JP4835148B2

JP4835148B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4835148B2
Application number: JP2005365457A
Authority: JP
Inventors: 正美仲
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: JP2007168497A

Description

本発明は、車両の操舵部材に加えられた操舵トルク値を検出し、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と共に、操舵トルク値に基づき、車両の直進安定性が正常であるか否かを判定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、運転者の操舵により連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサ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するものである。
操向車輪には、ステアリングの操作性及び直進安定性を高める為に、車体に対して各方向へ若干角度を付けて取付けるホイールアライメント（車輪整列）が施されている。

特許文献１には、トルクセンサによって検出された操舵トルク検出値が、基準操舵トルク値よりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に、左右の前輪の何れかのタイヤの空気圧に異常が生じていると判定するパワーステアリング装置が開示されている。
特開平１１−５９４６６号公報

従来は、ホイールアライメントの調整ずれによる直進安定性の異常を、走行中に検出することはできなかった。また、タイヤ空気圧の左右差の異常は、タイヤ空気圧の異常を検知する機能を搭載した車両でなければ、運転者は知ることができなかった。
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、ホイールアライメントの調整ずれ、又はタイヤ空気圧の左右差等に起因する直進安定性の異常を、運転者が知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。

例えば、タイヤの空気圧の左右差の異常、及びホイールアライメントの調整ずれにより、直進安定性が悪化した車両では、操舵トルク値が不感帯内（ハンドルのニュートラル位置付近）に含まれている時間が極端に減少し、また、直進走行状態において、常に右又は左に偏って微操舵されている時間が増加する。その為、直進走行状態における操舵トルク値を任意の時間積算すれば、左右差が大きくなり、また、操舵トルク値が不感帯内に含まれているときの積算時間は、正常時と比較して極端に短くなる。従って、これらを利用すれば、車両の直進安定性の悪化を検知することができる。

第１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値の一方向を正、他方向を負として、前記操舵トルク値を検出し、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と共に、前記操舵トルク値に基づき、前記車両の直進安定性が正常であるか否かを判定する電動パワーステアリング装置であって、所定期間を計時する手段と、該手段が計時する所定期間、絶対値が所定トルク値以下の前記操舵トルク値を積算する積算手段と、該積算手段が前記所定期間積算した操舵トルク値の絶対値が、所定の積算トルク値以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定の積算トルク値以上であると判定したときに、前記車両の直進安定性が正常でないと警告する手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の速度を検出する手段と、該手段が検出した車速が所定速度以上であるか否かを判定する手段とを更に備え、前記積算手段は、該手段が前記所定速度以上であると判定したときに、積算するように構成してあることを特徴とする。

第３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値を検出し、検出した操舵トルク値が不感帯内に含まれていないときに、該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と共に、前記操舵トルク値に基づき、前記車両の直進安定性が正常であるか否かを判定する電動パワーステアリング装置であって、所定期間を計時する第１計時手段と、該第１計時手段が計時する所定期間、前記操舵トルク値が前記不感帯内に含まれている時間を計時する第２計時手段と、該第２計時手段が前記所定期間計時した時間が、該所定期間より短い所定時間以下であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以下であると判定したときに、前記車両の直進安定性が正常でないと警告する手段とを備えることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、一方向を正、他方向を負として、操舵トルク値を検出し、所定期間、絶対値が所定トルク値以下の操舵トルク値を積算し、積算した操舵トルク値の絶対値が、所定の積算トルク値以上であるか否かを判定し、所定の積算トルク値以上であると判定したときに、車両の直進安定性が正常でないと警告するので、ホイールアライメントの調整ずれ、又はタイヤ空気圧の左右差等に起因する直進安定性の異常を、運転者が知ることができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車両の速度を検出し、検出した車速が所定速度以上であるか否かを判定して、所定速度以上であると判定したときに、絶対値が所定トルク値以下の操舵トルク値を積算するので、より確実に、直進走行時を特定することができ、ホイールアライメントの調整ずれ、又はタイヤ空気圧の左右差等に起因する直進安定性の異常を、運転者が知ることができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、所定期間、操舵トルク値が不感帯内に含まれている時間を計時し、その計時した時間が、所定時間以下であるか否かを判定し、所定時間以下であると判定したときに、車両の直進安定性が正常でないと警告するので、ホイールアライメントの調整ずれ、又はタイヤ空気圧の左右差等に起因する直進安定性の異常を、運転者が知ることができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

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。
（実施の形態１）
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１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操舵部材２７（ステアリングホイール）と、操舵部材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。操舵部材２７は、入力軸２６に連結されている。尚、駆動回路５は、制御装置１に内蔵されていても良い。

伝動手段２４は、入力軸２６にトーションバー（図示せず）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（図示せず）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（図示せず）を介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１の端部に設けられた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、操舵部材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、操舵部材２７（ステアリングホイール）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を軸長方向へ往復動させ、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、舵取りの為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置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、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が、制御装置１の関数発生部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が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値も与えられている。

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の増加に従って電流指示値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電流指示値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Ｔに対する電流指示値Ｉの比が小となると共に、電流指示値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた電流指示値は加算手段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も与えられる。微分演算部１４は、操舵トルク値を微分し、微分して得た操舵トルク値に、車速値に応じて定められた係数を乗じて、微分電流値として加算手段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より与えられた電流指示値及び前記微分電流値を加算し、その加算結果を減算手段１５へ与える。

操舵トルク値及び車速値は制御部８にも与えられ、制御部８は、操舵トルク値及び車速値に基づき、車両の直進安定性が正常であるか否かを判定し、正常でないと判定したときは、警告部９へ警告信号を出力し、警告部９に直進安定性が異常であるとする警告を出力させる。

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も与えられている。減算手段１５は、加算手段１３の電流指示値及び微分電流値の加算結果からモータ電流検出値を減算し、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。

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３のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部８は、起動時にパラメータＴを初期化するものとする。
制御部８は、先ず、パラメータＴに１を加算した（Ｓ１）後、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を読込み（Ｓ３）、読込んだ車速値が、例えば６０ｋｍ／ｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。

制御部８は、読込んだ車速値が６０ｋｍ／ｈ以上であれば（Ｓ５；ＹＥＳ）、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を読込み（Ｓ７）、読込んだ操舵トルク値が、所定トルク値以下であるか否かを判定する（Ｓ９）。これにより、読込んだ操舵トルク値が、直進走行時の微操舵による操舵トルクであるか否かを判定する。
尚、本明細書では、操舵トルク値は、右操舵方向の値を正、左操舵方向の値を負として処理する。

制御部８は、読込んだ操舵トルク値が、所定トルク値以下であれば（Ｓ９；ＹＥＳ）、その操舵トルク値を積算し（Ｓ１１）、次いで、パラメータＴが所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。
制御部８は、パラメータＴが所定値以上であれば（Ｓ１３；ＹＥＳ）、操舵トルク値の積算を続ける為の期間（例えば数十時間）が経過したとして、パラメータＴを０にしてリセットする（Ｓ１５）。次いで、積算して来た結果である積算操舵トルク値の絶対値が、所定積算トルク値以上であるか否かを判定し（Ｓ１７）、所定積算トルク値以上であれば（Ｓ１７；ＹＥＳ）、警告部９へ警告信号を出力し、警告部９に、車両の直進安定性が異常であるとの警告を出力させ（Ｓ１９）リターンする。

制御部８は、読込んだ車速値が６０ｋｍ／ｈ以上でなければ（Ｓ５；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、読込んだ操舵トルク値が、所定トルク値以下でなければ（Ｓ９；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、パラメータＴが所定値以上でなければ（Ｓ１３；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、積算操舵トルク値の絶対値が、所定積算トルク値以上でなければ（Ｓ１７；ＮＯ）、車両の直進安定性は正常であるとして、そのままリターンする。

車両の直進安定性が正常であれば、操舵トルクの積算値は、図４（ａ）に示すように、正数値と負数値とで相殺し合って、０付近で止まっている。しかし、直進安定性が異常であれば、操舵トルクの積算値は、図４（ｂ）に示すように、正数値又は負数値の何れかに偏って行き、積算値の絶対値は、所定の積算トルク値以上になる。

図５は、この電動パワーステアリング装置の他の動作例を示すフローチャートである。
この電動パワーステアリング装置の制御部８は、起動時にパラメータＴ１，Ｔ２を初期化するものとする。
制御部８は、先ず、パラメータＴ１に１を加算した（Ｓ２１）後、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を読込み（Ｓ２３）、読込んだ操舵トルク値が、不感帯内に含まれるか否かを判定する（Ｓ２５）。

制御部８は、読込んだ操舵トルク値の絶対値が、不感帯設定トルク値以下のとき（Ｓ２５；ＹＥＳ）は、不感帯であると判断してパラメータＴ２に１を加算し、操舵トルク値が不感帯内に含まれている時間を積算した（Ｓ２７）後、パラメータＴ１が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ２９）。
制御部８は、パラメータＴ１が所定値以上であれば（Ｓ２９；ＹＥＳ）、操舵トルク値が不感帯内に含まれている時間の積算を続ける為の期間（例えば数十時間）が経過したとして、パラメータＴ１を０にしてリセットする（Ｓ３１）。次いで、積算して来た結果であるパラメータＴ２が、所定値以下であるか否かを判定し（Ｓ３３）、所定値以下であれば（Ｓ３３；ＹＥＳ）、警告部９へ警告信号を出力し、警告部９に、車両の直進安定性が異常であるとの警告を出力させ（Ｓ３５）リターンする。

制御部８は、読込んだ操舵トルク値の絶対値が不感帯設定トルク値以下でないとき（Ｓ２５；ＮＯ）、不感帯内に含まれないと判断して、そのままリターンする。
制御部８は、パラメータＴ１が所定値以上でなければ（Ｓ２９；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、パラメータＴ２が所定値以下でなければ（Ｓ３３；ＮＯ）、そのままリターンする。

車両の直進安定性が正常であれば、操舵トルク値が不感帯内（ハンドルのニュートラル位置付近）に含まれている時間の積算値は、図６（ａ）に示すように、時間と共に増加して行く。一方、車両の直進安定性が正常でなければ、操舵トルク値が不感帯内に含まれている時間は減少し、図６（ｂ）に示すように、その積算値は徐々にしか増加せず、操舵トルク値が不感帯内に含まれているときの積算時間は、正常時と比較して極端に短くなる。従って、これらを利用すれば、車両の直進安定性の悪化を検知することができる。

（開示技術）
図７は、開示する電動パワーステアリング装置の要部構成例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２７又は入力軸２６（図１）にその回転角を検出する操舵角センサ１８が設けられ、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度値が、制御装置１内の制御部８に与えられる。制御部８には車速は与えられない。その他の構成は、本発明に係る電動パワーステアリングの実施の形態１で説明した構成（図１、図２）と同様であるので、説明を省略する。

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８のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部８は、起動時にパラメータＴを初期化するものとする。
制御部８は、先ず、パラメータＴに１を加算した（Ｓ４１）後、操舵角センサ１８が検出し、インタフェース１９によりサンプリングされた操舵角を読込み（Ｓ４３）、読込んだ操舵角の絶対値が、所定角以下であるか否かを判定する（Ｓ４５）。尚、ここでは、操舵角は、例えば右操舵方向の値を正、左操舵方向の値を負として処理する。

制御部８は、読込んだ操舵角の絶対値が所定角以下であれば（Ｓ４５；ＹＥＳ）、車両は直進走行中として、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を読込み（Ｓ４７）、読込んだ操舵トルク値を積算する（Ｓ４９）。これにより、直進走行時の微操舵による操舵トルクを積算することができる。

制御部８は、次に、パラメータＴが所定値以上であるか否かを判定し（Ｓ５１）、パラメータＴが所定値以上であれば（Ｓ５１；ＹＥＳ）、操舵トルク値の積算を続ける為の期間（例えば数十時間）が経過したとして、パラメータＴを０にしてリセットする（Ｓ５３）。次いで、積算して来た結果である積算操舵トルク値の絶対値が、所定積算トルク値以上であるか否かを判定し（Ｓ５５）、所定積算トルク値以上であれば（Ｓ５５；ＹＥＳ）、警告部９へ警告信号を出力し、警告部９に、車両の直進安定性が異常であるとの警告を出力させ（Ｓ５７）リターンする。

制御部８は、読込んだ操舵角の絶対値が所定角以下でなければ（Ｓ４５；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、パラメータＴが所定値以上でなければ（Ｓ５１；ＮＯ）、そのままリターンする。
制御部８は、積算操舵トルク値の絶対値が、所定積算トルク値以上でなければ（Ｓ５５；ＮＯ）、車両の直進安定性は正常であるとして、そのままリターンする。

車両の直進安定性が正常であれば、車両が直進走行しているとき、操舵トルクの積算値は、図４（ａ）に示すように、正数値と負数値とで相殺し合って、０付近で止まっている。しかし、直進安定性が異常であれば、操舵トルクの積算値は、図４（ｂ）に示すように、正数値又は負数値の何れかに偏って行き、積算値の絶対値は、所定の積算トルク値以上になる。

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に示す電動パワーステアリング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実施の形態の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実施の形態の動作を説明する為の説明図である。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他の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実施の形態の他の動作を説明する為の説明図である。開示する電動パワーステアリング装置の要部構成例を示すブロック図である。開示する電動パワーステアリング装置の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１制御装置
５モータ駆動回路
６モータ
７モータ電流検出回路
８制御部
９警告部
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操舵角度センサ
２１トルクセンサ
２３舵取機構
２７操舵部材（ステアリングホイール）
３１ピニオン軸
３２ラック軸

Claims

車両の操舵部材に加えられた操舵トルク値の一方向を正、他方向を負として、前記操舵トルク値を検出し、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と共に、前記操舵トルク値に基づき、前記車両の直進安定性が正常であるか否かを判定する電動パワーステアリング装置であって、
所定期間を計時する手段と、該手段が計時する所定期間、絶対値が所定トルク値以下の前記操舵トルク値を積算する積算手段と、該積算手段が前記所定期間積算した操舵トルク値の絶対値が、所定の積算トルク値以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定の積算トルク値以上であると判定したときに、前記車両の直進安定性が正常でないと警告する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。
前記車両の速度を検出する手段と、該手段が検出した車速が所定速度以上であるか否かを判定する手段とを更に備え、前記積算手段は、該手段が前記所定速度以上であると判定したときに、積算するように構成してある請求項１記載の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値を検出し、検出した操舵トルク値が不感帯内に含まれていないときに、該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と共に、前記操舵トルク値に基づき、前記車両の直進安定性が正常であるか否かを判定する電動パワーステアリング装置であって、
所定期間を計時する第１計時手段と、該第１計時手段が計時する所定期間、前記操舵トルク値が前記不感帯内に含まれている時間を計時する第２計時手段と、該第２計時手段が前記所定期間計時した時間が、該所定期間より短い所定時間以下であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以下であると判定したときに、前記車両の直進安定性が正常でないと警告する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。