(57)【要約】【課題】固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制して静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】ＥＰＳは、操舵系に対してステアリング操作を補助するアシスト力を発生させるための駆動源として複数（二つ）のモータを有し、各モータは、ＥＣＵにより、その作動が制御される。そして、ＥＣＵは、各モータの一方が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲を超える場合には、その合計出力を維持しつつ、固有振動領域にある方のモータ出力を低減する一方、他方のモータ出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（ランダム切替制御）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動源として複数のモータを備え、該各モータは、固有振動領域が重複しないように設定されるとともに、
前記制御手段は、一のモータが固有振動領域にある場合には、該モータの出力を低減し他のモータの出力を増大させる制御を断続的且つランダムに行うこと、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、固有振動領域にあるモータの出力比を最小化し、他のモータの出力比を最大化すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動源として複数のモータを備え、該各モータは、固有振動領域が重複しないように設定されるとともに、
前記制御手段は、一のモータが固有振動領域にある場合には、他のモータを駆動源として前記アシスト力の付与を行うべく前記制御すること、
を特徴とする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、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、こうしたＥＰＳには、油圧式のパワーステアリング装置と比較して、レイアウト自由度が高く、且つエネルギー消費量が小さいという特徴がある。このため、近年では、小型車から大型車に至るまで、幅広い車種において、その採用が進められている。
【０００３】
しかしながら、こうした搭載車種の拡大につれ、ＥＰＳに要求される品質、特に、その静粛性に関する要求水準は、極めて高いものとなっている。このため、例えば、センサ検出誤差等により生ずるトルクリップルの影響を排除すべく補償制御を実行する（特許文献１参照）、或いは、駆動源となるモータのコギングトルクを低減する（特許文献２参照）等、従来より、ＥＰＳには、その静粛性の向上を図るべく様々な対策がなされている。
【特許文献１】特開２００５−１８６７７５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、全てのモータには、そのモータ固有の異音を発生しやすい回転領域、即ち固有振動領域が存在する。そして、こうした固有振動領域の問題は、上記のようなモータ単体での制御的・構造的な対策では解決することが困難である。このため、従来は、そのマウント部に防振対策を施す等といった、モータに発生した振動が他に伝達されないよう、対処的にその解決を図るほかないの実情であり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制して静粛性の高い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】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記駆動源として複数のモータを備え、該各モータは、固有振動領域が重複しないように設定されるとともに、前記制御手段は、一のモータが固有振動領域にある場合には、該モータの出力を低減し他のモータの出力を増大させる制御を断続的且つランダムに行うこと、を要旨とする。
【０００７】
即ち、モータの固有振動は、電磁力による電機子の歪みが回転磁界とともに回転することに起因するものであり、固有振動領域にあるモータに対する駆動電力の供給、つまり、当該モータ出力を低減することにより、その振動レベルを低減することができる。また、このような出力低減を断続的且つランダムに行うことで、振動の周波数を分散させることができ、これにより、車両の搭乗者には、その振動が異音として感じ難くなる。従って、上記構成によれば、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制して静粛性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、固有振動領域にあるモータの出力比を最小化し、他のモータの出力比を最大化すること、を要旨とする。
上記構成によれば、より効果的に、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記駆動源として複数のモータを備え、該各モータは、固有振動領域が重複しないように設定されるとともに、前記制御手段は、一のモータが固有振動領域にある場合には、他のモータを駆動源として前記アシスト力の付与を行うべく前記制御すること、を要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制して静粛性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。具体的には、本実施形態のステアリングシャフト３は、自在継手７ａ，７ｂを介して、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなり、上記ラックアンドピニオン機構４は、ピニオンシャフト１０の一端に形成されたピニオン歯１０ａとラック軸５側のラック歯５ａとを噛合させることにより構成される。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、即ち車両の進行方向が変更されるように構成されている。
【００１３】
本実施形態のＥＰＳ１は、上記のように構成された操舵系に対し、ステアリング操作を補助するアシスト力を発生させるための駆動源として複数（二つ）のモータ２１，２２を有している。具体的には、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源としてラック軸５にアシスト力を付与するラックアクチュエータ２３と、モータ２２を駆動源としてコラムシャフト８にアシスト力を付与するコラムアクチュエータ２４と、各モータ２１，２２に対して駆動電力を供給することにより該各アクチュエータの作動を制御するＥＣＵ２５とを備えている。即ち、本実施形態において、操舵力補助装置は、ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４により構成されている。
【００１４】
詳述すると、本実施形態では、ラックアクチュエータ２３は、駆動源であるモータ２１と、ボール螺子機構２６とを備えており、モータ２１のモータトルクをボール螺子機構２６により軸方向の押圧力に変換してラック軸５に伝達する。そして、そのモータトルクによってラック軸５を軸方向に移動させることにより同ラック軸５にアシスト力を付与するように構成されている。
【００１５】
一方、コラムアクチュエータ２４は、駆動源であるモータ２２と、変速機構（ウォーム＆ホイール）２７とを備えて構成されている。そして、コラムアクチュエータ２４は、モータ２２のモータトルクを、変速機構２７を介してコラムシャフト８に伝達することにより、同コラムシャフト８（ステアリングシャフト３）にアシスト力を付与するように構成されている。
【００１６】
また、図１示すように、本実施形態では、制御手段としてのＥＣＵ２５には、ステアリングシャフト３（コラムシャフト８）に設けられたトルクセンサ３１及びステアリングセンサ３２、並びに車速センサ３３が接続されている。そして、ＥＣＵ２５は、これら各センサにより検出される各状態量に基づきラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の作動を制御する。
【００１７】
具体的には、ＥＣＵ２５は、トルクセンサ３１により検出される操舵トルクτ及び車速センサ３３により検出される車速Ｖに基づき要求されるアシスト力、即ち目標アシスト力を検出する。更に、ＥＣＵ２５は、これら操舵トルクτ及び車速Ｖ、並びにステアリングセンサ３２により検出される操舵角θs及び操舵速度ωsに基づいて、各アクチュエータの出力制御目標を決定し、これに対応する駆動電力を各モータ２１，２２に供給する。尚、本実施形態では、ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の各モータ２１，２２には、ブラシレスモータが採用されており、ＥＣＵ２５は、各モータ２１，２２に対して三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。そして、ＥＣＵ２５は、こうした駆動電力の供給を通じて、上記決定されたアシスト力を出力させるべく、各ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の作動を制御する。
【００１８】
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、本実施形態では、ラックアクチュエータ２３のモータ２１は、低回転高トルク型に設定される一方（同中の一点鎖線Ｌに示す出力特性）、コラムアクチュエータ２４のモータ２２は、上記モータ２１と比較して、高回転低トルク型に設定されている（同中の破線Ｍに示す出力特性）。尚、ラックアクチュエータ２３とコラムアクチュエータ２４とでは、それぞれ変速比が異なるため、同図中においては、各モータ２１，２２の回転速度は、ステアリングシャフト３の回転速度、即ち操舵速度ωsに換算して記載してある。そして、本実施形態では、ＥＣＵ２５は、ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４が、その駆動源である各モータ２１，２２の出力特性に応じた所定の比率で両者によりアシスト力を付与するように、各アクチュエータの作動を制御し、これにより、同図中、実線Ｎに示す出力特性を得るように構成されている。
【００１９】
さて、上述のように、モータを駆動源とするＥＰＳにおいては、そのモータ固有の異音を発生しやすい回転領域、即ち固有振動領域の存在が問題となる。
この点を踏まえ、本実施形態では、ＥＣＵ２５は、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にある場合において、要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲（当該他方のモータの出力のみで対応可能な範囲）にある場合には、当該他方のモータを駆動源としたアシスト力の付与を行うべく各アクチュエータの作動を制御する。
【００２０】
即ち、操舵速度ωsがラックアクチュエータ２３のモータ２１の固有振動領域に相当する範囲にあり（図２中、領域αに示す範囲）、且つ要求されるアシスト力がコラムアクチュエータ２４のモータ２２の対応範囲にある場合（同図中、領域α１に示す範囲）、ＥＣＵ２５は、コラムアクチュエータ２４のみによりアシスト力を付与すべく制御する。そして、操舵速度ωsがコラムアクチュエータ２４のモータ２２の固有振動領域に相当する範囲にあり（図２中、領域βに示す範囲）、且つ要求されるアシスト力がラックアクチュエータ２３のモータ２１の対応範囲にある場合（同図中、領域β１に示す範囲）、ＥＣＵ２５は、ラックアクチュエータ２３のみによりアシスト力を付与すべく制御する。
【００２１】
つまり、本実施形態のＥＰＳ１では、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にある場合には、可能な限り、そのアシスト力付与を他方のモータにより行い、当該固有振動領域にあるモータは駆動しない。そして、これにより、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制するように構成されている。
【００２２】
また、本実施形態では、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲を超える場合には、その合計出力を維持しつつ、固有振動領域にある方のモータ出力を低減する一方、他方のモータ出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（ランダム切替制御）。
【００２３】
具体的には、ラック側のモータ２１が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力がコラム側のモータ２２の対応範囲を超える場合（図２中、領域α２に示す範囲）、ＥＣＵ２５は、図３に示すように、ラック側のモータ２１の出力を低減し、コラム側のモータ２２の出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（ランダム切替制御Ａ）。
【００２４】
同様に、コラム側のモータ２２が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力がラック側のモータ２１の対応範囲を超える場合（図２中、領域β２に示す範囲）、ＥＣＵ２５は、図４に示すように、コラム側のモータ２２の出力を低減し、ラック側のモータ２１の出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（ランダム切替制御Ｂ）。
【００２５】
つまり、ＥＣＵ２５は、上記各ランダム切替制御において、ラック側及びコラム側の各モータ２１，２２の合計出力を維持しつつ、該各モータ２１，２２のうち固有振動領域にある方のモータ出力を低減する一方、その出力低減分を他方のモータ出力増大により補完する制御を断続的に実行する。尚、本実施形態では、このとき、固有振動領域にあるモータの出力比（合計出力に対する比）は、両者の合計出力を維持することが可能な範囲内において最小化され、他方のモータの出力比は最大化される。そして、その一方のモータ出力を低減し他方のモータ出力を増大させる実行時間ｔ１（ｔ１´），ｔ３（ｔ３´），ｔ５（ｔ５´）、及びその間隔ｔ２（ｔ２´），ｔ４（ｔ４´）は、全くの無作為、即ちランダムに設定される。
【００２６】
即ち、モータの固有振動は、電磁力によるステータ（電機子）の歪みが回転磁界とともに回転することに起因するものである。従って、固有振動領域にあるモータに対する駆動電力の供給、つまり、当該モータ出力を低減することにより、その振動レベルを低減することが可能である。更に、その出力低減を断続的且つランダムに行うことにより、振動の周波数を分散させることができ、これにより、車両の搭乗者には、その振動が異音として感じ難くなる。そして、本実施形態のＥＰＳ１では、このような原理を利用して、その静粛性の向上を図る構成となっている。
【００２７】
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の処理手順について説明する。
図５のフローチャートに示すように、ＥＣＵ２５は、状態量として車速Ｖ、操舵トルクτ、操舵角θs及び操舵速度ωsを取得すると（ステップ１０１）、先ず、要求されるアシスト力、即ち目標アシスト力を演算する（ステップ１０２）。次に、ＥＣＵ２５は、ラック側のモータ２１の固有振動領域にあるか否かを判定し（ステップ１０３）、ラック側のモータ２１の固有振動領域にない場合（ステップ１０３：ＮＯ）には、続いてコラム側のモータ２２の固有振動領域にあるか否かを判定する（ステップ１０４）。そして、コラム側のモータ２１の固有振動領域にない場合（ステップ１０４：ＮＯ）には、各モータ２１，２２の出力特性に応じた所定の比率で両者によりアシスト力を付与するように、ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の作動を制御する（通常制御、ステップ１０５）。
【００２８】
一方、上記ステップ１０３において、ラック側のモータ２１の固有振動領域にあると判定した場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２５は、続いて、要求されるアシスト力がコラム側のモータ２２の対応範囲にあるか否かを判定する（ステップ１０６）。そして、コラム側のモータ２２の対応範囲にある場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）には、当該モータ２２を駆動源とするアシスト力付与を行うべく制御し（コラムアシスト、ステップ１０７）、コラム側のモータ２２の対応範囲にない場合（ステップ１０６：ＮＯ）には、上記「ランダム切替制御Ａ」を実行する。即ち、ラック側のモータ２１の出力を低減し、コラム側のモータ２２の出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（図３参照、ステップ１０８）。
【００２９】
また、上記ステップ１０４において、コラム側のモータ２２の固有振動領域にあると判定した場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ２５は、続いて、要求されるアシスト力がラック側のモータ２１の対応範囲にあるか否かを判定する（ステップ１０９）。そして、ラック側のモータ２１の対応範囲にある場合（ステップ１０９：ＹＥＳ）には、当該モータ２１を駆動源とするアシスト力付与を行うべく制御し（ラックアシスト、ステップ１１０）、ラック側のモータ２１の対応範囲にない場合（ステップ１０９：ＮＯ）には、上記「ランダム切替制御Ｂ」を実行する。即ち、コラム側のモータ２２の出力を低減し、ラック側のモータ２１の出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（図４参照、ステップ１１１）。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＥＰＳ１は、操舵系に対してステアリング操作を補助するアシスト力を発生させるための駆動源として複数（二つ）のモータ２１，２２を有し、各モータ２１，２２は、ＥＣＵ２５により、その作動が制御される。そして、ＥＣＵ２５は、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲を超える場合には、その合計出力を維持しつつ、固有振動領域にある方のモータ出力を低減する一方、他方のモータ出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行する（ランダム切替制御）。
【００３１】
即ち、モータの固有振動は、電磁力によるステータの歪みが回転磁界とともに回転することに起因するものであり、固有振動領域にあるモータに対する駆動電力の供給、つまり、当該モータ出力を低減することにより、その振動レベルを低減することができる。また、このような出力低減を断続的且つランダムに行うことで、振動の周波数を分散させることができ、これにより、車両の搭乗者には、その振動が異音として感じ難くなる。従って、上記構成によれば、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制して静粛性を向上させることができる。尚、上記のような一方のモータ出力を低減し他方のモータ出力を増大する制御を断続的に実行するにあたり、これを周期的に行う構成とした場合には、振動の周波数もまた周期的に変化することになる。つまり、車両の搭乗者には、所謂「うなり音」として感じられる可能性がある。このため、こうした一方のモータ出力を低減し他方のモータ出力を増大する制御は、あくまでも「ランダム」に行うことが望ましい。
【００３２】
（２）ランダム切替制御において、固有振動領域にあるモータの出力比（合計出力に対する比）は、両者の合計出力を維持することが可能な範囲内において最小化され、他方のモータの出力比は最大化される。
【００３３】
上記構成によれば、より効果的に、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。
（３）ＥＣＵ２５は、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にある場合において、要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲にある場合には、当該他方のモータを駆動源としたアシスト力の付与を行うべく各アクチュエータの作動を制御する。
【００３４】
上記構成によれば、より効果的に、固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３５】
・本実施形態では、本発明を、ステアリングシャフト３にアシスト力を付与する操舵力補助装置として、コラムシャフト８にアシスト力を付与するコラムアクチュエータ２４を備えたＥＰＳ１に具体化した。しかし、これに限らず、ステアリングシャフト３にアシスト力を付与する操舵力補助装置として、ピニオンシャフトにアシスト力を付与するピニオン型のＥＰＳアクチュエータを備えたもの具体化してもよい。
【００３６】
・また、本実施形態では、駆動源として二つのモータ２１，２２を有し、ラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の二つのアクチュエータにより操舵力補助装置を構成することとした。しかし、これに限らず、駆動源として３つ以上のモータを有するものに具体化してもよく、更に、操舵力補助装置が一つ又は３つ以上のアクチュエータにより構成されるものに具体化してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、一つのＥＣＵ２５によりラックアクチュエータ２３及びコラムアクチュエータ２４の作動を制御する構成とした。しかし、これに限らず、各アクチュエータにそれぞれ対応する二つのＥＣＵを協調動作させる構成のものに具体化してもよい。
【００３８】
・本実施形態では、二つのモータ２１，２２の出力特性を異なるように設定し、通常時には、各モータ２１，２２の出力特性に応じた所定の比率で両者によりアシスト力を付与する構成とした。しかし、これに限らず、一方をメインモータ（メインアクチュエータ）とし、他方をサブモータ（サブアクチュエータ）とする構成のものに適用してもよい。また、少なくとも一のモータについて、その固有振動領域が他のモータと異なる設定であれば、出力特性の等しいモータを用いたものに適用してもよい。
【００３９】
・本実施形態では、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にあり、且つ要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲を超える場合には、合計出力を維持しつつ、固有振動領域にある方のモータ出力を低減する一方、他方のモータ出力を増大させる制御を断続的且つランダムに実行することとした。しかし、これに限らず、要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲内にある場合であっても、このようなランダム切替制御を実行する構成としてもよい。このような構成としても固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。そして、特に、何れか一方のモータがメインモータとして位置付けられた構成においては、このような構成を採用することで、操舵フィーリングの所謂ダイレクト感を損なうことなく、その静粛性の向上を図ることができるという利点がある。
【００４０】
・また、各モータ２１，２２の一方が固有振動領域にある場合において、要求されるアシスト力が他方のモータの対応範囲にある場合には、当該他方のモータを駆動源としたアシスト力の付与を行うべく各アクチュエータの作動を制御することとした。しかし、これに限らず、他方のモータの対応範囲に関わらず、他方のモータを駆動源としたアシスト力の付与を行う構成としてもよい。このような構成としても固有振動領域の存在に起因する振動の発生を抑制することができる。尚、アシスト力の変動を考慮した場合、本実施形態のように、ランダム切替制御と併用する構成の方がより好適であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳの概略構成図）。
【図２】モータ特性及びＥＰＳの出力特性を示す説明図。
【図３】ランダム切替制御の態様を示す説明図。
【図４】ランダム切替制御の態様を示す説明図。
【図５】本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４２】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、５…ラック軸、８…コラムシャフト、１０…ピニオンシャフト、１２…転舵輪、２１，２２…モータ、２３…ラックアクチュエータ、２４…コラムアクチュエータ、２５…ＥＣＵ、ωs…操舵速度、α（α１，α２），β（β１，β２）…領域、ｔ１（ｔ１´），ｔ３（ｔ３´），ｔ５（ｔ５´）…実行時間、ｔ２（ｔ２´），ｔ４（ｔ４´）…間隔。
【図１】
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【図２】
2008136272.tif 000004
【図３】
2008136272.tif 000005
【図４】
2008136272.tif 000006
【図５】
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