JP2016128310A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の電源を用いることなく、エンジン再始動時におけるアシストトルクの低下を抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明の予め定めた条件に基づいて自動的にエンジンを停止または再始動させるアイドリングストップ機能を備えた電動パワーステアリング装置は、ステアリングの操舵をアシストするトルクを発生させるモータと、ステアリングの操舵に応じた駆動電流をモータへ供給する駆動部と、アイドリングストップ機能によって出力されるエンジンの再始動を指示する再始動信号を検出する検出部とを備えている。駆動部は、検出部によって再始動信号が検出されると、この検出時にモータへ供給していた駆動電流よりも大きな駆動電流をモータへ供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、アイドリングストップ機能を備えた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、燃費の向上およびＣＯ_２排出量の削減のため、アイドリングストップ機能を搭載した車両が増えてきている。アイドリングストップ機能とは、車速やブレーキペダル踏み込み操作などに基づいて、車両の停止を検出した場合にエンジンを自動的に停止させ、車両の発進操作を検出した場合にエンジンを自動的に再始動させる機能である。

電動パワーステアリング装置は、ドライバーが行うステアリングの操舵を電動モータの駆動力によってアシスト（操舵力を軽減）する装置である。この電動パワーステアリング装置は、アイドリングストップ機能によってエンジンが停止している間も、車載バッテリーからの電源供給によって作動している。

電動パワーステアリング装置へ電源を供給している車載バッテリーは、エンジンスタータにも電源を供給している。従って、アイドリングストップ機能によってエンジンを再始動させる際には、車載バッテリーからエンジンスタータへ大電流が流れて、車載バッテリーの電源電圧が一時的に大きく低下する。

従来の電動パワーステアリング装置では、車載バッテリーの電源電圧が大きく低下した場合に適切な操舵アシストを継続して行うことができず、ドライバーが負担する操舵力を増加させるおそれがある。このため、車載バッテリーの電源電圧が大きく低下した場合には、例えば、電動パワーステアリング装置を駆動制御状態から回生制動制御状態に切り替えることが行われる。駆動制御とは、電動モータに通電してアシストトルクを発生させる制御である。回生制動制御は、電動モータへは通電をせず回路短絡によって回生制動力を発生させる制御である。

しかしながら、電動パワーステアリング装置を回生制動制御にした場合であっても、ドライバーの負担が軽減しないおそれがある。例えば、ステアリングが大きく切られている（右または左に操舵操作されている）状態では、回生制動力だけではステアリングを中立位置に戻そうとする路面からの逆入力に対抗できず、ステアリングの戻りを制止するために要求されるドライバーの負担が軽減しないおそれがある。

そこで、上述した課題を解決するために、例えば、特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置が提案されている。この特許文献１に記載された装置では、車両の主電源である車載バッテリーとは別に、電動パワーステアリング装置のために副電源を設けている。これにより、車載バッテリーの電源電圧が低下しても、電動パワーステアリング装置へ供給される電源電圧が低下しないようにしている。

特開２０１０−１１５９５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、電動パワーステアリング装置のために専用の電源が別途必要となる。このため、車両のコストが高くなり、車両重量も増加するという問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、専用の電源を用いることなく、エンジン再始動時におけるアシストトルクの低下を抑制することが可能な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。

上記課題を解決するために、本発明の電動パワーステアリング装置は、予め定めた条件に基づいて自動的にエンジンを停止または再始動させるアイドリングストップ機能を備えた車両に搭載されており、ステアリングの操舵をアシストするトルクを発生させるモータと、ステアリングの操舵に応じた駆動電流をモータへ供給する駆動部と、アイドリングストップ機能によって出力されるエンジンの再始動を指示する再始動信号を検出する検出部とを備え、駆動部は、検出部によって再始動信号が検出されると、この検出時にモータへ供給していた駆動電流よりも大きな駆動電流をモータへ供給することを特徴とする。

この本発明の電動パワーステアリング装置によれば、アイドリングストップ機能によって停止していたエンジンが再始動される際、エンジンの再始動を指示する再始動信号を検出する。そして、この検出に応じて、モータへ供給する駆動電流を再始動信号の検出時よりも大きくする（増加させる）。通常、再始動信号が出力されてからエンジンスタータが動作してエンジンが始動するまでにタイムラグが生じる。よって、このタイムラグ期間に、つまりエンジンが再始動する前にモータへ供給する駆動電流を大きくしておけば、エンジン始動に伴うバッテリーの電源電圧低下があっても、モータに供給される駆動電流の低下を抑制できる。これにより、すなわち、専用の電源を用いることなく、エンジン再始動時におけるモータが発生するアシストトルクの低下を抑制することができる。

以上述べたように、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、専用の電源を用いることなく、エンジン再始動時におけるアシストトルクの低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を含む車両操舵システムの概略構成例を示す図 本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置によって行われる駆動電流制御のタイミングチャートの一例を示す図 従来の電動パワーステアリング装置によって行われる駆動電流制御のタイミングチャートの一例を示す図 操舵トルクと駆動電流との関係を示す図 電動パワーステアリング装置によって行われる駆動電流制御の処理手順を説明するフローチャート

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について、図面を参照しながら順に説明する。

［概要］
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、アイドリングストップ機能によって停止していたエンジンの再始動を指示する信号を検出する。この検出に応じて、エンジンが始動する前に、操舵をアシストするトルクを発生させるモータへ供給する駆動電流を、再始動信号の検出時よりも大きくする（増加させる）。これにより、エンジンの再始動に伴うバッテリー電源電圧の一時的な低下があっても、操舵のアシストに必要な駆動電流の低下、すなわちアシストトルクの低下を抑制することができる。よって、ドライバーが負担する操舵力が大きくなってしまうことを防止できる。

［車両操舵システムの全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０を含む車両操舵システム１の概略構成例を示す図である。図１において、車両操舵システム１は、ステアリングホイール２と、左右一対の前輪３と、伝達機構４と、電動パワーステアリング装置１０とを備えている。電動パワーステアリング装置１０には、アイドリングストップＥＣＵ２０が接続されている。アイドリングストップＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ３０に接続されている。エンジンＥＣＵ３０は、エンジンスタータ（Ｅ／Ｓ）３１に接続されている。この電動パワーステアリング装置１０、アイドリングストップＥＣＵ２０、エンジンＥＣＵ３０、およびエンジンスタータ３１は、車両に搭載されたバッテリー４０から電源供給を受けている。

伝達機構４は、ステアリングシャフト５と、左右一対のタイロッド６と、ギア部７と、トルクセンサ８とを有している。ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に接続されている。左右一対のタイロッド６は、左右の前輪３をそれぞれ回転可能に連結している。ギア部７は、ステアリングシャフト５と左右一対のタイロッド６とを連結し、ステアリングシャフト５の回転（操舵）をタイロッド６に伝達する。ギア部７は、例えばラックアンドピニオン機構で構成されている。ステアリングホイール２の操舵角に伴うステアリングシャフト５の回転運動は、ギア部７によってタイロッド６の直線運動（車幅方向）に変換される。タイロッド６の直線運動は、左右一対の前輪３に伝達される。トルクセンサ８は、ステアリングシャフト５に設けられており、ステアリングホイール２の操舵によって発生する操舵トルクを検出する。

電動パワーステアリング装置１０は、パワーステアリングＥＣＵ１１と、アシストモータ１６と、減速機１７とを有している。アシストモータ１６は、例えば三相ブラシレスモータで構成され、ステアリングホイール２の操舵を補助するためのアシストトルクを発生させる。このアシストモータ１６は、減速機１７を介してステアリングシャフト５に連結されている。よって、アシストモータ１６が発生したアシストトルクは、減速機１７を介してステアリングシャフト５に伝達される。アシストモータ１６は、パワーステアリングＥＣＵ１１による制御に従って出力軸が回転し、アシストトルクを発生させる。

パワーステアリングＥＣＵ１１は、トルクセンサ８で検出された操舵トルクおよびアイドリングストップＥＣＵ２０が出力するエンジン再始動信号（後述する）などに基づいて、アシストモータ１６の出力軸の回転を制御する。典型的には、パワーステアリングＥＣＵ１１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリ、および入出力インタフェースなどを含む電子制御ユニット（Electronic Control Unit）である。このパワーステアリングＥＣＵ１１は、アシストモータ１６に駆動電流を供給する駆動部１１ａおよびエンジン再始動信号を検出する検出部１１ｂなどを構成に含む。

例えば、パワーステアリングＥＣＵ１１の駆動部１１ａは、インバータ回路１１ｃと制御回路１１ｄとを含む。インバータ回路１１ｃは、例えば６個のスイッチング素子からなる３相ブリッジ回路を構成に含む。スイッチング素子は、例えばトランジスタなどである。スイッチング素子は、制御回路１１ｄにより制御される。具体的には、トルクセンサ８で検出されたステアリングの操舵トルクに基づいて定まる所望のアシストトルクをアシストモータ１６で発生させるためのスイッチングパターン（タイミングやデューティ比など）が、制御回路１１ｄによってスイッチング素子に印加される。印加されたスイッチングパターンに対応したスイッチング素子がそれぞれオン／オフ動作を行うことで、各相の通電状態が順次切り替わる。この制御により、アシストモータ１６において所望のアシストトルクを発生させるための駆動電流が、インバータ回路１１ｃからアシストモータ１６へ供給される。

本実施形態の説明では、上述したインバータ回路１１ｃからアシストモータ１６へ駆動電流が供給される状態を「駆動制御」状態という。この駆動制御では、制御回路１１ｄの制御に従って、ステアリングの操舵トルクに基づくアシストトルクをアシストモータ１６で発生させることができる。一方、インバータ回路１１ｃからアシストモータ１６へ駆動電流が供給されない状態を「回生制動制御」状態という。この回生制動制御の状態とは、インバータ回路１１ｃのスイッチング素子が電源（バッテリー４０）から切り離され、アシストモータ１６の３相の入力端子がスイッチング素子を介して短絡された状態である。回生制動制御では、路面からの逆入力に対抗させる制動力をアシストモータ１６で発生させる。

アイドリングストップＥＣＵ２０は、アイドリングストップ機能を実行する電子制御ユニットである。アイドリングストップＥＣＵ２０は、予め定めた条件に基づいて、自動的にエンジンを停止させる信号（以下、「エンジン停止信号」と記す）または自動的にエンジンを再始動させる信号（以下、「エンジン再始動信号」と記す）を、エンジンＥＣＵ３０およびパワーステアリングＥＣＵ１１に出力する。予め定めた条件は、例えば「車速がゼロ」、「ブレーキペダルの踏み込み／開放」、「シフトポジションがパーキング」などである。これらの予め定めた条件は、アイドリングストップＥＣＵ２０内のメモリ（図示せず）に記憶されている。予め定めた条件を判定するため、アイドリングストップＥＣＵ２０は、図示しない車速センサ、ブレーキペダルセンサ、およびシフトポジションセンサなどから信号を受信する。そして、アイドリングストップＥＣＵ２０は、受信した各種信号と予め定めた条件とに基づいて、車両の停止または車両の発進動作を検出し、エンジンＥＣＵ３０およびパワーステアリングＥＣＵ１１に必要な信号を出力する。

エンジンＥＣＵ３０は、内燃機関であるエンジン（図示せず）の運転を制御する電子制御ユニットである。エンジンＥＣＵ３０は、エンジンのバルブ開閉タイミング、スロットル開度、空燃比、燃料噴射量、および点火装置の点火や点火時期などを制御する。エンジンＥＣＵ３０は、ドライバーによるイグニッションＯＮ操作やアイドリングストップＥＣＵ２０からのエンジン再始動信号に従って、エンジンを始動させる。エンジンの始動は、エンジンスタータ３１を作動させてクランクシャフトを回転させる、つまりクランキング動作が行われる。また、エンジンＥＣＵ３０は、ドライバーによるイグニッションＯＦＦ操作やアイドリングストップＥＣＵ２０からのエンジン停止信号に従って、エンジンを停止させる。

バッテリー４０は、例えば車両に搭載される一般的なバッテリーである。このバッテリー４０には、電動パワーステアリング装置１０、アイドリングストップＥＣＵ２０、およびエンジンＥＣＵ３０の他に、エンジンの始動時に使用されるエンジンスタータ３１にも接続されている。このバッテリー４０の電圧は、パワーステアリングＥＣＵ１１によって監視されており、電動パワーステアリング装置１０における駆動制御と回生制動制御との切り替えを判断するために用いられる。

［電動パワーステアリング装置が行う駆動電流制御］
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０によって行われる駆動電流制御のタイミングチャートの一例を示す図である。図２Ｂは、従来の電動パワーステアリング装置によって行われる駆動電流制御のタイミングチャートの一例を示す図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、車両の停止状態においてドライバーによってステアリングが左右のいずれかに切られており、操舵トルクが発生している状況を説明している。

１．従来の制御
まず、図２Ｂを参照して、従来の電動パワーステアリング装置によって行われる駆動電流制御を説明する。

バッテリーの電源電圧が低下していない（所定の閾値以上ある）場合、アイドリングストップ機能によってエンジンが停止している状態では（図２Ｂの［Ｂ１］）、従来の電動パワーステアリング装置による駆動制御が行われる。よって、ステアリングの操舵トルクに応じた駆動電流が、アシストモータに流れている。その後、アイドリングストップＥＣＵからエンジン再始動信号を受けると、エンジンＥＣＵがエンジンスタータを作動させ、エンジンのクランキングが開始される（図２Ｂの［Ｂ２］）。これにより、エンジンスタータに大電流が流れ、バッテリーの電源電圧が大きく低下する。

従来の電動パワーステアリング装置では、アイドリングストップＥＣＵから出力されるエンジン再始動信号を監視していない。よって、従来の電動パワーステアリング装置による次の動作は、バッテリーの電源電圧が所定の閾値よりも低下したことを検出して、アシストモータの制御を駆動制御から回生制動制御に切り替える動作となる。

アシストモータの制御が回生制動制御になると、パワーステアリングＥＣＵからの駆動電流がなくなり、アシストモータに流れる駆動電流が徐々に低下していく（図２Ｂの［Ｂ３］）。これに伴って、操舵アシスト力も徐々に低下していき、左または右に切られているステアリングには中立位置に戻ろうとする力が働く。この際、ドライバーは中立位置へ戻ろうとするステアリングに対抗するために操舵トルクを掛け続けることを試みると考えられるが、ステアリングは中立位置の近傍まで戻ってしまう（図２Ｂの［Ｂ４］）。

このように、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクに応じた通常の駆動電流をアシストモータに供給した状態でエンジンのクランキング動作に移る。このため、エンジンのクランキングが行われてバッテリーの電源電圧が低下している期間に、アシストモータに供給される駆動電流が低下してしまう。よって、アシストモータが発生するアシストトルクも低下してしまう。これにより、ステアリングの位置が中立位置近傍まで戻ってしまうおそれが生じる。

２．本発明の制御
次に、図２Ａを参照して、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０によって行われる駆動電流制御を説明する。

バッテリー４０の電源電圧が低下していない（所定の閾値以上ある）場合、アイドリングストップ機能によってエンジンが停止している状態では（図２Ａの［Ａ１］）、電動パワーステアリング装置１０による駆動制御が行われる。よって、ステアリングの操舵トルクに応じた駆動電流が、アシストモータ１６に流れている。その後、アイドリングストップＥＣＵ２０からエンジンＥＣＵ３０へエンジン再始動信号が出力されると、パワーステアリングＥＣＵ１１は、検出部１１ｂによってこのエンジン再始動信号を検出する（図２Ａの［Ａ２］）。

エンジン再始動信号を検出すると、パワーステアリングＥＣＵ１１は、駆動部１１ａによってアシストモータ１６に供給する駆動電流を大きくする（増加させる）制御を行う（図２Ａの［Ａ３］）。この制御では、エンジン再始動信号を検出した時点（検出する直前）にアシストモータ１６へ供給していた駆動電流よりも、大きな駆動電流（増加させた駆動電流）をアシストモータ１６へ供給することが行われる。駆動電流の変更は、例えば、駆動部１１ａのインバータ回路１１ｃのスイッチング素子に印加されるスイッチングパターン（デューティ比）を制御することで実現可能である。この制御は、アイドリングストップＥＣＵ２０からエンジン再始動信号が出力されてから、エンジンスタータ３１が動作してバッテリー４０の電源電圧が低下するまでに生じる、タイムラグ期間ＴＬに実行される。このアシストモータ１６に供給する駆動電流を大きくする（増加させる）ことによって、ドライバーがステアリング操作する際の操舵トルクを下げることができる（図２Ａの［Ａ４］）。

その後、エンジンＥＣＵ３０が、エンジン再始動信号に従ってエンジンスタータ３１を作動させ、エンジンのクランキングが開始される（図２Ａの［Ａ５］）。これにより、エンジンスタータ３１に大電流が流れ、バッテリー４０の電源電圧が大きく低下する。電動パワーステアリング装置１０は、バッテリー４０の電源電圧が所定の閾値よりも低下したことを検出して、アシストモータ１６の制御を駆動制御から回生制動制御に切り替える。

アシストモータ１６の制御が回生制動制御になると、パワーステアリングＥＣＵ１１からの駆動電流がなくなり、アシストモータ１６に流れる駆動電流が徐々に低下していく（図２Ａの［Ａ６］）。これに伴って、操舵アシスト力も徐々に低下していくが、タイムラグ期間ＴＬにアシストモータ１６に供給する駆動電流を大きくし、ドライバーがステアリング操作する際の操舵トルクを軽減させている。このため、ドライバーは、右または左に切られているステアリングに働く中立位置に戻ろうとする力に、軽い操舵力（操舵トルク）で対抗できる。この結果、ステアリングが中立位置近傍まで戻ってしまうことを防ぐことができる（図２Ａの［Ａ７］）。

このように、本発明の電動パワーステアリング装置１０では、エンジンのクランキングによってバッテリー４０の電源電圧が低下する前に、予めアシストモータ１６に供給する駆動電流を大きくしておく（増加させておく）。これにより、エンジンのクランキングが開始されてバッテリー４０の電源電圧が大きく低下しても、アシストモータ１６に供給される駆動電流の低下を抑制できる。よって、アシストモータ１６が発生するアシストトルクの低下を抑制することができる。従って、ステアリングの位置が中立位置近傍まで戻ってしまうことを防ぐことができる。

［駆動電流制御の具体例］
図３および図４を参照して、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０のパワーステアリングＥＣＵ１１によって行われる駆動電流制御の具体例を説明する。図３は、操舵トルクと駆動電流との関係を示す図である。図３において、点線は操舵トルクに対応付けられた通常の駆動電流を示し、実線は操舵トルクに対応付けられた本発明の増大駆動電流を示す。図４は、電動パワーステアリング装置１０によって行われる駆動電流制御の処理手順を説明するフローチャートである。

図４に示す処理は、アイドリングストップ機能によってエンジンが停止すると開始される。処理が開始されると、検出部１１ｂによって、アイドリングストップＥＣＵ２０からエンジンＥＣＵ３０に向けてエンジン再始動信号が出力されたか否かが判断される（ステップＳ４１）。エンジン再始動信号が出力されたと判断した場合（ステップＳ４１、Ｙｅｓ）、駆動部１１ａによって、トルクセンサ８から操舵トルクが取得される（ステップＳ４２）。操舵トルクが取得されると、駆動部１１ａによって、操舵トルクが所定の範囲にあるか否かが判定される。

所定の範囲とは、図３に示すようにステアリングの中立位置である操舵トルク「ゼロ」から±Ｔの範囲をいう。この±Ｔの範囲は、電動パワーステアリング装置１０による操舵アシストの制御を行わない操舵トルクの範囲である。すなわち、この±Ｔの範囲にある操舵トルクは、アシストモータ１６でアシストトルクを発生させずともドライバーによって操舵操作可能である操舵トルク、つまりステアリングが中立位置に戻る可能性が低い操舵トルクといえる。

操舵トルクが所定の範囲にないと判定されると（ステップＳ４３、Ｎｏ）、駆動部１１ａによって、例えば図３に例示したマップが参照され、取得された操舵トルクに対応した増大駆動電流（実線）が求められる（ステップＳ４４）。増大駆動電流が求められると、駆動部１１ａによって、インバータ回路１１ｃが制御され、アシストモータ１６へ増大駆動電流が供給される（ステップＳ４５）。一方、操舵トルクが所定の範囲にあると判定されると（ステップＳ４３、Ｙｅｓ）、アシストモータ１６へ駆動電流は供給されずに、処理が終了する。

［実施の形態の効果］
上述した本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０では、アイドリングストップＥＣＵ２０が出力するエンジン再始動信号を検出し、エンジンが始動する前にアシストモータ１６へ供給する駆動電流を当該信号の検出時よりも大きくする（増加させる）。これにより、エンジンの再始動に伴うバッテリー４０の電源電圧の一時的な低下があっても、アシストモータ１６に供給される駆動電流の低下を抑制できる。すなわち、専用の電源を用いることなく、エンジン再始動時におけるアシストモータ１６が発生するアシストトルクの低下を抑制することができる。よって、ドライバーが負担する操舵力が大きくなってしまうことを防止できる。従って、例えばステアリングが右または左に大きく切られている状態では、ステアリングの中立位置への戻りを抑えることができる。

本発明は、アイドリングストップ機能を備えた車両に搭載される電動パワーステアリング装置に利用可能であり、特に、専用の電源を用いることなくエンジン再始動時におけるアシストトルクの低下を抑制したい場合に有用である。

１ 車両操舵システム
２ ステアリングホイール
３ 前輪
４ 伝達機構
５ ステアリングシャフト
６ タイロッド
７ ギア部
８ トルクセンサ
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ パワーステアリングＥＣＵ
１１ａ 駆動部
１１ｂ 検出部
１１ｃ インバータ回路
１１ｄ 制御回路
１６ アシストモータ
１７ 減速機
２０ アイドリングストップＥＣＵ
３０ エンジンＥＣＵ
３１ エンジンスタータ（Ｅ／Ｓ）
４０ バッテリー

Claims (1)

1. 予め定めた条件に基づいて自動的にエンジンを停止または再始動させるアイドリングストップ機能を備えた車両に搭載される、電動パワーステアリング装置であって、
   ステアリングの操舵をアシストするトルクを発生させるモータと、
   ステアリングの操舵に応じた駆動電流を前記モータへ供給する駆動部と、
   前記アイドリングストップ機能によって出力されるエンジンの再始動を指示する再始動信号を検出する検出部とを備え、
   前記駆動部は、前記検出部によって前記再始動信号が検出されると、当該検出時に前記モータへ供給していた駆動電流よりも大きな駆動電流を前記モータへ供給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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