JP2006248250A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクセンサのセンサ信号に異常があった場合にも、安全軽快に操舵が行えるようにする。
【解決手段】 操舵部材１の操作に応じて電動モータ５を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、車体にかかる横加速度を計測する手段１７１ｃ（またはＧセンサ１２）と、この横加速度計測手段１７１ｃ（またはＧセンサ１２）により計測された横加速度に基づいて電動モータ５に与える駆動電流の値を決定する駆動電流決定手段１７１ｄとを備え、駆動電流決定手段１７１ｄは、車体にかかる横加速度と電動モータ５に与える駆動電流の値との関係を示す横加速度対応制御マップ１７２ｃを参照して電動モータ５に与える駆動電流の値を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材の操作に応じて電動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。

上記電動パワーステアリング装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータと、電動モータの回転を減速して操舵軸に伝達する減速機構と、トルクセンサ等のセンサ信号に基づいて電動モータの駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えており、上記ＥＣＵの制御により電動モータを駆動して操舵補助トルクを発生し、この操舵補助トルクをステアリング機構に付加することで運転者の操舵力を軽減するようになっている（特許文献１参照）。

ところで、上記の電動パワーステアリング装置において、何らかの原因でトルクセンサに故障が生じ、操舵トルクを示す正常なセンサ信号が入力しなくなった場合、従来は、電動モータによる操舵補助を停止することで、装置の誤動作を防止し、不測の挙動を回避するようにしていた。しかし、この場合はマニュアルステアリングに移行することになり、運転者が操舵部材に加えるべき操舵トルクが大きくなる。特に、大型車はフロント荷重が重いため、マニュアルステアリングで操舵することが困難になる。
特開平６−５６０４５号公報

本発明は、トルクセンサの故障等によりそのセンサ信号に異常があった場合にも、安全軽快に操舵が行えるようにすることを課題とする。

本発明による電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、車体にかかる横加速度を計測する手段と、車体にかかる横加速度と電動モータに与える駆動電流の値との関係を示す横加速度対応制御マップを記憶する記憶手段と、上記横加速度計測手段で計測された横加速度の値により上記横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流の値を決定する駆動電流決定手段とを備えることを特徴とするものである。

上記構成の電動パワーステアリング装置を搭載している自動車等の車両が走行中に左右いずれかに操舵操作されると、車体には横加速度が作用する。本発明では、この横加速度に基づいて、操舵補助のために電動モータに与える駆動電流の値が決定され、これにより操舵補助がなされる。したがって、トルクセンサの故障等によりセンサ信号に異常があっても、トルクセンサのセンサ信号が正常である場合と同様の操舵補助がなされる。

なお、停車中や低速走行中には、横加速度は皆無もしくはごく低い値となるが、このような車体の状態では、操舵角の増減に伴い、電動モータに所定の値の駆動電流を与えるように設定しておけばよい。

上記の構成における横加速度計測手段は、車体にかかる横加速度を実際に検出するＧセンサでもよいが、車速センサおよび舵角センサによりそれぞれ検出された車速および操舵角に基づいて横加速度を算出するものであってもよい。Ｇセンサでは、車体に実際に横加速度が作用した時点でその横加速度が検出されるが、舵角センサおよび車速センサのセンサ信号を利用する横加速度計測手段では、実際に車体に横加速度が作用するよりも早いタイミングで横加速度を算出することができ、Ｇセンサを用いたものより、応答の速い操舵補助が可能である。

上記構成の電動パワーステアリング装置においては、好ましい実施形態として、車速センサおよび舵角センサによりそれぞれ検出された車速および操舵角に基づいて横加速度を算出する横加速度計測手段と、車体にかかる横加速度を検出するＧセンサと、上記横加速度計測手段で計測された横加速度とＧセンサにより検出された横加速度とを比較する手段とを備え、上記比較手段において両横加速度の差が所定の割合以下である場合は、駆動電流決定手段は、上記横加速度計測手段で計測された横加速度により横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流値を決定し、両横加速度の差が所定の割合を超える場合は、Ｇセンサにより検出された横加速度により上記横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流値を決定する構成とする。

この構成では、車速センサおよび舵角センサのセンサ信号を利用して行う操舵補助が、実際の車体の変向等の挙動に適合しなくなった場合、実際に横加速度を検出するＧセンサのセンサ信号により、操舵補助が修正されることになり、不測の事態の招来を未然に防止することができる。

本発明によれば、トルクセンサのセンサ信号に異常があった場合にも、安全軽快に操舵が行うことができる。

以下、図１を参照して、本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、本形態の電動パワーステアリング装置の構成図である。

図１に示すように、本形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール（ハンドル）等の操舵部材１に一端が固着された操舵軸２と、この操舵軸２に加えられる運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、操舵軸２の他端に連結された、ラックピニオン機構等からなるステアリング機構４と、操舵部材１の操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクを操舵軸２に伝達する減速機構６と、車載バッテリ７からイグニッションスイッチ８を介して電源の供給を受け、電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）９とを備えている。

本実施形態の電動パワーステアリング装置は、上記したトルクセンサ３のほか、車速センサ１０と、舵角センサ１１と、Ｇセンサ１２とを備え、これらセンサ１０，１１，１２の各センサ信号はＥＣＵ９に入力するようになっている。

操舵軸２は、少なくとも操舵部材１側の部分と、ステアリング機構４側の部分とに分割されて、両部分はトーションバー１３により連結されており、このトーションバー１３の外周にトルクセンサ３が配置されている。ステアリング機構４の出力側には、タイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材１４を介して操向用の車輪１５が連結されている。

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、運転者が操舵部材１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ３により検出される。ＥＣＵ９は、トルクセンサ３により検出された操舵トルクと、車速センサ１０により検出された車速とに基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、この操舵補助トルクが減速機構６を介して操舵軸２に加えられることにより、操舵操作を行う運転者の負担が軽減される。

次に、図２ないし図５を参照して、ＥＣＵ９の構成と動作とを説明する。図２は、ＥＣＵ９のブロック回路図、図３は、ＥＣＵ９を構成するマイクロコンピュータの機能ブロック図、図４は、マイクロコンピュータのメモリが記憶する各種マップを示す図、図５は、マイクロコンピュータのＣＰＵの動作を示すフローチャートである。

図２を参照して、ＥＣＵ９は、トルクセンサ３および他のセンサ（車速センサ１０、舵角センサ１１およびＧセンサ１２）のセンサ信号を処理する入力インタフェース１６と、電動パワーステアリング制御の中心を司るマイクロコンピュータ１７と、マイクロコンピュータ１７からの駆動制御信号に応答して電動モータ５を駆動するモータ駆動回路１８と、上記マイクロコンピュータ１７や入力インタフェース１６等に電源を供給する電源回路１９とを備えている。

マイクロコンピュータ１７は、ＣＰＵ１７１と、メモリ１７２とを含んでいる。このうち、ＣＰＵ１７１の機能を図３を参照して説明すると、ＣＰＵ１７１は、本実施形態では、トルクセンサ３および車速センサ１０のセンサ信号に基づいて、電動モータ５に与える駆動電流の値を決定する第１の駆動電流決定手段１７１ａとして機能するほか、異常検出手段１７１ｂ、横加速度計測手段１７１ｃ、第２の駆動電流決定手段１７１ｄ、比較手段１７１ｅ、および入力切り換え手段１７１ｆとしても機能する。

上記異常検出手段１７１ｂは、トルクセンサ３のセンサ信号の異常を検出するもので、この手段１７１ｂでの異常検出に応答して、第１の駆動電流決定手段１７１ａでの駆動電流値の決定動作が中止され、横加速度計測手段１７１ｃでの横加速度の計測動作が開始される。横加速度計測手段１７１ｃは、車速センサ１０および舵角センサ１１の各センサ信号に基づいて、後述する横加速度マップ１７２ｂを参照し、車体にかかる横加速度を計測するもので、計測された横加速度のデータは第２の駆動電流決定手段１７１ｄに与えられる。第２の駆動電流決定手段１７１ｄは、横加速度計測手段１７１ｃから与えられる横加速度のデータに基づいて、後述する横加速度対応の制御マップ１７２ｃを参照し、電動モータ５の駆動電流の値を決定するものである。比較手段１７１ｅは、横加速度計測手段１７１ｃで計測された横加速度と、Ｇセンサ１２により検出された横加速度とを比較し、両横加速度の差が所定の割合（例えば、Ｇセンサ１２で検出される横加速度の１０％もしくは２０％）を超えるか否かに応じて、第２の駆動電流決定手段１７１ｄへの入力を切り換える。

マイクロコンピュータ１７のメモリ１７２は、電動モータ５の駆動制御の実行に必要な、操舵トルク対応の制御マップ１７２ａと、横加速度の計測に必要な横加速度マップ１７２ｂと、トルクセンサ３のセンサ信号が異常な場合に電動モータ５の駆動制御の実行に必要な、横加速度対応の制御マップ１７２ｃとを格納している。

図４を参照して各マップを説明すると、図４（Ａ）に示す操舵トルク対応制御マップ１７２ａは、トルクセンサ３のセンサ信号が正常な時にＣＰＵ１７１が参照すべき制御マップで、操舵トルクと、電動モータ５に与える駆動電流の値との関係を示すものである。同制御マップ１７２ａでは、横軸に操舵トルク（Ｎｍ）をとり、縦軸に電流値（Ａ）をとり、車速（ｋｍ／ｈ）をパラメータとして、各車速毎に操舵トルクに対する電動モータ５の駆動電流値を割り出せるようになっている。

図４（Ｂ）に示す横加速度マップ１７２ｂは、車速および操舵角に対する横加速度の関係を示すもので、横軸に操舵角（θ）をとり、縦軸に横加速度（ｍ／ｓ^２）をとり、車速（ｋｍ／ｈ）をパラメータとして、各車速毎に操舵角に対する横加速度を割り出せるようになっている。

図４（Ｃ）に示す横加速度対応制御マップ１７２ｃは、トルクセンサ３のセンサ信号が異常な時にＣＰＵ１７１が、計測された横加速度でもって参照すべき制御マップで、横軸に横加速度（ｍ／ｓ^２）をとり、縦軸に駆動電流値（Ａ）をとっており、横加速度の値により電動モータ５の駆動電流値を割り出せるようになっている。

次に、図５のフローチャートを参照して、ＥＣＵ９のマイクロコンピュータ１７が操舵補助の制御を行う場合の動作を説明する。

ステップＳ１においては、ＣＰＵ１７１は、常時トルクセンサ３についてそのセンサ信号が正常であるか否かを監視しており、トルクセンサ３のセンサ信号に異常がなければ（Ｓ１：Ｎｏ）、ステップＳ２に移り、トルクセンサ３から得られる操舵トルクと、車速センサ１０から得られる車速とにより、操舵トルク対応の制御マップ１７２ａを参照して、電動モータ５の駆動電流値を決定し、この電流により電動モータ５を駆動して操舵補助を行う。

ステップＳ１で、トルクセンサ３のセンサ信号に異常があったと判断された場合は（Ｓ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、操舵トルクと車速とに基づく駆動電流値の決定動作を中止する。次のステップＳ４では、車速センサ１０から得られる車速と、舵角センサ１１から得られる操舵角とにより、横加速度マップ１７２ｂを参照して、車体にかかる横加速度を算出し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、横加速度マップ１７２ｂを利用して算出された横加速度の値と、Ｇセンサ１２により実際に検出された横加速度の値を比較してその差を算出し、ステップＳ６では、両横加速度の差が一定の割合（例えば、Ｇセンサ１２で検出される横加速度の１０％もしくは２０％）を超えるか否かを判断し、両横加速度の差が一定の割合以下（Ｓ６：Ｎｏ）の場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、横加速度マップ１７２ｂを利用して算出された横加速度の値で、横加速度対応の制御マップ１７２ｃを参照して、電動モータ５に与える駆動電流値を決定する。

ステップＳ６で、両横加速度の差が一定の割合を超えている（Ｓ６：Ｙｅｓ）場合はステップＳ８に進み、ステップＳ８では、Ｇセンサ１２で検出された横加速度により、横加速度対応の制御マップ１７２ｃを参照して、電動モータ５に与える駆動電流値を決定する。

このようにして、トルクセンサ３のセンサ信号が異常な時でも、車体にかかる横加速度により操舵補助が行われる。

上記実施形態では、トルクセンサ３のセンサ信号に異常があった場合に、車速センサ１０および舵角センサ１１のセンサ信号、もしくはＧセンサ１２のセンサ信号を利用して、操舵補助用の電動モータ５の駆動を制御するようにしているが、トルクセンサ３を省略し、常時、車速センサ１０および舵角センサ１１のセンサ信号、もしくはＧセンサ１２のセンサ信号に基づいて電動モータ５の駆動を制御するようにしてもよい。

本発明の最良の形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図。 図１の装置の一部であるＥＣＵのブロック回路図。 図２のＥＣＵを構成するマイクロコンピュータの機能ブロック図。 図３のマイクロコンピュータのメモリが記憶する各種マップを示す図。 図３のマイクロコンピュータの動作を示すフローチャート。

符号の説明

９ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０ 車速センサ
１１ 舵角センサ
１２ Ｇセンサ
１７ マイクロコンピュータ
１７１ ＣＰＵ
１７１ｃ 横加速度計測手段
１７１ｄ 第２駆動電流決定手段
１７２ メモリ（記憶手段）
１７２ｂ 横加速度マップ
１７２ｃ 横加速度対応制御マップ

Claims (3)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   車体にかかる横加速度を計測する手段と、
   車体にかかる横加速度と、電動モータに与える駆動電流の値との関係を示す横加速度対応制御マップを記憶する記憶手段と、
   上記横加速度計測手段で計測された横加速度の値により上記横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流の値を決定する駆動電流決定手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   上記横加速度計測手段は、車速センサおよび舵角センサによりそれぞれ検出された車速および操舵角に基づいて横加速度を算出するものである、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の横加速度計測手段と、車体にかかる横加速度を検出するＧセンサと、上記横加速度計測手段で計測された横加速度とＧセンサにより検出された横加速度とを比較する手段とを備え、
   上記比較手段において両横加速度の差が所定の割合以下である場合は、上記駆動電流決定手段は、上記横加速度計測手段で計測された横加速度により上記横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流値を決定し、両横加速度の差が所定の割合を超える場合は、Ｇセンサにより検出された横加速度により上記横加速度対応制御マップを参照して電動モータに与える駆動電流値を決定する、
   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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