JP4826868B2 - 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、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与える操舵補助力を発生す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。
ステアリング軸には、ステアリングホイール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と、トーションバー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とが組み込まれている。この油圧制御弁は、オイルポンプとパワーシリンダとの間の油圧系統に介装されていて、操舵トルクに応じた操舵補助力をパワーシリンダから発生させる。
【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速度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速度が求められ、この舵角速度に基づいて電動モータの目標回転速度が設定される。この目標回転速度が達成されるように、電動モータに電圧が供給される。
具体的には、図１０に示すように、舵角速度の増加に伴って、最大回転速度まで増加するように目標回転速度が設定される。これにより、舵角速度に応じた操舵補助力が発生される。
【０００４】
連続して据え切り操舵がされる場合や、ステアリングホイールにトルクを加えた状態で保持する保舵状態が継続する場合には、電動モータが連続通電状態となり、この電動モータが異常高温状態となって故障に至るおそれがある。そこで、電動モータの温度を検出する温度センサが設けられ、この温度センサの出力に基づいて、電動モータの最大回転速度を制限するようにしている。
具体的には、図１１に示すように、電動モータの温度が高くなるほど、電動モータの最大回転速度を低く設定するようにして、電動モータの過熱を防止している。
【０００５】
すなわち、電動モータの温度が高くなると、図１０において二点鎖線で示すように、電動モータの最大回転速度が制限される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
操舵状況によっては、主として電動モータの慣性に起因して、ステアリングが軽いと感じたり、重いと感じたりして、操舵違和感が生じる場合がある。この問題は、低慣性のロータを用いたり、３相バイポーラモータ駆動方式を適用したり、舵角速度に対する目標回転速度を非線型化したりすることによって軽減することができる。
しかし、これらの解決法は、電動モータやその駆動回路が高価になったり、マイクロコンピュータのＲＯＭの容量増加が不可避となったりするから、結局、コストの増加を避けられない。
【０００８】
この発明の目的は、コストの増加を招くことなく操舵違和感を緩和または解消できるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００９】
【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（２７）により駆動されるポンプ（２６）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であって、操向のための操作部材（２）による操舵の舵角速度を検出する舵角速度検出手段（４１）と、上記操作部材の操作による操舵の舵角加速度を検出する舵角加速度検出手段（５１）と、上記舵角速度検出手段の出力に基づいて電動モータの駆動目標基本値を設定する駆動目標基本値設定手段（４２）と、上記舵角加速度検出手段によって検出される舵角加速度の増加に応じて単調に増加するように補正値を設定する補正値設定手段（５２）と、上記駆動目標基本値設定手段によって設定された駆動目標基本値に上記補正値設定手段によって設定された補正値を加算することによって、電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段（５４）と、この駆動目標値設定手段によって設定された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段（４５）とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置である。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。
【００１２】
この構成によれば、舵角速度に基づいて定められた駆動目標基本値を、舵角加速度に基づいて定められた補正値によって補正することにより、電動モータの駆動目標値が定められるようになっている。これにより、コストの増加を招くことなく、電動モータの慣性による操舵違和感を解消できる。
請求項２記載の発明は、上記操作部材による操舵が、舵角中点から離れる方向への切り込み操舵か、舵角中点に向かう方向への戻し操舵かを検出する操舵方向検出手段（１１，３０）をさらに含み、上記駆動目標基本値設定手段は、切り込み操舵時における駆動目標基本値が戻し操舵時における駆動目標基本値よりも大きくなるように舵角速度に応じた駆動目標基本値を設定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である。
【００１３】
この構成によれば、切り込み操舵時における駆動目標基本値が戻し操舵時における駆動目標基本値よりも大きくなるように舵角速度に応じた駆動目標基本値が設定されるので、路面からの反力が大きい切り込み操舵時には操舵補助力を大きくでき、路面からの反力が小さい戻し操舵時には操舵補助力を小さくすることができる。これにより、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
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。
【００１７】
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。
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。
【００１８】
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２３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。
電動モータ２７は、たとえばブラシレスモータからなり、駆動回路２８を介して、電子制御ユニット３０によって制御される。駆動回路２８は、たとえば、パワートランジスタのブリッジ回路からなり、電源としての車載バッテリ４０からの電力を、電子制御ユニット３０から与えられる制御信号に応じて電動モータ２７に供給する。
【００１９】
電子制御ユニット３０は、車載バッテリ４０からの電力供給を受けて動作するマイクロコンピュータを含み、このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３２と、ＣＰＵ３１の動作プログラムおよび制御用のデータ等を記憶したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２およびＲＯＭ３３を相互接続するバス３４とを備えている。
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。ＣＰＵ３１は、この舵角データに基づいて、その時間微分値に相当する舵角速度を演算する。
【００２０】
電子制御ユニット３０には、さらに、電動モータ２７に流れる電流を検出する電流検出回路１２からの電流検出信号と、電動モータ２７の温度を検出する温度センサ１５からの検出信号とが与えられるようになっている。
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信号が与えられるようになっている。車速センサ１３は、車速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速を計算により求めるものであってもよい。
【００２１】
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、電動モータ２７の駆動を制御する。
図２は、電子制御ユニット３０の機能的な構成（参考形態）を示すブロック図である。電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に記憶されたプログラムを実行することによって実現される複数の機能手段を実質的に有している。すなわち、電子制御ユニット３０は、舵角センサ１１の出力信号に基づいて舵角速度を演算する舵角速度演算部４１と、この舵角速度演算部４１によって演算された舵角速度に基づいて電動モータ２７の目標回転速度の基本値である基本目標回転速度Ｒｂを設定する基本目標回転速度設定部４２と、温度センサ１５が検出する電動モータ２７の温度に対応した温度係数α（たとえば０≦α≦１）を設定する温度係数設定部４３とを備えている。
【００２２】
さらに、電子制御ユニット３０は、基本目標回転速度設定部４２によって設定された基本目標回転速度Ｒｂに温度係数設定部４３によって設定された温度係数αを乗じることによって、電動モータ２７の目標回転速度Ｒ＝α・Ｒｂを演算して設定する目標回転速度設定部４４と、この目標回転速度設定部４４によって設定された目標回転速度Ｒが達成されるように電動モータ２７を駆動制御するモータ駆動制御部４５とを備えている。モータ駆動制御部４５は、電流検出回路１２によって検出されるモータ電流に基づいて、目標回転速度Ｒが達成するための制御信号を作成し、この制御信号を駆動回路２８に与える。
【００２３】
図３は、舵角速度と基本目標回転速度設定部４２が設定する基本目標回転速度との関係を示す特性図である。基本目標回転速度Ｒｂは、舵角速度Ｖθについての区間０≦Ｖθ≦ＶＴ（ＶＴはしきい値）の範囲で単調に増加（この実施形態ではリニアに増加）するように、下限値Ｒ１と上限値Ｒ２との間で定められる。
基本目標回転速度設定部４２は、車速に基づいて、図３に示すように、舵角速度Ｖθに対する基本目標回転速度Ｒｂの傾きを可変設定する。すなわち、しきい値ＶＴが、車速域に応じて可変設定される。より具体的には、車速が大きいほど、しきい値ＶＴは大きな値に設定される。これにより、車速が大きいほど目標回転速度Ｒが小さく設定されることになり、操舵補助力が小さくなる。こうして、車速に応じた適切な操舵補助力を発生するための車速感応制御が行われる。
【００２４】
図４は、温度係数設定部４３によって設定される温度係数αを説明するための特性図である。温度係数αは、温度が高くなるに従って小さくなるように設定される。より具体的には、所定温度Ｔ１までは一定の温度係数（たとえばα＝１）が維持され、所定温度Ｔ１を超えると、温度の上昇に伴って単調に減少（この実施形態ではリニアに減少）するように温度係数αが定められるようになっている。
【００２５】
図５は、目標回転速度設定部４４によって設定される目標回転速度Ｒと舵角速度Ｖθとの関係を示す特性図である。電動モータ２７の温度が上記所定温度Ｔ１以下であれば、目標回転速度Ｒは舵角速度Ｖθに対して曲線Ｌ０のような変化を示す。これに対して、電動モータ２７の温度が所定温度Ｔ１を超えると、目標回転速度Ｒは、舵角速度Ｖθの全区間において減少させられ、舵角速度Ｖθに対して曲線Ｌ１のような変化を示すことになる。
【００２６】
図６は、舵角速度Ｖθと操舵力（運転者がステアリングホイール２に加える力）との関係を示す特性図である。曲線Ｌ１０は図５の曲線Ｌ０に対応し、曲線Ｌ１１は図５の曲線Ｌ１に対応している。この図６から理解されるように、電動モータ２７の温度が高くなると、舵角速度Ｖθの全区間において、一様に操舵力が増すことになる。したがって、緊急操舵時のように舵角速度Ｖθが大きい場合にのみステアリングが重くなるという現象が生じることがなく、操舵フィーリングを悪化させることなく、可能な限り適切な操舵補助を行うことができる。
【００２７】
以上のように、電動モータ２７の昇温に伴って減少する温度係数αを基本目標回転速度Ｒｂに乗じて目標回転速度Ｒが設定され、舵角速度Ｖθの全域における目標回転速度Ｒを低減することによって、電動モータ２７の過昇温保護が行われる。これにより、緊急操舵時においてステアリングが急に重くなったなどと感じることがなくなるから、操舵フィーリングを向上できるとともに、適切な操舵補助を実現できる。
【００２８】
図７は、電子制御ユニット３０の他の構成例（この発明の一実施形態）を説明するためのブロック図である。この図７においては、上述の図２に示された各部に対応する部分に、図２の場合と同一の参照符号を付して示す。
この例では、電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１がＲＯＭ３３に格納されたプログラムを実行することによって実現される機能手段として、舵角加速度演算部５１と、舵角加速度演算部５１の出力に応じた補正値ΔＲを演算する補正値演算部５２とを備えている。舵角加速度演算部５１は、舵角速度演算部４１によって演算された舵角速度Ｖθをさらに時間微分することによって舵角加速度Ｖθ′を求める。
【００２９】
電動モータ２７の目標回転速度Ｒを設定する目標回転速度設定部５４は、基本目標回転速度設定部４２によって設定される基本目標回転速度Ｒｂに補正値演算部５２によって演算される補正値ΔＲを加算することによって、目標回転速度Ｒ＝Ｒｂ＋ΔＲを求める。こうして設定された目標回転速度Ｒが達成されるように、モータ駆動制御部４５の働きによって、電動モータ２７の駆動制御が実行される。
【００３０】
図８は、補正値演算部５２の働きを説明するための図であり、舵角加速度演算部５１によって演算される舵角加速度Ｖθ′と補正値ΔＲとの関係を示す特性図である。補正値演算部５２は、舵角加速度Ｖθ′の増加に応じて単調に増加（この実施形態では正比例）するように補正値ΔＲを設定する。
この実施形態の構成によれば、舵角加速度Ｖθ′に応じた補正値ΔＲを基本目標回転速度Ｒｂに加算して目標回転速度Ｒを設定していることにより、電動モータ２７の慣性に起因する操舵違和感を解消することができる。これにより、低慣性モータや複数相のブラシレスモータなどの高価なモータを用いたり、舵角速度Ｖθに対する基本目標回転速度Ｒｂの特性を非線型化したりすることなく、良好な操舵フィーリングを実現できる。すなわち、コストの増加を招くことなく良好な操舵補助を達成できる。
【００３１】
図９は、この発明の他の実施形態を説明するための図であり、舵角速度Ｖθに対する基本目標回転速度Ｒｂの関係を示す特性図が表されている。すなわち、この実施形態では、上述の図２および図７に示された基本目標回転速度設定部４２は、図９に示す特性に従って基本目標回転速度Ｒｂを設定する。
具体的には、舵角中点から遠ざかる方向への操舵である切り込み操舵時（曲線Ｌ２１）と、舵角中点に向かう方向への操舵である戻し操舵時（曲線Ｌ２２）とで、ヒステリシス量が設定されており、戻し操舵時には切り込み操舵時よりも小さな基本目標回転速度Ｒｂが設定される。したがって、操舵抵抗の大きい切り込み操舵時には大きな操舵補助力がステアリング機構１に与えられ、操舵抵抗の小さい戻し操舵時には操舵補助力が小さく抑えられる。これにより、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３２】
切り込み操舵か戻し操舵かは、舵角センサ１１の出力に基づいて、ＣＰＵ３１によって判断することができる。
以上、この発明の２つの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、上述の実施形態では、電動モータの駆動目標値として目標回転速度が設定される例について説明したが、電動モータの駆動電流値または駆動電圧値を駆動目標値として設定することとしてもよい。また、上記の実施形態では、舵角速度Ｖθに対して基本目標回転速度Ｒｂがリニアに変化する場合について説明したが、舵角速度Ｖθに対する基本目標回転速度Ｒｂの変化は非線形に定められていてもよい。同様に、図４に示された温度係数特性および図８に示された補正値特性は各一例にすぎず、これらとは異なる温度係数特性または補正値特性が採用されてもよい。
【００３３】
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】上記パワーステアリング装置の電子制御ユニットの機能的な構成（参考形態）を示すブロック図である。
【図３】舵角速度と基本目標回転速度との関係を示す特性図である。
【図４】温度係数の設定例を示す特性図である。
【図５】目標回転速度と舵角速度との関係を示す特性図である。
【図６】舵角速度と操舵力との関係を示す特性図である。
【図７】上記電子制御ユニットの他の構成例（この発明の一実施形態）を説明するためのブロック図である。
【図８】舵角加速度に応じた補正値の設定例を示す特性図である。
【図９】この発明の他の実施形態を説明するための図であり、舵角速度に対する基本目標回転速度の関係を示す特性図である。
【図１０】従来技術における電動モータの過昇温防止措置を説明するための図である。
【図１１】従来技術における電動モータの最大回転速度の温度変化を示す特性図である。
【図１２】従来技術における舵角速度に対する操舵力の変化を示す特性図である。
【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
１１ 舵角センサ
１２ 電流検出回路
１３ 車速センサ
１５ 温度センサ
２０ パワーシリンダ
２３ 油圧制御弁
２６ オイルポンプ
２７ 電動モータ
２８ 駆動回路
３０ 電子制御ユニット
４１ 舵角速度演算部
４２ 基本目標回転速度設定部
４３ 温度係数設定部
４４ 目標回転速度設定部
４５ モータ駆動制御部
５１ 舵角加速度演算部
５２ 補正値演算部
５４ 目標回転速度設定部

Claims (2)

1. 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であって、
   操向のための操作部材による操舵の舵角速度を検出する舵角速度検出手段と、
   上記操作部材の操作による操舵の舵角加速度を検出する舵角加速度検出手段と、
   上記舵角速度検出手段の出力に基づいて電動モータの駆動目標基本値を設定する駆動目標基本値設定手段と、
   上記舵角加速度検出手段によって検出される舵角加速度の増加に応じて単調に増加するように補正値を設定する補正値設定手段と、
   上記駆動目標基本値設定手段によって設定された駆動目標基本値に上記補正値設定手段によって設定された補正値を加算することによって、電動モータの駆動目標値を設定する駆動目標値設定手段と、
   この駆動目標値設定手段によって設定された駆動目標値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 上記操作部材による操舵が、舵角中点から離れる方向への切り込み操舵か、舵角中点に向かう方向への戻し操舵かを検出する操舵方向検出手段をさらに含み、
   上記駆動目標基本値設定手段は、切り込み操舵時における駆動目標基本値が戻し操舵時における駆動目標基本値よりも大きくなるように舵角速度に応じた駆動目標基本値を設定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。

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