JP3908102B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者がハンドル（ステアリング・ホイール）を所定の中立位置に戻そうとする際に、その出力が期待されるハンドル戻しトルクＴ_R の値を算出するハンドル戻し制御手段を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のタイプの電動パワーステアリング装置としては、例えば、公開特許公報「特開２０００−２８９６３９：電動パワーステアリング装置」（以下、公知例１と言う。）に記載されているもの等が一般に広く知られている。これらの従来技術は、回転角センサを持たないモータ制御装置により制御される電動パワーステアリング装置に有用である。
【０００３】
これらの従来技術に基づいたハンドル戻し制御手段の制御ブロックダイヤグラムを図１５に例示する。例えばこの様な従来技術に基づいたハンドル戻し制御手段においては、操舵トルクτと操舵角速度ω（推定値）の各値を入力して、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力要否に関する要否判定フラグＳ（＝ＯＮ／ＯＦＦ）を出力する戻しトルク要否判定手段と、車速ｕと操舵角速度ωの各値を入力して、ハンドル戻しトルクの中間結果Ｔ_R ′を出力するハンドル戻しトルク演算部とを備え、これらの出力値（Ｓ，Ｔ_R ′）に基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_R の値を制御している。
【０００４】
例えば、図１５の戻し制御中止手段においては、Ｓ＝ＯＮの時Ｔ_R ＝Ｔ_R ′を出力し、Ｓ＝ＯＦＦの時Ｔ_R ＝０を出力している。
また、戻しトルク要否判定手段の終了判定部では、ハンドルの操舵角速度ω（推定値）の値に基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力の終了すべきタイミングを判定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１６、図１７、図１８は、上記の従来技術に基づいた操舵系に関する、各操舵状況（操舵トルクτ，ハンドル戻しトルクＴ_R ，絶対操舵角）の測定データを例示するグラフである。
以下、中立点をゼロ点（基準点）とし、右向き（時計回り）を負の向き、左向き（反時計回り）を正の向きとする。
【０００６】
例えば、図１６、図１８に例示される様な操舵が行われた場合、上記の公知例１などの従来技術においては、ハンドルの操舵角速度ω（推定値）の値のみに基づいてハンドル戻しトルクＴ_R （図１７）の出力の終了時期が判定されるため、図１７、図１８に例示する様に、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力の終了すべきタイミングの判定が遅れがちとなり、時にはこの出力期間が不当に延長されて、図１８に例示する様にハンドルが約３０°程度もオーバーシュートしてしまう恐れが有る。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、モータを有するパワーステアリング装置において、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力値の過不足が生じ難い、より良好なハンドル戻し制御を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、車両の操舵機構に補助トルクを付与するモータと、このモータを駆動制御するモータ制御装置と、運転者がハンドル（ステアリング・ホイール）を所定の中立位置に戻そうとする際にモータによる出力が期待されるハンドル戻しトルクＴ_R の値を算出するハンドル戻し制御手段とを有する電動パワーステアリング装置において、ハンドルの角速度ωと運転者がハンドルに付与する操舵トルクτの両変数の変動形態に基づいてハンドル戻しトルクＴ_R の出力の必要期間を判定する戻しトルク要否判定手段と、この戻しトルク要否判定手段が出力する所定の判定結果（否）に基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力を中止する戻し制御中止手段とを備え、上記の戻しトルク要否判定手段における上記の必要期間の終了判定に操舵トルクτの値又は符号を用い、ハンドル戻し制御手段によりハンドルが戻された角度の絶対値であるハンドル戻り角θ（≧０）をハンドルの角速度ωに関する時間積分演算を用いて算出する戻り角算出手段と、ハンドル戻し制御手段により算出されたハンドル戻しトルクＴ _R に対して、更に、調整係数（ゲインＧ２）を掛けるスケール調整手段とを設け、スケール調整手段では、ハンドル戻り角θを独立変数とする関数ｈ（θ）を用いて調整係数（ゲインＧ２）を算出することである。
上記の時間積分の開始時刻は、ハンドル戻し制御により戻しトルクＴ _R （≠０）の出力を開始する時刻で良い。
【０００９】
即ち、上記の必要期間の終了判定に、従来から用いられている操舵角速度ωと運転者がハンドルに付与する操舵トルクτの双方を利用するのである。
操舵トルクτは、運転者の操舵意志を最も直接的、端的かつ忠実に表している物理量であるため、操舵トルクτ又はその微分値（ｄτ／ｄｔ）等の操舵トルク関連値を上記の終了判定に用いることにより、より的確な終了判定を実施することが容易又は可能となる。
【００１０】
したがって、本発明の第１の手段によれば、前記の様な終了判定の遅延等が効果的に防止でき、よって、オーバーシュート等の不具合を効果的に、防止、解消、或いは緩和することが、容易又は可能となると共に、操舵系に必要なハンドル戻しトルクＴ_R を適度に付与できる。
また、例えば、操舵系の慣性量（イナーシャ等）が比較的大きい場合や、操舵系に働く摩擦（機械系の内部摩擦や路面との外部摩擦等）が比較的小さい場合等には、ハンドル戻しトルクＴ _R は、ハンドルを戻し始めてから、そのハンドル戻り角が最初の１０°〜３０°付近に至るまでの間に、比較的大きければ十分であることが少なくない。
本発明の第１の手段によれば、車種等に依存する各種の操舵系の具体的な特性に応じて、ハンドル戻り角θに依存した形で、ハンドル戻しトルクＴ _R の値を最適化することが可能となる。これにより、従来よりも的確にハンドル戻しトルクＴ _R の値を算定することが可能になる。
以下、より具体的に説明する。
【００１１】
即ち、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段の戻しトルク要否判定手段において、操舵トルクτの操舵方向の反転事象を検出する反転事象検出手段を設けることである。
ハンドル戻しの操舵意志の消滅時期や、オーバーシュートを防止しようとする際には、通常、運転者による操舵方向の反転操作が見られる。
したがって、本発明の第１の手段によれば、従来より早いタイミングでハンドル戻しトルクＴ_R の出力の必要期間を判断することが可能となり、よって、効果的にオーバーシュート等の不具合を防止或いは緩和することが可能となる。
【００１２】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段の戻しトルク要否判定手段において、操舵トルクτの絶対値の時間微分の値を判別する変動勾配判定手段を設けることである。
【００１３】
例えば、ハンドル戻しの操舵中に操舵トルクτの絶対値がある程度以上の値を持っている時には、比較的強い操舵意志が有るものと判断されるが、そのτの絶対値が急速に減少しつつある時には、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力の必要性も急速に減衰していくものと推定できる。
したがって、本発明の第３の手段によれば、ハンドル戻し制御の必要期間を比較的高い精度で推定或いは予測することが可能となり、よって、効果的にオーバーシュート等の不具合を防止或いは緩和することが可能となる。
【００１４】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段の戻しトルク要否判定手段において、操舵トルクτとハンドルの角速度ωとの積値τωが、所定の適正範囲に収まるか否かを判定する積値適正判定手段を設け、この積値τωが適正範囲に留まる期間の少なくとも一部分をハンドル戻しトルクＴ_R の必要な期間と判定することである。即ち、運転者の仕事率を基準に判定するのである。
【００１５】
前記の公知例１では、極めて複雑な制御処理手順により、ハンドル戻し制御を実現する実施形態が開示されている。この様に制御処理手順が複雑となる主な原因は次の通りである。
（原因１）制御を左右別々に分けて実行している。
（原因２）よって、「戻り中判定タイマ」をも左右別々に設置している。
（原因３）よって、「戻り中判定タイマ」の更新処理が複雑。
【００１６】
しかしながら、本発明の第４の手段によれば、これらの制御処理を左右別々に分けることなく、運転者の仕事率τωと言う上位概念により、これらの制御処理をより統一的に構成することが可能となるため、プログラムの開発ステップ数や実行時のダイナミックステップ数を大幅に削減することができる。
したがって、本発明の第４の手段によれば、電動パワーステアリング装置の生産性や実行性能を効果的に向上させることができる。
尚、この実施形態については、本発明の第２実施例でより詳しく例示する。
【００１７】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段のハンドル戻し制御手段において、ハンドルの角速度ω及び車両の車速ｕを独立変数とする関数Ｆ（ω，ｕ）によりハンドル戻しトルクＴ_R を算出し、この関数Ｆ（ω，ｕ）を関数ｆ（ω）と関数ｇ（ｕ）との積で表し、更に、関数ｆ（ω）を、ｆ（−ω）＝−ｆ（ω）を満たし、かつ、最大値を与える角速度ω１（＞０）に対して、−ω１≦ω≦ω１では広義の単調増加関数、ω１≦｜ω｜では広義の単調減少関数とすることである。
【００１８】
ただし、ここで、広義の単調増加関数とは、所定の定義域において「ａ＜ｂ⇒ｆ（ａ）≦ｆ（ｂ）」なる関数のことを言う。また、広義の単調減少関数とは、同様に、所定の定義域において「ａ＜ｂ⇒ｆ（ａ）≧ｆ（ｂ）」なる関数のことを言う。
【００１９】
この様な関数ｆの設定形態は、上記の公知例１にも見られるが、この様な関数ｆの設定形態と上記の各手段との組み合わせ（本発明の第５の手段）により、従来よりも効果的にハンドル戻しトルクＴ_R の過大化を阻止することができる。したがって、本発明の第５の手段によれば、オーバーシュートを従来よりも更に効果的に防止又は緩和することが可能となる。
【００２２】
また、例えば、操舵系の慣性量（イナーシャ）が比較的大きい場合や、操舵系に働く摩擦（機械系の内部摩擦や、路面との外部摩擦等）が比較的小さい場合等には、以下の手段が有効となる。
即ち、本発明の第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、上記の関数ｈ（θ）を広義の単調減少関数にすることである。
例えばこの様な手段により、ハンドル戻しトルクＴ_R の過大化減少を効果的に阻止することが可能である。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本発明の各実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のシステム構成図である。
【００２４】
図１のステアリングシャフト１０の一端には、ハンドル（ステアリングホイール）１１が取り付けられ、他端にはギヤボックス１２に軸承されたピニオン軸１３が結合されている。ピニオン軸１３は、ギヤボックス１２に嵌装されたラック軸１４に噛合され、また図示していないが、このラック軸１４の両端はボールジョイント等を介して図略の操向車輪に連結されている。また、ステアリングシャフト１０には、アシストトルクを付与するモータＭが、減速比Ｇｉを有する２つの歯車１７を介して連結されている。
【００２５】
モータ制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２ｂ、ＲＡＭ１１２ａ、駆動回路１１３、Ａ／Ｄ変換器や測定信号退避レジスタ等を有する入力インターフェイス（ＩＦ）１１４、モータ電流Ｉを検出する電流検出器１１５、及び、モータ電圧Ｖを検出する電圧検出器１１６等から構成されている。また、電流検出器１１５、及び電圧検出器１１６は、チョッパ制御や、或いはモータＭの駆動（回転）等により発生する高周波ノイズを取り除く図略のローパスフィルタ回路を有する。
【００２６】
駆動回路１１３は、バッテリー、ＰＷＭ変換器（１１３ａ）、ＰＭＯＳ駆動回路等から構成され（図２参照）、公知のチョッパ制御によりモータ電流ＩをモータＭに供給する。即ち、このモータＭには、指令電圧Ｖ_n に基づいてモータ制御装置１１０の駆動回路１１３より、電流検出器１１５と電圧検出器１１６を介してモータ電流Ｉが供給される。
【００２７】
更に、ステアリングシャフト１０には、運転者からステアリングホイール（ハンドル）１１に加えられたマニュアル操舵力の大きさ及びその方向（操舵トルクτ）を検出するためのトルク検出器１５が設けられている。
【００２８】
モータ制御装置１１０のＣＰＵ１１１には、ハンドルの操舵トルクτの検出に利用されるトルクセンサ１５や、車速ｕの算出に利用される車速計５０等からの出力信号（実時間測定値）や、上記のモータＭに関する検出値Ｉ，Ｖ，Θが入力インターフェイス（ＩＦ）１１４を介して入力される。ＣＰＵ１１１は、これらの入力値から所定のトルク計算に基づいて、モータＭが出力すべきトルク値（指令トルクＴ）を決定し、更に、この指令トルクＴに基づいて指令電流Ｉ_n が決定される。
【００２９】
図２は、電動パワーステアリング装置１００が有するモータ制御装置１１０の制御ブロックダイヤグラムである。本図２のトルク電流変換部２８０は、指令電流Ｉ_n を上記の指令トルクＴに基づいて決定する制御ブロックであり、主にＩ_n −Ｔマップ（テーブルデータ）等から構成されている。このＩ_n −Ｔマップは、指令電流Ｉ_n の上限値及び下限値を規定する「電流指令リミッタ」の役割をも同時に果たしている。
【００３０】
ＰＩ制御部２９０は、公知の比例積分制御（或いは、比例制御、比例積分微分制御）により、電流偏差ΔＩ（≡Ｉ_n −Ｉ）に基づいて、モータＭに印加すべき電圧の指令値Ｖ_n を算出する。
また、回転速度演算部１９０は、モータＭの電流Ｉ、電圧Ｖ、インピーダンスＺに基づいて、モータＭの回転速度Ωを算出する。
【００３１】
指令トルク演算部２００は、操舵トルク演算部１７０により算出されたハンドルの操舵トルクτや、車速演算部１６０により算出された車速ｕや、回転速度演算部１９０により算出されたモータＭの回転速度Ω等に基づいて、出力すべき所望のトルク指令値（指令トルクＴ）を算出する。
【００３２】
指令トルク演算部２００は、主に、アシスト・トルクＴ_A を算出するアシストトルク演算部２１０と、慣性補償トルクＴ_K を算出する慣性補償トルク演算部２２０と、ダンパー・トルクＴ_D を算出するダンパー・トルク演算部２３０と、ハンドル戻しトルクＴ_R を算出するハンドル戻しトルク演算部２４０等から構成されている。指令トルク演算部２００は、次式（１）に従って、指令トルクＴを算出する。
【数１】
Ｔ＝Ｔ_A ＋Ｔ_K ＋Ｔ_D ＋Ｔ_R …（１）
【００３３】
図３は、指令トルク演算部２００が有するハンドル戻し制御手段２４０の制御ブロックダイヤグラムである。本図３は、前述の図１５と構成が似通っているが、終了判定部２４３においても、運転者がハンドル１１に付与する操舵トルクτを入力（参照）している点が、公知例１等に代表される従来技術（図１５）と本質的に大きく異なっている。
【００３４】
即ち、本図３の戻しトルク要否判定手段２４１の一部を構成している終了判定部２４３においては、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力の必要期間の終了判定条件に操舵トルクτの値をも用いて終了判定を実行している。
トルク要否判定手段２４１や終了判定部２４３等に関するより具体的な説明は、後で図５を用いて例示的に詳述する。また、戻し制御中止手段２４８に関するより具体的な説明についても、後で図６を用いて例示的に詳述する。
【００３５】
上記のハンドル戻しトルク演算部２４６（図３、図４）においては、公知或いは任意の適当な手順により、操舵角速度ω、及び車速ｕに基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_R ′（Ｔ_R を算出する際の中間結果）の好適値を求める。
図４に、このハンドル戻しトルク演算部２４６の制御ブロックダイヤグラムを例示する。
【００３６】
車速ｕの低速領域や、路面とタイヤの摩擦係数μが小さい場合等には、モータＭをも含めた操舵系に発生する摩擦抵抗に比して路面反力（セルフアライニングトルク）が比較的小さく成ってしまう傾向がある。そこで、このハンドル戻しトルクＴ_R ′は、例えば図４に示す様に、路面反力が得られ難い低速領域において、モータＭの回転方向に作用する様に設定する。もちろん摩擦係数μに応じた設定を行っても良い。
【００３７】
図５は、本第１実施例における戻しトルク要否判定手段２４１を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャートである。
（記号）
Ｓ … 要否判定フラグ（Ｓ＝ＯＮの期間が、Ｔ_R の出力の必要期間）
τ … 操舵トルク
τ０ … Ｓ＝ＯＮ設定時の操舵トルクτの値の退避領域
ω … 操舵角速度
ω０ … Ｓ＝ＯＮ設定時の操舵角速度ωの値の退避領域
【００３８】
ただし、上記の操舵角速度ωは、次式（２）〜（４）に基づいて算出される推定値を用いるものとする。
【数２】
ω ＝ Ω／Ｇｉ …（２）
【数３】
Ω ＝（Ｖ−ＺＩ）／Ｋ_e …（３）
【数４】
Ｚ ＝ ρ ＋ λＳ …（４）
（記号定義）
Ｇｉ ： 減速比（モータとピニオン軸とのギヤ比）
Ｋ_e ： モータの逆起電力定数
Ｖ ： モータ電圧（実時間測定値）
Ｉ ： モータ電流（実時間測定値）
Ｚ ： モータのインピーダンス
ρ ： モータの電気子抵抗
λ ： モータのインダクタンス
【００３９】
また、フラグＳの初期値はＯＦＦ、カウンタｎの初期値は０とし、これらはシステム（電動パワーステアリング装置１００）の起動時（電源投入時）に初期化しておく。定数Ｎの値は、本ルーチンの実行周期と、τやωの各センサの測定精度と信頼性に基づいて決定する。τやωの測定精度が高く、更にノイズ等による測定誤差が小さいシステムにおいては、所定の実行周期に対してＮの値を比較的小さく設定することができる。ε１，ε２，ε３は０以下の所定の定数で、Ｎの値と同様に経験的に最適値を求めることができる。例えば、トルクセンサ１５の不感帯が広い場合には、それに応じてε２の絶対値も大きくすると良い。ε１やε３についても同様である。
【００４０】
また、例えば、このルーチンを２０ミリ秒周期で呼び出して実行する場合、一般に普及している操舵トルクなどの各種のセンサを用いて構成したシステム構成下では、若干のノイズが想定される場合であっもＮの値を例えば３程度にすることができる。即ち、この設定によれば、ステップ４１０に示す判定条件が６０ｍｓｅｃ以上継続的に検出された場合に限り、ハンドル戻し操舵中であると判定され、この場合にのみ要否判定フラグＳの値がＯＮに設定される。
以上の図５等に示される構成により、戻しトルク要否判定手段２４１を実現した場合、以下の作用を得ることができる。
【００４１】
（作用１）Ｓ＝ＯＦＦの時、開始判定部２４２を具現するステップ４１０〜ステップ４６０の動作により、運転者の仕事率τωが、確実に負値になったと認知された場合に、要否判定フラグＳがＯＮに変更される。
（作用２）Ｓ＝ＯＮの時、終了判定部２４３を具現するステップ４７０〜ステップ４９０の動作により、運転者の仕事率τωが、確実に正値に復帰したと認知された場合に、要否判定フラグＳがＯＦＦに変更される。
【００４２】
（作用３）したがって、操舵角速度ωの値が０に達したり、操舵角速度ωの向きが反転したりする以前であっても、操舵トルクτの値が０に達したり、操舵トルクτの向きが反転したりしていれば、要否判定フラグＳの値をＯＮからＯＦＦに変更することができる。このタイミングは、運転者のハンドル戻し操作の意志（即ち、ハンドル戻しトルクＴ_R の必要性）が消滅したタイミングと解釈できるものである。
【００４３】
したがって、上記の構成に従えば、終了判定の遅延等が効果的に防止でき、よって、オーバーシュート等の不具合を効果的に防止、或いは緩和することができると共に、操舵系に必要なハンドル戻しトルクＴ_R を適度に付与できる。
【００４４】
図６は、本発明の第１実施例（及び第３実施例）におけるハンドル戻し制御手段２４０が有する戻し制御中止手段２４８を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャートである。ステップ５１０〜５３０は、配列Ｔ_R ′(k) （１≦ｋ≦Ｋ）で表される退避領域をラップアラウンド動作によりサイクリックに使用するための処理である。カウンタｋの初期値は、前述のカウンタｎの初期値と同様に設定される。
【００４５】
ステップ５５０のサブルーチンは、図４のハンドル戻しトルク演算部２４６により実現される。また、ステップ５４０とステップ５６０の作用により、要否判定フラグＳがＯＮからＯＦＦに変更され次第、ハンドル戻しトルクＴ_R ′の出力が中止される。
【００４６】
ステップ５７０では、出力値のなまし処理を実現する。本処理は操舵感覚が急変することにより生じる違和感を緩和するために実施するものである。即ち、最近のＫ件のハンドル戻しトルクＴ_R ′（中間結果）の平均値を、最終的に出力すべきハンドル戻しトルクＴ_R の値とする。もちろん、この出力値のなまし処理としては、その他の公知或いは任意のものを用いても良い。上記の整数Ｋは、このなまし処理の滑らかさを表すパラメータとなる。このなまし処理の作用は、例えば図８等からも読み取ることができる。
【００４７】
図７、図８、図９は、本発明の第１実施例における電動パワーステアリング装置１００を有する車両の操舵系に関する操舵状況（操舵トルクτ、ハンドル戻しトルクＴ_R 、絶対操舵角）の測定データを例示するグラフである。
これらのグラフからも容易に判る様に、本発明によれば、ハンドル戻しトルクＴ_R の出力が必要となる期間が的確に判定できるため、モータＭの出力トルク（Ｔ_R ）に基づくハンドルの戻り過ぎ（オーバーシュート）等の不具合を効果的に防止、或いは緩和することができると共に、操舵系に必要なハンドル戻しトルクＴ_R を適度に付与できる。
【００４８】
尚、この様な本発明の実施形態は、例えば、公開特許公報「特開２００２−１３６１８２：モータ制御装置」に記載されている電動パワーステアリング装置等を始めとして、トルクセンサやブラシレスＤＣモータを備えたその他の任意の電動パワーステアリング装置にも適用することが可能である。
【００４９】
例えば、上記の第１実施例は、以下の様に修正しても良い。
即ち、上記の第１実施例においては、操舵角速度ωの算出式として、サブルーチンＳＢＲ１のステップ４１０（図４）において前記の式（２）を用いたが、操舵角速度ωの算出式としては、前記の式（２）の代わりに次式（５）を用いても良い。
【数５】
ω ＝ Ω／Ｇｉ ＋ αｄτ／ｄｔ …（５）
【００５０】
ただし、ここで、ｄτ／ｄｔは操舵トルクτの時間微分であり、αはトルクセンサ１５が有する図略のトーション・バーのバネ定数の逆数である。
即ち、この操舵速度ωは、操舵トルクτの変化量より算出されるトーション・バーのピニオン軸１３に対する回転角速度（αｄτ／ｄｔ）と、前記の式（２）より算出されるピニオン軸１３の回転角速度（Ω／Ｇｉ）の和として算出されるものである。
【００５１】
この様な補正手段によれば、トルクセンサ１５が有する図略のトーション・バーの変形量の影響を無視することなく、前記の第１実施例よりも更に正確に操舵角速度ωを算出することが可能となる。従って、ステップ４１０において上記の式（５）を用いれば、本発明の作用・効果をより確実に得ることができる。
この様な補正は、定数αの値が大きい場合、即ち、トーション・バーのバネ定数が比較的小さい場合に特に有効である。
【００５２】
〔第２実施例〕
図１０に、本発明の第２実施例におけるハンドル戻し制御手段２４０を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャートを示す。ステップ６３０は、前記の第１実施例のステップ４１０（図５）と同様の判定を行うものである。また、整数Ｎについても図５の整数Ｎと略同程度の値で良い。また、カウンタｍ，ｎはシステム起動時（電源投入直後）に０に初期化しておくものとする。
【００５３】
例えばこの様な構成（アルゴリズム）に従えば、ステップ６５０が前記の第１実施例のステップ４９０（図５）と略同等の作用を奏し、ステップ６６０が前記の第１実施例のステップ５４０（図６）と略同等の作用を奏するため、この様な処理手順（アルゴリズム）によっても、第１実施例と略同等の作用・効果を有するハンドル戻し制御手段２４０を実現することができる。
また、この処理手順に従えば、従来よりも遥かに少ない開発ステップ数で、従来よりも遥かにオーバーシュートの生じ難い電動パワーステアリング装置を構成することができる。
【００５４】
ただし、図１０に例示した本第２実施例の処理手順においては、時間変化に伴うＴ_R のなまし処理は省略した。本第２実施例の処理手順においても、時間変化に伴うＴ_R のなまし処理をも同時に実施する際には、図１０のステップ６８０，６９０を図６のステップ５５０〜５７０に置き換えると共に、図１０のサブルーチン（アルゴリズム）の最初で、配列の引数ｎの更新処理（ステップ６００〜６２０）と同様の方法で、配列の引数ｋの更新処理（例：ステップ５１０〜５３０）をも同時に実施すれば良い。
【００５５】
〔第３実施例〕
本実施例では、前述の第１及び第２実施例と同様のハードウェア（図１の電動パワーステアリング装置１００）を用い、操舵トルクτや操舵トルクτの時間変位に基づいてハンドル戻しトルクＴ_R の要否判定を行う例を示す。
即ち、例えば、ハンドルを左向きから中立位置に戻す際に、ハンドル戻しトルクＴ_R が必要となる条件を次式（６）及び次式（７）により規定する。
【００５６】
【数６】
τ＞τ１ （τ１≧０） …（６）
【数７】
ｄτ＜−ｄτ１ （ｄτ１≧０） …（７）
ただし、ここで、ｄτは前回の操舵トルクを基準とした今回の操舵トルクτの時間変位量（差分値）であり、τ１，ｄτ１はそれぞれ個別に定めた適当な定数である。この判定条件は、比較的大きい操舵トルクτが比較的急速に減衰しつつあることを示しており、ハンドルを左向きから中立位置に戻す際に観測される条件に一致している。
【００５７】
また、同様に、ハンドルを右向きから中立位置に戻す際に、ハンドル戻しトルクＴ_R が必要となる条件は、次式（８）及び次式（９）により表わすことができる。
【００５８】
【数８】
τ＜−τ１ …（８）
【数９】
ｄτ＞ｄτ１ …（９）
【００５９】
図１１は、本第３実施例における戻しトルク要否判定手段２４１を実現する処理手順（アルゴリズム）を表している。
（記号）
Ｒ … 要否判定フラグ（左から中立点への戻しトルクの要否判定用）
ｉ … カウンタ（同上）
Ｌ … 要否判定フラグ（右から中立点への戻しトルクの要否判定用）
ｊ … カウンタ（同上）
また、カウンタｉ，ｊは、システム起動時に０に初期化するものとする。また、整数Ｎは第１又は第２実施例と同等の作用を奏するものであるので、第１又は第２実施例の整数Ｎと同様の定数で良い。
例えば、この様な処理手順により、ハンドルを左向きから中立位置に戻す際に、ハンドル戻しトルクＴ_R が必要となる時には、Ｒ＝ＯＮと設定され、ハンドルを右向きから中立位置に戻す際に、ハンドル戻しトルクＴ_R が必要となる時には、Ｌ＝ＯＮと設定される。
【００６０】
図１２は、本発明の第３実施例における終了判定部２４３を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャートである。この終了判定部２４３においても、操舵トルクτや操舵トルクτの時間変位に基づいてハンドル戻しトルクＴ_R の要否判定を行う。
即ち、例えば、ハンドルを左向きから中立位置に戻す際に、ハンドル戻しトルクＴ_R を不要と判定するタイミングは、次式（１０），次式（１１）又は次式（１２）の何れかが成立した時である。
【００６１】
【数１０】
τ＜−τ２ （τ２≧０） …（１０）
【数１１】
τ≦τ０−ＴＦ， （ＴＦ≧０）
ｄτ＜−ｄτ２ （ｄτ２≧０） …（１１）
【数１２】
ｄτ＞ｄτ３ （ｄτ３≧０） …（１２）
ただし、ここで、τ２，ｄτ２（戻し方向閾値），ｄτ３（切り込み方向閾値）はそれぞれ個別に定めた適当な定数である。また、τ０はステップ７７５にて記憶した、ハンドル戻し制御開始時の操舵トルクτの値であり、定数ＴＦは操舵系での摩擦を加味するための所定のトルク値である。
【００６２】
各条件の物理的な意味は、以下の通りである。
（ａ）式（１０）は、ある一定値（＝ｄτ２≧０）よりも大きな操舵力でハンドル戻し方向へ（：左から戻る時に右方向へ）操舵した場合か、或いは、手をハンドルから放してオーバーシュートし、右方向へ切れ始めた場合を意味する。
（ｂ）式（１１）は、戻りきる前に逆方向への切り込み操舵が開始された場合を意味する。
（ｃ）式（１２）は、切り戻し中に再度左方向に操舵する場合や、或いは、戻し終了後に左方向へ操舵が開始された場合を意味する。この操舵は、オーバーシュートを未然に防ごうとする運転者の意志を示している。
【００６３】
したがって、本第３実施例においては、上記の（ａ），（ｂ），（ｃ）の何れの場合においても、ハンドル戻しトルクＴ_R のその後の出力が中止（抑止）されるため、効果的にオーバーシュートを防止することができると共に、例えば左側からの戻し操作の途中で再度左にハンドルを切り込む必要が生じた場合等にも、過剰なハンドル戻しトルクＴ_R の抑止制御に基づいた良好な操舵感を得ることができる。
【００６４】
尚、図１１のステップ７３０で呼び出して実行するサブルーチンＬｆｉｎｅも、先にも断わった「中立点をゼロ点（基準点）とし、右向き（時計回り）を負の向き、左向き（反時計回り）を正の向きとする」前提を想起して、左右の対称性に注意すれば、上記のサブルーチンＲｆｉｎｅと全く同様に構成することができる。
【００６５】
以上の各処理手順に従って設定される上記の要否判定フラグＲ，Ｌの値を前述の要否判定フラグＳと同様に使用することにより、前記の第１実施例と略同様の作用・効果を得ることができる。例えば、ハンドル戻しトルクＴ_R の算出結果の出力に図６のサブルーチンを用いる際には、このサブルーチン（図６）の先頭か又はステップ５４０の直前に、Ｓ＝ＯＲ（Ｌ，Ｒ）なる論理演算処理を追加（挿入）してこのサブルーチンを実行すれば良い。
【００６６】
〔その他の変形例１〕
図１３に、ハンドル戻しトルク演算部２４６の変形例を例示する。このグラフは、図４のハンドル戻しトルク演算部２４６が実現する次式（１３）の関数Ｆのω依存性を表す関数ｆの形を変形したものである。
【数１３】

ただし、この変形例１においても、ｆ（−ω）＝−ｆ（ω）なる対称性が満たされるものとする。この様な関数ｆの設定形態により、操舵角速度ωが大きい場合に、運転者の操舵意志に反して必要以上にハンドル戻しトルクが出力されることが防止されるため、従来よりも効果的にハンドル戻しトルクＴ_R の過大化を阻止することができる。
【００６７】
また、操舵角速度ωの絶対値が、ω１≦ω２なる適当な所定値ω２に達した時点で、Ｓ＝ＯＦＦとしても良い。この様なω２の値としては、例えば、図１３に例示したω２の値や、或いは、図１８のＳ＝ＯＮなる期間内における操舵角（絶対操舵角）の変曲点付近で観測される操舵角速度ωの絶対値等を用いることができる。
この様な構成により、上記の実施例と略同等以上の作用・効果が得られる場合があることは、例えば、図９と図１８の両グラフの対比により容易に推察することができる。
【００６８】
また、ωの絶対値がω２に達した時点でＳ＝ＯＦＦと設定する上記のタイミングや、或いは、Ｓ＝ＯＮとなっている期間中にｄω／ｄｔの符号が反転するタイミング等において、上記の様にＳ＝ＯＦＦと設定する代わりに、例えば次式（１４）の様にハンドル戻しトルクＴ_R ′に掛ける新たなもう一つのゲイン（調整係数Ｇ３）の値を、より小さい値（定数）に設定し直す（０≦Ｇ３＜１とする）様にしても良い。
【００６９】
【数１４】

【００７０】
ただし、ハンドル戻り制御開始当初は、この初期値をＧ３＝１に設定しておくものとする。上記のタイミングでＧ３＝０と再設定すれば、この方式はωの絶対値がω２に達した時点でＳ＝ＯＦＦと設定した前述の方式に帰着する。もちろん、０＜Ｇ３＜１なる適当な正定数に設定しても良い。この値の最適値は、操舵系の慣性量（イナーシャ）や機械的な内部摩擦等に依存するが、経験的に最適値を求めておくことが可能であり、例えば１／２程度の適当な定数でも良い。
【００７１】
この様な調整係数（ゲインＧ３）を介在させることにより、良好なタイミングでゲインＧ３を変更することができ、これによりハンドル戻しトルクＴ_R が過大となることを効果的に阻止できるので、上記の方式によれば、効果的にオーバーシュートを防止又は緩和することができると共に、操舵系に随時適切なハンドル戻しトルクＴ_R を付与できる。
【００７２】
また、上記のＳ＝ＯＮとなっている期間中に、再度ｄω／ｄｔの符号が反転する等の新たな契機（状況変化）が観測された場合には、Ｇ３の値を再度１に復帰させたり、或いはその他の適当な定数（０＜Ｇ３＜１）に変更したりする等の各種の応用なども有効となる場合が有る。
【００７３】
尚、ｄω／ｄｔの符号の反転に伴い、ゲインＧ３の値（よって、図１３のグラフのωに対するＴ_R ″、又はＴ_R ′の値）を変更することは、図１３のグラフにヒステリシス特性を与えることに相当する。例えば、ωの値がω２に達した時点でＧ３＝０と再設定すれば、そのときのヒステリシスループは、横軸を帰路とするループに一致する。言い換えれば、上記のゲインＧ３はこの様なヒステリシス特性を決定するパラメータであると言うこともできる。
【００７４】
例えば、Ｇ３＝１／２と設定した場合に、図１３のω１の値にまで操舵角速度ωが達し、かつ、そこでのみｄω／ｄｔの符号が反転したとすると、この時のヒステリシスループは、原点に戻る途中、ω＝ω１の所でのみ不連続となる。しかしながら、この様な場合にも、前述の図８に例示される様ななまし処理の作用により、実際に最終的に出力されるハンドル戻しトルクＴ_R の値は、概ね連続的になる。したがって、実質的には、ｄω／ｄｔの符号反転時（或いは、例えば、ω＝ω３（ω１≦ω３≦ω２）成立時等）における、一つの制御パラメータ（ゲインＧ３）の変更処理のみで、閉じたヒステリシスループを形成することが可能となる。
【００７５】
〔その他の変形例２〕
図１４は、本発明の第７の手段の実施形態を例示するグラフである。例えば、第１実施例で示した電動パワーステアリング装置１００では、ハンドル戻り角θ（＞０）は、次式（１５）の様にして求めることができる。
【数１５】
θ＝｜∫ωｄｔ｜ （積分開始時刻は、Ｓ＝ＯＮ設定時刻） …（１５）
【００７６】
そこで、図６のステップ５５０で図４に従って、Ｔ_R ′(k) ＝Ｆ（ω，ｕ）と設定する代わりに、このステップ５５０のＴ_R ′(k) の値を、次式（１６）に従って決定する。（更に調整係数（ゲインＧ２）を掛けるスケール調整手段）
【数１６】
Ｔ_R ′(k) ＝Ｇ２・Ｆ（ω，ｕ），
Ｇ２＝ｈ（θ）＝κ１（１＋ｅｘｐ（−θ／θ１）） …（１６）
【００７７】
ただし、上記の式（１６）の関数ｈの代わりに下記に例示する式（１７）又は式（１８）の関数ｈ等を用いても良い。κ１，κ２，κ３，κ４及びθ１は、適当な定数である。
【数１７】
Ｇ２＝ｈ（θ）＝κ２・ｅｘｐ（−θ／θ１） …（１７）
【数１８】
Ｇ２＝ｈ（θ）＝κ３（１／（１＋κ４・θ）） …（１８）
【００７８】
例えばこの様に、関数ｈを単調減少関数に設定すると都合がよい場合が多い。特に、低μ路では、戻し始める際にセルフアライニングトルクが得難いため、最初は比較的大きめのハンドル戻しトルクＴ_R が必要となる。しかし、一端順調に戻り出すと、その後は路面とタイヤの間の動摩擦が小さいため、比較的小さめのハンドル戻しトルクＴ_R で十分となる。したがって、低μ路では、ゲインＧ２の変動を大きめに設定するとより効果的となる。また、この傾向は、操舵系の慣性量（イナーシャ等）が大きいか、又は操舵系の摩擦（機械的な内部摩擦や路面タイヤ間の外部摩擦）が小さい時程大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のシステム構成図。
【図２】電動パワーステアリング装置１００が有するモータ制御装置１１０の制御ブロックダイヤグラム。
【図３】指令トルク演算部２００が有するハンドル戻し制御手段２４０の制御ブロックダイヤグラム。
【図４】ハンドル戻し制御手段２４０が有するハンドル戻しトルク演算部２４６の制御ブロックダイヤグラム。
【図５】本発明の第１実施例における戻しトルク要否判定手段２４１を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャート。
【図６】本発明の第１実施例及び第３実施例におけるハンドル戻し制御手段２４０が有する戻し制御中止手段２４８を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャート。
【図７】本発明の第１実施例における電動パワーステアリング装置１００を有する操舵系に関する操舵状況（操舵トルクτ）の測定データを例示するグラフ。
【図８】本発明の第１実施例における電動パワーステアリング装置１００を有する操舵系に関する操舵状況（ハンドル戻しトルクＴ_R ）の測定データを例示するグラフ。
【図９】本発明の第１実施例における電動パワーステアリング装置１００を有する操舵系に関する操舵状況（絶対操舵角）の測定データを例示するグラフ。
【図１０】本発明の第２実施例におけるハンドル戻し制御手段２４０を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャート。
【図１１】本発明の第３実施例における戻しトルク要否判定手段２４１を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャート。
【図１２】本発明の第３実施例における終了判定部２４３を実現する処理手順（アルゴリズム）を表すフローチャート。
【図１３】ハンドル戻しトルク演算部２４６の変形例を例示するグラフ。
【図１４】本発明の第７の手段の実施形態を例示するグラフ。
【図１５】従来技術に基づいたハンドル戻し制御手段の制御ブロックダイヤグラム。
【図１６】従来技術に基づいた操舵系に関する操舵状況（操舵トルクτ）の測定データを例示するグラフ。
【図１７】従来技術に基づいた操舵系に関する操舵状況（ハンドル戻しトルクＴ_R ）の測定データを例示するグラフ。
【図１８】従来技術に基づいた操舵系に関する操舵状況（絶対操舵角）の測定データを例示するグラフ。
【符号の説明】
１００ … パワーステアリング装置
１１０ … モータ制御装置
２００ … 指令トルク演算部
２４０ … ハンドル戻し制御手段
２４１ … 戻しトルク要否判定手段
２４２ … 開始判定部
２４３ … 終了判定部
２４６ … ハンドル戻しトルク演算部
２４８ … 戻し制御中止手段
Ｍ … モータ
Ｓ … 要否判定フラグ
Ｒ … 要否判定フラグ（左から中立点への戻し）
Ｌ … 要否判定フラグ（右から中立点への戻し）
τ … 操舵トルク
ω … 操舵角速度
ｕ … 車速
Ω … モータＭの回転角速度
Ｔ_R … ハンドル戻しトルク（出力値）
Ｔ_R ′… ハンドル戻しトルク（中間結果）
Ｔ_R ″… ハンドル戻しトルク（中間結果）
ｘ(n) … 変数ｘを格納する配列（１≦ｎ≦Ｎ）
ｙ(k) … 変数ｙを格納する配列（１≦ｋ≦Ｋ）
Ｆ … 関数（Ｔ_R ′＝Ｆ（ω，ｕ））
ｆ … 関数（Ｔ_R ″＝ｆ（ω））
ｇ … 関数（Ｇ１＝ｇ（ｕ））
ｈ … 関数（Ｇ２＝ｈ（θ））
θ … ハンドル戻り角（＝｜∫ωｄｔ｜）

Claims (6)

1. 車両の操舵機構に補助トルクを付与するモータと、前記モータを駆動制御するモータ制御装置と、運転者がハンドル（ステアリング・ホイール）を所定の中立位置に戻そうとする際に前記モータによる出力が期待されるハンドル戻しトルクＴ_R の値を算出するハンドル戻し制御手段とを有する電動パワーステアリング装置において、
   前記ハンドルの角速度ωと前記運転者が前記ハンドルに付与する操舵トルクτの両変数の変動形態に基づいて、前記ハンドル戻しトルクＴ_R の出力の必要期間を判定する戻しトルク要否判定手段と、
   前記戻しトルク要否判定手段が出力する所定の判定結果（否）に基づいて、前記ハンドル戻しトルクＴ_R の出力を中止する戻し制御中止手段とを有し、
   前記戻しトルク要否判定手段は、前記必要期間の終了判定に前記操舵トルクτの値又は符号を用い、
   更に、前記ハンドル戻し制御手段により前記ハンドルが戻された角度の絶対値であるハンドル戻り角θ（≧０）を前記ハンドルの角速度ωに関する時間積分演算を用いて算出する戻り角算出手段と、
   前記ハンドル戻し制御手段により算出された前記ハンドル戻しトルクＴ _R に対して、更に、調整係数（ゲインＧ２）を掛けるスケール調整手段とを有し、
   前記スケール調整手段は、前記ハンドル戻り角θを独立変数とする関数ｈ（θ）を用いて前記調整係数を算出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記戻しトルク要否判定手段は、前記操舵トルクτの操舵方向の反転事象を検出する反転事象検出手段を有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. 前記戻しトルク要否判定手段は、前記操舵トルクτの絶対値の時間微分の値を判別する変動勾配判定手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記戻しトルク要否判定手段は、前記操舵トルクτと前記ハンドルの角速度ωとの積値τωが、所定の適正範囲に収まるか否かを判定する積値適正判定手段を有し、
   前記積値τωが前記適正範囲に留まる期間の少なくとも一部分を前記ハンドル戻しトルクＴ_R の必要な期間と判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ハンドル戻し制御手段は、前記ハンドルの角速度ω及び前記車両の車速ｕを独立変数とする関数Ｆ（ω，ｕ）により前記ハンドル戻しトルクＴ_R を算出し、
   前記関数Ｆ（ω，ｕ）は、関数ｆ（ω）と関数ｇ（ｕ）との積で表され、
   前記関数ｆ（ω）は、ｆ（−ω）＝−ｆ（ω）を満たし、かつ、最大値を与える角速度ω１（＞０）に対して、−ω１≦ω≦ω１では広義の単調増加関数であり、ω１≦｜ω｜では広義の単調減少関数であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記関数ｈ（θ）は、広義の単調減少関数であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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