JP4571529B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの駆動力を操舵補助力としてステアリング系に作用させ、運転者のステアリング操作時における操舵力の軽減を図る電動パワーステアリング装置に関し、特に２つの電動モータを有する電動パワーステアリング装置に関する。

近年、ステアリングホイール（操舵ハンドル）の操舵力を軽減するためのパワーステアリング装置として、従来の油圧式に代えて電動モータの動力を用いる電動パワーステアリング装置が多くの車両に採用されている。従来の電動パワーステアリング装置では、運転者のステアリングホイールの操作によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および車速を検出する車速検出部からの車速信号に基づいて、ステアリング系に補助操舵力（アシスト力）を付与する電動モータの駆動を制御して、運転者の手動操舵力をアシストするようにしている。

ところで、電動パワーステアリング装置は主に小型車や中型車に多く採用されているが、近年、ＲＶ車等の大型車両にも採用されてきている。この場合、車両重量の重いＲＶ車等の車両に、従来のように１つの電動モータを用いた電動パワーステアリング装置を採用した場合には、大きなアシスト力を得るためには専用の大型電動モータが必要となるので、コストアップの要因となり、かつ設置スペースにも制約が生じるなどの問題があった。

そこで、大きなアシスト力を得るとともに、コストの低減と設置スペースが小さくて済むように、従来の小型車に用いている小型の電動モータを２つ用いた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に開示されている電動パワーステアリング装置は、コントロール装置により２つの電動モータを駆動制御して、操舵トルクと車速に応じた操舵アシストトルクを発生し、これらの操舵アシストトルクをそれぞれラックアンドピニオン機構（ステアリングギアボックス）を介してラック軸に伝達することで、運転者の手動操作力をアシストするようにしている。
特開平０５−１５５３４３号公報（段落番号［００１１］、図１）

ところで、前記特許文献１のように２つの電動モータを有する従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリング軸に設けた操舵トルクセンサで検出した操舵トルク情報をフィードバックして、２つの電動モータを駆動制御している。このため、ステアリング軸近傍に設けられている操舵トルクセンサに近い一方の電動モータに対しては、この操舵トルクセンサで検出した操舵トルク情報に基づいて応答性よく駆動制御を行うことができるが、前記ステアリング軸に設けた操舵トルクセンサから離れて設けられている他方の電動モータに対しては、操舵トルクセンサで検出した操舵トルク情報に対して応答遅れが生じることがある。

このため、操舵トルクセンサに近い一方の電動モータに対して、操舵トルクセンサから離れている他方の電動モータ側に位相遅れが発生し、操舵フィーリングが悪化する場合があった。

そこで、本発明は、２つの電動モータを有する電動パワーステアリング装置において、２つの電動モータを位相ずれなく駆動できるようにして操舵フィーリングの良好な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。

前記目的を達成するために請求項１に係る本発明の電動パワーステアリング装置は、２つの電動モータの駆動によりステアリング系に操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置であって、少なくとも前記ステアリング系に設けられた操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて前記２つのモータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号とモータ電流検出手段から入力されるモータ電流信号との偏差信号に基づいて、前記２つのモータのうちの一方のモータを電流フィードバック制御によって駆動する第１駆動制御手段と、前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号に基づいて、前記２つのモータのうちの他方のモータをフィードフォワード制御によって駆動する第２駆動制御手段と、を備え、前記ステアリング系の前記操舵トルク検出手段に近い側に前記一方の電動モータを設け、前記ステアリング系の前記操舵トルク検出手段から離れた側に前記他方の電動モータを設けた、ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、位相遅れが発生する側のモータを応答性が速いフィードフォワード制御によって駆動することにより位相遅れを抑えることが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、ステアリング系の操舵トルク検出手段から離れた側に設けた他方の電動モータを応答性が速いフィードフォワード制御によって駆動することにより、２つの電動モータを位相ずれなく駆動することが可能となる。

また、請求項２及び請求項４に係る本発明は、前記他方の電動モータの出力を、前記一方の電動モータの出力よりも小さくすることを特徴としている。

請求項２及び請求項４に記載の発明によれば、他方の電動モータの出力を、一方の電動モータの出力よりも小さくすることにより、フィードバック制御される一方の電動モータを主モータとして用い、フィードフォワード制御される他方の電動モータを副モータとして用いることによって、２つの電動モータを用いる場合でも、ステアリング系に付与する操舵補助力を適切に調整することができる。

また、請求項３及び請求項５に係る本発明は、前記他方の電動モータの駆動時間を、前記一方の電動モータの駆動時間よりも短くすることを特徴としている。

請求項３及び請求項５に記載の発明によれば、他方の電動モータの駆動時間を、一方の電動モータの駆動時間よりも短くすることにより、フィードバック制御される一方の電動モータを主モータとして用い、フィードフォワード制御される他方の電動モータを副モータとして用いることによって、２つの電動モータを用いる場合でも、ステアリング系に付与する操舵補助力を適切に調整することができる。

請求項１に係る発明によれば、例えば、位相遅れが発生する側のモータを応答性が速いフィードフォワード制御によって駆動することにより、２つの電動モータを位相ずれなく駆動することが可能となるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

また、請求項１に係る発明によれば、ステアリング系の操舵トルク検出手段から離れた側に設けた他方の電動モータを応答性が速いフィードフォワード制御によって駆動することにより、２つの電動モータを位相ずれなく駆動することが可能となるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

また、請求項２及び請求項４に係る発明によれば、他方の電動モータの出力を、一方の電動モータの出力よりも小さくすることにより、フィードバック制御される一方の電動モータを主モータとして用い、フィードフォワード制御される他方の電動モータを副モータとして用いることによって、２つの電動モータを用いる場合でも、ステアリング系に付与する操舵補助力を適切に調整することができる。

また、請求項３及び請求項５に係る発明によれば、他方の電動モータの駆動時間を、一方の電動モータの駆動時間よりも短くすることにより、フィードバック制御される一方の電動モータを主モータとして用い、フィードフォワード制御される他方の電動モータを副モータとして用いることによって、２つの電動モータを用いる場合でも、ステアリング系に付与する操舵補助力を適切に調整することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成図である。

図１に示す本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイール２から転舵車輪３ａ，３ｂに至るステアリング系４と、このステアリング系４に操舵補助力（アシスト力）を付与する操舵補助力発生装置５とで構成されている。

ステアリング系４は、ステアリングホイール２に連結されたステアリング軸６と、このステアリング軸６と自在継手７ａ，７ｂを有する連結軸７を介して連結された第１ピニオン軸８と、この第１ピニオン軸８と第１ラック・ピニオン機構９を介して連結されたラック軸１０とを備えており、ラック軸１０の両端にはタイロッド１１ａ，１１ｂ等を介して前記転舵車輪３ａ，３ｂが連結されている。第１ラック・ピニオン機構９は、第１ピニオン軸８に設けたピニオン８ａと、ラック軸１０に設けた第１ラック１０ａとを噛合して構成されている。

操舵補助力発生装置５は、ステアリング軸６に作用する操舵トルクを検出して、検出した操舵トルクに対応した操舵トルク信号を出力するステアリング軸６に設けた操舵トルクセンサ１２と、操舵トルクセンサ１２近傍に設けた第１減速機構１３を介して第１ピニオン軸８に操舵補助力（アシスト力）を付与する第１モータ１４と、操舵トルクセンサ１２から離れた位置に設けた第２ラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１０に連結された第２ピニオン軸１６と、第２減速機構１７を介して第２ピニオン軸１６に操舵補助力（アシスト力）を付与する第２モータ１８と、車速を検出して検出した車速に対応した車速信号を出力する車速センサ１９と、操舵トルクセンサ１２と車速センサ１９からそれぞれ入力される操舵トルク信号と車速信号に基づいて、第１モータ１４と第２モータ１８をそれぞれ駆動制御する制御装置（ＥＣＵ）２０と、第１モータ１４に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部２１を備えている。

本実施形態では、第１モータ１４が主モータで第２モータ１８が副モータであり、第１モータ１４の出力の方が第２モータ１８の出力よりも大きい。第１、第２モータ１４，１８は、小型車に用いられている小型の電動モータである。また、第１、第２モータ１４，１８として、例えば３相ブラシレスＤＣモータを用いることができる。

第１減速機構１３は、第１モータ１４の出力軸に設けた第１ウォームギア２２と、第１ピニオン軸８に固着した第１ウォームホイール２３とを噛合して構成されている。第２減速機構１７も同様に、第２モータ１８の出力軸に設けた第２ウォームギア２４と、第２ピニオン軸１６に固着した第２ウォームホイール２５とを噛合して構成されている。また、第２ラック・ピニオン機構１５は、前記第１ラック・ピニオン機構９と同様に、第２ピニオン軸１６に設けたピニオン１６ａと、ラック軸１０に設けた第２ラック１０ｂとを噛合して構成されている。

制御装置２０は、図２に示すように、目標電流設定部２６と、第１モータ１４の駆動をフィードバック制御によって行う第１モータフィードバック制御部２７と、第２モータ１８の駆動をフィードフォワード制御によって行う第２モータフィードフォワード制御部２８と、第１モータフィードバック制御部２７から出力される第１モータ駆動制御信号Ｖ_D1により第１モータ１４を駆動する第１モータ駆動部２９と、第２モータフィードフォワード制御部２８から出力される第２モータ駆動制御信号Ｖ_D2により第２モータ１８を駆動する第２モータ駆動部３０を備えている。第１モータフィードバック制御部２７は、フィードバック制御を行うための偏差演算部３１とＰＩ制御部３２を備えている。

目標電流設定部２６は、操舵トルクセンサ１２から入力される操舵トルク信号Ｔと車速センサ１９から入力される車速信号Ｖに基づいて、第１モータ１４と第２モータ１８に通電するモータ電流の目標電流値を設定し、この目標電流値に対応した信号（以下、目標電流信号という）Ｉ_Tを、第１モータフィードバック制御部２７と第２モータフィードフォワード制御部２８に出力する。すなわち、この目標電流設定部２６は、例えば図３に示すような予め実験等で設定した、車速信号Ｖをパラメータとした操舵トルク信号（Ｔ）−目標電流信号（Ｉ_T）の特性テーブルを記憶したＲＯＭ等の記憶部（不図示）を有しており、入力される操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに対応した目標電流信号Ｉ_Tを選択する。

図３に示した操舵トルク信号（Ｔ）−目標電流信号（Ｉ_T）の特性テーブルにおいて、目標電流信号Ｉ_Tは、操舵トルク信号Ｔが０近傍では０であり、操舵トルク信号Ｔが一定値（絶対値）以上になると操舵トルク信号Ｔの増加にほぼ対応して増加するように設定されている。また、自然な操舵フィーリングが得られるように、車速が低速（V_L）のときよりも高速（V_H）のときの方が、操舵トルク信号Ｔに対する目標電流信号ＩＴの増分（傾き）を小さくしている。なお、図３で、V_Mは、低速（V_L）と高速（V_H）との間の車速である。また、図３において、操舵トルク信号Ｔおよび目標電流信号Ｉ_Tの＋（プラス）は、ステアリングホイール２の右回転に対するアシスト方向であり、操舵トルク信号Ｔおよび目標電流信号Ｉ_Tの−（マイナス）は、ステアリングホイール２の左回転に対するアシスト方向である。

第１、第２モータ駆動部２９，３０は、例えば４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるＨ型ブリッジ回路を備えており、第１モータフィードバック制御部２７と第２モータフィードフォワード制御部２８からそれぞれ入力される第１モータ駆動制御信号Ｖ_D1と第２モータ駆動制御信号Ｖ_D2に基づいて、前記各パワーＦＥＴをそれぞれＰＷＭ（パルス幅変調）駆動し、第１、第２モータ１４，１８にそれぞれ所定の駆動電圧Ｖ_M1、Ｖ_M2を印加して、第１、第２モータ１４，１８を駆動する。

次に、前記した電動パワーステアリング装置１の動作について説明する。運転者がステアリングホイール２を操舵すると、ステアリング軸６に付与される操舵トルクにより第１ラック・ピニオン機構９を介してラック軸１０が直線往復動し、タイロッド１１ａ，１１ｂ等を介して転舵車輪３ａ，３ｂが転舵される。この際、操舵補助力発生装置５の第１、第２モータ１４，１８を駆動して適切な操舵補助力をステアリング系４に作用させて、運転者がステアリングホイール２を操舵するときの操舵力を軽減するようにしている。

すなわち、ステアリングホイール２の操舵によってステアリング軸６に付与される操舵トルクを操舵トルクセンサ１２で検出し、検出した操舵トルクに対応した操舵トルク信号Ｔを制御装置２０の目標電流設定部２６に出力する。また、車速センサ１９で車速を検出し、検出した車速に応じた車速信号Ｖも同時に目標電流設定部２６に出力する。

目標電流設定部２６は、操舵トルクセンサ１２から入力される操舵トルク信号Ｔと車速センサ１９から入力される車速信号Ｖに基づいて、予め記憶している車速信号Ｖをパラメータとした操舵トルク信号（Ｔ）−目標電流信号（Ｉ_T）の特性テーブル（図３参照）から、第１モータ１４と第２モータ１８に通電するモータ電流の目標電流値を設定し、この目標電流値に対応した目標電流信号Ｉ_Tを、第１モータフィードバック制御部２７と第２モータフィードフォワード制御部２８に出力する。

第１モータフィードバック制御部２７は、目標電流設定部２６から入力される目標電流信号Ｉ_Tと、モータ電流検出部２１により検出した第１モータ１４のモータ電流Ｉ_Mとの偏差を偏差演算部３１で演算し、得られた偏差信号△Ｉ（＝Ｉ_T−Ｉ_M）に対してＰＩ制御部３２でＰ（比例）・Ｉ（積分）制御を行い、前記偏差信号△Ｉが０に近づくような第１モータ駆動制御信号Ｖ_D1を生成する。そして、第１モータ駆動部２９は、入力される第１モータ駆動制御信号Ｖ_D1に対応した駆動電圧Ｖ_M1を第１モータ１４に印加して、第１モータ１４を駆動する。そして、第１モータフィードバック制御部２７と第１モータ駆動部２９によってフィードバック制御で駆動される第１モータ１４により、第１減速機構１３と第１ラック・ピニオン機構９を介して、ラック軸１０に所定の操舵補助力（アシスト力）を付与する。

一方、第２モータフィードフォワード制御部２８は、目標電流設定部２６から入力される目標電流信号Ｉ_Tに対してフィードフォワード制御を行い、この目標電流信号Ｉ_Tに対応した第２モータ駆動制御信号Ｖ_D2を生成する。第２モータ駆動部３０は、入力される第２モータ駆動制御信号Ｖ_D2に対応した駆動電圧Ｖ_M2を第２モータ１８に印加して、第２モータ１８を駆動する。そして、第２モータフィードフォワード制御部２８と第２モータ駆動部３０によってフィードフォワード制御で駆動される第２モータ１８により、第２減速機構１７と第２ラック・ピニオン機構１５を介して、ラック軸１０に所定の操舵補助力（アシスト力）を付与する。なお、第２モータ１８は、本実施形態では副モータなので、第１モータ１４の駆動時間よりも若干短い駆動時間となるように設定している。

このように、第１モータ１４と第２モータ１８の駆動によって得られる各操舵補助力により、車両重量の重い車両に対しても大型のモータを用いることなくラック軸１０に対して大きな操舵補助力を付与することができる。

また、本実施形態では、操舵トルクセンサ１２から離れている側の第２モータ１８を、応答性の速いフィードフォワード制御によって操舵トルクセンサ１２から出力される操舵トルク信号に対して応答性よく駆動することができる。よって、第２モータ１８を、操舵トルクセンサ１２に近い側のフィードバック制御される第１モータ１４に対して位相遅れなく駆動することができる。これにより、第１モータ１４と第２モータ１８の駆動によって得られる各操舵補助力がずれることなくラック軸１０に付与されるので、良好な操舵フィーリングを得ることができる。

本発明の実施形態係る電動パワーステアリング装置を示す概略構成図。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示す概略構成図。 車速信号Ｖをパラメータとした操舵トルク信号（Ｔ）−目標電流信号（Ｉ_T）の特性テーブルの一例を示す図。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ａ，３ｂ 転舵車輪
４ ステアリング系
５ 操舵補助力発生装置
６ ステアリング軸
９ 第１ラック・ピニオン機構
１０ ラック軸
１２ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１３ 第１減速機構
１４ 第１モータ（電動モータ）
１５ 第２ラック・ピニオン機構
１７ 第２減速機構
１８ 第２モータ（電動モータ）
１９ 車速センサ
２０ 制御装置
２１ モータ電流検出部（モータ電流検出手段）
２６ 目標電流設定部（目標電流設定手段）
２７ 第１モータフィードバック制御部（第１駆動制御手段）
２８ 第２モータフィードフォワード制御部（第２駆動制御手段）
２９ 第１モータ駆動部
３０ 第２モータ駆動部

Claims (5)

1. ２つの電動モータの駆動によりステアリング系に操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置であって、
   少なくとも前記ステアリング系に設けられた操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて前記２つの電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号とモータ電流検出手段から入力されるモータ電流信号との偏差信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの一方の電動モータを電流フィードバック制御によって駆動する第１駆動制御手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの他方の電動モータをフィードフォワード制御によって駆動する第２駆動制御手段と、を備え、
   前記ステアリング系の前記操舵トルク検出手段に近い側に前記一方の電動モータを設け、前記ステアリング系の前記操舵トルク検出手段から離れた側に前記他方の電動モータを設けた、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記他方の電動モータの出力を、前記一方の電動モータの出力よりも小さくする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記他方の電動モータの駆動時間を、前記一方の電動モータの駆動時間よりも短くする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. ２つの電動モータの駆動によりステアリング系に操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置であって、
   少なくとも前記ステアリング系に設けられた操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて前記２つの電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号とモータ電流検出手段から入力されるモータ電流信号との偏差信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの一方の電動モータを電流フィードバック制御によって駆動する第１駆動制御手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの他方の電動モータをフィードフォワード制御によって駆動する第２駆動制御手段と、を備え、
   前記他方の電動モータの出力を、前記一方の電動モータの出力よりも小さくする、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. ２つの電動モータの駆動によりステアリング系に操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置であって、
   少なくとも前記ステアリング系に設けられた操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて前記２つの電動モータに流す目標電流を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号とモータ電流検出手段から入力されるモータ電流信号との偏差信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの一方の電動モータを電流フィードバック制御によって駆動する第１駆動制御手段と、
   前記目標電流設定手段から入力される目標電流信号に基づいて、前記２つの電動モータのうちの他方の電動モータをフィードフォワード制御によって駆動する第２駆動制御手段と、を備え、
   前記他方の電動モータの駆動時間を、前記一方の電動モータの駆動時間よりも短くする、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images