JP2011073541A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバーが感知した車両の横流れを、ドライバーの意図に合った横流れ補正を行うことで、運転操舵の疲労感を軽減し、安全に走行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】ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサと、トルクセンサから出力されるトルク検出値に基づいてモータを駆動し、車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置において、トルクセンサから出力されるトルク検出値をドライバー自身が補正することができるスイッチを備えた電動パワーステアリング装置とし、車両の走行状態に合わせて、運転席に設置されたスイッチにより、トルクセンサからの操舵トルク検出値を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行状態において、車両の横流れを補正する電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来より、路面勾配やタイヤ性能の左右差等によって車両が右や左に流される場合、ドライバーは車両が流されないように保舵を行っている。ドライバーは車両が流されないように保舵のための操舵力を維持したままステアリング操作をしていることになる。従って、ステアリング操作をし続けることによって、ドライバーの疲労は溜まってしまうという課題があった。

この部分の改善の先行技術としては、図６に示す特許文献１（特開２００７−６９７５７号公報）に開示される技術があり、これは、電動パワーステアリング装置において、電動モータの作動により生ずるモータ回転角の目標値と実値との偏差に基づいて、電動モータの作動を制御することにより、操舵トルクや操舵角等を検出することによってドライバーが保舵状態であるか否かを判定し、保舵状態と判定された場合にドライバーの保舵力を軽減するために、操舵アシスト量を自動的に調整するというものである。

特開２００７−６９７５７号公報

しかしながら、この先行技術には、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサや、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサが必要である為、電動パワーステアリングとしてコストが高くなり、制御も複雑になるという問題が有った。

本発明は、上記問題を解決するために、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサや、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサを用いずに、ドライバーが操作可能な部位に設けた安価な調整スイッチを用い、調整されたスイッチ操作情報に基づいて、操舵トルク検出値に補正を与えることを特徴とする。

本発明によれば、実際の車両走行状態をドライバー自身が検知し、ドライバーの意思に沿った横流れ補正を行うことが可能になり、安価な電動パワーステアリング装置が提供できるという効果が有る。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の概要図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の操作系統の一例を示す図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本願発明の一例を示すフローチャートである。 本願発明の操舵入力トルク値と操舵トルク検出値Ｔの詳細図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１にドライバーから作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８で車両幅方向の直進運動に変換されて左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって転舵輪ＷＬ，ＷＲを転舵させる。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速機構１１と、この減速機構１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。

また、減速機構１１のステアリングホイール１側に連結されたハウジング１３内に操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。

そして、操舵トルクセンサ１４から出力される操舵トルク検出値Ｔは、図２に示すように、コントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、操舵トルクセンサ１４からの操舵トルク検出値Ｔの他に図示しない車速センサで検出した車速Ｖｓ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｕ、Iｖ、Ｉｗ及びエンコーダ等で構成される回転角センサ１８で検出したステアリングシャフト２の回転角θも入力される。

コントローラ１５は、バッテリー１６を電源としＩＧＮスイッチ１７を介して電源を入力するので、ＩＧＮスイッチ１７のＯＮ／ＯＦＦで電動パワーステアリングシステム全体は起動／停止している。バッテリー１６の電源をコントローラ１５に直接入力し、図示しないリレーをＩＧＮスイッチ１７で駆動し電源を入力しても良い。

さらに、コントローラ１５には、運転中に手の届く範囲に設けられた操作スイッチ１９が設けられており、直進走行中に継続して発生する不要な操舵力をテアリングホイール１の操舵状態、すなわち操舵トルクセンサ１４の出力値を補正するように、操作スイッチ１９を調整することで、直進状態における不要な操舵力を調整することができる。
操作スイッチ１９は可変抵抗器、ボリュームスイッチ、ボタンスイッチ、タッチセンサー等が用いられる。

例えば、車両が直進状態にも関わらず、常に右に操舵している状態が続いている場合は、車両が左方向へ横流れしているので、操作スイッチ１９を右に操作することで車両の直進状態に合わせて操舵力を軽減させることが可能になる。
逆に、車両が直進状態にも関わらず、常に左に操舵している状態が続いている場合は、車両が右方向へ横流れしているので、操作スイッチを左に操作することで車両の直進状態に合わせて操舵力を軽減させることが可能になる。

図３は、本願発明のコントローラ１５の制御ブロック図で、コントローラ１５では操舵トルクセンサ１４から入力される操舵トルク検出値Ｔを後述するトルクオフセット演算部３０を介して出力されるトルク値Ｔ１と車速検出値Ｖｓに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる電流指令値を操舵補助指令値演算部３１で演算し、位相補償部３２、微分補償部３３、収斂性制御部３４、慣性補償部３５の補償値を演算し、操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆを算出する。更に操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆは、ＰＩ制御３６、ＰＷＭ制御３７がなされ、電流制御値Ｅが演算される。電流制御値Ｅはインバータ３８に入力され、インバータ３８は電流制御値Ｅに基づいて電動モータ１２を駆動制御する。

回転角検出部３９で検出したモータ回転角θは角速度演算部４０でモータ角速度ωを演算し、更に角加速度演算部４１でモータ角加速度αを演算し、車速Ｖｓと共に収斂性制御部３４、慣性補償部３５により操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆを補償し電動パワーステアリングの操舵性を向上させている。

トルクオフセット演算部３０は、ドライバーが車両の横流れを感知し、横流れを補正するために操作スイッチ１９を操作した時のトルク補正信号Ｔｏｓを、操舵トルクＴに対して加算して補正されたトルク値Ｔ１を出力する。

トルク補正値信号Ｔｏｓは、路面カントによる傾きや、車両足回りのミスアライメントによる車両偏向から生じる、操舵トルクを打ち消すような値を出力することとなる。

ここで、トルクオフセット演算部３０に関するフローチャートの一例を図４に示す。
先ずステップＳ１で操舵トルク検出値Ｔを読み込み、ステップＳ２で操作スイッチ１９を操作した時のトルク補正信号Ｔｏｓを読み込む。次にステップＳ３ではトルク補正信号Ｔｏｓから中立基準値Ｃを引いた絶対値が規定値以下であるかを判定し、規定値以下であればステップＳ４に移行する。

ステップＳ４はトルク補正信号Ｔｏｓから中立基準値Ｃを引いた値を操舵トルク検出値Ｔに加算してループを繰り返す。

ステップ３でトルク補正信号Ｔｏｓが規定値以上の場合は、異常に高い補正値を示すことになるので、操作スイッチ１９による補正を実行せずに操舵トルク検出値Ｔを出力してループを繰り返す。

図５はトルクセンサ１４の操舵トルク入力値と操舵トルク検出値Ｔ（出力値）の関係を図示したものである。トルク特性線図Ａは、通常時のトルク特性を示しているものであり、ハンドルが右に操作され、操舵入力トルク値（Ｘ軸）が右操舵位置にあるときは、操舵入力トルク値の大きさに比例した右出力（Y軸）として操舵トルク検出値Ｔを出力する。本実施例の場合、操舵トルク検出値Ｔの右出力は中立基準値Ｃよりも大きな値となる。

逆に、ハンドルが左に操作され、操舵入力トルク値（Ｘ軸）が左操舵位置にあるときは、操舵入力トルク値の大きさに比例した左出力（Ｙ軸）として操舵トルク検出値Ｔを出力する。
実施例の場合、操舵トルク検出値Ｔの左出力は、中立基準値Ｃよりも小さな値となる。

更に、ハンドル操作が行われず、操舵入力トルク値（Ｘ軸）の入力が無いときは、操舵トルク検出値Ｔは中立基準値Ｃとなり、操舵入力トルク値と操舵トルク検出値Ｔは、右操舵から左操舵にかけて略直線を成す比例関係にある。

トルク特性線図Ｂは、車両が左方向への横流れが生じた場合、車両を直進させるためのトルク特性を示しているものである。ハンドル操作が行われず、操舵入力トルク値（Ｘ軸）の入力が無いにも関わらず、操舵トルク検出値Ｔは右出力を行い、右方向への操舵が行われたと判断し、右方向へのアシストトルクを発生させる。

この場合に、ドライバーは右にハンドルを操舵して、車両が左方向へ進行するのを防止しようとする。例えば、高速道路を走行する場合のように、長時間に渡って直進した場合は、ドライバーは常に右へ操舵する必要があり、長時間操舵力を維持したままステアリング操作をしていることになるので、ドライバーの疲労は溜まってしまう可能性がある。

この状態において、ドライバーが横流れを補正するために操作スイッチ１９を操作することにより、トルク補正信号Ｔｏｓが出力され、図５のＸ軸をトルク補正信号Ｔｏｓ分だけ移動さて、トルク特性線図ＢのＹ軸交点に一致するように補正することで、操舵入力トルク値と操舵トルク検出値Ｔを、通常状態と同様な操舵トルク特性に補正することができる。

以上説明したように、本発明を用いることにより、車両の横流れをドライバーが意図する補正量に調整して横流れを防止することが可能になり、安定した走行を提供できると共に、ドライバーの疲労を軽減することができる。又、ヨーレートセンサや操舵角センサを必要としないので、より安価な電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明は、安定した走行を提供できると共に、ドライバーの疲労を軽減することができる電動パワーステアリング装置であり、自動車等の各種車両に適用することができる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングコラム
４ ユニバーサルジョイント
５ 中間シャフト
６ ユニバーサルジョイント
７ ピニオンシャフト
８ ステアリングギヤ機構
９ タイロッド
１０ 操舵補助機構
１１ 減速機構
１２ 電動モータ
１３ ハウジング
１４ 操舵トルクセンサ
１５ コントローラ
１６ バッテリー
１７ ＩＧＮスイッチ
１８ 回転角センサ
１９ 操作スイッチ
３０ トルクオフセット演算部
３１ 操舵補助指令値演算部
３２ 位相補償部
３３ 微分補償部
３４ 収斂性制御部
３５ 慣性補償部
３６ ＰＩ制御部
３７ ＰＷＭ制御部
３８ インバータ
３９ 回転角検出部
４０ 角速度演算部
４１ 角加速度演算部
４２ モータ電流検出部

Claims (2)

1. ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサと、トルクセンサから出力されるトルク検出値に基づいてモータを駆動し、車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置において、トルクセンサから出力されるトルク検出値をドライバー自身が補正することができるスイッチを備えた電動パワーステアリング装置。
2. 前記トルク検出値の補正は、操作スイッチにより設定されたトルク補正信号を加算することを特徴とする電動パワーステアリング装置

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