JP4026394B2 - 自動車の電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【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、操舵角と車輪舵角の伝達比を車速に応じて変化させる車両応答可変機構を備えた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。
さらに、特許第２５２２７８５号公報等に示されているように、ハンドルの操舵角と車輪舵角の伝達比を変化させる車両応答可変機構を備えた電動パワーステアリング装置も知られている。この車両応答可変機構には、ハンドル舵角に対して前輪操舵の伝達比を変化させるＶＧＲ装置と、後輪操舵角の伝達比を変化させる４ＷＳ装置がある。
【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。
【０００４】
そして、目標操舵力特性が設定された場合には、ドライバは、この設定された目標操舵力特性により目標通りの操舵力を感じるので確かにほぼ一定の操舵フィーリングを得ることができる。
しなしながら、車両応答可変機構により車両挙動（車両応答遅れ量）が変化すると、ドライバは常にほぼ一定の操舵フィーリングを感じることができず、そのため、違和感が生じる。特に高車速且つほぼ直進状態の走行時の操舵フィーリング（以下、センターフィーリング）において顕著である。このような新たな課題が本件発明者らによって見出されたのである。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、車両応答可変機構により車両挙動が変化してもドライバが常にほぼ一定のフィーリングであると感じる操舵力特性を備えた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、センターフィーリングの向上を図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。
【０００６】
【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、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵角と車輪舵角の伝達比を車速に応じてステッピングモータにより変化させる車両応答可変機構と、トルクセンサの値を小さくするように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係が予め設定した関係とな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制御部と第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、車両応答可変機構からステッピングモータへ出力される出力信号から操舵角に対する車両応答遅れ量を推定し、この車両応答遅れ量の変化に関係なくドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係がほぼ一定となるように電動モータの制御量を設定することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、第２制御部が、車両応答可変機構からステッピングモータへ出力される出力信号から操舵角に対する車両応答遅れ量を推定し、この車両応答遅れ量の変化に関係なくドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係がほぼ一定となるように電動モータの制御量を設定するようにしているので、車両応答可変機構により車両挙動の車両応答遅れ量が変化してもドライバが常にほぼ一定のフィーリングであると感じることができる。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデル及びセンターフィーリングを規定する複数のセンターフィール評価指標の目標値を設定し、これらの評価指標の目標値から操舵力特性モデルの特性パラメータを設定することにより目標操舵力を演算し、この目標操舵力となるように電動モータの制御量を設定する。
【０００９】
さらに、本発明において、好ましくは、操舵力特性モデルは、摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）及びばね成分の特性パラメータ（Ｔｐ）を含み、第２制御部は、演算し直されたセンターフィール評価指標の値が目標値の許容範囲外の場合には操舵力特性モデルの少なくとも摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）の値を変更してこの目標値の許容範囲内とする。
【００１０】
【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の下端部には後述する車両応答可変機構（ＶＧＲ装置、又は、伝達比可変装置）６を介して中間シャフト８の上端が連結され、この中間シャフト８の下端には、ステアリングギヤボックス１０が設けられている。このステアリングギヤボックス１０の下端にはピットマンアーム１２やタイロッド１４等で構成されたリンク機構１６が連結されており、このタイロッド１４の両端側にはタイヤ（車輪）１７が取り付けられている。
なお、本実施形態では、ハンドル舵角に対して前輪操舵の伝達比を変化させるＶＧＲ装置を車両応答可変機構の一例として説明しているが、それ以外に、後輪操舵角の伝達比を変化させる４ＷＳ装置等でも適用可能である。
【００１１】
ここで、ステアリングギヤボックス１０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８の下端が連結されている。ステアリングギヤボックス１０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１８（図７参照）が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト８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力（操舵トルク）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１８及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット２０に接続されている。
この制御ユニット２０は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）２２、第２制御部（センターフィール補償制御部）２４、及び、モータ電流制御部２６から構成されており、トルクセンサの検出値（操舵トルク）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１８が制御されるようになっている。
【００１２】
車両応答可変機構６は、ハンドル２の操舵角（θ）と車輪１７の車輪舵角（θｗ）の比（伝達比：Ｒ＝θ／θｗ)を変化させるためのものである。
さらに、この車両応答可変機構１０を制御する車両応答可変制御ユニット２８が設けられ、この車両応答可変制御ユニット２８には、車速を検出する車速センサ３０からの車速信号Ｓ１と、ハンドル２の操舵角θを検出する操舵角センサ３２からの信号Ｓ２とが入力されるようになっている。
【００１３】
次に、図２乃至図６により、車両応答可変機構６を詳細に説明する。車両応答可変機構６は、中間軸８と同一軸線上に対向配置された入力軸３４を有し、この入力軸３４に、ステアリングシャフト４の回転が一体の入力ギヤ３５，３６を介して入力されるようになっている。
この入力軸３４と中間軸８との間には遊星歯車機構３７が設けられており、この遊星歯車機構３７は、入力軸３４上に固着されたサンギヤ３８と、このサンギヤ３８上に配置された複数のピニオンギヤ３９と、これらのピニオンギヤ３９の外側に配置され且つ中間軸８に固着されたリングギヤ４０と、入力軸３４上に相対回転自在に嵌合支持されて、ピニオンシャフト４１を介して各ピニオンギヤ３９を支持するキャリヤ４２とで構成されている。
このキャリヤ４２に一体的にセクタギヤ４３が設けられ、このセクタギヤ４３にステッピングモータ４４の回転軸４４ａに固着されたピニオンギヤ４５が噛み合されている。
【００１４】
ハンドル２の操舵時に、ステッピングモータ４４が車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３に応じて回転駆動されることにより、遊星歯車機構３７においてはサンギヤ３８が操舵角θに対応する量だけ回転されると同時に、キャリヤ４２がステッピングモータ４４の回転に応じて回転され、これにより車輪舵角θｗに対応するリングギヤ４０ないし中間軸８の回転量が増減されて、車輪舵角θｗに対する操舵角θの伝達比Ｒが可変制御されるようになっている。
【００１５】
一方、図５に示すように、車両応答可変制御ユニット２８は、車速センサ３０からの信号Ｓ１と、操舵角センサ３２からの信号Ｓ２とが入力される制御量演算部４６と、この制御量演算部４６で得られた演算値に応じた出力動信号を発生させる出力信号発生部４７とを有し、この出力信号発生部４７から出力される信号Ｓ３が出力信号としてステッピングモータ４４に印加されると共に、このステッピング４４の回転量はモータ回転角センサ４８により検出され、フィードバック信号Ｓ４として出力号発生部４７にフィードバックされるようになっている。
【００１６】
ここで、制御量演算部４６は、車速センサ３０からの信号Ｓ１が示す車速に応じて車輪舵角θｗに対する操舵角θの伝達比Ｒを予め定められた特性に基づいて設定すると共に、この伝達比Ｒと操舵角θとから車輪舵角θｗを演算し、この車輪舵角θｗとなるように出力信号発生部４７を介してステッピングモータ４４に駆動信号Ｓ３を出力する。
この場合、図６に示すように、車速に対する伝達比Ｒの特性は、車速が大きくなるに従って伝達比Ｒが高くなるように設定されている。これにより、高遠走行時には伝達比Ｒが高くなって車輪１７が切れにくいために、良好な走行安定性が得られると共に、低速走行時には伝達比Ｒが低くなって車輪１７が切れやすいために、車庫入れが容易になる等、操縦性が向上することになる。
【００１７】
本実施形態は、高車速且つほぼ直進状態の走行時（以下、「センターフィール感応域」と言う）に適用可能である。ここで、高車速とは、８０ｋｍ／ｈ程度以上の速度であり、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。
【００１８】
本実施形態では、詳細は後述するように、高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む線形及び／又は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）とに分解した操舵力特性モデルで表現すると共に、センターフィーリングを規定した複数のセンターフィール評価指数（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）に基づいて目標操舵力（目標値）を設定し、この目標操舵力となるように上記操舵力特性モデルの各成分の特性パラメータの値を設定し、さらに、車両応答可変機構による車両挙動（車両応答遅れ量）の変化（位相遅れ又は進み）に対応させて摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）のみの値を変更する、又は、摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）及びばね成分の特性パラメータ（Ｔｐ）の両方の値を変更するようにしている。
このようにして、本実施形態では、センターフィール感応域において、ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動との関係が予め設定した関係となるように電動モータ１４が制御される。
【００１９】
図７は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ユニットを示すブロック図である。この図７に示すように、制御ユニット２０は、第１制御部（通常のアシスト制御部）２２、第２制御部（センターフィール補償制御部）２４、及び、モータ電流制御部２６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、中間シャフトに作用している操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ５０、横加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ５２、上述した車速を検出する車速センサ３０、及び、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサ３２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２０に入力されるようになっている。
さらに、上述した車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３も制御ユニット２０に入力されるようになっている。
【００２０】
第１制御部２２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５０の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を減らす方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１８を制御するための制御部である。この第１制御部２２には、トルクセンサ５０からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ５４によりノイズがカットされ、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、横Ｇセンサ５２及び車速センサ３０の値に基づいて設定される。
この第１制御部２２は、センタフィール感応域では、抑制又は禁止されるようになっている。
【００２１】
第２制御部２４は、センターフィール補償制御部であり、高車速且つほぼ直進状態（センターフィール感応域）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１８を制御するための制御部である。
第２制御部２４は、目標操舵力演算部５６を有し、この目標操舵力演算部５６には、操舵角センサ３２の出力値がフィルタ５８を通って入力される。目標操舵力演算部５６は、操舵角により表現された後述する操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力を演算するようになっている。
【００２２】
第２制御部２４は、ローパスフィルタであるフィルタ（フィルタ２）５８，６０を有し、これらのフィルタ５８，６０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８０の値及び操舵角センサ３２の値のみを入手できるようになっている。
また、第２制御部２４は、後述するセンターフィール評価指標目標値設定部６２及びセンターフィール評価指標演算部６４、さらに、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３に基づいて車両応答遅れ量（λ：度）を推定する車両応答遅れ量推定部６６を有し、この車両応答遅れ量の変化（位相遅れ又は位相進み）に伴い、目標操舵力を目標操舵力演算部５６で演算し直すようになっている。
【００２３】
この第２制御部２４では、目標操舵力演算部５６から出力された目標操舵力とフィルタ６０から出力されたトルクセンサ値（Ｔｓ２）との偏差が求められ、この偏差から、制御ゲインＫ３により補償目標電流Ｉf が演算される。ここで、この制御ゲインＫ３は、横Ｇセンサ５２及び車速センサ３０の値に基づいて設定される。
この第２制御部２４は、非センターフィール感応域では、抑制又は禁止されるようになっている。
【００２４】
次に、第１制御部２２から出力された基準目標電流Ｉ0 と第２制御部２４から出力された補償目標電流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。
【００２５】
モータ電流制御部２６は、電動モータ１８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２６は、制御ゲンンＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部６８、モータ特性補償部７０を有している。
【００２６】
次に、図８及び図９により、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６において使用される目標操舵力特性モデルについて説明する。図８は、操舵力特性モデルを示す図であり、図９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８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、この操舵力特性モデルは、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。
【００２７】
ばね成分は、電動パワーステアリング装置の軸（ステアリングシャフト、中間シャフト、タイロッド等）の剛性、さらに、操舵角に応じてタイヤから発生する力やサスペンションによる力、電動パワーステアリング装置の電動モータによるアシスト力を含めた成分であり、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、操舵角を含む線形及び／又は非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】
【００２８】
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】
【００２９】
摩擦成分は、操舵角速度が舵角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、ばね成分を示す式（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】
【００３０】
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：Torque）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（数４）となる。
【数４】
【００３１】
次に、図１０及び図１１により、センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）を説明する。センターフィール評価指標は、不感帯（ＣＦ１）、ステアリング剛性（ＣＦ２）及び動き易さ（ＣＦ３）の３つの評価指標からなり、これらの評価指標により、自動車のセンターフィール感応域におけるセンターフィーリングの味付けが決めるようになっている。ここで、不感帯（ＣＦ１）は、操舵角変化に対してドライバが操舵力を感じない範囲を定義し、ステアリング剛性（ＣＦ２）は、操舵角変化に対する操舵力の変化率を定義し、動き易さ（ＣＦ３）は、操舵力に対する車両挙動の位相遅れ量を定義している。
【００３２】
これらのセンターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）と、上述した操舵力特性モデルの各成分の特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ、Ｔｆ）との間には所定の関係式が成立しており、一方が決れば他方も決定される関係がある。具体的には、以下の式（数５）の関係がある。
【数５】
この式（数５）において、λは車両挙動の応答遅れ量（λ：度）であり、ｈ１ａ，ｈ１ｂ，ｈ１ｃ，ｈ２ａ，ｈ２ｂ，ｈ３ａは、定数である。
【００３３】
センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）の各目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）及び後述するこれらの各目標値の許容範囲（±α１、±α２，±α３）は、車両実験により予め決定されており、図７に示す第２制御部２４のセンターフィール評価指標設定部６２に事前に記憶されている。
また、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６では、このセンターフィール評価指標の目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）に基づいて、各成分の特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ、Ｔｆ）の値が設定される。さらに、この目標操舵力演算部５６には、操舵角センサ３０からのフィルタ処理された操舵角センサ値が入力され、これにより、目標操舵力が演算される。
【００３４】
図１０及び図１１から理解可能なように、センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）のうち、評価指標（ＣＦ３）のみが、車両応答に依存している。即ち、車両応答の変化に対し、動き易さ（ＣＦ３）のみが変動する。そこで、本実施形態では、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相遅れ又は位相進み）する場合、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号から車両応答遅れ推定部６６が車両応答遅れ量（λ：度）を推定し、この推定された車両応答遅れ量（λ）をセンターフィール評価指標演算部６２に出力する。このセンターフィール評価指標演算部６４では、動き易さ（ＣＦ３）がその目標値（ＣＦ３ｔ）の許容範囲（±α３）内に収まるように、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータであるＫｆ、又は、このＫｆ及びばね成分の特性パラメータであるＴｐを補正する。
このようにして、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６は、操舵力の変化に対する車両挙動の応答遅れの関係がほぼ一定となるように目標操舵力を設定しているので、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化しても、ドライバは常にほぼ一定のセンターフィーリングを感じることができる。
【００３５】
次に、図１２により、本実施形態による制御フローを説明する。なお、図１２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、各センサの入力値を更新する。具体的には、トルクセンサ５０、横Ｇセンサ５２、車速センサ３０、操舵角センサ３２からの各入力値を更新する。次に、Ｓ２において、以下の式（数６）により、操舵力特性モデルのばね成分、粘性成分及び摩擦成分の各特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）を設定する（目標操舵力演算部５６）。
ここで、以下の式（数６）で示すように、操舵力特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）は、ぞれぞれ、センターフィール評価指標の目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）及び車両挙動の応答遅れ量（λ）をパラメータとした関数として設定される。
【数６】
ここで、式（数６）において、ａ，ｂは、定数である。
【００３６】
次に、Ｓ３に進み、車速及び横Ｇの値に基づき、自動車の走行状態が、センターフィール感応域か否かを判定する。センターフィール感応域でなければ、Ｓ４に進み、第２制御部における補償電流Ｉｆを０と設定する。
一方、センターフィール感応域であれば、Ｓ５に進み、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３から車両応答遅れ量（λ）を推定する（車両応答遅れ量推定部６６）。次に、Ｓ６に進み、センターフィール評価指標の内の動き易さ（ＣＦ３）を演算する（センタフィール評価指標演算部６４）。
【００３７】
次に、Ｓ７に進み、動き易さの値（ＣＦ３）がその目標値（ＣＦ３ｔ）の許容値（±α３）の範囲内か否かを判定する。ＣＦ３ｔの許容値（±α３）の範囲内の場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。ＣＦ３ｔの許容値（±α３）の範囲内でない場合には、Ｓ９に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆの減少補正値Ｋｆ１を算出する。
次に、Ｓ１０に進み、この摩擦成分の特性パラメータＫｆの減少補正値Ｋｆ１が、Ｋｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値か否かを判定する。
【００３８】
Ｓ１０において、減少補正値Ｋｆ１が、予め設定されたＫｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値であれば、Ｓ１１に進み、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２を演算する。ここで、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２は、上述した式（数５）により表された関数である。次に、Ｓ１２に進み、不感帯の値（ＣＦ１）がその目標値（ＣＦ１ｔ）の許容値（±α１）の範囲内か否か、又は、ステアリング剛性の値（ＣＦ２）がその目標値（ＣＦ２ｔ）の許容値（±α２）の範囲内か否かを判定する。不感帯ＣＦ１又はステアリング剛性ＣＦ２の少なくとも何れか一方が許容値の範囲内でない場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。Ｓ１２において、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方が許容値の範囲内の場合には、Ｓ１３に進み、摩擦成分の特性パラメータＫｆのみ減少補正し、Ｋｆ＝Ｋｆ１と設定する。
【００３９】
一方、Ｓ１０において、減少補正値Ｋｆ１が、Ｋｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値でなければ、Ｓ１４に進み、操舵力特性モデルのばね成分の特性パラメータＴｐの減少補正値Ｋｐ１を算出する。次に、Ｓ１５に進み、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２を演算する。さらに、Ｓ１６に進み、不感帯の値（ＣＦ１）がその目標値（ＣＦ１ｔ）の許容値（±α１）の範囲内か否か、又は、ステアリング剛性の値（ＣＦ２）がその目標値（ＣＦ２ｔ）の許容値（±α２）の範囲内か否かを判定する。不感帯ＣＦ１又はステアリング剛性ＣＦ２の少なくとも何れか一方が許容値の範囲内でない場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。Ｓ１６において、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方が許容値の範囲内の場合には、Ｓ１７に進み、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を減少補正する。具体的には、摩擦成分の特性パラメータＫｆは、Ｋｆ＝Ｋｆｍｉｎ（Ｋｆの最小値）又はＫｆ＝Ｋｆｍａｘ（Ｋｆの最大値）と設定し、ばね成分の特性パラメータＴｐは、Ｔｐ＝Ｔｐ１と設定する。
【００４０】
次に、Ｓ１８に進み、第２制御部における補償電流をＩf ＝（ｆ（θ）−Ｔｓ２）＊Ｋ３と設定する。ここで、（ｆ（θ））は上述した（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６０を通ったトルクセンサ値、Ｋ３は第２制御部２４の制御ゲインである。
【００４１】
次に、Ｓ１９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５４を通ったトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部２２の制御ゲインである。
次に、Ｓ２０に進み、目標電流をＩ＝Ｉ0 −Ｉf と設定する。さらに、Ｓ２１に進み、この目標電流Ｉを電動モータ１８に提供し、電動モータ１８の電流制御を実行する。
【００４２】
次に、図１３乃至図１５により、本実施形態の作用効果を説明する。図１３は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性の変化を示す線図である。図１４は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（横Ｇと操舵力の関係）の変化を示す線図である。図１５は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（操舵角と操舵力の関係）の変化を示す線図である。
図１３において、実線Ａは操舵力特性の目標値（初期値）を示し、破線Ｂは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）しても特性パラメータＫｆを補正しない場合の操舵力特性（パラメータ補正なし）を示している。図１４において、実線Ａは車両応答特性の初期値を示し、破線Ｂは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性を示し、鎖線Ｃは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）し特性パラメータＫｆを補正した場合の操舵力特性（パラメータ補正あり）を示している。図１５において、実線Ａは操舵力特性の目標値（初期値）を示し、鎖線Ｃは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）し特性パラメータＫｆを補正した場合の操舵力特性（パラメータ補正あり）を示している。
【００４３】
先ず、図１３に示すように、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）すると、図１４に示すように、動き易さ（ＣＦ３）は、実線Ａから破線Ｂに変動する。この場合、本実施形態では、操舵力特性の摩擦成分の特性パラメータＫｆのみを補正することにより、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、動き易さ（ＣＦ３）を、鎖線Ｃとなり、目標値（ＣＦ３ｔ）の許容範囲内に収めることができる。
また、本実施形態では、このように車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合、図１５に示すように、不感帯（ＣＦ１）及びステアリング剛性（ＣＦ２）も、操舵力特性の特性パラメータＫｆのみを補正することにより、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、実線Ａから鎖線Ｃに変化するが、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方を目標値（ＣＦ１ｔ）及び（ＣＦ２ｔ）のぞれぞれの許容範囲内に収めることができる。
【００４４】
このように本実施形態では、センターフィール感応域では、車両応答可変機構６により車両挙動の応答遅れ量（λ）が変化（位相遅れ、又は、位相進み）しても、この応答遅れ量の変化に基づいて操舵力特性の摩擦成分の特性パラメータＫｆのみを補正して、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、ドライバの感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動（車両応答遅れ量）とが常に予め設定された所定の関係となり、センターフィーリングを向上させることができる。
さらに、本実施形態によれば、車両応答可変機構６により車両挙動（車両応答）が変化してもドライバは常にほぼ一定のフィーリングを感じることができる。
【００４５】
【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、車両応答可変機構により車両挙動（車両応答）が変化してもドライバは常にほぼ一定のフィーリングであると感じることができ、さらに、センターフィーリングも向上する。
【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】本実施形態の電動パワーステアリング装置の車両応答可変機構を示す拡大縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】車両応答可変制御ユニットを示すブロック図である。
【図６】車両応答可変機構の伝達比を示すマップである。
【図７】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ユニットを示すブロック図である。
【図８】操舵力特性モデルを示す図である。
【図９】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１０】センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２）を示す図である。
【図１１】センターフィール評価指標（ＣＦ３）を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性の変化を示す線図である。
【図１４】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（横Ｇと操舵力の関係）の変化を示す線図である。
【図１５】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（操舵角と操舵力の関係）の変化を示す線図である。
【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 車両応答可変機構
８ 中間シャフト
１７ タイヤ（車輪）
１８ 電動モータ
２０ 制御ユニット
２２ 第１制御部
２４ 第２制御部
２６ モータ電流制御部
２８ 車両応答可変制御ユニット
３０ 車速センサ
３２ 操舵角センサ
４４ ステッピィグモータ
５０ トルクセンサ
５２ 横Ｇセンサ
５４，５９，６０ フィルタ
５６ 目標操舵力演算部
６２ センターフィール評価指標目標値設定部
６４ センターフィール評価指標演算部
６６ 車両応答遅れ量推定部
【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、操舵角と車輪舵角の伝達比を車速に応じて変化させる車両応答可変機構を備えた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。
さらに、特許第２５２２７８５号公報等に示されているように、ハンドルの操舵角と車輪舵角の伝達比を変化させる車両応答可変機構を備えた電動パワーステアリング装置も知られている。この車両応答可変機構には、ハンドル舵角に対して前輪操舵の伝達比を変化させるＶＧＲ装置と、後輪操舵角の伝達比を変化させる４ＷＳ装置がある。
【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。
【０００４】
そして、目標操舵力特性が設定された場合には、ドライバは、この設定された目標操舵力特性により目標通りの操舵力を感じるので確かにほぼ一定の操舵フィーリングを得ることができる。
しなしながら、車両応答可変機構により車両挙動（車両応答遅れ量）が変化すると、ドライバは常にほぼ一定の操舵フィーリングを感じることができず、そのため、違和感が生じる。特に高車速且つほぼ直進状態の走行時の操舵フィーリング（以下、センターフィーリング）において顕著である。このような新たな課題が本件発明者らによって見出されたのである。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、車両応答可変機構により車両挙動が変化してもドライバが常にほぼ一定のフィーリングであると感じる操舵力特性を備えた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、センターフィーリングの向上を図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。
【０００６】
【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、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵角と車輪舵角の伝達比を車速に応じてステッピングモータにより変化させる車両応答可変機構と、トルクセンサの値を小さくするように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係が予め設定した関係とな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制御部と第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、車両応答可変機構からステッピングモータへ出力される出力信号から操舵角に対する車両応答遅れ量を推定し、この車両応答遅れ量の変化に関係なくドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係がほぼ一定となるように電動モータの制御量を設定することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、第２制御部が、車両応答可変機構からステッピングモータへ出力される出力信号から操舵角に対する車両応答遅れ量を推定し、この車両応答遅れ量の変化に関係なくドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係がほぼ一定となるように電動モータの制御量を設定するようにしているので、車両応答可変機構により車両挙動の車両応答遅れ量が変化してもドライバが常にほぼ一定のフィーリングであると感じることができる。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、第２制御部は、操舵角を入力とした操舵力特性モデル及びセンターフィーリングを規定する複数のセンターフィール評価指標の目標値を設定し、これらの評価指標の目標値から操舵力特性モデルの特性パラメータを設定することにより目標操舵力を演算し、この目標操舵力となるように電動モータの制御量を設定する。
【０００９】
さらに、本発明において、好ましくは、操舵力特性モデルは、摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）及びばね成分の特性パラメータ（Ｔｐ）を含み、第２制御部は、演算し直されたセンターフィール評価指標の値が目標値の許容範囲外の場合には操舵力特性モデルの少なくとも摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）の値を変更してこの目標値の許容範囲内とする。
【００１０】
【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の下端部には後述する車両応答可変機構（ＶＧＲ装置、又は、伝達比可変装置）６を介して中間シャフト８の上端が連結され、この中間シャフト８の下端には、ステアリングギヤボックス１０が設けられている。このステアリングギヤボックス１０の下端にはピットマンアーム１２やタイロッド１４等で構成されたリンク機構１６が連結されており、このタイロッド１４の両端側にはタイヤ（車輪）１７が取り付けられている。
なお、本実施形態では、ハンドル舵角に対して前輪操舵の伝達比を変化させるＶＧＲ装置を車両応答可変機構の一例として説明しているが、それ以外に、後輪操舵角の伝達比を変化させる４ＷＳ装置等でも適用可能である。
【００１１】
ここで、ステアリングギヤボックス１０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８の下端が連結されている。ステアリングギヤボックス１０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１８（図７参照）が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト８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力（操舵トルク）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１８及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット２０に接続されている。
この制御ユニット２０は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）２２、第２制御部（センターフィール補償制御部）２４、及び、モータ電流制御部２６から構成されており、トルクセンサの検出値（操舵トルク）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１８が制御されるようになっている。
【００１２】
車両応答可変機構６は、ハンドル２の操舵角（θ）と車輪１７の車輪舵角（θｗ）の比（伝達比：Ｒ＝θ／θｗ)を変化させるためのものである。
さらに、この車両応答可変機構１０を制御する車両応答可変制御ユニット２８が設けられ、この車両応答可変制御ユニット２８には、車速を検出する車速センサ３０からの車速信号Ｓ１と、ハンドル２の操舵角θを検出する操舵角センサ３２からの信号Ｓ２とが入力されるようになっている。
【００１３】
次に、図２乃至図６により、車両応答可変機構６を詳細に説明する。車両応答可変機構６は、中間軸８と同一軸線上に対向配置された入力軸３４を有し、この入力軸３４に、ステアリングシャフト４の回転が一体の入力ギヤ３５，３６を介して入力されるようになっている。
この入力軸３４と中間軸８との間には遊星歯車機構３７が設けられており、この遊星歯車機構３７は、入力軸３４上に固着されたサンギヤ３８と、このサンギヤ３８上に配置された複数のピニオンギヤ３９と、これらのピニオンギヤ３９の外側に配置され且つ中間軸８に固着されたリングギヤ４０と、入力軸３４上に相対回転自在に嵌合支持されて、ピニオンシャフト４１を介して各ピニオンギヤ３９を支持するキャリヤ４２とで構成されている。
このキャリヤ４２に一体的にセクタギヤ４３が設けられ、このセクタギヤ４３にステッピングモータ４４の回転軸４４ａに固着されたピニオンギヤ４５が噛み合されている。
【００１４】
ハンドル２の操舵時に、ステッピングモータ４４が車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３に応じて回転駆動されることにより、遊星歯車機構３７においてはサンギヤ３８が操舵角θに対応する量だけ回転されると同時に、キャリヤ４２がステッピングモータ４４の回転に応じて回転され、これにより車輪舵角θｗに対応するリングギヤ４０ないし中間軸８の回転量が増減されて、車輪舵角θｗに対する操舵角θの伝達比Ｒが可変制御されるようになっている。
【００１５】
一方、図５に示すように、車両応答可変制御ユニット２８は、車速センサ３０からの信号Ｓ１と、操舵角センサ３２からの信号Ｓ２とが入力される制御量演算部４６と、この制御量演算部４６で得られた演算値に応じた出力動信号を発生させる出力信号発生部４７とを有し、この出力信号発生部４７から出力される信号Ｓ３が出力信号としてステッピングモータ４４に印加されると共に、このステッピング４４の回転量はモータ回転角センサ４８により検出され、フィードバック信号Ｓ４として出力号発生部４７にフィードバックされるようになっている。
【００１６】
ここで、制御量演算部４６は、車速センサ３０からの信号Ｓ１が示す車速に応じて車輪舵角θｗに対する操舵角θの伝達比Ｒを予め定められた特性に基づいて設定すると共に、この伝達比Ｒと操舵角θとから車輪舵角θｗを演算し、この車輪舵角θｗとなるように出力信号発生部４７を介してステッピングモータ４４に駆動信号Ｓ３を出力する。
この場合、図６に示すように、車速に対する伝達比Ｒの特性は、車速が大きくなるに従って伝達比Ｒが高くなるように設定されている。これにより、高遠走行時には伝達比Ｒが高くなって車輪１７が切れにくいために、良好な走行安定性が得られると共に、低速走行時には伝達比Ｒが低くなって車輪１７が切れやすいために、車庫入れが容易になる等、操縦性が向上することになる。
【００１７】
本実施形態は、高車速且つほぼ直進状態の走行時（以下、「センターフィール感応域」と言う）に適用可能である。ここで、高車速とは、８０ｋｍ／ｈ程度以上の速度であり、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。
【００１８】
本実施形態では、詳細は後述するように、高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む線形及び／又は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）とに分解した操舵力特性モデルで表現すると共に、センターフィーリングを規定した複数のセンターフィール評価指数（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）に基づいて目標操舵力（目標値）を設定し、この目標操舵力となるように上記操舵力特性モデルの各成分の特性パラメータの値を設定し、さらに、車両応答可変機構による車両挙動（車両応答遅れ量）の変化（位相遅れ又は進み）に対応させて摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）のみの値を変更する、又は、摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）及びばね成分の特性パラメータ（Ｔｐ）の両方の値を変更するようにしている。
このようにして、本実施形態では、センターフィール感応域において、ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動との関係が予め設定した関係となるように電動モータ１４が制御される。
【００１９】
図７は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ユニットを示すブロック図である。この図７に示すように、制御ユニット２０は、第１制御部（通常のアシスト制御部）２２、第２制御部（センターフィール補償制御部）２４、及び、モータ電流制御部２６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、中間シャフトに作用している操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ５０、横加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ５２、上述した車速を検出する車速センサ３０、及び、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサ３２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２０に入力されるようになっている。
さらに、上述した車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３も制御ユニット２０に入力されるようになっている。
【００２０】
第１制御部２２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５０の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を減らす方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１８を制御するための制御部である。この第１制御部２２には、トルクセンサ５０からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ５４によりノイズがカットされ、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、横Ｇセンサ５２及び車速センサ３０の値に基づいて設定される。
この第１制御部２２は、センタフィール感応域では、抑制又は禁止されるようになっている。
【００２１】
第２制御部２４は、センターフィール補償制御部であり、高車速且つほぼ直進状態（センターフィール感応域）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１８を制御するための制御部である。
第２制御部２４は、目標操舵力演算部５６を有し、この目標操舵力演算部５６には、操舵角センサ３２の出力値がフィルタ５８を通って入力される。目標操舵力演算部５６は、操舵角により表現された後述する操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力を演算するようになっている。
【００２２】
第２制御部２４は、ローパスフィルタであるフィルタ（フィルタ２）５８，６０を有し、これらのフィルタ５８，６０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８０の値及び操舵角センサ３２の値のみを入手できるようになっている。
また、第２制御部２４は、後述するセンターフィール評価指標目標値設定部６２及びセンターフィール評価指標演算部６４、さらに、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３に基づいて車両応答遅れ量（λ：度）を推定する車両応答遅れ量推定部６６を有し、この車両応答遅れ量の変化（位相遅れ又は位相進み）に伴い、目標操舵力を目標操舵力演算部５６で演算し直すようになっている。
【００２３】
この第２制御部２４では、目標操舵力演算部５６から出力された目標操舵力とフィルタ６０から出力されたトルクセンサ値（Ｔｓ２）との偏差が求められ、この偏差から、制御ゲインＫ３により補償目標電流Ｉf が演算される。ここで、この制御ゲインＫ３は、横Ｇセンサ５２及び車速センサ３０の値に基づいて設定される。
この第２制御部２４は、非センターフィール感応域では、抑制又は禁止されるようになっている。
【００２４】
次に、第１制御部２２から出力された基準目標電流Ｉ0 と第２制御部２４から出力された補償目標電流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。
【００２５】
モータ電流制御部２６は、電動モータ１８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２６は、制御ゲンンＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部６８、モータ特性補償部７０を有している。
【００２６】
次に、図８及び図９により、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６において使用される目標操舵力特性モデルについて説明する。図８は、操舵力特性モデルを示す図であり、図９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８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、この操舵力特性モデルは、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。
【００２７】
ばね成分は、電動パワーステアリング装置の軸（ステアリングシャフト、中間シャフト、タイロッド等）の剛性、さらに、操舵角に応じてタイヤから発生する力やサスペンションによる力、電動パワーステアリング装置の電動モータによるアシスト力を含めた成分であり、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、操舵角を含む線形及び／又は非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】
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】
摩擦成分は、操舵角速度が舵角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、ばね成分を示す式（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】
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：Torque）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（数４）となる。
【数４】
次に、図１０及び図１１により、センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）を説明する。センターフィール評価指標は、不感帯（ＣＦ１）、ステアリング剛性（ＣＦ２）及び動き易さ（ＣＦ３）の３つの評価指標からなり、これらの評価指標により、自動車のセンターフィール感応域におけるセンターフィーリングの味付けが決めるようになっている。ここで、不感帯（ＣＦ１）は、操舵角変化に対してドライバが操舵力を感じない範囲を定義し、ステアリング剛性（ＣＦ２）は、操舵角変化に対する操舵力の変化率を定義し、動き易さ（ＣＦ３）は、操舵力に対する車両挙動の位相遅れ量を定義している。
【００３２】
これらのセンターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）と、上述した操舵力特性モデルの各成分の特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ、Ｔｆ）との間には所定の関係式が成立しており、一方が決れば他方も決定される関係がある。具体的には、以下の式（数５）の関係がある。
【数５】
【００３３】
センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）の各目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）及び後述するこれらの各目標値の許容範囲（±α１、±α２，±α３）は、車両実験により予め決定されており、図７に示す第２制御部２４のセンターフィール評価指標設定部６２に事前に記憶されている。
また、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６では、このセンターフィール評価指標の目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）に基づいて、各成分の特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ、Ｔｆ）の値が設定される。さらに、この目標操舵力演算部５６には、操舵角センサ３０からのフィルタ処理された操舵角センサ値が入力され、これにより、目標操舵力が演算される。
【００３４】
図１０及び図１１から理解可能なように、センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２，ＣＦ３）のうち、評価指標（ＣＦ３）のみが、車両応答に依存している。即ち、車両応答の変化に対し、動き易さ（ＣＦ３）のみが変動する。そこで、本実施形態では、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相遅れ又は位相進み）する場合、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号から車両応答遅れ推定部６６が車両応答遅れ量（λ：度）を推定し、この推定された車両応答遅れ量（λ）をセンターフィール評価指標演算部６２に出力する。このセンターフィール評価指標演算部６４では、動き易さ（ＣＦ３）がその目標値（ＣＦ３ｔ）の許容範囲（±α３）内に収まるように、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータであるＫｆ、又は、このＫｆ及びばね成分の特性パラメータであるＴｐを補正する。
このようにして、第２制御部２４の目標操舵力演算部５６は、操舵力の変化に対する車両挙動の応答遅れの関係がほぼ一定となるように目標操舵力を設定しているので、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化しても、ドライバは常にほぼ一定のセンターフィーリングを感じることができる。
【００３５】
次に、図１２により、本実施形態による制御フローを説明する。なお、図１２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、各センサの入力値を更新する。具体的には、トルクセンサ５０、横Ｇセンサ５２、車速センサ３０、操舵角センサ３２からの各入力値を更新する。次に、Ｓ２において、以下の式（数６）により、操舵力特性モデルのばね成分、粘性成分及び摩擦成分の各特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）を設定する（目標操舵力演算部５６）。
ここで、以下の式（数６）で示すように、操舵力特性モデルの特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）は、ぞれぞれ、センターフィール評価指標の目標値（ＣＦ１ｔ，ＣＦ２ｔ，ＣＦ３ｔ）及び車両挙動の応答遅れ量（λ）をパラメータとした関数として設定される。
【数６】
【００３６】
次に、Ｓ３に進み、車速及び横Ｇの値に基づき、自動車の走行状態が、センターフィール感応域か否かを判定する。センターフィール感応域でなければ、Ｓ４に進み、第２制御部における補償電流Ｉｆを０と設定する。
一方、センターフィール感応域であれば、Ｓ５に進み、車両応答可変制御ユニット２８からの出力信号Ｓ３から車両応答遅れ量（λ）を推定する（車両応答遅れ量推定部６６）。次に、Ｓ６に進み、センターフィール評価指標の内の動き易さ（ＣＦ３）を演算する（センタフィール評価指標演算部６４）。
【００３７】
次に、Ｓ７に進み、動き易さの値（ＣＦ３）がその目標値（ＣＦ３ｔ）の許容値（±α３）の範囲内か否かを判定する。ＣＦ３ｔの許容値（±α３）の範囲内の場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。ＣＦ３ｔの許容値（±α３）の範囲内でない場合には、Ｓ９に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆの減少補正値Ｋｆ１を算出する。
次に、Ｓ１０に進み、この摩擦成分の特性パラメータＫｆの減少補正値Ｋｆ１が、Ｋｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値か否かを判定する。
【００３８】
Ｓ１０において、減少補正値Ｋｆ１が、予め設定されたＫｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値であれば、Ｓ１１に進み、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２を演算する。ここで、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２は、上述した式（数５）により表された関数である。次に、Ｓ１２に進み、不感帯の値（ＣＦ１）がその目標値（ＣＦ１ｔ）の許容値（±α１）の範囲内か否か、又は、ステアリング剛性の値（ＣＦ２）がその目標値（ＣＦ２ｔ）の許容値（±α２）の範囲内か否かを判定する。不感帯ＣＦ１又はステアリング剛性ＣＦ２の少なくとも何れか一方が許容値の範囲内でない場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。Ｓ１２において、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方が許容値の範囲内の場合には、Ｓ１３に進み、摩擦成分の特性パラメータＫｆのみ減少補正し、Ｋｆ＝Ｋｆ１と設定する。
【００３９】
一方、Ｓ１０において、減少補正値Ｋｆ１が、Ｋｆの最小値Ｋｆｍｉｎと最大値Ｋｍａｘの間の値でなければ、Ｓ１４に進み、操舵力特性モデルのばね成分の特性パラメータＴｐの減少補正値Ｋｐ１を算出する。次に、Ｓ１５に進み、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２を演算する。さらに、Ｓ１６に進み、不感帯の値（ＣＦ１）がその目標値（ＣＦ１ｔ）の許容値（±α１）の範囲内か否か、又は、ステアリング剛性の値（ＣＦ２）がその目標値（ＣＦ２ｔ）の許容値（±α２）の範囲内か否かを判定する。不感帯ＣＦ１又はステアリング剛性ＣＦ２の少なくとも何れか一方が許容値の範囲内でない場合には、Ｓ８に進み、操舵力特性モデルの摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの値は減少補正しない。Ｓ１６において、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方が許容値の範囲内の場合には、Ｓ１７に進み、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を減少補正する。具体的には、摩擦成分の特性パラメータＫｆは、Ｋｆ＝Ｋｆｍｉｎ（Ｋｆの最小値）又はＫｆ＝Ｋｆｍａｘ（Ｋｆの最大値）と設定し、ばね成分の特性パラメータＴｐは、Ｔｐ＝Ｔｐ１と設定する。
【００４０】
次に、Ｓ１８に進み、第２制御部における補償電流をＩf ＝（ｆ（θ）−Ｔｓ２）＊Ｋ３と設定する。ここで、（ｆ（θ））は上述した（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６０を通ったトルクセンサ値、Ｋ３は第２制御部２４の制御ゲインである。
【００４１】
次に、Ｓ１９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５４を通ったトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部２２の制御ゲインである。
次に、Ｓ２０に進み、目標電流をＩ＝Ｉ0 −Ｉf と設定する。さらに、Ｓ２１に進み、この目標電流Ｉを電動モータ１８に提供し、電動モータ１８の電流制御を実行する。
【００４２】
次に、図１３乃至図１５により、本実施形態の作用効果を説明する。図１３は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性の変化を示す線図である。図１４は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（横Ｇと操舵力の関係）の変化を示す線図である。図１５は、車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（操舵角と操舵力の関係）の変化を示す線図である。
図１３において、実線Ａは操舵力特性の目標値（初期値）を示し、破線Ｂは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）しても特性パラメータＫｆを補正しない場合の操舵力特性（パラメータ補正なし）を示している。図１４において、実線Ａは車両応答特性の初期値を示し、破線Ｂは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性を示し、鎖線Ｃは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）し特性パラメータＫｆを補正した場合の操舵力特性（パラメータ補正あり）を示している。図１５において、実線Ａは操舵力特性の目標値（初期値）を示し、鎖線Ｃは車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）し特性パラメータＫｆを補正した場合の操舵力特性（パラメータ補正あり）を示している。
【００４３】
先ず、図１３に示すように、車両応答可変機構６により車両応答遅れ量が変化（位相進み）すると、図１４に示すように、動き易さ（ＣＦ３）は、実線Ａから破線Ｂに変動する。この場合、本実施形態では、操舵力特性の摩擦成分の特性パラメータＫｆのみを補正することにより、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、動き易さ（ＣＦ３）を、鎖線Ｃとなり、目標値（ＣＦ３ｔ）の許容範囲内に収めることができる。
また、本実施形態では、このように車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合、図１５に示すように、不感帯（ＣＦ１）及びステアリング剛性（ＣＦ２）も、操舵力特性の特性パラメータＫｆのみを補正することにより、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、実線Ａから鎖線Ｃに変化するが、不感帯ＣＦ１及びステアリング剛性ＣＦ２の両方を目標値（ＣＦ１ｔ）及び（ＣＦ２ｔ）のぞれぞれの許容範囲内に収めることができる。
【００４４】
このように本実施形態では、センターフィール感応域では、車両応答可変機構６により車両挙動の応答遅れ量（λ）が変化（位相遅れ、又は、位相進み）しても、この応答遅れ量の変化に基づいて操舵力特性の摩擦成分の特性パラメータＫｆのみを補正して、又は、摩擦成分の特性パラメータＫｆ及びばね成分の特性パラメータＴｐの両方を補正することにより、ドライバの感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動（車両応答遅れ量）とが常に予め設定された所定の関係となり、センターフィーリングを向上させることができる。
さらに、本実施形態によれば、車両応答可変機構６により車両挙動（車両応答）が変化してもドライバは常にほぼ一定のフィーリングを感じることができる。
【００４５】
【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、車両応答可変機構により車両挙動（車両応答）が変化してもドライバは常にほぼ一定のフィーリングであると感じることができ、さらに、センターフィーリングも向上する。
【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】本実施形態の電動パワーステアリング装置の車両応答可変機構を示す拡大縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】車両応答可変制御ユニットを示すブロック図である。
【図６】車両応答可変機構の伝達比を示すマップである。
【図７】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ユニットを示すブロック図である。
【図８】操舵力特性モデルを示す図である。
【図９】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１０】センターフィール評価指標（ＣＦ１，ＣＦ２）を示す図である。
【図１１】センターフィール評価指標（ＣＦ３）を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の車両応答特性の変化を示す線図である。
【図１４】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（横Ｇと操舵力の関係）の変化を示す線図である。
【図１５】車両応答遅れ量が変化（位相進み）した場合の操舵力特性（操舵角と操舵力の関係）の変化を示す線図である。
【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 車両応答可変機構
８ 中間シャフト
１７ タイヤ（車輪）
１８ 電動モータ
２０ 制御ユニット
２２ 第１制御部
２４ 第２制御部
２６ モータ電流制御部
２８ 車両応答可変制御ユニット
３０ 車速センサ
３２ 操舵角センサ
４４ ステッピィグモータ
５０ トルクセンサ
５２ 横Ｇセンサ
５４，５９，６０ フィルタ
５６ 目標操舵力演算部
６２ センターフィール評価指標目標値設定部
６４ センターフィール評価指標演算部
６６ 車両応答遅れ量推定部
Claims (3)
- 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、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵角と車輪舵角の伝達比を車速に応じてステッピングモータにより変化させる車両応答可変機構と、
上記トルクセンサの値を小さくす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、
ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係が予め設定した関係とな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制御部と第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、上記車両応答可変機構から上記ステッピングモータへ出力される出力信号から操舵角に対する車両応答遅れ量を推定し、この車両応答遅れ量の変化に関係なく上記ドライバが感じる操舵力とドライバが感じる車両挙動の車両応答遅れ量との関係がほぼ一定となるように上記電動モータの制御量を設定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。 - 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及び複数のセンターフィール評価指標の目標値を設定し、これらの評価指標の目標値から上記操舵力特性モデルの特性パラメータを設定することにより目標操舵力を演算し、この目標操舵力となるように上記電動モータの制御量を設定する請求項１記載の自動車の電動パワーステアリング装置。
- 上記操舵力特性モデルは、摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）及びばね成分の特性パラメータ（Ｔｐ）を含み、上記第２制御部は、上記演算し直されたセンターフィール評価指標の値が上記目標値の許容範囲外の場合には上記操舵力特性モデルの少なくとも摩擦成分の特性パラメータ（Ｋｆ）の値を変更してこの目標値の許容範囲内とする請求項２記載の自動車の電動パワーステアリング装置。
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