JP2009184370A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵角度が大きくなり、運転者が力を入れ難いときにも軽く操舵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。
【解決手段】運転者がステアリングホイールに入力した操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１６を備え、操舵トルクセンサ１６により検出した操舵トルクに応じてアシストモータ１０により発生させる操舵力のアシスト量を制御する電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールの操舵角度を検出する操舵角センサ１５を備え、操舵角センサ１５により検出された操舵角度が大きくなるに応じて、前記アシスト量を増加するように補正を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールに付加した操舵トルクを、ステアリングシャフトに設けたトルクセンサによって検出し、検出された操舵トルクに応じて、電動アシストモータ（以下、アシストモータと略す）により発生させる操舵力のアシスト量（操舵アシスト量）を制御し、該アシストモータで発生させたアシストトルクをステアリングシャフトあるいはラックに付加することで、運転者のステアリングホイール操作負担を軽減している。

従来の電動パワーステアリング装置では、運転者がステアリングホイールを操舵したときの操舵角度に関わりなく、操舵トルクに応じて操舵力のアシスト量を制御している。
なお、電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイールの操舵速度に応じてダンパ補償量を算出し、このダンパ補償量分だけ操舵アシスト量を減少させる技術は存在する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１２３７７６号公報

ところで、丸形ハンドルのステアリングホイールの場合には、図６に示すように、直進状態（図６（Ａ）の状態）から所定の操舵角度までは運転者は両手でステアリングホイール２を掴んで回すことができるが、それ以上の操舵角度（図６（Ｂ）の状態）になると、両手での操舵が困難となり、運転者は腕に力が入り難い状態でステアリングホイール２を操作しなければならない。

また、両手での操舵が困難になると、運転者はステアリングホイール２を持ち替える必要があるが、ステアリングホイール２の持ち替えを完了するまでの間は、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、運転者は片手でステアリングホイール２を操作しなければならなず、運転者の片腕の負担が大きくなる。
このようなときに、運転者が操舵を重く感じる場合があった。

そこで、この発明は、操舵角度が大きくなり運転者が力を入れ難いときや、片手での操舵時に軽く操舵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ものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、運転者が操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）に入力する操舵トルクに応じて、電動モータ（例えば、後述する実施例におけるアシストモータ１０）により発生させる操舵力のアシスト量を制御する電動パワーステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置１００）において、前記操作子の操舵角度が大きくなるに応じて、前記アシスト量を増加するように補正を行うことを特徴とする。
このように構成することにより、操舵角度が大きくなるに応じて電動モータによるアシスト量を大きくすることができるので、操舵角度が大きくなるにしたがって運転者の操舵力を小さくすることができる。

請求項１に係る発明によれば、操舵角度が大きくなるにしたがって運転者の操舵力を小さくすることができるので、操舵角度が大きくなり運転者が力を入れ難いときや、運転者が操作子を持ち替える過程などで操作子を片手で操作するときに、軽く操舵を行うことができる。

以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置の実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。
初めに、図１を参照して、電動パワーステアリング装置の構成を説明する。電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール（操作子）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。

ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられており、車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９，９を介して転舵輪としての左右の前輪１１，１１が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１１，１１を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸８とタイロッド９，９は転舵機構を構成する。

電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させる電動ブラシレスモータからなるアシストモータ（電動モータ）１０を備えており、アシストモータ１０で発生したトルク（アシストトルク）は、減速装置１４によって倍力されてピニオン軸５に伝達される。なお、減速装置１４は、アシストモータ１０の出力軸に設けられたウォームギヤ１２と、ピニオン軸５に設けられウォームギヤ１２に噛合するウォームホイールギヤ１３とからなる。

アシストモータ１０は、モータシャフトの回転角を検出するためのレゾルバ１７を備え、検出した回転角に対応する出力信号をステアリング電子制御装置（以下、ＥＰＳ−ＥＣＵと略す）３０へ出力する。
前記ラック＆ピニオン機構（８ａ，７）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン軸５に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ１６が設けられており、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する出力信号をＥＰＳ−ＥＣＵ３０へ出力する。

また、メインシャフト３には、操舵角度を検出するための操舵角センサ（操舵角検出手段）１５が設けられており、操舵角センサ１５は検出した操舵角度に対応する出力信号をＥＰＳ−ＥＣＵ３０へ出力する。
さらに、車体の適所には、車速を検出する車速センサ１９が取り付けられており、車速センサ１９は検出した車速に対応する出力信号をＥＰＳ−ＥＣＵ３０へ出力する。

ＥＰＳ−ＥＣＵ３０は、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角と、車速センサ１９で検出された車速と、操舵トルクセンサ１６により検出された操舵トルクと、操舵角センサ１５により検出された操舵角度とに基づいて、アシストモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、アシストモータ１０に流れる実電流（アシスト電流）が目標電流と一致するようにＰＩＤ制御を行うことにより、アシストモータ１０の出力トルク（操舵補助力）を制御する。

ところで、従来の電動パワーステアリング装置はステアリングホイール２の操舵角度の大きさに関わりなく、操舵トルクや車速等に応じて操舵アシスト量を設定していたが、この実施例の電動パワーステアリング装置１００では、ステアリングホイール２の操舵角度が大きくなるに応じて、操舵アシスト量を増加するように補正を行う。これは、ステアリングホイール２の操舵角度が大きくなったときは、両手での操舵が困難となり、運転者は腕に力が入り難い状態でステアリングホイール２を操作しなければならなかったり、ステアリングホイール２を持ち替える過程で運転者は片手でステアリングホイール２を操作しなければならないため、運転者の片腕の負担が大きくなる。そこで、操舵角度が大きくなったときには、通常よりも操舵アシスト量を増大させて、運転者の操舵の負担を軽減し、操舵を楽にあるいは軽く行うことができるようにするためである。

次に、図２の制御ブロック図を参照して、アシストモータ１０に対する電流制御を説明する。
ＥＰＳ−ＥＣＵ３０は、操舵アシスト量設定部３１と、補正量設定部３２と、アシストモータ制御部３３を備えている。
補正量設定部３２は、操舵角センサ１５により検出されたステアリングホイール２の操舵角度に基づき、例えば図３に示す操舵アシスト補正量テーブルを参照して、アシストトルク補正量（すなわち、操舵アシスト補正量）を算出し、このアシストトルク補正量を操舵アシスト量設定部３１へ出力する。なお、この実施例における操舵アシスト補正量テーブルでは、操舵角度が所定値θ_１より小さい場合はアシストトルク補正量はゼロであり、所定値θ_１以上になると操舵角度が大きくなるにしたがってアシストトルク補正量が徐々に連続的に増加するように設定されている。

操舵アシスト量設定部３１は、ステアリングホイール２の操舵トルクと操舵速度と車速とに基づいて算出される補正前操舵アシスト量（トルク）に、補正量設定部３２により算出された操舵アシスト補正量（トルク）を加算して、操舵アシスト量（トルク）を算出し、この操舵アシスト量（トルク）に応じた電流値をアシストモータ１０の目標電流として設定し、アシストモータ制御部３３へ出力する。

補正前操舵アシスト量の算出方法は従来と同じであるので簡単に説明する。
まず、操舵トルクセンサ１６で検出された操舵トルクおよび車速センサ１９で検出された車速に基づいて、基本アシスト量（トルク）を算出する。また、操舵トルクの時間微分値と車速に基づいて、イナーシャ補償アシスト量（トルク）を算出する。さらに、ステアリングホイール２の操舵速度と車速に基づいて、ダンパ補償量（トルク）を算出する。そして、基本アシスト量とイナーシャ補償アシスト量とを加算し、これにダンパ補償量を減算して、補正前操舵アシスト量を算出する。

なお、ステアリングホイール２の操舵速度は、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角から算出する。この電動パワーステアリング装置１００ではアシストモータ１０の出力軸とステアリングシャフト１は減速装置１４（ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３）によって接続されているので、ステアリングホイール２の操舵速度はアシストモータ１０の回転速度に比例する。ここで、アシストモータ１０の回転速度は、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角を時間微分することにより算出することができので、ステアリングホイール２の操舵速度は、レゾルバ１７で検出されたアシストモータ１０の回転角から算出することができる。

アシストモータ制御部３３は、アシストモータ１０に流れる実電流（アシスト電流）が、操舵アシスト量設定部３１で設定した目標電流と一致するようにＰＩＤ制御を行って、アシストモータ１０の出力トルクを制御し、すなわち操舵補助力を制御する。

次に、この実施例における操舵アシスト量算出処理を、図４のフローチャートに従って説明する。
図４のフローチャートに示す操舵アシスト量算出処理ルーチンは、ＥＰＳ−ＥＣＵ３０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、操舵トルクセンサ１６により操舵トルクを検出する。
次に、ステップＳ１０２に進み、レゾルバ１７により検出されたアシストモータ１０の回転角度に基づいて、ステアリングホイール２の操舵速度を算出する。
次に、ステップＳ１０３に進み、車速センサ１９により自車両の車速を検出する。
次に、ステップＳ１０４に進み、操舵角センサ１５により操舵角度θを検出する。

次に、ステップＳ１０５に進み、操舵トルクと操舵速度と車速に基づいて、補正前操舵アシスト量を算出する。
次に、ステップＳ１０６に進み、操舵角センサ１５で検出された操舵角度θに基づいて、図３に示す操舵アシスト補正量テーブルを参照して、操舵角度θの大きさに応じた操舵アシスト補正量を算出する。
次に、ステップＳ１０７に進み、操舵角センサ１５で検出された操舵角度θが所定値θ_１以上か否かを判定する。
ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（θ＜θ_１）である場合には、ステップＳ１０８に進み、アシスト補正処理をすることなく、ステップＳ１１０に進み、補正前操舵アシスト量を操舵アシスト量として決定し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（θ≧θ_１）である場合には、ステップＳ１０９に進み、アシスト補正処理を行う。すなわち、ステップＳ１０５で算出した補正前操舵アシスト量に、ステップＳ１０６で算出した操舵アシスト補正量を加算して、その和を操舵アシスト量とする。
この後、ステップＳ１０９からステップＳ１１０に進み、ステップＳ１０９において補正された操舵アシスト量を操舵アシスト量として決定し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

図５は、ステアリングホイール２の操作量（操舵角度）と、運転者がステアリングホイール２に加える操舵力との関係を示すグラフであり、この図において実線は、この実施例の電動パワーステアリング装置１の場合であり、破線は、操舵角度に応じて操舵アシスト量を補正しない従来の電動パワーステアリング装置の場合を示している。このグラフからも分かるように、実施例の電動パワーステアリング装置１によれば、操舵角度θがθ_１までは運転者の操舵力は従来と同じであるが、操舵角度θがθ_１以上では運転者の操舵力が従来よりも小さくて済み、操舵角度が大きくなるほどその差が大きくなる。

したがって、操舵角度が大きくなり、図６（Ｂ）に示すように運転者が両手での操舵が困難となり、腕に力が入り難くなったり、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、運転者がステアリングホイール２を持ち替える際に片手で操作しなければならないときに、運転者の操舵力が小さくて済み、操舵を楽にあるいは軽く行うことができる。

なお、操舵角度が大きくなるに応じて、アシスト量の補正量を増加させるとは、常に増加していなくてもよく、ある領域においてはアシスト量の補正量が一定となるようにしてもよいことは言うまでもない。

この発明に係る電動パワーステアリング装置の実施例における構成図である。 前記実施例の電動パワーステアリング装置のアシストモータに対する電流制御のブロック図である。 操舵アシスト補正量テーブルの一例を示す図である。 前記実施例における操舵アシスト量算出処理を示すフローチャートである。 前記実施例の電動パワーステアリング装置において、操舵角度と運転者の操舵力との関係を示すグラフである。 ステアリングホイールの操作状態を示す図である。

符号の説明

２ ステアリングホイール（操作子）
１０ アシストモータ（電動モータ）
１６ 操舵トルクセンサ
１００ 電動パワーステアリング装置

Claims (1)

1. 運転者が操作子に入力する操舵トルクに応じて、電動モータにより発生させる操舵力のアシスト量を制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記操作子の操舵角度が大きくなるに応じて、前記アシスト量を増加するように補正を行う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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