JP5267059B2

JP5267059B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5267059B2
Application number: JP2008288012A
Authority: JP
Inventors: 敏明應矢
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: JP2010111361A

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールに付与する操舵トルクに基づいて、必要な操舵補助力を、モータから減速機を介してステアリング駆動系に付与する装置である。操舵トルクに対してモータがどれだけのアシストトルクを発生させる必要があるかについては、所定のアシストマップ（操舵トルクに対するアシストトルク（電流）の特性）に基づいて決定される（例えば、特許文献１参照。）。このようなアシストマップの一般的な特性によれば、操舵トルクが０及びその付近では不感帯としてアシストトルクを発生させず、不感帯を超えたところから徐々に立ち上がり、操舵トルクの増大と共に勾配が大きくなってアシストトルクの値も急速に増大する。

特開２００３−８１１１３号公報（図１）

上記のような電動パワーステアリング装置において、操舵トルクが比較的大きい値の領域では、操舵トルクの変化に対するアシストトルクの変化の割合（勾配）が大きくなる。言い換えれば、僅かな操舵トルク変化によって操舵補助力が大きく変化する鋭敏な特性となる。このような特性は、実際には、ステアリング装置全体が持つ慣性や摩擦によって、ある程度鈍化される。一方、近年、ステアリング装置は低慣性・低摩擦の方向に向かっており、このような低慣性・低摩擦のステアリング装置では、上述の鋭敏な特性が現れ易くなり、鋭敏なステアリングの操作性を実現することができる。

しかしながら、一般的な運転者にとっては、鋭敏な、というよりも鋭敏すぎる操作性は、緊張感を強いるものであり、扱いづらい。また、このような操作性が原因となって、車両の旋回走行時に、減衰性の乏しい、いわばバネ感ともいうべき不快な操舵感が発生する傾向にある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、鋭敏すぎない適切な操舵補助力を付与す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。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵角を検出する舵角センサと、操舵トルクに依存して求めたアシスト量と、舵角に依存して求めたアシスト量に操舵トルクに基づく制限をかけた値とを互いに加算して、前記操舵補助力を生じさせるための目標アシスト量とする制御装置とを備え、前記制限の乗率は、操舵トルクの絶対値が所定値以上であれば１であり、当該所定値より小さい所定の下限値以下では０とすることを特徴とするものである。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置では、目標アシスト量が、操舵トルクに依存したアシスト量と、舵角に依存したアシスト量とによって構成されるため、操舵トルクに依存したアシストのみで目標アシスト量を構成する場合と比較すると、操舵トルクに依存したアシスト量の負担割合が下がり、それによって当該アシストの特性の鋭敏さを緩和することができる。また、舵角に依存したアシスト量に適切な制限をかけることにより、例えば低摩擦路でのセルフステア（運転者の意思によらない操舵）を防止することができる。

更に、上記電動パワーステアリング装置では、制限の乗率は、操舵トルクの絶対値が所定値以上であれば１であり、当該所定値より小さい所定の下限値以下では０とするように制御される。
従って、操舵トルクが下限値より小さいときは乗率０の設定によって舵角に依存するアシストを無効とすることができ、低摩擦路でのセルフステアを確実に防止することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルクに依存したアシスト量の負担割合が下がり、それによって当該アシストの特性の鋭敏さを緩和することができる。また、舵角に依存したアシスト量に適切な制限をかけることにより、例えば低摩擦路でのセルフステアを防止することができる。このようにして、鋭敏すぎない適切な操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置を提供することができる。

図１は、本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概略構成を示す図である。この装置は、自動車等の車両に搭載されている。図において、ステアリングホイール１は、第１ステアリングシャフト２と接続されている。第１ステアリングシャフト２は、トーションバー３を介して、第２ステアリングシャフト４と接続されている。第２ステアリングシャフト４には、モータ５の回転によるトルクを付与することができる。第２ステアリングシャフト４の下端にはピニオン６が形成されており、このピニオン６が、ラック７と噛み合う。ラック７がその軸方向（図の横方向）に動くことにより、操向車輪（一般には前輪）８に舵角を付与することができる。

トルクセンサ９は、トーションバー３の捻れ、すなわち、第１ステアリングシャフト２と第２ステアリングシャフト４との相対回転角度差を、操舵トルクとして検出し、出力を、制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１１に送る。このＥＣＵ１１は、電動パワーステアリング装置のためのユニットである。また、操向車輪８の舵角に相当する第２ステアリングシャフト４の回転角を、原点からの絶対舵角で検出する舵角センサ１０が設けられており、その出力はＥＣＵ１１に送られる。さらに、車速（車両の走行速度）を検出する車速センサ１２から車速信号がＥＣＵ１１に入力される。ＥＣＵ１１は、３種類の信号（操舵トルク、舵角、車速）に基づいて必要な操舵補助力を生じさせるべく、モータ５を駆動する。なお、舵角センサ１０は、トルクセンサ９の一部と共用することも可能である。

図２は、ＥＣＵ１１の内部機能を示すブロック図である。この内部機能は、互いに異なるアシストマップを記憶したアシストマップ部１１１，１１２と、制限部１１３と、加算部１１４とによって構成されている。アシストマップ部１１１は、操舵トルク及び車速に基づいて、必要なアシストトルクＡ（アシスト量）を決定し、出力する。アシストマップ部１１２は、舵角（絶対舵角）及び車速に基づいて、必要なアシストトルクＢ（アシスト量）を決定し、出力する。制限部１１３は、アシストトルクＢに、操舵トルクに基づく制限をかけた値Ｃを出力する。加算部は、アシストトルクＡ，Ｃを互いに加算して、必要な操舵補助力を生じさせるためにモータ５（図１）に与えるべき目標アシストトルク（実際にはアシストトルクに相当する目標電流値）を出力する。

図３は、上記各部１１１〜１１３の特性の一例を示すグラフである。（ａ）の実線はアシストマップ部１１１の特性すなわち操舵トルクに依存するアシスト特性であり、点線は参考のための従来の一般的な特性である。なお、実際にはさらに車速をパラメータとした特性となり、高速域では低速域よりもアシストトルクを弱くするような特性となるが、ここでは省略して、一定レベルの速度を想定した特性を示している。

図３の（ａ）において、右操舵時の特性は第１象限に現れ、左操舵時の特性は第３象限に現れる。０点及びその近傍には不感帯があり、ごく僅かの操舵トルクには反応しない。この不感帯を超える操舵トルクが検出されたときは、アシストトルクが出力される。操舵トルクの増加とともに、図示のようにアシストトルクも増加する。また、勾配は、操舵トルクの増加に応じて大きくなる。なお、図示していないが、操舵トルクが所定値（＋、−ともに）以上になると、アシストトルクは上限値に達し、飽和する。

図３の（ｂ）は、アシストマップ部１１２の特性すなわち舵角（絶対舵角）に依存するアシスト特性である。なお、（ａ）の特性と同様に、実際にはさらに車速をパラメータとした特性となり、高速域では低速域よりもアシストトルクを弱くするような特性となるが、ここでは省略して、一定の速度レベルを想定した特性を示している。

図３の（ｂ）において、舵角の原点では、操向車輪８（図１）が直進状態にある。原点から見て右操舵時の特性が第１象限に現れ、左操舵時の特性が第３象限に現れる。舵角０〜＋θまでは、右舵角の増加に対して直線的にアシストトルクが増加し、＋θ以上ではアシストトルクが飽和する。同様に、舵角０〜−θまでは、左舵角の増加に対して直線的にアシストトルクが増加（逆方向）し、−θ以上ではアシストトルクが飽和する。

図３の（ｃ）は、制限部１１３における、操舵トルクに対する乗率の特性である。操舵トルクがτ０以下であれば乗率は０である。操舵トルクがτ０を超えてτ１に達するまでは、直線的に乗率が増加する（但し、０〜１の範囲内）。操舵トルクがτ１以上では乗率は一定値１となる。

上記のように、舵角及び車速に基づく舵角依存のアシストトルクを発生させることによって、その分、操舵トルク及び車速に基づく操舵トルク依存のアシストトルクは負担軽減され、特に、（ａ）における点線との比較により明らかなように、操舵トルクが大きい値の領域での勾配を緩く設定することができる。この結果、操舵トルクが大きい値の領域において、僅かな操舵トルク変化に対してアシストトルクが大きく変化するような鋭敏な特性を、緩和することができる。これにより、操舵トルクの変化に対するラック７（図１）の軸力変化（ヨー変化又はセルフアライニングトルクの変化）の感度を鈍くすることができる。この感度は、前述のいわゆるバネ感と関連しており、感度の鈍化はバネ感の解消につながる。

また、（ｂ）の特性は緩勾配で、舵角の変化に対するアシストトルクの変化が比較的鈍く、特に、舵角が所定値（±θ）以上の領域では舵角が変化してもアシストトルクは変化しなくなる。従って、（ａ）の特性と相まって、舵角が所定値以上で旋回している車両におけるアシストトルクの急変を抑制することができる。

一方、（ｃ）に示すように、操舵トルクがτ１より小さい場合には、乗率は１未満となり、舵角依存のアシストトルクは低減される。従って、操舵トルクが小さいときは、舵角に依存したアシストを低減することができる。路面の摩擦係数μが小さい、いわゆる低摩擦路では、セルフアライニングトルクが低下し、操舵トルクも低下して下限値τ０より小さくなる。この場合、乗率０の設定によって舵角に依存するアシストは無効となる。従って、低摩擦路でのセルフステアを確実に防止することができる。

また、旋回中に操向車輪８が路面のギャップ（例えば継ぎ目の隙間）を通過すると、通常は、セルフアライニングトルクが急激に変化することにより操舵トルクが変化し、これに応じてアシストトルクが若干の遅れを伴いながら急激に変化する。このため、運転者には大きな衝撃が伝わる。
しかしながら、ある程度以上の舵角に達している場合には舵角依存のアシストトルクは変わらず、操舵トルク依存のアシストトルクも勾配の緩和により変化は抑制される。従って、操舵補助力の変化は抑制され、運転者への衝撃が緩和される。

以上のように、本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、目標アシスト量が、操舵トルクに依存したアシスト量と、舵角に依存したアシスト量とによって構成されるので、操舵トルクに依存したアシストのみで目標アシスト量を構成する場合と比較すると、操舵トルクに依存したアシスト量の負担割合が下がり、それによって当該アシストの特性の鋭敏さを緩和することができる。また、舵角に依存したアシスト量に適切な制限をかけることにより、例えば低摩擦路でのセルフステアを防止することができる。
このようにして、鋭敏すぎない適切な操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置を提供することができる。

なお、図３に示した特性は一例に過ぎないので、種々のバリエーションがあり得る。例えば（ｂ）の−θ〜＋θの範囲は、直線に限らず、緩やかな曲線でもよい。（ｃ）の傾斜部分は、０から１又はその逆の急激な変化を抑制するものであればよいので、緩やかな曲線でもよい。

本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概略構成を示す図である。ＥＣＵの内部機能を示すブロック図である。ＥＣＵの内部機能における各部の特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

５モータ
９トルクセンサ
１０舵角センサ
１１ＥＣＵ（制御装置）

Claims

少なくとも操舵トルクに基づいて、モータにより操舵補助力を生じさせる電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
舵角を検出する舵角センサと、
操舵トルクに依存して求めたアシスト量と、舵角に依存して求めたアシスト量に操舵トルクに基づく制限をかけた値とを互いに加算して、前記操舵補助力を生じさせるための目標アシスト量とする制御装置とを備え、
前記制限の乗率は、操舵トルクの絶対値が所定値以上であれば１であり、当該所定値より小さい所定の下限値以下では０とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。