JP5011785B2

JP5011785B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5011785B2
Application number: JP2006094378A
Authority: JP
Inventors: 光彦西本; 孝影山; 和裕高井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007269070A

Description

本発明は、舵角限界位置を精度良く判定して、的確に駆動電流を低減補正することによって、操舵補助用のモータの過熱の防止及び操舵感の向上を図る電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転を適宜の減速手段により減速して操舵機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出された操舵トルクに基づいて目標補助力を定め、該目標補助力を発生させるべく操舵補助用のモータの駆動電流を増減制御する構成となっている。

ところで、一般に車両の操舵輪は操舵の範囲が制限されており、この操舵の範囲の上限（以下、舵角エンドという）において、操舵機構の移動を拘束することにより操舵輪がこれ以上転舵しないよう制限されている。そして車両の操舵機構には、ラックピニオン式、ボールねじ式等の形式がある。例えば、ラックピニオン式の操舵機構においては、操舵部材が回転操作されたときに、この回転が操舵軸を介してピニオン軸に伝達され、該ピニオン軸の回転がラック軸の軸長方向の移動に変換され、左右の前輪が各別のタイロッドを介して押し引きされて操舵がなされる構成となっており、舵角エンドであるラック軸が左右の最大移動位置に達したとき、例えばラックハウジングにラック軸を当接させラック軸の移動を機械的に拘束することにより操舵輪の操舵の範囲が制限されている。

ところが、前述した電動パワーステアリング装置において、このような舵角エンドである場合に、操舵トルクを与えながら保舵したときに、この操作に応じて操舵補助用のモータに駆動電流が供給されるため、回転できないモータに電流を流すことになり、モータの過熱及び電力の浪費を生じる虞がある。

このような舵角エンドでのモータの過熱を防止するために、操舵トルクが所定値以上であり、操舵速度が所定値以下であるという２つの条件が満たされたときに、舵角エンドであると判定して、操舵補助用のモータの駆動電流を低減補正することによって、前述のモータの過熱を防止するようにした電動パワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

以上のような補正を行った場合、特許文献１に開示されているように、ステアリング操作がゆっくり行われているときに前述の２つの条件が満たされる結果、舵角エンドであると誤判定されて低減補正が行われ、十分な操舵補助力が得られずに操舵感の悪化を招来するという問題がある。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、前述の２つの条件を所定時間以上満足することを舵角エンド判定の条件に入れることにより、特許文献２の電動パワーステアリング装置では、モータの発熱量に相当する損失積算値が所定値以上であるということを舵角エンド判定の条件に入れることにより、上記の問題の解消を図っている。
特開平１１−４３０５９号公報特開２００１−１９１９３３号公報

ところが、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、何らの根拠も示されることなく所定時間が３〜１０秒に設定されている。実際に舵角エンドである場合に、特許文献１の電動パワーステアリング装置では所定時間分だけ、特許文献２の電動パワーステアリング装置では損失積算値が所定値以上になる時間分だけ、夫々遅れて駆動電流の低減補正を行うこととなり、電力の浪費となる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵トルク、操舵軸の操舵速度及び操舵軸の操舵機構との連結側の回転角度に基づいて舵角エンドを判定する判定手段を設け、該判定手段が舵角エンドでないと判定したときに、操舵補助用のモータの駆動電流に対する舵角エンド時の低減補正を行わないようにすることにより、舵角エンドを精度良く判定して、的確に駆動電流を低減補正することによって、モータの過熱の防止及び操舵感の向上を図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。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材と操舵機構とを連結する操舵軸の中途に配したトルクセンサによる操舵トルクの検出結果に基づいて目標補助力を求め、該目標補助力を発生すべく操舵補助用のモータの駆動電流を制御する一方、前記操舵機構が左右の舵角限界位置にあるとき前記駆動電流を低減補正する電動パワーステアリング装置において、前記トルクセンサは、前記操舵軸の操舵部材側及び操舵機構側夫々に回転角センサを備え、該操舵機構側の回転角センサは、前記操舵軸の操舵機構との連結側の回転角度を検出する舵角センサを兼ねており、前記トルクセンサにより検出される操舵トルクが設定値以上、前記操舵部材側の回転角センサの検出値の変化率により算出される操舵速度が設定値以下、及び、前記舵角センサの検出値の変化率により算出される操舵軸の操舵機構との連結側の回転速度が設定値以下の３つの条件が全て成立した場合にのみ、前記操舵機構が左右の舵角限界位置にあると判定する判定手段と、該判定手段により前記操舵機構が左右の舵角限界位置にないと判定されたときに前記操舵補助用のモータの駆動電流を低減補正することを中止する中止手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、操舵トルクが設定値以上、操舵軸の操舵速度が設定値以下、及び、操舵軸の操舵機構との連結側の回転速度が設定値以下の３つの条件が全て成立した場合にのみ操舵機構が左右の舵角限界位置にあると判定することにより、舵角限界位置である舵角エンドを精度よく判定することができるため、舵角エンドにおいて、的確に駆動電流が低減補正され、モータの過熱及び電力の浪費を防止できる。また舵角エンドでない場合は、駆動電流の低減補正を行わないようにすることができ、操舵感を良好に保つことができる。

更に、本発明によれば、車両の操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが、操舵軸の操舵速度を検出するためのセンサと操舵軸の出力側の舵角センサとを兼ねていることから、新たに操舵速度を検出するためのセンサ及び舵角センサを設けることなく装置構成を簡素化しつつ、モータの過熱及び電力の浪費を防止でき、また操舵感を良好に保つことができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１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模式図である。

ラックピニオン式の操舵機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１０の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング１０の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。

ラックハウジング１０の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド１１，１１を介して操舵輪としての左右の前輪１２，１２に連結され、またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、操舵軸であるステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。またピニオンハウジング２０の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング１０との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されており、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動により、左右の前輪１２，１２が各別のタイロッド１１，１１を介して押し引きされて操舵がなされる。

ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途には、ステアリングホイール３０の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてあり、該トルクセンサ４よりも下位置に操舵補助用のモータ５が取付けてある。

トルクセンサ４は、検出対象となるステアリング軸３を上下の２軸である入力軸及び出力軸に分割し、これらの２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵トルクの作用によりトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる相対角変位を適宜の手段により検出する公知の構成を有している。図示のトルクセンサ４は、入力軸に設けられた回転角センサ４ａと出力軸に設けられた回転角センサ４ｂとを備えており、これら２つの回転角センサ４ａ，４ｂにより検出された夫々の回転角度の差を算出することによって操舵トルクを求めている。

トルクセンサ４は、例えば、ステアリング軸３の入力軸及び出力軸夫々の外周に磁性体製のターゲットを周方向に複数並設し、これらのターゲットの並設位置の外側に、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）を対向配置して、入力軸及び出力軸の回転角度を夫々検出する公知のＭＲセンサタイプを用いることができる。別の例として、ステアリング軸３の入力軸及び出力軸の外周に、出力される位相の異なる２種類の交流電圧から回転角度を検出するレゾルバを夫々設ける公知のツインレゾルバタイプを用いることができる。尚、トルクセンサ４は、これらの検出手段に限定されず、ステアリング軸３の入力軸及び出力軸の回転角度を夫々検出することが可能な適宜のトルクセンサ４を用いることができる。

操舵補助用のモータ５は、コラムハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ５の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように伝動構成されている。この構成によれば、操舵補助用のモータ５の回転は、ステアリング軸３に減速伝動され、該ステアリング軸３の下端に連設されたピニオン軸２に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述のごとく行われる操舵が補助される。

尚、操舵補助用のモータ５は、図示の位置に限らず、操舵トルクの検出がなされるトルクセンサ４よりも下位置であれば、ステアリング軸３、ピニオン軸２又はラック軸１に伝動構成して適宜の位置に取付けることができる。ラック軸１に伝動構成する場合、モータ５の回転をラック軸１の軸長方向の移動に変換するために、ボールねじ機構等の運動変換手段が必要となる。

このように取付けられた操舵補助用のモータ５は、アシスト制御部６から図示しないモータ駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動される。アシスト制御部６には、トルクセンサ４を構成する回転角センサ４ａ，４ｂによる夫々の回転角度の検出値、車両の適宜部位に配された車速センサ等の走行状態センサ７による車速等の走行状態の検出値が与えられている。また、操舵補助用のモータ５にはモータ電流センサ５０が設けてあり、モータ電流センサ５０によるモータ５の駆動電流の検出値はアシスト制御部６に与えられている。

図２は、アシスト制御部６のブロック図である。アシスト制御部６は、内部バス６０により相互に接続されたＣＰＵ６１，ＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３を備え、ＲＯＭ６２に記憶された制御プログラムに従うＣＰＵ６１の動作により以下のアシスト制御を実施するＥＣＵとして構成されている。回転角センサ４ａ，４ｂによる夫々の回転角度の検出値、走行状態センサ７による車速等の走行状態の検出値及びモータ電流センサ５０によるモータ５の駆動電流の検出値は、各別の入力インターフェース６４ａ，６４ｂ，６５，６６を介してＣＰＵ６１に取り込まれるようになしてある。

図３は、アシスト制御部６のＣＰＵ６１の動作内容を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１は、回転角センサ４ａ，４ｂにより検出される夫々の回転角度及び走行状態センサ７により検出される車速等の走行状態を所定のサンプリング周期にて取込み（ステップＳ１）、これらの回転角度の差から操舵トルクＴを算出し（ステップＳ２）、次いでこれらの操舵トルクＴの算出値及び車速等の走行状態の検出値を用いて、目標の操舵補助力を発生すべく操舵補助用のモータ５に供給する駆動電流値の目標値（目標駆動電流値）を算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ３での目標駆動電流値の算出は、例えば、ステップＳ２で算出された操舵トルクＴの算出値をＲＯＭ６２に格納された制御マップに適用して基準駆動電流値を求め、この基準駆動電流値を、走行状態センサ７から取り込まれる走行状態に応じて増減補正する手順によりなされる。このような目標駆動電流値の算出動作は、従来から既知の動作であり、図３中には、単一のサブルーチンブロックにより示し、詳細な説明は省略する。

以上のように目標駆動電流値の算出を終えた後、ＣＰＵ６１は、算出された目標駆動電流値を以下の手順により低減補正する舵角エンド補正動作を行い（ステップＳ４）、得られた補正駆動電流値を操舵補助用のモータ５に供給し、該モータ５を駆動する（ステップＳ５）。このときＣＰＵ６１は、モータ電流センサ５０によって検出されたモータ電流値と補正駆動電流値との偏差を算出し、この偏差に基づいて操舵補助用のモータ５に供給する補正駆動電流値を修正するフィードバック制御を行う。

図４は、舵角エンド補正動作の内容を示すフローチャートであり、この動作においてＣＰＵ６１は、操舵トルクＴが予め設定された所定値Ｔｒｅｆ以上であるか否か、及び操舵速度Ｖが予め設定された所定値Ｖｒｅｆ以下であるか否かを夫々判定する（ステップＳ１１，１２）。ここで、操舵速度Ｖは、例えば、ステアリング軸３の入力軸に設けられた回転角センサ４ａにより検出された回転角度の変化率を算出することにより求められる。この回転角度の変化率の算出は、ステップＳ１において取込まれた現時点の回転角度と、前回のサンプリング時に取込まれた回転角度とを用いた差分演算によりなされる。前回の回転角度は、ワークエリアとしてのＲＡＭ６３に記憶させておけばよい。

ステップＳ１１の判定条件を満足している場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、操舵機構が左右の舵角エンド位置にある可能性ありと判断し、次にステップＳ１２に進む。また、ステップＳ１１の判定条件を満足していない場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、操舵機構が左右の舵角エンド位置にないと判断して、後述する目標駆動電流の低減補正を行うことなくリターンし、ステップＳ３で算出された目標駆動電流値をそのまま操舵補助用のモータ５に供給し、該モータ５を駆動する。

さらに、ステップＳ１２の判定条件を満足している場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、操舵機構が左右の舵角エンド位置にあると判断し、次にステップＳ１３に進む。また、ステップＳ１２の判定条件を満足していない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、操舵機構が左右の舵角エンド位置にないと判断して、後述する目標駆動電流の低減補正を行うことなくリターンし、ステップＳ３で算出された目標駆動電流値をそのまま操舵補助用のモータ５に供給し、該モータ５を駆動する。

ステップＳ１３において、ＣＰＵ６１は、操舵軸の出力側の回転角センサ４ｂにより検出された回転角度の変化率Ａを算出する。この回転角度の変化率Ａの算出は、ステップＳ１において取込まれた現時点の回転角度と、前回のサンプリング時に取込まれた回転角度とを用いた差分演算によりなされる。前回の回転角度は、ワークエリアとしてのＲＡＭ６３に記憶させておけばよい。

次に、ＣＰＵ６１は、操舵軸の出力側の動きの有無を判定する（ステップＳ１４）。この判定は、ステップＳ１３で算出された操舵軸の出力側の回転角度の変化率Ａが予め設定されたしきい値Ａｒｅｆ以下であるか否かで判定する。ここで用いるしきい値は、ステップＳ１２での判定に用いる所定値と比較して十分に小さく、ゼロに近い値に設定されている。

ステップＳ１４での判定の結果、操舵軸の出力側の動きが無いと判定した場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、舵角エンドであると判断し、補正係数ａを１．０未満の予め設定された値（例えば、０．５）に設定する（ステップＳ１５）。次いで、ＣＰＵ６１は、操舵トルクＴ及び車速等の走行状態に応じてステップＳ３で算出された目標駆動電流値にステップＳ１５で設定された補正係数ａを積算し、この積算結果を補正駆動電流値として更新登録して（ステップＳ１６）リターンし、この補正駆動電流値を操舵補助用のモータ５に供給し、該モータ５を駆動する。一方、操舵軸の出力側の動きが有ると判定した場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、舵角エンドでないと判断し、目標駆動電流の低減補正を行うことなくリターンし、ステップＳ３で算出された目標駆動電流値をそのまま操舵補助用のモータ５に供給し、該モータ５を駆動する。

このようにＣＰＵ６１においては、舵角エンドでない場合には操舵軸の出力側の動きが有ることに着目して、操舵軸の出力側の回転角センサ４ｂにより検出された回転角度の変化率に基づいて操舵軸の出力側の動きの有無を判定し、この判定に応じて駆動電流の低減補正を行っているため、舵角エンドにおいて、迅速に駆動電流の低減補正することができ、操舵補助用のモータの過熱及び電力の浪費を防止することができる。また舵角エンドでない場合は、駆動電流の低減補正を行わないようにすることができ、操舵感を良好に保つことができる。

尚、以上の実施の形態では、ラックピニオン式の操舵機構を備える車両への適用例について述べたが、本発明は、ボールねじ式の操舵機構等、他の形式の操舵機構を備える車両への適用も可能であることは言うまでもない。

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模式図である。アシスト制御部のブロック図である。アシスト制御部のＣＰＵの動作内容を示すフローチャートである。舵角エンド補正動作の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ラック軸（操舵機構）、２ピニオン軸（操舵機構）、３ステアリング軸（操舵軸）、４トルクセンサ、４ａ，４ｂ回転角センサ、５モータ、６アシスト制御部（判定手段，中止手段）、７走行状態センサ、３０ステアリングホイール（操舵部材）、５０モータ電流センサ

Claims

操舵部材と操舵機構とを連結する操舵軸の中途に配したトルクセンサによる操舵トルクの検出結果に基づいて目標補助力を求め、該目標補助力を発生すべく操舵補助用のモータの駆動電流を制御する一方、前記操舵機構が左右の舵角限界位置にあるとき前記駆動電流を低減補正する電動パワーステアリング装置において、前記トルクセンサは、前記操舵軸の操舵部材側及び操舵機構側夫々に回転角センサを備え、該操舵機構側の回転角センサは、前記操舵軸の操舵機構との連結側の回転角度を検出する舵角センサを兼ねており、
前記トルクセンサにより検出される操舵トルクが設定値以上、前記操舵部材側の回転角センサの検出値の変化率により算出される操舵速度が設定値以下、及び、前記舵角センサの検出値の変化率により算出される操舵軸の操舵機構との連結側の回転速度が設定値以下の３つの条件が全て成立した場合にのみ、前記操舵機構が左右の舵角限界位置にあると判定する判定手段と、該判定手段により前記操舵機構が左右の舵角限界位置にないと判定されたときに前記操舵補助用のモータの駆動電流を低減補正することを中止する中止手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。