JP3614005B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車において、ドライバの操舵操作を油圧アクチュエータの油圧力又はモータの回転力によりアシストする、パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車において、ドライバのハンドルの操作時に、ドライバが付与する操舵トルクとは別の補助操舵トルクを付与し、ドライバの操舵トルクをアシストして操舵操作時のドライバの負担を軽減するパワーステアリング装置が知られている。
【0003】
補助操舵トルクの付与手段としては、油圧アクチュエータや電動モータが一般に用いられているが、共に、補助操舵トルクの大きさをドライバが入力する操舵トルクや車速に応じて制御するようになっている。具体的には、ドライバの操舵トルクが小さい時、また、車速が小さい時には、大きな補助操舵トルクを付与してドライバの操舵負担を軽減し、逆に、ドライバの操舵トルクが大きい時や車速が大きい時には、補助操舵トルクによるアシストを低減して、しっかりした手応えのある操舵感が得られるような制御が行なわれている。
【0004】
従来のパワーステアリング装置では、この補助操舵トルクによる操舵アシストを、機械的構造により決まった中立位置を基準に行なっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハンドルを一定の操舵角に保持しようとする場合、その操舵位置がハンドルの中立位置からずれる程、ドライバに加わる反力、即ち、ハンドルを中立位置に戻そうとする力は大きくなる。このため、一定の傾斜角を有するカント路が長く続くような道路を走行する場合や、タイヤが片減りしているような場合等では、ドライバは常時ハンドルに当て舵をして一定の操舵位置に保持する必要があるため、その操舵位置と中立位置とのずれが大きい程ドライバの負担は大きかった。
【0006】
このような課題に対して従来より種々の提案があり、例えば、特開平7−291134号公報に開示された技術では、錘をハンドルに取り付け、ハンドル全体の重心点をその回転中心から所定量だけ偏心させることにより、重心点の偏心により発生する回転モーメントにより路面カントによる回転トルクを相殺するようにしている。しかしながら、この技術では、ハンドル自体の重量が大きくなってしまい、頻繁な操舵操作を行なう場合にはハンドルに生じる慣性力が大きくなりドライバの負担が大きい。
【0007】
したがって、機械的構造を変えるのではなく、パワーステアリング装置が付与する補助操舵トルクを制御することによって、一定の操舵角度でハンドルを保持する際のドライバの操舵負担を軽減できるようにしたい。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、道路条件や車両条件に応じてハンドルの中立位置を変化させることによりドライバの操舵負担を軽減できるようにした、パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の本発明のパワーステアリング装置は、ドライバのハンドル操舵時の操舵トルクの大きさに応じて補助操舵トルクを出力し、該補助操舵トルクによってドライバのハンドル操舵をアシストするパワーステアリング装置において、ドライバにより操作される該ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段で検出された過去所定時間内の操舵角情報の中から選定される所要の操舵角情報の平均値に基づき操舵角の目標中立位置を演算する目標中立位置演算手段と、該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置に応じて該補助操舵トルクを補正する補正手段とをそなえたことを特徴としている。
【0009】
請求項2記載の本発明のパワーステアリング装置は、請求項1記載のパワーステアリング装置において、該補正手段は、該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置にドライバが操舵角を保持する保舵時には、ドライバの保舵トルクが0となるように該補助操舵トルクを補正することを特徴としている。
請求項3記載の本発明のパワーステアリング装置は、請求項2記載のパワーステアリング装置において、該補正手段は、該操舵角が該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置から離隔するにしたがって、上記のドライバの保舵トルクが増大するように該補助操舵トルクを補正することを特徴としている。
【0010】
請求項4記載の本発明のパワーステアリング装置は、請求項1〜3の何れか1項に記載のパワーステアリング装置において、該目標中立位置演算手段は、該車両の横加速度が所定値以上のとき、及び、該車両の方向指示器が操作されているときには、該目標中立位置の演算を行なわないことを特徴としている。
請求項5記載の本発明のパワーステアリング装置は、請求項1〜4の何れか1項に記載のパワーステアリング装置において、該目標中立位置の大きさに制限値が設けられ、該目標中立位置演算手段では、該目標中立位置の演算値が該制限値を越えた場合には該目標中立位置を該制限値とすることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図3は本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置を示すものであるが、本パワーステアリング装置は、従来のパワーステアリング装置と同様に、ドライバのハンドル操舵時の操舵トルクと自車両の車速とに応じて補助操舵トルクの大きさを制御しながらも、カント路等の道路条件やタイヤの片減り等の車両条件に応じてハンドル中立位置を変化させドライバの操舵負担の軽減を図ったものである。
【0012】
また、本実施形態では、直流モータ11の回転トルクによってドライバの操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置として本発明のパワーステアリング装置を構成した場合について説明する。
このため、図1に示すように、本パワーステアリング装置では、ドライバがハンドルを操舵操作する際の操舵トルクTd を検出する操舵トルクセンサ1と、自車両の車速Vを検出する車速センサ2とがそなえられるとともに、車両条件、即ち、ドライバの操舵操作時のハンドル角(操舵角)θを検出する走行条件検出手段としての操舵角センサ(操舵角検出手段)3と、車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサ4と、ウインカの作動を検出するためのウインカスイッチ(ウインカSW)5とがそなえられている。
【0013】
そして、これらのセンサ類1〜5の検出情報に基づいてパワーステアリング機構10を制御する制御手段100がそなえられており、制御手段100は、直流モータ11へ供給する電流値を制御することにより、センサ1〜3の検出情報に基づき設定した補助操舵トルクをパワーステアリング機構10から発生させるようになっている。
【0014】
なお、パワーステアリング機構10は、図1に示すように、直流モータ11と、直流モータ11の出力軸に連結されたウォーム軸12a及びウォーム軸12aと噛み合って駆動されるウォームホイール軸12bからなる減速機12と、ウォームホイール軸12bと、ラック軸14の歯部14aに噛み合うピニオン軸13とをそなえている。このような構成により、パワーステアリング機構10では、直流モータ11で発生する回転トルクを減速機12において増幅させ、補助操舵トルクとしてピニオン軸13を介してラック軸14に伝達することにより、ドライバの操舵操作をアシストするようになっている。なお、ドライバがハンドルを操舵することで生じる操舵トルクは、図示しないステアリングシャフトを介してラック軸14に伝達されるようになっている。
【0015】
ここで、制御手段100の内部構成及び機能について詳述すると、制御手段100には、ローパスフィルタ105,目標中立位置演算手段106,モータ電流値算出駆動手段110がそなえられている。そして、この制御手段100には、上述の各センサ類1〜5の検出情報が入力されるようになっており、目標中立位置演算手段106,モータ電流値算出駆動手段110では、これらの検出情報、即ち、操舵トルクTd ,車速V,操舵角θ,横加速度G,ウインカのオン/オフに基づき処理を行なうようになっている。
【0016】
まず、モータ電流値算出駆動手段110について説明すると、モータ電流値算出駆動手段110は、直流モータ11に供給すべき電流値を算出し、算出した電流を直流モータ11に供給して駆動する機能を有しており、モータ電流値算出手段111,モータ電流値補正手段(補正手段)112,モータ駆動手段113から構成されている。
【0017】
モータ電流値算出手段111は、直流モータ11に供給すべき電流値を算出する手段である。直流モータ11では、供給された電流値の大きさに比例した回転トルクTr が発生し、ラック軸14には、この回転トルクTr が増幅されて補助操舵トルクTとして付与されるようになる。このため、モータ電流値算出手段107では、まず、ラック軸14に付与すべき基本補助操舵トルクT0 を設定し、その基本補助操舵トルクT0 の大きさに応じた電流値を算出するようになっている。
【0018】
ここでの基本補助操舵トルクT0 の大きさは、従来の電動パワーステアリング装置と同様に、操舵トルクTd と車速Vとに応じたマップにより設定されるようになっている〔即ち、T0 =map(V)+map(Td )〕。つまり、操舵トルクTd が小さい時、また、車速Vが小さい時には、大きなアシストによりドライバの操舵負担を軽減し、操舵トルクTd が大きくなるに連れ、また、車速Vが大きくなるに連れ、アシストを低減してしっかりした手応えのある操舵感が得られるような基本補助操舵トルクT0 の設定となっているのである。
【0019】
次に、モータ電流値補正手段112は、モータ電流値算出手段111で算出された電流値に走行路の条件に応じた補正電流を加算し、この補正電流による保舵補助トルクΔTによって補助操舵トルクT(T=T0 +ΔT)を適宜制御する手段である。具体的には、モータ電流値補正手段112は、目標中立位置演算手段106で演算されたハンドルの目標中立操舵角(目標中立位置)θobj に基づき補正トルクΔTを算出し、保舵補助トルクΔTに応じた補正電流を設定するようになっている。
【0020】
目標中立位置演算手段106では、目標中立操舵角θobj を、操舵角センサ3から周期的に入力される操舵角θの過去所定時間の平均値に基づき演算するようになっている。ただし、操舵角センサ3と目標中立位置演算手段106との間には、ローパスフィルタ105が設けられているため、速い操舵角変化の領域の情報は排除され、緩やかな操舵領域の操舵角情報のみが抽出されて目標中立位置演算手段106に入力されるようになっている。
【0021】
また、目標中立位置演算手段106には、横加速度センサ4からは横加速度Gの測定値が入力され、ウインカSW5からはウインカの作動を示すウインカ信号が入力されるようになっており、目標中立位置演算手段106では、横加速度Gが所定値(例えば、0.2G)以上のときや、ウインカ信号が入力されているときに測定された操舵角θは、演算の対象から排除するようになっている。これは、横加速度Gが所定値以上の場合や、ウインカ信号が入力される場合は、例えば、ドライバの故意による急旋回や右左折,レーンチェンジ等の、定常的でない範囲の旋回の可能性が高いため、このような範囲のデータを排除したものである。
【0022】
従って、例えば、図2に示すように、操舵角センサ3からローパスフィルタ105を介して操舵角θの測定値が所定の周期で入力され、過去所定時間t0 内にθ(1) からθ(n) までのn点の操舵角測定値が得られた場合、目標中立位置演算手段106は、横加速度が0.2Gを越えている間のθ(i) からθ(j) まで、及び、ウインカ信号が入力されている間のθ(k) からθ(l) までを排除して、残りの〔n−(j−i+1)−(l−k+1)〕点の操舵角θの平均値から目標中立操舵角θobj を算出するようになっている。
【0023】
なお、目標中立操舵角θobj には、上限値θlimit 及び下限値−θlimit (例えば、θlimit =5deg)が設けられており、過去所定時間における操舵角θの平均値がこれらの上限値θlimit 又は下限値−θlimit を越える場合には、目標中立操舵角θobj は上限値θlimit 又は下限値−θlimit に設定されるようになっている。
【0024】
モータ電流値補正手段112では、このようにして目標中立位置演算手段106で演算される目標中立操舵角θobj に基づき、例えば、図3に示すようにして保舵補助トルクΔTを設定するようになっている。
図3において、直線Aは、カント等のない平坦路におけるハンドル操舵角θとその操舵角θを維持するためにドライバが加えるべき保舵トルクTa との関係を示したものである。この場合は、操舵角θが0となるハンドル位置、即ち、車両が直進するときのハンドル位置が中立位置となり、操舵角θが中立位置(θ=0)からずれるに従い大きな保舵トルクTa が必要となる。つまり、直線Aの傾きをKとすると、保舵トルクTa はTa =K×θで表される。したがって、カント路を走行している場合のように一定のハンドル操舵角θを保持するような場合には、ドライバは、常に一定の保舵トルクTa (Ta =K×θ)を加え続けなければならず負担が大きい。
【0025】
そこで、モータ電流値補正手段112では、目標中立操舵角θobj が入力されると、この目標中立操舵角θobj における保舵トルクTa が0となるように、即ち、、操舵角θが目標中立操舵角θobj となる位置が中立位置となるように、ドライバが加える保舵トルクTa をアシストするように保舵補助トルクΔTを設定するようになっている。
【0026】
この場合、ハンドル操舵角θと保舵トルクTa との関係を示す直線Bは、直線AをX軸方向にθobj だけ平行移動したものとなり、設定された保舵補助トルクΔTの値は直線BのY切片に対応している。つまり、保舵補助トルクΔTはΔT=−K×θobj で示される値に設定されるようになっており、これにより、一定の操舵角θを維持するためにドライバが加えるべき保舵トルクTa は、Ta =K×(θ−θobj )となる。なお、直線C,Dはそれぞれ、目標中立操舵角θobj が上限値θlimit ,下限値−θlimit に設定された場合のハンドル操舵角θと保舵トルクTa との関係を示しており、それぞれのY切片が保舵補助トルクΔTの最大値及び最小値に対応している。
【0027】
モータ電流値補正手段112では、このようにして設定された保舵補助トルクΔTに応じた補正電流を算出し、モータ電流値算出手段111で算出された電流値に加算するようになっている。
こうして、モータ電流値算出手段111で算出され、モータ電流値補正手段112で適宜の補正が施された電流値は、モータ駆動手段113に入力されるようになっている。モータ駆動手段113は、入力された電流値に応じた電流を直流モータ11に供給するようになっており、直流モータ11が出力する回転トルクが減速機12で増幅されて、補助操舵トルクT(T=T0 +ΔT)としてラック軸14に入力されるようになっている。
【0028】
本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置は上述のごとく構成されているので、例えば、図4に示すようなフローで、走行路の条件に応じたハンドル操舵角の中立位置の制御が行なわれる。
まず、本パワーステアリング装置では、操舵トルクセンサ1,車速センサ2,操舵角センサ3,横加速度センサ4により、操舵トルクTd ,車速V,操舵角θ,横加速度Gを検出し、また、ウインカSW5によりウインカの作動を検出する(ステップS100)。
【0029】
そして、モータ電流値算出手段111では、測定した操舵トルクTd と車速Vとに基づき基本補助操舵トルクT0 を設定する。即ち、操舵トルクTd が小さい時、また、車速Vが小さい時には大きなアシストが得られ、操舵トルクTd が大きくなるに連れ、また、車速Vが大きくなるに連れアシスト量が減少するように基本補助操舵トルクT0 〔T0 =map(V)+map(Td )〕を設定する。そして、この基本補助操舵トルクT0 に対応した回転トルクを発生させるべく直流モータ11に供給すべき電流値を算出する(ステップS110)。
【0030】
一方、目標中立位置演算手段106では、まず、操舵角センサ3からローパスフィルタ105を介して所定の周期で入力される操舵角θの測定値から、横加速度が所定値(例えば、0.2G)を越えているときの測定値と、ウインカ信号が入力されている間の測定値とを排除し、残りの操舵角θの測定値を中立操舵角の演算のための情報として抽出する(ステップS120)。
【0031】
そして、抽出した操舵角θの測定値の過去所定時間における平均値を算出し、目標中立操舵角θobj とする。ただし、目標中立操舵角θobj には、上限値θlimit 及び下限値−θlimit (例えば、θlimit =5deg)が設けられており、過去所定時間における操舵角θの平均値がこれらの上限値θlimit 又は下限値−θlimit を越える場合には、目標中立操舵角θobj は上限値θlimit 又は下限値−θlimit に設定される(ステップS130)。
【0032】
基本補助操舵トルクT0 に対応した電流値が算出され、また、目標中立操舵角θobj が算出されると、モータ電流値補正手段112では、目標中立操舵角θobj に応じて保舵補助トルクΔTを設定し、保舵補助トルクΔTに応じた補正電流を基本補助操舵トルクT0 に対応した電流値に加算する。これにより、パワーステアリング装置10からラック軸14へは、基本補助操舵トルクT0 〔T0 =map(V)+map(Td )〕に保舵補助トルクΔT(ΔT=−K×θobj )が加算された値の補助操舵トルクT(T=T0 +ΔT)が出力され、ドライバは車速Vや操舵トルクTd に応じた操舵アシストが受けられるとともに、ハンドルの中立位置が走行路や車両の条件に応じて変化するので、保舵時の負担も軽減される(ステップS140)。
【0033】
このように、本パワーステアリング装置によれば、過去の所定時間における操舵角θの平均値に基づき目標中立操舵角θobj を演算し、操舵角θがこの目標中立操舵角θobj にあるときの保舵トルクTa が0となるように、保舵補助トルクΔTを設定するようになっているので、カント路が長く続くような道路条件や、タイヤが片減りしたような車両条件における、ドライバの操舵負担が軽減されるという利点がある。
【0034】
また、目標中立操舵角θobj の演算にあたっては、ローパスフィルタ105によって緩やかな操舵領域の操舵角情報のみを抽出し、さらに、横加速度Gが所定値以上の場合やウインカが作動しているときの操舵角情報を排除するようになっているので、ふらつき運転やレーンチェンジ等の道路条件や車両条件とは関係ない操舵成分を除去することができ、正確な目標中立操舵角θobj の演算を可能にすることができる。
【0035】
また、本パワーステアリング装置は、機械構成としては従来の電動パワーステアリング装置の構成をそのまま利用することができるため、低コストで上述の効果が得られるとともに、フェイルセーフについても従来の電動パワーステアリング装置と同様の処理によって行なうことができる利点もある。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態では、ハンドルの操舵角θの履歴から、操舵角の平均値という、間接的に路面の傾斜角や車体の傾斜角をあらわすパラメータを演算し、それに応じて保舵補助トルクΔTを設定するようになっているが、走行条件検出手段として傾斜計をそなえ、この傾斜計により直接路面の傾斜角や車体の傾斜角を計測し、計測した傾斜角に応じて保舵補助トルクΔTを設定するようにしてもよい。また、路面の傾斜角情報については、ナビゲーション情報やビーコン等の路車間通信によって入手するようにしてもよい。
【0036】
さらに、上述の実施形態では、本発明のパワーステアリング装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、油圧式パワーステアリング装置へ適用することも可能である。この場合は、例えば、油圧機構と並列に電動モータをそなえ、その電動モータの回転トルクを操舵角に応じて制御するようにすればよい。
【0037】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明のパワーステアリング装置によれば、過去所定時間内の操舵角情報の中から所要の操舵角情報を選定し、選定した操舵角情報の平均値に基づき、演算された目標中立位置に応じて補助操舵トルクの補正が行なわれるようになっているので、ハンドルの中立位置が道路条件及び車両条件の少なくともいずれかに応じた位置に変更され、ドライバの保舵時の負担が軽減されるという利点がある。
請求項2記載の本発明のパワーステアリング装置によれば、補正手段は、目標中立位置におけるドライバの保舵トルクが0となるように、ドライバが加える保舵トルクをアシストするように補助操舵トルクを補正するようになっているので、一定の傾斜角のカント路が長く続くような走行条件や、タイヤが片減りしたような車両条件における、ドライバの操舵負担が軽減されるという利点がある。
【0038】
請求項4記載の本発明のパワーステアリング装置によれば、目標中立位置演算手段では、横加速度が所定値以上のときや、方向指示器が操作されているときに測定された操舵角は、演算の対象から排除するようになっているので、走行を直進時に限定するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置にかかる目標中立操舵角θobj の算出について説明するための図である。
【図3】本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置にかかる目標中立操舵角θobj に応じた保舵補助トルクΔTの設定例を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態としてのパワーステアリング装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 操舵トルクセンサ
2 車速センサ
3 操舵角センサ(走行条件検出手段としての操舵角検出手段)
4 横加速度センサ
5 ウインカSW
10 パワーステアリング機構
11 直流モータ
12 減速機
13 ピニオン軸
14 ラック軸
100 制御手段
105 ローパスフィルタ
106 目標中立位置演算手段
110 モータ電流値算出駆動手段
111 モータ電流値算出手段
112 モータ電流値補正手段(補正手段)
113 モータ駆動手段
Claims (5)
- ドライバのハンドル操舵時の操舵トルクの大きさに応じて補助操舵トルクを出力し、該補助操舵トルクによってドライバのハンドル操舵をアシストするパワーステアリング装置において、
ドライバにより操作される該ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
該操舵角検出手段で検出された過去所定時間内の操舵角情報の中から選定される所要の操舵角情報の平均値に基づき操舵角の目標中立位置を演算する目標中立位置演算手段と、
該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置に応じて該補助操舵トルクを補正する補正手段とをそなえた
ことを特徴とする、パワーステアリング装置。 - 該補正手段は、該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置にドライバが操舵角を保持する保舵時には、ドライバの保舵トルクが0となるように該補助操舵トルクを補正することを特徴とする、請求項1記載のパワーステアリング装置。
- 該補正手段は、該操舵角が該目標中立位置演算手段で演算された該目標中立位置から離隔するにしたがって、上記のドライバの保舵トルクが増大するように該補助操舵トルクを補正することを特徴とする、請求項2記載のパワーステアリング装置。
- 該目標中立位置演算手段は、該車両の横加速度が所定値以上のとき、及び、該車両の方向指示器が操作されているときには、該目標中立位置の演算を行なわないことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のパワーステアリング装置。
- 該目標中立位置の大きさに制限値が設けられ、該目標中立位置演算手段では、該目標中立位置の演算値が該制限値を越えた場合には該目標中立位置を該制限値とすることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のパワーステアリング装置。
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