JP2011051409A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】別途センサを設けることなく、前輪軸に掛かる負荷の変化を検出して操舵系に与える操舵補助力を適正に補正する。
【解決手段】操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出部３と、操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１２と、少なくとも操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値制御部２１と、操舵補助電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御部３０と、操舵系の操舵角を検出する操舵角検出部１３と、電動モータ１２のモータ電流を検出するモータ電流検出部３１と、操舵角とモータ電流との対応関係を表す基準操舵特性を記憶する基準特性記憶部２３と、検出したモータ電流と操舵角とをもとに前記基準操舵特性を参照して前輪軸負荷を推定する軸負荷推定部２２と、該軸負荷推定部２２で推定した前輪軸負荷に基づいて前記操舵補助指令値を補正する指令値補正部２４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵系に伝達される操舵トルクに基づいて操舵系に対する操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置としては、例えばブラシレスモータのロータ位置を検出するロータ位置検出器の検出値により、舵輪の舵角速度を算出する舵角速度算出手段と、トルクセンサの検出値によりトルク変化を算出するトルク変化算出手段と、舵角速度及びトルク変化に基づき、操向車輪と路面との摩擦係数を求める手段とを備え、トルク検出値及び摩擦係数に基づいて操舵力補助用モータのモータ電流の目標値を決定するようちした電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、モータ電流と操舵トルクに基づいて路面摩擦係数を推定し、この路面摩擦係数に基づいて操舵トルクに基づいて算出される電流指令値を補正するようにした電動パワーステアリングの制御装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、操舵トルクに基づき基本補助操舵トルクＴａｂを演算し、車速に基づき基本補助操舵トルクに対する車速係数Ｋｖｂを演算し、操舵トルクの変化率Ｔｄに基づき基本慣性補償トルクＴｉｂを演算し、車速に基づく係数Ｋｉｂと基本慣性補償トルクＴｉｂとの積として慣性補償トルクＴｉを演算し、車輛の横加速度Ｇｙの絶対値に基づき絶対値が大きいほど小さくなるよう横加速度に基づく補正係数Ｋｉｇを演算し、車速Ｖが高いほど小さくなるように補正係数Ｋｉｖを演算し、補助操舵トルクＴａがＫｖｂ・Ｔａｂ＋Ｋｉｇ・Ｋｉｖ・Ｔｉとして演算し、演算された補助操舵トルクＴａによって補助操舵する車輛用電動パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、操向車輪が現在発生している横方向グリップ力に対応する値を算出する演算手段を備え、制御手段は横方向グリップ力対応値がタイヤの能力限界に近づくにつれて操舵抵抗力を大きくするようにした電動パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献４参照）。
なおさらに、車両の前輪部及び後輪部に少なくとも各一つの車輪荷重検出手段を設け、この車輪荷重検出手段の出力により前輪部の荷重と後輪部の荷重との和及び差を求め、これらの和及び差に基づき、基準の乗員数よりも所定以上増員されたり、後部に荷物が所定以上積載されたりした荷重配分を推定し、トルクセンサ出力−指令電流マップ群から荷重配分に対応したマップを選択し、アシストモータの指令電流値を決定するようにした電動式パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献５及び特許文献６参照）。

また、左右輪の駆動力差に起因して運転者が操舵力を入力して操舵操作を行う操舵量入力装置に発生する操舵反力を算出する手段と、操舵反力を解消するために操舵力に加える倍力装置からの助力を増減補正するようにした車両の操舵装置も知られている（例えば、特許文献７参照）。
さらに、アクセル操作量とブレーキ操作量に応じて、運転者の操舵力総を可変する付加アシスト量を制御する付加アシスト量演算部を設けた車両用操舵装置も知られている（例えば、特許文献８参照）。

特開２００１−１０６１０６号公報 特開２００１−３４１６５８号公報 特開２００２−３０８１３２号公報 特開平１１−４８９９８号公報 特許第３０３６０６９号公報 特開平１１−２０８４９６号公報 特開２００４−３４５５９２号公報 特開２００７−３８７６６号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の従来例にあっては、前輪軸負荷としての前輪軸荷重の変化を検出するために、路面摩擦係数を推定するので、ステアリングホイールを操作し且つ大きな路面摩擦力が発生するような領域まで操舵しないと路面摩擦係数が推定できないという問題があり、直進走行を行う操舵の中立付近や微小舵角状態での操舵フィーリング改善が難しいという未解決の課題がある。また、路面摩擦係力が変化する状態は走行時に限られており、停車時の据え切り操舵など路面摩擦が一定で且つ停車時には前輪軸負荷に応じた適正な操舵補助力を発生することができないという未解決の課題がある。

さらに、特許文献３及び４に記載されている従来例にあっては、横加速度や横方向グリップ力演算して操舵補助力を制御する場合には、車両旋回時の操舵フィーリング改善には効果的であるが、車重及び前後荷重配分と横加速度や横方向グリップ力との相関関係を一意に決定することができないとともに、横加速度や横方向グリップ力が発生するのは、車両の走行時のみであり、停車時には効果を発揮することができないという未解決の課題がある。

さらにまた、特許文献５及び６や特許文献７及び８に記載の従来例にあっては、荷重センサやアクセル及びブレーキの変位量や、左右の駆動トルク差を利用して前輪荷重負荷を推定するには、新たなセンサを設ける必要があり、製造コストが嵩むという未解決の課題がある。
また、何れの従来例にあっても、走行中に操舵力が変化するということは、運転者に操舵違和感を与える原因となるため、なるべく自然且つ滑らかに、穏やかに短時間に急変することなく増減することが望ましい。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、別途センサを設けることなく、前輪軸に掛かる負荷の変化を検出して操舵系に与える操舵補助力を適正に補正することができる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。

上記目的を達成するために、一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、前記操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータと、少なくとも前記操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値制御部と、前記操舵補助電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、前記操舵系の操舵角を検出する操舵角検出部と、前記電動モータに供給するモータ電流を検出するモータ電流検出部と、操舵時における操舵角と前記モータ電流との対応関係を表す基準操舵特性を記憶する基準特性記憶部と、前記モータ電流検出部で検出したモータ電流と前記操舵角検出部で検出した操舵角とをもとに前記基準操舵特性を参照して前輪軸負荷を推定する軸負荷推定部と、該軸負荷推定部で推定した前輪軸負荷に基づいて前記操舵補助指令値を補正する指令値補正部とを備えたことを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記軸負荷推定部は、前記前輪軸負荷の推定を、前記操舵角の絶対値が所定操舵角以下で且つ前記モータ電流の絶対値が所定電流値以下であるときに行うことを特徴としている。

本発明によれば、操舵系の操舵角と操舵系に対する操舵補助力を発生する電動モータに供給するモータ電流との関係を表す操舵特性が、前輪軸負荷に応じて変化することに着目して、前輪軸負荷が基準状態であるときの基準操舵特性を記憶し、記憶された基準操舵特性と検出した操舵角及びモータ電流とを比較することにより前輪軸負荷の変化を検出し、前輪軸負荷が基準状態から変化したときに、操舵トルクに基づいて算出される操舵補助指令値を補正するようにしたので、別途輪荷重センサなどのセンサを設けることなく、前輪軸負荷を推定して操舵補助指令値を補正することができ、前輪軸負荷に応じた最適な操舵補助制御を行うことができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。 図１のコントローラの具体的構成を示すブロック図である。 コントローラの操舵補助電流指令値演算部で使用する操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。 基準特性記憶部に記憶されている基準操舵特性を示す特性線図である。 走行時の操舵角度とモータ電流との関係を示す特性線図である。 軸荷重負荷が増加した場合の操舵角とモータ電流との関係を示す特性線図である。 前輪軸負荷推定領域を示す特性線図である。 センタ応答性制御部の具体的構成を示すブロック図である。 中立位置から外れた位置から据え切り操舵した場合の操舵特性を示す特性線図である。 図９の操舵特性を拡大して示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出部としての操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック軸８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック軸８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての電動モータ１２とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。

また、ステアリングシャフト２の入力軸２ａにはステアリングホイール１の操舵角θを検出する操舵角センサ１３が配設されている。
そして、操舵トルクセンサ３から出力される操舵トルクＴ及び操舵角センサ１３から出力される操舵角θは、バッテリーＢからイグニッションスイッチＩＧを介して電力が供給されるコントローラ１４に入力される。

このコントローラ１４には、操舵トルクＴ及び操舵角θの他に車速センサ１５で検出した車速検出値Ｖ、電動モータ１２のモータ端子間電圧Ｖｍ及び電動モータ１２に流れるモータ電流検出値Ｉｍも入力され、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生する操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流検出値Ｉｍとにより、電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック制御処理すると共に、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流検出値Ｉｍに基づいて各種補償処理を行って、電動モータ１２を駆動する補償後モータ電流指令値Iａｒｅｆを算出する。

コントローラ１４は、図２に示すように、操舵トルクＴを用いて指令値演算を行う指令値系制御部２０と、電動モータ１２の駆動に関連した制御を行うモータ制御部としてのモータ系制御部３０と、電動モータ１２を駆動制御するモータ駆動部４０とで構成されている。
指令値系制御部２０は、操舵補助電流指令値演算部２１、軸負荷推定部２２、基準特性記憶部２３、電流指令値補正部２４、センタ応答性制御部２５、ヨーレート収斂性制御部２６、ロバスト安定化補償部２７によって構成され、さらに加算器２８を備えている。

操舵トルクセンサ３から入力される操舵トルク検出値Ｔ及び車速センサ１５から入力される車速Ｖは、操舵補助電流指令値演算部２１、センタ応答性制御部２５に入力されている。
操舵角センサ１３から入力される操舵角θ及び車速Ｖは、ヨーレート収斂性制御部２６に入力され、操舵角θは軸負荷推定部２２に入力されている。

操舵補助電流指令値演算部２１は操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを演算する。ここで、操舵補助電流指令値算出マップは、図３に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

軸負荷推定部２２は操舵角センサ１３から入力される操舵角θ及びモータ電流検出部３１から入力されるモータ電流Ｉｍと基準特性記憶部２３に記憶されている操舵角−モータ電流特性とを比較して前輪軸負荷を推定する。
ここで、基準特性記憶部２３には、図４に示すように、前輪軸負荷が車両諸元に応じた基準状態にあるときの車両の停車時の操舵である所謂据え切り時における操舵角とモータ電流との関係を表す基準操舵特性が記憶されている。

この基準操舵特性は、図４に示すように、横軸に操舵角θ［ｄｅｇ］をとり、縦軸にモータ電流Ｉｍをとった操舵特性線図で構成されている。この操舵特性線図は、操舵角θが“０”である操舵中立位置にあるときにモータ電流Ｉｍも“０”となるように設定されている。また、操舵特性線図は、操舵中立位置からステアリングホイール１を右操舵して操舵角θの絶対値が増加すると、操舵角θの絶対値が小さい間はモータ電流Ｉｍが正方向に緩やかに増加し、操舵角θが所定操舵角θｓ１に達すると、モータ電流Ｉｍが急峻に増加し、その後モータ電流Ｉｍがまた緩やかに増加してステアリングギヤ機構８のラック軸８ｂが右ラックエンド（図示せず）に当接すると、モータ電流が最大電流＋Ｉｍｍａｘに達するように特性線Ｌ０１が設定されている。

さらに、操舵特性線図は、ラック軸８ｂが右ラックエンド（図示せず）に当接した後に、ステアリングホイール１を中立位置側に戻す戻し操舵を行うと、戻し操舵の開始時にモータ電流Ｉｍが一旦“０”となってから操舵角θの絶対値の減少に応じて負方向に比較的緩やかに増加し、次いで比較的急峻に増加してから再度緩やかに増加する状態となり、操舵角θが操舵中立位置を越えて左操舵領域となり、ラック軸８ｂが左ラックエンド（図示せず）に当接する時点で急増して最大電流−Ｉｍｍａｘに達する特性線Ｌ０２が設定されている。

さらにまた、操舵特性線図は、操舵中立位置にある状態から、ステアリングホイール１を左切りして操舵角θの絶対値を増加させると、操舵角θの絶対値が小さい間はモータ電流Ｉｍが負方向に比較的緩やかに増加し、所定操舵角−θｓ１に達すると、モータ電流Ｉｍが負方向に急峻に増加し、その後緩やかに増加してラック軸８ｂが左ラックエンド（図示せず）に当接するとモータ電流Ｉｍが最大電流−Ｉｍｍａｘに達する特性線Ｌ０３が設定されている。

なおさらに、操舵特性線図は、ラック軸８ｂが左ラックエンド（図示せず）に当接した後に、ステアリングホイール１を操舵中立位置側に戻す戻し操舵を行うと、戻し操舵の開始時にモータ電流Ｉｍが一旦“０”に戻った後、操舵角θの絶対値の減少に応じて正方向に緩やかに増加し、次いで比較的急峻に増加した後再度緩やかな増加状態となって、操舵中立位置を越えて左操舵領域となり、ラック軸８ｂがラックエンド（図示せず）に当接する時点で急増して最大電流＋Ｉｍｍａｘに達する特性線Ｌ０４が設定されている。

このように、基準操舵特性情報として、図４に示すような基準状態における据え切り時の操舵特性線図を設定することにより、車両が走行状態となって大きなセルフアライニングトルクが発生する状態となると、前輪軸負荷が減少することになり、この走行時の操舵特性線図は、図５で破線図示のように、実線図示の特性線Ｌ０１に対応する特性線Ｌ１１が、操舵角θの絶対値が所定操舵角＋θｓ１より小さい領域では特性線Ｌ０１と略同一曲線となるが、操舵角θが所定操舵角＋θｓ１より大きくなる領域では特性線Ｌ０１よりモータ電流Ｉｍが小さくなり、ラック軸８ｂが右ラックエンド（図示せず）に当接した状態でのモータ電流最大値も＋Ｉｍｍａｘより小さい値となる。また、戻し操舵時の特性線Ｌ０２に対応する特性線Ｌ１２も操舵角θの絶対値が大きい領域では特性線Ｌ０２と略同じ値となるが、モータ電流Ｉｍが急峻に増加する時点からラック軸８ｂが左ラックエンド（図示せず）に当接するまでの間では特性線Ｌ０２に対してモータ電流Ｉｍの絶対値が小さくなる。

同様に、特性線Ｌ０３に対応する特性線Ｌ１３及び特性線Ｌ０４に対応する特性線Ｌ１４についても、上記特性線Ｌ１１及びＬ１２と同様にモータ電流Ｉｍの絶対値が小さい値となる。
さらに、前輪軸荷重が増加して前輪負荷が基準負荷より増加した場合には、図６で実線図示のように、破線図示の基準操舵特性の特性線Ｌ０１〜Ｌ０４に対して、特性線Ｌ２１〜Ｌ２４で示すように操舵角の絶対値が小さい領域でモータ電流Ｉｍが大きな値となり、操舵角θがラック軸８ｂが左又は右ラックエンド（図示せず）に当接する限界位置に達する前に最大モータ電流±Ｉｍｍａｘに達する特性線となる。

このため、軸負荷推定部２２で、基準特性記憶部２３に記憶されている基準操舵特性情表す操舵特性線図の特性線Ｌ０１〜Ｌ０４と、現在の操舵角θ(n)及び現在のモータ電流Ｉｍ(n)とを比較することにより、前輪軸負荷が基準値に対して増加しているか減少しているかを判断することができる。このため、軸負荷推定部２２で、前輪軸負荷が基準値であるときに“０”となり、前輪軸負荷が基準値を超えているときには“１”となり、前輪負荷が基準値未満であるときには“２”となる２ビットの軸負荷推定信号Ｓｄを電流指令値補正部２４に出力する。

なお、ラック軸８ｂがラックエンド（図示せず）に当接すると、急激にモータ電流Ｉｍが増大して最大モータ電流±Ｉｍｍａｘに達することになり、通常操舵時のモータ電流Ｉｍの振る舞いと異なるため、軸負荷推定部２２では、図７に示すように、操舵角θが最大操舵角±θｍａｘより小さい所定操舵角±θｓ２以下で且つモータ電流Ｉｍが最大モータ電流±Ｉｍａｍａｘより小さい所定モータ電流±Ｉｍｓ以下であるときに軸負荷の推定を行なう。この場合、操舵角θが所定操舵角±θｓ２を超えたとき及びモータ電流Ｉｍが所定モータ電流±Ｉｍｓを超えたときには、その直前の軸負荷推定信号Ｓｄを保持するようにしている。

そして、電流指令値補正部２４では、操舵補助電流指令値演算部２１で演算された操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ及び軸負荷推定部２２から出力される軸負荷検出信号Ｓｄが入力され、軸負荷検出信号Ｓｄが“０”であるときに補正係数ＫをＫ＝１、軸負荷検出信号Ｓｄが“１”であるときに例えばＫ＝１．２、軸負荷検出信号Ｓｄが“２”であるときに例えばＫ＝０．８に設定し、設定した補正係数Ｋを操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算して操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆを算出し、算出した操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆを加算器２８に出力する。

また、センタ応答性制御部２５はステアリングの中立点付近における制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、例えば図８に示すように、操舵トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴを差分計算部２５ａで、単位時間当たりの操舵トルク変化量を単位時間で除算することにより、操舵トルクＴを微分し、操舵トルク微分値Ｔ′をローパスフィルタ２５ｂでフィルタ処理し、ローパスフィルタ２５ｂのフィルタ出力を車速Ｖ感応の補償ゲイン部２５ｃに供給して、車速Ｖに応じて変化される補償ゲインを乗算してセンタ応答性補償値Ｉｒを算出し、算出したセンタ応答性補償値Ｉｒを加算器２８に出力する。

ヨーレート収斂性制御部５４は、操舵角θと車速Ｖとに基づいて車両のヨーレートを推定し、推定したヨーレートの収斂性を改善するために、ステアリングホイール１が振れ回る動作に対してブレーキをかける収斂性補償値Ｉｃを算出し、算出した収斂性補償値Ｉｃを加算器２８に出力する。
加算器２８は、操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆ、センタ応答性補償値Ｉｒ、収斂性補償値Ｉｃを加算して、補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′を算出し、算出した補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′をロバスト安定化補償部２７に供給する。

このロバスト安定化補償部２７は、ｓをラプラス演算子とする伝達関数Ｇ(s)＝（ｓ²＋ａ１・ｓ＋ａ２）／（ｓ²＋ｂ１・ｓ＋ｂ²）を有し、操舵トルクＴに含まれる慣性要素とバネ要素からなる共振系の共振周波数におけるピークを除去するようにし、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償する。このロバスト安定化補償部の出力が指令値系制御部２０の電流指令値Ｉｒｅｆ″としてモータ系制御部３０に出力される。

また、モータ系制御部３０は、モータ電流検出部３１、モータ角速度推定部３２及びモータ特性補償部３３で構成され、加算器３４を備えている。
モータ電流検出部３１は、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｍを検出し、検出したモータ電流Ｉｍをモータ角速度推定部３２及び軸負荷推定部２２へ供給する。
モータ角速度推定部３２は、モータ電流検出部３１から入力されるモータ電流Ｉｍ及び電動モータ１２のモータ端子間電圧Ｖｍに基づいて下記（１）式の演算を行うことによりモータ角速度ωを算出する。
ω＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋｍ …………（１）
ここで、Ｒｍはモータ巻線抵抗、Ｋｍはモータの起電力定数である。

モータ特性補償部は、モータ角速度推定部３２から入力されるモータ角速度ωに基づいてモータ特性補償値Ｉｍｃを算出し、算出したモータ特性補償値Ｉｍｃを加算器３４に供給して、指令値系制御部２０から出力される電流指令値Ｉｒｅｆ″に加算して、補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆを算出し、算出した補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆをモータ駆動部４０に供給する。

このモータ駆動部４０では、モータ系制御部３０から出力される補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆを例えばパルス幅変調処理してゲート駆動信号を形成し、形成したゲート駆動信号に基づいて例えば４つの電界効果トランジスタ等のスイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路を駆動することにより、操舵トルクＴに応じたモータ駆動電流Ｉｍを電動モータ１２に出力する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両がイグニッションスイッチＩＧをオフ状態としてステアリングホイール１を操舵中立位置すなわち直進走行状態で停車しているものとする。
この車両の停車状態で、イグニッションスイッチＩＧをオン状態とすると、これに応じてバッテリーＢから電源がコントローラ１４に投入されて、指令値系制御部２０、モータ系制御部３０及びモータ駆動部４０が動作状態となる。

このとき、運転者がステアリングホイール１を操舵していない状態では、操舵トルクセンサ３から出力される操舵トルクＴが略“０”となっており、操舵補助指令値演算部２１から出力される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆも略“０”となり、その他の補償値も“０”となり、モータ系制御部３０から出力される補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆも“０”となってモータ駆動部４０から出力されるモータ電流Ｉｍも“０”となる。このため、電動モータ１２が停止している状態を継続する。

また、ステアリングホイール１が操舵されておらず、操舵角センサ１３で検出される操舵角θも直進状態を表す“０”であり、モータ電流Ｉｍも“０”であるので、軸負荷推定部２２で、操舵角θ及びモータ電流Ｉｍによって決定される位置が基準特性記憶部２３に記憶されている基準操舵特性を表す操舵特性線図の特性線Ｌ０１〜Ｌ０４と比較したときに、特性線Ｌ０１及びＬ０３の始点と一致する。

このため、前輪軸負荷が基準前輪軸負荷と一致するものと判断されて、“０”を表す軸負荷推定信号Ｓｄが電流指令値補正部２４に出力される。
このため、電流指令値補正部２４では、軸負荷推定信号Ｓｄが“０”であることにより、補正係数Ｋ＝１に設定され、この補正係数Ｋ＝１が操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算される。このため、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆがそのまま操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆとして加算器２８に供給される。

このとき、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが“０”を維持していることから、加算器２８から出力される補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′が“０”を継続し、モータ駆動部４０から出力されるモータ電流Ｉｍも“０”を継続して電動モータ１２が停止状態を継続する。
この車両の停止状態で、運転者がステアリングホイール１を例えば右切りして所謂据え切りを行った場合には、これに応じた操舵トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴが正方向に増加する。これに応じて操舵補助電流指令値演算部２１で操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて図３の操舵補助電流算出マップを参照して算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆも正方向に増加することになる。このとき、軸負荷推定部２２から出力される軸負荷推定信号Ｓｄは前輪軸負荷が基準値を表す“０”であるときには、電流指令値補正部２４の補正係数Ｋが“１”の状態を継続する。このため電流指令値補正部２４から操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆがそのまま操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆとして加算器２８に出力される。

このため、加算器２８から出力される補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′も正方向に増加し、ロバスト安定化補償部２７で補償された電流指令値Ｉｒｅｆ″がモータ系制御部３０に出力される。
この時点では、車両が停止状態にあり、且つまだ電動モータ１２が停止しているので、モータ電流値Ｉｍ及びモータ端子間電圧Ｖｍは共に“０”となる。これに応じて、モータ角速度推定部３２で算出されるモータ角速度ωも“０”となり、モータ特性補償部３３から出力されるモータ特性補償値Ｉｍｃも“０”となる。このため、モータ系制御部３０から出力される補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆも正方向に増加してモータ駆動部４０から例えば電動モータ１２を正転駆動するモータ電流Ｉｍが出力される。この結果、電動モータ１２が正転駆動さて大きな操舵補助力が発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２に伝達されることにより、ステアリングホイール１を軽く操舵することができる。そして、電動モータ１２にモータ電流Ｉｍが流れることにより、各種補償処理が行われる。

その後、車両をステアリングホイール１の操舵状態を継続しながら発進させると、そのときの操舵トルクセンサ３で検出される操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが算出される。そして、この操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに各種補償値を加算した補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′が算出されるが、車速Ｖの増加に応じて図３の操舵補助電流指令値算出マップの特性線の傾きが小さくなって、停車時に比較して小さい操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆとなる。このため、電動モータ１２で発生する操舵補助力も小さい値となり、車両の走行状態に応じた最適な操舵補助力が発生される。

ところが、車両の走行中に、ブレーキを作動させて、車両にノーズダイブが発生したり、車両の前席側の積載重量が基準積載重量より重かったりすると、前輪軸荷重が基準前輪軸荷重より増加する。このように、前輪軸荷重が増加すると、前述した図６で実線図示の特性線Ｌ２１〜Ｌ２４に示すように、基準特性記憶部２３に記憶されている破線図示の特性線Ｌ０１〜Ｌ０４に対してモータ電流Ｉｍが大きい値となる。このため、軸負荷推定部２２で、前輪軸荷重が基準前輪軸荷重より大きくなったものと判断して、そのことを表す“１”の軸負荷推定信号Ｓｄを電流指令値補正部２４に出力する。

この電流指令値補正部２４では、“１”の軸負荷推定信号Ｓｄが入力されると、補正係数Ｋを“１．２”に設定し、この補正係数Ｋを操舵補助電流指令値演算部２１から入力される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算する。このため、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを１．２倍した操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆ（＝１．２×Ｉｒｅｆ）を算出し、これを加算器２８に出力して、センタ応答性補償値Ｉｒ及び収斂性補償値Ｉｃを加算して補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′を算出する。そして、この補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′をロバスト安定化補償部２７で補償し、さらにモータ特性補償部３３のモータ特性補償値Ｉｍｃで補償して電流指令値Ｉｒｅｆ″をモータ駆動部４０に出力する。

したがって、モータ駆動部４０で、通常時に比較して大きなモータ電流Ｉｍを電動モータ１２に出力することにより、この電動モータ１２でより大きな操舵補助力を発生して、前輪軸荷重の増加分による操舵補助力の不足分を補って、最適な操舵を行うことができる。

また、逆に、比較的高速走行状態となったり、車両が急発進や急加速することにより、前輪側が浮き上がり、後輪側が沈み込むスカット現象が発生したり、車両のトランクを含む後部座席側の積載重量が大きくなったりして、前輪軸荷重が実線図示の基準前輪軸荷重より減少することになると、前述した図５で破線図示のように、モータ電流Ｉｍが基準前輪軸荷重時のモー電流Ｉｍより減少することになる。このため、このモータ電流Ｉｍの減少を軸負荷推定部２２で検出すると、“２”の軸負荷推定信号Ｓｄが電流指令値補正部２４に供給される。このため、電流指令値補正部２４で、補正係数Ｋが“０．８”に設定され、この補正係数Ｋが操舵補助電流指令値演算部２１で演算された操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算されて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆの０．８倍の操舵補助電流指令補正値Ｉａｒｅｆが算出される。この操舵補助電流指令値補正値Ｉａｒｅｆにセンタ応答性補償値Ｉｒ及び収斂性補償値Ｉｃが加算された補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′がロバスト安定化補償部２７で補償された後加算器３４で、モータ特性補償値Ｉｍｃが加算されて電流指令値Ｉｍｒｅｆが算出される。この電流指令値Ｉｍｒｅｆがモータ駆動部４０に出力されることにより、電動モータ１２に基準時より少ないモータ電流Ｉｍが供給されて、電動モータ１２で発生される操舵補助力が小さくなり、前輪軸負荷の減少に応じた最適な操舵補助力を発生することができる。

なお、例えば右操舵の据え切り時に、図９に示すように、中立位置の操舵角θが“０”である状態から所望角度θｗ（例えば３６０°）まで操舵したときに、一旦ステアリングホイール１から手を離した場合には、転舵輪は転舵状態を維持する。しかしながら、このときに検出される操舵トルクＴは“０”となることにより、操舵補助電流指令値演算部２１で算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが“０”となる。このため、ロバスト安定化補償部２７から出力される電流指令値Ｉｒｅｆ″も略“０”となり、モータ系制御部３０から出力される補償後電流指令値Ｉｍｒｅｆも略“０”となる。これに応じて、モータ駆動部４０から出力されるモータ電流Ｉｍも略“０”となって、電動モータ１２の回転駆動が停止される。

この電動モータ１２の停止状態で、再度右操舵の据え切りを行う切増し状態又は左操舵の切り戻し状態とすると、図９において特性線Ｌ３１〜Ｌ３４で示すように、ラック軸８ｂがラックエンド（図示せず）に当たる直前までは操舵角θの増加に応じて図４と同様にモータ電流Ｉｍが正又は負方向に増加する。つまり、どのような角度にステアリングホイール１があったとしてもその角度から切増し又は切り戻しをした場合には、中立位置から操舵した場合と略同じ操舵角−モータ電流特性となる。図９における枠内領域ＦＡ１を操舵角方向に拡大して示すと図１０のようになる。

また、図９における枠内領域ＦＡ１の操舵角−モータ電流特性は、図４の基準操舵特性における枠内領域ＦＡ０の特性線Ｌ０１及びＬ０２と略一致している。したがって、据え切り時に、ステアリングホイール１から手を離したときの操舵角θｗを検出し、この操舵角θｗを例えば複数段階の領域に分割し、各領域毎に操舵角θの基準操舵特性線図からのシフト量Δθを設定して置き、実際の操舵角θからシフト量Δθを減算した値を操舵角θとして基準操舵特性線図と比較することにより、前輪軸負荷を推定することができる。勿論、操舵角θｗに応じて複数の基準操舵特性線図を作成して操舵角θｗに応じて該当する基準操舵特性線図を選択して、前輪軸負荷を推定するようにしてもよい。

このように、上記実施形態によると、基準特性記憶部２３に記憶されている操舵角θ及びモータ電流Ｉｍの関係を表す基準操舵特性と実際に検出される操舵角θ及びモータ電流Ｉｍとを比較することにより、前輪軸負荷を推定する。このため、前輪軸荷重負荷を検出するセンサを別途設けることなく、既存の操舵角センサ１３及びモータ電流検出部３１を使用して前輪軸負荷を推定することができる。

この場合、操舵角θが所定操舵角±θｓ２を超えているとき及びモータ電流Ｉｍが所定モータ電流±Ｉｍｓを超えているときには、ラック軸８ｂがラックエンド（図示せず）に当接する直前で、モータ電流Ｉｍが通常の操舵状態とは異なる振る舞いをすることになる。このため、軸負荷推定部２２で、θ＞±θｓ２又はＩｍ＞±Ｉｍｓであるときに、前輪軸負荷の推定を中止することにより、正確な軸負荷推定を行なうことができる。

そして、推定した前輪軸負荷に基づいて電流指令値補正部２４で、前輪軸負荷が基準前輪軸負荷であるときには操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをそのまま出力し、前輪軸負荷が基準前輪負荷より大きい場合には、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを“１”より大きい所定倍し、逆に前輪負荷が基準前輪負荷より小さい場合には、“１”より小さい所定倍する。このため、前輪軸荷重の変化に応じた最適の操舵補助力を電動モータで発揮させることができる。

なお、上記実施形態においては、電流指令値補正部２４で軸負荷推定値が基準軸負荷より増加しているときに、補正係数Ｋ＝１．２とし、軸負荷推定値が基準軸負荷より減少しているときに、補正係数Ｋ＝０．８とし、設定した補正係数Ｋを操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、車両の諸元に応じて補正係数Ｋを任意の値に設定することができる。また、補正係数Ｋを操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに乗算する場合に限らず、軸負荷推定信号Ｓｄに基づいて補正値±ΔＩを算出し、算出した補正値±ΔＩを操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、操舵角センサ１３を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、モータ角速度推定部３２で推定したモータ角速度ωを積分することにより、操舵角θを推定したり、モータ回転角を検出して検出したモータ回転角に基づいて操舵角θを推定したりするようにしてもよい。さらに、セルフアライニングトルクを推定し、このセルフアライニングトルク推定値、車速Ｖ及び操舵トルクＴに基づいてステアリングホイール１の中立位置を検出し、検出した中立位置とモータ回転角とに基づいて操舵角θを算出するようにしてもよい。

さらにまた、本発明は電動パワーステアリング装置の形式（コラムタイプ、ピニオンタイプ、ラックタイプ）、モータの種類（ブラシ付き、ブラシレス等）を問わず、全ての電動パワーステアリング装置に適用可能である。

１…ステアリンクホイール、２…ステアリングシャフト、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ機構、１２…電動モータ、１３…操舵角センサ、１４…コントローラ、１５…車速センサ、２０…指令値系制御部、２１…操舵補助電流指令値演算部、２２…軸負荷推定部、２３…基準特性記憶部２３、２４…電流指令値補正部、２５…センタ応答性制御部、２６…ヨーレート収斂性制御部、２７…ロバスト安定化補償部、２８…加算器、３０…モータ系制御部、３１…モータ電流検出部、３２…モータ角速度推定部、３３…モータ特性補償部、３４…加算器

Claims (2)

1. 操舵系に伝達される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
   前記操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータと、
   少なくとも前記操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値制御部と、
   前記操舵補助電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、
   前記操舵系の操舵角を検出する操舵角検出部と、
   前記電動モータに供給するモータ電流を検出するモータ電流検出部と、
   操舵時における操舵角と前記モータ電流との対応関係を表す基準操舵特性を記憶する基準特性記憶部と、
   前記モータ電流検出部で検出したモータ電流と前記操舵角検出部で検出した操舵角とをもとに前記基準操舵特性情報を参照して前輪軸負荷を推定する軸負荷推定部と、
   該軸負荷推定部で推定した前輪軸負荷に基づいて前記操舵補助指令値を補正する指令値補正部と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記軸負荷推定部は、前記前輪軸負荷の推定を、前記操舵角の絶対値が所定操舵角以下で且つ前記モータ電流の絶対値が所定電流値以下であるときに行うことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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