JP2006182051A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハンドル手放しを正確に判断でき、ハンドルの収束性を向上させることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、舵取機構２に操舵補助力を加えるモータ５とを備え、検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータ５を駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、モータ５の回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段（モータ速度推測部１３ｃおよび微分器１３ｉ）と、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断部２０と、タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータ５を制御駆動する手放し制御部２１と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータ出力により運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の技術分野に属する。

従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクからハンドル手放しを判断し、モータに対しハンドル角に比例した戻し電流を与えることにより、車両が直進するハンドル位置への収束を促進している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６６８４３号公報

通常、操舵トルクセンサは所定のばね剛性を持ち、かつ所定の慣性を持つハンドルとモータとの間に配置されているため、マス−ばね系の振動により、手放し時であっても検出される操舵トルクはゼロとならない。よって、操舵トルクから手放しを判断する上記従来技術にあっては、手放しを正確に判断できず、車両が直進するハンドル位置への収束性が悪いという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ハンドル手放しを正確に判断でき、車両が直進するハンドル位置へハンドルを収束させる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にある。

上述の目的を達成するため、本発明の電動パワーステアリング装置では、
ハンドルに加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
舵取機構に操舵補助力を加えるモータとを備え、
検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、
前記モータの回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段と、
検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断手段と、
タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、
ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータを制御駆動する手放し制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断するため、ハンドル手放し状態を正確に判断できる。また、ハンドル手放しと判断されたとき、路面負荷（路面入力）がゼロとなるようにモータを駆動制御するため、路面負荷がゼロとなるハンドル位置、すなわち車両が直進するハンドル位置にハンドルを収束させることができる。

以下に、本発明のパワーステアリング装置を実施するための最良の形態を、実施例1〜５に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。

舵取り操作用のハンドル１と、舵取り動作を行う舵取機構２とを連結する操舵軸３に、ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ（トルク検出手段）４と操舵補助用のモータ５とが配置されている。ハンドル１は、図示しない車室内部に運転者と対向するように、軸周りに回転可能なように固定されている。舵取機構２は、操舵軸３の下端に一体形成されたピニオン６と、これに噛合するラック軸７とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成される。ラック軸７は、図示しない車両前部に、左右方向への摺動は可能なように固定されており、ラック軸７の両端は、左右のタイロッド８，９を介して操向用の前輪１０，１１に連結されている。操舵を補助するモータ５は、その発生トルクを操舵軸３の回転トルクに変換するような減速機１２を介して、操舵軸３に結合される。

続いて、図２のコントローラ１３の制御ブロック図を加え、実施例１の制御系を説明する。
運転者によりハンドル１が操舵されると、ハンドル１と機械的に連結された前輪１０，１１が操向される。このとき、トルクセンサ４に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ１３へ入力される。さらに、このコントローラ１３には、車両の走行速度を検出する車速センサ（車速検出手段）１４等の信号が与えられる。

コントローラ１３には、モータ電圧を検出するモータ端子間電圧センサ１３ａ、モータ電流を検出するモータ電流センサ（モータ電流検出手段）１３ｂ、モータ電圧とモータ電流からモータ５の回転速度を推測するモータ速度推測部（モータ回転速度検出手段）１３ｃが内蔵されている。

コントローラ１３の出力は、電流制御回路１３ｄと駆動回路１３ｅを介してモータ５に与えられる。コントローラ１３は、操舵トルク、モータの回転速度、車速等を用いて、モータ５の駆動電流を算出し、算出された駆動電流をモータ電流センサ１３ｂによりモータ電流を参照しつつ、モータ５を制御駆動する。駆動回路１３ｅからモータ５へ供給される電源は、バッテリ１５により与えられる。

コントローラ１３の基本電流指令値演算部１３ｆでは、運転者の操作負荷を低減するために、操舵トルクに応じたアシスト量を得る基本電流指令値を決定している。また、据え切り等では軽くハンドル１が切れるようにアシスト量を多くして、高速になるに連れ操舵トルクが重くなりどっしりとした操舵特性を実現するように高速ではアシスト量を減らしている。

さらにコントローラ１３内には、電動パワーステアリング特有の違和感を解消するために、慣性補償部１３ｇおよび粘性補償部１３ｈが設けられている。

慣性補償部１３ｇは、操舵系の特にモータの慣性を補償する。微分器１３ｉによりモータ５の逆起電力から推定したモータ回転速度を微分することで、モータ回転加速度を算出し、算出されたモータ回転加速度と事前に計測しておいたモータイナーシャとを積算してモータ５の慣性力を求め、この慣性を打ち消す慣性補償電流を出力する。

粘性補償部１３ｈは、操舵系の粘性を適切にする粘性補償を行う。電動パワーステアリングは油圧パワーステアリング相当の特性再現を目指しており、車速とモータ回転速度から算出される操舵系の粘性が、油圧回路相当の粘性と一致するような粘性補償電流を算出する。

なお、上記慣性補償および粘性補償は一般的なものでよく、従来例等にあるように、車速や転舵速度等に応じてゲインを変更しても良い。

慣性補償部１３ｇにより算出された慣性補償電流値と、粘性補償部１３ｈにより算出された粘性補償電流値は、加算器１３ｊで加算された後、加算器１３ｋで基本電流指令値演算部１３ｆにより算出された基本電流指令値に加算される。

コントローラ１３は、手放し判断部（手放し判断手段）２０と手放し制御部（手放し制御手段）２１とを備えている。手放し判断部２０には、トルクセンサ４からの出力とモータ５の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度を微分器１３ｉにより微分し、慣性補償部１３ｇにより慣性補償されたモータ回転加速度が入力され、操舵トルクとモータ回転加速度を処理することで手放し判断を行い、手放し状態か否かのFLG信号を出力する。出力されたFLG信号は、スイッチ（SW）部１３ｍへ入力される。実施例１では、モータ速度推測部１３ｃおよび微分器１３ｉにより、モータ回転加速度検出手段が構成される。

SW部１３ｍでは、FLG信号に基づいて、加算器１３ｊの出力を電流指令値とするノーマル時の制御を行うか、後述する手放し制御部２１の出力を電流指令値とする手放し時の制御を行うかの切り替えを行う。

手放し制御部２１には、トルクセンサ４からの出力とモータ５の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度とモータ電流センサ１３ｂからの出力と車速センサ１４からの出力が入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の電流指令値を決定する。

次に、作用を説明する。
［手放し判断方法］
操舵系のモデルとして、ハンドル慣性Jhと、モータ５と減速機１２とラック等のトルクセンサより路面側にある系の慣性Jmと、両者を結合するトルクセンサ４の剛性ksで考える。

運転者から操作量である操舵トルクThとハンドル角度θh、モータ５の回転角度を操舵軸換算したモータ角度θm、トルクセンサ４の検出する操舵トルクTsとすると、下記の式(1)が成立するとき、手放し状態と判断する。
α > Jh・(dot(dot(Ts))/ks ＋ ks・dot(dot(θm))) ＋ Ts …(1)
ここで、αは所定値である。

上記操舵系のモデルでは、ハンドル周りの運動方程式は、下記の式(2)となる。
Th ＝ Jh・dot(dot(θh)) ＋ ks・(θh − θm) …(2)

式(1)において、手放しの場合には、Thがゼロとなるので、理想状態でのハンドル周りの運動方程式は、下記の式(3)となる。
０＝ Jh・dot(dot(θh)) ＋ ks・(θh − θm) …(3)

この式(3)において、ks・(θh − θm)はトルクセンサ４の検出トルク値Tsに相当するので、式(3)にて手放しと判断するには、dot(dot(θh))を算出すれば良い。
Ts ＝ ks・(θh − θm) …(4)

よって、トルクセンサ４の検出トルク値の式(4)より、両辺を２階微分すると、下記の式(5)が得られる。
dot(dot(Ts)) ＝ ks・(dot(dot(θh)) − dot(dot(θm))) (5)

式(5)を変形すると、
dot(dot(θh)) ＝ dot(dot(Ts))/ks ＋ ks・dot(dot(θm)) …(6)
となり、この式(6)を式(3)へ代入すると、上述の式(1)が得られることになる。

［手放し判断作用］
図３は、実施例１の手放し判断部２０の作動を説明するブロック図である。
手放し判断部２０に入力されたトルクセンサ信号は、２つの微分ブロック２０ａ，２０ｂにより２階微分された後、ゲイン1/ksを持つゲインブロック２０ｃによりトルクセンサ剛性の逆数1/ksが積算される。モータ回転速度は微分ブロック２０ｄにより１階微分された後、操舵軸３へのモータ回転加速度へ変換するために、ゲイン1/Nを持つゲインブロック２０ｅとゲインksを持つゲインブロック２０ｆとにより減速機ギア比分の換算がされる。

両ゲインブロック２０ｃ，２０ｆの出力は、加算ブロック２０ｇで加算された後、ゲインJhを持つゲインブロック２０ｈによりハンドル慣性Jhが積算される。ゲインブロック２０ｈの出力は、加算ブロック２０ｉによりトルクセンサ信号と加算され、上述した式(1)の右辺が算出される。続いて、絶対値算出ブロック２０ｊにより絶対値が算出され、比較ブロック２０ｋにより、所定値αと比較され、αよりも小さい場合には、手放し状態であると判断され、手放しFLGが出力される。

ここで、算出された値（加算ブロック２０ｉの出力）がゼロであれば、理論上完全な手放しとなるが、例えば、運転者が所定ハンドル角度を入力後、ハンドル１に手を添える程度で自然にハンドル１を戻すような操舵パターンにおいては、操舵トルクはわずかに発生していることになる。その場合にも、本制御による安定性向上を実現するために、式(1)の左辺である判断値はゼロではなく所定のαとすることが望ましい。また、各種センサ信号にノイズが含まれることによる誤動作を防ぐことも可能になる。

［路面入力推定］
図４は、手放しと判断された場合の電流指令値を決定する手放し制御部２１のブロック図である。図４においては路面入力の推定を以下のように行っている。

トルクセンサ４の信号を操舵トルクTs（既知）、路面入力トルクTsat（未知外乱）、操舵系慣性Jm（本来ならJh＋Jmとなるが、JhはJmに比較して非常に小さいので近似できる）、モータ５のトルク定数Kt（操舵軸換算）、モータ発生トルクTm＝Kt・im（操舵軸換算）、モータ電流im、モータ角速度ωとすると、運動方程式は下記の式(7)となる。
Jm・dot(ω) ＝ Ts ＋ Tm ＋Tsat …(7)

ここで、プラントに外乱相当のTs,Tsatが入力されない状態では、
Jm・dot(ω) ＝ Tm ＝ Kt・im …(8)
この式(8)を伝達関数で表すと、sをラプラス演算子として、
ω／im ＝ Kt／（Jm・s²） ＝ P(s) …(9)
また、外乱除去のローパスフィルタを、ωcがカットオフ周波数として、
H(s) ＝ ωc²／（s ＋ ωc²） …(10)
とする。

この状態で図４に示すようなプラントの周りにコントローラを構成すると、図４の(1)からは推定された路面入力トルクが算出される（路面入力検出手段に相当）。算出された路面入力トルクに対し、路面入力を打ち消すようにモータ電流を流すことで、手放し時の安定性を確保する。

［手放し時の電流指令値特性］
手放し時の電流指令値の一例としては、路面入力を打ち消す方向へモータ電流を流し、量は路面入力に比例することが最も簡単なものであるが、実施例１では、ノイズ等の影響による誤動作を減らすために、路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータ５への電流指令値をゼロとする。

また、実施例１では、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、手放し制御電流が流れてハンドル１が戻らないことを防止するため、電流指令値にリミッタを設ける。さらに、車両は高速になるに連れて手放し安定性は悪化するので、手放し制御電流を車速の関数とし、車速が高くなるほど電流指令値を増加させる。

［従来技術の課題］
電動パワーステアリング装置は、モータの慣性やモータおよび減速機の摩擦により、走行時に所定のハンドル角度を入力した後、手を離して車両が安定するまでの時間が長くかかったり、左右へのオーバーシュートを何回も繰り返したりする（手放し安定性、もしくは収斂性が悪い）。

上記課題に対し、特開平８−３３２９６４号公報に記載の技術では、ハンドル戻し過程で操舵速度が速い場合は手放しと判断し、操舵速度に比例したダンピングを行うことで、左右へのオーバーシュートを抑制している。しかし、この構成では、人間が早く操舵した場合にも手放しと判断されダンピングが加算されるため、不要に操舵トルクが重くなってしまうという問題がある。

また、特開２００２−１６６８４３号公報に記載の技術では、操舵トルクが小さい場合は手放しと判断し、ハンドル角度に比例した戻し電流を流し中立への収束を促進する。しかし、この構成では、操舵トルクセンサは所定のばね剛性を持ち、かつ、所定の慣性を持つハンドルとモータ間に配置されているため、手放しの場合でもマス−ばね系の振動により手放し時にも検出されるトルクはゼロにならず、正確に手放しを判断できない。さらに、タイヤの左右空気圧の違いやサスペンションのばらつきによりハンドル角度センサの中立と車両の直進ハンドル位置とのずれが発生した場合に、車両が直進する状態にならないという問題がある。

［路面入力推定作用］
これに対し、実施例１の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサ４の検出値とモータ５の回転加速度を使用している。すなわち、操舵トルクとモータ回転速度を計測し、両者の２階微分が所定値αよりも小さい場合に手放しと判断することより、正確な手放し判断が可能となる。

［路面入力に基づくハンドル収束性向上作用］
手放し時は操舵系を振動させる起振力は路面入力であり、操舵系にはトルクセンサ４の持つ所定の剛性により起振力に対しハンドル角度は遅れが発生することになる。従って、従来例にあるようにハンドル角度をゼロになるように手放し制御電流を決める場合には、遅れに起因して、手放し電流のゲインの上限があり、結果として手放しの収束時間が長くなる傾向になる。

図５は、実施例１の手放し時のハンドル角度の時系列推移と、路面入力の時系列推移である。実施例１では、起振力である路面入力をゼロになるように手放し制御電流を決めるため、遅れは発生せず、ハンドル角度をゼロにする上記従来技術に比べ、ゲインを上げることが可能であり、手放しの収束時間を短くすることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の電動パワーステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) ハンドル１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、舵取機構２に操舵補助力を加えるモータ５とを備え、検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータ５を駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、モータ５の回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段（モータ速度推測部１３ｃおよび微分器１３ｉ）と、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断部２０と、タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータ５を制御駆動する手放し制御部２１と、を備えるため、ハンドル手放し状態を正確に判断できると共に、車両が直進するハンドル位置へハンドル１を収束させることができる。

(2) 手放し判断部２０は、検出されたモータ回転加速度を操舵軸換算したモータ回転加速度dot(dot(θm)))と操舵トルクTsが、式(1)を満足するとき、ハンドル手放し状態であると判断するため、ハンドル手放し状態をより正確に判断できる。

(3) モータ５の回転速度を検出するモータ速度推測部１３ｃと、モータ５の電流値を検出するモータ電流センサ１３ｂと、を備え、路面入力検出手段は、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流に基づいて路面入力を推定するため、路面入力を直接検出する手段を設けることなく、路面入力を正確に推定できる。

(4) 車速を検出する車速センサ１２を備え、手放し制御部２１は、車速が高いほどモータ５の電流指令値を大きくするため、車速にかかわらず、手放し安定性を向上させることができる。

(5) 手放し制御部２１は、検出された路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータ５の電流指令値をゼロとするため、センサノイズ等の影響によるモータ５の誤動作を低減できる。

(6) 手放し制御部２１は、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、モータ５の電流指令値を一定とするため、電流指令値が過大となりハンドル１が収束しにくくなるのを防止できる。

まず、構成を説明する。
図６は、実施例２の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図であり、実施例２では、モータの回転角度を計測するエンコーダ１６をモータ５に取り付けている。また、ハンドル１の回転角度を計測するハンドル角度センサ１７を操舵軸３に取り付けている点で実施例１と異なる。

図７に、実施例２のコントローラ１９の制御ブロックを示す。手放し判断部２２には、トルクセンサ４からの出力と、エンコーダ１６の出力を２つの微分器１３ｍ，１３ｉを用いて２階微分したモータ回転加速度と、ハンドル角度センサ１７の出力を微分器１３ｎ，１３ｐを用いて２階微分したハンドル回転加速度を処理することで手放し判断を行う。実施例２では、エンコーダ１６および２つの微分器１３ｍ，１３ｉにより、モータ回転加速度検出手段が構成される。

手放し制御部２３には、トルクセンサ４からの出力とエンコーダ１６の出力を２階微分したモータ回転加速度と、モータ電流センサ１３ｂからの出力と車速センサ１２からの出力とが入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の電流指令値を決定する。

次に、作用を説明する。
［手放し判断方法］
図８は、実施例２の手放し判断部２２の作動を説明するブロック図であり、モータ回転速度に代えて、エンコーダ１６により検出されたモータ回転角度を微分ブロック２３ａで微分する点で、図３に示した実施例１と異なる。

［路面入力推定］
実施例２では、路面入力を推定する場合は、次にように考える。路面からの入力は、タイヤ角と車両挙動と路面μ等で決まるTsatとなるとする。また、モータ５の出しているトルクをTmとする。タイヤ周りの運動方程式は、モータ５からタイヤまでの剛性はトルクセンサ４の剛性より遥かに高いので無視して、下記の式(11)となる。
Tsat ＝ Jm・dot(dot(θm)) ＋ Tm ＋ Ts …(11)

従って、モータ回転角度の計測値の２階微分値、モータトルクはモータ５のトルク定数とモータ電流の積と一致することからモータ電流値、そしてトルクセンサ４の検出値とから路面入力を推定することが可能となる。または、Tsatを直接計測しても良い。

Tsatは車両挙動とタイヤ角とで決まる値であるが、必ずその路面での車両が直進する状態でゼロとなる。従って、検出または推定した路面入力がゼロになるように、モータ５を制御駆動することで、手放し安定性は向上し、かつ、収斂時の車両直進を実現できる。

よって、実施例２の電動パワーステアリング装置では、実施例１の効果(1)〜(6)と同様の効果が得られる。

図９は、実施例３の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図であり、実施例３では、路面入力検出手段として、ラック軸力を計測するラック軸力センサ１８を舵取機構２に取り付けた点で実施例１と異なる。

図１０に、実施例３のコントローラ２４の制御ブロックを示す。
手放し制御部２５には、ラック軸力センサ１９からの信号が入力され、手放し時アシスト制御では、ラック軸力がゼロになるようにモータ５を制御駆動する。図１１に、実施例３における手放し時の制御則を示すが、内容は実施例１と同様であるため、説明を省略する。

よって、実施例３の電動パワーステアリング装置にあっては、路面入力検出手段として、ラック軸力計測するラック軸力センサ１８を設けたため、実施例１の効果(1)，(2)，(4)〜(6)に加え、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流から路面入力を推定する実施例１と比較して、路面入力をより正確に求めることができる。

図１２は、実施例４の手放し時の制御則を示す図であり、実施例４では、手放し時の路面入力に対するモータ５の電流指令値を、モータ回転速度、すなわちハンドル１の回転速度に応じて変更する例である。なお、他の構成は実施例１と同一である。

実施例４では、図１２に示すように、モータ速度が速いほど電流指令値を増加させることで、手放し状態でのモータ回転が速い場合に効果的に車両の手放し安定性を向上させることができる。

次に、効果を説明する。
実施例４の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)，(5)，(6)に加え、下記の効果が得られる。

(7) モータ５の回転速度を検出するモータ速度推測部１３ｃを備え、手放し制御部は、モータ回転速度が高いほど、モータ５の電流指令値を大きくするため、ハンドル１の回転速度が速い場合に、効果的に車両の手放し安定性を向上させることができる。

まず、構成を説明する。
図１３は、実施例５のコントローラ２８の制御ブロック図である。
手放し判断部２６には、トルクセンサ４からの出力とモータ５の逆起電力を利用して算出されるモータ回転加速度が入力され、操舵トルクとモータ回転加速度を処理することで手放し判断を行うと共に、推定運転者トルクを出力する。

手放し制御部２７には、トルクセンサ４からの出力とモータ５の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度とモータ電流センサ１３ｂからの出力と車速センサ１４からの出力が入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の基本電流指令値を決定する。

推定運転者トルクと基本電流指令値は、補正部１３ｑに出力される。補正部１３ｑでは、推定運転者トルクを用いて基本電流指令値を補正することで、手放し時の電流指令値を決定する。

次に、作用を説明する。
［手放し判断作用］
図１４は、実施例５の手放し判断部２６の作動を説明するブロック図であり、加算ブロック２０ｉの出力が推定運転者トルクとして出力される。また、算出された推定運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生するトルク最小値β以下であれば、完全な手放しか、ハンドル１に軽く手を添えている状態であると判断され、手放しFLGが生成される。

［推定運転者トルクに応じた電流指令値低減作用］
図１５は、補正部１３ｑにおける手放し時の電流指令値算出方法を示す図である。
補正部１３ｑでは、推定運転者トルクに対し、所定のゲインマップ２６ａを用いて基本電流指令値を補正する。

このゲインマップ２６ａは、推定運転者トルクがセンサの誤差等に起因する推定精度で決まる所定値γより小さい範囲では、略一定の値である。これにより、完全に手放しの場合、すなわち、推定運転者トルクがゼロである場合は、手放し時のアシスト量を最大にして車両およびハンドル１の収束性を向上させることができる。

また、ゲインマップ２６ａでは、推定運転者トルクが所定のγより大きくなるに連れ、ゲインは低下し運転者の意思により操舵する場合に発生するトルク最小値β以上において、ゲインはゼロとなる。

すなわち、推定運転者トルクが大きくなるに連れ、ゲインを低下させることで、手放し制御時のアシスト量を減らし、ハンドル戻り速度が、手放し時と軽く手を添えているときとで、ほぼ同じにすることが可能となる。すなわち、ハンドル１に手を添えているかどうかにかかわらず、ほぼ一定のハンドル戻し速度とすることで、運転者に与える違和感を抑制できる。

また、運転者が意思によりハンドル操作をする場合（推定運転者トルクがβを超える場合）には、確実に通常の制御に戻すことが可能となるので、操舵時のフィーリングに影響を与えることはない。

ここで、βの値は、車両や操舵系の特性によって決まる。一般的にハンドル１には、操舵系に起因する摩擦が存在する。また、車両をコントロールする入力装置としての操舵系には、人間の無意識の操作に対しては車両が動かないように、微少な操作量の範囲では、単純に操舵量に比例して車両が動かないよう不感帯を設定したほうが良いと言われている。そして、摩擦や不感帯は車両の味付けに相当するので、車両毎に目標値が設定されると共に、チューニングが施される。よって、これらの点を考慮し、トルクβが決定される。

以上説明したように、実施例５では、完全な手放し状態と、ハンドル１に軽く手を添えている状態とにそれぞれ適切な路面入力を打ち消すアシスト量を設定することにより、完全な手放しでは、運転者の操舵感を考慮する必要が無いため、アシスト量を増やして車両の収束時間を短くできる。一方、軽く手を添えている場合でも、完全な手放し状態とほぼ同じ車両の収束性とすることで、運転者に与える違和感を抑制できる。

次に、効果を説明する。
実施例５の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(6)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(8) 手放し判断部２６は、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいて推定運転者トルクを算出し、手放し制御部２７は、推定運転者トルクが大きいほど、モータ５の電流指令値を小さくするため、完全な手放し状態であるかハンドル１に軽く手を添えているかにかかわらず、ハンドル１の戻り速度をほぼ一定とすることができ、運転者に与える違和感を防止できる。

(9) 手放し制御部２７は、推定運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生する推定トルクβ以上のとき、モータ５の電流指令値をゼロとするため、運転者が意志により操舵している場合には、確実に通常の制御に戻すことができ、操舵フィーリングに与える影響を抑制できる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例１〜５に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、モータ５の端子間電圧とモータ電流とから推定したモータ回転速度を１階微分してモータ回転加速度を算出し、実施例２では、ハンドル角度を２階微分してモータ回転加速度を算出したが、モータ回転加速度の算出方法は任意であり、モータの回転速度を計測するタコジェネレータを設け、その出力を１階微分しても良い。

実施例１のパワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。 実施例１のコントローラ１３の制御ブロック図である。 実施例１の手放し判断部２０の作動を説明するブロック図である。 実施例１の手放し制御部２１の作動を説明するブロック図である。 実施例１の手放し時のハンドル角度の時系列推移と、路面入力の時系列推移である。 実施例２の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。 実施例２のコントローラ１９の制御ブロック図である。 実施例２の手放し判断部２２の作動を説明するブロック図である。 実施例３の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。 実施例３のコントローラ２４の制御ブロック図である。 実施例３の手放し制御則を示す図である。 実施例４の手放し時の制御則を示す図である。 実施例５のコントローラ２８の制御ブロック図である。 実施例５の手放し判断部２６の作動を説明するブロック図である。 補正部１３ｑにおける手放し時の電流指令値算出方法を示す図である。

符号の説明

１ ハンドル
２ 舵取機構
３ 操舵軸
４ トルクセンサ
５ モータ
６ ピニオン
７ ラック
８、９ タイロッド
１０、１１ 前輪
１２ 減速機
１３ コントロールユニット
１３ａ 電圧センサ
１３ｂ 電流センサ
１３ｃ モータ速度推測部
１３ｄ 電流駆動回路
１３ｅ 駆動回路
１３ｆ 基本電流指令値演算部
１３ｇ 慣性補償部
１３ｈ 粘性補償部
１３ｉ 微分器
１３ｊ 加算器
１３ｋ 加算器
１３ｍ スイッチ部
１４ 車速センサ
１５ バッテリ

Claims (9)

1. ハンドルに加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   舵取機構に操舵補助力を加えるモータとを備え、
   検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、
   前記モータの回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段と、
   検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断手段と、
   タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、
   ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータを制御駆動する手放し制御手段と、
   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。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し判断手段は、検出されたモータ回転加速度を操舵軸換算したモータ回転加速度dot(dot(θm))と操舵トルクTsが、下記の数式
   α > Jh・(dot(dot(Ts))/ks ＋ ks・dot(dot(θm))) ＋ Ts
   （ただし、αは所定値、Jhはハンドル慣性、(dot(dot(Ts))はTsの２階微分値、ksはトルク検出手段の剛性である。）
   を満足するとき、ハンドル手放し状態であると判断することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
   前記モータの電流値を検出するモータ電流検出手段と、
   を備え、
   前記路面入力検出手段は、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流に基づいて路面入力を推定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記手放し制御手段は、車速が高いほどモータの電流指令値を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し制御手段は、検出された路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータの電流指令値をゼロとすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し制御手段は、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、モータの電流指令値を一定とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記ハンドルの回転速度を検出するハンドル回転速度検出手段を備え、
   前記手放し制御手段は、ハンドル回転速度が高いほど、モータの電流指令値を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し判断手段は、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいて運転者トルクを推定し、
   前記手放し制御手段は、推定された運転者トルクが大きいほど、モータの電流指令値を小さくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
9. 請求項８に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記手放し制御手段は、推定された運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生するトルク最小値以上のとき、モータの電流指令値をゼロとすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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