(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの回転力によって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置において、
運転者の力特性を検出する力特性検出手段と、
力特性検出手段により検出された力特性に基づいて、電動モータにより発生させる操舵補助力を変更する手段と、
を含み、
前記力特性検出手段は、筋電計測により、運転者の筋肉の負担を計測して力特性を検出するために、運転者がステアリングホイールを握った時に運転者の手のひらに接触することができるようにステアリングホイールに配置された電極と、電極に接続されたインピーダンス変換器とを含むものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電動モータの回転力によって操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四輪車両に装備されている従来の電動パワーステアリング装置では、一般に、操舵トルク（路面からの反力）および車速に応じて操舵補助力が決定される。よって、停車時や低速走行時の操舵抵抗が大きい時には、比較的大きな操舵補助力をステアリング機構に与え、逆に、高速走行時には、操舵抵抗が小さいので、比較的小さな操舵補助力をステアリング機構に与える仕組みになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構に対して与えられたとしても、運転者がたとえば女性の場合と男性の場合とでは、操舵補助力が小さ過ぎる（ハンドルがまだ重たい）と感じたり、操舵補助力が大き過ぎる（ハンドルが軽過ぎる）と感じたりすることがあり、必ずしも運転者にとって最適な操舵補助力が与えられているわけではない。同様に、運転者が若者の場合と高齢者の場合とでも、操舵補助力を大きいと感じたり、小さいと感じたりする違いがある。
【０００４】
このように、従来の装置では、運転者の人間特性、より具体的には運転者の力特性が考慮されることなく操舵補助力が決定されており、運転者によっては快適な操舵フィーリングを感じないことがあるという課題があった。
【０００５】
そこでこの発明の目的は、上述の課題を解決し、老若男女を問わず、あらゆる運転者に対してより快適な操舵フィーリングを与えられる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電動モータの回転力によって操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置において、運転者の力特性を検出する力特性検出手段と、力特性検出手段により検出された力特性に基づいて、電動モータにより発生させる操舵補助力を変更する手段と、を含み、前記力特性検出手段は、筋電計測により、運転者の筋肉の負担を計測して力特性を検出するために、運転者がステアリングホイールを握った時に運転者の手のひらに接触することができるようにステアリングホイールに配置された電極と、電極に接続されたインピーダンス変換器とを含むものであることを特徴とするものである。
【０００８】
上述の構成によれば、運転者の力特性が検出され、検出された力特性に基づいて操舵補助力が変更される。力特性は、運転者の力が弱いか、普通か、強いか等を表わすから、たとえば運転者の力が強い場合は、相対的に小さな操舵補助力がステアリング機構に与えられ、逆に運転者の力が弱い場合は、相対的に大きな操舵補助力がステアリング機構に与えられる。力特性は、運転者に固有の値であり、これが検出されることにより操舵補助力が変更されるから、運転者に最適の操舵補助力がステアリング機構に与えられ、運転者は快適な操舵フィーリングを得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明をする。
【００１０】
図１は、この発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。ステアリング機構１は、車幅方向に沿って配置されたラック１１と、このラック１１にギヤボックス１７内において噛合するピニオン部を先端に有するピニオン軸１２と、ラック１１の両端に回動自在に結合されたタイロッド１３と、このタイロッド１３の先端に回動自在に結合されたナックルアーム１４とを有している。ナックルアーム１４は、キングピン１５回りに回動自在に設けられており、このナックルアーム１４に操舵輪（通常は前輪）１６が取り付けられている。ピニオン軸１２の基端部は、ユニバーサルジョイントを介してステアリング軸に結合されており、このステアリング軸の一端にステアリングホイールが固定されている（いずれも図示せず）。この構成により、ステアリングホイールを回転させることによって、ラック１１がその長手方向に変位し、ナックルアーム１４がキングピン１５回りに回動して、操舵輪１６の方向が変化する。
【００１１】
このステアリング機構１に操舵補助力を与えるための電動パワーステアリング装置２は、ラック１１の途中部に関連して設けられた三相ブラシレスモータＭと、このモータＭをモータドライバ２１を介して駆動制御するためのコントローラ２０とを備えている。
【００１２】
コントローラ２０には、車速を検出する車速センサ２２、操舵トルクを検出するトルクセンサ２３、モータＭの回転角を検出するモータ回転角センサ２４、および、この実施形態の特徴となる力特性検出センサ２５の各出力信号が入力されている。これらのセンサ２２，２３，２４，２５の出力信号に基づき、後述するように、コントローラ２０は、モータＭの駆動電流を制御し、これにより、ステアリング機構１に与える操舵補助力を増減する。
【００１３】
車速センサ２２は、たとえば、車輪に関連して設けられ、車輪の回転速度に対応した周期でパルス信号を出力する車輪速センサによって実現される。この場合は、パルス信号の周期または周波数を計測することによって、車両の速さである車速を求めることができる。
【００１４】
トルクセンサ２３は、ステアリングシャフトをステアリングホイール側の入力軸とピニオン軸１２側の出力軸とに分割しておき、これらの入力軸および出力軸の間をトーションバーで結合するとともに、このトーションバーのねじれ量を検出する構成によって実現される。つまり、ステアリングホイールに加えられたトルクとトーションバーのねじれ量が一対一に対応するので、このねじれ量をポテンショメータ等の適当な検出機構で検出することによって操舵トルクを検出することができる。
【００１５】
モータ回転角センサ２４は、ロータリエンコーダ等で構成され、モータＭの回転角の検出を通じて、ラック１１の車幅方向位置または変位量を検出し、これにより、操舵角度または操舵角度変化量を検出することができるようになっている。
【００１６】
力特性検出センサ２５は、運転者の力特性を検出するセンサである。このセンサ２５は、たとえば図２に示すように、ステアリングホイール５０に配置された電極５１と、電極５１に接続されたインピーダンス変換器５２とを含んでいる。電極５１は、ステアリングホイール５０の、運転者が通常握る位置（いわゆる８時２０分の位置等）に配置されている。電極５１は、運転者がステアリングホイール５０を握った時に、違和感なく、運転者の手のひらに接触することができるように、ステアリングホイール５０の表面に面一に配置されている。
【００１７】
また、電極５１にはインピーダンス変換器５２が接続されており、電極５１が拾う環境雑音の影響を除去できるようにされている。より具体的に説明すると、運転者がステアリングホイール５０を握った時、運転者の手のひらが電極５１に接触する。接触の割合や接触圧力等により、電極５１により検出される運転者の体内電位が変動する。そこで、電極５１により検出される電位をインピーダンス変換器５２を通すことにより、たとえばμＶ程度の出力とし、運転者の手のひらが電極５１に接触している状況の差、すなわち環境雑音の影響を除去するようにされている。言い換えれば、電極５１を能動電極とすることにより、電極５１による検出能力が向上されている。
【００１８】
図１に戻って、モータＭに関連する構成について概説すれば、ラック１１の途中部には、ねじ軸部３１が形成されており、このねじ軸部３１には複数のボールを介してボールナット３２が螺合していて、これによりボールねじ機構３０が形成されている。ラック１１は、モータＭの中央を貫いている。このラック１１を取り囲むようにモータＭのロータ４１が配置されており、さらに、このロータ４１を取り囲むようにモータＭのステータ４２が配置されている。そして、ロータ４１とボールナット３２とが連結されている。
【００１９】
モータＭのケース４０とボールナット３２との間には、軸受け３５，３６が介挿されており、また、ケース４０とロータ４１の一端部付近との間には軸受け３７が介挿されている。そして、ロータ４１の上記一端部に、モータ回転角センサ２４が配置されている。
【００２０】
この構成により、モータＭに通電してロータ４１にトルクを与えると、このロータ４１に連結されているボールナット３２にトルクが伝達される。このトルクは、ボールねじ機構３０によって、ラック１１の車幅方向への駆動力に変換される。こうして、モータＭを駆動源とした操舵補助力がステアリング機構１に与えられる。
【００２１】
図３は、コントローラ２０によるモータＭの制御のための処理を説明するためのフローチャートである。コントローラ２０は、まず、トルクセンサ２３および車速センサ２２の出力信号を取り込んで、操舵トルクＴV および車速Ｖについてのデータを収集する（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２２】
操舵トルクＴV は、トーションバーに生じるねじれ角度と一定の関係にあるから、このねじれ角度を検出することにより測定される。
【００２３】
図４に、トルクセンサ２３から出力されるトルク電圧（操舵トルク）ＴV と、トーションバーに生じるねじれ角度との関係の一例を示す。
【００２４】
図４に示すように、トルクセンサ２３から出力されるトルク電圧ＴV が２．５Ｖの時は、ステアリングホイールが中点にあり、左操舵および右操舵のいずれもされていない状態である。ステアリングホイールが右操舵されると、入力軸は右に回転されるが、出力軸は負荷のために入力軸の回転に追従できずトーションバーにねじれが生じる。トルクセンサ２３のトルク電圧ＴV はトーションバーのねじれに対応して変化する。ステアリングホイールが右操舵される場合は、ねじれが大きいほどトルク電圧ＴV が大きくなる。逆に、ステアリングホイールが左操舵される場合は、ねじれの大きさに比例してトルクセンサ２３のトルク電圧ＴV が小さくなる。トルクセンサ２３からのトルク電圧ＴV が、ステアリングホイールがちょうど中点にある２．５Ｖを中心に、２．３≦ＴV ≦２．７の範囲は、ステアリングホイールが中点戻りの状態であると言える。また、トルク電圧ＴV が、１．９≦ＴV ≦３．１の範囲は、ステアリングホイールがいわゆる遊びの範囲である。
【００２５】
ステアリングホイールが操舵されて実際に車両の進路が変更される際には、右操舵の場合は、トルク電圧ＴV がたとえば３．１Ｖ以上となる。また左操舵の場合は、トルク電圧ＴV は１．９Ｖ以下となる。
【００２６】
操舵トルクＴV および車速Ｖについてのデータが収集されると、次いで、コントローラ２０は、車速Ｖに基づいて、車速係数Ｃｖを求める（ステップＳ３）。
【００２７】
車速係数Ｃｖは、予め車速Ｖに応じて定められており、車速Ｖが大きくなるほど小さい値となるようにされている。実際には、たとえば、車速Ｖ＝５，１０，３０，８０（ｋｍ／ｈ）に対する車速係数Ｃｖの値がコントローラ２０内のメモリ２０Ｍ（図１参照）に記憶されていて、これらの値以外の車速Ｖに対する車速係数Ｃｖは、直線補間処理等の演算によって求められる。
【００２８】
次いで、コントローラ２０は、力特性検出センサ２５で検出された力特性値Ｐを取り込む。この力特性値Ｐは、たとえば−１≦Ｐ≦＋１で表わされる。力特性値Ｐが正の場合、すなわち０≦Ｐ≦＋１の場合は、運転者の力が平均レベルよりも「力弱い」ことを意味する。また、力特性値Ｐが負の場合、すなわち−１≦Ｐ≦０の場合は、運転者の力が平均的な運転者の力よりも「力強い」ことを意味する。
【００２９】
よって、予め、検出される力特性値Ｐと操舵補助力Ｔとには、図５に示す関係が設定されている。図５に示すように、力特性値Ｐが正の場合には、操舵補助力Ｔにαが加えられ、逆に、力特性値Ｐが負の場合には、操舵補助力Ｔからαが引かれる。
【００３０】
それゆえ、ステップＳ５において、操舵補助力は、
操舵補助力Ｔ＝Ｃｖ×操舵トルクＴV ±α
として計算される。
【００３１】
そして求められた操舵補助力Ｔが得られるように制御信号をモータドライバ２１に与える（ステップＳ６）。
【００３２】
以上の処理が微少時間毎に実行される。
【００３３】
従って、運転者の力特性に応じた操舵補助力が発生されるので、運転者はより快適な操舵フィーリングを味わうことができる。
【００３４】
以上の説明では、運転者の力特性の検出は、ステアリングホイール５０に配置した電極５１を用いた筋電計測により行う例を説明したが、これ以外のセンサにより運転者の力特性が検出されてもよい。
【００３５】
その他、この発明は、請求項記載の範囲内で種々の変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、運転者の力特性に適合した良好な操舵フィーリングの電動パワーステアリング装置とすることができる。
【００３７】
また、この発明によれば、必要以上の操舵補助力を発生することのない電動パワーステアリング装置とすることができ、エネルギの無駄のないいわゆる省エネ効果の秀れた電動パワーステアリング装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の電気的構成をステアリング機構の断面構造とともに示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態にかかる力特性検出センサの一例を示す図解図である。
【図３】操舵補助力制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】トルク電圧ＴV と、ねじれ角度との関係を表わすグラフである。
【図５】力特性値Ｐと操舵補助力Ｔとの関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１    ステアリング機構
２    電動パワーステアリング装置
Ｍ    モータ
２０    コントローラ
２２    車速センサ
２３    トルクセンサ
２５    力特性検出センサ
５１    電極
５２    インピーダンス変換器
【図１】
0003720979.tif 000002
【図２】
0003720979.tif 000003
【図３】
0003720979.tif 000004
【図４】
0003720979.tif 000005
【図５】
0003720979.tif 000006