JP2007261511A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マニュアルステアリングの場合と同様に違和感の無い操舵フィーリングを付与することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵部材７の操舵角度を検出し、車両の速度を検出し、操舵部材７からの入力により車輪Ａ、Ａを操行する操舵軸８に加わるトルクを推定し、推定されたトルクを用いて電動モータ１による操舵補助トルクを制御する。検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて、操舵部材７から付与されるトルクを推定し、推定された操舵軸８に加わるトルクから操舵部材７から付与されるトルクを減算して操舵補助トルクを算出し、算出された操舵補助トルクに対応する電流を電動モータ１へ供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トーションバーを廃してラック軸力に応じて操舵補助トルクを付与するよう制御する電動パワーステアリング装置に関する。

運転者が操舵部材を操作するために必要な操舵トルクの一部を、電動モータを用いて補助する電動パワーステアリング装置が知られている。すなわち、操舵部材に作用する操舵トルクは、入力軸、トーションバー、及び出力軸で構成される操舵軸を介して操行車輪側へ伝達され、電動モータの回転トルクは、減速機及び操舵軸の出力軸を介して操行車輪側へ伝達される。

トーションバーは、入力軸と出力軸とを連結すると共に、操舵トルクによってねじれ変形を生じ、これによって、入力軸と出力軸との間に相対的な回転角の変位を生じさせる。トルク検出機構は、トーションバーが操舵トルクによってねじられ、これによって生じる出力軸と入力軸との相対的な回転角の変位を検出することによって、操舵トルクを検出する。

トーションバーは、出力軸と入力軸との相対的な回転角の変位を検出することによって操舵トルクを検出する場合、最も弾性の大きい弾性付勢部材であり、操舵時の剛性の低下、操舵感覚の悪化等の要因となりうる。斯かる問題を解決するためには、出力軸と入力軸との相対的な回転角の変位以外の物理量に基づいて操舵トルクを検出する必要がある。トーションバーを用いることなく操舵トルクを検出する技術としては、例えば特許文献１乃至４が開示されている。
特公平０８−０２９７０９号公報 特許第２６６２９５４号公報 特開平１１−３２１６８５号公報 特開平１０−２１８０００号公報

しかし、これらの技術はいずれも操舵部材と舵取機構とが連結されていないことを前提としているものであり、操舵軸を介して操舵する電動パワーステアリング装置にて違和感を生じないようにするものではない。

すなわち、上述した従来の技術では、操舵部材の操舵角度、及び車両の走行する速度に応じて、運転者に違和感なく付与すべき操舵トルク、又は反力トルクを算出することは可能であるが、操舵補助トルクをどの程度付与すれば良いかは算出することができない。したがって、運転者が操舵部材を操作することにより付与する操舵トルクに対して適切な操舵補助トルクを付与することができないという問題点があった。

また、トーションバーを用いたトルク検出方法では、トルクの検出位置が車輪と離れていることから、車輪から入力される外力を検出するまでの時間差が生じ、付与すべき操舵補助トルクの制御が煩雑になるという問題点もあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、マニュアルステアリングの場合と同様に違和感の無い操舵フィーリングを付与することができ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、操舵部材の操舵角度を検出する手段、車両の速度を検出する手段、及び前記操舵部材からの入力により車輪を操行する操舵軸に加わるトルクを推定する軸トルク推定手段を有し、推定されたトルクを用いて電動モータによる操舵補助トルクを制御する電動パワーステアリング装置であって、検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて、前記操舵部材から付与されるトルクを推定する付与トルク推定手段と、前記軸トルク推定手段で推定されたトルクから前記付与トルク推定手段で推定されたトルクを減算して操舵補助トルクを算出する操舵補助トルク算出手段と、該操舵補助トルク算出手段で算出された操舵補助トルクに対応する電流を前記電動モータへ供給する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、第１発明において、前記軸トルク推定手段は、前記ラック軸に発生する歪みを検出する手段を備え、該手段で検出された歪みに基づいて前記操舵軸に加わるトルクを推定するように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、第１又は第２発明において、前記付与トルク推定手段は、前記操舵角度及び車両の速度に対応付けて、前記操舵部材により付与されるトルクを複数記憶し、検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて補間することにより対応するトルクを推定するようにしてあることを特徴とする。

本発明では、検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて、運転者により付与されるトルクを推定し、操舵軸に加える必要のあるトルクから運転者により付与されるトルクを減算して操舵補助トルクを算出する。算出された操舵補助トルクに対応する電流を電動モータへ供給することにより、運転者により付与されるトルクに応じた操舵補助トルクを付与することができ、違和感の生じない自然な操舵フィーリングを運転者へ与えることが可能となる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明の実施の形態に係る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。本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りに用いる操舵輪（操舵部材）７と、操舵輪７の操舵に応じて駆動される操舵補助用の電動モータ１と、電動モータ１の回転を減速歯車機構２を介して舵取機構３、３に伝える伝動手段４と、電動モータ１の駆動回路５を制御する制御装置６とを備えている。

操舵輪７は操舵軸８に連結されており、伝動手段４は、操舵軸８と、操舵軸８にユニバーサルジョイント等の連結軸９を介して連結されるピニオン軸１１と、ピニオン軸１１のピニオン歯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３、３を介して連結されるラック軸１２とを備えている。

ピニオン軸１１の先端部には、その回転角（操舵角度）を検出する操舵角度センサ（操舵角度検出手段）１０が設けられ、操舵角度センサ１０が検出した操舵角度は制御装置６に与えられる。

ラック軸１２の両端には、軸力センサ（軸トルク推定手段）１３、１３が配設されている。軸力センサ１３、１３は、ラック軸１２がピニオン軸１１に対して相対的に車幅方向に変位する場合に、ラック軸１２の軸方向に作用する軸力に応じた信号を発生する。操舵輪７の中立位置では、ラック軸１２に軸力が作用しない。操舵輪７が中立位置から右側に操舵される場合、図１における左側の軸力センサ１３は、圧縮方向の軸力に応じた信号を発生し、右側の軸力センサ１３は、引張方向の軸力に応じた信号を発生する。一方、操舵輪７が中立位置から左側に転舵される場合、左側の軸力センサ１３は、引張方向の軸力に応じた信号を発生し、右側の軸力センサ１３は、圧縮方向の軸力に応じた信号を発生する。

軸力センサ１３、１３は、ローパスフィルタ（図示せず）を介して制御装置６に接続されている。軸力センサ１３、１３の出力信号の中には、路面等から車輪Ａ、Ａを介してラック軸１２に伝達される高周波の信号が含まれている場合がある。ローパスフィルタは、この高周波の信号を除去する役割を有している。従って、制御装置６には、軸力センサ１３、１３が発した信号の中で路面等から伝達される高周波の信号以外の信号が入力される。制御装置６は、軸力センサ１３、１３の出力信号に基づいて、操舵輪７の操舵によって車幅方向に変位したラック軸１２に作用する軸力から、操舵軸８に加えられたトルクを正確に推定することができる。

制御装置６には、車速センサ１４も接続されている。車速センサ１４は、車速に応じた電気信号を発生する。制御装置６は、車速センサ１４の出力信号に基づいて、車速を検出する。

また、制御装置６には、電動モータ１の駆動回路５も接続されている。制御装置６は、マイクロコンピュータで構成されており、ラック軸１２に作用する軸力、操舵角度及び車両の速度に基づいて、電動モータ１で操舵補助する制御信号を出力する。なお、図１では制御装置６と駆動回路５とが別個に設けられているが、駆動回路５が制御装置６に内蔵されていても良い。

上述の構成により、制御装置６は、駆動回路５に対して、電動モータ１へ適当な電流を供給する旨の指示を送出し、車両の車幅方向へラック軸１２を変位させることが可能な操舵補助トルクを発生させる。制御装置６は、運転者が操舵輪７を操作する場合に付与した操舵トルクに応じて、以下の手順により操舵補助トルクを操舵軸８へ付与することができる。

図２は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置６の処理手順を示すフローチャートである。制御装置６は、操舵角度センサ１０から操舵角度を読み込み（ステップＳ２０１）、車速センサ１４から車両の速度を読み込む（ステップＳ２０２）。

制御装置６は、読み込んだ操舵角度及び車両の速度に基づいて、マニュアルステアリングの場合に運転者が操舵軸８へ付与すべきトルク、すなわち操舵輪７を介して操舵軸８へ付与されるトルクＴ１を推定する（ステップＳ２０３）。図３は、操舵角度及び車両の速度Ｖと操舵輪７を介して操舵軸８へ付与されるトルクＴ１との関係を示す図である。図３に示すように、操舵角度が大きいほど操舵軸８へ付与されるべきトルクＴ１は大きくなり、車両の速度Ｖが大きくなるほど（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜・・・）操舵軸８へ付与されるべきトルクＴ１は大きくなる。制御装置６は、図３の対応関係をハードディスク、メモリ等の記憶手段へ記憶しておき、読み込んだ操舵角度及び車両の速度に応じて線形補間することで、読み込んだ操舵角度及び車両の速度に対応する操舵軸８へ付与されるべきトルクＴ１を推定することができる。

制御装置６は、軸力センサ（軸トルク推定手段）１３、１３からラック軸１２の軸力を読み込み（ステップＳ２０４）、読み込んだ軸力に基づいて操舵軸８に加えられた軸トルクＴ２を推定する（ステップＳ２０５）。制御装置６は、推定された軸トルクＴ２から操舵軸８へ付与されるべきトルクＴ１を減算して操舵補助トルクＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）を算出する（ステップＳ２０６）。制御装置６は、算出された操舵補助トルクＴに対応する電流を電動モータ１へ供給するよう駆動回路５へ指示信号を送信する（ステップＳ２０７）。

制御装置６は、電流と電動モータ１により付与される操舵補助トルクＴとの対応関係をハードディスク、メモリ等の記憶手段へ記憶しておき、算出された操舵補助トルクＴに対応する電流値を取得する。これにより、運転者が操舵輪７を介して付与したトルクに加えて補助すべき操舵補助トルクＴのみを操舵軸８へ付与することができ、操舵感覚の自然さを維持しつつ、適切な操舵補助を行うことが可能となる。

なお、軸力センサ１３、１３としては、本実施例で示したものの他、例えば図４に示すような、操向輪Ａ、Ａのホイールを取り付けるハブに設けた３分力計又は６分力計を用いることもできる。図４は、軸力センサ１３、１３として６分力計をハブに設けた場合の一例を示す図である。３分力計又は６分力計で検出された車軸方向の分力Ｆｙ、鉛直方向の分力Ｆｚから、例えばラック軸力は√（Ｆｙ² ＋Ｆｚ² ）と推定することができる。あるいは、実測値の基づいた推定式に従って推定しても良い。

また、軸力センサ１３、１３で検出されたラック軸１２の軸力に基づいて操舵軸８へ加えられた軸トルクを推定するのではなく、ラック軸１２の歪みを検出する歪みセンサを備えておき、検出されたラック軸１２の歪みに応じて操舵軸８に加えられた軸トルクを推定するものであっても良い。図５は歪センサの取付位置の一例を示す図である。図５に示すように、歪センサ３０は、サスペンションのアッパーアーム３１又はローワーアーム３２に取り付けても良い。図６は、歪みセンサで検出された歪み及び車両の速度と軸トルクとの対応関係を示す図である。

図６に示すように、歪みが大きいほど操舵軸８に加えられた軸トルクは大きくなり、車両の速度Ｖが大きくなるほど（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜・・・）軸トルクは大きくなる。制御装置６は、図６の対応関係をハードディスク、メモリ等の記憶手段へ記憶しておき、歪みセンサで検出されたラック軸１２の歪み及び車速センサ１４で検出された車両の速度に応じて線形補間することにより、対応する操舵軸８に加えられた軸トルクＴ２を推定することができる。

以上のように本実施の形態によれば、検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて、運転者により付与されるトルクを推定し、操舵軸８に加える必要のあるトルクから運転者により付与されるトルクを減算して操舵補助トルクを算出する。算出された操舵補助トルクに対応する電流を電動モータへ供給することにより、運転者により付与されるトルクに応じた操舵補助トルクを付与することができ、違和感の生じない自然な操舵フィーリングを運転者へ与えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る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。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 操舵角度及び車両の速度Ｖと操舵輪を介して操舵軸へ付与されるトルクとの関係を示す図である。 軸力センサとして６分力計をハブに設けた場合の一例を示す図である。 歪センサの取付位置の一例を示す図である。 歪みセンサで検出された歪み及び車両の速度と軸トルクとの対応関係を示す図である。

符号の説明

１ 電動モータ、２ 減速歯車機構、５ 駆動回路、６ 制御装置、７ 操舵輪（操舵部材）、８ 操舵軸、１０ 操舵角度センサ、１３ 軸力センサ（軸トルク推定手段）、１４ 車速センサ

Claims (3)

1. 操舵部材の操舵角度を検出する手段、車両の速度を検出する手段、及び前記操舵部材からの入力により車輪を操行する操舵軸に加わるトルクを推定する軸トルク推定手段を有し、推定されたトルクを用いて電動モータによる操舵補助トルクを制御する電動パワーステアリング装置であって、
   検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて、前記操舵部材から付与されるトルクを推定する付与トルク推定手段と、
   前記軸トルク推定手段で推定されたトルクから前記付与トルク推定手段で推定されたトルクを減算して操舵補助トルクを算出する操舵補助トルク算出手段と、
   該操舵補助トルク算出手段で算出された操舵補助トルクに対応する電流を前記電動モータへ供給する手段と
   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. 前記軸トルク推定手段は、
   前記ラック軸に発生する歪みを検出する手段を備え、
   該手段で検出された歪みに基づいて前記操舵軸に加わるトルクを推定するようにしてあることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記付与トルク推定手段は、
   前記操舵角度及び車両の速度に対応付けて、前記操舵部材により付与されるトルクを複数記憶し、
   検出された操舵角度及び車両の速度に基づいて補間することにより対応するトルクを推定するようにしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。

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