JP2007283954A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面からステアリング系への外乱入力の抑制と操舵フィーリング向上の両立を図る。
【解決手段】操舵のために運転者によって操作されるステアリングホイール３と転舵輪としての前輪９とを、ラック７ａおよびピニオン６を介して連結し、ラック軸７にステアリングダンパ１３を連結し、操舵トルクセンサ１６あるいは操舵角センサ１５の出力値に基づいて運転者の操舵意志を検知した際には、ステアリングダンパ１３の減衰力を弱くする。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両等の操舵装置に関するものである。

車両の操舵装置には、路面から車輪を介してステアリング系に入力されるトルク外乱を抑制するために、ステアリングホイール（操作子）と転舵輪とを連結する伝達経路にダンパ（以下、ステアリングダンパという）を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１の技術は、二輪車用の操舵装置において、車速に応じて前記ステアリングダンパの減衰力を制御するものである。
また、ステアリングモータで操舵をアシストする電動パワーステアリング装置には、前記メカニカルなステアリングダンパに代えて、ステアリングモータの制御量に対して減衰力に対応するダンパ補正を電気的に行うダンパ補正手段を備えるものがある。
特開２００５−２１９６１７号公報

しかしながら、従来のステアリングダンパ付きの操舵装置においては、ステアリングダンパの減衰力が作用することによって、操舵が重く感じられたり、鈍く感じられるなど却って操舵フィーリングの悪化を招く場合がある。
同様に、ダンパ補正手段を備えた電動パワーステアリング装置においても、ステアリングモータの制御量に対してダンパ補正が行われることによって、操舵が重く感じられたり、鈍く感じられるなど却って操舵フィーリングの悪化を招く場合がある。
そこで、この発明は、操舵フィーリングを悪化させずに、路面から入力されるトルク外乱を抑制することができる操舵装置を提供するものである。

この発明に係る操舵装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、操舵のために運転者によって操作される操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール３）と転舵輪（例えば、後述する実施例における前輪９）とを連結する伝達経路に配置されたダンパ（例えば、後述する実施例におけるステアリングダンパ１３）と、運転者の操舵意志を検知した際に前記ダンパの減衰力を弱くするダンパ低減手段（例えば、後述する実施例におけるＥＣＵ２０）と、を備えることを特徴とする操舵装置である。
このように構成することにより、運転者の操舵意志を検知しないとき（すなわち、車両を直進させているとき）には、ダンパが通常に作動するので路面からステアリング系にトルク外乱が入力されるのを抑制することができる。一方、運転者の操舵意志を検知した際（すなわち、車両を旋回しているとき）には、ダンパ低減手段がダンパの減衰力を弱くするので、操舵フィーリングを向上させることができる。

請求項２に係る発明は、操舵をアシストするステアリングモータ（例えば、後述する実施例におけるステアリングモータ１０）と、前記ステアリングモータの制御量に対してダンパ補正を行うダンパ補正手段と、運転者の操舵意志を検知した際に前記ダンパ補正手段の補正量を低減するダンパ補正低減手段（例えば、後述する実施例における切り替え手段４３）と、を備えることを特徴とする操舵装置である。
このように構成することにより、運転者の操舵意志を検知しないとき（すなわち、車両を直進させているとき）には、ダンパ補正手段による補正量は通常値に制御されるので路面からステアリング系にトルク外乱が入力されるのを抑制することができる。一方、運転者の操舵意志を検知した際（すなわち、車両を旋回しているとき）には、ダンパ補正低減手段がダンパ補正手段の補正量を低減するので、操舵フィーリングを向上させることができる。

請求項１に係る発明によれば、運転者の操舵意志を検知しないときには、路面から操作子にトルク外乱が入力されるのを抑制することができ、運転者の操舵意志を検知した際にはダンパの減衰力を弱くして、操舵フィーリングを向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、運転者の操舵意志を検知しないときには、路面から操作子にトルク外乱が入力されるのを抑制することができ、運転者の操舵意志を検知した際にはダンパ補正手段の補正量を低減して、操舵フィーリングを向上させることができる。

以下、この発明に係る操舵装置の実施例を図１から図３の図面を参照して説明する。なお、以下に記載の各実施例は、四輪車両用の電動パワーステアリング装置の態様である。

［実施例１］
初めに、この発明に係る操舵装置の実施例１を図１および図２の図面を参照して説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置は手動操舵力発生機構１を備えており、この手動操舵力発生機構１は、ステアリングホイール（操作子）３に一体結合されたステアリングシャフト４が、ユニバーサルジョイントを有する連結軸５を介してラック＆ピニオン機構のピニオン６に連結されて構成されている。ピニオン６は、車幅方向に往復動し得るラック軸７のラック歯７ａに噛合し、ラック軸７の両端には、タイロッド８，８を介して転舵輪としての左右の前輪９，９が連係されている。この構成により、ステアリングホイール３の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪９，９を転舵させて車両の向きを変えることができる。ラック軸７とタイロッド８，８は転舵機構を構成する。

また、ラック軸７と同軸上に、手動操舵力発生機構１による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給するステアリングモータ１０が配設されている。つまり、この電動パワーステアリング装置ではステアリングモータ１０が操舵をアシストする。ステアリングモータ１０の出力はボールねじ機構１２を介して推力に変換され、ラック軸７に作用せしめられる。

ステアリングシャフト４には、ステアリングシャフト４の操舵角を検出するための操舵角センサ（操舵角検出手段）１５が設けられ、前記ラック＆ピニオン機構（６，７ａ）を収容するステアリングギアボックス（図示略）内には、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１６が設けられている。また、車体の適所には、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）１８と、車速を検出する車速センサ（車速検出手段）１９と、が取り付けられている。

操舵角センサ１５は検出した操舵角に対応する電気信号を、操舵トルクセンサ１６は検出した操舵トルクに対応する電気信号を、ヨーレートセンサ１８は検出したヨーレートに対応する電気信号を、車速センサ１９は検出した車速に対応した電気信号を、それぞれ制御装置（ＥＣＵ）２０に出力する。

ＥＣＵ２０は、これらセンサ１６，１８，１９からの入力信号を処理して得られる制御信号によりステアリングモータ１０に供給すべき目標電流を決定し、駆動回路２１を介してステアリングモータ１０に供給することによりステアリングモータ１０の出力トルクを制御し、ステアリング操作における補助操舵力（アシスト量）を制御する。

詳述すると、ＥＣＵ２０は、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき、操舵トルクと車速に応じたベース電流を算出する。通常、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流が大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流が小さくなるように設定する。
また、ＥＣＵ２０は、ヨーレートセンサ１８の出力信号に基づき、ヨーレート反力補正電流を算出する。ヨーレート反力補正電流は、例えば車両の旋回走行時などにおいてヨーレートが発生したときに、このヨーレートを打ち消す方向のトルクを発生させる反力成分である。通常、ヨーレートが大きくなるにしたがってヨーレート反力補正電流が大きくなるように設定する。
そして、ＥＣＵ２０は、ベース電流からヨーレート反力補正電流を減算してステアリングモータ１０の目標電流を決定する。

また、ラック軸７には、路面から前輪９を介してステアリング系に入力されるトルク外乱を抑制するためのステアリングダンパ（ダンパ）１３が連結されている。すなわち、ステアリングダンパ１３は、ステアリングホイール３と前輪９とを連結する伝達経路に配置されている。このステアリングダンパ１３は、電気信号に基づいて減衰力を調節することができる電子制御減衰力可変ダンパで構成されている。
なお、電子制御減衰力可変ダンパの構成に特に限定はないが、例えば、シリンダ内を摺動するピストンによってシリンダ内が２つの油室に画成され、これら２つの油室を接続する油路の途中に絞り弁を設け、この絞り弁の開度を制御することにより減衰力を調節するものであってもよい。この場合、前記ピストンにラック軸７を連結する。また、絞り弁に代えて、油路の途中の領域に磁性流体を封入して該磁性流体が流通する磁性流体流通部を設け、この磁性流体流通部の外側にコイルを設け、コイルに流す電流を制御することによりコイルで発生する磁界の強さを調整し、これにより磁性流体の粘性を制御し、減衰力を調節するものであってもよい。

そして、この電動パワーステアリング装置では、路面から入力されるトルク外乱の抑制と操舵フィーリングの向上を両立させるために、運転者に操舵意志があって車両を旋回させているとき（換言すれば前輪９を転舵させているとき）には、ステアリングダンパ１３の減衰力を弱くし、理想的には減衰力をゼロにすることによって操舵フィーリングの向上を図り、運転者に操舵意志がなく車両を直進させているとき（換言すれば前輪９を転舵させていないとき）には、ステアリングダンパ１３の減衰力を強めて十分にダンパを効かせ、路面から入力されるトルク外乱を十分に減衰させる。

次に、この実施例におけるステアリングダンパ制御について、図２のフローチャートに従って説明する。
図２のフローチャートに示すステアリングダンパ制御ルーチンは、ＥＣＵ２０によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において車両が直進状態か否かを判定する。車両が直進状態か否かの判定方法は、例えば、トルクセンサ１６で検出される操舵トルクが所定値以下である場合、あるいは、操舵角センサ１５で検出される操舵角が所定値以下である場合に、車両が直進状態であると判定することができる。あるいは、この２つの条件を両方とも満足したときに車両が直進状態であると判定してもよい。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（直進状態）である場合は、ステップＳ１０２に進み、ステアリングダンパ１３の制御をＯＮにして、減衰力を大きく効かせる制御を実行する。
これにより、車両を直進させているときには、換言すると運転者に操舵意志がないときには、ステアリングダンパ１３による減衰作用を十分に効かせることができ、路面からの外乱がステアリング系に入力されるのを抑制することができ、ステアリングホイール３に外乱を伝えにくくすることができる。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（旋回状態）である場合は、ステップＳ１０３に進み、ステアリングダンパ１３の制御をＯＦＦにして、減衰力をゼロあるいは最小限にする。
これにより、車両を旋回させているときには、換言すると運転者に操舵意志があるときには、ステアリングダンパ１３による減衰作用をゼロあるいは最小限にすることができ、その結果、操舵フィーリングが向上する。つまり、車両を旋回させているときにステアリングダンパ１３の減衰力が大きいと、その減衰力に起因して操舵が重く感じられるなど操舵フィーリングが悪化するが、この電動パワーステアリング装置においてはそのようなことは生じない。
なお、この実施例においては、ＥＣＵ２０がステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理を実行することにより、ダンパ低減手段が実現される。

［実施例２］
次に、この発明に係る操舵装置の実施例２を図３の図面を参照して説明する。
前述した実施例１の電動パワーステアリング装置は、ラック軸７にメカニカルなステアリングダンパ１３を設けてステアリング系に減衰力を作用させるように構成されているが、実施例２の電動パワーステアリング装置は、ステアリングダンパ１３を設ける代わりに、ステアリングモータ１０の制御量に対して減衰力に対応する補正（ダンパ補正）を電気的に行うように構成されている。
実施例２の電動パワーステアリング装置の全体構成は、実施例１の電動パワーステアリング装置からステアリングダンパ１３を省いただけであるので、図１を援用して説明を省略する。

実施例２の電動パワーステアリング装置の特徴部分であるステアリングモータ１０に供給すべき目標電流の決定方法を説明する。
ＥＣＵ２０は、操舵トルクセンサ１６および車速センサ１９の出力信号に基づき操舵トルクと車速に応じたベース電流（制御量）Ｉｂを算出するとともに、操舵角センサ１５、ヨーレートセンサ１８、車速センサ１９の出力信号に基づきヨーレートと車速と操舵角速度に応じた補正電流Ｉａを算出し、ベース電流Ｉｂから補正電流Ｉａを減算してステアリングモータ１０の目標電流を決定する。

ベース電流Ｉｂの算出方法は実施例１の場合と同じであり、操舵トルクが大きくなるにしたがってベース電流Ｉｂが大きくなり、車速が大きくなるにしたがってベース電流Ｉｂが小さくなるように設定する。
図３のブロック図を参照して補正電流Ｉａの算出方法を説明する。この実施例２において補正電流Ｉａはダンパ補正電流Ｉｄとヨーレート反力補正電流Ｉｙを加算して算出される。

ダンパ補正電流Ｉｄは、第１補正電流テーブル４１を参照して、操舵角センサ１５により検出される操舵角を時間微分して算出した操舵角速度ωと、車速センサ１９により検出される車速に基づいて算出される。第１補正電流テーブル４１は、車速Ｖ毎に設定された操舵角速度ωをアドレスとするテーブルからなり、操舵角速度ωが大きくなるほどダンパ補正電流Ｉｄが大きくなり、車速Ｖが大きくなるほどダンパ補正電流Ｉｄが大きくなるように設定されている。なお、操舵角センサ１５により検出される操舵角を時間微分して操舵角速度ωを算出する代わりに、ステアリングシャフト４に操舵角速度センサを設け、この操舵角速度センサにより操舵角速度ωを直接検出することも可能である。ダンパ補正電流Ｉｄは実施例１におけるステアリングダンパ１３の減衰力に対応するものであり、実施例２においてＥＣＵ２０が第１補正電流テーブル４１を参照してダンパ補正電流Ｉｄを算出する処理を実行することにより、ダンパ補正手段が実現される。

ダンパ補正電流Ｉｄは切り替え手段４３に入力される。切り替え手段４３は、直進判定信号に基づいてダンパ補正電流Ｉｄの出力値を切り替える手段であり、運転者に操舵意志がなく車両を直進させている（換言すれば前輪９を転舵させていない）と判定されたときには、第１補正電流テーブル４１を参照して算出されたダンパ補正電流Ｉｄをダンパ補正電流Ｉｄとして出力し、運転者に操舵意志があり車両を旋回させている（換言すれば前輪９を転舵させている）と判定されたときには、ダンパ補正電流Ｉｄをゼロとして出力する。この実施例において、切り替え手段４３によってダンパ補正低減手段が実現される。
なお、車両が直進状態か否かの判定方法は実施例１の場合と同じであり、例えば、トルクセンサ１６で検出される操舵トルクが所定値以下である場合、あるいは、操舵角センサ１５で検出される操舵角が所定値以下である場合に、車両が直進状態であると判定するか、あるいは両条件を満足したときに車両が直進状態であると判定する。

ヨーレート反力補正電流Ｉｙは、第２補正電流テーブル４２を参照して、ヨーレートセンサ１８により検出されるヨーレートγと、車速センサ１９により検出される車速Ｖに基づいて算出される。第２補正電流テーブル４２は、車速Ｖ毎に設定されたヨーレートγをアドレスとするテーブルからなり、ヨーレートγが大きくなるほどヨーレート反力補正電流Ｉｙが大きくなり、車速Ｖが大きくなるほどヨーレート反力補正電流Ｉｙが大きくなるように設定されている。実施例２において、ヨーレートγは車両挙動のパラメータであり、ヨーレート反力補正電流Ｉｙは車両挙動に応じて設定される反力成分と言える。
そして、ＥＣＵ２０は、切り替え手段４３から出力されるダンパ補正電流Ｉｄとヨーレート反力補正電流Ｉｙを加算し、その加算値が予め設定した最大値および最小値を超えないように制限するリミッタ処理４４を行い、補正電流Ｉａを求める。

このように構成された電動パワーステアリング装置によれば、車両を直進させているとき、換言すると運転者に操舵意志がないときには、切り替え手段４３は第１補正電流テーブル４１を参照して算出されたダンパ補正電流Ｉｄをダンパ補正電流Ｉｄとして出力するので、ベース電流Ｉｂに対するダンパ補正が十分に行われ、路面からの外乱がステアリング系に入力されるのを抑制することができ、ステアリングホイール３に外乱を伝えにくくすることができる。
これに対して、車両を旋回させているとき、換言すると運転者に操舵意志があるときには、切り替え手段４３はダンパ補正電流Ｉｄとしてゼロを出力するので、ベース電流Ｉｂに対するダンパ補正量をゼロにすることができ、その結果、操舵フィーリングが向上する。つまり、車両を旋回させているときにベース電流Ｉｂに対するダンパ補正量が大きいと、操舵が重く感じられるなど操舵フィーリングが悪化するが、この電動パワーステアリング装置においてはそのようなことは生じない。
したがって、この電動パワーステアリング装置では、路面から入力されるトルク外乱の抑制と操舵フィーリングの向上を両立させることができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例１では、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した例で説明したが、この発明は油圧パワーステアリング装置にも適用可能である。
また、前述した実施例１では、電動パワーステアリング装置のＥＣＵ２０によってステアリングダンパ１３を協調制御しているが、ステアリングダンパ１３を制御するステアリングダンパ用制御装置を電動パワーステアリング装置のＥＣＵ２０とは別に設け、ステアリングダンパ用制御装置とＥＣＵ２０との間で制御信号を通信するように構成してもよい。

この発明に係る操舵装置の実施例１における概略構成図である。 前記実施例１の操舵装置におけるステアリングダンパ制御の一例を示すフローチャートである。 この発明に係る操舵装置の実施例２における補正電流算出処理を示すブロック図である。

符号の説明

３ ステアリングホイール（操作子）
９ 前輪（転舵輪）
１０ ステアリングモータ
１３ ステアリングダンパ（ダンパ）
２０ ＥＣＵ（ダンパ低減手段）
４３ 切り替え手段（ダンパ補正低減手段）

Claims (2)

1. 操舵のために運転者によって操作される操作子と転舵輪とを連結する伝達経路に配置されたダンパと、
   運転者の操舵意志を検知した際に前記ダンパの減衰力を弱くするダンパ低減手段と、
   を備えることを特徴とする操舵装置。
2. 操舵をアシストするステアリングモータと、
   前記ステアリングモータの制御量に対してダンパ補正を行うダンパ補正手段と、
   運転者の操舵意志を検知した際に前記ダンパ補正手段の補正量を低減するダンパ補正低減手段と、
   を備えることを特徴とする操舵装置。

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