JP2004330879A

JP2004330879A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2004330879A
Application number: JP2003129484A
Authority: JP
Inventors: Masaya Segawa; 雅也瀬川; Ryohei Hayama; 良平葉山; Tomoyasu Kada; 友保嘉田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】機械的特性変化が生じたことを運転者などに警告できる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵トルクＴに応じた目標電流値Ｉｏｂｊは、目標回転角速度ωｏｂｊと実際の回転角速度ωとの偏差に応じた特性補償値Ｉωと電動パワーステアリング装置の使用期間に応じた経時変化補償値Ｉｔとを加算して得られる補正値Ｉω＋Ｉｔによって補正される。補正値Ｉω＋Ｉｔが予め定められたしきい値を超えた場合、警告判定部１１０によって、機械的特性変化が生じていると判定されて、たとえば、車両のインストルメントパネルに配置されたＥＰＳ警告灯９が点灯される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アクチュエータが発生する駆動力を用いて操舵を達成する車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、電動モータの駆動力を用いて操舵を達成する車両用操舵装置として、電動モータの駆動力をステアリング機構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知られている。このような電動パワーステアリング装置では、予め定められたアシスト特性に従って、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じた目標電流値が設定される。そして、目標電流値とモータに実際に流れる電流値とが一致するようにモータドライバが制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力が電動モータからステアリング機構に与えられる。
【０００３】
アシスト特性は、電動モータなどの構成部品が新品の状態で良好な操舵フィーリングを得られるように設定されている。そのため、構成部品の経時劣化に伴って車両用操舵装置の特性が変化（経時特性変化）すると、操舵トルクに応じた適正な操舵補助力をステアリング機構に与えることができず、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。そこで、下記特許文献１では、電動モータの駆動力によるアシスト制御量に、経時特性変化に起因する操舵フィーリングの悪化を補償するための補正アシスト制御量を付加して、電動モータの駆動制御を行う手法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許２７０４０４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、経時特性変化には、ステアリング機構に備えられているピニオンギヤの歯欠けなどに起因する機械的特性変化（機械的故障）が含まれていない。すなわち、ピニオンギヤの歯が欠けると、その欠けた歯の破片がピニオンギヤとこれに噛合するラックギヤとの間に挟まることがあり、この場合、ピニオンギヤの回転によってラックギヤが良好に移動しなくなってしまう。このような機械的特性変化は、従来から提案されている制御手法では補償しきれず、場合によっては操舵不能な状態に陥るおそれがあった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、制御によっては補償しきれない特性変化が生じたことを運転者などに警告できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００７】
【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、操舵のための駆動力を発生するアクチュエータ（Ｍ）と、目標駆動値（Ｉｏｂｊ）に基づいて上記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段（１０９）と、上記目標駆動値を補正するための補正値（Ｉω＋Ｉｔ）を設定する補正値設定手段（１０４，１０５，１０６）と、この補正値設定手段によって設定される補正値が所定値を超えていることを条件として警告を発生する警告手段（１１０，９）とを含むことを特徴とする車両用操舵装置である。
【０００８】
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。
たとえば、車両のステアリング機構に備えられているピニオンギヤの歯が欠けて、その欠けた歯の破片がピニオンギヤとこれに噛合するラックギヤとの間に挟まり、ピニオンギヤの回転に伴ってラックギヤが良好に移動しなくなるといったような機械的特性変化（機械的故障）が生じると、補正値が大きな値に設定されても、その機械的特性変化を補償しきれず、場合によっては操舵困難あるいは操舵不能な状態に陥るおそれもある。
【０００９】
上記の構成によれば、補正値設定手段によって設定される補正値が所定値を超えたことに応答して警告が発生される。これにより、補正値では補償しきれない機械的特性変化のような特性変化が生じたことを運転者などに警告することができ、操舵困難または操舵不能な状態に陥る前に、その特性変化を生じる起因となった箇所の修理を促すことができる。
なお、上記警告は、警告灯の点灯によって達成されてもよいし、警告音または音声の出力によって達成されてもよい。
【００１０】
また、請求項２に記載のように、上記補正値設定手段は、当該車両用操舵装置の特性に応じた特性補償値（Ｉω）を設定する特性補償値設定手段（１０４）と、当該車両用操舵装置の特性の経時変化を補償するための経時変化補償値（Ｉｔ）を設定する経時変化補償値設定手段（１０５）と、上記特性補償値設定手段によって設定される特性補償値と上記経時変化補償値設定手段によって設定される経時変化補償値とを加算し、その加算値を補正値（Ｉω＋Ｉｔ）として設定する加算手段（１０６）とを含むものであってもよい。この場合、車両用操舵装置の特性およびその特性の経時変化以外の原因で操舵フィーリングが悪化したときに、そのことを運転者などに警告することができる。
【００１１】
【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。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、図示しないギヤ機構を介して、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。
【００１２】
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、マイクロコンピュータ１０に入力されている。
【００１３】
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、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６の出力信号、および電動モータＭに流れる駆動電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出部７の出力信号も入力されている。
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に応じた目標電流値（目標駆動値）を設定し、この目標電流値に基づいてモータドライバ８を制御する。これにより、電動モータＭに適切な駆動電流が与えられ、操舵トルクＴに応じた操舵補助力が電動モータＭからステアリング機構３に与えられることになる。
【００１４】
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。この機能処理部には、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴに応じた目標電流値Ｉｏｂｊを設定する目標駆動値設定部１０１が含まれる。目標駆動値設定部１０１は、運転者の好みに応じたアシスト特性に従って、操舵トルクＴに応じた目標電流値Ｉｏｂｊを設定する。すなわち、この電動パワーステアリング装置では、その操舵トルクＴに対する目標電流値Ｉｏｂｊの関係が互いに異なる複数のアシスト特性が用意されている。そして、運転者が複数のアシスト特性の中から好みのアシスト特性を１つ選んで設定しておけば、それ以後は、運転者が自動的に識別されて、その運転者の好みに応じたアシスト特性が自動的に選択されるようになっている。
【００１５】
運転者の識別は、運転席のシートに体重計および／または体脂肪率計が組み込まれて、その体重計によって計測される体重および／または体脂肪率計によって計測される体脂肪率に基づいて達成されてもよい。また、インストルメントパネルまたはルームバックミラーなどにＣＣＤカメラが付設されて、このＣＣＤカメラによって撮像された運転者の顔に基づいて、その運転者の識別が達成されてもよい。さらには、運転者ごとに異なる識別情報（ＩＤ）を有するキー（鍵）が用いられて、車両の鍵穴（たとえば、運転席側のドアの鍵穴、ステアリングコラムに設けられた鍵穴）に差し込まれたキーが有する識別情報に基づいて、そのキーの使用者である運転者の識別が達成されてもよい。
【００１６】
マイクロコンピュータ１０が実質的に有する機能処理部にはさらに、予め求められた電動モータＭの駆動電流値と回転角速度との関係に基づいて、目標電流値Ｉｏｂｊに対応する電動モータＭの目標回転角速度ωｏｂｊを推定するモータ角速度推定部１０２、モータ端子電圧検出部６およびモータ電流検出部７からの信号に基づいて、電動モータＭの実際の回転角速度ωを演算するモータ角速度演算部１０３、目標回転角速度ωｏｂｊと実際の回転角速度ωとの偏差に応じた特性補償値Ｉωを生成する特性補償部１０４、この電動パワーステアリング装置の使用期間に応じた経時変化補償値Ｉｔを生成する経時変化補償部１０５、特性補償部１０４が生成する特性補償値Ｉωと経時変化補償部１０５が生成する経時変化補償値Ｉｔとを加算することによって補正値Ｉω＋Ｉｔを生成する補正値演算部１０６、ならびに、目標駆動値設定部１０１が設定する目標電流値Ｉｏｂｊに補正値演算部１０６が生成する補正値Ｉω＋Ｉｔを加算することによって目標電流値Ｉｏｂｊを補正する目標駆動値補正部１０７が含まれる。
【００１７】
そして、目標駆動値補正部１０７によって補正された後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉω＋Ｉｔとモータ電流検出部７が検出するモータ電流値との偏差が、偏差演算部１０８によって求められ、この偏差演算部１０８によって求められた偏差に基づいて、モータドライバ８に与えるべき制御信号（たとえば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号）が、制御信号生成部１０９によって生成されるようになっている。
【００１８】
特性補償部１０４は、電動パワーステアリング装置の応答性（ステアリングホイール１の操作に対する舵角変化の特性）を改善するために、目標回転角速度ωｏｂｊと実際の回転角速度ωとの偏差に応じた特性補償値Ｉωを生成する。すなわち、応答遅れが大きいほど目標回転角速度ωｏｂｊと実際の回転角速度ωとの偏差が大きくなるので、特性補償部１０４は、目標回転角速度ωｏｂｊと実際の回転角速度ωとの偏差が大きいほど特性補償値Ｉωを大きな値に設定する。これにより、応答遅れを補償することができ、電動パワーステアリング装置の応答性が改善される。
【００１９】
電動パワーステアリング装置の応答性などの特性は、使用期間の経過に伴って低下していく。そのため、電動パワーステアリング装置の使用期間が長期に及ぶと、特性補償部１０４が生成する特性補償値Ｉωでは応答遅れなどを補償しきれなくなる。そこで、経時変化補償部１０５が備えられており、経時変化補償部１０５は、たとえば、耐久試験を行うことによって得られた経時特性変化のデータに基づいて、電動パワーステアリング装置の使用期間に応じた経時変化補償値Ｉｔを生成する。これにより、電動パワーステアリング装置の経時特性変化を補償することができ、この電動パワーステアリング装置は、長期にわたって使用されても、良好な特性を発揮することができる。
【００２０】
ところが、ステアリング機構３に備えられているピニオンギヤの歯が欠けて、その欠けた歯の破片がピニオンギヤとこれに噛合するラックギヤとの間に挟まり、ピニオンギヤの回転に伴ってラックギヤが良好に移動しなくなるといったような機械的特性変化（機械的故障）が生じた場合には、補正値Ｉω＋Ｉｔが大きな値に設定されても、その機械的特性変化を補償しきれず、操舵フィーリングが著しく悪化する。また、場合によっては、操舵困難あるいは操舵不能な状態に陥るおそれもある。したがって、このような機械的特性変化が生じた場合、そのことを運転者などに知らせて、電動パワーステアリング装置の修理を促すことが好ましい。
【００２１】
そこで、マイクロコンピュータ１０は、上記のような機械的特性変化が生じているか否かを判定する警告判定部１１０を備えている。警告判定部１１０は、補正値演算部１０６が生成する補正値Ｉω＋Ｉｔと予め定められたしきい値との大小を比較して、補正値Ｉω＋Ｉｔが予め定められたしきい値を超えていれば、機械的特性変化が生じていると判定して、たとえば、車両のインストルメントパネルに配置されたＥＰＳ警告灯９を点灯させる。これにより、制御によっては補償しきれない機械的特性変化が生じたことを運転者などに警告することができる。
【００２２】
なお、この警告は、ＥＰＳ警告灯９の点灯に限らず、警告音または音声の出力によって達成されてもよい。
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、上記の実施形態では、車両用操舵装置の一例として電動パワーステアリング装置を取り上げたが、この発明は、電動モータなどでオイルポンプを駆動し、このオイルポンプからの作動油をステアリング機構に結合されたパワーシリンダに供給して、パワーシリンダから操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置に適用することもできる。また、これらのパワーステアリング装置に限らず、ステアリングホイールと舵取り用の車輪を転舵するための舵取り機構とが機械的に切り離されていて、電動モータの駆動力を舵取り機構に与えることによって操舵（舵取り用の車輪の転舵）を達成するようにしたステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システムにも適用することができる。
【００２３】
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。
【符号の説明】
９警告灯（警告手段）
１０マイクロコンピュータ
１０１目標駆動値設定部
１０４特性補償部（補正値設定手段、特性補償値設定手段）
１０５経時変化補償部（補正値設定手段、経時変化補償値設定手段）
１０６補正値演算部（補正値設定手段、加算手段）
１０７目標駆動値補正部
１０９制御信号生成部（駆動制御手段）
１１０警告判定部（警告手段）
Ｍ電動モータ（アクチュエータ）

Claims

操舵のための駆動力を発生するアクチュエータと、
目標駆動値に基づいて上記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と、
上記目標駆動値を補正するための補正値を設定する補正値設定手段と、
この補正値設定手段によって設定される補正値が所定値を超えていることを条件として警告を発生する警告手段とを含むことを特徴とする車両用操舵装置。
上記補正値設定手段は、
当該車両用操舵装置の特性に応じた特性補償値を設定する特性補償値設定手段と、
当該車両用操舵装置の特性の経時変化を補償するための経時変化補償値を設定する経時変化補償値設定手段と、
上記特性補償値設定手段によって設定される特性補償値と上記経時変化補償値設定手段によって設定される経時変化補償値とを加算し、その加算値を補正値として設定する加算手段とを含むものであることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。