JP2006111109A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アシスト力の過剰付与を回避して、片手操作時における好適な操舵フィーリングを確保することができるパワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 パワーステアリング装置１は、運転者によるステアリング操作の状態、即ちそのステアリング操作が両手によるもの（両手操作）であるか片手によるもの（片手操作）であるかを検出する操作状態検出装置３１と、路面反力Ｆrを検出可能なトルクセンサ１４とを備える。そして、ＥＰＳＥＣＵ１１は、ステアリング操作が片手で行われており、且つ路面反力Ｆrが所定値よりも大きい場合には、その路面反力Ｆrが大となるほど、操舵系に付与するアシスト力を大とすべくＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パワーステアリング装置に関するものである。

近年、車両においては、運転者のステアリング操作を補助すべく、パワーステアリング装置により操舵系にアシスト力を付与するものが一般的である。
ところで、通常、パワーステアリング装置は、運転者が両手でステアリング操作を行うことを前提として、その操舵系に付与するアシスト力の設定がなされている。しかしながら、現実には、必ずしも全ての運転者が常に両手でステアリング操作を行うとは限らず、場合によっては、片手でステアリング操作が行われることもある。そして、このような場合、アシスト力の不足によって運転者の負担が大きくなり、ひいては操舵フィーリングの悪化を招くという問題がある。特に、ステアリングの意匠面側（運転者と対向する側の面）に「手のひら」を押し当てた状態でステアリングを回転させるようなステアリング操作が行われた場合、アシスト力不足によってステアリングから手が滑るおそれもある。

従来、こうした片手によるステアリング操作時のアシスト力不足を解決すべく、運転者によるステアリング操作の状態（両手操作か片手操作か）を検出する操作状態検出装置を備え、ステアリング操作が片手で行われている場合には、ステアリング操作が両手で行われている場合よりもアシスト力を大とするものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなパワーステアリング装置を採用することにより、片手操作時のアシスト力不足を解消し、その操舵フィーリングの向上を図ることができる。

尚、運転者によるステアリング操作の状態を検出する方法は、例えば、ステアリング表面（意匠面を含むその外表面）の複数箇所に感圧素子を配設し、その圧力分布に基づいてステアリング操作の状態を検出することができる（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００２−１６０６５８号公報 特開平０６−２８６６２９号公報

しかしながら、片手操作時にはアシスト力の不足が生じやすいとはいえ、路面反力が小さい場合、或いは車速の速い場合等、必ずしもアシスト力は大きい方が好ましいといえない場合がある。このため、上記従来例のごとく片手操作時には一律にアシスト力を大とする構成では、アシスト力の過剰が生じる場合があり、ステアリングが軽すぎる、或いはステアリング剛性感が低下する等、却って操舵フィーリングの低下を招くおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、アシスト力の過剰付与を回避して、片手操作時における好適な操舵フィーリングを確保することができるパワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置が発生する前記アシスト力を制御する制御手段とを備えたパワーステアリング装置であって、前記ステアリング操作の状態を検出する操作状態検出手段と、路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われており、且つ前記路面反力が所定値より大きい場合に、該路面反力が大となるほど前記アシスト力を大とすること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置が発生する前記アシスト力を制御する制御手段とを備えたパワーステアリング装置であって、前記ステアリング操作の状態を検出する操作状態検出手段と、車速を検出する車速検出手段とを備え、前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われており、且つ前記車速が所定値より小さい場合に、該車速が小となるほど前記アシスト力を大とすること、を要旨とする。

上記各構成によれば、アシスト力不足が生じやすい路面反力が所定値よりも大きい状態、又は車速が所定値よりも小さい状態においてのみ、そのアシスト力が両手操作時よりも大となる。従って、高速走行時等、アシスト要求の低い状態におけるアシスト力の過剰によるステアリングの軽量感、或いはステアリング剛性感の低下等を回避することができる。そして、路面反力が大きい、又は車速が小さい状態においては、アシスト要求の増大に応じたアシスト力を操舵系に付与することができる。その結果、片手操作時の操舵フィーリングをより好適なものとすることができる。

本発明によれば、アシスト力の過剰付与を回避して、片手操作時における好適な操舵フィーリングを確保することが可能なパワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のパワーステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール（ステアリング）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により操舵輪６の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更されるようになっている。

本実施形態のパワーステアリング装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＰＳＥＣＵ１１とを備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）である。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、その駆動源であるモータ１２がラック５と同軸に配置された所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ１２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック５に伝達される。尚、本実施形態のモータ１２は、ブラシレスモータであり、ＥＰＳＥＣＵ１１から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。そして、ＥＰＳＥＣＵ１１は、このモータ１２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

本実施形態では、ＥＰＳＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速検出手段としての車速センサ１５が接続されている。尚、車速センサ１５は、車内ネットワーク（CAN：Controller Area Network）１３を介してＥＰＳＥＣＵ１１と接続されている。そして、ＥＰＳＥＣＵ１１は、これらトルクセンサ１４及び車速センサ１５によりそれぞれ検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ちパワーアシスト制御を実行する。

次に、本実施形態におけるパワーステアリング装置の制御態様について説明する。
図２は、本実施形態のパワーステアリング装置の制御ブロック図である。尚、以下に示す各制御ブロックは、後述するマイコン１７が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。

同図に示すように、ＥＰＳＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン１７と、モータ制御信号に基づいてモータ１２に三相の駆動電力を供給する駆動回路１８とを備えている。

マイコン１７には、モータ１２に通電される各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出するための電流センサ２０ｕ，２０ｖ、及びモータ１２の回転角（電気角）θを検出するための回転角センサ２１が接続されている。そして、マイコン１７は、これら各センサの出力信号に基づいてモータ１２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θを検出し、その各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θ、並びに上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて駆動回路１８にモータ制御信号を出力する。

詳述すると、マイコン１７は、操舵系に付与するアシスト力の制御目標量である電流指令値Ｉq*を演算する電流指令値演算部２５と、電流指令値演算部２５により算出された電流指令値Ｉq*に基づいてモータ１２の各相に印加する電圧の指令値、即ち相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する相電圧指令値演算部２６とを備えている。

本実施形態では、電流指令値演算部２５は、上記トルクセンサ１４及び車速センサ１５により検出された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉq*を演算し、その電流指令値Ｉq*を相電圧指令値演算部２６に出力する。また、相電圧指令値演算部２６には、電流指令値演算部２５により算出された電流指令値Ｉq*とともに、各電流センサ２０ｕ，２０ｖにより検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角センサ２１により検出された回転角θが入力される。そして、相電圧指令値演算部２６は、これら各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、回転角θ、及び電流指令値Ｉq*に基づいて相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する。

本実施形態では、相電圧指令値演算部２６は、ｄ／ｑ座標系における電流制御により、モータ１２に供給する電流量（実電流値）を制御目標量である電流指令値Ｉq*に追従させるべく相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*の演算を行う。即ち、電流指令値Ｉq*は、ｑ軸電流指令値として相電圧指令値演算部２６に入力され、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwは、回転角θに基づいてｄ／ｑ変換される。そして、相電圧指令値演算部２６は、ｑ軸電流指令値、及びｄ／ｑ変換により算出されたｄ，ｑ軸電流値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算し、そのｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を算出する。

相電圧指令値演算部２６により算出された相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、モータ制御信号出力部２７に入力される。そして、モータ制御信号出力部２７は、その相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づいて駆動回路１８にモータ制御信号を出力する。

一方、駆動回路１８は、モータ１２の相数に対応する複数（６個）のパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴ）により構成されており、具体的にはＦＥＴ２８ａ，２８ｄの直列回路、ＦＥＴ２８ｂ，２８ｅの直列回路及びＦＥＴ２８ｃ，２８ｆの直列回路を並列接続することにより構成されている。そして、ＦＥＴ２８ａ，２８ｄの接続点２９ｕはモータ１２のＵ相コイルに接続され、ＦＥＴ２８ｂ，２８ｅの接続点２９ｖはモータ１２のＶ相コイルに接続され、ＦＥＴ２８ｃ，２８ｆの接続点２９ｗはモータ１２のＷ相コイルに接続されている。また、各ＦＥＴ２８ａ〜２８ｆのゲート端子には、マイコン１７から出力されるモータ制御信号が印加される。そして、このモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ２８ａ〜２８ｆがオン／オフすることにより、直流電源３０から供給される直流電圧が三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換され、モータ１２に供給されるようになっている。

（片手操作時のパワーアシスト制御）
次に、本実施形態のパワーステアリング装置１における片手操作時のパワーアシスト制御の態様について説明する。

図１に示すように、本実施形態のパワーステアリング装置１は、運転者によるステアリング操作の状態、即ちそのステアリング操作が両手によるもの（両手操作）であるか片手によるもの（片手操作）であるかを検出する操作状態検出装置３１を備えており、操作状態検出装置３１は車内ネットワーク１３を介してＥＰＳＥＣＵ１１と接続されている。

尚、この操作状態検出手段としての操作状態検出装置３１は、ステアリング２の外表面に配設された複数の感圧素子により検出される圧力分布に基づいて運転者の操作状態を検出する公知のものであり、同操作状態検出装置３１は、車内ネットワーク１３を介して、その検出結果である操作状態信号をＥＰＳＥＣＵ１１に出力する。

また、本実施形態のトルクセンサ１４は、路面反力Ｆrを検出可能な路面反力検出手段としての機能を有するものであり、ＥＰＳＥＣＵ１１は、同トルクセンサ１４の出力信号に基づいて路面反力Ｆrを検出する。そして、ＥＰＳＥＣＵ１１は、ステアリング操作が片手で行われており、且つ路面反力Ｆrが所定値よりも大きい場合には、その路面反力Ｆrが大となるほど、操舵系に付与するアシスト力を大とすべくＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。

詳述すると、図２に示すように、電流指令値演算部２５は、操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力の基礎的制御目標量、即ち電流指令値Ｉq*の基礎成分である基本アシスト量Ｉas*を演算する基本アシスト量演算部３２と、操作状態信号に基づいて片手操作であるか否かを判定する片手操作判定部３３と、路面反力Ｆrに基づいて片手操作時の補正成分である片手補正量Ｉoh*を演算する片手補正量演算部３４とを備えている。そして、電流指令値演算部２５は、片手操作判定部３３において「片手操作である」との判定がなされた場合には、基本アシスト量演算部３２により算出された基本アシスト量Ｉas*に、片手補正量演算部３４により算出された片手補正量Ｉoh*を加算（重畳）した値を電流指令値Ｉq*として相電圧指令値演算部２６に出力する。

更に詳述すると、片手補正量演算部３４は、片手補正量Ｉoh*と路面反力Ｆrとが関連付けられたマップ３５を有しており（図３参照）、同マップ３５において、片手補正量Ｉoh*は、路面反力Ｆrが所定値Ｆ０以下の領域において「０」、路面反力Ｆrが所定値Ｆ０より大きい領域において、路面反力Ｆrが大となるほど大となるように設定されている。そして、片手補正量演算部３４は、検出された路面反力Ｆrをこのマップ３５に照合することにより、片手補正量Ｉoh*の演算を行う。即ち、片手補正量演算部３４は、路面反力Ｆrが所定値Ｆ０以下である場合には、片手補正量Ｉoh*として「０」を算出し、路面反力Ｆrが所定値Ｆ０より大きい場合には、路面反力Ｆrが大となるほど大きな値を有する片手補正量Ｉoh*を算出する。尚、本実施形態では、所定値Ｆ０は、実験やシミュレーション等により求めれた「路面反力Ｆrが同所定値Ｆ０よりも大となることでアシスト力不足が発生しやすい」とされる値に設定されている。

片手補正量演算部３４により算出された片手補正量Ｉoh*は、片手操作判定部３３によりオン／オフ制御される切替部３６を介して加算器３７に入力され、片手操作判定部３３は、「片手操作である」と判定した場合に、切替部３６に対しオン指令を出力する。そして、加算器３７において、基本アシスト量演算部３２により算出された基本アシスト量Ｉas*と片手補正量Ｉoh*とが重畳されることにより、その重畳された値が電流指令値Ｉq*として相電圧指令値演算部２６へと出力されるようになっている。

即ち、本実施形態では、片手補正量演算部３４により算出された片手補正量Ｉoh*は、片手操作判定部３３が「片手操作である」と判定した場合にのみ加算器３７に入力される。そして、「片手操作ではない」と判定した場合であっても、路面反力Ｆrが所定値Ｆ０以下の領域では、その値が「０」となる。

従って、片手操作時且つ路面反力Ｆrが所定値Ｆ０よりも大きい場合にのみ、基本アシスト量Ｉas*に路面反力Ｆrが大となるほど大きな値を有する片手補正量Ｉoh*が加算された値が電流指令値Ｉq*として出力され、それ以外の場合には、通常の制御目標量である基本アシスト量Ｉas*が電流指令値Ｉq*として出力される。そして、これにより、ステアリング操作が片手で行われており、且つ路面反力Ｆrが所定値よりも大きい場合に、その路面反力Ｆrが大となるほど、操舵系に付与するアシスト力を大とすることが可能となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
パワーステアリング装置１は、運転者によるステアリング操作の状態、即ちそのステアリング操作が両手によるもの（両手操作）であるか片手によるもの（片手操作）であるかを検出する操作状態検出装置３１と、路面反力Ｆrを検出可能なトルクセンサ１４とを備える。そして、ＥＰＳＥＣＵ１１は、ステアリング操作が片手で行われており、且つ路面反力Ｆrが所定値よりも大きい場合には、その路面反力Ｆrが大となるほど、操舵系に付与するアシスト力を大とすべくＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。

このような構成とすれば、アシスト力不足が生じやすい路面反力Ｆrが所定値Ｆ０よりも大きい状態においてのみ、そのアシスト力が両手操作時よりも大となる。従って、高速走行時等、アシスト要求の低い状態におけるアシスト力の過剰によるステアリングの軽量感、或いはステアリング剛性感の低下等を回避することができる。そして、路面反力Ｆrが大きい状態においては、アシスト要求の増大に応じたアシスト力を操舵系に付与することができる。その結果、片手操作時の操舵フィーリングをより好適なものとすることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、片手操作判定部３３は、片手操作であるか否かを判定することとしたが、更に進めて、片手操作のうちの、ステアリングの意匠面側（運転者と対向する側の面）に「手のひら」を押し当てた状態でステアリングを回転させるようなステアリング操作（手のひら操作）が行われているか否かを判定することとしてもよい。そして、「手のひら操作」が行われていることを上記制御の開始条件としてもよい。また、普通の片手操作と「手のひら操作」とを識別し、各々に応じた所定値やアシスト力の増加カーブ等を設定してもよい。尚、「手のひら操作」の検出は、操作状態検出装置３１を構成する感圧素子をステアリング２の意匠面側（運転者と対向する側の面）に配置することで容易に具現化することができる。

・本実施形態では、ＥＰＳＥＣＵ１１は、片手操作時且つ路面反力Ｆrが所定値よりも大きい場合に、その路面反力Ｆrが大となるほど、操舵系に付与するアシスト力を大とすべくＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御することとした。しかし、これに限らず、片手操作時且つ車速Ｖが所定値よりも小さい場合に、車速が小となるほどアシスト力を大とする構成としてもよい。即ち、アシスト力要求は、一般に車速Ｖが遅いほど強くなり、高速領域において低くなる。従って、路面反力Ｆrに代えて、車速Ｖを条件としても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

具体的には、片手補正量演算部に、図４に示すような片手補正量Ｉoh*と車速Ｖとが関連付けられたマップ３８を設けることとし、同マップ３８において、片手補正量Ｉoh*は、車速Ｖが所定値Ｖ０以上の領域において「０」、車速Ｖが所定値Ｖ０より小さい領域において、車速Ｖが小となるほど大となるように設定する。そして、片手補正量演算部は、このマップ３８に車速Ｖを照合することにより、片手補正量Ｉoh*の演算を行うこととすればよい。

・本実施形態では、本発明を、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてＥＰＳアクチュエータ１０を備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した。しかし、これに限らず、図５に示すパワーステアリング装置４０のように、油圧ポンプ４１と、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダ４２と、前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御弁４４と、該流量制御弁４４を制御するＶＦＣＥＣＵ４３とを備えた流量可変型の油圧式パワーステアリング装置に具体化してもよい。

尚、この場合、ＶＦＣＥＣＵ４３においては、上記実施形態における電流指令値Ｉq*に代えて、パワーシリンダ４２に供給する圧油の流量を制御目標量として用いればよい。即ち、ＶＦＣＥＣＵ４３は、パワーシリンダ４２に供給する圧油の流量を大とすることによりアシスト力を大とする構成とすればよい。また、路面反力Ｆrを検出可能なトルクセンサ等を持たない場合には、上記別例のように車速Ｖをパラメータとして用いればよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を記載する。
（イ）請求項１又は請求項２に記載のパワーステアリング装置において、前記操舵力補助装置は、モータを駆動源として前記アシスト力を付与するものであり、前記制御手段は、前記アシスト力を大とする場合には、前記モータに供給する電流量を大とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。

（ロ）請求項１又は請求項２に記載のパワーステアリング装置において、前記操舵力補助装置は、油圧ポンプと、その油圧に基づいて操舵系にアシスト力を付与するパワーシリンダと、前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を変更可能な流量制御装置とを備え、前記制御手段は、前記アシスト力を大とする場合には、前記パワーシリンダに供給する圧油の流量を大とすべく前記流量制御装置を制御すること、を特徴とするパワーステアリング装置。

（ハ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われているか否かを判定する判定手段と、前記路面反力に基づいて前記アシスト力の補正量を演算する演算手段とを備え、前記ステアリング操作が片手で行われている場合には、前記アシスト力の制御目標量に前記補正量を加算することにより前記アシスト力を大とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。

（ニ）請求項２に記載のパワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われているか否かを判定する判定手段と、前記車速に基づいて前記アシスト力の補正量を演算する演算手段とを備え、前記ステアリング操作が片手で行われている場合には、前記アシスト力の制御目標量に前記補正量を加算することにより前記アシスト力を大とすること、を特徴とするパワーステアリング装置。

本実施形態のパワーステアリング装置の概略構成図。 本実施形態のパワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図。 片手補正量と路面反力とが関連付けられたマップの概略構成図。 片手補正量と車速とが関連付けられたマップの概略構成図。 別例のパワーステアリング装置の概略構成図。

符号の説明

１，４０…パワーステアリング装置、２…ステアリング、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＰＳＥＣＵ、１２…モータ、１４…トルクセンサ、１５…車速センサ、１７…マイコン、１８…駆動回路、２５…電流指令値演算部、３１…操作状態検出装置、３２…基本アシスト量演算部、３３…片手操作判定部、３４…片手補正量演算部、３６…切替部、３７…加算器、３５，３８…マップ、４１…油圧ポンプ、４２…パワーシリンダ、４３…ＶＦＣＥＣＵ、４４…流量制御弁、Ｆr…路面反力、Ｖ…車速、Ｆ０，Ｖ０…所定値、Ｉq*…電流指令値、Ｉas*…基本アシスト量、Ｉoh*…片手補正量。

Claims (2)

1. 操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置が発生する前記アシスト力を制御する制御手段とを備えたパワーステアリング装置であって、
   前記ステアリング操作の状態を検出する操作状態検出手段と、
   路面反力を検出する路面反力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われており、且つ前記路面反力が所定値より大きい場合に、該路面反力が大となるほど前記アシスト力を大とすること、
   を特徴とするパワーステアリング装置。
2. 操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、該操舵力補助装置が発生する前記アシスト力を制御する制御手段とを備えたパワーステアリング装置であって、
   前記ステアリング操作の状態を検出する操作状態検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ステアリング操作が片手で行われており、且つ前記車速が所定値より小さい場合に、該車速が小となるほど前記アシスト力を大とすること、
   を特徴とするパワーステアリング装置。

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