(57)【要約】【課題】車両挙動の収斂性を改善するために、操舵機械系におけるトーションバー（捩れ部材）よりも上流側の粘性を適切に設定する。【解決手段】操舵部材２から操向車輪３に至る操舵機械系４の途中に、操舵トルクによって捩れが生じてバネ要素となる捩れ部材１０ａが含まれるトルク検出装置１０を備えたパワーステアリング装置において、前記操舵機械系４は、前記捩れ部材１０ａよりも前記操舵部材側の粘性Ｃが、式：２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ≦  ４ＪＫを満足するように設定されている。【選択図】      図２
2004210118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材から操向車輪に至る操舵機械系の途中に、操舵トルクによって捩れが生じてバネ要素となる捩れ部材が含まれるトルク検出装置を備えたパワーステアリング装置において、
前記操舵機械系は、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の粘性Ｃが、式（１）を満足するように設定されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ……（１）
ただし、Ｊは操舵機械系において捩れ部材よりも操舵部材側の慣性、Ｋは捩れ部材の弾性である。
【請求項２】
前記粘性Ｃが式（２）を満足するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ≦  ４ＪＫ  ……（２）
【請求項３】
操舵部材から操向車輪に至る操舵機械系の途中に、操舵トルクによって捩れが生じてバネ要素となる捩れ部材が含まれるトルク検出装置を備えたパワーステアリング装置において、
前記操舵機械系は、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の粘性Ｃが、式（３）を満足するように設定されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
２ＪＫ  ≒  Ｃ２  ……（３）
ただし、Ｊは操舵機械系において操舵部材よりも操舵部材側の慣性、Ｋは捩れ部材の弾性である。
【請求項４】
前記粘性Ｃは、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の部材を支持するベアリングの予圧調整によって設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の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】
本発明は、パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーステアリング装置には、操舵部材（ハンドル）に加えられた操舵トルクをトーションバーのねじれに基づいて検出し、当該操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータによって発生させて操舵アシストを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１６０９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、適切な操舵感を実現するためのステアリングシステム機械系のダイナミクス配分に関する理論的な知見がなく、慣性や粘性を一様に低減することが操舵フィーリングの向上（スッキリ感）につながるとされていた。
【０００５】
ところが、ステアリング装置では、一般に、アシスト応答性を重視する傾向があり、このため、モータの電流制御ゲインを可能な限り高く設定したり、トルク位相補償やモータ慣性補償といった遅れ要素の補償制御を導入したりしている。また、摩擦によるハンドル戻り悪化を改善するため、ハンドル戻し制御（モータにより強制的にハンドルを戻すロジック）を導入することもある。
このため、系が、常にトルク変動（トーションバーのねじれ）に対して敏感な状態となっている。しかも、トーションバーよりも上流側（ハンドル側）は粘性が小さく、当該上流側にはハンドルという慣性の大きい部材が存在するため、系全体が振動系となり易かった。
【０００６】
例えば、車両旋回状態から直進状態に移行する際にステアリングホイールを手放し状態にすると、ステアリングホイール慣性に対して適切な粘性がないために、ステアリングホイールが中立位置に戻る際に、行き過ぎが生じ、トーションバー両側の入出力角位相差が収束しにくい。そして、これに呼応して系全体が収束しにくくなり、車両挙動の収斂性が悪化する。
これを制御で改善するには、ハンドル戻し時にステアリングホイールがハンチングしないように、適切な角速度制御（粘性成分）を導入することが考えられるが、これは上記遅れ要素補償制御やハンドル戻し制御の考え方と背反するものであり、制御においてこれらを両立するのは困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題を、操舵機械系におけるトーションバーよりも上流側の粘性を適切に設定するという新たな知見によって解決しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機械系の途中に、操舵トルクによって捩れが生じてバネ要素となる捩れ部材（トーションバー等）が含まれるトルク検出装置を備えたパワーステアリング装置において、前記操舵機械系は、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の粘性Ｃが、式（１）を満足するように設定されていることを特徴とするパワーステアリング装置である。
２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ……（１）
ただし、Ｊは操舵機械系において捩れ部材よりも操舵部材側の慣性、Ｋは捩れ部材の弾性である。
【０００９】
本発明者は、捩れ部材より操舵部材側（以下、「上流側」という。また、捩れ部材を基準として上流側とは反対側を「下流側」という）の粘性Ｃを、操舵部材に代表される慣性Ｊ及び捩れ部材に代表される弾性に対して適切な値に設定することにより、系全体を収束しやすくできる知見を得た。
【００１０】
ここで、下流側から見た上流側（操舵軸の出力軸トルクに対する入力軸角）の伝達関数は、Ｋ／（Ｊｓ２＋Ｃｓ＋Ｋ）と表される。なお、ｓはラプラス演算子であり、ωｎは自然角周波数、ζは減衰係数である。
この伝達関数において、Ｋ／Ｊ＝ωｎ２  、Ｃ／Ｊ＝２ζωｎとおくと、ωｎ２／（Ｓ２＋２ζωｎｓ＋ωｎ２）となる。これは２次振動系である。
このような２次振動系において、ステップ応答が定常状態（操舵部材の中立位置）に対してオーバシュートしないための条件は、理論上、ζ≧２−１／２である。  すなわち、ζは、上記機械系のボード線図（ゲイン線図）を描いたときに、固有振動数においてゲインがピークをもたないように設定（ζ≧２−１／２）すればよい。
【００１１】
ζ≧２−１／２から、本発明の操舵機械系において操舵部材がオーバシュートしないための粘性Ｃは、前記式（１）の通りとなる。
なお、ζが「２−１／２」よりも小さいと、オーバシュートが生じる。一方、ζが「２−１／２」よりも大きければ、オーバシュートが生じないが、あまりに大きいと応答性が低下する。
【００１２】
そこで、粘性Ｃは、式（２）を満足するように設定されているのが好ましい。
２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ≦  ４ＪＫ  ……（２）
Ｃ２を４ＪＫ以下とすることで、応答性が十分に確保され、操舵部材のオーバシュートを防止しつつ、操舵部材の戻り悪化が生じないようにすることができる。なお、Ｃ２＝４ＪＫは、ζ＝１のときである。
【００１３】
さらに、本発明は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機械系の途中に、操舵トルクによって捩れが生じてバネ要素となる捩れ部材が含まれるトルク検出装置を備えたパワーステアリング装置において、前記操舵機械系は、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の粘性Ｃが、式（３）を満足するように設定されていることを特徴とするパワーステアリング装置である。
２ＪＫ  ≒  Ｃ２  ……（３）
ただし、Ｊは操舵機械系において捩れ部材よりも上流側の慣性、Ｋは捩れ部材の弾性である。
このように、Ｃ２が２ＪＫとほぼ等しくなるように設定することで、操舵部材側がオーバシュートしない範囲で最大応答を得ることができる。
【００１４】
さらに、前記粘性Ｃは、前記捩れ部材よりも前記操舵部材側の部材を支持するベアリングの予圧調整によって設定されているのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、車両における電動パワーステアリング装置１の概略構成を示しており、この電動パワーステアリング装置１は、操舵部材（ハンドル）２から操向車輪３に至る操舵機械系４を備えている。操舵機械系４は、操舵部材２に連結された操舵軸５を備え、操舵軸５の回転は、ラックピニオン伝達機構６によって左右方向の直線運動に変換され、左右のタイロッド７を介して操向車輪３が転舵される。
【００１６】
操舵軸５には、その軸方向中途位置に、操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が備えられており、操舵軸５は、センサ１０よりも上流側（操舵部材２側）が入力軸５ａとされ、センサ１０よりも下流側が出力軸５ｂとされている。なお、入力軸５ａ及び出力軸５ｂは、図示しないベアリングによって回転自在に支持されている。
【００１７】
センサ１０は、前記入力軸５ａと出力軸５ｂとの間に介在したトーションバー１０ａの捩れによる入力軸５ａと出力軸５ｂとの相対角度差に基づいて、操舵トルクを検出する。検出された操舵トルクは、操舵補助力（アシストトルク）を発生するモータ１１を制御する制御部（ＥＣＵ）１２に与えられる。
モータ１１は、センサ１０の下流側である出力軸５ｂに備わっており、操舵部材２からの入力にアシストトルクが加えられて操向車輪が転舵される。
【００１８】
図２は、図１の操舵機械系４における粘性、慣性、弾性を示すものである。粘性としては、入力軸５ａを支持するベアリング等による回転抵抗としての粘性Ｃｈ及びモータ回転軸１１ａを支持するベアリング等による回転抵抗としての粘性Ｃｍ等がある。慣性としては、操舵部材２による慣性Ｊｈ及びモータ１１による慣性Ｊｍ等がある。弾性としては、トーションバー（捩れ部材）１０ａによる弾性Ｋがある。
【００１９】
出力軸５ｂからみた入力軸５ａの応答は、トーションバー１０ａよりも上流側の粘性、慣性、弾性が問題となる。したがって、出力軸トルクに対する入力軸角の応答を考慮する際には、粘性Ｃ≒Ｃｈ、慣性Ｊ≒Ｊｈ、弾性Ｋ＝Ｋである。
操舵機械系４の伝達関数は、Ｋ／（Ｊｓ２＋Ｃｓ＋Ｋ）であり、出力軸角のステップ応答に対して入力軸角がオーバシュートしないため（又はほとんどしない）ための条件式は、次の（１）〜（３）のいずれかである。
２ＪＫ  ≦  Ｃ２              ……（１）
２ＪＫ  ≦  Ｃ２  ≦  ４ＪＫ  ……（２）
２ＪＫ  ≒  Ｃ２              ……（３）
そして、第１実施形態に係る電動パワーステアリン装置１が、式（１）を満たすには、Ｃが、式（１’）を満たせばよい。
２・Ｊｈ・Ｋ  ≦  Ｃｈ２      ……（１’）
また、式（２）及び（３）についても、同様に、式（２’）（３’）を満たせばよい。
２・Ｊｈ・Ｋ  ≦  Ｃｈ２  ≦  ４・Ｊｈ・Ｋ  ……（２’）
２・Ｊｈ・Ｋ  ≒  Ｃｈ２                    ……（３’）
【００２０】
そして、上記のように式を満たすためのＣｈの調整は、入力軸５ａを支持するベアリングの予圧管理によって行うことができる。
以上のように粘性Ｃが適切に設定されていると、トーションバー１０ａよりも上流側（バネ上）機械系の動特性が改善され、旋回状態から直進状態に移行する際などに、操舵部材を手放し状態にしても、直ちに操舵部材が中立位置に収束する。
【００２１】
図３は、第２実施形態に係る操舵機械系４における粘性、慣性、弾性を示すものである。ここでは、モータ１１がトーションバー１０ａよりも上流側、すなわち入力軸５ａに対して操舵補助力を与えるように構成されている。
図３の場合も、粘性としては、入力軸５ａを支持するベアリング等による回転抵抗としての粘性Ｃｈ及びモータ回転軸１１ａを支持するベアリング等による回転抵抗としての粘性Ｃｍ等がある。慣性としては、操舵部材２による慣性Ｊｈ及びモータ１１による慣性Ｊｍ等がある。弾性としては、トーションバー（捩れ部材）１０ａによる弾性Ｋがある。
【００２２】
ただし、出力軸５ｂからみた入力軸５ａの応答は、トーションバー１０ａよりも上流側の粘性、慣性、弾性が問題となるため、出力軸トルクに対する入力軸角の応答を考慮する際には、粘性Ｃ≒Ｃｈ＋Ｃｍ、慣性Ｊ≒Ｊｈ＋Ｊｍ、弾性Ｋ＝Ｋである。
したがって、第２実施形態に係る電動パワーステアリン装置が、式（１）乃至式（３）のいずれかを満たすには、Ｃが、対応する式（１”）乃至式（３”）を満たせばよい。
２（Ｊｈ＋Ｊｍ）Ｋ  ≦（Ｃｈ＋Ｃｍ）２                        ……（１”）
２（Ｊｈ＋Ｊｍ）Ｋ  ≦（Ｃｈ＋Ｃｍ）２  ≦４（Ｊｈ＋Ｊｍ）Ｋ  ……（２”）
２（Ｊｈ＋Ｊｍ）Ｋ  ≒（Ｃｈ＋Ｃｍ）２                        ……（３”）
尚、パワーステアリング装置としては、電動式以外にトルク捩れ装置を搭載した油圧式であっても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、捩れ部材により上流側の粘性Ｃが適切に設定されるため、系全体が収束しやすくなり、車両挙動の収斂性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】図１の機械系における粘性、慣性、弾性を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置における機械系の粘性、慣性、弾性を示す図である。
【符号の説明】
１  電動パワーステアリング装置
２  操舵部材（ハンドル）
３  操向車輪
４  操舵機械系
１０ａ  トーションバー（捩れ部材；バネ要素）
１０  トルク検出装置
Ｃ  粘性
Ｋ  弾性
Ｊ  慣性
【図１】
2004210118.tif 000003
【図２】
2004210118.tif 000004
【図３】
2004210118.tif 000005