯の検出信号と、舵角速度検出部２４からの舵角速度信号とに応じた、モータＭを制動するＰＷＭ制御のためのデューティファクタを決定し、ＰＷＭ制御部１７に与える。モータＭの制動は、ハンドルの戻し時に速やかに中立位置に収斂させるために行う。
【００２２】
ＰＷＭ制御部１７は、ＰＩ制御部１６から与えられた制御量が略０であり、デューティ決定部２５から与えられたデューティファクタが所定値より大きいときに、デューティ決定部２５から与えられたデューティファクタによるＰＷＭ制御により、駆動回路５内でモータＭの両端子を短絡して、逆起電力による電流が流れるようにする。
ＰＷＭ制御部１７は、少なくともハンドル戻し制御部２２の舵角の不感帯（例えば±１５ｄｅｇ）の範囲内でなければ、デューティ決定部２５から与えられたデューティファクタによるＰＷＭ制御は行わない。
【００２３】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の、ハンドルを中立位置に戻すときの動作を、それを示すフローチャート（図２，３）を参照しながら説明する。
先ず、位相補償部１１でトルクセンサ２からの操舵トルク信号の位相補償を行う（Ｓ１０）。次いで、車速センサ７からの車速信号が例えば８０ｋｍ／ｈ未満のとき（Ｓ１２）は、ハンドルを中立位置に戻すためにモータＭを駆動するハンドル戻し制御を行うべく、ハンドル戻し制御部２２で絶対舵角と車速とに基づいてハンドル戻し電流を演算する（Ｓ１４）。
【００２４】
次いで、収斂性制御フラグがセットされており、前回制御がハンドルの戻し時にハンドルを速やかに中立位置に収斂させる収斂性制御であったときは（Ｓ１６）、駆動回路５のＨ型ブリッジを構成する４個のＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の内、高電圧側のＦＥＴＱ１，Ｑ２の方向指示をオフにする（Ｓ１８）。ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、それぞれ方向指示がオンの状態で、ＰＷＭ信号が与えられたときに、ＰＷＭ信号に従ってオンになる。収斂性制御のときは、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の方向指示はオンの状態になっているので、ハンドル戻し制御のときは、先ずオフの状態にする。
【００２５】
次いで、収斂性制御フラグをクリアする（Ｓ２０）。
収斂性制御フラグがセットされていないときは（Ｓ１６）、ＦＥＴＱ１，Ｑ２の方向指示のオフ（Ｓ１８）及び収斂性制御フラグのクリア（Ｓ２０）は行わない。
【００２６】
車速センサ７からの車速信号が８０ｋｍ／ｈ以上のとき（Ｓ１２）は、不感帯検出部２３で操舵トルクの、アシスト制御部１２の不感帯を検出すれば（Ｓ３４）、デューティ決定部２５で舵角速度検出部２４から舵角速度を読み込む（Ｓ３６）。不感帯を検出しなければ（Ｓ３４）、収斂性制御フラグがセットされているか否かを調べる（Ｓ１６）。
次いで、読み込んだ（Ｓ３６）舵角速度がしきい値（例えば２０５ｄｅｇ／ｓ）以下のときは（Ｓ３８）、収斂性制御フラグがセットされているか否かを調べる（Ｓ１６）。
【００２７】
読み込んだ（Ｓ３６）舵角速度がしきい値を超えるときは（Ｓ３８）、ＰＷＭ制御のデューティファクタであるＰＷＭ出力演算値＝（舵角速度−しきい値）×Ｋ×Ｋｐを演算し、ＰＷＭ制御部１７に与える。ここで、Ｋは制御ゲイン、Ｋｐは、図５に示すように、車速が８０ｋｍ／ｈ→９０ｋｍ／ｈのときに、０→１．０になる車速係数である。
ＰＷＭ出力演算値（デューティファクタ）は、例えば、図４に示すように、舵角速度が２０５→２４３ｄｅｇ／ｓのときに、７５→１００％になる。ここで、ＰＷＭ出力演算値が１００％を超えることがないように、リミッタ処理を行う（Ｓ４２）。
【００２８】
ＰＷＭ制御部１７は、デューティ決定部２５から与えられたデューティファクタが所定値より大きいとき、駆動回路５の接地側のＦＥＴＱ３，Ｑ４の方向指示をオフにして（Ｓ４４）、ＦＥＴＱ３，Ｑ４がＰＷＭ制御でオンにならないようにする。次いで、収斂性制御フラグをセットし（Ｓ４６）、角速度差制御演算（Ｓ２２）を行う。
【００２９】
尚、ステップＳ２２及び以下のステップＳ２４，２６，２８は、角速度差制御及びハンドル戻し制御と収斂性制御との連続性を考慮して、何れの制御においても実行する。
車速信号が８０ｋｍ／ｈ未満のとき（Ｓ１２）は、収斂性制御フラグをクリアした（Ｓ２０）後（収斂性制御フラグがセットされていなければ（Ｓ１６）、ステップＳ１６の後）、モータＭの慣性補償のために、角速度差制御部４で操舵トルク信号の微分値と車速とに応じた電流値を演算し（Ｓ２２）、加算手段１４に与える。
【００３０】
次いで、操舵トルクが不感帯内にあるときは、加算手段１４において、比較選択部１３で選択されたハンドル戻し制御部２２からの目標電流値（Ｓ１４）と演算した（Ｓ２２）電流値とを加算して、モータ電流目標値を算出（Ｓ２４）する。操舵トルクが不感帯外にあるときは、比較選択部１３で選択されたアシスト制御部１２からの目標電流値（Ｓ２３）と演算した（Ｓ２２）電流値とを加算して、モータ電流目標値（Ｓ２４）を算出する。
【００３１】
モータ電流目標値は、減算手段１５で、モータ電流検出回路６によって検出されたモータＭの駆動電流のフィードバック値との偏差が求められ、この偏差はＰＩ制御部１６に与えられる。ＰＩ制御部１６は、この偏差（比例要素）及び偏差の積分値（積分要素）を前回制御量に加算し（Ｓ２６）、今回の制御量としてＰＷＭ制御部１７に与える。
次いで、ＰＷＭ制御部１７で、収斂性制御フラグがセットされていなければ（Ｓ２８）、この制御量をＰＷＭ波信号及びモータＭの回転方向を表す信号に変換し、駆動回路５に与える（Ｓ３０，３２）。
モータＭは、方向指示がオンにされたＦＥＴＱ１，Ｑ４又はＦＥＴＱ２，Ｑ３のＦＥＴ対がＰＷＭ波信号によりオン／オフされることにより、方向指示に従う方向へ回転する。
【００３２】
収斂性制御フラグがセットされていれば（Ｓ２８）、駆動回路５の高電圧側のＦＥＴＱ１，Ｑ２の方向指示をオンにして（Ｓ４８）、デューティ決定部２５から与えられたデューティファクタに基づくＰＷＭ波信号を駆動回路５に与える（Ｓ３２）。
モータＭは、方向指示がオンにされたＦＥＴＱ１，Ｑ２のＦＥＴ対がＰＷＭ波信号によりオン／オフされる。これにより、モータＭは、自己の惰力回転により発生する逆起電力による電流が流れる回路がＰＷＭ制御により形成され（モータＭの両端子が短絡され）、この電流による制動力により回転動作が抑制される。
【００３３】
従来のＰＷＭ制御によらない（デューティファクタ１００％と同じ）収斂性制御では、図６（ａ）の舵角速度に対する制動力特性が示すように、舵角速度が収斂性制御域に入れば、急激に大きな制動力が掛かり、ハンドルに加わるショックが大きかったが、前述したＰＷＭ制御による収斂性制御では、図６（ｂ）の舵角速度に対する制動力特性が示すように、舵角速度が収斂性制御域に入っても、舵角速度の増加に合わせて、徐々に制動力が増加するので、制動力の変化を滑らかにすることができ、ハンドルに加わるショックが小さくなる。
また、前述したＰＷＭ制御による収斂性制御では、図７に示すように、ハンドルが振り子のように中立位置（０ｄｅｇ）の反対側迄行き過ぎては戻る回数が、図８に示す従来の動作に比べて減少し、ハンドルは速やかに中立位置に収斂されてその回転を停止する。
【００３４】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、舵輪が戻る操舵トルクの不感帯で、舵輪の回転速度の大小に応じて、操舵力補助用モータに与える制動力を大小に制御でき、制動力の変化を滑らかにすることができるので、舵輪に加わるショックが小さく、操舵フィーリングが良好で、ハンドルを速やかに中立位置に戻すことができる。また、操舵力補助用モータの逆起電力による制動力が有効な大きさになる、舵輪の回転速度が所定値より大きいときのみ、舵輪の収斂性制御を行うことができる。
【００３５】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、舵角が所定値より小さいときに、操舵力補助用モータを制動するので、舵輪の収斂性制御が、舵輪の戻し制御と重なることがなく、舵輪の戻りの妨げになるのを防ぐことができる。
【００３７】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、舵輪が収斂して停止する迄に時間がかかるときの影響が大きい高速走行時に、その車速に応じた舵輪の収斂性制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の、舵輪を中立位置に戻すときの動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の、舵輪を中立位置に戻すときの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の、舵角速度に対するＰＷＭのデューティファクタの値を説明するための説明図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の、車速に対する車速係数の値を説明するための説明図である。
【図６】舵角速度に対する制動力特性を示す特性図である。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置の舵輪の中立位置への収斂性を説明するための説明図である。
【図８】従来の電動パワーステアリング装置の舵輪の中立位置への収斂性を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２トルクセンサ
５駆動回路
７車速センサ
１２アシスト制御部
１７ＰＷＭ制御部（モータ制動手段）
１８モータ回転センサ
１９相対舵角検出部
２０舵角中点演算部
２１減算手段（絶対舵角検出手段）
２３不感帯検出部（不感帯検出手段）
２４舵角速度検出部（舵角速度検出手段）
２５デューティ決定部（モータ制動手段）
Ｍ（操舵力補助用）モータ
Ｑ１，Ｑ２ＦＥＴ（モータ制動手段）

Claims

操舵トルクの検出値に基づいて操舵力補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、該モータ電流が該目標値になるように、前記モータをＰＷＭ制御により回転駆動し、操舵力補助を行う電動パワーステアリング装置において、
前記操舵トルクの検出値が不感帯内にあるか否かを検出する不感帯検出手段と、舵輪の回転速度を検出する舵角速度検出手段と、前記不感帯検出手段によって前記操舵トルクの検出値が前記不感帯内にあると検出されたときは、前記舵角速度検出手段が検出した舵輪の回転速度に応じたＰＷＭ制御で前記モータの端子を短絡することにより、前記モータを制動するモータ制動手段とを備え、該モータ制動手段は、舵輪の回転速度が所定値より大きいときは、該回転速度が増減するに従って、前記ＰＷＭ制御のデューティファクタを所定値より大きい範囲で増減させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
舵輪の舵角中点からの舵角を検出する絶対舵角検出手段を備え、前記モータ制動手段は、該絶対舵角検出手段が検出した舵角が所定値より小さいときに、前記モータを制動する請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
車速センサをさらに備え、前記モータ制動手段は、該車速センサより車速信号が与えられ、車速が所定値より大きいときは、該車速が増減するに従って、前記ＰＷＭ制御のデューティファクタを増減させる請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。