JP2004114755A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵部材100の操舵角θに対応する電流係数および車速に対応する車速係数を予めECU5に記憶しておき、操舵角θを舵角センサ2で検出し、車両の車速Vを車速センサ4で検出し、トルクセンサ3の異常をECU5が検出した場合、ECU5により、検出した操舵角θの角速度ωを算出し、算出した角速度ωに、前記検出した操舵角θに対応する電流係数および前記検出した車速Vに対応する車速係数を乗じてモータ電流の目標値を算出し、算出した目標値に基づいて操舵補助用モータ6を駆動する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助用モータを駆動して操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル(操舵部材)に加える操舵トルクに応じて操舵補助用モータを駆動し、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、トルクセンサで検出される操舵トルクに基づいて、操舵補助用モータに流すべきモータ電流の目標値を設定する。そして、設定された目標値に基づいて、操舵補助用モータの駆動制御が行われる。
【0003】
このような電動パワーステアリング装置においては、何らかの異常によってトルクセンサに故障が生じた場合、操舵補助用モータによる操舵補助を停止して、誤検出された操舵トルクに基づく操舵補助の誤作動を回避することが行われている(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−58505号公報
【特許文献2】
特開2000−185660号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操舵補助用モータによる操舵補助を停止した場合は、運転者がハンドルに加えるべき操舵トルクが非常に大きくなり、操舵操作を行うことが困難になる。例えば、トルクセンサに故障が発生した地点から修理工場まで車両を移動させる必要があるが、モータによる操舵補助が行われないために、操舵操作が困難な状態で運転を行わなければならない。
【0006】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トルクセンサが故障した場合に、操舵角及び該操舵角度の角速度に応じた操舵補助を行う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。
【0007】
また、本発明は、トルクセンサが故障した場合に、操舵角及び該操舵角の角速度と車速とに応じた操舵補助を行う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他の目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、操舵角に対応する係数を記憶する記憶部と、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に前記検出した操舵角に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする。
【0009】
第2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をトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、車両の車速を検出する車速センサと、操舵角に対応する係数および車速に対応する係数を記憶する記憶部と、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に、前記検出した操舵角に対応する係数および前記検出した車速に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする。
【0010】
第1発明においては、異常検出手段により、トルクセンサの異常を検出する。また、舵角センサにより、操舵部材の操舵角を検出する。記憶部には、操舵角に対応する係数が予め記憶される。前記異常検出手段によって前記トルクセンサの異常が検出された場合、算出手段により、前記舵角センサによって検出された操舵角の角速度を算出すると共に、検出された操舵角に対応する係数を前記記憶部から取得し、取得した係数を前記算出した角速度に乗じて、モータ電流の目標値を算出する。前記トルクセンサの異常が検出された場合、モータ制御手段は、算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動する。角速度の算出処理を追加するだけで、操舵角速度に基づく、トルクセンサ故障時の良好な操舵補助力を得ることができる。
【0011】
第2発明においては、異常検出手段により、トルクセンサの異常を検出する。また、舵角センサにより、操舵部材の操舵角を検出し、車速センサにより、車速を検出する。記憶部には、操舵角に対応する係数と、車速に対応する係数が予め記憶される。前記異常検出手段によって前記トルクセンサの異常が検出された場合、算出手段により、前記舵角センサによって検出された操舵角の角速度を算出すると共に、検出された操舵角に対応する係数及び検出された車速に対応する係数を前記記憶部から取得し、取得した両係数を前記算出した角速度に乗じて、モータ電流の目標値を算出する。前記トルクセンサの異常が検出された場合、モータ制御手段は、算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動する。車速に関する各種処理及びデータを追加して、操舵角速度及び車速に基づく、トルクセンサ故障時のさらに良好な操舵補助力を得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を、操舵補助に関連する車両構成と共に示す概略図である。電動パワーステアリング装置は、ハンドル(操舵部材)100に一端が固着されるステアリングシャフト102と、ステアリングシャフト102の他端に連結されたラックピニオン機構104と、ハンドル100の操舵角を検出する舵角センサ2と、ハンドル100の操作によってステアリングシャフト102に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ3と、運転者によるハンドル100の操作の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるモータ(操舵補助用モータ)6と、モータ6が発生させた操舵補助力をステアリングシャフト102に伝達する減速ギア7と、車載バッテリ8からイグニションスイッチ9を介して電源の供給を受け、舵角センサ2,トルクセンサ3,および車速センサ4からのセンサ信号に基づきモータ6を駆動する電子制御ユニット(ECU)5とを備えている。
【0013】
上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、通常は、運転者がハンドル100を操作した場合、操作による操舵トルクがトルクセンサ3によって検出され、検出された操舵トルクと車速センサ4によって検出された車速とに基づいてECU5によりモータ6が駆動される。駆動されたモータ6は操舵補助力を発生し、発生した操舵補助力が減速ギア7を介してステアリングシャフト102に加えられることにより、運転者によるハンドル100の操作の負荷が軽減される。
【0014】
モータ6駆動時は、ハンドル100操作によって加えられる操舵トルクとモータ6が発生する操舵補助力によるトルクとの和が、出力トルクとして、ステアリングシャフト102を介してラックピニオン機構104に与えられる。ステアリングシャフト102の回転によりピニオン軸が回転し、ピニオン軸の回転がラックピニオン機構104によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材106を介して車輪108に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪108の向きが変わる。
【0015】
図2は、ECU5の機能的構成を示すブロック図である。ECU5は、モータ制御部(モータ制御手段)として機能するマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)10と、マイコン10から出力される指令値Dfbに応じたデューティ比のパルス幅変調信号(PWM信号)を生成するPWM信号生成回路18と、生成されたPWM信号のデューティ比に応じた電圧をモータ6に印加するモータ駆動回路20と、モータ6に流れるモータ電流を検出する電流検出器19とを備える。
【0016】
マイコン10は、内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部12と減算器14とフィードバック制御演算部(以下、FB制御演算部)16とを含むモータ制御部として機能する。目標電流設定部12は、トルクセンサ3から出力された操舵トルクの検出値Ts(以下、操舵トルクTs)または舵角センサ2から出力された操舵角の検出値θ(以下、操舵角θ)のいずれかと、車速センサ4から出力された車速の検出値V(以下、車速V)とに基づき、モータ6に流すべき電流の目標値(以下、電流目標値)Itを決定する。
【0017】
マイコン10(目標電流設定部12)の内蔵ROMには、操舵トルクTs及び車速Vと電流目標値Itとの対応関係(電流目標値マップ)が予め記憶されており(図示せず)、目標電流設定部12は、電流目標値マップを参照して、検出された操舵トルクTs及び車速Vに対応する電流目標値Itを取得する。
【0018】
また、マイコン10(目標電流設定部12)の内蔵ROM(記憶部)には、操舵角θと電流係数との対応関係(以下、電流係数マップという)と、車速Vと車速係数との対応関係(車速係数マップという)とが予め記憶されており、目標電流設定部12は、電流係数マップ及び車速係数マップを参照して、検出された操舵角θ及び車速Vに夫々対応する電流係数及び車速係数を取得する。目標電流設定部12は、検出された操舵角θの角速度ωを算出し、算出した角速度ωに前記取得した電流係数及び車速計数を乗じて、電流目標値It(=電流係数×車速計数×角速度ω)を算出する手段(算出手段)として動作する。
【0019】
電流係数マップの例を図3(a)に、車速係数マップの例を図3(b)に示す。電流係数は、図3(a)に示すように、操舵角θに比例して増加する。ただし、操舵角θ=0の位置を中立位置とし、θ>0は右方向操舵に相当し、θ<0は左方向操舵に相当するものとする。また、電流係数は、上下限が設定されている。車速係数は、図3(b)に示すように、車速Vに比例して減少する。
【0020】
目標電流設定部12は、トルクセンサ3の故障が検出されていない場合は、操舵トルクTs及び車速Vに基づいて電流目標値Itを決定し、トルクセンサ3の故障が検出された場合は、操舵角θ及び車速Vに基づいて電流目標値Itを決定する。操舵角θ及び車速Vに基づいて決定される電流目標値Itは、トルクセンサ3の故障時に使用されるため、上下限を設定して安全性を高めることが好ましい。特に、角速度ωに上下限を設定することが好ましい。
【0021】
トルクセンサ3の故障の検出は、マイコン10で行うことが可能である。例えば、トルクセンサ3を複数個設け、各トルクセンサで検出される操舵トルクの差が所定値以上となった場合にトルクセンサ3が故障したと判定することが可能である。また、モータ電流の検出値(電流検出値)Isが予め定める電流値以上であり、かつ、操舵トルクTsが予め定めるトルク値以上である場合に、トルクセンサ3に異常(故障)が生じていると判断することが可能である。
【0022】
減算器14は、目標電流設定部12で算出された電流目標値Itと電流検出器19から出力された電流検出値Isとの偏差It−Isを算出する。ここで、モータ6は、モータ電流が正のとき(Is>0のとき)には右方向操舵を補助する方向にトルクを発生させ、モータ電流が負のとき(Is<0のとき)には左方向操舵を補助する方向にトルクを発生させるものとする。FB制御演算部16は、算出された偏差It−Isに基づく比例積分制御演算によって、PWM信号生成回路18に与えるべきフィードバック制御のための指令値Dfbを生成する。
【0023】
指令値Dfbを受取ったPWM信号生成回路18は、指令値Dfbに応じたデューティ比のパルス信号、すなわち指令値Dfbに応じてパルス幅の変化するPWM信号を生成する。モータ駆動回路20は、このPWM信号のパルス幅(デューティ比)に応じた電圧をモータ6に印加する。モータ6は、電圧印加によって流れる電流に応じた大きさ及び方向のトルクを発生する。
【0024】
図4は、モータ駆動回路20の一構成例を示す回路図である。図4に示す例では、4個の電力用の電界効果型トランジスタ(以下、FET)21〜24によってブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路は、FET21,22の直列接続とFET23,24の直列接続とが、バッテリ8の電源ラインと接地ラインとの間に、FET21,23がバッテリ8側になるように並列に接続されている。右方向操舵を補助すべき場合は、PWM信号生成回路18からFET21,24のゲートに上記PWM信号が入力され、FET22,23のゲートにはオフ信号が入力される。これにより、モータ6は、モータ駆動回路20によってPWM信号のデューティ比に応じた電圧が印加され、右方向操舵を補助するトルクを発生させる。また、左方向操舵を補助すべき場合は、PWM信号生成回路18からFET22,23のゲートに上記PWM信号が入力され、FET21,24のゲートにはオフ信号が入力される。これにより、モータ6は、モータ駆動回路20によってPWM信号のデューティ比に応じた電圧が上記と逆方向に印加され、左方向操舵を補助するトルクを発生させる。
【0025】
次に、本発明に係る電動パワーステアリング装置を用いた操舵補助について説明する。
マイコン10によるモータ制御処理の例を図5に示す。本実施形態では、イグニションスイッチ9がオンされてECU5に電源が投入されると、マイコン10が以下のように動作することにより、図2に示した構成のモータ制御部が実現される。
【0026】
マイコン10には、トルクセンサ3から操舵トルクTs、舵角センサ2から操舵角θ、車速センサ4から車速V、電流検出器19から電流検出値Isが夫々入力される(S10)。マイコン10は、トルクセンサ3の故障の有無を検出する(S12)。トルクセンサ3の故障が検出されなかった場合(S12:NO)、マイコン10(目標電流設定部12)は、操舵トルクTs及び車速Vに基づいて、従来と同様に電流目標値を設定する(S16)。
【0027】
トルクセンサ3の故障が検出された場合(S12:YES)、マイコン10(目標電流設定部12)は、操舵角θ及び車速Vに基づいて、電流目標値を設定する(S14)。操舵角θ及び車速Vに基づく電流目標値の設定手順の例を図6に示す。マイコン10(目標電流設定部12)は、操舵角θの角速度ωを算出し(S30)、操舵角θに応じた電流係数を電流係数マップから取得し(S32)、車速Vに応じた車速係数を車速係数マップから取得し(S34)、電流目標値(=電流係数×車速係数×角速度ω)を算出する(S36)。
【0028】
マイコン10は、電流目標値Itと電流検出値Isとの偏差It−Isを求め、偏差に基づく比例積分制御演算によって、PWM信号生成回路18に与えるべきフィードバック制御のための指令値Dfbを算出し(図5のS18)、PWM信号生成回路18に出力する(S20)。以後、イグニションスイッチ9がオフにされるまで、同様の処理(S10〜S20)を繰返す。
【0029】
マイコン10から出力された指令値Dfbは、PWM信号生成回路18に入力され、指令値Dfbに応じてパルス幅の変化するPWM信号が生成される。生成されたPWM信号はモータ駆動回路20に供給され、モータ駆動回路20は、PWM信号のパルス幅(デューティ比)に応じた電圧をモータ6に印加する。電圧の印加によってモータ6に流れる電流に応じた大きさ及び方向のトルクがモータ6から発生する。発生したトルクは、減速ギア7を介して操舵補助トルクとしてステアリングシャフト102に伝達される。
【0030】
上述した実施の形態においては、トルクセンサ3の故障が検出された場合、操舵角θと操舵角θの角速度ωと車速Vとに基づいて電流目標値Itを設定したが、(a)操舵角θ及び車速V、(b)操舵角θ及び角速度ω、および(c)角速度ω及び車速Vの何れかに基づいて電流目標値Itを設定することも可能である。
【0031】
操舵角θ及び車速Vに基づいて電流目標値Itを設定する場合(上記(a))は、例えば図7(a)に示すように、操舵角θと電流目標値との対応関係(対応マップ)をマイコン10(目標電流設定部12)に予め記憶しておき、舵角センサ2が検出した操舵角θに対応する電流目標値を対応マップから取得し、取得した電流目標値に、図3(b)に示した車速に応じた車速係数を乗ずる。また、操舵角θ及び角速度ωに基づいて電流目標値Itを設定する場合(上記(b))は、図3(a)に示した操舵角に対応する電流計数を取得し、取得した電流係数を角速度ωに乗ずる。同様に、角速度ω及び車速Vに基づいて電流目標値Itを設定する場合(上記(c))は、図3(b)に示した車速に対応する車速係数を取得し、取得した車速係数を角速度ωに乗ずる。
【0032】
また、上述した実施の形態では、車速Vに応じた車速係数を車速係数マップから取得しているが、図7(b)に示すように、操舵角に対応する電流係数を、車速別に設定することも可能である。図7(b)に示す電流係数マップにおいては、操舵角が同じ場合、車速が低い方が電流係数が大きい。
【0033】
【発明の効果】
【0034】
第1発明によれば、トルクセンサが故障した場合は、操舵角及び該操舵角の角速度に応じたモータ電流で、モータによる操舵補助を行うことができる。トルクセンサの故障時も操舵補助が得られて利便性が向上すると共に、操舵部材の回転速度が速い場合の操舵補助力を、回転速度が遅い場合よりも大きくして、操舵フィーリングを向上させることができる。
【0035】
第2発明によれば、トルクセンサが故障した場合は、操舵角及び該操舵角の角速度と車速とに応じたモータ電流で、モータによる操舵補助を行うことができる。トルクセンサの故障時も操舵補助が得られて利便性が向上すると共に、高速走行時の操舵補助力を低速走行時よりも小さくして、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。
【図2】電動パワーステアリング装置のECUの機能的構成を示すブロック図である。
【図3】(a)は電流係数マップの例を示す図であり、(b)は車速係数マップの例を示す図である。
【図4】ECUのモータ駆動回路の一構成例を示す回路図である。
【図5】モータ制御処理の例を示すフローチャートである。
【図6】操舵角θ及び車速Vに基づく電流目標値の設定手順の例を示すフローチャートである。
【図7】電流係数マップの他の例を示す図である。
【符号の説明】
2 舵角センサ
3 トルクセンサ
4 車速センサ
6 モータ(操舵補助用モータ)
10 マイクロコンピュータ(モータ制御手段、異常検出手段、記憶部)
12 目標電流設定部(決定手段、算出手段)
100 ハンドル(操舵部材)
Claims (2)
- 操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、
操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、
操舵角に対応する係数を記憶する記憶部と、
前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に前記検出した操舵角に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段と
を備え、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする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をトルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助用モータのモータ電流の目標値を決定し、決定した目標値に基づいてモータ制御手段で操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、
操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、
車両の車速を検出する車速センサと、
操舵角に対応する係数および車速に対応する係数を記憶する記憶部と、
前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、検出した操舵角の角速度を算出し、算出した角速度に、前記検出した操舵角に対応する係数および前記検出した車速に対応する係数を乗じてモータ電流の目標値を算出する算出手段と
を備え、前記モータ制御手段は、前記異常検出手段がトルクセンサの異常を検出した場合、前記算出手段で算出された目標値に基づいて操舵補助用モータを駆動すべくなしてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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