JP2005254843A - Power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置に関する。 The present invention arranges a hydraulic cylinder and an electric motor in a steering torque transmission path for transmitting a steering torque input by a driver to a steering wheel to a wheel, and assists the steering operation of the driver with an assist force generated by the hydraulic cylinder and the electric motor. The present invention relates to a power steering device.
ステアリングギヤボックスに収納したラックバーを油圧シリンダで駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする油圧式パワーステアリングにおいて、ラックバーのラックに噛合するピニオンに電気モータを接続し、油圧シリンダが発生するアシスト力を電気モータが発生する同方向および逆両方向のトルクで増減制御するものが、下記特許文献1により公知である。
ところで、パワーステアリング装置の操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置した場合、電気モータを停止させた状態で油圧シリンダだけを駆動してアシスト力を発生させると、操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが外部から駆動される場合があるため、電気モータのフリクションで操舵フィーリングが低下する問題がある。 By the way, when the hydraulic cylinder and the electric motor are arranged in the steering torque transmission path of the power steering device, if the assist force is generated by driving only the hydraulic cylinder with the electric motor stopped, the assist torque is transmitted from the steering torque transmission path. Since the electric motor may be driven from the outside by the assist force of the hydraulic cylinder, the steering feeling is reduced due to the friction of the electric motor.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、油圧シリンダおよび電気モータでアシスト力を発生するパワーステアリング装置において、停止した電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent a reduction in steering feeling due to friction of a stopped electric motor in a power steering device that generates assist force by a hydraulic cylinder and an electric motor. .
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、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車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、油圧シリンダのアシスト力で電気モータが駆動されるとき、電気モータは自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a hydraulic cylinder and an electric motor are disposed in a steering torque transmission path for transmitting a steering torque input by a driver to a steering wheel to a wheel. In the power steering device that assists the driver's steering operation with the assist force generated by the electric motor, when the electric motor is driven by the assist force of the hydraulic cylinder, the electric motor generates a friction canceling torque that cancels its own friction. A power steering apparatus characterized by this is proposed.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、操舵トルク信号のハイパス信号に基づいて算出したイナーシャ補償信号およびモータ角速度信号に基づいて算出したダンパ補償信号の少なくとも一方で前記フリクション相殺トルクを補正することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。 According to the invention described in claim 2, in addition to the configuration of claim 1, at least of the inertia compensation signal calculated based on the high-pass signal of the steering torque signal and the damper compensation signal calculated based on the motor angular velocity signal. On the other hand, a power steering device is proposed which corrects the friction canceling torque.
また請求項3に記載された発明によれば、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車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、前記操舵トルク伝達経路と電気モータとの間にクラッチを設け、電気モータがアシスト力を発生しないときに前記クラッチを開放することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。 According to the third aspect of the present invention, the hydraulic cylinder and the electric motor are arranged on the steering torque transmission path for transmitting the steering torque input by the driver to the steering handle to the wheel, and the hydraulic cylinder and the electric motor generate assistance. In a power steering apparatus that assists a driver's steering operation with force, a clutch is provided between the steering torque transmission path and an electric motor, and the clutch is released when the electric motor does not generate assist force. A power steering device is proposed.
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記操舵トルク伝達経路を介して車輪からステアリングハンドルに所定値以上の路面反力トルクが伝達されるとき、前記クラッチを締結することを特徴とする、パワーステアリング装置が提案される。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, when a road surface reaction torque greater than a predetermined value is transmitted from a wheel to a steering handle via the steering torque transmission path, A power steering apparatus characterized by engaging a clutch is proposed.
尚、本発明でいう電気モータのフリクションとは、電気モータが有する機械的な摩擦力に限定されるものではなく、電気モータのロータの慣性、電気モータのマグネットによる引張力、電気モータに連なる操舵トルク伝達経路が有する機械的な摩擦力のように、ステアリング系の回転に抵抗する方向に作用する力を含むものとする。 The friction of the electric motor referred to in the present invention is not limited to the mechanical frictional force of the electric motor, but the inertia of the rotor of the electric motor, the tensile force by the magnet of the electric motor, and the steering connected to the electric motor. A force acting in a direction that resists rotation of the steering system, such as a mechanical frictional force of the torque transmission path, is included.
請求項1の構成によれば、操舵トルク伝達経路に配置した油圧シリンダおよび電気モータのうち、油圧シリンダだけを駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする際に、操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが外部から駆動されても、電気モータが自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することで、電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, the hydraulic pressure transmitted from the steering torque transmission path when assisting the steering operation of the driver by driving only the hydraulic cylinder among the hydraulic cylinder and the electric motor arranged in the steering torque transmission path. Even when the electric motor is driven from the outside by the assist force of the cylinder, the electric motor generates a friction canceling torque that cancels its own friction, thereby preventing a reduction in steering feeling due to the friction of the electric motor.
請求項2の構成によれば、操舵トルク信号のハイパス信号に基づいて算出したイナーシャ補償信号、あるいはモータ角速度信号に基づいて算出したダンパ補償信号でフリクション相殺トルクを補正するので、電気モータの慣性の影響を補償したり電気モータの収斂性を向上させたりすることができる。 According to the configuration of the second aspect, the friction canceling torque is corrected by the inertia compensation signal calculated based on the high-pass signal of the steering torque signal or the damper compensation signal calculated based on the motor angular velocity signal. It is possible to compensate for the influence and improve the convergence of the electric motor.
請求項3の構成によれば、操舵トルク伝達経路に配置した油圧シリンダおよび電気モータのうち、油圧シリンダだけを駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする際に、クラッチを開放して操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが駆動されないようにすることで、電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することができる。 According to the configuration of the third aspect, when driving only the hydraulic cylinder and assisting the driver's steering operation among the hydraulic cylinder and the electric motor arranged in the steering torque transmission path, the clutch is opened to release the steering torque transmission path. By preventing the electric motor from being driven by the assist force of the hydraulic cylinder transmitted from the motor, it is possible to prevent the steering feeling from being lowered due to the friction of the electric motor.
請求項4の構成によれば、操舵トルク伝達経路を介して車輪からステアリングハンドルに所定値以上の路面反力トルクが伝達されるときにクラッチを締結するので、電気モータのフリクションでステアリングハンドルの振れを抑制して操舵フィーリングを高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the clutch is engaged when a road surface reaction torque greater than a predetermined value is transmitted from the wheel to the steering handle via the steering torque transmission path. It is possible to suppress the steering and enhance the steering feeling.
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。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1〜図3は本発明の第1実施例を示すものであり、図1はパワーステアリング装置の全体構成図、図2は電気モータの制御系のブロック図、図3は操舵トルクとフリクション補償電流との関係を示すグラフである。 1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power steering apparatus, FIG. 2 is a block diagram of an electric motor control system, and FIG. 3 is a steering torque and friction compensation. It is a graph which shows the relationship with an electric current.
図1に示すように、ステアリングハンドル11に接続された第1ステアリングシャフト12は、第1ユニバーサルジョイント13、第2ステアリングシャフト14、第2ユニバーサルジョイント15、第3ステアリングシャフト16およびトーションバー17を介してピニオンシャフト18に接続される。車体に左右移動自在に支持されたラックバー19の両端がタイロッド20,20およびナックル21,21を介して左右の車輪W,Wに接続される。ピニオンシャフト18の下端に設けたピニオン22がラックバー19に形成したラック23に噛合しており、ドライバーがステアリングハンドル11に入力した操舵トルクは、ピニオン22およびラック23で左右方向のスラスト力に変換されて左右の車輪W,Wを転舵する。
As shown in FIG. 1, the
ドライバーのステアリング操作をアシストすべく、ラックバー19がシール部材24,24を介して摺動自在に貫通する油圧シリンダ25が設けられており、ラックバー19に固定されて油圧シリンダ25に摺動自在に嵌合するピストン26の両側に第1、第2作動油室27,28が区画される。第3ステアリングシャフト16およピニオンシャフト18の間にトーションバー17の捩じれに応じて油路を切り替える制御バルブ29が設けられており、制御バルブ29の4個のポート29a,29b,29c,29dが、作動油タンク30、油圧ポンプ31および第1、第2作動由室27,28にそれぞれ接続される。
In order to assist the driver's steering operation, a
ドライバーがステアリングハンドル11に入力した操舵トルクでトーションバー17が一方向に捩じれ変形すると、第1ポート29aが第3ポート29cに連通して第2ポート29bが第4ポート29dに連通し、油圧ポンプ31から圧送された作動油が第1作動油室27に供給されて第2作動油室28の作動油が作動油タンク30に戻されることで、油圧シリンダ25内でピストン26が車体左側に移動して車輪W,Wの左転舵がアシストされる。逆に、ドライバーがステアリングハンドル11に入力した操舵トルクでトーションバー17が他方向に捩じれ変形すると、第1ポート29aが第4ポート29dに連通して第2ポート29bが第3ポート29cに連通し、油圧ポンプ31から圧送された作動油が第2作動油室28に供給されて第1作動油室27の作動油が作動油タンク30に戻されることで、油圧シリンダ25内でピストン26が車体右側に移動して車輪W,Wの右転舵がアシストされる。
When the
第3ステアリングシャフト16にウオームホイール32が設けられており、直流ブラシモータよりなる電気モータ33の出力軸33aに設けたウオーム34がウオームホイール32に噛合する。従って、電気モータ33を駆動すると、その出力軸33aの回転がウオーム34およびウオームホイール32を介して第3ステアリングシャフト16に伝達され、電気モータ33が発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストすることができる。尚、ウオーム34およびウオームホイール32は減速比が比較的に小さいもので、ウオームホイール32側からウオーム34側への動力の逆伝達が可能である。
A
油圧シリンダ25による操舵のアシストはトーションバー17が捩じれ変形したとき、つまりドライバーの操舵トルクがステアリングハンドル11に入力されたときに行われるが、電気モータ33による操舵のアシストは必要時に電子制御ユニットUからの指令に基づいて行われる。
The steering assist by the
図2に示すように、電気モータ33の作動を制御する電子制御ユニットUに、トーションバー17の捩じれ角から操舵トルクを検出する操舵トルクセンサSaと、車輪Wの回転数から車速を検出する車速センサSbと、電気モータ33の電流および電圧を検出する電流センサScおよび電圧センサSdとが接続される。電子制御ユニットUはフリクション補償手段35、イナーシャ補償手段36およびダンパ補償手段37を備えており、これらのフリクション補償手段35、イナーシャ補償手段36およびダンパ補償手段37が出力する電流指令値が加算されて電気モータ33の制御電流とされる。
As shown in FIG. 2, the electronic control unit U that controls the operation of the
フリクション補償手段35には、ローパスフィルタ38および位相補償手段39を通過した操舵トルクと、車速とが入力され、イナーシャ補償手段36には、ローパスフィルタ38およびハイパスフィルタ40を通過した操舵トルクと、ローパスフィルタ38を通過した操舵トルクと、車速とが入力され、イナーシャ補償手段36には、ローパスフィルタ38を通過した操舵トルクと、モータ電流およびモータ電圧からモータ角速度算出手段41が算出したモータ角速度と、車速とが入力される。
The friction compensation means 35 receives the steering torque passing through the low-
さてドライバーのステアリング操作を油圧シリンダ25が発生するアシスト力でアシストしているとき、第3ステアリングシャフト16の回転がウオームホイール32およびウオーム34を介して電気モータ33に伝達され、電気モータ33が外部から回転させられることで発生するフリクションが操舵フィーリングを低下させる可能性がある。しかしながら本実施例によれば、操舵トルクのローパス信号を、位相補償手段39を通過させてウオームホイール32、ウオーム34および電気モータ33の機械的時定数によって遅れる分だけ位相を進めるトルク位相補償信号を算出し、フリクション補償手段35はトルク位相補償信号と車速とに基づいて、図3に示すようなフリクション補償電流を算出して電気モータ33に供給する。
When the steering operation of the driver is assisted by the assist force generated by the
このように、油圧シリンダ25だけが作動して停止している電気モータ33が外力で駆動されるとき、その電気モータ33自体のフリクションと、ウオームホイール32およびウオーム34のフリクションとを相殺するように該電気モータ33を駆動することで、前記フリクションを相殺して操舵フィーリングの低下を防止することができる。
In this way, when the
またステアリングハンドル11の切り始め時や切り返し時に電気モータ33の慣性の影響で操舵トルクが急激に変化する場合には、ハイパスフィルタ40からイナーシャ補償手段36に大きなトルクハイパス信号が入力されるため、イナーシャ補償手段36がトルクハイパス信号に比例したイナーシャ補償電流を算出して電気モータ33に供給することで、電気モータ33の慣性の影響を補償することができる。更に、ステアリングハンドル11の切り込み時や戻し時に、モータ電流およびモータ電圧からモータ角速度算出手段41が算出したモータ角速度がダンパ補償手段37に入力され、ダンパ補償手段37がモータ角速度に比例したダンパ補償電流を算出して電気モータ33に供給することで、電気モータ33の収斂性を向上させることができる。
Further, when the steering torque changes suddenly due to the inertia of the
尚、電気モータ33が直流ブラシモータである場合には、モータ角速度算出手段41はモータ電流およびモータ電圧からモータ角速度を算出するが、電気モータ33が直流ブラシレスモータである場合には、モータ角速度をレゾルバ等の回転位置センサの出力の微分値から算出することができる。
When the
次に、図4に基づいて本発明の第2実施例を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第2実施例は電気モータ33の出力軸33aとウオーム34との間に、電子制御ユニットUにより制御されるクラッチ42を設けたものである。油圧シリンダ25が駆動されて電気モータ33が駆動されないとき、クラッチ42を開放して操舵トルク伝達経路から電気モータ33にトルクが伝達されるのを防止することで、電気モータ33のフリクションが操舵フィーリングを低下させるのを防止することができる。また電気モータ33が停止しているときに、路面から車輪W,Wに大きな反力が入力される場合や、砂利道を走行してシミーが発生する可能性がある場合にクラッチ42を締結することで、電気モータ33のフリクションを積極的に操舵トルク伝達経路に伝達し、路面からの荷重でステアリングハンドル11が一方向に取られたり振動が発生したりするのを防止して操舵フィーリングを高めることができる。
In the second embodiment, a clutch 42 controlled by an electronic control unit U is provided between an
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the claims. It is.
例えば、第2実施例では電気モータ33とウオーム34との間にクラッチ42を配置しているが、操舵トルク伝達経路とウオームホイール32との間にクラッチ42を配置しても良い。このようにすれば、クラッチの開放時に、電気モータ33のフリクションに加えてウオーム34およびウオームホイール32間のフリクションが操舵トルク伝達経路に作用するのを防止し、かつクラッチの締結時に前記両方のフリクションを操舵トルク伝達経路に作用させることが可能になって更に効果的である。
For example, although the clutch 42 is disposed between the
また実施例では電気モータ33を第3ステアリングシャフト16に接続しているが、電気モータ33をステアリングハンドル11および車輪W,W間の操舵トルク伝達経路の任意の位置に接続することができる。
In the embodiment, the
11 ステアリングハンドル
25 油圧シリンダ
33 電気モータ
42 クラッチ
W 車輪
11 Steering handle 25
Claims (4)
油圧シリンダ(25)のアシスト力で電気モータ(33)が駆動されるとき、電気モータ(33)は自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することを特徴とするパワーステアリング装置。 The hydraulic cylinder (25) and the electric motor (33) are arranged on the steering torque transmission path for transmitting the steering torque input by the driver to the steering handle (11) to the wheels (W), and the hydraulic cylinder (25) and the electric motor (33) are arranged. In the power steering device that assists the driver's steering operation with the assist force generated by
When the electric motor (33) is driven by the assist force of the hydraulic cylinder (25), the electric motor (33) generates a friction canceling torque that cancels its own friction.
前記操舵トルク伝達経路と電気モータ(33)との間にクラッチ(42)を設け、電気モータ(33)がアシスト力を発生しないときに前記クラッチ(42)を開放することを特徴とするパワーステアリング装置。 The hydraulic cylinder (25) and the electric motor (33) are arranged on the steering torque transmission path for transmitting the steering torque input by the driver to the steering handle (11) to the wheels (W), and the hydraulic cylinder (25) and the electric motor (33) are arranged. In the power steering device that assists the driver's steering operation with the assist force generated by
A power steering characterized in that a clutch (42) is provided between the steering torque transmission path and the electric motor (33), and the clutch (42) is released when the electric motor (33) does not generate assist force. apparatus.
The clutch (42) is engaged when a road surface reaction force torque of a predetermined value or more is transmitted from the wheel (W) to the steering handle (11) through the steering torque transmission path. A power steering device according to claim 1.
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2004
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