JP2009269540A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクセンサの異常時においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことのできる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】電流指令値演算部４５は、モータ２１の回転角θmを操舵角θsに換算した換算舵角θcnvを演算する換算舵角演算部５１と、操舵角θsに基づき目標舵角θs*を演算し、該目標舵角θs*に上記換算舵角θcnvを追従させるべく位置制御を行なうための基礎成分としての舵角制御量Ｉpo*を演算する舵角制御部５２を備える。そして、トルクセンサの異常が検出された場合には、電流指令値演算部４５は、操舵トルクτに基づく基本アシスト制御量Ｉas*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を停止して、上記舵角制御量Ｉpo*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。通常、このようなＥＰＳでは、トルクセンサにより、その操舵系に入力される操舵トルクが検出されており、該操舵トルクに基づいて、操舵系に付与すべきアシスト力目標値が演算される。そして、そのアシスト力目標値に相当するモータトルクを発生させるべく、モータに対する駆動電力の供給を通じてその作動が制御される構成となっている。

ところが、このような構成では、そのトルクセンサに異常が生じた場合には、上記操舵トルクに基づくパワーアシスト制御は実行できなくなる。そこで、従来、ステアリングセンサにより検出される操舵角に基づいて、その代替的なアシスト力目標値を演算する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、その操舵角及び操舵方向の判定結果に基づくアシスト力目標値の算出にヒステリシス特性を持たせる方法が開示されている。また、特許文献２には、操舵角に対応する係数を操舵速度に乗ずることにより、そのアシスト力目標値を演算する方法が開示されている。そして、これにより、トルクセンサ異常時においても、好適にアシスト力を付与することができる構成になっている。
特開２００４−３３８５６２号公報 特開２００４−１１４７５５号公報

しかしながら、これら従来の方法は、何れも上記操舵トルクに基づくアシスト力目標値を代替する目標値を演算する位置付けであり、そのフィードバックループの要であるトルクセンサを欠いた状況下においては、その安定的な制御の継続可能性に疑問が残る。即ち、トルクセンサによる実トルクの検出ができない状態になることで、路面状況の変化等といった、外乱の影響を受けやすくなるという問題があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

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、トルクセンサの異常時においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことのできる電動パワーステアリング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操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、前記操舵系に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの異常を検出する異常検出手段とを備え、前記制御手段は、前記操舵トルクに基づくアシスト力目標値に相当するモータトルクを発生させるべく前記駆動電力の供給を実行するとともに、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記アシスト力目標値に相当するモータトルクを発生させるための前記駆動電力の供給を停止する電動パワーステアリング装置であって、前記ステアリングの舵角を検出する操舵角センサと、前記モータの回転角を検出する回転角センサとを備え、前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記ステアリングの舵角に基づく目標舵角に、前記モータの回転角を前記操舵角に換算した換算舵角を追従させるべく、前記駆動電力の供給を実行すること、を要旨とする。

上記構成によれば、トルクセンサの異常により操舵トルクが検出不能な状態においても、そのステアリング操作に応じて操舵系をモータ駆動することが可能になる。また、ステアリングの舵角についてのフィードバックループを形成することにより、路面状況の変化等といった、外乱の影響を受けにくくなる。その結果、トルクセンサの異常時においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記目標舵角について位相進み補償を行なうこと、を要旨とする。
即ち、ステアリングを含む操舵入力系とモータを駆動源とした舵角駆動系とが非連結とされた所謂ステアバイワイヤ式のステアリング装置、或いはステアリングとモータとの間の差動回転が許容される伝達比可変装置付きのステアリング装置とは異なり、ＥＰＳの場合、そのモータ回転が直接にステアリングへと伝達される。このため、その舵角についての位置制御を行なう場合において、ステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れは、所謂引っ掛かり感として、そのまま操舵フィーリングに反映されてしまうことになる。しかしながら、上記構成によれば、こうしたステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れを抑制することができる。その結果、そのトルクセンサ異常検出後の継続制御時においても、良好な操舵フィーリングを確保することができるようになる。

本発明によれば、トルクセンサの異常時においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、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、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、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、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、モータ２１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操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２２と、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ２３とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２２は、所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ２３には、車速センサ２７、トルクセンサ２８、及びステアリングセンサ（操舵角センサ）２９が接続されており、ＥＣＵ２３は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ及び操舵角θsを検出する。尚、本実施形態のトルクセンサ２８は、所謂ツインレゾルバ型のトルクセンサであり、ＥＣＵ２３は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号Ｓa，Ｓｂに基づいて操舵トルクτを演算する。そして、ＥＣＵ２３は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ２２に発生させるべく、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ２３は、モータ制御信号を出力するマイコン４１と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１に駆動電力を供給する駆動回路４２とを備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＣＵ２３には、モータ２１に通電される実電流値Ｉを検出するための電流センサ４３、及びモータ２１の回転角θmを検出するための回転角センサ４４（図１参照）が接続されている。そして、マイコン４１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ４３及び回転角センサ４４の出力信号に基づき検出されたモータ２１の実電流値Ｉ及び回転角θmに基づいて、駆動回路４２に出力するモータ制御信号を生成する。

尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン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。そして、同マイコン４１は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン４１は、モータ２１に対する電力供給の目標値である電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部４５と、電流指令値演算部４５により算出された電流指令値Ｉq*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部４６とを備えている。

本実施形態の電流指令値演算部４５は、上記アシスト力目標値の基礎成分としての基本アシスト制御量Ｉas*を演算する基本アシスト制御部４７と、その補償成分として、モータ２１の回転角速度を減衰（ダンピング）するためのダンピング補償量Ｉdp*を演算するダンパ制御部４８とを備えている。

本実施形態では、基本アシスト制御部４７には、車速Ｖ及び操舵トルクτが入力される。ここで、本実施形態では、トルクセンサ２８の出力信号Ｓa，Ｓbは、マイコン４１に設けられた操舵トルク検出部４９に入力されるようになっており、基本アシスト制御部４７には、これら各出力信号Ｓa，Ｓbに基づき同操舵トルク検出部４９において検出された操舵トルクτが入力される。そして、基本アシスト制御部４７は、当該操舵トルクτの絶対値が大きいほど、より大きなアシスト力を付与すべき旨の基本アシスト制御量Ｉas*を演算する構成となっている。

一方、ダンパ制御部４８には、モータ２１の回転角速度ωmが入力されるようになっており、ダンパ制御部４８は、その回転角速度ωmを減衰する方向、即ちその回転方向とは逆向きの方向の値を有するダンピング補償量Ｉdp*を演算する。具体的には、その回転角速度ωm（の絶対値）が大きいほど、より大きく減衰すべき旨の値を有するダンピング補償量Ｉdp*を演算するように構成されている。

本実施形態では、これら基本アシスト制御量Ｉas*及びダンピング補償量Ｉdp*は、加算器５０に入力される。そして、電流指令値演算部４５は、通常時には、これら基本アシスト制御量Ｉas*及びダンピング補償量Ｉdp*を加算した値を上記電流指令値Ｉq*として、モータ制御信号出力部４６に出力する構成となっている。

モータ制御信号出力部４６には、この電流指令値演算部４５が出力する電流指令値Ｉq*とともに、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ４４により検出されたモータ２１の回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部４６は、この電流指令値Ｉq*に実電流値Ｉを追従させるべくフィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。

具体的には、本実施形態では、モータ２１には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給により回転するブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御信号出力部４６は、実電流値Ｉとして検出されたモータ２１の相電流値（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、上記電流フィードバック制御を行う。

即ち、電流指令値Ｉq*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部４６に入力され、モータ制御信号出力部４６は、回転角センサ４４により検出された回転角θmに基づいて相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ変換する。また、モータ制御信号出力部４６は、そのｄ，ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算する。そして、そのｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

このようにして生成されたモータ制御信号は、マイコン４１から駆動回路４２へと出力され、同駆動回路４２により当該モータ制御信号に基づく三相の駆動電力がモータ２１へと供給される。そして、これにより、操舵トルクτに基づくアシスト力目標値としての電流指令値Ｉq*に相当するモータトルクが発生することによって、当該アシスト力目標値に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。

（トルクセンサ異常時の継続制御）
次に、本実施形態におけるトルクセンサ異常時の継続制御について説明する。
図２に示すように、本実施形態の電流指令値演算部４５は、上記回転角センサ４４により検出されるモータ２１の回転角θmをステアリング２の舵角に換算、即ち操舵角θsに換算した換算舵角θcnvを演算する換算舵角演算部５１を備えている。尚、換算舵角演算部５１における換算舵角演算に際しては、上記トルクセンサ２８を構成するトーションバーの捩れを考慮し、イグニッションＯＮ時、ステアリングセンサ２９と回転角センサ４４との中点合わせが行なわれる。また、電流指令値演算部４５は、上記ステアリングセンサ２９により検出される操舵角θsに基づく目標舵角θs*を演算するとともに、該目標舵角θs*に上記換算舵角θcnvを追従させるべく位置制御を行なうための基礎成分として舵角制御量Ｉpo*を演算する舵角制御部５２を備えている。そして、本実施形態の電流指令値演算部４５は、上記トルクセンサ２８の異常が検出された場合には、上記基本アシスト制御量Ｉas*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を停止して、この舵角制御部５２により演算される舵角制御量Ｉpo*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を実行する。

即ち、本実施形態のＥＣＵ２３は、トルクセンサ２８の異常時には、そのモータ２１に対する駆動電力の供給形態を、通常時におけるアシスト力目標値相当のモータトルクを発生させるための電力供給から、ステアリング操作に伴うステアリング２の回転にモータ２１の回転を追従させるための位置制御を実行するための電力供給へと切り替える。そして、これにより、トルクセンサ２８の異常時においても、継続して安定したステアリング操作の実行を可能とする構成になっている。

詳述すると、目標舵角θs*の演算は、舵角制御部５２に設けられた目標舵角演算部５３において、図３のフローチャートに示される手順に従い実行される。
即ち、目標舵角演算部５３は、先ず、ステアリングセンサ２９により検出される操舵角θsに比例した目標舵角θs*を演算する（ステップ１０１、図４参照）。そして、本実施形態の目標舵角演算部５３は、その演算された目標舵角θs*について、位相進み補償演算を実行する（ステップ１０２）。

具体的には、このステップ１０２における位相進み補償演算は、図５に示すような特性を有するフィルタ演算により行なわれる。そして、これにより、同図中、領域αに示される速度領域のような素早いステアリング操作の発生時には、上記目標舵角θs*についての位相進み補償が実行される。

即ち、ステアリングを含む操舵入力系とモータを駆動源とした舵角駆動系とが非連結とされた所謂ステアバイワイヤ式、或いはステアリングとモータとの間の差動回転が許容される伝達比可変装置付きのステアリング装置とは異なり、ＥＰＳの場合には、そのモータ回転が直接にステアリングへと伝達される。このため、上記のような位置制御を行なう場合、ステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れは、所謂引っ掛かり感として、そのまま操舵フィーリングに反映されてしまうことになる。

この点を踏まえ、本実施形態では、目標舵角θs*について上記のような位相進み補償を実行する。そして、これにより、ステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れを抑制して、そのトルクセンサ異常検出後の継続制御時においても、良好な操舵フィーリングを確保する構成となっている。

目標舵角演算部５３は、ステップ１０２における位相進み補償演算に続いて、目標舵角θs*に対するフィルタ処理（ローパスフィルタ）を実行する（ステップ１０３）。そして、そのフィルタ処理後の目標舵角θs*を出力（ステップ１０４）する構成となっている。

目標舵角演算部５３により演算された目標舵角θs*は、上記換算舵角演算部５１により演算された換算舵角θcnvとともに減算器５４に入力され、同減算器５４において両者間の偏差Δθsが演算される。そして、本実施形態の舵角制御部５２は、Ｆ／Ｂ制御演算部５５において、その偏差Δθsに基づくフィードバック制御を実行することにより、上記舵角制御量Ｉpo*を演算する。

本実施形態では、このように舵角制御部５２により演算される舵角制御量Ｉpo*、及び基本アシスト制御部４７により演算される基本アシスト制御量Ｉas*は、切替制御部５６へと入力される。また、本実施形態では、上記操舵トルク検出部４９には、トルクセンサ２８の出力信号Ｓa，Ｓbに基づき同トルクセンサ２８の異常を検出する異常検出手段としての機能が備えられており、切替制御部５６には、上記舵角制御量Ｉpo*及び基本アシスト制御量Ｉas*とともに、この操舵トルク検出部４９による異常検出の結果を示す検出信号Ｓtrが入力される。そして、切替制御部５６は、その検出信号Ｓtrが「正常」を示すものである場合には、基本アシスト制御部４７が出力する基本アシスト制御量Ｉas*を加算器５０に出力し、「異常」を検出した旨を示す場合には、舵角制御部５２が出力する舵角制御量Ｉpo*を加算器５０に出力する構成となっている。

即ち、本実施形態では、これら基本アシスト制御量Ｉas*及び舵角制御量Ｉpo*の何れが、電流指令値Ｉq*の基礎成分となるかにより、そのモータ制御の形態が切り替えられる。そして、トルクセンサ異常時には、アシスト力目標値相当のモータトルクを発生させるための電力供給から、ステアリング操作に伴うステアリング２の回転にモータ２１の回転を追従させるための位置制御を実行するための電力供給へと切り替えることにより、異常検出後においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことが可能になっている。

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）電流指令値演算部４５は、モータ２１の回転角θmを操舵角θsに換算した換算舵角θcnvを演算する換算舵角演算部５１と、操舵角θsに基づき目標舵角θs*を演算し、該目標舵角θs*に上記換算舵角θcnvを追従させるべく位置制御を行なうための基礎成分としての舵角制御量Ｉpo*を演算する舵角制御部５２を備える。そして、電流指令値演算部４５は、トルクセンサ２８の異常が検出された場合には、操舵トルクτに基づく基本アシスト制御量Ｉas*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を停止して、上記舵角制御量Ｉpo*を基礎成分とした電流指令値Ｉq*の演算を実行する。

上記構成によれば、トルクセンサの異常により操舵トルクが検出不能な状態においても、そのステアリング操作に応じて操舵系をモータ駆動することが可能になる。また、ステアリングの舵角についてのフィードバックループを形成することにより、路面状況の変化等といった、外乱の影響を受けにくくなる。その結果、トルクセンサの異常時においても、継続して安定したステアリング操作を行なうことができるようになる。

（２）舵角制御部５２（目標舵角演算部５３）は、目標舵角θs*について位相進み補償演算を実行する。
即ち、ステアリングを含む操舵入力系とモータを駆動源とした舵角駆動系とが非連結な所謂ステアバイワイヤ式のステアリング装置、或いはステアリングとモータとの間の差動回転が許容される伝達比可変装置付きのステアリング装置とは異なり、ＥＰＳの場合、そのモータ回転が直接にステアリングへと伝達される。このため、その舵角についての位置制御を行なう場合において、ステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れは、所謂引っ掛かり感として、そのまま操舵フィーリングに反映されてしまうことになる。しかしながら、上記構成によれば、ステアリング操作に対するモータ回転の追従遅れを抑制することができる。その結果、そのトルクセンサ異常検出後の継続制御時においても、良好な操舵フィーリングを確保することができるようになる。

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、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。

・本実施形態では、目標舵角演算部５３は、ステアリングセンサ２９により検出される操舵角θsに比例した目標舵角θs*を演算することとした。しかし、必ずしも厳密に比例である必要はなく、例えば、検出される操舵角θsをそのまま目標舵角θs*とする構成等としてもよい。

・また、舵角制御部５２については、操舵角θs（目標舵角θs*）、換算舵角θcnv、及び偏差Δθsについて、その中点誤差の影響を排除するための不感帯マップ演算や、フィードバック制御の安定性を高めるための安定化フィルタ等を設けてもよい。

・更に、例えば、自動駐車機能等のような、ステアリング又は転舵輪についての位置制御手段を備える車両であれば、その位置制御手段を上記舵角制御部５２として利用する構成であってもよい。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの制御ブロック図。 目標舵角演算の処理手順を示すフローチャート。 操舵角と目標舵角との関係を示す説明図。 位相進み補償演算の態様を示す説明図。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、１２…転舵輪、２１…モータ、２２…ＥＰＳアクチュエータ、２３…ＥＣＵ、２８…トルクセンサ、２９…ステアリングセンサ、４１…マイコン、４２…駆動回路、４４…回転角センサ、４５…電流指令値演算部、４６…モータ制御信号出力部、４７…基本アシスト制御部、４８…ダンパ制御部、４９…操舵トルク検出部、５１…換算舵角演算部、５２…舵角制御部、５３…目標舵角演算部、５５…Ｆ／Ｂ制御部、５６…切替制御部、Ｉq*…電流指令値、Ｉas*…基本アシスト制御量、Ｉpo*…舵角制御量、θs…操舵角、θs*…目標舵角、θm…回転角、θcnv…換算舵角、Δθs…偏差、τ…操舵トルク、Ｓtr…検出信号。

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操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、前記操舵系に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの異常を検出する異常検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記操舵トルクに基づくアシスト力目標値に相当するモータトルクを発生させるべく前記駆動電力の供給を実行するとともに、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記アシスト力目標値に相当するモータトルクを発生させるための前記駆動電力の供給を停止する電動パワーステアリング装置であって、
   前記ステアリングの舵角を検出する操舵角センサと、
   前記モータの回転角を検出する回転角センサとを備え、
   前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、
   前記ステアリングの舵角に基づく目標舵角に、前記モータの回転角を前記操舵角に換算した換算舵角を追従させるべく、前記駆動電力の供給を実行すること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記目標舵角について位相進み補償を行なうこと、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images