(57)【要約】【課題】カルダンジョイント角の変化に伴うトルク変動に対応したトルク制御を行うこと。【解決手段】操舵輪の操舵に伴うトルクを検出するトルクセンサ１２と、チルト角度調整機構のチルト角を検出するチルトセンサ１４と、カルダンジョイントにおける駆動軸の回転角度を検出するアングルセンサ１６と、操舵力伝達系に補助操舵力を付与する電動モータ２０と、各センサの検出出力を基に電動モータ２０の駆動を制御する制御部１８とを備え、制御部１８は、トルクセンサ１２の検出出力からカルダンジョイント角を推定し、推定したカルダンジョイント角と入力した操舵トルクおよび駆動軸の回転角度を基にトルク変動を算出し、算出したトルク変動でモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値を基に電動モータ２０の駆動を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵輪に連結された操舵軸と舵取機構とを結ぶ操舵力伝達系にチルト角度調整機構とカルダンジョイントを含む電動パワーステアリング装置において、前記操舵輪の操舵に伴うトルクを検出するトルクセンサと、前記チルト角度調整機構のチルト角を検出するチルトセンサと、前記カルダンジョイントにおける駆動軸の回転角度を検出するアングルセンサと、前記操舵力伝達系に補助操舵力を付与する電動モータと、前記各センサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記チルトセンサの検出出力からカルダンジョイント角を推定し、推定したカルダンジョイント角と前記入力した操舵トルクおよび前記駆動軸の回転角度を基にトルク変動を算出し、算出したトルク変動でモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値を基に前記電動モータの駆動を制御してなる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】
前記制御部は、補正したモータ電流値に従ってラック推力を求め、このラック推力に従って前記電動モータの駆動を制御してなることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ラック推力を算出するに際して、前記電動モータが発生できる最大推力以下にラック推力を制限してなることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記制御部は、車両操舵角とカルダンジョイント位相との関係を予め決定している場合に、前記アングルセンサの検出による駆動軸の回転角度をカルダンジョイント位相信号と
して前記トルク変動を算出してなることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
操舵輪に連結された操舵軸と舵取機構とを結ぶ操舵力伝達系にカルダンジョイントを含む電動パワーステアリング装置において、前記操舵輪の操舵に伴うトルクを検出するトルクセンサと、前記カルダンジョイントにおける駆動軸の回転角度を検出するアングルセンサと、前記操舵力伝達系に補助操舵力を付与する電動モータと、前記各センサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定のカルダンジョイント角と前記駆動軸の回転角度を基に算出されたトルク変動で、モータ電流値の最大値を制限し、制限されたモータ電流値を基に前記電動モータの駆動を制御してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置の最大ラック推力に基づいて、前記モータ電流値の最大値を制限してなることを特徴とする請求項５に記載の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、操舵輪の操舵に伴う操舵トルクを基に操舵補助用モータの駆動を制御し、モータの回転力を舵取り機構に伝達して、操舵を補助するように構成された電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を搭載した車両の大型化やモータの高出力化に伴って、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）として、操舵輪の操舵に伴う操舵トルクを検出するとともに、操舵角またはチルト角を検出し、検出した操舵トルクを基にモータ電流値を求めるとともに、検出した操舵角またはチルト角に応じた補正係数を求め、モータ電流値を補正係数で補正して補正モータ電流値を演算し、補正モータ電流値に従ってモータの駆動を制御することで、ユニバーサルジョイントによるトルクの変動を低減するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０５８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術では、操舵トルクを基にモータ電流を求めるに際して、ある一定のカルダンジョイント角（交差角）に合わせたトルク設定を行っているので、電動もしくは手動チルト機構によるジョイント角（交差角）の変化に対応できないことがある。
【０００４】
具体的には、図１２に示すように、モータ電流が最大推力以下のラック推力範囲内では、トルクセンサ等のセンサの検出出力を基にモータをフィードバック制御したり、操舵角またはチルト角に応じた補正係数を求め、モータ電流値を補正係数で補正したりすることで、操舵者の操舵による手入力にうねりが発生することはない。しかし、必要なラック推力が、モータの最大推力を超えた場合、推力不足により、操舵者の操舵による手入力にうねりが発生する。さらに、図１２に示すように、ランクエンド付近では、ジョイントのトルク変動によって電動パワーステアリング装置の最大ラック推力Ｆｍａｘを超えた推力がラックに出力されることがある。すなわち、近年のＥＰＳ搭載車両の大型化に伴いモータも高出力化しているので、ラックの強度も限界付近で設計されている。このため、トルク変動による推力オーバーがラックを含めた電動パワーステアリング装置のトルク伝達部材の強度に大きな影響を及ぼすことになる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、カルダンジョイント角の変化に伴うトルク変動に対応したトルク制御を行うことにある。また、本発明の他の目的は、チルト角の変化に伴うトルク変動によって推力不足が発生した場合でも、操舵者の操舵による手入力の変動を低減することにある。さらに、本発明の他の目的は、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力を超えた推力がラックに出力されないように、トルク変動に応じたモータ駆動を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を解決するために、本発明は、操舵輪に連結された操舵軸と舵取機構とを結ぶ操舵力伝達系にチルト角度調整機構とカルダンジョイントを含む電動パワーステアリング装置において、前記操舵輪の操舵に伴うトルクを検出するトルクセンサと、前記チルト角度調整機構のチルト角を検出するチルトセンサと、前記カルダンジョイントにおける駆動軸の回転角度を検出するアングルセンサと、前記操舵力伝達系に補助操舵力を付与する電動モータと、前記各センサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記チルトセンサの検出出力からカルダンジョイント角を推定し、推定したカルダンジョイント角と前記入力した操舵トルクおよび前記駆動軸の回転角度を基にトルク変動を算出し、算出したトルク変動でモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値を基に前記電動モータの駆動を制御してなることを特徴とする。
【０００７】
さらに本発明は、操舵輪に連結された操舵軸と舵取機構とを結ぶ操舵力伝達系にカルダンジョイントを含む電動パワーステアリング装置において、前記操舵輪の操舵に伴うトルクを検出するトルクセンサと、前記カルダンジョイントにおける駆動軸の回転角度を検出するアングルセンサと、前記操舵力伝達系に補助操舵力を付与する電動モータと、前記各センサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定のカルダンジョイント角と前記駆動軸の回転角度を基に算出されたトルク変動で、モータ電流値の最大値を制限し、制限されたモータ電流値を基に前記電動モータの駆動を制御してなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によれば、チルト角に応じてカルダンジョイント角を推定し、推定したカルダンジョイント（交差角）と駆動軸の回転角度を基にトルク変動を算出し、この算出結果に従ってモータ電流値を補正するようにしたため、カルダンジョイント角の変化に伴うトルク変動に対応したトルク制御を行うことができる。
【０００９】
また、制御部において、補正したモータ電流値に従ってラック推力を求め、このラック推力に従って前記電動モータの駆動を制御したり、前記ラック推力を算出するに際して、前記電動モータが発生できる最大推力以下にラック推力を制限したりすることで、チルト角の変化に伴うトルク変動によって推力不足が発生した場合でも、操舵者の操舵による手入力の変動を低減することができる。さらに、制御部において、駆動軸の回転角度を基に算出されたトルク変動でモータ電流値を制限し、制限されたモータ電流値を基に電動モータの駆動を制御することで、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力を超えた推力がラックに出力されるのを防止できる。モータ電流値を制限するに際して、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力に基づいて、モータ電流値の最大値を制限することで、モータ出力を最大まで有効に使用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カルダンジョイント角の変化に伴うトルク変動に対応したトルク制御を行うことができる。また、本発明によれば、チルト角の変化に伴うトルク変動によって推力不足が発生した場合でも、操舵者の操舵による手入力の変動を低減することができる。さらに、本発明によれば、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力を超えた推力がラックに出力されるのを防止できる。また、モータ出力を最大まで有効に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。図１において、電動パワーステアリング装置１０は、トルクセンサ１２、チルトセンサ１４、アングルセンサ１６、制御部１８、電動モータ２０を備え、操舵輪に連結された操舵軸と舵取機構とを結ぶ操舵力伝達系（図示せず）に手動または電動のチルト角度調整機構とカルダンジョイントを含む電動パワーステアリング装置として構成されている。
【００１２】
トルクセンサ１２は、操舵者の操舵による手入力に伴って操舵力伝達系に作用する操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクを制御部１８に出力する。チルトセンサ１４は、手動または電動のチルト角度調整機構（チルトコラム）のチルト角を検出して、チルト角度信号として制御部１８に出力する。アングルセンサ１６は、駆動軸の回転角度θを検出し、検出した回転角度θをジョイント位相信号に変換して制御部１８に出力する。制御部１８は、トルクセンサ１２から操舵トルクを示す信号を入力するとともに、チルトセンサ１４からチルト角度信号を入力してカルダンジョイント角＝交差角αを推定し、さらに、アングルセンサ１６から駆動軸の回転角度θを示すジョイント位相信号を入力し、入力した操舵トルク信号とジョイント位相信号および推定したカルダンジョイント角＝交差角αを基にアシストマップを検索して、トルク変動を算出し、この算出結果を基にモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値を基にラック推力を演算し、この演算結果に従って電動モータ２０の駆動を制御するようになっている。電動モータ２０は、モータ電流値に対応した補助操舵力を、歯車減速機構を介して操舵力伝達系に付与するようになっている。
【００１３】
ここで、トルク変動を算出するに際しては、以下のことが考慮されている。具体的には、図２に示すように、２つのユニバーサルジョイントを使用する場合、各ユニバーサルジョイント２２、２４のジョイント角α１、α２が共に交差角αに等しいときには、トルク変動を打ち消すことはできる。しかし、手動または電動のチルト角度調整機構によりチルト角が変化し、ジョイント角α１、α２が変動して交差角αが変化したときには、そのままではトルク変動を打ち消すことはできなくなる。例えば、図３に示すように、腰振チルトコラム２６の場合、通常チルト中心２８とカルダンジョイント中心は一致しているが、両者が不一致のときには、チルト角が変化すると、交差角αも変動する。
【００１４】
そこで、電動チルト機構を搭載したときには、チルトセンサ１４の検出によるチルト角度信号を、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信や、その他の通信方式を用いて制御部１８で受信するか、あるいは、チルトセンサ１４の検出によるチルト角度信号を直接制御部１８に入力し、制御部１８において、チルト角度信号を基にカルダンジョイント角としての交差角αを推定することとしている。
【００１５】
また、図４に示すように、カルダンジョイント３０は、駆動軸３２と被駆動軸３４を備えており、駆動軸３２は、例えば、入力軸として操舵輪などに連結され、被駆動軸３４は、例えば、出力軸としてトーションバーや舵取り機構に連結される。駆動軸３２と被駆動軸３４が互いに角度αをなして交わるときには、角速度ω0は、次の式（１）によって求められる。
ω0＝｛（COSα）/（1-SIN2*SIN2α）｝*ω1  ・・・・・式（１）
ここで、ω1：駆動軸角速度、ω0：被駆動軸角速度、α：２軸の交差角、θ：駆動軸の回転角度、とする。入力軸に対する出力軸の角速度比を、図５に示す。
【００１６】
次に、角速度の変動に伴い、トルクも変動することを考慮し、入力軸トルクをＴ1、出力軸トルクをＴ0とすると、Ｔ0・ω0＝Ｔ1・ω1となり、この式に（１）式を代入すると、出力軸トルクＴ0は、次の式（２）で表わされる。
Ｔ0＝｛（1-SIN2θ*SIN2α）/（COSα）｝*Ｔ1・・・・式（２）
従って、トルク変動を示す変化量εは、入力軸トルクＴ1と出力軸トルクＴ0との比から、次の式（３）で表わされる。
【００１７】
ε＝Ｔ1/Ｔ0＝（COSα）/（1-SIN2*SIN2α）・・・・・式３
一方、図６に示すように、ラック推力１００は、操舵者の操舵による手入力１０２が操舵角に従って変化する過程で、手入力１０２の増減とは略逆の関係で変化する。すなわち、手入力１０２が増加傾向のときにはラック推力１００は減少傾向を示し、手入力１０２が減少傾向を示すときには、ラック推力１００は増加傾向を示す。このため、ラック推力１００を求めるにも、ジョイント位相特性を考慮しなければ、手入力１０２とラック推力１００との関係を一定に保つことができない。
【００１８】
そこで、図７に示すように、制御前には、手入力１０４とラック推力１０６は、互いに略逆の関係で変化することを考慮し、ジョイント位相１０８によるトルク変動に合わせてモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値１１０に従ってラック推力１１２を求めると、制御前には手入力１０４が操舵角に応じて変化していても、制御後には、手入力１１４とラック推力１１２が一定の関係を保って変化することになり、手入力１１４の変動を抑制することができる。
【００１９】
また、図８に示すように、ランクエンド付近では、電動モータ２０が出力できる最大推力以下にラック推力を制限することで、ラックエンド付近において、チルト角の変化に伴うトルク変動によって推力不足（ΔＦ）が発生した場合でも、操舵者の操舵による手入力の変動を低減することができる。さらに、図９に示すように、電動モータ２０の電流値Ｉを最大モータ電流制限値ＩＬで制限しているため、電動モータ２０の出力に余裕がある場合、ラック推力が減少することに伴って手入力へのトルク変動を低減することができる。
【００２０】
本実施例によれば、チルト角に応じてカルダンジョイント角＝交差角αを推定し、推定された交差角αとジョイント位相信号（駆動軸の回転角度θ）を基にトルク変動を算出し、この算出結果からラック推力を求め、このラック推力に従ってモータ電流値を補正するようにしたため、チルト角の変化に伴うトルク変動によって推力不足が発生した場合でも、操舵者の操舵による手入力の変動を低減することができる。
【００２１】
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例は、ラック推力が大きく、モータ出力がぎりぎりの場合、ラック推力が不足し、しかも、そのままの状態でトルク変動を補正しないと、最大ラック推力を超えた出力によってラック等のトルク伝達部材に大きな影響を及ぼすことを考慮したものであって、トルク変動を補正すると同時に、ラック推力が得られるように電動モータ２０の電流値を制御するようにしたものである。本実施例は最大ラック推力を制限することを目的としているので、予め最大のカルダンジョイント＝交差角αが分かれば、チルトセンサ１４から推定した交差角の代わりに所定のカルダンジョイント角を使用することができる。他の構成は前記実施例のものと同様である。
【００２２】
具体的には、制御部１８は、トルクセンサ１２から操舵トルクを示す信号を入力するとともに、チルトセンサ１４から所定の（最大の）カルダンジョイント角＝交差角αを入力し、さらに、アングルセンサ１６から駆動軸の回転角度θを示すジョイント位相信号を入力し、入力した操舵トルク信号とジョイント位相信号および所定のカルダンジョイント角＝交差角αを基にアシストマップを検索して、トルク変動を算出し、この算出結果を基にモータ電流値を補正し、補正したモータ電流値を基にラック推力を演算し、この演算結果に従って電動モータ２０の駆動を制御するに際して、回転角度に応じて電動モータ２０への電流値を制限することとしている。例えば、図１０に示すように、回転角度において最大電流値を制限し、最大ラック推力Ｆｍａｘを超えない回転角度範囲において、通常の電流制限を実施することとしている。このため、ランクエンド付近でも、電動モータ２０が出力できる最大ラック推力Ｆｍａｘ以下にラック推力を制限することができる。
すなわち、制御部１８は、駆動軸の回転角度θを基に算出されたトルク変動でモータ電流値を制限し、制限されたモータ電流値を基に電動モータ２０の駆動を制御することとしている。このように制御を実行することで、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力Ｆｍａｘを超えた推力がラックに出力されるのを防止できる。また、制御部１８がモータ電流値を制限するに際して、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力Ｆｍａｘに基づいて、モータ電流値の最大値を制限することで、モータ出力を最大まで有効に使用することができる。
本実施例においては、図１１に示すように、電動モータ２０の電流値Ｉを最大モータ電流制限値ＩＬで制限しているため、トルク伝達部材の強度や電動モータ２０の出力に余裕がない場合、手入力へのトルク変動の低減により、トルク伝達部材への最大ラック推力Ｆｍａｘを優先することができる。なお、図１１において、破線で示す波形は、トルク変動を打ち消すには電動モータ２０の出力が不足する操舵角範囲を示し、実線で示す波形は、最大電流まで出力すると最大ラック推力をオーバーする操舵角範囲を示す。
本実施例によれば、駆動軸の回転角度θを基に算出されたトルク変動でモータ電流値を制限し、制限されたモータ電流値を基に電動モータ２０の駆動を制御するようにしているため、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力Ｆｍａｘを超えた推力がラックに出力されるのを防止でき、また、モータ電流値を制限するに際して、電動パワーステアリング装置の最大ラック推力Ｆｍａｘに基づいて、モータ電流値の最大値を制限するようにしているため、モータ出力を最大まで有効に使用することができる。
【００２３】
また、車両操舵角とカルダンジョイント位相との関係を予め決定している場合には、制御部１８において、アングルセンサ１６の検出による駆動軸の回転角度をカルダンジョイント位相信号として、トルク変動を算出することができる。一方、車両操舵角とカルダンジョイント位相との関係を予め決定していない場合には、学習機能を用いる。例えば、ラックエンドに端当てした際に、電動モータ２０のモータ電流からランクエンドを検出し、そのときのアングルセンサ１６の検出値を操舵角として記憶させることにより、ランクエンド位置を検出できるようにする。
【００２４】
また、チルトセンサ１４の検出による交差角を基にトルク変動を算出してトルク制御を行うに際して、電動式チルト調整機構が搭載されていないときには、ポジションセンサなどのセンサの検出による交差角αを用いることができる。
【００２５】
さらに、交差角αを検出するセンサが搭載されていない場合でも、モータ電流と操舵角に基づいた学習機能によりトルク変動を検出して、補正/制限を実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を示す電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。
【図２】ユニバーサルジョイントの構成を説明するための構成図である。
【図３】腰振チルトコラムの構成を説明するための構成図である。
【図４】カルダンジョイントの斜視図である。
【図５】カルダンジョイントの入力軸に対する出力軸の角速度比を説明するための波形図である。
【図６】ラックエンド付近におけるラック推力と手入力との関係を説明するための波形図である。
【図７】制御前後におけるラック推力と手入力との関係を説明するための波形図である。
【図８】制御前後におけるラック推力と手入力との関係を説明するための波形図である。
【図９】モータ電流と最大モータ電流制限値との関係を示す波形図である。
【図１０】他の実施例の制御前後におけるラック推力と手入力との関係を説明するための波形図である。
【図１１】他の実施例のモータ電流と最大モータ電流制限値との関係を示す波形図である。
【図１２】従来例の操舵角とラック推力との関係を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  電動パワーステアリング装置
１２  トルクセンサ
１４  チルトセンサ
１６  アングルセンサ
１８  制御部
２０  電動モータ
【図１】
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【図２】
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【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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