JP2014169061A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲温度が変化した場合であれ、舵角をより正確に算出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】ＥＣＵ２９は、回転角センサ２８の出力とＥＰＳギア比（ラック部１３ａとピニオンシャフト１１ａとのギア比と伝達機構２４の減速比）とからステアリングホイール２の舵角を算出する。ＥＣＵ２９は、温度センサ１５により検出されるラックシャフト１３の温度とメモリ２９aに記憶されたマップＭとに基づいて、温度変化による舵角誤差を打ち消すための補正量を算出し、この補正量を算出される舵角に加算することにより補正する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に関する。

従来、この種の電動パワーステアリング装置では、ラックシャフトとこれを収容するラックハウジングとの膨張率が異なることにより、周囲温度の変化に起因してラックシャフトがラックハウジングに対して軸長方向へ相対的に移動する。このため、検出されるステアリングシャフトの回転角は実際の回転角に対して、ステアリングシャフトの上記の熱変位量の分だけずれる。そこで、たとえば特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、操舵機構の周辺温度を温度センサにより検出し、この検出温度を舵角算出部に与える。舵角算出部は、軸角検出器の検出値と操舵角補助用のモータの回転角度を検出するモータ角検出器の検出値との組み合わせにより舵角を算出するに際し、軸角検出器のまたはモータ角検出器の検出値を温度センサの検出温度に基づいて補正し、補正された検出値を用いて舵角を算出する。

特開２０１０−３０４６９号公報

ところで、特許文献１の装置では、ラックシャフトの周辺の温度が変化したときの、軸角検出器またはモータ角検出器の検出値と実際の舵角とのずれ量を補正するが、この補正は、初期舵角の算出時に、ステアリングシャフトのターン数、すなわちステアリングシャフトの舵角中点を基準とする回転数（±１回転、±２回転など）を補正するものである。すなわち、ステアリングシャフトが１回転する中で軸角検出器またはモータ角検出器の検出値を補正するものではない。このため、軸角検出器またはモータ角検出器の検出値はいまだに誤差を含んでいる。従って、これら軸角検出器またはモータ角検出器の検出値に基づき算出される舵角も誤差を含んでいる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲温度が変化した場合であれ、舵角をより正確に算出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。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、ハウジングと、前記ハウジングに収容され、ステアリングシャフトの回転に伴い軸方向へ往復移動し、かつ前記ハウジングの材質と異なる材質からなるラックシャフトと、前記ハウジングに固定され、前記ラックシャフトにアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータの回転角度を検出する回転角センサと、前記電動モータの駆動を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ラックシャフトの温度または当該温度に依存する特性値を推定する推定部を備え、前記制御部は、前記回転角センサの出力からステアリングホイールの舵角を演算するとともに、前記推定部の推定結果に基づき、前記ラックシャフトの周辺温度の変化に起因して発生する前記演算される舵角または前記回転角センサの出力の誤差を打ち消すための補正量を求め、当該補正量を加味することにより前記演算された舵角または前記回転角センサの出力を補正する。

この構成によれば、制御部は、回転角センサの出力からステアリングホイールの舵角を演算するとともに、推定部の推定結果に基づき、ラックシャフトの周辺温度の変化に起因して発生する前記演算される舵角または回転角センサの出力の誤差を打ち消すための補正量を求め、当該補正量を加味することにより演算された舵角または前記回転角センサの出力を補正する。これにより、ラックシャフトの温度変化に起因するステアリングホイールの舵角のずれを補正することができる。従って、ラックシャフトの温度が変化したときでも、正確な舵角を求めることができる。

上記電動パワーステアリング装置について、前記推定部は、前記ラックシャフトの近傍に配した温度センサであって、前記制御部は、前記ラックシャフトの温度と、前記補正量との相関を示すマップが記憶された記憶部を備え、前記制御部は、前記温度センサの出力と、前記記憶部に記憶されたマップとに基づいて、その時々の温度に応じた前記補正量を求め、当該補正量を前記算出された舵角または前記回転角センサの出力に加算することにより前記算出された舵角または前記回転角センサの出力を補正することが好ましい。

この構成によれば、制御部は、温度センサの出力と、記憶部に記憶されたマップとに基づいて、その時々の温度に応じた補正量を求め、当該補正量を算出された舵角または回転角センサの出力に加算することにより算出された舵角または回転角センサの出力を補正する。これにより、ラックシャフトの温度変化に起因する舵角のずれを補正することができる。

本発明によれば、周囲温度が変化した場合であれ、舵角をより正確に算出することができる。

一実施形態におけるステアリング装置の構成を示す断面図。 同施形態において、算出された舵角と実際のハンドルの舵角との差と周囲温度との関係を示すグラフ。 同施形態における制御部に記憶されるマップであり、係数（周囲温度に応じて変化する舵角変化量）と温度との関係を示すマップ。 同実施形態において、制御部による舵角を補正した後の誤差と温度との関係を示すグラフ。

以下、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の一実施形態について説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は、ステアリングホイール２の回転に応じて車輪３の転舵角を変更する操舵機構１０と、ステアリングホイール２の操舵を補助するアシスト機構２０とを有する。

操舵機構１０は、ステアリングホイール２に連結されるステアリングシャフト１１と、同ステアリングシャフト１１が連結されるラックアンドピニオン機構１２とを備えている。ラックアンドピニオン機構１２は、車体の左右方向へ延びるハウジング２１に収容される。ラックアンドピニオン機構１２は、ステアリングシャフト１１のステアリングホイール２と反対側の端部に設けられたピニオンシャフト１１ａと車体の左右方向へ延びるラックシャフト１３（正確には、ラックシャフト１３の一部分に設けられたラック部１３ａ）と、を有する。ラックシャフト１３の両端には、それぞれ車輪３が連結されている。従って、ステアリングホイール２の回転は、ラックアンドピニオン機構１２によりラックシャフト１３の軸方向の直線運動に変換される。これにより、車輪３が転舵される。なお、ハウジング２１は、アルミニウム製、ラックシャフト１３は、鋼鉄である。

アシスト機構２０は、アシスト力を発生するブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する）２２と、モータ２２の駆動力をラックシャフト１３に伝達する伝達機構２４と、を有する。

モータ２２は、ハウジング２１に固定されている。モータ２２の出力軸２３は、ラックシャフト１３と平行をなしている。伝達機構２４は、ベルト減速機２４ａとボールネジ２４ｂとを有する。ボールネジ２４ｂは、ラックシャフト１３一部分に設けられたボールネジ部１３ｂと、当該ボールネジ部１３ｂに複数のボール（図示略）を介して螺合されたボールナット２６とを有する。ベルト減速機２４ａは、出力軸２３に連結されている駆動プーリ２５と、ボールナット２６に固定されている従動プーリ３０と、駆動プーリ２５の回転を従動プーリ３０に伝達するベルト２７とを有する。従って、モータ２２の回転力は駆動プーリ２５およびベルト２７を介して従動プーリ３０に伝達され、さらに、従動プーリ３０と一体回転するボールナット２６を介して、ラックシャフト１３の軸方向の直線運動に変換される。

次に、ＥＰＳ１の電気的な構成について説明する。
ＥＰＳ１は、トルクセンサ１４と、温度センサ１５と、回転角センサ２８と、ＥＣＵ２９とを備えている。トルクセンサ１４はステアリングシャフト１１に設けられている。トルクセンサ１４は、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト１１に付与される操舵トルクを検出する。温度センサ１５は、ハウジング２１の内部おけるラックシャフト１３の近傍に設けられている。回転角センサ２８は、モータ２２に設けられて、その回転角度を検出する。

ＥＣＵ２９は、回転角センサ２８からの検出結果と、ＥＰＳギア比（ラック部１３ａとピニオンシャフト１１ａとのギア比と伝達機構２４の減速比）とにより、ステアリングホイール２の舵角を算出する。

ところで、鋼鉄からなるラックシャフト１３とアルミニウムからなるハウジング２１との膨張率が異なる。このため、ラックシャフト１３の温度変化したとき、次のような問題が生じる。すなわち、ハウジング２１に固定されているモータ２２の回転角センサ２８の出力に基づいて算出された舵角とハウジング２１の内部に支持されているラックシャフト１３にラックアンドピニオン機構１２を介して連結されたステアリングホイール２の舵角（実際の舵角）との間に誤差が生じる。

そこで、ＥＣＵ２９は、舵角を算出するに際し、ラックシャフト１３の熱変位に起因して発生する誤差を補正する。ＥＣＵ２９のメモリ２９ａには、ラックシャフト１３の温度変化に起因する舵角変化量を補正するためのマップＭが予め記憶されている。

ＥＣＵ２９は、補正後の舵角およびトルクセンサ１４の検出結果などに基づいて、モータ２２へ供給する電流量（電流指令値）を決定する。この電流指令値に応じた電流がモータ２２へ供給されることにより、モータ２２はその時々で適したアシストトルクを発生する。

なお、温度センサ１５は、「推定部」に、メモリ２９ａは、「記憶部」に相当する。
次に、ＥＣＵ２９による舵角を補正するための処理について説明する。
ＥＣＵ２９は、回転角センサ２８の出力（モータ回転角）とラック部１３ａのギア比（ＥＰＳギア比）とに基づいて、ステアリングホイール２の舵角を算出する。具体的には、下記の式１により舵角を算出する。

舵角＝モータ回転角／ＥＰＳギア比…（式１）
誤差（正確には、算出された舵角と実際の舵角との差）と、ラックシャフト１３の温度と間には、次のような相関がある。たとえば、図２のグラフに示すように、常温（基準温度）のときの誤差を０としたとき、ラックシャフト１３の温度が上昇するにつれて、誤差は増大する。温度が低下したときも同様である。

そこで、ラックシャフト１３の温度の変化による舵角誤差を無くすために、ＥＣＵ２９は、誤差を打ち消すように、算出された舵角を、マップＭを使用して補正する。図３に示すように、マップＭは、ラックシャフト１３の温度と、補正量との相関を示している。補正量は、温度に応じて生じる誤差を無くすために必要とされる舵角を予め算出したものである。次に、式２で示されるように、ＥＣＵ２９は、温度センサ１５の検出結果に応じた補正量をマップＭから求め、この補正量を上記の式１により算出された舵角に加算することにより補正する。

舵角＝（モータ回転角／ＥＰＳギア比）＋補正量…（式２）
このように、ＥＣＵ２９は、ラックシャフト１３の温度の応じて生じる舵角の変化量（補正量）を用いて算出された舵角を補正することで、正確な舵角を求めることができる。すなわち、図４に示されるように、ラックシャフト１３の温度が変化しても、誤差（舵角のずれ量）を０にすることで、算出された舵角の精度を確保することができる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ＥＣＵ２９は、回転角センサ２８の出力と、ＥＰＳギア比とからステアリングホイール２の舵角を算出する。続いて、ＥＣＵ２９は、温度センサ１５により検出されるラックシャフト１３の温度（正確には、その周囲の温度）とメモリ２９aに記憶されたマップＭとに基づいて、算出されたステアリングホイール２の舵角を補正する。これにより、ラックシャフト１３の温度変化に起因するステアリングホイール２の舵角、すなわちＥＣＵ２９により算出される舵角と実際の舵角との間のずれを補正することができる。

（２）温度センサ１５の検出結果に基づいて、算出されるステアリングホイール２の舵角そのものを補正する。このため、初期舵角の算出時において、ステアリングシャフトのターン数（回転数）を補正するだけである従来の電動パワーステアリング装置に比べて、より正確に舵角を求めることができる。

（３）ＥＣＵ２９は、舵角の演算を行う毎に、算出される舵角を補正する。これにより、たとえば渋滞のときの低速走行しているときや、走行から停車した直後に再度走行を開始したとき等、温度変化が生じし易い車両の状態に関わらず、正確な舵角を求めることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・ＥＣＵ２９による補正は、算出される舵角ではなく、回転角センサ２８の出力にしてもよい。この場合、モータ回転角を補正する点のみ異なり、補正方法等は、本例と同様なので説明は省略する。舵角を算出する元となる回転角センサ２８の出力を補正することにより、本例の（１）〜（３）と同様の効果が得られる。

・本例での温度センサ１５に代えて、たとえば回転角センサ２８に内蔵された温度センサ、トルクセンサ１４に使用しているホールＩＣに内蔵された温度センサを使用してもよい。これにより、本例の（１）〜（３）と同様の効果が得られる。また、既存のセンサに内蔵されている温度センサを使用することで、新たな温度センサを設ける必要がないため、ステアリング装置のコスト削減および構成の簡略化を図ることができる。

・温度センサだけではなく、たとえばモータ２２のコイルの抵抗値から温度を推定してもよい。この場合、コイルの抵抗値が温度の変化に正比例して増大する特性を利用して、温度を推定する。すなわち、ラックシャフト１３の近傍に存在するモータ２２のコイルの抵抗値からラックシャフト１３の温度を推定する。そして、この推定したラックシャフト１３の温度に基づいて、本例と同様な舵角補正を行う。なお、コイルの抵抗値は、「特性値」に相当する。これにより、本例の（１）〜（３）と同様の効果が得られる。

１…ステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリングホイール、３…車輪、１０…操舵機構、１１…ステアリングシャフト、１１ａ…ピニオンシャフト、１２…ラックアンドピニオン機構、１３…ラックシャフト、１３ａ…ラック部、１３ｂ…ボールネジ部、１４…トルクセンサ、１５…温度センサ、２０…アシスト機構、２１…ハウジング、２２…アシストモーター、２３…出力軸、２４…伝達機構、２４a…ベルト減速機、２４ｂ…ボールネジ、２５…駆動プーリ、２６…ボールナット、２７…ベルト、２８…回転角センサ、２９…ＥＣＵ、２９a…メモリ、３０…従動プーリ。

Claims (2)

1. ハウジングと、前記ハウジングに収容され、ステアリングシャフトの回転に伴い軸方向へ往復移動し、かつ前記ハウジングの材質と異なる材質からなるラックシャフトと、前記ハウジングに固定され、前記ラックシャフトにアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータの回転角度を検出する回転角センサと、前記電動モータの駆動を制御する制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記ラックシャフトの温度または当該温度に依存する特性値を推定する推定部を備え、
   前記制御部は、前記回転角センサの出力からステアリングホイールの舵角を演算するとともに、前記推定部の推定結果に基づき、前記ラックシャフトの周辺温度の変化に起因して発生する前記演算される舵角または前記回転角センサの出力の誤差を打ち消すための補正量を求め、当該補正量を加味することにより前記演算された舵角または前記回転角センサの出力を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記推定部は、前記ラックシャフトの近傍に配した温度センサであって、
   前記制御部は、前記ラックシャフトの温度と、前記補正量との相関を示すマップが記憶された記憶部を備え、
   前記制御部は、前記温度センサの出力と、前記記憶部に記憶されたマップとに基づいて、その時々の温度に応じた前記補正量を求め、当該補正量を前記算出された舵角または前記回転角センサの出力に加算することにより前記算出された舵角または前記回転角センサの出力を補正する電動パワーステアリング装置。