JP4545054B2

JP4545054B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP4545054B2
Application number: JP2005190658A
Authority: JP
Inventors: 明宏田巻
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP2007008292A

Description

本発明は、自動車に搭載されステアリング操舵力を電動モータにより補助する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置の操舵トルク制御は、基本的にステアリングホイールを操舵したときに、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクに応じた補助力をモータから操舵機構に与え、操舵力を補助するものである。
操舵機構には、操舵力がピニオンからラック軸に伝達され、ラック軸の移動がタイロッドを介して転舵輪を転舵するラック・ピニオン式の動力伝達機構が、一般に採用されている。
その他、ボールねじ機構によりラック軸を移動させる動力伝達機構もある。

かかる動力伝達機構でラック軸負荷（ラック推力）は、路面から受ける反力と釣り合うことから、路面の状況を反映している。
すなわち、乾いた舗装路面のように摩擦係数が大きい場合はラック軸負荷は大きいが、凍結路面のように滑り易い摩擦係数の小さい場合はラック軸負荷は小さい。

この路面状況の変化をラック軸負荷の変化で捉え、ラック軸負荷の変化が大きくなるに従い操舵抵抗力を大きくするように制御して、路面状況の変化が操舵フィーリングに影響しないようにした例がある（特許文献１参照）。

特開平１１−４９０００号公報

したがって、運転者は、路面状況の変化をステアリング操作において感知することができず、ロードインフォメーションを視覚や聴覚で間接的にある程度得ることができても、直感的にかつ略正確に得ることができない。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、路面状況を操舵フィーリングに適度に反映させて、運転者がロードインフォメーションを直感的にかつ略正確に得ることができる電動パワーステアリング装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、アシストモータの駆動力がステアリング操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、ステアリングの舵角を検出するステアリング舵角検出手段と、前記アシストモータの端子間電圧を導出するモータ端子間電圧導出手段と、前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて目標操舵トルクを導出する目標操舵トルク演算処理手段と、前記ステアリング舵角検出手段により検出されたステアリング舵角を時間微分してステアリング角速度を算出するステアリング角速度演算手段と、前記ステアリング角速度演算手段により算出されたステアリング角速度をアシストモータのモータ回転速度に変換するモータ回転速度演算手段と、前記モータ回転速度演算手段により算出されたモータ回転速度から前記アシストモータの逆起電圧を算出する逆起電圧演算手段と、前記モータ端子間電圧導出手段により導出されたモータ端子間電圧と前記逆起電圧演算手段により算出された逆起電圧との差からモータトルクを推定するモータトルク推定手段と、前記モータトルク推定演算手段により推定されたモータトルクからラック推力を推定するラック推力推定手段と、前記ラック推力推定演算手段が推定したラック推力と前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて路面負荷修正係数を導出する路面負荷修正係数演算手段と、前記路面負荷修正係数演算手段により算出された路面負荷修正係数に基づいて前記目標操舵トルク演算手段により算出された目標操舵トルクを修正し修正目標操舵トルクを算出する修正目標操舵トルク演算手段と、前記修正目標操舵トルク演算手段により算出された修正目標操舵トルクと前記トルクセンサにより検出された操舵トルクとの差に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量演算手段と、前記フィードバック制御量演算手段により算出されたフィードバック制御量に基づいて前記アシストモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記路面負荷修正係数演算手段は、前記ラック推力推定手段が推定したラック推力に基づき前記目標操舵トルクを修正する基準路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出し、前記車速センサにより検出された車速に基づき車速補正係数を予め定めておいた関係から抽出し、前記舵角検出手段により検出された舵角に基づき舵角補正係数を予め定めておいた関係から抽出し、前記基準路面負荷修正係数に前記車速補正係数と前記舵角補正係数とを乗算して前記路面負荷修正係数を導出することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、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において、前記目標操舵トルク演算処理手段は、前記ステアリング舵角検出手段により検出されたステアリング舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク演算手段と、前記ステアリング角速度演算手段により検出された角速度と前記車速センサにより検出された車速に基づいてステアリングのフリクショントルクを算出するフリクショントルク演算手段とを備え、前記セルフアライニングトルク演算手段により算出されたセルフアライニングトルクに前記フリクショントルク演算手段により算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクを算出す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によれば、路面状況を反映するラック推力から演算された路面負荷修正係数に基づいて目標操舵トルクが修正されて、同修正目標操舵トルクと検出操舵トルクとの差に基づいてアシストモータがフィードバック制御されるので、舵角と車速に基づく目標操舵トルクと検出操舵トルクによるフィードバック制御であっても路面状況を操舵フィーリングに反映させることができ、運転者はロードインフォメーションを直感的にかつ略正確に得ることができ、ステアリング操作に路面状況の変化を適度に感知しながら運転することができる。

請求項２記載の電動パワーステアリング装置によれば、路面負荷修正係数演算手段は、推定したラック推力に基づき目標操舵トルクを修正する基準路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出し、同基準路面負荷修正係数に車速に基づく車速補正係数、舵角に基づく舵角補正係数を乗算して路面負荷修正係数を導出するので、車速や舵角を考慮した路面負荷修正係数により目標操舵トルクを修正してフィードバック制御するため、走行状態に合わせて路面状況を操舵フィーリングに適度に反映させることができる。

請求項３記載の電動パワーステアリング装置によれば、舵角と車速に基づいて算出されたセルフアライニングトルクに、角速度と車速に基づいて算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクとするので、特に低車速で小さくなるセルフアライニングトルクを補うようにフリクショントルクが加算され、路面状況を操舵フィーリングに適度に反映させつつ路面に対するタイヤの摩擦などの影響をカバーして常に安定した操舵フィーリングを実現することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１４に基づいて説明する。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の全体の概略後面図を図１に示す。

電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向（図１における左右方向に一致）に指向した略円筒状のラックハウジング２内にラック軸３が左右軸方向に摺動自在に収容されている。

ラックハウジング２の両端開口から突出したラック軸３の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッドが連結され、ラック軸３の移動によりタイロッドが動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。

ラックハウジング２の右端部にステアリングギヤボックス４が設けられている。
ステアリングギヤボックス４には、ステアリングホイール（図示せず）が一体に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸５が軸受を介して回動自在に軸支されており、図２に示すように入力軸５はステアリングギヤボックス４内でトーションバー６を介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン軸７と連結されている。

この操舵ピニオン軸７のはす歯７ａがラック軸３のラック歯３ａと噛合している。
したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸５に伝達された操舵力は、トーションバー６を介して操舵ピニオン軸７を回動して操舵ピニオン軸７のはす歯７ａとラック歯３ａの噛合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させる。

ラック軸３は、ラックガイドスプリング８に付勢されたラックガイド９により背後から押圧されている。

ステアリングギヤボックス４の上部にはアシストモータＭが取り付けられ、アシストモータＭの駆動力を減速して操舵ピニオン軸７に伝達するウオーム減速機構10がステアリングギヤボックス４内に構成されている。

ウオーム減速機構10は、操舵ピニオン軸７の上部に嵌着されたウオームホイール11にアシストモータＭの駆動軸に同軸に連結されたウオーム12が噛合して構成されている。
アシストモータＭの駆動力をこのウオーム減速機構10を介して操舵ピニオン軸７に作用させて操舵を補助する。

なお、図２には図示しないが、アシストモータＭには、モータ端子電圧Ｖｐ，Ｖｎを検出するモータ端子電圧検出装置27が設けられ、操舵ピニオン軸７にはステアリング舵角θを検出するステアリング舵角検出装置28が設けられている。

ウオーム減速機構10のさらに上方に操舵トルクセンサ20が設けられている。
トーションバー６の捩れをコア21の軸方向の移動に変換し、コア21の移動をコイル22，23のインダクタンス変化に変えて操舵トルクＴを検出している。
なお、トーションバー６の捩れを光学的に検出するトルクセンサでもよい。

以上のようなアシストモータＭを駆動制御して操舵力を補助する操舵トルク制御装置30の制御系のＣＰＵ等が搭載された制御基板がステアリングギヤボックス４内に収容されている。

この操舵トルク制御装置30の概略ブロック図を図３に示す。
操舵トルク制御装置30は、操舵トルクセンサ20により検出された操舵トルクＴ，車速センサ25により検出された車速ｖ，ステアリング舵角検出装置28により検出されたステアリング舵角θおよびモータ端子電圧検出装置27により検出されたモータ端子電圧Ｖｐ，Ｖｎが入力され、データ処理して、ＰＷＭ制御信号（デューティ信号等）であるモータのフィードバック制御量Ｄfbをモータ駆動回路26に出力し、モータ駆動回路26がそのＰＷＭ制御信号に従ってアシストモータＭを駆動する。
なお、モータ駆動回路26およびモータ端子電圧検出装置27は、操舵トルク制御装置30側に設けてもよい。

そして、操舵トルク制御装置30は、主に目標操舵トルク演算処理手段40、修正目標操舵トルク演算手段57、フィードバック制御量演算手段59を備え、その他に、ステアリング角速度演算手段50、モータ回転速度演算手段51、逆起電圧演算手段52、モータ端子間電圧演算手段53、モータトルク推定手段54、ラック推力推定手段55、路面負荷修正係数演算手段56等を有している。

ステアリング角速度演算手段50は、前記ステアリング舵角検出装置28が検出したステアリング舵角θを時間微分してステアリング角速度ωを算出する。
そして、同ステアリング角速度ωとステアリング舵角θおよび前記車速センサ25が検出した車速ｖに基づいて目標操舵トルク演算処理手段40が目標操舵トルクＴｍを演算する。

該目標操舵トルク演算処理手段40について図４ないし図９に基づいて説明する。
図４は、目標操舵トルク演算処理手段40の概略ブロック図であり、同図４に示すように、目標操舵トルク演算処理手段40は、セルフアライニングトルク演算手段41とフリクショントルク演算手段45の２つの演算手段からなる。

セルフアライニングトルク演算手段41は、セルフアライニングベーストルク抽出手段42とセルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43とを備える。
セルフアライニングベーストルク抽出手段42は、基準車速における舵角に対するセルフアライニングベーストルクの関係を記憶するセルフアライニングベーストルク（ＳＡＢＴ）記憶手段42ａから舵角θに基づいてセルフアライニングベーストルクＴsbを抽出する。

セルフアライニングベーストルク記憶手段42ａが記憶する基準車速Ｖｏにおける舵角θに対するセルフアライニングベーストルクＴsbの関係マップを、図５の座標に示す。
図５において、横軸の舵角θは、正の値が右舵角（θ＞０）、負の値が左舵角（θ＜０）を示す。

ここに、縦軸のセルフアライニングベーストルクＴsbは、正の値が右方向トルク（Ｔsb＞０）、負の値が左方向トルク（Ｔsb＜０）であって、実際のセルフアライニングトルク（走向車輪が路面から受けるトルクであり、走向車輪を直進姿勢に復元するように働く力）の反力として示している。
したがって、例えば右舵角θ（＞０）が大きくなれば、実際とは反対方向の右方向のセルフアライニングベーストルクＴsb（＞０）が大きくなる。

セルフアライニングトルク演算手段41が備えるもう一つのセルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43は、車速に対するセルフアライニングトルク乗算係数を記憶するセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）乗算係数記憶手段43ａから車速ｖに基づいてセルフアライニングトルク乗算係数ｋsを抽出する。

セルフアライニングトルク乗算係数記憶手段43ａが記憶する車速ｖに対するセルフアライニングトルク乗算係数ｋsの関係マップを、図６の座標に示す。
図６において、車速ｖの増加に従いセルフアライニングトルク乗算係数ｋsの値は上昇している。
基準車速Ｖｏのとき、セルフアライニングトルク乗算係数ｋs＝1.0である。

セルフアライニングトルク演算手段41は、セルフアライニングベーストルク抽出手段42が舵角θに基づいて抽出したセルフアライニングベーストルクＴsbに、セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43が車速ｖに基づいて抽出したセルフアライニングトルク乗算係数ｋsを、乗算手段44により乗算して、セルフアライニングトルクＴｓを算出する。
なお、このセルフアライニングトルクＴｓは、実際のセルフアライニングトルクの反力としてのセルフアライニングトルクである。

セルフアライニングベーストルクＴsbにセルフアライニングトルク乗算係数ｋsを乗算することにより、セルフアライニングトルクＴｓは、車速ｖが基準車速Ｖｏより小さくなる程セルフアライニングベーストルクＴsbが減少し、基準車速Ｖｏより大きくなる程増幅する。

一方、フリクショントルク演算手段45は、フリクションベーストルク抽出手段46とフリクショントルク乗算係数抽出手段47とを備える。
フリクションベーストルク抽出手段46は、停車時における角速度に対するフリクションベーストルクの関係を記憶するフリクションベーストルク（ＦＢＴ）記憶手段46ａから角速度ωに基づいてフリクションベーストルクＴfbを抽出する。

フリクションベーストルク記憶手段46ａが記憶する停車時（車速ｖ＝０）における角速度ωに対するフリクションベーストルクＴfbの関係マップを、図７の座標に示す。
図７において、横軸の角速度ωは、正の値が右方向の角速度（ω＞０）、負の値が左方向の角速度（ω＜０）を示す。

縦軸のフリクションベーストルクＴfbは、正の値が右方向トルク（Ｔfb＞０）、負の値が左方向トルク（Ｔfb＜０）であって、実際のタイヤ等の摩擦相当の反力として示している。
したがって、例えば右方向の角速度ω（＞０）が大きくなれば、実際とは反対方向の右方向のフリクションベーストルクＴfb（＞０）が大きくなり、前記セルフアライニングベーストルクＴsbに比べ低いトルクで略一定になる。

フリクショントルク演算手段45が備えるもう一つのフリクショントルク乗算係数抽出手段47は、車速に対するフリクショントルク乗算係数を記憶するフリクショントルク（ＦＴ）乗算係数記憶手段47ａから車速ｖに基づいてフリクショントルク乗算係数ｋｆを抽出する。

フリクショントルク乗算係数記憶手段47ａが記憶する車速ｖに対するフリクショントルク乗算係数ｋｆの関係マップを、図８の座標に示す。
図８において、車速ｖ＝０（停車時）のとき、フリクショントルク乗算係数ｋｆの値は、1.0を示し、車速ｖが停車時から高くなるに従いフリクショントルク乗算係数ｋｆの値は減少し、約20km/hを過ぎる辺りから略一定の値（約0.5）となっている。

フリクショントルク演算手段45は、フリクションベーストルク抽出手段46が角速度ωに基づいて抽出したフリクションベーストルクＴfbに、フリクショントルク乗算係数抽出手段47が車速ｖに基づいて抽出したフリクショントルク乗算係数ｋｆを、乗算手段48により乗算して、フリクショントルクＴｆを算出する。
なお、このフリクショントルクＴｆは、実際のフリクショントルクの反力としてのフリクショントルクである。

フリクションベーストルクＴfbにフリクショントルク乗算係数ｋｆを乗算することにより、フリクショントルクＴｆは、車速ｖが約20km/hまではフリクションベーストルクＴfbが徐々に減少し、約20km/hを過ぎると略半減する状態が継続する。

セルフアライニングトルク演算手段41により算出されたセルフアライニングトルクＴｓと、フリクショントルク演算手段45により算出されたフリクショントルクＴｆとは、加算手段49により加算されて目標操舵トルクＴｍが算出される。

セルフアライニングトルクＴｓは、特に低車速で小さくなるが、フリクショントルクＴｆは低車速でこれを補うように比較的大きい値を示すので、セルフアライニングトルクＴｓにフリクショントルクＴｆが加算されることで、低車速で大きく現出する路面に対するタイヤの摩擦などの影響を補うことができる。

以上の目標操舵トルクＴｍが算出されるまでの処理手順を、図９にフローチャートで示す。
まず、舵角検出手段28が検出した操舵角θを読込み（ステップ１）、角速度演算手段50により角速度ωを算出し（ステップ２）、車速センサ25により検出した車速ｖを読込む（ステップ３）。

次いで、セルフアライニングベーストルク抽出手段42により舵角θに基づきセルフアライニングベーストルクＴsbを抽出し（ステップ４）、セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43により車速ｖに基づきセルフアライニングトルク乗算係数ｋsを抽出し（ステップ５）、セルフアライニングベーストルクＴsbにセルフアライニングトルク乗算係数ｋsを乗算してセルフアライニングトルクＴｓを算出する（ステップ６）。

次に、フリクションベーストルク抽出手段46により角速度ωに基づいてフリクションベーストルクＴfbを抽出し（ステップ７）、フリクショントルク乗算係数抽出手段47により車速ｖに基づきフリクショントルク乗算係数ｋｆを抽出し（ステップ８）、フリクションベーストルクＴfbにフリクショントルク乗算係数ｋｆを乗算してフリクショントルクＴｆを算出する（ステップ９）。

そして、ステップ10において、セルフアライニングトルクＴｓにフリクショントルクＴｆを加算して目標操舵トルクＴｍを算出する。
以上の各ステップの処理が繰り返し実行される。

一方で、前記ステアリング角速度演算手段50により算出されたステアリング角速度ωおよび前記モータ端子電圧検出装置27により検出されたモータ端子電圧Ｖｐ，Ｖｎに基づきラック推力Ｆが推定演算されるが、その処理手順を図１０のフローチャートに従って説明する。

まず、ステアリング角速度ωを読込み（ステップ21）、モータ端子電圧Ｖｐ，Ｖｎを読込む（ステップ22）。
そして、モータ端子電圧Ｖｐ，Ｖｎからモータ端子間電圧演算手段53によりモータ端子間電圧Ｖ_Ｔ（＝Ｖｐ−Ｖｎ）が算出され（ステップ23）、次いで算出されたモータ端子間電圧Ｖ_Ｔをローパスフィルタ処理する（ステップ24）。

次のステップ25では、ステップ21で読込んだステアリング角速度ωからモータ回転速度演算手段51によりモータ回転速度ω_Ｍを算出する。
ステアリング角速度ωにウオーム減速機構10の減速比Ｎ（＞１）を乗算してモータ回転速度ω_Ｍ（＝ω×Ｎ）が算出される。

ステップ26では、このモータ回転速度ω_Ｍから逆起電圧演算手段52によりアシストモータＭの逆起電圧Ｖ_Ｍを算出する。
モータ回転速度ω_Ｍに誘起電圧定数ｋ_Ｅを乗算することで、逆起電圧Ｖ_Ｍ（＝ω_Ｍ×ｋ_Ｅ）が算出される。

そして、モータトルク推定手段54により、前記ローパスフィルタ処理したモータ端子間電圧Ｖ_Ｔと逆起電圧Ｖ_Ｍの差からアシストモータＭの実行電圧Ｖ（＝Ｖ_Ｔ−Ｖ_Ｍ）が算出され（ステップ27）、同実行電圧ＶがアシストモータＭのモータ内部抵抗Ｒｍで除算され、かつトルク定数ｋ_Ｔが乗算されてモータトルクＴ_Ｍ（＝（Ｖ／Ｒｍ）×ｋ_Ｔ）が推定演算される（ステップ28）。

モータトルクＴ_Ｍが推定されると、ラック推力推定手段55により、モータトルクＴ_Ｍから次式（ラック・ピニオン式電動パワーステアリング装置に適用される基本式）によりラック推力Ｆが推定演算される（ステップ29）。
Ｆ＝Ｔ_Ｍ×２π×Ｎ／ＳＴ
ここに、Ｎはウオーム減速機構10の減速比、ＳＴは比ストロークである。

こうして推定されたラック推力Ｆは、路面の状況を反映しており、同ラック推力Ｆから路面負荷修正係数Ｋ_Ｌを求め、同路面負荷修正係数Ｋ_Ｌにより前記目標操舵トルクＴｍを修正する処理手順を図１１のフローチャートに基づき説明する。

まず、路面負荷修正係数演算手段56により前記ラック推力Ｆと車速ｖと舵角θに基づき路面負荷修正係数Ｋ_Ｌを求めることになる。
ステップ31で、ラック推力Ｆに基づき予め定めた関係から基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆを抽出する。
このラック推力Ｆに対する基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆの関係マップを、図１２に示す。

基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆは、ラック推力Ｆが０のときを1.0として、ラック推力Ｆが大きくなるに従い1.0から緩やかに上昇後、幾らか上昇率を上げ、再び緩やかな上昇となる関係曲線を描く。
すなわち、路面が凍結して滑り易い（摩擦係数が小さい）ほど基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆは小さい値を示し、摩擦係数が大きくなるほど大きな値を示す。
この関係マップにより前記推定演算したラック推力Ｆに対応する基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆを抽出する。

次のステップ32で、前記車速センサ25が検出した車速ｖに基づき予め定めた関係から車速補正係数ｒ_ｖを抽出する。
車速ｖに対する車速補正係数ｒ_ｖの関係マップを、図１３に示す。
車速補正係数ｒ_ｖは、車速ｖが０のとき1.0を示し、車速ｖが大きくなるに従い緩やかに上昇して最終的に一定値に近づいている。

さらに、次のステップ33で、前記ステアリング舵角検出装置28が検出した舵角θに基づき予め定めた関係から舵角補正係数ｒ_θを抽出する。
舵角θに対する舵角補正係数ｒ_θの関係マップを、図１４に示す。
舵角補正係数ｒ_θは、舵角θが０のとき1.0を示し、舵角θが大きくなるにやや速やかに減少して最終的に一定値に近づいている。

そして、ステップ34において、ステップ31で抽出された基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆに、ステップ32，33で抽出された車速補正係数ｒ_ｖと舵角補正係数ｒ_θを乗算して補正し、路面負荷修正係数Ｋ_Ｌ（＝ｋ_Ｆ×ｒ_ｖ×ｒ_θ）を算出する。

この路面負荷修正係数Ｋ_Ｌは、推定したラック推力Ｆから抽出される基準路面負荷修正係数ｋ_Ｆを基準値として、車速ｖと舵角θに基づいて補正を加えた係数であり、基本的に路面の摩擦係数が小さい程小さい値を示し、大きくなるほど大きな値を示す。

こうして算出された路面負荷修正係数Ｋ_Ｌは、ステップ35でローパスフィルタ処理を施されて、短時間での変動を抑制して不自然に変化しないようにする。
そして、ステップ36では、このローパスフィルタ処理がなされた路面負荷修正係数Ｋ_Ｌを、修正目標操舵トルク演算手段57により、前記目標操舵トルク演算処理手段40が求めた目標操舵トルクＴｍに乗算して修正し、修正目標操舵トルクＴms（＝Ｔｍ×Ｋ_Ｌ）を算出する。

したがって、目標操舵トルクＴｍは、路面負荷修正係数Ｋ_Ｌにより路面の摩擦係数が小さい程抑制された値に修正され、路面の摩擦係数が大きい程大きく修正される。
こうして修正された修正目標操舵トルクＴmsは、図３に示すように、減算手段58により前記操舵トルクセンサ20が検出した操舵トルクＴとの偏差ΔＴ（＝Ｔms−Ｔ）が算出され、フィードバック制御量演算手段59に入力される。

フィードバック制御量演算手段59は、ＰＩ（比例・積分）制御手段とＰＷＭ制御信号発生手段とからなり、ＰＩ制御手段が偏差ΔＴから偏差ΔＴを０にして目標操舵トルクＴｍを得るためにＰ（比例）動作とＩ（積分）動作を組み合わせてフィードバックの最適制御量を算出し、同最適制御量をＰＷＭ制御信号発生手段がＰＷＭ制御のデューティのフィードバックデューティＤfbに変換して出力する。

ＰＷＭ制御信号のフィードバックデューティＤfbが、モータ駆動回路26に出力され、モータ駆動回路26は、ＰＷＭ制御信号のデューティに従ったモータ駆動電圧がアシストモータＭに印加されてアシストモータＭを駆動して操舵力を補助する。

以上のように、アシストモータＭが操舵トルクのフィードバック制御されるときの目標操舵トルクＴｍは、路面負荷修正係数Ｋ_Ｌにより修正され、路面の摩擦係数が小さい程抑制された値に修正され、路面の摩擦係数が大きい程大きく修正されるので、凍結して滑り易い路面を走行するときは、運転者のステアリング操作が軽くなり、乾いた路面を走行するときは、ステアリング操作が多少重くなる。

したがって、路面状況を操舵フィーリングに反映させることができ、運転者はロードインフォメーションを直感的にかつ略正確に得ることができ、ステアリング操作に路面状況の変化を適度に感知しながら運転することができる。

車速ｖや舵角θを考慮した路面負荷修正係数Ｋ_Ｌにより目標操舵トルクを修正してフィードバック制御するので、走行状態に合わせて路面状況を操舵フィーリングに適度に反映させることができる。

さらに、本操舵トルク制御装置30は、目標操舵トルク演算処理手段40がセルフアライニングトルク演算手段41により算出されたセルフアライニングトルクＴｓにフリクショントルク演算手段45により算出されたフリクショントルクＴｆを加算して目標操舵トルクＴｍを求めているので、特に低車速で小さくなるセルフアライニングトルクＴｓをフリクショントルクＴｆが補い、路面状況を操舵フィーリングに適度に反映させつつ低車速で大きく現出する路面に対するタイヤの摩擦などの影響をカバーして常に安定した操舵フィーリングを実現することができる。

本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体の概略後面図である。ステアリングギヤボックス内の構造を示す断面図である。操舵トルク制御装置の概略ブロック図である。目標操舵トルク演算処理手段の概略ブロック図である。基準車速における舵角θに対するセルフアライニングベーストルクＴsbの関係マップを座標で示す図である。車速ｖに対するセルフアライニングトルク乗算係数ｋsの関係マップを座標で示す図である。停車時における角速度ωに対するフリクションベーストルクＴfbの関係マップを座標で示す図である。車速ｖに対するフリクショントルク乗算係数ｋｆの関係マップを座標で示す図である。目標操舵トルクの算出処理手順を示すフローチャートである。ラック推力を推定演算する処理手順を示すフローチャートである。路面負荷修正係数Ｋ_Ｌを算出し目標操舵トルクを修正する処理する手順を示すフローチャートである。ラック推力Ｆに対する基準路面負荷修正係数ｋ_Fの予め定めた関係マップを示す図である。車速ｖに対する車速補正係数ｒ_ｖの予め定めた関係マップを示す図である。舵角θに対する舵角補正係数ｒ_θの予め定めた関係マップを示す図である。

符号の説明

Ｍ…アシストモータ、１…電動パワーステアリング装置、２…ラックハウジング、３…ラック軸、４…ステアリングギヤボックス、５…入力軸、６…トーションバー、７…操舵ピニオン軸、８…ラックガイドスプリング、９…ラックガイド、10…ウオーム減速機構、11…ウオームホイール、12…ウオーム、20…操舵トルクセンサ、21…コア、22，23…コイル、25…車速センサ、26…モータ駆動回路、27…モータ端子電圧検出装置、28…ステアリング舵角検出装置、
30…操舵トルク制御装置、
40…目標操舵トルク演算処理手段、41…セルフアライニングトルク演算手段、42…セルフアライニングベーストルク抽出手段、42ａ…セルフアライニングベーストルク記憶手段、43…セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段、43ａ…セルフアライニングトルク乗算係数記憶手段、44…乗算手段、45…フリクショントルク演算手段、46…フリクションベーストルク抽出手段、46ａ…フリクションベーストルク記憶手段、47…フリクショントルク乗算係数抽出手段、47ａ…フリクショントルク乗算係数記憶手段、48…乗算手段、49…加算手段、
50…ステアリング角速度演算手段、51…モータ回転速度演算手段、52…逆起電圧演算手段、53…モータ端子間電圧演算手段、54…モータトルク推定手段、55…ラック推力推定手段、56…路面負荷修正係数演算手段、57…修正目標操舵トルク演算手段、58…減算手段、59…フィードバック制御量演算手段。

Claims

アシストモータの駆動力がステアリング操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
車速を検出する車速センサと、
ステアリングの舵角を検出するステアリング舵角検出手段と、
前記アシストモータの端子間電圧を導出するモータ端子間電圧導出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて目標操舵トルクを導出する目標操舵トルク演算処理手段と、
前記ステアリング舵角検出手段により検出されたステアリング舵角を時間微分してステアリング角速度を算出するステアリング角速度演算手段と、
前記ステアリング角速度演算手段により算出されたステアリング角速度をアシストモータのモータ回転速度に変換するモータ回転速度演算手段と、
前記モータ回転速度演算手段により算出されたモータ回転速度から前記アシストモータの逆起電圧を算出する逆起電圧演算手段と、
前記モータ端子間電圧導出手段により導出されたモータ端子間電圧と前記逆起電圧演算手段により算出された逆起電圧との差からモータトルクを推定するモータトルク推定手段と、
前記モータトルク推定演算手段により推定されたモータトルクからラック推力を推定するラック推力推定手段と、
前記ラック推力推定演算手段が推定したラック推力と前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて路面負荷修正係数を導出する路面負荷修正係数演算手段と、
前記路面負荷修正係数演算手段により算出された路面負荷修正係数に基づいて前記目標操舵トルク演算手段により算出された目標操舵トルクを修正し修正目標操舵トルクを算出する修正目標操舵トルク演算手段と、
前記修正目標操舵トルク演算手段により算出された修正目標操舵トルクと前記トルクセンサにより検出された操舵トルクとの差に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量演算手段と、
前記フィードバック制御量演算手段により算出されたフィードバック制御量に基づいて前記アシストモータを駆動するモータ駆動手段と、
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記路面負荷修正係数演算手段は、
前記ラック推力推定手段が推定したラック推力に基づき前記目標操舵トルクを修正する基準路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出し、
前記車速センサにより検出された車速に基づき車速補正係数を予め定めておいた関係から抽出し、
前記舵角検出手段により検出された舵角に基づき舵角補正係数を予め定めておいた関係から抽出し、
前記基準路面負荷修正係数に前記車速補正係数と前記舵角補正係数とを乗算して前記路面負荷修正係数を導出す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。
前記目標操舵トルク演算処理手段は、前記ステアリング舵角検出手段により検出されたステアリング舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク演算手段と、前記ステアリング角速度演算手段により検出された角速度と前記車速センサにより検出された車速に基づいてステアリングのフリクショントルクを算出するフリクショントルク演算手段とを備え、前記セルフアライニングトルク演算手段により算出されたセルフアライニングトルクに前記フリクショントルク演算手段により算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクを算出する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。