JP4000782B2

JP4000782B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4000782B2
Application number: JP2001083112A
Authority: JP
Inventors: 晴天玉泉; 由信冷水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002274407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に伝達することによって操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータが発生するトルクをステアリング機構に伝達することによって、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルク等に基づいて制御される。すなわち、電動モータの目標電流値は、操舵トルクが大きいほど大きく定められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、轍の跡のような悪路を走行したような時、ステアリングがとられて、運転者の負担が増える。
このときに、適切な操舵補助（アシスト）ができれば、過度のステアリングのとられを抑制し、運転者の負担を軽減できる。
そこで、本発明は、悪路の走行において、適切な操舵補助を実現することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の電動パワーステアリング装置は、転舵角検出手段(11)と、転舵速度を演算する第１の演算手段(23)と、操舵トルク検出手段(10)と、操舵トルクの変化量を求める第２の演算手段(24)と、第１の演算手段によって求められた転舵速度と、第２の演算手段によって求められた操舵トルクの変化量との関係に基づいて、転舵速度がしきい値を超えた時点で、転舵速度と操舵トルクの変化量とを比較し、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が逆のとき、タイヤからの逆入力と判定して、モータを駆動するための目標電流値を増加させ、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が同じとき、タイヤからの正入力と判定して、モータを駆動するための目標電流値を減少させる目標値補正手段(25,27)とを備えるものである。
【０００５】
前記の構成によれば、悪路の走行などでステアリングホイールがとられたときに、操舵補助力を変化させることができるので、運転者の負担を軽減するとともに、安全運転に寄与することができる。
前記転舵速度と操舵トルクの変化量との関係が、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が逆のとき、タイヤからの逆入力（操舵方向と路面からタイヤへの入力方向が逆）と判定される関係であれば、ステアリングホイールが逆方向にとられたときに、操舵補助力を増加させることができ、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が同じとき、タイヤからの正入力（操舵方向と路面からタイヤへの入力方向が同じ）と判定される関係であれば、ステアリングホイールが正方向にとられたときに、操舵補助力を減少させることができる。いずれも、操舵補助力を適正にすることにより、ステアリングホイールの過度のとられを抑制できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、電動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。この電動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、操舵補助力を与えるための装置である。
ステアリング機構１は、運転者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４と、ピニオン４に歯合するラックギヤ部５ａを有し車両の左右方向（車幅方向）に延びたラック軸５とを備えている。
【０００７】
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に連結されている。８はキングピンを示す。
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４及びラック軸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の転舵が行われる。
【０００８】
ステアリング軸３は、ステアリングホイール２に連結された入力軸３Ａと、ピニオン４に連結された出力軸３Ｂとに分割されている。入力軸３Ａと出力軸３Ｂとは、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及び大きさに応じて捩れを生じるトーションバー９によって結合されている。トーションバー９に関連して、入力軸３Ａと出力軸３Ｂとの相対角度変位を検出することによって、操舵トルクの方向及び大きさを検出するトルクセンサ１０が配置されている。また、出力軸３Ｂに関連して、この出力軸３Ｂの回転角を検出することによりステアリング機構の転舵角を検出する転舵角センサ１１が設けられている。
【０００９】
出力軸３Ｂ又はラック軸５のいずれかには、減速機構１２を介して電動モータ１３が結合され、電動モータ１３が発生するトルクは、減速機構１２によって所定の減速比で減速されて、ステアリング機構１に操舵補助力として伝達されるようになっている。この電動モータ１３に関連して、電動モータ１３に実際に流れる電流（モータ電流）を検出するための電流検出回路１４が設けられている。
電動モータ１３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０によって制御されるようになっている。電子制御ユニット２０は、トルクセンサ１０によって検出される操舵トルクＴ及び転舵角センサ１１によって検出される出力軸回転角θ等に基づいて、電動モータ１３の目標電流値を定める。電子制御ユニット２０は、電流検出回路１４の出力信号を参照して、目標電流が流れるように、電動モータ１３をフィードバック制御する。
【００１０】
電子制御ユニット２０は、トルクセンサ１０が出力するトルク信号を受けて、その検出信号の位相を進めて系を安定化させるための位相補償部２１と、この位相補償部２１から出力される操舵トルクＴに基づき、操舵トルクＴの方向及び大きさに応じた基本目標電流値ｉを定める基本目標電流値設定部２２と、出力軸回転角θに基づいて、その回転速度dθ/dｔを演算する回転速度演算部２３と、dθ/dｔが所定値に達した時の操舵トルクＴの変化分ΔＴを演算するΔＴ演算部２４と、トルク補正電流Δｉを演算する補正電流演算部２５とを備えている。
【００１１】
基本目標電流値ｉと、トルク補正電流Δｉとは、加算部２７によって加算され、この加算部２７の出力が、電動モータ１３の目標電流値として減算部２８に与えられるようになっている。
減算部２８は、加算部２７からの目標電流値ｉ＋Δｉと電流検出回路１４によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差を求め、この偏差をモータ制御部２９に与える。このモータ制御部２９は、例えばＰＩ（比例積分）制御演算を行うＰＩ制御部と、このＰＩ制御部の出力に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）制御のためのデューティを定めるデューティ設定部と、このデューティ設定部によって設定されたデューティのパルス幅駆動信号を生成するパルス幅制御部とを含むものであってもよい。
【００１２】
図２は、出力軸の回転速度dθ/dｔの時間変化を描いたグラフ(a)と、操舵トルクＴの時間変化を描いたグラフ(b)とを示す。回転速度dθ/dｔと操舵トルクＴとは、逆符号になっていて、悪路走行などでステアリングホイールが戻る状態を表している。回転速度dθ/dｔがしきい値（−ａで示している）を超えた時刻をｔ1とし、時刻ｔ1での操舵トルクＴの変動分をΔＴで示している。なお、時刻０における操舵トルクＴの値Ｔ0は、ステアリング軸上でのフリクションに相当する。
【００１３】
図３は、出力軸の回転速度dθ/dｔの変化を描いたグラフ(a)と、操舵トルクＴの変化を描いたグラフ(b)とを示す。回転速度dθ/dｔと操舵トルクＴとは、同じ符号になっていて、ステアリングホイールが往きの状態を表している。回転速度dθ/dｔがしきい値（ａで示している）を超えた時刻をｔ1とし、時刻ｔ1での操舵トルクＴの変動分をΔＴで示している。
図４は、操舵トルクＴの変動分をΔＴと回転速度dθ/dｔとを座標に表した図である。操舵トルクＴの変動分ΔＴと、回転速度dθ/dｔとが同符号の領域を(１)(３)で示し、操舵トルクＴの変動分ΔＴと、回転速度dθ/dｔとが異符号の領域を(２)で示している。
【００１４】
領域(１)では運転者によるステアリングホイールからの入力と判定され、領域(３)ではタイヤからの正入力と判定され、領域(２)では、タイヤからの逆入力と判定される。
図５は、悪路走行等において、タイヤからの逆入力と判定された場合、及びタイヤからの正入力と判定された場合に、目標電流値を増減させる処理を説明するためのフローチャートである。
【００１５】
走行中、出力軸回転角θの変化量、すなわち回転速度dθ/dｔを計算する（ステップＳ１）。そして、この回転速度がしきい値を越えた時点の操舵トルクＴの変動分ΔＴを計算する（ステップＳ２）。
これらの計算結果により、dθ/dｔとΔＴとが、図４の(１)〜(３)のどの領域に入るか判定する（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ６）。
領域（２）に入る場合は、ステアリングホイールが逆方向にとられていると判断して、基本目標電流値ｉに、一定のトルク補正電流Δｉを加える（ステップＳ５）。これにより操舵補助力を増加させる。
【００１６】
領域（３）に入る場合は、ステアリングホイールが正方向にとられていると判断して、基本目標電流値ｉから、一定のトルク補正電流Δｉを引く（ステップＳ７）。つまり、−Δｉを加える。これにより操舵補助力を減少させる。
そして、加算部２７において、前記トルク補正電流Δｉ又は−Δｉを基本目標電流値ｉに加算して、減算部２８に与える。モータ制御部２９は、この加算された目標電流値ｉ＋Δｉ、及び電流検出回路１４の出力信号に応じたモータ電流駆動信号を出力する。
【００１７】
以上の電子制御ユニット２０は、マイクロコンピュータを有するものであって、以上に説明した電子制御ユニット２０の機能の全部又は一部は、プログラムＲＯＭ等の記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータが実行することにより実現される。
以上のように、この実施形態によれば、転舵角の回転速度dθ/dｔと、操舵トルクＴの変化分との関係に応じて、ステアリングホイールが逆方向又は正方向にとられていると判断された場合に、操舵補助力を適切に増減させることができるので、轍の跡のような、悪路走行時において、ステアリングホイールのとられを防止することができる。
【００１８】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、出力軸３Ｂの回転角θを検出する機構が採用されているが、これに代えて、ラック軸５の車幅方向の変位を検出するポテンショメータなどを転舵角センサとして採用してもよい。その他、本発明の範囲内で、種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動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】逆入力時における出力軸の回転速度dθ/dｔの時間変化(a)と、操舵トルクＴの時間変化(b)とを描いたグラフである。
【図３】往き状態時における出力軸の回転速度dθ/dｔの時間変化(a)と、操舵トルクＴの時間変化(b)とを描いたグラフである。
【図４】操舵トルクＴの変動分をΔＴと回転速度dθ/dｔとを座標に表した図である。
【図５】悪路走行等において、タイヤからの逆入力と判定された場合、及びタイヤからの正入力と判定された場合に、目標電流値を増減させる処理を説明するためのフローチャートである。
【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
３ステアリング軸
３Ａ入力軸
３Ｂ出力軸
４ピニオン
５ラック軸
１０トルクセンサ
１１転舵角センサ
１２減速機構
１３電動モータ
１４電流検出回路
２０電子制御ユニット
２１位相補償部
２２基本目標電流値設定部
２３回転速度演算部
２４ ΔＴ演算部
２５補正電流演算部
２７加算部
２８減算部
２９モータ制御部

Claims

電動モータを駆動源として操舵補助力を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、
転舵角検出手段と、転舵速度を演算する第１の演算手段と、操舵トルク検出手段と、転舵速度がゼロの時点からしきい値を超えた時点までの操舵トルクの変化量を求める第２の演算手段と、
第１の演算手段によって求められた転舵速度と、第２の演算手段によって求められた操舵トルクの変化量との関係に基づいて、
転舵速度がしきい値を超えた時点で、転舵速度と操舵トルクの変化量とを比較し、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が逆のとき、タイヤからの逆入力と判定して、モータを駆動するための目標電流値を増加させ、転舵速度と操舵トルクの変化量との符号が同じとき、タイヤからの正入力と判定して、モータを駆動するための目標電流値を減少させる目標値補正手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータを駆動するための目標電流値を増加させるために、前記目標電流値に一定のトルク補正電流を加え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。
前記モータを駆動するための目標電流値を減少させるために、前記目標電流値に一定の負のトルク補正電流を加え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。