KR20180059808A

KR20180059808A - 전동 파워 스티어링 장치

Info

Publication number: KR20180059808A
Application number: KR1020187009652A
Authority: KR
Inventors: 히사즈미 이시카와; 데루유키 기쿠치
Original assignee: 케이와이비 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-06-05
Also published as: CN108137089A; US20180257700A1; EP3357791A1; JP2017065606A; WO2017056975A1; JP6539178B2

Abstract

전동 파워 스티어링 장치(100)는, 토크 센서(12)와, 자동 조타 시에, 전동 모터(10)를 제어하는 자동 조타 제어부(60)를 구비하고, 자동 조타 제어부(60)는 전동 모터(10)를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산하는 각속도 목표값 연산부(61)와, 토션 바(4)의 비틀림각을 연산하고, 비틀림각에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하기 위한 진동 보상 신호를 연산하는 진동 보상부(70)를 갖고, 자동 조타 제어부(60)는 각속도 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 전동 모터(10)를 제어한다.

Description

전동 파워 스티어링 장치

본 발명은, 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

JP08-337181A에는, 도로 형상 등의 정보로부터 설정되는 조타각 목표값에 따라서 차량을 자동 조타하는 자동 조타 장치가 기재되어 있다. 이 자동 조타 장치는, 스티어링 휠과 일체로 회전하는 상부 샤프트에 기어를 통해 조타용 모터가 접속되고, 이 모터를 제어함으로써 자동 조타를 행한다.

JP08-337181A에 기재된 자동 조타 장치에서는, 모터와 스티어링 휠 사이에 설치된 상부 샤프트에 걸리는 토크를 검출하도록 구성되어 있다. 이러한 토크를 검출하는 개소에는, 토션 바가 사용된다.

JP08-337181A에 기재된 자동 조타 장치에 있어서, 자동 조타 시에 모터가 작동하면, 스티어링 휠의 관성과 모터의 구동력에 의해 토션 바에 비틀림이 발생한다. 이에 의해, 토션 바에 접속된 스티어링 휠은, 토션 바가 비틀린 만큼 모터의 작동에 늦게 회전을 개시한다. 그리고, 모터가 정지하면, 이와 같이 하여 발생한 비틀림에 대해, 토션 바는 자신의 탄성력에 의해 비틀림을 해소하려고 한다. 이때, 스티어링 휠의 관성에 의해 토션 바는, 비틀림이 해소된 위치를 지나쳐서 역방향으로 비틀어져 버린다. 토션 바가 역방향으로 비틀리면, 토션 바는 그 탄성력에 의해 비틀림을 해소하려고 하지만, 스티어링 휠의 관성에 의해, 비틀림이 해소된 위치를 지나쳐서 더욱 역방향으로 비틀어져 버린다. 이와 같이, 토션 바가 비틀림을 반복함으로써, 토션 바에 연결된 스티어링 휠이, 토션 바의 움직임에 수반하여 진동해 버린다.

본 발명은, 자동 조타 시의 스티어링의 진동을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 전동 파워 스티어링 장치는, 운전자에 의해 조작되는 스티어링 부재에 연결되고, 운전자에 의한 스티어링 부재의 조작에 수반하여 회전하는 스티어링 샤프트와, 스티어링 샤프트의 일부를 구성하는 토션 바와, 토션 바에 작용하는 토크를 검출하는 토크 센서와, 토크 센서의 검출 신호에 기초하는 조타 보조, 또는 차량 외부의 정보에 기초하는 자동 조타를 선택적으로 행하는 전동 모터와, 자동 조타 시에, 전동 모터를 제어하는 자동 조타 제어부를 구비하고, 자동 조타 제어부는, 차량의 이동 목표 위치에 기초하여 설정되는 타각 목표값과 스티어링 부재의 타각을 검출하는 타각 검출부에 의해 검출된 타각에 기초하여 전동 모터를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산하는 각속도 목표값 연산부와, 토크 센서에 의해 검출된 토크에 기초하여 토션 바의 비틀림각을 연산하고, 비틀림각에 기초하여 토션 바의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터를 제어하기 위한 진동 보상 신호를 연산하는 진동 보상부를 갖고, 자동 조타 제어부는, 각속도 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 전동 모터를 제어한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 타각 제어부의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태의 변형예에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 타각 제어부의 블록도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 전동 파워 스티어링 장치(100)에 대해 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치(100)는, 운전자에 의해 조작되는 스티어링 부재로서의 스티어링 휠(1)에 연결되고, 운전자에 의한 스티어링 휠(1)의 조작(이하, 「스티어링 조작」이라고 칭함)에 수반하여 회전하는 입력 샤프트(2)와, 차륜(6)을 전타하는 랙 축(5)에 연계되는 출력 샤프트(3)와, 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)를 연결하는 토션 바(4)를 구비한다. 입력 샤프트(2), 출력 샤프트(3) 및 토션 바(4)에 의해 스티어링 샤프트(7)가 구성된다.

출력 샤프트(3)의 하부에는, 랙 축(5)에 형성된 랙 기어(5a)와 맞물리는 피니언 기어(3a)가 형성된다. 스티어링 휠(1)이 조타되면, 스티어링 샤프트(7)가 회전하고, 그 회전이 피니언 기어(3a) 및 랙 기어(5a)에 의해 랙 축(5)의 직선 운동으로 변환되고, 너클 아암(14)을 통해 차륜(6)이 전타된다.

전동 파워 스티어링 장치(100)는, 운전자에 의한 스티어링 휠(1)의 조타를 보조하기 위한 동력원인 전동 모터(10)와, 전동 모터(10)의 회전을 출력 샤프트(3)에 감속하여 전달하는 감속기(11)와, 운전자에 의한 스티어링 조작에 수반되는 입력 샤프트(2)와 출력 샤프트(3)의 상대 회전에 의해 토션 바(4)에 작용하는 토크를 검출하는 토크 센서(12)와, 전동 모터(10)를 제어하는 컨트롤러(30)와, 전동 모터(10)에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 센서(10b)(도 2)를 더 구비한다.

전동 모터(10)에는, 전동 모터(10)의 회전 각도를 취득하는 모터 회전각 센서(10a)가 설치된다. 모터 회전각 센서(10a)는, 리졸버에 의해 구성된다.

감속기(11)는, 전동 모터(10)의 출력축에 연결되는 웜 샤프트(11a)와, 출력 샤프트(3)에 연결되고 웜 샤프트(11a)에 맞물리는 웜 휠(11b)로 이루어진다. 전동 모터(10)가 출력하는 토크는, 웜 샤프트(11a)로부터 웜 휠(11b)로 전달되어 출력 샤프트(3)에 부여된다.

운전자에 의한 스티어링 조작에 수반하여 입력 샤프트(2)에 부여되는 조타 토크는 토크 센서(12)에 의해 검출되고, 토크 센서(12)는 그 조타 토크에 대응하는 전압 신호를 컨트롤러(30)에 출력한다. 컨트롤러(30)는, 토크 센서(12)로부터의 전압 신호에 기초하여, 전동 모터(10)가 출력하는 토크를 연산하고, 그 토크가 발생하도록 전동 모터(10)의 구동을 제어한다. 이와 같이, 전동 파워 스티어링 장치(100)는 입력 샤프트(2)에 부여되는 조타 토크를 토크 센서(12)에 의해 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 전동 모터(10)의 구동을 컨트롤러(30)에 의해 제어하여 운전자의 스티어링 조작을 보조한다.

입력 샤프트(2)에는, 스티어링 휠(1)의 회전 각도인 타각을 검출하는 타각 검출부로서의 타각 센서(15)가 설치된다. 입력 샤프트(2)의 회전 각도와 스티어링 휠(1)의 타각은 동등하기 때문에, 타각 센서(15)에 의해 입력 샤프트(2)의 회전 각도를 검출함으로써 스티어링 휠(1)의 타각이 얻어진다. 타각 센서(15)의 검출 결과는 컨트롤러(30)에 출력된다.

타각 센서(15)는, 도시하지 않지만, 예를 들어 입력 샤프트(2)와 일체로 회전하는 센터 기어와, 센터 기어에 맞물리는 2개의 아우터 기어를 구비하고, 2개의 아우터 기어의 회전에 수반되는 자속의 변화에 기초하여, 센터 기어의 회전 각도, 즉 입력 샤프트(2)의 회전 각도를 연산하는 것이다.

컨트롤러(30)는, 전동 모터(10)의 동작을 제어하는 CPU와, CPU의 처리 동작에 필요한 제어 프로그램이나 설정값 등이 기억된 ROM과, 토크 센서(12)나 타각 센서(15) 등의 각종 센서가 검출한 정보를 일시적으로 기억하는 RAM을 구비한다.

전동 모터(10)는, 상술한 바와 같이, 토크 센서(12)의 검출 결과에 기초하여 운전자에 의한 스티어링 조작을 보조하는 것 외에, 운전자의 스티어링 조작에 의존하는 일 없이 차량 외부의 정보에 기초하여 자동으로 조타하는 것도 가능하다. 전동 모터(10)는, 토크 센서(12)에 의해 검출된 조타 토크에 기초하는 조타 보조와 차량 외부의 정보에 기초하는 자동 조타를 선택적으로 행한다.

운전자에 의한 수동 조타로부터 자동 조타로의 전환은, 운전자의 조작에 의해 자동 운전 모드가 선택됨으로써 실행된다. 한편, 자동 조타로부터 수동 조타로의 전환은, 컨트롤러(30)의 개입 판정부(도시하지 않음)가 운전자에 의한 스티어링 조작의 개입을 판정한 경우, 혹은 운전자에 의한 선택 스위치의 조작에 의해 실행된다.

개입 판정부는, 토크 센서(12)에 의해 검출되는 조타 토크에 기초하여 운전자에 의한 스티어링 개입 조작을 판정한다. 구체적으로는, 개입 판정부는, 토크 센서(12)에 의해 검출되는 조타 토크가 소정값 이상으로 된 경우에, 운전자에 의한 스티어링 개입 조작이 행해졌다고 판정한다. 그 판정 결과는 컨트롤러(30)에 출력되고, 컨트롤러(30)는 자동 조타 제어를 무효로 함으로써 전동 모터(10)의 제어 방법을 어시스트 제어로 전환한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(30)는, 운전자에 의한 스티어링 조작 시에, 각종 센서로부터의 검출값에 기초하여 전동 모터(10)에 의한 어시스트 제어를 행하는 어시스트 제어부(50)와, 자동 조타 시에 각종 센서로부터의 검출값에 기초하여 전동 모터(10)에 의한 자동 제어를 행하는 자동 조타 제어부(60)를 구비한다.

어시스트 제어부(50)는, 토크 센서(12)에 의해 검출된 조타 토크와, 차량에 설치된 차속 센서(16)에 의해 검출된 차속과, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 타각에 기초하여, 어시스트력 목표값을 연산한다.

자동 조타는, 차량의 자동 운전 시스템(40)으로부터의 지령 신호(타각 목표값)에 기초하여 행해진다. 구체적으로는, 자동 운전 시스템(40)은, 차량 외부의 정보로서 주행 중인 차선의 경계선(백색선)을 검출하고, 자차량이 차선 내의 주행을 유지하기 위해 필요한 타각 목표값을 연산하고, 그 타각 목표값을 자동 조타 제어부(60)에 출력한다. 타각 목표값은, 바꾸어 말하면, 차량의 이동 목표 위치에 기초하여 설정된다. 자동 조타 제어부(60)는, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 타각과, 자동 운전 시스템(40)으로부터 입력된 타각 목표값에 기초하여 자동 조타 목표값을 연산한다. 상세에 대해서는, 후술한다.

컨트롤러(30)는, 어시스트력 목표값 또는 자동 조타 목표값에 기초하여 전동 모터(10)에 인가하는 전류를 제어하는 전류 제어부(31)와, 전동 모터(10)의 구동을 제어하기 위한 구동 회로(32)를 더 구비한다. 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 전류 센서(10b)에 의해 검출된 전동 모터(10)의 전류값을, 전류 제어부(31)로 귀환시켜 피드백 제어를 행한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 자동 조타 제어부(60)에 대해 설명한다. 도 3은, 자동 조타 제어부(60)의 블록도이다.

자동 조타 제어부(60)는, 자동 운전 시스템(40)으로부터 입력된 타각 목표값과 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 타각에 기초하여, 전동 모터(10)를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산하는 각속도 목표값 연산부(61)를 구비한다.

각속도 목표값 연산부(61)는, 자동 운전 시스템(40)으로부터 출력된 타각 목표값과 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 타각의 차에 기초하여 타각 목표값에 스티어링 휠(1)의 타각이 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 위치 제어 목표값을 연산하는 위치 제어부(62)와, 자동 운전 시스템(40)으로부터 출력된 타각 목표값의 단위 시간당 변화에 기초하여 목표 변화 보상 신호를 연산하는 목표 변화 보상부(63)를 구비한다.

위치 제어부(62)에 의해 위치 제어 목표값을 연산할 때에는, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 타각이 사용된다. 그러나, 타각 센서(15)의 검출 주기는 간격이 비교적 길어, 스티어링 휠(1)이 빠르게 조타되었을 때에는, 타각 센서(15)만으로는 스티어링 휠(1)의 타각을 고정밀도로 검출할 수 없다.

그래서, 위치 제어부(62)는, 스티어링 휠(1)의 타각을 더 고정밀도로 검출하기 위해, 타각 센서(15)에 의해 검출된 타각을, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 모터 회전각을 사용하여 보정함으로써 고정밀도 타각을 연산한다. 구체적으로 설명하면, 모터 회전각 센서(10a)는 타각 센서(15)의 검출 주기보다 짧은 주기로 전동 모터(10)의 회전각 변화량인 모터 회전각을 검출한다. 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 모터 회전각과 감속기(11)의 감속비(출력 샤프트(3)와 전동 모터(10)의 감속비)로부터 출력 샤프트(3)의 회전 각도 변화량을 얻을 수 있다. 따라서, 타각 센서(15)에 의해 검출되는 타각에, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출되는 모터 회전각과 감속기(11)의 감속비로부터 얻어지는 출력 샤프트(3)의 회전 각도 변화량을 가산함으로써, 짧은 주기로 스티어링 휠(1)의 고정밀도 타각을 연산할 수 있다. 이에 의해, 스티어링 휠(1)이 빠르게 조타되었을 때라도, 고정밀도의 타각을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 모터 회전각 센서(10a)는 타각 검출기의 일부로서 기능한다.

이와 같이, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 스티어링 휠(1)의 타각은, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 전동 모터(10)의 모터 회전각과, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 회전각에 기초하여 연산된다. 이에 의해, 고정밀도의 타각을 얻을 수 있다. 또한, 예를 들어 타각 센서(15)의 검출 주기는 10msec 정도이고, 모터 회전각 센서(10a)의 검출 주기는 1msec 이하이지만, 타각 센서(15)의 검출 주기가 짧으면, 타각 센서(15)에 의해 검출한 타각만을 사용해도 된다.

위치 제어부(62)는, 타각 목표값과 스티어링 휠(1)의 타각의 차를 연산하고, 이 차에 PD 제어를 실시하여 소정의 게인을 곱함으로써, 스티어링 휠(1)의 목표로 하는 각속도에 상당하는 위치 제어 목표값을 연산한다. 게인은, 구체적으로는, 단위 시간의 역수에 상당하는 것이다. 위치 제어부(62)는, 자동 운전 시스템(40)으로부터 출력된 타각 목표값에 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 휠(1)의 실제 타각과의 차에 기초하여, 타각을 타각 목표값에 일치시키기 위한 위치 제어 목표값을 연산한다. 즉, 위치 제어부(62)는 타각 목표값과 스티어링 휠(1)의 실제의 타각의 차에 기초한 위치 피드백 제어를 행한다.

목표 변화 보상부(63)는, 자동 운전 시스템(40)으로부터 출력된 전회의 타각 목표값과 금회의 타각 목표값의 차를 단위 시간(타각 목표값이 출력되는 간격)으로 제산하고, PID 제어를 실시함으로써 목표 변화 보상 신호를 연산한다.

각속도 목표값 연산부(61)는, 위치 제어부(62)에 의해 연산된 위치 제어 목표값에 목표 변화 보상부(63)에 의해 연산된 목표 변화 보상 신호를 가산한다. 이것은, 타각 목표값의 변화에 대한 추종성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다. 이하에 상세하게 설명한다.

타각 목표값이 급격하게 변화되면, 위치 제어부(62)에 의한 제어로는, 타각 목표값의 변화에 대해 전동 모터(10)의 제어를 추종할 수 없는(지연이 발생하는) 경우가 있다. 타각 목표값이 실제의 타각보다 큰 상태로부터 실제의 타각보다 작은 상태까지 급격하게 변화되는 경우를 예로 들어 설명한다.

타각 목표값이 변화를 개시한 시점에서는, 타각 목표값은 실제의 타각보다 크기 때문에, 위치 제어부(62)는 스티어링 휠(1)의 타각이 커지는 위치 제어 목표값을 출력한다. 이 때문에, 전동 모터(10)는, 스티어링 휠(1)의 타각이 커지도록 구동된다. 위치 제어부(62)는, 타각 목표값이 감소하고 있어도, 실제의 타각이 타각 목표값보다 작으면, 실제의 타각이 타각 목표값과 일치하도록 스티어링 휠(1)의 타각이 커지는 위치 제어 목표값을 출력한다. 그리고, 타각 목표값이 더욱 감소하여 실제의 타각보다 작아지면, 위치 제어부(62)는 이 시점으로부터 타각 목표값에 추종하기 위해 스티어링 휠(1)의 타각이 작아지는 위치 제어 목표값을 출력한다. 이와 같이, 위치 제어부(62)에 의한 제어에서는, 타각 목표값이 급격하게 작아지는 변화가 발생해도, 실제의 타각이 타각 목표값과 일치할 때까지 스티어링 휠(1)의 타각이 커지는 위치 제어 목표값의 출력이 계속되므로, 지연이 발생하기 쉽다.

이 때문에, 각속도 목표값 연산부(61)는, 타각 목표값의 변화 속도에 상당하는 목표 변화 보상 신호를 연산하고, 위치 제어부(62)에 의해 연산된 위치 제어 목표값에 목표 변화 보상부(63)에 의해 연산된 목표 변화 보상 신호를 가산하여 각속도 목표값을 생성한다. 이에 의해, 타각 목표값이 급격하게 변화된 경우라도, 목표 변화 보상부(63)에 의해 연산된 목표 변화 보상 신호에 의해, 타각 목표값의 변화가 보상된다. 따라서, 위치 제어 목표값에 목표 변화 보상 신호를 가산하여 생성된 각속도 목표값에 의해 제어를 행함으로써, 위치 제어부(62)에 의해 연산된 위치 제어 목표값에만 의해 제어를 행하는 것보다 타각 목표값의 변화에 대한 추종성이 향상된다.

자동 조타 제어부(60)는, 토크 센서(12)에 의해 검출된 토크에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림각을 연산하고, 비틀림각에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터(10)를 제어하기 위한 진동 보상 신호를 연산하는 진동 보상부(70)를 더 구비한다.

진동 보상부(70)는, 토크 센서(12)에 의해 검출된 토크로부터 토션 바(4)의 비틀림각을 연산하는 비틀림각 연산부(71)를 구비한다. 진동 보상부(70)는, 비틀림각 연산부(71)에 의해 연산된 비틀림각에 PD 제어를 실시하여 진동 보상 신호를 연산한다.

진동 보상 신호는, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동을 억제하기 위한 신호이다. 여기서, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동에 대해, 구체적으로 설명한다.

자동 조타 시에, 전동 모터(10)가 작동하면, 전동 모터(10)의 회전은 감속기(11)를 통해 출력 샤프트(3)에 전달된다. 출력 샤프트(3)가 회전하면, 토션 바(4) 및 입력 샤프트(2)를 통해 스티어링 휠(1)이 회전한다. 이때, 토션 바(4)는 스프링성을 갖고 있고, 또한 스티어링 휠(1)에는 그 자리에 머무르려고 하는 관성이 작용하므로, 출력 샤프트(3)가 회전을 개시하면 토션 바(4)에 비틀림이 발생한다. 그리고, 스티어링 휠(1)은 토션 바(4)가 비틀린 만큼 출력 샤프트(3)에 늦게 회전을 개시한다. 그 후, 전동 모터(10)가 정지해도, 스티어링 휠(1)은 토션 바(4)의 스프링력과 스티어링 휠의 관성에 의해 회전을 계속하고, 토션 바(4)의 비틀림이 해소된 위치를 넘어 토션 바(4)를 역방향으로 비튼다. 이와 같이 하여, 토션 바(4)가 역방향으로 비틀리면, 타각 센서(15)에 의해 검출된 타각과 타각 목표값 사이에 차가 발생한다. 이에 의해, 전동 모터(10)는, 이 차를 없애기 위해, 출력 샤프트(3)를 역방향으로 회전시키도록 작동한다. 이와 동시에, 토션 바(4)는, 그 스프링력에 의해, 다시 토션 바(4) 자신의 비틀림을 해소하려고 역방향으로 회전한다. 그리고, 전동 모터(10)는, 타각 목표값이 되면 정지하지만, 스티어링 휠(1)은 토션 바(4)의 비틀림이 해소된 위치로 되어도 그 관성에 의해 회전을 계속하여, 토션 바(4)를 더욱 역방향으로 비틀어 버린다. 이러한 동작이 반복됨으로써, 스티어링 휠(1)이 진동한다.

진동 보상부(70)는, 이러한 진동을 억제하기 위해, 진동 보상 신호를 전동 모터(10)에 대해 출력한다. 구체적으로는, 진동 보상부(70)는, 출력 샤프트(3)가 좌측 방향으로 회전하여 토션 바(4)에 비틀림이 발생하고 있을 때에는, 토션 바(4)의 비틀림각 크기에 따라서 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향, 즉, 출력 샤프트(3)의 좌측 방향으로의 회전을 억제하는 진동 보상 신호를 전동 모터(10)에 출력한다. 이에 의해, 전동 모터(10)의 좌회전 방향으로의 토크가 억제되므로, 토션 바(4)의 비틀림이 억제된다. 따라서, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 비틀림에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동이 억제된다. 마찬가지로, 진동 보상부(70)는, 출력 샤프트(3)가 우측 방향으로 회전하여 토션 바(4)에 비틀림이 발생하고 있을 때에는, 토션 바(4)의 비틀림각에 따라서 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향, 즉, 출력 샤프트(3)의 우측 방향으로의 회전을 억제하는 진동 보상 신호를 전동 모터(10)에 출력한다. 이에 의해, 전동 모터(10)의 우회전 방향으로의 토크가 억제되므로, 토션 바(4)의 비틀림이 억제된다. 따라서, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 비틀림에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동이 억제된다. 진동 보상 신호는, 비틀림각 연산부(71)에 의해 연산된 비틀림각이 크면, 그만큼, 토션 바(4)를 비트는 방향으로의 전동 모터(10)의 회전(토크)을 억제하는 신호로 되도록 연산된다. 즉, 진동 보상 신호는, 비틀림각의 크기에 따른 값으로 연산됨과 함께, 전동 모터(10)에 대해 비틀림을 없애는 방향으로 작용하므로, 토션 바(4)의 비틀림을 고정밀도로 억제할 수 있다.

자동 조타 제어부(60)는, 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값과 진동 보상부(70)에 의해 연산된 진동 보상 신호에 기초하여 보정 각속도 목표값을 연산하는 보정 각속도 목표값 연산부로서의 가산기(64)와, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 모터 회전각으로부터 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산하는 각속도 연산부(65)와, 가산기(64)에 의해 연산된 보정 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 각속도에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 생성하는 각속도 제어부(66)를 더 구비한다.

가산기(64)는, 각속도 목표값에 진동 보상 신호를 가산하여, 보정 각속도 목표값을 연산한다.

각속도 연산부(65)는, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 단위 시간당 모터 회전수로부터 전동 모터(10)의 회전축 각속도를 연산한다. 또한, 각속도 연산부(65)는, 전동 모터(10)의 회전축 각속도에 감속기(11)의 감속비를 제산함으로써, 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산한다. 이와 같이 하여 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 각속도는, 스티어링 휠(1)의 실제 각속도에 상당한다. 또한, 스티어링 휠(1)의 각속도는, 타각 센서(15)의 검출 주기가 짧으면, 타각 센서(15)에 의해 검출된 타각을 기초로 연산해도 된다.

각속도 제어부(66)는, 가산기(64)에 의해 연산된 보정 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 각속도의 차에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 생성한다. 구체적으로는, 각속도 제어부(66)는 이들 차에 PID 제어를 실시하여 자동 조타 목표값을 생성한다. 각속도 제어부(66)는, 가산기(64)에 의해 연산된 보정 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 각속도의 차에 기초하여, 보정 각속도 목표값에 스티어링 휠(1)의 실제 각속도가 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 생성한다. 즉, 각속도 제어부(66)는, 스티어링 휠(1)의 각속도 목표값과 스티어링 휠(1)의 실제 각속도의 차에 기초한 속도 피드백 제어를 행한다.

자동 조타 제어부(60)에서는, 가산기(64)에 의해 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값에 진동 보상부(70)에 의해 연산된 진동 보상 신호가 가산되어 보정 각속도 목표값이 연산된다. 이와 같이 하여 연산된 보정 각속도 목표값은, 목표값으로서 각속도 제어부(66)에 입력된다. 각속도 제어부(66)는, 가산기(64)에 의해 연산된 보정 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 실제 각속도의 차에 기초하여 보정 각속도 목표값에 스티어링 휠(1)의 실제 각속도가 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 생성한다. 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 피드백된 각속도의 차는, 진동 보상 신호가 가산된 신호끼리의 차가 되므로, 차가 비교적 작은 값이 된다. 이에 의해, 각속도 연산부(65)에 있어서의 제어는 안정된 것이 된다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 전동 모터(10)를, 각속도 제어부(66)에 의해 연산된 자동 조타 목표값에 진동 보상부(70)에 의해 연산된 진동 보상 신호가 가산된 신호에 기초하여 제어해도 된다.

이상과 같이 구성된 자동 조타 제어부(60)에 의한 자동 조타에 대해 설명한다.

각속도 목표값 연산부(61)에 자동 운전 시스템(40)으로부터의 타각 목표값이 입력되면, 각속도 목표값 연산부(61)는, 타각 목표값에 타각 센서(15)에 의해 검출된 타각이 일치하도록 전동 모터를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산한다. 이것과 병행하여, 각속도 연산부(65)는, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 모터의 회전각으로부터 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산한다.

각속도 제어부(66)는, 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 각속도의 차에 기초하여, 각속도 목표값에 스티어링 휠(1)의 실제의 각속도가 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 연산한다. 자동 조타 목표값은, 전류 제어부(31)에 입력되고, 전류 제어부(31)는, 구동 회로(32)를 통해 전동 모터(10)를 제어한다. 전동 모터(10)는, 스티어링 휠(1)의 각속도가 타각 목표값으로 되도록 감속기(11)를 통해 스티어링 샤프트(7)를 회전시킨다.

이와 같이 하여, 전동 모터(10)가 회전을 개시하면, 상술한 바와 같이 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 토션 바(4)가 비틀린다. 토션 바(4)가 비틀리면 토크 센서(12)에 의해 토크가 검출되고, 이 토크가 진동 보상부(70)의 비틀림각 연산부(71)에 입력된다. 비틀림각 연산부(71)는, 토션 바(4)의 비틀림각을 연산한다. 진동 보상부(70)는, 이 비틀림각에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터(10)를 제어하는 진동 보상 신호를 연산한다. 진동 보상부(70)에 의해 연산된 진동 보상 신호는, 가산기(64)에 있어서 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값에 가산되고, 보정 각속도 목표값으로서 각속도 제어부(66)에 입력된다. 각속도 제어부(66)는, 가산기(64)에 의해 연산된 보정 각속도 목표값과 각속도 연산부(65)에 의해 연산된 스티어링 휠(1)의 실제 각속도의 차에 기초하여, 전동 모터(10)를 제어하기 위한 자동 조타 목표값을 연산한다. 이와 같이, 전동 모터(10)는, 진동 보상부(70)에 의해 연산된 진동 보상 신호가 가산된 자동 조타 목표값에 의해, 토션 바(4)의 비틀림각의 크기에 따라서 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 제어되면서, 스티어링 휠(1)의 각속도가 타각 목표값으로 되도록 제어된다. 바꾸어 말하면, 전동 모터(10)는, 토션 바(4)의 비틀림각의 크기에 따른 분만큼 회전 방향의 토크를 억제하면서, 스티어링 휠(1)의 각속도가 타각 목표값으로 되도록 제어된다. 이에 의해, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동을 억제할 수 있다.

이상의 실시 형태에 따르면, 이하의 효과를 발휘한다.

전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 자동 조타 제어부(60)는, 각속도 목표값 연산부(61)에 의해 연산된 각속도 목표값과 진동 보상부(70)에 의해 연산된 비틀림각에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터(10)를 제어하는 진동 보상 신호에 기초하여 전동 모터를 제어한다. 이에 의해, 전동 모터(10)는, 토션 바(4)의 비틀림각에 기초하여 회전 방향의 토크를 억제하면서, 스티어링 휠(1)의 각속도가 타각 목표값으로 되도록 제어된다. 따라서, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동을 억제할 수 있다.

전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 자동 조타 제어부(60)는, 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산하는 각속도 연산부(65)를 더 구비한다. 이에 의해, 전동 모터(10)는, 각속도 목표값과 스티어링 휠(1)의 각속도의 차에 기초하여 제어된다. 즉, 전동 모터(10)는 타각에 외에도 각속도에 기초하여 제어되므로, 제어의 정밀도가 향상된다.

각속도 목표값과 진동 보상 신호를 가산기(64)에 의해 가산하여 보정 각속도 목표값을 연산한 후, 각속도 제어부(66)에 있어서 보정 각속도 목표값과 스티어링 휠(1)의 각속도의 차에 기초하여 자동 조타 목표값을 생성한다. 각속도 목표값에 진동 보상 신호가 가산된 보정 각속도 목표값과, 스티어링 휠(1)의 실제 각속도의 차는, 진동 보상 신호가 가산(가미)된 신호끼리의 차가 되므로, 가산기(64)를 각속도 제어부(66)보다 이후의 위치에 설치한 경우에 비해 그 차가 작아진다. 이에 의해, 진동 보상 신호가 보정 각속도 목표값과 스티어링 부재의 각속도의 차에 미치는 영향이 작아지므로, 각속도 연산부(65)에 있어서의 제어의 안정성이 향상된다.

각속도 목표값 연산부(61)는, 타각 목표값과 스티어링 휠(1)의 타각의 차에 기초하여 타각 목표값에 타각이 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 위치 제어 목표값에, 타각 목표값의 단위 시간당 변화에 기초한 목표 변화 보상 신호를 가산한 각속도 목표값에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하므로, 타각 목표값의 변화에 대한 추종성이 향상된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 형태의 구성, 작용 및 효과를 정리하여 설명한다.

전동 파워 스티어링 장치(100)는, 운전자에 의해 조작되는 스티어링 부재(스티어링 휠(1))에 연결되고, 운전자에 의한 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 조작에 수반하여 회전하는 스티어링 샤프트(7)와, 스티어링 샤프트(7)의 일부를 구성하는 토션 바(4)와, 토션 바(4)에 작용하는 토크를 검출하는 토크 센서(12)와, 토크 센서(12)의 검출 신호에 기초하는 조타 보조, 또는 차량 외부의 정보에 기초하는 자동 조타를 선택적으로 행하는 전동 모터(10)와, 자동 조타 시에, 전동 모터(10)를 제어하는 자동 조타 제어부(60)를 구비하고, 자동 조타 제어부(60)는, 차량의 이동 목표 위치에 기초하여 설정되는 타각 목표값과 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 타각을 검출하는 타각 검출부(타각 센서(15), 모터 회전각 센서(10a))에 의해 검출된 타각에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산하는 각속도 목표값 연산부(61)와, 토크 센서(12)에 의해 검출된 토크에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림각을 연산하고, 비틀림각에 기초하여 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터(10)를 제어하기 위한 진동 보상 신호를 연산하는 진동 보상부(70)를 갖고, 자동 조타 제어부(60)는, 각속도 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 전동 모터(10)를 제어한다.

이 구성에 의하면, 전동 모터(10)는, 각속도 목표값과 토션 바(4)의 비틀림을 억제하는 방향으로 전동 모터(10)를 제어하기 위한 진동 보상 신호에 기초하여 제어되므로, 토션 바(4)의 비틀림을 억제하면서 자동 조타를 행할 수 있다. 따라서, 자동 조타 시에, 스티어링 휠(1)의 관성과 토션 바(4)의 스프링성에 기인하여 발생하는 스티어링 휠(1)의 진동을 억제할 수 있다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 자동 조타 제어부(60)는, 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 각속도를 연산하는 각속도 연산부를 더 갖고, 전동 모터(10)는 각속도 목표값과 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 각속도의 차에 기초하여 제어된다.

이 구성에 의하면, 전동 모터(10)는, 타각 외에도 각속도에 기초하여 제어되므로, 제어의 정밀도가 향상된다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 자동 조타 제어부는, 각속도 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 보정 각속도 목표값을 연산하는 보정 각속도 목표값 연산부와, 스티어링 부재의 각속도를 연산하는 각속도 연산부를 더 갖고, 전동 모터는, 보정 각속도 목표값과 상기 스티어링 부재의 상기 각속도의 차에 기초하여 제어된다.

이 구성에 의하면, 전동 모터(10)는, 각속도 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 연산된 보정 각속도 목표값과 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 각속도의 차에 기초하여 제어된다. 보정 각속도 목표값과 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 각속도의 차는, 진동 보상 신호가 가미된 신호끼리의 차가 된다. 이에 의해, 진동 보상 신호가 보정 각속도 목표값과 스티어링 부재의 각속도의 차에 미치는 영향이 작아지므로, 제어의 안정성이 향상된다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 자동 조타 제어부는, 스티어링 부재의 각속도를 연산하는 각속도 연산부와, 각속도 목표값과 스티어링 부재의 각속도에 기초하여 자동 조타 목표값을 연산하는 각속도 제어부를 더 갖고, 자동 조타 제어부는, 자동 조타 목표값과 진동 보상 신호에 기초하여 전동 모터를 제어한다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 각속도 목표값 연산부(61)는, 타각 목표값과 타각의 차에 기초하여 타각 목표값에 타각이 일치하도록 전동 모터(10)를 제어하기 위한 위치 제어 목표값을 연산하는 위치 제어부(62)와, 타각 목표값의 단위 시간당 변화에 기초하여 목표 변화 보상 신호를 연산하는 목표 변화 보상부(63)를 갖고, 각속도 목표값은, 위치 제어 목표값에 목표 변화 보상 신호를 가산한 것이다.

이 구성에 의하면, 각속도 목표값 연산부(61)는, 타각 목표값과 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 타각의 차에 기초한 위치 제어 목표값과, 타각 목표값의 단위 시간당 변화에 기초한 목표 변화 보상 신호를 가산한 각속도 목표값에 기초하여 전동 모터(10)를 제어하기 때문에, 타각 목표값의 변화에 대한 추종성이 향상된다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치(100)에서는, 각속도 목표값 연산부(61)는, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 전동 모터(10)의 모터 회전각과, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 회전각에 기초하여, 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 타각을 연산한다.

이 구성에 의하면, 모터 회전각 센서(10a)는 타각 센서(15)에 비해 검출 주기가 짧기 때문에, 모터 회전각 센서(10a)에 의해 검출된 전동 모터(10)의 모터 회전각과, 타각 센서(15)에 의해 검출된 스티어링 부재의 회전각(스티어링 휠(1))에 기초하여 스티어링 부재(스티어링 휠(1))의 타각을 연산함으로써, 고정밀도의 타각을 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.

상기 각 실시 형태는, 전동 모터(10)의 구동력을 스티어링 샤프트(7)에 부여하는, 이른바 1 피니언 타입의 전동 파워 스티어링 장치를 예로 들어 설명하였지만, 스티어링 휠(1)의 회전을 전달하는 스티어링 샤프트(7)와는 달리, 랙 축(5)에 대해 전동 모터(10)의 회전을 전달하는 어시스트 피니언을 갖는 샤프트를 설치한 2 피니언 타입의 전동 파워 스티어링 장치에도 적용할 수 있다.

자동 조타 제어부(60)는, 각속도 제어부(66)를 구비하고 있지 않아도 된다. 또한, 각속도 목표값 연산부(61)는, 목표 변화 보상부(63)를 구비하고 있지 않아도 되고, 타각 목표값과 타각에 기초하여 각속도 목표값을 연산하는 것이면 된다.

상기 실시 형태에서는, 각속도 연산부(65)는, 모터 회전각 센서(10a)의 검출 신호에 기초하여 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산하고 있지만, 이 대신에, 타각 센서(15)에 의해 검출된 타각이나, 토크 센서(12)에 설치된 각도 센서에 의해 검출된 각도로부터 스티어링 휠(1)의 각속도를 연산해도 된다.

본원은, 2015년 10월 1일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2015-196055호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims

전동 파워 스티어링 장치이며,
운전자에 의해 조작되는 스티어링 부재에 연결되고, 운전자에 의한 상기 스티어링 부재의 조작에 수반하여 회전하는 스티어링 샤프트와,
상기 스티어링 샤프트의 일부를 구성하는 토션 바와,
상기 토션 바에 작용하는 토크를 검출하는 토크 센서와,
상기 토크 센서의 검출 신호에 기초하는 조타 보조, 또는 차량 외부의 정보에 기초하는 자동 조타를 선택적으로 행하는 전동 모터와,
상기 자동 조타 시에, 상기 전동 모터를 제어하는 자동 조타 제어부를 구비하고,
상기 자동 조타 제어부는,
차량의 이동 목표 위치에 기초하여 설정되는 타각 목표값과 상기 스티어링 부재의 타각을 검출하는 타각 검출부에 의해 검출된 상기 타각에 기초하여 상기 전동 모터를 제어하기 위한 각속도 목표값을 연산하는 각속도 목표값 연산부와,
상기 토크 센서에 의해 검출된 상기 토크에 기초하여 상기 토션 바의 비틀림각을 연산하고, 상기 비틀림각에 기초하여 상기 토션 바의 비틀림을 억제하는 방향으로 상기 전동 모터를 제어하기 위한 진동 보상 신호를 연산하는 진동 보상부를 갖고,
상기 자동 조타 제어부는, 상기 각속도 목표값과 상기 진동 보상 신호에 기초하여 상기 전동 모터를 제어하는, 전동 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 자동 조타 제어부는,
상기 스티어링 부재의 각속도를 연산하는 각속도 연산부를 더 갖고,
상기 전동 모터는, 상기 각속도 목표값과 상기 스티어링 부재의 상기 각속도의 차에 기초하여 제어되는, 전동 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 자동 조타 제어부는,
상기 각속도 목표값과 상기 진동 보상 신호에 기초하여 보정 각속도 목표값을 연산하는 보정 각속도 목표값 연산부와,
상기 스티어링 부재의 각속도를 연산하는 각속도 연산부를 더 갖고,
상기 전동 모터는, 상기 보정 각속도 목표값과 상기 스티어링 부재의 상기 각속도의 차에 기초하여 제어되는, 전동 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 자동 조타 제어부는,
상기 스티어링 부재의 각속도를 연산하는 각속도 연산부와,
상기 각속도 목표값과 상기 스티어링 부재의 상기 각속도에 기초하여 자동 조타 목표값을 연산하는 각속도 제어부를 더 갖고,
상기 자동 조타 제어부는, 상기 자동 조타 목표값과 상기 진동 보상 신호에 기초하여 상기 전동 모터를 제어하는, 전동 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 각속도 목표값 연산부는,
상기 타각 목표값과 상기 타각의 차에 기초하여 상기 타각 목표값에 상기 타각이 일치하도록 상기 전동 모터를 제어하기 위한 위치 제어 목표값을 연산하는 위치 제어부와,
상기 타각 목표값의 단위 시간당 변화에 기초하여 목표 변화 보상 신호를 연산하는 목표 변화 보상부를 갖고,
상기 각속도 목표값은, 상기 위치 제어 목표값에 상기 목표 변화 보상 신호를 가산한 것인, 전동 파워 스티어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 각속도 목표값 연산부는,
모터 회전각 센서에 의해 검출된 상기 전동 모터의 모터 회전각과, 타각 센서에 의해 검출된 상기 스티어링 부재의 회전각에 기초하여, 상기 스티어링 부재의 타각을 연산하는, 전동 파워 스티어링 장치.