JP2008094325A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車体に弾性支持される重量部材のバネ定数にかかわらず、優れた操舵応答特性を確保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】 電動パワーステアリング装置１は、ステアリング操作により発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、車速を検出する車速センサ１１と、ＥＣＵ１２とを備えている。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１０及び車速センサ１１の検出値に基づいてアシスト量を求めるアシスト量演算部１３と、エンジンマウントのバネ定数を含む車両諸元データから得られる伝達関数を用いて、アシスト量を補正するアシスト量補正部１４と、補正後のアシスト量に応じてモータ８の駆動を制御するモータ駆動制御部１５とを有している。エンジンマウントのバネ定数を含む各種の車両諸元データは、メモリ１６に予め記憶されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、ステアリングホイールに加わる操舵トルクと車両の走行速度とを検出し、これらの検出値に基づいてモータを駆動制御して、運転者の操舵力をアシストするものが知られている。
特開２００６−８８９８９号公報

上記のような電動パワーステアリング装置を搭載した車両では、車体に弾性支持されるエンジンマウントのバネ定数を高くすると、エンジンノイズや振動等の問題が発生し、エンジンマウントのバネ定数を低くすると、操舵応答特性が悪化してしまう。しかし、上記従来技術においては、そのようなエンジン懸架系が操舵系に与える影響については、何ら考慮されていない。

本発明の目的は、車体に弾性支持される重量部材のバネ定数にかかわらず、優れた操舵応答特性を確保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である。

本発明は、車両に搭載され、ステアリング操作に応じて電動アクチュエータを駆動させて操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置において、車両の車体に対して弾性支持される重量部材のバネ定数を含む車両データを予め記憶しておく記憶手段と、ステアリング操作により発生する操舵量を検出する検出手段と、少なくとも検出手段で検出した操舵量と重量部材のバネ定数を含む車両データとに基づいて、電動アクチュエータに対するアシスト量を設定する設定手段と、設定手段で設定されたアシスト量に応じて電動アクチュエータの駆動を制御する手段とを備えることを特徴とするものである。例えば重量部材はエンジンマウントである。なお、車両データとしては、重量部材のバネ定数を含む車両諸元の各種データ、伝達関数のデータ及びマップデータ等が含まれる。

電動パワーステアリング装置においては、車体に対して弾性支持される重量部材（例えばエンジンマウント）のバネ定数が低下すると、操舵応答に関する伝達関数の高周波ゲインが低下し、その結果として操舵応答性が低下してしまうことが、本発明者等の鋭意研究によって明らかにされている。そこで、本発明では、車両の車体に対して弾性支持される重量部材のバネ定数を含む車両データを予め記憶しておき、少なくとも操舵量検出値と重量部材のバネ定数を含む車両データとに基づいて、重量部材のバネ定数の低下による操舵応答性の低下を抑制するようなアシスト量を設定し、そのアシスト量に応じて電動アクチュエータの駆動を制御する。このように重量部材のバネ定数を考慮してアシスト量を決定することにより、エンジンノイズや振動等を低減すべく重量部材のバネ定数を低くした場合でも、良好な操舵応答特性を得ることができる。

好ましくは、設定手段は、ステアリング操作による車輪の転舵角変化と車両の挙動応答との関係を示す第１伝達関数のゲインを補償するように、前記重量部材のバネ定数を含みステアリング操作と車輪の転舵角変化との関係を示す第２伝達関数を設定し、検出手段で検出した操舵量及び第２伝達関数を用いてアシスト量を決定する。この場合には、重量部材のバネ定数を含む各種の車両諸元が分かれば、第２伝達関数が解析的に導き出されるため、重量部材のバネ定数の低下による操舵応答性の低下を確実に抑制することができる。

本発明によれば、車体に弾性支持される重量部材のバネ定数にかかわらず、優れた操舵応答特性を確保することができる。これにより、操舵開始時に車両の挙動が速く応答すると共に、操舵終了時に車両の挙動が速く収まるようになる。

以下、本発明に係わる電動パワーステアリング装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転を左右の前車輪３に伝える伝達機構４とを備え、運転者のステアリング操作に応じて伝達機構４にアシスト力を付与することにより操舵アシストを行う。伝達機構４は、ステアリングホイール２と接続されたステアリングシャフト５と、左右の前車輪３にそれぞれ接続されたタイロッド６と、ステアリングシャフト５に付与されたアシスト力を各タイロッド６に伝達するギア部７とを有している。

ステアリングシャフト５には、アシスト力を付与するためのモータ（電動アクチュエータ）８が減速機９を介して連結されている。減速機９は、モータ８の回転を減速してステアリングシャフト５の出力軸に伝達する。

また、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング操作により発生する操舵トルク（操舵量）を検出するトルクセンサ（検出手段）１０と、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ１１と、トルクセンサ１０及び車速センサ１１と接続された電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２とを備えている。トルクセンサ１０は、例えばステアリングシャフト５の入力軸に設けられている。

ＥＣＵ１２は、図２に示すように、アシスト量演算部１３と、アシスト量補正部１４と、モータ駆動制御部１５とを有している。

アシスト量演算部１３は、トルクセンサ１０及び車速センサ１１の検出値に基づいて、エンジン懸架系が操舵系に及ぼす影響（後述）を考慮しない場合におけるモータ８に対するアシスト量（アシストトルク）を求める。具体的には、アシスト量演算部１３は、操舵トルク及び車速とアシスト量との関係を示すアシストマップを用いて、アシスト量を求める。アシストマップは、低速時にはステアリング操作力を軽減させ、高速時にはステアリング操作に手応え感をもたせることで、優れたステアリングフィーリングを確保するように設定されている。なお、アシストマップのデータは、ＥＣＵ１２のメモリ１６に予め記憶されている。

アシスト量補正部１４は、エンジン懸架系が操舵系に及ぼす影響を考慮して、アシスト量演算部１３で求めたアシスト量を補正する。

まず、エンジン懸架系特性が操舵応答特性に及ぼす影響についての解析を行う。エンジン懸架系のエンジンマウントは車体に弾性支持され、車体はサスペンションを介して前車輪と連結されている。従って、エンジン懸架系は、車体及びサスペンションを介して操舵系に対して弾性支持されていることになる。

図３は、エンジン懸架系をモデル化して示したものである。同図において、エンジンマウント１７は、車幅方向のフロント側バネ定数Ｋ_ｅｆ及びリア側バネ定数Ｋ_ｅｒを有し、前の車輪１８に対して弾性支持されている。なお、図３に示すモデルは、簡略化のために左右片側のみ表している。

ここで、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒを高くすると、エンジンノイズや振動等による騒音が発生しやすくなり、乗り心地が悪化するため、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒは低くするのが望ましい。しかし、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒが低いと、操舵応答特性が悪化してしまう。そこで、本発明者等は、その原因究明を行った。

即ち、エンジンマウント１７を考慮した場合、車輪１８の転舵角変化から車両の挙動が応答するまでの伝達関数（第１伝達関数）Ｇ_ｅ（ｓ）は、次の通りとなる。

δ_Ｗ：車輪の実転舵角
θ_Ｚ：車体ヨー角

上記の伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）において、エンジン懸架系を含む係数はＦ_３（ｓ），Ｆ_４（ｓ）である。そして、図４に示すように、伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲイン（例えば２Ｈｚ以上の周波数域のゲイン）は、係数Ｆ_４（ｓ）の影響が多少あるものの、主として係数Ｆ_３（ｓ）により決まることが明らかである。このことから、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒの低下によってエンジン懸架系の左右方向の共振点が低下するため、伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の構成要素Ｆ_３（ｓ）の谷が変化し、これに伴って伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインが低下する。その結果、操舵応答特性が低下することとなる。なお、伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインは、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒだけでなく、エンジンマウント１７の重量にも影響されることがある。

このとき、エンジン懸架系によって伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインの影響を受けるのは、図５に示すように、操舵開始時（図中Ａ）、操舵切り返し時（図中Ｂ）、操舵終了時（図中Ｃ）である。

以上のような新たに見出された事実を踏まえ、アシスト量補正部１４は、運転者のステアリング操作による入力操舵角δ_Ｈの変化から車輪の転舵角δ_Ｗが変化するまでの伝達関数（第２伝達関数）Ｇ_Ｈ（ｓ）が次式となるように、アシストトルク特性を決定する。

つまり、アシスト量補正部１４は、図６に示すように、伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインの低下による車両の挙動（ヨー）応答の遅れを補償すべく、伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を用いてフィードフォワード制御を行う。伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）は、分子２次及び分母２次の伝達関数であり、次式で表される。このとき、車両諸元が決まれば、伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を解析的に導出することができる。

ｍ_ｅ：エンジン重量
Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒ：エンジンマウントの車幅方向のバネ定数
Ａ，Ｃ：エンジン以外の車両諸元により決まる定数
ｎ_ｇ：ステアリングギア比

このように伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を用いたフィードフォワード制御を行うことにより、ステアリング操作による入力操舵角δ_Ｈの変化から車両挙動が応答するまでのトータルの伝達関数Ｇ（ｓ）は、次の通りとなり、エンジン懸架系の影響を全く受けないものとなる。

従って、図７に示すように、上記のフィードフォワード制御を行わない場合に比べて、伝達関数Ｇ（ｓ）の高周波ゲインが高くなり、操舵応答特性が改善されるようになる。

なお、上述したように、伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインの低下は構成要素Ｆ_３（ｓ）の影響に因るところが非常に大きいため、伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）としては次式であっても構わない。

図２に戻り、エンジンマウント１７のバネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒを含む各種の車両諸元データは、メモリ１６に予め記憶されている。そして、アシスト量補正部１４は、バネ定数Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｅｒを含む車両諸元データから得られる伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を用いて、トルクセンサ１０及び車速センサ１１の検出値から求められたアシスト量を補正する。

モータ駆動制御部１５は、アシスト量補正部１４で得られた補正後のアシスト量に対応する電流値をモータ８に供給して、モータ８の駆動を制御する。

ここで、ＥＣＵ１２において、メモリ１６は、車両の車体に対して弾性支持される重量部材のバネ定数を含む車両データを予め記憶しておく記憶手段を構成する。アシスト量演算部１３及びアシスト量補正部１４は、少なくとも検出手段１０で検出した操舵量と重量部材のバネ定数を含む車両データとに基づいて、電動アクチュエータ８に対するアシスト量を設定する設定手段を構成する。モータ駆動制御部１５は、設定手段で設定されたアシスト量に応じて電動アクチュエータ８の駆動を制御する手段を構成する。

以上のように本実施形態にあっては、トルクセンサ１０及び車速センサ１１の検出値に基づいてアシスト量を求め、エンジンマウントのバネ定数及び重量を含む車両諸元データから得られるフィードフォワード制御用の伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を用いて、当該アシスト量を補正するようにしたので、ステアリング操作による車輪３の転舵角変化に対する車両の挙動応答の伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）の高周波ゲインが補償される。これにより、エンジンマウントのバネ定数が低くても、良好な操舵応答特性が確保されるようになる。

このように操舵応答特性が向上するので、操舵開始時及び操舵切り返し時には、車両挙動の応答性が良くなり、操舵終了時には、車両挙動の収まりが良くなって速く安定するようになる。また、エンジンマウントのバネ定数を低くすることにより、エンジンノイズや振動等による騒音を軽減すると共に、運転者の乗り心地を良好にすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、トルクセンサ１０及び車速センサ１１の検出値に基づいてアシスト量を求め、フィードフォワード制御用の伝達関数Ｇ_Ｈ（ｓ）を用いて当該アシスト量を補正し、その補正したアシスト量に応じてモータ８を制御するようにしたが、モータ８に対するアシスト量を設定する手法としては、特にこれには限られない。例えば、操舵トルク及び車速に加えてエンジンマウントのバネ定数も考慮したアシストマップを予め作成してメモリ１６に記憶しておき、そのアシストマップに従ってアシスト量を設定しても良い。

本発明に係わる電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示したＥＣＵの機能ブロック図である。 エンジン懸架系をモデル化した図である。 伝達関数Ｇ_ｅ（ｓ）を分解した時の周波数特性を示すグラフである。 車両の挙動（ヨーレート）の時間軸応答特性を示すグラフである。 図１に示した電動パワーステアリング装置の伝達系を概略的に示す図である。 車両の挙動（ヨーレート）の応答特性を示すグラフである。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、８…モータ（電動アクチュエータ）、１０…トルクセンサ（検出手段）、１２…ＥＣＵ、１３…アシスト量演算部（設定手段）、１４…アシスト量補正部（設定手段）、１５…モータ駆動制御部、１６…メモリ（記憶手段）、１７…エンジンマウント（重量部材）。

Claims (3)

1. 車両に搭載され、ステアリング操作に応じて電動アクチュエータを駆動させて操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置において、
   前記車両の車体に対して弾性支持される重量部材のバネ定数を含む車両データを予め記憶しておく記憶手段と、
   前記ステアリング操作により発生する操舵量を検出する検出手段と、
   少なくとも前記検出手段で検出した操舵量と前記重量部材のバネ定数を含む車両データとに基づいて、前記電動アクチュエータに対するアシスト量を設定する設定手段と、
   前記設定手段で設定されたアシスト量に応じて前記電動アクチュエータの駆動を制御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. 前記設定手段は、前記ステアリング操作による車輪の転舵角変化と前記車両の挙動応答との関係を示す第１伝達関数のゲインを補償するように、前記重量部材のバネ定数を含み前記ステアリング操作と前記車輪の転舵角変化との関係を示す第２伝達関数を設定し、前記検出手段で検出した操舵量及び前記第２伝達関数を用いて前記アシスト量を決定す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. 前記重量部材はエンジンマウントであることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。

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