特許 6032257 電動パワーステアリング装置の制御方法、電動パワーステアリング装置及びそれを搭載した車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6032257

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置の制御方法、電動パワーステアリング装置及びそれを搭載した車両

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20161114BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20161114BHJP

   B62D 113/00 20060101ALN20161114BHJP

   B62D 119/00 20060101ALN20161114BHJP

【ＦＩ】

   B62D6/00

   B62D5/04

   B62D113:00

   B62D119:00

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-208351(P2014-208351)

(22)【出願日】2014年10月9日

(65)【公開番号】特開2016-78483(P2016-78483A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2015年10月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078776

【弁理士】

【氏名又は名称】安形 雄三

(74)【代理人】

【識別番号】100121887

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 好章

(72)【発明者】

【氏名】大島 淳

【審査官】 粟倉 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０６７４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９９２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９１４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−００８２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７３３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ５／００−６／１０

１１３／００、１１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動パワーステアリング装置の制御方法であり、
トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けた角度センサ１により前記トーションバー上側角度を検出すると共に、前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けた角度センサ２により前記トーションバー下側角度検出し、前記上側角度又は前記下側角度の一方を用いて他方の角度目標値を設定し、前記他方の実角度を検出し、前記角度目標値と前記実角度の偏差に基づいて角度追従フィードバック制御を実施し、
前記角度目標値を設定する角度及び検出実角度が、前記トーションバー下側角度であり、
前記トーションバー上側角度、モータ電流及び車両情報に基づいて路面反力及び路面情報を算出し、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出するようになっている電動パワーステアリング装置の制御方法。

【請求項2】

電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けたトーションバー上側角度を検出する角度センサ１と、
前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けたトーションバー下側角度を検出する角度センサ２と、
前記トーションバー上側角度又は前記トーションバー下側角度の一方、モータ電流及び車両情報を用いて角度目標値を設定する目標角度演算部と、
前記角度目標値と実角度の偏差に基づいて角度追従制御を実施する角度追従制御部と、
を具備し、前記目標角度演算部及び前記角度追従制御部により前記電流指令値を演算し、
前記目標角度演算部が、
路面反力及び路面情報を算出する路面反力／路面情報算出部と、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出する角度目標値算出部とで構成されている電動パワーステアリング装置。

【請求項3】

前記路面反力／路面情報算出部が、
前記角度センサ１の上側角度及び車速に基づいて基準モデルの路面反力を算出する基準モデルと、前記基準モデルの路面反力及び前記モータ電流に基づいて前記路面反力及び前記路面情報を算出する反力修正路面情報算出部とで構成されている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項4】

前記角度目標値算出部が、
前記路面反力及び前記路面情報に基づいて理想操舵トルクを算出する理想操舵力算出部と、前記角度センサ１の上側角度及び前記理想操舵トルクに基づいて前記角度目標値を算出する角度目標値とで構成されている請求項２又は３に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項5】

前記角度センサ１及び２の分解能が０．０２°以下である請求項２乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項6】

電流指令値に基づいてモータを駆動し、ウォーム及びウォームホイールの噛み合いにより操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けたトーションバー上側角度を検出する角度センサ１と、
前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けたトーションバー下側角度を検出する角度センサ２と、
前記トーションバー上側角度又は前記トーションバー下側角度の一方、モータ電流及び車両情報を用いて角度目標値を設定する目標角度演算部と、
前記角度目標値と実角度の偏差に基づいて角度追従制御を実施する角度追従制御部と、
を具備し、
前記目標角度演算部及び前記角度追従制御部により前記電流指令値を演算し、
前記トーションバー上側角度、モータ電流及び車両情報に基づいて路面反力及び路面情報を算出し、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出するようにし、
前記ウォーム及び前記ウォームホイールの噛み合い隙間がゼロ乃至負になっている電動パワーステアリング装置。

【請求項7】

前記ウォームの回転軸の回転方向以外はリジッドに固定されている請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項8】

前記ウォームの支持軸受が深溝玉軸受及び４点接触玉軸受である請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項9】

前記ウォームの支持軸受が深溝玉軸受２個で支持されており、組み立て時に剛体でアキシアル方向に予圧をかけ軸受隙間をゼロ乃至負にしている請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。

【請求項10】

請求項２乃至９に記載の電動パワーステアリング装置を搭載した車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アシスト制御を目標角度演算部と角度追従制御部に分け、フィーリングに関する項目は目標角度演算部で実施し、角度追従制御部で応答性、安定性、外乱抑制を実施する電動パワーステアリング装置の制御方法、電動パワーステアリング装置及びそれを搭載した車両に関する。

【背景技術】

【0002】

モータを制御するモータ制御装置を搭載した装置として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与する。

【0003】

かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っており、モータとしては保守性に優れたブラシレスモータが一般的に使用されている。

【0004】

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構（ウォームとウォームホイールの噛み合い機構）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

【0005】

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転位置センサから操舵角を取得することも可能である。

【0006】

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能であり、コントロールユニット３０は電子部品等を装着された制御基板を有している。

【0007】

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

【0008】

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

【0009】

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３と慣性３４−２を加算部３４−４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４−１を加算部３４−５で加算し、加算部３４−５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。収れん性３４−１、慣性３４−２、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３は、いずれもモータ角速度を算出要因の１つとしている。

【0010】

このように従来の電動パワーステアリング装置では、トルクアシスト制御は、トルクセンサにて検出したトルクに基づいてアシストトルクを設定し、加えてモータの角速度により摩擦補償や慣性補償を行い、更に各機能を満たすための種々の補償器や上位（車）要求の制御機能を有しており、その各補償器等が影響しあった結果がトーションバーの捩れトルクとして運転者に返ってくるようになっている。そのため、機能が増えれば増えるほど制御設計が複雑になり、更にフィーリングをチューニングするには高度な技術が必要である。また、機械部の摩擦の経年変化や、個々のバラツキによってもフィーリングが変化し易い制御構造となっている。

【0011】

かかる問題を解決することを目途とした電動パワーステアリング装置として、例えば特開２００２−１６０６５３号公報（特許文献１）では、車両反力と路面情報（摩擦係数）を算出して目標値（トーションバートルク）を設定し、実トルクとの偏差に基づいて制御を行っている。また、特開２００４−２０３０８９号公報（特許文献２）では、目標値（トーションバートルク）を設定し、実トルクとの偏差に基づいて制御を行っている。更に特開２００９−５７０１７号公報（特許文献３）では、トーションバーの上側と下側の角度情報を用いて操舵用モータを制御している。

【0012】

また、従来の減速機構を構成するウォームとウォームホイールの噛み合いでは、隙間（バックラッシュ）があると歯打ち音が発生する。また、隙間を詰め過ぎると摩擦トルクが大きくなり、ハンドル中立付近でのフィーリングが悪化する。そのため、バックラッシュ管理は部品を精度良く管理し、また、組み付けも精度良く管理する必要がある。この問題を解決するために、バネやゴムなどを用いて予圧をかけてバックラッシュを抑えつつ、摩擦を増やさない機構が提案されている（特許第４１９６８３１号公報（特許文献４））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００２−１６０６５３号公報

【特許文献2】特開２００４−２０３０８９号公報

【特許文献3】特開２００９−５７０１７号公報

【特許文献4】特許第４１９６８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、摩擦補償などの個別の補償部が必要なく、機械部の経年変化等にも角度追従制御のフィードバック制御により補償でき、目標角度演算部で設計したフィーリングを常に実現することができ、特にオンセンターフィーリングの向上が容易に実現でき、機能追加等による他の機能や安定性への影響が明確になる電動パワーステアリング装置の制御方法、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明では角度目標値（トーションバー上側又は下側）を設定し、実角度との偏差から角度制御を実施している。

【0016】

本発明は、電動パワーステアリング装置の制御方法であり、トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けた角度センサ１により前記トーションバー上側角度を検出すると共に、前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けた角度センサ２により前記トーションバー下側角度検出し、前記上側角度又は前記下側角度の一方を用いて他方の角度目標値を設定し、前記他方の実角度を検出し、前記角度目標値と前記実角度の偏差に基づいて角度追従フィードバック制御を実施し、前記角度目標値を設定する角度及び検出実角度が、前記トーションバー下側角度であり、前記トーションバー上側角度、モータ電流及び車両情報に基づいて路面反力及び路面情報を算出し、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出するようになっていることにより達成される。

【0017】

また、本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けたトーションバー上側角度を検出する角度センサ１と、前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けたトーションバー下側角度を検出する角度センサ２と、前記トーションバー上側角度又は前記トーションバー下側角度の一方、モータ電流及び車両情報を用いて角度目標値を設定する目標角度演算部と、前記角度目標値と実角度の偏差に基づいて角度追従制御を実施する角度追従制御部と、を具備し、前記目標角度演算部及び前記角度追従制御部により前記電流指令値を演算し、前記目標角度演算部が、路面反力及び路面情報を算出する路面反力／路面情報算出部と、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出する角度目標値算出部とで構成されていることにより達成される

【0018】

更に、本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動し、ウォーム及びウォームホイールの噛み合いにより操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置のコラム軸のハンドル側に設けたトーションバー上側角度を検出する角度センサ１と、前記トーションバーを挟んで前記電動パワーステアリング装置の前記コラム軸の操向車輪側に設けたトーションバー下側角度を検出する角度センサ２と、前記トーションバー上側角度又は前記トーションバー下側角度の一方、モータ電流及び車両情報を用いて角度目標値を設定する目標角度演算部と、前記角度目標値と実角度の偏差に基づいて角度追従制御を実施する角度追従制御部とを具備し、前記目標角度演算部及び前記角度追従制御部により前記電流指令値を演算し、前記トーションバー上側角度、モータ電流及び車両情報に基づいて路面反力及び路面情報を算出し、前記路面反力及び前記路面情報に基づいて前記角度目標値を算出するようにし、
前記ウォーム及び前記ウォームホイールの噛み合い隙間がゼロ乃至負になっていることにより達成される。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、電動パワーステアリング装置のアシスト制御を、フィーリングに関する項目を実施する目標角度演算部と、応答性、安定性、外乱抑制を実施する角度追従制御部とに分けているため、摩擦補償などの個別の補償部が必要なく、また、機械部の経年変化等にも角度追従制御のフィードバック制御により補償でき、目標角度演算部で演算した目標角度のフィーリングを常に維持することができる。その結果、特にオンセンターフィーリングの向上が容易に実現でき、更に目標角度演算部と角度追従制御部とが分離されているので、機能追加等による他の機能や安定性への影響が明確になるという利点がある。

【0020】

また、本発明によれば角度追従制御部を有しているので、今後の技術として注目されている自動運転等においても、上位（車）からの位置指令に対して、位置制御部を新たに設けることなく、そのまま位置制御を実施することができる。

【0021】

更に、従来のＥＰＳ制御における減速機構のハードウェア構成では、ウォームとウォームホイールとの間の摩擦が大きくなり、また、モータの慣性が運転者に伝わり易い構造となってしまうため、バネなどによる予圧機構やゴムダンパなどで対応している。しかしながら、本発明では、摩擦や慣性の補償はバラツキ等によらず角度追従制御で補償できるため、運転者に違和感を感じさせることがない。
本発明の制御構成と減速機構のハード構成を組み合わせることにより、目標のフィーリングを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来の電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。

【図2】電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）内の制御構成例を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。

【図4】本発明のＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す構造図である。

【図5】路面反力／路面情報算出部の構成例を示すブロック図である。

【図6】角度目標値算出部の構成例を示すブロック図である。

【図7】減速機構の軸受構造例を示す断面図である。

【図8】減速機構の軸受構造例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明では、電動パワーステアリング装置のアシスト制御を、フィーリングに影響する目標角度演算部と、応答性、安定性、外乱抑制に影響する角度追従制御部とに分け、フィーリングに関する項目は目標角度演算部で実施し、角度追従制御部で応答性，安定性，外乱抑制を実施するようにしている。そのため、摩擦補償、慣性補償などの個別の補償部を設ける必要がなく、機械部の経年変化等に対しても角度追従制御のフィードバック制御で補償でき、目標角度演算部で演算したフィーリングを常に実現することができる。また、オンセンターフィーリングの向上が容易に実現可能であり、機能追加等による他の機能や安定性への影響が明確になる。

【0024】

更に、本発明では、減速機構のハードウェア構成として、ウォームとウォームホイールの噛み合わせの隙間（バックラッシュ）をゼロ乃至負とすると共に、ウォームをリジッドに固定し、回転方向以外の自由度は殆どないようにしている。そのため、歯打ち音が発生することもなく、モータ出力角度からトーションバー下側角度までの剛性を上げることができ、制御し易いハードウェア機構となっている。それにより、角度追従制御の性能向上へ貢献できると共に、フィーリングの向上が望める。

【0025】

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

【0026】

図３は本発明の実施形態の一例を示しており、アシスト制御を行う制御部を目標角度演算部１１０と角度追従制御部１２０とに分け、フィーリングに関する項目は目標角度演算部１１０で実施し、応答性、安定性、外乱抑制の制御を角度追従制御部１２０で実施する。目標角度演算部１１０は、路面反力／路面情報算出部１１１及び角度目標値算出部１１２で構成されている。路面反力／路面情報算出部１１１は、上側角度センサで検出されたハンドル角度θ_１、電流検出器で検出されたモータ電流Ｉｍ、車両情報としての車速Ｖｓに基づいて路面反力Ｆｒ及び路面情報（摩擦係数）μを算出し、角度目標値算出部１１２は路面反力Ｆｒ及び路面情報（摩擦係数）μに基づいて角度目標値θ_２ｒｅｆを算出する。手に感じるトルク（トーションバートルク）を設定する場合は、ハンドル角度θ_１，トーションバーのバネ定数Ｋｔを用いて
角度目標値θ_２ｒｅｆを算出する。角度追従制御部１２０は、減算部１０１で求められる角度目標値θ_２ｒｅｆと、ＥＰＳ操舵系／車両系１００で検出された実角度θ_２との偏差に基づき、制御する実角度フィードバック制御となっており、角度追従制御部１２０で求められたモータ電流指令値Ｉｒｅｆは加算部１０２に入力される。加算部１０２には外乱１０３が入力され、その加算結果がＥＰＳ操舵系／車両系１００に入力されて電動パワーステアリング装置がアシスト制御する。

【0027】

図４は、本発明におけるＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す構造図であり、操向車輪８Ｌ,８Ｒには路面反力Ｆｒ及び路面情報μが作用し、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル側には上側角度センサ（角度θ_１）が設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２の操向車輪側には下側角度センサ（角度θ_２）が設けられている。上側角度センサ及び下側角度センサの分解能は、いずれも０．０２°以下である。また、モータ２０のモータ電流Ｉｍは電流検出器で検出される。

【0028】

図５は路面反力／路面情報算出部１１１の構成例を示すブロック図であり、トーションバー２Ａの上側角度センサの角度θ_１（≒ハンドル角度）と車速Ｖｓにより、基準モデル（標準路面）１１１−１の路面反力Ｆｒａを算出する。その際の基準モータ電流も算出し、実際のモータ電流Ｉｍとの比較により、反力修正路面情報算出部１１１−２は路面反力Ｆｒａを修正すると共に、路面情報（摩擦係数）μを算出する。このように少ない情報で路面反力Ｆｒ及び路面情報（摩擦係数）μを算出することができる。

【0029】

また、車両情報としてヨーレートＶや横加速度情報Ｇ、横すべり角などを反力修正路面情報算出部１１１−２に入力し、より精度の高い路面反力Ｆｒを算出しても良い。更には、タイヤセンサやラック軸力測定センサを用いて路面反力Ｆｒを直接測定しても良い。精度良く路面反力を計算することにより、路面情報を的確に伝達することができる。

【0030】

また、図６は角度目標値算出部１１２の構成例を示すブロック図であり、理想操舵力算出部１１２−１及び角度目標値算出部１１２−２で構成されている。理想操舵力算出部１１２−１は路面反力Ｆｒ及び路面情報μに基づき、運転者の手に伝えるべき理想操舵トルクＴｒｅｆを算出する。理想操舵トルクＴｒｅｆは角度目標値算出部１１２−２に入力され、角度目標値算出部１１２−２で上側角度センサの角度θ_１の情報に基づいて角度目標値θ_２ｒｅｆが算出される。

【0031】

このように、本発明では、従来のトルク制御に対して、フィーリングに影響する項目を実施する目標角度演算部１１０と応答性や安定性等に影響する項目を実施する角度追従制御部１２０とが分離されており、角度追従制御部１２０の帯域を必要値に設定（応答性,外乱抑制等）することにより、従来個別に設定していた摩擦補償や慣性補償などが必要なくなる。また、機械部の経年変化等も角度追従制御のフィードバック制御により補償できるため、目標角度演算部１１０で演算（設計）したフィーリングを常に実現することができる。

【0032】

その結果、特に今まで課題とされており、チューニングが難しかったオンセンターフィーリングの向上が容易に実現できる。目標角度演算部１１０と角度追従制御部１２０とが分かれていることにより、機能追加等による他の機能や安定性への影響が明確になる。

【0033】

更に、従来のトルクセンサによる検出トルクからアシスト力を決定するのではなく、路面情報を基本としてアシストトルクを算出しているので、路面反力Ｆｒ及び路面情報μを運転者は的確に感じることができる。

【0034】

特許文献１に開示されているようなトルク目標値制御では、ハンドル角度センサとトルクセンサを用いてトルク目標値を設定しているが、ハンドル角度センサの分解能は通常０．１°程度であるため、目標値を生成するには粗い。ハンドル角０．１°以内はフィーリングが変わらないので、違和感を感じ易い。これに対して、本発明はトーションバー２Ａを挟んで設けられる２つの角度センサの分解能を０．０２°以下としているため、より精度良く目標値を設定でき、違和感のない制御を実現することができる。また、トルク目標値ではなく、角度目標値制御になっているため、今後の技術として注目されている自動運転等においても、上位（車）からの位置指令に対して、位置制御部を新たに設けることなく、そのまま位置制御を実施することができる。更に、目標値がトーションバー下側の角度センサであるため、車のタイヤの切れ角に近い値（トーションバーの捩れの影響を排除した状態で）で制御することができる。

【0035】

本実施形態ではコラムＥＰＳを例に挙げて説明したが、ピニオンＥＰＳ、デユアルピニオンＥＰＳ、ボールネジ式ラックピニオンＥＰＳへも適用可能である。

【0036】

一方、従来の減速機構を構成するウォームとウォームホイールの噛み合いでは、隙間（バックラッシュ）があると歯打ち音が発生し、隙間を詰め過ぎると摩擦トルクが大きくなり、ハンドル中立付近でのフィーリングが悪化する問題があった。そのため、バックラッシュ管理は部品を精度良く管理し、また、組み付けも精度良く管理する必要がある。

【0037】

かかる問題に対して、本発明では、減速機構のハードウェア構成として、ウォームとウォームホイールの噛み合わせの隙間（バックラッシュ）をゼロ乃至負とし、また、ウォームを軸受にリジッドに固定し、回転方向以外の自由度は殆どないようにしている。つまり、ウォーム支持軸受のガタを極力なくし、ウォームの自由度を回転方向以外について極力ゼロとしている。

【0038】

この構造により、モータ出力角度からトーションバー下側の角度センサθ_２までの剛性を上げることができ、制御し易いハードウェアとなっている。このため、角度追従制御の性能向上に貢献できると共に、フィーリングの向上が望める。また、ウォームとウォームホイールの噛み合わせの隙間をゼロ乃至負としているので、歯打ち音が発生することもない。歯打ち音の心配はないが摩擦が大きくなり、フィーリングの悪化が懸念されるが、上記分離制御の構成になっているため、摩擦は角度追従制御により補償され、フィーリングの向上を実現することができる。

【0039】

図７及び図８はそれぞれ減速機構の軸受構造の例を示しており、図７は「深溝玉軸受＋４点接触玉軸受」を、図８は「深溝玉軸受＋深溝玉軸受＋軸方向予圧」を示している。図７の軸受構造では、軸方向荷重は４点接触玉軸受３０３で支持され、アキシアル隙間は殆どない。また、図８の軸受構造では、アキシアル方向の荷重を２つの軸受３０４及び３０５で分担し、アキシアル隙間がなくなるように軸方向に予圧がかかるような寸法で取り付ける。予圧は、止め輪やナット等の剛体で行う。

【0040】

いずれの例も、モータ２０の主力軸２０Ａにはウォーム３０１がリジッドに固定されており、軸方向にゴムダンパはなく、軸方向には動かず、自由度は回転方向のみである。そのため、軸方向及び半径方向の剛性は高い。また、ウォーム３０１にはウォームホイール３０２が噛み合わされており、噛み合いの隙間はゼロ乃至負となっている。

【0041】

このようにウォーム３０１がリジッドに固定され（自由度は回転方向のみ）、ウォーム３０１とウォームホイール３０２の噛み合い隙間（バックラッシュ）もないため、モータ２０の出力軸２０Ａからトーションバーの下側角度センサまでの機械的剛性が高くなる。このため、角度追従制御の性能（応答性，安定性等）が向上し、フィーリングを向上させることができる。軸方向や半径方向にゴムダンパやバネ予圧があると、モータ出力からの剛性がゴムにより低下し、応答性が悪化してしまい、その機械的剛性に制限された制御設計しかできない。また、本構成により摩擦の増加や慣性感の増加によるフィーリングの悪化が懸念されることに関しては、角度追従制御の応答性の向上により制御部全体で補償されるため、より良いフィーリングを実現することができる。

【符号の説明】

【0042】

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
３ 減速機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
１００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１１０ 目標角度演算部
１１１ 路面反力／路面情報算出部
１１１−１ 基準モデル（標準路面）
１１１−２ 反力修正路面情報算出部
１１２ 角度目標値算出部
１１２−１ 理想操舵力算出部
１１２−２ 角度目標値算出部
１２０ 角度追従制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】