JP3880380B2 - 電動式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】
本発明は操舵手段の操舵による舵取機構の動作を補助するモータを備えた電動式パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の車両には、舵取操作のために操舵輪に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動制御し、該モータの回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした電動式パワーステアリング装置を備えるものがある。この装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低および操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易であるという利点を有しており、近年、その適用範囲が拡大する傾向にある。
【0003】
図7は従来の電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
電動式パワーステアリング装置は、操舵輪100に結合される操舵軸101と、該操舵軸101に第1のユニバーサルジョイント102を介して連結された中間軸103と、該中間軸103に第2のユニバーサルジョイント104を介して連結されラックピニオン式の舵取機構105に繋がる伝動軸(ピニオン軸)106と、前記操舵軸101の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ107とを備えている。
【0004】
操舵軸101は操舵輪100に結合される入力軸101aと、該入力軸101aにトーションバー(不図示)を介して連結される出力軸101bとを備え、操舵輪100の操舵によって入力軸101aに加わる操舵トルクを前記トーションバーに生じる捩れによってトルクセンサ108が検出し、該トルクセンサ108が検出したトルクに基づいて前記モータ107が駆動され、該モータ107の回転が減速歯車機構(不図示)を介して前記出力軸101bに伝達されるように構成されている。
【0005】
ユニバーサルジョイント102,104はコ字形の第1のヨーク109と、該ヨーク109に十字軸110を介して継合されたコ字形の第2のヨーク111とを有している。また、前記操舵軸101は車室に配置されるのに対して前記伝動軸106は舵取用の車輪112,112の操向のために車室の外部に配された舵取機構105の近傍に配置される関係で前記ユニバーサルジョイント102,104の夫々は前記一対のヨーク109,111が前記十字軸110を中心として曲がっており、この曲がり状態で前記モータ107の回転が出力軸101bから中間軸103に伝達され、さらに中間軸103から伝動軸106に伝達される。
【0006】
以上のように電動式パワーステアリング装置は動力伝達系の途中に設けられている2つのユニバーサルジョイント102,104が曲がっている状態でモータ107の回転が伝達されるため、ユニバーサルジョイント102,104の夫々が曲がっていない状態、即ち、操舵軸101と中間軸103、中間軸103と伝動軸106が夫々直線状態である場合に比べて前記伝動軸106に加わるトルクの変化が大となることが知られている。
【0007】
このような事情に鑑みて特開昭59−63265号で開示されている電動式パワーステアリング装置では、第1のユニバーサルジョイント102の曲がり角度と、第2のユニバーサルジョイント104の曲がり角度とが同一である事を前提として、前記中間軸103に加わるトルクをトルクセンサによって検出し、このトルクセンサが検出したトルクに基づいて駆動されるモータの回転を前記中間軸103に伝達することにより、第1及び第2のユニバーサルジョイント102,104によるトルクの変動をなくすることができるようにしている。つまり、操舵補助の基準となる操舵トルクは、第1のユニバーサルジョイント102を介した後のトルク変動済みのトルクであるため、第2のユニバーサルジョイント104を介することにより第1のユニバーサルジョイント102によって変動しているトルク変動分は相殺され、トルク変動の無い操舵補助力を得られるとしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図8は操舵軸の操舵角度とトルクの変動との関係を示す図である。
しかしながら、動力伝達系の途中に設けられている2つのユニバーサルジョイント102,104が夫々曲がっている状態で使用される電動式パワーステアリング装置において、本発明者がユニバーサルジョイント102,104によるトルクの変動を考察した結果、トルクの変動を来す原因は、第1及び第2のユニバーサルジョイント102,104の曲がり角度が影響するのではなく、ユニバーサルジョイント102,104のヨーク109,111が回転した位置、換言すればヨーク109,111の回転角度が大きく影響することになり、第1のユニバーサルジョイント102によってトルクが大きく変動し、この第1のユニバーサルジョイント102によるトルクの変動が第2のユニバーサルジョイント104によって修正されることになるが、ユニバーサルジョイント102,104による影響がない場合の目標トルクT4に比べたら大きく変動していることが分かった。この考察結果によれば、特開昭59−63265号で開示されている電動式パワーステアリング装置にあっては、伝動軸106に加わるトルクが、第2のユニバーサルジョイント104によって例えば図8のT2と同様に大きく変動することになり、トルク変動の無い操舵補助力は得られない。尚、図8において、T1は入力軸101aに加わるトルク、T2は中間軸103に加わるトルクである。
【0009】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はユニバーサルジョイントによるトルクの変動を低減することができる電動式パワーステアリング装置を提供することにある。また、他の目的はユニバーサルジョイント、及びチルト調節にトルク変動を夫々低減することができる電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動式パワーステアリング装置は、チルト調節が可能な操舵軸と、該操舵軸の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータと、前記操舵軸及び舵取機構の間に操舵軸側から順次介在される第1のユニバーサルジョイント、中間軸、第2のユニバーサルジョイント及び伝動軸と、前記モータの駆動回路を制御する制御部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、前記操舵軸のチルト調節量を検出する検出手段と、前記操舵軸の操舵角度を検出する検出手段と、前記操舵軸に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備えており、前記制御部は前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段と、前記操舵角度に応じて第1補正係数を定める手段と、前記第1補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第1補正モータ電流指令値を演算する手段と、前記検出手段が検出したチルト調節量に基づいて第2補正係数を定める手段と、前記第2補正係数と前記第1補正モータ電流指令値とに基づいて第2補正モータ電流指令値を演算する手段と、該手段により演算された第2補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路へ出力する駆動制御手段とを備えていることを特徴とする。
【0015】
本発明にあっては、操舵軸が操舵されたとき、操舵角度と、操舵トルクと、チルト調節量とが検出手段によって夫々検出され、さらに、チルト調節量に基づいて第1補正モータ電流指令値を補正することができるため、ユニバーサルジョイント、及びチルト調節によるトルクの変動を低減することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
尚、テレスコピック調節が可能な操舵軸を備え、そのテレスコピック調節によってユニバーサルジョイントにおける連結角度が変化する操舵機構の場合、テレスコピック調節量に基づいて第2補正係数を定めるようにしても良い。この場合も、本発明と同様の効果を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態1(参考例)
図1は本発明に係る電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図、図2は電動式パワーステアリング装置の一部の縦断面図である。
【0017】
電動式パワーステアリング装置は、図1、図2に示すように、舵取りのための操舵輪1に結合される操舵軸2と、前記操舵輪1の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ5と、該モータ5の回転を中間軸8に伝達する減速歯車機構(伝動手段)6と、前記操舵軸2を中間軸8に連結する第1のユニバーサルジョイント7と、前記中間軸8に第2のユニバーサルジョイント9を介して連結されラックピニオン式の舵取機構10に繋がる伝動軸(ピニオン軸)11と、前記モータ5の駆動回路12を制御する制御部13とを備えている。
【0018】
操舵軸2の周りには、前記操舵輪1を操舵することによって回転する操舵軸2の回転角度を検出する舵角検出手段14を備える。中間軸8はトーションバー3を有しており、また、中間軸8の周りには前記操舵輪1を操舵することによって中間軸8に加わる操舵トルクを前記トーションバー3に生じる捩れによって検出するトルク検出手段15が配置されており、該トルク検出手段15が検出した操舵トルクに基づいて前記制御部13が前記駆動回路12を制御するようにしてある。
【0019】
第1のユニバーサルジョイント7は前記操舵軸2の下端に結合されたコ字形の第1のヨーク71と、該ヨーク71に十字軸72を介して継合され、前記中間軸8の上端に結合されたコ字形の第2のヨーク73とを有している。また、第2のユニバーサルジョイント9は前記中間軸8の下端に結合されたコ字形の第1のヨーク91と、該ヨーク91に十字軸92を介して継合され、前記伝動軸11の上端に結合されたコ字形の第2のヨーク93とを有している。
【0020】
このようにユニバーサルジョイント7,9に連結された操舵軸2は車室に配置されるのに対して舵取機構10に繋がる伝動軸11は車室の外部に配置されるため、ユニバーサルジョイント7,9の夫々は前記一対のヨーク71,73、91,93が前記十字軸72,92を中心として曲がっており、この曲がり状態で前記モータ5の回転が中間軸8に伝達され、さらに中間軸8から伝動軸11に伝達される。
【0021】
減速歯車機構6は、前記モータ5の駆動軸に繋がるウォーム61と、前記中間軸8の途中に嵌合されるウォームホイール62とを備えており、前記モータ5の回転をウォーム61及びウォームホイール62から中間軸8に伝達するようにしてある。
【0022】
舵取機構10は前記伝動軸11の下端に設けられたピニオン10aと、該ピニオン10aに噛合するラック歯10bを有し、左右の操向輪A,Aにナックルアーム10c,10cを介して連結されるラック軸10dとを備え、ラック軸10dの車体左右方向への移動によりナックルアーム10c,10cを押し引きし、該ナックルアーム10c,10cに支持された操向輪A,Aを左右に操向させるものである。
【0023】
図3は制御部のブロック図である。
マイクロプロセッサを用いてなる前記制御部13の入力部には、前記操舵輪1の操舵角度及び操舵方向を検出するロータリエンコーダ等の前記舵角検出手段14と、中間軸8に加わる操舵トルクを検出するセンサを用いてなるトルク検出手段15と、車両の車速を検出するセンサを用いてなる車速検出手段16とが接続されており、出力部には前記駆動回路12が接続されている。
【0024】
また、制御部13には、前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段17と、前記操舵角度に応じて第1補正係数を定める手段18と、前記第1補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第1補正モータ電流指令値を演算する手段19と、該手段19により演算された第1補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路12へ出力する駆動制御手段30とを設けてある。
【0025】
モータ電流指令値を定める手段17は、前記トルク検出手段15が検出した操舵トルクに応じて予め作成されたマップを用いてモータ電流指令値を設定するようにしてある。このマップは前記操舵トルクの増加に比例してモータ電流指令値を大きくするように作成された特性の一つを前記車速検出手段16が検出した車速に応じて選択し、この選択された特性とトルク検出手段15が検出した操舵トルクとに基づいて目標とするモータ電流指令値を出力し、図8のT4で示す目標トルクが得られるように構成されている。
【0026】
第1補正係数を定める手段18は、前記舵角検出手段14が検出した操舵角度に応じて予め作成された操舵角度−補正係数マップを用いて補正係数を設定するようにしてある。このマップの補正係数は、ユニバーサルジョイント7,9によって発生するトルクの変動(例えば図8のT2,T3参照)を修正し、図8のT4で示す目標トルクが得られる値としてある。即ち、モータ電流指令値を補正しない場合、中間軸8に加わるトルクは図8のT2となり、また、伝動軸11に加わるトルクは図8のT3となり、目標トルクT4に対して大きく変動することになるため、伝動軸11に加わるトルクT3が目標トルクT4と等しくなる補正係数としてある。
【0027】
図4はモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
制御部13はエンジンの始動に応じてその制御動作を開始し、操舵輪1が操舵中立位置から左又は右へ操舵されることにより、舵角検出手段14が検出した操舵輪1の操舵角度及び操舵方向を読込む(S1)。次に車速検出手段16が検出した車速を読込み(S2)、さらに、トルク検出手段15が検出した操舵トルクを読込む(S3)。この読込んだ操舵トルクが予め設定された所定値に到達したか否かを判定する(S4)。この判定の結果、操舵トルクが所定値を超えている場合、操舵トルク−補正係数マップから第1補正係数を決定する(S5)。一方、前記操舵トルクが所定値に到達していない場合、操舵補助が不必要であると判定し、S1に戻る。
【0028】
S5で決定された第1補正係数と、操舵トルクに応じて設定されたモータ電流指令値との積が演算され、モータ電流指令値が第1補正モータ電流指令値に補正される(S6)。この補正された第1補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号が駆動制御手段30から駆動回路12へ出力され(S7)、モータ5が駆動される(S8)。
【0029】
モータ5の駆動により減速歯車機構6、中間軸8、第2のユニバーサルジョイント9及び伝動軸11を介して舵取機構10が駆動され、操舵補助を行う。この操舵補助を行いつつ制御部13は舵角検出手段14が検出した操舵角度を読込み(S9)、操舵輪1が継続して操舵されているか、又は、操舵輪1が操舵されていないかを判定し(S10)、この判定の結果、操舵輪1が継続して操舵されている場合はS7へ戻り、また、直進走行時等で前記操舵角度が所定値に到達していない場合、S1に戻る。
【0030】
以上の制御部13の動作により、本発明に係る電動式パワーステアリング装置においては、操舵トルクに応じて定められたモータ電流指令値を、舵角検出手段14が検出した操舵角度に基づいて補正するため、操舵輪1の操舵によって舵取りを行うとき、ユニバーサルジョイント7,9によるトルクの変動を低減することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【0031】
実施の形態2
実施の形態2は実施の形態1に加えて前記操舵軸2が第1のユニバーサルジョイント7を中心として車両の前後方向へ揺動可能、換言すればチルト調節を可能としてあり、該操舵軸2のチルト調節量を検出する検出手段31を備えており、さらに、前記制御部13は、前記検出手段31が検出したチルト調節量に基づいて第2補正係数を定める手段32と、前記第2補正係数と前記第1補正モータ電流指令値とに基づいて第2補正モータ電流指令値を演算する手段33と、前記手段19により演算された第1補正モータ電流指令値又は前記手段33により演算された第2補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路12へ出力する駆動制御手段34とを有しており、前記操舵軸2のチルト調節によるトルクの変動を低減するようにしたものである。尚、操舵軸2のチルト調節により操舵輪1の高さが変更される。
【0032】
チルト調節量を検出する検出手段31は前記操舵軸2のチルト調節域を臨む位置に配置されるセンサを用いてなり、該検出手段31が前記制御部13の入力部に接続されている。
【0033】
第2補正係数を定める手段32は、前記検出手段31が検出したチルト調節量に応じて予め作成されたチルト調節量−補正係数マップを用いて補正係数を設定するようにしてある。
【0034】
図5、図6はモータを駆動制御する制御部の動作内容を示す実施の形態2のフローチャートである。
制御部13はエンジンの始動に応じてその制御動作を開始し、操舵輪1が操舵中立位置から左又は右へ操舵されることにより、舵角検出手段14が検出した操舵輪1の操舵角度及び操舵方向を読込む(S11)。次に車速検出手段16が検出した車速を読込み(S12)、さらに、トルク検出手段15が検出した操舵トルクを読込む(S13)。この読込んだ操舵トルクが予め設定された所定値に到達したか否かを判定する(S14)。この判定の結果、操舵トルクが所定値を超えている場合、操舵角度−補正係数マップから第1補正係数を決定する(S15)。一方、前記操舵トルクが所定値に到達していない場合(S14でNO)、操舵補助が不必要であると判定し、S11に戻る。
【0035】
S15で決定された第1補正係数と、操舵トルクに応じて設定されたモータ電流指令値との積が演算され、モータ電流指令値が第1補正モータ電流指令値に補正される(S16)。さらに、チルト調節量を検出する検出手段31が検出したチルト調節量を読込み(S17)、チルト調節量に基づいて第2補正係数を決定する(S18)。
【0036】
S18で決定された第2補正係数と、第1補正モータ電流指令値との積が演算され、第1補正モータ電流指令値が第2補正モータ電流指令値に補正される(S19)。この補正された第2補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号が駆動制御手段34から駆動回路12へ出力され(S20)、モータ5が駆動される(S21)。
【0037】
モータ5の駆動により減速歯車機構6、中間軸8、第2のユニバーサルジョイント9及び伝動軸11を介して舵取機構10が駆動され、操舵補助を行う。この操舵補助を行いつつ制御部13は舵角検出手段14が検出した操舵角度及び操舵方向を読込み(S22)、操舵輪1が継続して操舵されているか、又は、操舵輪1が操舵されていないかを判定し(S23)、この判定の結果、操舵輪1が継続して操舵されている場合はS18へ戻り、また、直進走行時等で前記操舵角度が所定値に到達していない場合(S23でNO)、S11に戻る。
【0038】
以上の制御部13の動作により、本発明に係る電動式パワーステアリング装置の実施の形態2においては、操舵軸2に加えられる操舵トルクに応じて定められたモータ電流指令値を、操舵角度に基づいて補正し、さらに、このモータ電流指令値を、操舵軸2のチルト調節量に基づいて補正するため、操舵輪1の操舵によって舵取りを行うとき、ユニバーサルジョイント7,9に影響されることなく目標トルクを得ることができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【0039】
その他の構成及び作用効果は実施の形態1と同様であるため、同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【0040】
尚、以上説明した実施の形態では、操舵軸2自体の回転角度を検出したが、その他、前記中間軸8の回転角度、又は、前記伝動軸11の回転角度を検出し、この検出した回転角度を操舵軸2の回転角度としてもよい。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、ユニバーサルジョイント、及びチルト調節にトルク変動を夫々低減でき、操舵フィーリングを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
【図2】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図3】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の制御部のブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図6】本発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図7】従来の電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
【図8】操舵軸の操舵角度とトルクの変動との関係を示す図である。
【符号の説明】
2 操舵軸
5 モータ
7 第1のユニバーサルジョイント
8 中間軸
9 第2のユニバーサルジョイント
10 舵取機構
11 伝動軸
13 制御部
14 舵角検出手段
15 トルク検出手段
17 モータ電流指令値を定める手段
18 第1補正係数を定める手段
19 第1補正モータ電流指令値を演算する手段
30 駆動制御手段
Claims (1)
- チルト調節が可能な操舵軸と、該操舵軸の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータと、前記操舵軸及び舵取機構の間に操舵軸側から順次介在される第1のユニバーサルジョイント、中間軸、第2のユニバーサルジョイント及び伝動軸と、前記モータの駆動回路を制御する制御部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、前記操舵軸のチルト調節量を検出する検出手段と、前記操舵軸の操舵角度を検出する検出手段と、前記操舵軸に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備えており、前記制御部は前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段と、前記操舵角度に応じて第1補正係数を定める手段と、前記第1補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第1補正モータ電流指令値を演算する手段と、前記検出手段が検出したチルト調節量に基づいて第2補正係数を定める手段と、前記第2補正係数と前記第1補正モータ電流指令値とに基づいて第2補正モータ電流指令値を演算する手段と、該手段により演算された第2補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路へ出力する駆動制御手段とを備えていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
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