JP2015199415A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵系機械要素の摩擦力の影響の相対的な変化に対してロバストな操舵感を実現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】路面負荷Ｔｘを推定する負荷推定部１１０と、推定した路面負荷Ｔｘに基づいて、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を決定する補正前目標決定部１２０と、操舵角θを検出する舵角センサと、操舵角θに基づいて補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を補正して目標操舵トルクＴｉｄを決定する目標補正部１３０とを備え、目標操舵トルクＴｉｄと操舵トルクＴｓの偏差から、アシストトルク指令値Ｔａ＊を決定する。【選択図】図２

Description

本発明は、ドライバが行う車両のハンドル操作をモータでアシストする電動パワーステアリングシステムに備えられて、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。

特許文献１の電動パワーステアリング制御装置は、操舵トルクとアシストトルク指令値から負荷を推定し、推定した負荷から目標操舵トルクを設定する。そして、操舵トルクがその目標操舵トルクと一致するようにするため、操舵トルクと目標操舵トルクの偏差からアシストトルク指令値を演算する。

特開２０１３−５２７９３号公報

制御対象である操舵系機械要素の摩擦力が増えると操舵に要するトルクが増えるため、特許文献１の技術では、操舵系機械要素の摩擦力が増えるとアシストトルク指令値を大きくしなければならない。このアシストトルク指令値は、負荷推定にも用いているため、アシストトルク指令値が大きくなると、推定する負荷が高い値になる。

この摩擦力の影響により、切り込み状況下では、操舵時の目標操舵トルクが大きくなってしまい、それに追従して操舵トルクも大きくなってしまう。また、戻し状況下では、摩擦力の影響により、ハンドル角が０度に戻る前に操舵トルクが０になってしまう。したがって、ハンドル角の復元性が悪化し、ハンドル角を０度まで戻すためには、ドライバがハンドルを切る必要が生じる。

特に、低μ路では路面反力が小さくなるため、路面μが低くない時と比較すると、相対的に操舵系機械要素の摩擦力の影響が大きくなる。そのため、低μ路では、摩擦力が小さいときと比較して切り込み状況下での操舵トルクが特に増えてしまい、また、摩擦力が小さいときに比較してハンドル角の復元性が特に悪化してしまう。

また、低速走行時は、高速走時行に比較してセルフアライニングトルクが小さくなるので、低速走行時も、高速走行時に比較して、相対的に操舵系機械要素の摩擦力の影響が大きくなる。そのため、低速走行時も、高速走行時に比較して切り込み状況下での操舵トルクが増えてしまい、また、ハンドル角の復元性が悪化してしまう。

このように、従来は、操舵系機械要素の摩擦力自体が変化したり、また、路面μの変化や車速の変化により、相対的に操舵系機械要素の摩擦力の影響が変化すると、操舵感が変化してしまっていた。

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、操舵系機械要素の摩擦力の影響の相対的な変化に対してロバストな操舵感を実現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にある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。また、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための本発明は、車両のハンドル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である操舵トルクを検出するトルク検出部（４）と、ハンドルの操作による操舵輪の操舵時にハンドルの操作をアシストするためのアシストトルク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）に設けられ、モータを制御することによりアシストトルクを制御する電動パワーステアリング制御装置（１００、２００、３００）であって、路面負荷を推定する負荷推定部（１１０）と、負荷推定部が推定した路面負荷に基づいて、操舵トルクの補正前の目標値である補正前目標操舵トルクを決定する補正前目標決定部（１２０）と、ハンドルの操作に伴い回転する部材の回転角である操舵角を検出する操舵角検出部（１１）と、操舵角検出部が検出した操舵角に基づいて補正前目標操舵トルクを補正して目標操舵トルクを決定する目標補正部（１３０、２３０、３３０）と、目標操舵トルクと操舵トルクの偏差から、アシストトルク指令値を決定する指令値決定部（１７０、１８０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、目標操舵トルクと操舵トルクの偏差から、アシストトルク指令値を決定している。そして、目標操舵トルクは、路面負荷に基づいて決定した補正前目標操舵トルクを、操舵角に基づいて補正して決定している。操舵系機械要素に生じる摩擦力が操舵トルクに与える影響は操舵角に応じて変化するので、本発明のように、路面負荷に基づいて決定した補正前目標操舵トルクを操舵角に基づいて補正することで、操舵系機械要素に生じる摩擦力の影響の変化を低減できる。したがって、操舵系機械要素の摩擦力の影響の相対的な変化に対してロバストな操舵感が実現できる。

第１実施形態に係る電動パワーステアリングシステム１の概略的な構成を表す図である。 第１実施形態のＥＰＳＥＣＵ１００が備える構成要素を示すブロック図である。 図２の目標トルク生成部１２３が備える目標操舵トルク生成マップを例示する図である。 補正前目標操舵トルクＴｉｄ１で制御した場合の操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を例示する図である。 ヒステリシス補正部１６０の各部が出力する値の時間変化波形を説明する図である。 図５の操舵角θの変化に対する値ｄ３の変化を表すリサージュ波形である。 Ｔｉｄ１、Ｔｉｄ２、Ｔｉｄ３、Ｔｉｄの操舵角θに対する変化をそれぞれ例示するリサージュ波形である。 第１実施形態において、Ｔｉｄ１、Ｔｉｄでそれぞれ制御した場合のリサージュ波形を比較して示す図である。 第２実施形態のＥＰＳＥＣＵ２００が備える構成要素を示すブロック図である。 図９の下限決定部２３１が備える下限マップの一例である。 第２実施形態において、Ｔｉｄ１、Ｔｉｄでそれぞれ制御した場合のリサージュ波形を比較して示す図である。 第３実施形態のＥＰＳＥＣＵ３００が備える構成要素を示すブロック図である。 第３実施形態において、Ｔｉｄ１、Ｔｉｄでそれぞれ制御した場合のリサージュ波形を比較して示す図である。

＜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の一端に固定されている。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り、請求項のトルク検出部に相当する。このトルクセンサ４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の操作や路面から入力される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も回転する。

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、操舵輪１０の向きが変わる。

また、ステアリングシャフト３には、ステアリングシャフト３の回転角を検出する舵角センサ１１が設けられている。この舵角センサ１１は請求項の操舵角検出部に相当する。

ステアリングシャフト３はハンドル２と一体回転するため、舵角センサ１１が検出する角度は操舵角θを意味する。操舵角θは、車両が直進するときの角度を０度として、左右いずれか一方がプラス、他方がマイナスの値で表される。この操舵角θを示す信号はＥＰＳＥＣＵ１００に入力される。また、車両における所定の部位には、車速Ｖｃを検出するための車速センサ１２も設けられている。車速Ｖｃを示す信号もＥＰＳＥＣＵ１００に入力される。

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、左右の操舵輪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ＥＰＳＥＣＵ１００は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作する。このＥＰＳＥＣＵ１００は、トルクセンサ４にて検出された操舵トルクＴｓ、舵角センサ１１により検出された操舵角θ、および車速センサ１２にて検出された車速Ｖｃに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａ^＊を演算する。そして、そのアシストトルク指令値Ｔａ^＊に基づいてモータ６を駆動制御することにより、ドライバがハンドル２を回す力をアシストするアシストトルクを制御する。

図２にＥＰＳＥＣＵ１００が備える構成要素を示す。ＥＰＳＥＣＵ１００は、負荷推定部１１０、補正前目標決定部１２０、目標補正部１３０、減算部１７０、サーボコントローラ１８０、電流フィードバック部１９０を備えている。

負荷推定部１１０は、加算器１１１とローパスフィルタ１１２を備えた構成である。加算器１１１は、アシストトルク指令値Ｔａ^＊と操舵トルクＴｓを加算する。加算した値はローパスフィルタ１１２にて高周波ノイズが除去される。ローパスフィルタ１１２から出力された値は、路面負荷の推定値である。以下、この推定値を推定負荷Ｔｘという。

通常、ドライバは主に１０Ｈｚ以下の操舵反力情報を頼りに運転をしていることが知られている。そのため、ローパスフィルタ１１２は、たとえば、１０Ｈｚ以下の周波数成分を通過するようになっている。

補正前目標決定部１２０は、絶対値生成部１２１、符号生成部１２２、目標トルク生成部１２３、乗算部１２４を備える。

負荷推定部１１０が出力した推定負荷Ｔｘは、絶対値生成部１２１、符号生成部１２２に入力される。絶対値生成部１２１は、推定負荷Ｔｘの絶対値を生成する。一方、符号生成部１２２は符号関数を備えており、入力された推定負荷Ｔｘが正の値であれば１を生成し、推定負荷Ｔｘが負であれば−１を生成する。

絶対値生成部１２１で絶対値とされた推定負荷Ｔｘは目標トルク生成部１２３に入力される。また、目標トルク生成部１２３には車速Ｖｃも入力される。目標トルク生成部１２３は、図３に例示する目標操舵トルク生成マップを備えている。この目標操舵トルク生成マップは、２０Ｋｍ／ｈ毎に、推定負荷Ｔｘと補正前目標操舵トルクＴｉｄ１との関係を表したマップである。どの車速Ｖｃにおける推定負荷Ｔｘと補正前目標操舵トルクＴｉｄ１との関係も、推定負荷Ｔｘの上昇に対して対数的に補正前目標操舵トルクＴｉｄ１が増加する。目標トルク生成部１２３は、図３のマップを、入力された車速Ｖｃ、推定負荷Ｔｘをもとに線形補間することで、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１の絶対値を求める。

乗算部１２４は、目標トルク生成部１２３が求めた補正前目標操舵トルクＴｉｄ１の絶対値に、符号生成部１２２が生成した１または−１の値を乗算する。乗算後の値が補正前目標操舵トルクＴｉｄ１である。

第１実施形態では、この補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を減算部１７０に入力するのではなく、目標補正部１３０を備えており、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を補正して最終的な目標操舵トルクＴｉｄとする。

この目標補正部１３０で補正を行う理由を説明する。図４は、操舵角θの時間変化がｓｉｎ波形となるように操舵した状況で、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１をそのまま減算部１７０に入力した場合の操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を示す図である。図４において、実線は通常時、一点鎖線は、通常時よりも操舵系機械要素の摩擦が増大した時、破線は通常時よりも操舵系機械要素の摩擦が増大し、かつ、低μ路（摩擦係数μ＝０．２）の場合である。なお、操舵系機械要素とは、ステアリングシャフト３から操舵輪１０に至るまでのトルク伝達経路を構成する機械部品を意味する。

図４のグラフは、原点を中心にして、ほぼ点対称のグラフであるので、以下、操舵角θが正の値であるときを例にして説明する。図４のグラフの第１象限において、通常時と摩擦増大時とを比較すると分かるように、摩擦が増大することにより、切り込み状況における操舵トルクＴｓが増大していることが分かる。

また、ハンドルを戻していく時、すなわち操舵角θが小さくなっていくとき、通常時には、操舵トルクＴｓが０になるのは操舵角θが約４度であるのに対して、摩擦増大時は約１０度で操舵トルクＴｓが０になっている。そして、通常時の波形よりも摩擦増大時の波形は第４象限において下側に膨らんだ形状となっている。このことから、摩擦が増大すると、ハンドルの復元性が悪くなることが分かる。したがって、操舵角θを０度に戻す際に切り込むような操舵が必要となる。

摩擦が増大し、かつ、低μ路の場合である破線の波形は、摩擦が増大しているだけの一点鎖線の波形よりも、さらに第４象限において下側に膨らんだ形状となる。これはハンドルを操舵した際のタイヤ横力が限界に達しやすくなり、タイヤ側からの復元力が低下したためである。復元力が小さいことで操舵トルクとしては通常時より下回ったり、第４象限側つまりは戻す際に切り込むような操舵が必要となってくるのである。

この図４に示したように、摩擦が増大したり、路面μが低下することにより、操舵トルクＴｓが変化することから、操舵感が変化してしまうことになる。また、図４には示していなが、低速走行時は同一ハンドル角に対するセルフアライニングトルクは高速走行時に比べて小さくなるため、摩擦が増大したときはその影響を強く受けて、操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係は変化してしまう。しかし、ドライバにとっては操舵系機械要素の摩擦力、路面反力、車速Ｖｃが増加して操舵感が変化することは好ましくない。そこで、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１をそのまま減算部１７０に入力するのではなく、目標補正部１３０により補正を行うのである。

その目標補正部１３０は、加算器１３１、目標補正トルク生成部１４０を備える。そして、目標補正トルク生成部１４０は、加算部に相当する加算器１４１と、舵角基準目標補正部１５０と、ヒステリシス補正部１６０とを備える。

舵角基準目標補正部１５０は、絶対値生成部１５１、符号生成部１５２、目標トルク補正部１５３、乗算部１５４を備える。絶対値生成部１５１には、舵角センサ１１が検出した操舵角θが入力され、その操舵角θの絶対値を生成する。符号生成部１５２にも、舵角センサ１１が検出した操舵角θが入力される。符号生成部１５２は符号関数を備えており、入力された操舵角θが正の値であれば１を生成し、負の値であれば−１を生成する。

目標トルク補正部１５３は、補正トルク生成マップを備えている。この補正トルク生成マップは、操舵角θと舵角基準補正トルクＴｉｄ２との関係を表したマップである。補正トルク生成マップは、入力値が図３の目標操舵トルク生成マップとは異なっているが、入力値に対する出力値の傾向は同じである。すなわち、補正トルク生成マップは、操舵角θが大きくなるほど大きい舵角基準補正トルクＴｉｄ２を出力するマップである。また、操舵角θと舵角基準補正トルクＴｉｄ２が定まる関係を複数の車速Ｖｃに対して記憶しており、車速Ｖｃが高くなるほど、舵角基準補正トルクＴｉｄ２が大きくなる点も、目標操舵トルク生成マップと同じである。目標トルク補正部１５３は、補正トルク生成マップを、車速Ｖｃ、操舵角θをもとに線形補間することで、舵角基準補正トルクＴｉｄ２の絶対値を求める。

乗算部１５４は、目標トルク補正部１５３が決定した舵角基準補正トルクＴｉｄ２の絶対値に、符号生成部１５２が生成した１または−１の値を乗算する。乗算後の値が舵角基準補正トルクＴｉｄ２である。

ヒステリシス補正部１６０は、減算部１６１、制限部１６２、減算部１６３、前回値保持部１６４、増幅部１６５を備える。

減算部１６１は、逐次入力される操舵角θの今回値θ（ｎ）から、前回値保持部１６４が保持している値、即ち操舵角θの前回値θ（ｎ−１）と値ｄ３の前回値ｄ３（ｎ−１）との差を減算する。以下、減算した値をｄ２とする。この値ｄ２を制限部１６２に入力する。

制限部１６２は、上限値およびその上限値と絶対値が同じであり符号が反対符号である下限値を備えており、減算部１６１から入力された値ｄ２が上限値と下限値の間であれば、その値ｄ２をそのまま出力する。制限部１６２が出力する値をｄ３とする。入力された値ｄ２が上限値以上であれば、ｄ３として上限値を出力する。また、入力された値ｄ２が下限値以下であれば、ｄ３として下限値を出力する。

減算部１６３は、操舵角θの今回値θ（ｎ）から制限部１６２が出力した値ｄ３を減算する。前回値保持部１６４は、減算部１６３が減算した値を保持する。保持している値をｄ１とする。前回値保持部１６４が保持している値ｄ１は、次回、操舵角θが減算部１６１に入力されたときに、減算部１６１に出力される。次回の操舵角θを基準にすると、前回値保持部１６４が保持している値ｄ１は、前回の操舵角θ（ｎ−１）を用いて演算した値である。増幅部１６５は、制限部１６２が出力した値ｄ３を、予め設定されたゲインＫｈで増幅する。増幅後の値がヒステリシス補正トルクＴｉｄ３である。このようにして決定するヒステリシス補正トルクＴｉｄ３は、操舵角θが変化すると、所定のヒステリシストルクで一定となり、操舵角θの変化方向が反転すると、逆符号のヒステリシストルクまで変化し、その後は一定となる。

図５は、操舵角θの時間変化がｓｉｎ波形となるように操舵したときの操舵角θ、値ｄ１、ｄ２、ｄ３、ヒステリシス補正トルクＴｉｄ３の時間変化波形を説明する図である。値ｄ３（ｎ）は、下記式１のように変形できる。なお、式１において、Ｇｕａｒｄ（）は、所定範囲、たとえば、±１ｄｅｇで制限することを表し、ｎは今回値、ｎ−１は１演算周期前の値を表す。
（式１） ｄ３（ｎ）＝Ｇｕａｒｄ（ｄ２（ｎ））
＝ Ｇｕａｒｄ（θ（ｎ）−ｄ１（ｎ））
＝ Ｇｕａｒｄ（θ（ｎ）−（θ（ｎ−１）−ｄ３（ｎ−１）））
＝ Ｇｕａｒｄ（θ（ｎ）−θ（ｎ−１）＋ｄ３（ｎ−１））

式１の最終行より、値ｄ３（ｎ）は、制限範囲内では、操舵角θの１演算周期前からの変化が毎回積み上げられることが分かる。よって、制限範囲内では、操舵角θ（ｎ）と同じ変化を示すことになる。図５の時間変化波形においては、時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３の区間などのｄ３の波形がこれに相当する。

そして、Ｇｕａｒｄ（）内の値が上限値または下限値に達すると、上限値または下限値を維持することになる。図５の時間変化波形においては、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４の区間などのｄ３の波形がこれに相当する。

この図５に示した操舵角θ、ｄ３の変化から、操舵角θに対する値ｄ３の変化を表すと、図６に示すようなリサージュ波形になる。すなわち、値ｄ３は、上限値または下限値である制限値で一定となり、方向が反転すると、逆符号の制限値までは操舵角θと同じ値になり、逆符号の制限値に達すると、その制限値で一定になる。

この値ｄ３にゲインｋｈを乗じるとヒステリシス補正トルクＴｉｄ３となるので、図７に示すヒステリシス補正トルクＴｉｄ３のリサージュ波形も、図６の波形と同様の形状となる。

説明を図２に戻す。加算器１４１は、舵角基準目標補正部１５０が出力した舵角基準補正トルクＴｉｄ２と、ヒステリシス補正部１６０が出力したヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を加算する。加算した値Ｔｉｄ２＋Ｔｉｄ３が、請求項の補正トルクに相当する。

この値Ｔｉｄ２＋Ｔｉｄ３は、加算器１３１にて補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に加算される。加算器１３１で加算された後の値が最終的な目標操舵トルクＴｉｄである。

図７は、これまでに説明した補正前目標操舵トルクＴｉｄ１、舵角基準補正トルクＴｉｄ２、ヒステリシス補正トルクＴｉｄ３、目標操舵トルクＴｉｄの操舵角θに対する変化をそれぞれ例示するリサージュ波形である。

左上図に示すように、操舵角θが大きくなっていくときは、操舵角θの増加に伴い、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１は増加する。操舵角θの変化が反対方向になると、操舵角θが大きくなるときよりも小さい値で、操舵角θの減少に伴い、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１も小さくなる。

右上図に示すように、舵角基準補正トルクＴｉｄ２は、操舵角θが大きくなるにつれて増加する。この舵角基準補正トルクＴｉｄ２はヒステリシス幅を持っていない。そのため、舵角基準補正トルクＴｉｄ２を補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に乗算しただけでは、トルクの絶対量に対するヒステリシス幅の割合が小さくなり、ハンドルの戻され感が強くなる。そこで、左下図に示すリサージュ波形の変化をするヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を加算している。ヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を加算することにより、最終的な目標操舵トルクＴｉｄのリサージュ波形は右下図に示すように、トルクの絶対量に対するヒステリシス幅の割合が補正前目標操舵トルクＴｉｄ１と同等以上となる。

この目標操舵トルクＴｉｄは減算部１７０に入力される。減算部１７０は、目標操舵トルクＴｉｄから操舵トルクＴｓを減算する。すなわち、減算部１７０では目標操舵トルクＴｉｄと操舵トルクＴｓとの偏差であるトルク偏差ΔＴが演算される。このトルク偏差ΔＴがサーボコントローラ１８０に入力される。サーボコントローラ１８０は、トルク偏差ΔＴがゼロになるように、すなわち、操舵トルクＴｓが目標操舵トルクＴｉｄになるように、アシストトルク指令値Ｔａ^＊を演算する。なお、減算部１７０とサーボコントローラ１８０とにより請求項の指令値決定部が構成される。

そのサーボコントローラ１８０は、比例器１８１、積分器１８２、微分器１８３、加算器１８４を備える。比例器１８１はトルク偏差ΔＴをゲインＫｐ倍する。積分器１８２はトルク偏差ΔＴを積分定数Ｋｉで積分演算する。微分器１８３は微分定数Ｋｄでトルク偏差ΔＴを微分演算する。なお、ｓはラプラス演算子、τは時定数である。

アシストトルク指令値Ｔａ^＊は、電流フィードバック部１９０、および、前述した加算器１１１に入力される。電流フィードバック部１９０は、アシストトルク指令値Ｔａ^＊に基づき、そのアシストトルク指令値Ｔａ^＊に対応したアシストトルクがトルクセンサ４よりも操舵輪１０側に付与されるようにモータ６へ駆動電圧Ｖｄを印加する。具体的には、アシストトルク指令値Ｔａ^＊に基づいて、モータ６の各相へ通電すべき目標電流を設定する。そして、各相の通電電流値Ｉｍを検出し、検出した各相の通電電流値Ｉｍがそれぞれ目標電流と一致するように駆動電圧Ｖｄを制御することで、所望のアシストトルクを発生させる。

図８は、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１、目標操舵トルクＴｉｄでそれぞれ制御した場合のリサージュ波形を比較して示す図である。この図８は、図４と同様に、操舵角θの時間変化がｓｉｎ波形となるように操舵した状況での操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を示す図である。

この図８において、実線、短一点鎖線、短破線は、それぞれ、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１をそのまま減算部１７０に入力した場合である。よって、図８の実線、短一点鎖線、短破線は、それぞれ、図４における実線、短一点鎖線、短破線と同じ形状である。

長一点鎖線、長破線は、目標操舵トルクＴｉｄを減算部１７０に入力した場合である。短一点鎖線と長一点鎖線との比較から、摩擦が増大した状況でも、操舵角θに基づいた補正を行うことで、ハンドル２を戻している状況下、すなわち、操舵角θが０度に向かう状況下での、戻す方向に対抗する操舵トルクＴｓが小さくなっていることが分かる。

より具体的に説明すると、たとえば、操舵角θが正、操舵トルクＴｓが負である第４象限では、ハンドル２を中立位置に戻す操作をしている。ここでは、ハンドル２を左から中立位置に戻す右回転操作をしているとする。ハンドル２がスムーズに左位置から中立位置に戻るためには、ハンドル２が左位置から中立位置になるまでは、操舵トルクＴｓは０に近い値か若干の正の値になることが好ましい。

しかし、第４象限では、操舵トルクＴｓが負になっているため、ハンドル２を操作する方向に対抗する操舵トルクＴｓが発生していることになり、ドライバはハンドル２を中立位置に戻すために、ハンドル２を中立位置に戻す方向に力を加える必要がある。

これに対して、長一点鎖線で示すリサージュ波形は、第４象限を通る部分が少なくなっている。したがって、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を操舵角θに基づいて補正した目標操舵トルクＴｉｄとすることで、ハンドル２を中立位置にスムーズに戻せることが分かる。

また、長破線と短破線との比較から、摩擦が増大し、かつ、低μ路である状況でも、同様に、操舵角θに基づいた補正を行うことで、ハンドルを戻している状況下での戻す方向に対抗する操舵トルクＴｓが小さくなっ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、減算部１７０、サーボコントローラ１８０において、目標操舵トルクＴｉｄと操舵トルクＴｓの偏差であるトルク偏差ΔＴから、アシストトルク指令値Ｔａ^＊を決定している。そして、目標操舵トルクＴｉｄは、推定負荷Ｔｘに基づいて決定した補正前目標操舵トルクＴｉｄ１を、操舵角θに基づいて補正して決定している。

第１実施形態における補正は、具体的には、操舵角θが大きくなるほど大きくなる舵角基準補正トルクＴｉｄ２に、ヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を加えた補正トルクを、推定負荷Ｔｘに基づいて決定した補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に加算する補正である。

操舵系機械要素に生じる摩擦力が操舵トルクＴｓに与える影響は操舵角θに応じて変化するので、上記補正により、操舵系機械要素に生じる摩擦力が操舵トルクＴｓに与える影響の変化を低減できる。したがって、操舵系機械要素の摩擦力の影響の相対的な変化に対してロバストな操舵感が実現できる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。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できる。

第２実施形態の電動パワーステアリングシステムは、図２に示したＥＰＳＥＣＵ１００に代えて、図９に示す構成のＥＰＳＥＣＵ２００を備える。その他の構成は、第１実施形態の電動パワーステアリングシステム１と同じである。

ＥＰＳＥＣＵ２００は、第１実施形態と同じ負荷推定部１１０、補正前目標決定部１２０、減算部１７０、サーボコントローラ１８０、電流フィードバック部１９０を備えている。そして、目標補正部１３０に代えて目標補正部２３０を備える。

目標補正部２３０は、下限決定部２３１、上限決定部２３２、制限部２３３を備えている。下限決定部２３１は下限マップを備える。図１０は下限マップの一例である。図１０に示すように、下限マップは、０ｋｍ／ｈでは、操舵角θによらず一定の値である。０ｋｍ／ｈ以外は、操舵角θが大きくなるに従い、制限トルクが大きくなる。また、操舵角θが正の範囲では、車速Ｖｃが高いほど制限トルクが高くなる。反対に、操舵角θが負の範囲では、車速Ｖｃが高いほど制限トルクが低くなる。下限決定部２３１は、この図１０に例示した下限マップを、操舵角θと車速Ｖｃをもとに線形補間することで、目標操舵トルクＴｉｄの下限値となる下限トルクを決定する。

上限決定部２３２は上限マップを備える。上限マップは図示していないが、下限マップと点対称の関係にある。上限決定部２３２は、上限マップを、操舵角θと車速Ｖｃをもとに線形補間することで、目標操舵トルクＴｉｄの上限値となる上限トルクを決定する。この上限決定部２３２、および、上述の下限決定部２３１が請求項の上下限決定部に相当する。

なお、下限マップと上限マップとは点対称の関係にあることから、操舵角θの符号を反転させ、下限マップ、操舵角θ、車速Ｖｃから値を求め、その値の符号を反転させて上限トルクを決定してもよい。

制限部２３３には、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１が入力される。制限部２３３は、この補正前目標操舵トルクＴｉｄ１が下限トルクと上限トルクとの間であれば、入力された補正前目標操舵トルクＴｉｄ１の値をそのまま目標操舵トルクＴｉｄとして出力する。入力された補正前目標操舵トルクＴｉｄ１が下限トルク以下であれば、下限トルクを目標操舵トルクＴｉｄとして出力する。入力された補正前目標操舵トルクＴｉｄ１が上限トルク以上であれば、上限トルクを目標操舵トルクＴｉｄとして出力する。

図１１は、第２実施形態において、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１、目標操舵トルクＴｉｄでそれぞれ制御した場合の操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を表すリサージュ波形を比較して示す図である。この図１１も、図４、図８と同様に、操舵角θの時間変化がｓｉｎ波形となるように操舵した状況での操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を示す図である。また、図８と同様、実線、短一点鎖線、短破線は、それぞれ、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１をそのまま減算部１７０に入力した場合である。

長一点鎖線、長破線は、目標操舵トルクＴｉｄを減算部１７０に入力した場合である。短一点鎖線や短破線の波形は、通常時の波形である実線の波形との乖離が大きいのに対して、長一点鎖線、長破線の波形は、実線の波形に近い形状である。したがって、操舵角θに基づいて目標操舵トルクＴｉｄの上限、下限を制限する補正を行うと、操舵系機械要素の摩擦力が増大しても、さらには、低μ路になっても、操舵角θ−操舵トルクＴｓの特性はほぼ変化しないことが分かる。

したがって、第２実施形態の電動パワーステアリングシステムは、操舵系機械要素の摩擦力の変化や、路面反力の変化、すなわち、操舵系機械要素の摩擦力が操舵トルクＴｓに与える影響が相対的に増大する変化に対して、操舵感はロバストであると言える。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態を説明する。第３実施形態は、第２実施形態の改良である。第３実施形態の電動パワーステアリングシステムは、図９に示したＥＰＳＥＣＵ２００に代えて、図１２に示す構成のＥＰＳＥＣＵ３００を備える。その他の構成は、第２実施形態の電動パワーステアリングシステムと同じである。ＥＰＳＥＣＵ３００は、目標補正部３３０の構成が第２実施形態の目標補正部２３０と相違する。その他の構成は第２実施形態のＥＰＳＥＣＵ２００と同じである。

目標補正部３３０も、第２実施形態の目標補正部２３０が備えている制限部２３３を備える。これらに加えて、擬似微分部３３１、絶対値生成部３３２、増幅部３３３、補正量決定部３３４、補正前下限決定部３３５、減算部３３６、補正前上限決定部３３７、加算部に相当する加算器３３８を備える。

擬似微分部３３１は、フィルタにより操舵角θを擬似微分する。擬似微分後の値は操舵速度Ｖｓを意味する。絶対値生成部３３２は、擬似微分部３３１が生成した操舵速度Ｖｓの絶対値を生成して増幅部３３３に出力する。増幅部３３３は、絶対値生成部３３２が出力した操舵速度Ｖｓの絶対値を、予め設定されたゲインＫｇで増幅する。補正量決定部３３４は、補正前下限トルク、補正前上限トルクを補正する補正量を決定する。この補正量決定部３３４は、補正量マップを備える。補正量マップは、増幅部３３３が出力した値を入力値とし、補正量を出力値とするマップである。この補正量マップは、補正量の下限値、上限値が定まっており、その下限値、上限値の範囲では、入力値と同じ値を出力する。補正量決定部３３４は、この補正量マップと、増幅部３３３が出力した値から補正量を決定する。

補正前下限決定部３３５は、第２実施形態の下限決定部２３１と同じである。ただし、第３実施形態では、この補正前下限決定部３３５が決定した値を補正前下限トルクとする。

減算部３３６は、補正前下限決定部３３５が決定した補正前下限トルクから補正量決定部３３４が決定した補正量を減算する。第３実施形態では、減算部３３６で減算した後の値が下限トルクである。

補正前上限決定部３３７は、第２実施形態の上限決定部２３２と同じである。ただし、第３実施形態では、この補正前上限決定部３３７が決定した値を補正前上限トルクとする。

加算器３３８は、補正前上限決定部３３７が決定した補正前上限トルクに補正量決定部３３４が決定した補正量を加算する。第３実施形態では、加算器３３８で加算した後の値が上限トルクである。第３実施形態では、補正前下限決定部３３５、減算部３３６、補正前上限決定部３３７、加算器３３８が、請求項の上下限決定部に相当する。

制限部２３３は、第２実施形態と同じである。ただし、第３実施形態では、下限値と上限値との間の範囲が、補正量×２だけ、第２実施形態よりも広がっている。また、操舵速度Ｖｓが高くなるほど補正量は大きくなるので、操舵速度Ｖｓが高くなるほど、下限値と上限値との間の範囲が広がることになる。

図１３は、第３実施形態において、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１、目標操舵トルクＴｉｄでそれぞれ制御した場合の操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を表すリサージュ波形を比較して示す図である。この図１３も、図４、図８、図１１と同様に、操舵角θの時間変化がｓｉｎ波形となるように操舵した状況での操舵角θと操舵トルクＴｓとの関係を示す図である。また、図８、図１１と同様、実線、短一点鎖線、短破線は、それぞれ、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１をそのまま減算部１７０に入力した場合である。

長一点鎖線、長破線は、目標補正部３３０で補正した目標操舵トルクＴｉｄを減算部１７０に入力した場合である。図１１における長一点鎖線、長破線の波形は、ほぼ実線と同じ波形であったが、第３実施形態では、長一点鎖線、長破線の波形は、実線の波形よりもヒステリシス幅が広がっている。また、ヒステリシス幅は、操舵速度Ｖｓが高いほど広くなる。

操舵速度Ｖｓが高い場合に、操舵角θ−操舵トルクＴｓの関係におけるヒステリシス幅が広くなるため、ドライバが意図的に切り返しを行う場合には、このヒステリシス幅が広くなる。これにより、ハンドルが戻ろうとする復元力から、ハンドルを止めようとする抵抗力への変化が緩やかになる。

ドライバが意図的に切り返しを行った場合など、操舵速度Ｖｓが速いと、通常時のリサージュ波形が示すループでは、操舵トルクＴｓが短時間で反対符号に切り替わることになる。したがって、ドライバがハンドル２から受ける力が急に変化することになってしまう。

これに対して、第３実施形態では、操舵速度Ｖｓが速いと、操舵角θ−操舵トルクＴｓの関係におけるヒステリシス幅が広くなり、これにより、操舵トルクＴｓの変化が緩やかになる。したがって、操舵速度Ｖｓが速い場合にも、ドライバがハンドル２から受ける力が急に変化することが抑制されるので、操舵感が向上する。

なお、操舵速度Ｖｓに応じて制限部２３３の制限幅を変化させているものの、第２実施形態と同様に、操舵角θに応じて目標操舵トルクＴｉｄを制限している。したがって、第３実施形態でも、操舵系機械要素の摩擦力の影響の相対的な変化に対しては、操舵感はロバストである。

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、次の変形例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できる。

＜変形例１＞
たとえば、前述の実施形態では、ハンドル２の操作に伴い回転する部材の回転角である操舵角θとして、ステアリングシャフト３の回転角を用いていたが、操舵角θを検出する部材はステアリングシャフト３にかぎられない。たとえば、インターミディエイトシャフト５の回転角、モータ６の回転角、操舵輪１０の回転角を操舵角θとしてもよい。

＜変形例２＞
第１実施形態では、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に、舵角基準補正トルクＴｉｄ２とヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を加算して目標操舵トルクＴｉｄとしていた。しかし、ヒステリシス補正トルクＴｉｄ３は加算せず、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に、舵角基準補正トルクＴｉｄ２を加算して目標操舵トルクＴｉｄとしてもよい。

＜変形例３＞
また、第１実施形態あるいは変形例２と、第２実施形態または第３実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、舵角基準補正トルクＴｉｄ２、または、舵角基準補正トルクＴｉｄ２にヒステリシス補正トルクＴｉｄ３である補正トルクを、補正前目標操舵トルクＴｉｄ１に加えた値を、目標補正部２３０、３３０で制限してもよい。

＜変形例４＞
第３実施形態では、操舵角θを擬似微分して操舵速度Ｖｓを算出していたが、これに限られない。たとえば、モータ６の回転速度を検出して操舵速度Ｖｓとしてもよい。

＜変形例５＞
また、前述の第１実施形態では、操舵角θが変化しても、所定のトルクで一定となるヒステリシス補正トルクＴｉｄ３を演算していたが、これに限られない。操舵角θによってゲインＫｈを変えることで、操舵角θに応じてヒステリシス幅を大きくしてもよい。

ヒステリシス幅を操舵角θに応じて変化させると、操舵角θの絶対値が大きくなるに従い、目標操舵トルクＴｉｄは、絶対量に対するヒステリシス幅の割合が大きくなることになる。そのため、よりドライバに好ましい操舵フィールに調整することができる。

＜変形例６＞
また、前述の実施形態では、電動パワーステアリングシステムの方式として、インターミディエイトシャフト５の回転をモータ６でアシストする、いわゆるシャフトアシスト式の構成を例に挙げて説明した。しかし、これもあくまでも一例である。例えばタイロッド８の往復運動、即ちステアリングギアボックス７内のラックの往復運動をモータでアシストする、いわゆるラックアシスト式のものにも適用できるなど、種々のアシスト方式の電動パワーステアリングシステムに対して本発明を適用することが可能である。

１：電動パワーステアリングシステム、 １００：ＥＰＳＥＣＵ、 １１０：負荷推定部、 １２０：補正前目標決定部、 １２１：絶対値生成部、 １２２：符号生成部、 １２３：目標トルク生成部、 １２４：乗算部、 １３０：目標補正部、 １５０：舵角基準目標補正部、 １６０：ヒステリシス補正部、 １７０：減算部 ２００：ＥＰＳＥＣＵ、 ２３０：目標補正部、 ３００：ＥＰＳＥＣＵ、 ３３０：目標補正部、 Ｉｍ：通電電流値、 Ｔｉｄ：目標操舵トルク、 Ｔｉｄ１：補正前目標操舵トルク、 Ｔｉｄ２：舵角基準補正トルク、 Ｔｉｄ３：ヒステリシス補正トルク、 Ｔｓ：操舵トルク、 Ｔｘ：推定負荷、 Ｖｓ：操舵速度、 θ：操舵角

Claims (6)

1. 車両のハンドル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である操舵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前記ハンドルの操作をアシストするためのアシストトルク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）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トルクを制御する電動パワーステアリング制御装置（１００、２００、３００）であって、
   路面負荷を推定する負荷推定部（１１０）と、
   前記負荷推定部が推定した路面負荷に基づいて、前記操舵トルクの補正前の目標値である補正前目標操舵トルクを決定する補正前目標決定部（１２０）と、
   前記ハンドルの操作に伴い回転する部材の回転角である操舵角を検出する操舵角検出部（１１）と、
   前記操舵角検出部が検出した操舵角に基づいて前記補正前目標操舵トルクを補正して目標操舵トルクを決定する目標補正部（１３０、２３０、３３０）と、
   前記目標操舵トルクと前記操舵トルクの偏差から、アシストトルク指令値を決定する指令値決定部（１７０、１８０）と、
   を備え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、
   前記目標補正部（１３０）は、前記操舵角に基づいて補正トルクを決定し、その補正トルクを、前記補正前目標決定部が決定した前記補正前目標操舵トルクに加算して、前記目標操舵トルクと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２において、
   前記目標補正部は、
   前記操舵角に基づいて、前記操舵角が大きいほど大きくなる舵角基準補正トルクを決定する舵角基準目標補正部（１５０）と、
   前記操舵角の変化に対して、所定のヒステリシストルクを付与し、前記操舵角の変化方向が反転すると、逆符号の前記ヒステリシストルクを付与するヒステリシス補正トルクを決定するヒステリシス補正部（１６０）と、
   前記舵角基準目標補正部が決定した前記舵角基準補正トルクと、前記ヒステリシス補正部が決定した前記ヒステリシス補正トルクを加算して前記補正トルクとする加算部（１４１）と
   を備え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１〜３のいずれか１項において、
   前記目標補正部（２３０、３３０）は、
   前記操舵角に基づいて、前記目標操舵トルクの下限トルクおよび上限トルクを決定する上下限決定部（２３１、２３２、３３５、３３６、３３７、３３８）と、
   前記補正前目標操舵トルクを、前記上下限決定部が決定した前記下限トルクおよび前記上限トルクで制限して前記目標操舵トルクとする制限部（２３３）と、を備え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において、
   前記上下限決定部（３３５、３３６、３３７、３３８）は、操舵速度が高くなるほど前記上限トルクと前記下限トルクとの間が広がるように、前記上限トルク、前記下限トルクを変更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、
   前記負荷推定部は、前記トルク検出部が検出した操舵トルクと、前記アシストトルクを指示するアシストトルク指令値とに基づいて前記路面負荷を推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。

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