(57)【要約】【課題】経験に依存せずに車両の操舵応答特性を安定させるようなアシストトルクを付与することが可能な車両用電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置において、車両の操舵応答特性の非定常応答成分が上記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、
車両の操舵応答特性の非定常応答成分が前記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御することを特徴とする車両用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、概して、車両用電動パワーステアリング装置に係り、特に、車両の操舵応答特性（操舵角−操舵トルクの位相特性）の非定常応答成分を補償するようにアシストトルクを付与する車両用電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、操舵応答特性（すなわち、操舵角−操舵トルクの位相特性）が操舵速度や車速によって変化するため、運転者が感知するいわゆる「操舵感」（≒操舵反力）も車速や操舵速度によって異なるのが通常である。
【０００３】
従来、車両用電動パワーステアリング装置においては、全車速域又は全操舵速度域で安定した（すなわち略一定の）操舵応答特性が得られるように、このような車両の操舵応答特性の変化を考慮してアシストトルクが付与されている。
【０００４】
具体的には、所望の特性が得られるように、例えば操舵速度に比例するダンピング項を変化させるなどして、操舵感にいわゆる「味付け」を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御を実行する従来の電動パワーステアリング装置には、実車走行によるトライ・アンド・エラーを積み重ねた経験によらなければ所望の操舵応答特性を得るために制御パラメータに設定すべき目標値を決定することができないという問題がある。
【０００６】
また、経験に依存するため、上記目標値を適切に決めることが難しいという問題もある。
【０００７】
さらに、例えば車速高速域での安定性を得るために操舵速度に比例した抵抗性分（いわゆるダンピング項）を付与すると、かえって操舵感が悪化するという問題も生じ得る。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、経験に依存せずに車両の操舵応答特性を安定させるようなアシストトルクを付与することが可能な車両用電動パワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、操舵ハンドルの回動操作による操舵トルクに対してアシストトルクを発生する電動機を備えた車両用電動パワーステアリング装置であって、車両の操舵応答特性の非定常応答成分が上記アシストトルクによって補償されるように該アシストトルクの大きさを制御することを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置である。
【００１０】
この態様において、操舵応答特性とは、車速及び操舵速度によって変化するものであり、操舵角に対する操舵トルクの応答特性、すなわち車両における操舵角−操舵トルクの位相特性を指す。
【００１１】
また、この態様において、操舵応答特性の非定常応答成分とは、該応答特性のうち車速や操舵速度の変化に依存する成分を指す。換言すれば、操舵応答特性の定常応答成分は無限時間が経過したときの応答特性であるから、操舵応答特性から該定常応答成分を差し引いたものが上記非定常応答成分である。
【００１２】
この態様によれば、車両モデルとして表された操舵応答特性から、数学的に算出可能な定常応答性分を差し引いて操舵応答特性の非定常応答成分を求めることにより、該非定常応答成分がアシストトルクによって補償される（すなわち、打ち消される）ように電動機を制御することによって操舵応答特性を全車速域及び全操舵速度域において安定化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、車両用電動パワーステアリング装置自体のおおよその構成や機能は既に良く知られており、本明細書では詳しい説明を省略する。
【００１４】
また、以下に説明する本発明の一実施形態においては、便宜上、操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータがラック軸上に設けられたいわゆるラック同軸型のパワーステアリング装置を一例として挙げる。
【００１５】
図１は、車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。操舵ハンドル１０１を通じて入力された運転者の回動操作は、操舵軸１０２及び図示しないピニオン部を通じてラック軸１０４に伝達される。
【００１６】
ラック軸１０４は、横方向に動くことによって、転舵輪１０５を転舵する。ラック軸１０４の同軸上には、この横方向の動きをアシストする電動モータ１０６が設けられている。
【００１７】
操舵ハンドル１０１には舵角センサ１０３が設けられる。舵角センサ１０３によって検出された操舵角は、モータ１０６に対する通電制御を行うパワステＥＣＵ１０７へ伝達される。ＥＣＵ１０７は、モータ１０６の回転を制御し、所望のアシスト力（モータ指令トルク）を発生させる。また、ＥＣＵ１０７には、図示しない車速センサから車速情報が入力される。
【００１８】
次いで、図２を用いて、本実施形態に係るＥＣＵ１０７によるアシストトルク決定処理について詳述する。図２は、本実施形態に係るアシストトルク決定処理の流れを示すフローチャートである。
【００１９】
既述のように、操舵応答特性を安定化させるために、本実施形態に係るＥＣＵ１０７は、モータ１０６によって付与されるアシストトルクによって車両の操舵応答特性の非定常応答成分が補償されるように、モータ指令トルクの大きさを決定する。
【００２０】
より具体的には、ＥＣＵ１０７は、車両モデルで表された伝達関数から定常応答成分を引くことによって車速や操舵速度に依存する非定常応答成分を求め、この非定常成分が打ち消されるようにモータ指令トルクを決定する。
【００２１】
まず、ＥＣＵ１０７は、操舵速度ω（ｒａｄ／ｓ）を入力とし、補償（されるべき）トルクＴｈ（Ｎｍ）を出力とする伝達関数Ｆ（ｓ）を算出する（Ｓ２０１）。
【００２２】
ここで、ハンドル操舵角θを入力とし、操舵トルクＴを出力とする車両の伝達関数Ｐ（ｓ）は、既知の２輪モデルを用いると、
【００２３】
【数１】
2004338616.tif 000003
と表すことができる。ここで、ｍは車両重量（ｋｇ）であり、ξはトレール（ｍ）であり、Ｋｆは前輪コーナリングパワ（Ｎ／ｒａｄ）であり、Ｋｒは後輪コーナリングパワ（Ｎ／ｒａｄ）であり、Ｉｖはヨー慣性モーメント（Ｎｍｓ２）であり、ｌｆは前輪車軸−重心間距離（ｍ）であり、ｌｒは後輪車軸−重心間距離（ｍ）であり、Ｎｓはステアリング・オーバオール・レシオである。
【００２４】
ここで、補償伝達関数Ｆ（ｓ）は、操舵速度ωに応じて、操舵応答特性の非定常応答成分と等しい補償トルクＴｈを発生させるものであるため、操舵応答特性を示す車両伝達関数Ｐ（ｓ）からこのＰ（ｓ）の定常応答成分すなわち無限時間が経過したときの伝達関数Ｐ（０）を引き、次数を下げることによって、求められる。具体的には、
【００２５】
【数２】
2004338616.tif 000004
と表すことができる。ここで、Ｐｎｕｍ（ｓ）はＰ（ｓ）の分子を表し、Ｐｄｅｎ（ｓ）はＰ（ｓ）の分母を表す。
【００２６】
上記式（１）において、車速Ｖ以外のパラメータは車両ごとに予めプリセット可能なものであるため、本実施形態では、搭載車両に関するこれらの値をＥＣＵ１０７が予め保持しているものとする。
【００２７】
したがって、ＥＣＵ１０７は、Ｓ２０１において、図示しない車速センサから取得したその時点での車速を上記式（１）に代入してＰ（ｓ）及びＰ（０）を求め、さらにこれらを上記式（２）に代入することによって、その車両についてのその車速での補償伝達関数Ｆ（ｓ）を算出することができる。
【００２８】
次に、ＥＣＵ１０７は、舵角センサ１０３から取得した操舵角θを時間微分して操舵速度ωを算出し、このωにＳ２０１で算出した補償伝達関数Ｆ（ｓ）を掛けることによって、補償トルクＴｈを求める（Ｓ２０２）。
【００２９】
次に、ＥＣＵ１０７は、Ｓ２０２で求めた補償トルクＴｈをモータ指令トルクとし、該トルクを発生するようにモータ１０６に対する通電制御を行う（Ｓ２０３）。
【００３０】
これらＳ２０１〜Ｓ２０３の処理は、例えばイグニッション・スイッチがオンである限り、常時繰り返される。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、その時の車速及び操舵速度に応じて、操舵トルクに対するアシストトルクを発生するモータに、搭載車両の操舵応答特性のうち車速及び操舵速度によって変化する非定常応答成分を補償するような大きさのトルクを発生させることができ、よって操舵応答特性を全車速域及び全操舵速度域において安定化させることができる。
【００３２】
なお、上記一実施形態に係る構成は一例に過ぎず、アシスト力を発生するモータはラック同軸型に限られない。
【００３３】
また、上記一実施形態の説明では、便宜上、補償トルク＝モータ指令トルクとして説明したが、より厳密には、上記処理により決定された補償トルクに更に別の補償制御を加えた上でモータ指令トルクとしてもよい。
【００３４】
また、上記一実施形態において、車両操舵応答特性を表すのに２輪モデルを用いたのは一例に過ぎず、当業者には明らかなように、４輪モデルなどの高次モデルに変更すればより精密な補償を行うことができる。
【００３５】
さらに、上記一実施形態において、車両伝達関数Ｐ（ｓ）に含まれる車速Ｖ以外のパラメータの値はＥＣＵが予め保持するとしたのは一例に過ぎず、当業者には明らかなように、これらパラメータの値はリアルタイムで測定されてもよい。
【００３６】
最後に、図３〜１４を用いて、上記一実施形態に係る制御を走行中の車両で実際に行った実験のデータを紹介する。本実験で用いた車両に関する諸元は以下の通りである。
・駆動方式                          ：２ＷＤ（ＦＲ）
・排気量                            ：３，０００ｃｃ
・車両重量ｍ                        ：１，６５０ｋｇ
・前輪軸重割合Ｄｗｆ                ：０．５２１
・ホイールベースｌ                  ：２．８５ｍ
・正規化慣性モーメント係数Ｉｚｎ    ：０．８５１２１８
・前輪コーナリングパワＫｆ          ：４８，２５８Ｎ／ｒａｄ
・後輪コーナリングパワＫｒ          ：７０，５３１Ｎ／ｒａｄ
図３は、上記一実施形態に係る制御を行わない場合、すなわち従来通りのアシストトルク決定処理による、車速Ｖが８０ｋｍ／ｈで操舵速度ωが１Ｈｚの場合の操舵角θ−操舵トルクＴの位相特性を示すグラフである。
【００３７】
図３の状態から操舵速度ωを１Ｈｚに保ちながら車速Ｖを１２０ｋｍ／ｈに上げた場合の特性を図４に示す。図から明らかなように、車速の増加に伴い、位相特性の描く円がつぶれるように変化している。
【００３８】
これらの特性を重ね書きしたものを図５に示す。このように、従来技術によれば、車速の違いによって位相特性が大きく異なるため、運転者の操舵感も一定でない。
【００３９】
他方、図６〜８は、同じ条件下で上記一実施形態に係る制御を実行した場合のグラフを示す。図６が車速８０ｋｍ／ｈの場合を示し、図７が車速１２０ｋｍ／ｈの場合を示す。重ね書きした図８から明らかなように、本制御を実施した場合、位相特性の描く円が８０ｋｍ／ｈの場合と１２０ｋｍ／ｈの場合とでおよそ一致する。
【００４０】
このように、上記一実施形態に係る制御によれば、運転者は、車速が８０ｋｍ／ｈの場合と１２０ｋｍ／ｈの場合とでほぼ同じ操舵感を得ることになる。
【００４１】
図９は、上記一実施形態に係る制御を行わない場合、すなわち従来通りのアシストトルク決定処理による、車速Ｖが１００ｋｍ／ｈで操舵速度ωが０．２〜０．４Ｈｚの場合の操舵角θ−操舵トルクＴの位相特性を示すグラフである。
【００４２】
図９の状態から車速Ｖを１００ｋｍ／ｈに保ちながら操舵速度ωを０．９〜１．１Ｈｚに上げた場合の特性を図１０に示す。図から明らかなように、操舵速度の増加に伴い、位相特性の描く円がつぶれるように変化している。
【００４３】
これらの特性を重ね書きしたものを図１１に示す。このように、従来技術によれば、操舵速度の違いによって位相特性が大きく異なるため、運転者の操舵感も一定でない。
【００４４】
他方、図１２〜１４は、同じ条件下で上記一実施形態に係る制御を実行した場合のグラフを示す。図１２が操舵速度が０．２〜０．４Ｈｚの場合の場合を示し、図１３が操舵速度を０．９〜１．１Ｈｚの場合を示す。重ね書きした図１４から明らかなように、本制御を実施した場合、位相特性の描く円が０．２〜０．４Ｈｚの場合と０．９〜１．１Ｈｚの場合とでおよそ一致する。
【００４５】
このように、上記一実施形態に係る制御によれば、運転者は、操舵速度が０．２〜０．４Ｈｚの場合と０．９〜１．１Ｈｚの場合とでほぼ同じ操舵感を得ることになる。すなわち、素早く操舵した場合であっても、ゆっくりと操舵した場合であっても、操舵感はほぼ同じとなる。
【００４６】
このように、上記実験からも、上記一実施形態により操舵応答特性が全車速域及び全操舵速度域において安定化することは明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、経験に依存せずに車両の操舵応答特性を安定させるようなアシストトルクを付与することが可能な車両用電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された電動パワーステアリング装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアシストトルク決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】車速：８０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図４】車速：１２０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図５】車速：８０ｋｍ／ｈ及び１２０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図６】車速：８０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図７】車速：１２０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図８】車速：８０ｋｍ／ｈ及び１２０ｋｍ／ｈ、操舵速度：１Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図９】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．２〜０．４Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図１０】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．９〜１．１Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図１１】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．２〜０．４Ｈｚ及び０．９〜１．１Ｈｚ、制御無し、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図１２】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．２〜０．４Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図１３】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．９〜１．１Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【図１４】車速：１００ｋｍ／ｈ、操舵速度：０．２〜０．４Ｈｚ及び０．９〜１．１Ｈｚ、制御有り、の場合の操舵角−操舵トルクの位相特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１  操舵ハンドル
１０２  操舵軸
１０３  舵角センサ
１０４  ラック軸
１０５  転舵輪
１０６  電動モータ
１０７  パワステＥＣＵ
【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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【図１４】
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