JP2012236602A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でタイヤのグリップの喪失を検出でき、グリップロス度を位相補償し、補正操舵トルク又は補正係数を演算して電流指令値を高速に補正し、車両挙動の一層の安定化が可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータの角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、路面から生じるＳＡＴを車両モデルに基づいてＳＡＴ推定値として推定するＳＡＴ推定部と、ＳＡＴ検出値及びＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、グリップロス度を位相補償する位相補償部と、位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルクを演算する補正値演算部とを具備し、補正操舵トルクと収れん性制御信号とで電流指令値を補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、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に関し、特にセルフアライニングトルク推定値及びセルフアライニングトルク検出値からタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出し、タイヤのグリップが失われた場合においても、位相補償したグリップロス度に基づいて補正操舵トルク又は補正係数を演算して電流指令値を高速に補正し、車両の挙動を一層安定させることが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値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

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

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

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

このような電動パワーステアリング装置において、操舵性能の向上やコーナリング時の車両の挙動を安定するために、車両に取付けられた車輪を中立に戻そうとするトルクであるセルフアライニングトルク（以下、単に「ＳＡＴ」とする）を求めて操舵制御に用いている。例えば特開２００２−３６９５６５号公報（特許文献１）に示されるものは、モータの慣性力と静摩擦を予め算出して、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、操舵信号及び操舵補助力を入力してＳＡＴ値を求め、求めたＳＡＴ値に基づいて操舵補助指令値にフィードバックフィルタを通してフィードバックすることにより操舵性能及び操舵フィーリングを向上するようにしている。

ここにおいて、ＳＡＴを利用すると共に、タイヤのグリップが失われた場合においても車両の挙動を安定させる制御装置として、特開昭６２−１１６３５５号公報（特許文献２）に示されるものがある。特許文献２の装置は、ＳＡＴとサイドフォース（以下、「横力」とする）のスリップ角度との関係において、ＳＡＴと横力とを時間で微分して、その微分値の符号を判定することによりコーナリングの限界を検出して車両の挙動を安定させている。また、特開２００５−８８６４８号公報（特許文献３）に示される装置では、操舵系に加わる操舵トルクを検出し、操舵トルクに基づいて前輪に生ずるＳＡＴを推定し、横加速度及びヨーレートに基づいて前輪に対するサイドフォースを推定し、サイドフォースに対するＳＡＴの変化に基づいて前輪に対するグリップ度を推定し、グリップ度がオーバステア開始閾値未満か否かを判定すると共に、グリップ度がオーバステア開始閾値未満のときに車両状態に応じて伝達比を制御している。

更に、特開２００６−２６４３９２号公報（特許文献４）に示される反力装置の制御方法では、運転者が操作子を操作する際の反力を発生させる反力装置の制御方法において、車両の挙動が大きいほど大きな挙動反力を発生させ、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差が大きいほど挙動反力が大きくなるように補正している。

その他、ＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｏｇｒａｍ）やＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等では、ブレーキやエンジンからのタイヤの駆動をコントロールすることにより車両の挙動を制御するようにしている。

特開２００２−３６９５６５号公報 特開昭６２−１１６３５５号公報 特開２００５−８８６４８号公報 特開２００６−２６４３９２号公報

しかしながら、特許文献２の装置では、コーナリングの限界か否かを判定するためにＳＡＴ及び横力の微分演算を行っており、一般的に微分演算はノイズなどの影響を受けやすいため判定精度が悪くなるという問題がある。

また、特許文献３の装置では、伝達比や操舵角を指令値とするためＶＧＲＳ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ Ｓｙｓｔｅｍ）機構を必要とする問題があり、更に、アクティブカウンタステア操舵角指令値を演算することにより不要なカウンタステアを避けるようにしており、グリップの限界に至る前から車両の挙動を安定させるようにしているため、制御要素が複雑になるといった問題がある。

更に、特許文献３のＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）やＶＳＣ等の車両の運動制御装置は主に制動力／駆動力制御装置であり、車両の挙動を安定させるために必要なヨーモーメントを左右輪の制動力差、駆動力差により発生させるため、グリップが大きく失われてから制御を開始しようとすると、それに伴って大きな制動力差、駆動力差が必要となるばかりでなく、必要なヨーモーメントを得られずに車両の挙動を安定することができなくなる場合もある。

更にまた、特許文献４の方法ではヨーレート偏差のみでタイヤのグリップ状況を推定しているので、正確なタイヤのグリップ状況を検出できない。そのため、例えば急激な切増しや切戻しの場合や、Ｕターン等の低速で大旋回する場合、タイヤのグリップが十分あるにも拘わらず、補正制御がオンになってしまい、運転者に不快感を与えてしまう問題がある。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、ＳＡＴと横力の関係からグリップロス度を求めることにより、簡潔な構成でタイヤのグリップが失われたことを検出できると共に、位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルク又は補正係数を演算して電流指令値を補正し、高速に車両挙動を安定させ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にある。

本発明は、少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御す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、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、路面から生じるＳＡＴを車両モデルに基づいてＳＡＴ推定値として推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルクを演算する補正値演算部とを設け、前記補正操舵トルクと前記収れん性制御信号とで前記電流指令値を補正することにより達成され、前記位相補償部が位相進み補償になっていることにより、或いは前記位相補償部がローパスフィルタを具備していることにより、或いは前記補正値演算部が不感帯を有していることにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御す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、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、前記車両の横力を検出する横力検出部と、前記横力検出部で検出された横力に基づいてＳＡＴ推定値を推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正係数を演算する補正係数演算部とを設け、前記補正係数を用いて前記電流指令値を補正した後に前記収れん性制御信号を加算することにより達成され、前記位相補償部が位相進み補償になっていることにより、或いは前記位相補償部がローパスフィルタを具備していることにより、或いは前記横力検出部は、前記車両の車輪を支持するハブユニットで前記横力を検出することにより、或いは前記横力検出部は、前記車両のヨーレート及び横加速度に基づいて前記横力を検出するようになっていることにより、或いは前記横力検出部は、前記車両の車速及び操舵角に基づいて前記横力を検出するようになっていることにより、或いは前記補正係数が前記位相補償されたグリップロス度の正負に対して対称であり、前記グリップロス度の絶対値が小さいときに大きく、前記グリップロス度の絶対値が大きいときに小さくなっていることにより、より効果的に達成される。

更に、本発明は、少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御す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、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、車速及び操舵角に基づいてＳＡＴ推定値を推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルクを演算する補正値演算部とを設け、前記補正操舵トルクと前記収れん性制御信号とで前記電流指令値を補正することにより達成され、前記位相補償部が位相進み補償になっていることにより、或いは前記位相補償部がローパスフィルタを具備していることにより、或いは前記補正値演算部が不感帯を有していることにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ステアリング系の運動方程式より検出されるＳＡＴ検出値と、横力から求まるＳＡＴ推定値（若しくは横力或いは車速と操舵角）との比較により、簡易な構成でタイヤのグリップが失われたことを検出できると共に、タイヤのグリップが失われた場合においても、位相補償されたグリップロス度によって車両状態を判定し、グリップが戻る方向に操舵を促すように補正操舵トルク又は補正係数を演算して電流指令値を補正するようにしているので、高速に車両の挙動を安定させることができる。

本発明ではグリップロス度の位相補償（進み補償）を行っており、タイヤのグリップ力が失われたときにより速く補正できるため、走行安定性が一層向上する特徴がある。

路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示す模式図である。 タイヤの進行方向とスリップ角によるＳＡＴ及び横力の関係を示す図である。 横力の着力点とトレールの関係を示す図である。 スリップ角とトルクの関係を示すグラフに、横力とＳＡＴの比較を示す図である。 スリップ角とトルクの関係を示すグラフに、ＳＡＴａとＳＡＴｂを比較してグリップロス度を示す図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。 位相補償部の構成例を示すブロック図である。 補正値演算部の特性例を示す図である。 本発明の第１実施形態の制御動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。 補正係数演算部の特性例を示す図である。 本発明の第２実施形態の制御動作例を示すフローチャートである。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の第３実施形態の構成例を示すブロック図である。 車速と操舵角によりＳＡＴを求める場合の特性例を示す図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の第４実施形態の構成例を示すブロック図である。 補正係数演算部の特性例を示す図である。 本発明の第４実施形態の制御動作例を示すフローチャートである。 一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置におけるモータ制御系の一例を示すブロック図である。

前述より、グリップが大きく失われていない状態では、制動力／駆動力制御装置によって車両挙動を立て直すことができるので、ステアリングの役割はグリップが大きく失われた状態から制動力／駆動力装置が車両挙動を立て直せるグリップ状態まで戻すことが必要である。

このことを前提に本発明に係る電動パワーステアリング装置は、力の釣り合いを考慮した運動方程式よりＳＡＴを検出するＳＡＴ検出部と、横力及びトレールの関係或いは車速、操舵角よりＳＡＴを推定するＳＡＴ推定部とを設け、グリップロス度検出部にてＳＡＴ検出値とＳＡＴ推定値（若しくは横力）を比較してタイヤのグリップロス度を検出する。そして、グリップロス度を位相補償（進み補償）し、位相補償されたグリップロス度に基づいてタイヤのグリップが戻る方向へ操舵を促すような補正操舵トルク又は補正係数を算出する。算出された補正操舵トルク又は補正係数で電流指令値の補正を行う。

これにより、タイヤのグリップが失われた場合においても、車両挙動を立て直せるグリップ状態まで戻すことができ、位相補償の補正を行っているために車両の挙動を高速に安定させて操舵を行うことができる。なお、速く補正する手法として、開始スレッショルドを小さくすることも考えられるが、開始スレッショルドを小さくし過ぎると、タイヤのグリップが十分ある普通の運転においても補正制御が実行されてしまう可能性があり、運転者に不快感を与える問題がある。そのため、本発明では、グリップロス度の位相補償（進み補償）を行ってから電流指令値の補正を行うようにしている。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず、本発明の原理を説明する。

ＳＡＴはハンドルを元の位置に戻そうとする力であり、図１に示すように運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従ってモータＭがアシストトルクＴｍを発生し、アシストトルクＴｍが１：ｎの減速歯車を経て伝達される。その結果、車輪が転舵され、ラック軸上にタイヤから生じる外力（反力）としてＳＡＴが発生する。その際、モータＭの慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じ、これらの力の釣り合いを考えると下記数１の運動方程式が得られる。なお、ωはモータ角速度、＊ωはモータ角加速度である。
（数１）
Ｊ・＊ω＋Ｆｒ・sign（ω）＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ

ここで、上記数１を初期値ゼロとしてラプラス変換し、ＳＡＴについて解くと下記数２が得られ、ＳＡＴを検出することができる（検出値を「ＳＡＴａ」とする）。なお、“ｓ”はラプラス演算子である。
（数２）
ＳＡＴａ（ｓ）
＝Ｔｍ（ｓ）＋Ｔ（ｓ）−Ｊ・＊ω（ｓ）−Ｆｒ・sign（ω（ｓ））

更に、タイヤが横滑りしながら転動する車両運動の様子をモデル化して図２及び図３に示す。図２ではタイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方法への変形面積（斜線部）となり、ＳＡＴがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図３は、横力の着力点（接地面の中心点）がタイヤの中心線よりもニューマチックトレール分だけ後方にあることを示しており、ハンドルの戻りを良くするためのキャスタ角によるキャスタトレールがタイヤの中心線より前方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールの加算値がトレールとなる。

図２及び図３より、ＳＡＴは横力Ｆｙとトレールの積（横力Ｆｙ×トレール）であることが分かる。即ち、トレールをεｎとすると、ＳＡＴ（推定値を「ＳＡＴｂ」とする）は下記数３で求めることができる。
（数３）
ＳＡＴｂ＝εｎ・Ｆｙ

なお、重心から後輪までの距離をＬ２（固定値）、車両重量をｍ、横加速度をＧｙ、車両慣性モーメントをＭｏ、ヨーレートγの微分値をｄγ／ｄｔ、ホイールベースをＬとして、横力Ｆｙは下記数４により求めることができる。
（数４）
Ｆｙ＝（Ｌ２・ｍ・Ｇｙ＋Ｍｏ・ｄγ／ｄｔ）／Ｌ

一方、図４は横力ＦｙとＳＡＴの特性をスリップ角に対して示す特性図であり、横力ＦｙとＳＡＴはスリップ角に対して非線形な特性となっている。そして、ＳＡＴは横力Ｆｙ×トレールであり、キャスタトレールは固定値であることから、ＳＡＴの横力Ｆｙに対する非線形特性はニューマチックトレールの変化を直接表すことになる。また、ＳＡＴの横力に対する特性は、図３における滑り域が増大し、ニューマチックトレールが減少することによって生じる。更に、ＳＡＴは横力Ｆｙとトレールの積であり、線形領域では滑り域は増加せず、ニューマチックトレールは一定値であるから、線形領域でのニューマチックトレールとキャスタトレールとの和、つまりトレールεｎで横力ＦｙをＳＡＴの次元に合わせてＳＡＴ推定値ＳＡＴｂとして図示すると図５のようになる。

ここで、ニューマチックトレールが一定であれば、ＳＡＴ検出値ＳＡＴａと横力Ｆｙ（ＳＡＴ推定値ＳＡＴｂに相当）は同じ軌跡を辿るが、滑り域が増大してニューマチックトレールが減少するとＳＡＴ検出値ＳＡＴａと横力Ｆｙに差が生じる。この差はグリップが失われた度合いを表し、これを本発明では「グリップロス度」とする。上記数２で算出されたＳＡＴ検出値ＳＡＴａと、上記数３で算出されたＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを下記数５により比較する。
（数５）
ｇ＝ＳＡＴｂ−ＳＡＴａ

上記数５で算出されるグリップロス度ｇにより、車両のグリップが失われた度合いを推定することができる。

図５はＳＡＴ検出値ＳＡＴａとＳＡＴ推定値ＳＡＴｂ（トレールεｎが一定の場合は横力Ｆｙ）とを比較して示す特性図であり、スリップ角が大きくなるに従ってＳＡＴが失われる様子を示しており、上記数５により求まるＳＡＴ検出値ＳＡＴａとＳＡＴ推定値ＳＡＴｂとの差をグリップロス度ｇ（図中網掛け部）として示している。

ここで、グリップロス度ｇが所定値以上の場合はタイヤのグリップが大きく失われていると判定され、その後、タイヤのグリップが戻る方向に操舵を促すように電流指令値を与える必要がある。このため、検出されるグリップロス度ｇの大きさに応じて、通常通りの操舵補助を行う通常作動領域と、ＥＳＣやＶＳＣにより車両の挙動安定制御を行うＥＳＣ作動領域と、補正操舵トルクによる車両の挙動安定制御を行う補正ステアリング作動領域とに判別して制御するための所定値Ａを設定している。ＥＳＣやＶＳＣを用いた車両のパワーステアリング装置では、図５に示すようにＥＳＣ作動領域と補正ステアリング作動領域との判別を、グリップロス度ｇと所定値Ａの大きさで判別する。そして、グリップロス度ｇが所定値Ａより小さい場合には、通常作動領域或いはＥＳＣ作動領域として通常の操舵補助、或いはＥＳＣやＶＳＣ等の運動制御装置で制御を行う。また、グリップロス度ｇが所定値Ａ以上の場合には、補正ステアリング作動領域としてタイヤのグリップが戻る方向に操舵を促す。つまり、検出されるグリップロス度ｇをＥＳＣやＶＳＣ作動領域まで戻すように、遅れなく高速に補正操舵トルクＴｈを演算して電流指令値を補正する。

以上のことより、本発明ではグリップロス度ｇを位相補償（進み補償）し、位相補償されたグリップロス度Ｇに基づいて操舵のための電流指令値を高速に補正する。電流指令値の補正は、遅れなく高速に行う必要がある。

次に、本発明の第１実施形態の構成例を、図６を参照して説明する。

先ず、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴは電流指令値演算部４０及びＳＡＴ検出部４６に入力され、車速センサ１２からの車速Ｖは電流指令値演算部４０に入力され、電流指令値演算部４０は操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉａを演算し、演算された電流指令値ＩａはＳＡＴ検出部４６及び加算部５２Ａに入力され、加算部５２Ａの加算結果である電流指令値Ｉｂは減算部５２Ｅに加算入力される。減算部５２Ｅには、モータ電流検出部６２で検出されたモータ電流値ｉがフィードバックされており、減算部５２Ｅで求められる偏差（Ｉｂ−ｉ）が電流指令値Ｉｃとして電流制御部４１に入力され、電流制御部４１でＰＩ制御等の処理を施され、更にＰＷＭ制御部４２でＰＷＭ信号処理されてインバータ回路４３によりモータ（Ｍ）６０が駆動される。

モータ（Ｍ）６０にはレゾルバやホール素子等の回転センサ６１が設けられており、回転センサ６１からの角度θは角速度検出部６３に入力され、角速度検出部６３は角度θに基づいて角速度ωを検出し、角速度ωはＳＡＴ検出部４６、収れん性制御部４４及び角加速度検出部６４に入力される。また、角加速度検出部６４で検出された角加速度＊ωはＳＡＴ検出部４６及び慣性補償部４５に入力される。収れん性制御部４４からの収れん性制御信号ＣＭ２は加算部５２Ｂに入力され、慣性補償部４５からの慣性補償信号ＣＭ１は減算部５２Ｃに入力される。

ここで、ＳＡＴ検出部４６は前記数２に基づいてＳＡＴを検出する。即ち、モータ（Ｍ）６０の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として求めておき、操舵トルクＴ、モータ角速度ω、モータ角加速度＊ω及び電流指令値Ｉａに基づいてＳＡＴを検出する。ＳＡＴ検出部４６で検出されたＳＡＴ検出値ＳＡＴａはグリップロス度検出部５０に入力される。

更に、横力検出部６５は、車両に設けられた横加速度センサからの横加速度Ｇｙ及びヨーレートセンサからのヨーレートγに基づいて前記数４により横力Ｆｙを検出し、検出された横力ＦｙはＳＡＴ推定部４７に入力され、ＳＡＴ推定部４７は横力Ｆｙと予め実験等により求められたトレールεｎを用いて前記数３よりＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを推定する。

グリップロス度検出部５０は、ＳＡＴ検出部４６より求められたＳＡＴ検出値ＳＡＴａとＳＡＴ推定部４７より求められたＳＡＴ推定値ＳＡＴｂとを前記数５より比較してグリップロス度ｇを求め、グリップロス度ｇを位相補償部５１に入力する。位相補償部５１はグリップロス度ｇを位相補償（進み補償）し、位相補償されたグリップロス度Ｇを出力する。グリップロス度Ｇは補正値演算部５３に入力され、演算された補正操舵トルクＴｈが減算部５２Ｃに減算入力され、電流指令値Ｉａの補正が実行される。

グリップロス度ｇが入力される位相補償部５１は図７に示すように、１次式伝達関数要素の位相進み補償部５１１と、高中周波数成分のノイズを除去するためのローパスフィルタ５１２とで構成されている。位相進み補償部５１１の“ｓ”はラプラス演算子であり、“Ｔ_１”及び“Ｔ_２”は目標周波数領域でグリップロス度を進めるように設定されるパラメータである。また、位相補償されたグリップロス度Ｇが入力される補正値演算部５３では、図８に示すように＋Ｇ１〜−Ｇ１の範囲を不感帯として前述の所定値Ａが設定されており、不感帯値Ｇ１及び−Ｇ１を超えるとグリップロス度Ｇが小さいときは小さく、グリップロス度Ｇが大きいときは大きな補正操舵トルクＴｈが算出され、更に上限値Ｇ２又は下限値−Ｇ２を超えると一定値の補正操舵トルクＴｈが飽和値として出力される。補正操舵トルクＴｈは減算部５２Ｃに入力されて慣性補償部４５からの慣性補償信号ＣＭ１から減算され、減算結果ＣＭ３は加算部５２Ｂに入力されて収れん性制御部４４からの収れん性制御信号ＣＭ２と加算され、その加算結果である補正信号ＣＭ４が加算部５２Ａに入力されて電流指令値Ｉａを補正する。

このような構成において、その動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

先ず、操舵トルクＴを入力し（ステップＳ１）、車速Ｖを入力し（ステップＳ２）、電流指令値Ｉａを演算する（ステップＳ３）。更にヨーレートを入力し（ステップＳ４）、横加速度を入力する（ステップＳ５）。なお、これら情報の入力順序は適宜変更可能である。そして、回転センサ６１から角度θを入力し（ステップＳ６）、角速度検出部６３が角速度ωを検出し、角加速度検出部６４が角加速度＊ωを検出し、これらデータを入力する（ステップＳ７）。ＳＡＴ検出部４６は操舵トルクＴ、車速Ｖ、角速度ω及び角加速度＊ωに基づいてＳＡＴ検出値ＳＡＴａを検出し（ステップＳ８）、横力検出部６５はヨーレート及び横加速度に基づいて横力Ｆｙを検出し（ステップＳ９）、ＳＡＴ推定部４７はＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを推定する（ステップＳ１０）。

次に、グリップロス度検出部５０はＳＡＴ検出値ＳＡＴａ及びＳＡＴ推定値ＳＡＴｂに基づいてグリップロス度ｇを検出し（ステップＳ１１）、グリップロス度ｇを位相補償部５１に入力して位相進み補償し（ステップＳ１２）、位相補償されたグリップロス度Ｇを補正値演算部５３に入力してグリップロス度Ｇが所定値Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、グリップロス度Ｇが所定値Ａ以上であれば補正ステアリング作動領域であるので、図８に示すような特性式に従って補正操舵トルクＴｈを演算して出力し（ステップＳ１４）、更に慣性補償信号ＣＭ１及び収れん性制御信号ＣＭ２の補償値を演算し（ステップＳ１５）、補正操舵トルクＴｈを補償値から減算して電流指令値Ｉａに加算して補正し（ステップＳ１６）、これによりモータ（Ｍ）６０を駆動する（ステップＳ１７）。

一方、上記ステップＳ１３でグリップロス度Ｇが所定値Ａよりも小さい場合には、補正操舵トルクＴｈを演算して出力せず、通常操舵とする。

図１０は本発明の第２実施形態の構成例を図６に対応させて示すブロック図であり、本例ではグリップロス度Ｇに基づいて補正係数演算部５５で演算した補正係数Ｃｔを、電流指令値Ｉａの経路に設けられた乗算部５４に入力し、乗算部５４で電流指令値Ｉａと補正係数Ｃｔを乗算し、乗算され補正された電流指令値Ｉｄを加算部５２Ａに入力している。補正係数演算部５５は図１１に示されるように、グリップロス度Ｇに対して左右対称なテーブルマウンテン形状の特性の補正係数Ｃｔを出力する。即ち、グリップロス度Ｇの正特性では、グリップロス度Ｇ３までは一定値Ｃｔ２であり、グリップロス度Ｇ３からＧ４まで線形に減少し、グリップロス度Ｇ４以上では一定値Ｃｔ１（＜Ｃｔ２）を保持し、負特性は正特性と対称になっている。位相補償部５１は図７の構成と同様である。

また、慣性補償信号ＣＭ１と収れん性制御信号ＣＭ２とが加算部５２Ｄで加算され、加算された補正信号ＣＭ５が加算部５２Ａに入力されて電流指令値Ｉｄと加算され、その加算結果である電流指令値Ｉｂに基づいてモータ（Ｍ）６０を駆動する。

かかる構成によっても、位相補償されたグリップロス度Ｇに基づく補正係数Ｃｔで電流指令値Ｉａを補正できるので、同様な効果が得られる。

上記第２実施形態の動作例を図１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、操舵トルクＴを入力し（ステップＳ２０）、車速Ｖを入力し（ステップＳ２１）、電流指令値Ｉａを演算する（ステップＳ２２）。更に角度θを入力し（ステップＳ２３）、角速度検出部６３が角速度ωを検出し、角加速度検出部６４が角加速度＊ωを検出し、これらデータを入力する（ステップＳ２４）。なお、これら情報の入力順序は適宜変更可能である。ＳＡＴ検出部４６は操舵トルクＴ、車速Ｖ、角速度ω及び角加速度＊ωに基づいてＳＡＴ検出値ＳＡＴａを検出し（ステップＳ２５）、横力検出部６５は横力Ｆｙを検出し（ステップＳ２６）、ＳＡＴ推定部４７はＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを推定する（ステップＳ２７）。

次に、グリップロス度検出部５０はＳＡＴ検出値ＳＡＴａ及びＳＡＴ推定値ＳＡＴｂに基づいてグリップロス度ｇを検出し（ステップＳ２８）、グリップロス度ｇを位相補償部５１に入力して位相進み補償し（ステップＳ２９）、位相補償されたグリップロス度Ｇを補正係数演算部５５に入力し補正係数Ｃｔを演算する（ステップＳ３０）。そして、補正係数Ｃｔを乗算部５４で電流指令値Ｉａに乗算して補正し（ステップＳ３１）、慣性補償信号ＣＭ１及び収れん性制御信号ＣＭ２の補償値を演算し（ステップＳ３２）、補償値を補正された電流指令値Ｉｄに加算してモータ（Ｍ）６０を駆動する（ステップＳ３３）。

なお、前述の各実施形態では、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙ及び車両運動モデルに基づいて横力Ｆｙを推定し、横力Ｆｙに基づいてＳＡＴを推定しているが、同様に水平面における車両運動モデル、車速Ｖ及び操舵角θを用いてＳＡＴを推定することができる。この場合の実施形態は図１３の構成（第３実施形態）となり、ＳＡＴ推定部４７は車速Ｖ及び操舵角θに基づいてＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを求め、ＳＡＴ推定値ＳＡＴｂをグリップロス度検出部５０に入力している。位相補償部５１は図７の構成であり、補正値演算部５３は図８の特性を有している。

ここにおいて、ヨーレートγとスリップ角β、車速Ｖと操舵角θの関係は下記数６で表される。

そして、ＳＡＴはスリップ角βの関数として表すことができ、ヨーレートγとスリップ角βを車速Ｖと操舵角θの関数として整理すれば、ＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを求めることができる。車速Ｖと操舵角θよりＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを求めると、図１４のようになる。この特性は実験によって、車両毎の特性値を測定してから、車両運動モデルを用いてシミュレーションによって作成しても良い。

前述の実施形態と同様に、車両運動モデルに基づいて推定されたＳＡＴ推定値ＳＡＴｂとラック軸上に作用する外力として検出されたＳＡＴ検出値ＳＡＴａとの差は、車両運動モデルで仮定されたグリップ状態が失われたことを示しているため、車両のグリップが失われた度合いを得ることができる。車両のグリップが失われたことを検出した場合、グリップが戻る方向（スリップ角が減少する方向）にアシストすることで、車両挙動を安定化させることができる。

更に上記実施形態の他に、本発明は、車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、前記車両の車速及び操舵角或いは車両モデルに基づいてＳＡＴ推定値を推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正係数を演算する補正係数演算部と、前記補正係数で前記モータの角速度絶対値を補正して補正操舵トルクを出力する補正部とを設け、前記補正操舵トルクで前記電流指令値を補正する構成としても良く、前記補正部が、前記角速度の絶対値を求める絶対値演算部と、前記補正係数を前記角速度の絶対値で乗算する乗算部とで構成するか、或いは前記補正部が更に前記乗算部の出力を制限するリミッタを具備しているか、或いは前記補正係数演算部が不感帯を有しているか、或いは前記位相補償部が位相進み補償になっているか、或いは前記位相補償部がローパスフィルタを具備することとしても良い。そして、この場合を本発明の第４実施形態とした場合の構成例を、図１３に対応させた図１５に示して説明する。

本実施形態では、角速度ωは絶対値演算部５７に入力されて角速度絶対値｜ω｜が演算され、角速度絶対値｜ω｜は乗算部５８に入力される。そして、グリップロス度検出部５０で検出されたグリップロス度ｇは位相補償部５１で位相補償（進み補償）され、位相補償されたグリップロス度Ｇが補正係数演算部５６に入力される。補正係数演算部５６で演算された補正係数Ｃｔａが乗算部５８に入力され、乗算部５８で角速度絶対値｜ω｜と補正係数Ｃｔａが乗算され、乗算結果である補正操舵トルクＴｈａが最大値及び上限値を制限するリミッタ５９に入力される。リミッタ５９で上下限値を制限された補正操舵トルクＴｈｂが減算部５２Ｃに入力されて慣性補償信号ＣＭ１から減算され、減算結果が加算部５２Ｂで収れん性制御信号ＣＭ２と加算され、前述のようにして電流指令値Ｉａを補正する。絶対値演算部５７、乗算部５８及びリミッタ５９で補正部を構成している。

なお、補正係数演算部５６は図１６に示すような特性となっており、Ｇ５〜−Ｇ５の不感帯（所定値Ａ）を持っている。また、ＳＡＴ推定部４７は車速Ｖ及び操舵角θでＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを推定しているが、第１実施形態又は第２実施形態と同様に横力検出部からの横力Ｆｙで推定することも可能である。

このような構成において、その動作例を図１７のフローチャートを参照して説明する。

先ず、操舵トルクＴを入力し（ステップＳ４０）、車速Ｖを入力し（ステップＳ４１）、電流指令値Ｉａを演算する（ステップＳ４２）。そして、角度θを入力し（ステップＳ４３）、角速度検出部６３が角速度ωを検出し、角加速度検出部６４が角加速度＊ωを検出し、これらデータを入力する（ステップＳ４４）。なお、これら情報の入力順序は適宜変更可能である。ＳＡＴ検出部４６は操舵トルクＴ、車速Ｖ、角速度ω及び角加速度＊ωに基づいてＳＡＴ検出値ＳＡＴａを検出し（ステップＳ４５）、ＳＡＴ推定部４７はＳＡＴ推定値ＳＡＴｂを推定する（ステップＳ４６）。

次に、グリップロス度検出部５０はＳＡＴ検出値ＳＡＴａ及びＳＡＴ推定値ＳＡＴｂに基づいてグリップロス度ｇを検出し（ステップＳ４７）、グリップロス度ｇを位相補償部５１に入力して位相進み補償し（ステップＳ４８）、位相補償されたグリップロス度Ｇを補正係数演算部５５に入力してグリップロス度Ｇが所定値Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。そして、グリップロス度Ｇが所定値Ａ以上であれば補正ステアリング作動領域であるので、図１６に示すような特性式に従って補正係数Ｃｔａを演算する（ステップＳ５１）。また、絶対値演算部５７は角速度ωの絶対値｜ω｜を演算し（ステップＳ５２）、乗算部５８は補正係数Ｃｔａと角速度絶対値｜ω｜を乗算して補正操舵トルクＴｈａを求め（ステップＳ５３）、リミッタ５９でリミッタ処理を行う（ステップＳ５４）。

更に、慣性補償信号ＣＭ１及び収れん性制御信号ＣＭ２の補償値を演算し（ステップＳ５５）、補償値から補正操舵トルクＴｈｂを減算して電流指令値Ｉａを補正し（ステップＳ５６）、これによりモータ（Ｍ）６０を駆動する（ステップＳ５７）。

一方、上記ステップＳ５０でグリップロス度Ｇが所定値Ａよりも小さい場合には、補正係数Ｃｔａを演算して出力せず、通常操舵とする。

なお、横力検出部６５はハブ等に設けられた横力センサであっても良く、計測された横力ＦｙをＳＡＴ推定部４７に入力するようにしても良い。また、上述ではトレールεｎが変化すると仮定してＳＡＴ推定値ＳＡＴｂをＳＡＴ検出値ＳＡＴａと比較しているが、トレールεｎが一定の場合には、ＳＡＴ検出値ＳＡＴａとトレールεｎによってグリップロス度ｇを求めることができる。

更に、前述の各実施形態では収れん性制御部４４及び慣性補償部４５を設けて補償系を構成しているが、本発明の実施上では必ずしも必須のものではない。また、電流指令値を補正操舵トルク又は補正係数で補正するようにしているが、操舵補助指令値の補正であっても同様である。

１ ハンドル
２ コラム軸
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
３０ コントロールユニット
４０ 電流指令値演算部
４１ 電流制御部
４２ ＰＷＭ制御部
４３ インバータ回路
４４ 収れん性制御部
４５ 慣性補償部
４６ ＳＡＴ検出部
４７ ＳＡＴ推定部
５０ グリップロス度検出部
５１ 位相補償部
５３ 補正値演算部
５４、５８ 乗算部
５５、５６ 補正係数演算部
５７ 絶対値演算部
５９ リミッタ
６０ モータ（Ｍ）
６１ 回転センサ
６２ 電流検出部
６３ 角速度検出部
６４ 角加速度検出部
６５ 横力推定部

Claims (15)

1. 少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、路面から生じるＳＡＴを車両モデルに基づいてＳＡＴ推定値として推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルクを演算する補正値演算部とを具備し、前記補正操舵トルクと前記収れん性制御信号とで前記電流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. 前記位相補償部が位相進み補償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. 前記位相補償部がローパスフィルタを具備している請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記補正値演算部が不感帯を有している請求項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. 少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、前記車両の横力を検出する横力検出部と、前記横力検出部で検出された横力に基づいてＳＡＴ推定値を推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正係数を演算する補正係数演算部とを具備し、前記補正係数を用いて前記電流指令値を補正した後に前記収れん性制御信号を加算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 前記位相補償部が位相進み補償になっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記位相補償部がローパスフィルタを具備している請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記横力検出部は、前記車両の車輪を支持するハブユニットで前記横力を検出する請求項５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. 前記横力検出部は、前記車両のヨーレート及び横加速度に基づいて前記横力を検出するようになっている請求項５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。
10. 前記横力検出部は、前記車両の車速及び操舵角に基づいて前記横力を検出するようになっている請求項５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。
11. 前記補正係数が前記位相補償されたグリップロス度の正負に対して対称であり、前記グリップロス度の絶対値が小さいときに大きく、前記グリップロス度の絶対値が大きいときに小さくなっている請求項５乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
12. 少なくとも車両の操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりハンドル操舵に補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、前記モータの角速度を検出する角速度検出部と、前記角速度に基づいて収れん性制御信号を出力する収れん性制御部と、前記車両のラック軸上に生じる外力をＳＡＴ検出値として検出するＳＡＴ検出部と、車速及び操舵角に基づいてＳＡＴ推定値を推定するＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ検出値及び前記ＳＡＴ推定値に基づいてタイヤのグリップが失われた度合いを表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出部と、前記グリップロス度を位相補償する位相補償部と、前記位相補償されたグリップロス度に基づいて補正操舵トルクを演算する補正値演算部とを具備し、前記補正操舵トルクと前記収れん性制御信号とで前記電流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。
13. 前記位相補償部が位相進み補償になっている請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記位相補償部がローパスフィルタを具備している請求項１２又は１３に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記補正値演算部が不感帯を有している請求項１２乃至１４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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