JP2007030571A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵トルクの検出結果に基づく操舵補助用のモータの駆動制御を簡素な構成にて実現し得る電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングホイール30に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、このトルクセンサ４の検出トルクに基づいて操舵補助用のモータ５を駆動制御するアシスト制御部６とを備える電動パワーステアリング装置において、アシスト制御部６は、トルクセンサ４の検出トルクを予め定めた上限しきい値及び下限しきい値の夫々と大小比較し、この比較結果に基づいてモータ５の駆動電流を夫々所定量増減せしめる制御動作を行うように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステアリングホイール等の操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵機構に配された操舵補助用のモータを駆動制御し、該モータの発生力により操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの発生力を操舵機構に加えて操舵を補助す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をトルクセンサにより検出し、検出された操舵トルクに基づいて目標補助力を求め、この目標補助力を発生させるべく前記モータを駆動制御する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

前記目標補助力は、トルクセンサにより検出される操舵トルクを、車速の高低に応じて複数用意された制御マップに適用して求められ、このように求められる目標補助力は、横加速度、ヨーレート等の操舵に影響を及ぼす走行状態に応じて補正し、また、操舵トルクの変化率等の操舵状態に応じて補正して用いられ、種々の状態下にて適正な操舵補助がなされるように構成されている。
特開２０００−９５１３１号公報

ところが、従来の電動パワーステアリング装置においては、前述した手順により目標補助力を求めるための演算負荷が大きく、この演算に用いる制御マップ及び補正式等を記憶する記憶部を含めた制御手段の構成が複雑となるという問題がある。

また、以上の如く求められた目標補助力に基づく制御の精度を高めるためには、操舵トルクを検出するトルクセンサ、車速を検出する車速センサ等、演算に用いる各値を検出するセンサに高い検出精度が要求されることとなり、これらのセンサを含めた制御系の構成が複雑となり、装置コストの増大を招来するという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵トルクの検出結果に基づく操舵補助用のモータの駆動制御を簡素な構成にて実現し得る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。

本発明の第１発明に係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を検出するトルクセンサと、該トルクセンサの検出トルクに基づいて操舵補助用のモータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記トルクセンサの検出トルクを予め定めた上限しきい値及び下限しきい値の夫々と大小比較する比較手段と、該比較手段の比較により前記検出トルクが前記上限しきい値を上回っているとき、前記モータの駆動電流を所定量増加させ、前記検出トルクが前記下限しきい値を下回っているとき、前記モータの駆動電流を所定量減少させる駆動電流設定手段とを備えることを特徴とする。

また第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記上限しきい値及び下限しきい値が、前記所定量の駆動電流の増加又は減少により前記モータにより加えられる操舵トルクの増減量よりも大なる差を有して設定してあることを特徴とする。

更に第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵モータの駆動電流を検出する電流センサを備え、前記駆動電流設定手段は、前記駆動電流の増減量を前記電流センサの検出結果に基づいて変更することを特徴とする。

本発明の第１発明に係る電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクの検出値が予め設定された上限しきい値を上回るとき操舵補助用のモータの駆動電流を所定量増し、操舵トルクの検出値が予め設定された下限しきい値を下回るとき操舵補助用のモータの駆動電流を所定量減じる単純な制御が行われるのみであり、簡素な構成の制御手段により操舵補助を行わせることができ、また操舵トルクの検出精度を高める必要がなく、トルクセンサ及び制御手段を含めた制御系の構成を大幅に簡素化することができる。

また第２発明に係る電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクの上限しきい値と下限しきい値との差が、これらを基準としてなされる駆動電流の変更により操舵補助用のモータが発生する操舵トルクの増減量よりも大きく設定してあるから、駆動電流の増減制御による操舵トルクの変動量を小さく抑え、安定した操舵補助を行わせることができる。

更に第３発明に係る電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動電流を電流センサにより検出し、この検出結果に基づいて制御手段による駆動電流の増減量を変更するから、大なる操舵トルクが加えられる急操舵時における操舵補助力の不足を防止し、良好な操舵感を実現することができ、更には、通常操舵時における駆動電流の増減量を小さく抑え、滑らかな操舵感を実現することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。なお本図には、ラックピニオン式の操舵機構を備える車両への適用例が示されているが、本発明は、ボールねじ式の操舵機構等、他の形式の操舵機構を備える車両への適用も可能であることは言うまでもない。

ラックピニオン式の操舵機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有する。ラックハウジング10の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド11，11を介して操舵輪としての左右の前輪12，12に連結され、またピニオンハウジング20の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。

ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。またステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されており、コラムハウジング31の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール30が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、この移動により、左右の前輪12，12が各別のタイロッド11，11を介して押し引きされて操舵がなされる。

ステアリング軸３を支持するコラムハウジング31の中途には、ステアリングホイール30の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてあり、該トルクセンサ４よりも下位置に操舵補助用のモータ５が取付けてある。

トルクセンサ４は、検出対象となるステアリング軸３を上下の２軸に分割し、これらの２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵トルクの作用によりトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる相対角変位を適宜の手段により検出する公知の構成を有している。

また操舵補助用のモータ５は、コラムハウジング31の外側に軸心を略直交させて取り付けてあり、例えば、コラムハウジング31の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ５の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように伝動構成されている。この構成によれば、操舵補助用のモータ５の回転は、ステアリング軸３に減速伝動され、該ステアリング軸３の下端に連設されたピニオン軸２に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。

なお操舵補助用のモータ５は、図示の位置に限らず、操舵トルクの検出がなされるトルクセンサ４よりも下位置であれば、ステアリング軸３、ピニオン軸２又はラック軸１に伝動構成して適宜の位置に取付けることができる。ラック軸１に伝動構成する場合、モータ５の回転をラック軸１の軸長方向の移動に変換するために、ボールねじ機構等の運動変換手段が必要となる。

このように取付けられた操舵補助用のモータ５は、アシスト制御部６から図示しない駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動される。アシスト制御部６には、トルクセンサ４による操舵トルクの検出値が与えられ、また操舵補助用のモータ５に付設されたモータ電流センサ50から、前記モータ５の駆動電流（モータ電流）の検出値が与えられている。

図２は、アシスト制御部６のブロック図である。アシスト制御部６は、内部バス60により相互に接続されたＣＰＵ61、ＲＯＭ62及びＲＡＭ63を備え、ＲＯＭ62に記憶された制御プログラムに従うＣＰＵ61の動作により以下のアシスト制御を実施するＥＣＵとして構成されており、トルクセンサ４による操舵トルクの検出値及びモータ電流センサ50によるモータ５の駆動電流の検出値は、各別の入力インターフェイス64、65を介してＣＰＵ61に取り込まれるようになしてある。

アシスト制御部６は、トルクセンサ４により検出される操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータ５に制御指令を発し、該モータ５の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。図３は、アシスト制御部６による制御動作の内容を示すフローチャートである。

図３に示すアシスト制御動作は、例えば、キースイッチのオン操作に応じた電源供給に応じて開始され、アシスト制御部６は、まずトルクセンサ４の出力を所定のサンプリング周期にて取込み（ステップ１）、次いで、この出力から操舵トルクＴの作用方向、即ち、操舵方向を判定し（ステップ２）、操舵トルクＴの大きさを求める（ステップ３）。

例えば、操舵部材としてのステアリングホイール30に何らの力も加えられていない操舵中立点において得られる基準出力に対し、左方向の操舵時には増加（又は減少）し、右方向の操舵時には減少（又は増加）する出力を発生するように構成されたトルクセンサ４を用いた場合、ステップ２における操舵方向は、現状の出力と基準出力との差の正負によって判定することができ、ステップ３における操舵トルクＴの大きさは、前記差の絶対値として求められる。なお以下の説明は、ステップ３において求められる絶対値を操舵トルクＴとして行う。

次いでアシスト制御部６は、ステップ３において求められる操舵トルクＴを予め定めた上限しきい値Ｔ₁ と大小比較し（ステップ４）、操舵トルクＴが上限しきい値Ｔ₁ を上回っている場合（ステップ４：ＹＥＳ）、モータ５による操舵補助が必要な状態にあると判定して、モータ電流センサ50から与えられるモータ電流Ｉを取込み（ステップ５）、このモータ電流Ｉを予め定めたステップアップ電流Ｉ₁ と比較する（ステップ６）。

この比較の結果、現状のモータ電流Ｉがステップアップ電流Ｉ₁ よりも小さい場合（ステップ６：ＹＥＳ）には、前記ステップアップ電流Ｉ₁ を目標電流Ｉ₀ として設定（ステップ７）してステップ８に進み、現状のモータ電流Ｉがステップアップ電流Ｉ₁ 以上である場合（ステップ６：ＮＯ）、即ち、ステップアップ電流Ｉ₁ 以上のモータ電流Ｉによりモータ５が駆動されているにも拘らず操舵補助が必要な状態が継続している場合には、次式により求められる目標電流Ｉ₀ を設定して（ステップ９）、ステップ８に進む。

Ｉ₀ ＝（Ｉ／Ｉ₁ ＋１）×Ｉ₁ …（１）

一方、ステップ４での比較の結果、操舵トルクＴが上限しきい値Ｔ₁ 以下であると判定された場合、アシスト制御部６は、前記操舵トルクＴを上限しきい値Ｔ₁ よりも小さい下限しきい値Ｔ₂ と大小比較し（ステップ10）、操舵トルクＴが下限しきい値Ｔ₂ を下回っている場合（ステップ10：ＹＥＳ）、モータ５による操舵補助が不要な状態にあると判定して、モータ電流センサ50から与えられるモータ電流Ｉを取込み（ステップ11）、このモータ電流Ｉを予め定めたステップダウン電流Ｉ₂ と比較する（ステップ12）。

この比較の結果、現状のモータ電流Ｉがステップダウン電流Ｉ₂ よりも大きい場合（ステップ12：ＹＥＳ）には、前記ステップダウン電流Ｉ₂ を目標電流として設定し（ステップ13）、現状のモータ電流Ｉがステップダウン電流Ｉ₂ 以下である場合（ステップ12：ＮＯ）、即ち、ステップダウン電流Ｉ₂ 以下のモータ電流Ｉによりモータ５が駆動されているにも拘らず操舵補助が不要な状態が継続している場合には、次式により求められる目標電流Ｉ₀ を設定して（ステップ14）、前記ステップ８に進む。

Ｉ₀ ＝（Ｉ／Ｉ₂ −１）×Ｉ₂ …（２）

またステップ10での比較の結果、操舵トルクＴが下限しきい値Ｔ₂ 以上であると判定された場合（ステップ10：ＹＥＳ）、即ち、現状の操舵トルクＴが上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ との間にあると判定された場合には、新たな目標電流Ｉ₀ を設定せず、前回設定された目標電流Ｉ₀ を維持したままステップ８に進む。

ステップ８においてアシスト制御部６は、以上の如く設定される目標電流Ｉ₀ により操舵補助用のモータ５を駆動すべく、該モータ５に制御指令を発して一連の動作を終える。なおモータ５は、ステップ２において判定された操舵の方向に、モータ電流センサ50により検出されるモータ電流Ｉを用いたフィードバック制御により駆動される。

以上の如きアシスト制御部６の動作により、操舵部材としてのステアリングホイール30に加えられる操舵トルクＴが上限しきい値Ｔ₁ を上回ったとき、予め定めたステップアップ電流Ｉ₁ を基準として駆動電流を増し、また前記操舵トルクＴが下限しきい値Ｔ₂ を下回ったとき、予め定めたステップダウン電流Ｉ₂ を基準として駆動電流を減じ、更に前記操舵トルクＴが上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ との間にあるとき、この状態を維持するように操舵補助用のモータ５が駆動制御される。

このように駆動されるモータ５の回転力は、前述の如く操舵補助のために加えられるから、アシスト制御部６の制御動作は、ステアリングホイール30に加えられる操作力を、予め定めた上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ との間に制限するように実施されることとなり、操舵のためにステアリングホイール30を操作する運転者の労力負担を軽減するというパワーステアリング装置本来の目的を十分に達成することができる。

上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ とは、Ｔ₁ ＞Ｔ₂ なる条件下にて適宜に設定することができるが、上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ との差を過度に大きく設定した場合には、これらによる制限下にてステアリングホイール30に加えるべき操作力の範囲が拡大し、逆に上限しきい値Ｔ₁ と下限しきい値Ｔ₂ との差を過度に小さく設定した場合、特に、ステップアップ電流Ｉ₁ 又はステップダウン電流Ｉ₂ に対応するモータ電流の増減によりモータ５が発生する操舵トルクよりも小さく設定した場合には、操舵補助用のモータ５のモータ電流Ｉの増減制御が頻繁に繰り返されることとなり、いずれの場合も、ステアリングホイール30を操作する運転者に操舵感の悪化が体感されるという問題がある。上限しきい値Ｔ₁ 及び下限しきい値Ｔ₂ は、以上の点を考慮して適正に設定される。

また、操舵補助用のモータ５のモータ電流Ｉの増減制御は、基本的には、操舵トルクＴの検出値と上限しきい値Ｔ₁ 及び下限しきい値Ｔ₂ とを比較した結果に基づいて、予め定めたステップアップ電流Ｉ₁ 又はステップダウン電流Ｉ₂ を目標電流Ｉ₀ として行われるから、アシスト制御部６の構成を簡素化することができ、またトルクセンサ４による操舵トルクＴの検出にも高い精度が要求されることがなく、アシスト制御部６及びトルクセンサ４を含めた制御系の構成を簡素化することができる。

また図３に示すフローチャートに従うアシスト制御部６の動作により、ステップアップ電流Ｉ₁ 又はステップダウン電流Ｉ₂ を目標電流Ｉ₀ とするモータ電流の増減制御により十分な効果が得られない場合には、ステップ９及びステップ14の演算が行われ、現状におけるモータ電流Ｉとステップアップ電流Ｉ₁ 又はステップダウン電流Ｉ₂ との比率分だけ目標電流Ｉ₀ が増加又は減少されるから、ステアリングホイール30に大なる操作力が加えられる急操舵時においても、操舵補助力の不足を招来することなく良好な操舵感を実現することができる。またこれにより、通常の操舵時に目標電流Ｉ₀ として設定されるステップアップ電流Ｉ₁ 又はステップダウン電流Ｉ₂ を小さく設定することができ、操舵補助用のモータ５の動作によってステアリングホイール30を操作する運転者に体感される不連続感を低く抑えることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 アシスト制御部のブロック図である。 アシスト制御部による制御動作の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

４ トルクセンサ
５ モータ
６ アシスト制御部（制御手段）
30 ステアリングホイール（操舵部材）
Ｔ₁ 上限しきい値
Ｔ₂ 下限しきい値

Claims (3)

1. 操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサの検出トルクに基づいて操舵補助用のモータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、
   前記トルクセンサの検出トルクを予め定めた上限しきい値及び下限しきい値の夫々と大小比較する比較手段と、
   該比較手段の比較により前記検出トルクが前記上限しきい値を上回っているとき、前記モータの駆動電流を所定量増加させ、前記検出トルクが前記下限しきい値を下回っているとき、前記モータの駆動電流を所定量減少させる駆動電流設定手段と
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記上限しきい値及び下限しきい値は、前記所定量の駆動電流の増加又は減少により前記モータにより加えられる操舵トルクの増減量よりも大なる差を有して設定してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記操舵モータの駆動電流を検出する電流センサを備え、前記駆動電流設定手段は、前記駆動電流の増減量を前記電流センサの検出結果に基づいて変更する請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリング装置。

Images