JP2013212715A

JP2013212715A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2013212715A
Application number: JP2012082644A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Iwase; 雅祐岩瀬
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【課題】ステアリングホイールの操舵状況をより確度高く見極めることができる技術を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールと、ステアリングホイールと相対回転するピニオン軸との相対回転角度を検出するトルク検出部と、ピニオン軸と噛み合うラック軸と、ラック軸に対してステアリングホイールの操作をアシストするアシストトルクを付与する電動モータと、トルク検出部の検出値に基づいて電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出部と、を備え、目標電流算出部は、相対回転角度が生じている方向と電動モータの回転方向とに基づいてステアリングホイールの操舵状況を判定し、トルク検出部の検出値とステアリングホイールの操舵状況とに基づいて電動モータに供給する目標電流を算出する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、トルクセンサにより検出されたステアリングホイールの操舵力の大きさに応じて電動モータに流す電流量を制御する電動パワーステアリング装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、ステアリングの操舵機構に動力を与えてステアリングの操舵力を補助する電動モータと、ステアリングの操舵力を検出するトルクセンサと、このトルクセンサにより検出された操舵力の大きさに応じて電動モータに流す電流量を制御する制御回路とを備えている。そして、トルクセンサは、入力軸と出力軸とを同軸上に連結するトーションバー、入力軸の端部に取り付けられる磁石、出力軸の端部に取り付けられる一組の磁気ヨーク、及びこの一組の磁気ヨーク間に生じる磁束密度を検出する磁気センサ等より構成されている。

特開２００３−１４９０６２号公報

トルクセンサからの出力値には、ステアリングホイール、入力軸等の操舵系に生じる機械的な摩擦抵抗が外乱として含まれる。そのため、ステアリングホイールを左から右へ操舵する場合のトルクセンサの出力値と、右から左へ操舵する場合のトルクセンサの出力値とが異なる現象（ヒステリシス）が生じる。したがって、操舵フィーリングの向上、安全性の向上を図るためには、ヒステリシスを考慮して電動モータに供給する電流量を制御することが望ましい。その際、ステアリングホイールの操作方向が切り増し方向であるのか切り戻し方向であるかなどのステアリングホイールの操舵状況に応じて電動モータに供給する目標電流を設定することが望ましい。そのためには、ステアリングホイールの操舵状況を確度高く見極めることが重要となる。
本発明は、ステアリングホイールの操舵状況をより確度高く見極めることが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールと、当該ステアリングホイールと相対回転するピニオン軸との相対回転角度を検出する検出手段と、前記ピニオン軸と噛み合うラック軸と、前記ラック軸に対して前記ステアリングホイールの操作をアシストするアシストトルクを付与する電動モータと、前記検出手段の検出値に基づいて前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、を備え、前記目標電流算出手段は、前記相対回転角度が生じている方向と前記電動モータの回転方向とに基づいて前記ステアリングホイールの操舵状況を判定し、前記検出手段の検出値と当該ステアリングホイールの操舵状況とに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を算出することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記目標電流算出手段が、前記電動モータに前記ラック軸を一方の移動方向に移動させる方向のアシストトルクを生じさせる目標電流を算出するのに基となる前記相対回転角度が生じている方向の符号をプラス、当該電動モータに当該ラック軸を他方の移動方向に移動させる方向のアシストトルクを生じさせる目標電流を算出するのに基となる当該相対回転角度が生じている方向の符号をマイナスとし、前記ラック軸が前記一方の移動方向に移動する場合の前記電動モータの回転方向の符号をプラス、当該ラック軸が前記他方の移動方向に移動する場合の当該電動モータの回転方向の符号をマイナスとした場合に、前記目標電流算出手段は、前記相対回転角度が生じている方向の符号と前記電動モータの回転方向の符号とが同じである場合には前記ステアリングホイールの切り増し方向であると判定し、当該相対回転角度が生じている方向の符号と当該電動モータの回転方向の符号とが異なる場合には当該ステアリングホイールの切り戻し方向であると判定するとよい。

また、前記目標電流算出手段は、前記検出手段が検出した検出値に応じた基準目標電流と、前記検出手段が検出した検出値に応じた調整値を用いて、前記操舵トルクの絶対値が大きい場合に、前記目標電流の絶対値が、前記ステアリングホイールの切り戻し方向である場合には当該基準目標電流よりも大きくなるように当該目標電流を算出するとよい。
また、前記目標電流算出手段の前記調整値は、前記検出手段が検出した検出値の絶対値が予め定められた値よりも小さい場合と大きい場合とで符号が反転するとよい。

また、前記目標電流算出手段は、前記基準目標電流を算出する基準目標電流算出手段と、前記調整値を設定する目標電流調整手段と、前記基準目標電流と前記調整値とを加算する加算手段と、を備え、前記目標電流調整手段は、前記検出手段が検出した検出値に基づいて補正量を決定する決定手段と、前記ステアリングホイールの操舵状況に応じて、当該決定手段が決定した補正量を補正するとともに補正した補正量を前記調整値として出力する出力手段と、を備えるとよい。

本発明によれば、ステアリングホイールの操舵状況をより確度高く見極めることができる。

実施の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図である。電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成図である。目標電流算出部の概略構成図である。基準目標電流算出部が算出する基準目標電流と操舵トルクとの相関関係を示す図である。基準目標電流算出部の概略構成図である。制御部の概略構成図である。ステアリングホイールの操作方向とトルク検出部からの出力値とが異なる現象（ヒステリシス）を示す図である。目標電流調整部の概略構成図である。検出トルク信号と補正量との関係を示す図である。トルク検出部の検出トルク信号の符号と、電動モータの回転方向の符号との関係を示す図である。補正量決定部が行う補正量決定処理の手順を示すフローチャートである。操舵状況判定部が行う増減度合い判定処理の手順を示すフローチャートである。出力部が行う出力処理の手順を示すフローチャートである。本実施の形態に係るステアリング装置における操舵トルクと目標電流との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバーを介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に応じた電気信号（例えば電圧信号）出力するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、３相ブラシレスモータである。電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向は、モータ電流検出部３３（図６参照）にて検出される。減速機構１１１は、ピニオンシャフト１０６とともに回転するウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に装着され、ウォームホイールと噛み合うウォームギアと、から構成される。
そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０の出力値が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴに応じた値をトルクセンサ１０９からの出力に基づいて検出し、その検出された値に基づいて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
図２は、ステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９から出力された電気信号と、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃが出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。
そして、制御装置１０は、トルクセンサ１０９から入力される信号に基づいて操舵トルクＴに応じた値を検出するトルク検出部３１０と、トルク検出部３１０からの出力値（検出トルク信号Ｔｐ）に基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流ＩＴを算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流ＩＴに基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。

先ずは、トルク検出部３１０について詳述する。
トルク検出部３１０は、トルクセンサ１０９から入力される信号に基づいて操舵トルクＴを算出し、算出した操舵トルクＴを電気信号（電圧信号）に変換した検出トルク信号Ｔｐを目標電流算出部２０へ出力する。トルクセンサ１０９から出力される電気信号と、操舵トルクＴとの関係を示すマップをＲＯＭ１２に記憶しておき、トルク検出部３１０は、このマップに、トルクセンサ１０９からの電気信号を代入することにより操舵トルクＴを算出する。又は、トルクセンサ１０９からの電気信号と操舵トルクＴとの関係を示す関数を組み込んでおき、トルク検出部３１０は、この関数にトルクセンサ１０９からの電気信号を代入して操舵トルクＴを算出してもよい。なお、トルク検出部３１０は、トーションバーの捩れ量が零の状態を零とし、その状態から、右回転方向の操舵トルクＴをプラス、左回転方向の操舵トルクＴをマイナスの値として出力する。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となる基準目標電流ＩＢを算出する基準目標電流算出部２１と、基準目標電流算出部２１が算出した基準目標電流ＩＢを調整する調整電流ＩＡを設定（算出）する目標電流調整部２２と、基準目標電流算出部２１が算出した基準目標電流ＩＢと目標電流調整部２２が設定した調整電流とを加算する加算部２３と、を備えている。

図４は、基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢと操舵トルクＴとの相関関係を示す図である。図４では操舵トルクＴがプラスである場合を例示しているが、操舵トルクＴがマイナスである場合の基準目標電流ＩＢは、プラスである場合の基準目標電流ＩＢと零点を基準に点対称となる。
基準目標電流算出部２１は、概略、トルク検出部３１０からの出力値（検出トルク信号Ｔｐ）に基づいて、操舵トルクＴと基準目標電流ＩＢとが図４に示す関係となるように基準目標電流ＩＢを算出する。以下に、基準目標電流算出部２１について詳しく説明する。

図５は、基準目標電流算出部２１の概略構成図である。
基準目標電流算出部２１は、基準目標電流ＩＢを設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２１２と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２１３とを備えている。また、基準目標電流算出部２１は、ベース電流算出部２１１、イナーシャ補償電流算出部２１２、ダンパー補償電流算出部２１３などからの出力に基づいて基準目標電流ＩＢを決定する基準目標電流決定部２１５を備えている。さらに、基準目標電流算出部２１は、トルク信号Ｔｐの位相補償を行う位相補償部２１６を備えている。

ベース電流算出部２１１は、位相補償部２１６にてトルク信号Ｔｐが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｂを出力する。なお、ベース電流算出部２１１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｐおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２１２は、トルク信号Ｔｐと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２１２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｐおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｐおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２１３は、トルク信号Ｔｐと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２１３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、トルク信号Ｔｐ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍｓと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｐと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍｓとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。

基準目標電流決定部２１５は、ベース電流算出部２１１が算出したベース電流、イナーシャ補償電流算出部２１２が算出したイナーシャ補償電流およびダンパー補償電流算出部２１３が算出したダンパー補償電流に基づいて基準目標電流ＩＢを決定し、この電流の情報を含む基準目標電流信号Ｉｂを出力する。基準目標電流決定部２１５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、補償電流と目標電流との対応を示すマップに代入することにより目標電流を算出する。

目標電流調整部２２については、後で詳述するが、目標電流調整部２２は、調整電流ＩＡを決定し、この調整電流ＩＡの情報を含む調整電流信号Ｉａを出力する。
加算部２３は、基準目標電流算出部２１が算出した基準目標電流ＩＢと目標電流調整部２２が設定した調整電流ＩＡとを加算し、加算後の電流を目標電流ＩＴとして制御部３０へ出力する。言い換えれば、加算部２３は、基準目標電流算出部２１からの出力値である基準目標電流信号Ｉｂと目標電流調整部２２からの出力値である調整電流信号Ｉａとを加算した値を最終的な目標電流加算信号Ｉｔとして出力する。

なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｐと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓとが入力される。回転速度信号Ｎｍｓは、例えば３相ブラシレスモータである電動モータ１１０の回転子（ロータ）の回転位置を検出するセンサ（例えば、回転子の回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路）の出力信号が微分されることにより得られるものであることを例示することができる。
なお、制御装置１０には、車速センサ１７０などからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部２０に取り込んでいる。

次に、制御部３０について詳述する。図６は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流Ｉｍを検出するモータ電流検出部３３とを有している。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流ＩＴと、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流ＩＴとモータ電流検出部３３にて検出された実電流Ｉｍとの偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。
偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値である目標電流加算信号Ｉｔとモータ電流検出部３３からの出力値であるモータ電流信号Ｉｍｓとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流ＩＴと実電流Ｉｍとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号４２ａを生成・出力する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａを出力する。

モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動部３２に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れる実電流Ｉｍの値を検出して、検出した実電流Ｉｍをモータ電流信号Ｉｍｓに変換して出力する。

以上のように構成されたステアリング装置１００において、トルクセンサ１０９からの出力値には、ステアリングホイール１０１、下部連結シャフト１０８等の操舵系に生じる機械的な摩擦抵抗が外乱として含まれる。そのため、ステアリングホイール１０１を左から右へ操舵する場合（以下、「右回転時」と称する場合もある）のトルクセンサ１０９の出力値と、右から左へ操舵する場合（以下、「左回転時」と称する場合もある）のトルクセンサ１０９の出力値とが異なる現象（ヒステリシス）が生じる。

図７は、ステアリングホイール１０１の操作方向とトルク検出部３１０からの出力値（検出トルク信号Ｔｐ）とが異なる現象（ヒステリシス）を示す図である。
ステアリングホイール１０１の操作方向によってトルクセンサ１０９の出力値が異なるため、ステアリングホイール１０１の操作方向によってトルク検出部３１０からの出力値Ｔｐ（検出トルク信号Ｔｐ）が異なる。そのため、図７に示すように、ステアリングホイール１０１の操舵トルクＴが同じであるとしても、ステアリングホイール１０１の左回転時のトルク検出部３１０からの出力値Ｔｐの方がステアリングホイール１０１の右回転時のトルク検出部３１０からの出力値Ｔｐよりも大きくなる。
かかる事項に鑑み、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、図４に示したようにトルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐに応じて変化する基準目標電流ＩＢを、ヒステリシスを考慮した値に補正するために目標電流調整部２２を備えている。

図８は、目標電流調整部２２の概略構成図である。
目標電流調整部２２は、トルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐに基づいて補正量αを決定する補正量決定部２２１と、トルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐと電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓとに基づいてステアリングホイール１０１の操舵状況を判定する操舵状況判定部２２２と、を備えている。また、目標電流調整部２２は、補正量決定部２２１にて決定された補正量αと、操舵状況判定部２２２にて判定された操舵トルクＴの増減とに基づいて調整電流ＩＡを決定するとともに、決定した調整電流ＩＡの情報を含む調整電流信号Ｉａを加算部２３へ出力する出力部２２３を備えている。

図９は、検出トルク信号Ｔｐと補正量αとの関係を示す図である。
補正量決定部２２１は、トルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐに基づいて補正量αを決定する。例えば、予め経験則に基づいてトルク検出部３１０から出力される検出トルク信号Ｔｐに応じた最適な補正量αを図９に示すように導き出しておく。そして、検出トルク信号Ｔｐと最適な補正量αとの対応を示すマップを予め作成しＲＯＭ１２に記憶しておく。そして、補正量決定部２２１は、予め作成しＲＯＭ１２に記憶しておいた、検出トルク信号Ｔｐと補正量αとの対応を示すマップに、検出トルク信号Ｔｐを代入することにより補正量αを算出する。あるいは、予め作成した検出トルク信号Ｔｐと補正量αとの関係式に検出トルク信号Ｔｐを代入することにより補正量αを算出してもよい。

図９に示すように、本実施の形態においては、補正量αは、検出トルク信号Ｔｐの絶対値が予め定められた値Ｔｏより小さい場合にはマイナスの符号であり、検出トルク信号Ｔｐの絶対値が予め定められた値Ｔｏより大きい場合にはプラスの符号である。つまり、補正量αは、検出トルク信号Ｔｐの絶対値が予め定められた値Ｔｏよりも小さい場合と大きい場合とで符号が反転する。

次に、操舵状況判定部２２２について説明する。
トーションバーの捩れ量が零の状態を中立状態とし、中立状態からのステアリングホイール１０１の右回転時におけるステアリングホイール１０１とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が変化する方向（相対回転角度が生じる方向）をプラス（操舵トルクＴがプラス）とする。他方、中立状態からのステアリングホイール１０１の左回転時におけるステアリングホイール１０１とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が変化する方向（相対回転角度が生じる方向）をマイナスとする（操舵トルクＴがマイナス）。このとき、ステアリングホイール１０１とピニオンシャフト１０６との相対回転角度が中立状態より右回転方向に捩れている（トーションバーが右回転方向に捩れている）ときの、トルク検出部３１０からの出力値である検出トルク信号Ｔｐの符号をプラス、相対回転角度が中立状態より左回転方向に捩れている（トーションバーが左回転方向に捩れている）ときの、トルク検出部３１０からの出力値Ｔｐ（検出トルク信号Ｔｐ）の符号をマイナスとする。

そして、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがプラスであるときに、電動モータ１１０を一方の回転方向に回転させるように基準目標電流算出部２１にて基準目標電流ＩＢが算出され、その基準目標電流ＩＢが流れる方向をプラスとする。つまり、図４に示すように、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがプラスのときに基準目標電流算出部２１はプラスの基準目標電流ＩＢを算出（ひいてはトルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがプラスのときに目標電流算出部２０はプラスの目標電流ＩＴを算出）し、電動モータ１１０を一方の回転方向に回転させる方向のトルクを発生させる。他方、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがマイナスのときに基準目標電流算出部２１はマイナスの基準目標電流ＩＢを算出（ひいてはトルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがマイナスのときに目標電流算出部２０はマイナスの目標電流ＩＴを算出）し、電動モータ１１０を他方の回転方向に回転させる方向のトルクを発生させる。

そして、電動モータ１１０が一方の回転方向に回転すると、ピニオンシャフト１０６がラック軸１０５を、図１で見た場合の横方向に移動させ、前輪１５０が右方向に回転する。前輪１５０が右方向に回転するときのラック軸１０５の移動方向を、以下では「一方の移動方向」と称す。他方、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転すると、ピニオンシャフト１０６がラック軸１０５を横方向に移動させ、前輪１５０が左方向に回転する。前輪１５０が左方向に回転するときのラック軸１０５の移動方向を、以下では「他方の移動方向」と称す。

そして、電動モータ１１０の出力軸に装着されたウォームギアとピニオンシャフト１０６とともに回転するウォームホイールとは噛み合っており、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されたピニオン１０６ａとラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとがラック・ピニオン機構を構成している。また、ラック軸１０５が、前輪１５０に連結されたタイロッド１０４と連結されている。

それゆえ、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号がプラスであり、電動モータ１１０が一方の回転方向に回転する方向のトルクを発生させたとしても、前輪１５０などが受ける外力により前輪１５０が左方向に回転し、ラック軸１０５が他方の移動方向に移動した場合には、電動モータ１１０は、他方の回転方向に回転する。
他方、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号がマイナスであり、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転する方向のトルクを発生させたとしても、前輪１５０などが受ける外力により前輪１５０が右方向に回転し、ラック軸１０５が一方の移動方向に移動した場合には、電動モータ１１０は、一方の回転方向に回転する。
以下では、電動モータ１１０の回転方向の符号を、一方の回転方向に回転するときをプラス、他方の回転方向に回転するときをマイナスとする。

次に、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と、電動モータ１１０の回転方向の符号との関係について説明する。
図１０は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と、電動モータ１１０の回転方向の符号との関係を示す図である。（ａ）は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転方向の符号とを時系列に示した図である。（ｂ）は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐを縦軸に、電動モータ１１０の回転方向を横軸に取り、これらの符号とステアリングホイール１０１の操舵状況との関係を示した図である。

ステアリングホイール１０１が中立状態（操舵トルクＴが零の状態）から右方向に回転させられると、トーションバーの右回転方向の捩れ量が増加する。その結果、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがプラス方向に増加し、電動モータ１１０がプラス方向に回転する。この状態を示したのが図１０（ａ）の第１領域であり、この状態では、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐと電動モータ１１０の回転方向がともにプラスとなる。

その後、ステアリングホイール１０１が左方向に回転させられると、トーションバーの捩れが緩和され、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐが減少する。すると、前輪１５０などが受ける外力により前輪１５０が左方向に回転し、電動モータ１１０が一方の回転方向に回転する方向のトルクを発生させたとしても、ラック軸１０５が他方の移動方向に移動する。その結果、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転する。この状態を示したのが図１０（ａ）の第２領域であり、この状態では、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号はプラスであるが、電動モータ１１０の回転方向の符号がマイナスとなる。

その後、ステアリングホイール１０１が中立状態を超えて左方向に回転させられると、トーションバーの左回転方向の捩れ量が増加し、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがマイナス方向に増加する。ラック軸１０５は、そのまま他方の移動方向に移動し続けるが、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転する方向のトルクを発生させたとしても、前輪１５０などが受ける外力により他方の移動方向への移動が抑制されていく。その結果、電動モータ１１０がマイナス方向に回転し続けるが、その回転力が徐々に弱まる。この状態を示したのが図１０（ａ）の第３領域であり、この状態では、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐと電動モータ１１０の回転方向がともにマイナスとなる。

その後、ステアリングホイール１０１が右方向に回転させられると、トーションバーの捩れが緩和され、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐが零に近づく。すると、前輪１５０などが受ける外力により前輪１５０が右方向に回転し、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転する方向のトルクを発生させたとしても、ラック軸１０５が一方の移動方向に移動する。その結果、電動モータ１１０が一方の回転方向に回転する。この状態を示したのが図１０（ａ）の第４領域であり、この状態では、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号はマイナスであるが、電動モータ１１０の回転方向の符号がプラスとなる。

以上のことにより、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐと電動モータ１１０の回転方向がともにプラスとなる領域（図１０（ａ）の第１領域）は、ステアリングホイール１０１の操舵状況としては、ステアリングホイール１０１が右方向へ切り増しさせられた状況にある。そして、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがプラスで、電動モータ１１０の回転方向がマイナスとなる領域（図１０（ａ）の第２領域）は、ステアリングホイール１０１の操舵状況としては、ステアリングホイール１０１が右方向へ切り増しさせられた後に左方向に切り戻されている状況にある。

また、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐと電動モータ１１０の回転方向がともにマイナスとなる領域（図１０（ａ）の第３領域）は、ステアリングホイール１０１の操舵状況としては、ステアリングホイール１０１が左方向へ切り増しさせられた状況にある。そして、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐがマイナスで、電動モータ１１０の回転方向がプラスとなる領域（図１０（ａ）の第４領域）は、ステアリングホイール１０１の操舵状況としては、ステアリングホイール１０１が左方向へ切り増しさせられた後に右方向に切り戻されている状況にある。

言い換えれば、図１０（ｂ）に示すように、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転方向の符号が同じである場合には、ステアリングホイール１０１が右方向か左方向のいずれかの方向へ切り増しさせられた状況にある。他方、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転方向の符号とが異なる場合には、ステアリングホイール１０１が切り戻しさせられた状況にある。

以上のことに鑑み、操舵状況判定部２２２は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号とに基づいて、ステアリングホイール１０１の操舵状況を判定する。つまり、操舵状況判定部２２２は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号とが同じである場合には、検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転方向の符号とが同じであるとして、ステアリングホイール１０１が切り増しさせられたと判定する。他方、操舵状況判定部２２２は、トルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号とが異なる場合には、検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転方向の符号とが異なるとして、ステアリングホイール１０１が切り戻されたと判定する。

そして、操舵状況判定部２２２は、ステアリングホイール１０１が切り増しさせられたと判定した場合には、ステアリングホイール１０１が切り増しさせられた場合にセットされる切り増し判定をＲＡＭ１３にセットする。他方、操舵状況判定部２２２は、ステアリングホイール１０１が切り戻されたと判定した場合には、ステアリングホイール１０１が切り戻された場合にセットされる切り戻し判定をＲＡＭ１３にセットする。

出力部２２３は、ＲＡＭ１３に切り戻し判定がセットされている場合には、補正量決定部２２１が決定した補正量αを調整電流ＩＡと決定するとともに、決定した調整電流ＩＡに応じた電気信号を調整電流信号Ｉａとして出力する。他方、出力部２２３は、ＲＡＭ１３に切り増し判定がセットされている場合には、調整電流ＩＡを零と決定するとともに、決定した調整電流ＩＡ＝零に応じた電気信号を調整電流信号Ｉａとして出力する。

次に、フローチャートを用いて、補正量決定部２２１が行う補正量決定処理について説明する。
図１１は、補正量決定部２２１が行う補正量決定処理の手順を示すフローチャートである。補正量決定部２２１は、定期的に、例えば１０ｍｓ毎にこの補正量決定処理を実行する。
補正量決定部２２１は、先ず、トルク検出部３１０から出力され、ＲＡＭ１３に記憶された最新の検出トルク信号Ｔｐ（ｎ）を読み込む（ステップ（以下、単に、「Ｓ」と記す。）１１０１）。
次に、補正量決定部２２１は、Ｓ１１０１にて読み込んだ最新の検出トルク信号Ｔｐ（ｎ）とＲＯＭ１２に記憶されたマップとに基づいて補正量αを決定する（Ｓ１１０２）。

次に、フローチャートを用いて、操舵状況判定部２２２が行う操舵状況判定処理について説明する。
図１２は、操舵状況判定部２２２が行う操舵状況判定処理の手順を示すフローチャートである。操舵状況判定部２２２は、定期的に、例えば１０ｍｓ毎にこの操舵状況判定処理を実行する。
操舵状況判定部２２２は、先ず、トルク検出部３１０から出力された最新の検出トルク信号Ｔｐの符号を読み込む（Ｓ１２０１）。また、最新の回転速度信号Ｎｍｓの符号を読み込む（Ｓ１２０２）。

その後、操舵状況判定部２２２は、Ｓ１２０１にて読み込まれた検出トルク信号Ｔｐの符号とＳ１２０２にて読み込まれた回転速度信号Ｎｍｓの符号とが同じであるか否かを判別する（Ｓ１２０３）。そして、検出トルク信号Ｔｐの符号と回転速度信号Ｎｍｓの符号とが同じである場合（Ｓ１２０３でＹｅｓ）、切り増し判定をＲＡＭ１３にセットし（Ｓ１２０４）、ＲＡＭ１３にセットされた切り戻し判定をクリアする（Ｓ１２０５）。一方、検出トルク信号Ｔｐの符号と回転速度信号Ｎｍｓの符号とが異なる場合（Ｓ１２０３でＮｏ）、切り戻し判定をＲＡＭ１３にセットし（Ｓ１２０６）、ＲＡＭ１３にセットされた切り増し判定をクリアする（Ｓ１２０７）。

次に、フローチャートを用いて、出力部２２３が行う出力処理について説明する。
図１３は、出力部２２３が行う出力処理の手順を示すフローチャートである。出力部２２３は、定期的に、例えば１０ｍｓ毎にこの出力処理を実行する。
出力部２２３は、先ず、ＲＡＭ１３に切り増し判定がセットされているかどうかを判別する（Ｓ１３０１）。そして、切り増し判定がセットされている場合（Ｓ１３０１でＹｅｓ）、調整電流ＩＡ＝零と決定するとともに、零に応じた電気信号を調整電流信号Ｉａとして出力する（Ｓ１３０２）。一方、切り増し判定がセットされていない場合（Ｓ１３０１でＮｏ）、補正量決定部２２１が決定した補正量αを調整電流ＩＡ（＝α）と決定するとともに、決定した調整電流ＩＡに応じた電気信号を調整電流信号Ｉａとして出力する（Ｓ１３０３）。

図１４は、本実施の形態に係るステアリング装置１００における操舵トルクＴと目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴとの関係を示す図である。操舵トルクＴと目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴとの関係を実線で示している。また、この図１４には、操舵トルクＴと基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢとの関係を破線で示している。なお、ステアリングホイール１０１の切り増し方向においては、操舵トルクＴに対する、目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴと基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢとは同じであることから、図１４においては、両曲線は同一曲線となる。図１４では操舵トルクＴがプラスである場合を例示しているが、操舵トルクＴがマイナスである場合の目標電流ＩＴ（基準目標電流ＩＢ）は、プラスである場合の目標電流ＩＴ（基準目標電流ＩＢ）と零点を基準に点対称となる。

上述したように、トルクセンサ１０９からの出力値にはヒステリシスが生じることから、操舵トルクＴに対する基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢは、図１４で示したように、ステアリングホイール１０１の切り増し方向の基準目標電流ＩＢの値と、切り戻し方向の基準目標電流ＩＢの値とで異なる。

本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、図９に示すように、トルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐの絶対値の値が小さい場合には補正量αの値がマイナスに設定される。そして、ステアリングホイール１０１の切り戻し時には、基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢに補正量αを加算した値の電流が、目標電流算出部２０により目標電流ＩＴとして算出される。それゆえ、本実施の形態に係る目標電流算出部２０によれば、操舵トルクＴが小さい場合には、検出トルク信号Ｔｐのヒステリシスに起因して生じるステアリングホイール１０１の切り増し時の基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢと切り戻し時の基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢとの差が小さくなる。言い換えれば、操舵トルクＴが小さい場合には、本実施の形態に係る目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴは、目標電流調整部２２および加算部２３を備えずに基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢをそのまま目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴとして出力する構成の目標電流算出部２０（以下、「他の形態に係る目標電流算出部２０」と称する。）の場合と比べると、ステアリングホイール１０１の切り増し時の目標電流ＩＴと切り戻し時の目標電流ＩＴとの差が小さくなる。その結果、本実施の形態に係る目標電流算出部２０によれば、操舵トルクＴが小さい場合には、ステアリングホイール１０１の操作により近い目標電流ＩＴが設定されるので操舵フィーリングが向上する。

一方、図９に示すように、トルク検出部３１０から出力された検出トルク信号Ｔｐの絶対値の値が大きい場合には、絶対値が大きくなるに従って補正量αの値がプラス方向に大きくなるように設定される。そして、ステアリングホイール１０１の切り戻し時には、基準目標電流算出部２１が算出する基準目標電流ＩＢに補正量αを加算した値の電流が、目標電流算出部２０により目標電流ＩＴとして算出される。それゆえ、本実施の形態に係る目標電流算出部２０によれば、操舵トルクＴが大きく、ステアリングホイール１０１が切り戻し状況にある場合には、本実施の形態に係る目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴは、他の形態に係る目標電流算出部２０が算出する目標電流ＩＴよりも大きくなる。これにより、例えば、ステアリングホイール１０１の右回転方向への切り増しからの切り戻し時には、本実施の形態に係るステアリング装置１００における電動モータ１１０の右回転方向へのアシストトルクは、他の形態に係る目標電流算出部２０を備える構成のステアリング装置１００におけるアシストトルクよりも大きくなる。その結果、ステアリングホイール１０１が切り増された後に切り戻された場合において、いわゆる、すわり感が向上し、車両の挙動が安定する。

以上説明したように、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、操舵トルクＴが小さい場合および大きい場合の広い領域でヒステリシスを考慮して目標電流ＩＴが調整されるので、広域で操舵感（操舵特性）を向上させることができ、操舵フィーリングの向上および安全性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、ステアリングホイール１０１の操舵状況が切り増し方向であるのか切り戻し方向であるのかを、操舵状況判定部２２２がトルク検出部３１０の検出トルク信号Ｔｐの符号と電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号とに基づいて判定するので、確度高くステアリングホイール１０１の操舵状況を見極めることが可能である。すなわち、たとえ、ステアリングホイール１０１が素早く操作されていたとしても、あるいはゆっくりと操作されていたとしても、ステアリングホイール１０１の操舵状況が切り増し方向であるのか切り戻し方向であるのかを精度高く判定することが可能である。これにより、精度高く操舵感（操舵特性）を向上させることができ、精度高く操舵フィーリングの向上および安全性の向上を図ることができる。

また、図９に例示した、検出トルク信号Ｔｐと補正量αとの関係を、任意に変更することで、操舵トルクＴに対する目標電流ＩＴを任意に変更することができる。それゆえ、本実施の形態に係るステアリング装置１００が搭載される車両毎に、容易にヒステリシスを考慮した設定にすることが可能となる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２１…基準目標電流算出部、２２…目標電流調整部、２３…加算部、３０…制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール（ハンドル）、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、２２１…補正量決定部、２２２…操舵状況判定部、２２３…出力部、３１０…トルク検出部

Claims

ステアリングホイールと、当該ステアリングホイールと相対回転するピニオン軸との相対回転角度を検出する検出手段と、
前記ピニオン軸と噛み合うラック軸と、
前記ラック軸に対して前記ステアリングホイールの操作をアシストするアシストトルクを付与する電動モータと、
前記検出手段の検出値に基づいて前記電動モータに供給する目標電流を算出する目標電流算出手段と、
を備え、
前記目標電流算出手段は、前記相対回転角度が生じている方向と前記電動モータの回転方向とに基づいて前記ステアリングホイールの操舵状況を判定し、前記検出手段の検出値と当該ステアリングホイールの操舵状況とに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を算出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記目標電流算出手段が、前記電動モータに前記ラック軸を一方の移動方向に移動させる方向のアシストトルクを生じさせる目標電流を算出するのに基となる前記相対回転角度が生じている方向の符号をプラス、当該電動モータに当該ラック軸を他方の移動方向に移動させる方向のアシストトルクを生じさせる目標電流を算出するのに基となる当該相対回転角度が生じている方向の符号をマイナスとし、
前記ラック軸が前記一方の移動方向に移動する場合の前記電動モータの回転方向の符号をプラス、当該ラック軸が前記他方の移動方向に移動する場合の当該電動モータの回転方向の符号をマイナスとした場合に、
前記目標電流算出手段は、前記相対回転角度が生じている方向の符号と前記電動モータの回転方向の符号とが同じである場合には前記ステアリングホイールの切り増し方向であると判定し、当該相対回転角度が生じている方向の符号と当該電動モータの回転方向の符号とが異なる場合には当該ステアリングホイールの切り戻し方向であると判定する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。
前記目標電流算出手段は、前記検出手段が検出した検出値に応じた基準目標電流と、前記検出手段が検出した検出値に応じた調整値を用いて、前記操舵トルクの絶対値が大きい場合に、前記目標電流の絶対値が、前記ステアリングホイールの切り戻し方向である場合には当該基準目標電流よりも大きくなるように当該目標電流を算出することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記目標電流算出手段の前記調整値は、前記検出手段が検出した検出値の絶対値が予め定められた値よりも小さい場合と大きい場合とで符号が反転することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記目標電流算出手段は、前記基準目標電流を算出する基準目標電流算出手段と、前記調整値を設定する目標電流調整手段と、前記基準目標電流と前記調整値とを加算する加算手段と、を備え、
前記目標電流調整手段は、前記検出手段が検出した検出値に基づいて補正量を決定する決定手段と、前記ステアリングホイールの操舵状況に応じて、当該決定手段が決定した補正量を補正するとともに補正した補正量を前記調整値として出力する出力手段と、を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の電動パワーステアリング装置。