JP4470283B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式パワーステアリング装置に関し、特に、低速度走行時におけるステアリング機構の戻り特性を改善した電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置は、トルクセンサにより検出された操舵トルクと車速センサにより検出された車両速度とに基づいて操舵機構に結合された操舵補助モータを駆動制御し、操舵補助力をステアリング機構に与えるもので、一般的には、低速度走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を大きく設定してステアリングホイールの操作を軽く行えるようにし、高速走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を小さく、或いは零に設定してステアリングホイールの操作を重くし、安全に走行できるように操舵補助モータを制御している。
【０００３】
運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける反力により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける反力により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作は一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動式パワーステアリング装置では、操舵補助モータの回転を減速ギア機構を介して舵取り機構に伝達しているため、操舵補助モータの慣性モーメントや減速ギア機構の摩擦等が影響し、特に低速度走行時における「ハンドル戻し」即ちステアリング機構の戻りが悪いという不都合があつた。
【０００５】
この対応としては、ステアリングシャフトに設けられた舵角センサを使用して舵角を検出し、操舵補助モータを駆動してステアリング機構を中立点、即ち車両が直線走行する位置に戻すように制御する必要があるが、舵角センサの取付誤差やステアリング機構の組立誤差等のため、舵角センサで検出された舵角が零の位置とステアリング機構が直線走行する位置（中立点）とは必ずしも一致しない。この発明は上記した種々の課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、少なくとも操舵トルク検出手段を備え、検出された操舵トルクに基づいて演算された電流指令値に基づいてステアリング機構に結合された操舵補助モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトに入力された舵角を検出し、舵角速度を出力する舵角センサと、車速を検出する車速センサと、前記ステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段と、前記推定された中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御する制御手段とを備え、前記中立点推定手段は、検出された舵角速度を入力とするファジー推論により推定した第１の中立点推定度と、検出された操舵トルクを入力とするファジー推論により推定した第２の中立点推定度と、第１の中立点推定度と第２の中立点推定度との積が零でない状態の継続時間と検出された車速を入力とするファジー推論により推定した第３の中立点推定度とに基づいてステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段であることを特徴とする。
【０００７】
そして、前記制御手段は、前記中立点推定手段により推定された中立点情報を入力とするファジー推論により推定したハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する第１のパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定する第２のパラメータ、及び車速に対応したゲインとに基づいて演算されたハンドル戻し時の補正電流指令値により操舵補助モータの電流指令値を補正する。
【０００９】
さらに、前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構を採用してもよい。
【００１０】
また、ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよく、転がり式ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［電動パワーステアリング装置の構成の概略］
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明のハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置１０の構成の概略を説明する図である。
【００１２】
操向ハンドル１１が取り付けられた舵輪軸１２は、減速ギア２７、ユニバーサルジョイント１６ａ、１６ｂ、転がり式ラック・ピニオン機構１７を経て操向車輪のタイロッド１８に結合されている。舵輪軸１２には、舵角を検出する舵角センサ１３、及び操舵トルクを検出するトルクセンサ１４が設けられており、また、操舵力を補助する操舵補助モータ２５がクラッチ２６、減速ギア２７を介して操舵軸１２に結合している。
【００１３】
電動パワーステアリング装置を制御する電子制御回路２０は、バッテリ２１からイグニッションキー２２を経て給電される。電子制御回路２０はＣＰＵで構成され、トルクセンサ１４で検出された操舵トルクと車速センサ２３で検出された車速に基づいて電流指令値を演算し、演算された電流指令値に基づいて操舵補助モータ２５に供給する電流を制御する。なお、電子制御回路２０のＣＰＵは、このほか、以下に説明するハンドル戻しに関連する中立点の演算、ハンドル戻しの制御、その他の演算制御も行う。
【００１４】
クラッチ２６は電子制御回路２０により制御されるもので、クラッチ２６は通常の動作状態では結合しており、電子制御回路２０により電動パワーステアリング装置の故障が判定されたとき、及び電源がＯＦＦの場合に切り離される。
【００１５】
図２は、上記した転がり式ラック・ピニオン機構１７の要部の構成を示す断面図である。図２において、３１は入力軸で、舵輪軸１２の回転はユニバーサルジョイント１６ａ、１６ｂを経て入力軸３１に伝達される。入力軸３１の下部には回動可能にピニオン軸３２が同軸的に装着されている。
【００１６】
ピニオン軸３２は、ギヤボックス３０の内部に配置された軸受３３ａ、３３ｂにより支承される。ピニオン軸３２の外周にはピニオン歯３２ａが形成され、ピニオン歯３２ａにラック軸３４のラック歯３４ａが噛合し、ラック軸３４を軸長方向（図２の表裏方向）に変位させてタイロッド１８ (図１参照) を介して操舵輪（図示せず）に所望の舵角を付与するように構成されている。
【００１７】
ラック軸３４のラック歯３４ａとピニオン軸３２のピニオン歯３２ａとの噛合関係を適切に保つために、以下説明するプレッシャーパッド部３５が設けられ、ラック軸３４をピニオン軸３２に向けて所定の押圧力で押圧している。プレッシャーパッド部３５は、ギヤボックス３０からピニオン軸３２の軸線方向と直交する方向に突出する略円筒形のハウジング３０ａ内に設けられている。
【００１８】
プレッシャーパッド部３５は、ローラ３６、ニードル軸受３７、ピン軸３８、軸受ホルダ３９、パッド４０、コイルスプリング４１、アジャストスクリュウ４２から構成されている。ハウジング３０ａ内に配置された軸受ホルダ３９にピン軸３８が保持されており、このピン軸３８にローラ３６がニードル軸受３７を介して回転自在に支持されている。
【００１９】
ローラ３６は、ラック軸３４のラック歯３４ａが形成されている側と反対側の外周面３４ｃに転がり接触するとともに、その反対側はパッド４０に転がり接触している。コイルスプリング４１がパッド４０とアジャストスクリュウ４２との間に配置されており、パッド４０はコイルスプリング４１の弾撥力によりローラ３６をラック軸３４に向けて押圧する。
【００２０】
以上の構成により、アジヤストスクリュウ４２を回転して軸方向に移動させることにより、コイルスプリング４１によるパッド４０及びローラ３６を介してラック軸３４に向かう押圧力を調整し、ラック歯３４ａとピニオン歯３２ａとの噛合状態を適切に設定することができる。このような転がり式ピニオン・ラック機構によれば、ピニオンとラックとの間に高い負荷が掛かる場合でも、適切な噛合状態が維持され、伝導効率を大幅に向上させることができる。
【００２１】
図３は、操舵補助モータ２５とウォームギヤ減速機構の構成を示す部分断面図である。この構成の特徴は、モータ２５の減速機構に使用されるウォームホイール５１とウォーム５２とから構成されるウォームギヤ機構において、操舵補助モータ２５の回転軸２５ａとウォーム軸５２ａとは、図示を省略してあるがスプライン結合されており、ウォーム軸５２ａは軸方向に移動可能に構成されている。なお、５０はウォームギヤ機構のケーシングを示す。
【００２２】
この構成において、ウォーム軸５２ａの両端のフランジ部５２ｃとウォーム軸受５３との間に弾性体であるゴムパッド５４を配置してある。なお、５５はウォーム軸受５３とゴムパッド５４との間に挿入されたブッシュを示す。
【００２３】
この構成によれば、ウォーム軸５２ａに大きな軸方向の力、例えばキックバック力が作用した場合、ウォーム軸５２ａは軸方向に移動して過大な負荷を逃すことができる。即ち、路面からキックバックを受けてウォームホイール５１が回転したとき、ゴムパッド５４の弾性域（移動可能範囲）では、ウォームホイール５１の回転はウォームホイール５１に噛合するウォーム５２のウォーム軸５２ａに発生するトルクが操舵補助モータ２５の摩擦力及び慣性力に打ち勝つまではウォーム軸５２ａは軸方向に変位し、操舵補助モータ２５に伝達されない。
【００２４】
即ち、路面からのキックバックをウォームホイール５１が受け、ウォームホイール５１が回転力を受けても、ゴムパッド５４が弾性変形してウォーム軸５２ａは軸方向に移動し、キックバックの衝撃がゴムパッド５４に吸収される。
【００２５】
このような構造によれば、ゴムパッド５４によるウォーム軸５２ａの移動可能範囲では、キックバック力が操舵補助モータ２５に作用せず、また、ラック・ピニオン機構に負荷が集中することを防ぐことができる。また、このような構造によれば、ゴムパッド５４の制振作用により、転がり式ラック・ピニオン機構の欠点である制振作用の不足を補うので、ラトル音の発生を防ぐことができる。
【００２６】
［ハンドル戻し制御］
次に、本発明の特徴部分であるハンドル戻し制御について説明する。運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける抵抗により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける抵抗により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作を一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【００２７】
電動パワーステアリング装置では、操舵補助モータと操舵軸との間に減速機構が設けられているから、減速機構の摩擦等によりステアリング装置の中立点への復帰が悪くなる。このため、操舵補助モータを駆動してステアリング装置を中立点へ復帰させるように制御する必要がある。
【００２８】
この場合、前記したように中立点と実際に車両が直線走行する位置とはずれている場合があるので、実際に車両が直線走行する中立点を推定する必要がある。また、推定した中立点には誤差が含まれるから、推定中立点を挟んで所定の舵角範囲では操舵補助モータを駆動する電流値を零に設定するデッドバンドを設けることで、推定中立点の誤差に基づく操舵の際の違和感を解消できる。
【００２９】
さらに、中立点の推定の際の誤差が小さくなつたときは、それに応じてデッドバンドの幅を小さく設定することで、デッドバンドの幅が固定値の場合よりも操舵の際の違和感なしに、良好なハンドル戻しが得られる。
【００３０】
次に、中立点の推定の手法について説明する。中立点の推定はファジー推論の手法によるもので、図４はファジー推論により中立点の推定を行う中立点推定部２００の構成を説明する図である。なお、図４に示す中立点推定部２００は電子制御回路２０のＣＰＵで実行される機能を示したものである。
【００３１】
図４において、２１０は舵角速度ωを入力として舵角速度ωに関連する中立点推定度Ｃ1 を出力する第１のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、舵角速度ω＝０のはずである。従つて第１のファジー推論器２１０では、舵角速度ω＝０（零）のときＣ1 ＝１を出力し、舵角速度ωが零以外ではωの絶対値が大きくなる程小さい値Ｃ1 （Ｃ1 ＜１）を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３２】
２２０は操舵トルクＴを入力として操舵トルクＴに関連する中立点推定度Ｃ2 を出力する第２のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、操舵トルクＴ＝０のはずである。従つて、第２のファジー推論器２２０では、操舵トルクＴ＝０（零）のときＣ2 ＝１を出力し、操舵トルクＴが零以外ではＴの絶対値が大きくなる程小さい値Ｃ2 （Ｃ2 ＜１）を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３３】
２４０は車速Ｖと前記Ｃ1 とＣ2 との積が零でない（Ｃ1 ×Ｃ2 ≠０）状態の経過時間ｔを入力とし、車速Ｖと前記Ｃ1 とＣ2 との積が零でない（Ｃ1 ×Ｃ2 ≠０）状態の経過時間ｔに関連する中立点推定度Ｃ4 を出力する第３のファジー推論器である。車両が直進している状態は車速Ｖが高い程その状態が維持される確立が高く、また、操向ハンドルが中立点にある確立が高い。そこで、第３のファジー推論器２４０では、車速Ｖが高速であるほどＣ4 の値が高くなるように、また、その状態が継続する経過時間ｔが長い程Ｃ4 の値が高くなるようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３４】
停車中或いは車速Ｖが時速３０ｋｍ程度までの低速領域では、パーキングのための操舵が行なわれている可能性が高いので、操向ハンドルが中立点にある状態が少なく、またパーキングの際に、操向ハンドルを切つた状態でパーキングする場合もあるから、低速領域で中立点の推定を行うと中立点を誤る可能性が高い。このため、時速３０ｋｍ以下では中立点推定度Ｃ4 を、Ｃ4 ＝０（零）に設定しておく。
【００３５】
中立点推定部２００は、上記した第１のファジー推論器２１０の中立点推定度Ｃ1 と第２のファジー推論器２２０の中立点推定度Ｃ2 とを入力として乗算し、出力Ｃ3 を出力する乗算器２３０と、乗算器２３０の出力Ｃ3 と上記した第３のファジー推論器２４０の中立点推定度Ｃ4 とを入力として乗算し、中立点推定度Ｃ5 を出力する乗算器２５０とを備え、中立点の推定を行う。
【００３６】
中立点推定度Ｃ5 はメモリに格納されている前回中立点推定度Ｃm と比較され、Ｃ5 ≧Ｃm 、即ち今回の中立点推定度Ｃ5 の方が高い場合は、メモリに格納されている中立点推定度Ｃm をＣ5 で更新し、今回演算された中立点推定度が決定された中立点推定度Ｃ5 を中立点推定度Ｃm として出力される。
【００３７】
このように、今回の中立点推定度Ｃ5 の方が高い場合には、前回中立点推定度Ｃm を更新することで、中立点の推定精度を高めることができる。以下、中立点の推定処理を図５のフローチヤートを参照して説明する。
【００３８】
まず、舵輪軸１２に設けられた舵角センサ１３で検出された舵角θｒを読取り、１回目の検出か否かを判定する（ステップＰ１、Ｐ２）。１回目の検出であれば、不揮発性メモリに書き込まれてある前回の中立点の値θｍを初期推定中立点θｃとし、中立点推定度メモリに格納されている推定度Ｃm を０にクリヤする（ステップＰ３）。ステップＰ２の判定で１回目の検出でない場合はステップＰ３の処理は省かれる。
【００３９】
舵角センサ１３から出力される舵角速度ωを読み取り（ステップＰ４）、検出舵角θｒと推定中立点θｃとの差（θ＝θｒ−θｃ）を、推定中立点θｃを基準とした舵角θとして演算する（ステップＰ５）。
【００４０】
前記した第１のファジー推論器２１０の処理、即ち舵角速度ωを入力として中立点推定度Ｃ1 を演算し（ステップＰ６）、前記した第２のファジー推論器２２０の処理、即ち操舵トルクＴを入力として中立点推定度Ｃ2 を演算する（ステップＰ７）。さらに、乗算器２３０により中立点推定度Ｃ1 とＣ2 を乗算して中立点推定度Ｃ3 を求め（ステップＰ８）、中立点推定の精度を高める。
【００４１】
中立点推定度Ｃ3 が零か否かを判定し（ステップＰ９）、零でない値であれば操向ハンドルは中立点付近にあると推定し、その状態の継続時間ｔをカウントし（ステップＰ１０）、零のときは操向ハンドルは中立点以外にあると推定し、その状態の継続時間ｔをカウントするカウンタをリセットする（ステップＰ１１）。
【００４２】
前記した第３のファジー推論器２４０の処理を行う。即ち、車速Ｖ及び前記継続時間ｔを入力とし、中立点推定度Ｃ4 を演算する（ステップＰ１２）。さらに、乗算器２５０により中立点推定度Ｃ3 とＣ4 を乗算して中立点推定度Ｃ5 を求め（ステップＰ１３）、中立点推定の精度を高める。
【００４３】
メモリに格納されている前回中立点推定度Ｃm と今回演算して得られた中立点推定度Ｃ5 とを比較し（ステップＰ１４）、Ｃ5 ≧Ｃm 、即ち今回の中立点推定度Ｃ5 のほうが高い場合は、その時の舵角θｒを推定中立点θｃとし（θｃ←θｒ）、不揮発性メモリに格納されている中立点の舵角θｍを舵角θｒで更新し（θｍ←θｒ）、前回中立点推定度メモリに格納されている推定度Ｃm をＣ5 で更新（Ｃm ←Ｃ5 ）する（ステップＰ１５）。
【００４４】
ステップＰ１４の判定で、Ｃ5 ≧Ｃm でない場合は、ステップＰ１５の更新処理は行なわない。以上で中立点推定処理を終了し、主ルーチンに戻る。
【００４５】
次に、中立点の推定処理の結果を使用して実行されるハンドル戻し制御部について説明する。図６はハンドル戻し制御部４００の構成を説明する図である。
【００４６】
図６において、３１０は先に決定された中立点推定度Ｃm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する電流指令値の大きさを決定するパラメータＫを出力するファジー推論器である。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、パラメータＫは次第に大きくなり最終的には１となるように設定されている。
【００４７】
また、３２０は先に決定された中立点推定度Ｃm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流値を零に設定するデッドバンドの幅を決定するパラメータＤを出力するファジー推論器である。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、パラメータＤは次第に小さくなり最終的には零になるように設定されている。
【００４８】
また、３４０はハンドル戻し時における車速に対応する電流指令値ＩｒのゲインＧを決定する演算器で、低車速では高ゲインのパラメータが出力され、高車速になるほど低ゲインのパラメータが出力されるように設定されている。
【００４９】
３３０は、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値を決定する演算器で、舵角θに対して電流指令値Ｉｒを図示の特性ように設定する。即ち、デッドバンドの幅ＤＤは、舵角θに対して予め設定されている設定値θd1にファジー推論部から出力されたパラメータＤを乗算した値（Ｄ×θd1）に、舵角θに対して予め設定されている設定値θd2を加算した値｛（Ｄ×θd1）＋θd2｝に設定する。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、デッドバンドの幅ＤＤは次第に狭くなり、最終的には設定値θd2の幅となる。
【００５０】
これにより、中立点推定度Ｃm が低い場合、即ち推定誤差が大きい場合は、パラメータＤの値が大きくなるから、デッドバンドの幅ＤＤは広く設定されると共に、パラメータＫの値が小さくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Ｉｒは小さく設定され、推定誤差が大きくても安全にハンドルを中立点に戻すことができる。
【００５１】
また、中立点推定度Ｃm が高い場合、即ち推定誤差が小さい場合は、パラメータＤの値が小さくなるから、デッドバンドの幅ＤＤは狭く設定されると共に、パラメータＫの値が大きくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Ｉｒは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができる。
【００５２】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは、ファジー推論器から出力されたパラメータＫに係数Ｍを乗算した値（Ｋ×Ｍ）で決定される。係数Ｍは電流指令値Ｉｒの勾配を決定するもので、舵角が大きくなる程電流指令値Ｉｒが大きくなるように設定されている。
【００５３】
図７は、上記した中立点推定度Ｃm が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒの関係を示すもので、線▲１▼は中立点推定度Ｃm が低い場合を、線▲２▼は中立点推定度Ｃm が高い場合を示している。図７から明らかなように、中立点推定度Ｃm が低い場合は舵角θが大きくともハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは小さく設定され、推定誤差があつても安全にハンドルを中立点に戻すことができることを示し、また、中立点推定度Ｃm が高い場合は、舵角θが小さくともハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができることを示している。
【００５４】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒと、演算器３４０から出力される車速に対応したゲインＧとは、乗算器３５０で乗算され、操舵補助モータに供給される電流指令値Ｉを補正する補正電流指令値Ｉｒｈが出力される。
【００５５】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒと車速に対応したゲインＧとを乗算することにより、車速が高速の場合は補正電流指令値Ｉｒｈは小さく設定されるから安全にハンドルを中立点に戻すことができる。また、車速が低速の場合は補正電流指令値Ｉｒｈは大きく設定されるから軽いハンドル操作によりハンドル中立点に戻すことができる。以下、上記したハンドル戻し制御部の処理を図８のフローチヤートを参照して説明する。
【００５６】
まず、中立点推定処理で使用された舵角θｒと、舵角θｒと推定中立点θｃとの差（θ＝θｒ−θｃ）を読み出す（ステップＰ２１、Ｐ２２）。ファジー推論部３１０に先に求めた中立点推定度Ｃm を入力し、パラメータＫを演算し、ファジー推論部３２０に先に求めた中立点推定度Ｃm を入力し、パラメータＤを演算する（ステップＰ２３、Ｐ２４）。
【００５７】
演算部３３０において、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値Ｉｒを演算し（ステップＰ２５）、ゲインＧを演算する演算部３４０において車速に対するゲインＧを演算する（ステップＰ２６）。さらに電流指令値ＩｒとゲインＧを乗算してハンドル戻し時における補正電流指令値Ｉｒｈを演算し（ステップＰ２７）、処理を終了して主ルーチンに戻る。
【００５８】
［電子制御回路］
図９は、電子制御回路２０の構成を示すブロック図である。電子制御回路２０はＣＰＵで構成されており、図９はその機能を示すブロック図である。
【００５９】
操舵トルクＴは操舵補助モータへ供給する電流指令値を演算する操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１に入力され、各出力は加算器１０２において加算され、加算結果はトルク制御演算部１０３に入力される。
【００６０】
トルク制御演算部１０３の出力はモータロス電流補償部１０４に入力され、その出力は、加算器１０５を経て最大電流制限部１０６に入力され、最大電流値が制限されて電流制御部１１０に入力される。電流制御部１１０の出力は、Ｈブリッジ特性補償部１１１を経て電流ドライブ回路１１２に入力され、操舵補助モータ２５を駆動する。
【００６１】
操舵補助モータ２５の電流値ｉは、モータ電流オフセット補正部１２０を経てモータ角速度推定部１２１、電流ドライブ切換部１２２及び電流制御部１１０に入力され、モータ端子電圧Ｖｍはモータ角速度推定部１２１に入力される。
【００６２】
また、電流ディザ信号発生部１３０が設けられており、電流ディザ信号発生部１３０からの出力とモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３の出力は加算器１３１で加算され、その加算結果は加算器１０５でモータロス電流補償部１０４の出力と加算される。
【００６３】
モータ角速度推定部１２１で推定された角速度ωｍはモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３、モータロストルク補償部１２４及びヨーレート推定部１２５に入力される。ヨーレート推定部１２５の出力は収れん制御部１２６に入力され、収れん制御部１２６の出力及びモータロストルク補償部１２４は加算器１２７で加算される。なお、以上説明した電子制御回路２０の構成と機能の詳細は、本出願人が先に出願した特願２０００−１５４２８４号明細書に開示されている。
【００６４】
さらに、電子制御回路２０には、先に説明したハンドル戻し時の制御を行うために、中立点推定部２００とハンドル戻し制御部４００が付加されている。
【００６５】
即ち、操舵トルクＴ、車速Ｖ、舵角θｒ及び舵角速度ωを入力とする中立点推定部２００から出力された中立点推定度Ｃm はハンドル戻し制御部４００に入力される。
【００６６】
ハンドル戻し制御部４００から出力されたハンドル戻し時の電流指令値を補正する補正電流指令値Ｉｒｈと加算器１２７の出力とは、加算器１５０で加算され、その加算結果は、操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１の出力と加算器１０２において加算され、ハンドル戻し時に適した操舵補助のための電流指令値Ｉの補正が行なわれる。
【００６７】
以上説明したこの発明の実施の形態では、電動パワーステアリング装置に転がり式ピニオン・ラック機構を採用しているが、これは従来のピニオン・ラック機構よりも機構部の摩擦を低減することができるので、この発明によるハンドル戻し制御と組み合わせることでステアリング機構の中立点への戻りを一層良くすることができる。このほか、中立点への戻りが良くなるので、ハンドル戻し制御における中立点の推定精度を高めることができる等の効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明によれば、ステアリング機構の中立点を推定するに際して、検出された舵角、舵角速度、操舵トルクに基づいて中立点を推定し、推定した中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御するものである。
【００６９】
舵角、舵角速度、操舵トルク等の多数のパラメータを使用して中立点を推定し、繰り返し演算により推定値を更新するから、精度の高い中立点の推定を行うことができる。
【００７０】
また、推定した中立点情報を入力とするファジー推論によりハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定するパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定するパラメータ、車速に対応した操舵補助モータの電流を規定するパラメータなど多数のパラメータを使用して操舵補助モータの電流指令値を補正するから中立点推定値の精度が高く、ハンドル戻し時に精度よくステアリング機構を戻すことができ、良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００７１】
さらに、ハンドル戻し制御と転がり式ピニオン・ラック機構を組み合わせるときはステアリング機構の中立点への戻りを一層改善することができ、さらに良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図。
【図２】転がり式ピニオン・ラック機構の要部の構成を示す断面図。
【図３】操舵補助モータとそのモータの減速機構の構成を示す部分断面図。
【図４】中立点の推定を行うファジー推論部の構成を説明する図。
【図５】中立点の推定処理を説明するフローチヤート。
【図６】ハンドル戻し制御部の構成を説明する図。
【図７】中立点推定度が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒの関係を示す図。
【図８】ハンドル戻し制御部におけるハンドル戻し処理を説明するフローチヤート。
【図９】電子制御回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ 操向ハンドル
１２ 舵輪軸
１３ 舵角センサ
１４ トルクセンサ
１６ａ、１６ｂ ユニバーサルジョイント
１７ 転がり式ラック・ピニオン機構
１８ タイロッド
２０ 電子制御回路
２３ 車速センサ
２５ 操舵補助モータ
２６ クラッチ
２７ 減速ギア
３０ ギヤボックス
３１ 入力軸
３２ ピニオン軸
３４ ラック軸
３５ プレッシャーパッド部
３６ ローラ
３７ ニードル軸受
３８ ピン軸
３９ 軸受ホルダ
４１ コイルスプリング
５１ ウォームホイール
５２ ウォーム
５２ａ ウォーム軸
５４ ゴムパッド
２００ 中立点推定部
２１０ 第１のファジー推論器
２２０ 第２のファジー推論器
２３０ 乗算器
２４０ 第３のファジー推論器
２５０ 乗算器
３１０ パラメータＫを出力するファジー推論器
３２０ パラメータＤを出力するファジー推論器
３４０ ゲインＧを決定する演算器
３５０ 乗算器
４００ ハンドル戻し制御部
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式パワーステアリング装置に関し、特に、低速度走行時におけるステアリング機構の戻り特性を改善した電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置は、トルクセンサにより検出された操舵トルクと車速センサにより検出された車両速度とに基づいて操舵機構に結合された操舵補助モータを駆動制御し、操舵補助力をステアリング機構に与えるもので、一般的には、低速度走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を大きく設定してステアリングホイールの操作を軽く行えるようにし、高速走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を小さく、或いは零に設定してステアリングホイールの操作を重くし、安全に走行できるように操舵補助モータを制御している。
【０００３】
運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける反力により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける反力により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作は一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動式パワーステアリング装置では、操舵補助モータの回転を減速ギア機構を介して舵取り機構に伝達しているため、操舵補助モータの慣性モーメントや減速ギア機構の摩擦等が影響し、特に低速度走行時における「ハンドル戻し」即ちステアリング機構の戻りが悪いという不都合があつた。
【０００５】
この対応としては、ステアリングシャフトに設けられた舵角センサを使用して舵角を検出し、操舵補助モータを駆動してステアリング機構を中立点、即ち車両が直線走行する位置に戻すように制御する必要があるが、舵角センサの取付誤差やステアリング機構の組立誤差等のため、舵角センサで検出された舵角が零の位置とステアリング機構が直線走行する位置（中立点）とは必ずしも一致しない。この発明は上記した種々の課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、少なくとも操舵トルク検出手段を備え、検出された操舵トルクに基づいて演算された電流指令値に基づいてステアリング機構に結合された操舵補助モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトに入力された舵角を検出し、舵角速度を出力する舵角センサと、車速を検出する車速センサと、前記ステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段と、前記推定された中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御する制御手段とを備え、前記中立点推定手段は、検出された舵角速度を入力とするファジー推論により推定した第１の中立点推定度と、検出された操舵トルクを入力とするファジー推論により推定した第２の中立点推定度と、第１の中立点推定度と第２の中立点推定度との積が零でない状態の継続時間と検出された車速を入力とするファジー推論により推定した第３の中立点推定度とに基づいてステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段であることを特徴とする。
【０００７】
そして、前記制御手段は、前記中立点推定手段により推定された中立点情報を入力とするファジー推論により推定したハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する第１のパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定する第２のパラメータ、及び車速に対応したゲインとに基づいて演算されたハンドル戻し時の補正電流指令値により操舵補助モータの電流指令値を補正する。
【０００９】
さらに、前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構を採用してもよい。
【００１０】
また、ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよく、転がり式ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［電動パワーステアリング装置の構成の概略］
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明のハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置１０の構成の概略を説明する図である。
【００１２】
操向ハンドル１１が取り付けられた舵輪軸１２は、減速ギア２７、ユニバーサルジョイント１６ａ、１６ｂ、転がり式ラック・ピニオン機構１７を経て操向車輪のタイロッド１８に結合されている。舵輪軸１２には、舵角を検出する舵角センサ１３、及び操舵トルクを検出するトルクセンサ１４が設けられており、また、操舵力を補助する操舵補助モータ２５がクラッチ２６、減速ギア２７を介して操舵軸１２に結合している。
【００１３】
電動パワーステアリング装置を制御する電子制御回路２０は、バッテリ２１からイグニッションキー２２を経て給電される。電子制御回路２０はＣＰＵで構成され、トルクセンサ１４で検出された操舵トルクと車速センサ２３で検出された車速に基づいて電流指令値を演算し、演算された電流指令値に基づいて操舵補助モータ２５に供給する電流を制御する。なお、電子制御回路２０のＣＰＵは、このほか、以下に説明するハンドル戻しに関連する中立点の演算、ハンドル戻しの制御、その他の演算制御も行う。
【００１４】
クラッチ２６は電子制御回路２０により制御されるもので、クラッチ２６は通常の動作状態では結合しており、電子制御回路２０により電動パワーステアリング装置の故障が判定されたとき、及び電源がＯＦＦの場合に切り離される。
【００１５】
図２は、上記した転がり式ラック・ピニオン機構１７の要部の構成を示す断面図である。図２において、３１は入力軸で、舵輪軸１２の回転はユニバーサルジョイント１６ａ、１６ｂを経て入力軸３１に伝達される。入力軸３１の下部には回動可能にピニオン軸３２が同軸的に装着されている。
【００１６】
ピニオン軸３２は、ギヤボックス３０の内部に配置された軸受３３ａ、３３ｂにより支承される。ピニオン軸３２の外周にはピニオン歯３２ａが形成され、ピニオン歯３２ａにラック軸３４のラック歯３４ａが噛合し、ラック軸３４を軸長方向（図２の表裏方向）に変位させてタイロッド１８ (図１参照) を介して操舵輪（図示せず）に所望の舵角を付与するように構成されている。
【００１７】
ラック軸３４のラック歯３４ａとピニオン軸３２のピニオン歯３２ａとの噛合関係を適切に保つために、以下説明するプレッシャーパッド部３５が設けられ、ラック軸３４をピニオン軸３２に向けて所定の押圧力で押圧している。プレッシャーパッド部３５は、ギヤボックス３０からピニオン軸３２の軸線方向と直交する方向に突出する略円筒形のハウジング３０ａ内に設けられている。
【００１８】
プレッシャーパッド部３５は、ローラ３６、ニードル軸受３７、ピン軸３８、軸受ホルダ３９、パッド４０、コイルスプリング４１、アジャストスクリュウ４２から構成されている。ハウジング３０ａ内に配置された軸受ホルダ３９にピン軸３８が保持されており、このピン軸３８にローラ３６がニードル軸受３７を介して回転自在に支持されている。
【００１９】
ローラ３６は、ラック軸３４のラック歯３４ａが形成されている側と反対側の外周面３４ｃに転がり接触するとともに、その反対側はパッド４０に転がり接触している。コイルスプリング４１がパッド４０とアジャストスクリュウ４２との間に配置されており、パッド４０はコイルスプリング４１の弾撥力によりローラ３６をラック軸３４に向けて押圧する。
【００２０】
以上の構成により、アジヤストスクリュウ４２を回転して軸方向に移動させることにより、コイルスプリング４１によるパッド４０及びローラ３６を介してラック軸３４に向かう押圧力を調整し、ラック歯３４ａとピニオン歯３２ａとの噛合状態を適切に設定することができる。このような転がり式ピニオン・ラック機構によれば、ピニオンとラックとの間に高い負荷が掛かる場合でも、適切な噛合状態が維持され、伝導効率を大幅に向上させることができる。
【００２１】
図３は、操舵補助モータ２５とウォームギヤ減速機構の構成を示す部分断面図である。この構成の特徴は、モータ２５の減速機構に使用されるウォームホイール５１とウォーム５２とから構成されるウォームギヤ機構において、操舵補助モータ２５の回転軸２５ａとウォーム軸５２ａとは、図示を省略してあるがスプライン結合されており、ウォーム軸５２ａは軸方向に移動可能に構成されている。なお、５０はウォームギヤ機構のケーシングを示す。
【００２２】
この構成において、ウォーム軸５２ａの両端のフランジ部５２ｃとウォーム軸受５３との間に弾性体であるゴムパッド５４を配置してある。なお、５５はウォーム軸受５３とゴムパッド５４との間に挿入されたブッシュを示す。
【００２３】
この構成によれば、ウォーム軸５２ａに大きな軸方向の力、例えばキックバック力が作用した場合、ウォーム軸５２ａは軸方向に移動して過大な負荷を逃すことができる。即ち、路面からキックバックを受けてウォームホイール５１が回転したとき、ゴムパッド５４の弾性域（移動可能範囲）では、ウォームホイール５１の回転はウォームホイール５１に噛合するウォーム５２のウォーム軸５２ａに発生するトルクが操舵補助モータ２５の摩擦力及び慣性力に打ち勝つまではウォーム軸５２ａは軸方向に変位し、操舵補助モータ２５に伝達されない。
【００２４】
即ち、路面からのキックバックをウォームホイール５１が受け、ウォームホイール５１が回転力を受けても、ゴムパッド５４が弾性変形してウォーム軸５２ａは軸方向に移動し、キックバックの衝撃がゴムパッド５４に吸収される。
【００２５】
このような構造によれば、ゴムパッド５４によるウォーム軸５２ａの移動可能範囲では、キックバック力が操舵補助モータ２５に作用せず、また、ラック・ピニオン機構に負荷が集中することを防ぐことができる。また、このような構造によれば、ゴムパッド５４の制振作用により、転がり式ラック・ピニオン機構の欠点である制振作用の不足を補うので、ラトル音の発生を防ぐことができる。
【００２６】
［ハンドル戻し制御］
次に、本発明の特徴部分であるハンドル戻し制御について説明する。運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける抵抗により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける抵抗により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作を一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【００２７】
電動パワーステアリング装置では、操舵補助モータと操舵軸との間に減速機構が設けられているから、減速機構の摩擦等によりステアリング装置の中立点への復帰が悪くなる。このため、操舵補助モータを駆動してステアリング装置を中立点へ復帰させるように制御する必要がある。
【００２８】
この場合、前記したように中立点と実際に車両が直線走行する位置とはずれている場合があるので、実際に車両が直線走行する中立点を推定する必要がある。また、推定した中立点には誤差が含まれるから、推定中立点を挟んで所定の舵角範囲では操舵補助モータを駆動する電流値を零に設定するデッドバンドを設けることで、推定中立点の誤差に基づく操舵の際の違和感を解消できる。
【００２９】
さらに、中立点の推定の際の誤差が小さくなつたときは、それに応じてデッドバンドの幅を小さく設定することで、デッドバンドの幅が固定値の場合よりも操舵の際の違和感なしに、良好なハンドル戻しが得られる。
【００３０】
次に、中立点の推定の手法について説明する。中立点の推定はファジー推論の手法によるもので、図４はファジー推論により中立点の推定を行う中立点推定部２００の構成を説明する図である。なお、図４に示す中立点推定部２００は電子制御回路２０のＣＰＵで実行される機能を示したものである。
【００３１】
図４において、２１０は舵角速度ωを入力として舵角速度ωに関連する中立点推定度Ｃ1 を出力する第１のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、舵角速度ω＝０のはずである。従つて第１のファジー推論器２１０では、舵角速度ω＝０（零）のときＣ1 ＝１を出力し、舵角速度ωが零以外ではωの絶対値が大きくなる程小さい値Ｃ1 （Ｃ1 ＜１）を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３２】
２２０は操舵トルクＴを入力として操舵トルクＴに関連する中立点推定度Ｃ2 を出力する第２のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、操舵トルクＴ＝０のはずである。従つて、第２のファジー推論器２２０では、操舵トルクＴ＝０（零）のときＣ2 ＝１を出力し、操舵トルクＴが零以外ではＴの絶対値が大きくなる程小さい値Ｃ2 （Ｃ2 ＜１）を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３３】
２４０は車速Ｖと前記Ｃ1 とＣ2 との積が零でない（Ｃ1 ×Ｃ2 ≠０）状態の経過時間ｔを入力とし、車速Ｖと前記Ｃ1 とＣ2 との積が零でない（Ｃ1 ×Ｃ2 ≠０）状態の経過時間ｔに関連する中立点推定度Ｃ4 を出力する第３のファジー推論器である。車両が直進している状態は車速Ｖが高い程その状態が維持される確立が高く、また、操向ハンドルが中立点にある確立が高い。そこで、第３のファジー推論器２４０では、車速Ｖが高速であるほどＣ4 の値が高くなるように、また、その状態が継続する経過時間ｔが長い程Ｃ4 の値が高くなるようにメンバーシップ関数が設定されている。
【００３４】
停車中或いは車速Ｖが時速３０ｋｍ程度までの低速領域では、パーキングのための操舵が行なわれている可能性が高いので、操向ハンドルが中立点にある状態が少なく、またパーキングの際に、操向ハンドルを切つた状態でパーキングする場合もあるから、低速領域で中立点の推定を行うと中立点を誤る可能性が高い。このため、時速３０ｋｍ以下では中立点推定度Ｃ4 を、Ｃ4 ＝０（零）に設定しておく。
【００３５】
中立点推定部２００は、上記した第１のファジー推論器２１０の中立点推定度Ｃ1 と第２のファジー推論器２２０の中立点推定度Ｃ2 とを入力として乗算し、出力Ｃ3 を出力する乗算器２３０と、乗算器２３０の出力Ｃ3 と上記した第３のファジー推論器２４０の中立点推定度Ｃ4 とを入力として乗算し、中立点推定度Ｃ5 を出力する乗算器２５０とを備え、中立点の推定を行う。
【００３６】
中立点推定度Ｃ5 はメモリに格納されている前回中立点推定度Ｃm と比較され、Ｃ5 ≧Ｃm 、即ち今回の中立点推定度Ｃ5 の方が高い場合は、メモリに格納されている中立点推定度Ｃm をＣ5 で更新し、今回演算された中立点推定度が決定された中立点推定度Ｃ5 を中立点推定度Ｃm として出力される。
【００３７】
このように、今回の中立点推定度Ｃ5 の方が高い場合には、前回中立点推定度Ｃm を更新することで、中立点の推定精度を高めることができる。以下、中立点の推定処理を図５のフローチヤートを参照して説明する。
【００３８】
まず、舵輪軸１２に設けられた舵角センサ１３で検出された舵角θｒを読取り、１回目の検出か否かを判定する（ステップＰ１、Ｐ２）。１回目の検出であれば、不揮発性メモリに書き込まれてある前回の中立点の値θｍを初期推定中立点θｃとし、中立点推定度メモリに格納されている推定度Ｃm を０にクリヤする（ステップＰ３）。ステップＰ２の判定で１回目の検出でない場合はステップＰ３の処理は省かれる。
【００３９】
舵角センサ１３から出力される舵角速度ωを読み取り（ステップＰ４）、検出舵角θｒと推定中立点θｃとの差（θ＝θｒ−θｃ）を、推定中立点θｃを基準とした舵角θとして演算する（ステップＰ５）。
【００４０】
前記した第１のファジー推論器２１０の処理、即ち舵角速度ωを入力として中立点推定度Ｃ1 を演算し（ステップＰ６）、前記した第２のファジー推論器２２０の処理、即ち操舵トルクＴを入力として中立点推定度Ｃ2 を演算する（ステップＰ７）。さらに、乗算器２３０により中立点推定度Ｃ1 とＣ2 を乗算して中立点推定度Ｃ3 を求め（ステップＰ８）、中立点推定の精度を高める。
【００４１】
中立点推定度Ｃ3 が零か否かを判定し（ステップＰ９）、零でない値であれば操向ハンドルは中立点付近にあると推定し、その状態の継続時間ｔをカウントし（ステップＰ１０）、零のときは操向ハンドルは中立点以外にあると推定し、その状態の継続時間ｔをカウントするカウンタをリセットする（ステップＰ１１）。
【００４２】
前記した第３のファジー推論器２４０の処理を行う。即ち、車速Ｖ及び前記継続時間ｔを入力とし、中立点推定度Ｃ4 を演算する（ステップＰ１２）。さらに、乗算器２５０により中立点推定度Ｃ3 とＣ4 を乗算して中立点推定度Ｃ5 を求め（ステップＰ１３）、中立点推定の精度を高める。
【００４３】
メモリに格納されている前回中立点推定度Ｃm と今回演算して得られた中立点推定度Ｃ5 とを比較し（ステップＰ１４）、Ｃ5 ≧Ｃm 、即ち今回の中立点推定度Ｃ5 のほうが高い場合は、その時の舵角θｒを推定中立点θｃとし（θｃ←θｒ）、不揮発性メモリに格納されている中立点の舵角θｍを舵角θｒで更新し（θｍ←θｒ）、前回中立点推定度メモリに格納されている推定度Ｃm をＣ5 で更新（Ｃm ←Ｃ5 ）する（ステップＰ１５）。
【００４４】
ステップＰ１４の判定で、Ｃ5 ≧Ｃm でない場合は、ステップＰ１５の更新処理は行なわない。以上で中立点推定処理を終了し、主ルーチンに戻る。
【００４５】
次に、中立点の推定処理の結果を使用して実行されるハンドル戻し制御部について説明する。図６はハンドル戻し制御部４００の構成を説明する図である。
【００４６】
図６において、３１０は先に決定された中立点推定度Ｃm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する電流指令値の大きさを決定するパラメータＫを出力するファジー推論器である。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、パラメータＫは次第に大きくなり最終的には１となるように設定されている。
【００４７】
また、３２０は先に決定された中立点推定度Ｃm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流値を零に設定するデッドバンドの幅を決定するパラメータＤを出力するファジー推論器である。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、パラメータＤは次第に小さくなり最終的には零になるように設定されている。
【００４８】
また、３４０はハンドル戻し時における車速に対応する電流指令値ＩｒのゲインＧを決定する演算器で、低車速では高ゲインのパラメータが出力され、高車速になるほど低ゲインのパラメータが出力されるように設定されている。
【００４９】
３３０は、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値を決定する演算器で、舵角θに対して電流指令値Ｉｒを図示の特性ように設定する。即ち、デッドバンドの幅ＤＤは、舵角θに対して予め設定されている設定値θd1にファジー推論部から出力されたパラメータＤを乗算した値（Ｄ×θd1）に、舵角θに対して予め設定されている設定値θd2を加算した値｛（Ｄ×θd1）＋θd2｝に設定する。中立点推定度Ｃm の推定精度が高まれば、デッドバンドの幅ＤＤは次第に狭くなり、最終的には設定値θd2の幅となる。
【００５０】
これにより、中立点推定度Ｃm が低い場合、即ち推定誤差が大きい場合は、パラメータＤの値が大きくなるから、デッドバンドの幅ＤＤは広く設定されると共に、パラメータＫの値が小さくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Ｉｒは小さく設定され、推定誤差が大きくても安全にハンドルを中立点に戻すことができる。
【００５１】
また、中立点推定度Ｃm が高い場合、即ち推定誤差が小さい場合は、パラメータＤの値が小さくなるから、デッドバンドの幅ＤＤは狭く設定されると共に、パラメータＫの値が大きくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Ｉｒは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができる。
【００５２】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは、ファジー推論器から出力されたパラメータＫに係数Ｍを乗算した値（Ｋ×Ｍ）で決定される。係数Ｍは電流指令値Ｉｒの勾配を決定するもので、舵角が大きくなる程電流指令値Ｉｒが大きくなるように設定されている。
【００５３】
図７は、上記した中立点推定度Ｃm が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒの関係を示すもので、線▲１▼は中立点推定度Ｃm が低い場合を、線▲２▼は中立点推定度Ｃm が高い場合を示している。図７から明らかなように、中立点推定度Ｃm が低い場合は舵角θが大きくともハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは小さく設定され、推定誤差があつても安全にハンドルを中立点に戻すことができることを示し、また、中立点推定度Ｃm が高い場合は、舵角θが小さくともハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができることを示している。
【００５４】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒと、演算器３４０から出力される車速に対応したゲインＧとは、乗算器３５０で乗算され、操舵補助モータに供給される電流指令値Ｉを補正する補正電流指令値Ｉｒｈが出力される。
【００５５】
ハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒと車速に対応したゲインＧとを乗算することにより、車速が高速の場合は補正電流指令値Ｉｒｈは小さく設定されるから安全にハンドルを中立点に戻すことができる。また、車速が低速の場合は補正電流指令値Ｉｒｈは大きく設定されるから軽いハンドル操作によりハンドル中立点に戻すことができる。以下、上記したハンドル戻し制御部の処理を図８のフローチヤートを参照して説明する。
【００５６】
まず、中立点推定処理で使用された舵角θｒと、舵角θｒと推定中立点θｃとの差（θ＝θｒ−θｃ）を読み出す（ステップＰ２１、Ｐ２２）。ファジー推論部３１０に先に求めた中立点推定度Ｃm を入力し、パラメータＫを演算し、ファジー推論部３２０に先に求めた中立点推定度Ｃm を入力し、パラメータＤを演算する（ステップＰ２３、Ｐ２４）。
【００５７】
演算部３３０において、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値Ｉｒを演算し（ステップＰ２５）、ゲインＧを演算する演算部３４０において車速に対するゲインＧを演算する（ステップＰ２６）。さらに電流指令値ＩｒとゲインＧを乗算してハンドル戻し時における補正電流指令値Ｉｒｈを演算し（ステップＰ２７）、処理を終了して主ルーチンに戻る。
【００５８】
［電子制御回路］
図９は、電子制御回路２０の構成を示すブロック図である。電子制御回路２０はＣＰＵで構成されており、図９はその機能を示すブロック図である。
【００５９】
操舵トルクＴは操舵補助モータへ供給する電流指令値を演算する操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１に入力され、各出力は加算器１０２において加算され、加算結果はトルク制御演算部１０３に入力される。
【００６０】
トルク制御演算部１０３の出力はモータロス電流補償部１０４に入力され、その出力は、加算器１０５を経て最大電流制限部１０６に入力され、最大電流値が制限されて電流制御部１１０に入力される。電流制御部１１０の出力は、Ｈブリッジ特性補償部１１１を経て電流ドライブ回路１１２に入力され、操舵補助モータ２５を駆動する。
【００６１】
操舵補助モータ２５の電流値ｉは、モータ電流オフセット補正部１２０を経てモータ角速度推定部１２１、電流ドライブ切換部１２２及び電流制御部１１０に入力され、モータ端子電圧Ｖｍはモータ角速度推定部１２１に入力される。
【００６２】
また、電流ディザ信号発生部１３０が設けられており、電流ディザ信号発生部１３０からの出力とモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３の出力は加算器１３１で加算され、その加算結果は加算器１０５でモータロス電流補償部１０４の出力と加算される。
【００６３】
モータ角速度推定部１２１で推定された角速度ωｍはモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３、モータロストルク補償部１２４及びヨーレート推定部１２５に入力される。ヨーレート推定部１２５の出力は収れん制御部１２６に入力され、収れん制御部１２６の出力及びモータロストルク補償部１２４は加算器１２７で加算される。なお、以上説明した電子制御回路２０の構成と機能の詳細は、本出願人が先に出願した特願２０００−１５４２８４号明細書に開示されている。
【００６４】
さらに、電子制御回路２０には、先に説明したハンドル戻し時の制御を行うために、中立点推定部２００とハンドル戻し制御部４００が付加されている。
【００６５】
即ち、操舵トルクＴ、車速Ｖ、舵角θｒ及び舵角速度ωを入力とする中立点推定部２００から出力された中立点推定度Ｃm はハンドル戻し制御部４００に入力される。
【００６６】
ハンドル戻し制御部４００から出力されたハンドル戻し時の電流指令値を補正する補正電流指令値Ｉｒｈと加算器１２７の出力とは、加算器１５０で加算され、その加算結果は、操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１の出力と加算器１０２において加算され、ハンドル戻し時に適した操舵補助のための電流指令値Ｉの補正が行なわれる。
【００６７】
以上説明したこの発明の実施の形態では、電動パワーステアリング装置に転がり式ピニオン・ラック機構を採用しているが、これは従来のピニオン・ラック機構よりも機構部の摩擦を低減することができるので、この発明によるハンドル戻し制御と組み合わせることでステアリング機構の中立点への戻りを一層良くすることができる。このほか、中立点への戻りが良くなるので、ハンドル戻し制御における中立点の推定精度を高めることができる等の効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明によれば、ステアリング機構の中立点を推定するに際して、検出された舵角、舵角速度、操舵トルクに基づいて中立点を推定し、推定した中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御するものである。
【００６９】
舵角、舵角速度、操舵トルク等の多数のパラメータを使用して中立点を推定し、繰り返し演算により推定値を更新するから、精度の高い中立点の推定を行うことができる。
【００７０】
また、推定した中立点情報を入力とするファジー推論によりハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定するパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定するパラメータ、車速に対応した操舵補助モータの電流を規定するパラメータなど多数のパラメータを使用して操舵補助モータの電流指令値を補正するから中立点推定値の精度が高く、ハンドル戻し時に精度よくステアリング機構を戻すことができ、良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００７１】
さらに、ハンドル戻し制御と転がり式ピニオン・ラック機構を組み合わせるときはステアリング機構の中立点への戻りを一層改善することができ、さらに良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図。
【図２】転がり式ピニオン・ラック機構の要部の構成を示す断面図。
【図３】操舵補助モータとそのモータの減速機構の構成を示す部分断面図。
【図４】中立点の推定を行うファジー推論部の構成を説明する図。
【図５】中立点の推定処理を説明するフローチヤート。
【図６】ハンドル戻し制御部の構成を説明する図。
【図７】中立点推定度が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Ｉｒの関係を示す図。
【図８】ハンドル戻し制御部におけるハンドル戻し処理を説明するフローチヤート。
【図９】電子制御回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ 操向ハンドル
１２ 舵輪軸
１３ 舵角センサ
１４ トルクセンサ
１６ａ、１６ｂ ユニバーサルジョイント
１７ 転がり式ラック・ピニオン機構
１８ タイロッド
２０ 電子制御回路
２３ 車速センサ
２５ 操舵補助モータ
２６ クラッチ
２７ 減速ギア
３０ ギヤボックス
３１ 入力軸
３２ ピニオン軸
３４ ラック軸
３５ プレッシャーパッド部
３６ ローラ
３７ ニードル軸受
３８ ピン軸
３９ 軸受ホルダ
４１ コイルスプリング
５１ ウォームホイール
５２ ウォーム
５２ａ ウォーム軸
５４ ゴムパッド
２００ 中立点推定部
２１０ 第１のファジー推論器
２２０ 第２のファジー推論器
２３０ 乗算器
２４０ 第３のファジー推論器
２５０ 乗算器
３１０ パラメータＫを出力するファジー推論器
３２０ パラメータＤを出力するファジー推論器
３４０ ゲインＧを決定する演算器
３５０ 乗算器
４００ ハンドル戻し制御部
Claims (5)
- 少なくとも操舵トルク検出手段を備え、検出された操舵トルクに基づいて演算された電流指令値に基づいてステアリング機構に結合された操舵補助モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
ステアリングシャフトに入力された舵角を検出し、舵角速度を出力する舵角センサと、
車速を検出する車速センサと、
前記ステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段と、
前記推定された中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御する制御手段と
を備え、
前記中立点推定手段は、検出された舵角速度を入力とするファジー推論により推定した第１の中立点推定度と、検出された操舵トルクを入力とするファジー推論により推定した第２の中立点推定度と、第１の中立点推定度と第２の中立点推定度との積が零でない状態の継続時間と検出された車速を入力とするファジー推論により推定した第３の中立点推定度とに基づいてステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段であること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記制御手段は、前記中立点推定手段により推定された中立点情報を入力とするファジー推論により推定したハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する第１のパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定する第２のパラメータ、及び車速に対応したゲインとに基づいて演算されたハンドル戻し時の補正電流指令値により操舵補助モータの電流指令値を補正すること
を特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ステアリング機構はラック・ピニオン機構であり、ピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構であり、ピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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