JPWO2010087295A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の静摩擦と動摩擦の両方を補償し、静摩擦の補償と動摩擦を補償の切り替えを滑らかに違和感なく行い、より自然で快適な操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいて演算された電流制御値によってステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、操舵トルクに基づいてステアリング機構に対して摩擦の補償をするための摩擦補償値を演算する摩擦補償部を設け、電流指令値を摩擦補償値で補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両のステアリング機構にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に操舵トルクに基づいてステアリング機構に対する摩擦の補償を実施するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電流制御値Ｅによってモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット１００の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１２からの車速Ｖは電流指令値演算部１０１に入力され、電流指令値演算部１０１において操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。操舵トルクＴ、モータ角速度ω及びモータ角加速度ω^＊がトルク補償部１１０に入力されてトルク補償値Ｃｍが演算され、電流指令値演算部１０１で演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部１０２で位相補償され、位相補償部１０２で位相補償された電流指令値Ｉｒｅｆ２と、トルク補償部１１０で演算されたトルク補償値Ｃｍとが加算部１０３に入力され、加算部１０３は加算結果である電流指令値Ｉｒｅｆ３を出力する。電流指令値Ｉｒｅｆ３は最大電流値制限部１０４に入力され、最大電流値制限部１０４は最大値を制限した電流指令値Ｉｒｅｆ４を出力する。

電流指令値Ｉｒｅｆ４は減算部１０５に入力され、減算部１０５において電流指令値Ｉｒｅｆ４とフィードバックされているモータ電流値ｉとの偏差（Ｉｒｅｆ４−ｉ）を求め、偏差（Ｉｒｅｆ４−ｉ）はＰＩ制御部（比例積分制御部）１０６でＰＩ制御され、更にＰＷＭ制御部（パルス幅変調制御部）１０７に入力されてデューティ比の調整が行われる。ＰＷＭ制御部１０７は電流制御値Ｅをインバータ１０８に出力し、インバータ１０８は電流制御値Ｅに基づいてモータ２０を制御する。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段２１で検出され、減算部１０５に入力されてフィードバックされる。

モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２２が取り付けられており、回転センサ２２からのモータ回転信号θはモータ角速度演算部２３に入力され、モータ角速度演算部２３はモータ２０の回転角速度であるモータ角速度ωを演算する。更に、モータ角速度ωはモータ角加速度演算部２４に入力され、モータ角加速度演算部２４はモータ２０の回転角加速度であるモータ角加速度ω^＊を演算して出力する。

トルク補償部１１０は、例えばＳＡＴ（セルフアライニングトルク）推定部１１１、微分補償部１１２、収れん性制御部１１３、慣性補償部１１４等を具備している。ＳＡＴ推定部１１１は操舵トルクＴを入力してＳＡＴ値ＳＡＴａを推定して出力し、微分補償部１１２は応答速度を高めるために操舵トルクＴを微分して操舵トルクＴＡを出力し、ＳＡＴ値ＳＡＴａと微分補償された操舵トルクＴＡは減算部１１５に入力され、微分補償された操舵トルクＴＡとＳＡＴ値ＳＡＴａとの偏差が出力される。収れん性制御部１１３はモータ角速度ωに基づいて収れん性制御値Ｇａを出力し、収れん性制御値Ｇａと減算部１１５の出力値は加算部１１６で加算される。また、慣性補償部１１４はモータ角加速度ω^＊に基づいて慣性補償値ＩＮａを出力し、慣性補償値ＩＮａと加算部１１６の出力値とが加算部１１７で加算され、加算部１１７は補償値Ｃｍを出力して加算部１０３に入力する。

ＳＡＴ推定部１１１は、車両挙動を安定化させるためのものであり、収れん性制御部１１３は、車両のヨーの収れん性を改善するためにハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるためのものであり、慣性補償部１１４は、モータ慣性を加減速させるトルクを操舵トルクＴから排除し、慣性感のない操舵感にするものである。

このような電動パワーステアリング装置において、操舵補助力を発生させるモータ２０は、減速機構（減速ギア３）を介してステアリング機構に接続されており、この減速機構は摩擦が大きく、その摩擦によって操舵フィーリングが悪化する。そのため、電動パワーステアリング装置では、摩擦の補償をして操舵フィーリングを改善する機能を備えることが要請されている。

例えば特許第３０８２４８３号公報（特許文献１）には、モータの回転方向に基づいて摩擦補償値を算出する摩擦補償手段を設け、摩擦補償値をモータを制御するためのアシスト指令に加算することによって摩擦補償を行い、どのような手放し舵角からでも良好なハンドル戻り特性が得られ、操舵フィーリングを向上することができる電動パワーステアリング装置が開示されている。

また、特開２００５−１７０２５７号公報（特許文献２）に開示されている電動パワーステアリング装置では、モータが回転開始前と判別されたときには静止摩擦トルクが発生すると推定し、操舵トルクの微分値に所定係数を乗算した電流値を静止摩擦トルク補償電流としてモータに供給して、静止摩擦トルク補償制御を行うようにしている。更に、モータが回転開始後と判別されたときには動摩擦トルクが発生したと推定し、所定電流値に徐々に近づけた後に同所定電流値に一定とする電流値を動摩擦トルク補償電流としてモータに供給して、動摩擦トルク補償制御を行うようにしている。

特許第３０８２４８３号公報 特開２００５−１７０２５７号公報

電動パワーステアリング装置における減速機構の摩擦の大きさは、減速機構に働く力にほぼ比例する。そのため、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、操舵補助力が小さくなるハンドルのセンタ付近では、摩擦の補償が大きくなり過ぎてハンドル操舵が過度に軽くなってしまい、操舵補助力が大きくなるハンドル切り増し時には、摩擦の補償が小さくなり、ハンドル操舵が重くなってしまうという問題がある。また、モータが回転しているときのみ摩擦の補償を行っていることから、静止摩擦を補償することはできず、ハンドルを切り出す時や操舵トルクの小さい微小操舵時において、十分な摩擦の補償をすることができないという問題がある。

また、特許文献２に記載された電動パワーステアリング装置では、静止摩擦トルクの補償をする際に、操舵トルクの微分値から静止摩擦トルク補償電流を演算するようにしているが、操舵トルクの小さい微小操舵のときには操舵トルクの変化率が小さいため、十分な摩擦の補償をすることができないという問題がある。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の静止摩擦と動摩擦の両方を補償し、静摩擦の補償と動摩擦の補償の切り替えを滑らかに違和感なく行い、より自然で快適な操舵フィーリングを得ることのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいて演算された電流制御値によってステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記操舵トルクに基づいて前記ステアリング機構に対する摩擦の補償をするための摩擦補償値を演算する摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記摩擦補償値で補正することにより達成される。前記ステアリング機構が伸縮可能な中間シャフトを備えていても良い。

本発明の上記目的は、前記摩擦補償部は、前記操舵トルクに基づいて一定の範囲を有する操舵トルク目標値範囲を設定し、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償値を演算することにより、或いは前記操舵トルク目標値範囲は、前記中間値の周りの小さい範囲１と、前記範囲１の周りの大きい範囲２とから成り、前記摩擦補償部は、前記操舵トルクが前記範囲１の内側にあるとき前記摩擦補償値を０とし、前記操舵トルクが前記範囲１の外側で且つ前記範囲２の内側にあるとき、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償値を演算し、前記操舵トルクが前記範囲１及び前記範囲２の外側にあるとき、前記操舵トルクが前記操舵トルク目標値範囲の内側になるように、前記中間値を更新して前記操舵トルク目標値範囲を改めて設定するようになっていることにより、或いは前記摩擦補償部は、前記操舵トルクに応じた摩擦補償演算値を演算する摩擦補償値演算部と、前記摩擦補償演算値に乗算する少なくとも１つのゲインを演算するゲイン演算部とを具備し、前記摩擦補償演算値に前記少なくとも１つのゲインを乗算して前記摩擦補償値とすることにより、或いは前記摩擦補償値演算部は、前記操舵トルクに基づいて一定の範囲を有する操舵トルク目標値範囲を設定し、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償演算値を演算することにより、或いは前記操舵トルク目標値範囲は、前記中間値の周りの小さい範囲１と、前記範囲１の周りの大きい範囲２とから成り、前記摩擦補償値演算部は、前記操舵トルクが前記範囲１の内側にあるとき前記摩擦補償演算値を０とし、前記操舵トルクが前記範囲１の外側で且つ前記範囲２の内側にあるとき前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償演算値を演算し、前記操舵トルクが前記範囲１及び前記範囲２の外側にあるとき、前記操舵トルクが前記操舵トルク目標値範囲の内側になるように、前記中間値を更新して前記操舵トルク目標値範囲を改めて設定するようになっていることにより、或いは前記ゲイン演算部は、車速に応じて決まる車速感応ゲインを演算する車速感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記車速感応ゲインであることにより、或いは前記車速感応ゲインは、前記車速の値に応じて設定できることにより、或いは前記ゲイン演算部は、モータ角速度に応じて決まるモータ角速度感応ゲインを演算するモータ角速度感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記モータ角速度感応ゲインであることにより、或いは前記モータ角速度感応ゲインは、前記モータ角速度の値と方向に応じて設定できることにより、或いは前記ゲイン演算部は、前記電流制御値に応じて決まる電流制御値感応ゲインを演算する電流制御値感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記電流制御値感応ゲインであることにより、或いは前記電流制御値感応ゲインは、前記電流制御値の値と方向に応じて設定できることにより、或いは前記ゲイン演算部は、前記操舵トルクに応じて決まる操舵トルク感応ゲインを演算する操舵トルク感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記操舵トルク感応ゲインであることにより、或いは前記操舵トルク感応ゲインは、前記操舵トルクの値と方向に応じて設定できることにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、操舵トルクに基づいて摩擦の補償をするための摩擦補償値を演算し、演算された摩擦補償値で電流指令値を補正するようにしているため、電動パワーステアリング装置の静摩擦と動摩擦の両方を補償することができると共に、静摩擦の補償と動摩擦を補償の切り替えを滑らかに、違和感無く行うことができる。また、操舵トルクの小さい微小操舵時においても正確な摩擦の補償ができる。そのため、より自然で快適な操舵フィーリングを得ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、車速感応、及び／又はモータ角速度感応、及び／又は電流指令値感応、及び／又は操舵トルク感応になっているので走行状態に合わせて適切な摩擦補償を行い、安定性の高い操舵フィーリングを得ることができる。

最近ステアリング機構の組み立て上の問題、車両走行時に発生する軸方向の変位や振動を吸収するなどの目的のために、ステアリング機構のコラム軸の中間部に伸縮軸（中間シャフト）を配設した中間シャフト機構が用いられるが、本発明の摩擦補償はかかる中間シャフトを備えるステアリング機構に対しても効果が大きい。

一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（摩擦補償部の第１実施形態）の構成例を示すブロック図である。 摩擦補償値演算部が摩擦補償演算値を演算する手順の一例を示すフローチャートである。 操舵トルクの時間変化に伴う操舵トルク目標値範囲の変化の様子を示す特性図である。 車速と車速感応ゲインとの関係の一例を示す特性図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の摩擦補償部の第２実施形態を示すブロック図である。 モータ角速度とモータ角速度感応ゲインとの関係の一例を示す特性図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の摩擦補償部の第３実施形態を示すブロック図である。 電流制御値と電流制御値感応ゲインとの関係の一例を示す特性図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の摩擦補償部の第４実施形態を示すブロック図である。 操舵トルクと操舵トルク感応ゲインとの関係の一例を示す特性図である。 中間シャフト（伸縮軸）を備えた電動パワーステアリング装置の外観図である。 中間シャフトの要部拡大図である。 中間シャフトを備えたステアリング機構の特性例を示す図である。

電動パワーステアリング装置の減速機構は摩擦が大きく、その摩擦に基づく操舵フィーリングの悪化を防止するために、摩擦（静摩擦、動摩擦）の補償を行う必要がある。本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクに基づいて摩擦補償値を演算し、モータを制御するための電流指令値を摩擦補償値で補正することによって摩擦の補償を行うと共に、静摩擦と動摩擦の切り替えを違和感無く滑らかに行い得るようにし、より自然で快適な操舵フィーリングが得られるようにしている。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図３は、本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニット１００の構成例を、図２に対応させて示すブロック図である。図３に示すように本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクＴ及び車速Ｖを入力して摩擦補償値Ｆｃを出力する摩擦補償部１２０を具備している。

摩擦補償部１２０は本発明の第１実施形態であり、操舵トルクＴに基づいて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する摩擦補償値演算部１２１と、摩擦補償演算値Ｆｏに乗算するための少なくとも１つのゲインを演算するゲイン演算部１３０と、摩擦補償演算値Ｆｏとゲイン演算部１３０で演算されたゲインＧｖとの乗算を行う乗算部１２２とを具備している。図３に示される第１実施形態では、ゲイン演算部１３０は、車速Ｖに応じて決まる車速感応ゲインＧｖを演算する車速感応ゲイン演算部１３１で構成されており、乗算部１２２は摩擦補償演算値Ｆｏと車速感応ゲインＧｖを乗算して得られた摩擦補償値Ｆｃを出力する。

摩擦補償値Ｆｃは、トルク補償部１１０で演算されたトルク補償値Ｃｍと共に加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ２に加算され、加算部１０３は摩擦の補償を行った電流指令値Ｉｒｅｆ３を出力する。電流指令値Ｉｒｅｆ３は、前述と同様に最大電流値制限部１０４で最大電流値を制限され、更にＰＩ制御、ＰＷＭ制御がなされ、電流制御値Ｅが演算される。電流制御値Ｅはインバータ１０８に入力され、インバータ１０８は電流制御値Ｅに基づいてモータ２０を駆動制御する。

このような構成において、摩擦補償値演算部１２１の動作例を図４のフローチャートを参照して説明する。

摩擦補償値演算部１２１は、入力される操舵トルクＴに基づいて、一定の範囲幅を持った操舵トルク目標値範囲を設定する（ステップＳ１）。このとき、操舵トルク目標値範囲の一定の範囲幅の中間値を示す中間値Ｔｃは、操舵トルクＴと同じ値に設定する。そして、操舵トルク目標値範囲に、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃの周りの小さい範囲１と、範囲１の周りの大きい範囲２を設定し、操舵トルク目標値範囲が範囲１と範囲２とから成るようにする（ステップＳ２）。操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃ、範囲１及び範囲２については後述する。

次に、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側に入っているか否かを判定し（ステップＳ３）、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側に入っている場合、摩擦補償演算値Ｆｏを０として摩擦の補償を行わない（ステップＳ４）。上記ステップＳ３において、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側に入っていないと判定された場合には、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲２の内側に入っているか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲２の内側に入っている場合には、操舵トルクＴと操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃとの差に応じて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する（ステップＳ６）。

一方、上記ステップＳ５において操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１及び範囲２の外側にあると判定された場合、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の内側になるように、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃを更新して操舵トルク目標値範囲を改めて設定して上記ステップＳ２にリターンする。そして、摩擦補償値演算部１２１は、更新された操舵トルク目標値範囲で改めて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する。

図５は、操舵トルクＴの時間変化に伴う操舵トルク目標値範囲の変化の様子を示しており、操舵トルクＴは実線で示され、操舵トルク目標値範囲の範囲１は縦縞で示される範囲であり、操舵トルク目標値範囲の範囲２は横縞で示される範囲であり、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃは破線で示されている。また、トルク値Ｔは０を基準に、操舵方向が左右に分かれていることを示している。

図５に示されるように、時点０から時点ｔ１までの間は、操舵トルクＴは一定値０である。この場合、操舵トルク目標値範囲の範囲１及び範囲２は操舵トルクＴの周りに設定され、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃが操舵トルクＴに一致するようになる。このとき、操舵トルクＴは操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側に入っているため、摩擦補償演算値Ｆｏは０になり、摩擦の補償は行われない。

そして、時点ｔ１以降、操舵トルクＴは０から増加し、時点ｔ２に操舵トルクＴ１（＞０）に達する。時点ｔ２までは、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃを更新しなくても、操舵トルクＴは操舵トルク目標値範囲の内側にあるため、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃは一定であり、操舵トルク目標値範囲も一定の範囲に保たれる。従って、時点ｔ１から時点ｔ２までの間は、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側にあるときは、摩擦補償演算値Ｆｏは０で摩擦の補償は行われず、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の外側で且つ範囲２の内側にあるときは、摩擦補償演算値Ｆｏは操舵トルクＴと操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃとの差に応じて演算される。

更に時点ｔ３まで、操舵トルクＴは増加し続け、時点ｔ３に操舵トルクＴ２（＞Ｔ１）に達する。時点ｔ２から時点ｔ３までの間は、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃを更新して操舵トルク目標値範囲を改めて設定しないと、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲２の外側になる。そのため、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の内側になるように、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃを更新して操舵トルク目標値範囲を改めて設定する。このとき、操舵トルクＴは、改めて設定された操舵トルク目標値範囲の範囲１の外側で且つ範囲２の内側にあるので、操舵トルクＴと操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃとの差に応じて摩擦補償演算値Ｆｏが演算される。

そして、時点ｔ３以降、操舵トルクＴはＴ２から減少し始め、時点ｔ４で操舵トルクＴ３（＜Ｔ２）に達する。時点ｔ３から時点ｔ４までの間は、操舵トルクＴは操舵トルク目標値範囲の内側にあるので、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃは一定であり、操舵トルク目標値範囲も一定の範囲に保たれる。従って、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の内側にあるときは、摩擦補償演算値Ｆｏは０になって摩擦の補償は行われず、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の範囲１の外側で且つ範囲２の内側にあるときは、摩擦補償演算値Ｆｏは操舵トルクＴと操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃとの差に応じて演算される。

更に時点ｔ５まで操舵トルクＴは減少し続け、時点ｔ５に操舵トルクＴ４に達する。時点ｔ４から時点ｔ５までの間は、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の内側になるように、操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃを更新して操舵トルク目標値範囲を改めて設定する。このとき、操舵トルクＴは改めて設定された操舵トルク目標値範囲の範囲１の外側且つ範囲２の内側にあるので、操舵トルクＴと操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃとの差に応じて、摩擦補償演算値Ｆｏが演算される。

操舵トルクＴは、時点ｔ５以降では増加し、時点ｔ６にＴ５（＜０）に達し、時点ｔ５から時点ｔ６までの間、操舵トルク目標値範囲に一定に保たれ、摩擦補償演算値Ｆｏが演算される。そして、時点ｔ６以降、操舵トルクＴが操舵トルク目標値範囲の内側になるように操舵トルク目標値範囲の中間値Ｔｃが更新され、操舵トルク目標値設定範囲は改めて設定され、改めて設定された操舵トルク目標値設定範囲によって摩擦補償演算値Ｆｏが演算される。

なお、操舵トルク目標値範囲の範囲１及び範囲２の幅は任意の幅に設定できるが、例えば、範囲１を中間値Ｔｃを中心とする０．１Ｎｍの幅（±０．０５Ｎｍ）を有する範囲に設定し、範囲２を中間値Ｔｃを中心とする０．４Ｎｍの幅（±０．２Ｎｍ）を有する範囲から範囲１を除いた範囲としても良い。

図３に示される第１実施形態では、摩擦補償演算値演算部１２１で上述のようにして演算された摩擦補償演算値Ｆｏに、車速感応ゲイン演算部１３１が演算した車速感応ゲインＧｖを乗算部１２２で乗算するようになっている。車速感応ゲインＧｖは、車速Ｖが小さいときは大きく、車速Ｖが大きいときは小さい特性であり、車速Ｖが０のときは車速感応ゲインＧｖも０となっている。

図６は車速Ｖと車速感応ゲインＧｖとの関係の一例を示しており、車速感応ゲインＧｖは車速Ｖが０のときは０であり、車速Ｖが０より大きく所定車速Ｖ０より小さいときは車速Ｖが増加するに従って単調に増加し、車速Ｖが所定車速Ｖ０のときに最大値Ｇｖｍとなり、車速ＶがＶ０より大きくなるに従って車速感応ゲインＧｖは単調に減少する。なお、単調増加及び単調減少の特性は線形であっても、非線形であっても良い。

次に、第２実施形態の摩擦補償部１２０Ａを図７に示して説明する。摩擦補償部１２０Ａは、操舵トルクＴに基づいて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する摩擦補償値演算部１２１と、モータ角速度ω及び車速Ｖを入力するゲイン演算部１３０Ａと、乗算部１２２及び１２３とを具備しており、ゲイン演算部１３０Ａは、モータ角速度ωに応じて決まるモータ角速度感応ゲインＧωを演算するモータ角速度感応ゲイン演算部１３２と、車速Ｖに応じて決まる車速感応ゲインＧｖを演算する車速感応ゲイン演算部１３１とで構成されている。

摩擦補償値演算部１２１は、上述した第１実施形態と同じ要領で操舵トルクＴに基づいた摩擦補償演算値Ｆｏを演算して乗算部１２２に入力する。また、モータ角速度感応ゲイン演算部１３２で演算されたモータ角速度感応ゲインＧωは乗算部１２２に入力され、乗算部１２２で摩擦補償演算値Ｆｏとモータ角速度感応ゲインＧωとが乗算され、乗算された乗算結果Ｆｏ^＊が出力されて乗算部１２３に入力される。更に、車速感応ゲイン演算部１３１で演算された車速感応ゲインＧｖは乗算部１２３に入力され、乗算部１２３で車速感応ゲインＧｖと乗算結果Ｆｏ^＊とが乗算され、乗算結果である摩擦補償値Ｆｃが出力される。摩擦補償値Ｆｃは、前述と同様に、トルク補償部１１０で演算されたトルク補償値Ｃｍと共に加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ２に加算される。

なお、乗算部１２２及び１２３でのモータ角速度感応ゲインＧω、車速感応ゲインＧｖの乗算の順番は任意である。

モータ角速度感応ゲイン演算部１３２によって演算されるモータ角速度ωとモータ角速度感応ゲインＧωとの関係は、モータ角速度ωが小さいとき、モータ角速度感応ゲインＧωは０でない有限値になり、モータ角速度ωが大きいとき、モータ角速度感応ゲインＧωは小さくなる特性になっている。

図８はモータ角速度ωとモータ角速度感応ゲインＧωとの関係の一例を示しており、モータ角速度感応ゲインＧωは、モータ角速度ωが０のときは０でない有限値Ｇω０であり、モータ角速度ωが０より大きく所定モータ角速度ω０より小さいときは、モータ角速度ωが増加するに従って単調に増加し、モータ角速度ωが所定モータ角速度ω０のとき最大値Ｇωｍになり、モータ角速度ωが所定モータ角速度ω０より大きいときは、モータ角速度感応ゲインＧωは、モータ角速度ωが増加するに従って単調に減少する。なお、単調増加及び単調減少の特性は線形であっても、非線形であっても良い。

次に、第３実施形態の摩擦補償部１２０Ｂを図９に示して説明する。摩擦補償部１２０Ｂは、操舵トルクＴに基づいて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する摩擦補償値演算部１２１と、モータ角速度ω、電流制御値Ｅ及び車速Ｖを入力するゲイン演算部１３０Ｂと、乗算部１２２〜１２４とを具備しており、ゲイン演算部１３０Ｂは、モータ角速度ωに応じて決まるモータ角速度感応ゲインＧωを演算するモータ角速度感応ゲイン演算部１３２と、電流制御値Ｅに応じて決まる電流制御値感応ゲインＧｅを演算する電流制御値感応ゲイン演算部１３３と、車速Ｖに応じて決まる車速感応ゲインＧｖを演算する車速感応ゲイン演算部１３１とで構成されている。

摩擦補償値演算部１２１は、上記各実施形態と同じ要領で操舵トルクＴに基づいた摩擦補償演算値Ｆｏを演算して乗算部１２２に入力する。摩擦補償演算値Ｆｏは乗算部１２２でモータ角速度感応ゲインＧωと乗算され、その乗算結果Ｆｏ^＊が乗算部１２３に入力されて電流制御値感応ゲインＧｅと乗算され、更にその乗算結果Ｆｏ^＊＊が乗算部１２４に入力されて車速感応ゲインＧｖと乗算され、その乗算結果が摩擦補償値Ｆｃとして出力される。摩擦補償値Ｆｃは、トルク補償部１１０で演算されたトルク補償値Ｃｍと共に加算部１０３に入力されて加算され、電流指令値Ｉｒｅｆ２が補正される。

なお、乗算部１２２〜１２４でのモータ角速度感応ゲインＧω、電流制御値感応ゲインＧｅ、車速感応ゲインＧｖの乗算の順番は任意である。

電流制御値感応ゲイン演算部１３３は、電流制御値Ｅが小さい間、電流制御値感応ゲインＧｅを一定値とし、電流制御値Ｅが大きくなると大きくなるようになっている。電流制御値Ｅと電流制御値感応ゲインＧｅとの関係は、例えば図１０に示すようになっており、電流制御値Ｅが０から所定電流制御値Ｅ０までの間、電流制御値感応ゲインＧｅは一定の所定値Ｇｅ０となっており、電流制御値Ｅが所定電流制御値Ｅ０より大きくなるに従って電流制御値Ｅは単調に増加する。増加特性は線形であっても、非線形であっても良い。

次に、第４実施形態の摩擦補償部１２０Ｃを図１１に示して説明する。第４実施形態の摩擦補償部１２０Ｃは、操舵トルクＴに基づいて摩擦補償演算値Ｆｏを演算する摩擦補償値演算部１２１と、操舵トルクＴ、モータ角速度ω、電流制御値Ｅ及び車速Ｖを入力するゲイン演算部１３０Ｃと、乗算部１２２〜１２５とを具備しており、ゲイン演算部１３０Ｃは、操舵トルクＴに応じて決まる操舵トルク感応ゲインＧｔを演算する操舵トルク感応ゲイン演算部１３４と、モータ角速度ωに応じて決まるモータ角速度感応ゲインＧωを演算するモータ角速度感応ゲイン演算部１３２と、電流制御値Ｅに応じて決まる電流制御値感応ゲインＧｅを演算する電流制御値感応ゲイン演算部１３３と、車速Ｖに応じて決まる車速感応ゲインＧｖを演算する車速感応ゲイン演算部１３１とで構成されている。

摩擦補償値演算部１２１は、上記各実施形態と同じ要領で操舵トルクＴに基づいた摩擦補償演算値Ｆｏを演算して乗算部１２２に入力する。摩擦補償演算値Ｆｏは乗算部１２２で操舵トルク感応ゲインＧｔと乗算され、その乗算結果Ｆｏ^＊が乗算部１２３に入力され、乗算部１２３でモータ角速度感応ゲインＧωと乗算結果Ｆｏ^＊が乗算され、その乗算結果Ｆｏ^＊＊が乗算部１２４で電流制御値感応ゲインＧｅと乗算され、更にその乗算結果Ｆｏ^＊＊＊が乗算部１２５で車速感応ゲインＧｖと乗算され、その乗算結果が摩擦補償値Ｆｃとして出力される。摩擦補償値Ｆｃは、補償部１１０で演算された補償値Ｃｍと共に加算部１０３に入力されて電流指令値Ｉｒｅｆ２が補正される。

なお、乗算部１２２〜１２４での操舵トルク感応ゲインＧｔ、モータ角速度感応ゲインＧω、電流制御値感応ゲインＧｅ、車速感応ゲインＧｖの乗算の順番は任意である。

操舵トルク感応ゲインＧｔは、操舵トルクＴが小さいときは大きな値であり、操舵トルクＴが大きくなるに従って小さくなるように変化し、遂には０となる特性となっている。操舵トルクＴと操舵トルク感応ゲインＧｔとの関係は例えば図１２に示すようになっており、操舵トルク感応ゲインＧｔは操舵トルクＴが０のとき所定値Ｇｔ０であり、操舵トルクＴが０より大きくなるに従って単調に減少し、操舵トルクＴが所定操舵トルクＴ０のときに０になる。減少特性は線形であっても、非線形であっても良い。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、摩擦補償部１２０〜１２０Ｃがそれぞれゲイン演算部１３０〜１３０Ｃを具備しないで、摩擦補償値演算部１２１が演算する摩擦補償演算値Ｆｏを摩擦補償値Ｆｃとする構成にしても良い。また、ゲイン演算部１３０〜１３０Ｃが、車速感応ゲイン演算部１３１、モータ角速度感応ゲイン演算部１３２、電流制御値感応ゲイン演算部１３３、操舵トルク感応ゲイン演算部１３４の内、任意の少なくとも１つを具備する構成であっても良い。

本発明の係る電動パワーステアリング装置において、摩擦補償演算値Ｆｏに、車速感応ゲインＧｖ、及び／又はモータ角速度感応ゲインＧω、及び／又は電流制御値感応ゲインＧｅ、及び／又は操舵トルク感応ゲインＧｔを乗算することには以下の効果がある。車速Ｖが大きい、及び／又はモータ角速度ωが大きい、及び／又は操舵トルクＴが大きいときには、摩擦補償演算値Ｆｏに乗算する各ゲインの値を小さくして、摩擦補償値Ｆｃを小さくし、操舵が軽くなり過ぎてステアクイックになり過ぎないようにする。車速Ｖが小さい、及び／又はモータ角速度ωが小さい、及び／又は電流制御値Ｅが小さい、及び／又は操舵トルクＴが小さいときには、摩擦補償演算値Ｆｏに乗算する各ゲインの値を適度な値として摩擦補償値Ｆｃを演算することによって、ステア特性（車両挙動）を滑らかにする。

ここにおいて、最近ステアリング機構の組み立て上の問題、車両走行時に発生する軸方向の変位や振動を吸収するなどの目的のために、ステアリング機構のコラム軸の中間部に伸縮軸（中間シャフト）を配設した中間シャフト機構が用いられる。図１３はこのような中間シャフトを備えたステアリング機構の外観を図１に対応させて示しており、トルクセンサや減速ギア等を備えた駆動機構部３０にはモータ２０が設けられており、コラム軸の中間部のユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂの間に、伸縮可能な中間シャフト４が配設されている。

中間シャフト４の詳細は例えば図１４に示す構造になっている。即ち、中間シャフト４は、端部にユニバーサルジョイント４ｂを構成するヨーク４ｂ−１が溶接接合されたアウタチューブ４１と、端部にユニバーサルジョイント４ａを構成するヨーク４ａ−１が溶接接合されたインナシャフト４２とで構成されている。アウタチューブ４１の内周面には雌スプライン４３が形成される一方、インナシャフト４２の先端部４４の外周面には雌スプライン４３に嵌合する雄スプライン４５が形成されている。尚、ユニバーサルジョイント４ｂは、ヨーク４ｂ−１と、ジョイントヨーク４ｂ−２と、スパイダ４ｂ−３とを主要構成部材としている。また、雌スプライン４３の表面、雄スプライン４５の表面の少なくとも一方に、ＰＴＦＥ（四弗化エチレン樹脂）やポリアミド系樹脂の低摩擦の樹脂が層設されている。

このような中間シャフト４を備えたステアリング機構では、通常図１５の実線に示すような不感帯（ガタ）を有し、操舵感を悪くしてしまう。そのため、操舵感を良くするためには中間シャフトの剛性が高いものが要求され、図１５の破線で示すような不感帯のない（若しくは小さい）特性にする必要がある。中間シャフト４の剛性が高いと、ステアリング系の摩擦を伝達し易くなるので、摩擦感を感じ易くなる。不感帯は主に、中間シャフト４の両端部のユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂと、アウタチューブ４１及びインナシャフト４２の嵌合部とで生じる。

ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂは、例えば特開２００３−９７５９２号公報で示されるようにヨークの軸受孔に、ニードル軸受を介してスパイダ軸部を揺動自在に嵌合した十字軸継手で構成されており、ニードル軸受とスパイダ軸部がシメシロ嵌合されている。このため、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂに生じる不感帯を減少させるには、ニードル軸受とスパイダ軸部とのシメシロ嵌合を強くすることによって可能である。また、アウタチューブ４１及びインナシャフト４２の嵌合部に生じる不感帯は、アウタチューブ４１及びインナシャフト４２の間の寸法差を小さくするか、或いはアウタチューブ４１、インナシャフト４２の表面にＰＴＦＥやポリアミド系の樹脂をコーティングすることによって実現できる。

また、アウタチューブ４１とインナシャフト４２をシメシロ嵌合とし、嵌合状態で加熱し、樹脂を軟化させてアウタチューブ４１になじませることで、軽く伸縮することと、不感帯を小さくすることとを両立させることができる。なお、不感帯を減少させることが可能ならば、樹脂の層設はなくても良く、ボールやバネを用いた中間シャフトでも良い。

このように中間シャフト４に生じる不感帯をなくす若しくは小さくすることによって、摩擦補償の効果を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

２０ モータ
２１ モータ電流検出手段
２２ 回転センサ
２３ モータ角速度演算部
２４ モータ角加速度演算部
１０１ 電流指令値演算部
１０２ 位相補償部
１０４ 最大電流値制限部
１０６ ＰＩ制御部
１０７ ＰＷＭ制御部
１０８ インバータ
１１０ トルク補償部
１１１ ＳＡＴ推定部
１１２ 微分補償部
１１３ 収れん性制御部
１１４ 慣性補償部
１２０、１２０A、１２０B、１２９C 摩擦補償部
１２１ 摩擦補償値演算部
１２２〜１２５ 乗算部
１３０、１３０A、１３０B、１３０C ゲイン演算部
１３１ 車速感応ゲイン演算部
１３２ モータ角速度感応ゲイン演算部
１３３ 電流制御値感応ゲイン演算部
１３４ 操舵トルク感応ゲイン演算部

Claims (16)

1. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいて演算された電流制御値によってステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクに基づいて前記ステアリング機構に対する摩擦の補償をするための摩擦補償値を演算する摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記摩擦補償値で補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ステアリング機構が伸縮可能な中間シャフトを備えている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記中間シャフトの嵌合部に樹脂が層設されている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記摩擦補償部は、前記操舵トルクに基づいて一定の範囲を有する操舵トルク目標値範囲を設定し、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償値を演算する請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記操舵トルク目標値範囲は、前記中間値の周りの小さい範囲１と、前記範囲１の周りの大きい範囲２とから成り、前記摩擦補償部は、前記操舵トルクが前記範囲１の内側にあるとき前記摩擦補償値を０とし、前記操舵トルクが前記範囲１の外側で且つ前記範囲２の内側にあるとき、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償値を演算し、前記操舵トルクが前記範囲１及び前記範囲２の外側にあるとき、前記操舵トルクが前記操舵トルク目標値範囲の内側になるように、前記中間値を更新して前記操舵トルク目標値範囲を改めて設定するようになっている請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記摩擦補償部は、前記操舵トルクに応じた摩擦補償演算値を演算する摩擦補償値演算部と、前記摩擦補償演算値に乗算する少なくとも１つのゲインを演算するゲイン演算部とを具備し、前記摩擦補償演算値に前記少なくとも１つのゲインを乗算して前記摩擦補償値とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記摩擦補償値演算部は、前記操舵トルクに基づいて一定の範囲を有する操舵トルク目標値範囲を設定し、前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償演算値を演算する請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記操舵トルク目標値範囲は、前記中間値の周りの小さい範囲１と、前記範囲１の周りの大きい範囲２とから成り、前記摩擦補償値演算部は、前記操舵トルクが前記範囲１の内側にあるとき前記摩擦補償演算値を０とし、前記操舵トルクが前記範囲１の外側で且つ前記範囲２の内側にあるとき前記操舵トルクと前記操舵トルク目標値範囲の中間値との差に応じて前記摩擦補償演算値を演算し、前記操舵トルクが前記範囲１及び前記範囲２の外側にあるとき、前記操舵トルクが前記操舵トルク目標値範囲の内側になるように、前記中間値を更新して前記操舵トルク目標値範囲を改めて設定するようになっている請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ゲイン演算部は、車速に応じて決まる車速感応ゲインを演算する車速感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記車速感応ゲインである請求項６乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記車速感応ゲインは、前記車速の値に応じて設定できる請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記ゲイン演算部は、モータ角速度に応じて決まるモータ角速度感応ゲインを演算するモータ角速度感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記モータ角速度感応ゲインである請求項６乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記モータ角速度感応ゲインは、前記モータ角速度の値と方向に応じて設定できる請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記ゲイン演算部は、前記電流制御値に応じて決まる電流制御値感応ゲインを演算する電流制御値感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記電流制御値感応ゲインである請求項６乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記電流制御値感応ゲインは、前記電流制御値の値と方向に応じて設定できる請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記ゲイン演算部は、前記操舵トルクに応じて決まる操舵トルク感応ゲインを演算する操舵トルク感応ゲイン演算部を具備し、前記ゲインの１つが前記操舵トルク感応ゲインである請求項６乃至１４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
16. 前記操舵トルク感応ゲインは、前記操舵トルクの値と方向に応じて設定できる請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。

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