JPWO2016021526A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

［課題］オンセンタ付近の静止摩擦違和感を軽減するため、主に操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域での操舵補助電流を増やすことで、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させる。［解決手段］本発明は、少なくとも操舵トルク（Ｔｈ）に基づいて演算された電流指令値（Ｉｒｅｆ）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（２０）を駆動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（Ｔｈ）及び車速（Ｖｅｌ）に基づいてステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値（ＳＣＣ）を演算する静止摩擦補償部（４０）を具備し、電流指令値（Ｉｒｅｆ）を静止摩擦補償指令値（ＳＣＣ）で補正する。

Description

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によりモータを駆動制御し、車両のステアリング機構にモータによる操舵補助力を減速機構を介して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、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域に起きる、ステアリング機構に存在する静止摩擦（以下、「ステアリング機構の静止摩擦」又は「静止摩擦」とも言う。）に起因する非線形違和感（非線形操舵感）を抑制しつつ、オンセンタ付近での操舵感（以下、「オンセンタ感」とも言う。）を向上させ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機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与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構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操舵補助力を付与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（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルク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、操舵補助指令値（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）制御のデューティ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、ハンドル軸）２は減速機構の減速ギア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、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、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及び操舵角θを検出する舵角センサ１４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が減速機構の減速ギア（ギア比ｎ）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（ＥＣＵ）３０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３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌ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圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良い。
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）５０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ５０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ５０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ５１も接続されている。
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）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３０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Ｔｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御（比例積分制御）部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ回路３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
上述したように、このような電動パワーステアリング装置は、運転者によって入力された操舵トルクや車速に応じて演算された電流指令値に基づいてモータを駆動制御し、モータによって減速機構を介してステアリング機構に対して操舵補助力を付加するようになっている。このモータ自体の摩擦、減速機構の摩擦やサスペンションの摩擦などによってステアリング機構には静止摩擦が存在するので、電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構の静止摩擦の影響を大きく受ける。
従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構の静止摩擦が考慮されていないため、この静止摩擦の影響で、例えば、操舵し始めるときに引っ掛かり感などが生じ、オンセンタ付近（ステアリングの中立付近）での操舵感（即ち、オンセンタ感）が悪化するという問題点があった。
このような問題点を解決するために、例えば、特許第３４８１４６８号公報（特許文献１）に示されるように、ステアリング系の静止摩擦を推定し、推定した静止摩擦を補償することにより、操舵フィーリングを改善することを目的とする電動パワーステアリング装置、また、特許第４８５２９７５号公報（特許文献２）に示されるように、ハンドルのオンセンタ感を向上させるため、機械的ないし電磁的なロストルクを補償するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている。
特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、静止摩擦演算手段により、トルクセンサからの操舵トルクからステアリング系の静止摩擦推定値を演算するようになっており、具体的には、「ステアリングホイール（ハンドル）が殆ど動かない程度の操舵角度であっても、ステアリング系の静止摩擦が大きい場合に、操舵トルクが増加するようになり、また、静止摩擦の影響で操舵トルクが増加する場合に、モータが回転し始め、操舵角度が変化し始めた後に比べて、操舵トルクの変化が急峻である」という事実（現象）に着目し、この操舵トルク検出値が急峻な変化を示す部分の操舵トルク検出値を抽出することで、運転者が操舵し始めるときの静止摩擦による操舵トルクの増加を検出し、ステアリング系の静止摩擦を推定するようにしている。
また、特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、摩擦補償算出部からの摩擦補償値である摩擦弱め界磁電流を算出し、弱め界磁電流を磁界の強さを制御するｄ軸電流指令値に加算するようになっており、どちらかと言えば、モータの構造に基づく摩擦損失及び電磁的な要因に基づく損失に対するロストルクを補償する構成となっている。
特許第３４８１４６８号公報 特許第４８５２９７５号公報
ところで、従来の電動パワーステアリング装置において、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域では、トルクセンサのオフセット誤差等を考慮したアシスト特性の影響などにより、十分なアシスト電流（操舵補助電流）を流すことができない。このため、電動パワーステアリング装置のステアリング機構の持つ静止摩擦の影響を大きく受けてしまい、特に、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に静止摩擦感（固着感など）として、運転者が非線形違和感を感じてしまう問題がある。
操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク未満の場合に、例えば、減速機構の静止摩擦トルクが０.７Ｎｍ程度で、操舵トルクが約０.７Ｎｍ未満の場合に、ハンドル側のみが動き、減速機構側は静止摩擦により動かずに静止したままである。この状態では、当然、車両も応答しない。しかし、操舵トルクが静止摩擦トルクを超え始めると（例えば、操舵トルクが約０.７Ｎｍを超え始めると）、減速機構側も動き始めるため、車両も応答し始めるが、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクになったところ（例えば、操舵トルク約０.７Ｎｍ付近）を境に減速機構側が動く／動かないという境界を持つことになるため、車両が急激に応答したりしなかったりの車両挙動となり、非線形操舵感となってしまう問題が発生する。なお、静止摩擦トルクは車両の条件や外部環境により変わるものであり、０.７Ｎｍに限定されるものではない。
また、上述した特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、操舵トルク検出値の急峻な変化を抽出することで、ステアリング系の静止摩擦を推定できるが、静止摩擦推定値の正確性や、ステアリングホイール（ハンドル）の速い操舵速度領域での違和感（抜け感）は改善しきれないといった問題がある。
そして、上述した特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に静止摩擦感（固着感など）として、運転者が非線形違和感を感じてしまう問題がある。
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、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクと釣り合う付近において車両挙動が急変することを軽減するため（即ち、オンセンタ付近の摩擦感、特に、オンセンタ付近の静止摩擦違和感を軽減するため）、主に操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域での操舵補助電流を増やすことで、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させるようにした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演算された電流指令値によって、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを駆動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、前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令値で補正することにより達成される。
また、本発明の上記目的は、前記静止摩擦補償部は、前記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部と、前記操舵トルクに基づいて操舵トルク変化率を抽出する操舵トルク変化率抽出部とを具備し、前記車速感応ゲイン部で演算された前記車速感応ゲインを前記操舵トルク変化率抽出部で抽出された前記操舵トルク変化率に乗算して前記静止摩擦補償指令値とすることにより、或いは、前記操舵トルク変化率抽出部は、前記操舵トルクを加重平均することで加重平均した操舵トルクを求め、前記操舵トルクと求めた前記加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した前記差分を前記操舵トルク変化率とすることにより、或いは、前記車速感応ゲイン部では、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できるように、前記車速に応じて前記車速感応ゲインを設定することにより、或いは、前記操舵トルク変化率抽出部では、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配を選択できるように、加重平均の割合をチューニングすることにより、或いは、前記操舵トルクはオンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクであることにより、或いは、前記操舵トルクは減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属することにより、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れば、静止摩擦補償部４０に、加重平均割合をチューニングできるようにした操舵トルク変化率抽出部４１と、車速に応じたゲイン（車速感応ゲインＧｖ）を設定できるようにした車速感応ゲイン部４２とを設けるようにしているので、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配（周波数）を選択できると共に、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できる。
本発明によれば、従来のオンセンタ応答性改善部が抱えていたような違和感（即ち、オンセンタ付近の静止摩擦違和感）を抑制しつつ、オンセンタ感を改善できるようにした。
さらに、本発明によれば、モータの回転が停止状態で微小な操舵トルク入力を検出した時点から、静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣが出力され始めていることにより、操舵の切り返し時に見かけ上の摩擦が減ったような効果が得られる。また、本発明によれば、切り返し時だけでなく、切り出し時でも、同様な効果が得られる。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る操舵トルク変化率抽出部の入力信号及び出力信号の波形例を示すグラフである。 本発明に係る操舵トルク変化率抽出部において、異なる加重平均割合（即ち、加重平均割合ｗａ１、ｗａ２、ｗａ４、ｗａ８及びｗａ１６）による出力信号の波形例を示すグラフである。 図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す出力信号の波形例を重ねて得たグラフである。 本発明に係る車速感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。
本発明は、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域に起きる、ステアリング機構の静止摩擦に起因する非線形操舵感（以下、「オンセンタ付近の静止摩擦違和感」とも言う。）を抑制しつつ、オンセンタ感を向上させるようにした電動パワーステアリング装置に関する。
即ち、本発明では、本発明の課題として挙げている「オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に発生する静止摩擦感」、即ち、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクと釣り合う付近において車両挙動が急変することを軽減するために、主に操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域（オンセンタ付近の微小操舵トルク領域）において、操舵トルク及び車速に基づいて静止摩擦補償部によって演算された静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣで、操舵補助の電流指令値を補正することによって、静止摩擦の補償を行い、補正された電流指令値でモータを駆動するようにしているので、静止摩擦補償が考慮されていない従来の電動パワーステアリング装置で得られた操舵補助電流を増やして得られた十分な操舵補助電流をモータに流すことが可能になり、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させるようにしている。
以下に、図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。
図３は本発明の構成例を図２に対応させて示しており、本発明では、静止摩擦補償部４０を新たに付加し、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて、静止摩擦補償部４０で演算された静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを加算部３２Ｃに加算入力して電流指令値Ｉｒｅｆ１を補正し、静止摩擦を補償している。即ち、本発明では、加算部３２Ｃに電流指令値Ｉｒｅｆ１及び補償信号ＣＭを加算入力すると共に、静止摩擦補償部４０で演算された静止摩擦補償指令値ＳＣＣを加算部３２Ｃに加算入力し、前述した電流指令値Ｉｒｅｆ１を補正して電流指令値Ｉｒｅｆ２を求めている。電流指令値Ｉｒｅｆ２以降の動作は、前述の図２の場合と全く同様である。
なお、本発明では、補償信号生成部３４による補償信号ＣＭによる補償は必須のものではない。
静止摩擦補償部４０は、操舵トルク変化率を抽出するための操舵トルク変化率抽出部４１と、車速感応ゲインを算出するための車速感応ゲイン部４２と、乗算部４４とで構成されており、操舵トルク及び車速に基づいて、静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを演算するようになっている。
本発明で言う操舵トルク変化率は、操舵トルクＴｈの微分成分又は操舵トルクＴｈの微分値に相当しており、以下、操舵トルク変化率を単に「操舵トルクの微分」とも言う。また、乗算部４４は、操舵トルク変化率抽出部４１から出力された操舵トルク変化率と、車速感応ゲイン部４２から出力された車速感応ゲインＧｖを乗算して得られた静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを加算部３２Ｃに出力する。
操舵トルク変化率抽出部４１では、操舵トルクＴｈを入力し、入力した操舵トルクＴｈを加重平均することで操舵トルクの加重平均値（以下、「加重平均した操舵トルク」とも言う。）を求め、入力した操舵トルクＴｈと求めた加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した差分を操舵トルク変化率として乗算部４４に出力するようになっている。本発明の操舵トルク変化率抽出部４１によれば、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク信号（操舵トルクＴｈ）から、任意の操舵トルク変化率（操舵トルクの微小な変化でも）を効率よく抽出できる。
なお、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１では、操舵トルクＴｈに対して行う加重平均処理の代わりに、入力した操舵トルクＴｈをローパスフィルタ処理するようにしても良い。この場合は、入力した操舵トルクＴｈとローパスフィルタ処理後の操舵トルクとの差分を算出し、算出した当該差分を操舵トルク変化率として乗算部４４に出力するようにする。
図４には、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）、加重平均した操舵トルク、出力信号（操舵トルク変化率、即ち、本発明で用いる微分）、及び、本発明で用いる微分との比較用に示してある従来の近似微分（即ち、従来の１サンプル差分）の波形例を示してある。
図４から分かるように、従来の近似微分（従来の１サンプル差分）に比べ、本発明は応答性が劣るが、大よそ入力した操舵トルクＴｈの変化のみを抽出できている。このため、従来の近似微分に比べ、本発明は操舵の応答性を上げつつ、応答性が高すぎる事の背反が出難くなっている。
本発明では、加重平均の割合（即ち、信号の応答性、以下、「加重平均割合」とも言う。）をチューニング可能とすることで、車両やコラム軸の特性に合わせて、操舵トルク変化率抽出部４１によって抽出したい操舵トルク変化率の勾配（周波数）を選択できるようにしている。
図５は、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１において、入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）を異なる加重平均割合（加重平均割合ｗａ１、ｗａ２、ｗａ４、ｗａ８及びｗａ１６）で加重平均する場合の出力信号（出力される操舵トルク変化率、即ち、本発明で用いる微分）の波形例を示すグラフである。また、図６は、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す出力信号の波形例を重ねて得たグラフである。ちなみに、加重平均割合の大きさの順番は、ｗａ１＜ｗａ２＜ｗａ４＜ｗａ８＜ｗａ１６となっている。
図５及び図６から分かるように、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１では、加重平均割合を小さくするほど、操舵トルク変化率抽出部４１の出力信号が従来の近似微分に近づき、また、加重平均割合を大きくするほど、操舵トルク変化率抽出部４１の出力信号が操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）に近づくようになる。これは、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）に任意のカットオフ周波数のハイパスフィルタを適用したこと、もしくは、従来の近似微分の信号に任意のカットオフ周波数のローパスフィルタを適用したことに類似する。
また、本発明では、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）は、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクであることが好ましい。また、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）は、減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属することが好ましい。
なお、本発明では、操舵トルク変化率抽出部４１によって抽出される操舵トルク変化率（本発明で用いる微分）の高周波の位相は、従来の近似微分のようには進まないため、制御の安定性を確保する目的には、本発明を使用することができない。制御の安定性を確保することも目的の一つである場合に、例えば、本発明の静止摩擦補償部４０に更に、必要最小限のセンタ応答性ゲインを設定することにより、安定要素を別途確保又は設けさえすれば、本発明を制御の安定性を確保する目的に使用できるようになる。
車速感応ゲイン部４２では、車速Ｖｅｌを入力し、入力した車速Ｖｅｌに基づいて、例えば図７に示すような特性を用いて、車速感応ゲインＧｖを算出し、算出した車速感応ゲインＧｖを乗算部４４に出力するようになっている。このように、本発明の車速感応ゲイン部４２は、車速Ｖｅｌから車速感応ゲインＧｖを算出するようにしているので、車速違いによる操舵感の変化を吸収できる。なお、本発明では、車速感応ゲイン部４２で用いる特性は、図７の特性に限定されるものではなく、例えば、線形減少の特性を用いても良い。
本発明の目的はオンセンタ付近の摩擦感、特に静止摩擦違和感の低減であり、また、車速と摩擦は無関係のため、本来であれば、本発明にとって、車速による車速感応ゲインは不要である。
しかし、減速機構の摩擦は製品のバラつきや個体差、温度変化などにより変動するものであるため、製造された全ての製品において、摩擦のみを補償することは不可能である。また、オンセンタ付近のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）は、車速などにより大きく変化する。
このため、上述したように、本発明では、静止摩擦補償部４０に車速感応ゲイン部４２を設けることによって、車速に応じたゲイン（車速感応ゲインＧｖ）を設定できるようにし、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整可能としている。
このような構成において、本発明の動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、操舵トルクＴｈを入力し（ステップＳ１）、車速Ｖｅｌを入力し（ステップＳ２）、電流指令値演算部３１で電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する（ステップＳ３）。
次に、静止摩擦補償部４０では、操舵トルク変化率抽出部４１によって操舵トルクＴｈを加重平均するようにし（ステップＳ１０）、操舵トルクＴｈ（現在の操舵トルクＴｈ）と加重平均した操舵トルクとの差分を操舵トルク変化率として算出し（ステップＳ１１）、また、車速感応ゲイン部４２によって、車速Ｖｅｌに応じて車速感応ゲインＧｖを算出し（ステップＳ１２）、更に、乗算部４４によって、操舵トルク変化率抽出部４１で算出された操舵トルク変化率と、車速感応ゲイン部４２で算出された車速感応ゲインＧｖを乗算して得られた静止摩擦補償指令値ＳＣＣを加算部３２Ｃに出力する（ステップＳ１３）。
更に、補償信号生成部３４では、前述したように、収れん性３４１、慣性３４２及びＳＡＴ３４３に基づく補償信号ＣＭを生成して出力する（ステップＳ２０）。
なお、本発明では、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌを入力してから（ステップＳ１〜Ｓ２）、電流指令値Ｉｒｅｆ１の演算（ステップＳ３）、静止摩擦補償指令値ＳＣＣの演算（ステップＳ１０〜Ｓ１３）、補償信号ＣＭの生成（ステップＳ２０）の順番は適宜変更可能である。
上述のようにして求められた電流指令値Ｉｒｅｆ１、静止摩擦補償指令値ＳＣＣ及び補償信号ＣＭは、加算部３２Ｃに入力されて加算処理され、電流指令値Ｉｒｅｆ２を生成する（ステップＳ３０）。電流指令値Ｉｒｅｆ２は前述のように電流制限部３３で制限された後に電流制御され（ステップＳ３１）、モータ２０が駆動制御される（ステップＳ３２）。
１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３７ インバータ回路
４０ 静止摩擦補償部
４１ 操舵トルク変化率抽出部
４２ 車速感応ゲイン部
４４ 乗算部
５０ ＣＡＮ
【０００６】
の静止摩擦トルク以下のトルク領域での操舵補助電流を増やすことで、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００１９］
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によって、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを駆動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、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクである前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令値で補正することにより、或いは、減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属する前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令値で補正することにより達成される。
［００２０］
また、本発明の上記目的は、前記静止摩擦補償部は、前記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部と、前記操舵トルクに基づいて操舵トルク変化率を抽出する操舵トルク変化率抽出部とを具備し、前記車速感応ゲイン部で演算された前記車速感応ゲインを前記操舵トルク変化率抽出部で抽出された前記操舵トルク変化率に乗算して前記静止摩擦補償指令値とすることにより、或いは、前記操舵トルク変化率抽出部は、前記操舵トルクを加重平均することで加重平均した操舵トルクを求め、前記操舵トルクと求めた前記加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した前記差分を前記操舵トルク変化率とすることにより、或いは、前記操舵トルク変化率抽出部では、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配を選択できるように、加重平均の割合をチューニングすることにより、或いは、前記車速感応ゲイン部では、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できるように、前記車速に応じて前記車速感応ゲインを設定することにより、より効果的に達成される。
発明の効果
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によりモータを駆動制御し、車両のステアリング機構にモータによる操舵補助力を減速機構を介して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、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域に起きる、ステアリング機構に存在する静止摩擦（以下、「ステアリング機構の静止摩擦」又は「静止摩擦」とも言う。）に起因する非線形違和感（非線形操舵感）を抑制しつつ、オンセンタ付近での操舵感（以下、「オンセンタ感」とも言う。）を向上させ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機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与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構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操舵補助力を付与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（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルク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、操舵補助指令値（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）制御のデューティ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、ハンドル軸）２は減速機構の減速ギア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、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、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及び操舵角θを検出する舵角センサ１４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が減速機構の減速ギア（ギア比ｎ）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（ＥＣＵ）３０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３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌ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圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良い。
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller
Area Network）５０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ５０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ５０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ５１も接続されている。
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）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３０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Ｔｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御（比例積分制御）部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ回路３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ回路３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
上述したように、このような電動パワーステアリング装置は、運転者によって入力された操舵トルクや車速に応じて演算された電流指令値に基づいてモータを駆動制御し、モータによって減速機構を介してステアリング機構に対して操舵補助力を付加するようになっている。このモータ自体の摩擦、減速機構の摩擦やサスペンションの摩擦などによってステアリング機構には静止摩擦が存在するので、電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構の静止摩擦の影響を大きく受ける。
従来の電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構の静止摩擦が考慮されていないため、この静止摩擦の影響で、例えば、操舵し始めるときに引っ掛かり感などが生じ、オンセンタ付近（ステアリングの中立付近）での操舵感（即ち、オンセンタ感）が悪化するという問題点があった。
このような問題点を解決するために、例えば、特許第３４８１４６８号公報（特許文献１）に示されるように、ステアリング系の静止摩擦を推定し、推定した静止摩擦を補償することにより、操舵フィーリングを改善することを目的とする電動パワーステアリング装置、また、特許第４８５２９７５号公報（特許文献２）に示されるように、ハンドルのオンセンタ感を向上させるため、機械的ないし電磁的なロストルクを補償するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている。
特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、静止摩擦演算手段により、トルクセンサからの操舵トルクからステアリング系の静止摩擦推定値を演算するようになっており、具体的には、「ステアリングホイール（ハンドル）が殆ど動かない程度の操舵角度であっても、ステアリング系の静止摩擦が大きい場合に、操舵トルクが増加するようになり、また、静止摩擦の影響で操舵トルクが増加する場合に、モータが回転し始め、操舵角度が変化し始めた後に比べて、操舵トルクの変化が急峻である」という事実（現象）に着目し、この操舵トルク検出値が急峻な変化を示す部分の操舵トルク検出値を抽出することで、運転者が操舵し始めるときの静止摩擦による操舵トルクの増加を検出し、ステアリング系の静止摩擦を推定するようにしている。
また、特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、摩擦補償算出部からの摩擦補償値である摩擦弱め界磁電流を算出し、弱め界磁電流を磁界の強さを制御するｄ軸電流指令値に加算するようになっており、どちらかと言えば、モータの構造に基づく摩擦損失及び電磁的な要因に基づく損失に対するロストルクを補償する構成となっている。
特許第３４８１４６８号公報 特許第４８５２９７５号公報
ところで、従来の電動パワーステアリング装置において、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域では、トルクセンサのオフセット誤差等を考慮したアシスト特性の影響などにより、十分なアシスト電流（操舵補助電流）を流すことができない。このため、電動パワーステアリング装置のステアリング機構の持つ静止摩擦の影響を大きく受けてしまい、特に、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に静止摩擦感（固着感など）として、運転者が非線形違和感を感じてしまう問題がある。
操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク未満の場合に、例えば、減速機構の静止摩擦トルクが０.７Ｎｍ程度で、操舵トルクが約０.７Ｎｍ未満の場合に、ハンドル側のみが動き、減速機構側は静止摩擦により動かずに静止したままである。この状態では、当然、車両も応答しない。しかし、操舵トルクが静止摩擦トルクを超え始めると（例えば、操舵トルクが約０.７Ｎｍを超え始めると）、減速機構側も動き始めるため、車両も応答し始めるが、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクになったところ（例えば、操舵トルク約０.７Ｎｍ付近）を境に減速機構側が動く／動かないという境界を持つことになるため、車両が急激に応答したりしなかったりの車両挙動となり、非線形操舵感となってしまう問題が発生する。なお、静止摩擦トルクは車両の条件や外部環境により変わるものであり、０.７Ｎｍに限定されるものではない。
また、上述した特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、操舵トルク検出値の急峻な変化を抽出することで、ステアリング系の静止摩擦を推定できるが、静止摩擦推定値の正確性や、ステアリングホイール（ハンドル）の速い操舵速度領域での違和感（抜け感）は改善しきれないといった問題がある。
そして、上述した特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に静止摩擦感（固着感など）として、運転者が非線形違和感を感じてしまう問題がある。
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、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクと釣り合う付近において車両挙動が急変することを軽減するため（即ち、オンセンタ付近の摩擦感、特に、オンセンタ付近の静止摩擦違和感を軽減するため）、主に操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域での操舵補助電流を増やすことで、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させるようにした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演算された電流指令値によって、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを駆動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、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクである前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令値で補正し、前記静止摩擦補償部は、前記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部と、前記操舵トルクに基づいて操舵トルク変化率を抽出する操舵トルク変化率抽出部とを具備し、前記車速感応ゲイン部で演算された前記車速感応ゲインを前記操舵トルク変化率抽出部で抽出された前記操舵トルク変化率に乗算して前記静止摩擦補償指令値とし、前記操舵トルク変化率抽出部は、前記操舵トルクを加重平均することで加重平均した操舵トルクを求め、前記操舵トルクと求めた前記加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した前記差分を前記操舵トルク変化率とすることにより、或いは、減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属する前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令値で補正し、前記静止摩擦補償部は、前記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部と、前記操舵トルクに基づいて操舵トルク変化率を抽出する操舵トルク変化率抽出部とを具備し、前記車速感応ゲイン部で演算された前記車速感応ゲインを前記操舵トルク変化率抽出部で抽出された前記操舵トルク変化率に乗算して前記静止摩擦補償指令値とし、前記操舵トルク変化率抽出部は、前記操舵トルクを加重平均することで加重平均した操舵トルクを求め、前記操舵トルクと求めた前記加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した前記差分を前記操舵トルク変化率とすることにより達成される。
また、本発明の上記目的は、前記操舵トルク変化率抽出部では、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配を選択できるように、加重平均の割合をチューニングすることにより、或いは、前記車速感応ゲイン部では、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できるように、前記車速に応じて前記車速感応ゲインを設定することにより、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れば、静止摩擦補償部４０に、加重平均割合をチューニングできるようにした操舵トルク変化率抽出部４１と、車速に応じたゲイン（車速感応ゲインＧｖ）を設定できるようにした車速感応ゲイン部４２とを設けるようにしているので、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配（周波数）を選択できると共に、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できる。
本発明によれば、従来のオンセンタ応答性改善部が抱えていたような違和感（即ち、オンセンタ付近の静止摩擦違和感）を抑制しつつ、オンセンタ感を改善できるようにした。
さらに、本発明によれば、モータの回転が停止状態で微小な操舵トルク入力を検出した時点から、静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣが出力され始めていることにより、操舵の切り返し時に見かけ上の摩擦が減ったような効果が得られる。また、本発明によれば、切り返し時だけでなく、切り出し時でも、同様な効果が得られる。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る操舵トルク変化率抽出部の入力信号及び出力信号の波形例を示すグラフである。 本発明に係る操舵トルク変化率抽出部において、異なる加重平均割合（即ち、加重平均割合ｗａ１、ｗａ２、ｗａ４、ｗａ８及びｗａ１６）による出力信号の波形例を示すグラフである。 図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す出力信号の波形例を重ねて得たグラフである。 本発明に係る車速感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。
本発明は、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域に起きる、ステアリング機構の静止摩擦に起因する非線形操舵感（以下、「オンセンタ付近の静止摩擦違和感」とも言う。）を抑制しつつ、オンセンタ感を向上させるようにした電動パワーステアリング装置に関する。
即ち、本発明では、本発明の課題として挙げている「オンセンタ付近の微小操舵トルク領域での操舵開始時及び反転時の瞬間に発生する静止摩擦感」、即ち、操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルクと釣り合う付近において車両挙動が急変することを軽減するために、主に操舵トルクが減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域（オンセンタ付近の微小操舵トルク領域）において、操舵トルク及び車速に基づいて静止摩擦補償部によって演算された静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣで、操舵補助の電流指令値を補正することによって、静止摩擦の補償を行い、補正された電流指令値でモータを駆動するようにしているので、静止摩擦補償が考慮されていない従来の電動パワーステアリング装置で得られた操舵補助電流を増やして得られた十分な操舵補助電流をモータに流すことが可能になり、車両応答（減速機構側の動き）を改善しつつ、オンセンタ感を向上させるようにしている。
以下に、図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。
図３は本発明の構成例を図２に対応させて示しており、本発明では、静止摩擦補償部４０を新たに付加し、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて、静止摩擦補償部４０で演算された静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを加算部３２Ｃに加算入力して電流指令値Ｉｒｅｆ１を補正し、静止摩擦を補償している。即ち、本発明では、加算部３２Ｃに電流指令値Ｉｒｅｆ１及び補償信号ＣＭを加算入力すると共に、静止摩擦補償部４０で演算された静止摩擦補償指令値ＳＣＣを加算部３２Ｃに加算入力し、前述した電流指令値Ｉｒｅｆ１を補正して電流指令値Ｉｒｅｆ２を求めている。電流指令値Ｉｒｅｆ２以降の動作は、前述の図２の場合と全く同様である。
なお、本発明では、補償信号生成部３４による補償信号ＣＭによる補償は必須のものではない。
静止摩擦補償部４０は、操舵トルク変化率を抽出するための操舵トルク変化率抽出部４１と、車速感応ゲインを算出するための車速感応ゲイン部４２と、乗算部４４とで構成されており、操舵トルク及び車速に基づいて、静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを演算するようになっている。
本発明で言う操舵トルク変化率は、操舵トルクＴｈの微分成分又は操舵トルクＴｈの微分値に相当しており、以下、操舵トルク変化率を単に「操舵トルクの微分」とも言う。また、乗算部４４は、操舵トルク変化率抽出部４１から出力された操舵トルク変化率と、車速感応ゲイン部４２から出力された車速感応ゲインＧｖを乗算して得られた静止摩擦補償指令値（静止摩擦補償値）ＳＣＣを加算部３２Ｃに出力する。
操舵トルク変化率抽出部４１では、操舵トルクＴｈを入力し、入力した操舵トルクＴｈを加重平均することで操舵トルクの加重平均値（以下、「加重平均した操舵トルク」とも言う。）を求め、入力した操舵トルクＴｈと求めた加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した差分を操舵トルク変化率として乗算部４４に出力するようになっている。本発明の操舵トルク変化率抽出部４１によれば、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク信号（操舵トルクＴｈ）から、任意の操舵トルク変化率（操舵トルクの微小な変化でも）を効率よく抽出できる。
なお、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１では、操舵トルクＴｈに対して行う加重平均処理の代わりに、入力した操舵トルクＴｈをローパスフィルタ処理するようにしても良い。この場合は、入力した操舵トルクＴｈとローパスフィルタ処理後の操舵トルクとの差分を算出し、算出した当該差分を操舵トルク変化率として乗算部４４に出力するようにする。
図４には、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）、加重平均した操舵トルク、出力信号（操舵トルク変化率、即ち、本発明で用いる微分）、及び、本発明で用いる微分との比較用に示してある従来の近似微分（即ち、従来の１サンプル差分）の波形例を示してある。
図４から分かるように、従来の近似微分（従来の１サンプル差分）に比べ、本発明は応答性が劣るが、大よそ入力した操舵トルクＴｈの変化のみを抽出できている。このため、従来の近似微分に比べ、本発明は操舵の応答性を上げつつ、応答性が高すぎる事の背反が出難くなっている。
本発明では、加重平均の割合（即ち、信号の応答性、以下、「加重平均割合」とも言う。）をチューニング可能とすることで、車両やコラム軸の特性に合わせて、操舵トルク変化率抽出部４１によって抽出したい操舵トルク変化率の勾配（周波数）を選択できるようにしている。
図５は、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１において、入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）を異なる加重平均割合（加重平均割合ｗａ１、ｗａ２、ｗａ４、ｗａ８及びｗａ１６）で加重平均する場合の出力信号（出力される操舵トルク変化率、即ち、本発明で用いる微分）の波形例を示すグラフである。また、図６は、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す出力信号の波形例を重ねて得たグラフである。ちなみに、加重平均割合の大きさの順番は、ｗａ１＜ｗａ２＜ｗａ４＜ｗａ８＜ｗａ１６となっている。
図５及び図６から分かるように、本発明の操舵トルク変化率抽出部４１では、加重平均割合を小さくするほど、操舵トルク変化率抽出部４１の出力信号が従来の近似微分に近づき、また、加重平均割合を大きくするほど、操舵トルク変化率抽出部４１の出力信号が操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）に近づくようになる。これは、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（操舵トルクＴｈ）に任意のカットオフ周波数のハイパスフィルタを適用したこと、もしくは、従来の近似微分の信号に任意のカットオフ周波数のローパスフィルタを適用したことに類似する。
また、本発明では、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）は、オンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクであることが好ましい。また、操舵トルク変化率抽出部４１の入力信号（入力された操舵トルクＴｈ）は、減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属することが好ましい。
なお、本発明では、操舵トルク変化率抽出部４１によって抽出される操舵トルク変化率（本発明で用いる微分）の高周波の位相は、従来の近似微分のようには進まないため、制御の安定性を確保する目的には、本発明を使用することができない。制御の安定性を確保することも目的の一つである場合に、例えば、本発明の静止摩擦補償部４０に更に、必要最小限のセンタ応答性ゲインを設定することにより、安定要素を別途確保又は設けさえすれば、本発明を制御の安定性を確保する目的に使用できるようになる。
車速感応ゲイン部４２では、車速Ｖｅｌを入力し、入力した車速Ｖｅｌに基づいて、例えば図７に示すような特性を用いて、車速感応ゲインＧｖを算出し、算出した車速感応ゲインＧｖを乗算部４４に出力するようになっている。このように、本発明の車速感応ゲイン部４２は、車速Ｖｅｌから車速感応ゲインＧｖを算出するようにしているので、車速違いによる操舵感の変化を吸収できる。なお、本発明では、車速感応ゲイン部４２で用いる特性は、図７の特性に限定されるものではなく、例えば、線形減少の特性を用いても良い。
本発明の目的はオンセンタ付近の摩擦感、特に静止摩擦違和感の低減であり、また、車速と摩擦は無関係のため、本来であれば、本発明にとって、車速による車速感応ゲインは不要である。
しかし、減速機構の摩擦は製品のバラつきや個体差、温度変化などにより変動するものであるため、製造された全ての製品において、摩擦のみを補償することは不可能である。また、オンセンタ付近のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）は、車速などにより大きく変化する。
このため、上述したように、本発明では、静止摩擦補償部４０に車速感応ゲイン部４２を設けることによって、車速に応じたゲイン（車速感応ゲインＧｖ）を設定できるようにし、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整可能としている。
このような構成において、本発明の動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、操舵トルクＴｈを入力し（ステップＳ１）、車速Ｖｅｌを入力し（ステップＳ２）、電流指令値演算部３１で電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する（ステップＳ３）。
次に、静止摩擦補償部４０では、操舵トルク変化率抽出部４１によって操舵トルクＴｈを加重平均するようにし（ステップＳ１０）、操舵トルクＴｈ（現在の操舵トルクＴｈ）と加重平均した操舵トルクとの差分を操舵トルク変化率として算出し（ステップＳ１１）、また、車速感応ゲイン部４２によって、車速Ｖｅｌに応じて車速感応ゲインＧｖを算出し（ステップＳ１２）、更に、乗算部４４によって、操舵トルク変化率抽出部４１で算出された操舵トルク変化率と、車速感応ゲイン部４２で算出された車速感応ゲインＧｖを乗算して得られた静止摩擦補償指令値ＳＣＣを加算部３２Ｃに出力する（ステップＳ１３）。
更に、補償信号生成部３４では、前述したように、収れん性３４１、慣性３４２及びＳＡＴ３４３に基づく補償信号ＣＭを生成して出力する（ステップＳ２０）。
なお、本発明では、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌを入力してから（ステップＳ１〜Ｓ２）、電流指令値Ｉｒｅｆ１の演算（ステップＳ３）、静止摩擦補償指令値ＳＣＣの演算（ステップＳ１０〜Ｓ１３）、補償信号ＣＭの生成（ステップＳ２０）の順番は適宜変更可能である。
上述のようにして求められた電流指令値Ｉｒｅｆ１、静止摩擦補償指令値ＳＣＣ及び補償信号ＣＭは、加算部３２Ｃに入力されて加算処理され、電流指令値Ｉｒｅｆ２を生成する（ステップＳ３０）。電流指令値Ｉｒｅｆ２は前述のように電流制限部３３で制限された後に電流制御され（ステップＳ３１）、モータ２０が駆動制御される（ステップＳ３２）。
１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３４ 補償信号生成部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３７ インバータ回路
４０ 静止摩擦補償部
４１ 操舵トルク変化率抽出部
４２ 車速感応ゲイン部
４４ 乗算部
５０ ＣＡＮ

Claims (7)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値によって、ステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
    前記操舵トルク及び車速に基づいて前記ステアリング機構の静止摩擦を補償するための静止摩擦補償指令値を演算する静止摩擦補償部を具備し、前記電流指令値を前記静止摩擦補償指令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. 前記静止摩擦補償部は、前記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部と、前記操舵トルクに基づいて操舵トルク変化率を抽出する操舵トルク変化率抽出部とを具備し、前記車速感応ゲイン部で演算された前記車速感応ゲインを前記操舵トルク変化率抽出部で抽出された前記操舵トルク変化率に乗算して前記静止摩擦補償指令値とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記操舵トルク変化率抽出部は、前記操舵トルクを加重平均することで加重平均した操舵トルクを求め、前記操舵トルクと求めた前記加重平均した操舵トルクとの差分を算出し、算出した前記差分を前記操舵トルク変化率とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記車速感応ゲイン部では、車速違いによる車両応答と、摩擦感、操舵感を調整できるように、前記車速に応じて前記車速感応ゲインを設定する請求項２又は請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記操舵トルク変化率抽出部では、車両やコラム軸の特性に合わせて抽出したい操舵トルク変化率の勾配を選択できるように、加重平均の割合をチューニングする請求項２又は請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記操舵トルクはオンセンタ付近の微小操舵トルク領域における操舵トルクである請求項１乃至５の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 前記操舵トルクは減速機構の静止摩擦トルク以下のトルク領域に属する請求項１乃至５の何れかに記載の電動パワーステアリング装置。
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