JP3608833B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は電動機の動力をステアリング系に直接作用させ、ドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人が特開平６―１７１５１９号公報に開示したように、従来の電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサをステアリング・ギヤボックス内に配置し、ドライバの操舵により発生するピニオン操舵トルクを検出し、この操舵トルクに基づいて目標アシスト信号を発生してステアリング系に設けた電動機を駆動するよう構成されている。
【０００３】
また、従来の電動パワーステアリング装置は、目標アシスト信号に基づいて電動機から出力される実アシスト量を目標アシスト信号にフィードバックし、目標アシスト信号と実アシスト量の偏差に基づいて電動機を駆動するので、実アシスト量が目標アシスト信号に安定に収束されるよう構成されている。
【０００４】
図１０に従来の電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図を示す。
図１０において、従来の電動パワーステアリング装置６０は、目標アシスト信号発生回路６２および偏差演算回路６３を備えた制御ユニット６１、駆動信号発生回路６４、アシスト量検出器６５、電動機６６から構成される。
【０００５】
制御ユニット６１の目標アシスト信号発生回路６２は、ステアリング・ギヤボックス内に配置された操舵トルクセンサ６７が検出したピニオントルク信号ＴＰを予め設定してある目標アシスト信号Ｔａに変換し、目標アシスト信号Ｔａが偏差演算手段６３に提供される。
【０００６】
一方、電動機６６がステアリング系に作用する操舵補助力はアシスト量検出器６６で検出され、実アシスト量信号Ａｄとして偏差演算手段６３に提供される。
【０００７】
目標アシスト信号Ｔａと実アシスト量信号Ａｄの偏差ΔＩ（＝Ｔａ−Ａｄ）が偏差演算手段６３で演算され、偏差信号ΔＩに基づいて駆動信号発生手段６４が電動機６６を駆動し、ステアリング系に目標アシスト信号Ｔａに等しい実アシスト量信号Ａｄを作用させ、ドライバの操舵力が軽減される。
【０００８】
このように、従来の電動パワーステアリング装置６０は、ステアリング・ギヤボックス内に配置した操舵トルクセンサ６７で検出したピニオントルク信号ＴＰに基づいて電動機６６のステアリング系に作用する操舵補助力が設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置６０は、ステアリング・ギヤボックス内に配置した操舵トルクセンサ６７でピニオントルク信号ＴＰを検出する構成のため、ピニオントルク信号ＴＰにはステアリングホイールの慣性トルクや粘性トルク等の負荷は含まれていない。
【００１０】
実際の操舵においては、ドライバがステアリングホイールに操舵トルクＴＳを作用すると、この操舵トルクＴＳがステアリングホイールの慣性トルクＴＪや粘性トルクＴＤに打ち勝ってステアリングホイールが回転運動を開始し、ピニオンにピニオントルクＴＰが発生する。
【００１１】
ステアリングホイールの慣性係数をＪＳ、ステアリング軸の粘性係数をＤＳ、ステアリングホイールの回転角速度をＮ、ステアリング軸のクーロン摩擦力をＴｆとすると、ピニオントルクＴＰは数１で表される。
【００１２】
【数１】
ＴＰ＝ＴＳ−（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ＋ＤＳ＊Ｎ）±Ｔｆ
【００１３】
数１において、右辺のクーロン摩擦力をＴｆは無視できるが、慣性トルク（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ）および粘性トルク（ＤＳ＊Ｎ）は無視できなく、特にエアバッグ等の装備によりステアリングホイールの慣性係数ＪＳが増加する傾向に有る現在、従来の電動パワーステアリング装置６０の制御では、次の様な課題がある。
【００１４】
急激な操舵を行うと、操舵角加速度（ｄＮ／ｄｔ）の増加に応じて慣性トルク（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ）が大きくなり、ステアリングホイールの操舵トルクＴＳも大きくなってドライバのハンドル操作が重くなる課題がある。
【００１５】
また、路面からの反力により、ステアリングが中立位置に復帰しようとする際、ステアリングホイールの慣性係数ＪＳやステアリング軸の粘性係数ＤＳ等が負荷となって回転方向とは逆向きの数２で表されるピニオン操舵力ＴＰが発生し、このピニオン操舵トルクＴＰが入力となって電動機がステアリングホイールの回転方向とは逆向きの操舵補助力を供給するため、ステアリングが復帰しにくい課題がある。
【００１６】
【数２】
ＴＰ＝ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ＋ＤＳ＊Ｎ
【００１７】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的はステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生させ、操舵フィーリングの改善を図る電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを検出することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいてステアリングホイールに作用する操舵トルクを演算する操舵トルク演算手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク演算手段は、ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度センサからの操舵角速度信号に基づいて粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段、操舵角速度信号の微分値である操舵角加速度信号に基づいて慣性トルクを演算する慣性トルク演算手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを検出するので、ステアリング系の慣性トルクや粘性トルクを含まない操舵トルクを検出し、この操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に補助操舵トルクを作用させることができる。
【００２３】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいて演算する操舵トルク演算手段を備えたので、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを間接的に検出することができる。
【００２４】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク演算手段は、ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度センサからの操舵角速度信号に基づいて粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段、操舵角速度信号の微分値である操舵角加速度信号に基づいて慣性トルクを演算する慣性トルク演算手段を備えたので、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサが検出する操舵トルクを補正してステアリングホイールに作用する操舵トルクを推定することができる。
【００２５】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備えたので、実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
なお、本発明は、操舵トルクセンサをステアリングホイールに配置してドライバの操舵トルクを直接検出し、この操舵トルクに基づいて電動機を駆動することにより、ステアリング系に操舵補助力を付勢させるものである。
【００２７】
図１において、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１７に一体的に設けられたステアリング軸２に自在継ぎ手３ａ、３ｂを備えた連結軸３を介してステアリング・ギアボックス４内に設けたラック＆ピニオン機構５のピニオン５ａに連結されて手動操舵力発生手段６を構成する。
【００２８】
ピニオン５ａに噛み合うラック歯７ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸７は、その両端にタイロッド８を介して転動輪としての左右の前輪９が連結される。
【００２９】
このようにして、ステアリングホイール１７操舵時には通常のラック＆ピニオン式のステアリングを介し、前輪９を転動させて車両の向きを変えている。
【００３０】
手動操舵力発生手段６による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機１０をラック軸７と同軸的に配設し、ラック軸７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１を介して操舵補助力を推力に変換してラック軸７に作用させる。
【００３１】
電動機１０のロータには駆動側ヘリカル・ギア１０ａが一体的に設けられ、駆動側ヘリカル・ギア１０ａはボールねじ機構１１のねじ軸の軸端に一体的に設けられた従動側ヘリカル・ギア１１ａと噛み合わされている。
なお、ボールねじ機構１１のナットはラック軸７に連結されている。
【００３２】
また、ステアリングホイール１７にはドライバの手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２、電動機１０にはステアリング系に作用する実補助トルクを検出する実補助トルクセンサ１４を配置し、それぞれのトルクセンサで検出した操舵トルク信号ＴＳ、実補助トルク信号ＴＡを制御手段１５に提供する。
【００３３】
図２に本発明に係る電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに設けた操舵トルクセンサの一実施例構成図を示す。
図２において、操舵トルクセンサ１２は、例えばステアリングホイール１７と一体的に回転可能な軸に設け、ステアリングホイール１７に作用する操舵トルクに対応して電気抵抗が変化する歪ゲージで構成し、ステアリングホイール１７に作用する操舵トルクに対応した電流信号を操舵トルク信号ＴＳとして検出し、制御手段１５に提供する。
【００３４】
また、ステアリングホイール１７は、例えば軽金属等で構成し、一方、エアバッグ等実装部品１７Ｂはステアリングホイール１７とは独立して固定されたセンターパッド部１７Ａに取付ける構造にし、ステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳおよびステアリング軸の粘性係数ＤＳを無視できる小さな値に設定する。
【００３５】
このように、ステアリングホイール１７に操舵トルクセンサ１２を配置したので、ステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳおよびステアリング軸の粘性係数ＤＳに影響されない操舵トルクを検出することができる。
【００３６】
制御手段１５は、操舵トルク信号ＴＳを目標補助トルク信号Ｔａに変換するとともに、電動機１０が発生し、実補助トルクセンサ１４が検出した実補助トルク信号ＴＡを取込み、目標補助トルク信号Ｔａと実補助トルク信号ＴＡの偏差に基づいて駆動制御信号ＶＯを発生する。
【００３７】
電動機駆動手段１６は、制御手段１５から提供される駆動制御信号ＶＯに基づいて、例えばＰＷＭ駆動の電動機電圧ＶＭで電動機１０を駆動し、電動機１０の動力をステアリング系に作用し、ドライバの操舵力の軽減を図る。
【００３８】
図３は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図である。
電動パワーステアリング装置１は、制御手段１５、操舵トルクセンサ１２、実補助トルクセンサ１４、電動機駆動手段１６、電動機１０を備える。
【００３９】
また、制御手段１５はマイクロプロセッサの各種演算機能、処理機能、メモリを基本にインタフェース手段やＡ／Ｄ変換手段で構成し、操舵トルク変換手段２４Ａ、目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０、駆動制御手段２１、実補助トルク検出手段１８を構成する実補助トルク変換手段１８Ａを備える。
【００４０】
操舵トルク検出手段２４は、操舵トルクセンサ１２と制御手段１５の操舵トルク変換手段２４Ａで構成し、操舵トルクセンサ１２が検出した図１に示すステアリングホイール１７に直接付勢される操舵トルクを電気的に検出したアナログ信号の操舵トルク信号ＴＳを操舵トルク変換手段２４ＡがＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換した操舵トルク信号ＴＤＳを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００４１】
目標補助トルク設定手段１９はＲＯＭ等のメモリで構成し、実験値または設計値に基づいて予め設定した操舵トルク信号ＴＤＳと目標補助トルク信号Ｔａをテーブルデータとして保存しておき、操舵トルク検出手段２４から提供される操舵トルク信号ＴＤＳを対応した目標補助トルク信号Ｔａに変換して偏差信号決定手段２０に供給する。
【００４２】
実補助トルク検出手段１８は、実補助トルクセンサ１４と制御手段１５の実補助トルク変換手段１８Ａで構成し、実補助トルクセンサ１４が検出した電動機１０のモータトルクＴＭのディジタル値を実補助トルク信号ＴＤＭとし、実補助トルク変換手段１８Ａは実補助トルク信号ＴＤＭを操舵目標トルク信号Ｔａと関連付けたディジタル値に変換し、実補助トルク信号ＴＡとして偏差信号決定手段２０に供給する。
【００４３】
偏差信号決定手段２０は偏差演算機能を備え、目標補助トルク設定手段１９からの目標補助トルク信号Ｔａと、実補助トルク検出手段１８からの実補助トルク信号ＴＡの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）を演算し、偏差信号ΔＴを駆動制御手段２１に供給する。
【００４４】
駆動制御手段２１は、偏差信号ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に比例（Ｐ）、積分（Ｉ）および微分（Ｄ）の演算、処理を行うＰＩＤコントローラ、このＰＩＤコントローラからの信号に基づいて電動機１０の発生トルクの方向と大きさを制御するためにオン信号やＰＷＭ（パルス幅変調）信号の混成信号である駆動制御信号ＶＯを発生する信号発生器などを備え、駆動制御信号ＶＯを電動機駆動手段１６に供給して偏差信号ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）を速やかに、かつ安定に０に制御する。
【００４５】
電動機駆動手段１６はスイッチング素子、例えば電動機１０が直流電動機の場合、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるブリッジ回路で構成し、オン信号やＰＷＭ（パルス幅変調）信号の駆動制御信号ＶＯでＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を駆動制御し、駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶＭを供給して電動機１０を駆動する。
【００４６】
電動機１０は、例えば直流電動機やブラシレス・モータ等を用い、電動機駆動手段１６から供給される駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶＭで駆動され、電動機電圧ＶＭに対応した動力を発生し、電動機トルクを操舵補助力としてステアリング系に作用する。
【００４７】
図４に目標補助トルク信号を車両速度に応動した制御手段の一実施例ブロック構成図を示す。
図４において、車両速度検出手段２２を追加し、制御手段１５に補正手段２３を備える。
【００４８】
車両速度検出手段２２は、例えばスリットを有する回転円盤とフォトカプラとからなるスピードメータで構成し、車両速度に比例した周期のパルス電気信号で検出した車速信号ＶＤを補正手段２３に供給する。
【００４９】
補正手段２３は、例えば車速信号ＶＤの増加に反比例する増幅度を有する可変増幅器等で構成し、操舵トルク検出手段２４から供給される操舵トルク信号ＴＤＳを車速信号ＶＤに応じて変更した操舵トルク信号ＴＤＣを目標補助トルク設定手段１９に提供し、目標補助トルク設定手段１９は操舵トルク信号ＴＤＣに対応した目標アシスト信号Ｔａを発生する。
【００５０】
車速信号ＶＤに対応した目標アシスト信号Ｔａと、実補助トルク信号ＴＡの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に基づいて電動機１０を駆動するので、車両速度が低車速から高車速になるにつれて手応えの大きなステアリング操作が実現できる。
【００５１】
このように、本発明に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールに直接付勢される操舵トルクを検出し、この操舵トルクに対応した目標補助トルク信号Ｔａと、電動機が発生するモータトルクに対応し、目標補助トルク信号Ｔａと関連付けた実補助トルクＴＡとの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に基づいて電動機を駆動するので、ステアリング系の慣性トルクや粘性トルクを含まない操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に操舵補助力を供給することができる。
【００５２】
図５は本発明に係る別の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
図５において、電動パワーステアリング装置３０は、操舵トルクセンサ１２と操舵角速度センサ１３をステアリング・ギアボックス４内に設けた点、および制御手段３１を設けた点が図１に示す電動パワーステアリング装置１と異なる。
なお、本発明は、操舵トルクセンサをステアリング・ギアボックス内に配置してドライバの操舵トルクをピニオン操舵トルクとして間接的に検出し、このピニオン操舵トルクに基づいてステアリングホイールに作用する操舵トルクを演算し、この演算した操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に操舵補助力を付勢させるものである。
【００５３】
制御手段３１は、操舵角速度センサ１３が検出した操舵角速度信号Ｎに基づいて、ステアリングホイール１７の慣性トルク、粘性トルクを算出し、数１に基づいて操舵トルクセンサ１２が検出したピニオン操舵トルクＴＰに演算した慣性トルクおよび粘性トルクを加算してステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳを算出するよう構成する。
【００５４】
図６は本発明に係る制御手段の要部ブロック構成図である。
図６において、制御手段３１は、操舵トルク変換手段２４Ａ、操舵角速度検出手段３２の一部を構成する操舵角速度変換手段３２Ａ、操舵トルク演算手段３３、目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０、駆動制御手段２１を備える。
【００５５】
操舵トルク変換手段２４Ａは、操舵トルクセンサ１２が検出したステアリング・ギヤボックス４内のピニオン操舵トルクを電気的に検出したアナログ信号のピニオン操舵トルク信号ＴＰをＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換したピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを操舵トルク演算手段３３に提供する。
【００５６】
操舵角速度変換手段３２Ａは、操舵角速度センサ１３が検出したステアリング軸２の操舵角速度を電気的に検出したアナログ信号の操舵角速度信号ＮをＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換した操舵角速度信号ＮＤを操舵トルク演算手段３３に提供する。
【００５７】
操舵トルク演算手段３３は、慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５、加算手段３６を備える。
慣性トルク演算手段３４は、操舵角速度変換手段３２Ａから提供される操舵角速度信号ＮＤを微分して操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を出力する微分演算手段を備え、慣性トルクＴＪを演算し、慣性トルク信号ＴＪを加算手段３６に供給する。
【００５８】
粘性トルク演算手段３５は、操舵角速度変換手段３２Ａから提供される操舵角速度信号ＮＤに基づいて粘性トルクＴＤを演算し、粘性トルク信号ＴＤを加算手段３６に供給する。
加算手段３６は、慣性トルク信号ＴＪ、粘性トルク信号ＴＤおよびピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを加算し、数１に示すステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳに対応したディジタル値の操舵トルクＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００５９】
目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０および駆動制御手段２１は図３の制御手段１５に示すものと同一構成、同一機能を有するので説明を省略する。
【００６０】
図７に本発明に係る操舵トルク演算手段の一実施例要部ブロック構成図を示す。
図７において、操舵トルク演算手段３３は、慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５、加算手段３６を備える。
【００６１】
慣性トルク演算手段３４は、慣性係数記憶手段４１、微分演算手段４２、乗算手段４３を備える。
慣性係数記憶手段４１はＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値から決定したステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳのデータを設定し、慣性係数信号ＪＳを乗算手段４３に供給する。
【００６２】
微分演算手段４２は微分演算機能を備え、操舵角速度信号ＮＤを微分演算して操舵角加速度（ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算手段４３に供給する。
乗算手段４３は、慣性係数信号ＪＳと操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算し、慣性トルク信号ＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）を加算手段３６に供給する。
【００６３】
粘性トルク演算手段３５は、粘性係数記憶手段４４、乗算手段４５を備える。
粘性係数記憶手段４４はＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値から決定したステアリング軸２の粘性係数ＤＳのデータを設定し、粘性係数信号ＤＳを乗算手段４５に供給する。
乗算手段４５は、粘性係数信号ＤＳと操舵角速度信号ＮＤを乗算し、粘性トルク信号ＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）を加算手段３６に供給する。
【００６４】
加算手段３６は、慣性トルク信号ＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）、粘性トルク信号ＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）およびピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを加算し、ステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳに対応したディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００６５】
このように、電動パワーステアリング装置３０は、制御手段３１に慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５を備え、ピニオン操舵トルク信号ＴＤＰ、慣性トルク信号ＴＪおよび粘性トルク信号ＴＤを加算してステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルク信号ＴＳＯを演算するので、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを推定することができ、操舵トルク信号ＴＳＯに基づいて目標補助トルク信号Ｔａを設定し、目標補助トルク信号Ｔａと実補助トルク信号ＴＡの偏差に基づいて電動機を駆動して実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができる。
【００６６】
図８に本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図を示す。
図８において、操舵トルク演算手段５０は、微分演算手段５２、微分演算手段５３、ステアリングホイールの慣性係数ＪＳを乗算処理する乗算器５４、ステアリング軸の粘性係数ＤＳを乗算処理する乗算器５５を備える。
【００６７】
微分演算手段５２は、ステアリングホイール１７の操舵角をアナログ電気信号で検出してディジタル値に変換する操舵角検出手段５１からの操舵角信号θＤ１を微分演算（ｄθＤ１／ｄｔ）して回転角速度ＮＤを算出し、回転角速度信号ＮＤを微分演算手段５３および乗算器５５に供給する。
【００６８】
微分演算手段５３は、微分演算手段５２から供給される回転角速度信号ＮＤを微分演算して操舵角加速度（ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算器５４に供給する。
【００６９】
乗算器５４は、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）に慣性係数ＪＳを乗算して慣性トルクＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、慣性トルク信号ＴＪを加算手段３６に提供する。
【００７０】
乗算器５５は、微分演算手段５２から供給される回転角速度信号ＮＤに粘性係数ＤＳを乗算して粘性トルクＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）を算出し、粘性トルク信号ＴＤを加算手段３６に提供する。
【００７１】
加算手段３６は、操舵トルク検出手段２４からのピニオン操舵トルク信号ＴＤＰ、乗算器５４からの慣性トルク信号ＴＪおよび乗算器５５を加算処理し、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００７２】
また、ラック軸７にストロークセンサ等の変位検出手段を有する場合、操舵トルク信号ＴＳＯを演算することができる。
ピニオン操舵トルク信号ＴＤＰは、ピニオン操舵トルク検出手段のばね剛性係数をｋ１、ラック軸の等価変位角（ディジタル変換値）をθＤ２とすると、数３で表される。
【００７３】
【数３】
ＴＤＰ＝ｋ１＊（θＤ１−θＤ２）
ただし、θＤ１は操舵角信号
【００７４】
数３より操舵角信号θＤ１が演算され、この操舵角信号θＤ１を図８に示す操舵角検出手段５１からの操舵角信号θＤ１に代えて微分演算手段５２に提供することにより、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを算出することができる。
【００７５】
図９に本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図を示す。
図９において、操舵トルク演算手段５６は、ピニオン操舵トルク検出手段のばね剛性係数ｋ１の逆数信号（１／ｋ１）を乗算処理する乗算器５８、図８に示す操舵角検出手段５１に代えて設けたラック軸変位検出手段５７からの等価変位角（ディジタル変換値）θＤ２を加算処理する加算器５９を備えた点が図８の操舵トルク演算手段５０と異なる。
【００７６】
乗算器５８は、操舵トルク検出手段２４からのピニオン操舵トルク信号ＴＤＰとばね剛性係数ｋ１の逆数信号（１／ｋ１）を乗算し、操舵角偏差信号（θＤ１−θＤ２）を加算器５９に供給する。
【００７７】
加算器５９は、乗算器５８からの操舵角偏差信号（θＤ１−θＤ２）とラック軸変位検出手段５７からの等価変位角（ディジタル変換値）θＤ２を加算し、操舵角信号θＤ１を微分演算手段５２に提供することにより、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを算出して目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００７８】
なお、制御手段３１に図４に示す補正手段２３を備え、車両速度検出手段２２から供給される車速信号ＶＤに基づいて操舵トルク信号ＴＤＳを変更し、車速応動するよう構成することもできる。
【００７９】
なお、上記実施例では、慣性トルクＴＪおよび粘性トルクＴＤを補正したが、慣性トルクＴＪおよび粘性トルクＴＤのいずれか一方のみの補正でもよい。
また、クーロン摩擦力Ｔｆ分を補正してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに配置した操舵トルクセンサを備え、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを直接検出することができるので、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生することができる。
【００８１】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいて演算する操舵トルク演算手段を備え、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを間接的に検出することができるので、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生することができる。
【００８２】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備え、実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができ、安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【００８３】
よって、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生させ、操舵フィーリングのよい電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに設けた操舵トルクセンサの一実施例構成図
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図
【図４】目標補助トルク信号を車両速度に応動した制御手段の一実施例ブロック構成図
【図５】本発明に係る別の電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図６】本発明に係る制御手段の要部ブロック構成図
【図７】本発明に係る操舵トルク演算手段の一実施例要部ブロック構成図
【図８】本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図
【図９】本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図
【符号の説明】
１，３０…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング軸、３ａ，３ｂ…自在継ぎ手、３…連結軸、４…ステアリング・ギアボックス、５…ラック＆ピニオン機構、５ａ…ピニオン、６…手動操舵力発生手段、７…ラック軸、７ａ…ラック歯、８…タイロッド、９…前輪、１０…電動機、１０ａ…駆動側ヘリカル・ギア、１１…ボールねじ機構、１１ａ…従動側ヘリカル・ギア、１２…操舵トルクセンサ、１３…操舵角速度センサ、１４…実補助トルクセンサ、１５，３１…制御手段、１６…電動機駆動手段、１７…ステアリングホイール、１７Ａ…センターパッド部、１７Ｂ…エアバッグ等実装部品、１８…実補助トルク検出手段、１８Ａ…実補助トルク変換手段、１９…目標補助トルク設定手段、２０…偏差信号決定手段、２１…駆動制御手段、２２…車両速度検出手段、２３…補正手段、２４…操舵トルク検出手段、２４Ａ…操舵トルク変換手段、３２…操舵角速度検出手段、３２Ａ…操舵角速度変換手段、３３，５０，５６…操舵トルク演算手段、３４…慣性トルク演算手段、３５…粘性トルク演算手段、３６…加算手段、４１…慣性係数記憶手段、４２…微分演算手段、４３，４５…乗算手段、４４…粘性係数記憶手段、５１…操舵角検出手段、５２，５３…微分演算手段、５４，５５，５８…乗算器、５９…加算器、ＤＳ…粘性係数、ｄＮ／ｄｔ…操舵角加速度信号、ＪＳ…慣性係数、ｋ１…ばね剛性係数、Ｎ，ＮＤ…回転角速度信号、Ｔａ…目標アシスト信号、ＴＡ，ＴＤＭ…実補助トルク信号、ＴＤ…粘性トルク信号、ＴＤＣ，ＴＤＳ，ＴＳＯ…操舵トルク信号、ＴＤＰ，ＴＰ…ピニオン操舵トルク信号、ＴＪ…慣性トルク信号、ＴＭ…モータトルク、ＴＳ…操舵トルク、ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）…偏差信号、ＶＤ…車速信号、ＶＭ…電動機電圧、ＶＯ…駆動制御信号、θＤ１…操舵角信号、θＤ２…ラック軸の等価変位角（ディジタル変換値）。
【産業上の利用分野】
この発明は電動機の動力をステアリング系に直接作用させ、ドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人が特開平６―１７１５１９号公報に開示したように、従来の電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサをステアリング・ギヤボックス内に配置し、ドライバの操舵により発生するピニオン操舵トルクを検出し、この操舵トルクに基づいて目標アシスト信号を発生してステアリング系に設けた電動機を駆動するよう構成されている。
【０００３】
また、従来の電動パワーステアリング装置は、目標アシスト信号に基づいて電動機から出力される実アシスト量を目標アシスト信号にフィードバックし、目標アシスト信号と実アシスト量の偏差に基づいて電動機を駆動するので、実アシスト量が目標アシスト信号に安定に収束されるよう構成されている。
【０００４】
図１０に従来の電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図を示す。
図１０において、従来の電動パワーステアリング装置６０は、目標アシスト信号発生回路６２および偏差演算回路６３を備えた制御ユニット６１、駆動信号発生回路６４、アシスト量検出器６５、電動機６６から構成される。
【０００５】
制御ユニット６１の目標アシスト信号発生回路６２は、ステアリング・ギヤボックス内に配置された操舵トルクセンサ６７が検出したピニオントルク信号ＴＰを予め設定してある目標アシスト信号Ｔａに変換し、目標アシスト信号Ｔａが偏差演算手段６３に提供される。
【０００６】
一方、電動機６６がステアリング系に作用する操舵補助力はアシスト量検出器６６で検出され、実アシスト量信号Ａｄとして偏差演算手段６３に提供される。
【０００７】
目標アシスト信号Ｔａと実アシスト量信号Ａｄの偏差ΔＩ（＝Ｔａ−Ａｄ）が偏差演算手段６３で演算され、偏差信号ΔＩに基づいて駆動信号発生手段６４が電動機６６を駆動し、ステアリング系に目標アシスト信号Ｔａに等しい実アシスト量信号Ａｄを作用させ、ドライバの操舵力が軽減される。
【０００８】
このように、従来の電動パワーステアリング装置６０は、ステアリング・ギヤボックス内に配置した操舵トルクセンサ６７で検出したピニオントルク信号ＴＰに基づいて電動機６６のステアリング系に作用する操舵補助力が設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置６０は、ステアリング・ギヤボックス内に配置した操舵トルクセンサ６７でピニオントルク信号ＴＰを検出する構成のため、ピニオントルク信号ＴＰにはステアリングホイールの慣性トルクや粘性トルク等の負荷は含まれていない。
【００１０】
実際の操舵においては、ドライバがステアリングホイールに操舵トルクＴＳを作用すると、この操舵トルクＴＳがステアリングホイールの慣性トルクＴＪや粘性トルクＴＤに打ち勝ってステアリングホイールが回転運動を開始し、ピニオンにピニオントルクＴＰが発生する。
【００１１】
ステアリングホイールの慣性係数をＪＳ、ステアリング軸の粘性係数をＤＳ、ステアリングホイールの回転角速度をＮ、ステアリング軸のクーロン摩擦力をＴｆとすると、ピニオントルクＴＰは数１で表される。
【００１２】
【数１】
ＴＰ＝ＴＳ−（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ＋ＤＳ＊Ｎ）±Ｔｆ
【００１３】
数１において、右辺のクーロン摩擦力をＴｆは無視できるが、慣性トルク（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ）および粘性トルク（ＤＳ＊Ｎ）は無視できなく、特にエアバッグ等の装備によりステアリングホイールの慣性係数ＪＳが増加する傾向に有る現在、従来の電動パワーステアリング装置６０の制御では、次の様な課題がある。
【００１４】
急激な操舵を行うと、操舵角加速度（ｄＮ／ｄｔ）の増加に応じて慣性トルク（ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ）が大きくなり、ステアリングホイールの操舵トルクＴＳも大きくなってドライバのハンドル操作が重くなる課題がある。
【００１５】
また、路面からの反力により、ステアリングが中立位置に復帰しようとする際、ステアリングホイールの慣性係数ＪＳやステアリング軸の粘性係数ＤＳ等が負荷となって回転方向とは逆向きの数２で表されるピニオン操舵力ＴＰが発生し、このピニオン操舵トルクＴＰが入力となって電動機がステアリングホイールの回転方向とは逆向きの操舵補助力を供給するため、ステアリングが復帰しにくい課題がある。
【００１６】
【数２】
ＴＰ＝ＪＳ＊ｄＮ／ｄｔ＋ＤＳ＊Ｎ
【００１７】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的はステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生させ、操舵フィーリングの改善を図る電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを検出することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいてステアリングホイールに作用する操舵トルクを演算する操舵トルク演算手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク演算手段は、ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度センサからの操舵角速度信号に基づいて粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段、操舵角速度信号の微分値である操舵角加速度信号に基づいて慣性トルクを演算する慣性トルク演算手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【作用】
この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを検出するので、ステアリング系の慣性トルクや粘性トルクを含まない操舵トルクを検出し、この操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に補助操舵トルクを作用させることができる。
【００２３】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいて演算する操舵トルク演算手段を備えたので、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを間接的に検出することができる。
【００２４】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク演算手段は、ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度センサからの操舵角速度信号に基づいて粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段、操舵角速度信号の微分値である操舵角加速度信号に基づいて慣性トルクを演算する慣性トルク演算手段を備えたので、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサが検出する操舵トルクを補正してステアリングホイールに作用する操舵トルクを推定することができる。
【００２５】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備えたので、実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
なお、本発明は、操舵トルクセンサをステアリングホイールに配置してドライバの操舵トルクを直接検出し、この操舵トルクに基づいて電動機を駆動することにより、ステアリング系に操舵補助力を付勢させるものである。
【００２７】
図１において、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１７に一体的に設けられたステアリング軸２に自在継ぎ手３ａ、３ｂを備えた連結軸３を介してステアリング・ギアボックス４内に設けたラック＆ピニオン機構５のピニオン５ａに連結されて手動操舵力発生手段６を構成する。
【００２８】
ピニオン５ａに噛み合うラック歯７ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸７は、その両端にタイロッド８を介して転動輪としての左右の前輪９が連結される。
【００２９】
このようにして、ステアリングホイール１７操舵時には通常のラック＆ピニオン式のステアリングを介し、前輪９を転動させて車両の向きを変えている。
【００３０】
手動操舵力発生手段６による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機１０をラック軸７と同軸的に配設し、ラック軸７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１を介して操舵補助力を推力に変換してラック軸７に作用させる。
【００３１】
電動機１０のロータには駆動側ヘリカル・ギア１０ａが一体的に設けられ、駆動側ヘリカル・ギア１０ａはボールねじ機構１１のねじ軸の軸端に一体的に設けられた従動側ヘリカル・ギア１１ａと噛み合わされている。
なお、ボールねじ機構１１のナットはラック軸７に連結されている。
【００３２】
また、ステアリングホイール１７にはドライバの手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２、電動機１０にはステアリング系に作用する実補助トルクを検出する実補助トルクセンサ１４を配置し、それぞれのトルクセンサで検出した操舵トルク信号ＴＳ、実補助トルク信号ＴＡを制御手段１５に提供する。
【００３３】
図２に本発明に係る電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに設けた操舵トルクセンサの一実施例構成図を示す。
図２において、操舵トルクセンサ１２は、例えばステアリングホイール１７と一体的に回転可能な軸に設け、ステアリングホイール１７に作用する操舵トルクに対応して電気抵抗が変化する歪ゲージで構成し、ステアリングホイール１７に作用する操舵トルクに対応した電流信号を操舵トルク信号ＴＳとして検出し、制御手段１５に提供する。
【００３４】
また、ステアリングホイール１７は、例えば軽金属等で構成し、一方、エアバッグ等実装部品１７Ｂはステアリングホイール１７とは独立して固定されたセンターパッド部１７Ａに取付ける構造にし、ステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳおよびステアリング軸の粘性係数ＤＳを無視できる小さな値に設定する。
【００３５】
このように、ステアリングホイール１７に操舵トルクセンサ１２を配置したので、ステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳおよびステアリング軸の粘性係数ＤＳに影響されない操舵トルクを検出することができる。
【００３６】
制御手段１５は、操舵トルク信号ＴＳを目標補助トルク信号Ｔａに変換するとともに、電動機１０が発生し、実補助トルクセンサ１４が検出した実補助トルク信号ＴＡを取込み、目標補助トルク信号Ｔａと実補助トルク信号ＴＡの偏差に基づいて駆動制御信号ＶＯを発生する。
【００３７】
電動機駆動手段１６は、制御手段１５から提供される駆動制御信号ＶＯに基づいて、例えばＰＷＭ駆動の電動機電圧ＶＭで電動機１０を駆動し、電動機１０の動力をステアリング系に作用し、ドライバの操舵力の軽減を図る。
【００３８】
図３は本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図である。
電動パワーステアリング装置１は、制御手段１５、操舵トルクセンサ１２、実補助トルクセンサ１４、電動機駆動手段１６、電動機１０を備える。
【００３９】
また、制御手段１５はマイクロプロセッサの各種演算機能、処理機能、メモリを基本にインタフェース手段やＡ／Ｄ変換手段で構成し、操舵トルク変換手段２４Ａ、目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０、駆動制御手段２１、実補助トルク検出手段１８を構成する実補助トルク変換手段１８Ａを備える。
【００４０】
操舵トルク検出手段２４は、操舵トルクセンサ１２と制御手段１５の操舵トルク変換手段２４Ａで構成し、操舵トルクセンサ１２が検出した図１に示すステアリングホイール１７に直接付勢される操舵トルクを電気的に検出したアナログ信号の操舵トルク信号ＴＳを操舵トルク変換手段２４ＡがＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換した操舵トルク信号ＴＤＳを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００４１】
目標補助トルク設定手段１９はＲＯＭ等のメモリで構成し、実験値または設計値に基づいて予め設定した操舵トルク信号ＴＤＳと目標補助トルク信号Ｔａをテーブルデータとして保存しておき、操舵トルク検出手段２４から提供される操舵トルク信号ＴＤＳを対応した目標補助トルク信号Ｔａに変換して偏差信号決定手段２０に供給する。
【００４２】
実補助トルク検出手段１８は、実補助トルクセンサ１４と制御手段１５の実補助トルク変換手段１８Ａで構成し、実補助トルクセンサ１４が検出した電動機１０のモータトルクＴＭのディジタル値を実補助トルク信号ＴＤＭとし、実補助トルク変換手段１８Ａは実補助トルク信号ＴＤＭを操舵目標トルク信号Ｔａと関連付けたディジタル値に変換し、実補助トルク信号ＴＡとして偏差信号決定手段２０に供給する。
【００４３】
偏差信号決定手段２０は偏差演算機能を備え、目標補助トルク設定手段１９からの目標補助トルク信号Ｔａと、実補助トルク検出手段１８からの実補助トルク信号ＴＡの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）を演算し、偏差信号ΔＴを駆動制御手段２１に供給する。
【００４４】
駆動制御手段２１は、偏差信号ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に比例（Ｐ）、積分（Ｉ）および微分（Ｄ）の演算、処理を行うＰＩＤコントローラ、このＰＩＤコントローラからの信号に基づいて電動機１０の発生トルクの方向と大きさを制御するためにオン信号やＰＷＭ（パルス幅変調）信号の混成信号である駆動制御信号ＶＯを発生する信号発生器などを備え、駆動制御信号ＶＯを電動機駆動手段１６に供給して偏差信号ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）を速やかに、かつ安定に０に制御する。
【００４５】
電動機駆動手段１６はスイッチング素子、例えば電動機１０が直流電動機の場合、４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるブリッジ回路で構成し、オン信号やＰＷＭ（パルス幅変調）信号の駆動制御信号ＶＯでＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を駆動制御し、駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶＭを供給して電動機１０を駆動する。
【００４６】
電動機１０は、例えば直流電動機やブラシレス・モータ等を用い、電動機駆動手段１６から供給される駆動方向と大きさを有する電動機電圧ＶＭで駆動され、電動機電圧ＶＭに対応した動力を発生し、電動機トルクを操舵補助力としてステアリング系に作用する。
【００４７】
図４に目標補助トルク信号を車両速度に応動した制御手段の一実施例ブロック構成図を示す。
図４において、車両速度検出手段２２を追加し、制御手段１５に補正手段２３を備える。
【００４８】
車両速度検出手段２２は、例えばスリットを有する回転円盤とフォトカプラとからなるスピードメータで構成し、車両速度に比例した周期のパルス電気信号で検出した車速信号ＶＤを補正手段２３に供給する。
【００４９】
補正手段２３は、例えば車速信号ＶＤの増加に反比例する増幅度を有する可変増幅器等で構成し、操舵トルク検出手段２４から供給される操舵トルク信号ＴＤＳを車速信号ＶＤに応じて変更した操舵トルク信号ＴＤＣを目標補助トルク設定手段１９に提供し、目標補助トルク設定手段１９は操舵トルク信号ＴＤＣに対応した目標アシスト信号Ｔａを発生する。
【００５０】
車速信号ＶＤに対応した目標アシスト信号Ｔａと、実補助トルク信号ＴＡの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に基づいて電動機１０を駆動するので、車両速度が低車速から高車速になるにつれて手応えの大きなステアリング操作が実現できる。
【００５１】
このように、本発明に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールに直接付勢される操舵トルクを検出し、この操舵トルクに対応した目標補助トルク信号Ｔａと、電動機が発生するモータトルクに対応し、目標補助トルク信号Ｔａと関連付けた実補助トルクＴＡとの偏差ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）に基づいて電動機を駆動するので、ステアリング系の慣性トルクや粘性トルクを含まない操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に操舵補助力を供給することができる。
【００５２】
図５は本発明に係る別の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
図５において、電動パワーステアリング装置３０は、操舵トルクセンサ１２と操舵角速度センサ１３をステアリング・ギアボックス４内に設けた点、および制御手段３１を設けた点が図１に示す電動パワーステアリング装置１と異なる。
なお、本発明は、操舵トルクセンサをステアリング・ギアボックス内に配置してドライバの操舵トルクをピニオン操舵トルクとして間接的に検出し、このピニオン操舵トルクに基づいてステアリングホイールに作用する操舵トルクを演算し、この演算した操舵トルクに基づいて電動機を駆動してステアリング系に操舵補助力を付勢させるものである。
【００５３】
制御手段３１は、操舵角速度センサ１３が検出した操舵角速度信号Ｎに基づいて、ステアリングホイール１７の慣性トルク、粘性トルクを算出し、数１に基づいて操舵トルクセンサ１２が検出したピニオン操舵トルクＴＰに演算した慣性トルクおよび粘性トルクを加算してステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳを算出するよう構成する。
【００５４】
図６は本発明に係る制御手段の要部ブロック構成図である。
図６において、制御手段３１は、操舵トルク変換手段２４Ａ、操舵角速度検出手段３２の一部を構成する操舵角速度変換手段３２Ａ、操舵トルク演算手段３３、目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０、駆動制御手段２１を備える。
【００５５】
操舵トルク変換手段２４Ａは、操舵トルクセンサ１２が検出したステアリング・ギヤボックス４内のピニオン操舵トルクを電気的に検出したアナログ信号のピニオン操舵トルク信号ＴＰをＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換したピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを操舵トルク演算手段３３に提供する。
【００５６】
操舵角速度変換手段３２Ａは、操舵角速度センサ１３が検出したステアリング軸２の操舵角速度を電気的に検出したアナログ信号の操舵角速度信号ＮをＡ／Ｄ変換し、ディジタル値に変換した操舵角速度信号ＮＤを操舵トルク演算手段３３に提供する。
【００５７】
操舵トルク演算手段３３は、慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５、加算手段３６を備える。
慣性トルク演算手段３４は、操舵角速度変換手段３２Ａから提供される操舵角速度信号ＮＤを微分して操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を出力する微分演算手段を備え、慣性トルクＴＪを演算し、慣性トルク信号ＴＪを加算手段３６に供給する。
【００５８】
粘性トルク演算手段３５は、操舵角速度変換手段３２Ａから提供される操舵角速度信号ＮＤに基づいて粘性トルクＴＤを演算し、粘性トルク信号ＴＤを加算手段３６に供給する。
加算手段３６は、慣性トルク信号ＴＪ、粘性トルク信号ＴＤおよびピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを加算し、数１に示すステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳに対応したディジタル値の操舵トルクＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００５９】
目標補助トルク設定手段１９、偏差信号決定手段２０および駆動制御手段２１は図３の制御手段１５に示すものと同一構成、同一機能を有するので説明を省略する。
【００６０】
図７に本発明に係る操舵トルク演算手段の一実施例要部ブロック構成図を示す。
図７において、操舵トルク演算手段３３は、慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５、加算手段３６を備える。
【００６１】
慣性トルク演算手段３４は、慣性係数記憶手段４１、微分演算手段４２、乗算手段４３を備える。
慣性係数記憶手段４１はＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値から決定したステアリングホイール１７の慣性係数ＪＳのデータを設定し、慣性係数信号ＪＳを乗算手段４３に供給する。
【００６２】
微分演算手段４２は微分演算機能を備え、操舵角速度信号ＮＤを微分演算して操舵角加速度（ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算手段４３に供給する。
乗算手段４３は、慣性係数信号ＪＳと操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算し、慣性トルク信号ＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）を加算手段３６に供給する。
【００６３】
粘性トルク演算手段３５は、粘性係数記憶手段４４、乗算手段４５を備える。
粘性係数記憶手段４４はＲＯＭ等のメモリで構成し、予め設計値や実験値から決定したステアリング軸２の粘性係数ＤＳのデータを設定し、粘性係数信号ＤＳを乗算手段４５に供給する。
乗算手段４５は、粘性係数信号ＤＳと操舵角速度信号ＮＤを乗算し、粘性トルク信号ＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）を加算手段３６に供給する。
【００６４】
加算手段３６は、慣性トルク信号ＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）、粘性トルク信号ＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）およびピニオン操舵トルク信号ＴＤＰを加算し、ステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルクＴＳに対応したディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００６５】
このように、電動パワーステアリング装置３０は、制御手段３１に慣性トルク演算手段３４、粘性トルク演算手段３５を備え、ピニオン操舵トルク信号ＴＤＰ、慣性トルク信号ＴＪおよび粘性トルク信号ＴＤを加算してステアリングホイール１７に直接作用する操舵トルク信号ＴＳＯを演算するので、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを推定することができ、操舵トルク信号ＴＳＯに基づいて目標補助トルク信号Ｔａを設定し、目標補助トルク信号Ｔａと実補助トルク信号ＴＡの偏差に基づいて電動機を駆動して実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができる。
【００６６】
図８に本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図を示す。
図８において、操舵トルク演算手段５０は、微分演算手段５２、微分演算手段５３、ステアリングホイールの慣性係数ＪＳを乗算処理する乗算器５４、ステアリング軸の粘性係数ＤＳを乗算処理する乗算器５５を備える。
【００６７】
微分演算手段５２は、ステアリングホイール１７の操舵角をアナログ電気信号で検出してディジタル値に変換する操舵角検出手段５１からの操舵角信号θＤ１を微分演算（ｄθＤ１／ｄｔ）して回転角速度ＮＤを算出し、回転角速度信号ＮＤを微分演算手段５３および乗算器５５に供給する。
【００６８】
微分演算手段５３は、微分演算手段５２から供給される回転角速度信号ＮＤを微分演算して操舵角加速度（ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）を乗算器５４に供給する。
【００６９】
乗算器５４は、操舵角加速度信号（ｄＮＤ／ｄｔ）に慣性係数ＪＳを乗算して慣性トルクＴＪ（＝ＪＳ＊ｄＮＤ／ｄｔ）を算出し、慣性トルク信号ＴＪを加算手段３６に提供する。
【００７０】
乗算器５５は、微分演算手段５２から供給される回転角速度信号ＮＤに粘性係数ＤＳを乗算して粘性トルクＴＤ（＝ＤＳ＊ＮＤ）を算出し、粘性トルク信号ＴＤを加算手段３６に提供する。
【００７１】
加算手段３６は、操舵トルク検出手段２４からのピニオン操舵トルク信号ＴＤＰ、乗算器５４からの慣性トルク信号ＴＪおよび乗算器５５を加算処理し、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００７２】
また、ラック軸７にストロークセンサ等の変位検出手段を有する場合、操舵トルク信号ＴＳＯを演算することができる。
ピニオン操舵トルク信号ＴＤＰは、ピニオン操舵トルク検出手段のばね剛性係数をｋ１、ラック軸の等価変位角（ディジタル変換値）をθＤ２とすると、数３で表される。
【００７３】
【数３】
ＴＤＰ＝ｋ１＊（θＤ１−θＤ２）
ただし、θＤ１は操舵角信号
【００７４】
数３より操舵角信号θＤ１が演算され、この操舵角信号θＤ１を図８に示す操舵角検出手段５１からの操舵角信号θＤ１に代えて微分演算手段５２に提供することにより、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを算出することができる。
【００７５】
図９に本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図を示す。
図９において、操舵トルク演算手段５６は、ピニオン操舵トルク検出手段のばね剛性係数ｋ１の逆数信号（１／ｋ１）を乗算処理する乗算器５８、図８に示す操舵角検出手段５１に代えて設けたラック軸変位検出手段５７からの等価変位角（ディジタル変換値）θＤ２を加算処理する加算器５９を備えた点が図８の操舵トルク演算手段５０と異なる。
【００７６】
乗算器５８は、操舵トルク検出手段２４からのピニオン操舵トルク信号ＴＤＰとばね剛性係数ｋ１の逆数信号（１／ｋ１）を乗算し、操舵角偏差信号（θＤ１−θＤ２）を加算器５９に供給する。
【００７７】
加算器５９は、乗算器５８からの操舵角偏差信号（θＤ１−θＤ２）とラック軸変位検出手段５７からの等価変位角（ディジタル変換値）θＤ２を加算し、操舵角信号θＤ１を微分演算手段５２に提供することにより、ディジタル値の操舵トルク信号ＴＳＯを算出して目標補助トルク設定手段１９に提供する。
【００７８】
なお、制御手段３１に図４に示す補正手段２３を備え、車両速度検出手段２２から供給される車速信号ＶＤに基づいて操舵トルク信号ＴＤＳを変更し、車速応動するよう構成することもできる。
【００７９】
なお、上記実施例では、慣性トルクＴＪおよび粘性トルクＴＤを補正したが、慣性トルクＴＪおよび粘性トルクＴＤのいずれか一方のみの補正でもよい。
また、クーロン摩擦力Ｔｆ分を補正してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリングホイールに配置した操舵トルクセンサを備え、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを直接検出することができるので、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生することができる。
【００８１】
また、この発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出手段は、ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいて演算する操舵トルク演算手段を備え、ステアリングホイールに作用する操舵トルクを間接的に検出することができるので、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生することができる。
【００８２】
さらに、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手段に、操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、目標補助トルク信号と実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備え、実補助トルクを目標補助トルクに速やかに収束させることができ、安定した操舵フィーリングを得ることができる。
【００８３】
よって、ステアリングホイールの慣性トルクやステアリング軸の粘性トルクを補償してドライバの意図した操舵トルクに対応した操舵補助力を発生させ、操舵フィーリングのよい電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに設けた操舵トルクセンサの一実施例構成図
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図
【図４】目標補助トルク信号を車両速度に応動した制御手段の一実施例ブロック構成図
【図５】本発明に係る別の電動パワーステアリング装置の全体構成図
【図６】本発明に係る制御手段の要部ブロック構成図
【図７】本発明に係る操舵トルク演算手段の一実施例要部ブロック構成図
【図８】本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図
【図９】本発明に係る操舵トルク演算手段の別実施例要部ブロック構成図
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置の要部ブロック構成図
【符号の説明】
１，３０…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング軸、３ａ，３ｂ…自在継ぎ手、３…連結軸、４…ステアリング・ギアボックス、５…ラック＆ピニオン機構、５ａ…ピニオン、６…手動操舵力発生手段、７…ラック軸、７ａ…ラック歯、８…タイロッド、９…前輪、１０…電動機、１０ａ…駆動側ヘリカル・ギア、１１…ボールねじ機構、１１ａ…従動側ヘリカル・ギア、１２…操舵トルクセンサ、１３…操舵角速度センサ、１４…実補助トルクセンサ、１５，３１…制御手段、１６…電動機駆動手段、１７…ステアリングホイール、１７Ａ…センターパッド部、１７Ｂ…エアバッグ等実装部品、１８…実補助トルク検出手段、１８Ａ…実補助トルク変換手段、１９…目標補助トルク設定手段、２０…偏差信号決定手段、２１…駆動制御手段、２２…車両速度検出手段、２３…補正手段、２４…操舵トルク検出手段、２４Ａ…操舵トルク変換手段、３２…操舵角速度検出手段、３２Ａ…操舵角速度変換手段、３３，５０，５６…操舵トルク演算手段、３４…慣性トルク演算手段、３５…粘性トルク演算手段、３６…加算手段、４１…慣性係数記憶手段、４２…微分演算手段、４３，４５…乗算手段、４４…粘性係数記憶手段、５１…操舵角検出手段、５２，５３…微分演算手段、５４，５５，５８…乗算器、５９…加算器、ＤＳ…粘性係数、ｄＮ／ｄｔ…操舵角加速度信号、ＪＳ…慣性係数、ｋ１…ばね剛性係数、Ｎ，ＮＤ…回転角速度信号、Ｔａ…目標アシスト信号、ＴＡ，ＴＤＭ…実補助トルク信号、ＴＤ…粘性トルク信号、ＴＤＣ，ＴＤＳ，ＴＳＯ…操舵トルク信号、ＴＤＰ，ＴＰ…ピニオン操舵トルク信号、ＴＪ…慣性トルク信号、ＴＭ…モータトルク、ＴＳ…操舵トルク、ΔＴ（＝Ｔａ−ＴＡ）…偏差信号、ＶＤ…車速信号、ＶＭ…電動機電圧、ＶＯ…駆動制御信号、θＤ１…操舵角信号、θＤ２…ラック軸の等価変位角（ディジタル変換値）。
Claims (2)
- 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、この操舵トルク検出手段の操舵トルク信号に基づいて電動機制御信号を発生する制御手段と、前記電動機制御信号に基づいて電動機を駆動する電動機駆動手段と、この電動機駆動手段からの電動機駆動信号により駆動され、ステアリング系に操舵補助力を作用する前記電動機とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記操舵トルク検出手段は、前記ステアリング系の途中に配置した操舵トルクセンサ、この操舵トルクセンサが検出する操舵トルク信号に基づいて前記ステアリングホイールに作用する操舵トルクを演算する操舵トルク演算手段を備え、
前記操舵トルク演算手段は、前記ステアリングホイールの操舵角速度を検出する操舵角速度センサからの操舵角速度信号に基づいて粘性トルクを演算する粘性トルク演算手段、操舵角速度信号の微分値である操舵角加速度信号に基づいて慣性トルクを演算する慣性トルク演算手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記制御手段に、前記操舵トルク検出手段からの前記操舵トルク信号に基づいて目標補助トルク信号を設定する目標補助トルク設定手段と、前記電動機が発生する実補助トルクを検出する実補助トルク検出手段と、前記目標補助トルク信号と前記実補助トルク検出手段からの実補助トルク信号の偏差信号を演算する偏差信号決定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
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