(57)【要約】      （修正有）【課題】ステアリングの切り込みの状態に関係なく常に操舵性を良好に保ちつつストロークエンドでの衝撃を緩和することができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ラックの位置を検出するラック位置検出手段44と、ラックの移動速度ｓを算出するラック速度演算手段45と、ラックのストロークエンド近傍における予め設定したラック速度ｓとラック速度ｓに応じてストロークエンドからの距離が遠くなるモータ減衰制御開始ラック位置との関係を座標マップの関係曲線Ｃとして記憶する記憶手段47と、ラック速度演算手段45が算出したラック速度ｓとラック位置検出手段44が検出したラック位置ｐとの組合せ位置座標（ｓ，ｐ）が、関係曲線Ｃを越えたか否かを判別する照合手段46と、組合せ位置座標（ｓ，ｐ）が関係曲線Ｃを越えたと照合手段46が判別したときに所定のモータアシスト減少率Ａｓに基づきモータを減衰制御するモータ減衰制御手段41とを備える。【選択図】図３
2006001474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動力をピニオン軸から左右に移動するラックを介して操舵輪に伝達して操舵を補助するラック・ピニオン式の電動パワーステアリング装置において、
前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段と、
前記ラックの移動速度であるラック速度を算出するラック速度演算手段と、
前記ラックのストロークエンド近傍における予め設定したラック速度と同ラック速度に応じてストロークエンドからの距離が遠くなるモータ減衰制御開始ラック位置との関係を座標の関係曲線として記憶する記憶手段と、
前記記憶手段の記憶するラック速度とモータ減衰制御開始ラック位置との関係曲線と照合して、前記ラック速度演算手段が算出したラック速度と前記ラック位置検出手段が検出したラック位置との組合せ位置座標が、前記関係曲線を越えたか否かを判別する照合手段と、
前記組合せ位置座標が前記関係曲線を越えたと前記照合手段が判別したときに所定のモータアシスト減少率に基づき前記モータを減衰制御するモータ駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記ラック速度演算手段は、前記ラック位置検出手段が検出するラックの移動位置を微分することでラック速度を算出することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段を備え、
前記モータ回転速度検出手段が検出したモータ回転速度に前記モータから前記ラック・ピニオンに至るまでの所定の変速比を乗算してラック速度を算出することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
操舵トルクのトルク方向の反転を検出するトルク反転検出手段を備え、
前記モータ駆動制御手段は、前記組合せ位置座標が前記関係曲線を越えたと前記照合手段が判別した場合に、前記トルク反転検出手段がトルク反転を検出したときは通常のモータアシスト制御をすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか記載の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、ラック・ピニオン式の電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動力をピニオン軸から左右に移動するラックを介して操舵輪に伝達して操舵を補助するラック・ピニオン式の電動パワーステアリング装置において、そのラック・ピニオン機構が収納されるギアボックスを貫通して左右に移動するラックは、ストロークエンドでラックのストッパ部分がギアボックス側と当接して停止する。
【０００３】
ステアリングの切り込みが強いと、ストロークエンドでラックのストッパ部分がギアボックス側に勢いよく衝接し、その大きな衝撃荷重により不快音を発したりギアボックスを傷めたりするとともに、モータ駆動電流に過大電流が流れたりする不具合が生じる。
【０００４】
そこで、ラックがストロークエンド近傍に達したときは、モータ駆動電流を徐々に減少させる例が既に提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】実公平８−８９４３号公報
【０００５】
同特許文献１は、実施例においてラック・エンド近接センサーを備え、ラックがストロークエンド近傍に移動したときを検出すると、時定数回路を作動し、減流制御回路がモータ駆動電流を徐々に減衰させ、その後比較的低レベルの電流値に保持されるよう制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ラックがストロークエンド近傍に移動したときラックの移動速度に関係なく、常に時定数回路28により設定される一定の減衰率でモータ駆動電流を減衰させるので、ステアリングの切り込みが強くラックの移動速度が速いときに支障がないように減衰率が比較的大きく設定されているとすると、ステアリングの切り込みが弱くラックの移動速度が遅いときにもストロークエンド近傍で同じ減衰率でモータ駆動電流を減衰し低いレベルの電流値に保持されることになり、よってステアリングが重い状態で操舵しなければならない時間が長くなり操舵性が良くない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、ステアリングの切り込みの状態に関係なく常に操舵性を良好に保ちつつストロークエンドでの衝撃を緩和することができる電動パワーステアリング装置を供する点にある。
【課題を解決するための手段および効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、モータの駆動力をピニオン軸から左右に移動するラックを介して操舵輪に伝達して操舵を補助するラック・ピニオン式の電動パワーステアリング装置において、前記ラックの位置を検出するラック位置検出手段と、前記ラックの移動速度であるラック速度を算出するラック速度演算手段と、前記ラックのストロークエンド近傍における予め設定したラック速度と同ラック速度に応じてストロークエンドからの距離が遠くなるモータ減衰制御開始ラック位置との関係を座標の関係曲線として記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶するラック速度とモータ減衰制御開始ラック位置との関係曲線と照合して、前記ラック速度演算手段が算出したラック速度と前記ラック位置検出手段が検出したラック位置との組合せ位置座標が、前記関係曲線を越えたか否かを判別する照合手段と、前記組合せ位置座標が前記関係曲線を越えたと前記照合手段が判別したときに所定のモータアシスト減少率に基づき前記モータを減衰制御するモータ減衰制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置とした。
【０００９】
ラック速度と同ラック速度に応じてストロークエンドからの距離が遠くなるモータ減衰制御開始ラック位置との関係を予め設定しその関係曲線を記憶手段が記憶しており、照合手段の照合によりラックのストロークエンド近傍において検出したラック速度とラック位置との組合せ位置座標が、記憶手段が記憶する関係曲線を越えたと判別したとき、所定のモータアシスト減少率に基づきモータを減衰制御するので、ラック速度が速い程早目に減衰制御に入り、ステアリングの切り込みの状態に関係なく常に操舵性を良好に保ちつつストロークエンドでの衝撃を緩和することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記ラック速度演算手段は、前記ラック位置検出手段が検出するラックの移動位置を微分することでラック速度を算出することを特徴とする。
【００１１】
ラック速度は、ラック位置検出手段が検出するラックの移動位置を微分演算することで求めることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段を備え、前記モータ回転速度検出手段が検出したモータ回転速度に前記モータから前記ラック・ピニオンに至るまでの所定の変速比を乗算してラック速度を算出することを特徴とする。
【００１３】
ラック速度は、モータ回転速度検出手段が検出したモータ回転速度にモータからラック・ピニオンに至るまでの所定の変速比を乗算することで求めることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか記載の電動パワーステアリング装置において、操舵トルクのトルク方向の反転を検出するトルク反転検出手段を備え、前記モータ駆動制御手段は、前記組合せ位置座標が前記関係曲線を越えたと前記照合手段が判別した場合に、前記トルク反転検出手段がトルク反転を検出したときは通常のモータアシスト制御をすることを特徴とする。
【００１５】
組合せ位置座標が関係曲線を越えたときは、所定のモータアシスト減少率に基づきモータの減衰制御に入るが、この状態でトルク反転を検出したときは、ステアリングの切り返し操作があったとして、通常のモータアシスト制御とすることで、減衰制御による駆動低下を避けて通常のモータアシスト制御で反転駆動が可能となり、切り返しによる応答性の遅れを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の全体の概略後面図を図１に示す。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向（図１における左右方向に一致）に指向した略円筒状のラックハウジング２内にラック軸３が左右軸方向に摺動自在に収容されている。
【００１８】
ラックハウジング２の両端開口から突出したラック軸３の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッドが連結され、ラック軸３の移動によりタイロッドが動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。
【００１９】
ラックハウジング２の右端部にステアリングギアボックス10が設けられている。
ステアリングギアボックス10には、ステアリングホイール（図示せず）が一体に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸11が軸受を介して回動自在に軸支されており、図２に示すように入力軸11はステアリングギアボックス10内でトーションバー12を介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン軸13と連結されている。
【００２０】
この操舵ピニオン軸13のはす歯13ａがラック軸３のラック歯３ａと噛合している。
したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸11に伝達された操舵力は、トーションバー12を介して操舵ピニオン軸13を回動して操舵ピニオン軸13のはす歯13ａとラック歯３ａの噛合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させる。
【００２１】
ラック軸３は、ラックガイドスプリング14に付勢されたラックガイド15により背後から押圧されている。
なお、ラックハウジング２の略中央位置には、内部を左右軸方向に摺動するラック軸３の移動位置を検出するためのロータリエンコーダ35が設けられている。
【００２２】
ステアリングギアボックス10の上部にはモータ20が取り付けられ、モータ20の駆動力を減速して操舵ピニオン軸13に伝達するウオーム減速機構25がステアリングギアボックス10内に構成されている。
【００２３】
ウオーム減速機構25は、操舵ピニオン軸13の上部に嵌着されたウオームホイール26にモータ20の駆動軸に同軸に連結されたウオーム27が噛合して構成されている。
【００２４】
モータ20の駆動力をこのウオーム減速機構25を介して操舵ピニオン軸13に作用させて操舵を補助する。
【００２５】
ウオーム減速機構25のさらに上方にトルクセンサ30が設けられている。
トーションバー12の捩れをコア31の軸方向の移動に変換し、コア31の移動をコイル32，33のインダクタンス変化に変えて操舵トルクＴを検出している。
なお、トーションバー12の捩れを光学的に検出するトルクセンサでもよい。
【００２６】
この操舵トルクをもとに制御され操舵を補助するモータ20は、コンピュータにより駆動制御されており、該制御系の概略ブロック図を図３に示す。
【００２７】
コンピュータのＣＰＵ40は、モータ駆動制御手段41，通常タイムレシオ抽出手段42，トルク反転検出手段43，ラック位置検出手段44，ラック速度演算手段45，照合手段46等の機能を有し、前記トルクセンサ30やロータリエンコーダ35や車速センサ36からの検出信号が入力され、モータ駆動制御手段41から制御信号がモータドライバ21に出力されて、モータドライバ21によりモータ20が駆動される。
なお、モータ20に供給される電流を前記モータ電流計22が計測し、モータ20の端子間電圧をモータ電圧計23が計測している。
【００２８】
モータ駆動制御手段41は、一定周期Ｔで電流を流す時間Ｔonの割合（タイムレシオ）ｒ＝Ｔon／Ｔを変えることでモータを駆動制御するＰＷＭ制御を行っており、タイムレシオｒが大きい程モータアシスト量が大きくなる。
【００２９】
この通常走行時の通常タイムレシオｒoについては、車速と操舵トルクに対応して予め決められ、メモリ47に記憶されており、車速センサ36が検出した車速ｕとトルクセンサ30が検出した操舵トルクｔに基づいて通常タイムレシオ抽出手段42がメモリ47から抽出してくる。
【００３０】
また、トルク反転検出手段43は、トルクセンサ30の検出操舵トルクｔからステアリングの切り返し操作によるトルクの反転を検出する。
前記通常タイムレシオ抽出手段42が抽出した通常タイムレシオｒoおよびトルク反転検出手段43が検出したトルク反転信号は、モータ駆動制御手段41に出力される。
【００３１】
一方、ラック位置検出手段44は、ロータリエンコーダ35の検出信号をカウント処理して左右に移動するラック軸３の中立位置からのラック移動量ｐをラック位置として検出するものであり、同検出ラック移動量（ラック位置）ｐは、照合手段46に出力されるとともに、ラック速度演算手段45にも出力される。
ラック速度演算手段45は、入力されたラック移動量ｐを微分してラック速度ｓを算出して、照合手段46に出力する。
【００３２】
メモリ47には、前記操舵トルクｔと車速ｕに基づいた通常タイムレシオ（モータアシスト量）ｒoを記憶しているとともに、ラック軸３がストロークエンドに近づいたときにモータアシスト量を減少させる制御を開始する最適のラック移動量（ラック位置）ｐを、ラック速度ｓとの関係で記憶している。
【００３３】
モータアシスト量を減少させる制御を開始する最適のラック速度ｓとラック移動量（ラック位置）ｐの関係を、図４の直角座標に減少制御開始曲線Ｃとして示す。
この座標において、減少制御開始曲線Ｃはストロークエンド近傍にあり、ラック速度ｓが大きい程ラック移動量ｐはストロークエンドより遠い位置にある。
【００３４】
照合手段46は、ラック位置検出手段44が検出したラック移動量ｐとラック速度演算手段45が算出したラック速度ｓの組合せ位置座標を、前記メモリ47が記憶する減少制御開始曲線Ｃと照合して一致したか否かを判別する手段である。
この照合手段46の判別結果は、モータ駆動制御手段41に出力される。
【００３５】
このように、モータ駆動制御手段41には、通常タイムレシオｒoと制御開始時点の判別結果およびトルク反転信号が入力されて処理され、モータ20の駆動制御がなされる。
【００３６】
以上のＣＰＵ40の制御系によるモータ制御の手順を図５のフローチャートに従って説明する。
まずトルクセンサ30が検出した操舵トルクｔ，車速センサ36が検出した車速ｕおよびラック位置検出手段44が検出したラック移動量ｐを読込む（ステップ１）。
【００３７】
そして、操舵トルクｔと車速ｕから通常タイムレシオ抽出手段42が、通常タイムレシオｒoをメモリ47に記憶された対応関係を検索して抽出する（ステップ２）。
次いで、ラック速度演算手段45がラック移動量ｐを微分してラック速度ｓを算出する（ステップ３）。
【００３８】
次のステップ４で、照合手段46により検出ラック移動量ｐと算出ラック速度ｓの組合せの点座標（ｓ，ｐ）を、メモリ47が記憶する減少制御開始曲線Ｃと照合してこの曲線Ｃを越えたか否かを判別する（図４参照）。
【００３９】
検出ラック移動量ｐと算出ラック速度ｓの組合せの点座標（ｓ，ｐ）が減少制御開始曲線Ｃを越えていないときは、ステップ５に進んでタイムレシオｒを通常タイムレシオｒoとしてステップ８に進み、この通常のタイムレシオｒoでモータ20が駆動される。
【００４０】
ステップ４で点座標（ｓ，ｐ）が減少制御開始曲線Ｃに達したときは、ステップ６に進みトルク反転検出手段43によるトルク反転の判別結果があった否かを判別し、トルク反転がないと判別されると、ステップ７に進んでタイムレシオｒとして、通常タイムレシオｒoに所定のモータアシスト減少率Ａｓ（％）を作用させたｒo・（１−Ａｓ／100）を用い、ステップ８に進み、この減少させられたタイムレシオｒ（＝ｒo・（１−Ａｓ／100））でモータ20が減衰駆動される。
【００４１】
したがってストロークエンド近傍で、ラック速度ｓが大きい程ラック移動量ｐはストロークエンドより遠い位置すなわちラック軸３がストロークエンドに近づくときにより早い時期にモータ20が減衰制御されることになり、ステアリングの切り込みの状態に関係なく常に操舵性を良好に保ちつつストロークエンドでの衝撃を緩和することができる。
【００４２】
なお、点座標（ｓ，ｐ）が減少制御開始曲線Ｃに達した場合でも、ステップ６でトルク反転ありと判別されるときは、ステップ５に飛び、タイムレシオｒを通常タイムレシオｒoとし、この通常タイムレシオｒoでモータ20が駆動される（ステップ８）。
【００４３】
すなわち、点座標（ｓ，ｐ）が減少制御開始曲線Ｃに達して、タイムレシオｒ（＝ｒo・（１−Ａｓ／100））でモータ20が減衰駆動に入っていても、あるいは入ろうとしているときにも、ステアリングの切り返しによりトルク反転が検出されると、タイムレシオｒを通常タイムレシオｒoとして、減衰制御されずにモータ20は逆回転に駆動されることになり、応答性の遅れは生じない。
【００４４】
したがって、ストロークエンドでの衝撃を緩和するために、ストロークエンド近傍で減少させられたタイムレシオｒ（＝ｒo・（１−Ａｓ／100））でモータ20が減衰駆動されるのであるが、トルク反転が検出されるとモータ20が逆転されることで、ストロークエンドでの衝突が避けられるとともに、このときはモータ20を減衰駆動する必要がなく、通常タイムレシオｒoで駆動制御されるのでストロークエンド付近での切り返し操舵がスムーズになされる。
【００４５】
以上の実施の形態では、ラック速度演算手段45は、ラック位置検出手段44が検出したラック移動量ｐを微分してラック速度ｓを算出していたが、別の方法でラック速度ｓを算出する例を、図６に制御系の概略ブロック図として示す。
【００４６】
モータ回転速度検出手段50を備え、前記モータ電流計22，モータ電圧計23からの検出信号が入力され、モータ回転速度検出手段50は、計測電流値ｉとモータ抵抗値よりモータ20に掛けられる電圧を算出し、この電圧を前記計測したモータ端子間電圧ｖから引いて誘起電圧分を求め、この誘起電圧値と誘起電圧定数によりモータ回転速度ｎを推定する。
なおモータ回転速度ｎを求めるのに、モータの回転駆動軸の回転を直接ロータリエンコーダを用いて検出してもよい。
【００４７】
そして、本ラック速度演算手段51は、モータ回転速度検出手段50により求められたモータ回転速度ｎにモータからラック・ピニオンに至るまでの所定の変速比を乗算することで、ラック速度ｓを算出することができる。
その他の機能手段は、前記図３に示す制御系の概略ブロック図と同じである。
【００４８】
以上の実施の形態では、モータの駆動についてＰＷＭ制御を行っていたが、ＰＷＭ制御以外の駆動制御を行っている場合にも、モータへの供給電力の減衰制御により本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体概略後面図である。
【図２】ギアボックス内の断面図である。
【図３】モータ制御系の概略ブロック図である。
【図４】メモリに記憶されたモータアシスト量を減少させる制御を開始する最適のラック速度ｓとラック移動量（ラック位置）ｐの関係を示す座標マップである。
【図５】モータ制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】別の実施の形態に係るモータ制御系の概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…電動パワーステアリング装置、２…ラックハウジング、３…ラック軸、
10…ステアリングギアボックス、11…入力軸、12…トーションバー、13…操舵ピニオン軸、14…ラックガイドスプリング、15…ラックガイド、
20…モータ、21…モータドライバ、22…モータ電流計、23…モータ電圧計、
25…ウオーム減速機構、26…ウオームホイール、27…ウオーム、
30…トルクセンサ、31…コア、32，33…コイル、35…ロータリエンコーダ、36…車速センサ、
40…ＣＰＵ、41…モータ駆動制御手段、42…通常タイムレシオ抽出手段、43…トルク反転検出手段、44…ラック位置検出手段、45…ラック速度演算手段、46…照合手段、47…メモリ、
50…モータ回転速度検出手段、51…ラック速度演算手段。
【図１】
2006001474.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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