(57)【要約】  慣性モーメントの小さなモータを用いた電動パワーステアリングを対象とし、モータの回転速度の検出信号に基づいて、操舵の抵抗や遅れを軽減しつつ、振動を抑制する制御装置を得ることを課題としている。  操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、前記制御装置は、モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させる。
2012160850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、
前記制御装置は、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項２】
前記操舵トルク信号に前記モータ速度信号に基づく補正信号を負帰還した信号に対して略比例するアシストトルク信号を、前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として前記出力トルクを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項３】
前記操舵トルク信号に略比例するアシストトルク信号に前記モータ速度信号に基づく補正信号を負帰還した信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として前記出力トルクを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項４】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以上で且つ高周波ノイズ成分の周波数以下にカットオフ周波数を持つローパスフィルターを介して得るようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項５】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、前記モータ速度検出手段からのモータ速度信号より操舵による周波数成分を低減したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項６】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、車両の走行速度を検出した車速信号に応じて得るようにしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項７】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号に対する増幅率を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにしたことを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項８】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにしたことを特徴とする請求項６または７記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項９】
前記操舵トルク信号と直列に、位相を補償する補償器を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１０】
前記操舵トルク信号に略比例するアシストトルク信号に、前記操舵トルク信号に基づく補正信号を加算した信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として前記出力トルクを制御することを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１１】
前記伝達特性に応じた固有振動数は、前記トルクセンサのバネ定数と前記モータの回転子の慣性モーメントに応じたものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１２】
前記固有振動数は、前記トルクセンサのバネ定数と、前記モータの回転子の慣性モーメントと、ステアリングホイールの慣性モーメントに応じたものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動パワーステアリングの制御装置に関し、特に、回転速度の検出手段を備えた電動パワーステアリングを対象とした制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の運転者がステアリングホイールに加えた操舵トルクに応じてモータによるアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクに略比例するアシストトルクを定め、この比例関係の増幅率であるトルク比例ゲインを大きく取ることにより運転者の操舵力を低減すると共に、トルク比例ゲインの増大に伴い発生する制御系の発振などの振動を抑制して、運転者のフィーリングを向上することが行われている。【０００３】
従来、この発振振動の抑制において、モータの回転速度（以下、モータ速度とも言う）を検出または推定した信号をモータの出力トルクにフィードバックする際に、モータ速度の操舵周波数成分をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）により低減するものが提案されている（例えば、特許文献１あるいは２を参照）。これによると、モータ速度のフィードバックが操舵周波数において操舵に対する抵抗となる現象を抑制しながら、振動を抑制できるという効果がある。【０００４】
また、他の例として、モータ速度を用いてフィードバック制御する際の制御周期を、不快な振動の周期よりも短く設定し、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて、操舵周波数成分を低減するものが提案されている。（例えば、特許文献３を参照）。このバンドパスフィルタの選択周波数の中心周波数は、２０Ｈｚ〜４０Ｈｚ付近にあり、よって、この付近の周波数帯の振動成分だけが選択的に透過される。したがって、操舵周波数に対応する高々数Ｈｚ程度までの比較的低い周波数の信号成分は、このバンドパスフィルタを通過することがない。この様な構成により、操舵に対する粘性感（粘性抵抗）が望ましくないレベルにまで増大することを未然に防止しながら、振動を抑制できる効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６８６００号公報
【特許文献２】特表２００５−５１２４７９号公報
【特許文献３】特開２００３−０２６０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１から３のような従来の電動パワーステアリングの制御装置は、操舵の抵抗を低減しつつ、振動を抑制することができていた。しかしながら、モータの慣性モーメントが小さい場合には、低慣性に起因して外乱によって簡単に速度変動することに加え、モータの慣性モーメントとトルクセンサのバネ定数に応じた固有振動数が高周波側になる傾向があり、その結果、振動の発生しやすい周波数が、高周波側すなわち位相遅れの大きな周波数帯域となるため、振動を十分に抑制するのが難しいという課題があった。【０００７】
特許文献１は、モータ目標電流にモータ速度をフィードバックする構成である。仮に、特許文献１の構成を用いて、慣性モーメントの小さなモータを制御することを考えた場合、前記の大きな位相遅れを回復するためにモータ速度のフィードバックゲインを大きくする方策が考えられる。しかしながら、そのようにすると、前記固有振動数よりも高周波側でモータ速度のフィードバックゲインが過大になり、その結果、騒音が大きく感じるようになったり、あるいは、操舵周波数におけるモータ速度のフィードバックゲインが大きくなり過ぎ、操舵の抵抗を十分に軽減できなくなるといった現象が生じていた。また、一般的におよそ２００〜５００Ｈｚの帯域に多く存在する高周波ノイズを増幅させてしまう。【０００８】
また、特許文献２は、前記モータ速度のフィードバックゲインを、操舵トルクに対するモータ目標電流のゲインに応じて、可変する構成により、前記課題の解決を図ったものである。この場合、前記モータ速度のフィードバックゲインを求める演算が複雑となり、装置のコストアップにつながるという課題があった。【０００９】
さらにまた、特許文献３のような従来の電動パワーステアリングの制御装置のモータ速度のフィードバックゲインは、路面からのキックバックや、異音の抑制を目的として設定されており、モータ速度信号のフィルタに用いているバンドパスフィルタの選択周波数の中心周波数は、２０Ｈｚ〜４０Ｈｚ付近にし、この付近の周波数帯の振動成分だけが選択的に透過するようにしているので、この帯域外にある周波数に対しては振動抑制の効果が得られないという問題があった。例えば、上述の固有振動数近傍で生じやすい制御系の発振に対しては効果がない。【００１０】
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものである。そこで、前記の課題を、図を用いてさらに詳しく説明する。まず、固有振動数が、モータの慣性モーメントの低下により上昇することを示す。モータの慣性モーメントが従来の大きさの場合、モータの出力トルクから操舵トルク及びモータの回転角度までの電動パワーステアリングのメカニカルな周波数応答特性は、図１に示すようになるが、モータの慣性モーメントが従来より小さい場合は、図２に示すように、固有振動数の上昇が、周波数応答特性のピーク周波数の上昇（図中の太い矢印で示す）として現れている。このピーク周波数は、モータの慣性モーメントとトルクセンサのバネ定数に応じた固有振動数である。また、それに伴い、ピークより高周波においては、ゲインの上昇（図中の細い矢印で示す）が現れている。【００１１】
電動パワーステアリングの制御装置では、上述したようにアシストトルクは操舵トルクに略比例させているので操舵トルクに応じてアシストトルクは変化する。また、アシストトルクが大きくなるに連れ、操舵トルクは軽減される。このように、アシストトルクに関する閉ループ系が構成されている。この閉ループ系の一巡伝達関数は、従来のモータの慣性モーメントの場合は、図３のようになる。図３を見て判るように、制御装置によるフィードバックを含めた固有振動数であるゲイン交差周波数（図３の場合、４０Ｈｚ）における、位相余裕（−１８０度からの余裕）はおよそ３０度と安定なレベルを確保している（図３の矢印付き点線で示す）。それに対して、モータの慣性モーメントが小さい場合には、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数は図４に示すようになり、図２で示したゲインの上昇に伴って、固有振動数を示すゲイン交差周波数は、図３と比較して上昇しており、図４の場合ゲイン交差周波数は７０Ｈｚである。即ち、モータの慣性モーメントが小さくなると、該ゲイン交差周波数は４０Ｈｚから７０Ｈｚへと１．５倍以上高くなる。その結果、アシストマップのトルク比例ゲインの大きさを示すレベル２（図中の破線）においては、位相余裕は３０度より小さくなり、安定性を確保できていない。トルク比例ゲインの大きさがレベル２より小さいレベル１以下においては、安定性を確保できている。すなわち、モータの慣性モーメントの低下により、固有振動数が上昇し、その結果、安定性が低下し、振動の抑制が十分なされないことを示している。このように、固有振動数と安定性は、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達関数と、モータの慣性モーメントとトルクセンサのバネ定数に応じたものである。【００１２】
次に、この安定性の低下を補うため、特許文献１の構成において、モータ速度のフィードバックゲインを大きくする方策を実施した場合について説明する。図３、図４で示したアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を実現する速度信号のフィードバック制御において、モータ回転角度から出力トルクまでの制御の伝達関数は、図５に示すようになる。これは、モータ回転角度を近似的に微分して得たモータ速度信号を、ＨＰＦ処理し、その操舵周波数成分を低減し、フィードバックゲインを乗算して得られた指令電流を出力トルクに実現するまでの特性を示している。このような制御に対して、モータ速度のフィードバックゲインを上昇させた場合は、図６に示すような特性になる。この速度フィードバックを用いたアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数は、図７に示すようになり、トルク比例ゲインの大きさのレベル２においても、安定性を確保している。しかしながら、フィードバックゲインを上昇させたことにより、図６に破線で囲んだ付近の高周波帯域のゲイン特性は、フィードバックゲイン上昇前の図５よりも増大しており、センサ信号からの高周波ノイズ等を増大し、出力トルクとして出力するため、運転者がノイズに起因する騒音・振動を感じるようになるという問題が発生する。【００１３】
ここで、アシストトルクは操舵トルクに略比例すると仮定したが、実際のアシストマップのトルク比例ゲインは、操舵トルク中立近傍ではゲインが低く、操舵トルクの上昇に伴いゲインが上昇する、２次的な非線形特性とする場合が多い。運転状況を鑑みると、大半は中立近傍のゲインの低い領域で該装置が動作する。ゲインが低ければフィードバックゲインを上げなくとも安定であり、ゲインを上げなければ上述の騒音や振動の問題も生じない。一方で、アシストマップのトルク比例ゲインが上昇すると、フィードバックゲインが上がり、安定性が確保される。従い、特許文献２のように、前記ゲインに応じてフィードバックゲインを定めれば、上述の問題は解決するが、演算が複雑であったり、記憶すべき変数が増えるので、これを実行するＣＰＵ等のコストアップにつながっていた。【００１４】
また、特許文献３のように、アシストトルクの手前にモータ速度をフィードバックすれば、上述の演算量を低減しつつアシストマップのトルク比例ゲインに応じたフィードバックゲインが得られるが、特許文献３には、前記問題を解決するために本願の主眼である安定性の問題を解決する方法は示唆、開示されていない。【００１５】
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、特に慣性モーメントの小さなモータを用いた電動パワーステアリングを制御対象とし、モータの回転速度の検出信号に基づいて、操舵の抵抗や遅れを軽減しつつ、振動を抑制する制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、前記制御装置が、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、操舵トルク信号からモータの出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させる制御装置であるので、動作中に変化する固有振動数に基づいて振動の発生しやすい帯域において必要十分な位相余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となり、モータの慣性モーメントが小さい電動パワーステアリング装置においても、振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制することができるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】モータの出力トルクから操舵トルクあるいはモータの回転角度までの電動パワーステアリングのメカニカルな周波数応答特性を示す図である。
【図２】モータの慣性モーメントが小さい場合の電動パワーステアリングのメカニカルな周波数応答特性を示す図である。
【図３】従来の構成によるアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を示す図である。
【図４】モータの慣性モーメントが小さい場合の従来の構成によるアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を示す図である。
【図５】従来の構成によるモータ回転角度から出力トルクまでの伝達関数を示す図である。
【図６】速度フィードバックゲインを増大させた場合における従来の構成によるモータ回転角度から出力トルクまでの伝達関数を示す図である。
【図７】モータの慣性モーメントが小さい場合において、速度フィードバックゲインを増大させた従来の構成によるアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を示す図である。
【図８】従来の構成による操舵の特性を示す図である。
【図９】速度フィードバックゲインを増大させた場合における従来の構成による操舵の特性を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１から３に係る電動パワーステアリングの構成を示す概略図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る補償器２４を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１から３に係るアシストマップ２０のある車速における特性を示した入出力特性図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係るモータ回転角度から出力トルクまでの伝達関数を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１に係るアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態１に係る操舵の特性を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態２に係る外乱伝達特性を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係る外乱伝達特性を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態７に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】この発明の実施の形態７に係るアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態７に係る操舵の特性を示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態１に係る補償器２６の内部構成を示すブロック図である。
【図２５】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】この発明の実施の形態３に係る速度制御ゲイン２７ａがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例を示す図である。
【図２７】この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２８】この発明の実施の形態４に係る速度制御ゲイン２７ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係と、アシスト並列速度ゲイン３１ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例を示す図である。
【図２９】この発明の実施の形態５に係る車速と操舵に対する粘性の関係を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３１】この発明の実施の形態５に係る補償器２６ｃの内部構成を示すブロック図である。
【図３２】この発明の実施の形態５に係るＨＰＦ４０ｃがモータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定値と車速との関係と、アシスト並列速度ゲイン３１ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１０は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングの構成を示す図である。図１０において、電動パワーステアリングは、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ラック・ピニオンギヤ１２と、車輪３、４と、モータ５と、モータ減速ギヤ７と、電源（バッテリ）１１と、制御装置９と、モータ回転角センサ６と、トルクセンサ８と、車速センサ１３とが設けられている。
【００２０】
図１１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。図１１において、図１０と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。図１１に示すように、制御装置９には、アシストマップ２０と、電流制御手段２１と、駆動回路２２と、電流検出手段２３と、補償器２４と、速度演算器２５と、補償器２６と、速度制御ゲインＫｖ（２７）と、減算器２８とが設けられている。制御装置９は、トルクセンサ８、モータ回転角度センサ６、および、車速センサ１３の出力が接続され、電源１１からモータ５に流す電流の値を制御する。
【００２１】
なお、制御装置９の構成要素のうち、駆動回路２２と、電流検出手段２３を除くほかの構成要素は、通常、マイコンのソフトウェアとして実装されるものである。マイコンは周知の中央処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、インターフェース（ＩＦ）等からなり、ＲＯＭに収納されたプログラムを順次抽出してＣＰＵで所望の演算を行うとともに演算結果をＲＡＭに一時保存する等により、ソフトウェアを実行して所定の制御動作が行われる。
【００２２】
つぎに、この実施の形態１に係る電動パワーステアリングの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１０において、図示しない運転者からステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ８のトーションバー、ステアリングシャフト２を通り、ラック・ピニオンギヤ１２を介して、ラックに伝達され、車輪３、４を転舵させる。
【００２４】
モータ５は、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２と連結している。モータ５から発生する出力トルクは、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵トルクを軽減する。このモータ５は、例えば、永久磁石型同期モータや誘導モータのような交流モータ、あるいは、直流モータを使用する。
【００２５】
トルクセンサ８は、運転者がステアリングホイール１を操舵することによりトーションバーに加わった操舵トルクを検出する。この操舵トルクによってトーションバーには操舵トルクにほぼ比例した捩れが生じるので、この捩れ角を検出し、操舵トルク信号τ０に換算する。車速センサ１３は、車両の走行速度を検出した信号である車速信号Ｖｘを出力する。
【００２６】
また、モータ回転角度センサ６は、モータ５の回転軸に取り付けられ、モータの回転軸の回転角度を検出し、モータ回転角度信号θｍを出力する。
【００２７】
制御装置９は、トルクセンサ８で検出した操舵トルク信号τ０と、モータ回転角度センサ６で検出したモータ回転角度信号θｍと、車速センサ１３で検出した車速信号Ｖｘとに応じて、モータ５が出力する出力トルクに相当する電流指令の方向と大きさを決定する。そうして、制御装置９は、この出力トルクをモータ５に発生させるべく、当該電流指令に基づいて電源１１からモータ５に流す電流の値を制御する。
【００２８】
図１１において、補償器２４は、トルクセンサ８で検出された操舵トルク信号τ０に対して、高周波ゲインを低下あるいは増加させるゲイン補償を実行し、補償された操舵トルク信号Ｔｓｃａを得る。ここでは、補償器２４は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数付近においてゲイン特性を低下させる図１２に示すようなゲイン補償を行う。これにより、アシストマップ２０の勾配であるトルク比例ゲインが支配的となって定まるアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数を補正することが可能となる。そのため、図１２のような特性ならば、ゲイン交差周波数を下げることが可能となり、このゲイン交差周波数すなわち固有振動数において、モータ速度フィードバックにより必要十分な安定性を与えることができるので、発振などの振動を十分に抑制することができる。操舵トルクからモータ５の出力トルクまでの伝達関数は、トルク比例ゲインによって、概略支配されるが、このように、補償器２４によって補正もできる。
【００２９】
本実施の形態において、補償器２４に、図１２のような周波数特性を持たせたが、後述する補償器２６を備えているので、補償器２４を省き、操舵トルク信号Ｔｓｃａを操舵トルク信号τ０で与えても良く、この場合でも安定動作させることが可能である。
【００３０】
次に、補償器２４から出力された操舵トルク信号Ｔｓｃａから、後で説明するモータ速度補償指令Ｔｖｃを、減算器２８にて、減算することにより、操舵トルク信号Ｔｓｃａを補正し、補正された操舵トルク信号Ｔｓｃｂを得る。次に、アシストマップ２０により、この補正された操舵トルク信号Ｔｓｃｂに基いて、アシストトルクに相当するアシスト電流指令Ｉａ（アシストトルク信号あるいはアシスト指令とも言う）が演算される。アシストマップ２０には、図１３に示すように、操舵トルク信号Ｔｓｃｂの各値毎のアシスト電流指令Ｉａの値が予め記憶されている。図１３は、ある車速における、アシストマップの例である。この実施の形態では、Ｉａを、そのまま、モータに対する電流指令Ｉｒｅｆとするが、その他に、一般的に使用される、補償制御、例えば、操舵周波数において、モータ慣性の増大の影響を補償する慣性補償制御や、粘性を高める粘性補償制御などを、アシスト電流指令Ｉａに対して、加減算するなどして、補正してもよい。なお、アシストマップ２０には、車速信号Ｖｘも入力され、車速によりアシストマップ２０の入出力特性が変更される。
【００３１】
次に、モータ速度補償指令Ｔｖｃの生成に関わる部分ついて説明する。上述のモータ回転角度センサは、例えば、レゾルバやエンコーダで構成され、モータ回転角度信号θｍを出力する。
【００３２】
速度演算器２５は、モータ回転角度センサ６からのモータ回転角度信号θｍが入力される。速度演算器２５は、例えば、所定時間あたりのモータ回転角度信号θｍの変化量を求め、この変化量からモータの回転軸の回転速度を算出し、モータ速度信号ωｍを出力する。
【００３３】
なお、モータ速度信号ωｍを得る別の方法としては、モータ回転角度センサ６と速度演算器２５の代わりに、タコジェネレータなどのモータ速度検出センサを設けて、直接、モータの回転軸の回転角度を算出する方法もあり、この方法を用いても、同様なモータ速度信号ωｍが得られる。すなわち、モータ速度検出手段は、モータ回転角度センサ６と速度演算器２５の組合せから構成しても、モータ速度検出センサで構成しても、どちらでもよい。
【００３４】
補償器２６は、速度演算器２５からのモータ速度信号ωｍが入力され、後述するようにＨＰＦとＬＰＦによって補償されたモータ速度信号Ｓｖｃを出力する。
【００３５】
モータ速度フィードバックのフィードバックゲインである速度制御ゲインＫｖ（２７）は、補償器２６で補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに、所定の比例ゲインを乗算し、モータ速度補償指令Ｔｖｃを算出する。モータ速度補償指令Ｔｖｃは、減算器２８に入力される。
【００３６】
電流制御手段２１は、アシストマップ２０で演算された電流指令Ｉｒｅｆと電流検出手段２３にて検出された電流Ｉｄｔとが一致するように制御を行うために、例えばＰＷＭ信号などの電圧指令信号Ｓｖを、例えばＨブリッジ回路またはインバータ回路からなる駆動回路２２に出力する。駆動回路２２は、電圧指令信号Ｓｖに対応する駆動電流をモータ５へ出力する。モータ５は、当該駆動電流に応じた出力トルクを発生する。
【００３７】
前記の構成により達成されているモータ速度フィードバックにおける特徴を説明する。モータ速度補償指令Ｔｖｃは、操舵トルク信号Ｔｓｃａから減算されるため、補正された操舵トルク信号Ｔｓｃｂの一部として、操舵トルク信号Ｔｓｃａに付随して、アシストマップ２０に入力される。そのため、モータ速度補償指令Ｔｖｃは、通常非線形的に構成されるアシストマップ２０の動作点における増幅率であるトルク比例ゲインに従って、増幅される。その結果、アシストマップ２０から出力される電流指令Ｉｒｅｆに、１つの成分として含まれることとなり、モータ５の出力トルクの成分としてモータ５から出力される。ある車速におけるアシストマップ２０を示した図１３を用いて補足する。操舵トルク信号Ｔｓｃｂの値が例えばＴｓ１のとき、図の黒丸Ｐ１の点が動作点になる。そのときのアシストマップ２０の勾配Ｋａ１がこの点におけるトルク比例ゲインということになる。別の動作点、例えば点Ｐ２の場合、トルク比例ゲインＫａ２は、Ｋａ１よりも大きい値となっている。モータ速度補償指令Ｔｖｃは、操舵トルク信号Ｔｓｃａに付随して、アシストマップ２０の動作点近傍で、このトルク比例ゲインに応じて増幅されて、アシスト指令Ｉａに含まれた成分として伝達される。この実施の形態では、アシスト指令がそのまま電流指令Ｉｒｅｆとなる。したがって、モータ速度信号ωｍからモータ５の出力トルクに至るまでの伝達において、アシストマップ２０の勾配であるトルク比例ゲインに応じた増幅率で、モータ速度フィードバックが実現されることになる。すなわち、図１４に示すように、モータ回転角度信号θｍからモータ５の出力トルクまでの伝達特性は、アシストマップ２０のトルク比例ゲインに応じて変化するようになる。トルク比例ゲインの大きさがレベル１からレベル３まで増大するにつれて、モータ回転角度信号θｍからモータ５の出力トルクまでの伝達ゲインも増大している様子が分かる。図１４は、モータ回転角度信号θｍからモータ５の出力トルクまでの伝達特性を示しているが、モータ速度信号ωｍからモータ５の出力トルクまでの伝達特性も、同様な増大関係があることは言うまでも無い。
【００３８】
図２４は、補償器２６の内部構成を示す図である。図２４に示すように、補償器２６は、ＨＰＦ４０とＬＰＦ４１とから構成されている。
【００３９】
ＨＰＦ４０は、低い周波数帯域の遮断処理を実行することにより、モータ速度信号ωｍの操舵周波数の成分を低減して、モータ速度信号ωｍを補償して出力する。ＨＰＦ４０は、運転者が操舵をする周波数における成分を低減するものなので、そのカットオフ周波数は、運転者が操舵をする周波数以上が必要である。なお、運転者が操舵をする周波数は、一般的におよそ３〜５Ｈｚ以下の帯域である。また、図３にて説明した、制御装置によるフィードバックを含めた固有振動数であるゲイン交差周波数の振動成分を抑制するため、ＨＰＦ４０は、ゲイン交差周波数近傍の帯域ではモータ速度信号ωｍを通過させる。従って、ＨＰＦ４０のカットオフ周波数は、運転者が操舵をする周波数以上で且つアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以下とする。具体的には３Ｈｚ以上４０Ｈｚ以下であり、望ましくは５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下である。
【００４０】
これにより、操舵に対する粘性感を抑制しつつ、アシストトルクに関する閉ループ系に起因する振動成分も抑制することが可能である。
【００４１】
ＬＰＦ４１は、ＨＰＦ４０が出力するモータ速度信号に対して、高い周波数帯域の遮断処理を実行し、該モータ速度信号の高周波ノイズ成分を低減して、補償されたモータ速度信号Ｓｖｃとして出力する。ＬＰＦ４１は、モータ速度信号の高周波ノイズ成分を低減するものなので、そのカットオフ周波数は、高周波ノイズ成分以下であることが必要である。なお、高周波ノイズ成分の周波数は、一般的におよそ２００〜５００Ｈｚ以下の帯域である。また、ＨＰＦ４０と同様に、制御装置によるフィードバックを含めた固有振動数であるゲイン交差周波数の振動成分を抑制するため、ＬＰＦ４１は、ゲイン交差周波数近傍の帯域のモータ速度信号ωｍは通過させる。従って、ＬＰＦ４１のカットオフ周波数は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以上で且つ高周波ノイズ成分の周波数以下とする。特に、ゲイン交差周波数近傍の帯域のモータ速度信号ωｍを位相遅れなく通過させるために、ＬＰＦ４１のカットオフ周波数は該ゲイン交差周波数の１．４倍以上が望ましい。具体的にはＬＰＦ４１のカットオフ周波数は７０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下であることが必要でり、望ましくは１００Ｈｚ以上１５０Ｈｚ以下が好ましい。
【００４２】
従来の電動パワーステアリングの制御装置では、バンドパスフィルタの選択周波数の中心周波数は、２０Ｈｚ〜４０Ｈｚ付近にしていたので、ゲイン交差周波数近傍の帯域のモータ速度信号ωｍは通過できないか、通過しても位相が遅れてしまうため、制御装置によるフィードバックを含めた固有振動数の振動を抑制することができない問題があった。しかし、本実施の形態に記載の補償器２６は、ＨＰＦ４０のカットオフ周波数を運転者が操舵をする周波数以上で且つアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以下とするととともに、ＬＰＦ４１のカットオフ周波数は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以上で且つ高周波ノイズ成分の周波数以下とするようにしたので、外乱によって簡単に速度変動するような慣性モーメントの小さいモータであっても、制御装置によるフィードバックを含めた固有振動数の振動を抑制できるといった従来装置にない効果を得ることできる。
【００４３】
以上のような構成によると、操舵トルク信号τ０からモータ５の出力トルクまでの伝達関数と概略等価なトルク比例ゲインに応じた固有振動数の振動に対し、トルク比例ゲインに応じた速度フィードバックにより、必要十分な安定性を与えることが可能となり、発振などの振動を十分に抑制することができる。詳細に説明すると、アシストマップ２０のトルク比例ゲインが増大する領域では、固有振動数が高周波側になり易く、安定性の確保に必要なモータ速度のフィードバックゲインは比較的大きくなるが、本構成ならば、トルク比例ゲインの増大に応じて、モータ速度のフィードバックゲインも増大するので、必要十分な安定性を与えることが出来る。図１５のアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数によって、この効果を確認すると、従来の構成で安定性を確保していたトルク比例ゲインのレベル２よりも大きいレベル３においても、位相余裕を３０度確保し、安定性を向上させていることが分かる。
【００４４】
また、アシストマップ２０のトルク比例ゲインが小さい領域では、安定性の確保に必要なモータ速度のフィードバックゲインは小さく、本構成ならば、トルク比例ゲインに応じてモータ速度のフィードバックゲインを小さくすることができるので、図１６に示した操舵の特性のように、制御により操舵に影響を与えることなく、操舵の抵抗や遅れを十分抑制することができる。図８に示した従来の構成による操舵の特性に比べても、影響を大幅に低減できていることが分かる。
【００４５】
また、同様に、トルク比例ゲインに応じた必要十分な安定性を得るので、不要に高周波ゲインを増大させる必要が無いので、図１４に示すように、ゲイン交差周波数付近以上の高周波帯域におけるゲイン特性を増大させることがないので、高周波のノイズを抑制することができる。
【００４６】
このように、操舵トルクを検出するトルクセンサ８からの操舵トルク信号τ０に基づいてアシストトルクを出力することにより、モータ５の出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、この制御装置は、モータ５の回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号ωｍを負帰還し、操舵トルク信号τ０からモータ５の出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させるので、動作中に変化する固有振動数に基づいて振動の発生しやすい帯域において必要十分な安定余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となり、モータの慣性モーメントが小さい電動パワーステアリング装置においても、発振による振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制することができるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００４７】
また、前述の伝達特性に応じた固有振動数は、トルクセンサのバネ定数とモータの回転子の慣性モーメントに応じたものであるので、操舵トルク信号τ０から出力トルクまでの制御の伝達関数に加えて、モータ５の出力トルクから操舵トルクあるいはモータの回転速度までの電動パワーステアリングのメカニカルな応答特性も考慮したアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数における固有振動数の振動に対して必要十分な安定余裕を与える構成となり、固有振動数がより正確な値になるので、前記で狙った制御を誤差がより小さくなるよう実現されるので、前記の効果がより精密に実現される。
【００４８】
また、操舵トルク信号τ０に、モータ速度信号ωｍに基づく補正信号を負帰還した信号に略比例するアシストトルク信号を、出力トルクの指令値に相当する電流指令として出力トルクを制御するので、操舵トルク信号τ０から出力トルクまでの伝達特性と概略等価なトルク比例ゲインに応じた固有振動数の振動を、トルク比例ゲインに応じた速度フィードバックにより制御できるため、必要十分な安定余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となり、発振による振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制することができる。
【００４９】
また、固有振動数の成分を低減させる補償器２４により操舵トルク信号を補正するようにしたので、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数におけるゲイン交差周波数を低下させるなどの補正することが可能となり、この補正したゲイン交差周波数すなわち固有振動数において、モータ速度フィードバックにより必要十分な安定性を与えることができるので、発振などの振動を十分に抑制することができる。
【００５０】
また、操舵による周波数成分を低減する補償器２６によりモータ速度信号を補正するようにしたので、操舵周波数への影響を低減することができるので、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制しつつ、固有振動数において、モータ速度フィードバックにより必要十分な安定性を与えることができ、発振などの振動を十分に抑制することができる。
【００５１】
なお、固有振動数の近傍において、操舵トルクからモータの出力トルクまでの伝達成分は、図１２のようにゲインが低下するように設定されており、また、モータ回転角度から出力トルクまでの伝達成分は、図１４のようにゲインが増大するように設定されているので、操舵トルクからモータの出力トルクまでの伝達成分よりも、モータ回転角度から出力トルクまでの伝達成分を同等あるいは高くなるように設定することもできる。それによって、固有振動数の付近において、操舵トルクのフィードバック成分よりもモータ速度のフィードバック成分を支配的にすることが可能となり、モータ速度のフィードバックによって、安定余裕を確保し易くなり、発振などの振動をさらに十分に抑制することができるようになる。
【００５２】
また、トルクセンサにより検出される操舵トルク信号よりも高い応答帯域を有するモータ速度検出手段を備え、これによるモータ速度信号をフィードバックすることで、位相余裕を稼ぎ易くなり、さらに高い安定性を得ることができ、発振などの振動を十分に抑制することができるようになる。
【００５３】
また、安定性がトルクセンサに依存しないため、種々トルクセンサへの適合が容易である。例えば、さまざまなトーションバーばね定数、センシングデバイスの励磁信号を除去するためのフィルタによる位相遅れ、ディジタル出力の場合は、伝送速度に依存する位相遅れ等、トルクセンサ固有の問題による安定性の低下要因に影響されることなく、系の安定性を確保できる。
【００５４】
さらにまた、上述の通り、固有振動数はモータの慣性モーメントにより決まり、安定性低下による振動はモータが加振源となっているので、センサのコロケーションという観点でも、モータの近傍に設置されたセンサを用いて安定化する本実施例の構成は好ましい。
【００５５】
実施の形態２．
本実施の形態による制御装置の構成を図１７を用いて説明する。実施の形態１との差異は、アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）と減算器３０を加えたことである。図１７において、実施の形態１（図１１）と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、ここではその説明を省略する。以下では、実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、差異部分のみ説明する。
【００５６】
アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）は、モータ速度フィードバックのフィードバックゲインである。アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）には、補償器２６で補償されたモータ速度信号Ｓｖｃが入力される。アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）は、モータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐを算出する。アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐは、減算器３０に入力される。減算器３０は、アシストマップ２０と電流制御手段２１との間に接続されている。減算器３０は、アシストマップ２０から出力されたアシスト指令Ｉａから、アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐを減算し、電流指令Ｉｒｅｆを算出する。
【００５７】
ここで、電動パワーステアリングにおける外乱振動についての課題を説明しておく。アシストマップ２０は、通常、非線形のマップで構成されており、図１３で示した通り、操舵トルク信号が小さい領域と大きい領域では、その勾配であるトルク比例ゲインが大きく異なる。トルク比例ゲインが大きい領域では、操舵トルク信号のフィードバックゲインによって、電動パワーステアリングに加わる外乱振動が抑制させる効果が大きい。しかしながら、アシストマップ２０のトルク比例ゲインが小さい領域すなわち、操舵トルク信号が小さい領域においては、フィードバックゲインが小さく、外乱振動が比較的抑制し難いという課題がある。
【００５８】
このような課題に対して、図１７の構成ならば、モータ速度信号のフィードバックを、アシストマップ２０に対して並列に処理し、アシスト指令Ｉａから減算しているため、アシストマップ２０のトルク比例ゲインがゼロの場合であっても、モータ速度信号によるフィードバックゲインを付与することができる。そのため、外乱トルクから操舵トルク信号までの伝達特性を示す外乱伝達特性（図１８）が示すように、コギングトルクやシミー振動やキックバックによる振動など電動パワーステアリングに加わる外乱振動を、十分に抑制できるという効果を得ることができる。図１８は、アシストマップの不感帯すなわちトルク比例ゲインがゼロのときの外乱伝達特性を示した図である。図１８における「制御なし」は、アシストマップ２０に並列な制御がない実施の形態１のような場合を示している。図１８における「制御あり」は、本実施の形態２による外乱伝達特性を示しており、「制御なし」の場合よりも最大値を低減できていることを示している。
【００５９】
このように、モータ５の回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号ωｍを負帰還し、操舵トルク信号τ０から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させるので、動作中に変化する固有振動数に基づいて振動の発生しやすい帯域において必要十分な安定余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となる。さらに、モータ速度信号ωｍを用いてアシストトルク信号を補正した信号に基づいて、出力トルクを定める制御装置にしたので、アシストマップ２０に並列なモータ速度フィードバックを備えることとなり、トルク比例ゲインが小さい領域であっても外乱伝達特性を十分に低減することが可能となる。そのため、モータ５の慣性モーメントが小さい電動パワーステアリング装置においても、発振による振動と外乱による振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制することができるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００６０】
実施の形態３．
前記実施の形態１（図１１）では、アシストマップ２０だけに、車速センサ１３からの車速信号Ｖｘが入力され、車速によりアシストマップ２０の入出力特性が変更されるようにしていた。
【００６１】
本実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置では、アシストマップ２０に加え、速度制御ゲイン２７ａにも車速信号Ｖｘを入力する。これにより、速度制御ゲイン２７ａによって、車速信号Ｖｘに応じた、モータ速度信号に基づく補正信号を得ることができる。
【００６２】
前記実施の形態１において、モータ速度フィードバックのフィードバックゲインである速度制御ゲイン２７は、補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、モータ速度補償指令Ｔｖｃを算出したが、該比例ゲインの大きさは２つの観点で制約を受ける。制約のひとつは、耳障りな雑音が発生しないようにするものであり、もうひとつの制約は、アシストマップ２０の勾配、即ちトルク比例ゲインの大きさに関するものである。
【００６３】
まず、耳障りな雑音を発生させない制約について説明する。前記実施の形態１において、モータ回転角度センサ６が出力するモータ回転角度信号θｍに検出ノイズが混入すると、速度制御ゲイン２７は検出ノイズに対しても比例ゲインを乗算する。該比例ゲインが大きすぎると検出ノイズに起因する耳障りな雑音が発生するので、雑音が発生しない範囲に比例ゲインを設定する必要がある。問題にならない雑音のレベルは車両の走行条件によって異なり、車両が走行している条件ではロードノイズと呼ばれる床下からの騒音が発生しているので、モータ回転角度信号θｍの検出ノイズに起因する耳障りな雑音に対する許容範囲は、車両が停止している条件に比べて緩和される。
【００６４】
次に、アシストマップの勾配、即ちトルク比例ゲインの大きさに関する制約について説明する。前記実施の形態１の図１４で示したように、トルク比例ゲインの大きさがレベル１から３まで増大するにつれて、モータ回転角度信号からモータの出力トルクまでの伝達ゲインも増大する。一方、アシストマップ２０の入出力特性は車速信号Ｖｘに応じて変化し、具体的には車速が高いほど前記トルク比例ゲインが小さくなる。従って、車速が高くなると、モータ回転角度信号からモータの出力トルクまでの伝達ゲインが小さくなってしまう。その結果、モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させるといった効果が車速が高くなると薄れてしまう。
【００６５】
以上のように、前記実施の形態１における速度制御ゲイン２７は、耳障りな雑音に関する制約と、アシストマップの勾配、即ちトルク比例ゲインの大きさに関する制約のいずれか、若しくは、両方の制約を勘案する必要があるが、いずれの制約とも車速が低いときは比例ゲインを小さくすると良く、車速が高いときは比例ゲインを大きくすると良い、ということになる。
【００６６】
そこで、本実施の形態３では、モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号に対する増幅率を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにする。
【００６７】
図２５は、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図である。図２５において、前記実施の形態と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、ここではその説明を省略する。前記実施の形態１の構成（図１１）との違いは、図１の速度制御ゲイン２７の代わりに、車速センサ１３からの車速信号Ｖｘが入力される速度制御ゲイン２７ａが設けられている点である。速度制御ゲイン２７ａは、モータ速度フィードバックのフィードバックゲインであり、補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、モータ速度補償指令Ｔｖｃを算出するものであるが、比例ゲインの値を車速センサ１３から得た車速信号Ｖｘに応じて変更する。この点が、前記実施の形態１に記載の速度制御ゲイン２７と異なる。
【００６８】
図２６は、速度制御ゲイン２７ａがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例をプロットしたものである。図２６に示すように、車速が低いときは、速度制御ゲイン２７ａの比例ゲインが小さく、車速が高くなるにつれて、比例ゲインの値も大きくなっている。このように、本実施の形態においては、モータ速度信号Ｓｖｃに対する増幅率（比例ゲイン）を、車速信号Ｖｘの値に応じて変更させるため、結果として、モータ速度信号Ｖｘに基づく補正信号が得られる。そのため、以下に示す効果のいずれか、若しくは、両方の効果が得られる。効果のひとつは、車速が低い条件で速度制御ゲイン２７ａの比例ゲインを小さくするので、ロードノイズのないような条件でも耳障りな雑音を抑制させる効果であり、もうひとつの効果は、車速が高い条件で速度制御ゲイン２７ａの比例ゲインを大きくするので、車速が高い領域でアシストマップ２０の勾配が小さくなっても、操舵トルク信号τ０から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させることができるという効果である。
【００６９】
実施の形態４．
前記実施の形態２（図１７）では、アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）は、補償器２６で補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐを算出するようにしていたが、前記実施の形態３の速度制御ゲイン２７ａと同様に、アシスト並列速度ゲインＫｖｐ（３１）において、モータ速度信号ωｍに対する増幅率（比例ゲイン）を、車速信号Ｖｘに応じて変更するようにしても良い。
【００７０】
図２７は、この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図であり、前記実施の形態と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであるため、ここでは説明を省略する。図２７では、車速センサ１３からの車速信号Ｖｘが、アシストマップ３０、速度制御ゲイン２７ｂ、および、アシスト並列速度ゲイン３１ｂに入力される。モータ速度フィードバックのフィードバックゲインである速度制御ゲイン２７ｂは、補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、モータ速度補償指令Ｔｖｃを算出する。速度制御ゲイン２７ｂの比例ゲインの値は、実施の形態３と同様に、車速センサ１３から得た車速信号Ｖｘに応じて変更する。モータ速度フィードバックのフィードバックゲインであるアシスト並列速度ゲイン３１ｂは、補償器２６で補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐを算出する。但し、本実施の形態においては、アシスト並列速度ゲイン３１ｂが、比例ゲインの値を、車速センサ１３から得た車速信号Ｖｘに応じて変更する。この点が、前記実施の形態２に記載のアシスト並列速度ゲイン３１と異なる。
【００７１】
前記実施の形態２において、モータ速度フィードバックのフィードバックゲインであるアシスト並列速度ゲイン３１は、補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、アシスト並列モータ速度補償指令Ｔｖｃｐを算出したが、該比例ゲインの大きさは、耳障りな雑音が発生しないことが望ましい。この耳障りな雑音を発生させない制約については、前記実施の形態３と同様であり、車速が低い場合は該比例ゲインを小さくする。
【００７２】
図２８は、速度制御ゲイン２７ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係と、アシスト並列速度ゲイン３１ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例をプロットしたものである。本実施の形態においては、モータ速度信号Ｓｖｃに対する増幅率（比例ゲイン）を、それぞれ、速度制御ゲイン２７ｂおよびアシスト並列速度ゲイン３１ｂにおいて、車速信号Ｖｘに応じて変更して、モータ速度信号Ｓｖｃに基づく補正信号得るようにしたので、以下のいずれかの効果、若しくは、両方の効果が得られる。効果のひとつは、車速が低い条件でアシスト並列速度ゲイン３１ｂの比例ゲインを小さくするのでロードノイズのないような条件でも耳障りな雑音を抑制させる効果であり、もうひとつの効果は、車速が高い条件でアシスト並列速度ゲイン３１ｂの比例ゲインを大きくするので、走行中に発生するシミー振動やキックバックなどによる振動など電動パワーステアリングに加わる外乱振動に対する抑制効果を高めることができる。
【００７３】
実施の形態５．
前記実施の形態に記載したＨＰＦ４０は、運転者が操舵をする周波数以上で且つアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以下となるようにカットオフ周波数を設定することで操舵に対する粘性感を抑制しつつ、アシストトルクに関する閉ループ系に起因する振動成分も抑制していた。
【００７４】
本実施の形態では、モータ速度信号に基づく補正信号を、モータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定を車速信号Ｖｘに応じて変更して得るようにする。図２９は、車速と操舵に対する粘性の関係をプロットしたものである。図を見てわかるように、車速が高くなるほど操舵に対する粘性は低下する。換言すると、車速が低い場合は操舵に対する粘性が大きい。そこで、車速が高くなるほど操舵に対する粘性は低下するので、操舵に対する粘性感を抑制するための条件を緩和するようにしても良い。
【００７５】
図３０は、この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリングの制御装置の構成を示すブロック図であり、前記実施の形態４と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであるため、ここでは説明を省略する。本実施の形態においては、車速センサ１３からの車速信号Ｖｘが、補償器２６ｃにも入力される。補償器２６ｃは、モータ速度信号ωｍが入力され、ＨＰＦとＬＰＦによって補償されたモータ速度信号Ｓｖｃを出力するが、モータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定を、車速信号Ｖｘに応じて変更する点が、前記実施の形態に記載の補償器２６と異なる。図３１は、補償器２６ｃの内部構成を示す図であり、ＨＰＦ４０ｃは、ゲイン交差周波数近傍の帯域ではモータ速度信号ωｍを通過させる。ＨＰＦ４０ｃのカットオフ周波数は、運転者が操舵をする周波数以上で且つアシストトルクに関する系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以下の範囲で車速信号に応じて変更する。ＬＰＦ４１の動作は、前記実施の形態（図２４）と同じである。
【００７６】
図３２は、ＨＰＦ４０ｃがモータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定値と車速との関係と、アシスト並列速度ゲイン３１ｂがモータ速度信号Ｓｖｃに乗算する比例ゲインと車速との関係の一例をプロットしたものである。図３２に示すように、ＨＰＦ４０ｃのカットオフ周波数は、車速が低いほど大きく、車速が高いほど小さくなっている。前記実施の形態３と同様に、モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号に対する増幅率（比例ゲイン）を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにしたので、以下に示す効果のいずれか、若しくは両方の効果が得られる。効果のひとつは、車速が低い条件でアシスト並列速度ゲイン３１ｂの比例ゲインを小さくするのでロードノイズのないような条件でも耳障りな雑音を抑制させる効果であり、もうひとつの効果は、車速が高い条件でアシスト並列速度ゲイン３１ｂの比例ゲインを大きくするので、走行中に発生するシミー振動やキックバックなどによる振動など電動パワーステアリングに加わる外乱振動に対する抑制効果を高めることができる。
【００７７】
実施の形態６．
本実施の形態による制御装置の構成を図１９を用いて説明する。実施の形態１（図１１）との差異は、補償器３３、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（３４）、および、加算器３２を加えたことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明は省略し、差異の部分のみ説明する。
【００７８】
補償器３３は、操舵周波数の成分を低減するＨＰＦ特性を有し、トルクセンサ８からの操舵トルク信号τ０が入力される。補償器３３は、入力された操舵トルク信号τ０を補償したアシスト並列操舵トルク信号Ｔｓｐを算出する。アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（３４）は、補償器３３からのアシスト並列操舵トルク信号Ｔｓｐが入力される。アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（３４）は、アシスト並列操舵トルク信号Ｔｓｐに比例ゲインを乗算し、アシスト並列操舵トルク補償指令Ｔｓｃｐを算出する。加算器３２は、アシストマップ２０と電流制御手段２１との間に接続され、アシストマップ２０から出力されたアシスト指令Ｉａとアシスト並列トルクゲインＫｔｐ（３４）からのアシスト並列操舵トルク補償指令Ｔｓｃｐとが入力される。加算器３２は、アシスト指令Ｉａに、アシスト並列操舵トルク補償指令Ｔｓｃｐを加算し、電流指令Ｉｒｅｆを算出する。電流指令Ｉｒｅｆは、電流制御手段２１に入力される。なお、補償器３３は、ＨＰＦ特性の他に、位相特性を補償する位相補償特性を備えたものにしてもよく、その場合は、操舵トルク信号の周波数特性を最適にできる自由度が加わるので、より効果的なフィードバック特性を得ることができる。
【００７９】
このような構成により新たに達成された制御構成の特徴を説明する。前述のように、アシストマップのトルク比例ゲインが小さい領域すなわち、操舵トルク信号が小さい領域においては、フィードバックゲインが小さく、外乱振動が比較的抑制し難いという課題がある。これに対して、前記の構成ならば、操舵トルク信号のフィードバックを、アシストマップに対して並列に処理し、アシスト指令に減算しているため、アシストマップのトルク比例ゲインがゼロの場合であっても、操舵トルク信号によるフィードバックゲインを付与することができる。そのため、外乱トルクから操舵トルク信号までの伝達特性を示す外乱伝達特性（図２０）が示すように、コギングトルクやシミー振動やキックバックによる振動など電動パワーステアリングに加わる外乱振動を、十分に抑制できるという効果を得ることができる。図２０において、アシストマップの不感帯すなわちトルク比例ゲインがゼロのときの外乱伝達特性であり、図中の制御なしは、アシストマップに並列な制御がない実施の形態１のような場合を示している。制御ありは、本実施の形態による外乱伝達特性を示しており、制御なしよりも最大値を低減できていることを示している。
【００８０】
このように、モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号を負帰還し、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させるので、動作中に変化する固有振動数に基づいて振動の発生しやすい帯域において必要十分な安定余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となり、さらに、操舵トルク信号を用いてアシストトルク信号を補正した信号に基づいて、出力トルクを定める制御装置にしたので、アシストマップに並列な操舵トルクフィードバックを備えたことで、トルク比例ゲインが小さい領域であっても外乱伝達特性を十分に低減することが可能となり、モータの慣性モーメントが小さい電動パワーステアリング装置においても、発振による振動と外乱による振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを十分に抑制することができるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００８１】
なお、前記実施の形態では、モータ速度信号または操舵トルク信号に基づいて、アシストトルクに相当するアシスト指令を補正したが、モータ速度信号を用いて操舵トルク信号を補正した操舵トルク信号Ｔｓｃｂに基づいて、アシストトルクに相当するアシスト指令を補正してもよく、前記実施の形態を組合せた構成になるため、これらの構成と同様な効果を得ることが出来る。
【００８２】
実施の形態７．
本実施の形態による制御装置の構成を図２１を用いて説明する。実施の形態１（図１１）との差異は、図１１のアシストマップ２０の前段に設けられていた減算器２８の代わりに、アシストマップ２０の後段に減算器２８ａを設けて、減算器２８ａにより速度制御ゲインＫｖ（２７）の出力をアシストトルク信号Ｉａから減算したことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明は省略し、差異の部分のみ説明する。
【００８３】
補償器２４で補償された操舵トルク信号Ｔｓｃａに基いてアシストマップ２０において、アシストトルクに相当するアシスト電流指令Ｉａ（アシストトルク信号あるいはアシスト指令とも言う）を演算する。速度制御ゲインＫｖ（２７）は、補償器２６で補償されたモータ速度信号Ｓｖｃに比例ゲインを乗算し、モータ速度補償電流指令Ｉｖｃを算出する。減算器２８ａは、アシスト電流指令Ｉａからモータ速度補償電流指令Ｉｖｃを減算して、電流指令Ｉｒｅｆを算出し、電流制御手段２１に入力する。
【００８４】
実施の形態１と異なり、モータ速度フィードバックは、アシストマップ２０を経由することなく出力トルクまで伝達するので、トルク比例ゲインに応じて変化することはないが、実施の形態１と同様に、図１２に示したような特性を持つ補償器２４により、操舵トルク信号を補償することで、固有振動数を低下させるなどして補正し、補償器２６により固有振動数より低い周波数帯域のモータ速度信号を低減し、速度演算器２５により、固有振動数よりも高い周波数帯域のモータ速度信号を低減させることができる。したがって、補正した固有振動数の振動に対して、他の周波数のゲインを余分に増大させること無く、モータ速度のフィードバックを施すことができるので、必要十分な安定余裕を得ることができる。
【００８５】
図２２のアシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数によって、この効果を確認すると、従来の構成で安定性を確保していたトルク比例ゲインのレベル２よりも大きいレベル３においても、位相余裕を３０度確保し、安定性を向上させていることが分かる。
【００８６】
つぎに、操舵周波数への影響を、図２３に示した操舵の特性によって説明する。これによると、従来の構成で速度ゲインを増大させた例である図９に比べれば、制御なしに近くなっており改善していることが分かる。ただし、実施の形態１による操舵の特性である図１６に比べると、制御なしとの差が大きく、操舵周波数への影響すなわち、操舵の抵抗や遅れは、実施の形態１に比べて、劣ることが分かる。
【００８７】
このように、操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、この制御装置は、操舵トルク信号に略比例するアシストトルク信号にモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還した信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として出力トルクを制御し、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させるものであるので、固有振動数に基づいて振動の発生しやすい帯域において必要十分な安定余裕を得ることができる適切な出力トルクを設定することが可能となり、モータの慣性モーメントが小さい電動パワーステアリング装置においても、発振による振動を十分に低減し、かつ、固有振動数よりも高周波側のノイズや、操舵の抵抗や遅れを抑制することができるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００８８】
また、前記実施の形態では、固有振動数は、操舵トルク信号から出力トルクまでの伝達関数と、あるいは、加えて、モータの慣性モーメントとトルクセンサのバネ定数とに応じたものであったが、これらに加えて、ステアリングホイールの慣性モーメントに応じたものであってもよく、固有振動数がより正確な値になるので、前記で狙った制御を誤差がより小さくなるよう実現されるので、前記の実施の形態で示した効果がより精密に実現されるので、望ましい。
【符号の説明】
【００８９】
１  ステアリングホイール、５  モータ、６  モータ回転角度センサ、８  トルクセンサ、９  制御装置、２０  アシストマップ、２４  補償器、２５  速度演算器、２６  補償器、２７  速度制御ゲイン、２８  減算器、３０  減算器、３１  アシスト並列速度ゲイン、３２  加算器、３３  補償器、３４  アシスト並列トルクゲイン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月18日(2014.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、
前記制御装置は、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号にゲインを乗算した値を含むようにした補正信号を前記操舵トルク信号に負帰還し、該負帰還した信号に対して略比例するアシストトルク信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令とし、該電流指令に基づいて前記出力トルクを制御し、
前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項２】
操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、
前記制御装置は、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させ、
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数以上で且つ高周波ノイズ成分の周波数以下にカットオフ周波数を持つローパスフィルターを介して得る
ことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項３】
操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、
前記制御装置は、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号に基づく補正信号を負帰還し、前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させ、
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、車両の走行速度を検出した車速信号に応じて得て、
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得る
ことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項４】
前記操舵トルク信号に略比例するアシストトルク信号に前記モータ速度信号に基づく補正信号を負帰還した信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として前記出力トルクを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項５】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、前記モータ速度検出手段からのモータ速度信号より操舵による周波数成分を低減したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項６】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、車両の走行速度を検出した車速信号に応じて得るようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項７】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号に対する増幅率を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにしたことを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項８】
前記モータ速度信号に基づく補正信号は、モータ速度信号より低減する操舵による周波数成分の設定を車両の走行速度を検出した車速信号に応じて変更して得るようにしたことを特徴とする請求項７記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項９】
前記操舵トルク信号と直列に、位相を補償する補償器を備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１０】
前記操舵トルク信号に略比例するアシストトルク信号に、前記操舵トルク信号に基づく補正信号を加算した信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令として前記出力トルクを制御することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１１】
前記伝達特性に応じた固有振動数は、前記トルクセンサのバネ定数と前記モータの回転子の慣性モーメントに応じたものであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１２】
前記固有振動数は、前記トルクセンサのバネ定数と、前記モータの回転子の慣性モーメントと、ステアリングホイールの慣性モーメントに応じたものであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明は、操舵トルクを検出するトルクセンサからの操舵トルク信号に基づきアシストトルクを出力するモータの出力トルクを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、前記制御装置は、前記モータの回転軸の回転速度を検出するモータ速度検出手段からのモータ速度信号にゲインを乗算した値を含むようにした補正信号を前記操舵トルク信号に負帰還し、該負帰還した信号に対して略比例するアシストトルク信号を前記出力トルクの指令値に相当する電流指令とし、該電流指令に基づいて前記出力トルクを制御し、前記操舵トルク信号から前記出力トルクまでの伝達特性に応じた固有振動数の振動を減衰させることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置である。
【国際調査報告】
2012160850.tif 000035
2012160850.tif 000036
2012160850.tif 000037
2012160850.tif 000038