JP4189675B2

JP4189675B2 - 車両の電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4189675B2
Application number: JP2004065408A
Authority: JP
Inventors: 誠一渋谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005254844A

Description

本発明は、操舵ハンドルの操作に基づいてモータにより操舵補助トルクを付与する車両の電動パワーステアリング装置に関するものである。

操舵トルクを検出して、同検出した操舵トルクおよび車両の速度に応じてモータの回転を制御することにより、操舵ハンドルの回動操作に対して操舵補助トルクを付与するようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。

操舵ハンドルの操舵角が所定角度以上になるときには、モータが発生する操舵補助トルクの付与を減少させたり、操舵補助トルクの付与を停止させたりすることにより、モータを必要以上に駆動させることなく、モータ、ラックギアあるいはコラムギアの機構部品の耐久性の向上、消費電力の低減、制御装置の過熱保護を図る、「エンド当て保護制御」が実現されている（特許文献１参照）。

特公平０６−４４１７号公報

車種毎にステアリングの操舵範囲は異なるため、特許文献１によるエンド当て保護制御が働く所定の操舵角も車種によって異なり、その値を設定したプログラムも車種毎に必要となる。同じ部品構成の電動パワーステアリング装置でもプログラムが異なれば製品としては別個のものとなる。よって、プログラムの開発，保守，および管理の工数が増大するとともに、制御装置の製品管理の工数も増大し、結果として車両の電動パワーステアリング装置の製造コストを押し上げることになる。

また、操舵ハンドルの実際の中立位置は、同一車種でもラックギアやコラムギアの機械的な誤差によってずれている場合がある。さらに、経年変化やタイヤ形状によっても中立位置がずれる場合がある。この場合、運転者が回転限界位置（即ち、操舵ハンドルを左一杯あるいは右一杯に回した位置，「エンド」）まで操舵しても、操舵角の中立位置がずれている場合、本来は上記エンド当て保護制御が働くべき操舵角においても、操舵補助トルクの付与の減少や停止が行なわれず、回転限界位置に達した衝撃が操舵ハンドルに伝わり運転者に不快感を与えてしまう。この場合は、モータ、ラックギアあるいはコラムギアの機構部品、あるいはモータおよび制御装置に影響を及ぼすことも有り得る。逆に、上記エンド当て保護制御（操舵補助トルクの付与の減少や停止）が必要以上に早く行なわれ、運転者に操舵違和感を与えてしまうという問題がある。

上記問題を背景として、本発明の課題は、エンド当て保護制御を精度よく行なうことが可能な車両の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。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための車両の電動パワーステアリング装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、運転者の操舵ハンドル操作に基づいて、モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両の電動パワーステアリング制御装置において、操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段と、検出した操舵ハンドルの操舵位置が、該操舵ハンドルの回転方向における回転限界位置に達したとき、その回転限界位置に相当する操舵位置を記憶する記憶手段と、操舵位置および回転限界位置に相当する操舵位置とに基づいて操舵ハンドルの操舵可能量を演算する演算手段と、操舵可能量が予め定められる閾値を下回る場合に操舵補助トルクの付与を低減する操舵補助トルク低減手段と、を有することを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置として構成される。

本発明は、上記問題点が車種だけでなく車両個体差や車両の経年変化によって発生するという点に着目し、車両出荷時あるいはディーラなどで定期的に、実際にタイヤを装着した状態で、操舵ハンドルを左右一杯に回し、左右の回転限界位置を決定することで、車種別に制御プログラムを設計することなく、また車両個体差によらず、エンド当て保護制御の開始位置を確実に検出するものである。

上記構成によって、車両毎にステアリングの操舵範囲すなわち回転限界位置を検出することができる。よって、同じ部品構成の電動パワーステアリング装置であればプログラムも一つでよいため、プログラムの開発，保守，および管理の工数が低減され、制御装置の製品管理の工数も低減し、結果として車両の電動パワーステアリング装置の製造コストも低減される。また、操舵ハンドルの実際の中立位置は、同一車種でもラックギアやコラムギアの機械的な誤差によってずれていたり、経年変化やタイヤ形状によっても中立位置がずれる場合がある。本発明の構成では、車両の状態毎に回転限界位置を検出できるため、検出した回転限界位置に応じてエンド当て保護制御が精度よく実施され、モータ、ラックギアあるいはコラムギアの機構部品、あるいはモータおよび制御装置に影響を及ぼすこともない。さらに、エンド当て保護制御が必要以上に早く行なわれて運転者に操舵違和感を与えることもなくなる。

請求項２によれば、本発明の車両の電動パワーステアリング装置における操舵補助トルク低減手段は、操舵可能量に基づいて求められるゲインをモータに印加する電流値に乗ずる構成をとる。つまり、操舵可能量が少なくなるにつれて、即ち、操舵ハンドルの回転限界位置（エンド）に近づくにつれてゲインを小さくするものである。ゲインを小さくすればモータに印加する電流値も小さくなる。モータの慣性力を考慮してゲインを設定すれば、エンドに達したときにモータの回転を停止することが可能となり衝撃も発生しない。本構成によって、エンド当て保護制御が精度よく実施され、モータ、ラックギアあるいはコラムギアの機構部品、あるいはモータおよび制御装置に影響を及ぼすこともなく、運転者に操舵違和感を与えることもなくなる。

請求項３によれば、本発明の車両の電動パワーステアリング装置における操舵補助トルク低減手段は、操舵可能量に基づいてモータに印加する電流値の上限値を設定する構成をとることもできる。つまり、操舵可能量が少なくなるにつれて、即ち、操舵ハンドルの回転限界位置（エンド）に近づくにつれてモータに印加する電流値の上限値を小さくするものである。モータの慣性力を考慮して該上限値を設定すれば、エンドに達したときにモータの回転を停止することが可能となり衝撃も発生しない。本構成によって、エンド当て保護制御が精度よく実施され、モータ、ラックギアあるいはコラムギアの機構部品、あるいはモータおよび制御装置に影響を及ぼすこともない。さらに、エンド当て保護制御が必要以上に早く行なわれて運転者に操舵違和感を与えることもなくなる。

請求項４によれば、本発明の車両の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段を有し、閾値は操舵速度に基づいて設定される構成をとることもできる。閾値が一定値の場合、操舵ハンドルの操舵速度が速い場合にはモータに印加する電流がゼロ即ちモータが停止する前にエンドに達してしまうことがある。本構成によって、操舵速度に応じて閾値（即ち、操舵補助トルクの低減を開始する操舵ハンドルの回転位置）を可変にすることで、エンド当て保護制御が精度よく実施され、あるいはモータおよび制御装置に影響を及ぼすこともない。さらに、エンド当て保護制御が必要以上に早く行なわれて運転者に操舵違和感を与えることもなくなる。

また、本発明の構成では、新たなセンサなどを付加することなく、つまり、コストの上昇を伴うことなく、操舵ハンドルの回転限界位置を精度よく求めることができ、運転者が操舵違和感を受けることのない車両の電動パワーステアリング装置を構成することができる。

車両の電動パワーステアリング装置においてエンド当て保護制御を精度よく行なうという目的を、車両毎に操舵ハンドルの回転限界位置（エンド）を検出して記憶し、該回転限界位置を用いてエンド当て保護制御を行なう方法によって実現した。

以下、本発明の実施の形態である車両の電動パワーステアリング装置（以下、単に電動パワーステアリング装置と称する）について、図面を用いて説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置１の構成図である。操舵ハンドル１０が操舵軸１２ａに接続されている。また、この操舵軸１２ａの下端はトルクセンサ１１に接続されており、ピニオンシャフト１２ｂの上端がトルクセンサ１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１６内においてラックバー１８に噛合されている。更に、ラックバー１８の両端には、それぞれタイロッド２０の一端が接続されると共に各タイロッド２０の他端にはナックルアーム２２を介して操舵輪２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１２ｂにはモータ１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられていて、いわゆる、コラムタイプの電動パワーステアリング装置を構成している。

モータ１５の取り付け位置は、図１の構成の他にラックバー１８に同軸的に取り付けられるラックタイプ、あるいはモータ１５がステアリングギヤボックス１６に取り付けられ、ピニオンシャフト１２ｂを回転させるピニオンタイプを用いてもよい。

トルクセンサ１１は運転者の操舵ハンドル１０の動きを検出するもので、トーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対のレゾルバ等の図示しない周知のトルク検出部から構成される。操舵軸１２ａが回転すると、その回転量に応じたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０（本発明の演算手段，操舵補助トルク低減手段）は周知のＣＰＵ３１，ＲＡＭ３２，ＲＯＭ３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ３４およびこれらの構成を接続するバスライン３５が備えられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３およびＲＡＭ３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ３３は、プログラム格納領域３３ａとデータ記憶領域３３ｂとを有している。プログラム格納領域３３ａには操舵制御プログラム３３ｐが格納される。データ記憶領域３３ｂには操舵制御プログラム３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

１９は周知のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable ＆ Programmable Read Only Memory：電気的消去・プログラム可能・読出し専用メモリ，本発明の記憶手段）である。ＥＥＰＲＯＭ１９には電動パワーステアリング装置１の動作に必要なデータが記憶される。

電流センサ８は周知のモータ１５の各相のコイルに直列に接続された図示しないシャント抵抗を含んで構成され、該シャント抵抗の両端の電圧値をモータ１５の各相に流れる電流値として検出する。検出された情報は操舵制御部３０に送られ、図示しないＡＤ変換器によってディジタル信号に変換されＣＰＵ３１の処理に用いられる。

回転角センサ９（本発明の操舵速度検出手段）は、レゾルバ等の周知の回転検出部を含んで構成され、モータ１５の回転角度を検出し、検出された情報は操舵制御部３０に送られる。モータ１５の回転は歯車（図示せず）によって所定の比率で減速されてピニオンシャフト１２ｂに伝えられるので、検出された回転角度の単位時間あたりの変化量が操舵速度となる。

操舵角センサ１３（本発明の操舵位置検出手段）は、レゾルバ等の周知の回転検出部を含んで構成され、検出された操舵角情報は操舵制御部３０に送られる。

さらに、操舵制御部３０には車両の速度を計測するための周知のロータリエンコーダ等の回転検出部を含む車速センサ１７が接続されていて、検出された車両の速度は操舵制御部３０に送られる。

操舵制御部３０においてＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ１１で検出された操舵トルクおよび車速センサ１７で検出された車両の速度に対応したモータ１５で発生させる駆動トルクを算出し、モータドライバ１４を介してブラシレスモータであるモータ１５に、算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加する。なお、モータ１５については、本発明の電動パワーステアリング装置１に使用可能であれば特に種類を問わない。

図２のフロー図を用いて、回転限界位置記憶処理について説明する。なお、この処理は電動パワーステアリング装置１が動作中に操舵制御プログラム３３ｐにより行われる。まず、シフトレバーをパーキング位置にするあるいはパーキングブレーキを作動させるなどして車両を停止状態とし、周知の故障診断用端末（所謂、ダイアグ端末）２１を操舵制御部３０に接続する等して設定モードに移行する（Ｓ１）。

設定モードに移行したら、操舵ハンドル１０を左方向に回転可能な位置までに回す。操舵制御部３０（ＣＰＵ３１）は、操舵角センサ１３からの操舵角情報を監視し、操舵角の値が所定の時間（例えば５秒）連続して変化がない場合に左方向の回転限界位置に達したと判断し、このときの操舵角の値をＲＡＭ３２の所定の領域に記憶する。次に、操舵ハンドル１０を右方向に回転可能な位置までに回し、同様の方法で右方向の回転限界位置に相当する操舵角の値をＲＡＭ３２の所定の領域に記憶する（Ｓ２）。

上記の操舵ハンドル１０の左右の回転限界位置への回転操作を所定の回数（例えば３回）繰り返したら（Ｓ３：Ｙｅｓ）、左右それぞれの方向について回転限界位置の操舵角の値の平均値を求め、それを回転限界位置としてＥＥＰＲＯＭ１９の所定の領域に記憶する（Ｓ４）。そして、故障診断用端末２１を操舵制御部３０から外して、通常の電動パワーステアリング装置１としての動作モードに戻す。

故障診断用端末２１に操作ボタンおよび表示画面がある場合には、故障診断用端末２１および操舵制御部３０との間で通信を行ない、操舵制御部３０の状態を画面に表示させて、操作ボタンを押して操舵制御部３０に指令を送ることにより回転限界位置を記憶させる方法を採ってもよい。

即ち、設定モードに移行したときに図示しない「開始」ボタンを押すと、故障診断用端末２１の表示画面に操舵ハンドル１０を左方向へ回すように指示するガイダンスメッセージが表示されるとともに操舵制御部３０へ操舵角度をサンプリングするように指示が送られる。次に、ガイダンスメッセージに従って操舵ハンドル１０を左方向の回転限界位置まで回したら、故障診断用端末２１の図示しない「決定」ボタンを押す。「決定」ボタンが押されると、故障診断用端末２１から操舵制御部３０へ指示が送られ、現在の操舵角をＲＡＭ３２に記憶する。

ＲＡＭ３２への記憶が完了すると、操舵制御部３０から故障診断用端末２１へその旨の情報が送られ、故障診断用端末２１の表示画面に操舵ハンドル１０を右方向へ回すように指示するガイダンスメッセージが表示されるとともに操舵制御部３０へ操舵角度をサンプリングするように指示が送られる。同様に、操舵ハンドル１０を右方向の回転限界位置まで回したら、故障診断用端末２１の図示しない「決定」ボタンを押す。「決定」ボタンが押されると、故障診断用端末２１から操舵制御部３０へ指示が送られ、現在の操舵角をＲＡＭ３２に記憶する。

操舵制御部３０では右方向の回転限界位置をＲＡＭ３２に記憶する際に操舵ハンドル１０の左右の回転操作の回数を更新し、該操作回数が所定の回数（例えば３回）を下回る場合には故障診断用端末２１に対して回転操作を継続する要求を送る。該操作回数が所定の回数に一致した場合には操作を終了する旨の信号を送るとともに、ＲＡＭ３２に記憶されている左右それぞれの操舵角の値の平均値を求め、それを回転限界位置としてＥＥＰＲＯＭ１９の所定の領域に記憶する。

図３を用いて、本発明のエンド当て保護制御処理について説明する。なお、この処理は電動パワーステアリング装置１が動作中に操舵制御プログラム３３ｐの他の処理とともに繰り返し行われる。操舵ハンドル１０が操舵されると、トルクセンサ１１がこれを検出し、アシスト信号発生部４２において、検出された操舵トルクに対応した基本アシスト信号（モータ１５への印加電流値）を出力する。

これとともに、操舵角判定部４６では、ＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている回転限界位置から所定角度手前の回転位置の角度（本発明の閾値）を求め、操舵角センサ１３により検出された操舵角が該手前の回転位置の角度（例えば、図４（ａ）のθ１）と一致した場合に、エンド当て保護制御信号発生部４７に対してエンド当て検出信号を出力する。

エンド当て保護制御信号発生部４７は、エンド当て検出信号と回転限界位置に基づき、モータ１５の慣性力も考慮して回転限界位置でモータ１５の回転が停止するようにアシスト信号に対するゲインを求め、これを補正信号として補正部４３に対して出力する。なお、図４（ａ）のように、このゲインは操舵ハンドル１０の現在位置と回転限界位置との角度差（即ち、操舵可能角度）によって変化する。つまり、操舵可能角度が少なくなるにつれてゲインも小さくなる。また、このゲインは、マップデータとしてＲＯＭ３３のデータ記憶領域３３ｂあるいはＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている。

補正部４３は、アシスト信号発生部４２からのアシスト信号に対して、車速センサ１７により検出される車両の速度，電流センサ８で検出されるモータ電流，および回転角センサ９で検出されるモータ回転角による補正を行ない、これをエンド当て保護制御信号発生部４７からの補正信号（ゲイン）を乗じて最終アシスト信号（実際にモータに印加する電流値）として出力する。

モータ制御信号発生手段４４は図１のモータドライバ１４に含まれ、最終アシスト信号に相当する制御信号（例えばＰＷＭディーティ信号，ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を出力し、モータ１５を駆動する。

エンド当て保護制御信号発生部４７における処理を以下のようにしてもよい。即ち、エンド当て検出信号と回転限界位置に基づき、モータ１５の慣性力も考慮して回転限界位置でモータ１５の回転が停止するようにアシスト信号（即ち、モータ印加電流）の上限値を求め、これを補正信号として補正部４３に対して出力する。なお、図４（ｂ）のように、この上限値は操舵ハンドル１０の現在位置と回転限界位置との角度差（即ち、操舵可能角度）によって変化する。つまり、操舵可能角度が少なくなるにつれて上限値も小さくなる。また、この上限値は、マップデータとしてＲＯＭ３３のデータ記憶領域３３ｂあるいはＥＥＰＲＯＭ１９に記憶されている。

操舵ハンドル１０の操舵速度ωによって回転限界位置から所定角度手前の回転位置の角度（閾値）を可変とする方法を採ってもよい。図４（ａ）の例では、操舵速度ω１，ω２，ω３の間にはω１＜ω２＜ω３という関係がある。操舵速度ωが速くなればエンド当て保護制御も早く開始する必要がある。よって、操舵可能角度θもθ１＜θ２＜θ３という関係となり、操舵速度ωが速くなれば操舵可能角度θの大きい段階からゲインを小さくする。よって、ゲインのマップデータも、操舵速度ωに応じて複数のマップデータが記憶され、検出された操舵速度ωに対応するゲインがマップデータとして記憶されていない場合は、操舵速度ωおよび操舵可能角度θを用いて周知の二次元補間等を行なって算出する。

図４（ｂ）のモータ印加電流上限値における操舵速度ωおよび操舵可能角度θの関係も上記と同様のため、詳細な説明を割愛する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の電動パワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図。回転限界位置を求める処理を説明するためのフロー図。エンド当て制御を説明するためのブロック図。操舵可能角度とゲインあるいはモータ電流上限値との関係を示す図。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
８電流センサ
９回転角センサ（操舵速度検出手段）
１０操舵ハンドル
１１トルクセンサ
１３操舵角センサ（操舵位置検出手段）
１５モータ
１７車速センサ
１９ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）
３０操舵制御部（演算手段，操舵補助トルク低減手段）

Claims

運転者の操舵ハンドル操作に基づいて、モータを通電駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両の電動パワーステアリング制御装置において、
前記操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段と、
検出した前記操舵ハンドルの操舵位置が、該操舵ハンドルの回転方向における回転限界位置に達したとき、その回転限界位置に相当する操舵位置を記憶する記憶手段と、
前記操舵位置および前記回転限界位置に相当する操舵位置とに基づいて前記操舵ハンドルの操舵可能量を演算する演算手段と、
前記操舵可能量が予め定められる閾値を下回る場合に前記操舵補助トルクの付与を低減する操舵補助トルク低減手段と、
を有することを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置。
前記操舵補助トルク低減手段は、前記操舵可能量に基づいて求められるゲインを前記モータに印加する電流値に乗ずるものである請求項１に記載の車両の電動パワーステアリング装置。
前記操舵補助トルク低減手段は、前記操舵可能量に基づいて前記モータに印加する電流値の上限値を設定するものである請求項１に記載の車両の電動パワーステアリング装置。
前記操舵ハンドルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段を有し、前記閾値は前記操舵速度に基づいて設定されるものである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両の電動パワーステアリング装置。