(57)【要約】【課題】周波数帯の影響が考慮された効率的な粘性減衰が与えられるトルク制御装置およびパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング制御装置の一態様は、ステアリング機構を駆動するモータの回転角をハンドルの回転角に従って制御するステアリング制御装置において、上記ハンドルの回転角を指令値として上記モータのトルクを制御するトルク制御部と、上記モータの回転角および角速度の少なくとも一方を指令値として当該モータのトルクに対してフィードバック制御を行い、全周波数域のうち、上記モータと上記ステアリング機構との共振周波数を含んだ一部の周波数域については、フィードバックされる信号波形の位相を進める位相進め処理部と、を備える。【選択図】      図２
2020055357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング機構を駆動するモータの回転角をハンドルの回転角に従って制御するステアリング制御装置において、
前記ハンドルの回転角を指令値として前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記モータの回転角および角速度の少なくとも一方を指令値として当該ハンドルのトルクに対してフィードバック制御を行い、全周波数域のうち、前記ハンドルと前記ステアリング機構との共振周波数を含んだ一部の周波数域については、フィードバックされる信号波形の位相を進める位相進め処理部と、
を備えるステアリング制御装置。
【請求項２】
前記位相進め処理部は、前記フィードバック制御として角加速度のフィードバック制御を行う請求項１に記載のステアリング制御装置。
【請求項３】
前記位相進め処理部は、前記共振周波数における位相進み量を、他の周波数における位相進み量よりも大きい位相進み量とする請求項１または２に記載のステアリング制御装置。
【請求項４】
前記位相進め処理部は、車速に応じた大きさで前記信号波形の位相を進める請求項１から３のいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のステアリング制御装置と、
前記ステアリング制御装置によって制御されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
を備えるパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク制御装置およびパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置のステアリング制御（アシスト制御）として、共振モードの安定化を図る制御技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アシスト制御手段に安定化制御手段を付与し、粘性減衰を図る構造が知られている。上記構造において、トルクセンサによって検出した操舵トルクを用いてトルクフィードバック制御を行っている。
【０００４】
ここで、トルクフィードバックを行うことにより、目標トルクに対する追従性はモータのロストルクとトルクリップルの影響を受けてしまうため、さらに舵角制御を加えることで、上記特性を改善させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６２３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、単なる角速度フィードバックでは周波数全域で作用するため、操舵特性にも粘性減衰を与えることとなり、効率的に粘性減衰を与えることができない。
【０００７】
そこで、本発明は、周波数帯の影響が考慮された効率的な粘性減衰が与えられるトルク制御装置およびパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るステアリング制御装置の一態様は、ステアリング機構を駆動するモータの回転角をハンドルの回転角に従って制御するステアリング制御装置において、上記ハンドルの回転角を指令値として上記モータのトルクを制御するトルク制御部と、上記モータの回転角および角速度の少なくとも一方を指令値として当該モータのトルクに対してフィードバック制御を行い、全周波数域のうち、上記モータと上記ステアリング機構との共振周波数を含んだ一部の周波数域については、フィードバックされる信号波形の位相を進める位相進め処理部と、を備える。
【０００９】
また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記ステアリング制御装置と、上記ステアリング制御装置によって制御されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、周波数帯の影響が考慮された効率的な粘性減衰が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明のパワーステアリング装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、電動パワーステアリング装置の構成を表すブロック図である。
【図３】図３は、シミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示のステアリング制御装置およびパワーステアリング装置の実施形態を説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
図１は、本発明のパワーステアリング装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１３】
図１に示す通り、本実施形態では、コラムタイプの電動パワーステアリング装置が例示される。電動パワーステアリング装置９は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置９は、モータ１０を内蔵したステアリング制御装置１の動力により操舵力を直接的に軽減するコラム式のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置９は、ステアリング制御装置１と、操舵軸９１４と、車軸９１３と、を備える。
【００１４】
操舵軸９１４は、ハンドル９１１からトーションバー９１５を介して伝達される入力トルクを、車輪９１２を有する車軸９１３に伝える。ハンドル９１１が操作されると操舵角θｈが生じ、トーションバー９１５が捻られて操舵トルクが生じる。操舵トルクはトーションバー９１５から、車輪９１２と車軸９１３と操舵軸９１４を含んだステアリング機構に伝達される。
【００１５】
ステアリング制御装置１の動力は、ギヤなどを介して操舵軸９１４に伝えられる。コラム式の電動パワーステアリング装置９に採用されるモータ１０は、エンジンルーム（図示せず）の内部に設けられる。なお、図１に示す電動パワーステアリング装置９は、一例としてコラム式であるが、本発明のパワーステアリング装置はラック式であってもよい。ステアリング制御装置１は、ステアリング機構を駆動するモータ１０の回転角をハンドル９１１の回転角に従って制御する。
【００１６】
トーションバー９１５から操舵軸９１４へと伝達されるトルクはトルクセンサ９１７によって検出される。トルクセンサ９１７による検出値はステアリング制御装置１に入力され、ステアリング制御装置１の目標出力の算出に用いられる。
【００１７】
モータ１０の回転軸（出力軸）と操舵軸９１４とは減速ギヤなどを介して相互に結合されている。このため、操舵軸９１４を回転させるトルクがモータ１０によるトルクであるか他のトルクであるかに関わらず、モータ１０と操舵軸９１４とは常に一緒に回転する。従って、モータ１０の回転数からギヤ比などに基づいてステアリング角θｓが算出される。このように算出されるステアリング角θｓもステアリング制御装置１における目標出力の算出に用いられる。
【００１８】
ハンドル９１１からトーションバー９１５を経て伝達される操舵トルクと、ステアリング制御装置１の動力によるアシストトルクとが操舵軸９１４に加えられることにより、操舵軸９１４の回転角であるステアリング角θｓが生じる。
図２は、電動パワーステアリング装置９の構成を表すブロック図である。
図２において、θｈは操舵角、θｓはステアリング角、Ｋｔｏｒはトーションバー９１５の捻り係数、ＳＴＧ（ｓ）はステアリング特性を表している。
【００１９】
ハンドル９１１の操舵角θｈとステアリング角θｓとの差によってトーションバー９１５が捻られてトルクが生じる。トーションバー９１５に生じたトルクはトルクセンサ９１７によって検出されてステアリング制御装置１に入力される。
【００２０】
ステアリング制御装置１は、第１の制御部１１と第２の制御部１２とを備える。これらの制御部１１，１２のブロックは、モータ１０に入力される制御信号の算出と、その制御信号に応じたモータ１０の出力とを併せた機能を表す。
【００２１】
第１の制御部１１は、トルクセンサ９１７によるトルクの検出値に基づいたフィードバック制御を行う。即ち、トルクの検出値に基づいたアシストトルクをモータ１０で発生させることにより、トーションバー９１５のトルクを減少させる。この結果、ハンドル９１１を操作するための操作力が減少する。
【００２２】
なお、アシストトルクを発生させるためのフィードバック制御としては、上述したようにトルクを減少させるフィードバック制御（トルク制御）以外に、操舵角θｈとステアリング角θｓとの差を減少させるフィードバック制御（舵角制御）が用いられてもよい。この舵角制御が用いられる場合には、ハンドル９１１の操舵角θｈを検出する角度センサが備えられ、角度センサの検出値が第１の制御部１１に入力される。第１の制御部１１は、ハンドルの回転角（操舵角θｈ）を指令値としてモータ１０のトルクを制御する。
【００２３】
第２の制御部１２は、トーションバー９１５で連結された２慣性系（ハンドル９１１とステアリング機構）における共振状態を減衰させるトルク成分を制御する。第２の制御部１２には、ステアリング角θｓと車速が入力され、粘性減衰に相当するトルクを出力する。
【００２４】
第２の制御部１２は、２段のハイパスフィルタ１２１，１２２と、フィードバックゲイン算出部１２３と、位相進め処理部１２４とを備える。２段のハイパスフィルタ１２１，１２２にはステアリング角θｓが入力されて２段のフィルタ処理が施される。このようなフィルタ処理はステアリング角θｓの２階微分に相当し、フィルタ処理の結果として角加速度が算出される。
【００２５】
角加速度に対するゲイン値がフィードバックゲイン算出部１２３で算出されて角加速度に対してゲイン値が掛けられることで、モータ１０の慣性を補償する補償値が得られる。このようにフィードバックゲイン算出部１２３は、角加速度のフィードバック制御を行う。また、フィードバックゲイン算出部１２３には車速が入力され、ゲイン値が車速に応じて増減される。
ここで、慣性補償の効果について説明する。
図３は、シミュレーション結果を示すグラフである。
【００２６】
図３には、モータ１０に対して入力される指令値に対して生じる出力としてのステアリング角θｓがシミュレートされた結果がグラフで示されている。図３の上段には入力に対する出力のゲインが示され、下段には入力信号の位相と出力信号の位相との差分値が示される。各グラフの横軸は、入力信号の周波数を示す。
【００２７】
図３中に示された一点鎖線のラインＬ１，Ｌ４は、第１の制御部１１による寄与のみが考慮されたシミュレーション結果を表す。また、図３中に示された点線のラインＬ２，Ｌ５は、慣性補償の寄与も考慮されたシミュレーション結果を表す。
【００２８】
ゲインのグラフを見ると、一点鎖線のラインＬ１には、１Ｈｚ近傍に小さめの共振点（第１共振点）が存在し、１０Ｈｚを越えた辺りに大きめの共振点（第２共振点）が存在する。これに対し、点線のラインＬ２では、共振点の周波数が高周波数側に移動すると共にゲインのピークも縮小する。従って、慣性補償によって共振の強度が低下することが分かる。
【００２９】
一方、系の安定性は、共振ピークの裾が０ｄＢに達した周波数（図中の点線矢印）における位相（図中の黒丸で示された箇所）で判断される。この位相が−１８０度以下であると、入力に対して逆位相となる成分を含むことになり、系は不安定な状態である。また、黒丸で示された箇所の位相が−１８０度に近い場合も、実機では−１８０度以下となる虞があり、安定性が不足する。
【００３０】
このような観点で位相のグラフにおける一点鎖線のラインＬ４と点線のラインＬ５を見ると、黒丸で示された箇所の位相が−１８０度に近いので安定性が不足することが分かる。
図２に戻って説明を続ける。
【００３１】
第２の制御部１２における位相進め処理部１２４は、フィードバックゲイン算出部１２３で得られた補償値に対し、信号波形の位相を進める位相進め処理を施す。位相進め処理部１２４で位相進め処理が実行される場合の位相進み量は、信号波形の周波数に依存した位相進み量となっている。具体的には、位相進め処理部１２４は、全周波数域のうち、ハンドル９１１とステアリング機構との共振周波数（第２共振点の周波数）を含んだ一部の周波数域については、フィードバックされる信号波形の位相を進める。更に、位相進め処理部１２４は、上述した第２共振点における位相進み量を、他の周波数における位相進み量よりも大きい位相進み量とする。即ち、位相進め処理部１２４は、位相進み量が最大となる周波数を第２共振点の共振周波数に合わせる。また、位相進め処理部１２４にも車速が入力されて位相進み量が車速に応じて増減され、位相進め処理部１２４は車速に応じた大きさで信号波形の位相を進める。
【００３２】
このような位相進め処理が施された信号波形がモータ１０に入力されるとモータ１０は、上記２慣性系に対する粘性抵抗に相当するトルク成分を発生させることになる。また、その粘性抵抗は、第２共振点の共振周波数の周辺に限定された粘性抵抗であるので、効率的な粘性減衰が得られる。
このような位相進め処理の効果について、図３のグラフを参照して説明する。
図３中に示された実線のラインＬ３，Ｌ６は、第２の制御部１２による慣性補償と位相進め処理の双方の寄与が考慮されたシミュレーション結果を表す。
【００３３】
ゲインのグラフを見ると、点線のラインＬ２に較べて実線のラインＬ３では、ゲインのピークが一層縮小されることが分かる。また、位相のグラフにおける実線のラインＬ６を見ると、黒丸で示された箇所の位相が−１８０度から十分に離れ、系が安定することが分かる。
【００３４】
なお、上記説明では、ステアリング制御装置１にモータ１０が内蔵された例が示されているが、本発明のステアリング制御装置は、モータを内蔵しない制御側のみの装置であってもよい。
【００３５】
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１    ：ステアリング制御装置
９    ：電動パワーステアリング装置
１０    ：モータ
１１    ：第１の制御部
１２    ：第２の制御部
１２１，１２２    ：ハイパスフィルタ
１２３    ：フィードバックゲイン算出部
１２４    ：位相進め処理部
９１１    ：ハンドル
９１２    ：車輪
９１３    ：車軸
９１４    ：操舵軸
９１５    ：トーションバー
９１７    ：トルクセンサ
【図１】
2020055357.tif 000003
【図２】
2020055357.tif 000004
【図３】
2020055357.tif 000005