JP2002120740A

JP2002120740A - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2002120740A
Application number: JP2000310932A
Authority: JP
Inventors: Satoyasu Yamazaki; 学泰山崎
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】操舵フィーリングの調整の自由度を大きくする
ことができ、リニアな操舵フィーリングを実現できるパ
ワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵補助力を発生するオイルポンプを駆動
する電動モータのモータ回転速度は、車速および舵角速
度に応じて定められる（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）。モータ電
流が、舵角速度に応じて定められた電流しきい値を超え
ているときには（Ｓ９）、モータ回転速度が減少補正さ
れる。【効果】舵角速度と電流しきい値との関係を適切に設定
することで、操舵フィーリングをチューニングできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータにより
駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に
操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリング機構に結合されたパワーシ
リンダにオイルポンプからの作動油を供給することによ
って、ステアリングホイールの操作を補助するパワース
テアリング装置が知られている。オイルポンプは、たと
えば、直流モータからなる電動モータによって駆動さ
れ、その回転速度に応じた操舵補助力がパワーシリンダ
から発生される。

【０００３】ステアリング軸には、ステアリングホイー
ルに加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じて
ねじれを生じるトーションバーと、トーションバーのね
じれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制
御弁とが組み込まれている。この油圧制御弁は、オイル
ポンプとパワーシリンダとの間の油圧系統に介装されて
いて、操舵トルクに応じた操舵補助力をパワーシリンダ
から発生させる。電動モータの駆動制御は、たとえば、
ステアリングホイールの舵角速度に基づいて行われる。
すなわち、ステアリングホイールに関連して設けられた
舵角センサの出力に基づいて舵角速度が求められ、この
舵角速度に基づいて電動モータの目標回転速度が設定さ
れる。この目標回転速度が達成されるように、電動モー
タに電圧が供給される。さらに具体的には、舵角速度が
小さい場合には、ステアリングホイールの操作がわずか
であるから、電動モータは、最小回転速度であるスタン
バイ回転速度に減速される。一方、舵角速度が大きけれ
ば、ステアリングホイールが大きく操作されていると見
なされ、そのときの舵角速度に応じて電動モータが駆動
され、操舵補助力が発生される。

【０００４】電動モータがスタンバイ回転速度で回転し
ているときの電動ポンプの流量であるスタンバイ流量
は、車速に応じて変動させられるようになっている。こ
れにより、低速時と高速時とで操舵補助力の立ち上がり
特性を異ならせ、操舵フィーリングを向上するととも
に、省エネルギー性と操舵補助力の応答性との両立が図
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スタンバイ流
量は、油圧制御弁の特性に依存するので、実車走行によ
って操舵フィーリングをチューニングするときの自由度
が小さい。また、油圧制御弁の特性によっては、リニア
な操舵フィーリングを実現することが困難な場合があ
り、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに対
して、操舵補助力をリニアに変化させることができない
ことがある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、操舵フィーリングの調整の自由度を大き
くすることができるパワーステアリング装置を提供する
ことである。また、この発明の他の目的は、リニアな操
舵フィーリングを実現できるパワーステアリング装置を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モー
タ（２７）により駆動されるポンプ（２６）の発生油圧
によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装
置であって、上記電動モータの駆動目標値を設定する目
標値設定手段（３０，Ｓ７）と、操作部材（２）の操作
による操舵速度を検出する操舵速度検出手段（１１，３
０，Ｓ１）と、電動モータに流れるモータ電流を検出す
るための電流検出手段（１２）と、上記操舵速度検出手
段によって検出される操舵速度に応じた電流しきい値を
設定する電流しきい値設定手段（３０，Ｓ８）と、上記
電流検出手段によって検出されるモータ電流と上記電流
しきい値設定手段によって設定される電流しきい値とを
比較し、その比較結果に応じて上記目標値設定手段によ
って設定された目標値を補正する目標値補正手段（３
０，Ｓ９，Ｓ１１）とを含むことを特徴とするパワース
テアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述す
る実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この
項において同じ。

【０００８】上記の構成によれば、操舵速度に応じて定
められる電流しきい値とモータ電流との比較結果に基づ
いて電動モータの駆動目標値が補正されるから、電流し
きい値と操舵速度との関係を調整することによって、操
舵フィーリングを調整できる。これにより、操舵フィー
リングの調整の自由度を増大することができる。また、
電流しきい値とモータ電流との比較結果に基づいて駆動
目標値が補正されることにより、リニアな操舵フィーリ
ングを実現できる。

【０００９】なお、上記目標値補正手段は、モータ電流
が電流しきい値を超えているときに駆動目標値を減少補
正する（操舵補助力が減少するように補正する）もの
（Ｓ１１）であることが好ましい。これにより、操舵ト
ルクが大きく、電動モータの負荷の増大に伴ってその電
流値が増大している状況では、操舵補助力を減少させる
ことができる。その結果、リニアな操舵フィーリングを
実現できる。また、上記目標値設定手段は、操舵速度に
応じて駆動目標値を定めるもの（Ｓ７）であることが好
ましい。さらには、目標値設定手段は、車速に応じて駆
動目標値を定めるもの（Ｓ５，Ｓ６）であることが好ま
しい。たとえば、目標値設定手段は、操舵速度に対して
単調に増加するように電動モータの目標回転速度を定め
るものであってもよい。この場合に、車速に応じて操舵
速度に対する目標回転速度の傾きを定めることが好まし
い（Ｓ６）。さらには、車速に応じて、上記単調増加範
囲における目標回転速度の最小値（最小回転速度：スタ
ンバイ回転速度）が定められることが好ましい（Ｓ
５）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的
な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装
置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、
このステアリング機構１に操舵補助力を与えるためのも
のである。

【００１１】ステアリング機構１は、ドライバによって
操作される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に連結されたステアリング軸３と、ステア
リング軸３の先端に設けられたピニオンギア４と、ピニ
オンギア４に噛合するラックギア部５ａを有し、車両の
左右方向に延びたラック軸５とを備えている。ラック軸
５の両端にはタイロッド６がそれぞれ結合されており、
このタイロッド６は、それぞれ、操舵輪としての前左右
輪ＦＬ，ＦＲを支持するナックルアーム７に結合されて
いる。ナックルアーム７は、キングピン８まわりに回動
可能に設けられている。

【００１２】この構成により、ステアリングホイール２
が操作されてステアリング軸３が回転されると、この回
転がピニオンギア４およびラック軸５によって車両の左
右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、
ナックルアーム７のキングピン８まわりの回動に変換さ
れ、これによって、前左右輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成さ
れる。ステアリング軸３には、ステアリングホイール２
に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてね
じれを生じるトーションバー９と、トーションバー９の
ねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧
制御弁２３とが組み込まれている。油圧制御弁２３は、
ステアリング機構１に操舵補助力を与えるパワーシリン
ダ２０に接続されている。パワーシリンダ２０は、ラッ
ク軸５に一体的に設けられたピストン２１と、ピストン
２１によって区画された一対のシリンダ室２０ａ，２０
ｂとを有しており、シリンダ室２０ａ，２０ｂは、それ
ぞれ、オイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂを介して、油
圧制御弁２３に接続されている。

【００１３】油圧制御弁２３は、さらに、リザーバタン
ク２５およびオイルポンプ２６を通るオイル循環路２４
の途中部に介装されている。オイルポンプ２６は、電動
式のモータ２７によって駆動され、リザーバタンク２５
に貯留されている作動油を汲み出して油圧制御弁２３に
供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁２３からオイ
ル循環路２４を介してリザーバタンク２５に帰還され
る。油圧制御弁２３は、トーションバー９に一方方向の
ねじれが加わった場合には、オイル供給／帰還路２２
ａ，２２ｂのうちの一方を介してパワーシリンダ２０の
シリンダ室２０ａ，２０ｂのうちの一方に作動油を供給
する。また、トーションバー９に他方方向のねじれが加
えられた場合には、オイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂ
のうちの他方を介してシリンダ室２０ａ，２０ｂのうち
の他方に作動油を供給する。トーションバー９にねじれ
がほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁２３
は、いわば平衡状態となり、作動油はパワーシリンダ２
０に供給されることなく、オイル循環路２４を循環す
る。

【００１４】パワーシリンダ２０のいずれかのシリンダ
室に作動油が供給されると、ピストン２１が車幅方向に
沿って移動する。これにより、ラック軸５に操舵補助力
が作用することになる。油圧制御弁２３に関連する構成
例は、たとえば、特開昭５９−１１８５７７号公報に詳
しく開示されている。電動モータ２７は、たとえば直流
モータからなり、駆動回路２８を介して、電子制御ユニ
ット３０によって制御される。駆動回路２８は、たとえ
ば、パワートランジスタのブリッジ回路からなり、電源
としての車載バッテリ４０からの電力を、電子制御ユニ
ット３０から与えられる制御信号に応じて電動モータ２
７に供給する。

【００１５】電子制御ユニット３０は、車載バッテリ４
０からの電力供給を受けて動作するマイクロコンピュー
タを含み、このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ３１
と、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３
２と、ＣＰＵ３１の動作プログラムおよび制御用のデー
タ等を記憶したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２
およびＲＯＭ３３を相互接続するバス３４とを備えてい
る。電子制御ユニット３０には、舵角センサ１１から出
力される舵角データが与えられるようになっている。舵
角センサ１１は、ステアリングホイール２に関連して設
けられており、イグニッションキースイッチが導通され
てエンジンが始動したときのステアリングホイール２の
舵角を初期値「０」として、この初期値からの相対舵角
に対応し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出
力する。ＣＰＵ３１は、この舵角データに基づいて、車
両が直進状態のときの舵角である舵角中点を求め、さら
に、この舵角中点と舵角センサ１１が出力する舵角デー
タとに基づいて、車輪ＦＲ，ＦＬの方向に対応した絶対
舵角θを求める。舵角中点の検出は、たとえば、舵角セ
ンサ１１から出力される舵角データをサンプリングし、
舵角データの値のヒストグラムを作成し、所定のサンプ
リング数のデータが収集された後に最頻出舵角データを
舵角中点の舵角データとして求めることにより達成され
る。

【００１６】電子制御ユニット３０には、さらに、電動
モータ２７に流れる電流を検出する電流検出回路１２か
らの電流データが与えられるようになっている。電流デ
ータは、電動モータ２７の消費電流値（モータ電流）に
比例した値を有する。さらに、電子制御ユニット３０に
は、車速センサ１３から出力される車速データが与えら
れるようになっている。車速センサ１３は、車両の速度
Ｖfを直接的に検出するものでもよく、また、車輪に関
連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて
車両の速度Ｖfを計算により求めるものであってもよ
い。

【００１７】電子制御ユニット３０は、舵角センサ１
１、電流検出回路１２および車速センサ１３からそれぞ
れ与えられる舵角データ、電流データおよび車速データ
に基づいて、電動モータ２７の駆動を制御する。図２
は、電動モータ２７の駆動制御を説明するためのフロー
チャートであり、図３は、舵角速度とモータ回転速度と
の対応関係を示す特性図である。ＣＰＵ３１は、舵角セ
ンサ１１から出力される舵角データに基づいて、ステア
リングホイール２の舵角の時間変化率である舵角速度Ｖ
θおよび車両の速度Ｖfを求める（ステップＳ１）。そ
の後、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７が停止しているか
否かを判断する（ステップＳ２）。この判断は、たとえ
ば、電動モータ２７が起動されたときにセットされ、電
動モータ２７が停止されたときにリセットされるフラグ
を用いて行うことができる。

【００１８】ステップＳ２において、電動モータ２７が
駆動されていると判断されれば、ＣＰＵ３１は、舵角速
度Ｖθが所定の停止しきい値Ｖｂ（たとえばＶｂ＝８(d
egree/sec)）以下であるか否かを判断する（ステップＳ
１２）。舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂを超えていれ
ば（ステップＳ１２のＮＯ）、プログラムはステップＳ
５に移行し、ＣＰＵ３１は、求められた舵角速度Ｖθの
値に基づいてモータ回転速度Ｒを決定し、この決定され
たモータ回転速度Ｒで電動モータ２７を駆動する。

【００１９】舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂ以下であ
れば、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられ
ていない状態に対応する無負荷条件が満たされることを
条件に（ステップＳ１３）、電動モータ２７を停止する
（ステップＳ１４）。さもなければ、ステップＳ５に移
行する。電動モータ２７が停止していれば（ステップＳ
２のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を起動す
べきか否かを調べるために、上記求められた舵角速度Ｖ
θが所定の起動しきい値Ｖａ（たとえばＶａ＝５(degre
e/sec)）以上であるか否かを判断する（ステップＳ
３）。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ未満であれば
（ステップＳ３のＮＯ）、プログラムはステップＳ１に
戻る。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ以上であれば
（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ
２７を起動する（ステップＳ４）。この場合、ＣＰＵ３
１は、上記求められた舵角速度Ｖθの値に基づいてモー
タ回転速度Ｒを決定する。

【００２０】図３に示されているように、モータ回転速
度Ｒは、舵角速度Ｖθに対して定められた第１しきい値
ＶＴ１および第２しきい値ＶＴ２の間で単調に増加（こ
の実施形態ではリニアに増加）するように定められる。
そして、この単調増加区間におけるモータ回転速度Ｒの
最小値がスタンバイ回転速度Ｒ１とされ、第１しきい値
ＶＴ１未満の舵角速度に対しては、このスタンバイ回転
速度Ｒ１で電動モータ２７が回転駆動されるようになっ
ている。スタンバイ回転速度Ｒ１は、可変設定できるよ
うになっていて、このスタンバイ回転速度Ｒ１に応じ
て、図３の舵角速度−モータ回転速度特性曲線がシフト
される。

【００２１】ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒの決定に
際し、スタンバイ回転速度Ｒ１を車速Ｖfに基づいて定
める（ステップＳ５）。さらに、車速Ｖfに基づいて、
図３に示すように、舵角速度Ｖθに対するモータ回転速
度Ｒの傾きを可変設定する（ステップＳ６）。すなわ
ち、第２しきい値ＶＴ２が、車速域に応じて可変設定さ
れる。より具体的には、車両の速度Ｖfが大きいほど、
第２しきい値ＶＴ２は大きな値に設定される。これによ
り、車両の速度Ｖfが大きいほどモータ回転速度Ｒが小
さく設定されることになり、操舵補助力が小さくなる。
こうして、車両の速度Ｖfに応じた適切な操舵補助力を
発生するための車速感応制御が行われる。

【００２２】スタンバイ回転速度Ｒ１と車速Ｖfとの対
応関係の例は、図４に示されている。この車速−スタン
バイ回転速度の特性は、たとえば、ＲＯＭ３３に記憶さ
れている。この車速−スタンバイ回転速度特性は、たと
えば、実車走行によって操舵フィーリングを確認しなが
ら定められ、このようにして定められた特性データがＲ
ＯＭ３３に書き込まれている。図２に戻ると、電子制御
ユニット３０は、車速Ｖfおよび舵角速度Ｖθに応じて
定められた舵角速度−モータ回転速度特性曲線に従っ
て、電動モータ２７のモータ回転速度Ｒ（目標回転速
度、駆動目標値）を定める（ステップＳ７）。次いで、
電子制御ユニット３０は、ＲＯＭ３３から電流しきい値
を読み出し（ステップＳ８）、この電流しきい値と電流
検出回路１２によって検出されるモータ電流とを比較す
る（ステップＳ９）。

【００２３】電流しきい値は、図５に示されているよう
に、舵角速度Ｖθの関数として定められている。この図
５の例では、舵角速度Ｖθの増加に応じて単調に増加す
るように定められていて、電流しきい値は舵角速度Ｖθ
の一次関数によって与えられるようになっている。この
舵角速度−電流しきい値特性に対応する特性データは、
たとえば、ＲＯＭ３３に予め書き込まれている。モータ
電流が電流しきい値以下であれば（ステップＳ９のＹＥ
Ｓ）、その時点で設定されているモータ回転速度Ｒに応
じた電圧が電動モータ２７に印加され、当該モータ回転
速度Ｒで電動モータ２７が回転駆動される（ステップＳ
１０）。一方、モータ電流が電流しきい値を超えていれ
ば（ステップＳ９のＮＯ）、その時点で設定されている
モータ回転速度Ｒが減少補正され（ステップＳ１１）、
ステップＳ９の判断が繰り返される。モータ回転速度Ｒ
の減少補正は、一定値だけモータ回転速度Ｒを減少させ
るようにして行われてもよいし、モータ電流と電流しき
い値との差の大小に応じて減少補正幅を可変するように
して行われてもよい。

【００２４】１回または複数回に渡ってモータ回転速度
Ｒを減少補正することによってモータ電流が電流しきい
値以下である状態に至れば（ステップＳ９のＹＥＳ）、
その時点のモータ回転速度Ｒで電動モータ２７の駆動が
行われる（ステップＳ１０）。図６は、油圧制御弁２３
の特性を示す図であり、ステアリングホイール２に加え
られる操舵トルク（入力トルク）に対するパワーシリン
ダ２０の発生油圧の関係が示されている。この図６から
理解されるように、操舵トルクの増加に伴って、発生油
圧が指数関数的に増加するようになっている。

【００２５】その結果、操舵トルクと電動モータ２７の
回転制御とが関連付けられていない従来技術において
は、図７において曲線Ｌ０で示すように、操舵トルクの
増大に対して操舵補助力が指数関数的に増加してしまっ
ており、そのために、リニアな操舵フィーリングの実現
が妨げられている。これに対して、この実施形態では、
操舵トルクの増大に応じて電動モータ２７の負荷が増大
し、それに応じて電動モータ２７のモータ電流が増大す
ることに着目し、このモータ電流に対して制限を加える
ようにモータ回転速度Ｒが定められている。これによっ
て、操舵トルクの大小に応じた電動モータ２７の制御が
可能となり、図７において曲線Ｌ１で示すように、操舵
トルクの増大に対して操舵補助力をリニアに増加させる
ことが可能となる。このようにして、リニアな操舵フィ
ーリングが実現される。

【００２６】逆の見方をすれば、実車走行によって操舵
フィーリングをチューニングする際に、操舵トルクの増
大に対してリニアな操舵フィーリングが得られるよう
に、舵角速度に対する電流しきい値の特性を定め、この
特性を表す特性データをＲＯＭ３３に書き込むようにす
ればよい。このようにして、操舵フィーリングのチュー
ニングの自由度が増し、良好な操舵フィーリングを容易
に達成できるようになる。

【００２７】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は他の形態で実施することもできる。たと
えば、上述の実施形態では、無負荷状態においては電動
モータ２７を停止させているが、図８に示すように、無
負荷条件が満たされたときに、電動モータ２７の回転速
度Ｒをアイドル回転速度Ｒｉ（Ｒｉ＜Ｒ１）に減速する
ようにしてもよい。この構成は、操舵補助が必要になっ
たときに、電動モータ２７の回転速度を速やかに立ち上
げて必要な油圧を発生させることができるので、操舵補
助の応答性に優れているという利点がある。この構成を
採用することで、操舵補助が不要なときには、アイドル
回転速度Ｒｉでの回転により省エネルギー化を図り、か
つ、操舵補助が必要になったときには速やかな油圧の立
ち上がりを実現できるので、操舵フィーリングを向上で
きる。

【００２８】その他、特許請求の範囲に記載された技術
的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るパワーステアリング
装置の基本的な構成を示す概念図である。

【図２】電動モータの駆動制御を説明するためのフロー
チャートである。

【図３】舵角速度とモータ回転速度との対応関係を示す
特性図である。

【図４】スタンバイ回転速度と車速との対応関係の一例
を示す特性図である。

【図５】舵角速度に対する電流しきい値の設定例を示す
特性図である。

【図６】油圧制御弁の特性を示す特性図である。

【図７】操舵トルクと操舵補助力との関係を示す特性図
である。

【図８】この発明の他の実施形態におけるモータ回転速
度の設定例を示す特性図である。

【符号の説明】

１ステアリング機構２ステアリングホイール３ステアリング軸９トーションバー１１舵角センサ１２電流検出回路１３車速センサ２０パワーシリンダ２３油圧制御弁２６オイルポンプ２７電動モータ２８駆動回路３０電子制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 113:00 Ｂ６２Ｄ 113:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータにより駆動されるポンプの発生
油圧によって操舵補助力を発生させるパワーステアリン
グ装置であって、上記電動モータの駆動目標値を設定する目標値設定手段
と、操作部材の操作による操舵速度を検出する操舵速度検出
手段と、電動モータに流れるモータ電流を検出するための電流検
出手段と、上記操舵速度検出手段によって検出される操舵速度に応
じた電流しきい値を設定する電流しきい値設定手段と、上記電流検出手段によって検出されるモータ電流と上記
電流しきい値設定手段によって設定される電流しきい値
とを比較し、その比較結果に応じて上記目標値設定手段
によって設定された目標値を補正する目標値補正手段と
を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。