JP3956706B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリング操作に応じた操舵補助力をステアリング機構に与えて操舵補助するパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
一般に、四輪自動車などの車両には、ステアリングホイールの操作に応じた操舵補助力をステアリング機構に与えて操舵補助するパワーステアリング装置が搭載されている。たとえば、操舵補助力の発生源として電動モータを採用した電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに応じて目標電流値が設定され、この目標電流値に基づいて、電動モータがフィードバック制御されることにより、ステアリングホイールの操作に応じた適切な操舵補助が達成されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステアリングホイールは、走行中の路面の状態に応じた力で操作しなければならない。すなわち、乾燥した路面のように摩擦係数が大きい路面では、車輪の方向が変化しにくいので、ステアリングホイールを大きな力で操作しなければならない。一方、濡れた路面や凍った路面などのように摩擦係数が小さい路面では、車輪の方向が容易に変化するので、ステアリングホイールを操作する力は小さくてよい。
【０００４】
しかし、車内からは走行中の路面の状態がわかりにくいため、運転者によってステアリングホイールが適切な力で操作されないおそれがある。たとえば、走行中の路面の状態が急に変化した場合に、それまでと同じ力でステアリングホイールを操作してしまい、ステアリングホイールを不必要に大きく切り込んだり、ステアリングホイールの切り込み量が少なかったりするおそれがある。
とくに、上述のようなパワーステアリング装置を搭載した車両では、走行中の路面の摩擦係数が急に小さくなった場合に、それまでと同じ力でステアリングホイールが操作されると、過剰な操舵補助が行われて、車両の挙動が不安定になるおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、車両が走行している路面の状態を検出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、この発明の他の目的は、車両が走行している路面の状態を運転者に報知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。
この発明のさらに他の目的は、車両が走行している路面の状態に応じた適切な操舵補助を行う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。
【０００６】
【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、操作部材（１）の操作に応じた操舵補助力を、車両の舵取り用の車輪を転舵させるためのステアリング機構（３）に与えて操舵補助するパワーステアリング装置において、上記操作部材の操作によって回転する入力軸（３１Ａ）の回転角を検出するための入力軸回転角検出手段（４）と、上記車輪の転舵に応じて回転する出力軸（３１Ｂ）の回転角を検出するための出力軸回転角検出手段（５）と、上記入力軸回転角検出手段および出力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸と上記出力軸とを連結するトーションバー（３５）の捩れによって当該入力軸および出力軸間に生じる位相差を検出する位相差検出手段（２３）と、上記入力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸の回転角の時間変化である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段（２２）と、当該パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（６）と、上記位相差検出手段によって検出される位相差、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出する路面状態検出手段（２５，２６）とを含み、上記路面状態検出手段は、予め定める状態の路面における操舵角速度と上記入力軸および出力軸間に生じる位相差との関係を所定の車速域ごとに記憶した記憶手段（２５）と、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に対応する位相差を上記記憶手段から規範値として読み出す手段（２５）と、上記記憶手段から読み出された規範値と上記位相差検出手段によって検出された位相差とを大小比較する比較手段（２６）とを含み、上記比較手段による大小比較の結果に基づいて路面状態を検出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。
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、操作部材（１）の操作に応じて電動モータ（Ｍ）の駆動電流を制御し、この電動モータからの発生トルクを、車両の舵取り用の車輪を転舵させるためのステアリング機構（３）に与えて操舵補助するパワーステアリング装置において、上記操作部材の操作によって回転する入力軸（３１Ａ）の回転角を検出するための入力軸回転角検出手段（４）と、この入力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸の回転角の時間変化である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段（２２）と、上記電動モータに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段（２１３）と、当該パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段（６）と、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度、上記駆動電流検出手段によって検出される駆動電流の値および上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出する路面状態検出手段（２５，２６）とを含み、上記路面状態検出手段は、予め定める状態の路面における操舵角速度と上記電動モータに流れる駆動電流値との関係を所定の車速域ごとに記憶した記憶手段（２５）と、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に対応する駆動電流値を上記記憶手段から規範値として読み出す手段（２５）と、上記記憶手段から読み出された規範値と上記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流の値とを大小比較する比較手段（２６）とを含み、上記比較手段による大小比較の結果に基づいて路面状態を検出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、括弧内の英数字は、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。
上記の発明によれば、路面状態検出手段によって、車両が走行している路面の状態が検出される。
これにより、上記路面状態検出手段によって検出された路面状態を報知する報知手段（７）をさらに含む場合には、路面状態を運転者に知らせることができ、路面状態に応じた操作部材の操作（ステアリング操作）を運転者に行わせることができる（請求項４）。
【０００９】
また、上記路面状態検出手段によって検出された路面状態に基づいて、上記ステアリング機構に与える操舵補助力を低減補正する操舵補助力補正手段（２１２）をさらに含む場合には、走行中の路面の状態に応じた適切な操舵補助力をステアリング機構に与えることができ、摩擦係数が小さな路面でも操舵補助が過剰になることがなく、車両の挙動が不安定になるおそれもない（請求項５）。
【００１１】
さらに、請求項１の発明と請求項３の発明とが組み合わされてもよい。すなわち、請求項２に記載のように、請求項１記載のパワーステアリング装置において、当該パワーステアリング装置は、上記操作部材の操作に応じて電動モータの駆動電流を制御し、この電動モータからの発生トルクを操舵補助力として上記ステアリング機構に与える電動パワーステアリング装置であって、（請求項１の構成要件に加えて、）上記電動モータに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段をさらに含み、上記路面状態検出手段は、上記位相差検出手段によって検出される位相差、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度、上記車速検出手段によって検出される車速および上記駆動電流検出手段によって検出される駆動電流の値に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出するものであってもよい。
【００１２】
【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、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作に基づいて、マイクロコンピュータなどを含む電子制御ユニット２が電動モータＭを駆動制御し、これにより電動モータＭから発生されるトルクをステアリング機構３に与えて操舵補助を達成するように構成されている。
【００１３】
ステアリング機構３は、ステアリングホイール１に結合されたステアリング軸３１と、ステアリング軸３１の先端に設けられたピニオンギア３２と、車両の幅方向に直線運動可能に設けられたラックバー３３とを含む。ステアリングホイール１を操作すると、ステアリング軸３１が回転し、この回転に伴ってピニオンギア３２が回転する。ピニオンギア３２の回転は、ラックバー３３を車両の幅方向（ラックバー３３の長手方向）に直線運動させ、さらに、そのラックバー３３の直線運動は、図示しないタイロッドやナックルアームなどによって舵取り用の前左右車輪の転舵力に変換される。また、ラックバー３３には、電動モータＭの発生トルクが操舵補助力として減速機３４を介して機械的に伝達されるようになっている。
【００１４】
ステアリング軸３１は、ステアリングホイール１に結合された入力軸３１Ａと、ピニオンギア３２を介してラックバー３３に結合された出力軸３１Ｂとに分割されている。入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂとは、これらの相対的な回転により捩れを生じるトーションバー３５で互いに連結されている。
入力軸３１Ａおよび出力軸３１Ｂにそれぞれ関連して、入力軸３１Ａの回転角（入力軸回転角）を表す信号を出力する入力軸回転角センサ４および出力軸３１Ｂの回転角（出力軸回転角）を表す信号を出力する出力軸回転角センサ５が設けられている。これらの入力軸回転角センサ４および出力軸回転角センサ５の出力信号は、電子制御ユニット２に与えられるようになっている。また、電子制御ユニット２には、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ６の検出信号が与えられるようになっている。
【００１５】
電子制御ユニット２は、入力軸回転角センサ４、出力軸回転角センサ５および車速センサ６から入力される信号に基づいて電動モータＭの駆動制御を行う。電子制御ユニット２には、さらに、車両が走行している路面の状態を運転者に報知するための報知ランプ７が接続されており、電子制御ユニット２は、入力軸回転角センサ４、出力軸回転角センサ５および車速センサ６から入力される信号に基づいて報知ランプ７を制御する。
【００１６】
図２は、電子制御ユニット２の機能的な構成を示すブロック図である。電子制御ユニット２は、電動モータＭの目標電流値を演算するモータ目標電流演算部２１１と、このモータ目標電流演算部２１１によって演算された目標電流値を補正する補正部２１２と、電動モータＭに実際に供給されている駆動電流（モータ電流）を検出する電流検出回路２１３と、補正部２１２による補正後の目標電流値と電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値との偏差を求める減算部２１４と、この減算部２１４で求められる偏差に基づいて電動モータＭに流れる電流を制御する電流制御部２１５とを備えている。
【００１７】
モータ目標電流演算部２１１、補正部２１２、減算部２１４および電流制御部２１５の各機能は、電子制御ユニット２に内蔵されたマイクロコンピュータが実行するプログラム処理によってソフトウエア的に実現される。
電子制御ユニット２は、さらに、入力軸回転角センサ４によって検出される入力軸回転角の時間変化を求めることによって操舵角速度を演算する操舵角速度演算部２２と、入力軸回転角センサ４によって検出された入力軸回転角と出力軸回転角センサ５によって検出された出力軸回転角との差を求めることによって位相差を検出する位相差検出部２３と、この位相差検出部２３によって検出された位相差に基づいて、ステアリングホイール１に入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出部２４と、操舵角速度演算部２２によって演算された操舵角速度および車速センサ６によって検出された車速に応じた位相差の規範値を出力する規範値記憶部２５と、位相差検出部２３によって検出された位相差と規範値記憶部２５から出力された規範値とに基づいて、車両が走行している路面の摩擦係数の大小を検出する路面摩擦係数検出部２６と、報知ランプ７を制御するランプ制御部２７とを備えている。
【００１８】
操舵角速度演算部２２、位相差検出部２３、操舵トルク検出部２４、摩擦係数検出部２６およびランプ制御部２７の各機能は、マイクロコンピュータが実行するプログラム処理によってソフトウエア的に実現される。
操舵トルク検出部２４は、位相差検出部２３によって検出された位相差にトーションバー３５のばね定数を乗じることにより、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクを検出する。操舵トルク検出部２４が検出した操舵トルクは、モータ目標電流演算部２１１に与えられるようになっており、モータ目標電流演算部２１１は、その操舵トルクおよび車速センサ６によって検出された車速に応じた目標電流値を演算する。
【００１９】
規範値記憶部２５は、不揮発性メモリの一部または全部の記憶領域を用いて構成されている。そして、規範値記憶部２５には、たとえば、乾燥したアスファルト路面における操舵角速度と位相差との関係が、所定の車速域（たとえば、高速域、中速域、低速域）ごとに予め求められて、それぞれテーブルの形式で記憶されている。乾燥したアスファルト路面で発生する位相差は、図３に示すように、操舵角速度が零を含む微小な範囲で急峻に増加し、操舵角速度がその微小な範囲外であって所定値α以下の範囲では一定値をとる。また、操舵角速度が所定値αよりも大きい範囲では、入力軸回転角の変化に電動モータＭの立ち上がりが追従せず、操舵角速度が大きいほど位相差は大きな値をとる。規範値記憶部２５は、車速センサ６で検出された車速に応じたテーブルを選択して、この選択したテーブルから操舵角速度演算部２２で演算された操舵角速度に応じた位相差を読み出し、その読み出した位相差を規範値として出力する。
【００２０】
たとえば、濡れた路面や凍った路面では、路面の摩擦係数が小さく、舵取り用の車輪の方向が容易に変化するので、このような路面を走行している時に入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂとの間に生じる位相差は、乾燥したアスファルト路面において同じ操舵角速度でステアリングホイール１を操作した時に生じる位相差（規範値）よりも小さい。そこで、路面摩擦係数検出部２６は、車速および操舵角速度に対応した規範値と、位相差検出部２３によって検出された位相差とを大小比較し、位相差検出部２３によって検出された位相差が規範値とほぼ同じであるか、または規範値よりも大きければ、走行中の路面の摩擦係数は大きいと判断し、位相差検出部２３によって検出された位相差が規範値よりも小さければ、走行中の路面の摩擦係数は小さいと判断する。
【００２１】
路面摩擦係数検出部２６によって検出される路面摩擦係数の大小は、ランプ制御部２７に与えられるようになっている。ランプ制御部２７は、たとえば、路面摩擦係数検出部２６によって路面摩擦係数が大きいと検出された場合には、報知ランプ７を消灯させ、路面摩擦係数が小さいと検出された場合には、報知ランプ７を点灯させる。これにより、運転者は、報知ランプ７の状態によって走行中の路面の状態（路面摩擦係数の大小）を知ることができ、その路面の状態に応じたステアリング操作を行うことができる。
【００２２】
路面摩擦係数検出部２６によって検出される路面摩擦係数の大小は、さらに、補正部２１２にも与えられるようになっている。補正部２１２は、路面摩擦係数の大小に応じて、モータ目標電流演算部２１１によって演算された目標電流値を補正する。すなわち、走行中の路面の摩擦係数が小さい場合には、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂとの間に生じる位相差が小さいから、モータ目標電流演算部２１１によって演算された目標電流値を小さく補正する。これに対して、走行中の路面の摩擦係数が大きい場合には、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂとの間に生じる位相差が大きいから、モータ目標電流演算部２１１によって演算された目標電流値を大きく補正する。これにより、走行中の路面の状態に応じた適切な操舵補助力を電動モータＭから発生させることができ、摩擦係数が小さな路面でも操舵補助が過剰になることがない。
【００２３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、図４に示すような操舵角速度とモータ電流値の規範値との関係（乾燥したアスファルト路面における操舵角速度とモータ電流値との関係）を規範値記憶部２５に記憶させておくとともに、図２に破線で示すように、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値が路面摩擦係数検出部２６に与えられるようにして、路面摩擦係数検出部２６が、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値と規範値記憶部２５から出力されるモータ電流値の規範値に基づいて、車両が走行している路面の摩擦係数の大小を検出するようにされてもよい。
【００２４】
濡れた路面や凍った路面では、路面の摩擦係数が小さく、舵取り用の車輪の方向を変化させるのに必要な力が小さくてすむので、このような路面を走行している時に電動モータＭに流れる電流は、乾燥したアスファルト路面において同じ操舵角速度でステアリングホイール１を操作した時に電動モータＭに流れる電流（規範値）よりも小さい。したがって、上記変形例の構成を採用した場合には、路面摩擦係数検出部２６において、車速および操舵角速度に対応したモータ電流値の規範値と、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値とが大小比較され、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値が規範値とほぼ同じであるか、または規範値よりも大きければ、走行中の路面の摩擦係数は大きいと判断され、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値が規範値よりも小さければ、走行中の路面の摩擦係数は小さいと判断されるようにすればよい。
【００２５】
また、上記の実施形態と変形例とが組み合わされて実施されてもよい。すなわち、路面摩擦係数検出部２６において、位相差検出部２３によって検出された位相差、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値、ならびに規範値記憶部２５から出力される位相差の規範値およびモータ電流値の規範値に基づいて、車両が走行している路面の摩擦係数の大小が検出されるるようにしてもよい。この場合、たとえば、位相差検出部２３によって検出された位相差が位相差の規範値よりも小さく、かつ、電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値がモータ電流値の規範値よりも小さければ、走行中の路面の摩擦係数は小さいと判断され、位相差検出部２３によって検出された位相差または電流検出回路２１３によって検出されたモータ電流値がそれぞれ規範値とほぼ同じであるか、規範値よりも大きければ、走行中の路面の摩擦係数は大きいと判断されるとよい。
【００２６】
さらにまた、この発明は、電動パワーステアリング装置に限らず、電動モータなどでオイルポンプを駆動し、このオイルポンプからの作動油をステアリング機構に結合されたパワーシリンダに供給して、パワーシリンダから操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置に適用することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された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】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】電子制御ユニットの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】乾燥したアスファルト路面における操舵角速度と位相差との関係を示す図である。
【図４】乾燥したアスファルト路面における操舵角速度とモータ電流値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 電子制御ユニット
３ ステアリング機構
４ 入力軸回転角センサ
５ 出力軸回転角センサ
６ 車速センサ
７ 報知ランプ
２２ 操舵角速度演算部
２３ 位相差検出部
２４ 操舵トルク検出部
２５ 規範値記憶部
２６ 路面摩擦係数検出部
２７ ランプ制御部
３１ ステアリング軸
３１Ａ 入力軸
３１Ｂ 出力軸
３２ ピニオンギア
３３ ラックバー
３４ 減速機
３５ トーションバー
２１１ モータ目標電流演算部
２１２ 補正部
２１３ 電流検出回路
２１４ 減算部
２１５ 電流制御部
Ｍ 電動モータ

Claims (5)

1. 操作部材の操作に応じた操舵補助力を、車両の舵取り用の車輪を転舵させるためのステアリング機構に与えて操舵補助するパワーステアリング装置において、
   上記操作部材の操作によって回転する入力軸の回転角を検出するための入力軸回転角検出手段と、
   上記車輪の転舵に応じて回転する出力軸の回転角を検出するための出力軸回転角検出手段と、
   上記入力軸回転角検出手段および出力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸と上記出力軸とを連結するトーションバーの捩れによって当該入力軸および出力軸間に生じる位相差を検出する位相差検出手段と、
   上記入力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸の回転角の時間変化である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   当該パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段と、
   上記位相差検出手段によって検出される位相差、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出する路面状態検出手段とを含み、
   上記路面状態検出手段は、
   予め定める状態の路面における操舵角速度と上記入力軸および出力軸間に生じる位相差との関係を所定の車速域ごとに記憶した記憶手段と、
   上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に対応する位相差を上記記憶手段から規範値として読み出す手段と、
   上記記憶手段から読み出された規範値と上記位相差検出手段によって検出された位相差とを大小比較する比較手段とを含み、
   上記比較手段による大小比較の結果に基づいて路面状態を検出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。
2. 上記パワーステアリング装置は、上記操作部材の操作に応じて電動モータの駆動電流を制御し、この電動モータからの発生トルクを操舵補助力として上記ステアリング機構に与える電動パワーステアリング装置であって、
   上記電動モータに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段をさらに含み、
   上記路面状態検出手段は、上記位相差検出手段によって検出される位相差、上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度、上記車速検出手段によって検出される車速および上記駆動電流検出手段によって検出される駆動電流の値に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出するものである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。
3. 操作部材の操作に応じて電動モータの駆動電流を制御し、この電動モータからの発生トルクを、車両の舵取り用の車輪を転舵させるためのステアリング機構に与えて操舵補助するパワーステアリング装置において、
   上記操作部材の操作によって回転する入力軸の回転角を検出するための入力軸回転角検出手段と、
   この入力軸回転角検出手段の出力に基づいて、上記入力軸の回転角の時間変化である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   上記電動モータに流れる駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
   当該パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速検出手段と、
   上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度、上記駆動電流検出手段によって検出される駆動電流の値および上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて、上記車両が走行している路面の状態を検出する路面状態検出手段とを含み、
   上記路面状態検出手段は、
   予め定める状態の路面における操舵角速度と上記電動モータに流れる駆動電流値との関係を所定の車速域ごとに記憶した記憶手段と、
   上記操舵角速度検出手段によって検出される操舵角速度および上記車速検出手段によって検出される車速に対応する駆動電流値を上記記憶手段から規範値として読み出す手段と、
   上記記憶手段から読み出された規範値と上記駆動電流検出手段によって検出された駆動電流の値とを大小比較する比較手段とを含み、
   上記比較手段による大小比較の結果に基づいて路面状態を検出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。
4. 上記路面状態検出手段によって検出された路面状態を報知する報知手段をさらに含む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。
5. 上記路面状態検出手段によって検出された路面状態に基づいて、上記ステアリング機構に与える操舵補助力を低減補正する操舵補助力補正手段をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のパワーステアリング装置。

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