(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備え、
制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上の間はトルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正するまでの間は前記所定値に第１所定値を採用し、トルクセンサの出力値がゼロ点補正された後には前記所定値に第１所定値よりも小さな第２所定値を採用する手段を有する電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
ゼロ点補正手段は、トルクセンサで検出される操舵トルクが連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値を算出し、算出された積分値を積分期間で除してゼロ点補正量を算出することを特徴とする請求項１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備える電動パワーステアリング装置が知られている。
制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する。
トルクセンサは、操舵トルクが大きいほど絶対値の大きな電圧を出力する。理想的には、操舵トルクがゼロのときの出力電圧がゼロとなるのが好ましい。しかしながら理想どおりにはいかず、操舵トルクがゼロのときでもゼロでない電圧を出力することがあり得る。
トルクセンサの出力に誤差が入る場合、トルクセンサで検出される操舵トルクがゼロでないからというだけでアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御すると問題が発生する。実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、トルクセンサで検出される操舵トルクはゼロ以外となるために、電動機がアシストトルクを発生してしまう。これでは操舵フィーリングがよくない。
そこで、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上になったときにのみアシストトルクが得られるようにしている。トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間は、人為的に操舵トルクがゼロであるとし、それゆえにアシストトルクがゼロとされる。トルクセンサで検出される操舵トルクがゼロでなくとも、アシストトルクをゼロとしてしまうトルクセンサで検出される操舵トルクの範囲を制御不感帯という。
上記の制御不感帯は、トルクセンサで検出される操舵トルクの誤差を考慮して設定されている。誤差には、固定誤差と変動誤差がある。固定誤差には、機械的組み付け誤差と電気的誤差がある。変動誤差としては、温度変化による誤差と外部ノイズによる誤差が考えられる。エンジンの始動時には、外部ノイズによってトルクセンサの検出値に大きな誤差がはいることが多く、この大きな誤差を想定して制御不感帯が広く設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら制御不感帯が広く設定されていると、運転者が意図的に加えた操舵トルクに対して、アシストトルクの応答性が悪いといった問題がある。
【０００４】
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、制御不感帯を設けることによって運転者が意図しないアシストトルクを加えることがなく、それでいて運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られるようにして、パワーアシストの応答性が良い電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明の電動パワーステアリング装置は、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備えている。その制御部は、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下の間はアシストトルクの発生を禁止し、トルクセンサで検出される操舵トルクの絶対値が所定値以上の間はトルクセンサで検出される操舵トルクが大きいほど大きなアシストトルクが得られるように電動機を駆動制御する手段と、トルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段を備えている。さらに、トルクセンサの出力値をゼロ点補正するまでの間は前記所定値に第１所定値を採用し、トルクセンサの出力値がゼロ点補正された後には前記所定値に第１所定値よりも小さな第２所定値を採用する手段を備えている。
トルクセンサで検出される操舵トルクＴはトルクセンサの出力値Ｖの関数で計算される。即ちＴ＝ｆ（Ｖ）で計算される。通常は比例式が成立し、Ｔ＝ｋＶ（ｋは比例定数）で計算される。
前記したように、理想的には、操舵トルクがゼロのときの出力電圧がゼロとなるのが好ましい。しかしながら理想どおりにはいかず、操舵トルクがゼロのときでもゼロでない電圧を出力することが多い。そこで、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果が得られるように、操舵トルクの出力電圧をゼロ点補正する。即ちＴ＝ｋ（Ｖ−α）で計算する。ここで、αの値が適正に設定されていると、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果が得られるはずである。
ここでいうトルクセンサの出力値をゼロ点補正する手段とは、上記のαの値を算出ないし更新する手段をいう。操舵トルクがゼロであるはずのときに出力されるトルクセンサの出力電圧を検出し、その値がα１であれば、上記のαの値をα１とすることによって、操舵トルクがゼロのときに出力電圧がゼロとなるのと同等の結果を得ることができる。
このαの値は経時的に変動するために更新する必要がある。エンジンの始動時には、αの値が算出されていないか、あるいは、更新前の不正確な値が記憶されており、ゼロ点補正されていない。
本発明の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサのゼロ点補正がされていない間は、トルクセンサで検出される操舵トルクに大きな誤差が存在する可能性があることを考慮して比較的に大きな不感帯を用いる。これによって、実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、電動機がアシストトルクを発生してしまうことを防止する。
その一方において、トルクセンサのゼロ点補正がされて、トルクセンサで検出される操舵トルクに大きな誤差が存在しなくなった後では不感帯の幅を狭める。狭めても、トルクセンサのゼロ点補正が終了しているために誤差は小さく、実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、不感帯以上の操舵トルクを検出してしまうことはない。不感帯の幅が狭いために、運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られ、パワーアシストの応答性が高い。
【０００６】
ゼロ点補正手段は、トルクセンサで検出される操舵トルクが連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値を算出し、算出された積分値を積分期間で除してゼロ点補正量を算出することが好ましい。
車両が直進走行している場合等においては、直進を持続するための小さな操舵トルクしか加えられない。この場合、操舵トルクは連続して所定値を超えない期間が発生する。この期間に加えられる操舵トルクは、直進を持続するためのものであり、左右対称に加わるものということができる。そこで、トルクセンサで検出される操舵トルクが正確であれば、連続して所定値を超えない期間に入力された操舵トルクの積分値はゼロになるべきである。これがゼロでないということは、実際の操舵トルクはゼロであるときのトルクセンサの出力値がゼロでないことを意味している。積分値がゼロでない場合には、それを積分期間で除することによって、実際の操舵トルクはゼロであるときのトルクセンサの出力値を算出することができる。このようにして求められた値をαとし、それ以降はＴ＝ｋ（Ｖ−α）で操舵トルクを計算することによって、実際の操舵トルクがゼロであるときにはトルクセンサの出力値がゼロとなるのと同じ結果を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述した本発明に係る電動パワーステアリング装置は、以下に示す形態で好適に実施される。
（形態１）電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵トルクを伝達するステアリング軸と、ステアリング軸の操舵トルクをスライド運動に変換して車輪に伝達するラック軸を有する。
（形態２）トルクセンサは、ステアリング軸のねじれの程度から操舵トルクを検出する。
（形態３）電動機で発生したアシストトルクはラック軸のスライド運動を補助する。
（形態４）制御部は、時間を横軸とし入力された操舵トルクを縦軸としたグラフを記憶する。
（形態５）制御部は、所定期間に入力された操舵トルクの最大値と最小値の差が所定値未満のときに、その所定期間に車両が直進走行をしていたと判定する。
【０００８】
【実施例】
図面を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置（以下では電動ＰＳ装置と略して記載する）の一実施例を説明する。図１は、電動ＰＳ装置の概略構成図である。
電動ＰＳ装置６０は、ハンドル４０とステアリング軸８とラック軸２６と制御部４６と電動機４８とトルクセンサ１０等から構成されている。ハンドル４０にはステアリング軸８が接続されている。ステアリング軸８は、ハンドル４０に加えられた操舵トルクを伝達する。ステアリング軸８は、ハンドル側軸２と、ハンドル側軸２に接続されているトーションバー４と、トーションバー４に接続されているピニオン側軸６と、ピニオン側軸６に接続されているピニオン４４から構成されている。ピニオン４４は、ラック軸２６が有するラック歯と噛合っている。ピニオン４４とラック軸２６によってラックアンドピニオン機構５０が構成されている。ラックアンドピニオン機構５０は、ステアリング軸８が伝達する操舵トルクをラック軸２６の軸方向のスライド運動に変換する。ラック軸２６の両端にはタイロッド５２，５２が固定されている。それぞれのタイロッド５２，５２の一端にはナックルアーム５４，５４が連結されており、ナックルアーム５４，５４の他端には車輪５６，５６が取付けられている。ラック軸２６がスライド運動することにより車輪５６，５６が転舵する。
【０００９】
トルクセンサ１０は、ハンドル側軸２に接続されているハンドル側レゾルバロータ１２と、ピニオン側軸６に接続されているピニオン側レゾルバロータ１４等から構成されている。ハンドル側レゾルバロータ１２とピニオン側レゾルバロータ１４にはそれぞれ励磁コイルが内蔵されている。ステアリング軸８に操舵トルクが作用するとトーションバー４が捩れ、これによりハンドル側レゾルバロータ１２とピニオン側レゾルバロータ１４とで形成されている磁場が変化する。トルクセンサ１０は、この磁場の変化を操舵トルクとして検出する。トルクセンサ１０は、回線１６を介して制御部４６と接続されている。トルクセンサ１０は、検出した操舵トルクを制御部４６へ出力する。トルクセンサ１０は、操舵トルクを常時検出しており常時出力している。
【００１０】
制御部４６は、トルクセンサ１０から出力された操舵トルクを入力している。制御部４６は、回線１８を介して電動機４８と接続されている。制御部４６は、入力された操舵トルクの大きさに基づいて電動機４８へ制御信号を出力する。この制御部４６は、ＣＰＵ・ＲＯＭ・ＲＡＭ等から構成されている。ＣＰＵは、電動ＰＳ装置６０を構成する各種機器（電動機４８等）の動作を統括的に制御する。ＲＯＭは、各種制御プログラムを格納している。ＲＯＭに格納されている制御プログラムには、入力された操舵トルクに基づいて電動機４８を駆動する処理（制御信号を出力する処理）や、トルクセンサ１０の出力値をゼロ点補正する処理や、制御不感帯を補正する処理等を実行するためのプログラムが含まれる。ＲＡＭは、ワークメモリとして使用されるメイン記憶素子であって、入力された操舵トルクを時間と共に記憶している。具体的には時間を横軸とし入力された操舵トルクを縦軸としたグラフを記憶している。またＲＡＭは、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）のαや制御不感帯を記憶している。後で詳しく述べるが、ＲＡＭで記憶されているαや制御不感帯によって制御部４６が電動機４８を駆動する制御パターンが決定される。またＲＡＭは、ハンドル４０の舵角を検出する舵角センサや車両の走向速度を検出する速度センサ（これらは図示省略している）で検出された舵角や速度を時間と共に記憶している。
【００１１】
電動機４８は、制御部４６が出力した制御信号を入力する。電動機４８は、入力された制御信号に基づいてトルクを発生する。電動機４８で発生されたトルクは、ボールねじ機構２０を介してラック軸２６に伝達される。電動機４８で発生されたトルクはラック軸２６のスライド運動を補助する。電動ＰＳ装置６０は、電動機４８でアシストトルクを発生させることによって、運転者のハンドル４０の操舵力をアシストする。
【００１２】
次に図２、図３を参照して制御部４６による電動機４８の駆動制御について説明する。図２は、制御部４６が行なう制御パターンの一例である。図２の横軸はトルクセンサ１０で検出される操舵トルクであり、縦軸は制御部４６が電動機４８で発生させるアシストトルク（絶対値）を示す。この図２に示される制御パターンは、前記した式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）において更新前のαを用いてｋ（Ｖ−α）を横軸にとったときを示す（即ちトルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正がされていないときである）。トルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正されていないときには、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクに大きな誤差が存在する可能性がある。図２の制御パターンでは、トルクセンサ１０において誤差の存在しうる範囲を−ａからａとしている（即ち、実際には操舵トルクがゼロであるにもかかわらず検出される操舵トルクの幅を−ａからａの範囲としている）。そして制御不感帯は、存在しうる誤差の範囲よりもさらに余裕をもって−ｂからｂの範囲に設定されている。制御部４６は、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの絶対値がｂより大きいと、その大きさに応じたアシストトルクを電動機４８で発生させる。
後で詳しく述べるように、トルクセンサ１０の出力値はゼロ点補正される。図３には、図２の制御パターンからゼロ点補正された後の制御パターンの一例を示している。図３の横軸はトルクセンサ１０で検出される操舵トルクであり、縦軸は制御部４６が電動機４８で発生させるアシストトルク（絶対値）を示す。トルクセンサ１０のゼロ点補正がなされると、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクに大きな誤差が存在しなくなる。このため小さな誤差の範囲を−ｃからｃとして（ｃ＜ａ）、その範囲よりも少し余裕をみて−ｄからｄの範囲を制御不感帯として設定している。ここでは、ｄ＝ｂ−（ａ−ｃ）となっている。即ちゼロ点補正された後の制御不感帯は、ゼロ点補正される前の制御不感帯よりも狭い範囲に設定されている。このように制御不感帯を狭くしても、トルクセンサ１０のゼロ点補正が終了しているために誤差は小さい。実際には操舵トルクがゼロで運転者は操舵を希望していないのにも係わらず、制御不感帯以上の操舵トルクを検出してしまうことはない。
【００１３】
ここで図４を参照して、イグニションＯＮからＯＦＦまでに制御部４６で実行される処理について説明する。但しここでは本発明を特徴付ける処理を中心に説明する。本発明に関連しない処理については説明を省略する。まず制御部４６は、イグニションがＯＮされると（ステップＳ２）、操舵トルクの中立の初期値α０と制御不感帯を設定する（ステップＳ４）。即ちＲＡＭに中立の初期値α０と制御不感帯を書き込む。ここで設定される中立の初期値α０は予め決められた基準値（基準中立値）であり、設定される制御不感帯は予め決められた基準範囲（基準制御不感帯）である。この時点における制御部４６の制御パターンは、図２に示される制御パターンである。
次に制御部４６は、過去３分間車両が直進走行を継続していたか否かを判別する（ステップＳ６）。このステップ６の判別をどのように行なうかについて詳しく説明する。図５は、ある走行条件下において制御部４６に入力された操舵トルクの時間変化を示す。図５の横軸は時間であり、縦軸は入力された操舵トルクである。図５の期間Ｘは操舵トルクの変位が大きいことがわかる。このように操舵トルクの変位が大きい期間は、ハンドル４０に大きな操舵トルクが加えられたことを示している。即ち車両が走行方向を変更していることがわかる。それに対し期間Ｙは操舵トルクの変位が小さい。操舵トルクの変位が小さい期間は、ハンドル４０に大きな操舵トルクが加えられていないことを示している。即ち車両が直進走行していることがわかる。この図５に示されているように、ある期間における操舵トルクの変位に注目することで、その期間に車両が直進走行していたのかそれとも進行方向を変更したのかがわかる。
制御部４６は、ステップＳ６の判別を行なうにあたって、過去３分間に入力された操舵トルクの最大値と最小値の差を算出する。制御部４６は、この差が所定値以下であれば車両が直進走行を継続していたものと判断し、ステップＳ６でＹＥＳと判別する。一方、制御部４６は、操舵トルクの最大値と最小値の差が所定値以上であれば過去３分間の間に車両が走行方向を変更したと判断し、ステップＳ６でＮＯと判別する。
なお制御部４６は、入力される操舵トルクが３分間連続して所定値を越えない場合に、その３分間に直進走行されていたと判定しても良い。このようにしても直進走行しているか否かを判別できる。
【００１４】
ステップＳ６でＹＥＳと判別されると、制御部４６は、過去３分間に入力された操舵トルクの積分値（以下では入力操舵トルク積分値という）を算出する（ステップＳ８）。そして、算出された入力操舵トルク積分値がゼロ前後の所定範囲にあるか否かを判別する（ステップＳ１０）。
ここでステップＳ１０の処理について詳しく説明する。図６に、図５の場合と同じ走行条件において、制御部４６に入力された操舵トルクの時間変化を示す。上記した図５の場合は、車両が直進走行状態にある期間Ｙではゼロ付近の操舵トルクが連続して入力されている。即ちトルクセンサ１０が正常に操舵トルクを検出している状態にあるといえる。図５から明かなように、期間Ｙにおける入力操舵トルク積分値はほぼゼロになる。即ちトルクセンサ１０が正常な場合、入力操舵トルク積分値はゼロに近似した値になる。一方図６の場合、直進走行している期間Ｙ’において、ゼロよりも大きい操舵トルクが連続して入力されていることがわかる。図６の期間Ｙ’における入力操舵トルク積分値は、ゼロよりもかなり大きい値になる。この場合トルクセンサ１０で検出誤差が生じているものと考えられる。即ち操舵トルクが加えられていないにも係わらずトルクセンサ１０が操舵トルクを検出しているものと考えられる。このように入力操舵トルク積分値をゼロと比較することでトルクセンサ１０に検出誤差が生じているか否かが判別できる。ステップＳ１０では、入力操舵トルク積分値がゼロに近似していればトルクセンサ１０が正常であると判断される（ステップＳ１０でＹＥＳとされる）。なおステップＳ１０において判断対象となるβは小さな値に設定されている。
【００１５】
ステップＳ１０でＮＯと判別されると、制御部４６は、トルクセンサ１０の出力値をゼロ点補正する（ステップＳ１２）。具体的には、ステップＳ８で算出された入力操舵トルク積分値を３分間で除することによって前記した式Ｔ＝ｋ（Ｖ−α）のαを求める。そして、イグニションＯＮ時に設定されたα０を、ここで求められたαに変更する補正を行なう。ステップＳ１２の補正は、ＲＡＭの記憶内容を書換えることで行なう。このステップＳ１２の処理を行なうことで、トルクセンサ１０で検出される操舵トルクの誤差が小さくなる。
【００１６】
ステップＳ１２の処理を行なうと又はステップＳ１０でＹＥＳと判別されると、次に制御不感帯を狭くする補正を行なう（ステップＳ１４）。この処理を行なうことにより、図２に示される制御不感帯（−ｂからｂの範囲）から図３に示される制御不感帯（−ｃからｃの範囲）に変更される。このステップＳ１４の処理は、ＲＡＭに記憶されている制御不感帯を書換えることで行なわれる。制御不感帯を補正することで、制御部４６が電動機４８を駆動する制御パターンが変更される（即ち図２の制御パターンから図３の制御パターンに変更される）。
なおステップＳ１４の処理は、制御不感帯が最小限度まで狭くされている場合には実行されない。車両のイグニションＯＮ時には、制御不感帯が最大限広く設定されている。車両が走行を続けている内に制御不感帯が最小限度まで狭く補正されると、それ以後は制御不感帯を狭くする補正は行なわれない。
制御部４６は、イグニションがＯＦＦされるまでステップＳ６からの処理を繰り返し実行する（ステップＳ１６）。
【００１７】
本実施例に係る電動ＰＳ装置６０では、入力操舵トルク積分値がゼロと比較されてトルクセンサ１０の出力値がゼロ点補正される。トルクセンサ１０による操舵トルクの検出に誤差が生じている場合であっても誤差に対応した補正がなされる。トルクセンサ１０の誤差の影響をほとんど受けることなく電動機４８を駆動できる。
また制御不感帯が可能な限り狭くなるように補正されるために、運転者が意図的に操舵トルクを加えた場合には、その操舵トルクが小さな内からアシストトルクが得られ、パワーアシストの応答性が高い。
【００１８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記実施例では、車両が直進走行していることを操舵トルクの変位に注目することで判定している。しかしながら舵角センサで検出された舵角や速度センサで検出された速度等を参照にして直進走行しているか否かを判定しても良い。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】  制御部の制御パターンの一例である。
【図３】  ゼロ点補正後の制御部の制御パターンの一例である。
【図４】  制御部が実行する処理のフローチャートである。
【図５】  制御部に入力された操舵トルクの時間変化の一例である。
【図６】  制御部に入力された操舵トルクの時間変化の一例である。
【符号の説明】
２・・ハンドル側軸
４・・トーションバー
６・・ピニオン側軸
８・・ステアリング軸
１０・・トルクセンサ
１２・・レゾルバロータ
１４・・レゾルバロータ
１６・・回線
１８・・回線
２０・・ボールねじ機構
２６・・ラック軸
４４・・ピニオン
４６・・制御部
４８・・電動機
５０・・ラックアンドピニオン機構
５６・・車輪
６０・・電動パワーステアリング装置
【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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