JP2007153150A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電動機に発生した回生電力の効率的な利用を図ることができる電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生を予測する回生電力予測手段を備える電動パワーステアリング装置であって、前記回生電力予測手段が、運転者のステアリング操作の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段とを備え、操舵状態が中立状態でなく（ステップ１２）、操舵トルクが略零であると共に（ステップ１４）、アクセル開度が所定値以上（ステップ１６）である場合に回生電力が発生すると予測することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転者のステアリング操舵を電動機によってアシストする電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、電動力によりステアリング系の操舵トルクを軽減させる電動式パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動式パワーステアリング装置は、モータにより発生した回生電力をバッテリに充電するものである。
特許２５９７１７０号

ところで、運転者の操舵トルクを補助する電動機が特定の走行条件時に逆に回された場合にはその電動機は発電機として動作し、その際に発生した回生電力はバッテリに充電される。しかしながら、発生した回生電力をバッテリに充電できない場合には、抵抗素子などによって熱で無駄に消費せざるを得なく、効率的なエネルギー利用ができているとは言えない。この点、上述の従来技術であっても、電動機により発生した回生電力をバッテリに充電できなければ、効率的なエネルギーの利用を図ることができない。

そこで、本発明は、運転者の操舵トルクを補助する電動機に発生した回生電力の効率的な利用を図ることができる電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、
運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生を予測する回生電力予測手段を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記回生電力予測手段が、
運転者のステアリング操作の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段とを備え、
操舵状態が中立状態でなく、操舵トルクが略零であると共に、アクセル開度が所定値以上である場合に回生電力が発生すると予測することを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。

ステアリング操作の操舵状態が中立状態でなく操舵トルクが略零であると共にアクセル開度が所定値以上であれば、ドライバーはステアリングに加える力を緩めて車両を加速させながら転舵している状態から直進しようとしている状況であると想定できる。このような状況では、車両の推進力によりステアリングがニュートラルポジションに戻ろうとする際に電動機は回されるため、回生電力が発生する。したがって、ドライバーの操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生は、運転者の意思や車両の走行状況によって左右されるため、突発的であり、事前に予測することが難しいが、本局面によると、電動機による回生電力の発生を確実に予測することができるようになる。

つまり、運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生が実際に検出された後に、発生した回生電力の効率的な利用を図る制御を実行しようとしても、制御時間が制限されてしまうため複雑な処理や判断をするために必要な時間を確保することができず、制御できる内容は限られるが、本局面によると、事前に回生電力の発生が予測可能になるので、複雑な処理や判断をする時間が確保でき、回生電力の効率的な利用を図る制御を効果的に実行することができる。

また、上記課題を解決するため、本発明の他の一局面によれば、
運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生を予測する回生電力予測手段を備える電動パワーステアリング装置であって、
前記回生電力予測手段が、
車両の進路情報を取得する進路情報取得手段を備え、
前記進路情報取得手段による進路情報に基づいてカーブ後に所定長さ以上の直線区間がある進路を走行すると判断した場合に回生電力が発生すると予測することを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。

カーブ後に所定長さ以上の直線区間があれば、ドライバーはステアリングに加える力を緩めて車両を加速させながらそのカーブを立ち上がっていく可能性が高い状況が想定される。このような状況では、車両の推進力によりステアリングがニュートラルポジションに戻ろうとする際に電動機は回されるため、回生電力が発生する。したがって、上記同様に、ドライバーの操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生は、運転者の意思や車両の走行状況によって左右されるため、突発的であり、事前に予測することが難しいが、本局面によると、電動機による回生電力の発生を確実に予測することができるようになり、複雑な処理や判断をする時間が確保でき、回生電力の効率的な利用を図る制御を効果的に実行することができる。

本発明によれば、運転者の操舵トルクを補助する電動機に発生した回生電力の効率的な利用を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の電動パワーステアリング装置の第１の実施形態の構成図である。電動パワーステアリング（「ＥＰＳ」ともいう）装置は、走行状態に応じてステアリング操作のアシストトルクを任意に変化させることができ、ステアリング操作に必要な操舵トルクを調整することができるものである。

操舵角センサ２は、ステアリングホイール部やそのステアリングホイールに連結するメインシャフト部に備えられている。操舵角センサ２は、ドライバーがステアリングホイールを操舵したときの操舵角の大きさと操舵方向を検出する。その検出値に応じて操舵角センサ２から出力される信号に基づいて、電子制御装置（Electronic Control Unit）１は操舵角ＭＡを演算する。このとき、操舵方向は正負の符号によって表され、例えば、右操舵には＋が付与され、左操舵には−が付与される。なお、電子制御装置１は、演算された操舵角ＭＡに基づいて操舵角ＭＡの微分値、すなわち操舵角速度ｄＭＡを演算することも可能である。

スロットルポジショニングセンサ９は、スロットルバルブの開度、すなわちアクセル開度を検出する。その検出値に応じてスロットルポジショニングセンサ９から出力される信号に基づいて、電子制御装置１はアクセル開度ＴＨを演算する。スロットルバルブは、車両のエンジンに接続される吸気管に配設される。スロットルバルブの開度調整はエンジンＥＣＵなどが制御する電子スロットルアクチュエータによって行われ、内燃機関に供給される空気量が調整される。これにより、車速のコントロールが可能になる。つまり、スロットルバルブの開度が大きくなると車両は加速し、スロットルバルブの開度が小さくなると車両は減速する。

トルクセンサ４は、ドライバーがステアリングホイールを操舵したときのトーションバーのねじれの大きさと方向を検出する。ステアリングホイール側の入力軸とギヤ側の出力軸はトーションバーを介して連結されており、入力軸の回転検出を担当するトルクセンサ４ａと出力軸の回転検出を担当するトルクセンサ４ｂとを有する。その回転に応じてトルクセンサ４ａ，４ｂのそれぞれから出力される信号に基づいて、電子制御装置１は操舵トルクＭＴを演算する。

ラックバー５は、車幅方向に延在し、その両端のそれぞれがタイロッドを介して左右の車輪に接続される。ラックバー５は、ピニオン軸を介してステアリングシャフト側に接続される。

ＥＰＳギヤモータ７は、ラックバー５のストローク運動を発生させる電動モータである。モータ回転角センサ８は、ＥＰＳギヤモータ７の回転状態を検出する。その回転に応じてモータ回転角センサ８から出力される信号に基づいて、電子制御装置１はＥＰＳギヤモータ７の回転角度θｍと回転数ｎを演算する。

電子制御装置１は、所定の制御プログラムを記憶するＲＯＭ、制御プログラムを演算処理するＣＰＵ、一時作業領域であるＲＡＭなどから構成され、その制御プログラムに従い、上記各センサによる検出値とアシストトルクとの関係を規定するマップ値などに応じて、所望のアシストトルクとなるようにＥＰＳギヤモータ７を駆動制御する。すなわち、ドライバーによるステアリングホイールの操舵操作による操舵トルクと電子制御装置１によって制御されるＥＰＳギヤモータ７によるアシストトルクとの両方がラックバー５に作用することによって、ラックバー５はストロークする。そのストロークによってタイロッドを介して左右車輪が転舵し、車両の操舵が行われる。

また、電子制御装置１は、モータ回転角センサ８によって検出されたＥＰＳギヤモータ７の回転角度θｍと回転向きに基づいて、ＥＰＳギヤモータ７が回される動作が検出されれば、ＥＰＳギヤモータ７に回生電力が実際に発生したか否かを判断することも可能である。また、電子制御装置１は、ＥＰＳギヤモータ７のトルク指令値や実検出トルク値やＥＰＳギヤモータ７のモータ効率を加味した定数等をパラメータとする所定の回生電力演算式や所定のマップに基づいて、ＥＰＳギヤモータ７に発生する回生電力値を算出することもできる。電子制御装置１は、このような回生電力の発生情報を用いて回生電力の効率的な利用を図るための所定の制御を実行する。なお、ＥＰＳギヤモータ７の回生電流の通電ラインを監視する電流センサや電圧センサの監視データに基づいて回生電力の発生検出や回生電力値の算出を行ってもよい。

また、電子制御装置１は、ステアリング操作の操舵状態と操舵トルクとアクセル開度の情報を用いて、カーブを立ち上がる状況などにおいて車両の推進力によりステアリングがニュートラルポジションに戻ろうとする際のＥＰＳギヤモータ７による回生電力の発生を予測する。

それでは、本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。図２は、第１の実施形態の電動パワーステアリング装置における回生電力発生予測の制御フローである。

ステップ１２において、電子制御装置１は、操舵角センサ２から出力される信号に基づいて操舵角が中立状態（ニュートラルポジション）でないか否かを判断する。ステアリング操作により右方向か左方向に所定値以上の操舵角が生じていれば、中立状態ではないとして、ステップ１４に進む。ステップ１４において、電子制御装置１は、トルクセンサ４から出力される信号に基づいて操舵トルクが零（若しくは、許容範囲を設けて略零）であるか否かを判断する。ドライバーがステアリングに力を加えていない状態では操舵トルクが零若しくは略零になる。操舵トルクが零若しくは略零であればステップ１６に進む。ステップ１６において、電子制御装置１は、スロットルポジショニングセンサ９から出力される信号に基づいてアクセル開度が所定値以上であるか否かを判断する。スロットルバルブの開度が所定の開度より大きければステップ１８に進む。そして、ステップ１２，１４，１６の判定ステップがすべて成立した場合のステップ１８において、電子制御装置１は、その後にＥＰＳギヤモータ７による回生電力が発生すると予測する。

つまり、図２の制御フローは、カーブを立ち上がったり交差点を曲がり終えたりする状況において車両の推進力によりステアリングがニュートラルポジションに戻ろうとする際の回生電力の発生を予測する制御フローである。ドライバーは、カーブを立ち上がろうとするときや右左折を終えようとするときに、転舵のためにステアリングに加えていた力を緩め、アクセルペダルを踏み込むことにより車両を直進状態に戻そうとする。ドライバーが力を緩めることができるのは、スロットルバルブが開くことにより発生する車両の推進力によって、ステアリングにはニュートラルポジションに戻る力が働くからである。このとき、タイヤからの力を受けてＥＰＳギヤモータ７は回されることになるため、ＥＰＳギヤモータ７には回生電力が発生する。

ここで、スロットルバルブが開いてもすぐにエンジンは吹け上がらず推進力が得られるわけではない。スロットルバルブが開いてから車両が推進力を得られるまでに例えば数１００ｍｓのタイムラグがあるとするならば、ＥＰＳギヤモータ７による回生電力の発生を数１００ｍｓ前に予測することが可能になる。速い演算周期（例えば数ｍｓ）の電子制御装置１にとって、数１００ｍｓ先の回生電力の発生を予測できるメリットは大きい。よって、電子制御装置１は、突発的なＥＰＳギヤモータ７による回生電力の発生前に、回生電力の効率的な利用を図るための複雑な処理や判断をすることができるようになるので、回生電力の最適な利用を図ることのできる効率化方法を実行可能となる。

次に、本発明の電動パワーステアリング装置の第２の実施形態とその動作について説明する。図３は、本発明の電動パワーステアリング装置の第２の実施形態の構成図である。第１の実施形態の構成と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。

ナビゲーション装置６は、電源制御装置１が必要とする地図情報の送付元である。ナビゲーション装置６は、ＧＰＳ装置と地図ＤＢ（データベース）を有している。ＧＰＳ装置は、ＧＰＳ受信機によるＧＰＳ衛星からの受信情報に基づいて、自車の位置を２次元若しくは３次元の座標データによって特定する装置である。一方、地図ＤＢは、高精度の地図情報を記憶している。高精度の地図情報には、各地点の走行路形状を表す所定の数値情報と各地点を特定する座標データが含まれている。特に、その地図情報には、ステアリング操作しなければ曲がることができない操舵地点（カーブ、交差点、分岐点など）の情報が含まれており、それらの地点の半径、カント、曲率、路面傾斜角などの数値情報が含まれている。

なお、地図ＤＢは、ナビゲーション装置６が有するハードディスクなどの車載の記憶媒体でもよいし、ナビゲーション装置６の地図情報発信サーバや所定の情報管理機関のデータベースサーバ等の車外の記憶媒体としてもよい。車外に地図ＤＢがある場合には、通信回線を介して地図情報が送受信される。また、車車間通信によって、周囲の車両、例えば前方車両からその前方車両が操舵地点を実際走行したときの情報を取得し、自身の地図ＤＢに反映してもよい。

それでは、本発明の第２の実施形態の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。図４は、第２の実施形態の電動パワーステアリング装置における回生電力発生予測の制御フローである。

ステップ３２において、電子制御装置１は、ナビゲーション装置６からの地図情報と自車の現在位置情報に基づいて、進路上にステアリング操舵が必要なカーブがあるか否かを判断する。また、電子制御装置１が、地図情報と自車の現在位置情報に基づいてナビゲーション装置６が進路上にステアリング操作が必要なカーブがあるか否かを判断した結果を取得してもよい。また、電子制御装置１は、ナビゲーション装置６の経路案内機能に基づき経路案内中の進路上に曲がる予定のある交差点や分岐点がないか否かを判断してもよい。進路上にステアリング操作が必要なカーブや交差点等があると判断されればステップ３４に進む。ステップ３４において、電子制御装置１は、ナビゲーション装置６の詳細な地図情報に含まれた走行路形状を表す数値情報に基づいて、そのカーブの後に所定長さ以上の直線区間があるか否かを判断する。所定長さ以上の直線区間があるならばステップ３６に進む。そして、ステップ３２，３４の判定ステップがすべて成立した場合のステップ３６において、電子制御装置１は、その後にＥＰＳギヤモータ７による回生電力が発生すると予測する。

ここで、ステップ３４においてカーブ後に所定長さ以上の直線区間があるか否かを判断しているが、カーブ後に所定長さ以上の直線区間がなければ、Ｓ字のようにカーブが連続している進路であると考えられる。そのような状況ではドライバーはステアリングに加えている力を緩めずに連続カーブを走行すると想定されるため、電子制御装置１は、回生電力は発生しにくい状況であるとして、その後にＥＰＳギヤモータ７による回生電力が発生すると予測していない。

つまり、図４の制御フローは、第１の実施形態の図２の制御フローと同様に、カーブを立ち上がったり交差点を曲がり終えたりする状況において車両の推進力によりステアリングがニュートラルポジションに戻ろうとする際の回生電力の発生を予測する制御フローである。第１の実施形態では、操舵角センサ２やトルクセンサ４やスロットルポジショニングセンサ９から出力される信号に基づいて回生電力の発生予測をしているが、第２の実施形態では、それらのセンサを使わずにナビゲーション装置６の地図情報に基づいて回生電力の発生予測をしている。つまり、第２の実施形態の場合、各センサによる現走行状態を示す検出情報ではなく地図情報を用いているので、第１の実施形態に比べ比較的手前の時点で回生電力の発生を予測することが可能になる。よって、電子制御装置１は、突発的なＥＰＳギヤモータ７による回生電力の発生前に、回生電力の効率的な利用を図るための複雑な処理や判断をすることができるようになるので、回生電力の最適な利用を図ることのできる効率化方法を実行可能となる。

例えば、回生電力の効率的な利用を図るために、回生電力をバッテリに充電する際に事前に充電効率の良い温度にバッテリの温度を上昇させる制御や、回生電力の通電経路を確保して車両に搭載される各種負荷の動作状況に応じて回生電力を効率的に分配する制御を、回生電力の発生前から開始しておくことができる。また、発生した回生電力をバッテリに充電できずさらには抵抗素子などによって熱で消費できない場合には、回生電力を消費できずに高いサージ電圧が発生し車載部品の耐圧を超えるという状況も考えられるが、回生電力を効率的に各種負荷に分配する制御を事前に行うことで、そのような状況に陥ることを防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、地図情報に駐車場情報を含めてもよい。駐車した状態から右や左に曲がりながら駐車枠を出て発進する状況において、ドライバーは、転舵のためにステアリングに加えていた力を緩め、アクセルペダルを踏み込むことにより車両を直進状態に戻そうとする。このとき、タイヤからの力を受けてＥＰＳギヤモータ７は回されることになるため、ＥＰＳギヤモータ７には回生電力が発生するからである。

また、上記の例示では、ＥＰＳギヤモータ７の回転角度θｍと回転数ｎを演算しているが、ラックバー５のストローク変位ＲＳを検出するラックバー変位センサが設置されていれば、ラックストロークとモータ回転角度は（減速比を介して）等価なため、回転角度θｍと回転数ｎの代わりにラックバー５のストローク変位ＲＳを演算してもよい。

本発明の電動パワーステアリング装置の第１の実施形態の構成図である。 第１の実施形態の電動パワーステアリング装置における回生電力発生予測の制御フローである。 本発明の電動パワーステアリング装置の第２の実施形態の構成図である。 第２の実施形態の電動パワーステアリング装置における回生電力発生予測の制御フローである。

符号の説明

１ 電子制御装置
２ 操舵角センサ
４ トルクセンサ
５ ラックバー
６ ナビゲーション装置
７ ＥＰＳギヤモータ
８ モータ回転角センサ
９ スロットルポジショニングセンサ

Claims (2)

1. 運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生を予測する回生電力予測手段を備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記回生電力予測手段が、
   運転者のステアリング操作の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
   前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   車両のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段とを備え、
   操舵状態が中立状態でなく、操舵トルクが略零であると共に、アクセル開度が所定値以上である場合に回生電力が発生すると予測することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 運転者の操舵トルクを補助する電動機による回生電力の発生を予測する回生電力予測手段を備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記回生電力予測手段が、
   車両の進路情報を取得する進路情報取得手段を備え、
   前記進路情報取得手段による進路情報に基づいてカーブ後に所定長さ以上の直線区間がある進路を走行すると判断した場合に回生電力が発生すると予測することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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