(57)【要約】【課題】車両電力が低下した場合に、電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高いシステムに優先的に電力を供給でき、運転者にパワーの補給を早期に認識させると共に、車両の航続距離を延ばす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にある。【解決手段】ステアリングにかかる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルに操舵操作をアシストするアシスト力を発生するモータと、操舵トルクに基づいてモータを制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、モータ制御手段が、電力供給情報に応じて、アシスト量を増減させるアシスト量補正手段を具備する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングにかかる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルに操舵操作をアシストするアシスト力を発生するモータと、前記操舵トルクに基づいて前記モータを制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記モータ制御手段が、電力供給情報に応じて、アシスト量を増減させるアシスト量補正手段を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記電力供給情報が、電力残量又は燃料残量を含んでいる請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記電力供給情報が、前記電動パワーステアリング装置より電力供給の優先順位の高い電気負荷への電力供給量を含んでいる請求項1又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記アシスト量補正手段が、予め定められたゲイン又はオフセット又は計算式でアシスト量を増減させる請求項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。
【請求項５】
前記アシスト量補正手段が、目標アシスト特性マップに応じてアシスト量を増減させる請求項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。
【請求項６】
前記アシスト量補正手段は、前記アシスト量を増減させる際に、十分なランプアップ、ランプダウン時間を持ってアシスト量を緩やかに増減させる請求項1乃至３のいずれかに記載電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵系にモータによるアシスト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、特に車両の電力供給情報によってアシスト量を増減できる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリング装置をモータの回転力で操舵補助力（アシスト）を付与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操舵補助力を付与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、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）制御のデューティ比の調整で行っている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置の一般的な構成を、図１を参照して説明する。ハンドル１のコラム軸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に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクをトーションバーの捩れに応じて検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。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から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッションキー信号が入力される。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Ｔｒと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト指令の電流指令値Ｉの演算を行い、演算された電流指令値Ｉに基づいてモータ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（又はＭＰＵやＭＣＵ）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２のようになっている。
【０００５】
図２を参照して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Ｔｒ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは操舵補助指令値演算部３１に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は過熱保護条件等による最大出力制限部３２で制限され、算出された電流指令値Ｉは減算部３３に入力される。
【０００６】
なお、操舵補助指令値演算部３１での操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１の演算は、操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｅｌに加えて更に操舵角を用いて演算することも可能である。
【０００７】
減算部３３は、電流指令値Ｉとフィードバックされているモータ２０の電流ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ−ｉ）を求め、偏差ΔＩは電流制御部３４で制御され、制御された電流制御値ＥはＰＷＭ制御部３５に入力されてデューティ比を演算され、インバータ３６を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。インバータ３６には、バッテリ１４から電源リレー１３を経て電力が供給されており、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３７で検出され、減算部３３に入力されてフィードバックされる。
【０００８】
こうした電動パワーステアリング装置は、車両の電気負荷の一つとして大量の電力を消費する。電動パワーステアリング装置以外、車両は様々な電気負荷を有しており、例えば、電動スタビリティコントロール装置、ライト、エアコン、オーディオ、各種ECUなどが挙げられる。電力が低下した場合には、上述した様々な電気負荷の中で、電力供給優先順位が電動パワーステアリング装置より高い電気負荷が存在しているので、運転者の快適な操舵感を犠牲して、電動パワーステアリング装置の電力消費量を制限することが必要である。また、車両の電力供給能力が低下した際に、航続距離を延ばすために、電動パワーステアリング装置の電気消費量を抑える必要もある。
【０００９】
そこで、特許文献１には、検出された周辺状況に応じアシストを変更することによって、緊急回避ないし危険性を操舵力の変化により運転手に知らせることができる車両の操舵力補正装置が提案されている。特許文献２には、低圧系バテッリと、高圧系バッテリと、高圧系バテッリから低圧系バッテリへの電力移送を実行するDC/DCコンバータとを有しており、低圧系バッテリの電力供給能力が低下するとき、DC/DCコンバータによって高圧系電源から低圧系バッテリに電力を移送することができる電源システムが提案されている。また、特許文献３には、供給可能な電力を各走行状態制御装置に適切に配分することができる車両電源マネージメントシステムが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２３７９８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７８５６号公報
【特許文献３】特開２００７−０８３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の操舵力補正装置は、車両の危険性に関する情報を伝達することができるが、電源を延命することができない問題がある。また、特許文献２の車両用電源システムは、電力を移送することができるが、高圧系負荷の電力消費量を減少することができない問題がある。更に、特許文献３の車両制御装置では、電動パワーステアリング装置は受動的役割であり、電動パワーステアリング装置自体が電力供給状態を判断し、出力を絞ることができない。
【００１１】
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、車両電力が変化した場合に、アシスト量を増減させると共に、電力が低下したときには、もしくは燃料の残量が減少したときには、電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高いシステム（エアコン、推力、ランプ等）に優先的に電力を供給でき、運転者に電力又は燃料の補給を早期に認識させると共に、車両の航続距離を延ばす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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ステアリングにかかる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルに操舵操作をアシストするアシスト力を発生するモータと、前記操舵トルクに基づいて前記モータを制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ制御手段が、電力供給情報に応じて、アシスト量を増減させるアシスト量補正手段を具備することより達成される。また、本発明の上記目的は、前記電力供給情報が、電力残量又は燃料残量又は/及び前記電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高い電気負荷への電力供給量を含むことより達成される。
【００１３】
更に、本発明の上記目的は、前記アシスト量補正手段が、予め定められたゲイン又はオフセット又は計算式でアシスト量を増減させることにより、より効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、前記アシスト量補正手段が、目標アシスト特性マップに応じてアシスト量を増減させることにより、より効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、前記アシスト量補正手段は、前記アシスト量を増減させる際に、十分なランプアップ、ランプダウン時間を持ってアシスト量を緩やかに増減させることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の車載電源又は燃料による提供される電力が低下した場合に、大電力を消費する電動パワーステアリング装置のアシスト量を制限することにより、電動パワーステアリング装置の消費電力を低減させるようにしているので、特にコストの上昇を伴うことなく、パワーを延命し、車両の航続距離を延ばすことができる。更に、アシスト量が制限されているため、ハンドル操作が重くなり、運転者にパワーの補給を早期に認識させ、急に車両の停止という状況に陥ることを防ぐことができる。更に、電力が低下したときに、電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高いシステム（エアコン、推力、ランプ等）への電力供給量に応じて、電動パワーステアリング装置のアシスト量を制限するので、アシストを継続させることより、他のシステムの電力供給を優先させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
【図２】コントロールユニットの一般的な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の動作例を表すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態の動作例を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係るアシスト量補正部の特性の一例（ゲイン制限）を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るアシスト量補正部の特性の一例（オフセット制限）を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、ステアリングにかかる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ハンドルに操舵操作をアシストするアシスト力を発生するモータと、操舵トルクに基づいてモータを制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、モータ制御手段は、電力残量（又は燃料残量）、電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高い電気負荷への電力供給量等を含む電力供給情報に応じて、アシスト量補正手段により、アシスト量を増減させるようにしている。電力が低下した場合に（もしくは燃料の残量が減少した場合に）、検出された操舵トルクに基づいて算出された操舵補助力指令値は、電力供給情報に応じて決定された補正指令値により補正され、操舵補助指令値より小さい電流指令値が算出される。モータ制御手段は、該電流指令値に基づいてモータを制御している。このようにすると、モータに付与するアシスト力が制限され、電動パワーステアリング装置の電力消費量も少なくなる。従って、車両パワーの延命を図ることができると共に、モータに付与するアシスト力が小さくなるため、ハンドル操作が重くなり、早期に運転手が車両パワーの補給を認識することができる。また、電力供給情報は、電動パワーステアリング装置以外の電気負荷の電力需要情報も含んでいるので、優先順位に応じて電力を配分することができる利点がある。
【００１７】
以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図３は本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例のブロック図であり、図３は本発明の構成例を図１に対応させて示す構成図であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、アシスト量補正部４０が設けられていると共に、操舵補助指令値経路に加算部３８が設けられている。アシスト量補正部４０は、電動パワーステアリング装置より電力供給優先順位の高いシステムへ供給する電力量を入力する電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報入力部４１と、電力残量（又は燃料残量）を入力する電力残量情報入力部４２と、電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報入力部４１から入力された他のシステムへの電力供給量に基づいて、アシスト補正指令値Ｉａ１を決定するアシスト量補正部４３と、電力残量情報入力部４２から入力された電力残量に基づいて、アシスト補正指令値Ｉａ２を決定するアシスト量補正部４４とを備えている。
【００２０】
図３を参照して本発明の一実施形態の構成を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｒ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは操舵補助指令値演算部３１に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算され、加算部３８に入力される。アシスト量補正部４３は、電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報入力部４１に入力された電力供給情報に基づいて補正指令値Iａ１を演算し、加算部３９に入力すると共に、アシスト量補正部４４は、電力残量情報入力部４２に入力された電力残量（又は燃料残量）に基づいて補正指令値Iａ２を演算し、加算部３９に入力する。加算部３９は補正指令値Iａ１と補正指令値Iａ２とを加算し、補正指令値Ｉａが演算され、加算部３８に入力される。算出された補正指令値Ｉａは、加算部３８で操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１に加算され、加算結果は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２として、最大出力制限部３２に入力される。最大出力制限部３２は、過熱保護条件等によって操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２を制限し、電流指令値Ｉを算出する。
【００２１】
減算部３３は、電流指令値Ｉとフィードバックされているモータ電流ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ−ｉ）を求め、偏差ΔＩは電流制御部３４で制御され、制御された電流制御値ＥはＰＷＭ制御部３５に入力されてデューティ比を演算され、インバータ３６を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。インバータ３６には、バッテリ１４から電源リレー１３を経て電力が供給されており、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３７で検出され、減算部３３に入力されてフィードバックされる。
【００２２】
このような構成において、その動作例を図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
先ず操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｅｌを操舵補助指令値演算部３１に入力し（ステップＳ１）、操舵補助指令値演算部３１は操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｅｌに基づいて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１を演算する（ステップＳ２）。車両電力が低下したか（もしくは燃料残量が減少したか）を判定し（ステップＳ３）、車両電力が低下した（もしくは燃料残量が減少した）と判定すると、電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報入力部４１は電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報を入力し、電力残量入力部４２は電力残量（又は燃料残量）を入力し、アシスト補正量補正部４３及び４４はそれぞれに補正指令値Ｉａ１及びＩａ２を算出した後、加算部３９は補正指令値Ｉａ１とＩａ２とを加算し、補正指令値Iａを求める（ステップＳ４）。加算部３８は、算出された補正指令値Ｉａと操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１とを加算して操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２を算出する（ステップＳ５）。最大出力制限部３２は、過熱保護条件等によって操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２を制限し、電流指令値Ｉを算出し（ステップＳ６）、電流制御部３４は電流指令値Ｉに基づいて電流制御し（ステップＳ７）、モータ２０に対してアシストを行う（ステップＳ８）。
【００２４】
車両電力が低下していない（もしくは燃料残量が減少していない）と判定すると、アシスト量の補正を行わない。即ち、アシスト補正量を“０”とし、操舵補助指令値演算部３１による算出された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１をそのまま最大電流制限部３２に入力する。
【００２５】
図５は本実施形態のシミュレーション結果を表すタイムチャートである。図５（Ｂ）は、電動パワーステアリング装置のモータ２０に流れる電流の変化を示す曲線であり、図５（Ｃ）は、ステアリングに係る操舵トルクの変化を示す曲線であり、図５（Ｄ）は車両のパワー残量を示す曲線である。いずれも、実線が本発明による挙動であり、点線は本発明の機能がない場合の挙動である。図５（Ｄ）のパワー曲線が０レベルに低下すると、パワー切れを意味する。時点ｔ０にイグニッションキーがオンにされ、操舵トルクに基づいてモータ２０により運転者の操舵へのアシストが始まる。時点ｔ１になると図５（Ｄ）に示すように電力残量（又は燃料残量）が閾値以下に低下したことが検知され、アシスト量補正部４０によるアシスト量の補正が始まる。電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報、電力残量（又は燃料残量）に基づいてアシスト量が低減され、図５（Ｂ）に示すようにモータ２０に流れる電流が小さくなっている。従って、電気パワーステアリングに消費される電力も少なくなり、図５（Ｄ）に示すようにパワーの低下角度が小さくなり、車両の航続距離が延ばされる。一方、アシスト量が低減しているので、図５（Ｃ）に示すようにハンドルが重くなり、操舵トルクが大きくなる。すると、運転者にパワーの補給を認識させることができる。
【００２６】
アシスト量の補正方法について、図６は、アシスト量が補正前後のアシスト特性の変化を表す一例を示しており、入力トルクに基づいて算出された電流指令値に対して、一定ゲインで制限を行うことより、アシスト量を増減させる例を示している。図７は、アシスト量が補正前後のアシスト特性の変化を表す他の例を示しており、入力トルクに基づいて算出された電流指令値に対して、一定オフセットで制限を行い、アシスト量を制限している。また、所定の計算式によってアシスト量を増減させることも可能である。更に、予め定められたアシスト特性マップによってアシスト量を補正することも可能である。アシスト特性マップは、車速、操舵トルク及び電圧の三次元マップでチューニングパラメータが構成し、チューニングパラメータを調整することで良好的効果を図ることができる。
【００２７】
また、アシスト量を増減させる際に、運転者の良好な操舵感を維持するために、急激な変動をさせず、十分なランプアップ、ダウン時間を持ってアシスト量を増減させることが好ましい。
【００２８】
上述した本発明の実施形態では、電力残量情報（又は燃料残量情報）と、電力供給優先順位の高いシステムへの電力供給情報とを用いられているが、1つしか用いられないことも可能である。
【００２９】
また、上述した本発明の実施形態では、車両電力又は燃料残量が所定の閾値以下と判定する場合のみ、アシスト量を電力供給情報に基づく補正を行うようにしているが、閾値を設定することなく、所定の対応関係で車両電力又は燃料残量が少ないほどアシスト量を低減させるようにすることも可能である。
【００３０】
燃料は、ガソリン、軽油、ＬＰガス等を初めとした内燃機関を動作させるものが含まる。電力は、電気自動車等を駆動させるモータを動作する電池等によって提供される電気パワーが含まる。
【符号の説明】
【００３１】
１０                    トルクセンサ
１２                    車速センサ
１３                    電源リレー
１４                    バッテリ
２０                    モータ
３１                    操舵補助指令演算部
３２                    最大出力制限部
３３                    減算部
３４                    電流制御部
３５                    ＰＷＭ制御部
３６                    インバータ
３７                    モータ電流検出回路
４０                    アシスト量補正部
４１                    電力供給優先順位の高いシステムの電力供給情報入力部
４２                    電力残量情報入力部
４３                    アシスト量補正部
４４                    アシスト量補正部
【図２】
2011131756.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
2011131756.tif 000009