JP4774740B2

JP4774740B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4774740B2
Application number: JP2005001928A
Authority: JP
Inventors: 祐樹松岡
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: JP2006188157A; EP1679246A2; DE602006001207D1; EP1679246B1; EP1679246A3; US7444217B2; US20060184298A1

Description

本発明は、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて駆動制御されるモータの回転力により操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に設けられたトルクセンサが用いられている。

このような電動パワーステアリング装置においては、前記トルクセンサがフェイル状態にある場合、該トルクセンサによる誤ったトルク検出値に基づいて駆動制御されるモータによる操舵補助力の付加が操舵を不安定にするという問題がある。そこで従来から、同一の構成を有する２つのトルクセンサをステアリング軸の中途に並設し、一方のトルクセンサ（メイントルクセンサ）によるトルク検出値を操舵補助用のモータの駆動制御に用いる一方、他方のトルクセンサ（サブトルクセンサ）によるトルク検出値をメイントルクセンサのフェイル判定用として用い、両トルクセンサによるトルク検出値の偏差が予め設定されたしきい値を超えたとき、メイントルクセンサがフェイル状態にあると判定して、操舵補助用のモータの駆動制御（アシスト制御）を禁止することにより不安定な操舵の発生を未然に防止するようにしている。

以上のフェイル判定は、メイン及びサブトルクセンサによるトルク検出値が同一のトルク入力に対して一致している場合には正確になされるが、両トルクセンサには、例えば、構成部品の寸法誤差、組付け時における位置決め誤差等に起因する不可避の特性差が存在する。そこで従来から、電動パワーステアリング装置の組立て後、所定の試験トルクを付加してメイン及びサブトルクセンサによるトルク検出値を求め、両検出値の偏差をフェイル判定に用いるしきい値として使用することにより特性差を相殺し、フェイル判定精度の向上を図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３２４２５４号公報

ところが、この試験が実施される組立てラインには、各種のノイズ等、検出に影響を及ぼす多くの外乱要因が存在しており、このような環境下にて得られるトルク検出値に基づいて前述したしきい値の設定が誤ってなされ、このしきい値を基準として行われるフェイル判定の精度が逆に低下することとなり、誤ったアシスト制御が実施されて操舵安定性の低下を引き起こす虞れがある。

また、前述の如く設定されるしきい値は、一般的に、アシスト制御用のＥＣＵに備えられたＥＥＰＲＯＭ等のメモリーＩＣに書き込み記憶させておき、イグニッションキーのオン操作に応じてなされる前記ＥＣＵの起動の都度読み出して使用されるが、この書き込み又は読み出しにミスが生じる場合があり、これらの場合にも、誤ったしきい値に基づくフェイル判定がなされ、操舵安定性の低下を引き起こす虞れがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、外乱環境下においても可及的に正確なしきい値の設定が可能であり、また設定されたしきい値の書き込み及び読み出しミスを排除することができ、このしきい値を基準とするフェイル判定を高精度に行わせ、操舵安定性の低下を引き起こさずに良好なアシスト制御を行わせ得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。

本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る操舵トルクを検出する第１，第２のトルクセンサを備え、第１のトルクセンサのトルク検出値に基づいて操舵補助用のモータを駆動制御するアシスト制御動作の間に、第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の偏差と、予め設定されたしきい値との比較結果に基づいて第１のトルクセンサのフェイルの有無を判定するフェイル判定動作を行う電動パワーステアリング装置において、所定の操舵トルクが付加された状態での前記第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の偏差を所定回数算出する偏差算出手段と、該偏差算出手段による算出結果の平均値を算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段により算出された平均値に基づいて前記しきい値を補正するしきい値補正手段とを備えることを特徴とし、また前記しきい値補正手段が、前記平均値算出手段により算出された平均値を予め定めた上限偏差と比較し、該上限偏差未満の平均値のみを前記しきい値の補正に使用することを特徴とする。

また本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記平均値算出手段により算出された平均値を異なる形式にて書き込みがなされた複数の値として記憶する記憶手段を備え、前記しきい値補正手段は、前記記憶手段から読み出された記憶値に基づいて前記しきい値の補正を行うようにしてあることを特徴とし、更に、前記しきい値補正手段が、前記記憶手段から読み出された複数の記憶値の相互比較、及び前記複数の記憶値と前記上限偏差との比較を実施し、前記複数の記憶値が相互に一致しており、一致した記憶値が前記上限偏差未満の場合、該記憶値に基づく前記しきい値の補正を行うようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、所定の操舵トルクが付加された状態での第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の偏差を所定回数算出し、この算出値の平均値を求め、この平均値を用いてしきい値を補正するから、外乱に起因して発生する偏差が相殺され、第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の間に生じている実偏差を正確に求めることができ、この実偏差に基づいて補正されたしきい値の使用により高精度のフェイル判定が可能となる。また前記平均値が上限偏差以上であるときには、しきい値の補正を実施しないから、平均値の演算ミスの発生を補償することができ、誤ったアシスト制御の実施による操舵安定性の低下を未然に防止することが可能となる。なお、所定の操舵トルクは零を含む。

また本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、算出された平均値を異なる形式にて書き込み記憶させ、フェイル判定動作の開始時に読み出して使用するから、更に読み出された複数の記憶値が一致していない場合、また一致していても上限偏差以上である場合には、しきい値の補正を実施しないから、書き込み及び読み出しミスを排除した正確なしきい値の設定が可能となり、誤ったアシスト制御の実施による操舵安定性の低下をより確実に防止することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。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示す模式図である。なお本図においては、ラックピニオン式の舵取機構を備える車両への適用例が示されているが、本発明は、ボールねじ式の舵取機構等、他の形式の舵取機構を備える車両への適用も可能であることは言うまでもない。

ラックピニオン式の舵取機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備えてなり、ラックハウジング10の両側外部に突出するラック軸１の両端を各別のタイロッド11，11を介して左右の操舵用の車輪（一般的には前輪）12，12に連結し、また、ピニオンハウジング20の外部に突出するピニオン軸２の上端を、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結してなる公知の構成を有している。

ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。またステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング31を介して図示しない車室の内部に、前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されており、コラムハウジング31の下方への突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール30が同軸をなして固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部に置いてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、この移動により、左右の操舵用の車輪12，12が各別のタイロッド11，11を介して押し引きされて操舵が行われる。

更に、ステアリング軸３を支持するコラムハウジング31の中途には、ステアリングホイール30の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出する第１，第２のトルクセンサ（メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５）が並設されており、これらよりも下位置に操舵補助用のモータ６が取付けてある。

メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５は、検出対象となるステアリング軸３を上下の２軸に分割し、これら２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵トルクの作用によるトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる相対角変位を適宜の手段により検出する構成となっている。

この種のトルクセンサは、前記変位の検出手段の構成を変えて種々実用化されており、メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５は、同一の検出手段を備え、操舵トルクの作用により生じる前記２軸の相対角変位に応じて基本的に同一の出力（トルク検出値）が得られるように構成されている。

また操舵補助用のモータ６は、コラムハウジング31の外側に軸心を略直交させて取り付けてあり、例えば、コラムハウジング31の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ６の回転が、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えられるように伝動構成されている。この構成によれば、操舵補助用のモータ６の回転は、ステアリング軸３に減速伝動され、該ステアリング軸３の下端に連設されたピニオン軸２に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。

なお、操舵補助用のモータ６の取付け位置は、図示の位置に限らず、操舵トルクの検出がなされる第１，第２のトルクセンサ４，５よりも下であれば、ステアリング軸３、ピニオン軸２又はラック軸１に伝動構成して適宜の位置に取付けることができる。ラック軸１に伝動構成する場合、モータ６の回転をラック軸１の軸長方向の移動に変換する運動変換手段が必要であることは言うまでもない。

操舵補助用のモータ６は、アシスト制御部７から図示しない駆動回路を介して与えられる動作指令に従って駆動される。アシスト制御部７には、メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５のトルク検出値が入力として与えられており、また車両の各部に配した走行状態センサ８から、車速、横加速度、ヨーレート等、操舵に影響を与える走行状態の検出結果が与えられている。

アシスト制御部７は、メイントルクセンサ４のトルク検出値を用いてステアリング軸３に加わる操舵トルクを算出し、この算出結果を制御マップに適用して必要な操舵補助力を決定し、この操舵補助力を発生すべくモータ６に動作指令を発し、該モータ６を駆動制御するアシスト制御動作を行う。前記制御マップは、車速に応じて複数準備されており、走行状態センサ８から与えられる車速の検出結果に基づいて選定されて使用される。また横加速度及びヨーレートは、決定された操舵補助力の補正に用いられる。なお、このようなアシスト制御動作については従来から種々の提案がなされており、アシスト制御部７は、これらのアシスト制御動作を適宜に実施することができる。

サブトルクセンサ５によるトルク検出値は、メイントルクセンサ４のフェイル判定に用いられる。本発明に係る電動パワーステアリング装置の特徴は、このフェイル判定動作、より詳しくは、フェイル判定に使用するしきい値の設定手順にある。以下、このしきい値設定手順について説明する。

図２は、アシスト制御部７のブロック図である。アシスト制御部７は、内部バス7aにより相互に接続されたＣＰＵ70、ＲＯＭ71及びＲＡＭ72を備え、ＲＯＭ71に記憶された制御手順に従うＣＰＵ70の動作により前述したアシスト制御動作を行うＥＣＵとして構成されており、このアシスト制御動作に用いる各種の定数、及び以下に示すフェイル判定動作に用いる補正値を外部からの書き込みにより記憶するＥＥＰＲＯＭ73を備えている。メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５のトルク検出値は、入力インターフェイス4a，5aを介してアシスト制御部７に入力されている。

図３は、しきい値の設定に使用する補正値の決定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５の組み付け完了後の検査工程において、所定の操舵トルク（零を含む）を付加した状態で実施され、まず、メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５のトルク検出値を取り込み（ステップＳ１）、これらのトルク検出値の偏差Ｔを算出する（ステップＳ２）。次に、算出されたトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜を予め設定された上限偏差Ｔ_max（＞０）と比較し（ステップＳ３）、トルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜がＴ_max以上である場合には、ステップＳ１にて取り込まれたトルク検出値に異常があると判定し、以下のステップに進むことなく処理を終了する。

前述の如くメイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５は、同一構成を有するトルクセンサであり、共通の試験トルクの付加時におけるトルク検出値は本来同一となるべきであるが、実際のトルク検出値には、夫々の構成部品の寸法誤差、夫々の組み付け誤差の影響による個体差が発生する。本発明におけるしきい値の設定は、このように発生するトルク検出値の個体差を相殺するためになされるものであるが、この個体差は大きくはない。ステップＳ３での比較は、外乱ノイズの影響、メイントルクセンサ４又はサブトルクセンサ５の故障等、前記寸法誤差及び組み付け誤差以外の原因による誤検出値を排除するために行われる。

ステップＳ３において比較に用いる上限偏差Ｔ_maxは、寸法誤差及び組み付け誤差の影響により発生すると考えられるトルク偏差の上限値として予め設定されており、ステップＳ３での比較により現状のトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜が上限偏差Ｔ_max以上であると判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）、このトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜は個体差によるものではないと判定することができる。なお、ステップＳ３での判定の結果として処理を終えた場合、補正値決定の失敗を、例えば、ランプの点灯、報知音の発生等により作業者に報知して、再試行又は原因の究明を促すようにするのが望ましい。

一方、ステップＳ３での判定により、算出されたトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜が上限偏差Ｔ_max未満であると判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、次に、トルク偏差の算出回数が予め設定された所定回数（Ｎ回）に達したか否かを判定し（ステップＳ４）、所定回数に達していない場合（Ｓ４：ＮＯ）には、ステップＳ１に戻り、トルク検出値の取り込み、及びトルク偏差Ｔの算出を繰り返す。一方所定回数に達したと判定され、上限偏差Ｔ_max未満のトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜の算出値が所定数（Ｎ個）得られた場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、次いでこれらのトルク偏差Ｔの平均値Ｔ_aveを演算し（ステップＳ５）、演算された平均値の絶対値｜Ｔ_ave｜を前記上限偏差Ｔ_maxと比較して（ステップＳ６）、上限偏差Ｔ_max未満である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、この平均値Ｔ_aveを補正値として決定し、ＥＥＰＲＯＭ73への書き込みを行って（ステップＳ７）、一連の補正値の決定処理を終了する。

このようにトルク偏差Ｔの絶対値｜Ｔ｜の算出を複数回繰り返し、得られた算出値の平均値Ｔ_aveを演算するから、各回のトルク検出値に含まれる微小な誤差成分が相殺されることとなり、前記平均値Ｔ_aveは、寸法誤差及び組み付け誤差に起因してメイントルクセンサ４とサブトルクセンサ５との間に発生するトルク検出値の実偏差に正確に対応するものとなる。

ステップＳ６における上限偏差Ｔ_maxの比較は、ステップＳ５における平均値Ｔ_aveの演算ミスの発生を補償するために実施されるものであり、この比較によりＴ_max以上であると判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）には、演算された平均値Ｔ_aveの補正値としての書き込みを行うことなく処理を終了する。この場合においても、適宜の報知手段により報知し、再試行又は原因の究明を促すようにするのが望ましい。

ステップＳ７におけるＥＥＰＲＯＭ73への書き込みは、異なる書き込み形式にて複数回行われる。例えば、演算された平均値Ｔ_aveのそのままの値、奇数ビット反転値及び偶数ビットの反転値の３値の書き込みを行わせることができ、これにより、書き込み処理のミスを補償することが可能となる。

図４は、フェイル判定動作の手順を示すフローチャートである。このフェイル判定動作は、例えば、イグニッションキーのオン操作による電源供給に応じて、ＥＣＵとして構成されたアシスト制御部７が起動されることをトリガとして開始され、まずＣＰＵ70は、ＥＥＰＲＯＭ73に記憶されている平均値Ｔ_ave（補正値）を読み込み（ステップＳ11）、次いで読み出しチェックを行う（ステップＳ12）。

ステップＳ11における平均値Ｔ_aveの読み込みは、ＥＥＰＲＯＭ73に記憶されている３値に対して行われる。ステップＳ12における読み出しチェックは、読み込まれた３値が一致しているか否かを調べる処理であり、一致していない場合（Ｓ12：ＮＯ）、読み込みミスが発生したと判定してステップＳ16に進み、フェイル確定動作を行う。

ステップＳ12の読み出しチェックにおいて問題なしと判定された場合（Ｓ12：ＹＥＳ）、次いで、読み込まれた平均値Ｔ_aveの絶対値｜Ｔ_ave｜を前記上限偏差Ｔ_maxと比較し（ステップＳ13）、この比較によりＴ_max以上であると判定された場合（Ｓ13：ＮＯ）にも読み込みミスが発生したと判定し、ステップＳ16に進んでフェイル確定動作を行う。ステップＳ13の判定は、３値の全ての読み込みにミスが生じた場合に必要なものであり、ステップＳ12及びステップＳ13の判定により、読み込みミスに起因する誤ったしきい値の設定がなされることを防止することができる。

なお、ステップＳ16におけるフェイル確定動作とは、以下に示すしきい値の設定、及びこのしきい値に基づくフェイル判定動作を禁止する動作であり、同時に前述したアシスト制御動作も禁止するのが望ましい。またこのフェイル判定動作においては、例えば、ランプの点灯、報知音の発生等の手段により操舵補助が行えないことを運転者に報知するのが望ましい。更に、ステップＳ12においては、３値の内の２値が一致している場合、多数決原理により一致した２値を採用して以下のステップを実行するようにしてもよい。

ステップＳ12及びステップＳ13の判定に合格した場合、読み込まれた平均値Ｔ_aveが正しい値であると判定し、これを補正値としてＲＡＭ72に格納し（ステップＳ14）、フェイル判定動作を開始する（ステップＳ15）。フェイル判定動作は、メイントルクセンサ４及びサブトルクセンサ５によるトルク検出値を適宜のサンプリング周期にて取り込み、これらの偏差の絶対値が予め設定されたしきい値（＞０）を超えたとき、メイントルクセンサ４がフェイル状態にあると判定して、このメイントルクセンサ４のトルク検出値を用いて前述の如く行われるアシスト制御を禁止する公知の動作であり、誤ったアシスト制御による不安定な操舵の発生を未然に防止すべくアシスト制御動作に並行して繰り返し実行される。

このようなフェイル判定動作においてＣＰＵ70は、フェイル判定に用いるしきい値を、ＲＡＭ72に格納された補正値を用いて補正して用いる。この補正は、最も簡単には、予め設定されたしきい値に前記補正値（Ｔ_ave）を加算することによりなされる。この補正値は、寸法誤差及び組み付け誤差に起因してメイントルクセンサ４のトルク検出値とサブトルクセンサ５のトルク検出値との間に発生する実偏差に正確に対応しており、このような補正値により補正されたしきい値を用いることにより、メイントルクセンサ４のフェイル判定を高精度に行わせることが可能となる。

なおしきい値の補正は、前記補正値（Ｔ_ave）に所定のゲインを乗じた値をしきい値とする等、適宜に実施することができる。

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模式図である。アシスト制御部のブロック図である。しきい値の設定に使用する補正値の決定処理の手順を示すフローチャートである。フェイル判定動作の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

４メイントルクセンサ（第１のトルクセンサ）
５サブトルクセンサ（第２のトルクセンサ）
６モータ
７アシスト制御部
30 ステアリングホイール（操舵部材）

Claims

操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する第１，第２のトルクセンサを備え、第１のトルクセンサのトルク検出値に基づいて操舵補助用のモータを駆動制御するアシスト制御動作の間に、第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の偏差と、予め設定されたしきい値との比較結果に基づいて第１のトルクセンサのフェイルの有無を判定するフェイル判定動作を行う電動パワーステアリング装置において、
所定の操舵トルクが付加された状態での前記第１，第２のトルクセンサのトルク検出値の偏差を所定回数算出する偏差算出手段と、
該偏差算出手段による算出結果の平均値を算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段により算出された平均値に基づいて前記しきい値を補正するしきい値補正手段と
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記しきい値補正手段は、前記平均値算出手段により算出された平均値を予め定めた上限偏差と比較し、該上限偏差未満の平均値のみを前記しきい値の補正に使用する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記平均値算出手段により算出された平均値を異なる形式にて書き込みがなされた複数の値として記憶する記憶手段を備え、前記しきい値補正手段は、前記記憶手段から読み出された記憶値に基づいて前記しきい値の補正を行うようにしてある請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記しきい値補正手段は、前記記憶手段から読み出された複数の記憶値の相互比較、及び前記複数の記憶値と前記上限偏差との比較を実施し、前記複数の記憶値が相互に一致しており、一致した記憶値が前記上限偏差未満の場合、該記憶値に基づく前記しきい値の補正を行うようにしてある請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。