JP6815572B1 - 電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置用の制御装置 - Google Patents

Abstract

電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイールの操作に対し車輪を転舵させる駆動力を付与する電動モータ１１０と、車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された勾配の度合いに応じ、前記電動モータによる駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流を決定し、前記目標電流を前記補正電流により補正して前記電動モータの駆動の制御を行う制御装置１０と、を備える。

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置用の制御装置に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にて運転者の操舵力をアシストして車輪を転舵させる電動パワーステアリング装置が提案されている。
また、車両の走行路に横断方向において傾斜があると、車両が走行する際に、いわゆる車体流れが生じることが知られている。そして、電動パワーステアリング装置により、この車体流れを抑制する技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置は、車両のステアリングホイールの操舵に対する補助力を加える電動モータと、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、制御装置と、を備える。制御装置は、ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて電動モータの駆動力を制御する通常制御を行う。また、制御装置は、ステアリングホイールが中立位置以外の位置で保持されている保持状態である場合には通常制御時の駆動力よりも大きくなるように車両の車輪の回転速度に基づいて推定した推定操舵角と操舵角検出部が検出した検出操舵角との操舵角偏差に応じて駆動力を補正する。一方、制御装置は、車両を旋回するべくステアリングホイールを操舵している操舵中のときには駆動力を補正しない。

特開２０１７−１７７９５０号公報

しかしながら、従来技術では、操舵部材の操舵角等を用いて電動モータの駆動力を補正しているため、実際の車両の状態量が考慮されておらず、運転者の操舵フィーリングが悪化することがある。
本発明は、車両の状態量を考慮して、電動モータの駆動力を補正することで、運転者の操舵フィーリングがより良好になる電動パワーステアリング装置等を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールの操作に対し車輪を転舵させる駆動力を付与する電動モータと、車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された勾配の度合いに応じ、電動モータによる駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流を決定し、目標電流を補正電流により補正して電動モータの駆動の制御を行う制御手段と、を備え、制御手段は、走行路の路面の状態を判定し、判定した路面の状態により、制御を変更し、路面が舗装路である場合、制御を行い、勾配の度合いを表す指標の微分値について、予め定められた第１の閾値より大きくなるときの回数が、単位時間当たりに第２の閾値を超えたときに、路面が未舗装路である場合として、制御を行わない電動パワーステアリング装置である。

また、本発明は、車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定する勾配推定部と、走行路の路面の状態を判定する路面判定部と、路面判定部により判定された走行路の路面の状態および推定された勾配の度合いに基づき、電動モータによる駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流を決定する補正電流決定部と、決定された補正電流に基づき、目標電流を決定する目標電流決定部と、を備え、路面判定部は、勾配の度合いを表す指標の微分値について、予め定められた第１の閾値より大きくなるときの回数が、単位時間当たりに第２の閾値を超えたときに、路面が未舗装路であると判定するともに、第２の閾値以下のときは、路面が舗装路であると判定し、補正電流決定部は、路面が舗装路である場合、推定された勾配の度合いに基づき補正電流を決定し、路面が未舗装路である場合、補正電流を０にする電動パワーステアリング装置用の制御装置である。

本発明は、車両の状態量を考慮して、電動モータの駆動力を補正することで、運転者の操舵フィーリングがより良好になる電動パワーステアリング装置等を提供することができる。

本実施の形態に係る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。 ステアリング装置の制御装置の概略構成図である。 目標電流算出部及び制御部の概略構成図である。 第１の実施形態の補正電流算出部の機能構成例を示したブロック図である。 車両に作用する向心加速度について説明した図である。 車両に作用する種々の加速度について示した図である。 勾配推定部で行う処理について示した制御ブロック図である。 補正電流決定部で行う処理について示した制御ブロック図である。 補正電流決定部で従来行っていた処理について示した制御ブロック図である。 第２の実施形態の補正電流算出部の機能構成例を示したブロック図である。 第２の実施形態で、補正電流決定部で行う処理について示した制御ブロック図である。 走行路の横断方向における勾配により、ラック軸が受ける軸力荷重について説明した図である。 車輪の周辺の構成について示した図である。 車輪の周辺の構成について示した図である。 トレール長について説明した図である。 第３の実施形態で、補正電流決定部で行う処理について示した制御ブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜電動パワーステアリング装置全体の説明＞
図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、運転者が操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。ステアリングシャフト１０２と上部連結シャフト１０３とが自在継手１０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト１０３と下部連結シャフト１０８とが自在継手１０３ｂを介して連結されている。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の車輪１５０のそれぞれに連結され、キングピン１２４を中心に回転するナックルアーム１２１及びステアリングナックル１２５と、ナックルアーム１２１に連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。ナックルアーム１２１とタイロッド１０４とは、接合部１２３を中心に回転自在に接合する。また、タイロッド１０４とラック軸１０５とは、接合部１２２を中心に回転自在に接合する。
また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバーを介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、３相ブラシレスモータである。電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさ及び方向は、モータ電流検出部３３（図３参照）にて検出される。
そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値であるトルク信号Ｔｄ、車両の移動速度である車速Ｖｘを検出する車速センサ１７０の出力値である車速信号ｖ、車両の横方向の加速度である横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}を検出する横加速度センサ１８０の出力値である横加速度信号Ｇｙ、及び車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１９０の出力値であるヨーレート信号γｓが入力される。本実施の形態では、制御装置１０は、電動モータ１１０の駆動の制御を行う制御手段（電動パワーステアリング装置用の制御装置）として機能する。詳しくは後述するが、制御装置１０は、走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された勾配の度合いに応じ電動モータ１１０の駆動の制御を行う。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。言い換えると電動モータ１１０は、ステアリングホイール１０１の操作に対し車輪１５０を転舵させる駆動力であるアシスト力を発生する。アシスト力は、アシスト力を伝達するラック軸１０５を介して車輪１５０に付与される。

＜制御装置１０の説明＞
次に、制御装置１０について説明する。
図２は、ステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクＴが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて車両の速度に応じて検出された車速Ｖｘが出力信号に変換された車速信号ｖと、横加速度センサ１８０にて車両の横方向の加速度に応じて検出された横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}が出力信号に変換された横加速度信号Ｇｙと、ヨーレートセンサ１９０にて車両の回転速度に応じて検出されたヨーレートγが出力信号に変換されたヨーレート信号γｓとが入力される。ヨーレートγは、車両の重心点を通る鉛直軸周りの回転速度である。
そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標トルクを算出し、この目標トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。

＜目標電流算出部２０及び制御部３０の説明＞
次に、目標電流算出部２０及び制御部３０について詳述する。
図３は、目標電流算出部２０及び制御部３０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流Ｉｂを算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、モータの回転を制限するダンパー補償電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、目標電流を補正する補正電流Ｉａを算出する補正電流算出部２４を備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３、補正電流算出部２４にて算出された値に基づいて目標電流Ｉｔを決定する目標電流決定部２５とを備えている。

なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖ、横加速度信号Ｇｙ、ヨーレート信号γｓ、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓなどが入力される。

ベース電流算出部２１は、トルク信号Ｔｄと車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流Ｉｂを算出し、このベース電流Ｉｂの情報を含むベース電流信号Ｉｍｂを出力する。
イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０及びシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。
ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖ、及び電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。

補正電流算出部２４は、走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された勾配の度合いに基づき、補正電流Ｉａを決定する。補正電流算出部２４については後述する。
目標電流決定部２５は、電動モータ１１０に供給する目標電流を決定する。目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流信号Ｉｍｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓ、ダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流信号Ｉｄ、及び補正電流算出部２４にて算出された補正電流Ｉａに基づいて目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。

制御部３０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流を検出し、実電流検出信号Ｉｍをモータ駆動制御部３１に出力するモータ電流検出部３３とを有している。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流（目標電流信号ＩＴが示す値）と、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流（実電流検出信号Ｉｍが示す値）との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。

［第１の実施形態］
次に、上述した補正電流Ｉａを決定する方法について詳述する。ここではまず、補正電流Ｉａを決定する方法の第１の実施形態について説明を行なう。第１の実施形態では、補正電流算出部２４が、車両の状態量から、走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された勾配の度合いに基づき、補正電流Ｉａを決定する。

＜補正電流算出部２４の説明＞
図４は、第１の実施形態の補正電流算出部２４の機能構成例を示したブロック図である。
図示するように補正電流算出部２４は、取得部２４１と、勾配推定部２４２と、補正電流決定部２４３と、補正電流出力部２４４とを備える。

取得部２４１は、車速センサ１７０から車速信号ｖを取得する。また、取得部２４１は、横加速度信号Ｇｙを、横加速度センサ１８０から取得し、ヨーレート信号γｓを、ヨーレートセンサ１９０から取得する。

勾配推定部２４２は、車両が走行路を走行する際に車両に作用する向心加速度（横Ｇ）を基に、走行路の横断方向における勾配の度合いを推定する。なおここで、「走行路」は、車両が走行する道であり、例えば、道路である。そして、「走行路の横断方向」は、走行路が延びる方向に対し、直角方向である。例えば、道路は、路面に降った雨水を側溝等に導く必要があることから、この横断方向に勾配を設けることがある。そのため、走行路の横断方向の断面が、中央部が高く、両端の路肩に行くにつれて、低くなる、いわゆるかまぼこ形状となっていることがある。走行路の横断方向における勾配は、横断勾配と呼ばれることもある。また、「勾配の度合い」は、勾配の緩急を表す指標である。勾配の度合いは、例えば、勾配の角度である。ただしこれに限られるものではなく、勾配の度合いを表すことができれば、特に限られるものではない。例えば、勾配の度合いに応じ、１〜５の５段階で勾配の度合いを表すことができる。この場合、例えば、勾配の度合いが、１であった場合は、最も勾配が小さく、勾配の度合いが、５であった場合は、最も勾配が大きいとすることができる。

勾配推定部２４２は、以下に説明する方法で、車速Ｖｘ、横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}及びヨーレートγから、走行路の横断方向における勾配の度合いを推定する。
図５は、車両に作用する向心加速度Ａｙについて説明した図である。
ここで、車両Ｓは、Ｏ点を中心に回転しているものとする。このとき、車速Ｖｘ、向心加速度Ａｙ及びヨーレートγとの関係は、以下の（１）式となる。つまり、勾配推定部２４２は、向心加速度Ａｙを、車両に作用するヨーレートγ及び車速Ｖｘから算出する。

Ａｙ＝γ・Ｖｘ …（１）

また、図６は、車両Ｓに作用する種々の加速度について示した図である。
ここで、θ_Ｂａｎｋは、走行路の横断方向における勾配角度である。そして、加速度Ｇは、重力加速度である。さらに、Ｇ’は、走行路に勾配があることから生じる重力加速度Ｇの影響分である。走行路の横断方向に勾配がなければ（θ_Ｂａｎｋ＝０）、加速度Ｇ’は、０となるが、走行路に勾配があることで、見かけ上、重力加速度Ｇにより車両Ｓの横方向に働く加速度Ｇ’が生じる。
このとき、θ_Ｂａｎｋ、加速度Ｇ’及び重力加速度Ｇとの関係は、以下の（２）式となる。

Ｇ’＝Ｇ・ｓｉｎ（θ_Ｂａｎｋ） …（２）

また、車両の横方向に実際に働く向心加速度Ａｙ’は、以下の（３）式となる。つまり、横加速度センサ１８０により検出される横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}は、向心加速度Ａｙ’から重力加速度Ｇの影響分である加速度Ｇ’だけオフセットされる。

Ａｙ’＝Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}−Ｇ’ …（３）

走行路の横断方向における勾配角度θ_Ｂａｎｋが十分小さい場合、向心加速度Ａｙと向心加速度Ａｙ’とは、ほぼ一致する。よって以下の（４）式が成り立つ。

Ａｙ’≒Ａｙ＝γ・Ｖｘ …（４）

よって、θ_Ｂａｎｋは、以下の（５）式となる。

θ_Ｂａｎｋ＝ｓｉｎ^−１（Ｇ’／Ｇ）≒ｓｉｎ^−１（（Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}−γ・Ｖｘ）／Ｇ） …（５）

勾配角度θ_Ｂａｎｋが十分小さい場合、ｓｉｎθ≒θであるので、この近似式を用いると、θ_Ｂａｎｋは、以下の（６）式となる。よって、（６）式により、勾配角度θ_Ｂａｎｋが求まる。この場合、勾配推定部２４２は、（６）式を使用し、横加速度センサ１８０により検出される横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}と向心加速度Ａｙ（＝γ・Ｖｘ）を基に、勾配の度合いを推定する、と言うことができる。

θ_Ｂａｎｋ＝（Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}−γ・Ｖｘ）／Ｇ …（６）

またこのとき、勾配推定部２４２は、走行路の横断方向における勾配及び／又は車両の走行により生じる車両の横方向の高さの差を補正してもよい。つまり、走行路に、上述したような勾配が存在すると、走行路の勾配に応じて車両が左右方向に傾斜し、車両の左右方向の高さが異なるようになる。また、走行路が曲線（カーブ）だった場合、車両にローリングが生じ、同様に車体が傾斜、車両の左右方向の高さが異なるようになる。勾配推定部２４２は、このような車両の傾斜をさらに考慮し、車両の横方向の高低差を補正し、勾配角度θ_Ｂａｎｋを求めるようにする。この場合、推定される勾配角度θ_Ｂａｎｋの精度がさらに向上する。

図７は、勾配推定部２４２で行う処理について示した制御ブロック図である。
勾配推定部２４２は、ヨーレートセンサ１９０から取得したヨーレート信号γｓにより把握されるヨーレートγと、車速センサ１７０から取得した車速信号ｖから把握される車速Ｖｘから、（１）式に従い、向心加速度Ａｙを求める。さらに、勾配推定部２４２は、横加速度センサ１８０から取得した横加速度信号Ｇｙにより把握される横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}から、（６）式のＧ_{ｙＳｅｎｓ}−γ・Ｖｘを求める。そして、勾配推定部２４２は、重力加速度Ｇを使用し、（６）式により、勾配角度θ_Ｂａｎｋを求める。なおこのとき、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）であるノイズ除去フィルタ２４２ａにより、高周波成分を取り除く。即ち、走行路の路面の凹凸等により生じ、擬似的に求められる勾配角度θ_Ｂａｎｋを取り除く。つまり、走行路の路面の凹凸等により求められる勾配角度θ_Ｂａｎｋは、頻繁に変化し、これに起因して求められる勾配角度θ_Ｂａｎｋは、高周波成分を有すると考えられる。一方、実際の勾配に起因する勾配角度θ_Ｂａｎｋは、頻繁には変化せず、低周波成分を有すると考えられる。よって、高周波成分を取り除き、低周波成分を残すことで、後者に起因して求められる勾配角度θ_Ｂａｎｋを残す。

図４に戻り、補正電流決定部２４３は、推定された勾配の度合いに基づき、電動モータ１１０によるアシスト力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流Ｉａを決定する。つまり、走行路の横断方向に勾配があると、車両が走行路を走行する際に、車両は、重力の作用より、走行路が低くなっている方向に進もうとする。この現象は、車体流れとも呼ばれる。そして、運転者は、これを修正すべく、車両を走行路が高くなっている方向に進むようにステアリングホイール１０１を操作する。つまり、運転者は、車両の左右方向に対し、勾配により走行路が低くなっている方向とは逆方向に進むように、ステアリングホイール１０１を操作する。このとき、補正電流決定部２４３は、この運転者の操作を補助するアシスト力を発生するために、補正電流Ｉａを求める。

図８は、補正電流決定部２４３で行う処理について示した制御ブロック図である。
補正電流決定部２４３は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、勾配角度θ_Ｂａｎｋと勾配電流との対応を示す勾配電流マップに代入し、勾配電流を算出する。一方、補正電流決定部２４３は、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速Ｖｘと車速ゲインとの対応を示す車速ゲインマップに代入し、車速ゲインを算出する。この場合、車速Ｖｘが大きいほど、車速ゲインは大きくなり、予め定められた車速Ｖｘを超えると車速ゲインは一定の値となる。そして、補正電流決定部２４３は、勾配電流と車速ゲインとを乗算して、補正電流Ｉａを求める。

再び図４に戻り、補正電流出力部２４４は、補正電流決定部２４３により決定された補正電流Ｉａを、目標電流決定部２５に対して出力する。
以後、目標電流決定部２５では、補正電流出力部２４４から出力された補正電流Ｉａに基づき、目標電流の補正を行ない、最終的な目標電流Ｉｔを決定する。

図９は、補正電流決定部２４３で従来行っていた処理について示した制御ブロック図である。
補正電流決定部２４３には、右前輪速度、左前輪速度、右後輪速度、左後輪速度、車速Ｖｘ、ステアリングホイール１０１の舵角であるステアリング舵角、ステアリングホイール１０１を運転者操作することでステアリングホイール１０１に加わるステアリングトルクが入力される。そして、右前輪速度、左前輪速度、右後輪速度、左後輪速度から、舵角換算ゲインを求める。また、車速Ｖｘから、車速調整レシオマップを用いて、車速調整レシオを求めるとともに、車速レシオマップを用いて、車速レシオを求める。さらに、ステアリング舵角から、舵角レシオマップを用いて、舵角レシオを求める。またさらに、ステアリングトルクから、トルクレシオマップを用いて、トルクレシオを求める。そして、舵角換算ゲインを車速調整レシオで調整し、補正電流マップを用いて、仮の補正電流を算出する。さらに、仮の補正電流を、舵角レシオ、トルクレシオ、車速レシオで調整を行い、最終的な補正電流を求める。

つまり、車速調整レシオ、舵角レシオ、トルクレシオ、車速レシオは、調整項である。従来は、この場合、車両を急旋回させる等の車両が特殊な状態になったときには、補正電流を求めるロジックが成立しなくなるため、このように多くの調整項を用いて、補正電流を求める際の制限を課していた。しかしながら、このように多くの調整項で制限を行う場合、アシスト力が不連続になりやすく、運転者の操舵フィーリングを悪化することがあった。

本実施の形態では、車両の状態量から勾配角度θ_Ｂａｎｋを算出し、勾配角度θ_Ｂａｎｋから補正電流Ｉａを求める。この場合、車両の状態量は、上述したような、車速Ｖｘ、横加速度Ｇ_{ｙＳｅｎｓ}及びヨーレートγである。このように、車両の状態量を使用する場合、上記調整項は、必要とならず、アシスト力が不連続になりにくい。その結果、運転者の操舵フィーリングがより良好になりやすい。

そして、本実施の形態では、勾配角度θ_Ｂａｎｋを求め、これから補正電流Ｉａを求めるため、勾配角度θ_Ｂａｎｋにより生じる車体流れについて、より直接的に考慮した補正電流Ｉａを求めることができる。よって、運転者の操舵フィーリングがさらに良好になりやすい。また、補正電流決定部２４３が行う、勾配角度θ_Ｂａｎｋから補正電流Ｉａを算出する処理は、複雑ではない。さらに、本実施の形態では、右前輪速度、左前輪速度、右後輪速度、左後輪速度などの路面の凹凸により影響を受けやすいパラメータを使用せず、車速Ｖｘを使用することで、補正電流Ｉａを算出する際に、路面の凹凸の影響を受けにくくすることができる。つまり、車速Ｖｘは、右前輪速度、左前輪速度、右後輪速度、左後輪速度が平均された量となり、路面の凹凸の影響を受けにくい。また、車輪１５０のスリップなどによるロバスト性の低下も回避できる。
そして、本実施の形態では、ステアリングトルクなど、ステアリングホイール１０１内部の慣性、減衰、摩擦などの影響を受けるパラメータを使用しない。そのため補正電流Ｉａの精度がさらに向上する。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、制御装置１０は、走行路の路面の状態により、上記制御を変更する。

図１０は、第２の実施形態の補正電流算出部２４の機能構成例を示したブロック図である。
図示する補正電流算出部２４は、図４に示した第１の実施形態と比較して、路面判定部２４５を有する点が異なり、他は同様である。
よって、以下、路面判定部２４５の機能を中心に説明を行う。

路面判定部２４５は、走行路の路面の状態を判定する。具体的には、路面判定部２４５は、走行路の路面が、舗装路であるか、未舗装路（オフロード）であるか否かを判断する。そして、路面判定部２４５が、路面が舗装路であると判定した場合、第１の実施形態と同様に、勾配の度合いに応じ電動モータ１１０の駆動を制御する。即ち、補正電流決定部２４３が、勾配の度合いに応じ、補正電流Ｉａを求める。対して、路面が未舗装路である場合、この制御を行わない。この場合、補正電流決定部２４３は、図８で示した車速ゲインを０にし、これにより、補正電流Ｉａを０にする。即ち、目標電流決定部２５にて、目標電流の補正は行われない。

路面判定部２４５は、走行路の路面の状態を、例えば、次のようにして判定する。
路面判定部２４５は、勾配角度θ_Ｂａｎｋについて微分値を求める。そして、路面判定部２４５は、この勾配角度θ_Ｂａｎｋが、予め定められた第１の閾値より大きくなるときの回数をカウントする。そして、カウントした回数が、単位時間当たりに第２の閾値を超えたときに、未舗装路（オフロード）であると判定する。また、カウントした回数が、単位時間当たりに第２の閾値以下のときは、舗装路であると判定する。

つまり、未舗装路（オフロード）の場合、車両が、左右により多く揺すられ、そのために、算出される勾配角度θ_Ｂａｎｋの変動が大きくなる。そのため、路面判定部２４５は、第１の閾値を使用して、勾配角度θ_Ｂａｎｋの変動が大きくなるときを検出する。そして、路面判定部２４５は、第２の閾値により、これが頻繁に起こる場合は、走行路が、未舗装路（オフロード）であると判定する。

図１１は、第２の実施形態で、補正電流決定部２４３で行う処理について示した制御ブロック図である。
図１１で示した制御ブロック図は、図８に示した制御ブロック図と比較して、路面判定部２４５から出力された路面状態が入力される点で異なる。そして、路面状態が舗装路の場合、補正電流決定部２４３は、第１の実施形態と同様に、車速Ｖｘを、車速ゲインマップに代入し、車速ゲインを算出する。対して、路面状態が、未舗装路（オフロード）の場合、車速ゲインマップは使用せず、車速ゲインは、０になる。これにより、補正電流Ｉａは、０になる。

この場合、車両は、例えば、オフロード車である。オフロード車が、草地や砂地や泥濘地や岩場などの未舗装路（オフロード）を走行する際は、路面の凸凹、障害物、水たまりなどにより、車両が左右方向に傾斜し、これによる勾配角度θ_Ｂａｎｋが、算出される場合がある。その際に、上述したような補正を行うと、運転者の意図とは異なるアシスト力を発生させる場合がある。つまり、未舗装路（オフロード）では、運転者は、路面の状態に応じて臨機応変に運転することが求められる。このとき上記補正を行うと、本来不要な補正をすることになり、運転者の操舵フィーリングが悪化しやすくなる。この場合、未舗装路（オフロード）では、補正電流Ｉａを０にし、目標電流の補正をしないことで、運転者の操舵フィーリングが良好になりやすい。さらに、運転者が感じるオフロードを走行する楽しさにも影響を及ぼさなくなる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、走行路の横断方向における勾配により、ラック軸１０５（図１参照）が受ける軸力荷重をさらに加味して、補正電流Ｉａを算出する。ラック軸１０５の軸力荷重は、この勾配があることで、ラック軸１０５の軸方向にかかる荷重である。

第３の実施形態の補正電流算出部２４の機能構成例は、図４に示した第１の実施形態の場合と同様である。
図１２は、走行路の横断方向における勾配により、ラック軸１０５が受ける軸力荷重について説明した図である。
ここでは、勾配角度θ_Ｂａｎｋの走行路上で車両Ｓが走行している場合を模式的に示している。このとき、車両Ｓの重量をＭとすると、車両Ｓには、走行路の路面Ｒに沿った方向に、Ｍ・Ｇ・ｓｉｎθ_Ｂａｎｋの力が加わる。この力は、ラック軸１０５が受ける軸力荷重として作用する。
以下、ラック軸１０５が受ける軸力荷重の算出方法について説明する。

図１３及び図１４は、車輪１５０の周辺の構成について示した図である。また、図１５は、トレール長Ｌについて説明した図である。
このうち図１３は、図１のＸＩＩＩ方向から車輪１５０の周辺を見た図であり、車輪１５０の周辺を水平方向から見た図である。
また、図１４は、図１３のＸＩＶ方向から車輪１５０の周辺を見た図であり、車輪１５０の周辺を鉛直方向から見た図である。即ち、図１４は、図１と同様の方向から車輪１５０の周辺を見た図となる。
さらに、図１５は、図１４のＸＶ方向から、車輪１５０をみた図である。

図１３及び図１４で示すように、車輪１５０には、ドライブシャフト１５８が接続され、エンジン等の動力源から、車両が走行するための動力が伝達される。即ち、ドライブシャフト１５８から車輪１５０へ回転力が伝達され、車輪１５０が回転することで、車両が走行する。また、車輪１５０は、ステアリングナックル１２５及びロアアーム１５３を介し、ボディ１５９と接続する。ステアリングナックル１２５とロアアーム１５３との接合部は、キングピン１２４となる。さらに、ステアリングナックル１２５は、ショックアブソーバ１５１を介し、ボディ１５９と接続する。このショックアブソーバ１５１は、ダンパ１５１ａとコイルスプリング１５１ｂとを備え、上部に設けられたボールベアリング１５１ｃにてボディ１５９と接続する。ショックアブソーバ１５１により、車両は、路面の凹凸からくる衝撃を吸収することができる。

また、ラック軸１０５を矢印Ａ方向に移動させた場合、キングピン１２４を中心に、ナックルアーム１２１及びステアリングナックル１２５が回転し、車輪１５０は、矢印Ｃ方向に転舵する。また、ラック軸１０５を矢印Ｂ方向に移動させた場合、キングピン１２４を中心にナックルアーム１２１及びステアリングナックル１２５が、逆方向に回転し、車輪１５０は、矢印Ｄ方向に転舵する。

このとき、ボールベアリング１５１ｃとキングピン１２４とを結ぶ軸を考え、これをキングピン軸Ｊとする。さらに、図１５に示すように、キングピン軸Ｊと路面Ｒとが交差する点を点Ｐｃとし、車輪１５０が路面Ｒと接地する点を点Ｐｗとする。そして、点Ｐｃと点Ｐｗとの距離を、トレール長Ｌｔとする。また、キングピン軸Jと接地点Ｐｗとの距離をＬとする。距離Ｌは、トレール長Ｌｔとキャスター角θｃよりあらかじめ決定される。距離Ｌは、キングピン１２４の中心と車輪１５０が路面に接地する箇所との距離であると言うこともできる。
また、ナックルアーム１２１の長さをナックルアーム長Ｌ_Ｎとする。ナックルアーム長Ｌ_Ｎは、接合部１２３の中心とキングピン１２４の中心との距離であると言うこともできる。
そして、車両の重量のうち前輪が受け持つ重量をＭ_ｆとすると、走行路の横断方向における勾配により、ラック軸１０５が受ける軸力荷重Ｆ_Ｇθは、以下の（７）式で表すことができる。

Ｆ_Ｇθ＝（Ｌ・Ｍ_ｆ・Ｇ・ｓｉｎθ_Ｂａｎｋ）／Ｌ_Ｎ …（７）

図１６は、第３の実施形態で、補正電流決定部２４３で行う処理について示した制御ブロック図である。
図１６で示した制御ブロック図は、図８に示した制御ブロック図と比較して、勾配電流マップの代わりに軸力荷重マップが入る点で異なる。軸力荷重マップは、勾配角θ_Ｂａｎｋと軸力荷重Ｆ_Ｇθとの対応を示すマップである。軸力荷重マップは、予め経験則に基づいて作成され、ＲＯＭに記憶される。そして、勾配角θ_Ｂａｎｋを軸力荷重マップに代入すると、軸力荷重Ｆ_Ｇθを求めることができる。なお、軸力荷重マップは、図示するように、勾配角が小さい領域では、軸力荷重Ｆ_Ｇθを０となるようにし、勾配角不感帯を設けている。これにより、補正電流決定部２４３で算出される補正電流Ｉａは、０となる。勾配角が小さい領域では、軸力荷重Ｆ_Ｇθが小さく、これにより、算出される補正電流Ｉａを０としても問題がないためである。
そして、補正電流決定部２４３は、推力→電流変換係数により、軸力荷重Ｆ_Ｇθを電流に変換する。さらに、補正電流決定部２４３は、変換した電流と車速ゲインとを乗算して、補正電流Ｉａを求める。

また、ここで使用する車速ゲインマップは、図示するように、予め定められた低速度域では、ゲインが０である。このとき、補正電流Ｉａは、０となる。この低速度域は、例えば、車速Ｖｘが、０ｋｍ／ｈ以上６０ｋｍ／ｈ以下の場合である。また、予め定められた中速度域では、車速とともにゲインが大きくなる。この中速度域は、例えば、車速Ｖｘが、６０ｋｍ／ｈ以上８０ｋｍ／ｈ以下の場合である。さらに、予め定められた高速度域では、車速にかかわらず、ゲインは一定となる。この高速度域は、例えば、車速Ｖｘが、８０ｋｍ／ｈ以上の場合である。つまり、軸力荷重Ｆ_Ｇθは、予め定められた速度以上で問題になるため、低速度域では、補正電流決定部２４３で算出される補正電流Ｉａを、０としても問題がない。対して、中速度域以上では、補正電流決定部２４３は、軸力荷重Ｆ_Ｇθに応じた補正電流Ｉａを算出する。

第３の実施形態では、走行路の横断方向における勾配により、ラック軸１０５が受ける軸力荷重Ｆ_Ｇθをさらに考慮して、補正電流Ｉａを算出する。また、ラック軸１０５が受ける軸力荷重Ｆ_Ｇθは、車輪１５０のアライメントを考慮して算出する。この場合、補正電流決定部２４３は、ナックルアーム長Ｌ_Ｎ及びトレール長Ｌを用いて、軸力荷重Ｆ_Ｇθを算出する。これにより、補正電流Ｉａの精度がさらに向上する。

＜プログラムの説明＞
なお、本実施の形態における制御装置１０が行う処理は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現される。即ち、制御装置１０の内部に設けられた図示しないＣＰＵが、制御装置１０の各機能を実現するプログラムを実行し、これらの各機能を実現させる。

よって、制御装置１０が行う処理は、コンピュータに、車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定する勾配推定機能と、推定された勾配の度合いに基づき、電動モータ１１０による駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流Ｉａを決定する補正電流決定機能と、決定された補正電流Ｉａに基づき、目標電流を決定する目標電流決定機能と、を実現させるためのプログラムとして捉えることもできる。

なお、本実施の形態を実現するプログラムは、通信手段により提供することはもちろん、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納して提供することも可能である。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２４…補正電流算出部、３０…制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール（ハンドル）、１１０…電動モータ、１０５…ラック軸、１２１…ナックルアーム、１２４…キングピン、１５０…車輪、１７０…車速センサ、１８０…横加速度センサ、１９０…ヨーレートセンサ、２４１…取得部、２４２…勾配推定部、２４３…補正電流決定部、２４４…補正電流出力部、２４５…路面判定部、Ｒ…路面、Ｓ…車両

Claims (7)

1. ステアリングホイールの操作に対し車輪を転舵させる駆動力を付与する電動モータと、
   車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定し、推定された前記勾配の度合いに応じ、前記電動モータによる駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流を決定し、前記目標電流を前記補正電流により補正して前記電動モータの駆動の制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   走行路の路面の状態を判定し、判定した路面の状態により、前記制御を変更し、
   路面が舗装路である場合、前記制御を行い、前記勾配の度合いを表す指標の微分値について、予め定められた第１の閾値より大きくなるときの回数が、単位時間当たりに第２の閾値を超えたときに、路面が未舗装路である場合として、前記制御を行わない
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御手段は、推定された前記勾配の度合いと勾配電流との対応を示す勾配電流マップを使用して勾配電流を求めるとともに、勾配電流と車速により定める車速ゲインとを乗算することで、前記補正電流を求めることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御手段は、横加速度センサにより検出される横加速度と、車両に作用するヨーレート及び車速から算出される向心加速度と、を基に、前記勾配の度合いを推定することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記制御手段は、走行路の横断方向における勾配及び／又は車両の走行により生じる車両の横方向の高さの差を補正して前記制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電動モータは、前記駆動力を、ラック軸を介して付与し、
   前記制御手段は、走行路の横断方向における勾配により、前記ラック軸が受ける軸力荷重を加味して前記制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御手段は、ナックルアーム長及びキングピンの中心と車輪が路面に接地する箇所との距離を用いて、前記軸力荷重を算出することを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 車両が走行する走行路の横断方向における勾配の度合いを推定する勾配推定部と、
   走行路の路面の状態を判定する路面判定部と、
   前記路面判定部により判定された走行路の路面の状態および推定された前記勾配の度合いに基づき、電動モータによる駆動力を発生させるのに必要な目標電流を補正する補正電流を決定する補正電流決定部と、
   決定された前記補正電流に基づき、前記目標電流を決定する目標電流決定部と、
   を備え、
   前記路面判定部は、前記勾配の度合いを表す指標の微分値について、予め定められた第１の閾値より大きくなるときの回数が、単位時間当たりに第２の閾値を超えたときに、路面が未舗装路であると判定するともに、前記第２の閾値以下のときは、路面が舗装路であると判定し、
   前記補正電流決定部は、路面が舗装路である場合、推定された前記勾配の度合いに基づき前記補正電流を決定し、路面が未舗装路である場合、前記補正電流を０にする
   電動パワーステアリング装置用の制御装置。