JP2003081117A - 自動車の電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動モータ２２の制御によりハンドル操舵を
補助する自動車の電動パワーステアリング装置におい
て、 制御干渉を回避しつつ、運転者のハンドル操舵に
対する車両の挙動を常に所望の挙動にさせる。 【解決手段】 トルクセンサ４１の検出値ξにゲインＫ
_aを掛けて制御量とするアシスト制御部５１と、ハンド
ル操舵トルクｕから演算した目標ヨーレートと、実ヨー
レートψ_sとの偏差に基づいて制御量を決定するヨーレ
ートフィードバック制御部５２と、各制御量を加算した
制御量で電動モータ２２を制御するモータ制御部５３と
を備える。モータ制御部５３は、ハンドル１１から車輪
３２に伝達されるトルクが打ち消されるようにモータ制
御量の補正をする補正手段５４を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータを備
え、該電動モータの制御によりハンドル操舵を補助する
自動車の電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電動モータや油圧によってハ
ンドル操舵を補助するパワーステアリング装置が知られ
ており、このものでは、ハンドル操舵トルクやハンドル
操舵回転速度（ハンドル操舵角度の微分値）に応じて電
動モータの制御量又は油圧量の調整を行い、所定のアシ
スト特性を実現している。また、上記アシスト特性を、
例えば車速に応じて変更するものや、車速に加えて横加
速度及びヨーレートに応じて変更するもの（例えば、特
開平８−７２７３４号公報参照）も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電動
パワーステアリング装置、すなわち電動モータを用いた
パワーステアリング装置においては、通常、ハンドルと
車輪との間に設けられてハンドル操舵トルクを検出する
トルクセンサ（トーションバー）の検出値に、所定のゲ
イン（アシスト制御ゲイン）を掛けることによって電動
モータの制御量を決定している。そして、上記アシスト
制御ゲインの値は、所定の自動車でテストを行い所望の
アシスト特性となるように調整されている。

【０００４】ところが、この電動パワーステアリング装
置においては、例えばイナーシャの大きさがばらついて
しまったり、電動モータ若しくはこの電動モータとステ
アリングシャフトとの間に設けられる減速ギヤ等におけ
るフリクションの大きさが部品毎にばらついてしまった
りすることによって、操舵力に対して発生する車両の挙
動（ヨーレート）がばらついてしまい、操舵力に対して
所望のヨーレートが車両に発生しない場合がある。この
ため、所望のヨーレートとなるように運転者が操舵力を
調整しなければならない場合があり、運転者の操舵フィ
ーリングの悪化や違和感を招き、ひいては運転者の疲労
を招いているという問題がある。

【０００５】そこで、例えばトルクセンサの検出値に基
づいて第１制御量（アシスト制御量）を設定するのに加
え、トルクセンサの検出値に基づき目標ヨーレートを算
出すると共に、この目標ヨーレートと車両に実際に発生
しているヨーレートとの偏差に応じて上記電動モータの
第２制御量を設定し、この第１制御量と第２制御量とを
加算したモータ制御量でもって電動モータを制御するこ
とが考えられる。こうすることで、第１制御量だけの制
御では所望のヨーレートが発生しないときでも、目標ヨ
ーレートと実際のヨーレートとの偏差に基づく上記第２
制御量によって電動モータが制御されることで、所望の
ヨーレートが常に発生するようになると考えられる。

【０００６】しかしながら、目標ヨーレートと実際のヨ
ーレートとの偏差に基づく第２制御量によって電動モー
タを制御すると、特に車両が外乱を受けたときに、運転
者によるハンドル操舵と第２制御量による制御とが干渉
してしまう虞がある。

【０００７】すなわち、ハンドル操舵トルクから演算さ
れた目標ヨーレートと、実際のヨーレートとの偏差に基
づく第２制御量による制御によれば、運転者が加えたハ
ンドル操舵トルクを車輪側に伝達しなくても、そのハン
ドル操舵トルクに応じて電動モータが制御されるため、
車輪舵角が変更されて所望のヨーレートが車両に発生す
る。

【０００８】ここで、例えば路面不正等によって車輪に
外乱が入力され、車両にヨーレートが発生したときを考
えると、上記車輪とハンドルとはトルクセンサ（トーシ
ョンバー）を介して互いに連結されているため、車輪に
入力された外乱はトルクセンサを介してハンドルまで伝
達される。

【０００９】このとき、もし運転者がその外乱に対する
ハンドル操舵を行わなければ、ハンドル操舵トルクが発
生しないため目標ヨーレートは０（ゼロ）になり、これ
により、第２制御量によって、車両に発生したヨーレー
トを打ち消そうと車輪舵角が変更される。

【００１０】しかしながら、車輪に入力された外乱が操
舵反力として運転者に伝わることで、通常、その運転者
は外乱に対するハンドル操舵を行うようになる。これに
よるハンドル操舵トルクはトルクセンサを介して車輪ま
で伝達されるため、車輪舵角を変更させる。こうして、
外乱に対して第２制御量による制御が行われるのと同時
に、運転者によるハンドル操舵が行われるようになるた
め、そのハンドル操舵と、第２制御量による制御とが干
渉してしまうことになる。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、電動モータの
制御によりハンドル操舵を補助する自動車の電動パワー
ステアリング装置において、制御干渉を回避しつつ、運
転者のハンドル操舵に対する車両の挙動を常に所望の挙
動にさせることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ハンドルと車輪との間でトルクセンサを
介して伝達されるトルクが打ち消されるように、電動モ
ータを制御するモータ制御量の補正を行うようにした。

【００１３】具体的に、請求項１記載の発明は、電動モ
ータを有し、該電動モータの制御によりハンドル操舵を
補助する自動車の電動パワーステアリング装置を対象と
する。

【００１４】そして、ハンドルと車輪との間に設けられ
てハンドル操舵トルクを検出するトルクセンサと、上記
トルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モータ
の第１制御量を決定する第１の制御部と、上記トルクセ
ンサの検出値に基づいて目標ヨーレートを演算し、該目
標ヨーレートから実際に車両に発生しているヨーレート
を減算することによって上記電動モータの第２制御量を
決定する第２の制御部と、上記第１の制御部による第１
制御量と第２の制御部による第２制御量とを加算したモ
ータ制御量でもって上記電動モータを制御するモータ制
御部とを備えるようにし、上記モータ制御部を、上記ハ
ンドルと車輪との間で上記トルクセンサを介して伝達さ
れるトルクが打ち消されるように、上記モータ制御量の
補正をする補正手段を有することを特定事項とするもの
である。

【００１５】請求項１記載の発明の場合、ハンドルを操
舵すると、ハンドルと車輪との間に設けられたトルクセ
ンサがハンドル操舵トルクを検出する。

【００１６】第１の制御部は、上記トルクセンサの検出
値が無くなるように、すなわち、該トルクセンサの検出
値に所定のゲインを掛けて第１制御量を決定する。これ
は、従来のアシスト制御に対応する。

【００１７】一方、第２の制御部は、上記トルクセンサ
の検出値から目標ヨーレートを演算し、該目標ヨーレー
トから実際に車両に発生しているヨーレートを減算する
ことによって第２制御量を決定する。ここで、目標ヨー
レートの演算は、例えばホイールベース等の車両諸元及
び車速等に基づいて予め設定した、ハンドル操舵トルク
に対するマップ（ゲイン）によって演算すればよい。

【００１８】そして、モータ制御部は、上記第１制御量
と第２制御量とを加算した制御量でもって上記電動モー
タを制御する。

【００１９】これにより、第１制御量でもって電動モー
タを制御しても所望の車両挙動（ヨーレート）とならな
いときには、トルクセンサの検出値に基づいて演算され
た目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差が生じて
いることになる。このため、この偏差によって決定され
た第２制御量でもって電動モータが制御されることによ
って、所望のヨーレートが車両に生じる。こうして、た
とえイナーシャの大きさや、電動パワーステアリング装
置を構成する部品のフリクションの大きさがばらついて
いても、運転者のハンドル操作（ハンドル操舵トルク）
に対して、常に所望のヨーレートが車両に生じるように
なる。

【００２０】そして、上記モータ制御部は、ハンドルと
車輪との間で上記トルクセンサを介して伝達されるトル
クが打ち消されるように、モータ制御量を補正する補正
手段を有している。このモータ制御量の補正は、例えば
ハンドル操舵トルクに基づいて、ハンドルから車輪に伝
達されるトルク（推定トルク）を推定し、この推定トル
クを、上記モータ制御量から減ずる補正を行えばよい。
こうすることで、ハンドルから車輪に実際に伝達される
トルクと、上記モータ制御量から減じた推定トルクとが
相殺され、制御上は、ハンドルから車輪にトルクが伝達
されない、つまりトルクが打ち消されることになる。こ
れにより、運転者によるハンドル操舵と、第２の制御部
における制御とが干渉してしまうことを回避することが
でき、その結果、第２の制御部による制御の精度向上が
図られる。

【００２１】この自動車の電動パワーステアリング装置
においては、操舵力特性及び車両安定性の観点から、第
１制御量の感度を、車速に応じて変更するように第１の
制御部を構成するのが好ましい。具体的には、低速走行
時（停車時を含む）には、第１制御量の感度を高めて電
動モータによる補助操舵力を大きくする一方、高速走行
時には、第１制御量の感度を低下させて電動モータによ
る補助操舵力を小さくするのが好ましい。

【００２２】こうして、第１制御量の感度を、車速が高
い程下げる場合は、請求項２記載の如く、上記第１制御
量の感度が低いときにモータ制御量の補正を行うのが好
ましい。

【００２３】すなわち、第１制御量の感度が低いとき
は、相対的に第２制御量の感度が高くなる。このため、
運転者によるハンドル操舵と、第２制御量による制御と
の干渉の問題が顕著になる。そこで、運転者によるハン
ドル操舵と、第２制御量による制御の干渉との干渉を回
避すべく、モータ制御量の補正を行うのが好ましい。

【００２４】また、請求項３記載の如く、補正手段は、
車速が所定車速以下のときにはモータ制御量の補正を禁
止するように構成するのが好ましい。

【００２５】車速が所定車速以下である、すなわち停車
時又は低速走行時には、車両にヨーレートが発生しな
い、又は発生し難い。このため、停車時又は低速走行時
には、目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差に基
づく第２制御量による制御は行わず、第１制御量による
制御を行うのが好ましい。

【００２６】このように第２制御量による制御を行わな
いときは、この第２制御量による制御に対する干渉の問
題が生じないと共に、停車時又は低速走行時には、こう
した干渉の問題が生じる外乱の影響がない。また逆に、
第２制御量による制御を行わないときに補正手段による
モータ制御量の補正を行うと、ハンドルと車輪との間で
トルクセンサを介して伝達されるトルクを打ち消す制御
が行われることになるため、運転者によるハンドル操舵
トルクが車輪にまで伝わらず舵が切れなくなることにも
なる。

【００２７】そこで、車速が所定車速以下であるときに
は、補正手段によるモータ制御量の補正を禁止するのが
好ましい。

【００２８】また、第２制御量の感度を、所定の条件に
応じて、例えば車速等に応じて変更するように、第２の
制御部を構成することが好ましいが、こうしたときに
は、請求項４記載の如く、補正手段を、第２制御量が０
のときには、モータ制御量の補正を禁止するように構成
するのが好ましい。

【００２９】上述したように、第２制御量が０のときに
は、この第２制御量による制御に対する干渉の問題が生
じないためである。

【００３０】加えて、請求項５記載の如く、補正手段
を、ハンドル舵角が所定舵角以下のときにモータ制御量
の補正を行うように構成するのが好ましい。

【００３１】すなわち、目標ヨーレートと実際のヨーレ
ートとの偏差に基づく第２制御量により電動モータの制
御を行うのは、フリクションの大きさが部品毎にばらつ
くことによって車両の挙動がばらつくことを防止するた
めである。こうした、フリクションによる車両の挙動の
ばらつきの問題は、ハンドル操舵に対する車両応答（ヨ
ーレート）が線形であるときに顕著であり、ハンドル舵
角が所定舵角よりも大きいような車両応答が非線形の領
域では、余り問題にならない。そこで、上述したよう
に、第２制御量に係る目標ヨーレートを予め設定したハ
ンドル操舵トルクに対するマップ（ゲイン）によって演
算すれば、制御が簡易になると共に、車両応答の線形領
域では第２制御量による制御が有効に働き、フリクショ
ンの大きさがばらついていても、常に所望のヨーレート
を発生させることができる。

【００３２】そして、ハンドル舵角が所定舵角以下のと
きの、車両応答の線形領域では、モータ制御量の補正を
行うことで、運転者によるハンドル操舵と、第２の制御
部における制御とが干渉してしまうことを回避すること
ができ、その結果、第２の制御部による制御の精度向上
が図られる。

【００３３】また、モータ制御量の補正を行うと、ハン
ドルから車輪に伝達するトルクが打ち消されるだけでな
く、車輪からハンドルに伝達するトルクも打ち消され
る。このため、第２制御量による制御が有効でない車両
応答の非線形領域では、モータ制御量の補正を禁止して
車輪からハンドルにトルクを伝達させることで、車輪等
の状態を操舵反力として運転者に伝えることが好まし
い。

【００３４】また、請求項６記載の如く、補正手段を、
ハンドル舵角速度が高くなる程、所定舵角（モータ制御
量の補正に係る閾値）を小さくするように構成するのが
好ましい。

【００３５】すなわち、ハンドル舵角速度が高くなる
程、車両応答の線形領域は狭くなる。このため、モータ
制御量の補正に係る閾値である所定舵角を小さくするこ
とにより、車両応答の線形領域に対応して、モータ制御
量の補正の実行・禁止の切り替えを的確に行うことがで
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における自
動車の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセ
ンサの検出値に基づく第１制御量と、目標ヨーレートに
基づく第２制御量とでもって電動モータが制御されるた
め、フリクションやイナーシャの大きさに関わらず、ハ
ンドル操舵に対して常に所望の車両挙動を得ることがで
き、例えば製品間での性能差を無くすことができる。

【００３７】これと共に、ハンドルと車輪との間でトル
クセンサを介して伝達されるトルクが打ち消されるよう
に、モータ制御量の補正をすることで、運転者によるハ
ンドル操舵と、第２制御量による電動モータの制御とが
干渉してしまうことを回避することができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。

【００３９】図１及び図３は、自動車の電動パワーステ
アリング装置の構成を示していて、１１はハンドル、１
２は上記ハンドル１１に連結されてこのハンドル１１の
回転力（操舵力）を伝達するステアリングシャフト、１
３は自在継ぎ手を介して上記ステアリングシャフト１２
に連結された中間シャフト、２１は上記中間シャフト１
３の下端に設けられたステアリングギヤボックス、３１
はこのステアリングギヤボックス２１の両側に配設され
たタイロッド、３２はこのタイロッド３１が連結される
タイヤ（前輪）である。

【００４０】上記ステアリングギヤボックス２１内に
は、ラック・ピニオン機構２４が設けられていて、上記
ピニオンには、上記中間シャフト１３の下端が連結され
ている。一方、上記ラックの両端部はタイロッド３１を
介してタイヤ３２に連結されている。

【００４１】上記ステアリングギヤボックス２１には、
減速ギヤ２３を介してピニオン側に力を付与する電動モ
ータ２２と、トルクセンサ４１とが設けられていて、こ
のトルクセンサ４１は上記中間シャフト１３と減速ギア
２３との間に配設されている。これにより、上記トルク
センサ４１は、ハンドル１１とタイヤ３２との間に設け
られてハンドル操舵トルクを検出するものとなってい
る。

【００４２】上記トルクセンサ４１及び電動モータ２２
は、それぞれコントローラ５に接続されていて、このコ
ントローラ５によって電動モータ２２が制御される。

【００４３】尚、図３は、車両を２輪モデルで示してい
て、３３は後輪、Ｌｆは前輪から車両の重心位置までの
距離、Ｌｒは後輪から車両の重心位置までの距離をそれ
ぞれ示している。

【００４４】図２は、上記コントローラ５の構成を示し
ていて、このコントローラ５には、上記トルクセンサ４
１、車両に生じたヨーレートを検出するヨーレートセン
サ４２及び電動モータの回転速度を検出するモータ回転
速度センサ４３の各センサの検出値が入力される。尚、
上記モータ回転速度センサ４３は、電動モータ２２の回
転速度ωを直接的に検出するものとしてもよいし、上記
電動モータ２２に印加される電圧等から推定するものと
してもよい。

【００４５】上記コントローラ５には、上記トルクセン
サ４１の検出値が無くなるように第１制御量を決定する
第１の制御部としてのアシスト制御部５１と、上記トル
クセンサ４１の検出値から目標ヨーレートを演算し、こ
の目標ヨーレートから上記ヨーレートセンサ４３が検出
した実際に車両に発生しているヨーレートを減算するこ
とによって第２制御量を決定する第２の制御部としての
ヨーレートフィードバック制御部５２と、上記アシスト
制御部５１及びヨーレートフィードバック制御部５２の
各制御部における制御量を加算することによって電動モ
ータ２２の制御量を決定し、この制御量でもって電動モ
ータ２２を制御するモータ制御部５３とを備えている。

【００４６】上記アシスト制御部５１は、トルクセンサ
４１の検出値ξに対してアシスト制御ゲインＫ_aを掛け
ることによって第１制御量（Ｋ_a・ξ）を決定するよう
に構成されている。

【００４７】このアシスト制御ゲインＫ_aは、車速Ｖ、
トルクセンサの検出値ξ及びこの検出値ξの微分値によ
って決定される変数であって、非負（正又は０）の変数
でありかつ車速Ｖに関して非増加の（車速が高いとき
（Ｈ）の方が、車速が低いとき（Ｌ）に比べて小さい）
変数とされている。

【００４８】上記ヨーレートフィードバック制御部５２
は、トルクセンサ４１の検出値ξの位相遅れを補償する
伝達関数Ｇ₁(s)を有している。この伝達関数Ｇ₁(s)は、
図３に示すように、ハンドルイナーシャＩ_h，トルクセ
ンサ（トーションバー）４１の減衰係数Ｃ_b及びトーシ
ョンバー４１のばね定数Ｋ_bとして式（１）で設定され
ている。

【００４９】 Ｇ₁(s)＝｛ω_h ²（Ｉ_hｓ²＋Ｃ_bｓ＋Ｋ_b）｝／｛Ｋ_b（ｓ²＋２η_hω_h＋ω_h ²）｝ …（１） ここで、ｓはラプラス演算子、η_h，ω_hは調整パラメー
タである。

【００５０】そして、上記伝達関数の出力（Ｇ₁(s)・
ξ）によって運転者が実際にハンドルに付与したハンド
ル操舵トルクｕを算出するようにされている。

【００５１】また、上記ヨーレートフィードバック制御
部５２は、ハンドル操舵トルクｕに含ませるフリクショ
ン成分（フリクショントルクｕ_F）を設定するためのフ
リクションゲインＫ_Fを有している。このように、ハン
ドル操舵トルクｕにフリクショントルクｕ_Fを含ませる
のは、通常の自動車においては、図６に示すように、ハ
ンドル操舵トルクｕとハンドル舵角θ_Hとの間の特性が
ヒステリシスになるためである。

【００５２】すなわち、このヒステリシス特性は、ステ
アリング系のフリクション等によって生じるものである
が、ヨーレートフィードバック制御部５２による制御に
よって、そのフリクションの影響が低下、又は影響が全
くなくなってしまう。このため、同図の一点鎖線で示す
ように、操舵トルクｕとハンドル舵角θ_Hとの間のヒス
テリシス特性が失われる虞がある。このようにハンドル
操舵トルクｕとハンドル舵角θ_Hとの間の特性が通常の
自動車とは異なる特性となる結果、操舵感が損われるよ
うになる。

【００５３】そこで、操舵感の向上を目的として、予め
設定した大きさのフリクショントルクｕ_Fを、目標ヨー
レートの演算に係るハンドル操舵トルクｕから減ずる
（ハンドル操舵トルクｕに、操舵速度方向とは逆向きに
フリクショントルクｕ_Fを加える）ことで、ハンドル操
舵トルクｕとハンドル舵角θ_Hとの間に、所定のヒステ
リシス特性が残るようにしている。

【００５４】具体的には、上記フリクションゲインＫ_F
は、図４に示すように、モータ回転速度ωの方向に応じ
てフリクショントルクｕ_Fの正負を設定するようになっ
ており、モータ回転速度ω（つまり、ハンドル操舵速
度）が正のときは、フリクショントルクを＋ｕ_Fとし、
モータ回転速度ω（つまり、ハンドル操舵速度）が負の
ときは、フリクショントルクを−ｕ_Fとする。尚、モー
タ回転速度ωの０（ゼロ）点においてフリクショントル
クｕ_Fが不連続になることにより、運転者の違和感を招
く虞もあるため、例えば図５に示すように、モータ回転
速度ωの０点付近で、フリクショントルクｕ_Fが連続的
につながるように、フリクションゲインを設定してもよ
い。つまり、モータ回転速度ωの０点近傍で、フリクシ
ョントルクｕ_Fの絶対値を減少させてもよい。

【００５５】尚、上記フリクショントルクｕ_Fの大きさ
を調整することで、上記ヒステリシスの幅を調整するこ
ともできる。これにより、操舵力特性（操舵感）を常に
設計どおりの特性にすることも可能になる。また、上記
フリクショントルクｕ_Fは、車速が高い程小さくしても
よい。こうすることで、高速走行時においては、ハンド
ル１１の復元力が高まり、ハンドル１１の戻り感を向上
させることができる。さらに、上記フリクショントルク
ｕ_Fは、車輪舵角が大きい程小さくしてもよい。こうす
ることで、車輪舵角の大きい領域では車両の安定性が向
上し、車輪舵角の小さい領域では車両の応答性が向上す
るようになる。

【００５６】上記ヨーレートフィードバック制御部５２
は、上記ハンドル操舵トルクｕからフリクショントルク
ｕ_Fを減じた値（ｕ−ｕ_F）から、目標ヨーレートを演算
する目標ゲインＫ_yを有していて、この目標ゲインＫ
_yは、ホイールベース等の車両諸元や車速等に基づいて
予め設定されたものとなっている。すなわち、このヨー
レートフィードバック制御部５２による制御は、ハンド
ル操舵トルクに対する車両応答が線形である領域（車両
応答の線形領域）を対象としている。尚、この目標ゲイ
ンＫ_yの詳細については後述する。

【００５７】また、上記ヨーレートフィードバック制御
部５２は、上記目標ヨーレートからヨーレートセンサ４
３が検出した実際のヨーレートψ_sを減算し（Ｋ_y（Ｇ
₁(s)・ξ−ｕ_F）−ψ_s）、この偏差に対して制御ゲイン
Ｃ(s)を掛けて制御量（第２制御量）を決定するように
構成されている。上記制御ゲインＣ(s)は式（２）で設
定されている。

【００５８】Ｃ(s)＝ΣＢ_mｓ^m／ΣＡ_nｓⁿ …（２） 尚、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ
である。

【００５９】このＣ(s)は、例えば目標ヨーレートと実
際のヨーレートとの偏差を０にするためのＰＩＤ制御理
論の伝達関数としてもよく、ＰＩＤ制御の場合では、Ａ
₀＝０，Ａ₁＝１，Ｂ₀＝積分ゲイン，Ｂ₁＝比例ゲイン，
Ｂ₂＝微分ゲインとすればよい。また、上記Ｃ(s)は、Ｐ
ＩＤ制御以外の制御理論を用いた伝達関数としてもよ
い。

【００６０】ここで、このヨーレートフィードバック制
御部５２の制御量の感度調整（目標ゲインＫ_y又は制御
ゲインＣ(s)の調整）は次の〜のようにするのがよ
い。

【００６１】車速Ｖが所定車速以下のときは、目標ゲ
インＫ_yを０とするのがよい。これは次の理由によるも
のである。つまり、ハンドル１１が操舵されることによ
りトルクセンサ４１の検出値から目標ヨーレートが演算
されるが、例えば低速旋回時は車両にヨーレートが発生
し難い（又は発生しない）。このため、低速旋回時にお
いて上記目標ヨーレートとなるように電動モータ２２を
制御しても、目標ヨーレートが達成されないという不具
合が生じる。従って、車速が所定車速以下のときは目標
ゲインＫ_yを０として、上記ヨーレートフィードバック
制御部５２における制御を行わないのがよい。これによ
り、車両が所定車速以下のときは、アシスト制御部５１
による制御のみが行われる。

【００６２】一方、車速が所定車速以上のときは、上記
アシスト制御部５１のアシストゲインＫ_aを０として、
ヨーレートフィードバック制御部５２による制御のみを
行うようにするのがよい。これは、上記アシスト制御部
５１と、ヨーレートフィードバック制御部５２とで制御
干渉が起きる虞があるためである。

【００６３】車速Ｖが高い程、制御ゲインＣ(s)を上
げるのがよい。これは、高速走行時の直進安定性を向上
させるためである。すなわち、例えば横風や路面不整等
によって車両に外乱が入力された場合には、運転者がハ
ンドル操舵をしていない、すなわち、ハンドル操舵トル
クが０であるにも関わらず、車両にヨーレートが生じる
ことになる。しかし、ヨーレートフィードバック制御部
５２の制御は、ハンドル操舵トルクが０、すなわち目標
ヨーレートは０であれば、直進状態を維持しようとする
制御になるため、車速Ｖが高い程、制御ゲインＣ(s)を
高めると、高速走行時の直進安定性が向上する。尚、上
記制御ゲインＣ(s)の調整は、Ａ_n，Ｂ_mを変更すること
によって行ってもよい（式（２）参照）。

【００６４】車速Ｖが、さらに高くなれば（所定車速
以上になれば）、車速が高い程目標ゲインＫ_yを下げる
のがよい。これは、高速走行時におけるハンドル操舵に
対する車両挙動を鈍くするためである。すなわち、中速
域では、ハンドル操舵に対して車両挙動（ヨーレート挙
動）が敏感に反応する方が、例えば回頭性が向上するこ
とになるため好ましいが、高速域では、ハンドル操舵に
対して、ヨーレート挙動が敏感に反応するのは、挙動が
不安定になってしまう虞があると共に、運転者に違和感
を与えてしまうことになる。そこで、車速Ｖがさらに高
くなれば、すなわち、高速走行時には目標ゲインＫ_yを
下げてハンドル操舵に対する車両挙動を鈍くするのが好
ましい。

【００６５】従って、上記〜によると、上記低速域
では、ヨーレートフィードバック制御部５２による制御
が行われない一方、中速域（Ｍ）では、上記ヨーレート
フィードバック制御部５２による制御が積極的に行われ
る。そして、高速域（Ｈ）では、中速域に比べてヨーレ
ートフィードバック制御部５２による制御が抑制される
こととなる。

【００６６】路面μが低い程、目標ゲインＫ_yを下げ
るのがよい。これは、路面μが低いときはタイヤ反力が
小さいため、トルクセンサ４１が値を検出しない（又は
検出値が小さい）にも関わらず、車両にはヨーレートが
発生する。このため、目標ヨーレートと実際のヨーレー
トψ_sとが合わなくなってしまうことから、路面μが低
い程目標ゲインＫ_yを下げて、目標ヨーレートの影響を
小さくするのが好ましい。

【００６７】車輪舵角が小さい程、目標ゲインＫ_yを
上げるのがよい。これは、直進安定性のより一層の向上
を図るためである。

【００６８】車輪舵角速度が大きい程、目標ゲインＫ
_yを上げるのがよい。これは、車輪舵角速度が大きいと
きはイナーシャが大きくなってハンドル１１の操舵に対
して車両挙動が遅れやすくなるため、電動モータ２２に
大きなモータ推力を与えた方が好ましくなるためであ
る。

【００６９】尚、上記，〜については、目標ゲイ
ンＫ_yを調整しているが、制御ゲインＣ(s)を調整するよ
うにしてもよい。逆に、上記については、制御ゲイン
Ｃ(s)を調整しているが、目標ゲインＫ_yを調整するよう
にしてもよい。

【００７０】上記ヨーレートフィードバック制御部５２
はまた、所定の仮想的なモデルにおいて、電動モータ２
２の出力と、トルクセンサ４１を介してハンドル１１か
ら車輪３２に伝達されるトルクとの和に対するモータ回
転速度を算出するための伝達関数Ｇ₄(s)を有していると
共に、上記所定の仮想的なモデルにおけるモータ回転速
度（舵角速度）と、実際のモータ回転速度ωとの偏差か
ら、ヨーレートフィードバック制御部５２の制御量を補
正する補正量を算出するための伝達関数Ｇ₅(s)を有して
いる。

【００７１】上記伝達関数Ｇ₄(s)は式（３）で設定され
ている。

【００７２】Ｇ₄(s)＝ΣＰ_kｓ^k／ΣＱ_lｓ^l …（３） 尚、ｋ＝０，１，２，…，Ｋ、ｌ＝０，１，２，…，Ｌ
である。また、Ｐ_k，Ｑ_lは車速に応じて変更してもよ
く、車速に応じて段階的に変更してもよい。このとき、
低車速ほどＰ_k，Ｑ_lを細かく変更してもよい（低車速ほ
ど、車速の変化に対してＰ_k，Ｑ_lを頻繁に変更してもよ
い）。

【００７３】一方、上記伝達関数Ｇ₅(s)は式（４）で設
定されている。

【００７４】Ｇ₅(s)＝ω_jＫ_w／（ｓ+ω_j） …（４） 尚、ω_j，Ｋ_wは調整パラメータである。

【００７５】これら伝達関数Ｇ₄(s)，Ｇ₅(s)により、電
動モータ２２にダンピングを与えて、安定性を高めるよ
うにしている。

【００７６】このようにして、アシスト制御部５１及び
ヨーレートフィードバック制御部５２において各制御量
が決定されれば、モータ制御部５３において、上記アシ
スト制御部５１及びヨーレートフィードバック制御部５
２の制御量を加算して、電動モータ２２を制御するため
のモータ制御量を決定する。

【００７７】ここで、このモータ制御部５３は、補正手
段５４を有しており、この補正手段５４は、ハンドル１
１と車輪３２との間でトルクセンサ４１を介して伝達さ
れるトルクが打ち消されるように、上記モータ制御量の
補正をするものである。

【００７８】上記補正手段５４は、車速Ｖに応じて設定
される第１ゲインＫ₁と、ハンドル舵角θ_H及びハンドル
舵角速度θ_H´に応じて設定される第２ゲインＫ₂と、ト
ルクセンサ４１の検出値から上記ハンドル１１と車輪３
２との間で上記トルクセンサ４１を介して伝達されるト
ルク成分を演算するための伝達関数Ｇ₃(s)とを備えてい
る。

【００７９】上記第１ゲインＫ₁は、図７に示すよう
に、車速が第１車速Ｖ₁以下のときには、０であり、第
１車速Ｖ₁よりも高いときには、車速Ｖの増加に応じて
増加し、さらに、第２車速Ｖ₂以上のときには、車速に
拘わらず一定となるように設定されている。これによ
り、車両が停止しているとき又は低速走行時には、モー
タ制御量の補正が行われない。尚、第１車速Ｖ₁と第２
車速Ｖ₂との間において、第１ゲインＫ₁を連続的に変化
させなくても、第１車速Ｖ₁において不連続となるよう
に第１ゲインＫ₁を設定してもよい。

【００８０】一方、第２ゲインＫ₂は、図８に示すよう
に、ハンドル舵角θ_Hが第１舵角θ₁以下のときには、舵
角θ_Hに拘わらず一定値であり、上記第１舵角θ₁よりも
大きいときには、舵角θ_Hの増大に応じて減少し、さら
に、第２舵角θ₂よりも大きいときには０になるように
設定されている。これにより、ハンドル舵角θ_Hが第２
舵角θ₂よりも大きいときには、モータ制御量の補正が
行われない。尚、第１舵角θ₁と第２舵角θ₂との間にお
いて、第２ゲインＫ₂を連続的に変化させなくても、第
１舵角θ₁において不連続となるように第２ゲインＫ₂を
設定してもよい。

【００８１】また、上記第２舵角θ₂は舵角速度θ_H′に
応じて設定され、舵角速度θ_H′が高くなる程、第２舵
角θ₂が小さく設定される（同図の一点鎖線参照）。

【００８２】また、上記伝達関数Ｇ₃(s)は式（５）で設
定されている。

【００８３】 Ｇ₃(s)＝ω_i（Ｃ_bｓ+Ｋ_b）／｛Ｋ_b（ｓ+η_iω_i）｝…（５） ここで、ω_i，η_iは調整パラメータである。

【００８４】こうして第１ゲインＫ₁、第２ゲインＫ₂、
及び伝達関数Ｇ₃(s)によって、ハンドル１１と車輪３２
との間でトルクセンサ４１を介して伝達されるトルク成
分を演算し、これをモータ制御量から減算する補正を行
う。

【００８５】このように、本実施形態においては、トル
クセンサ４１の値から目標となる目標ヨーレートを演算
し、この目標ヨーレートとなるように電動モータ２２が
制御されることで、アシスト制御部５１の制御量（Ｋ_a
・ξ）で電動モータ２２を制御することによって、所望
のヨーレートが発生しない場合であっても、ヨーレート
フィードバック制御部５２の制御によって、目標ヨーレ
ート（所望のヨーレート）が車両に生じる。

【００８６】こうして目標ヨーレートとなるように電動
モータ２２が制御されることで、たとえフリクションや
イナーシャの大きさが異なる場合であっても、運転者の
ハンドル操舵（ハンドル操舵トルク）に対して、常に所
望のヨーレートが車両に生じるようになる。これによ
り、操舵フィーリングの向上や違和感の軽減が図られ、
運転者の疲労を軽減することができる。

【００８７】そして、上記モータ制御部５３は、ハンド
ル１１と車輪３２との間でトルクセンサ４１を介して伝
達されるトルク（推定トルク）を推定すると共に、この
推定トルクをモータ制御量から減算する補正手段５４を
有している。この補正手段５４によりモータ制御量が補
正されることで、ハンドル１１から車輪３２に実際に伝
達されるトルクと上記推定トルクとが相殺されることに
なり、制御上は、ハンドル１１から車輪３２にトルクが
伝達されないことになる。こうして、特に車両が外乱を
受けたときに、運転者によるハンドル操舵と、ヨーレー
トフィードバック制御部５２における制御とが干渉して
しまうことを回避することができる。

【００８８】また、上記補正手段５４においては、第１
車速Ｖ₁以下のときには第１ゲインＫ₁を０としかつ、第
１車速Ｖ₁よりも車速が高いときには車速に応じて第１
ゲインＫ₁を高めることで、モータ制御量の補正の禁止
・実行を切り替えるように構成されている。こうするこ
とで、不必要なモータ制御量の補正を回避しつつ、制御
干渉を回避することができる。

【００８９】つまり、第１車速Ｖ₁以下のときの停車時
又は低速走行時には、車両にヨーレートが発生しない、
又は発生し難いため、上記コントローラ５においては、
目標ゲインＫ_yを０としてヨーレートフィードバック制
御部５２における制御を行わず、中速又は高速走行時に
目標ゲインＫ_yを比較的高めるようにしている。一方、
アシスト制御ゲインＫ_aは、図７の一点鎖線で示すよう
に、停車時又は低速走行時に高める一方、中速又は高速
走行時には低下させるようにしている。

【００９０】ここで、ヨーレートフィードバック制御部
５２による制御を行わないときは、このヨーレートフィ
ードバック制御部５２制御に対する干渉の問題が生じな
いと共に、元々停車時又は低速走行時には、車両に対す
る外乱の影響自体がない。また逆に、ヨーレートフィー
ドバック制御部５２による制御を行わないときに補正手
段５４によるモータ制御量の補正を行うと、トルクセン
サ４１を介して伝達されるトルクを打ち消す制御が行わ
れることになるため、運転者によるハンドル操舵トルク
が車輪にまで伝わらず舵が切れなくなることにもなる。

【００９１】そこで、車速が第１車速Ｖ₁以下であると
き、言い換えるとヨーレートフィードバック制御部５２
の制御感度が０のときには、モータ制御量の補正を禁止
することで上記の不都合が回避される。一方、車速が第
１車速Ｖ₁よりも高いときには、言い換えるとアシスト
制御部５１の制御感度が低く、逆にヨーレートフィード
バック制御部５２の制御感度が高いときには、モータ制
御量の補正を行うことで、制御干渉が回避される。

【００９２】さらに、上記補正手段５４においては、第
２舵角θ₂を閾値としてモータ制御量の補正の禁止・実
行を切り替えるように構成されている。こうすること
で、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフィードバック
制御部５２による制御が有効に行われない車両応答の非
線形領域では、車輪等の状態を操舵反力として運転者に
的確に伝えることができる。

【００９３】すなわち、上述したように、ヨーレートフ
ィードバック制御部５２は、車両応答の線形領域におけ
る制御を行うように構成されている。このため、ハンド
ル舵角θ_Hが第２舵角θ₂以下である車両応答の線形領域
では、モータ制御量の補正を行うことで、制御干渉を回
避することができる一方、第２制御量による制御が有効
でない車両応答の非線形領域（ハンドル舵角θ_Hが第２
舵角θ₂よりも大きいとき）では、モータ制御量の補正
を禁止することで車輪からハンドルにトルクを伝達さ
せ、これにより、車輪等の状態を操舵反力として運転者
に的確に伝えることができる。

【００９４】また、補正手段５４におけるモータ制御量
の補正の禁止・実行の閾値である第２舵角θ₂を、ハン
ドル舵角速度θ_H´が高くなる程小さくすることで、車
両応答の線形領域が狭くなることに対応して、モータ制
御量の補正の禁止・実行の切り替えがなされ、車両応答
の線形領域では、制御干渉を回避しつつ、ヨーレートフ
ィードバック制御部５２による制御によって所望のヨー
レートを発生させる一方、車両応答の非線形領域では、
車輪等の状態を操舵反力として運転者に的確に伝えるこ
とができるようになる。

【００９５】尚、ドリフトアウトやスピンといったヨー
イング方向の姿勢を制御するための車両安定性制御装置
（ＤＳＣ：Dynamic Stability Control）や、車輪のロ
ックを抑制するためのアンチロックブレーキシステム
（ＡＢＳ：Antilock Brake System）といった挙動制御
装置を車両が備えているときには、これらの挙動制御装
置が作動するときには、ヨーレートフィードバック制御
部５２の制御感度を低下させることが好ましい。

【００９６】すなわち、車両のヨーイング方向の姿勢を
制御する挙動制御装置が作動しているときに、目標ヨー
レートと実ヨーレートとの偏差に基づくヨーレートフィ
ードバック制御部５２を作動させてしまうと、その制御
によって車両挙動（ヨーレート）が変化するため制御干
渉が生じ、挙動制御装置による制御の性能（挙動制御効
果）が低下してしまう虞がある。また、上記ヨーレート
フィードバック制御部５２は、タイヤがグリップしてい
る状態での制御を行うよう設定されていると共に、上述
したように、車両応答の線形領域における制御を目的と
している。一方、挙動制御装置が作動するのは、タイヤ
がスリップしているときや、車両応答の非線形領域であ
るときである。こうした挙動制御装置が作動するときに
ヨーレートフィードバック制御部５２の制御を行って
も、その制御は有効ではなく、挙動制御装置による制御
の性能低下を招くだけである。

【００９７】そこで、挙動制御装置による制御が行われ
ているときには、ヨーレートフィードバック制御部５２
における制御を抑制する。具体的には図９のフローに従
い、先ず、ステップＳ１で挙動制御装置が作動している
か否かを判定し、作動していないときにはステップＳ２
で通常のヨーレートフィードバック制御部５２の制御を
行う。一方、挙動制御装置が作動しているときには、ス
テップＳ３でヨーレートフィードバック制御部５２の感
度を低下させる。尚、上記ステップＳ３では、ヨーレー
トフィードバック制御部５２の制御を禁止してもよい。

【００９８】＜他の実施形態＞尚、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を
包含するものである。すなわち、上記実施形態では、電
動モータ２２がピニオン側に力を付与するように構成さ
れているが、ラック側に力を付与するように構成しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリン
グ装置の構成を示す斜視図である。

【図２】コントローラの構成を示すブロック図である。

【図３】電動パワーステアリング装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】フリクションゲインの一例を示す図である。

【図５】図４とは異なるフリクションゲインの一例を示
す図である。

【図６】ハンドル操舵トルクとハンドル舵角との関係を
示す図である。

【図７】補正手段における第１ゲインの特性を示す図で
ある。

【図８】補正手段における第２ゲインの特性を示す図で
ある。

【図９】挙動制御装置を備えたときのヨーレートフィー
ドバック制御部の制御フローチャートである。

【符号の説明】

１１ ハンドル ２２ 電動モータ ３２ 車輪 ４１ トルクセンサ ５１ アシスト制御部（第１の制御部） ５２ ヨーレートフィードバック制御部（第２
の制御部） ５３ モータ制御部 ５４ 補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC08 CC14 DA15 DA33 DC07 EB11 EC22 3D033 CA03 CA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータを有し、該電動モータの制御
   によりハンドル操舵を補助する自動車の電動パワーステ
   アリング装置であって、 ハンドルと車輪との間に設けられてハンドル操舵トルク
   を検出するトルクセンサと、 上記トルクセンサの検出値が無くなるように上記電動モ
   ータの第１制御量を決定する第１の制御部と、 上記トルクセンサの検出値に基づいて目標ヨーレートを
   演算し、該目標ヨーレートから実際に車両に発生してい
   るヨーレートを減算することによって上記電動モータの
   第２制御量を決定する第２の制御部と、 上記第１の制御部による第１制御量と第２の制御部によ
   る第２制御量とを加算したモータ制御量でもって上記電
   動モータを制御するモータ制御部とを備え、 上記モータ制御部は、上記ハンドルと車輪との間で上記
   トルクセンサを介して伝達されるトルクが打ち消される
   ように、上記モータ制御量の補正をする補正手段を有し
   ていることを特徴とする自動車の電動パワーステアリン
   グ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 第１の制御部は、第１制御量の感度を、車速が高い程下
   げるように構成され、 補正手段は、上記第１制御量の感度が低いときにモータ
   制御量の補正を行うように構成されていることを特徴と
   する自動車の電動パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 補正手段は、車速が所定車速以下のときにはモータ制御
   量の補正を禁止するように構成されていることを特徴と
   する自動車の電動パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 第２の制御部は、第２制御量の感度を、所定の条件に応
   じて変更するように構成され、 補正手段は、上記第２制御量の感度が０のときにはモー
   タ制御量の補正を禁止するように構成されていることを
   特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 補正手段は、ハンドル舵角が所定舵角以下のときにモー
   タ制御量の補正を行うように構成されていることを特徴
   とする自動車の電動パワーステアリング装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 補正手段は、ハンドル舵角速度が高くなる程、所定舵角
   を小さくするように構成されていることを特徴とする自
   動車の電動パワーステアリング装置。