JP2023019007A - ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減させる。
【解決手段】ステアリングシステムであって、ステアリングシャフトを含む操舵機構と、前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。
【選択図】図２

Description

本願発明は、ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラムに関する。

近年、車両において、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）や自動運転（ＡＤ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｄｒｉｖｉｎｇ）の機能を実現するために、パワーステアリング装置においても様々な技術が開発されている。例えば、バスやトラックにてＡＤＡＳやＡＤを実現することを考える。量産されているバスやトラックの大半は、油圧パワーステアステアリング（ＨＰＳ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を搭載している。このような車両に対しては、既存のＨＰＳを残しつつ、パワーステアリングシステムの上段部分に出力が比較的小さい電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を搭載する構成により、自動運転等に対応させることが考えられる。このような構成においては、例えば、コラムＥＰＳを利用することが可能である。

例えば、特許文献１では、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成において、トーションバーのねじれ設定をＥＰＳ側とＨＰＳ側とで異ならせることにより、ＨＰＳの故障の際にＥＰＳを動作させる構成が開示されている。

また、特許文献２では、大型トラックやバス等の車両を想定して、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成が開示されている。この構成において、ＥＰＳは、車線維持支援機能を動作させる際の操舵アクチュエータとして作動したり、通常動作時にＨＰＳと協働して操舵アシストを行ったりすることが記載されている。

特許第６２２２４２７号公報 特開２００６－２６４６２２号公報

しかしながら、ＨＰＳの上側にコラムＥＰＳを搭載した場合、コラムＥＰＳを構成する減速機やモータなどの摩擦に起因して、マニュアルコラムを搭載した従来のＨＰＳの構成と比較して操舵が重くなったり、ハンドル戻りが悪化したりする等の操舵性の問題が生じる。

上記の先行技術文献では、ＥＰＳとＨＰＳが組み合わされた構成については開示されているものの、それらの組み合わせによる操舵性の悪化については十分に考慮されていなかった。

上記課題を鑑み、本願発明は、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、ステアリングシステムであって、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラムを提供する。

本願発明により、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

油圧パワーステアリング装置の概要構成の例を示す概略図。 油圧パワーステアリング装置と電動パワーステアリング装置の両方の機能を備えるステアリングシステムの概要構成の例を示す概略図。 本願発明の一実施形態に係る各種摩擦を説明するためのグラフ図。 本願発明の一実施形態に係る機能構成の例を示す図。 本願発明の一実施形態に係る粘性摩擦補償機能の概要構成を示すブロック図。 本願発明の一実施形態に係る粘性摩擦補償機能の変換テーブルの例を示すグラフ図。 本願発明の一実施形態に係る検証結果を説明するためのグラフ図。 本願発明の一実施形態に係る検証結果を説明するためのグラフ図。 マニュアルコラムによる作動トルクの例を説明するためのグラフ図。

以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。

＜第１の実施形態＞
以下、本願発明の第１の実施形態について説明を行う。なお、以下に示すステアリングシステムの構成は一例であり、本願発明は、転舵装置を含むステアリングシステム全般に適用可能である。

［構成概要］
まず、本願発明のステアリングシステムの構成を説明する前に、その比較対象として、従来の油圧パワーステアリング装置の構成について説明する。上述したように、例えば、バスやトラックなどの車両においては、油圧パワーステアリング装置（ＨＰＳ）が搭載されていることが想定される。

図１Ａは、油圧パワーステアリング装置１００の概要構成の例を示す図である。ステアリングホイール１は、ドライバが転舵操作を行うための転舵輪である。ステアリングホイール１の操舵軸２は、マニュアルコラムを含んで構成され、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６を経てロータリ制御バルブ７へ接続される。操舵軸２、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６などを含んでステアリングシャフトが構成される。ロータリ制御バルブ７は、油圧ポンプ８を介してタンク９から供給されるオイルを油圧チャンバ１０へと供給する。ロータリ制御バルブ７は、ステアリングホイール１から伝達された操舵力や、路面からの反力などにより油圧チャンバ１０へのオイルの流量を制御する。油圧チャンバ１０により、ステアリングボックス１１内部のパワーシリンダ（不図示）が駆動される。図１Ａには示していないが、ステアリングボックス１１内には、ステアリングホイール１からの操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン、ピニオンに嵌合するラックなどが含まれる。ピニオンに伝達された回転運動が、ラックで車幅方向の直進運動に変換される。パワーシリンダによる駆動力は左右の接続部１２ａ、１２ｂ、タイロッド１３ａ、１３ｂ、およびハブユニット１４ａ、１４ｂを介して操向車輪１５ａ、１５ｂに連結されている。

次に本実施形態に係る電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の構成例について説明する。上述したように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、従来、ＨＰＳを備えるバスなどの車両に対し、自動運転（ＡＤ）や先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）による走行制御を可能とすることを想定する。ＡＤＡＳによる機能としては、車線維持機能や車線変更機能などが挙げられるが、その種類は特に限定するものではない。

図１Ｂは、本実施形態に係るステアリングシステム１１０の概要構成の例を示す図である。操向車輪１５側（以下、下流側とも称する）のＨＰＳの構成は図１Ａと同様としつつ、ステアリングホイール１側（以下、上流側とも称する）において、マニュアルコラムに代えてＥＰＳの機能部３０を備える。つまり、操舵軸２、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６などを含んで構成されるステアリングシャフトにＥＰＳの機能部３０が備えられる。ここでは、下流側に位置するＨＰＳの説明は省略する。

操舵軸２には、トーションバー（不図示）に対して加えられる操舵トルクＴを検出するトルクセンサ３１が設けられている。また、トルクセンサ３１は、操舵軸２のステアリングホイール１側（上流側）の軸周りの回転角を示す操舵角θ_ｈや、操舵軸２のユニバーサルジョイント４ａ側（下流側）の軸周りの回転角を示す出力軸角θ_ｃを検出するような構成であってよい。つまり、トルクセンサ３１は、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃの差によって生じるトーションバーのねじれに基づき、操舵トルクＴを検出する。更に、トルクセンサ３１を介して、ＥＰＳ－ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３２に対し、操舵トルクＴ、回転角θの情報が通知される。

なお、図１Ｂでは、トルクセンサ３１としてまとめて記載しているが、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃそれぞれを検出するためのセンサとして、操舵角センサと出力軸角センサが別個に構成されてもよい。したがって、トルクセンサ３１の構成は特に限定するものではなく、例えば、トーションバーのねじれからトルクを検出するスリーブタイプやリングタイプなどが用いられてよい。また、上記の構成では、操舵トルクＴは、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃの差によって生じるトーションバーのねじれに基づいて検出されているが、これに限定するものではない。例えば、トーションバーのステアリングホイール１側の角度信号と、ユニバーサルジョイント４ａ側の角度信号の差を用いて、操舵トルクＴを検出してもよい。

ステアリングホイール１に対する操舵力を補助する操舵補助モータ３３が、減速ギアを構成するウォーム３４およびウォームホイール３５を介して操舵軸２に連結されている。ＥＰＳを制御するコントローラであるＥＰＳ－ＥＣＵ３２には、不図示のバッテリから電力が供給される。なお、操舵軸２に対して操舵補助力を付与する手段は、モータに限るものではなく、様々な種類のアクチュエータを利用可能であってよい。

ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、トルクセンサ３１で検出された操舵トルクＴや回転角θ、および車両側ＥＣＵ４０から提供される各種情報に基づいてアシスト指令値としての電流指令値の演算を行う。車両側ＥＣＵ４０から提供される情報としては、車速センサ（不図示）で検出された車速Ｖ_ｈなどが挙げられる。そして、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、操舵トルクＴに基づく電流指令値と、運転支援機能に基づく電流指令値とに応じた出力電圧Ｖ_ｍによって操舵補助モータ３３に供給する電力を制御する。操舵補助モータ３３は、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２からの出力電圧Ｖ_ｍに基づき、ウォーム３４やウォームホイール３５を動作させ、ステアリングホイール１に対するアシスト制御を行う。また、出力電圧Ｖ_ｍに応じて操舵補助モータ３３に印加されたモータ電流Ｉ_ｍが、モータ電流検出部（不図示）により検出され、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知される。また、操舵補助モータ３３のモータ角θ_ｍが、エンコーダやレゾルバなどにて構成されるモータ角センサ（不図示）により検出され、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知される。

ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってよい。記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリを含んでよい。以下に説明するＥＰＳ－ＥＣＵ３２の機能は、例えばＥＰＳ－ＥＣＵ３２のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

なお、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成されてもよい。例えば、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えば、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）等を有していてもよい。

車両側ＥＣＵ４０についても、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２と同様の構成であってもよいし、ＡＤやＡＤＡＳにて実現する機能に応じて別個の構成であってもよい。また、車両側ＥＣＵ４０は複数のＥＣＵにて実現されてもよい。

上述したようなＥＰＳの機能部３０が操舵軸２周りに備えられることにより、図１Ａにて示したような油圧パワーステアリング装置１００の構成よりも操舵軸２周りの摩擦が生じる。その結果、その摩擦に起因して操舵性が悪化することが想定される。操舵補助モータ３３や、ウォーム３４やウォームホイール３５などの各部位と、操舵軸２との接触面における摩擦が操舵性の悪化の原因となりうる。本実施形態では、このような操舵性の悪化を抑制するような制御を行う。より具体的には、本実施形態では、操舵軸２周りの機能部３０に起因するクーロン摩擦（静摩擦および動摩擦）と粘性摩擦に対する補償値を導出し、それにより、操舵補助モータ３３の制御を行う。

［摩擦］
図２は、本実施形態にて考慮する静摩擦、動摩擦、および粘性摩擦と、操舵トルクＴおよび操舵速度ωとの関係を説明するための図である。図２において、縦軸は操舵トルクＴを示し、＋（プラス）は反時計回りの値を示し、－（マイナス）は時計回りの値を示す。横軸は操舵速度ωを示し、＋（プラス）は反時計回りの値を示し、－（マイナス）は時計回りの値を示す。

静摩擦は、操舵トルクＴ、すなわち外力が一定値（最大静摩擦力）以上になるまで操舵トルクＴにつりあうように増加する。そして、操舵トルクＴが一定値を超えた場合、動摩擦が生じる。また、操舵速度ωの値に応じて、粘性摩擦が生じる。粘性摩擦は、動摩擦を基準とし、操舵速度ωの増加に伴って増加する（例えば、傾きηの正比例にて増加）。なお、詳細については後述するが、ＥＰＳを想定した場合、必ずしも粘性摩擦の増加は線形とはならないため、本実施形態では粘性摩擦の変化を考慮した補償値を用いる。

［機能構成］
図３は、本実施形態に係るＥＰＳ－ＥＣＵ３２における摩擦補償機能に係る機能構成の例を示すブロック図である。図3において、矢印はデータの流れの例を示すが、ここで示す流れに限定するものではなく、部位間が連携する場合に他のデータの送受信が更に行われてもよい。また、図３では、本実施形態に係る機能のみを示すが、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は他の機能を実現するための構成を更に備えていてよい。例えば、アシスト指令値を算出するための部位や、ＡＤＡＳ機能に対応した各種処理を行うための部位が更に備えられてよい。

本実施形態に係るＥＰＳ－ＥＣＵ３２における摩擦補償機能は、クーロン摩擦補償部２００、粘性摩擦補償部３００、および加算部４００を含んで構成される。クーロン摩擦補償部２００は、トルクセンサ３１にて検出された操舵トルクＴおよび操舵速度ωを入力とし、クーロン摩擦に起因するクーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを導出する。粘性摩擦補償部３００は、操舵速度ωを入力とし、粘性摩擦に起因する粘性摩擦補償値Ｆ_ｖを導出する。操舵速度ωは、トルクセンサ３１にて検出された操舵角θ_ｈに基づいて、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２の操舵速度算出部（不図示）により算出される。なお、操舵速度ωは、トルクセンサ３１側で導出し、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知するような構成であってもよい。また、操舵速度ωはモータ角θ_ｍを微分することにより求めてもよい。加算部４００は、クーロン摩擦補償部２００にて導出されたクーロン摩擦補償値Ｆ_ｃと、粘性摩擦補償部３００にて導出された粘性摩擦補償値Ｆ_ｖとを加算することで、摩擦補償値Ｆを導出する。

クーロン摩擦補償部２００は、ＥＰＳの機能部３０に起因するクーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを、動摩擦および静摩擦の値に基づいて導出する。図２に示したように、静摩擦補償値Ｆ_ｓは、操舵トルクＴに依存する。また、動摩擦補償値Ｆ_ｄは、操舵トルクＴおよび操舵速度ωに依存する。そこで、クーロン摩擦補償部２００は、例えば、図２に示すような操舵トルクＴと操舵速度ωに基づく静摩擦補償値Ｆ_ｓおよび動摩擦補償値Ｆ_ｄの変換式を規定しておき、それらの入力から静摩擦補償値Ｆ_ｓおよび動摩擦補償値Ｆ_ｄを導出してよい。

また、クーロン摩擦補償部２００は、各入力値に対してノイズ除去のためにＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）やＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）などを用いてフィルタ処理を行ってもよい。

（粘性摩擦補償部）
図４は、本実施形態に係る粘性摩擦補償部３００の機能構成の例を示す図である。粘性摩擦補償部３００は、入力フィルタ部３０１、および粘性摩擦補償値演算部３０２を含んで構成される。

入力フィルタ部３０１は、入力された操舵速度ωのノイズ除去や位相遅れに対する補正を目的として構成される。入力フィルタ部３０１は、例えばＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、位相進みフィルタやＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）などにて構成されるが、特に限定されるものではない。ここで用いられるフィルタは、フィルタ次数として１次もしくは２次にて構成されてよい。以下の式（１）は、１次フィルタの伝達関数の例を示す。なお、以下の各式において、ｚ^－１は、各変数の１サンプル過去の値を示す。

粘性摩擦補償値演算部３０２は、入力フィルタ部３０１による処理が適用された後の操舵速度に基づいて、粘性摩擦補償値Ｆ_ｖを導出する。図２にて示したように粘性摩擦は、操舵速度ωに対して比例して増加する。しかし、ＥＰＳにおける粘性摩擦の変化は必ずしも線形とはならず、非線形な特性となり得る。そこで、本実施形態に係る粘性摩擦補償部３００は、ＥＰＳの非線形の粘性摩擦に対応した補償値を用いる。

図５は、粘性摩擦に係る補償値の変換テーブルの構成例を示す。図５において、横軸は操舵速度［ｄｅｇ／ｓ］を示し、縦軸は補償値に粘性摩擦補償トルク［Ｎｍ］を示す。なお、ここでは正の値が示されているが、ステアリングホイール１における回転方向に応じて粘性摩擦補償トルクの値も正負が入れ替わる。

図５において、操舵速度が増加するに伴って、粘性摩擦補償トルクの値は増加する。このとき、増加比率（操舵速度の増加量に対する粘性摩擦補償トルクの変化量）は一定でなく、操舵速度の値に応じて変化する。また、操舵速度が約７００［ｄｅｇ／ｓ］の値を超えた後は、粘性摩擦補償トルクの値は一定（ここでは、２．０［Ｎｍ］）となる。つまり、粘性摩擦補償トルクの値に上限値を設け、操舵速度が閾値（図５の例では、約７００［ｄｅｇ／ｓ］）を超えた場合にはその上限の補償値にて制御を行う。この変換テーブルは、予め規定され、記憶部等に保持される。

なお、粘性摩擦補償トルクの値に基づき操舵補助モータ３３の制御が行われるが、例えば、ＥＰＳの構成では正帰還のフィードバックとなっている場合がある。そのような構成において、高い値の粘性摩擦補償トルクにて制御を行った場合、ステアリングシステム１１０の動作の安定性に影響を与える可能性がある。そのため、本実施形態では、クーロン摩擦補償を行った上で操舵速度に対する粘性摩擦の値を実験により導出し、その結果に基づいて、図５に示す変換テーブルを構成する。これにより、粘性摩擦に係る変換テーブルを用いた場合でも、ステアリングシステムの動作の安定性を確保する。

また、本実施形態では、操舵速度と補償値とが対応付けられたテーブルを用いたが、これに限定するものではない。例えば、操舵速度を変数として含む変換式を用いて補償値を導出してもよい。その場合、複数の変換式を定義しておき、操舵速度の値に応じて異なる変換式を用いるような構成であってもよい。例えば、操舵速度の値が０～２００［ｄｅｇ／ｓ］の場合に用いられる変換式と、２０１～４００［ｄｅｇ／ｓ］の場合に用いられる変換式など、操舵速度の値（範囲）に対応した複数の変換式が用いられてよい。

（動作例）
図６は、クーロン摩擦補償の有無により動作させた結果を示す図である。図６において、横軸はステアリングホイール１の回転角［ｄｅｇ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）の回転角を示し、－（マイナス）の値は時計回りの回転角（ＣＷ）を示す。また、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）のトルク値を示し、－（マイナス）の値は時計回りのトルク値を示す。

図６に示すようにクーロン摩擦補償が無しの場合、±１．３Ｎｍの作動トルク（摩擦トルク）が生じ得る。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が有りの場合、±０．２Ｎｍの作動トルクとなり、その作動トルクの大きさを抑制することができる。更に、クーロン摩擦補償が無しの場合、上下限値付近である＋１．３Ｎｍや－１．３Ｎｍ付近の振れ幅（変動幅）が大きく、その振れ幅は０．５Ｎｍ程度となっている。一方、クーロン摩擦補償が有りの場合、上下限値付近である＋０．２Ｎｍや－０．２Ｎｍ付近の振れ幅が小さいものとなっている。これにより、クーロン摩擦補償では、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成であっても、操舵性を向上させることができている。

図７は、本実施形態に係るクーロン摩擦補償と粘性摩擦補償の有無により動作させた結果を示す図である。図７における回転速度条件と図６における回転速度条件は異なり、図７における回転速度が高い。図７において、横軸はステアリングホイール１の回転角［ｄｅｇ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）の回転角を示し、－（マイナス）の値は時計回りの回転角（ＣＷ）を示す。また、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）のトルク値を示し、－（マイナス）の値は時計回りのトルク値を示す。

図７に示すように摩擦補償が無しの場合、±１．５Ｎｍの作動トルクが生じ得る。また、クーロン摩擦補償が有りの場合、±０．６Ｎｍの作動トルクが生じ、その作動トルクの大きさを抑制することができる。更に、本実施形態に係る粘性摩擦補償が有りの場合、±０．１８Ｎｍの作動トルクが生じ、その作動トルクの大きさをさらに抑制することができる。

摩擦補償が無しの場合、上下限値付近である＋１．５Ｎｍや－１．５Ｎｍ付近の振れ幅（変動）が大きく、その振れ幅は０．５Ｎｍ程度となっている。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償および粘性摩擦補償が有りの場合、上下限値付近である＋０．１８Ｎｍや－０．１８Ｎｍ付近の振れ幅が小さいものとなっている。これにより、本実施形態に係るクーロン摩擦補償および粘性摩擦補償では、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成であっても、操舵性を向上させることができている。

図８は、図１Ａに示した油圧パワーステアリング装置のマニュアルコラムの測定結果を示す図である。図８において、横軸はステアリングホイール１の回転角［ｄｅｇ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）の回転角を示し、－（マイナス）の値は時計回り（ＣＷ）の回転角を示す。また、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）のトルク値を示し、－（マイナス）の値は時計回り（ＣＷ）のトルク値を示す。図７と図８とを比較した場合、従来のＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成において、摩擦補償に係る制御を行わない場合、トルク変動が大きくなっていたのに対し、本実施形態に係るクーロン摩擦補償および粘性摩擦補償を組み合わせて適用することで、ＥＰＳを備えていないＨＰＳの操舵性に近づけることができている。そのため、操舵性の悪化を抑制することが可能となっている。

以上、本実施形態により、電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
また、電動パワーステアリング装置の構成は、図１に示した構成に限定するものではない。例えば、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１側、すなわち、転舵機構側と、操向車輪１５側、すなわち、転舵機構側とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ－Ｂｙ－Ｗｉｒｅ）機構により構成されていてもよい。

なお、ステアバイワイヤ機能において、下流側は、油圧パワーステアリング装置であってもよいし、モータによる電動パワーステアリング装置であってもよい。この場合でも、例えば、上流側の電動パワーステアリング装置のモータや減速機の構成に起因する摩擦を補償するような制御が行われてよい。

また、本願発明において、上述した１以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

（２） 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（１）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、より精度良く粘性摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。

（３） 前記制御部は、前記操舵速度と前記粘性摩擦の補償値とが対応付けられた変換テーブルを用いて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（２）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、予め規定された変換テーブルにより高速度、かつ、低負荷にて粘性摩擦の補償値を導出することが可能となる。

（４） 前記変換テーブルは、前記操舵速度の増加に対して、前記粘性摩擦の補償値が非線形の特性となるように定義される、（３）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、粘性摩擦の変化に対応して非線形での補償値を導出して制御に反映させることが可能となる。

（５） 前記制御部は、前記操舵速度を変数として含む１または複数の変換式を用いて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（２）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、操舵速度に対応した１または複数の変換式を用いて、粘性摩擦の補償値を導出することが可能となる。

（６） 前記制御部は、前記操舵速度が所定の閾値を超えた場合、前記粘性摩擦の補償値を一定とする、ことを特徴とする（２）～（５）のいずれかに記載のステアリングシステム。
この構成によれば、操舵速度が一定値を超えた場合に、粘性摩擦の補償値を一定とすることで、操舵制御の安定性を確保することが可能となる。

（７） 前記制御部は更に、前記部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、前記粘性摩擦の補償値と前記クーロン摩擦の補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする（１）～（６）のいずれかに記載のステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリングの構造に起因して生じるクーロン摩擦の補償値を考慮した補償値により、操舵性の悪化をより低減することが可能となる。

（８） 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度およびトルクに基づいて導出される前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値を用いて、前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（７）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置が備えられたステアリングシャフトに対する操舵速度およびトルクに基づいて、より精度良くクーロン摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。

（９） 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする（１）～（８）のいずれかに記載のステアリングシステム。
この構成により、電動パワースアテリング装置に含まれるモータおよび減速機に起因した粘性摩擦を対象として制御を行うことが可能となる。

（１０） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

（１１） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

１…ステアリングホイール
２…操舵軸
４ａ，４ｂ…ユニバーサルジョイント
５…中間軸
６…ベベルギア
７…ロータリ制御バルブ
８…油圧ポンプ
９…タンク
１０…油圧チャンバ
１１…ステアリングボックス
１２ａ，１２ｂ…接続部
１３ａ，１３ｂ…タイロッド
１４ａ，１４ｂ…ハブユニット
１５ａ，１５ｂ…操向車輪
３０…機能部
３１…トルクセンサ
３２…ＥＰＳ－ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
３３…操舵補助モータ
３４…ウォーム
３５…ウォームホイール
４０…車両側ＥＣＵ
１００…油圧パワーステアリング装置
１１０…ステアリングシステム

Claims (11)

1. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
   前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
   前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
   前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
2. 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記制御部は、前記操舵速度と前記粘性摩擦の補償値とが対応付けられた変換テーブルを用いて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
4. 前記変換テーブルは、前記操舵速度の増加に対して、前記粘性摩擦の補償値が非線形の特性となるように定義される、請求項３に記載のステアリングシステム。
5. 前記制御部は、前記操舵速度を変数として含む１または複数の変換式を用いて、前記粘性摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
6. 前記制御部は、前記操舵速度が所定の閾値を超えた場合、前記粘性摩擦の補償値を一定とする、ことを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載のステアリングシステム。
7. 前記制御部は更に、前記部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、前記粘性摩擦の補償値と前記クーロン摩擦の補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のステアリングシステム。
8. 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度およびトルクに基づいて導出される前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値を用いて、前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項７に記載のステアリングシステム。
9. 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のステアリングシステム。
10. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
    前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
    前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
    前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
    を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
    前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
11. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
    前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
    前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
    前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
    を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
    前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じる粘性摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。

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