JP5276578B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるパワーステアリング装置に関する。

周知のように、車両の転舵後の切り戻し時には、運転者が操舵用のステアリングホイールから手を放し、いわゆるセルフアライニングトルクを利用してステアリングホイールを中立位置（転舵輪が進行方向に向く位置）に戻すような操作が行われることがある。しかしながら、実際には操舵系のフリクションなどによって中立位置まではステアリングホイールが戻りきらないため、転舵後の切り戻し時にパワーステアリング装置によって転舵輪を進行方向に向けるように制御する技術が例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の技術はアシストモーターによってアシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置であって、ハンドル戻し制御実行判定手段が操舵トルクに基づいてハンドル戻し制御を実行すると判定したときに、上記アシストモーターの駆動制御の基礎となるアシストベース電流値をハンドル戻し電流値によって補正し、ステアリングホイールを中立位置まで戻すようになっている。

特開２００７−３２０３８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、大舵角時に上記ハンドル戻し制御が実行されると、上記セルフアライニングトルクが強く働くのに加え、上記ハンドル戻し制御によってパワーステアリング装置によるアシストトルクが減少することから、保舵力および操舵トルクが過大になって運転者の負担が増大してしまうという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてされたものであって、大舵角時における保舵力および操舵トルクの増大を抑制しつつ、転舵後の切り戻し時における操舵角の戻り性を改善したパワーステアリング装置を提供することを目的としている。

本発明は、操舵角に基づいてステアリング戻し制御トルクを算出し、そのステアリング戻し制御トルクを操舵トルクに基づいて算出した基本目標アシストトルクに加算して目標アシストトルクを算出するステアリング戻し制御手段を備えていて、そのステアリング戻し制御手段は、上記操舵角が予め定めた戻し制御設定角度よりも小さいときに、上記ステアリング戻し制御トルクを反操舵角方向に設定する一方、上記操舵角が上記戻し制御設定角度以上のときに、上記ステアリング戻し制御トルクを零または操舵角方向に設定するようになっていることを特徴としている。

本発明によれば、大舵角時における保舵力および操舵力の増大を抑制しつつ、転舵後の切り戻し時における操舵角の戻り性を改善することができる。

本発明の第１の実施の形態として電動油圧式のパワーステアリング装置を示す概略図。 図１におけるコントロールユニットの詳細を示すブロック図。 図２におけるステアリング戻し制御トルク算出部のステアリング戻し制御トルクマップを示す図。 第１の実施の形態における操舵角−操舵トルク特性を示す図。 図３に示すステアリング戻し制御トルクマップの変形例を示す図。 図３に示すステアリング戻し制御トルクマップの別の変形例を示す図。 本発明の第２の実施の形態としてコントロールユニットの詳細を示すブロック図。 図７におけるステアリング戻し制御トルク算出部のステアリング戻し制御トルクマップを示す図。 本発明の第３の実施の形態として電動式のパワーステアリング装置を示す概略図。

図１は本発明の第１の実施の形態としてパワーステアリング装置の概略を示す図である。

図１に示すパワーステアリング装置は、電動モータ１によって回転駆動される正逆回転可能な双方向ポンプ２から油圧パワーシリンダ３に油圧を供給することで操舵アシストを行ういわゆる電動油圧式のものであって、運転者によってステアリングホイール４が回転操作されると、操舵軸であるステアリングシャフト５を介してピニオン６が回転駆動され、いわゆるラック＆ピニオン機構をもってラック軸７が軸方向に移動し、左右の転舵輪８ａ，８ｂが転向するようになっている。

ステアリングシャフト５には、当該ステアリングシャフト５に作用する操舵トルクおよび当該ステアリングシャフト５の回転位置である操舵角をそれぞれ検出する操舵トルク・操舵角センサ９が設けられ、操舵トルク信号および操舵角信号が後述するコントロールユニット１０に出力されるようになっている。すなわち、操舵トルク・操舵角センサ９がトルク検出手段と操舵角検出手段を兼ねている。

また、ラック軸７はシリンダチューブ１１を挿通していて、そのラック軸７に結合されたピストン１２により、シリンダチューブ１１内に第１油圧室１１ａと第２油圧室１１ｂを隔成している。つまり、ラック軸７とシリンダチューブ１１およびピストン１２をもって操舵アシスト用の油圧パワーシリンダ３が構成されている。

第１油圧室１１ａは双方向ポンプ２のうち一方の吸入吐出口に第１油通路１３ａを介して接続されており、第２油圧室１１ｂは双方向ポンプ２のうち他方の吸入吐出口に第２油通路１３ｂを介して接続されている。

第１，第２油通路１３ａ，１３ｂは、第３，第４油通路１４ａ，１４ｂを介してリザーバタンク１５にそれぞれ接続されており、それら第３，第４油通路１４ａ，１４ｂには、リザーバタンク１５側への作動油の逆流を防止する第１，第２逆止弁１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられている。そして、第１，第２油通路１３ａ，１３ｂにおける作動油が不足した場合に第１，第２逆止弁１６ａ，１６ｂが開弁し、それら第１，第２油通路１３ａ，１３ｂに作動油が補給されるようになっている。

また、第１，第２油通路１３ａ，１３ｂのうち第３，第４油通路１４ａ，１４ｂとの接続部分と第１，第２油圧室１１ａ，１１ｂとの間の部分は、第５油通路１７によって互いに接続されている。第５油通路１７には、いわゆるノーマルクローズタイプのパイロット切替弁である第１，第２切替弁１８ａ，１８ｂが直列にそれぞれ設けられていて、第１切替弁１８ａは第２油通路１３ｂ内の油圧を、第２切替弁１８ｂは第１油通路１３ａ内の油圧をそれぞれパイロット圧として動作するようになっている。

また、第５油通路１７のうち両切替弁１８ａ，１８ｂ同士の間の部分がドレン通路１９を介してリザーバタンク１５に接続されていて、ドレン通路１９にはリザーバタンク１５側への作動油の流れのみを許容する背圧弁２０が設けられている。これにより、リザーバタンク１５からの作動油の逆流を防止しつつ、ドレン通路１９内の圧力が背圧弁２０の設定圧を超えた場合に、リザーバタンク１５へ作動油を排出するようになっている。

そして、コントロールユニット１０は、操舵トルク・操舵角センサ９からの操舵トルク信号および操舵角信号のほか、電動モータ１の回転位置を検出するモータ回転位置センサ１ａからのモータ回転位置信号と、車両の走行速度を検出する車速センサ２１からの車速信号と、に基づき、電動モータ１を駆動制御することになる。これにより、両油圧室１１ａ，１１ｂに作動油を給排し、運転者によるステアリング操作をアシストする。なお、コントロールユニット１０は、当該コントロールユニット１０に接続されたバッテリ２２から電動モータ１へ電力を供給するようになっている。

図２は、コントロールユニット１０の詳細を示すブロック図である。

図２に示すように、コントロールユニット１０は、後述する目標アシストトルク算出の基礎となる基本目標アシストトルクを算出する基本目標アシストトルク算出手段としての基本目標アシストトルク算出部２３と、転舵後における操舵角の戻り性改善のために、基本目標アシストトルク算出部２３の出力に後述するステアリング戻し制御トルクを加算して目標アシストトルクを算出するステアリング戻し制御手段としてのステアリング戻し制御部２４と、そのステアリング戻し制御部２４の出力を所定のリミット値以下に制限して出力するトルクリミッター２５と、そのトルクリミッター２５の出力に基づいて電動モータ１を駆動制御するモータ駆動制御手段としてのモータ駆動制御部２６と、を備えている。

基本目標アシストトルク算出部２３は、操舵トルク信号および車速信号に基づいてアシストベーストルクを算出するアシストベーストルク算出部２３ａと、モータイナーシャ、アシストトルク伝達系の位相遅れを補償し、制御系の安定化を図る位相補償制御トルクを、車速信号および操舵トルク信号に基づいて算出する位相補償制御トルク算出部２３ｂと、車両の収斂性向上のためのモータ回転制御トルクを、モータ回転位置信号および車速信号に基づいて算出するモータ回転制御トルク算出部２３ｃと、それら基本目標アシストトルク算出部２３ａと位相補償制御トルク算出部２３ｂおよびモータ回転制御トルク算出部２３ｃのそれぞれの出力を加算して基本目標アシストトルクを算出する第１加算器２３ｄと、を備えている。なお、図示は省略しているが、周知のように、アシストベーストルク算出部２３ａでは、操舵トルクが大きく、車速が低くなるほど、操舵トルク方向のアシストベーストルクを増大させる三次元のアシストベーストルクマップにより、アシストベーストルクを決定するようになっている。

また、ステアリング戻し制御部２４は、操舵角信号に基づいてステアリング戻し制御トルクを算出するステアリング戻し制御トルク算出部２４ａと、そのステアリング戻し制御トルクを基本目標アシストトルク算出部２３の出力である基本目標アシストトルクに加算して目標アシストトルクを算出する第２加算器２４ｂと、を備えている。

図３は、ステアリング戻し制御トルク算出部２４ａにおいてステアリング戻し制御トルクを算出するためのステアリング戻し制御トルクマップを示す図である。

図３に示すように、ステアリング戻し制御トルク算出部２４ａでは、操舵角の絶対値が予め定めた所定の戻し制御設定角度θｐよりも小さい場合に、反操舵角方向、すなわち転舵輪８ａ，８ｂを進行方向に向ける切り戻し方向にステアリング戻し制御トルクを設定する一方、操舵角の絶対値が戻し制御設定角度θｐよりも大きい場合に、操舵角方向、すなわち転舵輪８ａ，８ｂの角度を増大させる切り込み方向にステアリング戻し制御トルクを設定するようになっている。

具体的には、操舵角の絶対値が、戻し制御設定角度θｐよりも大きく設定した第１設定角度θ１以上となる操舵角領域では、予め定めた操舵角方向の最大戻し制御トルクＴ１がステアリング戻し制御トルクとして設定される。

また、操舵角の絶対値が、第１設定角度θ１よりも小さく、且つ戻し制御設定角度θｐよりも大きい操舵角領域では、操舵角の絶対値が減少するにしたがって操舵角方向のステアリング戻し制御トルクが漸次減少し、操舵角の絶対値が戻し制御設定角度θｐのときにステアリング戻し制御トルクが零に設定される。さらに、操舵角の絶対値が、戻し制御設定角度θｐよりも小さく設定した第２設定角度θ２よりも大きく、且つ戻し制御設定角度θｐよりも小さい操舵角領域では、操舵角の絶対値が減少するにしたがってステアリング戻し制御トルクが反舵角方向に漸次増大する。換言すれば、操舵角の絶対値が第１設定角度θ１よりも小さく第２設定角度θ２よりも大きい操舵角領域において、自然な操舵フィーリングを得るべく、操舵角の絶対値が変化するのにしたがってステアリング戻し制御トルクが連続的に変化するように設定してある。

また、操舵角の絶対値が、第２設定角度θ２よりも小さく設定した第３設定角度θ３以上であって、且つ第２設定角度θ２以下である操舵角領域では、予め定めた反舵角方向の最大戻し制御トルクＴ２がステアリング戻し制御トルクとして設定される。

そして、操舵角の絶対値が第３設定角度θ３よりも小さい舵角領域では、舵角の絶対値が減少するにしたがってステアリング戻し制御トルクが漸次減少し、舵角の絶対値が零になるとステアリング戻し制御トルクが零に設定されることになる。

図４は、操舵角−操舵トルク特性を示すグラフであって、本実施の形態における操舵角−操舵トルク特性を実線で示している一方、ステアリング戻し制御部を有しないパワーステアリング装置の操舵角−操舵トルク特性を比較例として破線で示している。

以上のように構成したパワーステアリング装置では、図４に示すように、転舵後の切り戻し時において、大舵角時には、ステアリング戻し制御トルクが操舵角方向に設定され、操舵トルクが比較例よりも小さくなる一方、小舵角時には、ステアリング戻し制御トルクが反舵角方向に設定され、反操舵角方向の操舵トルクが比較例よりも大きくなる。

すなわち、本実施の形態によれば、セルフアライニングトルクが比較的強く働く大舵角時には、ステアリング戻し制御トルクを操舵角方向に設定することにより、保舵力および操舵トルクの増大を抑制して運転者の負担を軽減することができる一方、セルフアライニングトルクが比較的小さくなる小舵角時には、ステアリング戻し制御トルクを反操舵角方向に設定することにより、転舵後の切り戻し時における操舵角の戻り性を改善することができる。

図５は、上述した第１の実施の形態におけるステアリング戻し制御トルクマップの変形例を示す図である。

図５に示す変形例では、操舵角の絶対値が第３設定角度θ３以上であって戻し制御設定角度θｐよりも小さいときに、ステアリング戻し制御トルクとして反操舵角方向の最大戻し制御トルクＴ２を設定するようになっている点で第１の実施の形態と異なっている。つまり、この変形例では、転舵後の切り戻し時において、操舵角の絶対値が戻し制御設定角度θｐよりも小さくなった場合に、ステアリング戻し制御トルクを反操舵角方向に漸増させるのではなく、反操舵角方向のステアリング戻し制御トルクを最大戻し制御トルクＴ２まで即座に増加させることになる。

また、この変形例では、操舵角の絶対値が、第１設定角度θ１よりも小さく戻し制御設定角度θｐよりも大きく設定した第４設定角度θ４以下であって、且つ戻し制御設定角度θｐ以上である操舵角領域において、ステアリング戻し制御トルクを零に設定するようになっている点でも第１の実施の形態と異なっている。なお、他の部分は上述した第１の実施の形態と同様であって、操舵角の絶対値が、第４設定角度θ４よりも大きく、且つ第１設定角度θ１よりも小さい操舵角領域においては、操舵角の絶対値が減少するのに伴って、操舵角方向のステアリング戻し制御トルクを漸減させるようになっている。

つまり、この変形例では、転舵後の切り戻し時において、第１の実施の形態と比較して早期にステアリング戻し制御トルクが零に設定される上、反操舵角方向のステアリング戻し制御トルクの立ち上がりが早くなる。これにより、操舵角の戻り性がより向上するメリットがある。

図６は、上述した第１の実施の形態におけるステアリング戻し制御トルクマップの別の変形例を示す図である。

図６に示す変形例では、操舵角の絶対値が戻し制御設定角度θｐ以上の操舵角領域において、ステアリング戻し制御トルクを操舵角方向に設定せず、零に設定するようにしたものであり、他の部分は上述した第１の実施の形態と同様である。

この変形例によれば、大舵角時における操舵トルクおよび保舵力が過度に小さくなることを防止することにより、運転者が操舵操作に対する手応えを強く感じるようになるから、操舵フィーリングが向上するメリットがある。

図７，８は本発明の第２の実施の形態を示す図であって、図７はコントロールユニットの詳細を示すブロック図、図８は図７のステアリング戻し制御トルク算出部におけるステアリング戻し制御トルクマップを示す図である。

図７，８に示す第２の実施の形態では、コントロールユニット２７のうちステアリング戻し制御手段としてのステアリング戻し制御部２８が、ステアリング戻し制御トルク算出部２８ａにより、操舵角に加えて車速を考慮してステアリング戻し制御トルクを算出する点で上述した第１の実施の形態と異なっている。なお、ステアリング戻し制御部２８が、第２加算器２８ｂによって基本目標アシストトルクにステアリング戻し制御トルクを加算するようになっている点は上述した第１の実施の形態と同様であるほか、他の部分も上述した第１の実施の形態と同様である。

詳しくは図８に示すように、ステアリング戻し制御トルク算出部２８ａは、操舵角方向の最大戻し制御トルクを、第１最大戻し制御トルクＴ３から第２最大戻し制御トルクＴ４までの範囲で車速に応じて連続的に変化させるようになっている。

具体的には、セルフアライニングトルクが弱くなる低速走行時には、操舵角方向の最大戻し制御トルクを比較的小さく設定した第１最大戻し制御トルクＴ３とする一方、セルフアライニングトルクが強く働く高速走行時には、操舵角方向の最大戻し制御トルクを第１最大戻し制御トルクＴ３よりも大きく設定した第２最大戻し制御トルクＴ４とすることで、高速走行時における運転者の負担を軽減するようになっている。

より詳しくは、低速走行時には、操舵角の絶対値が、戻し制御設定角度θｐ以上であって、且つ第１設定角度θ１以下の操舵角領域において、操舵角の絶対値の増加に伴ってステアリング戻し制御トルクを漸増させることになる。一方、高速走行時には、操舵角の絶対値が、戻し制御設定角度θｐ以上であって、且つ第１設定角度θ１よりも大きく設定した第５設定角度θ５以下の操舵角領域において、低速走行時と同様の勾配でステアリング制御トルクを操舵角の絶対値に応じて変化させることになる。

したがって、この第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と略同様の効果が得られるのは勿論のこと、車速によるセルフアライニングトルクの変化に応じて操舵角方向の最大戻し制御トルクを変化させることにより、特に高速走行時における運転者の負担をより軽減することができる。

なお、以上の各実施の形態ではいわゆる電動油圧式のパワーステアリング装置に本発明を適用した例を示したが、例えば本発明の第３の実施の形態として図９に示すように、いわゆる電動式のパワーステアリング装置にも同様に本発明を適用可能である。

図９に示す電動式のパワーステアリング装置は、電動モータ３３がウォーム減速機構２９を介してステアリングシャフト５を回転駆動するものであって、コントロールユニット３０が、トルク検出手段たる操舵トルクセンサ３１とモータ回転位置センサ３３ａおよび車速センサ２１の出力に基づき、上述した第１の実施の形態と略同様に電動モータ１を駆動制御するようになっている。なお、図９における３２はラック軸の位置を検出するための位置センサである。

また、この第３の実施の形態におけるコントロールユニット３０では、モータ回転位置センサ３３ａの出力に基づいて算出した操舵角に基づき、ステアリング戻し制御トルクを算出することになる。つまり、モータ回転位置センサ３３ａが操舵角検出手段を兼ねている。

したがって、この第３の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と略同様の効果が得られる。

ここで、上記各実施の形態から把握される技術的思想であって、特許請求の範囲に記載していないものを、その効果とともに以下に記載する。

（１）上記ステアリング戻し制御手段は、上記操舵角が上記戻し制御設定角度以上のときに、上記ステアリング戻し制御トルクを零に設定するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

（１）に記載の技術的思想では、大舵角時に操舵トルクおよび保舵力が過度に小さくなることを防止し、操舵操作に対する手応えを運転者に強く与えることで、操舵フィーリングが向上するメリットがある。

（２）上記ステアリング戻し制御手段は、上記操舵角が上記戻し制御設定角度よりも大きく設定した第１設定角度よりも小さく、且つ上記戻し制御設定角度よりも小さく設定した第２設定角度よりも大きい操舵角領域において、上記操舵角の変化に応じて上記ステアリング戻し制御トルクを連続的に変化させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

（２）に記載の技術的思想では、上記操舵角の変化に応じて上記ステアリング戻し制御トルクを連続的に変化させることにより、運転者に違和感を与えることを防止して操舵フィーリングを向上させることができる。

（３）車両の走行速度を検出する車速センサをさらに備えていて、上記ステアリング戻し制御手段は、上記車速センサの出力に応じて上記ステアリング戻し制御トルクを変化させるようになっていることを特徴とする請求項１または（２）に記載のパワーステアリング装置。

（３）に記載の技術的思想では、車両の走行速度によって変化するセルフアライニングトルクに応じて上記ステアリング戻し制御トルクを変化させることにより、操舵フィーリングをより向上させることができる。

（４）上記ステアリング戻し制御手段は、上記操舵角が上記戻し制御設定角度よりも大きい操舵角領域において、操舵角方向の上記ステアリング戻し制御トルクを、車両の走行速度の増加に伴って増加させるようになっていることを特徴とする（３）に記載のパワーステアリング装置。

（４）車両の走行速度とともに増加するセルフアライニングトルクに応じ、上記ステアリング戻し制御トルクを操舵角方向で増加させることにより、高速走行時における運転者の負担を軽減することができる。

１…電動モータ
５…ステアリングシャフト（操舵軸）
８ａ，８ｂ…転舵輪
９…操舵トルク・操舵角センサ（トルク検出手段、操舵角検出手段）
２３…基本目標アシストトルク算出部（基本目標アシストトルク算出手段）
２４…ステアリング戻し制御部（ステアリング戻し制御手段）
２６…モータ駆動制御部（モータ駆動制御手段）
２８…ステアリング戻し制御部（ステアリング戻し制御手段）
３１…操舵トルクセンサ（トルク検出手段）
３３…電動モータ
３３ａ…モータ回転位置センサ（操舵角検出手段）
θｐ…戻し制御設定角度

Claims (1)

1. 操舵軸に作用する操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   操舵軸の回転位置である操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   転舵輪にアシスト力を付与するための電動モータと、
   上記トルク検出手段の出力に基づいて基本目標アシストトルクを算出する基本目標アシストトルク算出手段と、
   上記操舵角検出手段の出力に基づいてステアリング戻し制御トルクを算出し、そのステアリング戻し制御トルクを上記基本目標アシストトルクに加算して目標アシストトルクを算出するステアリング戻し制御手段と、
   上記目標アシストトルクに基づいて上記モータを駆動制御するモータ駆動制御手段と、
   を備えていて、
   上記ステアリング戻し制御手段は、上記操舵角が予め定めた戻し制御設定角度よりも小さいときに、上記ステアリング戻し制御トルクを反操舵角方向に設定する一方、上記操舵角が上記戻し制御設定角度以上のときに、上記ステアリング戻し制御トルクを操舵角方向に設定するようになっていることを特徴とするパワーステアリング装置。

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