JP3884238B2

JP3884238B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3884238B2
Application number: JP2001056347A
Authority: JP
Inventors: 浩鈴木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002255054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵機構に補助トルクを付与するモータと、ステアリングホイールに付与される操舵トルクＴの大きさ及び向きを検出するトルクセンサと、モータを駆動制御するモータ制御装置とを有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】
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、操舵トルクＴと車速Ｖ等に応じてアシスト指令電流を決定し、モータ制御装置によりモータ実電流がこのアシスト指令電流と一致するようにＰＩ制御等により制御する装置等が一般に知られている。
これらの従来装置の中には、例えば図７に例示される様に、トルクセンサの異常が検出された際に、自動的に警報装置を作動させて運転者に所定の様式でその異常について報告すると共に、モータへの電力供給を停止して、全面的なマニュアル操舵に操舵機構の操舵方式を変更する装置等も有る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異常時とはいえ全面的なマニュアル操舵では、操舵感が重く、特に据え切り時や急ハンドル時等に操舵し辛いと言う問題が生じる。また、上記の様な操舵方式の変更は瞬時に行わざるを得ず、よって、全面的なマニュアル操舵への操舵方式の変更直後等では操舵感に大きな違和感が生じる。したがって、この様な違和感を若干でも緩和できる手段が期待されている。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、トルクセンサの異常時に、操舵に対する補助トルクを多少なりとも供給し続けることができ、従って更に、上記の違和感を若干でも緩和することができる、操作性の高い電動パワーステアリング装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、車両の操舵機構に操舵を助ける補助トルクを付与するモータと、ステアリングホイールに付与される操舵トルクＴの大きさ及び向きを検出するトルクセンサと、モータを駆動制御するモータ制御装置とを有する電動パワーステアリング装置において、トルクセンサの異常状態を検出する異常検出手段と、異常状態の検出時に駆動制御の少なくとも一部分の制御方式を代替的制御方式に切り換える制御自動切換手段と、モータ又はステアリングホイールの回転角速度ｄθに基づいて代替的制御方式を実施する代替制御実行手段とを備えることである。
【０００６】
この様な代替的制御方式としては、例えば、ステアリングホイールの回転角速度ｄθやその微分値（ｄ²θ）等を入力パラメータとした制御方式が考えられる。特に、現在のセンシング技術における測定精度や応答性能等を鑑みた場合等には、前者の回転角速度ｄθを用いた方が有利なことが多いが、一般に、本発明によれば、これらの物理量を入力パラメータとすることにより、緊急の代替手段として、適度若しくは最善の補助トルクを生成することが可能となる。
【０００７】
また、舵角が大きい場合や或いはハンドルを戻そうとする場合等には路面反力（セルフアライニングトルク）を得ることができるため、上記の手段だけでも補助トルクとしては十分な場合が多い。即ち、本発明によれば、緊急の代替手段としては、一定以上に有効な補助トルクを生成することが可能である。
従って、本発明によれば、トルクセンサの異常時に、操舵に対する補助トルクを多少なりとも供給し続けることができ、よって、上記の違和感を若干でも緩和することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【０００８】
尚、上記の異常状態には、回復可能な一時的な異常状態をも含む。従って、その様な場合には、元来の制御方式に復帰しても良い。本発明は、例えばこの様な制御方式の正常復帰を実施するか否かに係わらず有効なものである。
【０００９】
また、代替制御実行手段において、上限を有して上記の回転角速度ｄθに略比例するトルク値を上記の補助トルクの値として算出することである。
即ち、この手段は、運転者の操舵意志の有無や左右の向きやその強弱をモータ又はステアリングホイールの回転角速度ｄθから判断しようとするものであり、従って、運転者の操舵意志に概ね準拠した補助トルクを生成・付与することが可能となる。
【００１０】
ただし、上記の値ｄθは、各検出周期間における、或いは実行処理される所定の制御の各制御周期間における、ステアリングホイールの回転角θの差分（変化量）の値に一致若しくは比例する量であり、所定の差分演算若しくは所定の微分演算により求めることができる。
【００１１】
また、この様な補助トルクの値に上限を設けるのは、ハンドルの切れ過ぎを未然に防止するためであり、或いはまた、上記の回転角速度ｄθが必ずしも運転者の操舵意志に単純に比例するとは限らないケースもあるためである。
また、この上限値は、従来技術と略同様の理由から、車速に応じて変化させることが望ましい。即ち、この上限値は、車速が小さい場合程、高く成る様に設定する。
【００１２】
また、上記の上限におけるトルク値をトルクセンサの正常状態における上記の補助トルクの最大値の１／２以下にすることである。
この様な上限値の設定により、ステアリングホイールの回転速度が加速度的に必要限度を超えて上昇してしまう現象（増幅的な悪循環）を回避することができるので、操舵意志以上にハンドルが切れ過ぎると言った望ましくない現象が回避可能になる。
【００１３】
この様な上限値の比は、正常時における上記の補助トルクの最大値に対して、１／２以下が良い。この比の値は、搭載車両の種類や各電動パワーステアリング装置の詳細な仕様や或いはターゲットとするユーザ層等にも幾らか依存するものの、より望ましくは１／３以下が良い。また、更に望ましくは１／４〜１／１０程度の範囲が一応の標準的な設定範囲と考えられる。この値が大き過ぎると、上記の悪循環が表面化する恐れが生じ、望ましくない。また、この値が小さ過ぎると、操舵感が殆ど改善されずに重くなり、前記の違和感を緩和することも困難となる。
以上の手段により、前記の課題を合理的に解決することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
図１は、本実施例の電動パワーステアリング装置１００の基本的な論理構成を例示する模式的なハードウェア構成図である。モータ制御装置として作動するコントローラ７は、車速センサ６から車速信号を入力し、また、トルクセンサ２からは運転者がステアリングホイール１に及ぼした操舵トルクＴに関するトルク信号を入力して、これらの検出値に見合った補助トルクがモータ３から出力される様に、モータ３の駆動電流を制御する。
【００１５】
図２は、この電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサ正常時の制御ブロックダイヤグラムである。トルクセンサ２により検出されたトルク信号は、Ａ／Ｄ変換器を有する図略のインターフェイスを介して、デジタル化された形で上記のコントローラ７のマイコン（図略）に入力される。その後、このトルク信号は、そのマイコンが実行するソフトウェアにて実現される位相補償器７０ａに入力され、そこで位相補償が行われた後に、アシスト指令電流設定部７０ｂに入力される。
車速信号についても、従来技術と略同様に、アシスト指令電流設定部７０ｂに入力される。
【００１６】
図３は、電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサ正常時のアシスト指令電流（Ｉａ^*）の生成マップを例示するグラフである。上記のアシスト指令電流設定部７０ｂでは、例えば本図３に示す様に、予め記憶されているマップデータに従ってアシスト指令電流Ｉａ^*（∝補助トルク）を算出する。
【００１７】
図２のＰＩ制御７０ｃでは、モータ電流検出回路７２が検出したモータ電流Ｉｒの現在の値に基づいて、上記の様に算出されたアシスト指令電流Ｉａ^*の値がモータ３により実現される様に、フィードバック制御（比例・積分制御）を行い、モータ駆動回路７１に対して指令電圧Ｖ_nを出力する。ＰＷＭ演算器７１ａは、入力された指令電圧Ｖ_nがモータ３に印加される様に、即ち、上記の様に算出されたアシスト指令電流Ｉａ^*の値がモータ３により実現される様に、モータ駆動回路７１が有する図中のスイッチ回路をＰＷＭ制御にて電子制御する。
この様に、トルクセンサ２が正常に動作する正常時においては、モータ３は従来と同様に電子制御される。
【００１８】
図４は、本実施例の電動パワーステアリング装置１００の制御処理手順を例示するフローチャートである。本実施例の電動パワーステアリング装置１００には、断線、短絡、一時的なノイズ、或いは異常値固定等を検出する公知或いは任意の適当な「異常検出手段（図略）」が備えられており、処理ステップＳ０１では、この異常検出手段が出力した検出信号に基づいて、トルクセンサ２に異常が有るか否かを判定する。従って、Ｓ０１によって「トルクセンサ２は正常に動作する」と判定された正常時においては、モータ３は処理ステップＳ０２に従って、上記の通り従来と同様に電子制御される。
【００１９】
（制御自動切換手段）
しかしながら、Ｓ０１によって「トルクセンサ２は正常に動作する」と判定されなかった異常時においては、モータ３は従来とは異なり、以下の様に処理ステップＳ０３〜Ｓ０５に従って電子制御される。即ち、モータ３は、Ｓ０１（制御自動切換手段）によって、トルクセンサ２の異常時には、以下の様にその制御方式が変更される。
【００２０】
この様な異常時においては、まず、処理ステップＳ０３により、操舵トルクＴによるアシスト制御が停止され、Ｓ０４で運転者に異常が発生したことが報知され、更に、定期的に実行される処理ステップＳ０５により、車速Ｖとハンドル角速度ｄθに基づいた「代替アシスト制御」が実施される。
【００２１】
（代替制御実行手段）
図５は、本実施例の電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサの異常検出時の代替アシスト指令電流（Ｉｅ^*）の生成マップである。本実施例の代替アシスト制御（図４のＳ０５）では、例えば本図５の様に、予め記憶しているマップデータに従って、代替アシスト指令電流Ｉｅ^*（∝補助トルク）の値を算出する。即ち、この代替アシスト指令電流Ｉｅ^*が、回転角速度ｄθに上限を有して略比例する補助トルクの値に対応（比例）する。
【００２２】
本生成マップにおいては、原点付近に所謂「不感帯」が設けられているものの、代替アシスト指令電流Ｉｅ^*の値は、ハンドル角速度ｄθに概ね比例する様に設定してある。ただし、代替アシスト指令電流Ｉｅ^*には上限値が設定されており、本生成マップ（図５）においては、正常時のアシスト指令電流Ｉａ^*の最大値αに対する、代替アシスト指令電流Ｉｅ^*の最大値βの比（β／α）が約１／５に設定されている。
【００２３】
図６は、本実施例における電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサの異常検出時の制御ブロックダイヤグラムである。本制御ブロックダイヤグラムにおいては、代替制御部７０ｄが上記の代替アシスト指令電流（Ｉｅ^*）の生成マップ（図５）を具現する制御ブロックと成っており、この部分（制御ブロック７０ｄ）は、図４のステップＳ０５を実現する中心部分に相当している。
即ち、トルクセンサ２の異常が検出された際には、以下の処理手順に従って、モータ３のトルク制御が実行される。
【００２４】
コントローラ７（図１）は、自装置内に設けられた端子間電圧検出回路７３により、現在モータ３に印加されている電圧Ｖｒを検出する。コントローラ７が有する図略のマイコン上のソフトウェアによって実現されるモータ角速度推定器７０ｅにより、モータの端子間電圧Ｖｒとモータ電流Ｉｒに基づいて、モータ３の角速度ｄΘが推定される。
【００２５】
コントローラ７が有する図略のマイコン上のソフトウェアによって実現されるハンドル角速度推定器７０ｆは、減速機４（図１）が有する減速比と、モータ角速度推定器７０ｅにより推定されたモータ３の角速度ｄΘとに基づいて、ハンドル（図１のステアリングホイール１）の角速度ｄθを推定する。
【００２６】
代替制御部７０ｄは、ステアリングホイール１の角速度ｄθと、車速Ｖとを入力し、図５の代替アシスト指令電流（Ｉｅ^*）の生成マップに従って、代替アシスト指令電流Ｉｅ^*の値を算出し、ＰＩ制御７０ｃに出力する。
【００２７】
図６のＰＩ制御７０ｃでは、前記の図２のＰＩ制御７０ｃと全く同様に、モータ電流検出回路７２が検出したモータ電流Ｉｒの現在の値に基づいて、上記の様に算出された代替アシスト指令電流Ｉｅ^*の値がモータ３により実現される様に、フィードバック制御（比例・積分制御）を行い、モータ駆動回路７１のＰＷＭ演算器７１ａに対して指令電圧Ｖ_nを出力する。
トルクセンサ２の異常が検出された際には、以上の処理手順に従って、モータ３のトルク制御が実行される。
【００２８】
例えば、以上の様な代替制御手段を導入することにより、異常時に操舵感が急激或いは非常に重くなったり、特に据え切り時や急ハンドル時等に操舵し辛いと言う問題が、効果的に解消或いは緩和される。また、トルクセンサの異常時に、操舵に対する補助トルクを多少なりとも供給し続けることができるので、操舵方式変更直後の違和感を若干でも緩和することができ、よって、操作性の高い電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００の基本的な論理構成を例示する模式的なハードウェア構成図。
【図２】電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサ正常時の制御ブロックダイヤグラム。
【図３】電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサ正常時のアシスト指令電流生成マップ。
【図４】電動パワーステアリング装置１００の制御処理手順を例示するフローチャート。
【図５】電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサの異常検出時のアシスト指令電流生成マップ。
【図６】電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサの異常検出時の制御ブロックダイヤグラム。
【図７】従来技術における、トルクセンサの異常検出時の制御処理手順を例示するフローチャート。
【符号の説明】
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 … トルクセンサ
３ … 電動モータ
４ … 減速機
５ … ラック＆ピニオンギヤ
６ … 車速センサ
７ … コントローラ（モータ制御装置）
７１… モータ駆動回路

Claims

車両の操舵機構に操舵を助ける補助トルクを付与するモータと、ステアリングホイールに付与される操舵トルクＴの大きさ及び向きを検出するトルクセンサと、前記モータを駆動制御するモータ制御装置とを有する電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサの異常状態を検出する異常検出手段と、
前記異常状態の検出時に、前記駆動制御の少なくとも一部分の制御方式を代替的制御方式に切り換える制御自動切換手段と、
前記モータ又は前記ステアリングホイールの回転角速度ｄθに基づいて、前記代替的制御方式を実施する代替制御実行手段とを備え、
前記代替制御実行手段は、上限を有して前記回転角速度ｄθに略比例するトルク値を前記補助トルクの値として算出するものであり、
前記上限における前記トルク値は、前記トルクセンサの正常状態における前記補助トルクの最大値の１／２以下であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。