JP2014031103A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも操舵が行いやすい制御を行なうことができる電動パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】ハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部２１と、その基本アシスト量を補正するためのアシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部２４と、基本アシスト量をアシスト補償量に基づいて補正することにより補正後アシスト量を演算するアシスト量補正部２３と、補正後アシスト量に基づいてモータを駆動させるモータ駆動部２２とを備えた電動パワーステアリングシステム１において、アシスト補償量演算部２４は、逆入力の仕様を、路面入力トルクのうち特定周波数の信号成分を基本アシスト量のみ場合の特性よりもハンドル２側へ伝達する仕様とし、且つ、操舵トルクＴｓなどの車両状態値が変化することによる伝達特性の変化を抑制するため、車両状態値に応じたアシスト補償量を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のハンドル操作（操舵）をモータにてアシストする電動パワーステアリングシステムにおいて、このシステムを制御する電動パワーステアリング制御装置に関する。

ハンドルトルクと路面から入力されるトルク（以下、路面入力トルク）とを区別してモータのアシスト量を決定することができる装置が知られている（特許文献１、２）。特許文献１、２では、ハンドルトルクと路面入力トルクと区別してモータのアシスト量を決定できることを利用し、路面入力トルクを不要な情報として扱い、路面入力トルクがハンドルに伝達されるのを抑制する制御を行なっている。

また、路面入力トルクの情報が不要であるとして、路面入力トルクがハンドルに伝達されることを抑制する技術としては、他に特許文献３がある。

特許第４４１９８４０号公報 特許第４８８３１３４号公報 特開２００１−３３４９４８号公報

上述の特許文献１−３に記載のように、従来、路面入力トルクは不要な情報と考えられていた。電動パワーステアリングシステムは、運転者がハンドルを切る際のアシストを行なうシステムだからである。

しかし、本発明者らは、運転者は、路面側からハンドルに伝達されるトルクから、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなどの車体の状態を感じとりつつ、ハンドル操作を行なっているとの知見を得た。この知見から、従来技術のように、路面入力トルクがハンドルへ伝達されるのを抑制する制御を行なうだけでなく、路面によっては、路面入力トルクをハンドルへ伝達することにより、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなどを運転者に感じさせることで、ハンドル操作が行いやすくなることを見出した。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、従来よりも操舵が行いやすい制御を行なうことができる電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するための本発明は、車両のハンドルに連結され、該ハンドルが操作されることにより入力されるハンドルトルクによって該ハンドルと共に回転する入力軸（３）と、
前記入力軸の回転を操舵輪に伝達するトルク伝達経路の一部に設けられたトーションバーのねじれ角に基づいて、そのトーションバーに加えられているトルクを検出するトルク検出部（４）と、
前記ハンドルの操作による前記操舵輪の操舵時に該ハンドルの操作をアシストするためのアシスト操舵力を発生させるモータ（６）と、を備えた電動パワーステアリングシステム（１、１００）に設けられ、
前記モータを制御することにより前記アシスト操舵力を制御する電動パワーステアリング制御装置（２０）であって、
前記トルク検出部により検出されたトルクに基づいて前記ハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部（２１）と、
前記基本アシスト量演算部により演算された前記基本アシスト量を補正するためのアシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部（２４）と、
前記基本アシスト量演算部により演算された前記基本アシスト量を、前記アシスト補償量演算部により演算された前記アシスト補償量に基づいて補正することにより、補正後アシスト量を演算するアシスト量補正部（２３）と、
前記アシスト量補正部からの前記補正後アシスト量に基づいて前記モータを駆動させるモータ駆動部（２２）と、を備え、
前記アシスト補償量演算部は、
前記電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号を入力信号として用いて、次の（ａ）、（ｂ）の２つの仕様を共に満たすように前記アシスト補償量を演算し、
（ａ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記ハンドルトルクが路面に伝達される特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合と同じ特性となる正入力の仕様、
（ｂ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記操舵輪が車両の走行路面から受ける力である路面入力トルクが前記ハンドルに伝達される特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合よりも前記路面入力トルクをより伝達する特性となる逆入力の仕様、
且つ、前記アシスト補償量演算部は、前記路面入力トルクの伝達特性に影響を与える車両状態値が変化することによる、その伝達特性における共振点の周波数変化を抑制するように、前記車両状態値に応じたアシスト補償量を演算することを特徴とする。

前述のように、従来は、路面入力トルクはハンドルの操作には不要な伝達であると考えられていた。しかし、本発明者らは、運転者は、路面側からハンドルに伝達されるトルクから、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなど車体の状態を感じとりつつ、ハンドル操作を行なっているとの知見を得た。

そこで、本発明では、アシスト補償量演算部を、電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号を入力信号として用いることで、正入力の仕様に影響を与えずに逆入力の仕様を設計できるようにした上で、逆入力の仕様を、路面入力トルクをより伝達する仕様としている。

これにより、ドライバは、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなど車体の状態をハンドルから感じとりつつ、ハンドル操作を行うことができるので、操舵がしやすくなる。

しかも、アシスト補償量演算部は、車両状態値が変化することによる、路面入力トルクの伝達特性における共振点の周波数変化を抑制するために、車両状態値に応じたアシスト補償量を演算している。そのため、車両状態値が変化しても、ハンドルから感じ取る路面とタイヤのグリップ感、車体の状態がハンドルに伝達される程度に変化が少ない。これにより、より操舵がし易くなる。

実施形態の電動パワーステアリングシステム１の概略構成を表す構成図である。 第１実施形態の電動パワーステアリングシステム１において、ハンドルから路面へのトルク伝達特性を表すボード線図である。 第１実施形態の電動パワーステアリングシステム１において、路面からハンドルへのトルク伝達特性を表すボード線図である。 第１実施形態と比較する比較例において、路面からハンドルへのトルク伝達特性を表すボード線図である。 第１実施形態のアシスト補償量演算部２４の構成図である。 図５のアシスト補償量演算部２４を用いた本実施形態における、路面入力トルクの伝達特性を示している。 第２実施形態のアシスト補償量演算部２４Ａの構成図である。 第３実施形態のアシスト補償量演算部２４Ｂの構成図である。 第４実施形態における路面入力トルクの伝達特性を示すボード線図である。 第５実施形態で路面入力トルクの伝達特性を調整するために実行する処理を示すフローチャートである。 ブレーキ時振動が発生する前後Ｇの領域を示す図である。 第６実施形態において、車速と路面入力トルクの伝達特性の調整との関係を示す図である。 第７実施形態において路面入力トルクの伝達特性を調整する処理を示すフローチャートである。 第７実施形態における路面入力トルクの伝達特性の切り替えタイミングを例示する図である。 第８実施形態の電動パワーステアリングシステム１００の構成図を示す。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す電動パワーステアリングシステム１は、ドライバによるハンドル２の操作をモータ６によってアシストするものである。

ハンドル２は、入力軸であるステアリングシャフト３の一端に固定され、ステアリングシャフト３の他端にはトルクセンサ４が接続されており、このトルクセンサ４の他端には、インターミディエイトシャフト５が接続されている。

トルクセンサ４は、操舵トルクＴｓを検出するためのセンサである。具体的には、ステアリングシャフト３とインターミディエイトシャフト５とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいて、そのトーションバーに加えられているトルクを検出する。

モータ６は、ハンドル２の操舵力をアシスト（補助）するものであり、その回転軸の先端にウォームギアが設けられ、このウォームギアが、インターミディエイトシャフト５に設けられたウォームホイールと噛み合っている。これにより、モータ６の回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。逆に、ハンドル２の操作や路面１２から入力されるトルク（路面入力トルク）によってインターミディエイトシャフト５が回転されると、その回転がモータ６に伝達されてモータ６も回転されることになる。

また、モータ６の回転角速度（以下、モータ速度ω）を検出する速度検出部１２を備える。この速度検出部１２は、たとえば、モータ電圧Ｖとモータ電流ｉ、および、ω＝（Ｒｉ−Ｖ）／Kの関係に基づいてモータ速度ωを検出（推定）する。Ｒはモータ抵抗、Ｋはモータ逆起電力定数である。モータ速度ωの検出方法は公知であるので詳細な説明は省略する。なお、モータ６の内部に回転センサが備えられている場合には、その回転センサの信号からモータ速度ωを検出してもよい。

インターミディエイトシャフト５における、トルクセンサ４が接続された一端とは反対側の他端は、ステアリングギアボックス７に接続されている。ステアリングギアボックス７は、図示しないラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト５の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、ドライバがハンドル２を回すと、インターミディエイトシャフト５が回転（すなわちピニオンギアが回転）し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド８が取り付けられており、ラックとともにタイロッド８が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド８がその先のナックルアーム９を引っ張ったり押したりすることで、タイヤ１０の向きが変わる。

また、車両における所定の部位には、車速Ｖを検出するための車速センサ１１が設けられている。

このような構成により、ドライバがハンドル２を回転させると、その回転がステアリングシャフト３、トルクセンサ４、インターミディエイトシャフト５を介してステアリングギアボックス７に伝達される。そして、ステアリングギアボックス７内で、インターミディエイトシャフト５の回転がタイロッド８の左右移動に変換され、タイロッド８が動くことによって、左右の両タイヤ１０が操舵される。

電動パワーステアリング制御装置であるＥＰＳＥＣＵ２０は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ４にて検出された操舵トルクＴｓ、速度検出部１２により検出されたモータ速度ω、および車速センサ１１にて検出された車速Ｖに基づいて、アシスト操舵力を演算する。そして、その演算結果に応じてモータ６を駆動制御することにより、ドライバがハンドル２を回す力（延いては両タイヤ１０を操舵する力）のアシスト量を制御する。

具体的には、ＥＰＳＥＣＵ２０は、基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部２１と、アシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部２４と、車速ゲインを演算する車速ゲイン演算部２６と、アシスト補償量と車速ゲインとを乗算することにより車速補正アシスト補償量を演算する乗算部２５と、その車速補正アシスト補償量と基本アシスト量とを加算することによりアシスト指令値を演算する加算部２３と、加算部２３からのアシスト指令値に基づいてモータ６を駆動するモータ駆動回路２２と、を備えている。なお、アシスト指令値は補正後アシスト量に相当し、加算部２３はアシスト量補正部に相当する。

その他、ＥＰＳＥＣＵ２０は、基本アシスト量の安定性を高めるための位相補償部、操舵トルクＴｓの変化に対する応答速度を高めるためのフィードフォワード制御部、アシスト指令値（電流指令値）とモータ６の実際の電流値との偏差に基づくフィードバック制御（例えばＰＩ制御など）によってモータ駆動回路２２に与える最終的な電流指令値を決定するフィードバック制御部など、種々の機能ブロックを備えているが、図１ではこれらの図示を省略している。

基本アシスト量演算部２１は、トルクセンサ４にて検出された操舵トルクＴｓおよび車速センサ１１にて検出された車速Ｖに基づき、基本アシスト量を演算する。具体的には、操舵トルクＴｓが大きいほど基本アシスト量が大きく（すなわちモータ６の、ハンドル２の回転をアシストする方向のトルクが大きく）なるよう、また、車速Ｖが大きいほど基本アシスト量は小さくなるよう、例えば予め用意した操舵トルク−基本アシスト量マップを参照すること等によって、基本アシスト量を演算する。

車速ゲイン演算部２６は、車両速度に対するゲインがマップ化されたものであり、車速センサ１１にて検出された車両速度に応じたゲインが出力される。具体的には、車両速度が大きいほど大きなゲインが出力されるようにされており、これにより、ハンドル戻し時には、車両速度が大きいほどモータ速度がより抑制される。

アシスト補償量演算部２４はアシスト補償量を演算する。このアシスト補償量は、基本アシスト量演算部２１にて演算された基本アシスト量を補正するものである。アシスト補償量演算部２４は、電動パワーステアリングシステム１の系全体の特性が、次の正入力の仕様と逆入力の仕様をともに満たすことができるようにアシスト補償量を演算する。

正入力とはハンドル側からの入力を意味し、正入力の仕様は、電動パワーステアリングシステム１における、ハンドルトルクが路面に伝達される特性については、基本アシスト量をアシスト補償量で補正せずにモータ６を駆動させた場合の特性から変化しない（変化するとしても小さな変化量となる）仕様である。

一方、逆入力とは路面側からの入力を意味する。逆入力の仕様は、電動パワーステアリングシステム１における、路面入力トルクのうちの予め設定された周波数帯の信号成分を、基本アシスト量をアシスト補償量で補正せずにモータ６を駆動させた場合よりもハンドル２へより伝達させる仕様である。

このように、正入力の仕様と逆入力の仕様をともに満たすようにするためには、特許文献２にも開示のように、２種類の入力信号が必要である。そこで、本実施形態では、操舵トルクＴｓとモータ速度ωの２つを入力信号としている。

２入力１出力の制御器を設計する手法は様々であるが、たとえば、特許文献２と同様に、Ｈ∞制御理論を用いれば、制御器すなわちアシスト補償量演算部２４を設計することができる。Ｈ∞制御による制御器の設計手法は従来からよく知られている。さらに、特許文献２に、Ｈ∞制御により、第１の仕様と第２の仕様をともに満たすようにアシスト補償量演算部を設計する手法が詳しく示されている。したがって、本実施形態では、正入力の仕様と逆入力の仕様を示すのみとする。なお、このＨ∞制御理論を用いた設計手法以外にも、μ設計など、他の公知の設計手法を用いてアシスト補償量演算部２４を設計してもよい。

図２、図３に、この電動パワーステアリングシステム１のトルク伝達特性を示す。図２は、ハンドル２から路面に伝達されるトルクの伝達特性（以下、正入力トルクの伝達特性）を示すボード線図である。図３は逆に、路面からハンドル２に伝達されるトルクの伝達特性（以下、路面入力トルクの伝達特性、あるいは、逆入力トルクの伝達特性）を示すボード線図である。また、図２、３とも実線が本実施形態の伝達特性を示し、破線は、基本アシスト量を補正せずそのままモータ駆動回路２２に入力する場合の伝達特性を示している。

図２では実線は破線とほぼ重なっている。よって、本実施形態の正入力トルクの伝達特性は、基本アシスト量をアシスト補償量で補正せずにモータ６を駆動させた場合の特性（以下、基本アシスト量のみ場合の特性）とほぼ同じ特性である。

一方、逆入力トルクの伝達特性を示す図３では、実線のうち、７〜４０Ｈｚは破線よりも強度が大きくなっている。つまり、逆入力トルクの伝達特性は、路面方向から入力されたトルクのうち７〜４０Ｈｚの振動成分を、基本アシスト量のみの場合よりも増幅して伝達する。

アシスト補償量演算部２４は、この逆入力トルクの伝達特性を満たすように、前述のＨ∞制御理論等を用いた公知の手法により設計する。

従来は、路面入力トルクはハンドル２の操作には不要な伝達であると考えられていた。しかし、既に説明したように、本発明者らは、運転者は、路面側からハンドル２に伝達されるトルクから、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなど車体の状態を感じとりつつ、ハンドル操作を行なっているとの知見を得た。

そこで、図３に示すように、本実施形態では、路面入力トルクのうち７〜４０Ｈｚの信号成分を、基本アシスト量のみ場合の特性よりも、ハンドル２側へ伝達する特性としている。

さらに、本実施形態のアシスト補償量演算部２４は、車両状態値の変化により電動パワーステアリングシステム１の逆入力トルクの伝達特性が変化することに対応し、車両状態値に応じたアシスト補償量を演算する。これにより、車両状態値が変化しても、逆入力トルクの伝達特性における共振点（極ともいう）の周波数の変動を抑制する。

逆入力トルクの伝達特性に影響を与える車両状態値としては、たとえば、操舵トルクＴｓ、車速Ｖ、モータ速度ω、モータ回転角、ハンドル２の操舵状態（ハンドルを切っているか戻しているか）などがある。本実施形態では、操舵トルクＴｓに応じたアシスト補償量を演算する。

図４に示すボード線図は比較例であり、破線は基本アシスト量のみの場合である。一方、実線は基本アシスト量をアシスト補償量で補正した補正後アシスト量により制御を行った場合であるが、操舵トルクＴｓの変化によらず同一のアシスト補償量演算部２４（以下、同一の制御器ということもある）を用いた場合である。なお、ここでの同一とは、係数、定数の具体的な値まで同一という意味である。

図４における複数組の破線、実線は、それぞれ、入力される操舵トルクＴｓにおいて相違する。したがって、図４から、同一の制御器を用いると、入力される操舵トルクＴｓの相違により、共振点の周波数が変化してしまうことが分かる。

そこで、本実施形態のアシスト補償量演算部２４は、操舵トルクＴｓが変化した場合における上記共振点の変化を抑制することができるアシスト補償量を演算する。

図５に示されるように、本実施形態のアシスト補償量演算部２４は、第１補償量演算部２４１と、第２補償量演算部２４２と、線形補間部２４３とを備える。

第１補償量演算部２４１は、操舵トルクＴｓを所定の最小値として、正入力の仕様、逆入力の仕様を満たすアシスト補償量（以下、第１アシスト補償量という）を演算するように設計してある。一方、第２補償量演算部２４２は、操舵トルクＴｓを所定の最大値として、正入力の仕様、逆入力の仕様を満たすアシスト補償量（以下、第２アシスト補償量という）を演算するように設計してある。なお、これら第１補償量演算部２４１、第２補償量演算部２４２は、第１実施形態のアシスト補償量演算部２４と同様の手法により設計することができる。

線形補間部２４３には、トルクセンサ４により検出された操舵トルク、つまり、実際の操舵トルクＴｓが入力され、また、第１アシスト補償量と第２アシスト補償量も入力される。線形補間部２４３は、実際の操舵トルクＴｓに応じて、第１アシスト補償量と第２アシスト補償量とを線形補間することで、実際の操舵トルクＴｓにおけるアシスト補償量を演算する。

この線形補間を具体的に説明すると、たとえば、第１アシスト補償量には係数α（０≦α≦１）を乗じるようにしておく一方、第２アシスト補償量には係数（１−α）を乗じる様にしておく。そして、αの値を、実際の操舵トルクＴｓに応じて決定する。αの値は、操舵トルクＴｓが最小値であればα＝０とし、最大値であればα＝１とする。その間の値であれば、実際の操舵トルクＴｓとその最小値との差Δtrueを、操舵トルクＴｓの最大値と最小値との差Δmaxで割った値とする。このようにαの値を実際の操舵トルクＴｓに応じて決定することで、アシスト補償量演算部２４（制御器）は、αの値まで含めて考えた場合には、実際の操舵トルクＴｓに応じて異なる制御器を用いていることになる。

図６に本実施形態における逆入力トルクの伝達特性を示しており、複数の破線、実線の意味、および、複数組の破線、実線の条件は、図４と同じである。

図６では、複数の実線の共振点の周波数はそれほど違いがない。つまり、本実施形態では、逆入力トルクの伝達特性に影響を与える値である操舵トルクＴｓが変化しても、逆入力トルクの伝達特性における共振点の周波数変化が抑制されていることが分かる。

以上、説明した第１実施形態によれば、アシスト補償量演算部２４は、操舵トルクＴｓ、モータ速度ωの２種類の信号を入力信号として用いることで、正入力の仕様に影響を与えずに逆入力の仕様を設計できるようにした上で、逆入力の仕様を、路面入力トルクをより伝達する仕様としている。

これにより、ドライバは、路面とタイヤとのグリップ感や車体の揺れなど車体の状態をハンドルから感じとりつつ、ハンドル操作を行うことができるので、操舵がしやすくなる。

しかも、アシスト補償量演算部２４は、操舵トルクＴｓが変化することによる、電動パワーステアリングシステム１の逆入力トルクの伝達特性における共振点の周波数変化を抑制するために、操舵トルクＴｓに応じたアシスト補償量を演算している。

そのため、ハンドル２から感じ取る、路面とタイヤとのグリップ感、車体の状態が、操舵トルクＴｓが変動することに起因して変化してしまうことが抑制される。これにより、より操舵がしやすくなる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一の要素である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用することができる。

第２実施形態と第１実施形態との相違は、アシスト補償量演算部（この第２実施形態では符号２４Ａ）の構成である。

図７に示すアシスト補償量演算部２４Ａは、操舵トルクＴｓと車速Ｖの２つの車両状態値による逆伝達トルクの周波数特性の変化を抑制する。この抑制を行なうために、それら操舵トルクＴｓ、車速Ｖに応じて、一次線形補間部２４３Ａ、２４３Ｂで用いる係数α、二次線形補間部２４４で用いる係数βの値を調整する。

アシスト補償量演算部２４Ａは、上記一次線形補間部２４３Ａ、２４３Ｂ、二次線形補間部２４４の他に、車両状態値の数に対応した２つの第１補償量演算部２４１Ａ、２４１Ｂ、２つの第２補償量演算部２４２Ａ、２４２Ｂを備えている。

第１補償量演算部２４１Ａ、第２補償量演算部２４２Ａは、いずれも、操舵トルクＴｓを所定の最小値としつつ、第１補償量演算部２４１Ａは車速Ｖを所定の最小値とし、第２補償量演算部２４２Ａは車速Ｖを所定の最大値として、正入力の仕様、逆入力の仕様を満たすアシスト補償量（第１アシスト補償量、第２アシスト補償量）を演算するように設計してある。

これら第１補償量演算部２４１Ａ、第２補償量演算部２４２Ａと、第１補償量演算部２４１Ｂ、第２補償量演算部２４２Ｂとの違いは、操舵トルクＴｓを最大値としている点のみである。

一次線形補間部２４３Ａ、２４３Ｂの機能は、係数αの値を決めるための車両状態値として操舵トルクＴｓに代えて車速Ｖを用いる以外は、第１実施形態の線形補間部２４３と同じであり、それぞれアシスト補償量を演算する。

二次線形補間部２４４は、第１実施形態の線形補間部２４３と同じく操舵トルクＴｓの値により係数（ここではβ）の値を決定する。係数がβとなっている点、および、入力されるアシスト補償量が一次線形補間部２４３Ａ、２４３Ｂが演算した値である点以外は、二次線形補間部２４４は、第１実施形態の線形補間部２４３と同じ処理を行なう。この処理により、最終的なアシスト補償量を演算して、そのアシスト補償量を乗算器２５に出力する。

この第２実施形態のようにすることで、操舵トルクＴｓと車速Ｖの２つの車両状態値による逆伝達トルクの周波数特性の変化を抑制することができる。

また、この第２実施形態の考え方を用いて、３つ以上の車両状態値による逆伝達トルクの伝達特性の周波数変動を抑制してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態も、アシスト補償量演算部（この第３実施形態では符号２４Ｂ）の構成が先の実施形態と相違する。

図８に示すように、第３実施形態のアシスト補償量演算部２４Ｂは、第１補償量演算部２４１Ｃ、第２補償量演算部２４２Ｃ、選択部２４５を備える。

第１補償量演算部２４１Ｃは、ハンドル２が切る方向に回っている状態で、正入力の仕様、逆入力の仕様を満たすアシスト補償量を演算するように設計してある。

反対に、第２補償量演算部２４２Ｃは、ハンドル２が戻る方向に回っている状態で、正入力の仕様、逆入力の仕様を満たすアシスト補償量を演算するように設計してある。

選択部２４５には、ハンドル角を示す信号が逐次入力され、この信号に基づいて、ハンドル２が切る方向に回っている状態（切り出し、切り増し）であるか、ハンドル２が戻す方向に回っている状態であるかを判断する。そして、ハンドル２が切る方向に回っている状態であれば、第１補償量演算部２４１Ｃが演算したアシスト補償量を乗算部２５に出力する。一方、ハンドル２が戻る方向に回っている状態であれば、第２補償量演算部２４２Ｃが演算したアシスト補償量を乗算部２５に出力する。なお、ハンドル２が、切る方向に回っている状態であるか、戻る方向に回っている状態であるかの判断を、ハンドル角以外の信号（たとえばタイヤ切れ角を示す信号）から判断してもよい。

ハンドル２が切る方向に回っているか、戻る方向に回っているかの違いも、電動パワーステアリングシステム１における逆入力トルクの伝達特性に影響を与える。

しかし、この第３実施形態では、アシスト補償量演算部２４Ｂは、ハンドル２が切る方向に回っている状態、および、ハンドルが戻る方向に回っている状態に対して、それぞれ正入力の仕様と逆入力の仕様を満たすアシスト補償量を演算する第１補償量演算部２４１Ｃ、第２補償量演算部２４２Ｃを備える。そして、ハンドル２が切る方向に回っているときであるか、戻る方向に回っているときであるかにより、乗算部２５に出力するアシスト補償量を選択する。

そのため、ハンドル２から感じ取る、路面とタイヤとのグリップ感、車体の状態が、ハンドル２を切っているか戻しているかの違いに起因して変化してしまうことが抑制される。これにより、より操舵がしやすくなる。

（第４実施形態）
第４実施形態では、ＥＰＳＥＣＵ２０は、ブレーキスイッチの信号を取得し、この信号によりブレーキのオンオフを判断する。

図９に示す破線、ブレーキがオンの時におけるこのシステム１の逆入力トルクの伝達特性である。この破線は、基本アシスト量のみによりモータ制御を行うときの伝達特性である。つまり、第４実施形態では、ブレーキがオンの時は、基本アシスト量のみによりモータ制御を行なう。

図９に示す実線は、ブレーキがオフの時におけるこのシステム１の逆入力トルクの伝達特性であり、図３の実線と同じである。つまり、第４実施形態では、ブレーキがオフの時は、アシスト補償量を演算し、基本アシスト量をアシスト補償量で補正して、補正後アシスト補償量に基づいてモータ制御を行なう。なお、第４実施形態でも、もちろん、これまでに説明した実施形態のように、車両状態値や、ハンドル２の状態に応じて制御器を異ならせることができる。

ブレーキ時には、ブレーキに起因して車体に振動が生じ、この振動は、ばね下共振周波数（１５〜２０Ｈｚ付近）で発生する。図９に示す縦方向の破線は、このばね下共振周波数を例示している。

ブレーキ時振動が図９に破線で示す周波数を中心とした周波数帯で生じることから、ブレーキオンのときに図９に示す実線の伝達特性とすると、ブレーキ時振動がハンドル２へ伝達されやすくなってしまう。

しかし、第４実施形態では、ブレーキオン時には、基本アシスト量のみによるモータ制御とすることで、図９の破線に示す伝達特性とする。したがって、第１〜第３実施形態で説明した効果を得つつ、ブレーキ時振動がハンドル２へ伝達されてしまうことを抑制できる。

（第５実施形態）
第５実施形態でも、逆入力トルクの伝達特性を変化させてブレーキ時振動を抑制する。ただし、第４実施形態では、ブレーキがオンかオフかのみにより伝達特性を切り替えていたが、第５実施形態では、図１０に示すフローチャートに従い、逆入力トルクの伝達特性を調整する。

図１０に示すフローチャートは、ＥＰＳＥＣＵ２０が備える図示しないＣＰＵが周期的に実行する。ステップＳ１では、ブレーキスイッチがオンか否かを判断する。この判断がＮＯであれば図１０の処理を終了する。一方、ＹＥＳであればステップＳ２へ進み、車速ＶがＶ１以上且つＶ２以下であるか否かを判断する。

この判断を行なうのは、ブレーキ時振動は、中高速範囲で主として発生するからである。したがって、Ｖ１、Ｖ２はブレーキ時振動が発生する中高速範囲の下限値および上限値であり、具体的な数値は実験等に基づいて決定されて予め設定されている。

ステップＳ２がＮＯのときも、この図１０の処理を終了する。一方、ＹＥＳのときは、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、車両の前後Ｇに応じて逆入力トルクの伝達特性を調整する。

図１１に示すように、ブレーキ時振動は緩制動において発生する。そこで、車両の前後Ｇが図１１に示すａ１〜ａ４の範囲であれば、ブレーキ時振動が抑制できるようなアシスト補償量を演算する。

たとえば、前後Ｇがａ２〜ａ３であれば、振動を伝達する制御から振動を抑制する制御に変更する。前後Ｇがａ１〜ａ２、ａ３〜ａ４の範囲であれば、具体的な前後Ｇに応じて定まる振動抑制を行なう。なお、これまでの実施形態で説明したように、通常時（本実施形態で言えば、ステップＳ１、Ｓ２がＮＯのとき）は、逆入力トルクを増幅して伝達する伝達特性としている。したがって、ここでの振動抑制とは、逆入力トルクの伝達特性において７〜４０Ｈｚを増幅する程度を小さくすることを意味する。

増幅する程度を小さくする手段は種々の方法が考えられるが、たとえば、ａ１〜ａ２、ａ３〜ａ４の範囲にある具体的な前後Ｇに応じて１以下のゲインを決定し、そのゲインを、通常時のアシスト補償量に乗じる方法がある。

ブレーキ時振動がハンドル２へ伝達されるのを抑制している状態では、路面入力トルクがハンドル２へ伝達されるのも抑制されてしまう。しかし、この第５実施形態によれば、第４実施形態よりも、ブレーキ時振動を抑制する場面が限定される。したがって、路面入力トルクがハンドル２へ伝達されることが抑制される場面も限定される。よって、この第５実施形態では、ブレーキ時振動がハンドル２へ伝達されるのを抑制しつつ、路面とタイヤとのグリップ感、車体の状態がハンドル２へ伝達されるのを抑制しすぎてしまうことを防止できる。

（第６実施形態）
第６実施形態では、図１２に示すグラフを用いて逆入力トルクに対する伝達特性の調整を行なう。

図１２において車速Ｖ３は比較的小さな値であり、車速０〜車速Ｖ３の車速範囲は、この車速範囲でハンドル操作を行った場合、据え切りに近いハンドル操作とみなすことができる車速範囲である。車速０〜車速Ｖ３は請求項の停車状態車速範囲に相当する。

据え切り時は、ドライバのハンドル操作速度が速く、また、ドライバが入力するハンドルトルクも大きい。また、モータ６の負荷も高いので異音や振動が発生しやすい。しかも、路面とタイヤとのグリップ感を伝達する必要性も低い。

そこで、車速が０〜Ｖ３の範囲では、通常時（第６実施形態では車速がＶ３〜Ｖ４、Ｖ７〜）よりも振動を抑制する制御を行なう。ここでの「振動を抑制する」の意味は第５実施形態と同じであり、逆入力トルクの伝達特性において、７〜４０Ｈｚを増幅する程度を小さくすることを意味する。

さらに、図１２に示されるように、車速がＶ４〜Ｖ７のときも振動抑制を行なう。車速Ｖ４〜Ｖ７は請求項のフラッタ発生車速範囲に相当する。フラッタは、タイヤにアンバランスがある状態で、タイヤ回転信号の一次周波数とばね下周波数とが近い場合に生じる。また、タイヤ回転信号の一次周波数は車速Ｖに比例する。そこで、フラッタ振動の発生しうる範囲を含む上記車速範囲（Ｖ４〜Ｖ７）のときにも、振動を抑制する制御を行なう。
なお、振動を抑制する制御を行なう場合、前述の第５実施形態で具体的な前後Ｇに応じて振動を抑制する程度を決定しているのと同様の手法で、具体的な車速に応じて振動を抑制する程度を決定する。

この第６実施形態のようにすることで、据え切り時生じる振動およびフラッタによる振動がハンドル２へ伝達されるのを抑制することができる。

（第７実施形態）
第７実施形態では、図１３に示すフローチャートに従い、逆入力トルクの伝達特性を調整する。ステップＳ１１では、トルク微分値を衝撃反映値として用い、‖トルク微分値‖が、Ｔｄ１以上であるか否かを判断する。ここでのトルクは、トルクセンサ４により検出されたトルクである。また、Ｔｄ１は閾値であり、具体的な値が予め設定されている。この判断は、キックバックなどの路面から入力される大きな衝撃を判断するものである。

この判断がＮＯであればステップＳ１４へ進み、ＹＥＳであればステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、振動抑制側に逆入力トルクの伝達特性を変更する。たとえば、先の実施形態で説明した基本アシストのみによるモータ制御とする。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２で逆入力トルクの伝達特性を振動抑制側に調整してからの経過時間が予め設定された一定時間（たとえば数秒）となったか否かを判断する。この判断がＮＯであれば、ステップＳ１２へ戻り、逆入力トルクの伝達特性を振動抑制側としている状態を継続する。

一方、ステップＳ１３において一定時間が経過したと判断した場合、ステップＳ１４に進み、逆入力トルクの伝達特性を振動伝達側にする。振動伝達側の逆入力トルクとは、たとえば、図６に示す実線の特性である。

図１４に示す例では、ｔ１時点まではトルク微分値が−Ｔｄ１〜Ｔｄ１の範囲にあるため、ステップＳ１１はＮＯとなる。したがって、逆入力トルクの伝達特性を振動伝達側の特性としている。

ｔ１時点で、路面の大きな段差の影響によりトルク微分値がＴｄ１を越えているので、この時点でステップＳ１１がＹＥＳとなる。したがって、ｔ１時点から、逆入力トルクの伝達特性を振動抑制側の特性としている。

そして、ｔ１時点から一定時間経過した後のｔ２時点でステップＳ１３がＹＥＳとなるので、逆入力トルクの伝達特性を、再び、振動伝達側の特性に戻している。なお、一定時間で伝達特性を戻しているのは、キックバックなどの大きな衝撃は、路面段差などにより単発で入力され、且つ、継続時間が非常に短いため、一定時間経過後には、衝撃による振動も既に収まっていると考えることができるからである。

この第７実施形態によれば、キックバックなどの大きな衝撃が生じた場合に、その衝撃により生じる振動がハンドル２へ伝達されるのを抑制することができる。

（第８実施形態）
図１５に示すように、第８実施形態では、アシスト補償量演算部２４Ｃは、路面外乱伝達制御部２７とダンピング制御部２８とを備えた構成である。また、これら以外に、アシスト補償量演算部２４Ｃはアシスト補償量を演算する他の公知の制御部を備えていてもよい。なお、アシスト補償量演算部２４Ｃ以外の構成は図１と同じである。

上記路面外乱伝達制御部２７は、これまで説明した複数の実施形態で説明したアシスト補償量演算部２４、２４Ａ、２４Ｂのいずれかの機能を備えたものである。

ダンピング制御部２８は、モータ速度ωに基づいてダンピング補償量を演算する。具体的には、モータ速度ωが大きいほど（すなわちハンドル２が速く回転しようとするほど）、その速度が抑制される（すなわちハンドル２の回転速度が抑制される）ように、ダンピング補償量を演算する。

電動パワーステアリングシステムにおけるダンピング制御については、従来、種々の制御方法が提案され、実用化もされているため、ダンピング補償量の演算説明は省略し、本実施形態における特徴的処理のみを説明する。

ダンピング制御部２８は、路面外乱伝達制御部２７が、逆入力トルクの伝達特性を、路面入力トルクがハンドル２へ伝達されるのを抑制する特性とするアシスト補償量を演算した場合に、ダンピング補償量をモータ速度ωにより定まる値よりも大きくする。このダンピング補償量や、路面外乱伝達制御部２７およびその他の制御部が演算した値は、多重化されて乗算器２５へ出力される。

ダンピング制御はモータ６の速度ωに応じて減衰を与える制御であり、ハンドル２の収斂性確保や操舵時に手応えを与えることを主目的とする。しかし、減衰を与える制御であることから、振動抑制の効果もある。

したがって、路面外乱伝達制御部２７により、路面入力トルクの伝達特性を振動抑制側とした場合に、ダンピング制御も同時に用いることで、振動抑制効果が一層向上する。

また、ダンピング制御も同時に用いる場合には、ダンピング補償量に応じて、アシスト補償量による、振動伝達の抑制程度を少なくしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（変形例１）
第７実施形態では、トルク微分値によりキックバックなどの大きな衝撃が生じたことを検出していたが、トルク微分値に代えて、モータ速度ωやモータの回転加速度を用いて衝撃が生じたことを検出するようにしてもよい。すなわち、モータ速度ωやモータの回転加速度を衝撃反映値として用いてもよい。

これらを用いた具体的な判定方法の一例としては、たとえば、‖ω‖且つ‖モータの回転加速度‖≧閾値という条件で衝撃が生じたことを判定する。

（変形例２）
第５実施形態での前後Ｇに代えて、サスペンションストロークの時間変化、ブレーキシリンダのストロークの時間変化、車速の時間変化を用い、これらに応じて逆入力トルクの伝達特性を調整してもよい。これらも車両の前後加速度に関連して変化する加速度関連値だからである。

（変形例３）
また、アシスト補償量演算部２４に入力される信号として、モータ速度ωの代わりにモータ角度（即ちモータの回転位置）を用いても良い。

さらには、アシスト補償量演算部２４に入力される信号は、電動パワーステアリングシステム１の動作・挙動が反映されたあらゆる信号（但し少なくとも２種類の信号）を用いることができる。

具体的には、例えば、ハンドル２の回転角度、ハンドル２の回転速度、インターミディエイトシャフト５のトルク、ステアリングギアボックス７を構成するラックのストローク（左右方向の移動量）、そのラックの推力、或いはタイヤ１０の角度などを用いるようにしてもよい。なお、これら角度、トルク、推力などは直接検出してもよいが、第１実施形態で説明したモータ速度ωのように、他の信号から推定してもよい。

また、上述した各種信号のうち、操舵トルクＴｓ、ハンドル２の回転角度、およびハンドル２の回転速度は、特にドライバがハンドル２に入力するトルクが反映された信号であると言え、一方、モータ速度、モータ角度、インターミディエイトシャフト５のトルク、ラックのストローク、ラックの推力、およびタイヤ１０の角度は、特に路面入力トルクが反映された信号であると言える。そのため、上述した各種信号のうち何れか２種類以上の信号を用いてアシスト補償量を演算する際には、より好ましくは、ドライバがハンドルに入力するトルクが反映された信号と路面入力トルクが反映された信号の双方を用いるようにするとよい。

１：電動パワーステアリングシステム、 ２：ハンドル、 ３：ステアリングシャフト、 ４：トルクセンサ、 ５：インターミディエイトシャフト、 ６：モータ、 ７：ギアボックス、 ８：タイロッド、 ９：ナックルアーム、 １０：タイヤ、 １１：車速センサ、 １２：路面、 １３：速度検出部、 ２０：ＥＰＳＥＣＵ、 ２１：基本アシスト量演算部、 ２２：モータ駆動回路、 ２３：加算器、 ２４：アシスト補償量演算部、 ２４Ａ：アシスト補償量演算部、 ２４Ｂ：アシスト補償量演算部、 ２４Ｃ：アシスト補償量演算部、 ２５：乗算器、 ２６：車速ゲイン演算部、 ２４１：第１補償量演算部、 ２４１Ａ：第１補償量演算部、 ２４２：第２補償量演算部、 ２４２Ａ：第１補償量演算部、 ２４３：線形補間部、 ２４３Ａ：一次線形補間部、 ２４３Ｂ：一次線形補間部、 ２４４：二次線形補間部、

Claims (10)

1. 車両のハンドルに連結され、該ハンドルが操作されることにより入力されるハンドルトルクによって該ハンドルと共に回転する入力軸（３）と、
   前記入力軸の回転を操舵輪に伝達するトルク伝達経路の一部に設けられたトーションバーのねじれ角に基づいて、そのトーションバーに加えられているトルクを検出するトルク検出部（４）と、
   前記ハンドルの操作による前記操舵輪の操舵時に該ハンドルの操作をアシストするためのアシスト操舵力を発生させるモータ（６）と、を備えた電動パワーステアリングシステム（１、１００）に設けられ、
   前記モータを制御することにより前記アシスト操舵力を制御する電動パワーステアリング制御装置（２０）であって、
   前記トルク検出部により検出されたトルクに基づいて前記ハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部（２１）と、
   前記基本アシスト量演算部により演算された前記基本アシスト量を補正するためのアシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部（２４）と、
   前記基本アシスト量演算部により演算された前記基本アシスト量を、前記アシスト補償量演算部により演算された前記アシスト補償量に基づいて補正することにより、補正後アシスト量を演算するアシスト量補正部（２３）と、
   前記アシスト量補正部からの前記補正後アシスト量に基づいて前記モータを駆動させるモータ駆動部（２２）と、を備え、
   前記アシスト補償量演算部は、
   前記電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号を入力信号として用いて、次の（ａ）、（ｂ）の２つの仕様を共に満たすように前記アシスト補償量を演算し、
   （ａ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記ハンドルトルクが路面に伝達される特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合と同じ特性となる正入力の仕様、
   （ｂ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記操舵輪が車両の走行路面から受ける力である路面入力トルクが前記ハンドルに伝達される特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合よりも前記路面入力トルクをより伝達する特性となる逆入力の仕様、
   且つ、前記アシスト補償量演算部は、前記路面入力トルクの伝達特性に影響を与える車両状態値が変化することによる、その伝達特性における共振点の周波数変化を抑制するように、前記車両状態値に応じたアシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 請求項１において、
   前記アシスト補償量演算部は、前記車両状態値として、前記車両の車速、前記トルクセンサが検出したトルク、前記モータの回転角速度のいずれか１つ以上を用いて、前記路面入力トルクの伝達特性における共振点の周波数変化を抑制するアシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記アシスト補償量演算部は、前記ハンドルを切る際と、前記ハンドルを戻す際とで、異なるアシスト補償量を演算することで、前記路面入力トルクの伝達特性における共振点の周波数変化を抑制することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
4. 請求項１または２において、
   前記アシスト補償量演算部は、
   前記車両状態値の最小値において前記正入力の仕様および逆入力の仕様を満たすアシスト補償量を演算するように設計した第１補償量演算部（２４１）と、
   前記車両状態値の最大値において前記正入力の仕様および逆入力の仕様を満たすアシスト補償量を演算するように設計した第２補償量演算部（２４２）と、を備え、
   実際の車両状態値と前記第１補償量演算部とを用いて第1のアシスト補償量を演算し
   実際の車両状態値と前記第２補償量演算部とを用いて第２のアシスト補償量を演算し、
   それら第１、第２のアシスト補償量を、前記車両状態値の最大値、最小値、および実際の車両状態値を用いて線形補間することにより、実際の車両状態値におけるアシスト補償量を決定することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
5. 請求項４に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記アシスト補償量演算部は、
   複数の前記車両状態値を用い、
   それら複数の車両状態値の最小値に対して設計した複数の前記第１補償量演算部と、
   それら複数の車両状態値の最大値に対して設計した複数の前記第２補償量演算部と、を備え、
   実際の車両状態値と、その車両状態値に対応した前記第１補償量演算部とを用いて、第1のアシスト補償量を複数の前記車両状態値に対して演算し、
   実際の車両状態値と、その車両状態値に対応した前記第２補償量演算部とを用いて、第２のアシスト補償量を複数の前記車両状態値に対して演算し、
   複数の車両状態値に対する第１、第２のアシスト補償量を、前記車両状態値の最大値、最小値、および実際の車両状態値を用いて線形補間することにより、実際の車両状態値におけるアシスト補償量を決定することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   前記アシスト補償量演算部は、ブレーキがオンであることに基づいて、前記路面入力トルクの伝達特性を、ブレーキがオフのときよりも前記路面入力トルクがハンドルへ伝達されるのを抑制する特性とする前記アシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
7. 請求項６において、
   前記アシスト補償量演算部は、ブレーキがオンであって、車速が予め設定された中高速範囲、且つ、車両の前後加速度に関連して変化する加速度関連値が所定範囲であることに基づいて、前記路面入力トルクの伝達特性を、ブレーキがオフのときよりも前記路面入力トルクがハンドルへ伝達されるのを抑制する特性とする前記アシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
8. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   前記アシスト補償量演算部は、車速が０付近の予め設定された停車状態車速範囲、および、予め設定されたフラッタ発生車速範囲であることに基づいて、前記路面入力トルクの伝達特性を、車速が前記停車状態車速範囲および前記フラッタ発生車速範囲のいずれでもないときよりも前記路面入力トルクがハンドルへ伝達されるのを抑制する特性とする前記アシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
9. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   前記アシスト補償量演算部は、路面から大きな衝撃が入力された場合に値が変化する所定の衝撃反映値が予め設定された閾値を越えたことに基づいて、予め設定された一定時間、前記路面入力トルクの伝達特性を、前記トルクの微分値が前記閾値よりも小さいときよりも前記路面入力トルクが前記ハンドルへ伝達されることを抑制する特性となる前記アシスト補償量を演算することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
10. 請求項６〜９のいずれか１項において、
    前記モータの回転速度が大きいほど、前記基本アシスト量をそのモータの回転を抑制する側に補正するダンピング補償量を演算するダンピング制御部（２７）を備え、
    前記ダンピング制御部は、前記アシスト補償量演算部が、前記路面入力トルクの伝達特性を、前記路面入力トルクがハンドルへ伝達されるのを抑制する特性とする前記アシスト補償量を演算した場合、前記ダンピング補償量を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。

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