JP2007145247A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の負荷特性及びアシスト電流値のマップ設定に関係無く、ハンドル回転のエンド位置付近で電流制限できる電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】操舵部材に加えられた操舵トルク値を検出し、該操舵トルク値に基づき、操舵補助用モータに流すべき電流値を定めて流す電動パワーステアリング装置。操舵トルク値が所定トルク値以上であるか否かを判定するトルク判定手段（Ｓ５）と、トルク判定手段（Ｓ５）が否と判定したときに、電流値が所定電流値以上であるか否かを判定する電流判定手段（Ｓ９）と、トルク判定手段（Ｓ５）が否と判定し、電流判定手段（Ｓ９）が所定電流値以上であると判定する状態が連続する時間を計時する計時手段（Ｓ１１）とを備え、トルク判定手段（Ｓ５）が所定トルク値以上であると判定したとき、又は計時手段（Ｓ１３）が所定時間を計時したときに、電流値を制限する（Ｓ１９）構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵部材に加えられた操舵トルク値を検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、トルクセンサが検出した操舵トルク値に基づき、モータに流すべき電流値を定める電流制御手段と、その電流値を一時的に制限する電流制限手段とを備え、電流制御手段が定めた電流値をモータに流すことにより操舵補助する電動パワーステアリング装置の改良に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、過剰な電流消費を避けてモータ及びモータ駆動回路の発熱による故障を未然に防ぐ為、高負荷継続時保護制御及び過熱保護制御の２つの電流制限制御を備えたものがある。
第１の過熱保護制御では、ステアリングホイールのエンド位置付近等で高負荷状態になったときに、一時的にモータの電流指示値を制限し、高負荷状態でなくなれば、電流指示値の制限を速やかに解除して、高負荷時の過剰な電流消費を避けて発熱を防ぎ、早期に過熱防止制御に至らないようにすることを目的としている。一方、過熱保護制御では、モータに流れる電流の積算量から、モータ及びモータ駆動回路の温度を推定し、推定した温度が所定温度を超えたときに、比較的長時間、モータの電流指示値を制限し、電流の制限を解除するときは徐々に解除するようにしている。

特許文献１には、過負荷状態判定手段が、電動モータに実際に流れているモータ電流値に基づき、電動モータが過負荷状態にあるか否かを判定し、電動モータが過負荷状態にあると判定されているときは、指令電流値に基づき電動モータが過負荷状態にあるか否かを判定する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００１−３２２５５５号公報

上述した高負荷継続時保護制御の高負荷状態の判定条件としては、アシスト電流値（電流指示値）を用いる方法、及び操舵トルク値を用いる方法の２種類がある。アシスト電流値を用いる方法においては、車両の負荷特性及びアシスト電流値−操舵トルク値のマップ設定によっては、操舵の初期から電流制限が始まる可能性があるという問題がある。また、操舵トルク値を用いる方法においては、車両の負荷特性及びアシスト電流値−操舵トルク値のマップ設定によっては、高負荷状態が続いても、電流制限が始まらない可能性があるという問題がある。

例えば、アシスト電流値を用いる方法においては、負荷条件が緩やかな設定の場合、又は操舵力を重く（アシスト電流を小さく）設定した場合は、図６（ａ）に示すように、ステアリングホイール回転のエンド位置付近で高負荷状態であると判定して、狙い通りの電流制限が可能である。
しかし、負荷条件が厳しい設定の場合、又は操舵力を軽く（アシスト電流を大きく）設定した場合は、図６（ｂ）に示すように、エンド位置手前で高負荷状態であると判定して、電流制限がかかる。その為、エンド位置付近迄操舵すると、操舵力が異常に重くなり、場合によっては、エンド位置迄操舵できないこともある。尚、図６においては、高負荷状態の判定条件として、アシスト電流値が高負荷判定基準値を連続して所定時間（Ｔ₁ ｍｓ）超えた場合としている。

また、操舵トルク値を用いる方法においては、負荷条件が緩やかな設定の場合、又は操舵力を重く（アシスト電流を小さく）設定した場合は、図７（ａ）に示すように、エンド位置付近で高負荷状態であると判定して、狙い通りの電流制限が可能である。
しかし、負荷条件が厳しい設定の場合、又は操舵力を軽く（アシスト電流を大きく）設定した場合は、図７（ｂ）に示すように、エンド位置でも操舵トルク値が小さい為、エンド位置付近では高負荷判定閾値を超えることができず、高負荷状態であると判定され難い。一方、モータに流れる電流量は、最大値付近で維持される為、モータ及び駆動回路が発熱し易い状態となっている。その為、最悪の場合、エンド位置に到っても、高負荷状態であると判定されず、モータに大電流が流れ続け、過熱防止制御へ移行するタイミングが早くなる。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、車両の負荷特性及びアシスト電流値のマップ設定に関係無く、ハンドル回転のエンド位置付近で、電流制限でき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。

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た操舵トルク値を検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記トルクセンサが検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流すべき電流値を定める電流制御手段と、該電流値を一時的に制限する電流制限手段とを備え、前記電流制御手段が定めた電流値を前記モータに流すことにより操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記電流制限手段は、前記操舵トルク値が第１トルク値以上であるか否かを判定する第１トルク値判定手段と、該第１トルク値判定手段が否と判定したときに、前記電流値が第１電流値以上であるか否かを判定する第１電流値判定手段と、前記第１トルク値判定手段が否と判定し、前記第１電流値判定手段が第１電流値以上であると判定する状態が連続する時間を計時する計時手段とを備え、前記第１トルク値判定手段が第１トルク値以上であると判定したとき、又は前記計時手段が所定時間を計時したときに、前記電流値を制限するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記電流制限手段が電流値を制限しているときに、前記操舵トルク値が、第１トルク値より小さい第２トルク値以下であるか否かを判定する第２トルク値判定手段と、前記電流制限手段が電流値を制限しているときに、前記電流値が、第１電流値より小さい第２電流値以下であるか否かを判定する第２電流値判定手段とを更に備え、前記第２トルク値判定手段が第２トルク値以下であると判定したとき、又は前記第２電流値判定手段が第２電流値以下であると判定したときに、前記電流制限手段は、電流値の制限を解除するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電流制限手段は、第１トルク値判定手段が、操舵トルク値が第１トルク値以上であるか否かを判定し、第１トルク値判定手段が否と判定したときに、第１電流値判定手段が、モータに流すべき電流値が第１電流値以上であるか否かを判定し、計時手段が、第１トルク値判定手段が否と判定し、第１電流値判定手段が第１電流値以上であると判定する状態が連続する時間を計時し、第１トルク値判定手段が第１トルク値以上であると判定したとき、又は計時手段が所定時間を計時したときに、電流値を制限するので、車両の負荷特性及びアシスト電流値のマップ設定に関係無く、ハンドル回転のエンド位置付近で、電流制限できる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電流制限手段が電流値を制限しているときに、第２トルク値判定手段が、操舵トルク値が、第１トルク値より小さい第２トルク値以下であるか否かを判定し、電流制限手段が電流値を制限しているときに、第２電流値判定手段が、電流値が、第１電流値より小さい第２電流値以下であるか否かを判定し、第２トルク値判定手段が第２トルク値以下であると判定したとき、又は第２電流値判定手段が第２電流値以下であると判定したときに、電流制限手段は、電流値の制限を解除するので、車両の負荷特性及びアシスト電流値のマップ設定に関係無く、ハンドル回転のエンド位置付近で、電流制限でき、また、その電流制限を適切に解除できる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵部材２７と、操舵部材２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の回転を減速歯車機構１７を介して舵取機構２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ６の駆動回路５を制御する制御装置１とを備えている。

操舵部材２７には、その回転角を検出する操舵角度センサ１８が設けられ、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度は制御装置１に与えられる。操舵部材２７は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段２４は、入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０と、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構２３，２３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。

入力軸２６の周りには、操舵部材２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ２１が配置されており、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づいて、制御装置１が駆動回路５を制御するように構成してある。
減速歯車機構１７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ６の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵輪２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構２３，２３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づき、制御装置１が駆動回路５を制御してモータ６を駆動し、モータ６の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、運転者の操舵力を補助し労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値Ｔが、制御装置１の関数発生部１２に与えられる。関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値Ｖも与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク信号Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号Ｔの増加に従って電流指示値Ｉが増加し、さらに操舵トルク信号Ｔが所定値以上になると電流指示値Ｉが飽和するような関数が、車速値Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク値Ｔに対する電流指示値Ｉの比が小となると共に、電流指示値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた電流指示値Ｉは加算手段１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値Ｔは、制御装置１の微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖも与えられる。微分演算部１４は、操舵トルク値Ｔを微分し、微分して得た操舵トルク値Ｔ′に、車速値Ｖに応じて定められた係数を乗じて、微分電流値Ｉｄとして加算手段１３へ与え、モータ６及び舵取機構２３，２３（図１）の慣性補償を行う。加算手段１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４より与えられた電流指示値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄを加算し、その加算結果を減算手段１５へ与える。

操舵角度センサ１８が検出した操舵角度が、インタフェース１９によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵角度値θが、制御装置１内の制御部８に与えられる。制御部８には、操舵トルク値Ｔ及び電流指示値Ｉも与えられ、制御部８は、操舵トルク値Ｔ及び電流指示値Ｉに基づき、高負荷状態であるか否かを判定し、その判定結果に応じて、関数発生部１２が出力する電流指示値Ｉを制限する。また、後述するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出値Ｉｓの積算量から、モータ及び駆動回路の温度を推定し、推定した温度が所定値を超えたときに、所定の計算方法により、モータの電流指示値を徐々に制限する過熱保護制御を実行する。

減算手段１５には、操舵補助を行うモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出値Ｉｓも与えられている。減算手段１５は、加算手段１３での電流指示値Ｉ及び微分電流値Ｉｄの加算結果からモータ電流検出値Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。
この電動パワーステアリング装置の電源は、電源スイッチ回路２を通じてバッテリーＢから与えられる。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
図３を参照して、制御部８は、起動時にフラグＦ及びパラメータＴを初期化するものとする。
制御部８は、先ず、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値Ｔを読込み（Ｓ１）、次いで、フラグＦが１であるか否かを判定する（Ｓ３）。

制御部８は、フラグＦが１でなければ（Ｓ３；ＮＯ）、読込んだ操舵トルク値Ｔの絶対値が、高負荷状態の判定基準トルク値（高負荷積算トルク判定値）ＳＴ１以上であるか否かを判定し（Ｓ５）、高負荷積算トルク判定値ＳＴ１以上でなければ（Ｓ５；ＮＯ）、電流指示値Ｉ（アシスト電流値）を読込む（Ｓ７）。
制御部８は、次に、読込んだアシスト電流値の絶対値が、高負荷状態の判定基準電流値Ｉ１以上であるか否かを判定し（Ｓ９）、判定基準電流値Ｉ１以上であれば（Ｓ９；ＹＥＳ）、パラメータＴに１を加算する（Ｓ１１）。次いで、パラメータＴが所定値Ｎ以上であるか否かを判定し（Ｓ１３）、所定値Ｎ以上でなければ（Ｓ１３；ＮＯ）リターンする。
制御部８は、読込んだアシスト電流値の絶対値が、高負荷状態の判定基準電流値Ｉ１以上でなければ（Ｓ９；ＮＯ）、パラメータＴに０セットして、計時した時間をリセットして（Ｓ２１）リターンする。

制御部８は、操舵トルク値Ｔの絶対値が、高負荷状態の判定基準トルク値（高負荷積算トルク判定値）ＳＴ１以上であれば（Ｓ５；ＹＥＳ）、又はパラメータＴが所定値Ｎ以上（計時した時間が所定時間以上）であれば（Ｓ１３；ＹＥＳ）、フラグＦに１をセットする（Ｓ１５）。次いで、パラメータＴに０をセットし（Ｓ１７）、高負荷継続時保護制御のアシスト電流値制限を実行するように、関数発生部１２へ指示して（Ｓ１９）リターンする。
また、制御部８は、高負荷継続時制御のアシスト電流値制限を実行するように、関数発生部１２へ指示した（Ｓ１９）後、過熱保護制御の為の温度条件判定を開始する。

制御部８は、フラグＦが１であれば（Ｓ３；ＹＥＳ）、読込んだ操舵トルク値Ｔの絶対値が、高負荷状態の判定基準トルク値ＳＴ１より小さい判定基準トルク値ＳＴ２以下であるか否かを判定し（図４中のＳ２１）、判定基準トルク値ＳＴ２以下でなければ（Ｓ２１；ＮＯ）、電流指示値Ｉ（アシスト電流値）を読込む（Ｓ２３）。
制御部８は、次に、読込んだアシスト電流値の絶対値が、高負荷状態の判定基準電流値Ｉ１より小さい判定基準電流値Ｉ２以下であるか否かを判定し（Ｓ２５）、判定基準電流値Ｉ２以下でなければ（Ｓ２５；ＮＯ）リターンする。

制御部８は、操舵トルク値Ｔの絶対値が判定基準トルク値ＳＴ２以下であれば（Ｓ２１；ＹＥＳ）、又はアシスト電流値の絶対値が判定基準電流値Ｉ２以下であれば（Ｓ２５；ＹＥＳ）、高負荷継続時制御のアシスト電流値制限を解除するように、関数発生部１２へ指示し（Ｓ２７）、フラグＦを０にして（Ｓ２９）リターンする。
以上により、図５に示すように、アシスト電流値の絶対値が、判定基準電流値Ｉ１以上である状態が所定時間ｔ継続する条件、及び操舵トルク値Ｔの絶対値が、判定基準トルク値ＳＴ１以上である条件の何れかにより、ステアリングホイール回転のエンド位置付近で高負荷状態であると判定でき、狙い通りの電流制限が可能である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を説明する為の説明図である。 従来の電動パワーステアリング装置の動作を説明する為の説明図である。 従来の電動パワーステアリング装置の動作を説明する為の説明図である。

符号の説明

１ 制御装置
５ モータ駆動回路
６ モータ
７ モータ電流検出回路
８ 制御部
１２ 関数発生部
１３ 加算手段
１５ 減算手段
１６ モータ電圧演算部
１８ 操舵角度センサ
２１ トルクセンサ
２３ 舵取機構
２７ 操舵部材
３１ ピニオン軸
３２ ラック軸

Claims (2)

1. 操舵部材に加えられた操舵トルク値を検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記トルクセンサが検出した操舵トルク値に基づき、前記モータに流すべき電流値を定める電流制御手段と、該電流値を一時的に制限する電流制限手段とを備え、前記電流制御手段が定めた電流値を前記モータに流すことにより操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   前記電流制限手段は、前記操舵トルク値が第１トルク値以上であるか否かを判定する第１トルク値判定手段と、該第１トルク値判定手段が否と判定したときに、前記電流値が第１電流値以上であるか否かを判定する第１電流値判定手段と、前記第１トルク値判定手段が否と判定し、前記第１電流値判定手段が第１電流値以上であると判定する状態が連続する時間を計時する計時手段とを備え、前記第１トルク値判定手段が第１トルク値以上であると判定したとき、又は前記計時手段が所定時間を計時したときに、前記電流値を制限するように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電流制限手段が電流値を制限しているときに、前記操舵トルク値が、第１トルク値より小さい第２トルク値以下であるか否かを判定する第２トルク値判定手段と、前記電流制限手段が電流値を制限しているときに、前記電流値が、第１電流値より小さい第２電流値以下であるか否かを判定する第２電流値判定手段とを更に備え、前記第２トルク値判定手段が第２トルク値以下であると判定したとき、又は前記第２電流値判定手段が第２電流値以下であると判定したときに、前記電流制限手段は、電流値の制限を解除するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
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