JP4594784B2

JP4594784B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4594784B2
Application number: JP2005108750A
Authority: JP
Inventors: 晃治笹嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: JP2006282141A

Description

本発明は、電動モータの駆動力を操舵補助力としてステアリング系に付与して、運転者のステアリング操作時における操舵力の低減を図る電動パワーステアリング装置に関する。

近年、ステアリングホイール（ステアリングハンドル）の操舵力を軽減するためのパワーステアリング装置として、従来の油圧式に代えて電動モータの動力を用いる電動パワーステアリング装置が多くの車両に採用されている。電動パワーステアリング装置は、一般に電動モータの回転トルクを減速機構により倍力してラック・ピニオン機構等を介してラック軸に付与し、運転者のステアリング操作をアシストするものである。

従来の電動パワーステアリング装置は、ステアリング軸等に設けた操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて電動モータに流す目標電流を算出し、この目標電流に基づいて得られる電動モータ駆動信号に基づいて電動モータを駆動して、ステアリング系に操舵補助力を作用させている。ところで、従来の電動パワーステアリング装置において、運転者がステアリングホイール（ステアリングハンドル）を素早く、かつ大きく回転させるステアリング操作時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）には、電動モータを高速回転させてステアリング系に作用させる操舵補助力を大きくする必要がある。

しかしながら、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）には、電動モータの高速回転に伴う逆起電力が大きくなるので、電動モータに流れる電流の増加が抑えられ、操舵補助力が不足する場合がある。このため、前記のような大きな操舵補助力が必要なときには、電動モータに印加する駆動電圧を高くする必要がある。そこで、電動モータの電力源である車載バッテリ（以下、バッテリという）のバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１の昇圧回路は、操舵補助力を出力する電動モータの回転数とこの電動モータに流す電流の値（電流指令値）とに基づいて、バッテリ電圧の昇圧を行うものである。
特開２００３−５４４３０号公報（段落番号［００１６］、［００２７］、図１、図７）

前記特許文献１の昇圧回路は、バッテリ電圧の昇圧制御に前記したようにモータに流す電流の値（電流指令値）を用いている。この電流指令値は、操舵トルクセンサで検出される操舵トルク、車速センサで検出される車速および舵角センサで検出される回転角度等の情報から算出されるアシストトルクに基づいて決定される。

このように、昇圧制御に用いる電流指令値は、操舵トルクセンサ、舵角センサ、車速センサ等によって検出された各センサ情報から得られるアシストトルクに基づいて決定されるので、操舵トルクセンサ、舵角センサ、車速センサ等で各センサ情報を検出してから電流指令値が決定されるまでの間に、若干のタイムラグ（遅延）が生じる。

このため、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）において、操舵トルクが急激に大きくなっても、昇圧回路はこれに追従してバッテリ電圧を昇圧できず、少し遅れてバッテリ電圧が昇圧される。このため、電動モータの回転立ち上がりに遅れが生じて、操舵フィーリングが悪くなる場合がある。

そこで、本発明は、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時等においても、昇圧回路が応答性よくバッテリ電圧を昇圧できるようにして、良好な操舵フィーリングを得ることができ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。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動モータと、ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段からの目標電流信号に基づいて前記電動モータを回転駆動するモータ駆動制御手段と、前記モータ駆動制御手段を介して、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリから前記モータ駆動制御手段に供給されるバッテリ電圧を昇圧する昇圧手段と、前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記昇圧手段を起動する昇圧制御手段と、を備え、前記昇圧制御手段は、前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号を微分して算出したトルク微分値に基づいて前記昇圧手段を起動する、ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号を微分して算出したトルク微分値に基づいて昇圧手段を起動することにより、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）においても、応答性よく昇圧手段を起動させてバッテリ電圧を昇圧することができる。

また、請求項２に記載の発明は、電動モータと、ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、ステアリングホイールの操舵に応じた操舵角を検出し、舵角信号を出力する舵角検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段からの目標電流信号に基づいて前記電動モータを回転駆動するモータ駆動制御手段と、前記モータ駆動制御手段を介して、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリから前記モータ駆動制御手段に供給されるバッテリ電圧を昇圧する昇圧手段と、前記舵角検出手段からの前記舵角信号に基づいて前記昇圧手段を起動する昇圧制御手段と、を備え、前記昇圧制御手段は、前記舵角検出手段からの前記舵角信号を微分して算出した舵角微分値に基づいて前記昇圧手段を起動することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、舵角検出手段からの舵角信号を微分して算出した舵角微分値に基づいて昇圧手段を起動することにより、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）においても、応答性よく昇圧手段を起動させてバッテリ電圧を昇圧することができる。

また、請求項３に記載の発明は、前記昇圧制御手段が前記昇圧手段を起動させてから所定時間が経過後に前記昇圧手段を停止させることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、昇圧手段の起動後に所定時間が経過すると停止させることにより、昇圧手段の起動に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、運転者がステアリングホイールを素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）を素早く判断して、応答性よく昇圧手段を起動させてバッテリ電圧を昇圧することができるので、素早いステアリング操作に追従して電動モータが応答性よく立ち上がって回転し、適切な操舵補助力を応答性よく発生することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成である。

図１に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２に連結されたステアリング軸３と、ステアリング軸３に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４と、車速を検出する車速センサ５と、減速機構６を介してステアリング軸３に操舵補助力を付与する電動モータ（例えば、ブラシレスＤＣモータ）７と、電動モータ７の駆動を制御する制御装置（ＥＣＵ）８と、電動モータ７に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部９と、ラック・ピニオン機構１０を介して連結されたラック軸１１とを備えており、ラック軸１１の両端側には、タイロッド１２ａ，１２ｂ等を介して転舵車輪（前輪）１３ａ，１３ｂが連結されている。本実施形態では、ステアリングホイール２、ステアリング軸３およびラック・ピニオン機構１０を介して連結されたラック軸１１等によってステアリング系が構成されている。

減速機構６は、電動モータ７の回転トルクを倍力させてステアリング軸３に伝達する機能を有しており、例えば、電動モータ７の回転軸（出力軸）１４に設けたウォームギア（不図示）とステアリング軸３に設けたウォームホイール（不図示）とを噛合して構成されている。ラック・ピニオン機構１０は、ステアリング軸３に連結されているピニオン軸１５に設けたピニオン１６と、ラック軸１１に設けたラック１７とを噛合して構成されている。制御装置８には、車両に搭載されているバッテリ（車載バッテリ）１８が電気的に接続されている（制御装置８の詳細については後記する）。

図２は、前記電動パワーステアリング装置１の制御装置８を示す概略構成図である。図２に示すように、制御装置８は、目標電流設定部１９、モータ制御部２０、モータ駆動部２１、昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２２および昇圧回路制御部２３を備えている。

モータ駆動部２１は、例えば４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるＨ型ブリッジ回路を備えており、モータ制御部２０から入力されるモータ駆動制御信号Ｖ_Dに基づいて、前記各パワーＦＥＴをそれぞれＰＷＭ（パルス幅変調）駆動し、電動モータ７に所定の駆動電圧Ｖ_Mを印加して、電動モータ７を駆動する。

昇圧回路２２は、昇圧回路制御部２３からの起動信号Ｓに基づいてバッテリ１８からの電圧を昇圧してモータ駆動部２１に供給する機能を有しており、昇圧回路２２の起動時には、モータ駆動部２１から昇圧された駆動電圧が電動モータ７に印加される。

次に、前記した電動パワーステアリング装置１の動作について説明する。
運転者がステアリングホイール２を操舵すると、ステアリング軸３に付与される操舵トルクによりラック・ピニオン機構１０を介してラック軸１１が直線往復動し、タイロッド１２ａ，１２ｂ等を介して転舵車輪１３ａ，１３ｂが転舵される。この際、電動モータ７を駆動して適切な操舵補助力をステアリング軸３に作用させて、運転者がステアリングホイール２を操舵するときの操舵力を軽減するようにしている。

すなわち、ステアリングホイール２の操舵によってステアリング軸３に付与される操舵トルクを操舵トルクセンサ４で検出し、検出した操舵トルクに対応した操舵トルク信号Ｔを制御装置８の目標電流設定部１９に出力する。また、車速センサ５で車速を検出し、検出した車速に応じた車速信号Ｖも同時に目標電流設定部１９に出力する。

目標電流設定部１９は、操舵トルクセンサ４から入力される操舵トルク信号Ｔと車速センサ５から入力される車速信号Ｖに基づいて、電動モータ７に通電するモータ電流の目標電流値を設定し、この目標電流値に対応した信号（以下、目標電流信号という）Ｉ_Tをモータ制御部２０に出力する。

モータ制御部２０は、目標電流設定部１９から入力される目標電流信号Ｉ_Tと、モータ電流検出部９により検出した電動モータ７のモータ電流値に対応したモータ電流信号Ｉ_Mとの偏差を演算し、得られた偏差信号に対してＰ（比例）・Ｉ（積分）制御を行い、電流フィードバック制御のためのモータ駆動制御信号Ｖ_Dを生成する。

そして、モータ駆動部２１は、入力されるモータ駆動制御信号Ｖ_Dに対応した駆動電圧Ｖ_Mを電動モータ７に印加して、電動モータ７を駆動する。この際、昇圧回路制御部２３による制御によって昇圧回路２２を起動してバッテリ１８のバッテリ電圧を昇圧し、昇圧したバッテリ電圧をモータ駆動部２１に供給する場合がある（昇圧回路制御部２３による昇圧回路２２の起動制御については後記する）。

そして、駆動された電動モータ７の回転トルクにより、減速機構６とラック・ピニオン機構１０を介して、ラック軸１１に所定の操舵補助力（アシスト力）を付与する。

ところで、前記電動パワーステアリング装置１の動作時において、運転者がステアリングホイール２を素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）には、電動モータ７の高速回転に伴う逆起電力が大きくなるので、電動モータ７に流れる電流の増加が抑えられ、操舵補助力が不足する場合がある。このような場合に、前記昇圧回路制御部２３の制御によって昇圧回路２２を起動して、バッテリ１８のバッテリ電圧を昇圧する。

次に、昇圧回路２２の起動制御を、図２、および図３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、操舵トルクセンサ４で検出した操舵トルク信号Ｔを、制御装置８の目標電流設定部１９に出力する際に昇圧回路制御部２３にも同時に出力する。昇圧回路制御部２３は、入力される操舵トルク信号Ｔを微分演算してトルク微分値を算出し、さらにノイズフィルタをかけてノイズ除去処理する（ステップＳ１）。

そして、ステップＳ１で得られたトルク微分値が予め設定している閾値よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２）、トルク微分値がこの閾値よりも小さい場合（ステップＳ２：Ｎｏ）は、ステップＳ１の前に戻る。

一方、ステップＳ２の判定で、トルク微分値の方がこの閾値よりも大きい場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）は、昇圧回路制御部２３から昇圧回路２２に起動信号Ｓを出力して昇圧回路２２を起動する（ステップＳ３、Ｓ４）。昇圧回路２２が起動されると、バッテリ１８からモータ駆動部２０に供給されるバッテリ電圧を昇圧して、モータ駆動部２１から電動モータ７に印加される駆動電圧Ｖ_Mを素早く昇圧する。これにより、運転者がステアリングホイール２を素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）に、素早いステアリング操作に追従して電動モータ７が応答性よく立ち上がって回転し、適切な操舵補助力を応答性よく発生することができる。

そして、ステップＳ４で昇圧回路２２が起動されてからの起動時間を計測し（ステップＳ５）、計測した昇圧回路２２の起動時間が予め設定している所定時間よりも長いか否かを判定し（ステップＳ６）、計測した起動時間がこの所定時間を経過した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）は、昇圧回路制御部２３から昇圧回路２２に起動停止信号を出力して昇圧回路２２を停止させる（ステップＳ７、Ｓ８）。昇圧回路２２が停止されると、バッテリ１８からバッテリ電圧がモータ駆動部２１に供給された状態で、昇圧前の駆動電圧Ｖ_Mを電動モータ７に印加して、電動モータ７を駆動する。

また、ステップＳ６で、昇圧回路２２の起動時間が所定時間に達していない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）は、ステップＳ６の前に戻り、昇圧回路２２の起動時間が所定時間を経過するまでステップＳ６を繰り返す。

このように、昇圧回路制御部２３は、ステアリング軸３（ステアリングホイール２）に作用する操舵トルクを直接検出する操舵トルクセンサ４から入力される操舵トルク信号Ｔを微分して算出したトルク微分値（操舵トルクの変化率）に基づいて、昇圧回路２２を起動してバッテリ電圧の昇圧を行うようにしている。

これにより、操舵トルクセンサ４から入力される操舵トルク信号Ｔから算出したトルク微分値（操舵トルクの変化率）から、例えば、運転者がステアリングホイール２を素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径（Ｒ）の小さいコーナや縦列駐車時等）を素早く判断して、応答性よく昇圧回路２２を起動させてバッテリ電圧を昇圧することができる。よって、運転者がステアリングホイール２を素早く、かつ大きく回転させる状況時（例えば、半径の小さいコーナや縦列駐車時等）においても、それに追従して電動モータ７が応答性よく立ち上がって回転して適切な操舵補助力を発生することにより、昇圧遅れに起因する引っかかり等のない良好な操舵フィーリングを得ることができる。

また、昇圧回路２２の起動後に所定時間が経過すると昇圧回路２２を停止するようにしたので、昇圧回路２２の起動に伴う無駄な電力消費を抑えることができる。

また、図３のフローチャートで示した前記昇圧回路２２の起動制御では、ステップＳ４〜ステップＳ８のように、昇圧回路２２は、その起動から所定時間が経過後に停止される構成であったが、昇圧回路２２が起動してから操舵トルクセンサ４で検出される操舵トルクが予め設定した所定値以下に低下後に昇圧回路２２を停止するようにしてもよい。

また、本実施形態では、運転者のステアリング操作によるステアリングホイール２（ステアリング軸３）への操舵力を検出する操舵入力検出手段として操舵トルクセンサ４を用いたが、これ以外にも、例えばステアリングホイール２（ステアリング軸３）の舵角を検出する舵角センサを用いることもできる。この場合、昇圧回路制御部２３は、舵角センサから入力される舵角に対応した舵角信号を微分して算出した舵角微分値（舵角変化率）に基づいて、昇圧回路２２を起動してバッテリ電圧の昇圧を行うことができる。

さらに、操舵入力検出手段として、運転者のステアリングホイール２の操舵に伴って直線往復動するラック軸１１の移動を検出するラックストロークセンサを用いることも可能である。

また、本発明は、ステアリング系のステアリングホイールと転舵車輪とが機械的に切り離されて、電動モータが転舵車輪に対する転舵力のすべてを発生させる構成のもの（ステアバイワイヤ）についても適用可能である。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成図。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示す概略構成図。昇圧回路制御部による昇圧回路の起動制御を示すフローチャート。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
２ステアリングホイール
３ステアリング軸
４操舵トルクセンサ（操舵入力検出手段）
５車速センサ
７電動モータ
８制御装置
１８バッテリ
１９目標電流設定部（目標電流設定手段）
２０モータ制御部（モータ駆動制御手段）
２１モータ駆動部（モータ駆動制御手段）
２２昇圧回路（昇圧手段）
２３昇圧回路制御部（昇圧制御手段）

Claims

電動モータと、
ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、
少なくとも前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、
前記目標電流設定手段からの目標電流信号に基づいて前記電動モータを回転駆動するモータ駆動制御手段と、
前記モータ駆動制御手段を介して、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから前記モータ駆動制御手段に供給されるバッテリ電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記昇圧手段を起動する昇圧制御手段と、を備え、
前記昇圧制御手段は、前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号を微分して算出したトルク微分値に基づいて前記昇圧手段を起動する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
電動モータと、
ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、
ステアリングホイールの操舵に応じた操舵角を検出し、舵角信号を出力する舵角検出手段と、
少なくとも前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて前記電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、
前記目標電流設定手段からの目標電流信号に基づいて前記電動モータを回転駆動するモータ駆動制御手段と、
前記モータ駆動制御手段を介して、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリから前記モータ駆動制御手段に供給されるバッテリ電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記舵角検出手段からの前記舵角信号に基づいて前記昇圧手段を起動する昇圧制御手段と、を備え、
前記昇圧制御手段は、前記舵角検出手段からの前記舵角信号を微分して算出した舵角微分値に基づいて前記昇圧手段を起動する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記昇圧制御手段は、前記昇圧手段を起動させてから所定時間が経過後に前記昇圧手段を停止させる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。