(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの中立位置への復元性の低下を解消する。【解決手段】セルフアライニングトルク推定部５１で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴを操舵角δ相当値とし、操舵角δが大きいときほど、反力がステアリングホイールに伝達される伝達効率が低下するとして、セルフアライニングトルクＳＡＴが大きいときほど小さな値となる伝達効率を推定し、伝達効率が小さいときほど、大きな値となるゲインＧを設定する。このゲインＧをセルフアライニングトルクＳＡＴに乗算し、セルフアラニングトルクＳＡＴを伝達効率の低下分相当だけ増幅した値を、復元トルクＩｒｔとして、操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊にフィードバックする。操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクだけでなく、復元トルクＩｒｔ相当の操舵補助トルクも発生されることから、中立位置への復元性を向上させることができる。【選択図】          図３
2009126263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵系に連結されるステアリングホイールの回転を直線変位に変換し、この直線変位を受けて車輪を転舵させるタイロッドを、車体の幅方向中央部から取り出すようにした操舵装置を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記操舵系に操舵補助力を付与する電動モータと、
前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
少なくとも前記操舵トルクに基づいて操舵補助トルク指令値を算出する操舵補助トルク指令値演算手段と、
入力される電流指令値に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
当該操舵角検出手段で検出した操舵角に応じて前記ステアリングホイールを中立位置に復元させるための復元トルクを算出し、この復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正しこれを前記電流指令値とする復元トルク発生手段と、を備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】
前記復元トルク発生手段は、
前記車両のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段と、
当該セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルクと、前記操舵角検出手段で検出した操舵角に応じて設定されるゲインとを乗算して、復元トルクを算出する復元トルク演算手段と、
当該復元トルク演算手段で算出した復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正する補正手段と、を備え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。
【請求項３】
前記復元トルク発生手段は、
前記電動モータの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記操舵角検出手段で検出した前記操舵角に基づき、当該操舵角が大きいときほど大きな値となる前記角速度の目標値を算出する目標角速度演算手段と、
前記角速度検出手段で検出した角速度検出値及び前記目標角速度演算手段で演算した目標角速度の偏差と前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクが大きいときほど小さな値に設定されるゲインとを乗算して、復元トルクを算出する復元トルク演算手段と、
当該復元トルク演算手段で算出した復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正する補正手段と、を備え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。
【請求項４】
前記操舵角検出手段は、前記セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルクを、前記操舵角相当値として用いることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪を転舵させるタイロッドを、車体幅方向中央部から取り出すようにしたセンターテイクオフ方式の操舵装置を備えた電動パワーステアリング装置に関し、特に、ステアリングホイールの中立位置への速やかな戻りを実現するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両を転舵させるタイロッドを車体幅方向中央部から取り出すように構成したいわゆるセンターテイクオフ方式の操舵装置が知られている。
このセンターテイクオフ方式の操舵装置は、車体幅方向中央の略同位置から左右の車輪に至るタイロッドが長寸となる反面、ラック軸及びこれを使用するラックハウジングの長さを短くでき、また、これらと走行車輪との相対的な位置関係に自由度が大きいという利点を有しており、ラックハウジングの配設に制約のある一部の車種において採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３９８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のようにタイロッドを車体幅中央部から取り出すように構成したセンターテイクオフ方式の操舵装置の場合、タイロッドをラック軸の両端にそれぞれ連結するようにしたいわゆるエンドテイクオフ方式の操舵装置に比較して、路面から発生するセルフアライニングトルクのラック軸への伝達効率が悪く、このため、ステアリングホイールの中立位置への戻りが悪い。
そこで、この発明は上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、ステアリングホイールの中立位置への復元性を向上させることの可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵系に連結されるステアリングホイールの回転を直線変位に変換し、この直線変位を受けて車輪を転舵させるタイロッドを、車体の幅方向中央部から取り出すようにした操舵装置を備えた電動パワーステアリング装置において、前記操舵系に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルクに基づいて操舵補助トルク指令値を算出する操舵補助トルク指令値演算手段と、入力される電流指令値に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段と、当該操舵角検出手段で検出した操舵角に応じて前記ステアリングホイールを中立位置に復元させるための復元トルクを算出し、この復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正しこれを前記電流指令値とする復元トルク発生手段と、を備えることを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記復元トルク発生手段は、前記車両のセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段と、当該セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルクと、前記操舵角検出手段で検出した操舵角に応じて設定されるゲインとを乗算して、復元トルクを算出する復元トルク演算手段と、当該復元トルク演算手段で算出した復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正する補正手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記復元トルク発生手段は、前記電動モータの角速度を検出する角速度検出手段と、前記操舵角検出手段で検出した前記操舵角に基づき、当該操舵角が大きいときほど大きな値となる前記角速度の目標値を算出する目標角速度演算手段と、前記角速度検出手段で検出した角速度検出値及び前記目標角速度演算手段で演算した目標角速度の偏差と前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクが大きいときほど小さな値に設定されるゲインとを乗算して、復元トルクを算出する復元トルク演算手段と、当該復元トルク演算手段で算出した復元トルクに基づいて前記操舵補助トルク指令値を補正する補正手段と、を備えることを特徴としている。
さらに、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵角検出手段は、前記セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルクを、前記操舵角相当値として用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、車輪を転舵させるタイロッドを車体の幅方向中央部から取り出すようにしたいわゆるセンターテイクオフ式の操舵装置の場合、その構造上の特性から、ステアリングホイールの中立位置への復元性が低下するが、復元性の低下に関与する操舵角に応じた復元トルクを算出し、この復元トルクに基づいて操舵補助トルク指令値を補正しているから、復元トルク相当の操舵補助力を発生させることにより、構造上の特性からくる、ステアリングホイールの中立位置への復元性の低下を解消することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、操舵角に応じたゲインをセルフアライニングトルクに乗算してセルフアライニングトルクを増幅し、この増幅したセルフアライニングトルクを復元トルクとし、この復元トルク相当の操舵補助力を発生させるようにしたから、ステアリングホイールの中立位置への予測される復元性とステアリングホイールへの戻り特性の低下分とに応じた復元トルクを算出することができ、過不足のない的確な復元トルクを算出することができる。
【０００９】
また、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、操舵角が大きいときほど大きな値となる電動モータの目標角速度を設定し、当該目標角速度及び実際の角速度の偏差と、操舵トルクが大きいときほど小さな値となるゲインとを乗算して復元トルクを算出するから、ステアリングホイールの中立位置への復元性の低下分と、運転者が操舵しようとする操舵トルクとに応じた復元トルクを発生させることができ、運転者の操舵操作とのバランスをとりつつ過不足のない復元トルクを発生させることができる。
さらに、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、セルフアライニングトルクを、操舵角相当値として用いているから、操舵角センサ等の操舵角検出手段を搭載していない車両であっても容易に実現することができると共に、新たに、操舵角センサ等の操舵角検出手段を搭載する必要はないから、その分、コスト削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図明に基づいて説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、１は、操舵装置であり、この操舵装置１はステアリングホイール２が装着されたステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３のステアリングホイール２とは反対側に連結されたステアリングギヤ４と、このステアリングギヤ４にタイロッド等の連結機構５Ｌ，５Ｒを介して連結された左右の転舵輪６Ｌ、６Ｒとを備えている。
【００１１】
ステアリングギヤ４は、ステアリングシャフト３にピニオン軸（図示せず）を介して連結されるピニオン（図示せず）と、このピニオンに噛合するラック（図示せず）とを有するラックピニオン形式に構成され、ステアリングシャフト３を介してピニオンに伝達された回転運動をラックで直進運動に変換している。
そして、ステアリングシャフト３には、例えば、ウォームギア等の減速機構を含む伝達機構７を介して電動モータ８が連結されている。
【００１２】
図２は、ステアリングギヤ４の一例を示す部分断面図である。
このステアリングギヤ４は、タイロッドを、車体幅中央部から取り出すように構成した公知のセンターテイクオフ方式の操舵装置であって、例えば特開平１１−２２２１４０に示すように、ステアリングホイール２の回転力はステアリングシャフト３を介してピニオン軸１０１に伝達される。ピニオン軸１０１はハウジング１０２に回転可能に支持されている図示しないピニオンと一体に回転し、ピニオンは、ラック軸１０３に設けられたラック歯と噛合して、回転運動をラック軸１０３の往復運動に変換する。
【００１３】
ラック軸１０３は、ラック歯が設けられた部分の背面に配置されたラックサポートと、ラック軸１０３の一端部に配置されたすべりブッシュ１０４とにより往復運動可能にハウジング１０２内に支持されている。ラックサポートは、ラック軸１０３の半径とほぼ同じ半径の断面円弧形状を有する部分でラック軸１０３を担持しており、ラックサポート自体は、バネ等でハウジング１０２内に支持されている。
【００１４】
このピニオン軸１０１に伝達機構７を介して電動モータ８が接続される。
また、ラック軸１０３のほぼ中央部分には、一対のボルト１０６、１０７によりタイロッド５Ｌ，５Ｒが連結されている。これらタイロッド５Ｌ，５Ｒは、ラック軸１０３の軸線方向に沿って延在している。これらタイロッド５Ｌ，５Ｒのそれぞれの他端部には、転舵輪６Ｌ、６Ｒが連結されており、ラック軸１０３の往復運動に伴ってこれらの一対の転舵輪６Ｌ、６Ｒが左右いずれかの方向に転向される。
【００１５】
ハウジング１０２の一端部には、ハウジングキャップ１１０が取り付けられ、このハウジングキャップ１１０により、ラック軸１０３の一端部が覆われている。また、ハウジング１０２には、防塵用のブーツ１１１、１１２が取り付けられて、ハウジング１０２内に埃等が進入することを防いでいる。ラック軸１０３の一端部には、衝撃荷重吸収機構として作用する係合装置１１３が設けられている。係合装置１１３は、ラック軸１０３が図２の右側に向かって移動し、ラック軸１０３の往復運動の範囲の一端である右側ストロークエンドに到ったときにすべりブッシュ１０４に当接する。一方、係合装置１１３は、ラック軸１０３が図２の左側に向かって移動して、ラック軸１０３の往復運動の範囲の他端である左側ストロークエンドに到ったときに、ハウジングキャップ１１０の肩部１１０ａに当接する。そして、ラック軸１０３の左右の移動範囲は、ほぼ同じになるように設定されている。
【００１６】
これによって、ステアリングホイール２が一方向に回転されると、例えば、図２の右側方向にラック軸１０３が移動し、これに伴って転舵輪６Ｌ，６Ｒが転向される。
前記電動モータ８は、例えばブラシレスモータで構成され、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。この電動モータ８は、車両に搭載されたバッテリ１１から出力されるバッテリ電圧Ｖｂがイグニッションスイッチ１２及びヒューズ１３を介して供給される制御装置１４によって駆動制御される。
【００１７】
この制御装置１４には、ステアリングシャフト３に配設された操舵トルクセンサ１６で検出されたステアリングホイール２に入力される操舵トルクＴ、車速センサ１７で検出した車速Ｖが入力され、さらに、電動モータ８の回転角を検出するモータ回転角センサ２０で検出したモータ回転角θｍが入力されている。
ここで、操舵トルクセンサ１６は、ステアリングホイール２に付与されてステアリングシャフト３に伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
【００１８】
制御装置１４は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ８で発生させるための操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を算出する。また、制御装置１４は、ステアリングホイール２を中立位置に復元させるための復元トルクを算出し、これに基づき前記操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を補正して電流指令値Ｉｒｅｆを得る。そして、この電流指令値Ｉｒｅｆに応じた電流を電動モータ８に供給することで、操舵補助トルクを発生しつつ、ステアリングホイール２の中立位置への復元を速やかに行う。
【００１９】
図３は、制御装置１４の機能構成を示すブロック図である。
制御装置１４は、操舵トルクセンサ１６からの操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を演算する操舵補助トルク指令値演算部２１と、算出された操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を補償する指令値補償部２２と、ステアリングホイール２を中立位置に復元させるための復元トルクを算出する復元トルク演算部２３と、操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊と指令値補償部２２で得た補償値と復元トルク演算部２３で算出した復元トルクＩｒｔとから得た電流指令値Ｉｒｅｆを３相の電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆに変換する３相電流指令値演算部２４と、３相電流指令値演算部２４で得た３相の電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆに基づいてモータ電流ｉｕ，ｉｖ、ｉｗを生成するモータ電流制御部２５と、を備えている。
【００２０】
操舵補助トルク指令値演算部２１では、まず、トルク指令値演算部３１で、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに、図４に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を算出する。
この操舵補助トルク指令値算出マップは、図４に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊をとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊が“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を越えると最小は操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊が操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
【００２１】
そして、位相補償部３２で、上記操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊を後述する加算器４７に出力する。また、トルク微分補償部３３では、操舵トルクＴを微分した操舵トルク微分値Ｔ′をもとに操舵トルクＴに対して補償を行い、これを後述する加算器４７に出力する。
指令値補償部２２は、回転角センサ２０で検出されるモータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωを算出すると共に、モータ回転角θｍを電気角θｅに変換する角速度演算部４１と、この角速度演算部４１で算出されたモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度演算部４２と、角速度演算部４１で算出されたモータ角速度ω及び車速Ｖに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部４３と、角加速度演算部４２で算出されたモータ角加速度α及び車速Ｖに基づいて電動モータ８の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部４４と、を少なくとも有する。
【００２２】
そして、加算器４５で、後述の復元トルク演算部２３からの復元トルクＩｒｔと慣性補償部４４で算出される慣性補償値Ｉｉとが加算されて指令補償値Ｉｃｏｍ１が算出され、この指令補償値Ｉｃｏｍ１と、収斂性制御部４３で算出される収斂性補償値Ｉｃとが加算器４６で加算されて指令補償値Ｉｃｏｍ２が算出され、この指令補償値Ｉｃｏｍ２が加算器４７に入力され、この加算器４７で、操舵補助トルク指令値演算部２１から出力される操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊と指令補償値Ｉｃｏｍ２とが加算されて電流指令値Ｉｒｅｆが算出される。
【００２３】
復元トルク演算部２３は、セルフアライニングトルクＳＡＴを推定するセルフアライニングトルク推定部５１と、当該セルフアライニングトルク推定部５１で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴをもとに、伝達効率ｆ（ＳＡＴ）を算出する伝達効率演算部５２と、伝達効率演算部５２で算出した伝達効率ｆ（ＳＡＴ）に応じたゲインＫを設定し、当該ゲインＫと、セルフアラインングトルクＳＡＴとを乗算して復元トルクＩｒｔを算出するゲイン乗算部５３とを備える。
【００２４】
セルフアライニングトルク推定部５１は、角速度演算部４１で算出した角速度ωと、角加速度演算部４２で算出したモータ角加速度αと、操舵トルクセンサ１６からの操舵トルクＴと、操舵補助トルク指令値演算部２１からの操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊とを入力し、これらをもとにセルフアライニングトルクＳＡＴを推定する。
セルフアライニングトルク推定部５１で、セルフアライニングトルクＳＡＴを推定する原理を、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図５に示して説明する。
【００２５】
すなわち、運転者がステアリングホイール２を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴにしたがって電動モータ８がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ８の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール２の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。
Ｊ・α＋Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω）＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ    ……（１）
【００２６】
ここで、上記（１）式を初期値零としてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＲについて解くと、下記（２）式が得られる。
ＳＡＴ（ｓ）
＝Ｔｍ（ｓ）＋Ｔ（ｓ）−Ｊ・α（ｓ）−Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω（ｓ））    ……（２）
上記（２）式からわかるように、電動モータ８の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め定めておくことで、モータ角速度ω、モータ角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。
【００２７】
ここで、アシストトルクＴｍは電流指令値Ｉｒｅｆに比例するので、アシストトルクＴｍに換えて、電流指令値Ｉｒｅｆを適用する。
このようにしてセルフアライニングトルク推定部５１で推定されたセルフアライニングトルクＳＡＴに基づいて、伝達効率演算部５２では、ステアリングホイール２への反力の伝達効率を演算する。
【００２８】
ここで、図２に示すようにセンターテイクオフ方式の操舵装置の場合、ステアリングホイール２を中立位置に戻す際に、ラック軸１０３と、タイロッド５Ｌ、５Ｒとの間に、角度をもっているため、路面の反力がラック軸１０３に伝達しにくくなり、ラック軸の両端のそれぞれにタイロッドが設けられたエンドテイクオフ方式の電動パワーステアリング装置に比較して、ステアリングホイール２の中立位置への戻りが悪い。
【００２９】
このセンターテイクオフ方式の操舵装置における、中立位置への戻りの悪さ、すなわち路面反力のラック軸１０３への伝達効率の低下は、ラック軸１０３とタイロッド５Ｌ、５Ｒとがなす角度によって変化する。このラック軸１０３と、タイロッド５Ｌ、５Ｒとがなす角度は、センターテイクオフ方式の操舵装置の構造上、ラック軸１０３の変位によって決定され、このラック軸１０３の変位は、操舵角δによって決まる。したがって、路面反力のラック軸１０３への伝達効率は、操舵角δの関数ｆ（δ）で表すことができる。
【００３０】
ここで、セルフアライニングトルクは、ある範囲内では、操舵角δに相関があることから、セルフアライニングトルクＳＡＴを操舵角δ相当値とし、この操舵角δ相当値から伝達効率を、セルフアライニングトルクＳＡＴの関数ｆ（ＳＡＴ）として算出することができる。つまり、伝達効率演算部５２では、予め設定された関数に基づいて、セルフアライニングトルクＳＡＴに応じて、セルフアライニングトルクＳＡＴが大きいときほど小さくなる伝達効率ｆ（ＳＡＴ）を推定する。
【００３１】
ゲイン乗算部５３は、伝達効率演算部５２で算出した伝達効率ｆ（ＳＡＴ）に応じたゲインＫを設定し、これをセルフアライニングトルク推定部５１で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴに乗算し、その乗算結果を復元トルクＩｒｔとして、加算部４５に入力する。前記ゲインＫは、伝達効率ｆ（ＳＡＴ）が小さいときほど大きな値に設定される。
３相電流指令値演算部２４は、電流指令値Ｉｒｅｆと角速度演算部４１で演算されたモータ角速度ωと、電気角θｅとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成するｄ−ｑ軸電流指令値生成部２４ａと、このｄ−ｑ軸電流指令値生成部２４ａで生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを角速度演算部４１で演算された電気角θｅに基づいて電動モータ８に対応した３相電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆに変換する２相／３相変換部２４ｂとで構成される。
【００３２】
また、モータ電流制御部２５は、電動モータ８に供給される３相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ、ｉｗをそれぞれ検出するモータ電流検出器６１と、３相電流指令値演算部２４で生成した３相電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆから、対応するモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれ減算して電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗ、を算出する減算器６２と、電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗを算出する電流ＰＩ制御部６３と、電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗに基づいてデューティ演算を行ってデューティ比を算出し、そのデューティ比に基づいてパルス幅変調を行ってパルス幅変調信号を出力するデューティ演算部６４と、このデューティ演算部６４からのパルス幅変調信号に基づいてモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを電動モータ８に出力するインバータ６５と、を備えている。
【００３３】
次に、第１の実施の形態の動作を説明する。
今、車両が停止していて、イグニッションスイッチ１２がオフ状態であるものとすると、この状態では、制御装置１４にバッテリ１１からのバッテリ電圧Ｖｂが供給されないので、制御装置１４は停止状態にあり、図３の機能ブロック図に示す操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて実行する操舵補助制御処理は実行停止状態にあるため、電動モータ８は停止したままであってステアリングシャフト３への操舵補助力の伝達は行われない。
【００３４】
この車両停止状態から、イグニッションスイッチ１２をオン状態とすると、制御装置１４にバッテリ電圧Ｖｂが供給されることにより、制御装置１４が作動状態となる。
この状態で、ステアリングホイール２に、運転者からの操舵トルクが伝達されていないときには、操舵トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが略零となるので、操舵補助トルク指令値演算部２１のトルク指令値演算部３１で算出される操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊も零となりこのため電流指令値Ｉｒｅｆも略零となることから、電流指令値演算部２４で生成される、ｄ軸電流指令値Ｉｄｅｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆも零となって、電流指令値演算部２４から出力される３相の電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆも零となっている。
【００３５】
また、電動モータ８が停止しているので、モータ電流検出器６１で検出したモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗも零となっており、電流ＰＩ制御部６３で算出される電圧指令値Ｖｔｕ、Ｖｔｖ、Ｖｔｗも略零となって、インバータ６５から出力される３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗも零となって電動モータ８は停止状態を継続する。
この車両の停止状態における非操舵状態では、角速度演算部４１で演算されるモータ角速度ω及び角加速度演算部４２で演算されるモータ角加速度αが共に零となるため、セルフアライニングトルク推定部５１で前記（２）式に基づいて推定されるセルフアライニングトルクＳＡＴも零となっていることから、復元トルク演算部２３で演算される復元トルクＩｒｔも略零となる。
【００３６】
このため、復元トルクＩｒｔとして略零が操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊にフィードバックされることになるため、電流指令値Ｉｒｅｆは略零を維持する。
この車両の停止状態で、運転者がステアリングホイール２を中立状態から例えば右操舵することにより、いわゆる据え切りを行うと、これに応じて操舵トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが大きな値となることから、操舵補助トルク指令値演算部２１のトルク指令値演算部３１で算出される操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊が大きな値となり、この操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊に対してトルク微分補償及び位相補償、指令値補償等を行った電流指令値Ｉｒｅｆも、大きな値となる。
【００３７】
この電流指令値Ｉｒｅｆは、電流指令値演算部２４に入力され、ｄ−ｑ軸電流指令値生成部２４ａで、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが生成され、これが２相３相変換部２４ｂで３相電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ、Ｉｗｒｅｆに変換されてモータ電流制御部２５に出力される。
このとき、電動モータ８は停止状態であって、モータ電流検出器６１で検出されるモータ電流ｉｕ、ｉｖ，ｉｗは零を維持しているので、モータ電流制御部２５からは比較的大きな値のモータ電流ｉｕ、ｉｖ，ｉｗが電動モータ８に出力される。
【００３８】
このため、電動モータ８が回転駆動されて、比較的大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が伝達機構７を介してラック軸３に伝達されるので、ステアリングホイール２を軽く操舵することができる。
この状態から、車両を発進させると、車速センサ１６で検出される車速Ｖが増加することにより、走行中にステアリングホイール２を操舵したときに、操舵補助トルク指令値演算部２１のトルク指令値演算部３１で算出される操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊は図４のマップで車速Ｖが速くなるほど外側の特性曲線が選択されることになるので、操舵トルクＴの増加に対応する操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊の増加量が少なくなることにより、電動モータ８で発生される操舵補助トルクも据え切り時に比較して小さい値となり、車速Ｖに応じた最適の操舵補助トルクを発生させることができる。
【００３９】
その後、ステアリングホイール２の切り増し状態から保舵状態とした後、運転者がステアリングホイール２を左転舵し中立方向に転舵すると、これに応じて操舵トルクセンサ１６で検出される操舵トルクＴが右操舵時とは正負が逆の値となることから、操舵補助トルク指令値演算部２１のトルク指令値演算部３１で算出される操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊も正負が逆の値となり、電動モータ８からは、左転舵に応じた左転舵方向への操舵補助トルクが発生されることになる。
【００４０】
このとき、復元トルク演算部２３では、セルフアライニングトルク推定部５１で推定したセルフアライニングトルクＳＡＴに基づき、伝達効率演算部５２で伝達効率ｆ（ＳＡＴ）を算出し、ゲイン乗算部５３では、伝達効率演算部５２で算出した伝達効率ｆ（ＳＡＴ）に応じたゲインＫをセルフアライニングトルクＳＡＴに乗算し、これを操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊にフィードバックしており、セルフアライニングトルクＳＡＴが大きいときほど、操舵角δが大きく中立位置への戻り時の反力の伝達効率が悪いとして、セルフアライングトルクＳＡＴを増幅してフィードバックしている。つまり、操舵角δが大きいときほど伝達効率の低下分相当だけ大きな操舵補助トルクが発生されることになる。
【００４１】
したがって、前述のように、センターテイクオフ方式の操舵装置の場合、中立位置への戻りが比較的悪いが、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクだけでなく、操舵角δに応じた伝達効率の低下分相当、つまり中立位置へ戻すために必要な復元トルクの不足分の中立方向への操舵補助トルクも発生させているから、中立位置に速やかに戻すことができる。また、このとき、中立位置への戻りの低下は、操舵角δの大きさによって変化することから、操舵角δを考慮して復元トルク相当の操舵補助トルクを発生させるようにしている。したがって、復元トルクを発生させることにより、操舵補助トルクが作用しすぎ、中立位置を越えてしまうことを回避し、的確に操舵補助を行うことができる。したがって、センターテイクオフ方式の操舵装置を採用することによる、レイアウト性の向上及び小型化を可能にしながら、センターテイクオフ方式の操舵装置を採用することにより生じる、ステアリングホイール１の復元性の低下を、操舵輪を中立位置に復元させるための復元トルク相当の操舵補助トルクを発生させることにより、解消することができる。その結果、ステアリングホイール１の復元性の確保と、レイアウト性の向上とを効果的に両立させることができる。
【００４２】
また、ある範囲では、セルフアライニングトルクＳＡＴと操舵角δとが比例関係にあることに着目し、セルフアライニングトルクＳＡＴを操舵角δ相当値として、復元トルクを発生させるようにしているから、操舵角δを検出するための操舵角センサを搭載していない車両において、新たに操舵角センサを搭載することなく、実現することができ、その分、コスト削減を図ることができる。
【００４３】
また、セルフアライニングトルクＳＡＴと操舵角δに応じたゲインとから復元トルクを算出しているから、ステアリングホイール２の中立位置への予測される復元性と、ステアリングホイール２に伝達される反力の低下分とに応じた復元トルクを算出することができ、的確な復元トルクを算出することができる。
なお、セルフアライニングトルクＳＡＴを操舵角δ相当値として用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、操舵角を検出する操舵角センサを搭載している場合には、この操舵角センサで検出された操舵角を用いればよく、要は、操舵角相当値を表す値であれば、これを操舵角相当値として流用することができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、操舵角を検出する操舵角センサ７０を新たに備えると共に、制御装置１４の機能構成が異なること以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
この第２の実施の形態の制御装置１４は、図６のブロック図に示すように、上記第１の実施の形態における復元トルク演算部２３に替えて、復元トルク演算部２６を備えている。
【００４５】
第２の実施の形態における復元トルク演算部２６は、電動モータ８の目標角速度ω＊を演算する目標角速度演算部７１と、この目標角速度演算部７１で演算した目標角速度ω＊を加算入力し、角速度演算部４１で算出されたモータ角速度ωを減算入力してこれらの偏差Δωを算出する減算部７２と、操舵トルクセンサ１６からの操舵トルクＴに応じたゲインＧを設定し、設定したゲインＧと、減算部７２で算出された偏差Δωとを乗算し、これを復元トルクＩｒｔとして加算部４５に入力するゲイン乗算部７３と、を備える。
【００４６】
目標角速度演算部７１は、操舵角センサ７０で検出された操舵角δと、車速センサ１７からの車速Ｖとをもとに、図６のブロック中の特性図にしたがって、目標角速度ω＊を算出する。すなわち、前述のように、操舵角δが大きいときほどステアリングホイール２の戻りが悪いことから、操舵角δが大きいときほど、目標角速度ω＊が大きな値となるように設定する。且つ、高速のときほどステアリングホイール２は中立位置に復元しやすいことから、車速Ｖが大きいときほど目標角速度ω＊が小さくなるように設定する。なお、図６中の特性図においては、操舵角δが正値の場合について説明し、例えば、右操舵が行われた場合について説明している。左操舵が行われ操舵角δが負値となる場合には目標角速度ω＊は負値をとり、操舵角δが負値の方向に大きいときほど目標角速度ω＊は負値の方向に大きな値となり、正負の値は異なるものの、操舵角δが正値の場合と同等の特性となるように設定される。
【００４７】
ゲイン乗算部７３は、操舵トルクＴが零のときに最大となり操舵トルクＴが大きいときほど小さくなるゲインＧを設定する。つまり、操舵トルクＴが大きいということはすなわち操舵が行われているときであって、あえて復元トルクを発生させなくても運転者の操舵により中立位置に速やかに復元させることができるため、ゲインＧを小さくして復元トルクを小さくし、運転者の操舵操作とのバランスをとり、不要な復元トルクが発生されることを回避する。逆に、操舵トルクＴが小さいということはすなわち操舵があまり行われていない状態であって、操舵による中立位置への戻りを期待することができないことから、ゲインＧを大きくして復元トルクを大きくする。そして、ゲイン乗算部７３では、このようにして設定された操舵トルクＴを考慮したゲインＧと、減算部７２で算出された偏差Δωとが乗算され、これが復元トルクＩｒｔとして加算部４５に加算される。
【００４８】
次に、第２の実施の形態の動作を説明する。
上記第１の実施の形態と同様に、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じて操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊が算出され、この操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊に対してトルク微分補償、位相補償が行われ、指令値補償部２２による補償値と復元トルク演算部２６による復元トルクＩｒｔとが加算されて電流指令値Ｉｒｅｆが算出され、この電流指令値Ｉｒｅｆを発生するよう電動モータ８が制御される。
【００４９】
このとき、復元トルク演算部２６では、操舵角δ及び車速Ｖに基づいて電動モータ８の角速度目標値ω＊を設定すると共に、操舵トルクＴに応じてゲインＧを決定し、モータ角速度の偏差ΔωとゲインＧとを乗算して復元トルクＩｒｔを算出し、これを操舵補助トルク指令値Ｉｍ＊にフィードバックしており、操舵角δが大きいときほど、すなわち、中立位置への戻り時の反力の伝達効率が悪いときほど、目標角速度ω＊が大きな値に設定されて、伝達効率の低下分相当だけ電動モータ８をより速く回転させる操舵補助トルクが発生されることになる。
【００５０】
したがって、前述のように、センターテイクオフ方式の操舵装置の場合、中立位置への戻りが比較的悪いが、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクだけでなく、操舵角δに応じた伝達効率の低下分相当、つまり中立位置へ戻すために必要な復元トルク相当の操舵補助トルクも発生させているから、中立位置への戻りを速やかに行うことができる。また、このとき、目標角速度演算部７１では、操舵角δだけでなく、車速Ｖにも基づいて目標角速度ω＊を算出しており、車速Ｖが大きいときほど目標角速度ω＊は小さな値に設定され、すなわち車速Ｖが大きく比較的中立位置に戻りやすいときほど、目標角速度ω＊は小さな値に設定されるから、復元トルクは小さい。したがって、不要な復元トルクが発生されることによって、ステアリングホイール２が中立位置を越えてしまうことを回避することができる。
【００５１】
また、運転者が中立方向に操舵を行った場合には、操舵トルクＴが比較的大きくなるため、ゲインＧは比較的小さな値に設定される。このため、運転者が中立方向への操舵操作を行っている状態で、さらに復元トルクを発生させることにより、不要な復元トルクが発生され、却って運転者に違和感を与えることを回避することができる。逆に、運転者が中立方向への操舵トルクをそれほどかけていない場合には、中立方向への戻りが比較的悪くなる。しかしながら、操舵トルクＴが小さいときには、ゲインＧを比較的大きな値に設定し十分な復元トルクを発生させているから、中立位置に速やかに復元することができ、運転者の操舵操作とのバランスを考慮しつつ、過不足のない的確な復元トルクを発生させることができる。
【００５２】
なお、この第２の実施の形態においては、操舵角センサ７０を設け、この操舵角センサ７０で検出した操舵角δに基づいて復元トルクを算出する場合について説明したが、これに限るものではなく、上記第１の実施の形態と同様の手順で、セルフアライニングトルクＳＡＴを算出し、このセルフアライニングトルクＳＡＴに基づいて、目標角速度ω＊を算出してもよく、この場合も操舵角δ相当値を検出し、この操舵角δ相当値に基づいて目標角速度ω＊を設定するようにしてもよい。
【００５３】
また、上記各実施の形態においては、切り増し時及び切り戻し時に関係なく、復元トルクを発生させる場合について説明したが、切り戻し時のみに発生させるようにしてもよい。つまり、切り増し時か切り戻し時かを判断する切り増し切り戻し判定手段を設け、この切り増し切り戻し判定手段で、切り戻し時であると判定されるときにのみ、復元トルク演算部２３又は２６で算出された復元トルクＩｒｔを電流指令値Ｉｒｅｆにフィードバックするようにしてもよい。前記切り増し切り戻し判定手段では、公知の手順で判断すればよく、例えば、特開２００６−２０５９９６に記載されているように、操舵トルクセンサ１６で検出した操舵トルクＴとモータ角速度ωとをもとに判断を行い、これらの符号が同一の場合に切り増しと判断し、これらの符号が異符号であるときに切り戻しと判断するようにすればよい。また、例えば、特開２００３−１７０８５６で示されるように操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号とが同一で、且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上のときに切り増しと判定し、操舵トルクＴの符号と操舵トルク変化率の符号とが異符号で、且つ操舵トルク変化率の絶対値が所定値以上であるときに切り戻しと判定するようにしてもよい。つまり、角速度ωを用いることなく、操舵トルクＴのみで切り増し切り戻しの判定を行うようにしてもよい。
【００５４】
なお、上記第１の実施の形態において、操舵トルクセンサ１６が操舵トルク検出手段に対応し、操舵補助トルク指令値演算部２１が操舵補助トルク指令値演算手段に対応し、電流指令値演算部２４及びモータ電流制御部２５がモータ制御手段に対応している。また、セルフアライニングトルク推定部５１が操舵角検出手段に対応し、復元トルク演算部２３及び加算部４５が復元トルク発生手段に対応している。また、セルフアライニングトルク推定部５１がセルフアライニングトルク推定手段に対応し、伝達効率演算部５２及びゲイン乗算部５３が復元トルク演算手段に対応し、加算部４５が補正手段に対応している。
【００５５】
また、第２の実施の形態において、操舵角センサ７０が操舵角検出手段に対応し、復元トルク演算部２６及び加算器４５が復元トルク発生手段に対応している。また、角速度演算部４１が角速度検出手段に対応し、目標角速度演算部７１が目標角速度演算手段に対応し、減算部７２及びゲイン乗算部７３が復元トルク演算手段に対応し、加算器４５が補正手段に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】ステアリングギヤの部分断面図である。
【図３】制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】操舵補助トルク指令値算出マップの一例である。
【図５】路面からステアリングホイールまでの間に発生するトルクの様子を説明するための模式図である。
【図６】第２の実施の形態における制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
２  ステアリングホイール
３  ステアリングシャフト
５Ｌ，５Ｒ  タイロッド
８  電動モータ
１４  制御装置
１６  操舵トルクセンサ
１７  車速センサ
２０  回転角センサ
２３、２６  復元トルク演算部
５１  セルフアライニングトルク推定部
５２  伝達効率演算部
５３  ゲイン乗算部
７１  目標角速度演算部
７２  減算部
７３  ゲイン乗算部
【図１】
2009126263.tif 000003
【図２】
2009126263.tif 000004
【図３】
2009126263.tif 000005
【図４】
2009126263.tif 000006
【図５】
2009126263.tif 000007
【図６】
2009126263.tif 000008