JPH072135A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操舵トルクの中点補正を高精度に行い、操舵
アシスト力を正確に実際の操舵トルクに応じて制御す
る。 【構成】 実操舵トルクＴr の関数として検出操舵トル
クＴを出力する操舵トルク検出装置Ｍ２と、検出操舵ト
ルクＴと基準トルクＴo との偏差として制御用操舵トル
クＴc を演算する演算装置Ｍ３と、少くとも制御用操舵
トルクＴc に応じてモータＭ１を制御する制御装置Ｍ４
とを有する。操舵角検出装置Ｍ５により検出される操舵
角及び回転角検出装置Ｍ６により検出されるモータの回
転角より推定操舵トルク演算装置Ｍ７によって推定操舵
トルクＴp が演算され、基準トルク設定装置Ｍ８により
基準トルクＴo は推定操舵トルクＴp が実質的に零であ
るときの検出操舵トルクＴに設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車輌のパワ
ーステアリング装置に係り、更に詳細には電動式パワー
ステアリング装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌の電動式パワーステアリ
ング装置は、従来より一般に、クラッチ及びステアリン
グギヤボックスを介してラックバーの如きステアリング
リンケージ部材を駆動するモータと、モータの回転を制
御する制御装置とを有し、制御装置は操舵トルクセンサ
の如き種々のセンサの検出結果に基づきモータを制御す
ることにより所要の操舵アシスト力を発生するようにな
っている。

【０００３】かかる電動式パワーステアリング装置の一
つとして、例えば特開平２−１４７４７０号公報に記載
されている如く、実操舵トルクの実質的に一次関数とし
て検出操舵トルクを出力する操舵トルクセンサを有し、
検出操舵トルクの変化率が小さく且検出操舵トルクが基
準トルク（中点電位）近傍にある場合の検出操舵トルク
の平均値を基準トルクとし、検出操舵トルクと基準トル
クとの偏差を制御用操舵トルクとして中点補正し、少な
くとも制御用操舵トルクに応じてモータを制御するよう
構成された電動式パワーステアリング装置が従来より知
られている。

【０００４】かくして構成された電動式パワーステアリ
ング装置によれば、基準トルクを一定値に固定的に設定
して中点補正を行う場合にして中点補正を適正に行うこ
とができ、操舵トルクの取付け誤差等により基準トルク
が車輌の非操舵状態に於ける検出操舵トルクとは異なる
値になることに起因して補助操舵性能が損われることを
防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き従来
の電動式パワーステアリング装置に於ては、非操舵状態
であるか否かの判定が検出操舵トルクのみにより行われ
るようになっているので、非操舵状態であるか否かの判
別精度が悪く、そのため操舵トルクの中点補正の精度が
悪く、従って操舵アシスト力を必ずしも正確に実際の操
舵トルクに応じて制御することができないという問題が
ある。

【０００６】本発明は、上述の如き従来の電動式パワー
ステアリング装置に於ける叙上の如き問題に鑑み、操舵
トルクの中点補正を高精度に行うことができ、これによ
り操舵アシスト力を正確に実際の操舵トルクに応じて制
御することができるよう改良された電動式パワーステア
リング装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、図１に示されている如く、操舵アシスト力
を発生するモータＭ１と、実操舵トルクＴr の関数とし
て検出操舵トルクＴを出力する操舵トルク検出手段Ｍ２
と、前記検出操舵トルクＴと基準トルクＴo との偏差と
して制御用操舵トルクＴc を演算する制御用操舵トルク
演算手段Ｍ３と、少くとも制御用操舵トルクＴc に応じ
て前記モータを制御することにより操舵アシスト力を制
御する制御手段Ｍ４とを有する電動式パワーステアリン
グ装置にして、操舵角を検出する操舵角検出手段Ｍ５
と、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段Ｍ６
と、前記操舵角及び前記モータの回転角より推定操舵ト
ルクＴp を演算する推定操舵トルク演算手段Ｍ７と、前
記推定操舵トルクＴp が実質的に零であるときの前記検
出操舵トルクＴを前記基準トルクＴo として設定する基
準トルク設定手段Ｍ８とを有することを特徴とする電動
式パワーステアリング装置によって達成される。

【０００８】

【作用】電動式パワーステアリング装置のステアリング
シャフトはステアリングホイールに一体的に連結された
アッパステアリングシャフトと、ステアリングギヤボッ
クスのギヤに一体的に連結されたロアステアリングシャ
フトと、これら二つのシャフトの間にてこれらに連結さ
れたトーションバーとを有し、操舵トルクセンサの如き
操舵トルク検出手段は、一般に、トーションバーの周り
に巻回されたコイルを有し、ステアリングホイールの転
舵によりトーションバーが捩られて二つのシャフトの間
に相対回転角が生じることによりコイルのインピーダン
スが変化することを利用している。従って操舵トルク検
出手段が検出する操舵トルクはトーションバーの捩りト
ルクである。

【０００９】また操舵トルク検出手段は、一般に、図８
に示されている如く、ステアリングシャフト（トーショ
ンバー）に生じる実際の操舵トルクＴr の関数として検
出操舵トルクＴを出力するようになっているので、検出
操舵トルクＴより実際の操舵トルクＴr が０である場合
の検出操舵トルクＴst（基準トルク）を減算することに
より実際の操舵トルクＴr に対応する制御用操舵トルク
Ｔc が演算され、制御用操舵トルクＴc が正であるか負
であるかの判別により実際の操舵トルクがステアリング
ホイールの右切り方向又は左切り方向の何れの方向に生
じているかが判別されるようになっている。

【００１０】更に操舵アシスト力を発生するモータは歯
車減速機構を介してロアステアリングシャフトを回転駆
動し或いはラックバーを往復動させるようになっている
ので、モータの回転角はロアステアリングシャフトの回
転角に比例しており、操舵角はアッパシャフトの回転角
と同一であり、従ってモータの回転角に比例する値と操
舵角との間の差はアッパステアリングシャフト及びロア
ステアリングシャフトの間の相対回転角に比例してお
り、トーションバーの捩りトルク、即ち実際の操舵トル
クＴr に比例している。

【００１１】従ってモータの回転角に比例する値と操舵
角との差より実際の操舵トルクＴrを推定することがで
き、推定される操舵トルクＴp が実質的に０であるか否
かによりステアリングホイールが中立位置にあり実際の
操舵角Ｔr が実質的に０であるか否かを判定することが
でき、推定される操舵トルクＴp が実質的に零であると
きの検出操舵トルクＴを基準トルクに設定することがで
きる。

【００１２】上述の本発明の構成によれば、制御用操舵
トルク演算手段Ｍ３により制御用操舵トルクＴc が実操
舵トルクＴr の関数である操舵トルク検出手段Ｍ２より
の検出操舵トルクＴと基準トルクＴo との偏差として演
算され、操舵角検出手段Ｍ５により検出される操舵角及
び回転角検出手段Ｍ６により検出されるモータの回転角
より推定操舵トルク演算手段Ｍ７によって推定操舵トル
クＴp が演算され、基準トルク設定手段Ｍ８により基準
トルクＴo は推定操舵トルクＴp が実質的に零であると
きの検出操舵トルクＴ、即ち実操舵トルクＴr が零であ
るときの検出操舵トルクに設定されるので、制御用操舵
トルクＴc が正確に実操舵トルクＴr に対応して演算さ
れ、これにより操舵アシスト力が正確に実操舵トルクに
応じて制御される。

【００１３】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１４】図２は本発明による電動式パワーステアリ
ング装置の一つの実施例を示す概略構成図、図３は図２
に示された電子制御装置を示すブロック線図である。

【００１５】図２に於て、１０はステアリングホイール
を示しており、ステアリングホイール１０はステアリン
グシヤフト１２及びステアリングギヤボックス１４を介
してラックバー１６を駆動するようになっている。ステ
アリングシャフト１２には歯車減速機構１８によりパワ
ーユニット２０が駆動接続されている。パワーユニット
２０はモータ２２と、歯車減速機構１８とモータ２２と
を選択的に駆動接続する電磁クラッチ２４とを有してい
る。

【００１６】図示の実施例に於ては、ステアリングシャ
フト１２には操舵角θを検出する操舵角センサ２６及び
図８に示されている如く実質的に実操舵トルクＴr の一
次関数として操舵トルクを検出し検出操舵トルクＴを出
力するトルクセンサ２８が設けられており、これらのセ
ンサの出力は電子制御装置３２へ供給されるようになっ
ている。また電子制御装置３２には車速センサ３４によ
り検出された車速Ｖを示す信号及び回転角センサ３６に
より検出されたモータ２２の回転角φを示す信号も入力
されるようになっている。

【００１７】図３に詳細に示されている如く、電子制御
装置３２はマイクロコンピュータ３８を含み、マイクロ
コンピュータ３８は中央処理ユニット（ＣＰＵ）４０
と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）４２と、ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）４４と、入力ポート装置４６
と、出力ポート装置４８とを有し、これらは双方向性の
コモンバス５０により互いに接続されている。

【００１８】入力ポート装置４６には操舵角センサ２６
により検出された操舵角θを示す信号、トルクセンサ２
８よりの検出操舵トルクＴを示す信号、車速センサ３４
により検出された車速Ｖを示す信号、回転角センサ３６
により検出されたモータ２２の回転角φを示す信号が入
力されるようになっている。入力ポート装置４６はそれ
に入力された信号を適宜に処理し、ＲＯＭ４２に記憶さ
れている制御プログラムに基くＣＰＵ４０の指示に従
い、ＣＰＵ及びＲＡＭ４４へ処理された信号を出力する
ようになっている。

【００１９】ＲＯＭ４２は図４、図５に示された制御プ
ログラム及び図６、図７に示されたグラフに対応するマ
ップを記憶している。ＣＰＵ４０は図４、図５に示され
た制御プログラムに基き後述の如く種々の演算及び信号
の処理を行うようになっている。出力ポート装置４８は
ＣＰＵ４０の指示に従い駆動回路５２を経てモータ２２
へ制御信号を出力し、また駆動回路５４を経て電磁クラ
ッチ２４へ制御信号を出力し、更にトルクセンサ２８等
に異常が発生した旨の判別が行われたときには警報ラン
プ５６を点灯するようになっている。

【００２０】次に図４及び図５に示されたフローチャー
トを参照して図示の実施例の作動について説明する。尚
電子制御装置３２による制御は図２には示されていない
イグニッションスイッチが閉成されることにより開始さ
れる。特に図４に示されたフローチャートに於て、Ｎは
トルクセンサ２８等に異常が発生した旨の判定回数を示
しており、また図５に示された基準トルク演算ルーチン
は所定時間毎の割込みにより実行される。

【００２１】まずステップ１０に於ては駆動回路５４を
経て電磁クラッチ２４へ制御信号が出力されることによ
りクラッチが接続され、ステップ２０に於ては操舵角セ
ンサ２６により検出された操舵角θを示す信号、トルク
センサ２８よりの出力操舵トルクＴを示す信号、車速セ
ンサ３４より検出された車速Ｖを示す信号、回転角セン
サ３６により検出されたモータ２２の回転角φを示す信
号が読込まれる。

【００２２】ステップ３０に於てはステップ２０に於て
読込みまれた検出操舵トルクＴ及び後述の図５のフロー
チャートのステップ２２０に於て演算される基準トルク
Ｔoに基き下記の数１に従って制御用操舵トルクＴc が
演算され、ステップ４０に於ては図６に示されたグラフ
に対応するマップより基本アシスト量Ｔabが演算され
る。

【数１】Ｔc ＝Ｔ−Ｔo

【００２３】ステップ５０に於てはステップ２０に於て
読込まれた車速Ｖに基き図７に示されたグラフに対応す
るマップより車速係数Ｋv が演算され、ステップ６０に
於てはステップ４０に於て演算された基本アシスト量Ｔ
abと車速係数Ｋv との積としてアシスト量Ｔa が演算さ
れ、ステップ７０に於てはステップ２０に於て読込まれ
たモータの回転角φ及び操舵角θに基き下記の数２に従
って推定操舵トルクＴp が演算される。尚数２に於て係
数Ｋ1 はステアリングシャフトに組込まれているトーシ
ョンバーの捩りばね定数に対応する正の定数であり、係
数Ｋ2 はモータ２２の回転角度とステアリングシャフト
（ロアシャフト）の回転角との間の係数に対応する正の
定数である。

【数２】Ｔp ＝Ｋ1 （φ・Ｋ2 −θ）

【００２４】ステップ８０に於ては制御用操舵トルクＴ
c と推定操舵トルクＴp との偏差が演算され、偏差Ｔc
−Ｔp の絶対値が基準値Ａ（微小な正の定数）越えてい
るか否かの判別が行われ、｜Ｔc −Ｔp ｜＞Ａではない
旨の判別が行われたときにはステップ９０に於てトルク
センサ等の異常判定回数Ｎが０にリセットされ、｜Ｔc
−Ｔp ｜＞Ａである旨の判別が行われたときにはステッ
プ１００に於て異常判定回数Ｎが１インクリメントされ
る。

【００２５】ステップ１１０に於ては回数Ｎが３である
か否かの判別が行われ、Ｎ＝３ではない旨の判別が行わ
れたときにはステップ１２０に於てアシスト量Ｔa に対
応する制御信号が駆動回路５２を経てモータ２２へ出力
されることにより、操舵アシスト力がアシスト量Ｔa に
対応する値に制御された後ステップ２０へ戻り、Ｎ＝３
である旨の判別が行われたときにはステップ１３０へ進
む。

【００２６】ステップ１３０に於てはモータ２２への通
電が停止されると共に電磁クラッチ２４への制御信号の
出力が停止されることによって該クラッチが解放され、
ステップ１４０に於ては警報ランプ５６へ制御信号が出
力されることにより警報ランプが点灯され、これにより
トルクセンサ２８又は操舵角センサ２６若しくは回転角
センサ３６に異常が生じた旨の警報が車輌の運転者に発
せられる。

【００２７】図５に示された基準トルク演算ルーチンの
ステップ２１０に於ては、ステップ７０に於て演算され
た推定操舵トルクＴp の絶対値が基準値Ｂ（微小な正の
定数）未満であるか否かの判別が行われ、｜Ｔp ｜＜Ｂ
ではない旨の判別が行われたときにはステップ２１０が
繰返し実行され、｜Ｔp ｜＜Ｂである旨の判別が行われ
たときにはステップ２２０に於て前サイクルのステップ
２３０に於て演算された基準トルクＴo がトルクＴ1 に
書換えられ、ステップ２３０に於て下記の数３に従って
基準トルクＴo が演算され、しかる後ステップ２１０へ
戻る。

【数３】Ｔo ＝（９Ｔ1 ＋Ｔ）／１０

【００２８】かくして図示の実施例によれば、ステップ
３０に於て検出操舵トルクＴと基準トルクＴo との差と
して制御用操舵トルクＴc が演算され、ステップ４０に
於て基本アシスト量Ｔabが制御用操舵トルクＴc に基づ
き図６に示されたグラフに対応するマップより演算さ
れ、ステップ５０に於て車速係数Ｋv が車速Ｖに基づき
図７に示されたグラフに対応するマップより演算され、
ステップ６０に於てアシスト量Ｔa が基本アシスト量Ｔ
abと車速係数Ｋv との積として演算される。

【００２９】この場合基準トルクＴo は、図５に示され
たフローチャートのステップ２２０に於て推定操舵トル
クＴp の絶対値が基準値Ｂ未満ではないときには、即ち
実際の操舵トルクＴr が実質的に零ではなく操舵状態に
あるときには前回値にホールドされ、推定操舵トルクＴ
p の絶対値が基準値Ｂ未満であり実際の操舵トルクＴr
が実質的に零であると推定される場合には、ステップ２
２０に於て基準トルクの前回値がＴ1 に書換えられ、ス
テップ２３０に於て前回値Ｔ1 と現在の検出操舵トルク
Ｔ1 と現在の検出操舵トルクＴに対しそれぞれ９：１の
重み付けが与えられる平均演算により基準トルクＴo が
演算される。

【００３０】従って例えば図８に於て破線にて示されて
いる如く、トルクセンサ２８に温度ドリフト等により軽
微なオフセットが生じ、実際の操舵トルクＴr が零であ
るときの検出操舵トルクＴがＴst′になっても、基準ト
ルクＴo はその変化後のトルクＴst′に設定され、これ
により基本アシスト量Ｔabが正確に実際の操舵トルクＴ
r に応じて演算される。

【００３１】またステップ７０に於てモータ２２の回転
角φ及び操舵角θに基き数２に従って推定操舵トルクＴ
p が演算され、ステップ８０に於て制御用操舵トルクＴ
c と推定操舵トルクＴp との偏差の絶対値が基準値Ａを
越えているか否か、即ちトルクセンサ２８の許容範囲を
越えるオフセットの如き異常が生じたり操舵角センサ２
６又は回転角センサ３６に異常が生じているか否かの判
別が行われる。

【００３２】そしてトルクセンサ２８等に異常が生じて
おらずこれらが正常に作動している状況に於て操舵が行
われる場合には、ステップ８０に於てノーの判別が行わ
れることにより、ステップ１２０に於てアシスト量Ｔa
に対応する制御信号がモータ２２へ出力され、これによ
り操舵アシスト力は実操舵トルクに対応すると共に車速
が高いほど低くなるよう制御されるので、低車速域に於
ける軽快な操舵が確保されると共に高車速域に於ける良
好な操縦安定性が確保される。

【００３３】これに対しトルクセンサ２８、操舵角セン
サ２６、回転角センサ３６の何れかに異常が生じると、
ステップ８０に於てイエスの判別が行われる。そしてこ
の判別、即ちトルクセンサ２８等に異常が発生した旨の
判別が連続して３回行われるとステップ１１０に於てイ
エスの判別が行われ、ステップ１３０に於てモータ２２
への通電が停止されると共にクラッチ２４への制御信号
の出力が停止されることによって該クラッチが解放さ
れ、これによりパワーステアリング装置はマニュアルス
テアリング装置に切換えられ、更にステップ１４０に於
て警報ランプ５６が点灯され、車輌の運転者にトルクセ
ンサ２８等に異常が生じた旨の警報が発せられる。

【００３４】また図示の実施例によれば、トルクセンサ
等に異常が生じた旨の判定が連続して３回行われない限
りステップ１３０及び１４０は実行されないので、トル
クセンサ等に異常が生じていると誤って判定され、その
判定結果に基き実際にはトルクセンサ等に異常が生じて
いないにも拘らずステップ１３０及び１４０が実行され
てしまうこと、即ち警報ランプ５６が点灯されること及
びパワーステアリング装置がマニュアルステアリング装
置に切替えられてしまうことが確実に防止される。

【００３５】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００３６】例えば上述の実施例に於ては、ステップ１
１０に於てイエスの判別が行われたときにはステップ１
３０が実行されることによりパワーステアリング装置は
即座にマニュアルステアリングステアリング装置に切換
えられるようになっているが、ステップ１１０に於てイ
エスの判別が行われたときには操舵角センサ２６及び回
転角センサ３６が正常であるか否かの判別を行い、これ
らが正常である旨の判別が行われたときには推定操舵ト
ルクＴp に基き基本アシスト量Ｔabを演算し、操舵角セ
ンサ２６若しくは回転角センサ３６が異常である旨の判
別が行われたときにはステップ１３０へ進むよう修正さ
れてもよい。

【００３７】また図示の実施例に於ては、基準トルクＴ
o はその前回値Ｔ1 と現在の検出操舵トルクＴの９：１
の重み付け平均により演算されるようになっているが、
重み付け平均の重みは任意の比率であってよく、また基
準トルクＴo はステップ２１０に於てイエスの判別が行
われたときには現在の検出操舵トルクＴに設定されても
よい。

【００３８】更に上述の実施例に於ては、推定操舵トル
クＴp は数２に従ってモータ２２の回転角φに比例する
値と操舵角との差に比例する値として演算されるように
なっているが、例えば係数Ｋ3 を数２の係数Ｋ1 とＫ2
との積に等しい値として、例えば下記の数４に従ってモ
ータの回転角φに比例する値と操舵角θに比例する値と
の差として演算されてもよい。

【数４】Ｔp ＝φ・Ｋ3 −θ・Ｋ1

【００３９】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、制御用操舵トルク演算手段Ｍ３により制御
用操舵トルクＴc が実操舵トルクＴr の関数である操舵
トルク検出手段Ｍ２よりの検出操舵トルクＴと基準トル
クＴo との偏差として演算され、操舵角検出手段Ｍ５に
より検出される操舵角及び回転角検出手段Ｍ６により検
出されるモータの回転角より推定操舵トルク演算手段Ｍ
７によって推定操舵トルクＴp が演算され、基準トルク
設定手段Ｍ８により基準トルクＴo が推定操舵トルクＴ
p が実質的に零であるときの検出操舵トルクＴ、即ち実
操舵トルクＴr が零であるときの検出操舵トルクに設定
されるので、操舵トルクの中点補正を高精度に行うこと
ができ、これにより制御用操舵トルクＴc を正確に実操
舵トルクＴr に対応して演算し、操舵アシスト力を正確
に実操舵トルクに応じて制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動式パワーステアリング装置の
構成を特許請求の範囲の記載に対応させて示す説明図で
ある。

【図２】本発明による電動式パワーステアリング装置の
一つの実施例を示す概略構成図である。

【図３】図２に示された電子制御装置を示すブロック線
図である。

【図４】図２及び図３に示された電子制御装置より達成
されるパワーアシスト制御ルーチンを示すフローチャー
トである。

【図５】図２及び図３に示された電子制御装置より達成
される基準トルク演算ルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図６】制御用操舵トルクＴc と基本アシスト量Ｔabと
の間の関係を示すグラフである。

【図７】車速センサにより検出された車速Ｖと車速係数
Ｋv との間の関係を示すグラフである。

【図８】実操舵トルクＴr とトルクセンサの出力トルク
Ｔとの間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…ステアリングホイール １２…ステアリングシャフト １４…ステアリングギヤボックス ２２…モータ ２４…電磁クラッチ ２６…操舵角センサ ２８…トルクセンサ ３２…電子制御装置 ３４…車速センサ ３６…回転角センサ ５６…警報ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 尚 愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車 株式会社内 (72)発明者 渡辺 智之 愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵アシスト力を発生するモータと、実操
   舵トルクＴr の関数として検出操舵トルクＴを出力する
   操舵トルク検出手段と、前記検出操舵トルクＴと基準ト
   ルクＴo との偏差として制御用操舵トルクＴc を演算す
   る制御用操舵トルク演算手段と、少くとも制御用操舵ト
   ルクＴc に応じて前記モータを制御することにより操舵
   アシスト力を制御する制御手段とを有する電動式パワー
   ステアリング装置にして、操舵角を検出する操舵角検出
   手段と、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段
   と、前記操舵角及び前記モータの回転角より推定操舵ト
   ルクＴp を演算する推定操舵トルク演算手段と、前記推
   定操舵トルクＴp が実質的に零であるときの前記検出操
   舵トルクＴを前記基準トルクＴo として設定する基準ト
   ルク設定手段とを有することを特徴とする電動式パワー
   ステアリング装置。