JP2014213719A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行状態によらずモータの回転角度を正確に検出できるか否かを判断できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに付与するアシスト力を生成するモータ３１と、モータ３１の回転角を検出するＴＭＲセンサ３３と、ＴＭＲセンサ３３の検出結果に基づいてモータ３１を制御するＥＣＵ４０とを備える。ＥＣＵ４０は、正方向へ回転するようにモータ３１の制御中において、回転角θｍの変化がないことを検出した場合には、モータ３１を逆方向に回転させる。そして、逆方向に回転したことを検出できるか否かを判断する。【選択図】図２

Description

本発明は、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置が知られている。通常、このような電動パワーステアリング装置は、モータに設けられたレゾルバからの信号に基づいてモータの回転角度を検出する制御装置を備えている。制御装置は、検出した回転角度に基づいてモータの駆動を制御する。

特許文献１の電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータの回転角度を正確に検出できる状態か否かを判断する。制御装置は、モータの回転角度を正確に検出できない状態にある場合、モータを駆動させず、モータの回転角度を正確に検出できる状態にある場合にのみ、モータを駆動させる。

特開２０１２−２０１２４３号公報（第６図）

ところで、特許文献１の電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータの回転角度を正確に検出できる状態か否かの判断を、自身が起動した直後にのみ行う（特許文献１の第６図参照）。このため、車両の走行中にモータの回転角度を正確に検出できない状態となった場合、運転者のステアリング操作に応じて適切にモータの動力を操舵機構に付与することが難しい。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の走行状態によらずモータの回転角度を正確に検出できるか否かを判断できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、車両の操舵機構に付与する操舵補助力を生成するモータと、前記モータの回転角を算出する回転角センサと、前記回転角センサの検出結果に基づいて前記モータを制御する制御装置と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記制御装置は、前記モータの制御中に、前記回転角センサの検出結果に変化がないことを認識した場合に、前記モータを第１の方向、及び当該第１の方向とは反対側の第２の方向に回転させるように制御し、前記回転角センサの検出結果の変化を前記モータが第１及び第２の方向の少なくとも一方に回転するように制御したときに検出できる場合には、前記モータによる操舵補助力の生成を継続し、前記回転角センサの検出結果の変化を検出できない場合には、前記モータによる操舵補助力の生成を停止することを要旨とする。

モータの回転角度の検出結果に変化がない状態は、回転角センサの不具合に起因する場合と、車輪が外力を受けることにより操舵機構が回転できなくなることに起因する場合との２つの場合が考えられる。回転角センサの不具合に起因する場合、モータを第１及び第２の方向に回転させても回転角センサの検出結果に変化はない。この場合、制御装置は、モータの回転角を正確に認識することができないので、それ以降のモータの制御を停止する。一方で、車輪が外力を受けることに起因する場合、モータは、第１又は第２の方向には回転することができる。この場合、回転角センサは正常であることから、制御装置は、回転角センサの検出結果に基づいてモータが第１又は第２の目標回転角まで回転したことを検出することができる。この場合、制御装置は、モータの回転角を正確に認識することができるので、それ以降のモータの制御を継続する。

このように、制御装置は、車両の電源がオンとなった直後をはじめとして、車両の走行状態によらず、モータの制御中に回転角センサの検出結果に変化がないことを認識した場合に、モータの回転角度を正確に検出できるか否かを判断することができる。これにより、この構成の電動パワーステアリング装置は、モータの回転角が正確に検出できる場合には操舵機構への操舵補助力の付与の制御を継続し、正確に検出できない場合には操舵機構への操舵補助力の付与を停止することができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記回転角センサの検出結果に変化がない場合には、その検出結果に基づいて前記モータを第１の方向に回転させるような第１の目標回転角と、前記モータを第２の方向に回転させるような第２の目標回転角とを算出し、当該算出した第１及び第２の目標回転角の少なくとも一方に前記モータを制御できるか否かを通じて、前記モータによる操舵補助力の生成の継続の有無を判断することが好ましい。

あらかじめ第１及び第２の目標回転角が決まっている場合、回転角センサの検出結果が決まっている目標回転角で変化がなくなると、制御装置は、モータによる操舵補助力の生成の継続の有無を判断することができない。その点、この構成によれば、検出結果に基づいて、第１及び第２の目標回転角を算出するので、より高い確率で、モータによる操舵補助力の生成の継続の有無を判断することができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記モータを前記第２の方向に回転させるべく前記第２の目標回転角を複数個設定できるものであって、操舵機構に付与する操舵補助力を生成するために前記第１の方向に回転する前記モータの制御中に、前記回転角センサの検出結果に変化がない場合には、当該検出結果と前記第２の目標回転角との差分が小さくなるように、前記第２の目標回転角を算出することが好ましい。

この構成によれば、回転角センサの検出結果と第２の目標回転角との差分が小さいので、前記モータによる操舵補助力の生成の継続の有無を判断するのにかかる時間を抑制することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、車両の走行状態によらず、モータの回転角度を正確に検出できるか否かを判断できる。

電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図。 ＥＣＵの概略構成を示すブロック図。 三相交流ブラシレスモータのイメージ図。 モータが正方向に回転している状態におけるモータ回転角検出値、通電パターン、及びモータ回転角目標値が対応づけを示す図。 異常判断にかかる処理を示すフローチャート。

以下、電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
＜電動パワーステアリング装置の概要＞
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１０は、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪を転舵させる操舵機構２０、および運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構３０、および操舵補助機構３０の作動を制御するＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えている。

操舵機構２０は、運転者により操作されるステアリングホイール２１、およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１の中心に連結されたコラムシャフト２２ａ、コラムシャフト２２ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２２ｂ、およびインターミディエイトシャフト２２ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２２ｃからなる。ピニオンシャフト２２ｃの下端部は、ピニオンシャフト２２ｃに交わる方向へ延びるラック軸２３（正確には、ラック歯が形成された部分２３ａ）に噛合されている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、ピニオンシャフト２２ｃおよびラック軸２３からなるラックアンドピニオン機構２４によりラック軸２３の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸２３の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２５を介して左右の転舵輪２６，２６にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪２６，２６の転舵角θ_ｔａが変更される。転舵輪２６，２６の転舵角θ_ｔａが変更されることにより車両の進行方向が変更される。

操舵補助機構３０は、操舵補助力の発生源であるモータ３１を備えている。図３に示すように、モータ３１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相を有する三相交流モータのブラシレスモータである。モータ３１は、減速機構３２を介してコラムシャフト２２ａに連結されている。減速機構３２はモータ３１の回転を減速し、モータトルクをコラムシャフト２２ａに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２２にモータトルクが操舵補助力（アシスト力）として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。また、モータ３１には、モータ３１の回転角θ_ｍに応じて振幅値が変化する正弦波状の信号（正弦信号Ｓ＿ｓｉｎ及び余弦信号Ｓ＿ｃｏｓ）（以下、ＴＭＲ信号）を出力するＴＭＲセンサ３３が内蔵されている。

ＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求あるいは走行状態を示す情報として取得し、これら取得される各種の情報に応じて、モータ３１を制御する。各種のセンサとしては、たとえば車速センサ４１０、及びトルクセンサ４２０がある。車速センサ４１０は、車速（車両の走行速度）Ｖを検出する。トルクセンサ４２０は、コラムシャフト２２ａに設けられて、ステアリングホイール２１を介してステアリングシャフト２２に印加される操舵トルクＴ_ｈを検出する。ＥＣＵ４０は、これらセンサを通じて取得される車速Ｖ、操舵トルクＴ_ｈ、及びＴＭＲセンサ３３からのＴＭＲ信号に基づき、モータ３１を制御する。

＜ＥＣＵの概略構成＞
つぎに、ＥＣＵのハードウェア構成を説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ４０は、インバータ回路４１およびマイクロコンピュータ４２を備えている。

インバータ回路４１は、マイクロコンピュータ４２により生成されるモータ駆動信号に基づいて、バッテリなどの直流電源から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換する。当該変換された三相交流電圧は、各相の給電経路４４を介してモータ３１に供給される。各相の給電経路４４には電流センサ４５が設けられている。これら電流センサ４５は、各相の給電経路４４に生ずる実際の電流値Ｉを検出する。なお、図２では、説明の便宜上、各相の給電経路４４および各相の電流センサ４５をそれぞれ１つにまとめて図示する。

マイクロコンピュータ４２は、車速センサ４１０、トルクセンサ４２０、及びＴＭＲセンサ３３の検出結果をそれぞれ定められたサンプリング周期で取り込む。マイクロコンピュータ４２は、これら取り込まれる検出結果、すなわち車速Ｖ、操舵トルクＴ_ｈ、回転角θ_ｍ、及び電流値Ｉに基づきモータ駆動信号（ＰＷＭ駆動信号）を生成する。

＜マイクロコンピュータ＞
つぎに、マイクロコンピュータの機能的な構成を説明する。
図２に示すように、マイクロコンピュータ４２は、図示しない記憶装置に格納された制御プログラムを実行することによって実現される各種の処理部を有している。マイクロコンピュータ４２は、これら処理部として、電流指令値演算部５１と、モータ駆動信号生成部５２と、を備えている。

電流指令値演算部５１は、車速Ｖ、及び操舵トルクＴ_ｈをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる各種の情報に基づいて電流指令値Ｉ^＊を演算する。電流指令値演算部５１は、操舵トルクＴ_ｈの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほど、電流指令値Ｉ^＊の絶対値をより大きな値に設定する。

モータ駆動信号生成部５２は、電流指令値Ｉ^＊、および実際の電流値Ｉをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる情報に基づき実際の電流値Ｉが電流指令値Ｉ^＊に追従するように電流のフィードバック制御を行う。モータ駆動信号生成部５２は、電流指令値Ｉ^＊と実際の電流値Ｉとの偏差を求め、当該偏差を無くすようにモータ駆動信号を生成する。

＜電動パワーステアリング装置の異常検出機能＞
マイクロコンピュータ４２は、モータ駆動信号を生成しても、取り込む回転角θ_ｍに変化がないこと、いわゆる異常を検出する異常検出機能を有している。当該機能の実現手段として、モータ駆動信号生成部５２は、異常判断部５３を備えている。異常判断部５３は、モータ３１の回転角θ_ｍ、及び操舵トルクＴ_ｈをそれぞれ取り込み、これら取り込まれる情報に基づき、異常が電動パワーステアリング装置１０の不具合、特にＴＭＲセンサ３３の不具合に起因するものか、車輪が外力を受けることによりモータ３１が回転できなくなることに起因するものかを判断する。異常判断部５３は、異常が電動パワーステアリング装置１０の不具合に起因するものと判断した場合には、停止信号を生成する。一方、異常判断部５３は、異常が外力を受けることによりモータ３１が回転できなくなることに起因するものと判断した場合には、継続信号を生成する。

異常判断部５３のメモリ５４には、検出した回転角θ_ｍ（モータ回転角検出値）、及び操舵トルクＴ_ｈに対応付けられた通電パターン、及びモータ回転角目標値が記憶されている。図４に示されるモータ回転角検出値、通電パターン、及びモータ回転角目標値が対応付けられた情報は、操舵トルクＴ_ｈからモータが正方向に回転するとともに、Ｕ相がモータ回転角の基準（０ｄｅｇ）、相順がＵ相、Ｖ相、Ｗ相である場合の情報である。異常判断部５３は、取り込む回転角θ_ｍに変化がないことを検出した場合には、通電パターンに基づいて通電パターン信号を生成する。

また、メモリ５４には、異常の判断にかかる処理において使用する各種の情報を一時的に記憶する記憶領域が設けられている。さらに、異常判断部５３には、異常の判断にかかる処理において使用するカウンタ５５が設けられている。なお、異常判断部５３における異常の判断にかかる処理は、後に詳述する。

モータ駆動信号生成部５２は、通電パターン信号を認識すると、当該信号に基づいてモータ駆動信号を生成する。また、モータ駆動信号生成部５２は、停止信号を認識すると、それ以降のモータ駆動信号の生成を停止し、継続信号を認識すると、それ以降のモータ駆動信号の生成を継続する。

＜異常判断部の判断処理＞
次に、異常判断部５３の判断処理について、図５のフローチャートに従って説明する。当該フローチャートは、ＴＭＲセンサ３３から取得するモータ３１の回転角θ_ｍに変化がないことを条件に開始される。また、処理の開始時、異常判断部５３は、カウンタ５５をクリアする。

まず、異常判断部５３は、モータ回転角検出値（回転角θ_ｍ）、及び入力されている操舵トルクの向きから、通電パターン、及びモータ回転角目標値を決定する（ステップＳ１）。そして、決定された通電パターンに基づいて、通電パターン信号を生成する（ステップＳ２）。

次に、異常判断部５３は、モータ３１の回転角θ_ｍを再検出する（ステップＳ３）。そして、再検出したモータ３１の回転角θ_ｍと先に決定したモータ回転角目標値との差分が、異常閾値以上か否かを判断する（ステップＳ４）。異常閾値は、予めメモリ５４に記憶されており、判断したい精度に基づく任意の値に設定される。すなわち、高い精度で異常判断を行いたい場合には、異常閾値をより小さい値に設定する。従って、異常閾値を０に近い値に設定すれば、高い精度で異常判断を行うことができる。

ステップＳ４でＹＥＳ、すなわち、再検出したモータ３１の回転角θ_ｍと先に決定したモータ回転角目標値との差分が、異常閾値以上である場合には、カウンタをインクリメントする（ステップＳ５）。そして、カウンタ値が既定値以上か否かを判断する（ステップＳ６）。既定値は、予めメモリ５４に記憶されており、判断したい精度に基づく任意の値に設定される。すなわち、高い精度で異常判断を行いたい場合には、規定値をより大きい値に設定する。従って、規定値を大きくすればするほど、高い精度で異常判断を行うことができる。

ステップＳ６でＹＥＳ、すなわち、カウンタ値が既定値以上である場合には、停止信号を生成し（ステップＳ７）、当該処理を終了する。
なお、ステップＳ６でＮＯ、すなわち、カウンタ値が既定値より小さい場合には、処理をステップＳ２に移行する。

また、ステップＳ４でＮＯ、すなわち、再検出したモータ３１の回転角θ_ｍと先に決定したモータ回転角目標値との差分が、異常閾値よりも小さい場合には、継続信号を生成し（ステップＳ８）、当該処理を終了する。

＜異常判断部の作用＞
異常判断部５３は、回転角θ_ｍに変化がないことを検出すると、モータ３１が逆回転するように通電パターンを決定する。回転角θ_ｍに変化がない要因が、車輪が外力を受けることに起因する場合、モータは、正方向又は負方向に回転することができる。すなわち、モータ３１を逆回転させた結果、検出した回転角θ_ｍが回転角目標値であった場合には、回転角θ_ｍに変化がない要因が、車輪が外力を受けることに起因するものと判断することができる。ひいては、ＴＭＲセンサ３３をはじめとして、電動パワーステアリング装置１０自体が正常である。従って、これ以降にモータ３１の制御を継続しても、適切にステアリングシャフト２２にアシスト力を付与することができる。

一方、回転角θ_ｍに変化がない要因が、ＴＭＲセンサ３３をはじめとして、電動パワーステアリング装置１０自体の不具合に起因する場合、モータ３１を逆回転させても、検出した回転角θ_ｍと回転角目標値とが一致しない。この場合、電動パワーステアリング装置１０は、適切にステアリングシャフト２２にアシスト力を付与することができないので、モータ３１の制御を停止する。

このように、異常判断部５３は、車両の走行状態にかかわらず、モータ３１の回転角θ_ｍを正確に検出できるか否かを判断できる。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（１）ＥＣＵ４０は、ステアリングシャフト２２にアシスト力を付与しているモータ３１の回転角θ_ｍの変化がないことを検出した場合には、モータ３１を逆方向に回転させる。そして、逆方向に回転したことを検出できるか否かを判断する。逆方向に回転したことを検出できる場合、モータ３１の回転角θ_ｍの変化がない要因が、外力に起因する、すなわち、電動パワーステアリング装置１０の不具合に起因しないので、それ以降もモータ３１の制御を継続する。一方、ＥＣＵ４０は、モータ３１の回転角θ_ｍの変化がない要因が、外力に起因しない、すなわち、電動パワーステアリング装置１０の不具合に起因する場合には、それ以降のモータ３１の制御を停止する。このように、ＥＣＵ４０は、車両の走行状態にかかわらず、モータ３１の回転角θ_ｍを正確に検出できるか否かを判断できる。

（２）また、ＥＣＵ４０は、回転角θ_ｍを正確に検出できるか否かの判断を通じて、回転角θ_ｍを正確に検出できる場合には、モータ３１の制御を継続するので、ステアリングシャフト２２にアシスト力が付与されない状態を抑制することができる。

（３）あらかじめ、一義的にモータ回転角目標値が決まっている場合、そのモータ回転角目標値がモータ３１の回転角θ_ｍである場合に、制御部は、回転角を正確に検出できるか否かを判断できない。その点、この構成によれば、ＥＣＵ４０は、検出したモータ３１の回転角θ_ｍに基づいて、モータ３１を逆回転させる方向にモータ回転角目標値を設定する。これにより、ＥＣＵ４０は、より高い確率で、モータ３１の回転角θ_ｍを正確に検出できるか否かを判断することができる。

（４）ＥＣＵ４０は、モータ回転角検出値に対してモータ３１を逆回転させる複数の通電パターンのうち、モータ回転角検出値と回転角目標値との差分が最小となる通電パターンを選択するようにした。これにより、他の通電パターンと比較して、モータ３１が回転角目標値に達するまでの時間が短い。従って、他の場合と比較して、ＥＣＵ４０が、回転角θ_ｍを正確に検出できるか否かの判断にかかる時間が短縮される。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、異常判断部５３は、モータ３１の制御中に検出したモータ３１の回転角θ_ｍに変化がないことに基づいて、通電パターン及びモータ回転角目標値を算出したが、正確にＴＭＲ信号（Ｓ＿ｓｉｎ，Ｓ＿ｃｏｓの全て）を認識できる場合には、上記実施形態における異常判断の処理を実行しなくてもよい。この場合、ＥＣＵ４０は、ＴＭＲ信号から回転角θ_ｍを算出できるので、モータ３１の制御を通じて適切にアシスト力を付与することができる。

・上記実施形態では、モータ３１がアシスト力を付与するように制御されている最中について説明したが、モータ３１を制御できる状態であればよい。この場合、異常判断部５３は、モータ３１の回転角θ_ｍに基づいて、モータ３１が正負の方向（第１及び第２の方向）に回転するように、通電パターン及びモータ回転角目標値を算出する。そして、通電パターンに基づいてモータ３１を制御する。このように構成すれば、上記実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、図４におけるステップＳ６の処理は省略してもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
・上記実施形態において、ＥＣＵ４０は、モータ回転角検出値とモータ回転角目標値との差分が最も小さくなるように通電パターンを決定したが、モータ３１が反対方向に回転すれば、モータ回転角検出値とモータ回転角目標値との差分が最も小さくなくてもよい。

・上記実施形態において、モータ３１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相を有する三相交流モータのブラシレスモータであったが、相の数は、３以上の整数であればよい。
・上記実施形態において、異常判断部５３は、モータ駆動信号生成部５２に対して独立して設けられてもよい。

・上記実施形態において、モータ３１の回転角センサとしてＴＭＲセンサ３３を採用したが、２つの正弦波状信号（Ｓ＿ｓｉｎ，Ｓ＿ｃｏｓ）を生成するセンサであればよい。
・上記実施形態では、ＥＣＵ４０は、車速、及び操舵トルクに基づき電流指令値Ｉ^＊を算出したが、これらに加えてヨーレートなど他の車両パラメータを電流指令値Ｉ^＊の算出に加えてもよい。

・上記実施形態では、コラムシャフト２２ａに操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置１０に具体化したが、たとえばインターミディエイトシャフト２２ｂ、ピニオンシャフト２２ｃ、あるいはラック軸２３に操舵補助力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に具体化してもよい。

１０…電動パワーステアリング装置、２０…操舵機構、３０…操舵補助機構、３１…モータ、３３…ＴＭＲセンサ、４０…ＥＣＵ、５１…電流指令値演算部、５２…モータ駆動信号生成部、５３…異常判断部。

Claims (3)

1. 車両の操舵機構に付与する操舵補助力を生成するモータと、前記モータの回転角を算出する回転角センサと、前記回転角センサの検出結果に基づいて前記モータを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記モータの制御中に、前記回転角センサの検出結果に変化がないことを認識した場合に、前記モータを第１の方向、及び当該第１の方向とは反対側の第２の方向に回転させるように制御し、前記回転角センサの検出結果の変化を前記モータが第１及び第２の方向の少なくとも一方に回転するように制御したときに検出できる場合には、前記モータによる操舵補助力の生成を継続し、前記回転角センサの検出結果の変化を検出できない場合には、前記モータによる操舵補助力の生成を停止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、
   前記制御装置は、前記回転角センサの検出結果に変化がない場合には、その検出結果に基づいて前記モータを第１の方向に回転させるような第１の目標回転角と、前記モータを第２の方向に回転させるような第２の目標回転角とを算出し、当該算出した第１及び第２の目標回転角の少なくとも一方に前記モータを制御できるか否かを通じて、前記モータによる操舵補助力の生成の継続の有無を判断する電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御装置は、前記モータを前記第２の方向に回転させるべく前記第２の目標回転角を複数個設定できるものであって、操舵機構に付与する操舵補助力を生成するために前記第１の方向に回転する前記モータの制御中に、前記回転角センサの検出結果に変化がない場合には、当該検出結果と前記第２の目標回転角との差分が小さくなるように、前記第２の目標回転角を算出する電動パワーステアリング装置。