JP2006160076A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最大操舵角度付近で、運転者に、ストッパ付近であることを意識させることが出来、ラックとストッパとを強い力で衝突させることを防止する電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ２１と、操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサ１８とを備え、検出した操舵トルクに基づきモータ６を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置。操舵部材の操舵角速度を検出する手段８と、操舵角速度が所定角速度以上であるか否かを判定する操舵角速度判定手段１０と、操舵角度が所定角度であるか否かを判定する操舵角度判定手段９と、操舵角速度判定手段１０が所定角速度以上であると判定し、操舵角度判定手段９が所定角度であると判定したときに、所定時間モータ６の出力トルクを削減する削減手段１１とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、モータが操舵補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。
特公平６−４４１７号公報

上述したような電動パワーステアリング装置では、最大操舵角度以上に操舵出来ないように、ストッパを設けてあるが、運転者が、ストッパ付近であることを意識せずに、素早く操舵してしまうと、ラックとストッパとが衝突する衝撃により、操舵角度センサ及びトルクセンサ等に狂いが生じる虞がある。
特許文献１には、操舵角が最大操舵角度より所定値手前である場合に、電動機へ供給する電力を減少させて、補助トルクを減少させる電動パワーステアリング装置が開示されている。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、最大操舵角度付近で、運転者に、ストッパ付近であることを意識させることが出来、ラックとストッパとを強い力で衝突させることを防止す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。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく前記モータの出力トルクで操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材の操舵角速度を検出する手段と、該手段が検出した操舵角速度が所定角速度以上であるか否かを判定する操舵角速度判定手段と、前記操舵角度センサが検出した操舵角度が、１又は複数の所定角度であるか否かを判定する操舵角度判定手段と、前記操舵角速度判定手段が所定角速度以上であると判定し、前記操舵角度判定手段が所定角度であると判定したときに、所定時間前記モータの出力トルクを削減する削減手段、又は所定時間前記モータに前記出力トルクと逆方向のトルクを出力させる逆トルク出力手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記削減手段が削減する出力トルク、又は前記逆トルク出力手段が出力させる逆方向のトルクは、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた大きさにするように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記複数の所定角度の間隔は、最大操舵角度に近い方を小さくしてあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵角速度判定手段が所定角速度以上であると判定し、操舵角度判定手段が所定角度であると判定したときに、削減手段が、所定時間モータの出力トルクを削減するか、又は逆トルク出力手段が、所定時間モータに出力トルクと逆方向のトルクを出力させるので、最大操舵角度付近で、運転者にコツ又はコツコツコツ・・・という感覚を与えてストッパ付近であることを意識させることが出来、ラックとストッパとを強い力で衝突させることを防止する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、削減手段が削減する出力トルク、又は逆トルク出力手段が出力させる逆方向のトルクは、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた大きさにしてあるので、最大操舵角度付近で、操舵の勢いが強い程、運転者に大きいコツ又はコツコツコツ・・・という感覚を与えてストッパ付近であることを意識させることが出来、ラックとストッパとを強い力で衝突させることを防止する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。即ち、ラックとストッパとが衝突すると影響が大きい場合程、運転者に強い警告を与えることが出来る。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、複数の所定角度の間隔は、最大操舵角度に近い方を小さくしてあるので、最大操舵角度付近で、運転者にコツコツコツ・・・という感覚を与えてストッパ付近であることを意識させることが出来ると共に、ストッパに近くなる程、運転者に頻繁に警告を与えることが出来、ラックとストッパとを強い力で衝突させることを防止する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵輪２７（操舵部材）と、操舵輪２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の回転を減速歯車機構１７を介して舵取機構２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ６の駆動回路５を制御する制御部１とを備えている。

操舵輪２７には、その回転角を検出する操舵角度センサ１８が設けられ、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度は制御部１に与えられる。操舵輪２７は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段２４は、入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０と、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構２３，２３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。

入力軸２６の周りには、操舵輪２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルクを、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ２１が配置されており、トルクセンサ２１が検出した操舵トルクに基づいて、制御部１が駆動回路５を制御するように構成してある。
減速歯車機構１７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ６の回転をウォーム及ウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵輪２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構２３，２３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ２１が検出した操舵トルクに基づき、制御部１が駆動回路５を制御してモータ６を駆動し、モータ６の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りの為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値Ｔが、制御部１の関数発生部１２に与えられる。関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値Ｖも与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク信号Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号Ｔの増加に従って目標電流値Ｉが比例的に増加し、さらに操舵トルク信号Ｔが所定値以上になると目標電流値Ｉが飽和するような関数が、車速値Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク値Ｔに対する目標電流値Ｉの比が小となると共に、目標電流値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた目標電流値Ｉは加算手段１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値Ｔは、制御部１の微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖも与えられる。微分演算部１４は、操舵トルク値Ｔを微分し、微分して得た操舵トルク値Ｔ′に、車速値Ｖに応じて定められた係数を乗じて、微分電流値Ｉｄとして加算手段１３へ与え、モータ６及び舵取機構２３，２３（図１）の慣性補償を行う。加算手段１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４より与えられた目標電流値Ｉ及び前記微分電流値Ｉｄを加算し、その加算結果を減衰部１１へ与える。

操舵角度センサ１８が検出した操舵角度が、インタフェース１９によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵角度値θが、操舵角度判定部９と操舵角速度検出部８に与えられる。
操舵角度判定部９は、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度が、操舵輪２７の最大操舵角度（例えば±５６０ｄｅｇ）より手前の所定範囲内（例えば５０ｄｅｇ以内）の複数の所定角度（例えば±５１０，±５２０，±５３０，±５３５，±５４０，±５４５，±５５０，±５５５ｄｅｇ）であるか否かを判定する。

操舵角速度検出部８は、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度のサンプリング毎の差から、操舵角速度を演算（検出）し、操舵角速度判定部１０に与える。
操舵角速度判定部１０は、操舵角速度検出部８が検出した操舵角速度の絶対値が所定角速度以上（例えば５０ｄｅｇ／ｓ以上）であるか否かを判定する。

減衰部１１（削減手段）は、操舵角度判定部９が、操舵角度が所定角度であると判定し、操舵角速度判定部１０が、操舵角速度の絶対値が所定角速度以上であると判定したときに、加算手段１３から与えられた加算結果に所定係数（＜１）を乗算して減衰させ、減算手段１５に与える。減衰部１１は、操舵角度判定部９及び操舵角速度判定部１０の何れか又は両方が、上記のように判定しないときは、加算手段１３から与えられた加算結果を、そのまま減算手段１５に与える。

減算手段１５には、操舵補助を行うモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出値Ｉｓも与えられている。減算手段１５は、減衰部１１の出力値（目標電流値Ｉ又は減衰させた目標電流値）からモータ電流検出値Ｉｓを減算し、その減算結果を、モータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。
この電動パワーステアリング装置の電源は、電源スイッチ回路２を通じてバッテリーＢから与えられる。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１は、先ず、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値Ｔを読み込み（Ｓ２）、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値Ｖを読み込む（Ｓ４）。次いで、操舵角度センサ１８が検出し、インタフェース１９によりサンプリングされた操舵角度値θを読み込み（Ｓ６）、モータ電流検出回路７が検出しサンプリングしたモータ電流検出値Ｉｓを読み込む（Ｓ７）。

制御部１は、次に、操舵角速度検出部８で、読み込んだ操舵角度値θ（Ｓ６）と前回サンプリングで読み込んだ操舵角度値との差を演算して、操舵角速度ωを検出する（Ｓ８）。次いで、読み込んだ操舵トルク値Ｔ（Ｓ２）及び検出した操舵角速度ωが同じ向きであるか否かを判定し（Ｓ１０）、同じ向きでなければ（Ｓ１０；ＮＯ）、操舵補助が必要な状態ではないので、そのままリターンする。
制御部１は、読み込んだ操舵トルク値Ｔ（Ｓ２）及び検出した操舵角速度ωが同じ向きであれば（Ｓ１０；ＹＥＳ）、関数発生部１２で、操舵トルク値Ｔ及び車速値Ｖ（Ｓ４）に応じた目標電流値Ｉを決定する（Ｓ１２）。

制御部１は、次に、加算手段１３で、その決定した目標電流値Ｉ（Ｓ１２）に、モータ６及び舵取機構２３の慣性補償を行う（Ｓ１４）。次いで、操舵角速度判定部１０で、操舵角速度ωの絶対値が所定角速度以上（例えば５０ｄｅｇ／ｓ以上）であるか否かを判定する（Ｓ１６）。
制御部１は、操舵角速度ωの絶対値が所定角速度以上であれば（Ｓ１６；ＹＥＳ）、操舵角度判定部９で、操舵角度値θが、所定角度（例えば５１０，５２０，５３０，５３５，５４０，５４５，５５０，５５５ｄｅｇ）であるか否かを判定する（Ｓ１８）。

制御部１は、操舵角度判定部９で、操舵角度値θが、所定角度でなければ（Ｓ１８；ＮＯ）、操舵角度値θが、他の所定角度（例えば−５１０，−５２０，−５３０，−５３５，−５４０，−５４５，−５５０，−５５５ｄｅｇ）であるか否かを判定する（Ｓ２０）。
制御部１は、操舵角度値θが、所定角度（例えば±５１０，±５２０，±５３０，±５３５，±５４０，±５４５，±５５０，±５５５ｄｅｇ）の何れかであれば（Ｓ１８；ＹＥＳまたはＳ２０；ＹＥＳ）、減衰部１１で、例えば１ミリ秒間、加算手段１３からの目標電流値Ｉに所定係数（＜１）を乗算して減衰させる（Ｓ２２）。

制御部１は、次に、減算手段１５で、その減衰させた目標電流値Ｉからモータ電流検出値Ｉｓを減算し（Ｓ２４）、モータ電圧演算部１６で、その減算結果に対してＰＩＤ演算を行い（Ｓ２６）、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える（Ｓ２８）。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。

制御部１は、操舵角度値θが、所定角度の何れかでなければ（Ｓ１８；ＮＯ及びＳ２０；ＮＯ）、減算手段１５で、減衰部１１を素通りさせた目標電流値Ｉからモータ電流検出値Ｉｓを減算し（Ｓ２４）、モータ電圧演算部１６で、その減算結果に対してＰＩＤ演算を行い（Ｓ２６）、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える（Ｓ２８）。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。
これにより、運転者は、最大操舵角度付近迄素早く操舵していても、図５に示すように、始めは１０ｄｅｇ毎に、更にストッパ（最大操舵角度）近くでは５ｄｅｇ毎にコツコツ・・・という手応えを感じて、ストッパ近くであることを認識することが出来る。

尚、例えば１ミリ秒間、減衰部１１で目標電流値Ｉに所定係数（＜１）を乗算して減衰させる（Ｓ２２）代わりに、逆トルク出力手段として、例えば１ミリ秒間、目標電流値Ｉに負の所定係数（＞−１）を乗算させるようにしても良い。これにより、トルクセンサ２１が検出した操舵トルクの大きさに応じた逆向きのトルクを、モータ６に発生させることが出来、運転者は、よりはっきりした手応えを感じることが出来る。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を説明する為の説明図である。

符号の説明

１ 制御部
５ 駆動回路
６ モータ
７ モータ電流検出回路
８ 操舵角速度検出部
９ 操舵角度判定部
１０ 操舵角速度判定部
１１ 減衰部（削減手段）
１２ 関数発生部
１３ 加算手段
１５ 減算手段
１６ モータ電圧演算部
１８ 操舵角度センサ
２１ トルクセンサ
２３ 舵取機構
２７ 操舵輪（操舵部材）
３１ ピニオン軸
３２ ラック軸

Claims (3)

1. 操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記操舵部材の操舵角度を検出する操舵角度センサとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく前記モータの出力トルクで操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵部材の操舵角速度を検出する手段と、該手段が検出した操舵角速度が所定角速度以上であるか否かを判定する操舵角速度判定手段と、前記操舵角度センサが検出した操舵角度が、１又は複数の所定角度であるか否かを判定する操舵角度判定手段と、前記操舵角速度判定手段が所定角速度以上であると判定し、前記操舵角度判定手段が所定角度であると判定したときに、所定時間前記モータの出力トルクを削減する削減手段、又は所定時間前記モータに前記出力トルクと逆方向のトルクを出力させる逆トルク出力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. 前記削減手段が削減する出力トルク、又は前記逆トルク出力手段が出力させる逆方向のトルクは、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた大きさにするように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記複数の所定角度の間隔は、最大操舵角度に近い方を小さくしてある請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。

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