JP4816024B2 - 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、与えられた車両の速度値、及び検出した操舵トルク値に基づき、操舵補助用のモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置、特に、検出した操舵トルクを補正する電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出器が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御している。

特許文献１には、所定のトルク安定時間継続して、トルクセンサの検出トルクが所定の中立点設定許容範囲に入ったときに、そのトルク安定時間内における検出トルクの最大値と最小値との平均値を求めて、その平均値をトルクセンサの中立の基準トルクとして設定することにより、その中立の基準トルクを自動的かつ適正に設定及び補正するパワーステアリング装置が記載されている。
実用新案登録第２５９４８６１号公報

電動パワーステアリング装置に使用されるトルク検出器には、温度変化及び製造上のバラツキにより、トルク０出力点にズレが生じることが多く、このズレは操舵フィーリングに及ぼす影響が大きい為、トルク０出力点の高精度の補正及び調整が必要であり、製造コストの上昇を招いているという問題がある。
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、製造コストの上昇を招くことなく、トルク検出器のトルク０出力点を高精度に補正する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。

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た操舵トルクを検出するトルク検出器と、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備え、与えられた車両の速度値、及び前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記車両の速度値、及び前記操舵角検出手段が検出した操舵角値に基づき、車両が直進走行状態であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が直進走行状態であると判定しているときに、前記操舵トルク値の第１時間毎の平均値を演算し更新する演算更新手段と、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値から、前記演算更新手段が演算し更新した平均値を減算する減算手段とを備え、前記判定手段は、前記速度値が所定速度値以上であり、前記操舵角値が所定角度値以内であるときに直進走行状態であると判定し、前記演算更新手段は、前記判定手段が直進走行状態であると第２時間連続して判定しているときに、前記平均値を演算して更新し、前記減算手段の減算結果に基づき、前記モータを駆動するように構成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よれば、車両の速度値が所定速度値以上であり、操舵角値が所定角度値以内であるときに直進走行状態であると第２時間連続して判定しているときに、操舵トルク値の平均値を演算し更新するので、トルク検出器のトルク０出力点に対する温度特性などの動作時の特性変化の影響を打ち消すことができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
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構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為のステアリングホイール２７（操舵部材）と、ステアリングホイール２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の回転を減速歯車機構１７を介して舵取機構２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ６の駆動回路５を制御する制御装置１とを備えている。

ステアリングホイール２７には、その回転角を検出する操舵角センサ（操舵角検出器）１８が設けられ、操舵角センサ１８が検出した操舵角は制御装置１に与えられる。ステアリングホイール２７は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段２４は、入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０と、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構２３，２３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。

入力軸２６の周りには、ステアリングホイール２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ（トルク検出器）２１が配置されており、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づいて、制御装置１が駆動回路５を制御するように構成してある。
減速歯車機構１７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ６の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構２３，２３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づき、制御装置１が駆動回路５を制御してモータ６を駆動し、モータ６の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取り操作の為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す制御装置１の要部構成を示すブロック図である。この制御装置１は、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値が、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値Ｔが、制御装置１の減算手段１０及び補正部（演算更新手段）８に与えられる。補正部８は、与えられた操舵トルク値Ｔ、後述する操舵角値θ及び車速値Ｖに基づき、操舵トルク値Ｔを補正する為のトルク補正値Ｔａを演算して更新し、減算手段（減算する手段）１０に与える。
減算手段１０は、操舵トルク値Ｔからトルク補正値Ｔａを減算して補正し、その補正後の操舵トルク値Ｔｃを制御装置１の関数発生部１２に与える。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が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値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、補正後の操舵トルク値Ｔｃが所定の不感帯を超えると、操舵トルク値Ｔｃの増加に従って目標電流値Ｉが比例的に増加し、さらに操舵トルク値Ｔｃ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、車速値Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク値Ｔｃ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は加算手段１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が検出し、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値Ｔは、制御装置１の微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖも与えられる。
微分演算部１４は、操舵トルク値Ｔを微分し、微分して得た操舵トルク値Ｔ′に、車速値Ｖに応じて定められた係数を乗じて、微分電流値Ｉｄとして加算手段１３へ与え、モータ６及び舵取機構２３，２３（図１）の慣性補償を行う。

加算手段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Ｉｃを減算手段１５へ与える。
操舵角センサ１８が検出した操舵角は、インタフェース１９によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵角値θが、制御装置１内の補正部８に与えられる。補正部８には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖも与えられる。

減算手段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値Ｉｓも与えられている。減算手段１５は、加算手段１３の目標電流値Ｉ及び微分電流値Ｉｄの加算結果Ｉｃからモータ電流検出値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（Proportional Integral Derivative）演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ（Pulse Width Modulation）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。
この操舵装置の電源は、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。

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操舵補助動作を、それを示す図３，４のフローチャート及び図５のタイミングチャートを参照しながら説明する。
尚、電動パワーステアリング装置の起動時に、フラグＦ及びパラメータ類Ｔａ，Ｃ（直進カウンタのカウント値），Ｔｔ（トルク積算値）は初期化されるものとする。
制御装置１は、先ず、トルクセンサ２１が検出し、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値Ｔを、補正部８で読込み（Ｓ２）、次いで、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖを、補正部８で読込む（Ｓ４）。

制御装置１は、次に、以前のサンプリング周期において補正部８で演算してある（又は初期化されている）トルク補正値Ｔａを、補正減算手段１０で操舵トルク値Ｔから減算して、操舵トルク値Ｔを補正する（Ｓ６）。次いで、補正後の操舵トルク値Ｔｃ及び車速値Ｖに基づき、関数発生部１２で目標電流値Ｉを決定する（Ｓ８）。
制御装置１は、次に、加算手段１３で目標電流値Ｉに微分演算部１４より与えられた微分電流値Ｉｄを加算して補正し、モータ６及び舵取機構２３，２３（図１）の慣性補償を行う（Ｓ１０）。

制御装置１は、次に、モータ電流検出回路７からモータ電流信号Ｉｓを読込み（Ｓ１２）、慣性補償した（Ｓ１０）目標電流値Ｉｃと読込んだ（Ｓ１２）モータ電流信号Ｉｓとの差を、減算手段１５で演算して、電流指令値を決定する（Ｓ１４）。次いで、モータ電圧演算部１６で、その電流指令値に応じた電圧指令値（ＰＷＭ指令値）及び回転方向を決定し（Ｓ１６）、決定した電圧指令値及び回転方向の指示信号をモータ駆動回路５へ与える（Ｓ１８）。
制御装置１は、次に、補正部８で、トルク補正値Ｔａを演算して（Ｓ２０）リターンする。

補正部８は、トルク補正値演算に際して、先ず、操舵角値θを読込み（Ｓ２２）、次いで、読込んである車速値Ｖ（Ｓ４）が、所定速度値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを判定する（Ｓ２４）。車速値Ｖが所定速度値以上であれば（Ｓ２４；ＹＥＳ）、操舵角値θが、図５（ａ）に示すように中立付近であり所定角値以内（例えば、右回転方向を＋方向として、−５°≦θ≦＋５°）であるか否かを判定する（Ｓ２６）ことにより、車両が直進走行状態であるか否かを判定する。
補正部８は、操舵角値θが所定角度値以内であれば（Ｓ２６；ＹＥＳ）、読込んだ操舵トルク値Ｔ（Ｓ２）が所定トルク値以内であるか否かを判定し（Ｓ２７）、所定トルク値以内であれば（Ｓ２７；ＹＥＳ）、直進カウンタのカウント値Ｃ（図５（ｃ））に１を加算する（Ｓ２８）。次いで、フラグ（トルクサンプルフラグ（図５（ｄ）））Ｆが１であるか否かを判定する（Ｓ３０）。

補正部８は、フラグＦが１でなければ（Ｓ３０；ＮＯ）、カウント値Ｃが所定値Ｎであるか否かを判定する（Ｓ３２）。所定値Ｎは、直進走行状態が瞬間的に偶然生じたものか否かを見極める為の連続時間に相当し、また、直進走行状態が連続するときの、操舵トルク値Ｔの平均値を演算する為の単位時間に相当するカウント値である。
補正部８は、カウント値Ｃが所定値Ｎであれば（Ｓ３２；ＹＥＳ）、直進走行状態であると判定して、フラグＦを１とし（Ｓ３４）、次いで、トルク積算値Ｔｔに、読込んだ操舵トルク値Ｔ（Ｓ２）（図５（ｂ））を加算し（Ｓ３６）リターンする。カウント値Ｃが所定値Ｎでなければ（Ｓ３２；ＮＯ）、そのままリターンする。

補正部８は、フラグＦが１であれば（Ｓ３０；ＹＥＳ）、トルク積算値Ｔｔに、読込んだ操舵トルク値Ｔ（Ｓ２）を加算し（Ｓ３８）、次いで、カウント値ＣがｎＮ（ｎは正整数）であるか否かを判定する（Ｓ４０）。
尚、直進走行状態が連続するときの、操舵トルク値Ｔの平均値を演算する為の単位時間に相当するカウント値は、Ｎ１（Ｎ１≠Ｎ）であっても良く、その場合は、カウント値Ｃ＝ｎＮ１＋Ｎ（ｎは正整数）であるか否かを判定する（（Ｓ４０））。

補正部８は、カウント値ＣがｎＮであれば（Ｓ４０；ＹＥＳ）、Ｔａ＝Ｔｔ／Ｎを演算して、カウント値Ｎに相当する時間のトルク平均値（図５（ｅ））を算出して、トルク補正値Ｔａ（図５（ｆ））とし（Ｓ４２）、次いで、トルク積算値Ｔｔを０にして（リセットして）（Ｓ４４）リターンする。
補正部８は、車速値Ｖが、所定速度値以上でないとき（Ｓ２４；ＮＯ）、操舵角値θが所定角度値以内でないとき（Ｓ２６；ＮＯ）、又は操舵トルク値Ｔが所定トルク値以内でないとき（Ｓ２７；ＮＯ）、直進カウンタのカウント値Ｃを０にし（Ｓ４６）、フラグＦを０にし（Ｓ４８）、トルク積算値Ｔｔを０にして（Ｓ５０）リターンする。

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構成を示す模式図である。 図１に示す制御装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助動作中のトルク補正値演算動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 制御装置
３ 車速センサ
５ モータ駆動回路
６ モータ
８ 補正部（演算更新手段）
１０ 減算手段（減算する手段）
１２ 関数発生部
１３ 加算手段
１５ 減算手段
１６ モータ電圧演算部
１８ 操舵角センサ（操舵角検出器）
２１ トルクセンサ（トルク検出器）
２３ 舵取機構
２７ ステアリングホイール（操舵部材）
３１ ピニオン軸
３２ ラック軸

Claims (1)

1. 操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段とを備え、与えられた車両の速度値、及び前記トルク検出器が検出した操舵トルク値に基づき、前記モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   前記車両の速度値、及び前記操舵角検出手段が検出した操舵角値に基づき、車両が直進走行状態であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が直進走行状態であると判定しているときに、前記操舵トルク値の第１時間毎の平均値を演算し更新する演算更新手段と、前記トルク検出器が検出した操舵トルク値から、前記演算更新手段が演算し更新した平均値を減算する減算手段とを備え、前記判定手段は、前記速度値が所定速度値以上であり、前記操舵角値が所定角度値以内であるときに直進走行状態であると判定し、前記演算更新手段は、前記判定手段が直進走行状態であると第２時間連続して判定しているときに、前記平均値を演算して更新し、前記減算手段の減算結果に基づき、前記モータを駆動するように構成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。

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