JP2006123645A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪に発生するジャイロモーメントに起因する操舵の手応え変化を抑制できる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 この電動パワーステアリング装置１は、車輪の回転角速度を検出する車輪速センサ４０と、車体のロール角及びロール角速度を検出するロール角検出部１０と、ロール角に対する車輪の対地キャンバ角の比とロール角速度とに基づいてロール角速度に対する対地キャンバ角速度を算出するキャンバ角算出部２０と、車輪を含むホイール回転系の慣性モーメントと回転角速度と対地キャンバ角速度とに基づいてジャイロモーメントを算出するジャイロモーメント算出部３０と、当該算出したジャイロモーメントを打ち消すようにアシスト力を制御するＥＰＳ制御部５０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

車両が旋回走行を行うと、その車両を構成する車体がロールし、そのロールに伴って車両を構成する車輪の対地キャンバ角が変化する。車両の走行中には車輪は回転しているので、車輪の対地キャンバ角の変化と車輪の回転とに起因するジャイロモーメントが車輪に発生する。このジャイロモーメントは操舵方向の入力となって操舵安定性に影響を与えることが知られている（例えば、下記非特許文献１参照）。
穂積他、「操舵系の高速操安性への影響」、自動車技術、２００３年１０月、Ｖｏｌ．５７、Ｎｏ．１０、ｐ．２６〜３０

前述のように、車輪に発生するジャイロモーメントは車体のロールに伴って発生するものである。従って、そのジャイロモーメントは車両の旋回状態に応じて変動し、当該車両を運転する際の操舵の手応え変化の原因となる。

そこで本発明は、車輪に発生するジャイロモーメントに起因する操舵の手応え変化を抑制でき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。

本発明のパワーステアリング装置は、車両の旋回によってその車両を構成する車輪の直径方向の中心軸周りに生じるジャイロモーメントによる影響を低減させる電動パワーステアリング装置であって、車輪の車軸周りの回転角速度を検出する車輪速検出手段と、車両を構成する車体のロール角及びロール角速度を検出するロール角検出手段と、予め定められている車体のロール角に対する車輪の対地キャンバ角の比と、ロール角検出手段が検出したロール角速度とに基づいて、当該検出したロール角速度に対する車輪の対地キャンバ角速度を算出するキャンバ角算出手段と、予め定められている車輪を含むホイール回転系の慣性モーメントと、車輪速検出手段が検出した回転角速度と、キャンバ角算出手段が算出した対地キャンバ角速度と、に基づいて、ジャイロモーメントを算出するジャイロモーメント算出手段と、当該算出したジャイロモーメントを打ち消すように、車輪の操舵に対するアシスト力を制御する制御手段と、を備える。

本発明によれば、車体のロール角及びロール角速度から算出される対地キャンバ角速度、ホイール回転系の慣性モーメント、及び車輪の回転角速度に基づいて車輪に発生するジャイロモーメントを算出し、その算出したジャイロモーメントを打ち消すようにアシスト力を制御するので、操舵感に対するジャイロモーメントの影響を低減できる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置では、制御手段が、車輪を操舵するラックバー軸力に対するアシスト力を制御することも好ましい。

本発明によれば、車体の旋回状況に応じて発生する車輪のジャイロモーメントを算出してアシスト力を調整できる。従って、ジャイロモーメントによって発生する操舵の手応え変化を抑制できる。

本発明は、一実施の形態のために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置について説明する。図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置１のブロック構成図である。電動パワーステアリング装置１は、ロール角検出部１０（ロール角検出手段）と、キャンバ角算出部２０（キャンバ角算出手段）と、ジャイロモーメント算出部３０（ジャイロモーメント算出手段）と、車輪速センサ４０（車輪速検出手段）と、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）制御部５０（制御手段）と、モータ６０と、を備えている。

電動パワーステアリング装置１の各構成要素を説明するのに先立って、電動パワーステアリング装置１が搭載されている自動車（車両）の例を図２及び図３を参照しながら説明する。図２の（Ａ）は、電動パワーステアリング装置１が搭載される自動車２を後方から見た状態を示している。自動車２は、車体２５に車輪２６が取り付けられて構成されている。図２の（Ａ）は、自動車２が直進状態にあるときを示している。

図２の（Ｂ）は、自動車２が旋回状態にあるときを示している。自動車２が旋回状態に入ると、車体２５が旋回中心に対して外側に傾く。車体２５が傾いた場合の鉛直線ＶＬに対して車体２５の縦方向の中心軸２５ａが成す角度θをロール角θとする。また、車体２５のロールに応じて車輪２６も旋回中心に対して外側に傾く。車輪２６が傾いた場合の、鉛直線VLに対して車輪２６の中心軸２６ａが成す角度φを対地キャンバ角φとする。中心軸２６ａは車輪２６の直径方向の中心軸であって、車輪２６の幅方向の中心を通る軸である。

図２の（Ｂ）に示すように自動車２が旋回状態に入り、車輪２６の対地キャンバ角φが変化すると、図３に示すように中心軸２６ａ周りのジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏが発生する。ジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏは、車輪２６が角速度ωで矢印Ａ方向へ回転することと、車輪２６の対地キャンバ角φが角速度ｄφ／ｄｔで矢印Ｂ方向へ回転することとに起因して、矢印Ｃ方向に発生する。引き続いて行う電動パワーステアリング装置１の各構成要素の説明において、適宜図２及び図３を参照する。

図１に戻り、電動パワーステアリング装置１の各構成要素について説明する。ロール角検出部１０は、自動車２（図２参照）を構成する車体２５（図２参照）のロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔを検出する部分である。ロール角検出部１０は、横加速度センサ１０１と、サスペンションストロークセンサ１０２と、ロール角算出部１０３と、を備えている。

横加速度センサ１０１は、自動車２（図２参照）の旋回に応じて発生する横加速度を検知するセンサである。横加速度センサ１０１は、検知した横加速度をロール角算出部１０３に出力する。

サスペンションストロークセンサ１０２は、自動車２（図２参照）の左右のサスペンション（図示しない）のストローク量を検知するセンサである。サスペンションストロークセンサ１０２は、検知したサスペンションのストローク量をロール角算出部１０３に出力する。

ロール角算出部１０３は、横加速度センサ１０１から出力される横加速度、又はサスペンションストロークセンサ１０２から出力されるサスペンションのストローク量に基づいて、車体２５（図２参照）のロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔを算出する演算部分である。

横加速度センサ１０１から出力される横加速度に基づく場合には、ロール角算出部１０３は、予め定められているロール剛性Ｇを用いて横加速度からロール角θを算出する。また、ロール角算出部１０３は、ロール制御フェール時には、正常時のロール剛性Ｇとフェール時のロール剛性Ｇｆとの比Ｇ_ｆ／Ｇを補正ゲインとして、ロール角θの算出又はロール角速度ｄθ／ｄｔの算出に反映させてもよい。

サスペンションストロークセンサ１０２から出力されるサスペンションのストローク量に基づく場合には、ロール角算出部１０３は、左右のストローク量の差分に基づいてロール角θを算出する。

また、ロール角算出部１０３は、逐次算出するロール角θに基づいてロール角速度ｄθ／ｄｔを算出する。ロール角算出部１０３は算出したロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔをキャンバ角算出部２０に出力する。

キャンバ角算出部２０は、予め定められている車体２５（図２参照）のロール角θに対する車輪２６（図２参照）の対地キャンバ角φの比Ｑ（＝φ／θ）と、ロール角検出部１０が検出したロール角速度ｄθ／ｄｔとに基づいて、その検出したロール角速度ｄθ／ｄｔに対する車輪２６（図２参照）の対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔを算出する部分である。

より具体的には、キャンバ角算出部２０は、比Ｑ（＝φ／θ）とロール角速度ｄθ／ｄｔとを乗算して対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔを算出する。キャンバ角算出部２０は、算出した対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔをジャイロモーメント算出部３０に出力する。

ジャイロモーメント算出部３０は、予め定められている車輪２６（図２参照）を含むホイール回転系の慣性モーメントＩ_ｗと、車輪速センサ４０が検出した車輪２６（図２参照）の車軸周りの回転角速度ωと、キャンバ角算出部２０が算出した車輪２６（図２参照）の対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔと、に基づいて、車輪２６の中心軸２６ａ（図２，３参照）周りに生じるジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを算出する部分である。

より具体的には、ジャイロモーメント算出部３０は、慣性モーメントＩｗと、回転角速度ωと、対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔとを乗算し、更に両輪分とするために２倍したものをジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏ（＝２・Ｉ_ｗ・ω・ｄφ／ｄｔ）として算出する。ジャイロモーメント３０は算出したジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏをＥＰＳ制御部５０に出力する。

車輪速センサ４０は、車輪２６（図２参照）の車軸周りの回転角速度ωを検出するセンサである。車輪速センサ４０は、検出した回転角速度ωを上述のようにジャイロモーメント算出部３０に出力する。

ＥＰＳ制御部５０は、ジャイロモーメント３０が算出したジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを打ち消すように、車輪２６（図２参照）を操舵するラックバー軸力に対するアシスト力を制御する部分である。より具体的には、ＥＰＳ制御部５０は、狙いのアシストトルクＴ_ｒｅｆ（キングピン軸換算値）にジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを加算した補正後のアシストトルクＴ_ａｃｔ（キングピン軸換算値）でアシストするように、モータ６０に対して制御信号を出力する。

モータ６０は、ステアリングホイール（図示しない）の回転に応じてラックバー（図示しない）が摺動する場合に、その摺動を補助するためのアシストトルクを発生させる電動機である。モータ６０は、ＥＰＳ制御部５０から出力された制御信号に応じて回転し、その回転に応じたアシストトルクは摺動力としてラックバー（図示しない）に伝達される。

次に、本実施形態におけるパワーステアリング装置１の動作について説明する。図４は、本実施形態におけるパワーステアリング装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、車輪速センサ４０が検出する車輪２６の回転加速度がジャイロモーメント算出部３０に出力される（Ｓ０１）。

また、ロール角検出部１０が車体２５の横加速度等に基づいてロール角θを検出する（Ｓ０２）。ロール角検出のフェール信号が出力されたか（ロール制御フェールが発生したか）どうかがロール角算出部１０３で判断される（Ｓ０３）。フェール信号が出力されていなければ、ロール角算出部１０３がロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔをキャンバ角算出部２０に出力する（Ｓ０４）。一方、フェール信号が出力されていれば、ロール角算出部１０３が補正ゲインの処理を施したロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔがキャンバ角算出部２０に出力される（Ｓ０５）。

続いて、キャンバ角算出部２０が、比Ｑ（＝φ／θ）とロール角速度ｄθ／ｄｔとを乗算して対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔを算出してジャイロモーメント算出部３０に出力する（Ｓ０６）。

ジャイロモーメント算出部３０は、慣性モーメントＩ_ｗと、回転角速度ωと、対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔとを乗算して２倍し、ジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏ（＝２・Ｉ_ｗ・ω・ｄφ／ｄｔ）を算出してＥＰＳ制御部５０に出力する（Ｓ０７）。

続いて、ＥＰＳ制御部５０が、狙いのアシストトルクＴ_ｒｅｆ（キングピン軸換算値）にジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを加算した補正後のアシストトルクＴ_ａｃｔ（キングピン軸換算値）でアシストするように、モータ６０に対して制御信号を出力する（Ｓ０８）。

本実施形態のパワーステアリング装置１における作用効果について説明する。このパワーステアリング装置１が搭載される自動車２における車体２５のロール角θ及びロール角速度ｄθ／ｄｔから算出される対地キャンバ角速度ｄφ／ｄｔ、車輪２６を含むホイール回転系の慣性モーメントＩ_ｗ、及び車輪２６の回転角速度ωに基づいて車輪ｗに発生するジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを算出し、その算出したジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏを打ち消すようにアシスト力を制御するので、操舵感に対するジャイロモーメントＴ_ｇｙｒｏの影響を低減できる。

尚、本発明の実施の形態は、本実施形態のパワーステアリング装置１のようにラックバー軸力に対するアシスト力を制御するタイプのみならず、ピニオン軸（ステアリングシャフト）に対するアシスト力を制御するタイプ等、他のタイプの電動パワーステアリング装置にも適用可能である。

本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。 図１の電動パワーステアリング装置が搭載される自動車を説明する図である。 図２の自動車が旋回した場合の車輪の様子を説明する図である。 本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、１０…ロール角検出部、１０１…横加速度センサ、１０２…サスペンションストロークセンサ、１０３…ロール角算出部、２０…キャンバ角算出部、３０…ジャイロモーメント算出部、４０…車輪速センサ、５０…ＥＰＳ制御部、６０…モータ。

Claims (2)

1. 車両の旋回によって前記車両を構成する車輪の直径方向の中心軸周りに生じるジャイロモーメントによる影響を低減させる電動パワーステアリング装置であって、
   前記車輪の車軸周りの回転角速度を検出する車輪速検出手段と、
   前記車両を構成する車体のロール角及びロール角速度を検出するロール角検出手段と、
   予め定められている前記車体のロール角に対する前記車輪の対地キャンバ角の比と、前記ロール角検出手段が検出したロール角速度とに基づいて、当該検出したロール角速度に対する前記車輪の対地キャンバ角速度を算出するキャンバ角算出手段と、
   予め定められている前記車輪を含むホイール回転系の慣性モーメントと、前記車輪速検出手段が検出した回転角速度と、前記キャンバ角算出手段が算出した対地キャンバ角速度と、に基づいて、前記ジャイロモーメントを算出するジャイロモーメント算出手段と、
   当該算出したジャイロモーメントを打ち消すように、前記車輪の操舵に対するアシスト力を制御する制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御手段は、前記車輪を操舵するラックバー軸力に対するアシスト力を制御する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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