JP2002337716A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 舵取機構各部の慣性の影響により転舵時に体
感される引っ掛かり感を有効に緩和し、良好な操舵感覚
が得られるようにする。 【解決手段】 操舵トルクＴ、舵角θ及び車速Ｖを取込
み、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて基準駆動電流Ｉ
₀ を算出すると共に、舵角の微分値を算出し、この算出
値と、舵角θ及び車速Ｖの関数として与えられる基準操
舵トルクＴ₀ を算出し、現状における操舵トルクＴが基
準操舵トルクＴ₀ と大きく異なる場合、両者の差に対応
する補正電流を基準駆動電流Ｉ₀ に加算して、操舵補助
用のモータ４の駆動電流Ｉとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転力を
舵取機構に加えて操舵補助する構成とした電動パワース
テアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】舵取り操作のために舵輪（ステアリング
ホイール）に加えられる操舵トルクの検出結果に基づい
て操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵
取機構に加えて操舵補助する構成とした電動パワーステ
アリング装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチ
ュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較し
て、車速の高低、操舵の頻度等、走行状態に応じた補助
力特性の制御が容易であるという利点を有しており、近
年、その適用範囲が拡大する傾向にある。

【０００３】操舵補助用のモータは、前記操舵トルクの
検出結果の大小に応じて駆動電流を増減する電流制御に
より駆動されており、車速の高低、操舵の頻度等の走行
状態に応じた補正は、夫々の検出結果に基づいて定めた
補正電流を前記駆動電流に付加することにより実現され
ている。

【０００４】また電動パワーステアリング装置の難点
は、舵取機構の周辺への配設が可能なサイズ（小サイ
ズ）と、十分な大きさの補助力の発生（大出力）とを併
せて実現し得る操舵補助用のモータが得難いところにあ
り、この難点を解消するため従来から、前記モータの出
力端に遊星歯車減速機等の減速手段を備え、該減速手段
により前記モータの回転を減速（増力）して舵取機構に
伝えるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、以上の如く
構成された電動パワーステアリング装置においては、操
舵補助用のモータの慣性が、出力側の減速手段により増
幅されて舵取機構に加わるため、例えば、一方向から他
方向への操舵方向の転換操作（転舵）がなされたとき、
前記モータを含む舵取機構の慣性の影響により、舵輪を
操作する運転者に、前記舵輪が一時的に重くなり、その
後に軽くなる感覚、所謂、引っ掛かり感が体感され、操
舵感の悪化を招来するという問題があった。

【０００６】このような問題を解消するため、従来か
ら、操舵補助用のモータの回転角加速度を逐次算出し、
この算出結果を用いて舵取機構の慣性を求め、この慣性
に応じた補償電流を、操舵トルクの検出結果に基づいて
設定される前記モータの駆動電流に加える慣性補償制御
が行われている。

【０００７】しかしながら、このような慣性補償制御
は、前記引っ掛かり感に対して十分な緩和効果が得られ
るとは言い難く、種々に異なる走行及び操舵の状態全般
に亘って操舵感の改善がなされていないのが実状であ
る。

【０００８】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、操舵補助用のモータを含む舵取機構の慣性の影
響により体感される引っ掛かり感を、種々に異なる走行
及び操舵の状態の全般に亘って有効に緩和することがで
き、良好な操舵感覚が得られ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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明に係る
電動パワーステアリング装置は、舵輪に加わる操舵トル
クを検出するトルク検出手段と、車両の舵取機構に操舵
補助力を加えるモータとを備え、前記トルク検出手段の
検出トルクに応じた操舵補助力を発生させるべく、前記
モータの駆動電流を増減制御する電動パワーステアリン
グ装置において、前記車両の走行速度を検出する車速検
出手段と、前記舵取機構の動作による操舵の角度を検出
する舵角検出手段と、該舵角検出手段による検出舵角の
微分値を算出する舵角微分手段と、前記車速検出手段に
よる検出車速、前記舵角検出手段による検出舵角、及び
前記舵角微分手段により算出された舵角微分値に基づい
て基準操舵トルクを算出する手段と、該手段により算出
された基準操舵トルクと前記トルク検出手段による検出
トルクとの差に基づいて前記モータの駆動電流を補正す
る補正手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】本発明においては、一方向から他方向への
転舵に際して、操舵補助用のモータを含む舵取機構各部
の慣性の影響により体感される引っ掛かり感が、走行及
び操舵の状態に応じて異なることに着目し、車速検出手
段により検出される車両の走行速度、並びに、舵角検出
手段による検出舵角及びこれの微分値の組み合わせとし
て与えられる走行及び操舵の状態を、これらの関数とし
て与えられる算出式、又は前記組み合わせ毎に用意され
た算出テーブルに適用して、引っ掛かり感を伴うことの
ない望ましい基準操舵トルクを算出し、この基準操舵ト
ルクとトルク検出手段による検出トルクとの差に基づい
て前記モータの駆動電流を補正して、舵輪を操作する運
転者の体感トルクを前記基準操舵トルクに近づけ、良好
な操舵感覚が得られるようにする。

【００１１】また本発明の第２発明に係る電動パワース
テアリング装置は、第１発明における舵角微分手段が、
前記検出舵角の１階微分値及び２階微分値を算出する構
成としてあることを特徴とする。

【００１２】この発明においては、舵角検出手段により
検出される舵角の１階微分値及び２階微分値を算出し、
基準操舵トルクの算出に際し、舵角速度のみならず舵角
加速度をも用い、走行及び操舵の状態に対して、より細
かく合致した基準操舵トルクを求め、この基準操舵トル
クに近い体感トルクを運転者に与えて、操舵感の一層の
改善を図る。

【００１３】

【発明の実施の形態】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、本発明に係る電動
パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図であ
り、本図に示す如く、舵取り操作用の舵輪（ステアリン
グホイール）１と、舵取り動作を行う舵取機構２とを連
結する操舵軸10の中途に、前記舵輪１に加わる操舵トル
クＴを検出するトルクセンサ３と操舵補助用のモータ４
とを配し、本発明に係る電動パワーステアリング装置が
構成されている。

【００１４】前記舵輪１は、図示しない車室の内部に着
座した運転者に対向するように、前記操舵軸10の上端に
同軸的に嵌着固定されており、該操舵軸10は、運転者に
よる舵輪１の回転操作に応じて軸回りに回転するように
なしてある。

【００１５】前記舵取機構２は、前記操舵軸10の下端に
一体形成されたピニオン20と、これに噛合するラック軸
21とを備えるラックピニオン式の舵取機構として構成さ
れている。ラック軸21は、図示しない車両の前部に、左
右方向への摺動自在に延設してあり、該ラック軸21の左
右両端は、各別のタイロッド22，22を介して操向用の車
輪（一般的には前輪）23，23に連結されている。

【００１６】この構成により、舵輪１の操作に応じた操
舵軸10の回転が、これの下端のピニオン20に噛合するラ
ック軸21の摺動に変換され、この摺動が、左右両端のタ
イロッド22，22を介して操向用の車輪23，23に伝えら
れ、これらの車輪23，23の向きが舵輪１の操作方向に変
更されて操舵が行われる。

【００１７】このような操舵を補助するモータ４は、前
記操舵軸10の中途部に、該操舵軸10と軸心を交叉させて
配設され、その出力端に固着されたウォーム40が、前記
操舵軸10の中途部に嵌着固定されたウォームホイール41
に噛合させてある。この構成により前記モータ４の回転
は、ウォーム40及びウォームホイール41を備える減速手
段による減速を経て操舵軸10に伝達され、該操舵軸10の
下端に設けた前記ピニオン20に回転力が付与されること
となり、該ピニオン20の回転に応じて前述の如く行われ
る舵取りが補助される。

【００１８】なお操舵補助用のモータ４は、例えば、ラ
ック軸21の中途部にこれと平行をなして配し、その回転
を、ボールねじ、ラック・ピニオン等の運動変換機構を
介してラック軸21に伝え、該ラック軸21に摺動力を付与
する構成とする等、図１に示す位置に限らず、操舵軸10
を含む舵取機構２周辺の適宜位置に配設することが可能
である。また舵取機構２は、図示のラックピニオン式の
舵取機構に限らず、ボールねじ式等、他の形式の舵取機
構であってもよい。

【００１９】以上の如き操舵に際し、前記舵輪１に加わ
る操舵トルクＴを検出するトルクセンサ３は、操舵補助
用のモータ４の配設位置よりも舵輪１側の操舵軸10の中
途部をトーションバーを介して同軸上に連結された上部
軸と下部軸とに分割し、これら両軸間に、前記操舵トル
クの作用によるトーションバーの捩れを伴って生じる相
対角変位を媒介として前記操舵トルクＴを検出する公知
の構成を有している。

【００２０】このようなトルクセンサ３による検出トル
クは、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えるマイクロプロ
セッサにより構成され、操舵補助用のモータ４を制御す
るアシスト制御部５に与えられている。該アシスト制御
部５には、更に、前記モータ４の回転位置を検出する回
転センサ50、舵取機構２の動作により実現される舵取り
角度（舵角θ）を検出する舵角センサ51、及び本発明に
係る電動パワーステアリング装置が備えられた車両の走
行速度（車速Ｖ）を検出する車速センサ52から夫々の検
出結果が与えられている。

【００２１】アシスト制御部５の出力は、操舵軸10の中
途に前述の如く配された操舵補助用のモータ４に与えら
れている。アシスト制御部５は、前記操舵トルクＴ、舵
角θ及び車速Ｖを用い、以下の手順に従って操舵補助用
のモータ４に給電すべき駆動電流Ｉを求め、この結果を
前記モータ４に出力して、該モータ４を、前記回転角セ
ンサ50により検出される回転位置を参照しつつ駆動する
制御動作を行う。

【００２２】本発明に係る電動パワーステアリング装置
の特徴は、以上の如きアシスト制御部５の制御動作にあ
り、特に、舵輪１を左右に転舵する際に体感される引っ
掛かり感を解消すべく、前記トルクセンサ３により検出
される操舵トルクＴ及び前記舵角センサ51により検出さ
れる舵角θを用いて行われる補償制御動作にある。なお
前記舵角センサ51としては、図１に示す如く、一方の車
輪23の操向軸となるキングピン24の回転角を検出するポ
テンシオメータ等の回転角センサを用いることができ
る。

【００２３】図２は、アシスト制御部５の動作内容を示
すフローチャートである。アシスト制御部５は、例え
ば、エンジン起動のための図示しないキースイッチのオ
ン操作に応じて制御動作を開始し、まず、前記トルクセ
ンサ３、舵角センサ51及び車速センサ52の検出値、即
ち、操舵トルクＴ、舵角θ及び車速Ｖを所定のサンプリ
ング周期にて取り込み（ステップ１）、これらを用いて
基準駆動電流Ｉ₀ を算出する（ステップ２）。

【００２４】この算出においては、複数の車速に対して
予め設定され、ＲＯＭに格納された駆動電流の算出テー
ブルが使用される。前記算出テーブルは、舵輪１に加わ
る操舵トルクとモータ４に給電すべき駆動電流との関係
を示すものであり、前記基準駆動電流Ｉ₀ は、車速セン
サ52により検出された車速Ｖに対応する算出テーブルを
選択し、この算出テーブル上にトルクセンサ３により検
出された操舵トルクＴを適用することにより算出され
る。

【００２５】次いでアシスト制御部５は、舵角センサ51
により検出された舵角θの一階微分値（舵角速度）θド
ットと、同じく２階微分値（舵角角速度）θツードット
とを算出し（ステップ３）、これらの両値と、前記舵角
θ及び車速Ｖとを用い、その時点における基準操舵トル
クＴ₀ を算出する（ステップ４）。

【００２６】前記舵角速度θドット及び舵角加速度θツ
ードットは、ＲＡＭ内に格納された舵角θの検出履歴を
用いた差分演算により求められる。また基準操舵トルク
Ｔ₀は、以下に示す車両の実走行試験の結果として、車
速Ｖ、舵角θ、舵角速度θドット及び舵角加速度θツー
ドットの関数として与えられ、ＲＯＭ内に格納された算
出式又は算出テーブルに従って算出される。

【００２７】図３、図４及び図５は、引っ掛かり感の体
感状態を調べるべく行われた車両の実走行試験の結果を
示す図である。これらの各図は、舵輪１に加わる操舵ト
ルクＴ、及び舵取機構２の動作により生じる舵角θとの
時間的な変化状態を示しており、図３は、60km/hの車速
下にて左右に略 90degの転舵を繰り返した場合の結果
を、図４は、40km/hの車速下にて左右に略 90degの転舵
を繰り返した場合の結果を、図５は、60km/hの車速下に
て左右に略 30degの転舵を繰り返した場合の結果を夫々
示している。

【００２８】図３に示す如く、舵輪１に加わる操舵トル
クＴ、換言すれば、舵輪１を操作する運転者の体感トル
クには、そのピーク位置の通過直後、即ち、一方向から
他方向への転舵の直後に、その変化率が停滞する部分が
生じており、この停滞部分において運転者が引っ掛かり
感を体感することが明らかとなった。この間、舵角θ
は、正弦波状の滑らかな変化態様を示すが、転舵の直後
の方向の転換は、操舵トルクＴの転換に対して遅れを有
して生じていることがわかる。この遅れが、操舵補助用
のモータ４及び舵取機構２各部の慣性の影響によるもの
であり、操舵トルクＴの停滞部分は、舵角θの転換と略
同時点において生じている。

【００２９】同様の停滞部分は、図４においても生じて
いるが、その程度は小さく、運転者が実際に体感する引
っ掛かり感も軽減されることが確かめられた。更に図５
においては、前記停滞部分は生じておらず、運転者によ
る引っ掛かり感の体感も殆ど生じないことが確かめられ
た。

【００３０】このような実走行試験は、車速及び舵角を
種々に変更し、更に、転舵周期を種々に変更して行って
おり、これらの夫々に対して得られた結果から、本発明
者等は、転舵の際に発生する引っ掛かり感が、車速Ｖ及
び舵角θの増大に応じて大きくなり、更に、前記慣性に
関連する舵角速度θドット及び舵角加速度θツードット
の増大に応じて大きくなることを知見した。

【００３１】ステップ４において算出される基準操舵ト
ルクＴ₀ は、図３の下部に破線により示す如く、実際の
操舵トルクＴの変化態様に合わせ、引っ掛かり感の原因
となる停滞部分を滑らかな曲線により置き換えるよう
に、前述の如く種々の条件下にて行われた実走行試験の
結果毎に設定された関数である。

【００３２】その後アシスト制御部５は、トルクセンサ
３により検出された操舵トルクＴとステップ４にて算出
された基準操舵トルクＴ₀ とを比較する（ステップ
５）。この比較の結果、両トルクの差の絶対値（＝｜Ｔ
−Ｔ₀ ｜）が予め設定された所定値ａよりも大きい場
合、この差に定数ｂを乗じて得られた補正電流Ｉ₁ を求
め、これをステップ２において算出された基準駆動電流
Ｉ₀ に加算して、操舵補助用のモータ４の駆動電流Ｉと
して設定し（ステップ６）、また、前記絶対値がａ以下
である場合、ステップ２において算出された基準駆動電
流Ｉ₀ を駆動電流Ｉとして設定し（ステップ７）、この
結果を前記モータ４に出力して、該モータ４を駆動する
制御動作を行う（ステップ８）。

【００３３】アシスト制御部５は、以上の動作をキース
イッチのオフにより電源が遮断されるまで繰り返す（ス
テップ９）。なお、前記回転センサ50により検出される
モータ４の回転位置は、以上の如く設定される駆動電流
Ｉによるモータ４の制御に際し、回転磁界の形成タイミ
ングを知るべく用いられる。

【００３４】以上の動作により本発明に係る電動パワー
ステアリング装置においては、図２〜図４に示す実走行
試験の結果に現れる操舵トルクＴの停滞部分を相殺する
ような補正が行われることとなり、該停滞部分において
舵輪１に体感される引っ掛かり感を有効に緩和すること
ができる。これにより、山道走行時等、舵輪１の切り返
しが頻繁に繰り返される操舵機会においても引っ掛かり
を伴う違和感を生じることが殆どなく、運転者に良好な
操舵感を提供することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明の第１発明に係
る電動パワーステアリング装置においては、車速、舵
角、舵角の微分値を、算出式又は算出テーブルに適用し
て、引っ掛かり感を伴うことのない望ましい基準操舵ト
ルクを算出し、この基準操舵トルクと舵輪に実際に加わ
る操舵トルクの検出結果とに基づいて操舵補助用のモー
タの駆動電流を補正するから、舵輪を操作する運転者の
体感トルクが前記基準操舵トルクに近づき、転舵時にお
ける引っ掛かり感を有効に解消し、良好な操舵感覚が得
られるようになる。

【００３６】また本発明の第２発明に係る電動パワース
テアリング装置においては、前記基準操舵トルクの算出
に、舵角検出値の１階微分値及び２階微分値、即ち、舵
角速度及び舵角角速度を用いたから、種々に異なる走行
及び操舵の状態に対して、より細かく合致した基準操舵
トルクを求めることができ、この基準操舵トルクを体感
する運転者に、より良好な操舵感を与えることができる
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の概
略構成を示す模式図である。

【図２】アシスト制御部の動作内容を示すフローチャー
トである。

【図３】引っ掛かり感の体感状態を調べるべく行われた
車両の実走行試験の結果を示す図である。

【図４】引っ掛かり感の体感状態を調べるべく行われた
車両の実走行試験の結果を示す図である。

【図５】引っ掛かり感の体感状態を調べるべく行われた
車両の実走行試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 舵輪 ２ 舵取機構 ３ トルクセンサ ４ モータ ５ アシスト制御部 20 ピニオン 21 ラック軸 50 回転センサ 51 舵角センサ 52 車速センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 137:00 Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 玉泉 晴天 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 冷水 由信 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA12 DA14 DA15 DA23 DA63 DC03 DC08 DC29 DC33 EA01 EB11 EC23 GG01 3D033 CA13 CA16 CA17 CA20 CA21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 舵輪に加わる操舵トルクを検出するトル
   ク検出手段と、車両の舵取機構に操舵補助力を加えるモ
   ータとを備え、前記トルク検出手段の検出トルクに応じ
   た操舵補助力を発生させるべく、前記モータの駆動電流
   を増減制御する電動パワーステアリング装置において、 前記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、 前記舵取機構の動作による操舵の角度を検出する舵角検
   出手段と、 該舵角検出手段による検出舵角の微分値を算出する舵角
   微分手段と、 前記車速検出手段による検出車速、前記舵角検出手段に
   よる検出舵角、及び前記舵角微分手段により算出された
   舵角微分値に基づいて基準操舵トルクを算出する手段
   と、 該手段により算出された基準操舵トルクと前記トルク検
   出手段による検出トルクとの差に基づいて前記モータの
   駆動電流を補正する補正手段とを備えることを特徴とす
   る電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記舵角微分手段は、前記検出舵角の１
   階微分値及び２階微分値を算出する構成としてある請求
   項１記載の電動パワーステアリング装置。