JP2013241064A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両に衝撃力が生じた場合にステアリングホイールが運転者の意図に関わらず回転することを抑制する技術を提供する。
【解決手段】車両に設けられたステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータ110と、電動モータ110の駆動を制御するPWM信号生成部60およびモータ駆動部32と、を備え、PWM信号生成部60およびモータ駆動部32は、車両に搭載されたエアバックが作動した旨の信号を取得した場合に、電動モータ110の端子間を短絡させる。
【選択図】図4
【解決手段】車両に設けられたステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータ110と、電動モータ110の駆動を制御するPWM信号生成部60およびモータ駆動部32と、を備え、PWM信号生成部60およびモータ駆動部32は、車両に搭載されたエアバックが作動した旨の信号を取得した場合に、電動モータ110の端子間を短絡させる。
【選択図】図4
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。
この電動パワーステアリング装置は、制御装置にて制御される。制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、先ず、操舵トルクや車速などに応じて電動モータに供給する目標電流を設定する。そして、設定した目標電流と実際に電動モータに流れる実電流とを一致させるべく、目標電流と実電流との偏差がゼロになるように、フィードバック制御を行う。
この電動パワーステアリング装置は、制御装置にて制御される。制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、先ず、操舵トルクや車速などに応じて電動モータに供給する目標電流を設定する。そして、設定した目標電流と実際に電動モータに流れる実電流とを一致させるべく、目標電流と実電流との偏差がゼロになるように、フィードバック制御を行う。
例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置においては、目標電流と実電流との電流偏差に対して比例ゲインKpを乗算する比例動作と、電流偏差を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインKiを乗算する積分動作とを行う。
電動パワーステアリング装置を搭載した車両が事故を起こした場合に、電動パワーステアリング装置側が、車両が事故を起こしたことを認識しないと、制御装置は通常の制御を継続する。
一方、車両が事故を起こした場合など、車両に衝撃力が生じたことに起因して車輪側から外力を受けることで、ステアリングホイールが運転者の意図に関わらず勝手に回転してしまうおそれがある。
本発明は、車両に衝撃力が生じた場合にステアリングホイールが運転者の意図に関わらず回転することを抑制することを目的とする。
一方、車両が事故を起こした場合など、車両に衝撃力が生じたことに起因して車輪側から外力を受けることで、ステアリングホイールが運転者の意図に関わらず勝手に回転してしまうおそれがある。
本発明は、車両に衝撃力が生じた場合にステアリングホイールが運転者の意図に関わらず回転することを抑制することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、車両に設けられたステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御手段と、を備え、前記モータ駆動制御手段は、前記車両に搭載されたエアバックが作動した旨の信号を取得した場合に、前記電動モータの端子間を短絡させることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
ここで、前記エアバックが作動した場合に前記車両の衝突の度合いを判定し、衝突の度合いが小さいと判定した場合には前記モータ駆動制御手段に対して当該エアバックが作動した旨の信号を出力する判定手段をさらに備えるとよい。
また、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵トルクに応じて定められた目標電流と前記電流検出手段にて検出された実電流とに基づいて前記電動モータの駆動を制御するための第1の目標値を算出する第1の算出手段と、エアバックが作動した場合の前記ステアリングホイールの目標の操舵角である目標舵角を決定するとともに、前記操舵角検出手段が検出する当該ステアリングホイールの実際の操舵角が、決定した目標舵角となるように制御するための第2の目標値を算出する第2の算出手段と、前記モータ駆動制御手段が、前記エアバックが作動していない場合には前記第1の目標値に基づき、当該エアバックが作動し前記判定手段が衝突の度合いが大きいと判定した場合には前記第2の目標値に基づくように目標値を切り替える切替手段と、をさらに備えるとよい。
前記判定手段は、前記エアバックが作動した後における前記車両の加速度の所定期間の積分値が予め定められた閾値を超えた場合に衝突の度合いが大きいと判定し、当該閾値以下である場合に衝突の度合いが小さいと判定するとよい。
本発明によれば、車両に衝撃力が生じた場合にステアリングホイールが運転者の意図に関わらず回転することを抑制することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車1に適用した構成を例示している。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車1に適用した構成を例示している。
ステアリング装置100は、運転者が操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)101と、ステアリングホイール101に一体的に設けられたステアリングシャフト102とを備えている。また、ステアリング装置100は、ステアリングシャフト102と自在継手103aを介して連結された上部連結シャフト103と、この上部連結シャフト103と自在継手103bを介して連結された下部連結シャフト108とを備えている。下部連結シャフト108は、ステアリングホイール101の回転に連動して回転する。
また、ステアリング装置100は、転動輪としての左右の前輪150のそれぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aは、ピニオンシャフト106の下端部に形成されている。
また、ステアリング装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギアボックス107を有している。ピニオンシャフト106は、ステアリングギアボックス107にてトーションバー(不図示)を介して下部連結シャフト108と連結されている。ステアリングギアボックス107の内部には、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール101の操舵トルクTを検出するトルクセンサ109が設けられている。また、ステアリングギアボックス107の内部には、ステアリングホイール101の回転角度である操舵角を検出する操舵角検出手段の一例としての操舵角センサ112が設けられている。
また、ステアリング装置100は、ステアリングギアボックス107に支持された電動モータ110と、電動モータ110の駆動力を減速してピニオンシャフト106に伝達する減速機構111とを有している。減速機構111は、電動モータ110の出力軸に装着されたウォームギアと、ピニオンシャフト106に固定されたウォームホイールとを含んで構成される。
そして、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。この制御装置10については後で詳述する。制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクが出力信号に変換されたトルク信号Tdと、操舵角センサ112にて検出された操舵角が出力信号に変換された操舵角信号Adと、車速センサ170にて検出された、自動車1の移動速度である車速Vcが出力信号に変換された車速信号vと、加速度センサ180にて検出された、自動車1の加速度が出力信号に変換された加速度信号Acなどが入力される。
以上のように構成されたステアリング装置100は、ステアリングホイール101に加えられた操舵トルクをトルクセンサ109にて検出し、その検出トルクに応じて制御装置10が電動モータ110を駆動制御し、電動モータ110の発生トルクをピニオンシャフト106に伝達する。これにより、電動モータ110の発生トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。
ここで、自動車1は、ステアリング装置100の他に、自動車1に加わる衝撃の大きさを検出するためのセンサであり、自動車1の前部に設けられたフロント衝撃センサ121と、運転席側に設けられた運転席側衝撃センサ122と、助手席側に設けられた助手席側衝撃センサ123とを有している。また、自動車1は、運転席の前部、例えばステアリングホイール101内に設けられたフロントエアバック(不図示)と、運転席の側方、例えば運転席側のドア内に設けられた運転席サイドエアバック(不図示)と、助手席の前部、例えばインパネ内に設けられた助手席側フロントエアバック(不図示)と、助手席側の側方、例えば助手席のドア内に設けられた助手席サイドエアバック(不図示)と、を有している。また、自動車1は、フロント衝撃センサ121、運転席側衝撃センサ122、助手席側衝撃センサ123からの出力信号に基づいて、自動車1に加わった衝撃の大きさが所定の大きさ以上である場合に、各種エアバックを作動、展開させるエアバッグ制御ユニット120を備えている。
エアバッグ制御ユニット120は、予め設定された制御プログラムに従って各種演算処理を実行するCPU、制御プログラムや制御データ等を予め格納するROM、各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるRAM等を含んでいる。そして、エアバッグ制御ユニット120は、自動車1の衝突形態、つまり前部の衝突か、運転席側の側方からの衝突であるか、助手席側の側方からの衝突であるかを特定し、その衝撃力が所定の大きさ以上である場合に、各種エアバックを作動、展開させるとともに、エアバックを作動した旨の信号である前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号を出力する。
次に、ステアリング装置100の制御装置10について説明する。
制御装置10は、電動モータ110の制御を行う際の演算処理を行うCPUと、CPUにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROMと、CPUの作業用メモリ等として用いられるRAMと、を備えている。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクが出力信号に変換されたトルク信号Tdと、操舵角センサ112にて検出された操舵角が出力信号に変換された操舵角信号Adと、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。また、制御装置10には、エアバッグ制御ユニット120から出力された、前部衝突信号、運転席側衝突信号および助手席側衝突信号が入力される。
制御装置10は、電動モータ110の制御を行う際の演算処理を行うCPUと、CPUにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROMと、CPUの作業用メモリ等として用いられるRAMと、を備えている。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクが出力信号に変換されたトルク信号Tdと、操舵角センサ112にて検出された操舵角が出力信号に変換された操舵角信号Adと、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。また、制御装置10には、エアバッグ制御ユニット120から出力された、前部衝突信号、運転席側衝突信号および助手席側衝突信号が入力される。
<第1の実施形態>
図2は、第1の実施形態に係るステアリング装置100の制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、トルク信号Td、車速信号vに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流ITを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流ITに基づいてフィードバック制御などを行う制御部30とを有している。
図2は、第1の実施形態に係るステアリング装置100の制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、トルク信号Td、車速信号vに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流ITを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流ITに基づいてフィードバック制御などを行う制御部30とを有している。
次に、目標電流算出部20について詳述する。
図3は、目標電流算出部20の概略構成図である。
目標電流算出部20は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部22と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部23と、を備えている。また、目標電流算出部20は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部25を備えている。さらに、目標電流算出部20は、トルク信号Tdの位相補償を行う位相補償部26を備えている。
図3は、目標電流算出部20の概略構成図である。
目標電流算出部20は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部22と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部23と、を備えている。また、目標電流算出部20は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部25を備えている。さらに、目標電流算出部20は、トルク信号Tdの位相補償を行う位相補償部26を備えている。
ベース電流算出部21は、位相補償部26にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流を算出する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、トルク信号Tsおよび車速信号vとベース電流との対応を示すマップに、トルク信号Tsおよび車速信号vを代入することによりベース電流を算出する。
イナーシャ補償電流算出部22は、トルク信号Tdと車速信号vとに基づいて電動モータ110およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部22は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、トルク信号Tdおよび車速信号vとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Tdおよび車速信号vを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。
ダンパー補償電流算出部23は、トルク信号Tdと、車速信号vと、電動モータ110の回転速度信号Nmとに基づいて、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流を算出する。なお、ダンパー補償電流算出部23は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、トルク信号Td、車速信号vおよび回転速度信号Nmと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Tdと車速信号vと回転速度信号Nmとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。回転速度信号Nmは、例えば電動モータ110の回転子(ロータ)の回転位置を検出するセンサ(例えば、回転子の回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路)の出力信号が微分されることにより得られるものであることを例示することができる。
最終目標電流決定部25は、ベース電流算出部21にて算出されたベース電流、イナーシャ補償電流算出部22にて算出されたイナーシャ補償電流およびダンパー補償電流算出部23にて算出されたダンパー補償電流に基づいて最終的な目標電流ITを決定する。最終目標電流決定部25は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。
次に、制御部30について詳述する。
図4は、制御部30の概略構成図である。
制御部30は、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動制御手段の一例としてのモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出する電流検出手段の一例としてのモータ電流検出部33とを有している。
図4は、制御部30の概略構成図である。
制御部30は、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動制御手段の一例としてのモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出する電流検出手段の一例としてのモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて算出された目標電流ITと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
フィードバック制御部40は、目標電流算出部20にて算出された目標電流ITとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差を求める偏差演算部41と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック(F/B)処理部42とを有している。
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流ITと実電流Imとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて演算された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算した値を出力する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいてPWM信号60aを生成し、生成したPWM信号60aを出力する。
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流ITと実電流Imとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて演算された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算した値を出力する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいてPWM信号60aを生成し、生成したPWM信号60aを出力する。
モータ駆動部32は、4個のトランジスタTr1〜Tr4をH型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路70と、4個の中から選択した2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)のゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部80とを有している。
モータ駆動回路70は、図4に示すように、電界効果トランジスタ等のトランジスタTrがそれぞれ直列に接続された2個のトランジスタTr1およびTr2、トランジスタTr3およびTr4が並列に接続されて形成されている。そして、トランジスタTr1およびTr3の接続点がバッテリBに接続され、Tr2およびTr4の接続点が接地されていると共に、トランジスタTr1とTr2との接続点およびトランジスタTr3とTr4との接続点間に電動モータ110が接続されている。
ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部60から出力された駆動制御信号(PWM信号)60aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタTrを選択し、選択した2個のトランジスタTrをスイッチング動作させる。例えば、ゲート駆動回路部80は、電動モータ110を一方の回転方向に回転させる場合にはトランジスタTr1およびTr4をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr3をオフ状態とする。一方、ゲート駆動回路部80は、電動モータ110を他方の回転方向に回転させる場合にはトランジスタTr2およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr1およびTr4をオフ状態とする。
また、ゲート駆動回路部80は、エアバッグ制御ユニット120から出力された、上述した前部衝突信号、運転席側衝突信号、助手席側衝突信号のいずれかの衝突信号を取得したときには、電動モータ110の端子間を短絡させる指示を行う。例えば、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr1およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr4をオフ状態とする。あるいは、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr2およびTr4をオン状態にし、トランジスタTr1およびTr3をオフ状態とする。
モータ電流検出部33は、モータ駆動回路70に直列に接続されたシャント抵抗71の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れるモータ電流(電機子電流)の値を検出して実電流Imに対応するモータ電流信号を出力する。
以上のように構成されたステアリング装置100は以下のように作用する。
すなわち、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力されていない場合、ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部60から出力された駆動制御信号(PWM信号)60aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)を選択し、選択した2個のトランジスタ(Tr1およびTr4、あるいはTr2およびTr3)をオン状態とするべくスイッチング動作させる。
すなわち、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力されていない場合、ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部60から出力された駆動制御信号(PWM信号)60aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)を選択し、選択した2個のトランジスタ(Tr1およびTr4、あるいはTr2およびTr3)をオン状態とするべくスイッチング動作させる。
一方、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力された場合、ゲート駆動回路部80は、電動モータ110の端子間を短絡させるべく、例えば、トランジスタTr1およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr4をオフ状態とする。これにより、モータ駆動回路70では、トランジスタTr1、電動モータ110、トランジスタTr3からなる閉回路が形成される。このとき、電動モータ110への電流供給が遮断される。その結果、自動車1が何かに衝突し、前輪150が衝撃を受け、ラック軸105が急激に移動する方向の力を受け、電動モータ110が急激に回転しようとしたとしてもブレーキ力が発生する。電動モータ110にブレーキ力が発生することで、電動モータ110にラック軸105の急激な移動が妨げられる方向の力が発生するので、ステアリングホイール101の急回転が抑制される。これにより、車両に衝撃力が生じた場合に、ステアリングホイール101が運転者の意図に反して急回転することを抑制することができる。
そして、本実施形態に係るステアリング装置100においては、エアバックが作動した旨の信号を取得したことを契機として電動モータ110の端子間を短絡させるので、より迅速に、かつより精度高く、ステアリングホイール101が運転者の意図に反して急回転することを抑制することができる。
なお、自動車1に搭載された、フロントエアバック、運転席サイドエアバック、助手席側フロントエアバック、助手席サイドエアバックの各エアバックが、衝突に起因する衝撃を受けることで自動的に作動、展開する装置である場合には、以下のように構成してもよい。すなわち、各エアバックに、作動、展開したことを示す信号であるエアバック作動信号を出力する機能を持たせ、ゲート駆動回路部80が、エアバック作動信号を取得した場合、電動モータ110の端子間を短絡させるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態においては、ゲート駆動回路部80が、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力された場合に、電動モータ110の端子間を短絡させる。しかしながら、かかる態様に限定されない。例えば、ゲート駆動回路部80は、エアバッグ制御ユニット120から出力されるエアバック作動信号の内、前部エアバック作動信号が出力された場合にのみ、電動モータ110の端子間を短絡させるようにしてもよい。
<第2の実施形態>
図5は、第2の実施形態に係るステアリング装置100の制御装置500の概略構成図である。以下の説明において、第1の実施形態に係る制御装置10が備えている構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第2の実施形態に係る制御装置500は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流と電動モータ110に実際に流れる実電流とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出し、出力する第1の制御部200を有している。また、制御装置10は、後述する目標舵角決定部310が決定した操舵角とステアリングホイール101の実際の操舵角とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出し、出力する第2の制御部300を有している。
図5は、第2の実施形態に係るステアリング装置100の制御装置500の概略構成図である。以下の説明において、第1の実施形態に係る制御装置10が備えている構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第2の実施形態に係る制御装置500は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流と電動モータ110に実際に流れる実電流とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出し、出力する第1の制御部200を有している。また、制御装置10は、後述する目標舵角決定部310が決定した操舵角とステアリングホイール101の実際の操舵角とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出し、出力する第2の制御部300を有している。
また、制御装置10は、第1の算出手段の一例としての第1の制御部200が出力する目標電圧Vm(第1の目標値)または第2の算出手段の一例としての第2の制御部300が出力する目標電圧Vm(第2の目標値)に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力するPWM信号生成部600と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32とを有している。これら、PWM信号生成部600およびモータ駆動部32が、第1の制御部200にて算出された目標電圧Vmまたは第2の制御部300にて算出された目標電圧Vmに基づいて電動モータ110の駆動を制御するモータ駆動制御手段の一例として機能する。
また、制御装置10は、電動モータ110に実際に流れる実電流に応じた値を出力するモータ電流検出部33と、自動車1に搭載された加速度センサ180からの加速度信号Acに基づいて自動車1の衝突の度合いを判定する衝突度合い判定部34とを備えている。また、制御装置10は、衝突度合い判定部34が大きな衝突であると判定した場合に出力する衝突信号である大衝突信号を取得した場合にPWM信号生成部600への入力を第1の制御部200からの出力値から第2の制御部300からの出力値へと切り替える切替手段の一例としての切替部35とを有している。
第1の制御部200、第2の制御部300および衝突度合い判定部34については後で詳述する。
モータ駆動部32は、4個のトランジスタTr1〜Tr4をH型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路70と、4個の中から選択した2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)のゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部80とを有している。
ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部600から出力された駆動制御信号(PWM信号)600aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタTrを選択し、選択した2個のトランジスタTrをスイッチング動作させる。また、ゲート駆動回路部80は、衝突度合い判定部34が小さな衝突であると判定した場合に出力する衝突信号である小衝突信号を取得したときには、電動モータ110の端子間を短絡させる指示を行う。例えば、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr1およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr4をオフ状態とする。あるいは、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr2およびTr4をオン状態にし、トランジスタTr1およびTr3をオフ状態とする。
モータ駆動部32は、4個のトランジスタTr1〜Tr4をH型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路70と、4個の中から選択した2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)のゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部80とを有している。
ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部600から出力された駆動制御信号(PWM信号)600aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタTrを選択し、選択した2個のトランジスタTrをスイッチング動作させる。また、ゲート駆動回路部80は、衝突度合い判定部34が小さな衝突であると判定した場合に出力する衝突信号である小衝突信号を取得したときには、電動モータ110の端子間を短絡させる指示を行う。例えば、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr1およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr4をオフ状態とする。あるいは、ゲート駆動回路部80は、トランジスタTr2およびTr4をオン状態にし、トランジスタTr1およびTr3をオフ状態とする。
切替部35は、衝突度合い判定部34から出力された大衝突信号を取得した場合には第2の制御部300にて算出された目標電圧Vmを選択してPWM信号生成部600へ出力し、大衝突信号を取得していない場合には第1の制御部200にて算出された目標電圧Vmを選択してPWM信号生成部600へ出力する。
次に、第1の制御部200および第2の制御部300について詳述する。
図6は、第1の制御部200の概略構成図である。
第1の制御部200は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流ITを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流ITに基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40とを有している。
図6は、第1の制御部200の概略構成図である。
第1の制御部200は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流ITを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流ITに基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40とを有している。
図7は、第2の制御部300の概略構成図である。
第2の制御部300は、衝突度合い判定部34から出力された大衝突信号を取得した場合にステアリングホイール101の目標舵角Atを決定する目標舵角決定部310と、目標舵角決定部310にて決定された目標舵角Atと操舵角センサ112にて検出された実際の操舵角である実舵角Aaとの偏差を求める角度偏差演算部320と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行う角度フィードバック(F/B)処理部330と、を有している。
第2の制御部300は、衝突度合い判定部34から出力された大衝突信号を取得した場合にステアリングホイール101の目標舵角Atを決定する目標舵角決定部310と、目標舵角決定部310にて決定された目標舵角Atと操舵角センサ112にて検出された実際の操舵角である実舵角Aaとの偏差を求める角度偏差演算部320と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行う角度フィードバック(F/B)処理部330と、を有している。
目標舵角決定部310は、衝突度合い判定部34から出力された大衝突信号を取得したときの操舵角センサ112にて検出された操舵角を目標舵角Atとして決定する。
角度偏差演算部320は、操舵角センサ112が検出した実舵角Aaと目標舵角決定部310にて決定された目標舵角Atとの偏差を算出し、算出した舵角の偏差を角度F/B処理部330へ出力する。
角度F/B処理部330は、目標舵角Atと実舵角Aaとが一致するようにフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出する。例えば、角度偏差演算部320にて算出された角度の偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算して目標電圧Vmを算出し、出力する。
角度偏差演算部320は、操舵角センサ112が検出した実舵角Aaと目標舵角決定部310にて決定された目標舵角Atとの偏差を算出し、算出した舵角の偏差を角度F/B処理部330へ出力する。
角度F/B処理部330は、目標舵角Atと実舵角Aaとが一致するようにフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出する。例えば、角度偏差演算部320にて算出された角度の偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算して目標電圧Vmを算出し、出力する。
次に、衝突度合い判定部34について説明する。
衝突度合い判定部34は、エアバッグ制御ユニット120から出力された、上述した前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号を取得した後、加速度センサ180にて検出された加速度を予め定めた所定期間(一定の時間幅)で積分する。そして、衝突度合い判定部34は、所定期間における積分値が予め定めた閾値を超えた場合、自動車1に大きな衝撃力が生じたと判定し、第2の制御部300および切替部35に対して大衝突信号を出力する。他方、衝突度合い判定部34は、所定期間における積分値が予め定めた閾値以下である場合、自動車1に小さな衝撃力が生じたと判定し、モータ駆動部32に対して小衝突信号を出力する。このように、衝突度合い判定部34は、加速度センサ180からの出力値に基づいて自動車1の衝突の度合いを判定し、その度合いに応じた衝突信号(小衝突信号あるいは大衝突信号)を出力する。
衝突度合い判定部34は、エアバッグ制御ユニット120から出力された、上述した前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号を取得した後、加速度センサ180にて検出された加速度を予め定めた所定期間(一定の時間幅)で積分する。そして、衝突度合い判定部34は、所定期間における積分値が予め定めた閾値を超えた場合、自動車1に大きな衝撃力が生じたと判定し、第2の制御部300および切替部35に対して大衝突信号を出力する。他方、衝突度合い判定部34は、所定期間における積分値が予め定めた閾値以下である場合、自動車1に小さな衝撃力が生じたと判定し、モータ駆動部32に対して小衝突信号を出力する。このように、衝突度合い判定部34は、加速度センサ180からの出力値に基づいて自動車1の衝突の度合いを判定し、その度合いに応じた衝突信号(小衝突信号あるいは大衝突信号)を出力する。
以上のように構成されたステアリング装置100は以下のように作用する。
すなわち、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力されていない場合、衝突度合い判定部34が小衝突信号および大衝突信号のいずれの衝突信号も出力しない。ゆえに、切替部35は、第1の制御部200からの出力値を選択してこの出力値をPWM信号生成部600へ出力する。また、ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部600から出力された駆動制御信号(PWM信号)600aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)を選択し、選択した2個のトランジスタ(Tr1およびTr4、あるいはTr2およびTr3)をオン状態とするべくスイッチング動作させる。かかる場合、電動モータ110は、目標電流算出部20にて算出された目標電流ITとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差がゼロとなるようにフィードバック制御される。
すなわち、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力されていない場合、衝突度合い判定部34が小衝突信号および大衝突信号のいずれの衝突信号も出力しない。ゆえに、切替部35は、第1の制御部200からの出力値を選択してこの出力値をPWM信号生成部600へ出力する。また、ゲート駆動回路部80は、PWM信号生成部600から出力された駆動制御信号(PWM信号)600aに基づいて、ステアリングホイール101の操舵方向に応じて2個のトランジスタ(Tr1〜Tr4の中の2個)を選択し、選択した2個のトランジスタ(Tr1およびTr4、あるいはTr2およびTr3)をオン状態とするべくスイッチング動作させる。かかる場合、電動モータ110は、目標電流算出部20にて算出された目標電流ITとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差がゼロとなるようにフィードバック制御される。
一方、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力された場合、衝突度合い判定部34が加速度センサ180にて検出された加速度の所定期間の積分値に応じて自動車1の衝突の度合いを判定し、その度合いに応じて小衝突信号あるいは大衝突信号を出力する。
そして、衝突度合い判定部34が、所定期間における積分値が予め定めた閾値以下のためモータ駆動部32に対して小衝突信号を出力した場合、ゲート駆動回路部80は、電動モータ110の端子間を短絡させるべく、例えば、トランジスタTr1およびTr3をオン状態にし、トランジスタTr2およびTr4をオフ状態とする。これにより、モータ駆動回路70では、トランジスタTr1、電動モータ110、トランジスタTr3からなる閉回路が形成される。このとき、電動モータ110への電流供給が遮断される。その結果、自動車1が何かに衝突し、前輪150が衝撃を受け、ラック軸105が急激に移動する方向の力を受け、電動モータ110が急激に回転しようとしたとしてもブレーキ力が発生する。電動モータ110にブレーキ力が発生することで、電動モータ110にラック軸105の急激な移動が妨げられる方向の力が発生するので、ステアリングホイール101の急回転が抑制される。これにより、車両に衝撃力が生じた場合に、ステアリングホイール101が運転者の意図に反して急回転することを抑制することができる。
他方、衝突度合い判定部34が、所定期間における積分値が予め定めた閾値を超えたため第2の制御部300および切替部35に対して大衝突信号を出力した場合、切替部35は、第2の制御部300からの出力値を選択してこの出力値をPWM信号生成部60へ出力する。かかる場合、電動モータ110は、衝突度合い判定部34から大衝突信号が出力されたときのステアリングホイール101の操舵角が目標舵角Atとして決定され、この目標舵角Atと操舵角センサ112にて検出された実舵角Aaとの偏差がゼロとなるようにフィードバック制御される。
より具体的には、目標舵角決定部310が、衝突度合い判定部34から大衝突信号が出力されたときのステアリングホイール101の操舵角を目標舵角Atとして決定し、角度偏差演算部320が目標舵角Atと操舵角センサ112が検出する実舵角Aaとの偏差を求め、角度フィードバック(F/B)処理部330がその偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行い、目標電圧Vmを算出する。そして、切替部35が、第2の制御部300が算出した目標電圧Vmを選択するので、PWM信号生成部60が第2の制御部300が算出した目標電圧Vmに基づいてPWM信号を生成し、モータ駆動部32がそのPWM信号に基づいて電動モータ110を駆動する。
これにより、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力され、自動車1の衝突の度合いが大きい場合には、ステアリングホイール101の回転角度が、衝突度合い判定部34から大衝突信号が出力されたときのステアリングホイール101の回転角度となるように電動モータ110が駆動される。したがって、自動車1が何かに衝突し、前輪150が衝撃を受け、ラック軸105が急激に移動する方向の力を受けたとしても、電動モータ110がラック軸105の急激な移動を妨げる方向の力を発生するように駆動するので、ステアリングホイール101の急回転が抑制される。その結果、ステアリングホイール101が運転者の意図に反して急回転することを抑制することができる。
なお、自動車1に搭載された、フロントエアバック、運転席サイドエアバック、助手席側フロントエアバック、助手席サイドエアバックの各エアバックが、衝突に起因する衝撃を受けることで自動的に作動、展開する装置である場合には、以下のように構成してもよい。すなわち、各エアバックに、作動、展開したことを示す信号であるエアバック作動信号を出力する機能を持たせ、衝突度合い判定部34が、エアバック作動信号を取得した後、加速度センサ180にて検出された加速度を所定期間で積分する。そして、衝突度合い判定部34は、所定期間における積分値が予め定めた閾値を超えた場合、第2の制御部300および切替部35に対して大衝突信号を出力し、所定期間における積分値が予め定めた閾値以下である場合、モータ駆動部32に対して小衝突信号を出力するようにしてもよい。
また、上述した第2の実施形態においては、衝突度合い判定部34が、エアバッグ制御ユニット120から、前部エアバック作動信号、運転席サイドエアバック作動信号、助手席サイドエアバック作動信号のいずれかのエアバック作動信号が出力された場合、加速度センサ180にて検出された加速度を所定期間で積分し、その積分値に応じて小衝突信号あるいは大衝突信号を出力する。しかしながら、かかる態様に限定されない。例えば、衝突度合い判定部34は、エアバッグ制御ユニット120から出力されるエアバック作動信号の内、前部エアバック作動信号が出力された場合にのみ、加速度センサ180にて検出された加速度を所定期間で積分し、その積分値に応じて小衝突信号あるいは大衝突信号を出力するようにしてもよい。
また、上述した第2の実施形態においては、衝突度合い判定部34がエアバッグ制御ユニット120からのエアバック作動信号を取得した後の加速度センサ180にて検出された加速度の積分値に基づいて自動車1の衝突の度合いを判定し、その度合いに応じた衝突信号(小衝突信号あるいは大衝突信号)を出力する。しかしながら、かかる態様に限定されない。例えば、衝突度合い判定部34は、エアバッグ制御ユニット120からのエアバック作動信号を取得した直前の自動車1の車速に基づいて自動車1の衝突の度合いを判定し、その度合いに応じた衝突信号(小衝突信号あるいは大衝突信号)を出力してもよい。より具体的には、衝突度合い判定部34は、エアバック作動信号を取得する直前の、車速センサ170にて検出された自動車1の車速Vcが予め定めた閾値を超えている場合、自動車1に大きな衝撃力が生じたと判定し、第2の制御部300および切替部35に対して大衝突信号を出力し、予め定めた閾値以下である場合、自動車1に小さな衝撃力が生じたと判定し、モータ駆動部32に対して小衝突信号を出力してもよい。
10…制御装置、32…モータ駆動部、33…モータ電流検出部、34…衝突度合い判定部、35…切替部、40…フィードバック(F/B)制御部、60,600…PWM信号生成部、70…モータ駆動回路、80…ゲート駆動回路部、100…電動パワーステアリング装置、101…ステアリングホイール(ハンドル)、110…電動モータ、112…操舵角センサ、180…加速度センサ、200…第1の制御部、300…第2の制御部、310…目標舵角決定部、320…角度偏差演算部、330…角度フィードバック(F/B)処理部
Claims (4)
- 車両に設けられたステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御手段と、
を備え、
前記モータ駆動制御手段は、前記車両に搭載されたエアバックが作動した旨の信号を取得した場合に、前記電動モータの端子間を短絡させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記エアバックが作動した場合に前記車両の衝突の度合いを判定し、衝突の度合いが小さいと判定した場合には前記モータ駆動制御手段に対して当該エアバックが作動した旨の信号を出力する判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、
前記ステアリングホイールの回転角度である操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵トルクに応じて定められた目標電流と前記電流検出手段にて検出された実電流とに基づいて前記電動モータの駆動を制御するための第1の目標値を算出する第1の算出手段と、
エアバックが作動した場合の前記ステアリングホイールの目標の操舵角である目標舵角を決定するとともに、前記操舵角検出手段が検出する当該ステアリングホイールの実際の操舵角が、決定した目標舵角となるように制御するための第2の目標値を算出する第2の算出手段と、
前記モータ駆動制御手段が、前記エアバックが作動していない場合には前記第1の目標値に基づき、当該エアバックが作動し前記判定手段が衝突の度合いが大きいと判定した場合には前記第2の目標値に基づくように目標値を切り替える切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記判定手段は、前記エアバックが作動した後における前記車両の加速度の所定期間の積分値が予め定められた閾値を超えた場合に衝突の度合いが大きいと判定し、当該閾値以下である場合に衝突の度合いが小さいと判定することを特徴とする請求項2または3に記載の電動パワーステアリング装置。
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