JP4545055B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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、路面状況の急変が操舵フィーリングに大きな影響を与えないように操舵トルク制御をする例がある（特許文献１参照）。

特開平１１−４９０００号公報

同特許文献１では、ラック軸負荷（ラック推力）を推定するために、トルクセンサ出力とモータ回転角度とともにモータ電流を検出している。
このモータ電流を検出する装置を備えることで、パワーステアリング装置が大型化するとともに、コストが上昇する。

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、モータ電流検出装置を備えることなくラック推力を推定して、パワーステアリング装置の大型化およびコストアップを回避して路面状況を考慮した操舵トルク制御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に基づいてトルクフィードバック制御の制御ゲインを修正する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が導出した路面負荷修正係数によりトルクフィードバック制御の制御ゲインを修正する制御ゲイン修正手段と、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前記制御ゲイン修正手段により修正された制御ゲインを用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が、前記ラック推力推定手段により推定されたラック推力に基づき前記路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出すること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、前記制御ゲイン修正手段が、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を、制御ゲインであるフィードバック定数に乗算して修正することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの項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、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からステアリング角速度、モータ回転速度、逆起電圧を順次算出し、同逆起電圧と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からモータトルクを推定し、モータトルクからラック推力を推定しているので、モータ電流検出装置を備える必要がなく、ラック推力から求めた路面負荷修正係数により制御ゲインを修正してトルクフィードバック制御に供して路面状況を考慮した操舵トルク制御ができ、パワーステアリング装置の大型化およびコストアップを回避することができる。

請求項２記載の電動パワーステアリング装置によれば、ラック推力推定手段により推定されたラック推力に基づき路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出するので、路面状況に応じた適切な路面負荷修正係数を速やかに抽出して、同路面負荷修正係数により制御ゲインを修正してアシストモータを適切にフィードバック制御することができる。

請求項３記載の電動パワーステアリング装置によれば、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を、制御ゲインであるフィードバック定数に乗算して修正するので、路面状況をフィードバック制御に容易に反映させることができる。

請求項４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、路面状況をフィードバック制御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１２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、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、制御ゲイン調整手段57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からトルクフィードバック制御の制御ゲインを修正する路面負荷修正係数ｋ_Ｌを求め、同路面負荷修正係数ｋ_Ｌにより修正した制御ゲインでフィードバック制御量Ｄfbを算出する処理手順を図１１のフローチャートに基づき説明する。

まず、ステップ31で、路面負荷修正係数演算手段56により予め定めた関係から前記ラック推力Ｆに基づきフィードバック制御の制御ゲインを修正する路面負荷修正係数ｋ_Ｌを抽出する
このラック推力Ｆに対する路面負荷修正係数ｋ_Ｌの関係マップを、図１２に示す。

路面負荷修正係数ｋ_Ｌは、ラック推力Ｆが標準的な路面状況にある標準ラック推力Ｆoのときを1.0として、標準ラック推力Ｆoより大きくなるに従い上昇してある値に近づき、標準ラック推力Ｆoより小さくなるに従い減少する関係曲線を描く。

すなわち、路面が凍結して滑り易い（摩擦係数が小さい）ほど路面負荷修正係数ｋ_Ｌは1.0より益々小さい値を示し、摩擦係数が大きくなるほど1.0より益々大きな値を示す。
この関係マップにより前記推定演算したラック推力Ｆに対応する路面負荷修正係数ｋ_Ｌを抽出する。

次のステップ32で、制御ゲイン調整手段57により路面負荷修正係数ｋ_Ｌに基づいてフィードバック制御の制御ゲイン（フィードバック定数ＫＰ，ＫＩ）を修正する。
すなわち、フィードバック制御量演算手段59において実行されるＰＩ（比例・積分）制御の比例項と積分項を決めるフィードバック定数ＫＰ，ＫＩを路面負荷修正係数ｋ_Ｌを乗算することにより修正する。

修正されたフィードバック定数ＫＰｓ，ＫＩｓは、
ＫＰｓ＝ＫＰ×ｋ_Ｌ
ＫＩｓ＝ＫＩ×ｋ_Ｌ
である。

次のステップ33では、前記操舵トルクセンサ20により検出された検出操舵トルクＴを読み込む。
そして、ステップ34で、前記目標操舵トルク演算処理手段40により算出された目標操舵トルクＴｍと検出操舵トルクＴのトルク偏差ΔＴ（＝Ｔｍ−Ｔ）を算出する。

次のステップ35では、トルク偏差ΔＴに前記修正されたフィードバック定数ＫＰｓを乗算してフィードバック制御量の比例項Ｐｄ（＝ΔＴ×ＫＰｓ）を算出する。
ステップ36では、トルク偏差ΔＴをもとにデューティ積分値ＤＩｓが次式に従って演算される。
ＤＩｓ（ｎ）＝ＤＩｓ（ｎ−１）＋ΔＴ×ｋｉ

ｋｉは、トルク偏差ΔＴをフィードバック制御の処理周期に相当するデューティに変換する変換係数である。
本ルーチンが繰り返されるごとに、前回値ＤＩｓ（ｎ−１）にΔＴ×ｋｉが逐次加算されて今回値ＤＩｓ（ｎ）が算出され、デューティ積分値ＤＩｓとする。

そして、ステップ37で、このデューティ積分値ＤＩｓに前記修正されたフィードバック定数ＫＩｓを乗算してフィードバック制御量の積分項Ｉｄ（＝ＤＩｓ×ＫＩｓ）を算出する。

ステップ38では、こうして算出されたフィードバック制御量の比例項Ｐｄと積分項Ｉｄを合計してフィードバック制御量Ｄfb（＝Ｐｄ＋Ｉｄ）を求める。
フィードバック制御量Ｄfbは、ＰＷＭ制御信号のフィードバックデューティであり、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を駆動し操舵力を補助する。

路面の摩擦係数が小さい程小さく、大きい程大きい路面負荷修正係数ｋ_Ｌをフィードバック定数ＫＰ，ＫＩに乗算して修正した修正フィードバック定数ＫＰｓ，ＫＩｓによりフィードバック制御量Ｄfbを演算しているので、フィードバック制御量Ｄfbは、路面の摩擦係数に正関係に対応する。

したがって、摩擦係数が小さい滑りやすい路面ではアシストモータＭにより補助が小さく、摩擦係数が大きい路面では補助を大きくすることで、路面の状況に影響されずに常に同じ程度の操舵力でステアリング操作できるようにしている。

以上のように、本電動パワーステアリング装置１では、ステアリング舵角θから演算される逆起電圧Ｖ_Ｍとモータ端子間電圧Ｖ_ＴとからモータトルクＴ_Ｍおよびラック推力Ｆを推定しているので、モータ電流検出装置を備える必要がなく、ラック推力Ｆから求めた路面負荷修正係数ｋ_Ｌにより制御ゲインＫＰ，ＫＩを修正してトルクフィードバック制御に供して路面状況を考慮した操舵トルク制御ができ、パワーステアリング装置の大型化およびコストアップを回避することができる。

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Ｆを推定演算する処理手順を示すフローチャートである。 ラック推力Ｆに基づき制御ゲインを修正してフィードバック制御量を算出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_Ｌ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…制御ゲイン調整手段、58…減算手段、59…フィードバック制御量演算手段。

Claims (4)

1. 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に基づいてトルクフィードバック制御の制御ゲインを修正する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が導出した路面負荷修正係数によりトルクフィードバック制御の制御ゲインを修正する制御ゲイン修正手段と、
   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前記制御ゲイン修正手段により修正された制御ゲインを用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。
2. 前記路面負荷修正係数演算手段が、前記ラック推力推定手段により推定されたラック推力に基づき前記路面負荷修正係数を予め定めておいた関係から抽出すること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。
3. 前記制御ゲイン修正手段が、
   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を、制御ゲインであるフィードバック定数に乗算して修正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。
4. 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ないし請求項３のいずれかの項記載の電動パワーステアリング装置。
   
   

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