JP3778837B2

JP3778837B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3778837B2
Application number: JP2001317001A
Authority: JP
Inventors: 康之吉井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003118599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールの回転角（舵角）を検出するための舵角センサが設けられており、この舵角センサの検出信号に応じた目標電流値が設定され、この目標電流値に基づいて電動モータの駆動制御が行われるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動パワーステアリング装置では、舵角センサの分解能が高いほど、ステアリングホイールの操作に応じた適切な目標電流値を設定することができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。しかし、高い分解能を有する舵角センサは高価であるから、このような舵角センサを採用すると、電動パワーステアリング装置のコストアップを招いてしまう。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、ステアリング機構の舵角を高い分解能で検出することができ、これにより良好な操舵フィーリングを達成できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材（１１）の操作に応じて電動モータ（Ｍ）を制御し、この電動モータからの発生トルクをステアリング機構（１３，１４）に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記操作部材の操作によって回転し、上記操作部材に加えられたトルクを上記ステアリング機構に伝達するステアリングシャフト（１２）と、このステアリングシャフトの途中部に結合されて、上記電動モータの回転を１よりも大きい整数の減速比で減速して上記ステアリングシャフトに伝達する減速伝達機構（１６）と、上記ステアリングシャフトの回転角を所定の分解能で検出し、その検出した回転角に応じた信号を出力するシャフト角検出手段（３１）と、上記電動モータの回転角を検出し、その検出した回転角に応じた検出信号を出力するモータ角検出手段（３２）と、上記シャフト角検出手段およびモータ角検出手段の出力信号に基づいて、上記所定の分解能よりも高い分解能で上記ステアリングシャフトの回転角を検出する高分解能シャフト角検出手段（２１）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００６】
括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、シャフト角検出手段およびモータ角検出手段の出力信号に基づいて、シャフト角検出手段が有する分解能よりも高い分解能で操作部材の操作量を検出することができる。よって、シャフト角検出手段の出力信号のみに基づいて操作部材の操作量（舵角）を検出し、その検出した操作量に基づいて目標電流値を設定してモータ制御を行う構成に比べて、より適切な目標電流値を設定することができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【０００７】
なお、電動モータの回転が減速伝達機構によってステアリングシャフトの回転に変換される構成では、電動モータの回転角とステアリングシャフトの回転角とが対応するから、減速伝達機構による減速比が１以下であれば、モータ回転角検出手段の出力信号に基づいてステアリングシャフトの回転角を検出することができる。しかし、減速伝達機構による減速比が１よりも大きい場合、ステアリングシャフトが１回転する間に、それ以上（１回転以上）に電動モータが回転し、モータ回転角検出手段から同一の検出信号が２回以上出力される場合があるから、モータ回転角検出手段の出力信号のみでは、ステアリングシャフトの回転角を特定することはできない。そこで、この発明では、シャフト角検出手段およびモータ角検出手段の出力信号に基づいてステアリングシャフトの回転角が検出される。
【０００８】
上記高分解能シャフト角検出手段は、請求項２記載のように、上記シャフト角検出手段による検出誤差範囲を上記モータ角検出手段の出力信号に基づいて縮減することにより、上記ステアリングシャフトの回転角を上記所定の分解能よりも高い分解能で検出するものであってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を簡略化して示す図である。操作部材としてのステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト１２を介してステアリング機構に機械的に伝達されるようになっている。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に関連して設けられ、ステアリング機構に電動モータＭ（三相ＤＣブラシレスモータ）が発生するトルクを操舵補助力として与えるものである。
【００１０】
ステアリング機構は、ステアリングシャフト１２の先端に設けられたピニオンギヤ１３と、車両の幅方向に延びたラックバー１４とを備えている。ラックバー１４には、ラックギヤ部１４ａが形成されていて、このラックギヤ部１４ａにピニオンギヤ１３が噛合している。また、ラックバー１４の両端には、タイロッドやナックルアームなどを含む転舵機構（図示せず）を介して、それぞれ舵取り用の車輪ＬＷ，ＲＷが結合されている。転舵機構は、ラックバー１４の車幅方向の直線運動を車輪ＬＷ，ＲＷの転舵力に変換するためのものである。
【００１１】
この構成により、ステアリングシャフト１２の回転は、ピニオンギヤ１３およびラックギヤ部１４ａによってラックバー１４の直線運動に変換され、さらに、その直線運動の方向に応じた転舵力に変換されて車輪ＬＷ，ＲＷに伝達される。
ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１側に結合された入力側シャフト１２Ａと、ラックバー１４側に結合された出力側シャフト１２Ｂとに分割されている。入力側シャフト１２Ａと出力側シャフト１２Ｂとは、これらの相対的な回転により捩れを生じるトーションバー１５で互いに連結されている。また、出力側シャフト１２Ｂには、減速機構１６が介装されており、この減速機構１６を介して、電動モータＭの回転が所定の減速比（１以上）で減速されて入力されるようになっている。
【００１２】
電動モータＭの駆動電流は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２から供給されるようになっている。電子制御ユニット２には、入力側シャフト１２Ａの回転角を検出し、その検出した回転角に応じた信号を出力するシャフト角センサ３１、電動モータＭのロータの回転角（モータ角）を検出し、その検出した回転角に応じた信号を出力するモータ角センサ３２、トーションバー１５に生じる捩れの方向および大きさを操舵トルクとして検出し、その検出した操舵トルクに応じた信号を出力するトルクセンサ３３、およびこの電動パワーステアリング装置が搭載された車両の走行速度（車速）を検出し、その検出した車速に応じた信号を出力する車速センサ３４が接続されている。電子制御ユニット２は、シャフト角センサ３１、モータ角センサ３２、トルクセンサ３３および車速センサ３４から入力される信号などに基づいて、電動モータＭに供給する駆動電流を制御し、これにより電動モータＭから発生されるトルク（操舵補助力）を制御する。
【００１３】
図２は、電子制御ユニット２の構成を示すブロック図である。電子制御ユニット２は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータによるプログラム処理により、シャフト角センサ３１およびモータ角センサ３２からの入力信号に基づいて、ステアリングホイール１１の回転角（舵角）を検出する舵角検出部２１と、この舵角検出部２１によって検出された舵角、ならびにモータ角センサ３２、トルクセンサ３３および車速センサ３４からの入力信号に基づいて、電動モータＭに供給すべき電流値である目標電流値を演算する目標電流演算部２２の各機能をソフトウエア的に実現するようになっている。また、電子制御ユニット２は、目標電流演算部２２によって演算された目標電流値に応じた駆動電流を電動モータＭに供給するためのドライバ回路２３を備えている。
【００１４】
シャフト角センサ３１は、たとえば、３６０度／２³の分解能で入力側シャフト１２Ａの絶対角度位置を表す信号を出力するもの（絶対角センサ）で構成されている。したがって、舵角検出部２１は、シャフト角センサ３１からの入力信号に基づいて、図３に示すように、入力側シャフト１２Ａが中立位置（車両直進時における入力側シャフト１２Ａの回転位置）から４５度回転するごとに、それぞれシャフト角データ「０」〜「７」を取得することができる。
【００１５】
モータ角センサ３２は、たとえば、３６０度／２⁶の分解能で電動モータＭのロータの絶対角度位置を表す信号を出力するもの（絶対角センサ）で構成されている。したがって、舵角検出部２１は、モータ角センサ３２からの入力信号に基づいて、図３に示すように、電動モータＭのロータがロータ原点位置から５．６２５度回転するごとに、それぞれモータ角データ「０」〜「６３」を取得することができる。
【００１６】
上記したように、電動モータＭの回転は、減速機構１６を介して、所定の減速比で減速されて出力側シャフト１２Ｂに入力されるようになっている。たとえば、減速機構１６における減速比が８に設定されている場合、入力側シャフト１２Ａ（ステアリングホイール１１）が１回転する間に、電動モータＭのロータは８回転することになる。言い換えれば、入力側シャフト１２Ａが４５度回転する間に、電動モータＭは１回転し、舵角検出部２１は、同一のシャフト角データを取得している期間内に、電動モータＭの１回転に相当するモータ角データ「０」〜「６３」を取得することになる。
【００１７】
これにより、舵角検出部２１は、シャフト角データおよびモータ角データの組合せにより、シャフト角センサ３１の分解能（＝３６０度／２³）よりも高い分解能（＝３６０度／(２⁶×８)）で舵角を検出することができる。
たとえば、シャフト角センサ３１の出力信号から得られるシャフト角データが「１」である場合、このシャフト角データからは、舵角が４５〜９０度の角度範囲に含まれることしか判らないが、このとき、モータ角センサ３２の出力信号から得られるモータ角データを参照することにより、舵角が含まれる角度範囲を絞ることができる。すなわち、そのときのモータ角データが「４」であれば、舵角δが含まれる角度範囲は、
４５＋４５×(１／２⁶）×４≦δ≦４５＋４５×(１／２⁶）×５
に絞られる。したがって、この場合、舵角δは約４８度と検出することができる。
【００１８】
なお、シャフト角データおよびモータ角データと舵角との対応関係は、予め求められてテーブルの形式でマイクロコンピュータに内蔵されているＲＯＭなどに記憶されていてもよい。
このように、舵角検出部２１は、シャフト角センサ３１の出力信号から得られるシャフト角データおよびモータ角センサ３２の出力信号から得られるモータ角データに基づいて、シャフト角センサ３１の分解能よりも高い分解能でステアリング機構の舵角を検出することができる。よって、シャフト角センサ３１の出力信号のみに基づいて舵角を検出し、その舵角に基づいて目標電流値を設定してモータ制御を行う構成に比べて、より適切な目標電流値を設定することができ、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００１９】
また、モータ角センサ３２は、電動モータＭがブラシレスモータで構成されている場合、ロータの回転位置を検出するために設けられているから、この実施形態の構成を採用したことによるコストの増加はない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、シャフト角センサ３１およびモータ角センサ３２の両方が絶対角センサで構成されているとしたが、シャフト角センサ３１またはモータ角センサ３２の一方だけを絶対角センサで構成して、他方を初期回転位置を基準とした回転角変位に応じた信号を出力するセンサ、すなわち相対角を検出する相対角センサで構成してもよいし、シャフト角センサ３１およびモータ角センサ３２の両方を相対角センサで構成してもよい。
【００２０】
なお、シャフト角センサ３１を相対角センサで構成した場合、入力側シャフト１２Ａの中立位置を検出するための処理を行う必要がある。中立位置の検出は、たとえば、イグニッションキースイッチが導通されたときの回転位置を初期回転位置として、シャフト角センサ３１から出力される信号に基づいて入力側シャフト１２Ａの相対的な回転位置を求め、その回転位置の出現頻度を求めて、最頻出回転位置を中立位置として定めればよい。
【００２１】
また、モータ角センサ３２を相対角センサで構成した場合には、シャフト角センサ３１によって入力側シャフト１２Ａの中立位置が検出されている時のロータの回転位置を原点位置に定めるようにすればよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を簡略化して示す図である。
【図２】電子制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】舵角を検出するための処理について説明するための図である。
【符号の説明】
２電子制御ユニット
１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
１３ピニオンギヤ
１４ラックバー
１５トーションバー
１６減速機構
２１舵角検出部
２２目標電流演算部
２３ドライバ回路
３１シャフト角センサ
３２モータ角センサ
Ｍ電動モータ

Claims

操作部材の操作に応じて電動モータを制御し、この電動モータからの発生トルクをステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
上記操作部材の操作によって回転し、上記操作部材に加えられたトルクを上記ステアリング機構に伝達するステアリングシャフトと、
このステアリングシャフトの途中部に結合されて、上記電動モータの回転を１よりも大きい整数の減速比で減速して上記ステアリングシャフトに伝達する減速伝達機構と、
上記ステアリングシャフトの回転角を所定の分解能で検出し、その検出した回転角に応じた信号を出力するシャフト角検出手段と、
上記電動モータの回転角を検出し、その検出した回転角に応じた検出信号を出力するモータ角検出手段と、
上記シャフト角検出手段およびモータ角検出手段の出力信号に基づいて、上記所定の分解能よりも高い分解能で上記ステアリングシャフトの回転角を検出する高分解能シャフト角検出手段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記高分解能シャフト角検出手段は、上記シャフト角検出手段による検出誤差範囲を上記モータ角検出手段の出力信号に基づいて縮減することにより、上記ステアリングシャフトの回転角を上記所定の分解能よりも高い分解能で検出するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。