(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータを駆動源として操舵補助力をステアリング機構に与える電動パワーステアリング装置であって、
操舵のための操作部材の操作量を検出する操作量検出手段と、
上記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
路面からの反力を演算する反力演算手段と、
上記操作量検出手段によって検出される操作量および上記反力演算手段によって演算される反力に基づいて、車速情報を用いることなく、上記電動モータを駆動するための駆動目標値を定める目標値設定手段と、
この目標値設定手段によって設定された駆動目標値および上記モータ電流検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段と、
上記反力演算手段によって求められる反力の上記駆動目標値への寄与量を設定することによって操作部材から運転者が受ける路面反力を調整する路面反力調整手段とを含む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】
上記ステアリング機構の転舵角を検出する転舵角検出手段をさらに含み、
上記反力演算手段は、上記操作量検出手段、モータ電流検出手段および転舵角検出手段の出力に基づいて、路面からの反力を演算するものであることを特徴とする請求項１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】
この発明は、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に伝達することによって操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動モータが発生するトルクをステアリング機構に伝達することによって、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクおよび車速に基づいて制御される。すなわち、電動モータの目標電流値は、操舵トルクが大きいほど大きく定められ、車速が大きいほど小さくなるように定められる。車速に応じて電動モータの目標電流値を変化させる車速感応制御を行うことによって、運転者はいずれの車速域においても、適度な路面反力を感じながらステアリング操作を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、運転者の好みに応じて路面反力の調整を行うことはできなかった。
また、車速感応制御の実現のためには、車速センサからの信号を取り込むための入力インタフェースを備える必要があるから、このことが電動パワーステアリング装置のコストを増加させる一因となっている。
また、路面からの反力は、車速のみならず、路面の状態や車両の走行条件（たとえば、スラローム走行時やレーンチェンジの際など）によっても変化するから、車速感応制御を行っても必ずしも適切な操舵補助が行えるとは限らない。したがって、路面の摩擦係数が極端に低い場合など、状況によっては、良好な操舵フィーリングが得られない場合があった。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、運転者の好みに応じて路面反力の調整が可能な電動パワーステアリング装置を提供することである。
この発明の他の目的は、車速情報を用いることなく良好な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（１３）を駆動源として操舵補助力をステアリング機構（１）に与える電動パワーステアリング装置であって、操舵のための操作部材（２）の操作量を検出する操作量検出手段（１０）と、上記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段（１４）と、路面からの反力を演算する反力演算手段（２３）と、上記操作量検出手段によって検出される操作量および上記反力演算手段によって演算される反力に基づいて、車速情報を用いることなく、上記電動モータを駆動するための駆動目標値を定める目標値設定手段（２２，２７）と、この目標値設定手段によって設定された駆動目標値および上記モータ電流検出手段の出力に基づいて上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段（２８，２９）と、上記反力演算手段によって求められる反力の上記駆動目標値への寄与量を設定することによって操作部材から運転者が受ける路面反力を調整する路面反力調整手段（２４，２６，３０）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００６】
この構成により、路面反力を調整することによって、運転者の好みに合わせた操舵フィーリングを実現できる。
また、車速情報に基づいて駆動目標値を定める場合には、路面状態（摩擦係数など）に対する考慮が欠けることになるが、路面反力に基づいて駆動目標値を定めれば、路面状態や走行条件等に対応して適切な操舵補助を行うことができる。これにより、操舵フィーリングを向上できる。
【０００７】
なお、上記操作量検出手段は、操作部材（たとえば、ステアリングホイール）に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサであってもよい。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記ステアリング機構の転舵角を検出する転舵角検出手段（１１）をさらに含み、上記反力演算手段は、上記操作量検出手段、モータ電流検出手段および転舵角検出手段の出力に基づいて、路面からの反力を演算するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。
この発明によれば、操作部材の操作量（たとえば、操舵トルク）、モータ電流および転舵角に基づいて、路面からの反力が演算される。この演算された路面反力を参照して、電動モータの駆動目標値が定められる。
【０００９】
ステアリング軸に固定されたピニオンを車幅方向に変位するラックと噛合させた構成のステアリング機構の場合には、転舵角検出手段は、ピニオン軸（３Ｂ）の回転角を検出する回転角センサであってもよいし、ラック軸の変位量を検出するラック変位検出手段であってもよい。
路面反力調整手段は、たとえば、運転者により操作される設定操作部材（３０）と、この設定操作部材の操作により反力演算手段の出力の通過周波数特性を調整するフィルタ処理手段（２４）とを含むものであってもよい。また、このフィルタ処理手段に加えて、またはフィルタ処理手段に代えて、反力演算手段の出力のゲインを調整するゲイン調整手段（２６）を設けてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるための装置である。
【００１１】
ステアリング機構１は、運転者によって操作される操作部材であるステアリングホイール２と、このステアリングホイール２に連結されたステアリング軸３と、ステアリング軸３の先端に設けられたピニオン４と、ピニオン４に噛合するラックギヤ部５ａを有し、車両の左右方向（車幅方向）に延びたラック軸５とを備えている。ラック軸５の両端には、タイロッド６がそれぞれ結合されており、このタイロッド６は、それぞれ、操舵輪としての前左右輪ＦＬ，ＦＲを支持するナックルアーム７に連結されている。ナックルアーム７は、キングピン８まわりに回動可能に設けられている。
【００１２】
この構成により、ステアリングホイール２が操作されてステアリング軸３が回転されると、この回転が、ピニオン４およびラック軸５によって、車両の左右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム７のキングピン８まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成される。
ステアリング軸３は、ステアリングホイール２に連結された入力軸３Ａと、ピニオン４に連結された出力軸３Ｂとに分割されている。入力軸３Ａと出力軸３Ｂとは、ステアリングホイール２に加えたられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバー９によって結合されている。このトーションバー９に関連して、入力軸３Ａと出力軸３Ｂとの相対角変位を検出することによって、操舵トルクの方向および大きさを検出するトルクセンサ１０が配置されている。また、出力軸３Ｂに関連して、この出力軸３Ｂの回転角を検出することにより、ステアリング機構１の転舵角を検出する転舵角センサ１１が設けられている。
【００１３】
出力軸３Ｂまたはラック軸５には、減速機構１２を介して電動モータ１３が結合されている。すなわち、電動モータ１３が発生するトルクは、減速機構１２によって所定の減速比で減速されて、ステアリング機構１に操舵補助力として伝達されるようになっている。この電動モータ１３に関連して、この電動モータ１３に実際に流れる電流（モータ電流）を検出するための電流検出回路１４が設けられている。
【００１４】
電動モータ１３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０によって制御されるようになっている。電子制御ユニット２０は、トルクセンサ１０によって検出される操舵トルクＴおよび転舵角センサ１１によって検出される出力軸回転角θVに基づいて、車速情報を用いることなく、電動モータ１３の目標電流値を定める。電子制御ユニット２０は、電流検出回路１４の出力信号を参照して、目標電流値が達成されるように、電動モータ１３をフィードバック制御する。
【００１５】
電子制御ユニット２０は、トルクセンサ１０が出力するトルク信号を受けて、その検出信号の位相を進めて系を安定化させるための位相補償部２１と、この位相補償部２１から出力される操舵トルクＴに基づき、操舵トルクＴの方向および大きさに応じた基本目標電流値を定める基本目標電流値設定部２２と、操舵トルクＴ、出力軸回転角θVおよびモータ電流Ｉに基づいて、車両が走行中の路面から車輪ＦＬ，ＦＲを介してステアリング機構１に伝達される路面反力を演算する路面反力演算部２３と、この路面反力演算部２３によって求められた路面反力に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理部２４とを備えている。基本目標電流値設定部２２によって定められる基本目標電流値およびフィルタ処理部２４を介した路面反力値には、増幅部２５，２６により適当なゲインが乗じられ、これらが加算部２７によって加算される。この加算部２７の出力が、電動モータ１３の目標電流値として減算部２８に与えられるようになっている。
【００１６】
減算部２８は、加算部２７からの目標電流値と電流検出回路１４によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差を求め、この偏差をモータ制御部２９に与える。このモータ制御部２９は、たとえば、ＰＩ（比例積分）制御演算を行うＰＩ制御部と、このＰＩ制御部の出力に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）制御のためのデューティを定めるデューティ設定部と、このデューティ設定部によって設定されたデューティのパルス幅駆動信号を生成するパルス幅制御部とを含むものであってもよい。
【００１７】
フィルタ処理部２４および増幅部２６には、反力特性設定部３０からの指令信号が与えられるようになっている。反力特性設定部３０は、運転者により操作可能なスイッチ等の設定操作部材を含む。この設定操作部材を操作することによって、反力特性設定部の通過周波数特性を、たとえば高周波域通過特性、低周波域通過特性および中間周波域通過特性などの複数の周波数特性に設定することができる。また、設定操作部材の操作によって、路面反力演算部２３の出力ゲイン（目標電流値に対する寄与の大小）を変化させ、ステアリングホイール２から受ける路面反力を大きくしたり、小さくしたりすることができる。
【００１８】
電子制御ユニット２０は、マイクロコンピュータを有するものであって、たとえば位相補償部２１、基本目標電流値設定部２２、路面反力演算部２３、フィルタ処理部２４、増幅部２５，２６、加算部２７、減算部２８、およびモータ制御部２９の全部または一部の機能は、プログラムＲＯＭ等の記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータが実行することによって実現される。
路面反力演算部２３は、下記第(1)式に従って、路面反力Ｆを演算する。
【００１９】
【数１】
0004082860.tif 000002
【００２０】
ただし、
θmo′＝ｎ・θV′
ｘ′＝ｒ・θV′
Ｊ＝ＪV＋ｎ2Ｊmo＋ｍ・ｒ2
ｒ：ピニオン４の半径
ｎ：減速機構１２の減速比
Ｋtrg：モータトルク定数
Ｊ：出力軸側等価慣性モーメント
ｘ：ラック軸５の変位
ｘ′：ラック軸５の変位の一階時間微分値
ｍ：ラック軸５の質量
ＪV：出力軸慣性モーメント
Ｊmo：モータ慣性モーメント
ＣV：出力軸３Ｂの摩擦係数
Ｃmo：電動モータ１３単体での摩擦係数
Ｃr：ラック軸５の摩擦係数
θV′：出力軸回転角θVの一階時間微分値
θV″：出力軸回転角θVの二階時間微分値
θmo′：モータ回転角θmoの一階時間微分値
このようにして、路面反力演算部２３は、車速情報を用いることなく、路面反力Ｆを求めることになる。
【００２１】
以上のように、この実施形態によれば、車速情報を用いることなく路面反力が求められ、この路面反力を反映した目標電流値が定められる。これにより、車速センサのための入力インターフェースが不要になるから、電動パワーステアリング装置のコストを低減することができる。また、路面反力演算部２３によって演算される路面反力Ｆは、路面状態や車両の走行条件を反映した値を有するから、路面の摩擦係数や車両の走行状況によらずに、適当な操舵反力をステアリングホイール２を介して運転者に与えつつ、適切な操舵補助を行うことができる。これにより、任意の走行状況において、良好な操舵フィーリングを達成することができる。
【００２２】
また、反力特性設定部３０により、運転者が好みに応じた操舵フィーリングを設定することができる。すなわち、たとえば、全体の周波数域におけるゲインが高くなるようにフィルタ処理部２４の周波数特性を設定すれば、反力の少ない操舵フィーリングが得られる。このような操舵フィーリングは、たとえば、女性ドライバーに好まれると考えられる。また、一般の男性ドライバーであれば、中間周波域の路面反力Ｆのみを通過させるようにフィルタ処理部２４の周波数特性を設定すれば、良好な操舵フィーリングが得られると考えられる。また、若年ドライバーのように、重い操舵フィーリングを好む運転者であれば、フィルタ処理部２４の周波数特性の調整または増幅部２６のゲイン調整により、全体の周波数域についてゲインを低く設定すれば、所望の操舵フィーリングを実現できる。このような場合には、低速走行時（たとえば駐車時など）においてのみ、路面反力演算部２３の出力のゲインを上げることとすれば、駐停車時における切り返しも、大きな操舵負担を要することなく行うことができる。
【００２３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、出力軸３Ｂの回転角θVを検出する構成が採用されているが、これに代えて、ラック軸５の車幅方向の変位ｘを検出するポテンショメータなどを転舵角センサとして採用してもよい。
また、反力特性設定部３０により設定可能な周波数特性は、上述の例の他にも考えられる。そこで、反力特性設定部３０の設定操作部材は、フィルタ処理部２４の周波数特性を予め定めた複数種類に切り換える切り換えスイッチで構成してもよいが、複数の周波数域の各ゲイン調整が可能なグラフィックイコライザタイプの設定操作部材が採用されてもよい。
【００２４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１    ステアリング機構
２    ステアリングホイール
３    ステアリング軸
３Ａ    入力軸
３Ｂ    出力軸
４    ピニオン
５    ラック軸
１０    トルクセンサ
１１    転舵角センサ
１２    減速機構
１３    電動モータ
１４    電流検出回路
２０    電子制御ユニット
２２    基本目標電流値設定部
２３    路面反力演算部
２４    フィルタ処理部
２５    増幅部
２６    増幅部
２７    加算部
２８    減算部
２９    モータ制御部
３０    反力特性設定部
【図１】
0004082860.tif 000003