(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大横力が得られる舵角に近づくのに応じて相対的な操舵抵抗を増大させる操舵抵抗付加制御を行う電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵抵抗付加制御の開始舵角を路面状態および車速に対応して算出するオフセット舵角設定手段と、
舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率を設定する操舵抵抗トルク設定手段とを有し、
前記操舵抵抗付加制御を行う領域での舵角と操舵抵抗との関係を一定として前記操舵抵抗付加制御の開始舵角を変えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
操舵抵抗の増大を開始する舵角を、車速が高いほど小さくすることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操向車輪に舵角を与える操舵系に対し、操舵力を軽減する操舵補助力と、操舵力に対抗する操舵抵抗力とを共に与えることができるように構成された電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積雪路など、タイヤと路面間の摩擦係数が極めて低い状態の路面では、路面からの操舵抵抗（セルフアライニングトルク）が小さくなるため、場合によっては不用意に切りすぎないように微妙な操舵が必要となり、運転者に大きな負担を与えるという問題があった。
【０００３】
このような不都合を改善するために、タイヤと路面間の摩擦係数と車速とに基づいて操向車輪の横力利用率を算出し、横力利用率値に基づいて手動操舵系に加える操舵抵抗を制御するようにした電動パワーステアリング装置を本出願人は提案している（特願平８−３０９４９６号明細書参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この技術によると、横力利用率が１、つまり摩擦円上での最大横力が得られる舵角を最大許容舵角とし、舵角が増えるのに連れて操舵抵抗が増えるようにすると、最大許容舵角が大きいと舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率が緩慢になり、最大許容舵角が小さいと舵角の変化量に対する操舵抵抗の増大率が急峻になる。つまり最大許容舵角によって操舵抵抗の増大率が変化してしまう。ところが、舵角の変化量に対する操舵抵抗の変化率が低いと、運転者に路面の情報が伝わり難くなり、この変化率が高すぎると、操舵時の違和感が大きくなる上、操舵抵抗制御がハンチングを起こすことが懸念される。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、運転者への路面情報の伝達性を損なわず、かつ通常操舵領域の操舵感に及ぼす影響が最小限で済むように改良された電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明は、最大横力が得られる舵角に近づくと相対的な操舵抵抗を増大させる制御を行うにあたり、舵角の変化量と操舵抵抗の変化量との関係を一定とし、操舵抵抗の増大制御を開始する舵角を路面状態および車速に応じて変えるものとした。これにより、良好な操舵感と路面情報の伝達性とを両立させるものとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された実施例を参照して本発明の構成について詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図２は、本発明に基づく電動パワーステアリング装置の操舵力制御装置の全体構成を示している。本制御装置は、ラック／ピニオン式操舵装置２１のラック軸２２に作用する軸力Ｆｒを算出するラック軸力演算手段１と、路面摩擦係数μを算出する路面摩擦係数演算手段２と、実験などで予め求めておいた前輪２３の摩擦円上で最大横力を発生し得る最大舵角θｍａｘから、操舵抵抗付加制御を行う舵角領域を差し引いた舵角オフセット値θｐを、路面摩擦係数μと非駆動輪（後輪）２４の回転速度センサ２５の出力で得た車速Ｖとに基づいて求めるためのオフセット舵角設定手段３と、車速Ｖ並びに操舵トルクセンサ２６の出力で得たステアリングホイール２７を介してステアリングシャフト２８に作用する手動操舵トルクＴｓに基づいて操舵補助トルク指令値Ｔａを設定する操舵補助トルク設定手段４と、ステアリングシャフト２８の回転角度を検出する舵角センサ３２の出力θｓがオフセット舵角θｐを超えた領域からの操舵角θｓに応じた操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを設定する操舵抵抗トルク設定手段５と、操舵抵抗トルク指令値Ｔｃおよび操舵補助トルク指令値Ｔａに基づいてモータＭの出力を制御するモータ駆動制御手段６とからなっており、操舵補助トルク指令値Ｔａに操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを加算した値Ｔｍをもって、通常のパワーステアリング装置のモータＭの出力制御を行うようになっている。
なお、各信号の処理や演算は、コンピュータを用いた電子制御装置（ＥＣＵ）２９で一括して行われる。
【０００９】
タイヤのコーナリングパワーＣｐは、図３に示すように、路面摩擦係数μが低いほど減少するので、ラック／ピニオン式操舵装置の場合、同一舵角でのラック軸力Ｆｒは、路面摩擦係数μの低下に応じて小さくなる。従って路面摩擦係数μは、前輪舵角に対する実ラック軸力Ｆｒｃと、車両の設計値や実験による計測値の同定結果に基づいて内部モデルとして予め設定された基準ラック軸力Ｆｒｍとを比較すれば推定できる。
【００１０】
路面からの操舵抵抗につり合うラック軸力Ｆｒは、ステアリングシャフト２８回りの粘性項、慣性項、フリクション項およびモータＭ回りのフリクション項は微小なので省略すると、ピニオンからのラック軸力ＦｐとモータＭからのラック軸力Ｆｍとの和、つまり、
Ｆｒ＝Ｆｐ＋Ｆｍ
で表されるが、以下に図４を参照してこの推定方法について説明する。
【００１１】
先ず、ピニオンからのラック軸力Ｆｐは、操舵トルクＴｓをピニオンのピッチ円半径ｒｐで割った値、つまり、
Ｆｐ＝Ｔｓ／ｒｐ
で表されるので、ピニオン軸力演算手段１０に操舵トルクセンサ２６の出力Ｔｓを入力して得る。
【００１２】
次にモータＭからのラック軸力Ｆｍは、モータＭの出力軸トルクＴｍにモータ出力ギヤ比Ｎをかけた値、つまり、
Ｆｍ＝Ｎ・Ｔｍ
で表されるので、モータの電流Ｉｍを検出する電流センサ３０、並びに電圧Ｖｍを検出する電圧センサ３１の出力をモータ軸力演算手段１１に入力して得る。
【００１３】
ここでモータの出力軸トルクＴｍは次式で与えられる。
0003694148.tif 000002
但し、Ｋｔ：モータトルク定数
Ｉｍ：モータ電流（電流センサ３０の出力）
Ｊｍ：モータの回転部分の慣性モーメント（設計値・定数）
θｍ’：モータ角速度
θｍ”：モータ角加速度（モータ角速度θｍ’の微分値）
Ｃｍ：モータ粘性係数
Ｔｆ：フリクショントルク
【００１４】
なお、モータ角速度θｍ’は、モータ逆起電力から次式により求める。
θｍ’＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋｍ
但し、Ｖｍ：モータ電圧（電圧センサ３１の出力）
Ｒｍ：モータ抵抗（設計値・定数）
Ｋｍ：モータの誘導電圧定数
【００１５】
または、操舵角センサ３２の出力θｓの微分値θｓ’から次式により求める。
θｍ’＝（θｓ’−Ｔｓ’／Ｋｓ）Ｎ
但し、Ｋｓ：トルクセンサ２６のばね定数
Ｔｓ’：操舵トルクの微分値
【００１６】
以上により求めたピニオンからのラック軸力Ｆｐとモータからのラック軸力Ｆｍとは、実用上は位相補償フィルタ１２を通すことにより、Ｆｐ・Ｆｍ間の位相ずれを補正すると良い。
【００１７】
上記のようにして求めた実ラック軸力値Ｆｒｃと予め設定しておいたモデルラック軸力値Ｆｒｍとから、ステアリングホイール舵角θｓの増加に対する実並びにモデルラック軸力の増加率を求め（図５参照）、車両の応答が線形に近似した舵角範囲内において、実ラック軸力増加率ΔＦｒｃ／Δθｓと、モデルラック軸力増加率ΔＦｒｍ／Δθｓとの比ΔＦｒｃ／ΔＦｒｍから、予め設定しておいた路面摩擦係数判定マップ（図６参照）を参照して路面摩擦係数μを推定することができる。
【００１８】
タイヤの最大グリップ力Ｆｍａｘは、タイヤと路面との間の摩擦係数μとタイヤの接地面に加わる垂直荷重Ｗとの積（Ｆｍａｘ＝μＷ）で与えられる。従って、路面摩擦係数μが分かれば、車両諸元およびタイヤの特性によって定まる摩擦円上での最大横力を発生し得る最大舵角θｍａｘが得られる。
【００１９】
一方、運転者に過剰操舵を的確に認識させるには、舵角の変化量に対する擬似的な操舵抵抗の増大率を最適に設定する必要があるが、これは操舵抵抗トルク設定手段５内にマップの形で予め設定されている。そしてオフセット舵角設定手段３内に予め設定しておいたオフセットマップを参照して得た舵角オフセット値θｐを超えた位置から操舵抵抗付加制御を開始する。つまり、操舵抵抗付加制御領域での舵角と操舵抵抗との関係を一定とし、操舵抵抗付加制御を開始する舵角が路面摩擦係数μと車速Ｖとに応じて変わるようになっている。この結果、横力最大となる舵角に近づいたことを運転者に知らせるための操舵抵抗のかかり具合は一定となり、横力最大となる舵角が大きければ大きいほど通常制御の領域が大きくなる。
【００２０】
このようにして決定された操舵抵抗トルク指令値Ｔｃを、操舵補助トルク設定手段８に予め設定されたマップを車速Ｖと手動操舵トルクＴｓとに基づいて検索して得られる通常のパワーステアリング装置の補助操舵トルク指令値Ｔａに加算することによって得られた制御指令値ＴｍでモータＭを制御することにより、コーナリングフォースが限界に達する以前にステアリングホイールを重くするなどして、運転者が不用意に過大な舵角で転舵することを防止し得る最適な補助操舵トルクが発生するようにモータＭを駆動することができる。
【００２１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、操舵力が重くなる感じが常に一定となるので、通常操舵領域の操舵感に及ぼす影響を最小限に止めた上で、前輪のグリップ力が飽和しつつあることを運転者に的確に認識させることができる。また、操舵抵抗指令値の制御勾配、つまり制御の応答性に関わる設定は一定なので、横力に関わる演算が不要となるために構成を簡略化でき、しかもハンチングの発生の心配も皆無にできる。
【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制御系の概略構成図。
【図２】本発明が適用された車両のパワーステアリング装置に関わる機器の配置図。
【図３】コーナリングパワーと路面摩擦係数との関係線図。
【図４】ラック軸力演算手段のブロック図。
【図５】舵角に対するラック軸力の増加線図。
【図６】路面摩擦係数の判定マップ。
【符号の説明】
１  ラック軸力演算手段
２  路面摩擦係数演算手段
３  オフセット舵角設定手段
４  操舵補助トルク設定手段
５  操舵抵抗トルク設定手段
６  モータ駆動制御手段
７  操舵抵抗トルク設定手段
１０  ピニオン軸力演算手段
１１  モータ軸力演算手段
１２  位相補償フィルタ
２１  ラック／ピニオン式操舵装置
２２  ラック軸
２３  前輪
２４  後輪
２５  回転速度センサ
２６  操舵トルクセンサ
２７  ステアリングホイール
２８  ステアリングシャフト
２９  電子制御装置（ＥＣＵ）
３０  電流センサ
３１  電圧センサ
３２  操舵角センサ
【図１】
0003694148.tif 000003
【図２】
0003694148.tif 000004
【図３】
0003694148.tif 000005
【図４】
0003694148.tif 000006
【図５】
0003694148.tif 000007
【図６】
0003694148.tif 000008