JP2004217084A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵違和感を生じさせることなく、異常発生時の処理を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】基本目標電流値設定部１１は、車速Ｖおよび操舵トルクＴに基づいて基本目標電流値を設定する。これに対して、ダンピング制御のための補正およびその他の補正が加えられることにより、目標電流値が求められる。この目標電流値は、異常判定部２２において、制御異常しきい値と比較され、目標電流値の絶対値が制御異常しきい値の絶対値を超える場合に、フェールセーフ処理部２３の働きによって、電動モータＭへの給電が停止される。制御異常しきい値設定部２１は、車速Ｖに応じて、制御異常しきい値を可変設定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの駆動力をステアリング機構に機械的に伝達することによって操舵補助する電動パワーステアリング装置が従来から用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて設定される目標電流値に基づいて制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
目標電流値は、操舵トルクおよび車速に応じて定められるようになっていて、基本的に、操舵トルクの方向と同じ方向への操舵補助が行われるように目標電流値が定められる。操舵トルクおよび車速に対する目標電流値の基本特性は、アシスト特性とよばれ、アシストマップ（テーブル）として予めメモリに記憶されている。このアシストマップに基づいて、目標電流値の基本値が定められ、この基本値に対して、ダンピング制御などのための補正が施されることによって、目標電流値が定められる。
【０００４】
このような電動パワーステアリング装置では、電動モータを制御するマイクロコンピュータの暴走を監視する演算監視ロジックが設けられている（下記特許文献１および特許文献２）。この演算監視ロジックの基本動作は、アシストマップを基準として、過剰な目標電流値や、操舵トルクとは逆方向の目標電流値が設定されたときに、マイクロコンピュータが暴走したものと判断して、フェールセーフ処理を行うことである。
【０００５】
上記のダンピング制御は、高速走行時に作動させられ、電動モータの慣性モーメントの影響を排除するために、目標電流値を低減させたり、目標電流値を操舵トルクの方向とは逆方向の値へと補正したりする制御であるため、マイクロコンピュータに異常がない場合でも、操舵トルクの方向と目標電流値の方向とが不一致となる場合がある。そこで、実際の演算監視ロジックは、操舵トルクの方向と目標電流値に対応した操舵補助方向とが不一致のときには、目標電流値の絶対値が所定の制御異常しきい値以上となることを条件にフェールセーフ処理を行うようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７０８２２号公報
【特許文献２】
特開平６−２７０８２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ダンピング制御は主として高速走行時において作動させられる制御であるのに、上述の制御異常しきい値は、車速域によらずに一定値とされている。そのため、低速走行時や停車時において、操舵トルクの方向に整合しない目標電流値が設定されても、すみやかにフェールセーフ動作を行わせることができない。とくに、据え切り時に、制御異常しきい値に近い絶対値を有し、操舵トルク方向とは反対方向への操舵補助に対応した目標電流値が設定されると、予期しない操舵補助または操舵（セルフステア）が生じて、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、操舵違和感を生じさせることなく、異常発生時の処理を行う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である。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材（１）に加えられた操舵トルクに応じて電動モータ（Ｍ）を制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出手段（５）と、このトルク検出手段が検出する操舵トルクに基づいて、上記電動モータの目標駆動値を設定する目標駆動値設定手段（１１，１３，１４）と、この目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段（１６，３０）と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値に対応した操舵補助方向が上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの方向とは異なる場合に、上記目標駆動値の絶対値が制御異常判定しきい値の絶対値以上かどうかを判定する判定手段（２２）と、上記制御異常判定しきい値を上記車速検出手段が検出する車速に応じて変更するしきい値変更手段（２１）と、上記判定手段が、上記目標駆動値の絶対値が制御異常判定しきい値の絶対値以上であると判定したときに、上記電動モータの駆動を禁止する駆動禁止手段（２３）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１０】
この発明によれば、目標駆動値に対応した操舵補助方向と操舵トルクの方向とが不一致の場合における制御異常判定の基準となる制御異常判定しきい値が、車速に応じて変更される。これによって、車速に応じて適切な制御異常判定を行うことができるから、操舵違和感を生じさせることなく、異常発生時の処理を適切に行うことができる。
上記目標駆動値設定手段は、車速に応じて目標駆動値を可変設定する手段を含んでいてもよい。たとえば、上記目標駆動値設定手段は、所定の高速走行時において、目標駆動値の絶対値を減少させたり、目標駆動値の符号（操舵補助方向に対応する）を変更させる補正手段（たとえばダンピング制御手段）を含んでいてもよい。
【００１１】
また、上記しきい値変更手段は、車速が小さいほど上記制御異常判定しきい値を小さく設定するものであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから発生する駆動力が、操舵補助力として、ギヤ機構を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、機械的に伝達されるようになっている。
【００１３】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクＴに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。このトルクセンサ５の出力信号は、第１のマイクロコンピュータ１０に入力されている。
【００１４】
この第１のマイクロコンピュータ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかにも、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速Ｖを検出する車速センサ７の出力信号、電動モータＭの端子間電圧を検出するモータ端子電圧検出部８の出力信号、および電動モータＭに流れる電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出部９の出力信号も入力されている。
この電動パワーステアリング装置には、第１のマイクロコンピュータ１０のほかに、この第１のマイクロコンピュータ１０に暴走等の異常が生じたときに、このことを検知してフェールセーフ処理を実行するための第２のマイクロコンピュータ２０（またはカスタムＩＣ）が備えられている。
【００１５】
第１のマイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴおよび車速センサ７によって検出される車速Ｖに応じた目標電流値を設定し、この目標電流値に基づいてモータドライバ３０を制御することにより、電動モータＭに適切な駆動電流を与える。これにより、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた操舵補助力が、ステアリング機構３に与えられることになる。
第１のマイクロコンピュータ１０は、プログラム処理によって実現される機能処理部を実質的に備えている。これらの機能処理部には、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた基本目標電流値を設定する基本目標電流値設定部１１、モータ端子電圧検出部８およびモータ電流検出部９からの信号に基づいて電動モータＭの回転角速度ωを演算するモータ角速度演算部１２、車速Ｖおよびモータ角速度演算部１２によって求められたモータ回転角速度ωに基づいてダンピング制御補正値を演算するダンピング制御部１３、基本目標電流値設定部１１によって設定された基本目標電流値をダンピング制御部１３およびその他の補正制御部１７によって生成される各補正値で補正することによって目標電流値を求める補正処理部１４、この補正処理部１４が生成する目標電流値とモータ電流検出部９が検出するモータ電流値との偏差を求める偏差演算部１５、ならびに偏差演算部１５によって求められた偏差に基づいて、モータドライバ３０に与えるべき制御信号（たとえば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号）を生成する制御信号生成部１６が含まれる。
【００１６】
制御信号生成部１６が生成する制御信号は、アナログスイッチ等からなる開閉手段２８を介してモータドライバ３０に与えられるようになっている。この開閉手段２８は、通常時には閉状態に保持され、第１のマイクロコンピュータ１０に異常が生じると、第２のマイクロコンピュータ２０の制御によって、開状態に切り換えられる。これにより、第１のマイクロコンピュータ１０に異常が生じると、モータドライバ３０への制御信号の供給が停止され、その結果、電動モータＭへの給電が停止される。
【００１７】
第２のマイクロコンピュータ２０は、制御異常しきい値を設定する制御異常しきい値設定部２１と、この制御異常しきい値設定部２１が設定する制御異常しきい値と補正処理部１４が生成する目標電流値とを比較することにより、第１のマイクロコンピュータ１０に異常が生じているか否かを判定する異常判定部２２と、この異常判定部２２によって第１のマイクロコンピュータ１０に異常が生じていると判定されたことに応答して、開閉手段２８を開状態に切り換えるためのフェールセーフ処理を実行するフェールセーフ処理部２３とを有している。
【００１８】
制御異常しきい値設定部２１には、車速センサ７によって検出される車速情報が入力されていて、車速Ｖに応じて制御異常しきい値が可変設定されるようになっている。
図２は、基本目標電流値設定部１１の働きを説明するための図であり、操舵トルクＴに対する基本目標電流値の関係（基本アシスト特性曲線：図２の例では折れ線）が示されている。操舵トルクＴは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、基本目標電流値は、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００１９】
基本目標電流値は、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、基本目標電流値は零とされる。また、基本目標電流値は、車速センサ７によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００２０】
図３は、制御異常しきい値設定部２１の働きを説明するための図である。制御異常しきい値設定部２１は、基本目標電流値設定部１１が設定する基本アシスト特性曲線に対応した制御異常しきい値曲線を設定する。図３の例では、制御異常しきい値曲線は、一対の折れ線からなっている。すなわち、制御異常しきい値設定部２１は、基本アシスト特性曲線Ｌに対して、目標電流値の座標軸の正方向および負方向にそれぞれずれた第１制御異常しきい値曲線Ｌ１および第２制御異常しきい値曲線Ｌ２を設定する。
【００２１】
第１制御異常しきい値曲線Ｌ１および第２制御異常しきい値曲線Ｌ２は、制御異常しきい値が操舵トルクに応じて変化するように定められている。具体的には、折れ線の屈曲点および端点Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４；Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４が、メモリ（図示せず）に記憶されていて、制御異常しきい値設定部２１は、屈曲点および端点Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４の間を直線補間することによって、折れ線からなる第１制御異常しきい値曲線Ｌ１および第２制御異常しきい値曲線Ｌ２を設定するようになっている。
【００２２】
基本アシスト特性曲線Ｌは、車速Ｖに応じて変化するので、これに合わせて、第１，第２制御異常しきい値曲線Ｌ１，Ｌ２における傾斜線部の傾きを規定する端点Ｐ１４，Ｐ２４が車速Ｖに応じて可変設定されるようになっている。
図３のグラフにおいて、第１象限内で目標電流値が第１制御異常しきい値曲線Ｌ１を上回る場合に対応する領域Ａ１は、操舵補助が過剰な領域である。同様に、第３象限内で目標電流値が第２制御異常しきい値曲線Ｌ２を下回る（絶対値において上回る）場合に対応する領域Ａ２は、操舵補助が過剰な領域である。
【００２３】
一方、第４象限内で目標電流値が第２制御異常しきい値曲線Ｌ２の第４象限に位置する部分を下回る場合に対応する領域Ａ３は、操舵トルクの方向と操舵補助の方向とが逆転している領域である。同様に、第２象限内で目標電流値が第１制御異常しきい値曲線Ｌ１の第２象限に位置する部分を上回る場合に対応する領域Ａ４は、操舵トルクの方向と操舵補助の方向とが逆転している領域である。
さらに、第２制御異常しきい値曲線Ｌ２の第１象限に位置する部分を目標電流値が下回る場合に対応する領域Ａ５は、操舵トルクに対して目標電流値が異常に小さいかまたは操舵トルクと操舵補助方向とが逆転する領域である。同様に、第１制御異常しきい値曲線Ｌ１の第３象限に位置する部分を目標電流値が上回る場合に対応する領域Ａ６は、操舵トルクに対して目標電流値の絶対値が異常に小さいかまたは操舵トルクと目標電流値に対応した操舵補助方向とが逆転する領域である。
【００２４】
これらの領域Ａ１〜Ａ６のうち、低速走行時または停車時において、フェールセーフ処理が確定するまでの間の逆アシストが問題となるのは、領域Ａ３，Ａ４である。そこで、制御異常しきい値設定部２１は、領域Ａ３，Ａ４に対応する第１制御異常しきい値曲線Ｌ１および第２制御異常しきい値曲線Ｌ２の各一部分Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａを、車速Ｖに応じて可変設定するようになっている。
図４は、第１制御異常しきい値曲線Ｌ１および第２制御異常しきい値曲線Ｌ２の上記部分Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａの設定例を説明するための図である。上記部分Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａは、いずれも操舵トルクによらずに制御異常しきい値が一定値ｋ，−ｋ（単位はアンペア。ただし、ｋは定数であり、ｋ＞０である。）をとる直線によって表わすことができる。そこで、当該一定値ｋ，−ｋが、車速Ｖに応じて可変設定される。すなわち、車速Ｖの増加に応じて、定数ｋが、所定の下限値（たとえば２アンペア）から所定の上限値（たとえば５アンペア）まで漸増（この実施形態ではリニアに増加）するように定められる。これにより、低速走行時または停車時には定数ｋが小さな値とされるとともに、高速走行時には定数ｋが上記所定の上限値とされる。
【００２５】
これによって、低速走行時または停車時には、操舵トルクの方向とは反対方向の操舵補助力を発生させるような目標電流値が設定されると、異常判定部２２によって速やかに異常ありとの判定がなされ、フェールセーフ処理部２３によりフェールセーフ処理が実行されることによって、電動モータＭが速やかに停止される。一方、中高速走行時には、ダンピング制御の結果として設定される逆アシスト方向の目標電流値に対しては、異常判定部２２によって、異常ありとの誤った判定がされることがない。このようにして、ダンピング制御を良好に行い、かつ、低速走行時または停車時において異常が生じたときには、操舵違和感を生じさせることなくフェールセーフ処理を行うことができる。
【００２６】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、第１および第２の制御異常しきい値曲線Ｌ１，Ｌ２の上記部分Ｌ１Ａ，Ｌ２Ａは、絶対値が等しい電流値を規定する直線とされているが、これらの絶対値は異なっていてもよい。
また、上記の実施形態では、電動モータＭを制御するための目標駆動値として目標電流値を用いているが、目標電圧値や操舵補助力の目標値であるアシストトルク目標値を目標駆動値として用いてもよい。
【００２７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】基本目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する基本目標電流値の関係が示されている。
【図３】制御異常しきい値設定部の働きを説明するための図である。
【図４】車速に応じた制御異常しきい値の設定例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリング機構
４ トーションバー
５ トルクセンサ
７ 車速センサ
８ モータ端子電圧検出部
９ モータ電流検出部
１０ 第１のマイクロコンピュータ
１１ 基本目標電流値設定部
１２ モータ角速度演算部
１３ ダンピング制御部
１４ 補正処理部
１５ 偏差演算部
１６ 制御信号生成部
２０ 第２のマイクロコンピュータ
２１ 制御異常しきい値設定部
２２ 異常判定部
２３ フェールセーフ処理部
２８ 開閉手段
３０ モータドライバ
Ｍ 電動モータ

Claims (1)

1. 操作部材に加えられた操舵トルクに応じて電動モータを制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出手段と、
   このトルク検出手段が検出する操舵トルクに基づいて、上記電動モータの目標駆動値を設定する目標駆動値設定手段と、
   この目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段と、
   当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速を検出する車速検出手段と、
   上記目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値に対応した操舵補助方向が上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの方向とは異なる場合に、上記目標駆動値の絶対値が制御異常判定しきい値の絶対値以上かどうかを判定する判定手段と、
   上記制御異常判定しきい値を上記車速検出手段が検出する車速に応じて変更するしきい値変更手段と、
   上記判定手段が、上記目標駆動値の絶対値が制御異常判定しきい値の絶対値以上であると判定したときに、上記電動モータの駆動を禁止する駆動禁止手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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