(57)【要約】【課題】電動パワーステアリング装置において、操舵感の向上を図ることができる技術を提供する。【解決手段】運転手の操舵に応じた基本制御量を算出する基本制御量算出部（６１１）と、ステアリング装置の転舵角に関連する値である転舵角関連値に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する摩擦力算出（６１２）と、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量とに応じて、ステアリング制御量を算出する制御量算出部とを備える。【選択図】図３
2020185933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング装置を転舵するためのステアリング制御量を算出する電動パワーステアリング制御装置であって、
運転手の操舵に応じた基本制御量を算出する基本制御量算出部と、
前記ステアリング装置の転舵角に関連する値である転舵角関連値に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する摩擦力算出部と、
前記基本制御量と、前記摩擦力算出部が算出した前記摩擦起因制御量とに応じて、前記ステアリング制御量を算出する制御量算出部と
を備える電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記摩擦モデルは、ばね成分とクーロン摩擦成分とを直列結合したモデルであって、
前記摩擦力算出部は、前記ばね成分と前記クーロン摩擦成分とを直列結合した前記モデルによって前記摩擦力を算出する請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記摩擦力算出部は、
前記ばね成分と前記クーロン摩擦成分とを直列結合した前記モデルを複数用いて前記摩擦力を算出するものであり、
複数の前記モデルのそれぞれは、
ばね定数とクーロン摩擦力とを有しており、
前記クーロン摩擦力と前記ばね定数との比が、モデル毎に異なっている
請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記転舵角関連値は、前記ステアリング装置に前記制御量算出部が算出した前記ステアリング制御量に基づいてアシストトルク又は反力トルクを与える電動モータのモータ回転角信号から算出される
請求項１から３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記ステアリング装置が有する摩擦をキャンセルする摩擦キャンセル制御量を算出する既存摩擦キャンセル量算出部をさらに備え、
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量と、前記摩擦キャンセル制御量と、に応じて、前記ステアリング制御量を算出する
請求項１から４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量とを加算したものから、前記摩擦キャンセル制御量を減算することによって前記ステアリング制御量を算出する
請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
前記制御量算出部は、前記摩擦キャンセル制御量から前記摩擦起因制御量を減算することによって補正制御量を算出し、前記補正制御量を前記基本制御量から減算することによって前記ステアリング制御量を算出する請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項８】
前記既存摩擦キャンセル量算出部は、前記ステアリング装置を操舵した際に発生する操舵トルクに応じて前記摩擦キャンセル制御量を算出する請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置を備えている電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングを制御する電動パワーステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータの回転によりステアリング操作をアシストするステアリング装置が知られている（例えば特許文献１、２）。これらのステアリング装置では、車速や操舵角に応じて適切な摩擦トルクがステアリング装置に付与されるように、モータの電流値を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２６２４４号公報（２００９年６月１１日公開）
【特許文献２】ＷＯ２０１１／０６２１４５公報（２０１１年５月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動パワーステアリング装置では、操舵感の向上を図ることが好ましい。
【０００５】
本発明は、電動パワーステアリング装置において、操舵感の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明は、ステアリング装置を転舵するためのステアリング制御量を算出する電動パワーステアリング制御装置であって、運転手の操舵に応じた基本制御量を算出する基本制御量算出部と、前記ステアリング装置の転舵角に関連する値である転舵角関連値に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する摩擦力算出部と、前記基本制御量と、前記摩擦力算出部が算出した前記摩擦起因制御量とに応じて、前記ステアリング制御量を算出する制御量算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、操舵感の向上を図ることができ。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係る車両の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るステアリング制御部の構成例を示すブロック図である。
【図４】ばね成分とクーロン摩擦成分とを直列結合したモデルを示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るステアリング制御部によるステアリング制御量を示す図である。
【図６Ａ】基本制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【図６Ｂ】摩擦起因制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【図６Ｃ】加算部で算出されたステアリング制御量を用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るステアリング制御部の構成例を示すブロック図である。
【図８Ａ】基本制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【図８Ｂ】演算部で算出されたステアリング制御量を用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【図９】本発明の実施形態３に係るステアリング制御部の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係るステアリング制御部によるステアリング制御量を示す。図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る機械部品の摩擦部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。
【００１０】
（車両９００の構成）
図１は、本実施形態に係る車両９００の概略構成を示す図である。図１に示すように、車両９００は、懸架装置（サスペンション）１００、車体２００、車輪３００、タイヤ３１０、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、操舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、エンジン５００、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）（制御装置、制御部）６００、発電装置７００、及びバッテリ８００を備えている。ここで、懸架装置１００、及びＥＣＵ６００は、本実施形態に係るサスペンション装置を構成する。
【００１１】
また、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、操舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、及びＥＣＵ６００は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する。また、ＥＣＵ６００は、電動パワーステアリング装置による車両９００のステアリング装置を制御する電動パワーステアリング制御装置を含んで構成される。
【００１２】
タイヤ３１０が装着された車輪３００は、懸架装置１００によって車体２００に懸架されている。車両９００は、四輪車であるため、懸架装置１００、車輪３００およびタイヤ３１０については、それぞれ４つ設けられている。
【００１３】
なお、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪のタイヤ及び車輪をそれぞれ、タイヤ３１０Ａ及び車輪３００Ａ、タイヤ３１０Ｂ及び車輪３００Ｂ、タイヤ３１０Ｃ及び車輪３００Ｃ、並びに、タイヤ３１０Ｄ及び車輪３００Ｄとも称する。以下、同様に、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪にそれぞれ付随した構成を、符号「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」及び「Ｄ」を付して表現することがある。
【００１４】
懸架装置１００は、油圧緩衝装置、アッパーアーム及びロアーアームを備えている。また、油圧緩衝装置は、一例として、当該油圧緩衝装置が発生させる減衰力を調整する電磁弁であるソレノイドバルブを備えている。ただし、これは本実施形態を限定するものではなく、油圧緩衝装置は、減衰力を調整する電磁弁として、ソレノイドバルブ以外の電磁弁を用いてもよい。例えば、上記電磁弁として、電磁流体（磁性流体）を利用した電磁弁を備える構成としてもよい。
【００１５】
エンジン５００には、発電装置７００が付設されており、発電装置７００によって生成された電力がバッテリ８００に蓄積される。
【００１６】
運転者の操作する操舵部材４１０は、ステアリングシャフト４２０の一端に対してトルク伝達可能に接続されており、ステアリングシャフト４２０の他端は、ラックピニオン機構４７０に接続されている。
【００１７】
ラックピニオン機構４７０は、ステアリングシャフト４２０の軸周りの回転を、ラック軸４８０の軸方向に沿った変位に変換するための機構である。ラック軸４８０が軸方向に変位すると、タイロッド４８２（４８２Ａ，４８２Ｂ）及びナックルバー４８４（４８４Ａ，４８４Ｂ）を介して車輪３００（３００Ａ，３００Ｂ）が転舵される。
【００１８】
トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に印加される操舵トルク、換言すれば、操舵部材４１０に印加される操舵トルクを検出し、検出結果を示すトルクセンサ信号をＥＣＵ６００に提供する。より具体的には、トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に内設されたトーションバーの捩れを検出し、検出結果をトルクセンサ信号として出力する。なお、トルクセンサ４３０として、ホールＩＣ，ＭＲ素子、磁歪式トルクセンサなどの周知のセンサを用いてもよい。
【００１９】
操舵角センサ４４０は、操舵部材４１０の操舵角を検出し、検出結果をＥＣＵ６００に提供する。
【００２０】
トルク印加部４６０は、ＥＣＵ６００から供給されるステアリング制御量に応じたアシストトルク又は反力トルクを、ステアリングシャフト４２０に印加する。トルク印加部４６０は、ステアリング制御量（モータ制御量ともいう）に応じたアシストトルク又は反力トルクを発生させるアシストモータ６２０と、当該アシストモータ６２０が発生させたトルクをステアリングシャフト４２０に伝達するトルク伝達機構とを備えている。また、トルク印加部４６０は、アシストモータ６２０の回転速を検出するモータ回転速センサと、アシストモータの回転角度を検出するモータ回転角度センサであるレゾルバ６２５と、を備えている。
【００２１】
なお、本明細書における「制御量」の具体例として、電流値、デューティー比、減衰率、減衰比等が挙げられる。
【００２２】
なお、上述の説明において「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。
【００２３】
また、上記の例では、操舵部材４１０からラック軸４８０までが常時機械的に接続されたステアリング装置を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、本実施形態に係るステアリング装置は、例えばステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置であってもよい。ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置に対しても本明細書において以下に説明する事項を適用することができる。
【００２４】
また、図１では、トルク印加部をステアリングシャフト上に設ける所謂コラムアシスト式のステアリング装置を図示しているが、これは本実施形態を限定するものではない。トルク印加部をラック軸上に設ける所謂ラックアシスト式のステアリング装置としてもよい。
【００２５】
ＥＣＵ６００は、車両９００が備える各種の電子機器を統括制御する。より具体的には、ＥＣＵ６００は、トルク印加部４６０に供給するステアリング制御量を調整することにより、ステアリングシャフト４２０に印加するアシストトルク又は反力トルクの大きさを制御する。
【００２６】
また、ＥＣＵ６００は、懸架装置１００に含まれる油圧緩衝装置が備えるソレノイドバルブに対して、サスペンション制御量を供給することによって当該ソレノイドバルブの開閉を制御する。この制御を可能とするために、ＥＣＵ６００からソレノイドバルブへ駆動電力を供給する電力線が配されている。
【００２７】
また、車両９００は、車輪３００毎に設けられ各車輪３００の車輪速を検出する車輪速センサ３２０、車両９００の横方向の加速度を検出する横Ｇセンサ３３０、車両９００の前後方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ３４０、車両９００のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３５０、エンジン５００が発生させるトルクを検出するエンジントルクセンサ５１０、エンジン５００の回転数を検出するエンジン回転数センサ５２０、及びブレーキ装置が有するブレーキ液に印加される圧力を検出するブレーキ圧センサ５３０を備えている。これらの各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ６００に供給される。
【００２８】
なお、図示は省略するが、車両９００は、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐためのシステムであるＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ  Ｂｒａｋｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、加速時等における車輪の空転を抑制するＴＣＳ（Ｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、及び、旋回時のヨーモーメント制御やブレーキアシスト機能等のための自動ブレーキ機能を備えた車両挙動安定化制御システムであるＶＳＡ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ａｓｓｉｓｔ）制御可能なブレーキ装置を備えている。
【００２９】
ここで、ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、推定した車体速に応じて定まる車輪速と、車輪速センサ３２０によって検出された車輪速とを比較し、これら２つの車輪速の値が、所定の値以上相違している場合にスリップ状態であると判定する。ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、このような処理を通じて、車両９００の走行状態に応じて最適なブレーキ制御やトラクション制御を行うことにより、車両９００の挙動の安定化を図るものである。
【００３０】
また、上述した各種のセンサによる検出結果のＥＣＵ６００への供給、及び、ＥＣＵ６００から各部への制御信号の伝達は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）３７０を介して行われる。
【００３１】
ＣＡＮ３７０を介してＥＣＵ６００へ供給される信号は、例えば、以下の信号を含んでいる（括弧書きは取得元を示す）。
【００３２】
・４輪の車輪速（車輪速センサ３２０Ａ〜Ｄ）
・ヨーレート（ヨーレートセンサ３５０）
・前後Ｇ（前後Ｇセンサ３４０）
・横Ｇ（横Ｇセンサ３３０）
・ブレーキ圧（ブレーキ圧センサ５３０）
・エンジントルク（エンジントルクセンサ５１０）
・エンジン回転数（エンジン回転数センサ５２０）
・操舵角（操舵角センサ４４０）
・操舵トルク（トルクセンサ４３０）
図２は、ＥＣＵ６００の概略構成を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、ＥＣＵ６００は、ステアリング制御部（ステアリング制御装置）６１０を備えている。
【００３４】
ステアリング制御部６１０は、ＣＡＮ３７０に含まれる各種のセンサ検出結果を参照し、トルク印加部４６０に供給するステアリング制御量の大きさを決定する。
【００３５】
なお、本明細書において「〜を参照して」との表現には、「〜を用いて」「〜を考慮して」「〜に依存して」などの意味が含まれ得る。
【００３６】
また、「制御量の大きさを決定する」との処理には、制御量の大きさをゼロに設定する、すなわち、制御量を供給しない場合も含まれる。
【００３７】
（ステアリング制御部）
続いて、図３を参照して、ステアリング制御部６１０についてより具体的に説明する。図３は、ステアリング制御部６１０の構成例を示すブロック図である。
【００３８】
図３に示すように、ステアリング制御部６１０は、基本制御量算出部６１１、摩擦力算出部６１２、及び加算部６１５を備えている。本実施形態では、基本制御量算出部６１１と、摩擦力算出部６１２と、加算部６１５とを合わせてステアリング制御量を算出する制御量算出部と称する。制御量算出部は、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量と、摩擦力算出部６１２が算出した摩擦起因制御量とに応じて、ステアリング制御量を算出する。
【００３９】
基本制御量算出部６１１は、トルクセンサ４３０から供給される操舵トルクを参照し、運転手の操舵に応じた、アシストトルク又は反力トルクの大きさを制御するための基本制御量を算出する。基本制御量算出部６１１によって算出された基本制御量は、摩擦力算出部６１２によって算出された摩擦起因制御量と合算されたうえで、ステアリング制御量としてトルク印加部４６０のアシストモータ６２０に供給される。
【００４０】
摩擦力算出部６１２は、ステアリング装置の転舵角を表す転舵角関連値を参照し摩擦力を算出する。転舵角関連値には、ステアリングシャフト４２０に内設されたトーションバーを介して、操舵部材４１０側の値を用いた操舵部材側転舵角関連値と、ラックピニオン機構４７０を有するギアボックス側の値を用いたギアボックス側転舵角関連値との、二つの値が存在する。摩擦力算出部６１２は、これらの二つの値のいずれか一方を用いて、摩擦力を算出する。
【００４１】
ここで、転舵角関連値の中でも、摩擦の多いギアボックス側転舵角関連値の一つである、アシストモータ６２０の回転角を用いることで、摩擦力をより適切に算出することができる。ここで、アシストモータ６２０は、ステアリング制御量に基づいてステアリング装置にアシストトルク又は反力トルクを与える電動モータである。
【００４２】
摩擦力算出部６１２は、一例として、アシストモータ６２０の回転角度を示す回転角信号をレゾルバ６２５から取得し、取得した回転角信号を参照して、ラック位置を算出し、算出したラック位置に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出する。
【００４３】
レゾルバ６２５から出力されるアシストモータ６２０の回転角度を示す回転角信号は分解能が高い。したがって、分解能が高いレゾルバ６２５からの出力を用いて摩擦力を算出することで、摩擦力算出部６１２は、摩擦力に起因する摩擦起因制御量をより細緻に算出することができる。また、ラック変位が小さい領域において、アシストモータ６２０を用いてラック変位を算出する事で、より精度高くラック変位を推定する事ができる。
【００４４】
以上のことから、レゾルバ６２５から出力されるアシストモータ６２０の回転角は、摩擦モデルへの親和性があるため、アシストモータ６２０の回転角と、摩擦モデルとを用いる事による相乗効果によって、摩擦力算出部６１２は、より適切に摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出することができる。
【００４５】
また、摩擦力算出部６１２は、ラック位置に応じた摩擦力を、摩擦モデルであって、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する。
【００４６】
図４は、摩擦力算出部６１２がラック位置に応じた摩擦力を算出するために用いるばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルの一例を示す図である。図４に示すように、摩擦力算出部６１２は、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを複数用いて、摩擦力を算出する。摩擦力算出部６１２は、例えば、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを互いに並列に複数接続した、所謂Masing Modelを用いて摩擦力を算出してもよい。
【００４７】
摩擦力算出部６１２は、ラック変位に応じた望ましい摩擦力波形を、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを複数用いて作り込むことにより、ラック位置に応じた摩擦力を算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する。
【００４８】
図４では、ばね成分Ｋ１とクーロン摩擦成分Ｆ１とを直列結合したモデル、ばね成分Ｋ２とクーロン摩擦成分Ｆ２とを直列結合したモデル、及びばね成分Ｋ２とクーロン摩擦成分Ｆ３とを直列結合したモデル、の３つのモデルを並列に接続したMasing Modelの例を示している。摩擦力算出部６１２は、これに限らず、例えば、当該モデルを１０個以上のように多数用いて摩擦力を算出してもよい。
【００４９】
これらの複数のモデルは、ばね成分Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３がそれぞれ有するばね定数と、クーロン摩擦成分Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３がそれぞれ有するクローン摩擦力と、の比がモデル毎に異なっている。それぞれのモデルが有するばね定数とクーロン摩擦力との比Ｆ１／Ｋ１，Ｆ２／Ｋ２，Ｆ３／Ｋ３は、例えば、Ｆ１／Ｋ１＜Ｆ２／Ｋ２＜Ｆ３／Ｋ３の関係となるように設定される。それぞれのモデルが有するばね定数とクーロン摩擦力との比Ｆ１／Ｋ１，Ｆ２／Ｋ２，Ｆ３／Ｋ３は、これらのモデルを駆動することにより出力される理想の摩擦力波形を考慮して、任意に設定することができる。摩擦力算出部６１２は、ラック位置に応じて、ばね成分Ｋ１〜３とクーロン摩擦成分Ｆ１〜３とを直列結合したモデルを駆動して出力される摩擦力信号に比例した電流を摩擦起因制御量として加算部６１５に出力する。
【００５０】
図５は、ばね成分Ｋ１〜３とクーロン摩擦成分Ｆ１〜３とを直列結合したモデルを用いて作り込んだ摩擦力波形を示す図である。図５に示すように、摩擦力算出部６１２は、ラック位置が、操舵部材４１０の反転を示した直後のラック位置Ａ０からラック位置Ａ１の間は、全てのクーロン摩擦成分のモデルを固着させる。これにより、摩擦力がＣ０からＣ１へと上昇する摩擦力波形を実現する。摩擦力のＣ０からＣ１への上昇は、後述するＣ１からＣ２、Ｃ２からＣ３への上昇と比較すると急角度の上昇である。
【００５１】
続いて、摩擦力算出部６１２は、ラック位置Ａ１からラック位置Ａ２の間は、ばね定数とクーロン摩擦力との比が３つの中で一番小さいばね成分Ｋ１とクーロン摩擦成分Ｆ１とを直列結合したモデルを滑らせる。これにより、摩擦力がＣ１からＣ２へと、Ｃ０からＣ１への上昇よりもなだらかに上昇する摩擦力波形を実現する。
【００５２】
続いて、摩擦力算出部６１２は、ラック位置Ａ２からラック位置Ａ３の間は、ばね定数とクーロン摩擦力との比が３つの中で一番小さいばね成分Ｋ１とクーロン摩擦成分Ｆ１とを直列結合したモデルと、ばね定数とクーロン摩擦力との比が３つの中の真ん中のばね成分Ｋ２とクーロン摩擦成分Ｆ２とを直列結合したモデルと、を滑らせる。これにより、摩擦力がＣ２からＣ３へと、Ｃ１からＣ２への上昇よりも更になだらかに上昇する摩擦力波形を実現する。
【００５３】
最後に、摩擦力算出部６１２は、ばね成分Ｋ１〜３とクーロン摩擦成分Ｆ１〜３とを直列結合した複数のモデルの全てを滑らせる。これにより、摩擦力は一定値Ｃ３に保たれる。
【００５４】
このようにして、摩擦力算出部６１２は、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合した複数のモデルを、ばね定数とクーロン摩擦力との比が小さいものから順に滑らせていくことで、摩擦力がなだらかに上昇する摩擦力波形を実現する。また、摩擦力算出部６１２によって用いられる、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルの数を増やすことによって、更に摩擦力が滑らかに上昇する摩擦力波形を作り込むことができる。
【００５５】
このような、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを複数用いて、摩擦力を算出する場合、操舵部材４１０の往路と復路とで、摩擦力波形は、点対称な経路をたどり前回の反転点に向かう。このため、摩擦力算出部６１２は、操舵部材４１０が、往路であるのか、復路であるのかを検出することなく、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを複数用いることにより、理想の摩擦力波形を実現することができる。
【００５６】
摩擦力算出部６１２によって、上記モデルを用いて算出された値は、操舵角関連値と、摩擦起因制御量との関係において、ヒステリシスとなる。摩擦力算出部６１２は、上記モデルを用いて予め算出しておいた操舵角関連値と摩擦起因制御量との関係を示したヒステリシスマップを予め持っていてもよい。摩擦力算出部６１２は、取得した操舵角関連値と、当該ヒステリシスマップと、を用いて摩擦起因制御量を算出してもよい。
【００５７】
また、摩擦力算出部６１２は、上述したMasing Model以外の摩擦モデルを用いて、摩擦力を算出することが可能である。Masing Mode以外の摩擦モデルの例としては、Maxwellモデルや、Dahlモデル、Lugreモデル等があげられ、各種摩擦モデルを組み合わせたモデルを用いる事もできる。Maxwellモデルの場合には、剛性成分と減衰成分との直列結合で摩擦力を算出する事ができる。設計者は、これらの摩擦モデルを用いて、設計者の望む波形を自由に作り込むことができる。
【００５８】
加算部６１５は、基本制御量算出部６１１によって算出された基本制御量に、摩擦力算出部６１２によって算出された摩擦起因制御量を加算することで、ステアリング制御量を算出する。加算部６１５で算出されたステアリング制御量は、トルク印加部４６０のアシストモータ６２０に供給される。
【００５９】
図６Ａは、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【００６０】
図６Ｂは、摩擦力算出部６１２が算出した摩擦起因制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【００６１】
図６Ｃは、加算部６１５で算出されたステアリング制御量を用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【００６２】
このように、ステアリング制御部６１０は、基本制御量算出部６１１によって算出された基本制御量に、摩擦力算出部６１２によって、ばね成分Ｋとクーロン摩擦成分Ｆとを直列結合したモデルを複数用いて算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を加算したステアリング制御量によって、ステアリング装置を制御する。このため、操舵初期において、摩擦力の立ち上がりを滑らかにすることができ、微小な操舵操作が容易になる。また、微小な舵角の変化に対しても明確な操舵力変化がある為、手の感触から微小な舵角変化を知覚できるようになり、操舵感が向上する。
【００６３】
〔実施形態２〕
実施形態１では、ステアリング制御部６１０は、操舵量に応じた基本制御量と、摩擦力算出部６１２が算出した摩擦起因制御量とに応じてステアリング制御量を算出する構成を例に挙げたが、本明細書に記載の発明はこれに限定されるものではない。実施形態２のステアリング制御部６１０ａは、実施形態１の構成に加えて、電動パワーステアリング装置が有する摩擦をキャンセルする摩擦キャンセル制御量を算出する既存摩擦キャンセル量算出部６１３をさらに備えている。ステアリング制御部６１０ａは、基本制御量と、摩擦起因制御量と、既存摩擦キャンセル量算出部６１３によって算出された摩擦キャンセル制御量と、に応じて、ステアリング制御量を算出する。また、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００６４】
図７は、本実施形態に係るステアリング制御部６１０ａの構成例を示すブロック図である。
【００６５】
図９に示すように、ステアリング制御部６１０ａは、実施形態１において説明したステアリング制御部６１０と以下の点において異なる。
【００６６】
すなわち、ステアリング制御部６１０ａは、既存摩擦キャンセル量算出部６１３を備えている。本実施形態では、基本制御量算出部６１１と、摩擦力算出部６１２と、既存摩擦キャンセル量算出部６１３と、演算部６１５ａと、を合わせて制御量算出部と称する。
【００６７】
既存摩擦キャンセル量算出部６１３は、ステアリング装置が有する摩擦量、つまり、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、及びラック軸４８０等の機械部品の既存の摩擦特性に応じた摩擦量を算出する。
【００６８】
既存摩擦キャンセル量算出部６１３は、操舵角センサ４４０が検出した操舵部材４１０の操舵角、及びトルクセンサ４３０が検出した、ステアリング装置を操舵した際に操舵部材４１０に発生する操舵トルクの少なくとも何れか一方に応じて、既存摩擦量を算出する。
【００６９】
ここで、既存摩擦量の算出にあたって操舵角を用いる際には、レゾルバ６２５によって算出されたモータ回転角度と、トルクセンサ４３０が検出した操舵トルクとを用いて操舵角を算出しても良い。具体的には、モータ回転角度に対して、操舵トルクに基づいて算出した補正角を加算し、操舵角とする事が出来る。この場合、操舵トルクに基づいて算出した補正角は、検出された操舵トルクに対して、予め定められた係数（例えばトーションバーのバネレートの逆数）を乗算する事で算出できる。これにより、操舵角センサ４４０を持たなくとも、操舵角を正確に判断し、既存摩擦量を算出できる。
【００７０】
既存摩擦キャンセル量算出部６１３は、算出した既存摩擦量に基づいて、最終的なステアリング制御量から既存摩擦量を減算（キャンセル）するための摩擦キャンセル制御量を算出する。
【００７１】
演算部６１５ａは、基本制御量と、摩擦起因制御量とを加算したものから、既存摩擦キャンセル量算出部６１３によって算出された摩擦キャンセル制御量を減算することによってステアリング制御量を算出する。演算部６１５ａで算出されたステアリング制御量は、トルク印加部４６０のアシストモータ６２０に供給される。
【００７２】
図８Ａは、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量のみを用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【００７３】
図８Ｂは、演算部６１５ａで算出されたステアリング制御量を用いたステアリング制御を行った場合のステアリング反力を示す図である。
【００７４】
上記の構成によれば、ステアリング制御部６１０ａは、基本制御量と、摩擦起因制御量とを加算したものから、摩擦キャンセル制御量を減算することによってステアリング制御量が算出する。このため、ステアリング制御部６１０ａは、電動パワーステアリング装置の機械部品の摩擦特性に応じた望ましいステアリング制御量を算出することができる。
【００７５】
〔実施形態３〕
実施形態２では、ステアリング制御部６１０ａは、基本制御量と、摩擦起因制御量とを加算したものから、摩擦キャンセル制御量を減算することによってステアリング制御量を算出する構成を例に挙げたが、本明細書に記載の発明はこれに限定されるものではない。実施形態３のステアリング制御部６１０ｂは、実施形態２の構成に対して、演算部６１５ａに換えて、演算部（補正制御量算出部）６１６を備えている。ステアリング制御部６１０ｂは、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量と、摩擦キャンセル制御量から摩擦起因制御量を減算した補正制御量と、を出力する。また、説明の便宜上、上記実施形態１、２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００７６】
図９は、本実施形態に係るステアリング制御部６１０ｂの構成例を示すブロック図である。
【００７７】
図９に示すように、ステアリング制御部６１０ｂは、実施形態２において説明したステアリング制御部６１０ａと以下の点において異なる。
【００７８】
すなわち、ステアリング制御部６１０ｂは、演算部６１５ａを備えず、演算部６１６を備えている。
【００７９】
演算部６１６は、既存摩擦キャンセル量算出部６１３が算出した摩擦キャンセル制御量から、摩擦力算出部６１２が算出した摩擦起因制御量を減算することによって、補正制御量を算出する。
【００８０】
演算部６１６が算出した補正制御量は、減算部６１７において、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量から減算される。
【００８１】
本実施形態では、基本制御量算出部６１１と、摩擦力算出部６１２と、既存摩擦キャンセル量算出部６１３と、演算部６１６と、減算部６１７と、を合わせて制御量算出部と称する。制御量算出部は、補正制御量を基本制御量から減算することによってステアリング制御量を算出する。
【００８２】
図１０は、制御量算出部によって算出されるステアリング制御量の波形を示す図である。図１０において、Ｆｒ＿ｃｕｒｖｅ１は、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量を用いてステアリング制御を行う場合のステアリング反力の波形を示し、Ｆｒ＿ｃｕｒｖｅ２は、理想のステアリング制御量を用いてステアリング制御を行った場合のステアリング反力の波形を示す図である。Ｆｒ＿ｄｉｆｆは、理想のステアリング反力と、基本制御量を用いた場合のステアリング反力との差分を示している。
【００８３】
演算部６１６が、摩擦キャンセル制御量から、摩擦起因制御量を減算することによって算出した補正制御量は、Ｆｒ＿ｄｉｆｆに相当する。図１０に示すように、制御量算出部は、基本制御量算出部６１１が算出した基本制御量（Ｆｒ＿ｃｕｒｖｅ１に相当）から、演算部６１６が算出した補正制御量（Ｆｒ＿ｄｉｆｆに相当）を減算することで、望ましいステアリング制御量（Ｆｒ＿ｃｕｒｖｅ２に相当）を算出する。
【００８４】
制御量算出部は、算出したステアリング制御量をトルク印加部４６０のアシストモータ６２０に供給する。
【００８５】
これらの構成によれば、制御量算出部は、基本制御量から、摩擦キャンセル制御量から摩擦起因制御量を減算することによって補正制御量を算出し、算出した補正制御量を基本制御量から減算することによってステアリング制御量を算出する。これにより、摩擦力の立ち上がりを滑らかにすることができるとともに、ステアリング制御量の算出における振動外乱の影響を抑えることができる。よって、微小な切り増し切り戻しの操舵操作を繰り返した場合であっても、手の感触から微小な舵角変化を知覚することができるようになり、操舵感が向上する。
【００８６】
〔実施形態４〕
実施形態４では、上記実施形態１、２、３にて説明した電動パワーステアリング装置において、更に、機械部品の摩擦部分の可撓性を増加させることで、操舵感を向上させる構成について説明する。実施形態４の構成は、上記実施形態１、２、３のいずれにも適用することができる。
【００８７】
図１１は、電動パワーステアリング装置における機械部品の摩擦部分の一例である、ラック軸４８０と、ラックガイド４９５とを示す図である。図１１に示すように、ラック軸４８０と、ラックガイド４９５との間には、樹脂ベアリング４９６が配設されている。ラックガイド４９５には、ラック軸の延伸方向に沿って凹部４９５ａが形成されており、当該凹部に、樹脂ベアリング４９６が嵌合する。
【００８８】
ここで、図１１において、ｙ軸方向は、ラック軸４８０が延伸する方向を示しており、ｚ軸は、ｙ軸に垂直であって鉛直方向を示しており、ｘ軸は、ｙ軸及びｚ軸に対して垂直な方向を示している。
【００８９】
図１１に示すように、樹脂ベアリング４９６に厚み（ｚ軸方向にそった厚み）を持たせることにより樹脂ベアリング４９６の可撓性を増加させることで、樹脂ベアリング４９６の歪みにより、ラック軸４８０が、反トルクに対して滑り始め際の摩擦力の立ち上がりが滑らかになる。
【００９０】
また、図１１に示すように、ｘ軸方向に沿って、樹脂ベアリング４９６の厚み（ｚ軸方向に沿った厚み）を変化させることが好ましい。これにより、樹脂ベアリング４９６の各位置によって、ラック軸が、反トルクに対して滑り始めるまでの歪み量に差をつけることができ、摩擦力の立ち上がりが、段階的ではなく、滑らかなカーブ状になる。
【００９１】
ラック軸４８０と、ラックガイド４９５との摩擦部分に限らず、電動パワーステアリング装置における様々な機械部品の摩擦部分において、樹脂ベアリングの厚みを増し、更に、厚さを不均等にすることで、電動パワーステアリング装置における、操舵操作による摩擦力の立ち上がりを滑らかにすることができ、操舵感を向上させることができる。
【００９２】
〔ソフトウェアによる実現例〕
ＥＣＵ６００の制御ブロック（ステアリング制御部６１０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００９３】
後者の場合、ＥＣＵ６００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【００９４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９５】
４１０  操舵部材
４２０  ステアリングシャフト
４３０  トルクセンサ
４４０  操舵角センサ
４６０  トルク印加部
６００  ＥＣＵ
６１０、６１０ａ、６１０ｂ  ステアリング制御部（ステアリグ制御装置）
６１１  基本制御量算出部
６１２  摩擦量算出部
６１２  摩擦力算出部
６１３  既存摩擦キャンセル量算出部
６１６  演算部（補正制御量算出部）
６１７  減算部
６２０  アシストモータ
６２５  レゾルバ
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  クーロン摩擦成分
Ｋ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３  ばね成分
【図１】
2020185933.tif 000003
【図２】
2020185933.tif 000004
【図３】
2020185933.tif 000005
【図４】
2020185933.tif 000006
【図５】
2020185933.tif 000007
【図６Ａ】
2020185933.tif 000008
【図６Ｂ】
2020185933.tif 000009
【図６Ｃ】
2020185933.tif 000010
【図７】
2020185933.tif 000011
【図８Ａ】
2020185933.tif 000012
【図８Ｂ】
2020185933.tif 000013
【図９】
2020185933.tif 000014
【図１０】
2020185933.tif 000015
【図１１】
2020185933.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月28日(2019.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング装置を転舵するためのステアリング制御量を算出する電動パワーステアリング制御装置であって、
運転手の操舵に応じた基本制御量を算出する基本制御量算出部と、
前記ステアリング装置の転舵角に関連する値である転舵角関連値に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する摩擦力算出部と、
前記基本制御量と、前記摩擦力算出部が算出した前記摩擦起因制御量とに応じて、前記ステアリング制御量を算出する制御量算出部と
を備え、
前記摩擦モデルは、ばね成分とクーロン摩擦成分とを直列結合したモデルであって、
前記摩擦力算出部は、前記ばね成分と前記クーロン摩擦成分とを直列結合した前記モデルによって前記摩擦力を算出する、
電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記摩擦力算出部は、
前記ばね成分と前記クーロン摩擦成分とを直列結合した前記モデルを複数用いて前記摩擦力を算出するものであり、
複数の前記モデルのそれぞれは、
ばね定数とクーロン摩擦力とを有しており、
前記クーロン摩擦力と前記ばね定数との比が、モデル毎に異なっている
請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記転舵角関連値は、前記ステアリング装置に前記制御量算出部が算出した前記ステアリング制御量に基づいてアシストトルク又は反力トルクを与える電動モータのモータ回転角信号から算出される
請求項１または２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記ステアリング装置が有する摩擦をキャンセルする摩擦キャンセル制御量を算出する既存摩擦キャンセル量算出部をさらに備え、
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量と、前記摩擦キャンセル制御量と、に応じて、前記ステアリング制御量を算出する
請求項１から３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量とを加算したものから、前記摩擦キャンセル制御量を減算することによって前記ステアリング制御量を算出する請求項４に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
前記制御量算出部は、前記摩擦キャンセル制御量から前記摩擦起因制御量を減算することによって補正制御量を算出し、前記補正制御量を前記基本制御量から減算することによって前記ステアリング制御量を算出する請求項４に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
前記既存摩擦キャンセル量算出部は、前記ステアリング装置を操舵した際に発生する操舵トルクに応じて前記摩擦キャンセル制御量を算出する請求項４に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置を備えている電動パワーステアリング装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月16日(2019.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング装置を転舵するためのステアリング制御量を算出する電動パワーステアリング制御装置であって、
運転手の操舵に応じた基本制御量を算出する基本制御量算出部と、
前記ステアリング装置の転舵角に関連する値である転舵角関連値に応じた摩擦力を摩擦モデルによって算出し、算出した摩擦力に起因する摩擦起因制御量を算出する摩擦力算出部と、
前記基本制御量と、前記摩擦力算出部が算出した前記摩擦起因制御量とに応じて、前記ステアリング制御量を算出する制御量算出部と
を備え、
前記摩擦モデルは、ばね成分とクーロン摩擦成分とを直列結合したモデルであって、
前記摩擦力算出部は、
前記ばね成分と前記クーロン摩擦成分とを直列結合した前記モデルを複数用いて前記摩擦力を算出するものであり、
複数の前記モデルのそれぞれは、ばね定数とクーロン摩擦力とを有しており、
前記クーロン摩擦力と前記ばね定数との比が、モデル毎に異なっており、
前記転舵角関連値に応じて、複数の前記モデルを駆動して出力させる摩擦力を、前記比が小さいモデルから順に滑らせていく事で出力する
電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記転舵角関連値は、前記ステアリング装置に前記制御量算出部が算出した前記ステアリング制御量に基づいてアシストトルク又は反力トルクを与える電動モータのモータ回転角信号から算出される
請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記ステアリング装置が有する摩擦をキャンセルする摩擦キャンセル制御量を算出する既存摩擦キャンセル量算出部をさらに備え、
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量と、前記摩擦キャンセル制御量と、に応じて、前記ステアリング制御量を算出する
請求項１または２に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記制御量算出部は、前記基本制御量と、前記摩擦起因制御量とを加算したものから、前記摩擦キャンセル制御量を減算することによって前記ステアリング制御量を算出する請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記制御量算出部は、前記摩擦キャンセル制御量から前記摩擦起因制御量を減算することによって補正制御量を算出し、前記補正制御量を前記基本制御量から減算することによって前記ステアリング制御量を算出する請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
前記既存摩擦キャンセル量算出部は、前記ステアリング装置を操舵した際に発生する操舵トルクに応じて前記摩擦キャンセル制御量を算出する請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置を備えている電動パワーステアリング装置。