JP2023019006A - ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減させる。
【解決手段】ステアリングシステムであって、ステアリングシャフトを含む操舵機構と、前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する。
【選択図】図２

Description

本願発明は、ステアリングシステムおよびその制御方法、並びにプログラムに関する。

近年、車両において、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ－Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）や自動運転（ＡＤ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｄｒｉｖｉｎｇ）の機能を実現するために、パワーステアリング装置においても様々な技術が開発されている。例えば、バスやトラックにてＡＤＡＳやＡＤを実現することを考える。量産されているバスやトラックの大半は、油圧パワーステアステアリング（ＨＰＳ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を搭載している。このような車両に対しては、既存のＨＰＳを残しつつ、パワーステアリングシステムの上段部分に出力が比較的小さい電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を搭載する構成により、自動運転等に対応させることが考えられる。このような構成においては、例えば、コラムＥＰＳを利用することが可能である。

例えば、特許文献１では、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成において、トーションバーのねじれ設定をＥＰＳ側とＨＰＳ側とで異ならせることにより、ＨＰＳの故障の際にＥＰＳを動作させる構成が開示されている。

また、特許文献２では、大型トラックやバス等の車両を想定して、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成が開示されている。この構成において、ＥＰＳは、車線維持支援機能を動作させる際の操舵アクチュエータとして作動したり、通常動作時にＨＰＳと協働して操舵アシストを行ったりすることが記載されている。

特許第６２２２４２７号公報 特開２００６－２６４６２２号公報

しかしながら、ＨＰＳの上側にコラムＥＰＳを搭載した場合、コラムＥＰＳを構成する減速機やモータなどの摩擦に起因して、マニュアルコラムを搭載した従来のＨＰＳの構成と比較して操舵が重くなったり、ハンドル戻りが悪化したりする等の操舵性の問題が生じる。

上記の先行技術文献では、ＥＰＳとＨＰＳが組み合わされた構成については開示されているものの、それらの組み合わせによる操舵性の悪化については十分に考慮されていなかった。

上記課題を鑑み、本願発明は、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵感の悪化を低減することを目的とする。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、ステアリングシステムであって、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とする。

また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、
ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラムを提供する。

本願発明により、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

油圧パワーステアリング装置の概要構成の例を示す概略図。 油圧パワーステアリング装置と電動パワーステアリング装置の両方の機能を備えるステアリングシステムの概要構成の例を示す概略図。 本願発明の一実施形態に係る機能構成の例を示す図。 本願発明の一実施形態に係る静摩擦補償機能の概念構成を示すブロック図。 本願発明の一実施形態に係る静摩擦補償機能を説明するためのグラフ図。 本願発明の一実施形態に係る動摩擦補償機能の概念構成を示すブロック図。 本願発明の一実施形態に係る動摩擦補償機能を説明するためのグラフ図。 本願発明の一実施形態に係るフェード切替を説明するためのグラフ図。 本願発明の一実施形態に係る検証結果を説明するためのグラフ図。 マニュアルコラムによる作動トルクの例を説明するためのグラフ図。

以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。

＜第１の実施形態＞
以下、本願発明の第１の実施形態について説明を行う。なお、以下に示す電動パワーステアリング装置の構成は一例であり、本願発明は、転舵装置を含むステアリングシステム全般に適用可能である。

［構成概要］
まず、本願発明のステアリングシステムの構成を説明する前に、その比較対象として、従来の油圧パワーステアリング装置の構成について説明する。上述したように、例えば、バスやトラックなどの車両においては、油圧パワーステアリング装置（ＨＰＳ）が搭載されていることが想定される。

図１Ａは、油圧パワーステアリング装置１００の概要構成の例を示す図である。ステアリングホイール１は、ドライバが転舵操作を行うための転舵輪である。ステアリングホイール１の操舵軸２は、マニュアルコラムを含んで構成され、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６を経てロータリ制御バルブ７へ接続される。操舵軸２、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６などを含んでステアリングシャフトが構成される。ロータリ制御バルブ７は、油圧ポンプ８を介してタンク９から供給されるオイルを油圧チャンバ１０へと供給する。ロータリ制御バルブ７は、ステアリングホイール１から伝達された操舵力や、路面からの反力などにより油圧チャンバ１０へのオイルの流量を制御する。油圧チャンバ１０により、ステアリングボックス１１内部のパワーシリンダ（不図示）が駆動される。図１Ａには示していないが、ステアリングボックス１１内には、ステアリングホイール１からの操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン、ピニオンに嵌合するラックなどが含まれる。ピニオンに伝達された回転運動が、ラックで車幅方向の直進運動に変換される。パワーシリンダによる駆動力は左右の接続部１２ａ、１２ｂ、タイロッド１３ａ、１３ｂ、およびハブユニット１４ａ、１４ｂを介して操向車輪１５ａ、１５ｂに連結されている。

次に本実施形態に係る電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の構成例について説明する。上述したように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、従来、ＨＰＳを備えるバスなどの車両に対し、自動運転（ＡＤ）や先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）による走行制御を可能とすることを想定する。ＡＤＡＳによる機能としては、車線維持機能や車線変更機能などが挙げられるが、その種類は特に限定するものではない。

図１Ｂは、本実施形態に係るステアリングシステム１１０の概要構成の例を示す図である。操向車輪１５側（以下、下流側とも称する）のＨＰＳの構成は図１Ａと同様としつつ、ステアリングホイール１側（以下、上流側とも称する）において、マニュアルコラムに代えてＥＰＳの機能部３０を備える。つまり、操舵軸２、ユニバーサルジョイント４ａ、中間軸５、ユニバーサルジョイント４ｂ、ベベルギア６などを含んで構成されるステアリングシャフトにＥＰＳの機能部３０が備えられる。ここでは、下流側に位置するＨＰＳの説明は省略する。

操舵軸２には、トーションバー（不図示）に対して加えられる操舵トルクＴを検出するトルクセンサ３１が設けられている。また、トルクセンサ３１は、操舵軸２のステアリングホイール１側（上流側）の軸周りの回転角を示す操舵角θ_ｈや、操舵軸２のユニバーサルジョイント４ａ側（下流側）の軸周りの回転角を示す出力軸角θ_ｃを検出するような構成であってよい。つまり、トルクセンサ３１は、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃの差によって生じるトーションバーのねじれに基づき、操舵トルクＴを検出する。更に、トルクセンサ３１を介して、ＥＰＳ－ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３２に対し、操舵トルクＴ、回転角θの情報が通知される。

なお、図１Ｂでは、トルクセンサ３１としてまとめて記載しているが、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃそれぞれを検出するためのセンサとして、操舵角センサと出力軸角センサが別個に構成されてもよい。したがって、トルクセンサ３１の構成は特に限定するものではなく、例えば、トーションバーのねじれからトルクを検出するスリーブタイプやリングタイプなどが用いられてよい。また、上記の構成では、操舵トルクＴは、操舵角θ_ｈと出力軸角θ_ｃの差によって生じるトーションバーのねじれに基づいて検出されているが、これに限定するものではない。例えば、トーションバーのステアリングホイール１側の角度信号と、ユニバーサルジョイント４ａ側の角度信号の差を用いて、操舵トルクＴを検出してもよい。

ステアリングホイール１に対する操舵力を補助する操舵補助モータ３３が、減速ギアを構成するウォーム３４およびウォームホイール３５を介して操舵軸２に連結されている。ＥＰＳを制御するコントローラであるＥＰＳ－ＥＣＵ３２には、不図示のバッテリから電力が供給される。なお、操舵軸２に対して操舵補助力を付与する手段は、モータに限るものではなく、様々な種類のアクチュエータを利用可能であってよい。

ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、トルクセンサ３１で検出された操舵トルクＴや回転角θ、および車両側ＥＣＵ４０から提供される各種情報に基づいてアシスト指令値としての電流指令値の演算を行う。車両側ＥＣＵ４０から提供される情報としては、車速センサ（不図示）で検出された車速Ｖ_ｈなどが挙げられる。そして、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、操舵トルクＴに基づく電流指令値と、運転支援機能に基づく電流指令値とに応じた出力電圧Ｖ_ｍによって操舵補助モータ３３に供給する電力を制御する。操舵補助モータ３３は、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２からの出力電圧Ｖ_ｍに基づき、ウォーム３４やウォームホイール３５を動作させ、ステアリングホイール１に対するアシスト制御を行う。また、出力電圧Ｖ_ｍに応じて操舵補助モータ３３に印加されたモータ電流Ｉ_ｍが、モータ電流検出部（不図示）により検出され、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知される。また、操舵補助モータ３３のモータ角θ_ｍが、エンコーダやレゾルバなどにて構成されるモータ角センサ（不図示）により検出され、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知される。

ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってよい。記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリを含んでよい。以下に説明するＥＰＳ－ＥＣＵ３２の機能は、例えばＥＰＳ－ＥＣＵ３２のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

なお、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成されてもよい。例えば、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えば、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）等を有していてもよい。

車両側ＥＣＵ４０についても、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２と同様の構成であってもよいし、ＡＤやＡＤＡＳにて実現する機能に応じて別個の構成であってもよい。また、車両側ＥＣＵ４０は複数のＥＣＵにて実現されてもよい。

上述したようなＥＰＳの機能部３０が操舵軸２周りに備えられることにより、図１Ａにて示したような油圧パワーステアリング装置１００の構成よりも操舵軸２周りの摩擦が生じる。その結果、その摩擦に起因して操舵性が悪化することが想定される。これは例えば、操舵補助モータ３３や、ウォーム３４やウォームホイール３５などの各部位と、操舵軸２との接触面における摩擦が操舵性の悪化の原因となりうる。本実施形態では、このような操舵性の悪化を抑制するような制御を行う。より具体的には、本実施形態では、操舵軸２周りの機能部３０に起因するクーロン摩擦（静摩擦および動摩擦）に対する補償値を導出し、それにより、操舵補助モータ３３の制御を行う。

［機能構成］
図２は、本実施形態に係るＥＰＳ－ＥＣＵ３２における摩擦補償機能に係る機能構成の例を示すブロック図である。図２において、矢印はデータの流れの例を示すが、ここで示す流れに限定するものではなく、部位間が連携する場合に他のデータの送受信が更に行われてもよい。また、図２では、本実施形態に係る機能のみを示すが、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は他の機能を実現するための構成を更に備えていてよい。例えば、アシスト指令値を算出するための部位や、ＡＤＡＳ機能に対応した各種処理を行うための部位が更に備えられてよい。

クーロン摩擦補償部２００は、静摩擦補償部２１０、動摩擦補償部２２０、およびフェード切替部２３０を含んで構成される。静摩擦補償部２１０は、トルクセンサ３１にて検出された操舵トルクＴを入力とし、静摩擦に起因する静摩擦補償値Ｆ_ｓを導出する。動摩擦補償部２２０は、操舵速度ωを入力とし、動摩擦に起因する動摩擦補償値Ｆ_ｄおよび操舵状態判別フラグＬ_ｓを導出する。操舵速度ωは、トルクセンサ３１にて検出された操舵角θ_ｈに基づいて、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２の操舵速度算出部（不図示）により算出される。なお、操舵速度ωは、トルクセンサ３１側で導出し、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２に通知するような構成であってもよい。また、操舵速度ωはモータ角θ_ｍを微分することにより求めてもよい。フェード切替部２３０は、静摩擦補償値Ｆ_ｓ、動摩擦補償値Ｆ_ｄ、および操舵状態判別フラグＬ_ｓの値に基づいて、クーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを算出するためのパラメータの切り替え、クーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを導出する。

（静摩擦補償部）
図３は、本実施形態に係る静摩擦補償部２１０の機能構成の例を示すブロック図である。静摩擦補償部２１０は、入力フィルタ部２１１、トルクヒステリシス中心演算部２１２、減算部２１３、および静摩擦ゲイン部２１４を含んで構成される。

入力フィルタ部２１１は、入力された操舵トルクＴのノイズ除去を目的として構成される。入力フィルタ部２１１は、例えばＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）やＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）などにて構成されるが、特に限定されるものではない。ここで用いられるフィルタは、フィルタ次数として１次もしくは２次にて構成されてよい。以下の式（１）は、１次フィルタの伝達関数の例を示す。なお、以下の各式において、ｚ^－１は、各変数の１サンプル過去の値を示す。

トルクヒステリシス中心演算部２１２は、入力フィルタ部２１１による処理が適用された後の操舵トルクＴ_ｆと、任意のトルクヒステリシス幅ΔＴに基づいて、トルクヒステリシス中心値Ｙを算出する。トルクヒステリシス幅ΔＴの値は、予め設定され、記憶部（不図示）等に保持されている。本実施形態において、トルクヒステリシス中心値Ｙは以下の式（２）により算出される。なお、以下の式は一例であり、条件や式は別のものが用いられてもよい。

条件１：Ｔ_ｆ＞Ｙｚ^－１＋ΔＴの場合
Ｙ＝Ｔ_ｆ－ΔＴ
条件２：Ｔ_ｆ＜Ｙｚ^－１－ΔＴの場合
Ｙ＝Ｔ_ｆ＋ΔＴ
条件３：条件１または条件２に当てはまらない、または、その他の場合
Ｙ＝Ｙｚ^－１ …（２）

減算部２１３は、入力フィルタ部２１１が適用された後の操舵トルクＴ_ｆから、トルクヒステリシス中心演算部２１２にて算出されたトルクヒステリシス中心値Ｙを減算する（Ｔ_ｆ－Ｙ）。

静摩擦ゲイン部２１４は、減算部２１３から得られた値に対して以下の式（３）に示すようにゲインＧ_ｓをかけることで、静摩擦補償値Ｆ_ｓを算出する。ゲインＧ_ｓは、予め規定され、そのパラメータは保持されている。
Ｆ_ｓ＝Ｇ_ｓ（Ｔ_ｆ－Ｙ） …（３）

図４は、操舵トルクＴ_ｆの変化に伴う、静摩擦補償値Ｆ_ｓの変化を示すグラフ図である。図４において、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、横軸は時間［ｓ］を示す。トルク値において＋（プラス）はステアリングホイール１の反時計回り（ＣＣＷ）の値を示し、－（マイナス）はステアリングホイール１の時計回り（ＣＷ）の値を示す。

（動摩擦補償部）
図５は、本実施形態に係る動摩擦補償部２２０の機能構成の例を示すブロック図である。動摩擦補償部２２０は、符号化部２２１、絶対値化部２２２、操舵状態判別部２２３、乗算部２２４、および動摩擦ゲイン部２２５を含んで構成される。

符号化部２２１は、操舵速度ωに基づき、転舵方向を示す符号を導出する。ここでは、符号化関数ｓｉｇｎ（ω）により符号を導出することで、＋１（すなわち、正）または－１（すなわち、負）が得られる。例えば、＋１の場合は反時計回りの転舵方向を示し、－１の場合は時計回りの転舵方向を示す。なお、これが逆であってもよい。

絶対値化部２２２は、操舵速度ωの絶対値｜ω｜を導出する。

操舵状態判別部２２３は、絶対値｜ω｜を用いて、以下の式（４）により操舵状態を判別し、操舵状態を示す操舵状態判別フラグＬ_ｓを出力する。なお、閾値ω_ｔｈは、予め規定され、記憶部（不図示）等にて保持されている。
条件１：｜ω｜≧ω_ｔｈの場合
Ｌ_ｓ＝１（動作状態）
条件２：｜ω｜＜ω_ｔｈの場合
Ｌ_ｓ＝０（静止状態） …（４）

乗算部２２４は、符号化部２２１の出力と、操舵状態判別部２２３にて出力された操舵状態判別フラグＬ_ｓの値を掛け合わせる。乗算部２２４により、１、０、－１のいずれかの値が出力される。

動摩擦ゲイン部２２５は、乗算部２２４から得られた値に対して、ゲインＧ_ｄをかけることで、動摩擦補償値Ｆ_ｄを算出する。すなわち、動摩擦補償部２２０により得られる動摩擦補償値Ｆ_ｄは、以下の式（５）にて表すことができる。
Ｆ_ｄ＝Ｇ_ｄ・Ｌ_ｓ・ｓｉｇｎ（ω） …（５）

図６は、操舵速度ωの変化に伴う、動摩擦補償値Ｆ_ｄの変化を示すグラフ図である。図６において、縦軸は操舵速度［ｄｅｇ／ｓ］を示し、横軸は時間［ｓ］を示す。操舵速度値において＋（プラス）はステアリングホイール１の反時計回り（ＣＣＷ）の値を示し、－（マイナス）はステアリングホイール１の時計回り（ＣＷ）の値を示す。

（フェード切替部）
本実施形態に係るフェード切替部２３０は、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値の変化に応じて、動摩擦補償値Ｆ_ｄと静摩擦補償値Ｆ_ｓの値それぞれの割合を切り替えるように制御する。ここでは、動摩擦補償値Ｆ_ｄの割合を動摩擦割合Ｐ_ｄにて示し、静摩擦補償値Ｆ_ｓの割合を静摩擦割合Ｐ_ｓにて示す。

図７は、フェード切替部２３０による各補償値の割合の切り替えを説明するためのグラフ図である。図７（ａ）は、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値の変化を示す図である。図７（ａ）において、縦軸は操舵状態判別フラグＬ_ｓの値を示し、横軸は時間［ｍｓ］を示す。なお、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値は、上記の式（４）に示すように０と１を取るが、グラフでは制御周期の間で０と１の間を変化したように図示されている。図７（ｂ）は、動摩擦割合Ｐ_ｄと静摩擦割合Ｐ_ｓの変化を示すグラフ図である。図７（ｂ）において、縦軸は割合［％］を示し、横軸は時間［ｍｓ］を示す。図７（ａ）と図７（ｂ）の時間軸は対応している。

本実施形態において、Ｌ_ｓ＝０の場合、Ｐ_ｓ＝１００％とし、Ｐ_ｄ＝０％とする。また、Ｌ_ｓ＝１の場合、Ｐ_ｓ＝３０％とし、Ｐ_ｄ＝１００％とする。さらに、本実施形態では、補償値の急激な変化を低減することを目的として、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値が変化したことに起因して、各割合を徐々に変化させるように制御する。例えば、図７（ａ）の１０ｍｓのタイミングで操舵状態判別フラグＬ_ｓの値が０から１へと変化している。その際には、静摩擦割合Ｐ_ｓは、１００％から０％に向けて徐々に低下するが、３０％に下限設定されて、３０％で一定となる。このとき、変化には、約７ｍｓほど要している（９～１６ｍｓの区間）。また、動摩擦割合Ｐ_ｄは、０％から１００％に向けて徐々に上昇する。このとき、変化には約１０ｍｓほど要している（９～１９ｍｓの区間）。

同様に、図７（ａ）の３０ｍｓのタイミングで操舵状態判別フラグＬ_ｓの値が１から０へと変化している。その際には、静摩擦割合Ｐ_ｓは、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値が変化した一定の時間経過後、３０％から１００％に向けて徐々に上昇する。このとき、変化には、約７ｍｓほど要している（３２～３９ｍｓの区間）。また、動摩擦割合Ｐ_ｄは、操舵状態判別フラグＬ_ｓの値が変化したタイミングで、１００％から０％に向けて徐々に低下する。このとき、変化には約１０ｍｓほど要している（２９～３９ｍｓの区間）。

なお、図７に示した割合の切り替え条件は一例であり、これに限定するものではない。例えば、静摩擦補償はトルク変動を軽減する効果が期待できるため、静摩擦割合の最小値を０％とせずに３０％とした。しかし、静摩擦割合の最小値を０％として制御してもよい。また、静摩擦割合と動摩擦割合の変動比率（すなわち、割合が最大値から最小値、または最小値から最大値に変化する際の単位時間当たりの変化量）は同じとしたが、それぞれが異なるように制御してもよい。また、割合を上昇させる場合と減少させる場合とでは異なる変動比率で変動させてもよい。

また、図７の例では、静摩擦割合Ｐ_ｓが上昇する場合には、操舵状態判別フラグＬ_ｓが１から０に変化したタイミングではなく、このタイミングから一定程度の時間が経過した後、上昇を開始した例を示したが、それらのタイミングを一致させてもよい。この場合には、割合の上下限値や変動比率に応じて、変化させるタイミングを調整してよい。また、図７の例では変動比率を直線、すなわち、一定にて制御しているが、曲線にて示される変動比率より割合を変化させてもよい。

そして、フェード切替部２３０は、図７に示した方法にて決定した静摩擦割合Ｐ_ｓおよび動摩擦割合Ｐ_ｄを用いて、以下の式（６）により、クーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを導出する。
Ｆ_ｃ＝Ｐ_ｓ・Ｆ_ｓ＋Ｐ_ｄ・Ｆ_ｄ …（６）

その後、ＥＰＳ－ＥＣＵ３２は、導出したクーロン摩擦補償値Ｆ_ｃを操舵補助モータ３３に対する制御値に反映させることで、操舵補助モータ３３への出力電圧Ｖ_ｍを調整する。ここでの調整により、図１Ａにて示したような油圧パワーステアリング装置１００の操舵性に近づくように、すなわち、マニュアルコラムにおける操舵感に近づくようにステアリングシステム１１０は制御される。

（動作例）
図８は、本実施形態に係るクーロン摩擦補償の有無により動作させた結果を示す図である。図８において、横軸はステアリングホイール１の回転角［ｄｅｇ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）の回転角を示し、－（マイナス）の値は時計回りの回転角（ＣＷ）を示す。また、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）のトルク値を示し、－（マイナス）の値は時計回りのトルク値を示す。

図８に示すように本実施形態に係るクーロン摩擦補償が無しの場合、±１．３Ｎｍの作動トルク（摩擦トルク）が生じ得る。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が有りの場合、±０．２Ｎｍの作動トルクとなり、その作動トルクの大きさを抑制することができる。更に、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が無しの場合、上下限値付近である＋１．３Ｎｍや－１．３Ｎｍ付近の振れ幅（変動幅）が大きく、その振れ幅は０．５Ｎｍ程度となっている。一方、本実施形態に係るクーロン摩擦補償が有りの場合、上下限値付近である＋０．２Ｎｍや－０．２Ｎｍ付近の振れ幅が小さいものとなっている。これにより、本実施形態に係るクーロン摩擦補償では、ＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成であっても、操舵性を向上させることができている。

図９は、図１Ａに示した油圧パワーステアリング装置のマニュアルコラムの測定結果を示す図である。図９において、横軸はステアリングホイール１の回転角［ｄｅｇ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）の回転角を示し、－（マイナス）の値は時計回り（ＣＷ）の回転角を示す。また、縦軸はトルク値［Ｎｍ］を示し、＋（プラス）の値は反時計回り（ＣＣＷ）のトルク値を示し、－（マイナス）の値は時計回り（ＣＷ）のトルク値を示す。図９と図８とを比較した場合、従来のＥＰＳとＨＰＳを組み合わせた構成では、トルク変動が大きくなっていたのに対し、本実施形態に係るクーロン摩擦補償を適用することで、ＥＰＳを備えていないＨＰＳの操舵性に近づけることができている。そのため、操舵性の悪化を抑制することが可能となっている。

以上、本実施形態により、電動パワーステアリングと油圧パワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
また、電動パワーステアリング装置の構成は、図１に示した構成に限定するものではない。例えば、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１側、すなわち、転舵機構側と、操向車輪１５側、すなわち、転舵機構側とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Ｓｔｅｅｒ－Ｂｙ－Ｗｉｒｅ）機構により構成されていてもよい。

なお、ステアバイワイヤ機能において、下流側は、油圧パワーステアリング装置であってもよいし、モータによる電動パワーステアリング装置であってもよい。この場合でも、例えば、上流側の電動パワーステアリング装置のモータや減速機の構成に起因する摩擦を補償するような制御が行われてよい。

また、本願発明において、上述した１以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。

また、動摩擦補償値Ｆ_ｄを、式（４）および式（５）に基づいて演算される形態として説明したが、これらに代えて、下記の式（７）および式（８）に基づいて演算してもよい。
条件１：｜ω｜≧ω_ｔｈの場合
Ｌ_ｓ＝１（動作状態）
Ｇ_ｄｓ＝１
条件２：｜ω｜＜ω_ｔｈの場合
Ｌ_ｓ＝０（静止状態）
Ｇ_ｄｓ＝ ｜ω｜／ω_ｔｈ …（７）
Ｆ_ｄ＝Ｇ_ｄ・Ｇ_ｄｓ・ｓｉｇｎ（ω） …（８）
このようにすることで、操舵速度ωが±ω_ｔｈの範囲で、動摩擦補償値Ｆ_ｄを滑らかに変化させることができる。式（７）ではＧ_ｄｓは直線的に変化するが、操舵速度に応じて曲線状に変化するマップを介してＧ_ｄｓを設定してもよい。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

（２） 前記クーロン摩擦の補償値は、前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値に基づいて導出され、
前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対するトルクのヒステリシスの中心値に基づいて、前記静摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（１）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、トルクのヒステリシスに基づいて、より精度良く静摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。

（３） 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記動摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（２）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、電動パワーステアリング装置が備えられたステアリングシャフトの操舵速度に基づいて、より精度良く動摩擦に対する補償値を導出することが可能となる。

（４） 前記制御部は、
前記ステアリングシャフトに対する操舵状態を判別し、
前記判別した操舵状態に基づいて、前記静摩擦の補償値および前記動摩擦の補償値の割合を切り替えて前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする（３）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、操舵状態に基づいて動摩擦および静摩擦の補償値の割合を調整することが可能となる。その結果、より精度良くクーロン摩擦の補償値を導出することが可能となる。

（５） 前記割合において、前記静摩擦の補償値の最小の割合と、前記動摩擦の補償値の最小の割合とは異なる、ことを特徴とする（４）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値を適切な割合で組み合わせることが可能となる。

（６） 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで同じである、ことを特徴とする（４）または（５）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率を共通にて制御することが可能となる。

（７） 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで異なる、ことを特徴とする（４）または（５）に記載のステアリングシステム。
この構成によれば、動摩擦の補償値と静摩擦の補償値の変動比率をそれぞれ別の値にて制御することが可能となる。

（８） 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする（１）～（７）のいずれかに記載のステアリングシステム。
この構成により、電動パワースアテリング装置に含まれるモータおよび減速機に起因したクーロン摩擦を対象として制御を行うことが可能となる。

（９） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

（１０） ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、電動パワーステアリングと転舵機構のパワーステアリングとを組み合わせた構成において、電動パワーステアリングの構造に起因して生じる操舵性の悪化を低減することが可能となる。

１…ステアリングホイール
２…操舵軸
４ａ，４ｂ…ユニバーサルジョイント
５…中間軸
６…ベベルギア
７…ロータリ制御バルブ
８…油圧ポンプ
９…タンク
１０…油圧チャンバ
１１…ステアリングボックス
１２ａ，１２ｂ…接続部
１３ａ，１３ｂ…タイロッド
１４ａ，１４ｂ…ハブユニット
１５ａ，１５ｂ…操向車輪
３０…機能部
３１…トルクセンサ
３２…ＥＰＳ－ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
３３…操舵補助モータ
３４…ウォーム
３５…ウォームホイール
４０…車両側ＥＣＵ
１００…油圧パワーステアリング装置
１１０…ステアリングシステム

Claims (10)

1. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
   前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
   前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
   前記電動パワーステアリング装置の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステム。
2. 前記クーロン摩擦の補償値は、前記部位の静摩擦および動摩擦の補償値に基づいて導出され、
   前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対するトルクのヒステリシスの中心値に基づいて、前記静摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記制御部は、前記ステアリングシャフトに対する操舵速度に基づいて、前記動摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
4. 前記制御部は、
   前記ステアリングシャフトに対する操舵状態を判別し、
   前記判別した操舵状態に基づいて、前記静摩擦の補償値および前記動摩擦の補償値の割合を切り替えて前記クーロン摩擦の補償値を導出する、ことを特徴とする請求項３に記載のステアリングシステム。
5. 前記割合において、前記静摩擦の補償値の最小の割合と、前記動摩擦の補償値の最小の割合とは異なる、ことを特徴とする請求項４に記載のステアリングシステム。
6. 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで同じである、ことを特徴とする請求項４または５に記載のステアリングシステム。
7. 前記割合の単位時間当たりの変化量は、前記静摩擦の補償値の割合と、前記動摩擦の補償値の割合とで異なる、ことを特徴とする請求項４または５に記載のステアリングシステム。
8. 前記電動パワーステアリング装置は、前記部位としてモータおよび減速機を含む、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のステアリングシステム。
9. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
   前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
   前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
   前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
   を備えるステアリングシステムの制御方法であって、
   前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する、ことを特徴とするステアリングシステムの制御方法。
10. ステアリングシャフトを含む操舵機構と、
    前記ステアリングシャフトの回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、
    前記転舵機構に設けられたパワーステアリング装置と、
    前記操舵機構に設けられた電動パワーステアリング装置と、
    を備えるステアリングシステムを制御するためのコンピュータを、
    前記電動パワーステアリング装置を構成する部位により生じるクーロン摩擦の補償値を導出し、当該補償値を用いて、前記部位を制御するための制御値を出力する制御部として機能させるためのプログラム。

Images