JP2010260465A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップの直後から舵角に依存したステアリングのアシスト制御が行え、運転者に与える違和感を少なくできる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】所定条件によりアイドルストップを自動的に行うアイドルストップ機構（エンジン制御部）２２を有する車両２１に搭載される電動パワーステアリング装置１において、操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、学習した舵角中点に対して相対的な舵角を検出する舵角センサ１１と、操舵トルクと舵角に応じてアシスト力が制御されるＥＰＳモータ８と、ＥＰＳモータ８の回転角を検出するレゾルバ８ａとを備え、アイドルストップ直前に舵角センサ１１で検出された舵角と、アイドルストップ中にレゾルバ８ａで検出された回転角の変動に基づいて、アイドルストップ直後の舵角を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定条件によりアイドルストップを自動的に行うアイドルストップ機構を有する車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。

近年、排出する二酸化炭素の量を削減して環境保護を図るために、アイドルストップが自動で行える車両が多くなってきた。この車両では、アイドルストップのたびに、エンジンを停止するだけでなく、電動機器の使用電力も抑え、バッテリに負荷がかからないようにしている。

一方、電動パワーステアリング装置も、近年、ほとんどの車両に搭載されるようになっている。電動パワーステアリング装置は、操舵トルクと舵角に応じてアシスト力を発生させ、車両の操縦性能を高めている。この舵角を検出する舵角センサには、舵角の相対角を検出する舵角センサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような舵角センサでは、舵角中点の学習が行われ、この舵角中点に対して検出した舵角を比較することで、実際の転舵輪の舵角を把握している。また、ＶＳＡ（Vehicle Stability Assist;車両挙動安定化制御）（システム）も、近年、車両に搭載されるようになっている。ＶＳＡでは、ブレーキ時の車輪ロックの防止や、加速時の車輪の空転の防止や、旋回時の横滑り抑制等の高度な制動制御が行われる。

特許第３７２８９９１号公報

そして、アイドルストップの状態においては、エンジンが停止し、車両も停止し走行しないので、高度な制動制御の必要はなく、ＶＳＡへの電力供給は基本的にカットされる。そして、ＶＳＡでは、旋回時の横滑り抑制等を行うために、舵角センサが検出した舵角を取得しているので、ＶＳＡへの電力供給がカットされるときには、舵角センサへの電力供給もカットされるようになっている。このため、アイドルストップのたびに、舵角センサへの電力供給はカットされ、学習した舵角中点も失われていた。

一方、電動パワーステアリング装置は、アイドルストップ中においても、車両の基本操作の操舵を制御可能にするために、電力は供給され続け、舵角に依存しないステアリングのアシスト制御が行われる。しかし、アイドルストップが終了し、エンジンが始動しても、舵角センサは、再度、舵角中点を学習するまで、舵角の検出ができずに、電動パワーステアリング装置は、舵角に応じたステアリングのアシスト制御が行えないため、運転者に違和感を与える場合があった。

そこで、本発明は、アイドルストップの直後から、舵角に応じたステアリングのアシスト制御が行え、運転者に与える違和感を少なく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。

本発明は、所定条件によりアイドルストップを自動的に行うアイドルストップ機構を有する車両に搭載される電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
学習した舵角中点に対して相対的な舵角を検出する舵角センサと、
前記操舵トルクと前記舵角に応じてアシスト力が制御される電動モータと、
前記電動モータの回転角を検出するレゾルバとを備え、
前記アイドルストップ直前に前記舵角センサで検出された前記舵角と、前記アイドルストップ中に前記レゾルバで検出された前記回転角の変動に基づいて、前記アイドルストップ直後の舵角を決定することを特徴としている。

アイドルストップ中には、舵角センサへの電力供給がカットされるが、電動パワーステアリング装置のトルクセンサや、電動モータや、レゾルバには、電力が供給される。このため、アイドルストップ中にも、電動モータは、舵角には依らないが、操舵トルクに応じてアシスト力を付与可能である。また、レゾルバは、アイドルストップ中にも、電動モータの回転角を検出し、電動モータの制御におけるフィードバック制御等を可能にしている。

本発明では、このレゾルバによって、アイドルストップ中の電動モータの回転角の変動を検出する。電動モータはピニオン軸やラック軸等を介して転舵輪に連結されており、電動モータの回転角の変動に基づいて、転舵輪１０の舵角の変動を算出することができる。そして、アイドルストップ直前に舵角センサで検出された舵角に、このアイドルストップ中の舵角の変動（電動モータの回転角の変動）を加えることで、舵角中点の学習をすることなく、アイドルストップ直後の舵角を決定することができる。このため、アイドルストップ中に舵角が取得できなくても、アイドルストップの直後から、舵角に応じたステアリングのアシスト制御が行え、運転者に与える違和感を少なくできる。

本発明によれば、アイドルストップの直後から、舵角に応じたステアリングのアシスト制御が行え、運転者に与える違和感を少なくできる電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を備えた車両の構成図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置で実施されるステアリングアシスト方法（舵角反力制御方法）のフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に示すように、車両２１は、操舵制御を行う電動パワーステアリング装置１と、駆動制御を行うエンジン制御部（エンジンＥＣＵ）２２とエンジン２３と、制動制御を行うＶＳＡ２４と、これらを起動させるイグニションスイッチＩＧを有している。なお、舵角センサ１１は、検出する舵角（信号）が、電動パワーステアリング装置１でも、ＶＳＡ２４でも利用されるので、電動パワーステアリング装置１とＶＳＡ２４の両方に含まれている（共用されている）と便宜上考えてもよい。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、転舵輪１０と、ステアリングホイール２と転舵輪１０との間を連結する連結部材とを有している。連結部材は、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクを転舵輪１０に伝達し、転舵輪１０を転舵させる。その連結部材は、ステアリング軸１２と、自在継ぎ手１３と、ピニオン軸１４と、減速機構１５と、ピニオンギア１６と、ラックギア１７と、ラック軸１８と、タイロッド９とを有している。

ステアリング軸１２は、ステアリングホイール２に一体に設けられ、自在継ぎ手１３を介してピニオン軸１４に連結されている。ピニオン軸１４の先端に設けられたピニオンギア１６に噛み合うように、ラックギア１７がラック軸１８に設けられている。ピニオンギア１６とラックギア１７の噛み合いにより、ピニオン軸１４さらにはステアリング軸１２、ステアリングホイール２の回転運動は、ラック軸１８の長手方向（車幅方向）の往復運動に変換される。ラック軸１８の両端には、タイロッド９を介して、転舵輪１０が連結されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、ＥＰＳモータ（電動モータ）８を有している。ＥＰＳモータ８は、ステアリングホイール２の操舵の方向に対して順方向又は逆方向に、発生させたアシストトルク（アシスト力）を減速機構１５に伝達させる。ＥＰＳモータ８は、発生させたアシストトルクを減速機構１５を介してピニオン軸１４に作用させる。これにより、電動パワーステアリング装置１は、運転者がステアリングホイール２に加えた操舵トルクをピニオン軸１４に伝達するとともに、ＥＰＳモータ８で発生させたアシストトルクをピニオン軸１４に伝達し、ピニオンギア１６とラックギア１７とを有するラック＆ピニオン機構によって転舵輪１０を転舵させる。なお、ＥＰＳモータ８としては、３相のブラシレスモータを用いることができる。

減速機構１５は、ＥＰＳモータ８で発生したアシストトルクをピニオン軸１４に伝達するトルク伝達手段であり、例えば、ウォームギア機構を用いることができる。ウォームギア機構は、ＥＰＳモータ８のモータ軸に連結したウォーム軸と、このウォーム軸に形成したウォームギアと、このウォームギアに噛み合いピニオン軸１４に連結したウォームホイールとから構成することができる。前記より、ステアリングホイール２（転舵輪１０）とＥＰＳモータ８とは、機械的に連結されているので、ＥＰＳモータ８の回転角（回転速度）によって、舵角（ステアリングホイール２の操舵角や、転舵輪１０の転舵角）を推定（算出）することができる。

電動パワーステアリング装置１は、車両２１の車速を検出し車速（信号）を制御部（ＥＣＵ）５へ送信する車速センサ４と、ヨーレートを検出しヨーレート（信号）を制御部５へ送信するヨーレートセンサ７と、操舵トルクを検出し操舵トルク（信号）を制御部５へ送信するトルクセンサ３と、ＥＰＳモータ８の回転角を検出し回転角（信号）を制御部５へ送信するレゾルバ８ａと、学習した舵角中点に対して相対的な舵角を検出し舵角（信号）をＶＳＡ２４へ送信する舵角センサ１１とを有している。なお、ＶＳＡ２４は、受信した舵角（信号）を、制御部５へ送信する。

制御部５は、電動パワーステアリング装置１を通常制御するために、舵角反力制御装置として機能し、さらに、舵角中点学習装置として機能する。制御部５が舵角反力制御装置として機能するときは、舵角中点の方向に反力を発生させるように制御している。したがって、この舵角反力制御装置を機能させるためには、転舵輪１０が真っ直ぐな状態における舵角、すなわち、舵角中点を学習して記憶しておく必要がある。そこで、制御部５は、舵角反力制御装置として機能するに先立って、舵角中点学習装置として機能し、舵角中点を学習する。舵角中点の学習は、所定車速以上の安定した直進走行時の（相対）舵角を、舵角中点として学習・記憶することによって行う。具体的には、所定の学習確定時間において、車速が所定の車速以上であり、ヨーの絶対値が所定値以下であり、操舵トルクの絶対値が所定値以下であり、舵角の学習確定時間における変動幅が所定値以下であるときの舵角を、舵角中点として学習・記憶する。詳細な学習条件を以下に示す。
《学習条件》
１．車両２１の車速が所定値ＶＥＬ１以上。
２．車両２１に発生しているヨーレートが所定値ＹＡＷ１以下。
３．ステアリング軸１２に発生している操舵トルクが所定値ＴＲＱ１以内。
４．舵角の変動幅がΔＤＥＧ１以下。
５．１．〜４．の状態が時間ＴＩＭ１に亘って継続。
なお、学習条件の各所定値（ＶＥＬ１、ＹＡＷ１、ＴＲＱ１、ΔＤＥＧ１、ＴＩＭ１）は、車両２１に要求される性能、ヨーレートセンサ７等のセンサの感度等に基づいて適宜設定すればよい。

制御部５は、舵角反力制御装置として機能するとき等の通常制御の際には、制御信号をモータドライバ６へ送信する。モータドライバ６は、制御信号に応じた３相の駆動電流をＥＰＳモータ８へ供給する。ＥＰＳモータ８は、供給された駆動電流によって、回転し前記反力を発生させる。ＥＰＳモータ８の回転（角）はレゾルバ８ａで検出されて制御部５へ送信され、制御部５でその回転角に基づいたフィードバック制御等が実施される。

一方、エンジン制御部２２とエンジン２３とで駆動制御が行われ、転舵輪１０が駆動される。エンジン制御部２２は、アイドルストップ機構としても機能し、所定条件によりアイドルストップのスタートを自動的に行い、エンジン２３を停止し、その後、エンジン２３を始動させ、アイドルストップを終了させる。具体的には、エンジン制御部２２が送信したアイドルストップ信号によって、エンジン２３が停止して、アイドルストップがスタートする。そして、エンジン制御部２２が送信したアイドルストップ終了信号によって、エンジン２３が始動して、アイドルストップが終了する。

アイドルストップ信号は、エンジン２３へ送信されるのと同時に、制御部５とＶＳＡ２４へも送信される。また、アイドルストップ終了信号も、エンジン２３へ送信されるのと同時に、制御部５とＶＳＡ２４へも送信される。

ＶＳＡ２４では、ブレーキ時の車輪ロックの防止や、加速時の車輪の空転の防止や、旋回時の横滑り抑制等の制動制御が、転舵輪１０に対して行われる。これらの制動制御は、車両２１の走行中に行われるので、車両２１が停止しているアイドルストップ中には、実施されない。そこで、アイドルストップ中は、ＶＳＡ２４への電力供給をカットして、ＶＳＡ２４を停止させる。具体的には、ＶＳＡ２４は、アイドルストップ信号を受信すると停止し、その後、アイドルストップ終了信号を受信すると起動する。

ＶＳＡ２４は、旋回時の横滑り抑制等の制動制御のために、舵角センサ１１から舵角（信号）を受信している。そして、ＶＳＡ２４は、受信した舵角（信号）を、制御部５へ送信している。このため、アイドルストップによって、ＶＳＡ２４さらには舵角センサ１１が停止すると、ＶＳＡ２４から舵角（信号）が送信されず、制御部５は、舵角（信号）を受信・取得できなくなり、また、アイドルストップ中に舵角が変化すると学習した舵角中点にずれが生じてしまう。

そこで、制御部５は、アイドルストップ信号とアイドルストップ終了信号を受信して、アイドルストップの期間を把握し、このアイドルストップ直前に舵角センサ１１で検出された舵角と、アイドルストップ中にレゾルバ８ａで検出された回転角の変動に基づいて、アイドルストップ直後の舵角を決定する。これにより、アイドルストップの直後から、舵角に依存したステアリングのアシスト制御が行え、運転者に与える違和感を少なくできる。

図２に、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１で実施されるステアリングアシスト方法（舵角反力制御方法）のフローチャートを示す。なお、このステアリングアシスト方法は、エンジン制御部２２等で実施されるエンジン制御系のアイドルストップと連動しているので、エンジン制御系におけるアイドルストップのフローチャートも図２の右側に合わせて示している。

はじめに、エンジン制御系のアイドルストップのフローチャートを説明する。

まず、ステップＳ１１で、イグニションスイッチＩＧオンに伴ってエンジン２３が始動する。そして、ステップＳ１２で車両２１は走行をスタートさせる。ステップＳ１３で、所定条件により車両２１を停止させると、ステップＳ１４で、エンジン制御部（エンジンＥＣＵ）２２がアイドルストップ信号を送信する。なお、エンジン制御部２２がアイドルストップ信号を送信する所定条件としては、例えば、ブレーキペダルを車両２１が停止しても踏み続けているといった条件や、エアコン等の電気機器で消費されている電力が所定値以下であるといった条件等が設定されている。

ステップＳ１５で、エンジン２３は、アイドルストップ信号を受信して停止し、アイドルストップ状態になる。ステップＳ１６で、運転者が、ブレーキペダルから足を離したり、アクセルペダルを踏んだりしたことの検知結果に基づいて、エンジンＥＣＵ２２がアイドルストップ終了信号を送信する。ステップＳ１７で、エンジン２３は、アイドルストップ終了信号を受信して始動し、アイドルストップ状態は終了して、ステップＳ１２に戻る。前記が、エンジン制御系におけるアイドルストップのフローであり、後記では、このフローに対応付けて、ステアリングアシスト方法のフローを説明する。

まず、ステップＳ１で、制御部５は、イグニションスイッチＩＧオンに伴って、自身も含めた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１を起動させる。なお、ステップＳ１は、ステップＳ１１と同時に実施される。

次に、ステップＳ２で、制御部５は、舵角中点学習装置として機能し、舵角中点の学習を実施する。この学習では、舵角中点となる舵角を、学習値として決定し、記憶する。なお、学習値（舵角中点）の記憶は、不揮発性メモリの学習値記憶用の所定の領域に、上書きすることによって行われる。これにより、制御部５の不揮発性メモリには、常に、最新の学習値が記憶されていることになる。ただ、アイドルストップ中の操舵でずれる舵角に対して、学習値（舵角中点）は補完され、上書きされなければならない。なお、学習値（舵角中点）の記憶は、不揮発性メモリに行ったが、これに限らず、アイドルストップ中およびその後にも記憶が保存されるのであれば、どのようなメモリでもかまわない。なお、ステップＳ２は、ステップＳ１２の車両２１の走行スタートの直後から実施される。

ステップＳ３で、制御部５は、舵角反力制御装置として機能し、舵角反力制御を含めた、電動パワーステアリング装置１の通常制御が実施される。舵角反力制御では、記憶されてある学習値（舵角中点）を読出し、この学習値（舵角中点）に基づいて、舵角中点の方向に反力を発生させるように制御する。

ステップＳ３０で、制御部５は、現在の舵角を随時記憶する。なお、現在の舵角の記憶は、不揮発性メモリの現在の舵角記憶用の所定の領域に、上書きすることによって行われる。これにより、制御部５の不揮発性メモリには、常に、最新の舵角が記憶されていることになり、アイドルストップ直前の舵角を記憶することが可能になる。なお、現在の舵角の記憶は、不揮発性メモリに行ったが、これに限らず、アイドルストップ中およびその後にも記憶が保存されるのであれば、揮発性メモリでもかまわない。

ステップＳ４で、制御部５は、イグニションスイッチＩＧがオフされたか否かの判定をする。イグニションスイッチＩＧがオフされていれば（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、ステアリングアシスト方法をストップし、イグニションスイッチＩＧがオフされていなければ（ステップＳ４、Ｎｏ）、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５で、制御部５は、アイドルストップ信号を受信する。ステップＳ５は、ステップＳ１４に連動している。ステップＳ６で、制御部５は、アイドルストップ信号に受信に基づいて、エンジン２３等がアイドルストップの状態か否かの判定を行う。アイドルストップの状態でなければ（ステップＳ６、Ｎｏ）、ステップＳ３へ戻り、アイドルストップの状態であれば（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、ステップＳ７ａへ進む。なお、ステップＳ３の舵角反力制御（通常制御）に対して、ステップＳ３０、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は、割り込みの制御が行われ、必ずしも、図２に示すような順番に処理が行われるわけではない。すなわち、ステップＳ３、Ｓ３０、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を合わせた全体ステップＳ３Ａとして、主に舵角反力制御（通常制御）が行われ、適宜、ステップＳ３０、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６が行われる。

ステップＳ７ａで、制御部５は、レゾルバ８ａの検出したアイドルストップ初期のＥＰＳモータ８の回転角を取得する。なお、アイドルストップ中には、制御部５は、ＶＳＡ２４の停止により、舵角センサ１１から舵角を取得できなくなっている。このため、レゾルバ８ａの検出したＥＰＳモータ８の回転角から舵角の変動分を推定する。

ステップＳ８で、制御部５は、アイドルストップ終了信号を受信する。ステップＳ８は、ステップＳ１６に連動している。

ステップＳ７ｂで、制御部５は、レゾルバ８ａの検出したアイドルストップ終期のＥＰＳモータ８の回転角を取得する。なお、最終的には、ステップＳ９で、アイドルストップ初期から終期までのＥＰＳモータ８の回転角の変動分を取得したいので、ＥＰＳモータ８の回転角速度をアイドルストップ初期から終期まで時間積分して、その変動分を算出してもよい。

ステップＳ９で、制御部５は、アイドルストップ初期と終期のＥＰＳモータ８の回転角の差分（変動分）を算出し、その差分（変動分）に基づいて、アイドルストップ中の回転角の変動の有無を判定する。具体的には、差分（変動分）が所定の閾値以上か否か判定する。アイドルストップ中の回転角の変動が無い（差分が閾値未満）場合は（ステップＳ９、無）、ステップＳ３へ戻る。この場合、アイドルストップ中には、舵角の変動が無いとみなせるので、アイドルストップ直後から、記憶されている学習値（舵角中点）を使って（読み出して）、ステップＳ３の舵角反力制御（通常制御）を実施することができる。一方、アイドルストップ中の回転角の変動が有る（差分が閾値以上）場合は（ステップＳ９、有）、ステップＳ１０へ進む。この場合、アイドルストップ中に、舵角の変動があったとみなせ、アイドルストップ（直）後には、舵角（中点）にずれが生じている。このため、真の舵角中点と、制御上の舵角中点とがずれている。

そこで、ステップＳ１０で、制御部５は、ステップＳ３０でアイドルストップ直前に舵角センサで検出され記憶されていた舵角と、アイドルストップ中にレゾルバ８ａで検出された回転角の変動に基づいて、アイドルストップ直後の舵角（中点）を決定し、ステップＳ２と同様に、学習値記憶用の所定の領域に、上書きして記憶する。これにより、ずれた学習値（舵角中点）は補完されるので、アイドルストップ直後から、記憶されている学習値（舵角中点）を使って（読み出して）、ステップＳ３の舵角反力制御（通常制御）を実施することができる。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ トルクセンサ
４ 車速センサ
５ 制御部（ＥＣＵ）（舵角反力制御装置）（舵角中点学習装置）
７ ヨーレートセンサ
８ ＥＰＳモータ（電動モータ）
８ａ レゾルバ
１０ 転舵輪
１１ 舵角センサ
２１ 車両
２２ エンジン制御部（エンジンＥＣＵ）
２３ エンジン
２４ ＶＳＡ

Claims (1)

1. 所定条件によりアイドルストップを自動的に行うアイドルストップ機構を有する車両に搭載される電動パワーステアリング装置において、
   操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   学習した舵角中点に対して相対的な舵角を検出する舵角センサと、
   前記操舵トルクと前記舵角に応じてアシスト力が制御される電動モータと、
   前記電動モータの回転角を検出するレゾルバとを備え、
   前記アイドルストップ直前に前記舵角センサで検出された前記舵角と、前記アイドルストップ中に前記レゾルバで検出された前記回転角の変動に基づいて、前記アイドルストップ直後の舵角を決定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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