JP2005219573A - 車両の電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクセンサ故障時の代替トルク値を精度よく算出し、アシスト機能を継続することのできる車両の電動パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】 運転者の操舵ハンドルの操作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵トルクを与える車両の電動パワーステアリング制御装置において、操舵ハンドルの操舵力を検出するためのトーションバーを含むトルクセンサと、ステアリングおよびトーションバーの一端側を接続するステアリング軸の回転角を検出する第１の回転角検出手段と、トーションバーの他端側およびピニオンを接続するピニオン軸の回転角を検出する第２の回転角検出手段と、トルクセンサの出力信号の異常を検出する異常検出手段とを備え、異常検出手段によりトルクセンサの異常が検出された場合に、ステアリング軸の回転角およびピニオン軸の回転角に基づいてステアリングの操舵力を検出する代替トルク検出手段を有することを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置として提供可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの動力をステアリング系に直接作用させ、ドライバの操舵力を軽減する車両の電動パワーステアリング制御装置に係り、特に操舵トルクセンサが故障した場合に、操舵トルクセンサの両端の回転軸の回転角に基づいて操舵トルクを推定する車両の電動パワーステアリング制御装置に関するものである。

車両の電動パワーステアリング制御装置においては、トルクセンサの異常が検出されると、フェイルセーフ機能が働き、即座にマニュアル操舵に切り替えられる。すなわち、トルクセンサの異常が検出されると、電動モータへの供給電流が瞬時に零となり、電動モータが発生していたアシスト力が消失しハンドルが急に重くなる。走行中にこのような状態となると運転者は不安を感じるだけではなく、十分な操舵を行なうことができず事故につながることも有りうる。

このため、予備のトルクセンサを準備し、そのトルク値による制御に切り替えたり、あるいはアシスト機能を停止する等のフェイルセーフ動作を実施していた。しかしながら、前者の予備のトルクセンサを準備する場合には、油圧式パワーステアリング装置に比べて搭載性が良いという電動パワーステアリング制御装置のメリットが少なくなるという問題があり、後者のアシスト機能を停止する（アシスト切れ）場合には、運転者に過大な操舵力を要求することになる問題があった。

これに対し、トルクセンサ故障時に舵角センサによる舵角と車速センサによる車速信号を基に演算した推定トルク値により制御に切り替える方法（特許文献１参照）、車速に応じて予め定められたモータ電流値をモータに供給し、その供給電流を時間の経過とともに徐々にゼロに近づけていく方法（特許文献２参照）によって、アシスト切れおよび搭載性の問題を解決する方法が提案されている。また、トルクセンサ故障時に同センサ信号による制御のみ禁止し、舵角情報による制御等トルクセンサ信号を用いない系の制御は継続することで、アシスト切れおよび搭載性の問題を解決する方法が提案されている。（特許文献３参照）。

特開平１１−５９４４７号公報 特開平９−５８５０５公報 特開２０００−１８５６６０号公報

特許文献１および２の例では、ステアリングシャフトに接続されたトーションバーのピニオン側もしくはハンドル側の一方のみに取り付けられた舵角センサの出力信号に基づくものであるため、操舵トルク値の推定精度が高くないという問題がある。加えて、特許文献２の例では、最終的にアシスト量がゼロになるために運転者に過大な操舵力を要求することになる。また、特許文献３の例では制御の中心となる運転者の操舵力以外の補助的なアシストのみを実施するものでありアシスト量不足が予想され、対策としてトルクセンサ出力に基づくアシスト制御量に対する代替アシスト制御量を操舵角より演算する実施例を挙げているが、特許文献１および２の例と同様に操舵トルク値の推定精度が高くないという問題がある。

上記問題を背景として、本発明の課題は、トルクセンサ故障時の代替トルク値を精度よく算出しアシスト機能を継続することのできる車両の電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための電動パワーステアリング制御装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、運転者の操舵ハンドルの操作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵トルクを与える車両の電動パワーステアリング制御装置において、操舵ハンドルの操舵力を検出するためのトーションバーを含むトルクセンサと、ステアリングおよびトーションバーの一端側を接続するステアリング軸の回転角を検出する第１の回転角検出手段と、トーションバーの他端側およびピニオンを接続するピニオン軸の回転角を検出する第２の回転角検出手段と、トルクセンサの出力信号の異常を検出する異常検出手段とを備え、異常検出手段によりトルクセンサの異常が検出された場合に、ステアリング軸の回転角およびピニオン軸の回転角に基づいてステアリングの操舵力を検出する代替トルク検出手段を有することを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置として構成される。

本発明は、トーションバーのねじれ角を検出できればトーションバーのバネ定数を使用して操舵トルクが推定できるという点に着目し、電動パワーステアリング制御装置の構成部品であるモータの回転角センサとステアリングの回転角センサの出力を使用してトーションバーのねじれ角を検出し、トルクセンサ故障時の代替トルク値を精度良く算出しアシスト機能を継続させ、上記問題点を解決するものである。

即ち、操舵ハンドルの舵角センサ（第１の回転角検出手段）とモータ回転角センサ（第２の回転角検出手段）の出力からステアリングシャフト（ステアリング軸およびピニオン軸）に接続されたトーションバーのねじれ角を演算し、演算値とトーションバーのバネ定数から操舵トルクを推定演算し、このトルク値を代替値としてアシスト制御に用いることを特徴とする。

上記構成によって、トルクセンサ故障時の代替トルク検出手段を確保することができ操舵トルク値の推定を精度よく行なうことが可能となる。そして、代替アシスト制御量も精度よく求めることができるので、運転者が操舵時に違和感を感じたり、操舵時に過大な操舵力を要求されることはなくなる。さらに、新たな部品を追加することもないので、低コストで本発明の構成を実現できる。

請求項２によれば、本発明の電動パワーステアリング制御装置の代替トルク検出手段は、異常検出手段によりトルクセンサの異常が検出されない場合かつ、トルクセンサの出力信号が所定の範囲内にある場合には、ステアリング軸の基準位置およびピニオン軸の基準位置を演算する構成をとる。本構成によって、トルクセンサが正常時には、常時ステアリング軸の基準位置およびピニオン軸の基準位置を演算されて最新の状態が保持されるので、トルクセンサの異常が検出された場合、最新の基準位置に基づいて精度のよい代替操舵トルク値を演算することができ、代替アシスト制御量も精度よく求めることができるようになる。

請求項３によれば、本発明の電動パワーステアリング制御装置の代替トルク検出手段は、異常検出手段によりトルクセンサの異常が検出された場合には、トーションバーの一端側の回転角とその基準位置との偏差およびトーションバーの他端側の回転角とその基準位置との偏差に基づいてトーションバーのねじれ角を推定演算し、その推定演算結果から代替操舵トルク値を演算する構成をとる。本構成によって、トルクセンサの異常時にも精度のよい代替操舵トルク値を求めることができ、代替アシスト制御量も精度よく求めることができる。これによって、運転者が操舵時に違和感を感じたり、操舵時に過大な操舵力を要求されることはなくなる。

トルクセンサ故障時の代替トルク値を精度良く算出しアシスト機能を継続する目的を、トルクセンサに含まれるトーションバーの両端の回転軸の回転角度に基づいて推定演算を行なう車両の電動パワーステアリング制御装置として実現した。

以下、本発明における第１の実施の形態である車両の電動パワーステアリング制御装置について、図面を用いて説明する。
図１は、車両の電動パワーステアリング制御装置（以下、ＥＰＳと称することもある）１の構成図である。操舵ハンドル１０がステアリング軸１２ａに接続されている。また、このステアリング軸１２ａの下端はトルクセンサ４０に接続されており、ピニオン軸１２ｂの上端がトルクセンサ４０に接続されている。また、ピニオン軸１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１６内においてラックバー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を介して操舵輪２４が接続されている。また、ピニオン軸１２ｂにはアシストモータ１５が減速器１７を介して取り付けられている。

減速器１７は歯車等によって構成され、所定の比率（ギア比）によってアシストモータ１５の回転をピニオン軸１２ｂに伝達し、ピニオン軸１２ｂが回転することでラックバー１８が動き、操舵輪２４の向きが変わる。

トルクセンサ４０は周知のトーションバー４０ａおよびその軸線方向に離間して設置された一対のレゾルバ４０ｂ，４０ｂ（角度検出センサ）を備えている。ハンドル軸１２ａが回転すると、トーションバー４０ａにその回転量に応じたトルクが印加され、その両端の角度差をレゾルバ４０ｂ，４０ｂが検知すると、レゾルバ４０ｂ，４０ｂで計測された角度差とトーションバー４０ａのばね定数とからトーションバー４０ａに印加されたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

ステアリング軸１２ａには、操舵ハンドル１０の操舵角度を検出する操舵角センサ５４が取り付けられている。操舵角センサ５４は本発明の第１の回転角検出手段に相当し、ロータリエンコーダあるいはレゾルバ等の周知の角度検出部から構成される。検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

また、図１において、モータ１５の回転角度位置は、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるモータ回転角センサ４９（本発明の第２の回転角検出手段）により検出される。なお、モータ回転角センサ４９はロータリエンコーダの他にレゾルバを用いてもよい。モータ回転角センサ４９から得られる信号は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０（本発明の異常検出手段，代替トルク検出手段）は周知のＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ３４およびこれらの構成を接続するバスライン３５が備えられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ３３は、プログラム格納領域３３ａとデータ記憶領域３３ｂとを有している。プログラム格納領域３３ａには操舵制御プログラム３３ｐが格納される。データ記憶領域３３ｂには操舵制御プログラム３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部３０はＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ４０で検出されたトルクに対応した駆動トルク（基本アシスト制御量）を算出し、モータドライバ１４を介してアシストモータ１５に算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加し、モータ回転角センサ４９から得られるモータ１５の回転角度位置および電流センサ５０から得られるモータ電流値からモータが発生している実トルクを算出し、実トルクが駆動トルクと一致するようにフィードバック制御を行なう（アシスト制御）。なお、アシストモータ１５については、本発明の電動パワーステアリング制御装置１に使用可能であれば特に種類（ＤＣモータ，ブラシレスモータ等）を問わない。さらに、操舵制御を木目細かく行なうために、車両の速度を計測する車速センサ５１が接続されている。

次に、操舵制御部３０のＣＰＵ３１により実行される操舵制御プログラム３３ｐの、本発明における基本アシスト制御量演算処理について、図１のブロック図および図２のフロー図を用いて説明する。なお、この処理は電動パワーステアリング制御装置１が動作中に操舵制御プログラム３３ｐの他の処理とともに繰り返し行われる。

まず、操舵角センサ５４からの信号に基づいてトーションバー４０ａの操舵ハンドル側（即ち、ステアリング軸１２ａ）の回転角を演算する（Ｓ１）。続いて、モータ回転角センサ４９からの信号および減速器１７の減速比に基づいてトーションバー４０ａのピニオン側（即ち、ピニオン軸１２ｂ）の回転角を演算する（Ｓ２）。減速器１７の減速比は一定であるため、モータ回転角からピニオン軸１２ｂの回転角を求めることがきる。

また、操舵制御部３０はトルクセンサ４０の出力信号（出力電圧）の状態からトルクセンサ４０が正常に機能しているかどうかを監視している。即ち、トルクセンサ４０の出力電圧が所定の範囲内にある場合には動作が正常であると判定し、トルクセンサ４０の出力電圧が所定の範囲内にない場合には動作が異常であると判定する。

トルクセンサ４０の出力信号からトルクセンサ４０の動作が正常であると判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）、トルクセンサ４０の出力信号を基に操舵トルクを演算する（Ｓ４）。

また、このとき、操舵トルクが０Ｎｍから所定の範囲内にある場合、すなわち車両が直進状態あるいは操舵ハンドル１０が中立状態にある場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、操舵角センサ５４からの信号に基づいてトーションバー４０ａの操舵ハンドル１０側（即ち、ステアリング軸１２ａ）の回転角を求めその角度をステアリング軸１２ａの基準位置とする（Ｓ６）。続いて、モータ回転角センサ４９からの信号および減速器１７の減速比に基づいてトーションバー４０ａのピニオン側（即ち、ピニオン軸１２ｂ）の回転角を求めその角度をピニオン軸１２ｂの基準位置とする（Ｓ７）。なお、各基準位置は、過去の演算処理で求められた該基準位置の平均値を求め、その平均値を基準位置とする方法を採ってもよい。また、該基準位置を操舵制御部３０に含まれる図示しないＥＥＰＲＯＭ等の記憶媒体に記憶しておき、操舵制御部３０の起動時の初期値とする方法を採ってもよい。

そして、上記ステップＳ４で演算された操舵トルクに基づいて、基本アシスト制御量を演算する（Ｓ８）。

トルクセンサ４０の出力信号からトルクセンサ４０の動作が正常でないと判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、該出力信号から演算した操舵トルク値による基本アシスト制御量の演算を停止する。そして、トーションバー４０ａの操舵ハンドル１０側（即ち、ステアリング軸１２ａ）の現在の回転角とステップＳ６で求めた基準位置との偏差を求め（Ｓ９）、同様にトーションバー４０ａのピニオン側（即ち、ピニオン軸１２ｂ）の現在の回転角とステップＳ７で求めた基準位置との偏差を求める（Ｓ１０）。

トーションバー４０ａのねじれ角度の推定値は上記で求めたトーションバー４０ａの操舵ハンドル１０（即ち、ステアリング軸１２ａ側）側の現在の回転角と基準位置との偏差と、トーションバー４０ａのピニオン側（即ち、ピニオン軸１２ｂ）の現在の回転角と基準位置との偏差と、の差として求めることができる（Ｓ１１）。

そして、推定されたトーションバー４０ａのねじれ角度にトーションバー４０ａのバネ定数を乗することで代替操舵トルク値を演算する（Ｓ１２）。この代替操舵トルク値に基づいて基本アシスト制御量を演算する（Ｓ１３）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の一実施例としての電動パワーステアリング制御装置の全体構成を示すブロック図。 本発明における基本アシスト制御量演算処理を説明するためのフロー図。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング制御装置
１０ 操舵ハンドル
１２ａ ステアリング軸
１２ｂ ピニオン軸
１５ アシストモータ
３０ 操舵制御部（異常検出手段，代替トルク検出手段）
４０ トルクセンサ
４９ モータ回転角センサ（第２の回転角検出手段）
５４ 操舵角センサ（第１の回転角検出手段）

Claims (3)

1. 運転者の操舵ハンドルの操作に基づいて、電動モータを通電駆動してステアリング機構に操舵トルクを与える車両の電動パワーステアリング制御装置において、
   前記操舵ハンドルの操舵力を検出するためのトーションバーを含むトルクセンサと、
   前記操舵ハンドルおよび前記トーションバーの一端側を接続するステアリング軸の回転角を検出する第１の回転角検出手段と、
   前記トーションバーの他端側およびピニオンを接続するピニオン軸の回転角を検出する第２の回転角検出手段と、
   前記トルクセンサの出力信号の異常を検出する異常検出手段とを備え、
   前記異常検出手段により前記トルクセンサの異常が検出された場合に、前記ステアリング軸の回転角および前記ピニオン軸の回転角に基づいて前記ステアリングの操舵力を検出する代替トルク検出手段を有することを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置。
2. 前記代替トルク検出手段は、前記異常検出手段により前記トルクセンサの異常が検出されない場合かつ、トルクセンサの出力信号が所定の範囲内にある場合には、前記ステアリング軸の基準位置および前記ピニオン軸の基準位置を演算するものである請求項１に記載の車両の電動パワーステアリング制御装置。
3. 前記代替トルク検出手段は、前記異常検出手段により前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記トーションバーの一端側の回転角とその基準位置との偏差および前記トーションバーの他端側の回転角とその基準位置との偏差に基づいて前記トーションバーのねじれ角を推定演算し、その推定演算結果から代替操舵トルク値を演算するものである請求項１または２に記載の車両の電動パワーステアリング制御装置。

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