(57)【要約】【課題】ＰＷＭ信号のデューティ比を制限することにより、運転者に与える違和感を低減しつつ、舵取機構への負荷を低減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】ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクに応じて目標補助力を定め、定めた目標補助力を発生させるべく決定されたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するアシスト制御部６と、アシスト制御部６により生成されたＰＷＭ信号に応じて操舵補助用のモータ５を駆動するモータ駆動回路７とを備える電動パワーステアリング装置において、バッテリセンサ９により検出されたバッテリ電圧値に応じて定めた上限値により操舵トルクに応じて決定されるＰＷＭ信号のデューティ比を制限している。上限値はバッテリ電圧値の増加に伴い減少するように設定してあるから、ラック軸１０の移動速度は過大にはならず、舵取機構１への負荷を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて目標補助力を定め、定めた目標補助力を発生させるべく決定されたデューティ比のパルス幅変調信号を生成する制御手段と、該制御手段により生成されたパルス幅変調信号に応じて操舵補助用のモータを駆動するモータ駆動回路とを備える電動パワーステアリング装置において、前記モータ駆動回路に供給される電圧を検出する電圧検出器を備え、前記制御手段は、前記電圧検出器により検出された電圧に応じた上限値により前記デューティ比を制限するように構成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】
前記制御手段は、前記電圧検出器により検出された電圧の高／低に応じて、前記上限値を小／大にするように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記電圧検出器は、車載バッテリの正極及び負極間に介装され、前記車載バッテリの出力電圧を検出するように構成してある請求項１又は請求項２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、操舵部材の操作に応じてモータを駆動し、該モータが発生する回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出された操舵トルクに基づいて目標補助力を求め、求めた目標補助力を発生させるべく操舵補助用のモータを駆動制御する構成となっている。
【０００３】
操舵補助用のモータを駆動制御するアシスト制御部は、前述の如く目標補助力を定め、モータの駆動電流の目標値を設定して、この目標値を得るべく決定したデューティ比のパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号という）を生成し、このＰＷＭ信号をモータ駆動回路に与えるように構成されている。モータ駆動回路は、複数の電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を備えており、前記ＰＷＭ信号に応じてこれらのＦＥＴを開閉して、モータの駆動電流の大きさを制御することにより、該モータが発生する回転力を制御するように構成されている。
【０００４】
このモータ駆動回路の電源として、一般に、車載バッテリを用いている。この車載バッテリの電圧は、経年劣化及び車両の運転状態に応じて変動し、例えば、標準電圧が１２Ｖの車載バッテリの場合、９Ｖ程度まで電圧が低下することがある。電動パワーステアリング装置を含む車載機器は、９〜１２Ｖの変動幅にて所定の性能を確保することができるように設計がなされている。
【０００５】
ところが車載バッテリは経年劣化に伴い交換される。車載バッテリの交換前の電圧は一般的に低下しているが、交換直後の新しい車載バッテリの電圧は１６Ｖ程度ある。従って、車載バッテリを交換した場合、交換前後の電圧差が大きいことから、電動パワーステアリング装置の場合、この電圧の変動に応じてモータ駆動回路に供給される電圧が変化したときに、同一のＰＷＭ信号に応じて駆動されるモータが発生する回転力は大きく異なり、舵取機構に加えられる操舵補助力の差が著しくなるから、運転者に違和感を与えるという問題があった。
【０００６】
また、ステアリング装置においては、操舵部材の操作により実現し得る最大操舵角度が予め定められており、この最大操舵角度に相当する位置（以下、ロック位置という）を超える操舵部材の操作を機械的に制限するためのロック手段が一般的に設けてある。このロック手段は、例えば、操舵部材の回転に応じたピニオン軸の回転をラック軸の軸長方向の移動に変換して舵取りを行わせるラックピニオン式の舵取機構においては、ラック軸を移動自在に支持するラックハウジングにストッパ部を設け、前記ロック位置に対応する移動位置に達したラック軸の一部をストッパ部に当接させて、前記ラック軸の移動を機械的に拘束するように構成されている。
【０００７】
例えば、車載バッテリを交換した直後においては、モータ駆動回路に供給される電圧が高電圧になり、モータの発生力が大きくなるから、ラック軸の移動速度が過大となり、この過大な移動速度にてラック軸がストッパ部に当たることとなり、ストッパ部及びラック軸が劣化又は損傷する虞があった。
【０００８】
車載バッテリの電圧の変動に起因する問題に着目した電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置においては、イグニッションスイッチがオン状態となったときに、車載バッテリの電圧の高低に応じて増減するようにＰＷＭゲイン（＝モータ印加電圧／デューティ比）を定め、定めたＰＷＭゲインに応じて電流フィードバック制御系のＰＩＤ制御における比例ゲインを変更することにより、ＰＷＭゲインと比例ゲインとの積が一定になるようにして、電流フィードバック制御系全体のゲインが一定となるようにしてある。
【特許文献１】特開平８−１０７６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように構成された特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、電流フィードバック制御系全体のゲインが一定となるため、車載バッテリの電圧が大きく変動したときにも、操舵トルクに応じて決定されたモータの駆動電流の目標値が同一であるときは、操舵補助用のモータの発生する回転力は等しくなる。この結果、車載バッテリを交換した直後等、車載バッテリの電圧が大きく変動したときに、操舵補助力の大きさの変動による違和感を運転者に与えずにすむと共に、ラック軸の移動速度が過大になることはなく、前述したようなストッパ部及びラック軸の劣化又は損傷を低減することができる。
【００１０】
ところが、特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、ＰＷＭゲインの変更に応じてＰＩＤ制御の比例ゲインを併せて変更しているため、操舵トルクを加えてからモータの駆動電流が前記操舵トルクに応じて決定された目標値に到達するまでの応答性、即ち操舵応答性が車載バッテリの電圧の変動に応じて変化し、特に、車載バッテリの電圧差が著しくなる車載バッテリの交換の前後において、この操舵応答性の変化が著しいため、運転者に違和感を与える虞がある。また、イグニッションスイッチがオン状態となったときにゲイン設定をしており、車載バッテリの電圧が走行中に変動した場合に、操舵補助力が変動するから、運転者に違和感を与える虞がある。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、車載バッテリの電圧に応じて定めた上限値によりパルス幅変調信号のデューティ比を制限することにより、舵取機構に加えられる操舵補助力を制限して、運転者に与える違和感を低減しつつ、舵取機構への負荷を低減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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて目標補助力を定め、定めた目標補助力を発生させるべく決定されたデューティ比のパルス幅変調信号を生成する制御手段と、該制御手段により生成されたパルス幅変調信号に応じて操舵補助用のモータを駆動するモータ駆動回路とを備える電動パワーステアリング装置において、前記モータ駆動回路に供給される電圧を検出する電圧検出器を備え、前記制御手段は、前記電圧検出器により検出された電圧に応じた上限値により前記デューティ比を制限するように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明において、前記制御手段が、前記電圧検出器により検出された電圧の高／低に応じて、前記上限値を小／大にするように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明又は第２発明において、前記電圧検出器が、車載バッテリの正極及び負極間に介装され、前記車載バッテリの出力電圧を検出するように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、操舵補助用のモータを駆動するモータ駆動回路に供給される電圧の検出結果に基づいて上限値を定め、操舵トルクに応じて決定されたパルス幅変調信号のデューティ比を前記上限値以下になるように制限しており、例えば、車載バッテリの電圧が高電圧のときに前記デューティ比が所定値以下になるように制限して、舵取機構に加えられる操舵補助力を制限することにより、舵取機構への負荷を低減することができる。パルス幅変調信号のデューティ比が上限値よりも大きくなったときに該デューティ比を制限しているのみであるから、操舵応答性は変化せず、これに起因する違和感を運転者に与えずにすむ。
【００１６】
第２発明によれば、検出された電圧の高／低に応じてパルス幅変調信号のデューティ比の上限値を小／大にしており、デューティ比の上限値が電圧に応じて連続的に変化するように設定することにより、車両の運転状態に応じて車載バッテリの電圧が走行中に変動した場合に、運転者に違和感を与えないようにすることができる。
【００１７】
第３発明によれば、電圧検出器を車載バッテリの正極及び負極間に介装しているから、車載バッテリとモータ駆動回路とを接続するハーネスの影響を受けず、デューティ比の制限を適切に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、ラックピニオン式の舵取機構を備える本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【００１９】
ラックピニオン式の舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１０と、ラックハウジング１１の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。
【００２０】
ラックハウジング１１の両側から外部に突出するラック軸１０の両端は、各別のタイロッド１２，１２を介して操舵用車輪としての左右の前輪１３，１３に連結されている。またピニオンハウジング２０から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。ピニオンハウジング２０の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが一体形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング１１との交叉部において、ラック軸１０の中途に適長に亘って形成されたラックに噛合させてある。
【００２１】
ステアリング軸３は、筒形をなすハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該ハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてある。ピニオン軸２は、ハウジング３１の下方に突出するステアリング軸３の下端に連結され、ステアリングホイール３０は、ハウジング３１の上方に突出するステアリング軸３の上端に固設されている。
【００２２】
以上の構成により、操舵のためのステアリングホイール３０の回転操作によりステアリング軸３が回転し、この回転がピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラックとの噛合部においてラック軸１０の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１０の移動が、左右の前輪１３，１３に各別のタイロッド１２，１２を介して伝えられて舵取りがなされる。
【００２３】
ステアリング軸３を支持するハウジング３１の中途には、ステアリングホイール３０の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてある。該トルクセンサ４よりも下位置には、操舵補助用のモータ５が取付けてある。
【００２４】
操舵補助用のモータ５は、コラムハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ５の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように構成し、前述の如く行われる舵取りを補助している。
【００２５】
このように取付けられた操舵補助用のモータ５は、アシスト制御部６からモータ駆動回路７を介して与えられる制御指令に従って駆動される。図２は、図１に示す本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図である。トルクセンサ４により検出された操舵トルク値Ｔ及び車速センサ８により検出された車速値Ｖがアシスト制御部６に夫々与えられている。尚、図２には、アシスト制御部６を機能ブロックにより表しているが、アシスト制御部６は、内部バスにより接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により以下のアシスト制御を実施するＥＣＵとして構成されている。
【００２６】
操舵トルク値Ｔは、アシスト制御部６の位相補償部６１に与えられる。位相補償部６１は、制御系を安定化させるために、例えば、トルクセンサ４により与えられた操舵トルク値Ｔに対して位相を進める等の位相補償処理を行うものであり、位相補償処理を行った操舵トルク値Ｔを目標駆動電流演算部６２に与える。
【００２７】
また、車速値Ｖは、目標駆動電流演算部６２に与えられる。目標駆動電流演算部６２は、操舵トルク値Ｔと目標駆動電流値Ｉとの関係を示すアシスト制御マップを有しており、与えられた操舵トルク値Ｔ及び車速値Ｖをこのアシスト制御マップに適用して目標駆動電流値Ｉを求め、求めた目標駆動電流値Ｉを減算器６３に与える。アシスト制御マップは、図示するように、操舵トルク値Ｔが所定の不感帯の領域を超えると、操舵トルク値Ｔの増加に応じて目標駆動電流値Ｉが比例的に増加し、操舵トルク値Ｔが所定値以上の領域においては目標駆動電流値Ｉが一定値となるように設定されている。このアシスト制御マップは、車速値Ｖ毎に決められており、車速値Ｖの変化に応じて目標駆動電流値Ｉの増加率が変化するように設定されている。
【００２８】
減算器６３には、操舵補助用のモータ５に流れる電流を検出するモータ電流センサ５０が出力したモータ電流検出値Ｉs も与えられている。減算器６３は、目標駆動電流演算部６２の出力値である目標駆動電流値Ｉとモータ電流検出値Ｉs との偏差を求め、この偏差をＰＷＭ信号生成部６４に与える。ＰＷＭ信号生成部６４は、与えられた偏差に対してＰＩ演算を行い、この演算結果に基づいてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をＰＷＭ制限部６５に与える。
【００２９】
ＰＷＭ制限部６５には、車載バッテリ９０に設けられたバッテリセンサ９が検出したバッテリ電圧値Ｖb も与えられている。本実施の形態においては、車載バッテリ９０に設けられたバッテリセンサ９をモータ駆動回路７に供給される電圧を検出する電圧検出器として兼用している。なお、バッテリセンサ９は、車載バッテリ９０の負極に直接配置することができ、車載バッテリ９０の電圧、電流及び温度を高精度に検出し、これらの検出値を用いて車載バッテリ９０の充電状態と劣化状態とを監視することが可能に構成されている。
【００３０】
ＰＷＭ制限部６５は、ＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax とバッテリ電圧値Ｖb との関係を示すＰＷＭ制限マップを有している。図３は、ＰＷＭ制限マップの一例である。
【００３１】
図３の横軸はバッテリ電圧値Ｖb （Ｖ）を、縦軸はＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax （％）を夫々示している。図示するように、デューティ比の上限値Ｄmax は、バッテリ電圧値Ｖb が基準電圧値（図においては１２Ｖ）以下の領域においては基準値（図においては９５％）であり、バッテリ電圧値Ｖb が基準電圧値以上の領域においては、バッテリ電圧値Ｖb の増加に伴い比例的に減少して、バッテリ電圧値Ｖb の最大値（図においては１６Ｖ）において、デューティ比の上限値Ｄmax が所定値（図においては８５％）になるように設定してある。
【００３２】
ＰＷＭ制限部６５は、バッテリセンサ９により与えられたバッテリ電圧値Ｖb をＰＷＭ制限マップに適用してデューティ比の上限値Ｄmax を求め、ＰＷＭ信号生成部６４により与えられたＰＷＭ信号のデューティ比Ｄが前記上限値Ｄmax よりも大きいときは、該上限値Ｄmax のデューティ比のＰＷＭ信号をモータ駆動回路７に与える。一方、ＰＷＭ信号生成部６４により与えられたＰＷＭ信号のデューティ比Ｄが前記上限値Ｄmax よりも小さいときは、ＰＷＭ信号生成部６４により与えられたＰＷＭ信号をそのままモータ駆動回路７に与える。
【００３３】
モータ駆動回路７は、ＰＷＭ制限部６５により与えられたＰＷＭ信号に応じてＦＥＴを開閉して、操舵補助用のモータ５を駆動する。尚、アシスト制御部６及び操舵補助用のモータ５の電源は、車載バッテリ９０から与えられている。
【００３４】
図４は、アシスト制御部６のアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。アシスト制御部６は、トルクセンサ４により検出される操舵トルク値Ｔ、車速センサ８により検出される車速値Ｖ及びバッテリセンサ９により検出されるバッテリ電圧値Ｖb とを所定のサンプリング周期にて夫々取り込む（ステップＳ１，２，３）。
【００３５】
アシスト制御部６は、ステップＳ１において取り込まれた操舵トルク値Ｔを用いて位相補償処理を行う（ステップＳ４）。前述したように位相補償処理は位相補償部６１においてなされる。
【００３６】
次に、ステップＳ４において位相補償処理を行った操舵トルク値Ｔに対する目標駆動電流値Ｉを決定する（ステップＳ５）。前述したように目標駆動電流値Ｉの演算は、目標駆動電流演算部６２においてアシスト制御マップを用いてなされる。操舵補助用のモータ５の駆動電流値を目標駆動電流値Ｉに一致させると、ステアリングホイール３０に加わる操舵トルクに応じた操舵補助力が発生することになる。
【００３７】
次に、アシスト制御部６は、ステップＳ５において決定した目標駆動電流値Ｉと操舵補助用のモータ５に流れる電流の検出値であるモータ電流検出値Ｉs との偏差を求め（ステップＳ６）、求めた偏差に対してＰＩ演算を行って、この演算結果に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを決定する（ステップＳ７）。前述したように目標駆動電流値Ｉとモータ電流検出値Ｉs との偏差の算出は、減算器６３においてなされ、ＰＩ演算及びＰＷＭ信号のデューティ比Ｄの決定は、ＰＷＭ信号生成部６４においてなされる。
【００３８】
次に、ステップＳ７において決定したデューティ比Ｄが、図３に示す如く予め定められたＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax より大であるか否かを判定する（ステップＳ８）。デューティ比Ｄが上限値Ｄmax よりも大の場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、この上限値Ｄmax をＰＷＭ信号のデューティ比Ｄとする（ステップＳ９）。一方、デューティ比Ｄが上限値Ｄmax 以下の場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ７において決定したデューティ比Ｄをそのまま用いる。これらステップＳ８及びＳ９において行われたデューティ比Ｄの制限は、ＰＷＭ制限部６５においてＰＷＭ制限マップを用いてなされる。
【００３９】
アシスト制御部６は、以上のように得られたデューティ比ＤのＰＷＭ信号を生成し（ステップＳ１０）、生成したＰＷＭ信号をモータ駆動回路７に与える（ステップＳ１１）。モータ駆動回路７は、アシスト制御部６により与えられたＰＷＭ信号に基づいてＦＥＴの開閉動作をなすことによりモータ５を駆動する。
【００４０】
以上のように構成された本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータ５を駆動するモータ駆動回路７に供給される車載バッテリ９０のバッテリ電圧値Ｖb を検出して、検出されたバッテリ電圧値Ｖb に応じてＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax を定め、定めた上限値Ｄmax により操舵トルクに応じて決定されるＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを制限している。図３に示すように、上限値Ｄmax はバッテリ電圧値Ｖb が基準電圧値以上の領域においてバッテリ電圧値Ｖb の増加に伴い減少するように設定してあるから、例えば、車載バッテリ９０の交換の直後において、車載バッテリ９０が高電圧である状態にて操舵がなされたとき、ラック軸１０の移動速度が過大になることはなく、ラックハウジング１１に設けられたストッパ部及びラック軸１０への負荷を低減することができる。本発明においては、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄを制限しているのみであるから、操舵応答性は変化せず、これに起因する違和感を運転者に与えずにすむ。
【００４１】
また、ＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax がバッテリ電圧値Ｖb の高／低に応じて小／大に比例的に変化するようにＰＷＭ制限マップを設定しており、車両の運転状態に伴う負荷の変化に応じて車載バッテリ９０の電圧が走行中に変動した場合に、運転者に違和感を与えずにすむ。
【００４２】
更に、モータ駆動回路７に供給される電圧として車載バッテリ９０の電圧を直接検出しており、車載バッテリ９０とモータ駆動回路７とを接続するハーネスの影響を受けないから、デューティ比の制限を適切に実施することができる。また、車載バッテリ９０に設けられたバッテリセンサ９をモータ駆動回路７に供給される電圧を検出する電圧検出器として兼用しているから、新たに電圧検出器を設ける必要がない。
【００４３】
なお、以上の実施の形態においては、図３に示すように、ＰＷＭ信号のデューティ比の上限値Ｄmax とバッテリ電圧値Ｖb との関係を示すＰＷＭ制限マップを用いてＰＷＭ信号のデューティ比Ｄの上限値Ｄmax を求めているが、これに限定されず、デューティ比の上限値Ｄmax をバッテリ電圧値Ｖb を変数とする関数により表し、この関数によりデューティ比の上限値Ｄmax を求めてもよい。目標駆動電流値Ｉについても同様に、マップではなく関数により求めるよう構成してもよい。
【００４４】
また、以上の実施の形態においては、アシスト制御部６のＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により、図４に示すステップＳ７乃至Ｓ１０の手順に従ってＰＷＭ信号を生成するように構成してあるが、これに限定されず、ステップＳ７乃至Ｓ１０の手順を実施する専用回路を設け、該専用回路によりＰＷＭ信号を生成するように構成してもよい。
【００４５】
また、以上の実施の形態においては、車載バッテリ９０に設けられたバッテリセンサ９がモータ駆動回路７に供給される電圧を検出する電圧検出器を兼ねているが、これに限定されず、車載バッテリ９０とモータ駆動回路７との間に電圧検出器を設けてもよい。
【００４６】
更に、本発明は、その他、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ＰＷＭ制限マップの一例である。
【図４】アシスト制御部のアシスト制御の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  舵取機構、４  トルクセンサ、５  操舵補助用のモータ、６  アシスト制御部（制御手段）、７  モータ駆動回路、９  バッテリセンサ（電圧検出器）、３０  ステアリングホイール（操舵部材）、９０  車載バッテリ
【図１】
2009166633.tif 000003
【図２】
2009166633.tif 000004
【図３】
2009166633.tif 000005
【図４】
2009166633.tif 000006