JP3865631B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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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駆動力をステアリング機構に伝達することによって操舵補助する構成の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】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ステアリング機構の効率は、温度および要求軸力（ステアリング機構のラック軸が発生すべき軸方向の力）に応じて変化するにも拘わらず、従来の電動パワーステアリング装置では、この効率が一定の値でしか加味されていない。したがって、ステアリング機構の周辺の温度や負荷の大小により、操舵補助力に過不足が生じる場合があり、良好な操舵フィーリングが得られないおそれがある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、温度や負荷の大小によらずに良好な操舵フィーリングを実現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）の駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段（２１）と、この駆動目標値設定手段によって設定された駆動目標値に基づいて、第１係数を設定する第１係数設定手段（２３，２４）と、上記ステアリング機構を含む上記電動パワーステアリング装置の周辺の温度を検出する温度検出手段（７）と、この温度検出手段の出力に基づいて、第２係数を設定する第２係数設定手段（２２）と、上記第１係数設定手段および第２係数設定手段によって設定される第１および第２係数に基づいて、上記駆動目標値設定手段によって設定される駆動目標値を補正する駆動目標値補正手段（２５，２６，２７）と、この駆動目標値補正手段によって補正された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動する駆動手段（３０）とを含み、上記第１係数設定手段は、上記駆動目標値に対応したラック軸力に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第１係数として設定する手段（２３，２４）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。なお、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。
【０００６】
この発明によれば、電動モータの駆動目標値が、この駆動目標値に対応した第１係数と、ステアリング機構の周辺の温度に対応した第２係数とに基づいて補正され、この補正後の駆動目標値に基づいて電動モータが駆動される。これにより、駆動目標値に応じたステアリング機構の効率の変化や、温度に依存するステアリング機構の効率の変化による影響を補償することができるから、ステアリング機構の周辺の温度や負荷の大小によらずに、過不足のない操舵補助力をステアリング機構に与えることができる。これによって、良好な操舵フィーリングを実現できる。
【０００７】
また、駆動目標値が必要なラック軸力に対応することから、駆動目標値に応じたラック軸力に応じて変化するステアリング機構の効率を第１係数として設定することにより、ラック軸力の大小による操舵補助力の過不足を解消できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記第２係数設定手段は、温度に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第２係数として設定する手段（２２）を含む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。
この構成により、ステアリング機構の周辺の温度変化によるステアリング機構の効率の変動を補償して良好な操舵補助を実現できる。
【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電気的構成を示すブロック図である。操作部材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、ラック軸を含むステアリング機構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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
コントローラ１０には、さらに、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ６、および当該電動パワーステアリング装置の近傍の温度を検出する温度センサ７の各出力信号が入力されている。
【００１２】
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および車速センサ６によって検出される車速に応じて電動モータＭの目標電流値を定め、操舵トルク等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。
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０と、このマイクロコンピュータ２０からの制御信号に基づいて電動モータＭを駆動するモータドライバ３０とを有している。
【００１３】
マイクロコンピュータ２０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。具体的には、マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５および車速センサ６の出力に基づいて、電動モータＭの目標電流値Ｉobjを設定する目標電流値設定部２１と、温度センサ７の出力に基づいて、ステアリング機構３の温度効率η(T)を求める温度効率演算部２２と、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値Ｉobjに基づいて、ステアリング機構３のラック軸が発生すべきラック軸力を演算するラック軸力演算部２３と、この演算されたラック軸力に対応したステアリング機構３の効率である軸力効率η(F)を求める軸力効率演算部２４とを有している。
【００１４】
温度効率η(T)および軸力効率η(F)は、乗算部２５で乗算され、これによって総合効率η（＝η(T)×η(F)）が求められる。この総合効率ηの逆数１／ηが逆数演算部２６によって求められ、この逆数１／ηが乗算部２７で目標電流値Ｉobjに乗じられる。こうして、目標電流値Ｉobjが補正され、この補正後の目標電流値Ｉobj／ηに基づき、モータドライバ３０を介して、電動モータＭが駆動制御される。
【００１５】
図２は、目標電流値設定部２１の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値Ｉobjの関係が示されている。操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値Ｉobjは、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００１６】
目標電流値Ｉobjは、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、目標電流値Ｉobjは零とされる。また、目標電流値Ｉobjは、車速センサ６によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００１７】
図３は、温度効率η(T)とステアリング機構３の周辺温度Ｔとの関係の一例を示す特性図である。温度効率演算部２２は、この図３に示すような特性図に従い、温度センサ７の検出温度に対応する温度効率η(T)を出力する。具体的には、ステアリング機構３の温度効率η(T)を予め実験により求めておき、その実験結果をテーブルとしてメモリに格納しておけばよい。この場合、温度効率演算部２２は、温度センサ７が検出した温度に対応した温度効率η(T)をメモリから読み出すことによって、温度効率η(T)を定める。
【００１８】
図４は、軸力効率η(F)とラック軸力Ｆとの関係の一例を示す特性図である。軸力効率演算部２４は、この図４に示すような特性図に従い、ラック軸力演算部２３が演算するラック軸力Ｆに対応する軸力効率η(F)を出力する。具体的には、温度効率η(T)の場合と同様に、要求されるラック軸力Ｆに対するステアリング機構３の効率η(F)を予め実験により求めておき、その実験結果をテーブルとしてメモリに格納しておけばよい。この場合、軸力効率演算部２４は、ラック軸力演算部２３が演算したラック軸力Ｆに対応した軸力効率η(F)をメモリから読み出すことによって、軸力効率η(F)を定める。
【００１９】
総合効率η（＝η(T)×η(F)）の逆数１／ηを目標電流値Ｉobjに乗じて補正することによって、この補正後の目標電流値Ｉobj／ηは、温度およびラック軸力に依存するステアリング機構３の効率を補償できる値となっている。したがって、この補正後の目標電流値Ｉobjに基づいて電動モータＭを駆動制御することによって、周辺温度の高低またはラック軸力の大小（負荷の大小）によらずに、過不足のない操舵補助力をステアリング機構に与えることができる。これにより、良好な操舵フィーリングを実現できる。
【００２０】
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、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電気的構成を示すブロック図である。
【図２】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係が示されている。
【図３】温度効率とステアリング機構の周辺温度との関係の一例を示す特性図である。
【図４】軸力効率とラック軸力との関係の一例を示す特性図である。
【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
６ 車速センサ
７ 温度センサ
１０ コントローラ
２０ マイクロコンピュータ
２１ 目標電流値設定部
２２ 温度効率演算部
２３ ラック軸力演算部
２４ 軸力効率演算部
２５ 乗算部
２６ 逆数演算部
２７ 乗算部
３０ モータドライバ
Ｍ 電動モータ
【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駆動力をステアリング機構に伝達することによって操舵補助する構成の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】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ステアリング機構の効率は、温度および要求軸力（ステアリング機構のラック軸が発生すべき軸方向の力）に応じて変化するにも拘わらず、従来の電動パワーステアリング装置では、この効率が一定の値でしか加味されていない。したがって、ステアリング機構の周辺の温度や負荷の大小により、操舵補助力に過不足が生じる場合があり、良好な操舵フィーリングが得られないおそれがある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、温度や負荷の大小によらずに良好な操舵フィーリングを実現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）の駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段（２１）と、この駆動目標値設定手段によって設定された駆動目標値に基づいて、第１係数を設定する第１係数設定手段（２３，２４）と、上記ステアリング機構を含む上記電動パワーステアリング装置の周辺の温度を検出する温度検出手段（７）と、この温度検出手段の出力に基づいて、第２係数を設定する第２係数設定手段（２２）と、上記第１係数設定手段および第２係数設定手段によって設定される第１および第２係数に基づいて、上記駆動目標値設定手段によって設定される駆動目標値を補正する駆動目標値補正手段（２５，２６，２７）と、この駆動目標値補正手段によって補正された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動する駆動手段（３０）とを含み、上記第１係数設定手段は、上記駆動目標値に対応したラック軸力に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第１係数として設定する手段（２３，２４）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。なお、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。
【０００６】
この発明によれば、電動モータの駆動目標値が、この駆動目標値に対応した第１係数と、ステアリング機構の周辺の温度に対応した第２係数とに基づいて補正され、この補正後の駆動目標値に基づいて電動モータが駆動される。これにより、駆動目標値に応じたステアリング機構の効率の変化や、温度に依存するステアリング機構の効率の変化による影響を補償することができるから、ステアリング機構の周辺の温度や負荷の大小によらずに、過不足のない操舵補助力をステアリング機構に与えることができる。これによって、良好な操舵フィーリングを実現できる。
【０００７】
また、駆動目標値が必要なラック軸力に対応することから、駆動目標値に応じたラック軸力に応じて変化するステアリング機構の効率を第１係数として設定することにより、ラック軸力の大小による操舵補助力の過不足を解消できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記第２係数設定手段は、温度に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第２係数として設定する手段（２２）を含む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。
この構成により、ステアリング機構の周辺の温度変化によるステアリング機構の効率の変動を補償して良好な操舵補助を実現できる。
【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電気的構成を示すブロック図である。操作部材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、ラック軸を含むステアリング機構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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
コントローラ１０には、さらに、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ６、および当該電動パワーステアリング装置の近傍の温度を検出する温度センサ７の各出力信号が入力されている。
【００１２】
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および車速センサ６によって検出される車速に応じて電動モータＭの目標電流値を定め、操舵トルク等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。
コントローラ１０は、マイクロコンピュータ２０と、このマイクロコンピュータ２０からの制御信号に基づいて電動モータＭを駆動するモータドライバ３０とを有している。
【００１３】
マイクロコンピュータ２０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。具体的には、マイクロコンピュータ２０は、トルクセンサ５および車速センサ６の出力に基づいて、電動モータＭの目標電流値Ｉobjを設定する目標電流値設定部２１と、温度センサ７の出力に基づいて、ステアリング機構３の温度効率η(T)を求める温度効率演算部２２と、目標電流値設定部２１によって設定された目標電流値Ｉobjに基づいて、ステアリング機構３のラック軸が発生すべきラック軸力を演算するラック軸力演算部２３と、この演算されたラック軸力に対応したステアリング機構３の効率である軸力効率η(F)を求める軸力効率演算部２４とを有している。
【００１４】
温度効率η(T)および軸力効率η(F)は、乗算部２５で乗算され、これによって総合効率η（＝η(T)×η(F)）が求められる。この総合効率ηの逆数１／ηが逆数演算部２６によって求められ、この逆数１／ηが乗算部２７で目標電流値Ｉobjに乗じられる。こうして、目標電流値Ｉobjが補正され、この補正後の目標電流値Ｉobj／ηに基づき、モータドライバ３０を介して、電動モータＭが駆動制御される。
【００１５】
図２は、目標電流値設定部２１の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値Ｉobjの関係が示されている。操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値Ｉobjは、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００１６】
目標電流値Ｉobjは、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、目標電流値Ｉobjは零とされる。また、目標電流値Ｉobjは、車速センサ６によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００１７】
図３は、温度効率η(T)とステアリング機構３の周辺温度Ｔとの関係の一例を示す特性図である。温度効率演算部２２は、この図３に示すような特性図に従い、温度センサ７の検出温度に対応する温度効率η(T)を出力する。具体的には、ステアリング機構３の温度効率η(T)を予め実験により求めておき、その実験結果をテーブルとしてメモリに格納しておけばよい。この場合、温度効率演算部２２は、温度センサ７が検出した温度に対応した温度効率η(T)をメモリから読み出すことによって、温度効率η(T)を定める。
【００１８】
図４は、軸力効率η(F)とラック軸力Ｆとの関係の一例を示す特性図である。軸力効率演算部２４は、この図４に示すような特性図に従い、ラック軸力演算部２３が演算するラック軸力Ｆに対応する軸力効率η(F)を出力する。具体的には、温度効率η(T)の場合と同様に、要求されるラック軸力Ｆに対するステアリング機構３の効率η(F)を予め実験により求めておき、その実験結果をテーブルとしてメモリに格納しておけばよい。この場合、軸力効率演算部２４は、ラック軸力演算部２３が演算したラック軸力Ｆに対応した軸力効率η(F)をメモリから読み出すことによって、軸力効率η(F)を定める。
【００１９】
総合効率η（＝η(T)×η(F)）の逆数１／ηを目標電流値Ｉobjに乗じて補正することによって、この補正後の目標電流値Ｉobj／ηは、温度およびラック軸力に依存するステアリング機構３の効率を補償できる値となっている。したがって、この補正後の目標電流値Ｉobjに基づいて電動モータＭを駆動制御することによって、周辺温度の高低またはラック軸力の大小（負荷の大小）によらずに、過不足のない操舵補助力をステアリング機構に与えることができる。これにより、良好な操舵フィーリングを実現できる。
【００２０】
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、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電気的構成を示すブロック図である。
【図２】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係が示されている。
【図３】温度効率とステアリング機構の周辺温度との関係の一例を示す特性図である。
【図４】軸力効率とラック軸力との関係の一例を示す特性図である。
【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
６ 車速センサ
７ 温度センサ
１０ コントローラ
２０ マイクロコンピュータ
２１ 目標電流値設定部
２２ 温度効率演算部
２３ ラック軸力演算部
２４ 軸力効率演算部
２５ 乗算部
２６ 逆数演算部
２７ 乗算部
３０ モータドライバ
Ｍ 電動モータ
Claims (2)
- 電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
上記電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段と、
この駆動目標値設定手段によって設定された駆動目標値に基づいて、第１係数を設定する第１係数設定手段と、
上記ステアリング機構を含む上記電動パワーステアリング装置の周辺の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段の出力に基づいて、第２係数を設定する第２係数設定手段と、
上記第１係数設定手段および第２係数設定手段によって設定される第１および第２係数に基づいて、上記駆動目標値設定手段によって設定される駆動目標値を補正する駆動目標値補正手段と、
この駆動目標値補正手段によって補正された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動する駆動手段とを含み、
上記第１係数設定手段は、上記駆動目標値に対応したラック軸力に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第１係数として設定する手段を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 上記第２係数設定手段は、温度に応じて変化する上記ステアリング機構の効率を上記第２係数として設定する手段を含む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。
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