JP4016758B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、これは、操舵部材（舵輪及び操舵軸）が連結された舵取機構に、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助する操舵補助用モータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じたアシスト力を得られるように、操舵補助用モータを駆動させることにより、操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。また、車両の高速走行時に、操舵部材への操作力が軽くなり過ぎないように、車速に応じたアシスト力を得られるようになっている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、アシスト力は、操舵トルク及び車速に応じて予め定められている。その為、路面及び車両側からの反力によって、操舵に必要な操舵トルクは異なるが、これには、ドライバが、路面状況等を知ることが出来るという利点がある。しかし、身体上のハンディキャップが有るドライバ及び高齢のドライバにとっては、ハンドルを取られる虞があり、また、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が望まれることもある。
そこで、本出願人は、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転と、従来の操舵補助による操舵トルクでの運転とを切り替えることが可能な電動パワーステアリング装置を、特願２００１−３１０５２６において提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転では、操舵トルクにのみ基づいているので、自然な操舵感を得ることが出来ないこと、車速に応じたアシスト力を得ることが出来ないこと、操舵感が安定しないこと、車両の直進性が悪いこと、及びハンドル戻りが悪いこと等の問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来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。
【０００５】
第３発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来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。
第４発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定す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。
第５発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い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。
第６発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、前記規範操舵モデルは、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であることを特徴とする。（ｓは複素変数）
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する。規範操舵手段操舵の、トルク及び規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルは、操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【０００８】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵を補助する為のモータと、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定め、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である規範操舵モデルを記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を演算する演算手段と、該演算手段が演算した差を小さくすべく、前記モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この電動パワーステアリング装置では、操舵トルク及び操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める、二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である規範操舵モデルを、記憶手段が記憶し、その記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵手段が、規範操舵角を演算し出力する。規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角と、舵角センサが検出した操舵角との差を、演算手段が演算し、その演算した差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用のモータを駆動する為の制御信号を出力する。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１０】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の車速を検出する車速センサと、該車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記ばね定数値Ｋを大小に変更する第１の変更手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Ｋを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１２】
第４発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記摩擦係数値Ｃを大小に変更する第２の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の摩擦係数値Ｃを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１４】
第５発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記慣性モーメント値Ｊを大小に変更する第３の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の慣性モーメント値Ｊを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１６】
第６発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、前記ばね定数値Ｋを小大に変更する第４の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
この電動パワーステアリング装置では、舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Ｋを小大に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系１４の操舵部材（舵輪及び操舵軸）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリング系１４に連結された操舵補助用のモータＭと、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク、及び車速センサ１２が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第１制御信号を出力する第１制御手段１７と、ステアリング系１４の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ１０とを備えている。
【００１９】
この電動パワーステアリング装置は、また、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク及び規範操舵角の関係を定めた規範操舵モデル２０ａに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段２０と、規範操舵手段２０が、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を小さくするように、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第２制御信号を出力する第２制御手段２１と、第１制御信号及び第２制御信号を切り替え出力する第１切替手段１８とを備えている。
規範操舵手段２０は、車速センサ１２が検出した車速、及び舵角センサ１０が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル２０ａを変化させる。
【００２０】
この電動パワーステアリング装置は、また、第１切替手段１８に連動する手動の切替スイッチ１９と、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、第１切替手段１８を第２制御信号に切り替える挙動判定手段１３と、第１切替手段１８が切り替え出力した制御信号を、モータＭの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器１６と、増幅器１６が増幅した制御信号に基づき、ＰＩ制御信号をモータＭに与えるＰＩコントローラ１５とを備えている。
【００２１】
図２は、第２制御手段２１の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。規範操舵手段２０は、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段２２を内蔵しており、規範操舵モデル２０ａは、ステアリング系１４の操舵部材の慣性モーメントＪ、操舵部材の支持部材との摩擦係数Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Ｋからなる２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であり、規範操舵手段２０が内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。（ｓは複素変数）
【００２２】
ステアリング系１４の操舵部材の構成は、図３に示すように、舵輪５０を支持する操舵軸５３の先端部が、固定部にばね５２を介して支持され、更に操舵軸５３の中間部が支持部材５１により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）の慣性モーメントＪは、ステアリング系１４全体の慣性モーメントに、摩擦係数Ｃは、操舵軸５３と支持部材５１との摩擦係数に、ばね定数Ｋは、ばね５２のばね定数にそれぞれ相当する。
【００２３】
規範操舵手段２０は、また、車速センサ１２が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Ｋを大小に変更する為の参照テーブル４２（第１の変更手段）と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Ｃを大小に変更する為の参照テーブル４１（第２の変更手段）と、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Ｊを大小に変更する為の参照テーブル４０（第３の変更手段）と、舵角センサ１０が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Ｋを小大に変更する為の参照テーブル４３（第４の変更手段）とを備えている。
規範操舵手段２０は、また、参照テーブル４２、４３の各出力を掛け合わせて規範操舵モデル２０ａへ与える掛け合わせ手段４４を備えている。
【００２４】
第２制御手段２１は、規範操舵手段２０が出力した規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角（実操舵角信号）の偏差を演算して出力する差引点２３と、差引点２３が出力した偏差をゲインＧ１で増幅する増幅器２４と、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分する微分手段２５と、微分手段２５が微分した操舵角（操舵角速度）をゲインＧ２で増幅する増幅器２６と、増幅器２４の出力から増幅器２６の出力を差し引いて、第２制御信号を出力する差引点３６とから構成されている。その他の構成は、図１で説明したので省略する。但し、第１切替手段１８は省略してある。
【００２５】
規範操舵手段２０は、位相補償手段２２により位相遅れを補償された操舵トルクにより、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）を演算して、規範操舵角θｄを求める。差引点２３は、規範操舵手段２０が求めた規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を演算し、増幅器２４は、この偏差をゲインＧ１で増幅する。
一方、舵角センサ１０が検出した操舵角は、微分手段２５により微分され、微分された操舵角（操舵角速度）は、増幅器２６が、ゲインＧ２で増幅する。
差引点３６は、増幅器２４の出力から増幅器２６の出力を差し引いて、第２制御信号を出力する。
【００２６】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第１制御手段１７は、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクと、車速センサ１２が検出した車速とに基づき、第１制御信号を出力する。
規範操舵手段２０は、操舵トルクに基づき規範操舵角θｄを求めて出力し、第２制御手段２１は、上述した動作により第２制御信号を出力する。
規範操舵手段２０は、また、参照テーブル４１の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａの摩擦係数値Ｃを大小に変化させ、参照テーブル４０の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａの慣性モーメント値Ｊを大小に変化させる。また、掛け合わせ手段４４の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａのばね定数値Ｋを大小に変化させる。
【００２７】
ここで、摩擦係数値Ｃを大きくすると、舵輪（操舵部材）の収束が速まる。慣性モーメント値Ｊを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Ｋを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Ｋを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【００２８】
第１切替手段１８は、切替スイッチ１９が操作されると、それに連動して、第１制御手段１７側又は第２制御手段２１側に切り替わり、第１制御信号又は第２制御信号を出力する。
第１切替手段１８は、また、第１制御手段１７側に切り替わっている場合に、挙動判定手段１３から指示信号が送信されると、第２制御手段２１側に切り替わり、第２制御信号を出力するようになる。
【００２９】
第１制御信号又は第２制御信号は、増幅器１６により増幅された後、ＰＩコントローラ１５によりＰＩ制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
第１切替手段１８が、第２制御手段２１側に切り替わり、第２制御信号を出力している場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【００３０】
図４は、第２制御手段２１内で、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分して求めた操舵角速度を、第２制御信号から差し引いた場合（ａ）（増幅器２６のゲインＧ２＝４００）と、差し引かない場合（ｂ）（増幅器２６のゲインＧ２＝０）の、ステアリング系１４の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。差し引いた場合（ａ）は、振動が抑制されることが示されている。
【００３１】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系１４の操舵部材（舵輪及び操舵軸）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリング系１４に連結された操舵補助用のモータＭと、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク、及び車速センサ１２が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第１制御信号を出力する第１制御手段１７と、ステアリング系１４の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ１０とを備えている。
【００３２】
この電動パワーステアリング装置は、また、舵角センサ１０が検出した操舵角及びトルクセンサ１１が検出した操舵トルクの関係を定めた規範操舵モデル２０ｂに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段２０ｃと、規範操舵手段２０ｃが出力した規範操舵角からの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を演算する差引点２３（演算手段）と、差引点２３が出力した偏差をゲインｇ１で増幅する増幅器３１と、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分する微分手段２５と、微分手段２５が微分した操舵角（操舵角速度）をゲインｇ２で増幅する増幅器３２と、増幅器３１の出力から増幅器３２の出力を差し引き第２制御信号を作成し、その第２制御信号に第１制御手段１７からの第１制御信号を加え合わせる加え合せ点３０とを備えている。
【００３３】
規範操舵モデル２０ｂは、実施の形態１で説明したような規範操舵モデル２０ａを例えば３種類有しており、規範操舵手段２０ｃは、車速センサ１２が検出した車速に応じて、例えば、高速の場合は、操舵トルクが比較的に重くなるように、３種類の規範操舵モデルから選択する。また、規範操舵手段２０ｃは、手動の切替スイッチ３５の操作により、３種類の規範操舵モデルを切り替える。
また、規範操舵手段２０ｃは、車速センサ１２が検出した車速、及び舵角センサ１０が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル２０ｂを変化させる。
【００３４】
図６は、規範操舵手段２０ｃの内部構成を示すブロック図である。規範操舵手段２０ｃは、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段２２を内蔵しており、規範操舵モデル２０ｂは、ステアリング系１４の操舵部材の慣性モーメントＪ、操舵部材の支持部材との摩擦係数Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Ｋからなる２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であり、規範操舵手段２０ｃが内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。（ｓは複素変数）
【００３５】
ステアリング系１４の操舵部材の構成は、図３に示すように、舵輪５０を支持する操舵軸５３の先端部が、固定部にばね５２を介して支持され、更に操舵軸５３の中間部が支持部材５１により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）の慣性モーメントＪは、ステアリング系１４全体の慣性モーメントに、摩擦係数Ｃは、操舵軸５３と支持部材５１との摩擦係数に、ばね定数Ｋは、ばね５２のばね定数にそれぞれ相当する。
【００３６】
規範操舵手段２０ｃは、また、車速センサ１２が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Ｋを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４２ａ（第１の変更手段）と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Ｃを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４１ａ（第２の変更手段）と備えている。また、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Ｊを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４０ａ（第３の変更手段）と、舵角センサ１０が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Ｋを小大に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４３ａ（第４の変更手段）とを備えている。
【００３７】
参照テーブル４０ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａがそれぞれ記憶する３種類の各関係は、切替スイッチ３５（図５）からの切替信号により切り替えられ、これにより、規範操舵モデル２０ｂは、３種類の規範操舵モデルに切り替わる。
規範操舵手段２０ｃは、また、参照テーブル４２ａ、４３ａの各出力を掛け合わせて規範操舵モデル２０ｂへ与える掛け合わせ手段４４を備えている。
【００３８】
この電動パワーステアリング装置は、また、差引点２３（図５）が出力した偏差をゲインｇ３で増幅する増幅器３３と、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクから、増幅器３３が増幅した偏差を差し引き、差し引いた操舵トルクを規範操舵モデル２０ｂに与える差引点２８と、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３をそれぞれ連続的に変化させるゲイン可変手段３４と、ゲイン可変手段３４に連動し、スライド位置に応じて、ゲイン可変手段３４にゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を連続的に滑らかに変化させるスライドスイッチ１９ａとを備えている。
【００３９】
ゲイン可変手段３４は、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を変更することにより、加え合せ点３０から出力される制御信号の、第１制御信号及び第２制御信号の混合比を設定することが出来る。例えば、混合比を１００％第１制御信号とするときは、ゲインｇ１＝０、ゲインｇ３＝５００とし、混合比を１００％第２制御信号とするときは、ゲインｇ１＝１２５０００、ゲインｇ３＝０とし、これらの中間的な混合比とするときは、ゲインｇ１，ｇ３を反比例的に連続的に変更して設定する。ゲインｇ２は、ゲインｇ１，ｇ３に応じて、振動が生じないように適切に設定される。
【００４０】
この電動パワーステアリング装置は、また、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、ゲイン可変手段３４を作動させて、加え合せ点３０からの出力を第２制御信号に切り替える挙動判定手段１３と、加え合せ点３０が出力した制御信号を、モータＭの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器１６と、増幅器１６が増幅した制御信号に基づき、ＰＩ制御信号をモータＭに与えるＰＩコントローラ１５とを備えている。
【００４１】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第１制御手段１７は、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクと、車速センサ１２が検出した車速とに基づき、第１制御信号を出力し、加え合せ点３０に与える。
また、規範操舵手段２０ｃは、増幅器３３が増幅した偏差を差し引いた操舵トルクに基づき規範操舵角を求めて出力し、この規範操舵角からの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差は、増幅器３１によりゲインｇ１で増幅され、加え合せ点３０に与えられる。
【００４２】
規範操舵手段２０ｃは、また、参照テーブル４１ａの出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂの摩擦係数値Ｃを大小に変更し、参照テーブル４０ａの出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂの慣性モーメント値Ｊを大小に変更する。また、掛け合わせ手段４４の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂのばね定数値Ｋを大小に変更する。
【００４３】
ここで、摩擦係数値Ｃを大きくすると、舵輪（操舵部材）の中点への収束が速まる。慣性モーメント値Ｊを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Ｋを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Ｋを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【００４４】
一方、舵角センサ１０が検出した操舵角は、微分手段２５により微分され、微分された操舵角（操舵角速度）は、増幅器３２が、ゲインｇ２で増幅する。
加え合せ点３０は、増幅器３１の出力から増幅器３２の出力を差し引いた第２制御信号を作成する。
【００４５】
ゲイン可変手段３４は、スライドスイッチ１９ａのスライド位置に応じて、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を連続的に滑らかに変化させて設定する。これにより、加え合せ点３０から出力される制御信号の、第１制御信号及び第２制御信号の混合比が設定され、ドライバは、第１制御手段及び第２制御手段の中間的な様々な操舵補助による操舵トルクの運転を楽しむことが出来る。
ゲイン可変手段３４は、また、挙動判定手段１３から指示信号が送信されると、第１制御信号及び第２制御信号の混合比を、漸次、１００％第２制御信号に変化させる。
【００４６】
加え合せ点３０から出力された制御信号は、増幅器１６により増幅された後、ＰＩコントローラ１５によりＰＩ制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
加え合せ点３０から出力された制御信号が、１００％第２制御信号である場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【００４７】
図７は、加え合せ点３０から出力される制御信号の第１制御信号及び第２制御信号の混合比を、１００％第１制御信号（従来制御）から１００％第２制御信号（規範制御）に、２０秒間かけて変化させた場合に、操舵トルク（周期的に操舵部材を操作している）が遷移する様子を示す波形図である。連続的に滑らかに、従来制御から規範制御に切り替わることを示している。
【００４８】
【発明の効果】
第１，２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００４９】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５０】
第４発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５１】
第５発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５２】
第６発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】第２制御手段の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。
【図３】ステアリング系の操舵部材の構成を模式的に示す説明図である。
【図４】操舵角速度を第２制御信号から差し引いた場合（ａ）と、差し引かない場合（ｂ）の、ステアリング系の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図６】規範操舵手段の内部構成を示すブロック図である。
【図７】第１制御信号及び第２制御信号の混合比を変化させた場合に、操舵トルクが遷移する様子を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 舵角センサ
１１ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ 挙動判定手段
１４ ステアリング系（操舵部材）
１５ ＰＩコントローラ（出力手段）
１６，２４，２６，３１，３２，３３ 増幅器
１８ 第１切替手段
１９，３５ 切替スイッチ
２０，２０ｃ 規範操舵手段
２０ａ，２０ｂ 規範操舵モデル（記憶手段）
２１ 第２制御手段
２３，２８，３６ 差引点（演算手段）
２５ 微分手段
３０ 加え合せ点
３４ ゲイン可変手段
４０，４０ａ 参照テーブル（第３の変更手段）
４１，４１ａ 参照テーブル（第２の変更手段）
４２，４２ａ 参照テーブル（第１の変更手段）
４３，４３ａ 参照テーブル（第４の変更手段）
４４ 掛け合わせ手段
５０ 舵輪（操舵部材）
Ｍ 操舵補助用のモータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、これは、操舵部材（舵輪及び操舵軸）が連結された舵取機構に、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助する操舵補助用モータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じたアシスト力を得られるように、操舵補助用モータを駆動させることにより、操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。また、車両の高速走行時に、操舵部材への操作力が軽くなり過ぎないように、車速に応じたアシスト力を得られるようになっている。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、アシスト力は、操舵トルク及び車速に応じて予め定められている。その為、路面及び車両側からの反力によって、操舵に必要な操舵トルクは異なるが、これには、ドライバが、路面状況等を知ることが出来るという利点がある。しかし、身体上のハンディキャップが有るドライバ及び高齢のドライバにとっては、ハンドルを取られる虞があり、また、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が望まれることもある。
そこで、本出願人は、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転と、従来の操舵補助による操舵トルクでの運転とを切り替えることが可能な電動パワーステアリング装置を、特願２００１−３１０５２６において提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転では、操舵トルクにのみ基づいているので、自然な操舵感を得ることが出来ないこと、車速に応じたアシスト力を得ることが出来ないこと、操舵感が安定しないこと、車両の直進性が悪いこと、及びハンドル戻りが悪いこと等の問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来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。
【０００５】
第３発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来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。
第４発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定す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。
第５発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い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。
第６発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、前記規範操舵モデルは、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であることを特徴とする。（ｓは複素変数）
【０００７】
この電動パワーステアリング装置では、規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する。規範操舵手段操舵の、トルク及び規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルは、操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【０００８】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵を補助する為のモータと、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定め、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である規範操舵モデルを記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を演算する演算手段と、該演算手段が演算した差を小さくすべく、前記モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この電動パワーステアリング装置では、操舵トルク及び操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める、二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である規範操舵モデルを、記憶手段が記憶し、その記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵手段が、規範操舵角を演算し出力する。規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角と、舵角センサが検出した操舵角との差を、演算手段が演算し、その演算した差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用のモータを駆動する為の制御信号を出力する。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１０】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の車速を検出する車速センサと、該車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記ばね定数値Ｋを大小に変更する第１の変更手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Ｋを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１２】
第４発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記摩擦係数値Ｃを大小に変更する第２の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の摩擦係数値Ｃを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１４】
第５発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記慣性モーメント値Ｊを大小に変更する第３の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の慣性モーメント値Ｊを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１６】
第６発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、前記ばね定数値Ｋを小大に変更する第４の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
この電動パワーステアリング装置では、舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Ｋを小大に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系１４の操舵部材（舵輪及び操舵軸）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリング系１４に連結された操舵補助用のモータＭと、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク、及び車速センサ１２が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第１制御信号を出力する第１制御手段１７と、ステアリング系１４の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ１０とを備えている。
【００１９】
この電動パワーステアリング装置は、また、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク及び規範操舵角の関係を定めた規範操舵モデル２０ａに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段２０と、規範操舵手段２０が、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を小さくするように、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第２制御信号を出力する第２制御手段２１と、第１制御信号及び第２制御信号を切り替え出力する第１切替手段１８とを備えている。
規範操舵手段２０は、車速センサ１２が検出した車速、及び舵角センサ１０が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル２０ａを変化させる。
【００２０】
この電動パワーステアリング装置は、また、第１切替手段１８に連動する手動の切替スイッチ１９と、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、第１切替手段１８を第２制御信号に切り替える挙動判定手段１３と、第１切替手段１８が切り替え出力した制御信号を、モータＭの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器１６と、増幅器１６が増幅した制御信号に基づき、ＰＩ制御信号をモータＭに与えるＰＩコントローラ１５とを備えている。
【００２１】
図２は、第２制御手段２１の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。規範操舵手段２０は、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段２２を内蔵しており、規範操舵モデル２０ａは、ステアリング系１４の操舵部材の慣性モーメントＪ、操舵部材の支持部材との摩擦係数Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Ｋからなる２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であり、規範操舵手段２０が内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。（ｓは複素変数）
【００２２】
ステアリング系１４の操舵部材の構成は、図３に示すように、舵輪５０を支持する操舵軸５３の先端部が、固定部にばね５２を介して支持され、更に操舵軸５３の中間部が支持部材５１により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）の慣性モーメントＪは、ステアリング系１４全体の慣性モーメントに、摩擦係数Ｃは、操舵軸５３と支持部材５１との摩擦係数に、ばね定数Ｋは、ばね５２のばね定数にそれぞれ相当する。
【００２３】
規範操舵手段２０は、また、車速センサ１２が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Ｋを大小に変更する為の参照テーブル４２（第１の変更手段）と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Ｃを大小に変更する為の参照テーブル４１（第２の変更手段）と、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Ｊを大小に変更する為の参照テーブル４０（第３の変更手段）と、舵角センサ１０が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Ｋを小大に変更する為の参照テーブル４３（第４の変更手段）とを備えている。
規範操舵手段２０は、また、参照テーブル４２、４３の各出力を掛け合わせて規範操舵モデル２０ａへ与える掛け合わせ手段４４を備えている。
【００２４】
第２制御手段２１は、規範操舵手段２０が出力した規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角（実操舵角信号）の偏差を演算して出力する差引点２３と、差引点２３が出力した偏差をゲインＧ１で増幅する増幅器２４と、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分する微分手段２５と、微分手段２５が微分した操舵角（操舵角速度）をゲインＧ２で増幅する増幅器２６と、増幅器２４の出力から増幅器２６の出力を差し引いて、第２制御信号を出力する差引点３６とから構成されている。その他の構成は、図１で説明したので省略する。但し、第１切替手段１８は省略してある。
【００２５】
規範操舵手段２０は、位相補償手段２２により位相遅れを補償された操舵トルクにより、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）を演算して、規範操舵角θｄを求める。差引点２３は、規範操舵手段２０が求めた規範操舵角θｄからの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を演算し、増幅器２４は、この偏差をゲインＧ１で増幅する。
一方、舵角センサ１０が検出した操舵角は、微分手段２５により微分され、微分された操舵角（操舵角速度）は、増幅器２６が、ゲインＧ２で増幅する。
差引点３６は、増幅器２４の出力から増幅器２６の出力を差し引いて、第２制御信号を出力する。
【００２６】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第１制御手段１７は、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクと、車速センサ１２が検出した車速とに基づき、第１制御信号を出力する。
規範操舵手段２０は、操舵トルクに基づき規範操舵角θｄを求めて出力し、第２制御手段２１は、上述した動作により第２制御信号を出力する。
規範操舵手段２０は、また、参照テーブル４１の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａの摩擦係数値Ｃを大小に変化させ、参照テーブル４０の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａの慣性モーメント値Ｊを大小に変化させる。また、掛け合わせ手段４４の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ａのばね定数値Ｋを大小に変化させる。
【００２７】
ここで、摩擦係数値Ｃを大きくすると、舵輪（操舵部材）の収束が速まる。慣性モーメント値Ｊを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Ｋを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Ｋを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【００２８】
第１切替手段１８は、切替スイッチ１９が操作されると、それに連動して、第１制御手段１７側又は第２制御手段２１側に切り替わり、第１制御信号又は第２制御信号を出力する。
第１切替手段１８は、また、第１制御手段１７側に切り替わっている場合に、挙動判定手段１３から指示信号が送信されると、第２制御手段２１側に切り替わり、第２制御信号を出力するようになる。
【００２９】
第１制御信号又は第２制御信号は、増幅器１６により増幅された後、ＰＩコントローラ１５によりＰＩ制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
第１切替手段１８が、第２制御手段２１側に切り替わり、第２制御信号を出力している場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【００３０】
図４は、第２制御手段２１内で、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分して求めた操舵角速度を、第２制御信号から差し引いた場合（ａ）（増幅器２６のゲインＧ２＝４００）と、差し引かない場合（ｂ）（増幅器２６のゲインＧ２＝０）の、ステアリング系１４の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。差し引いた場合（ａ）は、振動が抑制されることが示されている。
【００３１】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系１４の操舵部材（舵輪及び操舵軸）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリング系１４に連結された操舵補助用のモータＭと、トルクセンサ１１が検出した操舵トルク、及び車速センサ１２が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータＭを駆動する為の第１制御信号を出力する第１制御手段１７と、ステアリング系１４の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ１０とを備えている。
【００３２】
この電動パワーステアリング装置は、また、舵角センサ１０が検出した操舵角及びトルクセンサ１１が検出した操舵トルクの関係を定めた規範操舵モデル２０ｂに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段２０ｃと、規範操舵手段２０ｃが出力した規範操舵角からの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差を演算する差引点２３（演算手段）と、差引点２３が出力した偏差をゲインｇ１で増幅する増幅器３１と、舵角センサ１０が検出した操舵角を微分する微分手段２５と、微分手段２５が微分した操舵角（操舵角速度）をゲインｇ２で増幅する増幅器３２と、増幅器３１の出力から増幅器３２の出力を差し引き第２制御信号を作成し、その第２制御信号に第１制御手段１７からの第１制御信号を加え合わせる加え合せ点３０とを備えている。
【００３３】
規範操舵モデル２０ｂは、実施の形態１で説明したような規範操舵モデル２０ａを例えば３種類有しており、規範操舵手段２０ｃは、車速センサ１２が検出した車速に応じて、例えば、高速の場合は、操舵トルクが比較的に重くなるように、３種類の規範操舵モデルから選択する。また、規範操舵手段２０ｃは、手動の切替スイッチ３５の操作により、３種類の規範操舵モデルを切り替える。
また、規範操舵手段２０ｃは、車速センサ１２が検出した車速、及び舵角センサ１０が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル２０ｂを変化させる。
【００３４】
図６は、規範操舵手段２０ｃの内部構成を示すブロック図である。規範操舵手段２０ｃは、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段２２を内蔵しており、規範操舵モデル２０ｂは、ステアリング系１４の操舵部材の慣性モーメントＪ、操舵部材の支持部材との摩擦係数Ｃ、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Ｋからなる２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であり、規範操舵手段２０ｃが内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。（ｓは複素変数）
【００３５】
ステアリング系１４の操舵部材の構成は、図３に示すように、舵輪５０を支持する操舵軸５３の先端部が、固定部にばね５２を介して支持され、更に操舵軸５３の中間部が支持部材５１により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、２次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）の慣性モーメントＪは、ステアリング系１４全体の慣性モーメントに、摩擦係数Ｃは、操舵軸５３と支持部材５１との摩擦係数に、ばね定数Ｋは、ばね５２のばね定数にそれぞれ相当する。
【００３６】
規範操舵手段２０ｃは、また、車速センサ１２が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Ｋを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４２ａ（第１の変更手段）と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Ｃを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４１ａ（第２の変更手段）と備えている。また、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Ｊを大小に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４０ａ（第３の変更手段）と、舵角センサ１０が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Ｋを小大に変更する為の３種類の関係を記憶する参照テーブル４３ａ（第４の変更手段）とを備えている。
【００３７】
参照テーブル４０ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａがそれぞれ記憶する３種類の各関係は、切替スイッチ３５（図５）からの切替信号により切り替えられ、これにより、規範操舵モデル２０ｂは、３種類の規範操舵モデルに切り替わる。
規範操舵手段２０ｃは、また、参照テーブル４２ａ、４３ａの各出力を掛け合わせて規範操舵モデル２０ｂへ与える掛け合わせ手段４４を備えている。
【００３８】
この電動パワーステアリング装置は、また、差引点２３（図５）が出力した偏差をゲインｇ３で増幅する増幅器３３と、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクから、増幅器３３が増幅した偏差を差し引き、差し引いた操舵トルクを規範操舵モデル２０ｂに与える差引点２８と、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３をそれぞれ連続的に変化させるゲイン可変手段３４と、ゲイン可変手段３４に連動し、スライド位置に応じて、ゲイン可変手段３４にゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を連続的に滑らかに変化させるスライドスイッチ１９ａとを備えている。
【００３９】
ゲイン可変手段３４は、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を変更することにより、加え合せ点３０から出力される制御信号の、第１制御信号及び第２制御信号の混合比を設定することが出来る。例えば、混合比を１００％第１制御信号とするときは、ゲインｇ１＝０、ゲインｇ３＝５００とし、混合比を１００％第２制御信号とするときは、ゲインｇ１＝１２５０００、ゲインｇ３＝０とし、これらの中間的な混合比とするときは、ゲインｇ１，ｇ３を反比例的に連続的に変更して設定する。ゲインｇ２は、ゲインｇ１，ｇ３に応じて、振動が生じないように適切に設定される。
【００４０】
この電動パワーステアリング装置は、また、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、ゲイン可変手段３４を作動させて、加え合せ点３０からの出力を第２制御信号に切り替える挙動判定手段１３と、加え合せ点３０が出力した制御信号を、モータＭの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器１６と、増幅器１６が増幅した制御信号に基づき、ＰＩ制御信号をモータＭに与えるＰＩコントローラ１５とを備えている。
【００４１】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第１制御手段１７は、トルクセンサ１１が検出した操舵トルクと、車速センサ１２が検出した車速とに基づき、第１制御信号を出力し、加え合せ点３０に与える。
また、規範操舵手段２０ｃは、増幅器３３が増幅した偏差を差し引いた操舵トルクに基づき規範操舵角を求めて出力し、この規範操舵角からの、舵角センサ１０が検出した操舵角の偏差は、増幅器３１によりゲインｇ１で増幅され、加え合せ点３０に与えられる。
【００４２】
規範操舵手段２０ｃは、また、参照テーブル４１ａの出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂの摩擦係数値Ｃを大小に変更し、参照テーブル４０ａの出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂの慣性モーメント値Ｊを大小に変更する。また、掛け合わせ手段４４の出力の大小に応じて、規範操舵モデル２０ｂのばね定数値Ｋを大小に変更する。
【００４３】
ここで、摩擦係数値Ｃを大きくすると、舵輪（操舵部材）の中点への収束が速まる。慣性モーメント値Ｊを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Ｋを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Ｋを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【００４４】
一方、舵角センサ１０が検出した操舵角は、微分手段２５により微分され、微分された操舵角（操舵角速度）は、増幅器３２が、ゲインｇ２で増幅する。
加え合せ点３０は、増幅器３１の出力から増幅器３２の出力を差し引いた第２制御信号を作成する。
【００４５】
ゲイン可変手段３４は、スライドスイッチ１９ａのスライド位置に応じて、ゲインｇ１，ｇ２，ｇ３を連続的に滑らかに変化させて設定する。これにより、加え合せ点３０から出力される制御信号の、第１制御信号及び第２制御信号の混合比が設定され、ドライバは、第１制御手段及び第２制御手段の中間的な様々な操舵補助による操舵トルクの運転を楽しむことが出来る。
ゲイン可変手段３４は、また、挙動判定手段１３から指示信号が送信されると、第１制御信号及び第２制御信号の混合比を、漸次、１００％第２制御信号に変化させる。
【００４６】
加え合せ点３０から出力された制御信号は、増幅器１６により増幅された後、ＰＩコントローラ１５によりＰＩ制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
加え合せ点３０から出力された制御信号が、１００％第２制御信号である場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【００４７】
図７は、加え合せ点３０から出力される制御信号の第１制御信号及び第２制御信号の混合比を、１００％第１制御信号（従来制御）から１００％第２制御信号（規範制御）に、２０秒間かけて変化させた場合に、操舵トルク（周期的に操舵部材を操作している）が遷移する様子を示す波形図である。連続的に滑らかに、従来制御から規範制御に切り替わることを示している。
【００４８】
【発明の効果】
第１，２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００４９】
第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５０】
第４発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５１】
第５発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【００５２】
第６発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】第２制御手段の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。
【図３】ステアリング系の操舵部材の構成を模式的に示す説明図である。
【図４】操舵角速度を第２制御信号から差し引いた場合（ａ）と、差し引かない場合（ｂ）の、ステアリング系の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。
【図５】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図６】規範操舵手段の内部構成を示すブロック図である。
【図７】第１制御信号及び第２制御信号の混合比を変化させた場合に、操舵トルクが遷移する様子を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 舵角センサ
１１ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ 挙動判定手段
１４ ステアリング系（操舵部材）
１５ ＰＩコントローラ（出力手段）
１６，２４，２６，３１，３２，３３ 増幅器
１８ 第１切替手段
１９，３５ 切替スイッチ
２０，２０ｃ 規範操舵手段
２０ａ，２０ｂ 規範操舵モデル（記憶手段）
２１ 第２制御手段
２３，２８，３６ 差引点（演算手段）
２５ 微分手段
３０ 加え合せ点
３４ ゲイン可変手段
４０，４０ａ 参照テーブル（第３の変更手段）
４１，４１ａ 参照テーブル（第２の変更手段）
４２，４２ａ 参照テーブル（第１の変更手段）
４３，４３ａ 参照テーブル（第４の変更手段）
４４ 掛け合わせ手段
５０ 舵輪（操舵部材）
Ｍ 操舵補助用のモータ
Claims (6)
- 操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記規範操舵モデルは、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。（ｓは複素変数） - 操舵を補助する為のモータと、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定め、前記操舵部材の慣性モーメント値Ｊ、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値Ｃ、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Ｋからなる二次遅れ要素１／（Ｊｓ2 ＋Ｃｓ＋Ｋ）である規範操舵モデルを記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を演算する演算手段と、該演算手段が演算した差を小さくすべく、前記モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 前記車両の車速を検出する車速センサと、該車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記ばね定数値Ｋを大小に変更する第１の変更手段とを更に備える請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記摩擦係数値Ｃを大小に変更する第２の変更手段を更に備える請求項３記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記慣性モーメント値Ｊを大小に変更する第３の変更手段を更に備える請求項３又は４記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、前記ばね定数値Ｋを小大に変更する第４の変更手段を更に備える請求項１乃至５の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
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