JP2007145248A - 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において、ステアリングホイールが切り込まれたまま停車する状態を検出するとともにハンドル舵角を中立位置に自動復帰させて、始動時に運転者が車輪の切れ角を確認する必要をなくすこと。
【解決手段】 電動モータ２０の回転を動力伝達機構によりラック軸１４の直線ストロークに変換し、ラック軸１４に連結される車輪を操舵する電動パワーステアリング装置１０において、車両の停車及び手動操舵の休止を判断し、舵角センサ６１の検出舵角が中立位置外にあるとき、該舵角を中立位置に復帰させるように電動モータ２０を回転させて自動操舵せしめる自動中立復帰手段６０を有するもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、特許文献１に記載の如く、ステアリング系の操舵トルクを操舵トルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに基づいて目標電流を設定し、目標電流と電動モータに実際に流れる電流の偏差にＰＩ（比例・積分）補償を施したＰＷＭ（パルス巾変調）信号により電動モータを駆動制御してラック軸を直線ストロークさせ、ラック軸に連結されている車輪に操舵アシスト力を及ぼす。
特開平6-8839

車両が走行状態にあるときには、車両の直進走行復帰機能により、車両は舵角を中立位置に復帰させる習性を備える。ところが、直進走行復帰機能が営まれない車両の停車状態では、運転者がステアリングホイールから手を離す等によって手動操舵を休止すると、舵角は中立位置に戻らずに、手動操舵を休止した舵角位置に止まる。

従って、車庫入れ等でステアリングホイールを手動操舵して切り込んだまま停車した場合、次に車両を始動するときに、ステアリングホイールが切れ込んだ舵角位置から動き出すため、車両が周辺の障害物に接触するおそれがある。これを防ぐには、運転者自身が車両に乗り込む前に、車輪の切れ角（舵角位置）を確認する必要がある。

本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが切り込まれたまま停車した状態を検出し、自動的にハンドル舵角を中立位置に復帰させて始動時に運転者が車輪の切れ角を確認する必要をなくすことにある。

請求項１の発明は、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵する電動パワーステアリング装置において、車両の停車及び手動操舵の休止を判断し、舵角センサの検出舵角が中立位置外にあるとき、該舵角を中立位置に復帰させるように電動モータを回転させて自動操舵せしめる自動中立復帰手段を有するようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記自動中立復帰手段が、前記自動操舵中に、車両の停車解除又は手動操舵の休止解除を判断したとき、該自動操舵を解除するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記自動中立復帰手段が、操舵角に応ずる適正操舵角速度を予め定め、舵角センサの検出舵角を用いて該舵角を中立位置に復帰させるに際し、電動モータの回転による自動操舵の角速度を適正操舵角速度に合致させるように電動モータを駆動制御するようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記自動中立復帰手段が、車速センサの検出結果に基づいて車両の停車を判断し、操舵トルクセンサの検出結果に基づいて手動操舵の休止を判断するようにしたものである。

（請求項１）
(a)舵角センサが検出した舵角を中立位置に復帰させるように電動モータを回転させて自動操舵する自動中立復帰処理により、車両が停車状態にあるときの舵角は常に中立位置にあることになる。従って、運転者は車両に乗り込むときに、車輪の切れ角を気にする必要がなく、車両の始動時に、車両が急に左右方向に動き出して周辺の障害物に接触することがない。

（請求項２）
(b)自動中立復帰処理中に、車両が停車解除されて走行開始したり、手動操舵休止が解除されて手動操舵開始されたときには、該自動中立復帰処理が解除される。これにより、通常の操舵アシスト処理に入り、操舵トルクセンサの検出トルクに基づいて算出された操舵アシスト力が付与される。

（請求項３）
(c)自動中立復帰処理において、舵角センサが検出した舵角を中立位置に復帰させるように電動モータを回転させて行なう自動操舵の角速度を、該舵角に応じて予め定めてある適正角速度に合致させる。これにより、中立位置から離れた舵角では例えば45度／秒程度の低速とし、中立位置の近傍では更に減速させて自然に停止させるように、ゆっくりとしたスムースな自動操舵を実施できる。

（請求項４）
(d)自動中立復帰手段は、車速センサの検出結果に基づいて車両の停車を正確に判断し、操舵トルクセンサの検出結果に基づいて手動操舵休止を正確に判断できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図、図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図、図４は自動中立復帰処理手順を示す流れ図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ギヤハウジング１１を分割した、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを有するものにし、このギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）にステアリングホイールが連結された入力軸１２を支持し、入力軸１２にトーションバー１３（不図示）を介して出力軸（不図示）を連結し、この出力軸にピニオン（不図示）を設け、このピニオンに噛合うラック軸１４をギヤハウジング１１に左右方向に直線移動可能に支持している。入力軸１２と出力軸の間には、操舵トルクセンサ４１を設けている。操舵トルクセンサ４１は、ステアリングホイールに加えた手動操舵の操舵トルクに起因するトーションバーの弾性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸の間に生ずる相対回転変位量に基づき、操舵トルクを検出し、操舵トルク信号Ｔsを出力する。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４の両端部をギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ、第２ギヤハウジング１１Ｂ）の両側に突出し、それらの端部にタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、ラック軸１４の直線移動に連動するタイロッド１５Ａ、１５Ｂを介して、左右の車輪を転舵可能にする。

電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、電動モータ２０を取付ボルト２１（不図示）によりホルダ２２に固定し、このホルダ２２を取付ボルト２３により第１ギヤハウジング１１Ａに着脱可能にしている。第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられて第１ギヤハウジング１１Ａの内部に挿入されたホルダ２２は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂの内周との間に一定の間隙を有し、第１ギヤハウジング１１Ａに対するホルダ２２の揺動を許され、ホルダ２２に後述する如くに支持する駆動プーリ２４と従動プーリ３６に巻掛けられるベルト３７の張力を調整可能にする。

このとき、ホルダ２２は、駆動プーリ２４の中心軸２５を支持し、電動モータ２０の回転軸２０Ａの軸端のジョイント２６Ａと、中心軸２５の軸端のジョイント２６Ｂを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント２６Ｃを挟む状態で、互いに軸方向から係着する。駆動プーリ２４は中心軸２５の両端部を軸受２７、２８によりホルダ２２に両端支持される。２９は軸受２８の外輪固定用止め輪である。

電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４にボールねじ３０を設け、ボールねじ３０にボール３１を介して噛合うボールナット３２を有し、ギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）に支持した軸受３３によりボールナット３２を回転自在に支持する。３４は軸受３３の外輪固定用ナットである。ボールナット３２の外周には、ロックナット３５により従動プーリ３６が固定される。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０の側の駆動プーリ２４と、ボールナット３２の側の従動プーリ３６にベルト３７を巻掛け、電動モータ２０の回転を駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝え、ひいてはラック軸１４の直線ストロークに変換し、該ラック軸１４を直線移動させる。これにより、電動モータ２０はステアリング系に操舵アシスト力を付与するものになる。

電動パワーステアリング装置１０は、第１ギヤハウジング１１Ａに支持されているラック軸１４を第２ギヤハウジング１１Ｂに通し、第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられているホルダ２２を第２ギヤハウジング１１Ｂで覆い、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを複数の締結ボルト１６で締結する。このとき、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂは、図２に示す如く、複数の筒状ノックピン１６Ａにより、それらノックピン１６Ａの両端部のそれぞれを打ち込まれて位置合せされた後、各ノックピン１６Ａに挿通される締結ボルト１６により螺合締結される。一部の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第１ギヤハウジング１１Ａに螺着され、他の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第２ギヤハウジング１１Ｂに螺着される。

電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂに支持されるラック軸１４の振れを小さくするため、以下の構成を備える。

第２ギヤハウジング１１Ｂにおいて、第１ギヤハウジング１１Ａに支持したボールナット３２に相対する部分をブッシュ支持部１７とし、ボールナット３２とブッシュ支持部１７とにブッシュ４０を架け渡す。ブッシュ４０は、ボールナット３２の先端側内周部に圧入されて固定的に設けられ、ブッシュ支持部１７の内周部に回転摺動可能に支持される状態で、ラック軸１４を直線摺動可能に支持する。

ブッシュ４０は、金属等からなる筒体の外周の軸方向における一部をブッシュ支持部１７との摺動部とし、内周の全部をラック軸１４との摺動部とする。摺動部は、含油ポリアセタール樹脂、又は四フッ化エチレン樹脂等の潤滑被膜層を筒体の表面にコーティング等にて設けたものである。

電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０のための以下の制御手段５０を有する（図３）。

制御手段５０は、操舵トルクセンサ４１と車速センサ４２を付帯的に備える。操舵トルクセンサ４１は、前述の如く、ステアリング系の操舵トルクを検出して操舵トルク信号Ｔsを制御手段５０に出力する。車速センサ４２は、車両の速度を検出し、車速信号Ｖsを制御手段５０に出力する。

制御手段５０は、マイクロプロセッサを基本に、各種演算処理手段、信号発生手段、メモリ等を有し、操舵トルク信号Ｔs、車速信号Ｖsに基づき、Ｐ（比例制御）及びＩ（積分制御）を施した駆動制御信号Ｖ0（ＰＷＭ信号）を生成し、これによってモータ駆動手段４３を駆動制御する。

モータ駆動手段４３は、例えば４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、駆動制御信号Ｖ0に基づくモータ電圧Ｖmを出力し、電動モータ２０を駆動する。ステアリングホイールが時計回り方向に操舵されているときには、電動モータ２０を例えば正回転させて前輪が時計回り方向に向くようにステアリング系に操舵アシスト力を付与する。

制御手段５０は、電流検出手段４４を付帯的に備える。電流検出手段４４は、電動モータ２０に実際に流れるモータ電流Ｉmを検出し、モータ電流Ｉmに対応するデジタルに変換した検出電流信号Ｉmoを制御手段５０にフィードバック（負帰還）する。

制御手段５０は、目標電流設定手段５１、偏差演算手段５２、電流制御演算手段５３を有する。

目標電流設定手段５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを備え、操舵トルクセンサ４１が出力する操舵トルク信号Ｔsと、この操舵トルク信号Ｔsと車速センサ４２が出力する車速信号Ｖsに基づいて予めメモリに記憶されている目標電流信号Ｉmsマップから、車速信号Ｖsをパラメータにした操舵トルク信号Ｔsに対するアシスト電流信号Ｉmaを読み出し、これを目標電流信号Ｉmsとして偏差演算手段５２に出力する。

偏差演算手段５２は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差（Ｉms−Ｉmo）を演算し、偏差信号ΔＩを電流制御演算手段５３に出力する。

電流制御演算手段５３は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差信号ΔＩに応じ、電動モータ２０のモータ駆動手段４３に方向（電動モータ２０の回転方向）極性信号Ｂｒ及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号Ｖoを与える。

電流制御演算手段５３は、ＰＩ（比例・積分）制御手段５４、ＰＷＭ信号発生手段５５から構成される。

ＰＩ制御手段５４は、比例感度ＫPを発生して比例制御する比例要素５４Ａと、積分ゲインＫIを発生して積分制御する積分要素５４Ｂと、比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂの出力信号を加算する加算器５４Ｃを備える。比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂは並列接続され、比例要素５４Ａは偏差信号ΔＩに比例感度ＫPを乗じた比例信号ＩPを、積分要素５４Ｂは偏差信号ΔＩに積分ゲインＫIを有する積分処理を施した積分信号ＩIを、それぞれ加算器５４Ｃに出力する。加算器５４Ｃは比例信号ＩPと積分信号ＩIを加算し、比例・積分信号ＩPI（ＩP＋ＩI）をＰＷＭ信号発生手段５５に向けて出力する。

ＰＷＭ信号発生手段５５は、比例・積分信号ＩPIの方向と大きさに対応する方向極性信号Ｂｒ及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｖoとしてモータ駆動手段４３に向けて出力する。モータ駆動手段４３はモータ駆動電圧Ｖmで電動モータ２０を駆動する。

従って、制御手段５０は電動パワーステアリング装置１０の電動モータ２０に対して以下の如くのアシスト制御を行なう。

(1)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０を駆動しない。

(2)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値を超えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０を駆動して通常回転させ、アシスト制御する。電動モータ２０の回転力が駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝えられ、ボールねじ３０を介してラック軸１４を直線ストロークさせる操舵アシスト力になる。

しかるに、電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイールが切り込まれたまま停車する状態を防止し、始動時に運転者が車輪の切れ角を確認する必要をなくす、自動中立復帰処理を行なうため、制御手段５０に自動中立復帰手段６０を設け、自動中立復帰手段６０に舵角センサ６１を付帯して備える。舵角センサ６１は、ステアリングホイール（入力軸１２）の舵角を検出し、舵角信号θsを制御手段５０に出力する。

自動中立復帰手段６０は、車両の手動操舵休止（ステアリングホイールからの手離し等）を判断し、舵角センサ６１の検出舵角が中立位置外にあるとき、自動中立復帰処理を行ない、該舵角を中立位置に復帰させるように電動モータ２０を回転させて自動操舵せしめる。本実施例では、車速センサ４２の検出結果が車速Ｖs＝0km／時であることに基づいて車両の停車を判断する。また、操舵トルクセンサ４１の検出結果が操舵トルクＴs≒0kgf・cmであることに基づいて手動操舵休止を判断する。

自動中立復帰手段６０は、自動操舵の舵角信号θsをパラメータとし、各舵角信号θsに応じてステアリングホイールの舵角をゆっくり中立位置に戻すに最適な適正角速度信号ωsマップを予め定めるとともに、角速度信号ωsをパラメータとし、各角速度信号ωsを実現するに必要な電動モータ２０のための補正電流信号Ｉmbマップを予め定め、これらのマップをＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリに記憶している。そして、自動中立復帰手段６０は、自動中立復帰処理において、舵角センサ６１の検出舵角信号θsを用いて該舵角を中立位置に復帰させるに際し、電動モータ２０の回転による自動操舵の角速度（検出舵角信号θsを微分処理して算出される角速度）を該検出舵角信号θsに応ずる適正角速度信号ωsに合致させるに必要な、電動モータ２０の補正電流信号Ｉmbをそれらのマップから読み出し、これを加算器６２に向けて出力する。制御手段５０は、目標電流設定手段５１が出力するアシスト電流信号Ima（通常、停車及び手動操舵休止時のIma＝0Ａ）に、自動中立復帰手段６０の出力である補正電流信号Imbを加算器６２により加算したものを前述の目標電流信号Imsとし、これを偏差演算手段５２に向けて出力する。

自動中立復帰手段６０は、自動中立復帰処理による自動操舵中に、車速センサ４２の検出結果により車両の停止解除又は操舵トルクセンサ４１の検出結果により手動操舵休止解除を判断したとき、該自動操舵を解除する。これにより、制御手段５０は通常のアシスト制御に戻る。

自動中立復帰手段６０による自動中立復帰処理は以下の如くになされる（図４）。
(1)自動中立復帰手段６０は、車速センサ４２の検出結果である車速信号Ｖsが0km／時であるとき、車両が停車中であることの停車判定処理を行なう。自動中立復帰手段６０は、操舵トルクセンサ４１の検出結果である操舵トルク信号Ｔsが0kgf・cmであるとき、手動操舵休止状態にあることの手動操舵休止判定処理を行なう。停車判定処理と手動操舵休止判定処理が同時に判定されたとき、自動中立復帰手段６０は、自動中立復帰実施判定処理を行ない、切換スイッチ６０Ａをオフ端子（0.0Ａ端子）ａからオン端子ｂに切換える。

(2)自動中立復帰手段６０は、舵角センサ６１の検出舵角信号θsに応ずる適正舵角速度信号ωsを前述したマップから読み出すとともに、検出舵角信号θsを微分処理することにて実際の舵角速度を算出し、この算出舵角速度を上述の適正舵角速度信号ωsに合致させるに必要な、電動モータ２０の補正電流信号Imbを別途マップより読み出す。尚、算出舵角速度と適正舵角速度の偏差に所定の変換係数を乗算して補正電流信号Imbを算出しても良い。

(3)自動中立復帰手段６０は、電動モータ２０の補正電流信号Imbを切換スイッチ６０Ａのオン端子ｂ経由で加算器６２に出力する。加算器６２は、目標電流設定手段５１が出力するアシスト電流信号Imaに、自動中立復帰手段６０が出力する上述の補正電流信号Imbを加算し、これを前述した目標電流信号Iｍsとして偏差演算手段５２に向けて出力する。

(4)自動中立復帰手段６０は、車速センサ４２、操舵トルクセンサ４１の検出結果により、車両の停車解除又は手動操舵休止解除を判断したとき、前述(1)の自動中立復帰実施判定処理を解除し、切換スイッチ６０Ａをオフ端子（0.0Ａ端子）ａに切換える。これにより、自動中立復帰手段６０から加算器６２への補正電流信号Imbの出力はなくなり、制御手段５０は通常のアシスト制御モードに戻る。

尚、自動中立復帰手段６０が自動中立復帰処理による自動操舵中に、イグニッションスイッチのオフが検出された場合、自動中立復帰処理の完了後に制御手段５０を停止処理させる。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)舵角センサ６１が検出した舵角を中立位置に復帰させるように電動モータ２０を回転させて自動操舵する自動中立復帰処理により、車両が停車状態にあるときの舵角は常に中立位置にあることになる。従って、運転者は車両に乗り込むときに、車輪の切れ角を気にする必要がなく、車両の始動時に、車両が急に左右方向に動き出して周辺の障害物に接触することがない。

(b)自動中立復帰処理中に、車両が停車解除されて走行開始したり、手動操舵休止が解除されて手動操舵開始されたときには、該自動中立復帰処理が解除される。これにより、通常の操舵アシスト処理に移行し、操舵トルクセンサ４１の検出トルクに基づいて算出された操舵アシスト力が付与される。

(c)自動中立復帰処理において、舵角センサ６１が検出した舵角を中立位置に復帰させるように電動モータ２０を回転させて行なう自動操舵の舵角速度を、該舵角に応じて予め定めてある適正舵角速度に合致させる。これにより、中立位置から離れた舵角では例えば45度／秒程度の低速とし、中立位置の近傍では更に減速させて自然に停止させるように、ゆっくりとしたスムースな自動操舵を実施できる。

(d)自動中立復帰手段６０は、車速センサ４２の検出結果に基づいて車両の停車を正確に判断し、操舵トルクセンサ４１の検出結果に基づいて手動操舵休止を正確に判断できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図である。 図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。 図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図である。 図４は自動中立復帰処理手順を示す流れ図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１４ ラック軸
２０ 電動モータ
４１ 操舵トルクセンサ
４２ 車速センサ
５０ 制御手段
６０ 自動中立復帰手段
６１ 舵角センサ

Claims (4)

1. 電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵する電動パワーステアリング装置において、
   車両の停車及び手動操舵の休止を判断し、舵角センサの検出舵角が中立位置外にあるとき、該舵角を中立位置に復帰させるように電動モータを回転させて自動操舵せしめる自動中立復帰手段を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記自動中立復帰手段が、前記自動操舵中に、車両の停車解除又は手動操舵の休止解除を判断したとき、該自動操舵を解除する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記自動中立復帰手段が、操舵角に応ずる適正操舵角速度を予め定め、舵角センサの検出舵角を用いて該舵角を中立位置に復帰させるに際し、電動モータによる自動操舵の角速度を適正操舵角速度に合致させるように電動モータを駆動制御する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記自動中立復帰手段が、車速センサの検出結果に基づいて車両の停車を判断し、操舵トルクセンサの検出結果に基づいて手動操舵の休止を判断する請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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