(57)【要約】  電気パワーステアリングシステムの制御方法および制御システムを本明細書に開示する。本方法は、車両のステアリングシステムに配置されたトルクセンサから、ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、操縦能ホイールにトルクを加えるために車両ステアリングシステムに配置された電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手するステップと、トルクセンサと電気モータに接続するコントローラによって、前記電気モータにコマンドを生成するステップとを含む。コマンドは、トルク制御およびモータ速度補償を含み、トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答する。電気パワーステアリングシステムを制御するための、機械読取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化された記憶媒体も本明細書に開示するが、記憶媒体は、コントローラに本開示の方法を実行させるための命令を含む。電力テアリングシステムを制御するための、搬送波として実施されたコンピュータデータ信号をさらに開示するが、データ信号は、コントローラに本開示の方法を実行させるように構成したコードを含む。さらには、電気パワーステアリングシステムのトルクを制御する方法を開示する。本方法は、ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、モータ速度を入手するステップと、コントローラによって電気モータにコマンドを生成するステップとを含み、コマンドは、トルク制御とモータ速度補償を含み、トルク信号とモータ速度に応答する。トルク制御の性能は、トルク補償器、広域通過／低域通過パス構造、およびモータ速度補償に応答する。
2005512479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操縦可能ホイールにトルクを供給するために車両に配置された電気モータと、
前記車両に配置されて、ステアリングホイールのトルクを検出しかつそのトルクを表すトルク信号を生成するトルクセンサと、
前記トルクセンサと前記電気モータに接続するコントローラとを備え、
前記コントローラは、トルク制御のために前記電気モータに前記モータ速度補償を含むコマンドを生成し、前記コマンドが前記トルク信号とモータ速度の少なくとも一方に応答する、
モータ速度補償を組み込む電気パワーステアリング制御システム。
【請求項２】
車両速度信号を生成し、前記コントローラに電気接続する車両速度センサをさらに含み、前記コマンドが前記車両速度信号にも応答する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モータ速度は、前記コントローラに電気接続しかつそれにモータ速度信号を伝達するモータ速度センサによって生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記モータ速度は、前記操縦可能ホイールの位置を表す位置を検出するように構成されかつ位置信号を生成する、前記車両に配置された位置センサから導出される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コマンドは、組合せコマンドと前記モータ速度信号に応答する電圧コマンドを含み、前記組合せコマンドは、トルクコマンドと補償モータ速度の加算から得られ、前記補償モータ速度は、前記モータ速度信号に対して作用する、周波数に基づくフィルタを含む前記モータ速度補償から得られたものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の安定性を維持するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を向上するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の前記性能向上は、
速度外乱排除の増加、
トルク外乱排除の増加、
低い周波数では実質的にフラット、その後周波数が高くなると増加するように、ステアリングホイール入力インピーダンスの維持、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御のオンセンタフィールを特徴とするように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記周波数に基づくフィルタは、極と零点の少なくとも一方を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記モータ速度補償はスケジュール可能なゲインをさらに含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記トルクコマンドは、広域通過／低域通過構造から得られたものであり、前記広域通過／低域通過構造が補償トルク信号に応答し、前記補償トルク信号がトルク補償器から得られたものである、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トルク補償器は、前記電気パワーステアリングシステムのトルク制御の安定性を維持するように構成された、周波数に基づくノッチフィルタを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記広域通過／低域通過構造は、広域通過ゲインを含む高周波数パスと、低域通過ゲインを含む低周波数パスを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記高周波数パスは、前記電気パワーステアリングシステムのトルク外乱排除を制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記低周波数パスは、前記電気パワーステアリングシステムの定常トルク応答を制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
コントローラに電気接続したトルクセンサによって生成された、ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、
電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手するステップと、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドを前記電気モータに生成するステップと、
を含む電気パワーステアリングシステムを制御する方法。
【請求項１８】
前記コントローラに電気接続した車両速度センサによって生成された車両速度信号を受け取るステップをさらに含み、前記コマンドが前記車両速度信号にも応答する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記モータ速度信号は、前記コントローラに電気接続しかつそれにモータ速度信号を伝達するモータ速度センサによって生成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記モータ速度信号は、前記操縦可能なホイールの位置を表すステアリング位置を検出するように構成されかつ位置信号を生成する、前記車両に配置された位置センサから導出される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記コマンドは、組合せコマンドと前記モータ速度信号に応答する電圧コマンドであり、前記組合せコマンドは、トルクコマンドと補償モータ速度の加算の結果であり、前記補償モータ速度が、前記モータ速度信号に対して作用する、周波数に基づくフィルタを含む前記モータ速度補償から得られたものである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の安定性を維持するように構成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を向上するように構成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の前記性能向上は、
速度外乱排除の増加、
トルク外乱排除の増加、
低い周波数では実質的にフラット、その後周波数が高くなると増加するようにステアリングホイール入力インピーダンスの維持、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御のオンセンタフィールを特徴とするように構成されている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記周波数に基づくフィルタは、極と零点の少なくとも一方を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記モータ速度補償は、スケジュール可能なゲインをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記トルクコマンドは、広域通過／低域通過構造から得られたものであり、前記広域通過／低域通過構造が補償トルク信号に応答し、前記補償トルク信号はトルク補償器から得られたものである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記トルク補償器が、前記電気パワーステアリングシステムのトルク制御の安定性を維持するように構成された、周波数に基づくノッチフィルタを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記広域通過／低域通過構造は、広域通過ゲインを含む高周波数パスと、低域通過ゲインを含む低周波数パスを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記高周波数パスは、前記電気パワーステアリングシステムのトルク外乱排除を制御するように構成されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記低周波数パスは、前記電気パワーステアリングシステムの定常トルク応答を制御するように構成されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、
モータ速度信号を入手するステップと、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号と前記モータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドをコントローラによって前記電気モータに生成するステップとを含み、
前記トルク制御の性能は、トルク補償器、広域通過／低域通過構造、および前記モータ速度補償のうちの少なくとも１つに応答する、
電気パワーステアリングシステムのトルク制御を向上する方法。
【請求項３４】
前記制御は、前記トルク補償器と前記広域通過／低域通過構造を不動作にされる一方で、少なくとも前記電気パワーステアリングシステムの安定性を実現するのに十分な、前記モータ速度補償に関するスケジュール可能なゲインを選択することによって、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を調節するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記制御は、前記性能の入力インピーダンス特徴を評価し、前記コマンドが許容オンセンタフィール特徴を実現するには低いとき、前記モータ速度補償に関するスケジュール可能なゲインを低減することよって、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を調節するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記制御は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の安定性を実現するために、低域通過フィルタに関する適切な遮断周波数を含む前記広域通過／低域通過構造に関する広域通過ゲインを増大することによって、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を調節するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記制御が、安定性を実現するのに十分な深さにある前記トルク補償器を組み込むことによって、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を調節するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記制御は、
前記トルク補償器と前記広域通過／低域通過構造を不動作にする一方で、少なくとも前記電気パワーステアリングシステムの安定性を実現するのに十分な、前記モータ速度補償に関するスケジュール可能なゲインを選択するステップと、
前記性能の入力インピーダンス特徴を評価し、前記コマンドが許容オンセンタフィール特徴を実現するには低いとき、スケジュール可能なゲインを低減するステップと、
前記低減が不安定性を引き起こし、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の安定性を再び実現する場合は、広域通過フィルタと低域通過フィルタに関する適切な遮断周波数を含む前記広域通過／低域通過構造に関する広域通過ゲインを増大するステップと、および
前記増大が再び過剰な広域通過ゲインを生じる場合は、安定性を実現するのに十分な深さにある前記トルク補償器を再び組み込むステップと、によって
前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を向上するステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記コマンドは、組合せコマンドと前記モータ速度信号に応答する電圧コマンドであり、前記組合せコマンドは、トルクコマンドと補償モータ速度の加算の結果であり、前記補償モータ速度は、前記モータ速度信号に対して作用する、周波数に基づくフィルタを含む前記モータ速度補償から得られたものである、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の安定性を維持するように構成されている、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の性能を向上するように構成されている、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御の前記性能向上は、
速度外乱排除の増加、
トルク外乱排除の増加、
低い周波数では実質的にフラット、その後周波数が高くなると増加するようにステアリングホイール入力インピーダンスの維持、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記モータ速度補償は、前記電気パワーステアリングシステムの前記トルク制御のオンセンタフィールを特徴とするように構成されている、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記周波数に基づくフィルタは、極と零点の少なくとも一方を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記周波数に基づくフィルタは、スケジュール可能なゲインをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
コンピュータに電気パワーステアリングシステムを制御する方法を実行させるための命令を含むコードを含み、前記方法は、
ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、
電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手するステップと、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドを前記電気モータに生成するステップとを含む、
機械読取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化された前記記憶媒体を含む記憶媒体。
【請求項４７】
プロセッサに電気パワーステアリングシステムを制御する方法を実行させるように構成したコードを含むコンピュータデータ信号を含み、
前記方法は、
ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、
電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手するステップと、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドを前記電気モータに生成するステップとを含む、
コンピュータデータ信号。
【請求項４８】
操縦可能ホイールにトルクを加えるために車両に配置された電気モータと、
ステアリングホイールのトルクを検出しかつそれを表すトルク信号を生成する、前記車両に配置されたトルクセンサと、
前記トルクセンサと前記電気モータに接続するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取る手段と、
電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手する手段と、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドを前記電気モータに生成する手段とを含む、
モータ速度補償を組み込む電気パワーステアリングシステム。
【請求項４９】
ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取る手段と、
電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手する手段と、
トルク制御とモータ速度補償を含み、前記トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答するコマンドを前記電気モータに生成する手段と、
を含む電気パワーステアリングシステムを制御するコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電気パワーステアリング（ＥＰＳ）システムのための既存の補償構造は、電気モータ制御システムに、モータ速度補償を用いないで、しばしばトルクループ補償を使用する。図１に示すように、このような電圧モード制御を使用する既存のＥＳＰシステムでは、確実にシステムが安定状態に留まるように、トルク補償器１０１、すなわち、一般的にはノッチフィルタをトルクパスで使用して位相の進みを提供する。モータ（図２の４６）は、電圧（擬似電流）モードで動作するので、測定モータ速度に比例する逆起電力（ＢＥＭＦ）補償を電圧コマンドに加算する。
【０００２】
このようなＥＳＰシステムが、本発明の譲受人に譲渡された、Ｂｏｌｏｕｒｃｈｉ他の米国特許第５，７１９，７６６号で開示および説明されている。このシステムは、その所期の目的にはよく適合しているが、モータ速度の外乱に感度がある恐れがあり、補償がトルクパスにあるので、現在の構造では外乱を排除する有効な方法がない。安定性のために、トルクパスに図示したトルク補償器１０１を使用し、トルク外乱排除のために、高周波数パスの広域通過ゲイン１０４を使用する。ＥＳＰシステムのトルクループ補償に高周波パスを適用することが、本発明の譲受人に譲渡された、Ｃｈａｎｄｙ他の米国特許第５，７０４，４４６号で開示および説明されている。トルク補償器１０１を適用すると、ＥＳＰシステムをノッチ周波数付近の周波数成分を含む外乱に対して敏感にする。低ノッチ周波数は、ノッチ周波数付近のトルク外乱に対する制御システムの感度をより大きなものにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の考察では、図１に示したような制御アーキテクチャを何台かの自動車に適用し、許容性能を実現するために制御システムを同調することが困難であった。低周波数での外乱排除を向上するには、過剰な広域通過ゲイン１０４が必要な場合もあるが、それは、残念ながら高周波数の外乱感度を高める。実際に、どのような安定同調を使用しても高周波数外乱を完全に排除できない場合がある。
【０００４】
電気パワーステアリングシステムの制御方法および制御システムを本明細書に開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本方法は、車両のステアリングシステムに配置されたトルクセンサから、ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、操縦可能なホイールにトルクを加えるために車両ステアリングシステムに配置された電気モータの速度を表すモータ速度信号を入手するステップと、トルクセンサと電気モータに接続するコントローラによって、前記電気モータにコマンドを生成するステップとを含む。コマンドは、トルク制御およびモータ速度補償を含み、トルク信号とモータ速度信号の少なくとも一方に応答する。
【０００６】
電気パワーステアリングシステムを制御するための、機械読取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化された記憶媒体も本明細書に開示するが、記憶媒体は、コントローラに本開示の方法を実行させるための命令を含む。
【０００７】
電気パワーステアリングシステムを制御するための、搬送波として実施されたコンピュータデータ信号をさらに開示するが、データ信号は、コントローラに本開示の方法を実行させるように構成したコードを含む。
【０００８】
さらには、電気パワーステアリングシステムのトルクを制御する方法を開示する。本方法は、ステアリングホイールに加えられたトルクに応答するトルク信号を受け取るステップと、モータ速度を入手するステップと、コントローラによって電気モータにコマンドを生成するステップとを含み、コマンドは、トルク制御とモータ速度補償を含み、トルク信号とモータ速度に応答する。トルク制御の性能は、トルク補償器、広域通過／低域通過構造、およびモータ速度補償に応答する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
フォワードパスのモータＢＥＭＦ補償を利用する電動システムは、モータ速度外乱に対してより敏感である。高周波外乱の悪影響に対処しかつそれを制御する一方の方策は、外乱の発生源を排除することである。他方の方策は、制御方式またはアーキテクチャの変更によって、高周波数外乱に対するＥＳＰシステムの感度を低減させることである。本開示の実施形態は後者に対処するものである。
【００１０】
一般に、高周波数のトルク補償器と同じ安定性マージンを与えるには、低周波数のトルク補償、例えば、ノッチフィルタがより深くなければならない。より深いノッチフィルタ（例えば、ノッチ周波数でより大きなゲインの低下を示すもの）によって、必要な安定性が得られる一方で、ノッチ周波数でシステムの外乱排除特性が損なわれることを理解されたい。さらに、閉ループ系は、ノッチ中心周波数におけるように、ゲインが非常に小さいところでは外乱を排除できないことを認識されたい。また、より深くかつより低い周波数におけるノッチフィルタは、そのゲインの低下がドライバ入力の周波数範囲（例えば、約３Ｈｚまでの）に及ぶと、システムの閉ループ応答（入力インピーダンス）に影響する。低周波数感度の悪影響は、機械部品の摩擦によって生じる外乱の形態でドライバに伝達されかつ感受される。また制御システムの安定性を考慮しないで、外乱排除に対処するためにノッチ周波数をむやみに増加できないことも自明のはずである。
【００１１】
再び図１を参照すると、他の設計上の要件および設計トレードオフを使用して、性能特徴および安定性を向上させることができる。例えば、トルク外乱排除の増加を実現するためには、広域通過ゲイン１０４の増大が必要であることが分かる。図４は、低域通過ゲイン１０３が一定でありかつ広域通過ゲイン１０４が変化するときの、図１に示した制御構造に関する性能および安定性を示す図である。広域通過ゲイン１０４を増加させると、低周波数での外乱に対する制御システムの感度が低下することになる。しかし、このような広域通過ゲイン１０４の増加には実際的な限界がある。一定の閾値を越えて広域通過ゲインが増大すると、制御システムの不安定性を引き起こす恐れもある。図４のＯＬトルクボード線図から、より大きな広域通過ゲイン１０４は、安定マージンの減少をもたらすことが分かる。この入力インピーダンスグラフは、より大きな広域通過ゲイン１０４によって、２〜３Ｈｚの間のステアリングシステムインピーダンスの低減が生じることを示す。このような低減は、幾つかの入力に関してステアリングの望ましくない軽さを引き起こす恐れがある。増大した広域通過ゲイン１０４の別の欠点は、図４の速度およびトルク外乱排除図から分かるように、それによって高周波数（２０Ｈｚよりも高い）での速度外乱感度の増大が生じることである。このような特徴が、図１に示した実施の現行構造で特に好ましくないのは、つまりは、速度外乱感度を直接制御できないからである。
【００１２】
負のフィードバックによって、システムがパラメータおよびシステム変化に対してより強固（ロバスト）になることが制御工学においてよく知られている。本開示の実施形態では、既存のトルクおよび速度フィードバックに加えて、システムに周波数従属モータ速度の負のフィードバックを加算する。これによって、システムは、周波数従属モータ速度の負のフィードバックを用いないシステムよりもパラメータ変動に対してより強固になる。安定性、低周波数外乱感度、および高周波数外乱感度のトレードオフの管理を可能にする、電圧モード制御ＥＰＳのトルク補償に応用できるモータ速度補償を本明細書に開示する。
【００１３】
既存のＥＰＳの実施では、車両のステアリングホイールに伝達されるモータトルクリップルおよび道路由来の外乱の低減を助けるために、モータ速度補償を使用してきた。例えば、本発明の譲受人に譲渡された、Ｃｏｌｌｉｅｒ−Ｈａｌｌｍａｎ他の米国特許第６，１２２，５７９号で、このようなＥＰＳシステムが開示および説明されている。この特許が開示するのは、測定または推定モータ速度に基づく、逆起電力（ＢＥＭＦ）補償を用いないモータ制御システムである。
【００１４】
例示することによって本発明の１つの典型的な実施形態を本明細書に説明するが、本実施形態を車両ステアリングシステムの電気モータ用トルク制御システムに応用することができる。１つの好ましい実施形態を図示しかつ説明するが、本発明は、ここに説明する実施形態に限定されるものではなく、また電圧モード制御を用いる電動機械を使用する制御システムのいずれにも限定するものではないことを当業者なら理解されよう。
【００１５】
図２を参照すると、参照符号４０は、本開示の実施形態の実施に適切な自動車用電気パワーステアリングシステムの全体を指す。ステアリング機構３６は、ラックアンドピニオン型システムであり、ハウジング５０内部の歯付きラック（図示せず）と、ギヤハウジング５２の下部に位置するピニオンギヤ（同じく図示せず）を具備する。ステアリングホイール２６を回転させると、ステアリングシャフト２９が回転し、自在継手３４を介して上部ステアリングシャフト２９に連結する下部ステアリングシャフト５１がピニオンギヤを回転させる。ピニオンギヤが回転するとラックが移動し、このラックがタイロッド３８（１本のみ図示する）を動かし、次いでこのタイロッドが、１本の操縦可能ホイール（または複数の操縦可能ホイール）４４（１本のみを図示する）を回転させるステアリングナックル３９（１つのみを図示する）を動かす。
【００１６】
電気パワーステアリング支援は、参照符号２４で全体を示す制御装置を介して提供され、コントローラ１６と電気モータ４６を含む。コントローラ１６は、ライン１２を介して車両電源１０によって電力供給される。コントローラ１６は、車両速度を表す車両速度信号１４を受け取る。ステアリングピニオンギヤ角は、位置センサ３２を介して測定されるが、この位置センサは、光学符号化型センサ、可変抵抗型センサ、または他の任意適切なタイプの位置センサでよく、位置信号２０をコントローラ１６に供給する。車両速度は、タコメータで測定可能であり、モータ速度信号２１としてコントローラ１６に伝達される。代わりに、位置の時間変化率としてモータ位置からモータ速度を導出することができる。微分関数を実行するための数多くのよく知られた方法があることは明らかである。
【００１７】
ステアリングホイール２６を回転させると、車両運転者がステアリングホイール２６に加えるトルクをトルクセンサ２８が感知する。トルクセンサ２８は、トーションバー（図示せず）と可変抵抗型センサ（同じく図示せず）を具備し得るが、このセンサは、トーションバーに対する捻れ量に相関する可変トルク信号１８をコントローラ１６に出力する。これが好ましいトルクセンサであるが、知られた信号処理技術で使用される他の任意適切なトルク感知装置で十分である。
【００１８】
コントローラは、様々な入力に応答して電気モータ４６にコマンド２２を送り、この電気モータが、ウォーム４７およびウォームギヤ４８を介してステアリングシステムにトルク支援を供給して車両ステアリングにトルク支援を与える。
【００１９】
したがって、所期の機能および望ましい処理ばかりでなく、計算（例えば、１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムの実行、本明細書で規定する制御過程、および同様のもの）を実行するために、コントローラ１６には、１つまたは複数のプロセッサ、１台または複数のコンピュータ、メモリ、記憶装置、１つまたは複数のレジスタ、タイミング、１つまたは複数の割込み、複数の通信インターフェース、および複数の入力／出力信号インターフェース、さらに以上のうち少なくとも１つを備える組合せが含まれ得るが、これらに限定するものではない。例えば、コントローラ１６は、入力信号フィルタリングを含むことが可能であり、通信インターフェースからのこのような信号を正確にサンプリングし、かつ変換または取得することができる。コントローラ１６の追加的な特徴およびその幾つかの過程を本明細書において後段で完全に論じる。
【００２０】
１つの典型的な実施形態を図１に示した制御過程の変更形態として提示するが、この実施形態は、モータ速度補償を含む。モータ速度補償は、制御システムにおけるトルクコマンドの高周波数減衰としても考えられる。図４は、モータを制御するためのトルク制御アーキテクチャの１つの典型的な実施形態を示すが、この実施形態では、元のトルクコマンド（加算器１１２の出力）が、加算器１０２に示すモータ速度に応答する減衰関数を減算することによって変更される。高周波数減衰は、モータ速度を９９に示す補償過程に通過させることによって生成される。重要なことであるが、このモータ速度補償９９は、制御システム４０に関する安定化特性を示す。
【００２１】
図７は、非補償のシステム、例えば、図４に示すシステム４０であるが、トルク補償器１０１またはモータ速度補償９９を使用しないシステムの根軌跡プロットを示す。図７の`*'は、２２のゲインにおけるシステムの閉ループ極を特定する。フィルタを補償器として使用して、高いゲインのｓ平面右半分に移動する極を引き寄せる。図８は、図７からのシステム４０の根軌跡プロットを示すが、今度は上の典型的な実施形態で説明したモータ速度補償９９を含む。また分かりやすくするために、トルクパスを非補償のままにしておく。１つの典型的な実施形態では、モータ速度補償９９が、零点を０Ｈｚに置き、極を１２Ｈｚに置く一次補償器フィルタを含む。１つの典型的な実施形態に関して一次フィルタを開示するが、他に数多くのフィルタ次数およびトポロジが可能であることが分かる。さらには、様々な条件、システムの動的条件および要件、センサの特徴、実装上の制約、および同様のもの、また以上の組合せに基づいて様々なフィルタトポロジを使用することが望ましい。例えば、非常に多様な動的条件に確実に対処するためにより高次のフィルタを使用することが望ましく、あるいはフィルタトポロジの共通性など、実装上の制約に対処することも、あるいは１つのトポロジにおいて様々なフィルタタイプを使用可能にすることも望ましい。
【００２２】
さらに図８を参照すると、プロット上の`*'が示すように、２２のループゲインにおいてさえもシステムが現在安定であることが図示の根軌跡から分かる。さらには、幾つかの事例では、トルク補償を使用しないで、モータ速度補償のみを使用してシステムを完全に安定化することが可能であり、それによってトルクパスにおけるトルク補償器１０１を除去することができる。有益であり、また簡素化するが、これによって望ましくないオンセンタフィールを特徴とする入力インピーダンス周波数応答不良を生じる恐れがある。例えば、低周波数、例えば、システム４０の動作周波数を超える周波数に関して実質的にフラットではない入力インピーダンス周波数応答。このような場合は、適切な入力インピーダンス応答を与えるが、必ずしもシステムを完全に安定化しないアグレッシブ性の低いモータ速度補償９９が使用可能であり、かつ浅いトルク補償器（例えば、ノッチフィルタ）１０１をトルクパスに使用してシステムを完全に安定化することができる。他の幾つかの場合、特に他のセンサおよびシステム動的特徴に依存する場合は、モータ速度補償９９を使用しないでＥＰＳシステムが安定可能である。例えば、導出速度を使用する他のシステムでは、システムを安定化するのにモータ速度補償９９は不要である。このような場合は、トルク補償のためのトルク補償器１０１（例えば、ノッチフィルタ）は全く不要であろう。しかも、このような場合に、依然としてモータ速度補償９９を使用することができる。
【００２３】
図５は、モータ速度補償９９を含む、図４の典型的な実施形態の３つのトルク制御アーキテクチャの実施に関する性能および安定性応答を示す。図に示したそれぞれの場合で、分かりやすくするために低域通過／広域通過構造が不能になっている。図を参照すると、実線が、減衰と逆起電力補償のために、トルクパス上のトルク補償器１０１とタコメータからの速度フィードバックを使用するが、動的またはモータ速度補償を使用しない制御システムを表す。短い破線は、位置センサの微分によって導出した速度の４つの状態の移動平均を使用するが、モータ速度補償９９およびトルクパス上のトルク補償器１０１を使用しないシステムを表す。留意すべき重要なことは、開ループ（ＯＬ）トルクボード線図は、ただこの導出速度システムトポロジが安定しているだけであること、すなわち、いかなる動的モータ速度補償９９も、あるいはトルクパスにおけるトルク補償器１０１も使用しないことを示していることである。長い破線は、モータ速度補償９９と共に、モータ速度検出用のタコメータを使用するシステムを表す。この場合には、モータ速度補償９９を含めて、１２Ｈｚの広域通過遮断周波数および０Ｈｚでの補償の零点を使用するが、トルク補償（ノッチフィルタ１０１不能）は使用しない。システム性能特徴および安定性は、先に開示して論じたように、使用するセンサの種類によって影響を受けることに留意することが重要である。
【００２４】
図５を続けて参照すると、入力インピーダンスプロットは、トルク補償器１０１を使用する、タコメータに基づくシステムが最もフラットな応答を示すことによって適切に機能することを示す。しかし、動的補償を少しも使用しない導出速度システムは、望ましい性能を示すまでに至らない。モータ速度補償９９を使用する、タコメータに基づくシステムは、他の２つのシステムの中間の性能を示す。外乱排除プロットは、トルク補償１０１を使用する、タコメータに基づくシステム（実線）に関して低周波数で重大な感度を示す。感度プロットはまた、このシステムのトポロジに関して２つのピークを示す。図３から分かるように、また先に論じたように、広域通過ゲインが増大すると、第１ピークを低下させるが、同時に第２ピーク周波数および時に感度の大きさを増大させ、したがって摩擦バンプを低減するために高周波数外乱の排除を犠牲にする。残念ながら、タコメータに基づく幾つかのシステムは、非関連の処理による高周波数速度外乱の発生源を示す恐れがある。導出速度システム（短い破線）はまた、中位の（１０〜２０Ｈｚ）周波数においてより狭いが、高いピークを示す。最後に、速度補償システム（長い破線）は、格段の最も適切な外乱排除特徴、例えば、低周波数および高周波数における外乱に対する低い感度を有する。
【００２５】
速度補償による追加的な安定性マージンは、従来のトルク補償器１０１を使用しないでシステム安定性要件を満たし、トルク外乱排除および入力インピーダンス応答特徴を向上させることができる。図４に戻ると、上述の向上を例示するために、ここで広域通過パスおよびそのゲインの変更の効果を検討することを含めて、速度補償制御システムの性能特徴を検討することができる。図６は、トルク補償器１０１を使用しない速度補償システムに対する広域通過ゲイン１０４の変更の効果を示す。この例では、モータ速度補償９９が、１２Ｈｚにおける極と０Ｈｚにおける零点を含む。トルク補償器１０１を使用しないので、トルク補償器１０１による外乱感度が消滅しており、外乱排除グラフは、高い（約１５Ｈｚ）周波数で１つのピークのみを示すだけである。広域通過ゲイン１０４の変更によって、このピークを直接操作することができる。図６はまた、広域通過ゲイン１０４が増加すると、これらのシステムの外乱感度を低下させることを示す。したがって、速度補償を加算すると、トルク補償器１０１を減少または除去することができ、しかもシステムトレードオフの管理を即座に行えることになろう。先に論じたほとんどの場合、開示した速度補償システムは、たとえトルク補償器１０１または広域通過／低域通過構造が不能のときでも、望ましい外乱排除特性を示す。
【００２６】
ゲインまたは基準化は、動的に構成され、また他のパラメータの関数であり得る乗算器、スケジューラ、または参照表等の形態をとることができる。例えば、図４に示したように、モータ速度補償に関するゲイン‘ｋ’、低域通過ゲイン１０３、または広域通過ゲイン１０４は、可変でありかつ他の変数（例えば、トルク、またはモータ速度）の関数でもよい。代わりに、、このような種類の変調またはスケジューリングは、本開示の実施形態の範囲を狭めることなく、図示の制御アーキテクチャにおける多様な点で実行可能であることにも留意されたい。
【００２７】
図４に示したモータ速度補償９９の線形構造は、分析およびシミュレーションに有益である。しかし、典型的な実施形態を実施するためには、フィルタのゲイン‘ｋ’をスケジュール可能にすることが望ましい。１つの典型的な実施形態では、モータ速度補償９９に関連するゲインを元のトルクコマンド（すなわち、加算器１１２の出力）の関数としてスケジューリングするように構成した。認識に値することは、トルクループゲインが増加すると、対処した設計上の要件および設計トレードオフが損なわれる恐れがあることである。しかも、先に論じたように、モータ速度補償９９に関する高いゲイン‘ｋ’は、望ましくない入力インピーダンス周波数応答を生じる恐れがある。入力インピーダンス周波数応答の問題点は、一般的に低トルクコマンドおよび低トルクループゲイン特性として現れることである。したがって、低トルクループゲインでは、モータ速度補償９９に関連するより小さい減衰値‘ｋ’を利用して入力インピーダンスに対する影響を最小化することができる。ゲインスケジューリングは、低トルクコマンドでより小さい減衰と、安定性および外乱感度に対処するのに必要な大きい減衰を選択的に生成することを助ける。しかし、認識に値することは、速度補償システムが、低いゲインおよび低トルクコマンドで不安定性を示すことである。このようなシステムを安定させるために、先に論じたように、害のない（浅い）トルク補償器１０１（例えば、ノッチフィルタ）を備えることができるし、あるいは、低域通過ゲイン１０３よりも高い広域通過ゲイン１０４を有する、図４に示した低域通過／広域通過構造を使用して位相の進みを提供することもできよう。このような構造が提供する位相の進みは、低域通過フィルタ１０６の遮断周波数の関数であり、また低域通過ゲイン１０３に対する広域通過ゲイン１０４の比率の関数でもある。ＯＬトルクボード線図から明らかなように、より大きな位相マージンは、広域通過ゲイン１０４の増大によって実現可能である。比較および広域通過ゲイン１０４の増大効果を分かりやすくするために、モータ速度補償９９のゲインを３つの事例のすべてにおいて一定に維持する。認識および理解に値することは、より大きい広域通過ゲインはトルクパスでより多くの位相の進みを提供するので、より大きい広域通過ゲイン１０４を使用すると、安定性マージンを犠牲にすることなくこのようなゲイン（例えば、モータ速度補償に関する）を小さくできることである。
【００２８】
したがって、電圧制御モータを備えるＥＰＳを使用する任意の車両用のシステムを補償する典型的な方法は、以下の工程をとりうる。
１．できれば、トルク補償１０１および低域通過／広域通過構造を不動作にして、図４に示した可能な限り最も小さいモータ速度補償ゲイン‘ｋ’を使用してシステムを安定させる。
【００２９】
２．本システムの入力インピーダンス応答が許容できなければ、スケジュール可能なゲイン‘ｋ’を使用して、低トルクコマンドでモータ速度補償９９を低減する。
３．モータ速度補償９９ゲインが低減すると、特に低いゲインでは、システムを完全には安定化できない。したがって、適切な遮断周波数を使用して広域通過ゲイン１０４を加算し、かつ低いゲインで低域通過ゲインに対する広域通過ゲインの適切な関係を使用することによってシステムを安定化することができる。
【００３０】
４．低いモータ速度補償ゲインでシステムを安定化するのに、過剰な広域通過ゲイン１０４が必要ならば、および／または他の性能問題が発生すれば、トルク補償器１０１をトルクパスに備えるように設計することができる。都合のいいことに、得られるトルク補償器１０１は、モータ速度補償９９を使用しなければ、使用した場合にシステムを安定化するのに必要であったものよりも深さがはるかに浅くなる。
【００３１】
図９は、異なるアーキテクチャを有する同じ制御システムの１つの代替実施形態を示すが、この実施形態では、スケジュール可能な減衰を異なる方式で実現した。このような方式（図９）では、低域通過／広域通過構造の低域通過および広域通過成分（図４の低域通過フィルタ１０６およびブロック１１３の出力）から、それが低域通過および広域通過ゲイン表（ＫｌおよびＫｈ）を通過する前に、モータ速度補償９９を減ずる。このような構造は、モータ速度補償９９またはトルクループゲインを有する減衰ゲインを自動的に基準化する。
【００３２】
さらに別の代替実施形態が、典型的な実施形態（図４）または図９に開示した構造におけるように、モータ速度補償９９を含むが、先に開示したモータ速度補償９９の前ではなく、モータ速度補償９９の後の加算器１０２（図４および９のＴコマンド）の後で、トルク補償器１０１（例えば、ノッチフィルタ）（図４および９）がトルクコマンドに適用される。次いでトルクコマンド１０１の出力は、電流制御２３（図４および９）に供給される。このような構造またはアーキテクチャは、高周波外乱の排除がより強固かつ効率的であり、ある程度入力インピーダンスを向上させ、他の性能基準で提案された構造と同様に機能する。
【００３３】
本開示の方法は、コンピュータ実行過程およびこのような過程を実行するための装置の形態で実施可能である。本方法はまた、フロッピー（Ｒ）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、他の任意のコンピュータが読取り可能な記憶媒体１３などの有形媒体で実施された命令を含むコンピュータプログラムコードの形態で実施可能であるが、コンピュータプログラムコードがコンピュータ、例えば、コントローラ１６にロードされかつそれによって実行されるとき、そのコンピュータは、本方法を実行できる装置となる。本方法はまた、例えば、記憶媒体１３に格納されるか、コンピュータにロードされるか、および／またはコンピュータによって実行されるかどうかにかかわらず、コンピュータプログラムコードの形態で実施可能であり、あるいは、変調搬送波であろうとなかろうと、電気ラインまたはケーブル、光ファイバ、または電磁波などの何らかの伝達媒体を介して伝達されたデータ信号１５として実施可能であり、コンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされかつコンピュータによって実行されるとき、そのコンピュータは本方法を実行できる装置となる。汎用マイクロプロセッサ上で実施するとき、コンピュータプログラムコードのセグメントが、そのマイクロプロセッサを構成して特定の論理回路を作成する。
【００３４】
１つの典型的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が実施可能であり、その要素の代わりに均等物を代用できることは当業者には理解されよう。さらには、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、多くの修正を実施して特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることができる。したがって、本発明を実施するために企図された最良の形態として開示した特定の実施形態に本発明を限定するものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】既存の制御システムを示すブロック図である。
【図２】電子ステアリング車両の制御システムを示す図である。
【図３】様々な広域通過ゲインに関するシステムの応答を示すボード線図である。
【図４】モータ速度補償を使用する制御構造を示すブロック図である。
【図５】様々なシステム構成に関するシステムの応答を示すボード線図である。
【図６】様々な広域通過ゲインに関する速度補償システムの応答を示すボード線図である。
【図７】非補償システムの痕軌跡プロットを示す図である。
【図８】速度補償システムの痕軌跡プロットを示す図である。
【図９】モータ速度補償を使用する１つの代替実施形態を示すブロック図である。
【図１】
2005512479.tif 000003
【図２】
2005512479.tif 000004
【図３】
2005512479.tif 000005
【図４】
2005512479.tif 000006
【図５】
2005512479.tif 000007
【図６】
2005512479.tif 000008
【図７】
2005512479.tif 000009
【図８】
2005512479.tif 000010
【図９】
2005512479.tif 000011
【国際調査報告】
2005512479.tif 000012
2005512479.tif 000013