JP2006008054A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵部材の切り始めや切り返し時、操舵補助制御が立ち上がるまでの時間差をできるだけ短くして、操舵フィーリングを良好にする。
【解決手段】 操舵部材１に加えられる操舵トルク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、操舵部材１の操作方向およびその方向への操作開始を検出する操舵開始検出手段（微分回路１８）と、操舵操作の開始時、操舵操作の方向と逆方向に電動モータ５を駆動する逆駆動制御手段（ＥＰＳ用ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータ１３）とを備えており、操舵操作の開始時、電動モータ５の逆駆動により、トルクセンサ３等で検出される操舵トルクの値を急激に変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハンド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力を補助するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、一般に、各種センサ（操舵部材に加わる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）と、操舵補助用の電動モータと、この電動モータの回転を減速して操舵軸等に伝達する減速機構と、各種センサからのセンサ信号に基づいてモータ駆動回路へのモータ電流指令値を演算して該電動モータを駆動制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備え、該ＥＣＵの制御指令により電動モータを駆動制御して上記操舵補助トルクをステアリング機構に付加して運転者の操舵力を軽減するようになっている（特許文献１参照）。

減速機構は、電動モータの回転軸に連結されたウォーム軸のような駆動ギヤと、この駆動ギヤに噛み合うウォームホイールのような従動ギヤとを含むもので、駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合いにより、電動モータの回転を減速して操舵軸等の被駆動部材に伝達する。

ところで、油圧式のパワーステアリング装置では、ハンドルを切り始めた瞬間から操舵補助が開始されるようになっていて、操舵操作のごく初期の段階から、ハンドルを持つ手に手応え感（リフトアップ感）があり、操舵操作の全般にわたって一様な操舵フィーリングを得やすい。

これに対して、上記の電動パワーステアリング装置では、ハンドルの操作開始時点から操舵補助トルクが発生して操舵補助が開始されるまで、若干の時間差があるのが普通である。

そのことを図４を参照して説明すると、図４は、ハンドル等の操舵部材の操作による操舵の角度と、操舵部材に加えられる操舵トルクとの関係を示すもので、点線（イ）により電動モータによる操舵補助がない場合を示し、細い実線（ロ）により電動モータによる操舵補助がある場合を示している。操舵補助がある場合は、操舵操作に必要な操舵力が軽減されるので、細い実線（ロ）が点線（イ）より低い位置にある。

従来の電動パワーステアリング制御では、ハンドルの切り始めには、ハンドルをある程度以上の角度α操作することで操舵トルクが所定値（不感帯の上限値）Ｔａを越えた時点で、操舵補助制御が立ち上がり、操舵補助トルクが発生してこの操舵補助トルクが、運転者による操舵トルクに付加される。そのため、ハンドルの切り始めから、操舵補助トルクが付加されるまで時間差があり、その間、ハンドルを持つ手には充分な手応え感がなく、油圧式のパワーステアリング装置におけるような一様な操舵フィーリングを得にくい、という問題がある。
特開平６−５６０４５号公報

本発明は、ハンドル等の操舵部材の切り始めや切り返し時、操舵補助トルクが付加されるまでの時間差をできるだけ短くして、操舵フィーリングを良好にすることを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルク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、操舵部材の操作方向およびその方向への操作開始を検出する操舵開始検出手段と、操舵操作が開始されたときに前記操作方向と逆方向に電動モータを駆動する逆駆動制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記構成の電動パワーステアリング装置では、運転者がハンドル等の操舵部材を切り始めた場合、そのことは、操舵開始検出手段により検出され、この操舵部材の切り始めの検出に応答して、逆駆動制御手段により電動モータが操舵方向とは逆方向に駆動される。電動モータの逆駆動により、操舵操作に対する抵抗が瞬間的に増大し、操舵部材に連結する操舵軸には、運転者の操舵操作で与えられるよりも大きなねじれ角が付与される。これで、トルクセンサ等の検出手段で検出される操舵トルクの値が急激に上昇し、その値は操舵補助を開始すべき所定値（不感帯の上限値）を越える。操舵トルクが所定値を越えることで、操舵トルクの検出値に基づく操舵補助の制御が開始され、操舵補助トルクを発生してこれが、運転者による操舵トルクに付加される。

操舵部材を切り返した場合も同様で、切り返し操作の直後に電動モータが操舵操作の方向と逆方向に駆動されることで、トルクセンサ等により検出される操舵トルクの値が急激に変化し、操舵補助の制御が早期に開始される。

このように、操舵部材が操作されると、その操作開始の直後に早期に操舵補助制御が立ち上がることになり、操舵補助トルクが発生、付加されるまでの時間が短縮され、操舵操作の開始のごく初期から手応え感（リフトアップ感）が得られる。

なお、操舵操作に伴う操舵軸（特にトーションバー）のねじれ角を大きくするには、たとえば、減速機構の摺動抵抗を増やす等して、操舵部材の操作に対する抵抗を大きくすることが考えられるが、このような抵抗を大きくすると、操舵部材には常時、大きな抵抗が作用することになり、それだけ操舵部材の操作が重くなるか、あるいは必要とする操舵補助トルクが増大して電動モータの負担が増す。これに対して、上記構成の本発明では、電動モータの逆駆動は、操舵操作の開始のごく初期に行えばよく、他のタイミングでは行う必要がないから、ほとんど操舵操作に対する抵抗とはならず、操舵部材の操作を重くすることがない。

本発明によれば、ハンドル等の操舵部材の操作開始時、操舵補助制御が立ち上がるまでの時間が短くなり、手応え感のある良好な操舵フィーリングが得られる。

以下、添付図面を参照して、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を詳細に説明する。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ともに示す構成図である。

図１を参照して、本形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、この操舵軸２に加えられる運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、操舵軸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４と、操舵部材１の操作（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する電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを互いに噛み合うギヤにより減速して操舵軸２に伝達する減速機構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、電動モータ５の駆動を制御する電動パワーステアリング用電子制御ユニット（ＥＰＳ用ＥＣＵ）１０とを備えている。

操舵軸２は、少なくとも操舵部材１側の部分と、ステアリング機構４側の部分とに分割されて、両部分はトーションバー９により連結されており、このトーションバー９の外周にトルクセンサ３が配置されている。ステアリング機構４の出力側には、タイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材１１を介して操向用の車輪１２に連結されている。

上記のＥＰＳ用ＥＣＵ１０は、内部に、電動パワーステアリング制御の中心を司るマイクロコンピュータ１３と、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）コントローラ１０１を有している。ＥＰＳ用ＥＣＵ１０は、上記ＣＡＮコントローラ１０１を介してＣＡＮバス１４に接続され、このＣＡＮバス１４に接続されている他のＥＣＵ２０，３０，４０，５０とともに、車載用のＣＡＮ通信システムを構成している。

ＣＡＮコントローラ１０１は、データ受信処理、応答データ作成処理、データ送信処理等の機能を具備したものであり、他のＥＣＵ２０，３０，４０，５０に含まれるＣＡＮコントローラ２０１，３０１，４０１，５０１とＣＡＮ通信し、当該他のＥＣＵ２０〜５０に含まれるセンサのセンサ信号を受信したり、自己のＥＣＵ１０に含まれるセンサのセンサ信号を他のＥＣＵ２０〜５０に送信することができる。ＣＡＮバス１４は、２本の通信線からなり、差動のシリアル通信が可能である。

一般に、ＣＡＮ通信システムは、車載の機器や、家電製品のような複数の機器を接続するネットワークシステムとして知られており、その伝送レートが最高１Мｂｐｓであり、従来から使用されている通信方式に比べ、非常に高速である、という特徴を備えている。また、デジタル信号を二線間の差動電圧に置き換えるシリアル通信であるため、耐ノイズ性に優れている、という特徴も備えている。

このＣＡＮ通信システムにおいて、ノードとしての各ＥＣＵ１０〜５０は、ＣＡＮバス１４が空いている限り、ＣＡＮバス１４上にセンサ信号等のデータをパケットとして通信することができる。ＣＡＮバス１４が他のＥＣＵ１０〜５０によるパケットに占有されている場合は、送出されるべきパケットは、当該ＥＣＵ１０〜５０に設けられているＣＡＮコントローラ１０１，２０１，３０１，４０１，５０１で待機する。また、複数のＥＣＵ１０〜５０が、ＣＡＮバス１４上のパケットを同時に受信することができる。

本実施形態において、ＥＰＳ用ＥＣＵ１０とともに車載用のＣＡＮ通信システムを構成している他のＥＣＵとしては、車両の旋回挙動を安定化させるＶＳＣ（登録商標）用ＥＣＵ２０や、車両の加速性、直進性、旋回安定性を確保するＴＲＣ（登録商標）用ＥＣＵ３０、車輪のロックを防止するＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）用ＥＣＵ４０、その他のＥＣＵ５０等がある。

このうち、ＶＳＣ用ＥＣＵ２０には、ハンドル等の操舵部材１の角度を検出する舵角センサ１５が、またＡＢＳ用ＥＣＵ４０には各車輪の回転速度を検出する車速センサ１６がそれぞれ含まれている。本実施形態のＥＰＳ用ＥＣＵ１０は、そのＣＡＮコントローラ１０１とＣＡＮバス１４とを通じて、舵角センサ１５の舵角情報と、車速センサ１６の車速情報とを取り込むようになっている。

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、運転者が操舵部材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３により検出される。ＥＰＳ用ＥＣＵ１０は、トルクセンサ３により検出された操舵トルクの情報と、ＣＡＮ通信により取り込んだ車速センサ１６の車速情報とに基づいて、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機構６を介して操舵軸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、操舵部材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、操舵軸２を介してステアリング機構４に与えられる。これにより、ステアリング機構４の入力軸が回転し、その回転はステアリング機構４によって出力軸であるラック軸の往復運動に変換され、ラック軸の往復運動に応じて車輪１２の向きが変わる。

ところで、上記のような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵部材１の操作を開始してから、電動パワーステアリング制御により操舵補助トルクが発生してこれが操舵軸２に加えられるまで若干の時間差がある。本発明のＥＰＳ用ＥＣＵ１０には、操舵操作の開始から操舵補助トルクの発生、付加までの時間差を短縮する構成と機能とが備えられている。

次に、図２を参照して、ＥＰＳ用ＥＣＵ１０の構成とその機能とを説明する。図２は、ＥＰＳ用ＥＣＵ１０内部のブロック回路図で、マイクロコンピュータについてはその機能をブロック表示している。

図２を参照して、ＥＰＳ用ＥＣＵ１０は、前記したマイクロコンピュータ１３およびＣＡＮコントローラ１０１のほかに、トルクセンサ３のセンサ信号を処理する入力インタフェース１７と、操舵部材１の操作方向およびその方向への操作開始を検出する操舵開始検出手段としての微分回路１８と、マイクロコンピュータ１３からの制御信号に応答して電動モータ５を駆動するモータ駆動回路１９と、モータ駆動回路１９以外の各回路、例えばマイクロコンピュータ１３へ電源を供給する電源回路２１とを備えている。

ＣＡＮコントローラ１０１からマイクロコンピュータ１３には、車速センサ１６からの車速を示す信号Ｓａと、舵角センサ１５からの操舵部材１の舵角を示す信号Ｓｂとが与えられる。

微分回路１８は、トルクセンサ３のセンサ信号を取り込んでその微分処理を行うことで、操舵部材１の操作方向およびその方向への操作開始を検出しうるようになっており、その出力はマイクロコンピュータ１３に与えられる。

モータ駆動回路１９の周辺には、当該モータ駆動回路１９への電流をオン・オフするフェイルセーフリレー２２と、このフェイルセーフリレー２２用のリレー駆動回路２３とが設けられている。

マイクロコンピュータ１３は、ＣＰＵ１３１と、プログラムメモリ１３２と、マップメモリ１３３と、バッファメモリ１３４とを含んでいる。

このうち、ＣＰＵ１３１は、本実施形態では、後にフローチャートを参照して詳述するように、トルクセンサ３等のセンサ信号に基づいて操舵補助のために電動モータ５の駆動量を決定する制御手段１３１ａとして機能するほか、操舵操作が開始されたときに前記操作方向と逆方向に電動モータ５を駆動する逆駆動制御手段１３１ｂとしても機能する。

プログラムメモリ１３２は、ＣＰＵ１３１の動作の実行のための基本プログラムや、本形態の電動モータ５の駆動制御の実行に必要なプログラムを格納している。

マップメモリ１３３は、操舵補助のために電動モータ５の駆動制御の実行に必要な制御マップと、電動モータ５の逆駆動制御に必要な第１と第２の逆駆動マップを格納している。制御マップは、操舵補助の場合の操舵トルクと電動モータ５の駆動量との関係を示すもので、車速（ｋｍ／ｈ）をパラメータとして、各車速毎に操舵トルクに対する電動モータ５の駆動量が割り出せるようになっている。第１の逆駆動マップは、中立位置で操舵部材１が操舵された場合に、電動モータ５を操舵操作の方向とは逆方向に駆動するための駆動量を定めるものである。第２の逆駆動マップは、中立位置以外の位置で操舵部材１が切り返された場合に、電動モータ５を操舵操作の方向とは逆方向に駆動するための駆動量を定めるものである。これら第１と第２の逆駆動マップを参照して割り出された逆駆動量は、制御手段１３１ａにより制御マップを参照して操舵補助のための駆動量が決定されている場合は、その操舵補助用の駆動量から、減算手段１３１ｃで減算される。バッファメモリ１３４は、ＣＰＵ１３１の作業の実行時にデータの一時的な格納に用いる。

次に、図３のフローチャートを参照して、ＥＰＳ用ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータ１３が、操舵操作の開始時や切り返し時、電動モータ５を操舵方向とは逆方向に駆動して、操舵補助トルクを発生、付加するまでの時間を短縮する場合の動作を説明する。

ステップＳ１において、ＣＰＵ１３１は、トルクセンサ３のセンサ信号を微分処理している微分回路１８の出力に基づいて、操舵操作が開始されたか否かを判断する。操舵操作が開始されていないと判断すると（Ｓ１でＮＯ）、特に動作せず、図外のルーチンに戻る。操舵操作が開始されたと判断すると（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、舵角センサ１５のセンサ信号に基づいて、中立位置での操舵操作であるか否かを判断する。そして、中立位置での操舵操作である場合（Ｓ２でＹＥＳ）は、ステップＳ２からステップＳ３に進み、中立位置での操舵操作でない、すなわち、切り返しの場合（Ｓ２でＮＯ）は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ３からステップＳ５までのステップは、中立位置で操舵操作が開始された場合に対応するものである。ステップＳ３では、微分回路１８の出力から操舵の方向を確認し、ステップＳ４では、車速センサからの車速情報等、他のセンサからの情報を取り込み、ステップＳ５で、マップメモリ１３３の第１逆駆動マップを参照して、電動モータ５の逆駆動量を決定し、その逆駆動量を示す制御信号をモータ駆動回路１９に出力する。

これで、電動モータ５は、操舵操作が開始された直後に、操舵操作の方向とは逆方向に駆動される。この電動モータ５の逆駆動により、操舵軸２には、操舵部材１の操作によるよりも大きなねじれ角が付与され、これにより、図４に太い実線（ハ）で示すように、トルクセンサ３で検出される操舵トルクの値が急激に上昇して、従来よりも小さい操舵角度β（β＜α）で所定の値（不感帯の上限値）Ｔａを越え、操舵トルクに基づく電動パワーステアリング制御が可能になる。

ステップＳ５の後は、通常の操舵補助制御のルーチンＲ１に入り、このルーチンＲ１においては、トルクセンサ３から得られる操舵トルクの情報と、車速センサ１６から得られる車速の情報とにより、マップメモリ１３３の制御マップを参照して、電動モータ５の駆動量を決定し、電動モータ５を操舵操作の方向と同方向に駆動して操舵補助を行う。この場合、電動モータ５の逆駆動がない場合よりも、早期に操舵補助制御が立ち上がることになる。

ステップＳ２で、中立位置での操舵操作でないと判断されると（Ｓ２でＮＯ）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６からステップＳ８までの一連のステップは、中立位置以外で一方向の操舵操作が開始された場合、すなわち、切り返しがされた場合に対応するものである。ステップＳ６では、微分回路１８の出力から操舵操作の方向を確認し、ステップＳ７では、車速センサ１６からの車速情報等、他のセンサからの情報を取り込み、ステップＳ８で、マップメモリ１３３の第２逆駆動マップを参照して、電動モータ５の逆駆動量を決定し、その逆駆動量を示す制御信号をモータ駆動回路１９に出力し、こののち、通常の操舵補助制御のルーチンＲ１に入る。

ここでも、電動モータ５が、切り返し操作が開始された直後に、その切り返し方向とは逆方向に駆動されることで、操舵軸２には、操舵部材１の操作によるよりも大きなねじれ角が付与され、これにより、図４の右側部分に太い実線（ハ）で示すように、トルクセンサ３で検出される操舵トルクの値が急激に変化して、切り返しに対応する操舵補助制御が早期に立ち上がる。

上記実施形態では、操舵部材１の操作方向およびその方向への操作開始を検出する操舵開始検出手段として、トルクセンサ３のセンサ信号を微分処理する微分回路１８を設けたが、操舵開始検出手段はこれに限定されるものではなく、たとえば、トルクセンサ３のセンサ信号をマイクロコンピュータ１３でソフトウェア処理することにより、操舵部材１の操作方向およびその方向への操作開始を検出するようにしてもよいし、また、操舵部材１の角度を検出する舵角センサ１５のセンサ信号を利用するものであってもよい。

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を、それに関連する車両構成とともに示す構成図 図１の電動パワーステアリング装置のＥＰＳ用ＥＣＵ１０のブロック回路図で、マイクロコンピュータについてはその機能をブロック表示している。 図２のＥＰＳ用ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータの動作を示すフローチャート 操舵部材の操舵角度と操舵トルクとの関係を示す線図

符号の説明

１ 操舵部材
２ 操舵軸
３ トルクセンサ
５ 電動モータ
６ 減速機構
１０ ＥＰＳ用ＥＣＵ
１０１ ＣＡＮコントローラ
１３ マイクロコンピュータ
１３１ ＣＰＵ
１３１ａ 制御手段
１３１ｂ 逆駆動制御手段
１５ 舵角センサ
１６ 車速センサ
１８ 微分回路（操舵開始検出手段）

Claims (1)

1. 操舵部材に加えられる操舵トルク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、
   操舵部材の操作方向およびその方向への操作開始を検出する操舵開始検出手段と、
   操舵操作が開始されたときに前記操作方向と逆方向に電動モータを駆動する逆駆動制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   
   

Images