JP3933982B2

JP3933982B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP3933982B2
Application number: JP2002124067A
Authority: JP
Inventors: 拓哉大久保
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: JP2003312520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備える電動パワーステアリング装置が知られている。
制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する。
トルクセンサは、操舵トルクが大きいほど絶対値の大きな電圧を出力する。理想的には、操舵トルクがゼロのときの出力電圧がゼロとなるのが好ましい。しかしながら理想どおりにはいかず、操舵トルクがゼロのときでもゼロでない電圧を出力することがあり得る。
トルクセンサの出力に誤差が入る場合、トルクセンサで検出される操舵トルクがゼロでないからというだけでアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御すると問題が発生する。実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、トルクセンサで検出される操舵トルクはゼロ以外となるために、電動機がアシストトルクを発生してしまう。これでは操舵フィーリングがよくない。
そこで、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上になったときにのみアシストトルクが得られるようにしている。トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間は、人為的に操舵トルクがゼロであるとし、それゆえにアシストトルクがゼロとされる。トルクセンサで検出される操舵トルクがゼロでなくとも、アシストトルクをゼロとしてしまうトルクセンサで検出される操舵トルクの範囲を制御不感帯という。
上記の制御不感帯は、トルクセンサで検出される操舵トルクの誤差を考慮して設定されている。誤差には、固定誤差と変動誤差がある。固定誤差には、機械的組み付け誤差と電気的誤差がある。変動誤差としては、温度変化による誤差と外部ノイズによる誤差が考えられる。エンジンの始動時には、外部ノイズによってトルクセンサの検出値に大きな誤差がはいることが多く、この大きな誤差を想定して制御不感帯が広く設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら制御不感帯が広く設定されていると、運転者が意図的に加えた操舵トルクに対して、アシストトルクの応答性が悪いといった問題がある。
【０００４】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、制御不感帯を設けることによって運転者が意図しないアシストトルクを加えることがなく、それでいて運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られるようにして、パワーアシストの応答性が良い電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備えている。その制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上の間はトルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段を備えている。さらに、トルクセンサの出力値をゼロ点補正するまでの間は前記所定値に第１所定値を採用し、トルクセンサの出力値がゼロ点補正された後には前記所定値に第１所定値よりも小さな第２所定値を採用する手段を備えている。
トルクセンサで検出される操舵トルクＴはトルクセンサの出力値Ｖの関数で計算される。即ちＴ＝ｆ（Ｖ）で計算される。通常は比例式が成立し、Ｔ＝ｋＶ（ｋは比例定数）で計算される。
前記したように、理想的には、操舵トルクがゼロのときの出力電圧がゼロとなるのが好ましい。しかしながら理想どおりにはいかず、操舵トルクがゼロのときでもゼロでない電圧を出力することが多い。そこで、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果が得られるように、操舵トルクの出力電圧をゼロ点補正する。即ちＴ＝ｋ（Ｖ−α）で計算する。ここで、αの値が適正に設定されていると、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果が得られるはずである。
ここでいうトルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段とは、上記のαの値を算出ないし更新する手段をいう。操舵トルクがゼロであるはずのときに出力されるトルクセンサの出力電圧を検出し、その値がα１であれば、上記のαの値をα１とすることによって、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果を得ることができる。
このαの値は経時的に変動するために更新する必要がある。エンジンの始動時には、αの値が算出されていないか、あるいは、更新前の不正確な値が記憶されており、ゼロ点補正されていない。
本発明の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサのゼロ点補正がされていない間は、トルクセンサで検出される操舵トルクに大きな誤差が存在する可能性があることを考慮して比較的に大きな不感帯を用いる。これによって、実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、電動機がアシストトルクを発生してしまうことを防止する。
その一方において、トルクセンサのゼロ点補正がされて、トルクセンサで検出される操舵トルクに大きな誤差が存在しなくなった後では不感帯の幅を狭める。狭めても、トルクセンサのゼロ点補正が終了しているために誤差は小さく、実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、不感帯以上の操舵トルクを検出してしまうことはない。不感帯の幅が狭いために、運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られ、パワーアシストの応答性が高い。
【０００６】
ゼロ点補正手段は、トルクセンサで検出される操舵トルクが連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値を算出し、算出された積分値を積分期間で除してゼロ点補正量を算出することが好ましい。
車両が直進走行している場合等においては、直進を持続するための小さな操舵トルクしか加えられない。この場合、操舵トルクは連続して所定値を超えない期間が発生する。この期間に加えられる操舵トルクは、直進を持続するためのものであり、左右対称に加わるものということができる。そこで、トルクセンサで検出される操舵トルクが正確であれば、連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値はゼロになるべきである。これがゼロでないということは、実際の操舵トルクはゼロであるときのトルクセンサの出力値がゼロでないことを意味している。積分値がゼロでない場合には、それを積分期間で除することによって、実際の操舵トルクはゼロであるときのトルクセンサの出力値を算出することができる。このようにして求められた値をαとし、それ以降はＴ＝ｋ（Ｖ−α）で操舵トルクを計算することによって、実際の操舵トルクがゼロであるときにはトルクセンサの出力値がゼロとなるのと同じ結果を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置は、以下に示す形態で好適に実施される。
（形態１）電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵トルクを伝達するステアリング軸と、ステアリング軸の操舵トルクをスライド運動に変換して車輪に伝達するラック軸を有する。
（形態２）トルクセンサは、ステアリング軸のねじれの程度から操舵トルクを検出する。
（形態３）電動機で発生したアシストトルクはラック軸のスライド運動を補助する。
（形態４）制御部は、時間を横軸とし入力された操舵トルクを縦軸としたグラフを記憶する。
（形態５）制御部は、所定期間に入力された操舵トルクの最大値と最小値の差が所定値未満のときに、その所定期間に車両が直進走行をしていたと判定する。
【０００８】
【実施例】
図面を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置（以下では電動ＰＳ装置と略して記載する）の一実施例を説明する。図１は、電動ＰＳ装置の概略構成図である。
電動ＰＳ装置６０は、ハンドル４０とステアリング軸８とラック軸２６と制御部４６と電動機４８とトルクセンサ１０等から構成されている。ハンドル４０にはステアリング軸８が接続されている。ステアリング軸８は、ハンドル４０に加えられた操舵トルクを伝達する。ステアリング軸８は、ハンドル側軸２と、ハンドル側軸２に接続されているトーションバー４と、トーションバー４に接続されているピニオン側軸６と、ピニオン側軸６に接続されているピニオン４４から構成されている。ピニオン４４は、ラック軸２６が有するラック歯と噛合っている。ピニオン４４とラック軸２６によってラックアンドピニオン機構５０が構成されている。ラックアンドピニオン機構５０は、ステアリング軸８が伝達する操舵トルクをラック軸２６の軸方向のスライド運動に変換する。ラック軸２６の両端にはタイロッド５２，５２が固定されている。それぞれのタイロッド５２，５２の一端にはナックルアーム５４，５４が連結されており、ナックルアーム５４，５４の他端には車輪５６，５６が取付けられている。ラック軸２６がスライド運動することにより車輪５６，５６が転舵する。
【０００９】
トルクセンサ１０は、ハンドル側軸２に接続されているハンドル側レゾルバロータ１２と、ピニオン側軸６に接続されているピニオン側レゾルバロータ１４等から構成されている。ハンドル側レゾルバロータ１２とピニオン側レゾルバロータ１４にはそれぞれ励磁コイルが内蔵されている。ステアリング軸８に操舵トルクが作用するとトーションバー４が捩れ、これによりハンドル側レゾルバロータ１２とピニオン側レゾルバロータ１４とで形成されている磁場が変化する。トルクセンサ１０は、この磁場の変化を操舵トルクとして検出する。トルクセンサ１０は、回線１６を介して制御部４６と接続されている。トルクセンサ１０は、検出した操舵トルクを制御部４６へ出力する。トルクセンサ１０は、操舵トルクを常時検出しており常時出力している。
【００１０】
制御部４６は、トルクセンサ１０から出力された操舵トルクを入力している。制御部４６は、回線１８を介して電動機４８と接続されている。制御部４６は、入力された操舵トルクの大きさに基づいて電動機４８へ制御信号を出力する。この制御部４６は、ＣＰＵ・ＲＯＭ・ＲＡＭ等から構成されている。ＣＰＵは、電動ＰＳ装置６０を構成する各種機器（電動機４８等）の動作を統括的に制御する。ＲＯＭは、各種制御プログラムを格納している。ＲＯＭに格納されている制御プログラムには、入力された操舵トルクに基づいて電動機４８を駆動する処理（制御信号を出力する処理）や、トルクセンサ１０の出力値をゼロ点補正する処理や、制御不感帯を補正する処理等を実行するためのプログラムが含まれる。ＲＡＭは、ワークメモリとして使用されるメイン記憶素子であって、入力された操舵トルクを時間と共に記憶している。具体的には時間を横軸とし入力された操舵トルクを縦軸としたグラフを記憶している。またＲＡＭは、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）のαや制御不感帯を記憶している。後で詳しく述べるが、ＲＡＭで記憶されているαや制御不感帯によって制御部４６が電動機４８を駆動する制御パターンが決定される。またＲＡＭは、ハンドル４０の舵角を検出する舵角センサや車両の走向速度を検出する速度センサ（これらは図示省略している）で検出された舵角や速度を時間と共に記憶している。
【００１１】
電動機４８は、制御部４６が出力した制御信号を入力する。電動機４８は、入力された制御信号に基づいてトルクを発生する。電動機４８で発生されたトルクは、ボールねじ機構２０を介してラック軸２６に伝達される。電動機４８で発生されたトルクはラック軸２６のスライド運動を補助する。電動ＰＳ装置６０は、電動機４８でアシストトルクを発生させることによって、運転者のハンドル４０の操舵力をアシストする。
【００１２】
次に図２、図３を参照して制御部４６による電動機４８の駆動制御について説明する。図２は、制御部４６が行なう制御パターンの一例である。図２の横軸はトルクセンサ１０で検出される操舵トルクであり、縦軸は制御部４６が電動機４８で発生させるアシストトルク（絶対値）を示す。この図２に示される制御パターンは、前記した式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）において更新前のαを用いてｋ（Ｖ−α）を横軸にとったときを示す（即ちトルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正がされていないときである）。トルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正されていないときには、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクに大きな誤差が存在する可能性がある。図２の制御パターンでは、トルクセンサ１０において誤差の存在しうる範囲を−ａからａとしている（即ち、実際には操舵トルクがゼロであるにもかかわらず検出される操舵トルクの幅を−ａからａの範囲としている）。そして制御不感帯は、存在しうる誤差の範囲よりもさらに余裕をもって−ｂからｂの範囲に設定されている。制御部４６は、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの絶対値がｂより大きいと、その大きさに応じたアシストトルクを電動機４８で発生させる。
後で詳しく述べるように、トルクセンサ１０の出力値はゼロ点補正される。図３には、図２の制御パターンからゼロ点補正された後の制御パターンの一例を示している。図３の横軸はトルクセンサ１０で検出される操舵トルクであり、縦軸は制御部４６が電動機４８で発生させるアシストトルク（絶対値）を示す。トルクセンサ１０のゼロ点補正がなされると、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクに大きな誤差が存在しなくなる。このため小さな誤差の範囲を−ｃからｃとして（ｃ＜ａ）、その範囲よりも少し余裕をみて−ｄからｄの範囲を制御不感帯として設定している。ここでは、ｄ＝ｂ−（ａ−ｃ）となっている。即ちゼロ点補正された後の制御不感帯は、ゼロ点補正される前の制御不感帯よりも狭い範囲に設定されている。このように制御不感帯を狭くしても、トルクセンサ１０のゼロ点補正が終了しているために誤差は小さい。実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、制御不感帯以上の操舵トルクを検出してしまうことはない。
【００１３】
ここで図４を参照して、イグニションＯＮからＯＦＦまでに制御部４６で実行される処理について説明する。但しここでは本発明を特徴付ける処理を中心に説明する。本発明に関連しない処理については説明を省略する。まず制御部４６は、イグニションがＯＮされると（ステップＳ２）、操舵トルクの中立の初期値α_０と制御不感帯を設定する（ステップＳ４）。即ちＲＡＭに中立の初期値α_０と制御不感帯を書き込む。ここで設定される中立の初期値α_０は予め決められた基準値（基準中立値）であり、設定される制御不感帯は予め決められた基準範囲（基準制御不感帯）である。この時点における制御部４６の制御パターンは、図２に示される制御パターンである。
次に制御部４６は、過去３分間車両が直進走行を継続していたか否かを判別する（ステップＳ６）。このステップ６の判別をどのように行なうかについて詳しく説明する。図５は、ある走行条件下において制御部４６に入力された操舵トルクの時間変化を示す。図５の横軸は時間であり、縦軸は入力された操舵トルクである。図５の期間Ｘは操舵トルクの変位が大きいことがわかる。このように操舵トルクの変位が大きい期間は、ハンドル４０に大きな操舵トルクが加えられたことを示している。即ち車両が走行方向を変更していることがわかる。それに対し期間Ｙは操舵トルクの変位が小さい。操舵トルクの変位が小さい期間は、ハンドル４０に大きな操舵トルクが加えられていないことを示している。即ち車両が直進走行していることがわかる。この図５に示されているように、ある期間における操舵トルクの変位に注目することで、その期間に車両が直進走行していたのかそれとも進行方向を変更したのかがわかる。
制御部４６は、ステップＳ６の判別を行なうにあたって、過去３分間に入力された操舵トルクの最大値と最小値の差を算出する。制御部４６は、この差が所定値以下であれば車両が直進走行を継続していたものと判断し、ステップＳ６でＹＥＳと判別する。一方、制御部４６は、操舵トルクの最大値と最小値の差が所定値以上であれば過去３分間の間に車両が走行方向を変更したと判断し、ステップＳ６でＮＯと判別する。
なお制御部４６は、入力される操舵トルクが３分間連続して所定値を越えない場合に、その３分間に直進走行されていたと判定しても良い。このようにしても直進走行しているか否かを判別できる。
【００１４】
ステップＳ６でＹＥＳと判別されると、制御部４６は、過去３分間に入力された操舵トルクの積分値（以下では入力操舵トルク積分値という）を算出する（ステップＳ８）。そして、算出された入力操舵トルク積分値がゼロ前後の所定範囲にあるか否かを判別する（ステップＳ１０）。
ここでステップＳ１０の処理について詳しく説明する。図６に、図５の場合と同じ走行条件において、制御部４６に入力された操舵トルクの時間変化を示す。上記した図５の場合は、車両が直進走行状態にある期間Ｙではゼロ付近の操舵トルクが連続して入力されている。即ちトルクセンサ１０が正常に操舵トルクを検出している状態にあるといえる。図５から明かなように、期間Ｙにおける入力操舵トルク積分値はほぼゼロになる。即ちトルクセンサ１０が正常な場合、入力操舵トルク積分値はゼロに近似した値になる。一方図６の場合、直進走行している期間Ｙ’において、ゼロよりも大きい操舵トルクが連続して入力されていることがわかる。図６の期間Ｙ’における入力操舵トルク積分値は、ゼロよりもかなり大きい値になる。この場合トルクセンサ１０で検出誤差が生じているものと考えられる。即ち操舵トルクが加えられていないにも係わらずトルクセンサ１０が操舵トルクを検出しているものと考えられる。このように入力操舵トルク積分値をゼロと比較することでトルクセンサ１０に検出誤差が生じているか否かが判別できる。ステップＳ１０では、入力操舵トルク積分値がゼロに近似していればトルクセンサ１０が正常であると判断される（ステップＳ１０でＹＥＳとされる）。なおステップＳ１０において判断対象となるβは小さな値に設定されている。
【００１５】
ステップＳ１０でＮＯと判別されると、制御部４６は、トルクセンサ１０の出力値をゼロ点補正する（ステップＳ１２）。具体的には、ステップＳ８で算出された入力操舵トルク積分値を３分間で除することによって前記した式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）のαを求める。そして、イグニションＯＮ時に設定されたα_０を、ここで求められたαに変更する補正を行なう。ステップＳ１２の補正は、ＲＡＭの記憶内容を書換えることで行なう。このステップＳ１２の処理を行なうことで、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの誤差が小さくなる。
【００１６】
ステップＳ１２の処理を行なうと又はステップＳ１０でＹＥＳと判別されると、次に制御不感帯を狭くする補正を行なう（ステップＳ１４）。この処理を行なうことにより、図２に示される制御不感帯（−ｂからｂの範囲）から図３に示される制御不感帯（−ｃからｃの範囲）に変更される。このステップＳ１４の処理は、ＲＡＭに記憶されている制御不感帯を書換えることで行なわれる。制御不感帯を補正することで、制御部４６が電動機４８を駆動する制御パターンが変更される（即ち図２の制御パターンから図３の制御パターンに変更される）。
なおステップＳ１４の処理は、制御不感帯が最小限度まで狭くされている場合には実行されない。車両のイグニションＯＮ時には、制御不感帯が最大限広く設定されている。車両が走行を続けている内に制御不感帯が最小限度まで狭く補正されると、それ以後は制御不感帯を狭くする補正は行なわれない。
制御部４６は、イグニションがＯＦＦされるまでステップＳ６からの処理を繰り返し実行する（ステップＳ１６）。
【００１７】
本実施例に係る電動ＰＳ装置６０では、入力操舵トルク積分値がゼロと比較されてトルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正される。トルクセンサ１０による操舵トルクの検出に誤差が生じている場合であっても誤差に対応した補正がなされる。トルクセンサ１０の誤差の影響をほとんど受けることなく電動機４８を駆動できる。
また制御不感帯が可能な限り狭くなるように補正されるために、運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られ、パワーアシストの応答性が高い。
【００１８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記実施例では、車両が直進走行していることを操舵トルクの変位に注目することで判定している。しかしながら舵角センサで検出された舵角や速度センサで検出された速度等を参照にして直進走行しているか否かを判定しても良い。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】制御部の制御パターンの一例である。
【図３】ゼロ点補正後の制御部の制御パターンの一例である。
【図４】制御部が実行する処理のフローチャートである。
【図５】制御部に入力された操舵トルクの時間変化の一例である。
【図６】制御部に入力された操舵トルクの時間変化の一例である。
【符号の説明】
２・・ハンドル側軸
４・・トーションバー
６・・ピニオン側軸
８・・ステアリング軸
１０・・トルクセンサ
１２・・レゾルバロータ
１４・・レゾルバロータ
１６・・回線
１８・・回線
２０・・ボールねじ機構
２６・・ラック軸
４４・・ピニオン
４６・・制御部
４８・・電動機
５０・・ラックアンドピニオン機構
５６・・車輪
６０・・電動パワーステアリング装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
Electric power provided with a torque sensor for detecting a steering torque applied to the steering wheel, an electric motor for generating an assist torque for assisting the steering torque, and a controller for driving and controlling the electric motor based on the steering torque detected by the torque sensor Steering devices are known.
The control unit drives and controls the electric motor so that a larger assist torque is obtained as the steering torque detected by the torque sensor is larger.
The torque sensor outputs a voltage having a larger absolute value as the steering torque is larger. Ideally, the output voltage when the steering torque is zero is preferably zero. However, it is not ideal, and even when the steering torque is zero, a non-zero voltage may be output.
If there is an error in the output of the torque sensor, there is a problem if the motor is driven and controlled so that the assist torque can be obtained simply because the steering torque detected by the torque sensor is not zero. Although the steering torque is actually zero and the driver does not want to steer, the steering torque detected by the torque sensor is other than zero, so the electric motor generates assist torque. With this, the steering feeling is not good.
Therefore, the generation of the assist torque is prohibited while the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or less than the predetermined value, and the assist is performed only when the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or higher than the predetermined value. Torque is obtained. While the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or smaller than the predetermined value, the steering torque is artificially zero, and therefore the assist torque is zero. Even if the steering torque detected by the torque sensor is not zero, the range of the steering torque detected by the torque sensor that makes the assist torque zero is called a control dead zone.
The control dead zone is set in consideration of an error in the steering torque detected by the torque sensor. There are fixed errors and fluctuation errors. Fixed errors include mechanical assembly errors and electrical errors. As the fluctuation error, an error due to a temperature change and an error due to external noise can be considered. When the engine is started, there is often a large error in the detection value of the torque sensor due to external noise, and the control dead zone is set widely assuming this large error.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the control dead zone is set widely, there is a problem that the response of the assist torque is poor with respect to the steering torque intentionally applied by the driver.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and by providing a control dead zone without adding an assist torque unintended by the driver, yet when the driver intentionally adds steering torque, Provided is an electric power steering apparatus having good power assist responsiveness by obtaining an assist torque from within a small steering torque.
[0005]
[Means, actions and effects for solving problems]
An electric power steering apparatus according to the present invention drives a motor based on a torque sensor that detects steering torque applied to a steering wheel, an electric motor that generates assist torque to assist the steering torque, and the steering torque detected by the torque sensor. And a control unit for controlling. The control unit prohibits the generation of assist torque while the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or less than a predetermined value, and the torque when the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or greater than the predetermined value. A means for driving and controlling the electric motor so as to obtain a larger assist torque as the steering torque detected by the sensor is larger, and a means for correcting the output value of the torque sensor to a zero point are provided. Further, the first predetermined value is adopted as the predetermined value until the torque sensor output value is corrected to the zero point, and after the torque sensor output value is corrected to the zero point, the predetermined value is set to the predetermined value from the first predetermined value. Is also provided with means for adopting a small second predetermined value.
The steering torque T detected by the torque sensor is calculated as a function of the output value V of the torque sensor. That is, T = f (V). Usually, a proportional expression is established, and T = kV (k is a proportional constant) is calculated.
As described above, ideally, the output voltage when the steering torque is zero is preferably zero. However, it is not ideal and often outputs a non-zero voltage even when the steering torque is zero. Accordingly, the output voltage of the steering torque is corrected to zero so that a result equivalent to the output voltage being zero when the steering torque is zero can be obtained. That is, the calculation is performed with T = k (V−α). Here, if the value of α is set appropriately, a result equivalent to the output voltage being zero when the steering torque is zero should be obtained.
Here, the means for correcting the output value of the torque sensor to zero point means means for calculating or updating the value of α. The output voltage of the torque sensor that is output when the steering torque should be zero is detected, and if the value is α1, the value of α is set to α1, thereby outputting when the steering torque is zero. A result equivalent to the voltage being zero can be obtained.
Since the value of α varies with time, it needs to be updated. When the engine is started, the value of α is not calculated, or an incorrect value before update is stored, and zero point correction is not performed.
In the electric power steering apparatus of the present invention, while the zero point correction of the torque sensor is not performed, a relatively large dead zone is taken into consideration that a large error may exist in the steering torque detected by the torque sensor. Is used. This prevents the motor from generating assist torque even though the steering torque is actually zero and the driver does not want to steer.
On the other hand, after the zero point correction of the torque sensor is performed and a large error does not exist in the steering torque detected by the torque sensor, the width of the dead zone is narrowed. Even if it is narrowed, the error is small because the zero point correction of the torque sensor has been completed, and in reality the steering torque is greater than the dead zone even though the steering torque is zero and the driver does not want to steer. It will never be detected. Since the dead zone is narrow, when the driver intentionally applies the steering torque, the assist torque is obtained from the small steering torque, and the power assist response is high.
[0006]
The zero point correction means calculates an integral value of the steering torque input during a period in which the steering torque detected by the torque sensor does not continuously exceed the predetermined value, and divides the calculated integral value by the integration period to obtain zero. It is preferable to calculate the point correction amount.
When the vehicle is traveling straight ahead, for example, only a small steering torque is applied to keep the vehicle going straight. In this case, a period in which the steering torque does not continuously exceed the predetermined value occurs. It can be said that the steering torque applied during this period is for maintaining straight travel and is applied symmetrically. Therefore, if the steering torque detected by the torque sensor is accurate, the integrated value of the steering torque input during a period not continuously exceeding the predetermined value should be zero. That this is not zero means that the output value of the torque sensor when the actual steering torque is zero is not zero. If the integral value is not zero, the output value of the torque sensor when the actual steering torque is zero can be calculated by dividing the integral value by the integration period. The value thus determined is α, and thereafter, the steering torque is calculated with T = k (V−α), so that the output value of the torque sensor becomes zero when the actual steering torque is zero. The same result can be obtained.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The above-described electric power steering apparatus according to the present invention is suitably implemented in the form shown below.
(Embodiment 1) The electric power steering apparatus includes a steering shaft that transmits steering torque of the steering wheel, and a rack shaft that converts the steering torque of the steering shaft into a sliding motion and transmits the slide motion to the wheels.
(Mode 2) The torque sensor detects the steering torque from the degree of twisting of the steering shaft.
(Mode 3) The assist torque generated by the electric motor assists the sliding movement of the rack shaft.
(Mode 4) The control unit stores a graph with time as the horizontal axis and the input steering torque as the vertical axis.
(Mode 5) When the difference between the maximum value and the minimum value of the steering torque input during the predetermined period is less than the predetermined value, the control unit determines that the vehicle is traveling straight ahead during the predetermined period.
[0008]
【Example】
An embodiment of an electric power steering apparatus (hereinafter abbreviated as an electric PS apparatus) according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric PS device.
The electric PS device 60 includes a handle 40, a steering shaft 8, a rack shaft 26, a control unit 46, an electric motor 48, a torque sensor 10, and the like. A steering shaft 8 is connected to the handle 40. The steering shaft 8 transmits a steering torque applied to the handle 40. The steering shaft 8 includes a handle side shaft 2, a torsion bar 4 connected to the handle side shaft 2, a pinion side shaft 6 connected to the torsion bar 4, and a pinion 44 connected to the pinion side shaft 6. It is composed of The pinion 44 meshes with the rack teeth of the rack shaft 26. A rack and pinion mechanism 50 is configured by the pinion 44 and the rack shaft 26. The rack and pinion mechanism 50 converts the steering torque transmitted by the steering shaft 8 into a sliding motion in the axial direction of the rack shaft 26. Tie rods 52 and 52 are fixed to both ends of the rack shaft 26. Knuckle arms 54, 54 are connected to one end of each tie rod 52, 52, and wheels 56, 56 are attached to the other ends of the knuckle arms 54, 54. As the rack shaft 26 slides, the wheels 56 and 56 are steered.
[0009]
The torque sensor 10 includes a handle side resolver rotor 12 connected to the handle side shaft 2, a pinion side resolver rotor 14 connected to the pinion side shaft 6, and the like. The handle-side resolver rotor 12 and the pinion-side resolver rotor 14 each have a built-in excitation coil. When a steering torque acts on the steering shaft 8, the torsion bar 4 is twisted, whereby the magnetic field formed by the handle side resolver rotor 12 and the pinion side resolver rotor 14 changes. The torque sensor 10 detects this magnetic field change as a steering torque. The torque sensor 10 is connected to the control unit 46 via the line 16. The torque sensor 10 outputs the detected steering torque to the control unit 46. The torque sensor 10 constantly detects and outputs a steering torque.
[0010]
The control unit 46 inputs the steering torque output from the torque sensor 10. The control unit 46 is connected to the electric motor 48 via the line 18. The control unit 46 outputs a control signal to the electric motor 48 based on the magnitude of the input steering torque. The control unit 46 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The CPU comprehensively controls the operation of various devices (such as the electric motor 48) constituting the electric PS device 60. The ROM stores various control programs. The control program stored in the ROM includes a process for driving the motor 48 based on the input steering torque (a process for outputting a control signal), a process for correcting the output value of the torque sensor 10 to zero, and a control. A program for executing processing for correcting the dead zone is included. The RAM is a main storage element used as a work memory, and stores the input steering torque with time. Specifically, a graph is stored in which the horizontal axis represents time and the input steering torque represents the vertical axis. Further, the RAM stores the steering torque equation T = k (V−α) α detected by the torque sensor 10 and the control dead zone. As will be described in detail later, a control pattern in which the control unit 46 drives the motor 48 is determined by α and a control dead zone stored in the RAM. Further, the RAM stores the steering angle and speed detected by a steering angle sensor for detecting the steering angle of the handle 40 and a speed sensor (not shown) for detecting the running speed of the vehicle with time.
[0011]
The electric motor 48 receives the control signal output from the control unit 46. The electric motor 48 generates torque based on the input control signal. Torque generated by the electric motor 48 is transmitted to the rack shaft 26 via the ball screw mechanism 20. The torque generated by the electric motor 48 assists the sliding movement of the rack shaft 26. The electric PS device 60 assists the steering force of the driver's handle 40 by generating an assist torque with the electric motor 48.
[0012]
Next, drive control of the electric motor 48 by the control unit 46 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an example of a control pattern performed by the control unit 46. The horizontal axis in FIG. 2 represents the steering torque detected by the torque sensor 10, and the vertical axis represents the assist torque (absolute value) generated by the control unit 46 using the electric motor 48. The control pattern shown in FIG. 2 shows a case where k (V−α) is plotted on the horizontal axis using α before update in the above-described equation T = k (V−α) (that is, the torque sensor 10). This is when the output value is not zero-point corrected). When the output value of the torque sensor 10 is not corrected for the zero point, there is a possibility that a large error exists in the steering torque detected by the torque sensor 10. In the control pattern of FIG. 2, the range in which an error can exist in the torque sensor 10 is set to −a to a (that is, the width of the detected steering torque is −a even though the steering torque is actually zero. To a). The control dead zone is set in a range from -b to b with a margin more than the range of errors that can exist. When the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor 10 is larger than b, the control unit 46 causes the motor 48 to generate assist torque corresponding to the magnitude.
As will be described in detail later, the output value of the torque sensor 10 is zero-point corrected. FIG. 3 shows an example of the control pattern after zero point correction from the control pattern of FIG. The horizontal axis in FIG. 3 represents the steering torque detected by the torque sensor 10, and the vertical axis represents the assist torque (absolute value) generated by the motor 48 by the control unit 46. When the zero point correction of the torque sensor 10 is performed, a large error does not exist in the steering torque detected by the torque sensor 10. For this reason, a small error range is set as -c to c (c <a), and a range from -d to d is set as a control dead zone with a margin more than that range. Here, d = b− (ac). That is, the control dead zone after the zero point correction is set to a narrower range than the control dead zone before the zero point correction. Thus, even if the control dead zone is narrowed, the error is small because the zero point correction of the torque sensor 10 has been completed. Although the steering torque is actually zero and the driver does not want to steer, the steering torque exceeding the control dead zone is not detected.
[0013]
Here, with reference to FIG. 4, the process performed by the control part 46 from ignition ON to OFF is demonstrated. However, here, the processing that characterizes the present invention will be mainly described. Description of processing not related to the present invention is omitted. First, the control unit 46, when the ignition is ON (step S2), and sets an initial value alpha ₀ and the control dead zone of neutral steering torque (step S4). That is, the neutral initial value α ₀ and the control dead zone are written in the RAM. The neutral initial value α ₀ set here is a predetermined reference value (reference neutral value), and the set control dead zone is a predetermined reference range (reference control dead zone). The control pattern of the control unit 46 at this time is the control pattern shown in FIG.
Next, the control unit 46 determines whether or not the vehicle has been traveling straight ahead for the past 3 minutes (step S6). How the determination in step 6 is performed will be described in detail. FIG. 5 shows the time change of the steering torque input to the control unit 46 under certain traveling conditions. The horizontal axis of FIG. 5 is time, and the vertical axis is the input steering torque. It can be seen that the displacement of the steering torque is large during the period X in FIG. As described above, the period during which the displacement of the steering torque is large indicates that a large steering torque is applied to the handle 40. That is, it can be seen that the vehicle is changing the traveling direction. On the other hand, during the period Y, the displacement of the steering torque is small. A period during which the displacement of the steering torque is small indicates that a large steering torque is not applied to the handle 40. That is, it can be seen that the vehicle is traveling straight ahead. As shown in FIG. 5, by paying attention to the displacement of the steering torque during a certain period, it can be determined whether the vehicle is traveling straight ahead or the traveling direction is changed during that period.
The controller 46 calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the steering torque input during the past 3 minutes when performing the determination in step S6. If this difference is equal to or smaller than the predetermined value, control unit 46 determines that the vehicle has continued straight traveling, and determines YES in step S6. On the other hand, if the difference between the maximum value and the minimum value of the steering torque is not less than the predetermined value, the control unit 46 determines that the vehicle has changed the traveling direction during the past 3 minutes, and determines NO in step S6.
The control unit 46 may determine that the vehicle has been traveling straight ahead for 3 minutes when the input steering torque does not exceed a predetermined value for 3 minutes continuously. In this way, it can be determined whether the vehicle is traveling straight.
[0014]
If YES is determined in the step S6, the control unit 46 calculates an integrated value of the steering torque input in the past 3 minutes (hereinafter referred to as an input steering torque integrated value) (step S8). Then, it is determined whether or not the calculated input steering torque integral value is within a predetermined range around zero (step S10).
Here, the process of step S10 will be described in detail. FIG. 6 shows a change over time of the steering torque input to the control unit 46 under the same traveling conditions as in FIG. In the case of FIG. 5 described above, the steering torque near zero is continuously input during the period Y in which the vehicle is running straight. That is, it can be said that the torque sensor 10 is normally detecting the steering torque. As is apparent from FIG. 5, the input steering torque integral value in the period Y becomes almost zero. That is, when the torque sensor 10 is normal, the input steering torque integral value is a value approximate to zero. On the other hand, in the case of FIG. 6, it can be seen that a steering torque greater than zero is continuously input during the period Y ′ during which the vehicle travels straight. The input steering torque integral value in the period Y ′ in FIG. 6 is a value considerably larger than zero. In this case, it is considered that a detection error has occurred in the torque sensor 10. That is, it is considered that the torque sensor 10 detects the steering torque even though the steering torque is not applied. In this way, it is possible to determine whether or not a detection error has occurred in the torque sensor 10 by comparing the input steering torque integral value with zero. In step S10, if the input steering torque integral value approximates zero, it is determined that the torque sensor 10 is normal (YES in step S10). In step S10, β to be determined is set to a small value.
[0015]
If NO is determined in step S10, the control unit 46 corrects the output value of the torque sensor 10 to zero (step S12). Specifically, α in the above-described equation T = k (V−α) is obtained by dividing the input steering torque integrated value calculated in step S8 by 3 minutes. Then, correction is performed to change α ₀ set when the ignition is turned on to α obtained here. The correction in step S12 is performed by rewriting the contents stored in the RAM. By performing the process of step S12, the error of the steering torque detected by the torque sensor 10 is reduced.
[0016]
If the process of step S12 is performed or if YES is determined in step S10, then a correction for narrowing the control dead zone is performed (step S14). By performing this processing, the control dead zone (range from -b to b) shown in FIG. 2 is changed to the control dead zone (range from -c to c) shown in FIG. The processing in step S14 is performed by rewriting the control dead zone stored in the RAM. By correcting the control dead zone, the control pattern in which the control unit 46 drives the motor 48 is changed (that is, the control pattern in FIG. 2 is changed to the control pattern in FIG. 3).
Note that the process of step S14 is not executed when the control dead zone is narrowed to the minimum. When the ignition of the vehicle is ON, the control dead zone is set as wide as possible. If the control dead zone is corrected to the minimum while the vehicle continues to travel, correction for narrowing the control dead zone is not performed thereafter.
The controller 46 repeatedly executes the processing from step S6 until the ignition is turned off (step S16).
[0017]
In the electric PS device 60 according to the present embodiment, the input steering torque integral value is compared with zero, and the output value of the torque sensor 10 is zero-point corrected. Even if an error occurs in the detection of the steering torque by the torque sensor 10, correction corresponding to the error is made. The electric motor 48 can be driven almost without being affected by the error of the torque sensor 10.
In addition, since the control dead zone is corrected to be as narrow as possible, when the driver intentionally applies steering torque, the assist torque can be obtained from within the small steering torque, and the power assist response Is expensive.
[0018]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In the above embodiment, it is determined by paying attention to the displacement of the steering torque that the vehicle is traveling straight ahead. However, it may be determined whether or not the vehicle is traveling straight with reference to the steering angle detected by the steering angle sensor, the speed detected by the speed sensor, or the like.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering apparatus.
FIG. 2 is an example of a control pattern of a control unit.
FIG. 3 is an example of a control pattern of a control unit after zero point correction.
FIG. 4 is a flowchart of processing executed by a control unit.
FIG. 5 is an example of a time change of a steering torque input to a control unit.
FIG. 6 is an example of a temporal change in steering torque input to a control unit.
[Explanation of symbols]
2 .. Handle side shaft 4. Torsion bar 6. Pinion side shaft 8 Steering shaft 10 Torque sensor 12 Resolver rotor 14 Resolver rotor 16 Line 18 Line 20 Ball screw Mechanism 26 ·· Rack shaft 44 · · Pinion 46 · · Control unit 48 · · Electric motor 50 · · Rack and pinion mechanism 56 · · Wheel 60 · · Electric power steering device

Claims

ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備え、
制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上の間はトルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正するまでの間は前記所定値に第１所定値を採用し、トルクセンサの出力値がゼロ点補正された後には前記所定値に第１所定値よりも小さな第２所定値を採用する手段を有する電動パワーステアリング装置。A torque sensor that detects a steering torque applied to the steering wheel, an electric motor that generates an assist torque that assists the steering torque, and a control unit that drives and controls the electric motor based on the steering torque detected by the torque sensor;
The control unit prohibits the generation of assist torque while the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or smaller than a predetermined value, and the torque sensor while the absolute value of the steering torque detected by the torque sensor is equal to or larger than the predetermined value. Means for driving and controlling the electric motor so that a larger assist torque is obtained as the steering torque detected in Step 1, a means for correcting the output value of the torque sensor to zero point, and a time until the output value of the torque sensor is corrected to zero point. Electric power having means for adopting a first predetermined value as the predetermined value and adopting a second predetermined value smaller than the first predetermined value as the predetermined value after the output value of the torque sensor is corrected to zero Steering device.

ゼロ点補正手段は、トルクセンサで検出される操舵トルクが連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値を算出し、算出された積分値を積分期間で除してゼロ点補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。The zero point correction means calculates an integral value of the steering torque input during a period in which the steering torque detected by the torque sensor does not continuously exceed the predetermined value, and divides the calculated integral value by the integration period to obtain zero. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a point correction amount is calculated.