WO2010150746A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2010150746A1
WO2010150746A1 PCT/JP2010/060474 JP2010060474W WO2010150746A1 WO 2010150746 A1 WO2010150746 A1 WO 2010150746A1 JP 2010060474 W JP2010060474 W JP 2010060474W WO 2010150746 A1 WO2010150746 A1 WO 2010150746A1
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WO
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steering
steering angle
motor
ecu
rotational torque
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/060474
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
寺田　真介
東頭　秀起
吉井　康之
前田　直樹
中野　史郎
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ジェイテクト filed Critical 株式会社ジェイテクト
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Priority to US13/380,196 priority patent/US8684129B2/en
Priority to EP10792064.7A priority patent/EP2447134B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus mounted on a vehicle such as a car and generating a steering assist force by a motor based on a steering torque.
  • the electric power steering apparatus is configured to transmit a steering assist force from the motor to the steering mechanism via the reduction mechanism.
  • the reduction gear mechanism includes a drive gear and a driven gear meshing therewith. There is a backlash at the meshing portion between the gears for smooth meshing. When there is a reverse input from the road surface to the steering mechanism, an unpleasant rattle noise may be generated due to the collision of the teeth of the gears due to this backlash. In particular, when the gear is not made of synthetic resin but made of metal, loud rattle noise is likely to occur.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose an electric power steering apparatus in which a special device is applied around the gear in order to prevent such rattling noise.
  • One of the objects of the present invention is to provide an electric power steering apparatus capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure.
  • One of the features of the present invention is that in the electric power steering apparatus, there is no backlash in one direction between the drive gear and the driven gear of the reduction mechanism, and the direction of the rotational torque is reversed in the other direction under predetermined conditions. And a controller for switching to a state without backlash.
  • FIG. 1 It is a figure showing a schematic structure of an electric power steering device concerning an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram (conceptual view) of the gear of the reduction gear mechanism which shows the state where backlash BL exists in both directions. It is a schematic diagram (conceptual view) of the gear of the reduction gear which shows the state where there is no backlash BL in one direction. It is a schematic diagram (conceptual view) of the gear of the reduction gear which shows the state where backlash BL to the other direction is absent. It is a flowchart of the control regarding the steering performed by ECU in 1st Embodiment. It is a figure for demonstrating the change of the steering angle in the range of the steering torque which defines a dead zone.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a steering wheel 1 is connected to a first steering shaft 2.
  • the first steering shaft 2 is connected to the second steering shaft 4 via the torsion bar 3.
  • the steering assist force by the rotation of the motor 6 is applied to the second steering shaft 4 via the speed reduction mechanism 5.
  • the reduction gear mechanism 5 has a drive gear 5a rotationally driven by the motor 6, and a driven gear 5b meshing with the drive gear 5a to apply a steering assist force to the steering mechanism.
  • both gears 5a, 5b are made of metal.
  • a pinion 7 is formed at the lower end of the second steering shaft 4.
  • the pinion 7 meshes with the rack 8.
  • a steering angle can be given to the steered wheels (generally front wheels) 9 by moving the rack 8 in the axial direction (lateral direction of the paper surface).
  • the steering mechanism 100 has a steering wheel 1, a first steering shaft 2, a torsion bar 3, a second steering shaft 4, a pinion 7 and a rack 8.
  • the torsion of the torsion bar 3 (the relative rotation angle difference between the first steering shaft 2 and the second steering shaft 4), that is, the steering torque is detected by the torque detection device 10.
  • the output of the torque detection device 10 is input to an ECU (Electronic Control Unit) 12 as a control device.
  • a steering angle detection device 11 for detecting the steering angle of the second steering shaft 4 is provided, and the output thereof is input to the ECU 12.
  • the steering angle means the output of the steering angle detection device 11.
  • the steering angle is also an angle corresponding to the turning angle of the steering wheel 9.
  • the vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 13 is also input to the ECU 12.
  • the ECU 12 drives the motor 6 to generate a necessary steering assist force based on the steering torque and the vehicle speed.
  • FIG. 2A to 2C are schematic views (conceptual views) of the gears of the reduction mechanism 5.
  • the diameter, shape, number of teeth, etc. of the gears do not correspond faithfully to the real thing.
  • the teeth of the drive gear 5a and the driven gear 5b do not abut each other, and thus the drive is performed.
  • the backlash BL is in both directions of the teeth of the gear 5a. In this state, when the reverse input is transmitted from the road surface to the driven gear 5b, the teeth of the driven gear 5b strike the teeth of the driving gear 5a, and rattle noise is generated.
  • the ECU 12 controls the motor 6 so that the teeth of the drive gear 5a lightly abut the teeth of the driven gear 5b.
  • “light” is the extent to which the motor 6 does not drive the driven gear 5b.
  • the ECU 12 controls the motor 6 to generate a minute rotational torque insufficient to drive the driven gear 5b in the clockwise direction. Therefore, such a state, that is, a state in which there is no backlash in one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b is realized. In this state, the rotational torque of the drive gear 5a is smaller than the static friction torque for moving the driven gear 5b.
  • the driven gear 5b when torque equal to or greater than the static friction torque acts on the driven gear 5b in the counterclockwise direction due to the influence of the road surface etc., the driven gear 5b may slightly move in the same direction. At this time, the drive gear 5a rotates in the clockwise direction so as to back up the fine movement of the driven gear 5b or follow the fine movement of the driven gear 5b. When such a phenomenon occurs, the driven gear 5b is gradually rotated, which may cause the vehicle to deviate. Therefore, as shown in FIG. 2C, the ECU 12 performs control to reverse the direction of the rotational torque of the motor 6 under a predetermined condition and to switch to a state in which there is no backlash in the other direction.
  • the ECU 12 performs control to reverse the direction of the rotational torque of the motor 6 under a predetermined condition and to switch to a state in which there is no backlash in the other direction.
  • FIG. 3 is a flowchart of control related to steering performed by the ECU 12.
  • the ECU 12 first determines whether or not steering is in progress (step S1). Specifically, based on the output of the torque detection device 10, the ECU 12 determines that steering is not performed if the steering torque by the driver is within a predetermined range equivalent to non-steering, and performs steering if the steering torque is out of the predetermined range. It is determined that
  • FIG. 11 is a graph showing an example of the relationship between the steering torque (the output of the torque detection device 10) and the steering assist force.
  • the steering torque absolute value of the output of the torque detection device 10
  • the motor it is possible to cause the motor to generate a minute rotational torque which is insufficient for driving the driven gear 5b within the range of the dead zone.
  • step S1 When it is determined that the driver is steering (step S1: YES), the ECU 12 performs normal calculation processing based on the steering torque and the vehicle speed (step S2), and generates the necessary steering assist force. Are driven (step S3). During steering, the assist control at these steps S1 to S3 is repeatedly executed, and the necessary steering assist force is applied to the pinion 7.
  • step S4 the ECU 12 determines whether or not the execution of step S4 is the first time, or whether or not steering was performed last time and this is the first non-steering state this time.
  • the ECU 12 proceeds to step S7 and starts measuring time.
  • the ECU 12 determines whether a predetermined time (for example, about 5 seconds) has elapsed (step S5). The first is, of course, "NO", and the ECU 12 sets a minute current (step S6). If the non-steering has been continued since the previous time (NO in step S4) and the predetermined time has not elapsed (NO in step S5), the ECU 12 maintains a minute current (step S6).
  • the minute current is a current for causing the motor 6 to generate a minute rotational torque which is insufficient to drive the driven gear 5b.
  • the ECU 12 drives the motor 6 with the set minute current (step S3), and returns to step S1.
  • the ECU 12 executes steps S4, S5 and S6 to maintain the motor drive with a minute current (step S3).
  • steps S4, S5 and S6 to maintain the motor drive with a minute current (step S3).
  • step S5 If a predetermined time elapses while repeatedly executing steps S1, S4, S5, S6, and S3 ("YES" in step S5), the ECU 12 sets the sign of the minute current in the opposite direction to set the direction of the rotational torque. It reverses (step S8). Then, the ECU 12 resets and starts the time (step S9), drives the motor 6 (step S3), and returns to step S1.
  • step S3 if the non-steering state does not change, the ECU 12 executes steps S4, S5, and S6 to maintain the motor drive with a minute current (step S3). In this way, there is no backlash in the other direction opposite to the above one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b (FIG. 2C or FIG. 2B).
  • step S1 when the steering is changed from the non-steering state, the ECU 12 immediately proceeds from step S1 to step S2, performs normal calculation processing (step S2), and drives the motor 6 (step S3). Thereafter, when the steering state is changed back to the non-steering state, the ECU 12 proceeds from step S4 to step S7, and resets and starts time. Thereafter, the above-described processing is performed similarly.
  • the structure of the reduction mechanism 5 is not manipulated, and the generation of rattling noise is suppressed only by the control by the ECU 12. That is, it is possible to provide an electric power steering device capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure. Further, by suppressing the generation of rattling noise, metal gears can be adopted for the reduction mechanism 5, so that high strength and miniaturization of the gears can be achieved.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the change of the steering torque (the output value of the steering angle detection device 11) within the range of the amount of twist of the torsion bar 3, that is, the steering torque defining the dead zone of FIG.
  • the steering angle is represented by the left and right opposite signs (positive on the right and negative on the left) with respect to the center position (0).
  • ⁇ N and ⁇ N are boundary values used in the processing described later.
  • FIG. 5 is a flowchart of control related to steering performed by the ECU 12. In the drawing, steps S11, S12, and S13 respectively perform the same processing as steps S1, S2, and S3 in FIG.
  • step S11 when it is determined in step S11 that the driver is not steering, the ECU 12 executes a process (steps S14 to S21) for rattle noise suppression different from the normal assist control.
  • the ECU 12 determines whether the steering angle direction flag is set to 0: left or 1: right (step S14).
  • the steering angle direction flag is information indicating which of the left and right areas the steering angle was stored immediately before.
  • the steering angle when not steering is an output value of the steering angle detection device 11 when the second steering shaft 4 is rotated by the reverse input from the road surface.
  • the ECU 12 determines whether the current steering angle is on the right (larger) than ⁇ N in FIG. 4 (step S15). Then, the ECU 12 sets the steering angle direction flag to 1: right when the current steering angle is on the right of ⁇ N (step S17). Conversely, if the steering angle is ⁇ N or more to the left, the ECU 12 does not change the steering angle direction flag.
  • the meaning of these steps S14, S15 and S17 is that even if the steering angle exceeds the center position from the left, the ECU 12 still sets the steering angle direction flag to 0: left if the steering angle does not become the right exceeding ⁇ N.
  • the ECU 12 treats the steering angle direction flag as 1: right only when the steering angle exceeds the steering angle ⁇ N. That is, the range of 0 to ⁇ N is a hysteresis area where the steering angle is in the right area, but when the steering angle comes from the left, the ECU 12 treats the steering angle direction flag as not being the right area yet.
  • step S14 the ECU 12 determines whether the current steering angle is to the left of - ⁇ N in FIG. 4 (step S16). Then, the ECU 12 sets the steering angle direction flag to 0: left when the current steering angle is on the left of - ⁇ N (step S18). Conversely, if the steering angle is - ⁇ N or more, the ECU 12 does not change the steering angle direction flag.
  • steps S14, S16 and S18 are that, even if the steering angle exceeds the center position from the right, the ECU 12 still keeps the steering direction flag 1: if the steering angle does not become the left exceeding - ⁇ N: 1: right
  • the ECU 12 treats the steering angle direction flag as 0: left only when the steering angle exceeds the left by more than ⁇ N. That is, in the range of 0 to - ⁇ N, although the steering angle is in the left region, when the steering angle comes from the right, the ECU 12 controls the steering angle direction flag to 0: a hysteresis region treated as not being the left region. It is.
  • the ECU 12 determines whether the steering angle direction flag that has undergone the above processing is set to 0: left or 1: right (step S19).
  • the ECU 12 sets a minute current in step S20.
  • the ECU 12 drives the motor 6 (step S13).
  • the steering angle direction flag is 1: right in step S19
  • the ECU 12 sets the minute current in step S21.
  • the ECU 12 drives the motor 6 (step S13).
  • the rotational torque of the motor 6 is controlled by the ECU 12 so as to be directed to the center position of the steering angle.
  • the direction of the rotational torque is reversed by the ECU 12 as the steering angle exceeds the boundary value from the region considered to be one side on the left and the other side.
  • the ECU 12 can prevent the driven gear 5b from rotating gradually away from the central position of the steering angle, and can always be directed to the central position.
  • the structure of the reduction mechanism 5 is not manipulated, and the generation of rattling noise is suppressed only by the control by the ECU 12. That is, it is possible to provide an electric power steering device capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure. Further, by suppressing the generation of rattling noise, metal gears can be adopted for the reduction mechanism, so that high strength and miniaturization of the gears can be achieved.
  • the above-mentioned areas considered to be one side of left and right are continuous events from the past state which was in the area on one side besides the area on one side (coming from left to right, or from right "Came to the left” includes being in a predetermined hysteresis range from the center position to the other side.
  • Such setting of the hysteresis region prevents hunting in which the direction reversal of the rotational torque is frequently performed near the center position.
  • FIG. 6 is a flowchart of control related to steering that is executed by the ECU 12.
  • the ECU 12 first determines whether or not steering is in progress (step S31). Specifically, based on the output of the torque detection device 10, the ECU 12 determines that steering is not performed if the steering torque by the driver is within a predetermined range equivalent to non-steering, and performs steering if the steering torque is out of the predetermined range. It is determined that
  • the ECU 12 determines whether or not the steering state has been changed from the immediately preceding non-steering state (step S32). If it is in the state of steering immediately before (NO in step S32), the ECU 12 performs normal arithmetic processing based on the steering torque and the vehicle speed (step S33), and drives the motor 6 to generate necessary steering assist force ( Step S34). During steering, the assist control at these steps S31 to S34 is repeatedly executed, and the necessary steering assist force is applied to the pinion 7.
  • step S37 the ECU 12 determines whether or not the execution of step S37 is the first time, or whether the steering was last performed and the steering is not performed for the first time this time.
  • the ECU 12 proceeds to step S40 and starts measuring time.
  • the ECU 12 determines whether a predetermined time (for example, about 5 seconds) has elapsed (step S38).
  • the first is, of course, "NO"
  • the ECU 12 sets a minute current (step S39).
  • the ECU 12 maintains the minute current (step S39).
  • the ECU 12 drives the motor 6 with this current (step S34), and returns to step S31.
  • the ECU 12 executes steps S37, S38, and S39 to maintain the motor drive with a minute current (step S34). In this way, there is no backlash in one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b (FIG. 2B or FIG. 2C).
  • step S41 If a predetermined time elapses while repeatedly executing steps S31, S37, S38, S39, and S34 ("YES" in step S38), the ECU 12 reverses the sign of the minute current and reverses the direction of the rotational torque.
  • a vibration component is applied (step S41). Specifically, I1 is replaced with -I1.
  • the ECU 12 resets and starts the time (step S42), and drives the motor 6 (step S34).
  • the direction of the rotational torque of the motor 6 is reversed, and there is no backlash in the other direction opposite to the above one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b (FIG. 2C or 2B).
  • the addition of the vibration component I2_f causes the teeth of the drive gear 5a to abut the teeth of the driven gear 5b while vibrating. Thereby, when the drive gear 5a is reversely rotated from the direction without backlash to the direction with a backlash, the striking noise of the first teeth and the first teeth is mitigated by the vibration component.
  • switching of the state is periodically performed by reversing the direction of the rotational torque of the motor 6 at predetermined time intervals.
  • the generation of rattling noise can be suppressed, and the driven gear 5b can be prevented from rotating gradually in one direction.
  • step S32, S35, and S36 the process for suppressing rattle noise (steps S32, S35, and S36) is executed also when the steering is changed from the non-steering state to the steering state. That is, when the steering state is changed from the non-steering state, the ECU 12 proceeds from step S31 to step S32, and executes step S35 by the determination of "YES" here.
  • step S35 the ECU 12 determines whether the direction in which the teeth of the drive gear 5a are in contact with the teeth of the driven gear 5b (the pressing direction) is the same as or opposite to the steering torque.
  • This determination can be performed, for example, based on the sign of (T ⁇ I_obj) obtained by multiplying the steering torque T (the output value of the torque detection device 10) by the drive current I_obj immediately before the motor 6. That is, the sign of (T ⁇ I_obj) is positive if the pressing direction and the direction of the steering torque are the same as each other, and the sign of (T ⁇ I_obj) is negative if the direction is the reverse direction.
  • step S36 assuming that the opposite direction is established.
  • step S36 is the same as step S41 described above.
  • the structure of the reduction mechanism 5 is not manipulated, and the generation of rattling noise is suppressed only by the control by the ECU 12. That is, an electric power steering apparatus capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure is provided.
  • an electric power steering apparatus capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure is provided.
  • metal gears can be adopted for the reduction mechanism, so that high strength and miniaturization of the gears can be achieved.
  • the striking noise of the teeth and the first striking of the teeth which is generated when the drive gear 5a is reversely rotated from the side without backlash to the side with the backlash, is mitigated by the vibration component.
  • FIG. 7A is a graph showing the sound pressure level at which the teeth of the drive gear 5a strike the teeth of the driven gear 5b when no vibration component as described above is added.
  • FIG. 7B is a graph showing a sound pressure level at which the teeth of the drive gear 5a strike the teeth of the driven gear 5b when the vibration component as described above is added.
  • the addition of the vibration component causes sounds to be generated swarmly, but the peak value is significantly reduced, which leads to the alleviation of the impact sound.
  • the vibration frequency when the frequency is too low, the impact sound reduction effect is weakened, and conversely, when the frequency is too high, the operation noise of the motor 6 becomes large. Therefore, as a value that is neither too low nor too high, around 40 Hz is preferable.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are graphs showing an example of transition of the steering angle. For example, assuming that the control operation of the second embodiment is performed, even if the steering angle changes within the range of the hysteresis region (-.theta.N to .theta.N) as shown in FIG. I can not do it. Conversely, as shown in FIG. 8B, switching frequently occurs when a change in the steering angle frequently occurs that passes through the boundary value of the hysteresis region from one of the left and right directions in the other direction.
  • the shift of the steering angle as shown in FIG. 8A or 8B is likely to occur during traveling on a rough road.
  • switching is performed more frequently than in the case where the switching by the direction reversal of the rotational torque is periodically performed in about 5 seconds as in the first embodiment.
  • FIG. 8A there is a possibility that the vehicle may continue to be biased to either the left or right of the road without switching. Therefore, in the present embodiment, the concept of integration (integration) of the steering angle is introduced, and the control operation is performed based on this.
  • FIG. 9 is a graph showing the concept of integration with respect to the shift of the steering angle as an example. Integration of the steering angle, that is, the areas of oblique lines shown in the figure are integrated on each of the plus side (right side) and the minus side (left side) of the steering angle. Then, when the integrated value reaches the set value, switching by direction reversal of the rotational torque is performed.
  • FIG. 10 is a flowchart of control related to steering performed by the ECU 12.
  • the ECU 12 first determines whether steering is in progress (step S51). Specifically, based on the output of the torque detection device 10, the ECU 12 determines that steering is not performed if the steering torque by the driver is within a predetermined range equivalent to non-steering, and performs steering if the steering torque is out of the predetermined range. It is determined that
  • step S51 If it is determined that the driver is steering (YES in step S51), the ECU 12 performs processing for resetting the integrated value (step S52) and then performs normal calculation processing based on the steering torque and the vehicle speed (step S52). S53) The motor 6 is driven to generate a necessary steering assist force (step S54). During steering, the assist control at these steps S51 to S54 is repeatedly executed, and the necessary steering assist force is applied to the pinion 7.
  • step S55 the ECU 12 executes a process for rattle noise suppression different from the normal assist control.
  • t means the time when step S55 is executed, and the processing speed of the ECU 12 is faster than the change of the steering angle, so the integrated value S of the steering angle corresponds to the area of FIG.
  • the ECU 12 obtains integrated values Sp and Sm on the plus side and the minus side of the steering angle, respectively.
  • the ECU 12 determines whether the integrated value Sp or Sm has reached the set value (step S56). If the integrated value Sp or Sm has not reached the set value (NO in step S56), the ECU 12 performs setting / maintenance of the minute current (setting first, maintenance after the second time) (step S57). Here, the ECU 12 sets the minute current so that the direction in which the teeth of the drive gear 5a are pressed against the teeth of the driven gear 5b is the same as or opposite to the direction of the larger one of the left and right steering angle integrated values. It is determined (step S60).
  • step S61 the integrated value (the larger one) is kept at a predetermined upper limit (step S61). That is, when the integrated value is smaller than the upper limit, the integrated value is used as it is, but if the integrated value is equal to or higher than the upper limit, the integrated value is forcibly set to the upper limit and the integrated value becomes larger than the upper limit Stop that.
  • step S54 drives the motor 6 with the set minute current (step S54), and returns to step S51.
  • the ECU 12 executes steps S55, S56, and S57, and maintains the motor drive with a minute current (step S54). In this way, there is no backlash in one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b (FIG. 2B or FIG. 2C).
  • step S56 While repeatedly executing steps S51, S55, S56, S57, S60 and S54, the integrated value Sp or Sm of the direction in which the teeth of the drive gear 5a are currently pressed against the teeth of the driven gear 5b reaches the set value. Then ("YES" in step S56), the ECU 12 reverses the sign of the minute current to reverse the direction of the rotational torque (step S58). Then, the ECU 12 resets the integrated values Sp and Sm (step S59), drives the motor 6 (step S54), and returns to step S51.
  • the ECU 12 executes steps S55, S56, and S57, and maintains the motor drive with a minute current (step S54). In this way, there is no backlash in the other direction opposite to the above one direction between the drive gear 5a and the driven gear 5b (FIG. 2C or FIG. 2B).
  • step S51 the ECU 12 immediately proceeds from step S51 to step S52, resets the integrated value, and performs normal arithmetic processing (step S53) to drive the motor 6 ( Step S54). Thereafter, when the steering state is changed to the non-steering state again, the ECU 12 proceeds from step S51 to step S55, and starts integration of the steering angle. Thereafter, the above-described processing is performed similarly.
  • step S61 the integrated value is limited to the predetermined upper limit (step S61). That is, when the state in which the pressing direction is opposite to the direction of the larger one of the left and right steering angle integrated values continues, the direction reversal is not performed.
  • the structure of the reduction mechanism 5 is not manipulated, and the generation of rattling noise is suppressed only by the control by the ECU 12. That is, it is possible to provide an electric power steering device capable of suppressing the generation of rattling noise without complicating the structure.
  • metal gears can be adopted for the reduction mechanism, so that high strength and miniaturization of the gears can be achieved.
  • the integrated value of the steering angle reaches the set value, the direction of the rotational torque is reversed, so the phenomenon that the actual vehicle flows to the left or right from the direction in which the driver wants the vehicle to move Can be stopped.
  • FIG. 1 is a configuration of a pinion assist that applies a steering assist force to the second steering shaft 4 and the pinion 7 from the speed reduction mechanism 5.
  • rack assist in which the steering assist force is applied from the reduction gear mechanism 5 to the rack 8, the same control as described above can be applied.
  • 5 speed reduction mechanism
  • 5a drive gear
  • 5b driven gear
  • 6 motor
  • 11 steering angle detection device
  • 12 ECU (control device)
  • 100 steering mechanism
  • BL Backlash

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供する。 モータが操舵補助力を発生しない所定範囲内にあるときも、制御装置は減速機構の駆動ギヤ（５ａ）に微小な回転トルクを与える。すなわち、従動ギヤ（５ｂ）を駆動するには不十分な微小な回転トルクをモータに生じさせ、かつ、所定の条件で回転トルクの方向を反転させる。これにより、駆動ギヤ（５ａ）及び従動ギヤ（５ｂ）間でのバックラッシュ（ＢＬ）がない状態とする。

Description

電動パワーステアリング装置
  本発明は、自動車等の車両に搭載され、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に関する。
  電動パワーステアリング装置は、モータから減速機構を介して操舵機構へ操舵補助力を伝達する構成となっている。減速機構は、駆動ギヤ及び、これと噛み合う従動ギヤを備えている。ギヤ同士の噛み合い部分には、円滑な噛み合いのため、バックラッシュがある。路面から操舵機構へ逆入力があったときは、このバックラッシュに起因して、ギヤの歯同士の衝突により不快なラトル音を発生する場合がある。特に、ギヤが合成樹脂製ではなく金属製の場合には、大きなラトル音が発生しやすい。特許文献１及び特許文献２はこのようなラトル音の発生を防止するために、ギヤ周辺に特別な工夫を施した電動パワーステアリング装置を開示している。

特開２００８－１８９１７２号公報 特開２００８－２５４６２４号公報
  本発明の目的のひとつは、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
  本発明の特徴のひとつは、電動パワーステアリング装置において減速機構の駆動ギヤ及び従動ギヤ間で一方向へのバックラッシュがない状態とし、かつ、所定の条件で回転トルクの方向を反転させ他方向へのバックラッシュがない状態に切り替える制御装置を備えたものである。
本発明の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。 両方向にバックラッシュＢＬがある状態を示す減速機構のギヤの略図（概念図）である。 一方向へのバックラッシュＢＬがない状態を示す減速機構のギヤの略図（概念図）である。 他方向へのバックラッシュＢＬがない状態を示す減速機構のギヤの略図（概念図）である。 第１実施形態におけるＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。 不感帯を定義する操舵トルクの範囲内における舵角の変化を説明する為の図である。 第２実施形態におけるＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。 第３実施形態におけるＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。 振動成分を付加しない場合に、駆動ギヤの歯が従動ギヤの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。 振動成分を付加した場合に、駆動ギヤの歯が従動ギヤの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。 舵角の変移例を示すグラフである。 舵角の変移例を示すグラフである。 舵角の変移に対する積算の概念を示すグラフである。 第４実施形態におけるＥＣＵによって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。 操舵トルクと操舵補助力との関係の一例を示すグラフである。
  図１は、本発明の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。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。モータ６の回転による操舵補助力は、減速機構５を介して、第２ステアリングシャフト４に付与される。
  減速機構５は、モータ６により回転駆動される駆動ギヤ５ａと、この駆動ギヤ５ａと噛み合い、操舵機構に操舵補助力を付与する従動ギヤ５ｂとを持つ。ここでは、両ギヤ５ａ，５ｂは金属製である。第２ステアリングシャフト４の下端にはピニオン７が形成されている。このピニオン７が、ラック８と噛み合う。ラック８がその軸方向（紙面の横方向）に動くことにより、操向車輪（一般には前輪）９に転舵角を付与することができる。操舵機構１００はステアリングホイール１、第１ステアリングシャフト２、トーションバー３、第２ステアリングシャフト４、ピニオン７及びラック８を持つ。
  トーションバー３の捻れ（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）すなわち、操舵トルクは、トルク検出装置１０によって検出される。トルク検出装置１０の出力は、制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１２に入力される。また、第２ステアリングシャフト４の舵角を検出する舵角検出装置１１が設けられており、その出力は、ＥＣＵ１２に入力される。なお、以下において、舵角とは、舵角検出装置１１の出力を意味する。また、舵角とは、操向車輪９の転舵角と対応した角度でもある。ＥＣＵ１２には、その他、車速センサ１３からの車速信号も入力される。ＥＣＵ１２は、操舵トルクや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６を駆動する。
  図２Ａ～図２Ｃは、減速機構５のギヤの略図（概念図）である。なお、ギヤの径、形状、歯数等は、実物に忠実に対応したものではない。例えば車両が直進している状態で、運転者が操舵をしていないとき、図２Ａに示すように、駆動ギヤ５ａと従動ギヤ５ｂとの間で、互いの歯同士が当接せず、駆動ギヤ５ａの歯の両方向にバックラッシュＢＬがある状態となっていることが多い。この状態で、路面から逆入力が従動ギヤ５ｂに伝わると、従動ギヤ５ｂの歯が駆動ギヤ５ａの歯を打撃し、ラトル音が発生する。
  そこで、図２Ｂに示すように、車両の直進時、ＥＣＵ１２は駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に軽く当接させるようモータ６を制御する。ここで、「軽く」とは、モータ６が従動ギヤ５ｂを駆動しない程度である。ＥＣＵ１２は、図２Ｂに示すように、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な微小な回転トルクを時計まわりにモータ６に生じさせるように制御する。従って、このような状態、すなわち、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間で一方向へのバックラッシュがない状態が実現される。この状態では、駆動ギヤ５ａの回転トルクは、従動ギヤ５ｂを動かすための静摩擦トルクより小さい。
  しかしながら、図２Ｂにおいて、路面からの影響等により上記静摩擦トルクと同等以上のトルクが従動ギヤ５ｂに対して反時計回り方向に作用すると、従動ギヤ５ｂが同方向に微動することがある。このときの駆動ギヤ５ａは、従動ギヤ５ｂの微動を後押しするか又は、微動した従動ギヤ５ｂを追うように時計回り方向に回動する。このような現象が起きると、徐々に従動ギヤ５ｂが回動し、車両が片寄る可能性がある。そこで、ＥＣＵ１２には、図２Ｃに示すように、所定の条件でモータ６の回転トルクの方向を反転させ、他方向へのバックラッシュがない状態に切り替える制御を行うものとする。以下、このような制御動作に関しての、ＥＣＵ１２の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
  第１実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
  図３は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御が開始されると、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。
  上記の非操舵相当の所定範囲内とは、モータ６が操舵補助力を発生しない範囲内、いわゆる制御の不感帯の範囲内である。図１１は、操舵トルク（トルク検出装置１０の出力）と操舵補助力との関係の一例を示すグラフである。操舵トルク（トルク検出装置１０の出力の絶対値）が所定値以下である不感帯の範囲内にあるときは、従動ギヤ５ｂを駆動するような実質的な操舵補助力は発生しない。但し、この不感帯の範囲内において、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な、微小な回転トルクをモータに生じさせることは可能である。
  運転者が操舵していると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ２）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動させる（ステップＳ３）。操舵中は、これらのステップＳ１～Ｓ３によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。
  一方、運転者が操舵していないと判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ４～Ｓ９）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４において、このステップＳ４の実行が初回か否か、又は、前回は操舵中であって今回初めて非操舵の状態となったか否かを判定する。ここでは初回であるとして（ステップＳ４でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ７に進み、時間の計測をスタートさせる。次に、ＥＣＵ１２は、所定時間（例えば５秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。最初は当然ながら「ＮＯ」であり、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定を行う（ステップＳ６）。なお、前回から非操舵が継続していて（ステップＳ４でＮＯ）、所定時間が経過していない場合（ステップＳ５でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流を維持する（ステップＳ６）。
  ここで、微小電流とは、前述のように、従動ギヤ５ｂを駆動するには不十分な微小な回転トルクをモータ６に生じさせるための電流である。ＥＣＵ１２は、設定された微小電流でモータ６を駆動させ（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持させる（ステップＳ３）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｂ又は図２Ｃ）。
  上記ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ３を繰り返し実行する間に所定時間が経過すると（ステップＳ５の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆に設定して、回転トルクの方向を反転する（ステップＳ８）。そして、ＥＣＵ１２は、時間のリセット・スタートをさせ（ステップＳ９）、モータ６を駆動させ（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６を実行させ、微小電流でモータ駆動を維持させる（ステップＳ３）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｃ又は図２Ｂ）。
  以下同様に、非操舵の状態が続く限り、所定時間ごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させることによる状態の切り替えが周期的に行われる。駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間でいずれか一方向へのバックラッシュがない状態では、路面から逆入力があっても、両ギヤは互いに当接した状態を維持することができるので、ラトル音の発生は抑制される。また、その状態のみを単に継続するのではなく、所定時間ごとに回転トルクの方向を反転させ他方向へのバックラッシュがない状態に切り替えることにより、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。
  また、非操舵から操舵の状態に転じた場合は、ＥＣＵ１２は直ちに、ステップＳ１からステップＳ２に進み、通常の演算処理を行い（ステップＳ２）、モータ６を駆動させる（ステップＳ３）。その後、再び操舵から非操舵の状態に転じた場合、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４からステップＳ７に進み、時間をリセット・スタートさせる。以下、同様に、上述の処理が行われる。
  このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生は抑制される。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置が提供できる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構５に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化が可能になる。
  ＜第２実施形態＞
  次に、第２実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
  図４は、図１１の不感帯を定義する操舵トルク、すなわち、トーションバー３のねじれ量の範囲内における舵角（舵角検出装置１１の出力値）の変化を説明するための線図である。舵角は、中心位置（０）を中心として左右互いに逆符号（右が正、左が負）で表される。θＮ、－θＮは、後述の処理で使用される境界値である。図５は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３はそれぞれ、図３におけるステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３と同様の処理を行うものであり、説明は省略する。
  一方、ステップＳ１１において、運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ１４～Ｓ２１）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、舵角方向フラグが０：左、１：右のどちらにセットされているかを判定する（ステップＳ１４）。舵角方向フラグとは、直前に、舵角が左右のどちらの領域にあったものと記憶しているかを示す情報である。操舵していない場合の舵角とは、路面からの逆入力により第２ステアリングシャフト４が回転された場合の舵角検出装置１１の出力値である。
  ここで、例えば舵角方向フラグが０：左であったとすると、ＥＣＵ１２は、現在の舵角が図４におけるθＮより右にある（大きい）か否かの判定を行う（ステップＳ１５）。そしてＥＣＵ１２は、現在の舵角がθＮより右にあるとき舵角方向フラグを１：右をセットする（ステップＳ１７）。逆に舵角がθＮ又はそれより左であれば、ＥＣＵ１２は舵角方向フラグの変更を行わない。これらのステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１７の意味するところは、舵角が左から中心位置を越えても、舵角がθＮを越える右とならなければ、ＥＣＵ１２は依然として舵角方向フラグを０：左として扱い、舵角がθＮを越える右となって初めてＥＣＵ１２は舵角方向フラグを１：右として扱う、ということである。すなわち、０～θＮの範囲は、舵角は右の領域ではあるが、舵角が左から来たときは、ＥＣＵ１２は舵角方向フラグを未だ右の領域では無いとして扱う、ヒステリシス領域である。
  逆に、ステップＳ１４において舵角方向フラグが１：右であったとすると、ＥＣＵ１２は、現在の舵角が図４における－θＮより左にあるか否かの判定を行う（ステップＳ１６）。そしてＥＣＵ１２は、現在の舵角が－θＮより左にあるとき舵角方向フラグを０：左にセット（ステップＳ１８）する。逆に舵角が－θＮ又はそれより右であれば、ＥＣＵ１２は舵角方向フラグの変更は行わない。これらのステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１８の意味するところは、舵角が右から中心位置を越えても、舵角が－θＮを越える左とならなければ、ＥＣＵ１２は依然として舵角方向フラグを１：右として扱い、舵角が－θＮを越える左となって初めてＥＣＵ１２は舵角方向フラグを０：左として扱う、ということである。すなわち、０～－θＮの範囲は、舵角は左の領域ではあるが、舵角が右から来たときは、ＥＣＵ１２は舵角方向フラグを未だ０：左の領域では無いとして扱われるヒステリシス領域である。
  次に、ＥＣＵ１２は、上記の処理を経た舵角方向フラグが０：左、１：右のどちらにセットされているかを判定する（ステップＳ１９）。ここで、舵角方向フラグが０：左であれば、ＥＣＵ１２はステップＳ２０において微小電流の設定を行う。ＥＣＵ１２は微小電流による回転トルクの方向が右操舵の方向となるように設定した後、モータ６を駆動させる（ステップＳ１３）。逆に、ステップＳ１９において、舵角方向フラグが１：右であれば、ＥＣＵ１２はステップＳ２１において微小電流の設定を行う。ＥＣＵ１２はモータ６の回転トルクの方向が左操舵の方向となるように設定した後、モータ６を駆動させる（ステップＳ１３）。
  微小電流によって、微小な回転トルクをモータ６に生じさせることにより、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｂ又は図２Ｃ）。また、舵角がヒステリシス領域を越えて左から右へ、又はその逆に舵角が変化すれば、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｃ又は図２Ｂ）。
  以下同様に、非操舵の状態が続く限り、舵角の変化に応じてモータ６の回転トルクの方向をＥＣＵ１２によって反転させることによる状態の切り替えが行われ、中心位置へ向かう制御が行われる。
  上記のような第２実施形態では、モータ６の回転トルクは、舵角の中心位置に向かう様にＥＣＵ１２によって制御される。舵角が、左右の一方側とみなされる領域から境界値を越えて他方側の値になることにより、回転トルクの方向はＥＣＵ１２によって反転させられる。これにより、従動ギヤ５ｂが舵角の中心位置から離れるように徐々に回動することをＥＣＵ１２によって抑制され、常に中心位置へ向かわせることができる。
  このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生は抑制される。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置が提供できる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化が可能になる。
  また、上記の、左右の一方側とみなされる領域は、一方側の領域の他、一方側の領域にあった過去の状態からの継続的事象（左から右へ来たこと、又は、右から左へ来たこと）として中心位置から他方側へ所定範囲のヒステリシス領域にあることを含む。このようなヒステリシス領域の設定により、中心位置近傍で回転トルクの方向反転が頻繁に行われるハンチングは防止される。
  ＜第３実施形態＞
  次に、第３実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。
  図６は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御が開始されると、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ３１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。
  運転者が操舵していると判定した場合、ＥＣＵ１２は、直前の非操舵の状態から操舵の状態に転じたものか否かの判定を行う（ステップＳ３２）。直前も操舵の状態（ステップＳ３２でＮＯ）の場合、ＥＣＵ１２は、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ３３）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動させる（ステップＳ３４）。操舵中は、これらのステップＳ３１～Ｓ３４によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。
  （非操舵時のラトル音抑制）
   一方、ステップＳ３１において運転者が操舵していないと判定した場合、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ３７～Ｓ４２）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７において、このステップＳ３７の実行が初回か否か、又は、前回は操舵中であって今回初めて非操舵の状態となったか否かを判定する。ここでは初回であるとして（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、ステップＳ４０に進み、時間の計測をスタートさせる。次に、ＥＣＵ１２は、所定時間（例えば５秒程度）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３８）。最初は当然ながら「ＮＯ」であり、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定を行う（ステップＳ３９）。なお、前回から非操舵が継続していて（ステップＳ３７でＮＯ）、所定時間が経過していない場合（ステップＳ３８でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流の維持を行う（ステップＳ３９）。
  ここで、微小電流をＩ１とすると、モータ６に指示する駆動電流Ｉ_ｏｂｊは、Ｉ_ｏｂｊ＝Ｉ１となる。ＥＣＵ１２は、この電流でモータ６を駆動させ（ステップＳ３４）、ステップＳ３１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７，Ｓ３８，Ｓ３９を実行し、微小電流でモータ駆動を維持させる（ステップＳ３４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｂ又図２Ｃ）。
  上記ステップＳ３１，Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９，Ｓ３４を繰り返し実行する間に所定時間が経過すると（ステップＳ３８の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆にして、回転トルクの方向を反転するとともに、振動成分を付与する（ステップＳ４１）。具体的には、Ｉ１を－Ｉ１に置き換える。振動成分Ｉ２_ｆの周波数は、例えば４０Ｈｚである。すなわち、このときの駆動電流Ｉ_ｏｂｊは、Ｉ１＝－Ｉ１の置換をした上で、
  Ｉ_ｏｂｊ＝Ｉ１＋Ｉ２_ｆ    ．．．（１）
となる。なお、Ｉ１，Ｉ２の数値例（実効値）を挙げると、Ｉ１＝０．９Ａ、Ｉ２＝０．４Ａである。
  そして、ＥＣＵ１２は、時間のリセット・スタートを行い（ステップＳ４２）、モータ６を駆動させる（ステップＳ３４）。これにより、モータ６の回転トルクの方向は反転し、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｃ又は図２Ｂ）。また、振動成分Ｉ２_ｆを付加したことにより、駆動ギヤ５ａの歯が振動しながら従動ギヤ５ｂの歯に当接する。これにより、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動する時の、歯と歯の一発目の打撃音は振動成分によって緩和される。
  その後、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３７，Ｓ３８，Ｓ３９を実行する。ステップＳ３９では、駆動電流はＩ_ｏｂｊ＝Ｉ１となり、上記（１）式の右辺から振動成分が取れた形となる。以後、非操舵である限り、Ｉ_ｏｂｊ＝Ｉ１でのモータ駆動は維持される（ステップＳ３４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態（図２Ｃ又は図２Ｂ）は維持可能となる。
  以下同様に、非操舵の状態が続く限り、所定時間ごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させることによる状態の切り替えが周期的に行われる。第１実施形態と同様に、ラトル音の発生を抑制することができ、また、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。
  （非操舵から操舵へ転じたときのラトル音抑制）
  一方、本実施形態では、非操舵の状態から操舵している状態へ転じたときにも、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ３２，Ｓ３５，Ｓ３６）を実行する。すなわち、非操舵の状態から操舵している状態へ転じたときは、ＥＣＵ１２は、ステップＳ３１からＳ３２へ進み、ここで「ＹＥＳ」の判定によりステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５において、ＥＣＵ１２は、駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に当接させている方向（押し当て方向）と、操舵トルクの方向とが互いに同じか逆かを判定する。この判定は、例えば操舵トルクＴ（トルク検出装置１０の出力値）に、モータ６の直前の駆動電流Ｉ_ｏｂｊを乗じた（Ｔ×Ｉ_ｏｂｊ）の符号に基づいて行うことができる。すなわち、押し当て方向と操舵トルクの方向とが互いに同方向であれば、（Ｔ×Ｉ_ｏｂｊ）の符号は正、逆方向のときは（Ｔ×Ｉ_ｏｂｊ）の符号は負である。
  そこで、ＥＣＵ１２は、（Ｔ×Ｉ_ｏｂｊ）≧０であれば、同方向であるとして、ステップＳ３３に進み、通常の演算処理を行う。一方、（Ｔ×Ｉ_ｏｂｊ）＜０であれば、逆方向であるとして、ＥＣＵ１２はステップＳ３６を実行する。このステップＳ３６の処理は、前述のステップＳ４１と同一である。これにより、運転者の操舵によって、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動して従動ギヤ５ｂを駆動する時に生じる、歯と歯の一発目の打撃音は振動成分によって緩和される。なお、その後操舵が続いても、ステップＳ３２で「ＮＯ」となるので、結果的に、ステップＳ３６の処理は１回だけ行われることになる。
  このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生は抑制される。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置が提供される。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化が可能となる。
  また、バックラッシュが無い方から有る方へ駆動ギヤ５ａが反転回動する時に生じる、歯と歯の一発目の打撃音は振動成分によって緩和される。
  図７Ａは、上記のような振動成分を付加しない場合に、駆動ギヤ５ａの歯が従動ギヤ５ｂの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。また、図７Ｂは、上記のような振動成分を付加した場合に、駆動ギヤ５ａの歯が従動ギヤ５ｂの歯を打撃する音圧レベルを示したグラフである。図７Ａと図７Ｂの比較により明らかなように、振動成分を付加することにより音が群発的に発生するが、ピーク値が大幅に下がり、このことが打撃音の緩和をもたらす。
  なお、振動周波数に関しては、周波数が低すぎると打撃音低減の効果が弱まり、逆に、周波数が高すぎるとモータ６の作動音が大きくなる。従って、低すぎず、かつ、高すぎずの値として、４０Ｈｚ近傍が好ましい。
  ＜第４実施形態＞
  次に、第４実施形態に係るＥＣＵ１２の制御動作について説明する。図８Ａ、図８Ｂは、舵角の変移例を示すグラフである。例えば、第２実施形態の制御動作を行っているとして、図８Ａに示すようにヒステリシス領域の範囲内（－θＮ～θＮ）で舵角が変移しても、回転トルクの方向反転による切り替えは行われない。逆に、図８Ｂに示すように、左右の一方向から他方向のヒステリシス領域の境界値を突き抜ける舵角の変化が頻繁に起こると、切り替えが頻繁に行われる。
  上記図８Ａ又は図８Ｂのような舵角の変移は、悪路の走行時に現れやすい。図８Ｂの場合は、例えば第１実施形態のように５秒程度で周期的に回転トルクの方向反転による切り替えを行う場合と比べると、切り替えが頻繁に行われる。また、図８Ａの場合には、切り替えが行われないまま、車両が道路の左右いずれか一方に片寄りし続ける可能性がある。そこで、本実施形態では、舵角の積算（積分）という概念を導入し、これに基づいて制御動作を行うものとする。
  図９は、一例としての舵角の変移に対する積算の概念を示すグラフである。舵角の積分、すなわち、舵角のプラス側（右側）とマイナス側（左側）でそれぞれ、図示の斜線の面積を積算していく。そして、この積算値が設定値に達すると、回転トルクの方向反転による切り替えは実施される。
  図１０は、ＥＣＵ１２によって実行される操舵に関する制御のフローチャートである。図において、ＥＣＵ１２は、制御開始により、まず操舵中か否かの判定を行う（ステップＳ５１）。具体的には、ＥＣＵ１２は、トルク検出装置１０の出力に基づいて、運転者による操舵トルクが非操舵相当の所定範囲内にあれば操舵していないと判定し、所定範囲外であれば操舵していると判定する。
  運転者が操舵していると判定した場合（ステップＳ５１でＹＥＳ）、ＥＣＵ１２は、積算値をリセットする処理（ステップＳ５２）を行ってから、操舵トルクや車速に基づいて通常演算処理を行い（ステップＳ５３）、必要な操舵補助力を発生させるようにモータ６を駆動させる（ステップＳ５４）。操舵中は、これらのステップＳ５１～Ｓ５４によるアシスト制御が繰り返し実行され、必要な操舵補助力がピニオン７に与えられる。
  一方、運転者が操舵していないと判定した場合（ステップＳ５１でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、通常のアシスト制御とは異なる、ラトル音抑制のための処理（ステップＳ５５～Ｓ６１）を実行する。まず、ＥＣＵ１２は、舵角の積算を行う（ステップＳ５５）。具体的には、舵角検出装置１１の出力に基づく現在の舵角θ（ｔ）を積算することにより、積算値Ｓ＝Σθ（ｔ）が求められる。ここで、ｔは、ステップＳ５５を実行する時刻を意味し、ＥＣＵ１２の処理速度は舵角の変化に比べて速いので、舵角の積算値Ｓが、図９の面積に相当する。ＥＣＵ１２は、舵角のプラス側とマイナス側とでそれぞれ、積算値Ｓｐ、Ｓｍを求める。
  続いて、ＥＣＵ１２は、積算値ＳｐまたはＳｍが設定値に到達したか否かを判定する（ステップＳ５６）。積算値ＳｐまたはＳｍが設定値に到達していない場合（ステップＳ５６でＮＯ）、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定・維持（最初は設定、２回目以降は維持）を行う（ステップＳ５７）。ここで、ＥＣＵ１２は、微小電流の設定により駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に押し当てようとする方向が、左右の舵角積算値のうち大きい方の舵角の方向と同じか逆かを判定する（ステップＳ６０）。そして、同じであれば、ＥＣＵ１２はステップＳ５４へ進むが、逆の場合は、当該積算値（大きい方）を所定の上限値にとどめる（ステップＳ６１）。すなわち、当該積算値が上限値より小さいときは、当該積算値そのままの値とするが、当該積算値が上限値以上であれば強制的に上限値に設定し、積算値が上限値より大きくなることを阻止する。
  次に、ＥＣＵ１２は、設定された微小電流でモータ６を駆動し（ステップＳ５４）、ステップＳ５１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５５，Ｓ５６，Ｓ５７を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ５４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、一方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｂ又図２Ｃ）。
  上記ステップＳ５１，Ｓ５５，Ｓ５６，Ｓ５７，Ｓ６０，Ｓ５４を繰り返し実行する間に、現在、駆動ギヤ５ａの歯を従動ギヤ５ｂの歯に押し当てている方向の積算値Ｓｐ又はＳｍが設定値に到達すると（ステップＳ５６の「ＹＥＳ」）、ＥＣＵ１２は、微小電流の符号を逆にして、回転トルクの方向を反転する（ステップＳ５８）。そして、ＥＣＵ１２は、積算値Ｓｐ及びＳｍのリセットを行い（ステップＳ５９）、モータ６を駆動し（ステップＳ５４）、ステップＳ５１に戻る。ここで、非操舵の状態が変わらなければ、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５５，Ｓ５６，Ｓ５７を実行し、微小電流でのモータ駆動を維持する（ステップＳ５４）。このようにして、駆動ギヤ５ａ及び従動ギヤ５ｂ間では、上記の一方向とは逆の、他方向へのバックラッシュがない状態となる（図２Ｃ又図２Ｂ）。
  以下同様に、非操舵の状態が続く限り、駆動ギヤ５ａの押し当て方向の積算値Ｓｐ又はＳｍが設定値に到達するごとにモータ６の回転トルクの方向を反転させる。これにより、バックラッシュがない状態が、一方向及び他方向の間で、切り替えられる。こうして、ラトル音の発生を抑制し、また、従動ギヤ５ｂが徐々に一方向へ回動することを防止できる。
  また、非操舵から操舵の状態に転じた場合は、ＥＣＵ１２は直ちに、ステップＳ５１からステップＳ５２に進み、積算値をリセットした後、通常の演算処理を行い（ステップＳ５３）、モータ６を駆動させる（ステップＳ５４）。その後、再び操舵から非操舵の状態に転じた場合、ＥＣＵ１２は、ステップＳ５１からステップＳ５５に進み、舵角の積算を開始する。以下、同様に、上述の処理が行われる。
  なお、例えば路面の傾き（道路幅方向への傾き）がある場合には、駆動ギヤ５ａの押し当て方向とは逆方向へ舵角が積算されていく、という現象が発生する。この場合は、当該逆方向への積算値が設定値に到達しても、押し当ての方向とは異なるため方向反転の対象とはならない。そこで、この場合には、前述のように、積算値を所定の上限値にとどめるものとする（ステップＳ６１）。すなわち、押し当て方向が、左右の舵角積算値のうち大きい方の舵角の方向と逆である、という状態が続く場合は、方向反転は行われない。
  このようにして、減速機構５の構造には手を加えず、ＥＣＵ１２による制御のみによってラトル音の発生は抑制される。すなわち、構造を複雑にすることなくラトル音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置が提供できる。また、ラトル音の発生を抑制することによって、減速機構に金属製の歯車を採用することができるので、ギヤの高強度化や小型化が可能となる。
  また、舵角の積算値が設定値に達することにより、回転トルクの方向を反転させることになるので、運転者が車両を進行させたい方向から実際の車両が左右のいずれかに流れていく現象に歯止めをかけることができる。
  《その他》
  なお、上記各実施形態における制御動作は、回転トルクの方向反転を、何を条件として行うかという点で互いに異なっており、第１、第３実施形態では時間経過、第２実施形態では舵角が中心位置を越えて左右変化を生じること、第４実施形態では舵角の積算値が設定値に達すること、である。これらの条件は、任意に組み合わせてもよく、その場合にはいずれか最初に成立した条件で方向反転することができる。また、第３実施形態における振動成分の付加は、第２、第４実施形態でも適用可能である。
  なお、図１の構成は、減速機構５から第２ステアリングシャフト４及びピニオン７に操舵補助力を付与するピニオンアシストの構成である。しかしながら、減速機構５からラック８に操舵補助力を付与するラックアシストの構成であっても、上記と同様の制御を適用することができる。
  ５：減速機構、５ａ：駆動ギヤ、５ｂ：従動ギヤ、６：モータ、
  １１：舵角検出装置、１２：ＥＣＵ（制御装置）、１００：操舵機構、
  ＢＬ：バックラッシュ

Claims (9)

  1.   操舵機構と、
      前記操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、
      前記モータにより回転駆動される駆動ギヤ及び、前記操舵機構に取り付けられるとともに前記駆動ギヤと噛み合う従動ギヤを有する減速機構と、
      前記モータを制御する制御装置と、
      を備えた電動パワーステアリング装置であって、
      前記制御装置は、前記モータが前記操舵補助力を発生しない範囲内で、前記従動ギヤを駆動するには不十分な微小回転トルクを前記モータに生じさせ、かつ、前記微小回転トルクの方向を所定の条件で切り替える、
      ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2.   前記制御装置は、前記微小回転トルクを一方向に生じさせた状態で所定時間が経過する毎に、前記微小回転トルクの方向を反転させ、かつ、当該反転を周期的に行わせる請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
  3.   舵角を検出する舵角検出装置を備え、
      前記制御装置は、前記所定範囲内で前記舵角検出装置によって検出された舵角の積算値が設定値に達する毎に、前記微小回転トルクの方向を反転させる請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  4.   舵角を検出する舵角検出装置を備え、
      前記制御装置は、前記所定範囲内で前記舵角検出装置によって検出された舵角の積算値が設定値に達する毎に、前記微小回転トルクの方向を反転させる請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  5.   舵角を検出する舵角検出装置を備え、
      前記制御装置は、前記モータに対して、前記舵角検出装置によって検出された舵角の中心位置へ向かう微小回転トルクを生じさせ、前記検出された舵角が、左右の一方側とみなされる領域から境界値を越えて他方側の値になることにより、前記微小回転トルクの方向を反転させる請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
  6.   前記一方側とみなされる領域とは、一方側の領域の他、一方側の領域にあった過去の状態からの継続的事象として前記舵角中心位置から他方側へ所定範囲のヒステリシス領域にあることを含む請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
  7.   前記制御装置は、前記所定範囲内で検出された舵角の積算値が設定値に達する毎に、前記微小回転トルクの方向を反転させる請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
  8.   前記制御装置は、前記所定範囲内で検出された舵角の積算値が設定値に達する毎に、前記微小回転トルクの方向を反転させる請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
  9.   前記制御装置は、前記微小回転トルクの方向反転時及び回転トルクの方向反転を伴う操舵補助動作の開始時に、前記モータの駆動電流に振動成分を含ませる請求項１～８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
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