JP5141059B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に車両の状態により変化するセルフアライニングトルクの変化量と操舵トルクの変化量が予め設定された比率になるように補正値を算出し、この算出された補正値でアシスト量（アシストトルク）を補正して操舵トルクを適切に調整することができる電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１８に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッション信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図１９のようになる。

図１９を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈは操舵補助指令値演算部３２に入力され、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算部３２に入力される。操舵補助指令値演算部３２は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに基づいて、メモリ３３に記憶されているアシストマップを参照してモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算部３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３４に入力され、減算部３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算部３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算部３６に入力され、その比例出力は加算部３０Ｂに入力される。微分補償部３４及び積分補償部３６の出力も加算部３０Ｂに加算入力され、加算部３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ駆動回路３７にはバッテリ１４から電力が供給され、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出部３８で検出され、モータ電流値ｉは減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。

このような電動パワーステアリング装置において、直進状態にある車両は、ドライバからのハンドル１の操舵により転舵輪が転舵されると前輪に横すべり角が生じ、横力が発生し、車両の重心に対して回転モーメントが発生することで、旋回状態に変化する。その後、後輪にも横すべり角が発生し、前輪及び後輪に発生した横力と車両の重心点の回転モーメントが釣合うことで定常旋回状態となる。このように、前輪に発生している横力は、キングピン軸回りの回転反力、つまりセルフアライニングトルク（以下、「ＳＡＴ」とする）としてハンドル１に伝わる。更にハンドル１を操舵することで、前輪に発生する横すべり角の変化は更なるＳＡＴの変化となり、その変化が前輪からハンドル１、そしてドライバに伝わる。

ＳＡＴはハンドルを元の位置に戻そうとする力であり、図２０に示すようにドライバがハンドルを操舵することによって操舵トルクＴｈが発生し、その操舵トルクＴｈに従ってモータＭがアシストトルクＴｍを発生する。その結果、前輪が転舵され、反力としてＳＡＴが発生する。その際、モータＭの慣性とステアリング機構部の慣性を併せた等価慣性Ｊ及び摩擦トルクＦｒによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じ、これらの力の釣合を考えると、下記数１の運動方程式が得られる。なお、ωは角速度、ω^＊は角加速度である。

また、図２１は、横力の着力点が前輪Ｗｆの中心線ＣＬ１よりもニューマチックトレールξｎ分だけ後方にある様子を示し、ハンドルの戻りを良くするためのキャスタ角によるキャスタトレールξｃが、前輪Ｗｆの中心線ＣＬ１より前方にあることを示している。ここで、前輪Ｗｆの片輪にかかるＳＡＴは横力とトレールの積（横力×トレール）であり、つまり、トレールをξ、横すべり角をβｆ、前輪ＷｆのコーナリングパワーをＫｆとすると、ＳＡＴは下記数２で求めることができる。なお、横すべり角βｆとコーナリングパワーＫｆの乗算値を横力、ニューマチックトレールξｎとキャスタトレールξｃの加算値をトレールξとする。横すべり角βｆが小さい場合は、横すべり角βｆと横力は線形と見なして良いからである。

図２２は、横すべり角βｆに対するＳＡＴ及び横力の変化を示す特性図であり、横すべり角βｆが増加するに従って横力及びＳＡＴも増加し、横力が飽和するとＳＡＴが徐々に減少し始め、グリップを失っていく様子を示している。

次に、前輪が横滑りしながら転動する様子を図２３、図２４及び図２５に示して説明する。

図２３は、タイヤの接地面全体において発生する横力を示す図であり、横力によってタイヤがトレッド部の横方向へ変形（斜線部）し、ＳＡＴが横すべり角βｆを減少させる方向に働く様子を示している。図２４は、図２３の斜線部を詳細に示す図であり、横力の着力点（斜線部の重心）、粘着領域、接地長及び滑り域を示している。

そして、図２５は、図２４の斜線部の粘着領域の変化を簡略化して三角形として示しており、ニューマチックトレールξｎの変化を示している。横すべり角βｆが大きくなるに従って三角形ＡＢＣ１から三角形ＡＢＣ２へ、そして三角形ＡＢＣ３まで変化し、三角形の変化に対応した着力点の変化をそれぞれＰ１、Ｐ２及びＰ３で示している。また、三角形ＡＢＣ１〜ＡＢＣ３の合力の着力点Ｐ１〜３に対応して、横すべり角βｆの変化に伴うニューマチックトレールξｎの変化を示している。つまり、横すべり角βｆが大きくなると、三角形ＡＢＣ１〜ＡＢＣ２までの合力は増加するがニューマチックトレールξｎは変化せず、三角形ＡＢＣ２〜ＡＢＣ３まで変化すると合力は変化せず、ニューマチックトレールξｎに変化が現れる様子を示している。なお、前輪の摩擦係数μが同じであれば、前輪が滑り始める力は変わらないものとする。

このような電動パワーステアリング装置において、例えばドライバがコーナリング時における車両の挙動を補正しようとする場合、ドライバはＳＡＴを感じて車両の挙動を補正するように操舵する。しかしながら、車両の挙動変化に伴う横加速度、ヨーレートを受けるタイミングや大きさが変化すると、変化の状況によっては、ドライバは常にほぼ一定の操舵フィーリングを感じることができない。

かかる問題を解決する装置として、例えば特開２００３−２８５７５４号公報（特許文献１）に示される装置がある。この特許文献１の装置では、車両の挙動が変化しても、ドライバが常にほぼ一定の良好な操舵フィーリングであると感じるようにしている。即ち、モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの値を小さくするようにモータの制御量を設定する第１制御部と、ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両の挙動との関係が予め設定した関係となるようにモータの制御量を設定する第２制御部と、これら第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量によりモータを制御するモータ制御部とを具備している。

また、特開２００６−１３１０６４号公報（特許文献２）に示される装置では、前輪と後輪とに作用する横力を直接的に検出することで、車輪に作用する横力を特定し、アシストトルクの応答性及び制御精度を改善するようにしている。また、コーナリング時におけるヨーレートの変化を抑制するようにアシストトルクを補正することで、ドライバに修正操舵を促すようにしている。即ち、ステアリング装置において、前輪と後輪とのそれぞれを検出対象として、車輪に作用する横力を直接的に検出する検出部と、ドライバによって操作されるハンドルの操作量を車輪へ伝達する操舵系に設けられており、操舵系にアシストトルクを加えるアクチュエータと、前輪に作用する横力と後輪に作用する横力とに基づいて、操舵系に加えるアシストトルクを補正する処理部と、補正されたアシストトルクに基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを具備している。
特開２００３−２８５７５４号公報 特開２００６−１３１０６４号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、目標となる操舵特性モデルを用いて、ほぼ一定となるような操舵フィーリングを演算して出力するようにしているため、ドライバがＳＡＴを的確に判断できない問題がある。つまり、ドライバが車両の挙動を把握しにくくなってしまう場合がある。また、特許文献２の装置では、前輪及び後輪の横力を検出し、目標とする操舵トルクを演算して補正するが、車両の挙動を検出するための各種検出センサを必要とする共に、高機能、高処理能力を備えたＣＰＵを必要とするため、コストが大きくなってしまう問題がある。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、車両の挙動に合わせ、即ちＳＡＴの大きさ及び変化量に対し適切な操舵反力（操舵トルク）が得られるようにすることにより、ドライバに対して車両の挙動を予測し易くすると共に、操舵時における滑り始めを検知し易くさせてハンドルの切増しを抑制することができ、比較的安価でしかも信頼性の高い電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて算出された電流指令値により操舵系にアシストトルクを付与するモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ＳＡＴを推定するＳＡＴ推定手段と、前記アシストトルク及び前記操舵トルクの比であるアシストゲインを演算するアシストゲイン演算部と、前記ＳＡＴの変化量に対する前記操舵トルクの変化量の比率を設定するＦ調整手段とを設け、前記アシストゲイン演算部で得られた前記アシストゲインと、前記Ｆ調整手段で設定された前記比率に基づいて、ＳＡＴゲインを求め、求めた前記ＳＡＴゲインに基づいて、前記ＳＡＴ推定手段で得られたＳＡＴ推定値を調整し、調整されたＳＡＴ推定値をＳＡＴフィードバック補償値とし、前記ＳＡＴフィードバック補償値により前記アシストトルクを補正することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記比率が前記車速に応じて設定されるようになっていることにより、或いは前記比率が前記モータの角速度、又はコラム角速度若しくはラック速度に応じて設定されるようになっていることにより、或いは前記比率が前記ＳＡＴ推定値と前記モータの角速度、又はコラム角速度若しくはラック速度とに応じて設定されるようになっていることにより、或いは前記比率が前記ＳＡＴ推定値及びハンドルの切増し／切戻しの判定信号に応じて設定されるようになっていることにより、或いは前記比率が、前記モータの角速度又はコラム角速度若しくはラック速度、前記車速、前記ＳＡＴ推定値及びハンドルの切増し／切戻しの判定信号に応じて設定されるようになっていることにより、或いは前記判定信号が切増しで、前記ＳＡＴ推定値の絶対値が減少で、かつ前記ＳＡＴの変化量の絶対値が所定値より小さいときに、前記操舵トルクの変化量が前記ＳＡＴの変化量と正相関になるように、前記比率を設定するようになっていることにより、或いは前記判定信号が切増しで、前記ＳＡＴ推定値の絶対値が減少で、かつ前記ＳＡＴの変化量の絶対値が所定値以上のときに、前記操舵トルクの変化量が前記ＳＡＴの変化量と負相関になるように、前記比率を設定するようになっていることにより、或いは前記所定値を前記車速又は前記モータ角速度若しくはコラム角速度、或いは前記車速及び前記モータ角速度若しくはコラム角速度で変えるようになっていることにより、或いは前記アシストゲイン演算部は、前記電流指令値の変化量を算出する電流指令値変化量算出手段と、前記電流指令値の変化量を前記操舵トルクの変化量で除算することにより、前記アシストゲインを算出する除算部とで構成されることにより、或いは前記ＳＡＴ推定手段の後段、又は前記アシストゲイン演算部の後段に位相補償手段が設けられていることにより、或いは前記位相補償手段が現在値と過去値に基づいて将来の補償値を演算する位相進み補償手段であることにより、或いは前記アシストゲイン演算部の後段又は前段に高周波ノイズ除去用フィルタが設けられていることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、車両の状態により変化するＳＡＴの変化量とドライバからの操舵トルク変化量が予め設定された比率になるように、ＳＡＴフィーバックゲインを調整してアシスト量（アシストトルク）を補正するので、車両の挙動の変化として現れるＳＡＴの変化を操舵トルクの変化として感じ易くなり、ドライバが操舵状況を適切に認識することができると共に、ドライバは車両の挙動を予測し易くなるので運転が容易になる。

また、ＳＡＴの変化量に基づいて操舵トルクを調整するようにしているので、車両の操舵時における滑り始めを検知し、ハンドルの切増しを抑制するように操舵トルクを補正することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、ＳＡＴの変化及び操舵トルクの変化の比率を設定するＦ調整手段を具備しており、アシストトルク及び操舵トルクの比であるアシストゲインとＦ調整手段によりＳＡＴフィードバックゲインを求め、ＳＡＴフィードバックゲインに基づいてＳＡＴを調整し、調整されたＳＡＴフィードバック補償値によりアシストトルクを補正しているので、ドライバに正しく操舵状況及び車両の挙動を伝えると共に、ドライバは安全な方向へ操舵し易くなる。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず本発明の前提となる基本制御系を図１に示して説明する。図１の構成は、上記数１に基づいて構成されたものである。

トルクセンサにより検出された操舵トルクＴｈはアシストマップ５９、微分器５１及びＳＡＴ推定手段４０内の加算部４５Ｂに入力され、アシストマップ５９においてアシストゲインＫｍで算出された基本アシストトルクＴｈａが加減算部５０Ａに加算入力され、微分補償のための微分器５１において微分された操舵トルクがゲイン部５２でゲインＫｄを乗算され、補償された微分補償トルクＴｈｂが加減算部５０Ａに加算入力される。また、ＳＡＴ推定手段４０で推定されたＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊がゲイン部４３でゲイン演算され、ゲイン部４３からのＳＡＴフィードバック補償値ＳＡＴ^＊ _ｆが加減算部５０Ａに減算入力され、加減算部５０Ａで加減算処理された電流指令値Ｉが伝達関数部５３及び伝達関数部４４に入力される。伝達関数部５３及び４４はいずれも伝達関数Ｋｔ・Ｇ（Ｋｔはモータのトルク定数、Ｇは減速ギア比）を有しており、伝達関数部５３はモータ及び減速ギアにより実際に発生するアシストトルクを示すブロックであり、伝達関数部４４は推定論理（ソフトウェア）で換算することを示すブロックである。

そして、伝達関数部５３で伝達関数Ｋｔ・Ｇを乗算されたアシストトルクＴＡがブロックＡ内の減算部５０Ｂに入力され、伝達関数部４４で伝達関数Ｋｔ・Ｇを乗算されたモータによる補助（アシスト）トルクＴｍ（＝Ｉ・Ｋｔ・Ｇ）が加算部４５Ｂに入力され、加算部４５Ｂで操舵トルクＴｈと加算処理されたトルク信号Ｔｈ＋Ｔｍは減算部４５Ｃに入力される。

ブロックＡは機構部を簡略的にモデル化した伝達関数ブロックであり、Ｊは慣性（＝モータ慣性とステアリング機構部の慣性を併せた等価慣性）、Ｆｒは摩擦トルクである。また、車両からの実ＳＡＴがブロックＡ内の減算部５０Ｂに減算入力され、ブロック５８からの角速度（コラム軸角速度）ω_Ａが摩擦演算部５４を介してＦｒ・ｓｉｇｎ（ω_Ａ）で減算部５０Ｂにフィードバックされ、減算部５０Ｂの減算処理結果である加速トルクＴＣがブロック５８に入力される。ブロック５８からの角速度ω_Ａは積分器５７で積分され、角度θとなる。角度θは図示しないレゾルバ等の角度検出部に入力され、検出された角度θが角速度算出部５６に入力され、角速度算出部５６で算出された角速度ωが角加速度算出部５５及びＳＡＴ推定手段４０内の摩擦演算部４１に入力され、角加速度算出部５５で角加速度ω^＊が算出される。角加速度ω^＊はＳＡＴ推定手段４０内の慣性演算部４７に入力される。

なお、ブロック５７はコラム軸角速度ω_Ａから角度θの伝達関数を示すものであり、コラム軸角速度ω_Ａを直接測定するのではなく、減速比Ｇの減速機を介して得られるモータの角度θを微分して角速度ωを求め、モータ角速度／減速比を求めると、これがコラム軸角速度となるが、実質的にはω_Ａ＝ωである。

一方、角速度算出部５６で算出された角速度ωが、ＳＡＴ推定手段４０内の摩擦演算部４１を介してＦｒ・ｓｉｇｎ（ω）で加算部４５Ａに入力され、角加速度算出部５５からの角加速度ω^＊が慣性演算部４７に入力され、慣性演算部４７の出力であるＪ・ω^＊が加算部４５Ａに入力され、加算部４５Ａで加算処理された演算値ｈ（＝Ｊ・ω^＊＋Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω））が減算部４５Ｃに減算入力される。減算部４５Ｃにおいて、トルク信号Ｔｈ＋Ｔｍから演算値ｈが減算処理され、その減算結果は、ドライバの操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみをフィードバックするためのＱフィルタ４２に入力され、Ｑフィルタ４２の出力であるＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊が、ドライバに車両の挙動と合った操舵トルクとなるように設定されているＳＡＴゲインＫｓを有するゲイン部４３に入力され、ゲイン部４３からのＳＡＴフィードバック補償値ＳＡＴ^＊ _ｆが加減算部５０Ａに減算入力される。

なお、ＳＡＴ推定手段４０は摩擦演算部４１、Ｑフィルタ４２、伝達関数部４４、慣性演算部４７等で構成されている。

このような本発明の前提となる図１の基本制御系において、ＳＡＴ推定手段４０及びゲイン部４３で演算されたＳＡＴフィードバック補償値ＳＡＴ^＊ _ｆは加減算部５０Ａに入力され、基本操舵トルクＴｈａ及び微分補償トルクＴｈｂの加算値から減算することによって電流指令値Ｉ、つまりアシストトルクＴＡを補正している。そして、ＳＡＴの変化量と操舵トルクＴｈの変化量の比率が比率Ｆになるようにゲイン部４３のＳＡＴゲインＫｓを調整するが、ＳＡＴゲインＫｓの調整によりアシスト量を補正する原理を以下に説明する。

先ず、上記数１に基づいて時点ｋにおける力の釣合式を表すと、下記数３になる。

ここで、Ｋｍはアシストマップ５９のアシストゲイン、Ｋｄはゲイン部５２に設定されているゲインである。

そして、時点（ｋ＋１）における力の釣合は、下記数４になる。

ここで、静的状態においては、ω^＊（ｋ＋１）＝ω^＊（ｋ）＝０、ω（ｋ＋１）＝ω（ｋ）＝０、ｄＴｈ／ｄｔ（ｋ＋１）＝ｄＴｈ／ｄｔ（ｋ）＝０であり、上記数４と数３の差を求めると、下記数５及び数６になる。

ここで、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴ＝ＳＡＴ（ｋ＋１）−ＳＡＴ（ｋ）、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の変化量ΔＳＡＴ^＊＝ＳＡＴ^＊（ｋ＋１）−ＳＡＴ^＊（ｋ）、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈ＝Ｔｈ（ｋ＋１）−Ｔｈ（ｋ）である。

そして、ΔＳＡＴ＝ΔＳＡＴ^＊とし、ΔＴｈ＝Ｆ・ΔＳＡＴとなる比率Ｆを定義すると、下記数７のようになる。

更に、両辺をＳＡＴの変化量ΔＳＡＴで除算することにより、下記数８が得られる。

そして、上記数８は、下記数９に整理することができる。

数９をＳＡＴゲインＫｓについて解くと、下記数１０になる。

上記数１０から、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈの比率Ｆが設定されると、既知のアシストゲインＫｍ、減速ギア比Ｇ及びトルク定数Ｋｔを入力することによりＳＡＴゲインＫｓを得ることができることが分かる。即ち、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴに対する操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈの比率Ｆに基づいて、ゲイン部４３のＳＡＴゲインＫｓを調整することができる。なお、アシストゲインＫｍはアシストマップ５９により事前に求めることができるが、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈに対する電流指令値Ｉの変化量から求めても良い。

図２は、下記数１１によりＳＡＴゲインＫｓを一定として、アシストゲインＫｍが変化する場合の比率Ｆ（＝ΔＴｈ／ΔＳＡＴ）の特性例を示しており、比率Ｆは一定でなく、アシストゲインＫｍが大きくなるほど比率Ｆが徐々に小さくなる特性を示している。

このように、車両の状態を表すＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈが特定の比率Ｆになるように設定し、比率Ｆに基づいてゲイン部４３のＳＡＴゲインＫｓを調整し、ＳＡＴゲインＫｓに基づいてＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊を補正し、その補正された補正値をＳＡＴフィードバック補償値ＳＡＴ^＊ _ｆとする。つまり、補正されたＳＡＴフィードバック補償ＳＡＴ^＊ _ｆをアシストトルクに付加（減算）することで、ドライバに操舵状況及び車両の挙動を、より感じさせるように操舵トルクＴｈを補正すると共に、適切な比率Ｆに基づいてアシストトルクを補正するので、安全な舵角方向への操舵を容易にさせることが可能となる。

上述した原理に基づいて、本発明の第１実施例を図３に示して説明する。また、図３は図１に示す基本制御系に対応しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

トルクセンサにより検出された操舵トルクＴｈがアシストゲイン演算部６１に入力され、操舵トルクＴｈに対応して予め演算されたアシストゲインＫｍ（アシストマップ５９の傾き）が伝達関数部（＝Ｋｔ・Ｇ）６４に入力され、伝達関数部６４で演算“Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ”を行って加算部６７Ｂに入力されると共に、定数部６５Ａの「１」が加算部６７Ｂに入力され、加算部６７Ｂで加算処理された信号“１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ”がＦ調整手段６０に入力される。

Ｆ調整手段６０では、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴに対する操舵トルク変化量ΔＴｈの比率Ｆ（＝ΔＴｈ／ΔＳＡＴ）が予め設定されており、加算部６７Ｂからの信号“１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ”と乗算処理し、その乗算処理結果“Ｆ（１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ）”を減算部６７Ａに加算入力し、定数部６５Ｂからの「１」を減算処理し、その減算結果“Ｆ（１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ）−１”を乗算部７０に入力する。そして、乗算部７０でＳＡＴ推定手段４０からのＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊と乗算され、その乗算結果“ＳＡＴ^＊・Ｆ（１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ）−１”が伝達関数部（＝１／（Ｋｔ・Ｇ））６６に入力されて乗算され、その乗算結果“ＳＡＴ^＊・｛Ｆ（１＋Ｋｍ・Ｋｔ・Ｇ）−１｝／（Ｋｔ・Ｇ）（＝ＳＡＴ・Ｋｓ）”がＳＡＴフィードバック補償値ＳＡＴ^＊ _ｆとして加減算部５０Ａに減算入力される。

本実施例によれば、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴに対する操舵トルク変化量ΔＴｈの比率Ｆが予め設定されており、比率Ｆになるようにアシストトルクを補正している。

次に、本発明の第２実施例を、図３（第１実施例）に対応させて図４に示して説明する。

本実施例では、車速センサで検出された車速ＶがＦ調整手段６０に入力されており、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと操舵トルクの変化量ΔＴｈとの比率Ｆが、車速Ｖに応じて設定されるようになっている。つまり、車速Ｖに応じて設定される比率Ｆを用いてアシストトルクを補正している。

このように車速Ｖに応じて比率Ｆを設定することにより、図５に示すように車速Ｖに応じた操舵トルクＴｈの大きさ、変化を達成できる例を示している。例えば操舵トルクＴｈが小さい（ハンドルが軽い）場合、車速Ｖの値によってはドライバが十分なＳＡＴを感じることができず、少しの操舵で車両がふらつくなどドライバに安心感を与えられないので、車速Ｖに応じた操舵感覚が十分に得られるように操舵トルクＴｈの大きさ及び変化を大きくするように比率Ｆを設定し、ＳＡＴゲインＫｓを調整する例を示している。つまり、舵角θとＳＡＴは、舵角θが小さい場合はほぼ一定の関係にあり、ＳＡＴと操舵トルクＴｈの関係も図５と同様であり、傾きが異なっているということは、比率Ｆが異なることを意味する。

また、図６は本発明の第３実施例を図４に対応させて示しており、Ｆ調整手段６０への入力を車速Ｖに代えて角速度ωとしている。即ち、角速度算出部５６で算出された角速度ωがＦ調整手段６０に入力され、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈとの比率Ｆを角速度ωに応じて設定するようになっている。本実施例によれば、角速度ωに応じて設定される比率Ｆを用いてアシストトルクを補正する。なお、本例では角速度ωを、舵角θを角速度算出部５６に入力して算出しているが、角速度検出センサを用いて検出するようにしても良い。

このように角速度ωに応じて比率Ｆを設定することにより、図７に示すように角速度ωに応じた操舵トルクＴｈの大きさ、変化を達成できる例を示している。例えば角速度ωに対して操舵トルクＴｈが小さい（軽く感じる）場合、角速度ωの大きさによっては、ドライバにグリップ感覚の不安を与えてしまう恐れがある。つまり、角速度ωが大きいほど、操舵トルクＴｈの変化を大きくするように比率Ｆを設定し、ＳＡＴゲインＫｓを調整する必要がある。

更に、本発明の第４実施例を図８に示して説明する。

第４実施例では、ＳＡＴ推定手段４０により推定されたＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊と角速度ωがＦ調整手段６０に入力されており、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊と角速度ωに応じて比率Ｆが設定されるようになっている。つまり、第４実施例では、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊と角速度ωに応じて設定される比率Ｆを用いてアシストトルクを補正する。

図９は、横すべり角βｆに対するＳＡＴの変化及びＳＡＴの変化率を示す特性例であり、ＳＡＴの変化は横すべり角βｆが小さいときはほぼ線形に増加するが、横すべり角βｆが大きくなるに従い傾きが緩くなり、ピークを過ぎてから緩やかに減少し、更にほぼ線形的に減少する。一方、横すべり角βｆに対するＳＡＴの変化率は、ＳＡＴの線形増加領域及び線形減少領域で一定となり、ＳＡＴのピーク領域で正から負への線形傾斜となる特性を示す。ここで、図１０は図８の第４実施例において、図９に示されるＳＡＴの特性に基づき、ＳＡＴの大きさに応じて比率Ｆを変更することにより、よりＳＡＴの変化を感じ易くする比率Ｆの設定例を示している。例えばドライバがＳＡＴの変化を容易に認識できるようにするため、舵角θの小さい領域では操舵トルクＴｈの立ち上がりを滑らかにし、比率Ｆを緩やかに大きくする。図示破線のように、一定としても良い。また、ＳＡＴが線形に上昇している舵角θの領域では、操舵トルクＴｈの変化をＳＡＴの変化と線形にするため、比率Ｆをほぼ一定にし、ＳＡＴが減少変化する舵角θの大きい領域ではＳＡＴの減少を分かり易くするために比率Ｆを大きくし、車両挙動の現象をドライバに判り易くする。このとき、舵角θが大きくなってＳＡＴが小さくなったのか、舵角θが小さくなってＳＡＴが小さくなったのかを判定するために、角速度情報を用いると良い。ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊と角速度ωが同符号のとき、比率Ｆを大きくする。

更に、本発明の第５実施例を図１１に示して説明する。

本実施例では切増し／切戻し判定手段８０及びＦ設定部６２を新たに付加しており、切増し／切戻し判定手段８０はハンドルの切増し及び切戻しを判定して判定信号ＤＳを出力する。そして、判定信号ＤＳがＦ設定部６２に入力されると共に、ＳＡＴ推定手段４０により推定されたＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊がＦ設定部６２に入力され、Ｆ設定部６２で設定された設定値ＡｄがＦ調整手段６０に入力されている。切増し／切戻し判定手段８０は、例えば特開２００６−２４８２５２号公報に示されるように、舵角θと角速度ωの符号が同一の場合に“切増し”と判定し、舵角θと角速度ωが異符号の場合に“切戻し”と判定し、２値（切増し／切戻し）の判定信号ＤＳを出力する。また、特開２００３−１７０８５６号公報に示されるように、操舵トルクＴｈの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに“切増し”と判定し、操舵トルクＴｈの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに“切戻し”と判定するようにしても良い。

次に、図１１の第５実施例の動作例を、図１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず切増し／切戻し判定手段８０からの判定信号ＤＳ及びＳＡＴ推定手段４０からのＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊がＦ設定部６２に入力され、Ｆ設定部６２はハンドルが“切増し”になっているか否かを判定し（ステップＳ１０）、“切増し”が判定されなかった場合はリターンとなる。一方、上記ステップＳ１０において“切増し”が判定された場合は、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の絶対値が減少しているか否かを判定し（ステップＳ１１）、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の絶対値が減少していない場合はリターンとなる。上記ステップＳ１１においてＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の絶対値の減少が判定された場合には、ＳＡＴの変化量ΔＳＡＴの絶対値｜ΔＳＡＴ｜と所定値αの大小を比較し（ステップＳ１２）、絶対値｜ΔＳＡＴ｜が所定値αより小さい場合には正の相関関係（例えばＳＡＴが減少していくとき、トルクも減少させる）となるように設定値Ａｄを設定する（ステップＳ１３）。また、絶対値｜ΔＳＡＴ｜が所定値α以上の場合には、負の相関関係（例えばＳＡＴが減少していくとき、トルクを増加させる）となるように設定値Ａｄを設定する（ステップＳ１４）。

このように、ハンドルの切増し時にＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の絶対値が増加しているとき、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈがＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと正相関になるようにアシストトルクを補正し、ハンドルの切戻し時にＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の絶対値が減少しているとき、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈがＳＡＴの変化量ΔＳＡＴと正相関になるようにアシストトルクを補正する。

ここで、Ｆ設定部６２は入力されたＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊及び切増し／切戻しの判定信号ＤＳに基づいて設定値Ａｄを定め、Ｆ調整手段６０はＦ設定部６２からの設定値Ａｄに応じて比率Ｆを設定する。以下、Ｆ設定部６２の設定値Ａｄによる比率Ｆの設定例を、図１３を参照して説明する。なお、図１３は例として、右切り（角度θが正の方向に大きくなる）のときにＳＡＴが正の方向に大きくなる場合を示しており、左切り（角度θが負の方向に大きくなる）ときは、図１３の原点を中心として１８０度回転した特性となる。

図１３（Ａ）の各線の傾きが設定値Ａｄとなっており、例えば図１３（Ｂ）及び（Ｃ）のような関係があるとき、つまり舵角θに対してＳＡＴが線形に増加し、かつ時間ｔに対して舵角θが増加→ピーク値→減少と変化するとき、舵角θとして緩やかに立ち上がるようなｓｉｎ波で入力すると、ＳＡＴもｓｉｎ波状に変化し、図１３（Ａ）に示すような変化量ΔＳＡＴと変化量ΔＴｈの関係となる。角速度ω＞０の切増し時にＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊が増加している場合、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈがＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の変化量ΔＳＡＴと正相関になるようにアシストトルクを補正し、角速度ω＜０の切戻し時にＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊が減少している場合、操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈがＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊の変化量ΔＳＡＴと正相関になるようにアシストトルクを補正する。例えば特性（ａ）及び（ｄ）については、０→ａ１→０→ｄ１→０となる。

また、車速Ｖによって設定値Ａｄを変えるようになっており、切増し時には車速Ｖが大きくなるに従って（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように変化させ、切戻し時には車速Ｖが大きくなるに従って（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）のように変化させる。（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のようにするのは、第２実施例で説明した理由による。また、（ａ）と（ｄ）の傾きが異なる理由は、切戻し時は外力（ＳＡＴ）による戻りの力があるため、トルクの変化を大きくすると戻される感じが大きくなってドライバが操舵し難くなり、ドライバの戻され感を低減するためには傾きを小さくする必要があるためである。

一方、ハンドルが切増しで且つ検出される変化量ΔＳＡＴの絶対値｜ΔＳＡＴ｜が減少している場合、つまり滑り始めの状態では、ＳＡＴ変化量ΔＳＡＴの絶対値｜ΔＳＡＴ｜と所定値αの大小を比較し、絶対値｜ΔＳＡＴ｜が所定値αより小さいときには正の相関関係になるように設定値Ａｄにより比率Ｆを設定する。また、絶対値｜ΔＳＡＴ｜が所定値α以上になった場合は、負の相関関係になるように図１３（Ａ）に示されるように、角速度ωに従って（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）になるように設定値Ａｄにより比率Ｆを設定する。なお、所定値αの範囲は、ドライバがハンドルを切増しするほど操舵トルクが軽く感じられるようにするものであり、所定値αを超えてＳＡＴが大きく減少すると、操舵トルクをタイヤのグリップが戻る方向、つまり切戻しの方向へ促すように操舵トルクを重くする。

このように、本実施例によれば、車両がコントロール出来なくなる前に、設定値Ａｄに基づいて比率Ｆが設定され、ＳＡＴゲインＫｓが調整され、操舵トルクＴｈが補正される。

更に本発明の第６実施例を、図１１に対応させて図１４に示して説明する。

本実施例のＦ設定部６２には、ＳＡＴ推定手段４０からＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊、切増し／切戻し判定手段８０からハンドルの切増し／切戻しの判定信号ＤＳ、角速度算出部５６から角速度ω、車速センサから車速Ｖがそれぞれ入力され、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊、切増し／切戻しの判定信号ＤＳ、角速度ω、車速Ｖに基づいて設定値ＡｄがＦ設定部６２で設定され、設定された設定値ＡｄがＦ調整手段６０に入力され、Ｆ調整手段６０で比率Ｆが設定される。以下に、Ｆ設定部６２の設定値ＡｄによりＦ調整手段６０の比率Ｆを設定する例を、図１３を参照して説明する。

図１３は図１４の第６実施例において、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊及び切増し／切戻しの判定信号ＤＳ、車速Ｖ及び角速度ωに応じて比率Ｆを設定することにより、ＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊及び判定信号ＤＳ、車速Ｖ及び角速度ωに応じた操舵トルクＴｈの大きさ及び変化を大きくするように、比率Ｆを求めることができることを示している。例えば図１３に示されるように（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）になるように、角速度ωに対応させて設定値Ａｄ（傾き）を調整して比率Ｆを設定する。なお、入力される車速Ｖが小さいときは所定値αを大きく、また、車速Ｖが大きいときは所定値αを小さくするように調整しても良い。これは、車速Ｖが大きいほど危険度が増すため、切増しを早めに抑制して安定方向に導きたいためである。同様に、角速度ωが大きいほど危険度が増すため、早めに切増しを抑制して安定方向に導きたいため、角速度ωに応じて所定値αを変化させると良い。

ここで、前述した図２２に示すように、ＳＡＴは横力がピークに達する手前で減少し始め、ハンドルを更に切増すことでＳＡＴの減少を助長し、不安定（コースアウト）になる。つまり図１３に示すように所定値α（ＳＡＴ＝０からのずれ）の範囲は、ＳＡＴの減少をドライバに認識し易くするための範囲である。また、所定値αの範囲を、ドライバがハンドルを切増しするほど操舵トルクが軽く感じられるようにする。更に、所定値αを超えてＳＡＴが大きく減少すると、操舵トルクをタイヤのグリップが戻る方向、つまり切戻しの方向へ促すように操舵トルクを重くする。

このように所定値αを設定することにより、車両が滑り始めの状況で、ドライバのハンドル切増し動作を制限することができるので、車両が不安定になることを抑制できると共に、ドライバが車両状況を認識し易くなるので、的確なハンドル操舵を促すことができる。

更に、本発明の第７実施例を図１５に示して説明する。

本実施例は、図３の第１実施例、図４の第２実施例、図６の第３実施例及び図８の第４実施例におけるアシスゲイン演算部６１を、電流指令値変化量算出手段６３及び除算部７１で構成した例である。加減算部５０Ａからの電流指令値Ｉが電流指令値変化量算出手段６３に入力され、電流指令値変化量算出手段６３により算出された電流指令値Ｉの変化量ΔＩが除算部７１に入力され、操舵トルク変化量算出手段６８により算出された操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈが除算部７１に入力され、除算部７１における除算結果（＝ΔＩ／ΔＴｈ）が伝達関数部（＝Ｋｔ・Ｇ）６４を介して加算部６７Ｂに入力される。電流指令値Ｉの変化量ΔＩと操舵トルクＴｈの変化量ΔＴｈの除算結果を、図３の第１実施例、図４の第２実施例、図６の第３実施例及び図８の第４実施例におけるアシストゲイン演算部６１の演算結果Ｋｍとして構成しているので、前記各実施例と同様な効果が得られる。

また、図１６に示すように、位相補償手段８１をＳＡＴ推定手段４０の後段に設けるか、或いは位相補償手段８０を伝達関数部６６の後段に設けるか、或いは位相補償手段８３をアシストゲイン演算部６１の後段に設け、ＳＡＴ推定手段４０による位相差を補償すると良い。これは、転舵輪が回転し、転舵輪に横スリップ角が生じても、横力或いはＳＡＴが発生するのには遅れがあるため、これを位相進み手段で補償し、ドライバに対して一層車両の挙動を予測し易くするためである。また、図１７に示すように、位相補償手段８０、又は８１、又は８３に位相進み補償として、過去値及び現在値から将来値を予測して出力するようにしても良い。

更に、外乱ノイズ（例えば路面からの高周波成分等、十数Ｈｚ以上のノイズ）を除去するためのフィルタ８２をアシストゲイン演算部６１の前段に設けるか、或いはフィルタ８３をアシストゲイン演算部６１の後段に設けることにより、路面からの外乱ノイズを減少させることができ、より安定した操舵感を得ることができる。

なお、図１３の特性では線形で示しているが、２次曲線のように変化しても良い。また、図３の伝達関数部６６は、数１０に従いＳＡＴゲインＫｓが乗算部７０に入力される前に設けても良く、ＳＴＡ推定手段４０からのＳＡＴ推定値ＳＡＴ^＊にＳＡＴゲインＫｓが乗算できる結果となれば良い。また、上述の各実施例ではモータ角速度ωを用いて説明したが、モータ角速度ωに代えて、コラム軸角速度ω_Ａやラック速度を用いることも可能である。

本発明の前提となる基本制御系を示すブロック図である。 アシストゲインと比率の関係を示す特性図である。 本発明の第１実施例を示すブロック図である。 本発明の第２実施例を示すブロック図である。 車速に応じて設定される特性図である。 本発明の第３実施例を示すブロック図である。 角速度に応じて設定される特性図である。 本発明の第４実施例を示すブロック図である。 ＳＡＴの変化とＳＡＴの変化率を示す特性図である。 ＳＡＴに基づいて操舵トルクを設定する特性図である。 本発明の第５実施例を示すブロック図である。 本発明（第５実施例）の動作例を示すフローチャートである。 ＳＡＴの変化量と操舵トルクの変化量に基づいて操舵トルクを調整する特性を示す図である。 本発明の第６実施例を示すブロック図である。 本発明の第７実施例を示すブロック図である。 本発明にかかる構成例を更に説明するブロック図である。 本発明に係る位相遅れ補償を行う例を示す特性図である。 従来のステアリング装置の構成例を示す図である。 従来のステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。 路面からステアリングまでに発生するトルクの様子を示す模式図である。 前輪に発生するＳＡＴを説明するための図である。 滑り角、ＳＡＴ、横力の関係を示す特性図である。 タイヤの向きと滑り角に発生する滑り領域を示す図である。 横力とトレール及び粘着領域の関係を示す図である。 粘着領域の変化を三角形の図形を用いて説明するための図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ コラム軸
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
４０ ＳＡＴ推定手段
４１、５４ 摩擦演算部
４２ Ｑフィルタ
４３、５２ ゲイン部
４４、５３、６４ 伝達関数部
５５ 角加速度算出部
５６ 角速度算出部
５９、６１ アシストマップ
６０ Ｆ調整手段
６２ Ｆ設定部
６３ 電流指令値変化量算出手段
６５Ａ、６５Ｂ 定数部
６８ 操舵トルク変化量算出手段
８０ 切増し／切戻し判定手段

Claims (13)

1. 操舵トルク及び車速に基づいて算出された電流指令値により操舵系にアシストトルクを付与するモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   ＳＡＴを推定するＳＡＴ推定手段と、
   前記アシストトルク及び前記操舵トルクの比であるアシストゲインを演算するアシストゲイン演算部と、
   前記ＳＡＴの変化量に対する前記操舵トルクの変化量の比率を設定するＦ調整手段とを具備し、
   前記アシストゲイン演算部で得られた前記アシストゲインと、前記Ｆ調整手段で設定された前記比率に基づいて、ＳＡＴゲインを求め、
   求めた前記ＳＡＴゲインに基づいて、前記ＳＡＴ推定手段で得られたＳＡＴ推定値を調整し、調整されたＳＡＴ推定値をＳＡＴフィードバック補償値とし、
   前記ＳＡＴフィードバック補償値により前記アシストトルクを補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記比率が前記車速に応じて設定されるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記比率が前記モータの角速度、又はコラム角速度若しくはラック速度に応じて設定されるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記比率が前記ＳＡＴ推定値と前記モータの角速度、又はコラム角速度若しくはラック速度とに応じて設定されるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記比率が前記ＳＡＴ推定値及びハンドルの切増し／切戻しの判定信号に応じて設定されるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記比率が、前記モータの角速度又はコラム角速度若しくはラック速度、前記車速、前記ＳＡＴ推定値及びハンドルの切増し／切戻しの判定信号に応じて設定されるようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記判定信号が切増しで、前記ＳＡＴ推定値の絶対値が減少で、かつ前記ＳＡＴの変化量の絶対値が所定値より小さいときに、前記操舵トルクの変化量が前記ＳＡＴの変化量と正相関になるように、前記比率を設定するようになっている請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
8. 前記判定信号が切増しで、前記ＳＡＴ推定値の絶対値が減少で、かつ前記ＳＡＴの変化量の絶対値が所定値以上のときに、前記操舵トルクの変化量が前記ＳＡＴの変化量と負相関になるように、前記比率を設定するようになっている請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
9. 前記所定値を前記車速又は前記モータ角速度若しくはコラム角速度、或いは前記車速及び前記モータ角速度若しくはコラム角速度で変えるようになっている請求項７又は８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
10. 前記アシストゲイン演算部は、
    前記電流指令値の変化量を算出する電流指令値変化量算出手段と、
    前記電流指令値の変化量を前記操舵トルクの変化量で除算することにより、前記アシストゲインを算出する除算部とで構成される請求項１乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
11. 前記ＳＡＴ推定手段の後段、又は前記アシストゲイン演算部の後段に位相補償手段が設けられている請求項１乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
12. 前記位相補償手段が現在値と過去値に基づいて将来の補償値を演算する位相進み補償手段である請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
13. 前記アシストゲイン演算部の後段又は前段に高周波ノイズ除去用フィルタが設けられている請求項１乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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