JP2008114687A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オンセンター時及びオフセンター時に、また、タイヤのコーナリングフォース動特性及びＳＡＴ動特性を考慮してそれぞれの適切なＳＡＴ補償値設計を可能にすると共に、操舵入力周波数（操舵角速度）によらず操舵角に対する操舵トルクの再現性があるように制御系を設計できる高性能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電流制御値に基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御するようになっていると共に、ＳＡＴ検出手段若しくはＳＡＴ推定手段からのＳＡＴ値に基づくＳＡＴ補償値１で操舵補助指令値を補正するようになっている電動パワーステアリング装置において、ＳＡＴ補償値１をゲイン切替えしたＳＡＴ補償値２を位相補償するタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部を設け、タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部からのＳＡＴ位相補償値で操舵補助指令値を補正する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系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（ＥＰＳ）に関し、特にタイヤのコーナリングフォース動特性又はＳＡＴ（セルフアライニングトルク）の動特性を補償することによって、操舵入力周波数（操舵角速度）によらず操舵角に対する操舵トルクの再現性があるように制御系を設計できる電動パワーステアリング装置に関する。

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（操舵補助トルク）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１５に示して説明すると、操向ハンドル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、操向ハンドル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、操向ハンドル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、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力され、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Ｔと車速センサ１２で検出された車速信号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も含む）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１６のようになる。

図１６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Ｔ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基いてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆを決定する。電流指令値Ｉｒｅｆは加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された操舵補助指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ回路３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。なお、電流制限部３３は必ずしも必要なものではない。

また、加算部３２Ａには補償部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償部３４は、慣性３４２からＳＡＴ３４３を減算部３４４で減算し、その減算結果に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このような電動パワーステアリング装置は、ＳＡＴ機能を有する。即ち、転舵後に直進状態に戻る過程で、ドライバがハンドルを回転させる力を緩めるか零（いわゆる手放し状態）にすれば、車輪は自動的に中立位置方向に戻ろうとする。この中立位置方向に戻ろうとするＳＡＴは、車速が大きい程大きい。この時、電動パワーステアリング装置においては、先ず車輪が例えば右に転舵しているものとすれば、ＳＡＴ機能により車輪は中立位置方向（左方向）に動く。そして、ドライバがハンドルを回転させる力は零なので、操舵トルクも本来は零のはずである。従って、トルクセンサにより検出される操舵トルクも零になり、モータは通電されず、操舵補助力を発生せず、電動ステアリング装置に接続されたまま左方向に回転する。勿論、ハンドルも左へ回転する。

しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置においては、モータのロータや車両及びステアリング系のフリクションに相当する摩擦力等により、低速走行時に転舵後のハンドルの戻りが悪く、また高速走行時にハンドルの戻り感やフリクション感等のオンセンター感が悪いという問題点があった。

即ち、低速走行時にドライバがハンドルを回転させて転舵した後に直進状態に戻る過程において、マニュアルステアリング装置や油圧パワーステアリング装置に比べ、従来の電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの戻りが悪く、甚だしい場合には、ドライバがハンドルを直進方向へ回転し直す必要があった。また、高速走行時に、車線変更や方向修正のために、ドライバがハンドルを回転させて転舵した後に直進状態に戻る過程（特に手放し状態で戻る過程）において、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする時にも、真ん中（中立位置）まで戻りきらず、甚だしい場合にはドライバがハンドルを直進方向へ回転し直す必要があった。

このような不具合を解消する方法として、フリクションを補正する又は打ち消すハンドル戻り補正部として路面反力トルク検出器を用い、この路面反力トルク検出器としてハンドルの回転角度を検出するハンドル角検出器を有し、ハンドル角検出器より出力されるハンドル角信号に基づいてハンドル戻し補正量を求め、且つこの補正量を、ハンドル及びステアリング系の回転或いは運動の方向によるフリクションのアンバランスを調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を解消するように構成したものが提案されている。

同様に、フリクションを補正する或いは打ち消すハンドル戻り補正部としての路面反力トルク検出器を路面反力トルク推定手段により構成し、この路面反力トルク推定手段により、操舵トルク検出器の出力に、モータの電流を検出する電流検出器の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクを加算すると共に、ステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得られる値に、ローパスフィルタ或いは遅延フィルタ処理を施して路面反力トルク推定信号を生成し、この路面反力トルク推定信号に基づいてハンドル戻し補正量を求め、且つこの補正量をハンドル及びステアリング系の回転或いは運動の方向によるフリクションのアンバランスを調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を解消するように構成したものもある。

上述した従来例は、低車速においては、手放し時にハンドルの戻りを改善する効果は期待できるが、車両のフリクションが大きな場合には、ハンドルの切増し時に操舵力が重くなり過ぎる欠点があった。一般に、カーブでの旋回中のハンドル切増し時におけるパワーアシスト無し時のマニュアル操舵力は、路面からの反力に操舵系のフリクションを加算した値となり、路面反力よりフリクション分だけ更に重くなり、逆にハンドル戻し時には、路面反力から操舵系のフリクションを減算した値となり、路面反力よりフリクション分軽くなり、これがハンドル戻りを悪化させる主原因となっている。このため、特に車両及びステアリング系のフリクションの値が大きい車では、フリクションに打ち勝ってハンドルを戻すためのハンドル戻し補正量が大きくなる傾向があり、ハンドルの切増し時とハンドルの切戻し時に、補正を路面反力に基づいて同一係数で実施すると、特に大舵角からの良好なハンドル戻りを要求される低速走行時におけるカーブでの旋回時のハンドル切戻し切増し時に重くなり過ぎ、大きなアンバランスが生じる欠点があった。

このような問題を解決するものとして、例えば特開２００２−２９４４１号公報（特許文献１）に開示されている電動式ステアリング装置の制御装置がある。この電動式ステアリング装置の制御装置は、ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に介挿され、ドライバによる操舵トルクを補助するトルクを発生する電動モータを備えた電動パワーステアリング装置であり、モータのロータのフリクションや車両及びステアリング系のフリクションを補正するハンドル戻り補正部と、ハンドルの切増しと切戻しを判別する操舵状態判別補償部とを備え、ハンドル戻り補正部の補正量をハンドルの切増しと切戻し方向によって異なった値に設定するようにしている。
特開２００２−２９４４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている電動式ステアリング装置の制御装置は、ＳＡＴを考慮したものではなく、ハンドルの低速回転時のハンドル戻りの悪さだけを問題にしている。そのため、車両の路面反力が強過ぎて、ハンドルが急に戻り過ぎる場合があり、その解決が強く望まれていた。

また、近年は電動パワーステアリング装置を搭載した車両の大型化が進んできており、従来の小型車両の制御では良好な操舵フィーリング（特にオンセンター時及びオフセンター時、又は保舵時の操舵フィーリング）を実現できないという問題がある。更に、過渡的な操舵入力周波数（操舵速度）に対するコーナリングフォース（又はＳＡＴ）の遅れを考慮し、操舵入力周波数（操舵速度）が変化しても操舵角に対する操舵トルクの再現性が保証された電動パワーステアリング装置の出現が要請されている。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、オンセンター時及びオフセンター時に、また、タイヤのコーナリングフォース動特性及びＳＡＴ動特性を考慮してそれぞれの適切なＳＡＴ補償値設計を可能にすると共に、操舵入力周波数（操舵角速度）によらず操舵角に対する操舵トルクの再現性があるように制御系を設計できる高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータの電流とから演算した電流制御値に基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を付与する前記モータを制御するようになっていると共に、ＳＡＴ検出手段若しくはＳＡＴ推定手段からのＳＡＴ値に基づくＳＡＴ補償値１で前記操舵補助指令値を補正するようになっている電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記ＳＡＴ補償値１をゲイン切替えしたＳＡＴ補償値２を位相補償するタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部を設け、前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部からのＳＡＴ位相補償値で前記操舵補助指令値を補正することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記ＳＡＴ補償値１を車速感応ゲインで乗算若しくは加減算することにより、或いは前記ＳＡＴ補償値２を操舵トルク感応ゲインで乗算若しくは加減算することにより、或いは前記ＳＡＴ補償値１のゲイン切替えを、ステアリング切増し操舵／ステアリング切戻し操舵／保舵の操舵状態に基づいて行うことにより、或いは前記ＳＡＴ補償値２を前記モータの角速度に基づく角速度感応ゲインで乗算若しくは加減算することにより、或いは前記ＳＡＴ補償値２を操舵角検出手段若しくは操舵角推定手段からの操舵角値に基づく操舵角感応ゲインで乗算若しくは加減算することにより、或いは前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部が車速反応になっていることにより、或いは前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部が高周波域で位相を進め、ゲインを大きくしていることにより、或いはタイヤ変更によって発生するＥＰＳパラメータの再設計が前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部を変更することにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流とから演算した電流制御値に基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御するようになっていると共に、ＳＡＴ検出手段若しくはＳＡＴ推定手段からのＳＡＴ値に基づいて前記操舵補助指令値を補正するようになっている電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、入力する操舵角と前記操舵トルクの関係が一定となるように前記ＳＡＴ値を位相補償することにより達成される。

本発明によれば、ＳＡＴ補償値を切増し操舵/切戻し操舵/保舵の操舵判定により各操舵状態での操舵トルク(操舵力)を設計する制御機能を有し、位相補償部（タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部）を設けることにより、操舵角に対する操舵トルク(操舵力)が操舵入力周波数(操舵角速度)によらず再現性があるステアリングフィーリングの設計が可能である。これにより、ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵共に、操舵角に対する操舵トルクが操舵入力周波数に関係なく再現され、ドライバは車両の動きを予測することが可能である。また、ステアリング切戻し操舵時は操舵入力周波数が高くなると操舵力ヒステリシスが増加し、収れん性を向上させることが可能である。

また、本発明によれば、タイヤ変更によるＥＰＳパラメータの再設定(ＥＰＳチューニング)が、タイヤコーナリングフォース動特性(又はＳＡＴ動特性)を用いることによって設定可能であり、チューニング工数を低減することができる。

先ず本発明の前提となる特願２００５−３１５６０２の発明（以下、「前提発明」とする。）について、概略を説明する。

前提発明では操舵角感応ゲイン、操舵トルク感応ゲイン（両方又は１つ）を設けることにより、ＳＡＴの小さい（操舵トルク小／操舵角小）オンセンター時及び、ＳＡＴの大きい（操舵トルク大／操舵角大）オフセンター時に、それぞれの適切なＳＡＴ補償値設計を可能としている。また、前提発明では、操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵、保舵）を判定することにより、保舵時のＳＡＴ補償値設計を可能としている。

図１は前提発明を示しており、トルクセンサからの操舵トルクＴは電流指令値演算部３１に入力されると共に、操舵状態判定部４２にも入力され、車速センサからの車速Ｖは電流指令値演算部３１に入力されると共に、車速感応ゲイン部４１にも入力される。電流指令値演算部３１で操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて演算された電流指令値Ｉｒｅｆは、減算部６５に入力される。

セルフアライニングトルク部４０で検出若しくは推定されたＳＡＴ値ＳＡＴ_１は、乗算部６０に入力されると共に、補償部３４内の減算部３４４に減算入力される。車速感応ゲイン部４１では、車速Ｖに基づいて車速感応ゲインＧ_１が設定される。車速感応ゲイン部４１からの車速感応ゲインＧ_１も乗算部６０に入力される。乗算部６０の出力ＳＡＴ_１・Ｇ_１が乗算部６１に入力される。

一方、操舵状態判定部４２には、測定若しくは推定された操舵角速度ω（モータ速度）が入力される。操舵状態判定部４２は、操舵トルク値Ｔと操舵角速度ωとに基づいて、操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵又は保舵の何れか）を判定し、判定した結果として判定信号ＤＳを出力し、操舵状態感応ゲイン部４３に入力する。

操舵状態感応ゲイン部４３は判定信号ＤＳに基づいて、操舵状態感応ゲインＧ_２を切替える。つまり、操舵状態感応ゲイン部４３から乗算部６１に出力される操舵状態感応ゲインＧ_２は、操舵状態判定部４２からの判定信号ＤＳに従って切替えられる。

図２に操舵状態感応ゲインＧ_２の具体例を示す。操舵状態感応ゲイン部４３では、図２に示されるように、例えばステアリング切戻し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を負（例えばＧ_２の値を“−１”や“−０．５”にする）、ステアリング切増し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”、保舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”とする「ステアリング切戻し操舵時のみ操舵状態感応ゲインＧ_２を機能させる」パターンＡ、ステアリング切戻し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”、ステアリング切増し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を正（例えばＧ_２の値を“１”や“２”にする）、保舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”とする「ステアリング切増し操舵時のみ操舵状態感応ゲインＧ_２を機能させる」パターンＢ、ステアリング切戻し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”、ステアリング切増し操舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を“０”、保舵と判定された場合の操舵状態感応ゲインＧ_２を正とする（例えばＧ_２の値を“１”や“５”にする）「保舵時のみ操舵状態感応ゲインＧ_２を機能させる」パターンＣのような数パターンの組合せが可能である。また、操舵状態感応ゲインＧ_２の値も自由に設定可能である。

乗算部６１の出力ＳＡＴ_１・Ｇ_１・Ｇ_２が乗算部６２に入力される。また、ω感応ゲイン部４４で設定されたω感応ゲインＧ_３（ω）も乗算部６２に入力される。乗算部６２の出力ＳＡＴ_１・Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３（ω）が乗算部６３に入力される。操舵トルク感応ゲイン部４５で設定された操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）も乗算部６３に入力される。そして、乗算部６３の出力ＳＡＴ_１・Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３（ω）・Ｇ_４（Ｔ）が乗算部６４に入力される。操舵角感応ゲイン部４６で設定された操舵角感応ゲインＧ_５（θ）も乗算部６４に入力される。乗算部６４の出力ＳＡＴ_１・Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３（ω）・Ｇ_４（Ｔ）・Ｇ_５（θ）、であるＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃが減算部６５に減算入力される。減算部６５での減算結果（Ｉｒｅｆ−ＳＡＴ_Ｃ）、つまり（Ｉｒｅｆ−ＳＡＴ_１・Ｇ_１・Ｇ_２・Ｇ_３（ω）・Ｇ_４（Ｔ）・Ｇ_５（θ））は、電流指令値Ｉｒｅｆ１として加算部３２Ａに入力され、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭも加算部３２Ａに入力される。加算部３２Ａでの加算結果（Ｉｒｅｆ１＋ＣＭ）は電流指令値Ｉｒｅｆ２として減算部３２Ｂに加算入力され、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ回路３７を経てモータ２０が制御される。

操舵状態判定部４２は図３のフローチャートに示すように、先ず操舵角速度ωがある範囲の値を継続したかどうかを判定し（ステップＳ３１）、操舵角速度ωがある範囲の値を継続した場合は保舵と判定する（ステップＳ３２）。一方、操舵角速度ωがある範囲の値を継続していない場合には操舵と判定し（ステップＳ３３）、更に操舵トルクＴの符号と操舵角速度ωの符号が一致するかどうかを判断する（ステップＳ３４）。操舵トルクＴの符号と操舵角速度ωの符号が一致した場合にステアリング切増し操舵と判定し（ステップＳ３５）、操舵トルクＴの符号と操舵角速度ωの符号が一致しない場合にステアリング切戻し操舵と判定する（ステップＳ３６）。

ω感応ゲイン部４４は、操舵角速度ωに基づいてω感応ゲインＧ_３（ω）を設定するようになっており、ω感応ゲインＧ_３（ω）の具体例として、例えば図４（Ａ）に示すような操舵角速度ωの２次曲線Ｇ_３（ω）を用いることができる。

また、操舵トルク感応ゲイン部４５では、操舵トルク信号Ｔに基づいて操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）を設定するようになっており、操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）の具体例として、例えば、図４（Ｂ）に示すような操舵トルクＴの２次曲線Ｇ_４（Ｔ）を用いることができる。また、操舵角感応ゲイン部４６は、操舵角θに基づいて操舵角感応ゲインＧ_５（θ）を設定するようになっており、操舵角感応ゲインＧ_５（θ）の具体例として、例えば図４（Ｃ）に示すような操舵角θの２次曲線数Ｇ_５（θ）を用いることができる。

なお、ω感応ゲイン部４４、操舵トルク感応ゲイン部４５及び操舵角感応ゲイン部４６で用いられる２次曲線Ｇ_３（ω）、Ｇ_４（Ｔ）、Ｇ_５（θ）の代わりとして、１次関数を用いても良い。

このような構成において、その動作を図５のフローチャートを参照して説明する。

先ずＳＡＴ値ＳＡＴ_１がセルフアライニングトルク部４０で推定される（ステップＳ１）。そして、車速感応ゲイン部４１で車速Ｖに基づいて車速感応ゲインＧ_１が算出され（ステップＳ２）、操舵状態判定部４２で操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵、保舵）が判定され、判定信号ＤＳが出力される（ステップＳ３）。

次に、操舵状態感応ゲイン部４３で判定信号ＤＳに従って操舵状態感応ゲインＧ_２が算出され（ステップＳ４）、ω感応ゲイン部４４で操舵角速度ωに基づいてω感応ゲインＧ_３（ω）が算出され（ステップＳ５）、操舵トルク感応ゲイン部４５で操舵トルクＴに基づいて操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）が算出される（ステップＳ６）。また、操舵角感応ゲイン部４６で操舵角θに基づいて操舵角感応ゲインＧ_５（θ）が算出される（ステップＳ７）。

このようにＳＡＴ値ＳＡＴ_１、車速感応ゲインＧ_１、操舵状態感応ゲインＧ_２、ω感応ゲインＧ_３（ω）、操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）、操舵角感応ゲインＧ_５（θ）が算出されるので、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃを算出することができる（ステップＳ８）。

以上のように前提発明によれば、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃをオンセンター及びオフセンターで制御するようにしているので、オンセンター時及びオフセンター時にそれぞれの適切な操舵トルクヒステリシス幅（ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃ）の設計を制御することができ、操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵又は保舵）を判定する操舵状態判定を行うことにより、保舵時の操舵トルクヒステリシス幅（ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃ）の設計を制御することもできる。

また、走行時の操舵角入力後の手放し等の操舵角速度が速い場合に、操舵角速度感応ゲインと、操舵トルク感応ゲインと、操舵角感応ゲインとを同時に用いることにより、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃを調整するようにしているので、ハンドル戻りを悪化させることなく収れん性のみを向上させることができる。更に、操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵又は保舵）と、操舵角速度（モータ速度）と、操舵角と、操舵トルクとに基づいて、ＳＡＴを補償しているので、小型車のみならず大型車においても、オンセンター時及びオフセンター時にも保舵時にも良好な操舵フィーリングを実現することができる利点がある。

しかしながら、上記前提発明はタイヤのコーナリングフォース動特性及びＳＡＴ動特性を考慮していないため、過渡的な操舵入力周波数（操舵速度）に対するコーナリングフォース（又はＳＡＴ）の遅れを生じさせ、操舵入力周波数（操舵角速度）によって操舵角に対する操舵トルクの再現性がなくなってしまう問題がある。

このため、本発明ではＳＡＴ補償値出力経路に、タイヤのコーナリングフォース動特性を補償すると共に、ＳＡＴ動特性を補償するタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０を設け、操舵入力周波数（操舵角速度）増加時においてもＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃの位相を制御し、タイヤコーナリングフォース動特性によるコーナリングフォース（又はＳＡＴ）の遅れを補償することによって、操舵入力周波数（操舵角速度）に関わらず、ステアリング切増し操舵時及びステアリング切戻し操舵時の操舵角に対する操舵トルクに再現性がある操舵フィーリングを実現可能としている。

図６はタイヤのコーナリングフォース動特性の例を示しており、図６（Ａ）はゲイン図、図６（Ｂ）は位相図である。図示のようにタイヤのコーナリングフォース動特性は、位相は周波数が高くなるに従って徐々に遅れ、ゲイン（大きさ）は低周波でほぼ一定で、所定周波数以上で低下する特性になっている。また、図７はＳＡＴの動特性の例を示しており、図７（Ａ）はゲイン図、図７（Ｂ）は位相図である。図示のようにＳＡＴ動特性は、位相は周波数が高くなるに従って徐々に遅れ、所定周波数以上で進み、ゲイン（大きさ）は所定周波数近辺で減衰するが、それ以外の領域でほぼ一定の特性になっている。本発明では、このような周波数に対するゲイン・位相特性をほぼ一定にして、再現性ある操舵フィーリングを実現するようにしている。なお、ＳＡＴ動特性はタイヤのコーナリング動特性を含んだ特性である。つまり、ＳＡＴ動特性は、タイヤコーナリングフォース＋サスペンションジオメトリを含んだ動特性を意味している。

図８は本発明の原理を示しており、操舵入力周波数（操舵角速度）が例えば０．３Ｈｚの場合における操舵角に対する操舵トルクは図８（Ａ）に示す特性となる。そして、操舵入力周波数が例えば１．５Ｈｚに変更されると、前提発明では図８（Ｂ）に示すように操舵入力周波数が増加することによって、操舵角に対する操舵トルクの特性が変わってしまう。これに対し、本発明では図８（Ｃ）に示すように、操舵入力周波数に関わらずステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵時の操舵角に対する操舵トルク特性が一定である。また、図８（Ｄ）のＡＲ１及びＡＲ２に示すようにステアリング切増し操舵時の操舵角に対する操舵トルク特性を一定にし、切戻し操舵時の操舵角に対して操舵トルクのみを変更することも可能である。

次に、タイヤのコーナリングフォース動特性について、図９及び図１０を参照して説明する。タイヤ１００の回転方向と同一方向に進行していたタイヤ１００に突然横滑り角Ｂが生じたとする。このため、タイヤ１００に横力Ｆが発生し、接地面がタイヤ１００の本体に対しｙだけ変形したと考えると、接地面の横方向の速度は変形ｙの微分値ｙ_０（＝ｄｙ／ｄｔ）であるので、図９より接地面の横滑り角は“Ｂ−ｙ_０／Ｖ”となる。従って、このときのタイヤ１００の横力Ｆは、コーナリングパワーをＫとすれば下記数１となる。

また、タイヤ１００の横剛性を図１０に示すようにｋｙとすれば、横力Ｆは下記数２で表せる。

（数２）
Ｆ＝ｋ×ｙ
数１及び数２より微分値ｙ_０を消去すれば、下記数３となる。

数３をラプラス変換し、横滑り角Ｂに対する横力Ｆの伝達関数で表せば、下記数４となって１次の遅れ要素と見ることができる。ただし、時定数Ｔ_１＝Ｋ／（ｋ・Ｖ）である。

以上のような前提を基に、本発明は操舵の判定信号ＤＳ、操舵角θ、操舵トルクＴ及び操舵角速度ωを用いてオンセンター／オフセンター／保舵の操舵状態に従ってＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃを求め、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃをタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０に入力して位相補償を行い、タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０で補償されたＳＡＴ位相補償値ＳＡＴ_Ｃ０を電流指令値Ｉｒｅｆに対して補正することにより、操舵入力周波数が高い領域においてもタイヤのコーナリングフォース（ＳＡＴ）の動特性によるコーナリングフォース（ＳＡＴ）の伝達遅れを補償するようにしている。

図１１は本発明の構成例を図１に対応させて示しており、乗算部６４から出力されるＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃを位相補償するタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０を設けており、タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０で位相補償されたＳＡＴ位相補償値ＳＡＴ_Ｃ０が減算部６５に減算入力される。タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０には車速Ｖが入力されている。タイヤコーナリングフォース動特性及びＳＡＴ動特性は車速によって特性が変化するため、車速Ｖによって特性を切替える。

本発明のタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０は図１２に示すような特性になっており、高周波領域でゲインを大きく、位相を進ませる特性になっている。また、本発明のω感応ゲイン部４４のゲイン設定は図４（Ａ）に示すような特性になっており、操舵トルク感応ゲイン部４５は図４（Ｂ）に示すような特性になっており、操舵角感応ゲイン部４６は図４（Ｃ）に示すような特性になっており、車速感応ゲイン部４１は図１３に示すような特性になっている。

このような構成において、その動作を図１４のフローチャートを参照して説明する。

先ずＳＡＴ値ＳＡＴ_１がセルフアライニングトルク部４０で推定され（ステップＳ１０）、車速感応ゲイン部４１で車速Ｖに基づいて図１３に従った車速感応ゲインＧ_１（Ｖ）が算出され（ステップＳ１１）、操舵状態判定部４２で操舵状態（ステアリング切増し操舵、ステアリング切戻し操舵、保舵）が判定され、操舵状態に応じた判定信号ＤＳが出力される（ステップＳ１２）。

次に、操舵状態感応ゲイン部４３で判定信号ＤＳに従って操舵状態感応ゲインＧ_２が算出され（ステップＳ１３）、ω感応ゲイン部４４で操舵角速度ωに基づいて図４（Ａ）に従ったω感応ゲインＧ_３（ω）が算出される（ステップＳ１４）。また、操舵トルク感応ゲイン部４５で操舵トルクＴに基づいて図４（Ｂ）に従った操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）が算出され（ステップＳ１５）、操舵角感応ゲイン部４６で操舵角θに基づいて図４（Ｃ）に従った操舵角感応ゲインＧ_５（θ）が算出される（ステップＳ１６）。

このようにして求められたＳＡＴ値ＳＡＴ_１、車速感応ゲインＧ_１（Ｖ）、操舵状態感応ゲインＧ_２、ω感応ゲインＧ_３（ω）、操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）、操舵角感応ゲインＧ_５（θ）は乗算部６０〜６４で乗算され、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃが算出され（ステップＳ１７）、ＳＡＴ補償値ＳＡＴ_Ｃはタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０に入力されて図１２に示す特性で位相補償（車速切替）され（ステップＳ１８）、位相補償されたＳＡＴ位相補償値ＳＡＴ_ｃ０が算出されてタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部７０から出力される（ステップＳ１９）。

図１１では乗算部６０〜６４を用いてＳＡＴ値ＳＡＴ_１、車速感応ゲインＧ_１（Ｖ）、ω感応ゲインＧ_３（ω）、操舵トルク感応ゲインＧ_４（Ｔ）、操舵角感応ゲインＧ_５（θ）を乗算するようにしているが、減算部を用いた減算処理による補正も可能である。

なお、操舵状態判定部４２が保舵を判定せず、ステアリング切増し操舵とステアリング切戻し操舵だけを判定するのであれば、特開２００３−１７０８５６号公報で示されるように、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときにステアリング切増し操舵と判定し、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、かつ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときにステアリング切戻し操舵と判定するようにしても良い。つまり、操舵状態判定部４２は操舵角速度ωを用いることなく、操舵トルクＴのみを用いてステアリング切増し操舵とステアリング切戻し操舵を判定することができる。

また、セルフアライニングトルク部４０におけるＳＡＴ値ＳＡＴ_１の推定は、例えば特開２００２−２７４４０５号公報で示されるように、モータ回転信号及びモータ電流指令値を用いて外乱オブザーバ構成によって行っても良い。

本発明の前提となる発明（前提発明）を示すブロック構成図である。 操舵状態感応ゲイン部で設定される操舵状態感応ゲインの具体例を示す図である。 操舵状態判定部の動作例を示すフローチャートである。 ω感応ゲイン部、操舵トルク感応ゲイン部及び操舵角感応ゲイン部でそれぞれ設定されるゲインの一例を示す図である。 前提発明の動作例を示すフローチャートである。 コーナリングフォース動特性の例を示す位相・ゲイン図である。 ＳＡＴ動特性の例を示す位相・ゲイン図である。 本発明の原理を説明するための図である。 コーナリングフォース動特性を説明するための図である。 コーナリングフォース動特性を説明するための図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部の特性例を示すボード線図である。 車速感応ゲイン部で設定されるゲインの一例を示す図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 一般的なステアリング機構例を示す図である。 従来装置の制御系の例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
３ 減速ギア
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
３１ 電流指令値演算部
３４ 補償部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３７ インバータ回路
３８ モータ電流検出器
４０ セルフアライニングトルク部
４１ 車速感応ゲイン部
４２ 操舵状態判定部
４３ 操舵状態感応ゲイン部
４４ ω感応ゲイン部
４５ 操舵トルク感応ゲイン部
４６ 操舵角感応ゲイン部
７０ タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部
１００ タイヤ

Claims (10)

1. ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータの電流とから演算した電流制御値に基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を付与する前記モータを制御するようになっていると共に、ＳＡＴ検出手段若しくはＳＡＴ推定手段からのＳＡＴ値に基づくＳＡＴ補償値１で前記操舵補助指令値を補正するようになっている電動パワーステアリング装置において、前記ＳＡＴ補償値１をゲイン切替えしたＳＡＴ補償値２を位相補償するタイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部を具備し、前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部からのＳＡＴ位相補償値で前記操舵補助指令値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。
2. 前記ＳＡＴ補償値１を車速感応ゲインで乗算若しくは加減算す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。
3. 前記ＳＡＴ補償値２を操舵トルク感応ゲインで乗算若しくは加減算する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ＳＡＴ補償値１のゲイン切替えを、ステアリング切増し操舵／ステアリング切戻し操舵／保舵の操舵状態に基づいて行う請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ＳＡＴ補償値２を前記モータの角速度に基づく角速度感応ゲインで乗算若しくは加減算する請求項１乃至４のいずれかにに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記ＳＡＴ補償値２を操舵角検出手段若しくは操舵角推定手段からの操舵角値に基づく操舵角感応ゲインで乗算若しくは加減算する請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部が車速反応になっている請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部が高周波域で位相を進め、ゲインを大きくしている請求項１乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
9. タイヤ変更によって発生するＥＰＳパラメータの再設計が前記タイヤコーナリングフォース動特性／ＳＡＴ動特性補償部を変更す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。
10. ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値とモータ電流とから演算した電流制御値に基づいて、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御するようになっていると共に、ＳＡＴ検出手段若しくはＳＡＴ推定手段からのＳＡＴ値に基づいて前記操舵補助指令値を補正するようになっている電動パワーステアリング装置において、入力する操舵角と前記操舵トルクの関係が一定となるように前記ＳＡＴ値を位相補償することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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