JP5308254B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減するものである。
また、特許文献１（特許第３７５１９２３号公報）には、動ばね定数および減衰係数を算出してアシストゲインおよびダンピングゲインを求める車両評価装置が開示されている。
従来の電動パワーステアリング装置（図１１参照）は、車速信号Ｖ_Sと操舵トルク信号Ｔ_Sに応じてモータ電流指令値を付与して電動機にトルクを発生させ、この発生トルクを減速装置を介して、倍力して電動パワーステアリング装置に付与して操舵トルクを軽減している。なお、図１１は、比較例として後記する。

特許第３７５１９２３号公報

しかしながら、このような従来の電動パワーステアリング装置は、車両の走行速度に応じて適度な操舵反力を運転者に与えてはいるものの、車両の運動特性に、特に速い操舵でのレーンチェンジなどのような走行場面でハンドル操作の手ごたえ感や安定感が物足らないという課題があった。

そこで、本発明は、速い操舵での手ごたえや安定感を得られる電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。

本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵力を軽減するベース信号を操舵トルクおよび車速に応じて生成するベース信号生成部を備え、前記ベース信号に基づくモータの動力をステアリング装置に作用させることによって運転者の操舵トルクを軽減させる電動パワーステアリング装置において、前記ステアリング装置の操作時における操舵角と前記操舵トルクとから得られるヒステリシス曲線が囲む部分の広さを減衰係数とし、前記ヒステリシス曲線の対角線を結ぶ線の傾きを動ばね定数とし、前記減衰係数を前記動ばね定数で除算した値を操舵特性に関する評価指標とし、前記減衰係数を、操舵周波数を加味して算出する減衰係数算出部と、前記動ばね定数を、操舵周波数を加味して算出する動ばね定数算出部と、操舵方向が往きであるか戻りであるかを判定する操舵方向判定部と、を備え、前記操舵方向の判定結果が往きであるか戻りであるかによって、前記ベース信号の補正を制御することで、前記操舵周波数にかかわらず前記評価指標が略一定になるようにし、前記操舵方向判定部の判定結果が「往き」であるときは、前記減衰係数と前記動ばね定数のうち前記動ばね定数を選択し、前記ベース信号を前記動ばね定数により補正し、前記操舵方向判定部の判定結果が「戻り」であるときは、前記減衰係数と前記動ばね定数のうち前記減衰係数を選択し、前記ベース信号を前記減衰係数により補正することを特徴とする。

本発明によれば、速いハンドル操舵での手ごたえや安定感を得られる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

また、本発明によれば、ステアリングを切るときに、速い操舵で操舵トルクを軽減する方向にアシストし、ステアリングを戻すときに、同じく速い操作でヒステリシスを増大させるので、全体として、相乗効果で、しっかりとした手ごたえ感と安定感を付与することができる。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、操舵力を軽減するベース信号を操舵トルクおよび車速に応じて生成するベース信号生成部を備え、前記ベース信号に基づくモータの動力をステアリング装置に作用させることによって運転者の操舵トルクを軽減させる電動パワーステアリング装置において、前記ステアリング装置の操作時における操舵角と前記操舵トルクとから得られるヒステリシス曲線が囲む部分の広さを減衰係数とし、前記ヒステリシス曲線の対角線を結ぶ線の傾きを動ばね定数とし、前記減衰係数を前記動ばね定数で除算した値を操舵特性に関する評価指標としたときの、前記減衰係数を、操舵周波数を加味して算出する減衰係数算出部と、操舵方向が往きであるか戻りであるかを判定する操舵方向判定部と、を備え、前記操舵方向の判定結果が往きであるか戻りであるかによって、前記減衰係数による前記ベース信号の補正を制御することで、前記操舵周波数にかかわらず前記評価指標が略一定になるようにし、前記操舵方向判定部の判定結果が「往き」であるときと「戻り」であるときとで、前記ベース信号を減衰係数で補正する際の減衰係数の符号が異なるように制御することを特徴とする。
また、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記動ばね定数は略一定であることを特徴とする。

本発明によれば、減衰係数を大きくすることのみで、速いハンドル操舵での手ごたえや安定感を得られる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、速い操舵での手ごたえや安定感を得られる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。 操舵角・操舵トルクのヒステリシス曲線を示す。 ステアリング振動モデルを示す図である。 操舵角・操舵トルクのヒステリシス曲線と、減衰係数Ａと動ばね定数Ｂとの関係を示す図である。 評価指標Ｃの周波数依存性を示す図である。 本発明と比較例のヒステリシス曲線を示す図である。 第一の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。 図８（ａ）はベーステーブルを示す図であり、図８（ｂ）はＢデータテーブルを示す図であり、図８（ｃ）はＡデータテーブルを示す図である。 第二の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。 第三の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。 比較例の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。

≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図１を用いて本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成について説明する。
図１は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。

電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２が設けられたメインステアリングシャフト３と、シャフト１と、ピニオン軸５とが、２つのユニバーサルジョイント（自在継手）４によって連結され、また、ピニオン軸５の下端部に設けられたピニオンギア７は、車幅方向に往復運動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９，９を介して左右の転舵輪１０，１０が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９，９は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃを介してステアリングギアボックス２０に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２の操舵時の操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１１を備えており、この電動機１１の出力軸に設けられたウォームギア１２が、ピニオン軸５に設けられたウォームホイールギア１３に噛合している。即ち、ウォームギア１２とウォームホイールギア１３とで減速機構が構成されている。また、電動機１１、電動機１１の回転子（図示せず）に連結されているウォームギア１２、ウォームホイールギア１３、ピニオン軸５、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９，９等により、ステアリング系が構成される。

電動機１１は、複数の界磁コイルを備えた固定子（図示せず）とこの固定子の内部で回転する回転子（図示せず）を有してなる３相ブラシレスモータであり、電気動力を機械的動力（Ｐ_M＝ωＴ_M）に変換するものである。ここで、ωは回転速度であり、Ｔ_Mは電動機１１の発生トルクである。また、発生トルクＴ_Mと実際に出力として取り出すことができる出力トルクＴ_M´との関係は、下記（１）式によって表現される。（ｉ：ウォームギア１２とウォームホイールギア１３との減速比）
Ｔ_M´＝Ｔ_M−（ｃ_mｄθ_m／ｄｔ＋Ｊ_mｄ²θ_m／ｄｔ²）ｉ² ・・・（１）
上記（１）式より、出力トルクＴ_M´と電動機回転角θ_mとの関係は、電動機１１の回転子の慣性モーメントＪ_mと粘性係数ｃ_mとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。

更に、電動パワーステアリング装置１００は、制御装置２００と、電動機１１を駆動する電動機駆動手段６０と、レゾルバ５０と、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクを検出するトルクセンサ３０と、トルクセンサ３０の出力を増幅する差動増幅回路４０と、車速センサ３５とを備えている。

電動機駆動手段６０は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御装置２００から出力されたＤＵＴＹ（ＤＵＴＹ Ｕ、ＤＵＴＹ Ｖ、ＤＵＴＹ Ｗ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機１１を駆動するものである。また、電動機駆動手段６０は図示しないホール素子を用いて３相の電機子電流Ｉ（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）、もしくは２相を検出する機能を備えている。

レゾルバ５０は、電動機１１の回転角を検出し、回転角信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものである。なお、回転角信号θは、検出した電動機１１の回転角の信号である。

トルクセンサ３０は、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクを検出するものであり、ピニオン軸５の軸方向２箇所に逆方向の異方性となるように磁歪膜が被着され、各磁歪膜の表面に検出コイルがピニオン軸５に離間して挿入されている。
差動増幅回路４０は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した２つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Ｔ_Sを出力するものである。なお、このトルク信号Ｔ_Sは、ピニオントルクレベルを示す信号である。

車速センサ３５は、車両の車速Ｖを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号Ｖ_Sを出力する。

制御装置２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータを有してなり、電動機駆動手段６０からの３相電流Ｉ、レゾルバ５０からの回転角信号θ、車速センサ３５からの車速信号Ｖ_S、差動増幅回路４０からのトルク信号Ｔ_Sから得られる前記の発生トルクＴ_Mで電動機１１を駆動させるためのＤＵＴＹ信号を電動機駆動手段６０に出力する。このＤＵＴＹ信号の出力により、電動機駆動手段６０は、前記の発生トルクＴ_Mで電動機１１を駆動させる。

≪操舵角・操舵トルクのヒステリシス曲線≫
図２は、操舵角・操舵トルクのヒステリシス曲線を示す。
この図２において、横軸は操舵角を示し、縦軸は操舵トルクを示す。操舵角は、この図の縦軸と横軸の交点である原点を基準に、右側にいくほどプラス側に操舵角の値が大きくなる（右操舵）。一方、原点を基準に、左側にいくほどマイナス側の操舵角の値が大きくなる（左操舵）。また、操舵トルクは、原点を基準に、上側にいくほどプラス側（右側）の操舵トルクの値が大きくなる。一方、原点を基準に、下側にいくほどマイナス側（左側）の操舵トルクの値が大きくなる。

図３は、ステアリング振動モデルを示す図である。操向ハンドル２に動ばねｂと減衰ダンパａを有する、と考えるモデルである。
図４は、操舵角・操舵トルクのヒステリシス曲線と、前記ステアリング振動モデルの減衰ダンパａの減衰係数Ａと動ばねｂの動ばね定数Ｂとの関係を示す図である。
図３に示すように操向ハンドル２（図１参照）の操舵を減衰係数Ａおよび動ばね定数Ｂをもって表現することができることを示すものである。
ここで、特許文献１（特許第３７５１９２３号公報）には、減衰係数Ａは図４（ａ）に示すようにヒステリシス曲線が囲む面積から算出することができ、また、動ばね定数Ｂは図４（ｂ）に示すようにヒステリシス曲線の傾きから算出することができることが開示されている。

≪第一の実施の形態≫
次に、第一の実施形態の電動パワーステアリング装置１００における制御装置２００について、説明する。
図７は、第一の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置１００における制御装置２００は、ベース信号演算部２１０、Ｂデータ演算部２２０、Ａデータ演算部２３０、往き戻り操作判定部２３５、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５、２軸３相変換部２６０、ＰＷＭ変換部２７０、３相２軸変換部２６５、電動機回転角信号微分処理部２８０、操舵トルク信号微分処理部２８５、励磁電流生成部２９０等を、機能ブロックとして備える。

３相２軸変換部２６５は、電動機駆動手段６０（図１参照）が検出する、電動機１１（図１参照）の３相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを、電動機１１の回転子の磁極軸であるＤ軸の電流（ＩＤ）と、このＤ軸に対して電気的に９０度回転した軸であるＱ軸の電流（ＩＱ）に変換するものであり、Ｄ軸電流ＩＤは励磁電流に比例し、Ｑ軸電流ＩＱは電動機１１の発生トルクＴ_Mに比例する。
励磁電流生成部２９０は、電動機１１（図１参照）の励磁電流目標値を生成して出力する。
Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５は、加算器２５３の出力信号を、即ち、３相２軸変換部２６５から出力されたＤ軸電流ＩＤと励磁電流生成部２９０で生成された励磁電流目標値との差分を、減少するようにＰ（比例）制御およびＩ（積分）制御を行う、もちろん必要に応じてＤ（微分）制御を行ってもよい。

Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０は、加算器２５２の出力信号を、即ち、３相２軸変換部２６５から出力されたＱ軸電流ＩＱとこのＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭとの差分である偏差信号ＩＥを減少するように、Ｐ（比例）制御およびＩ（積分）制御を行う、もちろん必要に応じてＤ（微分）制御を行ってもよい。なお、電動機１１の発生トルクＴ_Mを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの生成については、後述する。
２軸３相変換部２６０は、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０の出力信号ＶＱとＤ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５の出力信号ＶＤとの２軸信号を３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷに変換して出力する。なお、２軸３相変換部２６０は、電動機１１（図１参照）の回転角信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

ＰＷＭ変換部２７０は、２軸３相変換部２６０から出力された３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷの大きさに比例したパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ信号［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号］であるＤＵＴＹ信号（ＤＵＴＹ Ｕ、ＤＵＴＹ Ｙ、ＤＵＴＹ Ｗ）を生成して電動機駆動手段６０（図１参照）に出力する。なお、ＰＷＭ変換部２７０は、電動機１１（図１参照）の回転角信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

電動機回転角信号微分処理部２８０は、レゾルバ５０（図１参照）が出力する電動機１１（図１参照）の回転角信号θを微分演算することにより回転速度信号ｄθ／ｄｔを生成して出力する。
操舵トルク信号微分処理部２８５は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sを微分演算することにより出力信号ｄＴ_S／ｄｔを生成して出力する。

＜目標電流ＩＭ＞
電動機１１の発生トルクＴ_Mを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの生成について、以下、説明する。Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、加算器２５１の出力信号であり、この加算器２５１の出力信号は、ベース信号演算部２１０の出力信号Ａ１に往き戻り操作判定部２３５の出力信号を加算したものである。ちなみに、往き戻り操作判定部２３５の出力信号は、「往き」のときは＋Ａ２、「戻り」のときは−Ａ３というように、往き戻りの判定結果に応じて出力を切り換える。
なお、Ａデータ演算部２３０は、図４（ａ）で説明した減衰係数Ａに対応し、Ｂデータ演算部２２０は、に図４（ｂ）で説明した動ばね定数Ｂに対応して目標電流ＩＭを制御するものである。

ベース信号演算部２１０、Ｂデータ演算部２２０、Ａデータ演算部２３０、往き戻り操作判定部２３５について、説明する。
まず、ベース信号演算部２１０について、説明する。
ベース信号演算部（ベース信号生成部）２１０は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと車速センサ３５（図１参照）が出力する車速信号Ｖ_Sとから、電動機１１の発生トルクＴ_Mを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの基準となるベースアシスト信号（ベース信号）Ａ１を生成する。なお、このベースアシスト信号Ａ１の生成は、実験測定等によって予め設定されベース信号演算部２１０に格納されたベーステーブル２１０ａを参照することによって、行われる。そして、トルク信号Ｔ_Sとは、前記の通り、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクのレベルを示す信号である。

図８（ａ）は、ベース信号演算部２１０に格納されているトルク信号Ｔ_Sおよび車速信号Ｖ_Sとベースアシスト信号Ａ１との対応関係のベーステーブル２１０ａを示す図である。
ベーステーブル２１０ａでは、トルク信号Ｔ_Sのレベルが所定以上のときゲインが増加し、更にトルク信号Ｔ_Sのレベルが増加して前記所定レベルよりも高い所定レベル以上となったとき、ベースアシスト信号Ａ１のレベルが飽和する特性を備えている。
更に、ベーステーブル２１０ａでは、車速信号Ｖ_Sが大きく、すなわち、車速Ｖが高速になるに従って、ゲインが低くなり、且つ、ベースアシスト信号Ａ１のレベルが低い値で飽和する特性を備えている。

次に、Ｂデータ演算部２２０について、説明する。
Ｂデータ演算部（動ばね定数算出部）２２０は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと操舵トルク信号微分処理部２８５の出力信号ｄＴ_S／ｄｔとから、アシスト信号Ａ２を生成する。なお、このアシスト信号Ａ２の生成は、実験測定等によって予め設定されＢデータ演算部２２０に格納されたＢデータテーブル２２０ａを参照することによって、行われる。
図８（ｂ）は、Ｂデータ演算部２２０に格納されているトルク信号Ｔ_Sおよび出力信号ｄＴ_S／ｄｔとアシスト信号Ａ２との対応関係のＢデータテーブル２２０ａを示す図である。

Ｂデータテーブル２２０ａでは、トルク信号Ｔ_Sのレベルが大きいほど、アシスト信号Ａ２のレベルが大きくなる特性を備えている。
更に、Ｂデータテーブル２２０ａでは、トルク信号Ｔ_Sの微分値の絶対値｜ｄＴ_S／ｄｔ｜が大きくなるに従って、ゲインの絶対値が大きくなる特性を備えている。
なお、操舵周波数が瞬時に速くなるとトルク信号Ｔ_Sの微分値の絶対値｜ｄＴ_S／ｄｔ｜も瞬時に大きくなるというように、トルク信号Ｔ_Sの微分値の絶対値｜ｄＴ_S／ｄｔ｜は操舵周波数を反映したものである。Ｂデータ演算部２２０がこの図８（ｂ）のＢデータテーブル２２０ａを参照してアシスト信号Ａ２を算出することは、動ばね定数Ｂを操舵周波数を加味して算出することに他ならない。

次に、Ａデータ演算部２３０について説明する。
Ａデータ演算部（減衰係数算出部）２３０は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと操舵トルク信号微分処理部２８５の出力信号ｄＴ_S／ｄｔとから、アシスト信号Ａ３を生成する。なお、このアシスト信号Ａ３の生成は、実験測定等によって予め設定されＡデータ演算部２３０に格納されたＡデータテーブル２３０ａを参照することによって、行われる。

図８（ｃ）は、Ａデータ演算部２３０に格納されているトルク信号Ｔ_Sおよび出力信号ｄＴ_S／ｄｔとアシスト信号Ａ３との対応関係のＡデータテーブル２３０ａを示す図である。
Ａデータテーブル２３０ａでは、トルク信号Ｔ_Sのレベルが大きいほど、アシスト信号Ａ３のレベルが小さくなる特性を備えている。更に、トルク信号Ｔ_Sのレベルが増加して所定レベル以上となったとき、アシスト信号Ａ３のレベルが飽和する特性を備えている。
更に、Ａデータテーブル２３０ａでは、トルク信号Ｔ_Sの微分値の絶対値｜ｄＴ_S／ｄｔ｜が大きくなるに従って、ゲインの絶対値が大きくなる特性を備えている。
なお、前述のように、トルク信号Ｔ_Sの微分値の絶対値｜ｄＴ_S／ｄｔ｜は操舵周波数を反映したものであり、Ａデータ演算部２３０がこの図８（ｃ）のＡデータテーブル２３０ａを参照してアシスト信号Ａ３を算出することは、減衰係数Ａを操舵周波数を加味して算出することに他ならない。

往き戻り操作判定部（操舵方向判定部）２３５は、Ｂデータ演算部２２０のアシスト信号Ａ２と、Ａデータ演算部２３０のアシスト信号Ａ３と、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと電動機回転角信号微分処理部２８０の出力信号ｄθ／ｄｔから、往き戻り操作判定部２３５の出力信号を生成する。
ここで、「往き」は、操舵トルクの方向と操向ハンドル２の回転方向とが一致するときであり、「戻り」は、操舵トルクの方向と操向ハンドル２の回転方向とが一致しないときである。
これは、トルク信号Ｔ_Sと回転速度信号ｄθ／ｄｔの符号（＋／−）が同符号の場合、すなわちＴ_S・ｄθ／ｄｔ＞０の場合には「往き」と判定する。一方、トルク信号Ｔ_Sと回転速度信号ｄθ／ｄｔの符号（＋／−）が逆符号の場合、すなわちＴ_S・ｄθ／ｄｔ＜０の場合には「戻り」と判定する。このように、この例では、「往き」と「戻り」は、舵角が０（中立点）に近づいているか、遠ざかっているかで判定しているわけではない。

さらに、往き戻り操作判定部２３５は、「往き」と判定した場合には、Ｂデータであるアシスト信号Ａ２を加算器２５１に出力し、Ａデータであるアシスト信号Ａ３は加算器２５１に出力しない。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１＋Ａ２となる。
一方、往き戻り操作判定部２３５は、「戻り」と判定した場合には、Ｂデータであるアシスト信号Ａ２は加算器２５１に出力せず、Ａデータであるアシスト信号Ａ３の符号（＋／−）を逆転し、加算器２５１に出力する。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１−Ａ３となる。

＜比較例＞
次に、比較例の電動パワーステアリング装置１００における制御装置２０３について、説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成を有するものは同じ符号を付して説明を省略する。
図１１は、比較例の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
比較例は、第一の実施の形態と目標電流ＩＭを生成する工程が異なる。
Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、ベース信号演算部２１０の出力信号Ａ１のみである。ベース信号演算部２１０は、第一の実施の形態における制御装置２００のベース信号演算部２１０と同一であり、ベーステーブル２１０ａ（図８（ａ）参照）を参照して、ベースアシスト信号Ａ１を生成する。

＜評価指標Ｃ＞
ここで、電動パワーステアリング装置の評価指標Ｃとして、減衰係数Ａを動ばね定数Ｂで除算した値（Ｃ＝Ａ／Ｂ）を用いる。
図５は、評価指標Ｃの周波数依存性を示す図である。
図５において、横軸は操舵周波数を示し、縦軸は評価指標Ｃ（＝減衰係数Ａ／動ばね定数Ｂ）を示す。なお、操舵周波数は、図２におけるヒステリシス曲線を１周したときを１周期とし、このヒステリシス曲線の周波数を示すものであり、操舵周波数が大きいほど、操舵速度も大きくなる。

ここで、ベース信号演算部２１０からのベースアシスト信号Ａ１を目標電流ＩＭとした比較例（図１１、図８（ａ）参照）と、第一の実施形態（図７、図８参照）とを対比すると、比較例に対して第一の実施形態は評価指標Ｃを略一定にさせることができる。
換言すれば、第一の実施形態は、評価指標Ｃを操舵周波数にかかわらず略一定にすることができる。
また、Ａデータ演算部２３０は減衰係数Ａに対応し、Ｂデータ演算部２２０は動ばね定数Ｂに対応するものであり、Ｂデータテーブル２２０ａ、Ａデータテーブル２３０ａを好適に設定することにより、図５に示すように、比較例（図１１、図８（ａ）参照）における評価指標Ｃの値に対して、本実施形態の評価指標Ｃの値を略一定にさせることができる。
これにより、車両の運動特性、特に、ステアリングの速い操舵でのレーンチェンジなどのような走行場面でステアリング操作の手ごたえ感や安定感を向上させることができる。特に、Ｂデータは、ステアリングを切るときに、速い操舵で操舵トルクを軽減する方向にアシストするが、Ａデータが、ステアリングを戻すときに、同じく速い操作でヒステリシスを増大させるので、全体として、相乗効果で、しっかりとした手ごたえ感と安定感を付与できる。

図６は、本実施形態と比較例のヒステリシス曲線を示す図である。
この評価指標Ｃの値を大きくするように反力制御するということは、動ばね曲線の傾きＢの値を一定と考えた場合に、ヒステリシス曲線が囲む面積Ａの値を大きくするように制御することを意味しているので、図６に示すように、速い操舵時にも、特にきり始めの操舵トルクを比較例のＴ₀からＴ₁に増大させ、しっかりとした反力トルクを付与できる。また、車両の減衰能力、即ち収束性を高めることができ安定性を向上させることができる。この点は、トルクの方向が反転する（「往き」から「戻り」になる）操作においても同じである。

操舵周波数は、トルクセンサ３０を用いて検出された操舵トルクを微分した値を用いて検出することもできる。
また、操舵周波数は、操向ハンドル２の操舵角を検出する図示しない操舵角センサを用いて検出された操舵角を微分した値を用いて検出することもできる。
電動機１１と操向ハンドル２に連結するピニオン軸５は、ウォームギア１２とウォームホイールギア１３とで構成される減速機構（図１参照）を介して連結しているため、電動機１１の回転角を検出する回転角センサであるレゾルバ５０を用いて検出された回転角を微分したものを用いることも可能である。
このように、操舵角周波数を測定するために新たな測定装置を用いることなく、電動パワーステアリング装置を搭載した車両が備えているトルクセンサ３０、レゾルバ５０等から操舵周波数を推定することができる。

≪第二の実施の形態≫
次に、第二の実施形態の電動パワーステアリング装置１００における制御装置２０１について、説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成を有するものは同じ符号を付して説明を省略する。
図９は、第二の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
第二の実施の形態は、第一の実施の形態と目標電流ＩＭを生成する工程が異なる。
Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、加算器２５１の出力信号であり、この加算器２５１の出力信号は、ベース信号演算部２１０の出力信号Ａ１に往き戻り操作判定部２３５の出力信号を加算したものである。
なお、Ａデータ演算部２３１は、図４（ａ）で説明した減衰係数Ａに対応し、Ｂデータ演算部２２１は、に図４（ｂ）で説明した動ばね定数Ｂに対応して目標電流ＩＭを制御するものである。

ベース信号演算部２１０、Ｂデータ演算部２２１、Ａデータ演算部２３１、往き戻り操作判定部２３５について、以下、説明する。
まず、ベース信号演算部２１０は、第一の実施の形態における制御装置２００のベース信号演算部２１０と同一であり、ベーステーブル２１０ａ（図８（ａ）参照）を参照して、ベースアシスト信号Ａ１を生成する。

次に、Ｂデータ演算部２２１について、説明する。
Ｂデータ演算部２２１は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと電動機舵回転角信号微分処理部２８０の回転速度信号ｄθ／ｄｔとから、アシスト信号Ａ２０を生成する。なお、このアシスト信号Ａ２０の生成は、実験測定等によって予め設定されＢデータ演算部２２１に格納されたＢデータテーブル２２１ａを参照することによって、行われる。
Ｂデータ演算部２２１に格納されているＢデータテーブル２２１ａ（図８（ｂ）参照）は、トルク信号Ｔ_Sおよび回転速度信号ｄθ／ｄｔとアシスト信号Ａ２０との対応関係を表す。Ｂデータテーブル２２１ａでは、トルク信号Ｔ_Sのレベルが大きいほど、アシスト信号Ａ２０のレベルが大きくなる特性を備えている。更に、Ｂデータテーブル２２１ａでは、回転速度信号の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が大きくなるに従って、ゲインの絶対値が大きくなる特性を備えている。
なお、操舵周波数が瞬時に速くなると回転速度信号の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜も瞬時に大きくなるというように、回転速度信号の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜は操舵周波数を反映したものである。Ｂデータ演算部２２１がこの図８（ｂ）のＢデータテーブル２２１ａを参照してアシスト信号Ａ２０を算出することは、動ばね定数Ｂを操舵周波数を加味して算出することに他ならない。

次に、Ａデータ演算部２３１について説明する。
Ａデータ演算部２３１は、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと電動機舵回転角信号微分処理部２８０の回転速度信号ｄθ／ｄｔとから、アシスト信号Ａ３０を生成する。なお、このアシスト信号Ａ３０の生成は、実験測定等によって予め設定されＡデータ演算部２３１に格納されたＡデータテーブル２３１ａを参照することによって、行われる。
Ａデータ演算部２３１に格納されているＡデータテーブル２３１ａ（図８（ｃ）参照）は、トルク信号Ｔ_Sおよび回転速度信号ｄθ／ｄｔとアシスト信号Ａ３０との対応関係を表す。Ａデータテーブル２３１ａでは、トルク信号Ｔ_Sのレベルが大きいほど、アシスト信号Ａ３０のレベルが小さくなる特性を備えている。更に、トルク信号Ｔ_Sのレベルが増加して所定レベル以上となったとき、アシスト信号Ａ３０のレベルが飽和する特性を備えている。更に、Ａデータテーブル２３１ａでは、回転速度信号の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が大きくなるに従って、ゲインの絶対値が大きくなる特性を備えている。
なお、前述のように、回転速度信号の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜は操舵周波数を反映したものであり、Ａデータ演算部２３１がこの図８（ｃ）のＡデータテーブル２３１ａを参照してアシスト信号Ａ３０を算出することは、減衰係数Ａを操舵周波数を加味して算出することに他ならない。

往き戻り操作判定部２３５は、Ａデータ演算部２３１のアシスト信号Ａ３０と、差動増幅回路４０（図１参照）が出力するトルク信号Ｔ_Sと電動機回転角信号微分処理部２８０の出力信号ｄθ／ｄｔから、往き戻り操作判定部２３５の出力信号を生成する。
ここで、「往き」「戻り」は、第一の実施形態と同じである。

往き戻り操作判定部２３５は、「往き」と判定した場合には、Ｂデータであるアシスト信号Ａ２０を加算器２５１に出力し、Ａデータであるアシスト信号Ａ３０は加算器２５１に出力しない。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１＋Ａ２０となる。
一方、往き戻り操作判定部２３５は、「戻り」と判定した場合には、Ｂデータであるアシスト信号Ａ２０は加算器２５１に出力せず、Ａデータであるアシスト信号Ａ３０の符号（＋／−）を逆転し、加算器２５１に出力する。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１−Ａ３０となる。

第一の実施形態と同様に、電動パワーステアリング装置の評価指標Ｃとして、減衰係数Ａを動ばね定数Ｂで除算した値（Ｃ＝Ａ／Ｂ）を用いて、比較例（図１１、図８（ａ）参照）と、第二の実施形態（図９、図８参照）とを対比すると、比較例に対して第二の実施形態も評価指標Ｃを略一定にさせることができる。
換言すれば、第二の実施形態は、評価指標Ｃを操舵周波数にかかわらず略一定にすることができる。
また、Ａデータ演算部２３１は減衰係数Ａに対応し、Ｂデータ演算部２２１は動ばね定数Ｂに対応するものであり、Ｂデータテーブル２２１ａ、Ａデータテーブル２３１ａを好適に設定することにより、図５に示すように、比較例（図１１、図８（ａ）参照）における評価指標Ｃの値に対して、本実施形態の評価指標Ｃの値を略一定にさせることができる。
これにより、第二の実施形態も第一の実施形態と同様に、車両の運動特性、特に、ステアリングの速い操舵でのレーンチェンジなどのような走行場面でステアリング操作の手ごたえ感や安定感を向上させることができる。
また、第二の実施形態においても図６に示すように、速い操舵時にも、特にきり始めの操舵トルクを比較例のＴ₀からＴ₁に増大させ、しっかりとした反力トルクを付与できる。また、車両の減衰能力、即ち収束性を高めることができ安定性を向上させることができる。この点は、トルクの方向が反転する（「往き」から「戻り」になる）操作においても同じである。

≪第三の実施の形態≫
次に、第三の実施形態の電動パワーステアリング装置１００における制御装置２０２について、説明する。なお、第一及び第二の実施形態と同じ構成を有するものは同じ符号を付して説明を省略する。
図１０は、第三の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
第三の実施の形態は、第一及び第二の実施の形態と目標電流ＩＭを生成する工程が異なる。
Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、加算器２５１の出力信号であり、この加算器２５１の出力信号は、ベース信号演算部２１０の出力信号Ａ１に往き戻り操作判定部２３５の出力信号を加算したものである。
なお、Ａデータ演算部２３０は、図４（ａ）で説明した減衰係数Ａに対応して目標電流ＩＭを制御するものである。

ベース信号演算部２１０、Ａデータ演算部２３０、往き戻り操作判定部２３５について、以下、説明する。
まず、ベース信号演算部２１０は、第一の実施形態における制御装置２００のベース信号演算部２１０と同一であり、ベーステーブル２１０ａ（図８（ａ）参照）を参照して、ベースアシスト信号Ａ１を生成する。
次に、Ａデータ演算部２３０は、第一の実施形態における制御装置２００のＡデータ演算部２３０と同一であり、Ａデータテーブル２３０ａ（図８（ｃ）参照）を参照してアシスト信号Ａ３を生成する。

往き戻り操作判定部２３５も、第一の実施形態における制御装置２００の往き戻り操作判定部２３５と同一である。

往き戻り操作判定部２３５は、「往き」と判定した場合には、Ａデータであるアシスト信号Ａ３を加算器２５１に出力しない。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１となる。
一方、往き戻り操作判定部２３５は、「戻り」と判定した場合には、Ａデータであるアシスト信号Ａ３の符号（＋／−）を逆転し、加算器２５１に出力する。これにより、加算器２５１の出力信号である目標電流ＩＭは、ＩＭ＝Ａ１−Ａ３となる。

第三の実施形態においては、評価指標Ｃの代わりにヒステリシス曲線が囲む面積である減衰係数Ａを評価指標として制御する。
換言すれば、第三の実施形態は、評価指標Ａを操舵周波数が大きくなるに従って大きくすることができる。
これにより、スポーツカーなどのように車体剛性の大きい車両では動ばね定数Ｂを概ね一定として、Ｂおよび、Ｃ＝Ａ／Ｂの値を求める必要がなく、開発工数を軽減できる。更に、減衰係数Ａだけを制御すればよいので制御方法を簡便化することができる。また、車両の運動特性、特に、ステアリングの速い操舵でのレーンチェンジなどのような走行場面でステアリング操作の手ごたえ感や安定感を向上させることができる。また、手ごたえ感を一層高めることができる。

動ばね定数Ｂを一定としているため、評価指標Ａを好適に設定することは、評価指標Ｃを好適に設定することと同義である。
すなわち、第一・第二の実施形態と同様に、電動パワーステアリング装置の評価指標Ｃとして、減衰係数Ａを動ばね定数Ｂで除算した値（Ｃ＝Ａ／Ｂ）を用いて、比較例（図１１、図８（ａ）参照）と、第三の実施形態（図１０、図８参照）とを対比すると、比較例に対して第三の実施形態も評価指標Ｃを略一定にさせることができる。
また、Ａデータ演算部２３０は減衰係数Ａに対応するものであり、Ａデータテーブル２３０ａを好適に設定することにより、図５に示すように、比較例（図１１、図８（ａ）参照）における評価指標Ｃの値に対して、本実施形態の評価指標Ｃの値を操舵周波数にかかわらず略一定にさせることができる。
これにより、第三の実施形態も第一・第二の実施形態と同様に、車両の運動特性、特に、ステアリングの速い操舵でのレーンチェンジなどのような走行場面でステアリング操作の手ごたえ感や安定感を向上させることができる。
また、第三の実施形態においても図６に示すように、速い操舵時にも、特にきり始めの操舵トルクを比較例のＴ₀からＴ₁に増大させ、しっかりとした反力トルクを付与できる。また、車両の減衰能力、即ち収束性を高めることができ安定性を向上させることができる。この点は、トルクの方向が反転する（「往き」から「戻り」になる）操作においても同じである。

≪その他≫
以上のように、第一から第三の実施形態の電動パワーステアリング装置について、ステアリングを切る操作時に、Ｂデータを加算して操舵力を減少させる場合を説明したが、それにこだわることなく、車両によっては、例えば軽自動車のようなもともと、ハンドル操舵力の軽い車両では、逆にステアリングを切るときにＢデータを減算して、戻し判定時にＡデータを更に大きな値を用いれば、同等の効果を有する。

１１ 電動機（モータ）
１００ 電動パワーステアリング装置
Ａ１ ベースアシスト信号（ベース信号）
２１０ ベース信号演算部（ベース信号生成部）
２２０ Ｂデータ演算部（動ばね定数算出部）
２３０ Ａデータ演算部（減衰係数算出部）
２３５ 往き戻り操作判定部（操舵方向判定部）
Ａ 減衰係数
Ｂ 動ばね定数
Ｃ 評価指標

Claims (3)

1. 操舵力を軽減するベース信号を操舵トルクおよび車速に応じて生成するベース信号生成部を備え、前記ベース信号に基づくモータの動力をステアリング装置に作用させることによって運転者の操舵トルクを軽減させる電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリング装置の操作時における操舵角と前記操舵トルクとから得られるヒステリシス曲線が囲む部分の広さを減衰係数とし、前記ヒステリシス曲線の対角線を結ぶ線の傾きを動ばね定数とし、前記減衰係数を前記動ばね定数で除算した値を操舵特性に関する評価指標とし、
   前記減衰係数を、操舵周波数を加味して算出する減衰係数算出部と、
   前記動ばね定数を、操舵周波数を加味して算出する動ばね定数算出部と、
   操舵方向が往きであるか戻りであるかを判定する操舵方向判定部と、を備え、
   前記操舵方向の判定結果が往きであるか戻りであるかによって、前記ベース信号の補正を制御することで、前記操舵周波数にかかわらず前記評価指標が略一定になるようにし、
   前記操舵方向判定部の判定結果が「往き」であるときは、前記減衰係数と前記動ばね定数のうち前記動ばね定数を選択し、前記ベース信号を前記動ばね定数により補正し、
   前記操舵方向判定部の判定結果が「戻り」であるときは、前記減衰係数と前記動ばね定数のうち前記減衰係数を選択し、前記ベース信号を前記減衰係数により補正する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵力を軽減するベース信号を操舵トルクおよび車速に応じて生成するベース信号生成部を備え、前記ベース信号に基づくモータの動力をステアリング装置に作用させることによって運転者の操舵トルクを軽減させる電動パワーステアリング装置において、
   前記ステアリング装置の操作時における操舵角と前記操舵トルクとから得られるヒステリシス曲線が囲む部分の広さを減衰係数とし、前記ヒステリシス曲線の対角線を結ぶ線の傾きを動ばね定数とし、前記減衰係数を前記動ばね定数で除算した値を操舵特性に関する評価指標としたときの、前記減衰係数を、操舵周波数を加味して算出する減衰係数算出部と、
   操舵方向が往きであるか戻りであるかを判定する操舵方向判定部と、を備え、
   前記操舵方向の判定結果が往きであるか戻りであるかによって、前記減衰係数による前記ベース信号の補正を制御することで、前記操舵周波数にかかわらず前記評価指標が略一定になるようにし、前記操舵方向判定部の判定結果が「往き」であるときと「戻り」であるときとで、前記ベース信号を減衰係数で補正する際の減衰係数の符号が異なるように制御する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記動ばね定数は略一定である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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