JP2013126822A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別に軸力センサを用いることなく、操舵フィーリングの向上を図ることが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。
【解決手段】モータが発生するアシスト力を操舵軸に伝え、操舵軸に作用する軸力に応じて、操舵軸の軸長方向の移動に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、モータに流れる実電流を検出する電流センサと、モータの回転角速度を検出するモータ回転角速度検出手段とを備え、トルクセンサ、電流センサ、及びモータ回転角速度検出手段の値に基づいて、操舵軸に加わる軸力を推定する軸力推定手段を有する構成とした。
【選択図】図３

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、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。

更に、上記構成に対して各種センサを追加することにより、車両状況によりアシスト力目標値を細かく変化させ、より一層操舵フィーリングの向上を図る方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、ラックバーに作用する軸力を検出する軸力センサを設けることによって、ステアリングホイールの切り込み、保舵、切り戻しを判定し、その判定結果に基づいて、アシスト力目標値を変えることによって、操舵フィーリングの向上を図っている。

特開平１１−３２１６８５号公報

しかしながら、上記従来の方法は、特別に軸力センサを要するので、コスト高に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、特別に軸力センサを用いることなく、操舵フィーリングの向上を図ることが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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置（１３）と、前記操舵力補助装置（１３）の駆動源であるモータ（１２）に対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置（１３）の作動を制御する制御手段（２１）と、前記モータ（１２）が発生するアシスト力を操舵軸に伝え、操舵軸に作用する軸力に応じて、操舵軸の軸長方向の移動に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置（１）において、前記ステアリング（２）の操舵トルクを検出するトルクセンサ（１５）と、前記モータ（１２）に流れる実電流を検出する電流センサ（２６）と、前記モータ（１２）の回転角速度を検出するモータ回転角速度検出手段（２１）と、を備え、前記制御手段（２１）は、前記トルクセンサ（１５）、前記電流センサ（２６）、及び前記モータ回転角速度検出手段（２１）の値に基づいて、前記操舵軸に加わる軸力を推定する軸力推定手段（２１）を有すること、を要旨とする。

上記構成によれば、トルクセンサ、電流センサ、及びモータ回転角速度検出手段の値に基づいて、操舵軸に加わる軸力を推定する軸力推定手段を構成することができる。
その結果、特別に軸力センサを用いることなく、操舵フィーリングの向上を図ることができる。

本発明によれば、特別に軸力センサを用いることなく、操舵フィーリングの向上を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。

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。 軸力の推定を行う処理手順を示すフローチャート。

以下、コラム型の電動パワーステアリング装置１（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の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ＥＰＳ１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と連結されている。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６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７の舵角が変更される。

また、ＥＰＳ１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ＥＰＳアクチュエータ１３と、ＥＰＳアクチュエータ１３の作動を制御するＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１３は、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１２は、減速機構１４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。ＥＰＳアクチュエータ１３は、モータ１２の回転を減速機構１４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。

ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１５、車速センサ１６、及びモータ回転角センサ１８が接続されている。ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号に基づいて、操舵トルクτ、車速Ｖ、及びモータ回転角θｍを検出する。例えば、本実施形態のトルクセンサ１５は、一対のレゾルバが図示しないトーションバーの両端に設けられたツインレゾルバ型のトルクセンサである。また、ＥＣＵ１１は、これらの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、モータ１２への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ１３の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

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、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン２１と、その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２７とを備えて構成されている。

本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される実電流値Ｉｍを検出するための電流センサ２８、及びモータ１２の回転角θｍを検出するためのモータ回転角センサ１８（図１参照）が接続されている。そして、マイコン２１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ２８、及びモータ回転角センサ１８の出力信号に基づき検出された、モータ１２の実電流値Ｉｍ、及びモータ回転角θｍに基づいて、駆動回路２７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２１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２１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、本実施形態のマイコン２１は、モータ１２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２３と、電流指令値演算部２３により演算された電流指令値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２４と、軸力推定部２５と、を備えている。

具体的には、電流指令値演算部２３には、電流指令値Ｉｑ*を演算する操舵トルクτ/電流指令値Ｉｑ*生成マップ部４０が設けられており、本実施形態では、この操舵トルクτ/電流指令値Ｉｑ*生成マップ部４０には、車速Ｖ、および操舵トルクτが入力されるようになっている。そして、操舵トルクτ/電流指令値Ｉｑ*生成マップ部４０は、操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きなアシスト力を付与すべき旨の電流指令値Ｉｑ*を演算する構成となっている。

モータ制御信号出力部２４には、この電流指令値演算部２３が出力する電流指令値Ｉｑ*とともに、電流センサ２８により検出された実電流値Ｉｍ、モータ回転角センサ１８により検出されたモータ回転角θｍ、及び軸力推定部２５により推定された推定軸力Ｆｒｓｕが入力される。

そして、モータ制御信号出力部２４は、この電流指令値Ｉｑ*に実電流値Ｉｍを追従させるべく電流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。尚、モータ回転角センサ１８により検出されたモータ回転角θｍは、微分器２６（モータ回転角速度検出手段）によって微分され、モータ回転角速度ωが演算される。
そして、モータ回転角速度ωは、軸力推定部２５に入力される。

具体的には、本実施形態では、モータ１２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２４は、実電流値Ｉｍとして入力されたモータ１２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２４に入力され、モータ制御信号出力部２４は、モータ回転角センサ１８により検出されたモータ回転角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２４は、そのｄ、ｑ軸電流値および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２１から駆動回路２７へと出力され、同駆動回路２７によりモータ制御信号に基づく三相の駆動電力がモータ１２へと供給される。そして、その操舵トルク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り、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。

そして、軸力推定部２５には、操舵トルクτ、モータ回転角速度ω、及び実電流値Ｉｍが入力されるようになっている。そして、これらの入力値に基づいて、推定軸力Ｆｒｓｕを演算する。更に、軸力推定部２５で演算された推定軸力Ｆｒｓｕは、モータ制御信号出力部２４に入力され、モータ制御信号出力部２４内で、操舵フィーリングの向上を図るプログラムに使用される。

次に、軸力推定部２５の処理手順について図３を用いて説明する。
まず、マイコン２１は、操舵トルクτを読み込む（ステップＳ１０１）。次に、マイコン２１は、実電流Ｉｍを読み込む（ステップＳ１０２）。更に、マイコン２１は、モータ回転角速度ωを読み込む（ステップＳ１０３）。

そして、マイコン２１は、推定軸力Ｆｒｓｕを演算するために必要な、ＥＰＳを構成する各種パラメータを読み込む。即ち、コラムシャフト回りのイナーシャＩ、モータギヤ比η、及びモータトルク定数Ｋｔをメモリ（記載せず）より読み込む（ステップＳ１０４）。そして、マイコン２１は、下記（１）式にて推定軸力Ｆｒｓｕを演算する（ステップＳ１０５）
Ｆｒｓｕ＝τ＋Ｋｔ×Ｉｍ×η＋Ｉ×ω/η・・・（１）式

次に、マイコン２１は、推定軸力Ｆｒｓｕをモータ制御信号出力部２４に出力し（ステップＳ１０６）、この処理を終える。
そして、モータ制御信号出力部２４に入力された推定軸力Ｆｒｓｕは、例えば、特許文献１に記載のように、ステアリングホイールの切り込み、保舵、切り戻しの判定に使用され、その判定結果に基づいて、アシスト力目標値を変えることによって、操舵フィーリングの向上を図ることができる。

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。
モータが発生するアシスト力を操舵軸に伝え、操舵軸の軸長方向の移動に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、モータに流れる実電流を検出する電流センサと、モータの回転角速度を検出するモータ回転角速度検出手段とを備え、トルクセンサ、電流センサ、及びモータ回転角速度検出手段の値に基づいて、操舵軸に加わる軸力を推定する軸力推定手段を有する構成とした。

その結果、特別に軸力センサを用いることなく、操舵フィーリングの向上を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供できる。

尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、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。

・上記実施形態では、本発明を、ブラシレスモータを駆動源とするＥＰＳに具体化したが、本発明は、ブラシ付の直流モータを駆動源とするＥＰＳに適用してもよい。

・上記実施形態では、軸力の値を推定する場合に、モータ回転角速度検出手段をモータ回転角の微分から演算したが、これに限ったものではなく、４輪車速、ヨーレートと車速、横荷重と車速、ステアリングセンサ、又は電圧方程式のモータ誘起起電力から求めてもよい。

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、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
６：タイロッド、７：転舵輪、８：コラムシャフト、
９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：ＥＣＵ、
１２：モータ、１３：ＥＰＳアクチュエータ、１４：減速機構、
１５：トルクセンサ、１６：車速センサ、１８：モータ回転角センサ、
２１：マイコン（制御手段）、２３：電流指令値演算部、
２４：モータ制御信号出力部、２５：軸力推定部（軸力推定手段）、
２６：微分器（モータ回転角速度検出手段）、２７：駆動回路、２８：電流センサ、
４０：操舵トルクτ/電流指令値Ｉｑ*生成マップ部、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、Ｉｍ：実電流、Ｉｑ*:電流指令値、
θｍ：モータ回転角、ω：モータ回転角速度、Ｆｒｓｕ：推定軸力、
Ｉ：コラムシャフト回りのイナーシャ、Ｋｔ：モータトルク定数、η：モータギヤ比

Claims (1)

1. 操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
   前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段と、
   前記モータが発生するアシスト力を操舵軸に伝え、操舵軸に作用する軸力に応じて、操舵軸の軸長方向の移動に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記モータに流れる実電流を検出する電流センサと、
   前記モータの回転角速度を検出するモータ回転角速度検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記トルクセンサ、前記電流センサ、及び前記モータ回転角速度検出手段の値に基づいて、前記操舵軸に加わる軸力を推定する軸力推定手段を有すること、
   を特徴とした電動パワーステアリング装置。

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