JP3648392B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することによって、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置が知られている。オイルポンプは、電動モータによって駆動され、その回転速度に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生される。
【0003】
電動モータの駆動制御は、たとえば、ステアリングホイールの舵角に基づいて行われる。すなわち、ステアリングホイールに関連して設けられた舵角センサの出力に基づいて舵角が求められ、この舵角に基づいて電動モータの駆動が制御される。さらに具体的には、ステアリングホイールの舵角が舵角中点付近に設定されたモータ停止範囲に収まっていれば、操舵補助は不要であるとみなして、電動モータは停止される。一方、ステアリングホイールの舵角がモータ停止範囲外にある場合には、電動モータが駆動されて操舵補助力が発生される。
【0004】
舵角中点の検出は、たとえば、舵角センサが出力する舵角データをサンプリングし、最頻出舵角データが舵角中点に相当するとみなすことにより達成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、固定的に設定されたモータ停止範囲外の舵角値が検出されたことに応答して電動モータを起動するようにしているが、このモータ停止範囲を広く設定すると、電動モータの起動遅れにより、キャッチアップ(引っかかり感)が起こり、操舵フィーリングが損なわれる。そのため、モータ停止範囲を狭く設定しているのが実状であるが、これにより、電動モータの起動感度が過敏になっていて、省エネルギー性が損なわれているという問題がある。すなわち、たとえば、路面の凹凸やその他の原因によるステアリングのふれが生じた場合でさえも、電動モータが不必要に起動されてしまうことがあった。
【0006】
そこで、本発明の目的は、操舵フィーリングを向上することができるパワーステアリング装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、省エネルギー性の向上を図ることができるパワーステアリング装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置において、舵角中点からの舵角を検出するための舵角検出手段(舵角センサ11、CPU31および図2のステップS2)と、電動モータが停止している状態において、上記舵角検出手段による舵角検出値の変化量が所定の起動しきい値を超えたことを条件に、上記電動モータを起動する起動制御手段(CPU31、図2のステップS3,S4)と、上記起動しきい値を、電動モータが停止したときの上記舵角検出手段による舵角検出値に応じて設定する起動しきい値設定手段(CPU31および図3のステップT2)とを含み、この起動しきい値設定手段は、舵角中点から離れる方向への操舵である往き操舵時に適用される第1の起動しきい値と、舵角中点へ向かう方向への操舵である戻り操舵時に適用される第2の起動しきい値とを、これらの第1および第2の起動しきい値の和がほぼ一定となるように、舵角検出値に応じて設定するものであることを特徴とするパワーステアリング装置である。
【0008】
なお、括弧内は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
舵角が中点付近の値をとるときには、ステアリングホイールの遊び角の範囲外に舵角が変化するまでの舵角変化量は比較的大きい。すなわち、舵角中点から離れる往き操舵時において操舵補助が必要とされるまでの舵角変化量は大きい。それに対して、舵角が比較的大きい場合には、往き操舵の開始後、速やかに大きな操舵補助力が必要となる。
【0009】
一方、舵角が大きい場合には、車輪からの逆入力によって、舵角を舵角中点へと戻そうとするセルフアライメント力がステアリング機構に作用する。そのため、舵角が大きければ大きいほど、舵角中点へと向かう戻り操舵時における操舵補助の緊急性は低い。
そこで、この発明では、往き操舵時および戻り操舵時にそれぞれ適用される第1および第2の起動しきい値の和(絶対値の和)がほぼ一定値となるように、電動モータが停止したときの舵角に応じて上記第1および第2の起動しきい値が設定される。そして、舵角変化量が第1または第2の起動しきい値を超えたことを条件に、電動モータを起動するようにしている。
【0010】
したがって、たとえば、モータ停止時の舵角が中点付近の値を有するときには往き操舵時用の第1の起動しきい値を大きく、かつ、戻り操舵時用の第2の起動しきい値を小さく設定し、モータ停止時の舵角が比較的大きい場合には、往き操舵時用の第1の起動しきい値を小さく、かつ、戻り操舵時用の第2の起動しきい値を大きく設定することができる。
【0011】
これにより、舵角中点付近では無用に電動モータが起動されることがなく、かつ、舵角が大きいときの往き操舵に関しては、速やかに大きな操舵補助力を発生させることができる。また、戻り操舵に関しては、舵角が大きいほど大きな起動しきい値が設定されるので、セルフアライメント力を有効に利用して、電動モータの電力消費を抑制できる。こうして、省エネルギー性の向上と、操舵フィーリングの向上とを併せて達成することができる。
【0012】
なお、上記起動制御手段は、上記舵角検出手段による舵角検出値および上記起動しきい値設定手段により設定される起動しきい値に基づいて、停止状態の上記電動モータを起動すべき舵角である起動舵角を求めるための起動舵角演算手段(CPU31および図3のステップT3,T4)と、上記電動モータが停止している場合に、上記舵角検出手段による舵角検出値が上記起動舵角演算手段により求められた起動舵角に達したことを条件に、上記電動モータを起動する手段(CPU31および図2のステップS3,S4)とを含むものであってもよい(請求項2)。
【0013】
また、上記起動しきい値設定手段は、モータ停止時の上記舵角検出手段による舵角検出値が大きな値であるほど、往き操舵時に適用される第1の起動しきい値を小さく設定し、戻り操舵時に適用される第2の起動しきい値を大きく設定するものであることが好ましい(請求項3)。
この発明の1つの実施形態では、上記パワーステアリング装置は、車速を検出する車速検出手段(車速センサ13)をさらに含み、上記起動しきい値設定手段は、上記車速検出手段により検出された車速が大きくなるほど大きくなるように、起動しきい値を設定する(請求項4)。
【0014】
これにより、低速走行時にはモータの起動が速やかに行われ、高速走行時にはモータの起動感度が鈍くなる。これにより、操舵補助があまり必要でない高速走行時には電動モータの不必要な起動が防止される一方、低速走行時には速やかに操舵補助が開始される。これにより、省エネルギー性および操舵フィーリングが併せて向上される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構1に関連して設けられ、このステアリング機構1に操舵補助力を与えるためのものである。
【0016】
ステアリング機構1は、ドライバによって操作される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に連結されたステアリング軸3と、ステアリング軸3の先端に設けられたピニオンギア4と、ピニオンギア4に噛合するラックギア部5aを有し、車両の左右方向に延びたラック軸5とを備えている。ラック軸5の両端にはタイロッド6がそれぞれ結合されており、このタイロッド6は、それぞれ、操舵輪としての前左右輪FL,FRを支持するナックルアーム7に結合されている。ナックルアーム7は、キングピン8まわりに回動可能に設けられている。
【0017】
この構成により、ステアリングホイール2が操作されてステアリング軸3が回転されると、この回転がピニオンギア4およびラック軸5によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム7のキングピン8まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪FL,FRの転舵が達成される。
【0018】
ステアリング軸3には、ステアリングホイール2に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバー9と、トーションバー9のねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁23とが組み込まれている。油圧制御弁23は、ステアリング機構1に操舵補助力を与えるパワーシリンダ20に接続されている。パワーシリンダ20は、ラック軸5に一体的に設けられたピストン21と、ピストン21によって区画された一対のシリンダ室20a,20bとを有しており、シリンダ室20a,20bは、それぞれ、オイル供給/帰還路22a,22bを介して、油圧制御弁23に接続されている。
【0019】
油圧制御弁23は、さらに、リザーバタンク25およびオイルポンプ26を通るオイル循環路24の途中部に介装されている。オイルポンプ26は、電動式のモータ27によって駆動され、リザーバタンク25に貯留されている作動油を汲み出して油圧制御弁23に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁23からオイル循環路24を介してリザーバタンク25に帰還される。
【0020】
油圧制御弁23は、トーションバー9に一方方向のねじれが加わった場合には、オイル供給/帰還路22a,22bのうちの一方を介してパワーシリンダ20のシリンダ室20a,20bのうちの一方に作動油を供給する。また、トーションバー9に他方方向のねじれが加えられた場合には、オイル供給/帰還路22a,22bのうちの他方を介してシリンダ室20a,20bのうちの他方に作動油を供給する。トーションバー9にねじれがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁23は、いわば平衡状態となり、作動油はパワーシリンダ20に供給されることなく、オイル循環路24を循環する。
【0021】
パワーシリンダ20のいずれかのシリンダ室に作動油が供給されると、ピストン21が車幅方向に沿って移動する。これにより、ラック軸5に操舵補助力が作用することになる。
油圧制御弁に関連する構成例は、たとえば、特開昭59−118577号公報に詳しく開示されている。
【0022】
モータ27の駆動は、電子制御ユニット30によって制御される。電子制御ユニット30は、CPU31と、CPU31のワークエリアなどを提供するRAM32と、CPU31の動作プログラムを記憶したROM33と、CPU31、RAM32およびROM33を相互接続するバス34とを備えるマイクロコンピュータを含む。
【0023】
電子制御ユニット30には、舵角センサ11から出力される舵角データが与えられるようになっている。舵角センサ11は、ステアリングホイール2に関連して設けられており、イグニッションキースイッチが導通されてエンジンが始動したときのステアリングホイール2の舵角を初期値「0」として、この初期値からの相対舵角に対応し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出力する。
【0024】
また、電子制御ユニット30には、モータ27に流れる電流を検出する電流検出回路12からの電流データが与えられるようになっている。電流データは、モータ27の消費電流値(モータ電流)に比例した値を有する。
さらに、電子制御ユニット30には、車速センサ13から出力される車速データが与えられるようになっている。車速センサ13は、車両の速度を直接的に検出するものでもよく、また、車輪に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車両の速度を計算により求めるものであってもよい。
【0025】
電子制御ユニット30は、舵角センサ11、電流検出回路12および車速センサ13からそれぞれ与えられる舵角データ、電流データおよび車速データに基づいて、モータ27の駆動を制御する。
図2は、モータ27の駆動制御を説明するためのフローチャートである。CPU31は、まず、モータ27が停止しているか否かを判断する(ステップS1)。この判断は、たとえば、モータ27が起動されたときにセットされ、モータ27が停止されたときにリセットされるフラグを用いて行うことができる。
【0026】
モータ27が停止状態であれば(ステップS1のYES)、CPU31は、舵角センサ11から出力された舵角データに基づいて、舵角中点θ0を基準とした絶対舵角θを求める(ステップS2)。
舵角中点θ0は、車両が直進しているときのステアリングホイール2の舵角である。たとえば、CPU31は、イグニッションキースイッチが導通された後に、舵角センサ11から出力される舵角データをサンプリングし、舵角データ値のヒストグラムを作成する。そして、CPU31は、所定のサンプリング数のデータが収集された後に最頻出舵角データを求め、この最頻出舵角データを舵角中点θ0の舵角データとみなす。こうして求められた舵角中点θ0の舵角データは、RAM32に格納される。CPU31は、ステップS2において、舵角センサ11からの舵角データおよびRAM32に保持されている舵角中点θ0の舵角データに基づいて、絶対舵角θを求める。
【0027】
CPU31は、さらに、上記のようにして求められた絶対舵角θがRAM32に記憶されている起動舵角θt以上であるか否かを判断する(ステップS3)。起動舵角θtは、モータ27を起動すべきステアリングホイール2の絶対舵角に相当する。この起動舵角θtは、直前にモータ27が停止したときの絶対舵角に基づいて、後述する起動舵角演算処理により求められ、RAM32に記憶されている。
【0028】
絶対舵角θおよび起動舵角θtには、たとえば、舵角中点θ0よりも右側の舵角に対しては正の符号、左側の舵角に対しては負の符号が付されている。したがって、ステップS3の判断は、正確には、絶対舵角θおよび起動舵角θtの各絶対値を比較して行う必要がある。ただし、ここでは、説明を簡単にするために、絶対舵角θおよび起動舵角θtがいずれも正の値を有するものとする。
【0029】
絶対舵角θが起動舵角θtに達していないと判断されると(ステップS3のNO)、プログラムはステップS1に戻る。一方、絶対舵角θが起動舵角θtに達しているならば(ステップS3のYES)、CPU31は、モータ27を起動する(ステップS4)。
モータ27の回転速度は、ステアリングホイール2の舵角速度Vθに応じて決定される。すなわち、CPU31は、舵角センサ11から出力される舵角データに基づいて、舵角の時間変化率である舵角速度Vθを求める(ステップS5)。次いで、この求められた舵角速度Vθが所定の第1しきい値VT1(VT1=10(degree/sec))以下であるか否かを判断する(ステップS6)。舵角速度Vθが第1しきい値VT1以下であれば(ステップS6のYES)、モータ回転速度Rが所定の第1回転速度R1(たとえばR1=1800(rpm) )となるように、モータ27が駆動される(ステップS7)。すなわち、舵角速度Vθが第1しきい値VT1以下である場合には、モータ27は、舵角速度Vθの値によらずに、一定の第1回転速度R1で駆動される。
【0030】
舵角速度Vθが第1しきい値VT1を超えている場合には(ステップS6のNO)、CPU31は、舵角速度Vθが第1しきい値VT1よりも大きな第2しきい値VT2(たとえばVT2=600(degree/sec) )未満であるか否かを判断する(ステップS8)。舵角速度Vθが第2しきい値VT2未満であれば(ステップS8のYES)、CPU31は、舵角速度Vθの値に応じたモータ回転速度Rでモータ27を駆動する(ステップS9)。すなわち、舵角速度Vθが第1しきい値VT1よりも大きく、かつ、第2しきい値VT2未満である領域では、CPU31は、舵角速度Vθに対してモータ回転速度Rが第1回転速度R1と第2回転速度R2(R2>R1)との間でほぼリニアに変化するように、モータ回転速度Rを定める。
【0031】
舵角速度Vθが第2しきい値VT2以上であるならば(ステップS8のNO)、CPU31は、モータ回転速度Rが所定の第2回転速度R2(たとえばR2=6000(rpm) )になるように、モータ27を駆動する(ステップS10)。すなわち、舵角速度Vθが第2しきい値VT2以上であれば、モータ27は、舵角速度Vθの値によらずに、一定の第2回転速度R2で駆動される。
【0032】
ステップS1において、モータ27が駆動されていると判断されれば、CPU31は、舵角センサ11から出力される舵角データに基づいて舵角速度Vθを求め(ステップS11)、この求められた舵角速度Vθが所定の停止しきい値VS(たとえばVS=10(degree/sec))以下であるか否かを判断する(ステップS12)。舵角速度Vθが停止しきい値VSを超えていれば(ステップS12のNO)、プログラムはステップS6に移行し、CPU31は、舵角速度Vθの値に基づいてモータ回転速度Rを決定し、この決定されたモータ回転速度Rでモータ27を駆動する。
【0033】
舵角速度Vθが停止しきい値VS以下であれば(ステップS12のYES)、CPU31は、電流検出回路12から出力される電流データに基づいてモータ電流値Imを求める(ステップS13)。そして、この求められたモータ電流値Imが、モータ停止範囲ΔI内にあるか否かが判断される(ステップS14)。モータ停止範囲ΔIは、操舵補助が不要な状態であるモータ電流値Imの範囲であり、後述するモータ停止範囲設定処理によって定められる。モータ電流値Imがモータ停止範囲ΔI内の値を有するならば(ステップS14のYES)、CPU31は、モータ電流値Imがモータ停止範囲ΔI内にある状態が一定時間(たとえば、1〜3秒)継続したか否かを判断する(ステップS15)。この判断が肯定されれば(ステップS15のYES)、ステアリングホイール2はほとんど操舵されていないと考えることができるから、CPU31は、モータ27を停止させる(ステップS16)。その後、CPU31は、起動舵角θtを求めるための起動舵角演算処理を実行する(ステップS17)。一方、ステップS14またはステップS15の判断が否定されれば、CPU31は、ステップS6からの処理を行ってモータ回転速度Rを定め、その回転速度でモータ27を駆動する。
【0034】
図3は、起動舵角演算処理を示すフローチャートである。CPU31は、舵角センサ11から出力された舵角データに基づいて、モータ停止時の絶対舵角θを求める(ステップT1)。次いで、車速センサ13から出力される車速データに基づいて車速Vを取得し、この車速Vに応じた起動しきい値dθを求める(ステップT2)。起動しきい値dθは、モータ27を起動する際のトリガとなる舵角変化量である。つまり、舵角変化量が起動しきい値dθに達すると、モータ27が起動される。ただし、この実施形態では、起動しきい値dθは、右方向への転舵に対しては正の値をとり、左方向への転舵に対しては負の値をとる。
【0035】
起動しきい値dθは、具体的には、上記取得された車速Vに応じた第1定数Aおよび第2定数Bを下記(+R)式、(+L)式、(−L)式、または(−R)式に代入して求められる。すなわち、右側にステアリングが切られた状態(モータ停止時の絶対舵角θが正の値を有する場合)においては、さらに右方向に転舵される場合(舵角中点θ0から離れる往き操舵)には、(+R)式が適用されて第1の起動しきい値dθ1が求められ、左方向に転舵される場合(舵角中点θ0に向かう戻り操舵)には、(+L)式が適用されて第2の起動しきい値dθ2が求められる。一方、左側にステアリングが切られた状態(モータ停止時の絶対舵角θが負の値を有する場合)においては、さらに左方向に転舵される場合(往き操舵)には、(−L)式が適用されて第1の起動しきい値dθ1が求められ、右方向に転舵される場合(戻り操舵)には、(−R)式が適用されて第2の起動しきい値dθ2が求められる。
【0036】
[舵角θが正の場合]
dθ1=A−(θ/B) …(+R) 右方向転舵(往き操舵)
dθ2=−A−(θ/B)…(+L) 左方向転舵(戻り操舵)
[舵角θが負の場合]
dθ1=−A+(θ/B)…(−L) 左方向転舵(往き操舵)
dθ2=A+(θ/B) …(−R) 右方向転舵(戻り操舵)
第1定数Aおよび第2定数Bは、モータ27の起動感度を決定するための要素であり、車速Vと定数AおよびBとを対応付けたテーブルがROM33に予め記憶されている。定数Aは、起動しきい値dθ(dθ1またはdθ2)の最大絶対値であり、定数Bは、同じ起動しきい値dθをとることになる舵角値の数に対応する。
【0037】
舵角θは、たとえば、舵角センサ11が一定角度の転舵ごとにパルスを出力するものである場合には、このパルスによりアップカウントまたはダウンカウントされるカウンタの値により表されてもよい。このような場合には、定数Bは、同じ起動しきい値dθをとることになるカウント値の数に対応していてもよい。なお、AおよびBは、いずれも正の値を有するものとする。
【0038】
起動しきい値dθの最大絶対値Aまたは−Aは、θ=0の場合の起動しきい値dθの値、すなわち、舵角中点からの起動しきい値の絶対値である。
上記(+R)式、(+L)式、(−L)式および(−R)式から明らかなように、往き操舵時と戻り操舵時とでは、起動舵角が「2A」(=|dθ1−dθ2|)だけ異なることになる。すなわち、いずれの舵角θにおいても、往き操舵時と戻り操舵時との起動舵角の差は、ほぼ一定である。
【0039】
そして、絶対舵角θの絶対値が増加する方向への操舵である往き操舵に適用される第1の起動しきい値dθ1は、絶対舵角θの絶対値が大きくなるほど小さな絶対値をとる。その一方で、絶対舵角θの絶対値が減少する方向への操舵である戻り操舵に適用される第2の起動しきい値dθ2は、絶対舵角θの絶対値が大きくなるほど大きな絶対値をとる。
【0040】
なお、車速Vが「0」の場合、つまり停車している場合には、上記(+R)式、(+L)式、(−L)式および(−R)式に基づいて起動しきい値dθを求めるのではなく、予め定められている最小起動しきい値を起動しきい値dθとする。
CPU31は、モータ停止時の絶対舵角θと第1の起動しきい値dθ1とを加算し、第1起動舵角θt1を求める(ステップT3)。この第1起動舵角θt1は、モータ27が停止している状態で往き操舵が行われたときに、モータ27を起動すべき絶対舵角である。
【0041】
さらに、CPU31は、モータ停止時の絶対舵角θと第2の起動しきい値dθ2とを加算して、第2起動舵角θt2を求める(ステップT4)。この第2起動舵角θt2は、モータ27が停止している状態で戻り操舵が行われたときに、モータ27を起動すべき絶対舵角である。
CPU31は、上記のようにして求められた第1起動舵角θt1および第2起動舵角θt2をRAM32に保持させる(ステップT5)。
【0042】
なお、上記図2における起動舵角θtとは、第1起動舵角θt1および第2起動舵角θt2を総称したものである。
図4(a)(b)は、第1定数Aおよび第2定数Bを説明するための図である。第1定数Aは、所定の車速領域ごとに設定され、対応する車速領域において求められるべき起動しきい値dθの絶対値の最大値に相当する。具体的には、図4(a)に示すように、車速VがV1(たとえばV1=30(km/h))未満の場合には、第1定数AはA1(たとえばA1=1)に設定されている。また、車速VがV1以上V2(たとえばV2=60(km/h))未満の場合には、第1定数AはA2(たとえばA2=3)に設定されている。さらに、車速VがV2以上の場合には、第1定数AはA3(たとえばA3=6)に設定されている。
【0043】
第2定数Bは、所定の車速領域ごとに設定され、対応する車速領域において同じ起動しきい値dθをとる絶対舵角値の数に相当する。具体的には、図4(b)に示すように、車速VがV1未満の場合には、第2定数BはB1(たとえばB1=1)に設定されている。また、車速VがV1以上V2未満の場合には、第2定数BはB2(たとえばB2=2)に設定されている。さらに、車速VがV2以上の場合には、第2定数BはB3(たとえばB3=3)に設定されている。
【0044】
なお、第1定数Aおよび第2定数Bを図4に示すように階段状に設定するのではなく、たとえば、車速VがV2未満の場合には、二点鎖線で示すように、車速Vに対してほぼリニアに変化するように設定してもよい。
第1定数Aを車速が大きいほど大きく設定することにより、起動しきい値dθの絶対値は、車速が大きいほど大きく設定される。また、第2定数Bを車速が大きいほど大きく設定することにより、モータ停止時の絶対舵角θの絶対値の増加に伴う起動しきい値dθの絶対値の減少の割合が少なくなる。したがって、モータ停止時の絶対舵角θの絶対値が比較的大きい場合であっても、モータ27を起動させるためには、比較的大きな舵角変化が必要とされることになる。これにより、車速が大きいときには、不必要なモータ起動が防がれ、車速が小さなときには起動感度が高まるから、速やかに操舵補助力を発生させることができる。
【0045】
図5および図6は、絶対舵角θと起動舵角θtとの関係を示す図であり、第1定数Aおよび第2定数Bがそれぞれ「5」および「3」である場合の絶対舵角θと起動舵角θtとの関係が示されている。図5は、モータ停止時の舵角θが正の場合を示し、図6は、モータ停止時の舵角θが負の場合を示している。
図5および図6においては、モータ停止時の絶対舵角θをシンボル「●」で表し、転舵方向を矢印の方向で表し、起動しきい値dθ(dθ1またはdθ2)をシンボル「●」からの矢印の長さで表し、起動舵角θt(θt1またはθt2)を矢印の先端で表している。また、縦線は、絶対舵角θを表している。
【0046】
図5および図6から明らかなように、往き操舵時用の第1の起動しきい値dθ1の絶対値は、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が大きな値であるほど小さくなるようになっている。すなわち、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が大きな値であるほどモータ27の起動感度が良くされている。これは、次の理由による。
【0047】
絶対舵角θが舵角中点θ0の近傍の値である場合には、ステアリングホイール2の遊び角の範囲を超えてステアリングホイール2が操作されたときにのみ操舵補助を行えばよい。したがって、第1の起動しきい値dθ1を大きくしておくことにより、舵角中点付近における過剰な操舵補助を抑制でき、省エネルギー性を向上できる。これに対して、絶対舵角θが大きな値である場合には、速やかに操舵補助を行うことにより、良好な操舵フィーリングが得られる。
【0048】
また、図5および図6から明らかなように、戻り操舵時用の第2の起動しきい値dθ2の絶対値は、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が大きな値であるほど大きくなるようになっている。すなわち、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が小さな値の場合の方が、起動感度が良くされている。その理由は、次のとおりである。
【0049】
すなわち、ステアリングを切った状態で車両を走行させると、ステアリング機構には、車輪からの逆入力によって、ステアリングの舵角を舵角中点へと戻すセルフアライメント力が働く。このセルフアライメント力は、舵角中点付近においては小さく、舵角が大きくなるほど大きい。したがって、戻り操舵に関しては、舵角が大きい場合には操舵補助がさほど必要ではなく、舵角が小さい場合の方が速やかな操舵補助が必要とされるのである。このようにして、セルフアライメント力を有効に利用して省エネルギー化を図ることができるとともに、操舵フィーリングの向上が併せて達成される。
【0050】
往き操舵時と戻り操舵時との起動舵角θt1,θt2の差がいずれの舵角においても一定値「2A」をとるのは、トーションバー9に働くトルクが小さい範囲を不感帯として、モータ27を過敏に起動させないようにするためである。
トーションバー9にほとんどねじれが加わっていない中立状態に対応する舵角は、モータ停止時の絶対舵角θとの関係において、図5および図6において二点鎖線で示すとおりである。これから理解されるように、各絶対舵角θにおける往き操舵時および戻り操舵時の起動舵角θt1,θt2間の舵角区間においては、ステアリングホイール2に加えられるトルクが小さいので、トーションバー9に加わるねじれ量が少なく、操舵補助を要しない。
【0051】
図7は、モータ27の起動感度(起動しきい値dθの絶対値が小さいほど起動感度が高い。)と車速Vとの関係を説明するための図である。この図7から明らかなように、モータ27の起動感度は、モータ停止時における絶対舵角θが同じ値であっても、車速Vに応じて変化するようになっている。具体的には、高速走行時にはモータ27の起動感度は小さく、低速走行時にはモータ27の起動感度は大きくされている。これは、高速走行時には操舵補助力があまり必要ではないのに対して、低速走行時には速やかに操舵補助を行う必要があるからである。
【0052】
なお、車速Vが0の停車時には、上述のように、起動しきい値dθは予め定められた最小値にされるから、絶対舵角θの値とは無関係に、モータ27の起動感度は一定にされる。これは、停車時にいわゆる据え切りが行われた場合には、大きな操舵補助力が必要であるので、絶対舵角θがどのような値であっても速やかに操舵補助を行うことが好ましいからである。
【0053】
図8は、モータ停止範囲ΔIの設定処理を説明するためのフローチャートである。CPU31は、モータ電流値Imを常時モニタする(ステップU1)。このモータ電流値Imに基づいて、CPU31は、モータ27が無負荷状態である場合のモータ電流値である無負荷電流値I0を求める(ステップU2)。そして、この求められた無負荷電流値I0を利用して、CPU31は、モータ停止範囲ΔIを設定する(ステップU3)。具体的には、CPU31は、求められた無負荷電流値I0と、この無負荷電流値I0に、車両の仕様に応じて予め定められた電流しきい値dIを加算した値I0+dIとの間の範囲をモータ停止範囲ΔIとして設定する。
【0054】
図9は、操舵トルクTとモータ電流値Imとの対応関係を示すグラフである。横軸に操舵トルクTがとられ、縦軸にモータ電流値Imがとられている。モータ電流値Imは、操舵トルクTが0の付近では、T=0の点を頂点とする曲線で表すことができる。操舵トルクTが0の場合にはモータ27は無負荷状態であるから、モータ電流値Imの極小値が無負荷電流値I0に対応すると言える。
【0055】
一方、ステアリングホイール2に対して操舵補助力を与える必要のないトルクの範囲は、車両の仕様により定まる。このトルク範囲が、0を中心にトルクしきい値T1,−T1によって挟まれた範囲である場合、これらのトルクしきい値T1,−T1に対応するモータ電流値と無負荷電流値I0との差が予め求められて電流しきい値dIとして設定される。そして、無負荷電流値I0と、この無負荷電流値I0に電流しきい値dIを加算した値I0+dIとの間の範囲をステアリングホイール2が操舵されていない範囲、すなわちモータ停止範囲ΔIと判断することができる。上記電流しきい値dIは、たとえば車種ごとに予め求められてROM33に格納されている。
【0056】
無負荷電流値I0は、主として作動油の温度によって変動する。すなわち、たとえば作動油の温度が低い場合には、作動油の粘性は高いから、作動油の温度が高い場合に比べてモータ27の負荷は大きくなる。したがって、モータ電流値Imは、作動油の温度が低い場合には大きな値をとる。つまり、図9のIm−T曲線は、上方にスライドし、無負荷電流値I0も大きくなる。
【0057】
そこで、この実施形態では、無負荷電流値I0を演算により求め、求められた無負荷電流値I0と、この無負荷電流値I0にROM33に格納されている電流しきい値dIを加算した値I0+dIとの間の範囲が、モータ停止範囲ΔIとして設定される。
無負荷電流値I0の演算は、たとえば、サンプリングしたモータ電流値Imのうち最頻出電流値を求めることによって達成される。より具体的には、CPU31は、モータ回転速度Rが一定であり、非操舵状態であることを条件として、電流検出回路12から出力される電流データを一定時間(たとえば10(min) 〜1(hour))にわたってサンプリングする。このサンプリングによって得られた電流データに基づいて求められるモータ電流値Imは、正規分布をなす。この場合、操舵トルクTが0の場合のモータ電流値Imが最頻出電流値となるから、この最頻出電流値を無負荷電流値I0として求める。
【0058】
このような演算以外に、たとえば、モータ回転速度Rが一定であり、非操舵状態であることを条件として、一定時間または一定回数にわたってサンプリングされたモータ電流値Imの中から最小値を求め、この求められた最小値を無負荷電流値I0としてもよい。
以上のようにこの実施形態によれば、往き操舵に関しては、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が大きな値を有する場合ほど、舵角変化に対するモータ27の起動感度が良くされるから、舵角中点付近における無用なモータ起動が抑制されるうえ、絶対舵角θが大きいときには速やかに操舵補助力を発生させることができる。これにより、省エネルギー性を向上でき、かつ、キャッチアップ(引っかかり感)が発生することもない。
【0059】
そして、戻り操舵に関しては、モータ停止時における絶対舵角θの絶対値が大きな値を有するほど、舵角変化に対するモータ27の起動感度が低くされる。したがって、絶対舵角θが大きい状態のときには、セルフアライメント力を有効に利用して無駄な操舵補助を抑制することができるので、省エネルギー性を向上できる。また、舵角中点付近における戻り操舵に関しては、比較的速やかに操舵補助が行われるので、操舵フィーリングも良好である。
【0060】
また、大きな操舵補助力が必要となる低速走行時には、モータ27の起動感度を良くし、高速走行時には起動感度を鈍くしているから、これによっても、省エネルギー性の向上と操舵フィーリングの向上とを併せて図ることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図2】モータの駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【図3】起動舵角を求めるための起動舵角演算処理を示すフローチャートである。
【図4】第1定数および第2定数の設定例を説明するための図である。
【図5】モータ停止時の舵角が正の値の場合における舵角と起動舵角との関係を示す図である。
【図6】モータ停止時の舵角が負の値の場合における舵角と起動舵角との関係を示す図である。
【図7】モータの起動感度と車速との関係を説明するための図である。
【図8】モータ停止範囲設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図9】モータ電流値と操舵トルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ステアリング機構
2 ステアリングホイール
9 トーションバー
11 舵角センサ
12 電流検出回路
13 車速センサ
20 パワーシリンダ
26 オイルポンプ
27 モータ
30 電子制御ユニット
31 CPU
Claims (4)
- 電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置において、
舵角中点からの舵角を検出するための舵角検出手段と、
電動モータが停止している状態において、上記舵角検出手段による舵角検出値の変化量が所定の起動しきい値を超えたことを条件に、上記電動モータを起動する起動制御手段と、
上記起動しきい値を、電動モータが停止したときの上記舵角検出手段による舵角検出値に応じて設定する起動しきい値設定手段とを含み、
この起動しきい値設定手段は、舵角中点から離れる方向への操舵である往き操舵時に適用される第1の起動しきい値と、舵角中点へ向かう方向への操舵である戻り操舵時に適用される第2の起動しきい値とを、これらの第1および第2の起動しきい値の和がほぼ一定となるように、舵角検出値に応じて設定するものであることを特徴とするパワーステアリング装置。 - 上記起動制御手段は、
上記舵角検出手段による舵角検出値および上記起動しきい値設定手段により設定される起動しきい値に基づいて、停止状態の上記電動モータを起動すべき舵角である起動舵角を求めるための起動舵角演算手段と、
上記電動モータが停止している場合に、上記舵角検出手段による舵角検出値が上記起動舵角演算手段により求められた起動舵角に達したことを条件に、上記電動モータを起動する手段とを含むことを特徴とする請求項1記載のパワーステアリング装置。 - 上記起動しきい値設定手段は、モータ停止時の上記舵角検出手段による舵角検出値が大きな値であるほど、往き操舵時に適用される第1の起動しきい値を小さく設定し、戻り操舵時に適用される第2の起動しきい値を大きく設定するものであることを特徴とする請求項1または2記載のパワーステアリング装置。
- 車速を検出する車速検出手段をさらに含み、
上記起動しきい値設定手段は、上記車速検出手段により検出された車速が大きいほど大きくなるように、起動しきい値を設定するものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
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