JP4564159B2

JP4564159B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4564159B2
Application number: JP2000321181A
Authority: JP
Inventors: 裕輔板倉; 秀明川田; 一博熊井戸
Original assignee: NSK Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: NSK Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002127926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に制御装置の制御の停止時における操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図８に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図９のようになっている。
【０００５】
コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いて特性マップ（ルックアップテーブル）３３を参照して、モータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。
【０００６】
操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａで求められる偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分演算器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流指令値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００７】
このような電動パワーステアリング装置は、イグニションキー１１をオン状態からオフ状態とした場合や、制御装置の故障を検出する故障診断手段（図示せず）から停止信号が発生された場合などには、モータ制御を停止させている。このようにイグニションキー１１をオフにした場合や、故障診断手段から停止信号が発生された場合などにモータ制御を停止させると、操舵トルクが急激に増大して操向ハンドル１が急に重くなり、操舵の高級感を損なうばかりか、特に操舵中においては操舵フィーリングが著しく低下してしまう。
【０００８】
従来、かかる問題を解決する電動パワーステアリング装置として、特公平７−９４２２６号、特公平７−９４２２７号に示すものがある。
【０００９】
特公平７−９４２２７号の電動パワーステアリング装置は、電動機（モータ）制御信号発生手段の作動停止命令を検出する作動停止検出手段と、この作動停止検出手段からの検出信号に基づき電動機制御信号を時間と共に次第に減少させる補正手段とを設けたものであり、補正手段は電動機制御信号発生手段と電動機駆動手段との間に設けられている。図１０はその構成を示しており、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段１０１と、操舵回転数を検出する操舵回転検出手段１０２とで成る操舵状態検出手段１００、操舵状態検出手段１００からの検出信号に基づいて電動機制御信号を決定し出力する電動機制御信号発生手段１１０、電動機制御信号に基づいて電動機を駆動する電動機駆動手段１１１を備え、更にキースイッチ等のスイッチ類１１２、装置の故障診断手段１１３、装置自身の作動停止を検出する作動停止検出手段１１４、作動停止検出手段１１４からの検出信号に基づいて電動機制御信号を時間と共に次第に減少させるために、電動機制御信号発生手段１１０と電動機駆動手段１１１との間に配設された補正手段１２０を具備している。
【００１０】
このような構成において、装置自身を作動停止させるスイッチ類１１２のオフ時や、故障診断手段１１３からの停止信号が出力された時には、これらの信号により装置が作動停止されることを作動停止検出手段１１４が検出する。そして、補正手段１２０は、作動停止検出手段１１４からの検出信号に基づいて電動機制御信号を時間と共に減少させて電動機駆動手段１１１に出力し、電動機を穏やかに停止させる。
【００１１】
図１１はその動作例を示しており、先ず制御系全体をイニシャライズし（ステップＳ２０）、故障診断手段１１３は操舵トルク検出手段１０２から操舵トルク検出信号を入力し（ステップＳ２１）、故障診断を行う（ステップＳ２２）。故障診断手段１１３は、次に電動機駆動手段１１１から電流検出信号を入力し（ステップＳ２３）、同様の故障診断を行い（ステップＳ２４）、更に作動停止検出手段１１４はスイッチ類１１２からの検出信号を入力する（ステップＳ２５）。
電動機制御信号発生手段１１０は操舵トルク検出手段１０１及び１０２からの操舵トルク検出信号に従って電動機制御信号の演算を行い（ステップＳ２６）、この演算された電動機制御信号を補正手段１２０で補正する。その後、作動停止検出手段１１４はスイッチ類１１２から作動停止状態か否かを判断し（ステップＳ３０）、作動状態が停止でなければ、電動機駆動手段は補正された電動機制御信号の出力を行って電動機を駆動し（ステップＳ３１）、上記ステップＳ２１にリターンする。
【００１２】
一方、上記ステップＳ３０において、作動停止検出手段１１４によって作動停止状態と判断された場合、補正手段１２０において電動機制御信号発生手段１１０からの電動機制御信号を時間に従って次第に減少させ（ステップＳ３２）、故障診断手段１１３は電動機制御信号が“０”か否かを判断する（ステップＳ３３）。電動機制御信号が“０”でなければ上記ステップＳ３１に進み、“０”であればパワーステアリング装置（ＥＰＳ）を停止して終了する（ステップＳ３４）。
【００１３】
一方、特公平７−９４２２６号の電動パワーステアリング装置は、電動機制御信号発生手段の作動開始状態を検出する初期状態検出手段と、この検出手段からの検出信号に基づいて、電動機制御信号をその決定値まで時間と共に次第に増大させるように電動機制御信号を補正する補正手段とを設けたものであり、補正手段は電動機制御信号発生手段と電動機駆動手段との間に設けられている。図１２はその構成を示しており、キースイッチ等のスイッチが投入されると、操舵トルク検出手段１３１及び初期状態検出手段１３２から各検出信号が出力される。電動機制御信号発生手段１３３においては、操舵トルク検出手段１３１から出力される操舵トルク信号に基づいて電動機制御信号が決定されて出力される。補正手段１３０においては、初期状態検出手段１３２から始動状態であることを示す検出信号が入力されると、電動機制御信号の決定値まで電動機制御信号を次第に増大させるために補正され、この補正された電動機制御信号に基づいて、電動機が電動機駆動手段１３４により駆動制御される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記各公報で示される手法では、電動機（モータ）制御信号発生手段と無関係に電動機（モータ）制御信号を減少又は増加させるため、モータ制御信号を減少又は増加させている間はモータ制御信号監視手段を機能させることができない問題がある。つまり、作動停止状態又は初期状態を検出すると、モータ制御信号の演算結果を強制的に変更して時間と共に減少又は増加させており、結果的にモータ制御信号の演算結果を補正することななっている。このため、通常の操舵検出信号と実際にモータを駆動する電流との関係が成り立たなくなっており、補正中は監視を中止せざるを得なかった。
【００１５】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、モータ制御を停止させた場合でも、モータ制御信号監視手段の機能を停止させることなく、しかも操舵フィーリングを向上させる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリング系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記操舵状態検出手段からの操舵状態検出信号に基づきモータ制御信号を決定して出力するモータ制御信号発生手段と、前記モータ制御信号発生手段からのモータ制御信号に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記モータ制御信号発生手段の作動停止命令を検出する作動停止検出手段と、前記操舵状態検出手段及び前記モータ制御信号発生手段の間に設けられた操舵状態信号補正手段と、前記操舵状態信号補正手段で補正した操舵状態検出信号及び前記モータ駆動手段からの信号に基づいて前記モータ制御信号発生手段の監視を行うモータ制御信号監視手段とを設け、前記操舵状態信号補正手段は、前記作動停止検出手段からの検出信号に基づいて、前記モータ制御信号発生手段の入力である前記補正した操舵状態検出信号を時間に従って減少させることによって達成される。
【００１７】
また、本発明の上記目的は、前記モータ制御信号発生手段の制御開始命令を検出する制御開始検出手段と、前記操舵状態検出手段及び前記モータ制御信号発生手段の間に設けられた操舵状態信号補正手段と、前記操舵状態信号補正手段で補正した操舵状態検出信号及び前記モータ駆動手段からの信号に基づいて前記モータ制御信号発生手段の監視を行うモータ制御信号監視手段とを設け、前記操舵状態信号補正手段は、前記制御開始検出手段からの検出信号に基づいて、前記モータ制御信号発生手段の入力である前記補正した操舵状態検出信号を時間に従って増加させることによって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、操舵状態検出手段（操舵トルク検出手段）とモータ制御信号発生手段との間に操舵状態信号補正手段（操舵トルク入力補正手段）を設け、モータ制御信号発生手段に入力される操舵状態検出信号（操舵トルク信号）を減少させることで、モータ制御信号発生手段の機能を生かしたままで、モータ制御信号発生手段自身による演算結果として、モータ電流指令に相当する操舵状態検出信号を時間に従って補正する。作動停止状態を検出後に操舵状態検出信号を補正し、この補正された操舵状態検出信号を用いてモータ制御信号の演算を行う。
【００１９】
また、モータ制御信号発生手段の制御開始命令を検出する制御開始検出手段を設け、その検出信号に基づいて操舵状態検出信号を時間に従って増加させる。
【００２０】
よって、本発明によれば、監視機構が補正後の操舵状態検出信号の後段に組み込まれているので、操舵状態検出信号の補正中も監視が可能となる。
【００２１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１実施例を示すブロック図であり、アシスト減少時においても監視機能を有する構成となっている。操舵状態検出手段を構成する操舵トルク検出手段４１からの操舵トルク検出信号は、操舵トルク入力補正手段４０及び故障診断手段４２に入力され、操舵トルク入力補正手段４０で補正された操舵トルク検出信号の補正信号は、モータ制御信号発生手段４３及びモータ制御信号監視手段４４に入力される。また、キースイッチ４５の出力は作動停止検出手段４６に入力され、モータ駆動手段４７はモータ制御信号発生手段４３からのモータ制御信号に従ってモータを駆動制御する。故障診断手段４２は、操舵トルク検出手段４１、モータ制御信号監視手段４４及びモータ駆動手段４７の故障の有無を監視し、故障診断手段４２の診断結果は作動停止検出手段４６及びモータ制御信号発生手段４３に入力されている。作動停止検出手段４６はキースイッチ４５によるオフ動作を検出すると共に、モータ制御信号発生手段４３の作動停止命令を検出するようになっている。
【００２３】
このような構成において、その動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２４】
先ず制御系全体をイニシャライズし（ステップＳ１）、故障診断手段４２は操舵トルク検出手段４１から操舵トルク検出信号を入力し（ステップＳ２）、故障診断を行う（ステップＳ３）。故障診断手段４２は、次にモータ駆動手段４７から電流検出信号を入力し（ステップＳ４）、同様の故障診断を行うと共に（ステップＳ５）、モータ制御信号監視手段４４は監視機能を実行し（ステップＳ６）、更に作動停止検出手段４６はキースイッチ３５からの検出信号を入力し（ステップＳ７）、作動停止状態か否かを判断する（ステップＳ１０）。作動状態が停止でなければ、モータ制御信号発生手段４３は、操舵トルク入力補正手段４０を経て操舵トルク検出手段４１からの操舵トルク検出信号に従ってモータ制御信号の演算を行い（ステップＳ１１）、モータ制御信号の出力を行うので（ステップＳ１２）、これによりモータはモータ駆動手段４７を介して駆動制御される。この動作と共に、上記ステップＳ２にリターンする。
【００２５】
一方、上記ステップＳ１０において、作動停止検出手段４６によって作動停止状態と判断された場合、操舵トルク入力補正手段４０において操舵トルク検出手段４１からの操舵トルク検出信号を時間に従って次第に減少させ（ステップＳ１３）、モータ制御信号監視手段４４は操舵トルク補正信号が“０”か否かを判断する（ステップＳ１４）。操舵トルク補正信号が“０”でなければ上記ステップＳ１１に進み、“０”であればパワーステアリング装置（ＥＰＳ）を停止して終了する（ステップＳ１５）。
【００２６】
図３は操舵トルク入力補正手段４０の一例を示しており、操舵トルク入力に対して最大入力値の制限を行うようになっており、短時間に目的の値まで確実に減少できる特徴がある。また、図４は他の例を示しており、操舵トルク入力に対して一定ゲインでの制限を行う。この場合には、違和感なく滑らかに減少できる特徴がある。
【００２７】
図５は本発明の第２実施例を図１に対応して示しており、アシスト増加時においても監視機能を有する構成となっている。即ち、モータ制御信号発生手段４３の制御開始命令を検出する制御開始検出手段５０が設けられており、その検出信号が操舵トルク入力補正手段４０に入力されている。そして、操舵トルク入力補正手段４０は制御開始検出手段５０からの検出信号に基づいて、モータ制御信号発生手段４３の入力である操舵トルク検出信号を時間に従って次第に増加させている。操舵トルク入力補正手段４０における操舵トルクはモータ制御信号監視手段４４で監視されており、操舵トルク検出信号が所定値になったときに故障診断手段４２が故障を検出する。
【００２８】
また、図６は本発明の第３実施例を図１に対応して示しており、作動停止前に補正開始が可能な構成となっている。故障診断手段４２の診断結果が操舵トルク入力補正手段４０に入力されている点が、上記第１実施例と相違している。
【００２９】
第３実施例の動作を、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
先ず制御系全体をイニシャライズし（ステップＳ４０）、故障診断手段４２は操舵トルク検出手段４１から操舵トルク検出信号を入力し（ステップＳ４１）、故障診断を行う（ステップＳ４２）。故障診断手段４２は、次にモータ駆動手段４７から電流検出信号を入力し（ステップＳ４３）、同様の故障診断を行うと共に（ステップＳ４４）、モータ制御信号監視手段４４は監視機能を実行する（ステップＳ４５）。故障診断手段４２はトルク系の故障発生か否かを判定し（ステップＳ５０）、トルク系の故障発生でない場合には、作動停止検出手段４６はキースイッチ４５からの検出信号を入力し（ステップＳ５１）、作動停止状態か否かを判断する（ステップＳ５２）。作動状態が停止でなければ、モータ制御信号発生手段４３は、操舵トルク入力補正手段４０を経て操舵トルク検出手段４１からの操舵トルク検出信号に従ってモータ制御信号の演算を行い（ステップＳ５３）、モータ制御信号の出力を行うので（ステップＳ５４）、これによりモータはモータ駆動手段４７を介して駆動制御される。この動作と共に、上記ステップＳ４１にリターンする。
【００３１】
一方、上記ステップＳ５０においてトルク系の故障発生と判定された場合、及び上記ステップＳ５２において作動停止検出手段４６によって作動停止状態と判断された場合、操舵トルク入力補正手段４０において操舵トルク検出手段４１からの操舵トルク検出信号を時間に従って次第に減少させ（ステップＳ５５）、モータ制御信号監視手段４４は操舵トルク検出信号が“０”か否かを判断する（ステップＳ５６）。操舵トルク検出信号が“０”でなければ上記ステップＳ５３に進み、“０”であればパワーステアリング装置（ＥＰＳ）を停止して終了する（ステップＳ５７）。
【００３２】
上述の各実施例では操舵状態検出手段として操舵トルク検出手段を挙げ、補正手段として操舵トルク入力補正手段による補正を説明しているが、操舵回転検出手段を加えた操舵状態検出手段とすると共に、操舵トルクを含む操舵状態信号補正手段として構成することができる。
【００３３】
本発明は、コラム式及びピニオン式電動パワーステアリング装置に適用できることは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置にも適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明では、操舵状態検出手段とモータ制御信号発生手段との間に操舵状態補正手段を設け、モータ制御信号発生手段に入力される操舵状態検出信号を減少又は増加させることで、モータ制御信号発生手段の機能を生かしたままで、モータ制御信号発生手段自身による演算結果として、モータ電流指令に相当する信号を時間に従って減少又は増加させている。作動停止状態又は制御開始状態を検出後に操舵状態検出信号を減少又は増加させ、この減少又は増加された操舵状態検出信号を用いてモータ制御信号の演算を行っている。このように、監視機構が補正後の操舵状態検出信号の後段に組み込まれているので、補正中も監視が可能となる。
【００３５】
従来例のモータ制御信号で補正を行うことは、制御系を無視した出力を行うことになり、補正中の動作が不安定になる。特にアシスト比が大きい（車両の重量が重く、アシスト有り／無しの差が大きい）場合は、補正時間を長くとらないと効果が得られないので、その間に制御系を無視した出力を続けると制御系が発散し、発振することもあり得るので危険である。本発明ではトルク系を補正することで、トルク系以外の制御ブロックを生かしながら補正が行えるので、安定した補正を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図３】本発明による補正手段の一例を示す図である。
【図４】本発明による補正手段の他の例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第3実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第3実施例の動作例を示すフローチャートである。
【図８】一般的な電動パワーステアリング装置を説明するための図である。
【図９】コントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図１０】従来の装置例を示すブロック図である。
【図１１】従来装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１２】従来の装置例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１操向ハンドル
５ピニオンラック機構
１０トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１２車速センサ
２０モータ
３０コントロールユニット
３１位相補償器
３２操舵補助指令値演算器
３３特性マップ
３７モータ駆動回路
３８モータ電流検出回路
４０操舵トルク入力補正手段
４１操舵トルク検出手段
４２故障診断手段
４３モータ制御信号発生手段
４４モータ制御信号監視手段
４６作動停止検出手段
５０制御開始検出手段

Claims

ステアリング系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記操舵状態検出手段からの操舵状態検出信号に基づきモータ制御信号を決定して出力するモータ制御信号発生手段と、前記モータ制御信号発生手段からのモータ制御信号に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御信号発生手段の作動停止命令を検出する作動停止検出手段と、前記操舵状態検出手段及び前記モータ制御信号発生手段の間に設けられた操舵状態信号補正手段と、前記操舵状態信号補正手段で補正した操舵状態検出信号及び前記モータ駆動手段からの信号に基づいて前記モータ制御信号発生手段の監視を行うモータ制御信号監視手段とを具備し、前記操舵状態信号補正手段は、前記作動停止検出手段からの検出信号に基づいて、前記モータ制御信号発生手段の入力である前記補正した操舵状態検出信号を時間に従って減少させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記補正した操舵状態検出信号を減少させる際、前記操舵状態検出信号の入力値の最大入力制限値を時間の経過に従って減少させるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記補正した操舵状態検出信号を減少させる際、前記操舵状態検出信号の入力値のゲインを時間の経過に従って減少させるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記操舵状態信号補正手段は、故障診断手段からの信号に基づいて作動停止前に補正を開始することが可能である請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
ステアリング系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、前記操舵状態検出手段からの操舵状態検出信号に基づきモータ制御信号を決定して出力するモータ制御信号発生手段と、前記モータ制御信号発生手段からのモータ制御信号に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御信号発生手段の制御開始命令を検出する制御開始検出手段と、前記操舵状態検出手段及び前記モータ制御信号発生手段の間に設けられた操舵状態信号補正手段と、前記操舵状態信号補正手段で補正した操舵状態検出信号及び前記モータ駆動手段からの信号に基づいて前記モータ制御信号発生手段の監視を行うモータ制御信号監視手段とを具備し、前記操舵状態信号補正手段は、前記制御開始検出手段からの検出信号に基づいて、前記モータ制御信号発生手段の入力である前記補正した操舵状態検出信号を時間に従って増加させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記補正した操舵状態検出信号を増加させる際、前記操舵状態検出信号の入力値の最大入力制限値を時間の経過に従って増加させるようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
前記補正した操舵状態検出信号を増加させる際、前記操舵状態検出信号の入力値のゲインを時間の経過に従って増加させるようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。