(57)【要約】【課題】  後進時の操舵安定性を確実に得ることができるパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  ハンドルから前輪に至る操舵系に対し、運転者の操舵負担を軽減するアシストトルクを出力するモータ５を有するパワーステアリング装置において、車両が後進しているか否かを検出する後進検出手段（車速センサ１４およびインヒビタスイッチ１６）と、車両の後進時、運転者のハンドル操作に要する操舵トルクが増大する方向へ逆アシストトルクを発生させるよう、モータ５を駆動制御するアシストトルク演算部１３ｅと、を備える。【選択図】      図２
2006168650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルから操向輪に至る操舵系に対し、運転者の操舵負担を軽減するアシスト力を出力するアシストアクチュエータを有するパワーステアリング装置において、
車両が後進しているか否かを検出する後進検出手段と、
車両の後進時、運転者のハンドル操作に要する操舵トルクが増大する方向へ逆アシスト力を発生させるよう、前記アシストアクチュエータを駆動制御する逆アシスト制御手段と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーステアリングにおいて、
前記ハンドルに加わる操舵力を検出する操舵トルク検出手段を備え、
前記逆アシスト制御手段は、操舵力が大きくなるほど前記逆アシスト力を大きくすることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置において、
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記逆アシスト制御手段は、車速が高くなるほど前記逆アシスト力を大きくすることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のパワーステアリング装置において、
前記逆アシスト制御手段は、車速が極低速のとき、逆アシストトルクを発生させないことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のパワーステアリング装置において、
前記逆アシスト制御手段は、操舵力が所定の微少トルク以下となる操舵力不感帯にあるとき、逆アシスト力を発生させないことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパワーステアリングにおいて、
前記逆アシスト制御手段は、車速が高くなるほど前記操舵力不感帯を狭くすることを特徴とする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、運転者の操舵負担を軽減するパワーステアリング装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーステアリング装置では、前進時に比べ操舵反力が小さくなる後進時において、操舵トルクに応じたアシストトルクに対し、ハンドルの操舵角速度に比例したダンピングトルクを減算することにより、操舵安定性の確保を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−５９４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、ハンドルの中立位置付近では、操舵角速度が低いため、ダンピング量が足りず、操舵安定性が悪くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、後進時の操舵安定性が確実に得られるパワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、
ハンドルから操向輪に至る操舵系に対し、運転者の操舵負担を軽減するアシストトルクを出力するアシストアクチュエータを有するパワーステアリング装置において、
車両が後進しているか否かを検出する後進検出手段と、
車両の後進時、運転者のハンドル操作に要する操舵トルクが増大する方向へ逆アシストトルクを発生させるよう、前記アシストアクチュエータを駆動制御する逆アシスト制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明のパワーステアリング装置にあっては、後進時には操舵トルクに対して操舵トルクを増す方向へ逆アシストトルクを発生させるため、後進時にはハンドル操作が重くなり、操舵安定性を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のパワーステアリング装置を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【０００９】
運転者の舵取り操作用のハンドル１と、舵取り動作を行う舵取り機構２とを連結する操舵軸３に、ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）４と、操舵軸３にアシストトルク（アシスト力）を出力する電動モータ（アシストアクチュエータであり、以下、モータと略記する。）５が配置されている。
【００１０】
前記ハンドル１は、図示しない車室内部の運転者と対向する位置に、軸周りに回動可能に設けられている。舵取り機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成されている。ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の前輪車両前部に、左右方向摺動可能に固定されており、その両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の前輪１０，１１に連結されている。
【００１１】
前記モータ５は、モータ５の発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換する減速機１２を介して、操舵軸３に結合されている。このモータ５に供給されるモータ電流は、コントローラ１３により制御されている。
【００１２】
続いて、図２のコントローラ１３の制御ブロック図を加えて、実施例１の制御系を説明する。
運転者によりハンドル１が操舵されると、ハンドル１と機械的に連結された前輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ１３へ入力される。さらに、このコントローラ１３には、車両の走行速度を検出する車速センサ（車速検出手段）１４、自動変速機のレンジ位置を検出するインヒビタスイッチ１６等の信号が与えられる。車速センサ１４とインヒビタスイッチ１６とで、車両が後進しているか否かを検出する後進検出手段が構成される。
【００１３】
コントローラ１３には、モータ電圧を検出するモータ端子間電圧センサ１３ａ、モータ電流を検出するモータ電流センサ１３ｂ、モータ電圧とモータ電流からモータ５の回転速度を推測するモータ速度推定部１３ｃが内蔵されている。
【００１４】
モータ５の回転速度Nは、モータ５の逆起電力係数keを用いて下記の式(1)より算出される。
N = （V − RI）/Ke  …(1)
ここで、Nはモータ５の回転速度、Vはモータ端子間電圧、Rはモータ内部抵抗、Iはモータ電流である。すなわち、モータ５は減速機１２を介して機械的に操舵軸３に連結されているため、モータ５の回転速度を減速比で換算すると操舵角速度が算出される。
【００１５】
コントローラ１３の出力は、駆動回路１３ｄを介してモータ５に与えられる。コントローラ１３は、操舵トルク、モータの回転速度、車速等を用いて、モータ５の駆動電流を算出し、算出された駆動電流をモータ電流センサ１３ｂによりモータ電流を参照しつつ、モータ５を制御駆動する。駆動回路１３ｄからモータ５へ供給される電源は、バッテリ１５により与えられる。
【００１６】
このコントローラ１３は、アシストトルク演算部１３ｅと、粘性補償部１３ｆと、慣性補償部１３ｇと、目標電流値設定部１３ｈと、電流フィードバック（FB）部１３ｉとを備えている。
【００１７】
アシストトルク演算部１３ｅでは、車速ゼロを含む車両の前進時において、運転者の操作負荷を低減するような目標アシストトルクを、操舵トルクに応じて決定している。また、据え切り等では軽くハンドル１が切れるように目標アシストトルクを大きくし、高速になるに連れて操舵トルクが重くなりどっしりとした操舵特性を実現するように高速では目標アシストトルクを小さくしている。
【００１８】
また、アシストトルク演算部１３ｅでは、車速センサ１４とインヒビタスイッチ１６とから出力される信号に基づいて、車両の後進時を検出する。そして、車両の後進時には、運転者の操舵トルクを増大させる方向へ逆アシストトルクを出力する（逆アシスト制御手段に相当）。具体的には、車速がゼロよりも大きく、かつ、インヒビタスイッチからＲレンジを示す信号が出力されている場合に、車両が後進していると判断する。
【００１９】
この逆アシストトルクの特性は、図３の操舵トルクに対するアシスト電流マップに示すように、操舵トルク[Nm]が大きいほど大きく、かつ車速[km/h]が高いほど大きくなるように設定されている。また、車速が駐停車に使用する極低速のときには、アシスト電流をゼロとし、逆アシストトルクを発生しないように設定されている。
【００２０】
さらに、操舵トルクが所定の微少トルク以下となるトルク不感帯では、逆アシストトルクを発生しないように設定されている。なお、前進時のアシスト電流マップについては、従来と同様であるため、説明は割愛する。
【００２１】
粘性補償部１３ｆは、モータ速度推定部１３ｃにより推定されたモータ回転速度に比例した粘性補償量を目標アシストトルクに加算し、操舵系の粘性補償を行う。また、慣性補償部１３ｇは、モータ回転加速度に比例した慣性補償量を目標アシストトルクに加算し、操舵系の慣性補償を行う。なお、モータ回転加速度は、モータ回転速度を微分器１３ｊにより時間微分して求められる。
【００２２】
目標電流値設定部１３ｈは、アシストトルク演算部１３ｅで算出された目標アシストトルクと、粘性補償部１３ｆで算出された粘性補償量と、慣性補償部１３ｇで算出された慣性補償量とに応じて、モータ５の目標アシスト電流値を設定する。電流FB部１３ｉは、電流センサ１３ｂにより検出された実際のモータ電流値を目標アシスト電流値から減算し、駆動回路１３ｄへ出力する。駆動回路１３ｄは、実際のモータ電流値を目標アシスト電流値と一致させる駆動電流をモータ５に供給する。
【００２３】
次に、作用を説明する。
［後進時の操舵反力低下に伴う操舵安定性の悪化］
タイヤのニューマチックトレールは、タイヤ接地中心からコーナリングフォースの作用点までの距離であり、コーナリングフォースまたはサイドフォースにニューマチックトレールを掛けたものが、セルフアライニングトルクである。よって、ニューマチックトレールが長いほど、セルフアライニングトルクは大きくなる。
【００２４】
自動車の前輪には、図４(a)に示すように、キャスターアングルがついているため、タイヤに入力される横力のモーメント長は、車両前進時はキャスタートレールとニューマチックトレールの方向が逆になり、車速に比例して長くなる。このため、車両の前進時には、車速が高くなるほどセルフアライニングトルクが増大する。
【００２５】
一方、後進時のニューマチックトレールは、図４(b)に示すように、車速に比例して短くなる。従って、後進時の操舵反力は、前進時と同一の横力が入力された場合でも、モーメント長が短くなるため、操舵反力が軽くなる。よって、後進時には、前進時に比べ操舵入力に対する車両挙動のゲインが上がって操舵安定性が悪化し、かつハンドルの中立位置が判りにくくなるという問題がある。
【００２６】
上記問題を解決するために、特開平１１−５９４６８号公報の記載の電動パワーステアリング装置では、車両の後進時、アシスト量に対して操舵角速度に比例したダンピング量を増やすことで、操舵安定性の確保を図っている。ところが、ハンドルの操舵角速度が低くなる中立位置付近では、ダンピング量が足りないため、操舵安定性が悪いという問題がある。
【００２７】
また、特許第２７４１０３７号に記載の動力舵取装置では、前後進にかかわらずトルク不感帯において操舵角に比例した戻し制御量を増加させることにより、操舵中立位置を判りやすくしている。ところが、操舵トルクが大きい場合の操舵反力は軽くなるため、後進時にハンドルを切ると安定性に欠けるという問題がある。
［後進時の逆アシスト作用］
これに対し、実施例１のパワーステアリング装置では、車両の後進時には、運転者のハンドル操作に要する操舵トルクが増大する方向へ逆アシストトルクを発生させるよう、モータ５を駆動制御することにより、後進時のハンドル操作を重くし、操舵安定性を確保している。
【００２８】
図３に示したように、実施例１において、後進時の操舵トルクに対するアシスト電流は、車速に応じた関数となっており、後進時の車速が高くなるに連れて操舵トルクと反対方向に発生するモータトルクが大きくなるように、アシスト電流が設定される（図３の矢印Ａ）。
【００２９】
その結果、図５に示すように、車速が高いほど、操舵角に対して運転者の反力が重くなる（図５の矢印Ａ）ため、車速に比例してセルフアライニングトルクが小さくなる後進時において、車速にかかわらず安定した操舵感を実現できる。
【００３０】
また、操舵トルクが大きいほど逆アシストトルクを大きくするため、ハンドル１を大きく切るほどハンドル１が中立位置に戻ろうとする力が大きくなる。すなわち、前進時のようなセルフアライニングを模擬でき、安定した操舵感が得られるとともに、運転者へ中立位置付近のしっかり感である中立感を与えることができる。
【００３１】
さらに、実施例１では、操舵トルクが所定の微少トルク以下となるトルク不感帯では、逆アシストトルクを発生しないように設定されているため、運転者が操舵中立位置付近でハンドル１を小刻みに操作している場合に、逆アシストトルクが過敏に発生するのが防止される。
【００３２】
また、実施例１では、車速が0km/hの場合には、図３のアシスト電流マップを用いず、前進時と同じアシスト特性となるように設定しているため、停止時にセレクトレバーを前後させただけでは、反力変化が生じず、運転者に違和感を与えない。
【００３３】
さらに、駐停車時に使用する車速域、例えば5km/hくらいまでは、操舵トルクにかかわらず逆アシストトルクが発生しないように設定しているため、駐停車時における操舵反力の軽さを実現できる。そして駐停車時に使用する車速以上の後進、例えば長い距離を後進して戻るような走行シーンにおいては、操舵トルクに対し逆アシストトルクを発生させることにより、操舵力を重くして後進操舵時のしっかり感を出すことができる。
【００３４】
次に、効果を説明する。
実施例１のパワーステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００３５】
(1) ハンドル１から前輪１０，１１に至る操舵系に対し、運転者の操舵負担を軽減するアシストトルクを出力するモータ５を有するパワーステアリング装置において、車両が後進しているか否かを検出する後進検出手段（車速センサ１４およびインヒビタスイッチ１６）と、車両の後進時、運転者のハンドル操作に要する操舵トルクが増大する方向へ逆アシストトルクを発生させるよう、モータ５を駆動制御するアシストトルク演算部１３ｅと、を備えるため、後進時にはハンドル操作を重くすることで、操舵反力のしっかりさ、すなわち操舵安定性が得られる。
【００３６】
(2) ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４を備え、アシストトルク演算部１３ｅは、操舵トルクが大きくなるほど逆アシストトルクを大きくするため、前進時と同様のセルフアライニングトルクを模擬できるとともに、運転者へ中立感を伝えることができる。
【００３７】
(3) 車速を検出する車速センサ１４を備え、アシストトルク演算部１３ｅは、車速が高くなるほど逆アシストトルクを大きくするため、車速が高くなるほどセルフアライニングトルクが小さくなる後退時において、操舵反力のしっかりさおよび中立感の実現と、据え切りや駐停車時における後退での軽く扱いやすい操舵特性の実現とを両立できる。
【００３８】
(4) アシストトルク演算部１３ｅは、車速が極低速のとき、逆アシストトルクを発生させないため、駐停車時における操舵反力の軽さを実現できる。
【００３９】
(5) アシストトルク演算部１３ｅは、操舵トルクが所定の微少トルク以下となるトルク不感帯にあるとき、逆アシストトルクを発生させないため、操舵中立位置付近において逆アシストトルクが過敏に発生し、運転者に違和感を与えるのを防止できる。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、後進時に逆アシストトルクを発生させないトルク不感帯の領域を、車速が高くなるほど狭くする例である。なお、実施例２の構成は、実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００４１】
図６は、実施例２の操舵トルクに対する車速毎のアシスト電流マップである。
実施例２では、実施例１と同様に、後進時の操舵トルクに対するアシスト電流の関係は車速に応じた関数となっており、図６の矢印Ｂに示すように、後進時の車速が高くなるに連れて操舵トルクの反対方向へモータトルクが発生する電流指令値を発生する。さらに、実施例２では、図６の矢印Ｃに示すように、後進時の車速が高くなるに連れてトルク不感帯を狭くすることで、逆アシストを開始する操舵トルク値を小さくする。
【００４２】
その結果、図７に示すように、操舵角に対して運転者の反力が重くなり（図７の矢印Ｂ）、微少な操舵トルクとなる中立位置付近での操舵パターンにおいて、車速が高いほど操舵角に対する操舵トルクのゲインが高くなるため（図７の矢印Ｃ）、運転者へ中立位置付近のしっかり感である中立感をより顕著に伝えることができる。
【００４３】
次に、効果を説明する。
実施例２のパワーステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(5)に加え、以下の効果が得られる。
【００４４】
(6) アシストトルク演算部１３ｅは、車速が高くなるほどトルク不感帯を狭くするため、微少な操舵トルクとなる中立位置付近での操舵パターンにおいて、車速が高いほど操舵角に対する操舵トルクのゲインが高まり、運転者へ中立位置付近のしっかり感である中立感を伝えることができる。
【００４５】
（他の実施例）
以上、本発明を実施例１，２に基づいて説明したが、本発明は電動パワーステアリングにのみ適用されるものではなく、例えば、操舵トルクを任意に変更可能な、いわゆる電動油圧式パワーステアリングに用いてもよい。
【００４６】
また、実施例１，２では、モータ逆起電力から操舵角速度を算出（推定）しているが、モータや操舵軸の回転速度を直接計測するセンサ、またはモータや操舵軸の角度を計測するセンサを設け、このセンサで計測した信号を時間微分することにより、操舵角速度を算出してもよい。
【００４７】
実施例１，２では、車速センサからの信号とインヒビタスイッチからの信号とに基づいて、車両が後進しているか否かを検出する例を示したが、後進検出手段の構成については任意である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】コントローラ１３の制御ブロック図である。
【図３】実施例１の操舵トルクに対する車速毎のアシスト電流マップである。
【図４】前進時と後進時のニューマチックトレールを示す図である。
【図５】実施例１の後進時における逆アシスト作用を示す操舵角と操舵トルクとの関係を示す図である。
【図６】実施例２の操舵トルクに対する車速毎のアシスト電流マップである。
【図７】実施例２の後進時における逆アシスト作用を示す操舵角と操舵トルクとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ハンドル
２  舵取り機構
３  操舵軸
４  トルクセンサ
５  モータ
６  ピニオン
７  ラック軸
８，９  タイロッド
１０，１１  前輪
１２  減速機
１３  コントローラ
１３ａ  モータ端子間電圧センサ
１３ｂ  モータ電流センサ
１３ｃ  モータ速度推定部
１３ｄ  駆動回路
１３ｅ  アシストトルク演算部
１３ｆ  粘性補償部
１３ｇ  慣性補償部
１３ｈ  目標電流値設定部
１３ｉ  電流フィードバック部
１３ｊ  微分器
１４  車速センサ
１５  バッテリ
１６  インヒビタスイッチ
【図１】
2006168650.tif 000003
【図２】
2006168650.tif 000004
【図３】
2006168650.tif 000005
【図４】
2006168650.tif 000006
【図５】
2006168650.tif 000007
【図６】
2006168650.tif 000008
【図７】
2006168650.tif 000009