JP2011126427A - 電動パワーステアリング装置用負荷低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速時、あるいは停止した状態での据え切りなどの操舵時のパワーステアリングモータの負荷を軽減し、前記パワーステアリングモータの小容量化を実現する。
【解決手段】車両の速度が一定の速度以下の低速走行時あるいはほとんど停止した状態での据え切りなどの操舵時において、ステアリングホイール８の操作によるトルクセンサ値が±Ｖｉｎｉにより規定される不感帯の範囲を超えると、前記トルクセンサ値に応じた左前輪１のインホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値と右前輪３のインホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値が算出される。そして、左前輪１が前記左前輪目標モータトルク指示値をもとにインホイールモータ２により、また、右前輪３が前記右前輪目標モータトルク指示値をもとにインホイールモータ４により、それぞれパワーステアリングモータ５の操舵アシスト負荷が減少する方向へ回転制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、各車輪を個別に制御可能な、例えばインホイールモータを使用し電動式パワーステアリング装置の負荷を軽減する電動パワーステアリング装置用負荷低減装置に関する。

従来、電気自動車を含めた自動車の操舵方式として、油圧に代わってモータで操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が実用化されている。
このような電動パワーステアリング装置の負荷を軽減させるものとしては、操舵トルクを検出し、前記操舵トルクの検出出力を微分し、前記操舵トルクの検出出力と、前記操舵トルクの微分出力とにもとづいて、ハンドルの手放し戻り条件が成立すると電動機を発電制動させ、前記操舵トルクの検出出力と前記操舵トルクの微分出力との加算出力にもとづいて前記電動機の出力トルクを制御し、前記電動機の慣性を補償し、発電制動を実行中においても電動機制御条件が成立した場合には微分制御を優先させる電動パワーステアリング装置がある（特許文献１参照）。

特開平０８−３３２９６４号公報

したがって、従来の電動パワーステアリング装置では、車両速度が低速であったり、据え切り時のほとんど停止した状態でのステアリング操作に対しては電動パワーステアリング装置の負荷軽減効果は期待できないという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低速時、あるいは停止した状態での据え切りなどの操舵時のパワーステアリングモータの負荷を軽減し、前記パワーステアリングモータの小容量化を実現できる電動パワーステアリング負荷低減装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ステアリングホイールの回転操作をパワーステアリングモータにより支援する電動パワーステアリング装置に付加される負荷低減装置であって、操舵される左車輪および右車輪をそれぞれ個別に回転駆動する電動機と、前記ステアリングホイールの操舵方向と操舵トルクとを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段により検出した操舵方向と操舵トルクとに応じた、前記左車輪および前記右車輪を旋回させる操舵左車輪目標トルクおよび操舵右車輪目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、前記目標トルク算出手段により算出した操舵左車輪目標トルクをもとに、前記左車輪を駆動する電動機の回転を、前記パワーステアリングモータの負荷を軽減させる方向に制御するとともに、前記操舵右車輪目標トルクをもとに、前記右車輪を駆動する電動機の回転を、前記パワーステアリングモータの負荷を軽減させる方向に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、低速時、あるいは停止した状態における据え切りなどの操舵時のパワーステアリングモータの負荷を軽減し、パワーステアリングモータの小容量化を実現できる電動パワーステアリング負荷低減装置を提供できる効果がある。

本発明の実施の形態である電動パワーステアリング負荷低減装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の電動パワーステアリング負荷低減装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の電動パワーステアリング負荷低減装置におけるＥＶＥＣＵとＥＳＰＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の電動パワーステアリング負荷低減装置におけるトルクセンサ値に対する右前輪と左前輪の目標トルクの関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態の電動パワーステアリング負荷低減装置において左方向へハンドルを切ったときの右前輪と左前輪の動きを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の実施の形態である電動パワーステアリング装置用負荷低減装置の構成を示すブロック図である。
この実施の形態の電動パワーステアリング装置用負荷低減装置は、モータで操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に適用され、ドライバによるステアリング操作時のパワーステアリングモータの負荷を軽減し、前記パワーステアリングモータの小容量化を実現する。

まず本発明の前提となる電動パワーステアリング装置の基本的な構成について説明する。
電動パワーステアリング装置は、パワーステアリングモータ５、トルクセンサ７、ステアリングホイール８、ステアリングシャフト９、電動パワーステアリング装置ＥＣＵ（以下ＥＰＳ ＥＣＵという）１１、ラック２５、左右のタイロッド２６、左右のステアリングナックル２９、左右の支持部材２７、２８などを含んで構成されている。

ステアリングホイール８にステアリングシャフト９の一端が一体的に回転可能に連結され、ステアリングシャフト９の他端に不図示のピニオンが設けられている。
前記のピニオンはラック２５に噛合しており、ラック２５の両端にそれぞれ左右のタイロッド２６が連結されている。
左右のタイロッド２６は、それぞれ左右のステアリングナックル２９に連結されている。
左右のステアリングナックル２９は左前輪１および右前輪３のホイールを回転可能に支持している。
左右の支持部材２７、２８は、左右のキングピン軸３１、３２を中心にしてステアリングナックル２９を揺動可能に支持するものである。
言い換えると、左右の支持部材２７、２８は、左右のキングピン軸３１、３２を中心にして左前輪１および右前輪３を旋回させるものである。
したがって、タイロッド２６、ステアリングナックル２９、左右の支持部材２７、２８により、左前輪１および右前輪３を旋回させるためのリンク機構が構成されている。

パワーステアリングモータ５は、図示しない動力伝達機構を介してステアリングシャフト９に対してその回転方向に沿った駆動力を与えることにより、タイロッド２６を矢印Ａあるいは矢印Ａ´方向へ駆動するものである。
あるいは、パワーステアリングモータ５は、図示しない動力伝達機構を介してラック２５に対してラック２５の移動方向に沿った駆動力を与えることにより、タイロッド２６を矢印Ａあるいは矢印Ａ´方向へ駆動するものである。
言い換えると、パワーステアリングモータ５は、ステアリングホイール８によるドライバの操舵を支援するアシストトルクを発生させるものである。
トルクセンサ７は、ステアリングホイール８によるドライバの操舵トルクを検出し出力するものである。
ＥＰＳ ＥＣＵ１１は、トルクセンサ７で検出された操舵トルクに応じてパワーステアリングモータ５を駆動することによって電動パワーステアリング装置を制御するコンピュータである。

次に本発明に係る電動パワーステアリング装置用負荷低減装置について説明する。
電動パワーステアリング装置用負荷低減装置は、前記のパワーステアリングモータ５、トルクセンサ７、ＥＰＳ ＥＣＵ１１に加えて、インホイールモータ２，４と、インホイールモータＥＣＵ（以下、ＥＶ ＥＣＵという）１２とを含んで構成されている。

インホイールモータ２は、左前輪１のホイール内に設けられ左駆動輪１を回転駆動するものである。
このインホイールモータ２は、例えばロータの回転を減速する減速機構、ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、左前輪１を前進方向および後進方向へ駆動させるための駆動トルクを発生する。

インホイールモータ４は、右前輪３のホイール内に設けられ右前輪３を回転駆動するものである。
このインホイールモータ４は、例えばロータの回転を減速する減速機構、ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段を備え、右前輪３を前進方向および後進方向へ駆動させるための駆動トルクを発生する。

なお、この実施の形態では、インホイールモータ２，４を使用する車両を例に説明するが、左前輪１および右前輪３をそれぞれ駆動可能な電動モータを備えている車両であれば、インホイールモータ２，４でなくてもよい。

ＥＰＳ ＥＣＵ１１は、前述のように電動パワーステアリング装置を制御するとともに、ＥＶ ＥＣＵ１２と通信を行い、電動パワーステアリング負荷を低減する機能を有している。
ＥＶ ＥＣＵ１２はＥＰＳ ＥＣＵ１１と通信を行い、インホールモータ２、４を制御するコンピュータである。

次に動作について説明する。
図２は、この実施の形態の電動パワーステアリング装置用負荷低減装置の動作を示すフローチャートである。
図３は、この実施の形態の電動パワーステアリング装置用負荷低減装置におけるＥＶＥＣＵ１２とＥＳＰＥＣＵ１１の動作を示すフローチャートである。
図４は、この実施の形態の電動パワーステアリング装置用負荷低減装置におけるトルクセンサ値に対する右前輪と左前輪の目標トルクの関係を示す説明図である。
図５はこの実施の形態の電動パワーステアリング装置用負荷低減装置において左方向へハンドルを切ったときの右前輪と左前輪の動きを示す説明図である。

以下、図２に示すフローチャートに従い、図４、図５を参照して動作について説明する。
この電動パワーステアリング装置用負荷低減装置は、図２のフローチャートに示すように、ＥＰＳ ＥＣＵ１１が、自車両の車両速度が一定の速度以下になっている状態、例えば自車両の車両速度が一定の速度以下の低速走行時あるいは停止した状態であるか否を判定する（ステップＳ１）。
この低速走行時あるいは停止した状態は、ＥＰＳ ＥＣＵ１１、ＥＶ ＥＣＵ１２により速度計の出力から判定可能である。

この結果、ＥＰＳ ＥＣＵ１１が自車両の車両速度が一定の速度以下の低速あるいはほとんど停止した状態であると判定すると、続いてトルクセンサ７により検出されるトルクセンサ値が不感帯の範囲を規定する一定の値Ｖｉｎｉよりも大きいか否を判定し、ステアリングホイール８の操作が行われているか否を判定する（ステップＳ２）。

この結果、トルクセンサ値が±Ｖｉｎｉにより規定される不感帯の範囲を超えており、ステアリングホイール８の操作が行われていると判定すると、ＥＰＳ ＥＣＵ１１は、ＥＳＰ制御を開始し、トルクセンサ７により検出されたトルクセンサ値を取り込み、このトルクセンサ値に応じたインホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値と、インホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値とを算出する（ステップＳ３）。
車両が低速走行時あるいは停止した状態でステアリングホイール８の操作が行われる状況は、例えば、駐車場内での移動時あるいは据え切りなどの操舵時に発生する。
ＥＰＳ ＥＣＵ１１はＥＶ ＥＣＵ１２と通信を行い、前記算出したインホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値とインホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値とをＥＶ ＥＣＵ１２へ送信する。

ＥＶ ＥＣＵ１２は、ＥＰＳ ＥＣＵ１１から送信された前記左前輪目標モータトルク指示値と右前輪目標モータトルク指示値を受信すると、インホイールモータ２を前記受信した左前輪目標モータトルク指示値に応じて制御するとともに、インホイールモータ４を、前記受信した右前輪目標モータトルク指示値に応じてそれぞれ制御する（ステップＳ４）。

図４（ａ）は、ステアリングホイール８により“右切り”あるいは“左切り”のハンドル操作が行われたときの右前輪目標モータトルク指示値を示しており、また同図（ｂ）はこのときの左前輪目標モータトルク指示値を示している。
したがって、ステアリングホイール８が“左切り”操作されトルクセンサ７により検出されたトルクセンサ値が前記不感帯の範囲を超え、例えばトルクセンサ値Ｔａとなると、このトルクセンサ値Ｔａに応じたインホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値τ１と、インホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値−τ２とがＥＰＳ ＥＣＵ１１からＥＶ ＥＣＵ１２へ送信される。

図４に示す例では、トルクセンサ値Ｔの極性はステアリングホイール８が“左切り”操作される場合を正、“右切り”操作される場合を負としている。
また、インホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値とインホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値の極性は車両が前方に進む場合を正、バックすなわち後方へ進む場合を負としている。
このため、車両が低速で前方へ進みながら、あるいはほとんど停止した状態でステアリングホイール８が“左切り”操作され、このときのトルクセンサ値ＴがＴｉｎｉを超えて＋Ｔａとなると、インホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値は−τ２、インホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値は＋τ１となる。
すなわち、左前輪１は図５（ａ）に示すようにインホイールモータ２により車両がバックする矢印Ｂ方向へ駆動され、右前輪３は図５（ｂ）に示すようにインホイールモータ４により車両が前進する矢印Ｆ方向へ駆動される。

この結果、左前輪１の矢印Ｂ方向への回転駆動と右前輪３の矢印Ｆ方向への回転駆動によりモーメントが作用し、左前輪１は左側の支持部材２７のキングピン軸３１を中心にして図５（ａ）に示すように反時計方向へ旋回し、右前輪３は右側の支持部材２８のキングピン軸３２を中心にして同図（ｂ）に示すように反時計方向へ旋回する。
左側のキングピン軸３１を中心にした左前輪１の反時計方向への旋回と、右側のキングピン軸３２を中心にした右前輪３の反時計方向への旋回により、タイロッド２６には矢印Ａ´方向への駆動力が作用する。
ラック２５は、パワーステアリングモータ５の出力軸に取り付けられた前記のピニオンと係合しているため、タイロッド２６に作用する矢印Ａ´方向への駆動力は、パワーステアリングモータ５を、ステアリングホイール８が“左切り”操作されたときと同様の回転方向へ回転させる。
つまり、パワーステアリングモータ５は、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてアシストされながらステアリングホイール８の“左切り”操作に応じた回転方向へ付勢されることになる。
このため、車両速度が一定の速度以下の低速あるいは据え切り時のほとんど停止した状態でのステアリング操作に応じた車両の方向転換についての応答性が向上する。
また、パワーステアリングモータ５は、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてアシストされながらステアリングホイール８の“左切り”操作に応じた回転方向へ回転駆動される結果、車両速度が一定の速度以下の低速あるいは据え切り時のほとんど停止した状態でのステアリング操作に応じてパワーステアリングモータ５に加わる負荷は、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてアシストされる分、従来に比べて小さくなり、電動パワーステアリングモータ５の小容量化を実現できる。

以上、ステアリングホイール８の“左切り”操作について説明したが、車両が低速で前方へ進みながら、あるいはほとんど停止した状態でステアリングホイール８が“右切り”操作され、このときのトルクセンサ値Ｔが±Ｔｉｎｉで規定される不感帯の範囲を超えて−Ｔａとなると、インホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値は＋τ２、インホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値は−τ１となる。
そして、パワーステアリングモータ５は、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてステアリングホイール８の“右切り”操作に応じた回転方向へ付勢されることになる。

ここでさらにＥＶＥＣＵ１２とＥＳＰＥＣＵ１１の動作について詳細に説明する。
図３は、ＥＶＥＣＵ１２とＥＳＰＥＣＵ１１の各動作を示すフローチャートである。
自車両の車両速度が一定の速度以下の低速走行時あるいは据え切り時のほとんど停止した状態であり、トルクセンサ値が±Ｖｉｎｉにより規定される不感帯の範囲を超えており、ステアリングホイール８の操作が行われていると、ＥＰＳ ＥＣＵ１１はＥＰＳ制御を開始し、トルクセンサ７により検出されたトルクセンサ値を取り込み、このトルクセンサ値に応じたインホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値と、インホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値とを算出する（ステップＳ２１）。

このとき車両が電気自動車である場合には、ＥＶ ＥＣＵ１２は左前輪１の車輪速度を検出しながら左前輪１のインホイールモータ２を制御し、また右前輪３の車輪速度を検出しながらインホイールモータ４を制御している（ステップＳ１１）。
ＥＰＳ ＥＣＵ１１はＥＶ ＥＣＵ１２と通信を行い、前記算出した左前輪目標モータトルク指示値と右前輪目標モータトルク指示値とをＥＶ ＥＣＵ１２へ送信する（ステップＳ２２）。
ＥＶ ＥＣＵ１２は、ＥＰＳ ＥＣＵ１１から左前輪目標モータトルク指示値と右前輪目標モータトルク指示値とを受信すると（ステップＳ１２）、左前輪１のインホイールモータ２を前記受信した左前輪目標モータトルク指示値をもとに、また右前輪３のインホイールモータ４を前記受信した右前輪目標モータトルク指示値をもとに、パワーステアリングモータ５の操舵アシスト負荷が減少する方向へそれぞれ回転制御する（ステップＳ１３）。

以上説明したように、この実施の形態によれば、車両の速度が一定の速度以下の低速走行時あるいはほとんど停止した状態での据え切りなどの操舵時において、ステアリングホイール８の操作によるトルクセンサ値が±Ｖｉｎｉにより規定される不感帯の範囲を超えると、前記トルクセンサ値に応じた、左前輪１のインホイールモータ２の左前輪目標モータトルク指示値と右前輪３のインホイールモータ４の右前輪目標モータトルク指示値が算出される。
そして、左前輪１が左前輪目標モータトルク指示値をもとにインホイールモータ２により、右前輪３が右前輪目標モータトルク指示値をもとにインホイールモータ４により、それぞれパワーステアリングモータ５の操舵アシスト負荷が減少する方向へ回転制御される
。
すなわちパワーステアリングモータ５は、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてステアリングホイール８の操作に応じた回転方向と同一の回転方向へ付勢される。
このため、パワーステアリングモータ５が、負荷側、出力軸側から駆動力を受けてステアリングホイール８の操作に応じた回転方向と同一の回転方向へ付勢される分、パワーステアリングモータ５にとっての負荷が軽減され、パワーステアリングモータ５の小容量化が図れることになる。
したがって、低速時、あるいは、ほとんど停止した状態での据え切りなどの操舵時、従来ではパワーステアリングモータ５にとって比較的大きな負荷がかかる状況になるが、この実施の形態によれば、このような状況に対応してパワーステアリングモータ５の容量を大きくする必要がなくなる。
つまり、車両速度の低速時、ほとんど停止した状態における据え切りなどの操舵時のパワーステアリングモータ５の負荷を軽減でき、パワーステアリングモータ５の小容量化を実現できる。

１……左前輪、２，４……インホイールモータ（電動機）、３……右前輪、５……パワーステアリングモータ、７……トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、８……ステアリングホイール、１１……ＥＰＳ ＥＣＵ（目標トルク算出手段）、１２……ＥＶ ＥＣＵ（制御手段、車速判定手段）。

Claims (2)

1. ステアリングホイールの回転操作をパワーステアリングモータにより支援する電動パワーステアリング装置に付加される負荷低減装置であって、
   操舵される左車輪および右車輪をそれぞれ個別に回転駆動する電動機と、
   前記ステアリングホイールの操舵方向と操舵トルクとを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵トルク検出手段により検出した操舵方向と操舵トルクとに応じた、前記左車輪および前記右車輪を旋回させる操舵左車輪目標トルクおよび操舵右車輪目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、
   前記目標トルク算出手段により算出した操舵左車輪目標トルクをもとに、前記左車輪を駆動する電動機の回転を、前記パワーステアリングモータの負荷を軽減させる方向に制御するとともに、前記操舵右車輪目標トルクをもとに、前記右車輪を駆動する電動機の回転を、前記パワーステアリングモータの負荷を軽減させる方向に制御する制御手段と、
   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用負荷低減装置。
2. 車両の低速走行あるいは停止した状態を判定する車速判定手段をさらに備え、
   前記操舵トルク検出手段は、前記車速判定手段が前記車両の低速走行あるいは停止した状態を判定すると、前記ステアリングの操舵方向と、その操舵方向における操舵トルクとを検出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用負荷低減装置。

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