JPWO2009139180A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置における操舵角センサの故障時にもステアリングホイールをハンドルセンターまで戻すことができるようにする。【解決手段】操舵角とヨーレイトとに基づいてハンドルセンターに戻す制御を行う場合に、操舵角センサ１２に異常が検出された場合にはヨーレイトセンサ１３のゲインを増大し、両センサの少なくとも一方が異常の場合には、ダンパ補償部２３におけるダンピングゲインを減少させる。実ヨーレイトが小さくても増大された検出値に応じて大きな戻し力を発生させることができ、ステアリングホイールをハンドルセンターまで戻すことができる。また、ハンドルセンターへの戻し力に対するダンピング成分を無くすことができ、セルフアライニングトルクによりハンドルセンターへ戻すことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵に応じて転舵輪を転舵する際の補助操舵トルクを電動機により発生させる制御を行う電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、自動車などの操舵装置において、ステアリングホイールを操舵した際の補助操舵トルクを電動機により発生させる制御を行うようにした電動パワーステアリング装置があった。電動パワーステアリング装置における制御にあっては、主としてハンドルセンター（直進状態）に対する操舵角の大きさに基づいて行うことができるが、その操舵角を検出する操舵角センサに故障などの異常が発生した場合には正常な補助操舵トルクが得られなくなる。そのような異常発生時には例えばモータの駆動を停止するようにしたものがあった（例えば特許文献１・２参照）。

特開２００２−１０４２１８公報 特開２００５−６７２６２公報

上記したように異常発生時にモータの駆動を停止した場合には、ステアリングホイールをハンドルセンターに戻す力は、サスペンションジオメトリにより転舵輪に作用する直進状態への復元力（サスペンション・アライメント・トルク）による。

一方、電動パワーステアリング装置にあっても、ステアリングホイールと転舵輪のナックルアームとの間にギアボックスなどのトルク伝達機構があり、上記直進状態への復元力に対してギアボックスなどのフリクションが影響する。操舵角が大きい場合にはサスペンション・アライメント・トルクは上記フリクションよりもかなり大きいが、ハンドルセンター近傍になるとサスペンション・アライメント・トルクは上記フリクションよりも小さくなる。

正常な場合には、操舵角センサによる操舵角検出値に基づいてハンドルセンター（操舵角０度）に対応する検出値になるまでステアリングホイールを戻す向きの戻し力をモータにより発生させる制御を行うことができる。しかしながら、操舵角センサが故障した場合には操舵角検出値に基づいた制御を行うことができなくなり、その場合にはサスペンション・アライメント・トルクによることになり、上記したようにフリクションが大きくなる領域がある場合にはステアリングホイールがハンドルセンターまで戻り切らないという問題があった。

このような課題を解決して、電動パワーステアリング装置におけるセンサの故障時にもステアリングホイールをハンドルセンターまで戻すことができるようにすることを実現するために本発明に於いては、ステアリングホイール（１）の操舵に応じて転舵輪（６）を転舵する際の補助操舵トルクを電動機（９）により発生させる制御を行う操舵力制御部（１５）を有する電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングホイール（１）の操舵角を検出する操舵角センサ（１２）と、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ（１３）とを有し、前記操舵力制御部（１５）が、前記ステアリングホイール（１）をハンドルセンター方向に戻す時に少なくとも前記操舵角と前記ヨーレイトとに基づいて前記ステアリングホイール（１）の戻し制御を行うと共に、前記操舵角センサ（１２）の異常を検出する異常判定部を有し、前記操舵角センサ（１２）に異常が生じたことが検出された場合には、前記戻し制御を前記ヨーレイトセンサ（１３）により検出されたヨーレイトに基づいて、前記操舵角センサ（１２）が正常である時よりも増強して行うものとした。

特に、前記戻し制御として、前記ステアリングホイール（１）の戻し力を増減する制御を行い、前記操舵力制御部（１５）は、前記操舵角センサ（１２）に異常が生じたことが検出された場合には前記ヨーレイトセンサ（１３）により検出されたヨーレイトに基づいて前記戻し力を前記操舵角センサ（１２）が正常である時よりも増大させる制御を行うと良い。

また、さらに、前記補助操舵トルクにダンピング補償を行うダンピング補償設定部（２３）を有し、前記操舵力制御部（１５）は、前記ヨーレイトセンサ（１３）の異常を検出する異常判定部（１８）を有し、前記操舵角センサ（１２）と前記ヨーレイトセンサ（１３）との少なくとも一方に異常が発生したことを検出した場合には前記ダンピング補償設定部（２３）によるダンピングを減少させると良く、また、前記操舵角センサと前記ヨーレイトセンサとが正常である時には、前記ヨーレイトセンサ（１３）により検出されたヨーレイトが所定値以下である場合に、前記操舵角センサ（１２）により検出された操舵角に基づいて設定される戻し力を前記ヨーレイトセンサ（１３）により検出されたヨーレイトに基づいて設定される戻し力よりも大きくすると良い。また、前記操舵角センサ（１２）の異常は、前記操舵角センサ（１２）により検出された操舵角と、前記ヨーレイトセンサ（１３）により検出されたヨーレイトとに基づいて検出されると良い。

このように本発明によれば、転回時に生じるヨーレイトに基づいてステアリングホイールの戻し力を発生させるようにモータを制御すると共に、操舵角センサに異常が生じた場合にはヨーレイトに基づいて戻し制御を行うことにより、特にヨーレイトに基づいて戻し力を増大することにより、実ヨーレイトが小さくても増大された大きな戻し力を発生させることができ、ステアリングホイールをハンドルセンターまで容易に戻すことができる。

また、請求項３によれば、操舵角センサおよびヨーレイトセンサの少なくとも一方に異常が生じた場合に戻し制御におけるダンピングゲインを減少させることから、操舵フィーリングとして作用させるダンピング制御が小さくなり、ハンドルセンターへの戻し力に対するダンピング成分を無くすことができ、セルフアライニングトルクによりハンドルセンターへ戻すことができる。

また、請求項４によれば、ヨーレイトが所定値以下の場合、例えば車速が所定以下となる低速で操舵角が所定以下となるハンドルセンター近傍の場合には、操舵角の方がヨーレイトの方よりも制御目標値を大きくしたことから、ギアボックスなどのトルク伝達機構のフリクションの影響が大となるハンドルセンター近傍においてはヨーレイトは小さいため、操舵角のみに基づいてハンドルセンターへ戻す制御となっても何等問題がない。

また、請求項５によれば、操舵角センサの検出信号に対して直接異常の有無を判断する回路を設けることなく、ヨーレイトセンサの検出信号との比較などで判断でき、異常判定部の回路を簡素化し得る。

本発明が適用された車両電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 本発明に基づく制御ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明が適用された車両電動パワーステアリング装置の概略構成を示す。図に示されるように、ステアリングホイール１に同軸かつ一体結合されたステアリングシャフト２に自在継手を有する連結軸３を介してピニオン４が連結され、車幅方向に往復動し得るラック軸８がピニオンとに噛合しており、ラック軸８の両端にはタイロッド５を介して転舵輪としての左右の前輪６の各ナックルアーム７が連結された公知のラック・アンド・ピニオン機構が構成されている。また、そのラック・アンド・ピニオンを介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵トルクを発生するべく、ラック軸８の中間部に同軸的に電動機９が配設されている。

ピニオン４に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ１１と、ステアリングホイール１の回転角（操舵角）をラック・アンド・ピニオン機構部で検出するための操舵角センサ１２と、車両のヨーレイトを検出するためのヨーレイトセンサ１３と、車両の走行速度に対応した車速信号を出力するための車速センサ１４と、これらの検出値に基づいて電動機９の出力を制御するための操舵力制御部としての制御ユニット１５とが設けられている。なお、ヨーレイトセンサ１３は、直進状態で０となり、左右方向をプラス値／マイナス値で表される検出値が出力されるものとする。

上記制御ユニット１５における制御要領を図２の回路ブロック図を参照して以下に示す。本制御ユニット１５内には、上記操舵角センサ１２で検出された操舵角信号θが入力すると共に、操舵トルクセンサ１１で検出された操舵トルク信号Ｔsと車速センサで検出された車速信号Ｖsとがそれぞれ入力する補助操舵トルク設定部１６が設けられている。

なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向との情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表されて良く、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。

また、操舵角信号θは操舵角センサ１２の異常を検出する異常判定部１７を介して戻し力設定部１９に入力していると共に、ヨーレイト信号γもヨーレイトセンサの異常を検出する異常判定部１８を介して戻し力設定部１９に入力している。各異常判定部１７・１８では操舵角信号θとヨーレイト信号γとの各検出信号に異常があるか無いかを判定する。なお、操舵角センサ１２の異常は、操舵角信号θとヨーレイト信号γとに基づいて検出されるようにしても良い。例えば、操舵角（θ）の大きさに応じて想定できるヨーレイト（γ）の範囲をマップ化しておき、範囲から外れたら異常であると判断することができる。

また、ヨーレイト信号γは補助操舵トルク設定部１６にも入力している。補助操舵トルク設定部１６では、ヨーレイト信号γが所定値以下であるか否かを判別する。ヨーレイト信号γが所定値以下とは、例えば車速が所定以下（いわゆる低・中・高速の場合の低速）であって操舵角が所定以下（ハンドルセンター近傍）の場合であって良い。

戻し力設定部１９にあっては、ステアリングホイール１をハンドルセンター（θ＝０度）に戻す場合の戻し力を電動機９に発生させる戻し力制御値を設定する。上記したように戻し力設定部１９には操舵角センサ１２とヨーレイトセンサ１３との各検出信号θ・γが入力しており、それぞれの検出値に応じて増減するように算出された戻し力設定値が戻し力設定部１９から目標電流設定部２４に出力される。

さらに、操舵角信号θと操舵トルク信号Ｔｓとが操舵方向判定部２０に入力しており、操舵方向判定部２０では両信号θ・Ｔｓに基づいて操舵方向がハンドルセンターから遠ざかる向きかハンドルセンターに戻る向きかを判定し、その判定結果が補助操舵トルク設定部１６と戻し力設定部１９とに出力される。

また、電動機９には、その角速度を検出するためのレゾルバ２１が設けられており、レゾルバ２１の出力信号は角速度算出部２２でモータ角速度として算出され、その角速度信号がダンピング補償設定部としてのダンパ補償部２３を介して補助操舵トルク設定部１６に入力する。ダンパ補償部２３は、電動機９の回転方向の駆動に対して、ダンピングとしての駆動を考慮してモータ目標電流を補償するものである。したがって、通常操舵時のように操舵トルクの方向と電動機９の回転方向が同じ場合（ ステアリングの往き時）は、減衰は操舵トルクに対して減算補正であるが、ステアリングホイール１がセルフアライニングトルクによってハンドルセンターに戻されるような、操舵トルクの方向と電動機９の回転方向が逆方向の場合（ステアリングの戻り時）には、減衰は操舵トルクに対して加算補正になる。なお、上記各異常判定部１７・１８からの異常判定信号はダンパ補償部２３にも入力している。

補助操舵トルク設定部１６にあっては、ステアリングホイール１を往き側に操舵した場合の補助操舵トルクを操舵角センサ１２とヨーレイトセンサ１３との各検出信号に基づいて算出すると共に、ダンパ補償部２３からの補償値を加味して算出された補助操舵トルク設定値を目標電流設定部２４に出力する。目標電流設定部２４からは補助操舵トルク設定値に応じた駆動電流値が駆動回路２５に出力され、駆動回路２５を介して電動機９が駆動制御される。

上記したように各異常判定部１７・１８では操舵角信号θとヨーレイト信号γとの異常の有無を判定しており、戻し力設定部１９では、まず各異常判定部１７・１８からの異常判定信号の入力の有無をチェックする。また、戻し力設定部１９には操舵トルク信号Ｔｓと車速信号Ｖsとレゾルバとの各信号が入力している。上記各異常判定部１７・１８からの何れの信号にも異常が無い場合には、戻し力設定部１９は、操舵角信号θ・ヨーレイト信号γ・操舵トルク信号Ｔｓ・車速信号Ｖs・レゾルバ信号の各信号に基づいて戻し力を算出する。セルフアライニングトルクが大きな領域ではヨーレイトγが大きく、その大きなヨーレイトγを含んで大きくなった戻し力で速やかなステアリングの戻りを実現することができる。

一方、操舵角センサ１２のみに異常が生じた場合には、その異常判定により、戻し力設定部１９では、戻し力制御を行う場合に操舵角信号θを０とし、ヨーレイト信号γのみに基づいて戻し力の算出を行う。この時、通常補助操舵トルクの算出に用いるゲインのみでは戻し力が小さくなってしまうため、ヨーレイトγに乗算するゲインを増大（例えば３０％アップ）する。なお、ヨーレイト信号γに基づいて戻し力の算出を行う場合のゲイン（増幅率）には、例えば一定の増幅率を用いたり、ヨーレイト信号γの値に応じて増幅率を適宜変化させたマップを用いたりすることができる。それぞれにおける増幅率を増大させて戻し力の算出を行うと良い。これにより、ハンドルセンターに戻ってきた時の実ヨーレイトが小さくなった場合でも戻し力を大きくすることができ、ハンドルセンターまでの戻し制御を実現し得る。さらに、ステアリングホイール１をハンドルセンターに戻す際にダンパ補償部２３によるダンピング制御のゲイン（ダンピングゲイン）を下げると良い。ヨーレイト信号γに基づいてダンピングゲインの算出を行う場合には、上記と同様に例えば一定のゲインを用いたり、ヨーレイト信号γの値に応じて適宜変化させたゲインを用いたりすることができ、それぞれにおけるゲインを増大させてダンピングゲインの算出を行う。これにより、ハンドルセンター近傍でのヨーレイト検出信号が小さいことによるヨーレイトセンサ１３の不感帯となってしまう領域を小さくすることができ、操舵角センサ１２の故障時におけるハンドルセンターまでの戻し制御をより一層効果的に実現し得る。

また、ヨーレイトセンサ１３のみに異常が生じた場合には、その異常判定により、戻し力設定部１９では、戻し力制御を行う場合にヨーレイト信号γを０とし、操舵角信号θのみに基づいて戻し力の算出を行う。この時にはヨーレイトγによる算出分が加味されないが、ヨーレイトγの影響の大きな場合はセルフアライニングトルクが生じている領域のため、それ程大きな不都合とはならない。そして、操舵角θが検出されていることから、ハンドルセンターに至るまで戻し力を発生させる制御を行うことができる。この場合にも、ステアリングホイール１をハンドルセンターに戻す際にダンパ補償部２３によるダンピングゲインを下げると良い。この場合も、ダンピングゲインの算出を行うと良く、上記と同様に、操舵角θに基づいてダンピングゲインの算出を行う場合には、例えば一定のゲインを用いたり、操舵角θに応じて適宜変化させたゲインを用いたりすることができ、それぞれにおけるゲインを増大させてダンピングゲインの算出を行う。これにより、ヨーレイトγによる算出分を補完するように制御することができ、ヨーレイトセンサ１３の故障時におけるハンドルセンターまでの戻し制御をより一層効果的に実現し得る。

次に、両センサ１２・１３に異常が生じた場合には、それらの異常判定により、戻し力設定部１９では、両信号θ・γを０とする。この場合には戻し力設定部１９による戻し力制御を行うことができないため、通常のパワーステアリング非装備車両と同様のセルフアライニングトルクによるステアリングホイール１の戻しとなる。そのため、戻し方向に対するフリクションをできるだけ低減するべく、ダンパ補償部２３にあっては、両センサ１２・１３の異常判定信号が入力されたら、ダンピングゲインを減少させる（例えば３０％ダウン）制御を行う。これにより、セルフアライニングトルクに対するダンピングの影響を無くすことができ、ハンドルセンターへのステアリングホイール１の戻しを実現し得る。なお、この場合にはステアリング往き時にもダンピングの影響を受けるため、ステアリング往き時のダンピングゲインも減少させると良く、例えば２０％ダウンに設定すると良い。

さらに、ダンピングゲインの減少制御にあっては、上記各センサ１２・１３のいずれか一方の異常時にも適用可能であり、操舵角センサ１２の異常時にはヨーレイトのゲイン増大に代えて、ステアリング戻り時のダンピングゲインを３０％減少させるようにしたり、ヨーレイトセンサ１３の異常時には、ステアリング往き時のダンピングゲインを２０％アップし、ステアリング戻り時のダンピングゲインを３０％ダウンさせたりすると良い。

なお、操舵角センサ１２・ヨーレイトセンサ１３が故障した場合に、センサの出力値が大きい状態でそれぞれの出力値を瞬時に０にしてしまうと、ステアリングホイール１を保持するのが困難な程の大きな力が出続けてしまう場合がある。その場合には、センサが故障してゲインを増大させる制御に切り替える際に、そのゲインの増大を急激ではなく徐々に行う。具体的には、高車速域の時にセンサが故障して制御が切り替わる場合に、ゲインが増加すると車両の挙動が乱れるため、据え切り等の低車速域に比べて高車速域の場合の方のゲインを上げる制御を遅く行うようにする。

また、ヨーレイト信号γが所定値以下の場合には、低車速で操舵角が小さい場合であり、その場合にはセルフアライニングトルクよりもフリクションの方が大きくなる虞があり、そのような場合でも確実にハンドルセンターに戻すことができると良い。上記したように補助操舵トルク設定部１６によりセルフアライニングトルクでハンドルセンターに戻りきらないようなヨーレイトが小さい場合を判別し、その場合には操舵角に基づく制御値（戻し力）をヨーレイトに基づく制御値（戻し力）よりも大きく設定する（例えばθ：γ＝４：１）。これにより、基本的に操舵角信号θが０度（ハンドルセンター）になるまで戻し力を発生させる制御を行うことができる。

１ ステアリングホイール
６ 転舵輪
９ 電動機
１２ 操舵角センサ
１３ ヨーレイトセンサ
１５ 制御ユニット（操舵力制御部）
１７ 異常判定部
１８ 異常判定部
２３ ダンパ補償部（ダンピング補償設定部）

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵に応じて転舵輪を転舵する際の補助操舵トルクを電動機により発生させる制御を行う操舵力制御部を有する電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサとを有し、
   前記操舵力制御部が、前記ステアリングホイールをハンドルセンター方向に戻す時に少なくとも前記操舵角と前記ヨーレイトとに基づいて前記ステアリングホイールの戻し制御を行うと共に、前記操舵角センサの異常を検出する異常判定部を有し、
   前記操舵角センサに異常が生じたことが検出された場合には、前記戻し制御を前記ヨーレイトセンサにより検出されたヨーレイトに基づいて、前記操舵角センサが正常である時よりも増強して行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記戻し制御として、前記ステアリングホイールの戻し力を増減する制御を行い、
   前記操舵力制御部は、前記操舵角センサに異常が生じたことが検出された場合には前記ヨーレイトセンサにより検出されたヨーレイトに基づいて前記戻し力を前記操舵角センサが正常である時よりも増大させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. さらに、前記補助操舵トルクにダンピング補償を行うダンピング補償設定部を有し、
   前記操舵力制御部は、前記ヨーレイトセンサの異常を検出する異常判定部を有し、前記操舵角センサと前記ヨーレイトセンサとの少なくとも一方に異常が発生したことを検出した場合には前記ダンピング補償設定部によるダンピングを減少させることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記操舵角センサと前記ヨーレイトセンサとが正常である時には、前記ヨーレイトセンサにより検出されたヨーレイトが所定値以下である場合に、前記操舵角センサにより検出された操舵角に基いて設定される戻し力を前記ヨーレイトセンサにより検出されたヨーレイトに基づいて設定される戻し力よりも大きくすることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵角センサの異常は、前記操舵角センサにより検出された操舵角と、前記ヨーレイトセンサにより検出されたヨーレイトとに基づいて検出されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

Images