JP4107030B2

JP4107030B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4107030B2
Application number: JP2002277998A
Authority: JP
Inventors: 茂樹長瀬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004114755A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助用モータを駆動して操舵補助を行う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（操舵部材）に加える操舵トルクに応じて操舵補助用モータを駆動し、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、トルクセンサで検出される操舵トルクに基づいて、操舵補助用モータに流すべきモータ電流の目標値を設定する。そして、設定された目標値に基づいて、操舵補助用モータの駆動制御が行われる。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置においては、何らかの異常によってトルクセンサに故障が生じた場合、操舵補助用モータによる操舵補助を停止して、誤検出された操舵トルクに基づく操舵補助の誤作動を回避することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５８５０５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８５６６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操舵補助用モータによる操舵補助を停止した場合は、運転者がハンドルに加えるべき操舵トルクが非常に大きくなり、操舵操作を行うことが困難になる。例えば、トルクセンサに故障が発生した地点から修理工場まで車両を移動させる必要があるが、モータによる操舵補助が行われないために、操舵操作が困難な状態で運転を行わなければならない。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トルクセンサが故障した場合に、操舵角及び該操舵角度の角速度に応じた操舵補助を行うことができる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。
【０００７】
また、本発明は、トルクセンサが故障した場合に、操舵角及び該操舵角の角速度と車速とに応じた操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動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を検出する異常検出手段と、操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、操舵角に対応する係数を記憶する記憶部と、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に前記検出した操舵角に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段とを備え、前記係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する前記係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されており、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動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を検出する異常検出手段と、操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、車両の車速を検出する車速センサと、操舵角に対応する係数および車速に対応する係数を記憶する記憶部と、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に、前記検出した操舵角に対応する係数および前記検出した車速に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段とを備え、前記係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する前記係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されており、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする。
【００１０】
第１発明においては、異常検出手段により、トルクセンサの異常を検出する。また、舵角センサにより、操舵部材の操舵角を検出する。記憶部には、操舵角に対応する係数が予め記憶される。前記異常検出手段によって前記トルクセンサの異常が検出された場合、算出手段により、前記舵角センサによって検出された操舵角の角速度を算出すると共に、検出された操舵角に対応する係数を前記記憶部から取得し、取得した係数を前記算出した角速度に乗じて、モータ電流の目標値を算出する。記憶部に記憶された係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されている。前記トルクセンサの異常が検出された場合、モータ制御手段は、算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動する。角速度の算出処理を追加するだけで、操舵角速度に基づく、トルクセンサ故障時の良好な操舵補助力を得ることができる。
【００１１】
第２発明においては、異常検出手段により、トルクセンサの異常を検出する。また、舵角センサにより、操舵部材の操舵角を検出し、車速センサにより、車速を検出する。記憶部には、操舵角に対応する係数と、車速に対応する係数が予め記憶される。前記異常検出手段によって前記トルクセンサの異常が検出された場合、算出手段により、前記舵角センサによって検出された操舵角の角速度を算出すると共に、検出された操舵角に対応する係数及び検出された車速に対応する係数を前記記憶部から取得し、取得した両係数を前記算出した角速度に乗じて、モータ電流の目標値を算出する。記憶部に記憶された係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されている。前記トルクセンサの異常が検出された場合、モータ制御手段は、算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動する。車速に関する各種処理及びデータを追加して、操舵角速度及び車速に基づく、トルクセンサ故障時のさらに良好な操舵補助力を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を、操舵補助に関連する車両構成と共に示す概略図である。電動パワーステアリング装置は、ハンドル（操舵部材）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、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の操舵角を検出する舵角センサ２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、運転者によるハンドル１００の操作の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるモータ（操舵補助用モータ）６と、モータ６が発生させた操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギア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、舵角センサ２，トルクセンサ３，および車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６を駆動する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。
【００１３】
上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、通常は、運転者がハンドル１００を操作した場合、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、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。駆動されたモータ６は操舵補助力を発生し、発生した操舵補助力が減速ギア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、運転者によるハンドル１００の操作の負荷が軽減される。
【００１４】
モータ６駆動時は、ハンドル１００操作によって加えられる操舵トルクとモータ６が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。ステアリングシャフト１０２の回転によりピニオン軸が回転し、ピニオン軸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。
【００１５】
図２は、ＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５は、モータ制御部（モータ制御手段）として機能するマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）１０と、マイコン１０から出力される指令値Ｄｆｂ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１８と、生成されたＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、モータ６に流れるモータ電流を検出する電流検出器１９とを備える。
【００１６】
マイコン１０は、内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２と減算器１４とフィードバック制御演算部（以下、ＦＢ制御演算部）１６とを含むモータ制御部として機能する。目標電流設定部１２は、トルクセンサ３から出力された操舵トルクの検出値Ｔｓ（以下、操舵トルクＴｓ）または舵角センサ２から出力された操舵角の検出値θ（以下、操舵角θ）のいずれかと、車速センサ４から出力された車速の検出値Ｖ（以下、車速Ｖ）とに基づき、モータ６に流すべき電流の目標値（以下、電流目標値）Ｉｔを決定する。
【００１７】
マイコン１０（目標電流設定部１２）の内蔵ＲＯＭには、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖと電流目標値Ｉｔとの対応関係（電流目標値マップ）が予め記憶されており（図示せず）、目標電流設定部１２は、電流目標値マップを参照して、検出された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖに対応する電流目標値Ｉｔを取得する。
【００１８】
また、マイコン１０（目標電流設定部１２）の内蔵ＲＯＭ（記憶部）には、操舵角θと電流係数との対応関係（以下、電流係数マップという）と、車速Ｖと車速係数との対応関係（車速係数マップという）とが予め記憶されており、目標電流設定部１２は、電流係数マップ及び車速係数マップを参照して、検出された操舵角θ及び車速Ｖに夫々対応する電流係数及び車速係数を取得する。目標電流設定部１２は、検出された操舵角θの角速度ωを算出し、算出した角速度ωに前記取得した電流係数及び車速計数を乗じて、電流目標値Ｉｔ（＝電流係数×車速計数×角速度ω）を算出する手段（算出手段）として動作する。
【００１９】
電流係数マップの例を図３（ａ）に、車速係数マップの例を図３（ｂ）に示す。電流係数は、図３（ａ）に示すように、操舵角θの絶対値が増加するに従って、操舵角に対する電流係数の変化率が増加するように増加する。ただし、操舵角θ＝０の位置を中立位置とし、θ＞０は右方向操舵に相当し、θ＜０は左方向操舵に相当するものとする。また、電流係数は、上下限が設定されている。車速係数は、図３（ｂ）に示すように、車速Ｖが増加するに従って減少する。
【００２０】
目標電流設定部１２は、トルクセンサ３の故障が検出されていない場合は、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖに基づいて電流目標値Ｉｔを決定し、トルクセンサ３の故障が検出された場合は、操舵角θ及び車速Ｖに基づいて電流目標値Ｉｔを決定する。操舵角θ及び車速Ｖに基づいて決定される電流目標値Ｉｔは、トルクセンサ３の故障時に使用されるため、上下限を設定して安全性を高めることが好ましい。特に、角速度ωに上下限を設定することが好ましい。
【００２１】
トルクセンサ３の故障の検出は、マイコン１０で行うことが可能である。例えば、トルクセンサ３を複数個設け、各トルクセンサで検出される操舵トルクの差が所定値以上となった場合にトルクセンサ３が故障したと判定することが可能である。また、モータ電流の検出値（電流検出値）Ｉｓが予め定める電流値以上であり、かつ、操舵トルクＴｓが予め定めるトルク値以上である場合に、トルクセンサ３に異常（故障）が生じていると判断することが可能である。
【００２２】
減算器１４は、目標電流設定部１２で算出された電流目標値Ｉｔと電流検出器１９から出力された電流検出値Ｉｓとの偏差Ｉｔ−Ｉｓを算出する。ここで、モータ６は、モータ電流が正のとき（Ｉｓ＞０のとき）には右方向操舵を補助する方向にトルクを発生させ、モータ電流が負のとき（Ｉｓ＜０のとき）には左方向操舵を補助する方向にトルクを発生させるものとする。ＦＢ制御演算部１６は、算出された偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための指令値Ｄｆｂを生成する。
【００２３】
指令値Ｄｆｂを受取ったＰＷＭ信号生成回路１８は、指令値Ｄｆｂに応じたデューティ比のパルス信号、すなわち指令値Ｄｆｂに応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号を生成する。モータ駆動回路２０は、このＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）に応じた電圧をモータ６に印加する。モータ６は、電圧印加によって流れる電流に応じた大きさ及び方向のトルクを発生する。
【００２４】
図４は、モータ駆動回路２０の一構成例を示す回路図である。図４に示す例では、４個の電力用の電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴ）２１〜２４によってブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路は、ＦＥＴ２１，２２の直列接続とＦＥＴ２３，２４の直列接続とが、バッテリ８の電源ラインと接地ラインとの間に、ＦＥＴ２１，２３がバッテリ８側になるように並列に接続されている。右方向操舵を補助すべき場合は、ＰＷＭ信号生成回路１８からＦＥＴ２１，２４のゲートに上記ＰＷＭ信号が入力され、ＦＥＴ２２，２３のゲートにはオフ信号が入力される。これにより、モータ６は、モータ駆動回路２０によってＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧が印加され、右方向操舵を補助するトルクを発生させる。また、左方向操舵を補助すべき場合は、ＰＷＭ信号生成回路１８からＦＥＴ２２，２３のゲートに上記ＰＷＭ信号が入力され、ＦＥＴ２１，２４のゲートにはオフ信号が入力される。これにより、モータ６は、モータ駆動回路２０によってＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧が上記と逆方向に印加され、左方向操舵を補助するトルクを発生させる。
【００２５】
次に、本発明に係る電動パワーステアリング装置を用いた操舵補助について説明する。
マイコン１０によるモータ制御処理の例を図５に示す。本実施形態では、イグニションスイッチ９がオンされてＥＣＵ５に電源が投入されると、マイコン１０が以下のように動作することにより、図２に示した構成のモータ制御部が実現される。
【００２６】
マイコン１０には、トルクセンサ３から操舵トルクＴｓ、舵角センサ２から操舵角θ、車速センサ４から車速Ｖ、電流検出器１９から電流検出値Ｉｓが夫々入力される（Ｓ１０）。マイコン１０は、トルクセンサ３の故障の有無を検出する（Ｓ１２）。トルクセンサ３の故障が検出されなかった場合（Ｓ１２：ＮＯ）、マイコン１０（目標電流設定部１２）は、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖに基づいて、従来と同様に電流目標値を設定する（Ｓ１６）。
【００２７】
トルクセンサ３の故障が検出された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、マイコン１０（目標電流設定部１２）は、操舵角θ及び車速Ｖに基づいて、電流目標値を設定する（Ｓ１４）。操舵角θ及び車速Ｖに基づく電流目標値の設定手順の例を図６に示す。マイコン１０（目標電流設定部１２）は、操舵角θの角速度ωを算出し（Ｓ３０）、操舵角θに応じた電流係数を電流係数マップから取得し（Ｓ３２）、車速Ｖに応じた車速係数を車速係数マップから取得し（Ｓ３４）、電流目標値（＝電流係数×車速係数×角速度ω）を算出する（Ｓ３６）。
【００２８】
マイコン１０は、電流目標値Ｉｔと電流検出値Ｉｓとの偏差Ｉｔ−Ｉｓを求め、偏差に基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための指令値Ｄｆｂを算出し（図５のＳ１８）、ＰＷＭ信号生成回路１８に出力する（Ｓ２０）。以後、イグニションスイッチ９がオフにされるまで、同様の処理（Ｓ１０〜Ｓ２０）を繰返す。
【００２９】
マイコン１０から出力された指令値Ｄｆｂは、ＰＷＭ信号生成回路１８に入力され、指令値Ｄｆｂに応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号が生成される。生成されたＰＷＭ信号はモータ駆動回路２０に供給され、モータ駆動回路２０は、ＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）に応じた電圧をモータ６に印加する。電圧の印加によってモータ６に流れる電流に応じた大きさ及び方向のトルクがモータ６から発生する。発生したトルクは、減速ギア７を介して操舵補助トルクとしてステアリングシャフト１０２に伝達される。
【００３０】
上述した実施の形態においては、トルクセンサ３の故障が検出された場合、操舵角θと操舵角θの角速度ωと車速Ｖとに基づいて電流目標値Ｉｔを設定したが、（ａ）操舵角θ及び車速Ｖ、（ｂ）操舵角θ及び角速度ω、および（ｃ）角速度ω及び車速Ｖの何れかに基づいて電流目標値Ｉｔを設定することも可能である。
【００３１】
操舵角θ及び車速Ｖに基づいて電流目標値Ｉｔを設定する場合（上記（ａ））は、例えば図７（ａ）に示すように、操舵角θと電流目標値との対応関係（対応マップ）をマイコン１０（目標電流設定部１２）に予め記憶しておき、舵角センサ２が検出した操舵角θに対応する電流目標値を対応マップから取得し、取得した電流目標値に、図３（ｂ）に示した車速に応じた車速係数を乗ずる。また、操舵角θ及び角速度ωに基づいて電流目標値Ｉｔを設定する場合（上記（ｂ））は、図３（ａ）に示した操舵角に対応する電流計数を取得し、取得した電流係数を角速度ωに乗ずる。同様に、角速度ω及び車速Ｖに基づいて電流目標値Ｉｔを設定する場合（上記（ｃ））は、図３（ｂ）に示した車速に対応する車速係数を取得し、取得した車速係数を角速度ωに乗ずる。
【００３２】
また、上述した実施の形態では、車速Ｖに応じた車速係数を車速係数マップから取得しているが、図７（ｂ）に示すように、操舵角に対応する電流係数を、車速別に設定することも可能である。図７（ｂ）に示す電流係数マップにおいては、操舵角が同じ場合、車速が低い方が電流係数が大きい。
【００３３】
【発明の効果】
【００３４】
第１発明によれば、トルクセンサが故障した場合は、操舵角及び該操舵角の角速度に応じたモータ電流で、モータによる操舵補助を行うことができる。トルクセンサの故障時も操舵補助が得られて利便性が向上すると共に、操舵部材の回転速度が速い場合の操舵補助力を、回転速度が遅い場合よりも大きくして、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３５】
第２発明によれば、トルクセンサが故障した場合は、操舵角及び該操舵角の角速度と車速とに応じたモータ電流で、モータによる操舵補助を行うことができる。トルクセンサの故障時も操舵補助が得られて利便性が向上すると共に、高速走行時の操舵補助力を低速走行時よりも小さくして、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。
【図２】電動パワーステアリング装置のＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は電流係数マップの例を示す図であり、（ｂ）は車速係数マップの例を示す図である。
【図４】ＥＣＵのモータ駆動回路の一構成例を示す回路図である。
【図５】モータ制御処理の例を示すフローチャートである。
【図６】操舵角θ及び車速Ｖに基づく電流目標値の設定手順の例を示すフローチャートである。
【図７】電流係数マップの他の例を示す図である。
【符号の説明】
２舵角センサ
３トルクセンサ
４車速センサ
６モータ（操舵補助用モータ）
１０マイクロコンピュータ（モータ制御手段、異常検出手段、記憶部）
１２目標電流設定部（決定手段、算出手段）
１００ハンドル（操舵部材）

Claims

操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動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を検出する異常検出手段と、
操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、
操舵角に対応する係数を記憶する記憶部と、
前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に前記検出した操舵角に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段と
を備え、前記係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する前記係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されており、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
車両の操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動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を検出する異常検出手段と、
操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、
車両の車速を検出する車速センサと、
操舵角に対応する係数および車速に対応する係数を記憶する記憶部と、
前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に、前記検出した操舵角に対応する係数および前記検出した車速に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段と
を備え、前記係数は、操舵角の絶対値が増加するに従って、操舵角に対する前記係数の変化率が増加するように増加し、操舵角の絶対値が所定値以上の場合は一定値になるように設定されており、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。