JP3598846B2 - 電動式動力舵取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の動力舵取装置に係り、詳しくは電動式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用の電動式動力舵取装置（電動パワーステアリング装置）は操向ハンドルの操作により、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいてモータの制御目標値である電流指令値を演算するようにされている。そして、電流フィードバック制御回路にて、制御目標値である電流指令値と実際にモータに流れる電流との差を電流制御値として求め、この電流制御値により、前記モータを制御して操向ハンドルの操舵力を補助している。
【０００３】
ところで、一般に、操向ステアリング機構は、走行中に操向ハンドルを回転操作した後、操向ハンドルから、手を放した際に、路面（タイヤ）からの反力によるセルフアライニングトルクによって、自動的に直進走行位置（中立位置）に復帰する。
【０００４】
電動パワーステアリング装置では、上記のように走行中に操向ハンドルを回転操作した後、操向ハンドルから、手を放した際（以下、ハンドル戻しという。）の状態では、ステアリング機構を駆動するモータに慣性がある。このモータの慣性によって、低速走行時には、ハンドルの戻り性が悪く、高速走行時には、中立位置を越えて反対側に振れたり戻る振動が発生する。
【０００５】
このようなことを防ぐために、従来から電動パワーステアリング装置では、低速走行時には操向ハンドルが戻りやすく、高速走行時にはステアリング機構の振動を抑制するように制御（以下、ハンドル戻り制御という。）することが行なわれている。
【０００６】
そして、従来は、電動パワーステアリング装置に上記のようなハンドル戻り制御を行なうことができるように製品化する際には、通常ドライ路（以下、高μ路という）面上での走行において、ハンドル戻り制御に必要な各種パラメータをチューニングし、フィーリング評価を行なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような高μ路で得られた各種パラメータを採用した電動パワーステアリング装置を搭載した車両で、例えば寒冷地における新雪路、圧雪路又は凍結路（以下、低μ路という）などを走行すると、下記のような問題があった。
【０００８】
すなわち、低μ路面とタイヤとの摩擦係数μは高μ路（ドライ路）面における摩擦係数μより小さいため、路面からの反力は小さくなる。このため、路面からの反力が少なくなるため、特に低速走行時においては、操向ハンドルを操舵した後のハンドル戻り性が悪くなる問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、低μ路も高μ路も良好なハンドル戻り性が得られ、特に低μ路において、操向ハンドル戻り性を良好にした電動式動力舵取装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの操作に起因して発生するハンドル回転角速度と車速とに基づいてハンドル戻り電流を演算し、その演算結果に基づいて、ステアリング機構にハンドル戻り力を付与するモータの出力を制御する制御手段を備えた電動式動力舵取装置において、
走行時に走路の路面摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備え、
前記制御手段は、摩擦係数の大きさに応じた複数のハンドル戻りマップとμ感応ゲインを得るμ感応ゲインマップとを有し、これらハンドル戻りマップおよびμ感応ゲインマップに基づき、前記摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数が低い低μ路側では、路面摩擦係数が高い高μ路側よりもハンドル戻り力が大きくなるように、モータへのハンドル戻り電流の出力値を増大させる電動式動力舵取装置であって、
前記μ感応ゲインマップには、路面摩擦係数の大きさに比例して感応ゲインが増大する比例領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインがゼロとなる領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインが最大値となる領域とが設定されており、
前記制御手段は、前記μ感応ゲインマップから摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数に応じたμ感応ゲインを算出する一方で、高μ路に対応したハンドル戻りマップおよび低μ路に対応したハンドル戻りマップからそれぞれ、その時のハンドル回転角速度に応じた高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を算出し、これら算出された高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を前記μ感応ゲインを用いて補間計算することにより前記ハンドル戻り電流を演算し、得られたハンドル戻り電流にてモータを制御する電動式動力舵取装置を要旨とするものである。
【００１５】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、摩擦係数推定手段は、走行時に走路の路面摩擦係数を推定する。制御手段は、摩擦係数の大きさに応じた複数のハンドル戻りマップを有し、これらハンドル戻りマップに基づき、摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数が低い低μ路側では、路面摩擦係数が高い高μ路側よりも、低速走行時においては、ハンドル戻り力が大きくなるように、モータへのハンドル戻り電流の出力値を増大させる。この結果、低μ路では、高μ路よりもステアリング機構に大きなハンドル戻り力を付与することができる。
【００１８】
特に、請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、路面摩擦係数の大きさに比例して感応ゲインが増大する比例領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインがゼロとなる領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインが最大値となる領域とが設定されたμ感応ゲインマップから、摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数にてμ感応ゲインを算出する。そして、制御手段は、その時のハンドル回転角速度を使用して高μ路におけるハンドル戻りマップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流を算出する一方で、同ハンドル回転角速度を使用して低μ路におけるハンドル戻りマップに基づいて、低μ路基本ハンドル戻り電流を算出する。そして、前記算出したμ感応ゲインを使用して、ハンドル戻り電流を補間計算により演算し、得られたハンドル戻り電流にてモータを制御する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した４輪自動車に搭載された電動式動力舵取装置の第１実施形態を図１〜図６従って説明する。
【００２１】
図１は、電動式動力舵取装置の概略を示す。
ステアリングホイール（操向ハンドル）１はステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３を介してラックバー４を駆動するようにされている。ステアリングシャフト２には、歯車減速機構５を介してパワーユニット６が駆動連結されている。前記パワーユニット６はモータ７を備えている。前記モータ７は本実施形態ではブラシ付きＤＣモータにて構成されている。
【００２２】
前記ステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３、ラックバー４、歯車減速機構５等によりステアリング機構が構成されている。
前記ステアリングシャフト２には、トルクセンサ９が設けられている。トルクセンサ９はステアリングホイール１が操舵される際に発生する操舵トルクを検出する。
【００２３】
次に、この電動式動力舵取装置の電気的構成を説明する。
エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ１８）は、ＡＢＳ（アンチロック ブレーキ システム）用のＥＣＵであり、ブレーキ制御を行う。同ＥＣＵ１８には、前輪車速センサ１５及び後輪車速センサ１７が接続されている。前輪車速センサ１５は、図示しない前輪の回転数に相対する周期のパルスＰ１をＥＣＵ１８に出力し、後輪車速センサ１７は、図示しない後輪の回転数に相対する周期のパルスＰ２をＥＣＵ１８に出力している。
【００２４】
摩擦係数推定手段としてのＥＣＵ１８は、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１及び後輪車速センサ１７からのパルスＰ２を入力して、車両の制動時、路面とタイヤとの間の路面摩擦係数（以下、単に摩擦係数という）μを演算している。
【００２５】
詳述すると、車両は、制動時、路面とタイヤとの間との摩擦係数μに応じて前輪と後輪の回転数が異なるようになっている。このとき、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１と後輪車速センサ１７からのパルスＰ２の周期の差は、路面とタイヤとの間との摩擦係数μと相関がとれていることが知られている。又、ＥＣＵ１８は、車両の制動時に演算した摩擦係数μを次の制動時にて新たな摩擦係数μを演算するまで保持するようになっている。
【００２６】
そして、ＥＣＵ１８は摩擦係数μを舵取制御装置１９に出力する。
舵取制御装置１９は入力ポート装置２３と、出力ポート装置２４とを備えている。入力ポート装置２３には、トルクセンサ９、前輪車速センサ１５、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ１８）が接続されている。
【００２７】
トルクセンサ９は、ステアリングホイール１の回転トルク（操舵トルク）Ｔに相対する電圧ＶＴを舵取制御装置１９に出力している。
舵取制御装置１９は、制御手段、及び検出手段としての中央処理装置（ＣＰＵ）２０、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２１及びデータを一時記憶する読み出し及び書き込み専用メモリ（ＲＡＭ）２２を備えている。このＲＯＭ２１にはＣＰＵ２０による演算処理を行わせるための制御プログラムが格納されている。この制御プログラムは、ＲＡＭ２２に転送され、ＣＰＵ２０はこの制御プログラムに基づいた演算処理を行う。
【００２８】
前記ＲＯＭ２１には、図３に示すμ感応ゲインマップに基づいて予め用意したμ感応ゲインＫ（μ）が格納されている。このμ感応ゲインＫ（μ）は、摩擦係数μの関数である。このμ感応ゲインＫ（μ）は０から１までの数値をとる。
【００２９】
又、ＲＯＭ２１には図４に示す高μ路における車速感応ハンドル戻りマップ（以下、第１マップという）が格納されていて、後記するハンドル戻り電流Ｉを求める際に使用するための各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対する高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が格納されている。高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）は車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。第１マップは高μ路基準角速度｜ω０｜を備え、この高μ路基準角速度｜ω０｜は高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が０から変化する点のハンドル回転角速度ωの値である。なお、この実施形態では、ハンドル回転角速度ωは、ステアリングホイール１が右回転操作したときをプラス値とし、左回転操作したときの角速度をマイナス値としている。ハンドル回転角速度ωが−ω０＜ω＜ω０の範囲は不感帯とされている。
【００３０】
さらに、ＲＯＭ２１には図５に示す低μ路における車速感応ハンドル戻りマップ（以下、第２マップという）が格納されていて、後記するハンドル戻り電流Ｉを求める際に使用するための各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対する低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が格納されている。低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）は車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。第２マップは低μ路基準角速度｜ω１｜を備え、この低μ路基準角速度｜ω１｜は低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が０から変化する点のハンドル回転角速度ωの値である。ハンドル回転角速度ωが−ω１＜ω＜ω１の範囲は不感帯とされている。
【００３１】
そして、図４及び図５に示すように、第２マップにおけるハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）の最大電流は第１マップにおける、ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）の最大電流よりも大きな値とされている。
【００３２】
さらに、ＲＯＭ２１には前記μ感応ゲインＫ（μ），高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を用いて、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を求めるための以下の演算式が記憶されている。
【００３３】
Ｉ（μ，ω，Ｖ）＝Ｋ（μ）・Ｉｄ（ω，Ｖ）＋｛１−Ｋ（μ）｝・Ｉｓ（ω，Ｖ） ……（１）
上記（１）は、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）と低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）との補間計算のためのものである。
【００３４】
ＣＰＵ２０は、その時の摩擦係数μ、ハンドル回転角速度ω及び車速Ｖからμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を求める。そして、求めたμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）から、ＣＰＵ２０は前記演算式を用いてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を求める。
【００３５】
詳述すると、車両の走行中、高μ路にて摩擦係数μが大きいと、μ感応ゲインＫ（μ）は大きな値を有するため、｛１−Ｋ（μ）｝は小さな値をとる。その結果、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の第１項は、第２項より大きな値をとる。そして、摩擦係数μが大きければ大きい程、更に第１項は、第２項より大きな値をとる。つまり、高μ路にて、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は、その第１項に大きく依存する。
【００３６】
これと反対に、低μ路にてはμ感応ゲインＫ（μ）は小さな値を有するため、｛１−Ｋ（μ）｝は大きな値をとる。その結果、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の第２項は、第１項より大きな値をとる。そして、摩擦係数μが小さければ小さい程、更に第２項は、第１項より大きな値をとる。即ち、低μ路ではハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）は、その第２項に大きく依存する。すなわち、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は高μ路で、摩擦係数μが大きくなる程、高μ路で設定したハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）とμ感応ゲインＫ（μ）との積によって決まる値に支配され、低μ路では、摩擦係数μが小さくなる程、低μ路で設定したハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）と｛１−Ｋ（μ）｝との積によって決まる値に支配される。
【００３７】
前記ＣＰＵ２０は、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとを入力するためにモータ７の回路と接続されており、モータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍから、下記の演算式にてモータ７の角速度を算出している。なお、本実施形態ではこのモータ７の角速度は、ハンドル回転角速度ωに対して一致するようにパワーユニット６、歯車減速機機構５、モータ７とが連結構成されている。従って、モータ７の角速度を算出することは、ハンドル回転角速度ωを算出することになる。
【００３８】
ω＝｛Ｖｍ −（Ｒ・Ｉｍ＋ｌ・ｄＩｍ／ｄｔ）｝／Ｋｅ ……（２）
なお、Ｒはモータ７の抵抗、Ｌはモータ７のインダクタンス、Ｋｅはモータ７の逆起電力定数、ｄＩｍ／ｄｔはモータ７の電流Ｉｍの微分値である。
【００３９】
又、ＣＰＵ２０は前輪車速センサ１５からのパルスＰ１を入力して車速Ｖを演算する。更に、ＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力する。そして、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１からμ感応ゲインＫ（μ），ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及びハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）をＲＡＭ２２に読み込んでそれらの値を演算する。更に、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１から前記演算式をＲＡＭ２２に読み込んでμ感応ゲインＫ（μ），ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及びハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）の各値に基づいてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値を演算する。
【００４０】
ＣＰＵ２０は、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値を出力ポート装置２４を介してモータ駆動回路２５に出力し、モータ駆動回路２５は、その値に基づいて相対するハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）をモータ７に出力する。モータ７は、そのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を入力して、そのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）に比例したハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００４１】
（第１実施形態の作用）
次に、上記のように構成された電動式動力舵取装置の作用におけるＣＰＵ２０の処理動作を図６のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは定期的に割り込み実行される。
【００４２】
先ず、ステップ（以下、ステップをＳという）１において、ＥＣＵ１８から摩擦係数μ，前輪車速センサ１５からのパルスＰ１，トルクセンサ９からの電圧ＶＴ、及びモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧ＶｍがＲＡＭ２２に読み込まれる。
【００４３】
Ｓ２において、トルクセンサ９からの電圧ＶＴに基づいて操舵トルクＴが演算される。又、同Ｓ２において、入力したモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍが使用されて、上記（２）式に基づいてハンドル回転角速度ωが演算される。
【００４４】
Ｓ３において、Ｓ２で求めた操舵トルクＴと、ハンドル回転角速度ωに基づいてハンドル戻りか否かが判定される。すなわち、操舵トルクＴが０（或いは殆ど０）で、且つモータ７が回転しているとき、つまり、ハンドル回転角速度ωが有限の値のとき、ハンドル戻しの状態であると判定され、そうでない場合には、ハンドル戻しの状態ではないと判定される。
【００４５】
Ｓ３において、ハンドル戻しの状態ではないと判定されたときは、Ｓ７に移行して、他の処理を行った後、このフローチャートを一旦終了する。Ｓ３において、ハンドル戻しの状態であると、判定された場合にはＳ４に移行する。
【００４６】
Ｓ４では、ＣＰＵ２０は、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１に基づいて車速Ｖが演算される。次にＳ４において、ＣＰＵ２０は、入力した摩擦係数μが使用されてμ感応ゲインマップに基づいてμ感応ゲインＫ（μ）が求められる。次のＳ５において、前記車速Ｖ，ハンドル回転角速度ωが使用されて第１マップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が求められる。さらに、前記車速Ｖ，ハンドル回転角速度ωが使用されて第２マップに基づいて低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が求められる。又、μ感応ゲインＫ（μ）、求められた高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を使用して、上記（１）式に基づいてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を演算する。
【００４７】
続く、Ｓ６において、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値をモータ駆動装置２５に出力する。モータ７はそのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）に相対するハンドル戻り力Ｆを出力し、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００４８】
従って、モータ７は摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の特徴を以下に記載する。
（１）上記実施形態においては、ＣＰＵ２０は、路面とタイヤとの摩擦係数μに応じたハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を演算しており、このハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は、その摩擦係数μが小さくなると大きくなり、また摩擦係数μが大きくなると小さくなる。モータ７は、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値に基づいた電流をモータ駆動回路２５から入力するため、この摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、それに応じた小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００５０】
従って、車両の操縦者は、例えば寒冷地における新雪路、圧雪路又は凍結路等の低μ路の低速走行時において、ハンドル回転角速度ωが低μ路基準角速度｜ω１｜を超えていると、摩擦係数μの減少に応じてハンドル戻り力Ｆが増大するため、ステアリングホイール（操向ハンドル）１を操舵した後のハンドル戻り性を良好にすることができる。
【００５１】
又、車両の操縦者は、ドライ路である高μ路にてハンドル回転角速度ωが高μ路基準角速度｜ω０｜を超えていると、摩擦係数μの増加に応じてハンドル戻り力Ｆが減少するため、ステアリングホイール（操向ハンドル）１を操舵した後において、高速走行時には、中立位置を越えて反対側に振れたり戻る振動の発生が防止し、ハンドル戻り性を良好にすることができる。
【００５２】
（２） 本実施形態では、ハンドル回転角速度ωをＣＰＵ２０が、入力したモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍとを使用して上記（２）式に基づいてハンドル回転角速度ωを演算した。この結果、ハンドル回転角速度を検出する検出センサは必要でなくなり、製造コストを低減できる。
【００５３】
（３） 本実施形態では、ＣＰＵ（制御手段）２０は、ＥＣＵ（摩擦係数推定手段）１８が推定した摩擦係数にてμ感応ゲインマップに基づいて、μ感応ゲインを算出し（μ感応ゲイン算出手段に相当する）、その時のハンドル回転角速度ωを使用して第１マップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流を算出し（高μ路基本ハンドル戻り電流算出手段に相当する）、その時のハンドル回転角速度ωを使用して第２マップに基づいて、低μ路基本ハンドル戻り電流を算出し（低μ路基本ハンドル戻り電流算出手段に相当する）、μ感応ゲインを使用して、ハンドル戻り電流を補間計算により演算した（ハンドル戻り電流演算手段に相当する）。そして、得られたハンドル戻り電流にてモータ７を制御するようにした。
【００５４】
この結果、補間計算により、ハンドル戻り電流を算出でき、マップを記憶するためのＲＯＭ２１の記憶容量は少なくてすむ。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図７乃至図１０を参照して説明する。
【００５５】
なお、本実施形態の電動式動力舵取装置は、第１実施形態のμ感応ゲインマップに基づいて予め用意したμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路で設定した第１マップに基づいて予め用意した高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）、及び低μ路における第２マップに基づいて予め用意した低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）に代えて、後記する複数の車速感応ハンドル戻りマップがＲＯＭ２１に格納されていることが第１実施形態と異なっている。
【００５６】
又、第１実施形態では、モータ７をブラシ付きＤＣモータにて構成し、ＣＰＵ２０が、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとに基づいて（２）式より、ハンドル回転角速度（モータ角速度）を演算した。
【００５７】
本実施形態では、その代わりにモータ７をブラシレスＤＣモータにて構成し、モータ角速度（ハンドル回転角速度）ωを検知するために必要なハンドル回転角を検出する回転角センサ１０を図７に示すようにモータ７に設けられているところが第１実施形態と異なっている。
【００５８】
なお、他のハード構成は、第１実施形態と同一構成又は相当する構成を備えているので、その詳細な説明は省略する。
前記車速感応ハンドル戻りマップは、図１０（ａ）に示す高μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、高μマップという）、図１０（ｂ）に示す高中μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、高中μマップという）、図１０（ｃ）に示す低中μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、低中μマップという）及び図１０（ｄ）に示す低μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、低μマップという）である。
【００５９】
これらの車速感応ハンドル戻りマップは、摩擦係数μを大きい方から順に４つの範囲、即ち高μ、高中μ、低中μ及び低μに分割し、それぞれの摩擦係数μごとに設けられる。本実施形態においては、高μのときの摩擦係数μの範囲を０．７５〜１．０、高中μのときの摩擦係数μの範囲を０．５〜０．７５，低中μのときの摩擦係数μの範囲を０．２５〜０．５及び低μのときの摩擦係数μの範囲を０．０〜０．２５としている。
【００６０】
高μマップ、高中μマップ、低中μマップ及び低μマップは、それぞれ各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対するハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が格納されている。ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）は、車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。各マップにおいては、それぞれの基準回転角速度（＝ωａ＞ωｂ＞ωｃ＞ωｄ）を異なる値に設定するとともに、ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が０から変化する点から立ち上がる傾き（又は立ち下がる傾き）は、摩擦係数が低μ側のマップほど、傾きは急角度とされている。
【００６１】
又、図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示すように、その時の車速Ｖが同じ場合、そのハンドル戻り電流は、低μマップ側のマップほど、ハンドル戻り力を大きくするために、電流が大きくなるように設定されている。
【００６２】
従って、ＲＯＭ２１には、前記４個の車速感応ハンドル戻りマップに基づいて予め用意した４種類のハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が格納される。
ＲＯＭ２１には、前記４種のマップを使用してハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算し、出力し、モータ７を制御するための制御プログラムが格納されている。
【００６３】
（第２実施形態の作用）
次に、上記のように構成された電動式動力舵取装置の作用におけるＣＰＵ２０の処理動作を図８及び図９のフローチャートに従って説明する。
【００６４】
この実施形態では、図８のフローチャートは、所定の周期で行なわれる別ルーチンにおいて、ＣＰＵ２１が、トルクセンサ９から入力した操舵トルクＴと、回転角センサ１０から入力したハンドル回転角に基づいて演算されたハンドル回転角速度ωに基づいてハンドル戻りか否かが判定され、ハンドル戻りであると判定されたときに実行される割込みルーチンである。すなわち、操舵トルクＴが０（或いは殆ど０）で、且つモータ７が回転しているとき、つまり、ハンドル回転角速度ωが有限の値のとき、ハンドル戻しの状態であると判定されたとき、実行される。
【００６５】
先ず、ＣＰＵ２０は、ステップ１１において、ＥＣＵ１８から摩擦係数μ，前輪車速センサ１５からのパルスＰ１，回転角センサ１０からの検出信号値をＲＡＭ２２に読み込む。
【００６６】
又、同ステップ１２において、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１に基づいて車速Ｖを演算するとともに、回転角センサ１０からの検出値（ハンドル回転角）に基づいて、ステアリングホイール１のハンドル回転角速度ωを演算する。
【００６７】
ＣＰＵ２０は、ステップ１２において、モータ電流演算を行なう。図８は、ステップ１２における処理ルーチンを示しており、このステップが本発明のハンドル戻りマップ選択手段を構成している。Ｓ１２０において、摩擦係数μが属する範囲の車速感応ハンドル戻りマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。
【００６８】
そして、ＣＰＵ２０はＳ１２１〜Ｓ１２４のうちいずれかのステップにおいて、そのハンドル回転角速度ω及び車速Ｖに基づいてそのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）の値を演算する。
【００６９】
ＣＰＵ２０は、ステップ１３において、ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）の値をモータ駆動回路２５に出力する。
今、例えば車両が、車速Ｖで高μ路（μ＝０．７６）を走行中に、ハンドルが操向操作され、モータ角速度（ハンドル回転角速度）が、基準角速度ωａを超えた際、このときＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力し、この摩擦係数μの属する範囲の高μマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。そして、ＣＰＵ２０はハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算する。そして、ＣＰＵ２０はモータ駆動回路２５にその値を出力する。モータ駆動回路２５は、その値に相対する電流をモータ７に供給する。モータ７はその値に相対するハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００７０】
又、前記車両が、車速Ｖで低中μ路（μ＝０．４）を走行しているとき、モータ角速度（ハンドル回転角速度）が、基準角速度ωｃを超えた際、このときＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力し、この摩擦係数μの属する範囲の高中μマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。そして、ＣＰＵ２０はハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算する。そして、ＣＰＵ２０はモータ駆動回路２５にその値を出力する。モータ駆動回路２５は、その値に相対する電流をモータ７に供給する。モータ７はその値に相対するハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００７１】
従って、モータ７は摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、それに応じた小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００７２】
なお、本発明の実施形態は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように変更してもよい。
○ 前記第２実施形態では、モータ角速度（ハンドル回転角速度）ωを回転角センサ１０の検出値に基づいてＣＰＵ２０が演算するようにしたが、モータ７の回転位置を検出する回転位置センサを設け、この位置検出に基づいて、ＣＰＵ２０がハンドル回転角速度を演算して求めるようにしてもよい。
【００７３】
○ 前記第２実施形態では、４つのマップを摩擦係数μに応じて選択するようにしたが、２つ、又は３つでもよく、５つ以上にしてもよい。
次に、前記実施形態及び別例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
【００７４】
（１） 前記摩擦係数推定手段は、ＡＢＳシステムを制御するＥＣＵである請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の電動式動力舵取装置。こうすることにより、ＡＢＳ（アンチロック ブレーキ システム）用のＥＣＵにより、路面摩擦係数が推定できるので、別途他のＥＣＵを容易する必要がなく、コスト低減を図ることができる。第１実施形態及び第２実施形態のＥＣＵ１８がこの場合のＥＣＵに相当する。
【００７５】
（２） 検出手段は、モータに流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとを入力し、モータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍから、モータの角速度を演算するものである請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の電動式動力舵取装置。こうすることにより、回転角センサが必要でなくなり、部品点数を少なくして、コスト低減を図ることができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、低μ路も高μ路も良好なハンドル戻り性が得られ、特に低μ路において、操向ハンドル戻り性を良好にできる。そして、高μ路でも低μ路でも同じような、すなわち最適なハンドル戻り性を得ることができる。
【００７８】
特に、請求項１の発明によれば、補間計算によってハンドル戻り電流を算出できるため、マップを記憶するためのＲＯＭの記憶容量は少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における電動式動力舵取装置の概略図。
【図２】同じく電動式動力舵取装置の電気的構成図。
【図３】本実施形態におけるμ感応ゲインマップ。
【図４】同じく高μ路で設定した車速感応ハンドル戻りマップ。
【図５】同じく低μ路で設定した車速感応ハンドル戻りマップ。
【図６】第１実施形態のＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図７】第２実施形態の電動式動力舵取装置の概略図。
【図８】第２実施形態のＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図９】同じくＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図１０】第２の実施形態における高μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｂ）は高中μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｃ）は低中μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｄ）は低μ車速感応ハンドル戻りマップ。
【符号の説明】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、
３…ステアリングギヤボックス、４…ラックバー、５…歯車減速機構（ステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３、ラックバー４、歯車減速機構５等によりステアリング機構が構成されている。）。
７…モータ、９…トルクセンサ、１０…回転角速度センサ、
１５…前輪車速センサ、１８…ＥＣＵ（摩擦係数推定手段を構成する。）、
１９…舵取制御装置、
２０…ＣＰＵ（制御手段、及び検出手段を構成する。）、
２５…モータ駆動回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の動力舵取装置に係り、詳しくは電動式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用の電動式動力舵取装置（電動パワーステアリング装置）は操向ハンドルの操作により、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいてモータの制御目標値である電流指令値を演算するようにされている。そして、電流フィードバック制御回路にて、制御目標値である電流指令値と実際にモータに流れる電流との差を電流制御値として求め、この電流制御値により、前記モータを制御して操向ハンドルの操舵力を補助している。
【０００３】
ところで、一般に、操向ステアリング機構は、走行中に操向ハンドルを回転操作した後、操向ハンドルから、手を放した際に、路面（タイヤ）からの反力によるセルフアライニングトルクによって、自動的に直進走行位置（中立位置）に復帰する。
【０００４】
電動パワーステアリング装置では、上記のように走行中に操向ハンドルを回転操作した後、操向ハンドルから、手を放した際（以下、ハンドル戻しという。）の状態では、ステアリング機構を駆動するモータに慣性がある。このモータの慣性によって、低速走行時には、ハンドルの戻り性が悪く、高速走行時には、中立位置を越えて反対側に振れたり戻る振動が発生する。
【０００５】
このようなことを防ぐために、従来から電動パワーステアリング装置では、低速走行時には操向ハンドルが戻りやすく、高速走行時にはステアリング機構の振動を抑制するように制御（以下、ハンドル戻り制御という。）することが行なわれている。
【０００６】
そして、従来は、電動パワーステアリング装置に上記のようなハンドル戻り制御を行なうことができるように製品化する際には、通常ドライ路（以下、高μ路という）面上での走行において、ハンドル戻り制御に必要な各種パラメータをチューニングし、フィーリング評価を行なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような高μ路で得られた各種パラメータを採用した電動パワーステアリング装置を搭載した車両で、例えば寒冷地における新雪路、圧雪路又は凍結路（以下、低μ路という）などを走行すると、下記のような問題があった。
【０００８】
すなわち、低μ路面とタイヤとの摩擦係数μは高μ路（ドライ路）面における摩擦係数μより小さいため、路面からの反力は小さくなる。このため、路面からの反力が少なくなるため、特に低速走行時においては、操向ハンドルを操舵した後のハンドル戻り性が悪くなる問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、低μ路も高μ路も良好なハンドル戻り性が得られ、特に低μ路において、操向ハンドル戻り性を良好にした電動式動力舵取装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ステアリングシャフトの操作に起因して発生するハンドル回転角速度と車速とに基づいてハンドル戻り電流を演算し、その演算結果に基づいて、ステアリング機構にハンドル戻り力を付与するモータの出力を制御する制御手段を備えた電動式動力舵取装置において、
走行時に走路の路面摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備え、
前記制御手段は、摩擦係数の大きさに応じた複数のハンドル戻りマップとμ感応ゲインを得るμ感応ゲインマップとを有し、これらハンドル戻りマップおよびμ感応ゲインマップに基づき、前記摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数が低い低μ路側では、路面摩擦係数が高い高μ路側よりもハンドル戻り力が大きくなるように、モータへのハンドル戻り電流の出力値を増大させる電動式動力舵取装置であって、
前記μ感応ゲインマップには、路面摩擦係数の大きさに比例して感応ゲインが増大する比例領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインがゼロとなる領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインが最大値となる領域とが設定されており、
前記制御手段は、前記μ感応ゲインマップから摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数に応じたμ感応ゲインを算出する一方で、高μ路に対応したハンドル戻りマップおよび低μ路に対応したハンドル戻りマップからそれぞれ、その時のハンドル回転角速度に応じた高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を算出し、これら算出された高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を前記μ感応ゲインを用いて補間計算することにより前記ハンドル戻り電流を演算し、得られたハンドル戻り電流にてモータを制御する電動式動力舵取装置を要旨とするものである。
【００１５】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、摩擦係数推定手段は、走行時に走路の路面摩擦係数を推定する。制御手段は、摩擦係数の大きさに応じた複数のハンドル戻りマップを有し、これらハンドル戻りマップに基づき、摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数が低い低μ路側では、路面摩擦係数が高い高μ路側よりも、低速走行時においては、ハンドル戻り力が大きくなるように、モータへのハンドル戻り電流の出力値を増大させる。この結果、低μ路では、高μ路よりもステアリング機構に大きなハンドル戻り力を付与することができる。
【００１８】
特に、請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、路面摩擦係数の大きさに比例して感応ゲインが増大する比例領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインがゼロとなる領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインが最大値となる領域とが設定されたμ感応ゲインマップから、摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数にてμ感応ゲインを算出する。そして、制御手段は、その時のハンドル回転角速度を使用して高μ路におけるハンドル戻りマップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流を算出する一方で、同ハンドル回転角速度を使用して低μ路におけるハンドル戻りマップに基づいて、低μ路基本ハンドル戻り電流を算出する。そして、前記算出したμ感応ゲインを使用して、ハンドル戻り電流を補間計算により演算し、得られたハンドル戻り電流にてモータを制御する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した４輪自動車に搭載された電動式動力舵取装置の第１実施形態を図１〜図６従って説明する。
【００２１】
図１は、電動式動力舵取装置の概略を示す。
ステアリングホイール（操向ハンドル）１はステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３を介してラックバー４を駆動するようにされている。ステアリングシャフト２には、歯車減速機構５を介してパワーユニット６が駆動連結されている。前記パワーユニット６はモータ７を備えている。前記モータ７は本実施形態ではブラシ付きＤＣモータにて構成されている。
【００２２】
前記ステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３、ラックバー４、歯車減速機構５等によりステアリング機構が構成されている。
前記ステアリングシャフト２には、トルクセンサ９が設けられている。トルクセンサ９はステアリングホイール１が操舵される際に発生する操舵トルクを検出する。
【００２３】
次に、この電動式動力舵取装置の電気的構成を説明する。
エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ１８）は、ＡＢＳ（アンチロック ブレーキ システム）用のＥＣＵであり、ブレーキ制御を行う。同ＥＣＵ１８には、前輪車速センサ１５及び後輪車速センサ１７が接続されている。前輪車速センサ１５は、図示しない前輪の回転数に相対する周期のパルスＰ１をＥＣＵ１８に出力し、後輪車速センサ１７は、図示しない後輪の回転数に相対する周期のパルスＰ２をＥＣＵ１８に出力している。
【００２４】
摩擦係数推定手段としてのＥＣＵ１８は、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１及び後輪車速センサ１７からのパルスＰ２を入力して、車両の制動時、路面とタイヤとの間の路面摩擦係数（以下、単に摩擦係数という）μを演算している。
【００２５】
詳述すると、車両は、制動時、路面とタイヤとの間との摩擦係数μに応じて前輪と後輪の回転数が異なるようになっている。このとき、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１と後輪車速センサ１７からのパルスＰ２の周期の差は、路面とタイヤとの間との摩擦係数μと相関がとれていることが知られている。又、ＥＣＵ１８は、車両の制動時に演算した摩擦係数μを次の制動時にて新たな摩擦係数μを演算するまで保持するようになっている。
【００２６】
そして、ＥＣＵ１８は摩擦係数μを舵取制御装置１９に出力する。
舵取制御装置１９は入力ポート装置２３と、出力ポート装置２４とを備えている。入力ポート装置２３には、トルクセンサ９、前輪車速センサ１５、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ１８）が接続されている。
【００２７】
トルクセンサ９は、ステアリングホイール１の回転トルク（操舵トルク）Ｔに相対する電圧ＶＴを舵取制御装置１９に出力している。
舵取制御装置１９は、制御手段、及び検出手段としての中央処理装置（ＣＰＵ）２０、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２１及びデータを一時記憶する読み出し及び書き込み専用メモリ（ＲＡＭ）２２を備えている。このＲＯＭ２１にはＣＰＵ２０による演算処理を行わせるための制御プログラムが格納されている。この制御プログラムは、ＲＡＭ２２に転送され、ＣＰＵ２０はこの制御プログラムに基づいた演算処理を行う。
【００２８】
前記ＲＯＭ２１には、図３に示すμ感応ゲインマップに基づいて予め用意したμ感応ゲインＫ（μ）が格納されている。このμ感応ゲインＫ（μ）は、摩擦係数μの関数である。このμ感応ゲインＫ（μ）は０から１までの数値をとる。
【００２９】
又、ＲＯＭ２１には図４に示す高μ路における車速感応ハンドル戻りマップ（以下、第１マップという）が格納されていて、後記するハンドル戻り電流Ｉを求める際に使用するための各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対する高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が格納されている。高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）は車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。第１マップは高μ路基準角速度｜ω０｜を備え、この高μ路基準角速度｜ω０｜は高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が０から変化する点のハンドル回転角速度ωの値である。なお、この実施形態では、ハンドル回転角速度ωは、ステアリングホイール１が右回転操作したときをプラス値とし、左回転操作したときの角速度をマイナス値としている。ハンドル回転角速度ωが−ω０＜ω＜ω０の範囲は不感帯とされている。
【００３０】
さらに、ＲＯＭ２１には図５に示す低μ路における車速感応ハンドル戻りマップ（以下、第２マップという）が格納されていて、後記するハンドル戻り電流Ｉを求める際に使用するための各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対する低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が格納されている。低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）は車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。第２マップは低μ路基準角速度｜ω１｜を備え、この低μ路基準角速度｜ω１｜は低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が０から変化する点のハンドル回転角速度ωの値である。ハンドル回転角速度ωが−ω１＜ω＜ω１の範囲は不感帯とされている。
【００３１】
そして、図４及び図５に示すように、第２マップにおけるハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）の最大電流は第１マップにおける、ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）の最大電流よりも大きな値とされている。
【００３２】
さらに、ＲＯＭ２１には前記μ感応ゲインＫ（μ），高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を用いて、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を求めるための以下の演算式が記憶されている。
【００３３】
Ｉ（μ，ω，Ｖ）＝Ｋ（μ）・Ｉｄ（ω，Ｖ）＋｛１−Ｋ（μ）｝・Ｉｓ（ω，Ｖ） ……（１）
上記（１）は、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）と低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）との補間計算のためのものである。
【００３４】
ＣＰＵ２０は、その時の摩擦係数μ、ハンドル回転角速度ω及び車速Ｖからμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を求める。そして、求めたμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）から、ＣＰＵ２０は前記演算式を用いてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を求める。
【００３５】
詳述すると、車両の走行中、高μ路にて摩擦係数μが大きいと、μ感応ゲインＫ（μ）は大きな値を有するため、｛１−Ｋ（μ）｝は小さな値をとる。その結果、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の第１項は、第２項より大きな値をとる。そして、摩擦係数μが大きければ大きい程、更に第１項は、第２項より大きな値をとる。つまり、高μ路にて、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は、その第１項に大きく依存する。
【００３６】
これと反対に、低μ路にてはμ感応ゲインＫ（μ）は小さな値を有するため、｛１−Ｋ（μ）｝は大きな値をとる。その結果、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の第２項は、第１項より大きな値をとる。そして、摩擦係数μが小さければ小さい程、更に第２項は、第１項より大きな値をとる。即ち、低μ路ではハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）は、その第２項に大きく依存する。すなわち、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は高μ路で、摩擦係数μが大きくなる程、高μ路で設定したハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）とμ感応ゲインＫ（μ）との積によって決まる値に支配され、低μ路では、摩擦係数μが小さくなる程、低μ路で設定したハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）と｛１−Ｋ（μ）｝との積によって決まる値に支配される。
【００３７】
前記ＣＰＵ２０は、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとを入力するためにモータ７の回路と接続されており、モータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍから、下記の演算式にてモータ７の角速度を算出している。なお、本実施形態ではこのモータ７の角速度は、ハンドル回転角速度ωに対して一致するようにパワーユニット６、歯車減速機機構５、モータ７とが連結構成されている。従って、モータ７の角速度を算出することは、ハンドル回転角速度ωを算出することになる。
【００３８】
ω＝｛Ｖｍ −（Ｒ・Ｉｍ＋ｌ・ｄＩｍ／ｄｔ）｝／Ｋｅ ……（２）
なお、Ｒはモータ７の抵抗、Ｌはモータ７のインダクタンス、Ｋｅはモータ７の逆起電力定数、ｄＩｍ／ｄｔはモータ７の電流Ｉｍの微分値である。
【００３９】
又、ＣＰＵ２０は前輪車速センサ１５からのパルスＰ１を入力して車速Ｖを演算する。更に、ＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力する。そして、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１からμ感応ゲインＫ（μ），ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及びハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）をＲＡＭ２２に読み込んでそれらの値を演算する。更に、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２１から前記演算式をＲＡＭ２２に読み込んでμ感応ゲインＫ（μ），ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及びハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）の各値に基づいてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値を演算する。
【００４０】
ＣＰＵ２０は、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値を出力ポート装置２４を介してモータ駆動回路２５に出力し、モータ駆動回路２５は、その値に基づいて相対するハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）をモータ７に出力する。モータ７は、そのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を入力して、そのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）に比例したハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００４１】
（第１実施形態の作用）
次に、上記のように構成された電動式動力舵取装置の作用におけるＣＰＵ２０の処理動作を図６のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは定期的に割り込み実行される。
【００４２】
先ず、ステップ（以下、ステップをＳという）１において、ＥＣＵ１８から摩擦係数μ，前輪車速センサ１５からのパルスＰ１，トルクセンサ９からの電圧ＶＴ、及びモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧ＶｍがＲＡＭ２２に読み込まれる。
【００４３】
Ｓ２において、トルクセンサ９からの電圧ＶＴに基づいて操舵トルクＴが演算される。又、同Ｓ２において、入力したモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍが使用されて、上記（２）式に基づいてハンドル回転角速度ωが演算される。
【００４４】
Ｓ３において、Ｓ２で求めた操舵トルクＴと、ハンドル回転角速度ωに基づいてハンドル戻りか否かが判定される。すなわち、操舵トルクＴが０（或いは殆ど０）で、且つモータ７が回転しているとき、つまり、ハンドル回転角速度ωが有限の値のとき、ハンドル戻しの状態であると判定され、そうでない場合には、ハンドル戻しの状態ではないと判定される。
【００４５】
Ｓ３において、ハンドル戻しの状態ではないと判定されたときは、Ｓ７に移行して、他の処理を行った後、このフローチャートを一旦終了する。Ｓ３において、ハンドル戻しの状態であると、判定された場合にはＳ４に移行する。
【００４６】
Ｓ４では、ＣＰＵ２０は、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１に基づいて車速Ｖが演算される。次にＳ４において、ＣＰＵ２０は、入力した摩擦係数μが使用されてμ感応ゲインマップに基づいてμ感応ゲインＫ（μ）が求められる。次のＳ５において、前記車速Ｖ，ハンドル回転角速度ωが使用されて第１マップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）が求められる。さらに、前記車速Ｖ，ハンドル回転角速度ωが使用されて第２マップに基づいて低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）が求められる。又、μ感応ゲインＫ（μ）、求められた高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）及び低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）を使用して、上記（１）式に基づいてハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を演算する。
【００４７】
続く、Ｓ６において、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値をモータ駆動装置２５に出力する。モータ７はそのハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）に相対するハンドル戻り力Ｆを出力し、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００４８】
従って、モータ７は摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の特徴を以下に記載する。
（１）上記実施形態においては、ＣＰＵ２０は、路面とタイヤとの摩擦係数μに応じたハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）を演算しており、このハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値は、その摩擦係数μが小さくなると大きくなり、また摩擦係数μが大きくなると小さくなる。モータ７は、ハンドル戻り電流Ｉ（μ，ω，Ｖ）の値に基づいた電流をモータ駆動回路２５から入力するため、この摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、それに応じた小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００５０】
従って、車両の操縦者は、例えば寒冷地における新雪路、圧雪路又は凍結路等の低μ路の低速走行時において、ハンドル回転角速度ωが低μ路基準角速度｜ω１｜を超えていると、摩擦係数μの減少に応じてハンドル戻り力Ｆが増大するため、ステアリングホイール（操向ハンドル）１を操舵した後のハンドル戻り性を良好にすることができる。
【００５１】
又、車両の操縦者は、ドライ路である高μ路にてハンドル回転角速度ωが高μ路基準角速度｜ω０｜を超えていると、摩擦係数μの増加に応じてハンドル戻り力Ｆが減少するため、ステアリングホイール（操向ハンドル）１を操舵した後において、高速走行時には、中立位置を越えて反対側に振れたり戻る振動の発生が防止し、ハンドル戻り性を良好にすることができる。
【００５２】
（２） 本実施形態では、ハンドル回転角速度ωをＣＰＵ２０が、入力したモータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍとを使用して上記（２）式に基づいてハンドル回転角速度ωを演算した。この結果、ハンドル回転角速度を検出する検出センサは必要でなくなり、製造コストを低減できる。
【００５３】
（３） 本実施形態では、ＣＰＵ（制御手段）２０は、ＥＣＵ（摩擦係数推定手段）１８が推定した摩擦係数にてμ感応ゲインマップに基づいて、μ感応ゲインを算出し（μ感応ゲイン算出手段に相当する）、その時のハンドル回転角速度ωを使用して第１マップに基づいて高μ路基本ハンドル戻り電流を算出し（高μ路基本ハンドル戻り電流算出手段に相当する）、その時のハンドル回転角速度ωを使用して第２マップに基づいて、低μ路基本ハンドル戻り電流を算出し（低μ路基本ハンドル戻り電流算出手段に相当する）、μ感応ゲインを使用して、ハンドル戻り電流を補間計算により演算した（ハンドル戻り電流演算手段に相当する）。そして、得られたハンドル戻り電流にてモータ７を制御するようにした。
【００５４】
この結果、補間計算により、ハンドル戻り電流を算出でき、マップを記憶するためのＲＯＭ２１の記憶容量は少なくてすむ。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図７乃至図１０を参照して説明する。
【００５５】
なお、本実施形態の電動式動力舵取装置は、第１実施形態のμ感応ゲインマップに基づいて予め用意したμ感応ゲインＫ（μ）、高μ路で設定した第１マップに基づいて予め用意した高μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｄ（ω，Ｖ）、及び低μ路における第２マップに基づいて予め用意した低μ路基本ハンドル戻り電流Ｉｓ（ω，Ｖ）に代えて、後記する複数の車速感応ハンドル戻りマップがＲＯＭ２１に格納されていることが第１実施形態と異なっている。
【００５６】
又、第１実施形態では、モータ７をブラシ付きＤＣモータにて構成し、ＣＰＵ２０が、モータ７に流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとに基づいて（２）式より、ハンドル回転角速度（モータ角速度）を演算した。
【００５７】
本実施形態では、その代わりにモータ７をブラシレスＤＣモータにて構成し、モータ角速度（ハンドル回転角速度）ωを検知するために必要なハンドル回転角を検出する回転角センサ１０を図７に示すようにモータ７に設けられているところが第１実施形態と異なっている。
【００５８】
なお、他のハード構成は、第１実施形態と同一構成又は相当する構成を備えているので、その詳細な説明は省略する。
前記車速感応ハンドル戻りマップは、図１０（ａ）に示す高μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、高μマップという）、図１０（ｂ）に示す高中μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、高中μマップという）、図１０（ｃ）に示す低中μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、低中μマップという）及び図１０（ｄ）に示す低μ車速感応ハンドル戻りマップ（以下、低μマップという）である。
【００５９】
これらの車速感応ハンドル戻りマップは、摩擦係数μを大きい方から順に４つの範囲、即ち高μ、高中μ、低中μ及び低μに分割し、それぞれの摩擦係数μごとに設けられる。本実施形態においては、高μのときの摩擦係数μの範囲を０．７５〜１．０、高中μのときの摩擦係数μの範囲を０．５〜０．７５，低中μのときの摩擦係数μの範囲を０．２５〜０．５及び低μのときの摩擦係数μの範囲を０．０〜０．２５としている。
【００６０】
高μマップ、高中μマップ、低中μマップ及び低μマップは、それぞれ各車速Ｖにおけるハンドル回転角速度ωに対するハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が格納されている。ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）は、車速Ｖをパラメータとしたハンドル回転角速度ωの関数である。各マップにおいては、それぞれの基準回転角速度（＝ωａ＞ωｂ＞ωｃ＞ωｄ）を異なる値に設定するとともに、ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が０から変化する点から立ち上がる傾き（又は立ち下がる傾き）は、摩擦係数が低μ側のマップほど、傾きは急角度とされている。
【００６１】
又、図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示すように、その時の車速Ｖが同じ場合、そのハンドル戻り電流は、低μマップ側のマップほど、ハンドル戻り力を大きくするために、電流が大きくなるように設定されている。
【００６２】
従って、ＲＯＭ２１には、前記４個の車速感応ハンドル戻りマップに基づいて予め用意した４種類のハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）が格納される。
ＲＯＭ２１には、前記４種のマップを使用してハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算し、出力し、モータ７を制御するための制御プログラムが格納されている。
【００６３】
（第２実施形態の作用）
次に、上記のように構成された電動式動力舵取装置の作用におけるＣＰＵ２０の処理動作を図８及び図９のフローチャートに従って説明する。
【００６４】
この実施形態では、図８のフローチャートは、所定の周期で行なわれる別ルーチンにおいて、ＣＰＵ２１が、トルクセンサ９から入力した操舵トルクＴと、回転角センサ１０から入力したハンドル回転角に基づいて演算されたハンドル回転角速度ωに基づいてハンドル戻りか否かが判定され、ハンドル戻りであると判定されたときに実行される割込みルーチンである。すなわち、操舵トルクＴが０（或いは殆ど０）で、且つモータ７が回転しているとき、つまり、ハンドル回転角速度ωが有限の値のとき、ハンドル戻しの状態であると判定されたとき、実行される。
【００６５】
先ず、ＣＰＵ２０は、ステップ１１において、ＥＣＵ１８から摩擦係数μ，前輪車速センサ１５からのパルスＰ１，回転角センサ１０からの検出信号値をＲＡＭ２２に読み込む。
【００６６】
又、同ステップ１２において、前輪車速センサ１５からのパルスＰ１に基づいて車速Ｖを演算するとともに、回転角センサ１０からの検出値（ハンドル回転角）に基づいて、ステアリングホイール１のハンドル回転角速度ωを演算する。
【００６７】
ＣＰＵ２０は、ステップ１２において、モータ電流演算を行なう。図８は、ステップ１２における処理ルーチンを示しており、このステップが本発明のハンドル戻りマップ選択手段を構成している。Ｓ１２０において、摩擦係数μが属する範囲の車速感応ハンドル戻りマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。
【００６８】
そして、ＣＰＵ２０はＳ１２１〜Ｓ１２４のうちいずれかのステップにおいて、そのハンドル回転角速度ω及び車速Ｖに基づいてそのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）の値を演算する。
【００６９】
ＣＰＵ２０は、ステップ１３において、ハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）の値をモータ駆動回路２５に出力する。
今、例えば車両が、車速Ｖで高μ路（μ＝０．７６）を走行中に、ハンドルが操向操作され、モータ角速度（ハンドル回転角速度）が、基準角速度ωａを超えた際、このときＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力し、この摩擦係数μの属する範囲の高μマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。そして、ＣＰＵ２０はハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算する。そして、ＣＰＵ２０はモータ駆動回路２５にその値を出力する。モータ駆動回路２５は、その値に相対する電流をモータ７に供給する。モータ７はその値に相対するハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００７０】
又、前記車両が、車速Ｖで低中μ路（μ＝０．４）を走行しているとき、モータ角速度（ハンドル回転角速度）が、基準角速度ωｃを超えた際、このときＣＰＵ２０はＥＣＵ１８から摩擦係数μを入力し、この摩擦係数μの属する範囲の高中μマップのハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み込む。そして、ＣＰＵ２０はハンドル戻り電流Ｉ（ω，Ｖ）を演算する。そして、ＣＰＵ２０はモータ駆動回路２５にその値を出力する。モータ駆動回路２５は、その値に相対する電流をモータ７に供給する。モータ７はその値に相対するハンドル戻り力Ｆを出力する。
【００７１】
従って、モータ７は摩擦係数μに応じて、摩擦係数μの大きいときは、それに応じた小さいハンドル戻り力Ｆを、また摩擦係数μの小さいときは、それに応じた大きいハンドル戻り力Ｆを出力することができる。
【００７２】
なお、本発明の実施形態は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように変更してもよい。
○ 前記第２実施形態では、モータ角速度（ハンドル回転角速度）ωを回転角センサ１０の検出値に基づいてＣＰＵ２０が演算するようにしたが、モータ７の回転位置を検出する回転位置センサを設け、この位置検出に基づいて、ＣＰＵ２０がハンドル回転角速度を演算して求めるようにしてもよい。
【００７３】
○ 前記第２実施形態では、４つのマップを摩擦係数μに応じて選択するようにしたが、２つ、又は３つでもよく、５つ以上にしてもよい。
次に、前記実施形態及び別例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
【００７４】
（１） 前記摩擦係数推定手段は、ＡＢＳシステムを制御するＥＣＵである請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の電動式動力舵取装置。こうすることにより、ＡＢＳ（アンチロック ブレーキ システム）用のＥＣＵにより、路面摩擦係数が推定できるので、別途他のＥＣＵを容易する必要がなく、コスト低減を図ることができる。第１実施形態及び第２実施形態のＥＣＵ１８がこの場合のＥＣＵに相当する。
【００７５】
（２） 検出手段は、モータに流れるモータ電流Ｉｍと、モータ端子間電圧Ｖｍとを入力し、モータ電流Ｉｍとモータ端子間電圧Ｖｍから、モータの角速度を演算するものである請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の電動式動力舵取装置。こうすることにより、回転角センサが必要でなくなり、部品点数を少なくして、コスト低減を図ることができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、低μ路も高μ路も良好なハンドル戻り性が得られ、特に低μ路において、操向ハンドル戻り性を良好にできる。そして、高μ路でも低μ路でも同じような、すなわち最適なハンドル戻り性を得ることができる。
【００７８】
特に、請求項１の発明によれば、補間計算によってハンドル戻り電流を算出できるため、マップを記憶するためのＲＯＭの記憶容量は少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における電動式動力舵取装置の概略図。
【図２】同じく電動式動力舵取装置の電気的構成図。
【図３】本実施形態におけるμ感応ゲインマップ。
【図４】同じく高μ路で設定した車速感応ハンドル戻りマップ。
【図５】同じく低μ路で設定した車速感応ハンドル戻りマップ。
【図６】第１実施形態のＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図７】第２実施形態の電動式動力舵取装置の概略図。
【図８】第２実施形態のＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図９】同じくＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図１０】第２の実施形態における高μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｂ）は高中μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｃ）は低中μ車速感応ハンドル戻りマップ、（ｄ）は低μ車速感応ハンドル戻りマップ。
【符号の説明】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、
３…ステアリングギヤボックス、４…ラックバー、５…歯車減速機構（ステアリングシャフト２、ステアリングギヤボックス３、ラックバー４、歯車減速機構５等によりステアリング機構が構成されている。）。
７…モータ、９…トルクセンサ、１０…回転角速度センサ、
１５…前輪車速センサ、１８…ＥＣＵ（摩擦係数推定手段を構成する。）、
１９…舵取制御装置、
２０…ＣＰＵ（制御手段、及び検出手段を構成する。）、
２５…モータ駆動回路。
Claims (1)
- ステアリングシャフトの操作に起因して発生するハンドル回転角速度と車速とに基づいてハンドル戻り電流を演算し、その演算結果に基づいて、ステアリング機構にハンドル戻り力を付与するモータの出力を制御する制御手段を備えた電動式動力舵取装置において、
走行時に走路の路面摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備え、
前記制御手段は、
路面摩擦係数の大きさに応じた複数のハンドル戻りマップとμ感応ゲインを得るμ感応ゲインマップとを有し、これらハンドル戻りマップおよびμ感応ゲインマップに基づき、前記摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数が低い低μ路側では、路面摩擦係数が高い高μ路側よりもハンドル戻り力が大きくなるように、モータへのハンドル戻り電流の出力値を増大させる電動式動力舵取装置であって、
前記μ感応ゲインマップには、路面摩擦係数の大きさに比例して感応ゲインが増大する比例領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインがゼロとなる領域と、前記比例領域に接続されて感応ゲインが最大値となる領域とが設定されており、
前記制御手段は、前記μ感応ゲインマップから摩擦係数推定手段が推定した路面摩擦係数に応じたμ感応ゲインを算出する一方で、高μ路に対応したハンドル戻りマップおよび低μ路に対応したハンドル戻りマップからそれぞれ、その時のハンドル回転角速度に応じた高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を算出し、これら算出された高μ路基本ハンドル戻り電流および低μ路基本ハンドル戻り電流を前記μ感応ゲインを用いて補間計算することにより前記ハンドル戻り電流を演算し、得られたハンドル戻り電流にてモータを制御する
ことを特徴とする電動式動力舵取装置。
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