JP2006248395A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリクションによるアシスト力不足と操舵応答遅れを回避したパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、可逆式ポンプに接続され、この可逆式ポンプを正・逆回転させるモータと、モータ回転位置を検出する回転位置検出手段と、転舵輪を転舵制御するステアリングホイールの操舵負荷を検出または推定する操舵負荷検出手段と、操舵負荷に基づき、モータに所望の油圧を発生させるためにモータに対して駆動信号を出力するモータ制御手段と、を備え、モータ制御手段は、駆動信号に前記操舵機構、可逆式ポンプ及びモータのうち少なくともいずれか１つの摩擦補償値を加算して得られた指令信号によってモータを駆動制御することとした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、油圧により運転者の操舵をアシストするパワーステアリング装置に関する。

従来、特許文献１に開示されるようなパワーステアリング装置においては、パワーシリンダと、このパワーシリンダに接続された双方向ポンプと、この双方向ポンプを正・逆回転駆動する電動機を備え、パワーシリンダの左右の圧力室に油圧を供給することにより、操舵アシスト力を得ている。
特開２００４−３０６７２１号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、ラックピニオンギヤ等ギヤ系のフリクションや、電動機、ポンプ等回転体のフリクションにより、コントローラの指令信号どおりのアシストトルクが発生しないおそれがある。そのため、アシスト力不足や操舵応答遅れが生じるという問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、フリクションによるアシスト力不足と操舵応答遅れを回避したパワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明では、転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、前記可逆式ポンプに接続され、この可逆式ポンプを正・逆回転させるモータと、前記モータ回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記転舵輪を転舵制御するステアリングホイールの操舵負荷を検出または推定する操舵負荷検出手段と、前記操舵負荷に基づき、前記モータに所望の油圧を発生させるために前記モータに対して駆動信号を出力するモータ制御手段と、を備え、前記モータ制御手段は、前記駆動信号に前記操舵機構、可逆式ポンプ及びモータのうち少なくともいずれか１つの摩擦補償値を加算して得られた指令信号によって前記モータを駆動制御することとした。

よって、フリクションにより減殺される駆動力を考慮した指令値を出力することで、操舵応答遅れを回避したパワーステアリング装置を提供できる。

以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図８に基づき説明する。図１は、本願パワーステアリング装置のシステム構成図である。ステアリングホイール１はトルクセンサ２およびピニオン３を介してラック４と接続する。トルクセンサ２はステアリングホイール１への操舵力を検出し、コントロールユニット１００に対しトルク信号を出力する。

ラック４には、運転者の操舵トルクに応じてラック４の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構には、モータＭにより駆動され、一対の吐出口を持つ可逆式のポンプＰと、転舵輪６に接続するラック４が設けられている。本願におけるポンプＰはギヤポンプとするが、他のポンプであってもよい。

シリンダ５はラック４に設けられ、内部は軸方向移動可能なピストン７によってシリンダ５内部を隔成されて第１、第２シリンダ室５ａ，５ｂを形成する。第１、第２シリンダ室５ａ，５ｂはそれぞれ油路１１，１２によりポンプＰと接続し、ポンプＰから作動油の供給を受けて容積変化し、ピストン７を駆動する。これによりラック４にアシスト力が作用し、運転者による転舵をアシストする。

コントロールユニット１００には、トルクセンサ２からのトルク信号、イグニッション信号、車速信号、回転位置センサ８からのモータ回転角θが入力される。これらに基づきモータＭの基本目標トルクＴを演算して駆動電流に変換し、目標トルクＴ＊に対応した電圧指令値Ｖｓを出力する。

［コントロールユニットの制御構成］
図２は、コントロールユニット１００の制御構成を示すブロック図である。基本制御量算出部１１０では、トルクセンサ２により検出されたトルク信号、及び車速信号に基づいて基本制御量（操舵アシスト量）であるアシストトルク目標値Ｔ＊を算出する。

摩擦補償値演算部１２０では、アシストトルク目標値Ｔ＊に温度係数Ｋｔ及び車速係数Ｋｖ等の摩擦補償値を乗じることによって、オフセット補償値ΔＴを決定する。このオフセット補償値ΔＴは、アシストトルク目標値Ｔ＊と同一符号となるものとする。温度変化に伴う作動油の粘性抵抗の変化、また車速変化に伴ってステアリング系への外力が変化し、ラック４及びピニオン３の噛合い抵抗が変化することを考慮したものである。

位相補償制御量算出部１３０では、モータイナーシャ、メカ伝達系の位相遅れ補償量を算出し、制御系の安定化を図る位相補償制御量を算出する。ダンピング制御量算出部１４０では、車両の収斂性向上のために、モータ回転数に応じてダンピングトルク制御量を算出する。

戻し制御量算出部１５０では、舵角及び車速に基づいてステアリングを中立付近へ戻す方向のトルクを算出する。上記基本制御量、位相補償制御量、ダンピングトルク制御量、反力トルク制御量の値に基づいて最終的な目標モータトルクを演算して駆動電流に変換し、目標トルクＴ＊に対応した電圧指令値Ｖｓを出力する。

［アシスト目標値補正制御］
トルクセンサ２により検出された操舵力に対応したアシストトルクを油圧によって発生させる場合、ラック４とピニオン３の噛合いフリクションや、モータＭ、ポンプＰ等回転体のフリクションによりポンプ圧が消費され、コントロールユニット１００の指令信号どおりのアシストトルクが発生しないおそれがある。

ここで、本願と異なりエンジンによって常時ポンプ駆動を行うパワーステアリング装置の場合、操舵の有無によらず常時液圧が発生しているため、多少のフリクションがあったとしても液圧は速やかに所望の値に到達する。したがってアシストトルク不足や操舵応答遅れの影響は大きな問題とはならない。

一方、本願のようにアシストトルクが必要なときにのみモータＭによりポンプＰを駆動して液圧を発生させるパワーステアリング装置の場合、非アシスト時には液圧は発生していない。そのため、アシスト開始時には直ちに液圧をゼロから所望の値に上昇させる必要があるが、フリクションによってモータＭの回転が抑制されると、液圧上昇が妨げられアシスト力不足やステアリング応答遅れの影響が顕著となる。

したがって本願実施例においては、まず図３のマップを用いてトルクセンサ２により検出された操舵トルクＴに対応するアシストトルク目標値Ｔ＊を演算する。コントロールユニット１００はこのＴ＊にオフセット補償値ΔＴを加算し、トルク目標補正値ＴγとしてモータＭに出力する。

ここで、ステアリングには遊びが要求されるため、検出された操舵トルクＴがゼロ値を含む所定範囲内の場合は、オフセット補償値ΔＴを加算しないものとする。常時一律にオフセット補償値を加算するとステアリング応答が過敏になりすぎるため、運転者による操舵トルクＴがニュートラル位置近傍の場合、操舵アシストを行わないことでステアリングの不感帯を設け、良好な操舵フィーリングを確保する。

このオフセット補償値ΔＴは、アシスト開始時もしくは低速時など、要求アシストトルクが小さい場合にモータＭがフリクションに抗して速やかに回転できるよう設定される。

具体的には、温度変化に伴う作動油の粘性抵抗の変化、また車速変化に伴ってステアリング系への外力が変化し、ラック４及びピニオン３の噛合い抵抗が変化することを考慮し、アシストトルク目標値Ｔ＊に温度係数Ｋｔ及び車速係数Ｋｖ等の摩擦補償値を乗じることによって、オフセット補償値ΔＴを決定する。

この温度係数Ｋｔ及び車速係数Ｋｖは、コントロールユニット１００に記憶された温度−Ｋｔマップ及び車速−Ｋｖマップ（図４，５参照）により決定され、実験等により測定したＫｔ、Ｋｖ等の摩擦補償値を記憶することにより、実験に基づいた適切なモータ制御を行うことが可能となっている。

また、温度係数Ｋｔは作動油温もしくは装置周囲温度によって補正されるものとする。ポンプＰの駆動フリクションは作動油の粘度に依存するため、Ｋｔを温度により補正し、補償値ΔＴを温度によって変化させることで、より適切な摩擦補償を行っている。

さらに、車速係数Ｋｖは車両速度に基づき補正され、低速走行状態では応答性を向上させるため大きめに設定し、高速走行状態では直進安定性を向上させるために小さめに設定することにより、操舵の応答性と安定性の両立を図るものである。

なお、本願実施例では摩擦補償値として温度係数Ｋｔ及び車速係数Ｋｖを用い、アシストトルク目標値Ｔ＊にＫｔ及びＫｖを乗じてオフセット補償値ΔＴを決定したが、ラック４及びピニオン３の噛合い抵抗、ポンプＰの駆動抵抗、モータＭの回転抵抗のうち少なくともいずれか１つが考慮されていればよいため、ＫｔとＫｖのうち少なくともいずれか一方をＴ＊に乗じればよく特に限定しない。

また、他のパラメータを摩擦補償値として用いてもよい。例えば、ステアリング系は路面反力を受けるため、操舵フィーリングは路面μの値によって変化する。したがって、路面μによって操舵アシスト力を変化させることにより操舵フィーリングの変化を抑制し、良好なアシスト特性を得ることとしてもよい。

［ポンプ停止回避制御処理］
図６は、アシスト目標値補正制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。

ステップＳ１０１では、アシストトルクの目標値Ｔ＊を算出し、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では、トルク目標値Ｔ＊が０でないかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０３へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０３では、トルク目標値Ｔ＊の絶対値｜Ｔ＊｜に温度係数Ｋｔ、車速係数Ｋｖを乗じてオフセット補償値ΔＴ（ΔＴ≧０）を算出し、ステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４では、トルク目標値Ｔ＊の符号を判定し、正であればステップＳ１０５へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０５では、トルク目標値Ｔ＊にオフセット補償値ΔＴを付加してトルク目標補正値Ｔγを算出し、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０６では、トルク目標値Ｔ＊からオフセット補償値ΔＴを減じてトルク目標補正値Ｔγを算出し、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０７では、トルク目標補正値Ｔγを０とし、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８では、トルク目標補正値Ｔγにトルク電流変換係数αを乗じてモータ電流目標値Ｉ＊＝Ｔγ・αを演算し、制御を終了する。

［従来例と本願実施例における作用効果の対比］
図７は従来のパワーステアリング装置、図８は本願におけるトーションバートルク−アシスト目標値の関係を示す図である。図中破線は、実際にアシスト力として得られる有効アシストトルクを示す。

従来例においては、双方向ポンプによりパワーシリンダの左右の圧力室に油圧を供給することにより操舵アシスト力を得ているが、ラック&ピニオンやモータ、ポンプ等回転体等のフリクションにより、モータトルクがフリクションによって消費されて有効アシストトルクが発生しない領域、すなわち不感帯が生じる。この不感帯はステアリングの遊びとして必要不可欠のものであるが、不感帯領域が広くなりすぎるとステアリング応答の遅れを招いてしまう。

本願と異なりエンジンによって常時ポンプ駆動を行う場合、常時液圧が発生しているため多少のフリクションがあったとしても液圧は速やかに所望の値に到達するが、本願のように必要なときのみモータＭによりポンプＰを駆動して液圧を発生させる場合、アシスト開始時の液圧はゼロである。このためフリクションが液圧上昇の妨げとなって生じるアシスト力不足やステアリング応答遅れの影響は、従来例に比べより顕著なものとなり、不感帯領域の拡大を招いてしまっていた。

これに対し本願実施例では、トーションバーにより検出された操舵トルクに対応するアシストトルク目標値Ｔ＊を演算し、このＴ＊に一律オフセット補償値ΔＴを加算し、トルク目標補正値ＴγとしてモータＭに出力することとした。

また、オフセット補償値ΔＴはアシストトルク発生の抵抗となる摩擦補償値であり、この摩擦補償値は、ラック４及びピニオン３の噛合い抵抗、ポンプＰの駆動抵抗、モータＭの回転抵抗のうち少なくともいずれか１つにより決定され、アシスト開始時にモータＭがフリクションに抗して速やかに指令値どおりの回転を行うよう設定されるものとした。

これにより、ラック&ピニオンやモータ、ポンプ等回転体等のフリクションにより、モータトルクがフリクションによって消費されることで生じるステアリングの不感帯を狭めて速やかに所望の液圧を発生させることが可能となり、必要なときのみモータＭによりポンプＰを駆動して液圧を発生させるパワーステアリング装置にあっても、アシスト力不足や操舵応答遅れを改善することができる。

また、アシストトルク目標値Ｔ＊温度係数Ｋｔ及び車速係数Ｋｖを乗じてオフセット補償値ΔＴを算出するため、Ｋｔ，Ｋｖの設定により同一環境下におけるΔＴの値を任意に変化させることで、不感帯領域の幅を調整することができる。車両特性により不感帯領域を調整することで、ステアリングのセッティングをより柔軟なものとすることができる。
（他の実施例）

以上実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。

（イ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記摩擦補償値を記憶する摩擦補償値記憶手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記摩擦補償値記憶手段に記憶された摩擦補償値に基づき前記モータを駆動することを特徴とするパワーステアリング装置。

実験等により測定した摩擦補償値を記憶手段により記憶することにより、実験に基づいた適切なモータ制御を行うことができる。

（ロ）請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記摩擦補償値は、雰囲気温度または作動油温に基づき補正されることを特徴とするパワーステアリング装置。

双方向ポンプの駆動フリクションは作動油の粘度に依存するため、摩擦補償値を温度によって補正することにより、より適切な摩擦補償を行うことができる。

（ハ）請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記摩擦補償値は、車両速度に基づき補正されることを特徴とするパワーステアリング装置。

低速走行状態では応答性を向上させるために摩擦補償値を大きめに設定し、高速走行状態では直進安定性を向上させるために摩擦補償値を小さめに設定することにより、操舵の応答性と安定性の両立を図ることができる。

（ニ）請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
前記モータ制御手段は、前記操舵トルクが０を含む所定範囲内において、操舵アシストを行わない不感帯を有することを特徴とするパワーステアリング装置。

摩擦補償により駆動信号を補正した場合、フリクションによる不感帯が消滅または減少するため、操舵トルクの中立位置付近に制御不感帯を設けることにより、適切な不感帯を設け、操舵アシストが過敏になりすることを防止することができる。

本願パワーステアリング装置のシステム構成図である。 コントロールユニットの制御構成を示すブロック図である。 トーションバートルク−アシスト目標値マップである。 温度係数−アシスト目標値マップである。 車速係数−アシスト目標値マップである。 アシスト目標値補正制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来例におけるトーションバートルク−アシストトルクの関係を示す図である。 本願におけるトーションバートルク−アシストトルクの関係を示す図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ トーションバー
２ トルクセンサ
３ ピニオン
４ ラック
５ シリンダ
６ 転舵輪
７ ピストン
８ 回転位置センサ
１１，１２ 油路
１００ コントロールユニット
１１０ 基本制御量算出部
１２０ 摩擦補償値演算部
１３０ 位相補償制御量算出部
１４０ ダンピング制御量算出部
１５０ 制御量算出部
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ

Claims (2)

1. 転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
   前記可逆式ポンプに接続され、この可逆式ポンプを正・逆回転させるモータと、
   前記転舵輪を転舵制御するステアリングホイールの操舵負荷を検出または推定する操舵負荷検出手段と、
   前記操舵負荷に基づき、前記モータに所望の油圧を発生させるために前記モータに対して駆動信号を出力するモータ制御手段と
   を備え、
   前記モータ制御手段は、前記駆動信号に前記操舵機構、可逆式ポンプ及びモータのうち少なくともいずれか１つの摩擦補償値を加算して得られた指令信号によって前記モータを駆動制御すること
   を特徴とするパワーステアリング装置。
2. 転舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
   前記可逆式ポンプに接続され、この可逆式ポンプを正・逆回転させるモータと、
   前記転舵輪を転舵制御するステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵負荷に基づき、前記モータに所望の油圧を発生させるために前記モータに対して駆動信号を出力するモータ制御手段と
   を備え、
   前記モータ制御手段は、前記操舵機構、可逆式ポンプ及びモータのうち少なくともいずれか１つの摩擦補償値と前記操舵トルクに対するアシスト目標値の和に基づき、前記モータを駆動制御すること
   を特徴とするパワーステアリング装置。

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