JP6349941B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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本発明は、ステアリングシャフトの絶対舵角を算出する絶対舵角算出部を有する電動パワーステアリング装置に関する。
特許文献1の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの操舵を補助する電動モータ、および、電動パワーステアリングが搭載されている車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに基づいてステアリングシャフトの絶対舵角を算出する絶対舵角算出部を有する。また、この電動パワーステアリング装置は、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間、および、イグニッションスイッチがオからオに切り替わったときから絶対舵角算出部にステアリングシャフトの回転数情報を出力するまでの期間のステアリングシャフトの回転数を算出する回転数算出部を有する。さらに、この電動パワーステアリング装置は、イグニッションスイッチがオンに設定されている期間のステアリングシャフトの機械角360°の範囲内での相対角である角度情報を算出する角度算出部を有する。
この電動パワーステアリング装置は、例えば、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに基づいて角度算出部が絶対舵角算出部に角度情報を出力する。一方、絶対舵角算出部は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに基づいて回転数情報の出力を要求する情報要求信号を回転数算出部に出力する。回転数算出部は、情報要求信号が入力されたことに基づいて回転数情報を絶対舵角算出部に出力する。絶対舵角算出部は、回転数情報、および、角度情報に基づいてステアリングシャフトの絶対舵角を算出する。
特開2012−103089号公報
回転数算出部は、情報要求信号の入力に基づいて回転数情報を出力する。ここで、絶対舵角算出部が情報要求信号を出力してから回転数情報を受信するまでの間に、例えば、運転者の腕がステアリングホイールに接触し、ステアリングシャフトが回転することがある。この場合、絶対舵角算出部が受信した回転数情報がステアリングシャフトの実際の回転数を反映していないおそれがある。その場合には、絶対舵角算出部により算出される絶対舵角が実際の舵角から大きくずれるおそれがある。このため、算出されたステアリングシャフトの絶対舵角を用いて実行される電動パワーステアリング装置の各種制御に不具合が生じるおそれがある。
本発明の目的は、回転数算出部が出力した回転数情報とステアリングシャフトの実際の回転数との間にずれが生じていることを検出することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
上記目的を達成し得る電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転角度に関する情報である回転角度情報を検出する角度情報検出部と、前記ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出するトルク検出部と、前記角度情報検出部が出力した前記回転角度情報に基づいて前記ステアリングシャフトの回転数に関する情報である回転数情報を算出し、少なくとも前記回転数情報の出力を要求する情報要求信号が入力されたことに基づいて前記回転数情報を出力する回転数算出部と、前記角度情報検出部が出力した前記回転角度情報に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度に関する情報である角度情報を算出する角度算出部と、前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力し、前記回転数算出部が出力した前記回転数情報と前記角度算出部が出力した前記角度情報とに基づいて前記ステアリングシャフトの絶対舵角を算出する絶対舵角算出部と、前記角度算出部が算出した前記ステアリングシャフトの回転角度の変化、および、前記トルク検出部が検出した前記ステアリングシャフトに付与されたトルクの変化の少なくとも一方に基づき、前記絶対舵角算出部が前記情報要求信号を出力してから前記絶対舵角算出部に前記回転数情報が入力されるまでの期間である受信期間に前記ステアリングシャフトが回転したか否かを判定する判定部とを有する。
ステアリングシャフトが回転したとき、ステアリングシャフトの回転角度、または、トルクが変化する。このため、受信期間におけるステアリングシャフトの回転角度またはトルクを監視することにより、受信期間においてステアリングシャフトが回転したか否かを判定することができる。
本電動パワーステアリング装置の判定部は、このような考え方に基づいて、受信期間におけるステアリングシャフトの回転角度、および、トルクの少なくとも一方に基づいてステアリングシャフトが回転したか否かを判定する。このため、受信期間において、ステアリングシャフトが回転したことを適切に検出することができる。これにより、回転数算出部が出力した回転数情報とステアリングシャフトの実際の回転数との間にずれが生じていることを検出するができる。
上記電動パワーステアリング装置において、前記判定部は、前記受信期間に前記ステアリングシャフトが回転したと判定したとき、前記ステアリングシャフトが回転したことを示す情報であるシャフト回転信号を前記絶対舵角算出部に出力し、前記絶対舵角算出部は、前記シャフト回転信号が入力されたことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力することが好ましい。
本電動パワーステアリング装置によれば、絶対舵角算出部は、シャフト回転信号が入力されたことに基づいて回転数算出部に情報要求信号を出力するため、ステアリングシャフトの実際の回転数とよりずれの少ない回転数情報を取得することができる。このため、絶対舵角算出部によるステアリングシャフトの絶対舵角の算出精度が高められる。
上記電動パワーステアリング装置において、前記回転数算出部は、前記電動パワーステアリング装置が搭載される車両のイグニッションスイッチがオフに設定されている期間、および、前記イグニッションスイッチがオからオに切り替わったときから前記ステアリングシャフトの回転数を算出し、前記角度算出部は、前記イグニッションスイッチがオンに設定されている期間の前記ステアリングシャフトの回転角度を算出し、前記絶対舵角算出部は、前記イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力し、前記シャフト回転信号が入力されたことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力することが好ましい。
電動パワーステアリング装置は、一例として、ステアリングシャフトの回転角度等に基づいて、ステアリングシャフトまたはラックシャフト等のステアリング機構に付与するアシストトルクの目標値を算出する。また、ステアリングシャフトと連結されたステアリングホイールは、車両が走行しているときにおいて運転者により操作される場合だけではなく、車両が停車しているとき、すなわち、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間において運転者の身体が触れること等の理由により回転することがある。
一方、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間は、消費電力が増加することを抑制するために角度算出部がステアリングシャフトの角度情報を算出していない。このため、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間にステアリングシャフトが回転した場合には、車両が走行し始めたときに絶対舵角算出部がステアリングシャフトの絶対舵角を正確に算出できないおそれがある。
本電動パワーステアリング装置では、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間、および、受信期間において、回転数算出部がステアリングシャフトの回転数を監視する。このため、イグニッションスイッチがオフに設定されている期間、および、受信期間にステアリングシャフトが回転したとしても、その回転数情報が回転数算出部により算出される。また、イグニッションスイッチがオンに設定されている期間において、角度算出部がステアリングシャフトの回転角度を監視する。このため、イグニッションスイッチがオからオに切り替わった直後において、絶対舵角算出部は、角度算出部により算出される角度情報と回転数算出部により算出される回転数情報とを用いることにより、ステアリングシャフトの絶対舵角を精度よく算出することができる。これにより、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった直後から良好なステアリング特性を実現することができる。
上記電動パワーステアリング装置において、前記判定部は、前記受信期間に前記角度算出部が出力した前記角度情報に基づく回転角度の変化量が閾値以上であることに基づいて前記ステアリングシャフトが回転したことを判定することが好ましい。
本電動パワーステアリング装置によれば、判定部は、角度算出部が算出したステアリングシャフトの角度情報に基づいて受信期間においてステアリングシャフトが回転したことを判定することができる。このため、例えば、角度算出部とは別にステアリングシャフトの回転角度を検出するセンサを有する構成と比較して、部品点数が少なくなる。
上記電動パワーステアリング装置において、前記判定部は、前記受信期間に前記トルク検出部が出力したトルクの情報に基づくトルクの変化量が閾値以上であることに基づいて前記ステアリングシャフトが回転したことを判定することが好ましい。
本電動パワーステアリング装置によれば、回転数算出部が出力した回転数情報とステアリングシャフトの実際の回転数との間にずれが生じていることを検出することができる。
実施形態の電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図。 実施形態の電動パワーステアリング装置の制御構成を示すブロック図。 実施形態の絶対舵角算出処理の処理手順の一例を示すフローチャート。
図1を参照して、電動パワーステアリング装置の構成について説明する。
電動パワーステアリング装置は、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪2を転舵させる操舵装置10、運転者のステアリング操作を補助するアシスト装置20、および、アシスト装置20の作動を制御する制御部40を備えている。
操舵装置10は、運転者により操作されるステアリングホイール1と一体的に回転するステアリングシャフト11を備えている。ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール1の中心に連結されたコラムシャフト11a、コラムシャフト11aの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト11b、および、インターミディエイトシャフト11bの下端部に連結されたピニオンシャフト11cを有する。
ピニオンシャフト11cの下端部は、ピニオンシャフト11cに交わる方向へ延びるラックシャフト12のラック歯が形成された部分12aに噛合されている。したがって、ステアリングシャフト11の回転運動は、ピニオンシャフト11cおよびラックシャフト12からなるラックアンドピニオン機構によりラックシャフト12の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト12の両端にそれぞれ連結されたタイロッド13を介して左右の転舵輪2にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪2の転舵角が変更されることとなる。
アシスト装置20は、操舵補助力の発生源であるモータ22を備えている。モータ22は、一例として、ブラシレスモータが用いられている。モータ22は、減速機構21を介してコラムシャフト11aに連結されている。減速機構21はモータ22の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト11aに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト11にモータのトルクが操舵補助力(アシスト力)として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。
モータ22のハウジング(図示略)のうちモータ22の出力軸22Aの近傍には、出力軸22Aの回転角度に関する情報を検出する回転角センサ31、および、回転角センサ31から情報が入力される回転数算出部32が取り付けられている。
制御部40は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これらの取得される各種の情報に応じてモータ22を制御する。なお、制御部40は、電動パワーステアリング装置が搭載されている車両のイグニッションスイッチ4がオンに設定されている期間にバッテリ(図示略)から電力が供給されることにより駆動する。
各種のセンサとしては、上述した回転角センサ31の他、例えば、車速センサ3、および、トルクセンサ14がある。車速センサ3は、転舵輪2の近傍に配置され、転舵輪2の回転速度に基づき、車両の走行速度(車速)を検出する。トルクセンサ14はコラムシャフト11aに取り付けられており、ステアリングシャフト11の操舵トルクを検出する。
図2を参照して、電動パワーステアリング装置の制御構成について説明する。
回転角センサ31は、モータ22の出力軸22Aの回転角度に基づいてステアリングシャフト11の回転角度に関する情報である回転角度情報を検出する。回転角センサ31は、一例として、レゾルバが用いられている。なお、回転角センサ31は、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間には、上述したバッテリから間欠的に電力が供給される。一方、回転角センサ31は、イグニッションスイッチ4がオンに設定されている期間には、バッテリから常時電力が供給される。
また、回転数算出部32は、回転角センサ31が出力した回転角度情報に基づいてステアリングシャフト11の回転数に関する情報である回転数情報を算出する。回転数算出部32は、一例として、コンパレータが用いられている。なお、回転数算出部32は、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間、および、イグニッションスイッチ4がオンに設定されている期間にバッテリから間欠的に電力が供給される。
制御部40は、イグニッションスイッチ4がオからオに切り替わったことに基づいて、ステアリングシャフト11の絶対舵角を算出する絶対舵角算出処理を実行する。制御部40は、角度算出部41、絶対舵角算出部42、判定部43、および、目標アシストトルク算出部44を含む。なお、制御部40は、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間には、バッテリから電力が供給されない。一方、制御部40は、イグニッションスイッチ4がオンに設定されている期間には、バッテリから常時電力が供給される。
角度算出部41は、回転角センサ31が出力した回転角度情報に基づいてステアリングシャフト11の機械角360°の範囲内での相対角である角度情報を算出する。角度算出部41は、一例として、マイコンが用いられている。角度算出部41は、イグニッションスイッチ4がオフからオンに切り替わったことに基づいて、算出した角度情報を絶対舵角算出部42および判定部43に出力する。
絶対舵角算出部42は、イグニッションスイッチ4がオフからオンに切り替わったことに基づいて、ステアリングシャフト11の回転数情報の出力を要求する情報要求信号を回転数算出部32に出力する。絶対舵角算出部42は、回転数算出部32が出力した回転数情報、および、角度算出部41が出力した角度情報に基づいて、ステアリングシャフト11の絶対舵角を算出する。
判定部43は、絶対舵角算出部42が情報要求信号を出力してから絶対舵角算出部42に回転数情報が入力されるまでの期間である受信期間に、角度算出部41が算出したステアリングシャフト11の角度情報に基づき、ステアリングシャフト11が回転したか否かを判定する。判定部43は、受信期間にステアリングシャフト11が回転したことを判定したとき、ステアリングシャフト11が回転したことを示す情報であるシャフト回転信号を絶対舵角算出部42に出力する。一方、判定部43は、受信期間にステアリングシャフト11が回転していないことを判定したとき、ステアリングシャフト11の絶対舵角の算出を開始することを要求する算出開始信号を絶対舵角算出部42に出力する。
目標アシストトルク算出部44は、一例として、絶対舵角、操舵トルク、および、車速に基づいて目標アシストトルクを算出し、この目標アシストトルクに対応する電流指令値をモータ22の駆動回路(図示略)に出力する。
図3を参照して、絶対舵角算出処理の処理手順の一例について説明する。絶対舵角算出処理は、イグニッションスイッチ4(図1および図2参照)がオフからオンに切り替わったことに基づいて開始される。一方、絶対舵角算出処理は、ステアリングシャフト11の絶対舵角の算出が完了したことに基づいて終了する。
ステップS21において、制御部40の絶対舵角算出部42は、ステアリングシャフト11の回転数情報の出力を要求する情報要求信号を回転数算出部32に出力する。なお、絶対舵角算出処理の開始にともない、角度算出部41は、ステアリングシャフト11の角度情報を絶対舵角算出部42および判定部43に出力する。
ステップS22において、制御部40の判定部43は、受信期間に角度算出部41から角度情報が複数回入力されたか否かを判定する。判定部43は、受信期間に角度算出部41から角度情報が入力された回数が1回のみである旨判定したとき、算出開始信号を絶対舵角算出部42に出力し、絶対舵角算出部42は、ステップS23を実行する。
ステップS23において、絶対舵角算出部42は、回転数算出部32から入力された回転数情報、および、角度算出部41から入力された角度情報に基づいて、ステアリングシャフト11の絶対舵角を算出する。
一方、判定部43は、ステップS22において、受信期間に角度算出部41から角度情報が入力された回数が複数回である旨判定したとき、ステップS24を実行する。
ステップS24において、判定部43は、受信期間に入力された角度情報に基づき受信期間におけるステアリングシャフト11の回転角度の変化量が閾値以上か否かを判定する。判定部43は、受信期間におけるステアリングシャフト11の回転角度の変化量が閾値未満である旨判定したとき、すなわち、受信期間においてステアリングシャフト11が回転していない旨判定したとき、算出開始信号を絶対舵角算出部42に出力し、絶対舵角算出部42がステップS23を実行する。なお、閾値は、角度情報に含まれるノイズ等の影響を考慮して、ステアリングシャフト11が回転したとみなすことのできる値であり、試験等により予め設定されている。
ステップS24において、判定部43は、受信期間に入力された角度情報に基づき受信期間におけるステアリングシャフト11の回転角度の変化量が閾値以上である旨判定したとき、すなわち、受信期間においてステアリングシャフト11が回転した旨判定したとき、ステップS25において、シャフト回転信号を絶対舵角算出部42に出力する。
ステップS26において、絶対舵角算出部42は、シャフト回転信号が入力されたことに基づいて、情報要求信号を回転数算出部32に出力する。回転数算出部32は、情報要求信号が入力されたことに基づいて、ステアリングシャフト11の回転数情報を再び算出し、算出した回転数情報を絶対舵角算出部42に出力する。
図1および図3を参照して、電動パワーステアリング装置の作用および効果について説明する。
ステアリングホイール1が回転したとき、ステアリングシャフト11の回転角度が変化する。このため、受信期間におけるステアリングシャフト11の回転角度を監視することにより、受信期間においてステアリングシャフト11が回転したか否かを判定することができる。
電動パワーステアリング装置の判定部43は、このような考え方に基づいて、絶対舵角算出処理のステップS22において、受信期間におけるステアリングシャフト11の回転角度に基づいてステアリングシャフト11が回転したか否かを判定する。このため、受信期間において、ステアリングシャフト11が回転したことを適切に検出することができる。これにより、回転数算出部32が出力した回転数情報とステアリングシャフト11の実際の回転数とにずれが生じていることを検出するができる。
電動パワーステアリング装置は、さらに次の効果を奏する。
(1)絶対舵角算出部42は、受信期間にシャフト回転信号が入力されたことに基づいて、絶対舵角算出処理のステップS26において回転数算出部32に情報要求信号を出力する。このため、絶対舵角算出部42は、ステアリングシャフト11の実際の回転数とよりずれの少ない回転数情報を取得することができる。このため、絶対舵角算出部42によるステアリングシャフト11の絶対舵角の算出精度が高められる。
(2)目標アシストトルク算出部44は、一例として、ステアリングシャフト11のトルク等に基づいてステアリングシャフト11に付与するアシストトルクの目標値を算出する。また、ステアリングシャフト11と連結されたステアリングホイール1は、車両が走行しているときにおいて運転者により操作される場合だけではなく、車両が停車しているとき、すなわち、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間において運転者の身体が触れること等の理由により回転することがある。一方、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間は、消費電力が増加することを抑制するために、制御部40に電力が供給されない。このため、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間は、角度算出部41がステアリングシャフト11の角度情報を算出していない。このため、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間にステアリングシャフト11が回転した場合には、車両が走行し始めたときに絶対舵角算出部42がステアリングシャフト11の絶対舵角を正確に算出できないおそれがある。
一方、実施形態の電動パワーステアリング装置は、この点を考慮して、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間、および、受信期間において、回転数算出部32がステアリングシャフト11の回転数を監視する。このため、イグニッションスイッチ4がオフに設定されている期間、および、受信期間にステアリングシャフト11が回転したとしても、その回転数情報が回転数算出部32により算出される。また、イグニッションスイッチ4がオンに設定されている期間において、角度算出部41は、ステアリングシャフト11の回転角度を監視する。このため、イグニッションスイッチ4がオからオに切り替わった直後において、絶対舵角算出部42は、角度算出部41により算出される角度情報と回転数算出部32により算出される回転数情報とを用いることにより、ステアリングシャフト11の絶対舵角を精度よく算出することができる。これにより、イグニッションスイッチ4がオフからオンに切り替わった直後から良好なステアリング特性を実現することができる。
(3)判定部43は、角度算出部41が算出したステアリングシャフト11の角度情報に基づいてステアリングシャフト11が回転したことを判定するため、例えば、角度算出部41とは別にステアリングシャフト11の回転角度を検出するセンサを有する構成と比較して、部品点数が少なくなる。
なお、前記実施の形態は、次のように変更してもよい。また、以下の他の実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲において互いに組み合わせることもできる。
・絶対舵角算出処理のステップS22において、判定部43は、受信期間におけるトルクセンサ14から入力されたトルクの変化量が閾値以上であることに基づいてシャフト回転信号を絶対舵角算出部42に出力することとしてもよい。なお、この場合の閾値は、トルクセンサが出力する信号に含まれるノイズ等の影響を考慮して、ステアリングシャフト11が回転したとみなすことのできる値であり、試験等により予め設定されている。
・絶対舵角算出処理のステップS24を省略することもできる。すなわち、判定部43は、ステップS22において、受信期間における角度算出部41から角度情報が入力された回数が複数回である旨判定したとき、ステップS25を実行する。絶対舵角算出部42は、シャフト回転信号が入力されたことに基づいてステップS26を実行する。
・絶対舵角算出処理のステップS22を省略することもできる。
・回転角センサ31は、ステアリングシャフト11の回転角度情報を直接的に検出するものであってもよい。
・回転角センサ31として、ステアリングシャフト11の回転数のみを検出するものを用いてもよい。この場合、ステアリングシャフト11の回転角度を検出するセンサが別途設けられる。
・電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト12にアシスト力を付与するラックアシスト型の電動パワーステアリング装置であってもよい。
4…イグニッションスイッチ、11…ステアリングシャフト、14…トルクセンサ(トルク検出部)、31…回転角センサ(角度情報検出部)、32…回転数算出部、41…角度算出部、42…絶対舵角算出部、43…判定部。

Claims (5)

  1. ステアリングシャフトの回転角度に関する情報である回転角度情報を検出する角度情報検出部と、
    前記ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出するトルク検出部と、
    前記角度情報検出部が出力した前記回転角度情報に基づいて前記ステアリングシャフトの回転数に関する情報である回転数情報を算出し、少なくとも前記回転数情報の出力を要求する情報要求信号が入力されたことに基づいて前記回転数情報を出力する回転数算出部と、
    前記角度情報検出部が出力した前記回転角度情報に基づいて前記ステアリングシャフトの回転角度に関する情報である角度情報を算出する角度算出部と、
    前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力し、前記回転数算出部が出力した前記回転数情報と前記角度算出部が出力した前記角度情報とに基づいて前記ステアリングシャフトの絶対舵角を算出する絶対舵角算出部と、
    前記角度算出部が算出した前記ステアリングシャフトの回転角度の変化、および、前記トルク検出部が検出した前記ステアリングシャフトに付与されたトルクの変化の少なくとも一方に基づき、前記絶対舵角算出部が前記情報要求信号を出力してから前記絶対舵角算出部に前記回転数情報が入力されるまでの期間である受信期間に前記ステアリングシャフトが回転したか否かを判定する判定部とを有する
    電動パワーステアリング装置。
  2. 前記判定部は、前記受信期間に前記ステアリングシャフトが回転したと判定したとき、前記ステアリングシャフトが回転したことを示す情報であるシャフト回転信号を前記絶対舵角算出部に出力し、
    前記絶対舵角算出部は、前記シャフト回転信号が入力されたことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力する
    請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記回転数算出部は、前記電動パワーステアリング装置が搭載される車両のイグニッションスイッチがオフに設定されている期間、および、前記イグニッションスイッチがオからオに切り替わったときから前記ステアリングシャフトの回転数を算出し、
    前記角度算出部は、前記イグニッションスイッチがオンに設定されている期間の前記ステアリングシャフトの回転角度を算出し、
    前記絶対舵角算出部は、前記イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力し、前記シャフト回転信号が入力されたことに基づいて前記情報要求信号を前記回転数算出部に出力する
    請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記判定部は、前記受信期間に前記角度算出部が出力した前記角度情報に基づく回転角度の変化量が閾値以上であることに基づいて前記ステアリングシャフトが回転したことを判定する
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記判定部は、前記受信期間に前記トルク検出部が出力したトルクの情報に基づくトルクの変化量が閾値以上であることに基づいて前記ステアリングシャフトが回転したことを判定する
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
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