JP5117651B2 - 電動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】
本発明は、モーターが、車両を制御するのに必要とされるドライバの労力を減じるために、ステアリングコラムのようなステアリング構成要素に補助トルクを付加するようになされている形式の電動パワーステアリング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
簡単な電動パワーステアリング装置には、ステアリングコラム内のトルクの程度が測定できるような構造のトルクセンサが設けられている。この測定によって、コントローラは、ステアリングコラムに取り付けられたモーターによって発生されるトルクを示すトルク要求信号の値を計算する。モーターは、ドライバによって要求されるものと同じ感覚のコラムにトルクを付加して、ホイールを回転させるのに必要とされる労力を減じる。
【０００３】
この簡単な構造における問題点は、車両の所謂“ｆｉｓｈ ｔａｉｌｉｎｇ（魚の尾のような蛇行）”につながる車両横揺れモード過渡応答（ａ ｖｅｈｉｃｌｅ ｙａｗ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を励起する、ある種の操舵において起こる。これらの操舵は、典型的には、ドライバが迅速な手動ホイールの角度の変化を適用するが、実質的な適用トルクを追加しないか、又は、おそらくは急激な回転を始めた後に手動ホイールを解除してしまう、“素早い（ｆｌｉｃｋｓ）”回転のような手動ホイール上での支持されていないドライバの動作の結果起こる。
【０００４】
このような環境においては、手動ホイールが、中央の“正直な”位置に迅速に戻り、最少量のオーバーシュート又は振動を伴うことが望ましい。しかしながら、一般的には、ステアリング装置の幾何学的で惰性的な作用は、特に高速の車両における軽く減衰し且つ全く振動性である自由モードの横揺れ応答をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
モーターを駆動するために使用されるトルク要求信号内に減衰成分を含むことによって、この問題を解決することは、当業者において知られている。この減衰成分は、いくつかの意味において、手動ホイールの速度の関数であるトルク要求の成分を発生させることによって、ソフトウエアを介して粘性摩擦の機械的現象をまねている。この減衰成分は、回転速度が零の状態におけるトルクが零の状態からある任意の最大速度における最大トルクまで、ステアリング角速度の関数として大きさが増される。実際には、減衰成分は、速度が大きい特定の場合に、モーターによる実際のトルク出力を減らし、従って、補助力の大きさを減らす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の特徴に従って、本発明は、ステアリングホイールを車両の車輪に作動可能に結合するステアリング機構、同ステアリング機構の一部分によって担持されるトルクを示す第１の出力信号を発生するようになされたトルク検知手段、ステアリングホイールの角速度を示す第２の出力信号を発生する手段、ステアリング機構に作動可能に結合されたモーター、２つの信号を受け取り且つモーターによってステアリング機構に適用されるべきトルクを示すトルク要求信号を発生するようになされた信号処理ユニット、及びトルク要求信号に応答した駆動電流をモーターに付与するようになされ、トルク要求信号が第１の出力信号及び第２の出力信号の両方に依存する減衰成分を含んでいる、モーター駆動ステージ、を含む電動パワーステアリング装置を提供する。
【０００７】
減衰成分を、ステアリングコラムの角速度だけでなくトルクの関数にもすることによって、減衰成分が、“手で保持する（ｈａｎｄｓ−ｏｎ）”スラローム運転（ｓｌａｌｏｍ ｍａｎｏｅｕｖｒｅ）中には侵入せず、しかも、素早い操舵（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｆｌｉｃｋ）のような他の環境において左右に揺れる応答を改良することにおいては有効なままとなる。
【０００８】
減衰成分の大きさは、第１の速度とより早い第２の速度とによって限定されたステアリング速度の値の範囲に亘って増加するのが好ましい。従って、ステアリング速度が増加すると、より大きな減衰が導入される。第１の速度は、コラム速度が零の状態に対応させることができる。第２の速度は、最大の予測されるコラム速度又はその他の任意の選択された値に対応することができる。別の方法として、デッド（不作動領域）が設けられ、それによって、減衰成分の値が速度が零の状態の境界を定める速度範囲に亘って零か又は零の近くに留まったままとなるようにしてもよい。この不感帯の幅は、使用時には変えてもよく且つ例えば車両速度又は別の測定されたパラメータの関数として変えてもよい。
【０００９】
減衰成分の大きさは、値の範囲の全体又は一部分に亘ってコラム速度の関数として直線的に増加してもよい。従って、減衰成分の値は、ステアリングホイールの角速度が増加するにつれて、より大きくなるかもしれない。しかしながら、ステアリングホイールの速度と減衰成分の値との間に非直線的な関係が存在するかもしれない。
【００１０】
好ましい構成においては、コラム速度が零の状態に対応する第１の速度に対応する値と最大の予測されるコラム速度又はその他の任意の選択された値に対応する第２の速度に対応する値との間の減衰成分の大きさの増加率は、適用されるトルクの関数として減少するのが好ましい。一つの構成においては、減衰成分は、トルクの関数である基準値を発生し、コラムの速度の関数である中間減衰値を発生し、これらの二つの値を掛け合わせて減衰成分を形成することによって形成される。
【００１１】
基準値は、適用トルクが零のときの最大値から、所定の最大適用トルクにおける最小値まで変化することができる。この場合には、最大値又は最大値を越えるトルクの値に対して、零に評価された減衰成分が形成されるであろう。
【００１２】
基準値は、零値を結合する測定されたトルク値の範囲に亘ってほぼ零に評価されるようにしても良い。これは、零トルクの両側に不感帯を設け、その周囲で所与のステアリングホイール速度に対して、最大の減衰成分が形成され、中央での運転における高速度のためのステアリング感覚を改良する。
【００１３】
更に微妙な点においては、不感帯の幅は、ステアリング装置が適用される車両の速度の関数として変化するかもしれない。従って、車両速度の測定値が信号処理装置の第３の入力に付与されてもよい。
【００１４】
トルク要求信号は、ステアリング機構におけるトルクの関数である補助トルク信号を含んでもよい。この補助トルク信号は、ドライバーによって適用されるトルクを増加させることによって増加するかもしれない。信号処理装置は、減衰成分を補助トルク信号と組み合わせることによって、トルク要求信号を形成するようになされても良い。好ましくは、減衰成分は、補助トルク信号から差し引かれる。補助トルク信号は、車両速度のような他の変数の関数であっても良い。
【００１５】
信号処理装置は、検索テーブル内の記載事項から、トルクとステアリングホイールの速度との所与のあらゆる組み合わせに対する減衰成分の値を計算することができる。この場合には、ステアリング速度とドライバー入力トルクとの各組み合わせ又は特定の組み合わせは、テーブルに記憶された特定の値にアクセスするであろう。
【００１６】
好ましい代替例においては、減衰成分の値は、速度、トルク及び任意的には車両速度の値を、適当な方程式に代入することによって導き出すことができる。
トルクだけでなく、ステアリングコラムの角速度の関数である減衰成分の提供は、“手で保持した（ｈａｎｄｓ−ｏｎ）”横揺れ運転中の減衰の適当なレベルを提供するけれども、それは、ある種の環境下では、ステアリングコラムシャフト内に不所望なトルクの変動を誘起する。例えば、高い周波数のドライバーが適用するトルクが発生されるか又は車輪に対する衝撃によってコラムがキックバックすると、トルクに依存する減衰成分は、適用されたトルクと相互作用して不所望な振動を惹き起こし得る。このように、ドライバーがかけたトルクは、減衰トルクに影響を及ぼし、これは、次いで、ドライバーがかけるトルク等に影響を及ぼし得る。
【００１７】
一つの改良例においては、このような効果を改良するために、減衰成分は、濾波されて、コラムトルク内の高い周波数の変化によって惹き起こされる減衰成分内の高い周波数の変化を取り除く。このように、この装置は、所定の最大値に対するコラムトルクの対応する変化による減衰成分の変化の率を制限するようになされた制限手段を含んでいても良い。
【００１８】
好ましくは、速度制限手段は、フィルタを含んでいてもよい。このフィルタは、ローパスフィルタを含んでも良く、一つの構成においては約３Ｈｚ（ヘルツ）のカットオフ周波数を有することができる。
【００１９】
減衰成分が、トルクの関数である基準値と、コラム速度の関数である中間減衰成分との積からなる最も便宜的な構成においては、この制限手段は、時間に対する基準値の変化率を制限するような構成としてもよい。この基準値は、中間減衰値を掛ける前に低周波濾波されて、減衰成分を形成してもよい。
【００２０】
ローパスフィルタは、周波数ドメイン（ｄｏｍａｉｎ）フィルタであってもよいが、あらゆる公知のタイプであってもよく、典型的には、マイクロプロセッサ上に提供された不連続なデジタルフィルタであっても良い。もちろん、時間に対する基準値の変化率の最大値を制限するあらゆる基準値の処理を採用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、単に例として、本発明の一つの実施形態を添付図面を参照して説明する。電気パワーステアリング装置が添付図面の図１に示されている。この装置は、（任意的な）ギヤボックス３によって駆動シャフト２に作用するモーター１を含んでいる。駆動シャフト２の端部はウォームギヤ４で終わっており、ウォームギヤ４は、ステアリングコラム５の一部分に設けられたホイールか又はステアリングコラムに作動可能に結合されたシャフトと協働する。
【００２２】
ステアリングコラム５は、ステアリングホイール（図示せず）のような車両のドライバーによってかけられるステアリングコラムによって担持されたトルクを測定するようになされたトルクセンサ６を担持しており、従って、ステアリングコラムは、車輪（同じく図示せず）によって付与される抵抗力に抗して回転させられる。トルクセンサ６からの出力信号Ｔは、信号処理ユニット７の第１の入力へ供給される。
【００２３】
ステアリングコラムシャフト上には、角速度センサーもまた設けられている。図１に示されているように、これは、トルクセンサ６と一体化された部分である。これは、シャフトの角速度ωを示す出力信号を発生する。速度センサーからの出力は、信号処理ユニット７の第２の入力へ供給される。これは、電子処理ユニット又はその他の電子回路を含んでいても良い。
【００２４】
信号処理ユニット７は、２つの入力信号に作用して、その出力として、モーターコントローラ９へと伝達されるトルク要求信号８を発生する。モーターコントローラ９は、トルク要求信号８を、モーター１のための駆動電流に変換する。
【００２５】
トルク要求信号８の値は、モーター１によってステアリングコラムにかけられるべき補助トルクの量に対応している。この値は、要求信号が零のときの零トルクを通り、一つの意味においては、モーターのための最大出力トルクに対応する最小値から、反対の意味における最大モータートルクまで、変化するであろう。
【００２６】
モーターコントローラ９は、入力としてトルク要求信号を受け取り、モーター駆動シャフト２に所望のトルクを再生するためにモーターに供給される電流を発生する。これは、ステアリングホイールを回転させるためにドライバーに要求される労力を減じるステアリングコラムシャフト５に適用される補助トルクである。
【００２７】
図２は、トルク要求信号８を発生する際に信号処理ユニット７によって実行される機能的なステップを図示している。トルク要求信号８は、２つの成分、すなわち、補助トルク信号１０と減衰成分１１として発生される。これらの二つの成分１０，１１は、信号処理装置内で結合されて、最終トルク要求信号８を形成する。
【００２８】
補助トルク信号１０は、トルクセンサー６によって測定されて、ステアリングコラム内のトルクの関数として導かれる。測定されたトルクと補助信号との間の相関関係は、図３の図表に示されているように基本的に直線である。しかしながら、他の可能性のある相関関係をトルクを補助信号に写すために使用することができる。いずれも場合にも、トルクが増すと補助信号の大きさが増す。補助トルク信号１０は、必要ならば、車両速度のような他のパラメータに依存してもよいことも理解されるであろう。この場合に、高い速度で補助トルクの値を減じて安全性を高め且つ極めて低速でのパーキング操作を容易にさせるのが典型的である。
【００２９】
減衰成分は、測定されたトルクとコラム速度との両方の関数として形成される。図４に示されているように、中間減衰信号１２は、コラム速度の線形関数として形成される。中間減衰信号１２は、その値が、コラム速度が零の状態から所定のコラム速度での最大値（典型的には、１秒当たり２回転）まで増加する。もちろん、異なる用途に対しては、ピークの減衰値と、この値に対応する速度との両方が変化せしめられてもよい。１秒間に２回転より上では、中間減衰信号値は一定のままである。不感帯もまた、可変の幅とすることができる零速度の近辺に設けられる。従って、減衰成分の値は、不感帯内の速度範囲に対しては零か又は零近辺にとどまる。
【００３０】
中間の減衰信号１２は、次いで、基準値１３を計算することによって、トルクの関数として変形される。添付図面の図５に示されているように、基準値１３は、ステアリングコラムによって担持されるトルクの関数である分数の値である。この基準値は、適用トルクが零の状態値まで増加する。不感帯もまた設けられ、それによって、基準値は、零トルクの近辺の小さいトルクに対して、１か又はその近辺にとどまる。不感帯の幅は、装置内の慣性によって生じ得る最大トルクを越えるように選択されるのが好ましい。
【００３１】
中間信号１２は、次いで、基準ファクタ信号１３と掛け合わせられて、減衰成分１１を形成する。最後に、信号処理装置は、補助トルク信号１０から減衰成分１１を差し引いて、電気モーター１を駆動するために使用されるトルク要求信号８を生成する。
【００３２】
図６のブロック図には改良例が図示されている。この構成においては、３つの入力値、すなわち、コラム速度ω、コラム角度位置Ｎｃｏｌ及びコラムトルクＴが信号処理装置に供給される。
【００３３】
図２の構成におけるように、測定されたトルクは、添付図面の図３に示されている方法で、補助トルク信号１０を形成するために使用される。
減衰成分もまた、測定されたトルクとコラム速度との両方の関数として形成される。しかしながら、この構成においては、以下のような２つの主要な差異に注目することができる。
（ａ）トルクの値Ｔは、第１の実施形態のためのような基準値を形成するように処理されるけれども、これは、続いて、ローパスフィルタ内に通されて、中間の信号１２と結合される前に高周波トルクに依存する値の変動を取り除いて、減衰成分を形成する。
（ｂ）中間信号１２は、コラム速度ωとコラムの絶対角度位置Ｎｃｏｌとの両方の関数として形成されて、ステアリングコラムの正直位置の周囲の位置依存不感帯１５を導入する。
【００３４】
この実施形態においては３Ｈｚのカットオフ周波数を有しているローパスフィルタ１４は、減衰成分内の連続する高周波変動と組み合わせられたドライバーがかけるトルクの高速度の変動の作用を取り除く。ある種の環境においては、ローパスフィルタの存在がなく、不所望な変動がステアリングコラム内に形成されるかもしれない。
【００３５】
このフィルタは、当業者が容易に知り得る種々の方法で提供することができる。適当な周波数のドメインフィルタは、次の式とすることができる。
Ｘ＝（ｄａｍｐ＿ｆｉｌｔ＿ｎｕｍｅｒａｔｏｒ）（Ｚ）／（ｄａｍｐ＿ｆｉｌｔ＿ｄｅｎｏｍｉｎａｔｏｒ）（Ｚ）
式中、Ｘは濾波された基準値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による電気パワーステアリング装置の構成図である。
【図２】図２は、図１の装置の信号処理ユニット内で実行される機能的なステップを示しているブロック図である。
【図３】図３は、ドライバーによってかけられるトルクと発生される補助トルクとの間の相対関係を図示しているグラフである。
【図４】図４は、減衰成分とコラムの速度との間の相対関係を図示しているグラフである。
【図５】図５は、減衰成分の値とドライバーによってかけられるトルクとの間の相対関係を示しているグラフである。
【図６】図１の装置の信号処理ユニットにおいて実行される代替的な一組の機能的なステップを示しているブロック図である。
【符号の説明】
１ モーター、 ２ 駆動シャフト、 ３ ギヤボックス、
４ ウォームギヤ、 ５ ステアリングコラム、
７ 信号処理ユニット、 ８ トルク要求信号、
９ モーターコントローラ

Claims (16)

1. 電気パワーステアリングアセンブリであって、
   ステアリングホイールを車両の車輪に作動可能に結合するステアリング機構５と、ステアリング機構５の一部分によって担持されたトルクを示す第１の出力信号を形成するようになされたトルク検知手段６と、前記ステアリング機構の一部分の角速度を示す第２の出力信号を形成する手段と、ステアリング機構５に作動可能に結合された電気モーター１と、前記２つの信号を受け取り且つ電気モーター１によってステアリング機構５に適用されるべきトルクを示すトルク要求信号８を形成する信号処理ユニット７と、トルク要求信号８に応答してモーター１に駆動電流を提供するようになされたモーター駆動ステージと、を含み、前記トルク要求信号８が、前記第１の出力信号と、第２の出力信号との両方に依存している減衰成分１１を含んでおり、前記減衰成分が、前記コラムトルク内の高い周波数の変化によって惹き起こされる前記減衰成分の高い周波数の変化を取り除くために濾波されるようになされている、ことを特徴とする電気パワーステアリングアセンブリ。
2. 請求項１に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記ステアリング機構の一部分が、ステアリングコラムを含み、前記減衰成分１１の大きさが、コラム速度が零の状態に対応する第１のコラム速度及び最大の予測されるコラム速度又はその他の任意の選択された値に対応するより早い第２のコラム速度によって結合されたステアリングコラム速度の値の範囲に亘って増加するようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。
3. 請求項２に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記第１のコラム速度がコラム速度が零のときに対応している、電気パワーステアリングアセンブリ。
4. 請求項２に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   不感帯がもうけられ、それによって、前記減衰成分の値が、零速度に近い速度範囲においてはゼロ又は零に近い値である、電気パワーステアリングアセンブリ。
5. 請求項４に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記不感帯の幅が、使用時に車両速度の関数として変化せしめられる、電気パワーステアリングアセンブリ。
6. 請求項２ないし４のうちのいずれか一の項に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記減衰成分１１の大きさが、値の範囲の全体又は一部分に亘ってコラム速度の関数として直線的に増加するようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。
7. 請求項２ないし６のうちのいずれか一の項に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記第１のコラム速度に対応する値と前記第２のコラム速度に対応する値との間の前記減衰成分の大きさの増加割合が、適用されるトルクの関数として減少するようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。
8. 請求項１ないし７のうちのいずれか一の項に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記減衰成分が、トルクの関数である基準値１３を発生させ、コラム速度の関数である中間減衰値を発生させ、これらの値を掛け合わせて減衰成分１１を形成することによって、同減衰成分が形成されるようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。
9. 請求項８に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
   前記基準値が、適用トルクが零のときの最大値から、所定の最大適用トルクにおける最小値まで変化するようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。
10. 請求項８又は９に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    基準値１３が、零トルクの近くでの測定トルクの値範囲においては、ほぼ零である、電気パワーステアリングアセンブリ。
11. 請求項１ないし１０のうちのいずれか一の項に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    前記トルク要求信号８が、前記ステアリング機構内のトルクの関数である補助トルク信号１０を含んでいる、電気パワーステアリングアセンブリ。
12. 請求項１１に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    前記信号処理ユニット７が、前記減衰成分１１を補助トルク信号１０と組み合わせることによって、トルク要求信号を形成するようになされている、電気パワーステアリングアセンブリ。
13. 請求項１に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    コラムトルクの対応する変化による減衰成分の変化率を、所定の最大の変化率に限定するようになされた制限手段が設けられている、電気パワーステアリングアセンブリ。
14. 請求項１３に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    前記制限手段がローパスフィルタ１４を含んでいる、電気パワーステアリングアセンブリ。
15. 請求項１３又は１４のうちのいずれか一の項に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    前記制限手段が、時間に対する前記基準値の変化率を制限するような構成になされている、電気パワーステアリングアセンブリ。
16. 請求項８に記載の電気パワーステアリングアセンブリであって、
    前記基準値が、前記中間減衰値と掛け合わせられて前記減衰成分を発生する前に、ローパス濾波されるようになされた、電気パワーステアリングアセンブリ。

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