JP2005132126A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部信号出力用端子や保護回路を新たに設けまたはＩ／Ｆ回路を追加することなく、各種信号を入出力可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置のＥＣＵ５は、モータ制御部としてのマイコン１０と、指令値Ｄに応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路１８と、ＰＷＭ信号に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、モータ６に流れる電流を検出する電流検出器１９と、車両信号を受信する通信部３０とを備える。この通信部３０は、製造の際に各種検査を行うとき、マイコン１０による制御に応じて、トルクセンサ３により検出されたトルク値Ｔおよび電流検出器１９により検出されたモータ電流値Ｉｓの一方または双方を外部の検査装置などへ送信する。よって、この通信部３０により各種信号の入出力が可能であるため、他のＩ／Ｆ回路や外部信号出力用端子が不要となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータを駆動することにより車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。図４はこの従来の電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、モータ制御部として機能するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）１０と、そのマイコン１０から出力される指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）を生成するＰＷＭ信号生成回路１８と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、電動モータ６に流れる電流を検出する電流検出器１９と、アナログ信号をデジタル信号に変換するインターフェイス回路（以下「Ｉ／Ｆ回路」と略記する）９１，９２と、トルク値やモータに流れる電流値を図示されない外部の検査装置に出力するための外部信号出力用端子９３〜９５とから構成される。

この電動パワーステアリング装置には、操舵のための操作手段であるハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３が設けられている。このトルクセンサ３で検出される操舵トルクＴは、Ｉ／Ｆ回路９１を介してマイコン１０に与えられる。なお、詳しくは、トルクセンサ３にはマイコン１０からの基準電圧供給線、グランド線、マイコン１０へトルク値を与える信号線、および故障検出用にトルク値を与える信号線の４本の配線が接続されており、このうち２本の信号線はマイコン１０に信号を与えるためのＩ／Ｆ回路と接続されるため、上記Ｉ／Ｆ回路９１は厳密には２つのＩ／Ｆ回路からなる。

また、この電動パワーステアリング装置には、当該車両の走行速度を検出する車速センサ４が設けられている。この車速センサ４で検出される車速Ｖは、Ｉ／Ｆ回路９２を介して、マイコン１０に与えられる。

マイコン１０は、上記操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づき、アシストマップと呼ばれるテーブルを参照することにより、電動モータ６に供給すべき電流の目標値（以下「電流目標値」という）を設定し、この電流目標値と電動モータ６に実際に流れる電流の値との偏差に基づいて比例積分演算により指令値を生成する。ＰＷＭ信号生成回路１８は、生成された指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号を生成する。モータ駆動回路２０は、生成されたＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧を電動モータ６に印加する。この電圧印加によって電動モータ６に流れる電流は電流検出器１９によって検出され、電流目標値と検出された検出電流値との差が上記指令値を生成するための偏差として使用される。

このような従来の電動パワーステアリング装置を製造する際、各種検査のためにトルク値やモータに流れる電流値が必要になることがある。そこで、トルクセンサ３とＥＣＵ５との結線部分およびモータ６とＥＣＵ５との結線部分に、外部の検査装置と接続するための外部信号出力用端子９３〜９５に繋がる配線をそれぞれ接続し、これらの外部信号出力用端子９３〜９５からトルク値やモータに流れる電流値を取得する。なお、この外部信号出力用の端子とこれに繋がる配線との間にはＥＣＵ５を保護するための保護回路が設けられる。

また、他の従来の電動パワーステアリング装置には、トルク値の補正（調整）を行うために、外部装置と通信を行うものがある（例えば特許文献１を参照）。この通信を行う電動パワーステアリング装置の通信部は、トルク値を補正または調整するために設けられており、トルクセンサによる検出値を外部装置に送信し、当該外部装置からトルクの補正値を受信する。このことにより、検出トルク値の補正を調整抵抗などのハードウェアにより行う必要が無く、所定のソフトウェアにより自動的に行うことが可能となっている。
特開２００２−３３７７０５号公報

このように従来の電動パワーステアリング装置では、製造時に各種検査を行うために、トルク値やモータに流れる電流値を外部へ出力する外部信号出力用の端子および保護回路や通信部などを新たに設けなければならない。さらに、これらの端子および保護回路または上記通信部は、製造時における検査や調整のために使用されるに過ぎないので、検査や調整が終了すれば不要なものとなる。

また、従来の電動パワーステアリング装置では、上述したようにマイコン１０へ信号を入力するための複数のＩ／Ｆ回路が備えられているが、各種制御のためにハンドルの回転角度やエンジンの回転数などが要求される場合には、マイコン１０へ入力される信号の種類に応じてさらにＩ／Ｆ回路を追加しなければならない。

そこで、本発明では、上記外部信号出力用端子等を新たに設けまたはＩ／Ｆ回路を追加することなく、各種信号を入出力可能な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。

第１の発明は、車両操舵のための操作手段によって加えられる操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサにより検出される操舵トルク値に基づき、前記操舵補助力を与えるために前記電動モータに供給すべき電流の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出して当該電流の検出値を出力する電流検出手段と、
前記電流目標値と前記電流検出値とに基づき、前記電動モータを制御する制御手段と、
当該車両の状態を示す信号である車両信号を受信する通信手段と
を備え、
前記通信手段は、所定の場合に前記操舵トルク値および前記電流検出値の一方または双方を当該装置外部へ送信することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
所定のデータ要求状態であるか否かを判定する状態判定手段をさらに備え、
前記通信手段は、前記状態判定手段により前記データ要求状態であると判定された場合、前記操舵トルク値および前記電流検出値の一方または双方を当該装置外部へ送信することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記トルクセンサ、前記目標値設定手段、前記電流検出手段、前記制御手段、および前記通信手段は、所定のハウジングに内蔵されていることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、車両信号を受信する通信手段により、所定の場合（例えば製造の際の検査時）に、操舵トルク値および電流検出値の一方または双方を当該装置外部へ送信する。このため、例えば検査のための外部信号出力用端子や保護回路等を新たに設けまたはＩ／Ｆ回路を追加する必要がないので、装置のコストを低減しサイズを小さくすることができる。

上記第２の発明によれば、状態判定手段によりデータ要求状態であると判定された場合（例えば製造の際の検査時）に、操舵トルク値および電流検出値の一方または双方が当該装置外部へ送信されるので、必要に応じて検査のための情報を容易に取得することができ、かつ装置のコストを低減しサイズを小さくすることができる。

上記第３の発明によれば、トルクセンサ、目標値設定手段、電流検出手段、制御手段、および通信手段が所定のハウジングに内蔵されている一体型コントローラを含む電動パワーステアリング装置において、外部信号出力用端子、保護回路、またはＩ／Ｆ回路などを配置するためのスペースを必要としないため、スペースに余裕を持たせた（配置）設計を行うことができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本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構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクの検出値Ｔを出力するトルクセンサ３と、当該車両の走行速度の検出値Ｖを出力する車速センサ４と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生するモータ６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３および車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。

また、上記トルクセンサ３、モータ６、およびＥＣＵ５は、所定のハウジングに内蔵されており、これらは一体化（ユニット化）されている。これを以下では一体型コントローラ２という。

運転者がハンドル１００を操作すると、トルクセンサ３によって検出された操舵トルクと車速センサ４によって検出された車速とに基づいて、ＥＣＵ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作による運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクと、モータ６の発生する操舵補助力によるトルクとの和が出力トルクとして、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

＜２．制御装置の構成および動作＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における一体型コントローラ２の機能的構成を示すブロック図である。図に示す一体型コントローラ２は、トルクセンサ３と、モータ６と、本電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５とを含む。

ＥＣＵ５は、モータ制御部として機能するマイコン１０と、そのマイコン１０から出力される指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ信号生成回路１８と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、モータ６に流れる電流を検出する電流検出器１９と、ＥＣＵ５の外部と通信を行う通信制御機能を有する通信部３０とから構成される。なお、トルクセンサ３に含まれるトルク検出回路はＥＣＵ５に内蔵されており、この検出回路からの出力値は、他のＩ／Ｆ回路を介することなくマイコン１０に直接入力されるものとする。

マイコン１０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２と減算器１４とフィードバック制御演算部（以下「ＦＢ制御演算部」と略記する）１６とからなるモータ制御部として機能する。このモータ制御部において、目標電流設定部１２は、トルクセンサ３から出力される操舵トルクの検出値Ｔ（以下、単に「操舵トルクＴ」という）と、車速センサ４から出力される車速の検出値Ｖ（以下、単に「車速Ｖ」という）とに基づき、予め定められたアシストマップを参照することにより、モータ６に流すべき電流の目標値Ｉｔを決定する。このアシストマップは、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべき電流目標値Ｉｔと操舵トルクＴとの関係を車速Ｖをパラメータとして示すテーブルであり、所定の記憶領域に予め保持されている。例えば、このアシストマップは、車速Ｖが小さいほど、また操舵トルクＴが大きいほど電流目標値Ｉｔを大きくするように設定されるため、ハンドルが重いときほど操舵補助力が大きくなり、操舵操作が容易になる。減算器１４は、このようにして目標電流設定部１２から出力される電流目標値Ｉｔと電流検出器１９から出力されるモータ電流の検出値（以下「モータ電流値」と略記する）Ｉｓとの偏差Ｉｔ−Ｉｓを算出する。ＦＢ制御演算部１６は、この偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための上記指令値Ｄを生成する。

ＰＷＭ信号生成回路１８は、この指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス信号、すなわち指令値Ｄに応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号を生成する。モータ駆動回路２０は、典型的にはバッテリ８の電源ラインと接地ラインとの間に接続される４個の電力用の電界効果型トランジスタからなるブリッジ回路であって、ＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）に応じた電圧をモータ６に印加する。モータ６は、その電圧印加によって流れる電流に応じた大きさおよび方向のトルクを発生する。このように、電流目標値Ｉｔを受け取る減算器１４、ＦＢ制御演算部１６、ＰＷＭ信号生成回路１８、モータ駆動回路２０、およびモータ電流値Ｉｓを減算器１４へ出力する電流検出器１９は、モータ６に対するフィードバック制御を行う制御手段を構成する。

なお、上記電動モータ６はブラシ付きの一般的な直流モータであるが、本発明における駆動源としての電動モータは、上記ブラシ付きモータに限定されるものではなく、例えばブラシレスモータであってもよい。また、上記操舵トルクＴは、所定のパラメータを有する位相進み等のフィルタからなる図示されない位相補償器を通すことにより位相補償が行われてもよい。さらに、上記電流目標値Ｉｔに対して慣性補償やダンピング制御などの各種補償が行われてもよい。これらの構成は公知であるため詳しい説明を省略するが、一般的に慣性補償やダンピング制御などの各種補償は、ハンドル１００の回転角度、回転角速度、または回転角加速度に基づいてなされることが多い。したがって、これらの補償が行われる場合、本電動パワーステアリング装置には、ハンドル１００の回転角度である舵角の検出値を示す信号を出力する舵角センサ、ハンドル１００の回転角速度の検出値を示す信号を出力する角速度センサ、またはハンドル１００の回転角加速度の検出値を示す信号を出力する角加速度センサのいずれか１つ以上が備えられていてもよい。なお、これらのセンサは、一体型コントローラ２に内蔵され、この場合にはこれらのセンサに含まれる検出回路からの信号はマイコン１０に直接入力される。

通信部３０は、所定のプロトコルによりＥＣＵ５の外部に設けられる各種センサや車両に搭載された他のＥＣＵと電気的に通信するためのハードウェアと、当該通信を制御するためのソフトウェアとにより構成される。なお、通信を制御するためのソフトウェアの全部または一部はマイコン１０に内蔵されるものとする。この通信部３０は、通常動作中には車速センサ４から出力される車速Ｖを示す信号を受信し、マイコン１０に与える。また、異常動作時には図示されないワーニングランプを点灯させるための信号を送信する。なお、上述のような舵角センサ、角速度センサ、または角加速度センサのいずれか１つ以上が一体型コントローラ２の外部に設けられる場合、通信部３０は、通常動作中にこれらのセンサから出力される舵角を示す信号、角速度を示す信号、または角加速度を示す信号のいずれか１つ以上を受信してもよい。また、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサなどの各種センサや各種操作手段などからの検知信号や操作信号などを通常動作中に受信してもよい。このように、通信部３０は、車速を示す信号やエンジン回転数を示す信号のほか、当該車両のパーキングブレーキが入れられたことを示すパーキングブレーキ信号などの車両の状態を示す信号である車両信号を必要に応じて受信するものとする。

また、通信部３０は、製造の際に各種検査を行うとき、マイコン１０による制御に応じて、トルクセンサ３により検出されたトルク値Ｔおよび電流検出器１９により検出されたモータ電流値Ｉｓの一方または双方を外部の検査装置などへ送信する。このマイコン１０の制御動作について以下に説明する。

＜３．マイコンによる通信部に対する制御動作＞
図３は、上記一実施形態におけるマイコン１０による通信部３０に対する制御動作の手順を示すフローチャートである。マイコン１０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、以下の制御動作を行う。まず、マイコン１０は、電動パワーステアリング装置の動作モードを検知する（ステップＳ１０）。この動作モードは、ここでは製造の際の各種検査が行われることを示す検査モードと、操舵補助のため通常動作中であることを示す通常モードとが予め用意されているものとする。この動作モードの切り替えは、所定のスイッチが手動でオン・オフされることにより行われてもよいし、マイコン１０により自動的に行われてもよいし、また、外部の検査装置から通信部３０へ所定の切り替えコマンド（例えば検査コマンド）が送信され、このコマンドを通信部３０を介して受け取ったマイコン１０により上記切り替えが行われてもよい。

次に、マイコン１０は、ステップＳ１０において検知された動作モードが検査モードであるためトルク値Ｔおよびモータ電流値Ｉｓの一方または双方のデータが要求されている状態（以下「データ要求状態」という）であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。判定の結果、データ要求状態である場合には、トルク値Ｔおよびモータ電流値Ｉｓの一方または双方のデータを外部の検査装置へ送信するよう通信部３０に対する制御を行う（ステップＳ３０）。なお、上述のような舵角センサ、角速度センサ、または角加速度センサのいずれか１つ以上が一体型コントローラ２に内蔵される場合、マイコン１０は、必要に応じて（または要求に応じて）これらのセンサから出力される舵角、角速度、または角加速度のいずれか１つ以上を送信するよう通信部３０に対する制御を行ってもよい。その後、処理はステップＳ１０に戻り、上記データ要求状態が解除されるまで通信部３０にデータを送信させる制御が繰り返される（Ｓ３０→Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０）。またステップＳ２０における上記判定の結果、データ要求状態でない場合には、一旦処理が終了され、適宜の時間間隔をあけて新たに処理が開始される。このように、マイコン１０は、データ要求状態であるか否かを判定する状態判定手段として機能する。

なお、本実施形態では、動作モードが検査モードであるときにデータ要求状態であるものとしたが、このデータ要求状態となる動作モードは特に限定されない。例えば、上記動作モードには、通常動作中の検査モードである自己診断モードが含まれており、この自己診断モードであるときにデータ要求状態となり、必要とされるトルク値Ｔおよびモータ電流値Ｉｓの一方または双方のデータが送信されてもよい。また、動作モードにかかわらず、外部の検査装置から受け取った検査コマンドによってデータ要求状態となり、当該コマンドにより要求されるトルク値Ｔおよびモータ電流値Ｉｓの一方または双方のデータが送信されてもよい。この場合には、上記ステップＳ１０の処理は省略され、例えば通信部３０によりコマンドが受信される度に図３に示す手順が繰り返される。

また、本実施形態では、マイコン１０が所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２などの各種構成要素や上記状態判定手段としての機能がソフトウェア的に実現されるように構成されているが、これらの構成要素の一部または全部は、専用の電子回路等によりハードウェア的に実現されてもよい。さらに、本実施形態では、通信部３０はマイコン１０とは異なるハードウェアであるように構成されるが、マイコン１０が通信機能を有している場合には、通信部３０はマイコン１０の一機能となる。

＜４．効果＞
以上のように、上記一実施形態によれば、通常動作時と製造の際の検査時とにおいて必要とされる各種信号（例えば車両信号やトルク値Ｔおよびモータ電流値Ｉｓを示す信号）が車両信号を受信する通信部３０を介して入出力可能となる。したがって、外部信号出力用端子や保護回路等を新たに設けまたはＩ／Ｆ回路を追加する必要がないので、装置のコストを低減しサイズを小さくすることができる。

特に、上記一実施形態では、トルクセンサ３、モータ６、およびＥＣＵ５が小さなハウジング内に配置されるので、ハウジング内の空きスペースが少ない。このような一体型コントローラを含む電動パワーステアリング装置では、外部信号出力用端子、保護回路、またはＩ／Ｆ回路などを配置するためのスペースを必要としない本発明の構成により、スペースに余裕を持たせた（配置）設計を行うことができる。

本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構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。 上記一実施形態に係る電動パワーステアリング装置における一体型コントローラの機能的構成を示すブロック図である。 上記一実施形態におけるマイコンによる通信部に対する制御動作の手順を示すフローチャートである。 従来の電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ …一体型コントローラ
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６ …モータ
１０ …マイクロコンピュータ
１２ …目標電流設定部
１４ …減算器
１６ …フィードバック制御演算部（ＦＢ制御演算部）
１８ …ＰＷＭ信号生成回路
１９ …電流検出器
２０ …モータ駆動回路
３０ …通信部
Ｉｔ …電流目標値
Ｔ …操舵トルク
Ｖ …車速

Claims (3)

1. 車両操舵のための操作手段によって加えられる操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルクセンサにより検出される操舵トルク値に基づき、前記操舵補助力を与えるために前記電動モータに供給すべき電流の目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記電動モータに流れる電流を検出して当該電流の検出値を出力する電流検出手段と、
   前記電流目標値と前記電流検出値とに基づき、前記電動モータを制御する制御手段と、
   当該車両の状態を示す信号である車両信号を受信する通信手段と
   を備え、
   前記通信手段は、所定の場合に前記操舵トルク値および前記電流検出値の一方または双方を当該装置外部へ送信することを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
2. 所定のデータ要求状態であるか否かを判定する状態判定手段をさらに備え、
   前記通信手段は、前記状態判定手段により前記データ要求状態であると判定された場合、前記操舵トルク値および前記電流検出値の一方または双方を当該装置外部へ送信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。
3. 前記トルクセンサ、前記目標値設定手段、前記電流検出手段、前記制御手段、および前記通信手段は、所定のハウジングに内蔵されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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