JP2010269763A

JP2010269763A - Electric power steering device

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Publication number: JP2010269763A
Application number: JP2009125466A
Authority: JP
Inventors: Isao Namikawa; 勲並河; Akihiko Nishimura; 昭彦西村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device that keeps on applying an assist force with a simple structure even when a torque sensor is abnormal. <P>SOLUTION: An alternative steering torque calculating unit 50 includes a turning angle estimation calculating unit 52 for estimating a turning angle θt on the basis of right and left wheel speeds Wl and Wr in a vehicle, and a pinion angle calculating unit 53 for converting the turning angle θt into a value converted into a rotational angle of a steering shaft on the side of a steering wheel more than a torsion bar, i.e., a pinion angle θp. The alternative steering torque calculating unit 50 calculates alternative steering torque T on the basis of a steering angle θs detected by a steering sensor and the pinion angle θp. Then, a current command calculating unit 45 calculates a current command value I* by using the alternative steering torque T instead of a steering torque τ detected by the torque sensor when the torque sensor is abnormal. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.

従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。通常、このようなＥＰＳでは、ステアリングシャフトの途中にトルクセンサが設けられており、操舵系に付与するアシスト力の制御は、その検出される操舵トルクに基づいて行なわれる。そのため、トルクセンサに何らかの異常が生じた場合、何の手立てもないとすれば、そのパワーアシスト制御を停止せざるを得なくなる。 2. Description of the Related Art Conventionally, power steering apparatuses for vehicles include an electric power steering apparatus (EPS) using a motor as a drive source. Usually, in such EPS, a torque sensor is provided in the middle of the steering shaft, and the assist force applied to the steering system is controlled based on the detected steering torque. For this reason, if any abnormality occurs in the torque sensor, the power assist control must be stopped if there is nothing to do.

そこで、従来、このようにトルクセンサに異常が生じた場合には、ステアリングセンサにより検出される操舵角に基づいて、代替的なアシスト制御を実行する様々な方法が提案されている。 Therefore, conventionally, various methods for executing alternative assist control based on the steering angle detected by the steering sensor when an abnormality occurs in the torque sensor are proposed.

例えば、特許文献１に記載のＥＰＳは、操舵角及び操舵速度に基づいて操舵トルクに代替する制御目標値を演算する。そして、特許文献２には、操舵角及びモータ角からトーションバーの捻れ角を演算することにより代替的に操舵トルクを検出する構成が開示されている。 For example, the EPS described in Patent Document 1 calculates a control target value that substitutes for the steering torque based on the steering angle and the steering speed. Patent Document 2 discloses a configuration in which the steering torque is alternatively detected by calculating the twist angle of the torsion bar from the steering angle and the motor angle.

特開２００４−３３８５６２号公報JP 2004-338562 A 特開２００９−１２５１１号公報JP 2009-12511 A

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術のような操舵状態の推定による制御目標値を用いた代替アシスト制御では、操舵系に付与したアシスト力が制御にフィードバックされないことから、当該アシスト力に過不足が生ずる可能性がある。このため、そのモータ駆動による転舵がステアリング操作に先行してしまう状態、即ち所謂セルフステアの発生を抑制するための対策が必須であり、これにより構成が複雑なものとなってしまう。そして、上記特許文献２に開示された従来技術では、そのフィードバック制御の継続により安定性を確保することが可能であるものの、例えば、ブラシ付きモータを駆動源とする等の場合には、通常時には必要のない新たな回転角センサを設けなければならないという課題があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。 However, in the alternative assist control using the control target value based on the estimation of the steering state as in the prior art disclosed in Patent Document 1, the assist force applied to the steering system is not fed back to the control. Excess or deficiency may occur. For this reason, it is essential to take measures for suppressing the state in which the steering by the motor drive precedes the steering operation, that is, the so-called self-steering, and the configuration becomes complicated. In the conventional technique disclosed in Patent Document 2, stability can be ensured by continuing the feedback control. For example, in the case of using a motor with a brush as a drive source, There is a problem that it is necessary to provide a new rotation angle sensor that is not necessary, and in this respect, there is still room for improvement.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて、トルクセンサの異常時においても安定的にアシスト力付与を継続することのできる電動パワーステアリングを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power capable of continuously providing assist force even when the torque sensor is abnormal with a simple configuration. To provide steering.

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、ステアリングシャフトの途中に設けられたトーションバーの捻れに基づき操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、ステアリングの回転角を検出するステアリングセンサと、車両における左右の車輪速を検出する車輪速センサと、検出される左右の車輪速に基づき転舵輪の切れ角を推定する推定手段と、推定される前記転舵輪の切れ角を前記トーションバーよりも転舵輪側におけるステアリングシャフトの回転角に換算した値及び前記ステアリングの回転角に基づいて代替操舵トルクを演算する代替操舵トルク演算手段とを備え、前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記代替操舵トルクに基づいて前記操舵力補助装置の作動を制御すること、を要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is provided in the middle of the steering shaft, and a steering force assisting device for applying an assisting force for assisting a steering operation to the steering system using a motor as a driving source. An electric power steering apparatus comprising: a torque sensor that detects a steering torque based on the twisted torsion bar; and a control unit that controls the operation of the steering force assisting apparatus based on the steering torque. An abnormality detecting means for detecting the steering angle, a steering sensor for detecting the rotation angle of the steering wheel, a wheel speed sensor for detecting the left and right wheel speeds in the vehicle, and a turning angle of the steered wheels is estimated based on the detected left and right wheel speeds An estimation means and an estimated turning angle of the steered wheel on the steered wheel side of the torsion bar. Alternative steering torque calculating means for calculating alternative steering torque based on the value converted into the rotation angle of the steering wheel and the rotation angle of the steering, and when the abnormality of the torque sensor is detected, the control means, The gist is to control the operation of the steering force assisting device based on the alternative steering torque.

上記構成によれば、トルクセンサの異常時においても、代替操舵トルクを用いてフィードバック制御を継続することにより高い安定性を確保することができる。そして、その代替操舵トルク演算の基礎となるトーションバーよりも転舵輪側におけるステアリングシャフトの回転角については、左右の車輪速に基づく推定により求めることで、そのトルクセンサ異常時における代替制御を実行するための構成を簡素なものとすることができる。その結果、簡素な構成にて、トルクセンサの異常時においても安定的にアシスト力付与を継続することができるようになる。そして、更には、操舵力補助装置の駆動源であるモータに、高精度の回転角センサが設けられていないブラシ付き直流モータを用いるものについても適用可能という利点がある。 According to the above configuration, even when the torque sensor is abnormal, high stability can be ensured by continuing the feedback control using the alternative steering torque. Then, the rotation angle of the steering shaft closer to the steered wheel than the torsion bar that is the basis of the alternative steering torque calculation is obtained by estimation based on the left and right wheel speeds, thereby executing alternative control when the torque sensor is abnormal. Therefore, the configuration for this can be simplified. As a result, with a simple configuration, the assist force can be stably applied even when the torque sensor is abnormal. Further, there is an advantage that the present invention can be applied to a motor that is a drive source of the steering force assisting device and uses a brushed DC motor that is not provided with a high-precision rotation angle sensor.

請求項２に記載の発明は、前記ステアリングセンサは、前記ステアリングシャフトに設けられた回転子の回転角を前記ステアリングの回転角として検出するものであって、検出されるステアリングの回転角に含まれる前記回転子の回転ガタ成分を補正する補正手段を備えること、を要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, the steering sensor detects a rotation angle of a rotor provided on the steering shaft as a rotation angle of the steering, and is included in the detected rotation angle of the steering wheel. The gist of the present invention is that it comprises a correcting means for correcting the rotational backlash component of the rotor.

即ち、その本来の用途において要求される検出精度の粗さから、多く場合、ステアリングセンサを構成する回転子とステアリングシャフトとの間には周方向の隙間が存在する。そして、この隙間に由来する回転ガタ成分が、ステアリングの回転角を検出する際の精度を下げる一因となっている。しかしながら、上記構成によれば、その補正により、こうした回転ガタ成分が排除される。その結果、精度よく、代替操舵トルクを演算することができるようになる。 That is, because of the roughness of detection accuracy required in its original application, there is often a circumferential clearance between the rotor and the steering shaft that constitute the steering sensor. The rotational play component derived from this gap contributes to a decrease in accuracy when detecting the steering rotation angle. However, according to the above configuration, such a rotation backlash component is eliminated by the correction. As a result, the alternative steering torque can be calculated with high accuracy.

本発明によれば、簡素な構成にて、トルクセンサの異常時においても安定的にアシスト力付与を継続することのできる電動パワーステアリングを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric power steering capable of stably continuing assist force application with a simple configuration even when the torque sensor is abnormal.

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。The schematic block diagram of an electric power steering device (EPS). ＥＰＳの制御ブロック図。The control block diagram of EPS.

以下、本発明をコラム型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a column type electric power steering apparatus (EPS) will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, in the electric power steering apparatus (EPS) 1 of the present embodiment, a steering shaft 3 to which a steering 2 is fixed is connected to a rack shaft 5 via a rack and pinion mechanism 4, and the steering The rotation of the steering shaft 3 accompanying the operation is converted into a reciprocating linear motion of the rack shaft 5 by the rack and pinion mechanism 4. The steering shaft 3 of this embodiment is formed by connecting a column shaft 8, an intermediate shaft 9, and a pinion shaft 10. Then, the reciprocating linear motion of the rack shaft 5 accompanying the rotation of the steering shaft 3 is transmitted to a knuckle (not shown) via tie rods 11 connected to both ends of the rack shaft 5, so that the steering angle of the steered wheels 12 is increased. Has been changed.

また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２２と、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ２３とを備えている。 The EPS 1 is an EPS actuator 22 serving as a steering force assisting device that applies an assist force for assisting a steering operation to the steering system using the motor 21 as a drive source, and a control unit that controls the operation of the EPS actuator 22. ECU23.

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２２は、所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。尚、本実施形態では、モータ２１には、ブラシ付きの直流モータが用いられている。また、減速機構２４には、周知のウォーム＆ホイールが用いられている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。 The EPS actuator 22 of the present embodiment is a so-called column type EPS actuator, and a motor 21 as a driving source thereof is drivingly connected to the column shaft 8 via a speed reduction mechanism 24. In the present embodiment, the motor 21 is a DC motor with a brush. A known worm and wheel is used for the speed reduction mechanism 24. The rotation of the motor 21 is decelerated by the speed reduction mechanism 24 and transmitted to the column shaft 8 so that the motor torque is applied as an assist force to the steering system.

一方、ＥＣＵ２３には、車速センサ２７、トルクセンサ２８、及びステアリングセンサ（操舵角センサ）２９が接続されており、ＥＣＵ２３は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ及び操舵角θsを検出する。 On the other hand, a vehicle speed sensor 27, a torque sensor 28, and a steering sensor (steering angle sensor) 29 are connected to the ECU 23. The ECU 23 is based on the output signals of these sensors, and the vehicle speed V, the steering torque τ, and the steering. The angle θs is detected.

詳述すると、本実施形態では、コラムシャフト８の途中、詳しくは、その上記減速機構２４よりもステアリング２側には、トーションバー３０が設けられている。そして、本実施形態のトルクセンサ２８は、このトーションバー３０の両端に設けられた一対の回転角センサ（レゾルバ）３１，３２を備えた所謂ツインレゾルバ型のトルクセンサとして構成されている。 More specifically, in the present embodiment, a torsion bar 30 is provided in the middle of the column shaft 8, specifically, closer to the steering 2 side than the speed reduction mechanism 24. The torque sensor 28 of this embodiment is configured as a so-called twin resolver type torque sensor including a pair of rotation angle sensors (resolvers) 31 and 32 provided at both ends of the torsion bar 30.

即ち、ＥＣＵ２３は、トルクセンサ２８を構成するこれらの各回転角センサ３１，３２の出力信号に基づいて、トーションバー３０の両端における各回転角、ステアリングシャフト３（コラムシャフト８）におけるトーションバー３０を挟んでステアリング２側の回転角θa、及び転舵輪１２側の回転角θbを検出する。そして、その両回転角θa，θbの差分、即ちトーションバー３０の捻れ角に基づいて、操舵トルクτを検出する。 That is, the ECU 23 determines the rotation angles at both ends of the torsion bar 30 and the torsion bar 30 on the steering shaft 3 (column shaft 8) based on the output signals of the rotation angle sensors 31 and 32 constituting the torque sensor 28. The rotation angle θa on the steering 2 side and the rotation angle θb on the steered wheel 12 side are detected. Then, the steering torque τ is detected based on the difference between the rotational angles θa and θb, that is, the twist angle of the torsion bar 30.

また、本実施形態のステアリングセンサ２９は、トルクセンサ２８よりもステアリング２側においてコラムシャフト８に固定された回転子３３と、該回転子３３の回転に伴う磁束変化を検出するホールＩＣ３４とを備えた磁気式の回転角センサにより構成されている。尚、本実施形態のステアリングセンサ２９では、その回転子３３には、複数の突極が設けられている。 Further, the steering sensor 29 of the present embodiment includes a rotor 33 fixed to the column shaft 8 on the steering 2 side with respect to the torque sensor 28, and a Hall IC 34 that detects a change in magnetic flux accompanying the rotation of the rotor 33. And a magnetic rotation angle sensor. In the steering sensor 29 of the present embodiment, the rotor 33 is provided with a plurality of salient poles.

そして、ＥＣＵ２３は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ２２に発生させるべく、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、該ＥＰＳアクチュエータ２２の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。 Then, the ECU 23 calculates a target assist force based on each detected state quantity, and supplies the drive power to the motor 21 that is the drive source in order to cause the EPS actuator 22 to generate the target assist force. The operation of the EPS actuator 22, that is, the assist force applied to the steering system is controlled.

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ２３は、モータ制御信号を出力するマイコン４１と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１に駆動電力を供給する駆動回路４２とを備えて構成されている。 Next, an aspect of assist control in the EPS of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, the ECU 23 includes a microcomputer 41 that outputs a motor control signal, and a drive circuit 42 that supplies drive power to the motor 21 that is a drive source of the EPS actuator 22 based on the motor control signal. Configured.

本実施形態では、ＥＣＵ２３には、モータ２１に通電される実電流値Ｉを検出するための電流センサ４３が接続されている。そして、マイコン４１は、上記各車両状態量、及びこの電流センサ４３により検出されるモータ２１の実電流値Ｉに基づく電流フィードバック制御の実行によって、駆動回路４２に出力するモータ制御信号を生成する。 In the present embodiment, the ECU 23 is connected to a current sensor 43 for detecting an actual current value I energized to the motor 21. The microcomputer 41 generates a motor control signal to be output to the drive circuit 42 by executing current feedback control based on each vehicle state quantity and the actual current value I of the motor 21 detected by the current sensor 43.

尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン４１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン４１は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。 Each control block shown below is realized by a computer program executed by the microcomputer 41. Then, the microcomputer 41 detects each state quantity at a predetermined sampling period, and generates a motor control signal by executing each arithmetic processing shown in the following control blocks at every predetermined period.

詳述すると、マイコン４１は、モータ２１に対する電力供給の目標値である電流指令値Ｉ*を演算する電流指令値演算部４５と、該電流指令値演算部４５により算出された電流指令値Ｉ*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部４６とを備えている。 More specifically, the microcomputer 41 calculates a current command value calculation unit 45 that calculates a current command value I * that is a target value for power supply to the motor 21, and a current command value I * calculated by the current command value calculation unit 45. And a motor control signal output unit 46 for outputting a motor control signal based on the above.

電流指令値演算部４５には、車速Ｖ及び操舵トルクτが入力される。ここで、本実施形態では、操舵トルクτは、マイコン４１に設けられた操舵トルク検出部４９において、上記のようにトルクセンサ２８の出力する両回転角θa，θbに基づき検出される。そして、本実施形態の電流指令値演算部４５は、その検出される操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きなアシスト力を付与するための電流指令値Ｉ*を演算する構成となっている。 The vehicle speed V and the steering torque τ are input to the current command value calculation unit 45. Here, in the present embodiment, the steering torque τ is detected by the steering torque detector 49 provided in the microcomputer 41 based on the both rotation angles θa and θb output from the torque sensor 28 as described above. Then, the current command value calculation unit 45 of the present embodiment provides a current command value I for applying a larger assist force as the detected steering torque τ (absolute value thereof) is larger and as the vehicle speed V is smaller. It is configured to calculate *.

モータ制御信号出力部４６には、この電流指令値演算部４５が出力する電流指令値Ｉ*とともに、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉが入力される。そして、モータ制御信号出力部４６は、この電流指令値Ｉ*に実電流値Ｉを追従させるべくフィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。 The actual current value I detected by the current sensor 43 is input to the motor control signal output unit 46 together with the current command value I * output from the current command value calculation unit 45. The motor control signal output unit 46 calculates a motor control signal by executing feedback control so that the actual current value I follows the current command value I *.

このようにして生成されたモータ制御信号は、マイコン４１から駆動回路４２へと出力される。そして、同駆動回路４２により当該モータ制御信号に基づく駆動電力がモータ２１へと供給され、上記操舵トルクτに基づく電流指令値Ｉ*に相当するモータトルクが発生することにより、そのアシスト力目標値に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。 The motor control signal generated in this way is output from the microcomputer 41 to the drive circuit 42. Then, the drive power based on the motor control signal is supplied to the motor 21 by the drive circuit 42, and the motor torque corresponding to the current command value I * based on the steering torque τ is generated. The assist force corresponding to is provided to the steering system.

また、本実施形態では、上記操舵トルク検出部４９には、トルクセンサ２８の出力信号に基づき同トルクセンサ２８の異常を検出する異常検出手段としての機能が備えられている。更に、本実施形態のマイコン４１には、上記トルクセンサ２８の出力するトーションバー３０を挟んだステアリング２側及び転舵輪１２側の両回転角θa，θbを用いることなく、代替的な操舵トルク、即ち代替操舵トルクＴを演算する代替操舵トルク演算部５０を備えている。そして、上記の異常検出機能によりトルクセンサ２８の異常が検出された場合、電流指令値演算部４５は、操舵トルクτに代えて、この代替操舵トルクＴを用いることにより、その電流指令値Ｉ*の演算を実行する構成となっている。 In the present embodiment, the steering torque detector 49 is provided with a function as an abnormality detecting means for detecting an abnormality of the torque sensor 28 based on the output signal of the torque sensor 28. Furthermore, the microcomputer 41 of the present embodiment does not use both the rotation angles θa and θb on the steering 2 side and the steered wheel 12 side across the torsion bar 30 output by the torque sensor 28, and can provide an alternative steering torque, That is, an alternative steering torque calculator 50 that calculates an alternative steering torque T is provided. When an abnormality of the torque sensor 28 is detected by the abnormality detection function, the current command value calculation unit 45 uses the alternative steering torque T instead of the steering torque τ, so that the current command value I * It is the structure which performs this calculation.

詳述すると、代替操舵トルク演算部５０には、上記ステアリングセンサ２９により検出されたステアリング２の回転角、即ち操舵角θsが入力される。また、本実施形態では、ＥＣＵ２３には、車両における左右の車輪速（各後輪車輪速）Ｗl，Ｗrを検出する車輪速センサ５１が接続されており（図１参照）、代替操舵トルク演算部５０には、上記操舵角θsとともに、これらの両車輪速Ｗl，Ｗrが入力される。そして、本実施形態の代替操舵トルク演算部５０は、これら操舵角θs及び両車輪速Ｗl，Ｗrに基づいて、その代替操舵トルクＴの演算を実行する構成となっている。 Specifically, the rotation angle of the steering wheel 2 detected by the steering sensor 29, that is, the steering angle θs is input to the alternative steering torque calculation unit 50. In the present embodiment, the ECU 23 is connected to a wheel speed sensor 51 for detecting left and right wheel speeds (respective rear wheel speeds) Wl and Wr in the vehicle (see FIG. 1), and an alternative steering torque calculation unit. The wheel speeds Wl and Wr are input to 50 together with the steering angle θs. And the alternative steering torque calculating part 50 of this embodiment becomes a structure which performs the calculation of the alternative steering torque T based on these steering angle (theta) s and both wheel speed Wl, Wr.

さらに詳述すると、代替操舵トルク演算部５０は、転舵角推定演算部５２を備えており、上記の両車輪速Ｗl，Ｗrは、この転舵角推定演算部５２に入力されるようになっている。そして、転舵角推定演算部５２は、次の（１）式を用いることにより、これらの両車輪速Ｗl，Ｗrに基づいて、転舵輪１２の切れ角、即ち転舵角θtを推定する。 More specifically, the alternative steering torque calculation unit 50 includes a turning angle estimation calculation unit 52, and the both wheel speeds Wl and Wr are input to the turning angle estimation calculation unit 52. ing. Then, the turning angle estimation calculation unit 52 estimates the turning angle of the steered wheels 12, that is, the turning angle θt, based on these two wheel speeds Wl and Wr by using the following equation (1).

θt＝（２×ＷＢ×（Ｗl−Ｗr））／（ＲＷ×（Ｗl＋Ｗr））×（１８０／π）
・・・（１）
尚、上記の（１）式中、「ＷＢ」は車両のホイールベース長、「ＲＷ」は車両のトレッド長である。 θt = (2 × WB × (W1−Wr)) / (RW × (W1 + Wr)) × (180 / π)
... (1)
In the above equation (1), “WB” is the wheel base length of the vehicle, and “RW” is the tread length of the vehicle.

次に、この推定手段としての転舵角推定演算部５２において推定された転舵角θtは、ピニオン角演算部５３に入力される。そして、同ピニオン角演算部５３において、その転舵角θtを、上記トーションバー３０よりも転舵輪１２側におけるステアリングシャフト３の回転角に換算した値、つまり上記ピニオンシャフト１０（図１参照）の回転角に相当するピニオン角θpが演算される。尚、ピニオン角θp及び転舵角θtは、上記ラックアンドピニオン機構４（図１参照）のギヤ比に基づいて相互に換算することが可能である。そして、代替操舵トルク演算手段としての代替操舵トルク演算部５０は、その代替演算部５４において、上記ステアリングセンサ２９により検出される操舵角θs及びピニオン角θpに基づく代替操舵トルク演算を実行する。 Next, the turning angle θt estimated by the turning angle estimation calculation unit 52 as the estimation means is input to the pinion angle calculation unit 53. In the same pinion angle calculation unit 53, the turning angle θt is converted to the rotation angle of the steering shaft 3 on the side of the steered wheel 12 relative to the torsion bar 30, that is, the pinion shaft 10 (see FIG. 1). A pinion angle θp corresponding to the rotation angle is calculated. The pinion angle θp and the turning angle θt can be converted into each other based on the gear ratio of the rack and pinion mechanism 4 (see FIG. 1). Then, the alternative steering torque calculation unit 50 as the alternative steering torque calculation means executes an alternative steering torque calculation based on the steering angle θs and the pinion angle θp detected by the steering sensor 29 in the alternative calculation unit 54.

さらに詳述すると、本実施形態の代替操舵トルク演算部５０には、上記のようにステアリングセンサ２９を構成する回転子３３とステアリングシャフト３との間の隙間に由来する回転ガタ成分を補正する補正手段としてのガタ補正演算部５５が設けられており、代替演算部５４には、このガタ補正演算部５５による補正後の操舵角θs´が入力される。 More specifically, in the alternative steering torque calculation unit 50 of the present embodiment, the correction for correcting the rotational backlash component derived from the gap between the rotor 33 and the steering shaft 3 constituting the steering sensor 29 as described above. As a means, a backlash correction calculation unit 55 is provided, and a steering angle θs ′ corrected by the backlash correction calculation unit 55 is input to the alternative calculation unit 54.

具体的には、本実施形態では、代替操舵トルク演算部５０には、操舵角θs（の増減）に基づきステアリングシャフト３の回転方向を判定する操舵方向判定部５６が設けられており、ガタ補正演算部５５には、その判定結果を示す信号Ｓdrが入力されるようになっている。そして、ガタ補正演算部５５は、事前の測定により取得した回転ガタ成分（α）を、その判定された回転方向に応じて加減算することにより、ステアリングセンサ２９により検出された操舵角θsを補正する（θs´＝θs±α）。 Specifically, in this embodiment, the alternative steering torque calculation unit 50 is provided with a steering direction determination unit 56 that determines the rotation direction of the steering shaft 3 based on (increase / decrease) the steering angle θs. A signal Sdr indicating the determination result is input to the calculation unit 55. Then, the backlash correction calculation unit 55 corrects the steering angle θs detected by the steering sensor 29 by adding or subtracting the rotational backlash component (α) obtained by the previous measurement according to the determined rotation direction. (Θs ′ = θs ± α).

また、代替演算部５４には、フィルタ処理部５７において、ローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）が施された後のピニオン角θp´が入力される。そして、代替演算部５４は、これら操舵角θs´及びピニオン角θp´に基づいて、上記操舵トルク検出部４９と同様の演算を実行する。 Further, the substitution calculation unit 54 receives the pinion angle θp ′ after the low-pass filter processing (LPF) is performed in the filter processing unit 57. Then, the alternative calculation unit 54 performs the same calculation as the steering torque detection unit 49 based on the steering angle θs ′ and the pinion angle θp ′.

即ち、操舵角θsは、トーションバー３０を挟んでステアリング２側におけるステアリングシャフト３の回転角θaに相当し、ピニオン角θpは、トーションバー３０を挟んで転舵輪１２側におけるステアリングシャフト３の回転角θbに相当に相当する。従って、トルクセンサ２８の出力する両回転角θa，θbをこれら操舵角θs及びピニオン角θpに置換することにより、トーションバー３０の捻れ角が検出可能である。そして、本実施形態の代替操舵トルク演算部５０は、このようにして代替演算部５４により演算される値を代替操舵トルクＴとして出力する構成となっている。 That is, the steering angle θs corresponds to the rotation angle θa of the steering shaft 3 on the steering 2 side across the torsion bar 30, and the pinion angle θp is the rotation angle of the steering shaft 3 on the steered wheel 12 side across the torsion bar 30. This corresponds to θb. Therefore, the torsion angle of the torsion bar 30 can be detected by replacing both rotation angles θa and θb output from the torque sensor 28 with the steering angle θs and the pinion angle θp. And the alternative steering torque calculating part 50 of this embodiment becomes a structure which outputs the value calculated by the alternative calculating part 54 in this way as the alternative steering torque T.

本実施形態のマイコン４１では、代替操舵トルクＴは、上記操舵トルク検出部４９の出力する操舵トルクτとともに切替制御部５８に入力される。また、この切替制御部５８には、上記操舵トルク検出部４９の実行する上記異常検出の結果を示す異常検出信号Ｓtrが入力される。そして、切替制御部５８は、その入力される異常検出信号Ｓtrがトルクセンサ２８の異常を検出した旨を示す値となった場合には、上記電流指令値演算部４５への出力を、操舵トルク検出部４９から入力される操舵トルクτから代替操舵トルク演算部５０から入力される代替操舵トルクＴに切り替える。 In the microcomputer 41 of this embodiment, the alternative steering torque T is input to the switching control unit 58 together with the steering torque τ output from the steering torque detection unit 49. In addition, an abnormality detection signal Str indicating the result of the abnormality detection performed by the steering torque detection unit 49 is input to the switching control unit 58. When the input abnormality detection signal Str becomes a value indicating that the abnormality of the torque sensor 28 has been detected, the switching control unit 58 outputs the output to the current command value calculation unit 45 as a steering torque. The steering torque τ input from the detection unit 49 is switched to the alternative steering torque T input from the alternative steering torque calculation unit 50.

そして、本実施形態では、その代替操舵トルクＴに基づき電流指令値演算部４５が電流指令値Ｉ*を演算することにより、トルクセンサ２８の異常時おいても、安定的に、そのパワーアシスト制御を継続することが可能な構成となっている。 In this embodiment, the current command value calculation unit 45 calculates the current command value I * based on the alternative steering torque T, so that the power assist control can be stably performed even when the torque sensor 28 is abnormal. It is the composition which can be continued.

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）代替操舵トルク演算部５０は、車両における左右の車輪速Ｗl，Ｗrに基づき転舵角θtを推定する転舵角推定演算部５２と、その転舵角θtを、上記トーションバー３０よりも転舵輪１２側におけるステアリングシャフト３の回転角に換算した値、即ちピニオン角θpに換算するピニオン角演算部５３とを備える。そして、代替操舵トルク演算部５０は、ステアリングセンサ２９により検出される操舵角θs及び上記ピニオン角θpに基づいて代替操舵トルクＴを演算する。そして、電流指令値演算部４５は、トルクセンサ２８の異常時には、当該トルクセンサ２８により検出される操舵トルクτに代えて、この代替操舵トルクＴを用いることにより、その電流指令値Ｉ*の演算を実行する。 As described above, according to the present embodiment, the following operations and effects can be obtained.
(1) The alternative steering torque calculation unit 50 determines the turning angle estimation calculation unit 52 that estimates the turning angle θt based on the left and right wheel speeds Wl and Wr in the vehicle, and the turning angle θt from the torsion bar 30. Is also provided with a value converted into a rotation angle of the steering shaft 3 on the steered wheel 12 side, that is, a pinion angle calculation unit 53 converted into a pinion angle θp. Then, the alternative steering torque calculator 50 calculates the alternative steering torque T based on the steering angle θs detected by the steering sensor 29 and the pinion angle θp. The current command value calculation unit 45 calculates the current command value I * by using this alternative steering torque T instead of the steering torque τ detected by the torque sensor 28 when the torque sensor 28 is abnormal. Execute.

上記構成によれば、トルクセンサ２８の異常時においても、代替操舵トルクＴを用いてフィードバック制御を継続することにより高い安定性を確保することができる。そして、その代替操舵トルク演算の基礎となるピニオン角θpを左右の車輪速Ｗl，Ｗrに基づく推定により求めることで、そのトルクセンサ異常時における代替制御を実行するための構成を簡素なものとすることができる。その結果、簡素な構成にて、トルクセンサの異常時においても安定的にアシスト力付与を継続することができるようになる。そして、更には、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１に、高精度の回転角センサが設けられていないブラシ付き直流モータを用いるものについても適用可能という利点がある。 According to the above configuration, even when the torque sensor 28 is abnormal, high stability can be ensured by continuing the feedback control using the alternative steering torque T. Then, by obtaining the pinion angle θp that is the basis of the alternative steering torque calculation by estimation based on the left and right wheel speeds Wl and Wr, the configuration for executing the alternative control when the torque sensor is abnormal is simplified. be able to. As a result, with a simple configuration, the assist force can be stably applied even when the torque sensor is abnormal. Further, there is an advantage that the motor 21 that is a drive source of the EPS actuator 22 can be applied to a motor using a brushed DC motor that is not provided with a high-precision rotation angle sensor.

（２）代替操舵トルク演算部５０には、上記のようにステアリングセンサ２９を構成する回転子３３とステアリングシャフト３との間の隙間に由来する回転ガタ成分を補正するガタ補正演算部５５が設けられる。 (2) The alternative steering torque calculation unit 50 is provided with the backlash correction calculation unit 55 that corrects the rotation backlash component derived from the gap between the rotor 33 and the steering shaft 3 constituting the steering sensor 29 as described above. It is done.

即ち、その本来の用途において要求される検出精度の粗さから、多く場合、ステアリングセンサ２９を構成する回転子３３とステアリングシャフト３との間には周方向の隙間が存在する。そして、この隙間に由来する回転ガタ成分が、操舵角θsの検出精度を下げる一因となっている。しかしながら、上記構成によれば、その補正により、こうした回転ガタ成分が排除される。その結果、精度よく、代替操舵トルクＴを演算することができるようになる。 That is, due to the roughness of detection accuracy required in its original application, there is often a circumferential gap between the rotor 33 and the steering shaft 3 constituting the steering sensor 29. The rotation play component derived from this gap contributes to lowering the detection accuracy of the steering angle θs. However, according to the above configuration, such a rotation backlash component is eliminated by the correction. As a result, the alternative steering torque T can be calculated with high accuracy.

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。 In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the present invention is embodied in a so-called column type EPS 1, but the present invention may be applied to a so-called pinion type or rack assist type EPS.

・上記実施形態では、ＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１には、ブラシ付き直流モータを用いることとした。しかし、これに限らず、ブラシレスモータや誘導モータを用いるものに具体化してもよい。 In the above embodiment, a brushed DC motor is used as the motor 21 that is the drive source of the EPS actuator 22. However, the present invention is not limited to this, and the invention may be embodied to use a brushless motor or an induction motor.

・上記実施形態では、ステアリングセンサ２９には、ホールＩＣ３４を用いた磁気式の回転角センサを用いることとしたが、光学式等、その他の方式の回転角センサを用いる構成であってもよい。 In the above embodiment, a magnetic rotation angle sensor using the Hall IC 34 is used as the steering sensor 29. However, other types of rotation angle sensors such as an optical type may be used.

・上記実施形態では、両車輪速Ｗl，Ｗrに基づく転舵角θt（転舵輪１２の切れ角）の推定に上記（１）式を用いることとしたが、例えば、米国特許出願公開第２００８／０１４０３４０号明細書に記載の方法等、その他の方法を用いてもよい。 In the above embodiment, the above equation (1) is used to estimate the turning angle θt (the turning angle of the steered wheel 12) based on both wheel speeds Wl and Wr. For example, US Patent Application Publication No. 2008/2008 Other methods such as the method described in the specification of No. 0140340 may be used.

・上記実施形態では、トルクセンサ２８の異常時には、当該トルクセンサ２８の出力する両回転角θa，θbの双方を操舵角θs及びピニオン角θpに置換することとした。しかし、これに限らず、トルクセンサ２８を構成する各回転角センサ３１，３２のうち何れの故障であるかを特定可能である場合には、該故障した回転角センサの出力する回転角のみを置換する構成としてもよい。 In the above embodiment, when the torque sensor 28 is abnormal, both the rotation angles θa and θb output from the torque sensor 28 are replaced with the steering angle θs and the pinion angle θp. However, the present invention is not limited to this, and when it is possible to specify which of the rotation angle sensors 31 and 32 constituting the torque sensor 28 is faulty, only the rotation angle output by the faulty rotation angle sensor is obtained. It is good also as a structure to substitute.

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）請求項１又は請求項２に電動パワーステアリング装置において、前記モータはブラシ付きモータであること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。即ち、通常、ブラシ付きモータには、ブラシレスモータのような高精度の回転角センサは設けられていない。従って、このような構成に適用することで、より顕著な効果を得ることができる。 Next, technical ideas that can be grasped from the above embodiments will be described together with effects.
(A) The electric power steering apparatus according to claim 1 or 2, wherein the motor is a brush motor. That is, normally, a motor with a brush is not provided with a highly accurate rotation angle sensor like a brushless motor. Therefore, by applying to such a configuration, a more remarkable effect can be obtained.

（ロ）請求項１、請求項２、又は上記（イ）の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記トルクセンサは、前記トーションバーを挟んで前記ステアリング側及び前記転舵輪側の設けられた一対の回転角センサが出力する第１及び第２の回転角に基づき前記操舵トルクを検出するものであって、前記代替操舵トルク演算手段は、前記ステアリングの回転角を前記第１の回転角に置換し、及び前記推定される前記転舵輪の切れ角を前記トーションバーよりも転舵輪側におけるステアリングシャフトの回転角に換算した値を前記第２の回転角に置換することにより、前記代替操舵トルクを演算すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。これにより、簡素な構成にて代替操舵トルク演算手段を形成することができる。 (B) In the electric power steering apparatus according to any one of claims 1, 2, and (a), the torque sensor is provided on the steering side and the steered wheel side across the torsion bar. The steering torque is detected based on first and second rotation angles output by a pair of provided rotation angle sensors, and the alternative steering torque calculation means determines the steering rotation angle as the first rotation angle. Replacing the rotation angle, and replacing the estimated turning angle of the steered wheel with the rotation angle of the steering shaft on the steered wheel side with respect to the torsion bar, to the second rotation angle, An electric power steering apparatus characterized by calculating an alternative steering torque. Thereby, an alternative steering torque calculating means can be formed with a simple configuration.

（ハ）上記（ロ）に記載の電動パワーステアリング装置において、前記異常検出手段は、前記トルクセンサの異常が該トルクセンサを構成する前記各回転角センサの何れの故障を要因とするものであるか特定可能であるとともに、前記代替操舵トルク演算手段は、前記故障した回転角センサが特定された場合には、該故障した回転角センサが出力する回転角についてのみ前記置換すること、を特徴とする。このような構成とすれば、より高い精度及び信頼性を確保することができる。 (C) In the electric power steering apparatus described in (b) above, the abnormality detection means is caused by any abnormality of the rotation angle sensors constituting the torque sensor due to an abnormality of the torque sensor. The alternative steering torque calculation means replaces only the rotation angle output from the failed rotation angle sensor when the failed rotation angle sensor is specified. To do. With such a configuration, higher accuracy and reliability can be ensured.

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、８…コラムシャフト、１２…転舵輪、２１…モータ、２２…ＥＰＳアクチュエータ、２３…ＥＣＵ、２８…トルクセンサ、２９…ステアリングセンサ、３０…トーションバー、３１，３２…回転角センサ、３３…回転子、３４…ホールＩＣ、４１…マイコン、４２…駆動回路、４５…電流指令値演算部、４６…モータ制御信号出力部、４９…操舵トルク検出部、５０…代替操舵トルク演算部、５１…車輪速センサ、５２…転舵角推定部、５３…ピニオン角部、５５…ガタ補正演算部、５８…切替制御部、Ｉ*…電流指令値、Ｉ…実電流値、τ…操舵トルク、Ｔ…代替操舵トルク、θa，θb…回転角、θs，θs´…操舵角、Ｗl，Ｗr…車輪速、θt…転舵角、θp，θp´…ピニオン角、Ｓtr…異常検出信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering device (EPS), 2 ... Steering, 3 ... Steering shaft, 8 ... Column shaft, 12 ... Steering wheel, 21 ... Motor, 22 ... EPS actuator, 23 ... ECU, 28 ... Torque sensor, 29 ... Steering Sensors 30... Torsion bar 31, 32... Rotation angle sensor 33... Rotor 34. Hall IC 41 .. Microcomputer 42... Drive circuit 45. 49 ... Steering torque detection unit, 50 ... Alternative steering torque calculation unit, 51 ... Wheel speed sensor, 52 ... Steering angle estimation unit, 53 ... Pinion angle unit, 55 ... Backlash correction calculation unit, 58 ... Switching control unit, I * ... current command value, I ... actual current value, τ ... steering torque, T ... alternative steering torque, θa, θb ... rotation angle, θs, θs' ... steering angle, Wl, Wr ... wheel speed, θt ... turning angle, θp, θp ′: pinion angle, Str: abnormality detection signal.

Claims

モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、ステアリングシャフトの途中に設けられたトーションバーの捻れに基づき操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵トルクに基づいて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサの異常を検出する異常検出手段と、
ステアリングの回転角を検出するステアリングセンサと、
車両における左右の車輪速を検出する車輪速センサと、
検出される左右の車輪速に基づき転舵輪の切れ角を推定する推定手段と、
推定される前記転舵輪の切れ角を前記トーションバーよりも転舵輪側におけるステアリングシャフトの回転角に換算した値及び前記ステアリングの回転角に基づいて代替操舵トルクを演算する代替操舵トルク演算手段とを備え、
前記制御手段は、前記トルクセンサの異常が検出された場合には、前記代替操舵トルクに基づいて前記操舵力補助装置の作動を制御すること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 A steering force assisting device for applying an assisting force for assisting a steering operation to a steering system using a motor as a drive source, a torque sensor for detecting a steering torque based on a twist of a torsion bar provided in the middle of the steering shaft, In an electric power steering apparatus comprising a control means for controlling the operation of the steering force assisting device based on a steering torque,
An abnormality detecting means for detecting an abnormality of the torque sensor;
A steering sensor for detecting the rotation angle of the steering;
A wheel speed sensor for detecting left and right wheel speeds in the vehicle;
Estimating means for estimating the turning angle of the steered wheels based on the detected left and right wheel speeds;
A substitute steering torque calculation means for calculating a substitute steering torque based on a value obtained by converting the estimated turning angle of the steered wheel into a rotation angle of a steering shaft on the steered wheel side with respect to the torsion bar and the steering rotation angle; Prepared,
The control means controls the operation of the steering force assisting device based on the alternative steering torque when an abnormality of the torque sensor is detected;
An electric power steering device.

請求項１に電動パワーステアリング装置において、
前記ステアリングセンサは、前記ステアリングシャフトに設けられた回転子の回転角を前記ステアリングの回転角として検出するものであって、
検出されるステアリングの回転角に含まれる前記回転子の回転ガタ成分を補正する補正手段を備えること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering apparatus according to claim 1,
The steering sensor detects a rotation angle of a rotor provided on the steering shaft as a rotation angle of the steering wheel,
An electric power steering apparatus comprising: correction means for correcting a rotational backlash component of the rotor included in the detected rotation angle of the steering.