(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チルト調節が可能な操舵軸と、該操舵軸の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータと、前記操舵軸及び舵取機構の間に操舵軸側から順次介在される第１のユニバーサルジョイント、中間軸、第２のユニバーサルジョイント及び伝動軸と、前記モータの駆動回路を制御する制御部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、前記操舵軸のチルト調節量を検出する検出手段と、前記操舵軸の操舵角度を検出する検出手段と、前記操舵軸に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備えており、前記制御部は前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段と、前記操舵角度に応じて第１補正係数を定める手段と、前記第１補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第１補正モータ電流指令値を演算する手段と、前記検出手段が検出したチルト調節量に基づいて第２補正係数を定める手段と、前記第２補正係数と前記第１補正モータ電流指令値とに基づいて第２補正モータ電流指令値を演算する手段と、該手段により演算された第２補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路へ出力する駆動制御手段とを備えていることを特徴とする電動式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】
本発明は操舵手段の操舵による舵取機構の動作を補助するモータを備えた電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車両には、舵取操作のために操舵輪に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動制御し、該モータの回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する構成とした電動式パワーステアリング装置を備えるものがある。この装置は、操舵補助力の発生源として油圧アクチュエータを用いる油圧パワーステアリング装置と比較して、車速の高低および操舵の頻度等、走行状態に応じた補助力特性の制御が容易であるという利点を有しており、近年、その適用範囲が拡大する傾向にある。
【０００３】
図７は従来の電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
電動式パワーステアリング装置は、操舵輪１００に結合される操舵軸１０１と、該操舵軸１０１に第１のユニバーサルジョイント１０２を介して連結された中間軸１０３と、該中間軸１０３に第２のユニバーサルジョイント１０４を介して連結されラックピニオン式の舵取機構１０５に繋がる伝動軸（ピニオン軸）１０６と、前記操舵軸１０１の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ１０７とを備えている。
【０００４】
操舵軸１０１は操舵輪１００に結合される入力軸１０１ａと、該入力軸１０１ａにトーションバー（不図示）を介して連結される出力軸１０１ｂとを備え、操舵輪１００の操舵によって入力軸１０１ａに加わる操舵トルクを前記トーションバーに生じる捩れによってトルクセンサ１０８が検出し、該トルクセンサ１０８が検出したトルクに基づいて前記モータ１０７が駆動され、該モータ１０７の回転が減速歯車機構（不図示）を介して前記出力軸１０１ｂに伝達されるように構成されている。
【０００５】
ユニバーサルジョイント１０２，１０４はコ字形の第１のヨーク１０９と、該ヨーク１０９に十字軸１１０を介して継合されたコ字形の第２のヨーク１１１とを有している。また、前記操舵軸１０１は車室に配置されるのに対して前記伝動軸１０６は舵取用の車輪１１２，１１２の操向のために車室の外部に配された舵取機構１０５の近傍に配置される関係で前記ユニバーサルジョイント１０２，１０４の夫々は前記一対のヨーク１０９，１１１が前記十字軸１１０を中心として曲がっており、この曲がり状態で前記モータ１０７の回転が出力軸１０１ｂから中間軸１０３に伝達され、さらに中間軸１０３から伝動軸１０６に伝達される。
【０００６】
以上のように電動式パワーステアリング装置は動力伝達系の途中に設けられている２つのユニバーサルジョイント１０２，１０４が曲がっている状態でモータ１０７の回転が伝達されるため、ユニバーサルジョイント１０２，１０４の夫々が曲がっていない状態、即ち、操舵軸１０１と中間軸１０３、中間軸１０３と伝動軸１０６が夫々直線状態である場合に比べて前記伝動軸１０６に加わるトルクの変化が大となることが知られている。
【０００７】
このような事情に鑑みて特開昭５９−６３２６５号で開示されている電動式パワーステアリング装置では、第１のユニバーサルジョイント１０２の曲がり角度と、第２のユニバーサルジョイント１０４の曲がり角度とが同一である事を前提として、前記中間軸１０３に加わるトルクをトルクセンサによって検出し、このトルクセンサが検出したトルクに基づいて駆動されるモータの回転を前記中間軸１０３に伝達することにより、第１及び第２のユニバーサルジョイント１０２，１０４によるトルクの変動をなくすることができるようにしている。つまり、操舵補助の基準となる操舵トルクは、第１のユニバーサルジョイント１０２を介した後のトルク変動済みのトルクであるため、第２のユニバーサルジョイント１０４を介することにより第１のユニバーサルジョイント１０２によって変動しているトルク変動分は相殺され、トルク変動の無い操舵補助力を得られるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８は操舵軸の操舵角度とトルクの変動との関係を示す図である。
しかしながら、動力伝達系の途中に設けられている２つのユニバーサルジョイント１０２，１０４が夫々曲がっている状態で使用される電動式パワーステアリング装置において、本発明者がユニバーサルジョイント１０２，１０４によるトルクの変動を考察した結果、トルクの変動を来す原因は、第１及び第２のユニバーサルジョイント１０２，１０４の曲がり角度が影響するのではなく、ユニバーサルジョイント１０２，１０４のヨーク１０９，１１１が回転した位置、換言すればヨーク１０９，１１１の回転角度が大きく影響することになり、第１のユニバーサルジョイント１０２によってトルクが大きく変動し、この第１のユニバーサルジョイント１０２によるトルクの変動が第２のユニバーサルジョイント１０４によって修正されることになるが、ユニバーサルジョイント１０２，１０４による影響がない場合の目標トルクＴ４に比べたら大きく変動していることが分かった。この考察結果によれば、特開昭５９−６３２６５号で開示されている電動式パワーステアリング装置にあっては、伝動軸１０６に加わるトルクが、第２のユニバーサルジョイント１０４によって例えば図８のＴ２と同様に大きく変動することになり、トルク変動の無い操舵補助力は得られない。尚、図８において、Ｔ１は入力軸１０１ａに加わるトルク、Ｔ２は中間軸１０３に加わるトルクである。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はユニバーサルジョイントによるトルクの変動を低減することができる電動式パワーステアリング装置を提供することにある。また、他の目的はユニバーサルジョイント、及びチルト調節にトルク変動を夫々低減することができる電動式パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動式パワーステアリング装置は、チルト調節が可能な操舵軸と、該操舵軸の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータと、前記操舵軸及び舵取機構の間に操舵軸側から順次介在される第１のユニバーサルジョイント、中間軸、第２のユニバーサルジョイント及び伝動軸と、前記モータの駆動回路を制御する制御部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、前記操舵軸のチルト調節量を検出する検出手段と、前記操舵軸の操舵角度を検出する検出手段と、前記操舵軸に加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備えており、前記制御部は前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段と、前記操舵角度に応じて第１補正係数を定める手段と、前記第１補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第１補正モータ電流指令値を演算する手段と、前記検出手段が検出したチルト調節量に基づいて第２補正係数を定める手段と、前記第２補正係数と前記第１補正モータ電流指令値とに基づいて第２補正モータ電流指令値を演算する手段と、該手段により演算された第２補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路へ出力する駆動制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、操舵軸が操舵されたとき、操舵角度と、操舵トルクと、チルト調節量とが検出手段によって夫々検出され、さらに、チルト調節量に基づいて第１補正モータ電流指令値を補正することができるため、ユニバーサルジョイント、及びチルト調節によるトルクの変動を低減することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
尚、テレスコピック調節が可能な操舵軸を備え、そのテレスコピック調節によってユニバーサルジョイントにおける連結角度が変化する操舵機構の場合、テレスコピック調節量に基づいて第２補正係数を定めるようにしても良い。この場合も、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１（参考例）
図１は本発明に係る電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図、図２は電動式パワーステアリング装置の一部の縦断面図である。
【００１７】
電動式パワーステアリング装置は、図１、図２に示すように、舵取りのための操舵輪１に結合される操舵軸２と、前記操舵輪１の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ５と、該モータ５の回転を中間軸８に伝達する減速歯車機構（伝動手段）６と、前記操舵軸２を中間軸８に連結する第１のユニバーサルジョイント７と、前記中間軸８に第２のユニバーサルジョイント９を介して連結されラックピニオン式の舵取機構１０に繋がる伝動軸（ピニオン軸）１１と、前記モータ５の駆動回路１２を制御する制御部１３とを備えている。
【００１８】
操舵軸２の周りには、前記操舵輪１を操舵することによって回転する操舵軸２の回転角度を検出する舵角検出手段１４を備える。中間軸８はトーションバー３を有しており、また、中間軸８の周りには前記操舵輪１を操舵することによって中間軸８に加わる操舵トルクを前記トーションバー３に生じる捩れによって検出するトルク検出手段１５が配置されており、該トルク検出手段１５が検出した操舵トルクに基づいて前記制御部１３が前記駆動回路１２を制御するようにしてある。
【００１９】
第１のユニバーサルジョイント７は前記操舵軸２の下端に結合されたコ字形の第１のヨーク７１と、該ヨーク７１に十字軸７２を介して継合され、前記中間軸８の上端に結合されたコ字形の第２のヨーク７３とを有している。また、第２のユニバーサルジョイント９は前記中間軸８の下端に結合されたコ字形の第１のヨーク９１と、該ヨーク９１に十字軸９２を介して継合され、前記伝動軸１１の上端に結合されたコ字形の第２のヨーク９３とを有している。
【００２０】
このようにユニバーサルジョイント７，９に連結された操舵軸２は車室に配置されるのに対して舵取機構１０に繋がる伝動軸１１は車室の外部に配置されるため、ユニバーサルジョイント７，９の夫々は前記一対のヨーク７１，７３、９１，９３が前記十字軸７２，９２を中心として曲がっており、この曲がり状態で前記モータ５の回転が中間軸８に伝達され、さらに中間軸８から伝動軸１１に伝達される。
【００２１】
減速歯車機構６は、前記モータ５の駆動軸に繋がるウォーム６１と、前記中間軸８の途中に嵌合されるウォームホイール６２とを備えており、前記モータ５の回転をウォーム６１及びウォームホイール６２から中間軸８に伝達するようにしてある。
【００２２】
舵取機構１０は前記伝動軸１１の下端に設けられたピニオン１０ａと、該ピニオン１０ａに噛合するラック歯１０ｂを有し、左右の操向輪Ａ，Ａにナックルアーム１０ｃ，１０ｃを介して連結されるラック軸１０ｄとを備え、ラック軸１０ｄの車体左右方向への移動によりナックルアーム１０ｃ，１０ｃを押し引きし、該ナックルアーム１０ｃ，１０ｃに支持された操向輪Ａ，Ａを左右に操向させるものである。
【００２３】
図３は制御部のブロック図である。
マイクロプロセッサを用いてなる前記制御部１３の入力部には、前記操舵輪１の操舵角度及び操舵方向を検出するロータリエンコーダ等の前記舵角検出手段１４と、中間軸８に加わる操舵トルクを検出するセンサを用いてなるトルク検出手段１５と、車両の車速を検出するセンサを用いてなる車速検出手段１６とが接続されており、出力部には前記駆動回路１２が接続されている。
【００２４】
また、制御部１３には、前記操舵トルクに応じてモータ電流指令値を定める手段１７と、前記操舵角度に応じて第１補正係数を定める手段１８と、前記第１補正係数と前記モータ電流指令値とに基づいて第１補正モータ電流指令値を演算する手段１９と、該手段１９により演算された第１補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路１２へ出力する駆動制御手段３０とを設けてある。
【００２５】
モータ電流指令値を定める手段１７は、前記トルク検出手段１５が検出した操舵トルクに応じて予め作成されたマップを用いてモータ電流指令値を設定するようにしてある。このマップは前記操舵トルクの増加に比例してモータ電流指令値を大きくするように作成された特性の一つを前記車速検出手段１６が検出した車速に応じて選択し、この選択された特性とトルク検出手段１５が検出した操舵トルクとに基づいて目標とするモータ電流指令値を出力し、図８のＴ４で示す目標トルクが得られるように構成されている。
【００２６】
第１補正係数を定める手段１８は、前記舵角検出手段１４が検出した操舵角度に応じて予め作成された操舵角度−補正係数マップを用いて補正係数を設定するようにしてある。このマップの補正係数は、ユニバーサルジョイント７，９によって発生するトルクの変動（例えば図８のＴ２，Ｔ３参照）を修正し、図８のＴ４で示す目標トルクが得られる値としてある。即ち、モータ電流指令値を補正しない場合、中間軸８に加わるトルクは図８のＴ２となり、また、伝動軸１１に加わるトルクは図８のＴ３となり、目標トルクＴ４に対して大きく変動することになるため、伝動軸１１に加わるトルクＴ３が目標トルクＴ４と等しくなる補正係数としてある。
【００２７】
図４はモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
制御部１３はエンジンの始動に応じてその制御動作を開始し、操舵輪１が操舵中立位置から左又は右へ操舵されることにより、舵角検出手段１４が検出した操舵輪１の操舵角度及び操舵方向を読込む（Ｓ１）。次に車速検出手段１６が検出した車速を読込み（Ｓ２）、さらに、トルク検出手段１５が検出した操舵トルクを読込む（Ｓ３）。この読込んだ操舵トルクが予め設定された所定値に到達したか否かを判定する（Ｓ４）。この判定の結果、操舵トルクが所定値を超えている場合、操舵トルク−補正係数マップから第１補正係数を決定する（Ｓ５）。一方、前記操舵トルクが所定値に到達していない場合、操舵補助が不必要であると判定し、Ｓ１に戻る。
【００２８】
Ｓ５で決定された第１補正係数と、操舵トルクに応じて設定されたモータ電流指令値との積が演算され、モータ電流指令値が第１補正モータ電流指令値に補正される（Ｓ６）。この補正された第１補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号が駆動制御手段３０から駆動回路１２へ出力され（Ｓ７）、モータ５が駆動される（Ｓ８）。
【００２９】
モータ５の駆動により減速歯車機構６、中間軸８、第２のユニバーサルジョイント９及び伝動軸１１を介して舵取機構１０が駆動され、操舵補助を行う。この操舵補助を行いつつ制御部１３は舵角検出手段１４が検出した操舵角度を読込み（Ｓ９）、操舵輪１が継続して操舵されているか、又は、操舵輪１が操舵されていないかを判定し（Ｓ１０）、この判定の結果、操舵輪１が継続して操舵されている場合はＳ７へ戻り、また、直進走行時等で前記操舵角度が所定値に到達していない場合、Ｓ１に戻る。
【００３０】
以上の制御部１３の動作により、本発明に係る電動式パワーステアリング装置においては、操舵トルクに応じて定められたモータ電流指令値を、舵角検出手段１４が検出した操舵角度に基づいて補正するため、操舵輪１の操舵によって舵取りを行うとき、ユニバーサルジョイント７，９によるトルクの変動を低減することができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００３１】
実施の形態２
実施の形態２は実施の形態１に加えて前記操舵軸２が第１のユニバーサルジョイント７を中心として車両の前後方向へ揺動可能、換言すればチルト調節を可能としてあり、該操舵軸２のチルト調節量を検出する検出手段３１を備えており、さらに、前記制御部１３は、前記検出手段３１が検出したチルト調節量に基づいて第２補正係数を定める手段３２と、前記第２補正係数と前記第１補正モータ電流指令値とに基づいて第２補正モータ電流指令値を演算する手段３３と、前記手段１９により演算された第１補正モータ電流指令値又は前記手段３３により演算された第２補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号を前記駆動回路１２へ出力する駆動制御手段３４とを有しており、前記操舵軸２のチルト調節によるトルクの変動を低減するようにしたものである。尚、操舵軸２のチルト調節により操舵輪１の高さが変更される。
【００３２】
チルト調節量を検出する検出手段３１は前記操舵軸２のチルト調節域を臨む位置に配置されるセンサを用いてなり、該検出手段３１が前記制御部１３の入力部に接続されている。
【００３３】
第２補正係数を定める手段３２は、前記検出手段３１が検出したチルト調節量に応じて予め作成されたチルト調節量−補正係数マップを用いて補正係数を設定するようにしてある。
【００３４】
図５、図６はモータを駆動制御する制御部の動作内容を示す実施の形態２のフローチャートである。
制御部１３はエンジンの始動に応じてその制御動作を開始し、操舵輪１が操舵中立位置から左又は右へ操舵されることにより、舵角検出手段１４が検出した操舵輪１の操舵角度及び操舵方向を読込む（Ｓ１１）。次に車速検出手段１６が検出した車速を読込み（Ｓ１２）、さらに、トルク検出手段１５が検出した操舵トルクを読込む（Ｓ１３）。この読込んだ操舵トルクが予め設定された所定値に到達したか否かを判定する（Ｓ１４）。この判定の結果、操舵トルクが所定値を超えている場合、操舵角度−補正係数マップから第１補正係数を決定する（Ｓ１５）。一方、前記操舵トルクが所定値に到達していない場合（Ｓ１４でＮＯ）、操舵補助が不必要であると判定し、Ｓ１１に戻る。
【００３５】
Ｓ１５で決定された第１補正係数と、操舵トルクに応じて設定されたモータ電流指令値との積が演算され、モータ電流指令値が第１補正モータ電流指令値に補正される（Ｓ１６）。さらに、チルト調節量を検出する検出手段３１が検出したチルト調節量を読込み（Ｓ１７）、チルト調節量に基づいて第２補正係数を決定する（Ｓ１８）。
【００３６】
Ｓ１８で決定された第２補正係数と、第１補正モータ電流指令値との積が演算され、第１補正モータ電流指令値が第２補正モータ電流指令値に補正される（Ｓ１９）。この補正された第２補正モータ電流指令値に基づいて駆動信号が駆動制御手段３４から駆動回路１２へ出力され（Ｓ２０）、モータ５が駆動される（Ｓ２１）。
【００３７】
モータ５の駆動により減速歯車機構６、中間軸８、第２のユニバーサルジョイント９及び伝動軸１１を介して舵取機構１０が駆動され、操舵補助を行う。この操舵補助を行いつつ制御部１３は舵角検出手段１４が検出した操舵角度及び操舵方向を読込み（Ｓ２２）、操舵輪１が継続して操舵されているか、又は、操舵輪１が操舵されていないかを判定し（Ｓ２３）、この判定の結果、操舵輪１が継続して操舵されている場合はＳ１８へ戻り、また、直進走行時等で前記操舵角度が所定値に到達していない場合（Ｓ２３でＮＯ）、Ｓ１１に戻る。
【００３８】
以上の制御部１３の動作により、本発明に係る電動式パワーステアリング装置の実施の形態２においては、操舵軸２に加えられる操舵トルクに応じて定められたモータ電流指令値を、操舵角度に基づいて補正し、さらに、このモータ電流指令値を、操舵軸２のチルト調節量に基づいて補正するため、操舵輪１の操舵によって舵取りを行うとき、ユニバーサルジョイント７，９に影響されることなく目標トルクを得ることができ、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【００３９】
その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同様であるため、同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００４０】
尚、以上説明した実施の形態では、操舵軸２自体の回転角度を検出したが、その他、前記中間軸８の回転角度、又は、前記伝動軸１１の回転角度を検出し、この検出した回転角度を操舵軸２の回転角度としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ユニバーサルジョイント、及びチルト調節にトルク変動を夫々低減でき、操舵フィーリングを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図３】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置のモータを駆動制御する制御部の動作内容を示すフローチャートである。
【図７】従来の電動式パワーステアリング装置のレイアウト構成を示す模式図である。
【図８】操舵軸の操舵角度とトルクの変動との関係を示す図である。
【符号の説明】
２    操舵軸
５    モータ
７    第１のユニバーサルジョイント
８    中間軸
９    第２のユニバーサルジョイント
１０  舵取機構
１１  伝動軸
１３  制御部
１４  舵角検出手段
１５  トルク検出手段
１７  モータ電流指令値を定める手段
１８  第１補正係数を定める手段
１９  第１補正モータ電流指令値を演算する手段
３０  駆動制御手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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