JP2005153639A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライバへ違和感を与えることなく、中立感のある良好な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 操舵軸３の操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、舵取り機構２にドライバの操舵力を補助するアシストトルクを出力するモータ５と、検出された操舵トルクに応じてモータ５に対し駆動指令を出力するコントローラ１３と、を備えた電動パワーステアリング装置において、コントローラ１３は、検出された操舵トルクが過渡的なトルクであるとき、モータ５に対し、操舵トルクを増加させる方向へ逆アシストトルクを出力させる駆動指令を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の技術分野に属する。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、操舵トルクが不感帯領域にあるとき、操舵角に応じてステアリングホイールを中立位置へ復帰させる方向へアシストトルクを出力することにより、中立復帰の即応性を改善する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３１９４８号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、例えば、カント（車両横方向への路面勾配）のある路面を走行している場合、あるいは、横風を受けて走行している場合には、ステアリングが車両を直進させる操舵角では、ステアリングを組み付け上の中立位置へ戻すアシストトルクが発生しているため、ドライバへ違和感を与えるという問題があった。

本発明では、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ドライバへ違和感を与えることなく、中立感のある良好な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、操舵トルクに応じて操舵機構にアシストトルクを出力する電動パワーステアリング装置において、操舵制御手段は、検出された操舵トルクが過渡的なトルクであるとき、電動機に対し、操舵トルクを増加させる方向へ逆アシストトルクを出力させる駆動指令を出力する。

本発明では、過渡的な操舵トルクが検出されたとき、例えば、操舵トルク方向の変化時、例えば、ドライバが直進走行時に微小修正舵した場合などに、逆方向へのアシストが行われる。このとき、操舵軸が重くなるため、ドライバへ車両が直進する操舵位置を教えることができる。よって、ドライバへ違和感を与えることなく、中立感のある良好な操舵フィーリングが得られる。

以下に、本発明の電動パワーステアリング装置を実施する最良の形態を、実施例１〜４に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用操舵装置の構成図である。
ドライバの舵取り操作用のステアリングホイール１と、舵取り動作を行う舵取り機構２とを連結する操舵軸３に、ステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）４とドライバの操舵力を補助するモータ（電動機）５とが配置されている。

前記ステアリングホイール１は、図示しない車室内部のドライバと対向する位置に、軸周りに回動可能に設けられている。舵取り機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成されている。ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の転舵輪１０，１１に連結されている。

前記モータ５は、モータ５の発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換する減速機１２を介して、操舵軸３に結合されている。このモータ５に供給されるモータ電流は、コントローラ（操舵制御手段）１３により制御されている。

続いて、図２の制御ブロック図を加えて、実施例１の制御系を説明する。
ドライバによりステアリングホイール１が操舵されると、ステアリングホイール１と機械的に連結された転舵輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ１３へ入力される。さらに、このコントローラ１３には、車両の走行速度を検出する車速センサ１４等の信号が与えられる。

コントローラ１３は、モータ５の回転速度を推測するためのモータ端子間電圧センサ１３ａやモータ電流センサ１３ｂが内蔵されている。コントローラ１３の出力は、モータ５に与えられ、コントローラ１３は、操舵トルク、モータの回転速度、車速等を用いて、モータ５の駆動電流を算出し、算出された駆動電流を内蔵するモータ電流センサ１３ｂによりモータ電流を参照しつつ、モータ５を制御駆動する。モータ５へ供給される電源は、バッテリ１５により与えられる。

実施例１においては、検出された操舵トルクを、位相補償器（位相補償手段）１６に通すことにより、過渡的なトルク変化に対して、操舵トルクを増大させる方向（逆アシスト）へモータ５を駆動するとともに、操舵トルクの高周波域で、操舵トルクを増大させる方向へモータ５を駆動する。位相補償器１６は、車速、操舵トルクや操舵速度に応じてその特性を変更できるものとする。

次に、位相補償器１６について説明する。
位相補償器１６を下記の式(1)に示すように、１次進み／１次遅れで構成した場合、その周波数特性は、図３のようになる。
Ｃ(S)＝（１−τ_numS）／（１＋τ_denS） …(1)

そして、この位相補償器１６の出力は、過渡的な入力、例えば、ステップ状のトルク入力があった場合、図４のような特性となる。図４において、出力の下方へのゲインは、１次進みの時定数τ_numで決まる。また、出力の遅れは、１次遅れの時定数τ_denで決まることになる。

この出力の時系列推移から分かるように、コントローラ１３は、目標電流値として、過渡入力が入った直後は、ステアリングホイール１を重くする方向へ逆アシストを実施し、時間の推移とともにステアリングホイール１を軽くする方向へアシストを実施することとなる。

以上説明したように、実施例１の電動パワーステアリング装置にあっては、操舵トルク方向の変化時、例えば、直進時に微小修正舵を行った場合などに、逆方向へのアシストが行われ、ステアリングホイールが重くなるため、ドライバへ車両が直進する操舵位置を教えることができ、中立感のある良好な操舵フィーリングが得られる。

また、操舵トルクの周波数に比例して、逆アシストトルクの出力を大きくするため、高速走行時におけるレーンチェンジ等の速い操舵に対して、逆方向のアシスト量が多くなり、ステアリングホイール１が重くなる。よって、ドライバの急操舵を防止でき、車両の不要な挙動を抑制できる。さらに、逆アシストによるステアリング剛性の低下により、操舵量に対する車両挙動、すなわち、ステア特性をアンダーステアとすることができるため、車両の走行安定性を向上できる。

次に、実施例２について説明する。
実施例２の電動パワーステアリング装置は、位相補償器１６のゲインを、操舵トルクに応じて変化させる点で、実施例１と異なる。

図５は、操舵トルクに対する１次進み時定数τ_numの設定例であり、１次進み時定数τ_numは、操舵トルクが大きいときほど小さくなるように設定されている。すなわち、操舵トルクが小さいときほど、逆アシスト量は多くなる。

よって、実施例２の電動パワーステアリング装置にあっては、直進時、ステアリングホイール１の中立感を出せるだけではなく、旋回時の保舵からの切り増し操舵、切り戻し操舵時に、ステアリングホイール１が重くなるように逆アシストされるため、旋回保舵時のしっかり感を演出できる。

次に、実施例３について説明する。
実施例３の電動パワーステアリング装置は、位相補償器１６のゲインを、車速に応じて変化させる点で、実施例１と異なる。

図６は、車速に対する１次進み時定数τ_numの設定例であり、１次進み時定数τ_numは、車速に比例して大きくなるように設定されている。すなわち、車速が高いときほど、逆アシスト量は多くなる。

よって、実施例３の電動パワーステアリング装置にあっては、車速に応じた中立感を演出できる。すなわち、低速では逆アシスト量が少なくなるため、軽快なステアリング操舵が容易となる。一方、高速では逆アシスト量が増えるため、ステアリングホイール１の中立感を出すことが可能となり、車両の走行安定性が高まる。

次に、実施例４について説明する。
実施例４の電動パワーステアリング装置は、位相補償器１６のゲインを、ステアリングホイール１の操舵速度に応じて変化させる点で、実施例１と異なる。

図７は、操舵速度に対する１次進み時定数τ_numの設定例であり、１次進み時定数τ_numは、操舵速度が大きいときほど、小さくなるように設定されている。すなわち、操舵速度が小さいときほど、逆アシスト量は多くなる。

操舵速度は、モータ５の逆起電力を用いて算出する。モータ５の端子間電圧をＶ、モータ電流をＩ、モータ５の逆起電力係数をＫ、モータ５の内部抵抗をＲとすると、モータ５の回転速度dθ/dtは、下記の式(2)のようになる。
dθ/dtｄθ／ｄｔ＝Ｉ×（Ｖ−ＲＩ）／Ｋ …(2)

ここで、ＫとＲは、ほぼ一定値と考えることができるので、モータ５の端子電圧Ｖとモータ電流Ｉを計測することで、モータ５の回転速度dθ/dtを算出できる。モータ５と操舵軸３は機械的に接続されているので、モータ５の回転速度dθ/dtに減速比を乗算したものが、ステアリングホイール１の操舵速度として推測される。

よって、実施例４の電動パワーステアリング装置にあっては、緊急回避等、通常の操舵速度以上の操舵があった場合に、不要にステアリングホイール１が重くならないため、スムーズな操舵が可能となり、ドライバの緊急回避操舵を妨げない。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１〜４に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、位相補償器１６の１次進み時定数τ_numを、実施例２では操舵トルク、実施例３では車速、実施例４では操舵速度に応じて変化させる例を示したが、１次進み時定数τ_numを、操舵トルク、車速および操舵速度の３つのパラメータに応じて変化させる構成としてもよい。

また、実施例１〜４では、操舵軸と舵取り機構が機械的に連結されたタイプの車両用操舵装置について説明したが、本発明は、操舵軸と舵取り機構が連結されていないステアバイワイヤタイプにも適用できる。

車両用操舵装置の構成図である。 制御ブロック図である。 補償器の周波数特性図である。 補償器の入出力特性図である。 操舵トルクに対する１次進み時定数の設定例である。 車速に対する１次進み時定数の設定例である。 操舵速度に対する１次進み時定数の設定例である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ 舵取り機構
３ 操舵軸
４ トルクセンサ
５ モータ
６ ピニオン
７ ラック軸
８，９ タイロッド
１０，１１ 転舵輪
１２ 減速機
１３ コントローラ
１３ａ モータ端子間電圧センサ
１３ｂ モータ電流センサ
１４ 車速センサ
１５ バッテリ
１６ 位相補償器

Claims (6)

1. 操舵軸の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   舵取り機構にドライバの操舵力を補助するアシストトルクを出力する電動機と、
   検出された操舵トルクに応じて電動機に対し駆動指令を出力する操舵制御手段と、
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクが過渡的なトルクであるとき、電動機に対し、操舵トルクを増加させる方向へ逆アシストトルクを出力させる駆動指令を出力することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクの周波数の高さに比例して、逆アシストトルクの出力を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   検出された操舵トルクの位相遅れと位相進みを補償する位相補償手段を設け、
   前記操舵制御手段は、補償された操舵トルクに基づいて、逆アシストトルクを出力させる駆動指令を出力することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵トルクに応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変化させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の電動パワーステアリング装置において、
   車速を検出する車速検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出された車速に応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変化させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項３ないし請求項５に記載の電動パワーステアリング装置において、
   操舵速度を検出する操舵速度検出手段を設け、
   前記操舵制御手段は、検出された操舵速度に応じて、位相補償手段のゲインまたは時定数の少なくとも一方を変化させ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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