JP2005059774A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動パワーステアリング装置のゲイン補償フィルタを改良することで操舵フィーリングを向上させる。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路上にモータを配置し、操舵トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて制御手段がモータに供給する電流を制御する。制御手段はモータのトルクが操舵トルクセンサに伝達されるまでのゲイン低下を補償するためのゲイン補償フィルタを備え、このゲイン補償フィルタは少なくとも入力周波数が２０Ｈｚ以下の領域で入力周波数に対するゲイン曲線の傾きが２０ｄＢ／ディケード未満に設定される。これにより、ステアリングハンドルへの入力周波数が４Ｈｚ近傍のイナーシャ感および入力周波数が１５Ｈｚ近傍の抜け感を解消して操舵フィーリングを高めることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路上にモータを配置し、操舵トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて制御手段が前記モータに供給する電流を制御する電動パワーステアリング装置に関する。

ステアリングハンドルにステアリングシャフトを介して接続されたピニオンシャフトに設けたピニオンを、ステアリングギヤボックスに摺動自在に支持されたラックバーに設けたラックに噛合させるとともに、前記ピニオンシャフトに設けたウオームホイールにモータの回転軸に設けたウオームを噛合させることで、ドライバーがステアリングハンドルに加える操舵トルクをモータが発生するアシストトルクでアシストする電動パワーステアリング装置が、下記特許文献１により公知である。

この種の電動パワーステアリング装置では、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクをＴｄとし、モータが発生するアシストトルクＴａとすると、ｋａを定数として、Ｔａ＝ｋａ×Ｔｄであるから、ステアリングギヤボックスに入力されるピニオントルクＴｐは次式で与えられる。

Ｔｐ＝Ｔｄ＋Ｔａ
＝Ｔｄ＋ｋａ×Ｔｄ
＝Ｔｄ（１＋ｋａ）
従って、操舵トルクＴｄは、
Ｔｄ＝Ｔｐ／（１＋ｋａ）
となり、ｋａは正値であるので、操舵トルクＴｄはピニオントルクＴｐよりも小さくなってドライバーのステアリング操作がアシストされる。

ところで、操舵トルクセンサおよびモータは操舵トルクの伝達経路上の異なる位置に配置されているため、モータが発生したアシストトルクが操舵トルクセンサに伝達されるまでにゲイン落ちや位相遅れが発生する。従来、このゲイン落ちや位相遅れを補償すべく、操舵トルクセンサの出力にゲイン補償フィルタおよび位相補償フィルタを作用させ、アシスト制御の安定性および応答性の向上を図っていた。そして、前記ゲイン補償フィルタのゲイン曲線の傾きは、操舵トルクセンサで検出した操舵トルクの１次微分値として設定されている。
特開２００１−１０６１０１号公報

図９は、操舵トルクに対する検出トルク（ＴｄＤ／Ｔｄ）の伝達関数のＢｏｄｅ線図である。ここで、検出トルクＴｄＤとは、操舵トルクＴｄを検出する操舵トルクセンサの検出値である。同図のゲイン曲線から明らかなように、鎖線で示す目標とするゲイン曲線、即ちマニュアル操舵装置の特性に比べて、破線で示す従来のゲイン曲線は、入力周波数が４Ｈｚの近傍にゲインが増加する領域があり、１５Ｈｚの近傍にゲインが減少する領域がある。操舵トルクＴｄはマニュアル操舵装置と同等であることが望まれるので、操舵トルクに対する検出トルク（ＴｄＤ／Ｔｄ）の特性は、目標特性のように実用上必要な１０Ｈｚまではフラットな特性であり、それ以上の周波数ではゲインがなだらかに低下することが必要であることを見いだした。このように考えると、前者の領域では入力トルクが過大になってドライバーにステアリングハンドルが重くなった印象（イナーシャ感）を与え、後者の領域ではステアリングハンドルが軽くなった印象（抜け感）を与えるという問題が浮き彫りになった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、電動パワーステアリング装置のゲイン補償フィルタを改良することで操舵フィーリングを向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路上にモータを配置し、操舵トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて制御手段が前記モータに供給する電流を制御する電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、モータのトルクが操舵トルクセンサに伝達されるまでのゲイン低下を補償するためのゲイン補償フィルタを備え、このゲイン補償フィルタは少なくとも入力周波数が２０Ｈｚ以下の領域で入力周波数に対するゲイン曲線の傾きが２０ｄＢ／ディケード未満に設定されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置が提案される。

尚、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、電動パワーステアリング装置のゲイン補償フィルタが、少なくとも入力周波数が２０Ｈｚ以下の領域で、入力周波数に対するゲイン曲線の傾きが２０ｄＢ／ディケード未満に設定されているので、ステアリングハンドルへの入力周波数が４Ｈｚ近傍のイナーシャ感および入力周波数が１５Ｈｚ近傍の抜け感を解消して操舵フィーリングを高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の一実施例を示すものであり、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４はモータの制御系のブロック図、図５はゲイン補償フィルタのＢｏｄｅ線図、図６は位相補償フィルタのＢｏｄｅ線図、図７は第２ゲインテーブルの特性を示す図、図８は第１ゲインテーブルの特性を示す図、図９は検出トルク／操舵トルクの伝達関数のＢｏｄｅ線図である。

図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速機１６から上方に突出するピニオンシャフト１７に接続される。減速機１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速機１６にはモータＭが支持されており、このモータＭの作動が、減速機１６の内部に収納した操舵トルクセンサＳｔからの信号が入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、減速機１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２６，２７で前記ピニオンシャフト１７が回転自在に支持される。ピニオンシャフト１７の下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられらラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みを抑制してラック３０をピニオン２８に正しく噛合させることができる。

減速機１６の内部に延びるモータＭの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持される。モータＭの回転軸３４に設けられたウオーム３７は、ピニオンシャフト１７に固定されたウオームホイール３８に噛合する。減速機１６およびモータＭはアシストトルク入力手段４０を構成する。

図４に示すように、操舵トルクセンサＳｔで検出した操舵トルクが入力される電子制御ユニットＵは、ゲイン補償フィルタ４１、位相補償フィルタ４２、第１ゲインテーブル４３および第２ゲインテーブル４４を備える。

図５は、モータＭから操舵トルクセンサＳｔへのトルク伝達のゲイン落ちを補償し、操舵の応答性を向上させるためのゲイン補償フィルタ４１の伝達関数のＢｏｄｅ線図である。従来例を示す破線のゲイン曲線は操舵トルクの１次微分に相当するものであり、その傾きは２０ｄＢ／ディケードである。それに対して、実施例を示す実線のゲイン曲線の傾きは、従来例の２０ｄＢ／ディケードよりも小さく設定されており、この傾きは操舵トルクの約０．５次微分に相当する。図６は、モータＭから操舵トルクセンサＳｔへのトルク伝達の位相遅れを補償するための、本実施例の位相補償フィルタ４２の伝達関数のＢｏｄｅ線図である。

図７に示す第２ゲインテーブル４４は操舵トルクＴｄおよび車速ＶをパラメータとしてゲインＧ１を検索するもので、その第２ゲインテーブル４４の特性は、車速Ｖが高いほどゲインＧ１を低く、かつ不感帯を大きく設定することで、車速Ｖの増加に応じてしっかりとした操舵反力が得られるようにしている。また図８に示す第１ゲインテーブル４３は、車速ＶをパラメータとしてゲインＧ２を検索するもの、そのゲインＧ２はゲイン補償フィルタ４１の出力に乗算される。第１ゲインテーブル４３の特性は、車速Ｖが高いほどゲインＧ２が低下するように設定される。

図９は、操舵トルクに対する検出トルク（ＴｄＤ／Ｔｄ）の伝達関数のＢｏｄｅ線図であり、鎖線で示す目標ゲイン曲線に比べて破線で示す従来例のゲイン曲線は、入力周波数が４Ｈｚの近傍のゲインが増加する領域でイナーシャ感が発生し、入力周波数が１５Ｈｚの近傍のゲインが減少する領域で抜け感を与えてしまう問題があった。それに対して、実線で示す実施例のゲイン曲線は破線で示す目標ゲイン曲線に極めて近くなり、前記イナーシャ感および抜け感を解消して操舵フォーリングを向上させることができる。

以上のように、ゲイン補償フィルタ４１の入力周波数に対するゲイン曲線の傾きを２０ｄＢ／ディケード未満に設定したことにより、ステアリングハンドル１１への入力周波数が４Ｈｚ近傍のイナーシャ感および入力周波数が１５Ｈｚ近傍の抜け感を解消して操舵フィーリングを高めることができる。

図１０は本発明の第２実施例を示すもので、この第２実施例では、第１実施例において第２ゲインテーブル４４の前に配置されていた位相補償フィルタ４２が、第１、第２ゲインテーブル４３，４４の後に配置されており、（ゲイン補償）×（位相補償）の結果が図５の特性になるように設定されている。この第２実施例によっても、前述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例のゲイン補償フィルタ４１のゲイン曲線の傾きは全ての入力周波数領域で２０ｄＢ／ディケード未満に設定されているが、少なくとも入力周波数が２０Ｈｚ以下の領域で２０ｄＢ／ディケード未満に設定すれば良い。

またモータＭの位置は実施例の位置に限定されず、ステアリングハンドル１１から車輪ＷＬ，ＷＲへの操舵トルク伝達経路上の任意の位置に配置することができる。

実施例に係る電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 モータの制御系のブロック図 ゲイン補償フィルタのＢｏｄｅ線図 位相補償フィルタのＢｏｄｅ線図 第２ゲインテーブルの特性を示す図 第１ゲインテーブルの特性を示す図 検出トルク／操舵トルクの伝達関数のＢｏｄｅ線図 第２実施例に係るモータの制御系のブロック

符号の説明

１１ ステアリングハンドル
４１ ゲイン補償フィルタ
Ｍ モータ
Ｓｔ 操舵トルクセンサ
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

Claims (1)

1. ステアリングハンドル（１１）に入力される操舵トルクを車輪（ＷＬ，ＷＲ）に伝達する操舵トルク伝達経路上にモータ（Ｍ）を配置し、操舵トルクセンサ（Ｓｔ）で検出した操舵トルクに基づいて制御手段（Ｕ）が前記モータ（Ｍ）に供給する電流を制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段（Ｕ）は、モータ（Ｍ）のトルクが操舵トルクセンサ（Ｓｔ）に伝達されるまでのゲイン低下を補償するためのゲイン補償フィルタ（４１）を備え、このゲイン補償フィルタ（４１）は少なくとも入力周波数が２０Ｈｚ以下の領域で入力周波数に対するゲイン曲線の傾きが２０ｄＢ／ディケード未満に設定されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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