JP3763338B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータの回転力を利用して、ステアリングホイールの操作を補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。このような電動パワーステアリング装置の多くは、車速に応じて操舵補助力を増減させる車速感応型制御を採用しており、操舵抵抗が小さい高速走行時には、比較的小さな操舵補助力をステアリング機構に与え、操舵抵抗が大きい低速走行時には、比較的大きな操舵補助力をステアリング機構に与えるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、狭い道での方向転換や、車庫入れ、縦列駐車などの際には、ステアリングホイールを一方方向に最大舵角まで切り込んだ状態から他方方向の最大舵角まで切り返す、いわゆるロックツーロック操作が行われることがある。
電動パワーステアリング装置を搭載した車両では、ロックツーロック操作を行うような低速走行時には大きな操舵補助力がステアリング機構に与えられて、ステアリングホイールを楽に操作できるとはいえ、ロックツーロック操作を何度も繰り返して行うことは、運転者にとって非常に煩わしいことであった。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ロックツーロック操作の煩わしさを解消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。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両のステアリング機構（１）に与えるべき操舵補助力の発生源としてのモータ（Ｍ）と、オンまたはオフされる自動切り返しスイッチ（６７）と、この自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされたことに応答して、上記ステアリング機構を最大舵角まで自動的に操舵すべく上記モータを駆動制御する制御手段（４０，Ｓ８）と、上記ステアリング機構に作用している操舵トルクを検出するためのトルク検出手段（６２）とを含み、上記所定の条件は、上記自動切り返しスイッチがオンされた後に上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの大きさが予め定めるトルク値以上になったこと（Ｓ５）を条件の１つとして含み、上記制御手段は、上記自動切り返しスイッチがオンされた直後に上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの方向の最大舵角まで上記ステアリング機構を自動操舵すべく上記モータを制御するものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００６】
なお、括弧内は、後述の実施形態における対応構成要素などの符号を表す。以下、この項において同じである。
この発明によれば、自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされると、モータの駆動が制御されて、ステアリング機構が所定方向の最大舵角まで自動的に操舵される。したがって、上記所定の条件を適切に定めておくことにより、ステアリング機構を一方方向に最大舵角まで切り込んだ状態から他方方向の最大舵角まで切り返すといった操作（ロックツーロック操作）を自動で行わせることができる。これにより、狭い道での方向転換や車庫入れの際におけるロックツーロック操作の煩わしさを解消できる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、上記ステアリング機構の操舵方向を検出する操舵方向検出手段（６２，４０）と、車両のシフト位置が前進位置または後退位置のいずれにあるかを検出するためのシフト位置検出手段（６５）とをさらに含み、上記所定の条件は、上記自動切り返しスイッチがオンされた後に上記シフト位置検出手段によってシフト位置が変更されたことが検出されたこと（Ｓ１３）を条件の１つとして含み、上記制御手段は、上記シフト位置検出手段によってシフト位置が変更されたことが検出された時点において上記操舵方向検出手段によって検出されている操舵方向とは反対方向の最大舵角まで上記ステアリング機構を自動操舵すべく上記モータを制御するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。
【０００９】
ステアリング機構が自動操舵される方向は、自動切り返しスイッチがオンされた後に自動操舵が初めて行われる時には、請求項１に記載されているように、トルク検出手段によって検出される操舵トルクの方向と同一方向であることが好ましい。一方、２回目以降の自動操舵においては、請求項２に記載されているように、シフト位置が切り替えられた時点でのステアリング機構の操舵角度方向と反対方向であることが好ましい。こうすることにより、ステアリング機構の自動操舵を良好に行うことができる。
【００１０】
なお、請求項３に記載のように、上記所定の条件は、車両のブレーキペダルが踏まれ、かつ、車両が停止していること（Ｓ６，Ｓ７）を条件の１つとしてさらに含むことが好ましい。この条件を含むことにより、たとえば、アクセルペダルを踏み込んだ瞬間に自動操舵が行われて、車両が意図しない方向に走り出してしまうといった虞れがない。
請求項４記載の発明は、上記モータに流れるモータ電流を検出するためのモータ電流検出手段（６４）と、上記制御手段が上記ステアリング機構を最大舵角に向けて自動操舵すべく上記モータを駆動制御している過程で、上記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流値が予め定める値に達したことに応答して、上記モータの駆動を停止する駆動停止手段（４０，Ｓ９，Ｓ１０）とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置である。
【００１１】
この発明によれば、自動操舵中にモータを流れる電流値が予め定める値以上になった場合には、モータの駆動が停止されるようになっている。したがって、たとえば、運転者が自動操舵中に車両のステアリングホイールの回転を阻止すると、モータの負荷が増大し、モータに流れる電流が大きくなるので、ステアリング機構の自動操舵を中止させることができる。これにより、自動操舵が開始された後であっても、ステアリング機構の操舵角を所望の角度に合わせることができ、この機能の使い勝手が向上する。
請求項５に記載の発明は、車両のステアリング機構（１）に与えるべき操舵補助力の発生源としてのモータ（Ｍ）と、オンまたはオフされる自動切り返しスイッチ（６７）と、この自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされたことに応答して、上記ステアリング機構を最大舵角まで自動的に操舵すべく上記モータを駆動制御する制御手段（４０，Ｓ８）と、上記モータに流れるモータ電流を検出するためのモータ電流検出手段（６４）と、上記制御手段が上記ステアリング機構を最大舵角に向けて自動操舵すべく上記モータを駆動制御している過程で、上記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流値が予め定める値に達したことに応答して、上記モータの駆動を停止する駆動停止手段（４０，Ｓ９，Ｓ１０）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
この発明によれば、自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされると、モータの駆動が制御されて、ステアリング機構が所定方向の最大舵角まで自動的に操舵される。したがって、上記所定の条件を適切に定めておくことにより、ステアリング機構を一方方向に最大舵角まで切り込んだ状態から他方方向の最大舵角まで切り返すといった操作（ロックツーロック操作）を自動で行わせることができる。これにより、狭い道での方向転換や車庫入れの際におけるロックツーロック操作の煩わしさを解消できる。
また、自動操舵中にモータを流れる電流値が予め定める値以上になった場合には、モータの駆動が停止されるようになっている。したがって、たとえば、運転者が自動操舵中に車両のステアリングホイールの回転を阻止すると、モータの負荷が増大し、モータに流れる電流が大きくなるので、ステアリング機構の自動操舵を中止させることができる。これにより、自動操舵が開始された後であっても、ステアリング機構の操舵角を所望の角度に合わせることができ、この機能の使い勝手が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。ステアリング機構１は、車幅方向に沿って配置されたラック１１と、このラック１１にギアボックス１７内において噛合するピニオン部を先端に有するピニオン軸１２と、ラック１１の両端に回動自在に結合されたタイロッド１３と、このタイロッド１３の先端に回動自在に結合されたナックルアーム１４とを備えている。
【００１３】
ナックルアーム１４は、キングピン１５まわりに回動自在に設けられており、このナックルアーム１４に操舵輪１６が取り付けられている。ピニオン軸１２の基端部は、ユニバーサルジョイントを介してステアリング軸に結合されており、このステアリング軸の一端には、図示しないステアリングホイールが固定されている。この構成により、ステアリングホイールを回転させることによって、ラック１１がその長手方向に変位し、ナックルアーム１４がキングピン１５まわりに回動して、操舵輪１６の方向が変化する。
【００１４】
電動パワーステアリング装置２は、ラック１１の途中部に関連して設けられた三相ブラシレスモータＭを有している。モータＭは、車両に固定されたケース２１を備えており、このケース２１内には、ラック１１を取り囲むようにロータ２２が配置され、さらに、ロータ２２を取り囲むようにステータ２３が配置されている。
【００１５】
ロータ２２の一端部には、ボールナット３１が連結されている。このボールナット３１は、ラック１１の途中部に形成されたねじ軸部３２に複数個のボールを介して螺合していて、これによりボールねじ機構３０が形成されている。また、ボールナット３１とモータＭのケース２１との間には、軸受け３３，３４が介装されており、ケース２１とロータ２２の他端部付近との間には、軸受け３５が介装されている。
【００１６】
この構成により、モータＭへの通電が行われて、ロータ２２にトルクが与えられると、その与えられたトルクは、ロータ２２に連結されたボールナット３１に伝達される。ボールナット３１に伝達されたトルクは、ボールねじ機構３０によってラック１１の車幅方向への駆動力に変換される。こうして、モータＭから発生する力がステアリング機構１に与えられる。
【００１７】
モータＭの駆動は、コントローラ４０によりモータドライバ５０を介して制御されるようになっている。コントローラ４０には、車速を検出するための車速センサ６１、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ６２、モータＭの回転角を検出するためのモータ回転角センサ６３、およびモータＭに流れる電流を検出するためのモータ電流検出回路６４の出力信号が入力されている。
【００１８】
車速センサ６１は、たとえば、車輪に関連して設けられ、車輪の回転速度に対応した周期でパルス信号を出力する車輪速センサによって実現される。この場合、パルス信号の周期または周波数を計測することによって、車両の速さである車速を求めることができる。
トルクセンサ６２は、ピニオン軸１２をステアリングホイール側の入力軸とラック１１側の出力軸とに分割しておき、入力軸と出力軸との間をトーションバーで結合するとともに、このトーションバーのねじれ量を検出する構成によって実現される。つまり、ステアリングホイールに加えられたトルクとトーションバーのねじれ量が一対一に対応するので、このねじれ量をポテンショメータなどの適当な検出機構で検出することによって操舵トルクを検出できる。
【００１９】
モータ回転角センサ６３は、ロータリエンコーダなどで構成され、ロータ２２に関連して設けられている。ロータリエンコーダから出力されるパルス信号に基づいて、ロータ２２の回転位置、つまりモータＭの回転角を検出することができ、これを通じて、ステアリング機構１の操舵方向を検出できるようになっている。
【００２０】
コントローラ４０にはさらに、車両のシフト位置が前進位置または後退位置のいずれにあるかを検出するためのシフト位置センサ６５の出力信号と、車両のブレーキペダルが踏まれていることを検出するためのブレーキセンサ６６の出力信号と、運転者などによって手動で操作される自動切り返しスイッチ６７の出力信号とが与えられるようになっている。コントローラ４０は、上記したセンサ類６１〜６７の出力信号に基づいて、モータＭの駆動を制御する。
【００２１】
図２は、コントローラ４０の制御動作を説明するためのフローチャートである。コントローラ４０は、自動切り返しスイッチ６７がオンにされている状態で、運転者によって所定の運転操作が行われたことに応答して、ステアリング機構１が所定方向の最大舵角まで自動的に操舵されるようにモータＭを制御する。
具体的に説明すれば、コントローラ４０は、まず、自動切り返しスイッチ６７の出力を参照して、自動切り返しスイッチ６７がオンされているかどうかを判断する（ステップＳ１）。自動切り返しスイッチ６７がオフであれば、自動切り返しスイッチ６７がオンされてからステアリング機構１の自動操舵が行われたか否かを表す自動操舵フラグＴを「０」にリセットする（ステップＳ２）。そして、車速および操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構１に与えるための通常パワステ制御を行う（ステップＳ３）。その後、処理はステップＳ１２にスキップして、コントローラ４０は、車両のイグニションスイッチがオフされたか否かを判断し、イグニションスイッチがオンのままであれば、ステップＳ１に戻って、自動切り返しスイッチ６７がオンされたか否かを再び判断する。以上の処理は、イグニションスイッチがオフされるか、自動切り返しスイッチ６７がオンされるまで続けられる。
【００２２】
自動切り返しスイッチ６７がオンされると、コントローラ４０は、自動操舵フラグＴが「０」か否かを判断する（ステップＳ４）。自動切り返しスイッチ６７がオンされた直後は自動操舵フラグＴ＝０であるから、コントローラ４０は、自動操舵フラグＴが「０」か否かの判断を肯定して、次に、トルクセンサ６２の出力を参照し、運転者によってステアリングホイールが操舵されたかどうかを判断する（ステップＳ５）。すなわち、コントローラ４０は、トルクセンサ６２で検出される操舵トルクの値が所定値以上か否かを判断する。操舵トルクの値が所定値よりも小さい場合には、ステアリングホイールは操舵されていないと判断して、ステップＳ１に戻り、自動切り返しスイッチ６７の状態を再び調べる。
【００２３】
トルクセンサ６２で検出される操舵トルクの値が所定値以上であれば、コントローラ４０は、ブレーキセンサ６６の出力信号を取り込んで、車両のブレーキペダルが踏まれているか否かを判断する（ステップＳ６）。ブレーキペダルが踏まれている場合には、さらに、車速センサ６１の出力信号を取り込んで、車速が「０」であるか否かを判断する（ステップＳ７）。車速が「０」でなく、車両が走行中である場合、または、ステップＳ６でブレーキペダルが踏まれていない場合には、通常パワステ制御（ステップＳ３）が行われ、車速および操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構１に与えられる。
【００２４】
一方、運転者によってブレーキペダルが踏まれ、かつ、車速が「０」であれば、コントローラ４０は、モータＭを駆動して、ステアリング機構１をステアリングホイールの操舵方向に最大舵角まで自動操舵する（ステップＳ８）。すなわち、ステアリング機構１を最大舵角まで操舵する、いわゆるすえ切りが自動で行われる。この自動操舵が行われている間、コントローラ４０は、モータ電流検出回路６４の出力信号を常に監視している（ステップＳ９）。
【００２５】
たとえば、自動操舵の実行中に、運転者によってステアリングホイールの回転が阻止されると、モータＭの負荷が大きくなり、モータＭに流れる電流が大きくなる。また、ステアリング機構１が最大舵角まで操舵された場合にも、モータＭの負荷が大きくなって、モータＭに流れる電流が大きくなる。そこで、モータ電流検出回路６４によって検出されるモータ電流値が予め定める値以上になると、コントローラ４０は、運転者によってステアリングホイールの回転が阻止されたか、または、ステアリング機構１が最大舵角まで操舵されたと判断し、モータＭへの駆動電流の供給を停止する（ステップＳ１０）。そして、自動操舵が行われたか否かを表す自動操舵フラグＴを「１」にセットした後（ステップＳ１１）、イグニションスイッチがオンのままであれば（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１に戻って自動切り返しスイッチ６７がオンのままであるかどうかを判断する。
【００２６】
こうして自動操舵が一度行われた後、自動切り返しスイッチ６７がオンのままであれば、コントローラ４０は、自動操舵フラグＴが「０」か否かの判断を否定し（ステップＳ４でＮＯ）、シフト位置センサ６５の出力信号に基づいて、車両のシフト位置が前進位置と後退位置との間で切り替えられたか否かを判断する（ステップＳ１３）。そして、シフト位置が前進位置から後退位置に、または、後退位置から前進位置に切り替えられた場合には、運転者によってブレーキペダルが踏まれ、かつ、車速が「０」であることを条件として（ステップＳ６，Ｓ７）、その時にステアリングホイールが切り込まれている方向とは反対方向の最大舵角までステアリング機構１が自動操舵され、いわゆるステアリング機構１のすえ切りが行われる（ステップＳ８〜Ｓ１１）。
【００２７】
なお、シフト位置が切り替えられた時にステアリングホイールが切り込まれている方向は、モータ回転角センサ６３によって検出されるモータ回転角（ロータ位置）に基づいて判断することができる。
ステップＳ１１の処理の後は、イグニションスイッチがオンのままであればステップＳ１に戻って、上述したステップＳ１以降の処理が行われ、イグニションスイッチがオフにされると処理が終了する。
【００２８】
狭い道での方向転換や車庫入れなどの際には、たとえば、ステアリングホイールを一方方向に最大舵角まで切り込んだ状態で後進または前進した後、ステアリングホイールを他方方向の最大舵角まで切り返して前進または後進するといった運転操作が行われる。そこで、この実施形態では、自動切り返しスイッチ６７がオンされている状態で、シフト位置が前進位置または後退位置から後退位置または前進位置に切り替えられたことに応答して、ステアリング機構１が一方方向に切り込まれた状態から他方方向の最大舵角まで自動的に操舵される。これにより、方向転換や車庫入れなどの際に、ステアリングホイールを一方方向に最大舵角まで切り込んだ状態から他方方向の最大舵角まで切り返す、いわゆるロックツーロック操作を運転者が行う必要がなく、ロックツーロック操作の煩わしさから運転者を解放することができる。
【００２９】
また、この実施形態において、ステアリング機構１の自動操舵は、運転者によって車両のブレーキペダルが踏まれ、かつ、車速センサによって検出される車速が「０」の場合にのみ行われる。これにより、たとえば、アクセルペダルを踏み込んだ瞬間に自動操舵が行われて、車両が意図しない方向に走り出してしまうといった虞がない。
【００３０】
さらに、自動操舵中は常にモータＭに流れる電流が監視されており、モータＭの負荷が増大し、モータＭに流れる電流値が予め定める値以上になった場合には、モータＭへの駆動電流の供給が停止されるようになっている。したがって、運転者は、自動操舵中にステアリングホイールの回転を阻止して、モータＭの負荷を増大させることにより、ステアリング機構１の自動操舵を中止させることができる。これにより、自動操舵が開始された後であっても、ステアリング機構１の操舵角を所望の角度に合わせることができ、この機能の使い勝手が向上する。
【００３１】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、上記の一実施形態に限定されるものではない。上記の一実施形態では、自動切り返しスイッチのオン／オフが手動で行われるとしたが、たとえば、自動切り返しスイッチは、車速が一定値（たとえば５km/h）に達した時点で自動的にオフされてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。
【図２】コントローラの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
２ 電動パワーステアリング装置
４０ コントローラ
６２ トルクセンサ
６３ モータ回転角センサ
６４ モータ電流検出回路
６５ シフト位置センサ
６７ 自動切り返しスイッチ
Ｍ モータ

Claims (5)

1. 車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源としてのモータと、
   オンまたはオフされる自動切り返しスイッチと、
   この自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされたことに応答して、上記ステアリング機構を最大舵角まで自動的に操舵すべく上記モータを駆動制御する制御手段と、
   上記ステアリング機構に作用している操舵トルクを検出するためのトルク検出手段とを含み、
   上記所定の条件は、上記自動切り返しスイッチがオンされた後に上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの大きさが予め定めるトルク値以上になったことを条件の１つとして含み、
   上記制御手段は、上記自動切り返しスイッチがオンされた直後に上記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの方向の最大舵角まで上記ステアリング機構を自動操舵すべく上記モータを制御するものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記ステアリング機構の操舵方向を検出する操舵方向検出手段と、
   車両のシフト位置が前進位置または後退位置のいずれにあるかを検出するためのシフト位置検出手段とをさらに含み、
   上記所定の条件は、上記自動切り返しスイッチがオンされた後に上記シフト位置検出手段によってシフト位置が変更されたことが検出されたことを条件の１つとして含み、
   上記制御手段は、上記シフト位置検出手段によってシフト位置が変更されたことが検出された時点において上記操舵方向検出手段によって検出されている操舵方向とは反対方向の最大舵角まで上記ステアリング機構を自動操舵すべく上記モータを制御するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記所定の条件は、車両のブレーキペダルが踏まれ、かつ、車両が停止していることを条件の１つとしてさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記モータに流れるモータ電流を検出するためのモータ電流検出手段と、
   上記制御手段が上記ステアリング機構を最大舵角に向けて自動操舵すべく上記モータを駆動制御している過程で、上記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流値が予め定める値に達したことに応答して、上記モータの駆動を停止する駆動停止手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源としてのモータと、
   オンまたはオフされる自動切り返しスイッチと、
   この自動切り返しスイッチがオンされている状態で所定の条件が満たされたことに応答して、上記ステアリング機構を最大舵角まで自動的に操舵すべく上記モータを駆動制御する制御手段と、
   上記モータに流れるモータ電流を検出するためのモータ電流検出手段と、
   上記制御手段が上記ステアリング機構を最大舵角に向けて自動操舵すべく上記モータを駆動制御している過程で、上記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流値が予め定める値に達したことに応答して、上記モータの駆動を停止する駆動停止手段とを含む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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