(57)【要約】【課題】  電動パワーステアリング装置において、低速操舵域であってもストロークエンドでブレーキ制御により操舵力が不足しても押し戻され感をなくして安定した操舵を確保すること。【解決手段】  電動パワーステアリング装置１０において、ラック軸１４の左右のストロークエンドを検知するセンサ６１、６２と、電動モータ２０の回転による操舵速度を検出する操舵速度検出手段５６と、センサ６１、６２がストロークエンドを検知し、該センサ６１、６２がストロークエンドを検知したときの操舵速度検出手段５６の検出速度が制動許可速度以上であることを条件に、電動モータ２０を制動するブレーキ制御を行なうストロークエンド制御手段７０とを有するもの。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする電動パワーステアリング装置において、
ラック軸の左右のストロークエンドを検知するセンサと、
電動モータの回転に基づく操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
センサがストロークエンドを検知し、該センサがストロークエンドを検知したときの操舵速度検出手段の検出速度が制動許可速度以上であることを条件に、電動モータを制動するブレーキ制御を行なうストロークエンド制御手段とを有す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、特許文献１に記載の如く、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする。
【特許文献１】特開平6-8839
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電動パワーステアリング装置では、ラック軸の左右のストロークエンドを検知する左センサと右センサを有し、両方のセンサがストロークエンドを未検知とするときには、ラック軸がストロークエンドに達していないものと判断して電動モータを通常回転させるアシスト制御を行なう。一方のセンサがストロークエンドを検知したときには、ラック軸が一方のストロークエンドに達したものと判断し、ラック軸がギヤハウジングと軸方向で衝突することを回避すべく、電動モータを制動するブレーキ制御を行なう。
【０００４】
図６は、ラック軸がストロークエンドに達してギヤハウジングと軸方向で衝突するときに発生する衝撃荷重と、ラック軸の操舵速度（移動速度）との関係を、アシスト制御Ａ（ストロークエンドまでアシスト制御を続け、ブレーキ制御なし）のまま衝突した場合と、ブレーキ制御Ｂ（ストロークエンドでブレーキ制御あり）を付与されて衝突した場合のそれぞれについて示したものである。衝撃荷重は、操舵速度の高速化に比例して増大する。ブレーキ制御ありにより、高速操舵域において特に衝撃荷重を低減できる。
【０００５】
しかしながら、従来技術では、ラック軸のストロークエンドで、ラック軸の操舵速度にかかわらず一律にブレーキ制御Ｂを行なっているため、低速操舵域では、電動モータがブレーキ制動されて操舵アシストの付与がなくなり、車輪に作用する操舵反力等の外部入力に操舵力が不足して押し戻される如くの違和感が発生する。
【０００６】
本発明の課題は、電動パワーステアリング装置において、低速操舵時であってもストロークエンドでブレーキ制御による操舵力の不足をなくして押し戻され感をなくした安定した操舵を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、電動モータの回転を動力伝達機構によりラック軸の直線ストロークに変換し、ラック軸に連結される車輪を操舵アシストする電動パワーステアリング装置において、ラック軸の左右のストロークエンドを検知するセンサと、電動モータの回転に基づく操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、センサがストロークエンドを検知し、該センサがストロークエンドを検知したときの操舵速度検出手段の検出速度が制動許可速度以上であることを条件に、電動モータを制動するブレーキ制御を行なうストロークエンド制御手段とを有するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
（請求項１）
(a)センサがストロークエンドを検知したときの操舵速度が、(A)制動許可速度未満の低速操舵域ではブレーキ制御が行なわれずに通常のアシスト制御が行なわれ（図５）、(B)制動許可速度以上の高速操舵域でだけブレーキ制御が行なわれる（図５）。
【０００９】
(b)上述(a)により、高速操舵域でブレーキ制御される結果、ブレーキ制御なしであれば操舵速度の高速化に応じて過大になるはずの衝撃荷重を大幅に低減できる。
【００１０】
(c)上述(a)により、低速操舵域ではブレーキ制御されない。従って、電動モータによる操舵アシスト力が、車輪に作用する操舵反力等の外部入力に対抗し、操舵力に対する押し戻され感を生じない。尚、衝撃荷重は、ブレーキ制御なしでも、操舵速度が低速であるためにもともと過大にならず、不都合を生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図、図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図、図４はストロークエンド制御手順を示す流れ図、図５は本発明における、ストロークエンドでの操舵速度と衝撃荷重の関係を示す線図、図６はストロークエンドでの操舵速度と衝撃荷重の関係を示す線図である。
【実施例】
【００１２】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、ギヤハウジング１１を分割した、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを有するものにし、このギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）にステアリング入力軸１２を支持し、入力軸１２にトーションバー１３（不図示）を介して出力軸（不図示）を連結し、この出力軸にピニオン（不図示）を設け、このピニオンに噛合うラック軸１４をギヤハウジング１１に左右方向に直線移動可能に支持している。入力軸１２と出力軸の間には、操舵トルクセンサ４１を設けている。操舵トルクセンサ４１は、ステアリングホイールに加えた操舵トルクに起因するトーションバーの弾性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸の間に生ずる相対回転変位量に基づき、操舵トルクを検出し、操舵トルク信号Ｔsを出力する。
【００１３】
電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４の両端部をギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ、第２ギヤハウジング１１Ｂ）の両側に突出し、それらの端部にタイロッド１５Ａ、１５Ｂを連結し、ラック軸１４の直線移動に連動するタイロッド１５Ａ、１５Ｂを介して、左右の車輪を転舵可能にする。
【００１４】
電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、電動モータ２０を取付ボルト２１（不図示）によりホルダ２２に固定し、このホルダ２２を取付ボルト２３（不図示）により第１ギヤハウジング１１Ａに着脱可能にしている。第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられて第１ギヤハウジング１１Ａの内部に挿入されたホルダ２２は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂの内周との間に一定の間隙を有し、第１ギヤハウジング１１Ａに対するホルダ２２の揺動を許され、ホルダ２２に後述する如くに支持する駆動プーリ２４と従動プーリ３６に巻掛けられるベルト３７の張力を調整可能にする。
【００１５】
このとき、ホルダ２２は、駆動プーリ２４の中心軸２５を支持し、電動モータ２０の回転軸２０Ａの軸端のジョイント２６Ａと、中心軸２５の軸端のジョイント２６Ｂを、それらの周方向複数位置に設けた歯の間にゴム等の中間ジョイント２６Ｃを挟む状態で、互いに軸方向から係着する。駆動プーリ２４は中心軸２５の両端部を軸受２７、２８によりホルダ２２に両端支持される。２９は軸受２８の外輪固定用止め輪である。
【００１６】
電動パワーステアリング装置１０は、ラック軸１４にボールねじ３０を設け、ボールねじ３０にボール３１を介して噛合うボールナット３２を有し、ギヤハウジング１１（第１ギヤハウジング１１Ａ）に支持した軸受３３によりボールナット３２を回転自在に支持する。３４は軸受３３の外輪固定用ナットである。ボールナット３２の外周には、ロックナット３５により従動プーリ３６が固定される。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０の側の駆動プーリ２４と、ボールナット３２の側の従動プーリ３６にベルト３７を巻掛け、電動モータ２０の回転を駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝え、ひいてはラック軸１４の直線ストロークに変換し、該ラック軸１４を直線移動させる。これにより、電動モータ２０はステアリング系に操舵アシスト力を付与するものになる。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０は、第１ギヤハウジング１１Ａに支持されているラック軸１４を第２ギヤハウジング１１Ｂに通し、第１ギヤハウジング１１Ａに取付けられているホルダ２２を第２ギヤハウジング１１Ｂで覆い、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂを複数の締結ボルト１６で締結する。このとき、第１ギヤハウジング１１Ａと第２ギヤハウジング１１Ｂは、図２に示す如く、複数の筒状ノックピン１６Ａにより、それらノックピン１６Ａの両端部のそれぞれを打ち込まれて位置合せされた後、各ノックピン１６Ａに挿通される締結ボルト１６により螺合締結される。一部の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第１ギヤハウジング１１Ａに螺着され、他の締結ボルト１６はノックピン１６Ａを通って第２ギヤハウジング１１Ｂに螺着される。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１Ａ、１１Ｂに支持されるラック軸１４の振れを小さくするため、以下の構成を備える。
【００２０】
第２ギヤハウジング１１Ｂにおいて、第１ギヤハウジング１１Ａに支持したボールナット３２に相対する部分をブッシュ支持部１７とし、ボールナット３２とブッシュ支持部１７とにブッシュ４０を架け渡す。ブッシュ４０は、ボールナット３２の先端側内周部に圧入されて固定的に設けられ、ブッシュ支持部１７の内周部に回転摺動可能に支持される状態で、ラック軸１４を直線摺動可能に支持する。
【００２１】
ブッシュ４０は、金属等からなる筒体の外周の軸方向における一部をブッシュ支持部１７との摺動部とし、内周の全部をラック軸１４との摺動部とする。摺動部は、含油ポリアセタール樹脂、又は四フッ化エチレン樹脂等の潤滑被膜層を筒体の表面にコーティング等にて設けたものである。
【００２２】
電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ２０のための以下の制御手段５０を有する（図３）。
【００２３】
制御手段５０は、操舵トルクセンサ４１と車速センサ４２を付帯的に備える。操舵トルクセンサ４１は、前述の如く、ステアリング系の操舵トルクを検出して操舵トルク信号Ｔsを制御手段５０に出力する。車速センサ４２は、車両の速度を検出し、車速信号Ｖsを制御手段５０に出力する。
【００２４】
制御手段５０は、マイクロプロセッサを基本に、各種演算処理手段、信号発生手段、メモリ等を有し、操舵トルク信号Ｔs、車速信号Ｖsに基づき、Ｐ（比例制御）及びＩ（積分制御）を施した駆動制御信号Ｖo（ＰＷＭ信号）を生成し、これによってモータ駆動手段４３を駆動制御する。
【００２５】
モータ駆動手段４３は、例えば４個のパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子からなるブリッジ回路で構成され、駆動制御信号Ｖoに基づくモータ電圧Ｖmを出力し、電動モータ２０を駆動する。ステアリングホイールが時計回り方向に操舵されているときには、電動モータ２０を例えば正回転させて前輪が時計回り方向に向くようにステアリング系に操舵アシスト力を付与する。
【００２６】
制御手段５０は、電流検出手段４４を付帯的に備える。電流検出手段４４は、電動モータ２０に実際に流れるモータ電流Ｉmを検出し、モータ電流Ｉmに対応するデジタルに変換した検出電流信号Ｉmoを制御手段５０にフィードバック（負帰還）する。
【００２７】
制御手段５０は、目標電流設定手段５１、偏差演算手段５２、電流制御演算手段５３を有する。
【００２８】
目標電流設定手段５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを備え、操舵トルクセンサ４１が出力する操舵トルク信号Ｔsと、この操舵トルク信号Ｔsと車速センサ４２が出力する車速信号Ｖsに基づいて予めメモリに記憶されている目標電流信号Ｉmsマップから、車速信号Ｖsをパラメータにした操舵トルク信号Ｔsに対する目標電流信号Ｉmsを読み出して偏差演算手段５２に向けて出力する。
【００２９】
偏差演算手段５２は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差（Ｉms−Ｉmo）を演算し、偏差信号ΔＩを電流制御演算手段５３に出力する。
【００３０】
電流制御演算手段５３は、目標電流信号Ｉmsと検出電流信号Ｉmoの偏差信号ΔＩに応じ、電動モータ２０のモータ駆動手段４３に方向（電動モータ２０の回転方向）極性信号及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号Ｖoを与える。
【００３１】
電流制御演算手段５３は、ＰＩ（比例・積分）制御手段５４、ＰＷＭ信号発生手段５５から構成される。尚、必要によりトルク微分制御手段も加えられる。
【００３２】
ＰＩ制御手段５４は、比例感度ＫPを発生して比例制御する比例要素５４Ａと、積分ゲインＫIを発生して積分制御する積分要素５４Ｂと、比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂの出力信号を加算する加算器５４Ｃを備える。比例要素５４Ａと積分要素５４Ｂは並列接続され、比例要素５４Ａは偏差信号ΔＩに比例感度ＫPを乗じた比例信号ＩPを、積分要素５４Ｂは偏差信号ΔＩに積分ゲインＫIを有する積分処理を施した積分信号ＩIを、それぞれ加算器５４Ｃに出力する。加算器５４Ｃは比例信号ＩPと積分信号ＩIを加算し、比例・積分信号ＩPI（ＩP＋ＩI）をＰＷＭ信号発生手段５５に向けて出力する。
【００３３】
ＰＷＭ信号発生手段５５は、比例・積分信号ＩPIの方向と大きさに対応する方向極性信号及びデューティ比に相当するＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｖoとしてモータ駆動手段４３に向けて出力する。モータ駆動手段４３はモータ駆動電圧Ｖmで電動モータ２０を駆動する。
【００３４】
従って、制御手段５０は電動パワーステアリング装置１０の電動モータ２０に対し、基本的には、以下の如くのアシスト制御を行なう。
【００３５】
(1)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０を駆動しない。
【００３６】
(2)操舵トルクセンサ４１が検出した操舵トルクが所定値を超えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０を駆動して通常回転させ、アシスト制御する。電動モータ２０の回転力が駆動プーリ２４、ベルト３７、従動プーリ３６経由でボールナット３２に伝えられ、ボールねじ３０を介してラック軸１４を直線ストロークさせる操舵アシスト力になる。
【００３７】
しかるに、制御手段５０は、ラック軸１４の左右のストロークエンドを検知する左センサ６１と右センサ６２を付帯的に備える。左右のセンサ６１、６２は、例えばフォトセンサ、近接センサ、マイクロスイッチ等から構成でき、ギヤハウジング１１の左右端に取着される検知手段ａと、ラック軸１４の左右端に取着される被検体ｂからなり、検知手段ａが被検体ｂに所定距離以下に近接したときに、ラック軸１４がストロークエンドに達したことの検知信号を出力する。
【００３８】
また、制御手段５０は、電動モータ２０の回転速度からラック軸１４の移動速度を検出する操舵速度検出手段５６を有する。操舵速度検出手段５６は、電動モータ２０のモータ端子間電圧Ｖm、モータ電流Ｉm、モータ内部抵抗値Ｒmをモータ駆動手段４３から転送され、下記(1)により算出されるモータ回転速度Ｎmからラック軸の操舵速度Ｌvを算出することができる。但し、Ｋsは電動モータ２０により定まる誘起電圧定数である。
【００３９】
Ｎm＝（Ｖm−Ｒm・Ｉm）／Ｋs    …  (1)
【００４０】
即ち、操舵速度検出手段５６は、電動モータ２０について算出した上述の回転速度Ｎmに電動モータ２０の減速比、プーリ２４、２６の直径比、ボールねじ３０のリードを乗ずることにより、ラック軸１４の直線ストローク移動速度Ｌvを算出し、これを操舵速度Ｌvとする。また、操舵速度検出手段５６は、ラック軸１４の変位計（ストロークセンサ）により直接的にその直線ストローク移動速度Ｌvを算出し、これを操舵速度Ｌvとするものでも良い。
また、モータ回転速度Ｎmに所定の換算係数を乗算して操舵速度Ｌvを算出しても良い。
【００４１】
しかるに、制御手段５０は、低速操舵域でのブレーキ制御による操舵力の押し戻され感をなくすため、以下のストロークエンド制御手段７０を有する。ストロークエンド制御手段７０は、左右のセンサ６１、６２の検知結果と、操舵速度検出手段５６の検出結果を得て、以下の(A)アシスト制御と、(B)ブレーキ制御を行なう。
【００４２】
(A)アシスト制御
(A-1)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２がラック軸１４のストロークエンドを未検知とするとき、ラック軸１４がストロークエンドに達していないから、操舵速度検出手段５６の検出速度Ｌvに関係なく、電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御信号ＡをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、電動モータ２０による前述のアシスト制御を行なう。
【００４３】
尚、左センサ６１と右センサ６２がラック軸１４のストロークエンドを未検知とするとき、ストロークエンド制御手段７０はＰＷＭ信号発生手段５５にあえてアシスト制御信号Ａを出力することを必要とせず、ストロークエンド制御手段７０がＰＷＭ信号発生手段５５にアシスト制御信号Ａを出力しなくても、制御手段５０は電動モータを前述の如くに通常のアシスト制御することもできる。
【００４４】
(A-2)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の一方がラック軸１４のストロークエンドを検知し、そのときの操舵速度検出手段５６の検出速度Ｌvが所定の制動許可速度Ｎo（閾値）未満の低速操舵域にあるときには、図５に示す如く、電動モータ２０を制動するブレーキ制御を行なわず、アシスト制御Ａを続ける。
【００４５】
(B)ブレーキ制御
ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の一方がラック軸１４のストロークエンドを検知し、そのときの操舵速度検出手段５６の検出速度Ｌvが制動許可速度Ｎo以上の高速操舵域にあるときには、図５に示す如く、電動モータ２０を制動するブレーキ制御Ｂを行なう。
【００４６】
尚、図５は、図６と同様に、ラック軸１４がストロークエンドに達してギヤハウジング１１と軸方向で衝突するときに発生する衝撃荷重と、ラック軸１４の操舵速度（移動速度）との関係を、アシスト制御Ａ（ストロークエンドまでアシスト制御を続け、ブレーキ制御なし）のまま衝突した場合と、ブレーキ制御Ｂ（ストロークエンドでブレーキ制御あり）を付与して衝突した場合のそれぞれについて示したものである。衝撃荷重は、操舵速度の高速化に比例して増大する。
【００４７】
従って、制御手段５０は、ストロークエンド制御手段７０の存在により、電動モータ２０を以下の如くに駆動制御する（図４）。
【００４８】
(1)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２がラック軸１４のストロークエンドを未検知とするとき、電動モータ２０を制動するブレーキ制御を行なわず、電動モータ２０を通常回転させるアシスト制御信号ＡをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、電動モータ２０をアシスト制御する。
【００４９】
(2)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の一方がストロークエンドを検知したとき、初回の検知であれば、操舵速度検出手段５６の検出速度Ｌvを読み込み、検出速度Ｌvが制動許可速度Ｎo以上であることを条件に、電動モータ２０を制動するブレーキ制御を行なう。検出速度Ｌvが制動許可速度Ｎo未満であれば、電動モータ２０によるアシスト制御を続ける。
【００５０】
(3)ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の一方によるストロークエンドの検知が、上述(2)の初回に続く検知であって、左センサ６１と右センサ６２の一方によるストロークエンドの検知が継続しているときには、操舵トルクセンサ４１の検出結果に基づき、運転者がステアリングホイールの操舵方向を切り返さずに不変としているか否かを判定する。切り返さずに不変としているときだけ電動モータ２０を制動するブレーキ制御を続け、切り返して変更したときには電動モータ２０を通常のアシスト制御に移行させる。
【００５１】
尚、ストロークエンド制御手段７０は、左センサ６１と右センサ６２の両方がともにストロークエンドを検知するときには、センサ異常と判断し、電動モータ２０をブレーキ制御せずに、電動モータ２０への給電を停止する停止制御信号ＳをＰＷＭ信号発生手段５５に出力し、ＰＷＭ信号発生手段５５はモータ駆動手段４３に出力するＰＷＭ信号Ｖoのデューティ比Ｄをゼロにし、電動モータ２０を停止制御することができる。運転者は電動モータ２０による操舵アシスト力無し状態で、手動操舵することになる。
【００５２】
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)センサ６１、６２がストロークエンドを検知したときの操舵速度Ｌvが、(A)制動許可速度Ｎo未満の低速操舵域ではブレーキ制御が行なわれずに通常のアシスト制御が行なわれ（図５）、(B)制動許可速度Ｎo以上の高速操舵域でだけブレーキ制御が行なわれる（図５）。
【００５３】
(b)上述(a)により、高速操舵域でブレーキ制御される結果、ブレーキ制御なしであれば操舵速度Ｌvの高速化に応じて過大になるはずの衝撃荷重を大幅に低減できる。
【００５４】
(c)上述(a)により、低速操舵域ではブレーキ制御されない。従って、電動モータ２０による操舵アシスト力が、車輪に作用する操舵反力等の外部入力に対抗し、操舵力に対する押し戻され感を生じない。尚、衝撃荷重は、ブレーキ制御なしでも、操舵速度Ｌvが低速であるためにもともと過大にならず、不都合を生じない。
【００５５】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、電動モータの回転をラック軸に伝える動力伝達機構は、電動モータの回転軸に固定した駆動ギヤの回転力を、ラック軸に噛合うピニオン軸に固定された従動ギヤと噛み合わせたピニオンアシスト駆動機構であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置を示す正面図である。
【図２】図２は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図３】図３は電動パワーステアリング装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】図４はストロークエンド制御手順を示す流れ図である。
【図５】図５は本発明における、ストロークエンドでの操舵速度と衝撃荷重の関係を示す線図である。
【図６】図６はストロークエンドでの操舵速度と衝撃荷重の関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  電動パワーステアリング装置
１４  ラック軸
２０  電動モータ
５０  制御手段
５６  操舵速度検出手段
６１  左センサ
６２  右センサ
７０  ストロークエンド制御手段
【図１】
2006306179.tif 000003
【図２】
2006306179.tif 000004
【図３】
2006306179.tif 000005
【図４】
2006306179.tif 000006
【図５】
2006306179.tif 000007
【図６】
2006306179.tif 000008