JP4114340B2 - 自動車の電動パワーステアリング装置 - Google Patents
自動車の電動パワーステアリング装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4114340B2 JP4114340B2 JP2001335245A JP2001335245A JP4114340B2 JP 4114340 B2 JP4114340 B2 JP 4114340B2 JP 2001335245 A JP2001335245 A JP 2001335245A JP 2001335245 A JP2001335245 A JP 2001335245A JP 4114340 B2 JP4114340 B2 JP 4114340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control unit
- control amount
- steering
- lateral acceleration
- electric motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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としての横加速度や横滑り角がばらついてしまい、操舵力に対する所望の横加速度や横滑り角が車両に発生しない場合がある。この場合、所望の横加速度や横滑り角となるように運転者が操舵力を調整する必要がある。
【０００５】
この横加速度や横滑り角のばらつきは、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横加速度や横滑り角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横加速度や横滑り角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横加速度や横滑り角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】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、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ようにすることにある。
【０００９】
【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、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した。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明では、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として、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、演算により推定された車体重心点の推定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を備えていることを特徴とする。
【００１３】
この発明の構成によると、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。
【００１４】
一方、第２の制御部では、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が演算され、この目標横滑り角から演算により推定された車体重心点の推定横滑り角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、車体重心点の目標横滑り角の演算は、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。
【００１５】
そして、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（車体重心点の横滑り角）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車体重心点の目標横滑り角と車体重心点の推定横滑り角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、車体重心点の所望の横滑り角が車両に生じる。
【００１６】
このように、車体重心点の目標横滑り角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、常に車体重心点の所望の横滑り角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。
【００１７】
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車体重心点の横滑り角が生じた場合には、第２の制御部は、車体重心点の目標横滑り角を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。
【００１８】
上記請求項１の発明の自動車の電動パワーステアリング装置においては、第２制御量の感度を調整することによって、より好ましい制御が実現する。具体的には、請求項２の発明の如く、第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成するのが好ましい。すなわち、車速が高い領域では、運転者は小刻みに速く舵角を切るため、フリクションによる引っ掛かり等が気になるので、第２制御量の感度を高めるのが好ましい。一方、低車速領域では、運転者は大きくゆっくりと舵角を切るので、フリクションによる引っ掛かり等を気にならないとともに、低速時は推力が大きく必要でエネルギー消費が大きくなるので、第２制御量の感度を上げることは好ましくない。
【００１９】
また、請求項３の発明の如く、第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるようにするのが好ましい。すなわち、路面摩擦係数が低いと、安定性が望まれるが、第２制御量の感度が高い場合、車両の挙動が速くなって違和感を招くこととなる。また、路面摩擦係数が低いときには、車輪が発生できる力も小さくなることから、第２制御量の感度を高くしても車両が追従できず、場合によっては制御が発振する状態を招くためである。
【００２１】
加えて、請求項４の発明のように、第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるようにするのが好ましい。すなわち、車輪舵角が小さい領域は、車両の直進性を維持するためにハンドルを小刻みに操舵する領域であり、この領域での第２制御量の感度を上げることで引っ掛かり等を防止することが必要である。また、舵角が大きい領域では顕著な問題は生じないとともに、車輪の非線形領域に入ってモデルとの差異が生じてくるようになり、この観点からも第２制御量の感度を下げることが違和感を低減できる。
【００２２】
また、請求項５の発明のように、第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成するのが好ましい。すなわち、舵角速度が大きいほど追従性や引っ掛かり感が顕著となるために、第２制御量の感度を上げるのがよい。
請求項６の発明では、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として、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を備えている。そして、上記第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成されていることを特徴とする。
この発明の構成によると、請求項１の発明と同様に、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。
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横加速度が演算され、この目標横加速度から実際に車両に発生している横加速度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、目標横加速度の演算は、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。
そして、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（横加速度）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横加速度と実際の横加速度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、常に所望の横加速度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。
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横加速度が生じた場合には、第２の制御部は、目標横加速度を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。
そして、第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項７の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるように構成されているので、上記請求項３の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項８の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、 第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項４の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項９の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項５の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１及び図３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。
【００２４】
尚、図３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。
【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３参照）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】
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。図２に示すように、このコントローラ１５には、上記トルクセンサ１２、車両に生じた横加速度Ｇを検出する横加速度センサ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。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。
【００２８】
また、上記横加速度センサ１６は、上記車両の重心位置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１６が車両の重心位置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１６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１６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。
【００２９】
図２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の検出値から目標横加速度を演算し、この目標横加速度から、上記横加速度センサ１６が検出した実際に車両に発生している横加速度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２２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。
【００３０】
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。
【００３１】
上記横加速度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３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、横加速度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６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。
【００３５】
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、横加速度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。
【００３６】
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、目標横加速度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。
【００３７】
具体的には、上記フリクションゲインＫFは、図４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５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。
【００３８】
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。
【００３９】
上記横加速度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たものとなっている。すなわち、この横加速度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。
【００４０】
また、上記横加速度フィードバック制御部２２は、上記横加速度センサ１６が検出した実際の横加速度Ｇを上記目標横加速度から減算し、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)は式（２）で設定されている。
【００４１】
Ｃ(s)＝ΣＢmｓm／ΣＡnｓn …（２）
尚、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎである。
【００４２】
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。
【００４３】
上記横加速度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。
【００４４】
▲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の検出値から目標横加速度が演算されるが、例えば低速旋回時は車両に横加速度が発生し難い（又は発生しない）。このため、低速旋回時において上記目標横加速度となるように電動モータ１１を制御しても、目標横加速度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、上記横加速度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。
【００４５】
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、横加速度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と横加速度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。
【００４６】
▲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、車両に横加速度が生じることになる。しかし、横加速度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、すなわち目標横加速度が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）。
【００４７】
▲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（横加速度挙動）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、横加速度挙動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。
【００４８】
よって、上記▲１▼〜▲３▼によると、車速Ｖの低速域では、横加速度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、上記横加速度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、中速域に比べて横加速度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。
【００４９】
▲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、車両には横加速度が発生する。このため、目標横加速度と実際の横加速度Ｇ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、目標横加速度の影響を小さくするのが好ましい。
【００５０】
▲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。
【００５１】
▲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。
【００５２】
▲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。
【００５３】
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。
【００５４】
上記横加速度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、横加速度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。
【００５５】
上記伝達関数Ｇ4(s)は式（３）で設定されている。
【００５６】
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）。
【００５７】
一方、上記伝達関数Ｇ5(s)は式（４）で設定されている。
【００５８】
Ｇ5(s)＝ωjＫw／（ｓ+ωj） …（４）
尚、ωj，Ｋwは調整パラメータである。
【００５９】
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。
【００６０】
このようにして、アシスト制御部２１及び横加速度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及び横加速度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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
上記第１ゲインＫ1は、図７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。
【００６４】
一方、第２ゲインＫ2は、図８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。
【００６５】
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）。
【００６６】
また、上記伝達関数Ｇ3(s)は式（５）で設定されている。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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横加速度を演算し、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（Ｋa・ξ）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２２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。
【００７０】
こうして、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。
【００７１】
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、目標横加速度と実際の横加速度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、常に所望の横加速度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。
【００７２】
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横加速度が生じた場合には、横加速度フィードバック制御部２２は目標横加速度を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。
【００７３】
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、横加速度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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、車両に横加速度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として横加速度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７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。
【００７６】
ここで、横加速度フィードバック制御部２２による制御を行わないときは、この横加速度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、横加速度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。
【００７７】
そこで、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下であるとき、言い換えると横加速度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、逆に横加速度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。
【００７８】
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、横加速度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。
【００７９】
すなわち、上述したように、横加速度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。
【００８０】
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、横加速度フィードバック制御部２２による制御によって所望の横加速度を発生させる一方、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。
【００８１】
（実施形態２）
図９は実施形態２を示し（図１〜図８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、第２の制御部としての横加速度フィードバック制御部２２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。
【００８２】
すなわち、この実施形態２におけるコントローラ１５には、実施形態１と同様のトルクセンサ１２、横加速度センサ１６及びモータ回転速度センサ１７に加え、さらに、車両に生じたヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００８３】
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制御量を決定する第１の制御部としてのアシスト制御部２１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。
【００８４】
上記横滑り角推定部２８は、上記横加速度センサ１６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。
【００８５】
β＝∫｛（Ｇ＋ｒ・ψ″）／Ｖ＋ψ′｝ｄｔ …（６）
ここで、ｒは車両の重心位置Ｐからその前側にある横加速度センサ１６の位置までの距離である。横加速度センサ１６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。
【００８６】
上記横滑り角フィードバック制御部２７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）に基づいて目標横滑り角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。
【００８７】
また、上記横滑り角フィードバック制御部２７は、上記目標横滑り角から、上記横滑り角推定部２８において演算された推定横滑り角βを減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−β）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。
【００８８】
このＣ(s)は、例えば目標横滑り角と実際の推定横滑り角β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。
【００８９】
その他の構成は上記実施形態１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
したがって、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、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。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜９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、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、よって、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。
【００９２】
加えて、請求項２〜９の発明によれば、第２制御量の感度を車速、路面摩擦係数、車輪舵角及び車輪舵角速度に応じて調整することによって、より一層好ましい電動パワーステアリング装置が構成される。
【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】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】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４】フリクションゲインの一例を示す図である。
【図５】図４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６】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７】補正部における第１ゲインの特性を示す図である。
【図８】補正部における第２ゲインの特性を示す図である。
【図９】実施形態２に係るコントローラの構成を示す図２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 横加速度センサ
１７ モータ回転速度センサ
１８ ヨーレートセンサ
２１ アシスト制御部（第１の制御部）
２２ 横加速度フィードバック制御部（第２の制御部）
２３ モータ制御部
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
ξ トルクセンサ検出値
ｕ ハンドル操舵トルク
Ｇ 横加速度
β 横滑り角
【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としての横加速度や横滑り角がばらついてしまい、操舵力に対する所望の横加速度や横滑り角が車両に発生しない場合がある。この場合、所望の横加速度や横滑り角となるように運転者が操舵力を調整する必要がある。
【０００５】
この横加速度や横滑り角のばらつきは、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横加速度や横滑り角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横加速度や横滑り角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横加速度や横滑り角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】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、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ようにすることにある。
【０００９】
【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、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した。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明では、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として、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、演算により推定された車体重心点の推定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を備えていることを特徴とする。
【００１３】
この発明の構成によると、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。
【００１４】
一方、第２の制御部では、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が演算され、この目標横滑り角から演算により推定された車体重心点の推定横滑り角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、車体重心点の目標横滑り角の演算は、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。
【００１５】
そして、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（車体重心点の横滑り角）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車体重心点の目標横滑り角と車体重心点の推定横滑り角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、車体重心点の所望の横滑り角が車両に生じる。
【００１６】
このように、車体重心点の目標横滑り角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、常に車体重心点の所望の横滑り角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。
【００１７】
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車体重心点の横滑り角が生じた場合には、第２の制御部は、車体重心点の目標横滑り角を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。
【００１８】
上記請求項１の発明の自動車の電動パワーステアリング装置においては、第２制御量の感度を調整することによって、より好ましい制御が実現する。具体的には、請求項２の発明の如く、第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成するのが好ましい。すなわち、車速が高い領域では、運転者は小刻みに速く舵角を切るため、フリクションによる引っ掛かり等が気になるので、第２制御量の感度を高めるのが好ましい。一方、低車速領域では、運転者は大きくゆっくりと舵角を切るので、フリクションによる引っ掛かり等を気にならないとともに、低速時は推力が大きく必要でエネルギー消費が大きくなるので、第２制御量の感度を上げることは好ましくない。
【００１９】
また、請求項３の発明の如く、第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるようにするのが好ましい。すなわち、路面摩擦係数が低いと、安定性が望まれるが、第２制御量の感度が高い場合、車両の挙動が速くなって違和感を招くこととなる。また、路面摩擦係数が低いときには、車輪が発生できる力も小さくなることから、第２制御量の感度を高くしても車両が追従できず、場合によっては制御が発振する状態を招くためである。
【００２１】
加えて、請求項４の発明のように、第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるようにするのが好ましい。すなわち、車輪舵角が小さい領域は、車両の直進性を維持するためにハンドルを小刻みに操舵する領域であり、この領域での第２制御量の感度を上げることで引っ掛かり等を防止することが必要である。また、舵角が大きい領域では顕著な問題は生じないとともに、車輪の非線形領域に入ってモデルとの差異が生じてくるようになり、この観点からも第２制御量の感度を下げることが違和感を低減できる。
【００２２】
また、請求項５の発明のように、第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成するのが好ましい。すなわち、舵角速度が大きいほど追従性や引っ掛かり感が顕著となるために、第２制御量の感度を上げるのがよい。
請求項６の発明では、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として、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を備えている。そして、上記第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成されていることを特徴とする。
この発明の構成によると、請求項１の発明と同様に、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。
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横加速度が演算され、この目標横加速度から実際に車両に発生している横加速度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、目標横加速度の演算は、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。
そして、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（横加速度）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横加速度と実際の横加速度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、常に所望の横加速度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。
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横加速度が生じた場合には、第２の制御部は、目標横加速度を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。
そして、第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項７の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げるように構成されているので、上記請求項３の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項８の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、 第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項４の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項９の発明では、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として、上記請求項６の発明と同様の、トルクセンサ、第１の制御部、第２の制御部、及びモータ制御部を備えている。そして、その第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成されている。
この発明でも、上記請求項６の発明と同様の作用効果を奏することができる。また、第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げるように構成されているので、上記請求項５の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１及び図３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。
【００２４】
尚、図３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。
【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３参照）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】
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。図２に示すように、このコントローラ１５には、上記トルクセンサ１２、車両に生じた横加速度Ｇを検出する横加速度センサ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。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。
【００２８】
また、上記横加速度センサ１６は、上記車両の重心位置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１６が車両の重心位置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１６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１６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。
【００２９】
図２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の検出値から目標横加速度を演算し、この目標横加速度から、上記横加速度センサ１６が検出した実際に車両に発生している横加速度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２２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。
【００３０】
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。
【００３１】
上記横加速度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３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、横加速度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６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。
【００３５】
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、横加速度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。
【００３６】
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、目標横加速度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。
【００３７】
具体的には、上記フリクションゲインＫFは、図４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５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。
【００３８】
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。
【００３９】
上記横加速度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たものとなっている。すなわち、この横加速度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。
【００４０】
また、上記横加速度フィードバック制御部２２は、上記横加速度センサ１６が検出した実際の横加速度Ｇを上記目標横加速度から減算し、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)は式（２）で設定されている。
【００４１】
Ｃ(s)＝ΣＢmｓm／ΣＡnｓn …（２）
尚、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎである。
【００４２】
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。
【００４３】
上記横加速度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。
【００４４】
▲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の検出値から目標横加速度が演算されるが、例えば低速旋回時は車両に横加速度が発生し難い（又は発生しない）。このため、低速旋回時において上記目標横加速度となるように電動モータ１１を制御しても、目標横加速度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、上記横加速度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。
【００４５】
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、横加速度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と横加速度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。
【００４６】
▲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、車両に横加速度が生じることになる。しかし、横加速度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、すなわち目標横加速度が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）。
【００４７】
▲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（横加速度挙動）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、横加速度挙動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。
【００４８】
よって、上記▲１▼〜▲３▼によると、車速Ｖの低速域では、横加速度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、上記横加速度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、中速域に比べて横加速度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。
【００４９】
▲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、車両には横加速度が発生する。このため、目標横加速度と実際の横加速度Ｇ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、目標横加速度の影響を小さくするのが好ましい。
【００５０】
▲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。
【００５１】
▲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。
【００５２】
▲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。
【００５３】
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。
【００５４】
上記横加速度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、横加速度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。
【００５５】
上記伝達関数Ｇ4(s)は式（３）で設定されている。
【００５６】
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）。
【００５７】
一方、上記伝達関数Ｇ5(s)は式（４）で設定されている。
【００５８】
Ｇ5(s)＝ωjＫw／（ｓ+ωj） …（４）
尚、ωj，Ｋwは調整パラメータである。
【００５９】
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。
【００６０】
このようにして、アシスト制御部２１及び横加速度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及び横加速度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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
上記第１ゲインＫ1は、図７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。
【００６４】
一方、第２ゲインＫ2は、図８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。
【００６５】
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）。
【００６６】
また、上記伝達関数Ｇ3(s)は式（５）で設定されている。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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横加速度を演算し、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（Ｋa・ξ）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２２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。
【００７０】
こうして、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。
【００７１】
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、目標横加速度と実際の横加速度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、常に所望の横加速度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。
【００７２】
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横加速度が生じた場合には、横加速度フィードバック制御部２２は目標横加速度を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。
【００７３】
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、横加速度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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、車両に横加速度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として横加速度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７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。
【００７６】
ここで、横加速度フィードバック制御部２２による制御を行わないときは、この横加速度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、横加速度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。
【００７７】
そこで、車速Ｖが第１車速Ｖ1以下であるとき、言い換えると横加速度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、逆に横加速度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。
【００７８】
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、横加速度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。
【００７９】
すなわち、上述したように、横加速度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。
【００８０】
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、横加速度フィードバック制御部２２による制御によって所望の横加速度を発生させる一方、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。
【００８１】
（実施形態２）
図９は実施形態２を示し（図１〜図８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、第２の制御部としての横加速度フィードバック制御部２２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。
【００８２】
すなわち、この実施形態２におけるコントローラ１５には、実施形態１と同様のトルクセンサ１２、横加速度センサ１６及びモータ回転速度センサ１７に加え、さらに、車両に生じたヨーレートを検出するヨーレートセンサ１８の各検出値が入力されるようになっている。
【００８３】
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制御量を決定する第１の制御部としてのアシスト制御部２１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。
【００８４】
上記横滑り角推定部２８は、上記横加速度センサ１６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。
【００８５】
β＝∫｛（Ｇ＋ｒ・ψ″）／Ｖ＋ψ′｝ｄｔ …（６）
ここで、ｒは車両の重心位置Ｐからその前側にある横加速度センサ１６の位置までの距離である。横加速度センサ１６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。
【００８６】
上記横滑り角フィードバック制御部２７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）に基づいて目標横滑り角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。
【００８７】
また、上記横滑り角フィードバック制御部２７は、上記目標横滑り角から、上記横滑り角推定部２８において演算された推定横滑り角βを減算し、この偏差（Ｋy（Ｇ1(s)・ξ−ｕF）−β）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。
【００８８】
このＣ(s)は、例えば目標横滑り角と実際の推定横滑り角β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。
【００８９】
その他の構成は上記実施形態１と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
したがって、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、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。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜９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、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、よって、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。
【００９２】
加えて、請求項２〜９の発明によれば、第２制御量の感度を車速、路面摩擦係数、車輪舵角及び車輪舵角速度に応じて調整することによって、より一層好ましい電動パワーステアリング装置が構成される。
【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】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】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４】フリクションゲインの一例を示す図である。
【図５】図４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６】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７】補正部における第１ゲインの特性を示す図である。
【図８】補正部における第２ゲインの特性を示す図である。
【図９】実施形態２に係るコントローラの構成を示す図２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 横加速度センサ
１７ モータ回転速度センサ
１８ ヨーレートセンサ
２１ アシスト制御部（第１の制御部）
２２ 横加速度フィードバック制御部（第２の制御部）
２３ モータ制御部
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
ξ トルクセンサ検出値
ｕ ハンドル操舵トルク
Ｇ 横加速度
β 横滑り角
Claims (9)
- 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、演算により推定された車体重心点の推定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を備え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。 - 請求項１の自動車の電動パワーステアリング装置において、
第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げ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。 - 請求項１の自動車の電動パワーステアリング装置において、
第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げ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。 - 請求項１の自動車の電動パワーステアリング装置において、
第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げ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。 - 請求項１の自動車の電動パワーステアリング装置において、
第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げ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。 - 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を備え、
上記第２の制御部は、車速が高いほど第２制御量の感度を上げ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。 - 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を備え、
上記第２の制御部は、路面摩擦係数が低いほど第２制御量の感度を下げ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。 - 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を備え、
上記第２の制御部は、車輪舵角が小さいほど第２制御量の感度を上げ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。 - 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を備え、
上記第２の制御部は、車輪舵角速度が大きいほど第２制御量の感度を上げ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001335245A JP4114340B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 自動車の電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001335245A JP4114340B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 自動車の電動パワーステアリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003137119A JP2003137119A (ja) | 2003-05-14 |
| JP4114340B2 true JP4114340B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=19150253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001335245A Expired - Fee Related JP4114340B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | 自動車の電動パワーステアリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4114340B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4211686B2 (ja) * | 2004-06-02 | 2009-01-21 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用操舵支援装置 |
| DE102006019790A1 (de) * | 2006-04-28 | 2007-10-31 | Zf Lenksysteme Gmbh | Verfahren zur Lenkungsregelung |
| JP5083025B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2012-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の制駆動力制御装置 |
-
2001
- 2001-10-31 JP JP2001335245A patent/JP4114340B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003137119A (ja) | 2003-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4670161B2 (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| US5845222A (en) | Vehicle steering control system | |
| JP3179271B2 (ja) | 前後輪操舵装置の制御方法 | |
| JP4556775B2 (ja) | 車両用操舵装置 | |
| US7092805B2 (en) | Steering apparatus for steerable vehicle | |
| US8820469B2 (en) | Electric power steering apparatus | |
| JP6663333B2 (ja) | 車両の制御装置及び車両の制御方法 | |
| JP4281828B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
| JP5170496B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
| JP4636255B2 (ja) | 車輪横力推定装置及び操舵反力制御装置 | |
| JP2003081119A (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| JP3882894B2 (ja) | 操舵反力制御装置 | |
| JP4806930B2 (ja) | 車両用操舵装置 | |
| JP4114339B2 (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| JP5085510B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
| JP4114340B2 (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| JP4595519B2 (ja) | 車両用操舵制御装置およびその転舵角制御方法 | |
| JP2008024073A (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
| JP3060800B2 (ja) | 車両のヨーイング運動量制御装置 | |
| JP4517555B2 (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| JP5310356B2 (ja) | 車両用操舵制御装置 | |
| JP4211056B2 (ja) | 自動車の操舵フィーリング設定装置 | |
| JP2003081117A (ja) | 自動車の電動パワーステアリング装置 | |
| JP4186614B2 (ja) | 操舵制御装置 | |
| JP2006282065A (ja) | 車両挙動制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040823 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070130 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070330 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071002 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071126 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080325 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080407 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |