(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵トルクに基づいてトルクを出力するモータと、
前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出部と、
前記モータの回転速度に基づいて、前記モータの回転加速度を演算する加速度演算部と、
前記モータの回転速度の大きさが設定速度以下であり、前記モータの回転加速度が、前記モータの回転速度が０になる方向であり、かつ前記モータの回転加速度の大きさが、設定加速度以上である場合に、操舵の切り返しが開始したことを判定する切り返し検知部と、
前記操舵トルクまたは前記モータの回転速度に基づいて、前記モータに対する電流指令を出力する電流指令制御部と、を備え、
前記電流指令制御部は、前記切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、前記電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる
電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記設定速度は、前記モータの回転加速度に比例する値に設定されている
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】
前記電流指令制御部は、前記切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定してから、切り返し時のトルク変動が生じる設定時間が終わるまでの間、前記電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる
請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記電流指令制御部は、
前記操舵トルクまたは前記モータの回転速度を入力とし補償電流を出力するトルク変動補償部を備え、
前記補償電流によって前記電流指令を補正することで、前記電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記トルク変動補償部は、操舵の切り返し時におけるトルク変動の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを有している
請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記トルク変動補償部は、前記電流指令または前記モータの電流を入力として外乱トルクを推定する外乱オブザーバを有している
請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
前記電流指令制御部は、
前記伝達ゲインを変更可能な制御ゲインを備え、
前記制御ゲインを増大させることで、前記電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる
請求項１から請求項３までのいずれか１項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】
この発明は、操舵トルクに基づいてアシストトルクを出力する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の運転者がステアリングホイールに加えた操舵トルクに基づいて、モータによるアシストトルクを出力する電動パワーステアリング装置では、操舵トルクにほぼ比例するアシストトルクを定め、この比例関係の増幅率であるトルク比例ゲインを大きく設定することで運転者の操舵トルクを低減するとともに、トルク比例ゲインの増大に伴い発生する制御系の発振等の振動を抑制して、運転者のフィーリングを向上することが行われている。なお、トルク比例ゲインは、アシスト勾配ともいう。【０００３】
ここで、制御系の発振は、トルク比例ゲイン等、センサの出力信号から電流指令までの制御系の伝達ゲインの増幅により、制御系の安定性が低下することで起きる。一方で、ステアリング機構や路面からの外乱トルクがステアリングホイールまで伝達する現象に対しては、制御系の伝達ゲインを増大する方が制御系の発振を抑制することができる。【０００４】
このように、安定性と外乱抑制とは、トレードオフの関係にあるので、振動の抑制を両立するための様々な従来技術が提案されている。特に、ステアリングホイールの回転方向を反転させる切り返し操舵時には、ステアリング機構によるトルク変動がステアリングホイールまで伝達して、運転者が不快に感じやすい。【０００５】
このような従来技術として、モータの回転に同期した周期的外乱を抑制する補償器に関するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、操舵の切り返し時のトルク変動に対して、周期的外乱を抑制する補償器が影響を与えないようにするため、モータ回転速度の符号の反転を検知し、その後所定時間だけ当該補償器の動作を制限している。【０００６】
また、別の従来技術として、操舵の切り返し時の慣性力を抑制するための慣性補償に関するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、モータ回転速度と操舵トルクとの符号の不一致を判定したときに切り返しと判断し、所定の回転が経過するまで加速度にほぼ比例する慣性補償制御を行うものである。【０００７】
また、操舵の切り返しを検知する従来技術として、操舵トルクや電流が所定値以上であって、かつモータ回転速度が小さい場合に、切り返しと判断するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１２１３８３号公報
【特許文献２】特開２００４−７４９８４号公報
【特許文献３】特開２００８−１２０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、特許文献１では、操舵の切り返しを検知する際に、モータ回転速度の符号の反転に基づいて判断しているため、回転速度信号のノイズや振動によって、誤検知や判定のチャタリングが起きやすいという問題がある。【００１０】
また、特許文献２では、モータ回転速度と操舵トルクとの符号の不一致によって操舵の切り返しを検知するので、信号の符号が反転する際に判定条件が成立するか否かを判断する必要がある。そのため、特許文献１と同様に、回転速度信号や操舵トルク信号のノイズや振動によって、誤検知や判定のチャタリングが起きやすいという問題がある。【００１１】
また、モータ回転速度と操舵トルクとの符号の不一致は、本来は切り戻しの条件であるので、切り込み操舵から切り戻し操舵に切り返すときは検知できるが、逆に切り戻し操舵から切り込み操舵に切り返すときには検知できないという問題がある。例えば、旋回走行中に修正操舵をする場合等、少しだけ切り戻した後にすぐに切り込みに転じるような切り返しは、検知することができない。【００１２】
また、特許文献３では、操舵トルクや電流が所定値以上であって、かつモータ回転速度が小さい場合に操舵の切り返しを検知するので、操舵速度が遅いときには、モータ回転速度が小さくなって、切り返し操舵を行っていないのに、切り返し操舵を行っていると誤検知されるという問題がある。【００１３】
さらに、操舵の切り返し時には、ステアリングホイールの回転方向が反転するため、反転の前後で摩擦トルクの向きが反転し、それが大きな外乱トルクとしてステアリングホイールまで伝達して、運転者が不快に感じるという問題がある。上述した従来技術では、この摩擦の反転による外乱トルクの抑制を狙っておらず、操舵トルク変動を十分に抑制することができないという問題がある。【００１４】
また、このような切り返し時の操舵トルク変動は、ゆっくりとした加速度の小さな切り返し時にはほとんど発生しないが、上述した従来技術では、ゆっくりとした切り返しであっても、操舵の切り返しを検知するという問題もある。【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、操舵トルク変動が生じる操舵の切り返しを正確に検知して、制御系の安定性への影響を最小限にしつつ、切り返し時の操舵トルク変動を抑制し、運転者が感じる不快感を低減することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵トルクに基づいてトルクを出力するモータと、モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出部と、モータの回転速度に基づいて、モータの回転加速度を演算する加速度演算部と、モータの回転速度の大きさが設定速度以下であり、モータの回転加速度が、モータの回転速度が０になる方向であり、かつモータの回転加速度の大きさが、設定加速度以上である場合に、操舵の切り返しが開始したことを判定する切り返し検知部と、操舵トルクまたはモータの回転速度に基づいて、モータに対する電流指令を出力する電流指令制御部と、を備え、電流指令制御部は、切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、運転者の操舵トルクに基づいてトルクを出力するモータと、モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出部と、モータの回転速度に基づいて、モータの回転加速度を演算する加速度演算部と、モータの回転速度の大きさが設定速度以下であり、モータの回転加速度が、モータの回転速度が０になる方向であり、かつモータの回転加速度の大きさが、設定加速度以上である場合に、操舵の切り返しが開始したことを判定する切り返し検知部と、操舵トルクまたはモータの回転速度に基づいて、モータに対する電流指令を出力する電流指令制御部と、を備え、電流指令制御部は、切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる。
そのため、操舵トルク変動が生じる操舵の切り返しを正確に検知して、制御系の安定性への影響を最小限にしつつ、切り返し時の操舵トルク変動を抑制し、運転者が感じる不快感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のトルク変動補償部を示すブロック構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における切り返し検知部の処理を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における切り返しスイッチゲインの時系列波形を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における、切り返し検知時のモータ回転速度およびモータ回転加速度の時間応答波形を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における、切り返し検知時のモータ回転速度およびモータ回転加速度の時間応答波形を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における開ループ一巡伝達関数を示すボード線図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置における旋回走行中の修正操舵時の操舵角―操舵トルクのリサージュ波形を示す説明図である。
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置における切り返し時の時間応答波形を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における切り返し時の時間応答波形を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置における切り返し検知部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置における切り返し検知部の処理を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置における、終了時間の設定に係る初期加速度の絶対値と切り返しの終了時間との関係を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置における切り返し時の時間応答波形を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置における開ループ一巡伝達関数を示すボード線図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係る電動パワーステアリング装置のトルク変動補償部を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明に係る電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示す構成図である。図１において、この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１、ステアリングシャフト２、車輪３、４、モータ５、モータ回転速度センサ６、モータ減速ギヤ７、トルクセンサ８、制御装置９、バッテリである電源１１、ラック・ピニオンギヤ１２、および車速センサ１３を備えている。
【００２１】
続いて、図１を参照しながら、この電動パワーステアリング装置の動作について説明する。図示しない運転者によりステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ８のトーションバー、ステアリングシャフト２を通り、ラック・ピニオンギヤ１２を介してラックに伝達され、車輪３、４を転舵させる。
【００２２】
モータ５は、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２と連結されている。また、モータ５で発生する出力トルクは、モータ減速ギヤ７を介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵トルクを軽減する。モータ５としては、例えば、永久磁石型同期モータや誘導モータのような交流モータ、または直流モータが使用される。
【００２３】
トルクセンサ８は、運転者がステアリングホイール１を操舵することによりトルクセンサ８のシャフトに加わった操舵トルクを検出する。具体的には、操舵トルクによって、トルクセンサ８のシャフトには、操舵トルクにほぼ比例した捩れが生じるので、トルクセンサ８は、この捩れ角を検出し、操舵トルク信号τ０に換算して出力する。車速センサ１３は、車両の走行速度を検出し、車速信号Ｖｘを出力する。モータ回転速度センサ６は、モータ回転速度を検出し、モータ回転速度信号ωｍを出力する。
【００２４】
制御装置９は、トルクセンサ８から出力された操舵トルク信号τ０、車速センサ１３から出力された車速信号Ｖｘ、およびモータ回転速度センサ６から出力されたモータ回転速度信号ωｍに基づいて、モータ５が出力する出力トルクに相当する電流指令Ｉｒｅｆの方向および大きさを決定する。また、制御装置９は、この出力トルクをモータ５に発生させるべく、後述する電流制御部を用いて、電流指令Ｉｒｅｆに応じて電源１１からモータ５に流す電流を制御する。
【００２５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック構成図である。図２において、制御装置９は、電流指令制御部１４、電流制御部２１、切り返し検知部３２および加速度演算部３３を有している。
【００２６】
なお、制御装置９の構成要素は、通常マイコンのソフトウェアとして実装されるものである。また、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）等からなり、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、ソフトウェアを実行して所定の制御動作が行われる。
【００２７】
続いて、図２を参照しながら、制御装置９の動作について説明する。加速度演算部３３は、モータ回転速度信号ωｍを微分し、モータ回転加速度信号ａｍを算出する。切り返し検知部３２は、モータ回転速度信号ωｍおよびモータ回転加速度信号ａｍに基づいて、操舵の切り返しを検知し、切り返しスイッチゲインＧｓｗを出力する。電流指令制御部１４は、操舵トルク信号τ０、モータ回転速度信号ωｍおよび切り返しスイッチゲインＧｓｗに基づいて、電流指令Ｉｒｅｆを出力する。
【００２８】
電流指令制御部１４は、アシスト安定化制御部１５、加算器２９、トルク変動補償部３０および乗算器３１を有している。アシスト安定化制御部１５は、操舵トルク信号τ０およびモータ回転速度信号ωｍに基づいて、切り返し補償前の電流指令Ｉｒｅｆ０を算出する。
【００２９】
トルク変動補償部３０は、操舵トルク信号τ０に基づいて、トルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐ０を算出する。ここで、トルク変動補償部３０は、操舵トルク信号τ０における運転者の操舵周波数の成分を低減し、それ以上の周波数成分で伝達ゲインを増大させた信号をトルク変動補償電流指令とする。
【００３０】
乗算器３１は、トルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐ０に、切り返しスイッチゲインＧｓｗを乗算して、新たなトルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐを算出する。なお、後述するように、切り返しスイッチゲインＧｓｗは、切り返し検知時に１となり、切り返し検知していないときに０になる信号である。したがって、トルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐは、切り返し検知時のみ０以外の値となり、切り返し検知していないときに０となる。
【００３１】
加算器２９は、電流指令Ｉｒｅｆ０にトルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐを加算して、切り返し補償後の電流指令Ｉｒｅｆを出力する。
【００３２】
次に、アシスト安定化制御部１５について説明する。ここで、アシスト安定化制御部１５は、従来の構成でもよく、例えば国際公開第２０１２／１６０８５０号の図１９に記載されたものと同様の構成とした。
【００３３】
アシスト安定化制御部１５は、アシストマップ２０、位相補償部２２、加算器２３、トルク補償部２４、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（２５）、速度補償部２６、速度制御ゲインＫｖ（２７）、減算器２８を有している。
【００３４】
位相補償部２２は、トルクセンサ８から出力された操舵トルク信号τ０に対して、高周波ゲインを低下または増加させるゲイン補償を実行し、補償された操舵トルク信号Ｔｓｃａを算出する。ここでは、位相補償部２２は、アシストトルクに関する閉ループ系の一巡伝達関数のゲイン交差周波数付近においてゲイン特性を低下させるようなゲイン補償を実行する。
【００３５】
減算器２８は、補償された操舵トルク信号Ｔｓｃａから後述するモータ速度補償指令Ｔｖｃを減算することで操舵トルク信号を補正し、補正された操舵トルク信号Ｔｓｃｂを算出する。
【００３６】
続いて、アシストマップ２０において、補正された操舵トルク信号Ｔｓｃｂに基づいて、アシストトルクに相当するアシスト電流指令Ｉａが演算される。アシスト電流指令Ｉａは、アシストトルク信号またはアシスト指令とも称される。なお、アシストマップ２０には、車速信号Ｖｘも入力され、車速によりアシストマップの入出力特性が変更される。
【００３７】
速度補償部２６は、モータ回転速度信号ωｍに基づいて、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタによって補償されたモータ回転速度信号Ｓｖｃを出力する。また、補償されたモータ回転速度信号Ｓｖｃに対して、モータ回転速度フィードバックのフィードバックゲインである速度制御ゲインＫｖ（２７）が乗算され、モータ速度補償指令Ｔｖｃが算出される。
【００３８】
トルク補償部２４は、操舵周波数の成分を低減するハイパスフィルタ特性を有し、トルクセンサ８から出力された操舵トルク信号τ０を補償したアシスト並列操舵トルク信号Ｔｓｐを算出する。また、アシスト並列操舵トルク信号Ｔｓｐに対して、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（３４）が乗算され、アシスト並列操舵トルク補償指令Ｔｓｃｐが算出される。
【００３９】
加算器２３は、アシストマップ２０から出力されたアシスト電流指令Ｉａに、アシスト並列操舵トルク補償指令Ｔｓｃｐを加算して、電流指令Ｉｒｅｆ０を算出する。なお、トルク補償部２４は、ハイパスフィルタ特性の他に、位相特性を補償する位相補償特性を有していてもよく、その場合には、操舵トルク信号の周波数特性を最適にできる自由度が加わるので、より効果的なフィードバック特性を得ることができる。
【００４０】
なお、上述したアシスト安定化制御部１５の例では、操舵トルク信号τ０およびモータ回転速度信号ωｍを入力として電流指令Ｉｒｅｆ０を出力したが、入力としてモータ回転速度信号ωｍを使わなくてもよい。例えば、アシスト安定化制御部１５から速度補償部２６、速度制御ゲインＫｖ（２７）および減算器２８を削除して、代わりに、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（２５）を大きく設定することで、安定化効果を得てもよい。すなわち、アシスト安定化制御部１５および電流指令制御部１４は、操舵トルク信号τ０のみを入力として構成することも可能である。
【００４１】
また、上述したアシスト安定化制御部１５の他に、一般的に使用される補償制御、例えば操舵周波数においてモータ慣性の増大の影響を補償する慣性補償制御や粘性を高める粘性補償制御等を、アシスト電流指令Ｉａに対して加減算する等して、アシスト電流指令Ｉａを補正してもよい。
【００４２】
次に、図３を参照しながら、トルク変動補償部３０について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のトルク変動補償部を示すブロック構成図である。図３において、トルク変動補償部３０は、ハイパスフィルタ４１、制御ゲインＫｈ（４２）、バンドパスフィルタ４３、制御ゲインＫｂ（４４）および加算器４５を有している。
【００４３】
トルクセンサ８から出力された操舵トルク信号τ０は、ハイパスフィルタ４１で補償され、操舵周波数の成分が低減されるとともに、操舵トルクの進み効果を得て、制御ゲインＫｈ（４２）が乗算される。
【００４４】
また、トルクセンサ８から出力された操舵トルク信号τ０は、バンドパスフィルタ４３で補償され、操舵周波数の成分が低減されるとともに、切り返し時のトルク変動の周波数成分の帯域が通過され、それよりも高周波の成分を低減する効果を得て、制御ゲインＫｂ（４４）が乗算される。
【００４５】
続いて、制御ゲインＫｈ（４２）の出力と制御ゲインＫｂ（４４）の出力が加算器４５で加算され、加算された信号がトルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐ０として出力される。
【００４６】
次に、図２に示された加速度演算部３３について説明する。加速度演算部３３は、モータ回転速度信号ωｍを微分するとともに、ノイズを除去するために、高周波成分を低減するローパスフィルタ処理を施して、モータ回転加速度信号ａｍを出力する。このローパスフィルタは、操舵成分を通過させ、かつ切り返し時のトルク変動よりも高い周波数成分を低減するよう設定される。ローパスフィルタ処理を施すことで、ローパスフィルタがないときよりも切り返し検知時の精度が向上する。
【００４７】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、切り返し検知部３２の動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における切り返し検知部の処理を示すフローチャートである。
【００４８】
図４において、まず、ステップＳ０１で変数の初期値を設定する。具体的には、切り返しスイッチゲインおよび切り返し時間Ｔを０に設定する。
【００４９】
続いて、ステップＳ０２において、設定速度である速度閾値εを設定する。速度閾値εは、切り返し判定カウントの確定時間Ｔｋｋ、モータ回転加速度ａｍおよび補正値αを用いて、次式のように設定される。
【００５０】
ε＝Ｔｋｋ×｜ａｍ｜＋α
【００５１】
すなわち、速度閾値εは、モータ回転加速度ａｍの大きさとカウント確定時間Ｔｋｋとの積に補正値αを加算した値であり、モータ回転加速度ａｍの大きさに比例した値となる。
【００５２】
次に、ステップＳ０３において、モータ回転速度ωｍの大きさが設定速度以下であり、モータ回転加速度ａｍはモータ回転速度ωｍが０になる方向であり、かつモータ回転加速度ａｍの大きさが設定加速度Ａ以上である判定成立状態が確定時間Ｔｋｋ秒以上連続で成立するか否かを判断する。
【００５３】
この判定成立状態は、モータ回転速度ωｍの向きによって、次の２通りのいずれかが成立することが条件となる。
１．モータ回転速度ωｍが正の場合、モータ回転速度ωｍが速度閾値ε以下で、かつモータ回転加速度ａｍが加速度閾値−Ａ以下の時に判定成立とする。
２．モータ回転速度ωｍが負の場合、モータ回転速度ωｍが速度閾値−ε以上で、かつモータ回転加速度ａｍが加速度閾値Ａ以上のときに判定成立とする。
【００５４】
このように、モータ回転速度ωｍの正負で場合分けはしているが、信号の符号の反転を検知することなく判定条件を構成している。また、モータ回転速度ωｍの正負によって、加速度閾値の符号を変えてモータ回転加速度の向きおよび大きさを判定している。例えば、モータ回転速度が負の場合、速度閾値−ε以上で速度が小さいことを判定し、加速度閾値Ａ以上で、正の加速度によって、モータ回転速度が負から０に向かっていく状態であることを判定している。
【００５５】
また、ステップＳ０３において、判定成立状態が確定時間Ｔｋｋ秒以上連続で成立する場合には、切り返しが開始したと判断しステップＳ０４へ進み、非成立の場合には、ステップＳ０２に戻り速度閾値を更新する。なお、確定時間Ｔｋｋは、ノイズで誤って成立しないようにすればよく、極短い時間、例えば０．１秒以下でよい。
【００５６】
続いて、ステップＳ０４において、切り返しスイッチゲインを１とする。また、ステップＳ０５において、切り返しの終了時間Ｔｆを設定する。この実施の形態においては、終了時間Ｔｆは、切り返しトルク変動の周期と同じオーダーの固定値で設定すればよく、切り返しトルク変動が減衰するまでの時間で決めればよい。
【００５７】
次に、ステップＳ０６において、切り返し時間Ｔをカウント周期ΔＴでカウントする。すなわち、前回の切り返し時間Ｔにカウント周期ΔＴを加算する。
【００５８】
続いて、ステップＳ０７において、切り返し時間Ｔがフェードアウト開始時間以上になったか否かを判定し、成立の場合には、ステップＳ０８に進み、非成立の場合は、ステップＳ０６に戻る。
【００５９】
次に、ステップＳ０８において、切り返しスイッチゲインのフェードアウト処理を行う。すなわち、前回の切り返しスイッチゲインから、カウント周期ΔＴをフェード期間で割った値を減算した値を、今回の切り返しスイッチゲインとする。これにより、時間に応じて、比例的に切り返しスイッチゲインが０に減衰する。
【００６０】
続いて、ステップＳ０９において、切り返し時間Ｔが切り返し終了時間Ｔｆ以上になったか否かを判定し、成立の場合には、一旦処理を終了し再び切り返し検知を開始し、非成立の場合は、ステップＳ０６に戻る。
【００６１】
このフローチャートによる切り返しスイッチゲインＧｓｗの時系列波形を図５に示す。図５において、切り返し開始が確定した場合に、切り返しスイッチゲインが０から１に立ち上がり、切り返し開始からの時間がフェードアウト開始時間に達したときに、時間に応じて減衰し、終了時間Ｔｆで０になる。
【００６２】
次に、切り返し検知時のモータ回転速度ωｍおよびモータ回転加速度ａｍの時間応答波形の一例を示した図６を用いて、切り返し開始検知のロジックおよび効果を詳細に説明する。ここでは、切り返し前のモータ回転速度ωｍが負で、モータ回転加速度ａｍが正であり、かつ時間とともに減少する場合を示している。
【００６３】
図６において、時刻Ｔｔｂでモータ回転速度がゼロクロスして符号が変わり、操舵切り返しが発生している。また、時刻Ｔ１において、モータ回転加速度をａｍ１、モータ回転速度をωｍ１とする。なお、ａｍ１は加速度閾値よりも大きいとする。このとき、加速度と確定時間Ｔｋｋとの積、すなわちＴｋｋ×｜ａｍ１｜によって、加速度を一定と仮定した場合に、Ｔｋｋ秒間で変化するモータ回転速度ωｍ１の大きさ、すなわち速度変化予測量Δω１を次式で表すことができる。
【００６４】
Δω１＝Ｔｋｋ×｜ａｍ１｜
【００６５】
図６に示したように、モータ回転速度ωｍ１の大きさは、速度変化予測量Δω１よりも小さく、符号も考慮して表現すると、モータ回転速度ωｍ１は、−Δω１よりも小さいので、切り返し開始判定ステップＳ０３は成立する。
【００６６】
また、切り返し時は、通常、極短時間である確定時間内におけるモータ回転加速度の変化であり、回転加加速度は大きくない。図６では、誇張して大きくしているのにも拘らず、モータ回転加速度を一定としたときの速度変化予測（図６の破線）が、切り返し時刻Ｔｔｂにおいて、実線の真値と大差なく推定できており、切り返しのタイミングを精度よく検知できることを示している。
【００６７】
また、切り返し検知時のモータ回転速度ωｍおよびモータ回転加速度ａｍの時間応答波形の別の一例を示した図７を用いて、切り返し開始検知のロジックおよび効果を詳細に説明する。ここでは、切り返し前のモータ回転速度ωｍが負で、モータ回転加速度ａｍが正であり、かつ時間とともに増大する場合を示している。
【００６８】
図７において、時刻Ｔｔｂでモータ回転速度がゼロクロスして符号が変わり、操舵切り返しが発生している。また、時刻Ｔ１において、モータ回転加速度をａｍ１、モータ回転速度をωｍ１とする。なお、ａｍ１は加速度閾値よりも大きいとする。このとき、加速度と確定時間Ｔｋｋとの積、すなわちＴｋｋ×｜ａｍ１｜によって、加速度を一定と仮定した場合に、Ｔｋｋ秒間で変化するモータ回転速度ωｍ１の大きさ、すなわち速度変化予測量Δω１を表せる。
【００６９】
図７に示したように、モータ回転速度ωｍ１の大きさは、速度変化予測量Δω１と補正値αとの和、すなわち速度閾値ε１よりも小さく、符号も考慮して表現すると、モータ回転速度ωｍ１は、−（Ｔｋｋ×｜ａｍ１｜＋α）よりも小さいので、切り返し開始判定ステップＳ０３は成立する。ここで、補正値αは、加速度の変化による誤差分を考慮して、加加速度の上限に基づいて定めればよい。
【００７０】
図６と図７とを比較すると、図６の方が速度変化予測量Δω１が大きい。これは、時刻Ｔ１におけるモータ回転加速度が、図６の方が大きいからである。仮に、速度閾値を固定値で設定すると、図６の加速度が大きい方に合わせて設定する必要があり、その速度閾値を図７の加速度が小さいケースに適用すると、速度閾値が大きすぎるため、実際の切り返し時刻よりも大幅に早く切り返しを確定し、無用に切り返しスイッチゲインを上げてしまうことになる。このように、設定速度である速度閾値は、モータ回転加速度にほぼ比例する値とすることで、切り返しのタイミングを精度よく検知でき、トルク変動補償を効かせる期間を必要最低限にすることができる。
【００７１】
また、速度がゼロクロスして符号が反転する瞬間を捕らえる必要もなく、所定の大きさの速度閾値と比較することで、切り返しを精度よく検知できる。
【００７２】
続いて、操舵トルクからアシストトルク、ステアリング機構を介して操舵トルクに戻るまでの電動パワーステアリング装置における開ループ一巡伝達関数を示す図８を用いて、切り返しスイッチゲインが１のときにおけるトルク変動補償部３０による開ループ伝達特性における作用を説明する。図８において、細い実線は、従来のトルク変動補償部がない場合を示し、太い実線は、この実施の形態のトルク変動補償部３０による開ループ一巡伝達関数を示している。
【００７３】
図８において、ゲイン特性で見ると、トルク変動補償部がない場合に比べて、１０〜５０Ｈｚ付近の帯域で増大していることが分かる。すなわち、切り返し時の操舵トルク変動の主な周波数成分が、１０〜５０Ｈｚ付近であることから、この帯域の伝達ゲインを増大させている。なお、位相余裕やゲイン余裕等の安定性は、従来よりも少し低下しているが、切り返しの僅かな時間において問題のないレベルを確保し、安定性の低下は最小限にしている。
【００７４】
このように、トルク変動補償部３０によるトルク変動補償電流指令を元の電流指令に加算することで、電流指令制御部１４の入力から出力までの伝達ゲインを、操舵トルク変動の周波数帯域で増大させることにより、開ループ一巡伝達関数の当該周波数帯域でのゲイン特性を増大させることができる。その結果、当該周波数帯域における外乱からステアリングホイールまでの伝達を抑制することができる。また、交差周波数以下の周波数帯域では、開ループのゲインを増大させることで、外乱とほぼ逆向きの電流指令としてフィードバックできるので、外乱を打ち消すように作用させることができる。
【００７５】
図９は、従来の電動パワーステアリング装置における旋回走行中の修正操舵時の操舵角―操舵トルクのリサージュ波形を示す説明図である。具体的には、旋回走行中に操舵角を微修正する操舵、すなわち修正操舵を行ったときの操舵リサージュ波形を示している。
【００７６】
図９において、矢印の方向が時間の流れを示しており、右上に向かう領域は切り込みを示し、長丸で囲った領域で切り返しが発生し、その後、左下に向かう領域で切り戻しに移り、その後、切り返しが発生し、再び切り込みに戻るという流れである。
【００７７】
切り返し時において、操舵トルクがツノのように突出している部分があり、これが切り返し時の摩擦トルク反転により生じる操舵トルク変動を示している。図９から、切り込みからの切り返しだけでなく、切り戻しからの切り返しも検知して、トルク変動を抑制する必要があることが分かる。
【００７８】
次に、修正操舵時の時間応答波形を示す図１０および図１１を用いて、この実施の形態による効果について説明する。図１０は、トルク変動補償部のない従来の構成による波形であり、図１１はこの実施の形態によるものである。
【００７９】
図１０および図１１において、時刻１．１９秒付近で切り込みからの切り返しが発生し、時刻１．５秒付近で切り戻しからの切り返しが発生している。図１０の従来例の場合は、操舵トルクのツノの様な突出したトルク変動が１目盛程度あり非常に大きいが、図１１のこの実施の形態によれば、操舵トルク変動は、１目盛の３０〜４０％程度に抑制できている。
【００８０】
また、図１１の最下段に示すように、モータ回転速度がゼロクロスし始める切り返し開始時刻とほぼ同時のタイミングで、切り返しスイッチゲインが０から１に立ち上っており、正確に切り返しを検知できていることがわかる。また、切り返し開始確定後で、トルク変動が終了するころに切り返しスイッチゲインが１から０に減衰しており、切り返し以外の領域で、余計な振動が生じるのを防止できている。
【００８１】
なお、モータ５の回転軸の回転角度を直接算出する方法以外に、モータ回転速度信号ωｍを得る方法として、モータ回転角度センサおよび速度演算器を用いる方法がある。例えば、レゾルバやエンコーダでモータ回転角度センサを構成し、所定時間あたりのモータ回転角度信号θｍの変化量を求め、この変化量からモータ回転速度を算出してもよい。すなわち、モータ回転速度検出部は、モータ回転角度センサと速度演算器との組み合わせから構成しても、モータ回転速度検出センサで構成しても、どちらでもよい。
【００８２】
なお、この実施の形態において、トルク変動補償部３０は、ハイパスフィルタ４１およびバンドパスフィルタ４３の２つの補償器から構成したが、バンドパスフィルタ４３がなくても、近い効果は得られる。すなわち、図８に示した開ループ一巡伝達関数の破線で示した特性が、その効果を示しており、トルク変動の周波数帯域でゲイン特性の大きさはバンドパスフィルタありの場合に少し劣るが、近い効果が得られている。したがって、切り返し時の操舵トルク変動も同様に抑制可能である。
【００８３】
以上のように、実施の形態１によれば、この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、運転者の操舵トルクに基づいてトルクを出力するモータと、モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出部と、モータの回転速度に基づいて、モータの回転加速度を演算する加速度演算部と、モータの回転速度の大きさが設定速度以下であり、モータの回転加速度が、モータの回転速度が０になる方向であり、かつモータの回転加速度の大きさが、設定加速度以上である場合に、操舵の切り返しが開始したことを判定する切り返し検知部と、操舵トルクまたはモータの回転速度に基づいて、モータに対する電流指令を出力する電流指令制御部と、を備え、電流指令制御部は、切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させる。
【００８４】
そのため、モータ回転速度の符号の反転や操舵トルクの符号の反転に基づくことなく、モータ回転速度の大きさとモータ回転加速度の方向と大きさとに基づいて、操舵の切り返しを検知するので、信号のノイズや振動によって誤検知やチャタリングをすることがなく、正確に切り返しを検知することができる。
【００８５】
また、操舵トルク変動が生じない加速度の小さな切り返しを検知しないので、無駄に伝達ゲインを増大させることがなく、安定性の低下を最小限にできる。すなわち、このように無駄のない正確な切り返しの検知時に、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるので、無用に制御系の安定性を低下させることなく、切り返し操舵時の操舵トルク変動を大幅に抑制することができるという、従来にない顕著な効果を奏することができる。
【００８６】
また、設定速度である速度閾値は、モータ回転加速度にほぼ比例する値に基づくよう構成したので、モータ回転加速度に基づいて、極短い判定用の期間にモータ回転速度が変化する量を予測でき、その速度変化予測量に基づいて、モータ回転速度が０に近いことを判定でき、モータ回転速度が０を跨ぐ瞬間に精度よく切り返し開始判定を確定できる。すなわち、切り返し開始のタイミングを正確に検知することができる。
【００８７】
また、切り返し検知部が切り返し操舵の開始を判定してから、切り返し時のトルク変動が生じる設定時間が終わるまでの間、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したので、切り返し後に必要最小限の期間だけ、伝達ゲインを変更することができ、無用に制御系の安定性を低下させることを防止できる。
【００８８】
また、電流指令制御部は、操舵トルクを入力として補償電流を出力するトルク変動補償部を備え、制御装置は、補償電流で電流指令を補正することによって、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したので、トルク変動補償部をアシスト安定化制御部と独立して設計でき、トルク変動を抑制するのに最適な構成を得ることができるので、操舵トルク変動を大幅に低減することができる。
【００８９】
また、この実施の形態のように、トルク変動補償部が、切り返し操舵時のトルク変動の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタまたはハイパスフィルタを備えるよう構成すれば、トルク変動の周波数帯域において効率的に伝達ゲインを増大させることができ、他の周波数への影響を抑制しやすくなるので、安定性を確保しながら操舵トルク変動の抑制効果を最大限得ることができる。
【００９０】
実施の形態２．
以下、図１２を参照しながら、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、実施の形態１との差異は、図１２のステップＳ０２において、速度閾値εを設定する際に、加加速度補正項を追加したことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明を省略し、差異点のみ説明する。
【００９１】
図６および図７に示したようにモータ回転加速度ａｍが変化しているとき、モータ回転加速度ａｍの微分、すなわちモータ回転加加速度ｊｍを用いて、次式のように速度変化予測量Δω１を補正することで、より高精度なタイミングで切り返しを検知できる。
【００９２】
Δω１＝Ｔｋｋ×｜ａｍ１｜＋１／２×｜ｊｍ｜×Ｔｋｋ2
【００９３】
モータ回転加加速度ｊｍが判定期間において一定であると仮定すると、速度変化量は、加速度と確定時間Ｔｋｋとの積、すなわちＴｋｋ×｜ａｍ１｜と、確定時間Ｔｋｋの２乗とモータ回転加加速度ｊｍとの積の２分の１との和で表せる。したがって、この速度変化量を速度変化予測量Δω１とし、速度閾値εをΔω＋αと定めることで、加加速度の影響分の誤差を低減することができる。
【００９４】
このように、設定速度である速度閾値は、モータ回転加速度にほぼ比例する値に基づくよう構成したので、モータ回転加速度に基づいて、極短い判定用の期間にモータ回転速度が変化する量を予測でき、その速度変化予測量に基づいて、モータ回転速度が０に近いことを判定でき、モータ回転速度が０を跨ぐ瞬間に精度よく切り返し開始判定を確定できる。すなわち、切り返し開始のタイミングを正確に検知することができる。
【００９５】
実施の形態３．
以下、図１３〜図１５を参照しながら、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、実施の形態１との差異は、図１３のステップＳ０５において、終了時間Ｔｆ設定を初期加速度で可変にしたことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明を省略し、差異点のみ説明する。
【００９６】
ステップＳ０５において、この時点の加速度を初期加速度とし、図１４に示されるような、初期加速度に対する終了時間Ｔｆの関係を記憶したテーブルを参照し、初期加速度に応じた終了時間Ｔｆを設定する。なお、ステップＳ０５は、ステップＳ０３と同じ演算周期内で処理できるので、初期加速度は、ステップＳ０３で切り返し開始判定が確定した瞬間の加速度と同じ値を使用することができる。
【００９７】
なお、切り返し時のトルク変動の発生期間は、切り返しをゆっくりする程、長くなる傾向がある。したがって、終了時間を加速度の絶対値が大きいとき程、短くするようにすることで、必要最小限の期間だけ、トルク変動補償部を作用させることができ、無用に安定性を低下させることか防止できる。
【００９８】
この実施の形態による修正操舵時の時間応答波形を図１５に示す。図１０および図１１においては、切り返し直前のモータ回転加速度がおよそ５程度と大きく、操舵トルク変動の期間は０．０５秒以下であり、切り返しスイッチゲインが１の期間も０．０３秒程度であった。
【００９９】
一方、図１５においては、切り返し直前のモータ回転加速度がおよそ０．４程度と小さく、操舵トルク変動が０．１秒以上の期間に長くなっている。このとき、切り返し期間の終了時間Ｔｆを初期加速度に応じて可変にしたので、図１５のように初期加速度が小さい場合は、切り返しスイッチゲインが１となる期間を０．１５秒程度に延長できており、切り返し時の操舵トルク変動を抑制することができている。
【０１００】
このように、切り返し検知部が切り返し操舵の開始を判定してから、切り返し時のトルク変動が生じる設定時間が終わるまでの間、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したので、モータ回転加速度に応じて必要最低限の期間のみトルク変動補償を効かせることができ、無用に制御系の安定性を低下させることを防止できる。
【０１０１】
実施の形態４．
以下、図１６および図１７を参照しながら、この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、実施の形態１との差異は、図２に示したトルク変動補償部３０に代えて、図１６に示したアシスト安定化制御部１５内部の制御ゲインを、切り返しスイッチゲインＧｓｗで可変にしたことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明を省略し、差異点のみ説明する。
【０１０２】
図１６において、切り返しスイッチゲインによって、アシスト安定化制御部１５内部の制御ゲインＫｔｐおよびＫｖを可変にする。具体的には、切り返し以外に使用する制御ゲインを通常用制御ゲインＫｔｐ０およびＫｖ０とし、これらよりも増大させた切り返し時にのみ使用する制御ゲインを切り返し用制御ゲインＫｔｐ１およびＫｖ１とする。
【０１０３】
アシスト安定化制御部１５は、実際にアシスト安定化制御部１５で乗算する制御ゲインＫｔｐおよびＫｖを、切り返しスイッチゲインＧｓｗを重み係数とする通常用制御ゲインと切り返し用制御ゲインの重み付け線形和として、次式のように算出する。
【０１０４】
Ｋｔｐ＝（１−Ｇｓｗ）×Ｋｔｐ０＋Ｇｓｗ×Ｋｔｐ１
Ｋｖ＝（１−Ｇｓｗ）×Ｋｖ０＋Ｇｓｗ×Ｋｖ１
【０１０５】
この実施の形態による効果を、図１７の開ループ一巡伝達関数によって示す。図１７において、細い実線は、従来の切り返し検知によるトルク変動補償がない場合を示し、太い実線は、この実施の形態の切り返し検知による制御ゲインの可変構成を含む開ループ一巡伝達関数を示している。つまり、細い実線は、通常用制御ゲインＫｔｐ０およびＫｖ０による特性を示し、太い実線は、切り返し用制御ゲインＫｔｐ１およびＫｖ１による特性を示している。
【０１０６】
図１７において、ゲイン特性で見ると、切り返し用制御ゲインＫｔｐ１およびＫｖ１に切り替えることで、１０〜５０Ｈｚ付近の帯域で増大していることが分かる。すなわち、切り返し時の操舵トルク変動の主な周波数成分が、１０〜５０Ｈｚ付近であることから、この帯域の伝達ゲインを増大させている。なお、位相余裕やゲイン余裕等の安定性は、従来よりも少し低下しているが、切り返しの僅かな時間において問題のないレベルを確保し、安定性の低下は最小限にしている。
【０１０７】
このように、切り返しスイッチゲインによって、アシスト安定化制御部１５内部の制御ゲインを可変にすることで、電流指令制御部１４の入力から出力までの伝達ゲインを、操舵トルク変動の周波数帯域で増大させることにより、開ループ一巡伝達関数の当該周波数帯域でのゲイン特性を増大させることができる。その結果、当該周波数帯域における外乱からステアリングホイールまでの伝達を抑制することができる。また、交差周波数以下の周波数帯域では、開ループのゲインを増大させることで、外乱とほぼ逆向きの電流指令としてフィードバックできるので、外乱を打ち消すように作用させることができる。
【０１０８】
なお、上述したアシスト安定化制御部１５の例では、操舵トルク信号τ０およびモータ回転速度信号ωｍを入力として電流指令Ｉｒｅｆ０を出力したが、入力としてモータ回転速度信号ωｍを使わなくてもよい。例えば、アシスト安定化制御部１５から速度補償部２６、速度制御ゲインＫｖ（２７）および減算器２８を削除して、代わりに、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（２５）を大きく設定することで、安定化効果を得てもよい。
【０１０９】
したがって、切り返しスイッチゲインによって可変にする制御ゲインは、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（２５）だけでもよく、これにより、電流指令制御部１４の入力から出力までの伝達ゲインを、操舵トルク変動の周波数帯域で増大させることができる。
【０１１０】
また、逆に、アシスト安定化制御部１５からトルク補償部２４、アシスト並列トルクゲインＫｔｐ（２５）および加算器２３を削除して、代わりに、速度制御ゲインＫｖ（２７）を大きく設定することで、安定化効果を得るよう構成することもできる。
【０１１１】
その場合は、切り返しスイッチゲインによって可変にする制御ゲインは、速度制御ゲインＫｖ（２７）だけでもよく、これにより、電流指令制御部１４の入力から出力までの伝達ゲインを、操舵トルク変動の周波数帯域で増大させることができる。
【０１１２】
また、電流指令制御部は、切り返し検知時において、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを変更可能な制御ゲインを備え、当該制御ゲインを増大させることによって、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したので、新たにトルク変動補償部を追加することなく、制御ゲインの可変化によって、簡素な演算で、切り返し時のトルク変動を抑制することができる。
【０１１３】
実施の形態５．
以下、図１８を参照しながら、この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、実施の形態１との差異は、図１８に示したトルク変動補償部３０の入力を、モータ回転速度ωｍとしたことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明を省略し、差異点のみ説明する。
【０１１４】
図１８において、モータ回転速度ωｍは、共振周波数以上において、操舵トルクτ０の微分とほぼ同様な応答をするので、切り返し時の操舵トルク変動もモータ回転速度ωｍによって同様に抽出できる。したがって、トルク変動補償部３０の内部構成も実施の形態１から３と同様な構成で、操舵トルク変動を抑制することができる。
【０１１５】
すなわち、電流指令制御部は、モータ回転速度を入力として補償電流を出力するトルク変動補償部を備え、制御装置は、補償電流で電流指令を補正することによって、電流指令制御部の入力から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したので、トルク変動補償部をアシスト安定化制御部と独立して設計でき、トルク変動を抑制するのに最適な構成を得ることができるので、操舵トルク変動を大幅に低減することができる。
【０１１６】
なお、上記実施の形態１〜３では、切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、電流指令制御部の入力である操舵トルク信号から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成したが、この実施の形態５では、切り返し検知部が操舵の切り返しが開始したことを判定した場合に、電流指令制御部の入力であるモータ回転速度信号から出力までの伝達ゲインを増大させるよう構成した。すなわち、切り返し検知時に増大させる伝達ゲインの入力は、操舵トルク信号およびモータ回転速度信号のいずれか一方でもよく、実施の形態４に示したように両方でもよい。
【０１１７】
実施の形態６．
以下、図１９および図２０を参照しながら、この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、実施の形態１との差異は、図１９に示したトルク変動補償部３０の入力に、電流指令Ｉｒｅｆも追加して外乱オブザーバを構成したことであり、この部分以外については、実施の形態１と同じなので説明を省略し、差異点のみ説明する。
【０１１８】
まず、図２０を参照しながら、トルク変動補償部３０について説明する。図２０において、トルク変動補償部３０は、操舵トルク信号と電流指令とに基づいて、外乱トルクを推定する外乱オブザーバ５０と、補償率ゲイン５８とを有している。また、外乱オブザーバ５０は、トルク換算ゲイン５１、ローパスフィルタ５２、微分部５３、ＬＰＦ付き逆モデル５４、減算器５５、操舵成分除去フィルタ５６および高周波除去フィルタ５７を有している。
【０１１９】
外乱オブザーバ５０は、制御対象に対する制御器からの入力である電流指令に対して、モータトルクに換算するトルク換算ゲイン５１を乗算し、高周波成分を低減するローパスフィルタ５２処理を施して、入力換算信号を生成する。
【０１２０】
また、外乱オブザーバ５０は、操舵トルク信号を微分部５３で微分し、ＬＰＦ付き逆モデル５４で処理して、制御対象に対する全ての入力である入力推定信号を推定する。また、外乱オブザーバ５０は、減算器５５において、入力推定信号から入力換算信号を減算し、制御器以外から制御対象への入力信号、すなわち外乱トルクを推定する。
【０１２１】
その後、外乱オブザーバ５０は、推定された外乱トルクに対して、低周波の操舵成分を低減する操舵成分除去フィルタ５６処理を施し、高周波除去フィルタ５７によって、高周波成分も低減し、抑制したい外乱トルクの周波数成分を抽出して、推定外乱ｄｅｓｔを出力する。
【０１２２】
トルク変動補償部３０は、推定外乱ｄｅｓｔに補償率ゲイン５８を乗算して、トルク変動補償電流指令Ｉｃｍｐ０を出力する。補償率ゲイン５８は、−１から０までの値をとり、−１とすると外乱トルクを１００％相殺する指令となることを意味し、０とすると０％で、中間値を用いると１００％から０％の間の低減率を奏する指令とできる。
【０１２３】
この実施の形態による効果を、上述した図１７の開ループ一巡伝達関数によって示す。図１７において、細い実線は、従来の切り返し検知によるトルク変動補償がない場合を示し、太い破線は、この実施の形態の切り返し検知時の外乱オブザーバ５０による開ループ一巡伝達関数を示している。
【０１２４】
図１７において、ゲイン特性で見ると、切り返し検知時に外乱オブザーバによるトルク変動補償電流指令が作用することで、１０〜５０Ｈｚ付近の帯域で増大していることが分かる。すなわち、切り返し時の操舵トルク変動の主な周波数成分が、１０〜５０Ｈｚ付近であることから、この帯域の伝達ゲインを増大させている。なお、位相余裕やゲイン余裕等の安定性は、従来よりも少し低下しているが、切り返しの僅かな時間において問題のないレベルを確保し、安定性の低下は最小限にしている。
【０１２５】
このように、切り返しスイッチゲインによって、切り返し検知時に外乱オブザーバによるトルク変動補償電流指令を出力することで、電流指令制御部１４の入力から出力までの伝達ゲインを、操舵トルク変動の周波数帯域で増大させることにより、開ループ一巡伝達関数の当該周波数帯域でのゲイン特性を増大させることができる。その結果、当該周波数帯域における外乱からステアリングホイールまでの伝達を抑制することができる。また、交差周波数以下の周波数帯域では、開ループのゲインを増大させることで、外乱とほぼ逆向きの電流指令としてフィードバックできるので、外乱を打ち消すように作用させることができる。
【０１２６】
なお、外乱オブザーバへの入力の電流指令は、電流検出器で検出した実際の電流を用いてもよく、電流制御部の応答性を高くしていれば、トルク変動の周波数では、ほぼ同様な信号として扱える。また、外乱オブザーバへの入力の操舵トルク信号は、モータ回転速度信号ωｍとして、微分部を廃止してもよい。また、ステアリングの共振周波数以上においては、操舵トルクの微分とモータ回転速度とは、ほぼ同様な応答をするので、操舵トルクをモータ回転速度信号に置き換えても同様に外乱トルクを推定できる。
【０１２７】
また、この実施の形態のトルク変動補償部は、電流指令またはモータの電流を入力とし外乱トルクを推定する外乱オブザーバを備え、外乱トルクにゲインを乗算してトルク変動補償電流指令すなわち補償電流を生成するようにしたので、オブザーバの設計手法に基づいた簡単な設計で、切り返し時の操舵トルク変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
５  モータ、６  モータ回転速度センサ（モータ回転速度検出部）、１４  電流指令制御部、３０  トルク変動補償部、３３  加速度演算部、４１  ハイパスフィルタ、４３  バンドパスフィルタ、５０  外乱オブザーバ。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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