(57)【要約】【課題】トルク制御の演算周期と電流制御の演算周期の関係性から発生するパワースペクトルを加振源とする、機械共振の有無によらず発生する振動や異音等を的確に抑制可能な電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算するトルク制御部と、電流指令値に基づいてモータに流れるモータ電流を制御する電流制御部とを備える電動パワーステアリング装置において、トルク制御部の演算周期が電流制御部の演算周期以上であり、電流制御部は、電流指令値に対してトルク制御部の演算周波数の略２分の１の周波数の少なくとも１つの自然数倍の周波数の成分を減衰させる特定周波数帯域除去部を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算するトルク制御部と、前記電流指令値に基づいてモータに流れるモータ電流を制御する電流制御部とを備える電動パワーステアリング装置において、
前記トルク制御部の演算周期が前記電流制御部の演算周期以上であり、
前記電流制御部は、前記電流指令値に対して前記トルク制御部の演算周波数の略２分の１の周波数の少なくとも１つの自然数倍の周波数の成分を減衰させる特定周波数帯域除去部を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記特定周波数帯域除去部は、ノッチフィルタで構成される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記特定周波数帯域除去部は、直列に接続された複数のノッチフィルタで構成される請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記特定周波数帯域除去部は、前記ノッチフィルタに直列に接続されるローパスフィルタを具備する請求項２又は３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記特定周波数帯域除去部は、前記トルク制御部から出力される前記電流指令値を入力する請求項１乃至４のいずれかに記載の電動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、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算するトルク制御部と、前記電流指令値に基づいてモータに流れるモータ電流を制御する電流制御部とを備える電動パワーステアリング装置に関し、特に特定の周波数成分を減衰させる機能を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力（アシスト力）を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。【０００３】
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー（ＩＧ）信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。【０００４】
なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。【０００５】
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller  Area  Network）１００が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ１００から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ１００以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ１０１も接続可能である。【０００６】
コントロールユニット３０は主としてＭＣＵ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＭＣＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。【０００７】
図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ１００からの）車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。【０００８】
加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３と慣性３４−２を加算部３４−４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４−１を加算部３４−５で加算し、加算部３４−５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。【０００９】
このような電動パワーステアリング装置では、装置の構成物や周辺物が共振系を形成し、それら共振系の共振により振動や異音等が発生するので、その抑制が望まれており、種々の対策が提案されている。【００１０】
例えば、特許第５４５６５７６号公報（特許文献１）では、コラムやラック等の電動パワーステアリング装置の構成物若しくは車両前部構造物の剛体部分の機械共振周波数成分を除去する技術が提案されている。特許文献１では、急峻な減衰特性を有するバンドカットフィルタ（バンドストップフィルタ）若しくはノッチフィルタを用いて、さらには二次以上のローパスフィルタを組み合わせて、機械共振周波数成分を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５４５６５７６号公報
【特許文献２】特許第５２３５５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、電動パワーステアリング装置のコントロールユニット３０では、操舵トルク及び車速の入力から電流指令値Ｉｒｅｆｍの出力までの制御（トルク制御）と電流指令値Ｉｒｅｆｍの入力からモータ電流値Ｉｍの出力までの制御（電流制御）が周期的に行われるが、トルク制御の周期（演算周期）Ｔｓ＿ｔｒｑと電流制御の周期（演算周期）Ｔｓ＿ｃｕｒがＴｓ＿ｔｒｑ≧Ｔｓ＿ｃｕｒの場合、電流制御での電流指令値の更新周期がトルク制御での電流指令値の更新周期に引っ張られてしまう。例えば、トルク制御及び電流制御での電流指令値がそれぞれ図３のように更新されるとする。図３において、横軸を時間、縦軸を電流指令値として、図３（Ａ）がトルク制御での電流指令値の更新の様子を、図３（Ｂ）が電流制御での電流指令値の更新の様子を示しており、トルク制御の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑの方が電流制御の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒより大きくなっている。図３からわかるように、時点ｔ１、ｔ２及びｔ３は電流制御が新たな演算を行うためにトルク制御から電流指令値を入力するタイミングであるが、それらの時点はトルク制御の演算周期の１周期内であり、トルク制御では電流指令値は更新されないので、電流制御での電流指令値も更新されない。そして、トルク制御が新たな演算を行うタイミングである時点ｔ４で電流指令値が更新されると、その後の電流制御が新たな演算を行うタイミングである時点ｔ５で電流制御での電流指令値も更新されることになる。同様にして、次にトルク制御が新たな演算を行うタイミングである時点ｔ６で電流指令値が更新されると、その後の時点ｔ７で電流制御での電流指令が更新される。つまり、電流制御での電流指令値は、電流制御の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒではなく、時点ｔ５から時点ｔ７までの時間、即ちトルク制御の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑで更新されることになる。【００１３】
このように電流制御での電流指令値の更新周期がトルク制御での電流指令値の更新周期に引っ張られてしまうことにより、ハンドルを任意に操舵したときのトルク制御での電流指令値を電流制御の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒでＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析すると、トルク制御の演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑ（＝１／Ｔｓ＿ｔｒｑ）の１／２倍の周波数おきに顕著なスペクトルが発生してしまう。図４はその様子を示すグラフで、横軸を周波数［Ｈｚ］、縦軸をパワースペクトル［ｄＢ］として電流指令値のパワースペクトルを表示したものであり、ｆｓ＿ｔｒｑ／２の自然数倍の周波数近辺で、破線で示されているように、急峻なパワースペクトルが発生している。これは、ｆｓ＿ｔｒｑ／２はトルク制御での電流指令値の更新周期（＝演算周期）に対するナイキスト周波数に相当するので、電流制御での電流指令値において、ｆｓ＿ｔｒｑ／２の自然数倍の周波数でパワースペクトルが大きくなってしまうのである。このような急峻なパワースペクトルが発生すると、電動パワーステアリング装置の共振周波数帯（例えば、機械共振の数Ｈｚから数ｋＨｚまで等）の有無に関係なく、急峻なパワースペクトルが加振源となり、振動や異音等を引き起こしてしまう。【００１４】
特許文献１では、機械共振周波数成分の除去を目的に、狭小な周波数帯域で急峻な減衰特性を有するフィルタを使用しているので、周波数帯域が異なる上述のようなトルク制御の演算周期と電流制御の演算周期の関係性から発生するパワースペクトルを加振源とする、機械共振の有無によらず発生する振動や異音等を的確に抑制することができない。【００１５】
演算に依存して発生するノイズを除去するものとして、例えば特許第５２３５５３６号公報（特許文献２）では、信号量子化誤差等や微分によって励起するノイズ除去のためにノイズフィルタを使用している。特許文献２は、演算量が少なく、設計が体系的且つ簡便な操舵制御装置を得ることを目的として、低周波数特性を設定する位相遅れ補償部及び高周波数特性を設定する高域補償部を備え、それらの後段にノイズフィルタを設置することにより、ノイズ除去を行っている。しかし、上述のようなパワースペクトルを除去の対象としているか不明であり、ノイズフィルタとしてローパスフィルタを用いているので、制御帯域での位相遅れの影響で装置が不安定となるおそれがある。【００１６】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、トルク制御の演算周期と電流制御の演算周期の関係性から発生するパワースペクトルを加振源とする、機械共振の有無によらず発生する振動や異音等を的確に抑制可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算するトルク制御部と、前記電流指令値に基づいてモータに流れるモータ電流を制御する電流制御部とを備える電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記トルク制御部の演算周期が前記電流制御部の演算周期以上であり、前記電流制御部は、前記電流指令値に対して前記トルク制御部の演算周波数の略２分の１の周波数の少なくとも１つの自然数倍の周波数の成分を減衰させる特定周波数帯域除去部を備えることにより達成される。【００１８】
本発明の上記目的は、前記特定周波数帯域除去部は、ノッチフィルタで構成されることにより、或いは前記特定周波数帯域除去部は、直列に接続された複数のノッチフィルタで構成されることにより、或いは前記特定周波数帯域除去部は、前記ノッチフィルタに直列に接続されるローパスフィルタを具備することにより、或いは前記特定周波数帯域除去部は、前記トルク制御部から出力される前記電流指令値を入力することにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルク制御の演算周波数の１／２倍の周波数の自然数倍の周波数成分を減衰させるフィルタを使用することにより、トルク制御の演算周期と電流制御の演算周期の関係性から発生するパワースペクトルを加振源とする、機械共振の有無によらず発生する振動や異音等を的確に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。
【図３】トルク制御及び電流制御での電流指令値の更新の様子を示す図である。（Ａ）はトルク制御での電流指令値の更新の様子を示す図で、（Ｂ）は電流制御での電流指令値の更新の様子を示す図である。
【図４】電流指令値のパワースペクトルの例を示すグラフである。
【図５】本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態での特定周波数帯域除去部の構成例を示すブロック図である。
【図７】ノッチフィルタの周波数特性（振幅特性）の例を示す特性図である。
【図８】本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態での電流指令値のパワースペクトルの例を示すグラフである。
【図１０】ノッチフィルタとＬＰＦとを比較するシミュレーションに使用するノッチフィルタ及びＬＰＦの周波数特性の例を示す特性図である。（Ａ）は振幅特性を示す特性図であり、（Ｂ）は位相特性を示す特性図である。
【図１１】図１０（Ｂ）に示される位相特性の差分（位相変化分）を示す図である。
【図１２】ノッチフィルタとＬＰＦとを比較するシミュレーションに入力するハンドル舵角の例を示す図である。
【図１３】ノッチフィルタとＬＰＦとを比較するシミュレーションの結果である操舵トルクの変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の構成例（第２実施形態）での特定周波数帯域除去部の構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明では、トルク制御の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑと電流制御の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒの関係性から発生する急峻なパワースペクトルに対して、ノッチフィルタのような狭帯域で急峻な減衰特性を有するフィルタを使用してその周波数成分を減衰させる。具体的には、Ｔｓ＿ｔｒｑ≧Ｔｓ＿ｃｕｒの場合にトルク制御の演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑ（＝１／Ｔｓ＿ｔｒｑ）の１／２倍の周波数おきの周波数成分を減衰させる。トルク制御の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑと電流制御の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒは、例えば、それぞれの制御での演算量の違い等から異なる周期とすることがあり、トルク制御の演算量が電流制御の演算量より大きいとき、Ｔｓ＿ｔｒｑ≧Ｔｓ＿ｃｕｒと設定されることがあり、この場合に上記のようなパワースペクトルが発生する。
【００２２】
このような急峻なパワースペクトルが加振源となって、機械共振の有無によらず、振動や異音等を引き起こしてしまう。よって、ノッチフィルタ等でピンポイント的に周波数成分を減衰させることにより、他の周波数帯域への影響を抑えて、振動や異音等を的確に抑制することができる。なお、バンドストップフィルタのうち、阻止する周波数帯域が特に狭いフィルタがノッチフィルタである。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
図５は本発明の実施形態の構成例（第１実施形態）を図２に対応させて示しており、同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
本構成例では、電流制限部３３と減算部３２Ｂの間に特定周波数帯域除去部４０が設けられている。そして、電流指令値演算部３１、加算部３２Ａ、電流制限部３３及び補償信号生成部３４よりトルク制御部３００が構成され、特定周波数帯域除去部４０、減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６、インバータ３７及びモータ電流検出器３８より電流制御部３１０が構成され、トルク制御部３００は演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑでトルク制御を行い、電流制御部３１０は演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒで電流制御を行い、Ｔｓ＿ｔｒｑ≧Ｔｓ＿ｃｕｒとなっている。なお、補償信号生成部３４の設置は任意で、補償内容の追加、変更等も可能である。
【００２６】
特定周波数帯域除去部４０は、例えば図６に示されるようなノッチフィルタを４つ直列で接続した構成となっている。トルク制御部３００の演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑ（＝１／Ｔｓ＿ｔｒｑ）の１／２倍の周波数おきに発生するパワースペクトルに対する電流指令値の周波数成分を減衰させるために、ノッチフィルタ４０１、４０２、４０３及び４０４の減衰周波数は、それぞれｆｓ＿ｔｒｑ／２、ｆｓ＿ｔｒｑ、ｆｓ＿ｔｒｑ×３／２及びｆｓ＿ｔｒｑ×２に設定されている。ここで、減衰周波数とは、フィルタの振幅特性において最も振幅が小さくなる周波数のことを指し、ノッチ周波数、中心周波数等と呼ばれることもある。
【００２７】
各ノッチフィルタはそれぞれ２次フィルタのノッチフィルタとして設計されており、周波数特性は、減衰周波数をｆｅとした場合、下記数１の伝達関数Ｇで表わされる。
【００２８】
【数１】
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ここで、ωｎ＝ωｄ＝２π×ｆｅで、ｓはラプラス演算子、ζｎ、ζｄは減衰係数で、ζｎ＜ζｄである。この場合の振幅特性は、例えば図７に示されるような特性となる。図７において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は振幅（ゲイン）［ｄＢ］であり、ωｎ＝ωｄ＝２π×（ｆｓ＿ｔｒｑ／２）、ζｎ＝０．０２、ζｄ＝０．１とした場合の振幅特性を表示している。図７からわかるように、減衰周波数ｆｅ＝ｆｓ＿ｔｒｑ／２で最も振幅が小さくなっている。なお、数１では伝達関数Ｇを連続系の式で表現しているが、実装では離散系の２次フィルタに変換して使用する。
【００２９】
ノッチフィルタ４０１には、ｆｅ＝ｆｓ＿ｔｒｑ／２として予め算出及び設定された数１のパラメータが保持されており、数１に基づいて、入力される電流指令値（電流指令値信号）を変換する。同様に、ノッチフィルタ４０２、４０３及び４０４には、ｆｅ＝ｆｓ＿ｔｒｑ、ｆｅ＝ｆｓ＿ｔｒｑ×３／２及びｆｅ＝ｆｓ＿ｔｒｑ×２として予め算出及び設定された数１のパラメータが保持されており、数１に基づいて、各ノッチフィルタに入力される電流指令値を変換する。
【００３０】
なお、ノッチフィルタ４０１、４０２、４０３及び４０４は、図６に示される順番以外の順番で接続しても良い。
【００３１】
図５には示されていないが、トルク制御部３００の電流制限部３３と電流制御部３１０の特定周波数帯域除去部４０の間にはサンプルアンドホールド部が存在している。トルク制御部３００の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑと電流制御部３１０の演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒが異なるので、トルク制御部３００から出力されるデータ（電流指令値）を、電流制御部３１０はトルク制御部３００と同期して受け取ることができない。よって、トルク制御部３００から出力されるデータをサンプルアンドホールド部が記憶（サンプリング）し、電流制御部３１０が受け取り可能となるまで保持（ホールド）する。例えば、上述の図３のように電流指令値が更新される場合、時点ｔ４において更新された電流指令値がトルク制御部３００から出力されても、電流制御部３１０がその電流指令値を受け取れるのは時点ｔ５であるから、電流制御部３１０が受け取り可能となる時点ｔ５までサンプルアンドホールド部がその電流指令値を保持する。同様に、時点ｔ６において更新された電流指令値を、電流制御部３１０が受け取り可能となる時点ｔ７までサンプルアンドホールド部が保持する。これにより、データの取りこぼしをなくすことができる。なお、サンプルアンドホールド部を特定周波数帯域除去部４０の中に取り込んでも良い。
【００３２】
このような構成において、電流制御部３１０の動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。
【００３３】
トルク制御部３００の電流制限部３３から出力された電流指令値Ｉｒｅｆｍは特定周波数帯域除去部４０に入力される（ステップＳ１０）。
【００３４】
特定周波数帯域除去部４０では、ノッチフィルタ４０１が電流指令値Ｉｒｅｆｍを入力し、保持しているパラメータを用いて、数１に基づいて、電流指令値Ｉｒｅｆｍを変換する。変換された電流指令値Ｉｒｅｆｍは、ノッチフィルタ４０２、４０３及び４０４に順次入力され、各ノッチフィルタは、保持しているパラメータを用いて、数１に基づいて、電流指令値を変換する（ステップＳ２０）。ノッチフィルタ４０４で変換された電流指令値は、電流指令値Ｉｒｅｆｎ１として減算部３２Ｂに出力される（ステップＳ３０）。
【００３５】
その後は、前述と同様の動作を経て、モータ２０がＰＷＭ駆動され（ステップＳ４０）、モータ電流検出器３８で検出されたモータ電流値Ｉｍは減算部３２Ｂにフィードバックされる（ステップＳ５０）。
【００３６】
以上の動作が、演算周期Ｔｓ＿ｃｕｒで繰り返される。
【００３７】
本実施形態を、図４に示されるパワースペクトルを有する電流指令値に適用した結果を図９に示す。図９は、図４と同様に、横軸を周波数［Ｈｚ］、縦軸をパワースペクトル［ｄＢ］として電流指令値のパワースペクトルを表示したものである。図４で示されるパワースペクトルと図９で示されるパワースペクトルを比べると、演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑの１／２倍の周波数おきに発生している急峻なパワースペクトル（破線の箇所）が低減されていることがわかる。
【００３８】
さらに、ノッチフィルタ使用による効果について、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）と比較することにより説明する。
【００３９】
ノッチフィルタとして、減衰係数ζｎ及びζｄをそれぞれ０．０５及び０．１とし、トルク制御の演算周期Ｔｓ＿ｔｒｑを１ｍｓ（演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑは１ｋＨｚ）として、減衰周波数ｆｅをｆｓ＿ｔｒｑ／２＝５００［Ｈｚ］としたノッチフィルタを使用する。ＬＰＦとして、５００Ｈｚでの振幅がノッチフィルタの振幅と合致するようにした、遮断周波数が３００ＨｚのＬＰＦを使用する。図１０（Ａ）及び（Ｂ）にノッチフィルタ及びＬＰＦの振幅特性及び位相特性を示す。図１０において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は図１０（Ａ）では振幅（ゲイン）［ｄＢ］、図１０（Ｂ）では位相［ｄｅｇ］であり、太線がノッチフィルタの周波数特性、細線がＬＰＦの周波数特性を示す。また、ノッチフィルタの位相特性とＬＰＦの位相特性の差分（位相変化分）を図１１に示す。図１１において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は位相変化分［ｄｅｇ］（＝ノッチフィルタの位相−ＬＰＦの位相）である。
【００４０】
上記のノッチフィルタ及びＬＰＦを使用して、ハンドル舵角（トーションバーの上側の角度）を図１２に示されるように変化させた場合の操舵トルク（トーションバートルク）の時間応答のシミュレーション結果を図１３に示す。図１３において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は操舵トルク［Ｎｍ（ニュートンメートル）］で、太線がノッチフィルタを使用した場合の時間応答、細線がＬＰＦを使用した場合の時間応答を示す。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）にてＸで示される時間範囲（６〜６．５ｓｅｃ）の時間応答を拡大したものである。
【００４１】
図１３からわかるように、ＬＰＦを使用した場合に比べて、ノッチフィルタを使用した場合の方が操舵トルクの振動が低減される。これは、図１１に示されているように、ノッチフィルタを使用した場合、ＬＰＦを使用した場合より位相遅れが回復され（例えば、５０Ｈｚで約９ｄｅｇ）、その影響により振動が低減されるからである。このように、ノッチフィルタを使用することにより、システムの安定性を改善し、フィードバックループの影響により発生する振動を改善することができる。
【００４２】
なお、第１実施形態では、ノッチフィルタを４つ備えているが、減衰させたいパワースペクトルの数に合わせて、ノッチフィルタの数を変えても良い。例えば、周波数ｆｓ＿ｔｒｑ／２でのパワースペクトルが顕著に大きく、このパワースペクトルに対する周波数成分のみを減衰させたい場合は、特定周波数帯域除去部４０をノッチフィルタ４０１のみで構成すれば良い。或いは、周波数ｆｓ＿ｔｒｑ×５／２でのパワースペクトルに対する周波数成分も減衰させたい場合は、本周波数を減衰周波数とするノッチフィルタを特定周波数帯域除去部４０に追加すれば良い。
【００４３】
また、ノッチフィルタの伝達関数を離散系に変換する際のパラメータの丸め誤差や変換方式（双一次変換、プリワープ（ｐｒｅｗａｒｐ）、後退差分等）による誤差等により、ノッチフィルタの減衰周波数に若干のずれが生じる可能性があるので、ノッチフィルタの減衰周波数は、所望の周波数（ｆｓ＿ｔｒｑのｎ／２倍（ｎは自然数））に多少の許容範囲（例えば±５％以内）を持たせて設定しても良い。
【００４４】
さらに、特定周波数帯域除去部４０はノッチフィルタで構成されているが、ノッチフィルタ以外のバンドストップフィルタで構成しても良い。或いは、ノッチフィルタとそれ以外のバンドストップフィルタを混在して構成しても良い。例えば、ノッチフィルタは阻止帯域が他のバンドストップフィルタより狭いので、狭帯域の周波数成分を減衰させたいところではノッチフィルタを使用し、多少幅をもたせた帯域の周波数成分を減衰させたいところではノッチフィルタ以外のバンドストップフィルタを使用する等の構成を取ることができる。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４６】
第２実施形態では、特定周波数帯域除去部がノッチフィルタとローパスフィルタで構成される。図１４は本実施形態での特定周波数帯域除去部４１の構成例を示しており、図６で示されている第１実施形態での特定周波数帯域除去部４０と比べると、ノッチフィルタ４０３及び４０４の代わりに、ローパスフィルタ４１１が設けられている。なお、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００４７】
ノッチフィルタ４０１及び４０２は、第１実施形態の場合と同様に、減衰周波数がｆｓ＿ｔｒｑ／２及びｆｓ＿ｔｒｑであり、この周波数成分を減衰させるように設計されているので、ローパスフィルタ４１１は、ｆｓ＿ｔｒｑ×３／２以上の周波数成分を低減するように設計されている。例えば、ローパスフィルタ４１１を１次フィルタとして設計した場合、周波数特性は下記数２の伝達関数Ｇ１で表わされる。
【００４８】
【数２】
2017030067.tif 000004
ここで、ωｃ＝２π×ｆｃで、ｆｃは遮断周波数で、ｆｃ≦ｆｓ＿ｔｒｑ×３／２として設計されている。
【００４９】
ローパスフィルタ４１１を２次フィルタとして設計した場合は、伝達関数Ｇ２は下記数３となる。
【００５０】
【数３】
2017030067.tif 000005
ここで、ζは減衰係数、ωｃ＝２π×ｆｃで、ｆｃ≦ｆｓ＿ｔｒｑ×３／２として設計されている。
【００５１】
ローパスフィルタ４１１には予め設定された数２又は数３のパラメータが保持されており、数２又は数３に基づいて、入力される電流指令値を変換する。
【００５２】
なお、ノッチフィルタ４０１、４０２及びローパスフィルタ４１１は、図１４に示される順番以外の順番で接続しても良い。
【００５３】
第２実施形態での動作は、第１実施形態での動作と同様であり、特定周波数帯域除去部４１に入力された電流指令値Ｉｒｅｆｍは、ノッチフィルタ４０１、４０２及びローパスフィルタ４１１にて順次変換され、電流指令値Ｉｒｅｆｎ２として減算部３２Ｂに出力される。
【００５４】
このように、演算周波数ｆｓ＿ｔｒｑの１／２倍の周波数おきに発生する急峻なパワースペクトルのうち、一定の周波数（第２実施形態ではｆｓ＿ｔｒｑ×３／２）以上のパワースペクトルに対してはローパスフィルタにて周波数成分を低減することにより、ノッチフィルタを使用する場合よりも少ない演算量で上記のパワースペクトルに対する周波数成分を低減させることができる。
【００５５】
なお、第２実施形態では、ノッチフィルタを２つ備えているが、ノッチフィルタを１つ或いは３つ以上備えても良い。その場合、ローパスフィルタの遮断周波数は、ノッチフィルタが減衰対象とする周波数成分以外の周波数成分を低減するように設定する。また、ローパスフィルタの伝達関数は３次以上でも良い。さらに、ノッチフィルタの代わりに、ノッチフィルタ以外のバンドストップフィルタを使用しても良い。
【００５６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００５７】
図１５は本実施形態の構成例を図２及び図５に対応させて示しており、同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
【００５８】
第１実施形態では電流制限部３３と減算部３２Ｂの間に特定周波数帯域除去部４０が設けられているが、第３実施形態では減算部３２ＢとＰＩ制御部３５の間に特定周波数帯域除去部４２が設けられている。よって、特定周波数帯域除去部４２には、電流指令値Ｉｒｅｆｍではなく、電流指令値Ｉｒｅｆｍとモータ電流値Ｉｍの偏差Ｉが入力される。
【００５９】
特定周波数帯域除去部４２は、第１実施形態での特定周波数帯域除去部４０又は第２実施形態での特定周波数帯域除去部４１と同様の構成で設計され、同様の動作を実施することにより、第１実施形態又は第２実施形態と同様の効果を発揮する。
【００６０】
上述の実施形態（第１実施形態〜第３実施形態）では、特定周波数帯域除去部を１つ備えているが、第１実施形態及び第２実施形態での設置位置（電流制限部３３と減算部３２Ｂの間）と第３実施形態での設置位置（減算部３２ＢとＰＩ制御部３５の間）の２箇所に設置しても良い。この場合、上述の実施形態での特定周波数帯域除去部を構成するノッチフィルタ及びローパスフィルタを分割し、２箇所に設置された特定周波数帯域除去部それぞれに配分して構成することになる。
【００６１】
また、上述の実施形態において、モータとして直流モータ及び三相ブラシレスモータ等を使用し、ＰＩ制御部では、ＰＩ制御ではなく、一般的なモデルマッチングを使用しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１                            ハンドル
２                            コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０                          トルクセンサ
１２                          車速センサ
２０                          モータ
３０                          コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１                          電流指令値演算部
３３                          電流制限部
３４                          補償信号生成部
３５                          ＰＩ制御部
３６                          ＰＷＭ制御部
３７                          インバータ
３８                          モータ電流検出器
４０、４１、４２              特定周波数帯域除去部
３００                        トルク制御部
３１０、３２０                電流制御部
４０１、４０２、４０３、４０４    ノッチフィルタ
４１１                        ローパスフィルタ
【図１】
2017030067.tif 000006
【図２】
2017030067.tif 000007
【図３】
2017030067.tif 000008
【図４】
2017030067.tif 000009
【図５】
2017030067.tif 000010
【図６】
2017030067.tif 000011
【図７】
2017030067.tif 000012
【図８】
2017030067.tif 000013
【図９】
2017030067.tif 000014
【図１０】
2017030067.tif 000015
【図１１】
2017030067.tif 000016
【図１２】
2017030067.tif 000017
【図１３】
2017030067.tif 000018
【図１４】
2017030067.tif 000019
【図１５】
2017030067.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月8日(2017.5.8)
【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】
少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算するトルク制御部と、前記電流指令値に基づいてモータに流れるモータ電流を制御する電流制御部とを備える電動パワーステアリング装置において、
前記電流制御部に特定周波数帯域除去部を配置し、
前記特定周波数帯域除去部は、少なくともノッチフィルタで構成され、前記トルク制御部の演算周期が前記電流制御部の演算周期以上で、前記トルク制御部の演算量が前記電流制御部の演算量より大きいときに発生する前記電流指令値のパワースペクトルに対して、前記トルク制御部の演算周波数の略２分の１の周波数の少なくとも１つの自然数倍の周波数の成分を減衰することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記トルク制御部と前記電流制御部の減算部の間に前記特定周波数帯域除去部を配置する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記特定周波数帯域除去部は、直列に接続された複数のノッチフィルタで構成される請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記特定周波数帯域除去部は、前記ノッチフィルタに直列に接続されるローパスフィルタを具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記特定周波数帯域除去部が、前記電流制御部の減算部とＰＩ制御部の間に配置される請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【国際調査報告】
2017030067.tif 000021
2017030067.tif 000022
2017030067.tif 000023
2017030067.tif 000024