JP2007283985A - 車両の外乱抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面の凹凸による外乱を確実に検出し、路面からステアリングホイールに伝達されるキックバックを効果的に抑制する。
【解決手段】 空気圧検出手段Ｓｅがタイヤの空気圧を検出すると、外乱検出手段Ｍ３が空気圧検出手段Ｓｅで検出した空気圧に基づいて路面の凹凸から操舵系に入力される外乱を検出し、外乱抑制手段Ｍ４が外乱検出手段Ｍ３で検出した外乱を打ち消すべくステアリングアクチュエータＡを制御する。外乱検出手段Ｍ３は、加速度が発生した後に操舵トルクが発生し、かつタイヤの空気圧の変動が閾値以上の場合に路面の凹凸から操舵系に外乱が入力されたと判定するので、運転者の操舵の影響および路面の前後傾斜や左右傾斜の影響を排除して凹凸による外乱を確実に検出し、ステアリングホイールに伝達されるキックバックを効果的に抑制することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、路面の凹凸からタイヤを介して操舵系に入力される外乱の影響を軽減する外乱抑制装置に関する。

操舵系にアシストトルクを入力する電動モータを備えた電動パワーステアリングにおいて、検出された操舵角速度が所定値よりも小さく、かつ検出された操舵トルク変化量が所定値よりも大きいときに、路面の凹凸による外乱（キックバック）が操舵系に入力されたと判断し、その外乱の影響を打ち消す方向に電動モータが発生するアシストトルクを増加させるものが、下記特許文献１により公知である。
特許第３０５００３６号公報

ところで上記従来のものは、操舵角速度および操舵トルク変化量に基づいて操舵系に入力される外乱を検出しているが、操舵角速度および操舵トルク変化量に基づく外乱の検出では充分な精度が得られないため、路面からステアリングホイールに伝達されるキックバックを効果的に抑制することが困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、路面の凹凸による外乱を確実に検出し、路面からステアリングホイールに伝達されるキックバックを効果的に抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段と、空気圧検出手段で検出した空気圧に基づいて路面の凹凸から操舵系に入力される外乱を検出する外乱検出手段と、外乱検出手段で検出した外乱を打ち消すべくステアリングアクチュエータを制御する外乱抑制手段と備えたことを特徴とする車両の外乱抑制装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車両の前後加速度あるいは横加速度を検出する加速度検出手段とを備え、外乱検出手段は、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクおよび加速度検出手段で検出した加速度の発生順序を比較し、加速度が発生した後に操舵トルクが発生した場合に前記空気圧に基づく外乱の検出を行うことを特徴とする車両の外乱抑制装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、外乱検出手段は、空気圧検出手段で検出した空気圧の変動が閾値以上の場合に、その変動が外乱に起因するものであると判定することを特徴とする車両の外乱抑制装置提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、加速度検出手段は車輪に設けられていることを特徴とする外乱抑制装置が提案される。

尚、実施の形態の前後加速度検出手段Ｓｂおよび横加速度検出手段Ｓｃは本発明の加速度検出手段に対応する。

請求項１の構成によれば、空気圧検出手段がタイヤの空気圧を検出すると、外乱検出手段が空気圧検出手段で検出した空気圧に基づいて路面の凹凸から操舵系に入力される外乱を検出し、外乱抑制手段が外乱検出手段で検出した外乱を打ち消すべくステアリングアクチュエータを制御する。外乱検出手段はタイヤの空気圧に基づいて路面の凹凸から操舵系に入力される外乱を検出するので、検出が難しい路面の凹凸による外乱を確実に検出してステアリングホイールに伝達されるキックバックを効果的に抑制することができる。

また請求項２の構成によれば、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクおよび加速度検出手段で検出した加速度の発生順序を比較し、加速度が発生した後に操舵トルクが発生した場合に空気圧に基づく外乱の検出を行うので、運転者がステアリングホイールに操舵トルクを入力して操舵を行った結果として加速度が発生した場合に、無駄な外乱の検出が行われるのを防止することができる。

また請求項３の構成によれば、空気圧検出手段で検出した空気圧の変動が閾値以上の場合に、その変動が外乱に起因するものであると判定するので、路面の前後傾斜や左右傾斜の影響を排除して路面の凹凸による外乱を確実に検出することができる。

また請求項４の構成によれば、加速度検出手段を車輪に設けたので、車体に設けた加速度検出手段に比べて加速度を精度良くかつ応答性良く検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は電動パワーステアリング装置の制御系のブロック図、図５は外乱抑制制御のフローチャートである。

図１に示すように、ステアリングホイール１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速ギヤボックス１６から上方に突出する上部ピニオンシャフト１７Ｕに接続される。減速ギヤボックス１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速ギヤボックス１６にはステアリングアクチュエータＡが支持されており、このステアリングアクチュエータＡの作動が、ステアリングホイール１１に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段Ｓａからの信号と、車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段Ｓｂからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度検出手段Ｓｃからの信号と、車速を検出する車速検出手段Ｓｄからの信号と、４個の車輪のタイヤ空気圧を検出する空気圧検出手段Ｓｅからの信号とが入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、減速ギヤボックス１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備える。上部ケース２５にボールベアリング２０を介して支持された上部ピニオンシャフト１７Ｕの下端に操舵トルク検出手段Ｓａが接続されており、この操舵トルク検出手段Ｓａはステアリングギヤボックス１８および下部ケース２１にボールベアリング２６，２７を介して支持された下部ピニオンシャフト１７Ｌの上端に接続される。下部ピニオンシャフト１７Ｌの下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられたラック３０に噛合する。

ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ｂを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みが抑制される。

減速ギヤボックス１６の内部に延びるステアリングアクチュエータＡの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持されており、ステアリングアクチュエータＡの回転軸３４に設けられたウオーム３７が、下部ピニオンシャフト１７Ｌと一体のウオームホイール３８に噛合する。

従って、ステアリングアクチュエータＡを駆動すると回転軸３４のトルクがウオーム３７およびウオームホイール３８を介して下部ピニオンシャフト１７Ｌに伝達され、運転者のステアリング操作がステアリングアクチュエータモータＡによってアシストされる。

図４に示すように、電子制御ユニットＵは、アクチュエータ駆動指令値算出手段Ｍ１と、アクチュエータ駆動手段Ｍ２と、外乱検出手段Ｍ３と、外乱抑制手段Ｍ４とを備える。アクチュエータ駆動指令値算出手段Ｍ１は、操舵トルク検出手段Ｓａで検出した操舵トルクに応じたアシストトルクをステアリングアクチュエータＡに発生させ、運転者のステアリング操作をアシストする。その際、車速検出手段Ｓｄにより検出した車速が小さい場合、例えば車庫入れを行うような場合にはアクチュエータ駆動指令値を増加させるとともに、車速が大きい場合、例えば高速道路を走行するような場合にはアシストトルクを減少させる。これにより、アクチュエータ駆動手段Ｍ２がアクチュエータ駆動指令値に基づいてアクチュエータＡを駆動したとき、車速に応じた操舵アシスト力を得ることができる。

外乱検出手段Ｍ３は、操舵トルク検出手段Ｓａで検出した操舵トルクと、前後加速度検出手段Ｓｂで検出した前後加速度と、横加速度検出手段Ｓｃで検出した横加速度と、空気圧検出手段Ｓｅで検出したタイヤ空気圧とに基づいて、操舵トルクの変化が路面の凹凸による外乱に起因するものなの、それ以外のもの、つまり運転者の操舵や路面の傾斜に起因するものなのかを判断する。そして外乱抑制手段Ｍ４は、操舵トルクの変化が路面の凹凸による外乱に起因するものであるときに、外乱による操舵トルクの変化を抑制するためのアクチュエータ駆動指令値を算出してアクチュエータ駆動手段Ｍ２に出力し、アクチュエータ駆動手段Ｍ２はアクチュエータ駆動指令値算出手段Ｍ１からのアクチュエータ駆動指令値と、外乱抑制手段Ｍ４からのアクチュエータ駆動指令値とを加算した値に基づいてアクチュエータＡを駆動する。

次に、外乱検出手段Ｍ３および外乱抑制手段Ｍ４の作用を、図５のフローチャートに基づいて更に説明する。

先ずステップＳ１で操舵トルクを検出し、ステップＳ２で前後加速度および横加速度を検出し、続くステップＳ３で前後加速度または横加速度が発生した後に操舵トルクが発生したか否かを判断する。運転者が自発的にステアリングホイール１１を操作すると、ステアリングホイール１１の操作に応じて操舵トルクが発生した後に前後加速度や横加速度が発生するが、タイヤが路面の凹凸を踏んだり、路面が前後あるいは左右に傾斜していて前後加速度や横加速度が発生すると、タイヤからステアリングホイール１１に伝達されるキックバックによる操舵トルクが発生する。

従って、前者の場合、つまり操舵トルク→加速度の順番で発生した場合には、路面の凹凸による外乱が原因ではないと判断してステップＳ１に復帰する。一方、加速度→操舵トルクの順番で発生した場合には、路面の凹凸による外乱が発生している可能性があると判断し、ステップＳ４で空気圧を検出する。続くステップＳ５で空気圧を時間微分した空気圧変動が閾値以上であれば外乱が発生していると判断し、ステップＳ６で外乱抑制制御を行う。

空気圧を時間微分した空気圧変動が閾値以上であれば外乱が発生していると判断する理由は以下のとおりである。路面が前後方向や左右方向に傾斜していると、高い側のタイヤの接地荷重が減って空気圧が低くなり、低い側のタイヤの接地荷重が増えて空気圧が高くなるが、その空気圧変動は路面の傾斜の変動に応じて比較的にゆっくりと発生する。それに対して、タイヤが路面の凹凸を踏んで外乱が発生した場合には、タイヤに衝撃的な荷重が入力して空気圧変動が急激に発生するからである。

しかして、路面の凹凸による外乱がステアリングホイール１１に入力されて操舵トルクが変化すると、その操舵トルクの変化を抑制する方向のアシストトルクをアクチュエータＡに発生させることで、タイヤからステアリングホイール１１に入力されるキックバックを小さくして操舵フィーリングを高めることができる。

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態の前後加速度検出手段Ｓｂおよび横加速度検出手段Ｓｃは車体に設けられているが、第２の実施の形態の前後加速度検出手段Ｓｂおよび横加速度検出手段Ｓｃはタイヤの空気圧検出手段Ｓｅに内蔵された状態で車輪のタイヤ４１を支持するホイール４２に設けられる。この前後加速度検出手段Ｓｂおよび横加速度検出手段Ｓｃを用いることにより、車体に前後加速度検出手段Ｓｂおよび横加速度検出手段Ｓｃを設ける場合に比べて、加速度をより高精度に、かつ０．１２秒〜０．２秒早く検出することが可能になって応答性が向上する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では前後加速度検出手段Ｓｂで前後加速度を検出しているが、車速検出手段Ｓｄで検出した車速を時間微分して前後加速度を算出しても良い。

電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 電動パワーステアリング装置の制御系のブロック図 外乱抑制制御のフローチャート 第２の実施の形態に係る、車輪に設けられた空気圧検出手段、前後加速度検出手段および横加速度検出手段を示す図

符号の説明

１１ ステアリングホイール
Ａ ステアリングアクチュエータ
Ｓａ 操舵トルク検出手段
Ｓｂ 前後加速度検出手段（加速度検出手段）
Ｓｃ 横加速度検出手段（加速度検出手段）
Ｓｅ 空気圧検出手段
Ｍ３ 外乱検出手段
Ｍ４ 外乱抑制手段

Claims (4)

1. タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段（Ｓｅ）と、
   空気圧検出手段（Ｓｅ）で検出した空気圧に基づいて路面の凹凸から操舵系に入力される外乱を検出する外乱検出手段（Ｍ３）と、
   外乱検出手段（Ｍ３）で検出した外乱を打ち消すべくステアリングアクチュエータ（Ａ）を制御する外乱抑制手段（Ｍ４）と、
   を備えたことを特徴とする車両の外乱抑制装置。
2. ステアリングホイール（１１）に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（Ｓａ）と、車両の前後加速度あるいは横加速度を検出する加速度検出手段（Ｓｂ，Ｓｃ）とを備え、
   外乱検出手段（Ｍ３）は、操舵トルク検出手段（Ｓａ）で検出した操舵トルクおよび加速度検出手段（Ｓｂ，Ｓｃ）で検出した加速度の発生順序を比較し、加速度が発生した後に操舵トルクが発生した場合に前記空気圧に基づく外乱の検出を行うことを特徴とする、請求項１に記載の車両の外乱抑制装置。
3. 外乱検出手段（Ｍ３）は、空気圧検出手段（Ｓｅ）で検出した空気圧の変動が閾値以上の場合に、その変動が外乱に起因するものであると判定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両の外乱抑制装置。
4. 加速度検出手段（Ｓｂ，Ｓｃ）は車輪に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の車両の外乱抑制装置。
   

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