(57)【要約】【課題】トルクセンサに入力されたトルクが入力軸側から入力されたか出力軸側から入力されたかに応じて異なる制御を実行することができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】入力軸回転角センサ４２によって検出される入力軸回転角と、出力軸回転角センサ４３によって検出される出力軸回転角をＥＰＳＥＣＵ８に入力する。ＥＰＳＥＣＵ８は、それら２つの回転角を用いてモータ７の回転を制御する。このようにすることによって、トルクセンサ４に入力されたトルクが入力軸および出力軸のいずれから入力されたかに応じて制御を異ならせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸とがトーションバーによって相対回転可能に連結されるとともに、前記入力軸の回転角である入力軸回転角を検出する入力軸回転角センサと前記出力軸の回転角である出力軸回転角を検出する出力軸回転角センサとを有するトルクセンサと、
操舵補助力を発生させるモータと、
そのモータの回転を制御するモータ制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ制御装置に、前記入力軸回転角センサによって検出される入力軸回転角、前記出力軸回転角センサによって検出される出力軸回転角、それら入力軸回転角と出力軸回転角との差であるねじれ角のうちの少なくとも２つの角度が逐次入力され、
そのモータ制御装置は、入力される少なくとも２つの角度を用いて前記モータの回転を制御す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】
請求項１において、
前記モータ制御装置に、前記入力軸回転角センサによって検出される入力軸回転角と、前記出力軸回転角センサによって検出される出力軸回転角とが逐次入力されるようになっており、
そのモータ制御装置は、逐次入力される入力軸回転角と出力軸回転角とを用いて前記モータの回転を制御す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３】
請求項１または２において、
前記モータ制御装置は、
入力される少なくとも２つの角度に基づいて前記トルクセンサに入力軸側および出力軸側のいずれからトルクが入力されたかを判断するトルク入力方向判断手段と、
そのトルク入力方向判断手段が入力軸側からトルクが入力されたと判断した場合、入力される少なくとも２つの角度に基づいて前記トーションバーのねじれ角を決定し、その決定したねじれ角に基づいて、前記トーションバーのねじれが少なくなる方向に前記モータを回転させることにより操舵補助力を発生させる操舵補助制御手段と、
そのトルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記操舵補助制御手段を実行する場合よりも前記トーションバーのねじれの解消量が少なくなるようにモータの回転を制御することにより、出力軸側からのトルクをハンドル側に伝えやすくする路面状況伝達制御手段と
を有してい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４】
請求項３において、
前記路面状況伝達制御手段は、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記モータの回転を停止させ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５】
請求項３において、
前記路面状況伝達制御手段は、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記トーションバーがよりねじれる方向に前記モータを回転させ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】
請求項３において、
前記路面状況伝達制御手段は、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記操舵補助制御手段を実行する場合と同方向に前記モータを回転させるが、前記操舵補助制御手段を実行する場合よりもモータの回転量を少なくすることを特徴とする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、電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に記載されているように、電動パワーステアリング装置は、一般的にトルクセンサを備えている。トルクセンサは、入力軸と出力軸とがトーションバーによって相対回転可能に連結されるとともに、入力軸の回転角を検出する入力軸回転角センサと、出力軸の回転角を検出する出力軸回転角センサとを有している。そして、入力軸回転角と出力軸回転角との差分値がトーションバーのねじれ角としてモータ制御装置に入力される。モータ制御装置は、そのねじれ角に基づいて必要な操舵補助力を決定し、トーションバーのねじれが少なくなる方向にモータを回転させることにより操舵補助力を発生させている。
【特許文献１】特開２００５−４３０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電動パワーステアリング装置は、ドライバーのハンドル操作によってトーションバーにねじれが生じた場合には、適切な操舵補助力を発生させることが可能である。しかし、トーションバーにねじれが生じるのは、ドライバーがハンドル操作をした場合のみではなく、路面反力がタイヤからインターミディエイトシャフト等を介してトルクセンサの出力軸に伝達された場合、すなわちタイヤ側からトルクが入力された場合にもトーションバーにねじれが生じる。
【０００４】
従来の電動パワーステアリング装置は、入力軸回転角および出力軸回転角自体はモータ制御装置に入力されず、それら入力軸回転角と出力軸回転角との差分値がモータ制御装置に入力される。従って、トーションバーにねじれが生じた原因が、入力軸側（すなわちハンドル側）からトルクが入力されたためなのか、出力軸側（すなわちタイヤ側）からトルクが入力されたためなのかを区別することができない。
【０００５】
その結果、出力軸側からのトルクによってトーションバーがねじれた場合にも、トーションバーのねじれが少なくなる方向にモータを回転させてしまうことになるので、路面反力はハンドルまで伝達されにくくなり、ドライバーにとっては、ハンドルの揺れから路面状況を感じとることが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、トルクセンサに入力されたトルクが入力軸側から入力されたか出力軸側から入力されたかに応じて異なる制御を実行する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】
【０００７】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、入力軸と出力軸とがトーションバーによって相対回転可能に連結されるとともに、前記入力軸の回転角である入力軸回転角を検出する入力軸回転角センサと前記出力軸の回転角である出力軸回転角を検出する出力軸回転角センサとを有するトルクセンサと、操舵補助力を発生させるモータと、そのモータの回転を制御するモータ制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ制御装置に、前記入力軸回転角センサによって検出される入力軸回転角、前記出力軸回転角センサによって検出される出力軸回転角、それら入力軸回転角と出力軸回転角との差であるねじれ角のうちの少なくとも２つの角度が逐次入力され、
そのモータ制御装置は、入力される少なくとも２つの角度を用いて前記モータの回転を制御することを特徴とする。
【０００８】
このように、モータ制御装置に、入力軸回転角、出力軸回転角、ねじれ角のうちの少なくとも２つの角度を入力するようにしておけば、モータ制御装置は、入力軸回転角、出力軸回転角、ねじれ角の３つの角度を決定することができる。従って、トーションバーをねじれさせるトルクが入力軸側から（すなわちハンドルから）のトルクであるか、出力軸側から（すなわち路面から）のトルクであるかを判断することが可能となる。そのため、トルクセンサに入力されたトルクが入力軸および出力軸のいずれから入力されたかに応じて制御を異ならせることができる。
【０００９】
ここで、入力軸回転角と出力軸回転角との差がねじれ角であることから、入力軸回転角、出力軸回転角、ねじれ角のうち２つの角度が入力されれば、入力される２つの角度がどれであっても、モータ制御装置は残りの１つの角度を算出することができる。
【００１０】
しかし、請求項２のように、モータ制御装置に、入力軸回転角センサによって検出される入力軸回転角と、出力軸回転角センサによって検出される出力軸回転角とが逐次入力されるようになっており、モータ制御装置は、逐次入力される入力軸回転角と出力軸回転角とを用いて前記モータの回転を制御することが好ましい。
【００１１】
請求項２のようにすれば、モータ制御装置内の演算処理によってねじれ角を算出することができるので、ねじれ角を算出するための回路をモータ制御装置とは別に設ける必要がない。
【００１２】
モータ制御装置は、入力される少なくとも２つの角度に基づいて種々の制御を実行することが可能であるが、たとえば、請求項３の制御を実行する。
【００１３】
その請求項３は、請求項１または２において、前記モータ制御装置は、
入力される少なくとも２つの角度に基づいて前記トルクセンサに入力軸側および出力軸側のいずれからトルクが入力されたかを判断するトルク入力方向判断手段と、
そのトルク入力方向判断手段が入力軸側からトルクが入力されたと判断した場合、入力される少なくとも２つの角度に基づいて前記トーションバーのねじれ角を決定し、その決定したねじれ角に基づいて、前記トーションバーのねじれが少なくなる方向に前記モータを回転させることにより操舵補助力を発生させる操舵補助制御手段と、
そのトルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記操舵補助制御手段を実行する場合よりも前記トーションバーのねじれの解消量が少なくなるようにモータの回転を制御することにより、出力軸側からのトルクをハンドル側に伝えやすくする路面状況伝達制御手段とを有していることを特徴とする。
【００１４】
このようにすれば、ドライバーがハンドルを操舵したときは、操舵補助制御手段がモータの回転を制御することにより、従来と同様の操舵補助力を発生させることが可能となる。加えて、ドライバーがハンドルを操舵していないときは、路面状況伝達制御手段がモータの回転を制御することにより、従来よりも路面反力をハンドルに伝達させやすくすることができる。
【００１５】
上記請求項３の路面状況伝達制御手段は、請求項４乃至６のいずれか１つの態様により、出力軸からのトルクをハンドル側に伝えやすくすることができる。
【００１６】
請求項４では、路面状況伝達制御手段は、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記モータの回転を停止させる。請求項５では、路面状況伝達制御手段は、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、前記トーションバーがよりねじれる方向に前記モータを回転させる。請求項６では、前記トルク入力方向判断手段が出力軸側からトルクが入力されたと判断したことに基づいて、路面状況伝達制御手段は、前記操舵補助制御手段を実行する場合と同方向に前記モータを回転させるが、前記操舵補助制御手段を実行する場合よりもモータの回転量を少なくする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された電動パワーステアリング装置１の概略構成図である。
【００１８】
図１の電動パワーステアリング装置１において、ハンドル２はステアリング軸３の一端と接続されており、ハンドル２とステアリング軸３とは一体回転する。ステアリング軸３の他端はトルクセンサ４のトーションバー４１と接続されている。
【００１９】
このトーションバー４１を介してステアリング軸３とインターミディエイトシャフト５とが連結されており、ステアリング軸３およびインターミディエイトシャフト５が、それぞれ、請求項の入力軸および出力軸に相当する。
【００２０】
トルクセンサ４は、入力軸回転角センサ４２と出力軸回転角センサ４３をさらに有する公知の構成である。入力軸回転角センサ４２はステアリング軸３の回転角（以下、入力軸回転角という）を検出し、出力軸回転角センサ４３はインターミディエイトシャフト５の回転角（以下、出力軸回転角という）を検出する。なお、入力軸回転角センサ４２、出力軸回転角センサ４３には、たとえばレゾルバを用いるが、他の公知の回転角センサを用いることもできる。
【００２１】
インターミディエイトシャフト５には、減速機構６の減速ギヤ６１が相対回転不能に取り付けられている。この減速ギヤ６１にはたとえばヘリカルギヤを用いる。減速機構６は、この減速ギヤ６１および減速ギヤ６１と常時噛み合うピニオンギヤ６２によって構成される。
【００２２】
ピニオンギヤ６２はモータ７の軸と一体回転するように構成されており、モータ７が回転するとその回転が減速機構６によって減速されてインターミディエイトシャフト５に伝達される。
【００２３】
上記モータ７は、モータ制御装置として機能するＥＰＳＥＣＵ８によって回転が制御される。このＥＰＳＥＣＵ８には、トルクセンサ４に設けられた入力軸回転角センサ４２と出力軸回転角センサ４３から、入力軸回転角および出力軸回転角をそれぞれ示す信号が供給され、ＥＰＳＥＣＵ８はこれらの信号に基づいてモータ７の回転を制御する。なお、ＥＰＳＥＣＵ８に、さらに、車速信号、ハンドル２の回転角を示す信号等、トルクセンサ以外からの信号が供給され、そのトルクセンサ以外からの信号も用いてモータ７の回転が制御されるようになっていてもよい。
【００２４】
インターミディエイトシャフト５はギヤ装置９と連結されている。このギヤ装置９はピニオンギヤ９１およびラック９２を備えている。ピニオンギヤ９１はインターミディエイトシャフト５と一体回転するようになっている。一方、ラック９２は車両幅方向に延びるラック軸１０と接続されており、ラック軸１０の端に転舵輪１１が連結されている。
【００２５】
次に、ＥＰＳＥＣＵ８が実行するモータ７の制御内容を説明する。図２は、ＥＰＳＥＣＵ８が実行するモータ制御を示すフローチャートである。このモータ制御は所定周期で繰り返し実行される。
【００２６】
まず、ステップＳ１０では、入力軸回転角センサ４２から供給される信号に基づいて、ステアリング軸３が回転中であるか否かを判断する。ステアリング軸３が回転中ではないと判断した場合にはステップ２０へ進み、回転中であると判断した場合にはステップＳ３０へ進む。
【００２７】
ステップＳ２０では、出力軸回転角センサ４３から供給される信号に基づいて、インターミディエイトシャフト５が回転中であるか否かを判断する。このステップＳ２０も否定判断となった場合には、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０が肯定判断となった場合にはステップＳ４０へ進む。
【００２８】
なお、ステップＳ１０およびＳ２０を実行することにより、トルクセンサ４に入力軸側および出力軸側のいずれからトルクが入力されたかを判断していることになるので、ステップＳ１０、Ｓ２０が請求項のトルク入力方向判断手段に相当する。
【００２９】
ステップＳ３０において実行する操舵補助制御は、従来の電動パワーステアリング装置が実行していたものと同じ制御であり、トーションバー４１のねじれ角に基づいて定まる操舵補助力を、モータ７を回転させることによって発生させる制御である。
【００３０】
具体的には、ステップＳ３０では、まず、入力軸回転角と出力軸回転角の差からねじれ角を算出する。そして、算出したねじれ角と予め記憶されているトーションバー４１のばね定数とに基づいてトーションバー４１に加えられたトルクを算出し、このトルクに基づいてマップ等を用いてモータ７に発生させるべき目標トルクを決定する。その後は、モータ電流値を検出しつつ、モータ７の実トルクが目標トルクになるようにフィードバック制御を実行する。なお、操舵補助力は、ステアリング軸３に加えられたトルク、すなわち、ドライバーがハンドル２に加えたトルクを補助する力であるので、操舵補助制御においては、モータ７はトーションバー４１のねじれが少なくなる方向に回転させられる。
【００３１】
次に、ステップＳ４０において実行する路面状況伝達制御を説明する。この路面状況伝達制御は、ステップＳ１０が否定判断でありステップＳ２０が肯定判断となった場合に実行するものであるから、ハンドル操作はされておらず、路面反力によってインターミディエイトシャフト５が回転させられている場合に実行することになる。
【００３２】
本実施形態の路面状況伝達制御は、路面反力によってインターミディエイトシャフト５が回転させられている方向に、さらにインターミディエイトシャフト５が回転するようにモータ７を制御する。このようにモータ７が制御されると、トーションバー４１はよりねじれることになるので、路面反力がハンドル２に伝わりやすくなる。
【００３３】
路面状況伝達制御におけるモータ７の制御量（あるいはモータ７が回転させられることによるインターミディエイトシャフト５の回転量）は、路面反力によるインターミディエイトシャフト５の回転速度に応じて決定してもよいし、予め設定された一定値としてもよい。また、操舵補助制御の場合と同様にトーションバー４１のねじれ角に基づいてトルクセンサ４に加えられたトルクを算出して制御量を決定してもよい。
【００３４】
以上、説明した本実施形態によれば、ドライバーがハンドル２を操舵したときは、操舵補助制御が実行されて、従来と同様の操舵補助力が発生させられる。加えて、ドライバーがハンドル２を操舵していないときに路面反力によってトーションバー４１にねじれが生じた場合には、路面状況伝達制御が実行されてトーションバー４１がよりねじれるようにモータ７が制御されることになるので、従来よりも路面反力がハンドル２に伝達されやすくなる。
【００３５】
ここで、従来の電動パワーステアリング装置によるトルク伝達特性と本実施形態の電動パワーステアリング装置１によるトルク伝達特性とを比較する。なお、従来の電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ４に入力軸側からトルクが入力されるか出力軸側からトルクが入力されるかを区別せずに、トーションバーのねじれ角に基づいて操舵補助制御を実行する。
【００３６】
図３は従来の電動パワーステアリング装置を備えている車両（以下、従来制御車両）、本実施形態の電動パワーステアリング装置１を備えている車両（以下、本発明制御車両）、パワーステアリング装置なしの車両（以下、制御なし車両）のトルク伝達特性をそれぞれ示すボード線図であって、（Ａ）はハンドルにトルクが入力された場合、（Ｂ）は路面からタイヤにトルクが入力された場合である。
【００３７】
図３（Ａ）に示すように、ハンドルにトルクが入力された場合には、従来制御車両は、当然、制御なしの車両よりもゲインが大きくなっている。本発明制御車両も、１０Ｈｚ以下では、従来制御車両とゲイン特性がほぼ一致している。従って、本発明制御車両は、従来制御車両と同様の力でハンドルを回すことができるといえる。
【００３８】
一方、図３（Ｂ）に示すように、路面からタイヤにトルクが入力された場合には、従来制御車両は、１０Ｈｚ以下のゲイン特性が制御なし車両よりも低下している。これは、トーションバーに入力されるトルクの入力方向を区別していないからであり、従来制御車両では、タイヤからのトルクは、ハンドルには伝達されにくいことが分かる。
【００３９】
これに対して、本発明制御車両では、トーションバーに入力されるトルクの入力方向を区別しているので、路面からタイヤにトルクが入力された場合にも、１０Ｈｚ以下のゲイン特性が制御なし車両よりも高くなっている。従って、本発明制御車両は、タイヤからのトルクがハンドルには伝達されやすくなっているといえる。その結果、ドライバーはハンドルの揺れから路面状況を把握しつつ、ハンドル操作を行うことができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４１】
たとえば、前述の実施形態では、路面状況伝達制御（Ｓ４０）において、トーションバー４１がよりねじれる方向にモータ７を回転させていたが、モータ７の回転を停止させてもよい。このようにしても、従来制御よりはタイヤからのトルクがハンドルに伝達されやすくなる。
【００４２】
また、路面状況伝達制御（Ｓ４０）において、トーションバー４１のねじれが少なくなる方向にモータ７の回転を制御するが、操舵補助制御（Ｓ３０）を実行する場合よりもトーションバー４１のねじれの解消量が少なくなるようにモータ７の回転を制御してもよい。この場合には、操舵補助制御（Ｓ３０）と同様にしてトーションバー４１のねじれ角からトーションバー４１に加えられたトルクを算出し、その算出したトルクに基づいて、操舵補助制御（Ｓ３０）の場合よりも小さい目標トルクを決定することになる。このようにしても、従来制御よりはタイヤからのトルクがハンドルに伝達されやすくなる。
【００４３】
また、路面状況伝達制御時のモータ７の回転方向を、操舵補助制御の場合と同じとするか反対方向とするか、あるいは、モータ７の回転を停止させる制御とするかを、ユーザが設定できるようにしてもよい。さらには、トーションバー４１への入力トルクに対するモータ７の制御量もユーザが設定できるようにしてもよい。このようにすることにより、操舵感を各ユーザの好みに適合させることができる。
【００４４】
また、前述の実施形態では、操舵補助制御（Ｓ３０）は従来と同様に、トーションバー４１のねじれ角からモータ７に発生させる目標トルクを決定していたが、ねじれ角に代えて入力軸回転角からモータ７に発生させる目標トルクを決定してもよい。また、ねじれ角のうち、ハンドル２からのトルクによってトーションバー４１が回転させられた分を入力軸回転角から判断してモータ７の制御量を決定し、且つ、タイヤからのトルクによってトーションバー４１が回転させられた分を出力軸回転角から判断してモータ７の制御量を決定し、２つの制御量の和を実際の制御量としてモータ７の回転を制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明が適用された電動パワーステアリング装置１の概略構成図である。
【図２】ＥＰＳＥＣＵ８が実行するモータ制御を示すフローチャートである。
【図３】従来制御車両、本発明制御車両、制御なし車両のトルク伝達特性をそれぞれ示すボード線図であって、（Ａ）はハンドルにトルクが入力された場合、（Ｂ）は路面からタイヤにトルクが入力された場合である。
【符号の説明】
【００４６】
１：電動パワーステアリング装置、      ２：ハンドル、      ３：ステアリング軸（入力軸）、      ４：トルクセンサ、      ４１：トーションバー、      ４２：入力軸回転角センサ、      ４３：出力軸回転角センサ、      ５：インターミディエイトシャフト（出力軸）、      ６：減速機構、      ６１：減速ギヤ、      ６２：ピニオンギヤ、      ７：モータ、      ８：ＥＰＳＥＣＵ（モータ制御装置）、      ９：ギヤ装置、      ９１：ピニオンギヤ、      ９２：ラック、      １０：ラック軸、      １１：転舵輪、      Ｓ１０，Ｓ２０：トルク入力方向判断手段、      Ｓ３０：操舵補助制御手段、      Ｓ４０：路面状況伝達手段
【図１】
2009057017.tif 000003
【図２】
2009057017.tif 000004
【図３】
2009057017.tif 000005