JP2007125973A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面反力感を与えるとともに全体摩擦トルクを補償して、操舵フィーリングを向上させるとともに、低コスト化を実現することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生するアシストモータ７と、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎと路面反力トルクＴａｌｉｇｎとを検出する状態量検出器１２と、アシストモータ７の目標電流値Ｉｍｔｒ（ｔ）を算出する制御ユニット１０とを備え、制御ユニット１０は、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎと路面反力トルクＴａｌｉｇｎとからアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを補償する摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）と戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）とをそれぞれ算出する摩擦補償部２８と戻し補償部２７とを含み、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）と戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）とからステアリング機構１の全体摩擦トルクＴｆｒｉｃと路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配とを補償する。
【選択図】図４

Description

この発明は、モータによりドライバの操舵トルクを補助するためのアシストトルクを発生する車両用操舵装置に関する。

ドライバは、一般に道路の湾曲部や交差点を曲がる際に操舵し、その後、直進走行に復帰する際に、タイヤが路面から受ける路面反力トルクに応じたハンドルの自発的な戻り力を利用してハンドルを戻している。しかしながら、車両のステアリング機構全体に発生する全体摩擦トルクが大きい場合や、凍結路等の滑りやすい路面上を走行している場合には、路面反力トルクが小さくなるため、路面反力トルクがステアリング機構の全体摩擦トルク以下となってしまい、直進走行復帰時にハンドルが戻らない場合がある。
したがって、このような場合には、ドライバがハンドルにトルクを加えて、ハンドルを中立点まで戻す必要があり、操舵フィーリングが低下するという問題点があった。

上記の問題点に対して、従来の電動式パワーステアリング制御装置は、タイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段を有するとともに、路面反力トルク検出手段で検出された路面反力トルクに基づいて、ドライバによる操舵トルクを補助するモータのトルクを制御する路面反力トルク付加制御手段を有している（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の電動式パワーステアリング装置は、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング系の回転数を検出する操舵回転検出手段と、操舵トルク検出手段および操舵回転検出手段からの各検出信号に基づき電動機制御信号を決定し出力する電動機制御信号発生手段と、この電動機制御信号発生手段からの電動機制御信号に基づき操舵力倍増装置の電動機を駆動する電動機駆動手段とを備えている。
電動機制御信号発生手段は、操舵トルク検出手段の検出信号に基づき路面負荷に対応した制御信号決定する路面負荷分制御信号決定手段と、操舵トルク検出手段の検出信号に基づき操舵力倍増装置系のフリクションに対応した制御信号を決定するフリクション分制御信号決定手段と、これら両決定手段の両制御信号を加算し電動機トルク制御信号として出力する演算手段とを備えている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来の電動式パワーステアリング装置は、操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生する操舵補助モータと、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、操舵トルク検出手段および車速検出手段の出力に基づいてアシスト指令を作成し、このアシスト指令によりモータの駆動を制御する制御手段とを備えている。
制御手段は、モータの回転方向に基づく摩擦補償値を算出する摩擦補償手段を有し、アシスト指令に該摩擦補償値を加算して得られた指令信号によってモータの駆動を制御している（例えば、特許文献３参照）。

また、従来の車輌用パワーステアリング装置は、補助操舵トルクを発生するアクチュエータと、操舵トルクを検出する手段と、少なくとも操舵トルクに基づく補助操舵制御量にてアクチュエータの補助操舵トルクを制御する制御手段と、車輌の横加速度を検出する手段と、車輌の横加速度に対する操舵トルクのリサージュ波形のヒステリシス幅を求める手段とを有し、制御手段はヒステリシス幅に基づき補助操舵制御量を補正している（例えば、特許文献４参照）。

特開２００１−１２２１４６号公報 特開昭６２−３４８５０号公報 特開平６−１４４２８０号公報 特開２００２−３０８１３１号公報

特許文献１に示す従来の電動式パワーステアリング制御装置では、ドライバに擬似的な路面反力感を与えることができるものの、ステアリング機構全体に発生する全体摩擦トルク（ヒステリシス幅）を補償することができず、操舵フィーリングを向上させることができないという問題点があった。

また、特許文献２および特許文献３に示す従来の電動式パワーステアリング装置では、全体摩擦トルクを補償することができるものの、操舵トルクが０である場合、あるいはモータ速度が０である場合には、全体摩擦トルクが補償されないため、運転状態に応じて操舵フィーリングを向上させることができないという問題点があった。

また、特許文献４に示す従来の車輌用パワーステアリング装置では、車両の横加速度に対する操舵トルクのヒステリシス幅を求めることにより、操舵機構の経年変化に関係なく安定した操舵フィーリングを確保することができるものの、カント路など操舵トルクと横方向加速度との関係が一意に定まらない状況では、この制御を実施することができないという問題点があった。
また、横加速度を検出する手段が必要となるため、コストが高くなるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、ドライバに路面反力感を与えるとともに全体摩擦トルクを補償することにより、常に操舵フィーリングを向上させるとともに、低コスト化を実現することができる車両用操舵装置を提供することである。

この発明に係る車両用操舵装置は、車両のドライバによる操舵トルクを補助するためのアシストトルクを発生するモータと、車両のステアリング軸に生じ、ヒステリシス特性を有するステアリング軸反力トルクを検出するステアリング軸反力トルク検出手段と、車両の車輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、モータを駆動させるための目標電流値を算出する目標電流算出手段とを備え、目標電流算出手段は、ステアリング軸反力トルクに基づいてアシストトルクを補償する第１補償量を算出する第１補償手段と、路面反力トルクに基づいてアシストトルクを補償する第２補償量を算出する第２補償手段とを含み、目標電流算出手段は、第１補償量および第２補償量に基づいて、車両のステアリング機構全体に発生する全体摩擦トルクと路面反力トルクの勾配とを補償するように目標電流を算出するものである。

この発明の車両用操舵装置によれば、目標電流算出手段が、ステアリング軸反力トルクを用いてアシストトルクを補償する第１補償量と路面反力トルクを用いてアシストトルクを補償する第２補償量とに基づいて、車両のステアリング機構全体に発生する全体摩擦トルクと路面反力トルクの勾配とを補償するように目標電流を算出するので、ドライバに路面反力感を与えるとともに全体摩擦トルクを補償することにより、常に操舵フィーリングを向上させるとともに、低コスト化を実現することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、この車両用操舵装置が自動車に搭載されている場合について説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置のステアリング機構１を示す構成図である。
図１において、ステアリング機構１は、ハンドル２と、ステアリング軸３と、ステアリングギアボックス４と、ハンドル角検出器５（ハンドル角検出手段）と、トルクセンサ６（操舵トルク検出手段）と、アシストモータ７（モータ）と、ラックアンドピニオン機構８と、タイヤ９（車輪）と、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）制御ユニット１０（目標電流算出手段）（以下、「制御ユニット１０」と略称する）と、車速検出器１１（車速検出手段）と、状態量検出器１２（ステアリング軸反力トルク検出手段、路面反力トルク検出手段）とを有している。

自動車のドライバが操舵するハンドル２は、ステアリング軸３の一端に連結されている。また、ハンドル２には、ハンドル角θを検出するハンドル角検出器５が取り付けられている。
ステアリング軸３には、ドライバの操舵による操舵トルクＴｈｄｌを検出するトルクセンサ６が取り付けられている。また、ステアリング軸３には、操舵トルクＴｈｄｌを補助するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生する電動のアシストモータ７が、減速ギア（図示せず）を介して取り付けられている。

ステアリング軸３の他端には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとを足し合わせて得られる合成トルクを増幅するステアリングギアボックス４が連結されている。
また、ステアリングギアボックス４には、ラックアンドピニオン機構８を介して、タイヤ９が取り付けられている。

車速検出器１１は、車両の車速Ｖを検出する。また、状態量検出器１２は、ステアリング軸３に生じるステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとタイヤ９が路面から受ける路面反力トルクＴａｌｉｇｎとを検出する。
制御ユニット１０には、ハンドル角θ、操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎ、路面反力トルクＴａｌｉｇｎ、アシストモータ７のモータ検出電流Ｉｍｔｒ、およびアシストモータ７のモータ検出電圧Ｖｍｔｒが入力される。
また、制御ユニット１０は、上記の入力に基づいてアシストモータ７を駆動させるための目標電流値を算出し、モータ駆動電流Ｉｄを出力する。

ここで、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構１全体に発生する摩擦力である全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（図示せず）とを加算したものである。以下にステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎ、路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよび全体摩擦トルクＴｆｒｉｃの関係について説明する。
図２は、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとの一般的な関係を示す説明図である。
図２において、操舵は様々なパターンで実施されるが、路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、ハンドル角θの増減に比例して変化する。また、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃは、大きさが一定で、ハンドル２の操舵方向によって正負が反転する。

即ち、路面反力トルクＴａｌｉｇｎに全体摩擦トルクＴｆｒｉｃに相当するヒステリシス特性を付加したものがステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとなる。
従って、ハンドル２を操舵した際にステアリング軸３に生じるステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、同じハンドル角θであっても、切り込み時には大きくなり、戻し時には小さくなる。
また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、次式（１）で表される。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ・・・（１）

また、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃは、アシストモータ７のみに発生する摩擦トルクであるモータ摩擦トルクＴｍｆｒｉｃにアシストモータ７とステアリング軸３との間の減速ギアのギア比Ｇｇｅａｒを乗じた値と、アシストモータ７を考慮しない状態でステアリング機構１に発生する摩擦トルクである軸摩擦トルクＴｆｒｐとを加算したものである。これらの摩擦トルクの関係は、次式（２）で表される。

Ｔｆｒｉｃ＝Ｔｆｒｐ＋Ｇｇｅａｒ・Ｔｍｆｒｉｃ・・・（２）

この車両用操舵装置は、ドライバがハンドル２を操舵したときの操舵トルクＴｈｄｌをトルクセンサ６で検出し、その操舵トルクＴｈｄｌに応じてアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させることを主な機能とする。

力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリング軸３を回転させる。また、ハンドル２を操舵する際には、アシストモータ７の慣性によって生じる慣性トルクも作用する。そのため、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、アシストモータ７の慣性トルクをＪ・ｄω/ｄｔとすると、次式（３）で表される。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ−Ｊ・ｄω/ｄｔ・・・（３）

また、アシストモータ７によるアシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、アシストモータ７のトルク定数をＫｔとすると、次式（４）で表される。

Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ・・・（４）

また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、式（２）を用いて式（１）を変形することにより、次式（５）で表される。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋（Ｇｇｅａｒ・Ｔｍｆｒｉｃ＋Ｔｆｒｐ）・・・（５）

制御ユニット１０は、上記の各入力に基づいて、アシストモータ７に供給する目標電流値を算出し、この目標電流値とモータ検出電流Ｉｍｔｒとが一致するように電流制御し、モータ駆動電流Ｉｄを出力する。
アシストモータ７は、式（４）に示すように、モータ検出電流Ｉｍｔｒにトルク定数Ｋｔと減速ギアのギア比Ｇｇｅａｒとを乗じたアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生し、ドライバが操舵するときの操舵トルクＴｈｄｌを補助する。

図３は、図１の制御ユニット１０とアシストモータ７とを示すブロック図である。
図３において、制御ユニット１０は、車速検出部１３と、操舵トルク検出部１４と、路面反力トルク検出部１５と、ステアリング軸反力トルク検出部１６と、モータ速度検出部１７と、モータ加速度検出部１８と、アシストトルク決定部１９と、モータ電流決定部２０と、モータ電流検出部２１と、比較器２２と、モータ駆動部２３とを有している。
また、制御ユニット１０は、ＣＰＵとプログラムを格納したメモリとを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されており、制御ユニット１０を構成する各ブロックは、メモリにソフトウェアとして記憶されている。

車速検出部１３は、車速検出器１１が出力した車速Ｖを受けて車速信号Ｖ（ｓ）を出力する。操舵トルク検出部１４は、トルクセンサ６が出力した操舵トルクＴｈｄｌを受けて操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）を出力する。

路面反力トルク検出部１５は、状態量検出器１２が出力した路面反力トルクＴａｌｉｇｎを受けて路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）を出力する。ステアリング軸反力トルク検出部１６は、状態量検出器１２が出力したステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを受けてステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）を出力する。
路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよびステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを検出する状態量検出器１２は、例えばタイヤ９およびステアリング軸３に取り付けられたロードセル（図示せず）であり、ロードセルに設けられた歪みゲージの変形を路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよびステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとして出力する。

モータ速度検出部１７は、モータ電流検出部２１が出力したモータ検出電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）と、モータ電圧検出部（図示せず）が出力したモータ検出電圧信号Ｖｍｔｒ（ｓ）とに基づいて、モータ速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を出力する。
モータ加速度検出部１８は、モータ速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を微分してモータ加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）を出力する。

アシストトルク決定部１９には、車速信号Ｖ（ｓ）、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）、路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）、ステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）、モータ速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）、およびモータ加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）が入力される。
また、アシストトルク決定部１９は、上記の入力に基づいてアシストモータ７にアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるためのアシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力する。
モータ電流決定部２０は、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）に基づいて、アシストモータ７にアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるための目標電流値Ｉｍｔｒ（ｔ）を出力する。

モータ電流検出部２１は、アシストモータ７に流れるモータ検出電流Ｉｍｔｒを受けて、モータ検出電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）を出力する。比較器２２は、目標電流値Ｉｍｔｒ（ｔ）とモータ検出電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）との偏差を出力する。モータ駆動部２３は、目標電流値Ｉｍｔｒ（ｔ）とモータ検出電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）との偏差を０とするようにモータ駆動電流Ｉｄを出力する。

図４は、図３のアシストトルク決定部１９を詳細に示すブロック図である。
図４において、アシストトルク決定部１９は、アシストマップ補償部２４と、ダンピング補償部２５と、慣性補償部２６と、戻し補償部２７（第２補償手段）と、摩擦補償部２８（第１補償手段）と、加算器２９とを有している。

アシストマップ補償部２４は、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）と操舵トルク検出部１４が出力した操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）とに基づいて、アシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）を出力する。
ダンピング補償部２５は、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）とモータ速度検出部１７が出力したモータ速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）とに基づいて、ダンピング補償量トルクｄａｍｐ（ｓ）を出力する。
慣性補償部２６は、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）とモータ加速度検出部１８が出力したモータ加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）とに基づいて、慣性補償トルクｉｎｅｒ（ｓ）を出力する。

戻し補償部２７は、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）と路面反力トルク検出部１５が出力した路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）とに基づいて、ドライバの反操舵方向に働く戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）（第２補償量）を出力する。
摩擦補償部２８は、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）とステアリング軸反力トルク検出部１６が出力したステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）とに基づいて、ドライバの操舵方向に働く摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）（第１補償量）を出力する。

加算器２９には、アシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）、ダンピング補償量トルクｄａｍｐ（ｓ）、慣性補償トルクｉｎｅｒ（ｓ）、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）、および摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）が入力される。加算器２９は、上記の入力を加算して、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力する。

ここで、戻し補償部２７には、入力された信号を増幅するゲインｋ２および制御量の最大値を制限するリミッタｒｅｔ＿ｌｉｍが設定されている。また、摩擦補償部２８には、入力された信号を増幅するゲインｋ２および制御量の最大値を制限するリミッタｆｒｉｃ＿ｌｉｍが設定されている。ゲインｋ２とｋ１との関係、およびリミッタｒｅｔ＿ｌｉｍとｆｒｉｃ＿ｌｉｍとの関係を図５に示す。なお、ゲインｋ１およびｋ２、リミッタｒｅｔ＿ｌｉｍおよびｆｒｉｃ＿ｌｉｍは、車両の種別によって可変設定されるものとする。
ここで、図５に示す路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配あるいは全体摩擦トルクＴｆｒｉｃの理想地の定義は、車両の種別によって異なるため、一意に定めることが難しい。そこで、図５は、車両の種別に応じて要求される理想的な路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配あるいは全体摩擦トルクＴｆｒｉｃに応じた設定手法であるものとする。

また、式（１）および式（３）から、次式（６）が得られる。なお、式（６）において、通常の操舵速度では、式（１）に示した慣性トルクの影響を０とみなすことができるので、慣性項Ｊ・ｄω/ｄｔは省略する。

Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ・・・（６）

また、操舵トルクＴｈｄｌおよびアシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、それぞれ次式（７）および（８）で表される。

Ｔｈｄｌ＝（１＋ｋ２−ｋ１）Ｔａｌｉｇｎ＋（１−ｋ1）Ｔｆｒｉｃ・・・（７）
Ｔａｓｓｉｓｔ＝ｋ１（Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ）−ｋ２Ｔａｌｉｇｎ・・・（８）

以下、図６のフローチャートを参照しながら、上記構成の車両用操舵装置の動作について説明する。
なお、本実施の形態の特徴は、戻し補償部２７が出力した戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）と摩擦補償部２８が出力した摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）とに基づいて、路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配とステアリング機構１に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃとを補償することにある。
そこで、実際の車両用操舵装置では、アシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）、ダンピング補償量トルクｄａｍｐ（ｓ）、慣性補償トルクｉｎｅｒ（ｓ）を用いて各種の補償制御が行われている。しかしながら、以下では、簡単のためにアシストマップ補償部２４、ダンピング補償部２５、および慣性補償部２６の出力を全て０に固定し、摩擦補償部２８と戻し補償部２７についての動作のみ説明する。

まず、路面反力トルク検出部１５が出力した路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）を読み込んで制御ユニット１０のメモリに記憶する（ステップＳ５１）。
また、ステアリング軸反力トルク検出部１６が出力したステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）を読み込んでメモリに記憶する（ステップＳ５２）。
次に、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）を読み込んでメモリに記憶する（ステップＳ５３）。

続いて、戻し補償部２７は、路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）と車速信号Ｖ（ｓ）とに基づいて、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）を演算する（ステップＳ５４）。
図７は、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）による効果を示す説明図であり、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）のみを用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを補償した場合における、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとのリサージュ波形を示している。
図７において、戻し補償部２７にゲインｋ２およびリミッタｒｅｔ＿ｌｉｍを設定することにより、ハンドル角θに対する路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配を大きくしてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを増加させ、リミッタ値に到達した後は路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配を平行に保つことができる。

また、摩擦補償部２８は、ステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）と車速信号Ｖ（ｓ）とに基づいて、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）を演算する（ステップＳ５５）。
図８は、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）による効果を示す説明図であり、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）のみを用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを補償した場合における、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとのリサージュ波形を示している。
図８において、摩擦補償部２８にゲインｋ１およびリミッタｆｒｉｃ＿ｌｉｍを設定することにより、ステアリング機構１全体に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（ヒステリシス幅）を低減させるとともに、路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配を小さくしてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを低減させることができる。

次に、加算器２９は、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）と戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）とを加算して、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力し（ステップＳ５６）、図７の処理を終了する。

図９は、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）および摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）による効果を示す説明図であり、戻し補償トルクｒｅｔ（ｓ）および摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）を用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを補償した場合における、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとのリサージュ波形を示す説明図である。
図９において、戻し補償部２７および摩擦補償部２８にゲインｋ２およびｋ１とリミッタｒｅｔ＿ｌｉｍとｆｒｉｃ＿ｌｉｍを設定することにより、ハンドル角θに対する路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配を大きくしてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを増加させるとともに、ステアリング機構１全体に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（ヒステリシス幅）を低減させ、リミッタ値に到達した後は路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配を平行に保つことができる。

なお、図９の例では、理想的なハンドル角θに対する路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配が小さく、理想的なハンドル角θに対する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃが大きい場合を例にして説明したが、車両の種別によって路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配および全体摩擦トルクＴｆｒｉｃは異なる。
しかしながら、車両の特性が異なる場合においても、図５に示すようにゲインｋ１およびｋ２、あるいはリミッタｒｅｔ＿ｌｉｍおよびｆｒｉｃ＿ｌｉｍを設定することにより、理想的な路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配および全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（ヒステリシス幅）を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置によれば、制御ユニット１０に設けられたアシストトルク決定部１９が、ステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）および路面反力トルクＴａｌｉｇｎ（ｓ）に基づいてアシストモータ７にアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるためのアシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力し、モータ電流決定部２０が、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）に基づいてアシストモータ７にアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるための目標電流値Ｉｍｔｒ（ｔ）を出力して、車両のステアリング機構１全体に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃと路面反力トルクＴａｌｉｇｎの勾配とを補償する。
そのため、ドライバに路面反力感を与えるとともに全体摩擦トルクＴｆｒｉｃを補償することができ、常に操舵フィーリングを向上させることができる。

また、操舵トルクＴｈｄｌが０の場合やモータ速度が０の場合であっても、摩擦補償を行うことが可能となるため、運転状態に応じて常に操舵フィーリングを向上させることができる。

また、カント路など操舵トルクＴｈｄｌと横方向加速度の関係が一意に定まらない場合や横方向加速度検出手段を有していない車両に対しても制御を実施することが可能となるとともに、横方向加速度検出手段を必要としないので、コストダウンを図ることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）およびステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）は、それぞれ状態量検出器１２から得られるとして説明したが、これに限られるものではなく、各種の信号から演算して求められてもよい。
ここでは、実施の形態１と同種のものについては、同一符号の後に「Ａ」を付して、詳述は省略する。

図１０は、この発明の実施の形態２に係る制御ユニット１０Ａの要部示す機能ブロック図である。
図１０において、制御ユニット１０Ａは、規範トルク勾配値演算部３０と、ハンドル角検出部３１と、摩擦トルク演算部３２（摩擦トルク検出手段）と、乗算器３３と、加算器３４とを有している。また、制御ユニット１０Ａには、図１に示した状態量検出器１２からの出力は入力されず、ハンドル角検出器５からハンドル角θが入力される。
これらの各ブロックは、路面反力トルク検出部１５およびステアリング軸反力トルク検出部１６の前段に設けられている。

規範トルク勾配値演算部３０には、車速検出部１３の出力した車速信号Ｖ（ｓ）に対応するゲインＫａｌｉｇｎが記憶されており、規範トルク勾配値演算部３０は、入力された車速信号Ｖ（ｓ）に基づいて、ゲインＫａｌｉｇｎを演算する。
ハンドル角検出部３１は、ハンドル角検出器５が出力したハンドル角θを受けてハンドル角信号θ（ｓ）を出力する。
乗算器３３では、ゲインＫａｌｉｇｎとハンドル角θとが乗算されて、路面反力トルクＴａｌｉｇｎが演算される。ハンドル角信号θ（ｓ）を用いた路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、最も単純な形として次式（９）で表される。

Ｔａｌｉｇｎ＝Ｋａｌｉｇｎ・θ・・・（９）

摩擦トルク演算部３２には、車速検出部１３の出力した車速信号Ｖ（ｓ）に対応するステアリング機構１全体に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃが記憶されており、摩擦トルク演算部３２は、入力された車速信号Ｖ（ｓ）とハンドル角検出器５が出力したハンドル角θとに基づいて、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃを演算する。全体摩擦トルクＴｆｒｉｃは、次式（１０）で表される。

Ｔｆｒｉｃ＝ｆ（Ｖ）・・・（１０）

加算器３４では、式（９）で表される路面反力トルクＴａｌｉｇｎと、式（１０）で表される全体摩擦トルクＴｆｒｉｃとが加算されて、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎが演算される。ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、最も単純な形として式（９）および式（１０）より、次式（１１）で表される。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

Ｔｔｒａｎ＝Ｋａｌｉｇｎ・θ＋ｆ（Ｖ）・・・（１１）

ステアリング機構１の全体摩擦トルクＴｆｒｉｃは、一般的に一定値であるが、車速Ｖが上がってくるとタイヤ９の回転に伴う振動によってディザトルク効果が発生する。式（１１）から得られるステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、ディザトルク効果による路面反力トルクＴａｌｉｇｎに対する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（ヒステリシス幅）の低減が補償された値となる。

以下、図１１のフローチャートを参照しながら、上記構成の車両用操舵装置の動作について説明する。
なお、本実施の形態の特徴は、車速信号Ｖ（ｓ）およびハンドル角θを用いて路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよびステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算することにある。
そのため、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略し、路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよびステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算する動作のみ説明する。

まず、車速検出部１３が出力した車速信号Ｖ（ｓ）を読み込んでメモリに記憶する（ステップＳ６１）。
また、ハンドル角検出部３１が出力したハンドル角信号θ（ｓ）を読み込んでメモリに記憶する（ステップＳ６２）。
続いて、規範トルク勾配値演算部３０は、車速信号Ｖ（ｓ）に基づいて、ゲインＫａｌｉｇｎを演算する（ステップＳ６３）。

次に、乗算器３３は、ゲインＫａｌｉｇｎとハンドル角θとを乗算して、路面反力トルクＴａｌｉｇｎを演算する（ステップＳ６４）。
また、摩擦トルク演算部３２は、車速信号Ｖ（ｓ）とハンドル角θとに基づいて、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃを演算する（ステップＳ６５）。
続いて、加算器３４は、路面反力トルクＴａｌｉｇｎと全体摩擦トルクＴｆｒｉｃとを加算して、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算し（ステップＳ６６）、図１１の処理を終了する。

この発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置によれば、車速信号Ｖ（ｓ）およびハンドル角θを用いて路面反力トルクＴａｌｉｇｎおよびステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算するので、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとハンドル角θとの関係が比例関係にならない領域においても、ハンドル角θに応じた補償制御をすることができ、運転状態に応じて常に操舵フィーリングを向上させることができる。

なお、上記実施の形態１では、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎおよび路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、状態量検出器１２によって検出され、上記実施の形態２では、車速信号Ｖ（ｓ）およびハンドル角θを用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算したが、これに限定されるものではなく、式（３）および式（４）に基づいて、操舵トルクＴｈｄｌおよびモータ検出電流Ｉｍｔｒを用いて演算されてもよい。
また、路面反力トルクＴａｌｉｇｎについても、例えば特開２００３−３１２５２１号公報に示された推定法を用いて演算されてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１および２と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１および２では、図８に示すように全てのハンドル角θについて摩擦補償をするとして説明した。しかしながら、路面反力トルクＴａｌｉｇｎの大きな領域では、アシストマップ補償部２４が出力したアシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）によって、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃが十分に補償される場合がある。そのため、この領域においては、アシストマップ補償部２４と摩擦補償部２８との干渉が生じるという問題点があった。

そこで、路面反力トルクＴａｌｉｇｎの大きさに基づいて摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）の大きさが可変設定されることが望ましい。
以下に、路面反力トルクＴａｌｉｇｎを用いて摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）を可変設定する処理について説明する。
ここでは、実施の形態１と同種のものについては、同一符号の後に「Ａ」を付して、詳述は省略する。

図１２は、この発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置のアシストトルク決定部１９に設けられた摩擦補償部２８Ａを詳細に示すブロック図である。
図１２において、摩擦補償部２８Ａは、ゲイン選択部３５と、乗算器３６とを有しており、路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）、ステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）および車速信号Ｖ（ｓ）が入力される。また、摩擦補償部２８Ａには、実施の形態１および２と同様に、ゲインｋ１およびリミッタｆｒｉｃ＿ｌｉｍが与えられている。

ゲイン選択部３５には、路面反力トルクＴａｌｉｇｎに対応するゲインＫｇａｉｎ＿ａｌｉｇｎが記憶されており、入力された路面反力トルクＴａｌｉｇｎが大きくなるにつれて小さなゲインＫｇａｉｎ＿ａｌｉｇｎを出力するようになっている。
乗算器３６では、ゲインｋ１で増幅されたステアリング軸反力トルク信号Ｔｔｒａｎ（ｓ）とゲインＫｇａｉｎ＿ａｌｉｇｎとが乗算される。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

図１３は、図１２に示した摩擦補償部２８Ａの出力した摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）のみを用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを補償した場合の、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎとのリサージュ波形を示す説明図である。
図１３において、摩擦補償部２８Ａの出力した摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）を用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを補償することにより、アシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）によって、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃが補償されない領域（摩擦補償ターゲット領域）において、ステアリング機構１全体に発生する全体摩擦トルクＴｆｒｉｃ（ヒステリシス幅）を低減させることができる。

この発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置によれば、摩擦補償部２８Ａは、ゲイン選択部３５と乗算器３６とを有し、路面反力トルクＴａｌｉｇｎの大きさに応じて摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）の大きさを可変設定する。
そのため、路面反力トルクＴａｌｉｇｎが大きく、アシストマップ補償トルクｍａｐ（ｓ）によって、全体摩擦トルクＴｆｒｉｃが十分に補償される場合には、摩擦補償トルクｆｒｉｃ（ｓ）が小さく設定されて、アシストマップ補償部２４と摩擦補償部２８Ａとの干渉を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置のステアリング機構を示す構成図である。 ハンドル角とステアリング軸反力トルクとの一般的な関係を示す説明図である。 図１の制御ユニットとアシストモータとを示すブロック図である。 図３のアシストトルク決定部を詳細に示すブロック図である。 戻し補償部および摩擦補償部に設定されたゲインの関係とリミッタの関係とを示す説明図である。 図１に示した車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 図４に示した戻し補償トルクによる効果を示す説明図である。 図４に示した摩擦補償トルクによる効果を示す説明図である。 図４に示した戻し補償トルクおよび摩擦補償トルクによる効果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る制御ユニットの要部示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る車両用操舵装置のアシストトルク決定部に設けられた摩擦補償部を詳細に示すブロック図である。 図１２に示した摩擦補償部の出力した摩擦補償トルクのみを用いてステアリング軸反力トルクを補償した場合の、ハンドル角θとステアリング軸反力トルクとのリサージュ波形を示す説明図である。

符号の説明

１ ステアリング機構、２ ハンドル、３ ステアリング軸、５ ハンドル角検出器（ハンドル角検出手段）、６ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、７ アシストモータ（モータ）、９ タイヤ（車輪）、１０、１０Ａ 制御ユニット、１１ 車速検出器（車速検出手段）、１２ 状態量検出器（ステアリング軸反力トルク検出手段、路面反力トルク検出手段）、２７ 戻し補償部（第２補償手段）、２８、２８Ａ 摩擦補償部（第１補償手段）、３２ 摩擦トルク演算部（摩擦トルク検出手段）、Ｔｈｄｌ 操舵トルク、Ｔａｓｓｉｓｔ アシストトルク、Ｔｔｒａｎ ステアリング軸反力トルク、Ｔａｌｉｇｎ 路面反力トルク、Ｔｆｒｉｃ 全体摩擦トルク、ｆｒｉｃ（ｓ） 摩擦補償トルク、ｒｅｔ 戻し補償トルク、Ｉｍｔｒ（ｔ） 目標電流値、Ｖ 車速、ｋ１、ｋ２、Ｋａｌｉｇｎ、Ｋｇａｉｎ＿ａｌｉｇｎ ゲイン、ｒｅｔ＿ｌｉｍ、ｆｒｉｃ＿ｌｉｍ リミッタ、θ ハンドル角。

Claims (11)

1. 車両のドライバによる操舵トルクを補助するためのアシストトルクを発生するモータと、
   前記車両のステアリング軸に生じ、ヒステリシス特性を有するステアリング軸反力トルクを検出するステアリング軸反力トルク検出手段と、
   前記車両の車輪が路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、
   前記モータを駆動させるための目標電流値を算出する目標電流算出手段と
   を備え、
   前記目標電流算出手段は、
   前記ステアリング軸反力トルクに基づいて前記アシストトルクを補償する第１補償量を算出する第１補償手段と、
   前記路面反力トルクに基づいて前記アシストトルクを補償する第２補償量を算出する第２補償手段と
   を含み、
   前記目標電流算出手段は、
   前記第１補償量および前記第２補償量に基づいて、前記車両のステアリング機構全体に発生する全体摩擦トルクと前記路面反力トルクの勾配とを補償するように前記目標電流を算出すること
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記第１補償量は、前記ドライバの操舵方向に前記アシストトルクを補償する補償量であり、前記第２補償量は、前記ドライバの反操舵方向に前記アシストトルクを補償する補償量であることを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記路面反力トルクは、前記ステアリング軸反力トルクから前記全体摩擦トルクを減算して得られることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記ステアリング軸反力トルク検出手段は、
   前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と
   を備え、
   前記ステアリング軸反力トルクは、前記操舵トルクおよび前記モータ電流に基づいて算出されること
   を特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
5. 前記ステアリング軸反力トルク検出手段は、
   前記車両のハンドルのハンドル角を検出するハンドル角検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記車両のステアリング機構全体に発生する前記全体摩擦トルクを検出する摩擦トルク検出手段と
   を備え、
   前記ステアリング軸反力トルクは、前記ハンドル角、前記車速および前記全体摩擦トルクに基づいて算出されること
   を特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記路面反力トルク検出手段は、
   前記車両のハンドルのハンドル角を検出するハンドル角検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と
   を備え、
   前記路面反力トルクは、前記ハンドル角および前記車速に基づいて算出されること
   を特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
7. 前記第１補償量は、前記全体摩擦トルクよりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
8. 前記車両の車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記第１補償量の上下限値は、前記車速に基づいて可変設定されることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
9. 前記第１補償量は、前記路面反力トルクに基づいて可変設定されることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
10. 前記第１補償量および前記第２補償量を算出するゲインは、前記車両の種別に応じて可変設定されることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。
11. 前記第１補償量および前記第２補償量を算出するリミッタ値は、前記車両の種別に応じて可変設定されることを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の車両用操舵装置。

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