(57)【要約】【課題】  油圧シリンダおよび電気モータでアシスト力を発生するパワーステアリング装置において、停止した電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止する。【解決手段】  パワーステアリング装置は、ドライバーがステアリングハンドル１１に入力する操舵トルクを車輪Ｗに伝達する操舵トルク伝達経路に配置した油圧シリンダ２５および電気モータ３３を備える。油圧シリンダ２５および電気モータ３３のうち、油圧シリンダ２５だけを駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする際に、操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダ２５のアシスト力で電気モータ３３が駆動されると、そのフリクションで操舵フィーリングが低下するが、電気モータ３３に自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生させることで、電気モータ３３のフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバーがステアリングハンドル（１１）に入力する操舵トルクを車輪（Ｗ）に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダ（２５）および電気モータ（３３）を配置し、油圧シリンダ（２５）および電気モータ（３３）が発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、
油圧シリンダ（２５）のアシスト力で電気モータ（３３）が駆動されるとき、電気モータ（３３）は自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
操舵トルク信号のハイパス信号に基づいて算出したイナーシャ補償信号およびモータ角速度信号に基づいて算出したダンパ補償信号の少なくとも一方で前記フリクション相殺トルクを補正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】
ドライバーがステアリングハンドル（１１）に入力する操舵トルクを車輪（Ｗ）に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダ（２５）および電気モータ（３３）を配置し、油圧シリンダ（２５）および電気モータ（３３）が発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、
前記操舵トルク伝達経路と電気モータ（３３）との間にクラッチ（４２）を設け、電気モータ（３３）がアシスト力を発生しないときに前記クラッチ（４２）を開放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】
前記操舵トルク伝達経路を介して車輪（Ｗ）からステアリングハンドル（１１）に所定値以上の路面反力トルクが伝達されるとき、前記クラッチ（４２）を締結することを特徴とする、請求項３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、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングギヤボックスに収納したラックバーを油圧シリンダで駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする油圧式パワーステアリングにおいて、ラックバーのラックに噛合するピニオンに電気モータを接続し、油圧シリンダが発生するアシスト力を電気モータが発生する同方向および逆両方向のトルクで増減制御するものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開昭６３−６４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、パワーステアリング装置の操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置した場合、電気モータを停止させた状態で油圧シリンダだけを駆動してアシスト力を発生させると、操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが外部から駆動される場合があるため、電気モータのフリクションで操舵フィーリングが低下する問題がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、油圧シリンダおよび電気モータでアシスト力を発生するパワーステアリング装置において、停止した電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、油圧シリンダのアシスト力で電気モータが駆動されるとき、電気モータは自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、操舵トルク信号のハイパス信号に基づいて算出したイナーシャ補償信号およびモータ角速度信号に基づいて算出したダンパ補償信号の少なくとも一方で前記フリクション相殺トルクを補正することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、ドライバーがステアリングハンドルに入力する操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路に油圧シリンダおよび電気モータを配置し、油圧シリンダおよび電気モータが発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストするパワーステアリング装置において、前記操舵トルク伝達経路と電気モータとの間にクラッチを設け、電気モータがアシスト力を発生しないときに前記クラッチを開放することを特徴とするパワーステアリング装置が提案される。
【０００８】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記操舵トルク伝達経路を介して車輪からステアリングハンドルに所定値以上の路面反力トルクが伝達されるとき、前記クラッチを締結することを特徴とする、パワーステアリング装置が提案される。
【０００９】
尚、本発明でいう電気モータのフリクションとは、電気モータが有する機械的な摩擦力に限定されるものではなく、電気モータのロータの慣性、電気モータのマグネットによる引張力、電気モータに連なる操舵トルク伝達経路が有する機械的な摩擦力のように、ステアリング系の回転に抵抗する方向に作用する力を含むものとする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の構成によれば、操舵トルク伝達経路に配置した油圧シリンダおよび電気モータのうち、油圧シリンダだけを駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする際に、操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが外部から駆動されても、電気モータが自己のフリクションを相殺するフリクション相殺トルクを発生することで、電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１１】
請求項２の構成によれば、操舵トルク信号のハイパス信号に基づいて算出したイナーシャ補償信号、あるいはモータ角速度信号に基づいて算出したダンパ補償信号でフリクション相殺トルクを補正するので、電気モータの慣性の影響を補償したり電気モータの収斂性を向上させたりすることができる。
【００１２】
請求項３の構成によれば、操舵トルク伝達経路に配置した油圧シリンダおよび電気モータのうち、油圧シリンダだけを駆動してドライバーのステアリング操作をアシストする際に、クラッチを開放して操舵トルク伝達経路から伝達される油圧シリンダのアシスト力で電気モータが駆動されないようにすることで、電気モータのフリクションによる操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００１３】
請求項４の構成によれば、操舵トルク伝達経路を介して車輪からステアリングハンドルに所定値以上の路面反力トルクが伝達されるときにクラッチを締結するので、電気モータのフリクションでステアリングハンドルの振れを抑制して操舵フィーリングを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図３は本発明の第１実施例を示すものであり、図１はパワーステアリング装置の全体構成図、図２は電気モータの制御系のブロック図、図３は操舵トルクとフリクション補償電流との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１に示すように、ステアリングハンドル１１に接続された第１ステアリングシャフト１２は、第１ユニバーサルジョイント１３、第２ステアリングシャフト１４、第２ユニバーサルジョイント１５、第３ステアリングシャフト１６およびトーションバー１７を介してピニオンシャフト１８に接続される。車体に左右移動自在に支持されたラックバー１９の両端がタイロッド２０，２０およびナックル２１，２１を介して左右の車輪Ｗ，Ｗに接続される。ピニオンシャフト１８の下端に設けたピニオン２２がラックバー１９に形成したラック２３に噛合しており、ドライバーがステアリングハンドル１１に入力した操舵トルクは、ピニオン２２およびラック２３で左右方向のスラスト力に変換されて左右の車輪Ｗ，Ｗを転舵する。
【００１７】
ドライバーのステアリング操作をアシストすべく、ラックバー１９がシール部材２４，２４を介して摺動自在に貫通する油圧シリンダ２５が設けられており、ラックバー１９に固定されて油圧シリンダ２５に摺動自在に嵌合するピストン２６の両側に第１、第２作動油室２７，２８が区画される。第３ステアリングシャフト１６およピニオンシャフト１８の間にトーションバー１７の捩じれに応じて油路を切り替える制御バルブ２９が設けられており、制御バルブ２９の４個のポート２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが、作動油タンク３０、油圧ポンプ３１および第１、第２作動由室２７，２８にそれぞれ接続される。
【００１８】
ドライバーがステアリングハンドル１１に入力した操舵トルクでトーションバー１７が一方向に捩じれ変形すると、第１ポート２９ａが第３ポート２９ｃに連通して第２ポート２９ｂが第４ポート２９ｄに連通し、油圧ポンプ３１から圧送された作動油が第１作動油室２７に供給されて第２作動油室２８の作動油が作動油タンク３０に戻されることで、油圧シリンダ２５内でピストン２６が車体左側に移動して車輪Ｗ，Ｗの左転舵がアシストされる。逆に、ドライバーがステアリングハンドル１１に入力した操舵トルクでトーションバー１７が他方向に捩じれ変形すると、第１ポート２９ａが第４ポート２９ｄに連通して第２ポート２９ｂが第３ポート２９ｃに連通し、油圧ポンプ３１から圧送された作動油が第２作動油室２８に供給されて第１作動油室２７の作動油が作動油タンク３０に戻されることで、油圧シリンダ２５内でピストン２６が車体右側に移動して車輪Ｗ，Ｗの右転舵がアシストされる。
【００１９】
第３ステアリングシャフト１６にウオームホイール３２が設けられており、直流ブラシモータよりなる電気モータ３３の出力軸３３ａに設けたウオーム３４がウオームホイール３２に噛合する。従って、電気モータ３３を駆動すると、その出力軸３３ａの回転がウオーム３４およびウオームホイール３２を介して第３ステアリングシャフト１６に伝達され、電気モータ３３が発生するアシスト力でドライバーのステアリング操作をアシストすることができる。尚、ウオーム３４およびウオームホイール３２は減速比が比較的に小さいもので、ウオームホイール３２側からウオーム３４側への動力の逆伝達が可能である。
【００２０】
油圧シリンダ２５による操舵のアシストはトーションバー１７が捩じれ変形したとき、つまりドライバーの操舵トルクがステアリングハンドル１１に入力されたときに行われるが、電気モータ３３による操舵のアシストは必要時に電子制御ユニットＵからの指令に基づいて行われる。
【００２１】
図２に示すように、電気モータ３３の作動を制御する電子制御ユニットＵに、トーションバー１７の捩じれ角から操舵トルクを検出する操舵トルクセンサＳａと、車輪Ｗの回転数から車速を検出する車速センサＳｂと、電気モータ３３の電流および電圧を検出する電流センサＳｃおよび電圧センサＳｄとが接続される。電子制御ユニットＵはフリクション補償手段３５、イナーシャ補償手段３６およびダンパ補償手段３７を備えており、これらのフリクション補償手段３５、イナーシャ補償手段３６およびダンパ補償手段３７が出力する電流指令値が加算されて電気モータ３３の制御電流とされる。
【００２２】
フリクション補償手段３５には、ローパスフィルタ３８および位相補償手段３９を通過した操舵トルクと、車速とが入力され、イナーシャ補償手段３６には、ローパスフィルタ３８およびハイパスフィルタ４０を通過した操舵トルクと、ローパスフィルタ３８を通過した操舵トルクと、車速とが入力され、イナーシャ補償手段３６には、ローパスフィルタ３８を通過した操舵トルクと、モータ電流およびモータ電圧からモータ角速度算出手段４１が算出したモータ角速度と、車速とが入力される。
【００２３】
さてドライバーのステアリング操作を油圧シリンダ２５が発生するアシスト力でアシストしているとき、第３ステアリングシャフト１６の回転がウオームホイール３２およびウオーム３４を介して電気モータ３３に伝達され、電気モータ３３が外部から回転させられることで発生するフリクションが操舵フィーリングを低下させる可能性がある。しかしながら本実施例によれば、操舵トルクのローパス信号を、位相補償手段３９を通過させてウオームホイール３２、ウオーム３４および電気モータ３３の機械的時定数によって遅れる分だけ位相を進めるトルク位相補償信号を算出し、フリクション補償手段３５はトルク位相補償信号と車速とに基づいて、図３に示すようなフリクション補償電流を算出して電気モータ３３に供給する。
【００２４】
このように、油圧シリンダ２５だけが作動して停止している電気モータ３３が外力で駆動されるとき、その電気モータ３３自体のフリクションと、ウオームホイール３２およびウオーム３４のフリクションとを相殺するように該電気モータ３３を駆動することで、前記フリクションを相殺して操舵フィーリングの低下を防止することができる。
【００２５】
またステアリングハンドル１１の切り始め時や切り返し時に電気モータ３３の慣性の影響で操舵トルクが急激に変化する場合には、ハイパスフィルタ４０からイナーシャ補償手段３６に大きなトルクハイパス信号が入力されるため、イナーシャ補償手段３６がトルクハイパス信号に比例したイナーシャ補償電流を算出して電気モータ３３に供給することで、電気モータ３３の慣性の影響を補償することができる。更に、ステアリングハンドル１１の切り込み時や戻し時に、モータ電流およびモータ電圧からモータ角速度算出手段４１が算出したモータ角速度がダンパ補償手段３７に入力され、ダンパ補償手段３７がモータ角速度に比例したダンパ補償電流を算出して電気モータ３３に供給することで、電気モータ３３の収斂性を向上させることができる。
【００２６】
尚、電気モータ３３が直流ブラシモータである場合には、モータ角速度算出手段４１はモータ電流およびモータ電圧からモータ角速度を算出するが、電気モータ３３が直流ブラシレスモータである場合には、モータ角速度をレゾルバ等の回転位置センサの出力の微分値から算出することができる。
【００２７】
次に、図４に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００２８】
第２実施例は電気モータ３３の出力軸３３ａとウオーム３４との間に、電子制御ユニットＵにより制御されるクラッチ４２を設けたものである。油圧シリンダ２５が駆動されて電気モータ３３が駆動されないとき、クラッチ４２を開放して操舵トルク伝達経路から電気モータ３３にトルクが伝達されるのを防止することで、電気モータ３３のフリクションが操舵フィーリングを低下させるのを防止することができる。また電気モータ３３が停止しているときに、路面から車輪Ｗ，Ｗに大きな反力が入力される場合や、砂利道を走行してシミーが発生する可能性がある場合にクラッチ４２を締結することで、電気モータ３３のフリクションを積極的に操舵トルク伝達経路に伝達し、路面からの荷重でステアリングハンドル１１が一方向に取られたり振動が発生したりするのを防止して操舵フィーリングを高めることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３０】
例えば、第２実施例では電気モータ３３とウオーム３４との間にクラッチ４２を配置しているが、操舵トルク伝達経路とウオームホイール３２との間にクラッチ４２を配置しても良い。このようにすれば、クラッチの開放時に、電気モータ３３のフリクションに加えてウオーム３４およびウオームホイール３２間のフリクションが操舵トルク伝達経路に作用するのを防止し、かつクラッチの締結時に前記両方のフリクションを操舵トルク伝達経路に作用させることが可能になって更に効果的である。
【００３１】
また実施例では電気モータ３３を第３ステアリングシャフト１６に接続しているが、電気モータ３３をステアリングハンドル１１および車輪Ｗ，Ｗ間の操舵トルク伝達経路の任意の位置に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例に係るパワーステアリング装置の全体構成図
【図２】電気モータの制御系のブロック図
【図３】操舵トルクとフリクション補償電流との関係を示すグラフ
【図４】第２実施例に係るパワーステアリング装置の全体構成図
【符号の説明】
【００３３】
１１        ステアリングハンドル
２５        油圧シリンダ
３３        電気モータ
４２        クラッチ
Ｗ          車輪
【図１】
2005254843.tif 000003
【図２】
2005254843.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005254843.tif 000006