(57)【要約】      （修正有）【課題】回転角指令値が周期的に変化する場合において、回転角指令値の振幅が小さいときの応答性を改善できる油圧式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ＰＩＤ制御部５４は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに基づいて、フィードバック操作量を演算する。ＦＦ制御部５７は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊に基づいてフィードフォワード操作量を演算する。具体的には、ＦＦ制御部５７は、バルブ開度指令値θｖ＊の微分値に応じたフィードフォワード操作量を演算する。ＰＩＤ制御部５４によって演算されるフィードバック操作量に、ＦＦ制御部５７によって演算されるフィードフォワード操作量が加算されることにより、電流指令値（統合操作量）Ｉ＊が演算される。【選択図】図２
2014156194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、操舵部材に機械的に連結されていない油圧制御バルブを介して、油圧ポンプからの作動油を供給することによって、操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置であって、
前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータと、
前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段と、
前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段と、
前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角との偏差に基づいて、フィードバック操作量を演算するフィードバック操作量演算手段と、
前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に基づいて、フィードフォワード操作量を演算するフィードフォワード操作量演算手段と、
前記フィードバック操作量演算手段によって演算されたフィードバック操作量に前記フィードフォワード操作量演算手段によって演算されたフィードフォワード操作量を加算することにより、統合操作量を演算する統合操作量演算手段と、
前記統合操作量演算手段によって演算された統合操作量に基づいて、前記電動モータを制御する手段とを含む、油圧式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード操作量演算手段は、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値の微分値に基づいて、前記フィードフォワード操作量を演算するように構成されている、請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記フィードバック操作量演算手段は、
前記偏差に対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算する比例要素と、
前記偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素と、
前記偏差に対して微分演算を行うことにより微分操作量を演算する微分要素と、
前記比例要素によって演算される比例操作量、前記積分要素によって演算される積分操作量および前記微分要素によって演算される微分操作量に基づいて前記フィードバック操作量を演算する手段とを含む、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記フィードバック操作量演算手段は、
前記偏差に対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算する比例要素と、
前記偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素と、
前記比例要素によって演算される比例操作量および前記積分要素によって演算される積分操作量に基づいて前記フィードバック操作量を演算する手段とを含む、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、油圧式パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を、油圧制御バルブを介して供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置が従来から知られている。一般的な油圧式パワーステアリング装置では、油圧制御バルブは、ステアリングホイール等の操舵部材にステアリングシャフトを介して機械的に連結されており、操舵部材の操作に応じて油圧制御バルブの開度が調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧式パワーステアリング装置として、油圧制御バルブを操舵部材に機械的に連結せずに、電動モータ（バルブ駆動用モータ）によって油圧制御バルブの開度を制御するものが開発されている。本発明者らは、バルブ駆動用モータの回転角の目標値である回転角指令値とバルブ駆動用モータの実回転角との偏差に基づいて、バルブ駆動用モータをフィードバック制御する油圧式パワーステアリング装置を研究し、この発明をするに至った。
【０００５】
この発明の目的は、回転角指令値が周期的に変化するような場合において、回転角指令値の振幅が小さいときの回転角制御の応答性を改善できる油圧式パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両のステアリング機構（２）に結合されたパワーシリンダ（１６）に、操舵部材（３）に機械的に連結されていない油圧制御バルブ（１４）を介して、油圧ポンプ（２３）からの作動油を供給することによって、操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置（１）であって、前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータ（１５）と、前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段（５２）と、前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段（３３）と、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角との偏差に基づいて、フィードバック操作量を演算するフィードバック操作量演算手段（５４）と、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に基づいて、フィードフォワード操作量を演算するフィードフォワード操作量演算手段（５７）と、前記フィードバック操作量演算手段によって演算されたフィードバック操作量に前記フィードフォワード操作量演算手段によって演算されたフィードフォワード操作量を加算することにより、統合操作量を演算する統合操作量演算手段と、前記統合操作量演算手段によって演算された統合操作量に基づいて、前記電動モータを制御する手段とを含む、油圧式パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００７】
この発明では、回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に基づいてフィードフォワード操作量が演算され、このフィードフォワード操作量がフィードバック操作量に加算されることにより統合操作量が演算される。そして、統合操作量に基づいて電動モータが制御される。これにより、回転角指令値の振幅が小さいときにおける応答性を高くすることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記フィードフォワード操作量演算手段は、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値の微分値に基づいて、前記フィードフォワード操作量を演算するように構成されている、請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
この構成では、フィードフォワード操作量の符号は、電動モータを回転させるべき方向に対応した符号となる。また、フィードフォワード操作量の絶対値は、回転角指令値の変化率が大きくなるほど大きくなる。これにより、回転角制御の応答性を高めることができる。これにより、回転角指令値が周期的に変化するような場合において、回転角指令値の振幅が小さいときの回転角制御の応答性を改善することができる。
【０００９】
また、回転角指令値が周期的に変化するような場合には、フィードフォワード操作量の絶対値は、回転角指令値の周波数が高くなるほど大きくなる。これにより、回転角指令値の周波数が高いときの回転角制御の応答性を改善することができる。
請求項３記載の発明は、前記フィードバック操作量演算手段は、前記偏差に対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算する比例要素（７１）と、前記偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素（７２）と、前記偏差に対して微分演算を行うことにより微分操作量を演算する微分要素（７３）と、前記比例要素によって演算される比例操作量、前記積分要素によって演算される積分操作量および前記微分要素によって演算される微分操作量に基づいて前記フィードバック操作量を演算する手段（７４、７５）とを含む、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記フィードバック操作量演算手段は、前記偏差に対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算する比例要素（７１）と、前記偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素（７２）と、前記比例要素によって演算される比例操作量および前記積分要素によって演算される積分操作量に基づいて前記フィードバック操作量を演算する手段（７４）とを含む、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、バルブ駆動用モータ制御部の制御ブロック図である。
【図３】図３Ａは、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部内のＰＩＤ制御部とＦＦ制御部とを統合した回転角制御システムのゲイン特性を示すボード線図であり、図３Ｂは、回転角制御システムの位相特性を示すボード線図である。
【図４】図４Ａは、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部において、バルブ開度指令値θｖ＊として振幅が小さいスイープ信号を入力させた場合におけるバルブ開度指令値θｖ＊および実回転角θｖの変化を示すグラフであり、図４Ｂは、そのときの電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの変化を示すグラフである。
【図５】図５は、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置の制御ブロック図（参考図）である。
【図６】図６は、検出操舵トルクＴｈに対するアシストトルク指令値Ｔａ＊の設定例を示すグラフである。
【図７】図７は、アシストトルク指令値Ｔａ＊に対するバルブ開度指令値θｖ＊の設定例を示すグラフである。
【図８】図８Ａは、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置内のＰＩＤ制御部のゲイン特性を示すボード線図であり、図８Ｂは、ＰＩＤ制御部の位相特性を示すボード線図である。
【図９】図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置において、バルブ開度指令値θｖ＊として振幅が小さいスイープ信号を入力させた場合におけるバルブ開度指令値θｖ＊および実回転角θｖの変化を示すグラフであり、図９Ｂは、そのときの電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
油圧式パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作される操舵部材としてのステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に連結され、ピニオンギア６を持つピニオンシャフト５と、ピニオンギア６に噛合するラック７ａを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。
【００１３】
ラック軸７の両端にはタイロッド８がそれぞれ連結されており、このタイロッド８は、それぞれ、左右の転舵輪９，１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２まわりに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転が、ピニオンギア６およびラック７ａによって、ラック軸７の軸方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回転運動に変換され、これにより、左右の転舵輪９，１０が転舵される。
【００１４】
ステアリングシャフト４の周囲には、ステアリングシャフト４の回転角である操舵角を検出するための舵角センサ３１が配置されている。この実施形態では、舵角センサ３１は、ステアリングシャフト４の中立位置からのステアリングシャフト４の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。ピニオンシャフト５には、操舵トルクＴｈを検出するためのトルクセンサ３２が設けられている。
【００１５】
油圧式パワーステアリング装置１は、油圧制御バルブ１４、パワーシリンダ１７および油圧ポンプ２３を含んでいる。油圧制御バルブ１４は、例えばロータリバルブであり、ロータハウジング（図示略）と作動油の流通方向を切り替えるためのロータ（図示略）とを備えている。油圧制御バルブ１４のロータが電動モータ１５（以下「バルブ駆動用モータ１５」という）によって回転されることにより、油圧制御バルブ１４の開度が制御される。バルブ駆動用モータ１５は、例えば三相ブラシレスモータからなる。バルブ駆動用モータ１５の近傍には、バルブ駆動用モータ１５のロータの回転角（実回転角θｖ）を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ３３が配置されている。
【００１６】
油圧制御バルブ１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１６に接続されている。パワーシリンダ１６は、ステアリング機構２に結合されている。具体的には、パワーシリンダ１６は、ラック軸７に一体に設けられたピストン１７と、このピストン１７によって区画された一対のシリンダ室１８，１９とを有しており、シリンダ室１８，１９は、それぞれ、対応する油路２０，２１を介して、油圧制御バルブ１４に接続されている。
【００１７】
油圧制御バルブ１４は、リザーバタンク２２および操舵補助力発生用の油圧ポンプ２３を通る油循環路２４の途中部に介装されている。油圧ポンプ２３は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ２５（以下、「ポンプ駆動用モータ２５」という）によって駆動され、リザーバタンク２２に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御バルブ１４に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御バルブ１４から油循環路２４を介してリザーバタンク２２に帰還される。
【００１８】
ポンプ駆動用モータ２５は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ２３を駆動するものである。具体的には、ポンプ駆動用モータ２５は、その出力軸が油圧ポンプ２３の入力軸に連結されており、ポンプ駆動用モータ２５の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２３の入力軸が回転して油圧ポンプ２３の駆動が達成される。ポンプ駆動用モータ２５は、例えば三相ブラシレスモータからなる。ポンプ駆動用モータ２５の近傍には、ポンプ駆動用モータ２５のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ３４が配置されている。
【００１９】
油圧制御バルブ１４は、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが基準回転角度位置（中立位置）から一方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの一方を介してパワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。また、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが中立位置から他方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの他方を介してシリンダ室１８，１９のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。
【００２０】
油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にある場合には、油圧制御バルブ１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ１６の両シリンダ室１８，１９は等圧に維持され、作動油は油循環路２４を循環する。バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが回転されると、パワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のいずれかに作動油が供給され、ピストン１７が車幅方向（車両の左右方向）に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用することになる。
【００２１】
舵角センサ３１によって検出される操舵角、トルクセンサ３２によって検出される操舵トルクＴｈ、回転角センサ３３の出力信号、回転角センサ３４の出力信号、車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐ、バルブ駆動用モータ１５に流れる電流を検出するための電流センサ３６の出力信号は、コンピュータにより構成される制御装置４０にそれぞれ入力される。制御装置４０は、駆動回路４１を介してバルブ駆動用モータ１５を制御するともに、駆動回路４２を介してポンプ駆動用モータ２５を制御する。
【００２２】
制御装置４０は、バルブ駆動用モータ１５の駆動回路４１を制御するためのバルブ駆動用モータ制御部４３と、ポンプ駆動用モータ２５を制御するためのポンプ駆動用モータ制御部４４とを含んでいる。バルブ駆動用モータ制御部４３の動作の詳細については、後述する。
ポンプ駆動用モータ制御部４４は、たとえば、次のようにして、ポンプ駆動用モータ２５を制御する。すなわち、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、回転角センサ３４の出力信号に基づいてポンプ駆動用モータ２５の回転速度を演算する。また、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、舵角センサ４１の出力値を時間微分することによって操舵角速度を演算する。次に、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、操舵角速度に基づいて、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度指令値を演算する。回転速度指令値は、操舵角速度が零のときに所定値に設定され、操舵角速度が大きいほど大きな値に設定される。そして、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度が回転速度指令値に等しくなるように、ポンプ駆動用モータ２５の駆動回路４２を制御する。なお、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度が予め定められた所定速度となるように駆動回路４２を制御してもよい。
【００２３】
本実施形態におけるバルブ駆動用モータ制御部４３について説明する前に、図５〜図９を参照して、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置について説明する。  
図５は、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置１００の制御ブロック図（参考図）である。なお、バルブ駆動用モータ制御部４３以外の油圧式パワーステアリング装置の構成は、図１に示された構成と同じであるものとして、バルブ駆動用モータ制御装置１００について説明する。
【００２４】
バルブ駆動用モータ制御装置１００は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部１５１と、バルブ開度指令値設定部１５２と、角度偏差演算部１５３と、ＰＩＤ（比例積分微分）制御部１５４と、電流偏差演算部１５５と、ＰＩ（比例積分）制御部１５６とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部１５１は、トルクセンサ３２によって検出される検出操舵トルクＴｈと車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐに基づいて、パワーシリンダ１６によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ｔａ＊［Ｎ・ｍ］を設定する。具体的には、アシストトルク指令値設定部１５１は、車速毎に検出操舵トルクとアシストトルク指令値との関係を記憶したマップに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａ＊を設定する。図６は、検出操舵トルクＴｈに対するアシストトルク指令値Ｔａ＊の設定例を示すグラフである。
【００２５】
検出操舵トルクＴｈは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、パワーシリンダ１６によって右方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには正の値とされ、パワーシリンダ１６によって左方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには負の値とされる。
【００２６】
アシストトルク指令値Ｔａ＊は、検出操舵トルクＴｈの正の値に対しては正の値をとり、検出操舵トルクＴｈの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲の微小な値のときには、アシストトルクは零とされる。そして、検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲以外の領域においては、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。また、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されている。
【００２７】
バルブ開度指令値設定部１５２は、アシストトルク指令値設定部１５１によって設定されたアシストトルク指令値Ｔａ＊に基づいて、油圧制御バルブ１４の開度の目標値（バルブ駆動用モータ１５の回転角の目標値）であるバルブ開度指令値（回転角指令値）θｖ＊［ｄｅｇ］を設定する。この例では、油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にあるときのバルブ駆動用モータ１５の回転角を０°とする。油圧制御バルブ１４のロータの回転角度範囲は、中立位置を中心として、機械角で±３［ｄｅｇ］程度である。
【００２８】
バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より大きくなると、パワーシリンダ１６によって右方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。一方、バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より小さくなると、パワーシリンダ１６によって左方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。なお、バルブ駆動用モータ１５の回転角度の絶対値が大きくなるほど、パワーシリンダ１６によって発生するアシストトルクの絶対値は大きくなる。
【００２９】
バルブ開度指令値設定部１５２は、アシストトルク指令値Ｔａ＊とバルブ開度指令値θｖ＊との関係を記憶したマップに基づいて、バルブ開度指令値θｖ＊を設定する。図７は、アシストトルク指令値Ｔａ＊に対するバルブ開度指令値θｖ＊の設定例を示すグラフである。バルブ開度指令値θｖ＊は、アシストトルク指令値Ｔａ＊の正の値に対しては正の値をとり、アシストトルク指令値Ｔａ＊の負の値に対しては負の値をとる。バルブ開度指令値θｖ＊は、アシストトルク指令値Ｔａ＊の絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。
【００３０】
角度偏差演算部１５３は、バルブ開度指令値設定部１５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊と回転角センサ３３によって検出されたバルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖとの偏差Δθｖ（＝θｖ＊−θｖ）を演算する。
ＰＩＤ制御部１５４は、角度偏差演算部１５３によって演算された角度偏差Δθｖに対してＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行なう。すなわち、角度偏差演算部１５３およびＰＩＤ制御部１５４によって、バルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖをバルブ開度指令値θｖ＊に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩＤ制御部１５４は、角度偏差Δθｖに対してＰＩＤ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５の電流指令値Ｉ＊［Ａ］を演算する。
【００３１】
電流偏差演算部１５５は、ＰＩＤ制御部１５４によって求められた電流指令値Ｉ＊と、電流センサ３６によって検出されるモータ電流（実電流）Ｉ［Ａ］との偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）を演算する。ＰＩ制御部１５６は、電流偏差演算部１５５によって演算された電流偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）に対してＰＩ演算（比例積分演算）を行なう。すなわち、電流偏差演算部１５５およびＰＩ制御部１５６によって、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流Ｉを電流指令値Ｉ＊に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部１５６は、電流偏差ΔＩに対してＰＩ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５に印加すべき電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］を演算する。
【００３２】
図５では、バルブ駆動用モータ１５は、数学モデルであるモータモデルとして記述されている。モータモデルは、１／（Ｌ・ｓ＋Ｒ）と表すことができる。Ｒは電機子巻線抵抗［Ω］、Ｌは電機子巻線インダクタンス［Ｈ］、ｓは微分演算子（ラプラス演算子）である。バルブ駆動用モータ１５には、ＰＩ制御部１５６によって演算された電圧指令値Ｖ＊と誘起電圧Ｅ［Ｖ］との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ１５にモータ電流Ｉ（実電流）［Ａ］が流れる。このモータ電流Ｉが、電流センサ３６によって検出されて、電流偏差演算部１５５にフィードバックされる。
【００３３】
モータ電流Ｉにバルブ駆動用モータ１５のトルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］を乗じた値がモータトルクＴｍ［Ｎ・ｍ］となる。このモータトルクＴｍから油圧制御バルブ１４の駆動に要する負荷トルクＴＬ［Ｎ・ｍ］を減じた値が、油圧制御バルブ１４に与えられるトルクＴｖ［Ｎ・ｍ］となる。トルクＴｖに１／（Ｊ・ｓ）を乗じた値がモータ回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］となる。Ｊは、モータイナーシャ［ｋｇ・ｍ２］、ｓは微分演算子（ラプラス演算子）である。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ１５の逆起電圧定数Ｋｅ［Ｖ・ｓ／ｒａｄ］を乗じた値が誘起電圧Ｅ［Ｖ］となる。
【００３４】
また、モータ回転速度ωに１／ｓを乗じた値がバルブ駆動用モータ１５の回転角となる。１／ｓは積分演算子である。回転角センサ３３は、バルブ駆動用モータ１５の実回転角［ｄｅｇ］を検出する。回転角センサ３３によって検出された実回転角θｖが、角度偏差演算部１５３にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ１４の開度θｖがバルブ開度指令値θｖ＊と等しくなるように、バルブ駆動用モータ１５がフィードバック制御される。
【００３５】
図５に示すようなバルブ駆動用モータ制御装置１００における回転角フィードバック制御（ＰＩＤ制御）では、振動等の外乱により、バルブ開度指令値（回転角度指令値）θｖ＊が周期的に変化する場合には、角度偏差Δθｖ（＝θｖ＊−θｖ）の大きさは、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅に依存する。具体的には、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいほど、角度偏差Δθｖが小さくなる。これにより、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいほど、ＰＩＤ制御部１５４によって演算される操作量（電流指令値Ｉ＊）が小さくなる。このため、図５に示すようなバルブ駆動用モータ制御装置１００では、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいときに回転角制御の応答性が低くなる。
【００３６】
また、バルブ開度指令値θｖ＊が周期的に変化する場合には、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が高くなるにともなって、特にＰＩＤ制御部１５４内の積分要素の積分時定数の影響によって、ＰＩＤ制御部１５４によって演算される操作量（電流指令値Ｉ＊）が小さくなる。このため、図５に示すようなバルブ駆動用モータ制御装置１００では、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が高いときにも回転角制御の応答性が低くなる。
【００３７】
図８Ａおよび図８Ｂは、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００内のＰＩＤ制御部１５４の周波数特性を示すボード線図である。図８Ａは、ＰＩＤ制御部１５４のゲイン特性を示すボード線図であり、図８Ｂは、ＰＩＤ制御部１５４の位相特性を示すボード線図である。
図８Ａおよび図８Ｂにおいて、曲線Ａはバルブ開度指令値θｖ＊の振幅が大きい（±３［ｄｅｇ］）場合の特性を示し、曲線Ｂはバルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい（±０．１［ｄｅｇ］）場合の特性を示している。図８Ａから、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい場合は、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が大きい場合に比べてゲインが小さくなることがわかる。また、図８Ａから、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が高くなると、ゲインが小さくなることがわかる。さらに、図８Ｂから、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が±０．１［ｄｅｇ］の場合には、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が８［Ｈｚ］以上となると、位相遅れが９０度以上となり、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が±３［ｄｅｇ］の場合には、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が２２［Ｈｚ］以上となると、位相遅れが９０度以上となっているとがわかる。
【００３８】
図９Ａは、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００において、バルブ開度指令値θｖ＊として振幅が小さいスイープ信号（低い周波数から高い周波数に一定速度で周波数が変化する信号）を入力させた場合におけるバルブ開度指令値θｖ＊および実回転角θｖの変化を示すグラフである。図９Ｂは、そのときの電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの変化を示すグラフである。スイープ信号の振幅（バルブ開度指令値θｖ＊の振幅）は、±０．１［ｄｅｇ］である。
【００３９】
図９Ａおよび図９Ｂから、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい場合には、電流指令値Ｉ＊が小さいことがわかる。以上のことから、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００では、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい場合に、角度制御の応答性が低くなっていることがわかる。
以下、図１の制御装置４０内のバルブ駆動用モータ制御部４３について詳しく説明する。
【００４０】
図２は、バルブ駆動用モータ制御部４３の制御ブロック図である。図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３は、バルブ開度指令値（回転角指令値）θｖ＊が周期的に変化しているような場合において、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいときの応答性を改善するために開発されたものである。
バルブ駆動用モータ制御部４３は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部５１と、バルブ開度指令値設定部５２と、角度偏差演算部５３と、ＰＩＤ（比例積分微分）制御部５４と、電流偏差演算部５５と、ＰＩ（比例積分）制御部５６と、ＦＦ（フィードフォワード）制御部５７を含んでいる。ＰＩＤ制御部５４によって、フィードバック制御のための操作量（フィードバック操作量）を演算するフィードバック操作量演算手段が構成されている。また、ＦＦ制御部５７によって、フィードフォワード制御のための操作量（フィードフォワード操作量）を演算するフィードバック操作量演算手段が構成されている。
【００４１】
アシストトルク指令値設定部５１、バルブ開度指令値設定部５２、角度偏差演算部５３、ＰＩＤ制御部５４、電流偏差演算部５５およびＰＩ制御部５６の動作は、それぞれ、図５のアシストトルク指令値設定部１５１、バルブ開度指令値設定部１５２、角度偏差演算部１５３、ＰＩＤ制御部１５４、電流偏差演算部１５５およびＰＩ制御部１５６の動作と同様である。このバルブ駆動用モータ制御部４３では、ＦＦ制御部５７が設けられている点で、図５のバルブ駆動用モータ制御装置１００と異なっている。
【００４２】
アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ３２によって検出される検出操舵トルクＴｈと車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐに基づいて、パワーシリンダ１６によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ｔａ＊［Ｎ・ｍ］を設定する。アシストトルク指令値設定部５１の動作は、図５のアシストトルク指令値設定部１５１と同様なので、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
バルブ開度指令値設定部５２は、アシストトルク指令値設定部５１によって設定されたアシストトルク指令値Ｔａ＊に基づいて、油圧制御バルブ１４の開度の指令値であるバルブ開度指令値（回転角指令値）θｖ＊［ｄｅｇ］を設定する。バルブ開度指令値設定部５２の動作は、図５のバルブ開度指令値設定部１５２と同様なので、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
角度偏差演算部５３は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊と回転角センサ３３によって検出されたバルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖとの偏差Δθｖ（＝θｖ＊−θｖ）を演算する。
ＰＩＤ制御部５４は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに基づいて、フィードバック操作量を演算する。具体的には、ＰＩＤ制御部５４は、比例要素７１と、積分要素７２と、微分要素７３と、第１加算器７４と、第２加算器７５とを備えている。ただし、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、１／Ｚは入力信号を１演算周期遅延させて出力するための遅延素子の伝達関数、Ｋｄは微分ゲイン、ＬＰＦはローパスフィルタである。
【００４５】
比例要素７１は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して比例演算を行うことによって、比例動作の操作量（比例項。以下、「比例操作量」という。）を演算する。具体的には、比例要素７１は、角度偏差Δθｖに比例ゲインＫｐを乗ずることによって、比例操作量を演算する。
積分要素７２は、角度偏差Δθｖ に対して積分演算を行うことによって、積分動作の操作量（積分項。以下、「積分操作量」という。）を演算する。具体的には、積分要素７２は、角度偏差Δθｖに積分ゲインＫｉを乗じた値に、前回の積分操作量を加算することにより、今回の積分操作量を求める。
【００４６】
比例要素７１によって演算された比例操作量と積分要素７２によって演算された積分操作量とは、第１加算器７４に与えられる。第１加算器７４は、比例操作量と積分操作量とを加算する。第１加算器７４の加算結果は、第２加算器７５に与えられる。
微分要素７３は、角度偏差Δθｖに対して微分演算を行うことによって、微分動作の操作量（微分項。以下、「微分操作量」という。）を演算する。具体的には、微分要素７３は、第１のＬＰＦ７３ａと、減算器７３ｂと、第２のＬＰＦ７３ｃと、乗算器７３ｄとを含む。第１のＬＰＦ７３ａは、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖの低周波数成分を抽出する。減算器７３ｂは、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖから、第１のＬＰＦ７３ａによって抽出された低周波数成分を除去する。これにより、角度偏差Δθｖの高周波数成分が抽出される。つまり、角度偏差Δθｖの微分値（角度偏差微分値）が演算される。第２のＬＰＦ７３ｃは、角度偏差微分値の高周波成分を除去する。乗算器７３ｄは、高周波成分が除去された後の角度偏差微分値に微分ゲインＫｄを乗じることにより、微分操作量を演算する。微分要素７３によって演算された微分操作量は、第２加算器７５に与えられる。
【００４７】
ＦＦ制御部５７は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊に基づいてフィードフォワード操作量を演算する。具体的には、ＦＦ制御部５７は、バルブ開度指令値θｖ＊の微分値に応じたフィードフォワード操作量を演算する。より具体的には、ＦＦ制御部５７は、第１のＬＰＦ８１と、減算器８２と、第２のＬＰＦ８３と、乗算器８４と、リミッタ８５とを含む。
【００４８】
第１のＬＰＦ７８１は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊の低周波数成分を抽出する。減算器８２は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊から、第１のＬＰＦ８１によって抽出された低周波数成分を除去する。これにより、バルブ開度指令値θｖ＊の高周波数成分が抽出される。つまり、バルブ開度指令値θｖ＊の微分値（以下、「角度指令微分値」という）が演算される。
【００４９】
第２のＬＰＦ８３は、角度指令微分値の高周波成分を除去する。乗算器８４は、高周波成分が除去された後の角度指令微分値に所定のゲインＫｆｆを乗じることにより、フィードフォワード操作量を演算する。リミッタ８５は、乗算器８４によって演算されたフィードフォワード操作量の絶対値を予め定められた制限値以下に制限する。これは、フィードフォワード操作量が大きくなりすぎるのを防止するためである。リミッタ８５による制限処理後のフィードフォワード操作量は、ＰＩＤ制御部５４内の第２加算器７５に与えられる。
【００５０】
ＰＩＤ制御部５４内の第２加算器７５は、ＰＩＤ制御部５４内の第１加算器７４の加算結果（比例操作量と積分操作量と和）に、ＰＩＤ制御部５４内の微分要素７３によって演算された微分操作量と、ＦＦ制御部５７によって演算されるフィードフォワード操作量を加算することにより、電流指令値Ｉ＊を演算する。なお、比例操作量と積分操作量と微分操作量の総和が、ＰＩＤ制御部５４によって演算されるフィードバック操作量である。したがって、この実施形態では、ＰＩＤ制御部５４によって演算されるフィードバック操作量に、ＦＦ制御部５７によって演算されるフィードフォワード操作量が加算されることにより、電流指令値（統合操作量）Ｉ＊が演算される。
【００５１】
角度偏差演算部５３およびＰＩＤ制御部５４によって、バルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖを、フィルタ処理後のバルブ開度指令値θｖ＊に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。また、ＦＦ制御部５７によって、回転角制御の応答性を改善するためのフィードフォワード制御手段が構成されている。
電流偏差演算部５５は、ＰＩＤ制御部５４およびＦＦ制御部５７によって求められた電流指令値Ｉ＊と、電流センサ３６によって検出されるモータ電流（実電流）Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）を演算する。ＰＩ制御部５６は、電流偏差演算部５５によって演算された電流偏差ΔＩに対してＰＩ演算を行なう。すなわち、電流偏差演算部５５およびＰＩ制御部５６によって、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流を電流指令値に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部５６は、電流偏差に対してＰＩ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５に印加すべき電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］を演算する。
【００５２】
バルブ駆動用モータ１５は、数学モデルであるモータモデル（１／（Ｌ・ｓ＋Ｒ））として記述されている。バルブ駆動用モータ１５には、ＰＩ制御部５６によって演算された電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］と誘起電圧Ｅ［Ｖ］との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ１５にモータ電流Ｉ［Ｉ］が流れる。このモータ電流Ｉが、電流センサ３６によって検出されて、電流偏差演算部５５にフィードバックされる。
【００５３】
モータ電流Ｉにバルブ駆動用モータ１５のトルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］を乗じた値がモータトルク［Ｎ・ｍ］となる。このモータトルクＴｍから油圧制御バルブ１４の駆動に要する負荷トルクＴＬ［Ｎ・ｍ］を減じた値が、油圧制御バルブ１４に与えられるトルクＴｖ［Ｎ・ｍ］となる。トルクＴｖに１／（Ｊ・ｓ）を乗じた値がモータ回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］となる。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ１５の逆起電圧定数Ｋｅ［Ｖ・ｓ／ｒａｄ］を乗じた値が誘起電圧Ｅ［Ｖ］となる。
【００５４】
また、モータ回転速度ωに１／ｓを乗じた値がバルブ駆動用モータ１５の回転角となる。回転角センサ３３は、バルブ駆動用モータ１５の実回転角［ｄｅｇ］を検出する。回転角センサ３３によって検出された実回転角が、角度偏差演算部５３にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ１４の開度θｖがバルブ開度指令値θｖ＊と等しくなるように、バルブ駆動用モータ１５がフィードバック制御される。
【００５５】
前記実施形態では、ＦＦ制御部５７は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値（回転角度指令値）θｖ＊の微分値（角度指令微分値）に応じた値を、フィードフォワード操作量として演算している。したがって、フィードフォワード操作量の符号は、バルブ駆動用モータ１５を回転すべき方向に対応した符号となる。また、フィードフォワード操作量の絶対値は、バルブ開度指令値θｖ＊の変化率が大きくなるほど大きくなる。また、バルブ開度指令値θｖ＊が周期的に変化するような場合には、フィードフォワード操作量の絶対値は、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が高くなるほど大きくなる。
【００５６】
このようなフィードフォワード操作量がＰＩＤ制御部５４によって演算されるフィードバック操作量に加算されることによって電流指令値Ｉ＊が演算されるので、回転角制御の応答性を高めることができる。これにより、バルブ開度指令値θｖ＊が周期的に変化するような場合において、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいときの回転角制御の応答性を改善することができる。さらに、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が高いときの応答性を改善することができる。
【００５７】
図３Ａおよび図３Ｂは、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３内のＰＩＤ制御部１５４とＦＦ制御部５７とを統合した回転角制御システムの周波数特性を示すボード線図である。図３Ａは、回転角制御システムのゲイン特性を示すボード線図であり、図３Ｂは、回転角制御システムの位相特性を示すボード線図である。
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、曲線Ａはバルブ開度指令値θｖ＊の振幅が大きい（±３［ｄｅｇ］）場合の特性を示し、曲線Ｂはバルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい（±０．１［ｄｅｇ］）場合の特性を示している。図３Ａの曲線Ｂと図８Ａの曲線Ｂとを比較すると、図３Ａの曲線Ｂでは、図８Ａの曲線Ｂに比べて、高周波数領域におけるゲインの低下が抑制されている。このことから、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３では、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００に比べて、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい（±０．１［ｄｅｇ］）ときのゲイン特性が改善されていることがわかる。
【００５８】
また、図３Ｂでは、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が±０．１［ｄｅｇ］の場合には、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が１５［Ｈｚ］以上となると、位相遅れが９０度以上となり、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が±３［ｄｅｇ］の場合には、バルブ開度指令値θｖ＊の周波数が２８［Ｈｚ］以上となると、位相遅れが９０度以上となっている。つまり、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が±０．１［ｄｅｇ］の場合において、位相遅れが９０度となる周波数は、図８Ｂでは８［Ｈｚ］であったが、図３Ｂにおいては１５［Ｈｚ］となっている。このことから、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３では、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００に比べて、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さい（±０．１［ｄｅｇ］）ときの位相特性が改善されていることがわかる。
【００５９】
図４Ａは、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３において、バルブ開度指令値θｖ＊として振幅が小さいスイープ信号を入力させた場合におけるバルブ開度指令値θｖ＊および実回転角θｖの変化を示すグラフである。図４Ｂは、そのときの電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの変化を示すグラフである。スイープ信号の振幅（バルブ開度指令値θｖ＊の振幅）は、±０．１［ｄｅｇ］である。
【００６０】
図４Ａおよび図４Ｂと図９Ａおよび図９Ｂとを比較すると、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３では、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００に比べて、電流指令値Ｉ＊が大きくなっていることがわかる。
以上のことから、図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３では、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００に比べて、バルブ開度指令値θｖ＊の振幅が小さいときの回転角制御の応答性が改善されていることがわかる。
【００６１】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前記実施形態では、回転角フィードバック制御手段は、ＰＩＤ制御を行うためのＰＩＤ制御部５５を含んでいるが、ＰＩＤ制御部５５の代わりにＰＩ制御を行うためのＰＩ制御部を用いてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…油圧式パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、１４…油圧制御バルブ、１５…バルブ駆動用モータ、１６…パワーシリンダ、２３…油圧ポンプ、２５…ポンプ駆動用モータ、３３…回転角センサ、３６…電流センサ、５１…アシストトルク指令値設定部、５２…バルブ開度指令値設定部、５３…角度偏差演算部、５４…ＰＩＤ（比例積分微分）制御部、５５…電流偏差演算部、５６…ＰＩ（比例積分）制御部、５７…ＦＦ制御部、７１…比例要素、７２…積分要素、７３…微分要素、７４，７５…加算器
【図１】
2014156194.tif 000003
【図２】
2014156194.tif 000004
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014156194.tif 000008
【図８】
2014156194.tif 000009
【図４】
2014156194.tif 000010
【図９】
2014156194.tif 000011