(57)【要約】【課題】  操舵アシスト停止時にタイヤ反力によりステアリングホイールが揺り戻されることを防止したパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  ステアリングホイールと転舵輪との間に設けられ、この転舵輪に操舵アシスト力を付与する電動機と、前記ステアリングホイールの操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記バッテリの電圧を検出または推定する電源電圧検出手段と、前記操舵負荷に応じて前記電動機を駆動制御するとともに、前記バッテリの電圧が所定値以下のとき、この電動機に回生電流を流すことで電気ブレーキをかける電動機制御手段とを備えることとした。【選択図】        図４
2007022419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと転舵輪との間に設けられ、この転舵輪に操舵アシスト力を付与する電動機と、
前記ステアリングホイールの操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段と、
前記電動機に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの電圧を検出または推定する電源電圧検出手段と、
前記操舵負荷に応じて前記電動機を駆動制御するとともに、前記バッテリの電圧が所定値以下のとき、この電動機に回生電流を流すことで電気ブレーキをかける電動機制御手段と
を備えることを特徴とする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、電動機によってラックを駆動し、操舵力をアシストするパワーステアリング装置に関し、特に電動機を制御する電動機制御手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに対する操舵を検出し、検出値に基づき電動機によってラックを駆動している。この技術にあっては、車載電源の電圧が第１基準値より低下した場合、目標電流信号を時間とともに減少させ、第２基準値よりも低下した場合、目標電流信号を０とすることにより、電源電圧の低下を防止している。
【特許文献１】特開２０００−１９８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来技術にあっては、操舵中にエンジンが再始動され、セルモータ駆動による急激な電源電圧の低下が発生した場合、操舵負荷が急激に大きくなるという問題がある。とりわけ、トーションバーやタイヤが捩れた状態で操舵アシストが停止した場合、タイヤの捩れ反力がステアリングホイールに作用するため、ステアリングホイールが操舵方向とは逆側に揺り戻される、という問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操舵アシスト停止時にタイヤ反力によりステアリングホイールが揺り戻されることを防止した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】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、ステアリングホイールと転舵輪との間に設けられ、この転舵輪に操舵アシスト力を付与する電動機と、前記ステアリングホイールの操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段と、前記電動機に電力を供給するバッテリと、前記バッテリの電圧を検出または推定する電源電圧検出手段と、前記操舵負荷に応じて前記電動機を駆動制御するとともに、前記バッテリの電圧が所定値以下のとき、この電動機に回生電流を流すことで電気ブレーキをかける電動機制御手段とを備えることとした。
【０００６】
よって、操舵アシスト停止時にタイヤ反力によりステアリングホイールが揺り戻されることを防止し、操舵フィーリングを改善したパワーステアリング装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図５に基づき説明する。図１は、本願電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。なお、本願実施例では１つのモータによって操舵アシストを行うが、２つ以上のモータによってアシストを行ってもよく特に限定しない。また、本願実施例では直流モータを使用するが、多相ブラシレスモータであってもよい。
【０００９】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールＳＷ、トルクセンサＴＳ、モータＭ、ラックバー１、転舵輪２、及びコントロールユニット１０を有し、モータＭの駆動によりピニオン軸３を介してラックバー１にアシストトルクを付与する。
【００１０】
コントロールユニット１０は、トルクセンサＴＳ、車速センサ４、エンジン回転数センサ５により検出された操舵トルクＴ、車速ＶＳＰ、エンジン回転数Ｎｅに基づき、モータＭを駆動して転舵輪２と接続したラックバー１にアシストトルクを付与する。
【００１１】
［コントロールユニットの詳細］
図２は、コントロールユニット１０の制御ブロック図である。コントロールユニット１０は、マイコン１００、バッテリ電圧検出部２００、モータ電流検出部３００、パワー素子駆動部４００、ブリッジ回路５００を有する。
【００１２】
マイコン１００には、操舵トルクＴ、車速信号Ｖｓ、エンジン回転数信号Ｎｓ、及びバッテリ電圧検出部２００、モータ電流検出部３００により検出されたバッテリ電圧Ｖ、モータ実電流Ｉが入力され、パワー素子駆動部４００へモータ駆動指令Ｓが出力される。パワー素子駆動部４００は、モータ駆動指令Ｓに基づきブリッジ回路５００のＯＮ／ＯＦＦを行い、モータＭを駆動する。
【００１３】
［マイコンの詳細］
マイコン１００は車速算出部１１０、エンジン回転数算出部１２０、アシストトルク算出部１３０、指示電流算出部１４０、ＰＷＭ-ＤＵＴＹ決定部１５０、異常検出部１６０を有する。
【００１４】
車速算出部１１０は車速信号Ｖｓに基づき車速ＶＳＰを算出し、エンジン回転数算出部１２０はエンジン回転数信号Ｎｓに基づきエンジン回転数Ｎｅを算出する。算出された車速ＶＳＰ、エンジン回転数Ｎｅはアシストトルク算出部１３０へ出力され、アシストトルクＴ＊が算出される。指示電流算出部１４０は、算出されたアシストトルクＴ＊に基づきモータＭに対する目標電流Ｉ＊を演算し、ＰＷＭ-ＤＵＴＹ決定部１５０へ出力する。
【００１５】
ＰＷＭ-ＤＵＴＹ決定部１５０は、目標電流Ｉ＊、及びモータ電流検出部３００により検出されたモータＭの実電流Ｉに基づきモータＭに対するＰＷＭ制御のデューティを決定し、パワー素子駆動部４００へ出力する。
【００１６】
異常検出部１６０は、バッテリ電圧検出部２００からのバッテリ電圧Ｖ、モータ電流検出部３００からのモータ実電流Ｉに基づき、システムの異常を検出し、発生した異常に応じてパワー素子駆動部４００に指令を出力し、モータＭの駆動を最適化する。具体的には、バッテリＢの電圧Ｖが所定値以下のときはモータＭに電気ブレーキをかけるなどの指令を出力し、電圧低下に伴いモータＭの駆動力が減少し、操舵負荷が急激に増大することを回避する。
【００１７】
［ブリッジ回路の詳細］
図３は、ブリッジ回路５００の詳細を示す図である。ブリッジ回路５００はＨブリッジ回路であり、それぞれ並列に設けられた第１、第２ハイ側（高電位側）ＦＥＴ５１０，５２０、第１、第２ロー側（低電位側）ＦＥＴ５３０，５４０を有する。
【００１８】
ハイ側ＦＥＴ５１０，５２０の上流側はバッテリと接続し、下流側はモータＭと接続する。ロー側ＦＥＴ５３０，５４０の下流側はグランドＧＮＤと接続し、上流側はモータＭと接続する。また、第１ハイ側ＦＥＴ５１０の下流側は第１ロー側ＦＥＴ５３０と接続し、第２ハイ側ＦＥＴ５２０の下流側は第２ロー側ＦＥＴ５４０と接続することで、ブリッジ回路５００が形成される。
【００１９】
ブリッジ回路５００は、パワー素子駆動部４００によりこれらのハイ側、ロー側ＦＥＴ５１０〜５４０を駆動されることで、モータＭに所望のＰＷＭ電圧を供給する。なお、図３ではハイ側ＦＥＴ５１０，５２０をＯＦＦ、ロー側ＦＥＴ５３０，５４０をＯＮとした場合である。
【００２０】
［バッテリ電圧低下に伴うステアリングホイール揺り戻しの回避］
操舵中のセルモータ駆動時など急激な電源電圧の低下が発生した場合、操舵アシスト力を発生させるモータへの電圧が降下してアシスト力が低下し、操舵負荷が急激に大きくなる場合がある。
【００２１】
特に、トーションバーや転舵輪２が捩れた状態で操舵アシスト力が減少／停止した場合、モータＭのアシストトルクがタイヤの捩れ反力に抗しきれず、タイヤ反力がステアリングホイールＳＷに作用してしまう。このためステアリングホイールＳＷが操舵方向とは逆側に揺り戻され、運転者に不快感を与えるおそれがある。
【００２２】
この揺り戻しを回避するため、本願実施例ではタイヤ反力がモータＭを介してステアリングホイールＳＷに伝達することを回避する。具体的には、バッテリ電圧Ｖが所定値Ｖａ以下に低下した場合、モータＭに電気ブレーキをかけることによりタイヤ反力がステアリングホイールＳＷに伝達されることを回避する。
【００２３】
電気ブレーキは、ブリッジ回路５００においてハイ側ＦＥＴ５１０，５２０をＯＦＦ、ロー側ＦＥＴ５３０，５４０をＯＮとし、モータＭ、グランドＧＮＤ、ロー側ＦＥＴ５３０，５４０からなる閉回路を形成することでモータＭに逆起電力を発生させて行う（図３参照）。電気ブレーキ使用時におけるバッテリＢの電力消費はほとんどないため、バッテリＢの効率的な運用にも適している。
【００２４】
バッテリ電圧Ｖが所定値以上に回復すればモータＭに対する電流値を増加させるが、その際電流値を徐々に増加させることで電流の急増によるアシストトルクの急変動を回避し、操舵フィーリングの向上を図る。
【００２５】
また、バッテリ電圧Ｖが所定電圧Ｖａ以下になってから一定時間Δｔ経過した場合、バッテリＢの劣化により電圧が回復しないことが見込まれる。したがって、この場合には電気ブレーキを解除し、運転者による操舵力を直接転舵輪２に伝達させてマニュアルステアを確保する。これに加え、高速走行時や低操舵トルク時など、操舵負荷が小さいときはタイヤの捩れ反力も小さいため、電気ブレーキを使用せず、マニュアルステアを確保して操舵操作を継続可能とする。
【００２６】
［ステアリングホイール揺り戻し回避制御処理］
図４は、バッテリＢの電圧降下時におけるステアリングホイールＳＷの揺り戻し回避制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。
【００２７】
ステップＳ１０１ではイグニッションがＯＮかどうかを判断し、ＯＮであればステップＳ１０２へ移行する。
【００２８】
ステップＳ１０２ではエンジン回転数センサ５に故障履歴があるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０３へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０４へ移行する。
【００２９】
ステップＳ１０３では、ステアリングホイールＳＷの揺り戻し回避制御の開始フラグをセットし、ステップＳ１０５へ移行する。
【００３０】
ステップＳ１０４では、ステアリングホイールＳＷの揺り戻し回避制御の開始フラグをクリアし、ステップＳ１０５へ移行する。
【００３１】
ステップＳ１０５ではエンジン始動かどうかがが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０７へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０８へ移行する。
【００３２】
ステップＳ１０８では揺り戻し回避制御の開始フラグがセットされているかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０９へ移行し、ＮＯであればステップＳ１２２へ移行する。
【００３３】
ステップＳ１０９では操舵トルクＴを読み込み、ステップＳ１１０へ移行する。
【００３４】
ステップＳ１１０ではバッテリ電圧Ｖを読み込み、ステップＳ１１１へ移行する。
【００３５】
ステップＳ１１２ではバッテリ電圧Ｖが所定値以下かどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１１８へ移行し、ＮＯであればステップＳ１１３へ移行する。
【００３６】
ステップＳ１１３ではアシストトルクＴ＊が算出され、ステップＳ１１４へ移行する。
【００３７】
ステップＳ１１４ではモータＭに対する目標電流Ｉ＊が算出され、ステップＳ１１５へ移行する。
【００３８】
ステップＳ１１５ではモータＭの実電流Ｉを読み込み、ステップＳ１１６へ移行する。
【００３９】
ステップＳ１１６ではモータＭに対するＰＷＭ電圧の出力値を決定し、ステップＳ１１７へ移行する。
【００４０】
ステップＳ１１７ではモータＭに対しＰＷＭ電圧を出力し、ステップＳ１２２へ移行する。
【００４１】
ステップＳ１１８では操舵トルクＴが所定値Ｔａ以下であるかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ１１９へ移行し、ＮＯであればステップＳ１２０へ移行する。
【００４２】
ステップＳ１１９ではモータＭの回転数Ｎｍが所定回転数Ｎａ以下であるかどうかを判断し、ＹＥＳであればステップＳ１２１へ移行し、ＮＯであればステップＳ１２０へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１２０ではロー側ＦＥＴ５３０，５４０をＯＮとし、ステップＳ１２２へ移行する。
【００４４】
ステップＳ１２１ではハイ側ＦＥＴ５１０，５２０をＯＮとし、ステップＳ１２３へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１２３では制御終了処理を実行し、制御を終了する。
【００４６】
［従来例と本願実施例における経時変化の対比］
図５は、従来例と本願実施例におけるタイムチャートの対比である。従来例は破線で、本願実施例は実線で示す。
【００４７】
（時刻ｔ１）
時刻ｔ１においてイグニッションＩＧＮがＯＦＦされ、エンジン回転数Ｎｅが減少を開始する。
【００４８】
（時刻ｔ２）
時刻ｔ２においてエンジン回転数Ｎｅが０となる。
【００４９】
（時刻ｔ３）
時刻ｔ３においてイグニッションＩＧＮが再びＯＮされる。
【００５０】
（時刻ｔ４）
時刻ｔ４においてエンジンがクランキングを開始し、エンジン回転数Ｎｅが上昇を開始する。また、クランキングに伴うセルモータの回転により、バッテリ電圧Ｖが低下する。
【００５１】
（時刻ｔ５）
時刻ｔ５においてバッテリ電圧Ｖが所定値Ｖａを下回り、モータＭへ供給される電圧も下がるためアシストトルクＴ＊が急激に低下し、ステアリングホイールＳＷが急に戻される。これに伴い、従来例、本願ともに操舵トルクＴは増大して操舵角θが低下し、従来例では操舵トルクＴ、操舵角θ、操舵角速度ωは急変動し、運転者に違和感を与えることとなる。
これに対し本願ではモータＭに電気ブレーキがかけられるためタイヤ反力がステアリングホイールＳＷに伝達せず、ステアリングホイールＳＷは徐々に中立に戻される。したがって、従来例に比べ本願ではステアリングホイールＳＷの負荷である操舵トルクＴの増大は低く、運転者に与える違和感は少ない。
【００５２】
（時刻ｔ６）
時刻ｔ６においてバッテリ電圧Ｖは未だ所定値Ｖａ以下であるが、操舵トルクＴが所定値Ｔａを下回っているため低操舵トルク時と判断され、モータＭの電気ブレーキを解除してマニュアルステアを確保する。
【００５３】
（時刻ｔ７）
時刻ｔ７において本願における操舵角θ、及び操舵角速度ωが０となり、ステアリングホイールＳＷが中立となる。
【００５４】
（時刻ｔ８）
時刻ｔ８において運転者により再度操舵が開始され、本願における操舵トルクＴ及び操舵角速度ωが増加を開始する。
【００５５】
（時刻ｔ９）
時刻ｔ９において操舵トルクＴが所定値Ｔａを上回り、本願ではモータＭに再度電気ブレーキがかけられる。電気ブレーキによりタイヤ反力が遮断される本願に比べ、従来例では操舵角θ、操舵角速度ωともに応答が遅れる。また、従来例では電気ブレーキがかからないため、本願よりも操舵負荷すなわち操舵トルクＴが大きくなる。
【００５６】
（時刻ｔ１０）
時刻ｔ１０においてバッテリ電圧Ｖが所定値Ｖａを上回り、本願ではモータＭの電気ブレーキが解除される。
【００５７】
（時刻ｔ１１）
時刻ｔ１１において経時劣化によりバッテリ電圧Ｖが低下し始める。
【００５８】
（時刻ｔ１２）
時刻ｔ１２において経時劣化によりバッテリ電圧Ｖが所定値Ｖａを下回り、アシストトルクＴ＊が急減する。本願ではモータＭの電気ブレーキが作用するため操舵角θ及び操舵角速度ωの変動は小さいが、従来例ではタイヤ反力がステアリングホイールＳＷに伝達するため本願よりも変動が大きい。
【００５９】
（時刻ｔ１３）
時刻ｔ１３においてｔ１２からの時間が所定時間Δｔとなり、本願ではバッテリＢの劣化により電圧が回復しないと判断されて電気ブレーキが解除される。そのため本願ではタイヤ反力を受け止めていた電気ブレーキが解除されて操舵トルクＴが上昇するが、従来例では一定である。
【００６０】
［本願実施例の効果］
本願実施例では、バッテリ電圧検出部２００により検出されたバッテリＢの電圧Ｖが所定値Ｖａ以下のとき、マイコン１００の異常検出部１６０によりモータＭに回生電流を流し、電気ブレーキをかけることとした。これにより、バッテリ電圧Ｖが低下した場合においてもモータＭに電気ブレーキをかけることにより、タイヤの捩れ反力はステアリングホイールＳＷに作用することを防止し、操舵フィーリングの向上を図ることができる。
（他の実施例）
【００６１】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００６２】
更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００６３】
（イ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、トランジスタから構成されるブリッジ回路であり、前記バッテリの電圧が所定値以下のとき、前記ブリッジ回路の下流側トランジスタをオン状態とすることにより、前記電動機に電気ブレーキをかけることを特徴とするパワーステアリング装置。
【００６４】
電気ブレーキをかける際の電力消費がほとんどないため、バッテリの消耗を防止することができる。
【００６５】
（ロ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、前記バッテリ電圧が前記所定値から復帰した際、電動機に流れる電流値を徐々に増加させることを特徴とするパワーステアリング装置。
【００６６】
急激に操舵アシスト力が復帰することがないため、操舵フィーリングを向上させることができる。
【００６７】
（ハ）請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、所定時間以上前記バッテリ電圧が前記所定値以下の場合、電気ブレーキを解除することを特徴とするパワーステアリング装置。
【００６８】
エンジン再起動時のような一時的な電源電圧の低下ではなく、バッテリの劣化による電源電圧の低下の場合、所定時間経過後、電気ブレーキを解除することにより、マニュアルステアを確保することができる。
【００６９】
（ニ）請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、車速が所定値以上のとき、電気ブレーキをかけないことを特徴とするパワーステアリング装置。
【００７０】
車速が所定値以上のときは操舵負荷も比較的小さいため、電気ブレーキをかけずマニュアルステア状態とすることにより、操舵負荷を継続することができる。
【００７１】
（ホ）上記（ニ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、前記操舵負荷が所定値以下のとき、電気ブレーキをかけないことを特徴とするパワーステアリング装置。
【００７２】
操舵負荷が小さいときは電動ブレーキをかけずマニュアルステア状態とすることにより、操舵操作を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本願電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】コントロールユニットの制御ブロック図である。
【図３】ブリッジ回路の詳細図である。
【図４】バッテリ電圧降下時におけるステアリングホイール揺り戻し回避制御処理のフローチャートである。
【図５】従来例と本願実施例におけるタイムチャートの対比である。
【符号の説明】
【００７４】
１    ラックバー
２    転舵輪
３    ピニオン軸
４    車速センサ
５    エンジン回転数センサ
１０    コントロールユニット
１００    マイコン
１１０    車速算出部
１２０    エンジン回転数算出部
１３０    アシストトルク算出部
１４０    指示電流算出部
１５０    ＰＷＭ-ＤＵＴＹ決定部
１６０    異常検出部
２００    バッテリ電圧検出部
３００    モータ電流検出部
４００    パワー素子駆動部
５００    ブリッジ回路
５１０，５２０    ハイ側ＦＥＴ
５３０，５４０    ロー側ＦＥＴ
ＧＮＤ    グランド
Ｂ    バッテリ
Ｍ    モータ
【図１】
2007022419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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