JP2015157574A - 車両用制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マップの選択のための入力操作を不要にし、車両の車種及び仕様に応じたマップの設定を可能にした車両用制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構に操舵補助力を付与する電動モータ40と、車両の運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクを検出するトルクセンサと、車両内の複数のECU6a〜6dと通信を行い、アシストマップ522を決定するのに必要な情報を取得し、その取得された情報に基づいて複数のアシストマップ522のうちの1つのアシストマップ522を決定し、その決定したアシストマップ522を参照して操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように電動モータ40を制御するEPSECU5とを備える。【選択図】図2

Description

本発明は、車両の制御を行う車両用制御装置、及び車両の操舵機構に電動モータによる操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。
電動パワーステアリング装置(EPS:Electronic Power Steering)は、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクをトルクセンサによって検出し、検出された操舵トルクに応じて電動モータに電流を供給することで、操舵機構に操舵補助力を付与する。電動モータに供給する電流の目標値は、例えば操舵トルクと電流目標値との関係が定義された特性情報としてのマップに基づいて設定される。
このマップは、運転者の操舵フィーリングに影響するため、電動パワーステアリング装置の機械構成が共通であっても、マップに示される操舵トルクに対する電流目標値の特性が車種や車両の仕様に応じてきめ細かく調節されることが望ましい。そのため、車種や車両の仕様に応じて最適化されたマップがメモリに記録された多種類の電動パワーステアリング装置を用意する必要性が生じ得る。
特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、電動パワーステアリング装置の種類の増大を抑制するため、制御装置内のメモリ(ROM)に予め複数のマップ及びそのそれぞれのラベル情報を記録しておき、車両の外部から実際に使用すべきマップのラベル情報を不揮発性メモリ(EEPROM)に書き込むように構成されている。そして、車両のイグニッションスイッチがオンされた際には、EEPROMに記憶されたラベル情報に対応するマップのデータをROMからRAMに転送し、RAMに転送されたマップに基づいて電動モータに供給する電流の目標値を設定する。
特開2004−130879号公報(段落[0004],[0017]参照)
しかし、特許文献1の電動パワーステアリング装置では、例えば車両の製造ラインにおいて作業者が制御装置にラベル情報を送信する作業が必要となる。この作業により、製造時における作業工数が増大してしまう。また、作業ミス等により誤ったラベル情報が送信された場合には、所期の操舵フィーリングが得られないこととなり得る。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業者によって複数の特性情報(マップ)の中から一つの特性情報を選択するための情報を送信しなくとも、適切な特性情報を選択することが可能な車両用制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を達成するため、車両の車種及び仕様に応じた複数の特性情報を記憶する記憶手段と、前記車両に搭載された複数の制御ユニットとの通信により、前記記憶手段に記憶された前記複数の特性情報のうち1つの特性情報を決定するために必要な情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された情報に基づいて前記記憶手段に記憶された前記複数の特性情報のうちの1つの特性情報を決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された前記1つの特性情報に基づいて前記車両の制御を行う制御手段と、を備えた車両用制御装置を提供する。
また、本発明は、上記課題を達成するため、車両の操舵機構に操舵補助力を付与する電動モータと、前記車両の運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクを検出する検出部と、前記車両の車種及び仕様に応じて前記操舵トルクと前記電動モータに供給する電流との対応関係が定義された複数のマップを記憶する記憶手段と、前記車両に搭載された複数の制御ユニットとの通信により、前記記憶手段に記憶された前記複数のマップのうち1つのマップを決定するために必要な情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記情報に基づいて前記記憶手段に記憶された前記複数のマップのうちの1つのマップを決定する決定手段と、前記決定手段によって決定された前記1つのマップに基づいて前記操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように前記電動モータ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を提供する。
本発明によれば、作業者によって複数の特性情報の中から一つの特性情報を選択するための情報を送信しなくとも、適切な特性情報を選択することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置及びその周辺の構成例を示す模式図である。 EPSECUの構成例を示すブロック図である。 EPSECUの機能ブロック図である。 EEPROMに記憶されているテーブルの一例を示す図である。 アシストマップの一例を示す図である。
本発明の実施の形態について図1〜図5を参照して説明する。
(電動パワーステアリング装置の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置及びその周辺の構成例を示す模式図である。電動パワーステアリング装置1は、運転者が回転操作するステアリングホイール10が相対回転不能に連結されたステアリングシャフト2と、ステアリングシャフト2から伝達される回転力により直線運動するラック軸3と、ステアリングシャフト2に操舵補助力を付与する操舵補助機構4と、操舵補助機構4の電動モータ40を制御する制御ユニット(車両用制御装置)としてのEPSECU5とを備えている。EPSECU5は、車両のエンジンを始動させる始動スイッチとしてのイグニッションスイッチ7がオン状態となったときに起動される。
ステアリングシャフト2は、ステアリングホイール10が一端部に固定されるコラムシャフト21と、ラック軸3と共にラックアンドピニオン機構1aを構成するピニオン軸としてのピニオンシャフト23と、コラムシャフト21とピニオンシャフト23とを連結する中間シャフト22とを有している。コラムシャフト21と中間シャフト22とは、自在継手201によって連結されている。中間シャフト22とピニオンシャフト23とは、自在継手202によって連結されている。
ラック軸3は、筒状のラックハウジング30に軸方向に移動可能に収容されている。ラック軸3には、その軸方向に沿ってラック歯31が形成され、このラック歯31がピニオンシャフト23のピニオン歯231に噛み合っている。ラック軸3の両端部には、ボールジョイントソケット32が固定され、これらのボールジョイントソケット32に連結されたタイロッド11が、図示しないナックルアームを介して左右の転舵輪100に連結されている。また、ボールジョイントソケット32の外周側には、蛇腹状のゴムや樹脂等からなるブーツ12が配置されている。
ステアリングホイール10が回転操作されると、このステアリングホイール10にコラムシャフト21及び中間シャフト22を介して連結されたピニオンシャフト23が回転し、ピニオン歯231とラック歯31との噛み合いによってラック軸3がその軸方向に直線運動する。このラック軸3の直線運動により、タイロッド11を介して転舵輪100が転舵される。
操舵補助機構4は、電動モータ40と、電動モータ40の出力軸に設けられたウォーム401に噛み合うウォームホイール41とを有して構成されている。ウォーム401の回転に対するウォームホイール41の回転の減速比は、例えば13〜15である。本実施の形態では、ウォームホイール41がコラムシャフト21に固定されている。ただし、ウォームホイール41をピニオンシャフト23に固定してもよい。電動モータ40は、 EPSECU5から電流の供給を受け、その電流によって発生するトルクによって操舵補助機構4に操舵補助力を付与する。
EPSECU5は、ステアリングシャフト2に設けられたトルクセンサ24によって検出された操舵トルク、及び車速センサ101によって検出された車速に基づいて、後述する複数のアシストマップの何れかを参照して電動モータ40を制御する。本実施の形態では、トルクセンサ24がコラムシャフト21に設けられ、運転者がステアリングホイール10に加える操舵トルクを検出する。トルクセンサ24は、コラムシャフト21に設けられたトーションバー211の捩じれを磁界の変化によって検出し、操舵トルクに応じた信号をEPSECU5に出力する。
(EPSECU5の構成)
図2は、EPSECU5の構成例を示すブロック図である。EPSECU5は、CPU(中央演算処理装置)50と、ROM51と、EEPROM52と、各種のデータを一時的に格納するワークメモリとして使用されるRAM53と、モータ駆動回路54とを備えている。CPU50と、ROM51,EEPROM52,RAM53,及びモータ駆動回路54とは、内部バス500によって接続されている。
モータ駆動回路54は、例えばバッテリーから供給される直流電圧をPWM制御によってスイッチングし、電動モータ40にモータ電流として供給する。電動モータ40に供給されるモータ電流の電流値は、例えばホールICを用いた電流センサ55によって検出される。電流センサ55の出力信号は、内部バス500によってCPU50に送られる。
ROM51には、電動モータ40を制御するためにCPU50が実行する処理の手順を示すモータ制御プログラム510が記憶されている。このモータ制御プログラム510には、電動モータ40に供給すべき電流を算出する際に参照されるアシストマップ522を選定するためのアシストマップ選定プログラム511が含まれる。
EEPROM52には、複数のアシストマップ522から1つのアシストマップ522を決定するためのテーブル521、及び車両の車種及び仕様に応じた複数のアシストマップ522等が記憶されている。
テーブル521は、車両の車種及び仕様とアシストマップ522とが対応付けられている。テーブル521は、車両の車種及び仕様とアシストマップ522とが対応付ける対応情報の一例である。テーブル521の詳細については後述する。
アシストマップ522は、トルクセンサ24によって検出される操舵トルク値Tと電動モータ40に供給すべき電流との対応関係が車速Vをパラメータとして定義されたものである。アシストマップ522は、電動パワーステアリング装置1が搭載される可能性のある車両の車種及び仕様に応じた複数のものがEEPROM52に記憶されている。なお、車両の車種又は車両の仕様が異なる場合でもアシストマップ522が同一の場合もある。ここで、「車両の仕様」とは、標準仕様に対してユーザーの要求に応じて変更可能なものをいい、例えば、2WD車又は4WD車等の駆動タイプ、エンジンの種類、エンジン排気量、あるいは標準仕様に対して付加されるアイドルストップ機能やアンチロック・ブレーキ・システム(以下、ABSという)等の機能の有無、さらにはトランスミションが自動変速機(AT)であるか手動変速機(MT)であるか等が含まれる。
内部バス500には、図略のインタフェース回路を介してトルクセンサ24の出力信号が供給される。CPU50は、モータ制御プログラム510に従って動作し、アシストマップ522を参照して操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように、電動モータ40を制御する。
EPSECU5には、車両の駆動源としてのエンジンを制御するエンジンECU6a、ABSを制御するABSECU6b、車体各部の電装部品を制御するBCM(Body Control Module)ECU6c、及び運転者に視認可能に配置された計器盤を制御するメータECU6dが、例えばCAN(Controller Area Network)等の車載通信網を介して互いに通信可能に接続されている。また、EPSECU5は、車載通信網を介して、車速センサ101が検出した車速を示す情報、シフトレバーのシフトポジションを示す情報、ブレーキ操作状態を示す情報等を取得可能に構成されている。なお、EPSECU5に接続されたECUは、エンジンECU6a、ABSECU6b、BCMECU6c、メータECU6d等に限られない。
EPSECU5は、所定のタイミング、例えばイグニッションスイッチ7がオンされたときに各ECU6a〜6dに問合せ信号を送信し、それに対して車両の車種又は仕様の情報を応答信号として各ECU6a〜6dから受信し、受信した応答信号に基づいて1つのアシストマップ522を決定する。なお、アシストマップ522を決定するタイミングは、イグニッションスイッチ7がオンされたときに限られず、工場出荷時等において作業者からの指示操作があったときでもよい。
エンジンECU6aは、燃料噴射量の制御や、エンジンの始動・停止制御、一時停車時にエンジンを自動停止するアイドルストップ制御等のエンジンの運転に必要な各種制御を行う。エンジンECU6aは、EPSECU5からの問合せ信号に応じて、エンジンの種類を示す情報や、アイドルストップの機能を有している場合には当該機能を有している旨の情報等を応答信号としてEPSECU5に返信する。
ABSECU6bは、車輪のロックによる滑走を防止するABS制御を行うものである。ABSECU6bは、EPSECU5からの問合せ信号に応答して所定の返信を行う。EPSECU5は、この返信がない場合には、車両がABS機能を有していないと判定する。
BCMECU6cは、空調、ドア、ウインドウ、ワイパー、ライト等の各種電装部品を制御する。BCMECU6cは、EPSECU5からの問合せ信号に応答して、温度の自動調節等の所定の機能を有している場合には、当該機能を有している旨の情報等を応答信号としてEPSECU5に返信する。
メータECU6dには、インスツルメントパネルに配置された計器盤等が接続され、車速等の車両運転状態の表示を制御する。メータECU6dは、EPSECU5からの問合せ信号に応答して、例えば計器盤の照度調整等の所定の機能を有している場合には、当該機能を有している旨の情報等を応答信号としてEPSECU5に返信する。
図3は、EPSECU5の機能ブロック図である。EPSECU5のCPU50は、モータ制御プログラム510を実行することにより、電流指令値演算部501,アシストマップ設定制御部502,減算部503,及びPI制御部504として機能する。また、EPSECU5のCPU50は、アシストマップ選定プログラム511を実行することにより、取得手段502a及び決定手段502bとして機能する。
取得手段502aは、イグニッションスイッチ7がオンされた後に車両内の他のECU6a〜6dと通信を行い、EEPROM52に記憶された複数のアシストマップ522のうち1つのアシストマップ522を決定するのに必要な情報、すなわち当該車両の車種及び仕様の情報を取得する。また、取得手段502aは、各ECU6a〜6dに問合せ信号を送信しても応答信号が送信されない場合には、該当する機能を有していないと判断する。例えば、取得手段502aは、ABSECU6bに問合せ信号を送信しても応答信号が送信されない場合には、当該車両がABSの機能を有していないと判断する。
決定手段502bは、取得手段502aによって取得された情報とテーブル521とを照合してEEPROM52に記憶された複数のアシストマップ522のうちの1つのアシストマップ522を決定し、RAM53に書き込む。
電流指令値演算部501、減算部503及びPI制御部504は、決定手段502bによって決定されたアシストマップ522を参照して電動モータ40を制御する制御手段を構成する。
電流指令値演算部501には、トルクセンサ24によって検出された操舵トルク値T、及び車速センサ101によって検出された車速Vが入力される。電流指令値演算部501は、入力された操舵トルク値T及び車速Vに基づいて、アシストマップ設定制御部502によってRAM53に記憶されたアシストマップ522を参照し、電動モータ40に供給する電流の制御目標値である電流指令値Irefを算出する。電流指令値演算部501は、算出した電留指令値Iefを減算部503に出力する。
減算部503は、電流センサ55によって検出される実際のモータ電流値Imと電流指令値演算部501から出力される電流指令値Irefとの偏差ΔIを演算し、偏差ΔIをPI制御部504に出力する。
PI制御部504は、偏差ΔIを比例積分処理した電圧補償量Vrefを演算し、モータ駆動回路54に出力する。
モータ駆動回路54は、電圧補償量Vrefに基づいてPWM制御されたモータ電流を電動モータ40に供給する。電動モータ40に供給されるモータ電流のモータ電流値Imは、電流センサ55で検出されて減算部503にフィードバックされる。
図4は、EEPROM52に記憶されているテーブル521の一例を示す図である。テーブル521は、各ECU6a〜6dから取得した情報からアシストマップNo.を一意に特定できるように構成されている。
テーブル521には、例えば、エンジンECU6aから得られるエンジンの種類(PETROL(ペトロール)、DIESEL(ディーゼル)、SPORTS(スポーツ)等)及びアイドルストップ機能の有無の情報、ABSECU6bから得られるABSの機能の有無の情報、図示はしていないがBCMECU6cやメータECU6dから得られる情報、すなわちEEPROM52に記憶された複数のアシストマップ522から制御手段による制御に使用される1つのアシストマップ522を選択するために必要な情報が予め登録されている。
テーブル521には、各ECU6a〜6dから得られる情報の組合せに対応する選択コードの欄521aと、各ECU6a〜6dから得られる情報の欄521bと、アシストマップNo.の欄521cとが設けられている。アシストマップ522は、アシストマップNo.に関連付けてEEPROM52に記憶されている。なお、図4中、エンジンの種類がデフォルトのものは、工場調整段階であることを示す。
図5は、アシストマップ522の一例を示す。アシストマップ522には、操舵トルク値Tと電流指令値Irefとの関係が車速Vをパラメータとして示されている。同図中、V、V、Vは異なる車速を示す。電流指令値Irefは、操舵トルク値Tが大きいほど、また車速Vが小さいほど大きな値となっている。EEPROM52には、図5に示すようなアシストマップ522が車両の車種及び仕様の情報に応じて複数記憶されている。
(電動パワーステアリング装置の動作)
次に、電動パワーステアリング装置1の動作の一例を説明する。
運転者がイグニッションスイッチ7をオンすると、EPSECU5の取得手段502aは、各ECU6a〜6dに問合せ信号を送信し、その問合せ信号に対する応答信号を各ECU6a〜6dから受信し、アシストマップ522を決定するのに必要な情報、すなわち当該車両の車種及び仕様を取得する。
次に、EPSECU5の決定手段502bは、各ECU6a〜6dから取得した当該車両の車種及び仕様に基づいて図4に示すテーブル521を参照し、該当するアシストマップNo.を取得し、そのアシストマップNo.に対応するアシストマップ522をEEPROM52から読み出してRAM53に書き込む。
例えば、取得手段502aがエンジンECU6aからエンジンの種類としてPETROL(ガソリンエンジン)、及びアイドルストップ機能有りの情報を含む応答信号が送信され、ABSECU6bからABSの機能を有する旨の応答信号が送信されたとき、決定手段502bは、受信した応答信号に含まれる情報とテーブル521とを照合し、選択コード002に対応するアシストマップNo.1を取得する。決定手段502bは、取得したアシストマップNo.1に対応するアシストマップ522をEEPROM52から読み出してRAM53に書き込む。
電流指令値演算部501は、入力された操舵トルク値T及び車速Vに基づいて、RAM53に書き込まれたアシストマップ522を参照し、電流指令値Irefを算出し、その電流指令値Irefを減算部503に出力する。
減算部503は、電流センサ55によって検出される実際のモータ電流値Imと電流指令値演算部501から出力される電流指令値Irefとの偏差ΔIを演算し、偏差ΔIをPI制御部504に出力する。
PI制御部504は、偏差ΔIを比例積分処理した電圧補償量Vrefを演算し、モータ駆動回路54に出力する。
モータ駆動回路54は、電圧補償量Vrefに基づいてPWM制御されたモータ電流を電動モータ40に供給する。電動モータ40に供給されるモータ電流のモータ電流値Imは、電流センサ55で検出されて減算部503にフィードバックされる。これにより、電動モータ40に実際に流れる電流が目標値に近づき、電動モータ40が発生するトルクによって操舵補助機構4に適正な操舵補助力が付与される。
(実施の形態の効果)
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)EPSECU5と車両内の各ECU6a〜6dとの通信により取得した車両の車種及び仕様に基づいてアシストマップ522を決定するので、アシストマップ522の選択のための情報を送信する作業が不要になり、電動パワーステアリング装置1が搭載された車両の車種及び仕様に適合したアシストマップ522を自動的に選択させることが可能になる。
(2)決定手段502bは、取得手段502aによって取得された情報とEEPROM52に記憶されたテーブル521とを照合して1つのアシストマップ522を決定するので、迅速かつ正確に適切なアシストマップ522を設定することができる。
(3)取得手段502aは、各ECU6a〜6dに問合せ信号を送信し、それに対する応答信号を受信することで1つのアシストマップ522を決定するために必要な情報を取得するので、決定手段502bが1つのアシストマップ522を決定する際に適切なタイミングで必要な情報を取得することができる。このため、電動パワーステアリング装置1が搭載された車両の車種及び仕様に適合した1つのアシストマップ522を迅速に決定することができる。
(4)イグニッションスイッチ7がオンされる度にアシストマップ522が設定されるため、工場出荷後に仕様が変更されても、適切なアシストマップ522を設定することができる。
以上、本発明の車両用制御装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
(1)上記実施の形態では、本発明の車両用制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、車両の他の部分を制御する制御ユニット(ECU)に適用してもよい。
(2)上記実施の形態では、取得手段502a、決定手段502b、電流指令値演算部501、減算部503、PI制御部504をプログラムによって実現する場合について説明したが、それらの一部又は全部をハードウェアによって実現してもよい。
1…電動パワーステアリング装置、1a…ラックアンドピニオン機構、2…ステアリングシャフト、3…ラック軸、4…操舵補助機構、5…EPSECU、6a…エンジンECU、6b…ABSECU、6c…BCMECU、6d…メータECU、7…イグニッションスイッチ、10…ステアリングホイール、11…タイロッド、12…ブーツ、21…コラムシャフト、22…中間シャフト、23…ピニオンシャフト、24…トルクセンサ、30…ラックハウジング、31…ラック歯、32…ボールジョイントソケット、40…電動モータ、41…ウォームホイール、50…CPU、51…ROM、52…EEPROM、53…RAM、54…モータ駆動回路、55…電流センサ、100…転舵輪、101…車速センサ、201,202…自在継手、211…トーションバー、231…ピニオン歯、401…ウォーム、500…内部バス、501…電流指令値演算部、502…アシストマップ設定制御部、502a…取得手段、502b…決定手段、503…減算部、504…PI制御部、510…モータ制御プログラム、511…アシストマップ選定プログラム、521…テーブル、521a…選択コード欄、521b…各ECUから得られる情報欄、521c…アシストマップNo.欄、522…アシストマップ

Claims (5)

  1. 車両の車種及び仕様に応じた複数の特性情報を記憶する記憶手段と、
    前記車両に搭載された複数の制御ユニットとの通信により、前記記憶手段に記憶された前記複数の特性情報のうち1つの特性情報を決定するために必要な情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段によって取得された情報に基づいて前記記憶手段に記憶された前記複数の特性情報のうちの1つの特性情報を決定する決定手段と、
    前記決定手段によって決定された前記1つの特性情報に基づいて前記車両の制御を行う制御手段と、を備えた
    車両用制御装置。
  2. 前記記憶手段は、前記車両の車種及び仕様と前記特性情報とを対応付ける対応情報を記憶し、
    前記決定手段は、前記取得手段によって取得された前記情報と前記記憶手段に記憶された前記対応情報とを照合して前記1つの特性情報を決定する、
    請求項1に記載の車両用制御装置。
  3. 前記取得手段は、前記複数の制御ユニットに問合せ信号を送信し、それに対する応答信号を受信することで前記情報を取得する、
    請求項1又は2に記載の車両用制御装置。
  4. 前記決定手段は、前記車両の駆動源の始動スイッチがオンされた後に前記取得手段が取得した前記情報に基づいて前記1つの特性情報を決定する、
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用制御装置。
  5. 車両の操舵機構に操舵補助力を付与する電動モータと、
    前記車両の運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクを検出する検出部と、
    前記車両の車種及び仕様に応じて前記操舵トルクと前記電動モータに供給する電流との対応関係が定義された複数のマップを記憶する記憶手段と、
    前記車両に搭載された複数の制御ユニットとの通信により、前記記憶手段に記憶された前記複数のマップのうち1つのマップを決定するために必要な情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段によって取得された前記情報に基づいて前記記憶手段に記憶された前記複数のマップのうちの1つのマップを決定する決定手段と、
    前記決定手段によって決定された前記1つのマップに基づいて前記操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように前記電動モータ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。
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