JP2014136479A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールを中立位置に戻り易くすることができるとともに切り戻しから切り増しへの切り替わり時においてステアリングホイールを滑らかに回転させることができる技術を提供する。
【解決手段】舵角に依存する操舵反力を電動モータが与えるための電流である舵角反力補償電流を算出する舵角反力補償電流算出部２７と、舵角反力補償電流を考慮して電動モータに供給する目標電流を決定する最終目標電流決定部とを備え、舵角反力補償電流算出部２７は、実舵角の絶対値を算出する絶対値算出部２７１と、絶対値化された実舵角に予め定められた値を加算することにより絶対値化された実舵角を補正する舵角補正部２７２と、補正後舵角と予め定めた制御マップとに基づいて仮の舵角反力補償電流を算出する仮補償電流算出部２７３と、ステアリングホイールの操作方向に基づいて舵角反力補償電流の符号を設定する符号設定部２７４とを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にて運転者の操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールが切り戻されるときに電動モータに戻し用の電流を供給してステアリングホイールを戻り易くする技術が提案されている。
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以下のように構成されている。すなわち、ハンドル戻し制御部は、ハンドル（ステアリングホイール）を戻すためのモータの目標電流値を出力し、ハンドル戻し電流演算部に与える。ハンドル戻し電流演算部は、ハンドル戻し制御部から与えられた目標電流値に、車速に応じた車速係数を乗じてハンドル戻し電流の目標電流値を演算し、比較選択部に与える。比較選択部は、アシスト制御部からの目標電流値とハンドル戻し電流演算部からの目標電流値とのそれぞれの絶対値の大小を比較し、絶対値の大きい方の目標電流値を加算手段に与える。加算手段は、与えられた目標電流値に角速度差制御部から与えられた電流値を加算し、その加算結果を減算手段に与える。減算手段は、加算手段からの加算結果と、モータ電流検出回路によって検出されたモータの駆動電流のフィードバック値との偏差を求め、この偏差をＰＩ制御部に与える。ＰＩ制御部は、この偏差（比例要素）及び偏差の積分値（積分要素）を前回制御量に加算し、今回の制御量としてＰＷＭ制御部に与える。ＰＷＭ制御部は、この制御量をＰＷＭ波信号及びモータの回転方向を表す信号に変換し、駆動回路に与える。駆動回路は、４個のＦＥＴがＨ型ブリッジに構成され、橋絡部分にモータが設置されている。

特開平１１−０３４９０１号公報

ステアリングホイールを戻すために電動モータに供給する目標電流は、ステアリングホイールが中立位置に戻り易い値であることが望ましい。加えて、目標電流は、ステアリングホイールの切り戻しから切り増しへの切り替わり時にステアリングホイールの中立位置付近にてステアリングホイールが滑らかに回転するように電動モータがアシスト力を発生する値であることが望ましい。
本発明は、ステアリングホイールを中立位置に戻り易くすることができるとともに切り戻しから切り増しへの切り替わり時においてステアリングホイールを滑らかに回転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を目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、車両に設けられたステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、前記ステアリングホイールの操舵角である舵角に依存する操舵反力を前記電動モータが与えるための電流である舵角反力補償電流を算出する舵角反力補償電流算出手段と、前記舵角反力補償電流算出手段が算出した舵角反力補償電流を考慮して前記電動モータに供給する目標電流を決定する目標電流決定手段と、を備え、前記舵角反力補償電流算出手段は、推定された前記ステアリングホイールの実際の操舵角である実舵角の絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記絶対値算出手段が算出した絶対値化された実舵角に予め定められた値を加算することにより当該絶対値化された実舵角を補正する補正手段と、前記補正手段が補正した補正後の実舵角である補正後舵角と、当該補正後舵角に対する仮の舵角反力補償電流を予め定めた制御マップと、に基づいて仮の舵角反力補償電流を算出する仮補償電流算出手段と、前記ステアリングホイールの操作方向に基づいて前記舵角反力補償電流の符号を設定する符号設定手段と、を有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、前記仮補償電流算出手段は、前記ステアリングホイールが切り増されている場合には切り増し用の制御マップを用いて算出し、当該ステアリングホイールが切り戻されている場合には切り戻し用の制御マップを用いて算出するとよい。
また、前記切り戻し用の制御マップは、前記補正後舵角が略零から大きくなるに従って仮の舵角反力補償電流が略零から大きくなるように定められているとよい。

また、前記切り増し用の制御マップは前記補正後舵角が如何なる角度であっても仮の舵角反力補償電流が零となるように定められているとよい。
また、前記ステアリングホイールの操舵トルクと前記車両の車速に基づいて仮の目標電流を決定する仮目標電流決定手段をさらに備え、前記目標電流決定手段は、前記仮目標電流決定手段が決定した仮の目標電流から前記舵角反力補償電流算出手段が算出した舵角反力補償電流を減算することにより得た値を前記目標電流として決定するとよい。

本発明によれば、ステアリングホイールを中立位置に戻り易くすることができる。また、切り戻しから切り増しへの切り替わり時においてステアリングホイールを滑らかに回転させることができる。

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。 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。 操舵トルクおよび車速とベース電流との対応を示す制御マップの概略図である。 制御部の概略構成図である。 操舵トルク（トルク信号）の符号と、電動モータの回転方向（回転速度信号）の符号との関係を示す図である。 舵角反力補償電流算出部の概略構成図である。 仮舵角反力補償電流と補正後舵角との関係を示す制御マップを示す図である。 仮補償電流算出部が行う算出処理の手順を示すフローチャートである。 実舵角に対する仮舵角反力補償電流の値を示す図である。 ステアリングホイールが中立状態（中立位置）から右方向へ補正角Δθ未満の角度まで切り増された後に切り戻され、その後左方向へ補正角Δθ未満の角度まで切り増された後に中立状態まで切り戻されたときに舵角反力補償電流算出部が算出する舵角反力補償電流を示す図である。

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、車両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車両の一例としての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、自動車の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪（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（不図示）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との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ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。減速機構１１１は、例えば、ピニオンシャフト１０６に固定されたウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に固定されたウォームギヤ（不図示）などから構成される。

また、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からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、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などからの出力信号が入力される。

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をトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ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、制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ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にて検出された操舵トルクＴが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄ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、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖ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。
また、制御装置１０は、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍを算出するモータ回転速度算出部７０と、モータ回転速度算出部７０が算出した回転速度Ｎｍに基づいてステアリングホイール１０１の操舵角である舵角θｓを算出する周知の舵角算出部８０と、を備えている。モータ回転速度算出部７０は、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レゾルバからの出力信号を基に電動モータ１１０の回転速度Ｎｍを算出し、その回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓを出力する。
また、制御装置１０は、ステアリングホイール１０１が切り増されているのか、あるいは切り戻されているのか、およびステアリングホイール１０１の回転方向が右方向なのか、あるいは左方向なのかを判定する操舵状況判定部９０を備えている。この操舵状況判定部９０については後で詳述する。

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ベース電流Ｉｂを算出するベース電流算出部２１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２２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２３とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３にて算出された値に基づいて仮の目標電流である仮目標電流Ｉｔｆを決定する仮目標電流決定部２５を備えている。また、目標電流算出部２０は、舵角算出部８０が算出した舵角θｓに基づいて舵角θｓに依存する操舵反力を電動モータ１１０が与えるための電流である舵角反力補償電流Ｉｒを算出する舵角反力補償電流算出部２７と、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆおよび舵角反力補償電流算出部２７にて算出された舵角反力補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する目標電流決定手段の一例としての最終目標電流決定部２８と、を備えている。
なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖ、モータ回転速度算出部７０から出力された回転速度信号Ｎｍｓなどが入力される。

図４は、操舵トルクＴおよび車速Ｖｃとベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップの概略図である。
ベース電流算出部２１は、位相補償部２６（図３参照）にてトルク信号Ｔｄ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Ｉｂを算出する。つまり、ベース電流算出部２１は、位相補償された操舵トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたベース電流Ｉｂを算出する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とベース電流Ｉｂとの対応を示す図４に例示した制御マップに、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりベース電流Ｉｂを算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｓ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Ｉｓを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部２２は、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とに応じたイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とイナーシャ補償電流Ｉｓとの対応を示す制御マップに、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｓ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Ｉｄを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部２３は、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）に応じたダンパー補償電流Ｉｄを算出する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）と、ダンパー補償電流Ｉｄとの対応を示す制御マップに、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）を代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。

仮目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流Ｉｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流Ｉｄに基づいて仮目標電流Ｉｔｆを決定する。仮目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流Ｉｂに、イナーシャ補償電流Ｉｓを加算するとともにダンパー補償電流Ｉｄを減算して得た電流を仮目標電流Ｉｔｆとして決定する。
舵角反力補償電流算出部２７については後で詳述する。

最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆおよび舵角反力補償電流算出部２７にて算出された舵角反力補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する。本実施の形態に係る最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆから舵角反力補償電流算出部２７にて算出された舵角反力補償電流Ｉｒを減算して得た電流を目標電流Ｉｔとして決定する。

次に、制御部３０について詳述する。
図５は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、図５に示すように、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。

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、偏差演算部４１にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
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電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力する。

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の値を検出する。

次に、操舵状況判定部９０について詳述する。
トーションバーの捩れ量が零の状態を中立状態（中立位置）とし、中立状態（中立位置）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（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（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、トルクセンサ１０９からの出力値であるトルク信号Ｔｄ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、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号をマイナスとする。

そして、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号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ベース電流算出部２１にてベース電流Ｉｂが算出され、そのベース電流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、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がプラスで操舵トルクＴがプラスのときにベース電流算出部２１はプラスのベース電流Ｉｂ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、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がマイナスのときにベース電流算出部２１はマイナスのベース電流Ｉｂ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、前輪１５０に負荷が生じていない場合に、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。

また、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ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、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ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。また、電動モータ１１０が一方の回転方向に回転するときには電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号はプラスとなり、電動モータ１１０が他方の回転方向に回転するときには電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓの符号はマイナスとなる。

次に、操舵トルクＴの符号（トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号）と、電動モータ１１０の回転方向の符号（回転速度信号Ｎｍｓの符号）との関係について説明する。
図６は、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）の符号と、電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）の符号との関係を示す図である。（ａ）は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ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、操舵トルクＴ（トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ）を縦軸に、電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）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、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ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６（ａ）の第１領域であり、この状態では、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）と電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）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（操舵トルクＴが弱められると）、トーションバーの捩れが緩和され、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄ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６（ａ）の第２領域であり、この状態では、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）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（中立位置）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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）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６（ａ）の第３領域であり、この状態では、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）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（操舵トルクＴが弱められると）、トーションバーの捩れが緩和され、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）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６（ａ）の第４領域であり、この状態では、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）と電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）がともにプラスとなる領域（図６（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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）がプラスで、電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）がマイナスとなる領域（図６（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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）と電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）がともにマイナスとなる領域（図６（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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）がマイナスで、電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）がプラスとなる領域（図６（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。

このように、図６（ｂ）に示すように、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）の符号と電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）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、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）の符号と電動モータ１１０の回転方向（回転速度信号Ｎｍｓ）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。

操舵状況判定部９０は、かかる事項に鑑みて、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄとモータ回転速度算出部７０から出力された回転速度信号Ｎｍｓとに基づいて、ステアリングホイール１０１が切り増しさせられているのか、あるいは切り戻しさせられているのか、およびステアリングホイール１０１の回転方向が右方向なのか、あるいは左方向なのかを判定する。そして、その判定結果を含む情報を目標電流算出部２０へ出力する。

次に、舵角反力補償電流算出部２７について詳述する。
図７は、舵角反力補償電流算出部２７の概略構成図である。
舵角反力補償電流算出部２７は、舵角算出部８０が算出した舵角θｓの絶対値を算出する絶対値算出部２７１と、絶対値算出部２７１が算出した舵角の絶対値を補正する舵角補正部２７２と、舵角補正部２７２が補正した補正後の舵角の絶対値に基づいて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する仮補償電流算出部２７３とを有している。また、舵角反力補償電流算出部２７は、舵角反力補償電流Ｉｒの符号を設定する符号設定部２７４と、符号設定部２７４が設定した符号と仮補償電流算出部２７３が算出した仮舵角反力補償電流Ｉｒｆとを乗算することにより最終的に舵角反力補償電流Ｉｒを算出する乗算部２７５とを有している。

舵角補正部２７２は、絶対値算出部２７１にて絶対値化された舵角｜θｓ｜に予め定められた補正角Δθを加算することにより舵角の絶対値を補正し、補正後の舵角である補正後舵角θｆ（＝｜θｓ｜＋Δθ）を仮補償電流算出部２７３に出力する。なお、補正角Δθとしては３０度であることを例示することができる。

図８は、仮舵角反力補償電流Ｉｒｆと補正後舵角θｆとの関係を示す制御マップを示す図である。
仮補償電流算出部２７３は、例えば、予めＲＯＭに記憶しておいた、図８に示された制御マップに、舵角補正部２７２から出力された補正後舵角θｆを代入することにより仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する。また、仮補償電流算出部２７３は、ステアリングホイール１０１が切り増されている場合には、切り増し用の制御マップを用いて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出し、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合には、切り戻し用の制御マップを用いて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する。

図８（ａ）は、ステアリングホイール１０１が切り増されている場合に用いる切り増し用の制御マップであり、図８（ｂ）は、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合に用いる切り戻し用の制御マップである。
本実施の形態に係る切り増し用の制御マップにおいては、補正後舵角θｆが如何なる角度であっても仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが零となるように設定されている。一方、切り戻し用の制御マップにおいては、補正後舵角θｆが零度から略６０度の間の角度である場合には、補正後舵角θｆが大きくなるに従って仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが大きくなるように設定され、補正後舵角θｆが略６０度から略１６０度の間の角度である場合には、補正後舵角θｆが所定値Ｉ１に設定され、補正後舵角θｆが略１６０度から略２６０度の間の角度である場合には、補正後舵角θｆが大きくなるに従って仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが小さくなるように設定されている。

符号設定部２７４は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄに基づいて、舵角反力補償電流Ｉｒの符号を設定し、設定した符号と同符号の「＋１」または「−１」を乗算部２７５に出力する。符号設定部２７４は、ステアリングホイール１０１が右方向へ切り増されている場合および右方向へ切り増された後に左方向に切り戻されている状況にある場合には、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆよりも目標電流Ｉｔの方が小さくなるように舵角反力補償電流Ｉｒの符号をプラスに設定する。他方、符号設定部２７４は、ステアリングホイール１０１が左方向へ切り増されている場合および左方向へ切り増された後に右方向に切り戻されている状況にある場合には、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆよりも目標電流Ｉｔの方が大きくなるように舵角反力補償電流Ｉｒの符号をマイナスに設定する。

上述したように、ステアリングホイール１０１が右方向へ切り増されている場合および右方向へ切り増された後に左方向に切り戻されている状況にある場合には、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）の符号がプラスであり、左方向へ切り増されている場合および左方向へ切り増された後に右方向に切り戻されている状況にある場合には、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｄ）の符号がマイナスである。かかる事項に鑑み、符号設定部２７４は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がプラスである場合には、舵角反力補償電流Ｉｒの符号をプラスに設定し、「＋１」を乗算部２７５に出力する。他方、符号設定部２７４は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄの符号がマイナスである場合には、舵角反力補償電流Ｉｒの符号をマイナスに設定し、「−１」を乗算部２７５に出力する。

乗算部２７５は、仮補償電流算出部２７３が算出した仮舵角反力補償電流Ｉｒｆに符号設定部２７４から出力された「＋１」または「−１」を乗算することにより舵角反力補償電流Ｉｒを算出し、算出した舵角反力補償電流Ｉｒを最終目標電流決定部２８に出力する。

次に、フローチャートを用いて、仮補償電流算出部２７３が行う、仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する算出処理の手順について説明する。
図９は、仮補償電流算出部２７３が行う算出処理の手順を示すフローチャートである。仮補償電流算出部２７３は、この算出処理を予め定めた期間毎に繰り返し実行する。

先ず、仮補償電流算出部２７３は、舵角補正部２７２が算出した補正後舵角θｆを取得する（Ｓ９０１）。次に、仮補償電流算出部２７３は、ステアリングホイール１０１が切り戻されているのか否かを判別する（Ｓ９０２）。これは、操舵状況判定部９０からの出力信号を基に判別する処理である。そして、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合（Ｓ９０２でＹＥＳ）、取得した補正後舵角θｆと切り戻し用の制御マップとに基づいて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する（Ｓ９０３）。他方、ステアリングホイール１０１が切り増されている場合（Ｓ９０２でＮＯ）、取得した補正後舵角θｆと切り増し用の制御マップとに基づいて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する（Ｓ９０４）。そして、Ｓ９０３あるいはＳ９０４にて算出した仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを出力する（Ｓ９０５）。

なお、舵角補正部２７２、モータ回転速度算出部７０および舵角算出部８０は、それぞれ仮補償電流算出部２７３がこの算出処理を実行する周期以下の周期で補正後舵角θｆ、舵角θｓおよび回転速度Ｎｍを演算し、ＲＡＭに記憶する。また、操舵状況判定部９０は、仮補償電流算出部２７３がこの算出処理を実行する周期以下の周期でステアリングホイール１０１の操舵状況を判定し、その判定結果を含む信号を目標電流算出部２０へ出力する。

以上のように構成された舵角反力補償電流算出部２７は以下のように作用する。
舵角補正部２７２が算出する補正後舵角θｆは、絶対値算出部２７１にて絶対値化された舵角｜θｓ｜を補正角Δθの分プラス方向にオフセットする値である。そして、仮補償電流算出部２７３は、この補正後舵角θｆと制御マップとに基づいて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出する。
本実施の形態に係る切り増し用の制御マップは図８（ａ）に示すように補正後舵角θｆが如何なる角度であっても仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが零となるように設定されていることから、ステアリングホイール１０１が切り増されている場合の仮舵角反力補償電流Ｉｒｆは零となる。
他方、切り戻し用の制御マップは図８（ｂ）に示すように補正後舵角θｆに応じて仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが変化するように設定されている。図８（ｂ）の横軸は絶対値化された舵角｜θｓ｜が補正角Δθの分プラス方向にオフセットされた補正後舵角θｆである。ゆえに、補正角Δθを３０度として、ステアリングホイール１０１が右方向に切り増された後に左方向に切り戻された場合の、オフセット（補正）される前の舵角であるステアリングホイール１０１の操舵角（以下、「実舵角」と称する場合もある。）に対する仮舵角反力補償電流Ｉｒｆの値は以下に述べる図１０に示すようになる。

図１０は、実舵角に対する仮舵角反力補償電流Ｉｒｆの値を示す図である。
図１０によると、実舵角が−３０度から略３０度の間の角度である場合には、実舵角が大きくなるに従って仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが大きくなるように設定されている。言い換えれば、ステアリングホイール１０１が左方向に切り戻されている場合、略３０度までは所定値Ｉ１であるが、略３０度を超えると徐々に仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが小さくなり、中立状態（θｓ＝零）を超えて実舵角が−３０度となる場合に仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが零となる。このように、ステアリングホイール１０１が左方向に切り戻されている場合、中立状態（θｓ＝零）を超えてもマイナス側に３０度（補正角Δθ）までは仮舵角反力補償電流Ｉｒｆは零より大きくなる。

そして、符号設定部２７４は、ステアリングホイール１０１が右方向に切り増された後に左方向に切り戻されている場合には、舵角反力補償電流Ｉｒの符号をプラスに設定するべく「＋１」を乗算部２７５に出力し、ステアリングホイール１０１が左方向に切り増された後に右方向に切り戻されている場合には、舵角反力補償電流Ｉｒの符号をマイナスに設定するべく「−１」を乗算部２７５に出力する。

図１１は、ステアリングホイール１０１が中立状態（中立位置）から右方向へ補正角Δθ未満の角度まで切り増された後に切り戻され、その後左方向へ補正角Δθ未満の角度まで切り増された後に中立状態まで切り戻されたときに舵角反力補償電流算出部２７が算出する舵角反力補償電流Ｉｒを示す図である。
図１１に示すように、舵角反力補償電流算出部２７は、ステアリングホイール１０１が左方向に切り戻されている場合には、中立状態（θｓ＝零）を超えてもマイナス側に補正角Δθまでは零より大きな仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出するとともに徐々に減少する。その結果、左切り戻しから左切り増しへの切り換わり時に舵角反力補償電流Ｉｒの極性が反転することや舵角反力補償電流Ｉｒが急減することが抑制される。また、ステアリングホイール１０１が右方向に切り戻されている場合には、中立状態（θｓ＝零）を超えてもプラス側に補正角Δθまでは零より小さな仮舵角反力補償電流Ｉｒｆを算出するとともに徐々に増加する。その結果、右切り戻しから右切り増しへの切り換わり時に舵角反力補償電流Ｉｒの極性が反転することや舵角反力補償電流Ｉｒが急増することが抑制される。

また、舵角反力補償電流算出部２７は、ステアリングホイール１０１が左方向に切り戻されている場合には、実舵角と制御マップとに基づいて（補正角Δθ分オフセットさせない舵角（＝実舵角の絶対値（｜θｓ｜））と図８（ｂ）の制御マップとに基づいて）舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも、中立状態に近い角度まで所定値Ｉ１を舵角反力補償電流Ｉｒとして算出する。他方、ステアリングホイール１０１が右方向に切り戻されている場合には、実舵角と制御マップとに基づいて舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも、中立状態に近い角度まで所定値Ｉ１に−１を乗算した値（＝−Ｉ１）を舵角反力補償電流Ｉｒとして算出する。

そして、以上のように構成された舵角反力補償電流算出部２７を有する目標電流算出部２０は以下のように作用する。
ステアリングホイール１０１が切り増されている場合、本実施の形態に係る切り増し用の制御マップは補正後舵角θｆが如何なる角度であっても仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが零となるように設定されていることから、目標電流算出部２０は、仮目標電流決定部２５が決定した仮目標電流Ｉｔｆを目標電流Ｉｔとする。

一方、ステアリングホイール１０１が切り戻されている場合、舵角反力補償電流Ｉｒは補正後舵角θｆに応じた値となり、目標電流算出部２０は、仮目標電流決定部２５が決定した仮目標電流Ｉｔｆから舵角反力補償電流Ｉｒを減算して得た電流を目標電流Ｉｔとする。
それゆえ、ステアリングホイール１０１が左方向に切り戻されている場合には、中立状態（θｓ＝零）を超えても、マイナス側に補正角Δθまでは仮目標電流Ｉｔｆより小さな目標電流Ｉｔとなるとともに徐々に目標電流Ｉｔが大きくなっていく。その結果、左切り戻しから左切り増しへの切り換わり時に目標電流Ｉｔの極性が反転することや目標電流Ｉｔが急減することが抑制される。また、目標電流Ｉｔが徐々に大きくなり始めの時点は、実舵角と制御マップとに基づいて（補正角Δθ分オフセットさせない舵角（＝｜θｓ｜）と図８（ｂ）の制御マップとに基づいて）舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも、中立状態（中立位置）に近い。その結果、ステアリングホイール１０１の中立状態まで、電動モータ１１０による、ステアリングホイール１０１の戻り方向のアシスト力が、実舵角と制御マップとに基づいて舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも大きくなりステアリングホイール１０１が中立状態（中立位置）まで戻り易くなる。

他方、ステアリングホイール１０１が右方向に切り戻されている場合には、中立状態（θｓ＝零）を超えても、プラス側に補正角Δθまでは零より大きな目標電流Ｉｔとなるとともに徐々に目標電流Ｉｔが小さくなっていく。その結果、右切り戻しから右切り増しへの切り換わり時に目標電流Ｉｔの極性が反転することや目標電流Ｉｔが急増することが抑制される。また、目標電流Ｉｔが徐々に小さくなり始めの時点は、実舵角と制御マップとに基づいて舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも、中立状態（中立位置）に近い。その結果、ステアリングホイール１０１の中立状態まで、電動モータ１１０による、ステアリングホイール１０１の戻り方向のアシスト力が、実舵角と制御マップとに基づいて舵角反力補償電流Ｉｒを算出するよりも大きくなりステアリングホイール１０１が中立状態まで戻り易くなる。

以上のことより、本実施の形態に係るステアリング装置１００によれば、ステアリングホイール１０１を中立状態（中立位置）に戻り易くすることができるとともに切り戻しから切り増しへの切り替わり時においてステアリングホイール１０１を滑らかに回転させることができる。

なお、上述した実施の形態に係る舵角反力補償電流算出部２７の構成は特に限定されない。例えば、舵角反力補償電流Ｉｒの値を車速Ｖｃに応じて変更してもよい。例えば、仮舵角反力補償電流Ｉｒｆの値を、車速Ｖｃが予め定められた車速Ｖ１以上である場合には、車速Ｖｃが大きくなるに従って仮舵角反力補償電流Ｉｒｆが小さくなるように車速Ｖｃに応じて補正してもよい。これにより、車速Ｖｃが車速Ｖ１以上である場合には、車速Ｖｃが大きいほど舵角反力が小さくなる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２１…ベース電流算出部、２２…イナーシャ補償電流算出部、２３…ダンパー補償電流算出部、２５…仮目標電流決定部、２７…舵角反力補償電流算出部、２８…最終目標電流決定部、３０…制御部、７０…モータ回転速度算出部、８０…舵角算出部、９０…操舵状況判定部、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…電動モータ

Claims (5)

1. 車両に設けられたステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角である舵角に依存する操舵反力を前記電動モータが与えるための電流である舵角反力補償電流を算出する舵角反力補償電流算出手段と、
   前記舵角反力補償電流算出手段が算出した舵角反力補償電流を考慮して前記電動モータに供給する目標電流を決定する目標電流決定手段と、
   を備え、
   前記舵角反力補償電流算出手段は、
   推定された前記ステアリングホイールの実際の操舵角である実舵角の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
   前記絶対値算出手段が算出した絶対値化された実舵角に予め定められた値を加算することにより当該絶対値化された実舵角を補正する補正手段と、
   前記補正手段が補正した補正後の実舵角である補正後舵角と、当該補正後舵角に対する仮の舵角反力補償電流を予め定めた制御マップと、に基づいて仮の舵角反力補償電流を算出する仮補償電流算出手段と、
   前記ステアリングホイールの操作方向に基づいて前記舵角反力補償電流の符号を設定する符号設定手段と、
   を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記仮補償電流算出手段は、前記ステアリングホイールが切り増されている場合には切り増し用の制御マップを用いて算出し、当該ステアリングホイールが切り戻されている場合には切り戻し用の制御マップを用いて算出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。
3. 前記切り戻し用の制御マップは、前記補正後舵角が略零から大きくなるに従って仮の舵角反力補償電流が略零から大きくなるように定められてい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。
4. 前記切り増し用の制御マップは前記補正後舵角が如何なる角度であっても仮の舵角反力補償電流が零となるように定められていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ステアリングホイールの操舵トルクと前記車両の車速に基づいて仮の目標電流を決定する仮目標電流決定手段をさらに備え、
   前記目標電流決定手段は、前記仮目標電流決定手段が決定した仮の目標電流から前記舵角反力補償電流算出手段が算出した舵角反力補償電流を減算することにより得た値を前記目標電流として決定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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