JP2012206674A

JP2012206674A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2012206674A
Application number: JP2011075454A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Iwase; 雅祐岩瀬
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】常に安全側へアシスト制御できるとともに、両トルク検出値を同時に変動させるノイズの影響を除去して耐ノイズ性を向上させた電動パワーステアリング装置を供する。
【解決手段】車両のステアリング系の操舵トルクを、共通の中立電圧値(Vn)を通り互いに逆位相に設定された第１トルク検出電圧値(Vt1)と第２トルク検出電圧値(Vt2)として互いに独立に検出する第１トルクセンサと第２トルクセンサを備え、操舵トルク演算手段は、第２トルク検出電圧値(Vt2)を電圧の正負を逆にした第２トルク逆電圧値(-Vt2)に変換する逆電圧変換手段と、第１トルク検出電圧値(Vt1)と逆電圧変換手段が変換した第２トルク逆電圧値(-Vt2)との平均電圧値(Va)を演算する平均電圧値演算手段と、平均電圧値演算手段が算出した平均電圧値(Va)に中立電圧値(Vn)を加算して操舵トルク電圧値(Vt)を演算する中立電圧値加算手段とからなる電動パワーステアリング装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、運転者の操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に関し、特に操舵トルクの制御に関する。

ステアリング系の操舵トルクを複数のトルクセンサが検出し、各トルクセンサの検出値に実質的に差が生じたときに、電動モータによる操舵力のアシスト制御を行わないようにし、トルクセンサの故障時におけるフェールセーフ機能を持たせた例（例えば特許文献１参照）がある。

しかし、各トルクセンサの検出値を比較して異常を判定するのに時間を要するような場合は、その間異常なトルクセンサによりアシスト制御がなされ、不具合が生じることも考えられる。
また、故障判定時間を短くすると、一方のトルクセンサに一時的にノイズ等が混入したときに誤判定してしまう可能性がある。

そこで、複数のトルクセンサの検出値の平均値を求め、この平均値に基づいてアシスト制御する電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２では、一方のトルクセンサが故障して、その検出値が高い方または低い方にずれた場合、両方のトルクセンサの検出値の平均値を用いてアシスト制御することで、常に安全側へアシスト制御されるため、故障の影響が半減するとともに、故障判定時間が長くてよく、ノイズ等に対する故障の誤判定を防止できる。

実開昭６２−１５２８８０号公報特許第２９８３７１４号公報

しかし、電源電圧変動等の複数のトルクセンサの検出値が同時に同方向に変動するような特異なノイズに対しては、特許文献２のように複数のトルク検出値の平均値を求めると、トルク検出値の変動分がそのまま残り、アシスト制御に影響を与えてしまい、電源電圧変動等のノイズの影響を除去することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、一方のトルクセンサの故障でも常に安全側へアシスト制御できるとともに、各トルクセンサに混入するノイズは元より両トルク検出値を同時に変動させるノイズの影響を除去して耐ノイズ性を向上させた電動パワーステアリング装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
少なくとも操舵トルクに基づいてアシスト目標電流演算手段が演算したアシスト目標電流値に従ってアシストモータが駆動制御されて人力を補助する電動パワーステアリング装置において、
車両のステアリング系の操舵トルクを、共通の中立電圧値(Vn)を通り互いに逆位相に設定された第１トルク検出電圧値(Vt1)と第２トルク検出電圧値(Vt2)として互いに独立に検出する第１トルクセンサと第２トルクセンサと、
前記第１トルク検出電圧値(Vt1)と前記第２トルク検出電圧値(Vt2)に基づいて前記アシスト目標電流演算手段に入力する操舵トルク電圧値(Vt)を演算する操舵トルク演算手段とを備え、
前記操舵トルク演算手段は、
前記第２トルク検出電圧値(Vt2)を電圧の正負を逆にした第２トルク逆電圧値(-Vt2)に変換する逆電圧変換手段と、
前記第１トルク検出電圧値(Vt1)と前記逆電圧変換手段が変換した第２トルク逆電圧値(-Vt2)との平均電圧値(Va)を演算する平均電圧値演算手段と、
前記平均電圧値演算手段が算出した平均電圧値(Va)に中立電圧値(Vn)を加算して前記操舵トルク電圧値(Vt)を演算する中立電圧値加算手段とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

請求項１記載の電動パワーステアリング装置によれば、第１トルクセンサと第２トルクセンサが、車両のステアリング系の操舵トルクを、共通の中立電圧値(Vn)を通り互いに逆位相に設定された第１トルク検出電圧値(Vt1)と第２トルク検出電圧値(Vt2)として互いに独立に検出するものとし、逆電圧変換手段により第２トルク検出電圧値(Vt2)を電圧の正負を逆にした第２トルク逆電圧値(-Vt2)に変換し、平均電圧値演算手段により第１トルク検出電圧値(Vt1)と第２トルク逆電圧値(-Vt2)との平均電圧値(Va)を演算し、中立電圧値加算手段により平均電圧値(Va)に中立電圧値(Vn)を加算して操舵トルク電圧値(Vt)を演算するので、操舵トルク電圧値(Vt)には、両トルク検出値を同時に変動させるノイズによる変動分は平均電圧値演算段階で除去されてアシスト制御に影響を与えない。

また、平均電圧値を求めているので、一方のトルクセンサが故障しても常に安全側へアシスト制御することができる。
常に安全側へアシスト制御できるため、必要十分な故障判定時間を確保でき、各トルクセンサに混入するノイズによる誤判定も防止することができる。

電動パワーステアリング装置の概略を説明するための模式図である。ＥＣＵのモータ制御系の概略ブロック図である。操舵トルク演算手段の構成ブロック図である。操舵トルクに対する第１，第２トルク検出電圧値の関係を示す直角座標である。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図４に基づいて説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置10の概略を説明するための模式図である。
ハンドル１から延びるステアリングシャフト２は途中にトーションバー３によって入力側シャフト２ａと出力側シャフト２ｂとが連結されて構成されており、出力側シャフト２ｂの端部に嵌着されたピニオン４が車体幅方向に指向するラック軸５に噛合している。

ラック軸５の両端部にそれぞれボールジョイント６，６を介してタイロッド７，７が連結されている。
タイロッド７は図示されないリンク機構を介して操舵輪に連結している。
したがって、ハンドル１のステアリング操作はステアリングシャフト２を介してピニオン４を回転し、ピニオン４と噛合するラック軸５を左右いずれかの方向に移動してタイロッド７を駆動し操舵輪を転舵する。

以上のようなステアリング機構に、電動パワーステアリング装置10が組み込まれている。
補助操舵力を与えるアシストモータ11の駆動力は減速機構12を介してラック軸５に嵌装されたボールねじ機構13に伝達されて、ボールねじ機構13の作動でしてラック軸５の左右幅方向の移動を補助する。
なお、減速機構は、ラックアシストに限定されず、コラム、ピニオンアシスト等に採用できるものである。

アシストモータ11はＥＣＵ（電子コントロールユニット）20によって駆動制御され、ＥＣＵ20から出力されるアシストベース電流Ｉｂに基づいてモータ駆動回路14がアシストモータ11を駆動する。
本ＥＣＵ20は、ステアリング系の操舵トルクを検出する第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16の２つのトルクセンサからの２検出信号を入力して制御している。

第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16は、ステアリングシャフト２の途中に介装されたトーションバー３の捩れ量を操舵トルクとして互いに独立に検出している。
トーションバー３の捩れ量を検出する方法は、種々あり、例えばトーションバー３の捩れをコアの軸方向の移動に変換し、同コアの移動をコイルのインダクタンス変化に変えて検出したり、または入力側シャフト２ａと出力側シャフト２ｂに互いに対向して磁石とホールＩＣを配置して、両者の相対的ずれ（ねじれ角）をホールＩＣの電圧信号として検出することができる。

第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16は、いずれも操舵トルクに比例した電圧値として出力するが、共通の中立電圧値Ｖｎを通り互いに逆位相に設定された第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2として出力されるように構成されている。

操舵トルクに対する第１トルク検出電圧値Ｖt1および第２トルク検出電圧値Ｖt2の関係を、図４の直角座標に示す。
横軸は、操舵トルクを示し、原点０が中立点であり、右側が右操舵トルク、左側が左操舵トルクである。
一方、縦軸は、電圧であり、上側が正電圧、下側が負電圧である。

第１トルク検出電圧値Ｖt1は、中立電圧値Ｖｎを通り右肩上がりに傾斜しているのに対して、第２トルク検出電圧値Ｖt2は、中立電圧値Ｖｎを通り右肩下がりに傾斜して、第１トルク検出電圧値Ｖt1と逆位相になるように設定されている。

この第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16の検出操舵トルクである第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2を入力してアシストモータＭを制御するＥＣＵ20のモータ制御系の概略ブロック図を図２に示す。

ＥＣＵ20は、操舵トルク演算手段21とアシスト目標電流演算手段22と電流フィードバック制御手段23とを備え、第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2は、操舵トルク演算手段21に入力されて、後述する演算処理がなされて操舵トルク電圧値Ｖｔを算出し、アシスト目標電流演算手段22に出力する。

アシスト目標電流演算手段22は、操舵トルク電圧値Ｖｔとともに、車速センサ17が検出した車速ｖも入力して、操舵トルク電圧値Ｖｔと車速ｖに基づいてアシスト目標電流Ｉｏを演算し出力する。

アシスト目標電流Ｉｏは、アシストモータ11を駆動する目標となる電流で、操舵トルク（操舵トルク電圧値Ｖｔ）が大きい程アシスト目標電流Ｉｏは大きくして操舵する者の負担を軽減するのを基本として演算され、同じ操舵トルクでも車速が高速のときより低速のときの方がハンドルは重くなるのでアシスト目標電流Ｉｏを大きくして操舵トルクを軽減する。

アシスト目標電流演算手段22は、操舵トルク電圧値Ｖｔと車速ｖから上記のことを考慮して適切なアシスト目標電流Ｉｏを演算する。
例えば、操舵トルクに対するアシスト目標電流Ｉｏの最適な関係を所定の車速毎に予め決めておき、同関係をもとに操舵トルク電圧値Ｖｔと車速ｖからアシスト目標電流Ｉｏを演算する。
さらに、ステアリング系の慣性トルクやモータの慣性トルクを補償する演算も加えてアシスト目標電流Ｉｏを求めるようにしてもよい。

アシスト目標電流Ｉｏは、電流フィードバック制御手段23に入力され、このアシスト目標電流Ｉｏとフィードバックしたモータ電流Ｉｍとの差を０にするように制御する駆動電流Ｉｄが演算されてモータ駆動回路14に出力され、モータ駆動回路14のＰＷＭ制御によってアシストモータ11が駆動される。
なお、モータ電流Ｉｍはアシストモータ11に設けられるモータ電流検出装置18が検出する。

第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2から操舵トルク電圧値Ｖｔを算出する操舵トルク演算手段21は、図３に示すような構成をなしている。
すなわち、操舵トルク演算手段21は、逆電圧変換手段31と平均電圧値演算手段32と中立点電圧加算手段33からなる。

逆電圧変換手段31は、第２トルク検出電圧値Ｖt2を電圧の正負を逆にした第２トルク逆電圧値−Ｖt2に変換する。
平均電圧値演算手段32は、第１トルク検出電圧値Ｖt1と逆電圧変換手段31が変換した第２トルク逆電圧値−Ｖt2との平均電圧値Ｖaを演算する。
すなわち、Ｖa＝（Ｖt1＋（−Ｖt2））／２である。

そして、中立点電圧加算手段33は、平均電圧値演算手段32が算出した平均電圧値Ｖaに中立電圧値Ｖnを加算して最終的な操舵トルク電圧値Ｖｔを演算する。
すなわち、
Ｖｔ＝Ｖa＋Ｖn＝（Ｖt1＋（−Ｖt2））／２＋Ｖn
となる。

いま、図４を参照して、横軸のトルクを原点０より右側を正の値としたトルク値Ｔとし、第１トルク検出電圧値Ｖt1の傾きをａとして、第１トルク検出電圧値Ｖt1を１次式で表すと、Ｖt1＝ａ・Ｔ＋Ｖnとなる。
同様に、第２トルク検出電圧値Ｖt2は、Ｖt2＝−ａ・Ｔ＋Ｖnと表わされる。
よって、操舵トルク電圧値Ｖｔを前式から演算すると、操舵トルク電圧値Ｖｔは、
Ｖｔ＝ａ・Ｔ＋Ｖn
となる。

この結果は、従来の特許文献２の場合も、Ｖt2＝ａ・Ｔ＋ＶnとしてＶt1との平均値を演算した結果と同じである。
しかし、電源電圧にノイズが入り変動したような場合、すなわち第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2が同時に同一方向に変動する場合は、その変動分ΔＶを考慮して、第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2を、
Ｖt1＝ａ・Ｔ＋Ｖn＋ΔＶ
Ｖt2＝−ａ・Ｔ＋Ｖn＋ΔＶ
として、操舵トルク電圧値Ｖｔを前式から演算してみると、操舵トルク電圧値Ｖｔは、Ｖｔ＝ａ・Ｔ＋Ｖn
となり、変動分ΔＶは除去される。

したがって、第１トルク検出電圧値Ｖt1と第２トルク検出電圧値Ｖt2の双方を同時に変動させるノイズによる変動分ΔＶは、操舵トルク演算手段21で除去された操舵トルク電圧値Ｖｔが、アシスト目標電流演算手段22に出力され、アシスト制御に影響を与えない。

従来の特許文献２の場合は、Ｖｔ＝ａ・Ｔ＋Ｖn＋ΔＶと演算され、変動分ΔＶは、操舵トルク電圧値Ｖｔに残り、アシスト制御に影響を与えていたものであり、本発明は、これを解消している。

また、本発明の操舵トルク電圧値Ｖｔは、平均電圧を求めているので、第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16のいずれか一方が、故障しても常に安全側へアシスト制御することができる。
このように常に安全側へアシスト制御できるため、必要十分な故障判定時間を確保でき、第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16のいずれかに混入するノイズによる誤判定も防止することができる。

以上のように、第１トルクセンサ15と第２トルクセンサ16のいずれかに混入するノイズは除去されることは元より両トルク検出電圧値Ｖt1，Ｖt2を同時に変動させるノイズの影響も除去することができ、耐ノイズ性を向上させることができる。

１…ハンドル、２…ステアリングシャフト、３…トーションバー、４…ピニオン、５…ラック軸、６…ボールジョイント、７…タイロッド、
10…電動パワーステアリング装置、11…アシストモータ、12…減速機構、13…ボールねじ機構、14…モータ駆動回路、15…第１トルクセンサ、16…第２トルクセンサ、17…車速センサ、18…モータ電流検出装置、
20…ＥＣＵ、21…操舵トルク演算手段、22…アシスト目標電流演算手段、23…電流フィードバック制御手段、
31…逆電圧変換手段、32…平均電圧値演算手段、33…中立点電圧加算手段、
Ｖt1…第１トルク検出電圧値、Ｖt2…第２トルク検出電圧値、−Ｖt2…第２トルク逆電圧値、Ｖa…平均電圧値、Ｖｔ…操舵トルク電圧値、
Ｉｏ…アシスト目標電流、Ｉｄ…駆動電流、Ｉｍ…モータ電流。

Claims

少なくとも操舵トルクに基づいてアシスト目標電流演算手段が演算したアシスト目標電流値に従ってアシストモータが駆動制御されて人力を補助する電動パワーステアリング装置において、
車両のステアリング系の操舵トルクを、共通の中立電圧値(Vn)を通り互いに逆位相に設定された第１トルク検出電圧値(Vt1)と第２トルク検出電圧値(Vt2)として互いに独立に検出する第１トルクセンサと第２トルクセンサと、
前記第１トルク検出電圧値(Vt1)と前記第２トルク検出電圧値(Vt2)に基づいて前記アシスト目標電流演算手段に入力する操舵トルク電圧値(Vt)を演算する操舵トルク演算手段とを備え、
前記操舵トルク演算手段は、
前記第２トルク検出電圧値(Vt2)を電圧の正負を逆にした第２トルク逆電圧値(-Vt2)に変換する逆電圧変換手段と、
前記第１トルク検出電圧値(Vt1)と前記逆電圧変換手段が変換した第２トルク逆電圧値(-Vt2)との平均電圧値(Va)を演算する平均電圧値演算手段と、
前記平均電圧値演算手段が算出した平均電圧値(Va)に中立電圧値(Vn)を加算して前記操舵トルク電圧値(Vt)を演算する中立電圧値加算手段とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。