JP2007186063A

JP2007186063A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2007186063A
Application number: JP2006005280A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Matsukawa; 樹卓松川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】低コストでハードウェア回路と同等以上のノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現することができる電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】所定の周期でサンプリングされた操舵トルク値に基づきモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に従って操舵補助用のモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置。操舵トルク値の所定サンプリング回数の移動平均値を算出する移動平均算出手段（Ｓ２２）と、操舵トルク値の所定時間当たりの変動値を算出する変動値算出手段（Ｓ２４）と、算出した変動値に基づき、移動平均算出手段が算出した移動平均値、移動平均値に１未満の所定値を乗算した値、及び移動平均算出手段が直前サンプリング時に算出した移動平均値の何れか１つを、操舵トルク値として選択する手段（Ｓ３２，３６，４０）とを備え、選択した操舵トルク値に基づきモータ電流指令値を定める構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、モータに流すべきモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に従ってモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものである。これは、操舵部材（ステアリングホイール）が操舵軸を介して連結された舵取機構に、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。

特許文献１には、操舵補助指示電流の変化率を算出し、算出した操舵補助指示電流の変化率が所定値以上の時は、異常検出を禁止して、誤判断による不必要な停止を防止する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特許文献２には、磁歪式トルクセンサが検出し出力したアナログのトルク信号を複数の異なる増幅率で増幅して、最低増幅率で増幅し、ディジタル変換したトルク信号に対応するトルク値が一定以上かつ一定時間以上継続した場合に、故障信号を出力するパワーステアリング用トルク検出器が開示されている。

特許文献３には、操舵トルクセンサが出力した操舵トルクの検出値を、ＣＰＵが２回前まで記憶しておき、今回検出値と２回前検出値との差の絶対値が、閾値以下であれば、今回検出値を制御用の操舵トルクとし、閾値を超えていれば、前回検出値を制御用の操舵トルクとするフィルタ装置が開示されている。
特開２００２−３４７６３５号公報特開２０００−３５５２８０号公報特開２０００−８９８０５号公報

上述した電動パワーステアリング装置では、温度、電磁波信号の変化、振動等の外乱により、トルクセンサの出力が急激に変化する場合があるという問題がある。この問題を解決する為に、信号転送ハーネスにシールド線を採用することが考えられるが、部品コストが上昇する。また、フィルタ回路を追加することも考えられるが、広い周波数帯及び高レベル雑音に対応できるフィルタ回路は、複雑且つ高価であり、回路定数を定める迄、チューニングに時間が掛かる。また、ソフトウェア上でフェイルセーフ機能を設ける方法もあるが、安易にフェイルセーフ機能を設けると、容易にフェイルセーフに入ってしまって操舵補助機能を果たすことができず、製品寿命が短くなる虞がある。

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、低コストでハードウェア回路と同等以上のノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現することができる電動パワーステアリング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、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、前記トルクセンサが検出し、所定の周期でサンプリングされた操舵トルク値に基づき、前記モータに流すべきモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に従って前記モータを回転駆動する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク値の所定サンプリング回数の移動平均値を算出する移動平均算出手段と、前記操舵トルク値の所定時間当たりの変動値を算出する変動値算出手段と、該変動値算出手段が算出した変動値に基づき、前記移動平均算出手段が算出した移動平均値、該移動平均値に１未満の所定値を乗算した値、及び前記移動平均算出手段が直前サンプリング時に算出した移動平均値の何れか１つを、操舵トルク値として選択する手段とを備え、該手段が選択した操舵トルク値に基づき、前記モータ電流指令値を定め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、前記変動値算出手段は、前記トルクセンサが検出しサンプリングされた操舵トルク値の、前記移動平均算出手段が直前サンプリング時に算出した移動平均値からの前記所定時間当たりの変動値を算出する手段と、該手段が算出した変動値の、前記所定サンプリング回数の移動平均を算出する手段とを備え、該手段が算出した移動平均を変動値と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、操舵トルク値の所定サンプリング回数の移動平均値を算出し、操舵トルク値の所定時間当たりの変動値を算出して、その算出した変動値に基づき、移動平均値、移動平均値に１未満の所定値を乗算した値、及び直前サンプリング時の移動平均値の何れか１つを、操舵トルク値として選択し、その選択した操舵トルク値に基づき、モータ電流指令値を定めるので、低コストでハードウェア回路と同等以上のノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現することができる。また、同様作用を有するハードウェア回路と重複して使用することもでき、ノイズフィルタ機能を二重に備えることも可能となる効果も期待できる。また、ノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現しているので、ハードウェア回路に比較して、周辺環境及び回路素子の経年変化等の影響が小さい。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、変動値算出手段は、トルクセンサが検出しサンプリングされた操舵トルク値の、直前サンプリング時の移動平均値からの所定時間当たりの変動値を算出し、算出した変動値の、所定サンプリング回数の移動平均を算出し、算出した移動平均を変動値とするので、低コストでハードウェア回路と同等以上のノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現することができ、容易にフェイルセーフに入ってしまうことも回避できる。また、同様作用を有するハードウェア回路と重複して使用することもでき、ノイズフィルタ機能を二重に備えることも可能となる効果も期待できる。また、ノイズフィルタ機能をソフトウェアで実現しているので、ハードウェア回路に比較して、周辺環境及び回路素子の経年変化等の影響が小さい。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
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、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０が検出し出力したトルク検出信号が、インターフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられる。また、車速を検出する車速センサ２０が検出し出力した車速信号が、インターフェイス回路２１を介してマイクロコンピュータ１２へ与えられる。

マイクロコンピュータ１２から出力されるリレー制御信号が、リレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５は、リレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点１５ａをオン又はオフさせる。
マイクロコンピュータ１２から出力されるクラッチ制御信号が、クラッチ駆動回路１６へ入力され、クラッチ駆動回路１６は、クラッチ制御信号に従ってクラッチ１９をオン又はオフさせる。クラッチ１９の駆動電源は、フェイルセーフリレー接点１５ａのモータ駆動回路１３側端子から与えられる。

マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号、車速信号及び後述するモータ電流信号に基づき、メモリ１８内のトルク／電流テーブル１８ａを参照することにより、モータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）を作成し、作成したモータ電流指令値はモータ駆動回路１３へ与えられる。モータ駆動回路１３は、フェイルセーフリレー接点１５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたモータ電流指令値に基づき、操舵補助用のモータであるブラシレスモータ２４を回転駆動させる。

ブラシレスモータ２４が回転する際、ロータ位置検出器１４がそのロータ位置を検出し、モータ駆動回路１３は、この検出したロータ位置信号に基づき、ブラシレスモータ２４を回転制御する。
ブラシレスモータ２４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与えられる。

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２，３のフローチャートを参照しながら説明する。
マイクロコンピュータ１２は、操舵補助動作において、先ず、トルクセンサ１０が検出したトルク検出信号をインターフェイス回路１１でサンプリングして読込み（Ｓ２）、読込んだトルク検出信号についてノイズ除去処理を行う（Ｓ４）。
マイクロコンピュータ１２は、次に、車速センサ２０が検出した車速信号をインターフェイス回路２１でサンプリングして読込み（Ｓ６）、読込んだ車速信号及びノイズ除去処理を施した（Ｓ４）トルク検出信号に基づき、トルク／電流テーブル１８ａを参照して、目標モータ電流を決定する（Ｓ８）。

次に、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流検出回路１７からモータ電流信号を読込み（Ｓ１０）、決定した（Ｓ８）目標モータ電流と読込んだ（Ｓ１０）モータ電流信号との差を演算し（Ｓ１２）、演算した差に基づき、ブラシレスモータ２４に目標モータ電流を流すべく、モータ電流指令値を決定する（Ｓ１４）。

次に、マイクロコンピュータ１２は、決定した（Ｓ１４）モータ電流指令値に応じたＰＷＭ指令値及び回転方向を決定し（Ｓ１６）、決定したＰＷＭ指令値及び回転方向の指示信号をモータ駆動回路１３へ与え（Ｓ１８）、リターンして他の処理へ移る。
モータ駆動回路１３は、与えられたＰＷＭ指令値及び回転方向の指示信号に基づき、ブラシレスモータ２４を回転駆動させる。

マイクロコンピュータ１２は、読込んだ（Ｓ２）トルク検出信号についてノイズ除去を行うに際して（Ｓ４）、読込んだ（Ｓ２）トルク検出信号Ｖｉをｎ個目（ｎは２〜９９の所定値）とするトルク検出信号の移動平均値
Ｖａ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋‥‥Ｖｉ）／ｎ
を算出する（図３Ｓ２２）。

次に、マイクロコンピュータ１２は、直前サンプリング時迄のｎ個の移動平均値Ｖｂ（最初のサンプリング時は中点位置（＝トルク０）とする）から、読込んだトルク検出信号Ｖｉへの変動値
（Ｖｉ−Ｖｂ）／ｔ１（ｔ１；サンプリング周期）
を算出し、次いで、算出した変動値をｎ個目とする変動値の移動平均値
ΔＶ＝（Σ（（Ｖｉ−Ｖｂ）／ｔ１））／ｎ
を算出する（Ｓ２４）。

次に、マイクロコンピュータ１２は、読込んだ（Ｓ２）トルク検出信号Ｖｉが、サンプリング開始からｎ回目以降にサンプリングされたトルク検出信号であるか否か、つまり、ｎ個の移動平均値を算出できているか否かを判定する（Ｓ２６）。算出できていなければ、Ｓ２２の処理に戻る。
マイクロコンピュータ１２は、ｎ個の移動平均値を算出できていれば（Ｓ２６）、ｎ回到達カウンタをリセットし（Ｓ２７）、算出した（Ｓ２４）変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｍより大きいか否かを判定する（Ｓ２８）。

Ｖｍは、トルクセンサ出力の限界最大変動値であり、
Ｖｍ＝（Ｖｓ−Ｖ０）／ｔｓ
Ｖｍの単位；Ｖ／ｓ（Volt/second）
ｔｓ；ハンドル中央位置（トルクセンサ中点）〜右又は左方向の任意角度（例えば９０度）におけるハンドル操作最小限界時間
Ｖｓ；ｔｓに対応するトルクセンサの出力値
Ｖ０；トルク検出信号の中央値（トルク０）
により算出される。

Ｖｓ及びｔｓは実験により定められる。例えば、人間の最大操舵速度を３６０〜１０８０度／ｓとして、ハンドルを中央位置から右方向へ９０度回転させると、ｔｓ＝１／４〜１／１２ｓとなり、測定したＶｓ値を使用する。
尚、Ｖ０が固定値である場合、Ｖｍも事前の計算で定数として扱う。但し、Ｖ０が変数値である場合は、Ｖ０と同じ演算周期で、Ｖｍをプログラム上で演算する必要がある。

マイクロコンピュータ１２は、変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｍより大きければ（Ｓ２８）、算出した（Ｓ２２）トルク検出信号の移動平均値Ｖａはノイズであるとして使用しない。そして、代わりに直前サンプリング時に算出した（Ｓ２２）トルク検出信号の移動平均値Ｖｂを、ノイズ除去処理を施したトルク検出信号Ｖｏｕｔとして（Ｓ４０）リターンする。尚、移動平均値Ｖｂがノイズであると判定されているような場合は、直近のノイズであると判定されていないトルク検出信号の移動平均値、又は前回使用したトルク検出信号Ｖｏｕｔ（前回値）を使用する。

マイクロコンピュータ１２は、変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｍより大きくなければ（Ｓ２８）、変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｃより大きいか否かを判定する（Ｓ３０）。
Ｖｃは、トルクセンサ出力の常用範囲最大変動値であり、人間の操舵速度能力、車速及び路面状態を総合的に考慮して定める。操舵速度を０〜３５９度／ｓと仮定して、Ｖｍと同様な計算により、Ｖｃの値を確定する。

マイクロコンピュータ１２は、変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｃより大きければ（Ｓ３０）、ダンピング制御計数ｋ＝１−ΔＶ／Ｖｍを算出する（Ｓ３４）。次いで、トルク検出信号の移動平均値Ｖａを使用して、Ｖｏｕｔ＝ｋ×Ｖａを算出し、ノイズ除去処理を施したトルク検出信号Ｖｏｕｔとする（Ｓ３６）。次いで、算出したＶｏｕｔで前回値を更新して（Ｓ３８）リターンする。
マイクロコンピュータ１２は、変動値の移動平均値ΔＶの絶対値が、所定値Ｖｃより大きくなければ（Ｓ３０）、トルク検出信号の移動平均値Ｖａを、ノイズ除去処理を施したトルク検出信号Ｖｏｕｔとして（Ｓ３２）、トルク検出信号Ｖｏｕｔで前回値を更新して（Ｓ３８）リターンする。

以上を要約すると、ΔＶ＜Ｖｃである場合、マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号の移動平均値Ｖａを、ノイズ除去処理を施したトルク検出信号Ｖｏｕｔとして、操舵補助制御を行う。
Ｖｃ≦ΔＶ≦Ｖｍである場合、マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号の移動平均値Ｖａを削減（ダンピング）し（ｋ×Ｖａ）、ノイズが含まれる可能性がある移動平均値Ｖａの影響を小さくする。

ΔＶ＞Ｖｍである場合、マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号の移動平均値Ｖａを削除し、トルク検出信号の前回移動平均値Ｖｂを使用する。これにより、最大限界操舵速度に対応するトルク検出信号の変動値を完全に削除する。
尚、上述した実施の形態では、トルクセンサは１つであるが、メイン及びサブの２つのトルクセンサを備える場合は、それぞれのトルク検出信号について、上述したノイズ除去処理を施すようにすることも可能である。

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動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０トルクセンサ、１１，２１インターフェイス回路、１２マイクロコンピュータ、１３モータ駆動回路、１４ロータ位置検出器、１７モータ電流検出回路、１８ａトルク／電流テーブル、２０車速センサ、２４ブラシレスモータ（操舵補助用のモータ）

Claims

操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータとを備え、前記トルクセンサが検出し、所定の周期でサンプリングされた操舵トルク値に基づき、前記モータに流すべきモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に従って前記モータを回転駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵トルク値の所定サンプリング回数の移動平均値を算出する移動平均算出手段と、前記操舵トルク値の所定時間当たりの変動値を算出する変動値算出手段と、該変動値算出手段が算出した変動値に基づき、前記移動平均算出手段が算出した移動平均値、該移動平均値に１未満の所定値を乗算した値、及び前記移動平均算出手段が直前サンプリング時に算出した移動平均値の何れか１つを、操舵トルク値として選択する手段とを備え、該手段が選択した操舵トルク値に基づき、前記モータ電流指令値を定め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。
前記変動値算出手段は、前記トルクセンサが検出しサンプリングされた操舵トルク値の、前記移動平均算出手段が直前サンプリング時に算出した移動平均値からの前記所定時間当たりの変動値を算出する手段と、該手段が算出した変動値の、前記所定サンプリング回数の移動平均を算出する手段とを備え、該手段が算出した移動平均を変動値と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。