JP2941898B2

JP2941898B2 - 車両の電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2941898B2
Application number: JP16603390A
Authority: JP
Inventors: 敦雄友田
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1999-08-30
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JPH0463766A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は車両のパワーステアリング装置に関するもの
である。

（従来技術）操舵力低減のために用いられる車両のパワーステアリ
ング装置にあっては、外部から操舵補助力が加えられ、
この操舵補助力を油圧を利用して得ることが多い。

また最近では、コンパクト化のためあるいは所望の操
舵特性を容易に得られる等の観点から、電動モータを利
用して操舵補助力を得るようにしたものも提案されてい
る。この電動モータを利用して操舵補助力を得る場合、
この操舵補助力は、基本的には、ハンドルに加えられる
操舵トルク（ねじりトルク）が大きいほど大きくなるよ
うに設定される。そして、特開昭61−132465号公報に
は、操舵速度に応じた適度なハンドル操作力が得るた
め、操舵速度に応じた減衰力すなわち操舵補助力の低減
分が得られるように電動モータの出力を制御することも
提案されている。

（発明が解決しようとする問題点）上述のように、操舵速度に応じた減衰力を得る場合
に、単に操舵速度の大きさのみに依存して減衰力を設定
したのでは、良好なハンドル操作性を得る上でかならず
しも十分満足のいかないものとなる、ということが判明
した。この点を詳述すると、いま良路を基準にして操舵
速度を応じた減衰力を設定した場合を考えると、悪路走
行の際には減衰力が不足して、ハンドルに不快なキック
バックが生じてしまうことになる。これに対して、悪路
を基準として操舵速度に応じた減衰力を設定した場合
は、良路走行の際に減衰力の大き過ぎて、ハンドル操作
に大きな力を要してハンドル操作性の悪いものとなって
しまうことになる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもの
で、操舵補助力付与用の電動モータの出力を、操舵速度
に応じた減衰力が得られるように制御するものを前提と
して、この減衰力をより最適設定し得るようにした車両
のパワーステアリング装置を提供することを目的とす
る。

（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明にあっては、基本的
に次のような構成としてある。すなわち、操舵補助力を
与えるための電動モータを備え、操舵速度に応じた減衰
力を与えるように上記電動モータの出力を制御するよう
にした車両のパワーステアリング装置において、走行路面が悪路であることを検出する悪路検出手段
と、前記悪路検出手段により悪路であることが検出された
とき、良路である場合に比して、前記減衰力が大きくな
るように変更する減衰力変更手段と、を備えた構成としてある。

好ましくは、上記減衰力の変更度合を、車両の加減速
度または車両の旋回状態特にヨーレートとの少なくとも
一方の大きさに応じて変更するのがよい。より具体的に
は、加速度あるいは減速度が大きいほど減衰力がより大
きくなるように変更し、ヨーレートが大きいほど減衰力
がより大きくなるように変更するのが好ましい。

（発明の作用、効果）本発明によれば、基本的に、悪路、良路を問わずに操
舵速度に応じた減衰力を最適設定して、より好ましいハ
ンドルフィーリングを得ることができる。

また、上記減衰力を、車両の加減速度に応じて変更す
ることによって、加速時あるいは減速時のハンドル安定
性と、定常走行時の適度なハンドル操作性とを共に満足
させることができる。

さらに、上記減衰力を車両の旋回状態に応じて変更す
ることにより、旋回中のハンドル安定性と直進走行中の
適度なハンドル操作性とを共に満足させることができ
る。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図・第２図に示すように、自動車Ｍの電動式パワ
ーステアリング装置１には、操舵の為のステアリングホ
イール２と、このステアリングホイール２から下方へ延
びるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト
３の下端部に相当する出力軸部3Aと、出力軸部3Aに自在
継手５を介して連結された下部ステアリングシャフト3B
と、下部ステアリングシャフト3Bの下端に自在継手６を
介して連結されギヤボックス７内に収容されているピニ
オン（図示略）と、このピニオンに噛合するラック軸９
であってギヤボックス７と一体的に固定されたラック軸
ケース８内に収容されているラック軸９と、ラック軸９
の両端部に夫々ボールジョイントを介して連結された左
右一対のタイロッド10であって夫々の外端部が前輪支持
部材のナックルアームに連結されたタイロッド10とが設
けられ、更に次のようなセンサ類及びアシスト力発生の
為の直流モータ11などが設けられている。

ステアリングシャフト３の下部には、ステアリングシ
ャフト３の舵角を摺動抵抗型のトランジューサにより電
気的に検出する２組の公知の舵角センサ20（これを、第
１舵角センサ21と第２舵角センサ22とする）がステアリ
ングコラムに固定して設けられ、出力軸部3Aとその上方
のステアリングシャフト３の下端近傍部とに亙って、ス
テアリングホイール２から加える操舵トルクをトーショ
ンバーと摺動抵抗型トランジューサにより電気的に検出
する２組の公知のトルクセンサ23（これを、メイントル
クセンサ24とサブトルクセンサ25とする）が設けられて
いる。このトルクセンサ23においては、ステアリングシ
ャフト３の下端近傍部と出力軸部3Aとがトーションバー
を介して連結され、操舵トルクによるトーションバーの
弾性捩り変形を介して上記下端近傍部と出力軸部3A間に
相対的回転変位が発生するので、その角変位を摺動抵抗
型のトランジューサにより電気的に検出するように構成
してある。

更に、後述のコントロールユニットＣにより制御され
てステアリングシャフト３の出力軸部3Aにアシストトル
クATを付加する直流モータ11及び電磁クラッチ12がステ
アリングコラム４の下端側のケーシング4Aに取付けて設
けられ、直流モータ11により電磁クラッチ12を介して回
転駆動されるウォームギヤ13が出力軸部3Aに外嵌固定さ
れたウォームホイール14に噛合連結されている。従っ
て、電磁クラッチ12をONした状態でモータ11を正転又は
逆転駆動することによりウォームギヤ13とウォームホイ
ール14を介して出力軸部3Aを右旋回方向又は左旋回方向
へ回動させるアシストトルクATを付加することが出来
る。

次に、上記電動パワーステアリング装置１の制御系に
ついて説明する。

第３図に示すように、マイクロコンピュータを内蔵し
たコントロールユニットＣへ各種信号を入力する為のセ
ンサ類・スイッチ類として、前記第１及び第２舵角セン
サ21・22、メイン及びサブトルクセンサ24・25以外に、
少なくとも車速センサ26と、クランク角センサ27と、リ
バーススイッチ28とが設けられている。

上記車速センサ26は、例えば自動変速機出力軸の回転
速度（つまり、プロペラシャフトの回転速度）を電気的
に検出するセンサであるが、前輪又は後輪の回転速度を
検出するものでもよい。

上記リバーススイッチ28は、自動変速機に設けられそ
の変速段が「リバース」に切換えられたときにONとなる
スイッチである。上記クランク角センサ27は、エンジン
のディストリビュータ又はクランク軸に連係させて設け
られクランク軸の回転速度を電気的に検出するものであ
る。

上記リバーススイッチ28からのリバース信号はディジ
タルバッファ30を介して波形整形回路31へ入力され、こ
の波形整形回路31でパルス信号に変換されてCPU33へ入
力され、またオルタネータの出力側Ｌ端子29からの発電
電圧信号はディジタルバッファ30を介して波形整形回路
32へ入力され、この波形整形回路32でパルス信号に変換
されてCPU33へ入力され、車速センサ26からの車速信号
及びクランク角センサ27のクランク角信号はディジタル
バッファ30を経てCPU33へ入力される。

第１及び第２舵角センサ21・22の舵角信号と、メイン
及びサブトルクセンサ24・25のトルク信号とはアナログ
バッファ36を介してA/Dコンバータ37へ入力され、このA
/Dコンバータ37でディジタル信号に変換されてCPU33へ
入力される。

上記CPU33はバスを介してROM34とRAM35に接続され、R
OM34には直流モータ11と電磁クラッチ12を制御する後述
の制御プログラムが予め入力格納され、RAM35にはその
制御の演算処理上必要な種々のメモリ（レジスタ、フラ
グメモリ、ソフトカウンタメモリなど）が設けられてい
る。

電源としてのバッテリ38はイングニションスイッチ39
を介して定電圧回路40に接続され、この定電圧回路40か
らCPU33へ所定の定電圧（例えば、5V）が供給され、ま
たバッテリ38の電圧を検出する為バッテリ38の＋出力端
子の出力電圧がA/Dコンバータ37でディジタル信号に変
換されてCPU33へ入力されている。

直流モータ11へ供給する直流電流の方向と大きさを制
御する為、CPU33からディジタルのモータ電流制御装置
を受けてそれをD/A変換するD/A変換器41と、このD/A変
換器41から供給されるアナログの制御信号と電流検出器
45から供給されるアナログの電流検出信号を受けて制御
信号で支持された方向と大きさの電流となるようにモー
タ電流をPWM方式でフィードバック制御する電流制御回
路42と、電流制御回路42から供給されるアナログの指令
信号を受けてそれを増幅するドライバー43と、バッテリ
38の出力端子に給電ライン46にて接続されるとともにモ
ータ11に接続され且つドライバー43から供給される増幅
された指令信号に応じたモータ電流をモータ11に供給す
るパワー回路44とが設けられている。尚、電流検出器45
はパワー回路44からグランドへの設置ラインに介装さ
れ、モータ電流の方向と大きさを検出し、そのアナログ
の検出信号を電流制御回路42とA/Dコンバータ37へ供給
する。

上記モータ11に組込まれた電磁クラッチ12へ供給する
励磁電流のON/OFFと大きさを制御する為、CPU33から制
御信号を受けるとともに給電ライン47を介して定電圧回
路40の入力ライン51に接続され且つ電磁クラッチ12のソ
レノイド12aの入力端子に接続された電流制御回路48、C
PU33から制御信号を受けるとともにソレノイド12aの出
力端子に接続され制御信号に応じて励磁電流をONまたは
OFFする駆動回路49と、ソレノイド12aの励磁電流をモニ
タにしてモニター信号をCPU33へ供給するモニタ回路50
とが設けられている。尚、バッテリ電圧の低下などによ
って定電圧回路40で所定の定電圧が出力不能になったと
きCPU33の作動が保証されなくなるので、この場合定電
圧回路40から電流制御回路48へリセット信号RSTが出力
されて励磁電流がOFFに切換えられ、電磁クラッチ12がO
FF（分断状態）に切換えられるようになってる。

次に、上記コントロールユニットＣのROM34に格納さ
れている制御プログラムにより実行される制御のルーチ
ンについて第４図のフローチャートに基いて説明する。
尚、図中Si（ｉ＝正の整数）は各ルーチン或いは各ステ
ップを示すものである。

先ず、イグニションスイッチ39の投入とともに制御が
開始されると、必要な初期設定が実効された後、S3にお
いて車速信号Ｖと舵角信号θＨとトルク信号Tmとが読込
まれ、次にS4において基本アシストトルクK₁×Tmが演算
される。上記基本アシストトルクK₁×Tmは、車速Ｖと検
出操舵トルクTmとをパラメータとして第５図のような特
性に予め設定され、K₁は車速ＶとトルクTmの関数K
₁（Ｖ、Tm）であり、その関数K₁（Ｖ、Tm）が例えばマ
ップの形でROM34に格納されているので、そのマップか
ら読出した値を用いて基本アシストトルクK₁×Tmが演算
される。ここで、第５図に示すように、基本アシストト
ルクK₁×Tmは車速Ｖの増大に応じて小さくなるようにま
たトルクTmの増大に応じて大きくなるように設定されて
いる。

次に、S5において、今回の舵角θＨと前回の舵角θＨ
を用いて舵角速度Ｈが演算され、その舵角速度Ｈを
用いて基本舵角速度補正項K₂×Ｈが演算される。この
補正項K₂×Ｈは、車速Ｖと舵角速度Ｈとをパラメー
タとして第６図のような特性に予め設定され、K₂は車速
Ｖと舵角速度Ｈの関数K₂（Ｖ、Ｈ）であり、その関
数K₂（Ｖ、Ｈ）が例えばマップの形でROM34に格納さ
れているので、そのマップから読出した値を用いて舵角
速度補正項K₂×Ｈが演算される。尚、この補正項K₂×
Ｈは特に舵角速度Ｈが大きいときにアシストトルク
ATを減少側へ補正して操舵の安定性を確保しようとする
ものである。

次に、S6において、今回の舵角速度Ｈと前回の舵角
速度Ｈを用いて舵角加速度Ｈが演算され、その舵角
加速度補正項K₃×θが演算される。この補正項K₃×
Ｈは舵角加速度Ｈをパラメータとして第７図のような
特性に設定され、上記K₃は所定の定数である。尚、この
補正項K₃×Ｈは操舵開始時にモータ11のロータのイナ
ーシャによる応答遅れを補正しようとするものである。

次に、S7において、舵角信号θＨで与えられる舵角θ
Ｈを用いて舵角補正項K₄×θＨが演算される。この補正
項K₄×θＨは舵角θＨをパラメータとして第８図のよう
な特性に設定され、所定の演算式で演算される。尚、こ
の補正項K₄×θＨはステアリングホイール２をセンター
ポジションへ復帰させるトルクを付加する為のものであ
り、不感帯（第８図参照）を設けることによりハンチン
グ防止が図られている。

次に、S8において、基本アシストトルクK₁×Tmと４つ
の補正項K₂×Ｈ、K₃×Ｈ、K₄×θＨを用いてモータ
11でステアリングシャフト３をアシストするアシストト
ルクATが、AT＝K₁×Tm−K₂×K₅Ｈ＋K₃×Ｈ−K₄×θ
Ｈの演算式で演算され、次に上記アシストトルクATに対
応するモータ電流AIが所定の演算式により演算される。
なお、舵角速度用補正係数k₅は、悪路、良路に対する補
正用となるもので、この点については後述するが、k₅が
大きいほど舵角速度に応じた操舵補助力の低減量が大き
いものとなる。

次に、S9において、A/Dコンバータ37を介してバッテ
リ電圧BVが読込まれ、引続きS10において、今回読込ん
だバッテリ電圧BVとRAMのメモリに更新しつつ記憶され
ていた前回のバッテリ電圧BVとに基いてバッテリ電圧低
下速度DVが演算される。次にS11において、上記DCが所
定値C1以上か否か判定され、YESのときにはS12へまたNO
のときにはS13へ夫々移行する。DV≧C1のときにはモー
タ電流AIの上限値を制限する為、S12においてモータ電
流AIが所定値C2以上か否か判定され、YESのときにはS14
においてAIとして所定値C2が与えられる。このように、
バッテリ電圧以下速度DVが所定値C1以上のときにはモー
タ電流AIの上限値が所定値C2に制限される。

一方、DV＜C1又はAI＜C2のときには、S13においてモ
ータ電流AIとしてS8で求めた電流AIが与えられる。S13
又はS14の後、S15においてモータ電流AIに対応するモー
タ電流制御信号（これは、電流の方向と大きさを指令す
る信号でる）がD/A変換器41へ出力されるとともに、ク
ラッチ12をONに切換える為のクラッチON制御信号が駆動
回路49へ出力される。

さて、次に、悪路の判定と、この判定結果に基づく操
舵速度用の補正係数k₅の設定について、第10図のフロー
チャートを参照しつつ説明する。なお、この第10図のフ
ローチャートは、第４図のフローチャートに対する所定
時間毎の割込み処理によって実行される。また、第10図
では、左右一方の操舵輪について示してあるが、他方の
操舵輪に対しても同様の処理が行なわれる。

先ず、S21において、前輪（操舵輪）のストローク位
置（量）ａが読込まれるが、このストローク位置ａは、
標準車高を基準にして例えばリバウンド側が＋の値とさ
れ、バンプ側が−の値とされる。引続きS22において
は、タイマ値が所定以上であるか否かが判別されるが、
このタイマ値は、一旦悪路、良路の判定を終了したとき
にリセットされるものである。

S22の判別がNOのときは、S23において、ストローク位
置ａが零以上であるか否かが判別される。このS23の判
別でYESのときは、S24において、ストローク位置ａが所
定の基準値a₀よりも大きいか否かが判別される。このS2
4の判別でYESのときは、S25においてストローク位置の
加速度が正であるか否かすなわちストローク位置ａが増
加する方向に変化しているか否かが判別される。このS2
6の判別でYESのときは、S26において、前輪が大きくス
トロークした回数を示す値ＮがＮ＋１に更新される。

前記S23の判別でNOのときには、S27〜S29の処理が行
なわれるが、これは前輪のストローク方向がS24〜S26の
場合と逆になるだけなので、その重複した説明は省略す
る。

前記S22の判別でYESのときは、S30において、前記S26
あるいはS29での前輪の大きなストローク回数Ｎをタイ
マのカウント時間Δｔで除した振動数が、所定値f₀以上
であるか否かが判別される、このS30の判別がNOのとき
はS31において悪路フラグが０にリセットされ、S30の判
別でYESのときはS32において悪路フラグが１にセットさ
れる。このS31あるいはS32の後は、S33において、タイ
マのカウント値が０にリセットされると共に、S26ある
いはS29でのＮ値が０にリセットされる。

前記S26、S29あるいはS33の後は、それぞれS34におい
て、悪路フラグが１であるか否かが判別される。このS3
4の判別でNOのときすなわち良路のときは、S36において
補正係数k₅が1.0にセットされ、S34の判別でYESのとき
すなわち悪路のときは、S35において補正係数k₅が1.2に
セットされる。

補正係数k₅は、第４図のS8に示す式から明らかなよう
に、悪路のときは良路の場合に比して、操舵速度に基づ
く操舵補助力の低減量が大きくなるように補正する。

第11図は、悪路の程度に応じて補正係数k₅を連続可変
式に変更する場合の例を示す。

第12図〜第15図は、本発明の好ましい態様を示すもの
で、操舵速度に基づく操舵補助力の低減量を、前輪のス
トローク位置と、車両の過減速度と、車両に作用するヨ
ーレートとの３種類のパラメータに基づいて補正するも
のである。これ等３種類の各パラメータについての補正
係数k₆、k₇あるいはk₈が、第13図〜第15図に示すように
設定されている。すなわち、ストローク位置が所定以上
のときはストローク位置の増大に応じて補正係数k₆が増
大され、加速度あるいは減速度が所定以上のときは加速
度あるいは減速度の増大に応じて補正係数k₇が増大さ
れ、ヨーレートが所定以上のときはヨーレートの増大に
応じて補正係数_８が増大される。

第12図は、第10図のS35あるいはS36の後に実行される
もので、S41においてストローク位置と加速度（減速
度）とヨーレートとが読込まれた後、S42において、そ
の補正係数k₆、k₇、k₈が決定される。そして、S43にお
いて、このk₆、k₇、k₈をS35あるいは36において得られ
た補正係数_５に掛け合わせて、最終的に第４図のS8で用
いられる補正係数k₅が設定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるパワーステアリング装置の
一例を車両に組込んだ状態で示す斜視図。第２図は第１図に示されたパワーステアリング装置の拡
大斜視図。第３図は本発明の制御系を示す図。第４図、第10図、第12図は本発明の制御例を示すフロー
チャート。第５図〜第８図は操舵補助力を決定するために用いられ
る補正係数を示す図。第９図は電動モータ駆動電流のリミット値を設定する場
合の例を示す図。第11図は、悪路の場合の操舵速度用の補正係数の設定例
を示す図。第13図〜第15図は、操舵速度用の操舵補助力変更用に用
いる補正係数の設定例を示す図。 1:パワーステアリング装置 3:ステアリングシャフト 11:電動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ６２Ｄ 119:00 125:00 137:00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵補助力を与えるための電動モータを備
え、操舵速度に応じた減衰力を与えるように上記電動モ
ータの出力を制御するようにした車両のパワーステアリ
ング装置において、走行路面が悪路であることを検出する悪路検出手段と、前記悪路検出手段により悪路であることが検出されたと
き、良路である場合に比して、前記減衰力が大きくなる
ように変更する減衰力変更手段と、を備えていることを特徴とする車両のパワーステアリン
グ装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、車両の加減速度を検出する加減速度検出手段と、前記加減速度検出手段により検出される車両の加減速度
に応じて、前記減衰力変更手段による減衰力の変更度合
を変更する変更度合変更手段と、をさらに備えているもの。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、前記旋回状態検出手段で検出された車両の旋回状態に応
じて、前記減衰力変更手段による減衰力の変更度合を変
更する変更度合変更手段と、をさらに備えているもの。