JP2015128943A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸曲がりによる過剰な操舵トルクの発生を検出し、運転者に警告を早期に発する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】ラック軸５の異常を検出するラック軸異常検出部３２を備え、ラック軸異常検出部３２は、モータ回転角度センサ２２から検出したモータの回転角度の絶対値が所定モータ回転角度θ１以上、且つ、トルクセンサ２６から検出した操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上、且つ、上記状態が所定回数以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯する構成とした。
【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、電動モータにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置では、通常路であっても、悪路であっても、単に操舵トルクと車速によってアシスト力を決めている。そして、一般的には、車速が遅いほど、アシスト力を高め操舵フィーリングの向上を図っている。

一方、上記方法では、高速時に異常に操舵力が低下するため、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では、電動モータの付勢開始操舵トルクを車速の増加に応じて大きくすることで、操舵フィーリングの向上を図っている。

特開昭６２−２０５８５５号公報

しかし、上記方法はいずれも、操舵トルクに従って、アシスト力を増減させている。
そのため、車両が走行中に縁石に乗り上げたり、車両との接触等によりステアリングに過剰な逆入力が入った結果、ラック軸に車両後方側（又は、前方側）への外力が発生し、ラック軸に曲がりが発生する場合がある。その結果、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクが発生し、アシスト力が急激に増加する虞があった。

本発明の目的は、ラック軸曲がりによる過剰な操舵トルクの発生を検出し、運転者に警告を早期に発する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。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータによって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からのアシスト力を転舵輪に伝えるラック軸と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速からアシスト力を生成するアシスト力生成手段と、前記アシスト力生成手段に基づいて、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、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記ラック軸の異常を検出するラック軸異常検出手段を備え、前記ラック軸異常検出手段は、前記モータ回転角度検出手段から検出したモータの回転角度の絶対値が所定回転角度以上、且つ、前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクの変化量の絶対値が所定操舵トルク以上、且つ、上記状態が所定回数以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯すること、を要旨とする。

本請求項の電動パワーステアリング装置では、ラック軸の異常を検出するラック軸異常検出手段を備え、ラック軸異常検出手段は、モータ回転角度検出手段から検出したモータの回転角度の絶対値が所定回転角度以上、且つ、操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクの変化量の絶対値が所定操舵トルク以上、且つ、上記状態が所定回数以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯する構成とした。

即ち、ラック軸に曲がりが発生し、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクが発生しやすい領域として、ステアリング回転数が１回転以上した場合が考えられる。そして、その領域では、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、操舵トルクの変化が急激に発生する。この状態が複数回発生した場合には、明らかにラック軸に異常が発生していると考えられるので、異常警告を点灯する。

その結果、ラック軸曲がりによる過剰な操舵トルクの発生を検出し、運転者に警告を早期に発することができ、操舵フィーリングの向上が図れる。

本発明によれば、ラック軸曲がりによる過剰な操舵トルクの発生を検出し、運転者に警告を早期に発する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ができる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 本実施形態におけるＥＰＳの制御ブロック図。 本実施形態におけるラック軸異常検出部の処理手順を示すフローチャート図。

以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（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の舵角が変更されるようになっている。

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２４（操舵力補助装置）と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４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２１は、減速機構２３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２３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、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５（車速検出手段）、トルクセンサ２６（操舵トルク検出手段）、及びモータ回転角度センサ２２（モータ回転角度検出手段）が接続されており、ＥＣＵ２７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、及びモータ回転角度θｍを検出する。

尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７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に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７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、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、ＥＰＳアクチュエータ２４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ＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９（制御手段）と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に三相の駆動電力を供給する駆動回路部４０、及びモータ２１に通電されるＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、及びＷ相電流値Ｉｗを検出するための電流センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗとを備えている。

駆動回路部４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（図示せず）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、駆動回路部４０を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づく三相のモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。

ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角度θｍを検出するためのモータ回転角度センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ２１のＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗ、及びモータ回転角度θｍ、並びに上記操舵トルクτ、及び車速Ｖに基づいて、駆動回路部４０にモータ制御信号を出力する。

以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９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２９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。

図２に示すように、マイコン２９は、モータ２１を制御するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算するＩｑ＊電流指令値演算部３１（アシスト力生成手段）と、駆動回路部４０を制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４４、及びラック軸の異常を検出するラック軸異常検出部３２（ラック軸異常検出手段）を備えている。

マイコン２９は、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、及びＷ相電流値Ｉｗをｄ／ｑ座標系に写像することにより（ｄ／ｑ変換）、同ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行する。そして、駆動回路部４０を構成するＦＥＴのオン/オフタイミングを決定するＤＵＴＹ指令値をＰＷＭ出力部３８で生成し、そのＤＵＴＹ指令値に基づいてゲートオン/オフ信号の出力を実行する。

Ｉｑ＊電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクτ、及び車速Ｖに基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、操舵トルク／ｑ軸電流指令値マップ（図略）より決定する。尚、操舵トルク／ｑ軸電流指令値マップは、同じ操舵トルクの場合、車速Ｖが小さいほど、大きなｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定するように構成されている。

モータ制御信号生成部４４は、ｄ／ｑ変換演算部３４、ｑ軸ＰＩＤ制御部３５、ｄ軸ＰＩＤ制御部３６、ｄ／ｑ逆変換演算部３７、及びＰＷＭ出力部３８で構成されている。

ｄ／ｑ変換演算部３４に入力されたＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、及びＷ相電流値Ｉｗは、ｄ／ｑ変換され、ｑ軸電流値Ｉｑ、及びｄ軸電流値Ｉｄとなる。そして、ｑ軸電流値Ｉｑは、減算器５３に入力される。減算器５３は、Ｉｑ＊電流指令値演算部３１から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、ｑ軸電流値Ｉｑを減算したｑ軸偏差電流値ΔＩｑをｑ軸ＰＩＤ制御部３５に入力する。そして、ｑ軸ＰＩＤ制御部３５で演算されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。

一方、ｄ／ｑ変換演算部３４で変換されたｄ軸電流値Ｉｄは、減算器５４に入力される。減算器５４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ＊＝０）から、ｄ軸電流値Ｉｄを減算したｄ軸偏差電流値ΔＩｄをｄ軸ＰＩＤ制御部３６に入力する。ｄ軸ＰＩＤ制御部３６で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。

ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７により、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換されＰＷＭ出力部３８に入力される。

ラック軸異常検出部３２には、操舵トルクτ、及びモータ回転角度θｍが入力される。そして、ラック軸異常検出部３２からは、車両パネル等に取り付けられたラック軸異常点灯部３３にラック軸異常警告を点灯させる、ラック軸異常確定フラグＦＬＧＡＬ２が出力される。

次に、本実施形態のマイコン２９によるラック軸異常検出部３２の処理手順について図３に基づいて説明する。
最初に、マイコン２９は、モータ回転角度θｍを読み込む（ステップＳ１００）。次に、マイコン２９は、操舵トルクτを読み込む（ステップＳ１０１）。続いて、マイコン２９は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第１所定モータ回転角度θ１（所定回転角度）以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

モータ回転角度θｍの絶対値が、第１所定モータ回転角度θ１以上か否かを判定することによって、ラック軸に曲がりが発生し、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクが発生しやすい領域として、ステアリング回転数が１回転以上したか、否かが判定できる。

そして、マイコン２９は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第１所定モータ回転角度θ１以上の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、過剰な操舵トルクが発生しやすい領域である、ステアリング回転数が１回転以上したと判断する。続いて、マイコン２９は、操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。

操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上か否かを判定することによって、ラック軸に曲がりが発生し、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクτが発生したか、否かが判定できる。

そして、マイコン２９は、操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上の場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ラック軸に曲がりが発生し、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクτが発生したと判断する。そして、マイコン２９は、ラック軸異常検出フラグＦＬＧＡＬ１をセットする（ステップＳ１０４）。

次に、マイコン２９は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第２所定モータ回転角度θ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。モータ回転角度θｍの絶対値が、第２所定モータ回転角度θ２より小さいか否かを判定することによって、例えば、一旦ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクが発生しやすい領域までステアリング２が操舵された後、過剰な操舵トルクが発生しない領域であるステアリング２の中央領域まで、ステアリング２が戻されたか否かが判定できる。

そして、マイコン２９は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第２所定モータ回転角度θ２より小さい場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ステアリング２が中央領域までステアリング２が戻されたと判断し、ラック軸異常検出フラグＦＬＧＡＬ１がセットされていることを加味して、ラック軸異常確定カウンターＣＴＲをインクリメントする（ステップＳ１０６）。

次に、マイコン２９は、ラック軸異常確定カウンターＣＴＲのカウンターが、ラック軸異常確定カウンターカウントアップＣＴＲ０（所定回数）したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。そして、マイコン２９は、ラック軸異常確定カウンターＣＴＲのカウンターが、ラック軸異常確定カウンターカウントアップＣＴＲ０した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ（所定回数以上継続））には、ラック軸異常確定フラグＦＬＧＡＬ２をセットする（ステップＳ１０８）。次に、マイコン２９は、ラック軸異常確定フラグＦＬＧＡＬ２をラック軸異常点灯部３３に送信し、ラック軸異常警報ランプを点灯（ステップＳ１０９）し、処理を終える。

一方、マイコン２９は、ラック軸異常確定カウンターＣＴＲのカウンターが、ラック軸異常確定カウンターカウントアップＣＴＲ０していない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）には、ラック軸異常検出フラグＦＬＧＡＬ１をリセット（ステップＳ１１０）し、処理を終える。

また、マイコン２９は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第２所定モータ回転角度θ２以上の場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、モータ回転角度θｍの絶対値が、第２所定モータ回転角度θ２より小さくなるまで、ステップＳ１０５の処理を継続する。

更に、マイコン２９は、操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０より小さい場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、又は、モータ回転角度θｍの絶対値が、第１所定モータ回転角度θ１より小さい場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、処理を終える。

次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
ラック軸５の異常を検出するラック軸異常検出部３２を備え、ラック軸異常検出部３２は、モータ回転角度センサ２２から検出したモータの回転角度の絶対値が所定モータ回転角度以上、且つ、トルクセンサ２６から検出した操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上、且つ、上記状態がラック軸異常確定カウンターカウントアップＣＴＲ０以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯する構成とした。

このような構成としたことで、ラック軸５に曲がりが発生し、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、過剰な操舵トルクτが発生しやすい領域として、ステアリング回転数が１回転以上した場合が考えられる。そして、その領域では、ラック軸曲がりとラックハウジングとの干渉により、操舵トルクτの変化が急激に発生する。この状態が複数回発生した場合には、明らかにラック軸５に異常が発生していると考えられるので、異常警告を点灯する。

その結果、ラック軸曲がりによる過剰な操舵トルクτの発生を検出し、運転者に警告を早期に発することができ、操舵フィーリングの向上が図れる。

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、モータ回転角度センサ２２から検出したモータの回転角度の絶対値が所定モータ回転角度以上、且つ、トルクセンサ２６から検出した操舵トルクτの変化量の絶対値が所定操舵トルクτ０以上、且つ、上記状態がラック軸異常確定カウンターカウントアップＣＴＲ０以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯する構成とした。しかし、これに限らず、ラック軸異常警告を車両内にアナウンスする構成としてもよい。

・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。

・本実施形態では、本発明をＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１として、三相のブラシレスＤＣモータに具体化したが、本発明をＤＣモータ、誘導モータ、及びステッピングモータとしてもよい。

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、
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：タイロッド、１２：転舵輪、２１：モータ、
２２：モータ回転角度センサ（モータ回転角度検出手段）、２３：減速機構、
２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ（車速検出手段）、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、２９：マイコン（制御手段）、
３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ：電流センサ、
３１：Ｉｑ＊電流指令値演算部（アシスト力生成手段）、
３２：ラック軸異常検出部（ラック軸異常検出手段）、３３：ラック軸異常点灯部、３４：ｄ／ｑ変換演算部、
３５：ｑ軸ＰＩＤ制御部、３６：ｄ軸ＰＩＤ制御部、３７：ｄ／ｑ逆変換演算部、
３８：ＰＷＭ出力部、４０：駆動回路部、４４：モータ制御信号生成部、
５３、５４：減算器、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、τ０：所定操舵トルク、θｍ：モータ回転角度、
θ１：第１所定モータ回転角度（所定回転角度）、
θ２：第２所定モータ回転角度、
Ｉｕ：Ｕ相電流値、Ｉｖ：Ｖ相電流値、Ｉｗ：Ｗ相電流値、
Ｉｑ＊：ｑ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流値、ΔＩｑ：ｑ軸偏差電流値、
Ｉｄ＊：ｄ軸電流指令値、Ｉｄ：ｄ軸電流値、ΔＩｄ：ｄ軸偏差電流値、
Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令値、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令値、
Ｖｕ＊：Ｕ相電圧指令値、Ｖｖ＊：Ｖ相電圧指令値、Ｖｗ＊：Ｗ相電圧指令値、
ＣＴＲ：ラック軸異常確定カウンター、
ＣＴＲ０：ラック軸異常確定カウンターカウントアップ（所定回数）、
ＦＬＧＡＬ１：ラック軸異常検出フラグ、
ＦＬＧＡＬ２：ラック軸異常確定フラグ、

Claims (1)

1. モータによって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からのアシスト力を転舵輪に伝えるラック軸と、
   操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、
   前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速からアシスト力を生成するアシスト力生成手段と、
   前記アシスト力生成手段に基づいて、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、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、前記ラック軸の異常を検出するラック軸異常検出手段を備え、
   前記ラック軸異常検出手段は、前記モータ回転角度検出手段から検出したモータの回転角度の絶対値が所定回転角度以上、且つ、前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクの変化量の絶対値が所定操舵トルク以上、且つ、上記状態が所定回数以上継続した場合には、ラック軸異常警告を点灯すること、
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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