JP2002120740A - パワーステアリング装置 - Google Patents

パワーステアリング装置

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JP2002120740A
JP2002120740A JP2000310932A JP2000310932A JP2002120740A JP 2002120740 A JP2002120740 A JP 2002120740A JP 2000310932 A JP2000310932 A JP 2000310932A JP 2000310932 A JP2000310932 A JP 2000310932A JP 2002120740 A JP2002120740 A JP 2002120740A
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steering
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speed
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Satoyasu Yamazaki
学泰 山崎
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】操舵フィーリングの調整の自由度を大きくする
ことができ、リニアな操舵フィーリングを実現できるパ
ワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵補助力を発生するオイルポンプを駆動
する電動モータのモータ回転速度は、車速および舵角速
度に応じて定められる(S5,S6,S7)。モータ電
流が、舵角速度に応じて定められた電流しきい値を超え
ているときには(S9)、モータ回転速度が減少補正さ
れる。 【効果】舵角速度と電流しきい値との関係を適切に設定
することで、操舵フィーリングをチューニングできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータにより
駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に
操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ステアリング機構に結合されたパワーシ
リンダにオイルポンプからの作動油を供給することによ
って、ステアリングホイールの操作を補助するパワース
テアリング装置が知られている。オイルポンプは、たと
えば、直流モータからなる電動モータによって駆動さ
れ、その回転速度に応じた操舵補助力がパワーシリンダ
から発生される。
【0003】ステアリング軸には、ステアリングホイー
ルに加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じて
ねじれを生じるトーションバーと、トーションバーのね
じれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制
御弁とが組み込まれている。この油圧制御弁は、オイル
ポンプとパワーシリンダとの間の油圧系統に介装されて
いて、操舵トルクに応じた操舵補助力をパワーシリンダ
から発生させる。電動モータの駆動制御は、たとえば、
ステアリングホイールの舵角速度に基づいて行われる。
すなわち、ステアリングホイールに関連して設けられた
舵角センサの出力に基づいて舵角速度が求められ、この
舵角速度に基づいて電動モータの目標回転速度が設定さ
れる。この目標回転速度が達成されるように、電動モー
タに電圧が供給される。さらに具体的には、舵角速度が
小さい場合には、ステアリングホイールの操作がわずか
であるから、電動モータは、最小回転速度であるスタン
バイ回転速度に減速される。一方、舵角速度が大きけれ
ば、ステアリングホイールが大きく操作されていると見
なされ、そのときの舵角速度に応じて電動モータが駆動
され、操舵補助力が発生される。
【0004】電動モータがスタンバイ回転速度で回転し
ているときの電動ポンプの流量であるスタンバイ流量
は、車速に応じて変動させられるようになっている。こ
れにより、低速時と高速時とで操舵補助力の立ち上がり
特性を異ならせ、操舵フィーリングを向上するととも
に、省エネルギー性と操舵補助力の応答性との両立が図
られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スタンバイ流
量は、油圧制御弁の特性に依存するので、実車走行によ
って操舵フィーリングをチューニングするときの自由度
が小さい。また、油圧制御弁の特性によっては、リニア
な操舵フィーリングを実現することが困難な場合があ
り、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに対
して、操舵補助力をリニアに変化させることができない
ことがある。
【0006】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、操舵フィーリングの調整の自由度を大き
くすることができるパワーステアリング装置を提供する
ことである。また、この発明の他の目的は、リニアな操
舵フィーリングを実現できるパワーステアリング装置を
提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モー
タ(27)により駆動されるポンプ(26)の発生油圧
によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装
置であって、上記電動モータの駆動目標値を設定する目
標値設定手段(30,S7)と、操作部材(2)の操作
による操舵速度を検出する操舵速度検出手段(11,3
0,S1)と、電動モータに流れるモータ電流を検出す
るための電流検出手段(12)と、上記操舵速度検出手
段によって検出される操舵速度に応じた電流しきい値を
設定する電流しきい値設定手段(30,S8)と、上記
電流検出手段によって検出されるモータ電流と上記電流
しきい値設定手段によって設定される電流しきい値とを
比較し、その比較結果に応じて上記目標値設定手段によ
って設定された目標値を補正する目標値補正手段(3
0,S9,S11)とを含むことを特徴とするパワース
テアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述す
る実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この
項において同じ。
【0008】上記の構成によれば、操舵速度に応じて定
められる電流しきい値とモータ電流との比較結果に基づ
いて電動モータの駆動目標値が補正されるから、電流し
きい値と操舵速度との関係を調整することによって、操
舵フィーリングを調整できる。これにより、操舵フィー
リングの調整の自由度を増大することができる。また、
電流しきい値とモータ電流との比較結果に基づいて駆動
目標値が補正されることにより、リニアな操舵フィーリ
ングを実現できる。
【0009】なお、上記目標値補正手段は、モータ電流
が電流しきい値を超えているときに駆動目標値を減少補
正する(操舵補助力が減少するように補正する)もの
(S11)であることが好ましい。これにより、操舵ト
ルクが大きく、電動モータの負荷の増大に伴ってその電
流値が増大している状況では、操舵補助力を減少させる
ことができる。その結果、リニアな操舵フィーリングを
実現できる。また、上記目標値設定手段は、操舵速度に
応じて駆動目標値を定めるもの(S7)であることが好
ましい。さらには、目標値設定手段は、車速に応じて駆
動目標値を定めるもの(S5,S6)であることが好ま
しい。たとえば、目標値設定手段は、操舵速度に対して
単調に増加するように電動モータの目標回転速度を定め
るものであってもよい。この場合に、車速に応じて操舵
速度に対する目標回転速度の傾きを定めることが好まし
い(S6)。さらには、車速に応じて、上記単調増加範
囲における目標回転速度の最小値(最小回転速度:スタ
ンバイ回転速度)が定められることが好ましい(S
5)。
【0010】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的
な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装
置は、車両のステアリング機構1に関連して設けられ、
このステアリング機構1に操舵補助力を与えるためのも
のである。
【0011】ステアリング機構1は、ドライバによって
操作されるステアリングホイール2と、このステアリン
グホイール2に連結されたステアリング軸3と、ステア
リング軸3の先端に設けられたピニオンギア4と、ピニ
オンギア4に噛合するラックギア部5aを有し、車両の
左右方向に延びたラック軸5とを備えている。ラック軸
5の両端にはタイロッド6がそれぞれ結合されており、
このタイロッド6は、それぞれ、操舵輪としての前左右
輪FL,FRを支持するナックルアーム7に結合されて
いる。ナックルアーム7は、キングピン8まわりに回動
可能に設けられている。
【0012】この構成により、ステアリングホイール2
が操作されてステアリング軸3が回転されると、この回
転がピニオンギア4およびラック軸5によって車両の左
右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、
ナックルアーム7のキングピン8まわりの回動に変換さ
れ、これによって、前左右輪FL,FRの転舵が達成さ
れる。ステアリング軸3には、ステアリングホイール2
に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてね
じれを生じるトーションバー9と、トーションバー9の
ねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧
制御弁23とが組み込まれている。油圧制御弁23は、
ステアリング機構1に操舵補助力を与えるパワーシリン
ダ20に接続されている。パワーシリンダ20は、ラッ
ク軸5に一体的に設けられたピストン21と、ピストン
21によって区画された一対のシリンダ室20a,20
bとを有しており、シリンダ室20a,20bは、それ
ぞれ、オイル供給/帰還路22a,22bを介して、油
圧制御弁23に接続されている。
【0013】油圧制御弁23は、さらに、リザーバタン
ク25およびオイルポンプ26を通るオイル循環路24
の途中部に介装されている。オイルポンプ26は、電動
式のモータ27によって駆動され、リザーバタンク25
に貯留されている作動油を汲み出して油圧制御弁23に
供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁23からオイ
ル循環路24を介してリザーバタンク25に帰還され
る。油圧制御弁23は、トーションバー9に一方方向の
ねじれが加わった場合には、オイル供給/帰還路22
a,22bのうちの一方を介してパワーシリンダ20の
シリンダ室20a,20bのうちの一方に作動油を供給
する。また、トーションバー9に他方方向のねじれが加
えられた場合には、オイル供給/帰還路22a,22b
のうちの他方を介してシリンダ室20a,20bのうち
の他方に作動油を供給する。トーションバー9にねじれ
がほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁23
は、いわば平衡状態となり、作動油はパワーシリンダ2
0に供給されることなく、オイル循環路24を循環す
る。
【0014】パワーシリンダ20のいずれかのシリンダ
室に作動油が供給されると、ピストン21が車幅方向に
沿って移動する。これにより、ラック軸5に操舵補助力
が作用することになる。油圧制御弁23に関連する構成
例は、たとえば、特開昭59−118577号公報に詳
しく開示されている。電動モータ27は、たとえば直流
モータからなり、駆動回路28を介して、電子制御ユニ
ット30によって制御される。駆動回路28は、たとえ
ば、パワートランジスタのブリッジ回路からなり、電源
としての車載バッテリ40からの電力を、電子制御ユニ
ット30から与えられる制御信号に応じて電動モータ2
7に供給する。
【0015】電子制御ユニット30は、車載バッテリ4
0からの電力供給を受けて動作するマイクロコンピュー
タを含み、このマイクロコンピュータは、CPU31
と、CPU31のワークエリアなどを提供するRAM3
2と、CPU31の動作プログラムおよび制御用のデー
タ等を記憶したROM33と、CPU31、RAM32
およびROM33を相互接続するバス34とを備えてい
る。電子制御ユニット30には、舵角センサ11から出
力される舵角データが与えられるようになっている。舵
角センサ11は、ステアリングホイール2に関連して設
けられており、イグニッションキースイッチが導通され
てエンジンが始動したときのステアリングホイール2の
舵角を初期値「0」として、この初期値からの相対舵角
に対応し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出
力する。CPU31は、この舵角データに基づいて、車
両が直進状態のときの舵角である舵角中点を求め、さら
に、この舵角中点と舵角センサ11が出力する舵角デー
タとに基づいて、車輪FR,FLの方向に対応した絶対
舵角θを求める。舵角中点の検出は、たとえば、舵角セ
ンサ11から出力される舵角データをサンプリングし、
舵角データの値のヒストグラムを作成し、所定のサンプ
リング数のデータが収集された後に最頻出舵角データを
舵角中点の舵角データとして求めることにより達成され
る。
【0016】電子制御ユニット30には、さらに、電動
モータ27に流れる電流を検出する電流検出回路12か
らの電流データが与えられるようになっている。電流デ
ータは、電動モータ27の消費電流値(モータ電流)に
比例した値を有する。さらに、電子制御ユニット30に
は、車速センサ13から出力される車速データが与えら
れるようになっている。車速センサ13は、車両の速度
Vfを直接的に検出するものでもよく、また、車輪に関
連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて
車両の速度Vfを計算により求めるものであってもよ
い。
【0017】電子制御ユニット30は、舵角センサ1
1、電流検出回路12および車速センサ13からそれぞ
れ与えられる舵角データ、電流データおよび車速データ
に基づいて、電動モータ27の駆動を制御する。図2
は、電動モータ27の駆動制御を説明するためのフロー
チャートであり、図3は、舵角速度とモータ回転速度と
の対応関係を示す特性図である。CPU31は、舵角セ
ンサ11から出力される舵角データに基づいて、ステア
リングホイール2の舵角の時間変化率である舵角速度V
θおよび車両の速度Vfを求める(ステップS1)。そ
の後、CPU31は、電動モータ27が停止しているか
否かを判断する(ステップS2)。この判断は、たとえ
ば、電動モータ27が起動されたときにセットされ、電
動モータ27が停止されたときにリセットされるフラグ
を用いて行うことができる。
【0018】ステップS2において、電動モータ27が
駆動されていると判断されれば、CPU31は、舵角速
度Vθが所定の停止しきい値Vb(たとえばVb=8(d
egree/sec))以下であるか否かを判断する(ステップS
12)。舵角速度Vθが停止しきい値Vbを超えていれ
ば(ステップS12のNO)、プログラムはステップS
5に移行し、CPU31は、求められた舵角速度Vθの
値に基づいてモータ回転速度Rを決定し、この決定され
たモータ回転速度Rで電動モータ27を駆動する。
【0019】舵角速度Vθが停止しきい値Vb以下であ
れば、ステアリングホイール2に操舵トルクが加えられ
ていない状態に対応する無負荷条件が満たされることを
条件に(ステップS13)、電動モータ27を停止する
(ステップS14)。さもなければ、ステップS5に移
行する。電動モータ27が停止していれば(ステップS
2のYES)、CPU31は、電動モータ27を起動す
べきか否かを調べるために、上記求められた舵角速度V
θが所定の起動しきい値Va(たとえばVa=5(degre
e/sec))以上であるか否かを判断する(ステップS
3)。舵角速度Vθが起動しきい値Va未満であれば
(ステップS3のNO)、プログラムはステップS1に
戻る。舵角速度Vθが起動しきい値Va以上であれば
(ステップS3のYES)、CPU31は、電動モータ
27を起動する(ステップS4)。この場合、CPU3
1は、上記求められた舵角速度Vθの値に基づいてモー
タ回転速度Rを決定する。
【0020】図3に示されているように、モータ回転速
度Rは、舵角速度Vθに対して定められた第1しきい値
VT1および第2しきい値VT2の間で単調に増加(こ
の実施形態ではリニアに増加)するように定められる。
そして、この単調増加区間におけるモータ回転速度Rの
最小値がスタンバイ回転速度R1とされ、第1しきい値
VT1未満の舵角速度に対しては、このスタンバイ回転
速度R1で電動モータ27が回転駆動されるようになっ
ている。スタンバイ回転速度R1は、可変設定できるよ
うになっていて、このスタンバイ回転速度R1に応じ
て、図3の舵角速度−モータ回転速度特性曲線がシフト
される。
【0021】CPU31は、モータ回転速度Rの決定に
際し、スタンバイ回転速度R1を車速Vfに基づいて定
める(ステップS5)。さらに、車速Vfに基づいて、
図3に示すように、舵角速度Vθに対するモータ回転速
度Rの傾きを可変設定する(ステップS6)。すなわ
ち、第2しきい値VT2が、車速域に応じて可変設定さ
れる。より具体的には、車両の速度Vfが大きいほど、
第2しきい値VT2は大きな値に設定される。これによ
り、車両の速度Vfが大きいほどモータ回転速度Rが小
さく設定されることになり、操舵補助力が小さくなる。
こうして、車両の速度Vfに応じた適切な操舵補助力を
発生するための車速感応制御が行われる。
【0022】スタンバイ回転速度R1と車速Vfとの対
応関係の例は、図4に示されている。この車速−スタン
バイ回転速度の特性は、たとえば、ROM33に記憶さ
れている。この車速−スタンバイ回転速度特性は、たと
えば、実車走行によって操舵フィーリングを確認しなが
ら定められ、このようにして定められた特性データがR
OM33に書き込まれている。図2に戻ると、電子制御
ユニット30は、車速Vfおよび舵角速度Vθに応じて
定められた舵角速度−モータ回転速度特性曲線に従っ
て、電動モータ27のモータ回転速度R(目標回転速
度、駆動目標値)を定める(ステップS7)。次いで、
電子制御ユニット30は、ROM33から電流しきい値
を読み出し(ステップS8)、この電流しきい値と電流
検出回路12によって検出されるモータ電流とを比較す
る(ステップS9)。
【0023】電流しきい値は、図5に示されているよう
に、舵角速度Vθの関数として定められている。この図
5の例では、舵角速度Vθの増加に応じて単調に増加す
るように定められていて、電流しきい値は舵角速度Vθ
の一次関数によって与えられるようになっている。この
舵角速度−電流しきい値特性に対応する特性データは、
たとえば、ROM33に予め書き込まれている。モータ
電流が電流しきい値以下であれば(ステップS9のYE
S)、その時点で設定されているモータ回転速度Rに応
じた電圧が電動モータ27に印加され、当該モータ回転
速度Rで電動モータ27が回転駆動される(ステップS
10)。一方、モータ電流が電流しきい値を超えていれ
ば(ステップS9のNO)、その時点で設定されている
モータ回転速度Rが減少補正され(ステップS11)、
ステップS9の判断が繰り返される。モータ回転速度R
の減少補正は、一定値だけモータ回転速度Rを減少させ
るようにして行われてもよいし、モータ電流と電流しき
い値との差の大小に応じて減少補正幅を可変するように
して行われてもよい。
【0024】1回または複数回に渡ってモータ回転速度
Rを減少補正することによってモータ電流が電流しきい
値以下である状態に至れば(ステップS9のYES)、
その時点のモータ回転速度Rで電動モータ27の駆動が
行われる(ステップS10)。図6は、油圧制御弁23
の特性を示す図であり、ステアリングホイール2に加え
られる操舵トルク(入力トルク)に対するパワーシリン
ダ20の発生油圧の関係が示されている。この図6から
理解されるように、操舵トルクの増加に伴って、発生油
圧が指数関数的に増加するようになっている。
【0025】その結果、操舵トルクと電動モータ27の
回転制御とが関連付けられていない従来技術において
は、図7において曲線L0で示すように、操舵トルクの
増大に対して操舵補助力が指数関数的に増加してしまっ
ており、そのために、リニアな操舵フィーリングの実現
が妨げられている。これに対して、この実施形態では、
操舵トルクの増大に応じて電動モータ27の負荷が増大
し、それに応じて電動モータ27のモータ電流が増大す
ることに着目し、このモータ電流に対して制限を加える
ようにモータ回転速度Rが定められている。これによっ
て、操舵トルクの大小に応じた電動モータ27の制御が
可能となり、図7において曲線L1で示すように、操舵
トルクの増大に対して操舵補助力をリニアに増加させる
ことが可能となる。このようにして、リニアな操舵フィ
ーリングが実現される。
【0026】逆の見方をすれば、実車走行によって操舵
フィーリングをチューニングする際に、操舵トルクの増
大に対してリニアな操舵フィーリングが得られるよう
に、舵角速度に対する電流しきい値の特性を定め、この
特性を表す特性データをROM33に書き込むようにす
ればよい。このようにして、操舵フィーリングのチュー
ニングの自由度が増し、良好な操舵フィーリングを容易
に達成できるようになる。
【0027】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は他の形態で実施することもできる。たと
えば、上述の実施形態では、無負荷状態においては電動
モータ27を停止させているが、図8に示すように、無
負荷条件が満たされたときに、電動モータ27の回転速
度Rをアイドル回転速度Ri(Ri<R1)に減速する
ようにしてもよい。この構成は、操舵補助が必要になっ
たときに、電動モータ27の回転速度を速やかに立ち上
げて必要な油圧を発生させることができるので、操舵補
助の応答性に優れているという利点がある。この構成を
採用することで、操舵補助が不要なときには、アイドル
回転速度Riでの回転により省エネルギー化を図り、か
つ、操舵補助が必要になったときには速やかな油圧の立
ち上がりを実現できるので、操舵フィーリングを向上で
きる。
【0028】その他、特許請求の範囲に記載された技術
的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るパワーステアリング
装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図2】電動モータの駆動制御を説明するためのフロー
チャートである。
【図3】舵角速度とモータ回転速度との対応関係を示す
特性図である。
【図4】スタンバイ回転速度と車速との対応関係の一例
を示す特性図である。
【図5】舵角速度に対する電流しきい値の設定例を示す
特性図である。
【図6】油圧制御弁の特性を示す特性図である。
【図7】操舵トルクと操舵補助力との関係を示す特性図
である。
【図8】この発明の他の実施形態におけるモータ回転速
度の設定例を示す特性図である。
【符号の説明】
1 ステアリング機構 2 ステアリングホイール 3 ステアリング軸 9 トーションバー 11 舵角センサ 12 電流検出回路 13 車速センサ 20 パワーシリンダ 23 油圧制御弁 26 オイルポンプ 27 電動モータ 28 駆動回路 30 電子制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B62D 113:00 B62D 113:00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動モータにより駆動されるポンプの発生
    油圧によって操舵補助力を発生させるパワーステアリン
    グ装置であって、 上記電動モータの駆動目標値を設定する目標値設定手段
    と、 操作部材の操作による操舵速度を検出する操舵速度検出
    手段と、 電動モータに流れるモータ電流を検出するための電流検
    出手段と、 上記操舵速度検出手段によって検出される操舵速度に応
    じた電流しきい値を設定する電流しきい値設定手段と、 上記電流検出手段によって検出されるモータ電流と上記
    電流しきい値設定手段によって設定される電流しきい値
    とを比較し、その比較結果に応じて上記目標値設定手段
    によって設定された目標値を補正する目標値補正手段と
    を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
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