JP2007210465A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達比可変機構の機能を極力損なわないようにすることができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】伝達比可変機構３０が作動するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出し、この操舵トルクによるモータ３１への作用を抑制（打ち消す）ための抑制トルクをモータ３１に発生させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転舵輪の転舵角に対する操舵ハンドルの伝達比を変化させる伝達比可変機構と、モータ等の駆動力を利用して操舵時の補助力を発生する操舵力補助機構を備えた車両用操舵装置に関するものである。

従来、転舵輪の転舵角に対する操舵ハンドルの伝達比を変化させる伝達比可変機構と、モータ等の駆動力を利用して操舵時の補助力を発生する操舵力補助機構を備えた車両の操舵系では、例えば、低速域で速い操舵が行われると、伝達比可変機構の伝達比が小さく（クイックに）設定されるために転舵輪の転舵動作が速まる。この結果、操舵力補助機能の作動速度も速まることになるが、要求される作動速度を超えるような急操舵が行われた場合には、操舵力補助機構の動作が追従できず、いわゆるアシスト切れの状態となり、その結果、操舵力が急増することがあった。

この問題を解消するために、特許文献１に記載された車両用操舵制御装置では、操舵力補助機構が所定の作動速度を超えた場合に、伝達比可変機構の伝達比をより大きな値に変更するようにした。これにより、転舵輪の転舵動作がよりスローとなるように変更されるため、操舵力補助機構の作動速度が許容範囲内に抑えられ、アシスト切れの状態が抑制される。
特開２０００−３４４１２０号公報

上述したように、特許文献１に記載の車両用操舵制御装置は、操舵力補助機構が所定の作動速度を超えた場合に伝達比可変機構の伝達比をより大きな値に変更することで、アシスト切れの状態を抑制するものである。従って、低速域において小さな（クイックな）伝達比を設定することで、少しのハンドル操作で転舵輪を大きく転舵させるという伝達比可変機構の有する機能が損なわれる。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、伝達比可変機構の機能を極力損なわないようにすることができる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の車両用操舵装置は、モータを駆動することで転舵輪の転舵角に対する操舵ハンドルの伝達比を変化させる伝達比可変機構と、操舵ハンドルの操舵時に補助力を発生する操舵力補助機構と、を備えたものであって、
伝達比可変機構が作動するまでの間に操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵トルクによるモータへの作用を抑制するための抑制トルクをモータに発生させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。

図４に示すように、伝達比可変機構と操舵力補助機構を備えた操舵系における操舵力の急増（アシスト切れ）は、操舵力補助機構の動作が追従できない場合（第2要因）に発生するだけではなく、伝達比可変機構の動作が追従できない場合（第1要因）に発生することがある。また、操舵力補助機構の動作が追従できない場合（第2要因）は、低速で速い操舵が行われた場合（第2A要因）に発生するだけではなく、伝達比可変機構の動作が追従できない場合（第1要因）に発生することもある。つまり、伝達比可変機構の動作が追従できない場合が第1要因である。第2要因への対策を講じることによって、低速で速い操舵での効果は期待できるが、この第1要因への対策を講じなければ、「低速において小さな（クイックな）伝達比に設定する」という機能が損なわれることになる。

ここで、一般的な伝達比可変機構の場合、ドライバによって操舵ハンドルから加えられる操舵トルクが伝達比可変機構のモータの回転軸（駆動軸）に作用するため、伝達比可変機構が作動するまでの間に操舵ハンドルから加えられた操舵トルクによって、モータが回転（空回り）する。そして、伝達比可変機構が作動するとき、モータの目標角との偏差が上述した空回りによって大きくなるため、目標角に対する伝達比可変機構の追従性が劣っていた。

そこで、本発明では、伝達比可変機構が作動するまでの間に操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出し、この操舵トルクによるモータへの作用を抑制するための抑制トルクをモータに発生させる構成を採用することで、伝達比可変機構が作動するまでの間に操舵ハンドルから加えられた操舵トルクによってモータが回転（空回り）しないようにした。

これにより、伝達比可変機構が作動するまでの間は、操舵トルクによるモータへの作用を継続して抑制することが可能となるため、伝達比可変機構が作動するときには空回りが抑制された状態から作動するようになる。よって、伝達比可変機構の動作の追従性が向上する。その結果、伝達比可変機構の機能を極力損なわないようにすることができる。

なお、伝達比可変機構は、操舵角が一定角から変化した場合、操舵速度がゼロから変化した場合、モータの目標角がモータに出力された場合等に作動するため、請求項２〜４に記載のように、操舵角が一定角から変化するまでの間、操舵速度がゼロから変化するまでの間、モータの目標角がモータに出力されるまでの間に操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出するようにしてもよい。

また、請求項５に記載のように、制御手段は、伝達比可変機構が作動した場合、その作動するまでの間にモータに発生させた抑制トルクをモータに継続して発生させる制御を行うようにするとよい。これにより、伝達比可変機構が作動してからも空回りを抑制するための抑制トルクを発生し続けることが可能となる。

また、請求項６に記載のように、制御手段は、操舵トルクの加えられる方向が反対方向に変化した場合、その変化が生じるまでにモータに発生させた抑制トルクの発生方向を反対方向に変更する制御を行うようにするとよい。これにより、操舵トルクの加えられる方向が変化しても、空回りを抑制するための抑制トルクを保持することができるようになる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用操舵装置は、転舵輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角に対する操舵ハンドル１０の操舵角の伝達比を変化させる伝達比可変機構３０、操舵ハンドル１０の操舵時に操舵補助力を発生する電動パワーステアリング機構（ＥＰＳ機構）６０、及び操舵制御装置７０によって主に構成される。

伝達比可変機構３０の入力軸２０には操舵ハンドル１０が連結され、出力軸４０には、ラックアンドピニオン式のギヤ装置５０を介してラック軸５１に連結されており、ラック軸５１の側方に、ＥＰＳ機構６０がラック軸５１と同軸上に配設されている。また、ラック軸５１には転舵輪ＦＷ１、ＦＷ２が連結されている。ＥＰＳ機構６０は、図示しないモータを駆動することで、操舵ハンドル１０の操舵方向及び操舵トルクに応じた操舵補助力を発生する。

図２に伝達比可変機構３０の構成を概略的に示す。伝達比可変機構３０は、入力軸２０と出力軸４０とを連結する所定のギヤ機構とこのギヤ機構を駆動するモータ３１とを備えている。この伝達比可変機構３０は、モータ３１の駆動力によってギヤ機構を駆動させることで、操舵ハンドル１０の操舵角が転舵輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角として伝達される伝達比（操舵角／転舵角）を変化させる機能を有する。

入力軸２０には、操舵ハンドル１０の回転角（操舵角）を検出する入力角センサ２１を設け、出力軸４０には出力軸４０の回転角（ＡＣＴ角）を検出する出力角センサ４１、及び操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４２を設けている。この出力軸４０のＡＣＴ角はラック軸５１のストローク位置に対応し、さらにラック軸５１のストローク位置は転舵輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角に対応するため、出力角センサ４１によって出力軸４０のＡＣＴ角を検出することで、転舵輪ＦＷ１、ＦＷ２の転舵角を検出している。

操舵制御装置７０は、入力角センサ２１、出力角センサ４１、操舵トルクセンサ４２、及び車速を検出する車速センサ７１の各検出信号を基に、モータ３１に対して制御信号を出力することで、伝達比可変機構３０の駆動制御を行っている。

図３に、伝達比可変機構３０の制御ブロック図を示す。この制御ブロック図では、操舵トルク、操舵速度、操舵角、車速、及びＡＣＴ角を入力として用いる。目標角演算部７０ａは、モータ３１の目標角を演算するもので、例えば、予め用意されたマップに基づいて車速から設定すべき伝達比を求め、この求めた伝達比と操舵角とを乗じ、その乗算結果と操舵速度とから目標角を演算する。角度ＦＢ演算部７０ｂは、例えば、ＰＩＤ制御等の周知のフィードバック（ＦＢ）制御が採用され、目標角演算部７０ａにて演算した目標角とＡＣＴ角との差分をゼロにするための制御信号のデューティ比（角度ＦＢ＿Ｄｕｔｙ）を演算する。

本実施形態では、目標角に対するモータ３１の追従性を向上させるべくトルクＤｕｔｙ演算部７０ｃを備えている。トルクＤｕｔｙ演算部７０ｃでは、伝達比可変機構３０が作動するまでの間のモータ３１の空回りを抑制するために、その抑制トルクをモータ３１に発生するための制御信号のデューティ比（トルクＤｕｔｙ）を演算する。そして、本実施形態では、上述した角度ＦＢ＿Ｄｕｔｙと、このトルクＤｕｔｙとから制御信号の最終Ｄｕｔｙを生成するようにしている。

ここで、伝達比可変機構３０が作動するまでの間のモータ３１の空回りについて説明する。一般的な伝達比可変機構３０では、ドライバによって操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルク（図５（ａ））が、伝達比可変機構３０のモータ３１の回転軸（駆動軸）に作用する。そのため、図５（ｂ）に示すように、操舵トルクが発生（時間ｔｓ）してから伝達比可変機構３０が作動（時間ｔｅ）するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられた操舵トルクによってモータ３１が回転（空回り）する。そして、伝達比可変機構３０が作動するとき、モータ３１の目標角との偏差が上述した空回りによって大きくなるため、目標角に対する伝達比可変機構３０の追従性が劣っていた。

なお、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、一般的な伝達比可変機構３０は、操舵トルクの発生と同時に作動するのではなく、時間ｔｅから時間ｔｓを減じた分のタイムラグが生じる。すなわち、伝達比可変機構３０は、目標角に基づく制御信号がモータ３１に出力されることで作動するものであり、この目標角は、図３に示したように、操舵角、操舵速度等に基づいて演算される。言い換えれば、目標角は、操舵角が一定角から変化する場合や、操舵速度がゼロから変化した場合に演算される。また、操舵角や操舵速度は、操舵トルクの積分値であるため、操舵トルクの発生（時間ｔｓ）から時間的に遅れてその変化が生じる。

従って、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、従来の伝達比可変機構は、操舵トルクが発生（時間ｔｓ）から時間ｔｅを減じた分のタイムラグの後に作動していたため、そのタイムラグの間にモータ３１が空回りし、時間ｔｅで伝達比可変機構が作動するときには、空回りした状態からモータ３１が駆動していた。そのため、従来の伝達比可変機構は、目標角に対する追従性が劣っていた。

そこで、本実施形態では、伝達比可変機構３０が作動するまでの間のモータ３１の空回りを抑制するために、トルクＤｕｔｙ演算部７０ｃにおいて、伝達比可変機構３０が作動するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出し、この操舵トルクを抑制（打ち消す）ための抑制トルクをモータ３１に発生するための制御信号のデューティ比（トルクＤｕｔｙ）を演算する。そして、上述した角度ＦＢ＿Ｄｕｔｙと、このトルクＤｕｔｙとから制御信号の最終Ｄｕｔｙを生成し、この最終Ｄｕｔｙでモータ３１を駆動することで、伝達比可変機構３０が作動するまでの間に加えられた操舵トルクによってモータ３１が回転（空回り）しないようする。

なお、伝達比可変機構３０は操舵速度がゼロから変化した場合に作動するため、本実施形態のトルクＤｕｔｙ演算部７０ｃでは、伝達比可変機構３０が作動するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクについて、操舵速度がゼロから変化するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出する。

また、伝達比可変機構３０は操舵角が一定角から変化した場合やモータ３１の目標角に基づく制御信号がモータ３１に出力された場合に作動するため、トルクＤｕｔｙ演算部７０ｃにおいて、操舵角が一定角から変化するまでの間、又はモータの目標角がモータに出力されるまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出するようにしてもよい。

そして、伝達比可変機構３０が作動した後についても、作動するまでの間にモータ３１に発生させた抑制トルクをモータ３１に継続して発生させる制御を行うようにする。これにより、伝達比可変機構３０が作動してからも空回りを抑制するための抑制トルクを発生し続けることが可能となる。

次に、操舵制御装置７０で実行する伝達比可変機構３０の制御処理について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、イグニションスイッチのオン操作によって起動する。まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す）１０１に進んで、入力角センサ２１で検出された操舵角、出力角センサ４１で検出されたＡＣＴ角、操舵トルクセンサ４２で検出された操舵トルク、及び車速センサ７１で検出された車速の値をそれぞれ読み込む。

Ｓ１０２では、操舵速度がゼロであるかどうかを判定する。ここで、肯定判定される場合にはＳ１０３へ処理を進め、否定判定される場合にはＳ１０５に処理を移行する。Ｓ１０３では、操舵トルクが発生しているかどうかを判定する。ここで、肯定判定される場合にはＳ１０４へ処理を進めトルクＤｕｔｙを演算する。一方、否定判定される場合にはＳ１０５へ処理を進める。

Ｓ１０５では、モータ３１の目標角を演算し、Ｓ１０６では、この目標角に基づいて角度ＦＢ＿Ｄｕｔｙを演算する。Ｓ１０７では最終Ｄｕｔｙを演算し、Ｓ１０８にて最終Ｄｕｔｙの制御信号をモータ３１に出力してモータ３１を駆動する。Ｓ１０９では、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ操作されたかどうかを判定する。ここで、否定判定される場合にはＳ１０１に戻り、Ｓ１０９にて肯定判定されるまで前述したＳ１０１以降の処理を繰り返し実行する。

このように、本実施形態の車両用操舵装置は、トルクＤｕｔｙ演算部７０ｃにおいて、伝達比可変機構３０が作動するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられる操舵トルクを検出し、この操舵トルクを抑制（打ち消す）ための抑制トルクをモータ３１に発生するための制御信号のデューティ比（トルクＤｕｔｙ）を演算する。そして、上述した角度ＦＢ＿Ｄｕｔｙと、このトルクＤｕｔｙとから制御信号の最終Ｄｕｔｙを生成し、この最終Ｄｕｔｙでモータ３１を駆動することで、伝達比可変機構３０が作動するまでの間に加えられた操舵トルクによってモータ３１が回転（空回り）しないようする。

これにより、伝達比可変機構３０が作動するまでの間は、操舵トルクによるモータ３１への作用を継続して抑制することが可能となるため、伝達比可変機構３０が作動するときには空回りが抑制された状態から作動するようになる。よって、伝達比可変機構３０の動作の追従性が向上する。その結果、伝達比可変機構３０の機能を極力損なわないようにすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。

例えば、操舵トルクの加えられる方向が反対方向に変化した場合には、その変化が生じるまでにモータ３１に発生させた抑制トルクの発生方向を反対方向に変更する制御を行うようにするとよい。これにより、操舵トルクの加えられる方向が変化しても、空回りを抑制するための抑制トルクをモータ３１にて保持することができるようになる。

また、例えば、操舵トルク及び操舵速度がゼロになった場合には、抑制トルクの大きさを除々にゼロに近づけるようなトルクＤｕｔｙを演算し、このトルクＤｕｔｙに基づく制御信号をモータ３１に出力するようにしてもよい。これにより、操舵トルク及び操舵速度がゼロになった場合には、抑制トルクを徐々にゼロに近づくように発生することができる。

本実施形態の車両用操舵装置の全体構成を示す図である。 伝達比可変機構３０の概略構成を示す図である。 操舵制御装置７０における伝達比可変機構の制御ブロック図である。 操舵力急増（アシスト切れ）の要因を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、操舵トルクが発生（時間ｔｓ）してから伝達比可変機構３０が作動（時間ｔｅ）するまでの間に操舵ハンドル１０から加えられた操舵トルクによってモータ３１が回転（空回り）することを説明するための図である。 本実施形態の車両用操舵装置における、伝達比可変機構３０の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 操舵ハンドル
２０ 入力軸
３０ 伝達比可変機構
３１ モータ
４０ 出力軸
５０ ギヤ装置
６０ ＥＰＳ機構
７０ 操舵制御装置

Claims (6)

1. モータを駆動することで転舵輪の転舵角に対する操舵ハンドルの伝達比を変化させる伝達比可変機構と、前記操舵ハンドルの操舵時に補助力を発生する操舵力補助機構と、を備えた車両用操舵装置であって、
   前記伝達比可変機構が作動するまでの間に前記操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵トルクによる前記モータへの作用を抑制するための抑制トルクを前記モータに発生させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記操舵トルク検出手段は、前記操舵ハンドルの操舵角が一定角から変化するまでの間に前記操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出することを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記操舵トルク検出手段は、前記操舵ハンドルの操舵速度がゼロから変化するまでの間に前記操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出することを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
4. 前記操舵トルク検出手段は、前記モータの目標角が前記モータに出力されるまでの間に前記操舵ハンドルから加えられる操舵トルクを検出することを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。
5. 前記制御手段は、前記伝達比可変機構が作動した場合、その作動するまでの間に前記モータに発生させた抑制トルクを前記モータに継続して発生させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記制御手段は、前記操舵トルクの加えられる方向が反対方向に変化した場合、その変化が生じるまでに前記モータに発生させた抑制トルクの発生方向を反対方向に変更する制御を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両用操舵装置。

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