JP2017007460A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
従来の電動パワーステアリング装置として、特許文献1には、操舵トルクセンサが正常の場合には、車速信号と操舵トルクセンサからの操舵トルク信号とに基づいて電動機の駆動を制御し、操舵トルクセンサが故障と判断された場合には、車速信号と操舵角信号とに基づいて推定した操舵トルクを用いて電動機の駆動を制御するものが開示されている。 As a conventional electric power steering apparatus, in Patent Document 1, when the steering torque sensor is normal, the drive of the electric motor is controlled based on the vehicle speed signal and the steering torque signal from the steering torque sensor. In the case where it is determined that there is a failure, there is disclosed a device that controls the driving of an electric motor using a steering torque estimated based on a vehicle speed signal and a steering angle signal.
特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサが故障した場合であっても、電動モータによるアシスト制御が継続される。その際には、車速信号と操舵角信号とに基づいて推定した操舵トルクを用いて電動機の駆動が制御されるため、操舵フィーリングは操舵トルクの推定精度に大きく依存することになる。しかし、車速信号と操舵角信号とに基づく操舵トルクの推定精度は高いものではないため、トルクセンサの故障時には良好な操舵フィーリングが得られないという問題がある。 In the electric power steering device described in Patent Literature 1, assist control by the electric motor is continued even when the torque sensor fails. In that case, since the drive of the electric motor is controlled using the steering torque estimated based on the vehicle speed signal and the steering angle signal, the steering feeling greatly depends on the estimation accuracy of the steering torque. However, since the estimation accuracy of the steering torque based on the vehicle speed signal and the steering angle signal is not high, there is a problem that a good steering feeling cannot be obtained when the torque sensor fails.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トルクセンサ故障時の操舵フィーリングを向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to improve the steering feeling when a torque sensor fails.
本発明は、電動パワーステアリング装置であって、トルクセンサの正常時に、トルクセンサの検出結果に基づいて運転者によるステアリング操作を補助する操舵補助トルクを付与する電動モータと、トルクセンサの故障を判定する故障判定部と、ステアリング操作に伴う操舵角を取得する操舵角取得部と、車輪の転舵角を取得する転舵角取得部と、故障判定部がトルクセンサの故障を判定した場合には、操舵角取得部の取得結果に基づいて車輪の目標転舵角を設定し、転舵角取得部にて取得された転舵角が目標転舵角に一致するように電動モータの駆動を制御するモータ制御部と、を備えることを特徴とする。 The present invention relates to an electric power steering device, wherein when the torque sensor is normal, an electric motor for applying a steering assist torque for assisting a steering operation by a driver based on a detection result of the torque sensor and a failure of the torque sensor are determined. When the failure determination unit determines a failure of the torque sensor, the steering angle acquisition unit that acquires the steering angle associated with the steering operation, the turning angle acquisition unit that acquires the turning angle of the wheel, and the failure determination unit The target turning angle of the wheel is set based on the acquisition result of the steering angle acquisition unit, and the drive of the electric motor is controlled so that the turning angle acquired by the turning angle acquisition unit matches the target turning angle. And a motor control unit.
本発明によれば、トルクセンサの故障時には、転舵角取得部にて取得された転舵角が操舵角取得部の取得結果に基づいて設定された目標転舵角に一致するように電動モータの駆動が制御される。このように、トルクセンサの故障時には、アシスト制御ではなく、ステアリング操作に伴う操舵角に基づいて転舵角制御が行われる。よって、トルクセンサ故障時の操舵フィーリングを向上させることができる。 According to the present invention, when the torque sensor fails, the electric motor is set such that the turning angle acquired by the turning angle acquisition unit matches the target turning angle set based on the acquisition result of the steering angle acquisition unit. Is controlled. Thus, when the torque sensor is out of order, the turning angle control is performed based on the steering angle associated with the steering operation, not the assist control. Therefore, it is possible to improve the steering feeling when the torque sensor fails.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置100について説明する。
Hereinafter, an electric
図1に示すように、電動パワーステアリング装置100は、運転者によるステアリングホイール1の操作(以下、「ステアリング操作」と称する。)に伴って回転する入力シャフト2と、車輪6を転舵するラック軸5に連係する出力シャフト3と、入力シャフト2と出力シャフト3を連結するトーションバー4と、を備える。入力シャフト2、出力シャフト3、及びトーションバー4によってステアリングシャフト7が構成される。
As shown in FIG. 1, an electric
出力シャフト3の下部には、ラック軸5に形成されたラックギヤ5aと噛み合うピニオンギヤ3aが形成される。ステアリングホイール1が操作されると、ステアリングシャフト7が回転し、その回転がピニオンギヤ3a及びラックギヤ5aによってラック軸5の直線運動に変換され、ナックルアーム14を介して車輪6が転舵される。
A
また、電動パワーステアリング装置100は、運転者によるステアリングホイール1の操舵を補助するための動力源である電動モータ10と、電動モータ10の回転をステアリングシャフト7に減速して伝達する減速機11と、運転者によるステアリング操作に伴う入力シャフト2と出力シャフト3との相対回転によってトーションバー4に作用するトルクを検出するトルクセンサ12と、トルクセンサ12の検出結果に基づいて電動モータ10の駆動を制御するコントローラ30と、をさらに備える。
The electric
電動モータ10には、電動モータ10の回転角度を検出するモータ回転角センサ10aが設けられる。モータ回転角センサ10aは、レゾルバによって構成される。
The
減速機11は、電動モータ10の出力軸に連結されるウォームシャフト11aと、出力シャフト3に連結されウォームシャフト11aに噛み合うウォームホイール11bと、からなる。電動モータ10が出力するトルクは、ウォームシャフト11aからウォームホイール11bに伝達されて出力シャフト3に操舵補助トルクとして付与される。
The
電動モータ10が出力するトルクを減速機11を介して出力シャフト3に付与する構成に代えて、電動モータ10が出力するトルクを減速機を介してラック軸5に付与する構成としてもよい。このように、電動モータ10は、ステアリング系に操舵補助トルクを付与するものである。
Instead of the configuration in which the torque output from the
運転者によるステアリング操作に伴って入力シャフト2に付与される操舵トルクはトルクセンサ12によって検出され、トルクセンサ12はその操舵トルクに対応する電圧信号をコントローラ30に出力する。コントローラ30は、トルクセンサ12からの電圧信号に基づいて、電動モータ10が出力するトルクを演算し、そのトルクが発生するように電動モータ10の駆動を制御する。このように、電動パワーステアリング装置100は、入力シャフト2に付与される操舵トルクをトルクセンサ12にて検出し、その検出結果に基づいて電動モータ10の駆動をコントローラ30にて制御して運転者のステアリング操作をアシストする。
A steering torque applied to the
トルクセンサ12は、メイン系統とサブ系統の2つの系統にてコントローラ30に接続される。
The
入力シャフト2には、ステアリングホイール1の回転角度である操舵角(絶対操舵角)を取得する操舵角取得部としての操舵角センサ15が設けられる。入力シャフト2の回転角度とステアリングホイール1の操舵角とは等しいため、操舵角センサ15にて入力シャフト2の回転角度を検出することによってステアリングホイール1の操舵角が得られる。操舵角センサ15の検出結果はコントローラ30に出力される。
The
操舵角センサ15は、図示しないが、入力シャフト2と一体に回転するセンターギアと、センターギアに噛み合う2つのアウターギアと、を備え、2つのアウターギアの回転に伴う磁束の変化に基づいて、センターギアの回転角度、すなわち入力シャフト2の回転角度を演算するものである。
Although not shown, the
コントローラ30は、電動モータ10の動作を制御するCPUと、CPUの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたROMと、トルクセンサ12や操舵角センサ15等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するRAMと、を備える。
The
次に、図2を参照して、コントローラ30について説明する。図2は、電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。
Next, the
コントローラ30は、電動モータ10の駆動を制御するモータ制御部31と、トルクセンサ12の故障を判定する故障判定部32と、車輪6の実際の転舵角を取得する転舵角取得部33と、を備える。
The
モータ制御部31は、トルクセンサ12の正常時には、トルクセンサ12の検出結果に基づいて電動モータ10の駆動を制御し、トルクセンサ12の故障時には、操舵角センサ15の検出結果及び転舵角取得部33によって取得された車輪6の転舵角に基づいて電動モータ10の駆動を制御する。
The
トルクセンサ12の正常時には、電動モータ10の制御には、メイン系統から出力される電圧信号が用いられる。サブ系統から出力される電圧信号は、電動モータ10の制御には用いられず、トルクセンサ12の故障を判定するために用いられる。
When the
故障判定部32は、メイン系統から出力された出力電圧とサブ系統から出力された出力電圧とを比較し、その差が予め定められた許容差以上であると判断した場合には、トルクセンサ12が故障していると判定する。
The
次に、図1及び2を参照して、電動パワーステアリング装置100によるステアリング制御について説明する。
Next, steering control by the electric
故障判定部32がトルクセンサ12の正常を判定している間は、モータ制御部31は、トルクセンサ12の検出結果に基づいて電動モータ10の駆動を制御する。
While the
トルクセンサ12のメイン系統から出力された出力電圧とサブ系統から出力された出力電圧との差が予め定められた許容差以上となり故障判定部32がトルクセンサ12の故障を判定した場合には、モータ制御部31は、トルクセンサ12の検出結果に基づくアシスト制御から、操舵角センサ15の検出結果に基づく転舵角制御へと、電動モータ10の制御方法を切り換える。以下に、トルクセンサ12の故障時における転舵角制御について説明する。
When the difference between the output voltage output from the main system of the
モータ制御部31は、操舵角センサ15の検出結果に基づいて車輪6の目標転舵角を設定する。一方、転舵角取得部33は、モータ回転角センサ10aの検出結果に基づいて車輪6の実際の転舵角を演算する。具体的には、転舵角取得部33は、モータ回転角センサ10aの検出結果及び減速機11の減速比に基づいて出力シャフト3の回転角度を演算し、出力シャフト3の回転角度及びピニオンギヤ3aとラックギヤ5aの減速比からラック軸5の軸方向への移動量を演算し、その移動量に基づいて車輪6の実際の転舵角を演算する。そして、モータ制御部31は、転舵角取得部33で取得された車輪6の実際の転舵角が目標転舵角に一致するように、電動モータ10の駆動を制御する。
The
このように、トルクセンサ12の故障時には、トルクセンサ12の検出結果に基づくアシスト制御から、ステアリング操作に伴うステアリングホイール1の操舵角に基づく転舵角制御へと切り換えられる。トルクセンサ12の故障時における転舵角制御では、運転者がステアリングホイール1を切り始めた直後は、トーションバー4が捩じれるため、ステアリングホイール1の操舵がそれほど重くならずステアリングホイール1が数度回転する。ステアリングホイール1が数度回転すれば、その回転角度が操舵角センサ15によって検出されるため、モータ制御部31にて目標転舵角が設定されて電動モータ10が制御される。したがって、ステアリングホイール1とラック軸5が機械的に接続された電動パワーステアリング装置100であっても、転舵角制御が可能となる。
In this way, when the
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, there exist the effects shown below.
トルクセンサ12の故障時には、転舵角取得部33にて取得された車輪6の実際の転舵角が操舵角センサ15の検出結果に基づいて設定された目標転舵角に一致するように、電動モータ10の駆動が制御される。このように、トルクセンサ12の故障時には、アシスト制御ではなく、ステアリング操作に伴うステアリングホイール1の操舵角に基づいて転舵角制御が行われる。転舵角制御では、運転者のステアリング操作に伴って目標転舵角が設定され、車輪6の実際の転舵角が目標転舵角に一致するように電動モータ10の駆動が制御されるため、トルクセンサ12の故障時の操舵フィーリングを向上させることができる。
When the
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 Hereinafter, the configuration, operation, and effect of the embodiment of the present invention will be described together.
本実施形態では、電動パワーステアリング装置100は、運転者によるステアリング操作に伴って回転する入力シャフト2と、車輪6を転舵するラック軸5に連係する出力シャフト3と、入力シャフト2と出力シャフト3を連結するトーションバー4と、トーションバー4に作用するトルクを検出するトルクセンサ12と、トルクセンサ12の正常時に、トルクセンサ12の検出結果に基づいて運転者によるステアリング操作を補助する操舵補助トルクを付与する電動モータ10と、トルクセンサ12の故障を判定する故障判定部32と、ステアリング操作に伴う操舵角を取得する操舵角センサ15と、車輪6の転舵角を取得する転舵角取得部33と、故障判定部32がトルクセンサ12の故障を判定した場合には、操舵角センサ15の取得結果に基づいて車輪6の目標転舵角を設定し、転舵角取得部33にて取得された転舵角が目標転舵角に一致するように電動モータ10の駆動を制御するモータ制御部31と、を備える。
In the present embodiment, the electric
この構成では、トルクセンサ12の故障時には、転舵角取得部33にて取得された転舵角が操舵角センサ15の取得結果に基づいて設定された目標転舵角に一致するように電動モータ10の駆動が制御される。このように、トルクセンサ12の故障時には、アシスト制御ではなく、ステアリング操作に伴う操舵角に基づいて転舵角制御が行われる。よって、トルクセンサ故障時の操舵フィーリングを向上させることができる。
In this configuration, when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば、上記実施形態では、出力シャフト3の下部に形成されたピニオンギヤ3aがラック軸5に形成されたラックギヤ5aと噛み合う形態について説明した。これに代わり、出力シャフト3とは別にラックギヤ5aに噛み合うピニオンシャフトを設け、出力シャフト3とピニオンシャフトを自在継手を介して連結するように構成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
上記実施形態では、操舵角センサ15の検出結果に基づいて車輪6の目標転舵角を設定する形態について説明した。これに代わり、操舵角センサ15の検出結果に加えて車速情報等も考慮すれば、より精度の高い目標転舵角を設定することができる。
In the above-described embodiment, the mode in which the target turning angle of the
上記実施形態では、転舵角取得部33は、モータ回転角センサ10aの検出結果に基づいて車輪6の実際の転舵角を演算する形態について説明した。これに代わり、車輪6の実際の転舵角を検出する転舵角センサを設け、演算ではなく車輪6の実際の転舵角を直接取得するように構成してもよい。
In the said embodiment, the turning
100・・・電動パワーステアリング装置、1・・・ステアリングホイール、2・・・入力シャフト 、3・・・出力シャフト、4・・・トーションバー、5・・・ラック軸、6・・・車輪、10・・・電動モータ、10a・・・モータ回転角センサ、12・・・トルクセンサ、15・・・操舵角センサ(操舵角取得部)、30・・・コントローラ、31・・・モータ制御部、32・・・故障判定部、33・・・転舵角取得部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
車輪を転舵するラック軸に連係する出力シャフトと、
前記入力シャフトと前記出力シャフトを連結するトーションバーと、
前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサの正常時に、前記トルクセンサの検出結果に基づいて運転者によるステアリング操作を補助する操舵補助トルクを付与する電動モータと、
前記トルクセンサの故障を判定する故障判定部と、
ステアリング操作に伴う操舵角を取得する操舵角取得部と、
前記車輪の転舵角を取得する転舵角取得部と、
前記故障判定部が前記トルクセンサの故障を判定した場合には、前記操舵角取得部の取得結果に基づいて前記車輪の目標転舵角を設定し、前記転舵角取得部にて取得された転舵角が前記目標転舵角に一致するように前記電動モータの駆動を制御するモータ制御部と、を備える
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An input shaft that rotates in accordance with the steering operation by the driver;
An output shaft linked to the rack shaft that steers the wheels;
A torsion bar connecting the input shaft and the output shaft;
A torque sensor for detecting torque acting on the torsion bar;
An electric motor for applying a steering assist torque for assisting a steering operation by a driver based on a detection result of the torque sensor when the torque sensor is normal;
A failure determination unit for determining a failure of the torque sensor;
A steering angle acquisition unit for acquiring a steering angle associated with a steering operation;
A turning angle acquisition unit for acquiring a turning angle of the wheel;
When the failure determination unit determines that the torque sensor has failed, the target turning angle of the wheel is set based on the acquisition result of the steering angle acquisition unit, and is acquired by the turning angle acquisition unit. An electric power steering apparatus comprising: a motor control unit that controls driving of the electric motor such that a turning angle coincides with the target turning angle.
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