JP2013159334A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機を用いて操舵補助をする電動パワーステアリング装置に関し、操舵補助をしないときに操舵補助機構が操舵機構の動きを妨げないようにする、操舵補助機構の構造と制御に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that assists steering using an electric motor, and relates to the structure and control of a steering assist mechanism that prevents the steering assist mechanism from obstructing the movement of the steering mechanism when steering assist is not performed. .
従来の電動パワーステアリング装置における操舵補助機構の操舵補助をする電動機の動力を操舵機構に伝達する機構は、微小な動きも双方向に伝達するように構成されている。そのため、操舵補助をしないときに制御装置が電動機の駆動電流を止めている状態では、操舵機構の僅かな動きでも操舵機構が操舵補助機構を動かすようになるが、操舵補助機構の内部には摺動する部分があるので摩擦力が働いて、操舵補助機構は操舵機構の動きを止めるように作用する。 The mechanism for transmitting the power of the motor that assists the steering of the steering assist mechanism in the conventional electric power steering apparatus to the steering mechanism is configured to transmit a minute movement bidirectionally. Therefore, in a state where the control device stops the drive current of the electric motor when steering assist is not performed, the steering mechanism moves the steering assist mechanism even with a slight movement of the steering mechanism. Since there is a moving part, a frictional force works, and the steering assist mechanism acts to stop the movement of the steering mechanism.
そのため、操舵補助をしないときに、その摩擦力によって運転者の操舵力が大きくなるだけでなく、車両を旋回状態から直進状態に戻す操舵では、車両が自ら直進に戻ろうとするセルフアライニングトルクだけでは操舵機構が直進位置まで戻らないとか、車両がほぼ直進するなど、操舵補助が不要で、しかも、操舵機構の動きが緩慢で時には停止することもある操舵では、操舵補助機構の内部の摺動する部分が動摩擦になったり静止摩擦になったりして摩擦力が変わるため、運転者が操舵力に不自然な変化を感じるなど、操舵補助機構を持たないマニュアルの操舵機構のように自然で滑らかな操舵フィーリングを得ることは困難であった。 Therefore, when steering assistance is not performed, not only the driver's steering force is increased by the frictional force, but also in the steering that returns the vehicle from the turning state to the straight traveling state, only the self-aligning torque that the vehicle tries to return straight ahead. In steering, there is no need for steering assistance, such as the steering mechanism does not return straight to the straight position, or the vehicle travels almost straight, and the steering mechanism is slow and sometimes stops. Because the frictional force changes due to the dynamic friction part or static frictional part, the driver feels an unnatural change in the steering force, such as a manual steering mechanism without a steering assist mechanism. It was difficult to obtain a good steering feeling.
そこで、これらを解決するために、[特許文献1]、[特許文献2]では、操舵補助機構の内部に複数ある摩擦力の中でも、特に操舵補助をする電動機の内部の摩擦力は、動力を伝達する機構での摩擦力を大きくさせ、さらに減速する機構で倍力されて、大きな力で操舵機構を止めるように作用するので、操舵補助をする電動機の出力軸に摩擦式クラッチ機構を設けて、操舵補助が不要なときには、摩擦式クラッチ機構により電動機との動力の伝達を遮断して、操舵補助機構が操舵機構を止めようとする力を小さくするようにしている。 Therefore, in order to solve these problems, in [Patent Document 1] and [Patent Document 2], among the plurality of frictional forces in the steering assist mechanism, the frictional force in the motor for assisting steering in particular is used as a power source. The frictional force of the transmission mechanism is increased, and the power is further boosted by the mechanism of deceleration, and the steering mechanism is stopped by a large force. Therefore, a friction clutch mechanism is provided on the output shaft of the motor that assists steering. When the steering assist is unnecessary, the transmission of power to the electric motor is cut off by the friction clutch mechanism so that the force of the steering assist mechanism to stop the steering mechanism is reduced.
しかしながら、従来の操舵補助をする電動機の出力軸に摩擦式クラッチ機構を設けて、動力の伝達を接続や遮断をする技術は、動力の伝達を遮断しているときの操舵フィーリングは改善されるものの、動力の伝達を接続や遮断をするときに、電動機と摩擦式クラッチ機構という2つの要素を正確に制御して、運転者が操舵力に不自然な変化を感じない程度の滑らかさで動力の伝達を接続や遮断をすることは困難である。そのため、様々な状況で良好な操舵フィーリングは得られなかった。 However, the conventional technology that connects and cuts off the transmission of power by providing a friction clutch mechanism on the output shaft of the motor that assists steering improves the steering feeling when the transmission of power is cut off. However, when connecting or disconnecting the transmission of power, the motor and the friction clutch mechanism are accurately controlled to ensure that the driver does not feel unnatural changes in steering force. It is difficult to connect or cut off the transmission. Therefore, good steering feeling was not obtained in various situations.
本発明は、上述のような事情に鑑み、操舵補助をする状態と操舵補助をしない状態を滑らかに切り換えることが可能で、操舵補助をするときには、操舵力が小さくて快適な、従来の電動パワーステアリング装置と同等の操舵フィーリングが得られ、操舵補助をしないときには、操舵補助機構を持たないマニュアルの操舵機構とほぼ同等の滑らかで自然な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することを目的にするものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention can smoothly switch between the state of assisting steering and the state of not assisting steering. When assisting steering, the conventional electric power is small and comfortable. To realize an electric power steering device that can obtain a steering feeling equivalent to that of a steering device and that can obtain a smooth and natural steering feeling that is almost equivalent to a manual steering mechanism that does not have a steering assistance mechanism when steering assistance is not performed. It is aimed at.
本発明による電動パワーステアリング装置は、上記の課題を解決するために、操舵補助をする電動機の動力を操舵機構に伝達する機構に、前記動力の伝達をほぼ遮断する不感帯を生じさせる機構と、その前記不感帯を生じさせる機構の状態を検出する不感帯センサとを備えて、操舵補助をしないときには、制御装置が前記不感帯センサからの信号を用いて、前記電動機の出力軸の回転角度位置を変えることにより、前記不感帯を生じさせる機構が前記動力の伝達をほぼ遮断する状態を保つように制御するものである。 In order to solve the above-described problem, an electric power steering apparatus according to the present invention has a mechanism that generates a dead zone that substantially interrupts transmission of the power in a mechanism that transmits the power of an electric motor that assists steering to a steering mechanism, A dead zone sensor that detects the state of the mechanism that generates the dead zone, and when the steering assist is not performed, the control device uses the signal from the dead zone sensor to change the rotational angle position of the output shaft of the motor. The mechanism for generating the dead zone is controlled so as to maintain a state in which the transmission of the power is substantially cut off.
また、前記不感帯を生じさせる機構が前記動力の伝達をほぼ遮断する状態を保つ前記制御において、操舵トルクの方向と大きさ及び車速に応じて前記不感帯を生じさせる機構の制御目標状態を変化させるものである。 Further, in the control in which the mechanism that generates the dead band maintains a state in which the transmission of the power is substantially cut off, the control target state of the mechanism that generates the dead band is changed according to the direction and magnitude of the steering torque and the vehicle speed. It is.
そして、前記不感帯を生じさせる機構の前記動力の伝達を接続および遮断をする部分には弾性部材を備えて、前記弾性部材を圧縮することにより前記動力の伝達を接続して操舵補助を行うものである。 In addition, an elastic member is provided in a portion that connects and blocks the transmission of the power of the mechanism that generates the dead zone, and the elastic member is compressed to connect the transmission of the power and perform steering assistance. is there.
本発明によれば、操舵補助をするときには、不感帯を生じさせる機構の状態に関わらず、制御装置が従来の電動パワーステアリング装置と同様に、操舵補助をする電動機の出力トルクを制御して操舵補助を行うことにより、操舵力が小さくて快適な、従来の電動パワーステアリング装置と同等の操舵フィーリングが得られ、また、操舵補助をしないときには、制御装置が不感帯センサからの信号を用いて、操舵機構の動きに応じて操舵補助をする電動機の出力軸の回転角度位置を変えることにより、不感帯を生じさせる機構が動力の伝達をほぼ遮断する状態を保つように制御するので、操舵機構は操舵補助機構に殆ど妨げられずに動くことが出来るようになり、操舵補助機構を持たないマニュアルの操舵機構とほぼ同等の自然で滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。 According to the present invention, when assisting the steering, the control device controls the output torque of the electric motor for assisting the steering, similarly to the conventional electric power steering device, regardless of the state of the mechanism causing the dead zone. As a result, the steering feeling is small and comfortable, and the steering feeling equivalent to that of the conventional electric power steering device is obtained. When the steering assist is not performed, the control device uses the signal from the dead zone sensor to steer. By changing the rotational angle position of the output shaft of the motor that assists the steering according to the movement of the mechanism, the mechanism that generates the dead zone is controlled so as to keep the power transmission almost cut off. Natural, smooth steering that is almost unimpeded by the mechanism and almost equivalent to a manual steering mechanism that does not have a steering assist mechanism Iringu so as to obtain.
また、不感帯を生じさせる機構が動力の伝達をほぼ遮断する状態を保つ制御において、操舵トルクの方向と大きさ及び車速に応じて不感帯を生じさせる機構の制御目標状態を変化させて、不感帯を生じさせる機構の動力の伝達を接続および遮断する部分での衝撃を小さくするように制御するので、操舵補助をする状態と操舵補助をしない状態は滑らかに切り換えられるようになる。 In addition, in the control that maintains the state in which the mechanism that generates the dead band substantially cuts off the transmission of power, the control target state of the mechanism that generates the dead band is changed according to the direction and magnitude of the steering torque and the vehicle speed to generate the dead band. Since the power transmission of the mechanism to be controlled is controlled so as to reduce the impact at the portion where the power transmission is connected and cut off, the state where the steering assist is performed and the state where the steering assist is not performed can be smoothly switched.
そして、不感帯を生じさせる機構が動力の伝達を接続および遮断をする部分には弾性部材を備えて、その弾性部材を圧縮や膨張させることにより操舵補助をする力を徐々に増大や減少させるので、上記の効果に加え、操舵補助をする状態と操舵補助をしない状態は更に滑らかに切り換えられるようになる。 And, the mechanism that generates the dead zone includes an elastic member in the portion that connects and blocks the transmission of power, and gradually increases or decreases the force to assist steering by compressing or expanding the elastic member. In addition to the above effects, the state where the steering assist is performed and the state where the steering assist is not performed can be switched more smoothly.
以下、本発明の実施の形態の一例を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図9は、本発明を用いた電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール10を回転させると転舵輪90R、90Lが転舵されるマニュアルの操舵機構に操舵補助装置が取り付けられている。操舵補助装置を取り付ける位置は、ステアリング軸20のステアリングホイール10に近い側にトルクセンサ30が、遠い側に操舵補助機構100が取り付けられている。そして、これらの外部に制御装置40が取り付けられている。制御装置40の内部には演算部41と駆動部42とがあって、演算部41にはプログラムを実行するマイクロプロセッサを中心に各種センサからの入力インターフェース、A/D変換器、メモリー等の周辺LSIおよび駆動部42への出力インターフェースを備えている。演算部41の入力インターフェースにはトルクセンサ30からの操舵トルク信号VT、不感帯センサ200からの不感帯信号VD、車速センサ50からの車速信号VSが入力されている。そして、演算部41は、それらの入力信号に応じて処理した結果により、電動機70の回転方向と電流の大きさを指示する信号を出力インターフェースから駆動部42へ出力する。駆動部42は、演算部41からの指示に応したPWM方式の駆動電流1を電動機70に出力することにより操舵補助を行うようになっている。 FIG. 9 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus using the present invention. In the electric power steering device, a steering assist device is attached to a manual steering mechanism in which the steered
図1は、本発明を用いた操舵補助機構100をステアリング軸20の軸方向から見た一部断面の図である。操舵補助機構100は、電動機70、ウオーム110とウオームホイール120とで構成される減速して動力を伝達する機構、不感帯センサ200などから構成され、それらはハウジング101に取り付けられて一体となっている。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a
ウオームホイール120は、ハウジング101に取り付けられた図示しない軸受により回転可能に支持されているステアリング軸20に取り付けられ、ステアリング軸20と一体となって回転する。 The
ウオーム110の歯部110zの軸方向の両側にはフランジ部110c、110eがあり、それに続いて軸部110b、110fがある。そして、その軸部110b、110fには、弾性リング140がフランジ部110c、110eに接するように嵌められており、さらに、その外側に軸受160R、160Lが嵌め合わされている。2個の軸受160R、160Lは、外輪部が止め輪104と押さえネジ106および固定ナット108でハウジング101に固定されていて、ウオーム110の歯部110zとウオームホイール120の歯部120zが噛み合う位置に、ウオーム110を軸中心周りに回転可能に支持している。 There are
図2は、ウオーム110の軸方向の位置が2個の軸受160R、160Lの間の中央付近にある状態の主要部品の位置関係を示す図である。ウオーム110の軸部110b、110fと軸受160R、160Lの内径部およびウオーム110の端部110aと図1に示す電動機70の出力軸71の内径部71aとは、いずれも小さい摩擦力で擦れ合う隙間嵌めとなっており、さらに、2個の軸受160R、160Lの内側の距離である長さM1は、2個の弾性リング140がウオーム110のフランジ部110c、110eに接しているときの外側の長さM2よりも長いため、弾性リング140と軸受160R、160Lの間には隙間GR、GLがある。そのため、ウオーム110は、軸中心周りの回転だけでなく、隙間GR=0または隙間GL=0になるまでは軸方向にも容易に移動可能となっている。 FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship of the main components in a state where the axial position of the
また、図1で示すように、ウオーム110の端部110aの外径部と電動機70の出力軸71の内径部71aは、断面が歯車形のスプライン方式で嵌め合わされているため、ウオーム110が軸方向の移動可能な範囲内のどこに移動してもウオーム110と電動機70の出力軸71は一体となって回転する。 Further, as shown in FIG. 1, since the outer diameter portion of the
そして、このウオーム110の軸方向の位置は、不感帯センサ200として用いているフォトインタラプタ60により検出される。図1に示すように、フォトインタラプタ60は、回路基板201に取り付けられて、さらに、支持部材202によりハウジング101に固定されている。そして、このフォトインタラプタ60は、図5、図6で示すように、発光素子62と受光素子63の一対がコの字形の断面のケース61に納められたもので、発光素子62から幅が幅Wの検出光64がケース61に開けられた出射スリット61aから出て、ケース61のコの字形の内側の検出部を通り、ケース61に開けられた入射スリット61bに入り受光素子63に到達するようになっている。そして、ウオーム110の端部110sは検出光64の一部を遮る位置に配置されているため、ウオーム110の軸方向の位置が変化すると受光素子63に到達する検出光64の幅が変化する。図5のように、ウオーム110が右Rの軸方向に移動すると受光素子63に到達する検出光64の幅は幅WRであるが、図6のように、ウオーム110が左Lの軸方向に移動すると受光素子63に到達する検出光64の幅は幅WLとなり減少する。そして、この受光素子63に到達する検出光64の幅の変化は、受光素子63の受光量の変化となり、さらに受光素子63を通る電流の変化となるから、この電流の値によりウオーム110の軸方向の位置を知ることが出来る。後述するように、本発明の実施の形態では、ウオーム110の軸方向の位置によって動力の伝達に不感帯を生じさせる機構の状態を検出することができるから、この電流を不感帯信号VDとして制御装置40に出力する。 The position of the
次に、上述のようにウオーム110が軸方向に移動可能となっている操舵補助機構100のウオーム110とウオームホイール120の動きについて、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、電動機70の出力軸71を回転させる場合と、ステアリング軸20を回転させる場合について説明する。 Next, regarding the movement of the
先ず、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、ウオーム110がX−X断面の時計方向CWに回転する方向に電動機70の出力軸71を回転させると、ウオーム110の歯部110zとウオームホイール120の歯部120zは噛み合っており、さらに、ウオーム110は軸方向にも容易に移動可能となっているから、初めにウオーム110は回転しながら螺旋状の歯部110zをウオームホイール120の歯部120zに沿わせて左Lの軸方向に移動する。そして、図3のように、隙間GL=0になってから更にウオーム110がX−X断面の時計方向CWに回転する方向に電動機70の出力軸71を回転させると、ウオーム110は更に左Lの軸方向に移動しようとするが、軸受160Lはハウジング101に固定されているので、ウオーム110のフランジ部110eと軸受160Lとの間で弾性リング140を圧縮するようになる。そして、そのときの弾性リング140を圧縮する反力でウオーム110の歯部110zがウオームホイール120を時計方向CWに回転させてステアリング軸20を時計方向CWに操舵補助をするようになる。 First, as shown in FIG. 2, the output shaft of the
同様に、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、ウオーム110がX−X断面の反時計方向CCWに回転する方向に電動機70の出力軸71を回転させると、初めにウオーム110は回転しながら螺旋状の歯部110zをウオームホイール120の歯部120zに沿わせて右Rの軸方向に移動する。そして、図4のように、隙間GR=0になってから更にウオーム110がX−X断面の反時計方向CCWに回転するように電動機70の出力軸71を回転させると、ウオーム110は更に右Rの軸方向に移動しようとするが、軸受160Rはハウジング101に固定されているので、ウオーム110のフランジ部110cと軸受160Rとの間で弾性リング140を圧縮するようになる。そして、そのときの弾性リング140を圧縮するする反力でウオーム110の歯部110zがウオームホイール120を反時計方向CCWに回転させてステアリング軸20を反時計方向CCWに操舵補助をするようになる。 Similarly, as shown in FIG. 2, the
尚、上述のように、ステアリング軸20を操舵補助をするときは、電動機70の出力軸71がウオーム110をX−X断面の時計方向CWまたは反時計方向CCWに回転させて行うが、いずれの方向に操舵補助をするときも弾性リング140はウオーム110のフランシ部110c、110eと軸受160R、160Lの間で大きな力で圧縮され、その反力が操舵補助をする力となる。そのため、弾性リング140は、大きな力で圧縮されても永久変形しない構造になっている。図5で示すように、弾性リング140はゴムなどの比較的柔らかい弾性材141と金属製の保持器142から構成され、それらは外れないように一体となっている。そして、図5のように、隙間GL>0のときの弾性リング140は厚さT0であるが、ウオーム110が左Lの軸方向に移動すると、先ず、弾性材141が軸受160Lに接触して隙間GL=0になり、更にウオーム110が左Lの軸方向に移動すると、フランジ部110eは弾性材141を厚さ方向に圧縮を始める。この圧縮するときの弾性リング140の反力は、弾性材141の断面形状が山型であるため、圧縮の始めは小さく、徐々に大きくなる。そして、図6のように、保持器142の厚さとほぼ同じ厚さT1となり、更にウオーム110を左Lの軸方向に移動させようとする大きな力は、弾性材141が永久変形する前に、金属製の保持器142が受け止めるようになっている。 As described above, when assisting the steering
次に、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、ステアリング軸20を時計方向CWに回転させると、ステアリング軸20と一体となって回転するウオームホイール120の歯部120zとウオーム110の歯部110zは噛み合っており、さらに、ウオーム110は軸方向にも容易に移動可能となっているから、初めにウオームホイール120はウオーム110を右Rの軸方向に移動させる。そして、隙間GR=0になってから更にステアリング軸20を時計方向CWに回転させると、ウオームホイール120はウオーム110を更に右Rの軸方向に移動させようとするが、軸受160Rはハウジング101に固定されているので、ウオーム110のフランシ部110cが弾性リング140を少し圧縮した後は、ウオームホイール120は、ウオーム110を軸方向に移動させることが出来なくなり、歯部120zをウオーム110の歯部110zの螺旋に沿って移動させて、ウオーム110と電動機70の出力軸71をX−X断面の時計方向CWに回転させるようになる。 Next, as shown in FIG. 2, when the steering
同様に、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、ステアリング軸20を反時計方向CCWに回転させると、ステアリング軸20と一体となって回転するウオームホイール120は、初めにウオーム110を左Lの軸方向に移動させる。そして、隙間GL=0になってから更にステアリング軸20を反時計方向CCWに更に回転させると、ウオームホイール120はウオーム110を更に左Lの軸方向に移動させようとするが、軸受160Lはハウジング101に固定されているので、ウオーム110のフランジ部110eが弾性リング140を少し圧縮した後は、ウオームホイール120は、ウオーム110を軸方向に移動させることか出来なくなり、歯部120zをウオーム110の歯部110zの螺旋に沿って移動させて、ウオーム110と電動機70の出力軸71をX−X断面の反時計方向CCWに回転させるようになる。 Similarly, as shown in FIG. 2, when the steering
以上の説明のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態から、電動機70の出力軸71またはステアリング軸20のどちらを回転させても、最初にウオーム110が軸方向に移動を始める。そして、ウオーム110がフランジ部110c、110eで弾性リング140を圧縮しない状態で軸方向に移動するときには、ウオーム110が他の部品と摺動する部分での摩擦力や、ウオーム110の軸方向の移動や軸中心周りの回転が加速や減速をするときの慣性力など、電動機70の出力軸71とステアリング軸20との間には互いの動きに影響を与える僅かな力は作用するが、電動機70の出力軸71またはステアリング軸20の回転角度位置の変化は殆どウオーム110を軸方向に移動させるだけで、どちらからの動力の伝達もほぼ遮断する不感の状態である。そのため、本実施の形態では、ウオーム110が軸方向に移動できることが操舵補助をする電動機70の動力の伝達をほぼ遮断する不感帯を生じさせる機構となっている。以後、図2のように、ウオーム110の軸方向の位置が隙間GR>0且つ隙間GL>0の状態を「ウオーム110が不感帯の中に位置する」と表現する。 As described above, regardless of whether the
次に、このように構成された、本発明を用いた電動パワーステアリング装置の制御装置40による操舵補助制御と不感帯制御について説明する。 Next, steering assist control and dead zone control by the
図7は、本発明の操舵補助制御と不感帯制御の基本特性と関係を説明する図である。先ず、操舵補助制御は、操舵トルクTSが図7(1)操舵補助制御で示す不感帯制御範囲Fの外側となっている、操舵トルクTSが大きくて操舵補助が必要なときに、操舵補助トルクTAを制御することにより行う。方法としては、従来の電動パワーステアリング装置と同様に電動機70の駆動電流1の増減で行い、操舵補助特性曲線Acw、Accwのように、操舵トルクTSが大きくなるに従い操舵補助トルクTAを増大させ、操舵トルクTSがある程度以上になると操舵補助トルクTAを予め設定された最大値にする。そして、この操舵補助制御のときは、ウオーム110の軸方向の位置は制御しないで、操舵補助をする方向により定まる移動に任せるが、図7(2)不感帯制御の破線で描かれた曲線Hcw、Hccwのように、操舵補助トルクTAが大きくなるに従い、ウオーム110は操舵補助を開始する隙間GR=0または隙間GL=0となる位置から更に弾性リング140の最大の変形量t(=厚さT0−厚さT1)となるRmaxまたはLmaxの位置まで移動する。また、図示しないが、この操舵補助制御の特性は車速によっても変化させる。車速が遅いときは、不感帯制御範囲Fを狭くし、操舵補助トルクTAも急峻に増大させて最大値も大きくする。車速が速くなると、不感帯制御範囲Fを拡げて、操舵補助トルクTAも緩やかに増大させ最大値も小さくする。尚、図7の何れの記号の添え字もcwは時計方向でccwは反時計方向である。 FIG. 7 is a diagram for explaining the basic characteristics and relationship of the steering assist control and the dead zone control of the present invention. First, in the steering assist control, when the steering torque TS is outside the dead zone control range F shown in FIG. 7 (1) steering assist control, the steering assist torque TA is large and the steering assist is required. This is done by controlling As a method, it is performed by increasing / decreasing the driving current 1 of the
次に、不感帯制御は、操舵トルクTSが図7(1)操舵補助制御で示す不感帯制御範囲Fの内側となっている、操舵トルクTSが小さくて操舵補助が不要なときに、図7(2)不感帯制御で示すように、操舵トルクTSに応じてウオーム110の軸方向の位置を制御することにより行う。上述のように、ウオーム110が不感帯の中に位置するときは、どちらからの動力の伝達もほぼ遮断する不感の状態であるので、操舵補助機構100を取り付けたことによるステアリング軸20を回転させる操舵トルクTSの増加は僅かなため、操舵機構の動きは操舵補助機構100に殆ど妨げられず、あたかも操舵補助機構100を持たないマニュアルの操舵機構の車両とほぼ同じとなる。しかし、図2のように、ウオーム110が弾性リング140を圧縮しないで軸方向に移動できる範囲D(=長さM1−長さM2)は、例えば1mm以下と狭いので、そのままでは、ウオーム110が不感帯の中に位置する状態でのウオームホイール120が回転できる角度は非常に小さい。そこで、不感帯制御では、ウオーム110が軸中心周りに回転してもウオーム110は軸方向に移動することを利用して、ウオームホイール120の回転に応じて、ウオーム110が常に不感帯の中に位置するように、電動機70を用いてウオーム110の軸中心周りの回転角度位置を変えることにより、ウオームホイール120とウオームホイール120に取り付けられたステアリング軸20が操舵補助機構100に殆ど妨げられずに回転できる角度の制限を無くすように制御するものである。 Next, in the dead zone control, when the steering torque TS is inside the dead zone control range F shown in FIG. 7 (1) steering assist control, when the steering torque TS is small and steering assist is unnecessary, FIG. ) As shown in dead zone control, this is performed by controlling the position of the
不感帯制御の方法としては、図2のように、ウオーム110が不感帯の中に位置する状態から、ステアリング軸20を時計方向CWに回転させると、ウオームホイール120がウオーム110を右Rの軸方向に移動させるが、そのウオーム110の軸方向の位置の変化は不感帯センサ200で検出されるので、制御装置40は、電動機70の出力軸71でウオーム110の回転角度位置をX−X断面の時計方向CWに変えて、ウオーム110が右Rの軸方向に移動した距離だけウオーム110を左Lの軸方向に移動させる。同様に、ステアリング軸20を反時計方向CCWに回転させるとウオームホイール120がウオーム110を左Lの軸方向に移動させるが、制御装置40は、電動機70の出力軸71でウオーム110の回転角度位置をX−X断面の反時計方向CCWに変えて、ウオーム110が左Lの軸方向に移動した距離だけウオーム110を右Rの軸方向に移動させる。このように、不感帯制御は、ウオームホイール120が回転してウオーム110が軸方向に移動しても、そのウオーム110の軸方向の移動を打ち消す方向に電動機70の出力軸71によりウオーム110の回転角度位置を変えて、常にウオーム110を不感帯の中に位置するように制御する。 As shown in FIG. 2, when the steering
さらに、不感帯制御では、ステアリング軸20が操舵補助機構100に殆ど妨げられないで回転できるようにするだけでなく、不感帯制御と操舵補助制御を切り換えるときに、ウオーム110に取り付けられた弾性リング140が軸受160R、160Lに激しく衝突すること無く、滑らかに切り換えられるように、操舵トルクTSの方向と大きさに応じて不感帯内のウオーム110の軸方向の位置を図7(2)不感帯制御の実線で描かれた目標位置曲線Cのように制御する。先ず、操舵トルクTSが小さくて操舵方向が不明な範囲F0の内側のときは、ウオーム110の軸方向の目標位置をウオーム110が軸方向に移動できる範囲Dの中央となるように隙間GR=隙間GLにする。そして、操舵トルクTSが範囲F0の外側になって操舵方向が明確になると、続いて行う操舵補助に備えて、操舵トルクTSの大きさに応じて、ウオーム110の軸方向の位置を動力の伝達を接続する部分となる側の隙間GRまたは隙間GLが狭くなるように徐々に変化させる。尚、この制御を行っている間も操舵補助機構100の内部の摺動する部分は動摩擦になったり静止摩擦になったり変化するため、高精度の位置制御は困難であるので、現実にはウオーム110の軸方向の位置制御は目標位置曲線Cに対して位置偏差が大きい制御となるが、不感帯制御では高精度の位置制御は不要で、ウオーム110が不感帯の中に位置していれば、操舵補助機構100はステアリング軸20の回転に対して殆ど影響を与えない。 Furthermore, in the dead zone control, not only the steering
そして、不感帯制御から操舵補助制御への切り換えは、図7(1)操舵補助制御に示すように、操舵トルクTSが不感帯制御範囲Fの最大値となるBcwまたはBccwのところで行うが、不感帯を生じさせる機構による動力の伝達の接続は、摩擦式クラッチ機構のように速度が異なるものの滑りを伴う接触による方式とは異なり、動力の伝達を接続する部分に滑りは無く、動力の伝達を接続する部分が接触すると直ぐに動力の伝達が接続されるが、不感帯制御をしている間も不感帯を生じさせる機構は、操舵機構の動きに応じて互いに付かず離れず常に動いているので、動力の伝達を接続して操舵補助を開始するときのウオーム110の軸中心周りの回転速度の変化が小さいことに加え、上述のように、不感帯制御では、操舵トルクTSの増大に応じて、ウオーム110の軸方向の位置を徐々に変えて、動力の伝達を接続する側となる隙間GRまたは隙間GLを狭くするので、弾性リング140が軸受160R、160Lに接触するときの衝撃も小さく、さらに、弾性リング140を圧縮しながら操舵補助トルクTAを徐々に増大させるので、滑らかに動力の伝達が接続されて操舵補助制御が開始される。 Switching from the dead zone control to the steering assist control is performed at Bcw or Bccw where the steering torque TS is the maximum value of the dead zone control range F as shown in FIG. 7 (1) steering assist control. The connection of the power transmission by the mechanism to be connected is different from the method by the contact with the slip, although the speed is different like the friction clutch mechanism, the part where the power transmission is connected is not slipped, and the part where the power transmission is connected The power transmission is connected as soon as contact is made.However, the mechanisms that generate the dead band even during the dead band control are not attached to each other and always move according to the movement of the steering mechanism. In addition to the small change in the rotational speed around the axis center of the
同様に、操舵補助制御から不感帯制御への切り換えは、操舵トルクTSの減少に従って操舵補助トルクTAを減少させると、弾性リング140は反力を弱めながら徐々に膨張し、膨張が終わって弾性リング140が軸受160R、160Lから離れると、動力の伝達がほぼ遮断されて操舵補助が終了する。このように操舵補助は滑らかに終了し、続いて不感帯制御が開始される。 Similarly, in the switching from the steering assist control to the dead zone control, when the steering assist torque TA is decreased in accordance with the decrease in the steering torque TS, the
次に、本発明の演算部41における制御処理の概略を図8のフローチャートに基づいて説明する。 Next, the outline of the control process in the calculating
先ず、制御装置40に電源が投入されると、演算部41のマイクロプロセッサは入出力インターフェースやメモリーを初期化して制御を開始する(ステップS0)。 First, when power is turned on to the
次に、マイクロプロセッサは、トルクセンサ30からの操舵トルク信号VTにより操舵トルク測定(ステップS11)と車速センサ50からの車速信号VSにより車速測定(ステップS12)を行い、図7(1)操舵補助制御の操舵補助特性と比較して操舵補助が必要かどうかの判断(ステップS13)をする。 Next, the microprocessor performs steering torque measurement (step S11) based on the steering torque signal VT from the
操舵補助が必要な場合(ステップS13でYES)は、操舵トルクと車速に応じた操舵補助トルクTAを発生させる駆動電流1を電動機70に出力するように駆動部42に指示(ステップS14)をしてから操舵トルク測定(ステップS11)に戻る。 If steering assistance is required (YES in step S13), the
操舵補助が不要な場合(ステップS13でNO)は、不感帯センサ200からの不感帯信号VDによりウオーム位置測定(ステップS21)を行い、現在のウオーム110の軸方向の位置と図7(2)不感帯制御の制御目標位置を比較して修正が必要がどうの判断(ステップS22)をする。修正が必要(ステップS22でYES)であれば、ウオーム110の軸方向の位置を不感帯内の目標位置に移動させる駆動電流1を電動機70に出力するように駆動部42に指示(ステップS23)をしてから操舵トルク測定(ステップS11)に戻る。修正が不要(ステップS22でNO)であれば、何もせずに操舵トルク測定(ステップS11)に戻る。 When steering assistance is unnecessary (NO in step S13), the worm position is measured (step S21) based on the dead zone signal VD from the
以上のように、本実施の形態の電動パワーステアリング装置は、電源が切断されるまで無限ループとして操舵補助制御と不感帯制御を切り換えて実行する。 As described above, the electric power steering apparatus according to the present embodiment switches between the steering assist control and the dead zone control as an infinite loop until the power is turned off.
本発明は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能である。例えば、操舵補助機構100の取り付け位置は、図9に示す、ピニオン歯車21の近くやラック軸80に取り付けるなど、様々な方式や位置で実現可能である。また、操舵補助をする電動機の動力を伝達する機構は、各種の歯車式、ネジ式、ベルト式など様々な方式であっても実現可能である。また、動力の伝達をほぼ遮断する不感帯を生じさせる機構の方式は、機械的な遊びによるものに限らず、動力を伝達する機構部品に弾性材料を用いるとか、弛みがある機構を設けるなど、一定の状態において動力の伝達をほぼ遮断する各種の方式によって実現可能である。そのため、更に精度の高い制御が必要となるが、弾性リング140の厚さT0を厚くするなど、上記の本実施の形態における図2の長さM1と長さM2の関係を、常に隙間GR=0および隙間GL=0となる、隙間の無い状態にして、ウオーム110が軸方向に移動して弾性リング140を圧縮するときの弾性リング140の反力が小さい範囲を不感帯制御の範囲としても同様の効果が得られる。また、不感帯制御は、操舵補助をする電動機そのものを駆動して出力軸の回転角度位置を変えるのではなく、不感帯制御のために追加された専用の電動機によって操舵補助をする電動機の出力軸の回転角度位置を変えることによっても実現可能である。また、不感帯センサは、磁気センサ、差動トランスなど、様々な方式のセンサでも実現可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in variously modified forms within the scope of the matters described in the claims. For example, the mounting position of the
10 ステアリングホイール
20 ステアリング軸
30 トルクセンサ
40 制御装置
50 車速センサ
60 フォトインタラプタ
70 電動機
71 出力軸
100 操舵補助機構
110 ウオーム
120 ウオームホイール
140 弾性リング
160L、160R 軸受
200 不感帯センサDESCRIPTION OF
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