JP2004358985A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上し得る電気式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】電気式動力舵取装置では、モータ回転角センサにより検出されるモータの回転方向に基づいてモータの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサにより検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５によりＥＣＵにより補償器の比例ゲインを減少させる。これにより、減速機のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値よりも低いゲインでモータを制御することができるので、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していてもバックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制され、操舵状態にかかわらず操舵フィーリングを向上することができる。
【選択図】 図５
【解決手段】電気式動力舵取装置では、モータ回転角センサにより検出されるモータの回転方向に基づいてモータの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサにより検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５によりＥＣＵにより補償器の比例ゲインを減少させる。これにより、減速機のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値よりも低いゲインでモータを制御することができるので、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していてもバックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制され、操舵状態にかかわらず操舵フィーリングを向上することができる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータで発生した操舵アシスト力を動力伝達機構を介して操舵系に伝達する電気式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般的な電気式動力舵取装置では、ステアリングホイールに連結された入力軸から得られる操舵トルクを、操舵トルク検出手段（トルクセンサ等）により検出しその操舵トルクに応じた補助操舵力（アシスト力）を電動モータに発生させることによって、運転者による操舵をアシストする制御をその制御装置において行っている（例えば、下記特許文献１；段落番号０００９〜００２４、図１、２）。そして、このような制御装置では、マイクロコンピュータ等による比例積分制御あるいは比例積分微分制御により電流指令値を求めて、ＰＷＭ制御される当該電動モータを制御している（特許文献１；段落番号００１８、００６５、図５、９）。
【０００３】
ところが、下記特許文献１に開示されるような一般的な電気式動力舵取装置によると、電動モータによるアシスト力は、例えば、減速ギア等の減速機構を介して出力軸に伝達され、ステアリングホイールによる操舵力をアシストするように動力伝達機構が構成されている。そのため、電動モータの回転方向が切り換わるときに、電動モータに取り付けられたギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に発生するバックラッシュによって、発振による振動や異音等が発生し操舵フィーリングの悪化を招くという問題点が従来の電気式動力舵取装置には存在していた。
【０００４】
そこで、当該特許文献１による開示技術では、電動モータの回転状態を検出する回転状態検出手段と、該回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段とを備えることによって、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転する場合には、補正手段によって制御信号を補正し電動モータを緩やかに駆動することにより、上記問題点を解決しようとしている（特許文献１；段落番号０００７、０００８、０１０２）。
【０００５】
ここで、当該特許文献１による開示技術では、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段」の具体例として、ローパスフィルタ処理を挙げている。そして、所定条件を満たす間においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理して設定することで、電動モータが反転するときモータ電流指令値を抑制して設定することによって電動モータを緩やかに駆動する旨や、このローパスフィルタ処理により電動モータの回転方向が切り換わるために減速ギヤのバックラッシ間をギヤが移動する場合でも、ギヤどうしが勢い良く衝突することなく、電動モータの反転に伴い異音や衝撃等が発生しない旨等を当該特許文献１において説示している（特許文献１；段落番号００３４、００５２、００６０、００６７、００７０、００８１、００８４、００８６、００８９、図５、７、９、１１、１２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７５４０６号公報（第２頁〜第１３頁、図１〜１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１による開示技術によると、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き…制御信号を補正する補正手段」の具体例としてローパスフィルタ処理を開示しているものの、当該補正手段のそれ以外の具体例は当該特許文献１には何ら明示も示唆もされていない。すると、当該補正手段であるローパスフィルタ処理によれば、急操舵時におけるステアリングホイールの反転操舵に対してはモータ電流指令値の高調波がフィルタリングされるため、ギヤどうしの歯当たりは急激にはならなくなり、異音や衝撃等の発生を防止可能にしているものと考えられる。
【０００８】
ところが、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転するという現象が発生するのは、ステアリングホイールによる急操舵時に限ったことではなく、中立直線操舵時にステアリングホイールをゆっくり左右に動作させた場合においてもバックラッシュ間を空転することがある。そのため、このように緩やかな操舵時に、歯車がバックラッシュ間を空転する領域（以下「バックラッシュ領域」という。）に入ってしまうような場合においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理しても、それによるフィルタ効果が低いか、あるいはフィルタ効果がない。つまり、ローパスフィルタ処理により除去可能な周波数領域よりも低い周波数成分を含む場合には、上記特許文献１による開示技術では対処できない。したがって、当該開示技術では、操舵状態によっては、異音や衝撃等の発生を十分に防止することはできないという問題を残している。
【０００９】
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、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上し得る電気式動力舵取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および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基いて前記操舵アシスト力を発生させる制御信号を前記電動モータに出力する制御手段と、前記制御手段から出力される前記制御信号に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記制御手段の比例ゲインを減少させるゲイン補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、ゲイン補正手段により制御手段の比例ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させる制御信号を生成してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御における制御信号よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１２】
また、請求項２の電気式動力舵取装置では、請求項１に記載の電気式動力舵取装置において、前記ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、比例ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域から出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにゲイン補正手段により減少させた比例ゲインを、制御周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項３の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクを前記電動モータのモータ電流指令に変換するアシストマップ手段と、前記モータ電流指令に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させるマップ補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、マップ補正手段によりアシストマップ手段の変換ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクをモータ電流指令に変換してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御におけるモータ電流指令よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１６】
また、請求項４の電気式動力舵取装置では、請求項３において、請求項３に記載の電気式動力舵取装置において、前記マップ補正手段により前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記変換ゲインに戻るまで前記減少させた前記アシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる変換ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明では、変換ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたアシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにマップ補正手段により減少させた変換ゲインを、所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気式動力舵取装置に係る一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。まず本実施形態の電気式動力舵取装置２０のハードウェア構成を図１（Ａ）、（Ｂ） を参照して説明する。
図１（Ａ） 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、ピニオン入力軸２３、ステアリングセンサ２４、減速機２７、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９、モータＭ、ＥＣＵ３０、モータ回転角センサ３３等から構成されている。
【００１９】
図１（Ａ） 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の一端側が接続されており、このステアリング軸２２の他端側にはステアリングセンサ２４の入力側が接続されている。またこのステアリングセンサ２４の出力側には、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸２３の一端側が接続されている。ステアリングセンサ２４は、図略のトーションバーとこのトーションバーを挟むようにトーションバーの両端に取り付けられた２つのレゾルバとからなり、トーションバーの一端側を入力、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバーの捻れ量等を当該２つのレゾルバにより検出することで、ステアリングホイール２１による操舵トルクＴや操舵角θＨ を検出し得るように構成されている。
【００２０】
ステアリングセンサ２４の出力側に接続されるピニオン入力軸２３の途中には、減速機２７が連結されており、モータＭにから出力されるアシスト力をこの減速機２７を介してピニオン入力軸２３に伝達し得るように構成されている。
【００２１】
即ち、図面には示されていないが、動力伝達機構としての減速機２７は、モータＭの出力軸に取り付けられたモータギヤと減速機２７の減速ギヤとが互いに噛合可能に構成されており、モータＭの出力軸が回転すると所定の減速比で減速機２７の減速ギヤが回転することで、モータＭによる駆動力（アシスト力）をピニオン入力軸２３を伝達可能にしている。モータＭには、モータＭの回転角θＭ を検出可能なモータ回転方向検出手段としてのモータ回転角センサ３３が取り付けられており、このモータ回転角θＭ やステアリングセンサ２４による操舵トルクＴ、操舵角θＨ 等に基づいてＥＣＵ３０によるモータＭの駆動制御が行われている。なお、本実施形態では、このモータギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に存在するバックラッシュにより振動や異音等が発生するのを、後述するように、ＥＣＵ３０による制御処理によって抑制している。
【００２２】
一方、このピニオン入力軸２３の他端側には、ラックアンドピニオン２８を構成する図略のラック軸のラック溝に噛合可能なピニオンギヤが形成されている。
このラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸２３の回転運動をラック軸の直線運動に変換可能にしており、またこのラック軸の両端にはロッド２９が連結され、さらにこのロッド２９の端部には図略のナックル等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬが連結されている。これにより、ピニオン入力軸２３が回転すると、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θＴｉｒ を変化させることができるので、ピニオン入力軸２３の回転量および回転方向に従った操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵を可能にしている。なお図示されてないが、ラックアンドピニオン２８には、操舵輪ＦＲ、ＦＬの舵角を検出可能な実舵角センサが設けられており、これにより検出された実舵角信号はセンサ情報としてＥＣＵ３０に入力されている。
【００２３】
ＥＣＵ３０は、図１（Ｂ） に示すように、主に、Ａ／Ｄ変換器等の周辺ＬＳＩやメモリ等を備えたＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、ステアリングセンサ２４やモータ回転角センサ３３等による各種センサ情報（操舵トルク信号、操舵角信号、モータ回転角信号）等を入出力可能な入出力インタフェイスＩ／Ｆ、およびＭＰＵから出力されるモータ電流指令に基づいてＰＷＭ制御によるモータ電流をモータＭに供給可能なモータ駆動回路３５から構成されている。なお、図１（Ｂ） に示す符号３７は、モータＭに実際に流れるモータ電流ＩＭ を検出し得る電流センサ３７であり、この電流センサ３７により検出されたモータ電流ＩＭ に関するセンサ情報は、モータ電流信号として入出力インタフェイスＩ／Ｆを介してＭＰＵに入力され得るように構成されている。
【００２４】
このように構成することにより、電気式動力舵取装置２０では、ステアリングホイール２１による操舵状態（操舵トルクＴ、操舵角θＨ ）を操舵トルク検出手段としてのステアリングセンサ２４により検出し、その操舵状態に応じたモータ指令電流を電動モータとしてのモータＭに出力するように制御手段としてのＥＣＵ３０によって制御する。これにより、電気式動力舵取装置２０は、当該操舵状態に応じたアシスト力をモータＭにより発生させて運転者のステアリングホイール２１による操舵をアシスト可能にしている。
【００２５】
ここで、減速機２７によるバックラッシュが、このような電気式動力舵取装置２０による制御に与える影響を図２を参照して説明する。なお図２には、電気式動力舵取装置２０の全体による制御概要を表す制御ブロックが示されている。
【００２６】
図２に示すように、ＥＣＵ３０では、ステアリングセンサ２４により検出された操舵トルクＴとして、ステアリングホイール２１の操舵角θＨ に対する操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θＴｉｒ の偏差にステアリングセンサ２４のトーションバー捻れ定数ＫＴ を掛けたものが入力されると、モータ電流指令マップ３０ａを参照して当該操舵トルクＴに応じたモータ電流指令値ＩＭ＊を得る。なお、このモータ電流指令マップ３０ａは、所定の変換ゲインにより操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩＭ＊に変換している。
【００２７】
そして、このモータ電流指令値ＩＭ＊対する実際のモータ電流ＩＭ の偏差を加算器３０ｂにより得て、その偏差を補償器３０ｃに入力する。この補償器３０ｃは、所定の比例ゲインを与えるほか、後述するように、所定の条件が整った場合に当該比例ゲインを減少させる機能を有するものである。この補償器３０ｃは、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００２８】
補償器３０ｃにより所定の比例ゲインが与えられると、モータ電流指令値ＩＭ＊は、さらにＰＷＭ３０ｄに入力されてパルス幅変調がかけられて、モータ駆動回路３５を介してモータＭに出力される。なお、モータ駆動回路３５では、モータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ に誘起電圧定数Ｋｅ （Ｖ／ｒａｄ／ｓｅｃ）を掛けたものとＰＷＭ３０ｄの出力との差を、モータ駆動電流として出力し、さらにこのモータ駆動電流に１／（Ｒ＋Ｌ・ｓ）を掛けたものが実際のモータ電流ＩＭ として供給される。ここで、ＲはモータＭの巻線抵抗、ＬはモータＭのインダクタンス、ｓはラプラス演算子を示す。
【００２９】
そして、実際のモータ電流ＩＭ にモータＭのトルク定数Ｋｔ （Ｎ・ｍ／Ａ）を掛けたものがモータＭの出力トルクＴｍ （Ｎ・ｍ）として得られるので、この出力トルクＴｍ と、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸回転角θＡ にピニオン入力軸２３の捻れ定数ＫＬ を掛けたもの（図２に示す丸Ａ）との差に、モータ慣性ＪＭ の逆数（１／ＪＭ ）を掛けることにより、モータ回転加速度θＭ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することにより前述のモータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでモータ回転角θＭ が得られる。なお、このモータ回転角θＭ は、モータ回転角センサ３３により検出され得るものである。
【００３０】
モータＭの出力軸によるモータ回転角θＭ は、減速機２７の減速ギヤによるギヤゲインＧが与えられると、減速機２７によるバックラッシュを経て、ピニオン入力軸２３のピニオン入力軸回転角θＡ としてラックアンドピニオン２８に入力される。そして、ラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸回転角θＡ とピニオン軸の回転角θＬ と偏差にピニオン軸の捻れ定数ＫＬ が掛けられた後（図２に示す丸Ａ）、ラック軸から戻されるラック軸の捻れ等による外乱を引き、それにラックの負荷慣性ＪＬ の逆数（１／ＪＬ ）を掛けることによって、ピニオン軸の回転加速度θＬ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりピニオン軸の回転角速度θＬ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでピニオン軸の回転角θＬ が得られる。
【００３１】
そして、ピニオン・ラック変換によってピニオン軸の回転角θＬ をラック軸の変換値ＸＬ に変換した後、ラック軸の移動位置ＸＲａｋ と偏差にラック軸のラック定数ＫＲａｋ を掛けられたものが、前述のラック軸の捻れ等による外乱として戻される。またこのラック定数ＫＲａｋ を掛けられたものは、操舵輪ＦＲ、ＦＬから入力されるタイヤの捻れ外乱を引いた後、ラックの質量ＭＲａｋ の逆数（１／ＭＲａｋ ）を掛けることによって、ラック軸の移動加速度ＸＲａｋ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりラック軸の移動速度ＸＲａｋ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでラック軸の移動位置ＸＲａｋ が得られる。
【００３２】
これにより、このラック軸の移動位置ＸＲａｋ はロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬに入力されるので、ステアリングホイール２１による操舵角θＨ に応じた操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵が可能になる。
【００３３】
このような電気式動力舵取装置２０による制御において、減速機２７にバックラッシュがない場合には、運転者により操舵されるステアリングホイール２１によるマニュアル操舵力と、これを補助するモータＭによるアシスト力との和である操舵力がピニオン入力軸２３によるピニオン入力軸回転角θＡ を発生させ、このピニオン入力軸回転角θＡ によりピニオン入力軸２３の負荷であるラックアンドピニオン２８を作動させる。このような場合、アシスト力を発生させるモータＭには、ラックアンドピニオン２８を含め全ての負荷慣性がかかるため、その補償分を補償器３０ｃによる比例ゲインで補う制御をＥＣＵ３０では行う。
【００３４】
これに対し、減速機２７にバックラッシュがある場合には、バックラッシュ領域に入ると同時に、それまでモータＭにかかっていたラックアンドピニオン２８を含た負荷を失う（負荷が抜ける）ため、負荷がかかっていた場合と同様の補償を補償器３０ｃにより行っているときには、無負荷に対する補償によりモータＭのモータ回転角θＭ が激しく増減を繰り返す振動あるいは発振した状態に陥ることとなる。このようなモータＭの振動状態が、バックラッシュ間を移動する空転状態において対向するギヤどうしの歯間衝突を繰り返し招くため、その衝突音が異音となって車室内の乗員に不快音を与えたり、振動による衝撃がステアリング軸２２を介してステアリングホイール２１に振動を与えたりする原因となる。
【００３５】
つまり、図２に示すブロック図において、ＥＣＵ３０の補償器３０ｃによる比例ゲインをＫｐ 、またモータＭによるモータ慣性ＪＭ 分とラックアンドピニオン２８によるラック負荷慣性分ＪＬ とをまとめて表すと１／（ＪＭ ＋ＪＬ ）とすることができるので、図２に示す制御ブロック図をこのような観点から要約して表現すると、図３に示すように表すことができる。
【００３６】
そこで、この図３に示す制御ブロックによる制御について、例えばトルク指令Ａが入力された場合の出力ＢのゲインＧは次式（１） により表すことができる。
【００３７】
Ｇ ＝ Ｂ／Ａ ＝ Ｋｐ ／（ＪＭ ＋ＪＬ ＋Ｋｐ ） …（１）
【００３８】
ここで、減速機２７がバックラッシュ領域に入るということは、前述したようにラック負荷慣性分ＪＬ がゼロ（ＪＬ ＝０）になることであるから、バックラッシュ領域に入った場合には、上式（１） においてはＧ ＝ Ｋｐ ／（ＪＭ ＋Ｋｐ ）となり、ゲインＧが急激に増加した場合と等価の状態になる。したがって、減速機２７がバックラッシュ領域に入っている場合には比例ゲインＫｐ を下げることによって上述したような発振状態による振動の防止が可能になることがわかる。
【００３９】
このようなバックラッシュ領域に入った状態を、モータＭの回転角θＭ 、角速度ωＭ の変化に対応したモータ電流ＩＭ の波形として観測すると、図４（Ｃ） に示すように、概ね表すことができる。なお、図４（Ａ） はモータＭの回転角θＭ 、図４（Ｂ） はモータＭの角速度ωＭ 、図４（Ｃ） はモータＭの実電流ＩＭ の波形を表しているが、この図４（Ｃ） の電流波形については、バックラッシュにおける振動状態をわかり易くするため、図４（Ａ） の回転角θＭ および図４（Ｂ） の角速度ωＭ に比べて時間軸ｔ方向に拡大した誇張表現を採っているので、留意されたい。
【００４０】
図４（Ａ） に示すように、時間ｔ１ においてモータＭの回転角θＭ が正（＋）方向から負（−）方向に切り替わると、それと同時に減速機２７では対向するギヤどうし（モータギヤと減速ギヤ）がバックラッシュ領域に入るため、ラック負荷慣性ＪＬ がゼロ（ＪＬ ＝０）となる一方で、モータＭの角速度ωＭ はゼロから逆回転（−）方向の増加傾向に移行するため、モータ電流ＩＭ はバックラッシュ領域を超えてラック負荷慣性分ＪＬ が増加に転じるまでピーク付近で振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α１ 内）。また時間ｔ２ においてモータＭの回転角θＭ が負（−）方向から正（＋）方向に切り替わる場合でも、同様にバックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α２ 内）。さらに時間ｔ３ においても同様で（図４（Ｃ） に示す破線楕円α３ 内）、ステアリングホイール２１を保舵することによりモータＭの回転角θＭ 、角速度ωＭ がゼロに収束しつつある場合においても（時間ｔ４、ｔ５ ）、バックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α４、α５ 内）。
【００４１】
これは、ステアリングホイール２１を急激に操舵しても、緩やかに操舵してもさらには保舵状態においても、バックラッシュ領域に入ると、同様に振動が生じることを示している。そのため、前述したような開示技術（特許文献１）によるローパスフィルタでは、時間ｔ３ におけるような緩慢な操舵あるいは時間ｔ４、ｔ５ における保舵時においても異音や衝撃を十分に防止することはできないことを明示している。
【００４２】
なお、このような図４における状態をラックアンドピニオン２８の負荷トルクＴＬ とモータＭの出力トルクＴｍ との関係において式表現すると、次式（２）、（３） のように表される。
【００４３】
ＴＬ ＝ Ｋｔ ×ＩＬ ＝ （ＪＭ ＋ＪＬ ）×ｄωＭ ／ｄｔ …（２）
ここで、Ｋｔ はモータＭのトルク定数、ＩＬ は負荷電流、ｄωＭ ／ｄｔはモータＭの回転角加速度を表す。バックラッシュ領域に入ると、負荷慣性ＪＬ がゼロになるため、式（２） は次式（３） として表現することができる。
【００４４】
（ＪＭ ＋０）×ｄωＭ ／ｄｔ ＝ Ｋｔ ×ＩＭ ＝ Ｔｍ …（３）
ここで、ＩＭ はモータＭのモータ電流、Ｔｍ はモータＭの出力トルクである。
またバックラッシュ領域ではギヤが空転するため、ｄωＭ ／ｄｔ は変化しないとみなせるので、ＩＭ ＜ＩＬ の関係を維持する。
【００４５】
以上の考察から、減速機２７がバックラッシュ領域に入った場合には、補償器３０ｃによる所定の比例ゲインを下げることによって、図４（Ｃ） のα１ 〜α５ に示すようなモータ電流の振動を防止することが可能となる。そのため、本実施形態では図５に示すような比例ゲイン制御をＥＣＵ３０により行っている。
【００４６】
この比例ゲイン制御処理は、ＥＣＵ３０のメモリに記憶された一連の制御プログラムに組み込まれており、制御周期として、例えば５ミリ秒ごとにタイマ割り込み処理等により起動され実行されている。なお図５には、ＥＣＵ３０により実行される電気式動力舵取装置２０の制御処理のうち、当該比例ゲイン制御の部分だけが図示されている。
【００４７】
図５に示すように、比例ゲイン制御では、まずステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭのモータ回転角センサ３３から入力されるモータ回転角θＭ に基づいてモータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ を求めて回転方向を検出する。
【００４８】
ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合には（Ｓ１０１でＹｅｓ）、続くステップＳ１０３に処理を移行し、モータＭの回転方向が反転したと判断されなかった場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し」に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭの電流センサ３７から入力されるモータＭの実電流値を読み込むことでモータ電流ＩＭ が得られるので、これを予め設定されている所定の第１電流閾値と比較する。
【００５０】
ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、次のステップＳ１０５に処理を移行し、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断されなかった場合には（Ｓ１０３でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合」に相当する。
【００５１】
ステップＳ１０５では、補償器３０ｃの比例ゲインを所定値に設定する処理が行われる。つまり、ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断され（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、前述した所定の条件が整ったとして、補償器３０ｃにより与えられる比例ゲインを所定値まで減少させる処理がこのステップＳ１０５によって行われる。
このステップＳ１０５は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００５２】
なおここにいう比例ゲインの「所定値」とは、例えば、減速機２７がバックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、図４（Ｃ） に示す破線楕円α１ 〜α５ 内のような発振による振動を抑制し得る程度のゲインをいい、実機による実験データやコンピュータシミュレーションによるデータに基づいて最適な値が設定される。これにより、図２に示す補償器３０ｃの比例ゲイン、つまり図３に示し比例ゲインＫｐ がこのような所定値まで減少するので、例えば図６（Ｃ） に示す破線楕円β１ 〜β５ 内のように発振を抑え継続した振動の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
ステップＳ１０５により補償器３０ｃが比例ゲインが下げられると、続くステップＳ１０９では、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えているか否かを判断する処理が行われ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えるまで（ステップＳ１０９でＹｅｓ）このステップＳ１０９を繰り返し行う。即ち、運転者等により操舵されている場合には、図２を参照して説明したように、操舵角θＨ の入力により操舵トルクＴが発生するため、モータ電流指令マップ３０ａに基づいて新たなモータ電流指令がＥＣＵ３０から出力される。
これによりモータ駆動回路３５を介してモータＭに電流が流れてモータ電流ＩＭ が増加するため、モータＭの出力軸の回転により減速機２７のバックラッシュ領域から抜け出ることが可能なる。
【００５４】
つまり、このステップＳ１０９では、バックラッシュ領域内からバックラッシュ領域外に抜け出ることができたか否かを判断している。そのため、このステップＳ１０９でモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１に処理を移行して、一旦はステップＳ１０５によりゲインを下げた比例ゲインを徐々に元に戻す処理が行われる。なお、このステップＳ１０９によりモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合」に相当するものである。
【００５５】
一方、ステップＳ１０７は、ステップＳ１０１またはステップＳ１０３による判断処理によりそれぞれの条件を満たさないと判断された場合に行われる処理で、補償器３０ｃの比例ゲインは初期値に設定されているか否かの判断処理が行われる。即ち、前回、この比例ゲイン制御処理を実行したときにはステップＳ１０５により補償器３０ｃの比例ゲインが所定値まで下げられていたり、次に説明するステップＳ１１１により比例ゲインが上げられている途中であった場合には、引き続きステップＳ１１１を実行する必要があるので、このステップＳ１０７によりその判断を行っている。
【００５６】
ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断された場合には（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１１１による処理は必要ないので、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。一方、ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断されない場合には（Ｓ１０７でＮｏ）、ステップＳ１１１に処理を移行して補償器３０ｃの比例ゲインを上げる処理を行う。
【００５７】
ステップＳ１１１では、補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理が行われる。ワンステップとは、例えば、比例ゲインを電流比で０．５ｄＢ増加させることをいう。このように比例ゲインを徐々に増加させることによって、減速機２７がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。
【００５８】
なお、このステップ１１１は、特許請求の範囲に記載の「減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段」に相当するもので、前述したように、本比例ゲイン制御処理が、例えばタイマ割り込み等により５ミリ周期ごとに実行されることによって当該ステップＳ１１１が毎回実行されてワンステップごとに比例ゲインを増加させるので、「制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる」ことを可能にしている。
【００５９】
ステップＳ１１１による処理が終了すると、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。
【００６０】
このように電気式動力舵取装置２０では、図５に示す比例ゲイン制御処理を行うことによって、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩＭ に基づいてモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５によりＥＣＵ３０により補償器３０ｃの比例ゲインを減少させる。
【００６１】
これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させるモータ電流指令値ＩＭ＊を生成してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩＭ＊よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６２】
また、モータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１により、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた補償器３０ｃの比例ゲインを所定の割込み周期（例えば５ミリ秒）ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、当該割込み周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６３】
なお、上述した実施形態では、所定の条件が整った場合（Ｓ１０１でＹｅｓ、かつ、Ｓ１０３でＹｅｓ）、補償器３０ｃによる比例ゲインを減少させたが（Ｓ１０５）、これに限られることはなく、例えば、図５に示すステップＳ１０５による「補償器３０ｃの比例ゲインを所定値まで下げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定値まで減少させる処理」（マップ補正手段）を行っても良い。
【００６４】
即ち、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩＭ に基づいてモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインが所定値まで下げる処理を行う。これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩＭ＊に変換してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩＭ＊よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、このような制御の場合であっても、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６５】
また、このようなモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを制御する場合には、図５に示すステップＳ１１１による「補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理」（変換ゲイン復帰手段）を行っても良い。
【００６６】
即ち、モータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理を行うにより、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときに減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを、当該所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６７】
なお、以上説明した実施形態等では、「操舵アシスト力を操舵系に伝達する動力伝達機構」の一例として、図１および図２に示す減速機２７で生じるバックラッシュを挙げて説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、図１に示すラックアンドピニオン２８を構成するピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュについても上述した例と同様に適用することができる。
【００６８】
即ち、ラックアンドピニオン２８のピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュは、図２に示す制御ブロックでは、ラックアンドピニオン２８のラック軸のラック定数ＫＲａｋ とその後段の加算器との間に表すことができるので、このよなラックアンドピニオン２８におけるバックラッシュについても上述した減速機２７のバックラッシュと同様に対処することができる。これにより、前述同様の作用・効果を得ることができる（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ） は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成概要を示す説明図で、図１（Ｂ） は、図１（Ａ） に示すＥＣＵ等の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体による制御概要を表す制御ブロック図である。
【図３】図２に示すブロック図の一部を要約した構成を示すブロックである。
【図４】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図４（Ａ） はモータの回転角θＭ を示す波形、図４（Ｂ） はモータの角速度ωＭ を示す波形、図４（Ｃ） は、モータの実電流ＩＭ を示す波形で、従来の制御によるものである。
【図５】本実施形態に係る比例ゲイン制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図６（Ａ） はモータの回転角θＭ を示す波形、図６（Ｂ） はモータの角速度ωＭ を示す波形、図６（Ｃ） は、モータの実電流ＩＭ を示す波形で、本実施形態に係る比例ゲイン制御処理された場合のものである。
【符号の説明】
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 ピニオン入力軸
２４ ステアリングセンサ（操舵トルク検出手段）
２７ 減速機 （動力伝達機構）
２８ ラックアンドピニオン
２９ ロッド
３０ ＥＣＵ （制御手段、ゲイン補正手段、比例ゲイン復帰手段、マップ補正手段、変換ゲイン復帰手段）
３３ モータ回転角センサ（モータ回転方向検出手段）
３５ モータ駆動回路
３７ 電流センサ （モータ電流検出手段）
Ｍ モータ （電動モータ）
ＦＲ、ＦＬ 操舵輪
Ｔ 操舵トルク
θＨ 操舵角
θＴｉｒ 実舵角
θＭ モータの回転角
ωＭ モータの角速度
ＩＭ モータの実電流
ＩＭ＊ モータ電流指令値（制御信号、モータ電流指令）
Ｓ１０５（ゲイン補正手段）、Ｓ１１１（比例ゲイン復帰手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータで発生した操舵アシスト力を動力伝達機構を介して操舵系に伝達する電気式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般的な電気式動力舵取装置では、ステアリングホイールに連結された入力軸から得られる操舵トルクを、操舵トルク検出手段（トルクセンサ等）により検出しその操舵トルクに応じた補助操舵力（アシスト力）を電動モータに発生させることによって、運転者による操舵をアシストする制御をその制御装置において行っている（例えば、下記特許文献１；段落番号０００９〜００２４、図１、２）。そして、このような制御装置では、マイクロコンピュータ等による比例積分制御あるいは比例積分微分制御により電流指令値を求めて、ＰＷＭ制御される当該電動モータを制御している（特許文献１；段落番号００１８、００６５、図５、９）。
【０００３】
ところが、下記特許文献１に開示されるような一般的な電気式動力舵取装置によると、電動モータによるアシスト力は、例えば、減速ギア等の減速機構を介して出力軸に伝達され、ステアリングホイールによる操舵力をアシストするように動力伝達機構が構成されている。そのため、電動モータの回転方向が切り換わるときに、電動モータに取り付けられたギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に発生するバックラッシュによって、発振による振動や異音等が発生し操舵フィーリングの悪化を招くという問題点が従来の電気式動力舵取装置には存在していた。
【０００４】
そこで、当該特許文献１による開示技術では、電動モータの回転状態を検出する回転状態検出手段と、該回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段とを備えることによって、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転する場合には、補正手段によって制御信号を補正し電動モータを緩やかに駆動することにより、上記問題点を解決しようとしている（特許文献１；段落番号０００７、０００８、０１０２）。
【０００５】
ここで、当該特許文献１による開示技術では、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段」の具体例として、ローパスフィルタ処理を挙げている。そして、所定条件を満たす間においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理して設定することで、電動モータが反転するときモータ電流指令値を抑制して設定することによって電動モータを緩やかに駆動する旨や、このローパスフィルタ処理により電動モータの回転方向が切り換わるために減速ギヤのバックラッシ間をギヤが移動する場合でも、ギヤどうしが勢い良く衝突することなく、電動モータの反転に伴い異音や衝撃等が発生しない旨等を当該特許文献１において説示している（特許文献１；段落番号００３４、００５２、００６０、００６７、００７０、００８１、００８４、００８６、００８９、図５、７、９、１１、１２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７５４０６号公報（第２頁〜第１３頁、図１〜１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１による開示技術によると、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き…制御信号を補正する補正手段」の具体例としてローパスフィルタ処理を開示しているものの、当該補正手段のそれ以外の具体例は当該特許文献１には何ら明示も示唆もされていない。すると、当該補正手段であるローパスフィルタ処理によれば、急操舵時におけるステアリングホイールの反転操舵に対してはモータ電流指令値の高調波がフィルタリングされるため、ギヤどうしの歯当たりは急激にはならなくなり、異音や衝撃等の発生を防止可能にしているものと考えられる。
【０００８】
ところが、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転するという現象が発生するのは、ステアリングホイールによる急操舵時に限ったことではなく、中立直線操舵時にステアリングホイールをゆっくり左右に動作させた場合においてもバックラッシュ間を空転することがある。そのため、このように緩やかな操舵時に、歯車がバックラッシュ間を空転する領域（以下「バックラッシュ領域」という。）に入ってしまうような場合においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理しても、それによるフィルタ効果が低いか、あるいはフィルタ効果がない。つまり、ローパスフィルタ処理により除去可能な周波数領域よりも低い周波数成分を含む場合には、上記特許文献１による開示技術では対処できない。したがって、当該開示技術では、操舵状態によっては、異音や衝撃等の発生を十分に防止することはできないという問題を残している。
【０００９】
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、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上し得る電気式動力舵取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および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基いて前記操舵アシスト力を発生させる制御信号を前記電動モータに出力する制御手段と、前記制御手段から出力される前記制御信号に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記制御手段の比例ゲインを減少させるゲイン補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、ゲイン補正手段により制御手段の比例ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させる制御信号を生成してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御における制御信号よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１２】
また、請求項２の電気式動力舵取装置では、請求項１に記載の電気式動力舵取装置において、前記ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、比例ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域から出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにゲイン補正手段により減少させた比例ゲインを、制御周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項３の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクを前記電動モータのモータ電流指令に変換するアシストマップ手段と、前記モータ電流指令に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させるマップ補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、マップ補正手段によりアシストマップ手段の変換ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクをモータ電流指令に変換してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御におけるモータ電流指令よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１６】
また、請求項４の電気式動力舵取装置では、請求項３において、請求項３に記載の電気式動力舵取装置において、前記マップ補正手段により前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記変換ゲインに戻るまで前記減少させた前記アシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる変換ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明では、変換ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたアシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにマップ補正手段により減少させた変換ゲインを、所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気式動力舵取装置に係る一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。まず本実施形態の電気式動力舵取装置２０のハードウェア構成を図１（Ａ）、（Ｂ） を参照して説明する。
図１（Ａ） 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、ピニオン入力軸２３、ステアリングセンサ２４、減速機２７、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９、モータＭ、ＥＣＵ３０、モータ回転角センサ３３等から構成されている。
【００１９】
図１（Ａ） 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の一端側が接続されており、このステアリング軸２２の他端側にはステアリングセンサ２４の入力側が接続されている。またこのステアリングセンサ２４の出力側には、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸２３の一端側が接続されている。ステアリングセンサ２４は、図略のトーションバーとこのトーションバーを挟むようにトーションバーの両端に取り付けられた２つのレゾルバとからなり、トーションバーの一端側を入力、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバーの捻れ量等を当該２つのレゾルバにより検出することで、ステアリングホイール２１による操舵トルクＴや操舵角θＨ を検出し得るように構成されている。
【００２０】
ステアリングセンサ２４の出力側に接続されるピニオン入力軸２３の途中には、減速機２７が連結されており、モータＭにから出力されるアシスト力をこの減速機２７を介してピニオン入力軸２３に伝達し得るように構成されている。
【００２１】
即ち、図面には示されていないが、動力伝達機構としての減速機２７は、モータＭの出力軸に取り付けられたモータギヤと減速機２７の減速ギヤとが互いに噛合可能に構成されており、モータＭの出力軸が回転すると所定の減速比で減速機２７の減速ギヤが回転することで、モータＭによる駆動力（アシスト力）をピニオン入力軸２３を伝達可能にしている。モータＭには、モータＭの回転角θＭ を検出可能なモータ回転方向検出手段としてのモータ回転角センサ３３が取り付けられており、このモータ回転角θＭ やステアリングセンサ２４による操舵トルクＴ、操舵角θＨ 等に基づいてＥＣＵ３０によるモータＭの駆動制御が行われている。なお、本実施形態では、このモータギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に存在するバックラッシュにより振動や異音等が発生するのを、後述するように、ＥＣＵ３０による制御処理によって抑制している。
【００２２】
一方、このピニオン入力軸２３の他端側には、ラックアンドピニオン２８を構成する図略のラック軸のラック溝に噛合可能なピニオンギヤが形成されている。
このラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸２３の回転運動をラック軸の直線運動に変換可能にしており、またこのラック軸の両端にはロッド２９が連結され、さらにこのロッド２９の端部には図略のナックル等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬが連結されている。これにより、ピニオン入力軸２３が回転すると、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θＴｉｒ を変化させることができるので、ピニオン入力軸２３の回転量および回転方向に従った操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵を可能にしている。なお図示されてないが、ラックアンドピニオン２８には、操舵輪ＦＲ、ＦＬの舵角を検出可能な実舵角センサが設けられており、これにより検出された実舵角信号はセンサ情報としてＥＣＵ３０に入力されている。
【００２３】
ＥＣＵ３０は、図１（Ｂ） に示すように、主に、Ａ／Ｄ変換器等の周辺ＬＳＩやメモリ等を備えたＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、ステアリングセンサ２４やモータ回転角センサ３３等による各種センサ情報（操舵トルク信号、操舵角信号、モータ回転角信号）等を入出力可能な入出力インタフェイスＩ／Ｆ、およびＭＰＵから出力されるモータ電流指令に基づいてＰＷＭ制御によるモータ電流をモータＭに供給可能なモータ駆動回路３５から構成されている。なお、図１（Ｂ） に示す符号３７は、モータＭに実際に流れるモータ電流ＩＭ を検出し得る電流センサ３７であり、この電流センサ３７により検出されたモータ電流ＩＭ に関するセンサ情報は、モータ電流信号として入出力インタフェイスＩ／Ｆを介してＭＰＵに入力され得るように構成されている。
【００２４】
このように構成することにより、電気式動力舵取装置２０では、ステアリングホイール２１による操舵状態（操舵トルクＴ、操舵角θＨ ）を操舵トルク検出手段としてのステアリングセンサ２４により検出し、その操舵状態に応じたモータ指令電流を電動モータとしてのモータＭに出力するように制御手段としてのＥＣＵ３０によって制御する。これにより、電気式動力舵取装置２０は、当該操舵状態に応じたアシスト力をモータＭにより発生させて運転者のステアリングホイール２１による操舵をアシスト可能にしている。
【００２５】
ここで、減速機２７によるバックラッシュが、このような電気式動力舵取装置２０による制御に与える影響を図２を参照して説明する。なお図２には、電気式動力舵取装置２０の全体による制御概要を表す制御ブロックが示されている。
【００２６】
図２に示すように、ＥＣＵ３０では、ステアリングセンサ２４により検出された操舵トルクＴとして、ステアリングホイール２１の操舵角θＨ に対する操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θＴｉｒ の偏差にステアリングセンサ２４のトーションバー捻れ定数ＫＴ を掛けたものが入力されると、モータ電流指令マップ３０ａを参照して当該操舵トルクＴに応じたモータ電流指令値ＩＭ＊を得る。なお、このモータ電流指令マップ３０ａは、所定の変換ゲインにより操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩＭ＊に変換している。
【００２７】
そして、このモータ電流指令値ＩＭ＊対する実際のモータ電流ＩＭ の偏差を加算器３０ｂにより得て、その偏差を補償器３０ｃに入力する。この補償器３０ｃは、所定の比例ゲインを与えるほか、後述するように、所定の条件が整った場合に当該比例ゲインを減少させる機能を有するものである。この補償器３０ｃは、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００２８】
補償器３０ｃにより所定の比例ゲインが与えられると、モータ電流指令値ＩＭ＊は、さらにＰＷＭ３０ｄに入力されてパルス幅変調がかけられて、モータ駆動回路３５を介してモータＭに出力される。なお、モータ駆動回路３５では、モータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ に誘起電圧定数Ｋｅ （Ｖ／ｒａｄ／ｓｅｃ）を掛けたものとＰＷＭ３０ｄの出力との差を、モータ駆動電流として出力し、さらにこのモータ駆動電流に１／（Ｒ＋Ｌ・ｓ）を掛けたものが実際のモータ電流ＩＭ として供給される。ここで、ＲはモータＭの巻線抵抗、ＬはモータＭのインダクタンス、ｓはラプラス演算子を示す。
【００２９】
そして、実際のモータ電流ＩＭ にモータＭのトルク定数Ｋｔ （Ｎ・ｍ／Ａ）を掛けたものがモータＭの出力トルクＴｍ （Ｎ・ｍ）として得られるので、この出力トルクＴｍ と、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸回転角θＡ にピニオン入力軸２３の捻れ定数ＫＬ を掛けたもの（図２に示す丸Ａ）との差に、モータ慣性ＪＭ の逆数（１／ＪＭ ）を掛けることにより、モータ回転加速度θＭ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することにより前述のモータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでモータ回転角θＭ が得られる。なお、このモータ回転角θＭ は、モータ回転角センサ３３により検出され得るものである。
【００３０】
モータＭの出力軸によるモータ回転角θＭ は、減速機２７の減速ギヤによるギヤゲインＧが与えられると、減速機２７によるバックラッシュを経て、ピニオン入力軸２３のピニオン入力軸回転角θＡ としてラックアンドピニオン２８に入力される。そして、ラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸回転角θＡ とピニオン軸の回転角θＬ と偏差にピニオン軸の捻れ定数ＫＬ が掛けられた後（図２に示す丸Ａ）、ラック軸から戻されるラック軸の捻れ等による外乱を引き、それにラックの負荷慣性ＪＬ の逆数（１／ＪＬ ）を掛けることによって、ピニオン軸の回転加速度θＬ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりピニオン軸の回転角速度θＬ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでピニオン軸の回転角θＬ が得られる。
【００３１】
そして、ピニオン・ラック変換によってピニオン軸の回転角θＬ をラック軸の変換値ＸＬ に変換した後、ラック軸の移動位置ＸＲａｋ と偏差にラック軸のラック定数ＫＲａｋ を掛けられたものが、前述のラック軸の捻れ等による外乱として戻される。またこのラック定数ＫＲａｋ を掛けられたものは、操舵輪ＦＲ、ＦＬから入力されるタイヤの捻れ外乱を引いた後、ラックの質量ＭＲａｋ の逆数（１／ＭＲａｋ ）を掛けることによって、ラック軸の移動加速度ＸＲａｋ−ｄｏｔｄｏｔが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりラック軸の移動速度ＸＲａｋ−ｄｏｔ が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでラック軸の移動位置ＸＲａｋ が得られる。
【００３２】
これにより、このラック軸の移動位置ＸＲａｋ はロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬに入力されるので、ステアリングホイール２１による操舵角θＨ に応じた操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵が可能になる。
【００３３】
このような電気式動力舵取装置２０による制御において、減速機２７にバックラッシュがない場合には、運転者により操舵されるステアリングホイール２１によるマニュアル操舵力と、これを補助するモータＭによるアシスト力との和である操舵力がピニオン入力軸２３によるピニオン入力軸回転角θＡ を発生させ、このピニオン入力軸回転角θＡ によりピニオン入力軸２３の負荷であるラックアンドピニオン２８を作動させる。このような場合、アシスト力を発生させるモータＭには、ラックアンドピニオン２８を含め全ての負荷慣性がかかるため、その補償分を補償器３０ｃによる比例ゲインで補う制御をＥＣＵ３０では行う。
【００３４】
これに対し、減速機２７にバックラッシュがある場合には、バックラッシュ領域に入ると同時に、それまでモータＭにかかっていたラックアンドピニオン２８を含た負荷を失う（負荷が抜ける）ため、負荷がかかっていた場合と同様の補償を補償器３０ｃにより行っているときには、無負荷に対する補償によりモータＭのモータ回転角θＭ が激しく増減を繰り返す振動あるいは発振した状態に陥ることとなる。このようなモータＭの振動状態が、バックラッシュ間を移動する空転状態において対向するギヤどうしの歯間衝突を繰り返し招くため、その衝突音が異音となって車室内の乗員に不快音を与えたり、振動による衝撃がステアリング軸２２を介してステアリングホイール２１に振動を与えたりする原因となる。
【００３５】
つまり、図２に示すブロック図において、ＥＣＵ３０の補償器３０ｃによる比例ゲインをＫｐ 、またモータＭによるモータ慣性ＪＭ 分とラックアンドピニオン２８によるラック負荷慣性分ＪＬ とをまとめて表すと１／（ＪＭ ＋ＪＬ ）とすることができるので、図２に示す制御ブロック図をこのような観点から要約して表現すると、図３に示すように表すことができる。
【００３６】
そこで、この図３に示す制御ブロックによる制御について、例えばトルク指令Ａが入力された場合の出力ＢのゲインＧは次式（１） により表すことができる。
【００３７】
Ｇ ＝ Ｂ／Ａ ＝ Ｋｐ ／（ＪＭ ＋ＪＬ ＋Ｋｐ ） …（１）
【００３８】
ここで、減速機２７がバックラッシュ領域に入るということは、前述したようにラック負荷慣性分ＪＬ がゼロ（ＪＬ ＝０）になることであるから、バックラッシュ領域に入った場合には、上式（１） においてはＧ ＝ Ｋｐ ／（ＪＭ ＋Ｋｐ ）となり、ゲインＧが急激に増加した場合と等価の状態になる。したがって、減速機２７がバックラッシュ領域に入っている場合には比例ゲインＫｐ を下げることによって上述したような発振状態による振動の防止が可能になることがわかる。
【００３９】
このようなバックラッシュ領域に入った状態を、モータＭの回転角θＭ 、角速度ωＭ の変化に対応したモータ電流ＩＭ の波形として観測すると、図４（Ｃ） に示すように、概ね表すことができる。なお、図４（Ａ） はモータＭの回転角θＭ 、図４（Ｂ） はモータＭの角速度ωＭ 、図４（Ｃ） はモータＭの実電流ＩＭ の波形を表しているが、この図４（Ｃ） の電流波形については、バックラッシュにおける振動状態をわかり易くするため、図４（Ａ） の回転角θＭ および図４（Ｂ） の角速度ωＭ に比べて時間軸ｔ方向に拡大した誇張表現を採っているので、留意されたい。
【００４０】
図４（Ａ） に示すように、時間ｔ１ においてモータＭの回転角θＭ が正（＋）方向から負（−）方向に切り替わると、それと同時に減速機２７では対向するギヤどうし（モータギヤと減速ギヤ）がバックラッシュ領域に入るため、ラック負荷慣性ＪＬ がゼロ（ＪＬ ＝０）となる一方で、モータＭの角速度ωＭ はゼロから逆回転（−）方向の増加傾向に移行するため、モータ電流ＩＭ はバックラッシュ領域を超えてラック負荷慣性分ＪＬ が増加に転じるまでピーク付近で振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α１ 内）。また時間ｔ２ においてモータＭの回転角θＭ が負（−）方向から正（＋）方向に切り替わる場合でも、同様にバックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α２ 内）。さらに時間ｔ３ においても同様で（図４（Ｃ） に示す破線楕円α３ 内）、ステアリングホイール２１を保舵することによりモータＭの回転角θＭ 、角速度ωＭ がゼロに収束しつつある場合においても（時間ｔ４、ｔ５ ）、バックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４（Ｃ） に示す破線楕円α４、α５ 内）。
【００４１】
これは、ステアリングホイール２１を急激に操舵しても、緩やかに操舵してもさらには保舵状態においても、バックラッシュ領域に入ると、同様に振動が生じることを示している。そのため、前述したような開示技術（特許文献１）によるローパスフィルタでは、時間ｔ３ におけるような緩慢な操舵あるいは時間ｔ４、ｔ５ における保舵時においても異音や衝撃を十分に防止することはできないことを明示している。
【００４２】
なお、このような図４における状態をラックアンドピニオン２８の負荷トルクＴＬ とモータＭの出力トルクＴｍ との関係において式表現すると、次式（２）、（３） のように表される。
【００４３】
ＴＬ ＝ Ｋｔ ×ＩＬ ＝ （ＪＭ ＋ＪＬ ）×ｄωＭ ／ｄｔ …（２）
ここで、Ｋｔ はモータＭのトルク定数、ＩＬ は負荷電流、ｄωＭ ／ｄｔはモータＭの回転角加速度を表す。バックラッシュ領域に入ると、負荷慣性ＪＬ がゼロになるため、式（２） は次式（３） として表現することができる。
【００４４】
（ＪＭ ＋０）×ｄωＭ ／ｄｔ ＝ Ｋｔ ×ＩＭ ＝ Ｔｍ …（３）
ここで、ＩＭ はモータＭのモータ電流、Ｔｍ はモータＭの出力トルクである。
またバックラッシュ領域ではギヤが空転するため、ｄωＭ ／ｄｔ は変化しないとみなせるので、ＩＭ ＜ＩＬ の関係を維持する。
【００４５】
以上の考察から、減速機２７がバックラッシュ領域に入った場合には、補償器３０ｃによる所定の比例ゲインを下げることによって、図４（Ｃ） のα１ 〜α５ に示すようなモータ電流の振動を防止することが可能となる。そのため、本実施形態では図５に示すような比例ゲイン制御をＥＣＵ３０により行っている。
【００４６】
この比例ゲイン制御処理は、ＥＣＵ３０のメモリに記憶された一連の制御プログラムに組み込まれており、制御周期として、例えば５ミリ秒ごとにタイマ割り込み処理等により起動され実行されている。なお図５には、ＥＣＵ３０により実行される電気式動力舵取装置２０の制御処理のうち、当該比例ゲイン制御の部分だけが図示されている。
【００４７】
図５に示すように、比例ゲイン制御では、まずステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭのモータ回転角センサ３３から入力されるモータ回転角θＭ に基づいてモータ回転角速度θＭ−ｄｏｔ を求めて回転方向を検出する。
【００４８】
ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合には（Ｓ１０１でＹｅｓ）、続くステップＳ１０３に処理を移行し、モータＭの回転方向が反転したと判断されなかった場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し」に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭの電流センサ３７から入力されるモータＭの実電流値を読み込むことでモータ電流ＩＭ が得られるので、これを予め設定されている所定の第１電流閾値と比較する。
【００５０】
ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、次のステップＳ１０５に処理を移行し、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断されなかった場合には（Ｓ１０３でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合」に相当する。
【００５１】
ステップＳ１０５では、補償器３０ｃの比例ゲインを所定値に設定する処理が行われる。つまり、ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断され（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、前述した所定の条件が整ったとして、補償器３０ｃにより与えられる比例ゲインを所定値まで減少させる処理がこのステップＳ１０５によって行われる。
このステップＳ１０５は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００５２】
なおここにいう比例ゲインの「所定値」とは、例えば、減速機２７がバックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、図４（Ｃ） に示す破線楕円α１ 〜α５ 内のような発振による振動を抑制し得る程度のゲインをいい、実機による実験データやコンピュータシミュレーションによるデータに基づいて最適な値が設定される。これにより、図２に示す補償器３０ｃの比例ゲイン、つまり図３に示し比例ゲインＫｐ がこのような所定値まで減少するので、例えば図６（Ｃ） に示す破線楕円β１ 〜β５ 内のように発振を抑え継続した振動の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
ステップＳ１０５により補償器３０ｃが比例ゲインが下げられると、続くステップＳ１０９では、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えているか否かを判断する処理が行われ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えるまで（ステップＳ１０９でＹｅｓ）このステップＳ１０９を繰り返し行う。即ち、運転者等により操舵されている場合には、図２を参照して説明したように、操舵角θＨ の入力により操舵トルクＴが発生するため、モータ電流指令マップ３０ａに基づいて新たなモータ電流指令がＥＣＵ３０から出力される。
これによりモータ駆動回路３５を介してモータＭに電流が流れてモータ電流ＩＭ が増加するため、モータＭの出力軸の回転により減速機２７のバックラッシュ領域から抜け出ることが可能なる。
【００５４】
つまり、このステップＳ１０９では、バックラッシュ領域内からバックラッシュ領域外に抜け出ることができたか否かを判断している。そのため、このステップＳ１０９でモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１に処理を移行して、一旦はステップＳ１０５によりゲインを下げた比例ゲインを徐々に元に戻す処理が行われる。なお、このステップＳ１０９によりモータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合」に相当するものである。
【００５５】
一方、ステップＳ１０７は、ステップＳ１０１またはステップＳ１０３による判断処理によりそれぞれの条件を満たさないと判断された場合に行われる処理で、補償器３０ｃの比例ゲインは初期値に設定されているか否かの判断処理が行われる。即ち、前回、この比例ゲイン制御処理を実行したときにはステップＳ１０５により補償器３０ｃの比例ゲインが所定値まで下げられていたり、次に説明するステップＳ１１１により比例ゲインが上げられている途中であった場合には、引き続きステップＳ１１１を実行する必要があるので、このステップＳ１０７によりその判断を行っている。
【００５６】
ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断された場合には（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１１１による処理は必要ないので、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。一方、ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断されない場合には（Ｓ１０７でＮｏ）、ステップＳ１１１に処理を移行して補償器３０ｃの比例ゲインを上げる処理を行う。
【００５７】
ステップＳ１１１では、補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理が行われる。ワンステップとは、例えば、比例ゲインを電流比で０．５ｄＢ増加させることをいう。このように比例ゲインを徐々に増加させることによって、減速機２７がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。
【００５８】
なお、このステップ１１１は、特許請求の範囲に記載の「減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段」に相当するもので、前述したように、本比例ゲイン制御処理が、例えばタイマ割り込み等により５ミリ周期ごとに実行されることによって当該ステップＳ１１１が毎回実行されてワンステップごとに比例ゲインを増加させるので、「制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる」ことを可能にしている。
【００５９】
ステップＳ１１１による処理が終了すると、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。
【００６０】
このように電気式動力舵取装置２０では、図５に示す比例ゲイン制御処理を行うことによって、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩＭ に基づいてモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５によりＥＣＵ３０により補償器３０ｃの比例ゲインを減少させる。
【００６１】
これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させるモータ電流指令値ＩＭ＊を生成してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩＭ＊よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６２】
また、モータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１により、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた補償器３０ｃの比例ゲインを所定の割込み周期（例えば５ミリ秒）ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、当該割込み周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６３】
なお、上述した実施形態では、所定の条件が整った場合（Ｓ１０１でＹｅｓ、かつ、Ｓ１０３でＹｅｓ）、補償器３０ｃによる比例ゲインを減少させたが（Ｓ１０５）、これに限られることはなく、例えば、図５に示すステップＳ１０５による「補償器３０ｃの比例ゲインを所定値まで下げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定値まで減少させる処理」（マップ補正手段）を行っても良い。
【００６４】
即ち、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩＭ に基づいてモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインが所定値まで下げる処理を行う。これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩＭ が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩＭ＊に変換してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩＭ＊よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、このような制御の場合であっても、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６５】
また、このようなモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを制御する場合には、図５に示すステップＳ１１１による「補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理」（変換ゲイン復帰手段）を行っても良い。
【００６６】
即ち、モータ電流ＩＭ が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理を行うにより、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときに減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを、当該所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６７】
なお、以上説明した実施形態等では、「操舵アシスト力を操舵系に伝達する動力伝達機構」の一例として、図１および図２に示す減速機２７で生じるバックラッシュを挙げて説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、図１に示すラックアンドピニオン２８を構成するピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュについても上述した例と同様に適用することができる。
【００６８】
即ち、ラックアンドピニオン２８のピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュは、図２に示す制御ブロックでは、ラックアンドピニオン２８のラック軸のラック定数ＫＲａｋ とその後段の加算器との間に表すことができるので、このよなラックアンドピニオン２８におけるバックラッシュについても上述した減速機２７のバックラッシュと同様に対処することができる。これにより、前述同様の作用・効果を得ることができる（図６（Ｃ） に示す時間ｔ４、ｔ５ ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ） は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成概要を示す説明図で、図１（Ｂ） は、図１（Ａ） に示すＥＣＵ等の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体による制御概要を表す制御ブロック図である。
【図３】図２に示すブロック図の一部を要約した構成を示すブロックである。
【図４】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図４（Ａ） はモータの回転角θＭ を示す波形、図４（Ｂ） はモータの角速度ωＭ を示す波形、図４（Ｃ） は、モータの実電流ＩＭ を示す波形で、従来の制御によるものである。
【図５】本実施形態に係る比例ゲイン制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図６（Ａ） はモータの回転角θＭ を示す波形、図６（Ｂ） はモータの角速度ωＭ を示す波形、図６（Ｃ） は、モータの実電流ＩＭ を示す波形で、本実施形態に係る比例ゲイン制御処理された場合のものである。
【符号の説明】
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 ピニオン入力軸
２４ ステアリングセンサ（操舵トルク検出手段）
２７ 減速機 （動力伝達機構）
２８ ラックアンドピニオン
２９ ロッド
３０ ＥＣＵ （制御手段、ゲイン補正手段、比例ゲイン復帰手段、マップ補正手段、変換ゲイン復帰手段）
３３ モータ回転角センサ（モータ回転方向検出手段）
３５ モータ駆動回路
３７ 電流センサ （モータ電流検出手段）
Ｍ モータ （電動モータ）
ＦＲ、ＦＬ 操舵輪
Ｔ 操舵トルク
θＨ 操舵角
θＴｉｒ 実舵角
θＭ モータの回転角
ωＭ モータの角速度
ＩＭ モータの実電流
ＩＭ＊ モータ電流指令値（制御信号、モータ電流指令）
Ｓ１０５（ゲイン補正手段）、Ｓ１１１（比例ゲイン復帰手段）
Claims (4)
- 操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基いて前記操舵アシスト力を発生させる制御信号を前記電動モータに出力する制御手段と、前記制御手段から出力される前記制御信号に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、
前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記制御手段の比例ゲインを減少させるゲイン補正手段と、を備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 - 請求項１に記載の電気式動力舵取装置において、
前記ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段を備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 - 操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクを前記電動モータのモータ電流指令に変換するアシストマップ手段と、前記モータ電流指令に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、
前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させるマップ補正手段と、を備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。 - 請求項３に記載の電気式動力舵取装置において、
前記マップ補正手段により前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記変換ゲインに戻るまで前記減少させた前記アシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる変換ゲイン復帰手段を備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
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