JP3856690B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舵取りの為に車両の操舵軸に加えられるトルクを検出し、検出したトルクに基づいて、操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
舵取り操作の為に舵輪（ステアリングホイール）に加えられるトルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する構成とした電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低，操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易であるという利点を有しており、近年、その適用範囲が拡大する傾向にある。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置においては、舵輪に加えられるトルクを検出する必要がある。一般的に、舵輪と舵取機構とを連結する操舵軸の中途において、軸長方向に離隔した２か所の回転角度を検出することにより、トルクを検出することが出来る。即ち、舵取り操作中の操舵軸には、舵輪に加えられるトルクの作用により捩れが生じており、この捩れは、前述した２か所での検出角度の差に対応するから、この差を用いてトルクを求めることが出来る。
【０００４】
このように求められるトルクの算出精度は、舵輪側の入力軸と舵取機構側の出力軸とを細径のトーションバーを介して連結して操舵軸を構成し、トルクの作用時に、入力軸と出力軸との間に、トーションバーの捩れを伴って大きな回転角度差が生じるようにしておき、両軸の連結部においてそれぞれの回転角度を検出することにより高めることが出来る。
【０００５】
本願出願人は、電動パワーステアリング装置におけるトルクの検出に好適なトルク検出装置を、特開２０００−３５２５０２公報等に提案している。この装置は、対象となる回転軸の周方向に複数並設され、軸長方向に対してそれぞれが略等角度傾斜する磁性体製のターゲットと、これらの外側に対向配置され、各ターゲットの通過に応じて変化する出力を発する磁気センサ（ＭＲセンサ）とを備えるセンサユニットを、入力軸及び出力軸の連結部にそれぞれ備えて構成されている。
【０００６】
この構成では、センサユニットの磁気センサが、入力軸及び出力軸の周上に並ぶ複数のターゲットのそれぞれが通過する間、ターゲットの傾斜に対応する傾きを有して線形に変化する電圧を出力する。従って、入力軸及び出力軸の回転角度を、それぞれに対応する磁気センサの出力電圧に基づいて非接触にて検出することが出来、舵輪の操作により入力軸に加えられるトルクは、入力軸及び出力軸に対応する磁気センサの出力差として与えられる両軸の回転角度の差に基づいて算出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータ制御においては、舵輪に加えられるトルクの大きさに加えて、このトルクの方向、即ち、左右いずれの方向に操舵がなされているかを検出する必要がある。上述したように構成されたトルク検出装置においては、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度とを比較して、入力軸が先行している方向にトルクが加えられていると判定するようにしている。
【０００８】
一方、走行中の車両の操舵軸には、舵取り操作に応じて舵輪側の入力軸から加わる正規の入力トルク（操舵トルク）と共に、操向用車輪に加わる路面反力が、舵取機構側の出力軸からの入力トルク（以下逆入力トルクという）として作用している。例えば、直進走行中の保舵状態において、路面上の凹凸への乗り上げにより、大きな逆入力トルクが加えられたとき、これが上述したように構成されたトルク検出装置により検出されることがある。
【０００９】
ところが、以上のような逆入力トルクは、正規の入力である操舵トルクの場合とは逆に、出力軸の側が先行する状態で加えられる。その結果、トルク検出装置の検出結果に基づく上述した方向判定が、逆入力トルクの要因となっている路面反力の作用による操向用車輪の付勢の向きと同向きの操舵トルクが加えられているかのように行われる。その為、このトルク検出に応じて操舵補助用のモータが駆動されたとき、モータの駆動力が逆入力トルクと同向きに舵取機構に加えられ、運転者に本来の逆入力トルクが助長された状態で体感され、操舵感覚の悪化を招くという問題があった。
【００１０】
このような問題に関連する技術として、本願出願人は、特願２０００−２１４７２４号において、車両の舵取機構と舵輪とを連結する操舵軸の回転角度を軸長方向の異なる位置にて検出し、その検出結果に基づいて夫々の検出位置での操舵軸の角速度を算出する手段と、車両の走行速度を検出する車速センサと、算出した角加速度と検出した車速との間に所定の相関関係が成立するとき、操舵トルクの算出結果により決定されるモータの駆動方向を逆転する制御手段とを備える「電動パワーステアリング装置」を提案している。
【００１１】
また、本願出願人は、特開平１０−２５８７５６号公報において、制御装置からの指令信号に基づきアクチュエータが操舵力を発生させる自動操舵モードと、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードとの間で、操舵モードを切り換え可能であり、ステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角に対応する値を時系列に求める手段と、ステアリングシャフトの車輪側での回転角に対応する値を時系列に求める手段とが設けられ、ステアリングホイール側での回転角の変化が、車輪側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力はドライバーにより付加されたと判断し、車輪側での回転角の変化が、ステアリングホイール側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力は車両に外部から付加されたと判断し、付加操舵力がドライバーにより付加されたと判断し、その付加操舵力に対応する値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える「車両のステアリング装置」を提案している。
【００１２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来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。
【００１３】
【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、車両の舵輪と車輪側の舵取機構とを連結する操舵軸の回転角度を、軸長方向の異なる位置にて検出し、検出した回転角度の差に基づいて前記操舵軸に加わるトルクを算出し、算出したトルクの方向及び大きさに応じた補助力を前記舵取機構に加えるべく、該舵取機構に付設された操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、前記回転角度に基づき、それぞれの検出位置での前記操舵軸の角速度又は角加速度を算出する算出手段と、前記車両が走行する速度に関連する値を検出する速度関連値検出手段と、前記算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の関係と前記速度関連値検出手段が検出した値とに基づき、前記トルクが、前記舵輪側からの入力によるものか、前記舵取機構側からの入力によるものかを判定する判定手段とを備え、該判定手段は、前記角速度又は角加速度の舵輪側の方が大きく、前記回転角度の何れもが所定角度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が第１関連値より小さいときは、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させるべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
この電動パワーステアリング装置では、車両の舵輪と車輪側の舵取機構とを連結する操舵軸の回転角度を、軸長方向の異なる位置にて検出し、検出した回転角度の差に基づいて操舵軸に加わるトルクを算出し、算出したトルクの方向及び大きさに応じた補助力を舵取機構に加えるべく、舵取機構に付設された操舵補助用のモータを駆動制御する。算出手段が、検出した回転角度に基づき、それぞれの検出位置での操舵軸の角速度又は角加速度を算出し、速度関連値検出手段が、車両が走行する速度に関連する値を検出する。判定手段が、その算出した角速度間の関係又は角加速度間の関係に基づき、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定する。判定手段は、角速度又は角加速度の舵輪側の方が大きく、回転角度の何れもが所定角度より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が第１関連値より小さいときは、トルクが舵輪側からの入力によるものと判定し、判定手段がそのように判定したときは、モータの出力を増加させる。
これにより、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来、停車時又は極低速時の舵輪の据え切り時に、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の横揺れを検出する横揺れ検出手段と、前記角速度の何れもが第１角速度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が、前記第１関連値より大きい第２関連値より大きく、かつ該第２関連値より大きい第３関連値より小さく、前記横揺れ検出手段が検出した横揺れが所定値より大きいときに、前記回転角度をそれぞれ積算する各積算手段とを更に備え、該各積算手段の各積算値の何れもが所定積算値より大きいときに、前記判定手段は、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させるべくなしてあることを特徴とする。
【００２０】
この電動パワーステアリング装置では、横揺れ検出手段が、車両の横揺れを検出し、角速度の何れもが第１角速度より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が、第１関連値より大きい第２関連値より大きく、かつ第２関連値より大きい第３関連値より小さく、横揺れ検出手段が検出した横揺れが所定値より大きいときに、各積算手段が、検出した回転角度をそれぞれ積算する。判定手段は、各積算手段の各積算値の何れもが所定積算値より大きいときに、トルクが舵輪側からの入力によるものと判定し、モータの出力を増加させる。
これにより、車両が山岳路を走行しているときに、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００２１】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記判定手段は、前記角速度の舵輪側が、前記第１角速度より小さい第２角速度より小さく、前記角速度又は前記角加速度の舵取機構側が、それぞれの所定値より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が前記第３関連値より大きいときは、前記トルクが前記舵取機構側からの入力によるものと判定し、前記トルクを打ち消すべく、前記モータを駆動制御すべくなしてあることを特徴とする。
【００２２】
この電動パワーステアリング装置では、判定手段は、角速度の舵輪側が、第１角速度より小さい第２角速度より小さく、角速度又は角加速度の舵取機構側が、それぞれの所定値より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が第３関連値より大きいときは、トルクが舵取機構側からの入力によるものと判定し、そのトルクを打ち消すように、操舵補助用のモータを駆動制御する。
これにより、車両が高速走行中にキックバックを受けたときに、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すことが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１が検出し出力したトルク検出信号が、演算処理回路１０により処理され、演算処理回路１０により処理作成されたトルク信号と、操舵軸の舵輪側及び図示しない舵取機構側の各絶対舵角信号とが、制御部２へ与えられる。また、車両の速度を検出する車速センサ１１が検出し出力した車速信号と、車両の横揺れを検出するヨーレートセンサ１２が検出したヨーレート信号とが、制御部２へ与えられる。
【００２４】
制御部２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路５へ入力され、リレー駆動回路５は、リレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点５ａをオン又はオフさせる。
制御部２は、トルク信号、車速信号、ヨーレート信号及び後述するモータ電流信号に基づき、内蔵するアシスト制御部８内のトルク／電流テーブル８ａを参照することにより、モータ電流目標値を作成する。
尚、車速信号は、これに限らず、車両の速度に関連する値、例えば、エンジンの回転数又は車輪の回転数、また電動車両の場合はモータの回転数等を示す信号であっても良い。
【００２５】
制御部２は、作成したモータ電流目標値をＰＷＭ信号及び回転方向指示信号としてモータ駆動回路３へ与える。モータ駆動回路３は、フェイルセーフリレー接点５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたモータ電流目標値に基づき、操舵補助用モータ４を回転駆動させる。
操舵補助用モータ４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路７により検出され、モータ電流信号として制御部２に与えられ、モータ電流のフィードバック制御に使用される。
【００２６】
図２は、トルクセンサ１の要部構成例を模式的に示す模式図である。このトルクセンサ１は、上端を操舵輪１５（ステアリングホイール）に連結された入力軸１６と、下端を舵取機構のピニオン１８に連結された出力軸１７とを、細径のトーションバー１９を介して同軸上に連結し、操舵輪１５と舵取機構とを連結する操舵軸１３が構成されており、入力軸１６及び出力軸１７の連結部近傍は以下のように構成されている。
【００２７】
入力軸１６には、出力軸１７との連結側端部近傍に、円板形をなすターゲット板２０が同軸上に外嵌固定されており、ターゲット板２０の外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット２１が、例えば３６個、周方向に等間隔で突設されている。
このターゲット２１は、インボリュート歯形を有する平歯車の歯からなり、環状の平歯車がターゲット板２０及びターゲット２１を構成している。
【００２８】
上述したのと同様のターゲット２１を備えたターゲット板２０が、出力軸１７の入力軸１６との連結側端部近傍にも外嵌固定されており、出力軸１７側のターゲット板２０の各ターゲット２１と、入力軸１６側のターゲット板２０の各ターゲット２１とは周方向に整合されて並設されている。
尚、前記歯は、入力軸１６，出力軸１７を磁性体製とし、入力軸１６，出力軸１７の周面を歯切り加工することにより形成されてもよい。
【００２９】
入力軸１６には、ターゲット板２０の操舵輪１５側に、ターゲット板２０と略同形状のターゲット板２２が更に同軸上に外嵌固定されており、ターゲット板２２の外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット２３が、周方向に突設されている。
このターゲット２３は、ターゲット板２２の外周面に１周分、螺旋状に設けられている。
【００３０】
ターゲット板２０，２２の外側には、それぞれの外周のターゲット２１，２３の外縁を臨むようにセンサボックス１４が配設されている。センサボックス１４は、入力軸１６及び出力軸１７を支承するハウジング等の動かない部位に固定支持されている。センサボックス１４の内部には、入力軸１６側のターゲット２１の周方向に異なる部位に対向する磁気センサ１Ａ，１Ｂと、出力軸１７側のターゲット２１の周方向に異なる部位に対向する磁気センサ２Ａ，２Ｂとが、周方向位置を正しく合わせて収納され、ターゲット板２２のターゲット２３の部位に対向する磁気センサ１Ｃが収納されている。
【００３１】
磁気センサ１Ａ，２Ａ，１Ｂ，２Ｂ，１Ｃは、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する特性を有する素子を用い、対向するターゲット２１，２３の近接する部位に応じて検出信号が変わるように構成されたセンサであり、これらの検出信号は、センサボックス１４外部又は内部のマイクロプロセッサを用いてなる演算処理回路１０に与えられている。
【００３２】
磁気センサ１Ａ，２Ａ，１Ｂ，２Ｂは、各ターゲット２１の通過に応じて、それぞれ図３（ａ）（ｂ）に示すような三角波又はサイン波に近似した検出信号を出力する。この検出信号は、上昇から下降に又は下降から上昇に転換する付近で非線形的な変化率が最大となるが、後述する信号処理方法により補間することが出来る。
一方、磁気センサ１Ｃは、ターゲット２３の通過に応じて、図３（ｃ）に示すような一方向に上昇又は下降する波形の検出信号を出力する。この検出信号は、ターゲット板２２が１回転する都度、１周期分を出力する。
【００３３】
このような構成のトルクセンサ１では、各磁気センサ１Ａ，１Ｂ（２Ａ，２Ｂ）は、対応するターゲット２１がそれぞれとの対向位置を通過する間、図３（ａ）（ｂ）に示すように、入力軸１６（出力軸１７）の回転角度の変化に応じて、上昇し下降する検出信号を出力する。
【００３４】
磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号は、これらに対応するターゲット２１が設けられた入力軸１６の回転角度に対応するものとなり、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号は、これらが対向するターゲット３が設けられた出力軸１７の回転角度に対応するものとなる。
従って、演算処理回路１０は、磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号から入力軸１６の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサ１Ａ，１Ｂは入力軸１６の回転角度検出装置として作動する。また、演算処理回路１０は、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号から出力軸１７の相対回転角度を算出することが出来る。
【００３５】
入力軸１６にトルクが加わった場合、磁気センサ１Ａ，１Ｂの各検出信号と磁気センサ２Ａ，２Ｂの各検出信号とには差が生じる。
磁気センサ１Ａ，２Ａと磁気センサ１Ｂ，２Ｂとは、ターゲット板２０の周方向に、例えば電気角９０°位相が異なっている。それぞれの検出信号は、上昇及び下降の転換点である極大値及び極小値で非線形的な変化率が最大となるが、位相が異なっている為、相互に補間させることが出来る。尚、補間が可能であれば、異なる位相角度は電気角１°〜３６０°未満の何れでも良い。
【００３６】
ここで、磁気センサ１Ａの検出信号と磁気センサ２Ａの検出信号との差、又は磁気センサ１Ｂの検出信号と磁気センサ２Ｂの検出信号との差は、入力軸１６と出力軸１７との相対回転角度の差（相対角変位）に対応するものとなる。この相対角変位は、入力軸１６に加わるトルクの作用下において、入力軸１６と出力軸１７とを連結するトーションバー１９に生じる捩れ角度に対応する。従って、前述した検出信号の差に基づいて入力軸１６に加わるトルクを算出することができる。
【００３７】
一方、磁気センサ１Ｃは、ターゲット２３の通過に応じて、図３（ｃ）に示すような一方向に上昇又は下降する波形の検出信号を出力し、検出信号は、ターゲット板２２が１回転する都度、１周期分を出力するので、検出信号とターゲット板２２の回転位置とを対応させることが出来る。従って、磁気センサ１Ｃの検出信号から、舵輪１５及び入力軸１６の舵角中点からの絶対舵角を求めることが出来、上述した相対角変位から、出力軸１７の舵角中点からの絶対舵角も容易に求めることが出来、演算処理回路１０は、算出したトルク信号と、入力軸１６及び出力軸１７の絶対舵角信号とを出力する。
【００３８】
図４は、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断面図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵輪１５に連結される入力軸３２（１６）と、入力軸３２にトーションバー１９を介して同軸的に連結される出力軸３４（１７）と、操舵輪１５を回転することによって入力軸３２に加わるトルクをトーションバー１９に生じる捩れによって検出するセンサ３０と、制御部２が、センサ３０が検出したトルクに基づき、モータ駆動回路３を介して駆動する操舵補助用のモータ４とを備え、モータ４の回転を減速歯車機構３７を介して出力軸３４及び出力軸３４に連結される伝達手段を介して舵取機構（図示せず）に伝達するように構成されている。
【００３９】
入力軸３２はトーションバー１９の一端部が挿入された筒部３２ａと、筒部３２ａの外周面に嵌合固定された上述したターゲット（及びターゲット板）２１，２３とを有しており、筒部３２ａの一端がニードル軸受３９を介してハウジング４０内に回転可能に支持されている。
出力軸３４は筒部３２ａの他端部及びトーションバー１９の他端部が挿入された筒形に形成されている。この出力軸３４の一端部には、入力軸３２側のターゲット２１と隣り合う上述したターゲット２１を有しており、軸長方向の途中が転がり軸受４２，４３を介してハウジング４０内に回転可能に支持されている。
【００４０】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図５，６のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２は、先ずパラメータ類の初期化を行い（Ｓ１）、次いで、車速センサ１１からの車速ｖ、演算処理回路１０からのトルク信号、入力軸１６及び出力軸１７の各絶対舵角θ1 ，θ2 を読み込む（Ｓ２）。
制御部２は、次に、絶対舵角θ1 ，θ2 に基づき、入力軸１６及び出力軸１７の各角速度の絶対値｜θ1 ′｜，｜θ2 ′｜を演算する（Ｓ２ａ）。
【００４１】
制御部２は、次に、車速ｖが、０に近い所定車速Ｖ１（第１関連値）より大きいか否かを判定し（Ｓ３）、車速ｖが所定車速Ｖ１より大きくないときは、後述する積算値ｓ3 ，ｓ4 をリセットした（Ｓ７）後、後述する計時時間Ｔが０であるか否かを判定する（Ｓ８）。
制御部２は、計時時間Ｔが０であるときは（Ｓ８）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きいか否かを判定し（Ｓ１１）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜の方が大きいときは、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角度Θ１よりそれぞれ大きいか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４２】
制御部２は、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角度Θ１よりそれぞれ大きいときは（Ｓ１２）、後述する積算値ｓ1 ，ｓ2 の少なくとも一方が、所定積算値Ｓ１より大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。
制御部２は、積算値ｓ1 ，ｓ2 の両方が、所定積算値Ｓ１より大きくないときは、停車時又は極低速時の舵輪の据え切りが行われているとして、操舵補助力（アシスト力）を増加させ（Ｓ１４）、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜の積算値ｓ1 ，ｓ2 を演算した（Ｓ１５）後、操舵補助を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４３】
制御部２は、積算値ｓ1 ，ｓ2 の少なくとも一方がが、所定積算値Ｓ１より大きいときは（Ｓ１３）、長時間にわたり据え切りを行っているとして、積算値ｓ1 ，ｓ2 をリセットした（Ｓ１６）後、モータ電流駆動回路６及びモータ４の焼き付きを防止する為の冷却期間Ｔの計時を開始し（Ｓ１７）、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４４】
制御部２は、計時時間Ｔが０でないときは（Ｓ８）、モータ電流駆動回路６及びモータ４の焼き付きを防止する為の冷却期間中であるとして、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達したか否かを判定し（Ｓ９）、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達しているときは、冷却期間Ｔをリセットした（Ｓ１０）後、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きいか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００４５】
制御部２は、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達していないとき（Ｓ９）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きくないとき（Ｓ１１）、又は入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角速度Θ１よりそれぞれ大きくないとき（Ｓ１２）は、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４６】
制御部２は、車速ｖが、０に近い所定車速Ｖ１より大きいときは（Ｓ３）、冷却期間Ｔ及び後述する積算値ｓ1 ，ｓ2 をリセットした（Ｓ４）後、車速ｖが、所定車速Ｖ１より大きい所定車速Ｖ２（第２関連値）より大きいか否かを判定し（Ｓ５）、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きいときは、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きい所定車速Ｖ３（第３関連値）より更に大きいか否かを判定する（Ｓ６）。
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ３より大きくないときは（Ｓ６）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、所定角速度Θ２（第１角速度）より大きいか否かを判定し（Ｓ１８）、所定角速度Θ２より大きいときは、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きいか否かを判定する（Ｓ１９）。
【００４７】
制御部２は、車速ｖが、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きいときは（Ｓ１９）、ヨーレートセンサ１２からのヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。
制御部２は、ヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きいときは（Ｓ２０）、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜の積算値ｓ3 ，ｓ4 を演算した（Ｓ２１）後、積算値ｓ3 ，ｓ4 の両方が所定積算値Ｓ２より大きいか否かを判定する（Ｓ２２，２３）。
【００４８】
制御部２は、積算値ｓ3 ，ｓ4 の両方が所定積算値Ｓ２より大きいときは（Ｓ２２，２３）、車両が山岳路を走行しているとして、アシスト力を増加させ（Ｓ２４）、操舵補助を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きくないとき（Ｓ５）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、所定角速度Θ２より大きくないとき（Ｓ１８）、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きくないとき（Ｓ１９）、ヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きくないとき（Ｓ２０）、又は積算値ｓ3 ，ｓ4 の少なくとも一方が所定積算値Ｓ２より大きくないとき（Ｓ２２，２３）は、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４９】
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ３より大きいときは（Ｓ６）、積算値ｓ3 ，ｓ4 をリセットした（Ｓ２５）後、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、０に近い所定角速度Θ３（第２角速度）より大きいか否かを判定し（Ｓ２６）、所定角速度Θ３より大きくないときは、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４（所定値）より大きいか否かを判定する（Ｓ２７）。
制御部２は、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４より大きいときは（Ｓ２７）、車両が高速走行中にキックバックを受けたとして、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すキックバック逆反力を出力して（Ｓ２８）、操舵補助を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００５０】
制御部２は、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、０に近い所定角速度Θ３より大きいとき（Ｓ２６）、又は出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４より大きくないときは（Ｓ２７）通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
尚、上述した実施の形態１では、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜、及び出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜を用いたが、これらの角速度の絶対値に代えて、入力軸１６の角加速度の絶対値｜θ1 ″｜、及び出力軸１７の角加速度の絶対値｜θ2 ″｜を用いても、同様のことを行うことが出来る。
【００５１】
実施の形態２．
図７は、本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。このトルクセンサ１ａは、上述したトルクセンサ１（図２）から、ターゲット板２２及びターゲット２３を省き、センサボックス１４からは磁気センサ１Ｃを省いてセンサボックス１４ａとした構成であり、演算処理回路１０ａからは、トルク信号と、入力軸１６及び出力軸１７の各相対舵角信号とが出力される。
【００５２】
この電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図は、上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図（図１）と、トルクセンサ１がトルクセンサ１ａであることを除いて同様である。
図８は、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断面図である。この電動パワーステアリング装置は、上述した電動パワーステアリング装置（図４）の構成から、センサ３０及びターゲット２３を省き、センサ３０ａとした構成である。
【００５３】
このような構成の電動パワーステアリング装置では、制御部２は、演算処理回路１０ａからの入力軸１６及び出力軸１７の各相対舵各信号に基づき、例えば、車両が所定速度以上で所定時間以上、入力軸１６及び出力軸１７の変位差が略生じない状態で走行したときの、入力軸１６及び出力軸１７の位置を舵角中点として記憶し、以後、その舵角中点を基準にして、入力軸１６及び出力軸１７の絶対舵角θ1 ，θ2 を演算する。その他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来、停車時又は極低速時の舵輪の据え切り時に、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５７】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車両が山岳路を走行しているときに、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５８】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車両が高速走行中にキックバックを受けたときに、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すことが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【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実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】トルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。
【図３】トルクセンサの各磁気センサの検出信号を示す波形図である。
【図４】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断面図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。
【図８】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断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ トルクセンサ
２ 制御部
３ モータ駆動回路
４ 操舵補助用モータ
８ アシスト制御部
８ａ トルク／電流テーブル
１０，１０ａ 演算処理回路
１１ 車速センサ（速度関連値検出手段）
１２ ヨーレートセンサ（横揺れ検出手段）
１４，１４ａ センサボックス
１５ 舵輪（ステアリングホイール）
１６，３２ 入力軸（操舵軸）
１７，３４ 出力軸（操舵軸）
３０，３０ａ センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、舵取りの為に車両の操舵軸に加えられるトルクを検出し、検出したトルクに基づいて、操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
舵取り操作の為に舵輪（ステアリングホイール）に加えられるトルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する構成とした電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低，操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易であるという利点を有しており、近年、その適用範囲が拡大する傾向にある。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置においては、舵輪に加えられるトルクを検出する必要がある。一般的に、舵輪と舵取機構とを連結する操舵軸の中途において、軸長方向に離隔した２か所の回転角度を検出することにより、トルクを検出することが出来る。即ち、舵取り操作中の操舵軸には、舵輪に加えられるトルクの作用により捩れが生じており、この捩れは、前述した２か所での検出角度の差に対応するから、この差を用いてトルクを求めることが出来る。
【０００４】
このように求められるトルクの算出精度は、舵輪側の入力軸と舵取機構側の出力軸とを細径のトーションバーを介して連結して操舵軸を構成し、トルクの作用時に、入力軸と出力軸との間に、トーションバーの捩れを伴って大きな回転角度差が生じるようにしておき、両軸の連結部においてそれぞれの回転角度を検出することにより高めることが出来る。
【０００５】
本願出願人は、電動パワーステアリング装置におけるトルクの検出に好適なトルク検出装置を、特開２０００−３５２５０２公報等に提案している。この装置は、対象となる回転軸の周方向に複数並設され、軸長方向に対してそれぞれが略等角度傾斜する磁性体製のターゲットと、これらの外側に対向配置され、各ターゲットの通過に応じて変化する出力を発する磁気センサ（ＭＲセンサ）とを備えるセンサユニットを、入力軸及び出力軸の連結部にそれぞれ備えて構成されている。
【０００６】
この構成では、センサユニットの磁気センサが、入力軸及び出力軸の周上に並ぶ複数のターゲットのそれぞれが通過する間、ターゲットの傾斜に対応する傾きを有して線形に変化する電圧を出力する。従って、入力軸及び出力軸の回転角度を、それぞれに対応する磁気センサの出力電圧に基づいて非接触にて検出することが出来、舵輪の操作により入力軸に加えられるトルクは、入力軸及び出力軸に対応する磁気センサの出力差として与えられる両軸の回転角度の差に基づいて算出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータ制御においては、舵輪に加えられるトルクの大きさに加えて、このトルクの方向、即ち、左右いずれの方向に操舵がなされているかを検出する必要がある。上述したように構成されたトルク検出装置においては、入力軸の回転角度と出力軸の回転角度とを比較して、入力軸が先行している方向にトルクが加えられていると判定するようにしている。
【０００８】
一方、走行中の車両の操舵軸には、舵取り操作に応じて舵輪側の入力軸から加わる正規の入力トルク（操舵トルク）と共に、操向用車輪に加わる路面反力が、舵取機構側の出力軸からの入力トルク（以下逆入力トルクという）として作用している。例えば、直進走行中の保舵状態において、路面上の凹凸への乗り上げにより、大きな逆入力トルクが加えられたとき、これが上述したように構成されたトルク検出装置により検出されることがある。
【０００９】
ところが、以上のような逆入力トルクは、正規の入力である操舵トルクの場合とは逆に、出力軸の側が先行する状態で加えられる。その結果、トルク検出装置の検出結果に基づく上述した方向判定が、逆入力トルクの要因となっている路面反力の作用による操向用車輪の付勢の向きと同向きの操舵トルクが加えられているかのように行われる。その為、このトルク検出に応じて操舵補助用のモータが駆動されたとき、モータの駆動力が逆入力トルクと同向きに舵取機構に加えられ、運転者に本来の逆入力トルクが助長された状態で体感され、操舵感覚の悪化を招くという問題があった。
【００１０】
このような問題に関連する技術として、本願出願人は、特願２０００−２１４７２４号において、車両の舵取機構と舵輪とを連結する操舵軸の回転角度を軸長方向の異なる位置にて検出し、その検出結果に基づいて夫々の検出位置での操舵軸の角速度を算出する手段と、車両の走行速度を検出する車速センサと、算出した角加速度と検出した車速との間に所定の相関関係が成立するとき、操舵トルクの算出結果により決定されるモータの駆動方向を逆転する制御手段とを備える「電動パワーステアリング装置」を提案している。
【００１１】
また、本願出願人は、特開平１０−２５８７５６号公報において、制御装置からの指令信号に基づきアクチュエータが操舵力を発生させる自動操舵モードと、ドライバーが操舵力を発生させる通常操舵モードとの間で、操舵モードを切り換え可能であり、ステアリングシャフトのステアリングホイール側での回転角に対応する値を時系列に求める手段と、ステアリングシャフトの車輪側での回転角に対応する値を時系列に求める手段とが設けられ、ステアリングホイール側での回転角の変化が、車輪側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力はドライバーにより付加されたと判断し、車輪側での回転角の変化が、ステアリングホイール側での回転角の変化に先行する時、その付加操舵力は車両に外部から付加されたと判断し、付加操舵力がドライバーにより付加されたと判断し、その付加操舵力に対応する値が設定値以上である時に、自動操舵モードから通常操舵モードに切り換える「車両のステアリング装置」を提案している。
【００１２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来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。
【００１３】
【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、車両の舵輪と車輪側の舵取機構とを連結する操舵軸の回転角度を、軸長方向の異なる位置にて検出し、検出した回転角度の差に基づいて前記操舵軸に加わるトルクを算出し、算出したトルクの方向及び大きさに応じた補助力を前記舵取機構に加えるべく、該舵取機構に付設された操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、前記回転角度に基づき、それぞれの検出位置での前記操舵軸の角速度又は角加速度を算出する算出手段と、前記車両が走行する速度に関連する値を検出する速度関連値検出手段と、前記算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の関係と前記速度関連値検出手段が検出した値とに基づき、前記トルクが、前記舵輪側からの入力によるものか、前記舵取機構側からの入力によるものかを判定する判定手段とを備え、該判定手段は、前記角速度又は角加速度の舵輪側の方が大きく、前記回転角度の何れもが所定角度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が第１関連値より小さいときは、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させるべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
この電動パワーステアリング装置では、車両の舵輪と車輪側の舵取機構とを連結する操舵軸の回転角度を、軸長方向の異なる位置にて検出し、検出した回転角度の差に基づいて操舵軸に加わるトルクを算出し、算出したトルクの方向及び大きさに応じた補助力を舵取機構に加えるべく、舵取機構に付設された操舵補助用のモータを駆動制御する。算出手段が、検出した回転角度に基づき、それぞれの検出位置での操舵軸の角速度又は角加速度を算出し、速度関連値検出手段が、車両が走行する速度に関連する値を検出する。判定手段が、その算出した角速度間の関係又は角加速度間の関係に基づき、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定する。判定手段は、角速度又は角加速度の舵輪側の方が大きく、回転角度の何れもが所定角度より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が第１関連値より小さいときは、トルクが舵輪側からの入力によるものと判定し、判定手段がそのように判定したときは、モータの出力を増加させる。
これにより、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来、停車時又は極低速時の舵輪の据え切り時に、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の横揺れを検出する横揺れ検出手段と、前記角速度の何れもが第１角速度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が、前記第１関連値より大きい第２関連値より大きく、かつ該第２関連値より大きい第３関連値より小さく、前記横揺れ検出手段が検出した横揺れが所定値より大きいときに、前記回転角度をそれぞれ積算する各積算手段とを更に備え、該各積算手段の各積算値の何れもが所定積算値より大きいときに、前記判定手段は、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させるべくなしてあることを特徴とする。
【００２０】
この電動パワーステアリング装置では、横揺れ検出手段が、車両の横揺れを検出し、角速度の何れもが第１角速度より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が、第１関連値より大きい第２関連値より大きく、かつ第２関連値より大きい第３関連値より小さく、横揺れ検出手段が検出した横揺れが所定値より大きいときに、各積算手段が、検出した回転角度をそれぞれ積算する。判定手段は、各積算手段の各積算値の何れもが所定積算値より大きいときに、トルクが舵輪側からの入力によるものと判定し、モータの出力を増加させる。
これにより、車両が山岳路を走行しているときに、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００２１】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記判定手段は、前記角速度の舵輪側が、前記第１角速度より小さい第２角速度より小さく、前記角速度又は前記角加速度の舵取機構側が、それぞれの所定値より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が前記第３関連値より大きいときは、前記トルクが前記舵取機構側からの入力によるものと判定し、前記トルクを打ち消すべく、前記モータを駆動制御すべくなしてあることを特徴とする。
【００２２】
この電動パワーステアリング装置では、判定手段は、角速度の舵輪側が、第１角速度より小さい第２角速度より小さく、角速度又は角加速度の舵取機構側が、それぞれの所定値より大きく、速度関連値検出手段が検出した値が第３関連値より大きいときは、トルクが舵取機構側からの入力によるものと判定し、そのトルクを打ち消すように、操舵補助用のモータを駆動制御する。
これにより、車両が高速走行中にキックバックを受けたときに、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すことが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１が検出し出力したトルク検出信号が、演算処理回路１０により処理され、演算処理回路１０により処理作成されたトルク信号と、操舵軸の舵輪側及び図示しない舵取機構側の各絶対舵角信号とが、制御部２へ与えられる。また、車両の速度を検出する車速センサ１１が検出し出力した車速信号と、車両の横揺れを検出するヨーレートセンサ１２が検出したヨーレート信号とが、制御部２へ与えられる。
【００２４】
制御部２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路５へ入力され、リレー駆動回路５は、リレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点５ａをオン又はオフさせる。
制御部２は、トルク信号、車速信号、ヨーレート信号及び後述するモータ電流信号に基づき、内蔵するアシスト制御部８内のトルク／電流テーブル８ａを参照することにより、モータ電流目標値を作成する。
尚、車速信号は、これに限らず、車両の速度に関連する値、例えば、エンジンの回転数又は車輪の回転数、また電動車両の場合はモータの回転数等を示す信号であっても良い。
【００２５】
制御部２は、作成したモータ電流目標値をＰＷＭ信号及び回転方向指示信号としてモータ駆動回路３へ与える。モータ駆動回路３は、フェイルセーフリレー接点５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたモータ電流目標値に基づき、操舵補助用モータ４を回転駆動させる。
操舵補助用モータ４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路７により検出され、モータ電流信号として制御部２に与えられ、モータ電流のフィードバック制御に使用される。
【００２６】
図２は、トルクセンサ１の要部構成例を模式的に示す模式図である。このトルクセンサ１は、上端を操舵輪１５（ステアリングホイール）に連結された入力軸１６と、下端を舵取機構のピニオン１８に連結された出力軸１７とを、細径のトーションバー１９を介して同軸上に連結し、操舵輪１５と舵取機構とを連結する操舵軸１３が構成されており、入力軸１６及び出力軸１７の連結部近傍は以下のように構成されている。
【００２７】
入力軸１６には、出力軸１７との連結側端部近傍に、円板形をなすターゲット板２０が同軸上に外嵌固定されており、ターゲット板２０の外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット２１が、例えば３６個、周方向に等間隔で突設されている。
このターゲット２１は、インボリュート歯形を有する平歯車の歯からなり、環状の平歯車がターゲット板２０及びターゲット２１を構成している。
【００２８】
上述したのと同様のターゲット２１を備えたターゲット板２０が、出力軸１７の入力軸１６との連結側端部近傍にも外嵌固定されており、出力軸１７側のターゲット板２０の各ターゲット２１と、入力軸１６側のターゲット板２０の各ターゲット２１とは周方向に整合されて並設されている。
尚、前記歯は、入力軸１６，出力軸１７を磁性体製とし、入力軸１６，出力軸１７の周面を歯切り加工することにより形成されてもよい。
【００２９】
入力軸１６には、ターゲット板２０の操舵輪１５側に、ターゲット板２０と略同形状のターゲット板２２が更に同軸上に外嵌固定されており、ターゲット板２２の外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット２３が、周方向に突設されている。
このターゲット２３は、ターゲット板２２の外周面に１周分、螺旋状に設けられている。
【００３０】
ターゲット板２０，２２の外側には、それぞれの外周のターゲット２１，２３の外縁を臨むようにセンサボックス１４が配設されている。センサボックス１４は、入力軸１６及び出力軸１７を支承するハウジング等の動かない部位に固定支持されている。センサボックス１４の内部には、入力軸１６側のターゲット２１の周方向に異なる部位に対向する磁気センサ１Ａ，１Ｂと、出力軸１７側のターゲット２１の周方向に異なる部位に対向する磁気センサ２Ａ，２Ｂとが、周方向位置を正しく合わせて収納され、ターゲット板２２のターゲット２３の部位に対向する磁気センサ１Ｃが収納されている。
【００３１】
磁気センサ１Ａ，２Ａ，１Ｂ，２Ｂ，１Ｃは、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する特性を有する素子を用い、対向するターゲット２１，２３の近接する部位に応じて検出信号が変わるように構成されたセンサであり、これらの検出信号は、センサボックス１４外部又は内部のマイクロプロセッサを用いてなる演算処理回路１０に与えられている。
【００３２】
磁気センサ１Ａ，２Ａ，１Ｂ，２Ｂは、各ターゲット２１の通過に応じて、それぞれ図３（ａ）（ｂ）に示すような三角波又はサイン波に近似した検出信号を出力する。この検出信号は、上昇から下降に又は下降から上昇に転換する付近で非線形的な変化率が最大となるが、後述する信号処理方法により補間することが出来る。
一方、磁気センサ１Ｃは、ターゲット２３の通過に応じて、図３（ｃ）に示すような一方向に上昇又は下降する波形の検出信号を出力する。この検出信号は、ターゲット板２２が１回転する都度、１周期分を出力する。
【００３３】
このような構成のトルクセンサ１では、各磁気センサ１Ａ，１Ｂ（２Ａ，２Ｂ）は、対応するターゲット２１がそれぞれとの対向位置を通過する間、図３（ａ）（ｂ）に示すように、入力軸１６（出力軸１７）の回転角度の変化に応じて、上昇し下降する検出信号を出力する。
【００３４】
磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号は、これらに対応するターゲット２１が設けられた入力軸１６の回転角度に対応するものとなり、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号は、これらが対向するターゲット３が設けられた出力軸１７の回転角度に対応するものとなる。
従って、演算処理回路１０は、磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号から入力軸１６の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサ１Ａ，１Ｂは入力軸１６の回転角度検出装置として作動する。また、演算処理回路１０は、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号から出力軸１７の相対回転角度を算出することが出来る。
【００３５】
入力軸１６にトルクが加わった場合、磁気センサ１Ａ，１Ｂの各検出信号と磁気センサ２Ａ，２Ｂの各検出信号とには差が生じる。
磁気センサ１Ａ，２Ａと磁気センサ１Ｂ，２Ｂとは、ターゲット板２０の周方向に、例えば電気角９０°位相が異なっている。それぞれの検出信号は、上昇及び下降の転換点である極大値及び極小値で非線形的な変化率が最大となるが、位相が異なっている為、相互に補間させることが出来る。尚、補間が可能であれば、異なる位相角度は電気角１°〜３６０°未満の何れでも良い。
【００３６】
ここで、磁気センサ１Ａの検出信号と磁気センサ２Ａの検出信号との差、又は磁気センサ１Ｂの検出信号と磁気センサ２Ｂの検出信号との差は、入力軸１６と出力軸１７との相対回転角度の差（相対角変位）に対応するものとなる。この相対角変位は、入力軸１６に加わるトルクの作用下において、入力軸１６と出力軸１７とを連結するトーションバー１９に生じる捩れ角度に対応する。従って、前述した検出信号の差に基づいて入力軸１６に加わるトルクを算出することができる。
【００３７】
一方、磁気センサ１Ｃは、ターゲット２３の通過に応じて、図３（ｃ）に示すような一方向に上昇又は下降する波形の検出信号を出力し、検出信号は、ターゲット板２２が１回転する都度、１周期分を出力するので、検出信号とターゲット板２２の回転位置とを対応させることが出来る。従って、磁気センサ１Ｃの検出信号から、舵輪１５及び入力軸１６の舵角中点からの絶対舵角を求めることが出来、上述した相対角変位から、出力軸１７の舵角中点からの絶対舵角も容易に求めることが出来、演算処理回路１０は、算出したトルク信号と、入力軸１６及び出力軸１７の絶対舵角信号とを出力する。
【００３８】
図４は、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断面図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵輪１５に連結される入力軸３２（１６）と、入力軸３２にトーションバー１９を介して同軸的に連結される出力軸３４（１７）と、操舵輪１５を回転することによって入力軸３２に加わるトルクをトーションバー１９に生じる捩れによって検出するセンサ３０と、制御部２が、センサ３０が検出したトルクに基づき、モータ駆動回路３を介して駆動する操舵補助用のモータ４とを備え、モータ４の回転を減速歯車機構３７を介して出力軸３４及び出力軸３４に連結される伝達手段を介して舵取機構（図示せず）に伝達するように構成されている。
【００３９】
入力軸３２はトーションバー１９の一端部が挿入された筒部３２ａと、筒部３２ａの外周面に嵌合固定された上述したターゲット（及びターゲット板）２１，２３とを有しており、筒部３２ａの一端がニードル軸受３９を介してハウジング４０内に回転可能に支持されている。
出力軸３４は筒部３２ａの他端部及びトーションバー１９の他端部が挿入された筒形に形成されている。この出力軸３４の一端部には、入力軸３２側のターゲット２１と隣り合う上述したターゲット２１を有しており、軸長方向の途中が転がり軸受４２，４３を介してハウジング４０内に回転可能に支持されている。
【００４０】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図５，６のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部２は、先ずパラメータ類の初期化を行い（Ｓ１）、次いで、車速センサ１１からの車速ｖ、演算処理回路１０からのトルク信号、入力軸１６及び出力軸１７の各絶対舵角θ1 ，θ2 を読み込む（Ｓ２）。
制御部２は、次に、絶対舵角θ1 ，θ2 に基づき、入力軸１６及び出力軸１７の各角速度の絶対値｜θ1 ′｜，｜θ2 ′｜を演算する（Ｓ２ａ）。
【００４１】
制御部２は、次に、車速ｖが、０に近い所定車速Ｖ１（第１関連値）より大きいか否かを判定し（Ｓ３）、車速ｖが所定車速Ｖ１より大きくないときは、後述する積算値ｓ3 ，ｓ4 をリセットした（Ｓ７）後、後述する計時時間Ｔが０であるか否かを判定する（Ｓ８）。
制御部２は、計時時間Ｔが０であるときは（Ｓ８）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きいか否かを判定し（Ｓ１１）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜の方が大きいときは、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角度Θ１よりそれぞれ大きいか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４２】
制御部２は、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角度Θ１よりそれぞれ大きいときは（Ｓ１２）、後述する積算値ｓ1 ，ｓ2 の少なくとも一方が、所定積算値Ｓ１より大きいか否かを判定する（Ｓ１３）。
制御部２は、積算値ｓ1 ，ｓ2 の両方が、所定積算値Ｓ１より大きくないときは、停車時又は極低速時の舵輪の据え切りが行われているとして、操舵補助力（アシスト力）を増加させ（Ｓ１４）、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜の積算値ｓ1 ，ｓ2 を演算した（Ｓ１５）後、操舵補助を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４３】
制御部２は、積算値ｓ1 ，ｓ2 の少なくとも一方がが、所定積算値Ｓ１より大きいときは（Ｓ１３）、長時間にわたり据え切りを行っているとして、積算値ｓ1 ，ｓ2 をリセットした（Ｓ１６）後、モータ電流駆動回路６及びモータ４の焼き付きを防止する為の冷却期間Ｔの計時を開始し（Ｓ１７）、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４４】
制御部２は、計時時間Ｔが０でないときは（Ｓ８）、モータ電流駆動回路６及びモータ４の焼き付きを防止する為の冷却期間中であるとして、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達したか否かを判定し（Ｓ９）、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達しているときは、冷却期間Ｔをリセットした（Ｓ１０）後、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きいか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００４５】
制御部２は、冷却期間Ｔが所定の冷却期間Ｔ１に達していないとき（Ｓ９）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜より大きくないとき（Ｓ１１）、又は入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜が、所定角速度Θ１よりそれぞれ大きくないとき（Ｓ１２）は、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ１５ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４６】
制御部２は、車速ｖが、０に近い所定車速Ｖ１より大きいときは（Ｓ３）、冷却期間Ｔ及び後述する積算値ｓ1 ，ｓ2 をリセットした（Ｓ４）後、車速ｖが、所定車速Ｖ１より大きい所定車速Ｖ２（第２関連値）より大きいか否かを判定し（Ｓ５）、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きいときは、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きい所定車速Ｖ３（第３関連値）より更に大きいか否かを判定する（Ｓ６）。
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ３より大きくないときは（Ｓ６）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、所定角速度Θ２（第１角速度）より大きいか否かを判定し（Ｓ１８）、所定角速度Θ２より大きいときは、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きいか否かを判定する（Ｓ１９）。
【００４７】
制御部２は、車速ｖが、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きいときは（Ｓ１９）、ヨーレートセンサ１２からのヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きいか否かを判定する（Ｓ２０）。
制御部２は、ヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きいときは（Ｓ２０）、入力軸１６及び出力軸１７の各回転角度の絶対値｜θ1 ｜，｜θ2 ｜の積算値ｓ3 ，ｓ4 を演算した（Ｓ２１）後、積算値ｓ3 ，ｓ4 の両方が所定積算値Ｓ２より大きいか否かを判定する（Ｓ２２，２３）。
【００４８】
制御部２は、積算値ｓ3 ，ｓ4 の両方が所定積算値Ｓ２より大きいときは（Ｓ２２，２３）、車両が山岳路を走行しているとして、アシスト力を増加させ（Ｓ２４）、操舵補助を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ２より大きくないとき（Ｓ５）、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、所定角速度Θ２より大きくないとき（Ｓ１８）、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ２より大きくないとき（Ｓ１９）、ヨーレートＧが所定値Ｇ１より大きくないとき（Ｓ２０）、又は積算値ｓ3 ，ｓ4 の少なくとも一方が所定積算値Ｓ２より大きくないとき（Ｓ２２，２３）は、通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００４９】
制御部２は、車速ｖが、所定車速Ｖ３より大きいときは（Ｓ６）、積算値ｓ3 ，ｓ4 をリセットした（Ｓ２５）後、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、０に近い所定角速度Θ３（第２角速度）より大きいか否かを判定し（Ｓ２６）、所定角速度Θ３より大きくないときは、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４（所定値）より大きいか否かを判定する（Ｓ２７）。
制御部２は、出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４より大きいときは（Ｓ２７）、車両が高速走行中にキックバックを受けたとして、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すキックバック逆反力を出力して（Ｓ２８）、操舵補助を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
【００５０】
制御部２は、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜が、０に近い所定角速度Θ３より大きいとき（Ｓ２６）、又は出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜が所定角速度Θ４より大きくないときは（Ｓ２７）通常の操舵補助（アシスト力を増加させない）を実行して（Ｓ２４ａ）、次のサンプリングを行う（Ｓ１）。
尚、上述した実施の形態１では、入力軸１６の角速度の絶対値｜θ1 ′｜、及び出力軸１７の角速度の絶対値｜θ2 ′｜を用いたが、これらの角速度の絶対値に代えて、入力軸１６の角加速度の絶対値｜θ1 ″｜、及び出力軸１７の角加速度の絶対値｜θ2 ″｜を用いても、同様のことを行うことが出来る。
【００５１】
実施の形態２．
図７は、本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。このトルクセンサ１ａは、上述したトルクセンサ１（図２）から、ターゲット板２２及びターゲット２３を省き、センサボックス１４からは磁気センサ１Ｃを省いてセンサボックス１４ａとした構成であり、演算処理回路１０ａからは、トルク信号と、入力軸１６及び出力軸１７の各相対舵角信号とが出力される。
【００５２】
この電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図は、上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図（図１）と、トルクセンサ１がトルクセンサ１ａであることを除いて同様である。
図８は、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断面図である。この電動パワーステアリング装置は、上述した電動パワーステアリング装置（図４）の構成から、センサ３０及びターゲット２３を省き、センサ３０ａとした構成である。
【００５３】
このような構成の電動パワーステアリング装置では、制御部２は、演算処理回路１０ａからの入力軸１６及び出力軸１７の各相対舵各信号に基づき、例えば、車両が所定速度以上で所定時間以上、入力軸１６及び出力軸１７の変位差が略生じない状態で走行したときの、入力軸１６及び出力軸１７の位置を舵角中点として記憶し、以後、その舵角中点を基準にして、入力軸１６及び出力軸１７の絶対舵角θ1 ，θ2 を演算する。その他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
【発明の効果】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、トルクが、舵輪側からの入力によるものか、舵取機構側からの入力によるものかを判定し、その判定結果に基づき、操舵補助用のモータを駆動制御出来、停車時又は極低速時の舵輪の据え切り時に、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５７】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車両が山岳路を走行しているときに、操舵補助力を増加させることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５８】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車両が高速走行中にキックバックを受けたときに、運転者がハンドルを取られないように、そのキックバックを打ち消すことが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【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実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】トルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。
【図３】トルクセンサの各磁気センサの検出信号を示す波形図である。
【図４】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断面図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置のトルクセンサの要部構成例を模式的に示す模式図である。
【図８】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断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ トルクセンサ
２ 制御部
３ モータ駆動回路
４ 操舵補助用モータ
８ アシスト制御部
８ａ トルク／電流テーブル
１０，１０ａ 演算処理回路
１１ 車速センサ（速度関連値検出手段）
１２ ヨーレートセンサ（横揺れ検出手段）
１４，１４ａ センサボックス
１５ 舵輪（ステアリングホイール）
１６，３２ 入力軸（操舵軸）
１７，３４ 出力軸（操舵軸）
３０，３０ａ センサ
Claims (3)
- 車両の舵輪と車輪側の舵取機構とを連結する操舵軸の回転角度を、軸長方向の異なる位置にて検出し、検出した回転角度の差に基づいて前記操舵軸に加わるトルクを算出し、算出したトルクの方向及び大きさに応じた補助力を前記舵取機構に加えるべく、該舵取機構に付設された操舵補助用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
前記回転角度に基づき、それぞれの検出位置での前記操舵軸の角速度又は角加速度を算出する算出手段と、前記車両が走行する速度に関連する値を検出する速度関連値検出手段と、前記算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の関係と前記速度関連値検出手段が検出した値とに基づき、前記トルクが、前記舵輪側からの入力によるものか、前記舵取機構側からの入力によるものかを判定する判定手段とを備え、該判定手段は、前記角速度又は角加速度の舵輪側の方が大きく、前記回転角度の何れもが所定角度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が第１関連値より小さいときは、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させる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。 - 前記車両の横揺れを検出する横揺れ検出手段と、前記角速度の何れもが第１角速度より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が、前記第１関連値より大きい第２関連値より大きく、かつ該第２関連値より大きい第３関連値より小さく、前記横揺れ検出手段が検出した横揺れが所定値より大きいときに、前記回転角度をそれぞれ積算する各積算手段とを更に備え、該各積算手段の各積算値の何れもが所定積算値より大きいときに、前記判定手段は、前記トルクが前記舵輪側からの入力によるものと判定し、前記モータの出力を増加させるべくなしてある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記判定手段は、前記角速度の舵輪側が、前記第１角速度より小さい第２角速度より小さく、前記角速度又は前記角加速度の舵取機構側が、それぞれの所定値より大きく、前記速度関連値検出手段が検出した値が前記第３関連値より大きいときは、前記トルクが前記舵取機構側からの入力によるものと判定し、前記トルクを打ち消すべく、前記モータを駆動制御すべくなしてある請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
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