JP6279367B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーステアリング装置のラックエンドストッパ制御に関する。

電動パワーステアリング装置において、ラックエンドでの突き当て音を無くすため、ラックエンド付近で操舵アシスト力の出力制限を行うラックエンドストッパ制御の要求が高まっている。このラックエンドストッパ制御として、特許文献１が公開されている。

特開２００８−２９０５２５号公報

特許文献１では、ラックエンド付近においてゲインを乗算したり、符号を反転したりして操舵アシスト力の逆方向に補助トルクを出力して舵角速度を減速させている。しかしながら、ラックエンドストッパ制御が開始されると、操舵アシスト力が減少しステアリングホイールの操舵に対して転舵輪の転舵が不足している状態となり、トーションバーの捻れ量が増大する。その結果、操舵アシスト力が増加し、想定しているほど舵角速度が減速されないことがある。

以上示したようなことから、パワーステアリング装置において、ラックエンド付近で効果的に舵角速度を低減させることが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、転舵角がラックエンド付近で、かつ、ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されているとき、舵角速度が大きいほど増大するようにダンピング信号を演算し、転舵角がラックエンド付近で、かつ、ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されているとき、切り込み方向への基本アシスト指令信号を維持または低下するようにリミッタ処理をすることを特徴とする。

本発明によれば、パワーステアリング装置において、ラックエンド付近で効果的に舵角速度を低減することが可能となる。

実施形態におけるパワーステアリング装置を示す概略図。 実施形態におけるＥＣＵの制御ブロック図。 ラックエンドストッパ制御の開始条件を示すグラフ。

以下、本発明に係るパワーステアリング装置の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。

［実施形態］
図１は、本実施形態１におけるパワーステアリング装置を示す概略図である。図１に示すパワーステアリング装置は、ステアリングホイール１，ステアリングシャフト（操舵軸）２，ピニオン軸３，ラック軸４により基本的な操舵機構が構成されている。この操舵機構は、運転者によってステアリングホイール１が回転操作されると、そのステアリングホイール１の操舵トルクがステアリングシャフト２を介してピニオン軸３に伝達されると共に、ピニオン軸３の回転運動がラック軸４の直線運動に変換され、ラック軸４の両端に連結された左右の転舵輪（図示省略）が転舵するようになっている。つまり、ラック軸４には、ピニオン軸３が噛み合いするラック歯が形成されており、そのラック歯とピニオン軸３との噛合をもってステアリングシャフト２の回転を転舵動作に変換する変換機構が構成される。

また、ピニオン軸３にはステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵トルクセンサＴＳ（例えば、レゾルバ等）が設けられている。操舵トルクセンサＴＳの操舵トルク信号および電動モータＭのロータの回転角を検出したモータ回転角センサ（例えばレゾルバやＩＣ等）ＭＡＳのモータ回転角信号，車速情報等に基づいて制御装置（以下、ＥＣＵと称する：図示省略）のモータ制御回路により電動モータＭを駆動制御する。この電動モータＭから減速器５を介してラック軸４に対して操舵アシスト力を付与するように構成されている。電動モータＭには、その出力軸に減速器５が設けられ、電動モータＭの回転が減速されながらラック軸４の直線運動に変換されるようになっている。

また、操舵機構には、舵角センサＡＳ（例えば、ＭＲ素子やＩＣ等）が設けられている。

次に、図２に示すブロック図に基づいてＥＣＵの制御を説明する。

まず、操舵トルク演算部１１は操舵トルクセンサＴＳの操舵トルク信号に基づいて操舵トルクを演算する。ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側の入力軸とラック軸４側の出力軸とに軸方向で分割されている。入力軸と出力軸はトーションバー（図示省略）を介して互いに同軸連結されている。これにより、入力軸と出力軸とがトーションバーの捻れ変形を持って相対回転可能になっている。操舵トルクセンサＴＳは、入力軸側の回転角を検出する第１角度センサと、出力軸側の回転角を検出する第２角度センサと、を備え、第１角度センサと第２角度センサの出力信号に基づき、操舵トルク演算部１１において、前記トーションバーの捻れ量を演算することにより操舵トルク信号を演算する。

また、舵角速度演算部１３により、舵角センサＡＳの舵角信号に基づいて、操舵軸の回転速度である舵角速度を演算する。ここで、操舵トルク信号，舵角速度信号はＥＣＵ内、ＥＣＵ外のどちらで演算してもよいが、ＥＣＵ内には操舵トルク信号，舵角信号，舵角速度信号を受信する操舵トルク信号受信部，舵角信号受信部，舵角速度信号受信部があるものとする。

ダンピング信号演算部１４において、前記舵角信号が予め設定された第１所定角以上で、かつ、前記ステアリングホイール１が切り込み方向へ操舵操作されているとき、切り込み方向への前記電動モータＭの操舵力に対して減衰力となるダンピング信号を演算する。そして、このダンピング信号は、舵角速度演算部１３で演算された舵角速度信号が大きいほど、増大するように演算される。

ここで、ダンピング信号は例えば、ＰＩＤ制御により算出される。すなわち、舵角速度信号とダンピング信号演算部１４に設定された各舵角毎の舵角速度設定値との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行い、ダンピング信号を演算する。これにより、操舵状況に応じたダンピングトルクを付与することができる。

ダンピング信号演算部１４におけるラックエンドストッパ制御の開始条件の一例を図３に示す。図３に示すように、横軸に舵角，縦軸に舵角速度をとり、破線がラックエンド，斜線部分がラックエンドストッパ制御範囲である。図３に示すように、舵角がラックエンドに近い程、低舵角速度でラックエンドストッパ制御が開始される。

また、リミッタ処理部１５により、舵角信号が予め設定された第２所定角以上と判断された場合、操舵トルク信号にリミッタ処理を行う。ここで、リミッタ処理は、操舵トルク信号の大きさを維持または漸減するように行われる。

前記ダンピング信号演算部１４に設定された第１所定角と、前記リミッタ処理部１５に設定された第２所定角は同一であっても異なる値であってもよい。

基本アシスト指令信号演算部１６では、リミッタ処理部１５から出力された操舵トルク信号に基づいて、操舵アシスト力が演算される。

位相補償演算部１７は、ステアリングホイール１が回転操作されてから電動モータＭにより操舵アシスト力が付与されるまでの位相差を補償し、ＥＰＳの応答性を向上させるものである。位相補償演算部１７の制御は本願発明と直接関係ないため、詳細な説明は省略する。

ダンピング処理部１８は、ステアリングホイール１戻し時において舵角速度が速い場合、ダンピング量を付与し、ステアリングホイール１が戻り過ぎて、車両が舵行するのを抑制するものである。ダンピング処理部１８の制御も本願発明と直接関係ないため、詳細な説明は省略する。

加算部１９において、基本アシスト指令信号演算部１６の出力と、位相補償演算部１７の出力と、ダンピング信号演算部１４の出力と、ダンピング処理部１８の出力と、を加算する。そして、モータトルク指令演算部２０において、加算部１９で加算された信号に基づいて、モータトルクを演算する。

従来のラックエンドストッパ制御では、転舵輪の反力を利用しているため、摩擦係数μが低い路面では、充分に舵角速度が低減されないという問題が生じていた。本実施形態１におけるパワーステアリング装置によれば、ダンピング処理を舵角速度感応で行っているため、路面の摩擦係数μが小さい場合であっても、効果的にダンピングトルクを与え、舵角速度を低減することができ、ハンドルの突き当てショックを低減することがで きる。

また、転舵角に応じて基本アシスト指令信号にリミッタ処理を行うため、ラックエンド付近で舵角速度が低下し、それに伴いダンピング信号が低下した場合の切り込み方向への過剰アシストを抑制することができる。特に、ラックエンド付近ではトーションバーの振れ量が増大し、それに伴い基本アシスト指令信号が大きくなるため、この基本アシスト指令信号にリミッタ処理をかけることにより、上記過剰アシストを効果的に抑制することができる。

さらに、ダンピング信号演算部１４において、操舵状況に応じて前記ダンピング信号を基本アシスト指令信号よりも大きくなるように演算することにより、路面の摩擦係数μが非常に小さく、基本アシスト指令信号が非常に小さい場合であっても、効果的にダンピングトルクを付与し、ステアリングホイール１の突き当てショックを抑制することができる。

また、リミッタ処理部１５において、前記基本アシスト指令信号演算部１６に入力される前の操舵トルク信号を低減させることにより、演算された基本アシスト指令信号にリミッタ処理により補正を加える場合に比べ、この補正量を小さくすることができる。その結果、補正制御によるハンチングを抑制することが可能となる。

また、舵角に対して切り込み，切り戻し判定を設け、切り戻し方向に回転操作されているときは、ダンピング信号を付与しないこととすれば、切り戻し時のフィーリングを向上させることができる。

また、通常、車両には、ラックエンド付き当て時の衝突音を和らげるために緩衝材が設けられている。本実施形態によれば、ラックエンド付近で効果的に舵角速度を低減できるため、緩衝材の耐久性の向上、さらには緩衝材を省略しコストの削減を図ることができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、リミッタ処理は、上限値を設定して、その操舵トルク信号が上限値以上とならないようにしてもよく、操舵トルク信号にゲインを掛けて制限してもよく、またそれ以外の方法でもよい。

ここで、上述した各実施形態から把握される技術的思想であって、特許請求の範囲に記載したもの以外のものについて、その効果とともに以下に記載する。

請求項１記載のパワーステアリング装置において、舵角に対して切り込み，切り戻し判定を設け、切り戻し方向に回転操作されているときは、ダンピング信号を付与しないことを特徴とするせパワーステアリング装置。

この技術的思想によれば、切り戻し時のフィーリングを向上させることができる。

１…ステアリングホイール
２…ステアリングシャフト（操舵軸）
３…ピニオン軸
４…ラック軸
Ｍ…電動モータ
ＡＳ…舵角センサ
ＴＳ…操舵トルクセンサ
ＭＡＳ…モータ回転角センサ
１４…ダンピング信号演算部
１５…リミット処理部

Claims (4)

1. ステアリングホイールの操舵操作に伴い回転する操舵軸と、前記操舵軸に設けられたピニオン軸と、前記ピニオン軸に形成されたピニオン歯と噛合うラック歯を有し転舵輪を転舵させるラックバーと、から構成される操舵機構と、
   前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
   前記電動モータを駆動制御する制御装置と、
   前記制御装置に設けられ、前記操舵機構に生じる操舵トルク信号が入力される操舵トルク信号受信部と、
   前記制御装置に設けられ、前記操舵軸の回転速度である舵角速度信号が入力される舵角速度信号受信部と、
   前記制御装置に設けられ、前記操舵軸の舵角信号が入力される舵角信号受信部と、
   前記制御装置に設けられ、前記操舵トルク信号に基づき前記電動モータヘの指令信号である基本アシスト指令信号を演算する基本アシスト指令信号演算部と、
   前記制御装置に設けられ、前記ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作され、前記舵角速度信号が、前記舵角信号がラックエンドに近いほど低舵角速度である制御開始閾値以上のとき、切り込み方向への前記電動モータの操舵力に対して減衰力となるダンピング信号を演算する演算部であって、前記舵角速度信号が大きいほど前記ダンピング信号が増大するように前記ダンピング信号を演算するダンピング信号演算部と、
   前記制御装置に設けられ、前記舵角信号が第２所定角以上であって、前記ステアリングホイールが切り込み方向へ操舵操作されているとき、切り込み方向への前記基本アシスト指令信号が維持または低下するようにリミッタ処理をするリミッタ処理部と、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記ダンピング信号演算部は、操舵状況に応じて前記ダンピング信号が前記基本アシスト指令信号よりも大きくなるように前記ダンピング信号を演算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。
3. 前記ダンピング信号演算部は、舵角速度の検出値と舵角速度の設定値との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御により前記ダンピング信号を演算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。
4. 前記リミッタ処理部は、前記基本アシスト指令信号演算部に入力される前の前記操舵トルク信号を低減させ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。

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