JP4419997B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動アクチュエータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じた操舵アシストトルクを電動モータに発生させるようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。この操舵アシストトルクは、コントローラにより制御される。コントローラは、例えば、操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクと、車速センサにより検出された車速とに基づいて基本アシスト制御量（例えば基本アシストトルク）を算出する。さらに、コントローラは、この基本アシスト制御量を補償するための補償制御量（たとえば補償トルク）を算出して、基本アシスト制御量に補償制御量を加算して最終的な目標アシスト制御量を算出する。そして、算出された目標アシスト制御量に基づいて電動モータを通電制御することにより所望の操舵アシストトルクを発生させるようにしている。こうした補償制御量は、それぞれ目的に応じて種々の手法で算出される。

例えば、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置においては、車両挙動の収束を早めながら、緊急回避など急激な操舵時に対応した操舵アシストトルクを得るために、操舵回転速度に応じた補償制御量を算出する。この特許文献１のものでは、補償制御量を算出するにあたって、操舵トルクに応じて変化する減衰係数を補償制御量に乗じている。

また、特許文献２に提案された電動パワーステアリング装置においては、収斂制御を行いつつ操舵フィーリングを向上させるために、操舵速度と車速とに応じて基本ダンピング補償電流値を決定し、この基本ダンピング補償電流値とダンピング補償電流ゲインとの乗算値によりダンピング補償値を算出する。この場合、ダンピング補償電流ゲインは、操舵条件に応じて切り替えられる。

また、特許文献３に提案された電動パワーステアリング装置においては、ハンドル操舵に対する追従性と収斂性の向上を図るために、モータ回転速度にダンピング制御ゲインＫｄを乗じて算出されるダンピング制御量と、操舵トルクから演算した目標モータ回転速度と実際のモータ回転速度との偏差に基づいて算出される制御量に制御ゲインＧｏ（ｓ）を乗じて算出される舵角速度フィードバック制御量とを補償制御量とする構成を採用している。この場合、ダンピング制御ゲインＫｄとしては、車速と操舵トルクとモータ回転数とにより決定される変数が用いられる。また、制御ゲインＧｏ（ｓ）としては、車速、路面摩擦係数、車重、車輪舵角、車輪舵角速度のうちの任意のものにより決まる変数が用いられる。
特開平７−１５６８１７ 特開２００４−４２６９１ 特開２００２−８７３０９

このように従来の電動パワーステアリング装置においては、それぞれの目的に応じて補償制御量が算出される。しかしながら、こうした補償制御を複数組み合わせた場合には、各補償制御が互いに干渉しあうことがあり、所望の操舵フィーリングが得られないという問題が生じる。

補償制御量は、操舵状態量や車両状態量に基づいて算出されるが、その目的に応じた最適な値となるように、補償制御ごとに設定された独自の制御ゲインが乗じられて補正される。この制御ゲインは、別の操舵状態や車両状態といった事象を捉えて決定される。このため、目的の異なる複数の補償制御を組み合わせた場合には、各補償制御が互いに干渉しあうことがあり、それらの適合が非常に難しい。この結果、開発時においては、複数の補償制御の相互の影響を確認することが必要となり、その工数（適合工数）の増大を招いていた。
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、複数の補償制御を干渉しないように良好に組み合わせて操舵フィーリングを向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵操作に応じて電動アクチュエータを駆動することにより操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置において、上記操舵ハンドルの操舵操作により入力された操舵トルクに関する操舵トルク情報を取得するトルク情報取得手段と、上記操舵トルク情報以外の操舵状態に関する操舵状態情報、あるいは、車両状態に関する車両状態情報を取得する他情報取得手段と、少なくとも上記トルク情報取得手段から取得した情報に基づいて基本アシスト制御量を算出する基本アシスト制御量算出手段と、上記他情報取得手段から取得した情報に基づいて上記基本アシスト制御量を補償するための補償制御量を算出する複数の補償制御量算出手段と、上記基本アシスト制御量算出手段により算出された基本アシスト制御量と、上記複数の補償制御量算出手段により夫々算出された補償制御量とを合わせて目標アシスト制御量を算出する目標アシスト制御量算出手段と、上記目標アシスト制御量算出手段により算出された目標アシスト制御量に基づいて上記電動アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段と、上記複数の補償制御量算出手段のうち少なくとも２つ以上の補償制御量算出手段にて算出された補償制御量に上記操舵トルク情報に応じて変化する共通の制御ゲインを乗じることにより、あるいは、上記複数の補償制御量算出手段のうち少なくとも２つ以上の補償トルク制御量算出手段にて算出された補償制御量を合算しその合算された補償制御量に上記操舵トルク情報に応じて変化する制御ゲインを乗じることにより、上記補償制御量を補正する補償制御量補正手段とを備え、上記制御ゲインは、上記操舵トルク情報における操舵トルクの大きさが大きくなるに従って減少する変数であることにある。

上記のように構成した本発明によれば、基本アシスト制御量算出手段により算出された基本アシスト制御量と、複数の補償制御量算出手段により夫々算出された補償制御量とを合わせて、目標アシスト制御量算出手段が目標アシスト制御量を算出し、アクチュエータ制御手段がこの目標アシスト制御量に基づいて電動アクチュエータを駆動制御する。この場合、補償制御量補正手段は、少なくとも２つ以上の補償制御量算出手段にて算出された補償制御量に対して、個々に設定した制御ゲインを乗じるのではなく、操舵トルク情報に応じて変化する共通の制御ゲインを乗じることにより補償制御量を補正する。あるいは、補償制御量補正手段は、２つ以上の補償制御量算出手段にて算出された補償制御量を合算しその合算された補償制御量に操舵トルク情報に応じて変化する制御ゲインを乗じることにより補償制御量を補正する。また、この制御ゲインは、操舵トルクの大きさ（絶対値）が大きくなるに従って減少するように設定されている。従って、運転者が大きな操作力で操舵ハンドルを操舵した場合には、補償制御量は小さな値に補正される。

従って、少なくとも２つ以上の補償制御量に対して、操舵トルク情報に応じて変化する共通の制御ゲインが乗じられることにより、補償制御を互いに干渉させることなく操舵状態に応じて補正することができる。この結果、目的の異なる複数の補償制御の適合が容易となり適合工数を低減することができる。また、補償制御の干渉が防止されて適正な目標アシスト制御量が算出されるため、良好な操舵フィーリングが得られる。

本発明の他の特徴は、上記制御ゲインは、更に、上記操舵トルク情報以外の操舵状態情報あるいは車両状態情報に応じて補正されることにある。

上記のように構成した本発明によれば、複数の補償制御量に対して乗じられる共通の制御ゲインが、更に、操舵トルク情報以外の操舵状態情報あるいは車両状態情報に応じて補正される。従って、補償制御量補正手段にて使用される共通の制御ゲインは、更に適切なものとなる。この結果、補償制御量補正手段は、複数の情報に応じて変化する共通の制御ゲインを用いて補償制御量を補正するため、補償制御を干渉させることなく補償制御量をさらに適切に補正することができる。

本発明の他の特徴は、上記制御ゲインは、上記操舵トルク情報における操舵トルクの大きさが大きくなるに従って減少する０以上１以下の変数であって、上記補償制御量補正手段は、上記制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合算した制御量が操舵トルクと逆方向に働く場合には、上記制御ゲインの乗算により上記補償制御量を補正し、上記制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合わせた制御量が操舵トルクと同一方向に働く場合には、上記制御ゲインの乗算による上記補償制御量の補正を行わないことにある。

上記のように構成した本発明によれば、制御ゲインが０以上１以下の変数であるため、この制御ゲインの乗算は、補償制御量の大きさ（絶対値）を減らす方向に作用する。また、この制御ゲインは、操舵トルクの大きさ（絶対値）が大きくなるに従って減少するように設定されている。従って、運転者が大きな操作力で操舵ハンドルを操舵した場合には、補償制御量は小さな値に補正される。

補償制御は、状況に応じて、操舵トルクと同じ回転方向（アシスト方向）に働く場合と、操舵トルクと反対回転方向に働く場合とが存在する。そして、補償制御量補正手段は、制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合算した制御量、つまり、制御ゲインを乗じる対象となる少なくとも２つ以上の補償制御量算出手段により算出される補償制御量の合算値が操舵トルクと同じ方向に働く場合には、制御ゲインの乗算を行わない。従って、操舵アシスト方向に働く補償制御トルクが減少してしまうことがなく、適切な操舵アシストトルクが得られる。

また、補償制御量補正手段は、制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合算した制御量が操舵トルクと反対方向に働く場合には、制御ゲインの乗算を行って操舵トルクの大きさが大きいほど補償制御量を少なくする側に補正する。従って、運転者が意図して操舵したような操舵トルクの大きなケースにおいては、その操舵操作に反する補償制御量が十分に低減され、操舵操作を邪魔しない。また、運転者の操舵操作の意思の少ない操舵トルクの小さなケースには、補償制御が適切に働いて所望のトルク補償を行うことができる。

また、本発明の他の特徴は、上記トルク情報取得手段の異常を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段により上記トルク情報取得手段の異常が検出されたとき、上記操舵ハンドルに加わる操舵トルクの大きさを零とした操舵トルク情報に切り替えるトルク情報切替手段とを備えたことにある。

上記のように構成した本発明によれば、異常検出手段によりトルク情報取得手段の異常が検出されたとき、トルク情報切替手段が操舵トルクの大きさを零とした操舵トルク情報に切り替える。このため、補償制御のみによる補償トルクを操舵ハンドルに付加するように電動パワーステアリング装置の作動を継続させることができる。つまり、操舵トルクの大きさを零に設定することで基本アシスト制御量を零に維持したまま、操舵トルク情報以外の操舵状態情報あるいは車両状態情報に基づいて算出された補償制御量により目標アシスト制御量を求め、この目標アシスト制御量に基づいて電動アクチュエータを駆動制御することができる。この結果、トルク情報取得手段の異常が検出された場合であっても、電動パワーステアリング装置の機能を完全に停止させてしまうことなく、補償制御によるアシストトルクを付与することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施系形態に係る車両の電動パワーステアリング装置を示す概略図である。

この車両の電動パワーステアリング装置は、大別すると、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構１０と、転舵機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生する電動モータ１５と、操舵ハンドルの操舵状態に応じて電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０とから構成される。

転舵機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するための機構で、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。従って、操舵ハンドル１１、ステアリングシャフト１２、ラックアンドピニオン機構１３，１４、タイロッド、ナックルアーム等により転舵機構１０が構成される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、本発明の電動アクチュエータに相当するもので、本実施形態においては、永久磁石三相モータであるブラシレスモータが使用される。電動モータ１５の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ１５の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。また、電動モータ１５をラックバー１４に組み付けるのに代えて、電動モータ１５をステアリングシャフト１２に組み付けて、電動モータ１５の回転を減速器を介してステアリングシャフト１２に伝達して同シャフト１２を軸線周りに駆動するように構成してもよい。

ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１は、操舵ハンドル１１の回動操作によって入力されステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクに応じた信号を出力する。この操舵トルクセンサ２１から出力される信号により検出される操舵トルクの値を、以下、操舵トルクＴｈと呼ぶ。操舵トルクＴｈは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。本実施形態においては、操舵ハンドル１１の右方向への操舵時における操舵トルクＴｈを正の値で、操舵ハンドル１１の左方向への操舵時における操舵トルクＴｈを負の値で示す。この操舵トルクＴｈが本発明の操舵トルク情報に相当し、操舵トルクセンサ２１が本発明の操舵トルク情報取得手段に相当する。

この操舵トルクセンサ２１は、例えば、ステアリングシャフト１２の途中に設けたトーションバーの捻れ角度を検出する２組のレゾルバセンサ（図示略）により構成される。このレゾルバセンサは、トーションバーの両端にそれぞれ設けられて、その回転角度を検出する。従って、２組のレゾルバセンサの回転角度差から操舵トルクＴｈを検出することができる。各レゾルバセンサは、トーションバーとともに回転するレゾルバロータと、レゾルバロータと向かい合って車体側に固定されるレゾルバステータとを備え、レゾルバロータには励磁コイルである１次巻線が設けられ、レゾルバステータにはπ／２だけ位相のずれた一対の検出用コイルである２次巻線が設けられる。そして１次巻線を正弦波信号により励磁することにより、２次巻線に回転角度に応じた２種類の誘起電圧信号を出力させる。

尚、操舵トルクセンサ２１をステアリングシャフト１２に組み付けるのに代え、ラックバー１４に組み付けて、ラックバー１４の軸線方向の歪み量から操舵トルクＴｈをそれぞれ検出するようにしてもよい。

電動モータ１５には、回転角センサ２３が設けられる。この回転角センサ２３は、電動モータ１５内に組み込まれ、電動モータ１５の回転子の回転角度位置に応じた検出信号を出力するもので、例えば、上述したレゾルバセンサにより構成される。この回転角センサ２３の検出信号は、電動モータ１５の回転角および回転角速度の計算に利用される。一方、この電動モータ１５の回転角は、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。また、電動モータ１５の回転角速度は、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるため、操舵ハンドル１１の操舵角速度としても共通に用いられる。

以下、回転角センサ２３の出力信号により検出される操舵ハンドル１１の操舵角の値を操舵角θと呼び、その操舵角θを時間微分して得られる操舵角速度の値を操舵角速度ωと呼ぶ。この操舵角θおよび操舵角速度ωが本発明における操舵状態情報に相当し、回転角センサ２３が本発明における他情報取得手段に相当する。
操舵角θは、正負の値により操舵ハンドル１１の中立位置に対する右方向および左方向の舵角をそれぞれ表す。本実施形態においては、操舵ハンドル１１の中立位置を「０」とし、中立位置に対する右方向への舵角を正の値で示し、中立位置に対する左方向への舵角を負の値で示す。

次に、電動モータ１５の作動を制御する電子制御ユニット３０について説明する。
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするとともに、電動モータ１５の駆動回路をも備えている。また、電子制御ユニット３０は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２３、車速センサ２２を接続して各検出信号を入力する。車速センサ２２は、車両の走行速度ｖを表す車速信号を出力する。この車速センサ２２により検出される車速ｖが本発明における車両状態情報に相当し、車速センサ２２が本発明における他情報取得手段に相当する。
また、電子制御ユニット３０は、レーンキープ制御装置２５（以下、レーンキープＥＣＵ２５と呼ぶ）も接続して車両のレーン逸脱度Ｌを表すレーンキープ制御信号を入力する。

レーンキープＥＣＵ２５は、図示しない撮像カメラ（例えばステレオカメラ）および画像処理装置等を備え、車両前方の道路の左右白線位置を検出することにより、前方の車線状況とその車線における車両の状態とを把握する。例えば、左右白線から仮想の道路中央線を目標走行線として算出し、その道路中央線の曲率半径、道路中央線に対する車両重心位置の横方向のずれ量である横変位量、道路中央線の形成方向と車両の向きとのなす角度である車両姿勢角とを求める。そして、車速、ヨーレート等のパラメータを含んだ車両状態方程式から、車両を現在位置から道路中央線に沿って走行させるための舵角補正量を算出する。

レーンキープＥＣＵ２５は、この舵角補正量に比例したレーン逸脱度Ｌを表すレーンキープ制御信号を出力する。このレーン逸脱度Ｌは、右方向に舵角修正すべきときには正の値が、左方向に舵角修正すべきときには負の値が設定される。このレーンキープＥＣＵ２５により得られるレーン逸脱度Ｌが本発明における車両状態情報に相当し、レーンキープＥＣＵ２５が本発明における他情報取得手段に相当する。
尚、車両のレーンキープ技術については、種々の手法が知られており、任意の手法を採用することができるが、演算負担を軽くするために、横変位量あるいは車両姿勢角に比例した値をレーン逸脱度Ｌとして求めるようにしてもよい。

次に、電子制御ユニット３０について詳細に説明する。図２は、プログラムの実行によって実現されるマイクロコンピュータの機能を表す機能ブロックを含む電子制御ユニット３０の全体ブロック図である。
電子制御ユニット３０は、基本アシスト制御量としての基本アシストトルクを演算する基本アシストトルク演算部３１と、３つの補償制御量としての補償トルクを演算する第１補償トルク演算部３２，第２補償トルク演算部３３，第３補償トルク演算部３４を備える。

基本アシストトルク演算部３１は、操舵トルクＴｈと車速ｖを入力し、図４に示す基本アシストマップを参照して基本アシストトルクＴａｓを算出する。この基本アシストマップは、操舵トルクＴｈに応じた基本アシストトルクＴａｓを代表的な車速ｖごとに設定したもので、基本アシストトルク演算部３１に記憶される。基本アシストトルクＴａｓは、操舵トルクＴｈの増加にしたがって増加するように設定される。また、操舵トルクＴｈに対する基本アシストトルクＴａｓの関係は、図５に示すように、車速ｖが大きいほど基本アシストトルクＴａｓが全体的に小さな値となるように設定される。尚、本実施形態では、基本アシストトルクＴａｓを基本アシストマップを用いて計算するようにしたが、基本アシストマップに代えて操舵トルクＴｈおよび車速ｖに応じて変化する基本アシストトルクＴａｓを定義した関数を用意しておき、その関数を用いて基本アシストトルクＴａｓを計算するようにしてもよい。

第１補償トルク演算部３２は、回転角センサ２３から出力される回転角信号を操舵ハンドル１１の操舵角θを表す信号として入力し、図６に示す第１補償トルクマップを参照して第１補償トルクＴ１を算出する。この第１補償トルクマップは、操舵角θに応じた第１補償トルクＴ１を設定したもので、第１補償トルク演算部３２に記憶される。この第１補償トルクＴ１は、操舵ハンドル１１を中立位置に戻そうとする戻しトルクを働かせるもので、操舵角θの大きさ（絶対値）が大きいほど大きな値に設定される。また、第１補償トルクＴ１は、上限値が設定されており、操舵角θの大きさが所定角度を超えた範囲においては一定値に制限される。尚、本明細書においては、方向性を有する値の大きさを論じる場合には、その絶対値の大きさについて述べている。

第２補償トルク演算部３３は、操舵角θを時間微分して算出した操舵ハンドル１１の操舵角速度ωを表す信号を入力し、図７に示す第２補償トルクマップを参照して第２補償トルクＴ２を算出する。この第２補償トルクマップは、操舵角速度ωに応じた第２補償トルクＴ２を設定したもので、第２補償トルク演算部３３に記憶される。この第２補償トルクＴ２は、操舵ハンドル１１に適度な摩擦感を与えるもので、操舵ハンドル１１の操舵方向と反対方向に働く一定の値に設定される。尚、操舵角θを時間微分して操舵角速度ωを演算する演算部については図面に省略してあるが、第２補償トルク演算部３３内に設ければよい。

第３補償トルク演算部３４は、レーンキープＥＣＵ２５から出力されるレーン逸脱度Ｌを表すレーンキープ信号を入力し、図８に示す第３補償トルクマップを参照して第３補償トルクＴ３を算出する。この第３補償トルクマップは、レーン逸脱度Ｌに応じた第３補償トルクＴ３を設定したもので、第３補償トルク演算部３４に記憶される。この第３補償トルクＴ３は、車両の走行状態（走行位置、走行方向）が道路中央線から逸脱しているときに、車両を道路中央線に沿って走行させるように操舵トルクを与えるもので、レーン逸脱度Ｌの値が大きいほど大きな値が設定される。従って、右方向への舵角補正が必要とされる場合には、その舵角補正量に応じた大きさで右方向に第３補償トルクＴ３が設定され、左方向への舵角補正が必要とされる場合には、その舵角補正量に応じた大きさで左方向に第３補償トルクＴ３が設定される。また、第３補償トルクＴ３にも、上限値が設定されており、レーン逸脱度Ｌの大きさが所定値以上の場合には一定値に制限される。

電子制御ユニット３０は、さらに、補償トルク加算演算部３５と制御ゲイン演算部３６とゲイン乗算部３７とを備える。補償トルク加算演算部３５は、第２補償トルク演算部３３にて算出した第２補償トルクＴ２と、第３補償トルク演算部３４にて算出した第３補償トルクＴ３とを加算し、その加算結果（Ｔ２＋Ｔ３）を制御ゲイン演算部３６およびゲイン乗算部３７に出力する。

制御ゲイン演算部３６は、補償トルク加算演算部３５から出力された加算結果（Ｔ２＋Ｔ３）を入力し、その加算値（Ｔ２＋Ｔ３）の示すトルクの方向が、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｈの方向と同一方向であるか反対方向であるかを判断する。そして、制御ゲイン演算部３６は、両者の回転方向が反対方向である場合に、操舵トルクＴｈと車速ｖとに基づいて、補償制御の大きさを補正する制御ゲインＧを算出する。

この制御ゲインＧは、図９に示すトルクゲインマップを参照して算出される。このトルクゲインマップは、操舵トルクＴｈに応じた制御ゲインＧを代表的な車速ｖごとに設定したもので、制御ゲイン演算部３６に記憶される。制御ゲインＧは、左右方向ともに操舵トルクＴｈが大きくなるに従って減少し、操舵トルクＴｈが所定値以上の場合には、値「０」に設定される。また、操舵トルクＴｈに対する制御ゲインＧの関係は、図１０に示すように、車速ｖが小さいほど制御ゲインＧが全体的に小さな値となるように設定される。また、制御ゲインＧは、最も高速域において、操舵トルクＴｈの大きさが０Ｎｍ（ニュートン・メートル）のときに値「１」に設定される。
尚、本実施形態では、制御ゲインＧをトルクゲインマップを用いて計算するようにしたが、トルクゲインマップに代えて操舵トルクＴｈおよび車速ｖに応じて変化する制御ゲインＧを定義した関数を用意しておき、その関数を用いて制御ゲインＧを計算するようにしてもよい。

また、制御ゲイン演算部３６は、補償トルク加算演算部３５から出力された加算値（Ｔ２＋Ｔ３）の示すトルクの方向が、操舵トルクセンサ２１により検出された操舵トルクＴｈの方向と同一方向である場合には、こうしたトルクゲインマップによる制御ゲインＧの算出を行わずにその値を１（Ｇ＝１）と設定する。

制御ゲイン演算部３６は、設定した制御ゲインＧをゲイン乗算部３７に出力する。ゲイン乗算部３７は、補償トルク加算演算部３５から出力された第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３との加算値（Ｔ２＋Ｔ３）に、制御ゲイン演算部３６から出力された制御ゲインＧを乗じることにより補償制御トルクの値を補正する。この場合、補償トルク加算演算部３５から出力された加算値（Ｔ２＋Ｔ３）の示すトルクの方向が、操舵トルクセンサ２１により検出された操舵トルクＴｈの方向と同一方向であるケースにおいては、制御ゲインＧの値が１（Ｇ＝１）に設定されるため、補償制御トルクの補正は行われない。

電子制御ユニット３０は、目標トルク演算部３８を備える。この目標トルク演算部３８は、本発明の目標アシスト制御量算出手段に相当するもので、基本アシストトルク演算部３１に算出された基本アシストトルクＴａｓと、第１補償トルク演算部３２による算出された第１補償トルクＴ１と、ゲイン乗算部３７により算出された補正補償トルク（（Ｔ２＋Ｔ３）・Ｇ）とを入力し、それらの合計値を算出する。この合計値が目標アシストトルクＴ＊となる。そして、この目標アシストトルクＴ＊に基づいて、以下の機能部により電動モータ１５が駆動制御される。

電子制御ユニット３０は、目標電流演算部３９、電流偏差演算部４０、比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１、ＰＷＭ電圧発生部４２、インバータ回路４３を備える。これらの機能部は、本発明のアクチュエータ制御手段に相当するものである。
目標電流演算部３９は、目標トルク演算部３８により算出された目標アシストトルクＴ＊を入力して、それに比例した目標電流Ｉ＊を算出する。電流偏差演算部４０は、目標電流演算部３９により算出された目標電流Ｉ＊と、電動モータ１５に流れる実際の電流Ｉｘとを入力し、両者の偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉｘ）を算出する。電動モータ１５の電源ラインには電流センサ２６が設けられる。従って、電流偏差演算部４０は、この電流センサ２６の検出信号を入力することで実電流Ｉｘを測定する。
電流偏差演算部４０で算出された偏差ΔＩ信号は、比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１に出力される。比例積分制御部４１は、偏差ΔＩに基づいて実電流Ｉｘが目標電流Ｉ＊に追従するように、つまり、偏差ΔＩが零になるように目標電圧Ｖ＊を算出する。

比例積分制御部４１により算出された目標電圧Ｖ＊は、ＰＷＭ電圧発生部４２に出力される。ＰＷＭ電圧発生部４２は、目標電圧Ｖ＊に対応した３相のＰＷＭ制御電圧信号をインバータ回路４３に出力する。インバータ回路４３は、ＰＷＭ制御電圧信号に対応した３相の励磁電圧を発生して、その励磁電圧を３相の電源ラインを介して電動モータ１５にそれぞれ印加する。これにより左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、電動モータ１５の駆動力によりアシストされながら操舵される。

電子制御ユニット３０は、更に、操舵トルクセンサ２１の異常を検出するトルクセンサ異常検出部４４を備える。このトルクセンサ異常検出部４４は、操舵トルクセンサ２１の出力信号を入力し、その入力した信号から操舵トルクセンサ２１の異常を判断する。本実施形態においては、操舵トルクセンサ２１としてレゾルバセンサを用いている。このレゾルバセンサにおいては、巻線が断線したり絶縁不良を起こしたりすることがある。そこで、トルクセンサ異常検出部４４では、レゾルバセンサの出力信号の振幅を監視し、その振幅が予め設定した許容範囲から外れた場合には、センサ異常であると判断する。また、レゾルバセンサの一対の２次巻線の誘起電圧信号を比べて異常を検出する。例えば、２次巻線の一方から正弦波信号が出力されているときに、他方の２次巻線から一定値信号が出力されているときなど、２つの検出信号状態の組み合わせが矛盾するケースにおいてもセンサ異常が生じていると判断する。

トルクセンサ異常検出部４４は、操舵トルクセンサ２１の異常が検出されない場合には、操舵トルクセンサ２１から入力した操舵トルクＴｈを表す信号をそのまま出力する。一方、操舵トルクセンサ２１の異常が検出されたときには、操舵トルクＴｈの値がゼロ（Ｔｈ＝０）を表す信号を出力する。トルクセンサ異常検出部４４の出力信号は、操舵トルクＴｈ情報として基本アシストトルク演算部３１および制御ゲイン演算部３６に出力される。従って、上述した基本アシストトルク演算部３１における基本アシストトルクＴａｓの算出処理、および、制御ゲイン演算部３６における制御ゲインＧの算出処理は、このトルクセンサ異常検出部４４からの出力信号にて表される操舵トルクＴｈに基づくものとなっている。

次に、上記のように構成した電子制御ユニット３０の行うアシスト制御処理全体についてフローチャートを使って説明する。図３は、電子制御ユニット３０が実行するアシスト制御ルーチンを表し、電子制御ユニット３０内のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶される。
本制御ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチがオンされているあいだ、所定の早い周期で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが起動すると、電子制御ユニット３０は、まず、ステップＳ１１において、操舵トルクセンサ２１の出力信号を読み込んで、その出力信号から操舵トルクセンサ２１に異常が生じているか否かを判断する。この処理は、トルクセンサ異常検出部４４にて行われるもので、異常が検出されない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、操舵トルクセンサ２１から出力された信号は、そのまま操舵トルクＴｈを表す情報として入力設定される（Ｓ１２）。一方、操舵トルクセンサ２１の異常が検出された場合には、操舵トルクＴｈの値はゼロ（Ｔｈ＝０Ｎ・ｍ）として設定される（Ｓ１３）。尚、このトルクセンサ異常検出部４４が行うステップＳ１１の処理が本発明の異常検出手段に相当し、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理が本発明のトルク情報切替手段に相当する。

こうして、操舵トルクＴｈが入力設定されると、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１４において、回転角センサ２３から出力される情報である操舵角θと、車速センサ２２から出力される情報である車速ｖと、レーンキープＥＣＵ２５から出力される情報であるレーン逸脱度Ｌとをそれぞれ読み込む。続いて、電子制御ユニット３０は、基本アシストトルク演算部３１により操舵トルクＴｈと車速ｖとから基本アシストトルクＴａｓを算出し（Ｓ１５）、第１補償トルク演算部３２により操舵角θから第１補償トルクＴ１を算出し（Ｓ１６）、第２補償トルク演算部３３により操舵角速度ωから第２補償トルクＴ２を算出し（Ｓ１７）、第３補償トルク演算部３４によりレーン逸脱度Ｌから第３補償トルクＴ３を算出する（Ｓ１８）。

続いて、電子制御ユニット３０は、ステップＳ１９において、第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３との合計値（Ｔ２＋Ｔ３）を算出し、その合計値（Ｔ２＋Ｔ３）による回転方向が操舵トルクＴｈの回転方向と同一であるか否かを判断する。この加算した補償トルクは、その値（Ｔ２＋Ｔ３）が正の値であれば右回転方向に働き、値（Ｔ２＋Ｔ３）が負の値であれば左回転方向に働く。ステップＳ２０において「ＮＯ」と判断された場合、つまり、加算した補償トルクの方向が操舵トルクＴｈとは反対方向となる場合には、電子制御ユニット３０は、その処理をステップＳ２１，Ｓ２２に進める。

電子制御ユニット３０は、ステップＳ２１において、操舵トルクＴｈと車速ｖとからトルクゲインマップを参照して制御ゲインＧを算出し、続いて、ステップＳ２２において、第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３との合計値（Ｔ２＋Ｔ３）に制御ゲインＧを乗じ、この制御ゲインＧを乗じて補正した値（（Ｔ２＋Ｔ３）・Ｇ）を、新たな補償トルク（Ｔ２＋Ｔ３）とする。また、ステップＳ２０において「ＹＥＳ」と判断された場合、つまり、加算した補償トルクの方向が操舵トルクＴｈとは同一方向となる場合には、電子制御ユニット３０は、このステップＳ２１，Ｓ２２の処理を飛ばす。このステップＳ１９，Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２２の処理は、補償トルク加算演算部３５，制御ゲイン演算部３６，ゲイン乗算部３７により行われる処理である。

こうして、共通の制御ゲインＧによる第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３との補正が完了すると、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２３において、基本アシストトルクＴａｓと、第１補償トルクＴ１と、制御ゲインＧにより補正された第２，第３補償トルクＴ２，Ｔ３とを加算して目標アシストトルクＴ＊を算出する（Ｔ＊＝Ｔａｓ＋Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）。このステップＳ２３の処理は、目標トルク演算部３８により行われる処理である。

続いて、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２４において、目標アシストトルクＴ＊から目標電流Ｉ＊を設定し、ステップＳ２５において、電動モータ１５に流れる実際の電流Ｉｘを検出して目標電流Ｉ＊との偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉｘ）を算出し、ステップＳ２６において、この偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉｘ）から電動モータ１５に印加すべき目標電圧Ｖ＊を設定する。こうして目標電圧Ｖ＊が設定されると、電子制御ユニット３０は、ステップＳ２７において、目標電圧Ｖ＊に対応した３相のＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＶを生成してインバータ回路４３に出力する。

このステップＳ２４の処理は目標電流演算部３９により行われる処理であり、ステップＳ２５の処理は電流偏差演算部４０により行われる処理であり、ステップＳ２６の処理は比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１により行われる処理であり、ステップＳ２７の処理はＰＷＭ電圧発生部４２により行われる処理である。
このアシスト制御ルーチンは、所定の早い周期で繰り返し実行される。従って、常に、操舵トルクＴｈ、車速ｖ、操舵角θ、操舵角速度ω、レーン逸脱度Ｌに応じたアシストトルクが転舵機構１０に付与されるように電動モータ１５が駆動制御される。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、電子制御ユニット３０が、操舵トルクＴｈと車速ｖとにより基本アシストトルクＴａｓを算出するとともに、その基本アシストトルクＴａｓを補償するための３つの補償トルクＴ１〜Ｔ３を算出し、それらを合算して目標アシストトルクＴ＊を求める。この補償トルクとしては、操舵ハンドル１１を中立位置に戻そうとする戻しトルクを働かせるための第１補償トルクＴ１と、操舵ハンドル１１に適度な摩擦感を与えるための第２補償トルクＴ２と、レーン逸脱度Ｌに応じて車両をレーン中央に沿うようにアシストする第３補償トルクＴ３とからなる。

そして、電子制御ユニット３０は、第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３とに対して、操舵トルクＴｈと車速ｖとに応じた補正を行うために共通の制御ゲインＧを乗じる。本実施形態においては、第２補償トルクＴ２と第３補償トルクＴ３との合計値（Ｔ２＋Ｔ３）に制御ゲインＧを乗じる。この制御ゲインＧは、操舵トルクＴｈと車速ｖとによって設定される０〜１までの値をとる変数であり、補償トルクを減らすように作用する。そして、電子制御ユニット３０は、この２つの補償トルクの合計値（Ｔ２＋Ｔ３）が、運転者の操舵した方向（操舵トルク方向）と反対方向に働くものである場合においてのみ、この補償トルクＴ２，Ｔ３に制御ゲインＧを乗じて補償トルクを減らすように補正する。

この場合、運転者が意図して操舵したときのような操舵トルクが大きい状況においては、制御ゲインＧが値「０」に近い小さな値、あるいは値「０」に設定されるため、補正された補償トルクの値（Ｔ２＋Ｔ３）は非常に小さくなり、運転者の意思に反した補償トルクが発生しない。本実施形態においては、操舵ハンドル１１に摩擦感を与える第２補償トルクＴ２と車両をレーン中央に沿うように案内する第３補償トルクＴ３に対して、運転者が行ったハンドル操作の力が大きいときには、運転者の意思を反映して、それらを小さな値に補正する。従って、これらの補償トルクＴ２，Ｔ３が運転者のハンドル操作を邪魔しない。

また、運転者の操舵意思の少ない操舵トルクが小さい状況においては、制御ゲインＧが値「１」に近い大きな値、あるいは値「１」に設定されるため、適切な補償トルクが働いて良好な操舵摩擦感が得られとともに、車両がレーンに沿った方向に案内される。

一方、２つの補償トルクの合計値（Ｔ２＋Ｔ３）が、運転者の操舵した方向（操舵トルク方向）と同一方向に働くものである場合、つまり、運転者の操舵操作を助ける方向のトルクとして算出された場合には、電子制御ユニット３０は、この補償トルクＴ２，Ｔ３に制御ゲインＧを乗じないようにして補償トルクを補正しない。本実施形態においては、Ｇ＝１として実質的な補正がされないようにしている。このため、補償トルクが小さい値に補正されないため補償制御の効果を十分得ることができる。

例えば、運転者が右方向にハンドル操作している状況において、レーンキープＥＣＵ２５からの信号により第３補償トルクＴ３が右方向へ働く操舵アシストとして算出され、しかもその値が第２補償トルクＴ２よりも大きい場合では、補償トルクの合計値（Ｔ２＋Ｔ３）が、運転者の操舵した方向と同一方向となる。こうした状況においては、電子制御ユニット３０は、そのまま補償トルクを働かせる。つまり、補償トルク（Ｔ２＋Ｔ３）を制御ゲインＧにより減少補正しない。従って、運転者は、違和感を覚えることなく補償トルク（Ｔ２＋Ｔ３）にアシストされて車両を適正向きに修正することができる。

また、３つの補償制御のうち第１補償制御に対しては制御ゲインＧを乗じなく、残りの２つの補償制御に共通の制御ゲインＧを乗じるようにしているため、３つの補償制御が同時に行われても補償制御同士が干渉しあうことがない。
例えば、各補償制御ごとに制御ゲインを別々に設定し、しかもその制御ゲインが操舵情報や車両情報によって独自に変化するような制御システムを考える。こうした制御システムにおいては、各補償制御が独立して補償制御量を算出するため、補償制御を組み合わせるとそれらが干渉しあうことがあり、良好な操舵フィーリングが得られない。

これに対して、本実施形態によれば、共通する一つの制御ゲインＧにより補償制御量を補正するようにしているため、各補償制御が干渉しなくなり、各補償制御の適合が容易であり適合工数の増加を招かない。また、良好な操舵フィーリングが得られる。また、制御ゲインの種類を減らしているため、電子制御ユニット３０のＲＯＭ容量を削減してコストダウンを図ることができる。
更に、第１補償トルクに関しては、制御ゲインの乗算補正を行わないため、常に、操舵ハンドル１１を中立位置に戻すようなトルクが働いて良好な操作性、安定性が維持される。

また、制御ゲインＧは、操舵トルクＴｈだけでなく車速ｖ情報を加味して設定される。従って、共通の制御ゲインＧが車速ｖにより補正されるため、補償制御を干渉させることなく、適切な補償制御量を算出することができる。この制御ゲインＧは、図１０に示すように、車速ｖが大きいほど大きな値に補正される。従って、高速走行時においては、操舵ハンドル１１の摩擦感が高めとなり安定走行性が向上する。また、車両のレーン逸脱に対しての補償トルクも高めとなって安全性が向上する。

一方、低速走行時においては、制御ゲインＧが小さな値に補正されるため、操舵ハンドル１１の摩擦感が減ってハンドル操作が軽くなる。また、車両のレーン逸脱に対しての補償トルクも低くなって、補償トルクが過度に車両をレーンに沿わせるように働かない。この結果、車速に応じたバランスのよい補償制御トルクが得られる。

尚、制御ゲインＧは、図１１に示すように、操舵角θに応じて補正されるようにしてもよい。この例においては、制御ゲインＧは、操舵角θが小さいほど大きな値に補正される。これによれば、運転者が操舵ハンドル１１を回している状況においては、運転者の意思が反映されて、その操作に対して補償トルクが余り働かないようになり、逆に、直進走行中においては、補償トルクが良好に働いて適度な摩擦感が得られるとともに、車両が適正方向へ案内される。

また、本実施形態においては、操舵トルクセンサ２１の異常が検出されたときには、操舵トルクＴｈの値を０（Ｔｈ＝０）に設定した状態でアシスト制御を継続する。この場合、基本アシストトルクＴａｓに関しては、その値が０（Ｔａｓ＝０）となるが、操舵ハンドル１１を中立位置に戻そうとする戻しトルク（補償トルクＴ１）、操舵ハンドル１１に摩擦感を与えるトルク（補償トルクＴ２）、車両を道路中央に沿って走行させるように働くトルク（補償トルクＴ３）が得られる。つまり、補償制御のみによるアシスト制御を継続することができる。従って、電動パワーステアリング装置の持っている機能を十分に発揮させることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様を採用することができる。
例えば、本実施形態においては、操舵角θ、操舵角速度ω、レーン逸脱度Ｌという情報を入力して３つの補償制御量を算出したが、本発明は、これらのものに限るものではなく、例えば、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）などの他の車両制御システムにて生成される制御指令情報を取得し、それに協調した補償制御量を算出するようにしてもよい。

また、補償制御量を算出する補償制御量算出部の数も３つに限るものでなく、２つ、あるいは４つ以上備えた構成であってもよい。また、複数の補償制御量算出部すべてに対して共通の制御ゲインを乗じるようにしてもよいし、あるいは、複数の補償制御量算出部を、共通の制御ゲインを乗じるグループと制御ゲインを乗じないグループとに分けてもよい。更に、共通の制御ゲインを乗じるグループは、１つに限らず複数備えてもよい。

また、本実施形態においては、複数の補償制御量（補償トルク）を補正するにあたり、各補償制御量を合算しその合算された補償制御量に制御ゲインＧを乗じる構成を採用しているが、各補償制御量をそれぞれ共通の制御ゲインＧを乗じて補正するようにしてもよい。つまり、本実施形態にて用いた２つの補償トルクＴ２，Ｔ３を例にとって示せば、補償制御量Ｔ２および補償制御量Ｔ３をそれぞれ制御ゲインＧを乗じて補正し、その補正された各補償制御量（Ｔ２・ＧおよびＴ３・Ｇ）を目標トルク演算部３８に出力するように構成する。この場合においても、２つの補償トルクＴ２，Ｔ３の合計値（Ｔ２＋Ｔ３）の働く方向が操舵トルクの働く方向と異なる場合に制御ゲインＧの乗算を行い、同一方向の場合には制御ゲインＧの乗算による補正を行わないようにすると良い。

尚、本発明においては、操舵状態情報とは、操舵トルク、操舵角、操舵角速度など操舵状態を表す情報であり、これらのものから任意の情報を適用することができる。また、車両状態情報とは、車速、前後加速度、横加速度、上下加速度、ヨーレート等を表す情報だけでなく、レーン逸脱度Ｌ情報のように車両内に設けられる車両制御システムで生成される車両状態制御指令情報等も含むものであって、これらのものから任意の情報を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の概略図である。 実施形態に係る電子制御ユニットの機能を示す機能ブロック図である。 アシスト制御ルーチンを表すフローチャートである。 基本アシストトルクを算出するための基本アシストマップを表す説明図である。 車速に応じた操舵トルクと基本アシストトルクとの関係を示す特性グラフである。 第１補償トルクを算出するための第１補償トルクマップを表す説明図である。 第２補償トルクを算出するための第２補償トルクマップを表す説明図である。 第３補償トルクを算出するための第３補償トルクマップを表す説明図である。 制御ゲインＧを算出するためのトルクゲインマップを表す説明図である。 車速に応じた操舵トルクと制御ゲインＧとの関係を示す特性グラフである。 操舵角に応じた操舵トルクと制御ゲインＧとの関係を示す特性グラフである。

符号の説明

１０…転舵機構、１１…操舵ハンドル、１５…電動モータ、２１…操舵トルクセンサ、２２…車速センサ、２３…回転角センサ、２５…レーンキープＥＣＵ、３０…電子制御ユニット、３１…基本アシストトルク演算部、３２…第１補償トルク演算部、３３…第２補償トルク演算部、３４…第３補償トルク演算部、３５…補償トルク加算演算部、３６…制御ゲイン演算部、３７…ゲイン乗算部、３８…目標トルク演算部、３９…目標電流演算部、４０…電流偏差演算部、４１…比例積分制御部（ＰＩ制御部）、４２…ＰＷＭ電圧発生部、４３…インバータ回路、４４…トルクセンサ異常検出部、ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪（転舵輪）。

Claims (4)

1. 操舵ハンドルの操舵操作に応じて電動アクチュエータを駆動することにより操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置において、
   上記操舵ハンドルの操舵操作により入力された操舵トルクに関する操舵トルク情報を取得するトルク情報取得手段と、
   上記操舵トルク情報以外の操舵状態に関する操舵状態情報、あるいは、車両状態に関する車両状態情報を取得する他情報取得手段と、
   少なくとも上記トルク情報取得手段から取得した情報に基づいて基本アシスト制御量を算出する基本アシスト制御量算出手段と、
   上記他情報取得手段から取得した情報に基づいて上記基本アシスト制御量を補償するための補償制御量を算出する複数の補償制御量算出手段と、
   上記基本アシスト制御量算出手段により算出された基本アシスト制御量と、上記複数の補償制御量算出手段により夫々算出された補償制御量とを合わせて目標アシスト制御量を算出する目標アシスト制御量算出手段と、
   上記目標アシスト制御量算出手段により算出された目標アシスト制御量に基づいて上記電動アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段と、
   上記複数の補償制御量算出手段のうち少なくとも２つ以上の補償制御量算出手段にて算出された補償制御量に上記操舵トルク情報に応じて変化する共通の制御ゲインを乗じることにより、あるいは、上記複数の補償制御量算出手段のうち少なくとも２つ以上の補償トルク制御量算出手段にて算出された補償制御量を合算しその合算された補償制御量に上記操舵トルク情報に応じて変化する制御ゲインを乗じることにより、上記補償制御量を補正する補償制御量補正手段と
   を備え、
   上記制御ゲインは、上記操舵トルク情報における操舵トルクの大きさが大きくなるに従って減少する変数であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記制御ゲインは、更に、上記操舵トルク情報以外の操舵状態情報あるいは車両状態情報に応じて補正されることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記制御ゲインは、上記操舵トルク情報における操舵トルクの大きさが大きくなるに従って減少する０以上１以下の変数であって、
   上記補償制御量補正手段は、上記制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合算した制御量が操舵トルクと逆方向に働く場合には、上記制御ゲインの乗算により上記補償制御量を補正し、上記制御ゲインを乗じる前の補償制御量を合わせた制御量が操舵トルクと同一方向に働く場合には、上記制御ゲインの乗算による上記補償制御量の補正を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記トルク情報取得手段の異常を検出する異常検出手段と、
   上記異常検出手段により上記トルク情報取得手段の異常が検出されたとき、上記操舵ハンドルに加わる操舵トルクの大きさを零とした操舵トルク情報に切り替えるトルク情報切替手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング。
   

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