JP4114339B2 - 自動車の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、自動車のハンドル操舵を電動モータの制御により補助するようにした電動パワーステアリング装置に関する技術分野に属する。尚、本発明では自動車のことを「車両」ともいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のパワーステアリング装置として、電動モータや油圧によってハンドル操舵を補助するものが知られており、このものでは、ハンドル操舵トルクやハンドル操舵回転速度（ハンドル操舵角度の微分値）に応じて電動モータの制御量又は油圧量の調整を行い、所定のアシスト特性を実現している。また、上記アシスト特性を、例えば車速に応じて変更するものや、車速に加えて横加速度及びヨーレートに応じて変更するもの（例えば特開平８―７２７３４号公報参照）も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電動モータを用いた電動パワーステアリング装置においては、通常、ハンドルと車輪（操舵輪）との間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサ（トーションバー）を設け、その検出値に所定のゲイン（アシスト制御ゲイン）を掛けることによって電動モータの制御量を決定するようにしている。そして、上記アシスト制御ゲインの値は、所定の自動車でテストを行ってそれを基に所望のアシスト特性となるように調整されている。
【０００４】
ところが、この電動パワーステアリング装置においては、例えば製品毎に、操舵力に対して発生する車両の挙動（ヨーレート、横加速度、横滑り角等）がばらついてしまい、操舵力に対する所望の挙動が車両に発生しない場合がある。この場合、所望の挙動が得られるように運転者が操舵力を調整する必要がある。
【０００５】
この車両挙動のばらつきは、例えばイナーシャの大きさがばらついていたり、電動モータやその電動モータとステアリングシャフトとの間に設けられる減速ギヤ機構等におけるフリクションの大きさが部品毎にばらついていたりすることに原因がある。例えばフリクションの大きさのばらつきは、主に部品の製造誤差等に起因していて、上記フリクションが通常よりも大きくなっている場合には、トルクセンサの検出値に所定のゲインを掛けた制御量で電動モータを制御しても、モータ推力がフリクションによって消費されてしまい、電動モータによる補助操舵力が足りずに、運転者が操舵力を増大しなければならなくなる。
【０００６】
また、運転者のハンドル操舵に対して所望の車両挙動が発生しない場合としては、上記のイナーシャやフリクションの大きさのばらつきに起因した場合に限らず、例えば直進走行中（運転者の操舵力が０）に、横風や路面不整等の車両に対する外乱によって上記車両にヨーレート、横加速度、横滑り角等が生じる場合等もある。この場合も、上記運転者はハンドル操舵を調整することによって、所望の車両挙動とする必要がある。
【０００７】
このように、ハンドル操舵に対して所望の車両挙動が発生しないことによって、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感を招き、ひいては運転者の疲労を招いているという問題があった。
【０００８】
そこで、トルクセンサの検出値に基づくフィードバック制御を、従来の電動パワーステアリング装置におけるアシスト制御に追加して行うようにすることが考えられる。すなわち、自動車のハンドル及び車輪の間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサの検出値が無くなるように電動モータの制御量を決定するとともに、同じトルクセンサの検出値から目標となるヨーレート、横加速度、横滑り角等の目標挙動値を演算し、この目標挙動値から実際に車両に発生している挙動値を減算することによって電動モータの今１つの制御量を決定し、これら２つの制御量を加算した制御量に基づいて電動モータを制御するのである。
【０００９】
しかし、その場合、自動車に対し、電動パワーステアリング装置の他、自動車のドリフトアウトやスピンといったヨーイング方向の姿勢を制御するための車両安定性制御装置（ＤＳＣ：Dynamic Stability Control）や、車輪のロックを抑制するためのアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）等、車両の挙動を制御するための車両挙動制御装置が併せて装備され、その車両挙動制御装置が制御作動中であると、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対して電動パワーステアリング装置による制御が干渉して影響を与えてしまい、車両挙動制御装置の制御による車両の挙動変化が拡大したり、逆にその制御性能が低下したりすることが生じることとなり、車両挙動制御を安定して行うことができなくなる虞れがある。
【００１０】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記のように、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置において、運転者のハンドル操舵に対する車両の挙動を常に所望の挙動にさせるとともに、車両挙動制御装置の作動による挙動制御をも安定して行い得るようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、車両挙動制御装置の作動中は、ハンドルトルクから演算した目標挙動値と実際の挙動値の減算によって得られる制御量による電動モータの制御については抑制するようにした。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明では、車両挙動制御装置を備えた自動車に設けられ、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助するようにした自動車の電動パワーステアリング装置を対象とする。
【００１３】
そして、ハンドル及び車輪の間に設けられ、ハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータの第１制御量を決定する第１の制御部と、上記トルクセンサの検出値から目標ヨーレートを演算し、該目標ヨーレートから実際に車両に発生している実ヨーレートを減算することによって上記電動モータの第２制御量を決定する第２の制御部と、上記第１の制御部による第１制御量及び第２の制御部による第２制御量を加算した制御量に基づいて上記電動モータを制御するモータ制御部と、上記車両挙動制御装置からその作動信号を入力して、該車両挙動制御装置の作動中は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する制御抑制部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、ハンドルの操舵に伴い、ハンドルと車輪との間に設けられたトルクセンサがハンドル操舵トルクを検出し、第１の制御部において、上記トルクセンサの検出値が無くなるように、すなわちトルクセンサの検出値に所定のゲインを掛けて第１制御量が決定される。これは従来のアシスト制御に対応する。
【００１５】
一方、第２の制御部では、上記トルクセンサの検出値から目標ヨーレートが演算され、この目標ヨーレートから実際に車両に発生している実ヨーレートを減算することによって第２制御量が決定される。ここで、目標ヨーレートの演算は、例えばホイールベース等の車両諸元及び車速等に基づいて予め設定した、ハンドル操舵トルクに対するマップ（ゲイン）によって演算すればよい。
【００１６】
さらに、モータ制御部は、上記第１制御量と第２制御量とを加算した制御量でもって上記電動モータを制御する。ここで、第１制御量でもって電動モータを制御しても所望の車両挙動（ヨーレート）とならないときには、トルクセンサの検出値に基づいて演算された目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差が生じていることになる。このため、この偏差によって決定された第２制御量でもって電動モータが制御されることによって、所望のヨーレートが車両に生じる。
【００１７】
このように、目標ヨーレートとなるように電動モータを制御することによって、たとえイナーシャの大きさや、電動パワーステアリング装置を構成する部品のフリクションの大きさがばらついていても、運転者のハンドル操作（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。これにより、操舵フィーリングの向上や、違和感の軽減が図られる。
【００１８】
また、例えば車両が直進状態であるときには、運転者はハンドル操舵していないためにハンドル操舵トルクは０である。このため、横風や路面不整によって車両に挙動が生じた場合には、第２の制御部は、目標ヨーレートを０にする制御、すなわち、直進状態を維持しようとする制御を行うため、上記横風や路面不整等の外乱に対する直進安定性の向上が図られる。これにより、運転者がハンドル操舵を調整する必要もなくなって、上記運転者の疲労の軽減が図られる。
【００１９】
そして、このようなモータ制御部による制御中、車両挙動制御装置が作動してその作動信号が制御抑制部に入力されると、その制御抑制部は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する。このことで、モータ制御部は、主として第１の制御部の第１制御量により電動モータを制御するようになり、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対し電動パワーステアリング装置の制御が干渉して影響することはなく、車両挙動制御装置の制御による自動車の挙動変化が拡大したり、逆に車両挙動制御装置の制御性能が低下したりすることを防いで、車両挙動制御装置による車両の挙動制御を安定して行うことができる。
【００２０】
上記ヨーレートは、車両の挙動の１つであり、これを、請求項２の発明のように横加速度か、さらには請求項３の発明のように車体重心点の横滑り角と変更してもよく、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２１】
また、請求項４の発明のように、上記制御抑制部は、車両挙動制御装置の作動中は第２制御量の感度を低下させるように構成するのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１及び図４は本発明の実施形態１に係る自動車の電動パワーステアリング装置Ａの構成を示し、１はハンドル（ステアリングホイール）、２は該ハンドル１に連結されてハンドル１の回転力（操舵力）を伝達するステアリングシャフト、３は該ステアリングシャフト２に自在継ぎ手を介して連結された中間シャフト、４は該中間シャフト３の下端に設けられたステアリングギヤボックス、５は該ステアリングギヤボックス４の両側に配設されたタイロッド、６は該各タイロッド５が連結される操舵輪としての前車輪（タイヤ）である。
【００２３】
尚、図４は車両を左右一側の２輪モデルで示しており、７は後車輪、Ｌｆは前車輪６から車両の重心位置Ｐまでの距離、Ｌｒは後車輪７から車両の重心位置Ｐまでの距離である。
【００２４】
そして、図２に示すように、上記電動パワーステアリング装置Ａを装備した自動車には、その自動車のドリフトアウトやスピンといったヨーイング方向の姿勢を制御するための車両安定性制御装置（ＤＳＣ）や、車輪６，７のロックを抑制するためのアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等、車両の挙動を制御するための公知の車両挙動制御装置Ｂが装備されている。
【００２５】
上記ステアリングギヤボックス４内には、ラック及びそれに噛合されるピニオン（いずれも図示せず）からなるラックピニオン機構８（図４参照）が設けられており、そのピニオンには上記中間シャフト３の下端が連結されている一方、ラックの両端部は各タイロッド５を介して前車輪６に連結されている。
【００２６】
上記ステアリングギヤボックス４には、そのピニオン側に減速ギヤ機構１０を介して力を付与する電動モータ１１と、トーションバーとしてのトルクセンサ１２とが設けられ、このトルクセンサ１２は上記中間シャフト３と減速ギヤ機構１０との間に配設されている。これにより、上記トルクセンサ１２は、ハンドル１と前車輪６との間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するものとなっている。
【００２７】
図２に示すように、上記トルクセンサ１２及び電動モータ１１はそれぞれコントローラ１５に接続されていて、このコントローラ１５によって電動モータ１１が制御される。このコントローラ１５には、上記トルクセンサ１２、車両に実際に生じたヨーレートψを検出するヨーレートセンサ１６、及び電動モータ１１の回転速度を検出するモータ回転速度センサ１７の各検出値が入力されるようになっている。
【００２８】
尚、上記モータ回転速度センサ１７は、電動モータ１１の回転速度ωを直接的に検出するものとしてもよいし、上記電動モータ１１に印加される電圧等から推定するものとしてもよい。
【００２９】
また、上記ヨーレートセンサ１６の検出値は、上記車両挙動制御装置Ｂに対しても車両挙動制御のために入力されるようになっており、電動パワーステアリング装置Ａ及び車両挙動制御装置Ｂの双方でヨーレートセンサ１６を共用するようにしている（後述する実施形態２及び３の横加速度センサ１８も同様である）。
【００３０】
図３に示す如く、上記コントローラ１５には、上記トルクセンサ１２の検出値が無くなるように第１制御量を決定する第１の制御部としてのアシスト制御部２１と、上記トルクセンサ１２の検出値から目標ヨーレートを演算し、この目標ヨーレートから、上記ヨーレートセンサ１６が検出した実際に車両に発生しているヨーレートψを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としてのヨーレートフィードバック制御部２２と、上記アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【００３１】
上記アシスト制御部２１は、トルクセンサ１２の検出値ξに対してアシスト制御ゲインＫaを掛けることによって第１制御量（Ｋa・ξ）を決定するように構成されている。このアシスト制御ゲインＫaは、車速Ｖ、トルクセンサ１２の検出値ξ及び該検出値ξの微分値によって決定される非負（正又は０）の変数であって、かつ車速Ｖに関して非増加の（車速が高いとき（Ｈ）の方が、車速が低いとき（Ｌ）に比べて小さい）変数とされている。
【００３２】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、トルクセンサ１２の検出値ξの位相遅れを補償する伝達関数Ｇ1(s)を有している。この伝達関数Ｇ1(s)は、図４に示すように、ハンドルイナーシャＩh，トルクセンサ１２（トーションバー）の減衰係数Ｃb、及びそのトーションバーのばね定数Ｋbとして下記の式（１）で設定されている。
【００３３】
Ｇ1(s)＝｛ωh 2（Ｉhｓ2＋Ｃbｓ＋Ｋb）｝／｛Ｋb（ｓ2＋２ηhωh＋ωh 2）｝…（１）
ここで、ｓはラプラス演算子、ηh，ωhは調整パラメータである。
【００３４】
そして、上記伝達関数の出力（Ｇ1(s)・ξ）によって運転者が実際にハンドル１に付与したハンドル操舵トルクｕを算出するようにされている。
【００３５】
また、ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ハンドル操舵トルクｕに含ませるフリクション成分（フリクショントルクｕF）を設定するためのフリクションゲインＫFを有している。このように、ハンドル操舵トルクｕにフリクショントルクｕFを含ませるのは、通常の自動車においては、図７に示すように、ハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間の特性がヒステリシスになるためである。
【００３６】
すなわち、このヒステリシス特性は、ステアリング系のフリクション等によって生じるものであるが、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御によって、そのフリクションの影響が低下し又は影響が全くなくなってしまい、同図の一点鎖線で示すように、操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間のヒステリシス特性が失われる虞れがある。このようにハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間の特性が通常の自動車とは異なる特性となる結果、操舵感が損われるようになる。
【００３７】
そこで、操舵感の向上を目的として、予め設定した大きさのフリクショントルクｕFを、目標ヨーレートの演算に係るハンドル操舵トルクｕから減ずる（ハンドル操舵トルクｕに、操舵速度方向とは逆向きにフリクショントルクｕFを加える）ことで、ハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間に所定のヒステリシス特性が残るようにしている。
【００３８】
具体的には、上記フリクションゲインＫFは、図５に示すように、モータ回転速度ωの方向に応じてフリクショントルクｕFの正負を設定するようになっており、モータ回転速度ω（つまりハンドル操舵速度）が正のときはフリクショントルクを＋ｕFとし、モータ回転速度ω（つまりハンドル操舵速度）が負のときはフリクショントルクを−ｕFとする。尚、モータ回転速度ωがω＝０（ゼロ）の点においてフリクショントルクｕFが不連続になることにより、運転者の違和感を招く虞れもあるため、例えば図６に示すように、モータ回転速度ω＝０点付近で、フリクショントルクｕFが連続的につながるように、フリクションゲインを設定してもよい。つまり、モータ回転速度ω＝０点近傍でフリクショントルクｕFの絶対値を減少させてもよい。
【００３９】
尚、上記フリクショントルクｕFの大きさを調整することで、上記ヒステリシスの幅を調整することもできる。これにより、操舵力特性（操舵感）を常に設計どおりの特性にすることも可能になる。また、上記フリクショントルクｕFは、車速Ｖが高いほど小さくしてもよい。こうすることで、高速走行時においては、ハンドル１の復元力が高まり、ハンドル１の戻り感を向上させることができる。さらに、上記フリクショントルクｕFは、車輪舵角（前車輪６の舵角）が大きいほど小さくしてもよい。こうすることで、車輪舵角の大きい領域では車両の安定性が向上し、車輪舵角の小さい領域では車両の応答性が向上するようになる。
【００４０】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ハンドル操舵トルクｕからフリクショントルクｕFを減じた値（ｕ−ｕF）に基づき目標ヨーレートψを演算する目標ゲインＫyを有し、この目標ゲインＫyは、ホイールベース等の車両諸元や車速Ｖ等に基づいて予め設定されたものとなっている。すなわち、このヨーレートフィードバック制御部２２による制御は、ハンドル操舵トルクに対する車両応答が線形である領域（車両応答の線形領域）を対象としている。尚、この目標ゲインＫyの詳細については後述する。
【００４１】
また、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ヨーレートセンサ１６が検出した実際のヨーレートψを上記目標ヨーレートから減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−ψ）に対して制御ゲインＣ(s)を掛けて制御量（第２制御量）を決定するように構成されている。上記制御ゲインＣ(s)は式（２）で設定されている。
【００４２】
Ｃ(s)＝ΣＢmｓm／ΣＡnｓn …（２）
尚、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎである。
【００４３】
このＣ(s)は、例えば目標ヨーレートと実際のヨーレートψとの偏差を０にするためのＰＩＤ制御理論の伝達関数としてもよく、ＰＩＤ制御の場合では、
Ａ0＝０，Ａ1＝１，Ｂ0＝積分ゲイン，Ｂ1＝比例ゲイン，Ｂ2＝微分ゲイン
とすればよい。また、上記Ｃ(s)は、ＰＩＤ制御以外の制御理論を用いた伝達関数としてもよい。
【００４４】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２の制御量の感度調整（目標ゲインＫy又は制御ゲインＣ(s)の調整）は次の▲１▼〜▲７▼のようにするのがよい。
【００４５】
▲１▼ 車速Ｖが所定車速以下のときは、目標ゲインＫyをＫy＝０とするのがよい。これは次の理由によるものである。つまり、ハンドル１が操舵されることによりトルクセンサ１２の検出値から目標ヨーレートが演算されるが、例えば低速旋回時は車両にヨーレートが発生し難い（又は発生しない）。このため、低速旋回時において上記目標ヨーレートとなるように電動モータ１１を制御しても、目標ヨーレートが達成されないという不具合が生じる。従って、車速Ｖが所定車速以下のときは目標ゲインＫyを０として、上記ヨーレートフィードバック制御部２２における制御を行わないのがよい。これにより、車速Ｖが所定車速以下のときは、アシスト制御部２１による制御のみが行われる。
【００４６】
一方、車速Ｖが所定車速以上のときは、上記アシスト制御部２１のアシストゲインＫaをＫa＝０として、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御のみを行うようにするのがよい。これは、上記アシスト制御部２１とヨーレートフィードバック制御部２２とで制御干渉が起きる虞れがあるためである。
【００４７】
▲２▼ 車速Ｖが高いほど制御ゲインＣ(s)を上げるのがよい。これは、高速走行時の直進安定性を向上させるためである。すなわち、例えば横風や路面不整等によって車両に外乱が入力された場合には、運転者がハンドル１の操舵をしていない、つまりハンドル操舵トルクが０であるにも拘わらず、車両にヨーレートが生じることになる。しかし、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御は、ハンドル操舵トルクが０、すなわちヨーレートが０であれば、直進状態を維持しようとする制御になるため、車速Ｖが高いほど制御ゲインＣ(s)を高めることで、高速走行時の直進安定性が向上する。尚、上記制御ゲインＣ(s)の調整は、Ａn，Ｂmを変更することによって行ってもよい（式（２）参照）。
【００４８】
▲３▼ 車速Ｖがさらに高くなって所定車速以上になれば、その車速Ｖが高いほど目標ゲインＫyを下げるのがよい。これは、高速走行時におけるハンドル１の操舵に対する車両挙動を鈍くするためである。すなわち、中速域では、ハンドル１の操舵に対して車両挙動（ヨーレート挙動）が敏感に反応する方が、例えば回頭性が向上することになるため好ましいが、高速域では、ハンドル１の操舵に対して、ヨーレートが敏感に反応するのは、挙動が不安定になってしまう虞れがあるとともに、運転者に違和感を与えてしまうことになる。そこで、車速Ｖがさらに高くなれば、すなわち高速走行時には目標ゲインＫyを下げてハンドル１の操舵に対する車両挙動を鈍くするのが好ましい。
【００４９】
よって、上記▲１▼〜▲３▼によると、車速Ｖの低速域では、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が行われない一方、中速域（Ｍ）では、上記ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が積極的に行われる。そして、高速域（Ｈ）では、中速域に比べてヨーレートフィードバック制御部２２による制御が抑制されることとなる。
【００５０】
▲４▼ 路面μ（路面摩擦係数）が低いほど目標ゲインＫyを下げるのがよい。これは、路面μが低いときはタイヤ反力が小さいため、トルクセンサ１２が値を検出しないか又はその検出値が小さいにも拘わらず、車両にはヨーレートが発生する。このため、目標ヨーレートと実際のヨーレートψとが合わなくなってしまうことから、路面μが低いほど目標ゲインＫyを下げて、目標ヨーレートの影響を小さくするのが好ましい。
【００５１】
▲５▼ 前車輪６の舵角（車輪舵角）が小さいほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。これは、直進安定性のより一層の向上を図るためである。
【００５２】
▲６▼ 前車輪６の舵角速度（車輪舵角速度）が大きいほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。これは、車輪舵角速度が大きいときはイナーシャが大きくなってハンドル１の操舵に対して車両挙動が遅れやすくなるため、電動モータ１１に大きなモータ推力を与えた方が好ましくなるためである。
【００５３】
▲７▼ 車重が重いほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。つまり、例えば積載量が増えて車重が重くなっている場合のように、ハンドル１の操舵に対する車両の挙動が遅れるような場合であっても、目標ゲインＫyを上げることで、電動モータ１１に大きなモータ推力を与えることができて好ましい。
【００５４】
尚、上記▲１▼，▲３▼〜▲７▼については、目標ゲインＫyを調整しているが、制御ゲインＣ(s)を調整するようにしてもよい。逆に、上記▲２▼については、制御ゲインＣ(s)を調整しているが、目標ゲインＫyを調整するようにしてもよい。
【００５５】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２はまた、所定の仮想的なモデルにおいて、電動モータ１１の出力と、トルクセンサ１２を介してハンドル１から前車輪６に伝達されるトルクとの和に対するモータ回転速度を算出するための伝達関数Ｇ4(s)を有しているとともに、上記所定の仮想的なモデルにおけるモータ回転速度（舵角速度）と、実際のモータ回転速度ωとの偏差から、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御量を補正する補正量を算出するための伝達関数Ｇ5(s)を有している。
【００５６】
上記伝達関数Ｇ4(s)は式（３）で設定されている。
【００５７】
Ｇ4(s)＝ΣＰkｓk／ΣＱlｓl …（３）
尚、ｋ＝０，１，２，…，Ｋ、ｌ＝０，１，２，…，Ｌである。また、Ｐk，Ｑlは車速Ｖに応じて変更してもよく、車速Ｖに応じて段階的に変更してもよい。このとき、低車速ほどＰk，Ｑlを細かく変更してもよい（低車速ほど、車速Ｖの変化に対してＰk，Ｑlを頻繁に変更してもよい）。
【００５８】
一方、上記伝達関数Ｇ5(s)は式（４）で設定されている。
【００５９】
Ｇ5(s)＝ωjＫw／（ｓ+ωj） …（４）
尚、ωj，Ｋwは調整パラメータである。
【００６０】
これら伝達関数Ｇ4(s)，Ｇ5(s)により、電動モータ１１にダンピングを与えて、安定性を高めるようにしている。
【００６１】
このようにして、アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２において各制御量が決定されれば、モータ制御部２３において、上記アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２の制御量を加算して、電動モータ１１を制御するためのモータ制御量を決定する。
【００６２】
そして、上記モータ制御部２３は補正部２４を有しており、この補正部２４は、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルクが打ち消されるように、上記モータ制御量の補正をするものである。
【００６３】
上記補正部２４は、車速Ｖに応じて設定される第１ゲインＫ1と、ハンドル舵角θH及びハンドル舵角速度θH′に応じて設定される第２ゲインＫ2と、トルクセンサ１２の検出値から上記ハンドル１と前車輪６との間で上記トルクセンサ１２を介して伝達されるトルク成分を演算するための伝達関数Ｇ3(s)とを備えている。
【００６４】
上記第１ゲインＫ1は、図８に示すように、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下のときには０であり、第１車速Ｖ1よりも高いときには、車速Ｖの増加に応じて増加し、さらに、第２車速Ｖ2以上のときには、車速Ｖに拘わらず一定となるように設定されている。これにより、車両が停止しているとき又は低速走行時には、モータ制御量の補正が行われない。尚、第１車速Ｖ1と第２車速Ｖ2との間において、第１ゲインＫ1を連続的に変化させなくても、第１車速Ｖ1において不連続となるように第１ゲインＫ1を設定してもよい。
【００６５】
一方、第２ゲインＫ2は、図９に示すように、ハンドル舵角θHが第１舵角θ1以下のときには、その舵角θHに拘わらず一定値であり、上記第１舵角θ1よりも大きいときには、舵角θＨの増大に応じて減少し、さらに、第２舵角θ2よりも大きいときには０になるように設定されている。これにより、ハンドル舵角θHが第２舵角θ2よりも大きいときには、モータ制御量の補正が行われない。尚、第１舵角θ1と第２舵角θ2との間において、第２ゲインＫ2を連続的に変化させなくても、第１舵角θ1において不連続となるように第２ゲインＫ2を設定してもよい。
【００６６】
また、上記第２舵角θ2は舵角速度θH′に応じて設定され、舵角速度θH′が高くなるほど第２舵角θ2が小さく設定される（同図の一点鎖線参照）。
【００６７】
また、上記伝達関数Ｇ3(s)は式（５）で設定されている。
【００６８】
Ｇ3(s)＝ωi（Ｃbｓ+Ｋb）／｛Ｋb（ｓ+ηiωi）｝ …（５）
ここで、ωi，ηiは調整パラメータである。
【００６９】
こうして第１ゲインＫ1、第２ゲインＫ2及び伝達関数Ｇ3(s)によって、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルク成分を演算し、これをモータ制御量から減算する補正を行う。
【００７０】
さらに、図２に示すように、コントローラ１５には、上記車両挙動制御装置Ｂが作動して自動車の挙動を制御しているときに、その車両挙動制御装置Ｂの作動信号も入力されるようになっている。そして、コントローラ１５は、車両挙動制御装置Ｂからその作動信号が入力されて、該車両挙動制御装置Ｂが制御作動中にあるときに上記モータ制御部２３でのヨーレートフィードバック制御部２２による制御を抑制する制御抑制部２５を備えている。具体的には、この制御抑制部２５は、車両挙動制御装置Ｂの作動中はヨーレートフィードバック制御部２２の第２制御量の感度を低下させるようにしている（尚、この第２制御量の感度を低下させることに代え、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御自体を禁止してもよい）。
【００７１】
すなわち、自動車のヨーイング方向の姿勢を制御する車両挙動制御装置Ｂが作動しているときに、目標ヨーレートと実ヨーレートψとの偏差に基づくヨーレートフィードバック制御部２２を作動させてしまうと、その制御によって車両挙動（ヨーレート）が変化するため制御干渉が生じ、車両挙動制御装置Ｂによる制御の性能（挙動制御効果）が低下してしまう虞れがある。また、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、前後車輪６，７が走行路面をグリップしている状態での制御を行うように設定され、車両応答の線形領域における制御を目的としている。これに対し、車両挙動制御装置Ｂが作動するのは、車輪６，７がスリップしているときや、車両応答の非線形領域であるときである。こうした車両挙動制御装置Ｂが作動するときに上記ヨーレートフィードバック制御部２２の制御を行っても、その制御は有効ではなく、車両挙動制御装置Ｂによる制御の性能低下を招くだけとなる。そこで、上記車両挙動制御装置Ｂによる制御が行われているときには、それを優先し、ヨーレートフィードバック制御部２２における制御を抑制するようにしている。
【００７２】
この制御抑制部２５による制御動作を図１０により説明すると、まず、ステップＳ１で車両挙動制御装置Ｂが作動している（制御中にある）か否かを判定する。この判定が車両挙動制御装置Ｂの作動していないＮＯのときには、ステップＳ２で通常のヨーレートフィードバック制御部２２の制御（第２の制御量による制御）を行う。
【００７３】
一方、車両挙動制御装置Ｂが作動していてステップＳ１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３でヨーレートフィードバック制御部２２の感度を低下させる（又はヨーレートフィードバック制御部２２の制御自体を禁止する）。
【００７４】
したがって、上記実施形態においては、トルクセンサ１２の値から目標となる目標ヨーレートを演算し、この目標ヨーレートとなるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量（Ｋa・ξ）で電動モータ１１を制御することによって所望のヨーレートが発生しない場合であっても、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御によって、目標ヨーレート（所望のヨーレート）が車両に生じる。
【００７５】
こうして、目標ヨーレートとなるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。これにより、操舵フィーリングの向上や違和感の軽減が図られ、運転者の疲労を軽減することができる。
【００７６】
また、例えば積載量が増えて車重が重くなっている場合のような、ハンドル１の操舵に対する車両の挙動が遅れるような場合であっても、目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差に基づいて電動モータ１１の制御が行われるため、車重の如何に拘わらず、ハンドル１の操舵に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。つまり、常に同様の操舵フィーリングが得られる。
【００７７】
さらに、例えば車両が直進状態であるときに、横風や路面不整等によって車両にヨーレートが生じた場合には、ヨーレートフィードバック制御部２２は目標ヨーレートを０とする制御、すなわち直進状態を維持しようとする制御を行う。このため、上記横風や路面不整等の外乱に対する直進安定性の向上が図られる。
【００７８】
そして、上記モータ制御部２３は、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルク（推定トルク）を推定するとともに、この推定トルクをモータ制御量から減算する補正部２４を有している。この補正部２４によりモータ制御量が補正されることで、ハンドル１から前車輪６に実際に伝達されるトルクと上記推定トルクとが相殺されることになり、制御上は、ハンドル１から前車輪６にトルクが伝達されないことになる。こうして、特に車両が外乱を受けたときに、運転者によるハンドル１の操舵と、ヨーレートフィードバック制御部２２における制御とが干渉してしまうことを回避することができる。
【００７９】
また、上記補正部２４においては、第１車速Ｖ1以下のときには第１ゲインＫ1を０としかつ、第１車速Ｖ1よりも車速Ｖが高いときには車速Ｖに応じて第１ゲインＫ1を高めることで、モータ制御量の補正の禁止・実行を切り換えるように構成されている。こうすることで、不必要なモータ制御量の補正を回避しつつ、制御干渉を回避することができる。
【００８０】
つまり、第１車速Ｖ1以下のときの停車時又は低速走行時には、車両にヨーレートが発生しないか又は発生し難いため、上記コントローラ１５においては、目標ゲインＫyを０としてヨーレートフィードバック制御部２２における制御を行わず、中速又は高速走行時に目標ゲインＫyを比較的高めるようにしている。一方、アシスト制御ゲインＫaは、図８の一点鎖線で示すように、停車時又は低速走行時に高める一方、中速又は高速走行時には低下させるようにしている。
【００８１】
ここで、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御を行わないときは、このヨーレートフィードバック制御部２２の制御に対する干渉の問題が生じないとともに、元々停車時又は低速走行時には、車両に対する外乱の影響自体がない。また逆に、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御を行わないときに、補正部２４によるモータ制御量の補正を行うと、トルクセンサ１２を介して伝達されるトルクを打ち消す制御が行われることになるため、運転者によるハンドル操舵トルクが前車輪６にまで伝わらず舵が切れなくなることにもなる。
【００８２】
そこで、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下であるとき、言い換えるとヨーレートフィードバック制御部２２の制御感度が０のときには、モータ制御量の補正を禁止することで、上記の不都合が回避される。一方、車速Ｖが第１車速Ｖ1よりも高いときには、言い換えるとアシスト制御部２１の制御感度が低く、逆にヨーレートフィードバック制御部２２の制御感度が高いときには、モータ制御量の補正を行うことで、制御干渉が回避される。
【００８３】
さらに、上記補正部２４においては、第２舵角θ2を閾値としてモータ制御量の補正の禁止・実行を切り換えるように構成されている。こうすることで、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が有効に行われない車両応答の非線形領域では、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができる。
【００８４】
すなわち、上述したように、ヨーレートフィードバック制御部２２は、車両応答の線形領域における制御を行うように構成されている。このため、ハンドル舵角θHが第２舵角θ2以下である車両応答の線形領域では、モータ制御量の補正を行うことで、制御干渉を回避することができる一方、第２制御量による制御が有効でない車両応答の非線形領域（ハンドル舵角θHが第２舵角θ2よりも大きいとき）では、モータ制御量の補正を禁止することで前車輪６からハンドル１にトルクを伝達させ、これにより、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができる。
【００８５】
また、補正部２４におけるモータ制御量の補正の禁止・実行の閾値である第２舵角θ2を、ハンドル舵角速度θH′が高くなるほど小さくすることで、車両応答の線形領域が狭くなることに対応して、モータ制御量の補正の禁止・実行の切換えがなされ、車両応答の線形領域では、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御によって所望のヨーレートを発生させる一方、車両応答の非線形領域では、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができるようになる。
【００８６】
また、自動車のヨーイング方向の姿勢を制御する車両挙動制御装置Ｂが作動し、その車両挙動制御装置Ｂによる制御が行われているときには、制御抑制部２５において、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が抑制され、そのヨーレートフィードバック制御部２２の感度が低下する。このことで、目標ヨーレートと実ヨーレートψとの偏差に基づくヨーレートフィードバック制御部２２を作動させた場合のように、その制御によって車両挙動（ヨーレート）が変化し、制御干渉が生じて車両挙動制御装置Ｂの制御による挙動変化が拡大したり、制御の性能（挙動制御効果）が低下したりすることはなく、その車両挙動制御の性能を安定して維持することができる。
【００８７】
尚、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、前後車輪６，７がグリップしている状態で車両応答の線形領域における制御を行うように設定されている一方、車両挙動制御装置Ｂが作動するのは、車輪６，７がスリップしているときや、車両応答の非線形領域であるときであるので、この車両挙動制御装置Ｂが作動するときにヨーレートフィードバック制御部２２の制御を行わなくても、問題は生じない。
【００８８】
（実施形態２）
図１１は実施形態２を示し（図１〜図１０と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施形態１では、自動車の挙動値をヨーレートとしているのに対し、横加速度としたものである。
【００８９】
すなわち、この実施形態では、コントローラ１５に、実施形態１と同様のトルクセンサ１２、ヨーレートセンサ１６及びモータ回転速度センサ１７に加え、さらに、車両に生じた横加速度Ｇを検出する横加速度センサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００９０】
尚、上記横加速度センサ１８は、自動車の重心位置Ｐ又はそれよりも前側に配置されている。すなわち、仮に、横加速度センサ１８が重心位置Ｐよりも後側に配置されていると、車両のオーバーステア状態で横加速度センサ１８により検出される横加速度Ｇが重心位置Ｐでの横加速度により目減りし、その分、電動パワーステアリング装置Ａがそれを補償しようとして前車輪６の舵角をさらに切る方向に余計にアシスト制御を行って、ハンドル１が軽くなり、オーバーステアが過度に増長されて問題が生じる。これに対し、横加速度センサ１８を重心位置Ｐ又はそれよりも前側に配置することで、オーバーステア時にハンドル１の手応えの減少によりオーバーステアが増長されるのを防ぎ、アンダステア補正を行うことができる。
【００９１】
また、コントローラ１５には、アシスト制御部２１（第１の制御部）の他に、トルクセンサ１２の検出値から目標横加速度を演算し、この目標横加速度から、横加速度センサ１８により検出された実際の横加速度Ｇを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としての横加速度フィードバック制御部２６と、上記アシスト制御部２１及び横加速度フィードバック制御部２６の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【００９２】
上記横加速度フィードバック制御部２６は、上記ハンドル操舵トルクｕからフリクショントルクｕFを減じた値（ｕ−ｕF）に基づいて目標横加速度を演算する目標ゲインＫyを有し、この目標ゲインＫyは、ホイールベース等の車両諸元や車速Ｖ等に基づいて予め設定される。
【００９３】
また、上記横加速度フィードバック制御部２６は、上記目標横加速度から、上記横加速度センサ１８により検出された実際の横加速度Ｇを減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−Ｇ）に対して制御ゲインＣ(s)を掛けて制御量（第２制御量）を決定するように構成されている。上記制御ゲインＣ(s)は上記式（２）で設定される。
【００９４】
このＣ(s)は、例えば目標横加速度と実際の横加速度Ｇとの偏差を０にするためのＰＩＤ制御理論の伝達関数としてもよく、ＰＩＤ制御以外の制御理論を用いた伝達関数としてもよい。
【００９５】
その他の構成は上記実施形態１と同様であり、車両挙動制御装置Ｂの作動中は横加速度フィードバック制御部２６の第２制御量の感度を低下させる（又は横加速度フィードバック制御部２６の制御を禁止する）ようになっている。
【００９６】
したがって、この実施形態においては、トルクセンサ１２の値から目標となる目標横加速度が演算され、この目標横加速度となるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量で電動モータ１１を制御することによって、所望の横加速度が発生しない場合であっても、横加速度フィードバック制御部２６の制御によって、目標横加速度（所望の横加速度）が車両に生じる。このように目標横加速度となるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望の横加速度が車両に生じる。よって、この実施形態でも上記実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【００９７】
（実施形態３）
図１２は実施形態３を示し、上記実施形態２では、横加速度フィードバック制御部２６において、トルクセンサ１２の検出値を基に演算した目標横加速度から実際の横加速度Ｇを減算することによって電動モータ１１の第２制御量を決定するようにしているのに対し、トルクセンサ１２の検出値を基に演算した目標横滑り角から推定横滑り角βを減算することによって電動モータ１１の第２制御量を決定するようにしたものである。
【００９８】
すなわち、この実施形態２におけるコントローラ１５には、トルクセンサ１２、ヨーレートセンサ１６、モータ回転速度センサ１７及び横加速度センサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００９９】
また、コントローラ１５には、トルクセンサ１２の検出値が無くなるように第１制御量を決定するアシスト制御部２１（第１の制御部）と、トルクセンサ１２の検出値から目標横滑り角を演算し、この目標横滑り角から、横滑り角推定部２８において推定された推定横滑り角βを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としての横滑り角フィードバック制御部２７と、上記アシスト制御部２１及び横滑り角フィードバック制御部２７の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【０１００】
上記横滑り角推定部２８は、上記横加速度センサ１８が検出した実際に車両に発生している横加速度Ｇと、ヨーレートセンサ１８が検出した実際に車両に発生しているヨーレートψとから横滑り角βを演算により推定するもので、その推定横滑り角βの演算は式（６）により行う。
【０１０１】
β＝∫｛（Ｇ＋ｒ・ψ″）／Ｖ＋ψ′｝ｄｔ …（６）
ここで、ｒは自動車の重心位置Ｐからその前側にある横加速度センサ１８の位置までの距離である。横加速度センサ１８が車両の重心位置Ｐにある場合には、ｒ＝０であるので、式（６）は、
β＝∫｛（Ｇ／Ｖ）＋ψ′｝ｄｔ
となる。
【０１０２】
その他の構成は実施形態１と同様で、車両挙動制御装置Ｂの作動中は横滑り角フィードバック制御部２７の第２制御量の感度を低下させる（又は横滑り角フィードバック制御部２７自体の制御を禁止する）ようになっている。
【０１０３】
この実施形態の場合、トルクセンサ１２の値から目標となる目標横滑り角を演算し、この目標横滑り角となるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量で電動モータ１１を制御することによって、所望の横滑り角が発生しない場合であっても、横滑り角フィードバック制御部２７の制御によって、目標横滑り角（所望の横滑り角）が車両に生じる。このように目標横滑り角となるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望の横滑り角が車両に生じるようになる。よって、この実施形態でも実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４の発明の自動車の電動パワーステアリング装置によると、自動車の目標ヨーレート、目標横加速度、又は車体重心点の目標横滑り角に基づく第２制御量でもって電動モータが制御されるため、フリクションやイナーシャの大きさに拘わらず、ハンドル操舵に対して常に所望の車両挙動を得ることができ、例えば製品間での性能差を無くすことができるとともに、車両に対して外乱が入力されても、第２の制御部によって、直進状態を維持しようとする制御が行われるため、直進安定性を向上させることができ、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感を防止することができる。また、車両挙動制御装置の作動中は、第２制御量でもって電動モータを制御することを抑制するので、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対し電動パワーステアリング装置の制御が干渉して影響することを防ぐことができ、よって、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感の防止と、車両挙動制御装置による車両挙動の安定した制御とを併せ図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図５】フリクションゲインの一例を示す図である。
【図６】図５とは異なるフリクションゲインの一例を示す図である。
【図７】ハンドル操舵トルクとハンドル舵角との関係を示す図である。
【図８】補正部における第１ゲインの特性を示す図である。
【図９】補正部における第２ゲインの特性を示す図である。
【図１０】車両挙動制御装置の作動時の制御を示すフローチャート図である。
【図１１】実施形態２に係るコントローラの構成を示す図３相当図である。
【図１２】実施形態３に係るコントローラの構成を示す図３相当図である。
【符号の説明】
Ａ 電動パワーステアリング装置
１ ハンドル
６ 前車輪（車輪）
１１ 電動モータ
１２ トルクセンサ
１５ コントローラ
１６ ヨーレートセンサ
１７ モータ回転速度センサ
１８ 横加速度センサ
２１ アシスト制御部（第１の制御部）
２２ ヨーレートフィードバック制御部（第２の制御部）
２３ モータ制御部
２５ 制御抑制部
２６ 横加速度フィードバック制御部（第２の制御部）
２７ 横滑り角フィードバック制御部（第２の制御部）
２８ 横滑り角推定部
Ｐ 重心位置
Ｖ 車速
ψ ヨーレート
Ｇ 横加速度
β 横滑り角
Ｂ 車両挙動制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のハンドル操舵を電動モータの制御により補助するようにした電動パワーステアリング装置に関する技術分野に属する。尚、本発明では自動車のことを「車両」ともいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のパワーステアリング装置として、電動モータや油圧によってハンドル操舵を補助するものが知られており、このものでは、ハンドル操舵トルクやハンドル操舵回転速度（ハンドル操舵角度の微分値）に応じて電動モータの制御量又は油圧量の調整を行い、所定のアシスト特性を実現している。また、上記アシスト特性を、例えば車速に応じて変更するものや、車速に加えて横加速度及びヨーレートに応じて変更するもの（例えば特開平８―７２７３４号公報参照）も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電動モータを用いた電動パワーステアリング装置においては、通常、ハンドルと車輪（操舵輪）との間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサ（トーションバー）を設け、その検出値に所定のゲイン（アシスト制御ゲイン）を掛けることによって電動モータの制御量を決定するようにしている。そして、上記アシスト制御ゲインの値は、所定の自動車でテストを行ってそれを基に所望のアシスト特性となるように調整されている。
【０００４】
ところが、この電動パワーステアリング装置においては、例えば製品毎に、操舵力に対して発生する車両の挙動（ヨーレート、横加速度、横滑り角等）がばらついてしまい、操舵力に対する所望の挙動が車両に発生しない場合がある。この場合、所望の挙動が得られるように運転者が操舵力を調整する必要がある。
【０００５】
この車両挙動のばらつきは、例えばイナーシャの大きさがばらついていたり、電動モータやその電動モータとステアリングシャフトとの間に設けられる減速ギヤ機構等におけるフリクションの大きさが部品毎にばらついていたりすることに原因がある。例えばフリクションの大きさのばらつきは、主に部品の製造誤差等に起因していて、上記フリクションが通常よりも大きくなっている場合には、トルクセンサの検出値に所定のゲインを掛けた制御量で電動モータを制御しても、モータ推力がフリクションによって消費されてしまい、電動モータによる補助操舵力が足りずに、運転者が操舵力を増大しなければならなくなる。
【０００６】
また、運転者のハンドル操舵に対して所望の車両挙動が発生しない場合としては、上記のイナーシャやフリクションの大きさのばらつきに起因した場合に限らず、例えば直進走行中（運転者の操舵力が０）に、横風や路面不整等の車両に対する外乱によって上記車両にヨーレート、横加速度、横滑り角等が生じる場合等もある。この場合も、上記運転者はハンドル操舵を調整することによって、所望の車両挙動とする必要がある。
【０００７】
このように、ハンドル操舵に対して所望の車両挙動が発生しないことによって、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感を招き、ひいては運転者の疲労を招いているという問題があった。
【０００８】
そこで、トルクセンサの検出値に基づくフィードバック制御を、従来の電動パワーステアリング装置におけるアシスト制御に追加して行うようにすることが考えられる。すなわち、自動車のハンドル及び車輪の間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサの検出値が無くなるように電動モータの制御量を決定するとともに、同じトルクセンサの検出値から目標となるヨーレート、横加速度、横滑り角等の目標挙動値を演算し、この目標挙動値から実際に車両に発生している挙動値を減算することによって電動モータの今１つの制御量を決定し、これら２つの制御量を加算した制御量に基づいて電動モータを制御するのである。
【０００９】
しかし、その場合、自動車に対し、電動パワーステアリング装置の他、自動車のドリフトアウトやスピンといったヨーイング方向の姿勢を制御するための車両安定性制御装置（ＤＳＣ：Dynamic Stability Control）や、車輪のロックを抑制するためのアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）等、車両の挙動を制御するための車両挙動制御装置が併せて装備され、その車両挙動制御装置が制御作動中であると、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対して電動パワーステアリング装置による制御が干渉して影響を与えてしまい、車両挙動制御装置の制御による車両の挙動変化が拡大したり、逆にその制御性能が低下したりすることが生じることとなり、車両挙動制御を安定して行うことができなくなる虞れがある。
【００１０】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記のように、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステアリング装置において、運転者のハンドル操舵に対する車両の挙動を常に所望の挙動にさせるとともに、車両挙動制御装置の作動による挙動制御をも安定して行い得るようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、車両挙動制御装置の作動中は、ハンドルトルクから演算した目標挙動値と実際の挙動値の減算によって得られる制御量による電動モータの制御については抑制するようにした。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明では、車両挙動制御装置を備えた自動車に設けられ、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助するようにした自動車の電動パワーステアリング装置を対象とする。
【００１３】
そして、ハンドル及び車輪の間に設けられ、ハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータの第１制御量を決定する第１の制御部と、上記トルクセンサの検出値から目標ヨーレートを演算し、該目標ヨーレートから実際に車両に発生している実ヨーレートを減算することによって上記電動モータの第２制御量を決定する第２の制御部と、上記第１の制御部による第１制御量及び第２の制御部による第２制御量を加算した制御量に基づいて上記電動モータを制御するモータ制御部と、上記車両挙動制御装置からその作動信号を入力して、該車両挙動制御装置の作動中は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する制御抑制部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、ハンドルの操舵に伴い、ハンドルと車輪との間に設けられたトルクセンサがハンドル操舵トルクを検出し、第１の制御部において、上記トルクセンサの検出値が無くなるように、すなわちトルクセンサの検出値に所定のゲインを掛けて第１制御量が決定される。これは従来のアシスト制御に対応する。
【００１５】
一方、第２の制御部では、上記トルクセンサの検出値から目標ヨーレートが演算され、この目標ヨーレートから実際に車両に発生している実ヨーレートを減算することによって第２制御量が決定される。ここで、目標ヨーレートの演算は、例えばホイールベース等の車両諸元及び車速等に基づいて予め設定した、ハンドル操舵トルクに対するマップ（ゲイン）によって演算すればよい。
【００１６】
さらに、モータ制御部は、上記第１制御量と第２制御量とを加算した制御量でもって上記電動モータを制御する。ここで、第１制御量でもって電動モータを制御しても所望の車両挙動（ヨーレート）とならないときには、トルクセンサの検出値に基づいて演算された目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差が生じていることになる。このため、この偏差によって決定された第２制御量でもって電動モータが制御されることによって、所望のヨーレートが車両に生じる。
【００１７】
このように、目標ヨーレートとなるように電動モータを制御することによって、たとえイナーシャの大きさや、電動パワーステアリング装置を構成する部品のフリクションの大きさがばらついていても、運転者のハンドル操作（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。これにより、操舵フィーリングの向上や、違和感の軽減が図られる。
【００１８】
また、例えば車両が直進状態であるときには、運転者はハンドル操舵していないためにハンドル操舵トルクは０である。このため、横風や路面不整によって車両に挙動が生じた場合には、第２の制御部は、目標ヨーレートを０にする制御、すなわち、直進状態を維持しようとする制御を行うため、上記横風や路面不整等の外乱に対する直進安定性の向上が図られる。これにより、運転者がハンドル操舵を調整する必要もなくなって、上記運転者の疲労の軽減が図られる。
【００１９】
そして、このようなモータ制御部による制御中、車両挙動制御装置が作動してその作動信号が制御抑制部に入力されると、その制御抑制部は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する。このことで、モータ制御部は、主として第１の制御部の第１制御量により電動モータを制御するようになり、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対し電動パワーステアリング装置の制御が干渉して影響することはなく、車両挙動制御装置の制御による自動車の挙動変化が拡大したり、逆に車両挙動制御装置の制御性能が低下したりすることを防いで、車両挙動制御装置による車両の挙動制御を安定して行うことができる。
【００２０】
上記ヨーレートは、車両の挙動の１つであり、これを、請求項２の発明のように横加速度か、さらには請求項３の発明のように車体重心点の横滑り角と変更してもよく、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２１】
また、請求項４の発明のように、上記制御抑制部は、車両挙動制御装置の作動中は第２制御量の感度を低下させるように構成するのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１及び図４は本発明の実施形態１に係る自動車の電動パワーステアリング装置Ａの構成を示し、１はハンドル（ステアリングホイール）、２は該ハンドル１に連結されてハンドル１の回転力（操舵力）を伝達するステアリングシャフト、３は該ステアリングシャフト２に自在継ぎ手を介して連結された中間シャフト、４は該中間シャフト３の下端に設けられたステアリングギヤボックス、５は該ステアリングギヤボックス４の両側に配設されたタイロッド、６は該各タイロッド５が連結される操舵輪としての前車輪（タイヤ）である。
【００２３】
尚、図４は車両を左右一側の２輪モデルで示しており、７は後車輪、Ｌｆは前車輪６から車両の重心位置Ｐまでの距離、Ｌｒは後車輪７から車両の重心位置Ｐまでの距離である。
【００２４】
そして、図２に示すように、上記電動パワーステアリング装置Ａを装備した自動車には、その自動車のドリフトアウトやスピンといったヨーイング方向の姿勢を制御するための車両安定性制御装置（ＤＳＣ）や、車輪６，７のロックを抑制するためのアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）等、車両の挙動を制御するための公知の車両挙動制御装置Ｂが装備されている。
【００２５】
上記ステアリングギヤボックス４内には、ラック及びそれに噛合されるピニオン（いずれも図示せず）からなるラックピニオン機構８（図４参照）が設けられており、そのピニオンには上記中間シャフト３の下端が連結されている一方、ラックの両端部は各タイロッド５を介して前車輪６に連結されている。
【００２６】
上記ステアリングギヤボックス４には、そのピニオン側に減速ギヤ機構１０を介して力を付与する電動モータ１１と、トーションバーとしてのトルクセンサ１２とが設けられ、このトルクセンサ１２は上記中間シャフト３と減速ギヤ機構１０との間に配設されている。これにより、上記トルクセンサ１２は、ハンドル１と前車輪６との間に設けられてハンドル操舵トルクを検出するものとなっている。
【００２７】
図２に示すように、上記トルクセンサ１２及び電動モータ１１はそれぞれコントローラ１５に接続されていて、このコントローラ１５によって電動モータ１１が制御される。このコントローラ１５には、上記トルクセンサ１２、車両に実際に生じたヨーレートψを検出するヨーレートセンサ１６、及び電動モータ１１の回転速度を検出するモータ回転速度センサ１７の各検出値が入力されるようになっている。
【００２８】
尚、上記モータ回転速度センサ１７は、電動モータ１１の回転速度ωを直接的に検出するものとしてもよいし、上記電動モータ１１に印加される電圧等から推定するものとしてもよい。
【００２９】
また、上記ヨーレートセンサ１６の検出値は、上記車両挙動制御装置Ｂに対しても車両挙動制御のために入力されるようになっており、電動パワーステアリング装置Ａ及び車両挙動制御装置Ｂの双方でヨーレートセンサ１６を共用するようにしている（後述する実施形態２及び３の横加速度センサ１８も同様である）。
【００３０】
図３に示す如く、上記コントローラ１５には、上記トルクセンサ１２の検出値が無くなるように第１制御量を決定する第１の制御部としてのアシスト制御部２１と、上記トルクセンサ１２の検出値から目標ヨーレートを演算し、この目標ヨーレートから、上記ヨーレートセンサ１６が検出した実際に車両に発生しているヨーレートψを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としてのヨーレートフィードバック制御部２２と、上記アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【００３１】
上記アシスト制御部２１は、トルクセンサ１２の検出値ξに対してアシスト制御ゲインＫaを掛けることによって第１制御量（Ｋa・ξ）を決定するように構成されている。このアシスト制御ゲインＫaは、車速Ｖ、トルクセンサ１２の検出値ξ及び該検出値ξの微分値によって決定される非負（正又は０）の変数であって、かつ車速Ｖに関して非増加の（車速が高いとき（Ｈ）の方が、車速が低いとき（Ｌ）に比べて小さい）変数とされている。
【００３２】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、トルクセンサ１２の検出値ξの位相遅れを補償する伝達関数Ｇ1(s)を有している。この伝達関数Ｇ1(s)は、図４に示すように、ハンドルイナーシャＩh，トルクセンサ１２（トーションバー）の減衰係数Ｃb、及びそのトーションバーのばね定数Ｋbとして下記の式（１）で設定されている。
【００３３】
Ｇ1(s)＝｛ωh 2（Ｉhｓ2＋Ｃbｓ＋Ｋb）｝／｛Ｋb（ｓ2＋２ηhωh＋ωh 2）｝…（１）
ここで、ｓはラプラス演算子、ηh，ωhは調整パラメータである。
【００３４】
そして、上記伝達関数の出力（Ｇ1(s)・ξ）によって運転者が実際にハンドル１に付与したハンドル操舵トルクｕを算出するようにされている。
【００３５】
また、ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ハンドル操舵トルクｕに含ませるフリクション成分（フリクショントルクｕF）を設定するためのフリクションゲインＫFを有している。このように、ハンドル操舵トルクｕにフリクショントルクｕFを含ませるのは、通常の自動車においては、図７に示すように、ハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間の特性がヒステリシスになるためである。
【００３６】
すなわち、このヒステリシス特性は、ステアリング系のフリクション等によって生じるものであるが、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御によって、そのフリクションの影響が低下し又は影響が全くなくなってしまい、同図の一点鎖線で示すように、操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間のヒステリシス特性が失われる虞れがある。このようにハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間の特性が通常の自動車とは異なる特性となる結果、操舵感が損われるようになる。
【００３７】
そこで、操舵感の向上を目的として、予め設定した大きさのフリクショントルクｕFを、目標ヨーレートの演算に係るハンドル操舵トルクｕから減ずる（ハンドル操舵トルクｕに、操舵速度方向とは逆向きにフリクショントルクｕFを加える）ことで、ハンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θHとの間に所定のヒステリシス特性が残るようにしている。
【００３８】
具体的には、上記フリクションゲインＫFは、図５に示すように、モータ回転速度ωの方向に応じてフリクショントルクｕFの正負を設定するようになっており、モータ回転速度ω（つまりハンドル操舵速度）が正のときはフリクショントルクを＋ｕFとし、モータ回転速度ω（つまりハンドル操舵速度）が負のときはフリクショントルクを−ｕFとする。尚、モータ回転速度ωがω＝０（ゼロ）の点においてフリクショントルクｕFが不連続になることにより、運転者の違和感を招く虞れもあるため、例えば図６に示すように、モータ回転速度ω＝０点付近で、フリクショントルクｕFが連続的につながるように、フリクションゲインを設定してもよい。つまり、モータ回転速度ω＝０点近傍でフリクショントルクｕFの絶対値を減少させてもよい。
【００３９】
尚、上記フリクショントルクｕFの大きさを調整することで、上記ヒステリシスの幅を調整することもできる。これにより、操舵力特性（操舵感）を常に設計どおりの特性にすることも可能になる。また、上記フリクショントルクｕFは、車速Ｖが高いほど小さくしてもよい。こうすることで、高速走行時においては、ハンドル１の復元力が高まり、ハンドル１の戻り感を向上させることができる。さらに、上記フリクショントルクｕFは、車輪舵角（前車輪６の舵角）が大きいほど小さくしてもよい。こうすることで、車輪舵角の大きい領域では車両の安定性が向上し、車輪舵角の小さい領域では車両の応答性が向上するようになる。
【００４０】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ハンドル操舵トルクｕからフリクショントルクｕFを減じた値（ｕ−ｕF）に基づき目標ヨーレートψを演算する目標ゲインＫyを有し、この目標ゲインＫyは、ホイールベース等の車両諸元や車速Ｖ等に基づいて予め設定されたものとなっている。すなわち、このヨーレートフィードバック制御部２２による制御は、ハンドル操舵トルクに対する車両応答が線形である領域（車両応答の線形領域）を対象としている。尚、この目標ゲインＫyの詳細については後述する。
【００４１】
また、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、上記ヨーレートセンサ１６が検出した実際のヨーレートψを上記目標ヨーレートから減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−ψ）に対して制御ゲインＣ(s)を掛けて制御量（第２制御量）を決定するように構成されている。上記制御ゲインＣ(s)は式（２）で設定されている。
【００４２】
Ｃ(s)＝ΣＢmｓm／ΣＡnｓn …（２）
尚、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎである。
【００４３】
このＣ(s)は、例えば目標ヨーレートと実際のヨーレートψとの偏差を０にするためのＰＩＤ制御理論の伝達関数としてもよく、ＰＩＤ制御の場合では、
Ａ0＝０，Ａ1＝１，Ｂ0＝積分ゲイン，Ｂ1＝比例ゲイン，Ｂ2＝微分ゲイン
とすればよい。また、上記Ｃ(s)は、ＰＩＤ制御以外の制御理論を用いた伝達関数としてもよい。
【００４４】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２の制御量の感度調整（目標ゲインＫy又は制御ゲインＣ(s)の調整）は次の▲１▼〜▲７▼のようにするのがよい。
【００４５】
▲１▼ 車速Ｖが所定車速以下のときは、目標ゲインＫyをＫy＝０とするのがよい。これは次の理由によるものである。つまり、ハンドル１が操舵されることによりトルクセンサ１２の検出値から目標ヨーレートが演算されるが、例えば低速旋回時は車両にヨーレートが発生し難い（又は発生しない）。このため、低速旋回時において上記目標ヨーレートとなるように電動モータ１１を制御しても、目標ヨーレートが達成されないという不具合が生じる。従って、車速Ｖが所定車速以下のときは目標ゲインＫyを０として、上記ヨーレートフィードバック制御部２２における制御を行わないのがよい。これにより、車速Ｖが所定車速以下のときは、アシスト制御部２１による制御のみが行われる。
【００４６】
一方、車速Ｖが所定車速以上のときは、上記アシスト制御部２１のアシストゲインＫaをＫa＝０として、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御のみを行うようにするのがよい。これは、上記アシスト制御部２１とヨーレートフィードバック制御部２２とで制御干渉が起きる虞れがあるためである。
【００４７】
▲２▼ 車速Ｖが高いほど制御ゲインＣ(s)を上げるのがよい。これは、高速走行時の直進安定性を向上させるためである。すなわち、例えば横風や路面不整等によって車両に外乱が入力された場合には、運転者がハンドル１の操舵をしていない、つまりハンドル操舵トルクが０であるにも拘わらず、車両にヨーレートが生じることになる。しかし、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御は、ハンドル操舵トルクが０、すなわちヨーレートが０であれば、直進状態を維持しようとする制御になるため、車速Ｖが高いほど制御ゲインＣ(s)を高めることで、高速走行時の直進安定性が向上する。尚、上記制御ゲインＣ(s)の調整は、Ａn，Ｂmを変更することによって行ってもよい（式（２）参照）。
【００４８】
▲３▼ 車速Ｖがさらに高くなって所定車速以上になれば、その車速Ｖが高いほど目標ゲインＫyを下げるのがよい。これは、高速走行時におけるハンドル１の操舵に対する車両挙動を鈍くするためである。すなわち、中速域では、ハンドル１の操舵に対して車両挙動（ヨーレート挙動）が敏感に反応する方が、例えば回頭性が向上することになるため好ましいが、高速域では、ハンドル１の操舵に対して、ヨーレートが敏感に反応するのは、挙動が不安定になってしまう虞れがあるとともに、運転者に違和感を与えてしまうことになる。そこで、車速Ｖがさらに高くなれば、すなわち高速走行時には目標ゲインＫyを下げてハンドル１の操舵に対する車両挙動を鈍くするのが好ましい。
【００４９】
よって、上記▲１▼〜▲３▼によると、車速Ｖの低速域では、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が行われない一方、中速域（Ｍ）では、上記ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が積極的に行われる。そして、高速域（Ｈ）では、中速域に比べてヨーレートフィードバック制御部２２による制御が抑制されることとなる。
【００５０】
▲４▼ 路面μ（路面摩擦係数）が低いほど目標ゲインＫyを下げるのがよい。これは、路面μが低いときはタイヤ反力が小さいため、トルクセンサ１２が値を検出しないか又はその検出値が小さいにも拘わらず、車両にはヨーレートが発生する。このため、目標ヨーレートと実際のヨーレートψとが合わなくなってしまうことから、路面μが低いほど目標ゲインＫyを下げて、目標ヨーレートの影響を小さくするのが好ましい。
【００５１】
▲５▼ 前車輪６の舵角（車輪舵角）が小さいほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。これは、直進安定性のより一層の向上を図るためである。
【００５２】
▲６▼ 前車輪６の舵角速度（車輪舵角速度）が大きいほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。これは、車輪舵角速度が大きいときはイナーシャが大きくなってハンドル１の操舵に対して車両挙動が遅れやすくなるため、電動モータ１１に大きなモータ推力を与えた方が好ましくなるためである。
【００５３】
▲７▼ 車重が重いほど目標ゲインＫyを上げるのがよい。つまり、例えば積載量が増えて車重が重くなっている場合のように、ハンドル１の操舵に対する車両の挙動が遅れるような場合であっても、目標ゲインＫyを上げることで、電動モータ１１に大きなモータ推力を与えることができて好ましい。
【００５４】
尚、上記▲１▼，▲３▼〜▲７▼については、目標ゲインＫyを調整しているが、制御ゲインＣ(s)を調整するようにしてもよい。逆に、上記▲２▼については、制御ゲインＣ(s)を調整しているが、目標ゲインＫyを調整するようにしてもよい。
【００５５】
上記ヨーレートフィードバック制御部２２はまた、所定の仮想的なモデルにおいて、電動モータ１１の出力と、トルクセンサ１２を介してハンドル１から前車輪６に伝達されるトルクとの和に対するモータ回転速度を算出するための伝達関数Ｇ4(s)を有しているとともに、上記所定の仮想的なモデルにおけるモータ回転速度（舵角速度）と、実際のモータ回転速度ωとの偏差から、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御量を補正する補正量を算出するための伝達関数Ｇ5(s)を有している。
【００５６】
上記伝達関数Ｇ4(s)は式（３）で設定されている。
【００５７】
Ｇ4(s)＝ΣＰkｓk／ΣＱlｓl …（３）
尚、ｋ＝０，１，２，…，Ｋ、ｌ＝０，１，２，…，Ｌである。また、Ｐk，Ｑlは車速Ｖに応じて変更してもよく、車速Ｖに応じて段階的に変更してもよい。このとき、低車速ほどＰk，Ｑlを細かく変更してもよい（低車速ほど、車速Ｖの変化に対してＰk，Ｑlを頻繁に変更してもよい）。
【００５８】
一方、上記伝達関数Ｇ5(s)は式（４）で設定されている。
【００５９】
Ｇ5(s)＝ωjＫw／（ｓ+ωj） …（４）
尚、ωj，Ｋwは調整パラメータである。
【００６０】
これら伝達関数Ｇ4(s)，Ｇ5(s)により、電動モータ１１にダンピングを与えて、安定性を高めるようにしている。
【００６１】
このようにして、アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２において各制御量が決定されれば、モータ制御部２３において、上記アシスト制御部２１及びヨーレートフィードバック制御部２２の制御量を加算して、電動モータ１１を制御するためのモータ制御量を決定する。
【００６２】
そして、上記モータ制御部２３は補正部２４を有しており、この補正部２４は、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルクが打ち消されるように、上記モータ制御量の補正をするものである。
【００６３】
上記補正部２４は、車速Ｖに応じて設定される第１ゲインＫ1と、ハンドル舵角θH及びハンドル舵角速度θH′に応じて設定される第２ゲインＫ2と、トルクセンサ１２の検出値から上記ハンドル１と前車輪６との間で上記トルクセンサ１２を介して伝達されるトルク成分を演算するための伝達関数Ｇ3(s)とを備えている。
【００６４】
上記第１ゲインＫ1は、図８に示すように、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下のときには０であり、第１車速Ｖ1よりも高いときには、車速Ｖの増加に応じて増加し、さらに、第２車速Ｖ2以上のときには、車速Ｖに拘わらず一定となるように設定されている。これにより、車両が停止しているとき又は低速走行時には、モータ制御量の補正が行われない。尚、第１車速Ｖ1と第２車速Ｖ2との間において、第１ゲインＫ1を連続的に変化させなくても、第１車速Ｖ1において不連続となるように第１ゲインＫ1を設定してもよい。
【００６５】
一方、第２ゲインＫ2は、図９に示すように、ハンドル舵角θHが第１舵角θ1以下のときには、その舵角θHに拘わらず一定値であり、上記第１舵角θ1よりも大きいときには、舵角θＨの増大に応じて減少し、さらに、第２舵角θ2よりも大きいときには０になるように設定されている。これにより、ハンドル舵角θHが第２舵角θ2よりも大きいときには、モータ制御量の補正が行われない。尚、第１舵角θ1と第２舵角θ2との間において、第２ゲインＫ2を連続的に変化させなくても、第１舵角θ1において不連続となるように第２ゲインＫ2を設定してもよい。
【００６６】
また、上記第２舵角θ2は舵角速度θH′に応じて設定され、舵角速度θH′が高くなるほど第２舵角θ2が小さく設定される（同図の一点鎖線参照）。
【００６７】
また、上記伝達関数Ｇ3(s)は式（５）で設定されている。
【００６８】
Ｇ3(s)＝ωi（Ｃbｓ+Ｋb）／｛Ｋb（ｓ+ηiωi）｝ …（５）
ここで、ωi，ηiは調整パラメータである。
【００６９】
こうして第１ゲインＫ1、第２ゲインＫ2及び伝達関数Ｇ3(s)によって、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルク成分を演算し、これをモータ制御量から減算する補正を行う。
【００７０】
さらに、図２に示すように、コントローラ１５には、上記車両挙動制御装置Ｂが作動して自動車の挙動を制御しているときに、その車両挙動制御装置Ｂの作動信号も入力されるようになっている。そして、コントローラ１５は、車両挙動制御装置Ｂからその作動信号が入力されて、該車両挙動制御装置Ｂが制御作動中にあるときに上記モータ制御部２３でのヨーレートフィードバック制御部２２による制御を抑制する制御抑制部２５を備えている。具体的には、この制御抑制部２５は、車両挙動制御装置Ｂの作動中はヨーレートフィードバック制御部２２の第２制御量の感度を低下させるようにしている（尚、この第２制御量の感度を低下させることに代え、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御自体を禁止してもよい）。
【００７１】
すなわち、自動車のヨーイング方向の姿勢を制御する車両挙動制御装置Ｂが作動しているときに、目標ヨーレートと実ヨーレートψとの偏差に基づくヨーレートフィードバック制御部２２を作動させてしまうと、その制御によって車両挙動（ヨーレート）が変化するため制御干渉が生じ、車両挙動制御装置Ｂによる制御の性能（挙動制御効果）が低下してしまう虞れがある。また、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、前後車輪６，７が走行路面をグリップしている状態での制御を行うように設定され、車両応答の線形領域における制御を目的としている。これに対し、車両挙動制御装置Ｂが作動するのは、車輪６，７がスリップしているときや、車両応答の非線形領域であるときである。こうした車両挙動制御装置Ｂが作動するときに上記ヨーレートフィードバック制御部２２の制御を行っても、その制御は有効ではなく、車両挙動制御装置Ｂによる制御の性能低下を招くだけとなる。そこで、上記車両挙動制御装置Ｂによる制御が行われているときには、それを優先し、ヨーレートフィードバック制御部２２における制御を抑制するようにしている。
【００７２】
この制御抑制部２５による制御動作を図１０により説明すると、まず、ステップＳ１で車両挙動制御装置Ｂが作動している（制御中にある）か否かを判定する。この判定が車両挙動制御装置Ｂの作動していないＮＯのときには、ステップＳ２で通常のヨーレートフィードバック制御部２２の制御（第２の制御量による制御）を行う。
【００７３】
一方、車両挙動制御装置Ｂが作動していてステップＳ１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３でヨーレートフィードバック制御部２２の感度を低下させる（又はヨーレートフィードバック制御部２２の制御自体を禁止する）。
【００７４】
したがって、上記実施形態においては、トルクセンサ１２の値から目標となる目標ヨーレートを演算し、この目標ヨーレートとなるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量（Ｋa・ξ）で電動モータ１１を制御することによって所望のヨーレートが発生しない場合であっても、ヨーレートフィードバック制御部２２の制御によって、目標ヨーレート（所望のヨーレート）が車両に生じる。
【００７５】
こうして、目標ヨーレートとなるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。これにより、操舵フィーリングの向上や違和感の軽減が図られ、運転者の疲労を軽減することができる。
【００７６】
また、例えば積載量が増えて車重が重くなっている場合のような、ハンドル１の操舵に対する車両の挙動が遅れるような場合であっても、目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差に基づいて電動モータ１１の制御が行われるため、車重の如何に拘わらず、ハンドル１の操舵に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるようになる。つまり、常に同様の操舵フィーリングが得られる。
【００７７】
さらに、例えば車両が直進状態であるときに、横風や路面不整等によって車両にヨーレートが生じた場合には、ヨーレートフィードバック制御部２２は目標ヨーレートを０とする制御、すなわち直進状態を維持しようとする制御を行う。このため、上記横風や路面不整等の外乱に対する直進安定性の向上が図られる。
【００７８】
そして、上記モータ制御部２３は、ハンドル１と前車輪６との間でトルクセンサ１２を介して伝達されるトルク（推定トルク）を推定するとともに、この推定トルクをモータ制御量から減算する補正部２４を有している。この補正部２４によりモータ制御量が補正されることで、ハンドル１から前車輪６に実際に伝達されるトルクと上記推定トルクとが相殺されることになり、制御上は、ハンドル１から前車輪６にトルクが伝達されないことになる。こうして、特に車両が外乱を受けたときに、運転者によるハンドル１の操舵と、ヨーレートフィードバック制御部２２における制御とが干渉してしまうことを回避することができる。
【００７９】
また、上記補正部２４においては、第１車速Ｖ1以下のときには第１ゲインＫ1を０としかつ、第１車速Ｖ1よりも車速Ｖが高いときには車速Ｖに応じて第１ゲインＫ1を高めることで、モータ制御量の補正の禁止・実行を切り換えるように構成されている。こうすることで、不必要なモータ制御量の補正を回避しつつ、制御干渉を回避することができる。
【００８０】
つまり、第１車速Ｖ1以下のときの停車時又は低速走行時には、車両にヨーレートが発生しないか又は発生し難いため、上記コントローラ１５においては、目標ゲインＫyを０としてヨーレートフィードバック制御部２２における制御を行わず、中速又は高速走行時に目標ゲインＫyを比較的高めるようにしている。一方、アシスト制御ゲインＫaは、図８の一点鎖線で示すように、停車時又は低速走行時に高める一方、中速又は高速走行時には低下させるようにしている。
【００８１】
ここで、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御を行わないときは、このヨーレートフィードバック制御部２２の制御に対する干渉の問題が生じないとともに、元々停車時又は低速走行時には、車両に対する外乱の影響自体がない。また逆に、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御を行わないときに、補正部２４によるモータ制御量の補正を行うと、トルクセンサ１２を介して伝達されるトルクを打ち消す制御が行われることになるため、運転者によるハンドル操舵トルクが前車輪６にまで伝わらず舵が切れなくなることにもなる。
【００８２】
そこで、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下であるとき、言い換えるとヨーレートフィードバック制御部２２の制御感度が０のときには、モータ制御量の補正を禁止することで、上記の不都合が回避される。一方、車速Ｖが第１車速Ｖ1よりも高いときには、言い換えるとアシスト制御部２１の制御感度が低く、逆にヨーレートフィードバック制御部２２の制御感度が高いときには、モータ制御量の補正を行うことで、制御干渉が回避される。
【００８３】
さらに、上記補正部２４においては、第２舵角θ2を閾値としてモータ制御量の補正の禁止・実行を切り換えるように構成されている。こうすることで、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が有効に行われない車両応答の非線形領域では、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができる。
【００８４】
すなわち、上述したように、ヨーレートフィードバック制御部２２は、車両応答の線形領域における制御を行うように構成されている。このため、ハンドル舵角θHが第２舵角θ2以下である車両応答の線形領域では、モータ制御量の補正を行うことで、制御干渉を回避することができる一方、第２制御量による制御が有効でない車両応答の非線形領域（ハンドル舵角θHが第２舵角θ2よりも大きいとき）では、モータ制御量の補正を禁止することで前車輪６からハンドル１にトルクを伝達させ、これにより、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができる。
【００８５】
また、補正部２４におけるモータ制御量の補正の禁止・実行の閾値である第２舵角θ2を、ハンドル舵角速度θH′が高くなるほど小さくすることで、車両応答の線形領域が狭くなることに対応して、モータ制御量の補正の禁止・実行の切換えがなされ、車両応答の線形領域では、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御によって所望のヨーレートを発生させる一方、車両応答の非線形領域では、前車輪６等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えることができるようになる。
【００８６】
また、自動車のヨーイング方向の姿勢を制御する車両挙動制御装置Ｂが作動し、その車両挙動制御装置Ｂによる制御が行われているときには、制御抑制部２５において、ヨーレートフィードバック制御部２２による制御が抑制され、そのヨーレートフィードバック制御部２２の感度が低下する。このことで、目標ヨーレートと実ヨーレートψとの偏差に基づくヨーレートフィードバック制御部２２を作動させた場合のように、その制御によって車両挙動（ヨーレート）が変化し、制御干渉が生じて車両挙動制御装置Ｂの制御による挙動変化が拡大したり、制御の性能（挙動制御効果）が低下したりすることはなく、その車両挙動制御の性能を安定して維持することができる。
【００８７】
尚、上記ヨーレートフィードバック制御部２２は、前後車輪６，７がグリップしている状態で車両応答の線形領域における制御を行うように設定されている一方、車両挙動制御装置Ｂが作動するのは、車輪６，７がスリップしているときや、車両応答の非線形領域であるときであるので、この車両挙動制御装置Ｂが作動するときにヨーレートフィードバック制御部２２の制御を行わなくても、問題は生じない。
【００８８】
（実施形態２）
図１１は実施形態２を示し（図１〜図１０と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、上記実施形態１では、自動車の挙動値をヨーレートとしているのに対し、横加速度としたものである。
【００８９】
すなわち、この実施形態では、コントローラ１５に、実施形態１と同様のトルクセンサ１２、ヨーレートセンサ１６及びモータ回転速度センサ１７に加え、さらに、車両に生じた横加速度Ｇを検出する横加速度センサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００９０】
尚、上記横加速度センサ１８は、自動車の重心位置Ｐ又はそれよりも前側に配置されている。すなわち、仮に、横加速度センサ１８が重心位置Ｐよりも後側に配置されていると、車両のオーバーステア状態で横加速度センサ１８により検出される横加速度Ｇが重心位置Ｐでの横加速度により目減りし、その分、電動パワーステアリング装置Ａがそれを補償しようとして前車輪６の舵角をさらに切る方向に余計にアシスト制御を行って、ハンドル１が軽くなり、オーバーステアが過度に増長されて問題が生じる。これに対し、横加速度センサ１８を重心位置Ｐ又はそれよりも前側に配置することで、オーバーステア時にハンドル１の手応えの減少によりオーバーステアが増長されるのを防ぎ、アンダステア補正を行うことができる。
【００９１】
また、コントローラ１５には、アシスト制御部２１（第１の制御部）の他に、トルクセンサ１２の検出値から目標横加速度を演算し、この目標横加速度から、横加速度センサ１８により検出された実際の横加速度Ｇを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としての横加速度フィードバック制御部２６と、上記アシスト制御部２１及び横加速度フィードバック制御部２６の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【００９２】
上記横加速度フィードバック制御部２６は、上記ハンドル操舵トルクｕからフリクショントルクｕFを減じた値（ｕ−ｕF）に基づいて目標横加速度を演算する目標ゲインＫyを有し、この目標ゲインＫyは、ホイールベース等の車両諸元や車速Ｖ等に基づいて予め設定される。
【００９３】
また、上記横加速度フィードバック制御部２６は、上記目標横加速度から、上記横加速度センサ１８により検出された実際の横加速度Ｇを減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−Ｇ）に対して制御ゲインＣ(s)を掛けて制御量（第２制御量）を決定するように構成されている。上記制御ゲインＣ(s)は上記式（２）で設定される。
【００９４】
このＣ(s)は、例えば目標横加速度と実際の横加速度Ｇとの偏差を０にするためのＰＩＤ制御理論の伝達関数としてもよく、ＰＩＤ制御以外の制御理論を用いた伝達関数としてもよい。
【００９５】
その他の構成は上記実施形態１と同様であり、車両挙動制御装置Ｂの作動中は横加速度フィードバック制御部２６の第２制御量の感度を低下させる（又は横加速度フィードバック制御部２６の制御を禁止する）ようになっている。
【００９６】
したがって、この実施形態においては、トルクセンサ１２の値から目標となる目標横加速度が演算され、この目標横加速度となるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量で電動モータ１１を制御することによって、所望の横加速度が発生しない場合であっても、横加速度フィードバック制御部２６の制御によって、目標横加速度（所望の横加速度）が車両に生じる。このように目標横加速度となるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望の横加速度が車両に生じる。よって、この実施形態でも上記実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【００９７】
（実施形態３）
図１２は実施形態３を示し、上記実施形態２では、横加速度フィードバック制御部２６において、トルクセンサ１２の検出値を基に演算した目標横加速度から実際の横加速度Ｇを減算することによって電動モータ１１の第２制御量を決定するようにしているのに対し、トルクセンサ１２の検出値を基に演算した目標横滑り角から推定横滑り角βを減算することによって電動モータ１１の第２制御量を決定するようにしたものである。
【００９８】
すなわち、この実施形態２におけるコントローラ１５には、トルクセンサ１２、ヨーレートセンサ１６、モータ回転速度センサ１７及び横加速度センサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００９９】
また、コントローラ１５には、トルクセンサ１２の検出値が無くなるように第１制御量を決定するアシスト制御部２１（第１の制御部）と、トルクセンサ１２の検出値から目標横滑り角を演算し、この目標横滑り角から、横滑り角推定部２８において推定された推定横滑り角βを減算することによって第２制御量を決定する第２の制御部としての横滑り角フィードバック制御部２７と、上記アシスト制御部２１及び横滑り角フィードバック制御部２７の各制御量を加算することによって電動モータ１１の制御量を決定し、この制御量でもって電動モータ１１を制御するモータ制御部２３とを備えている。
【０１００】
上記横滑り角推定部２８は、上記横加速度センサ１８が検出した実際に車両に発生している横加速度Ｇと、ヨーレートセンサ１８が検出した実際に車両に発生しているヨーレートψとから横滑り角βを演算により推定するもので、その推定横滑り角βの演算は式（６）により行う。
【０１０１】
β＝∫｛（Ｇ＋ｒ・ψ″）／Ｖ＋ψ′｝ｄｔ …（６）
ここで、ｒは自動車の重心位置Ｐからその前側にある横加速度センサ１８の位置までの距離である。横加速度センサ１８が車両の重心位置Ｐにある場合には、ｒ＝０であるので、式（６）は、
β＝∫｛（Ｇ／Ｖ）＋ψ′｝ｄｔ
となる。
【０１０２】
その他の構成は実施形態１と同様で、車両挙動制御装置Ｂの作動中は横滑り角フィードバック制御部２７の第２制御量の感度を低下させる（又は横滑り角フィードバック制御部２７自体の制御を禁止する）ようになっている。
【０１０３】
この実施形態の場合、トルクセンサ１２の値から目標となる目標横滑り角を演算し、この目標横滑り角となるように電動モータ１１が制御される。このため、アシスト制御部２１の制御量で電動モータ１１を制御することによって、所望の横滑り角が発生しない場合であっても、横滑り角フィードバック制御部２７の制御によって、目標横滑り角（所望の横滑り角）が車両に生じる。このように目標横滑り角となるように電動モータ１１が制御されることで、たとえフリクションやイナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者のハンドル１の操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所望の横滑り角が車両に生じるようになる。よって、この実施形態でも実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４の発明の自動車の電動パワーステアリング装置によると、自動車の目標ヨーレート、目標横加速度、又は車体重心点の目標横滑り角に基づく第２制御量でもって電動モータが制御されるため、フリクションやイナーシャの大きさに拘わらず、ハンドル操舵に対して常に所望の車両挙動を得ることができ、例えば製品間での性能差を無くすことができるとともに、車両に対して外乱が入力されても、第２の制御部によって、直進状態を維持しようとする制御が行われるため、直進安定性を向上させることができ、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感を防止することができる。また、車両挙動制御装置の作動中は、第２制御量でもって電動モータを制御することを抑制するので、車両挙動制御装置の作動に伴う車両挙動に対し電動パワーステアリング装置の制御が干渉して影響することを防ぐことができ、よって、運転者の操舵フィーリングの悪化や違和感の防止と、車両挙動制御装置による車両挙動の安定した制御とを併せ図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す斜視図である。
【図２】制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図４】電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図５】フリクションゲインの一例を示す図である。
【図６】図５とは異なるフリクションゲインの一例を示す図である。
【図７】ハンドル操舵トルクとハンドル舵角との関係を示す図である。
【図８】補正部における第１ゲインの特性を示す図である。
【図９】補正部における第２ゲインの特性を示す図である。
【図１０】車両挙動制御装置の作動時の制御を示すフローチャート図である。
【図１１】実施形態２に係るコントローラの構成を示す図３相当図である。
【図１２】実施形態３に係るコントローラの構成を示す図３相当図である。
【符号の説明】
Ａ 電動パワーステアリング装置
１ ハンドル
６ 前車輪（車輪）
１１ 電動モータ
１２ トルクセンサ
１５ コントローラ
１６ ヨーレートセンサ
１７ モータ回転速度センサ
１８ 横加速度センサ
２１ アシスト制御部（第１の制御部）
２２ ヨーレートフィードバック制御部（第２の制御部）
２３ モータ制御部
２５ 制御抑制部
２６ 横加速度フィードバック制御部（第２の制御部）
２７ 横滑り角フィードバック制御部（第２の制御部）
２８ 横滑り角推定部
Ｐ 重心位置
Ｖ 車速
ψ ヨーレート
Ｇ 横加速度
β 横滑り角
Ｂ 車両挙動制御装置
Claims (4)
- 車両挙動制御装置を備えた自動車に設けられ、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助するようにした自動車の電動パワーステアリング装置であって、
ハンドルと車輪との間に設けられ、ハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記トルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータの第１制御量を決定する第１の制御部と、
上記トルクセンサの検出値から目標ヨーレートを演算し、該目標ヨーレートから実際に車両に発生している実ヨーレートを減算することによって上記電動モータの第２制御量を決定する第２の制御部と、
上記第１の制御部による第１制御量と第２の制御部による第２制御量とを加算した制御量に基づいて上記電動モータを制御するモータ制御部と、
上記車両挙動制御装置からその作動信号を入力して、該車両挙動制御装置の作動中は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する制御抑制部とを備えたことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。 - 車両挙動制御装置を備えた自動車に設けられ、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助するようにした自動車の電動パワーステアリング装置であって、
ハンドルと車輪との間に設けられ、ハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記トルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータの第１制御量を決定する第１の制御部と、
上記トルクセンサの検出値から目標横加速度を演算し、該目標横加速度から実際に車両に発生している実横加速度を減算することによって上記電動モータの第２制御量を決定する第２の制御部と、
上記第１の制御部による第１制御量と第２の制御部による第２制御量とを加算した制御量に基づいて上記電動モータを制御するモータ制御部と、
上記車両挙動制御装置からその作動信号を入力して、該車両挙動制御装置の作動中は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する制御抑制部とを備えたことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。 - 車両挙動制御装置を備えた自動車に設けられ、電動モータの制御によりハンドル操舵を補助するようにした自動車の電動パワーステアリング装置であって、
ハンドルと車輪との間に設けられ、ハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記トルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータの第１制御量を決定する第１の制御部と、
上記トルクセンサの検出値から車体重心点の目標横滑り角を演算し、該目標横滑り角から実際に車両に発生している車体重心点の実横滑り角を減算することによって上記電動モータの第２制御量を決定する第２の制御部と、
上記第１の制御部による第１制御量と第２の制御部による第２制御量とを加算した制御量に基づいて上記電動モータを制御するモータ制御部と、
上記車両挙動制御装置からその作動信号を入力して、該車両挙動制御装置の作動中は上記モータ制御部での第２の制御部による制御を抑制する制御抑制部とを備えたことを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。 - 請求項１〜３のいずれか１つの自動車の電動パワーステアリング装置において、
制御抑制部は、車両挙動制御装置の作動中は第２制御量の感度を低下させるように構成されていることを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
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