(57)【要約】【課題】  制御が安定するトルクセンサを用いない電動パワーステアリング装置の提供。【解決手段】  検出した舵角に関連する値に基づき操舵トルクを推定し、推定した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータ１の目標モータ電流を決定し、検出した操舵補助用モータ１のモータ電流を目標モータ電流にするように、操舵補助用モータ１を駆動する電動パワーステアリング装置。回転角速度検出手段１３が検出した操舵補助用モータ１の回転角速度及びモータ電流に基づき、操舵補助用モータ１の出力を演算するモータ出力演算手段２７と、推定した操舵トルクに基づき操舵補助用モータ１の目標出力を決定する目標モータ出力手段２３と、決定した目標出力、及び演算した出力の偏差を演算する偏差演算手段２４とを備え、目標モータ電流決定手段２５は、演算した偏差に基づき、目標モータ電流を決定する構成である。【選択図】        図２
2005313701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵軸の舵角を検出する舵角検出手段と、該舵角検出手段が検出した舵角に関連する値に基づき操舵トルクを推定するトルク推定手段と、該トルク推定手段が推定した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータの目標モータ電流を決定する目標モータ電流決定手段と、該操舵補助用モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段とを備え、該モータ電流検出手段が検出したモータ電流を、前記目標モータ電流決定手段が決定した目標モータ電流にするように、前記操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記操舵補助用モータの回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、該回転角速度検出手段が検出した回転角速度、及び前記モータ電流検出手段が検出したモータ電流に基づき、前記操舵補助用モータの出力を演算するモータ出力演算手段と、前記操舵トルクに基づき前記操舵補助用モータの目標出力を決定する目標モータ出力決定手段と、該目標モータ出力決定手段が決定した目標出力、及び前記モータ出力演算手段が演算した出力の偏差を演算する偏差演算手段とを備え、前記目標モータ電流決定手段は、前記偏差演算手段が演算した偏差に基づき、前記目標モータ電流を決定すべくなしてあ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】
前記回転角速度検出手段は、前記舵角に関連する値に基づき、前記操舵補助用モータの回転角速度を検出すべくなしてある請求項１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、操舵軸が回転した舵角に関連する値に基づき操舵トルクを推定し、推定した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータの目標モータ電流を決定し、検出したモータ電流が目標モータ電流になるように、操舵補助用モータを駆動す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】
操舵軸が回転した舵角、舵角と舵角速度、又は舵角と舵角速度と舵角加速度とから操舵トルクを推定し、推定した操舵トルクに基づき操舵補助モータの目標モータ電流を決定し、モータ電流が、決定した目標モータ電流になるように、操舵補助用モータを駆動する、トルクセンサを用いない電動パワーステアリング装置が特許文献１に記載されている。
この電動パワーステアリング装置では、舵角センサとして、舵角に対応する電圧信号Ｖ（θ）を出力するポテンショメータを使用し、サンプリング毎の電圧信号Ｖ（θ）の差から舵角速度ω（θ）を求め、サンプリング毎に求めた舵角速度ω（θ）の差から舵角加速度α（θ）を求める。次に、ハンドルを切ろうとするトルクＴＥの理論上の値ＴＥ′を（１）式で算出する。
【０００３】
ＴＥ′＝Ｊ・Ｇｒ・（ｄ／ｄｔ）・ω（θ）
＝Ｊ・Ｇｒ・（ｄ／ｄｔ）・α（θ）        （１）
ここで、Ｊは操舵補助用モータの電機子の慣性モーメント、Ｇｒは操舵補助用モータの減速機構のギヤ比である。
理論上の人がタイヤの外乱トルクに打ち勝ってハンドルを切るトルクは、
ＴＡ′＝ＴＥ′−（ＫＴ×Ｉ）        （２）
となり、ＴＡ′を推定した操舵トルクとしている。但し、ＫＴはモータトルク定数、Ｉはモータ電流である。
【特許文献１】特許第２９６９７０１号公報
【特許文献２】特開平１１−５９４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した電動パワーステアリング装置では、操舵補助用モータによっても舵角操作をしているが、フィードバック信号ＫＴ×Ｉには舵角が含まれていない為、制御が不安定になる虞があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、制御が安定する、トルクセンサを用いない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。
第２発明では、操舵補助用モータの回転角速度を直接検出する必要がない、制御が安定する、トルクセンサを用いない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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵軸の舵角を検出する舵角検出手段と、該舵角検出手段が検出した舵角に関連する値に基づき操舵トルクを推定するトルク推定手段と、該トルク推定手段が推定した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータの目標モータ電流を決定する目標モータ電流決定手段と、該操舵補助用モータのモータ電流を検出するモータ電流検出手段とを備え、該モータ電流検出手段が検出したモータ電流を、前記目標モータ電流決定手段が決定した目標モータ電流にするように、前記操舵補助用モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、前記操舵補助用モータの回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、該回転角速度検出手段が検出した回転角速度、及び前記モータ電流検出手段が検出したモータ電流に基づき、前記操舵補助用モータの出力を演算するモータ出力演算手段と、前記操舵トルクに基づき前記操舵補助用モータの目標出力を決定する目標モータ出力決定手段と、該目標モータ出力決定手段が決定した目標出力、及び前記モータ出力演算手段が演算した出力の偏差を演算する偏差演算手段とを備え、前記目標モータ電流決定手段は、前記偏差演算手段が演算した偏差に基づき、前記目標モータ電流を決定すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記回転角速度検出手段は、前記舵角に関連する値に基づき、前記操舵補助用モータの回転角速度を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、制御が安定する、トルクセンサを用いない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【０００９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、制御が安定する、トルクセンサを用いない電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。また、操舵補助用モータの回転角速度を直接検出するセンサが不要となり、小型化及び部品コストの削減を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵輪（操舵部材）７と、操舵輪７の操舵に応じて駆動される操舵補助用の電動モータ１と、電動モータ１の回転を減速歯車機構２を介して舵取機構３，３に伝える伝動手段４と、電動モータ１の駆動回路５を制御する制御部６とを備えている。
【００１１】
電動モータ１には、その回転角速度を検出するモータ回転角速度センサ（回転角速度検出手段）１３、及び電動モータ１に流れるモータ電流を検出するモータ電流センサ２６が設けられ、これらがそれぞれ検出した回転角速度及びモータ電流は制御部６に与えられる。
操舵輪７は、操舵軸８に連結され、伝動手段４は、操舵軸８と、操舵軸８にユニバーサルジョイント等の連結軸９を介して連結されるピニオン軸１１と、ピニオン軸１１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構３，３を介して連結されるラック軸１２とを備えている。
【００１２】
ピニオン軸１１の先端部には、その回転角（舵角）を検出する舵角センサ（舵角検出手段）１０が設けられ、舵角センサ１０が検出した舵角は制御部６に与えられる。制御部６には、また、車両の速度を検出する速度センサ１４の検出信号が与えられる。
減速歯車機構２は、電動モータ１の出力軸に繋がる図示しないウォームと、操舵軸８の途中に嵌合される図示しないウォームホイールとを備えており、電動モータ１の回転をウォーム及ウォームホイールから、減速比Ｇｒで操舵軸８に伝達するように構成してある。
【００１３】
このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵輪７の操作による舵取り操作力を操舵軸８、連結軸９、及びピニオン軸１１を介してラック軸１２に伝達し、ラック軸１２を軸長方向へ移動させ、舵取機構３，３を作動させる。また、それと共に、制御部６は、検出された舵角、モータ回転角速度及びモータ電流に基づき、駆動回路５を制御して電動モータ１を駆動し、電動モータ１の駆動力を操舵軸８に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減する。
【００１４】
図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成例を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置では、制御部６は、舵角速度加速度演算部２０が、ポテンショメータである舵角センサ１０が検出した舵角θに応じた電圧信号Ｖ（θ）を与えられ、Ｖ（θ）＝θとして、舵角速度θ′及び舵角加速度θ″を演算する。演算された舵角速度θ′及び舵角加速度θ″は、目標モータ出力制御部２１に与えられる。
【００１５】
目標モータ出力制御部２１は、操舵トルク推定部２２及び目標モータ出力決定部２３からなり、操舵トルク推定部２２が、（１）式により操舵トルクＴ（θ）を演算して推定し、目標モータ出力決定部２３に与える。目標モータ出力決定部２３は、操舵トルク、車速及び目標モータ出力Ｗｏｂｊ（モータ電流×モータトルク定数×モータ回転角速度）の関係を示すテーブルを備えており、与えられた推定操舵トルクＴ（θ）、及び車速センサ１４から与えられた車速信号に基づき、目標モータ出力Ｗｏｂｊを決定して出力する。
目標モータ出力決定部２３が出力した目標モータ出力Ｗｏｂｊは、偏差演算手段２４に与えられる。
【００１６】
一方、モータ回転角速度センサ１３が検出した電動モータ１のモータ回転角速度θｍ′、及びモータ電流センサ２６が検出した電動モータ１のモータ電流Ｉｍが、モータ出力演算部２７に与えられ、モータ出力演算部２７はモータ出力Ｗｍ（モータ電流Ｉｍ×モータトルク定数×モータ回転角速度θｍ′）を演算して、偏差演算手段２４に与える。
偏差演算手段２４は、与えられた目標モータ出力Ｗｏｂｊとモータ出力Ｗｍとの偏差を演算し、目標モータ電流決定部２５に与える。目標モータ電流決定部２５は、目標モータ出力Ｗｏｂｊ及びモータ出力Ｗｍの偏差と電動モータ１の目標モータ電流Ｉｏｂｊとの関係を示すテーブルを備えており、与えられた偏差に基づき、目標モータ電流Ｉｏｂｊを決定し、偏差演算手段２８に与える。
【００１７】
偏差演算手段２８は、モータ電流センサ２６からモータ電流Ｉｍも与えられており、目標モータ電流Ｉｏｂｊとモータ電流Ｉｍとの偏差を演算して、モータ電流制御部２９に与える。
モータ電流制御部２９は、与えられた偏差に基づき、ＰＷＭ制御のデューティ比を決定し、決定したデューティ比で駆動回路５をＰＷＭ制御して、電動モータ１を駆動させる。
【００１８】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置のモータ駆動に係る動作を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、制御部６は、舵角速度加速度演算部２０で、舵角センサ１０が検出した舵角θに応じた電圧信号Ｖ（θ）をサンプリングして読込む（Ｓ２）。次いで、前回サンプリングして読込んだ電圧信号Ｖｂ（θ）と電圧信号Ｖ（θ）との差である舵角速度θ′＝ω（θ）を演算する（Ｓ４）。次いで、前回演算した舵角速度ωｂ（θ）と舵角速度ω（θ）との差である角加速度θ″＝α（θ）を演算する（Ｓ６）。
【００１９】
次に、制御部６は、操舵トルク推定部２２で、（１）式により操舵トルクＴ（θ）を演算して推定し（Ｓ８）、推定した操舵トルクＴ（θ）及び車速信号により、目標モータ出力決定部２３でテーブルを参照して、目標モータ出力Ｗｏｂｊを決定する（Ｓ１０）。
次に、制御部６は、モータ出力演算部２７で、モータ電流センサ２６からモータ電流Ｉｍを読込み（Ｓ１２）、モータ回転角速度センサ１３から電動モータ１のモータ回転角速度θｍ′を読込む（Ｓ１３）。次に、モータ出力演算部２７でモータ出力Ｗｍ（モータ電流Ｉｍ×モータトルク定数×モータ回転角速度θｍ′）を演算する（Ｓ１４）。
【００２０】
次に、制御部６は、偏差演算手段２４で、偏差Ｗｄ＝Ｗｏｂｊ−Ｗｍを演算し（Ｓ１６）、目標モータ電流決定部２５で、偏差Ｗｄによりテーブルを参照して、目標モータ電流Ｉｏｂｊを決定する（Ｓ１８）。
次に、制御部６は、偏差演算手段２８で、偏差Ｉｄ＝Ｉｏｂｊ−Ｉｍを演算し（Ｓ２０）、モータ電流制御部２９で、偏差Ｉｄに基づき、ＰＷＭ制御のデューティ比を決定し（Ｓ２２）、決定したデューティ比で駆動回路５をＰＷＭ制御させて、電動モータ１を駆動させ（Ｓ２４）リターンする。
【００２１】
（実施の形態２）
図４は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、制御部６が、回転角速度検出手段として、モータ回転角速度センサ１３に代えてモータ回転角速度演算部３０（回転角速度検出手段）を備えている。
【００２２】
モータ回転角速度演算部３０は、舵角速度加速度演算部２０から舵角速度θ′を与えられ、モータ回転角速度θｍ′≒θ′×Ｇｒ（Ｇｒ；減速歯車機構２の減速比）を演算して、モータ出力演算部２７に与える。これにより、モータ回転角速度センサ１３を設ける必要が無くなり、小型化及び部品コストの削減を図ることが出来る。その他の構成及び動作は、実施の形態１で説明した本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置のモータ駆動に係る動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電動モータ
２  減速歯車機構
５  駆動回路
６  制御部
７  操舵輪（操舵部材）
８  操舵軸
１０  舵角センサ（舵角検出手段）
１３  モータ回転角速度センサ（回転角速度検出手段）
２０  舵角速度加速度演算部
２１  目標モータ出力制御部
２２  操舵トルク推定部
２３  目標モータ出力決定部
２４，２８  偏差演算手段
２５  目標モータ電流決定部
２６  モータ電流センサ
２７  モータ出力演算部
２９  モータ電流制御部
３０  モータ回転角速度演算部（回転角速度検出手段）
【図１】
2005313701.tif 000003
【図２】
2005313701.tif 000004
【図３】
2005313701.tif 000005
【図４】
2005313701.tif 000006