特許 6187713 電動パワーステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6187713

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20170821BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20170821BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20170821BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00

   B62D113:00

   B62D119:00

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-573415(P2016-573415)

(86)(22)【出願日】2016年2月4日

(86)【国際出願番号】JP2016053343

(87)【国際公開番号】WO2016125854

(87)【国際公開日】20160811

【審査請求日】2017年6月20日

(31)【優先権主張番号】特願2015-19922(P2015-19922)

(32)【優先日】2015年2月4日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078776

【弁理士】

【氏名又は名称】安形 雄三

(74)【代理人】

【識別番号】100121887

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 好章

(74)【代理人】

【識別番号】100200333

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 真二

(72)【発明者】

【氏名】椿 貴弘

【審査官】 田々井 正吾

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１１９３５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１２２９９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２５８７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９６５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３８４５１８８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平１１−２８６２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２１６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３７３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４８４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ １１３／００

Ｂ６２Ｄ １１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵制御と手動操舵制御を行う機能を有する電動パワーステアリング装置において、
手入力が無い状態でのハンドル慣性、トーションバー特性、モータ角度による力学的な関係式から推定されるトーションバートルクの時系列応答であるハンドル角を所定の演算周期毎に演算して操舵トルク演算値を求め、前記操舵トルク演算値と前記トーションバートルクのコラム角に対応する操舵トルク検出値との適合度合を所定の設定周期毎に判定し、
前記適合度合を、前記演算周期内の計測時間の経過、前記設定周期及び前記設定周期の開始時点の関係と、前記操舵トルク演算値及び前記操舵トルク検出値の差の絶対値の積算値とスレッショルドの関係とで行って、前記自動操舵制御中における手入力の有無を判定する機能を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【請求項5】

前記計測時間の経過が前記設定周期以上で、かつ前記積算値が前記スレッショルド以上のときに手入力「有り」と判定するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項6】

前記手入力「有り」が判定されたときに、前記自動操舵制御を中止するようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動操舵制御機能（駐車支援モード、レーンキープモード等）及び手動操舵制御機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、特にハンドル及びトーションバーの特性による力学的若しくは物理的な関係式に基づき、自動操舵制御中の運転者の手入力の有無を精度高く判定し、手入力が発生した場合には、安全に通常のアシスト制御（手動操舵制御）へシフトできるようにした電動パワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

【0003】

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル（ステアリングホイール）１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２にはトーションバーが介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル１の操舵角θを検出する舵角センサ１４、操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。

【0004】

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。

【0005】

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

【0006】

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

【0007】

図２を参照してコントロールユニット３０を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算するトルク制御部３１に入力される。トルク制御部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂにフィードバック入力され、モータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御等の電流制御部３５に入力される。電流制御部３５で特性改善された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更にインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

【0008】

モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、回転センサ２１からモータ回転角度θが出力される。

【0009】

また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

【0010】

このような電動パワーステアリング装置において、近年駐車支援機能（パーキングアシスト）やレーンキープ機能などの自動操舵制御機能を搭載し、自動操舵制御と手動操舵制御とを切替える車両が出現して来ており、駐車支援機能を搭載した車両にあっては、カメラ（画像）や距離センサなどのデータを基に目標操舵角を設定し、目標操舵角に実操舵角を追従させる自動操舵制御が行われる。

【0011】

また、従来周知の自動操舵制御機能を有する電動パワーステアリング装置では、予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいてモータを制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。

【0012】

図３は従来の自動操舵制御機能を有する車両の制御系の構成例を示しており、少なくとも操舵トルクを入力して電流指令値Ｉｔｒｅｆを演算するトルク制御部１１０と、車両側のＥＣＵから目標操舵角等を入力して電流指令値Ｉｓｒｅｆを演算する自動操舵制御部１２０と、車両側のＥＣＵからの切替信号ＳＷによって電流指令値Ｉｔｒｅｆ又はＩｓｒｅｆを切替えて電流指令値Ｉｒｅｆとして出力する切替部１３０とを具備している。電流指令値Ｉｒｅｆは電流制御／駆動部１４０に入力され、電流制御／駆動部１４０はＰＩ制御等を施したＰＷＭ信号によりモータ２０をＰＷＭ駆動する。

【0013】

このような自動操舵制御機能を有する車両において、従来自動操舵制御中に運転者がハンドルを操作し、その操舵トルクが予め設定した所定値を越えたと判断されると自動操舵制御が中止されるようになっている。

【0014】

しかしながら、操舵トルク検出手段の出力を所定値と比較するだけで判断を行うと、操舵トルク検出手段のノイズにより、或いはタイヤが小石を踏んだような場合や、モータによる自動操舵が行われた場合のハンドルの慣性トルクにより、操舵トルク検出手段の出力が一時的に所定値を越えることがあり、その度に自動操舵制御が中止されてしまう問題がある。このような不都合を回避するために所定値を高めに設定すると、自動操舵と手動操舵とが干渉しあって運転者に違和感を与えるだけでなく、自動操舵制御中に運転者がハンドルを操作しても自動操舵制御が直ちに中止されなくなる可能性がある。

【0015】

そこで、所定値以上の操舵トルクが所定時間以上に亘って検出されたときに、手動操舵が行われたと判断して自動操舵制御を中止することが考えられる。この場合、運転者が緩やかな手動操舵を行って操舵トルクが所定値を僅かに越えたときは、運転者に違和感を与えることなく所定時間が経過して自動操舵制御が中止される。しかしながら、運転者が急激な手動操舵を行って操舵トルクが所定値を大きく越えたときは、この状態が所定時間経過するまで自動操舵制御が中止されないため、ハンドルが重くなって運転者に違和感を与えることがある。

【0016】

かかる問題を解決する装置として、例えば特許第３８４５１８８号公報（特許文献１）が提案されている。特許文献１の装置では、運転者がハンドルに加える操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、移動軌跡設定手段により設定された移動軌跡に基づいてモータの駆動を制御すると共に、予め設定された所定値以上の操舵トルクが所定時間以上に亘って検出されたときに、移動軌跡に基づくモータ制御を中止するモータ制御手段とを備えており、所定値を複数種類設定し、各所定値に対応して所定時間を変更するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特許第３８４５１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

しかしながら、特許文献１の装置では、操舵トルクに対してスレッショルドを設け、操舵トルクがスレッショルドを超えるか否かで手入力への切替を行っており、操舵系の実際の力学的モデルに基づいていないので、精度高く手入力の検出若しくは判定ができないと共に、手入力から判定までの間に遅れが発生してしまう問題がある。

【0019】

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、自動操舵制御機能を有する車両において、自動操舵制御中の手入力の判定（検出）を力学的な関係式に基づく正確で精度の高い手法で行い、運転者や同乗者が不快感を覚えないような操舵性能を有する電動パワーステアリング装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明は、モータ電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵制御と手動操舵制御を行う機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ハンドル及びトーションバーの特性による力学的な関係式に基づき、トーションバートルクの時系列応答を演算し、前記演算された操舵トルク演算値と前記トーションバートルクの検出値の適合度合を判定し、前記適合度合によって前記自動操舵制御中における手入力の有無を判定する機能を具備することにより達成される。

【0021】

本発明の上記目的は、前記トーションバートルクの時系列応答がハンドル角であり、前記トーションバートルクの検出値がコラム角であることにより、或いは前記ハンドル角が前記操舵トルク演算値に対応し、前記コラム角が操舵トルク検出値に対応することにより、或いは前記適合度合を、演算周期内の計測時間の経過、設定周期及び設定周期の開始時点の関係と、前記操舵トルク演算値及び前記操舵トルク検出値の差の積算値とスレッショルドの関係とで行うようになっていることにより、或いは前記計測時間の経過が前記設定周期以上で、かつ前記積算値が前記スレッショルド以上のときに手入力「有り」と判定するようになっていることにより、或いは前記手入力「有り」が判定されたときに、前記自動操舵制御を中止するようになっていることにより、より効果的に達成される。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ハンドル及びトーションバーの特性による力学的な関係式に基づき、トーションバートルクの時系列応答を演算し、演算結果の値とトーションバートルクの検出値の適合度合を判定し、適合度合によって自動操舵制御中における手入力を判定している。そのため、正確で精度の高い手入力の判定（検出）を行うことができ、運転者や同乗者に不快感を与えないような操舵性能を達成することができる。

【0023】

また、手入力の判定を、トーションバートルクの時系列応答の積算値に基づいて行っているので、ノイズにより、或いはタイヤが小石を踏んだような場合や、ハンドルの慣性トルクなどにより、検出値が一時的に大きくなった場合に直ぐに自動操舵制御を中止するような不具合が解消される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。

【図2】電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。

【図3】自動操舵制御機能を有する車両の制御系の概略構成例を示すブロック図である。

【図4】本発明の原理を説明するためのハンドル及びトーションバーの力学関係の図である。

【図5】本発明の構成例を示すブロック図である。

【図6】本発明の動作例を示すタイミングチャートである。

【図7】本発明の動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

駐車支援やレーンキープなどの自動操舵制御機能と、通常のアシスト制御である手動操舵制御機能とを具備する車両において、自動操舵制御中に運転者からの手入力が発生した場合には、安全かつ円滑に通常のアシスト制御へシフトする必要がある。また、駐車支援やレーンキープなどの自動操舵制御モードに入る際に、運転者の手入力の有無を確認する必要がある。

【0026】

そのため、本発明では、手入力の無い状態を想定した、ハンドル慣性とトーションバー特性、モータ角度（コラム角）による力学的若しくは物理的な関係式から推定されるトーションバートルクの時系列応答の操舵トルク演算値と、実際のトーションバートルクの時系列応答の検出値との適合度合を判定し、適合度合の判定結果に従って手入力の有無を判定する。適合度合の判定は、時間経過の計測と演算値及び検出値の差の積算（積分）とによって行われ、計測時間が所定時間以上経過し、かつ差の積算値が所定スレッショルド以上であるか否かで手入力の有無の判定を行い、手入力「有り」と判定したときに自動操舵制御を中止し、自動操舵制御から通常のアシスト制御へシフト（切替）させる。

【0027】

ここで、ハンドル角θ_ｈ、トーションバー捩れ角Δθ、コラム角θ_ｃの関係は図４に示され、ハンドル１の慣性をＪ_ｈ、トーションバーのバネ定数をｋ、トーションバーのダンパ定数をｃとしたとき、手入力がない場合の一般的な力学の関係式は下記数１となる。

【0028】

【数1】

図４から、トーションバー捩れ角Δθはハンドル角θ_ｈとコラム角θ_ｃの差になるので、下記数２が成立する。

【0029】

【数2】

数1及び数２からハンドル角θ_ｈを消去し、更に操舵トルク＝ｋΔθ＝ｙ、コラム角θｃ＝ｕとして、ｚ変換を用いて式を整理する。ｚ変換は種々あるが、例えば後退差分を適用すると下記数３となる。実際にはＥＣＵ内部の演算で、検出したコラム角ｕに対する操舵トルクｙ、言い換えればコラム角θ_ｃに対する操舵トルクを計算する。

【0030】

【数3】

本発明では、上記数３をＥＣＵ内部で演算周期Ｃｓ毎に演算し、設定周期Ｔｓ毎に数３の演算結果ｙ（演算による操舵トルク）と実際に検出した操舵トルクの適合度合をチェックし、手入力の有無を判定する。適合度合の指標は、例えば操舵トルク（検出値）と操舵トルク（演算値）の誤差の絶対値の積算値（積分値若しくは総和）で良い。適合度合のチェック結果が、設定したスレッショルド以上の場合に手入力「有り」と判定し、スレッショルド未満の場合に手入力「無し」と判定する。

【0031】

手入力「有り」が判定された場合には自動操舵制御を中止し、通常のアシスト制御（手動操舵制御）にシフト（切替）する。

【0032】

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

【0033】

図５は本発明の構成例を示しており、ハンドル角θ_ｈ及びコラム角θ_ｃを入力し、上記数１〜数３の演算による演算値と、手入力の有無を判定する手入力判定部１００が設けられている。手入力判定部１００が手入力「有り」を判定した場合、判定フラグＭＦを出力して自動操舵制御を中止し、切替部１３０を介してトルク制御部１１０からの電流指令値Ｉｔｒｅｆとし、通常のアシスト制御にシフトする。

【0034】

図６は、設定周期Ｔｓ毎に演算を行って比較判定を実施するタイミングを示しており、時点ｔ１に手入力が開始され、その時点ｔ１以降に操舵トルク（検出値）と操舵トルク（演算値）の差が大きくなっている。

【0035】

図７のフローチャートは本発明の動作例を示しており、先ず自動操舵制御中であるか否かを確認し（ステップＳ１）、自動操舵制御でない場合は終了となる。自動操舵制御である場合には先ず操舵トルクを検出し（ステップＳ２）、設定周期Ｔｓの開始時点となっているか否かを判定する（ステップＳ３）。開始時点前であれば操舵トルクを演算し（ステップＳ６）、開始時点になった場合には前回の操舵トルク演算値を検出値にセットする（ステップＳ４）。

【0036】

その後、つまり上記ステップＳ４又はＳ６の後、操舵トルクと検出された操舵トルクの差（絶対値）を積算すると共に、時間の経過を計測し（ステップＳ５）、計測時間が設定周期Ｔｓ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１０）、計測時間が設定周期Ｔｓ以上である場合には、積算値が所定スレッショルド値Ｓ_０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。積算値が所定スレッショルド値Ｓ_０以上である場合には、手入力の判定を「有り」と判定し（ステップＳ１３）。積算値が所定スレッショルド値Ｓ_０より小さい場合には、手入力の判定を「無し」と判定する（ステップＳ１４）。

【0037】

手入力の判定を「有り」と判定した場合には、手入力「有り」の判定結果を示すフラグＭＦを出力すると共に（ステップＳ２０）、切替部１３０によって自動操舵制御を中止すると共に、通常のアシスト制御に切替える（ステップＳ２１）。その後、或いは上記ステップＳ１２で手入力判定が「無し」と判定された場合には、計測時間と積算値をリセットして（ステップＳ３０）、終了となる。

【0038】

また、上記ステップＳ１０において、計測時間が設定周期Ｔｓ未満である場合には、手入力の判定は前回値を使用する（ステップＳ１１）。

【0039】

なお、上述ではトーションバートルク（操舵トルク）の演算値とトーションバートルク（操舵トルク）の検出値の差の絶対値の積算値をスレッショルドと比較しているが、積分値であっても良い。また、上記絶対値に対し、２乗や、時間に感応したゲインを乗算した値の積算値であっても良い。

【0040】

また、コラム角は、コラム角を直接検出する角度センサでも良いし、モータ角度と減速比の関係から求めた角度でも良い。トーションバー捩れ角は、捩れ角を直接検出するトーションバートルクセンサでも良いし、ハンドル角とコラム角の偏差から求めたものでも良い。

【0041】

更に、手入力が無い状態のコラム角と捩れ角の力学的関係式に限らず、コラム角とハンドル角、トーションバー捩れ角とハンドル角の関係式に基づいた時系列応答（演算値若しくは推定値）を用いても良い。

【符号の説明】

【0042】

１ ハンドル（ステアリングホイール）
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
２１ モータ駆動部
１００ 手入力判定部
１１０ トルク系制御部
１２０ 自動操舵制御部
１３０ 切替部
１４０ 電流制御／駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】