JP4639500B2 - 自動車のパワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作に応じて自動車の転舵用の車輪を転舵させるための自動車のパワーステアリング装置に関し、特に操舵側と転舵側とが機械的に分離され、電気的に接続された構成であり、安全で快適な操舵性能を得られる自動車のパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング（舵取り）は、車室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、ステアリング用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
自動車用のステアリング機構としては、ボールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のものが実用化されている。例えば、車体の前部に左右方向に延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える構成としたラック・ピニオン式のステアリング機構は、車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステアリングコラム）の先端に嵌着されたピニオンを上記ラック軸の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリングホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換して、ステアリングホイールの回転操作に応じたステアリングを行わせる構成となっている。
【０００４】
また、近年においては、ステリング機構の中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配設し、このアクチュエータを、舵取りのためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出結果に基づいて駆動し、ステアリングホイールの回転に応じたステアリング機構の動作（駆動）を上記アクチュエータの出力によって補助し、運転者の労力負担を軽減する構成としたパワーステアリング装置が広く普及している。
【０００５】
ところが、上述の如き従来のパワーステアリング装置においては、パワーステアリング装置としての構成を有するか否かに拘わらず、ステアリングホイールとステアリング機構とが機械的に連結されていることから、車室内でのステアリングホイールの配設位置が限定されてしまい、車室内部のレイアウトの自由度が制限されるという問題がある。また、機械的な連結のために大嵩の連結部材を必要とし、車両の軽量化の実現を阻害するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消するため、従来から、操舵手段としてのステアリングホイールをステアリング機構と機械的に連結せずに配設する一方、パワーステアリング装置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、ステアリング機構の中途に操舵用のアクチュエータを配設し、このアクチュエータを操舵手段の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、ステアリング機構に補助操舵力を加えて、操舵手段の操作に応じたステアリングを行わせる構成とした分離型のパワーステアリング装置が提案されている。
【０００７】
上述の如き分離型のパワーステアリング装置は、前述した問題を解消し得るという利点に加えて、操舵手段の操作量と操舵アクチュエータの動作量との対応関係が機械的な制約を受けずに設定できることから、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、自動車の走行状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応できると共に、ステアリングホイールに代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等の適宜の操舵手段を採用でき、設計自由度が向上するという利点を有している。
【０００８】
更には、自動車の前面衝突に伴うステアリングホイールの突き上げをほぼ完全に防止することができ、衝突安全性の向上を図り得る上に、ＩＴＳ（Intelligent Transport System）、ＡＨＳ（Automated Highway System）等、近年その開発が進められている自動運転システムへの対応が容易であるという利点を有する等、従来のパワーステアリング装置において実現不可能な多くの利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。
【０００９】
なお、ステアリング機構に操舵力を加える操舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータ（操舵モータ）が用いられている。また、ステアリング機構から機械的に切り離された操舵手段には、モータ及びギア機構を備えて成る反力付与手段を付設し、操舵手段に適度の反力を加えることにより、操舵手段とステアリング機構とが機械的に連結されたかの如き感覚でのステアリング操作を行わせ得るようにしてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された分離型のパワーステアリング装置を、従来広く用いられている連結型のパワーステアリング装置と比較すると、連結型のパワーステアリング装置において操舵補助用モータが故障した場合、操舵補助力が失われるに過ぎず、ステアリングホイールに加えられる操作力によりステアリングを行わせるのに対し、分離型のステアリング装置においてモータやセンサが故障した場合には、ステアリング自体が困難となる恐れがあり、非常に危険である。そのため、特に安全性の問題を解決しなければならなかった。このため、モータ、角度センサ、トルク（力）センサがそれぞれ３セット必要となる。
【００１１】
更に、連結型のパワーステアリングにおけるステアリングが、操舵手段たるステアリングホイールに加えられる操作力と、ステアリング機構に付設された操舵補助用モータの出力との合力によって行われるのに対し、分離型のステアリング装置におけるステアリングは、ステアリング機構に付設された操舵モータの出力のみによって行われるという相違がある。従って、分離型のステアリング装置において使用される操舵モータとしては、従来のパワーステアリング装置において使用される操舵補助用モータに比して大出力のモータが必要であり、出力の増大に伴ってサイズが大きくなった操舵モータの配設位置をステアリング機構の周辺に確保することが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ステアリング機構の周辺における操舵モータの配設位置の確保が容易であり、安全で快適な操舵性能を有する分離型のパワーステアリング装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を設け、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づいて操舵反力を定義してドライバに与えるようにすることによって達成される。これにより、センサはそれぞれ２つで済む。従って、省スペースであり、モータの配置の自由度が大きくなる。更には、センサの数が少なくなることによって、故障確率が低くなる。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、前記定義された操舵反力をフィードバックすることにより必要な操舵力を定義することによって、より効果的に達成される。
【００１５】
本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を設け、前記操舵アシストの反力付加機構がステアリングフィーリング調整部及び操舵側機構の動特性改善部で構成することによって達成される。
【００１６】
また、本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を設け、更に、車速信号、ヨーレート信号及び車体の横加速度信号に合わせて特性改善を行うコンプライアンスモデル及び調整機構を設けることにより、より効果的に達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるパワーステアリング装置の機構上の概要を示しており、操舵側のステアリングホイール１にはコラム軸２が接続されており、コラム軸２には操舵角センサ２Ａ及び操舵補助用のモータ２Ｂが配設されている。電力源のバッテリ３に接続され、ＣＰＵ等で成る電子コントローラ１０は操舵角センサ２Ａの検出信号を入力し、モータ２Ｂを駆動する。また、車輪６を舵取る転舵側のステアリング機構には操舵アクチュエータ４及び位置センサ５が配設されており、操舵アクチュエータ４は電子コントローラ１０で制御され、位置センサ５の検出信号は電子コントローラ１０に入力される。電子コントローラ１０には車速信号Ｖ、ヨーレート信号Ｙ、車体の横加速度信号Ｌが入力されている。
【００１８】
図２はその電気回路系を示しており、操舵側のコラム軸２には操舵角センサ２Ａ及びモータ２Ｂの他に減速機構２Ａ１、クラッチ２Ａ２が連結されると共に、モータ２Ｂに連結されたエンコーダ２Ｂ１が設けられている。また、転舵側のステアリング機構には左右１対の操舵アクチュエータ４及び位置センサ５の他に、トルクセンサ５Ａ、クラッチ５Ｂ及び減速機構５Ｃが配設されており、操舵アクチュエータ４にはエンコーダ４Ａが接続されている。操舵角センサ２Ａ、エンコーダ２Ｂ１及び４Ａ、位置センサ５、トルクセンサ５Ａの検出信号は電子コントローラ１０に入力され、クラッチ２Ａ２及び５Ｂは電子コントローラ１０でオンオフ制御される。なお、図２ではモータ２Ｂにエンコーダ２Ｂ１が、操舵アクチュエータ４にエンコーダ４Ａがそれぞれ１個連結されているが、安全性を確保するために２重に設けるようにしても良い。
【００１９】
本発明の理解のために、先ずモータをアクチュエータとした従来の一般的な自動車のパワーステアリング装置を説明する。従来のステアリング機構を解析すると図３に示すようになり、ステアリングホイール１０の操舵トルクをThe、モータ１１によるアシストトルクをTem、転舵側からのセルフアライニングトルクをSATとした場合、それらの間には下記（１）式が成り立つ。
【００２０】
SAT = The + Tem ・・・(1)
セルフアライニングトルクSATは既知であり、このときの操舵トルクTheを求めて反力として加える。これにより、操舵補助付きステアリングのような操舵フィーリングが得られる。ここで、図４に示すような特性f(The)に基づきTem＝f(The)が成り立ち、上記（１）式は
SAT = The + f(The) = (1 + F(o))The ・・・(2)
となり、
The = (1 + f(o))-1 SAT ・・・(3)
が成り立つ。この（３）式より、セルフアライニングトルクSATが推定できれば、ドライバが与える操舵トルクTheを求めることができる。つまり、従来の電動パワーステアリング装置での推定セルフアライニングトルクSATは(1 + f(o))The = The + Temで図５に示すようになり、これから図６に示す特性が得られる。図５において、SAT１ = The、SAT２ = f(The) → SAT = SAT１ ＋ SAT２と考えると、勾配が１の直線はSAT１ = Theに相当する。そして、この勾配が１の直線上にf(The)を乗せると図５にになり、縦横軸を入れ替えると図６になる。
【００２１】
以上が従来のパワーステアリング機構の説明であり、本発明はかかる従来機構にアシストトルクTemを加えることを目的としており、機械的に連結されない分離型パワーステアリング装置で同一の関係を実現する方法を提案する。
【００２２】
本発明による分離型パワーステアリング装置の機械的機構は、図１及び図２に対応させて示す図７に示すようになる。ここで、ステアリングホイール１の操舵トルクをTh、操舵補助用のモータ２ＢのイナーシャをJm、モータ２Ｂのトルクをτ1、ステアリングホイール１の回転角をθ1としたとき、下記（４）式が成り立つ。
【００２３】
Jm・d２θ1/dt２ = τ1 - Th ・・・(4)
よって、演算子ｓを用いて書き直すと、上記（４）式は下記（５）式となる。
【００２４】
s２・Jm・θ1 = τ1(s) - Th(s) ・・・(5)
この（５）式は下記（６）式のように書き直せる。
【００２５】
Th(s) = τ1(s) - s２・Jm・θ1(s) ・・・(6)
ここで、トルク推定値＊τ１(s)は Kt1・I（モータに発生するトルク＊τ１はモータの導線に流れる電流Ｉと線形関係にあり、その線形係数Kt1はモータのコイル巻数等によって決まる）であるので、上記（６）式は下記（７）式となる。なお、*Thはトルク推定値である。
【００２６】
*Th(s) = Kt1・I - s２・Jm・θ1(s) ・・・(7)
上記（７）式によれば、ドライバが操舵側機構に与える操舵トルク推定値*Th(s)を求めることができ、操舵トルク推定値*Th(s)はステアリングフィーリングを実現するために使用される。具体的には、操舵側機構の慣性等の機械的特性及び摩擦等に対する特性を補償し、望ましい特性に近づけるためにモータ２Ｂを作動させる。
【００２７】
また、図８は図７におけるセルフアライニングトルク推定値の演算部を示すものであり、この図８より下記（８）式が成り立つ。図８のブロックＢＬ１はステアリング補助エミュレータであり、セルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴからセルフアライニングトルクＳＡＴを求め、減算器ＳＢに入力する。ブロックＢＬ３はステアリングフィーリングの調整を行うものであり、その信号Ｋｄ（ｓ）・θ１が減算器ＳＢに入力され、減算器ＳＢの出力がＰＩ調整器ＢＬ４を経てτ１として機械系特性ブロックＢＬ２に入力されている。即ち、下記（８）式が成り立つ。なお、機械系特性ブロックＢＬ２の中味は1/(Jm・s２ + Bm・s)であり、上記（７）式で説明したように望ましい特性になっている。
【００２８】
θ1/τ1 = 1/(Jm・s２ + Bm・s) ・・・(8)
上記（８）式より、下記(９)式及び（１０）式となる。即ち、（８）式はラプラス変数ｓを利用した操舵側の動的特性の表現であるが、逆ラプラス変換を施すと時間変数ｔを用いた（９）式になる。また、（１０）式は操舵側の入力トルクτ1の値として、図８のステアリング補助エミュレータＢＬ１、ブロックＢＬ３、ＰＩ調整器ＢＬ４の出力を代入したものである。ただし、ＰＩ調整器ＢＬ４のＰＩの値を１としている。
【００２９】
Jm・d２θ1/dt２ + Bm・dθ1/dt = τ1 ・・・(9)
τ１ = Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(10)
上記（９）式及び（１０）式より、下記（１１）式が成り立つ。
【００３０】
Jm・d２θ1/dt２ + Bm・dθ1/dt
= Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(11)
ここで、SAT ≒ Ksat・θ1であるので、Bm = -Kdの場合には、上記（１１）式は下記（１２）式となる。また、（１０）式を（９）式に代入し、ブロックＢＬ３を調整すると、（１２）式及び（１３）式が成り立つ。
【００３１】
Jm・d２θ1/dt２ = Ksat・θ1 ・・・(12)
Jm・d２θ1/dt２ + (Bm + Kd)・dθ1/dt
= Ksat・θ1 ・・・(13)
このように、ここではドライバが与えた操舵力Ｔｈがモータによって消された上、転舵側機構に仮想ドライバが与えた転舵力Ｔｈｅをフィードバックした状態の操舵側機構の挙動を解析している。
【００３２】
一方、転舵側では下記（１４）式が成り立つ。この（１４）式は転舵側の望ましい動特性を表わしている。
【００３３】
Jn・d２θ2/dt２ + Bn・dθ2/dt = τ2 - SAT ・・・(14)
よって、上記（１４）式は演算子表記により下記（１５）式となる。
【００３４】
s２・Jn・θ2(s) + s・Bn・θ2(s) = τ2(s) - SAT(s) ・・・(15)
また、この（１５）式は
SAT(s) = τ2(s) - s２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s) ・・・(16)
となり、更に推定トルク*τ2 = Kt2・I2であるので
*SAT(s) = Kt2・I2(s) - s２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s)・・・(17)
となる。（１７）式はセルフアライニングトルクの推定値を計算する式であり、（１５）式及び（１６）式は（１７）式を導くための中間式である。（１７）式を実際に実現するには、Ｑ１（ｓ）フィルタを用いる。
【００３５】
上述のような演算式に基づき、本発明による電子コントローラ１０の構成は図９に示すブロック線図となっており、構成としては大きく操舵側１００と転舵側２００に分かれており、転舵側２００では、上記（１７）式に従ってセルフアライニングトルクの推定を行い、コンプライアンスモデル(K/(m・s2+C・s+K))を定義してコンプライアンスの動特性を改善すると共に、ＰＤ制御器によってコンプライアンスの定常特性を改善し、更に操舵アシストの反力付加を発生する構成となっている。また、操舵側１００では、上記（７）式に従ってドライバの操舵力Ｔｈを推定し、上記（３）式に従って仮想転舵力Ｔｈｅを計算し、ステアリングフィーリングを実現するためのフィードバック機構を設けると共に、ステアリングフィーリングを調整するためのブロックを設けている。
【００３６】
操舵側１００の減算器１０１には外部よりドライバの操舵力Ｔｈが印加され、減算器１０１の出力が操舵側の機械系特性部１０２を経て角度θ１を出力する。角度θ１は転舵側２００のコンプライアンスモデル２０１に入力されると共に、ステアリングホイールの摩擦モデル１０３及びステアリングフィーリング調整部１０４に入力される。ステアリングフィーリング調整部１０４の出力は減算器１０５に入力され、減算器１０５の偏差出力であるトルクＴｈｒは減算器１０６に入力され、その偏差ｅＴがＰＩ（比例積分）制御器１１０に入力される。ＰＩ制御器１１０からのＰＩ出力は駆動回路及び操舵側モータの電気モデル１１１に入力されると共に、フィルタ１１２を経て減算器１１３に入力される。電気モデル１１１の出力はゲイン部１１４を経て減算器１０１に入力され、ステアリング補助エミュレータ１２０の出力は減算器１０５に入力される。なお、摩擦モデル１０３、フィルタ１１２及び減算器１１３で操舵側の外乱推定部を形成しており、この外乱推定部の出力＊Ｔｈが外乱推定値となっている。
【００３７】
また、転舵側２００においては、コンプライアンスモデル２０１からの角度θｒが減算器２０２に入力され、その偏差出力がＰＤ制御器２０３に入力される。ＰＤ制御器２０３の出力は加算器２０４に入力され、加算器２０４の出力Ｖｍは駆動回路及び転舵側モータの電気モデル２０５に入力されると共に、フィルタ２０７に入力される。なお、車速信号Ｖ、ヨーレート信号Ｙ、車体の横加速度信号ＬはＰＤ制御器２０３に入力されている。電気モデル２０５の出力はゲイン部２０６を経て減算器２０８に入力され、減算器２０８の出力は転舵側の機械系特性部２１０に入力され、その出力（ピニオン移動量）θ２が反転通常モデル２１２に入力され、その出力が減算器２１３に入力され、出力θ２はセルフアライニングトルクＳＡＴを発生する車両動特性部２１１に入力され、その出力であるセルフアライニングトルクＳＡＴが減算器２０８に入力される。減算器２１３の出力＊ＳＡＴは操舵側１００のステアリング補助エミュレータ１２０に入力されている。なお、フィルタ２０７、反転通常モデル２１２及び減算器２１３でセルフアライニングトルク推定部を形成し、減算器２１３の出力がセルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴとなっている。
【００３８】
このような図９において、操舵側動的特性部及び外乱推定部は電気モデル１１１、機械系特性部１０２、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３で形成され、転舵側動的特性部及びセルフアライニング推定部は電気モデル２０５、機械系特性部２１０、フィルタ２０７、反転通常モデル２１２で形成され、セルフアライニングトルクの発生部は車両動特性部２１１が相当し、ステアリング補助エミュレータ及びステアリングフィーリング調整部はステアリング補助エミュレータ１２０、ステアリングフィーリング調整部１０４が相当している。また、操舵アシストの反力付加機構はステアリング補助エミュレータ１２０、ステアリングフィーリング調整部１０４、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３、ＰＩ制御器１１０で構成されている。
【００３９】
ところで、上記（４）式〜（７）式は操舵側の機械機構動特性及び動的補償、外乱特性と関係しており、（４）式はブロック１１４及び信号Ｔｈを機械系特性部１０２に入力したときの微分方程式を表わしており、（７）式は操舵側機械機構に入力された摩擦、ドライバ入力トルク等の外乱の推定を行っている。また、（８）式〜（１３）式は、望ましい特性になるように補償された操舵側の動特性（1/(Jm・s２ + Bm・s)）に、ステアリング補助エミュレータ１２０及びステアリングフィーリング調整部１０４の信号をフィードバックさせた時の操舵側機構の動的特性を解析した式であり、（８）式は望ましい特性を表わす式である。（１２）式及び（１３）式は図９のステアリングフィーリング調整部１０４の効果を表わしており、Ｋｄ＝−Ｂｍの場合は（１２）式になり、Ｋｄ≠−Ｂｍの場合は（１３）式になる。また、（１０）式〜（１３）式において、解析を簡単化するためにステアリング補助エミュレータ１２０の出力はＫｓａｔ・θ１と近似させている。
【００４０】
図９ではセルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴがステアリング補助エミュレータ１２０に入力されると共に、加算器２０４に印加されており、これにより転舵側動特性を望ましい動特性（1/(Jn・s２ + Bn・s)）に近づけることができる。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の自動車のパワーステアリング装置によれば、路面情報、外乱情報等の加工と操舵安定性の設計が独立的に設計できることにより、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能を得られる。
【００４２】
コンプライアンスモデルの有無による効果の差を図１０に示す。横軸は周波数で、縦軸は目標角度θ１からピニオン回転角度θ２までの周波数応答のゲインである。破線はコンプライアンスモデルが無いときで、実線はコンプライアンスモデルが有るときを示しており、コンプライアンスモデルの各定数の値を調整することによって、共振周波数におけるゲインの上下特性を望ましいものに設定可能である。また、共振周波数そのものを大きくしたり小さくしたりすることが可能であり、コンプライアンスモデルを設けることによって、望ましいコンプライアンス特性を設定することができる。
【００４３】
更に、コンプライアンスモデルは中周波数領域又は高周波数領域においてはその効果を発揮できるが、低周波数領域における特性改善、ひいては定常特性の改善には無力である。そこで、定常状態のコンプライアンス特性を改善するために、フィードバック制御部にＰＤコントローラを使用している。運転者が加えるトルクＴｈの他にトルク外乱（セルフアライニングトルク等）を作用しているため、ここでトルク外乱に対するピニオン回転角度の定常特性に着目している。基本的な考え方として、トルク外乱に対する定常偏差値を意図的に作ることによって相対的にドライバが加えるトルクに対する定常状態のコンプライアンスを下げる。よって、よって、トルク外乱に対する応答において定常偏差値が存在することが望ましい。図１１にトルク外乱１Ｎ・ｍが作用した時のピニオン回転角度の時間応答を示す。横軸は時間（秒）で、縦軸は回転角度（ラジアン）であり、破線はＰＩＤコントローラを使用した時の応答で、実線はＰＤコントローラを使用した時の応答である。ＰＩＤコントローラを使用した場合、定常偏差値がゼロである。
【００４４】
一方、ＰＤコントローラを使用した場合、定常偏差値が残る。その上、ＰＤコントローラの定数を調整することによって、定常偏差値の値を変えることができる。従って、ＰＤコントローラで定常状態におけるドライバが加えるトルクに対するコンプライアンスが望ましい値になるように調整することが可能になる。図１１の結果は下記表１のようにまとめられる。
【００４５】
【表１】
表１から分るように、ＰＩＤコントローラの場合、コンプライアンス値が必ず０になり、ＰＤコントローラの場合、コンプライアンス値を上げることできる。
【００４６】
以上より、コンプライアンスモデルによってコンプライアンスの動的な特性を改善すると共に、ＰＤコントローラによってコンプライアンスの定常特性を改善することが可能となる。本発明によればセンサはそれぞれ２つで済み、省スペースであり、モータの配置の自由度が大きくなる利点がある。センサの数が少なくなることによって、故障確率が低くなる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワーステアリング装置の概要を示す機構図である。
【図２】本発明によるパワーステアリング装置の電気回路系を示すブロック図である。
【図３】一般的なパワーステアリング装置の機構図である。
【図４】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図５】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図６】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図７】本発明によるパワーステアリング装置の機構図である。
【図８】本発明によるパワーステアリング装置におけるセルフアライニングトルク推定値を求める構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明による電子コントローラの構成例を示すブロック線図である。
【図１０】本発明の効果を説明するための図である。
【図１１】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ コラム軸
３ バッテリ
４ 操舵アクチュエータ
５ 位置センサ
１０ 電子コントローラ
１００ 操舵側
１０２ 機械系特性部（操舵側）
１０３ 摩擦モデル
１０４ ステアリングフィーリング調整部
１１０ ＰＩ制御器
１１１ 電気モデル
１２０ ステアリング補助エミュレータ
２００ 転舵側
２０１ コンプライアンスモデル
２０３ ＰＤ制御器
２１０ 機械系特性部（転舵側）
２１１ 車両動特性部
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作に応じて自動車の転舵用の車輪を転舵させるための自動車のパワーステアリング装置に関し、特に操舵側と転舵側とが機械的に分離され、電気的に接続された構成であり、安全で快適な操舵性能を得られる自動車のパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング（舵取り）は、車室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、ステアリング用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
自動車用のステアリング機構としては、ボールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のものが実用化されている。例えば、車体の前部に左右方向に延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える構成としたラック・ピニオン式のステアリング機構は、車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステアリングコラム）の先端に嵌着されたピニオンを上記ラック軸の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリングホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換して、ステアリングホイールの回転操作に応じたステアリングを行わせる構成となっている。
【０００４】
また、近年においては、ステリング機構の中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配設し、このアクチュエータを、舵取りのためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出結果に基づいて駆動し、ステアリングホイールの回転に応じたステアリング機構の動作（駆動）を上記アクチュエータの出力によって補助し、運転者の労力負担を軽減する構成としたパワーステアリング装置が広く普及している。
【０００５】
ところが、上述の如き従来のパワーステアリング装置においては、パワーステアリング装置としての構成を有するか否かに拘わらず、ステアリングホイールとステアリング機構とが機械的に連結されていることから、車室内でのステアリングホイールの配設位置が限定されてしまい、車室内部のレイアウトの自由度が制限されるという問題がある。また、機械的な連結のために大嵩の連結部材を必要とし、車両の軽量化の実現を阻害するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消するため、従来から、操舵手段としてのステアリングホイールをステアリング機構と機械的に連結せずに配設する一方、パワーステアリング装置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、ステアリング機構の中途に操舵用のアクチュエータを配設し、このアクチュエータを操舵手段の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、ステアリング機構に補助操舵力を加えて、操舵手段の操作に応じたステアリングを行わせる構成とした分離型のパワーステアリング装置が提案されている。
【０００７】
上述の如き分離型のパワーステアリング装置は、前述した問題を解消し得るという利点に加えて、操舵手段の操作量と操舵アクチュエータの動作量との対応関係が機械的な制約を受けずに設定できることから、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、自動車の走行状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応できると共に、ステアリングホイールに代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等の適宜の操舵手段を採用でき、設計自由度が向上するという利点を有している。
【０００８】
更には、自動車の前面衝突に伴うステアリングホイールの突き上げをほぼ完全に防止することができ、衝突安全性の向上を図り得る上に、ＩＴＳ（Intelligent Transport System）、ＡＨＳ（Automated Highway System）等、近年その開発が進められている自動運転システムへの対応が容易であるという利点を有する等、従来のパワーステアリング装置において実現不可能な多くの利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。
【０００９】
なお、ステアリング機構に操舵力を加える操舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータ（操舵モータ）が用いられている。また、ステアリング機構から機械的に切り離された操舵手段には、モータ及びギア機構を備えて成る反力付与手段を付設し、操舵手段に適度の反力を加えることにより、操舵手段とステアリング機構とが機械的に連結されたかの如き感覚でのステアリング操作を行わせ得るようにしてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された分離型のパワーステアリング装置を、従来広く用いられている連結型のパワーステアリング装置と比較すると、連結型のパワーステアリング装置において操舵補助用モータが故障した場合、操舵補助力が失われるに過ぎず、ステアリングホイールに加えられる操作力によりステアリングを行わせるのに対し、分離型のステアリング装置においてモータやセンサが故障した場合には、ステアリング自体が困難となる恐れがあり、非常に危険である。そのため、特に安全性の問題を解決しなければならなかった。このため、モータ、角度センサ、トルク（力）センサがそれぞれ３セット必要となる。
【００１１】
更に、連結型のパワーステアリングにおけるステアリングが、操舵手段たるステアリングホイールに加えられる操作力と、ステアリング機構に付設された操舵補助用モータの出力との合力によって行われるのに対し、分離型のステアリング装置におけるステアリングは、ステアリング機構に付設された操舵モータの出力のみによって行われるという相違がある。従って、分離型のステアリング装置において使用される操舵モータとしては、従来のパワーステアリング装置において使用される操舵補助用モータに比して大出力のモータが必要であり、出力の増大に伴ってサイズが大きくなった操舵モータの配設位置をステアリング機構の周辺に確保することが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ステアリング機構の周辺における操舵モータの配設位置の確保が容易であり、安全で快適な操舵性能を有する分離型のパワーステアリング装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を設け、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づいて操舵反力を定義してドライバに与えるようにすることによって達成される。これにより、センサはそれぞれ２つで済む。従って、省スペースであり、モータの配置の自由度が大きくなる。更には、センサの数が少なくなることによって、故障確率が低くなる。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、前記定義された操舵反力をフィードバックすることにより必要な操舵力を定義することによって、より効果的に達成される。
【００１５】
本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を設け、前記操舵アシストの反力付加機構がステアリングフィーリング調整部及び操舵側機構の動特性改善部で構成することによって達成される。
【００１６】
また、本発明は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を設け、更に、車速信号、ヨーレート信号及び車体の横加速度信号に合わせて特性改善を行うコンプライアンスモデル及び調整機構を設けることにより、より効果的に達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるパワーステアリング装置の機構上の概要を示しており、操舵側のステアリングホイール１にはコラム軸２が接続されており、コラム軸２には操舵角センサ２Ａ及び操舵補助用のモータ２Ｂが配設されている。電力源のバッテリ３に接続され、ＣＰＵ等で成る電子コントローラ１０は操舵角センサ２Ａの検出信号を入力し、モータ２Ｂを駆動する。また、車輪６を舵取る転舵側のステアリング機構には操舵アクチュエータ４及び位置センサ５が配設されており、操舵アクチュエータ４は電子コントローラ１０で制御され、位置センサ５の検出信号は電子コントローラ１０に入力される。電子コントローラ１０には車速信号Ｖ、ヨーレート信号Ｙ、車体の横加速度信号Ｌが入力されている。
【００１８】
図２はその電気回路系を示しており、操舵側のコラム軸２には操舵角センサ２Ａ及びモータ２Ｂの他に減速機構２Ａ１、クラッチ２Ａ２が連結されると共に、モータ２Ｂに連結されたエンコーダ２Ｂ１が設けられている。また、転舵側のステアリング機構には左右１対の操舵アクチュエータ４及び位置センサ５の他に、トルクセンサ５Ａ、クラッチ５Ｂ及び減速機構５Ｃが配設されており、操舵アクチュエータ４にはエンコーダ４Ａが接続されている。操舵角センサ２Ａ、エンコーダ２Ｂ１及び４Ａ、位置センサ５、トルクセンサ５Ａの検出信号は電子コントローラ１０に入力され、クラッチ２Ａ２及び５Ｂは電子コントローラ１０でオンオフ制御される。なお、図２ではモータ２Ｂにエンコーダ２Ｂ１が、操舵アクチュエータ４にエンコーダ４Ａがそれぞれ１個連結されているが、安全性を確保するために２重に設けるようにしても良い。
【００１９】
本発明の理解のために、先ずモータをアクチュエータとした従来の一般的な自動車のパワーステアリング装置を説明する。従来のステアリング機構を解析すると図３に示すようになり、ステアリングホイール１０の操舵トルクをThe、モータ１１によるアシストトルクをTem、転舵側からのセルフアライニングトルクをSATとした場合、それらの間には下記（１）式が成り立つ。
【００２０】
SAT = The + Tem ・・・(1)
セルフアライニングトルクSATは既知であり、このときの操舵トルクTheを求めて反力として加える。これにより、操舵補助付きステアリングのような操舵フィーリングが得られる。ここで、図４に示すような特性f(The)に基づきTem＝f(The)が成り立ち、上記（１）式は
SAT = The + f(The) = (1 + F(o))The ・・・(2)
となり、
The = (1 + f(o))-1 SAT ・・・(3)
が成り立つ。この（３）式より、セルフアライニングトルクSATが推定できれば、ドライバが与える操舵トルクTheを求めることができる。つまり、従来の電動パワーステアリング装置での推定セルフアライニングトルクSATは(1 + f(o))The = The + Temで図５に示すようになり、これから図６に示す特性が得られる。図５において、SAT１ = The、SAT２ = f(The) → SAT = SAT１ ＋ SAT２と考えると、勾配が１の直線はSAT１ = Theに相当する。そして、この勾配が１の直線上にf(The)を乗せると図５にになり、縦横軸を入れ替えると図６になる。
【００２１】
以上が従来のパワーステアリング機構の説明であり、本発明はかかる従来機構にアシストトルクTemを加えることを目的としており、機械的に連結されない分離型パワーステアリング装置で同一の関係を実現する方法を提案する。
【００２２】
本発明による分離型パワーステアリング装置の機械的機構は、図１及び図２に対応させて示す図７に示すようになる。ここで、ステアリングホイール１の操舵トルクをTh、操舵補助用のモータ２ＢのイナーシャをJm、モータ２Ｂのトルクをτ1、ステアリングホイール１の回転角をθ1としたとき、下記（４）式が成り立つ。
【００２３】
Jm・d２θ1/dt２ = τ1 - Th ・・・(4)
よって、演算子ｓを用いて書き直すと、上記（４）式は下記（５）式となる。
【００２４】
s２・Jm・θ1 = τ1(s) - Th(s) ・・・(5)
この（５）式は下記（６）式のように書き直せる。
【００２５】
Th(s) = τ1(s) - s２・Jm・θ1(s) ・・・(6)
ここで、トルク推定値＊τ１(s)は Kt1・I（モータに発生するトルク＊τ１はモータの導線に流れる電流Ｉと線形関係にあり、その線形係数Kt1はモータのコイル巻数等によって決まる）であるので、上記（６）式は下記（７）式となる。なお、*Thはトルク推定値である。
【００２６】
*Th(s) = Kt1・I - s２・Jm・θ1(s) ・・・(7)
上記（７）式によれば、ドライバが操舵側機構に与える操舵トルク推定値*Th(s)を求めることができ、操舵トルク推定値*Th(s)はステアリングフィーリングを実現するために使用される。具体的には、操舵側機構の慣性等の機械的特性及び摩擦等に対する特性を補償し、望ましい特性に近づけるためにモータ２Ｂを作動させる。
【００２７】
また、図８は図７におけるセルフアライニングトルク推定値の演算部を示すものであり、この図８より下記（８）式が成り立つ。図８のブロックＢＬ１はステアリング補助エミュレータであり、セルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴからセルフアライニングトルクＳＡＴを求め、減算器ＳＢに入力する。ブロックＢＬ３はステアリングフィーリングの調整を行うものであり、その信号Ｋｄ（ｓ）・θ１が減算器ＳＢに入力され、減算器ＳＢの出力がＰＩ調整器ＢＬ４を経てτ１として機械系特性ブロックＢＬ２に入力されている。即ち、下記（８）式が成り立つ。なお、機械系特性ブロックＢＬ２の中味は1/(Jm・s２ + Bm・s)であり、上記（７）式で説明したように望ましい特性になっている。
【００２８】
θ1/τ1 = 1/(Jm・s２ + Bm・s) ・・・(8)
上記（８）式より、下記(９)式及び（１０）式となる。即ち、（８）式はラプラス変数ｓを利用した操舵側の動的特性の表現であるが、逆ラプラス変換を施すと時間変数ｔを用いた（９）式になる。また、（１０）式は操舵側の入力トルクτ1の値として、図８のステアリング補助エミュレータＢＬ１、ブロックＢＬ３、ＰＩ調整器ＢＬ４の出力を代入したものである。ただし、ＰＩ調整器ＢＬ４のＰＩの値を１としている。
【００２９】
Jm・d２θ1/dt２ + Bm・dθ1/dt = τ1 ・・・(9)
τ１ = Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(10)
上記（９）式及び（１０）式より、下記（１１）式が成り立つ。
【００３０】
Jm・d２θ1/dt２ + Bm・dθ1/dt
= Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(11)
ここで、SAT ≒ Ksat・θ1であるので、Bm = -Kdの場合には、上記（１１）式は下記（１２）式となる。また、（１０）式を（９）式に代入し、ブロックＢＬ３を調整すると、（１２）式及び（１３）式が成り立つ。
【００３１】
Jm・d２θ1/dt２ = Ksat・θ1 ・・・(12)
Jm・d２θ1/dt２ + (Bm + Kd)・dθ1/dt
= Ksat・θ1 ・・・(13)
このように、ここではドライバが与えた操舵力Ｔｈがモータによって消された上、転舵側機構に仮想ドライバが与えた転舵力Ｔｈｅをフィードバックした状態の操舵側機構の挙動を解析している。
【００３２】
一方、転舵側では下記（１４）式が成り立つ。この（１４）式は転舵側の望ましい動特性を表わしている。
【００３３】
Jn・d２θ2/dt２ + Bn・dθ2/dt = τ2 - SAT ・・・(14)
よって、上記（１４）式は演算子表記により下記（１５）式となる。
【００３４】
s２・Jn・θ2(s) + s・Bn・θ2(s) = τ2(s) - SAT(s) ・・・(15)
また、この（１５）式は
SAT(s) = τ2(s) - s２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s) ・・・(16)
となり、更に推定トルク*τ2 = Kt2・I2であるので
*SAT(s) = Kt2・I2(s) - s２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s)・・・(17)
となる。（１７）式はセルフアライニングトルクの推定値を計算する式であり、（１５）式及び（１６）式は（１７）式を導くための中間式である。（１７）式を実際に実現するには、Ｑ１（ｓ）フィルタを用いる。
【００３５】
上述のような演算式に基づき、本発明による電子コントローラ１０の構成は図９に示すブロック線図となっており、構成としては大きく操舵側１００と転舵側２００に分かれており、転舵側２００では、上記（１７）式に従ってセルフアライニングトルクの推定を行い、コンプライアンスモデル(K/(m・s2+C・s+K))を定義してコンプライアンスの動特性を改善すると共に、ＰＤ制御器によってコンプライアンスの定常特性を改善し、更に操舵アシストの反力付加を発生する構成となっている。また、操舵側１００では、上記（７）式に従ってドライバの操舵力Ｔｈを推定し、上記（３）式に従って仮想転舵力Ｔｈｅを計算し、ステアリングフィーリングを実現するためのフィードバック機構を設けると共に、ステアリングフィーリングを調整するためのブロックを設けている。
【００３６】
操舵側１００の減算器１０１には外部よりドライバの操舵力Ｔｈが印加され、減算器１０１の出力が操舵側の機械系特性部１０２を経て角度θ１を出力する。角度θ１は転舵側２００のコンプライアンスモデル２０１に入力されると共に、ステアリングホイールの摩擦モデル１０３及びステアリングフィーリング調整部１０４に入力される。ステアリングフィーリング調整部１０４の出力は減算器１０５に入力され、減算器１０５の偏差出力であるトルクＴｈｒは減算器１０６に入力され、その偏差ｅＴがＰＩ（比例積分）制御器１１０に入力される。ＰＩ制御器１１０からのＰＩ出力は駆動回路及び操舵側モータの電気モデル１１１に入力されると共に、フィルタ１１２を経て減算器１１３に入力される。電気モデル１１１の出力はゲイン部１１４を経て減算器１０１に入力され、ステアリング補助エミュレータ１２０の出力は減算器１０５に入力される。なお、摩擦モデル１０３、フィルタ１１２及び減算器１１３で操舵側の外乱推定部を形成しており、この外乱推定部の出力＊Ｔｈが外乱推定値となっている。
【００３７】
また、転舵側２００においては、コンプライアンスモデル２０１からの角度θｒが減算器２０２に入力され、その偏差出力がＰＤ制御器２０３に入力される。ＰＤ制御器２０３の出力は加算器２０４に入力され、加算器２０４の出力Ｖｍは駆動回路及び転舵側モータの電気モデル２０５に入力されると共に、フィルタ２０７に入力される。なお、車速信号Ｖ、ヨーレート信号Ｙ、車体の横加速度信号ＬはＰＤ制御器２０３に入力されている。電気モデル２０５の出力はゲイン部２０６を経て減算器２０８に入力され、減算器２０８の出力は転舵側の機械系特性部２１０に入力され、その出力（ピニオン移動量）θ２が反転通常モデル２１２に入力され、その出力が減算器２１３に入力され、出力θ２はセルフアライニングトルクＳＡＴを発生する車両動特性部２１１に入力され、その出力であるセルフアライニングトルクＳＡＴが減算器２０８に入力される。減算器２１３の出力＊ＳＡＴは操舵側１００のステアリング補助エミュレータ１２０に入力されている。なお、フィルタ２０７、反転通常モデル２１２及び減算器２１３でセルフアライニングトルク推定部を形成し、減算器２１３の出力がセルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴとなっている。
【００３８】
このような図９において、操舵側動的特性部及び外乱推定部は電気モデル１１１、機械系特性部１０２、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３で形成され、転舵側動的特性部及びセルフアライニング推定部は電気モデル２０５、機械系特性部２１０、フィルタ２０７、反転通常モデル２１２で形成され、セルフアライニングトルクの発生部は車両動特性部２１１が相当し、ステアリング補助エミュレータ及びステアリングフィーリング調整部はステアリング補助エミュレータ１２０、ステアリングフィーリング調整部１０４が相当している。また、操舵アシストの反力付加機構はステアリング補助エミュレータ１２０、ステアリングフィーリング調整部１０４、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３、ＰＩ制御器１１０で構成されている。
【００３９】
ところで、上記（４）式〜（７）式は操舵側の機械機構動特性及び動的補償、外乱特性と関係しており、（４）式はブロック１１４及び信号Ｔｈを機械系特性部１０２に入力したときの微分方程式を表わしており、（７）式は操舵側機械機構に入力された摩擦、ドライバ入力トルク等の外乱の推定を行っている。また、（８）式〜（１３）式は、望ましい特性になるように補償された操舵側の動特性（1/(Jm・s２ + Bm・s)）に、ステアリング補助エミュレータ１２０及びステアリングフィーリング調整部１０４の信号をフィードバックさせた時の操舵側機構の動的特性を解析した式であり、（８）式は望ましい特性を表わす式である。（１２）式及び（１３）式は図９のステアリングフィーリング調整部１０４の効果を表わしており、Ｋｄ＝−Ｂｍの場合は（１２）式になり、Ｋｄ≠−Ｂｍの場合は（１３）式になる。また、（１０）式〜（１３）式において、解析を簡単化するためにステアリング補助エミュレータ１２０の出力はＫｓａｔ・θ１と近似させている。
【００４０】
図９ではセルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴがステアリング補助エミュレータ１２０に入力されると共に、加算器２０４に印加されており、これにより転舵側動特性を望ましい動特性（1/(Jn・s２ + Bn・s)）に近づけることができる。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の自動車のパワーステアリング装置によれば、路面情報、外乱情報等の加工と操舵安定性の設計が独立的に設計できることにより、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能を得られる。
【００４２】
コンプライアンスモデルの有無による効果の差を図１０に示す。横軸は周波数で、縦軸は目標角度θ１からピニオン回転角度θ２までの周波数応答のゲインである。破線はコンプライアンスモデルが無いときで、実線はコンプライアンスモデルが有るときを示しており、コンプライアンスモデルの各定数の値を調整することによって、共振周波数におけるゲインの上下特性を望ましいものに設定可能である。また、共振周波数そのものを大きくしたり小さくしたりすることが可能であり、コンプライアンスモデルを設けることによって、望ましいコンプライアンス特性を設定することができる。
【００４３】
更に、コンプライアンスモデルは中周波数領域又は高周波数領域においてはその効果を発揮できるが、低周波数領域における特性改善、ひいては定常特性の改善には無力である。そこで、定常状態のコンプライアンス特性を改善するために、フィードバック制御部にＰＤコントローラを使用している。運転者が加えるトルクＴｈの他にトルク外乱（セルフアライニングトルク等）を作用しているため、ここでトルク外乱に対するピニオン回転角度の定常特性に着目している。基本的な考え方として、トルク外乱に対する定常偏差値を意図的に作ることによって相対的にドライバが加えるトルクに対する定常状態のコンプライアンスを下げる。よって、よって、トルク外乱に対する応答において定常偏差値が存在することが望ましい。図１１にトルク外乱１Ｎ・ｍが作用した時のピニオン回転角度の時間応答を示す。横軸は時間（秒）で、縦軸は回転角度（ラジアン）であり、破線はＰＩＤコントローラを使用した時の応答で、実線はＰＤコントローラを使用した時の応答である。ＰＩＤコントローラを使用した場合、定常偏差値がゼロである。
【００４４】
一方、ＰＤコントローラを使用した場合、定常偏差値が残る。その上、ＰＤコントローラの定数を調整することによって、定常偏差値の値を変えることができる。従って、ＰＤコントローラで定常状態におけるドライバが加えるトルクに対するコンプライアンスが望ましい値になるように調整することが可能になる。図１１の結果は下記表１のようにまとめられる。
【００４５】
【表１】
【００４６】
以上より、コンプライアンスモデルによってコンプライアンスの動的な特性を改善すると共に、ＰＤコントローラによってコンプライアンスの定常特性を改善することが可能となる。本発明によればセンサはそれぞれ２つで済み、省スペースであり、モータの配置の自由度が大きくなる利点がある。センサの数が少なくなることによって、故障確率が低くなる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパワーステアリング装置の概要を示す機構図である。
【図２】本発明によるパワーステアリング装置の電気回路系を示すブロック図である。
【図３】一般的なパワーステアリング装置の機構図である。
【図４】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図５】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図６】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明するための図である。
【図７】本発明によるパワーステアリング装置の機構図である。
【図８】本発明によるパワーステアリング装置におけるセルフアライニングトルク推定値を求める構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明による電子コントローラの構成例を示すブロック線図である。
【図１０】本発明の効果を説明するための図である。
【図１１】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ コラム軸
３ バッテリ
４ 操舵アクチュエータ
５ 位置センサ
１０ 電子コントローラ
１００ 操舵側
１０２ 機械系特性部（操舵側）
１０３ 摩擦モデル
１０４ ステアリングフィーリング調整部
１１０ ＰＩ制御器
１１１ 電気モデル
１２０ ステアリング補助エミュレータ
２００ 転舵側
２０１ コンプライアンスモデル
２０３ ＰＤ制御器
２１０ 機械系特性部（転舵側）
２１１ 車両動特性部
Claims (4)
- 舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置において、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づいて操舵反力を定義してドライバに与えるようになっていることを特徴とする自動車のパワーステアリング装置。
- 前記定義された操舵反力をフィードバックすることにより必要な操舵力を定義するようになっている請求項１に記載の自動車のパワーステアリング装置。
- 舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置において、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を具備し、前記操舵アシストの反力付加機構がステアリングフィーリング調整部及び操舵側機構の動特性改善部で成っていることを特徴とする自動車のパワーステアリング装置。
- 舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリング装置において、モータの回転信号とモータアシスト電流指令信号によってセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を具備し、更に、車速信号、ヨーレート信号及び車体の横加速度信号に合わせて特性改善を行うコンプライアンスモデル及び調整機構を具備していることを特徴とする自動車のパワーステアリング装置。
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