JP2005219618A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面状況により、操向用の車輪の向きが不測に変化したり、操舵部材であるハンドルとられをなくす。
【解決手段】ハンドル１の操舵に応じて電動モータ５を駆動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、ハンドル１に作用する操舵トルクＴｓを検出する操舵トルク検出手段４と、電動モータ５で発生する逆起電力Ｖｅを検出する逆起電力検出手段２１とを備え、操舵トルクおよび逆起電力それぞれの変化のタイミングに基づいて、車輪１３側からの逆入力があったか否かを判定し、逆入力があったと判定されたときは、その逆入力を打ち消す方向に電動モータ５を駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転者により行われるハンドル（ステアリングホイール)等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置として、ハンドルの操舵時に、電動モータによる操舵補助トルクをステアリング機構に付加することで、運転者の操舵力を軽減する、いわゆる電動パワーステアリング装置が近年普及している。かかる電動パワーステアリング装置は、通常、電動モータと、操舵トルクを検出するトルクセンサや車速を検出する車速センサ等の各種センサと、電子制御ユニット（ＥＣＵ）とから構成されており、ＥＣＵには、マイクロコンピュータと、複数のパワーＭＯＳＦＥＴからなるモータ駆動回路とが含まれている。

上記の電動パワーステアリング装置は、各センサからの出力信号をＥＣＵ内のマイクロコンピュータに取り込み、マイクロコンピュータにおいては、取り込んだセンサの出力信号に基づいて、上記操舵補助に適したトルクを発生するのに必要な電動モータの駆動量を演算し、その駆動量に対応する制御信号をモータ駆動回路に与えて電動モータを駆動する構成となっている（例えば特許文献１参照）。
特開平６−５６０４５号公報

上記電動パワーステアリング装置を備えた車両においては、走行中、操向用の車輪が、道路の窪みにはまったり、路石等の障害物に乗り上げたりして、当該車輪が運転者が意図しない方向に向けられることがある。このように路面の状況により車輪に作用する力は、ステアリング機構を介してハンドルに伝わり、いわゆる「ハンドルとられ」の現象で運転者に違和感を与えるばかりでなく、操向操作性を低下させる。また、車輪の向きが不測に変えられることで、方向安定性が損なわれる可能性がある。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操舵に応じて電動モータを駆動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、上記操舵部材の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、上記電動モータの逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、上記検出された操舵トルクおよび逆起電力に基づき、車輪側からの逆入力があったか否かを判定する逆入力判定手段とを備え、上記逆入力判定手段の判定に従い、上記電動モータを駆動制御することを特徴とするものである。上記逆入力判定手段が、逆入力があったと判定したときに、当該逆入力を打ち消す方向に電動モータを駆動制御することが好ましい。

本件出願の発明者は、上記の課題について種々検討したところ、通常の操舵補助動作が行われている場合は、操舵トルクが変化したのちに、それに対応して電動モータが回転することで、電動モータで逆起電力が発生する。これに対して、路面の凹凸により操向輪(車輪)の向きが変えられると、それに応じて電動モータが機械的に回転させられることで、逆起電力の変化が先に発生し、こののち、操舵トルクに変化が現れる。このように、通常の操舵補助動作の場合と、路面の凹凸からの逆入力があった場合とでは、操舵トルクおよび逆起電力それぞれの変化が現れるタイミングが互いに逆になる、という知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

本発明によると、路面の凹凸により操向輪の向きが変えられると、逆入力判定手段が、操舵トルクおよび逆起電力それぞれの変化の検出タイミングから、車輪側からの逆入力があったと判定すると、これに応答して、その逆入力を打ち消すように電動モータを駆動させることができる。この電動モータの駆動により逆入力を打ち消し、操向輪が予期しない向きに向けられることを防止することにより、車両の方向安定性が向上する。また、ハンドル等の操舵部材が車輪側からの逆入力で動かされることがなくなるから、いわゆる「ハンドルとられ」の現象がなくなって操向操作性が良好になり、運転者に違和感を与えない。

この場合、逆入力を判定するのに、電動パワーステアリング装置が通常備えているトルクセンサの検出信号や、電動モータでの逆起電力の検出値をソフトウエア的に処理するようにしているから、逆入力を検出するために専用のセンサ等の部材、機器を新たに設ける必要がなく、安価かつ容易に実施しうる。

本発明によると、悪路走行においても、操向操作性を損なわずに違和感なく運転でき、しかも、車両の方向安定性を良好に保つことができる。

以下、図面を参照して本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、同電動パワーステアリング装置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、操舵手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１に一端が固着されるステアリングシャフト２と、そのステアリングシャフト２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、ハンドル１の操作によってステアリングシャフト２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）４と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクをステアリングシャフト２に伝達する減速ギヤ６と、車載バッテリ７からイグニッションスイッチ８を介して電源の供給を受け、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号や車速センサ９からの車速検出信号やエンジン回転センサ１０からのエンジン回転数検出信号に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１とを備える。

ステアリングシャフト２は、少なくともハンドル１側の部分とステアリング機構３側の部分とに分割して構成されており、これら両部分がトーションバー(図示省略)で結合され、このトーションバーの個所にトルクセンサ４が設けられている。

そして、上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者がハンドル１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。ＥＣＵ１１は、その検出された操舵トルクの情報と、車速センサ９によって検出された車速の情報等に基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、この操舵補助トルクが減速ギヤ６を介してステアリングシャフト２に加えられることにより、操舵操作を行う運転者の負担が軽減される。

すなわち、ハンドル１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとして、ステアリングシャフト２を介してステアリング機構３に与えられる。これにより、ステアリング機構３の入力軸が回転すると、その回転がステアリング機構３によって出力軸である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等からなる連結部材１２を介して操向用の車輪１３に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１３の向きが変わる。

以上の構成を備えた電動パワーステアリング装置において、一般には、操向用の車輪１３が路面の凹凸にはまり込んだり、乗り上げたりした場合、車輪１３が運転者が意図しない方向に向けられることがある。この車輪１３の動きは、ステアリング機構３、およびステアリングシャフト２を介してハンドル１にも伝わる。このような現象は、操向操作性や方向安定性を損なうことになる。

そこで、本実施形態においては、路面の凹凸により操向用車輪１３の向きが変えられた場合、その車輪１３に作用する力が逆入力としてステアリング機構３に伝わり、まず、電動モータ５が機械的に回転駆動され、そののち、逆入力がハンドル１に伝わることに着目し、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ４からの操舵トルクの検出情報と、電動モータ５が発生する逆起電力Ｖｅの検出情報とを取り込ませるようにしている。そして、ＥＣＵ１１においては、操舵トルクと逆起電力Ｖｅそれぞれの検出信号に基づき、これら操舵トルクと逆起電力Ｖｅが変化するタイミングの前後関係から、車輪１３側からの逆入力があったか否かを判定し、逆入力があった場合は、逆入力を打ち消す方向に電動モータ５を駆動するようにしている。

図２を参照して、ＥＣＵ１１の構成を詳しく説明すると、ＥＣＵ１１は、マイクロコンピュータ１５と、このマイクロコンピュータ１５と各センサ４、９、１０それぞれとの間に介在するインタフェース１６，１７，１８と、マイクロコンピュータ１５からの駆動制御信号Ｓａを所要の電圧レベルに昇圧する等の動作を行う駆動前段回路（駆動前段手段）１９と、昇圧された駆動制御信号Ｓｂによりオンオフ動作する複数のパワーＭＯＳＦＥＴからなるモータ駆動回路２０と、電動モータ５の逆起電力Ｖｅを検出し、その検出に係る逆起電力検出信号Ｓｃをマイクロコンピュータ１５に出力する逆起電力検出回路（逆起電力検出手段）２１と、ＥＣＵ１１内部の各回路に電源を供給する電源回路（電源供給手段）２２とを備えている。

マイクロコンピュータ１５は、ハードウエア上は特に図示しないが、電動パワーステアリング装置の制御の中心を司るＣＰＵと、電動パワーステアリング装置の制御や演算等のプログラムを記憶しているプログラムメモリと、後述のアシストテーブルメモリ等の、電動パワーステアリング制御に必要なデータを格納するデータメモリとを含み、ＣＰＵがプログラムメモリに記憶されている制御や演算のための各種プログラムを実行することにより、機能処理部として作用するものである。上記プログラムメモリは、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号や車速センサ９からの車速検出信号等に基づき、電動モータ５の駆動量を演算するための演算プログラムを記憶している。

そして、マイクロコンピュータ１５は、上記演算プログラムに従い、所要の演算を行い、電動モータ５の駆動量に対応する駆動制御信号Ｓａを生成する駆動演算手段１５ａと、駆動演算手段１５ａの演算に必要なアシストテーブルが記憶されているアシストテーブル記憶手段１５ｂとを備える。

すなわち、駆動演算手段１５ａは、トルクセンサ４の操舵トルク検出信号Ｓｄから得た操舵トルク情報と、車速センサ９の車速検出信号Ｓｅから得た車速情報とに基づいて、電動モータ５に供給すべき目標電流値を算出する。アシストテーブル記憶手段１５ｂには、適切な操舵補助力を発生させるために電動モータ５に供給すべき目標電流値と操舵トルクとの関係を、車速をパラメータとして示すアシストテーブルが記憶されており、駆動演算手段１５ａは目標電流値の設定に、このアシストテーブルを参照する。

マイクロコンピュータ１５はまた、機能的には、トルクセンサ４から入力される操舵トルクＴｓの検出信号Ｓｄ、および逆起電力検出回路２１から入力される逆起電力Ｖｅの検出信号Ｓｃに基づき、車輪１３側からの逆入力があったか否かを判定する逆入力判定手段１５ｃと、逆入力があったと判定されたときに当該逆入力を打ち消す方向に電動モータ５を駆動する駆動補正信号Ｓｆを出力する駆動補正手段１５ｄとを有している。

駆動補正信号Ｓｆは、電動モータ５に追加的に供給すべき補正電流に対応しており、加算部１５ｅで駆動演算手段１５ａからの駆動制御信号Ｓａに加えられて、その加算駆動制御信号Ｓｂ（＝Ｓａ＋Ｓｆ）が、駆動前段回路１９を通じてモータ駆動回路２０に与えられる。したがって、モータ駆動回路２０から電動モータ５には、駆動制御信号Ｓａに対応する電流に、駆動補正信号Ｓｆに対応する補正電流を加えた加算電流が供給される。

モータ駆動回路２０は、具体的には図示していないが、例えば、電動モータ５が三相ブラシレスモータであれば、車載バッテリ７と接地との間で直列に接続された２個のパワーＭＯＳＦＥＴの共通接続部にブラシレスモータのＵ相巻線を接続し、別の２個のパワーＭＯＳＦＥＴの共通接続部にブラシレスモータのＶ相巻線を接続し、さらに別の２個のパワーＭＯＳＦＥＴの共通接続部にブラシレスモータのＷ相巻線を接続してなる３相インバータ回路構成とされている。モータ駆動回路２０はまた、上述の公知の構成に限らず、電動モータ５を駆動する回路構成であれば、他の公知の構成とされたものでもよいことはもちろんである。また、本実施形態の電動モータ５は、上述したブラシレスモータに限らず、ブラシ付きモータでもよく、他の型式の公知の電動モータでもよいことはもちろんである。

以上の構成を備えたＥＣＵ１１の動作を、マイクロコンピュータ１５を中心にして図３に示す制御プログラムを参照して説明する。

マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ１において、トルクセンサ４から入力される操舵トルク検出信号Ｓｄから操舵トルクＴｓの変化を検出し、ステップＳ２において、逆起電力検出回路２１から入力される逆起電力検出信号Ｓｃに基づいて電動モータ５での逆起電力Ｖｅの変化を検出する。マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ３において、スタートから一定時間が経過したと判定するまで、ステップＳ１とステップＳ２とを繰り返して実行することにより、操舵トルクＴｓの検出と、逆起電力Ｖｅの検出とを繰り返す。

マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ３において、一定時間が経過したと判定すると、ステップＳ４で、操舵トルクＴｓの変化よりも逆起電力Ｖｅの変化を先に検出したか否かを判定する。この判定は、要するに、操舵トルクＴｓと逆起電力Ｖｅとの検出タイミングの前後関係の判定である。車輪１３側からの逆入力があれば、電動モータ５での逆起電力Ｖｅの変化が先に起こり、そののち、操舵トルクＴｓの変化が起こるはずである。マイクロコンピュータ１５は、逆起電力Ｖｅの変化を、操舵トルクＴｓの変化よりも先に検出したのであれば、車輪１３側からの逆入力があったことになり、その場合は、処理をステップＳ５に進める。

マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ５において、トルクセンサ４で検出された操舵トルクＴｓの大きさが、所定のしきい値を越えているか否かの判定を行う。このステップＳ５における判定は、逆入力によりハンドル１が動かされる量が大きいか否かの判定であり、検出操舵トルクＴｓがしきい値を越えていれば、ハンドル１の動きが大きく、特に対処しなければ「ハンドルがとられた」状態となり、運転者に違和感を与える。

そこで、マイクロコンピュータ１５は、検出操舵トルクＴｓがしきい値を越えていると判定すれば、処理をステップＳ５からステップＳ６に進め、ステップＳ６で、逆入力を打ち消すように電動モータ５を駆動する補正電流の値を演算して、電動モータ５には、この補正電流と、操舵補助力を発生させるための電流(目標電流値)とを加算した加算電流を与えるように制御する。この制御により、電動モータ５は、逆入力を打ち消す方向に回転させられ、操向用の車輪１３が予期しない向きに向けられることを防止する。また、ハンドル１が車輪１３側からの逆入力で動かされることがなくなる。

ステップＳ４に戻って、マイクロコンピュータ１５は、ステップＳ４において、操舵トルクＴｓの変化よりも逆起電力Ｖｅの変化を先に検出していないと判定した場合は、車輪１３側からの逆入力はなかったことになり、逆入力への対応動作は不要であるから、処理をステップＳ７に移行して、該ステップＳ７で、通常の操舵補助の処理を行う。

また、マイクロコンピュータ１５は、車輪１３側からの逆入力があったと判定した場合でも、その次のステップＳ５において、トルクセンサ４で検出された操舵トルクＴｓが、所定のしきい値を越えていない場合は、逆入力は、対応動作を必要としない程度のものであるから、ステップＳ５からステップＳ７に移行して、通常の操舵補助の処理を行う。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置とそれに関連する車両構成とを概略的に示す図 電動パワーステアリング装置の制御ブロック図 電動パワーステアリング装置の特にＥＣＵの制御フロー図

符号の説明

１ ハンドル(操舵部材)
２ ステアリングシャフト
３ ステアリング機構
４ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
５ 電動モータ
１１ ＥＣＵ(電子制御ユニット)
１５ マイクロコンピュータ
１５ａ 駆動演算手段
１５ｂ アシストテーブル記憶手段
１５ｃ 逆入力判定手段
１５ｄ 駆動補正手段
２０ モータ駆動回路
２１ 逆起電力検出回路（逆起電力検出手段）
Ｓａ 駆動制御信号
Ｓｂ 加算駆動制御信号
Ｓｃ 逆起電力検出信号
Ｓｄ 操舵トルク検出信号
Ｓｅ 車速検出信号
Ｓｆ 駆動補正信号

Claims (2)

1. 操舵部材の操舵に応じて電動モータを駆動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、
   上記操舵部材の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   上記電動モータの逆起電力を検出する逆起電力検出手段と、
   上記検出された操舵トルクおよび逆起電力に基づき、車輪側からの逆入力があったか否かを判定する逆入力判定手段とを備え、
   上記逆入力判定手段の判定に従い、上記電動モータを駆動制御する、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記逆入力判定手段が、逆入力があったと判定したときに、当該逆入力を打ち消す方向に上記電動モータを駆動制御する、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。

Images