JP4479443B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

自動車などの車両における操舵懸架装置として、特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１に記載の技術は、転舵に連動してスタビライザを変形させることによりステアリング装置に復元トルクを与える技術であって、車体を水平に保つためのスタビライザおよび転舵に応じてスタビライザを変動させるためのリンク機構について記載されている。具体的には、上下摺動自在に枢支したラテラルリンクは、上下方向に延びるプルリンクを用いてスタビライザに接続されることにより、プルリンクを介してラテラルリンクが上下摺動してスタビライザをねじり変形させ、その復元力によって復元トルクがステアリング装置に与えられることが記載されている。
特開平６−２１１０２７号公報

特許文献１に記載されているようなスタビライザおよびそのリンク機構では、車体が旋回してロールした場合に、スタビライザがねじられることに対する復元力が生じる。そして、その復元力がステアリング側に伝達され、操舵安定性に影響を及ぼす場合がある。この影響を取り除くためには、復元力がステアリング側に伝達されないような部分にリンク機構を接続することが考えられる。しかしながら、例えば、マクファーソンストラット方式を採用するサスペンション機構では、性能および重量の関係で、極力外側にリンク機構としてのスタビライザリンクを配置することが望ましい。この観点から見れば、スタビライザリンクはナックル又はナックルに連結されているストラットに接続することが効率がよい。

そこで本発明は、スタビライザリンクをナックル等に連結した場合に、スタビライザの復元力による操舵安定性への影響を低減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、スタビライザが発生するスタビライザ発生力をサスペンションに伝達するスタビライザリンクが、ナックルの回動に同調するように取り付けられている車両の電動パワーステアリング装置であって、ナックルに支持された車輪の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、車両のロール角を検出するためのロール角検出手段と、操舵角及びロール角に基づいて、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制御手段と、を備え、制御手段は、操舵角に基づいてキングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出し、ロール角に基づいてスタビライザ発生力を算出すると共に、当該算出した前記キングピン軸の軸線と前記スタビライザリンクの軸線との距離であるモーメントアーム長及びスタビライザ発生力に基づいて、キングピン軸周りに発生するステアモーメントを算出し、当該算出したステアモーメントを打ち消すようにアシスト力を制御する。

本発明によれば、一般的に操舵角に応じて変化する、キングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出することで、スタビライザ発生力がキングピン軸周りに発生させるステアモーメントを的確に算出できる。この算出したステア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、スタビライザ発生力による操舵安定性への影響を低減できる。

本発明によれば、車体ロール時のスタビライザ発生力に起因するキングピン軸周りのモーメントを打ち消すようにラックバー軸力をアシストできる。従って、スタビライザの復元力による操舵安定性への影響を低減できる。

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。

図１は、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に示す電動パワーステアリング装置２０は、サスペンションシステム１０が搭載された自動車（車両）に適用されるものである。サスペンションシステム１０はマクファーソンストラット式のサスペンションシステムであって、ショックアブソーバ１１、コイルスプリング１２、ナックル１３、スタビライザリンク１４、ロワーアーム１５、スタビライザ１６、及びタイロッド１７を備えている。引き続いて、サスペンションシステム１０について説明する。

ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２は、ストラット式サスペンションとして構成されている。ショックアブソーバ１１は、その上端が自動車の車体（図示せず）に取り付けられており、その下端はナックル１３に固定されている。ショックアブソーバ１１は、自動車の車体（図示せず）にボールベアリング（図示せず）を介して取り付けられており、後述するキングピン軸周りに回動可能なように構成されている。

ナックル１３は上述したようにショックアブソーバ１１に固定されていると共に、その下端がロワーアーム１５に回動自在に取り付けられている。ナックル１３にはタイロッド１７が取り付けられている。タイロッド１７は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に伴って左右車輪方向に摺動するラックバー（図示せず）の動きに同調して左右車輪方向に摺動し、ナックル１３を回動させる。

ナックル１３は上述したようにショックアブソーバ１１に固定されているので、ショックアブソーバが自動車の車体（図示せず）に取りつられている部分と、ナックル１３自身がロワーアーム１５に取り付けられている部分とを結ぶキングピン軸周りに回動する。従って、ナックル１３に取り付けられている車輪（図示せず）は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に応じて、キングピン軸周りに転舵する。

スタビライザリンク１４は、スタビライザ１６とショックアブソーバ１１の外筒とにボールリンク機構で接続されている。スタビライザ１６は、自動車の旋回によって生じる車体（図示せず）のロールに応じて、左右のショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２に対してそのロールを打ち消すようにスタビライザ発生力を発生させる。このスタビライザ発生力はスタビライザリンク１４を介してショックアブソーバ１１の外筒に伝達され、ショックアブソーバ１１の外筒からコイルスプリング１２に伝達される。

スタビライザリンク１４の軸線とキングピン軸の軸線とは互いに空間的にねじれの位置に配置されている。従って、スタビライザ発生力は、ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２を伸縮させる力の成分と、ショックアブソーバ１１及びナックル１３をキングピン軸周りに回転させる力の成分とに分けることができる。続いて、キングピン軸周りにショックアブソーバ１１及びナックル１３を回転させる力によってモーメントが発生する状況について説明する。

図２は、図１に示したショックアブソーバ１１、コイルスプリング１２、ナックル１３、スタビライザリンク１４、ロワーアーム１５、及びスタビライザ１６の構成を正面から見た図である。図２に示すように、ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２の車体への取り付け点Ａと、ナックル１３のロワーアーム１５への取り付け点Ｂを結ぶキングピン軸の軸線Ｋを中心にショックアブソーバ１１が回動する。

ショックアブソーバ１１にはスタビライザリンク１４が取り付けられている。スタビライザリンク１４のショックアブソーバ１１への取り付け点Ｃと、スタビライザリンク１４のスタビライザ１６への取り付け点Ｄとを結ぶスタビライザリンク１４の軸線Ｓは軸線Ｋと一般的にねじれの位置にある。従って、スタビライザ１６がスタビライザ発生力を発生させると、それがスタビライザリンク１４から伝達され、ショックアブソーバ１１及びナックル１３からなる一連の部材は軸線Ｋを中心としたステアモーメントを受けることになる。

ここで、ステアモーメントの算出方法を説明するために、図２の軸線Ｋ上方の矢印Ｅ方向から見た模式的な平面図を図３の（ａ）に示す。図３の（ａ）は操舵角が０°の場合を示している。この場合に、軸線Ｋと直線ＣＤ（軸線Ｓ）との距離がスタビライザリンク１４から伝達されるスタビライザ発生力のモーメントアーム長Ｌｓとなる。一般的に空間上に配置されている２直線の距離はその２直線双方に垂直な線分の長さとして求められる。従って、モーメントアーム長Ｌｓは、軸線Ｋ（点Ａ及び点Ｂを通過する直線）及び軸線Ｓ（点Ｃ及び点Ｄを通過する直線）間の距離として算出される。操舵角が変化すると、両端がボールジョイントで接続されているスタビライザリンク１４の姿勢が変化する。この場合には、スタビライザ１６の変形が設計上想定できるので、点Ｄの位置が推測でき、点Ｃの位置は点Ｄを中心とし線分ＣＤを半径とした球と、軸線Ｋを中心とし軸線Ｋから点Ｃの距離を半径とした円柱との交点の位置として算出可能である。従って、操舵角の変化に応じたモーメントアーム長Ｌｓの算出が可能である。

続いて、図２の矢印Ｆ方向から見た模式的な側面図を図３の（ｂ）に示す。図３の（ｂ）も図３の（ａ）と同様に操舵角が０°の場合を示している。この場合に、スタビライザリンク１４とキングピン軸の軸線Ｋとは、所定の角度θを成している。従って、スタビライザリンク１４に沿って伝達されるスタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂの軸線Ｋ方向の成分は、Ｆ_ｓｔｂ・ｓｉｎθとなる。この軸線Ｋ方向の成分Ｆ_ｓｔｂ・ｓｉｎθが図３の（ａ）におけるモーメントアーム長Ｌｓで作用し、ステアモーメントを発生させる。このステアモーメントは、スタビライザリンク発生力Ｆ_ｓｔｂ以外の成分でみれば操舵角に応じた関数として表すことができる。この操舵角δに応じた関数をスタビライザ反力による等価モーメントアーム長Ｌｓθｓ（モーメントアーム長）として示したグラフを図４に示す。このように、サスペンションシステム１０のジオメトリが予め分かっていれば、上述のように操舵角δに応じて、等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出することができる。

次に、電動パワーステアリング装置２０について説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置２０は、サスペンションストロークセンサ２１（ロール角検出手段）、ハンドル角検出センサ２２（操舵角検出手段）、制御部２３（制御手段）、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）制御部２４、及びモータ２５を備えている。

引き続いて、電動パワーステアリング装置２０の構成要素について説明する。サスペンションストロークセンサ２１は、ショックアブソーバ１１のストローク量を検出するセンサである。サスペンションストロークセンサ２１が検出したショックアブソーバ１１のストローク量は制御部２３に出力される。

ハンドル角センサ２２は、ステアリングホイール（図示せず）の回転角度を検出するセンサである。ハンドル角センサ２２が検出したステアリングホイールの回転角度は制御部２３に出力される。

制御部２３は、サスペンションストロークセンサ２１及びハンドル角検出センサ２２の出力に応じてラックバー軸力のアシスト力を算出し、その算出したアシスト力を発生させるようにＥＰＳ制御部２４に指示信号を出力する部分である。より具体的には、制御部２３は機能的な構成要素として、スタビライザ発生力演算部２３１と、モーメントアーム長演算部２３２と、キングピン軸モーメント演算部２３３と、ラックバー軸力演算部２３４と、を備えている。引き続いて制御部２３の各構成要素について説明する。

スタビライザ発生力演算部２３１は、サスペンションストロークセンサ２１により検出されたストローク量に基づいてスタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂを算出する部分である。より具体的には、スタビライザ発生力演算部２３１は、サスペンションストロークセンサ２１により検出されたショックアブソーバ１１のストローク量から車体のロール角を算出する。スタビライザ発生力演算部２３１は、算出した車体のロール角に対して、スタビライザ１６のばね定数を乗算することにより、スタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂを算出する。スタビライザ発生力演算部２３１は、算出したスタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂをキングピン軸モーメント演算部２３３に出力する。

モーメントアーム長演算部２３２は、ハンドル角検出センサ２２により検出されたハンドル角に基づいて、スタビライザ反力に等価な等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する部分である。より具体的には、モーメントアーム長演算部２３２は、ハンドル角に所定のギア比を乗算し、操舵角δを算出する。モーメントアーム長演算部２３２は、この算出したδに基づいて等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する。この等価モーメントアーム長Ｌｓθｓの算出は、上述したように予め設定可能な対応関係（図５参照）に基づいて算出することができる。尚、本実施形態では、ハンドル角を検出して操舵角を算出したが、ショックアブソーバ１１及びナックル１３の操舵角を直接検出してもよい。モーメントアーム長演算部２３２は、算出した等価モーメントアーム長Ｌｓθｓをキングピン軸モーメント演算部２３３に出力する。

キングピン軸モーメント演算部２３３は、スタビライザ発生力演算部２３１により算出されたスタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂおよびモーメントアーム長演算部２３２により算出された等価モーメントアーム長Ｌｓθｓに基づいてキングピン軸を回転させようとするステアモーメントを算出する部分である。具体的には、キングピン軸モーメント演算部２３３は、スタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂと等価モーメントアーム長Ｌｓθｓとを乗算することにより、ステアモーメントを算出することができる。

ラックバー軸力演算部２３４は、キングピン軸モーメント演算部２３３が算出したステアモーメントを打ち消すためのラックバー軸力を算出する部分である。より具体的には、時計回りにステアモーメントが発生するとキングピン軸モーメント演算部２３３が算出した場合には、反時計周りにナックル１３が回動するようにラックバー軸力を算出する。ラックバー軸力演算部２３４は算出したラックバー軸力及びその方向を示す情報をＥＰＳ制御部２４に出力する。

引き続いて、ＥＰＳ制御部２４及びモータ２５について説明する。ＥＰＳ制御部２４は、モータ２５に対して回転トルク及び回転方向を指示する信号を出力する部分である。より具体的には、通常のアシスト力を指示する信号をモータ２５に出力するのに重畳して、制御部２３のラックバー軸力演算部２３４が出力したラックバー軸力及びその方向を示す情報に基づき、モータ２５の回転トルク及び回転方向を指示する信号をモータ２５に出力する。

モータ２５は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に応じてラックバー（図示せず）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２５は、ＥＰＳ制御部２４から出力された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（図示せず）に伝達される。

次に、本実施形態における電動パワーステアリング装置２０の動作について説明する。図５は、本実施形態における電動パワーステアリング装置２０の動作を示すフローチャートである。

まず、ハンドル角検出センサ２２によりハンドル角が検出される（Ｓ１０１）。次に、サスペンションストロークセンサ２１によりサスペンションのストローク量が検出される（Ｓ１０２）。Ｓ１０１で検出されたハンドル角に基づいて、モーメントアーム長演算部２３２が等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する（Ｓ１０３）。また、Ｓ１０２により検出されたストローク量に基づいて、ロール角が算出され、スタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂが算出される（Ｓ１０４）。

Ｓ１０３で算出された等価モーメントアーム長Ｌｓθｓと、Ｓ１０４で算出されたスタビライザ発生力Ｆ_ｓｔｂとに基づいて、キングピン軸モーメント演算部２３３がステアモーメントを算出する（Ｓ１０５）。Ｓ１０５で算出されたステアモーメントに応じて、ラックバー軸力演算部２３４がラックバー軸力及びその方向を算出する（Ｓ１０６）。

次に、ＥＰＳ制御部２４からラックバー軸力及びその方向にモータ２５が回転するように指示信号が出力され、モータ２５は伝達された情報に基づいた駆動力を発生して、ドライバの操舵のアシストを行う（Ｓ１０７）。

以上、説明した電動パワーステアリング装置における作用効果について説明する。ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２はキングピン軸に対してオフセットされて配置されることがあり、その場合にキングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との位置関係は一般的に操舵角に応じて変化する。制御部２３は、その変化する位置関係を考慮し、キングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出することで、スタビライザ発生力がキングピン軸周りに発生させるステアモーメントを的確に算出できる。制御部２３が、この算出したステア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、スタビライザ発生力による操舵安定性への影響を低減できる。

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のサスペンションシステムを模式的に示した模式図である。 図２の矢印Ｅ、Ｆ方向の平面模式図である。 操舵角と等価モーメントアーム長との関係を示した関係図である。 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

１０…サスペンションシステム、１１…ショックアブソーバ、１２…コイルスプリング、１３…ナックル、１４…スタビライザリンク、１５…ロワーアーム、１６…スタビライザ、１７…タイロッド、２０…電動パワーステアリング装置、２１…サスペンションストロークセンサ、２２…ハンドル角検出センサ、２３…制御部、２３１・・・スタビライザ発生力演算部、２３２・・・モーメントアーム長演算部、２３３・・・キング軸モーメント演算部、２３４…ラックバー軸力演算部、２４…ＥＰＳ制御部、２５…モータ。

Claims (1)

1. スタビライザが発生するスタビライザ発生力をサスペンションに伝達するスタビライザリンクが、ナックルの回動に同調するように取り付けられている車両の電動パワーステアリング装置であって、
   前記ナックルに支持された車輪の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、
   前記車両のロール角を検出するためのロール角検出手段と、
   前記操舵角及び前記ロール角に基づいて、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制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記操舵角に基づいてキングピン軸の軸線と前記スタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出し、前記ロール角に基づいて前記スタビライザ発生力を算出すると共に、
   当該算出した前記キングピン軸の軸線と前記スタビライザリンクの軸線との距離であるモーメントアーム長及びスタビライザ発生力に基づいて、前記キングピン軸周りに発生するステアモーメントを算出し、
   当該算出したステアモーメントを打ち消すように前記アシスト力を制御する、電動パワーステアリング装置。
   

Images