JP3796377B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、操舵トルクに基づいて制御される電動モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流に基づいて駆動制御されるようになっている。
【0003】
ところが、ステアリングホイールに操舵トルクを加えている状態で、車両のイグニッションキースイッチをオン/オフすると、電動モータの始動/停止に伴って、ハンドルが急に軽くなったり重くなったりするから、高級感が損なわれ、操舵フィーリングが悪化する。とくに、比較的大型の車両に使用される電動パワーステアリング装置では、高出力の電動モータが用いられるので、システムの始動/停止に伴うハンドルの軽重の変化は極めて大きく、システムの停止時には、電動モータの停止に伴って、ハンドルの跳ね返りが生じる場合さえある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、電動パワーステアリング装置の動作開始時および/または動作停止時における操舵フィーリングを向上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、電動モータ(M)を駆動源とし、車両に搭載されたステアリング機構(3)に操作手段(1)の操作に応じた操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、操作手段に加えられた操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに対応したトルク信号を出力するトルクセンサ(5)と、このトルクセンサが出力するトルク信号に基づいて電動モータを駆動するためのモータ駆動指示信号を出力するモータ駆動制御手段(14;70,S4,S14)と、当該電動パワーステアリング装置の動作開始時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほど大きくなるように設定される制限値により、または動作停止時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが小さいほど大きくなるように設定される制限値により、この制限値が大きくなるほど上記モータ駆動指示信号が小さくなるように当該モータ駆動指示信号を制限する出力制限手段(12,21;70,S5,S15)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】
なお、括弧内の数字は、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。
【0007】
上記出力制限手段は、ソフトウエア処理によるものであってもよいし、アナログ回路などのハードウエアで構成してもよい。
【0008】
なお、電動パワーステアリング装置の動作が開始される場合には、イグニッションスイッチがオンされる場合の他にも、故障と判定されて電動パワーステアリング装置の動作が一旦停止された後に、故障状態から正常状態へと復帰したと判定された場合などがある。また、電動パワーステアリング装置の動作が停止される場合には、イグニッションスイッチがオフされる場合の他にも、何らかの故障が生じたものとして電動パワーステアリング装置の動作が停止させられる場合などがある。
【0009】
請求項1記載の発明によれば、電動パワーステアリング装置の動作開始時および/または動作停止時には、操舵トルクの大きさに応じてモータ駆動指示信号に制限がかけられる。これにより、ステアリングホイールなどの操作手段に操舵トルクをかけている状態で電動パワーステアリング装置を始動させたり、これを停止させたりする場合に、操舵補助力の急変を抑制して、操作者(運転者)が操作手段から受けるフィーリングを改善できる。
また、電動パワーステアリング装置の動作開始時において、操舵トルクが大きいほど大きくなるように制限値が設定されるので、電動パワーステアリング装置の動作開始時における操舵トルクが大きい場合であっても、大きな操舵補助力が急に発生することがない。これにより、操舵補助力が急激に立ち上がることがなく、操舵フィーリングを向上できる。
さらに、電動パワーステアリング装置の動作停止時において、操舵トルクが小さいほど大きくなるように制限値が設定されるので、電動パワーステアリング装置の動作停止時における操舵トルクが大きい場合には、引き続き比較的大きな操舵補助力を発生させることができ、操舵補助力が急に無くなることがない。これにより、操舵フィーリングを向上できる。
【0010】
請求項2記載の発明は、上記出力制限手段(12,21;70,S5)は、当該電動パワーステアリング装置の動作開始時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほど大きくなるようにリニア、非線形または3段階以上の離散的に設定される制限値により、上記モータ駆動指示信号を制限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である。
【0012】
なお、上記出力制限手段は、電動パワーステアリング装置の動作開始時において、モータ駆動指示信号の制限の度合いを表す制限値を、時間経過に伴って増加することのないように(時間経過に伴って減少していくように)設定するものであることが好ましい。
【0013】
請求項3記載の発明は、上記出力制限手段(12,21;70,S15)は、当該電動パワーステアリング装置の動作停止時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが小さいほど大きくなるようにリニア、非線形または3段階以上の離散的に設定される制限値により、上記モータ駆動指示信号を制限するものであることを特徴とする請求項1または2記載の電動パワーステアリング装置である。
【0015】
なお、上記出力制限手段は、電動パワーステアリング装置の動作停止時において、モータ駆動指示信号の制限の度合いを表す制限値を、時間経過に伴って減少することのないように(時間経過に伴って増加していくように)設定するものであることが好ましい。
【0016】
【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。
【0017】
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電気的構成を示すブロック図である。操作手段としてのステアリングホイール1に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト2を介して,ステアリング機構3に機械的に伝達される。ステアリング機構3には、電動モータMから操舵補助力が伝達されるようになっている。
【0018】
ステアリングシャフト2は、ステアリングホイール1側に結合された入力軸2Aと、ステアリング機構3側に結合された出力軸2Bとに分割されていて、これらの入力軸2Aおよび出力軸2Bは、トーションバー4によって互いに連結されている。トーションバー4は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ5によって検出されるようになっている。
【0019】
トルクセンサ5は、たとえば、入力軸2Aと出力軸2Bとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ5の出力信号は、コントローラ10(ECU)に入力されている。
【0020】
コントローラ10は、トルクセンサ5によって検出される操舵トルクに応じて電動モータMの目標電流を定め、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構3に与えられるように、電動モータMを駆動制御する。
【0021】
コントローラ10は、トルクセンサ5が出力するトルク信号を受け付けるインタフェース回路(I/F)11と、インタフェース回路11が出力する信号の位相を補償する位相補償回路13と、この位相補償回路13によって位相補償されたトルク信号に対応する目標電流信号を発生するアシスト特性決定回路14と、ステアリング機構3や電動モータMの慣性に起因する応答遅れを補償するための慣性補償回路15と、この慣性補償回路15の出力とアシスト特性決定回路14の出力信号とを加算することによって、慣性補償処理がなされた目標電流信号であるモータ駆動指示信号を発生する加算回路16と、加算回路16が出力するモータ駆動指示信号に必要な制限を加えるリミッタ回路12とを備えている。そして、モータ電流検出回路17によって検出されたモータ電流とリミッタ回路12からのモータ駆動指示信号との偏差が減算回路18によって求められ、この偏差信号がPWM(Pulse Width Modulation)変換回路19に入力される。このPWM変換回路19は、偏差信号に対応したパルス幅のPWM駆動信号を発生し、このPWM駆動信号は、電動モータMに電流を供給するモータドライバ20に入力される。
【0022】
この実施形態では、上述のリミッタ回路12、位相補償回路13およびアシスト特性決定回路14などは、それぞれアナログ回路で構成されている。
【0023】
コントローラ10は、さらに、マイクロコンピュータ21を備えている。このマイクロコンピュータ21には、車速センサ22からの車速信号およびエンジン回転センサ24からのエンジン回転数信号が、それぞれインタフェース回路23,25を介して入力されている。このマイクロコンピュータ21は、車速信号により表される車速に応じて、アシスト特性決定回路14におけるトルク対目標電流特性をライン26を介して変化させ、これにより、いわゆる車速感応制御を実現している。すなわち、高速走行時には目標電流を小さく設定し、低速走行時や停止時には目標電流を大きく設定することにより、車速に応じた適切な操舵補助力がステアリング機構3に与えられるようにしている。車速センサ22は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサであってもよい。
【0024】
マイクロコンピュータ21は、さらに、リミッタ回路12を制御し、当該電動パワーステアリング装置の動作開始時および動作停止時において、トルクセンサ5が出力するトルク信号(操舵トルクの大きさ)に応じて、モータ駆動指示信号の出力を制限する。
【0025】
より具体的には、マイクロコンピュータ21は、イグニッションスイッチ31がオンされて、車載バッテリ32からのバッテリ電圧がコントローラ10に与えられると、そのときに加えられている操舵トルクが大きいほど、モータ駆動指示信号に強い制限をかける。すなわち、図2に示されているように、たとえば、イグニッションスイッチ31がオンされて、システムが始動されたときに、操舵トルク1Nm〜3Nmに対して0%から100%の間でリニアに設定される制限値に従って、モータ駆動指示信号に制限をかける。この場合、制限値100%は、モータ駆動指示信号を出力しない状態(目標電流が零の状態)に相当し、制限値0%は、加算回路16からのモータ駆動指示信号をそのまま出力する状態に相当する。
【0026】
すなわち、イグニッションスイッチ31をオンする際に、ドライバがステアリングホイール1に大きな操舵トルクをかけているほど、モータ駆動指示信号に大きな制限がかけられ、電動モータMの駆動が制限される。その後、ドライバがステアリングホイール1にかける操舵トルクを小さくしていけば、図2の特性に従って、制限値が少なくなっていく。より小さな制限値が設定されると、その後は、その制限値よりも大きな制限がかけられることはなく、したがって、再び操舵トルクを強めたとしても、制限値が増大することはない。これにより、操舵トルクを弱めていくにつれて、制限値0%の状態に導かれ、システムが徐々に立ち上がっていく。制限値が一旦0%に達すると、以後は制限値は0%に固定され、故障発生やイグニッションスイッチ31のオフなどによりシステムが停止する場合以外は、モータ駆動指示信号に再び制限が加えられることはない。したがって、電動パワーステアリング装置の動作開始時においては、制限値は、時間経過に伴って増加することのないように(時間経過に伴って減少していくように)設定されることになる。
【0027】
このように、システムの起動時に、操舵トルクが大きいほどモータ駆動指示信号に大きな制限をかける構成により、運転者がステアリングホイール1に手を掛けている状態でイグニッションスイッチ31をオンした場合に、ハンドルが不意に軽くなったと感じることを防止できる。これにより、操舵フィーリングを向上できる。
【0028】
また、マイクロコンピュータ21は、イグニッションスイッチ31がオフされて、車載バッテリ32からのバッテリ電圧の供給が遮断されたことが検出されると、これに応答して、トルクセンサ5が検出するトルク信号(操舵トルクの大きさ)に応じて、リミッタ回路12において、モータ駆動指示信号を制限させる。
【0029】
すなわち、図3に示されているように、イグニッションスイッチ31がオフされると、そのときにステアリングホイール1に大きなトルクが加えられているほどモータ駆動指示信号に対する制限が小さくなるような制限を実行する。具体的には、操舵トルク1Nm〜3Nmに対して100%から0%の間でリニアに設定される制限値に従って、モータ駆動指示信号に制限をかける。
【0030】
したがって、イグニッションスイッチ31がオフされる際には、ドライバが大きな操舵トルクをステアリングホイール1にかけていれば、電動モータMはそれに応じて比較的大きなアシスト力を発生する。その後、操舵トルクが小さくなると、図3の特性に従って制限値が大きくなっていき、これが100%に達するとモータ駆動指示信号が零の状態(目標電流が零の状態)に導かれる。より大きな制限値が設定されると、その後は、その制限値よりも小さな制限がかけられることはなく、したがって、再び操舵トルクを強めたとしても、制限値が減少することはない。これにより、操舵トルクを弱めていくにつれて、制限値100%の状態へと導かれ、システムが徐々に停止していく。したがって、電動パワーステアリング装置の動作停止時においては、制限値は、時間経過に伴って減少することのないように(時間経過に伴って増加していくように)設定されることになる。
【0031】
制限値が100%に達すると、マイクロコンピュータ21は、リレー33(図1参照)を遮断し、コントローラ10の電源を遮断する。
【0032】
このように、システムの停止時に、操舵トルクが大きいほどモータ駆動指示信号に小さな制限をかける構成により、とくに運転者がステアリングホイール1に手を掛けている状態でイグニッションスイッチ31をオフした場合に、ハンドルが不意に重くなったと感じることを防止できる。これにより、操舵フィーリングを向上できる。
【0033】
なお、マイクロコンピュータ21は、イグニッションスイッチ31がオンされたことに応答してリレー33を導通させ、イグニッションスイッチ31がオンされている限りにおいて、このリレー33を導通状態に保持する。
【0034】
また、マイクロコンピュータ21は、たとえば、エンジン回転数信号があるのに、車速信号が0km/hを示しているときには、断線などの異常が生じたものと判断して、モータドライバ20の動作を停止させる。この際の動作は、上述のイグニッションスイッチ31をオフする際の動作と実質的に同様である。したがって、故障発生時においても、ハンドルが急に重くなったりすることはなく、操舵フィーリングを著しく損なうおそれがない。
【0035】
ただし、異常発生によりシステムを停止した場合には、マイクロコンピュータ21は、リレー33を導通状態に保持するとともに、正常状態に復帰したかどうかを監視する正常状態復帰監視処理を行う。
【0036】
異常判定がされた後に正常状態に復帰した場合、たとえば、信号系コネクタの接触不良が元に戻った場合には、電動パワーステアリング装置の動作が再開される。この際には、イグニッションスイッチ31がオンされた場合と実質的に同様な動作が行われる。したがって、正常状態への復帰時にステアリングホイール1に大きな操舵トルクを加えていても、ハンドルが不意に軽くなったりすることがなく、徐々に操舵補助力が増大するので、操舵フィーリングを損なうことがない。
【0037】
図4は、リミッタ回路12の構成例を示す電気回路図である。リミッタ回路12は、加算回路16と減算回路18との間のライン58にダイオード53,54を介して接続された一対のオペアンプ51,52を有している。一方のオペアンプ51は、左トルク出力モータ駆動指示信号(左方向操舵に対応したトルクの発生を指示するモータ駆動指示信号)の下限値設定用のものであり、その出力端子がダイオード53を介してライン58に接続され、かつ、その反転入力端子には、ライン58からのモータ駆動指示信号が入力されている。他方のオペアンプ52は、右トルク出力モータ駆動指示信号(右方向操舵に対応したトルクの発生を指示するモータ駆動指示信号)の上限値設定用のものであり、その出力端子がダイオード54を介してライン58に接続され、かつ、その反転入力端子には、ライン58からのモータ駆動指示信号が入力されている。
【0038】
オペアンプ51の非反転入力端子には、抵抗R1,R2およびコンデンサC1,C2で構成された積分回路55からのリミッタ指示電圧V1が入力されている。また、オペアンプ52の非反転入力端子には、積分回路55からのリミッタ指示電圧を、さらに、オペアンプ56で反転して作成されたリミッタ指示電圧V2が入力されている。積分回路55には、マイクロコンピュータ21からのリミッタ値指示用PWM信号(操舵トルクの大きさに応じたパルス幅を有する信号)が与えられるようになっている。マイクロコンピュータ21は、リミッタ値指示用PWM信号のパルス幅を変更することにより、リミッタ指示値(制限値)を変更する。すなわち、積分回路55は、リミッタ値指示用PWM信号のパルス幅Wに応じた直流電圧を、リミッタ指示電圧として発生する。
【0039】
オペアンプ51は、ライン58より、リミッタ指示電圧V1より低い信号(左トルク出力モータ駆動指示信号)が入力された場合、リミッタ指示電圧V1との差電圧分をダイオード53を通して、ライン58に補う。オペアンプ52は、ライン58より、リミッタ指示電圧V2より高い信号(右トルク出力モータ駆動指示信号)が入力された場合、リミッタ指示電圧V2との差電圧分をダイオード54を通して、ライン58よりグランドへ引き込む。
【0040】
このようにして、演算増幅器を用いた簡単な回路構成により、リミッタ回路12を実現できる。
【0041】
図5は、この発明の第2の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。この図5において、上述の図1に示された部分と共通する部分には、図1の場合と同じ参照符号を付して示す。
【0042】
上述の図1の構成では、リミッタ回路12およびアシスト特性決定回路14などはアナログ回路で構成されているが、この実施形態では、これらの機能は、マイクロコンピュータ70がプログラムを実行することによって行うソフトウエア処理によって実現されている。したがって、トルクセンサ5からのトルク信号は、インタフェース回路11からマイクロコンピュータ70に入力されており、このマイクロコンピュータ70がモータ駆動用のPWM信号をモータドライバ20に入力する。
【0043】
図6は、電動パワーステアリング装置の始動時におけるマイクロコンピュータ70の動作を説明するためのフローチャートである。イグニッションスイッチ31がオンされた直後には、マイクロコンピュータ70は、初期化処理(ステップS1)を行う。このとき、マイクロコンピュータ70は、リレー33を導通させ、以後、イグニッションスイッチ31が導通している限りにおいて、このリレー33を導通状態に保持する。
【0044】
続いて、トルクセンサ5からのトルク信号がインタフェース回路11を介して取り込まれる(ステップS2)。
【0045】
このトルク信号には、操舵トルク演算処理(ステップS3)が施され、トルク信号に対応した操舵トルク値が求められる。そして、この操舵トルク値に基づいて、電動モータMに供給すべき目標電流値(モータ駆動指示信号)が求められ(ステップS4)、この目標電流値に対して出力制限処理(S5)が施される。この出力制限処理は、たとえば、ステップS4で求められた目標電流値に対して、制限係数α(=(100−制限値)/100)を乗じる処理である。制限係数αは、上述の図2の特性に従って設定される制限値に対応しており、トルクセンサ5によって検出される操舵トルクの大きさに応じて定められている。
【0046】
こうして出力制限処理を経た目標電流値に対応したPWM駆動信号が生成され(ステップS6)、モータドライバ20に供給される。
【0047】
その後は、ステップS2からの動作が繰り返されるが、出力制限処理(S5)では、操舵トルクの大きさに応じた制限係数αが随時設定され、制限係数αがより大きな値に設定されると、システムが停止するとき以外には、この制限係数αが再び小さな値にもどされることはない。したがって、制限係数αは、最終的に100%の状態となり、目標電流値に対する制限のない状態へと導かれる。
【0048】
図7は、電動パワーステアリング装置の動作停止時におけるマイクロコンピュータ70の動作を説明するためのフローチャートである。イグニッションスイッチ31をオフした直後には、終了処理(ステップS11)に続いて、トルク信号が読み込まれる(ステップS12)。
【0049】
読み込まれたトルク信号は、操舵トルク演算処理(ステップS13)に供され、トルク信号に対応した操舵トルク値が求められる。この操舵トルク値に基づいて、目標電流値(モータ駆動指示信号)が求められる(ステップS14)。この目標電流値には、上述の図3の特性に従う出力制限処理(ステップS15)が施され、この出力制限処理を経た目標電流値に対応したPWM駆動信号がモータドライバ20に与えられる(ステップS16)。
【0050】
制限係数αが零になると(ステップS17)、リレー33を遮断してコントローラ10への電源供給を停止する(ステップS18)。制限係数αが零になる以前には、ステップS12からの処理を繰り返す。
【0051】
出力制限処理では、たとえば、ステップS12で読み込まれたトルク信号(操舵トルクの大きさ)に応じた制限係数α(=(100−制限値)/100)が目標電流値に乗じられる。そして、より小さな制限係数αが設定された後には、その後に操舵トルクが増加しても、制限係数αが再び大きくなることはない。
【0052】
なんらかの異常が発生してフェールセーフ処理を行うときのマイクロコンピュータ70動作は、図7の動作とほぼ同様であるが、ステップS18の処理の代わりに、システムが正常状態へ復帰したかどうかを監視するための正常状態復帰監視処理へと移る。
【0053】
異常状態が発生したものと判定されて停止状態にあるシステムが正常状態に復帰して動作を再開するときの動作は、図6の動作とほぼ同様である。
【0054】
以上のようにこの実施形態によれば、マイクロコンピュータ70によるソフトウエア処理によって、電動パワーステアリング装置の動作開始時および動作停止時における出力制限処理を行っており、これにより、上述の第1の実施形態に関連して説明した効果を達成できる。
【0055】
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明はこれら以外の形態でも実施することができる。たとえば、上述の実施形態では、1Nm〜3Nmの操舵トルクの範囲で制限値をリニアに設定しているが(図2および図3)、これらは一例にすぎない。たとえば、離散的に設定された3段階以上の制限値を操舵トルク値に応じて切り換えて用いるようにしてもよい。また、或る操舵トルクの範囲で非線形に変化する制限値が設定されるようにしてもよい。いずれの場合であっても、電動パワーステアリング装置の動作開始時には、操舵トルクが大きいほど制限値が大きく設定されることが好ましく、電動パワーステアリング装置の動作停止時には操舵トルクが大きいほど制限値が小さく設定されることが好ましい。
【0056】
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】この発明の第1の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図2】イグニッションスイッチオン時における出力制限処理を説明するための図である。
【図3】イグニッションスイッチオフ時における出力制限処理を説明するための図である。
【図4】リミッタ回路の構成例を説明するための図である。
【図5】この発明の第2の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図6】上記第2の実施形態において、イグニッションスイッチがオンされた直後の動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】上記第2の実施形態において、イグニッションスイッチがオフされた直後の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 ステアリングホイール
3 ステアリング機構
5 トルクセンサ
10 コントローラ
12 リミッタ回路
14 アシスト特性決定回路
21 マイクロコンピュータ
31 イグニッションスイッチ
33 リレー
70 マイクロコンピュータ
Claims (3)
- 電動モータを駆動源とし、車両に搭載されたステアリング機構に操作手段の操作に応じた操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
操作手段に加えられた操舵トルクを検出し、その検出された操舵トルクに対応したトルク信号を出力するトルクセンサと、
このトルクセンサが出力するトルク信号に基づいて電動モータを駆動するためのモータ駆動指示信号を出力するモータ駆動制御手段と、
当該電動パワーステアリング装置の動作開始時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほど大きくなるように設定される制限値により、または動作停止時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが小さいほど大きくなるように設定される制限値により、この制限値が大きくなるほど上記モータ駆動指示信号が小さくなるように当該モータ駆動指示信号を制限する出力制限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。 - 上記出力制限手段は、当該電動パワーステアリング装置の動作開始時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが大きいほど大きくなるようにリニア、非線形または3段階以上の離散的に設定される制限値により、上記モータ駆動指示信号を制限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。
- 上記出力制限手段は、当該電動パワーステアリング装置の動作停止時において、上記トルクセンサが検出する操舵トルクが小さいほど大きくなるようにリニア、非線形または3段階以上の離散的に設定される制限値により、上記モータ駆動指示信号を制限するものであることを特徴とする請求項1または2記載の電動パワーステアリング装置。
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