JP2004299492A - 自動車の電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置であって、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部１８と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部２０と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部２２と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を設定する目標操舵力演算手段３６と、操舵過渡初期の場合、操舵力特性モデルが有するばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する特性パラメータ補正手段と、を有する。
【選択図】 図４
【解決手段】本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置であって、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部１８と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部２０と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部２２と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を設定する目標操舵力演算手段３６と、操舵過渡初期の場合、操舵力特性モデルが有するばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する特性パラメータ補正手段と、を有する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に係わり、特に、電動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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば、特開平８−３３２９６４号公報等に示されているような、電動機の動力をステアリング系に作用させて操作力の低減を図るようにした電動パワーステアリング装置が使用されるようになってきている。この電動パワーステアリング装置は、操舵力検出手段を備え、この操舵力検出手段により運転者の操舵力（操舵トルク）を検出すると共に、同時に車速に基づき所定補正トルクを発生させるように電動機への駆動電流を制御し、運転者の操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動パワーステアリング装置を設計する場合、良好な操舵フィーリングと高い操安性能を得るためには、操舵角に対する操舵力の特性（以下「操舵力特性」という）を所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定する必要がある。
従来は、電動パワーステアリングを構成するトーションバーやパワーアシストなどの構成部品の特性をチューニング（作り込み）することにより、所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定していた。しかし、これら特性のチューニング（作り込み）には、高価なシステムや多くの工数が必要であった。
また、構成部品の特性ばらつきが原因で精度良く目標操舵力特性を設定することも難しいという状況がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、この課題を解決するために、特願２００２‐９５９７０号（２００２年３月２９日出願）を出願し、操舵力を操舵角の関数モデルとして表現した操舵力特性モデルを設定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標操舵力特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を向上させた自動車の電動パワーステアリング装置を提案した。
この操舵力特性モデルは、操舵角依存成分であるばね成分（Ｋｐ，Ｔｐ）、操舵角速度依存成分である粘性成分（Ｋｄ）及び摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）の各特性パラメータを有し、この特性パラメータの、実験的に算出されるようになっている。
この操舵力特性モデルは、後述する高車速且つほぼ直進状態であるセンターフィール感応域の全ての操舵状態に適用され、さらに、単一の関数モデルであり且つ各特性パラメータも固定値となっている。
【０００５】
一方、センターフィール感応域において、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期、その後ハンドルを操舵し続ける連続操舵状態、旋回中にハンドル保舵する旋回保舵状態が存在するが、操舵過渡初期と他の操舵状態では、理想的な操舵力特性が大きく異なっている。そのため、本発明者らは、操舵力特性モデルにおいて、操舵中（連続操舵状態及び旋回保舵状態）の操舵フィーリングを満足させようとして操舵力特性モデル（各特性パラメータ値）を設定すると、操舵過渡初期の操舵フィーリングが悪くなると新規な課題を見出したのである。
このように、センターフィール感応域内で、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において、理想的な操舵フィーリングを得ると言う課題を解決することが要望されている。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の第１発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する特性パラメータ補正手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明の第１発明によれば、第２制御部において、目標操舵力演算手段が操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定し、操舵過渡初期判定手段がドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であると判定した場合には、特性パラメータ補正手段が操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
さらに、本発明の第１発明によれば、操舵過渡初期以外の操舵状態においては、その理想的な操舵フィーリングに合うよう操舵力特性モデル（各特性パラメータ）が設定されている。一方、操舵過渡初期には、特性パラメータ補正手段が、操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなるので、操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングを得ることができる。その結果、本発明の第１発明によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【０００９】
次に、本発明の第２発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、操舵力特性モデルが有する特性パラメータの値を別の値に変更する特性パラメータ変更手段と、を有することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明の第２発明においては、第２制御部において、目標操舵力演算手段が操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定し、操舵過渡初期判定手段がドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定し、操舵過渡初期であると判定された場合、特性パラメータ変更手段が操舵力特性モデルが有する特性パラメータの値を操舵過渡初期以外の理想的な操舵フィーリングに適合する値から操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに適合する値に変更するので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００１１】
本発明の第２発明において、好ましくは、操舵力特性モデルの特性パラメータの値及び別の値は、直進安定性及びライントレース性に関する各指標を重み付けすることにより事前に導出されており、この重み付けは、操舵過渡初期では直進安定性の指標が重視され、操舵過渡初期以外の操舵状態ではライントレース性が指標が重視される。
【００１２】
本発明の第３発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、を有し、目標操舵力演算手段は、操舵力特性モデルとして操舵過渡初期に適用される第１操舵力特性モデル及び操舵過渡初期以外の操舵状態に適用される第２操舵特性モデルを有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明の第３発明においても、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される自動車の電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。この図１に示すように、自動車の電動パワーステアリング装置１は、ハンドル（ステアリングホィール）２を備え、このハンドル２は、ステアリングシャフト４の上端に連結されており、ハンドル２を操作する操舵力がスタアリングシャフト４に伝達されるようになっている。このステアリングシャフト４の下端部には自在継手を介して中間シャフト６の上端が連結され、この中間シャフト６の下端には、ステアリングギヤボックス８が設けられている。このステアリングギヤボックス８の両側にはタイロッド１０が連結されており、これらの各タイロッド１０にはタイヤ（車輪）１２が取り付けられている。
【００１５】
ここで、ステアリングギヤボックス８の内部には、ラック・ピニオン機構（図示せず）が設けられており、このピニオンには、中間シャフト６の下端が連結されている。一方、ラックの両端部には上述したようにタイロッド１０を介してタイヤ１２が連結されている。
ステアリングギヤボックス８には、減速ギヤ（図示せず）を介してピニオン側に力を付与する電動モータ１４が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト６の間にはトルクセンサ（図示せず）が配置されている。このトルクセンサは、中間シャフト６に作用している操舵トルク（実操舵力）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１４及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット１６に接続されている。
この制御ユニット１６は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）、第２制御部（センターフィール補償制御部）、及び、モータ電流制御部から構成されており、トルクセンサの検出値（実操舵力）及び車速等に基づき、トルクセンサの検出値が小さくなるようにすると共に目標操舵力特性を実現するように、電動モータ１４が制御されるようになっている。
【００１６】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の電動パワーステアリング装置に適用される操舵力特性モデルを説明する。
先ず、操舵力特性モデルは、高車速且つほぼ直進状態の走行時に適用可能である。ここで、高車速とは、約８０ｋｍ／ｈ〜約１３０ｋｍ／ｈ程度の速度であり、ほぼ直進状態とは、ハンドルをゆっくりと操作する状態、具体的には、０．２Ｈｚの正弦波でハンドルを操作し横向加速度（横Ｇ）が０．２Ｇ以下となるような操舵状態を想定している。
【００１７】
このような高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む非線形の関数で表される）、粘性成分（操舵角速度に比例する）、摩擦成分（操舵角速度を含む非線形関数で表される）とに分解することにより、実際の操舵力特性を精度良く表現できる操舵力特性モデル（操舵力を操舵角の関数モデルとして表現したもの）を設定した。
【００１８】
次に、図２及び図３により、操舵力特性モデルの内容を詳細に説明する。図２は、操舵力特性モデルを示す図であり、図３は、この操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
操舵力特性モデルは、図２に示すように、ばね成分、粘性成分、及び、摩擦成分からなるモデルである。なお、本発明は、高速直進走行時の操舵力特性を対象したものであるため、ハンドルは、上述したようにゆっくりと操舵される（０．２Ｈｚの正弦波）ため、慣性成分は含まないモデルとなっている。
【００１９】
ばね成分は、以下の式（数１）に示す指数関数として設定する。この式（数１）において、θは操舵角であり、Ｋｐ及びＴｐは、ばね成分の特性パラメータである。ばね成分は、基本的には、操舵角にほぼ比例するが、所定の操舵角以上となると飽和状態となるため、特性パラメータＫｐはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｐは、指数関数の時定数を示している。このように、ばね成分を示す式（数１）は、非線形関数となっている。
このように、ばね成分は、操舵角を含む非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】
【００２０】
粘性成分は、操舵角速度に比例した力であり、以下の式（数２）により示されている。この式（数２）において、Ｋｄは、粘性成分の特性パタメータである。このように粘性成分は、操舵角速度に比例するものとして定義される。
【数２】
【００２１】
摩擦成分は、操舵角速度が小さいときは操舵角速度にほぼ比例した力であり、操舵角速度が大きくなると一定の大きさの摩擦力（飽和状態）となる。この摩擦成分は、以下の式（数３）に示す指数関数として設定する。この式（数３）において、Ｋｆ及びＴｆが摩擦成分の特性パラメータである。特性パラメータＫｆはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｆは、指数関数の時定数を示している。このように、摩擦成分を示す式（数３）は、非線形関数となっている。
このように、摩擦成分は、操舵角速度を含む非線形関数として定義される。
【数３】
【００２２】
このようにして、操舵力特性モデルにおいて、ばね成分、粘性成分、摩擦成分が設定され、操舵力（操舵トルク）はこれらの各成分の合計値として設定される。即ち、操舵力特性モデルは、以下の式となる。
【数４】
【００２３】
次に、図４乃至図９を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第１実施形態を説明する。図４は第１実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図５は操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図であり、図６は第１実施形態における操舵過渡初期判定値よる特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆの補正を示す線図であり、図７は第１実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップであり、図８は第１実施形態による制御内容を示すフローチャートであり、図９は第１実施形態における操舵過渡初期の操舵力特性（Ａ）及び過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）の操舵力特性（Ｂ）を示す線図である。
【００２４】
先ず、図４により、制御ユニットの構成を説明する。制御ユニット１６は、第１制御部１８、第２制御部２０、及び、モータ電流制御部２２から構成されている。
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト又は中間シャフトに作用している実操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ２４、横方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ２６、車速を検出する車速センサ２８、操舵角を検出する操舵角センサ３０を備えており、これらの各センサの出力値が制御ユニット１６に入力されるようになっている。
【００２５】
第１制御部１８は、通常のアシスト制御を行なう制御部であり、トルクセンサ２４の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を軽減する方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１４を制御するための制御部である。この第１制御部１８には、トルクセンサ２４からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ３４によりノイズがカットされて（Ｔｓ１）となり、制御ゲインＫ１により基準目標電流Ｉ０ が演算されるようになっている。ここで、この制御ゲインＫ１は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図７参照）。
【００２６】
第２制御部２０は、センターフィール補償制御部であり、高車速（８０ｋｍ／ｈ以上）且つほぼ直進状態（例えば、０．２Ｈｚの正弦波で横Ｇが０．２Ｇ以下）の走行時（以下、「センターフィール感応域」と呼ぶ）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１４を制御するための制御部である。
第２制御部２０は、目標操舵力演算部３６を有し、この目標操舵力演算部３６には、操舵角センサ３０から操舵角の値が入力される。目標操舵力演算部３６は、この操舵角の値及び上述した式（数４）により表現された操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力（ｆ（θ））を算出するようになっている。
第２制御部２０は、ローパスフィルタであるフィルタ３８を有し、このフィルタ３８により、センターフィール感応域に対応した帯域（例えば、０．２Ｈｚを含む帯域）のトルクセンサ２４のトルクセンサ値（Ｔｓ２）のみを入手できるようになっている。
【００２７】
第２制御部２０は、さらに、操舵過渡初期判定部４０を備えている。この操舵過渡初期判定部４０は、以下の判定機能を有する。即ち、ドライバがハンドルを操舵する場合、直進保舵から操舵した状態（直進保舵→操舵）である操舵過渡初期、その後ハンドルを操舵し続ける操舵状態（連続操舵）、旋回中に保舵する状態（旋回保舵）に移行する。この操舵過渡初期を判定するために、操舵過渡初期判定部４０は、操舵過渡初期判定値δを使用し、この操舵過渡初期判定値δは、操舵情報（操舵角θ，操舵速度θ’，操舵加速度θ’’）を入力とした関数ｆ（θ，θ’，θ’’）から算出される。
図５に示すように、操舵過渡初期判定値δは、操舵過渡初期が（＋）の値、連続操舵が（−）の値、旋回保舵が（０）となる。
【００２８】
第１実施形態において、操舵過渡初期判定部４０が操舵過渡初期であると判定した場合、図６に示すように、上述した操舵力特性モデルの特性パラメータの内、操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する。
また、図６において、αはばね成分（Ｔｐ）の補正係数、βは摩擦成分（Ｋｆ）の補正係数、γは摩擦成分（Ｔｆ）の補正係数である。
【００２９】
このように、第１実施形態では、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０により、センターフィール感応域において、操舵過渡初期判定値δを用いて操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合、即ち、操舵過渡初期判定値δが（＋）の値の場合には、図６に示すように、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、他の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）に比べて、図９の操舵力特性Ａとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなり、操舵過渡初期に合う理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
また、操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）、即ち、操舵過渡初期判定値δが（−）の値の場合には、図６に示すように、操舵力特性モデルの各特性パラメータの値はそのままであり補正は行われない。この操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）では、図９の操舵力特性Ｂとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが多少抑えられ、操舵過渡初期以外に合う理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００３０】
次に、目標操舵力演算部３６で算出された目標操舵力ｆ（θ）とフィルタ処理されたトルクセンサ値である実操舵力（Ｔｓ２）との偏差が制御ゲインＫ３により物理量変換される。ここで、この制御ゲインＫ３は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図７参照）。
【００３１】
次に、第１制御部２０から出力された基準目標電流Ｉ０ と補償電流Ｉｆ とが加算され、目標電流Ｉが算出される。具体的には、符号を、操舵力（実操舵力）を減少させるためにアシスト力を増大する場合には（＋）、操舵力（実操舵力）を増大させるためにアシスト力を減少させる場合には（−）としているため、基準目標電流Ｉ０ に対して補償電流Ｉｆ を減算する演算が行なわれる。
【００３２】
モータ電流制御部２２は、電動モータ１４に供給される電流が目標電流Ｉとなるようにするためのフィードバック制御を行なうための制御部である。このため、モータ電流制御部２２は、制御ゲインＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部４２、モータ特性補償部４４を有している。
このようにして演算されて電動モータ１４に供給される目標電流Ｉは、以下の式（数５）により表される。
【数５】
ここで、式（数５）において、（Ｉ）は目標電流、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲイン、（ｆ（θ））は式（数４）により表現された操舵力特性モデル出力、（Ｔｓ２）はフィルタ３８によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ３）は第２制御部の制御ゲインである。
【００３３】
次に図７により、第１制御部及び第２制御部の比例ゲインの補正マップである。図７に示された補正マップは、センターフィール感応域、遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、非センターフィール感応域の４つの領域を有し、それぞれの領域において、制御ゲインＫ１（Ｋ１＝Ｋ１＊β），Ｋ３（Ｋ３＝Ｋ３＊α）の値が補正されるようになっている。ここで、α及びβは補正係数であり、０〜１の範囲で変化する。
先ず、センタフィール感応域においては、補正係数は、α＝１、β＝０と設定される。このため、第１制御部の制御ゲインＫ１は０となり、第１制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第２制御部の制御ゲインＫ３はそのまま使用されるので、第２制御部２０により、上述した操舵力特性モデルに基づいて予め設定された目標操舵力が発生するように、補償電流Ｉｆ が設定される。この結果、センターフィール感応域においては、所望の操舵力特性が得られ、操安性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３４】
次に、非センターフィール感応域においては、補正係数は、α＝０、β＝１と設定される。このため、第２制御部の制御ゲインＫ３は０となり、第２制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第１制御部の制御ゲインＫ１はそのまま使用されるので、第１制御部１８により、トルクセンサ値が小さくなるように基準目標電流Ｉ０ が設定される。この結果、非センターフィール感応域においては、通常のアシスト制御が行なわれ、ステアリングの取り回し性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３５】
次に、遷移領域Ｉは、自動車の走行状態が非センターフィール領域からセンターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域Ｉにおいて、補正係数αは、０→１に変化し、補正係数βは、１→０に変化する。
また、遷移領域ＩＩは、自動車の走行状態がセンターフィール領域から非センターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域ＩＩにおいて、補正係数αは、１→０に変化し、補正係数βは、０→１に変化する。
これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ においては、第１制御部において補正された制御ゲインＫ１に基づき基準目標電流Ｉ０ が設定され、第２制御部において補正された制御ゲインＫ３に基づき補償電流Ｉｆ が設定され、これらの電流が加算され、目標電流Ｉが算出される。この結果、これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ においては、通常のアシスト制御を行なうと共に併せて目標操舵力を得ることができ、これにより、操安性能が向上する。また、自動車の走行状態が、非センターフィール領域とセンターフィール感応域との間を移行する場合には、その移行方向により、異なる遷移領域を適用するようにしているので、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３６】
次に、図８により、本実施形態による制御フローを説明する。ここで、図８においては、センターフィール感応域は、図７に示された「センターフィール感応域」、「遷移領域Ｉ」及び「遷移領域ＩＩ」の３つの領域を含む広義の意味で用いられている。なお、図８における「Ｓ」は、各ステップを示している。
この制御フローにおいては、先ず、Ｓ１において、各センサ値を入力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２６、車速センサ２８、操舵角センサ３０からの各出力値である。次に、Ｓ２において、操舵過渡初期判定値δを算出する。さらに、Ｓ３において、自動車の走行状態が、図７に示された車速及び横Ｇの値に基づき、センターフィール感応域か否かを判定する。
【００３７】
センターフィール感応域でなければ、図７に示す非センターフィール感応域であるため、この場合には、Ｓ４に進み、補償電流をＩｆ ＝０と設定し、これにより第２制御部による電動モータの電流制御を禁止する。
センターフィール感応域の場合には、Ｓ５に進み、操舵過渡初期判定値δの値に応じて、上述した操舵力特性モデルの特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆを補正する。具体的には、操舵過渡初期判定値δが（＋）の値の場合には、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する。
【００３８】
次に、Ｓ６に進み、第２制御部で目標操舵力ｆ（θ）を演算し、Ｓ７で、補償電流Ｉｆ（＝（ｆ（θ）‐Ｔｓ２）＊Ｋ３）を演算し、さらに、Ｓ８で、第１制御部の制御ゲインＫ１を図７（図７の遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、センターフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づいて減少補正する。さらに、Ｓ９に進み、第１制御部における基準目標電流がＩ０ ＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインである。
次に、Ｓ１０に進み、目標電流をＩ＝Ｉ０ −Ｉｆ と設定する。さらに、Ｓ１１に進み、この目標電流Ｉを電動モータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態においては、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０により、センターフィール感応域において、操舵過渡初期判定値δを用いて操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期の場合には、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正しているので、操舵過渡初期の操舵フィーリングは、図９の操舵力特性Ａとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなり、操舵過渡初期に合う理想的な操舵フィーリングとなる。
また、操舵過渡初期でない場合（連続操舵及び旋回保舵）には、操舵力特性モデルの各特性パラメータの補正は行わないので、操舵フィーリングは、図９の操舵力特性Ｂとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが多少抑えられ、操舵過渡初期以外に合う理想的な操舵フィーリングとなる。
このように、第１実施形態によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００４０】
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第２実施形態を説明する。図１０は第２実施形態による操舵過渡初期判定値に応じた操舵力特性モデルの特性パラメータの値の変更を示す線図であり、図１１は第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図であり、図１２は第２実施形態による制御内容を示すフローチャートである。以下、第２実施形態の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４１】
第２実施形態の制御ユニットは、図４に示す第１実施形態のものと同じである。ただし、第２実施実施形態では、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０が、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、上述した操舵力特性特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を別の値に変更するようにしている。
即ち、第２実施形態では、操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに合う特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１と、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の理想的な操舵フィーリングに合う特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を事前に設定しておき、操舵過渡初期と判定された場合には特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１を使用し、それ以外の操舵状態ではＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を使用するようにしている。
こららの特性パラメータの値は、図１０に示すように、操舵過渡初期判定値δの値により、変更されるようになっている。
【００４２】
次に、図１１により、操舵力特性モデルにおける２種類の特性パラメータの値の導出方法を説明する。操舵力特性モデルの特性パラメータ値は、操舵フィーリングを客観的に表す指標から導出することができる。操舵フィーリングは、「直進安定性」と「ライントレース性」に分けられ、さらに、これらの「直進安定性」と「ライントレース性」の各々は、操舵力のフィールに関する指標と、車両応答のフィールに関する指標を有する。ここで、「直進安定性」の操舵力のフィールに関する指標をｇ１（θ，Ｆ）、車両応答のフィールに関する指標をｈ１（θ，φ）、「ライントレース性」の操舵力のフィールに関する指標をｇ２（θ，Ｆ）、車両応答のフィールに関する指標をｈ２（θ，φ）とする。ここで、θは操舵角、Ｆは操舵力、φはヨーレートである。
これらの指標ｇ１及びｈ１は、具体的には、以下の式（数６）及び式（数７）により表される。
【数６】
【数７】
ここで、式（数６）及び式（数７）において、ｆ‐ １は操舵力特性モデル（数４）の逆関数であり、Ｆ１ ，φ１ ，ａ，ｂ，ｃは、任意の定数である。
【００４３】
次に、図１１において、操舵力特性モデルは上述した式（数４）に示す関数モデルであり、車両モデルは自動車の車種毎に設定される物理的または数学的モデルであり、その車種固有の車両応答特性を有する。この操舵力特性と車両応答特性を、固有のものから理想的な特性とするために必要な操舵力特性モデルの特性パラメータを、上述した指標を用いて導出する。先ず、操舵力特性モデルおよび車両モデルに基準となる操舵角入力パターン（操舵過渡初期とそれ以外）を入力し、各モデルから各々予想される操舵力およびヨーレートが出力される。次に、その入出力から、操舵力および車両応答のフィールに関する指標の予測値（ｇ１ｐｒｅ，ｇ２ｐｒｅ，ｈ１ｐｒｅ，ｈ２ｐｒｅ）を算出する。
【００４４】
次に、各指標の理想値（ｇ１ｔｇｔ，ｇ２ｔｇｔ，ｈ１ｔｇｔｅ，ｈ２ｔｇｔ）と上述した各指標の予想値との誤差総和を算出する。ここで、「直進安定性」の各指標には重み付け係数ｗ１が掛けられ、「ライントレース性」の各指標には重み付け係数ｗ２が掛けられている。なお、これらの理想指標値には、図９で示した操舵力特性Ａ，Ｂと同様なものが得られるような値が設定されている。
【００４５】
ここで、操舵過渡初期では、「直進安定性」を重視する必要があり、一方、それ以外の操舵状態（連続操舵，旋回保舵）では、「ライントレース性」を重視する必要がある。
このため、操舵過渡初期用の特性パラメータ値を算出する場合には、操舵過渡初期の理想指標値と予測指標値との誤差総和を演算するとき、重み付け係数をｗ１＞ｗ２と設定し、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）用の特性パラメータの値を算出する場合には、重み付け係数をｗ１＜ｗ２と設定する。
このようにして演算した誤差総和が許容値より大きい場合には、ＮＧとして、再度、特性パラメータ値を調整して、各指標の新たな予測値を算出し、同様な演算を繰り返して行う。
誤差総和が許容値より小さくなった場合には、そのときの予測指標値を算出するために入力した特性パラメータ値を、求める特性パラメータ値として採用する。
このようにして、操舵過渡初期用の特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１と、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）用の特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を導出する。
【００４６】
次に、第２実施形態における制御内容は、図１２に示すように、ステップＳ２５において、操舵初期過渡判定値δに応じて操舵力特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を変更する。具体的には、上述したように、操舵過渡初期の場合には、特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１を使用し、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の場合には、特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を使用する。図１２における他のステップは、図８に示す第１実施形態の制御内容と同じである。
【００４７】
以上説明したように、第２実施形態によれば、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、操舵力特性特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を操舵過渡初期以外の理想的な操舵フィーリングに適合する値から操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに適合する値に変更するので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００４８】
次に、図１３乃至図１６により、本発明の第３実施形態を説明する。図１３は第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図１４は操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルを示す図であり、図１５は第３実施形態における操舵過渡初期判定値に応じた制御ゲインＫ４，Ｋ５の補正を示す線図であり、図１６は第３実施形態による制御内容を示すフローチャートである。以下、第３実施形態の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４９】
図１３に示すように、第２制御部２０は、操舵過渡初期に適用される目標操舵力を演算する第１目標操舵力演算部３５と、操舵過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）に適用される目標操舵力を演算する第２目標操舵力演算部３６を備えている。第１目標操舵力演算部３５は、図１４に示すばね成分のみからなる操舵力特性モデルを使用し、この操舵力特性モデルは、以下の式（数８）に示す関数モデルである。
【数８】
式（数８）において、θは操舵角、トルク（Ｔｏｒｑｕｅ）は操舵力、Ｋｐｐ，Ｔｐｐは操舵角依存のばね成分の特性パラメータである。
【００５０】
また、第２目標操舵力演算部３６は、上述した第１実施形態と同様な式（数４）で示されたばね成分、粘性成分、摩擦成分からなる操舵力特性モデルを使用する。
何れの操舵力特性モデル（数８又は数４）を使用をした場合でも、これらの数式に、操舵角センサ値を入力し、目標操舵力を演算し、これに制御ゲインＫ４又はＫ５をかけて加算し、この加算値とフィルタ処理されたトルクセンサ値（Ｔｓ２）の偏差を付与すべき操舵反力としている。
次に操舵反力を制御ゲインＫ３により物理量変換して補償電流値Ｉｆとし、基準目標電流Ｉ０ から減算して、電動モータ１４の目標電流値Ｉとしている。
【００５１】
ここで、第３実施形態では、図１５に示すように、操舵過渡初期判定値δにより、制御ゲインＫ４，Ｋ５が変更されるようになっている。即ち、操舵過渡初期（δはプラス）では、制御ゲインＫ４＝１及び制御ゲインＫ５＝０と設定され、その結果、第１目標操舵力演算部３５により式（数８）に示す操舵力特性モデルから演算された目標操舵力が使用され、一方、操舵過渡期以外（δはマイナス及びゼロ）では、制御ゲインＫ５＝１及び制御ゲインＫ４＝０と設定され、その結果、第２目標操舵力演算部３６により式（数４）に示す操舵力特性モデルから演算された目標操舵力が使用される。
【００５２】
第３実施形態において、上述した操舵過渡初期用の操舵力特性モデル（数８参照）及び操舵過渡初期以外の操舵状態用の操舵力特性モデル（数４参照）は、それぞれ、第１実施形態における図９に示した操舵フィールＡ，Ｂと同様な操舵力特性を得られるように設定されている。
【００５３】
次に、図１６に示すように、第３実施形態における制御内容は、ステップＳ４５において、操舵初期過渡判定値δに応じて制御ゲインＫ４とＫ５の値を変更する。具体的には、上述したように、操舵過渡初期（δはプラス）では、制御ゲインＫ４＝１及び制御ゲインＫ５＝０と設定し、一方、操舵過渡期以外（δはマイナス及びゼロ）では、制御ゲインＫ５＝１及び制御ゲインＫ４＝０と設定する。
その後、Ｓ４６において、操舵過渡初期では、第１目標操舵力演算部３５により式（数８）に示す操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を演算し、一方、操舵過渡期以外では、第２目標操舵力演算部３６により式（数４）に示す操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を演算する。
図１６における他のステップは、図８に示す第１実施形態の制御内容と同じである。
【００５４】
以上説明したように、第３実施形態によれば、操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルと、操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）に適用される操舵力特性モデルという２種類のモデルを準備し、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、操舵過渡初期用の操舵力特性モデルにより目標操舵力を算出し、操舵過渡初期以外ではそれ用の操舵力特性モデルにより目標操舵力を算出しているので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自動車の電動パワーステアリング装置によれば、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。
【図２】操舵力特性モデルを示す図である。
【図３】操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【図５】操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図である。
【図６】本発明の第１実施形態における操舵過渡初期判定値よる特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆの補正を示す線図である。
【図７】本発明の第１実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップである。
【図８】本発明の第１実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１実施形態による操舵力特性における操舵過渡初期の操舵フィーリング（Ａ）及び過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）の操舵フィーリング（Ｂ）を示す線図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による操舵過渡初期判定値に応じた操舵力特性モデルの特性パラメータの値の変更を示す線図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルを示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態における操舵過渡初期判定値に応じた制御ゲインＫ４，Ｋ５の補正を示す線図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ハンドル
４ ステアリングシャフト
６ 中間シャフト
１２ タイヤ
１４ 電動モータ
１６ 制御ユニット
１８ 第１制御部
２０ 第２制御部
２２ モータ電流制御部
２４ トルクセンサ
２６ 横Ｇセンサ
２８ 車速センサ
３０ 操舵角センサ
３４，３８ フィルタ
３５ 第１目標操舵力演算部
３６ 目標操舵力演算部（第２目標操舵力演算部）
４０ 操舵過渡初期判定部
４２ ＰＩ制御部
４４ モータ特性補償部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に係わり、特に、電動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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば、特開平８−３３２９６４号公報等に示されているような、電動機の動力をステアリング系に作用させて操作力の低減を図るようにした電動パワーステアリング装置が使用されるようになってきている。この電動パワーステアリング装置は、操舵力検出手段を備え、この操舵力検出手段により運転者の操舵力（操舵トルク）を検出すると共に、同時に車速に基づき所定補正トルクを発生させるように電動機への駆動電流を制御し、運転者の操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動パワーステアリング装置を設計する場合、良好な操舵フィーリングと高い操安性能を得るためには、操舵角に対する操舵力の特性（以下「操舵力特性」という）を所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定する必要がある。
従来は、電動パワーステアリングを構成するトーションバーやパワーアシストなどの構成部品の特性をチューニング（作り込み）することにより、所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定していた。しかし、これら特性のチューニング（作り込み）には、高価なシステムや多くの工数が必要であった。
また、構成部品の特性ばらつきが原因で精度良く目標操舵力特性を設定することも難しいという状況がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、この課題を解決するために、特願２００２‐９５９７０号（２００２年３月２９日出願）を出願し、操舵力を操舵角の関数モデルとして表現した操舵力特性モデルを設定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標操舵力特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を向上させた自動車の電動パワーステアリング装置を提案した。
この操舵力特性モデルは、操舵角依存成分であるばね成分（Ｋｐ，Ｔｐ）、操舵角速度依存成分である粘性成分（Ｋｄ）及び摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）の各特性パラメータを有し、この特性パラメータの、実験的に算出されるようになっている。
この操舵力特性モデルは、後述する高車速且つほぼ直進状態であるセンターフィール感応域の全ての操舵状態に適用され、さらに、単一の関数モデルであり且つ各特性パラメータも固定値となっている。
【０００５】
一方、センターフィール感応域において、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期、その後ハンドルを操舵し続ける連続操舵状態、旋回中にハンドル保舵する旋回保舵状態が存在するが、操舵過渡初期と他の操舵状態では、理想的な操舵力特性が大きく異なっている。そのため、本発明者らは、操舵力特性モデルにおいて、操舵中（連続操舵状態及び旋回保舵状態）の操舵フィーリングを満足させようとして操舵力特性モデル（各特性パラメータ値）を設定すると、操舵過渡初期の操舵フィーリングが悪くなると新規な課題を見出したのである。
このように、センターフィール感応域内で、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において、理想的な操舵フィーリングを得ると言う課題を解決することが要望されている。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の第１発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する特性パラメータ補正手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明の第１発明によれば、第２制御部において、目標操舵力演算手段が操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定し、操舵過渡初期判定手段がドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であると判定した場合には、特性パラメータ補正手段が操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
さらに、本発明の第１発明によれば、操舵過渡初期以外の操舵状態においては、その理想的な操舵フィーリングに合うよう操舵力特性モデル（各特性パラメータ）が設定されている。一方、操舵過渡初期には、特性パラメータ補正手段が、操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなるので、操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングを得ることができる。その結果、本発明の第１発明によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【０００９】
次に、本発明の第２発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、操舵力特性モデルが有する特性パラメータの値を別の値に変更する特性パラメータ変更手段と、を有することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明の第２発明においては、第２制御部において、目標操舵力演算手段が操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定し、操舵過渡初期判定手段がドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定し、操舵過渡初期であると判定された場合、特性パラメータ変更手段が操舵力特性モデルが有する特性パラメータの値を操舵過渡初期以外の理想的な操舵フィーリングに適合する値から操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに適合する値に変更するので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００１１】
本発明の第２発明において、好ましくは、操舵力特性モデルの特性パラメータの値及び別の値は、直進安定性及びライントレース性に関する各指標を重み付けすることにより事前に導出されており、この重み付けは、操舵過渡初期では直進安定性の指標が重視され、操舵過渡初期以外の操舵状態ではライントレース性が指標が重視される。
【００１２】
本発明の第３発明は、電動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、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第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電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、を有し、目標操舵力演算手段は、操舵力特性モデルとして操舵過渡初期に適用される第１操舵力特性モデル及び操舵過渡初期以外の操舵状態に適用される第２操舵特性モデルを有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明の第３発明においても、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される自動車の電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。この図１に示すように、自動車の電動パワーステアリング装置１は、ハンドル（ステアリングホィール）２を備え、このハンドル２は、ステアリングシャフト４の上端に連結されており、ハンドル２を操作する操舵力がスタアリングシャフト４に伝達されるようになっている。このステアリングシャフト４の下端部には自在継手を介して中間シャフト６の上端が連結され、この中間シャフト６の下端には、ステアリングギヤボックス８が設けられている。このステアリングギヤボックス８の両側にはタイロッド１０が連結されており、これらの各タイロッド１０にはタイヤ（車輪）１２が取り付けられている。
【００１５】
ここで、ステアリングギヤボックス８の内部には、ラック・ピニオン機構（図示せず）が設けられており、このピニオンには、中間シャフト６の下端が連結されている。一方、ラックの両端部には上述したようにタイロッド１０を介してタイヤ１２が連結されている。
ステアリングギヤボックス８には、減速ギヤ（図示せず）を介してピニオン側に力を付与する電動モータ１４が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト６の間にはトルクセンサ（図示せず）が配置されている。このトルクセンサは、中間シャフト６に作用している操舵トルク（実操舵力）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１４及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット１６に接続されている。
この制御ユニット１６は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）、第２制御部（センターフィール補償制御部）、及び、モータ電流制御部から構成されており、トルクセンサの検出値（実操舵力）及び車速等に基づき、トルクセンサの検出値が小さくなるようにすると共に目標操舵力特性を実現するように、電動モータ１４が制御されるようになっている。
【００１６】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の電動パワーステアリング装置に適用される操舵力特性モデルを説明する。
先ず、操舵力特性モデルは、高車速且つほぼ直進状態の走行時に適用可能である。ここで、高車速とは、約８０ｋｍ／ｈ〜約１３０ｋｍ／ｈ程度の速度であり、ほぼ直進状態とは、ハンドルをゆっくりと操作する状態、具体的には、０．２Ｈｚの正弦波でハンドルを操作し横向加速度（横Ｇ）が０．２Ｇ以下となるような操舵状態を想定している。
【００１７】
このような高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む非線形の関数で表される）、粘性成分（操舵角速度に比例する）、摩擦成分（操舵角速度を含む非線形関数で表される）とに分解することにより、実際の操舵力特性を精度良く表現できる操舵力特性モデル（操舵力を操舵角の関数モデルとして表現したもの）を設定した。
【００１８】
次に、図２及び図３により、操舵力特性モデルの内容を詳細に説明する。図２は、操舵力特性モデルを示す図であり、図３は、この操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
操舵力特性モデルは、図２に示すように、ばね成分、粘性成分、及び、摩擦成分からなるモデルである。なお、本発明は、高速直進走行時の操舵力特性を対象したものであるため、ハンドルは、上述したようにゆっくりと操舵される（０．２Ｈｚの正弦波）ため、慣性成分は含まないモデルとなっている。
【００１９】
ばね成分は、以下の式（数１）に示す指数関数として設定する。この式（数１）において、θは操舵角であり、Ｋｐ及びＴｐは、ばね成分の特性パラメータである。ばね成分は、基本的には、操舵角にほぼ比例するが、所定の操舵角以上となると飽和状態となるため、特性パラメータＫｐはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｐは、指数関数の時定数を示している。このように、ばね成分を示す式（数１）は、非線形関数となっている。
このように、ばね成分は、操舵角を含む非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】
粘性成分は、操舵角速度に比例した力であり、以下の式（数２）により示されている。この式（数２）において、Ｋｄは、粘性成分の特性パタメータである。このように粘性成分は、操舵角速度に比例するものとして定義される。
【数２】
摩擦成分は、操舵角速度が小さいときは操舵角速度にほぼ比例した力であり、操舵角速度が大きくなると一定の大きさの摩擦力（飽和状態）となる。この摩擦成分は、以下の式（数３）に示す指数関数として設定する。この式（数３）において、Ｋｆ及びＴｆが摩擦成分の特性パラメータである。特性パラメータＫｆはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｆは、指数関数の時定数を示している。このように、摩擦成分を示す式（数３）は、非線形関数となっている。
このように、摩擦成分は、操舵角速度を含む非線形関数として定義される。
【数３】
このようにして、操舵力特性モデルにおいて、ばね成分、粘性成分、摩擦成分が設定され、操舵力（操舵トルク）はこれらの各成分の合計値として設定される。即ち、操舵力特性モデルは、以下の式となる。
【数４】
次に、図４乃至図９を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第１実施形態を説明する。図４は第１実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図５は操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図であり、図６は第１実施形態における操舵過渡初期判定値よる特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆの補正を示す線図であり、図７は第１実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップであり、図８は第１実施形態による制御内容を示すフローチャートであり、図９は第１実施形態における操舵過渡初期の操舵力特性（Ａ）及び過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）の操舵力特性（Ｂ）を示す線図である。
【００２４】
先ず、図４により、制御ユニットの構成を説明する。制御ユニット１６は、第１制御部１８、第２制御部２０、及び、モータ電流制御部２２から構成されている。
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト又は中間シャフトに作用している実操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ２４、横方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ２６、車速を検出する車速センサ２８、操舵角を検出する操舵角センサ３０を備えており、これらの各センサの出力値が制御ユニット１６に入力されるようになっている。
【００２５】
第１制御部１８は、通常のアシスト制御を行なう制御部であり、トルクセンサ２４の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を軽減する方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１４を制御するための制御部である。この第１制御部１８には、トルクセンサ２４からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ３４によりノイズがカットされて（Ｔｓ１）となり、制御ゲインＫ１により基準目標電流Ｉ０ が演算されるようになっている。ここで、この制御ゲインＫ１は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図７参照）。
【００２６】
第２制御部２０は、センターフィール補償制御部であり、高車速（８０ｋｍ／ｈ以上）且つほぼ直進状態（例えば、０．２Ｈｚの正弦波で横Ｇが０．２Ｇ以下）の走行時（以下、「センターフィール感応域」と呼ぶ）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１４を制御するための制御部である。
第２制御部２０は、目標操舵力演算部３６を有し、この目標操舵力演算部３６には、操舵角センサ３０から操舵角の値が入力される。目標操舵力演算部３６は、この操舵角の値及び上述した式（数４）により表現された操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力（ｆ（θ））を算出するようになっている。
第２制御部２０は、ローパスフィルタであるフィルタ３８を有し、このフィルタ３８により、センターフィール感応域に対応した帯域（例えば、０．２Ｈｚを含む帯域）のトルクセンサ２４のトルクセンサ値（Ｔｓ２）のみを入手できるようになっている。
【００２７】
第２制御部２０は、さらに、操舵過渡初期判定部４０を備えている。この操舵過渡初期判定部４０は、以下の判定機能を有する。即ち、ドライバがハンドルを操舵する場合、直進保舵から操舵した状態（直進保舵→操舵）である操舵過渡初期、その後ハンドルを操舵し続ける操舵状態（連続操舵）、旋回中に保舵する状態（旋回保舵）に移行する。この操舵過渡初期を判定するために、操舵過渡初期判定部４０は、操舵過渡初期判定値δを使用し、この操舵過渡初期判定値δは、操舵情報（操舵角θ，操舵速度θ’，操舵加速度θ’’）を入力とした関数ｆ（θ，θ’，θ’’）から算出される。
図５に示すように、操舵過渡初期判定値δは、操舵過渡初期が（＋）の値、連続操舵が（−）の値、旋回保舵が（０）となる。
【００２８】
第１実施形態において、操舵過渡初期判定部４０が操舵過渡初期であると判定した場合、図６に示すように、上述した操舵力特性モデルの特性パラメータの内、操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する。
また、図６において、αはばね成分（Ｔｐ）の補正係数、βは摩擦成分（Ｋｆ）の補正係数、γは摩擦成分（Ｔｆ）の補正係数である。
【００２９】
このように、第１実施形態では、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０により、センターフィール感応域において、操舵過渡初期判定値δを用いて操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合、即ち、操舵過渡初期判定値δが（＋）の値の場合には、図６に示すように、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正するようにしているので、他の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）に比べて、図９の操舵力特性Ａとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなり、操舵過渡初期に合う理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
また、操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）、即ち、操舵過渡初期判定値δが（−）の値の場合には、図６に示すように、操舵力特性モデルの各特性パラメータの値はそのままであり補正は行われない。この操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）では、図９の操舵力特性Ｂとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが多少抑えられ、操舵過渡初期以外に合う理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００３０】
次に、目標操舵力演算部３６で算出された目標操舵力ｆ（θ）とフィルタ処理されたトルクセンサ値である実操舵力（Ｔｓ２）との偏差が制御ゲインＫ３により物理量変換される。ここで、この制御ゲインＫ３は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図７参照）。
【００３１】
次に、第１制御部２０から出力された基準目標電流Ｉ０ と補償電流Ｉｆ とが加算され、目標電流Ｉが算出される。具体的には、符号を、操舵力（実操舵力）を減少させるためにアシスト力を増大する場合には（＋）、操舵力（実操舵力）を増大させるためにアシスト力を減少させる場合には（−）としているため、基準目標電流Ｉ０ に対して補償電流Ｉｆ を減算する演算が行なわれる。
【００３２】
モータ電流制御部２２は、電動モータ１４に供給される電流が目標電流Ｉとなるようにするためのフィードバック制御を行なうための制御部である。このため、モータ電流制御部２２は、制御ゲインＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部４２、モータ特性補償部４４を有している。
このようにして演算されて電動モータ１４に供給される目標電流Ｉは、以下の式（数５）により表される。
【数５】
【００３３】
次に図７により、第１制御部及び第２制御部の比例ゲインの補正マップである。図７に示された補正マップは、センターフィール感応域、遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、非センターフィール感応域の４つの領域を有し、それぞれの領域において、制御ゲインＫ１（Ｋ１＝Ｋ１＊β），Ｋ３（Ｋ３＝Ｋ３＊α）の値が補正されるようになっている。ここで、α及びβは補正係数であり、０〜１の範囲で変化する。
先ず、センタフィール感応域においては、補正係数は、α＝１、β＝０と設定される。このため、第１制御部の制御ゲインＫ１は０となり、第１制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第２制御部の制御ゲインＫ３はそのまま使用されるので、第２制御部２０により、上述した操舵力特性モデルに基づいて予め設定された目標操舵力が発生するように、補償電流Ｉｆ が設定される。この結果、センターフィール感応域においては、所望の操舵力特性が得られ、操安性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３４】
次に、非センターフィール感応域においては、補正係数は、α＝０、β＝１と設定される。このため、第２制御部の制御ゲインＫ３は０となり、第２制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第１制御部の制御ゲインＫ１はそのまま使用されるので、第１制御部１８により、トルクセンサ値が小さくなるように基準目標電流Ｉ０ が設定される。この結果、非センターフィール感応域においては、通常のアシスト制御が行なわれ、ステアリングの取り回し性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３５】
次に、遷移領域Ｉは、自動車の走行状態が非センターフィール領域からセンターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域Ｉにおいて、補正係数αは、０→１に変化し、補正係数βは、１→０に変化する。
また、遷移領域ＩＩは、自動車の走行状態がセンターフィール領域から非センターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域ＩＩにおいて、補正係数αは、１→０に変化し、補正係数βは、０→１に変化する。
これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ においては、第１制御部において補正された制御ゲインＫ１に基づき基準目標電流Ｉ０ が設定され、第２制御部において補正された制御ゲインＫ３に基づき補償電流Ｉｆ が設定され、これらの電流が加算され、目標電流Ｉが算出される。この結果、これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ においては、通常のアシスト制御を行なうと共に併せて目標操舵力を得ることができ、これにより、操安性能が向上する。また、自動車の走行状態が、非センターフィール領域とセンターフィール感応域との間を移行する場合には、その移行方向により、異なる遷移領域を適用するようにしているので、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３６】
次に、図８により、本実施形態による制御フローを説明する。ここで、図８においては、センターフィール感応域は、図７に示された「センターフィール感応域」、「遷移領域Ｉ」及び「遷移領域ＩＩ」の３つの領域を含む広義の意味で用いられている。なお、図８における「Ｓ」は、各ステップを示している。
この制御フローにおいては、先ず、Ｓ１において、各センサ値を入力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２６、車速センサ２８、操舵角センサ３０からの各出力値である。次に、Ｓ２において、操舵過渡初期判定値δを算出する。さらに、Ｓ３において、自動車の走行状態が、図７に示された車速及び横Ｇの値に基づき、センターフィール感応域か否かを判定する。
【００３７】
センターフィール感応域でなければ、図７に示す非センターフィール感応域であるため、この場合には、Ｓ４に進み、補償電流をＩｆ ＝０と設定し、これにより第２制御部による電動モータの電流制御を禁止する。
センターフィール感応域の場合には、Ｓ５に進み、操舵過渡初期判定値δの値に応じて、上述した操舵力特性モデルの特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆを補正する。具体的には、操舵過渡初期判定値δが（＋）の値の場合には、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する。
【００３８】
次に、Ｓ６に進み、第２制御部で目標操舵力ｆ（θ）を演算し、Ｓ７で、補償電流Ｉｆ（＝（ｆ（θ）‐Ｔｓ２）＊Ｋ３）を演算し、さらに、Ｓ８で、第１制御部の制御ゲインＫ１を図７（図７の遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、センターフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づいて減少補正する。さらに、Ｓ９に進み、第１制御部における基準目標電流がＩ０ ＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインである。
次に、Ｓ１０に進み、目標電流をＩ＝Ｉ０ −Ｉｆ と設定する。さらに、Ｓ１１に進み、この目標電流Ｉを電動モータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態においては、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０により、センターフィール感応域において、操舵過渡初期判定値δを用いて操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期の場合には、操舵力特性モデルの操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正しているので、操舵過渡初期の操舵フィーリングは、図９の操舵力特性Ａとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが良くなり、操舵過渡初期に合う理想的な操舵フィーリングとなる。
また、操舵過渡初期でない場合（連続操舵及び旋回保舵）には、操舵力特性モデルの各特性パラメータの補正は行わないので、操舵フィーリングは、図９の操舵力特性Ｂとして示すように、操舵角に対する操舵力の立ち上がりが多少抑えられ、操舵過渡初期以外に合う理想的な操舵フィーリングとなる。
このように、第１実施形態によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００４０】
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第２実施形態を説明する。図１０は第２実施形態による操舵過渡初期判定値に応じた操舵力特性モデルの特性パラメータの値の変更を示す線図であり、図１１は第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図であり、図１２は第２実施形態による制御内容を示すフローチャートである。以下、第２実施形態の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４１】
第２実施形態の制御ユニットは、図４に示す第１実施形態のものと同じである。ただし、第２実施実施形態では、第２制御部２０の操舵過渡初期判定部４０が、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、上述した操舵力特性特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を別の値に変更するようにしている。
即ち、第２実施形態では、操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに合う特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１と、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の理想的な操舵フィーリングに合う特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を事前に設定しておき、操舵過渡初期と判定された場合には特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１を使用し、それ以外の操舵状態ではＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を使用するようにしている。
こららの特性パラメータの値は、図１０に示すように、操舵過渡初期判定値δの値により、変更されるようになっている。
【００４２】
次に、図１１により、操舵力特性モデルにおける２種類の特性パラメータの値の導出方法を説明する。操舵力特性モデルの特性パラメータ値は、操舵フィーリングを客観的に表す指標から導出することができる。操舵フィーリングは、「直進安定性」と「ライントレース性」に分けられ、さらに、これらの「直進安定性」と「ライントレース性」の各々は、操舵力のフィールに関する指標と、車両応答のフィールに関する指標を有する。ここで、「直進安定性」の操舵力のフィールに関する指標をｇ１（θ，Ｆ）、車両応答のフィールに関する指標をｈ１（θ，φ）、「ライントレース性」の操舵力のフィールに関する指標をｇ２（θ，Ｆ）、車両応答のフィールに関する指標をｈ２（θ，φ）とする。ここで、θは操舵角、Ｆは操舵力、φはヨーレートである。
これらの指標ｇ１及びｈ１は、具体的には、以下の式（数６）及び式（数７）により表される。
【数６】
【００４３】
次に、図１１において、操舵力特性モデルは上述した式（数４）に示す関数モデルであり、車両モデルは自動車の車種毎に設定される物理的または数学的モデルであり、その車種固有の車両応答特性を有する。この操舵力特性と車両応答特性を、固有のものから理想的な特性とするために必要な操舵力特性モデルの特性パラメータを、上述した指標を用いて導出する。先ず、操舵力特性モデルおよび車両モデルに基準となる操舵角入力パターン（操舵過渡初期とそれ以外）を入力し、各モデルから各々予想される操舵力およびヨーレートが出力される。次に、その入出力から、操舵力および車両応答のフィールに関する指標の予測値（ｇ１ｐｒｅ，ｇ２ｐｒｅ，ｈ１ｐｒｅ，ｈ２ｐｒｅ）を算出する。
【００４４】
次に、各指標の理想値（ｇ１ｔｇｔ，ｇ２ｔｇｔ，ｈ１ｔｇｔｅ，ｈ２ｔｇｔ）と上述した各指標の予想値との誤差総和を算出する。ここで、「直進安定性」の各指標には重み付け係数ｗ１が掛けられ、「ライントレース性」の各指標には重み付け係数ｗ２が掛けられている。なお、これらの理想指標値には、図９で示した操舵力特性Ａ，Ｂと同様なものが得られるような値が設定されている。
【００４５】
ここで、操舵過渡初期では、「直進安定性」を重視する必要があり、一方、それ以外の操舵状態（連続操舵，旋回保舵）では、「ライントレース性」を重視する必要がある。
このため、操舵過渡初期用の特性パラメータ値を算出する場合には、操舵過渡初期の理想指標値と予測指標値との誤差総和を演算するとき、重み付け係数をｗ１＞ｗ２と設定し、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）用の特性パラメータの値を算出する場合には、重み付け係数をｗ１＜ｗ２と設定する。
このようにして演算した誤差総和が許容値より大きい場合には、ＮＧとして、再度、特性パラメータ値を調整して、各指標の新たな予測値を算出し、同様な演算を繰り返して行う。
誤差総和が許容値より小さくなった場合には、そのときの予測指標値を算出するために入力した特性パラメータ値を、求める特性パラメータ値として採用する。
このようにして、操舵過渡初期用の特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１と、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）用の特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を導出する。
【００４６】
次に、第２実施形態における制御内容は、図１２に示すように、ステップＳ２５において、操舵初期過渡判定値δに応じて操舵力特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を変更する。具体的には、上述したように、操舵過渡初期の場合には、特性パラメータＫｐ１，Ｔｐ１，Ｋｄ１，Ｋｆ１，Ｔｆ１を使用し、それ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の場合には、特性パラメータＫｐ２，Ｔｐ２，Ｋｄ２，Ｋｆ２，Ｔｆ２を使用する。図１２における他のステップは、図８に示す第１実施形態の制御内容と同じである。
【００４７】
以上説明したように、第２実施形態によれば、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、操舵力特性特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）の値を操舵過渡初期以外の理想的な操舵フィーリングに適合する値から操舵過渡初期の理想的な操舵フィーリングに適合する値に変更するので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００４８】
次に、図１３乃至図１６により、本発明の第３実施形態を説明する。図１３は第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図１４は操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルを示す図であり、図１５は第３実施形態における操舵過渡初期判定値に応じた制御ゲインＫ４，Ｋ５の補正を示す線図であり、図１６は第３実施形態による制御内容を示すフローチャートである。以下、第３実施形態の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４９】
図１３に示すように、第２制御部２０は、操舵過渡初期に適用される目標操舵力を演算する第１目標操舵力演算部３５と、操舵過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）に適用される目標操舵力を演算する第２目標操舵力演算部３６を備えている。第１目標操舵力演算部３５は、図１４に示すばね成分のみからなる操舵力特性モデルを使用し、この操舵力特性モデルは、以下の式（数８）に示す関数モデルである。
【数８】
【００５０】
また、第２目標操舵力演算部３６は、上述した第１実施形態と同様な式（数４）で示されたばね成分、粘性成分、摩擦成分からなる操舵力特性モデルを使用する。
何れの操舵力特性モデル（数８又は数４）を使用をした場合でも、これらの数式に、操舵角センサ値を入力し、目標操舵力を演算し、これに制御ゲインＫ４又はＫ５をかけて加算し、この加算値とフィルタ処理されたトルクセンサ値（Ｔｓ２）の偏差を付与すべき操舵反力としている。
次に操舵反力を制御ゲインＫ３により物理量変換して補償電流値Ｉｆとし、基準目標電流Ｉ０ から減算して、電動モータ１４の目標電流値Ｉとしている。
【００５１】
ここで、第３実施形態では、図１５に示すように、操舵過渡初期判定値δにより、制御ゲインＫ４，Ｋ５が変更されるようになっている。即ち、操舵過渡初期（δはプラス）では、制御ゲインＫ４＝１及び制御ゲインＫ５＝０と設定され、その結果、第１目標操舵力演算部３５により式（数８）に示す操舵力特性モデルから演算された目標操舵力が使用され、一方、操舵過渡期以外（δはマイナス及びゼロ）では、制御ゲインＫ５＝１及び制御ゲインＫ４＝０と設定され、その結果、第２目標操舵力演算部３６により式（数４）に示す操舵力特性モデルから演算された目標操舵力が使用される。
【００５２】
第３実施形態において、上述した操舵過渡初期用の操舵力特性モデル（数８参照）及び操舵過渡初期以外の操舵状態用の操舵力特性モデル（数４参照）は、それぞれ、第１実施形態における図９に示した操舵フィールＡ，Ｂと同様な操舵力特性を得られるように設定されている。
【００５３】
次に、図１６に示すように、第３実施形態における制御内容は、ステップＳ４５において、操舵初期過渡判定値δに応じて制御ゲインＫ４とＫ５の値を変更する。具体的には、上述したように、操舵過渡初期（δはプラス）では、制御ゲインＫ４＝１及び制御ゲインＫ５＝０と設定し、一方、操舵過渡期以外（δはマイナス及びゼロ）では、制御ゲインＫ５＝１及び制御ゲインＫ４＝０と設定する。
その後、Ｓ４６において、操舵過渡初期では、第１目標操舵力演算部３５により式（数８）に示す操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を演算し、一方、操舵過渡期以外では、第２目標操舵力演算部３６により式（数４）に示す操舵力特性モデルから目標操舵力ｆ（θ）を演算する。
図１６における他のステップは、図８に示す第１実施形態の制御内容と同じである。
【００５４】
以上説明したように、第３実施形態によれば、操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルと、操舵過渡初期以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）に適用される操舵力特性モデルという２種類のモデルを準備し、操舵過渡初期か否かを判定し、操舵過渡初期と判定した場合には、操舵過渡初期用の操舵力特性モデルにより目標操舵力を算出し、操舵過渡初期以外ではそれ用の操舵力特性モデルにより目標操舵力を算出しているので、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自動車の電動パワーステアリング装置によれば、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、操舵過渡初期及びそれ以外の操舵状態（連続操舵、旋回保舵）の両方において理想的な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。
【図２】操舵力特性モデルを示す図である。
【図３】操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【図５】操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図である。
【図６】本発明の第１実施形態における操舵過渡初期判定値よる特性パラメータＴｐ，Ｋｆ，Ｔｆの補正を示す線図である。
【図７】本発明の第１実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップである。
【図８】本発明の第１実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１実施形態による操舵力特性における操舵過渡初期の操舵フィーリング（Ａ）及び過渡初期以外（連続操舵、旋回保舵）の操舵フィーリング（Ｂ）を示す線図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による操舵過渡初期判定値に応じた操舵力特性モデルの特性パラメータの値の変更を示す線図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の操舵過渡初期に適用される操舵力特性モデルを示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態における操舵過渡初期判定値に応じた制御ゲインＫ４，Ｋ５の補正を示す線図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ハンドル
４ ステアリングシャフト
６ 中間シャフト
１２ タイヤ
１４ 電動モータ
１６ 制御ユニット
１８ 第１制御部
２０ 第２制御部
２２ モータ電流制御部
２４ トルクセンサ
２６ 横Ｇセンサ
２８ 車速センサ
３０ 操舵角センサ
３４，３８ フィルタ
３５ 第１目標操舵力演算部
３６ 目標操舵力演算部（第２目標操舵力演算部）
４０ 操舵過渡初期判定部
４２ ＰＩ制御部
４４ モータ特性補償部
Claims (4)
- 電動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、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第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上記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから上記目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、上記操舵力特性モデルが有する操舵角依存成分であるばね成分（Ｔｐ）を増加補正すると共に操舵角速度依存成分である摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）を減少補正する特性パラメータ補正手段と、を有することを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。 - 電動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、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第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上記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから上記目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、操舵過渡初期であると判定された場合、上記操舵力特性モデルが有する特性パラメータの値を別の値に変更する特性パラメータ変更手段と、を有することを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。 - 上記操舵力特性モデルの特性パラメータの値及び別の値は、直進安定性及びライントレース性に関する各指標を重み付けすることにより事前に導出されており、この重み付けは、操舵過渡初期では直進安定性の指標が重視され、操舵過渡初期以外の操舵状態ではライントレース性が指標が重視される請求項２記載の自動車の電動パワーステアリング装置。
- 電動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、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第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上記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから上記目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段と、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段と、を有し、
上記目標操舵力演算手段は、操舵力特性モデルとして操舵過渡初期に適用される第１操舵力特性モデル及び操舵過渡初期以外の操舵状態に適用される第２操舵特性モデルを有することを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003093416A JP2004299492A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 自動車の電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| JP2004299492A true JP2004299492A (ja) | 2004-10-28 |
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ID=33406220
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003093416A Abandoned JP2004299492A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 自動車の電動パワーステアリング装置 |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8996251B2 (en) | 2011-09-05 | 2015-03-31 | Denso Corporation | Electric power-steering control device |
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| US9592848B1 (en) | 2015-10-19 | 2017-03-14 | Denso Corporation | Electric power steering controller |
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-
2003
- 2003-03-31 JP JP2003093416A patent/JP2004299492A/ja not_active Abandoned
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