JP4594342B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変ギア比機構を有するパワーステアリング装置に係り、特に充分なハンドル戻りを付与することにより、軽くハンドルが切れるパワーステアリング装置の特性を保持したままで、往き戻りの違和感、摩擦感を軽減し、低高速時の車両挙動の安定を持ったフイーリングの良い操舵感を実現する可変ギア比機構付きの電動パワーステアリング装置に関する。

従来の可変ギア比機構ステアリング装置において、ウォームセクタ、ボールナット、ラック＆ピニオン等の可変ギア比機構を用いて、直進付近のギヤ比を大きく、ロック側のギヤ比を小さくすることにより車両応答性の向上を図ったものは知られている、また従来のパワーステアリング装置において、動力を積極的に用いて、車速が増大するのに伴い操舵補助力を減少させて電動機を制御するものは知られている。

従来の電動パワーステアリング装置は、例えば車両速度（以下、車速と呼ぶ）Ｖに対し車速が増大するのに伴い、ハンドルの戻り操舵時に電動機の設定速度を減少するようにすることにより、車両の低速走行時にはステアリング系の戻り速度を比較的大きく保ち、高速走行時にはステアリング系の戻り速度を小さくし、車両の挙動変化（低速走行時に鈍感、高速走行時に敏感）を少なくしている。

また、従来の可変ギア比機構付きパワーステアリング装置では、オーバオールステアリングレシオを大きくすると操舵力は小さくてすむが、ハンドル回転数の増大により舵取りが頻繁になるので、オーバオールステアリングレシオを全体的に小さく取りハンドル回転数の増大を減少させている。
特性は、ロック側のギヤ比を小さく、直進付近のギヤ比を大きくし、ロックツーロック回転数を低減させつつ直進走行時にクイックにならぬようハンドルに余裕をもたせている。

従来の可変ギア比機構付きパワーステアリング装置は、直進付近のギヤ比を大きく、ロック側のギヤ比を小さくしてあるため、ハンドル角の増大とともにギヤ比を小さく設定し、また転舵輪の転舵角の動作があまりクイックにならぬように設定してあるため以下のような課題がある。

可変ギア比機構付きパワーステアリング装置は、可変ギア比機構からハンドルまでの上流側の機械的フリクション、オイルの粘性項、および慣性項等の影響がギヤ比により変化するので、車両の車輪による自己復帰トルクが作用しても、ハンドルの戻りがギヤ比により変化するという課題がある。
特に、車両が低速走行時には、高速走行時に比べて自己復帰トルクの作用が弱いので顕著となる。

また、電動機等の補助動力を積極的に用いて、ハンドルの往き操作と戻り操作時に補助動力を作用させても可変ギヤ機構のため、ギヤ比が変わってしまい適当な補助動力の付与が困難であり、違和感および摩擦感を除去することができず、操舵フイーリングの低下をまねく課題がある。

この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的はギヤ比が変わっても、フリクション、オイルの粘性項、および慣性項等の作用に係わらず、一定のハンドル戻りを付与し、またフイーリングの良い操舵感を実現することのできる可変ギア比機構付きパワーステアリング装置を提供することにある。

前記課題を解決するため請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、可変ギヤ比機構のギヤ比を検出するギヤ比検出手段を設け、制御手段は操舵トルク検出手段からの信号とギヤ比検出手段からの信号と操舵回転速度検出手段からの信号に基づき目標電動機電流を決定することを特徴とする。

請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、可変ギヤ比機構のギヤ比を検出するギヤ比検出手段を設け、制御手段は操舵トルク検出手段からの信号に基づいてトルク制御量を算出し、可変ギヤ比機構のギヤ比検出手段からの信号と操舵回転速度検出手段からの信号に基づいて回転速度制御量を算出し、トルク制御量と回転速度制御量との差に基づいて目標電動機電流を決定するので、ギヤ比が変更されても、それを加味した目標電動機電流を決定し、操舵フイーリングの良い操舵感を実現することができる。
請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１の装置構成において、制御手段（１７）が、操舵トルク検出手段（１２）からの信号（Ｔ）とギヤ比検出手段（１３）からの信号（Ｇ）の両方の信号に基づいてトルク制御量（Ｃｔ）を算出することを特徴とする。

以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、可変ギヤ比機構のギヤ比を検出するギヤ比検出手段を設け、制御手段は操舵トルク検出手段からの信号と可変ギヤ比機構のギヤ比検出手段からの信号と操舵回転速度検出手段からの信号に基づき目標電動機電流を決定するようにしたので、ギヤ比の変更に伴うステアリング系の特性変更を改善することができ、違和感がない操舵フィーリングを向上させることができる。

よって、ギヤ比の変更に伴うステアリング系の特性変更を改善することができ、違和感がない安定した操舵フイーリングの向上が図れる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、この発明は電動式パワーステアリング装置のフリクション、オイルの粘性等の作用が可変ギヤ比機構のギヤ比の変更により変化しないようにして、良好な操舵フイーリングを得ることができる可変ギヤ比機構を有する電動パワーステアリング装置を提供するものである。

図１はこの発明に係る電動式パワーステアリング装置の全体構成図である。
電動式パワーステアリング装置１は、ハンドル２に一体的に設けられたステアリング軸３に自在継ぎ手４ａ，４ｂを備えた連結軸４を介してステアリングギヤボックス内に設けられた可変ギヤ比機構５によって、機械的に連結され手動操舵力発生手段６が構成される。
なお、実施構造としてのギヤ比可変機構は、特開平７−２５７４０６号公報に開示されている。

ステアリング軸３の回転運動を可変ギヤ比機構５を有したラック＆ピニオン等により往復運動するラック軸７は、その両端にタイロッド８を介して転動輪としての左右の前輪９が連結される。

このようにして、ハンドル２で操舵時には直進付近のギヤ比が大きく、ロック側でギヤ比が小さなラック＆ピニオン式の手動操舵力発生手段６を介して、マニュアルステアリングで前輪９を転動させて車両の向きを変えている。

手動操舵力発生手段６による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機１０をラック軸７の同軸上に配置し、また同様にボールネジ機構１１を同軸上に配置し、これを介し操舵補助力を推力に変換してラック軸７に作用させる。

ステアリングギヤボックス内には手動トルクを検出するための操舵トルクセンサ１２、とギヤ比を検出するためのギヤ比センサ１３、ステアリング軸３の回転速度に対応した操舵速度を検出するための操舵速度検出センサ１４をそれぞれ設け、トルク信号Ｔ、ギヤ比信号Ｇ、操舵速度信号ＳＶを制御手段１７に供給する。

また、車の速度に対応した車速を検出する車速センサ１６を設け、車速信号Ｖを制御手段１７に供給する。

なお、操舵トルクセンサ１２をトーションバのトルク量の変化に対応した捩れ変位を電圧に変換するポテンションメータ、ギヤ比センサ１３を可変ギヤと一体化したカムとポテンションメータ、操舵速度検出センサ１４をタコジェネレータ等の直流発電機、車速センサ１６をスリットを有する回転円盤とフォトカプラ等で構成した。

また、操舵トルクセンサ１２は、操舵の回転方向とトルク量に応じたトルク信号Ｔ、ギヤ比センサ１３は、ギヤの比率に応じたギヤ比信号Ｇ、操舵速度検出センサ１４は、操舵にともなう回転方向と操舵の回転速度に応じた操舵速度信号ＳＶ、車速センサ１６は、車の前後方向と車速に応じた車速信号Ｖをそれぞれ出力する。

制御手段１７は、操舵トルクセンサ１２が検出するトルク信号Ｔとギヤ比センサ１３が検出するギヤ比信号Ｇ、操舵速度検出センサ１４が検出する操舵速度信号ＳＶ、および車速センサ１６が検出する車速信号Ｖを処理して得られる電動機制御信号Ｃo（例えば、ＰＷＭ信号）で電動機駆動手段１８（例えば、ＦＥＴを用いたブリッジ回路）を介して電動機１０をＰＷＭ駆動して、走行状態に対応した操舵補助力が得られるように構成する。

電動機駆動手段１８は、インターフェース回路１８ａおよび４個のＦＥＴからなるブリッジ回路で構成する。

図２にＦＥＴブリッジで構成した電動機駆動手段の実施例を示す。
電動機駆動手段１８はインターフェース回路１８ａに入力される電動機制御信号Ｃoに基づいて電動機１０を駆動する電動機駆動信号Ｍｏを出力する。

なお、インターフェース回路１８ａに入力される電動機制御信号Ｃoは、例えば電動機１０の回転方向を制御する方向信号と電動機１０の駆動量（駆動トルクと回転数）を制御するＰＷＭ信号から形成し、例えば電動機１０を左回転させる場合、方向信号によりＦＥＴのＱ４をオン制御し、ＰＷＭ信号のデューティ比によりＦＥＴのＱ２のゲートを制御する。また電動機１０を右回転させる場合、方向信号によりＦＥＴのＱ１をオン制御し、ＰＷＭ信号のデューティ比によりＦＥＴのＱ３のゲートを制御する。

さらに、ＦＥＴのＱ１とＱ４、またはＦＥＴのＱ２とＱ３を同時にオン制御して電動機１０の入力端子間を短絡して、電磁制動をかけるよう制御することもできる。
また、例えば、ＦＥＴブリッジと電動機１０間に低抵抗を設けて、検知する電位から電動機１０に流れる電流の検出とＦＥＴ素子のチェックや電動機１０等の故障検出を行う。

図３は本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図である。
なお、本図の構成は、操舵トルクと操舵速度とギヤ比に基づいて電動機制御信号を制御する可変ギヤ比機構を有する電動パワーステアリング装置に関する。

図３において、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ１２と、ギヤ比センサ１３と、操舵速度センサ１４と、制御手段１７と、電動機駆動手段１８と、電動機１０とから構成する。

制御手段１７は、マイクロプロセッサを基本に構成し、ステアリングの目標信号発生手段２０とフィードバック制御手段１９を備え、操舵トルクセンサ１２が検出するトルク信号Ｔおよびギヤ比センサ１３が検出するギヤ比信号Ｇの絶対値に基づいてそれぞれに対応したトルク制御量Ｃｔ、操舵速度センサ１４が検出する操舵速度信号ＳＶおよびギヤ比信号Ｇに対応した回転速度制御量Ｃｓｖｆ、Ｃｓｖｒに変換するとともに、それぞれトルク信号Ｔおよび操舵速度信号ＳＶの方向信号からハンドル２の往き状態には電動機制御信号（Ｃｔ−Ｃｓｖｆ）、戻り状態には電動機制御信号（Ｃｔ＋Ｃｓｖｒ）を電動機制御信号Ｃｏとしてフィードバック制御手段１９に供給する。

また、制御手段１７は図示しないＡ／Ｄ変換手段、方向判定手段等を備え、操舵トルクセンサ１２が検出するトルク信号Ｔおよび操舵速度センサ１４が検出する操舵速度信号ＳＶの絶対値に対応するデジタル値に変換して、方向をＤｔおよびＤｓｖのフラグとして検出する。

さらに、フィードバック制御手段１９は、加算手段１９ａ、ＰＩＤ手段１９ｂ、方向切換手段１９ｃとフィルタ手段１９ｄとを備え、電動機駆動手段１８が電動機１０を駆動するために適した電動機制御信号Ｃｏに電流Ｉをフィードバックして、例えばＰＷＭ信号と回転方向信号Ｄｍに変換して出力するよう構成する。

ステアリング状態検出手段２０ａは、トルク信号の方向フラグＤｔおよび操舵速度信号ＳＶの方向フラグＤｓｖに基づいてハンドル２の往き状態または戻り状態を検出し、例えば往き状態はＨレベル、戻り状態はＬレベルのように状態に対応したステアリング状態信号Ｓｓを操舵速度制御手段２１ｅの切換え部（ＳＷ１）２３に供給する。

なお、往き状態または戻り状態の検出は、例えば、フラグＤｔとフラグＤｓｖの符号で判断するよう構成し、フラグＤｔとフラグＤｓｖの符号が一致する場合（Ｄｔ＝Ｄｓｖ）は往き状態、フラグＤｔとフラグＤｓｖの符号が不一致する場合（Ｄｔ≠Ｄｓｖ）は戻り状態としてもよい。

トルク制御手段２１ａは、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定した、例えば図８のテーブル１のような操舵トルクＴと対応する電動機制御量であるトルク制御量Ｃｔ１のデータを予めメモリに記憶しておき、デジタル変換されたトルク信号Ｔ入力に対応したトルク制御量Ｃｔ１を選択してトルク制御量信号Ｃｔ１を出力する。

トルク信号Ｔを微分したｄＴ／ｄｔの信号に、ギヤ比信号Ｇの２乗相当を乗したトルク制御量信号Ｃｔ２を出力し、両方の信号Ｃｔ１とＣｔ２との和の信号Ｃｔを加算手段２８ｂに供給する。

操舵速度制御手段２１ｅは、電動機１０の制御量である回転速度制御量Ｃｓｖを、ハンドル２の往き状態と戻り状態にそれぞれ対応してｆ１（ＳＶ）、ｆ２（ＳＶ）のデータを予めメモリに記憶しておき、デジタル変換された操舵速度信号ＳＶの入力に対応して、操舵速度制御量ｆ１（ＳＶ）、ｆ２（ＳＶ）にそれぞれギヤ比Ｇを直接、または適当に補正して乗算する。
そして、ステアリング状態検出手段２０ａからの信号により、往き状態では、Ｃｓｖｆ＝Ｇ・ｆ１（ＳＶ）、戻り状態では、Ｃｓｖｒ＝−Ｇ・ｆ２（ＳＶ）を切換え部（ＳＷ１）２３に供給する。
但し、ｆ１（ＳＶ）とｆ２（ＳＶ）は図１４に示すような特性を有する。

また、図４に示す可変ギヤ比機構５のギヤ比制御手段４０は、ギヤ比の目標信号発生手段４０ａ、加算手段４０ｂ、ＰＩＤ手段４０ｃ、フィードバック制御手段４０ｄ、電動機駆動手段４０ｅを備える。

ギヤ比の目標信号発生手段４０ａは、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定した、例えば図９のテーブル２のような車速Ｖと対応するギヤ比目標値Ｃｇのデータを予めメモリに記憶しておき、デジタル変換された車速Ｖ入力に対応したギヤ比目標値Ｃｇを選択してギヤ比制御量信号Ｃｇを出力し、ギヤ比信号Ｇとの偏差を０にすべく、加算手段４０ｂ、ＰＩＤ手段４０ｃを介して、図示されない可変ギヤ比機構５の電動機３９をフィードバック制御手段４０ｄ、電動機駆動手段４０ｅにより制御する。

このように、制御手段１７は、ギヤ比信号Ｇの２乗相当に対応したトルク制御量Ｃｔ２を含んだトルク制御量Ｃｔとギヤ比信号Ｇを直接又は適当に補正して乗算された回転速度制御量Ｃｓｖとの差（Ｃｔ−Ｃｓｖ）の電動機制御信号Ｃｏを形成したので、舵角に、又は車速に応じてギヤ比が変化する際、装置のフリクション、粘性項、慣性項の変化にともなうハンドル戻りの悪化と、往き操作時の遅れ感をなくすことができる。
また、回転速度の悪影響による減衰不足となり、滑らかさの不足をなくすことができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

図５は本発明の第２実施例に係る電動式パワーステアリング装置の要部ブロック構成図である。
なお、本図の構成は操舵トルク、操舵角、操舵速度および車速に基づいて電動機制御信号を制御する電動式パワーステアリング装置に関する。
図５において、電動式パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ１２と、操舵速度センサ１４と、操舵角センサ１５と、車速センサ１６と、制御手段２７と、電動機駆動手段１８と、電動機１０とから構成する。
但し、全体構成図は、図１に示すものに操舵角センサ１５を追加して設けた構成である。

なお、センサは、例えば操舵トルクセンサ１２をトーションバのトルク量の変化に対応した捩れ変位を電圧に変換するポテンションメータ、操舵速度検出センサ１４をタコジェネレータ等の直流発電機、操舵角検出センサ１５および車速センサ１６をスリットを有する回転円盤とフォトカプラ等で構成し、電動機駆動手段１８は図２に示すＦＥＴブリッジで構成する。

制御手段２７はマイクロプロセッサを基本に構成し、ステアリングの目標信号発生手段２８、第一の実施例と同等のフィードバック制御手段１９を備え、操舵トルクセンサ１２が検出するトルク信号Ｔと、車速センサ１６が検出する車速信号Ｖと、操舵角センサ１５が検出する操舵角信号Ｄとに基づいてトルク信号Ｔに対応したトルク制御量Ｃｔに変換し、車速信号Ｖと操舵角信号Ｄと操舵速度センサ１４が検出する操舵速度信号ＳＶに基づいて操舵速度信号ＳＶに対応した操舵速度制御量Ｃｓｖ（Ｃｓｖｆ、またはＣｓｖｒ）に変換する。

トルク信号Ｔと操舵角信号Ｄと操舵速度信号ＳＶの方向からハンドル２に対し往き状態にはトルク信号Ｔに対応したトルク制御量Ｃｔと、操舵速度信号ＳＶに対応した操舵速度制御量Ｃｓｖとの差を演算し、電動機制御信号（Ｃｔ−Ｃｓｖ）を電動機制御目標信号Ｃｏとしてフィードバック制御手段１９に供給する。

また、制御手段２７は図示しないＡ／Ｄ変換手段、方向判定手段等を備え、操舵トルクセンサ１２が検出するトルク信号Ｔ、操舵角センサ１５が検出する操舵角信号Ｄおよび操舵速度センサ１４が検出する操舵速度信号ＳＶの絶対値に対応するデジタル値に変換して、方向をＤｔ、ＤｄおよびＤｓｖのフラグとして検出する。

目標信号発生手段２８は、ステアリング状態検出手段２０ａ、トルク制御手段２１ａおよび操舵速度制御手段２１ｅから構成し、トルク制御手段２１ａで、実験や理論計算等に基づいて設定した値をメモリより選択して算出した目標値Ｃｔと、操舵速度制御手段２１ｅで、メモリされているテーブルから選択出力し、各往き戻りの操舵速度制御量にギヤ比Ｇを直接、または適当に補正と乗算を行い算出した操舵速度制御量ＣｓｖｆとＣｓｖｒとを用いて、ステアリング状態検出手段２０ａにより、往き目標信号（Ｃｔ−Ｃｓｖｆ）と戻り目標信号（Ｃｔ＋Ｃｓｖｒ）を出力する。

ステアリング状態検出手段２０ａは、トルク信号Ｔの方向フラグＤｔ、操舵角信号Ｄの方向フラグＤｄおよび操舵速度信号ＳＶの方向フラグＤｓｖに基づいて図１３の表に示すように、ハンドル２の往き状態または戻り状態を検出し、例えば往き状態はＨレベル、戻り状態はＬレベルのように状態に対応したステアリング状態信号Ｓｓを切換え部（ＳＷ１）２３に供給する。

トルク制御手段２１ａは、車速応動目標トルク発生手段２１ａ１、車速舵角応動目標トルク発生手段２１ａ２、ギヤ比演算手段２１ａ３、リアルタイムギヤ比補正手段２１ａ４および加減算器２６により構成し、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定した値を選択し、目標値Ｃｔを算出する。
図６は、車速応動目標トルク発生手段２１ａ１と、車速舵角応動目標トルク発生手段２１ａ２と、ギヤ比演算手段２１ａ３と、リアルタイムギヤ比補正手段２１ａ４とからなるトルク制御手段２１ａを示す。

車速応動目標トルク発生手段２１ａ１は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定した操舵トルクセンサからの信号を例えば図１１のａテーブルのような操舵トルクのトルク信号Ｔと車速信号Ｖに対応する電動機制御量であるトルク制御量Ｃｔ１のデータを予めメモリに記憶しておき、デジタル変換されたトルク信号Ｔ入力と車速信号Ｖに対応したトルク制御量Ｃｔ１を選択して出力する。
（ただし、図１１のａテーブルのトルク制御量Ｃｔ１の値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

車速舵角応動目標トルク発生手段２１ａ２は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定し、操舵角センサと車速センサからの信号を例えば図１１のｂテーブルのような操舵角センサからの操舵角の操舵角方向Ｄｄと操舵角量Ｃｄの絶対値と車速信号Ｖに対応する電動機制御量であるトルク制御量Ｃｔ３のデータを予めメモリに記憶しておき、デジタル変換された操舵角信号Ｄ入力と車速信号Ｖ入力に対応した制御量信号Ｃｔ３を出力する。
（ただし、図１１のｂテーブルのトルク制御量Ｃｔ３の値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

ギヤ比演算手段２１ａ３は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定し、操舵角センサと車速センサからの信号を例えば図１１のｃテーブルのような操舵角センサからの操舵角信号Ｄ、車速センサからの車速信号Ｖに基づいて、車速と操舵角により、刻々と変化するギヤ比Ｇを算出し、リアルタイムギヤ比補正手段２１ａ４に供給する。
（ただし、図１１のｃテーブルのギヤ比Ｇの値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

リアルタイムギヤ比補正手段２１ａ４は、操舵トルクセンサからのトルク信号Ｔの微分値ｄＴ／ｄｔに係数ｋと合せて、さらにギヤ比演算手段２１ａ３で算出したギヤ比Ｇの２乗Ｇ2を乗算し、ｋＧ2ｄＴ／ｄｔを出力する。

加減算器２６は、車速応動目標トルク発生手段２１ａ１からＣｔ１を、車速舵角応動目標トルク発生手段２１ａ２からＣｔ３を、リアルタイムギヤ比補正手段２１ａ４からｋＧ2ｄＴ／ｄｔを供給され、加減算し目標値Ｃｔを算出する。

操舵速度制御手段２１ｅは、図７に示すように、往き操舵速度制御手段２１ｅ１、戻り操舵速度制御手段２１ｅ２、ギヤ比算出手段２１ｅ３、往き演算手段２１ｅ４および戻り演算手段２１ｅ５より構成される。

操舵速度制御手段２１ｅは、操舵角センサ１５、操舵速度センサ１４および車速センサ１６からの信号Ｄ、ＳＶおよびＶに基づいて、往き操舵速度制御量と、戻り操舵速度制御量と、ギヤ比とがメモリされているテーブルから選択出力し、各往き戻りの操舵速度制御量にギヤ比Ｇを直接、または適当に補正、乗算を行い操舵速度制御量ＣｓｖｆとＣｓｖｒとを算出する。

往き操舵速度制御手段２１ｅ１は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定したハンドル２の往き状態を操舵速度センサからの信号を例えば図１２のｆテーブルのような操舵速度信号ＳＶと車速信号Ｖに対応した往き操舵速度制御量Ｃｆを選択して出力する。
（ただし、図１２のｆテーブルの往き操舵速度制御量Ｃｆの値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

戻り操舵速度制御手段２１ｅ２は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定したハンドル２の戻り状態を操舵速度センサからの信号を例えば図１２のｅテーブルのような操舵速度信号ＳＶと車速信号Ｖに対応した戻り操舵速度制御量Ｃｒを選択して出力する。
（ただし、図１２のｅテーブルの戻り操舵速度制御量Ｃｒの値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

ギヤ比算出手段２１ｅ３は、ＲＯＭ等のメモリを備え、実験や理論計算等に基づいて設定した操舵角センサからの信号を例えば図１２のｄテーブルのような操舵角の操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応するギヤ比Ｇを出力する。
（ただし、図１２のｄテーブルのギヤ比Ｇの値に対応する曲線は車速信号Ｖの増大に伴って矢印の方向側の曲線に移行して行く。）

往き演算手段２１ｅ４は、往き操舵速度制御手段２１ｅ１から出力された往き操舵速度制御量Ｃｆにギヤ比算出手段２１ｅ３から出力されたギヤ比Ｇを直接、または適当に補正し、乗算して、往き操舵速度制御量Ｃｓｖｆ（＝Ｇ・Ｃｆ）を出力する。

戻り演算手段２１ｅ５は、戻り操舵速度制御手段２１ｅ２から出力された戻り操舵速度制御量Ｃｒにギヤ比算出手段２１ｅ３から出力されたギヤ比Ｇを直接、または適当に補正し、乗算して、戻り操舵速度制御量Ｃｓｖｒ（＝−Ｇ・Ｃｒ）を出力する。

切替部（ＳＷ１）２３は、ソフトプログラム制御のスイッチ機能を備え、ステアリング状態検出手段２０ａから供給されるステアリング状態信号Ｓｓに基づいて、例えば往き状態を検出したＨレベルの場合は信号Ｃｓｖｆを選択し（ＳＷ１の実線）、また戻り状態を検出したＬレベルの場合は信号Ｃｓｖｒを選択して操舵速度制御量Ｃｓｖを出力し、加算器２８ｂに供給する。

加算器２８ｂは、ステアリング状態検出手段２０ａからのステアリング状態信号Ｓｓに基づいて選択された、往き状態または戻り状態の操舵速度制御量Ｃｓｖをトルク制御手段２１ａからのトルク制御量Ｃｔから減し、電動機制御目標信号Ｃｏを出力し、フィードバック制御手段１９に供給する。

さらに、フィードバック制御手段１９は、加算手段１９ａ、ＰＩＤ手段１９ｂ、方向切換手段１９ｃとフィルタ手段１９ｄとを備え、電動機駆動手段１８が電動機１０を駆動するために適した電動機制御信号Ｃｏに電流Ｉをフィードバックして、例えばＰＷＭ信号と回転方向信号ＤＭに変換して出力するよう構成する。
また、電動機駆動手段１８は図２に示すＦＥＴブリッジで構成し、ＰＷＭ信号と回転方向信号ＤＭから電動機１０に駆動信号Ｍｏを供給して電動機１０を駆動する。

このように、制御手段２７は、トルク制御手段で操舵のトルク信号Ｔと車速信号Ｖに対応するトルク制御量Ｃｔ１と、操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応した制御量信号Ｃｔ３と、車速と操舵角によるギヤ比Ｇを操舵トルクセンサからのトルク信号Ｔの微分値ｄＴ／ｄｔに係数ｋと合せてＧ2を乗算したｋＧ2ｄＴ／ｄｔとを加減算した（Ｃｔ１−Ｃｔ３＋ｋＧ2ｄＴ／ｄｔ）を目標値Ｃｔとして算出し、さらに操舵速度制御手段で操舵速度信号ＳＶと車速信号Ｖに対応した往き戻りの操舵速度制御量ＣｆとＣｒを選択し、操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応するギヤ比Ｇを直接、または適当に補正、乗算して、算出した往き戻りの操舵速度制御量Ｇ・Ｃｆ、−Ｇ・Ｃｒからなる操舵速度制御量Ｃｓｖをトルク制御手段の目標値Ｃｔから減するために、大きなギヤ比でも大きな補正を行うので、往きには（Ｃｔ−Ｇ・Ｃｆ）、戻りには（Ｃｔ＋Ｇ・Ｃｒ）の値を得られのでギヤ比に係わらず、また操舵速度に係わらず常に安定した電動機制御目標信号Ｃｏを出力し、フィードバック制御手段１９に供給し、電動機１０を駆動する。

但し、本実施例でも図４と同様なギヤ比制御手段４０を有する。
図１３は往き状態時と戻り状態時における、これら操舵角方向信号Ｄｄ、トルク方向信号Ｄｔと操舵速度方向信号Ｄｓｖに対応するトルク補正方向であり、制御モードＡで往き状態を表わし、制御モードＢ、Ｃで戻り状態を表わす。
また、符号において＋は右方向、−は左方向を示す。

例えば、ステアリング状態検出手段２０ａにおいて右（＋）を選択した場合には、操舵角方向信号Ｄｄが＋、トルク方向信号Ｄｔが＋、操舵速度方向信号Ｄｓｖが＋／−の時は、往き状態に対応し、トルク補正値は（Ｃｔ−Ｃｓｖｆ）で制御モードはＡで、往き状態を表わす。

また、操舵角方向信号Ｄｄが＋、トルク方向信号Ｄｔが−、操舵速度方向信号Ｄｓｖが＋の時は、浅い戻り状態に対応し、トルク補正値は（Ｃｔ＋Ｃｓｖｒ）で制御モードはＣで、浅い戻り状態を表わす。

さらに、操舵角方向信号Ｄｄが＋、トルク方向信号Ｄｔが−、操舵速度方向信号Ｄｓｖが−の時は、戻り状態に対応し、トルク補正値は（Ｃｔ−Ｃｓｖｆ）で制御モードはＢで、戻り状態を表わす。

また、ステアリング状態検出手段２０ａにおいて左（−）を選択した場合には、操舵角方向信号Ｄｄが−ではトルク方向信号Ｄｔ、操舵速度方向信号Ｄｓｖ、トルク補正方向が全て逆になり、制御モードは変らない。

次に、図５の構成の動作を動作フロー図に基づいて説明する。
図１０は図５の制御手段の一実施の形態の動作フロー図であり、ステップＰ０〜Ｐ２３は制御手段の各動作状態を示す。

図示しないイグニッションキーのキースイッチがオン操作されると、制御手段２７に電源が印加されて動作が開始する。（ステップＰ０）
まず、制御手段２７を構成するマイクロプロセッサが制御動作を開始し、パワーオンリセット信号等の制御信号を各構成部に送って初期リセットをかけ、イニシャライズ（ステップＰ１）を実行する。

次に、ステップＰ２で操舵トルクセンサ１２が検出したアナログ値のトルク量と操舵回転方向を含むトルク信号Ｔを読み込む。
ステップＰ３でＡ／Ｄ変換部等を介し、操舵トルクの作用方向と大きさが計算され、トルクの絶対値Ｔと操舵トルクの方向を示すフラグＤｔに変換される。
トルクの絶対値の大きさＴとトルクの方向フラグＤｔをメモリに記憶される。

次に、ステップＰ４で操舵角センサ１５が検出したディジタル値の操舵角量と操舵回転方向を含む操舵角信号Ｄを読み込む。
ステップＰ５でカウンタ部等を介し、操舵角の作用方向と大きさが計算され、操舵角の絶対値Ｄと操舵角の方向を示すフラグＤｄに変換される。
操舵角の大きさＤと操舵角の方向フラグＤｄをメモリに記憶される。

次に、ステップ６で操舵速度センサ１４が検出したアナログ値の操舵速度量と操舵回転方向を含む操舵速度信号ＳＶを読み込む。
ステップＰ７でＡ／Ｄ変換部等を介し、操舵速度の作用方向と大きさが計算され、操舵速度の値ＳＶと操舵速度の方向を示すフラグＤｓｖに変換される。
操舵速度の大きさＳＶと操舵速度の方向フラグＤｓｖをメモリに記憶される。

次に、ステップ８で車速センサ１６が検出したディジタル値の車速量と車速方向を含む車速信号Ｖを読み込む。
ステップＰ９でカウンタ部等を介し、車速の作用方向と大きさが計算され、車速の値Ｃｖと車速の方向を示すフラグＤｖに変換される。
車速の大きさＣｖと車速の方向フラグＤｖをメモリに記憶される。

ステップＰ１０において、トルク制御手段２１ａのメモリに予め設定されたａテーブル（図１１参照）のアドレスＴにあるデータＣｔ１を呼出す。
ａテーブルには、トルク制御手段２１ａでトルク信号Ｔと車速信号Ｖに対応する電動機制御量であるトルク制御量Ｃｔ１が格納されている。

ステップＰ１１では、トルク制御手段２１ａのメモリに予め設定されたｂテーブル（図１１参照）のアドレスＤにあるデータＣｔ３を呼出す。
ｂテーブルには、トルク制御手段２１ａで操舵角方向Ｄｄと操舵角量Ｃｄの絶対値と車速信号Ｖに対応する電動機制御量であるトルク制御量Ｃｔ３が格納されている。

ステップＰ１２では、トルク制御手段２１ａのメモリに予め設定されたｃテーブル（図１１参照）のアドレスＤにあるデータＧを呼出す。
ｃテーブルには、トルク制御手段２１ａで操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応するギヤ比であるＧが格納されている。

続いて、ステップＰ１３では、トルク信号Ｔを微分し、ｄＴ／ｄｔに係数ｋを合せ、またステップＰ１２で得たギヤ比Ｇを累算Ｇ2し、さらにこれらを乗算してｋＧ2ｄＴ／ｄｔを、トルク制御手段２１ａのメモリからステップＰ１０で得たトルク制御量Ｃｔ１と、ステップＰ１１で得たトルク制御量Ｃｔ３とを加算演算して、（Ｃｔ１−Ｃｔ３＋ｋＧ2ｄＴ／ｄｔ）を電動機制御量の目標値Ｃｔとして出力する。

ステップＰ１４において、ステアリング状態検出手段２０ａで、操舵角の方向フラグＤｄとトルクの方向フラグＤｔとの比較が行われ、ステアリング状態検出手段２０ａからの検出信号Ｓｓにより切替部（ＳＷ１）２３で、フラグＤｄとフラグＤｔが一致する場合（Ｄｄ＝Ｄｔ）と不一致する場合（Ｄｄ≠Ｄｔ）とに切り替え制御を行う。
フラグＤｄとフラグＤｔが一致する場合（Ｄｄ＝Ｄｔ）には、ステアリング系の往き操作時と判断してステップＰ１６に移行し、またフラグＤｄとフラグＤｔが不一致する場合（Ｄｄ≠Ｄｔ）には、ステップＰ１５に移行し、再度ステアリング系の操作の判断を行う。

さらに、ステップＰ１５では、ステアリング状態検出手段２０ａで、トルクの方向フラグＤｔと操舵速度の方向を示すフラグＤｓｖの比較が行われ、ステアリング状態検出手段２０ａからの検出信号Ｓｓにより切替部（ＳＷ１）２３で、フラグＤｔとフラグＤｓｖが一致する場合（Ｄｔ＝Ｄｓｖ）と不一致する場合（Ｄｔ≠Ｄｓｖ）とに切り替え制御を行う。
フラグＤｔとフラグＤｓｖが一致する場合（Ｄｔ＝Ｄｓｖ）は、戻りの操舵時と判断してステップＰ１６に移行し、またフラグＤｔとフラグＤｓｖが不一致する場合（Ｄｔ≠Ｄｓｖ）は、浅い戻りの操舵と判断してステップＰ２０に移行する。

ステップＰ１６では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリに予め設定されたｆテーブル（図１２参照）のアドレスＳＶにあるデータＣｆを呼出す。
ｆテーブルには、操舵速度制御手段２１ｅで操舵速度角信号ＳＶと車速信号Ｖに対応する操舵速度制御量であるＣｆが格納されている。

また、ステップＰ１７では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリに予め設定されたｄテーブル（図１２参照）のアドレスＤにあるデータＧを呼出す。
ｄテーブルには、操舵速度制御手段２１ｅで操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応するギヤ比Ｇが格納されている。

ステップＰ１８では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリから操舵速度制御量であるＣｆとギヤ比Ｇとを乗算し、その結果値（Ｃｆ＊Ｇ）をＣｓｖとして出力する。

さらに、ステップＰ１９では、ステップＰ１３で得た電動機制御量の目標値ＣｔからステップＰ１８で得た操舵速度制御量のＣｓｖを減算して得た（Ｃｔ−Ｃｓｖ）を電動機制御目標信号Ｃｏとした値を出力する。

また、ステップＰ２０では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリに予め設定されたｅテーブル（図１２参照）のアドレスＳＶにあるデータＣｒを呼出す。
ｅテーブルには、操舵速度制御手段２１ｅで操舵速度角信号ＳＶと車速信号Ｖに対応する操舵速度制御量であるＣｒが格納されている。

また、ステップＰ２１では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリに予め設定されたｄテーブル（図１２参照）のアドレスＤにあるデータＧを呼出す。
ｄテーブルには、操舵速度制御手段２１ｅで操舵角信号Ｄと車速信号Ｖに対応するギヤ比Ｇが格納されている。

ステップＰ２２では、操舵速度制御手段２１ｅのメモリから操舵速度制御量であるＣｒとギヤ比Ｇとを乗算し、その結果値（Ｃｒ＊Ｇ）をＣｓｖとして出力する。

さらに、ステップＰ２３では、ステップＰ１３で得た電動機制御量の目標値ＣｔからステップＰ２２で得た操舵速度制御量のＣｓｖを加算して得た（Ｃｔ＋Ｃｓｖ）を電動機制御目標信号Ｃｏとした値を出力する。
なお、本実施例では、操舵速度センサ１４をステアリング軸３の回転速度を検出するタコジェネレータ等の直流発電機を用いたが、電動機１０を用いて計算により推定しても良い。
また、可変ギヤ比機構としては、特公平４−９７０８号に示すものでも良い。

この発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図 ＦＥＴブリッジで構成した電動機駆動手段の実施例 本発明の第１実施例に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図 ギヤ比制御手段の要部ブロック構成図 本発明の第２実施例に係る電動パワーステアリング装置の制御手段の要部ブロック構成図 本発明の第２実施例に係る電動パワーステアリング装置のトルク制御手段の要部ブロック構成図 本発明の第２実施例に係る電動パワーステアリング装置の操舵速度制御手段の要部ブロック構成図 操舵トルクＴとトルク制御量Ｃｔ１のテーブル１ 車速Ｖとギヤ比目標値Ｃｇのテーブル２ 図５の制御手段の一実施例の動作フロー図 トルク制御手段の特性図（ａテーブル、ｂテーブル、ｃテーブル） 操舵速度制御手段の特性図（ｄテーブル、ｅテーブル、ｆテーブル） 往き戻り状態時のトルク補正方向モード表 図３の関数ｆ１（ＳＶ）、ｆ２（ＳＶ）の特性図

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール，ハンドル、３…ステアリング軸、４…連結軸、４ａ，４ｂ…自在継ぎ手、５…可変ギヤ比機構、６…手動操舵力発生手段、７…ラック軸、８…タイロッド、９…前輪、１０…電動機、１１…ボールねじ機構、１２…操舵トルクセンサ、１３…ギヤ比センサ、１４…操舵速度センサ、１５…操舵角センサ、１６…車速センサ、１７，２７…制御手段、１８…電動機駆動手段、１８ａ…インターフェース回路、１９…フィードバック制御手段、１９ａ…加算器、１９ｂ…ＰＩＤ手段、１９ｃ…方向切換手段、１９ｄ…フィルタ手段、２０…目標信号発生手段、２０ａ…ステアリング状態検出手段、２０ｂ…操舵戻り量判別手段、２１ａ…トルク制御手段、２１ａ１…車速応動目標トルク発生手段、２１ａ２…車速舵角応動目標トルク発生手段、２１ａ３…ギヤ比演算手段、２１ａ４…リアルタイムギヤ比補正手段、２１ｅ…操舵速度制御手段、２１ｅ１…往き操舵速度制御手段、２１ｅ２…戻り操舵速度制御手段、２１ｅ３…ギヤ比算出手段、２１ｅ４…往き演算手段、２１ｅ５…戻り演算手段、２３…論理切替部（ＳＷ１）、２６…加減算器、２８…目標信号発生手段、２８ｂ…加算器、３９…電動機（ＶＧＳ）、４０…ギヤ比制御手段、４０ａ…目標信号発生手段（ＶＧＳ）、４０ｂ…加算手段（ＶＧＳ）、４０ｃ…ＰＩＤ手段（ＶＧＳ）、４０ｄ…フィードバック制御手段（ＶＧＳ）、４０ｅ…電動機駆動手段（ＶＧＳ）、Ｃｏ…電動機制御目標信号、Ｃｄ…操舵角制御量、Ｃｆ，Ｃｓｖｆ…往き回転速度制御量，往き操舵速度制御量、Ｃｇ…ギヤ比目標値、Ｃｒ，Ｃｓｖｒ…戻り回転速度制御量，戻り操舵速度制御量、Ｃｓｖ…回転速度制御量，操舵速度制御量、Ｃｔ、Ｃｔ１、Ｃｔ３…トルク制御量、Ｃｖ…車速制御量、（Ｃｔ−Ｃｓｖ）…往き電動機制御信号、（Ｃｔ−Ｃｓｖｆ）…往きトルク補正値、（Ｃｔ＋Ｃｓｖ）…戻り電動機制御信号、（Ｃｔ＋Ｃｓｖｒ）…戻りトルク補正値、Ｄ…操舵角信号、Ｄｄ…操舵角方向信号、ＤＭ…回転方向信号、Ｄｓｖ…操舵速度方向信号、Ｄｓ１…トルク補正信号、Ｄｓ３…補正係数、Ｄｔ…操舵トルク方向信号、Ｇ…ギヤ比信号，ギヤ比、Ｍｏ…電動機駆動信号、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…ＦＥＴ、Ｓｓ…ステアリング状態信号、ＳＶ…操舵速度信号、ＳＷ１…論理切替部、Ｔ…操舵トルク信号、Ｖ…車速信号。

Claims (2)

1. ハンドル舵角に対する転舵輪の転舵角の比を可変にする可変ギヤ比機構（５）と、ステアリング系に操舵補助力を付加する電動機（１０）、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１２）、少なくとも操舵トルク検出手段（１２）からの信号に基づき目標電動機電流（Ｃｏ）を決定する制御手段（１７）と、ステアリング系の回転速度を検出する操舵回転速度検出手段（１４）と、制御手段（１７）からの信号に基づき前記電動機（１０）を駆動する電動機駆動手段（１８）とからなる電動パワーステアリング装置（１）を備えた車両において、
   前記可変ギヤ比機構（５）のギヤ比を検出するギヤ比検出手段（１３）を設け、
   前記制御手段（１７）は、
   前記操舵トルク検出手段（１２）からの信号（Ｔ）に基づいてトルク制御量（Ｃｔ）を算出し、
   前記ギヤ比検出手段（１３）からの信号（Ｇ）と前記操舵回転速度検出手段（１４）からの信号（ＳＶ）に基づいて回転速度制御量（Ｃｓｖ）を算出し、
   前記トルク制御量（Ｃｔ）と前記回転速度制御量（Ｃｓｖ）との差に基づいて前記目標電動機電流（Ｃｏ）を決定することを特徴とする車両の電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御手段（１７）は、
   前記操舵トルク検出手段（１２）からの信号（Ｔ）と前記ギヤ比検出手段（１３）からの信号（Ｇ）の両方の信号に基づいて前記トルク制御量（Ｃｔ）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。

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