(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者によりステアリングホイールに加えられる操舵トルクに基づいて補助トルク電流を出力するアシストマップと、
前記操舵トルク、あるいは、アシストトルクを生成するモータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタと、
前記モータに流れる電流を第１の状態量として検出し、前記電流に基づいた電流可変ゲインを算出する電流可変ゲインマップと、
前記モータあるいは前記ステアリングホイールの回転速度を第２の状態量として検出し、前記回転速度に基づいた回転速度可変ゲインを算出する回転速度可変ゲインマップと、
前記振動成分信号と前記電流可変ゲインと前記回転速度可変ゲインに基づいて、振動抑制電流を算出する補正手段と、
前記補助トルク電流を、前記振動抑制電流を用いて補正した信号を目標電流として算出し、前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と
を備え、
前記電流可変ゲインマップは、外乱から前記ステアリングホイールまでの伝達の増幅率を示す外乱伝達特性が小さい値となる前記電流の所定範囲では、前記電流可変ゲインを小さい値あるいは零とし、
前記回転速度可変ゲインマップは、前記外乱伝達特性が小さい値となる前記回転速度の所定範囲では、前記回転速度可変ゲインを小さい値あるいは零とする
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記電流可変ゲインマップは、前記モータに流れる電流の小さい範囲で前記電流可変ゲインを大きい値とし、前記電流の大きい範囲で前記電流可変ゲインを小さい値あるいは零にし、
前記回転速度可変ゲインマップは、前記モータあるいは前記ステアリングホイールの回転速度の小さい範囲で前記回転速度可変ゲインを大きい値とし、前記回転速度の大きい範囲で前記回転速度可変ゲインを小さい値あるいは零にする
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
運転者によりステアリングホイールに加えられる操舵トルクに基づいて補助トルク電流を出力するアシストマップと、
前記操舵トルク、あるいは、アシストトルクを生成するモータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタと、
前記アシストマップにおける前記操舵トルクに対する前記補助トルク電流の勾配を第３の状態量として検出し、前記勾配に基づいた勾配可変ゲインを出力する勾配可変ゲインマップと、
前記モータあるいは前記ステアリングホイールの回転速度を第２の状態量として検出し、前記回転速度に基づいた回転速度可変ゲインを出力する回転速度可変ゲインマップと、
前記振動成分信号と前記勾配可変ゲインと前記回転速度可変ゲインに基づいて、振動抑制電流を算出する補正手段と、
前記補助トルク電流を、前記振動抑制電流を用いて補正した信号を目標電流として算出し、前記モータに流れる電流を制御する電流制御手段と
を備え、
前記勾配可変ゲインマップは、外乱から前記ステアリングホイールまでの伝達の増幅率を示す外乱伝達特性が小さい値となる前記勾配の所定範囲では、前記勾配可変ゲインを小さい値あるいは零とし、
前記回転速度可変ゲインマップは、前記外乱伝達特性が小さい値となる前記回転速度の所定範囲では、前記回転速度可変ゲインを小さい値あるいは零とする
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記可変ゲインマップは、車両の走行速度である車速を第４の状態量として検出し、前記車速が速いときは、車速可変ゲインを増大させて出力する車速可変ゲインマップをさらに有し、すでに算出した前記可変ゲインに対して前記車速可変ゲインをさらに乗算して得られた値を可変ゲインとして出力する
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
前記回転速度に応じて可変フィルタ周波数を算出する可変フィルタ周波数マップをさらに備え、
前記振動抽出フィルタは、可変フィルタ周波数マップで算出された前記可変フィルタ周波数に応じてフィルタ周波数を変化させる
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の運転者の操舵力をアシストする電動パワーステアリング制御装置に関し、特に、外乱などによる振動を抑制するための電動パワーステアリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電動パワーステアリング制御装置では、操舵トルクに略比例するアシストトルクを定め、この比例関係を示すトルク比例ゲインを大きく取ることにより、自動車の運転者の操舵トルクを低減するとともに、適切な操舵フィーリングを与えることが行なわれている。さらに、電動パワーステアリング制御装置では、モータが発生するコギングトルク、ギヤの歯に同期して発生する脈動、路面から伝わる外乱などの振動を抑制し、運転者のフィーリング（振動フィーリング）を向上することが求められている。【０００３】
このような目的を達成するための従来の電動パワーステアリング制御装置としては、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、ＬＰＦにて操舵成分を抽出し、アシストトルク制御を実施し、ＨＰＦにて高周波振動成分を抽出し、この成分に対しては、低周波とは別の制御器（別のゲイン）を用いて制御を行っている。【０００４】
また、別の従来の電動パワーステアリング制御装置として、車輪に連結するタイロッドから入力されるブレーキ振動などの外乱が、ステアリングホイールに伝達することを抑制する制御に関するものがある（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、操舵制御への影響を低減するために、次のような構成を採用している。すなわち、操舵トルク信号に対して、２次以上のＨＰＦを用いて操舵成分を減衰させ、さらに、その信号を入力として、大きな不感帯を有する制御量マップによって制御量を演算し、操舵成分を低減させている。【０００５】
また、操舵トルクと操舵速度と車速に基づく３つのゲインマップを有し、操舵トルクが大きいとき、操舵速度が大きいとき、あるいは、車速が小さいときにおいて、制御量を零にすることで、操舵成分をさらに低減する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２８３８０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３７３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１のような電動パワーステアリング制御装置においては、外乱などの振動成分を抽出する際に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いている。ここで、例えば、モータが発生するコギングトルクの周波数帯域が低く、運転者が操舵する周波数であるおよそ５Ｈｚ以下に近い場合を考える。この場合には、振動成分と操舵成分が十分に分離できず、振動が十分に低減されない点、あるいは、操舵への影響が生じ操舵フィーリングが低下する点に課題があった。【０００８】
また、特許文献２のような電動パワーステアリング制御装置においては、操舵成分を低減させ振動を抽出するフィルタにおいて、２次以上の高次のＨＰＦを用い、さらに、ゲインマップを、操舵トルクと操舵速度と車速について、それぞれ個別に３個備える必要がある。このため、演算量が多く複雑であった。また、制御量マップに大きな不感帯があるため、振動をこの不感帯の幅よりも小さくすることができなかった。すなわち、運転者が感じない程度までは、振動を抑制できなかった。【０００９】
さらに、特許文献２のような電動パワーステアリング制御装置においては、コギングトルクやギヤ歯に同期した脈動などの外乱がステアリングホイールに伝わる際の伝達特性を考慮したゲインマップの構成になっていない。このため、制御量マップに不感帯を設ける、あるいは、ゲインマップを３個用いるなど、複雑で演算量の多い構成により、操舵成分を低減することが必要になっていた。【００１０】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、操舵への影響を与えずに操舵フィーリングを低下させることなく、モータの発生するコギングトルクなどの振動成分を低減することのできる電動パワーステアリング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】
【００１１】
本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、運転者によりステアリングホイールに加えられる操舵トルクに基づいて補助トルク電流を出力するアシストマップと、操舵トルク、あるいは、アシストトルクを生成するモータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタと、モータに流れる電流を第１の状態量として検出し、電流に基づいた電流可変ゲインを算出する電流可変ゲインマップと、モータあるいはステアリングホイールの回転速度を第２の状態量として検出し、回転速度に基づいた回転速度可変ゲインを算出する回転速度可変ゲインマップと、振動成分信号と電流可変ゲインと回転速度可変ゲインに基づいて、振動抑制電流を算出する補正手段と、補助トルク電流を、振動抑制電流を用いて補正した信号を目標電流として算出し、モータに流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、電流可変ゲインマップは、外乱からステアリングホイールまでの伝達の増幅率を示す外乱伝達特性が小さい値となる電流の所定範囲では、電流可変ゲインを小さい値あるいは零とし、回転速度可変ゲインマップは、外乱伝達特性が小さい値となる回転速度の所定範囲では、回転速度可変ゲインを小さい値あるいは零とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る電動パワーステアリング制御装置は、運転者によりステアリングホイールに加えられる操舵トルクに基づいて補助トルク電流を出力するアシストマップと、操舵トルク、あるいは、アシストトルクを生成するモータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタと、アシストマップにおける操舵トルクに対する補助トルク電流の勾配を第３の状態量として検出し、勾配に基づいた勾配可変ゲインを出力する勾配可変ゲインマップと、モータあるいはステアリングホイールの回転速度を第２の状態量として検出し、回転速度に基づいた回転速度可変ゲインを出力する回転速度可変ゲインマップと、振動成分信号と勾配可変ゲインと回転速度可変ゲインに基づいて、振動抑制電流を算出する補正手段と、補助トルク電流を、振動抑制電流を用いて補正した信号を目標電流として算出し、モータに流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、勾配可変ゲインマップは、外乱からステアリングホイールまでの伝達の増幅率を示す外乱伝達特性が小さい値となる勾配の所定範囲では、勾配可変ゲインを小さい値あるいは零とし、回転速度可変ゲインマップは、外乱伝達特性が小さい値となる回転速度の所定範囲では、回転速度可変ゲインを小さい値あるいは零とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電動パワーステアリング制御装置によれば、振動抽出フィルタを介して算出した暫定振動抑制電流を、操舵トルクあるいはモータの状態量に応じて算出された可変ゲインで補正することで振動抑制電流を求める構成を備えることで、操舵フィーリングへの影響を排除しながら、操舵周波数帯域の成分も含む周波数の外乱を十分に抑制することが可能となり、操舵への影響を与えずに操舵フィーリングを低下させることなく、モータの発生するコギングトルクなどの振動成分を低減することのできる電動パワーステアリング制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるアシストマップを示す入出力特性図とその勾配を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における振動抽出フィルタの周波数特性である。
【図４】本発明の実施の形態１における回転速度可変ゲインマップを示す入出力特性図である。
【図５】本発明の実施の形態１における電流可変ゲインマップを示す入出力特性図である。
【図６】本発明の実施の形態１における振動抑制制御手段を示す入出力特性図である。
【図７】本発明の実施の形態１における外乱伝達特性の例示図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、操舵フィーリングの基本的な特性を表す曲線である、操舵角と操舵トルクのリサージュ曲線と、それに対応する時間波形を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、操舵フィーリングの基本的な特性を表す曲線である、操舵角と操舵トルクのリサージュ曲線と、それに対応する時間波形を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において、操舵フィーリングの基本的な特性を表す曲線である、操舵角と操舵トルクのリサージュ曲線と、それに対応する時間波形を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の変形例における勾配可変ゲインマップを示す入出力特性図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における可変フィルタ周波数マップ２３を示す入出力特性図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における車速可変ゲインマップを示す入出力特性図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の電動パワーステアリング制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。なお、電動パワーステアリング装置そのものの詳細説明は、ここでは割愛するが、既に周知の構成のものでよく、例えば、上記特許文献１および特許文献２において説明されているものを参照することができる。
【００１７】
この図１において、トルクセンサ１は、運転者が操舵した際の操舵トルクτ０を、周知のトーションバー等を用いて検出する。そして、位相補償器２は、後段のアシストマップ１１によるフィードバックゲイン増大時に生じ易くなる発振振動に対する安定余裕を稼ぐべく、このトルクセンサ１の出力に基づいて、発振周波数付近で位相を進ませる。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるアシストマップを示す入出力特性図とその勾配を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、入力である操舵トルクと、出力である補助トルク電流との入出力特性をアシストマップとして示している。また、図２（ｂ）は、補助トルク電流に対するアシストマップ勾配の関係を示している。さらに、図２（ｃ）は、操舵トルクに対するアシストマップ勾配の関係を示している。そして、アシストマップ１１は、図２（ａ）に示すような入出力特性を有しており、位相補償器２から出力された位相補償後の操舵トルクτ０を入力とし、モータ５に与えられる補助トルク電流Ｉａを出力する。
【００１９】
なお、アシストマップ１１には、車両の速度を検出した信号である車速Ｖｘも入力される。これにより、車速に応じて、補助トルク電流Ｉａの出力に用いるアシストマップの入出力特性が変更される。図２（ａ）においては、車速が大きい場合と小さい場合の２ケースを例示している。従って、アシストマップ１１は、位相補償器２による位相補償後の操舵トルク信号τ０を入力として、車速Ｖｘに応じて変化する図２に示すような特性に基づいて、出力信号である補助トルク電流Ｉａを算出することとなる。
【００２０】
また、フィードバック信号として、回転速度検出手段７は、モータ５の回転速度を検出する。さらに、電流検出手段６は、モータ５に流れる電流Ｉｄを検出する。
【００２１】
次に、振動抽出フィルタ２１は、トルクセンサ１からの操舵トルク信号τ０をフィルタリングすることにより、操舵トルク信号から操舵成分を低減し、振動成分信号Ｓｂを抽出する。図３は、本発明の実施の形態１における振動抽出フィルタの周波数特性である。次に、振動抑制制御手段２２は、振動抽出フィルタ２１により抽出された振動成分信号Ｓｂに基づいて、暫定振動抑制電流Ｉｓｔを演算する。なお、これら振動抽出フィルタ２１の構成方法、および振動抑制制御手段２２の機能については、後で詳しく説明する。
【００２２】
次に、本実施の形態１における可変ゲインマップである回転速度可変ゲインマップ３１および電流可変ゲインマップ３２について説明する。回転速度可変ゲインマップ３１は、回転速度検出手段７により検出された回転速度信号Ｓｎ（第２の状態量に相当）に基づいて、回転速度可変ゲインＫωを出力する。図４は、本発明の実施の形態１における回転速度可変ゲインマップを示す入出力特性図である。回転速度可変ゲインマップ３１は、この図４に示すような入出力特性データを備えており、回転速度信号Ｓｎに基づいて回転速度可変ゲインＫωを出力する。
【００２３】
また、電流可変ゲインマップ３２は、電流検出手段６によって検出された電流Ｉｄ（第１の状態量に相当）に基づいて、電流可変ゲインＫｉを出力する。図５は、本発明の実施の形態１における電流可変ゲインマップを示す入出力特性図である。電流可変ゲインマップ３２は、この図５に示すような入出力特性データを備えており、電流Ｉｄに基づいて電流可変ゲインＫｉを出力する。なお、これら回転速度可変ゲインマップ３１、および電流可変ゲインマップ３２の具体的な内容については、後で詳しく説明する。
【００２４】
次に、乗算器４１（補正手段に相当）は、暫定振動抑制電流Ｉｓｔに対して回転速度可変ゲインＫωおよび電流可変ゲインＫｉを乗算し、振動抑制電流Ｉｓを演算する。そして、加算器５１は、アシストマップ１１の出力である補助トルク電流Ｉａと、乗算器４１の出力である振動抑制電流Ｉｓを加算することにより、モータ５において実現させるべき電流である目標電流Ｉｔを得る。
【００２５】
次に、電流制御手段３は、加算器５１で演算された目標電流Ｉｔに対して、電流検出手段６で検出された電流Ｉｄが一致するように、電流制御を行う。一例として、電流制御手段３は、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４に出力し、これにより、ＰＷＭ信号に対応する駆動電流をモータ５へ出力する。そして、モータ５は、運転者によるステアリング軸の操舵力を補助するアシストトルクを発生させる。
【００２６】
なお、図１に示す制御装置を構成するブロックは、全てがハードウエアで構成されるものではない。本実施の形態１では、トルクセンサ１の出力トルク信号τ０と、回転速度検出手段７で検出された信号Ｓｎとから、加算器５１で目標電流Ｉｔを演算するまでの構成、あるいは、電圧指令信号Ｓｖまでの構成は、マイコンによるソフトウエアで構成されるものとする。
【００２７】
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）等から構成される。そして、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、ソフトウエアを実行して、所定の制御動作が行われる。
【００２８】
次に、暫定振動抑制電流Ｉｓｔを求めるための振動抽出フィルタ２１と振動抑制制御手段２２の機能、および状態量に応じて適切なゲインを算出する回転速度可変ゲインマップ３１と電流可変ゲインマップ３２の機能について、詳細に説明する。
【００２９】
まず始めに、振動抽出フィルタ２１について、詳細に説明する。振動抽出フィルタ２１は、先の図３に示したように、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）もしくはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の性質を持っている。すなわち、低周波側でゲインが小さく、出力信号の大きさを低減させている。
【００３０】
また、高周波側において、ＨＰＦの場合は、ゲインをほとんど低下させることなく、入力信号を通過させる。このようなＨＰＦの通過特性が、図３のＨＰＦ１とＨＰＦ２に示されている。
【００３１】
一方、ＢＰＦの場合は、フィルタ周波数ｆｃ付近ではゲインをほとんど低下させることなく、入力信号を通過させ、さらに高周波になるとゲインを低下させることで、不要なノイズ成分を除去している。このようなＢＰＦの通過特性が、図３のＢＰＦ１とＢＰＦ２に示されている。
【００３２】
なお、図３において、ＨＰＦ１は、１次のＨＰＦであり、ＨＰＦ２は、２次のＨＰＦである。また、ＢＰＦ１は、１次のＨＰＦとＬＰＦで構成されるＢＰＦであり、ＢＰＦ２は、２次のＨＰＦとＬＰＦで構成されるＢＰＦである。
【００３３】
この図３に示すフィルタのフィルタ周波数ｆｃは、すべて１０Ｈｚとしている。より低周波側の１Ｈｚ付近では、ゲインが少し低下するが、位相は進む傾向がある。従って、このフィルタを用いることで、１〜２０Ｈｚ程度の外乱振動に対する抑制効果が得られる。なお、この抑制効果については、図７を用いて後述する。
【００３４】
また、図３に示すように、フィルタの次数が高いほど、勾配が急峻な特性になるが、１次で十分である。また、低周波の操舵成分、あるいは高周波のノイズ成分をさらに低減したい場合は、２次以上のフィルタを用いてもよい。
【００３５】
また、図３に示すように、ＨＰＦでは、フィルタ周波数ｆｃ付近においても位相が進む性質があるが、ＢＰＦを用いると、フィルタ周波数ｆｃ付近では位相が進まない。しかしながら、一般に、システム帯域よりも低いような、比較的低周波の帯域において外乱振動を抑制するためには、位相を進ませる必要はない。このような場合には、むしろゲインが大きい程、外乱を抑制する効果がある。本実施の形態１では、図３のＨＰＦ１に示す、１次のＨＰＦを用いる。
【００３６】
次に、振動抑制制御手段２２について説明する。図６は、本発明の実施の形態１における振動抑制制御手段を示す入出力特性図である。振動抑制制御手段２２は、基本的には、比例ゲインで構成され、振動抽出フィルタ２１により抽出された振動成分信号Ｓｂに対応して、暫定振動抑制電流Ｉｓｔを演算する。図６に示すように、入力信号である振動成分信号Ｓｂが大きい場合には、一定値に飽和する特性を含んでもよい。その場合、例えば、対象とする振動と対応する振幅Ｉｓａｔで飽和させればよい。それにより、対象とする振動振幅よりも大きい信号は、制限され、操舵フィーリングへの影響を低減することができる。
【００３７】
ただし、本実施の形態１における振動抑制制御手段２２は、原点付近では、出力値がゼロになる性質の不感帯を持たないこととする。出力値をゼロとする不感帯がある場合には、この範囲の振動振幅に対しては、出力信号がゼロになり、この不感帯の幅以下に振動を抑制できなくなるからである。操舵への影響の低減の観点からは、不感帯がある方が有利ではある。しかしながら、本実施の形態１では、可変ゲインマップなどの他の構成により、操舵への影響は除去可能であるため、振動抑制制御手段２２における不感帯は、持たないこととした。
【００３８】
次に、回転速度可変ゲインマップ３１について説明する。先の図４に示したように、回転速度信号の絶対値が小さい領域（図４中のω１以下に相当）では、出力を１としている。一方、回転速度信号の絶対値が大きい領域では、回転速度可変ゲインＫωを徐々に低下させ、あるモータ回転速度（図４中のω１’に相当）でゼロとしている。
【００３９】
回転速度が速い領域では、振動抑制電流をゼロにしても、外乱による振動は、十分小さく低減される。このことを、図７に示す外乱伝達特性を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態１における外乱伝達特性の例示図であり、本実施の形態１における外乱振動の抑制効果を表している。
【００４０】
この図７の外乱伝達特性は、モータが装着された図示しないステアリング軸に加えられる外乱トルクから、運転者が把持するステアリングホイールにおけるトルク（すなわち、運転者が感じるトルク）までの伝達の増幅率を示す周波数特性である。なお、この特性は、電動パワーステアリング装置の機構やモータなどによって異なるが、概ねこの図７のような傾向である。
【００４１】
モータが発生するコギングトルク、あるいは、電動パワーステアリング装置のギヤの歯に同期して発生する脈動などの外乱は、操舵速度に比例して、その周波数が高くなることが一般に知られている。ここで、図７の外乱伝達特性によると、外乱の周波数が高い帯域（この図７の例では、およそ８Ｈｚ以上の帯域に相当）に対しては、図７の実線で示す振動抑制制御がない場合においても、ゲインが小さく、ステアリングホイールにおけるトルク振動が十分小さく低減されていることが分かる。
【００４２】
例えば、コギングトルクという外乱の場合であれば、モータの回転速度が概ね５０〜１００ｒｐｍ付近よりも大きい範囲に該当する。そして、そのような範囲では、図７中に示した線α（ゲイン−５ｄＢに相当）よりも、外乱伝達特性が小さくなり、運転者がコギングトルクをほぼ感じないレベルである。従って、コギングトルクに合わせる場合は、先の図４におけるω１を、５０〜１００ｒｐｍ程度にすればよい。また、回転速度可変ゲインＫωが０になるときのモータ回転速度の値ω１'は、可変ゲインの急変を運転者が感じない範囲で、ω１に近く設定すればよい。例えば、ω１の１．５倍程度でよい。
【００４３】
次に、電流可変ゲインマップ３２について説明する。先の図５に示したように、電流Ｉｄの絶対値が小さい領域（図５中のＡ以下の領域に相当）では、電流可変ゲインＫｉを１としている。一方、電流の絶対値が大きい領域では、電流可変ゲインＫｉを徐々に低下させ、ある電流Ｉｄ（図５中のＡ’に相当）でゼロとしている。
【００４４】
電流が大きい領域では、振動抑制電流をゼロにしても、外乱振動を十分小さく抑制させることができる。このことを、図７に示す外乱伝達特性を用いて説明する。図７の１点破線で示す電流が大きいときの特性は、振動抑制制御がない場合においても、ゲインが小さく、ステアリングホイールにおけるトルク振動が十分小さく低減されていることが分かる。図７の電流が大きいときの特性は、電流値が図２（ａ）のアシストマップの線Ａ以上の領域における特性を概略表している。
【００４５】
外乱伝達特性は、アシストマップの勾配値に応じて変化し、また、一般的なアシストマップの傾向として、アシストマップの勾配値がある値以上に増大し始める領域は、車速によらず、電流値に応じて決まる傾向がある。
【００４６】
例えば、図２（ｂ）に示すアシストマップの勾配値のように、勾配値は、線Ａ以下では、概ね１０Ａ／Ｎｍ以下であり、線Ａ以上では、概ね１０Ａ／Ｎｍ以上である。図７の電流が小さいときの特性は、電流値が図２（ａ）のアシストマップの線Ａ以下の領域における特性を概略表している。
【００４７】
従って、電流可変ゲインマップ３２においては、電流の絶対値がＡ以上の範囲において、出力を零に減衰させている。可変ゲインがゼロになる値Ａ'は、可変ゲインの急変を運転者が感じない範囲で、Ａに近く設定すればよい。例えば、Ａの１．５倍程度でよい。
【００４８】
一方、操舵トルク信号に対しては、図２（ａ）と（ｃ）のアシストマップの勾配値に示すように、線Ｂ〜Ｃの間の領域で、勾配１０Ａ／Ｎｍ以下と１０Ａ／Ｎｍ以上の領域が車速に応じて両方含まれ、効率よく分離できていない。例えば、線Ｃで閾値を設けると、車速が小さい時に、アシストマップの勾配が大きい余分な領域（Ｂ〜Ｃ）で、振動抑制電流が生じる。このため、全体として操舵成分が増大し、操舵への影響が生じる。
【００４９】
一方、線Ｂで閾値を設けると、車速が大きい時に、アシストマップの勾配が小さい領域（Ｂ〜Ｃ）で、振動抑制電流が零になる。このため、外乱振動の伝達を抑制できないことになる。
【００５０】
従って、電流ではなく、操舵トルク信号に基づいた可変ゲインで代用しようとすると、車速に基づいた可変ゲインが必要になり、演算が複雑になる。また、このように、外乱伝達特性を考慮して電流可変ゲインマップ３２で最適に振動抑制電流を補正しない場合には、振動抑制制御手段２２に不感帯を設けるなどして、操舵成分を低減する措置を行なう必要が生じる。
【００５１】
なお、図２の線Ａは、勾配が１０Ａ／Ｎｍ付近となる境界線となっている。しかしながら、このように、車速の大小に関わらない厳密な境界線が存在する必要はなく、勾配の境界が車速の大小に関わらず概ね同等であればよい。
【００５２】
なお、電流Ｉｄには、補助トルク電流Ｉａ以外の成分も含まれるが、一般に、補助トルク電流Ｉａが支配的なので、上述した電流可変ゲインＫｉの説明では、ほぼ等しいものとして扱っている。従って、電流可変ゲインマップ３２への入力電流には、補助トルク電流Ｉａを用いてもよい。
【００５３】
以上の構成によれば、「電流が小さい領域で本発明の制御を適用」した場合の一例として図７の破線で示したように、振動抑制電流によって、外乱振動のステアリングホイールへの伝達が抑制されて、運転者がほぼ感じないレベルに低減される。なお、この図７の破線は、可変ゲインがすべて１の場合である。
【００５４】
ここで、振動抑制制御によって外乱の伝達が低減されている帯域は、１Ｈｚから２０Ｈｚ付近までであり、運転者の操舵の周波数（およそ５Ｈｚ以下）と同様な部分を含む帯域となっている。なお、この振動抑制制御がある場合の特性は、振動抽出フィルタを１次のＨＰＦとした場合である。
【００５５】
次に、図８〜図１０は、本発明の実施の形態１において、操舵フィーリングの基本的な特性を表す曲線である、操舵角と操舵トルクのリサージュ曲線と、それに対応する時間波形を示した図である。具体的には、図８は、本発明による振動抑制制御がある場合とない場合、および可変ゲインマップがなく可変ゲインが１で固定の場合を比較して示している。（ａ）が対応するリサージュ曲線であり、（ｂ）と（ｃ）は、それぞれ対応する時間波形であり、１Ｈｚ操舵の応答を示している。
【００５６】
また、図９および図１０は、本発明による振動抑制制御がある場合とない場合を比較して示している。（ａ）が対応するリサージュ曲線であり、（ｂ）は対応する時間波形であり、０．２Ｈｚ操舵の応答を示している。なお、図９では、操舵角度範囲が大きい場合、図１０では、操舵角度範囲が小さい場合を示している。
【００５７】
ここで示したリサージュ曲線は、ステアリングホイールの角度を正弦波状に操舵するという典型的な操舵方法を行ったときの試験結果であり、これを用いて操舵フィーリングを評価することは、一般的に、よく用いられる方法である。なお、これらの図８〜図１０で示す振動抑制制御ありの場合の波形は、振動抽出フィルタを１次のＨＰＦとした場合である。
【００５８】
操舵の周波数が速い場合（例えば、図８の１Ｈｚ操舵のような場合）には、回転速度がω１よりも速い領域が多く、また、回転速度が低下する操舵の切返し付近（図８（ｂ）の１．３秒付近など）では、電流が増大する傾向がある。従って、回転速度可変ゲインＫωと電流可変ゲインＫｉによって、振動抑制電流が概ねゼロになり、操舵への影響が除去される。
【００５９】
操舵の周波数が遅い場合（例えば、図９の０．２Ｈｚ操舵で、かつ操舵角度範囲が上記１Ｈｚ操舵の例と同等程度の場合）には、モータ回転速度は、全体的に低下する。しかしながら、そうであっても、図９のように、操舵角度範囲が大きい場合（この例では１００ｄｅｇ程度）では、回転速度がω１よりも速い領域が多い。また、回転速度が低下する操舵の切返し付近（図９（ｂ）の３秒付近）では、電流が増大する傾向がある。従って、回転速度可変ゲインＫωと電流可変ゲインＫｉによって、振動抑制電流が概ねゼロになり、操舵への影響が除去される。
【００６０】
操舵の周波数が遅く、操舵角度範囲が小さい場合（例えば、図１０の０．２Ｈｚ操舵で角度範囲が１５ｄｅｇ程度のような場合）には、可変ゲインが常に１になる。しかしながら、このような場合は、操舵トルクが小さいため、１次のＨＰＦからなる振動抽出フィルタのみによって、振動抑制電流は、十分低減される。図１０（ｂ）において示すように、振動抑制電流は、０．３〜０．４Ａ程度しかなく、十分小さいことが分かる。従って、操舵への影響が除去される。このようにして、どのような操舵に対しても、この振動抑制制御が影響を与えることはない。
【００６１】
可変ゲインマップがない場合（すなわち、本実施の形態１の構成において可変ゲインを常に１に固定し、暫定振動抑制電流をそのまま振動抑制電流とする場合）について、図８の（ａ）と（ｃ）を一例として用いて説明する。可変ゲインマップがない場合、図８（ａ）のリサージュ曲線は、振動抑制制御がない通常の場合と比べて、原点付近で細くくびれた波形になっており、操舵への影響が見られる。
【００６２】
時間波形でみると、図８（ｃ）のように、振動抑制電流が５Ａ程発生しており、そのために、操舵への影響が生じている。なお、何らかの可変ゲインを備えていても、本実施の形態１のように適切に備えられていない場合は、この振動抑制電流を十分に低減できないので、操舵への影響が生じることがある。
【００６３】
これに対して、本実施の形態１の以上の構成（図８（ａ）中の実線で示された振動抑制制御ありの構成に相当）によると、振動抑制制御なしの場合とほぼ同じ波形を示しており、操舵への影響はほとんど見られない。すなわち、操舵フィーリングが低下することがない。
【００６４】
以上のように、実施の形態１によれば、操舵トルクから振動成分を抽出して算出した制御量を、電流と回転速度に応じた可変ゲインによって補正している。さらに、その可変ゲインの設定に際して、外乱からステアリングホイールまでの伝達特性を考慮し、ステアリングホイールに伝達し難い領域では、可変ゲインを低減している。この結果、外乱伝達特性を考慮して外乱の伝達が小さい領域で振動抑制電流を低減するといった処理が、振動抑制制御手段に不感帯を設ける必要なく、実施できる。
【００６５】
さらに、アシストマップ特性の傾向を考慮することで、必要最小限のフィルタと可変ゲインという簡素な演算により、効率的に処理することができる。この結果、操舵への影響を排除し、操舵フィーリングの低下を回避することができ、同時に、操舵周波数帯域の成分も含む周波数の外乱がステアリングホイールに伝達することを、運転者が感じないほど十分に抑制することが可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態１における構成では、モータの回転速度を直接検出する回転速度検出手段を用いていた。しかしながら、回転速度検出手段の代わりに、モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、検出された回転角度信号から回転速度を演算する回転速度算出手段を用いて、回転速度信号を得てもよい。この回転速度算出手段は、基本的には微分であるが、微分にＬＰＦを施して、高周波ノイズを除去したもの、あるいは、これと等価な処理として、ＨＰＦをゲイン倍したフィルタを用いてもよい。この場合でも、上記の構成と同様な効果が得られる。
【００６７】
また、上述した実施の形態１における構成では、モータの回転速度を検出して回転速度信号としていた。しかしながら、ステアリングホイールの回転速度を検出して回転速度信号とする構成としてもよい。この場合でも、上記の構成と同様な効果が得られる。
【００６８】
また、上述したように、図２で示したアシストマップは、一般的なものであり、線Ａのような車速によらない勾配の境界線があることは、一般的な傾向である。しかしながら、一般的でないものに関しては、上記の線Ａのような、車速によらない勾配の境界線がない場合もある。このような場合は、次の実施の形態２に示すような車速による可変ゲインをさらに導入してもよい。ただし、この方法の場合には、車速による可変ゲインの分だけ演算量が増加し、複雑化することとなる。
【００６９】
もしくは、電流可変ゲインＫｉの代わりに、操舵トルク信号と補助トルク電流からアシストマップの勾配（第３の状態量に相当）を演算して、その値に基づいた可変ゲイン（勾配可変ゲイン）を備えてもよい。図１１は、本発明の実施の形態１の変形例における勾配可変ゲインマップを示す入出力特性図である。例えば、図１１に示すように、可変ゲインマップ（勾配可変ゲインマップ）は、ｋａ（概ね１０Ａ／Ｎｍ）以下で１、それ以上で０に徐々に減少していく特性とすればよい。
【００７０】
可変ゲインが０になる値ｋａ'は、可変ゲインの急変を感じない範囲でｋａに近く設定すればよい。例えば、ｋａの１．５倍程度でよい。このような構成にすると、上記の構成と同様に、操舵への影響を排除し、操舵フィーリングの低下を回避することができ、同時に、外乱がステアリングホイールに伝達するのを運転者が感じないほど十分に抑制することが可能となる。
【００７１】
このような勾配可変ゲインを用いる方法は、勾配値を演算するので、外乱伝達特性において、厳密に必要最小限の範囲だけ振動抑制電流を印加できるという利点がある。ただし、この方法の場合は、上記の構成と比べて、勾配の演算の分だけ演算量が増加し、複雑化する。なお、この方法における勾配の演算は、公知のものでよく、例えば、操舵トルク信号の変化量を補助トルク電流の変化量で割ることで算出できる。
【００７２】
実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図１２の構成は、可変フィルタ周波数マップ２３と車速可変ゲインマップ３３を追加した構成となっている点が異なっている。これらの追加部分以外は、先の実施の形態１と同じ構成であり、異なる構成を中心に、以下に説明する。
【００７３】
まず始めに、可変フィルタ周波数マップ２３について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２における可変フィルタ周波数マップ２３を示す入出力特性図である。可変フィルタ周波数マップ２３は、図１３に示す入出力特性に従い、モータ５の回転速度信号に基づき、可変フィルタ周波数ｆｃを算出する。この算出された可変フィルタ周波数ｆｃは、振動抽出フィルタ２１に与えられ、振動抽出フィルタ２１のフィルタ周波数として利用される。
【００７４】
すでに上述したとおり、モータ５が発生するコギングトルク、電動パワーステアリング装置のギヤの歯に同期して発生する脈動などの外乱は、回転速度に比例してその周波数が高くなることが一般に知られている。そのため、図１３に示すように、可変フィルタ周波数マップ２３は、回転速度が速いほど、可変フィルタ周波数ｆｃが高くなるよう設定されている。例えば、コギングトルクのような外乱を対象とする場合、モータ回転速度が低い領域、すなわち、図１３のωＶ１で示すあたりの速度（およそ１０ｒｐｍ程度）では、外乱が１〜５Ｈｚ程度となる。そこで、可変フィルタ周波数ｆｃ１を、例えば、５Ｈｚ程度に定める。
【００７５】
一方、モータ回転速度がそれよりも高く、図１３のωＶ２で示すあたりの速度（およそ５０〜１００ｒｐｍ付近）では、外乱が５〜１５Ｈｚ程度になる。そこで、可変フィルタ周波数ｆｃ２を、例えば、１０Ｈｚ程度に定めるなどとすればよい。
【００７６】
この構成によって、外乱の周波数に応じてフィルタ特性を設定でき、そのときの外乱成分を最も抑制できるように、外乱伝達特性を最適化できる。この結果、ステアリングホールへの外乱の伝達を、さらに低減することが可能になる。
【００７７】
次に、車速可変ゲインマップ３３について説明する。本実施の形態２における可変ゲインマップは、回転速度可変ゲインマップ３１および電流可変ゲインマップ３２に加えて、さらに、車速可変ゲインマップ３３を有している。車速が速いときは、アシストマップの勾配が小さくなる傾向があるため、外乱がステアリングホイールに伝達し易くなる。従って、車速可変ゲインマップ３３は、車速が速いときに、車速可変ゲインＫｖｘを増大させる特徴を持つ、入出力特性を備えている。図１４は、本発明の実施の形態２における車速可変ゲインマップを示す入出力特性図である。
【００７８】
車速可変ゲインマップ３３は、図１４に示した入出力特性を用い、車速Ｖｘ（第４の状態量に相当）に応じて、車速可変ゲインを出力する。そして、本実施の形態２における乗算器４１は、暫定振動抑制電流Ｉｓｔに対して、回転速度可変ゲインＫω、電流可変ゲインＫｉ、および車速可変ゲインＫｖｘの３つの可変ゲインを乗算し、振動抑制電流Ｉｓを算出する。
【００７９】
例えば、車速が小さい場合（図１４に示すＶｘ１付近の車速、すなわち、およそ２０〜５０Ｋｍ／ｈ程度の場合に相当）、Ｋｖｘ１を１．０とする。一方、それより車速が大きい場合（、図１４に示すＶｘ２付近の車速、すなわち、およそ１００〜２００Ｋｍ／ｈ程度の場合に相当）、Ｋｖｘ２を１．２程度とする。このように、車速に応じて適切なゲインを設定することで、車速の増大によりアシストマップの勾配が低下する分だけ、ゲインを増強することができる。
【００８０】
以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１の効果に加え、モータ回転速度に応じてフィルタ周波数を可変することで、外乱の周波数に応じたフィルタ特性を設定でき、そのときの外乱成分を最も抑制できるように、外乱伝達特性を最適化できる。さらに、車速に応じて適切なゲインを設定することで、車速が増大して、アシストマップの勾配が低下した場合にも、外乱を低減する効果を補うことができ、さらに十分な外乱の低減効果を得ることができる。
【００８１】
なお、上述した実施の形態２では、可変フィルタ周波数マップ２３と車速可変ゲインマップ３３の両方を備えた場合について説明した。しかしながら、先の実施の形態１における図１の構成に対して、いずれか一方のみを追加した構成とすることも可能である。
【００８２】
また、先の実施の形態１の説明で述べたように、電流可変ゲインを用いた方が、従来技術のように操舵トルク可変ゲインを用いるよりも、車速によらないアシスト勾配に対応しているため、外乱伝達特性の変化にも効率的に対応している。しかしながら、本実施の形態２のように、車速可変ゲインを備える場合には、車速可変ゲインを複雑化することで、外乱伝達特性の差異を吸収できる。従って、本実施の形態２の構成においては、電流可変ゲインの代わりに操舵トルク可変ゲインを用いることも可能である。
【００８３】
この場合、車速可変ゲインの追加とそのゲインマップの複雑化により、演算が複雑化するが、電流可変ゲインと同様に、外乱の振動抑制効果と操舵への影響除去効果を得ることができる。
【００８４】
実施の形態３．
先の実施の形態１では、操舵トルク信号に対して振動抽出フィルタ２１を適用し、振動抑制制御を実施する場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、回転速度検出手段で検出した回転速度信号に対して振動抽出フィルタ２１を適用し、振動抑制制御を実施する場合について説明する。
【００８５】
図１５は、本発明の実施の形態３における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。本実施の形態３では、振動抽出フィルタ２１に入力される信号を回転速度信号とすることと、加算器５１を減算器５２に置き換えること以外は、先の実施の形態１と同じ構成である。従って、補助トルク電流から振動抑制電流を減算する動作以外は、先の実施の形態１と同じ動作をするものである。ただし、振動抑制制御手段２２の比例ゲインの大きさは、操舵トルク信号を回転速度信号に変更したことによる信号レベルの変化分だけ変更するものとする。
【００８６】
以上のように、実施の形態３によれば、操舵トルクの代わりに、モータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタを備えている。このような構成によっても、先の実施の形態１と同様に効果を得ることができる。すなわち、操舵トルクの代わりに回転速度から振動成分を抽出して算出した制御量を、電流と回転速度に応じた可変ゲインによって補正している。さらに、その可変ゲインの設定に際して、外乱からステアリングホイールまでの伝達特性を考慮し、ステアリングホイールに伝達し難い領域では、可変ゲインを低減している。この結果、外乱伝達特性を考慮して外乱の伝達が小さい領域で振動抑制電流を低減するといった処理が、振動抑制制御手段に不感帯を設ける必要なく、実施できる。
【００８７】
さらに、アシストマップ特性の傾向を考慮することで、必要最小限のフィルタと可変ゲインという簡素な演算により、効率的に処理することができる。この結果、操舵への影響を排除し、操舵フィーリングの低下を回避することができ、同時に、操舵周波数帯域の成分も含む周波数の外乱がステアリングホイールに伝達することを、運転者が感じないほど十分に抑制することが可能となる。
【００８８】
なお、上述した実施の形態１における構成では、モータの回転速度を直接検出する回転速度検出手段を用いていた。しかしながら、回転速度検出手段の代わりに、モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、検出された回転角度信号から回転速度を演算する回転速度算出手段を用いて、回転速度信号を得てもよい。この回転速度算出手段は、基本的には微分であるが、微分にＬＰＦを施して、高周波ノイズを除去したもの、あるいは、これと等価な処理として、ＨＰＦをゲイン倍したフィルタを用いてもよい。この場合でも、上記の構成と同様な効果が得られる。
【００８９】
また、上述した実施の形態１における構成では、モータの回転速度を検出して回転速度信号としていた。しかしながら、ステアリングホイールの回転速度を検出して回転速度信号とする構成としてもよい。この場合でも、上記の構成と同様な効果が得られる。
【００９０】
また、上述した実施の形態３における構成では、回転速度の検出信号や回転角度から算出した回転速度信号に対して、振動抽出フィルタと振動抑制制御を適用する場合について説明した。しかしながら、周知のオブザーバ等により推定された回転速度の推定信号に対して、振動抽出フィルタと振動抑制制御を適用することもできる。
【００９１】
実施の形態４．
図１６は、本発明の実施の形態４における電動パワーステアリング制御装置の構成を示すブロック線図である。先の実施の形態３における図１５の構成と比較すると、本実施の形態４における図１６の構成は、可変フィルタ周波数マップ２３と車速可変ゲインマップ３３を追加した構成となっている点が異なっている。これらの追加部分以外は、先の実施の形態１と同じ構成であり、異なる構成を中心に、以下に説明する。
【００９２】
また、本実施の形態４では、振動抽出フィルタ２１に入力される信号を回転速度信号とすることと、加算器５１を減算器５２に置き換えること以外は、先の実施の形態２と同じ構成である。従って、補助トルク電流から振動抑制電流を減算する動作以外は、先の実施の形態２と同じ動作をするものである。ただし、振動抑制制御手段２２の比例ゲインの大きさは、操舵トルク信号を回転速度信号に変更したことによる信号レベルの変化分だけ変更するものとする。
【００９３】
以上のように、実施の形態４によれば、操舵トルクの代わりに、モータの回転速度をフィルタ処理することで、低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタを備えている。このような構成によっても、先の実施の形態２と同様に効果を得ることができる。すなわち、モータ回転速度に応じてフィルタ周波数を可変することで、外乱の周波数に応じたフィルタ特性を設定でき、そのときの外乱成分を最も抑制できるように、外乱伝達特性を最適化できる。さらに、車速に応じて適切なゲインを設定することで、車速が増大して、アシストマップの勾配が低下した場合にも、外乱を低減する効果を補うことができ、さらに十分な外乱の低減効果を得ることができる。
【００９４】
なお、上述した実施の形態４では、可変フィルタ周波数マップ２３と車速可変ゲインマップ３３の両方を備えた場合について説明した。しかしながら、先の実施の形態３における図１５の構成に対して、いずれか一方のみを追加した構成とすることも可能である。
【００９５】
また、先の実施の形態１の説明で述べたように、電流可変ゲインを用いた方が、従来技術のように操舵トルク可変ゲインを用いるよりも、車速によらないアシスト勾配に対応しているため、外乱伝達特性の変化にも効率的に対応している。しかしながら、本実施の形態２のように、車速可変ゲインを備える場合には、車速可変ゲインを複雑化することで、外乱伝達特性の差異を吸収できる。従って、本実施の形態２の構成においては、電流可変ゲインの代わりに操舵トルク可変ゲインを用いることも可能である。
【００９６】
この場合、車速可変ゲインの追加とそのゲインマップの複雑化により、演算が複雑化するが、電流可変ゲインと同様に、外乱の振動抑制効果と操舵への影響除去効果を得ることができる。
【００９７】
また、上述した実施の形態４における構成では、回転速度の検出信号や回転角度から算出した回転速度信号に対して、振動抽出フィルタと振動抑制制御を適用する場合について説明した。しかしながら、周知のオブザーバ等により推定された回転速度の推定信号に対して、振動抽出フィルタと振動抑制制御を適用することもできる。
【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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