JP2013086586A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータのトルクが伝達されるラックが可変比ラックである電動パワーステアリング装置において、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ｑ軸電流指示値生成部は、現在のラック軸位置におけるアシスト側ラックゲインＧａを求める。次に、ｑ軸電流指示値生成部は、操舵トルクとアシスト側ラックゲインＧａがラックゲイン基準値Ｇａｏである場合のｑ軸電流指示値（基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊）との関係を記憶したマップを用いて、操舵トルクＴに応じた基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊を求める。次に、ｑ軸電流指示値生成部は、基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊を、アシスト側ラックゲインＧａに対応したｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊に変換する。
【選択図】図５

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵部材と、操舵部材の回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構とを備えている（例えば、下記特許文献１参照）。
転舵機構は、操舵部材の回転に応じて回転する第１のピニオン軸と、自動車の左右方向に沿って延びたラック軸とを含む。ラック軸の各端部には、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪が連結されている。第１のピニオン軸の先端には、第１のピニオンが連結されている。ラック軸には、第１のピニオンに噛み合う第１のラックが形成されている。第１のピニオンおよび第１のラックによって、ピニオン軸の回転がラック軸の軸方向移動に変換される。ラック軸が軸方向に移動することによって、転舵輪が転舵される。

操舵補助機構は、操舵補助用の電動モータと、電動モータのトルクが減速機構を介して伝達される第２のピニオン軸と、第２のピニオン軸の先端に連結された第２のピニオンと、ラック軸に設けられ、第２のピニオンに噛み合う第２のラックとを備えている。電動モータによって第２のピニオンが回転されると、第２のピニオンおよび第２のラックによって、ピニオン軸の回転がラック軸の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪が転舵される。

この明細書において、ラック＆ピニオン機構の「ラックゲイン」とは、ピニオンの１回転当たりのラックの直線変位量［mm/rev］をいう。なお、ラック歯のピッチが一定であるラックは、「一定比ラック」と呼ばれており、ラック歯のピッチが一定ではないラックは、「可変比ラック」と呼ばれている。
また、この明細書において、「ラック軸位置」とは、「ラック軸の絶対位置」または「絶対操舵角」をいうものとする。「ラック軸の絶対位置」とは、ラック軸の中立位置（操舵中立位置に対応するラック軸の位置）からのラック軸の移動方向を考慮したラック軸の移動量をいう。「絶対操舵角」とは、操舵中立位置からの操舵方向を考慮した第１のピニオン軸の回転量をいう。「ラック軸の絶対位置」と「絶対操舵角」との間には、第１のラックが「一定比ラック」であるか「可変比ラック」であるかにかかわらず、一対一対応の関係がある。

前記特許文献１に記載の発明では、第２のラックは、その両端部におけるラック歯のピッチが、長さ方向中央部におけるラック歯のピッチよりも小さい可変比ラックとされている。これにより、操舵中立位置近傍部での第２のピニオンと第２のラックとからなるラック＆ピニオン機構のラックゲイン（以下、「アシスト側ラックゲイン」という）が大きく（減速比が小さく）なり、最大操舵角付近でのアシスト側ラックゲインが小さく（減速比が大きく）なる。

このため、電動モータから発生するモータトルクが同じである場合には、操舵中立位置付近においてモータトルクによってラック軸に加えられる軸力に対して、大きな操舵補助力を必要とする最大操舵角付近においてモータトルクによってラック軸に加えられる軸力が大きくなる。これにより、電動モータとして、最大出力トルクが小さい電動モータ（小型の電動モータ）を用いることが可能となる。

特開２００３−２５２２１７号公報 実公昭６２−１０１６号公報

前述したような従来の電動パワーステアリング装置においては、ラック軸位置によってアシスト側ラックゲインが変化するため、電動モータから発生するモータトルクが同じであっても、ラック軸位置によって、モータトルクによってラック軸に加えられる軸力が変化する。したがって、ラック軸位置によるアシスト側ラックゲインの変化を考慮せずに、電動モータを制御した場合には、操舵状況に応じた適切な操舵補助力を発生できなくなるおそれがある。

この発明の目的は、電動モータのトルクが伝達されるラックが可変比ラックである電動パワーステアリング装置において、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現できる電動パワーステアリング装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操舵部材（２）の操作に応じて軸方向に移動するラック軸（１５）と、電動モータ（１９）によって回転されるピニオン（２２）および前記ラック軸に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラック（２３）からなるラック＆ピニオン機構とを含み、前記ラックは、その長さ方向においてラック歯のピッチが一定でない可変比ラックである、電動パワーステアリング装置（１）であって、前記ラック軸の絶対位置または絶対操舵角をラック軸位置として、ラック軸位置を検出するラック軸位置検出手段（３２，Ｓ３，Ｓ４），（１２Ｂ，３２，Ｓ４Ａ）と、前記ラック軸位置検出手段によって検出されたラック軸位置と、予め設定されたラック軸位置と前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインとの関係とに基づいて、現在のラック軸位置に対応する前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインを特定するラックゲイン特定手段（３２、Ｓ５）と、前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインを用いて、前記電動モータを制御するモータ制御手段（３１〜４２）とを含む、電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明では、ラック軸位置が検出される。次に、検出されたラック軸位置と、予め設定されたラック軸位置とラック＆ピニオン機構のラックゲイン（アシスト側ラックゲイン）との関係とに基づいて、現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインが特定される。そして、特定されたアシスト側ラックゲインを用いて、電動モータが制御される。これにより、電動モータのトルクが伝達されるラックが可変比ラックである電動パワーステアリング装置において、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現できるようになる。

請求項２記載の発明は、前記モータ制御手段は、前記操舵部材の操作内容と前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインとを用いて、電流指令値を演算する電流指令値演算手段（３１，３２）と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段（２９）と、前記電流検出手段によって検出されるモータ電流が、前記電流指令値演算手段によって演算される電流指令値に一致するように、前記電動モータを駆動させる手段（３３〜４２）とを含む、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置である。

この構成では、操舵部材の操作内容と現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインとに応じた電流指令値が演算される。そして、電動モータに流れるモータ電流が電流指令値に一致するように、電動モータが駆動される。これにより、電動モータのトルクが伝達されるラックが可変比ラックである電動パワーステアリング装置において、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現できるようになる。

請求項３記載の発明は、前記電流指令値演算手段は、前記操舵部材の操作内容に基づいて、前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインが所定のラックゲイン基準値である場合における電流指令値である基準電流指令値を演算する基準電流指令値演算手段（３１，Ｓ６）と、前記基準電流指令値演算手段によって演算された基準電流指令値を、前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインに対応した電流指令値に変換する変換手段（３１，Ｓ７）とを含む請求項２に記載の電動パワーステアリング装置である。

この構成では、操舵部材の操作内容に基づいて、アシスト側ラックゲインが所定のラックゲイン基準値である場合における電流指令値である基準電流指令値が演算される。そして、演算された基準電流指令値が、現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲイに対応した電流指令値に変換される。これにより、操舵部材の操作内容と現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインとに応じた電流指令値が演算される。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２（ａ）は、第２のラックに形成されたラック歯のピッチを説明するための模式図であり、図２（ｂ）は、第１のラックに形成されたラック歯のピッチを説明するための模式図である。 図３（ａ）は、ラック軸位置に対する第２のラック＆ピニオン機構のラックゲインＧａの変化を示すグラフであり、図３（ｂ）は、ラック軸位置に対する第１のラック＆ピニオン機構のラックゲインＧｓの変化を示すグラフであり、図３（ｃ）は、ラック軸位置と、操舵側ラックゲインＧｓとアシスト側ラックゲインＧａとの比Ｇｓ／Ｇａとの関係を示すグラフである。 ＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。 ｑ軸電流指示値生成部の動作を示すフローチャートである。 操舵トルクＴと基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊との関係の一例を示すグラフである。 第２実施形態におけるｑ軸電流指示値生成部の動作を示すフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２が回転されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１と舵角センサ１２とが配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。舵角センサ１２は、ステアリングシャフト６の回転角である操舵角を検出する。この実施形態では、舵角センサ１２は、ステアリングシャフト６の絶対操舵角ではなく相対操舵角を検出するための相対舵角センサである。「相対操舵角」とは、モータ制御開始時のステアリングシャフト６の回転位置を基準としたステアリングシャフト６の回転角をいう。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクおよび舵角センサ１２によって検出される相対操舵角は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１３に入力される。

転舵機構４は、第１のピニオン軸１４と、転舵軸としてのラック軸１５とを含む。ラック軸１５の各端部には、タイロッド１６およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。第１のピニオン軸１４は、中間軸７に連結されている。第１のピニオン軸１４は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。第１のピニオン軸１４の先端（図１では下端）には、第１のピニオン１７が連結されている。

ラック軸１５は、自動車の左右方向（直進方向に直交する方向）に沿って直線状に延びている。ラック軸１５の軸方向の第１端部側には、第１のピニオン１７に噛み合う第１のラック１８が形成されている。この第１のピニオン１７および第１のラック１８によって、第１のラック＆ピニオン機構１７，１８が構成されている。第１のラック＆ピニオン機構１７，１８によって、第１のピニオン軸１４の回転がラック軸１５の軸方向移動に変換される。ラック軸１５を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、第１のピニオン軸１４に伝達される。そして、第１のピニオン軸１４の回転は、第１のラック＆ピニオン機構１７，１８によって、ラック軸１５の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１９と、第２のピニオン軸２０と、電動モータ１９の出力トルクを第２のピニオン軸２０に伝達するための減速機構２１と、第２のピニオン軸２０の先端（図１では下端）に連結された第２のピニオン２２と、ラック軸１５の軸方向の第２端部側に設けられ、第２のピニオン２２に噛み合う第２のラック２３とを含む。第２のピニオン２２および第２のラック２３によって、第２のラック＆ピニオン機構２２，２３が構成されている。電動モータ１９は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。

電動モータ１９が回転駆動されると、電動モータ１９の回転が減速機構２１を介して第２のピニオン軸２０に伝達される。第２のピニオン軸２０の回転は、第２のラック＆ピニオン機構２２，２３によって、ラック軸１５の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１９によって第２のピニオン軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１９のロータの回転角（ロータ回転角）は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。回転角センサ２５の出力信号は、ＥＣＵ１３に入力される。
電動モータ１９は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１３によって制御される。ＥＣＵ１３は、回転角センサ２５の出力信号、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクおよび舵角センサ１２によって検出される相対操舵角に基づいて、電動モータ１９を制御する。具体的には、ＥＣＵ１３では、回転角センサ２５の出力信号、操舵トルク、相対操舵角等に基づいて電流指示値を決定し、電動モータ１９に流れる実際の電流が電流指示値に近づくように制御する。

図２（ａ）は、第２のラック２３に形成されたラック歯のピッチを説明するための模式図である。
図２（ａ）に示すように、第２のラック２３は、その長さ方向両端部におけるラック歯のピッチが、その長さ方向中央部におけるラック歯のピッチよりも小さい可変比ラックである。操舵中立位置付近では、第２のピニオン２２は第２のラック２３の長さ中央付近のラック歯と噛み合い、最大操舵角付近では、第２のピニオン２２は第２のラック２３の端部付近のラック歯と噛み合うようになっている。

図３（ａ）は、ラック軸位置に対する第２のラック＆ピニオン機構２２，２３のラックゲインの変化を示すグラフである。なお、前述したように、「ラック軸位置」とは、ラック軸１５の絶対位置または絶対操舵角をいう。
図３（ａ）の横軸は、ラック軸位置を示し、この実施形態では、操舵中立位置では０となり、ステアリングホイール２が操舵中立位置よりも右方向に操舵されている状態では正の値をとり、ステアリングホイール２が操舵中立位置よりも左方向に操舵されている状態では負の値をとる。図３（ａ）の縦軸は、第２のラック＆ピニオン機構２２，２３のラックゲイン（以下、「アシスト側ラックゲインＧａ」という）を示している。

ラック軸位置が操舵中立位置付近にある場合には、アシスト側ラックゲインＧａは最大値Ｇａ_ｍａｘとなる。ラック軸位置が操舵中立位置にある場合のアシスト側ラックゲインＧａ_ｍａｘを、「ラックゲイン基準値Ｇａｏ」という場合がある。ラック軸位置が最大操舵角付近に対応する位置にある場合には、アシスト側ラックゲインＧａは、最小値Ｇａ_ｍｉｎとなる。ラック軸位置が、操舵中立位置付近と最大操舵角付近に対応する位置との間にある場合には、ラック軸位置の絶対値が大きくなるほどアシスト側ラックゲインＧａは小さくなる。なお、この実施形態では、ラック軸位置に対するアシスト側ラックゲインＧａは、操舵中立位置を中心として、左右対称の特性を有している。

つまり、ラック軸位置が操舵中立位置付近にある場合には、アシスト側ラックゲインＧａは大きくなり、減速比は小さくなる。一方、ラック軸位置が最大操舵角付近に対応する位置にある場合には、アシスト側ラックゲインＧａは小さくなり、減速比は大きくなる。
減速機構２１の減速比をＤ１とし、第２のラック＆ピニオン機構２２，２３の減速比をＤ２とし、電動モータ１９のモータトルクをＴ_Ｍとすると、モータトルクＴ_Ｍによってラック軸１５に加えられる軸力Ｆ_Ｍは、次式(1)で表される。なお、第２のラック＆ピニオン機構２２，２３の減速比Ｄ２は、アシスト側ラックゲインＧａが大きくなるほど小さくなる。

Ｆ_Ｍ＝Ｔ_Ｍ×Ｄ１×Ｄ２ …(1)
前記第２のラック＆ピニオン機構２２，２３では、最大操舵角付近において第２のラック＆ピニオン機構２２，２３の減速比Ｄ２が大きくなる。このため、モータトルクＴ_Ｍが同じである場合には、操舵中立位置付近においてラック軸１５に加えられる軸力Ｆ_Ｍに対して、比較的大きな操舵補助力（アシストトルク）を必要とする最大操舵角付近においてラック軸１５に加えられる軸力Ｆ_Ｍが大きくなる。これにより、電動モータ１９として、最大出力トルクが小さいモータ（小型のモータ）を用いることが可能となる。

図２（ｂ）は、第１のラック１８に形成されたラック歯のピッチを説明するための模式図である。
図２（ｂ）に示すように、第１のラック１８は、その長さ方向両端部におけるラック歯のピッチが、その長さ方向中央部におけるラック歯のピッチよりも大きい可変比ラックである。操舵中立位置付近では、第１のピニオン１７は第１のラック１８の長さ中央付近のラック歯と噛み合い、最大操舵角付近では、第１のピニオン１７は第１のラック１８の端部付近のラック歯と噛み合うようになっている。

図３（ｂ）は、ラック軸位置に対する第１のラック＆ピニオン機構１７，１８のラックゲインの変化を示すグラフである。図３（ｂ）の横軸はラック軸位置を示し、縦軸は第１のラック＆ピニオン機構１７，１８のラックゲイン（以下、「操舵側ラックゲインＧｓ」という）を示している。
ラック軸位置が操舵中立位置付近にある場合には、操舵側ラックゲインＧｓは最小値Ｇｓ_ｍｉｎとなる。ラック軸位置が最大操舵角付近に対応する位置にある場合には、操舵側ラックゲインＧｓは、最大値Ｇｓ_ｍａｘとなる。ラック軸位置が、操舵中立位置付近と最大操舵角付近に対応する位置との間にある場合には、ラック軸位置の絶対値が大きくなるほど操舵側ラックゲインＧｓは大きくなる。なお、この実施形態では、ラック軸位置に対する操舵側ラックゲインＧｓは、操舵中立位置を中心として、左右対称の特性を有している。

つまり、ラック軸位置が操舵中立位置付近にある場合には、操舵側ラックゲインＧｓは小さくなり、減速比は大きくなる。一方、ラック軸位置が最大操舵角付近に対応する位置にある場合には、操舵側ラックゲインＧｓは大きくなり、減速比は小さくなる。
これにより、高速走行時等において、操舵中立位置付近での車輪のふらつきを防止できる。一方、最大操舵角付近では、ステアリングホイール２の操作量に対して、転舵量を大きくすることができるので、据え切り時の運転者の操舵負担が軽減される。

図３（ｃ）は、ラック軸位置と、操舵側ラックゲインＧｓとアシスト側ラックゲインＧａとの比（以下、「ラックゲイン比Ｇｓ／Ｇａ」という）との関係を示すグラフである。
図４は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１３の電気的構成を示す概略図である。
ＥＣＵ１３は、回転角センサ２５の出力信号、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴおよび舵角センサ１２によって検出される相対操舵角θｓに応じて電動モータ１９を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。

ＥＣＵ１３は、マイクロコンピュータ２７と、このマイクロコンピュータ２７によって制御され、電動モータ１９に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）２８と、電動モータ１９の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部２９とを備えている。
電流検出部２９は、電動モータ１９の各相のステータ巻線に流れる相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ（以下、総称するときには「三相検出電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ」という）を検出する。これらは、ＵＶＷ座標系における各座標軸方向の電流値である。

マイクロコンピュータ２７は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、ｄ軸電流指令値生成部３１と、ｑ軸電流指令値生成部３２と、ｄ軸電流偏差演算部３３と、ｑ軸電流偏差演算部３４と、ｄ軸ＰＩ（比例積分）制御部３５と、ｑ軸ＰＩ（比例積分）制御部３６と、ｄ軸指示電圧生成部３７と、ｑ軸指示電圧生成部３８と、第１の座標変換部３９と、ＰＷＭ制御部４０と、回転角演算部４１と、第２の座標変換部４２とが含まれている。

ｄ軸電流指令値生成部３１は、電動モータ１９のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指示値Ｉ_ｄ ^＊を生成する。一般的には、ｄ軸電流成分の指示値Ｉ_ｄ ^＊は、「０」である。ｑ軸電流指令値生成部３２は、ｄ軸に直交するｑ軸（ただし、ｄｑ座標平面は電動モータ１９のロータの回転方向に沿う平面である）電流成分の指示値Ｉ_ｑ ^＊を生成する。ｄ軸電流成分の指示値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流成分の指示値Ｉ_ｑ ^＊を総称して、「二相指示電流Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊」という場合がある。ｑ軸電流指令値生成部３２の動作の詳細については、後述する。

回転角演算部４１は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ１９のロータの回転角（ロータ回転角）θａを演算する。
電流検出部２９によって検出された三相検出電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗは、第２の座標変換部４２に与えられる。第２の座標変換部４２は、回転角演算部４１によって演算されたロータ回転角θａを用いて、三相検出電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを、ｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑ（以下、総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ」という）に変換する。

ｄ軸電流偏差演算部３３は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸電流Ｉ_ｄの偏差を演算する。ｄ軸電流偏差演算部３３によって演算された電流偏差は、ｄ軸ＰＩ制御部３５に与えられて、ＰＩ演算処理を受ける。ｄ軸指示電圧生成部３７は、ｄ軸ＰＩ制御部３５の演算結果に応じて、ｄ軸指示電圧Ｖ_ｄ ^＊を生成する。
ｑ軸電流偏差演算部３４は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。ｑ軸電流偏差演算部３４によって演算された電流偏差は、ｑ軸ＰＩ制御部３６に与えられて、ＰＩ演算処理を受ける。ｑ軸指示電圧生成部３８は、ｑ軸ＰＩ制御部３６の演算結果に応じて、ｑ軸指示電圧Ｖ_ｑ ^＊を生成する。

ｄ軸指示電圧Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電圧Ｖ_ｑ ^＊は、第１の座標変換部３９に与えられる。第１の座標変換部３９は、回転角演算部４１によって演算されたロータ回転角θａを用いて、ｄ軸指示電圧Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電圧Ｖ_ｑ ^＊を、ＵＶＷ座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊（以下、総称するときには「三相指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊」という）に変換する。

ＰＷＭ制御部４０は、Ｕ相指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相指示電圧Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相指示電圧Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティ比のＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路２８に供給する。
駆動回路２８は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部４０から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に相当する電圧が電動モータ１９の各相のステータ巻線に印加されることになる。

電流偏差演算部３３，３４およびＰＩ制御部３５，３６は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１９に流れるモータ電流が、電流指令値生成部３１，３２によって設定される二相指示電流Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊に近づくように制御される。
図５は、ｑ軸電流指示値生成部３２の動作を示すフローチャートである。図５の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ｑ軸電流指示値生成部３２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴと、舵角センサ１２によって検出される相対操舵角θｓと、回転角演算部４１によって演算されたロータ回転角θａとを取り込む（ステップＳ１）。
ｑ軸電流指示値生成部３２は、第１のピニオン１７の角速度ωｓと、第２のピニオン２２の角速度ωａとを演算する（ステップＳ２）。具体的には、ｑ軸電流指示値生成部３２は、今演算周期において取り込まれた相対操舵角θｓ_ｎ（ｎは演算周期番号）と、その一回前の演算周期において取り込まれた相対操舵角θｓ_ｎ−１との差を演算することにより、第１のピニオン１７の角速度ωｓを演算する。また、ｑ軸電流指示値生成部３２は、今演算周期において取り込まれたロータ回転角θａ_ｎと、その一回前の演算周期において取り込まれたロータ回転角θａ_ｎ−１との差を演算することにより、第２のピニオン２２の角速度ωａを演算する。

次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、第１のピニオン１７の角速度ωｓと第２のピニオン２２の角速度ωａとの比（以下、「角速度比ωａ／ωｓ」という）を演算する（ステップＳ３）。
次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ステップＳ３で演算された角速度比ωａ／ωｓに基づいて、現在のラック軸位置を特定する（ステップＳ４）。ラック軸位置の特定方法について説明する。第１のピニオン１７の角速度ωｓを現在のラック軸位置における操舵側ラックゲインＧｓに乗算することによって得られるラック軸移動量は、第２のピニオン２２の角速度ωａを現在のラック軸位置におけるアシスト側ラックゲインＧａに乗算することによって得られるラック軸移動量と等しい。したがって、次式(2)の関係が成り立つ。

ωａ／ωｓ＝Ｇｓ／Ｇａ …(2)
つまり、ステップＳ３で演算された角速度比ωａ／ωｓは、現在のラック軸位置におけるラックゲイン比Ｇｓ／Ｇａと等しくなる。そこで、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ラック軸位置とラックゲイン比Ｇｓ／Ｇａとの関係（図３（ｃ）参照）を記憶したマップと、ステップＳ３で演算された角速度比ωａ／ωｓ（＝Ｇｓ／Ｇａ）とに基づいて、現在のラック軸位置を特定する。このマップは、ラック軸１５の絶対位置とラックゲイン比Ｇｓ／Ｇａとの関係を記憶したマップであってもよいし、絶対操舵角とラックゲイン比Ｇｓ／Ｇａとの関係を記憶したマップであってもよい。

なお、ステップＳ３で演算された角速度比ωａ／ωｓに対応するラック軸位置としては、操舵中立位置を除いて、右操舵方向位置（正の値）と左操舵方向位置（負の値）との２つ位置が存在する。ただし、それら２つのラック軸位置の絶対値（大きさ）は等しいので、それらの２つのラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインＧａは等しい。したがって、ステップＳ４では、ｑ軸電流指示値生成部３２は、これら２つのラック軸位置のうちの一方またはそれらの絶対値を求めればよい。

次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ラック軸位置とアシスト側ラックゲインＧａとの関係（図３（ａ）参照）を記憶したマップに基づいて、現在のラック軸位置におけるアシスト側ラックゲインＧａを特定する（ステップＳ５）。ステップＳ４で特定されたラック軸位置が「ラック軸１５の絶対位置」である場合には、当該マップとしては、ラック軸１５の絶対位置とアシスト側ラックゲインＧａとの関係を記憶したマップが用いられる。一方、ステップＳ４で特定されたラック軸位置が「絶対操舵角」である場合には、当該マップとしては、絶対操舵角とアシスト側ラックゲインＧａとの関係を記憶したマップが用いられる。

次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、操舵トルクＴと、アシスト側ラックゲインＧａがラックゲイン基準値Ｇａｏである場合のｑ軸電流指示値（以下、「基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊という」）との関係を記憶したマップを用いて、ステップＳ１で取り込まれた操舵トルクＴに応じた基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊を演算する（ステップＳ６）。
図６は、操舵トルクＴと基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊との関係の一例を示すグラフである。操舵トルクＴが正の値（右方向へのトルク）のときには基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊は正の値に設定され、操舵トルクＴが負の値（左方向へのトルク）のときには基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊は負の値に設定される。そして、操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊の絶対値が大きくなるように、基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊が設定される。

次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ステップＳ６で演算された基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊を、ステップＳ５で求められたアシスト側ラックゲインＧａに対応したｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊に変換する（ステップＳ７）。これにより、最終的なｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊が求められる。
具体的には、最終的なｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊は、次式(3)に基づいて求められる。

Ｉ_ｑ ^＊＝Ｉ_ｑｏ ^＊×（Ｇａ／Ｇａｏ） …(3)
最終的なｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊は、ｑ軸電流偏差演算部３４に与えられる。これにより、今演算周期の処理が終了する。
上記実施形態によれば、第１のピニオン１７の角速度ωｓと第２のピニオン２２の角速度ωａとに基づいて、現在のラック軸位置を特定することができる。このため、現在のラック軸位置を、絶対位置センサまたは絶対操舵角センサを用いることなく検出することができる。

また、上記実施形態によれば、現在のラック軸位置に対応したアシスト側ラックゲインＧａを用いて電動モータ１９を制御しているので、操舵状況および現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインＧａに応じた適切な操舵補助を実現することが可能となる。
また、前述した方法で特定されるラック軸位置またはアシスト側ラックゲインと、舵角センサ１２によって検出される相対操舵角とを関連付けて記憶していくことにより、操舵速度が零付近においても、相対操舵角からラック軸位置またはアシスト側ラックゲインを特定することが可能となる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、舵角センサ１２として、第１の実施形態とは異なり、絶対操舵角θｓ_ａｂｓを検出する絶対舵角センサ１２が用いられる。第２の実施形態では、絶対舵角センサ１２によって検出される絶対操舵角θｓ_ａｂｓに基づいてラック軸位置を求めることができる。このため、ｑ軸電流指令値生成部３２の動作が、第１の実施形態とは異なる。

図７は、第２の実施形態におけるｑ軸電流指令値生成部３２の動作を示すフローチャートである。図７において、図５に示された各ステップと同様の処理が行われるステップには、図５中と同一参照符号を付して示す。
ｑ軸電流指示値生成部３２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴと、舵角センサ１２によって検出される絶対操舵角θｓ_ａｂｓとを取り込む（ステップＳ１Ａ）。第２の実施形態では、ｑ軸電流指示値生成部３２は、図５のステップＳ１のように、回転角演算部４１によって演算されたロータ回転角θａを取り込む必要はない。

次に、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ステップＳ１で取り込んだ絶対操舵角θｓ_ａｂｓに基づいて、現在のラック軸位置を特定する（ステップＳ４Ａ）。ラック軸位置として「ラック軸１５の絶対位置」が用いられる場合には、予め設定された絶対操舵角とラック軸１５の絶対位置との関係を記憶したマップと、ステップＳ１で取り込んだ絶対操舵角θｓ_ａｂｓとに基づいて、現在のラック軸位置が特定される。一方、ラック軸位置として「絶対操舵角」が用いられる場合には、ステップＳ１で取り込んだ絶対操舵角θｓ_ａｂｓが現在のラック軸位置として特定される。

そして、ｑ軸電流指示値生成部３２は、ステップＳ５〜Ｓ７の処理を行なう。図７のステップＳ５〜Ｓ７の処理は、図５のステップＳ５〜Ｓ７の処理と同じであるので、その説明を省略する。
以上、この発明の第１および第２の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１および第２の実施形態では、操舵トルクと基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊との関係を記憶したマップを用いて、操舵トルクＴに応じた基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊を求め、得られた基準ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑｏ ^＊をアシスト側ラックゲインＧａに対応したｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊に変換することにより、最終的なｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊を求めている。しかし、アシスト側ラックゲインＧａ毎に、操舵トルクＴとｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊との関係を記憶したマップをそれぞれ設定しておき、現在のラック軸位置に対応するアシスト側ラックゲインＧａに対応したマップと、トルクセンサ１１によって検出された操舵トルクＴとに基づいて、最終的なｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊を求めるようにしてもよい。

また、車速センサを設けておき、車速センサによって検出される車速をも考慮して、ｑ軸電流指示値Ｉ_ｑ ^＊を求めるようにしてもよい。
また、前記第１の実施形態では、舵角センサ１２によって検出される相対操舵角θｓに基づいて、第１のピニオン１７の角速度ωｓを演算しているが、他の方法によって第１のピニオン１７の角速度ωｓを演算してもよい。同様に、回転角センサ２５の出力信号に基づいて第２のピニオン２２の角速度ωａを演算しているが、他の方法によって第２のピニオン２２の角速度ωａを演算してもよい。

また、前記第１および第２の実施形態では、第１のラック１８はラック歯のピッチが一定ではない可変比ラックであるが、第１のラック１８はラック歯のピッチが一定である一定比ラックであってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、５…操舵補助機構、１１…トルクセンサ、１２，１２Ａ，１２Ｂ…舵角センサ、１３…ＥＣＵ、１４…第１のピニオン軸、１５…ラック軸、１７…第１のピニオン、１８…第１のラック、１９…電動モータ、２０…第２のピニオン軸、２１…減速機構、２２…第２のピニオン、２３…第２のラック、２５…回転角センサ、２７…マイクロコンピュータ、３１…ｄ軸電流指令値生成部、３２…ｑ軸電流指令値生成部

Claims (3)

1. 操舵部材の操作に応じて軸方向に移動するラック軸と、電動モータによって回転されるピニオンおよび前記ラック軸に設けられ、前記ピニオンと噛み合うラックからなるラック＆ピニオン機構とを含み、前記ラックは、その長さ方向においてラック歯のピッチが一定でない可変比ラックである、電動パワーステアリング装置であって、
   前記ラック軸の絶対位置または絶対操舵角をラック軸位置として、ラック軸位置を検出するラック軸位置検出手段と、
   前記ラック軸位置検出手段によって検出されたラック軸位置と、予め設定されたラック軸位置と前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインとの関係とに基づいて、現在のラック軸位置に対応する前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインを特定するラックゲイン特定手段と、
   前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインを用いて、前記電動モータを制御するモータ制御手段とを含む、電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータ制御手段は、
   前記操舵部材の操作内容と前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインとを用いて、電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
   前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出されるモータ電流が、前記電流指令値演算手段によって演算される電流指令値に一致するように、前記電動モータを駆動させる手段とを含む、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電流指令値演算手段は、
   前記操舵部材の操作内容に基づいて、前記ラック＆ピニオン機構のラックゲインが所定のラックゲイン基準値である場合における電流指令値である基準電流指令値を演算する基準電流指令値演算手段と、
   前記基準電流指令値演算手段によって演算された基準電流指令値を、前記ラックゲイン特定手段によって特定されたラックゲインに対応した電流指令値に変換する変換手段とを含む請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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