JP2005067535A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面反力による衝撃音の発生を抑制し得る電気式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】 ラック軸２４の往復変位の変位ゼロの時点から（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ボールねじナット５２の回転速度を低下させる方向へモータを制御する（Ｓ１８）。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸２４の変動に伴いボールねじナット５２が回転し、ラック軸２４の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナット５２の回転速度をモータを制御し低下させることで、ラック軸２４とボールねじナット５２との衝突を抑制する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置に関するものである。

従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、コラムアシスト式の操舵機構には、モータからの駆動力をコラム軸に加え、ラックアシスト式では、モータの駆動力をラック軸へ直接加えている。ここで、ラックアシスト式の電気式動力舵取装置に関しては、特許文献１、特許文献２に開示がある。
特開２００３−０６３４２２号公報 特開２００３−０２６００７号公報

一般的に、ラック・ピニオン式の舵取装置は、コラム式と比較してリニアな操舵感が得られる反面、路面反力による影響をステアリングホーイールに伝え易い。ここで、ラック・ピニオン式の電気式動力舵取装置においては、ラック軸を組み込んだギアアッセンブリでガタツキによる衝撃音が発生し易いという課題がある。これは、モータにより回動されるボールねじナットとラック軸のボールねじ溝との衝突音で、ラック軸が路面反力で変位する毎に発生している。

この衝突音を小さくするためには、ボールねじナットのねじ溝とラック軸のボールねじ溝と、両者の間に介在するベアリングとの精度を高めることで、有る程度は対応可能である。しかしながら、精度を高めるとコストが嵩み、また、精度を高めても精度のばらつきにより、衝撃音が小さな車両と大きな車両とが出てくる。係る衝突音は、日本国内の道路を走行する上で大きな問題にはならないが、石畳路（ベルジャン路）が多い欧州を走行する際に、欧州車に対して劣る点は否めず、精度の向上のみでは、油圧式動力舵取装置に匹敵し得る静粛性を電気式動力舵取装置で実現し得なかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、路面反力による衝撃音の発生を抑制し得る電気式動力舵取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ラック・ピニオン式の操舵機構のラック軸にモータでアシスト力を与える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の変位を検出する検出手段と、
ラック軸の変位にモータの動きを追随させるよう制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。

請求項２の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。

請求項３の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数が特定範囲であるかを判断する周波数判断手段と、
前記周波数判断手段により特定範囲であると判断された際に、前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。

請求項４の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。

請求項１の電気式動力舵取装置では、ラック軸の変位を検出し、ラック軸の変位にモータの動きを追随させるよう制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いモータ側のボールねじナット等の付勢部材が変位し、ラック軸の変位速度が減衰した際に、慣性により変位を続けるボールねじナットの変位速度をモータにより減衰させることで、ラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

請求項２の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出し、往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることで、ラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

請求項３の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出する。石畳路等の特定状況の路面反力によりラック軸が変位していることを、ラック軸の往復変位の周波数が特定範囲であるかにより判断する。そして、特定範囲であると判断された際、即ち、石畳路等の特定状況を走行している際に、往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることで、石畳路等の特定路走行中のラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

請求項４の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出し、往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰する往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることにより、ラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

ここで、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の前であれば、ボールねじナットを付勢するまでにタイムラグがあっても、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

ここで、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の後であれば、ボールねじナットの付勢を短時間で行うことで、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

検出手段としてモータの回転角センサを用いることで、ボールねじナットの回転検出用のセンサーを付加する必要がない。特に、電気式動力舵取装置のアシスト制御用の回転角センサを用いることで、アシスト制御の割込処理で、当該衝突音抑制の制御を実現できる。

以下、本発明の衝撃音低減処理を適用した電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
[第１実施形態]
まず、第１実施形態に係る電気式動力舵取装置２０の主な構成を図１〜図４に基づいて説明する。図１および図４に示すように、電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、モータ４０、モータレゾルバ４４、ボールねじ機構５０、ＥＣＵ６０等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。

即ち、図１および図２に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、ピニオンハウジング２５内に収容されたピニオン軸２３の入力軸２３ａおよびトーションバー３１がピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側３１ａには、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂがスプライン結合によって連結されている。

このピニオン軸２３の入力軸２３ａはベアリング３３ａにより、また出力軸２３ｂもベアリング３３ｂにより、それぞれピニオンハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５が、また出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７が、それぞれ設けられている。第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、ステアリングホイール２１による操舵角を検出し得るもので、端子３９を介してＥＣＵ６０にそれぞれ電気的に接続されている（図４参照）。

ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部には、ピニオンギヤ２３ｃが形成されており、このピニオンギヤ２３ｃにはラック軸２４のラック溝２４ａが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。

このように構成することにより、ステアリング軸２２とピニオン軸２３とをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸２２の回転角、即ちステアリングホイール２１の回転角（機械角）θmを、第１レゾルバ３５による第１操舵角（電気角）θe1および第２レゾルバ３７による第２操舵角（電気角）θe2によって、検出することができる。また、第１操舵角θe1と第２操舵角θe2との角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を捻れ角として検出することができる。

図１および図３に示すように、ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、その中間部には、螺旋状にボールねじ溝２４ｂが形成されている。このボールねじ溝２４ｂの周囲には、ラック軸２４と同軸に回転可能にベアリング２９により軸受される円筒形状のモータ軸４３が設けられている。このモータ軸４３は、ステータ４１や励磁コイル４２等とともにモータ４０を構成するもので、ステータ４１に巻回された励磁コイル４２により発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸４３の外周に設けられた永久磁石４５に作用することより、モータ軸４３が回転し得るように構成されている。

モータ軸４３は、その内周にボールねじナット５２が取り付けられており、このボールねじナット５２にも、螺旋状にボールねじ溝５２ａが形成されている。そのため、このボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａとラック軸２４のボールねじ溝２４ｂとの間に多数のボール５４を転動可能に介在させることによって、モータ軸４３の回転によりラック軸２４を軸方向に移動可能なボールねじ機構５０を構成することができる。

即ち、両ボールねじ溝２４ｂ、５２ａ等から構成されるボールねじ機構５０により、モータ軸４３の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカとなる。

なお、モータ４０のモータ軸４３とモータハウジング２７との間には、モータ軸４３の回転角（電気角）θMeを検出し得るモータレゾルバ４４が設けられており、このモータレゾルバ４４は図略の端子を介してＥＣＵ６０に電気的に接続されている（図４参照）。

図４は、第１実施形態の電気式動力舵取装置２０の制御構成を示している。上述した第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７の出力が電気式動力舵取装置２０のＥＣＵ６０に入力されると、ＥＣＵ６０は、後述するように操舵トルクＴを演算し、操舵トルクＴに応じて操舵力をアシストするためのアシスト指令をモータ駆動回路６２側に出力する。モータ駆動回路６２は、アシスト指令の応じたトルクをモータ４０に発生させる。モータ４０の回転角は、モータレゾルバ４４により検出され、モータ駆動回路６２へフィードバックされる共に、ＥＣＵ６０へも出力される。後述するようにＥＣＵ６０は、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４からの出力に基づき、それぞれ操舵角を演算すると共に、操舵角に応じて上述した操舵力のアシスト量を補正する。更に、後述するように、モータレゾルバ４４からの出力に基づき衝撃音低減処理を行う。

引き続き、図９及び図１０を参照して、図１〜図３を参照して上述した電気式動力舵取装置に於ける石畳路走行中の衝突音の発生原理について説明する。
図９では、図３中に示したモータ側のボールねじナット５２と、ボール５４と、ラック軸２４とを模式的に示している。ここで、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）は、石畳路走行中に路面反力を受けて、ラック軸２４が図中左方向に変位する際を示し、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）、図９（Ｆ）は、ラック軸が図中右方向へ変位する際を示している。即ち、石畳路走行中、ラック軸は路面反力により車両進行方向に対する横方向の往復変位を続けている。

図１０（Ａ）は、ラック軸２４とモータ側のボールねじナット５２との変位（位置）を示すグラフであり、図中ラック軸側を破線で、ボールねじナット５２側を実線で表し、図中で横軸に時間、縦軸において変位ゼロよりプラス側は右側への変位量をマイナス側は左方向への変位量を取ってある。図１０（Ｂ）は、ボールねじナット５２の速度を示すグラフであり、図１０（Ｃ）は、ボールねじナット５２の加速度（エネルギー）を示すグラフである。図１０（Ａ）中に実線で示すボールねじナット５２側は、ほぼ正弦波状に左右に変位している。一方、破線で示すラック軸２４は、変位ゼロを超える際に揺り戻しが掛かり、即ち、右側から左側への変位に切り替わる際、左側から右側への変位に切り替わる際に、僅かに逆方向に揺れ戻っている。

図９（Ａ）は、図９（Ｆ）に示すラック軸２４が最も右側に変位した状態から、左方向への変位を開始し始めた状態を示している（図１０中のポイントＰａに相当）。図中一点鎖線Ｃは変位ゼロの位置を表す。ラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁にボール５４が当接し、ボール５４がボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａ側壁を押し、ボールねじナット５２は図２中で左側から見た時計方向へ回転させられると共に軸線左方向へ変位させられる。図９（Ｂ）は、ラック軸２４が振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通り過ぎた状態を示している（図１０中のポイントＰｂに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により左方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット５２は慣性による減速が大きくかからず、時計方向への回転と共に軸線左方向への変位が続く。このため、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁が、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突し、衝撃音が発生する。図９（Ｃ）は、ラック軸２４が左端に到達した状態を示している（図１０中のポイントＰｃに相当）。ラック軸２４は、機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに図９（Ｃ）に示す左端位置で停止する。ラック軸２４と同様に、ボールねじナット５２は左端位置で停止する。

図９（Ｄ）は、図９（Ｃ）に示すラック軸２４が最も左側に変位した状態から、右方向への変位を開始し始めた状態を示している（図１０中のポイントＰｄに相当）。図中一点鎖線Ｃは変位ゼロの位置を表す。ラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁にボール５４が当接し、ボール５４がボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａ側壁を押し、ボールねじナット５２は図２中で左側から見た反時計方向へ回転させられると共に軸線右方向へ変位させられる。図９（Ｅ）は、ラック軸２４が振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通り過ぎた状態を示している（図１０中のポイントＰｅに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により右方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット５２は慣性による減速が大きくかからず、反時計方向への回転と共に軸線右方向への変位が続く。このため、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁が、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突し、衝撃音が発生する。図９（Ｆ）は、ラック軸２４が右端に到達した状態を示している（図１０中のポイントＰｆに相当）。ここで、ラック軸２４及びボールねじナット５２は、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させながら、図９（Ｆ）に示す右端位置で緩やかに停止する。上述したようにラック軸２４が左右へ振幅する際に、変位ゼロを少し過ぎた時点で、ラック軸２４のボールねじ溝２４ｂとボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａとが激突して衝撃音が発生していた。このため、石畳路では、ラック軸２４の振幅による衝撃音が続き、運転者に強い不快感を与えていた。

このため、第１実施形態の電気式動力舵取装置では、ラック軸２４の往復変位の変位ゼロの時点から、ボールねじナット５２の回転速度を低下させる方向へモータを制御する。即ち、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸２４の変動に伴いボールねじナット５２が回転し、ラック軸２４の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナット５２の回転速度をモータ４０を制御し低下させることで、ラック軸２４とボールねじナット５２との衝突による衝撃音を抑制する。

この原理について、図５及び図８（Ｅ）を参照して説明する。
図８（Ｅ）は、ラック軸２４の変位を示し、図８（Ｅ）中で、正弦波のプラス側は右側へのラック軸２４の変位量を、マイナス側は左側の変位量を示している。図８（Ｅ）は上述した図１０（Ａ）に相当し得る。図５（Ａ）は、図５（Ｆ）に示すラック軸２４が最も右側に変位した状態から、左方向への変位を開始し始めた状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＡに相当）。図中一点鎖線Ｃは変位ゼロの位置を表す。ラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁にボール５４が当接し、ボール５４がボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａ側壁を押し、ボールねじナット５２は図２中で左側から見た時計方向へ回転させられると共に軸線左方向へ変位させられる。図５（Ｂ）は、ラック軸２４が振幅中心Ｃ（変位ゼロ｛図８（Ｅ）中のタイミングｔ１に相当｝）を通り過ぎた状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＢに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により左方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット５２は、慣性による減速は大きくかからないため、振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過した時点で、モータ４０により回転速度が低下させられる（反時計方向へ付勢される）。これにより、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁は、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。図５（Ｃ）は、ラック軸２４が左端に到達した状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＣに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに図５（Ｃ）に示す左端位置で停止する。一方、ボールねじナット５２は、ラック軸２４と同様に緩やかに回転が停止する。

図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）に示すラック軸２４が最も左側に変位した状態から、右方向への変位を開始し始めた状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＤに相当）。図中一点鎖線Ｃは変位ゼロの位置を表す。ラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁にボール５４が当接し、ボール５４がボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａ側壁を押し、ボールねじナット５２は図２中で左側から見た反時計方向へ回転させられると共に軸線右方向へ変位させられる。図５（Ｅ）は、ラック軸２４が振幅中心Ｃ（変位ゼロ｛図８（Ｅ）中のタイミングｔ２に相当｝）を通り過ぎた状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＥに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により右方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット５２は、慣性による減速が大きくかからないため、振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過した時点で、モータ４０により反時計方向への回転速度が低下させられる（時計方向へ付勢される）。これにより、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁は、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。図５（Ｆ）は、ラック軸２４が右端に到達した状態を示している（図８（Ｅ）中のポイントＰＦに相当）。ここで、ラック軸２４は、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させながら、図５（Ｆ）に示す右端位置で緩やかに停止する。同様に、ボールねじナット５２は、操舵がなされていない状態では緩やかに回転が停止する。

引き続き、図６のフローチャートを参照して上述した衝撃音を低減させるための衝撃音低減処理について説明する。
図４に示す電気式動力舵取装置のＥＣＵ６０は、モータレゾルバ４４からの信号に基づきモータ４０の回転角と同時に、ボールねじナット５２の回転を検出している。先ず、回転角の振幅から、衝撃音発生条件の周波数を抽出する（Ｓ１２）。ここでは、回転角の振幅の内の１５Ｈｚ〜２５Ｈｚをバンドパスフィルタを用いて抽出する。この抽出した波形を図８（Ａ）に示す。図８（Ａ）中では、上述した図８（Ｅ）と同様に、正弦波のプラス側は右側への変位量を、マイナス側は左側の変位量を示している。抽出した周波数が、衝撃音発生条件の周波数（例えば、１７Ｈｚ〜２２Ｈｚ）かを判断する。ここで、衝撃音発生条件の周波数とは、例えば、石畳路を特定のスピード（４０〜６０Ｋm／h）で走行中、衝撃音を発生するラック軸２４の振動周期を意味し、車両により少しずつ異なることになる。

ここで、衝撃音発生条件の周波数ではない場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７で検出した操舵トルクに比例したモータ電流を演算し（Ｓ２４）、モータ電流を出力して操舵をアシストする（Ｓ２２）。

一方、衝撃音発生条件の周波数、即ち、回転角の振幅の周期が１７Ｈｚ〜２２Ｈｚの場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ラック軸２４の振幅中心か、即ち、図８（Ａ）に示すゼロクロス（ｔ１、ｔ２，ｔ３，ｔ４、ｔ５，ｔ６，ｔ７）のタイミングかを判断する（Ｓ１６）。このラック軸２４の振幅中心以外のときには（Ｓ１６：Ｎｏ）、上述したＳ２４へ移行し、通常の操舵アシスト処理を行う。

一方、ラック軸２４の振幅中心のタイミングにおいては（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、モータ電流をブレーキ方向に補正し（Ｓ１８）、補正したモータ電流を出力する（Ｓ２２）。例えば、図５（Ｂ）を参照して上述したラック軸２４が右側から左側へ変位していく際に、ラック軸２４が振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過したタイミングｔ１で、図８（Ａ）中に斜線で示すようにモータ４０を制御し、ボールねじナット５２の慣性による時計方向への回転の速度を低下させるようにする（反時計方向へ１Ｎで１０ms付勢する）。これにより、変位ゼロを通過し機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに左端位置で停止したラック軸２４に対応させて、ボールねじナット５２は、モータ４０により時計方向への回転速度が低下させられる。このため、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁は、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。なお、操舵がなされている状態では、アシスト力を発生しているモータに対して、上述したタイミングで反時計方向へ１Ｎで１０ms付勢するようにモータ電流が補正される。

一方、図５（Ｅ）を参照して上述したラック軸２４が左側から右側へ変位していく際に、ラック軸２４が振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過したタイミングｔ２で、図８（Ａ）中に斜線で示すようにモータ４０を制御し、ボールねじナット５２の慣性による反時計方向への回転の速度を低下させるようにする（時計方向へ１Ｎで１０ms付勢する）。これにより、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させたラック軸２４に対応させて、ボールねじナット５２は、モータ４０により反時計方向への回転速度が低下させられる。このため、ボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａの側壁は、ボール５４を介してラック軸２４のボールねじ溝２４ｂの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。

[第２実施形態]
引き続き、本発明の第２実施形態に係る電気式動力舵取装置について、当該電気式動力舵取装置での制御を示す図７のフローチャート、及び、図８（Ｂ）のタイミングチャートを参照して説明する。なお、第２実施形態の電気式動力舵取装置の機械的構成については、図１〜図４を参照して上述した第１実施形態と同様であるため、同図を参照すると共に説明は省略する。
上述した第１実施形態では、振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過した時点でモータの励磁を開始させた。これに対して、第２実施形態では、振幅中心（変位ゼロ）Ｃを通過する前にモータの励磁を開始させる。第２実施形態では、振幅中心（変位ゼロ）Ｃのタイミングを推測する必要があるため、回転角の振幅の周期を求めて、次の振幅中心（変位ゼロ）Ｃのタイミングを演算する。

図７は第２実施形態に係る電気式動力舵取装置の衝撃音低減処理を示すフローチャートである。
第１実施形態と同様に、モータ回転角より衝撃音発生条件の周波数を抽出し（Ｓ１２）、衝撃音発生条件の周波数かを判断する（Ｓ１４）。ここで、衝撃音発生条件の周波数の場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、算出した周期からブレーキ補正を実施するタイミングを演算する（Ｓ１５）。例えば、図８（Ｂ）において、時刻０からｔ２までの１周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングｔ３を演算し、タイミングｔ３よりも例えば、８ms早いタイミングを演算する。そして、演算した補正タイミングになったかを判断し（Ｓ１６）、補正タイミングになると（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、上述した第１実施形態と同様にモータ電流をブレーキ方向へ補正する（Ｓ１８、Ｓ２２）。なお、タイミングｔ４から８ms早いタイミングは、タイミングｔ１からｔ３までの直前の周期に基づき演算する。

この第２実施形態では、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の前であるため、ボールねじナットを付勢するまでにタイムラグがあっても、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。

[第３実施形態]
引き続き、本発明の第３実施形態に係る電気式動力舵取装置での衝撃音低減処理について、図８（Ｃ）のタイミングチャートを参照して説明する。
第２実施形態では、次の振幅中心（変位ゼロ）Ｃのタイミングを演算し、変位ゼロの前にブレーキ補正を開始した。これに対して、第３実施形態では、次の振幅中心（変位ゼロ）Ｃのタイミングを演算し、変位ゼロの後にブレーキ補正を開始する。例えば、図８（Ｃ）において、時刻０からｔ２までの１周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングｔ３を演算し、タイミングｔ３よりも例えば、１６ms遅いタイミングを演算する。そして、補正タイミングになると、モータ電流をブレーキ方向へ補正する。

第３実施形態では、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の後であるため、ボールねじナットの付勢を短時間で行うことで、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。また、第１実施形態と比較して、処理速度の遅いＣＰＵを用いて制御を実現できる。

[第４実施形態]
引き続き、本発明の第４実施形態に係る電気式動力舵取装置での衝撃音低減処理について、図８（Ｄ）のタイミングチャートを参照して説明する。
第２実施形態では変位ゼロの前にブレーキ補正を開始し、第３実施形態では変位ゼロの後にブレーキ補正を開始した。これに対して、第４実施形態では、変位ゼロの前から後までブレーキ補正を継続する。例えば、図８（Ｄ）において、時刻０からｔ２までの１周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングｔ３を演算し、例えば、タイミングｔ３の８ms前と１６ms後のタイミングを演算する。そして、タイミングｔ３よりも８ms前の補正タイミングになると、モータ電流のブレーキ方向への補正を開始し、これを２４ms間（即ち、タイミングｔ３の１６ms後まで）継続する。

第４実施形態の電気式動力舵取装置は、実機に適用した際に最も衝撃音を小さくできることが判明している。このため、第４実施形態の衝撃音低減処理が最適と考えられる。なお、第４実施形態では、推定したゼロクロスタイミングから１６ms間、モータによる付勢を続けたが、この停止タイミングを、実際に検出したゼロクロスタイミングから１６ms後に行うことも好適である。この場合、ラック軸２４の変位の周期性が低くても、好適に対応することができる。

なお、上述した実施形態では、本発明の構成を周期性の有る石畳路を走行する際の衝撃音低減処理に適用した例を挙げたが、例えば、道路の継ぎ目走行時等のランダムに発生する衝撃音低減にも本発明の構成を適用し得ることは言うまでもない。

上述した実施形態では、ラックアシスト式の電気式動力舵取装置を例に挙げたが、本発明の衝撃音低減処理は、コラムアシスト式、ピニオンアシスト式の電気式動力舵取装置にも、更に、可変ギアレシオ電気式動力舵取装置にも、ステアバイワイヤ式電気式動力舵取装置にも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。 図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。 図１に示す一点鎖線III による楕円内の拡大図である。 第１実施形態の電気式動力舵取装置を制御するＥＣＵとレゾルバとの接続構成を示すブロック図である。 ラック軸とボールねじナットとの変位を示す説明図である。 図４に示すＣＰＵにより実行される衝撃音低減処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の電気式動力舵取装置にて実行される衝撃音低減処理を示すフローチャートである。 図８（Ａ）は第１実施形態でのブレーキ補正のタイミングを示すタイミングチャートであり、図８（Ｂ）は第２実施形態でのブレーキ補正のタイミングを示すタイミングチャートであり、図８（Ｃ）は第３実施形態でのブレーキ補正のタイミングを示すタイミングチャートであり、図８（Ｄ）は第４実施形態でのブレーキ補正のタイミングを示すタイミングチャートである。図８（Ｅ）は、ラック軸の変位を示す 従来技術でのラック軸とボールねじナットとの衝突音発生原理を示す説明図である。 図１０（Ａ）は、ラック軸とモータ側のボールねじナットとの変位（位置）を示すグラフであり、図１０（Ｂ）はボールねじナットの速度を示すグラフであり、図１０（Ｃ）はボールねじナットの加速度（エネルギー）を示すグラフである。

符号の説明

２０ 電気式動力舵取装置
２１ ステアリングホイール
２２ ステアリング軸
２３ ピニオン軸
２３ｃ ピニオンギヤ
２４ ラック軸
２４ａ ラック溝
３０ トルクセンサ
３１ トーションバー
３５ 第１レゾルバ
３７ 第２レゾルバ
４０ モータ
４４ モータレゾルバ
５０ ボールねじ機構
５２ ボールねじナット
５２ａ ボールねじ溝
５４ ボール
６０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. ラック・ピニオン式の操舵機構のラック軸にモータでアシスト力を与える電気式動力舵取装置において、
   ラック軸の車両進行方向に対する横方向の変位を検出する検出手段と、
   ラック軸の変位にモータの動きを追随させるよう制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
2. ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
   ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
   前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
3. ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
   ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
   前記往復変位の周波数が特定範囲であるかを判断する周波数判断手段と、
   前記周波数判断手段により特定範囲であると判断された際に、前記往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
4. ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
   ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
   前記往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
5. 前記推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングは、次の往復変位の変位ゼロの時点の前であることを特徴とする請求項４の電気式動力舵取装置。
6. 前記推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングは、次の往復変位の変位ゼロの時点の後であることを特徴とする請求項４の電気式動力舵取装置。
7. 前記検出手段は、前記モータの回転角センサからなることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１の電気式動力舵取装置。

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