JP4192724B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus for transmitting an assist force from a ball screw nut rotated by a motor to a ball screw groove provided on the rack shaft side via a bearing on a rack shaft of a rack and pinion type steering mechanism. Is.
従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、コラムアシスト式の操舵機構には、モータからの駆動力をコラム軸に加え、ラックアシスト式では、モータの駆動力をラック軸へ直接加えている。ここで、ラックアシスト式の電気式動力舵取装置に関しては、特許文献1、特許文献2に開示がある。
一般的に、ラック・ピニオン式の舵取装置は、コラム式と比較してリニアな操舵感が得られる反面、路面反力による影響をステアリングホーイールに伝え易い。ここで、ラック・ピニオン式の電気式動力舵取装置においては、ラック軸を組み込んだギアアッセンブリでガタツキによる衝撃音が発生し易いという課題がある。これは、モータにより回動されるボールねじナットとラック軸のボールねじ溝との衝突音で、ラック軸が路面反力で変位する毎に発生している。 In general, a rack and pinion type steering device can provide a linear steering feeling as compared with a column type, but can easily transmit the influence of a road surface reaction force to a steering wheel. Here, in the rack and pinion type electric power steering apparatus, there is a problem that an impact sound due to rattling is easily generated in a gear assembly incorporating a rack shaft. This is a collision sound between the ball screw nut rotated by the motor and the ball screw groove of the rack shaft, and occurs every time the rack shaft is displaced by the road surface reaction force.
この衝突音を小さくするためには、ボールねじナットのねじ溝とラック軸のボールねじ溝と、両者の間に介在するベアリングとの精度を高めることで、有る程度は対応可能である。しかしながら、精度を高めるとコストが嵩み、また、精度を高めても精度のばらつきにより、衝撃音が小さな車両と大きな車両とが出てくる。係る衝突音は、日本国内の道路を走行する上で大きな問題にはならないが、石畳路(ベルジャン路)が多い欧州を走行する際に、欧州車に対して劣る点は否めず、精度の向上のみでは、油圧式動力舵取装置に匹敵し得る静粛性を電気式動力舵取装置で実現し得なかった。 In order to reduce the impact noise, a certain degree can be dealt with by improving the accuracy of the ball screw groove of the ball screw nut, the ball screw groove of the rack shaft, and the bearing interposed therebetween. However, if the accuracy is increased, the cost increases, and even if the accuracy is increased, a vehicle having a small impact sound and a vehicle having a large impact sound appear due to variations in accuracy. Such collision noise is not a big problem when driving on roads in Japan, but when driving in Europe, where there are many cobblestone roads (Beljan Road), it cannot be denied that it is inferior to European cars, improving accuracy. Only by this means, quietness comparable to that of a hydraulic power steering device could not be realized with an electric power steering device.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、路面反力による衝撃音の発生を抑制し得る電気式動力舵取装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can suppress the generation of an impact sound due to a road surface reaction force.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
The present invention is characterized by comprising motor control means for controlling the motor in a direction to decrease the rotation speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time point when the reciprocal displacement is zero.
請求項2の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数が特定範囲であるかを判断する周波数判断手段と、
前記周波数判断手段により特定範囲であると判断された際に、前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。
According to the second aspect of the present invention, there is provided an electric power rudder that transmits an assist force to a rack shaft of a rack and pinion type steering mechanism from a ball screw nut rotated by a motor to a ball screw groove provided on the rack shaft side through a bearing. In the taking device,
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
Frequency judging means for judging whether the frequency of the reciprocating displacement is within a specific range;
Motor control means for controlling the motor in a direction to decrease the rotational speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time when the displacement of the reciprocating displacement is zero when it is determined by the frequency determination means to be within a specific range; It is a technical feature to have.
請求項3の発明は、ラック・ピニオン式操舵機構のラック軸に、モータにより回動されるボールねじナットからベアリングを介しラック軸側に設けられたボールねじ溝へアシスト力を伝える電気式動力舵取装置において、
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを技術的特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power rudder that transmits an assist force to a rack shaft of a rack and pinion type steering mechanism from a ball screw nut rotated by a motor to a ball screw groove provided on the rack shaft side through a bearing. In the taking device,
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
Motor control means for calculating the frequency of the reciprocating displacement and controlling the motor in a direction to decrease the rotational speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time point when the displacement of the next reciprocating displacement estimated from the calculated frequency is zero. It is a technical feature to provide.
請求項1の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出し、往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることで、ラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。 The electric power steering apparatus according to claim 1 detects the rotation of the ball screw nut due to the reciprocating displacement of the rack shaft, and reduces the rotation speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time when the displacement of the reciprocating displacement is zero. Control the motor in the direction. Therefore, when the rack shaft is displaced by the road surface reaction force, the ball screw nut rotates as the rack shaft fluctuates, and the displacement speed of the rack shaft is attenuated. By controlling and lowering, it is possible to suppress the impact sound caused by the collision between the rack shaft and the ball screw nut.
請求項2の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出する。石畳路等の特定状況の路面反力によりラック軸が変位していることを、ラック軸の往復変位の周波数が特定範囲であるかにより判断する。そして、特定範囲であると判断された際、即ち、石畳路等の特定状況を走行している際に、往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることで、石畳路等の特定路走行中のラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。 In the electric power steering apparatus according to the second aspect , the rotation of the ball screw nut due to the reciprocal displacement of the rack shaft is detected. Whether the rack shaft is displaced by the road surface reaction force in a specific situation such as a cobblestone road is determined based on whether the frequency of the reciprocating displacement of the rack shaft is within a specific range. And when it is judged that it is a specific range, that is, when traveling in a specific situation such as a cobblestone road, the rotational speed of the ball screw nut is decreased at a predetermined timing from the time when the displacement of the reciprocating displacement is zero. Control the motor in the direction. Therefore, when the rack shaft is displaced by the road surface reaction force, the ball screw nut rotates as the rack shaft fluctuates, and the displacement speed of the rack shaft is attenuated. By controlling and lowering, it is possible to suppress an impact sound caused by a collision between a rack shaft and a ball screw nut while traveling on a specific road such as a cobblestone road.
請求項3の電気式動力舵取装置では、ラック軸の往復変位によるボールねじナットの回転を検出し、往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御する。このため、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸の変動に伴いボールねじナットが回転し、ラック軸の変位速度が減衰する往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、慣性により回転を続けるボールねじナットの回転速度をモータを制御し低下させることにより、ラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。
The electric power steering apparatus according to
ここで、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の前であれば、ボールねじナットを付勢するまでにタイムラグがあっても、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。 Here, if the predetermined timing from the estimated zero point of the next reciprocating displacement is before the zero point of the next reciprocating displacement, even if there is a time lag until the ball screw nut is energized, Thus, it is possible to appropriately suppress the impact sound caused by the collision between the rack shaft and the ball screw nut.
ここで、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の後であれば、ボールねじナットの付勢を短時間で行うことで、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。 Here, if the predetermined timing from the estimated time point of zero displacement of the next reciprocating displacement is after the time point of zero displacement of the next reciprocating displacement, by energizing the ball screw nut in a short time, The impact sound due to the collision between the rack shaft and the ball screw nut can be suppressed appropriately.
検出手段としてモータの回転角センサを用いることで、ボールねじナットの回転検出用のセンサーを付加する必要がない。特に、電気式動力舵取装置のアシスト制御用の回転角センサを用いることで、アシスト制御の割込処理で、当該衝突音抑制の制御を実現できる。 By using a motor rotation angle sensor as the detection means, it is not necessary to add a sensor for detecting the rotation of the ball screw nut. In particular, by using the rotation angle sensor for assist control of the electric power steering apparatus, it is possible to realize the control of the collision noise suppression by the assist control interruption process.
以下、本発明の衝撃音低減処理を適用した電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態に係る電気式動力舵取装置20の主な構成を図1〜図4に基づいて説明する。図1および図4に示すように、電気式動力舵取装置20は、主に、ステアリングホイール21、ステアリング軸22、ピニオン軸23、ラック軸24、トルクセンサ30、モータ40、モータレゾルバ44、ボールねじ機構50、ECU60等から構成されており、ステアリングホイール21による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ40により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸24の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。
Hereinafter, an embodiment of an electric power steering apparatus to which an impact sound reduction process of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
First, the main configuration of the electric
即ち、図1および図2に示すように、ステアリングホイール21には、ステアリング軸22の一端側が連結され、このステアリング軸22の他端側には、ピニオンハウジング25内に収容されたピニオン軸23の入力軸23aおよびトーションバー31がピン32により連結されている。またこのトーションバー31の他端側31aには、ピニオン軸23の出力軸23bがスプライン結合によって連結されている。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, one end side of a
このピニオン軸23の入力軸23aはベアリング33aにより、また出力軸23bもベアリング33bにより、それぞれピニオンハウジング25内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸23aとピニオンハウジング25との間には、第1レゾルバ35が、また出力軸23bとピニオンハウジング25との間には、第2レゾルバ37が、それぞれ設けられている。第1レゾルバ35および第2レゾルバ37は、ステアリングホイール21による操舵角を検出し得るもので、端子39を介してECU60にそれぞれ電気的に接続されている(図4参照)。
The input shaft 23a of the
ピニオン軸23の出力軸23bの端部には、ピニオンギヤ23cが形成されており、このピニオンギヤ23cにはラック軸24のラック溝24aが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。
A pinion gear 23c is formed at an end portion of the output shaft 23b of the
このように構成することにより、ステアリング軸22とピニオン軸23とをトーションバー31により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸22の回転角、即ちステアリングホイール21の回転角(機械角)θmを、第1レゾルバ35による第1操舵角(電気角)θe1および第2レゾルバ37による第2操舵角(電気角)θe2によって、検出することができる。また、第1操舵角θe1と第2操舵角θe2との角度差からトーションバー31の捻れ量(操舵トルクに対応するもの)を捻れ角として検出することができる。
With this configuration, the
図1および図3に示すように、ラック軸24は、ラックハウジング26およびモータハウジング27内に収容されており、その中間部には、螺旋状にボールねじ溝24bが形成されている。このボールねじ溝24bの周囲には、ラック軸24と同軸に回転可能にベアリング29により軸受される円筒形状のモータ軸43が設けられている。このモータ軸43は、ステータ41や励磁コイル42等とともにモータ40を構成するもので、ステータ41に巻回された励磁コイル42により発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸43の外周に設けられた永久磁石45に作用することより、モータ軸43が回転し得るように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
モータ軸43は、その内周にボールねじナット52が取り付けられており、このボールねじナット52にも、螺旋状にボールねじ溝52aが形成されている。そのため、このボールねじナット52のボールねじ溝52aとラック軸24のボールねじ溝24bとの間に多数のボール54を転動可能に介在させることによって、モータ軸43の回転によりラック軸24を軸方向に移動可能なボールねじ機構50を構成することができる。
A
即ち、両ボールねじ溝24b、52a等から構成されるボールねじ機構50により、モータ軸43の正逆回転の回転トルクをラック軸24の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸24とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸23を介してステアリングホイール21の操舵力を軽減するアシストカとなる。
In other words, the rotational torque of the motor shaft 43 rotating in the forward and reverse directions can be converted into the reciprocating motion in the axial direction of the
なお、モータ40のモータ軸43とモータハウジング27との間には、モータ軸43の回転角(電気角)θMeを検出し得るモータレゾルバ44が設けられており、このモータレゾルバ44は図略の端子を介してECU60に電気的に接続されている(図4参照)。
A
図4は、第1実施形態の電気式動力舵取装置20の制御構成を示している。上述した第1レゾルバ35及び第2レゾルバ37の出力が電気式動力舵取装置20のECU60に入力されると、ECU60は、後述するように操舵トルクTを演算し、操舵トルクTに応じて操舵力をアシストするためのアシスト指令をモータ駆動回路62側に出力する。モータ駆動回路62は、アシスト指令の応じたトルクをモータ40に発生させる。モータ40の回転角は、モータレゾルバ44により検出され、モータ駆動回路62へフィードバックされる共に、ECU60へも出力される。後述するようにECU60は、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37、モータレゾルバ44からの出力に基づき、それぞれ操舵角を演算すると共に、操舵角に応じて上述した操舵力のアシスト量を補正する。更に、後述するように、モータレゾルバ44からの出力に基づき衝撃音低減処理を行う。
FIG. 4 shows a control configuration of the electric
引き続き、図9及び図10を参照して、図1〜図3を参照して上述した電気式動力舵取装置に於ける石畳路走行中の衝突音の発生原理について説明する。
図9では、図3中に示したモータ側のボールねじナット52と、ボール54と、ラック軸24とを模式的に示している。ここで、図9(A)、図9(B)、図9(C)は、石畳路走行中に路面反力を受けて、ラック軸24が図中左方向に変位する際を示し、図9(D)、図9(E)、図9(F)は、ラック軸が図中右方向へ変位する際を示している。即ち、石畳路走行中、ラック軸は路面反力により車両進行方向に対する横方向の往復変位を続けている。
Next, the generation principle of the collision noise during traveling on the cobblestone road in the electric power steering apparatus described above with reference to FIGS. 1 to 3 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
9 schematically shows the motor-side ball screw
図10(A)は、ラック軸24とモータ側のボールねじナット52との変位(位置)を示すグラフであり、図中ラック軸側を破線で、ボールねじナット52側を実線で表し、図中で横軸に時間、縦軸において変位ゼロよりプラス側は右側への変位量をマイナス側は左方向への変位量を取ってある。図10(B)は、ボールねじナット52の速度を示すグラフであり、図10(C)は、ボールねじナット52の加速度(エネルギー)を示すグラフである。図10(A)中に実線で示すボールねじナット52側は、ほぼ正弦波状に左右に変位している。一方、破線で示すラック軸24は、変位ゼロを超える際に揺り戻しが掛かり、即ち、右側から左側への変位に切り替わる際、左側から右側への変位に切り替わる際に、僅かに逆方向に揺れ戻っている。
FIG. 10A is a graph showing the displacement (position) between the
図9(A)は、図9(F)に示すラック軸24が最も右側に変位した状態から、左方向への変位を開始し始めた状態を示している(図10中のポイントPaに相当)。図中一点鎖線Cは変位ゼロの位置を表す。ラック軸24のボールねじ溝24bの側壁にボール54が当接し、ボール54がボールねじナット52のボールねじ溝52a側壁を押し、ボールねじナット52は図2中で左側から見た時計方向へ回転させられると共に軸線左方向へ変位させられる。図9(B)は、ラック軸24が振幅中心(変位ゼロ)Cを通り過ぎた状態を示している(図10中のポイントPbに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により左方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット52は慣性による減速が大きくかからず、時計方向への回転と共に軸線左方向への変位が続く。このため、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁が、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突し、衝撃音が発生する。図9(C)は、ラック軸24が左端に到達した状態を示している(図10中のポイントPcに相当)。ラック軸24は、機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに図9(C)に示す左端位置で停止する。ラック軸24と同様に、ボールねじナット52は左端位置で停止する。
FIG. 9A shows a state in which the
図9(D)は、図9(C)に示すラック軸24が最も左側に変位した状態から、右方向への変位を開始し始めた状態を示している(図10中のポイントPdに相当)。図中一点鎖線Cは変位ゼロの位置を表す。ラック軸24のボールねじ溝24bの側壁にボール54が当接し、ボール54がボールねじナット52のボールねじ溝52a側壁を押し、ボールねじナット52は図2中で左側から見た反時計方向へ回転させられると共に軸線右方向へ変位させられる。図9(E)は、ラック軸24が振幅中心(変位ゼロ)Cを通り過ぎた状態を示している(図10中のポイントPeに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により右方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット52は慣性による減速が大きくかからず、反時計方向への回転と共に軸線右方向への変位が続く。このため、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁が、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突し、衝撃音が発生する。図9(F)は、ラック軸24が右端に到達した状態を示している(図10中のポイントPfに相当)。ここで、ラック軸24及びボールねじナット52は、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させながら、図9(F)に示す右端位置で緩やかに停止する。上述したようにラック軸24が左右へ振幅する際に、変位ゼロを少し過ぎた時点で、ラック軸24のボールねじ溝24bとボールねじナット52のボールねじ溝52aとが激突して衝撃音が発生していた。このため、石畳路では、ラック軸24の振幅による衝撃音が続き、運転者に強い不快感を与えていた。
FIG. 9 (D) shows a state in which the
このため、第1実施形態の電気式動力舵取装置では、ラック軸24の往復変位の変位ゼロの時点から、ボールねじナット52の回転速度を低下させる方向へモータを制御する。即ち、路面反力によりラック軸が変位し、ラック軸24の変動に伴いボールねじナット52が回転し、ラック軸24の変位速度が減衰した際に、慣性により回転を続けるボールねじナット52の回転速度をモータ40を制御し低下させることで、ラック軸24とボールねじナット52との衝突による衝撃音を抑制する。
For this reason, in the electric power steering apparatus of the first embodiment, the motor is controlled in the direction of decreasing the rotational speed of the
この原理について、図5及び図8(E)を参照して説明する。
図8(E)は、ラック軸24の変位を示し、図8(E)中で、正弦波のプラス側は右側へのラック軸24の変位量を、マイナス側は左側の変位量を示している。図8(E)は上述した図10(A)に相当し得る。図5(A)は、図5(F)に示すラック軸24が最も右側に変位した状態から、左方向への変位を開始し始めた状態を示している(図8(E)中のポイントPAに相当)。図中一点鎖線Cは変位ゼロの位置を表す。ラック軸24のボールねじ溝24bの側壁にボール54が当接し、ボール54がボールねじナット52のボールねじ溝52a側壁を押し、ボールねじナット52は図2中で左側から見た時計方向へ回転させられると共に軸線左方向へ変位させられる。図5(B)は、ラック軸24が振幅中心C(変位ゼロ{図8(E)中のタイミングt1に相当})を通り過ぎた状態を示している(図8(E)中のポイントPBに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により左方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット52は、慣性による減速は大きくかからないため、振幅中心(変位ゼロ)Cを通過した時点で、モータ40により回転速度が低下させられる(反時計方向へ付勢される)。これにより、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁は、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。図5(C)は、ラック軸24が左端に到達した状態を示している(図8(E)中のポイントPCに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに図5(C)に示す左端位置で停止する。一方、ボールねじナット52は、ラック軸24と同様に緩やかに回転が停止する。
This principle will be described with reference to FIGS. 5 and 8E.
8E shows the displacement of the
図5(D)は、図5(C)に示すラック軸24が最も左側に変位した状態から、右方向への変位を開始し始めた状態を示している(図8(E)中のポイントPDに相当)。図中一点鎖線Cは変位ゼロの位置を表す。ラック軸24のボールねじ溝24bの側壁にボール54が当接し、ボール54がボールねじナット52のボールねじ溝52a側壁を押し、ボールねじナット52は図2中で左側から見た反時計方向へ回転させられると共に軸線右方向へ変位させられる。図5(E)は、ラック軸24が振幅中心C(変位ゼロ{図8(E)中のタイミングt2に相当})を通り過ぎた状態を示している(図8(E)中のポイントPEに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により右方向への変位速度が減衰している。一方、ボールねじナット52は、慣性による減速が大きくかからないため、振幅中心(変位ゼロ)Cを通過した時点で、モータ40により反時計方向への回転速度が低下させられる(時計方向へ付勢される)。これにより、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁は、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。図5(F)は、ラック軸24が右端に到達した状態を示している(図8(E)中のポイントPFに相当)。ここで、ラック軸24は、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させながら、図5(F)に示す右端位置で緩やかに停止する。同様に、ボールねじナット52は、操舵がなされていない状態では緩やかに回転が停止する。
FIG. 5 (D) shows a state in which the
引き続き、図6のフローチャートを参照して上述した衝撃音を低減させるための衝撃音低減処理について説明する。
図4に示す電気式動力舵取装置のECU60は、モータレゾルバ44からの信号に基づきモータ40の回転角と同時に、ボールねじナット52の回転を検出している。先ず、回転角の振幅から、衝撃音発生条件の周波数を抽出する(S12)。ここでは、回転角の振幅の内の15Hz〜25Hzをバンドパスフィルタを用いて抽出する。この抽出した波形を図8(A)に示す。図8(A)中では、上述した図8(E)と同様に、正弦波のプラス側は右側への変位量を、マイナス側は左側の変位量を示している。抽出した周波数が、衝撃音発生条件の周波数(例えば、17Hz〜22Hz)かを判断する。ここで、衝撃音発生条件の周波数とは、例えば、石畳路を特定のスピード(40〜60Km/h)で走行中、衝撃音を発生するラック軸24の振動周期を意味し、車両により少しずつ異なることになる。
Next, the impact sound reduction process for reducing the impact sound described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
The
ここで、衝撃音発生条件の周波数ではない場合には(S14:No)、第1レゾルバ35、第2レゾルバ37で検出した操舵トルクに比例したモータ電流を演算し(S24)、モータ電流を出力して操舵をアシストする(S22)。
If the frequency is not the impact sound generation condition (S14: No), the motor current proportional to the steering torque detected by the
一方、衝撃音発生条件の周波数、即ち、回転角の振幅の周期が17Hz〜22Hzの場合には(S14:Yes)、ラック軸24の振幅中心か、即ち、図8(A)に示すゼロクロス(t1、t2,t3,t4、t5,t6,t7)のタイミングかを判断する(S16)。このラック軸24の振幅中心以外のときには(S16:No)、上述したS24へ移行し、通常の操舵アシスト処理を行う。
On the other hand, when the frequency of the impact sound generation condition, that is, the period of the amplitude of the rotation angle is 17 Hz to 22 Hz (S14: Yes), it is the amplitude center of the
一方、ラック軸24の振幅中心のタイミングにおいては(S16:Yes)、モータ電流をブレーキ方向に補正し(S18)、補正したモータ電流を出力する(S22)。例えば、図5(B)を参照して上述したラック軸24が右側から左側へ変位していく際に、ラック軸24が振幅中心(変位ゼロ)Cを通過したタイミングt1で、図8(A)中に斜線で示すようにモータ40を制御し、ボールねじナット52の慣性による時計方向への回転の速度を低下させるようにする(反時計方向へ1Nで10ms付勢する)。これにより、変位ゼロを通過し機械的な抵抗により左方向への変位速度を減衰させながら緩やかに左端位置で停止したラック軸24に対応させて、ボールねじナット52は、モータ40により時計方向への回転速度が低下させられる。このため、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁は、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。なお、操舵がなされている状態では、アシスト力を発生しているモータに対して、上述したタイミングで反時計方向へ1Nで10ms付勢するようにモータ電流が補正される。
On the other hand, at the timing of the amplitude center of the rack shaft 24 (S16: Yes), the motor current is corrected in the brake direction (S18), and the corrected motor current is output (S22). For example, when the
一方、図5(E)を参照して上述したラック軸24が左側から右側へ変位していく際に、ラック軸24が振幅中心(変位ゼロ)Cを通過したタイミングt2で、図8(A)中に斜線で示すようにモータ40を制御し、ボールねじナット52の慣性による反時計方向への回転の速度を低下させるようにする(時計方向へ1Nで10ms付勢する)。これにより、機械的な抵抗により右方向への変位速度を減衰させたラック軸24に対応させて、ボールねじナット52は、モータ40により反時計方向への回転速度が低下させられる。このため、ボールねじナット52のボールねじ溝52aの側壁は、ボール54を介してラック軸24のボールねじ溝24bの側壁に激突せず、衝撃音が発生しない。
On the other hand, when the
[第2実施形態]
引き続き、本発明の第2実施形態に係る電気式動力舵取装置について、当該電気式動力舵取装置での制御を示す図7のフローチャート、及び、図8(B)のタイミングチャートを参照して説明する。なお、第2実施形態の電気式動力舵取装置の機械的構成については、図1〜図4を参照して上述した第1実施形態と同様であるため、同図を参照すると共に説明は省略する。
上述した第1実施形態では、振幅中心(変位ゼロ)Cを通過した時点でモータの励磁を開始させた。これに対して、第2実施形態では、振幅中心(変位ゼロ)Cを通過する前にモータの励磁を開始させる。第2実施形態では、振幅中心(変位ゼロ)Cのタイミングを推測する必要があるため、回転角の振幅の周期を求めて、次の振幅中心(変位ゼロ)Cのタイミングを演算する。
[Second Embodiment]
Continuing, with respect to the electric power steering apparatus according to the second embodiment of the present invention, refer to the flowchart of FIG. 7 showing the control in the electric power steering apparatus and the timing chart of FIG. explain. In addition, since it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above with reference to FIGS. 1-4, about the mechanical structure of the electric power steering apparatus of 2nd Embodiment, it abbreviate | omits description with reference to the same figure. To do.
In the first embodiment described above, the excitation of the motor is started when the amplitude center (zero displacement) C is passed. On the other hand, in the second embodiment, the excitation of the motor is started before passing through the amplitude center (zero displacement) C. In the second embodiment, since it is necessary to estimate the timing of the amplitude center (zero displacement) C, the period of the amplitude of the rotation angle is obtained, and the timing of the next amplitude center (zero displacement) C is calculated.
図7は第2実施形態に係る電気式動力舵取装置の衝撃音低減処理を示すフローチャートである。
第1実施形態と同様に、モータ回転角より衝撃音発生条件の周波数を抽出し(S12)、衝撃音発生条件の周波数かを判断する(S14)。ここで、衝撃音発生条件の周波数の場合には(S14:Yes)、算出した周期からブレーキ補正を実施するタイミングを演算する(S15)。例えば、図8(B)において、時刻0からt2までの1周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングt3を演算し、タイミングt3よりも例えば、8ms早いタイミングを演算する。そして、演算した補正タイミングになったかを判断し(S16)、補正タイミングになると(S16:Yes)、上述した第1実施形態と同様にモータ電流をブレーキ方向へ補正する(S18、S22)。なお、タイミングt4から8ms早いタイミングは、タイミングt1からt3までの直前の周期に基づき演算する。
FIG. 7 is a flowchart showing impact sound reduction processing of the electric power steering apparatus according to the second embodiment.
Similarly to the first embodiment, the frequency of the impact sound generation condition is extracted from the motor rotation angle (S12), and it is determined whether the frequency is the impact sound generation condition (S14). Here, in the case of the frequency of the impact sound generation condition (S14: Yes), the timing for executing the brake correction is calculated from the calculated cycle (S15). For example, in FIG. 8B, based on one cycle from
この第2実施形態では、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の前であるため、ボールねじナットを付勢するまでにタイムラグがあっても、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。 In this second embodiment, since the predetermined timing from the time point when the next reciprocal displacement is zero is before the time point when the next reciprocal displacement is zero, there is a time lag until the ball screw nut is energized. Even if there is, the impact sound due to the collision between the rack shaft and the ball screw nut can be properly suppressed.
[第3実施形態]
引き続き、本発明の第3実施形態に係る電気式動力舵取装置での衝撃音低減処理について、図8(C)のタイミングチャートを参照して説明する。
第2実施形態では、次の振幅中心(変位ゼロ)Cのタイミングを演算し、変位ゼロの前にブレーキ補正を開始した。これに対して、第3実施形態では、次の振幅中心(変位ゼロ)Cのタイミングを演算し、変位ゼロの後にブレーキ補正を開始する。例えば、図8(C)において、時刻0からt2までの1周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングt3を演算し、タイミングt3よりも例えば、16ms遅いタイミングを演算する。そして、補正タイミングになると、モータ電流をブレーキ方向へ補正する。
[Third embodiment]
Subsequently, the impact sound reduction processing in the electric power steering apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart of FIG.
In the second embodiment, the timing of the next center of amplitude (zero displacement) C is calculated, and brake correction is started before the zero displacement. On the other hand, in the third embodiment, the timing of the next amplitude center (zero displacement) C is calculated, and the brake correction is started after the displacement is zero. For example, in FIG. 8C, based on one cycle from
第3実施形態では、推定した次の往復変位の変位ゼロの時点からの所定のタイミングが、次の往復変位の変位ゼロの時点の後であるため、ボールねじナットの付勢を短時間で行うことで、適正にラック軸とボールねじナットとの衝突による衝撃音を抑制することができる。また、第1実施形態と比較して、処理速度の遅いCPUを用いて制御を実現できる。 In the third embodiment, since the predetermined timing from the estimated zero point of the next reciprocating displacement is after the zero point of the next reciprocating displacement, the ball screw nut is urged in a short time. Thus, it is possible to appropriately suppress the impact sound caused by the collision between the rack shaft and the ball screw nut. Further, the control can be realized using a CPU having a slower processing speed as compared with the first embodiment.
[第4実施形態]
引き続き、本発明の第4実施形態に係る電気式動力舵取装置での衝撃音低減処理について、図8(D)のタイミングチャートを参照して説明する。
第2実施形態では変位ゼロの前にブレーキ補正を開始し、第3実施形態では変位ゼロの後にブレーキ補正を開始した。これに対して、第4実施形態では、変位ゼロの前から後までブレーキ補正を継続する。例えば、図8(D)において、時刻0からt2までの1周期に基づき、次ゼロクロスするタイミングt3を演算し、例えば、タイミングt3の8ms前と16ms後のタイミングを演算する。そして、タイミングt3よりも8ms前の補正タイミングになると、モータ電流のブレーキ方向への補正を開始し、これを24ms間(即ち、タイミングt3の16ms後まで)継続する。
[Fourth embodiment]
Next, the impact sound reduction process in the electric power steering apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart of FIG.
In the second embodiment, the brake correction is started before the displacement is zero, and in the third embodiment, the brake correction is started after the displacement is zero. In contrast, in the fourth embodiment, the brake correction is continued from before to after the zero displacement. For example, in FIG. 8D, based on one cycle from
第4実施形態の電気式動力舵取装置は、実機に適用した際に最も衝撃音を小さくできることが判明している。このため、第4実施形態の衝撃音低減処理が最適と考えられる。なお、第4実施形態では、推定したゼロクロスタイミングから16ms間、モータによる付勢を続けたが、この停止タイミングを、実際に検出したゼロクロスタイミングから16ms後に行うことも好適である。この場合、ラック軸24の変位の周期性が低くても、好適に対応することができる。
It has been found that the electric power steering apparatus of the fourth embodiment can minimize the impact sound when applied to an actual machine. For this reason, the impact sound reduction process of the fourth embodiment is considered optimal. In the fourth embodiment, the energization by the motor is continued for 16 ms from the estimated zero cross timing. However, it is also preferable that this stop timing is performed 16 ms after the actually detected zero cross timing. In this case, even if the periodicity of the displacement of the
なお、上述した実施形態では、本発明の構成を周期性の有る石畳路を走行する際の衝撃音低減処理に適用した例を挙げたが、例えば、道路の継ぎ目走行時等のランダムに発生する衝撃音低減にも本発明の構成を適用し得ることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, an example in which the configuration of the present invention is applied to the impact sound reduction processing when traveling on a cobblestone road with periodicity is given. Needless to say, the configuration of the present invention can also be applied to the reduction of impact noise.
上述した実施形態では、ラックアシスト式の電気式動力舵取装置を例に挙げたが、本発明の衝撃音低減処理は、コラムアシスト式、ピニオンアシスト式の電気式動力舵取装置にも、更に、可変ギアレシオ電気式動力舵取装置にも、ステアバイワイヤ式電気式動力舵取装置にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the rack assist type electric power steering apparatus is taken as an example, but the impact noise reduction processing of the present invention is further applied to the column assist type and pinion assist type electric power steering apparatus. The present invention can be applied to a variable gear ratio electric power steering apparatus and a steer-by-wire electric power steering apparatus.
20 電気式動力舵取装置
21 ステアリングホイール
22 ステアリング軸
23 ピニオン軸
23c ピニオンギヤ
24 ラック軸
24a ラック溝
30 トルクセンサ
31 トーションバー
35 第1レゾルバ
37 第2レゾルバ
40 モータ
44 モータレゾルバ
50 ボールねじ機構
52 ボールねじナット
52a ボールねじ溝
54 ボール
60 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の変位ゼロの時点から、所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 In the electric power steering device that transmits the assist force from the ball screw nut rotated by the motor to the ball screw groove provided on the rack shaft side to the rack shaft of the rack and pinion type steering mechanism,
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
An electric power steering apparatus comprising: motor control means for controlling the motor in a direction to decrease the rotation speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time when the reciprocal displacement is zero.
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数が特定範囲であるかを判断する周波数判断手段と、
前記周波数判断手段により特定範囲であると判断された際に、前記往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 In the electric power steering device that transmits the assist force from the ball screw nut rotated by the motor to the ball screw groove provided on the rack shaft side to the rack shaft of the rack and pinion type steering mechanism,
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
Frequency judging means for judging whether the frequency of the reciprocating displacement is within a specific range;
Motor control means for controlling the motor in a direction to decrease the rotation speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time when the reciprocation displacement is zero when the frequency judgment means judges that the specific range is reached. An electric power steering apparatus comprising:
ラック軸の車両進行方向に対する横方向の往復変位による前記ボールねじナットの回転を検出する検出手段と、
前記往復変位の周波数を演算し、演算した周波数から推定した次の往復変位の変位ゼロの時点から所定のタイミングで、ボールねじナットの回転速度を低下させる方向へモータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 In the electric power steering device that transmits the assist force from the ball screw nut rotated by the motor to the ball screw groove provided on the rack shaft side to the rack shaft of the rack and pinion type steering mechanism,
Detection means for detecting rotation of the ball screw nut due to a reciprocating displacement in a lateral direction with respect to a vehicle traveling direction of the rack shaft;
Motor control means for calculating the frequency of the reciprocating displacement and controlling the motor in a direction to decrease the rotational speed of the ball screw nut at a predetermined timing from the time point when the displacement of the next reciprocating displacement estimated from the calculated frequency is zero. An electric power steering apparatus comprising:
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