JP6409821B2 - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリングを制御する制御装置に関する。

電動パワーステアリングを制御するための様々な制御技術が開発されてきている（特許文献１及び２を参照）。特許文献１は、運転者の操舵を補助するアシストトルクを演算するときの演算負荷を低減する技術を開示する。特許文献２は、適切なアシストトルクを出力するだけでなく、ハンドルへ伝達される振動を低減する機能を発揮する制御技術を開示する。

特開２０１６−５８０号公報 特開２０１６−２２９２７号公報

図９は、車両に搭載されたステアリング機構の性能評価に利用されるグラフを示す。図９を参照して、ステアリング機構の性能評価が説明される。

図９のグラフの横軸は、操舵角（すなわち、ステアリングホイールの回転角）を表す。「０°」の操舵角は、車両が直進するときのステアリングホイールの回転位置を意味する。図９のグラフに関して、運転者は、「１２０°」だけステアリングホイールを回転している。ステアリングホイールは、「１２０°」の操舵角で保持された後、「０°」の操舵角に戻されている。

図９のグラフの縦軸は、上述のステアリングホイール操作の間に、運転者がステアリングホイールに与えることを要求される要求トルクを表す。図９のグラフは、２つの曲線ＦＷＣ，ＲＴＣを示す。曲線ＦＷＣは、「０°」から「１２０°」への操舵角の変化の下での要求トルクの変化を表す。曲線ＲＴＣは、「１２０°」から「０°」への操舵角の変化の下での要求トルクの変化を表す。

曲線ＦＷＣ，ＲＴＣの間での要求トルクの差は、「ヒステリシス」と称される。ヒステリシスは、ステアリング機構の性能を評価するための１つの指標として利用される。ヒステリシスが、「１２０°」の操舵角において過度に大きいならば、ステアリング機構の応答性は悪くなる。

上述の制御技術は、ヒステリシスの低減に取り組んでいない。上述の制御技術の下では、ヒステリシスの低減のために、様々な制御パラメータの変更が要求される。

本発明は、ヒステリシスの簡便な低減を可能にする制御技術を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る電動パワーステアリングの制御装置は、運転者がステアリングホイールを回転させたときにステアリングシャフトに生じた操舵トルクに対応する第１アシストゲインを決定するゲイン決定部と、前記ステアリングホイールの回転方向の変化に応じて、前記第１アシストゲインを調整し、第２アシストゲインを生成するゲイン調整部と、を備える。前記運転者が、前記ステアリングホイールを所定の回転位置へ回転させるときに前記運転者に要求される第１トルクと前記回転位置で前記ステアリングホイールを保持するのに前記運転者に要求される第２トルクとの間の差として定義されるヒステリシスが低減されるように、前記ゲイン調整部は、前記第２アシストゲインを生成する。前記第２アシストゲインは、以下の数式によって表される。前記ヒステリシスの調整量は、正の値である。

上記構成によれば、ゲイン調整部は、運転者が、ステアリングホイールを所定の回転位置へ回転させるときに運転者に要求される第１トルクと回転位置でステアリングホイールを保持するのに運転者に要求される第２トルクとの間の差を低減するので、ヒステリシスは、適切に低減される。制御装置を設計する設計者は、ゲイン調整部の設定を変更し、電動パワーステアリングに適切なヒステリシス特性を簡便に与えることができる。制御装置を設計する設計者は、ヒステリシスの調整量を決定し、ヒステリシスを容易に低減することができる。

上記構成に関して、制御装置は、前記操舵トルクと前記ステアリングホイールの前記回転方向とを表す操舵信号を生成する信号生成部を更に備えてもよい。前記ゲイン調整部は、前記操舵トルクの向きと前記ステアリングホイールの前記回転方向が一致しているか否かを判定する判定部と、前記判定部が、前記操舵トルクの前記向きが前記ステアリングホイールの前記回転方向に一致していないと判定するときに、前記第２アシストゲインを生成する生成部と、を含んでもよい。

上記構成によれば、判定部が、操舵トルクの向きがステアリングホイールの回転方向に一致していないと判定するときに、生成部は、第２アシストゲインを生成するので、ゲイン決定部は、ステアリングホイールが所定の回転位置へ回転されるときに実行される演算処理と同じ演算処理を、ステアリングホイールが所定の回転位置から戻されるときにも実行することができる。したがって、制御装置の演算負荷は、過度に大きくならない。

上記構成に関して、制御装置は、操舵をアシストするアシストトルクを出力するモータと、前記アシストトルクを前記操舵トルクに応じて算出するトルク演算部と、を更に備えてもよい。前記ゲイン調整部は、前記第１アシストゲイン又は前記第２アシストゲインを選択的に出力ゲインとして前記トルク演算部へ出力するゲイン出力部を含んでもよい。前記生成部が、前記第２アシストゲインを生成すると、前記トルク演算部は、前記操舵トルクと、前記ゲイン出力部から前記出力ゲインとして出力された前記第２アシストゲインと、から前記アシストトルクを算出してもよい。前記判定部が、前記操舵トルクの前記向きが前記ステアリングホイールの前記回転方向に一致していると判定すると、前記トルク演算部は、前記操舵トルクと、前記ゲイン出力部から前記出力ゲインとして出力された前記第１アシストゲインと、から前記アシストトルクを算出してもよい。

上記構成によれば、判定部が、操舵トルクの向きがステアリングホイールの回転方向に一致していると判定すると、トルク演算部は、操舵トルクと、ゲイン出力部から出力ゲインとして出力された第１アシストゲインと、からアシストトルクを算出するので、モータは、ステアリングホイールを所定の回転位置に向けて回転する操作に適合したアシストトルクを出力することができる。生成部が、第２アシストゲインを生成すると、トルク演算部は、操舵トルクと、ゲイン出力部から出力ゲインとして出力された第２アシストゲインと、からアシストトルクを算出するので、モータは、ステアリングホイールを所定の回転位置から戻す操作に適合したアシストトルクを出力することができる。

上記構成に関して、制御装置は、前記アシストトルクに対応する電流を前記モータへ供給する電流供給部を更に備えてもよい。

上記構成によれば、電流供給部は、アシストトルクに対応する電流をモータへ供給するので、モータは、ステアリングホイールを所定の回転位置に向けて回転する操作及びステアリングホイールを所定の回転位置から戻す操作それぞれに適合したアシストトルクを出力することができる。

上述の制御装置は、ヒステリシスの簡便な低減を可能にする。

第１実施形態の制御装置の概念的なブロック図である。 ヒステリシスを表すグラフである。 第２実施形態の制御装置の概念図である。 第３実施形態の制御装置の概念的なブロック図である。 図４に示される制御装置のゲイン調整部が実行する処理を表す概略的なフローチャートである。 第４実施形態の制御装置の概念的なブロック図である。 図６に示される制御装置の記憶部に格納される例示的なデータを概念的に表すグラフである。 第５実施形態の制御装置の概念図である。 車両に搭載されたステアリング機構の性能評価に利用されるグラフを示す。

＜第１実施形態＞
本発明者等は、ステアリングホイールを所定の回転位置へ向けて回転させる操作及びステアリングホイールを所定の回転位置から戻す操作それぞれに対して適切なアシストゲインを出力する制御装置を開発した。第１実施形態において、例示的な制御装置が説明される。

図１は、第１実施形態の制御装置１００の概念的なブロック図である。図１を参照して、制御装置１００が説明される。

制御装置１００は、ゲイン決定部１１０と、ゲイン調整部１２０と、を備える。操舵信号は、ゲイン決定部１１０と、ゲイン調整部１２０と、に入力される。操舵信号は、運転者がステアリングホイール（図示せず）を回転させたときにステアリングシャフト（図示せず）に生じた操舵トルクに関するトルク情報と、ステアリングホイールの回転方向に関する回転方向情報と、を含む。操舵信号は、操舵トルクとステアリングホイールの回転信号とを検出することができるトルクセンサ（図示せず）によって生成されてもよい。代替的に、操舵信号は、操舵トルクを検出するトルクセンサの出力信号とステアリングホイールの回転方向を検出する回転方向センサの出力信号との組み合わせであってもよい。本実施形態の原理は、操舵信号を生成するための特定の装置に限定されない。

操舵信号が、ゲイン決定部１１０に入力されると、ゲイン決定部１１０は、操舵信号に含まれるトルク情報を参照する。ゲイン決定部１１０は、トルク情報によって表される操舵トルクに対応する第１アシストゲインを決定する。ゲイン決定部１１０は、既知のアシストマップに関する様々な技術に基づいて、第１アシストゲインを決定してもよい。したがって、本実施形態の原理は、第１アシストゲインを決定するための特定の方法に限定されない。

ゲイン決定部１１０は、決定された第１アシストゲインを表す第１ゲイン信号を生成する。第１ゲイン信号は、ゲイン決定部１１０からゲイン調整部１２０へ出力される。

ゲイン調整部１２０は、操舵信号と第１ゲイン信号とを受け取る。ゲイン調整部１２０は、操舵信号に含まれる回転方向情報を参照し、ステアリングホイールの回転方向に変化が生じたか否かを判定する。ステアリングホイールの回転方向に変化があるならば、ゲイン調整部１２０は、第１ゲイン信号を処理し、第１アシストゲインとは異なる第２アシストゲインを表す第２ゲイン信号を生成する。他の場合には、ゲイン調整部１２０は、第１ゲイン信号の通過を許容してもよい。ゲイン調整部１２０は、第１ゲイン信号から第２ゲイン信号を生成するように設計されたプログラムであってもよいし、当該プログラムを実行する演算素子（たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ））であってもよい。

図２は、ヒステリシスを表すグラフである。図１及び図２を参照して、制御装置１００が更に説明される。

図２のグラフの横軸は、操舵角（すなわち、ステアリングホイール（図示せず）の回転角）を表す。「０°」の操舵角（以下、「基準位置」と称される）は、車両が直進するときのステアリングホイールの回転位置を意味してもよい。代替的に、「基準位置」との用語に対して、他の定義が与えられてもよい。本実施形態の原理は、「基準位置」の用語の定義によっては何ら限定されない。

図２のグラフに関して、運転者は、基準位置から「Ｘ°（たとえば、１２０°）」だけステアリングホイールを回転している。ステアリングホイールは、「Ｘ°」の操舵角で保持された後、基準位置に戻されている。

図２のグラフの縦軸は、上述のステアリングホイール操作の間に、運転者がステアリングホイールに与えることを要求される要求トルクを表す。図２のグラフは、３つの曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を示す。曲線Ｃ１は、「０°」から「Ｘ°」への操舵角の変化の下での要求トルクの変化を表す。曲線Ｃ２，Ｃ３は、「Ｘ°」から「０°」への操舵角の変化の下での要求トルクの変化を表す。

曲線Ｃ２は、ゲイン調整部１２０が動作する条件下で得られている。曲線Ｃ３は、ゲイン調整部１２０が動作しない条件下で得られている。

「Ｘ°」の操舵角において曲線Ｃ１によって表される要求トルクは、記号「Ｔ１」で表される。「Ｘ°」の操舵角において曲線Ｃ２によって表される要求トルクは、記号「Ｔ２」で表される。「Ｘ°」の操舵角において曲線Ｃ３によって表される要求トルクは、記号「Ｔ３」で表される。本実施形態において、第１トルクは、要求トルクＴ１によって例示される。回転位置は、「Ｘ°」の操舵角によって例示される。

要求トルクＴ１と要求トルクＴ３との差（すなわち、ヒステリシス）は、車両の搭載されたステアリング機構（図示せず）の機械的構造に主に依存する。一般的に、ステアリング機構の機械的な摩擦損失が大きいならば、要求トルクＴ１と要求トルクＴ３との差は大きくなる。

図２は、要求トルクＴ３と要求トルクＴ２との間の差分値を、記号「ΔＴ」で表す。ゲイン調整部１２０は、差分値ΔＴの分だけ、ヒステリシスが低減されるように、第１ゲイン信号を処理し、第２アシストゲインを決定してもよい。

差分値ΔＴ（すなわち、ゲイン調整部１２０がヒステリシス特性に与える調整量）は、制御装置１００を設計する設計者によって予め決定されてもよい。たとえば、設計者は、曲線Ｃ１，Ｃ３に相当するデータを取得し、ステアリング機構の機械的構造によって定まるヒステリシス特性を得てもよい。

図２に示されるグラフに関して、要求トルクＴ１と要求トルクＴ３との間の差は、非常に大きい。このことは、ステアリング機構が、ステアリングホイールに対する運転者の操作に素早く追従しないことを意味する。快適なステアリングホイール操作がもたらされるように（すなわち、要求トルクＴ１と、ステアリングホイールの操舵角を「Ｘ°」に保持するのに必要とされる最小のトルクと、の間の差が小さくなるように）、設計者は、差分値ΔＴを決定することができる。ゲイン調整部１２０が、決定された差分値ΔＴの分だけ、ステアリング機構の機械的構造によって定まる機械的なヒステリシスから差し引かれるように、設計者は、ゲイン調整部１２０が実行するプログラムを変更してもよい。この結果、設計者は、ゲイン決定部１１０を変更することなく、ヒステリシス特性を容易に変更することができる（すなわち、曲線Ｃ１，Ｃ２によって表されるヒステリシス特性を得ることができる）。本実施形態において、第２トルクは、ステアリングホイールの操舵角を「Ｘ°」に保持するのに必要とされる最小のトルクによって例示される。

＜第２実施形態＞
本発明者等は、第１実施形態に関連して説明された制御原理を、数学的モデルに基づき構築した。第２実施形態において、ヒステリシスを低減する制御に関する例示的な数学的モデルが説明される。

図３は、第２実施形態の制御装置１００Ａの概念図である。図１乃至図３を参照して、制御装置１００Ａが説明される。

制御装置１００Ａは、コントローラ１０１と、トルクセンサ２００と、モータ３００と、を備える。コントローラ１０１は、図１を参照して説明されたゲイン決定部１１０及びゲイン調整部１２０を含む。したがって、ゲイン決定部１１０及びゲイン調整部１２０に関する説明は、コントローラ１０１に援用されてもよい。

コントローラ１０１は、ゲイン決定部１１０及びゲイン調整部１２０の機能が得られるように設計されたプログラムを実行するＣＰＵを含む演算回路であってもよい。演算回路は、プログラムが格納されたメモリといった他の様々な電子素子を含んでもよい。代替的に、コントローラ１０１は、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）やゲイン決定部１１０及びゲイン調整部１２０の機能が得られるように設計された他の演算要素であってもよい。本実施形態の原理は、コントローラ１０１に利用される特定の電子部品に限定されない。

トルクセンサ２００は、図１を参照して説明された操舵信号を生成する。操舵信号は、トルクセンサ２００からコントローラ１０１へ出力される。本実施形態において、信号生成部は、トルクセンサ２００によって例示される。

モータ３００は、コントローラ１０１の制御下で、アシストトルクを出力する。

図３は、制御装置１００Ａに加えて、ステアリング機構ＳＴＭと、２つの前輪ＦＷＬと、フロントサブフレームＦＳＦと、２つの懸架装置ＨＤＶと、を示す。トルクセンサ２００は、ステアリング機構ＳＴＭに取り付けられる。モータ３００は、ステアリング機構ＳＴＭに連結され、コントローラ１０１の制御下で、操舵をアシストする。

フロントサブフレームＦＳＦは、車両の前部の最下部の骨組である。エンジン（図示せず）は、フロントサブフレームＦＳＦにマウントされる。２つの懸架装置ＨＤＶそれぞれは、フロントサブフレームＦＳＦとステアリング機構ＳＴＭとに連結される。

ステアリング機構ＳＴＭは、ステアリングホイールＳＴＷ、コラムシャフトＣＳＦと、中間シャフトＩＳＦと、ピニオンラック機構ＰＲＭと、２つのタイロッドＴＲＤと、減速機ＳＲＤと、を含む。コラムシャフトＣＳＦは、ステアリングホイールＳＴＷから下方に延び、中間シャフトＩＳＦに連結される。中間シャフトＩＳＦは、鉛直ロッドＶＲＤと、２つのユニバーサルジョイントＵＪＵ，ＵＪＬと、を含む。鉛直ロッドＶＲＤは、略鉛直に延びる。ユニバーサルジョイントＵＪＵは、鉛直ロッドＶＲＤの上端に取り付けられる。ユニバーサルジョイントＵＪＵは、鉛直ロッドＶＲＤの上端を、コラムシャフトＣＳＦの下端に連結する。ユニバーサルジョイントＵＪＬは、鉛直ロッドＶＲＤの下端に取り付けられる。ユニバーサルジョイントＵＪＬは、鉛直ロッドＶＲＤの下端を、ピニオンラック機構ＰＲＭに連結する。

トルクセンサ２００は、コラムシャフトＣＳＦに取り付けられる。トルクセンサ２００は、ステアリングホイールＳＴＷの回転によってコラムシャフトＣＳＦに生じた操舵トルクを検出する。加えて、トルクセンサ２００は、ステアリングホイールＳＴＷの回転方向を検出する。トルクセンサ２００は、操舵トルクの大きさ及び向き並びにステアリングホイールＳＴＷの回転方向を表す操舵信号を生成する。操舵信号は、トルクセンサ２００からコントローラ１０１へ出力される。コントローラ１０１は、第１実施形態に関連して説明された制御原理に基づいて、モータ３００を制御する。

トルクセンサ２００と同様に、減速機ＳＲＤは、コラムシャフトＣＳＦに取り付けられる。トルクセンサ２００は、減速機ＳＲＤとステアリングホイールＳＴＷとの間に位置する。

モータ３００は、減速機ＳＲＤに連結される。モータ３００が、コントローラ１０１の制御下で生成したアシストトルクは、減速機ＳＲＤに入力される。減速機ＳＲＤは、アシストトルクを所定の減速比で増幅し、コラムシャフトＣＳＦを回転する。中間シャフトＩＳＦは、コラムシャフトＣＳＦとともに回転する。

ピニオンラック機構ＰＲＭは、ピニオンＰＮＮとラックＲＣＫとを含む。ラックＲＣＫは、２つの前輪ＦＷＬの間で略水平に延びる。ピニオンＰＮＮは、ラックＲＣＫに噛み合う。ピニオンＰＮＮは、中間シャフトＩＳＦとともに回転する。この結果、ラックＲＣＫは、２つの前輪ＦＷＬ間で直線的に移動する。

２つのタイロッドＴＲＤは、ラックＲＣＫの両端からそれぞれ延びる。２つのタイロッドＴＲＤは、２つの前輪ＦＷＬにそれぞれ連結される。加えて、２つのタイロッドＴＲＤは、２つの懸架装置ＨＤＶにもそれぞれ連結される。ラックＲＣＫの直線運動は、２つのタイロッドＴＲＤを通じて、２つの前輪ＦＷＬに伝達される。この結果、２つの前輪ＦＷＬの向きが変えられる。

コラムシャフトＣＳＦに生ずる総トルクは、ステアリングホイールＳＴＷを回転する運転者がコラムシャフトＣＳＦに与える操舵トルクと、モータ３００がラックＲＣＫを通じてコラムシャフトＣＳＦに与えるアシストトルクと、の和として定義される。すなわち、コラムシャフトＣＳＦに生ずる総トルクは、以下の数式によって定義される。

コラムシャフトＣＳＦに生ずる総トルクは、図１を参照して説明されたゲイン決定部１１０から出力される第１アシストゲインを用いて、以下の数式によって再定義される。

上述の数式中のパラメータ「Ｔ_ｈ１」は、図２を参照して説明された要求トルクＴ１に相当する。

制御装置１００Ａを設計する設計者は、図１を参照して説明されたゲイン調整部１２０を起動させることなく、ステアリング機構ＳＴＭのヒステリシス特性に関するデータ（たとえば、図２に示されるグラフ）を採ってもよい。得られたデータは、ステアリング機構ＳＴＭの機械的特性（たとえば、摩擦損失）に主に起因する機械的なヒステリシスである。設計者は、得られたデータを参照し、ヒステリシス特性の調整量を決定してもよい。このとき、ヒステリシス特性の調整量は、以下の数式によって定義されてもよい。

上述の数式中のパラメータ「ΔＴ_ｈ」は、図２に示される差分値ΔＴに相当する。上述の数式中のパラメータ「Ｔ_ｈ２」は、機械的ヒステリシスの不存在下において、ゲイン調整部１２０によって達成されるべき要求トルクを意味してもよい。パラメータ「ΔＴ_ｈ」は、正の値である（すなわち、Ｔ_ｈ２＞Ｔ_ｈ１）。パラメータ「ΔＴ_ｈ」の値に相当するヒステリシスは、ステアリング機構ＳＴＭの機械的ヒステリシスから差し引かれる。この結果、ヒステリシスは、減少する。

コラムシャフトＣＳＦに生ずる総トルクは、パラメータ「Ｔ_ｈ２」と、ゲイン調整部１２０から出力される第２アシストゲインと、を用いて、以下の数式によって再定義される。

上述の数式３及び５から、以下の等式が成立する。

上述の等式から、第２アシストゲインは、以下の数式によって定義される。

パラメータ「Ｔ_ｈ１」の値は、操舵信号に含まれるトルク情報によって決定される。ゲイン調整部１２０は、上述の数式を演算処理し、第２アシストゲイン（すなわち、パラメータ「Ｋ_ａ２」の値）を定めてもよい。

制御装置１００Ａを設計する設計者は、パラメータ「Ｔ_ｈ２」の値を、固定値として、ゲイン調整部１２０（図１を参照）に格納してもよい。代替的に、設計者は、パラメータ「Ｔ_ｈ２」の値を、パラメータ「Ｔ_ｈ１」の値に対応付けてもよい。この場合、ゲイン調整部１２０は、パラメータ「Ｔ_ｈ１」，「Ｔ_ｈ２」の対応関係に関する情報をルックアップテーブルとして格納してもよい。あるいは、ゲイン調整部１２０は、パラメータ「Ｔ_ｈ２」をパラメータ「Ｔ_ｈ１」の関数として記憶してもよい。

パラメータ「ΔＴ_ｈ」は、正の値として定義されるので、制御装置１００Ａは、ステアリングホイールＳＴＷの操舵角が「Ｘ°」に保持されているときのヒステリシスが減少するように、モータ３００を制御することができる。

＜第３実施形態＞
設計者は、上述の実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々な制御装置を設計することができる。第３実施形態において、例示的な制御装置が説明される。

図４は、第３実施形態の制御装置１００Ｂの概念的なブロック図である。図２乃至図４を参照して、制御装置１００Ｂが説明される。上述の実施形態の説明は、上述の実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。

第２実施形態と同様に、制御装置１００Ｂは、トルクセンサ２００と、モータ３００と、を備える。第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ｂは、コントローラ１０１Ｂを更に備える。第１実施形態と同様に、コントローラ１０１Ｂは、ゲイン決定部１１０を含む。第１実施形態の説明は、ゲイン決定部１１０に援用される。

コントローラ１０１Ｂは、ゲイン調整部１２０Ｂと、トルク演算部１３０と、電流供給部１４０と、を更に含む。第１ゲイン信号は、ゲイン決定部１１０からゲイン調整部１２０Ｂへ出力される。ステアリングホイールＳＴＷ（図３を参照）が、基準位置（すなわち、「０°」の操舵角：図２を参照）から「Ｘ°」の操舵角（図２を参照）へ回転されている間、ゲイン調整部１２０Ｂは、第１ゲイン信号の通過を許容する。このとき、トルク演算部１３０は、第１ゲイン信号を、ゲイン調整部１２０Ｂを通じて受け取ることができる。ゲイン調整部１２０Ｂは、ステアリングホイールＳＴＷ（図３を参照）が、「Ｘ°」の操舵角から基準位置に戻されている間、ゲイン調整部１２０Ｂは、第２実施形態に関連して説明された算出技術を用いて、第２アシストゲインを決定し、決定された第２アシストゲインを表す第２ゲイン信号を生成する。このとき、トルク演算部１３０は、第２ゲイン信号を、ゲイン調整部１２０Ｂから受け取ることができる。

操舵信号は、トルクセンサ２００からトルク演算部１３０へ出力される。トルク演算部１３０は、ゲイン調整部１２０Ｂから出力された出力ゲイン（すなわち、第１アシストゲイン又は第２アシストゲイン）と、操舵信号に含まれるトルク情報と、を用いて、アシストトルクを算出する。例えば、トルク演算部１３０は、出力ゲインを、操舵信号によって表される操舵トルクに乗算し、アシストトルクを決定してもよい。アシストトルクを決定するための既知の様々な演算技術が、トルク演算部１３０の処理に適用可能である。したがって、本実施形態の原理は、トルク演算部１３０が実行する特定の演算処理に限定されない。

トルク演算部１３０は、出力ゲインと操舵トルクとからアシストトルクが算出されるように設計されるプログラムを実行するＣＰＵや他の演算回路であってもよい。本実施形態の原理は、トルク演算部１３０として用いられる特定の演算素子に限定されない。

トルク演算部１３０は、決定されたアシストトルクを表すアシストトルク情報を生成する。アシストトルク情報は、トルク演算部１３０から電流供給部１４０へ出力される。

電流供給部１４０は、アシストトルク情報に基づいて、モータ３００へ供給される電流の大きさを決定する。アシストトルクから電流値への変換処理は、モータ３００の入出力特性に依存する。したがって、本実施形態の原理は、アシストトルクから電流値を算出するための特定の演算処理に限定されない。

電流供給部１４０は、決定された値の電流を、モータ３００へ供給する。モータ３００は、供給された電流に応じたアシストトルクを出力する。アシストトルクは、減速機ＳＲＤ（図３を参照）へ入力される。電流供給部１４０は、電流を生成するように設計された電流生成回路であってもよい。電流生成回路は、アシストトルクから電流値への変換処理用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵや電力を出力する電源を含んでもよい。

ゲイン調整部１２０Ｂは、判定部１２１と、生成部１２２と、ゲイン出力部１２３と、を含む。操舵信号は、トルクセンサ２００から判定部１２１へ出力される。第１ゲイン信号は、ゲイン決定部１１０から判定部１２１へ出力される。

判定部１２１は、運転者がコラムシャフトＣＳＦ（図３を参照）に与えた操舵トルクの向きにコラムシャフトＣＳＦの回転方向が一致しているか否かを判定する。本実施形態において、ステアリングシャフトは、コラムシャフトＣＳＦによって例示される。

たとえば、運転者が、ステアリングホイールＳＴＷを時計回りに回転させているとき、操舵信号に含まれる回転方向情報は、「正」の値を表してもよい。一方、運転者が、ステアリングホイールＳＴＷを反時計回りに回転させているとき、操舵信号に含まれる回転方向情報は、「負」の値を表してもよい。コラムシャフトＣＳＦに生じた操舵トルクが、時計回りの方向であるならば、操舵信号に含まれるトルク情報は、「正」の値を表してもよい。一方、コラムシャフトＣＳＦに生じた操舵トルクが、反時計回りの方向であるならば、操舵信号に含まれるトルク情報は、「負」の値を表してもよい。

操舵信号に関する上述の出力特性の下では、回転方向情報及びトルク情報によって表される値の符号が一致しているならば、判定部１２１は、操舵トルクの向きにコラムシャフトＣＳＦの回転方向が一致していると判定することができる。回転方向情報及びトルク情報によって表される値の符号が一致していないならば、判定部１２１は、操舵トルクの向きにコラムシャフトＣＳＦの回転方向が一致していないと判定することができる。

操舵トルクの向きにコラムシャフトＣＳＦの回転方向が一致していると判定した判定部１２１は、第１ゲイン信号を、ゲイン出力部１２３へ出力する。第１ゲイン信号は、ゲイン出力部１２３からトルク演算部１３０へ、出力ゲインを表す信号として出力される。この場合、トルク演算部１３０は、第１ゲイン信号によって表される第１アシストゲインを用いて、アシストトルクを演算する。

操舵トルクの向きにコラムシャフトＣＳＦの回転方向が一致していないと判定した判定部１２１は、第１ゲイン信号と操舵信号とを、生成部１２２へ出力する。生成部１２２は、第１ゲイン信号と操舵信号とを用いて、第２実施形態に関連して説明された演算技術に基づいて、第２アシストゲインを算出する。生成部１２２は、その後、第２アシストゲインを表す第２ゲイン信号を生成する。第２ゲイン信号は、ゲイン出力部１２３を通じて、生成部１２２からトルク演算部１３０へ出力される。この場合、トルク演算部１３０は、第２ゲイン信号によって表される第２アシストゲインを用いて、アシストトルクを演算する。

図５は、ゲイン調整部１２０Ｂが実行する処理を表す概略的なフローチャートである。図４及び図５を参照して、ゲイン調整部１２０Ｂが実行する処理が説明される。

（ステップＳ１１０）
判定部１２１は、第１ゲイン信号及び操舵信号の受信を待つ。判定部１２１が、第１ゲイン信号及び操舵信号の両方を受信するならば、ステップＳ１２０が実行される。他の場合には、ステップＳ１１０が繰り返される。

（ステップＳ１２０）
判定部１２１は、回転方向情報及びトルク情報によって表される値の符号が一致しているか否かを判定する。回転方向情報及びトルク情報によって表される値の符号が一致しているならば、ステップＳ１３０が実行される。他の場合には、ステップＳ１４０が実行される。

（ステップＳ１３０）
ゲイン出力部１２３は、出力ゲインを表す信号として、第１ゲイン信号を出力する。

（ステップＳ１４０）
生成部１２２は、第２実施形態に関連して説明された演算技術に基づいて、第２アシストゲインを算出する。生成部１２２は、その後、算出された第２アシストゲインを表す第２ゲイン信号を生成する。第２ゲイン信号の生成の後、ステップＳ１５０が実行される。

（ステップＳ１５０）
ゲイン出力部１２３は、出力ゲインを表す信号として、第２ゲイン信号を出力する。

＜第４実施形態＞
制御装置は、車速に適合するようにゲインを変更してもよい。第４実施形態において、車速に適合するゲインを生成する制御装置が説明される。

図６は、第４実施形態の制御装置１００Ｃの概念的なブロック図である。図６を参照して、制御装置１００Ｃが説明される。第３実施形態の説明は、第３実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。

第３実施形態と同様に、制御装置１００Ｃは、トルクセンサ２００と、モータ３００と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ｃは、コントローラ１０１Ｃと、車速センサ４００と、を更に備える。第３実施形態と同様に、コントローラ１０１Ｃは、ゲイン調整部１２０Ｂと、トルク演算部１３０と、電流供給部１４０と、を含む。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

コントローラ１０１Ｃは、ゲイン決定部１１０Ｃを更に含む。ゲイン決定部１１０Ｃは、読取部１１１と、記憶部１１２と、を含む。車速センサ４００は、車速パルスから車両の速度を判別する。車速センサ４００は、判別された車両の速度を表す車速信号を生成する。車速信号は、車速センサ４００から読取部１１１へ出力される。

記憶部１１２は、車速に対応する第１アシストゲインに関する情報を格納する。読取部１１１は、車速信号から車速を読み取る。読取部１１１は、読み取られた車速に対応する第１アシストゲインを記憶部１１２から読み出す。読取部１１１は、読み出された第１アシストゲインを表す第１ゲイン信号を生成する。第１ゲイン信号は、読取部１１１から判定部１２１へ出力される。記憶部１１２は、一般的なメモリ素子であってもよい。読取部１１１は、メモリ素子からのデータの読出処理並びに読み出されたデータから信号を生成する信号生成処理用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵや他の演算素子であってもよい。

図７は、記憶部１１２に格納される例示的なデータを概念的に表すグラフである。図３、図５乃至図７を参照して、記憶部１１２に格納されるデータが説明される。

図７のグラフの横軸は、トルクセンサ２００から出力された操舵信号によって指示される操舵トルクを表す。図７のグラフの縦軸は、第１アシストゲインを表す。図７のグラフは、「１０ｋｍ／ｈ」、「３０ｋｍ／ｈ」、「８０ｋｍ／ｈ」及び「１５０ｋｍ／ｈ」の車速に対応する４つの直線を示す。４つの直線それぞれは、操舵トルクと第１アシストゲインとの間の関係を表す。

車速が、「８０ｋｍ／ｈ」であるとき、車速センサ４００は、「８０ｋｍ／ｈ」の車速を表す車速信号を生成する。車速信号は、車速センサ４００から読取部１１１へ出力される。

トルクセンサ２００は、コラムシャフトＣＳＦに生じた操舵トルクを検出する。操舵トルクが、「８Ｎｍ」であるならば、トルクセンサ２００は、「８Ｎｍ」の操舵トルクを表す操舵信号を生成する。操舵信号は、トルクセンサ２００から読取部１１１へ出力される。

読取部１１１は、「８０ｋｍ／ｈ」の車速及び「８Ｎｍ」の操舵トルクに対応する第１アシストゲインを記憶部１１２から読み出す。図７に関して、「８０ｋｍ／ｈ」の車速及び「８Ｎｍ」の操舵トルクに対応する第１アシストゲインは、「５」である。読取部１１１は、「５」の値の第１アシストゲインを表す第１ゲイン信号を生成する。第１ゲイン信号は、判定部１２１へ出力される。

ゲイン調整部１２０Ｂは、第３実施形態に関連して説明された信号処理原理に基づいて、第１ゲイン信号を処理する。図５を参照して説明されたステップＳ１２０において、操舵トルクの向きが、ステアリングホイールＳＴＷ（図３を参照）の回転方向と一致していると判定部１２１が判定するならば、第１ゲイン信号は、ゲイン出力部１２３を通じて、判定部１２１からトルク演算部１３０へ出力される。ステップＳ１２０において、操舵トルクの向きが、ステアリングホイールＳＴＷ（図３を参照）の回転方向と一致していないと判定部１２１が判定するならば、第１ゲイン信号は、生成部１２２へ出力される。

生成部１２２は、第２実施形態に関連して説明された演算処理を実行し、第２アシストゲインを決定する。設計者が、生成部１２２が実行する演算プログラムにおいて、パラメータ「ΔＴ_ｈ」（第２実施形態を参照）に、「２」の値を与えているならば、生成部１２２は、「６．３」の値の第２アシストゲインを算出することができる。生成部１２２は、決定された第２アシストゲインを表す第２ゲイン信号を生成する。第２ゲイン信号は、ゲイン出力部１２３を通じて、生成部１２２からトルク演算部１３０へ出力される。

＜第５実施形態＞
上述の実施形態に関連して説明された制御原理は、様々なステアリング機構の制御に利用可能である。第５実施形態において、ステアリング機構のピニオンに連結されたモータを有する例示的な制御装置が説明される。

図８は、第５実施形態の制御装置１００Ｄの概念図である。図３及び図８を参照して、制御装置１００Ｄが説明される。上述の実施形態の説明は、上述の実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。

第４実施形態と同様に、制御装置１００Ｄは、コントローラ１０１Ｃと、トルクセンサ２００と、車速センサ４００と、を備える。第４実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

図３と同様に、図８は、２つの前輪ＦＷＬと、フロントサブフレームＦＳＦと、２つの懸架装置ＨＤＶと、を示す。第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

図３は、ステアリング機構ＳＴＮを更に示す。図３を参照して説明されたステアリング機構ＳＴＭと同様に、ステアリング機構ＳＴＮは、ステアリングホイールＳＴＷ、コラムシャフトＣＳＦと、中間シャフトＩＳＦと、ピニオンラック機構ＰＲＭと、２つのタイロッドＴＲＤと、を含む。ステアリング機構ＳＴＭとは異なり、ステアリング機構ＳＴＮは、減速機ＳＲＤ（図３を参照）を有していない。

制御装置１００Ｄは、モータ３００Ｄを備える。モータ３００Ｄは、ラックＲＣＫに連結される。コントローラ１０１Ｃを設計する設計者は、ステアリング機構ＳＴＮの機械的なヒステリシス特性に適合するように、パラメータ「ΔＴ_ｈ」（第２実施形態を参照）を決定してもよい。ステアリング機構ＳＴＮの機械的なヒステリシス特性が大きいならば、設計者は、パラメータ「ΔＴ_ｈ」を正の値に設定してもよい。この場合、制御装置１００Ｄは、ヒステリシスを低減することができる。

上述の様々な実施形態の原理は、車両に対する要求に適合するように、組み合わされてもよい。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された制御装置に適用されてもよい。

上述の実施形態の原理は、様々な車両の設計に好適に利用される。

１００，１００Ａ〜１００Ｄ・・・・・・・・・・制御装置
１１０，１１０Ｃ・・・・・・・・・・・・・・・ゲイン決定部
１２０，１２０Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・ゲイン調整部
１２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・判定部
１２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・生成部
１２３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ゲイン出力部
１３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・トルク演算部
１４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・電流供給部
２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・トルクセンサ
３００，３００Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・モータ
ＣＳＦ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・コラムシャフト
ＳＴＷ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ステアリングホイール

Claims (4)

1. 運転者がステアリングホイールを回転させたときにステアリングシャフトに生じた操舵トルクに対応する第１アシストゲインを決定するゲイン決定部と、
   前記ステアリングホイールの回転方向の変化に応じて、前記第１アシストゲインを調整し、第２アシストゲインを生成するゲイン調整部と、を備え、
   前記運転者が、前記ステアリングホイールを所定の回転位置へ回転させるときに前記運転者に要求される第１トルクと前記回転位置で前記ステアリングホイールを保持するのに前記運転者に要求される第２トルクとの間の差として定義されるヒステリシスが低減されるように、前記ゲイン調整部は、前記第２アシストゲインを生成し、
   前記第２アシストゲインは、以下の数式によって表され、
   前記ヒステリシスの調整量は、正の値である
   電動パワーステアリングの制御装置。
   

   
2. 前記操舵トルクと前記ステアリングホイールの前記回転方向とを表す操舵信号を生成する信号生成部を更に備え、
   前記ゲイン調整部は、前記操舵トルクの向き及び前記ステアリングホイールの前記回転方向が一致しているか否かを判定する判定部と、前記判定部が、前記操舵トルクの前記向きが前記ステアリングホイールの前記回転方向に一致していないと判定するときに、前記第２アシストゲインを生成する生成部と、を含む
   請求項１に記載の制御装置。
3. 操舵をアシストするアシストトルクを出力するモータと、
   前記アシストトルクを前記操舵トルクに応じて算出するトルク演算部と、を更に備え、
   前記ゲイン調整部は、前記第１アシストゲイン又は前記第２アシストゲインを選択的に出力ゲインとして前記トルク演算部へ出力するゲイン出力部を含み、
   前記生成部が、前記第２アシストゲインを生成すると、前記トルク演算部は、前記操舵トルクと、前記ゲイン出力部から前記出力ゲインとして出力された前記第２アシストゲインと、から前記アシストトルクを算出し、
   前記判定部が、前記操舵トルクの前記向きが前記ステアリングホイールの前記回転方向に一致していると判定すると、前記トルク演算部は、前記操舵トルクと、前記ゲイン出力部から前記出力ゲインとして出力された前記第１アシストゲインと、から前記アシストトルクを算出する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記アシストトルクに対応する電流を前記モータへ供給する電流供給部を更に備える
   請求項３に記載の制御装置。

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