(57)【要約】  【課題】  操舵トルクが大きい場合に、ゲインを上げて電動機の作動応答性を向上させて、ステアリングホイールでの自励振動の発生を抑制する。  【解決手段】コントロールユニット１０は、トルクセンサ５の検出トルク値に基づいて必要操舵アシスト力信号の位相を所定量だけ進める補償を行う位相進み補償フィルター２０を備え、このフィルターは、ローパスフィルターＬＰＦと、第１，第２ハイパスフィルターＨＰＦ１，２と、該各フィルターに対応する３つのゲインＫL及びＫH1、ＫH2から構成され、油圧に応じて各ハイパスフィルターのそれぞれのゲイン値を調整することによって、ゲイン値を上げずに位相を進められる周波数帯を拡げるようにした。  【選択図】  図２
2005096671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵軸に連係された操舵機構と、
該操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
該油圧パワーシリンダの両油圧室に対して油圧を選択的に給排する可逆式ポンプと、
該可逆式ポンプを正逆回転駆動させる電動機と、
前記操舵機構に付与する必要操舵アシスト力を検出するアシスト力検出手段と、
該アシスト力検出手段によって検出された必要操舵アシスト力信号に基づいて前記電動機に対し駆動信号を出力する電動機制御手段と、
前記アシスト検出手段によって検出された必要操舵アシスト力信号の位相を所定量だけ進める補償を行う位相補償手段とを備えたパワーステアリング装置において、
前記油圧パワーシリンダを含む油圧回路内の油圧を検出あるいは推定する油圧検出手段を設けると共に、
前記位相補償手段を、ローパスフィルターと該ローパスフィルターに並列に設けられた複数のハイパスフィルターとから構成し、  前記油圧検出手段によって検出若しくは推定された油圧に応じて前記複数のハイパスフィルターのそれぞれのゲインを調整するゲイン調整部を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記ゲイン調整部は、油圧回路内の油圧に基づいてゲインの大きさを連続的に調整することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
前記ゲイン調整部は、前記油圧回路内の油圧が高圧になるにしたがって高周波特性の前記ハイパスフィルターのゲインを大きくするように制御したことを特徴とする請求項１に記載の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、例えば、車両のステアリングなどの操舵機構から出力された操舵トルクに応じて油圧パワーシリンダを作動させることにより、操舵アシスト力を付与するパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のパワーステアリング装置としては、本出願人が先に出願した例えば以下の特許文献１に記載されているものが知られている。
【０００３】
このパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに取り付られた操舵軸と、この操舵軸の下端部に連結した出力軸と、この出力軸の下端部に設けられたラック、ピニオンと、ラックに連繋された油圧パワーシリンダと、この油圧パワーシリンダの左右の第１、第２油圧室に第１連通路と第２連通路を介して作動油圧を選択的に供給する可逆式ポンプと、この可逆式ポンプを正逆回転させる電動モータと、前記操舵軸に作用する操舵トルクを検出する操舵力センサと操舵軸の回転方向を検出する操舵方向検出センサからの各情報信号に基づいて前記電動モータに制御電流を出力する電子コントローラとを備えている。
【０００４】
前記電子コントローラは、前記操舵力センサによって検出された操舵力検出信号の位相を所定量だけ進める補償を行う位相補償手段を備えており、この位相補償手段は、伝達特性を異にする複数の位相進み補償部によって構成されている。また、前記油圧パワーシリンダを含む油圧回路内の油圧を検出あるいは推定する油圧検出センサからの出力信号に応じて伝達特性を前記位相進み補償部に切り換える切換判断手段とを備えている。
【０００５】
そして、前記切換手段が、油圧回路内の油圧が低いほど位相進み量の大きい伝達特性の位相進み補償部に切り換えることによって、油圧回路内の油圧低下時における操舵アシスト力の遅れを適切に補正するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１１８６０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来のパワーステアリング装置にあっては、それぞれの位相進み補償部には、特性の異なるローパスフィルターとハイパスフィルターが設けられているため、位相を進めるのと同時に、位相特性のピーク値も変化してしまうといった問題がある。
【０００７】
このように、位相特性のピーク値が意図せずに変化した場合には、例えば高周波領域の位相のみを進めたい場合であっても、低周波側の位相が進んでしまって、高周波側の位相を十分に進めることができないといった現象が発生する。
【０００８】
この結果、操舵軸の操舵トルクが大きい場合（高負荷時）、つまり、油圧回路内の油圧が高圧になった際には、周波数の位相がずれるか、あるいはゲインが上がってしまう。このため、油圧系での振動が継続的に発生し、この振動がステアリングホイールに伝達されて、運転者に操舵違和感を与えてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来のパワーステアリング装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、とりわけ、油圧パワーシリンダを含む油圧回路内の油圧を検出あるいは推定する油圧検出手段を設けると共に、位相補償手段を、ローパスフィルターと該ローパスフィルターに並列に設けられた複数のハイパスフィルターとから構成し、前記油圧検出手段によって検出若しくは推定された油圧に応じて前記複数のハイパスフィルターのそれぞれのゲインを調整するゲイン調整部を設けたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、ゲイン調整部によって、油圧回路内の油圧に応じて各ハイパスフィルターのそれぞれのゲインを調整するようにしたため、状態に応じた位相進み量変化させることが可能になる。
【００１１】
この結果、操舵軸の操舵トルクが大きい場合（高負荷時）にゲインを上げて電動機の作動応答性を向上させることができ、これによってステアリングホイールでの自励振動の発生を抑制することができる。
【００１２】
また、低負荷時にはゲインを小さくして電動機の作動応答性を下げることが可能になる。したがって、過剰応答性による自励振動の発生を抑制できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記ゲイン調整部は、油圧回路内の油圧に基づいてゲインの大きさを連続的に調整することを特徴としている。
【００１４】
油圧系の油圧が上昇するにつれて、ポンプなどからの漏れも増加して制御の位相遅れの原因になるため、ゲインの大きさを連続的に調整変化させることによって、位相の進みを適切に制御することが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記ゲイン調整部は、前記油圧回路内の油圧が高圧になるにしたがって高周波特性の前記パスフィルターのゲインを大きくするように制御したことを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、油路内の油圧が高圧になるほどポンプなどからの作動油の漏れも多くなり、それに伴い制御の遅れも大きくなるため、油圧の上昇に合わせて高周波特性のハイパスフィルターのゲインを大きくすることにより、制御の位相をより進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明にかかるパワーステアリング装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態におけるパワーステアリング装置の概略を示し、ステアリングホイール１と、該ステアリングホイール１が連結された操舵軸２の下端部の出力軸３に設けられて、左右の転舵輪ＦＬ、ＦＲに転舵トルクを付与する操舵機構であるラック・ピニオン機構４と、操舵軸２の下端側に設けられてステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ５と、前記ラック・ピニオン機構４のラック部４ａに連繋された油圧パワーシリンダ６と、該油圧パワーシリンダ６に作動油圧を給排する油圧回路７と、該油圧回路７に有する後述のギアポンプ１６を駆動する電動機である電動モータ８と、車速Ｖを検出する車速センサ９と、前記電動モータ８を制御する電動機制御手段であるコントロールユニット１０（ＣＵ）とから主として構成されている。
【００１９】
前記トルクセンサ５は、ラック・ピニオン機構４の必要アシスト力を検出する他に、前記油圧回路７内の油圧を推定する油圧検出手段としての機能を有している。
【００２０】
前記油圧パワーシリンダ６は、車体幅方向に延設された筒状シリンダ部１１内を前記ラック４ａに連繋したピストンロッド１２が貫通していると共に、該ピストンロッド１２に筒状シリンダ部１１内を摺動するピストン１３が固定されている。また、筒状シリンダ部１１内には、ピストン１３によって左右の第１油圧室１１ａと第２油圧室１１ｂが隔成されている。
【００２１】
前記油圧回路７は、各一端部が前記各油圧室１１ａ、１１ｂに接続された一対の第１、第２通路１４，１５と、該両通路１４，１５の他端部に接続された正逆回転可能な１つの可逆式ポンプであるギアポンプ１６と、該ギアポンプ１６に接続されて、内部に作動油を貯留したリザーバ１７とを備えている。
【００２２】
このリザーバ１７は、内部の作動油を供給路１８を介して前記ギアポンプ１６に補充するようになっていると共に、該ギアポンプ１６の各構成部材からリークした作動油を回収するようになっている。
【００２３】
前記電動モータ８は、コントロールユニット１０から出力される制御電流により正逆回転駆動されて、これによって、前記ギアポンプ１６の駆動制御が行われるようになっており、このギアポンプ１６の駆動制御によって油圧パワーシリンダ６の各油圧室１１ａ、１１ｂに供給される油圧が制御されて、ステアリングホイール１による操舵力及び操舵方向に応じて操舵アシスト制御が行われるようになっている。
【００２４】
前記ギアポンプ１６は、正回転時及び逆回転時にそれぞれ発生する加圧油を吐出する一対の吐出口１６ａ、１６ｂを備えており、この吐出口１６ａ、１６ｂがそれぞれ第１、第２通路１４，１５を介して油圧パワーシリンダ６の各油圧室１１ａ、１１ｂに接続されている。
【００２５】
前記コントロールユニット１０は、前記トルクセンサ５や車速センサ９から出力された検出値を入力し、トルクセンサからの操舵トルク値Ｔと車速Ｖに基づいて必要アシスト指令値を演算して電動モータ８の駆動を制御するようになっている。
【００２６】
具体的には、図２に示すように、前記トルクセンサ５によって検出された操舵トルク信号Ｔの位相を所定量だけ進める補償を行う位相補償手段である位相進み補償フィルター２０と、該位相進み補償フィルター２０からの出力信号に基づいて電動モータ８への指令値電流を出力する電流指令値演算部２１と、該電流指令値演算部２１からの指令値信号に基づいて電動モータ８に駆動電流を出力する電動モータ駆動部２２とを備えている。
【００２７】
前記位相進み補償フィルター２０は、ローパスフィルターＬＰＦと該ローパスフィルターＬＰＦに並列に設けられた第１ハイパスフィルターＨＰＦ１及び第２ハイパスフィルターＨＰＦ２と、前記各ローパスフィルターＬＰＦや第１、第２ハイパスフィルターＨＰＦ１，２にそれぞれ対応して接続されたローパスゲインＫL及び第１、第２ハイパスゲインＫH1、ＫH2と、これらのゲインを加算する加算機２３とを備えている。
【００２８】
また、前記各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2のゲイン値（ｄＢ）は、図外のゲイン調整部によって連続的に調整されるようになっている。
【００２９】
図３及び図４に基づいて具体的に説明すると、まず、前記ローパスフィルターＬＰＦは、操舵アシストの基本となる成分で、周波数が約１００ＨZに設定されて、ノイズ成分を取り除いた操舵アシスト信号を出力する。
【００３０】
前記第１ハイパスフィルターＨＰＦ１は、トルク値を微分して位相を進める成分であって、周波数は約３Ｈｚに設定されている。
【００３１】
前記第２ハイパスフィルターＨＰＦ２は、同じくトルク値を微分して位相を進める成分であり、周波数は第１ハイパスフィルターＨＰＦ１よりも高めの１０Ｈｚに設定されている。
【００３２】
前記ローパスゲインＫLは、ＬＰＦ信号用のゲインであって、ここではゲイン値が５に設定されており、図４（ａ）に示すように、前記トルクセンサ５から出力されたトルク値Ｔと車速Ｖによってゲイン値を変化させるようになっている。
【００３３】
基本的には、トルク値Ｔが高く、かつ車速Ｖが低いほどゲイン値を大きくする。したがって、大きなアシストが不要な車速Ｖが高くなるにつれてゲイン設定値を下げる。
【００３４】
前記第１ハイパスゲインＫH1は、第１ハイパスフィルターＨＰ１信号用のゲインであって、ここではゲイン値が２０に設定されており、図４（ｂ）に示すように、トルク値Ｔと車速Ｖとにより、ゲイン値を変化させるようになっている。
【００３５】
基本的には、トルク値が高く、車速Ｖが低いほどゲイン値を増加させるが、ステアリングホイールの回転操作時における突き当て時などのように、過大なトルク値Ｔが入力された場合には、ゲイン値を低下させるようになっている。
【００３６】
前記第２ハイパスゲインＫH2は、第２ハイパスフィルターＨＰ１信号用のゲインであって、ここではゲイン値が７０に設定されており、図４（ｃ）に示すように、設定方法は、第１ハイパスゲインＫH1と同じくトルク値Ｔと車速Ｖによってゲイン値を変化させるようになっているが、ゲイン値を第１ハイパスゲインゲインＫH1のゲイン値よりも大きく設定することによって、高周波側の位相の進み量を増加させる。
【００３７】
これによって、第２ハイパスゲインＫH2単独でゲイン値を上げるのではなく、第１ハイパスゲインＫH1の成分を残すことによって、全体のゲイン値を上げずに位相の進む周波数帯を増加させることができるのである。
【００３８】
したがって、以上３つのフィルターＬＰＦ、ＨＰＦ１，ＨＰＦ２のカットオフ周波数信号Ｈｚと各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2のゲイン値とを個別に設定することにより、狙い通りの位相進み補償フィルターの特性を得ることができる。
【００３９】
なお、前記電流指令値演算部２１は、前記加算機２３で加算されたゲイン値に基づいて電流指令値を演算する処理が行われ、さらに、この電流指令値演算部２１から出力された電流指令値に基づいて電動モータ駆動部２２により電動モータ８の駆動が行われる。
【００４０】
以下、コントロールユニット１０に基づいた具体的な制御を説明する。
【００４１】
まず、ステアリングホイールの回転操作によって操舵輪ＦＲ、ＦＬから受ける負荷が増加すると、トルクセンサ５の操舵トルク値Ｔも増加する。
【００４２】
このとき、コントロールユニット１０により電動モータ８を駆動させてギアポンプ１６によって油圧パワーシリンダ６の操舵アシスト力を増加させることから、油圧シリンダ１１内の圧力が高くなる。
【００４３】
油圧シリンダ１１内の圧力が高くなると、第１、第２油圧室１１ａ、１１ｂ及びギアポンプ１６からの作動油のリーク量が増大して、圧力変動が大きくなる。
【００４４】
ここで、電動モータ８に対するコントロールユニット１０からの駆動電流の応答性が低下していると、いわゆるハンチング現象が起こり易くなり、自励振動の原因になる。
【００４５】
そこで、コントロールユニット１０では、前述のように操舵トルク値Ｔが大きくなった場合に、前記各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2によるゲイン値を大きく設定してあるので、前記応答性を上げることができ、これによって圧力変動の影響を抑えて振動の発生を防止できる。
【００４６】
また、逆に、操舵トルク値Ｔが小さい時には、前記各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2のゲイン値を小さく設定することによって過剰応答による振動の発生を抑制することができる。
【００４７】
ここで、前記２個の第１、第２ハイパスフィルターＨＰＦ１，ＨＰＦ２のカットオフ周波数Ｈｚは、前述のようにシステムの持つ固有振動数を中心に若干低めの周波数３Ｈｚと高めの周波数１０Ｈｚに設定してあるから、これを加算機２３によって加算することによって、図５の特性図（下段）に示すように、ハイパーフィルターが１個の場合（Ｈ１）の場合に比較して２個の場合（Ｈ２）の方が位相進みの効果のある周波数帯（楕円領域）を拡げることができることが明らかである。
【００４８】
また、それぞれのゲイン値については、カットオフ周波数の高い方のゲイン値を大きく設定したため、高周波側での位相の進みの効果を大きくすることができる。
【００４９】
すなわち、これは１つのハイパスフィルターではなく２個のハイパスフィルターを用いてゲインの割り振りを調整することによって、周波数応答のゲイン値を上げずに（図５上段Ｈ２参照）周波数の位相を進めることができる周波数帯を拡げるためであって、これによって振動抑制効果を高めることが可能になる。
【００５０】
また、前述したように、ステアリングホイールの据え切り時には、油圧シリンダ１１内の圧力が過大になることから、作動油の漏れによる圧力変動の影響が最も出やすくなるが、この場合、電動モータ８の制御応答性を高くすると、過剰な制御量が発生して却って大きな振動や異音が発生し易くなる。
【００５１】
そこで、過大な操舵トルク値Ｔが入力された場合には、前記ハイパスゲインＫH1、ＫH2のゲイン値を低下させることにより、油圧変動に対して過剰な応答性を防止することができる。
【００５２】
さらに、前記図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、車速Ｖが高くなると、停車時ほど操舵アシスト量を必要としなくなるので、車速センサ９の信号の値により、車速Ｖが高くなるほど前記各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2のゲイン値を下げることにより、過剰応答による振動を抑制することができる。
【００５３】
また、ステアリングホイールの操作を急激に行った場合、瞬間的に操舵輪ＦＲ、ＦＬから受ける負荷が増大するが、この時、前記各ゲインＫL、ＫH1、ＫH2のゲイン値を大きく設定して応答性を上げているので、急速転舵の追従性を向上させることができる。
【００５４】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば位相進み補償部は、ローパスフィルターとハイパスフィルターとを有する第１位相進み補償部と、同じくローパスフィルターとハイパスフィルターとを有する第２位相進み補償部が設けられ、前記第２位相補償部のローパスフィルターのゲイン値を０にする場合も前記２つのハイパスフィルターを並列に設けたものと実質的に同じ構成になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のパワーステアリング装置の実施形態を示す構成概略図である。
【図２】本実施形態におけるコントロールユニットによる制御ブロック図である。
【図３】本実施形態におけるコントロールユニットの位相進み補償フィルターの概略図である。
【図４】（ａ）は車速との関係におけるローパスゲインのゲイン値と操舵トルク値との関連特性図、（ｂ）は車速との関係におけ第１ハイパスゲインのゲイン値と操舵トルク値との関連特性図、（ｃ）は車速との関係における第２ハイパスゲインのゲイン値と操舵トルク値との関連特性図である。
【図５】本実施形態などにおける電動モータの周波数の位相変化とゲインとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…ステアリングホイール
２…操舵軸
４…ラック・ピニオン機構（操舵機構）
５…トルクセンサ（アシスト力検出手段）
６…油圧パワーシリンダ
７…油圧回路
８…電動モータ（電動機）
１０…コントロールユニット
１４，１５…第１、第２通路
１６…ギアポンプ
２０…位相進み補償フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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