(57)【要約】【課題】操舵時の違和感を低減することが可能な電動パワーステアリングシステムを提供する。【解決手段】回転方向ハンドル位置の周波数が３Ｈｚ以上において、タイヤＴＲ及びトーションバーＴＢの回転方向の弾性が「逆バネ特性」となるようにすると、慣性感を低減することができる。【選択図】  図４３
2005014850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルからのトルク入力に応じて捩れるトーションバーと、このトーションバーの捻れ量に応じてタイヤを転舵するための電気モータとを備えた電動パワーステアリングシステムであって、
ハンドルの回転操作の周波数が３Ｈｚ以上の領域にのみ、前記タイヤ及び前記トーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有することを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリングシステムであって、ハンドルの回転操作の周波数が５Ｈｚ以上の領域にのみ、前記タイヤ及び前記トーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有することを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の電動パワーステアリングシステムであって、
π：円周率
Ｉｈ：ハンドル慣性モーメント
Ｋｍ：係数
Ｉｍｔ：モータ慣性モーメント
ＫＬ：タイヤの捻りバネ定数
とした場合に、以下の式：
【数１】
2005014850.tif 000005
によって表される周波数ｆ１が３Ｈｚ以上であることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の電動パワーステアリングシステムであって、上式によって表される周波数ｆ１が５Ｈｚ以上であることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）は、動力源である電動モータの取り付け位置によって、３種類に分類される。ステアリングコラムに直流モータによるアシスト機構を一体に組み込んだコラムタイプ電動パワーステアリング（Ｃ−ＥＰＳ）、ピニオン軸アシスト式電動パワーステアリング（Ｐ−ＥＰＳ）、ラック軸アシスト式電動パワーステアリング（Ｒ−ＥＰＳ）等が知られている。
【０００３】
Ｃ−ＥＰＳ及びＰ−ＥＰＳでは、マニュアル力と補助力が同時にラック＆ピニオンギヤ部に伝達され、減速機構を有するＲ−ＥＰＳでは、減速機部から直接ラック軸をアシストし、ラック＆ピニオン部への入力を緩和することができる。
【０００４】
電動パワーステアリングシステムにおいて、トルクセンサ系のバネ要素、ハンドル慣性及びモータ慣性により生じる共振周波数成分をフィルタにて除去することにより、発振を抑え、制御ゲインを高くできるものが開示されている（下記、特許文献１）。また、電動ポンプ式パワーステアリング装置において、車輪からのセルフアライメントの力の作用を利用し、例えば、操舵時用の起動閾値を大きく、戻り操舵時用の起動閾値を小さくすることによって、操舵フィーリングを向上させるものが知られている（下記、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１８３３５５号公報
【特許文献２】
特開２０００−９５１２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動パワーステアリングシステムにおいては、ハンドルの操舵時の回転操舵方向の回転位置の繰り返し周波数によっては、システムの振動系において逆バネ特性が生じる場合があり、これが運転者に慣性感を与えてしまうという問題があり、操舵時の違和感となっていた。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、操舵時の違和感を低減することが可能な電動パワーステアリングシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電動パワーステアリングシステムは、ハンドルからのトルク入力に応じて捩れるトーションバーと、このトーションバーの捻れ量に応じてタイヤを転舵するための電気モータとを備えた電動パワーステアリングシステムであって、ハンドルの回転操作の周波数が３Ｈｚ又は５Ｈｚ以上の領域にのみ、前記タイヤ及び前記トーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有することを特徴とする。
【０００８】
人間によるハンドルの回転操作の周波数は、目標走行ラインに対するゲインを維持しようとすれば、５Ｈｚが限界である。したがって、目標走行ラインを適正に走行している場合は、ハンドルの回転操作の周波数は５Ｈｚ未満である。このため、ハンドルの回転操作の周波数が５Ｈｚ以上の領域にのみ、タイヤ及びトーションバーの回転方向の弾性が逆バネ特性となる領域を有する電動パワーステアリングシステムにおいては、実際の運転によって発生するハンドルの回転操作の周波数範囲（５Ｈｚ未満）において、システムの振動系は逆バネ特性とはならず、操舵時の違和感が低減される。
【０００９】
また、緊急回避などの特別に速い操舵を除けば、通常の運転によって発生するハンドルの回転操作の周波数は３Ｈｚ未満である。したがって、ハンドルの回転操作の周波数は３Ｈｚ未満である。したがって、ハンドルの回転操作の周波数が３Ｈｚ以上の領域にのみ、前記タイヤ及び前記トーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有する電動パワーステアリングシステムにおいては、通常走行中に発生するハンドルの回転操作の周波数範囲（３Ｈｚ未満）において、システムの振動系は逆バネ特性とはならず、通常走行中の操舵時の違和感が低減される。
【００１０】
このような電動パワーステアリングシステムの具体例としては、後述の式（Ａ）で定まる周波数ｆ１が５Ｈｚ以上又は３Ｈｚ以上である電動パワーステアリングシステムが好適である。
【００１１】
ハンドルの回転操作の周波数が３Ｈｚ以上又は５Ｈｚ以上の領域にのみ、前記タイヤ及び前記トーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有する電動パワーステアリングシステムとするためには、▲１▼ハンドルからタイヤに至るまでの部材の慣性モーメントや▲２▼ハンドルからタイヤに至るまでの部材の復元モーメントを調整することによって、逆バネ特性となる周波数領域を上昇させればよい。
【００１２】
すなわち：
（１）ステアリングホイール慣性モーメントの低減
（２）モータ慣性モーメントの低減
（３）フロント等価コーナリングパワーの増大
（４）キャスタートレール増加
（５）ニューマティックトレール増加
（６）ジャキアップトルク増加
（７）タイヤ捻り剛性増大
のいずれか１つ又は複数の組み合わせることによって、逆バネ特性となる周波数領域を上昇させることができる。なお、（１）及び（２）は▲１▼ハンドルからタイヤに至るまでの部材の慣性モーメントに属し、（３）〜（７）は▲２▼ハンドルからタイヤに至るまでの部材の復元モーメントに属する。
【００１３】
これらの値をどの程度にすればよいかは実験的に求めることができるが、（式Ａ）で定まる周波数ｆ１が３Ｈｚ以上又は５Ｈｚ以上となるように設定することにより、その作業効率が効率化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る電動パワーステアリングシステムについて説明する。なお、同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、電動パワーステアリングシステムの斜視図である。運転者がハンドルＳＨを握った状態で、ハンドルＳＨに捻りトルクを加えると、ハンドルＳＨと同軸配置された入力軸ＩＳが、入力軸ＩＳ内部に設けられたトーションバーＴＢと共に回転し、トーションバーＴＢに連結した出力軸ＯＳが回転する。出力軸ＯＳはユニバーサルジョイントＵＪを介して、ピニオン軸ＰＮに連結されている。ピニオン軸ＰＮが回転すると、これに噛合したラック軸ＲＢが、その長手方向に沿って移動し、ラック軸ＲＢの両端に連結される車輪（タイヤ）ＴＲが操舵される。
【００１６】
出力軸ＯＳには電気モータＭＲが噛合しており、電気モータＭＲを駆動することによって、出力軸ＯＳの回転、すなわち、タイヤＴＲの操舵がアシストされる。電気モータＭＲの駆動力は、制御装置ＣＯＮＴによって制御されている。入力軸ＩＳと出力軸ＯＳとの間には、これらの間の相対捻れ角を検出するトルクセンサが設けられており、このトルクセンサの出力は制御装置ＣＯＮＴに入力される。すなわち、トルクセンサはハンドルＳＨからの入力トルクを検出し、制御装置ＣＯＮＴは、検出された入力トルクに比例したアシスト力が出力軸ＯＳに加えられるよう、電気モータＭＲを制御する。
【００１７】
図２は、上述の電動パワーステアリングシステムをモデル化した模式図である。
【００１８】
簡単のため、ハンドルＳＨの回転方向の運動系を直線運動系に変換して説明する。すなわち、この系の回転方向の移動を平行移動、角速度を直線運動の速度、回転方向の弾性係数を直線方向の弾性係数に変換する。図面の上下方向をＸ軸に設定すると、ハンドルＳＨにトルクＴｑｓ（Ｔｑｓ０とする）を加え、ハンドルＳＨを、Ｘ軸を中心に回転させると、トーションバーＴＢがＸ軸に沿って捻りバネ定数Ｋｔで捻れ（Ｘ軸方向の伸縮で表現）、トーションバーＴＢの弾性力（Ｘ軸中心の回転力）によって慣性モーメントＩｍｔのモータＭＲが回転し、タイヤＴＲが捻りバネ定数ＫＬ、モータＭＲの減衰係数ＣｍでＸ軸中心の回転方向（操舵方向）に回転する（Ｘ軸方向の伸縮で表現する）ものとする。
【００１９】
この電動パワーステアリングシステムにおいては、回転方向ハンドル位置の振動数が３Ｈｚ以上において、タイヤＴＲ及びトーションバーＴＢの回転方向の弾性が「逆バネ特性」となるよう、ハンドルＳＨ、トーションバーＴＢ、電気モータＭＲ及びタイヤＴＲのパラメータを設定する。
【００２０】
以下では、これらのパラメータを如何に設定すれば、３Ｈｚ以上で「逆バネ特性」が生じるのかについて説明する。すなわち、パラメータとしては、▲１▼ハンドルＳＨの慣性モーメント、▲２▼ハンドルＳＨの減衰係数、▲３▼トーションバーＴＢの剛性、▲４▼電気モータＭＲからタイヤに至るまでの質量部の慣性モーメント（出力軸に換算：モータ慣性モーメント）、▲５▼タイヤＴＲの捻れバネ定数の出力軸換算値（キングピンオフセット、キングピン角度、トレール、タイヤ弾性係数に依存）、▲６▼モータＭＲの減衰係数の出力軸換算値が列挙される。また、ジャキアップトルク増加をさせる等の手法もある。
【００２１】
図３は、タイヤＴＲの捻りバネ定数ＫＬに関する説明図である。
【００２２】
このタイヤＴＲはハンドル回転によって操舵される前輪であるとする。タイヤＴＲは操舵時に、キングピン軸ＫＰを中心に向きを変える。車両の前方からキングピン軸ＫＰを観察すると、その上部は車両内側へ傾けて取り付けられており、この傾きをキングピン角度とし、キングピン軸ＫＰ延長線の路面交点とタイヤ接地中心との距離をキングピンオフセットとする。
【００２３】
但し、Ｗウイッシュボーン型やストラット型は実際上キングピンが存在しないので、Ｗウイッシュボーン型のサスペンションではアッパとロワーのボールジョイントを、ストラット型ではサスペンションサポート中心とロワーボールジョイントを結ぶ仮想線をキングピン軸とする。タイヤＴＲ路面接地点とキングピン軸の延長線と路面の交点との間の距離をキャスタートレールＣＴとし、タイヤＴＲ路面接地点とタイヤグリップの作用点との距離をニューマティック・トレールＮＴとし、これらの合計をトレールＴＴとする。
【００２４】
このタイプのタイヤの場合、タイヤコーナリングパワーをＣＰとすると、▲５▼タイヤの捻りバネ定数ＫＬは、タイヤの弾性係数やトレールＴＴとの関係で、・捻りバネ定数ＫＬ＝ＣＰ×ＴＴ×ギア比のように設定される。
【００２５】
残りのパラメータ▲１▼〜▲４▼、▲６▼については、実測をすれば求めることができる。このようにして、パラメータ▲１▼〜▲６▼は定めることができるが、以下ではパラメータとハンドル回転位置の振動数との関係について、特に、「逆バネ特性」が生じる振動数との関係について説明し、３Ｈｚ以上で逆バネ特性を生じさせるパラメータ設定値について説明する。
【００２６】
まず、ハンドルの回転位置の振動数について検討する。
【００２７】
図４〜図８は、下記の説明において用いる数式群を示す表である。
【００２８】
また、説明において用いる記号を以下に示す。なお、各要素の値は、出力軸に換算してあるものとし、この換算時の値を「等価」として表記する。
【００２９】
【表１】
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キングピン軸周りの慣性モーメントは、モータ慣性モーメントに比して小さく、操舵軸（入力軸、出力軸）の剛性は、タイヤＴＲの剛性に比して高いため、操舵軸周りの運動方程式は数式（１−１）、（１−２）で与えられ、ハンドル回転角に対する出力トルクの伝達特性は数式（１−３）で与えられる。なお、トルク位相補償項はＫｄ・Ｋｔ（θｍ−θｈ）とする。数式（１−３）において減衰項、トルク微分項が全て零であるとすると、数式（１−３）は、数式（１−４）、（１−５）に変形することができる。この伝達関数の極を数式（１−６）とし、零点を（１−７）とすると、λは数式（１−８）で与えられる。
【００３０】
なお、電気モータの発生するトルクは考慮しないこととする。
【００３１】
Ｃ０＝０をテーラー展開し、パラメータＩｈ＝０．０２８、Ｉｍｔ＝０．０６１１Ｋｔ＝１．３５、ＫＬ＝１１．８８３を代入し、高次を無視すると、数式（１−８’）を得ることができ、数式（１−８）は数式（１−９）で近似することができる。
【００３２】
２つの零点は、それぞれ、数式（１−１０）、数式（１−１１）で与えられる。したがって、一方の極λ１は数式（１−１１’）で与えられ、数式（１−１１”）の近似が成立すると、極λ１は数式（１−１２）で与えられることとなる。他方の極λ２は、数式（１−１３’）に従い、近似的に数式（１−１３）で与えられ、システムの固有振動モードが求められる。
【００３３】
トルクゲインを示す（Ｔｑ／θｈ）は、周波数軸に対して、数式（１−６）で与えられる１つの零点λと、数式（１−１２）、数式（１−１３）で与えられる２つの極λ１，λ２を有することとなる。これはハンドル回転系における振動なので、要するに、ハンドル回転位置の振動を示しており、ハンドル回転位置の振動数（周波数ｆ）とトルクゲインとの関係に等しい。
【００３４】
次に、トーションバー部のトルクの伝達特性を求める。トーションバー部のトルクの伝達特性は、ハンドル回転角に対して、ハンドル回転角からモータ回転角を減じたものの比率に一致し、数式（１−１４）で与えられる。なお、Ｔｑｓ１はトーションバーにおけるトルクを示す。
【００３５】
減衰項を０として固有振動モードを求めると、（Ｔｑｓ／θｈ）は、数式（１−１４）は数式（１−１４’）に変形することができ、その零点λ０及び極λＰは、数式（１−１４”）で与えられる。
【００３６】
ハンドルとトーションバーのトルク差のハンドル回転角に対する伝達関数は、数式（１−１４＊）で与えられ、Ｔｑｈ０は、差分トルクを示す。
【００３７】
図９は、数式（１−４）で与えられるゲインの伝達関数Ｇ１＝（Ｔｑ／θｈ）、数式（１−１４’）で与えられるゲインの伝達関数Ｇ２＝（Ｔｑｓ／θｈ）の周波数特性を示すグラフである。なお、Ｋｍを係数として、Ｉｈ＝０．０２８、Ｉｍｔ＝０．０６１１
Ｋｔ＝１３５、ＫＬ＝１１．８８３、Ｋｍ＝０に設定する。
【００３８】
同図に示すように、伝達関数Ｇ１において零点を与える周波数ｆ１，ｆ４は、数式（２−１）及び数式（２−４）で与えられ、極を与える周波数ｆ３は、数式（２−３）で与えられる。伝達関数Ｇ２において零点を与える周波数ｆ２は、数式（２−２）で与えられ、極を与える周波数ｆ３は、数式（２−３）で与えられる。
【００３９】
図１０は、上述の周波数ｆ１〜ｆ４の場合のシステムの挙動の説明図である。周波数ｆ１においては、ハンドル及び電気モータが同一方向に回転し（同図（１））、周波数ｆ２においては電気モータが単独で回転し（同図（２））、周波数ｆ３においては電気モータが単独で回転し（同図（３））、周波数ｆ４においてはハンドル及び電気モータが逆方向に回転するものと考えることができる（同図（４））。
【００４０】
上述の伝達関数Ｇ１について検討する。
【００４１】
図１１は、上述の伝達関数Ｇ１における周波数とトルクゲインとの関係を示すグラフ（図１１（ａ））及び周波数とトルクの位相を示すグラフ（図１１（ｂ））である。図１１（ｂ）を参照すると、第１の零点（周波数ｆ１）と極（共振点：周波数ｆ３）との間の領域、第２の零点（周波数ｆ４）以上の領域において、トルクの位相が１８０°ずれている。この位相反転領域が、タイヤ及びトーションバーの回転方向の弾性が「逆バネ特性」となる領域であり、当該「逆バネ特性」は操舵時の「慣性感」に相当することとなる。
【００４２】
図１２は、トルクゲインの実部を周波数ｆで割った値ｇの周波数依存性を示すグラフである。同グラフでは、周波数がｆ１〜ｆ３、ｆ４以上において、値ｇが負の値となる領域が存在しており、この領域では上述の操舵系が「逆バネ特性」となる。
【００４３】
図１３は、モータにおけるトルクゲインの実部の周波数特性を示すグラフである。周波数ｆ１〜ｆ３の領域によって規定される位相反転領域▲１▼においては、ハンドルの回転量よりもモータの回転量が大きくなる力が働き、周波数ｆ３以上の領域▲２▼においては、ハンドルの回転とは逆方向にモータが回転する力が働く。
【００４４】
この現象を模式的に説明する。簡単のため、ハンドルの回転方向の運動系を直線運動系に変換して説明する。すなわち、この系の回転方向の移動を平行移動、角速度を直線運動の速度、回転方向の弾性係数を直線方向の弾性係数に変換する。図面の上下方向をＸ軸に設定する。
【００４５】
図１４に示すように、ハンドルＳＨをＸ軸方向に押す（回転させる）と、モータＭＲがハンドル操舵角以上に移動する。すなわち、位相反転領域▲１▼においては、この系のハンドルによる入力振幅よりもモータの振幅の方が大きく、これが慣性感として機能する。
【００４６】
また、図１５に示すように、領域▲２▼においては、この系のハンドルＳＨによる入力振幅に対してモータＭＲが逆方向に移動するという現象が生じる。
【００４７】
上記では、伝達関数における減衰項が零であることとして説明したが、実際には、減衰項は零ではないので、トルクゲインが無限大に発散することはない。
【００４８】
図１６は、減衰項を設定した場合のトルクゲイン実部（１／ｆで示す）の周波数特性を示すグラフである。すなわち、減衰係数Ｃｈ、Ｃｍは、Ｃｈ＝０．０、Ｃｍ＝０．５に設定する。
【００４９】
（Ｔｈ−Ｔｑｓ）／θｈの曲線は周波数の増加と共に減少する傾向にある。Ｔｑｓ／θｈの曲線は、周波数の増加と共に正から負になった後、反転して正となり、徐々に零に収束していく。Ｔｈ／θｈは全体の慣性感を示すものであり、概形はＴｑｓ／θｈの曲線と同様である。
【００５０】
ここで、全体の慣性感（Ｔｈ／θｈ）は、トーションバー及びタイヤによるバネを介した電気モータ慣性モーメントによる慣性感（Ｔｑｓ／θｈ）と、ハンドル慣性モーメントによる慣性感Ｔｑｈ０／θｈ＝（Ｔｈ−Ｔｑｓ）／θｈを足したものである。ハンドルを保持した状態であれば、ハンドル慣性モーメントの影響は慣性感としては小さいので、この場合には、全体の慣性感は電気モータ慣性モーメントによる慣性感と見なすことができる。
【００５１】
すなわち、（Ｔｑｓ／θｈ）に着目する。
【００５２】
図１７は、１／ｆ表記された（Ｔｑｓ／θｈ）実部の周波数特性を示すグラフである。
【００５３】
この実部が負になるまでの周波数を領域１、負になった場合の周波数を領域２、反転して正になった場合の周波数を領域３、殆ど零に収束した場合の周波数を領域４とする。
【００５４】
各領域において、どのような運動が生じているのかについて説明する。
【００５５】
図１８は、領域１における操舵系の説明図である。なお、回転運動を直線運動に変換して図示する。
【００５６】
領域１においては、ハンドルＳＨを回転させる（Ｘ軸方向に押す）と、電気モータは慣性を有するので、トーションバーからの弾性力によってハンドルは押し返される。また、トーションバーとしてのバネが伸びきった状態では、ハンドルＳＨを更に押し返す力がトーションバーから働くので、運転者は、この対抗力に対して、ハンドルＳＨを保持する必要がある。但し、電気モータの質量位置は余り動いていないので、ハンドルを保持する力は小さくて済む。
【００５７】
図１９は、領域２における操舵系の説明図である。
【００５８】
領域２においては、ハンドルから入力した力以上に電気モータの慣性が下側にトーションバーのバネを引っ張るので（逆バネ特性）、ハンドルＳＨを戻す力が必要となり、ハンドル位置を初期位置に戻した場合には、電気モータの慣性によって、トーションバーのバネが縮んでハンドルＳＨを押し上げようとするため、運転者は、この対抗力に対して、ハンドルＳＨを押し返すように保持しなければならない。すなわち、図１７における振動数（周波数）ｆ１が３Ｈｚ以上、好ましくは４Ｈｚ、更に好適には５Ｈｚ以上となるように、上述の各パラメータ▲１▼〜▲６▼を設定すれば、人間の操舵範囲内においては「逆バネ特性」が生じない。
【００５９】
周波数ｆ１は、π：円周率、Ｉｈ：ハンドル慣性モーメント、Ｋｍ：係数、Ｉｍｔ：モータ慣性モーメント、ＫＬ：タイヤの捻りバネ定数として、以下の式（Ａ）で与えられる。
【００６０】
【数２】
2005014850.tif 000004
図２０は、領域３における操舵系の説明図である。
【００６１】
領域３においては、ハンドルＳＨを回転させる（Ｘ軸方向に押す）と、電気モータは慣性を有するので、トーションバーからの弾性力によってハンドルは押し返される。また、ハンドル位置を初期位置に戻そうとした場合には、電気モータの慣性はトーションバーを引っ張るので、トーションバーとしてのバネが大きく伸びる状態となり、運転者は、この対抗力に対して、ハンドルＳＨを引っ張る必要がある。
【００６２】
図２１は、領域４における操舵系の説明図である。
【００６３】
領域４においては、周波数が高く、したがって、ハンドルＳＨを速く振動させている状態なので、電気モータの質量はこの動きに追従せず、ハンドルは、トーションバーのバネ力による力を支配的に受けることとなる。
【００６４】
ちなみに、図１７ではトルクゲインの実部に１／ｆを掛けて表現したが、このような処理を施すと、曲線の変化が非常に判別しやすくなる。
【００６５】
図２２は、当該処理を行っていないトルクゲインの周波数特性を示すグラフ、図２３は位相を示すグラフ、図２４は実部を示すグラフ、図２５は虚部を示すグラフである。図２４のグラフに１／ｆを掛けると、図１７のグラフになる。図２６、図２７は、それぞれ、図２４、図２５のグラフに１／ｆを掛けたものである。１／ｆを掛けた場合には、曲線の変化が低周波領域でも大きくなり、曲線変化が如実に判明する。なお、パラメータＫｔ、ＫＬ、Ｉｍｔ、Ｋｍ、Ｃｍ、Ｋｄは実験的に設定できる。
【００６６】
次に、上述のパラメータを変化させ、図２６（実部）及び図２７（虚部）に示したトルクゲイン曲線がどのように変化するかを調べた。
【００６７】
図２８は１／ｆ表記のトルクゲイン実部を示すグラフであり、図２９は、１／ｆ表記のトルクゲイン虚部を示すグラフである。
【００６８】
モータ慣性モーメントＩｍｔを初期値の２倍に設定した場合、曲線「ｂ」で示すように、トルク実部の最大値が大きく、最小値が小さくなり、慣性感が大きくなる。一方、モータ慣性モーメントＩｍｔを初期値の１／２倍に設定した場合、曲線「ｃ」で示すように、トルク実部の最大値が小さく、最小値が大きくなり、慣性感が小さくなる。また、実部が反転する領域では、慣性モーメントを増加させることによって、虚部が大きくなり、トルクの位相進み量が増大することが分かる。
【００６９】
図３０は１／ｆ表記のトルクゲイン実部を示すグラフであり、図３１は、１／ｆ表記のトルクゲイン虚部を示すグラフである。
【００７０】
モータの減衰係数Ｃｍを初期値の２倍（＝１）に設定した場合、曲線「ｂ」で示すように、トルク実部の最大値が小さく、最小値が大きくなり、慣性感が小さくなる。また、トルク微分項Ｋｄを初期値の４倍（＝０．０２）に設定した場合、曲線「ｃ」で示すように、トルク実部の最大値が小さく、最小値が大きくなり、慣性感が小さくなる。また、実部が反転する領域では、減衰係数又は微分項を増加させることで、虚部が小さくなることが判明する。
【００７１】
図３２〜図３５は、上述の実測の実験値を示すグラフである。なお、ＭＡ（ｒａｄ）はモータの回転角、ＭＴ（Ｎｍ）はモータのトルク、ＭＡ−ＭＴに比例した値をコヒーレンスとし、ＴＦＦＲｅａｌ／ｆを１／ｆ表記したトルクゲインの実部、ＴＦＦｉｍａｇ／ｆを１／ｆ表記したトルクゲインの虚部、ＰＳＤＭＡ（ｄＢ）をモータ回転角の振幅とする。
【００７２】
図３６は、タイヤＴＲの捻りバネ定数ＫＬを２８０００、５６０００、１１２０００とした場合のＴＦＦＲｅａｌ／ｆと、ＴＦＦＩｍａｇ／ｆの周波数依存性のシミュレーション結果を示すグラフである。但し、Ｆｍはモータ部の摩擦抵抗力、Ｆｓｔはステアリングシャフト系の摩擦抵抗力である。なお、Ｆｍ＝０．７（Ｎｍ）、Ｆｓｔ＝１．８（Ｎｍ）、Ｃｍ＝０．２（Ｎｍｓ／ｒａｄ）、Ｃｓｔ＝０．３（Ｎｍｓ／ｒａｄ）、Ｋｔ＝１３５（Ｎｍ／ｒａｄ）である。
【００７３】
次に、上述のシミュレーションに対応した、高μ路、低μ路を走行する実車走行実験結果について説明する。
【００７４】
図３７及び図３８は高μ路走行時の実験結果を示し、図３９及び図４０は低μ路走行時の実験結果を示し、これらの結果を纏めたものを図４１に示す。ＴＦＦＲｅａｌ／ｆが負となる周波数、すなわち、慣性感が大きくなる周波数はいずれの場合も２．５Ｈｚ程である。
【００７５】
上述のように、シミュレーション及び実車走行結果、いずれの場合も、モータ回転角（回転位置）の振幅は、周波数（振動数）が４Ｈｚを超えたところから急激に低下する。これは、モータがハンドル回転角に比例して駆動されるためであり、人間の操作するハンドル回転角（回転位置）の繰り返し周波数はゲインを維持するには５Ｈｚが限界だからである。上述のように、ＴＦＦＲｅａｌ／ｆが負となると、「逆バネ特性」が現れるが、上述のシミュレーション例では周波数が２〜５Ｈｚ程度において、実車走行結果では２．５Ｈｚ程度において、ＴＦＦＲｅａｌ／ｆが負となる。したがって、人間の操作範囲内で「逆バネ特性」が生じ、運転者が慣性感を感じることとなる。
【００７６】
そこで、回転方向ハンドル位置の振動数がかかる周波数以上において、すなわち、少なくとも３Ｈｚ以上、慣性感を十分に低減できるという観点からは、好適には４Ｈｚ以上、更に好適には５Ｈｚ以上において、タイヤ及びトーションバーの弾性が逆バネ特性となる振動数を設定すれば、人間の操舵範囲内においてはシステムの振動系は「逆バネ特性」とならず、運転者に操舵時の慣性感、違和感を抑制することができる。
【００７７】
かかる設定を行うためには、上述の式（Ａ）の他、実車においては、逆バネ特性３Ｈｚ以上を達成する場合の一例として、タイヤの捻れバネ定数：（タイヤコーナリングパワー２０％上昇）、トレールＴＴ：０．６６、モータ慣性モーメント：１．９×１０−４（モータ単体：慣性モーメント）、モータのギア比：１４、ハンドル慣性モーメント：０．０２２４に設定する。
【００７８】
図４２は、従来の車輌におけるＴＦＦＲｅａｌ／ｆとＴＦＦＩｍａｇ／ｆの周波数特性を示すグラフであり、図４３は、本発明の車輌におけるＴＦＦＲｅａｌ／ｆとＴＦＦＩｍａｇ／ｆの周波数特性を示すグラフである。本例では、約３．５ＨｚにＴＦＦｒｅａｌ／ｆが設定されている。
【００７９】
以上、説明したように、上述の電動パワーステアリングシステムは、ハンドルＳＨからのトルク入力に応じて捩れるトーションバーＴＢと、このトーションバーＴＢの捻れ量に応じてタイヤＴＲを転舵するための電気モータＭＲとを備えた電動パワーステアリングシステムであって、ハンドルＳＨの回転操作の周波数が３Ｈｚ以上の領域にのみ、タイヤ及びトーションバーの回転方向の弾性がハンドルの回転操作に対して逆バネ特性となる領域を有する。この場合、「逆バネ特性」が現れる周波数を少なくとも３Ｈｚ以上とすることができるため、慣性感を低減することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電動パワーステアリングシステムによれば、操舵時の違和感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリングシステムの斜視図である。
【図２】電動パワーステアリングシステムをモデル化した模式図である。
【図３】タイヤＴＲの捻りバネ定数ＫＬに関する説明図である。
【図４】数式群を示す表である。
【図５】数式群を示す表である。
【図６】数式群を示す表である。
【図７】数式群を示す表である。
【図８】数式群を示す表である。
【図９】ゲインの周波数特性を示すグラフである
【図１０】システムの挙動の説明図である。
【図１１】伝達関数Ｇ１における周波数とトルクゲインとの関係を示すグラフ（図１１（ａ））及び周波数とトルクの位相を示すグラフ（図１１（ｂ））である。
【図１２】トルクゲインの実部を周波数ｆで割った値ｇの周波数依存性を示すグラフである。
【図１３】モータにおけるトルクゲインの実部の周波数特性を示すグラフである。
【図１４】システム挙動の説明図である。
【図１５】システム挙動の説明図である。
【図１６】トルクゲイン実部（１／ｆで示す）の周波数特性を示すグラフである。
【図１７】１／ｆ表記された（Ｔｑｓ／θｈ）実部の周波数特性を示すグラフである。
【図１８】領域１における操舵系の説明図である。
【図１９】領域２における操舵系の説明図である。
【図２０】領域３における操舵系の説明図である。
【図２１】領域４における操舵系の説明図である。
【図２２】トルクゲインの周波数特性を示すグラフである。
【図２３】トルクゲインの位相を示すグラフである。
【図２４】トルクゲインの実部を示すグラフである。
【図２５】トルクゲインの虚部を示すグラフである。
【図２６】図２４の曲線に１／ｆを掛けたグラフである。
【図２７】図２５の曲線に１／ｆを掛けたグラフである。
【図２８】１／ｆ表記のトルクゲイン実部を示すグラフである。
【図２９】１／ｆ表記のトルクゲイン虚部を示すグラフである。
【図３０】１／ｆ表記のトルクゲイン実部を示すグラフである。
【図３１】１／ｆ表記のトルクゲイン虚部を示すグラフである。
【図３２】実験値を示すグラフである。
【図３３】実験値を示すグラフである。
【図３４】実験値を示すグラフである。
【図３５】実験値を示すグラフである。
【図３６】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図３７】高μ路走行時の実験結果を示すグラフである。
【図３８】高μ路走行時の実験結果を示すグラフである。
【図３９】低μ路走行時の実験結果を示すグラフである。
【図４０】低μ路走行時の実験結果を示すグラフである。
【図４１】実験結果を纏めたグラフである。
【図４２】従来の車輌におけるＴＦＦＲｅａｌ／ｆとＴＦＦＩｍａｇ／ｆの周波数特性を示すグラフである。
【図４３】本発明の車輌におけるＴＦＦＲｅａｌ／ｆとＴＦＦＩｍａｇ／ｆの周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
ＳＨ・・・ハンドル、ＴＢ・・・トーションバー、ＭＲ・・・電気モータ、ＴＲ・・・タイヤ。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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