JP2007283891A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクセンサ異常発生時においてもパワーアシスト制御の継続が可能な車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】マイコン４１は、トルクセンサの異常を検知する異常検知部５０と、ギヤ比可変アクチュエータ７の駆動源であるモータ１２に通電される電流量Ｉ_vgに基づいて操舵トルクτ´を推定する操舵トルク推定演算部５１とを備える。そして、異常検知部５０によりトルクセンサの異常が検知された場合には、トルクセンサにより検出された操舵トルクτに代えて、操舵トルク推定演算部５１により推定された操舵トルクτ´を用いることにより、モータ２２に対するモータ制御信号の出力、即ちパワーアシスト制御を続行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用操舵装置に関するものである。

近年、車両用パワーステアリング装置として、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が広く採用されるようになっている。一般に、このようなＥＰＳは、ステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に設けられたトルクセンサにより操舵トルクを検出し、その操舵トルク（及び車速等）に基づいて操舵系に付与するアシスト力を制御する。これにより、従来の油圧式パワーステアリング装置と比較して、より自由度の高いパワーアシスト制御が可能であり、更にステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変する伝達比可変制御と組み合わせることによって、操縦性及び車両安定性の大幅な向上を図ることも可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２９７７１９号公報

しかしながら、こうしたＥＰＳでは、トルクセンサの異常により正しい操舵トルクの検出が不能となった場合には、アシスト力の制御目標を決定することができない。このため、トルクセンサ異常発生時には、そのパワーアシスト制御を停止せざるを得ず、これに伴う操舵反力の変化によって操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、トルクセンサ異常発生時においてもパワーアシスト制御の継続が可能な車両用操舵装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置と、該電動パワーステアリング装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置の作動を制御するとともに、ステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中には、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置が設けられた車両用操舵装置であって、前記トルクセンサの異常を検知する検知手段と、前記伝達比可変装置の駆動モータに通電される電流量に基づいて前記操舵トルクを推定する推定手段とを備え、前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検知された場合には、前記推定された操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置の作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、操舵伝達系に設けられた伝達比可変装置においては、そのモータ駆動に基づく転舵輪の舵角を維持するために、ステアリングに入力される操舵力（又は転舵輪に入力される路面反力）に抗するだけのモータトルクが必要とされる。つまり、駆動モータに対しては、常に、操舵トルクに抗して現在の舵角を維持するための電力供給が行われており、その通電される電流量（の絶対値）は、操舵トルク（の絶対値）が大きいほど大となる。従って、伝達比可変装置の駆動モータに通電される電流量に基づいて操舵トルクを推定することが可能であり、上記構成により、トルクセンサの異常により正しい操舵トルクを検出できなくなった場合においても、パワーアシスト制御を続行することができる。その結果、同制御の停止に伴う操舵反力の変化を防止して、良好な操舵フィーリングを維持することができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記トルクセンサの異常検知後は、前記操舵系に付与されるアシスト力が漸次低減するように前記電動パワーステアリング装置の作動を制御すること、を要旨とする。

上記構成によれば、運転者に不安或いは違和感を与えることなくパワーアシスト制御を停止させて、円滑にフェールセーフを図ることができる。

本発明によれば、トルクセンサ異常発生時においてもパワーアシスト制御の継続が可能な車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）及び伝達比可変装置を備えた車両用操舵装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の車両用操舵装置１の概略構成図、図２は、その制御ブロック図、そして、図３（ａ）（ｂ）は、伝達比可変制御の作用説明図である。図１に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラック＆ピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラック＆ピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両の進行方向が変更される。即ち、本実施形態では、ステアリングシャフト３、ラック＆ピニオン機構４、及びラック５（並びに詳述しないタイロッドやナックルアーム等）により、ステアリング２と転舵輪６とを連結する操舵伝達系が構成されている。

本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）に対する転舵輪６の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置としてのギヤ比可変アクチュエータ７と、該ギヤ比可変アクチュエータ７の作動を制御するＩＦＳＥＣＵ８とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラック＆ピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、ギヤ比可変アクチュエータ７は、第１シャフト９及び第２シャフト１０を連結する差動機構１１と、該差動機構１１を駆動するモータ１２とを備えている。そして、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動に基づく回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラック＆ピニオン機構４に入力される同第２シャフト１０の回転を増速（又は減速）する。

つまり、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ギヤ比可変アクチュエータ７は、ステアリング操作に基づく転舵輪６の舵角（ステア転舵角θts）にモータ駆動に基づく転舵輪６の舵角（ＡＣＴ角θta）を上乗せすることにより、操舵角θsに対する転舵輪６の転舵角θtの比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる。そして、制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ８は、モータ１２に対する駆動電力の供給を通じてギヤ比可変アクチュエータ７の制御を制御し、これにより操舵角θsと転舵角θtとの間の伝達比（ギヤ比）を制御する（伝達比可変制御）。

尚、この場合における「上乗せ」とは、加算する場合のみならず減算する場合をも含むものと定義し、以下同様とする。また、「操舵角θsに対する転舵角θtのギヤ比」をオーバーオールギヤ比（操舵角θs／転舵角θt）で表した場合、ステア転舵角θtsと同方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は小さくなる（転舵角θt大、図３（ａ）参照）。そして、逆方向のＡＣＴ角θtaを上乗せすることによりオーバーオールギヤ比は大きくなる（転舵角θt小、図３（ｂ）参照）。そして、本実施形態では、ステア転舵角θtsが第１の舵角を構成し、ＡＣＴ角θtaが第２の舵角を構成する。

また、図１に示すように、車両用操舵装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置としてのＥＰＳアクチュエータ１７と、該ＥＰＳアクチュエータ１７の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ１８とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１７は、その駆動源であるモータ２２がラック５に設けられた所謂ラックアシスト型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ２２が発生するアシストトルクは、ボール螺子機構（図示略）を介してラック５に伝達される。そして、ＥＰＳＥＣＵ１８は、このモータ２２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、上記のギヤ比可変アクチュエータ７を制御するＩＦＳＥＣＵ８、及びＥＰＳアクチュエータ１７を制御するＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）２３を介して接続されており、該車内ネットワーク２３には、車両状態量を検出するための複数のセンサが接続されている。具体的には、車内ネットワーク２３には、ステアリングセンサ２４、トルクセンサ２５、及び車速センサ２６が接続されており、これら各センサにより検出される操舵角θs、操舵トルクτ、及び車速Ｖは、車内ネットワーク２３を介してＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８に入力される。尚、本実施形態では、トルクセンサ２５には、周知のツインレゾルバ型が採用されており、同トルクセンサ２５は、ラック＆ピニオン機構４近傍の第２シャフト１０（ピニオンシャフト）に設けられている。そして、ＩＦＳＥＣＵ８及びＥＰＳＥＣＵ１８は、車内ネットワーク２３を介して相互通信を行うことにより、上記の伝達比可変制御及びパワーアシスト制御を統合的に実行する。

次に、本実施形態の車両用操舵装置の電気的構成及び制御態様について説明する。
図２に示すように、ＩＦＳＥＣＵ８は、モータ制御信号を出力するマイコン３１と、モータ制御信号に基づいてモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３２とを備えている。尚、同図に示す各制御ブロックは、ＩＦＳＥＣＵ８（ＥＰＳＥＣＵ１８）に備えられたマイコン３１（４１）が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

マイコン３１は、ギヤ比可変制御演算部３３及び微分ステア制御演算部３４を備えており、ギヤ比可変制御演算部３３には、操舵角θs及び車速Ｖが入力され、微分ステア制御演算部３４には、車速Ｖ及び操舵速度ωsが入力される。そして、ギヤ比可変制御演算部３３は、車速Ｖに応じてギヤ比（伝達比）を可変させるための制御目標成分であるギヤ比可変指令角θgr*を演算し、微分ステア制御演算部３４は、操舵速度ωsに応じて車両の応答性を向上させるための制御目標成分である微分ステア指令角θls*を演算する。

ギヤ比可変制御演算部３３及び微分ステア制御演算部３４により演算されたギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*は、加算器３５へと入力される。そして、この加算器３５において、これらギヤ比可変指令角θgr*及び微分ステア指令角θls*が重畳されることによりＡＣＴ指令角θta*が演算される。

また、マイコン３１には、モータ１２に設けられた回転角センサ３６の出力するモータ回転角θm_vgが入力されるようになっており、加算器３５において演算されたＡＣＴ指令角θta*は、そのモータ回転角θm_vgに基づき演算されるＡＣＴθtaとともに、位置制御演算部３８に入力される。そして、位置制御演算部３８は、指令値であるＡＣＴ指令角θta*とＡＣＴ指令角θta*の実際値との偏差に基づくフィードバック演算により電流指令εを演算してモータ制御信号出力部３９に出力する。

そして、モータ制御信号出力部３９は、電流指令εに基づき生成されたモータ制御信号を駆動回路３２に出力し、そのモータ制御信号に基づく駆動電力がモータ１２に供給されることにより、同モータ１２、即ちギヤ比可変アクチュエータ７の作動が制御されるようになっている。

一方、ＥＰＳＥＣＵ１８もまた、上記ＩＦＳＥＣＵ８と同様に、モータ制御信号を出力するマイコン４１と、モータ制御信号に基づいてモータ２２に駆動電力を供給する駆動回路４２とを備えている。

マイコン４１は、操舵系に付与するアシスト力の制御目標として電流指令値Ｉq*を演算するアシスト力演算部４３を備えており、同アシスト力演算部４３には、上記トルクセンサ２５及び車速センサ２６により検出された操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、アシスト力演算部４３は、これら操舵トルクτ及び車速Ｖに基づきパワーアシスト制御の制御目標となる電流指令値Ｉq*を演算する。

また、マイコン４１には、電流センサ４４により検出されたモータ２２に通電される実電流値Ｉ_ps、及びモータ２２に設けられた回転角センサ４５の出力するモータ回転角θm_psが入力されるようになっており、アシスト力演算部４３において演算された電流指令値Ｉq*は、これら実電流値Ｉ_ps及びモータ回転角θm_psとともに、モータ制御信号出力部４６に入力される。そして、モータ制御信号出力部４６は、検出されたモータ２２の実電流値Ｉ_psを電流指令値Ｉq*に追従させるべく電流フィードバック制御を行うことによりモータ制御信号を生成する。

尚、本実施形態では、モータ２２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力により回転するブラシレスモータが採用されており、電流センサ４４は、これらの各相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）を上記実電流値Ｉ_psとしてモータ制御信号出力部４６に出力する。そして、モータ制御信号出力部４６は、検出された各相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ座標系のｄ，ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）することにより、上記の電流フィードバック制御を行う。

即ち、アシスト力演算部４３は、電流指令値Ｉq*としてｑ軸電流指令値をモータ制御信号出力部４６に出力し、モータ制御信号出力部４６は、このｑ軸電流指令値に上記ｄ／ｑ変換により算出されたｑ軸電流値を追従させるべくフィードバック制御演算を行うことにより、各相電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を算出する。そして、モータ制御信号出力部４６は、この各相電圧指令値に基づき生成されたモータ制御信号を駆動回路４２に出力し、そのモータ制御信号に基づく駆動電力がモータ２２に供給されることにより、同モータ２２、即ちＥＰＳアクチュエータ１７の作動が制御されるようになっている。

（フェールセーフ制御）
次に、本実施形態の車両用操舵装置におけるトルクセンサ異常発生時のフェールセーフ制御の態様について説明する。

図２に示すように、本実施形態では、マイコン４１は、トルクセンサ２５の異常を検知する異常検知部５０と、ギヤ比可変アクチュエータ７の駆動源であるモータ１２に通電される電流量Ｉ_vgに基づいて操舵トルクτ´を推定する操舵トルク推定演算部５１とを備えている。尚、本実施形態では、異常検知部５０には、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτが入力されるようになっており、同異常検知部５０は、入力される操舵トルクτが不連続に変化した場合、又は取り得ない値となった場合に、トルクセンサ２５に異常が発生したものと判定する。そして、マイコン４１は、異常検知部５０によりトルクセンサ２５の異常が検知された場合には、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτに代えて、操舵トルク推定演算部５１により推定された操舵トルクτ´を用いることにより、そのパワーアシスト制御を続行する。

即ち、操舵伝達系の一部であるステアリングシャフト３に設けられたギヤ比可変アクチュエータ７においては、そのモータ駆動に基づく転舵輪６の舵角（ＡＣＴ角θta）を維持するために、ステアリング２に入力される操舵力（又は転舵輪６に入力される路面反力）に抗するだけのモータトルクが必要とされる。つまり、位置フィードバック制御によりＡＣＴ角θtaを制御する構成では、駆動モータであるモータ１２に対し、常に、操舵トルクτに抗して現在のＡＣＴ角θtaを維持するための電力供給が行われる。そして、その通電される電流量Ｉ_vg（の絶対値）は、操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど大となる。従って、これに基づいて操舵トルクτ´を推定することが可能であり、本実施形態では、その推定された操舵トルクτ´を用いることでパワーアシスト制御を続行するのである。

詳述すると、本実施形態では、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτは、スイッチング部５３を介して上記アシスト力演算部４３に入力されるとともに、同スイッチング部５３には、異常検知部５０の出力する異常検出信号及び操舵トルク推定演算部５１により推定された操舵トルクτ´が入力される。尚、本実施形態では、モータ１２にもブラスレスモータが採用されており、操舵トルク推定演算部５１には、電流センサ５２により検出されたモータ１２の各相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ変換することにより得られるｑ軸電流値が上記電流量Ｉ_vgとして入力される。また、操舵トルク推定演算部５１には、図４のグラフに示されるような電流量Ｉ_vgと操舵トルクτ´との関係を記憶したマップが設けられており、同操舵トルク推定演算部５１は、入力された電流量Ｉ_vgを当該マップに照らし合わせることにより、操舵トルクτ´を推定する。そして、スイッチング部５３は、異常検知部５０から異常検出信号の入力がない場合には、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτをアシスト力演算部４３に出力し、異常検出信号が入力された場合には、当該操舵トルクτに代えて操舵トルク推定演算部５１により推定された操舵トルクτ´をアシスト力演算部４３に出力する。

次に、本実施形態におけるトルクセンサ異常発生時のフェールセーフ制御の処理手順について説明する。
図５のフローチャートに示すように、マイコン４１は、センサ値として車速Ｖ及び操舵トルクτ（並びにモータ１２の電流量Ｉ_vg）を取得すると（ステップ１０１）、続いてトルクセンサ２５に異常が発生したか否かを判定する（ステップ１０２）。そして、トルクセンサ２５に異常が発生したと判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、モータ１２の電流量Ｉ_vgの電流値に基づいて操舵トルクτ´を推定し（ステップ１０３）、その推定された操舵トルクτ´を用いて電流指令値Ｉq*の演算及び電流フィードバック制御演算を行う（暫定アシスト制御、ステップ１０４）。尚、本実施形態では、マイコン４１は、このステップ１０４における暫定アシスト制御では、その制御目標である電流指令値Ｉq*を漸次低減させることにより、モータ１２が発生するモータトルク、即ち操舵系に付与するアシスト力が徐々に低減するように制御する。そして、このステップ１０４の処理を実行することにより生成されたモータ制御信号を駆動回路４２に出力する（ステップ１０５）。

また、上記ステップ１０２において、トルクセンサ２５に異常がないと判定した場合（ステップ１０２：ＮＯ）、マイコン４１は、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτを用いて電流指令値Ｉq*の演算及び電流フィードバック制御演算を行う（通常アシスト制御、ステップ１０６）。そして、上記ステップ１０５の処理を実行することにより、その通常アシスト制御により生成されたモータ制御信号を駆動回路４２に出力する。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）マイコン４１は、トルクセンサ２５の異常を検知する異常検知部５０と、ギヤ比可変アクチュエータ７の駆動源であるモータ１２に通電される電流量Ｉ_vgに基づいて操舵トルクτ´を推定する操舵トルク推定演算部５１とを備える。そして、異常検知部５０によりトルクセンサ２５の異常が検知された場合には、トルクセンサ２５により検出された操舵トルクτに代えて、操舵トルク推定演算部５１により推定された操舵トルクτ´を用いることにより、モータ２２に対するモータ制御信号の出力、即ちパワーアシスト制御を続行する。

上記構成によれば、トルクセンサ２５の異常により正しい操舵トルクτを検出できなくなった場合においても、パワーアシスト制御を続行することができ、同制御の停止に伴う操舵反力の変化を防止して、良好な操舵フィーリングを維持することができる。

（２）マイコン４１は、暫定アシスト制御においては、その制御目標である電流指令値Ｉq*を漸次低減させることにより、モータ１２が発生するモータトルク、即ち操舵系に付与するアシスト力が徐々に低減するように制御する。これにより、運転者に不安或いは違和感を与えることなくパワーアシスト制御を停止させて、円滑にフェールセーフを図ることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、トルクセンサ２５は、ラック＆ピニオン機構４近傍の第２シャフト１０（ピニオンシャフト）に設けられることとしたが、これに限らず、コラムシャフト等、その他の箇所に設けてもよく、その形式もツインレゾルバ型に限るものではない。

・本実施形態では、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、駆動源であるモータ２２がラック５に設けられたＥＰＳアクチュエータ１７を有する所謂ラックアシスト型としたが、これに限らず、コラム型等、その他の型式のＥＰＳを備えるものに具体化してもよい。

・また、伝達比可変装置を構成するギヤ比可変アクチュエータ７についても、操舵伝達系の途中の何れかに設けられるものであれば、その設置箇所を限定するものではない。
・本実施形態では、図４のグラフに示されるような電流量Ｉ_vgと操舵トルクτ´との関係を記憶したマップを用いて操舵トルクτ´を推定することとした。しかし、これに限らず、操舵トルクτ´の推定に用いるマップにおける電流量Ｉ_vgと操舵トルクτ´との関連付けは、必ずしも同図に示すような正比例関係である必要はなく、シミュレーションや実験等により適宜最適化したものであってもよい。

車両用操舵装置の概略構成図。 車両用操舵装置の制御ブロック図。 （ａ）（ｂ）伝達比可変制御の作用説明図。 モータに通電される電流量と推定される操舵トルクとの関係を示すグラフ。 トルクセンサ異常発生時のフェールセーフ制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、４…ラック＆ピニオン機構、５…ラック、６…転舵輪、７…ギヤ比可変アクチュエータ、８…ＩＦＳＥＣＵ、１２…モータ、１７…ＥＰＳアクチュエータ、１８…ＥＰＳＥＣＵ、２２…モータ、２５…トルクセンサ、４１…マイコン、５０…異常検知部、５１…操舵トルク推定演算部、５２…電流センサ、５３…スイッチング部、θs…操舵角、θt…転舵角、θta…ＡＣＴ角、τ，τ´…操舵トルク、Ｉ_vg…電流量。

Claims (2)

1. モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置と、該電動パワーステアリング装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置の作動を制御するとともに、ステアリングと転舵輪とを連結する操舵伝達系の途中には、ステアリング操作に基づく転舵輪の第１の舵角にモータ駆動に基づく前記転舵輪の第２の舵角を上乗せすることによりステアリングと転舵輪との間の伝達比を可変させる伝達比可変装置が設けられた車両用操舵装置であって、
   前記トルクセンサの異常を検知する検知手段と、
   前記伝達比可変装置の駆動モータに通電される電流量に基づいて前記操舵トルクを推定する推定手段とを備え、
   前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検知された場合には、前記推定された操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置の作動を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記制御手段は、前記トルクセンサの異常検知後は、前記操舵系に付与されるアシスト力が漸次低減するように前記電動パワーステアリング装置の作動を制御すること、
   を特徴とする車両用操舵装置。

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