(57)【要約】【課題】系の安定性を保ちながら、良好な慣性補償制御を実現できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】目標電流値設定部１２は、車速Ｖおよび操舵トルクＴに基づいて、電動モータＭの駆動のための目標電流値Ｉｏｂｊを設定する。トルク微分制御部１３は、操舵トルクＴに対して、異なる周波数特性の複数の微分処理を並列に施し、その処理結果に基づいてトルク微分補正値Ｉｔを求める。また、回転角速度微分制御部１５は、モータ回転角速度ωに対して、異なる周波数特性の複数の微分処理を並列に施し、その処理結果に基づいて回転角速度微分補正値Ｉωを求める。これらの補正値Ｉｔ，Ｉωに基づいて目標電流値Ｉｏｂｊが補正される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材に加えられる操舵トルクに応じて電動モータを制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出手段と、
このトルク検出手段が出力するトルク信号に基づいて、上記電動モータの制御のための目標駆動値を設定する目標駆動値設定手段と、
上記トルク検出手段が出力するトルク信号に対して、複数の異なる周波数特性の微分処理を並列に施してトルク微分信号をそれぞれ出力する複数のトルク微分処理手段と、
この複数のトルク微分処理手段が出力する複数のトルク微分信号に基づいて、それぞれトルク微分補正値を生成する複数のトルク微分補正値生成手段と、
この複数のトルク微分補正値生成手段が出力する複数のトルク微分補正値に基づいて上記目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値を補正するトルク微分値適応補正手段と、
このトルク微分値適応補正手段によって補正された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段とを含む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】
上記電動モータの回転角速度を検出する回転角速度検出手段と、
この回転角速度検出手段によって検出される回転角速度に対して、複数の異なる周波数特性の微分処理を並列に施して回転角速度微分値をそれぞれ出力する複数の回転角速度微分処理手段と、
この複数の回転角速度微分処理手段が出力する複数の回転角速度微分値に基づいて、それぞれ回転角速度微分補正値を生成する複数の回転角速度微分補正値生成手段と、
この複数の回転角速度微分補正値生成手段が出力する複数の回転角速度微分補正値に基づいて、上記目標駆動値設定手段が設定した目標駆動値を補正する回転角速度微分値適応補正手段とをさらに含み、
上記モータ駆動手段は、上記トルク微分値適応補正手段および上記回転角速度微分値適応補正手段によって補正された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの駆動力をステアリング機構に機械的に伝達することによって操舵補助する電動パワーステアリング装置が従来から用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて設定される目標電流値に基づいて制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構に電動モータが機械的にリンクされているから、従来からの油圧式パワーステアリング装置に比較して慣性が大きいことが知られている。
そこで、操舵トルクを検出するトルクセンサの出力に対して微分処理を施し、トルク微分値に対応した補正を目標電流値に加えることで、慣性感の低減が図られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０８４９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、応答性を高めようとして、トルク微分値による補正のゲインを大きくすると、系が不安定になり、発振が生じてしまう。
そこで、この発明の目的は、系の安定性を保ちながら、良好な慣性補償制御を実現できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操作部材（１）に加えられる操舵トルクに応じて電動モータ（Ｍ）を制御し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、上記操作部材に加えられる操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出手段（５）と、このトルク検出手段が出力するトルク信号に基づいて、上記電動モータの制御のための目標駆動値を設定する目標駆動値設定手段（１２）と、上記トルク検出手段が出力するトルク信号に対して、複数の異なる周波数特性の微分処理を並列に施してトルク微分信号をそれぞれ出力する複数のトルク微分処理手段（３１，３２，３３）と、この複数のトルク微分処理手段が出力する複数のトルク微分信号に基づいて、それぞれトルク微分補正値を生成する複数のトルク微分補正値生成手段（３４，３５，３６）と、この複数のトルク微分補正値生成手段が出力する複数のトルク微分補正値に基づいて上記目標駆動値設定手段によって設定された目標駆動値を補正するトルク微分値適応補正手段（１６）と、このトルク微分値適応補正手段によって補正された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するモータ駆動手段（１９，３０）とを含むことを特徴とする電動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。以下、この項において同じ。
【０００７】
この発明によれば、周波数特性の異なる複数のトルク微分処理手段が備えられている。これらは、たとえば、トルク信号の入力に対して、ゲインが最大となる周波数が異なっている。トルク微分補正値は、トルクの変動に基づいて操舵補助（アシスト）を加える補正値であるので、トルクの変動を抑える働きがあり、また、微分することで位相を進めるので、不安定な発振を抑制することができる。そのため、周波数特性の異なる複数のトルク微分処理手段を用いることで、ゲインを上げたときに生じる複数の不安定な周波数領域における系の安定化を図ることができる。このようにして、系の安定性を保ちながら、良好な慣性補償制御を実現できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記電動モータの回転角速度を検出する回転角速度検出手段（１４）と、この回転角速度検出手段によって検出される回転角速度に対して、複数の異なる周波数特性の微分処理を並列に施して回転角速度微分値をそれぞれ出力する複数の回転角速度微分処理手段（５１，５２，５３）と、この複数の回転角速度微分処理手段が出力する複数の回転角速度微分値に基づいて、それぞれ回転角速度微分補正値を生成する複数の回転角速度微分補正値生成手段（５４，５５，５６）と、この複数の回転角速度微分補正値生成手段が出力する複数の回転角速度微分補正値に基づいて、上記目標駆動値設定手段が設定した目標駆動値を補正する回転角速度微分値適応補正手段（１７）とをさらに含み、上記モータ駆動手段は、上記トルク微分値適応補正手段および上記回転角速度微分値適応補正手段によって補正された目標駆動値に基づいて上記電動モータを駆動するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。
【０００９】
この発明によれば、さらに、電動モータの回転角速度の微分値に基づく目標駆動値の補正が行われる。回転角速度の微分値の演算には、周波数特性の異なる複数の回転角速度微分処理手段が用いられる。一方、回転角速度微分補正値は、慣性を消す働きをすることになるが、ゲインを上げすぎると不安定になって振動してしまうという問題がある。そのため、トルク微分値の場合と同様に、周波数特性の異なる複数の回転角速度微分処理を使用することで、複数の不安定な周波数領域における系の安定化を図りつつ、ゲインを上げることができる。したがって、系の安定性を損なうことなく、さらに良好な慣性補償制御を実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから発生する駆動力が、操舵補助力として、ギヤ機構を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、機械的に伝達されるようになっている。
【００１１】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、ステアリングホイール１に加えられた操舵トルクＴに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。このトルクセンサ５の出力信号は、マイクロコンピュータ１０に入力されている。
【００１２】
このマイクロコンピュータ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかにも、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速Ｖを検出する車速センサ７の出力信号、電動モータＭの端子間電圧を検出するモータ端子電圧検出部８の出力信号、および電動モータＭに流れる電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出部９の出力信号も入力されている。
マイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクＴおよび車速センサ７によって検出される車速Ｖに応じた目標電流値を設定し、この目標電流値に基づいてモータドライバ３０を制御することにより、電動モータＭに適切な駆動電流を与える。これにより、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じた操舵補助力が、ステアリング機構３に与えられることになる。
【００１３】
マイクロコンピュータ１０は、プログラム処理によって実現される機能処理部を実質的に備えている。これらの機能処理部には、トルクセンサ５の出力に対して位相補償処理を施し、位相補償処理がされた操舵トルク値を生成する位相補償部１１、位相補償後の操舵トルク値および車速に応じた目標電流値Ｉｏｂｊを設定する目標電流値設定部１２、トルクセンサ５が検出した操舵トルクＴに対して微分処理を施し、その処理結果に対応したトルク微分補正値Ｉｔを生成するトルク微分制御部１３、モータ端子電圧検出部８およびモータ電流検出部９からの信号に基づいて電動モータＭの回転角速度ωを演算するモータ角速度演算部１４、ならびに、モータ回転角速度ωに対して微分処理を施し、その処理結果に対応した回転角速度微分補正値Ｉωを生成する回転角速度微分制御部１５を備えている。
【００１４】
さらに、マイクロコンピュータ１０は、目標電流値設定部１２が設定した目標電流値Ｉｏｂｊにトルク微分制御部１３が生成するトルク微分補正値Ｉｔを加算することによって目標電流値Ｉｏｂｊを補正するトルク微分値適応補正部１６と、このトルク微分値適応補正部１６が生成する補正後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｔに対して、さらに、回転角速度微分制御部１５が生成する回転角速度微分補正値Ｉωを加算することによって補正処理を施す回転角速度微分値適応補正部１７とを備えている。
【００１５】
そして、回転角速度微分値適応補正部１７によって補正された後の目標電流値Ｉｏｂｊ＋Ｉｔ＋Ｉωと、モータ電流検出部９が検出するモータ電流値との偏差が、偏差演算部１８によって求められ、この偏差演算部１８によって求められた偏差に基づいて、モータドライバ３０に与えるべき制御信号（たとえば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号）が、制御信号生成部１９によって生成されるようになっている。
【００１６】
図２は、目標電流値設定部１２の働きを説明するための図であり、操舵トルクＴに対する目標電流値Ｉｏｂｊの関係が示されている。操舵トルクＴは、たと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、目標電流値Ｉｏｂｊは、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００１７】
目標電流値Ｉｏｂｊは、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、目標電流値Ｉｏｂｊは零とされる。また、目標電流値Ｉｏｂｊは、車速センサ７によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００１８】
図３は、位相補償部１１による処理を説明するための図である。位相補償部１１は、トルクセンサ５が出力するトルク信号の周波数に応じたゲインで、位相補償のされたトルク信号を出力する。その周波数特性は、車速Ｖに応じて変化するようになっていて、車速Ｖが大きいほど、高周波側のゲインが高くされ、応答性の向上が図られる。低速走行時には、交差周波数が低くされ、位相余裕を大きくすることで安定性の向上が図られている。
【００１９】
図４は、トルク微分制御部１３の詳しい構成を説明するためのブロック図である。トルク微分制御部１３は、周波数特性が互いに異なる複数（この例では３個）のトルク微分処理部３１，３２，３３と、これらのトルク微分処理部３１，３２，３３によって求められたトルク微分値Ｔ１′，Ｔ２′，Ｔ３′に基づいて、トルク微分補正値Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３をそれぞれ求める複数（この例では３個）のトルク微分補正値生成部３４，３５，３６と、この複数のトルク微分補正値生成部３４，３５，３６が生成するトルク微分補正値Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３を加算してトルク微分補正値Ｉｔ（＝Ｉｔ１＋Ｉｔ２＋Ｉｔ３）を求める加算処理部３７とを備えている。
【００２０】
トルク微分処理部３１，３２，３３は、トルクセンサ５が出力する操舵トルクＴに対して並列に微分処理を施すものであり、この実施形態では、ディジタルフィルタからなる。トルク微分処理部３１，３２，３３は、ゲインがピークとなるトルク信号の周波数であるカットオフ周波数ｆｃ１，ｆｃ２，ｆｃ３が互いに異なっていて、たとえば、ｆｃ１＝１０Ｈｚ、ｆｃ２＝９０Ｈｚ、ｆｃ３＝３ｋＨｚなどとされている。
【００２１】
トルク微分補正値生成部３４，３５，３６は、たとえば、トルク微分値Ｔ１′，Ｔ２′，Ｔ３′に対してトルク微分補正値Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３を定めたマップ（テーブル）からなり、これらは、たとえば、トルク微分値に対するトルク微分補正値の特性が等しく定められている。より具体的には、トルク微分値が零の近傍の所定の不感帯内の値をとるときにはトルク微分補正値は零とされ、この不感帯外では、トルク微分値の増加に対して、所定の上限値と下限値との間で単調に増加するようにトルク微分補正値が定められる。
【００２２】
図５は、回転角速度微分制御部１５の詳しい構成を説明するためのブロック図である。回転角速度微分制御部１５は、周波数特性が互いに異なる複数（この例では３個）の回転角速度微分処理部５１，５２，５３と、これらの回転角速度微分処理部５１，５２，５３によって求められた回転角速度微分値ω１′，ω２′，ω３′に基づいて、回転角速度微分補正値Ｉω１，Ｉω２，Ｉω３をそれぞれ求める複数（この例では３個）の回転角速度微分補正値生成部５４，５５，５６と、この複数の回転角速度微分補正値生成部５４，５５，５６が生成する回転角速度微分補正値Ｉω１，Ｉω２，Ｉω３を加算して回転角速度微分補正値Ｉω（＝Ｉω１＋Ｉω２＋Ｉω３）を求める加算処理部５７とを備えている。
【００２３】
回転角速度微分処理部５１，５２，５３は、モータ角速度演算部１４が出力するモータ回転角速度ωに対して並列に微分処理を施すものであり、この実施形態では、ディジタルフィルタからなる。回転角速度微分処理部５１，５２，５３は、ゲインがピークとなるトルク信号の周波数であるカットオフ周波数ｆｃ１１，ｆｃ１２，ｆｃ１３が互いに異なっていて、たとえば、ｆｃ１１＝１０Ｈｚ、ｆｃ１２＝９０Ｈｚ、ｆｃ１３＝３ｋＨｚなどとされている。
【００２４】
回転角速度微分補正値生成部５４，５５，５６は、たとえば、回転角速度微分値ω１′，ω２′，ω３′に対して回転角速度微分補正値Ｉω１，Ｉω２，Ｉω３を定めたマップ（テーブル）からなり、これらは、たとえば、回転角速度微分値に対する回転角速度微分補正値の特性が等しく定められている。より具体的には、回転角速度微分値が零の近傍の所定の不感帯内の値をとるときには回転角速度微分補正値は零とされ、この不感帯外では、回転角速度微分値の増加に対して、所定の上限値と下限値との間で単調に増加するように回転角速度微分補正値が定められる。
【００２５】
以上のようにこの実施形態によれば、操舵トルクＴに対して異なる周波数特性で微分処理を施すことによって複数のトルク微分値が求められ、この複数のトルク微分値に対応したトルク微分補正値が合成されることによってトルク微分補正値Ｉｔが生成される。同様に、モータ回転角速度ωに対して異なる周波数特性で微分処理を施すことによって複数の回転角速度微分値が求められ、この複数の回転角速度微分値に対応した回転角速度微分補正値が合成されることによって回転角速度微分補正値Ｉωが生成される。したがって、これらの補正値Ｉｔ，Ｉωは、一定の周波数成分の操舵トルクＴまたはモータ回転角速度ωを継続して反映することがないから、これらの補正値Ｉｔ，Ｉωに基づいて目標電流値Ｉｏｂｊを補正することによって、系の安定性を保つことができる。すなわち、たとえば、位相補償部１１の処理によって、高速走行時における応答を上げた場合でも、発振が生じたりすることがなく、系の安定性を保ちながら、車速に応じた最適な慣性補償制御を実現することができる。
【００２６】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、目標電流値Ｉｏｂｊに対してトルク微分補正値Ｉｔに基づく補正が施された後に、回転角速度微分補正値Ｉωに基づく補正が施されることとしたが、これらの補正の順序は反対であってもよく、また、１つの加算処理部において、目標電流値Ｉｏｂｊに対する補正値Ｉｔ，Ｉωの加算を行ってもよい。さらに、上記の実施形態では、トルク微分制御部１３および回転角速度微分制御部１５がそれぞれ加算処理部３７，５７を備えているが、これらの機能をトルク微分値適応補正部１６または回転角速度微分値適応補正部１７に統合してもよい。
【００２７】
また、上記の実施形態では、電動モータＭを制御するための目標駆動値として目標電流値を用いているが、目標電圧値や操舵補助力の目標値であるアシストトルク目標値を目標駆動値として用いてもよい。
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係が示されている。
【図３】位相補償部による処理を説明するための図である。
【図４】トルク微分制御部の詳しい構成を説明するためのブロック図である。
【図５】回転角速度微分制御部の詳しい構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングシャフト
３    ステアリング機構
４    トーションバー
５    トルクセンサ
７    車速センサ
８    モータ端子電圧検出部
９    モータ電流検出部
１０    マイクロコンピュータ
１１    位相補償部
１２    目標電流値設定部
１３    トルク微分制御部
１４    モータ角速度演算部
１５    回転角速度微分制御部
１６    トルク微分値適応補正部
１７    回転角速度微分値適応補正部
１８    偏差演算部
１９    制御信号生成部
３０    モータドライバ
３１，３２，３３    トルク微分処理部
３４，３５，３６    トルク微分補正値生成部
３７    加算処理部
５１，５２，５３    回転角速度微分処理部
５４，５５，５６    回転角速度微分補正値生成部
５７    加算処理部
Ｉｔ    トルク微分補正値
Ｉω    回転角速度微分補正値
Ｉｏｂｊ    目標電流値
Ｍ    電動モータ
Ｔ    操舵トルク
Ｖ    車速
ω    モータ回転角速度
【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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