JP6467175B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に設けられる電動パワーステアリング装置に関し、特にアシスト方向が反転する際の操舵フィーリングを改善したものに関する。

電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵操作のトルクを検出し、検出トルクに応じて電動モータによってアシストトルクを発生させるものである。
このような電動パワーステアリング装置においては、例えば据え切り（車両が停止状態における操舵操作）や急操舵時など大きなアシストトルクが必要な場合に備えて、ウォームギヤを利用したトルク増幅機構を設けることが知られている。

このようにウォームギヤを介してトルクを増幅し、電動モータで操舵力をアシストする場合、ステアリングを切り増す場合と切り戻す場合とで操舵角に対する操舵トルクが異なってしまい、操舵力の左右差として操舵フィーリングが悪化する場合がある。
このような現象の原因の一つに、アシストモータからウォームギヤ及びウォームホイールへの入力方向が反転することが挙げられる。
例えば、切り増し後に切り戻す場合や、右方向への操舵から左方向への操舵へ切り返す場合には、荷重が必ず反転することになり、操舵フィーリング悪化の原因となっていた。

電動パワーステアリング装置の切り返し操舵時における操舵フィーリング改善に関する従来技術として、例えば特許文献１には、切り返し操舵が検出された際に、モータへの駆動電力の供給を、フィードバック制御からオープンループ制御へ切り換えることが記載されている。

特開２００８−１２０２６５号公報

しかし、特許文献１に記載された技術のように、制御によって操舵フィーリングの改善を図ったものにおいても、切り返し時には実際にモータとウォームギヤとの間の荷重方向（トルク伝達方向）の反転が生じることは避けられず、その影響を完全に排除することは困難である。
上述した本発明の課題は、アシスト方向が反転する際の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、ステアリングホイールが接続されたステアリングシャフトの回転に応じて車両の左右前輪を操向する操舵機構と、前記ステアリングホイールからの操舵操作に応じて前記操舵機構へアシストトルクを付与する第１のモータ及び第２のモータと、前記第１のモータ及び前記第２のモータがそれぞれ発生するトルクを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アシストトルクの付与が実質的に不要である場合には前記第１のモータ及び前記第２のモータに操舵方向が反対でありかつ実質的に同等のトルクを発生させ、所定のアシスト方向への前記アシストトルクの付与が必要となった場合には前記第１のモータ及び前記第２のモータのうち前記アシスト方向へのトルクを発生している側のモータのトルクを他方のモータに対して増加させるとともに、前記第１のモータのトルク発生方向及び前記第２のモータのトルク発生方向を、車両の走行中常時一定かつ反対方向となるように維持することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
これによれば、第１のモータ、第２のモータから操舵機構へ動力を伝達する機構のトルク伝達方向の反転が生じることがないため、アシスト方向が反転する場合であっても反転前後の特性差を抑制することができ、操舵フィーリングを改善することができる。

以上説明したように、本発明によれば、アシスト方向が反転する際の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明を適用した電動パワーステアリング装置の実施例の構成を示す図である。 実施例の電動パワーステアリング装置における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の一例を示すグラフである。 実施例の電動パワーステアリング装置における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の他の例を示すグラフである。 本発明の参考例である電動パワーステアリング装置における切り増し時及び切り戻し時のステアリング舵角と操舵トルク及びラック変位の推移を模式的に示す図である。

本発明は、アシスト方向が反転する際の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供する課題を、第１モータ及び第２モータを有する２モータの構成にするとともに、各モータに常時反対方向のトルクを発生させ、アシストトルクが必要な際は操舵操作方向へのトルクを出力しているモータのトルクを他方のモータに対して増加させることによって解決した。

以下、本発明を適用した電動パワーステアリング装置の実施例について説明する。
実施例の電動パワーステアリング装置は、例えば乗用車等の四輪自動車に設けられ、ドライバが前輪を操舵（操向）する際にアシストトルクを発生させるものである。

図１は、実施例の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１は、左前輪ＷＬ、右前輪ＷＲをそれぞれ車軸回りに回転可能に支持する左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒを、所定の操向軸線（仮想キングピン軸線）回りに回動させるラックアンドピニオン式の操舵機構を有する。
左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒは、左右前輪が固定されるハブを回転可能に支持するハブベアリングを収容し、保持する部材である。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２０、ステアリングコラム３０、ラック４０、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０、第１モータ７０、第２モータ８０、電動パワーステアリング装置制御ユニット（ＥＰＳＣＵ）１００等を有して構成されている。

ステアリングホイール２０は、ドライバに対向して配置された円環状のリムを有し、ドライバが中心軸回りに左右に回転させることによって、操舵操作を入力する入力部である。
ステアリングコラム３０は、ステアリングホイール２０の回転を第１ピニオンシャフト５０に伝達する回転軸であるステアリングシャフトを備えている。
ステアリングコラム３０には、トルクセンサ３１が設けられている。
トルクセンサ３１は、ステアリングシャフトの途中に配置されたトーションバーの捩じれを検出することによって、ステアリングホイール２０にドライバが入力する操舵トルク（あるいはドライバがステアリングホイール２０から受ける反力）を検出するものである。

ラック４０は、車幅方向に沿って延在しかつ図示しない車体に対して車幅方向に移動可能に支持された棒状の部材に、ラック歯の歯切り加工を施して構成されている。
ラック４０の左右端部は、左右タイロッド４１Ｌ、４１Ｒを介して、左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒのナックルアーム部に接続されている。
ラック４０は、ステアリングホイール２０の回転と連動し、車体に対して左右に相対変位することによって、左右タイロッド４１Ｌ、４１Ｒを押し引きし、左前輪ＷＬ、右前輪ＷＲを転舵させる。

第１ピニオンシャフト５０は、ステアリングコラム３０のステアリングホイール２０とは反対側の端部に設けられた回転軸状の部材である。
第１ピニオンシャフト５０は、ラック４０のラック歯と噛合うピニオンギヤ部を有し、ラック４０は、第１ピニオンシャフト５０の回転に応じて車幅方向に直進運動する。
第１ピニオンシャフト５０は、ステアリングコラム３０の回転をラック４０に伝達するとともに、第１モータ７０のトルクをラック４０に伝達する部材である。

第２ピニオンシャフト６０は、第１ピニオンシャフト５０とは車幅方向に離間した位置に設けられた回転軸状の部材である。
第２ピニオンシャフト６０は、ラック４０のラック歯と噛合うピニオンギヤ部を有する。
第２ピニオンシャフト６０は、第２モータ８０のトルクをラック４０に伝達する部材である。

第１モータ７０、第２モータ８０は、それぞれ伝達機構７１，８１を介して、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０にトルクを与えるアクチュエータである。
第１モータ７０、第２モータ８０として、例えば、ＤＣブラシレスモータ等の電動モータが用いられる。

伝達機構７１，８１は、第１モータ７０、第２モータ８０の出力軸に接続されたウォームギヤ、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０に接続されたウォームホイール、及び、これらを収容し回転可能に支持するハウジング等を有して構成されている。
伝達機構７１，８１は、第１モータ７０、第２モータ８０の回転出力を減速するとともにトルクを増幅して第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０にそれぞれ伝達する。
第１モータ７０及び第２モータ８０、伝達機構７１，８１は、出力特性、減速比、内部摩擦及び伝達効率などが実質的に同様となるように設計されている。

ＥＰＳＣＵ１００は、トルクセンサ３１の出力に基づいて、第１モータ７０、第２モータ８０の目標トルクを演算し、各モータの発生トルクが目標トルクと実質的に一致するように供給電力を制御するものである。
ここで、第１モータ７０、第２モータ８０が発生するトルクの和（同方向にトルクを発生させる場合）あるいは差分（逆方向にトルクを発生させる場合）がラック４０に付与されるアシストトルクとなる。
また、ＥＰＳＣＵ１００は、各モータの回転方向及び回転速度を判定可能となっている。

次に、実施例の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。
図２は、実施例の電動パワーステアリング装置における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の一例を示すグラフである。
図３は、実施例の電動パワーステアリング装置における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の他の例を示すグラフである。
図２，３において、横軸は時間を示し、縦軸は第１モータ７０、第２モータ８０が発生するトルクを示している。
図２，３において、第１モータ７０、第２モータ８０のトルクをそれぞれ実線及び破線で図示する。

また、第１モータ７０、第２モータ８０がそれぞれ発生するトルクは、逆方向となるように制御される。
すなわち、例えば第１モータ７０は右転舵方向、第２モータ８０は左転舵方向へのトルクを発生する構成とすることができ、また、この反対方向としてもよい。

図２に示す例は、直進状態で走行後、時間ｔ１において右転舵を開始し、時間ｔ２から切り戻しへ移行して時間ｔ３で直進状態に戻り、その後時間ｔ４において左転舵を開始し、時間ｔ５から切り戻しへ移行して時間ｔ６で直進状態に戻る場合を示している。

時間ｔ１までは、第１モータ７０は右転舵方向、第２モータ８０は左転舵方向への比較的小さなトルクを発生しており、これらが釣り合った直進状態となっている。
その後、時間ｔ１において、トルクセンサ３１が右方向への転舵操作によるトルクを検出すると、ＥＰＳＣＵ１００は、第２モータ８０のトルクは現状維持したまま、第１モータ７０のトルクのみが増加するよう、第１モータ７０の出力トルク指示値を設定する。
これによって第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの釣合は崩れ、右方向へのアシストトルク（第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの差分）が発生する。
また、時間ｔ２からの切り戻し時には、第２モータ８０のトルクは現状維持したまま、第１モータ７０のトルクを減少し、最終的には時間ｔ３において第２モータ８０のトルクと釣り合って直進状態に復帰する。

その後、時間ｔ４において、トルクセンサ３１が左方向への転舵操作によるトルクを検出すると、ＥＰＳＣＵ１００は、第１モータ７０のトルクは現状維持したまま、第２モータ８０のトルクのみが増加するよう、第２モータ８０の出力トルク指示値を設定する。
これによって第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの釣合は崩れ、左方向へのアシストトルク（第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの差分）が発生する。
また、時間ｔ５からの切り戻し時には、第１モータ７０のトルクは現状維持したまま、第２モータ８０のトルクを減少し、最終的には時間ｔ６において第１モータ７０のトルクと釣り合って直進状態に復帰する。

図３に示す例は、直進状態で走行後、時間ｔ１において右転舵を開始し、その後時間ｔ２において急激に切り戻し、そのまま左転舵へ切り返す場合を示している。
図２の場合と同様に、ｔ１までは、第１モータ７０は右転舵方向、第２モータ８０は左転舵方向への比較的小さなトルクを発生しており、これらが釣り合った直進状態となっている。
その後、時間ｔ１において、トルクセンサ３１が右方向への転舵操作によるトルクを検出すると、ＥＰＳＣＵ１００は、第２モータ８０のトルクは現状維持したまま、第１モータ７０のトルクのみが増加するよう、第１モータ７０の出力トルク指示値を設定する。

その後、時間ｔ２以降の切り返し時においては、先ず第１モータ７０のトルクを低下させ、時間ｔ３において実質的に第２モータ８０のトルクと同等となり右方向へのアシストトルクが消失するのと実質的に同時に、第２モータ８０のトルクを増加させ、左方向へのアシストトルクを発生させる。
これら図２、図３に示す例のように、ＥＰＳＣＵ１００は、第１モータ７０及び第２モータ８０の出力トルク方向を、常時反対方向かつ一定（不変）となるように制御する。

なお、ＥＰＳＣＵ１００は、第１モータ７０、第２モータ８０のいずれか一方の故障を検出した場合には、いずれか正常な側のモータのみを利用して、単一のモータによって左右両側へのアシストトルクを発生させる既存の１モータ式の電動パワーステアリング装置と同様の制御を行う。

次に、上述した本実施例の効果を、以下説明する本発明の参考例と比較して説明する。
図４は、本発明の参考例である電動パワーステアリング装置における切り増し時及び切り戻し時のステアリング舵角と操舵トルク及びラック変位の推移を模式的に示す図である。
参考例の電動パワーステアリング装置は、単一のモータによって左右両方向へのアシストトルクを発生させる既存の電動パワーステアリング装置である。
図４において、横軸はステアリングホイール２０の舵角を示し、縦軸はステアリングホイール２０の操舵トルク及びラック４０の車幅方向変位を示している。
操舵トルク及びラック変位をそれぞれ実線及び破線で示す。

図４に示すように、１モータ構成の電動パワーステアリング装置においては、操舵方向が変化する切り返し時においてモータ及びモータ出力をラックに伝達する伝達機構のトルク伝達方向の反転が生じるため、舵角が増加する切り増し時と舵角が減少する切り戻し時とで操舵トルクの変化が生じることは避けられない。

これに対し、本実施例によれば、第１モータ７０及び第２モータ８０それぞれのトルク発生方向を常時反対向きかつ一定とすることによって、第１モータ７０、第２モータ８０から操舵機構へ動力を伝達する伝達機構７１，７２のトルク伝達方向の反転が生じることがないため、アシスト方向が反転する場合であっても反転前後の特性差を抑制することができ、操舵フィーリングを改善することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
電動パワーステアリング装置の具体的構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例の電動パワーステアリング装置は、ラックに直接アシスト力を伝達するラックアシスト型のものであるが、これに限らず、ピニオンシャフト、ステアリングコラムにそれぞれアシスト力を伝達するピニオンアシスト型、コラムアシスト型の構成としてもよい。

１ 電動パワーステアリング装置
ＷＲ 右前輪 ＷＬ 左前輪
１０Ｒ 右ハウジング １０Ｌ 左ハウジング
２０ ステアリングホイール ３０ ステアリングコラム
３１ トルクセンサ ４０ ラック
４１Ｌ，４１Ｒ タイロッド
５０ 第１ピニオンシャフト ６０ 第２ピニオンシャフト
７０ 第１モータ ７１ 伝達機構
８０ 第２モータ ８１ 伝達機構
１００ 電動パワーステアリング装置制御ユニット（ＥＰＳＣＵ）

Claims (1)

1. ステアリングホイールが接続されたステアリングシャフトの回転に応じて車両の左右前輪を操向する操舵機構と、
   前記ステアリングホイールからの操舵操作に応じて前記操舵機構へアシストトルクを付与する第１のモータ及び第２のモータと、
   前記第１のモータ及び前記第２のモータがそれぞれ発生するトルクを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記アシストトルクの付与が実質的に不要である場合には前記第１のモータ及び前記第２のモータに操舵方向が反対でありかつ実質的に同等のトルクを発生させ、所定のアシスト方向への前記アシストトルクの付与が必要となった場合には前記第１のモータ及び前記第２のモータのうち前記アシスト方向へのトルクを発生している側のモータのトルクを他方のモータに対して増加させるとともに、前記第１のモータのトルク発生方向及び前記第２のモータのトルク発生方向を、車両の走行中常時一定かつ反対方向となるように維持すること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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