(57)【要約】【課題】操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明は、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、実操舵力が小さくなるように電動モータ１４の制御量を設定する第１制御部１８と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部２０と、これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により電動モータを制御する電動モータ制御部２２と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定し、操舵力特性モデルは特性パラメータを含み、この特性パラメータの値が、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標が所定の目標範囲に入るように設定されている。【選択図】      図４
2004299493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により上記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから上記目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段を有し、この操舵力特性モデルは特性パラメータを含み、この特性パラメータの値が、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標が所定の目標範囲に入るように設定されていることを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
上記操舵力特性モデルの特性パラメータは、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標の各々を車両状態に応じて重み付けすることにより設定されている請求項１記載の自動車の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
上記操舵力特性モデルの特性パラメータは、車速が高いほど車両応答フィールに関する指標の重み付けを高めることにより、設定されている請求項２記載の自動車の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
ヨーレートを検出して実ヨーレートを得るヨーレートセンサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により上記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから演算された操舵力と実操舵力との偏差である第１付与操舵力と、操舵角を入力とした車両応答モデルから演算された目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に対応した第２付与操舵力を設定し、これらの第１付与操舵力及び第２付与操舵力をそれぞれ重み付けして加算し、この加算された操舵力を付与することにより、上記目標御操舵力と実操舵力が一致するように制御することを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
上記第２制御手段は、さらに、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段を有し、操舵過渡初期の場合には上記第１付与操舵力の重み付けを高くし、操舵過渡初期以外の場合には上記第２付与操舵力の重み付けを高くする請求項４記載の自動車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、自動車の電動パワーステアリング装置に係わり、特に、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば、特開平８−３３２９６４号公報等に示されているような、電動機の動力をステアリング系に作用させて操作力の低減を図るようにした電動パワーステアリング装置が使用されるようになってきている。この電動パワーステアリング装置は、操舵力検出手段を備え、この操舵力検出手段により運転者の操舵力（操舵トルク）を検出すると共に、同時に車速に基づき所定補正トルクを発生させるように電動機への駆動電流を制御し、運転者の操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動パワーステアリング装置を設計する場合、良好な操舵フィーリングと高い操安性能を得るためには、操舵角に対する操舵力の特性（以下「操舵力特性」という）を所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定する必要がある。
従来は、電動パワーステアリングを構成するトーションバーやパワーアシストなどの構成部品の特性をチューニング（作り込み）することにより、所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定していた。しかし、これら特性のチューニング（作り込み）には、高価なシステムや多くの工数が必要であった。
また、構成部品の特性ばらつきが原因で精度良く目標操舵力特性を設定することも難しいという状況がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、この課題を解決するために、特願２００２‐９５９７０号（２００２年３月２９日出願）を出願し、操舵力を操舵角の関数モデルとして表現した操舵力特性モデルを設定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標操舵力特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を向上させた自動車の電動パワーステアリング装置を提案した。
この操舵力特性モデルは、操舵角依存成分であるばね成分（Ｋｐ，Ｔｐ）、操舵角速度依存成分である粘性成分（Ｋｄ）及び摩擦成分（Ｋｆ，Ｔｆ）の各特性パラメータを有し、この特性パラメータは、実験的に算出されるようになっている。
【０００５】
一方、操舵力特性モデルの特性パラメータを設定する際、操舵角に対する操舵力の特性である操舵力特性のみが所望（理想）の特性となるように特性パラメータを設定しても、操舵角に対するヨーレートの特性である車両応答が悪化し、結局、車両応答を含めた全体的な操舵フィールを悪くしてしまう場合がある。特に、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する（直進保舵からハンドルを切るとき）操舵過渡初期では、その傾向が顕著となる。具体的に言えば、例えば、フリクションが大きな車両において、ドライバが直進保舵から操舵を開始する時、操舵と同じ方向に大きな操舵力が付与されると、車両応答の立ち上がりが早くなり、問題であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の第１発明は、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定する目標操舵力演算手段を有し、この操舵力特性モデルは特性パラメータを含み、この特性パラメータの値が、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標が所定の目標範囲に入るように設定されていることを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明の第１発明によれば、第２制御部において、目標操舵力演算手段が、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから目標操舵力を設定するが、この操舵力特性モデルの特性パラメータの値が、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標が所定の目標範囲に入るように設定されているので、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
さらに、本発明の第１発明によれば、操舵力特性モデルの特性パラメータの値が、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標が所定の目標範囲に入るように設定されているので、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる。
【０００９】
本発明の第１発明において、好ましくは、操舵力特性モデルの特性パラメータは、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標の各々を車両状態に応じて重み付けすることにより設定されている。
本発明の第１発明において、好ましくは、操舵力特性モデルの特性パラメータは、車速が高いほど車両応答フィールに関する指標の重み付けを高めることにより、設定されている。
【００１０】
本発明の第２発明は、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、ヨーレートを検出して実ヨーレートを得るヨーレートセンサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、予め設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから演算された操舵力と実操舵力との偏差である第１付与操舵力と、操舵角を入力とした車両応答モデルから演算された目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に対応した第２付与操舵力を設定し、これらの第１付与操舵力及び第２付与操舵力をそれぞれ重み付けして加算し、この加算された操舵力を付与することにより、目標御操舵力と実操舵力が一致するように制御することを特徴としている。
【００１１】
このように構成された本発明の第２発明においては、第２制御部が、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから演算された操舵力と実操舵力との偏差である第１付与操舵力と、操舵角を入力とした車両応答モデルから演算された目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に対応した第２付与操舵力を設定し、これらの第１付与操舵力及び第２付与操舵力をそれぞれ重み付けして加算し、この加算された操舵力を付与することにより、目標御操舵力と実操舵力が一致するように制御するので、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
さらに、本発明の第２発明によれば、操舵力特性モデル及び車両応答モデルを用いて重み付けにより付与操舵力を求めて、これにより、目標御操舵力と実操舵力が一致するように制御するので、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる。
【００１２】
本発明の第２発明において、好ましくは、第２制御手段は、さらに、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期であるか否かを判定する操舵過渡初期判定手段を有し、操舵過渡初期の場合には第１付与操舵力の重み付けを高くし、操舵過渡初期以外の場合には第２付与操舵力の重み付けを高くする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される自動車の電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。この図１に示すように、自動車の電動パワーステアリング装置１は、ハンドル（ステアリングホィール）２を備え、このハンドル２は、ステアリングシャフト４の上端に連結されており、ハンドル２を操作する操舵力がスタアリングシャフト４に伝達されるようになっている。このステアリングシャフト４の下端部には自在継手を介して中間シャフト６の上端が連結され、この中間シャフト６の下端には、ステアリングギヤボックス８が設けられている。このステアリングギヤボックス８の両側にはタイロッド１０が連結されており、これらの各タイロッド１０にはタイヤ（車輪）１２が取り付けられている。
【００１４】
ここで、ステアリングギヤボックス８の内部には、ラック・ピニオン機構（図示せず）が設けられており、このピニオンには、中間シャフト６の下端が連結されている。一方、ラックの両端部には上述したようにタイロッド１０を介してタイヤ１２が連結されている。
ステアリングギヤボックス８には、減速ギヤ（図示せず）を介してピニオン側に力を付与する電動モータ１４が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト６の間にはトルクセンサ（図示せず）が配置されている。このトルクセンサは、中間シャフト６に作用している操舵トルク（実操舵力）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１４及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット１６に接続されている。
この制御ユニット１６は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）、第２制御部（センターフィール補償制御部）、及び、モータ電流制御部から構成されており、トルクセンサの検出値（実操舵力）及び車速等に基づき、トルクセンサの検出値が小さくなるようにすると共に目標操舵力特性を実現するように、電動モータ１４が制御されるようになっている。
【００１５】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の電動パワーステアリング装置に適用される操舵力特性モデルを説明する。
先ず、操舵力特性モデルは、高車速且つほぼ直進状態の走行時に適用可能である。ここで、高車速とは、約８０ｋｍ／ｈ〜約１３０ｋｍ／ｈ程度の速度であり、ほぼ直進状態とは、ハンドルをゆっくりと操作する状態、具体的には、０．２Ｈｚの正弦波でハンドルを操作し横向加速度（横Ｇ）が０．２Ｇ以下となるような操舵状態を想定している。
【００１６】
このような高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む非線形の関数で表される）、粘性成分（操舵角速度に比例する）、摩擦成分（操舵角速度を含む非線形関数で表される）とに分解することにより、実際の操舵力特性を精度良く表現できる操舵力特性モデル（操舵力を操舵角の関数モデルとして表現したもの）を設定した。
【００１７】
次に、図２及び図３により、操舵力特性モデルの内容を詳細に説明する。図２は、操舵力特性モデルを示す図であり、図３は、この操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
操舵力特性モデルは、図２に示すように、ばね成分、粘性成分、及び、摩擦成分からなるモデルである。なお、本発明は、高速直進走行時の操舵力特性を対象したものであるため、ハンドルは、上述したようにゆっくりと操舵される（０．２Ｈｚの正弦波）ため、慣性成分は含まないモデルとなっている。
【００１８】
ばね成分は、以下の式（数１）に示す指数関数として設定する。この式（数１）において、θは操舵角であり、Ｋｐ及びＴｐは、ばね成分の特性パラメータである。ばね成分は、基本的には、操舵角にほぼ比例するが、所定の操舵角以上となると飽和状態となるため、特性パラメータＫｐはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｐは、指数関数の時定数を示している。このように、ばね成分を示す式（数１）は、非線形関数となっている。
このように、ばね成分は、操舵角を含む非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】
2004299493.tif 000003
【００１９】
粘性成分は、操舵角速度に比例した力であり、以下の式（数２）により示されている。この式（数２）において、Ｋｄは、粘性成分の特性パタメータである。
このように粘性成分は、操舵角速度に比例するものとして定義される。
【数２】
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【００２０】
摩擦成分は、操舵角速度が小さいときは操舵角速度にほぼ比例した力であり、操舵角速度が大きくなると一定の大きさの摩擦力（飽和状態）となる。この摩擦成分は、以下の式（数３）に示す指数関数として設定する。この式（数３）において、Ｋｆ及びＴｆが摩擦成分の特性パラメータである。特性パラメータＫｆはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｆは、指数関数の時定数を示している。このように、摩擦成分を示す式（数３）は、非線形関数となっている。
このように、摩擦成分は、操舵角速度を含む非線形関数として定義される。
【数３】
2004299493.tif 000005
【００２１】
このようにして、操舵力特性モデルにおいて、ばね成分、粘性成分、摩擦成分が設定され、操舵力（操舵トルク）はこれらの各成分の合計値として設定される。即ち、操舵力特性モデルは、以下の式となる。
【数４】
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【００２２】
次に、図４乃至図８を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第１実施形態を説明する。図４は第１実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図５は第１実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップであり、図６は操舵力特性モデルの特性パラメータを導出するアルゴリズムを示すブロック図であり、図７は特性パラメータと車速との関係を示す車速対応マップであり、図８は第１実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【００２３】
先ず、図４により、制御ユニットの構成を説明する。制御ユニット１６は、第１制御部１８、第２制御部２０、及び、モータ電流制御部２２から構成されている。
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト又は中間シャフトに作用している実操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ２４、横方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ２６、車速を検出する車速センサ２８、操舵角を検出する操舵角センサ３０を備えており、これらの各センサの出力値が制御ユニット１６に入力されるようになっている。
【００２４】
第１制御部１８は、通常のアシスト制御を行なう制御部であり、トルクセンサ２４の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を軽減する方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１４を制御するための制御部である。この第１制御部１８には、トルクセンサ２４からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ３４によりノイズがカットされて（Ｔｓ１）となり、制御ゲインＫ１により基準目標電流Ｉ０  が演算されるようになっている。ここで、この制御ゲインＫ１は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図７参照）。
【００２５】
第２制御部２０は、センターフィール補償制御部であり、高車速（８０ｋｍ／ｈ以上）且つほぼ直進状態（例えば、０．２Ｈｚの正弦波で横Ｇが０．２Ｇ以下）の走行時（以下、「センターフィール感応域」と呼ぶ）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１４を制御するための制御部である。
第２制御部２０は、目標操舵力演算部３６を有し、この目標操舵力演算部３６には、操舵角センサ３０から操舵角の値が入力される。目標操舵力演算部３６は、この操舵角の値及び上述した式（数４）により表現された操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力（ｆ（θ））を算出するようになっている。
第２制御部２０は、ローパスフィルタであるフィルタ３８を有し、このフィルタ３８により、センターフィール感応域に対応した帯域（例えば、０．２Ｈｚを含む帯域）のトルクセンサ２４のトルクセンサ値（Ｔｓ２）のみを入手できるようになっている。
【００２６】
次に、目標操舵力演算部３６で算出された目標操舵力ｆ（θ）とフィルタ処理されたトルクセンサ値である実操舵力（Ｔｓ２）との偏差が制御ゲインＫ３により物理量変換される。ここで、この制御ゲインＫ３は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図５参照）。
【００２７】
次に、第１制御部２０から出力された基準目標電流Ｉ０  と補償目標電流Ｉｆ  とが加算され、目標電流Ｉが算出される。具体的には、符号を、操舵力（実操舵力）を減少させるためにアシスト力を増大する場合には（＋）、操舵力（実操舵力）を増大させるためにアシスト力を減少させる場合には（−）としているため、基準目標電流Ｉ０  に対して補償目標電流Ｉｆ  を減算する演算が行なわれる。
【００２８】
モータ電流制御部２２は、電動モータ１４に供給される電流が目標電流Ｉとなるようにするためのフィードバック制御を行なうための制御部である。このため、モータ電流制御部２２は、制御ゲインＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部４２、モータ特性補償部４４を有している。
このようにして演算されて電動モータ１４に供給される目標電流Ｉは、以下の式（数５）により表される。
【数５】
2004299493.tif 000007
ここで、式（数５）において、（Ｉ）は目標電流、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲイン、（ｆ（θ））は式（数４）により表現された操舵力特性モデル出力、（Ｔｓ２）はフィルタ３８によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ３）は第２制御部の制御ゲインである。
【００２９】
次に図５により、第１制御部及び第２制御部の比例ゲインの補正マップを説明する。図５に示された補正マップは、センターフィール感応域、遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、非センターフィール感応域の４つの領域を有し、それぞれの領域において、制御ゲインＫ１（Ｋ１＝Ｋ１＊β），Ｋ３（Ｋ３＝Ｋ３＊α）の値が補正されるようになっている。ここで、α及びβは補正係数であり、０〜１の範囲で変化する。
先ず、センタフィール感応域においては、補正係数は、α＝１、β＝０と設定される。このため、第１制御部の制御ゲインＫ１は０となり、第１制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第２制御部の制御ゲインＫ３はそのまま使用されるので、第２制御部２０により、上述した操舵力特性モデルに基づいて予め設定された目標操舵力が発生するように、補償電流Ｉｆ  が設定される。この結果、センターフィール感応域においては、所望の操舵力特性が得られ、操安性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３０】
次に、非センターフィール感応域においては、補正係数は、α＝０、β＝１と設定される。このため、第２制御部の制御ゲインＫ３は０となり、第２制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第１制御部の制御ゲインＫ１はそのまま使用されるので、第１制御部１８により、トルクセンサ値が小さくなるように基準目標電流Ｉ０    が設定される。この結果、非センターフィール感応域においては、通常のアシスト制御が行なわれ、ステアリングの取り回し性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３１】
次に、遷移領域Ｉは、自動車の走行状態が非センターフィール領域からセンターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域Ｉにおいて、補正係数αは、０→１に変化し、補正係数βは、１→０に変化する。
また、遷移領域ＩＩは、自動車の走行状態がセンターフィール領域から非センターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域ＩＩにおいて、補正係数αは、１→０に変化し、補正係数βは、０→１に変化する。
これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ  においては、第１制御部において補正された制御ゲインＫ１に基づき基準目標電流Ｉ０  が設定され、第２制御部において補正された制御ゲインＫ３に基づき補償電流Ｉｆ  が設定され、これらの電流が加算され、目標電流Ｉが算出される。この結果、これらの遷移領域Ｉ，ＩＩ  においては、通常のアシスト制御を行なうと共に併せて目標操舵力を得ることができ、これにより、操安性能が向上する。また、自動車の走行状態が、非センターフィール領域とセンターフィール感応域との間を移行する場合には、その移行方向により、異なる遷移領域を適用するようにしているので、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３２】
次に、図６により、図２及び式（数４）に示す操舵力特性モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆを導出する方法を説明する。
特性パラメータは、操舵フィーリングを客観的に表す指標から導出される。この指標は、操舵力フィールに関する指標と、車両応答フィールに関する指標に分けられ、操舵力を制御する上において相関関係がある。
操舵力フィールに関する指標をｇ１（θ，Ｆ）、車両応答フィールに関する指標をｈ１（θ，φ）とした時、これらの各指標は、式（数６）及び式（数７）で表され、さらに、これらの指標の相互関係（関係式）は、式（数８）となる。また、車両応答フィールに関する指標は、操舵力フィールに関する指標の一次遅れ関数として設定されている。
【数６】
2004299493.tif 000008
【数７】
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ここで、式（数６）及び式（数７）において、ｆ‐１は操舵力特性モデル（数４）の逆関数であり、Ｆ１  ，φ１  ，ａ，ｂ，ｃは、任意の定数である。
【数８】
2004299493.tif 000010
ここで、式（数８）において、θは操舵角、Ｆは操舵角、φはヨーレート、Ｃ，ｄ，ｅは定数（ステアリング特性、電動パワーステアリング構造、車両特性により決定される）である。この関係式（数８）は実験的に求められる。
【００３３】
これらの指標（数６及び数７）並びに関係式（数８）から、操舵力特性モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆは、図６のブロック図に示されたアルゴリズムにより導出される。なお、関係式（数８）のＣ，ｅ，ｄは、車速により変化するため、特性パラメータは、車速毎に設定される。
図６において、操舵力特性モデルは上述した式（数４）に示す関数モデルであり、最初に、操舵力特性モデルに基準となる操舵角入力パターンを入力し、モデルから予想される操舵力が出力される。次に、その入出力から、操舵力フィールに関する指標の予測値（ｇ１ｐｒｅ）を算出する。
次に、この操舵力に関する予測指標値（ｇ１ｐｒｅ）及び上述した関数式（数８）により、車両応答に関する予測指標値（ｈ１ｐｒｅ）を算出する。
【００３４】
次に、各指標の理想値（ｇ１ｔｇｔ，ｈ１ｔｇｔｅ）と上述した各指標の予想値との誤差総和を算出する。
この誤差総和を算出する際、重み付け係数ｗ１，ｗ２を使用し、これらの重み付け係数ｗ１，ｗ２は車両状態に応じて変更される。具体的には、高車速時には、操舵力フィールよりも車両応答フィールの方が重要であるから、ｗ１＜ｗ２となる。
【００３５】
この演算した誤差総和が許容値より大きい場合には、ＮＧとして、再度、特性パラメータ値を調整して、各指標の新たな予測値を算出し、同様な演算を繰り返して行う。
誤差総和が許容値より小さくなった場合には、そのときの操舵力に関する予測指標値及び車両応答に関する予測指標値を算出するために入力した特性パラメータ値を、求める特性パラメータ値として採用する。
このように、操舵力フィールに関する指標をｇ１（θ，Ｆ）、及び、車両応答フィールに関する指標ｈ１（θ，φ）、並びに両者の関係式（数８）を使用して、操舵特性モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆを車速毎に算出する。
【００３６】
図７には、このようにして導出された特性パラメータと車速との関係が車速対応マップとして示されている。図７に示すように、特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆは、車速が増大するほど、大きな値となっている。なお、操舵角速度依存成分の摩擦成分Ｔｆは車速に依存せず一定である。
【００３７】
次に、図８により、第１実施形態による制御フローを説明する。ここで、図８においては、センターフィール感応域は、図５に示された「センターフィール感応域」、「遷移領域Ｉ」及び「遷移領域ＩＩ」の３つの領域を含む広義の意味で用いられている。なお、図８における「Ｓ」は、各ステップを示している。
この制御フローにおいては、先ず、Ｓ１において、各センサ値を入力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２６、車速センサ２８、操舵角センサ３０からの各出力値である。次に、Ｓ２において、自動車の走行状態が、図５に示された車速及び横Ｇの値に基づき、センターフィール感応域か否かを判定する。
【００３８】
センターフィール感応域でなければ、図５に示す非センターフィール感応域であるため、この場合には、Ｓ３に進み、補償電流をＩｆ  ＝０と設定し、これにより第２制御部による電動モータの電流制御を禁止する。
センターフィール感応域の場合には、Ｓ４に進み、車速対応マップから特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆを設定する。
次に、Ｓ５に進み、第２制御部で目標操舵力ｆ（θ）を演算し、Ｓ６で、補償電流Ｉｆ（＝（ｆ（θ）‐Ｔｓ２）＊Ｋ３）を演算し、さらに、Ｓ７で、第１制御部の制御ゲインＫ１を図５（図５の遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、センターフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づいて減少補正する。さらに、Ｓ８に進み、第１制御部における基準目標電流がＩ０  ＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインである。
次に、Ｓ９に進み、目標電流をＩ＝Ｉ０  −Ｉｆ  と設定する。さらに、Ｓ１０に進み、この目標電流Ｉを電動モータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態では、操舵力フィールに関する指標及び車両応答フィールに関する指標の目標範囲をともに満足する操舵力特性を目標操舵力として制御するようにしているので、これにより、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる。また、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
【００４０】
次に、図９乃至図１３を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の第２実施形態を説明する。図９は第２実施形態による制御ユニットを示すブロック図であり、図１０は操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図であり、図１１は第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図であり、図１２は第２実施形態による制御内容を示すフローチャートであり、図１３は、ヨーレート／付与操舵力変換マップを示す。以下、第２実施形態の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００４１】
図９に示すように、第２実施形態では、第１実施形態（図４参照）の制御ユニットに比べて、さらに、センサ類として、実ヨーレートを検出するヨーレートセンサ３２が設けられ、第２制御部２０には、車両応答モデルから目標ヨーレートを演算する目標ヨーレート演算部３９、ヨーレート／付与操舵力変換マップ４０が設けられている。
【００４２】
第２実施形態では、目標操舵力演算部３６において、操舵角（θ）を入力とした操舵力特性モデルから操舵力出力ｆ（θ）が演算され、この操舵力出力とフィルター処理された実操舵力（Ｔｓ２）との偏差に基づく制御量に重み付け係数ｗ１を掛けたものが操舵力フィール改善のために付与すべき操舵力（第１付与操舵力）として設定される。
次に、車両応答モデルは、操舵角の一次遅れ関数として設定されている。先ず、目標ヨーレート演算部３９において、操舵角（θ）を入力とした車両応答モデルから目標ヨーレートが演算され、この目標ヨーレートと実ヨーレート（ヨーレートセンサ値）との偏差が算出され、このヨーレートに関する偏差が、図１３に示すヨーレート／付与操舵力変換パップにより、付与操舵力に変換され、この付与操舵力に基づく制御量に重み付け係数ｗ２を掛けたものが車両応答フィール改善のために付与すべき操舵力（第２付与操舵力）として設定される。
なお、操舵力特性モデル及び車両応答モデルの特性パラメータは、後述する方法により予め導出されている。
これらの第１付与操舵力と第２付与操舵力が加算され、制御ゲインＫ３により物理変換され、補償電流Ｉｆ  が算出される。
【００４３】
次に、図１０により、重み付け係数ｗ１，ｗ２について説明する。重み付け係数ｗ１，ｗ２は、操舵過渡初期判定値δにより変更される。δ＞０の場合にはｗ１＞ｗ２と設定し、δ＜０の場合にはｗ１＜ｗ２と設定し、δ＝０の場合にはｗ１＝ｗ２と設定する。
ドライバがハンドルを操舵する場合、直進保舵から操舵した状態（直進保舵→操舵）である操舵過渡初期、その後ハンドルを操舵し続ける操舵状態（連続操舵）、旋回中に保舵する状態（旋回保舵）に移行する。この操舵過渡初期を判定するために、操舵過渡初期判定値δを使用し、この操舵過渡初期判定値δは、操舵情報（操舵角θ，操舵速度θ’，操舵加速度θ’’）を入力とした関数ｆ（θ，θ’，θ’’）から算出される。
図１０に示すように、操舵過渡初期判定値δは、操舵過渡初期がδ＞０、連続操舵がδ＜０、旋回保舵がδ＝０となる。
【００４４】
このように、第２実施形態では、操舵過渡初期（δ＞０）には，操舵力フィールが重要であるため、ｗ１＞ｗ２と設定して、連続操舵時（δ＜０）には、車両応答フィールが重要であるため、ｗ１＜ｗ２と設定して、さらに、旋回保持時には、操舵力フィールと車両応答フィールの両方をバランスさせる必要があるので、ｗ１＝ｗ２と設定している。
【００４５】
次に、図１１により、第２実施形態における操舵力特性モデル及び車両応答モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆを導出する方法を説明する。
操舵力特性モデル及び車両応答モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆは、フィーリングを客観的に表す指標から導出される。操舵力フィールに関する指標（数６参照）と、車両応答フィールに関する指標（数７参照）があり、操舵力フィールに関する指標をｇ１（θ，Ｆ）、・・・・・・、ｇｎ（θ，Ｆ）、車両応答フィールに関する指標をｈ１（θ，Ｆ）、・・・・・・、ｈｎ（θ，Ｆ）とした時、各特性パラメータは、図１１に示すアルゴリズムで事前に導出される。ここで、θは操舵角、Ｆは操舵力、φはヨーレートである。
【００４６】
図１１に示すように、操舵力特性モデルは上述した式（数４）に示す関数モデルである。先ず、操舵力特性モデルおよび車両モデルに基準となる操舵角入力パターンを入力し、各モデルから各々予想される操舵力およびヨーレートが出力される。次に、その入出力から、操舵力および車両応答のフィールに関する指標の予測値（ｇ１ｐｒｅ、・・・・・・、ｇｎｐｒｅ、ｈ１ｐｒｅ、・・・・・・、ｈｎｐｒｅ）を算出する。
【００４７】
次に、各指標の理想値（ｇ１ｔｇｔ、・・・・・・、ｇｎｔｇｔ，ｈ１ｔｇｔｅ、・・・・・・、ｈｎｔｇｔ）と上述した各指標の予想値との誤差総和を算出する。
このようにして演算した誤差総和が許容値より大きい場合には、ＮＧとして、再度、特性パラメータ値を調整して、各指標の新たな予測値を算出し、同様な演算を繰り返して行う。
誤差総和が許容値より小さくなった場合には、そのときの予測指標値を算出するために入力した特性パラメータ値を、求める特性パラメータ値として採用する。
このようにして、操舵力特性モデル及び車両応答モデルの特性パラメータＫｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆを導出する。
【００４８】
次に、図１２により、第２実施形態による制御フローを説明する。なお、図８における「Ｓ」は、各ステップを示している。
この制御フローにおいては、先ず、Ｓ１１において、各センサ値を入力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２６、車速センサ２８、操舵角センサ３０、ヨーレートセンサ３２からの各出力値である。次に、Ｓ１２において、操舵過渡初期判定値δを算出する。さらに、Ｓ１３において、自動車の走行状態が、図５に示された車速及び横Ｇの値に基づき、センターフィール感応域か否かを判定する。
【００４９】
センターフィール感応域でなければ、図５に示す非センターフィール感応域であるため、この場合には、Ｓ１４に進み、補償電流をＩｆ  ＝０と設定し、これにより第２制御部による電動モータの電流制御を禁止する。
センターフィール感応域の場合には、Ｓ１５に進み、操舵過渡初期判定値δの値に応じて、上述した重み付け係数ｗ１，ｗ２を変更する。次に、Ｓ１６に進み、第２制御部で目標操舵力ｆ（θ）を演算し、Ｓ１７で、第１付与操舵力Ｆ１＝ｆ（θ）‐Ｔｓ２を算出する。
次に、Ｓ１８に進み、目標ヨーレートｙ（θ）を算出し、Ｓ１９において、偏差ヨーレートｙ（θ）‐ｙｒを算出し、さらに、Ｓ２０において、図１３に示すヨーレート／付与操舵力変換マップから、第２付与操舵力Ｆ２を算出する。
【００５０】
次に、Ｓ２１に進み、補償電流Ｉｆ（＝（Ｆ１＊ｗ１＋Ｆ２＊ｗ２）＊Ｋ３）を演算し、さらに、Ｓ２２で、第１制御部の制御ゲインＫ１を図５（図５の遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、センターフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づいて減少補正する。さらに、Ｓ２３に進み、第１制御部における基準目標電流がＩ０  ＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインである。
次に、Ｓ２４に進み、目標電流をＩ＝Ｉ０  −Ｉｆ  と設定する。さらに、Ｓ２５に進み、この目標電流Ｉを電動モータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。
【００５１】
以上説明したように、第２実施形態においては、操舵角を入力とした操舵力特性モデルから演算された操舵力と実操舵力との偏差である第１付与操舵力Ｆ１と、操舵角を入力とした車両応答モデルから演算された目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に対応した第２付与操舵力Ｆ２を設定し、これらの第１付与操舵力Ｆ１及び第２付与操舵力Ｆ２をそれぞれ重み付けして加算し、この加算された操舵力を付与することにより、目標御操舵力と実操舵力が一致するように制御するので、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる。また、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
【００５２】
さらに、第２実施形態では、ドライバがハンドルを直進保舵した状態から操舵する操舵過渡初期の場合には操舵力フィールを改善する第１付与操舵力の重み付けを高くし、操舵過渡初期以外の場合には車両応答フィールを改善する第２付与操舵力の重み付けを高くするようにしているので、操舵状態に応じた理想の操舵フィールを得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自動車の電動パワーステアリング装置によれば、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、操舵力フィール及び車両応答フィールの両方を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。
【図２】操舵力特性モデルを示す図である。
【図３】操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【図５】本発明の第１及び第２実施形態における制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップである。
【図６】本発明の第１実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態における特性パラメータと車速との関係を示す車速対応マップである。
【図８】本発明の第１実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【図１０】操舵に対する操舵過渡初期判定値δの変化を示す線図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による特性パラメータの値を導出するためのアルゴリズムを示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図１３】ヨーレート／付与操舵力の変換マップである。
【符号の説明】
１    電動パワーステアリング装置
２    ハンドル
４    ステアリングシャフト
６    中間シャフト
１２    タイヤ
１４    電動モータ
１６    制御ユニット
１８    第１制御部
２０    第２制御部
２２    モータ電流制御部
２４    トルクセンサ
２６    横Ｇセンサ
２８    車速センサ
３０    操舵角センサ
３２  ヨーレートセンサ
３４，３８  フィルタ
３５  第１目標操舵力演算部
３６  目標操舵力演算部
３９  目標ヨーレート演算部
４０  ヨーレート／付与操舵力変換マップ
４２  ＰＩ制御部
４４  モータ特性補償部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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