JP4089394B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両操舵のための操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル(ステアリングホイール)に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づき、電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき電圧指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、例えば、その電圧指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号(PWM信号)を生成するPWM信号生成回路と、そのPWM信号のデューティ比に応じてオン/オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とから成り、そのデューティ比に応じた電圧すなわち電圧指令値に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出器によって検出され、この検出値と上記電流目標値との差が上記電圧指令値を生成するための偏差として使用される。電動パワーステアリング装置では、このようにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。そして、その電動モータが発生する操舵補助力としてのトルク(「アシストトルク」と呼ばれる)とハンドルに加えられる操舵トルクとの和である出力トルクにより、転舵輪の向きが変えられる。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−43058号公報
【特許文献2】
特開平10−147247号公報
【特許文献3】
特開平6−171541号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油圧方式のパワーステアリング装置が搭載された車両では、路面の凹凸等に起因するキックバック等により路面状態に関する情報(以下「路面情報」という)が運転者に伝わる。しかし、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、上記のように転舵輪としてのタイヤから操舵のための操作手段としてのハンドルまでの間に電動モータが介在するため、その電動モータの摩擦力や慣性等により路面情報が運転者に伝わり難い。これは、転舵輪としてのタイヤにアンバランスがあったりタイヤの空気圧が低下したりしている等、タイヤを含む走行装置に異常がある場合にも、その異常を示す情報が運転者に伝わり難いことを意味する。したがって、タイヤ等の走行装置に異常があっても運転者はその異常を認識できないことがある。
【0005】
そこで本発明は、転舵輪としてのタイヤを含む走行装置における異常を運転者が確実に認識できるようにした電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明は、車両操舵のための操作手段による操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に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、
前記操作手段に加えられる操舵トルクを検出し、当該操舵トルクを示す操舵トルク信号を出力するトルク検出手段と、
前記操舵トルク信号に含まれる特定周波数成分に基づき、前記車両の転舵輪を含む走行装置における異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに警告を発する告知手段とを備え、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号におけるピークを検出し、当該検出されたピーク間の時間間隔に基づき前記操舵トルク信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記算出された周波数が、前記特定周波数成分に対応する周波数範囲に入っているか否かに応じて、前記異常の有無を判定する判定手段と
を含むことを特徴とする。
【0007】
このような第1の発明によれば、車両の転舵輪を含む走行装置に異常がある場合には、従来の電動パワーステアリング装置ではハンドル(操舵のための操作手段)にまで伝わり難かったばね下共振等の異常に起因する振動が操舵トルク信号における特定周波数成分に基づいて検出され、告知手段により警告が発せられる。これにより、運転者は当該異常を確実に認識することができる。また、転舵輪を含む走行装置の異常によってばね下共振等の振動が発生した場合に、操舵トルク信号におけるピーク間の時間間隔に基づき算出された周波数から当該異常の有無が判定される。このため、異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェアを使用することなく、汎用マイクロプロセッサにおけるソフトウェア処理により異常検出手段を低コストで実現することができる。
【0008】
第2の発明は、第1の発明において、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに前記操舵補助力を低減する異常時制御手段を更に備えることを特徴とする。
【0009】
このような第2の発明によれば、転舵輪を含む走行装置に異常が発生した場合に、操舵補助力が低減されるので、当該異常に起因する車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
<1.全体構成>
図1は、本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、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル(ステアリングホイール)100に一端が固着されるステアリングシャフト102と、そのステアリングシャフト102の他端に連結されたラックピニオン機構104と、ハンドル100の操作によってステアリングシャフト102に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ3と、ハンドル操作における運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ6と、その操舵補助力をステアリングシャフト102に伝達する減速ギヤ7と、車載バッテリ8からイグニションスイッチ9を介して電源の供給を受け、トルクセンサ3や車速センサ4からのセンサ信号に基づきモータ6の駆動を制御する電子制御ユニット(ECU)5とを備えている。このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル100を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ3によって検出され、その検出された操舵トルクと車速センサ4によって検出された車速とに基づいて、ECU5によりモータ6が駆動される。これによりモータ6は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ7を介してステアリングシャフト102に加えられることにより、ハンドル操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクとモータ6の発生する操舵補助力によるトルクとの和が出力トルクとして、ステアリングシャフト102を介してラックピニオン機構104に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構104によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材106を介して車輪108に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪108の向きが変わる。
【0014】
また、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪としてのタイヤ108を含む走行装置に異常がある場合に、その異常を運転者に知らせる告知手段としての警告部50を備えており、この警告部50には、後述のようにECU5により生成される警告信号Saが入力される。警告部50は、ランプ、音声発生装置、および/または表示装置等を用いて構成され、入力される警告信号Saがアクティブになると、ランプの点灯、音声、および/または表示等により異常を運転者に告知する。
【0015】
<2.制御装置の構成>
図2は、上記電動パワーステアリング装置におけるECU5のハードウェア構成を示すブロック図である。ECU5は、マイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)10と、PWM信号生成回路32と、モータ駆動回路34と、電流検出器36とを備えており、マイコン10には、トルクセンサ3から操舵トルク信号Tsが、車速センサ4から車速信号Vsがそれぞれ入力される。このECU5において、電流検出器36は、モータ6に供給される電流すなわちモータ電流を検出して、その検出結果を電流検出値Imとして出力する。この電流検出値Imもマイコン10に入力される。マイコン10は、その内部のメモリに格納されたプログラムを実行することによりモータ制御部として機能する。すなわち、操舵トルク信号Ts、車速信号Vsおよび電流検出値Imに基づき、モータ6が操舵トルクおよび車速に応じて適切な操舵補助力を発生させるようにモータ6に印加すべき電圧の値である電圧指令値Vdを算出する。PWM信号生成回路32は、その電圧指令値Vdに応じてデューティ比の変化するPWM信号を生成し、モータ駆動回路34に供給する。モータ駆動回路34は、スイッチング素子としての複数個のパワートランジスタを用いて構成され、それらのスイッチング素子は、PWM信号生成回路32で生成されたPWM信号によってオン/オフされる。これにより、モータ駆動回路34は、電圧指令値Vdに応じた電圧を発生させ、これをモータ6に印加する。また、モータ制御部としてのマイコン10は、上記モータ制御のための動作と並行して、操舵トルク信号Tsに基づき走行装置における異常を検出し、異常の有無を示す警告信号Saを生成する。
【0016】
なお実際には、ECU5は、上記構成要素の他、マイコン10に入力すべきセンサ信号等をマイコン10への入力に適した信号とするために必要に応じて信号形式の変換や、レベル変換、フィルタ処理等を行う入力インターフェース回路、および、マイコン10から出力される電圧指令値Vdや警告信号Sa等の信号を出力先の回路に適した信号とするために必要に応じて信号形式やレベル変換等を行う出力インターフェース回路を備えているが、これらのインターフェース回路のように本発明とは直接に関係しない構成要素は図2において省略されている。
【0017】
図3(a)は、上記ECU5内におけるモータ制御部(マイコン)10の機能的構成の一例(以下「第1構成例」という)を示すブロック図である。このモータ制御部10は、目標電流設定部12と、減算器14と、制御演算部16と、異常検出部20とを備えており、異常検出部20は、フーリエ変換部(以下「FFT部」という)21と判定部22とからなる。モータ制御部10におけるこれらの構成要素は、マイコン10が所定プログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。
【0018】
上記モータ制御部10において、トルクセンサ3から出力される操舵トルク信号Tsは目標電流設定部12およびFFT部21に入力され、車速センサ4から出力される車速信号Vsは目標電流設定部12に入力される。
【0019】
目標電流設定部12は、操舵トルク信号Tsおよび車速信号Vsに基づき、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ6に供給すべき電流の値である電流目標値Itを決定する。
【0020】
電動モータ6は、この電流目標値Itに基づき、減算器14と制御演算部16とPWM信号生成回路32とモータ駆動回路34と電流検出器36とからなる駆動制御手段によって、以下のように駆動制御される。
【0021】
すなわち、減算器14は、目標電流設定部12から出力される電流目標値Itと電流検出器36から実際のモータ電流の値として出力される電流検出値Imとの偏差ΔI=It−Imを算出する。この偏差ΔIは制御演算部16に入力される。制御演算部16は、この偏差ΔIに基づく制御演算(通常は比例積分演算)によって電圧指令値Vdを算出する。この電圧指令値Vdは、モータ制御部としてのマイコン10から出力される。マイコン10から出力された電圧指令値VdはPWM信号生成回路32に入力され、そこで、電圧指令値Vdに応じたデューティ比のPWM信号が生成される。そして、モータ駆動回路34におけるスイッチング素子がそのPWM信号によってオン/オフされることで、電圧指令値Vdに応じた電圧が生成され、この電圧がモータ6に印加される。この電圧印加によってモータ6に電流が流れ、モータ6はこの電流に応じたトルクを発生する。このときのモータ電流は電流検出器36によって検出され、その検出結果である電流検出値Imは上記の偏差ΔI=It−Imの算出に使用される。このようにして、モータ制御部(マイコン)10で算出された電流目標値Itに等しい電流がモータ6に流れるようにフィードバック制御が行われる。
【0022】
一方、FFT部21と判定部22からなる異常検出部20は、電動モータ6の駆動のための上記制御動作と並行して動作し、操舵トルク信号Tsに基づき、転舵輪としてのタイヤ108を含む走行装置における異常を検出し、その検出結果を示す警告信号Saを出力する。すなわち、FFT部21は、操舵トルク信号Tsに対してフーリエ変換を施すことにより、周波数スペクトルを示すデータ(以下「スペクトルデータ」という)を算出し、判定部22は、そのスペクトルデータに基づいて異常の有無を判定し、その判定結果を警告信号Saとして出力する。この警告信号Saは、既述のように警告部50に入力される。
【0023】
図3(b)は、上記ECU5内におけるモータ制御部(マイコン)10の機能的構成の他の例(以下「第2構成例」という)を示すブロック図である。この第2構成例によるモータ制御部10も、上記第1構成例と同様の機能を有する目標電流設定部12、減算器14、制御演算部16、FFT部21および判定部22bを備えている。しかし、この第2構成例では、目標電流設定部12と減算器14との間に乗算器13が介設されており、判定部22bは、異常の有無についての判定結果に応じて、上記警告信号Saに加えてゲインKを出力する。このゲインKは、目標電流設定部12から出力される電流目標値(以下、これを第1構成例における電流目標値と区別するために「電流目標基本値」という)It1と共に乗算器13に入力される。乗算器13は、電流目標基本値It1とゲインKとを乗算し、それらの乗算結果であるK×It1を出力する。この乗算値K×It1は、フィードバック制御のための電流目標値It2として減算器14に入力される。第2構成例によるモータ制御部10の他の動作は第1構成例の場合と同様であるので説明を省略する。
【0024】
上記第2構成例において、判定部22bは、異常を検出しないときにはゲインKとして“1”を出力し、異常を検出したときにはゲインKとして“1”よりも小さい所定値Kabを出力する。したがって、判定部22bによって異常が検出されると、フィードバック制御のための電流目標値It2の絶対値が正常の場合よりも小さくなり、その結果、モータ6の発生する操舵補助力が低減される。このようにして第2構成例では、判定部22bと乗算器13とはモータ6の駆動制御についての異常時制御手段として機能する。
【0025】
<3.モータ制御部実現のためのソフトウェア処理>
本実施形態において、上記構成のモータ制御部は、マイコン10が所定プログラムを実行することにより、すなわち図4(a)に示すモータ制御処理と図4(b)に示す異常検出処理とを並行的に実行することにより、ソフトウェア的に実現される。以下、これら図4(a)(b)に示す処理について説明する。なお以下では、モータ制御部は機能的には図3(b)(第2構成例)に示すように構成されているものとして説明する。
【0026】
本実施形態では、イグニションスイッチ9がオンされると、図4(a)に示すモータ制御処理と図4(b)に示す異常検出処理とが互いに独立したプロセスとして起動され、ECU5におけるマイコン10は、これらの処理を並行的に実行する。このうちモータ制御処理においてマイコン10は以下のように動作する。
【0027】
まず、トルクセンサ3から操舵トルク信号Tsを、車速センサ4から車速信号Vsを、それぞれ受け取る(ステップS12,S14)。以下では、このとき受け取った操舵トルク信号Tsの値を操舵トルク検出値といい、また、このとき受け取った車速信号Vsの値を車速検出値という。続いてマイコン10は、電流検出器36から電流検出値Imを受け取る(ステップS16)。
【0028】
次に、操舵トルク検出値および車速検出値に基づき電流目標基本値It1を算出する(ステップS20)。具体的には、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ6に供給すべき電流の値である電流目標基本値と操舵トルクとの関係を車速をパラメータとして示すテーブル(「マップ」とも呼ばれる)を予めマイコン10内のメモリに記憶させておき、このテーブルを参照して電流目標基本値It1を決定する。
【0029】
次に、後述のように異常検出処理で設定されるゲインKを上記電流目標基本値It1に乗じ、これにより得られる乗算値K×It1をフィードバック制御のための電流目標値It2とする(ステップS22)。
【0030】
上記のようにして電流目標値It2が算出されると、その電流目標値It2と電流検出器36から出力される電流検出値Imとの偏差ΔI=It2−Imを算出し、この偏差ΔIに基づくフィードバック制御演算(通常は比例積分演算)によって電圧指令値Vdを算出する(ステップS24)。そして、この電圧指令値Vdをモータ制御部としてのマイコン10から出力し(ステップS26)、ステップS12へ戻る。以降、イグニションスイッチ9がオフされるまで、以上のモータ制御処理(ステップS12〜S26)を繰り返し実行する。
【0031】
マイコン10は、図4(a)に示す上記モータ制御処理と並行して図4(b)に示す異常検出処理を実行する。この異常検出処理においてマイコン10は以下のように動作する。
【0032】
まず、トルクセンサ3から所定時間だけ操舵トルク信号Tsを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する(ステップS52)。次に、この時系列データに対して高速フーリエ変換(以下「FFT」という)を施すことにより、操舵トルク信号Tsの周波数スペクトルを示すスペクトルデータを算出する(ステップS54)。そして、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が搭載された車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、走行装置に異常がある場合に生じる振動の周波数(通常は、ばね下共振の周波数)の帯域として予め設定された周波数帯域(以下「判定用周波数帯域」といい、典型的には15〜20Hzである)のスペクトル強度SIを、そのスペクトルデータから求める(ステップS56)。
【0033】
次に、この判定用周波数帯域のスペクトル強度SIが予め決められた閾値Sthよりも大きいか否かを判定する(ステップS58)。この判定の結果、判定用周波数帯域のスペクトル強度SIが閾値Sth以下の場合(ステップS58で“No”と判定された場合)には、異常は存在しないとして、警告信号Saを非アクティブとし(ステップS60)、上記モータ制御処理において電流目標基本値It1に乗ずべきゲインKとして“1”を設定する(ステップS62)。その後、ステップS52へ戻り、以降、判定用周波数帯域のスペクトル強度SIが閾値Sth以下である間は、ステップS52〜S62を繰り返し実行する。この間に、判定用周波数帯域のスペクトル強度SIが閾値Sthよりも大きくなれば、ステップS58で“Yes”と判定されてステップS64へ進み、警告信号Saをアクティブとし、上記ゲインKとして所定値Kabを設定する(ステップS66)。ここで、所定値Kabは異常発生時におけるゲインとして予め決められた“1”よりも小さい値である。その後、ステップS52へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【0034】
<4.作用および効果>
既述のように、電動パワーステアリング装置が搭載された車両では、転舵輪としてのタイヤ等に異常があっても、その異常に起因するばね下共振等の振動はモータ6の摩擦力や慣性等により運転者には伝わり難い。しかし、その振動は、操舵トルクを検出するためにステアリングシャフト102中に介挿されるトーションバーまでは十分に伝達されるので、トルクセンサ3から出力される操舵トルク信号Tsには、その異常に起因するばね下共振等に相当する周波数成分が含まれている。したがって、上記実施形態によれば、電動パワーステアリング装置を搭載した車両のタイヤのアンバランスやタイヤの空気圧の低下等、転舵輪としてのタイヤ108を含む走行装置に異常が発生した場合に、判定用周波数帯域のスペクトル強度SIに基づき当該異常に起因するばね下共振等の振動が検出され(ステップS58)、警告信号Saがアクティブとされると共に、電流目標基本値It1に乗ずべきゲインKとして“1”よりも小さい値であるKabが設定される(ステップS64,S66)。これにより、警告部50が音声、ランプの点灯、および/または表示等により警告を発するので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。また、これにより、モータ6の駆動制御のための電流目標値It2=K×It1の絶対値が小さくなるので、操舵補助力が低減され、その結果、当該異常による車両の不安定な挙動の発生が抑制される。
【0035】
なお、上記のモータ制御処理および異常検出処理(図4)では、モータ制御部(マイコン)10は、機能的には図3(b)の第2構成例に示すように構成されていることを前提としているが、図3(a)の第1構成例に示すように構成されている場合には、上記モータ制御処理においてステップS22が省略され(電流目標基本値It1がモータ6の駆動制御のための目標値となる)、上記異常検出処理においてステップS62およびS66が省略されることになる。この場合、異常の有無によって操舵補助力は変化しないが、第2構成例の場合と同様、走行装置において異常が発生すると、その異常に起因するばね下共振等の振動が検出され、警告部50により警告が発せられるので、運転者は当該異常を確実に認識することができる。
【0036】
<5.変形例>
上記実施形態では、走行装置における異常の有無の判定に必要となるスペクトルデータを算出するために、操舵トルク信号Tsに対するフーリエ変換(具体的にはFFT)がマイコン10によってソフトウェア的に行われるが、より短い時間でそのフーリエ変換を行う必要がある場合には、これに代えて、FFTを実行する専用ハードウェアやデジタル信号処理専用プロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)をECU5内に設けるようにしてもよい。
【0037】
また、上記実施形態では、走行装置における異常の有無を判定するために、フーリエ変換(FFT)によって算出されるスペクトルデータに基づき当該異常に起因するばね下共振等の発生の有無が判定されるが(ステップS54〜S58)、これに代えて、図5に示すような操舵トルク信号TsのピークP1,P2,P3,…を検出し、それらのピークの時刻t1,t2,t3,…の間の時間間隔から周期を算出し、その周期から周波数を計算するようにしてもよい。例えば、操舵トルク信号Tsが正のピークとなる時刻t1を検出し、続いて操舵トルク信号Tsが負のピークとなる時刻t2を検出し、それらの時刻t1とt2との時間間隔T1=t2−t1を求める。これにより半周期の時間が求められるので、周波数ftは、ft=1/(2・T1)により求める。また、操舵トルク信号Tsが再び正のピークとなる時刻t3を検出し、時刻t2との時間間隔T2=t3−t2を求め、これらの時間間隔の和T1+T2を周期とみなし、操舵トルク信号Tsにおける周波数ft=1/(T1+T2)を算出してもよい。
【0038】
上記のように、FFTによってスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって周波数を求める場合には、図4(b)に示した異常検出処理に代えて図6に示す異常検出処理をマイコン10が実行することにより、上記実施形態と同様の機能を実現することができる。この場合、異常検出処理においてマイコン10は以下のように動作する。
【0039】
まず、図4(b)に示した異常検出処理と同様に、トルクセンサ3から所定時間だけ操舵トルク信号Tsを受け取ることにより、所定個数の操舵トルク検出値からなる時系列データを取得する(ステップS72)。次に、その時系列データを用いて上述のピーク検出により操舵トルク信号Tsにおける周波数ftを算出する(ステップS74)。そして、この周波数ftが、走行装置に異常がある場合に生じるばね下共振等の周波数として予め設定された周波数の範囲F1〜F2に入っているか否かを判定する(ステップS76)。ここで、予め設定される周波数範囲(以下「判定用周波数範囲」という)F1〜F2は、上記実施形態において設定される判定用周波数帯域に相当するものであり、周波数F1,F2は、判定用周波数帯域の下限、上限にそれぞれ対応している。
【0040】
ステップS76での判定の結果、周波数ftが判定用周波数範囲を外れる場合(ステップS76で“No”と判定される場合)には、異常は存在しないとして、警告信号Saを非アクティブとすると共に(ステップS78)、既述のモータ制御処理において電流目標基本値It1に乗ずべきゲインKとして“1”を設定する(ステップS80)。その後、ステップS72へ戻り、以降、算出される周波数ftが判定用周波数範囲から外れている間は、ステップS72〜S80を繰り返し実行する。この間に、算出される周波数ftが判定用周波数範囲に入ると(F1≦ft≦F2)、ステップS76で“Yes”と判定されてステップS82へ進み、警告信号Saをアクティブとすると共に、異常発生時におけるゲインとして予め決められた値Kab(<1)が上記ゲインKとして設定される(ステップS84)。その後、ステップS72へ戻り、それ以降のステップを繰り返し実行する。
【0041】
以上のようにして、FFTにより操舵トルク信号Tsのスペクトルデータを算出する代わりにピーク検出によって操舵トルク信号Tsの周波数を求める場合であっても、走行装置において異常が発生すると、その異常によるばね下共振等の振動に対応する周波数ft(F1≦ft≦F2)が検出され(ステップS74、S76)、警告部50により警告が発せられると共に操舵補助力が低減され(ステップS82,S84)、これにより上記実施形態と同様の効果が得られる。しかも、この場合、FFT処理が不要であって異常検出のための処理の負担が比較的軽いので、専用ハードウェア等を使用することなく、マイコン10におけるソフトウェア処理により低コストで異常検出手段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それに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図2】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるECUのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図3】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置におけるモータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。
【図4】上記実施形態におけるモータ制御部が実行するモータ制御処理および異常検出処理を示すフローチャートである。
【図5】本発明の変形例における異常検出処理で採用されている操舵トルク信号の周波数の算出方法を説明するための信号波形図である。
【図6】上記変形例における異常検出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
3 …トルクセンサ
4 …車速センサ
5 …電子制御ユニット(ECU)
6 …モータ
10 …マイクロコンピュータ(モータ制御部)
12 …目標電流設定部
13 …乗算器
14 …減算器
16 …制御演算部
20,20b …異常検出部
21 …FFT部
22,22b …判定部
50 …警告部
Ts …操舵トルク信号
Vs …車速信号
Im …電流検出値
It,It2 …電流目標値
It1 …電流目標基本値
K …ゲイン
Sa …警告信号
Vd …電圧指令値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving an electric motor in accordance with an operation for steering the vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque applied to a steering wheel (steering wheel) by a driver has been used. In this electric power steering apparatus, a torque sensor for detecting a steering torque applied to the steering wheel is provided, and a target value of a current to be supplied to the electric motor is set based on the steering torque detected by the torque sensor. Based on the deviation between this target value and the current value that actually flows through the electric motor, a voltage command value to be given to the drive means of the electric motor is generated. The driving means of the electric motor includes, for example, a PWM signal generation circuit that generates a pulse width modulation signal (PWM signal) with a duty ratio corresponding to the voltage command value, and power that is turned on / off according to the duty ratio of the PWM signal It comprises a motor drive circuit configured using transistors, and a voltage corresponding to the duty ratio, that is, a voltage corresponding to a voltage command value is applied to the electric motor. A current flowing through the electric motor by this voltage application is detected by a current detector, and a difference between the detected value and the current target value is used as a deviation for generating the voltage command value. In the electric power steering apparatus, feedback control is performed in this manner so that a current having a target value set based on the steering torque flows to the electric motor. Then, the direction of the steered wheels is changed by an output torque that is a sum of torque (referred to as “assist torque”) as steering assist force generated by the electric motor and steering torque applied to the steering wheel.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-43058
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-147247
[Patent Document 3]
JP-A-6-171541
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a vehicle equipped with a hydraulic power steering device, information on the road surface state (hereinafter referred to as “road surface information”) is transmitted to the driver by kickback or the like caused by road surface unevenness or the like. However, in a vehicle equipped with an electric power steering device, an electric motor is interposed between a tire as a steered wheel and a handle as an operation means for steering as described above. Road surface information is difficult to be transmitted to the driver due to inertia or the like. This is because even when there is an abnormality in the traveling device including the tire, such as when the tire as the steered wheel is unbalanced or the tire air pressure is reduced, information indicating the abnormality is difficult to be transmitted to the driver. Means that. Therefore, even if there is an abnormality in a traveling device such as a tire, the driver may not be able to recognize the abnormality.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that allows a driver to reliably recognize an abnormality in a traveling device including a tire as a steered wheel.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A first invention is an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving an electric motor in accordance with an operation by an operation means for steering the vehicle,
Torque detecting means for detecting steering torque applied to the operating means and outputting a steering torque signal indicating the steering torque;
An abnormality detecting means for detecting an abnormality in the traveling device including the steered wheels of the vehicle based on a specific frequency component included in the steering torque signal;
Notification means for issuing a warning when an abnormality is detected by the abnormality detection means,
The abnormality detection means includes
Frequency calculating means for detecting a peak in the steering torque signal and calculating a frequency of the steering torque signal based on a time interval between the detected peaks;
Determining means for determining the presence or absence of the abnormality according to whether or not the calculated frequency is in a frequency range corresponding to the specific frequency component;
It is characterized by including.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, when there is an abnormality in the traveling device including the steered wheels of the vehicle, the unsprung resonance that is difficult to be transmitted to the steering wheel (operation means for steering) in the conventional electric power steering device. The vibration caused by such an abnormality is detected based on the specific frequency component in the steering torque signal, and a warning is issued by the notification means. As a result, the driver can reliably recognize the abnormality.Further, when vibration such as unsprung resonance occurs due to an abnormality of the traveling device including the steered wheels, the presence / absence of the abnormality is determined from the frequency calculated based on the time interval between peaks in the steering torque signal. For this reason, since the processing load for detecting an abnormality is relatively light, the abnormality detecting means can be realized at low cost by software processing in a general-purpose microprocessor without using dedicated hardware.
[0008]
According to a second invention, in the first invention,
An abnormality control unit is further provided for reducing the steering assist force when an abnormality is detected by the abnormality detection unit.
[0009]
According to the second aspect of the invention, when an abnormality occurs in the traveling device including the steered wheels, the steering assist force is reduced, so that the occurrence of unstable behavior of the vehicle due to the abnormality is suppressed. The
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<1. Overall configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention, together with a vehicle configuration related thereto. This electric power steering apparatus includes a
[0014]
In addition, the electric power steering apparatus according to the present embodiment includes a
[0015]
<2. Configuration of control device>
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the
[0016]
Actually, in addition to the above-described components, the
[0017]
FIG. 3A is a block diagram showing an example of a functional configuration of the motor control unit (microcomputer) 10 in the ECU 5 (hereinafter referred to as “first configuration example”). The
[0018]
In the
[0019]
Based on the steering torque signal Ts and the vehicle speed signal Vs, the target
[0020]
The electric motor 6 is driven by the drive control means comprising the
[0021]
That is, the
[0022]
On the other hand, the abnormality detection unit 20 including the
[0023]
FIG. 3B is a block diagram showing another example of the functional configuration of the motor control unit (microcomputer) 10 in the ECU 5 (hereinafter referred to as “second configuration example”). The
[0024]
In the second configuration example, the
[0025]
<3. Software processing to realize motor control unit>
In the present embodiment, the motor control unit configured as described above causes the
[0026]
In this embodiment, when the ignition switch 9 is turned on, the motor control process shown in FIG. 4A and the abnormality detection process shown in FIG. 4B are started as independent processes, and the
[0027]
First, the steering torque signal Ts is received from the torque sensor 3, and the vehicle speed signal Vs is received from the vehicle speed sensor 4 (steps S12 and S14). Hereinafter, the value of the steering torque signal Ts received at this time is referred to as a steering torque detection value, and the value of the vehicle speed signal Vs received at this time is referred to as a vehicle speed detection value. Subsequently, the
[0028]
Next, a current target basic value It1 is calculated based on the steering torque detection value and the vehicle speed detection value (step S20). Specifically, a table (also referred to as a “map”) showing the relationship between the current target basic value, which is the value of the current to be supplied to the motor 6 to generate an appropriate steering assist force, and the steering torque using the vehicle speed as a parameter. Is previously stored in the memory in the
[0029]
Next, as described later, the gain K set in the abnormality detection process is multiplied by the current target basic value It1, and the multiplication value K × It1 obtained thereby is set as a current target value It2 for feedback control (step S22). ).
[0030]
When the current target value It2 is calculated as described above, a deviation ΔI = It2-Im between the current target value It2 and the current detection value Im output from the
[0031]
The
[0032]
First, by receiving the steering torque signal Ts from the torque sensor 3 for a predetermined time, time-series data including a predetermined number of detected steering torque values is acquired (step S52). Next, spectrum data indicating the frequency spectrum of the steering torque signal Ts is calculated by performing fast Fourier transform (hereinafter referred to as “FFT”) on the time series data (step S54). Then, the frequency of vibration generated when there is an abnormality in the traveling device such as unbalance of the tire of the vehicle equipped with the electric power steering device according to the present embodiment or a decrease in tire air pressure (usually the frequency of unsprung resonance). ) Spectrum intensity SI of a frequency band set in advance as a band (hereinafter referred to as “determination frequency band”, typically 15 to 20 Hz) is obtained from the spectrum data (step S56).
[0033]
Next, it is determined whether or not the spectrum intensity SI of this determination frequency band is larger than a predetermined threshold value Sth (step S58). As a result of the determination, if the spectrum intensity SI of the determination frequency band is equal to or smaller than the threshold value Sth (when determined “No” in step S58), the warning signal Sa is made inactive because there is no abnormality (step S58). S60), “1” is set as the gain K to be multiplied by the current target basic value It1 in the motor control process (step S62). Thereafter, the process returns to step S52, and thereafter, steps S52 to S62 are repeatedly executed while the spectrum intensity SI of the determination frequency band is equal to or less than the threshold value Sth. During this time, if the spectral intensity SI of the determination frequency band becomes larger than the threshold value Sth, it is determined as “Yes” in step S58 and the process proceeds to step S64, the warning signal Sa is activated, and the predetermined value Kab is set as the gain K. Set (step S66). Here, the predetermined value Kab is a value smaller than “1” determined in advance as a gain when an abnormality occurs. Thereafter, the process returns to step S52, and the subsequent steps are repeatedly executed.
[0034]
<4. Action and Effect>
As described above, in a vehicle equipped with an electric power steering device, even if there is an abnormality in a tire or the like as a steered wheel, vibration such as unsprung resonance caused by the abnormality causes frictional force or inertia of the motor 6 or the like. It is difficult to convey to the driver. However, since the vibration is sufficiently transmitted to the torsion bar inserted in the
[0035]
In the motor control process and the abnormality detection process (FIG. 4), the motor control unit (microcomputer) 10 is functionally configured as shown in the second configuration example of FIG. 3B. Although it is assumed that step S22 is omitted in the motor control process when the configuration is as shown in the first configuration example of FIG. 3A, the current target basic value It1 is the value of the drive control of the motor 6. Therefore, steps S62 and S66 are omitted in the abnormality detection process. In this case, the steering assist force does not change depending on whether there is an abnormality. However, as in the case of the second configuration example, when an abnormality occurs in the traveling device, vibrations such as unsprung resonance due to the abnormality are detected, and the
[0036]
<5. Modification>
In the above embodiment, the
[0037]
Moreover, in the said embodiment, in order to determine the presence or absence of abnormality in a traveling apparatus, the presence or absence of generation | occurrence | production of unsprung resonance etc. resulting from the said abnormality is determined based on the spectrum data calculated by a Fourier transform (FFT). (Steps S54 to S58) Instead of this, peaks P1, P2, P3,... Of the steering torque signal Ts as shown in FIG. 5 are detected, and the times t1, t2, t3,. The period may be calculated from the time interval, and the frequency may be calculated from the period. For example, a time t1 at which the steering torque signal Ts has a positive peak is detected, a time t2 at which the steering torque signal Ts has a negative peak is subsequently detected, and a time interval T1 = t2− between those times t1 and t2. Find t1. Since a half-cycle time is thus obtained, the frequency ft is obtained by ft = 1 / (2 · T1). Further, a time t3 at which the steering torque signal Ts again becomes a positive peak is detected, a time interval T2 = t3-t2 with respect to the time t2 is obtained, the sum T1 + T2 of these time intervals is regarded as a period, and the steering torque signal Ts The frequency ft = 1 / (T1 + T2) may be calculated.
[0038]
As described above, when the frequency is obtained by peak detection instead of calculating the spectrum data by FFT, the
[0039]
First, similarly to the abnormality detection process shown in FIG. 4B, time series data including a predetermined number of detected steering torque values is acquired by receiving the steering torque signal Ts from the torque sensor 3 for a predetermined time (step) S72). Next, the frequency ft in the steering torque signal Ts is calculated by the above-described peak detection using the time series data (step S74). Then, it is determined whether or not the frequency ft is within a frequency range F1 to F2 set in advance as a frequency of unsprung resonance or the like that occurs when the traveling device is abnormal (step S76). Here, the preset frequency range (hereinafter referred to as “determination frequency range”) F1 to F2 corresponds to the determination frequency band set in the above embodiment, and the frequencies F1 and F2 are for determination. It corresponds to the lower limit and the upper limit of the frequency band, respectively.
[0040]
If the result of determination in step S76 is that the frequency ft is out of the determination frequency range (when “No” is determined in step S76), the warning signal Sa is deactivated, assuming that there is no abnormality ( In step S78), “1” is set as the gain K to be multiplied by the current target basic value It1 in the motor control process described above (step S80). Thereafter, the process returns to step S72, and thereafter, steps S72 to S80 are repeatedly executed while the calculated frequency ft is out of the determination frequency range. During this time, if the calculated frequency ft falls within the determination frequency range (F1 ≦ ft ≦ F2), “Yes” is determined in step S76, and the process proceeds to step S82 to activate the warning signal Sa and to generate an abnormality. A predetermined value Kab (<1) is set as the gain K as a gain at the time (step S84). Thereafter, the process returns to step S72, and the subsequent steps are repeatedly executed.
[0041]
As described above, even when the frequency of the steering torque signal Ts is obtained by peak detection instead of calculating the spectrum data of the steering torque signal Ts by FFT, if an abnormality occurs in the traveling device, unsprung due to the abnormality. A frequency ft (F1 ≦ ft ≦ F2) corresponding to vibration such as resonance is detected (steps S74 and S76), a warning is issued by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention, together with a vehicle configuration related thereto.
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of an ECU that is a control device in the electric power steering apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a motor control unit in the electric power steering apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing motor control processing and abnormality detection processing executed by a motor control unit in the embodiment.
FIG. 5 is a signal waveform diagram for explaining a method of calculating the frequency of the steering torque signal employed in the abnormality detection process in the modification of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing an abnormality detection process in the modified example.
[Explanation of symbols]
3 ... Torque sensor
4 ... Vehicle speed sensor
5 ... Electronic control unit (ECU)
6 ... Motor
10 ... Microcomputer (motor control unit)
12 ... Target current setting section
13 ... Multiplier
14 ... Subtractor
16 ... Control calculation part
20, 20b ... abnormality detector
21 ... FFT section
22, 22b ... determination part
50 ... Warning section
Ts ... Steering torque signal
Vs ... Vehicle speed signal
Im ... current detection value
It, It2 ... Current target value
It1 ... Current target basic value
K: Gain
Sa ... Warning signal
Vd: Voltage command value
Claims (2)
前記操作手段に加えられる操舵トルクを検出し、当該操舵トルクを示す操舵トルク信号を出力するトルク検出手段と、
前記操舵トルク信号に含まれる特定周波数成分に基づき、前記車両の転舵輪を含む走行装置における異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段によって異常が検出されたときに警告を発する告知手段と
を備え、
前記異常検出手段は、
前記操舵トルク信号におけるピークを検出し、当該検出されたピーク間の時間間隔に基づき前記操舵トルク信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記算出された周波数が、前記特定周波数成分に対応する周波数範囲に入っているか否かに応じて、前記異常の有無を判定する判定手段と
を含むことを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of the vehicle by driving an electric motor in accordance with an operation by an operation means for steering the vehicle,
Torque detecting means for detecting steering torque applied to the operating means and outputting a steering torque signal indicating the steering torque;
An abnormality detecting means for detecting an abnormality in the traveling device including the steered wheels of the vehicle based on a specific frequency component included in the steering torque signal;
Notification means for issuing a warning when an abnormality is detected by the abnormality detection means ,
The abnormality detection means includes
Frequency calculating means for detecting a peak in the steering torque signal and calculating a frequency of the steering torque signal based on a time interval between the detected peaks;
Determining means for determining the presence or absence of the abnormality according to whether or not the calculated frequency is in a frequency range corresponding to the specific frequency component;
An electric power steering device comprising:
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