JP5981509B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に設けられる電動パワーステアリング装置に関し、特に操舵初期の操舵フィーリングを改善したものに関する。

電動パワーステアリング装置は、ドライバの操舵操作のトルクを検出し、検出トルクに応じて電動モータによってアシストトルクを発生させるものである。
このような電動パワーステアリング装置においては、例えば据え切り（車両が停止状態における操舵操作）や急操舵時など大きなアシストトルクが必要な場合に備えて、ウォームギヤ及びウォームホイールを利用したトルク増幅機構を設けることが知られている。

このような電動パワーステアリング装置においては、電動モータによるアシストトルクが発生する前後で、操舵トルクに変曲点が発生し、操舵力が非線形となって操舵フィーリングが悪化する場合があった。
すなわち、ドライバは、操舵初期にこの変曲点を通過する際には一般に「壁感」と称される抵抗感を感じ、その後は操舵力が段付き状に軽くなる「抜け感」と称される感触を感じることとなり、ドライバが感じる車両の質感が低いものとなってしまう。
このように操舵トルクが変動する原因として、モータによるアシストトルクが発生する際、ウォームギヤとウォームホイールとの噛合い部（摺動部）において、静摩擦の状態から動摩擦に移行して、摩擦係数が低下することが挙げられる。

電動パワーステアリング装置の操舵初期における操舵フィーリング改善に関する従来技術として、例えば特許文献１には、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることを目的として、操舵過度初期とそれ以外の操舵状態とで、目標操舵力を設定するための操舵力特性モデルを変更することが記載されている。

特開２００４−２９９４９２号公報

しかし、特許文献１に記載された技術のように、制御によって操舵フィーリングの改善を図ったものにおいても、操舵初期には上述したようなウォームギヤ部における静摩擦から動摩擦への移行が生じることは避けられず、その影響を完全に排除することは困難である。
上述した本発明の課題は、操舵初期の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、ステアリングホイールが接続されたステアリングシャフトの回転に応じて車両の左右前輪を操向する操舵機構と、前記ステアリングホイールからの操舵操作に応じて前記操舵機構へアシストトルクを付与する第１のモータ及び第２のモータと、前記第１のモータ及び前記第２のモータがそれぞれ発生するトルクを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アシストトルクの発生を開始する際に、前記第１のモータに操舵操作方向側へのトルクを発生させ、前記第１のモータの回転を検出した後に前記第２のモータに前記操舵操作方向とは反対側でありかつ前記第１のモータのトルクよりも小さいトルクを発生させることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
これによれば、第１のモータが回転を開始してウォームギヤ等の伝達機構における摩擦が静摩擦から動摩擦へ移行する際に、第２のモータによって第１のモータ側の伝達機構における摩擦トルク変化を打ち消す方向のトルクを発生させることによって、操舵トルクに変曲点が生じることを抑制し、壁感や抜け感の発生を防止して操舵初期の操舵フィーリングを改善することができる。

請求項２に係る発明は、前記第２のモータが発生するトルクは、前記第１のモータのトルクを前記操舵機構へ伝達する伝達機構において発生する摩擦トルクの静摩擦から動摩擦への移行に伴う変化量と実質的に同等であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置である。
これによれば、伝達機構における静摩擦から動摩擦への移行に起因する操舵トルクの変化を実質的に解消することができる。

以上説明したように、本発明によれば、操舵初期の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明を適用した電動パワーステアリング装置の実施例の構成を示す図である。 実施例の電動パワーステアリング装置の操舵初期における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の一例を示すグラフである。

本発明は、操舵初期の操舵フィーリングを改善した電動パワーステアリング装置を提供する課題を、第１モータ及び第２モータを有する２モータの構成にするとともに、第１モータにトルクを発生させ、第１モータの回転を検出した後、第２モータに第１モータとは反対方向かつ第１モータのトルクよりも小さいトルクを発生させることによって解決した。

以下、本発明を適用した電動パワーステアリング装置の実施例について説明する。
実施例の電動パワーステアリング装置は、例えば乗用車等の四輪自動車に設けられ、ドライバが前輪を操舵（操向）する際にアシストトルクを発生させるものである。

図１は、実施例の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１は、左前輪ＷＬ、右前輪ＷＲをそれぞれ車軸回りに回転可能に支持する左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒを、所定の操向軸線（仮想キングピン軸線）回りに回動させるラックアンドピニオン式の操舵機構を有する。
左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒは、左右前輪が固定されるハブを回転可能に支持するハブベアリングを収容し、保持する部材である。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２０、ステアリングコラム３０、ラック４０、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０、第１モータ７０、第２モータ８０、電動パワーステアリング装置制御ユニット（ＥＰＳＣＵ）１００等を有して構成されている。

ステアリングホイール２０は、ドライバに対向して配置された円環状のリムを有し、ドライバが中心軸回りに左右に回転させることによって、操舵操作を入力する入力部である。
ステアリングコラム３０は、ステアリングホイール２０の回転を第１ピニオンシャフト５０に伝達する回転軸であるステアリングシャフトを備えている。
ステアリングコラム３０には、トルクセンサ３１が設けられている。
トルクセンサ３１は、ステアリングシャフトの途中に配置されたトーションバーの捩じれを検出することによって、ステアリングホイール２０にドライバが入力する操舵トルク（あるいはドライバがステアリングホイール２０から受ける反力）を検出するものである。

ラック４０は、車幅方向に沿って延在しかつ図示しない車体に対して車幅方向に移動可能に支持された棒状の部材に、ラック歯の歯切り加工を施して構成されている。
ラック４０の左右端部は、左右タイロッド４１Ｌ、４１Ｒを介して、左ハウジング１０Ｌ、右ハウジング１０Ｒのナックルアーム部に接続されている。
ラック４０は、ステアリングホイール２０の回転と連動し、車体に対して左右に相対変位することによって、左右タイロッド４１Ｌ、４１Ｒを押し引きし、左前輪ＷＬ、右前輪ＷＲを転舵させる。

第１ピニオンシャフト５０は、ステアリングコラム３０のステアリングホイール２０とは反対側の端部に設けられた回転軸状の部材である。
第１ピニオンシャフト５０は、ラック４０のラック歯と噛合うピニオンギヤ部を有し、ラック４０は、第１ピニオンシャフト５０の回転に応じて車幅方向に直進運動する。
第１ピニオンシャフト５０は、ステアリングコラム３０の回転をラック４０に伝達するとともに、第１モータ７０のトルクをラック４０に伝達する部材である。

第２ピニオンシャフト６０は、第１ピニオンシャフト５０とは車幅方向に離間した位置に設けられた回転軸状の部材である。
第２ピニオンシャフト６０は、ラック４０のラック歯と噛合うピニオンギヤ部を有する。
第２ピニオンシャフト６０は、第２モータ８０のトルクをラック４０に伝達する部材である。

第１モータ７０、第２モータ８０は、それぞれ伝達機構７１，８１を介して、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０にトルクを与えるアクチュエータである。
第１モータ７０、第２モータ８０として、例えば、ＤＣブラシレスモータ等の電動モータが用いられる。

伝達機構７１，８１は、第１モータ７０、第２モータ８０の出力軸に接続されたウォームギヤ、第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０に接続されたウォームホイール、及び、これらを収容し回転可能に支持するハウジング等を有して構成されている。
伝達機構７１，８１は、第１モータ７０、第２モータ８０の回転出力を減速するとともにトルクを増幅して第１ピニオンシャフト５０、第２ピニオンシャフト６０にそれぞれ伝達する。
第１モータ７０及び第２モータ８０、伝達機構７１，８１は、出力特性、減速比、内部摩擦及び伝達効率などが実質的に同様となるように設計されている。

ＥＰＳＣＵ１００は、トルクセンサ３１の出力に基づいて、第１モータ７０、第２モータ８０の目標トルクを演算し、各モータの発生トルクが目標トルクと実質的に一致するように供給電力を制御するものである。
ここで、第１モータ７０、第２モータ８０が発生するトルクの和（同方向にトルクを発生させる場合）あるいは差分（逆方向にトルクを発生させる場合）がラック４０に付与されるアシストトルクとなる。
また、ＥＰＳＣＵ１００は、各モータの回転方向及び回転速度を判定可能となっている。

次に、上述した実施例の電動パワーステアリング装置における操舵初期の動作について説明する。
図２は、実施例の電動パワーステアリング装置の操舵初期における第１モータ及び第２モータのモータトルクの推移の一例を示すグラフである。
図２において、横軸は時間を示し、縦軸は第１モータ７０、第２モータ８０が発生するトルクを示している。
図２において、第１モータ７０、第２モータ８０のトルクをそれぞれ実線及び破線で図示する。

また、第１モータ７０、第２モータ８０がそれぞれ発生するトルクは、逆方向となるように制御される。
すなわち、例えば第１モータ７０は右転舵方向、第２モータ８０は左転舵方向へのトルクを発生する構成とすることができ、また、この反対方向としてもよい。

図２に示す例は、直進状態で走行後、時間ｔ１において右方向への転舵を行った場合を示している。
時間ｔ１までは、第１モータ７０は右転舵方向、第２モータ８０は左転舵方向への比較的小さくかつ実質的に同等のトルクを発生しており、これらが釣り合った直進状態となっている。
その後、時間ｔ１において、トルクセンサ３１が右方向への転舵操作によるトルクを検出すると、ＥＰＳＣＵ１００は、先ず第１モータ７０のトルクのみが増加するよう、第１モータ７０の出力トルク指示値を設定する。
これによって第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの釣合は崩れ、右方向へのアシストトルク（第１モータ７０、第２モータ８０のトルクの差分）が発生する。

その後、時間ｔ２において、ＥＰＳＣＵ１００が第１モータ７０の回転開始を判定すると、ＥＰＳＣＵ１００は、第２モータ８０における第１モータ７０とは反対側へのトルクを増加させて、第１モータ７０の駆動機構７１内のウォームギヤ等の摺動部が静摩擦から動摩擦へ移行する際の影響を軽減する。
このとき、第２モータ８０が発生するトルクは、第１モータ７０の伝達機構７１における摩擦トルク（第１モータ７０が伝達機構７１のみを単体で回転駆動するのに要するトルク）の静摩擦から動摩擦への推移による変化量と実質的に同等となるように設定される。

また、左方向への転舵の場合、これとは逆に先ず第２モータ８０のトルクを増加させ、第２モータ８０の回転を検出した後に第１モータ７０のトルクを増加させる。

なお、ＥＰＳＣＵ１００は、第１モータ７０、第２モータ８０のいずれか一方の故障を検出した場合には、いずれか正常な側のモータのみを利用して、単一のモータによって左右両側へのアシストトルクを発生させる既存の１モータ式の電動パワーステアリング装置と同様の制御を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、第１モータ７０が回転を開始してウォームギヤ等の伝達機構７１内部における摩擦が静摩擦から動摩擦へ移行して低下する際に、第２モータ８０によって第１モータ７０側の伝達機構７１の摩擦トルク変動を打ち消す方向のトルクを発生させることによって、操舵トルクに変曲点が生じることを抑制し、壁感や抜け感の発生を防止して操舵初期の操舵フィーリングを改善することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
電動パワーステアリング装置の具体的構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例の電動パワーステアリング装置は、ラックに直接アシスト力を伝達するラックアシスト型のものであるが、これに限らず、ピニオンシャフト、ステアリングコラムにそれぞれアシスト力を伝達するピニオンアシスト型、コラムアシスト型の構成としてもよい。

１ 電動パワーステアリング装置
ＷＲ 右前輪 ＷＬ 左前輪
１０Ｒ 右ハウジング １０Ｌ 左ハウジング
２０ ステアリングホイール ３０ ステアリングコラム
３１ トルクセンサ ４０ ラック
４１Ｌ，４１Ｒ タイロッド
５０ 第１ピニオンシャフト ６０ 第２ピニオンシャフト
７０ 第１モータ ７１ 伝達機構
８０ 第２モータ ８１ 伝達機構
１００ 電動パワーステアリング装置制御ユニット（ＥＰＳＣＵ）

Claims (2)

1. ステアリングホイールが接続されたステアリングシャフトの回転に応じて車両の左右前輪を操向する操舵機構と、
   前記ステアリングホイールからの操舵操作に応じて前記操舵機構へアシストトルクを付与する第１のモータ及び第２のモータと、
   前記第１のモータ及び前記第２のモータがそれぞれ発生するトルクを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記アシストトルクの発生を開始する際に、前記第１のモータに操舵操作方向側へのトルクを発生させ、前記第１のモータの回転を検出した後に前記第２のモータに前記操舵操作方向とは反対側でありかつ前記第１のモータのトルクよりも小さいトルクを発生させること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第２のモータが発生するトルクは、前記第１のモータのトルクを前記操舵機構へ伝達する伝達機構において発生する摩擦トルクの静摩擦から動摩擦への移行に伴う変化量と実質的に同等であること
   を特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
   

Images