JP4407206B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、トルクセンサが出力した操舵トルク信号に応じて目標電流を定め、定めた目標電流に基づき、モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、操舵部材が操舵軸を介して連結された舵取機構に、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。トルクセンサは、操舵部材に連結された操舵軸の上部軸と下部軸とを、トーションバーにより連結し、操舵部材が回動されたときに、トーションバーの捩じれにより生じる上部軸と下部軸との回転位置のズレを検出し、操舵トルク信号として出力する。

特許文献１には、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与える操舵補助モータの電流値とから演算した電流制御値に基づいて操舵補助モータを制御し、操舵補助モータのトルクリップルを１０％以内に抑えるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置が開示されている。
特開２０００−２３８６５５号公報

操舵トルク信号には、操舵力を補助するモータのコギングトルク、フィードバック電流の検出精度、及びモータから舵取機構迄の機械的なばらつきにより、図３に示すように、周期的な脈動成分が生じており、これが操舵時の操舵部材に微振動を発生させるという問題がある。モータのコギングトルクについては、コギング周期に基づき脈動成分を相殺する方法が既に提案されているが、フィードバック電流の検出精度及び機械的なばらつきについては、未だ対策が無い現状である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、操舵トルク信号の脈動成分による舵輪の微振動を軽減出来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。

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検出し、操舵トルク信号を出力するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、前記トルクセンサが出力した操舵トルク信号に応じて目標電流を定め、定めた目標電流に基づき、前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、前記操舵角度センサが検出した操舵角度に対応させて、前記操舵トルク信号から脈動成分を検出する検出手段と、該検出手段が検出した脈動成分を相殺すべき電流を、前記目標電流に重畳させる手段とを備え、前記検出手段は、その電源がオンにされたときに、前記操舵角度センサが検出する操舵角度が所定範囲で変化すべく、前記モータを１又は複数の所定電流により駆動する駆動手段と、該駆動手段がモータを駆動する間、前記操舵部材に所定の回転抵抗力を与える抵抗付加手段と、前記駆動手段がモータを駆動する間、前記操舵トルク信号を前記操舵角度に対応させて記憶する手段と、該手段が記憶した操舵トルク信号から脈動成分を抽出する手段と、該手段が抽出した脈動成分を前記操舵角度に対応させて記憶する手段とを有することを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、トルクセンサが、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力し、操舵角度センサが、操舵部材の操舵角度を検出する。トルクセンサが出力した操舵トルク信号に応じて目標電流を定め、定めた目標電流に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御する。操舵角度センサが検出した操舵角度に対応させて、検出手段が、操舵トルク信号から脈動成分を検出し、重畳させる手段が、検出手段が検出した脈動成分を相殺すべき電流を、目標電流に重畳させる。
検出手段は、その電源がオンにされたときに、駆動手段が、操舵角度センサが検出する操舵角度が所定範囲で変化すべく、モータを１又は複数の所定電流により駆動する。駆動手段がモータを駆動する間、抵抗付加手段が、操舵部材に所定の回転抵抗力を与え、駆動手段がモータを駆動する間、記憶する手段が、操舵トルク信号を操舵角度に対応させて記憶する。抽出する手段が、その記憶した操舵トルク信号から脈動成分を抽出し、記憶する手段は、その抽出した脈動成分を操舵角度に対応させて記憶する。これにより、操舵トルク信号の脈動成分による操舵部材の微振動を軽減出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記抵抗付加手段は、前記電源がオフにされたときは、前記操舵部材を固定すべくなしてあることを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、抵抗付加手段は、その電源がオフにされたときは、操舵部材を固定するので、操舵トルク信号の脈動成分による操舵部材の微振動を軽減出来ると共に、不正な方法でエンジンを始動させても、電動パワーステアリング装置の電源がオンにされない限り、ハンドルはロックされたままとなり、盗難防止に役立てることが出来る。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルク信号の脈動成分による舵輪の微振動を軽減出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルク信号の脈動成分による舵輪の微振動を軽減出来ると共に、不正な方法でエンジンを始動させても、電動パワーステアリング装置の電源がオンにされない限り、ハンドルはロックされたままとなり、盗難防止に役立てることが出来る。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この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検出するトルクセンサ２１が出力した操舵トルク信号が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓが、スイッチ回路２２を通じて、関数発生部１２に与えられる。関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が出力し、インタフェース４がサンプリングした車速検出信号Ｖも与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク信号Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号Ｔの増加に従って目標電流値Ｉが比例的に増加し、さらに操舵トルク信号Ｔが所定値以上になると目標電流値Ｉが飽和するような関数が、車速検出信号Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速検出信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク信号Ｔに対する目標電流値Ｉの比が小となると共に、目標電流値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた目標電流値Ｉは加算器１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が出力し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク信号Ｔｓは、スイッチ回路２２を通じて、微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が出力し、インタフェース４によりサンプリングされた車速検出信号Ｖも与えられる。微分演算部１４は、操舵トルク信号Ｔｓを微分し、微分して得た操舵トルク信号Ｔｓ′に、車速検出信号Ｖに応じて定められた係数を乗じて、微分電流値Ｉｄとして加算器１３へ与え、モータ６及び図示しない舵取機構の慣性補償を行う。加算器１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４より与えられた目標電流値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄを加算し、その加算結果を減算器１５へ与える。

減算器１５には、操舵補助を行うモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出信号Ｉｓも与えられている。減算器１５は、加算器１３の加算結果からモータ電流検出信号Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。

この電動パワーステアリング装置の電源は、電源スイッチ回路２を通じてバッテリーＢから与えられる。電源スイッチ回路２がオンになると、自動転舵部８（駆動手段）が所定電流を加算器１３に与え始め（自動転舵）、自動転舵部８が所定電流を加算器１３に与えている間、ハンドル制御部１０が、ハンドルロック機構１１（抵抗付加手段）により、ハンドル（操舵部材；図示せず）に例えば摩擦力等の回転抵抗力を与える。

ハンドル制御部１０は、自動転舵部８が所定電流を加算器１３に与えなくなると、ハンドルロック機構１１による回転抵抗力を解除する。また、ハンドル制御部１０は、電源スイッチ回路２がオフになると、ハンドルロック機構１１により、ハンドルを固定（ロック）する。

自動転舵部８は、所定電流を加算器１３に与えている間、スイッチ回路２２をオフにし、その間のインタフェース２０からの操舵トルク信号Ｔｓは、トルクリップル演算記憶部９（検出手段）に与えられる。トルクリップル演算記憶部９（記憶する手段）は、ハンドルの操舵角度を検出する操舵角度センサ１８が出力し、インタフェース１９によりサンプリングされた操舵角度信号に対応させて、操舵トルク信号Ｔｓを記憶する。

尚、操舵角度センサ１８の代わりに、モータ６のロータ角度（ロータ位置）を検出するロータ角度センサを備え、インタフェース１９によりサンプリングされたロータ角度信号に対応させて、操舵トルク信号Ｔｓを記憶するようにしても良い。

インタフェース１９からの操舵角度信号は、自動転舵部８へも与えられ、自動転舵部８は、与えられた操舵角度信号が所定範囲で変化するように、所定電流を加算器１３に与える。所定範囲は、両側回転方向の操舵角度信号が取り得る全範囲、片側回転方向の操舵角度信号が取り得る範囲、又はそれらの範囲より狭い範囲の何れであっても良く、所定電流は、所定範囲が両側回転方向を含む場合は、プラスマイナスの電流値を取る。

トルクリップル演算記憶部９（抽出する手段、記憶する手段）は、自動転舵部８が自動転舵を終了すると、操舵角度信号に対応させて記憶した操舵トルク信号Ｔｓに含まれる脈動成分を抽出し、抽出した脈動成分を操舵角度信号に対応させて記憶する。

尚、抽出した脈動成分は、自動転舵中にハンドルに与えられるトルクが、本来とは逆方向であるので、モータから舵取機構迄におけるトルクが大のときは小となり、モータから舵取機構迄におけるトルクが小のときは大となる。つまり、抽出した脈動成分は、本来、脈動の山となるべきところが谷となり、脈動の谷となるべきところが山となっているので、本来の脈動成分を相殺する値となる。また、操舵角度信号の所定範囲が、両側回転方向の操舵角度信号が取り得る全範囲でない場合は、脈動成分の周期性を利用して、所定範囲外の脈動成分を補足する。

トルクリップル演算記憶部９は、記憶した脈動成分を、インタフェース１９からの操舵角度信号に応じて、換算部１７に与え、換算部１７は、与えられた脈動成分を電流値に換算して、加算器１３に与える。加算器１３（重畳させる手段）は、与えられた脈動成分の電流換算値を、目標電流値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄに加算（重畳）し、その加算結果を減算器１５へ与える。自動転舵部８、トルクリップル演算記憶部９、ハンドル制御部１０、関数発生部１２、微分演算部１４、加算器１３、減算器１５、モータ電圧演算部１６、換算部１７及びスイッチ回路２２は、制御部１を構成している。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。制御部１は、電源スイッチ回路２がオンになり始動すると、先ず、自動転舵部８が、スイッチ回路２２をオフにして、トルクセンサ２１の出力先を切り替える（Ｓ２）。次いで、自動転舵部８は、ハンドル制御部１０へ信号を与えて、ハンドルロック機構１１により、ハンドルに摩擦力（回転抵抗力）を与え始める（Ｓ４）。

次に、自動転舵部８は、加算器１３に所定電流値を与えて、自動転舵を開始させる（Ｓ６）。その際、加算器１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４からの目標電流値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄは与えられず、その与えられた所定電流値を減算器１５へ与える。減算器１５は、加算器１３からの所定電流値からモータ電流検出信号Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動し、舵取機構を駆動する。

トルクリップル演算記憶部９は、自動転舵部８が自動転舵させている間、操舵角度センサ１８が検出する操舵角度に対応させて、操舵トルク信号を記憶する（Ｓ８）。自動転舵部８は、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度が所定範囲を一巡すると、自動転舵を終了する（Ｓ１０）。次いで、ハンドル制御部１０により、ハンドルロック機構１１のハンドルへの摩擦力付加を終了させ（Ｓ１２）、スイッチ回路２２をオンにして、トルクセンサ２１の出力先を、通常運転時の関数発生部１２及び微分演算部１４へ切り替えて（Ｓ１４）、通常運転が可能な状態にする。

次に、トルクリップル演算記憶部９は、記憶している操舵トルク信号（Ｓ８）からトルクリップル成分（脈動成分）を抽出し（Ｓ１６）、操舵角度に対応させて記憶して（Ｓ１８）、トルクリップル測定を終了する。トルクリップル演算記憶部９は、トルクリップル成分（脈動成分）を抽出する際（Ｓ１６）、例えば、トルクリップル成分を正弦波に近似させて、
ａ×ｓｉｎ（ｂ×操舵角度＋ｃ） （但し、ａ；振幅、ｂ；周期、ｃ；位相） を求める。

トルクリップル測定が終了した後、トルクリップル演算記憶部９は、上述したように、記憶した脈動成分を、インタフェース１９からの操舵角度信号に応じて、換算部１７に与え、換算部１７は、与えられた脈動成分を電流値に換算して、加算器１３に与える。加算器１３は、与えられた脈動成分の電流換算値を、目標電流値Ｉ及び微分電流値Ｉｄに加算（重畳）し、その加算結果を減算器１５へ与える。

減算器１５は、加算器１３からの電流値からモータ電流検出信号Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与え、モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動し、舵取機構を駆動する。ハンドル制御部１０は、車両運転が終了し、電源スイッチ回路２がオフになると、ハンドルロック機構１１により、ハンドルを固定（ロック）する。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置の動作の例を示すフローチャートである。 電動パワーステアリング装置のトルクリップルの例を示す説明図である。

符号の説明

１ 制御部
２ 電源スイッチ回路
６ モータ
７ モータ電流検出回路
８ 自動転舵部（駆動手段）
９ トルクリップル演算記憶部（検出手段、抽出する手段、記憶する手段、重畳させる手段）
１０ ハンドル制御部
１１ ハンドルロック機構（抵抗付加手段）
１２ 関数発生部
１３ 加算器（重畳させる手段）
１５ 減算器
１６ モータ電圧演算部
１７ 換算部（重畳させる手段）
１８ 操舵角度センサ
２１ トルクセンサ
２２ スイッチ回路
Ｂ バッテリ（電源）

Claims (2)

1. 操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、前記トルクセンサが出力した操舵トルク信号に応じて目標電流を定め、定めた目標電流に基づき、前記モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵角度センサが検出した操舵角度に対応させて、前記操舵トルク信号から脈動成分を検出する検出手段と、該検出手段が検出した脈動成分を相殺すべき電流を、前記目標電流に重畳させる手段とを備え、前記検出手段は、その電源がオンにされたときに、前記操舵角度センサが検出する操舵角度が所定範囲で変化すべく、前記モータを１又は複数の所定電流により駆動する駆動手段と、該駆動手段がモータを駆動する間、前記操舵部材に所定の回転抵抗力を与える抵抗付加手段と、前記駆動手段がモータを駆動する間、前記操舵トルク信号を前記操舵角度に対応させて記憶する手段と、該手段が記憶した操舵トルク信号から脈動成分を抽出する手段と、該手段が抽出した脈動成分を前記操舵角度に対応させて記憶する手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記抵抗付加手段は、前記電源がオフにされたときは、前記操舵部材を固定すべくなしてある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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