(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助力を発生するモータと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクと前記モータの目標出力値との対応関係を記憶する手段と、
検出操舵トルクと前記対応関係に基づき前記目標出力値を演算する手段と、
前記モータの実出力値を検出する手段と、
前記目標出力値と前記実出力値との偏差が解消されるように、前記偏差に対応する出力指令値に応じて前記モータの出力を制御する出力制御部と、
検出操舵トルクに対応する信号の位相制御部と、
ステアリングホイールが直進操舵位置に向かい操舵される戻し操舵状態か、直進操舵位置から離れる方向に向かい操舵される切り込み操舵状態かを判断する操舵状態判定部とを備え、
検出操舵トルクの変化に対する前記目標出力値の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更され、
前記目標出力値と前記実出力値との偏差の変化に対する前記出力指令値の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、前記位相制御部による位相制御特性の変更に同調して、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記出力制御部による出力制御特性が変更される電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記トルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされることで、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記出力制御部は、少なくともＰＩ制御演算を含む演算により前記出力指令値を求め、
前記偏差に対する前記出力指令値の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされることで、前記出力制御部による出力制御特性が変更される請求項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】
操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係をアシスト特性として記憶する手段を備え、
操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が検出操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
前記トルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性において、アシスト勾配が増加すると増加前に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることができるように、アシスト勾配に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更される請求項１〜３の中の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
検出操舵トルクの変化速度の演算手段を備え、
切り込み操舵状態においては、検出操舵トルクの変化速度の大きさの増大により前記目標出力値の大きさが低減され、戻し操舵状態においては、検出操舵トルクの変化速度の大きさに前記目標出力値の大きさが相関しないものとされている請求項１〜４の中の何れか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】
本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクとアシストトルクとの対応関係をアシスト特性として記憶し、トルクセンサにより検出した操舵トルクに対応するアシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、操舵補助力発生用モータを制御することが行われている。そのモータの制御において、モータ駆動電流の目標出力値と電流センサにより検出される実出力値との偏差を低減する際に、モータ駆動電流の検出信号が通過するローパスフィルタのカットオフ周波数を戻し操舵状態では切り込み操舵状態におけるよりも大きくすることが行われている。これにより、戻し操舵のためのステアリングホイールからの手放し等によりモータが逆起電力を発生する状態になっても、その逆起電力の高周波成分が制御に反映されるようにし、モータ駆動電流を目標値に安定して収束させることが図られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、戻し操舵のためのステアリングホイールからの手放し等により操舵トルクが急激に減少すると、切り込み操舵方向に作用する操舵補助力が急激に減少する。そのため、ステアリングホイールの直進位置への戻りが急激になり、ステアリングホイールの収斂性が低下するという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を発生するモータと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクと前記モータの目標出力値との対応関係を記憶する手段と、検出操舵トルクと前記対応関係に基づき前記目標出力値を演算する手段と、前記モータの実出力値を検出する手段と、前記目標出力値と前記実出力値との偏差が解消されるように、前記偏差に対応する出力指令値に応じて前記モータの出力を制御する出力制御部と、検出操舵トルクに対応する信号の位相制御部と、ステアリングホイールが直進操舵位置に向かい操舵される戻し操舵状態か、直進操舵位置から離れる方向に向かい操舵される切り込み操舵状態かを判断する操舵状態判定部とを備え、検出操舵トルクの変化に対する前記目標出力値の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更され、前記目標出力値と前記実出力値との偏差の変化に対する前記出力指令値の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、前記位相制御部による位相制御特性の変更に同調して、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記出力制御部による出力制御特性が変更される。
本発明によれば、位相制御部による位相制御特性の変更により、トルクセンサによる検出操舵トルクに対応して変化する信号の位相を変化させることで、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて操舵トルクの変化に対する目標出力値の変化の応答を低下させている。これにより、戻し操舵時に切り込み方向への操舵トルクが急激に減少しても、操舵補助力を発生するモータの出力の急激な減少を抑制できる。よって、戻し操舵時に切り込み操舵方向に作用する操舵補助力が急激に変化することはなく、ステアリングホイールの収斂性を向上できる。
さらに、出力制御部による出力制御特性を、位相制御部による位相制御特性の変更に同調して変更することで、目標出力値と実出力値との偏差の変化に対する出力指令値の変化の応答を、操舵トルクに対する目標出力値の応答の低下に同調して低下させることができる。これによって、戻し操舵時にモータ出力が急激に減少するのをより確実に抑制できる。
【０００５】
前記トルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされることで、前記操舵状態判定部による判断結果に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更されるのが好ましい。
これにより、トルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性において、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることで、戻し操舵時に実際の操舵トルクが急減しても目標出力値が急減するのを抑制し、操舵トルクの変化に対する目標出力値の変化の応答を確実に低下させることができる。
【０００６】
前記出力制御部は、少なくともＰＩ制御演算を含む演算により前記出力指令値を求め、前記偏差に対する前記出力指令値の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされることで、前記出力制御部による出力制御特性が変更されるのが好ましい。
目標出力値と実出力値との偏差に対する出力指令値の周波数応答特性において、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることで、戻し操舵時に切り込み方向への操舵トルクが急激に減少しても、モータ出力の急激な減少を確実に抑制できる。
【０００７】
本発明においては、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係をアシスト特性として記憶する手段を備え、操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が検出操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、前記トルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性において、アシスト勾配が増加すると増加前に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることができるように、アシスト勾配に応じて前記位相制御部による位相制御特性が変更されるのが好ましい。
これにより、アシスト勾配が増加した時に制御の安定性を向上することができる。
【０００８】
本発明においては、検出操舵トルクの変化速度の演算手段を備え、切り込み操舵状態においては、検出操舵トルクの変化速度の大きさの増大により前記目標出力値の大きさが低減され、戻し操舵状態においては、検出操舵トルクの変化速度の大きさに前記目標出力値の大きさが相関しないものとされているのが好ましい。
これにより、切り込み操舵状態において急操舵したような場合にモータ出力が過大になるのを抑制して操舵フィーリングを向上し、且つ、戻し操舵状態においてステアリングホイールからの手放し等により操舵トルクが急減した場合にモータ出力が急減するのを防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、戻し操舵時におけるステアリングホイールの収斂性を向上し、制御の安定性を向上し、さらに、切り込み操舵時における操舵フィーリングを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示す本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を車両の舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態においては、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。
【００１１】
操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態のモータ１０は３相ブラシレスモータとされている。モータ１０の出力シャフトの回転は減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達される。これにより操舵補助力は、ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する。
【００１２】
モータ１０は制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクτを検出するトルクセンサ２２、ステアリングホイール２の回転角度に対応する操舵角度θh を検出する舵角センサ２３、車速νを検出する車速センサ２４が接続される。
【００１３】
図２は、制御装置２０の構成を表すブロック線図であり、位相制御部３０を有する。位相制御部３０は、検出操舵トルクτに対応する信号であるトルクセンサ２２の出力信号の位相を制御する。本実施形態の位相制御部３０の伝達関数Ｇ１（ｓ）は、ｓをラプラス演算子、Ｔ1 を時定数、ａ（０＜ａ≦１）を係数として以下により表される。
Ｇ１（ｓ）＝（１＋ａＴ1 ｓ）／（１＋Ｔ1 ｓ）
その係数ａは第１係数設定部４１において設定される。
【００１４】
位相制御部３０により位相制御された信号はローパスフィルタ３１により不要な高周波成分を除去された後に演算部３２に入力される。操舵トルクτと車速νと基本アシスト電流Ｉo との対応関係を表すアシスト特性が、例えばテーブルや演算式として制御装置２０に記憶される。演算部３２において、そのアシスト特性に基づき検出操舵トルクτと検出車速νから基本アシスト電流Ｉo が演算される。本実施形態における操舵トルクτと車速νと基本アシスト電流Ｉo との対応関係は、図３に示すように、車速νが一定であれば操舵トルクτの大きさが大きくなる程に基本アシスト電流Ｉo の大きさが大きくなり、操舵トルクτが一定であれば車速νが減少する程に基本アシスト電流Ｉo の大きさが大きくなる。操舵トルクτと基本アシスト電流Ｉo の正負の符号は、左右一方への操舵状態にある時に正、他方への操舵状態にある時に負とされる。基本アシスト電流Ｉo が基本アシストトルクτo に対応する。
【００１５】
また、トルクセンサ２２の出力信号は微分要素３３に入力される。微分要素３３は検出操舵トルクτの変化速度（ｄτ／ｄｔ）の演算手段として機能し、その変化速度ｄτ／ｄｔに対応する信号は、一次遅れ要素３４、ローパスフィルタ３５を介して演算部３６に入力される。ローパスフィルタ３５により変化速度ｄτ／ｄｔに対応する信号から不要な高周波成分が除去される。演算部３６において、検出操舵トルクτの変化速度に逆相関する付加アシスト電流Ｉa が演算される。図２における演算部３６に示すように、左右一方への操舵状態にある時の操舵トルクτの変化速度は正で付加アシスト電流Ｉa は負とされ、左右他方への操舵状態にある時の操舵トルクτの変化速度は負で付加アシスト電流Ｉa は正とされる。
【００１６】
さらに、トルクセンサ２２の出力信号は操舵状態判定部４０に入力される。操舵状態判定部４０は、ステアリングホイール２が直進操舵位置に向かい操舵される戻し操舵状態か、直進操舵位置から離れる方向に向かい操舵される切り込み操舵状態かを判断する。本実施形態の操舵状態判定部４０は、右操舵状態にある時と左操舵状態にある時とで互いに逆とされる操舵トルクτの正負の符号と、ステアリングホイール２の右回転時と左回転時とで互いに逆とされる操舵角速度ωh の正負の符号とを比較し、両者が一致する場合は切り込み操舵状態と判断し、一致しない場合は戻し操舵状態と判断する。その判断結果に対応する操舵状態判定信号ｘが、第１係数設定部４１、開閉信号出力部４３および出力制御部６０に入力される。なお、操舵角速度ωh は、舵角センサ２３による検出操舵角度θh を図外微分器により微分することで求められる。
【００１７】
開閉信号出力部４３は乗算部４５に、切り込み操舵状態である時は１に対応する信号を出力し、戻し操舵状態である時は零に対応する信号を出力する。乗算部４５において、付加アシスト電流Ｉa に開閉信号出力部４３の出力信号を乗じた値が演算される。乗算部４５において求められた値と基本アシスト電流Ｉo との和が加算部４６において目標駆動電流Ｉ* として演算される。本実施形態では目標駆動電流Ｉ* がモータ１０の目標出力値に対応する。これにより制御装置２０は、操舵トルクτとモータ１０の目標駆動電流Ｉ* との対応関係を記憶する手段と、この記憶した対応関係と検出操舵トルクτとに基づき目標駆動電流Ｉ* を演算する手段を構成する。乗算部４５において求められる値は、切り込み操舵状態である時は付加アシスト電流Ｉa に対応し、戻し操舵状態である時は零である。よって、切り込み操舵状態においては基本アシスト電流Ｉo と付加アシスト電流Ｉa の和が目標駆動電流Ｉ* となり、戻し操舵状態において基本アシスト電流Ｉo が目標駆動電流Ｉ* となる。付加アシスト電流Ｉa は検出操舵トルクτの変化速度に逆相関するので、切り込み操舵状態においては、検出操舵トルクτの変化速度の大きさの増大により目標駆動電流Ｉ* の大きさが低減される。戻し操舵状態においては、検出操舵トルクτの変化速度の大きさに目標駆動電流Ｉ* の大きさが相関しないものとされている。
【００１８】
第１係数設定部４１により設定される位相制御部３０の伝達関数Ｇ１（ｓ）における係数ａは、操舵状態判定部４０による判断結果に応じて変更される。すなわち、図４は第１係数設定部４１の構成を表すブロック線図であり、操舵状態判定信号ｘは符号設定部５０に入力される。符号設定部５０は操舵角速度ωh の符号を、切り込み操舵状態である時は正に設定し、戻し操舵状態である時は負に設定する。すなわち、符号設定部５０に入力される前の操舵角速度ωh の符号はステアリングホイール２の回転方向に応じて定まるが、符号設定部５０から出力される操舵角速度ωh の符号は戻し操舵状態であるか切り込み操舵状態であるかに応じて定まる。
【００１９】
符号設定部５０から出力される操舵角速度ωh の値に対応するゲインＫ1 が演算部５２において演算される。ゲインＫ1 と操舵角速度ωh との関係は予め定められて制御装置２０に記憶される。本実施形態においては、図４における演算部５２に示すように、ゲインＫ1 は操舵角速度ωh に逆相関するものとされる。これによりゲインＫ1 は、零以上とされ、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態におけるよりも大きくされ、切り込み操舵状態においては操舵角速度ωh の大きさが大きくなると小さくなり、操舵角速度ωh の大きさが一定以上では一定の最小値になり、戻し操舵状態においては操舵角速度ωh の大きさが大きくなると大きくなり、操舵角速度ωh の大きさが一定以上では一定の最大値になる。例えば、ゲインＫ1 の最小値は０、最大値は１とされる。演算部５２から出力されるゲインＫ1 に対応する信号はローパスフィルタ５３により不要な高周波成分を除去された後に係数演算部５４に入力される。
【００２０】
第１係数設定部４１の演算部５５においては、車速νに対応するゲインＫ2 が演算される。ゲインＫ2 と車速νとの関係は予め定められて制御装置２０に記憶される。本実施形態におけるゲインＫ2 は、図４における演算部５５に示すように、零以上とされ、車速νが大きくなると大きくなり、車速νが一定以上では一定の最大値になるものとされる。例えば、ゲインＫ2 の最小値は０．５、最大値は１とされる。演算部５５から出力されるゲインＫ2 に対応する信号は係数演算部５４に入力される。
【００２１】
第１係数設定部４１の演算部５６においては、検出操舵トルクτと検出車速νに対応するアシスト勾配Ｒが演算される。ここで、操舵トルクτに対する基本アシストトルクτo の変化率（ｄτo ／ｄτ）がアシスト勾配Ｒとされ、操舵トルクτと基本アシストトルクτo と車速νとの対応関係が制御装置２０に記憶される。その記憶した関係と検出操舵トルクτと検出車速νとからアシスト勾配Ｒが演算される。本実施形態においては、図４における演算部５６に示すように、操舵トルクτの大きさが大きくなるとアシスト勾配Ｒが大きくなり、車速νが減少するとアシスト勾配Ｒが大きくなる特性を有する。演算部５６から出力されるアシスト勾配Ｒに対応する信号は演算部５７に入力される。
【００２２】
第１係数設定部４１の演算部５７においては、アシスト勾配Ｒに対応するパラメータａ1 が演算される。パラメータａ1 とアシスト勾配Ｒとの関係は予め定められて制御装置２０に記憶される。本実施形態においては、図４における演算部５７に示すように、パラメータａ1 は、零以上とされ、アシスト勾配Ｒが一定値以下では一定の最大値とされ、一定値を超えると最小値（＝ａ2 ）まで漸次小さくなる。例えば、パラメータａ1 は最大値が１、最小値が０．３とされ、停車状態での据え切り操舵時に最小値ａ2 になる。演算部５７から出力されるパラメータａ1 に対応する信号は係数演算部５４に入力される。
【００２３】
係数演算部５４において、ゲインＫ1 、Ｋ2 およびパラメータａ1 、ａ2 に対応する係数ａが演算される。本実施形態では、係数ａの演算式は以下の通りとされる。
ａ＝ａ1 ＋（ａ2 −ａ1 ）Ｋ1 Ｋ2 
アシスト勾配Ｒに逆相関するａ1 、操舵角速度ωh に逆相関するＫ1 、車速νに相関するゲインＫ2 は、それぞれ１以下０以上であり、ゲインＫ1 は戻し操舵状態においては切り込み操舵状態におけるよりも大きく、ａ1 の最小値はａ2 であるからａ1 ≧ａ2 である。よって係数ａは、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態におけるよりも小さくなり、戻し操舵状態で操舵角速度ωh の大きさが大きくなると小さくなり、切り込み操舵状態で操舵角速度ωh の大きさが大きくなると大きくなり、車速νが大きくなると小さくなり、アシスト勾配Ｒが大きくなると大きくなる特性を有する。
【００２４】
係数ａに対応する信号がローパスフィルタ５８を介して位相制御部３０に入力されることで、伝達関数Ｇ１（ｓ）の係数ａが設定される。なお、ローパスフィルタ５８は、アシスト勾配Ｒが操舵トルクτの増加により増加し、一方、アシスト勾配Ｒに対応するパラメータａ1 は操舵トルクτの増加により減少することから、係数ａに対応する信号の高周波成分を発散防止のために除去する。
【００２５】
図５は、トルクセンサ２２の入力に対する出力の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２の入力に対する出力の振幅比（ゲイン）を示す。図５において、位相制御部３０の伝達関数Ｇ１（ｓ）の係数ａが１の場合の特性を実線、係数ａが１未満の場合の特性を破線で示す。ここで、ωa ＝１／（２πＴ1 ）、ωb ＝１／（２πａＴ1 ）、ωc はローパスフィルタ３１のカットオフ周波数である。係数ａは、車速νやアシスト勾配Ｒ等の他の条件に相違がなければ、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態におけるよりも小さくなるので、トルクセンサ２２の入力に対する出力の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされる。すなわち、検出操舵トルクτの変化に対する目標駆動電流Ｉ* の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、操舵状態判定部４０による判断結果に応じて位相制御部３０による位相制御特性が変更される。また、係数ａは、車速νや操舵状態等の他の条件に相違がなければ、アシスト勾配Ｒが大きくなると大きくなるので、トルクセンサ２２の入力に対する出力の周波数応答特性において、アシスト勾配Ｒが増加すると増加前に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされる。すなわち、検出操舵トルクτの変化に対する目標駆動電流Ｉ* の変化の応答が、アシスト勾配Ｒが増加すると増加前に比べて低下するように、アシスト勾配Ｒに応じて位相制御部３０による位相制御特性が変更される。
【００２６】
目標駆動電流Ｉ* に対応する信号はモータ１０の出力制御部６０に入力される。出力制御部６０は、図６のブロック線図に示すように、ｄｑ軸目標電流演算部６１、ｄｑ軸実電流演算部６２、印加電圧演算部６３、電流検出部６４、回転位置検出部６５、モータドライバ６６を備える。
【００２７】
ｄｑ軸目標電流演算部６１は、モータ１０におけるロータの有する界磁の磁束方向に沿う軸をｄ軸、ｄ軸とロータの回転軸とに直交する軸をｑ軸として、ｄ軸方向の磁界を生成するｄ軸目標電流Ｉd * とｑ軸方向の磁界を生成するｑ軸目標電流Ｉq * を、演算された目標駆動電流Ｉ* に対応する値として演算する。例えば、目標駆動電流Ｉ* とｄ軸目標電流Ｉd * との関係を示す関数Ｆd 、および目標駆動電流Ｉ* とｑ軸目標電流Ｉq * との関係を示す関数Ｆq が予め定められて制御装置２０に記憶され、関数Ｆd 、Ｆq と演算された目標駆動電流Ｉ* からｄ軸目標電流Ｉd * とｑ軸目標電流Ｉq * が演算される。関数Ｆd 、Ｆq は公知のものを用いることができる。
【００２８】
ｄｑ軸実電流演算部６２は、ｄ軸方向の磁界を生成するｄ軸実電流Ｉd とｑ軸方向の磁界を生成するｑ軸実電流Ｉq を、電流検出部６４により検出される実電流ＩU 、ＩV 、ＩW と回転位置検出部６５により検出される回転位置θ0 に基づき演算する。電流検出部６４は、モータ１０におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイルを流れる実電流ＩU 、ＩV 、ＩW を、モータ１０の実出力値として検出する手段を構成する。回転位置検出部６５は、モータ１０のステータにおける予め定めた基準位置に対するロータの回転角度を、モータ１０に取り付けたレゾルバ、エンコーダ等の回転角センサ６５ａからの信号に基づき回転位置θ0 として検出する。ｄｑ軸実電流演算部６２での演算は公知の演算式を用いることができる。
【００２９】
印加電圧演算部６３は、ｄ軸目標電流Ｉd * 、ｑ軸目標電流Ｉq * 、ｄ軸実電流Ｉd 、ｑ軸実電流Ｉq および検出回転位置θ0 に基づき、コイルへの印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * を演算する。すなわち、ｄ軸目標電流Ｉd * とｄ軸実電流Ｉd の偏差を偏差演算部７０で求め、その偏差のＰＩ（比例積分）制御演算をｄ軸ＰＩ制御演算部７１において行うことでｄ軸目標電圧ｖd * を求める。ｑ軸目標電流Ｉq * とｑ軸実電流Ｉq の偏差を偏差演算部７２で求め、その偏差のＰＩ制御演算をｑ軸ＰＩ制御演算部７３において行うことでｑ軸目標電圧ｖq * を求める。ｄ軸目標電圧ｖd * 、ｑ軸目標電圧ｖq * および検出回転位置θ0 から、モータ１０の出力指令値として印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * を３相電圧演算部７４において演算する。３相電圧演算部７４での演算は公知の演算式を用いることができる。これにより、モータ１０の目標出力値である目標駆動電流Ｉ* に対応するｄｑ軸目標電流Ｉd * 、Ｉq * と実出力値に対応するｄｑ軸実電流Ｉd 、Ｉq との偏差は、モータ１０の出力指令値である印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * に対応する。
【００３０】
モータドライバ６６は、例えばＰＷＭ制御により、演算された印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * をモータ１０のコイルへ印加することでモータ１０を駆動する。これにより出力制御部６０は、ＰＩ制御演算を含む演算により出力指令値である印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * を求め、モータ１０の目標出力値である目標駆動電流Ｉ* に対応するｄｑ軸目標電流Ｉd * 、Ｉq * と実出力値に対応するｄｑ軸実電流Ｉd 、Ｉq との偏差が解消されるように、その偏差に対応する印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * を制御する。この制御によりモータ１０は目標駆動電流Ｉ* に応じた操舵補助力を発生する。
【００３１】
図７は、ｄ軸目標電流Ｉd * とｄ軸実電流Ｉd の偏差に基づきｄ軸目標電圧ｖd * を演算するｄ軸ＰＩ制御演算部７１のブロック線図を示す。ｄ軸ＰＩ制御演算部７１は、比例演算要素７１ａ、積分演算要素７１ｂ、加算部７１ｃ、ｄ軸位相補償器７１ｄ、ｄ軸係数設定部７１ｅを有する。本実施形態においては、比例演算要素７１ａのゲインをＫpd、積分演算要素７１ｂのゲインをＫId、ｄ軸位相補償器７１ｄの伝達関数をＧ２（ｓ）として、ｄ軸目標電圧ｖd * は以下の式によりｄ軸目標電流Ｉd * とｄ軸実電流Ｉd の偏差（Ｉd * −Ｉd ）から求められる。
ｖd * ＝（Ｋpd＋ＫId／ｓ）Ｇ２（ｓ）（Ｉd * −Ｉd ）
伝達関数Ｇ２（ｓ）は、Ｔ5 、Ｔ6 を時定数、ａ5 、ａ6 を係数、Ｔ5 ＞Ｔ6 、ａ5 ≦１、ａ6 ≧１として、次式の通りとされる。
Ｇ２（ｓ）＝[(１＋ａ5 Ｔ5 ｓ)(１＋ａ6 Ｔ6 ｓ)]/[( １＋Ｔ5 ｓ)(１＋Ｔ6 ｓ)]
【００３２】
伝達関数Ｇ２（ｓ）の係数ａ5 、ａ6 はｄ軸係数設定部７１ｅにおいて設定される。ｄ軸係数設定部７１ｅに操舵状態判定部４０から操舵状態判定信号ｘが入力され、ｄ軸係数設定部７１ｅにより設定される係数ａ5 、ａ6 は操舵状態判定部４０による判断結果に応じて変更される。すなわち、切り込み操舵状態においてはａ5 ＝ａ6 ＝１とされ、戻し操舵状態においてはａ5 ＜１、ａ6 ＞１とされる。
【００３３】
図８は、比例演算要素７１ａの入力に対する出力の周波数応答特性を表し、横軸がｄ軸目標電流Ｉd * に対応する信号の周波数、縦軸が比例演算要素７１ａの入力に対する出力の振幅比（ゲイン）を示す。図８において、伝達関数Ｇ２（ｓ）の係数がａ5 ＝ａ6 ＝１の場合の特性を実線、ａ5 ＜１、ａ6 ＞１の場合の特性を破線で示す。ここで、ω1 ＝１／（２πＴ5 ）、ω2 ＝１／（２πａ5 Ｔ5 ）、ω3 ＝１／（２πａ6 Ｔ6 ）、ω4 ＝１／（２πＴ6 ）である。
【００３４】
図９は、積分演算要素７１ｂの入力に対する出力の周波数応答特性を表し、横軸がｄ軸目標電流Ｉd * に対応する信号の周波数、縦軸が積分演算要素７１ｂの入力に対する出力の振幅比（ゲイン）を示す。図９において、伝達関数Ｇ２（ｓ）の係数がａ5 ＝ａ6 ＝１の場合の特性を実線、ａ5 ＜１、ａ6 ＞１の場合の特性を破線で示す。ここで、ω1 ＝１／（２πＴ5 ）、ω2 ＝１／（２πａ5 Ｔ5 ）、ω3 ＝１／（２πａ6 Ｔ6 ）、ω4 ＝１／（２πＴ6 ）である。
【００３５】
図１０は、ｑ軸目標電流Ｉq * とｑ軸実電流Ｉq の偏差に基づきｑ軸目標電圧ｖq * を演算するｑ軸ＰＩ制御演算部７３のブロック線図を示す。ｑ軸ＰＩ制御演算部７３は、比例演算要素７３ａ、積分演算要素７３ｂ、加算部７３ｃ、ｑ軸位相補償器７３ｄ、ｑ軸係数設定部７３ｅを有する。本実施形態においては、比例演算要素７３ａのゲインをＫpq、積分演算要素７３ｂのゲインをＫIq、ｑ軸位相補償器７３ｄの伝達関数をＧ３（ｓ）として、ｑ軸目標電圧ｖq * は以下の式によりｑ軸目標電流Ｉq * とｑ軸実電流Ｉq の偏差（Ｉq * −Ｉq ）から求められる。
ｖq * ＝（Ｋpq＋ＫIq／ｓ）Ｇ３（ｓ）（Ｉq * −Ｉq ）
伝達関数Ｇ３（ｓ）は、Ｔ7 、Ｔ8 を時定数、ａ7 、ａ8 を係数、Ｔ7 ＞Ｔ8 、ａ7 ≦１、ａ8 ≧１として、次式の通りとされる。
Ｇ３（ｓ）＝[(１＋ａ7 Ｔ7 ｓ)(１＋ａ8 Ｔ8 ｓ)]/[( １＋Ｔ7 ｓ)(１＋Ｔ8 ｓ)]
【００３６】
伝達関数Ｇ３（ｓ）の係数ａ7 、ａ8 はｑ軸係数設定部７３ｅにおいて設定される。ｑ軸係数設定部７３ｅに操舵状態判定部４０から操舵状態判定信号ｘが入力され、ｑ軸係数設定部７３ｅにより設定される係数ａ7 、ａ8 は操舵状態判定部４０による判断結果に応じて変更される。すなわち、切り込み操舵状態においてはａ7 ＝ａ8 ＝１とされ、戻し操舵状態においてはａ7 ＜１、ａ8 ＞１とされる。
【００３７】
図１１は、比例演算要素７３ａの入力に対する出力の周波数応答特性を表し、横軸がｑ軸目標電流Ｉq * に対応する信号の周波数、縦軸が比例演算要素７３ａの入力に対する出力の振幅比（ゲイン）を示す。図１１において、伝達関数Ｇ３（ｓ）の係数がａ7 ＝ａ8 ＝１の場合の特性を実線、ａ7 ＜１、ａ8 ＞１の場合の特性を破線で示す。ここで、ω5 ＝１／（２πＴ7 ）、ω6 ＝１／（２πａ7 Ｔ7 ）、ω7 ＝１／（２πａ8 Ｔ8 ）、ω8 ＝１／（２πＴ8 ）である。
【００３８】
図１２は、積分演算要素７３ｂの入力に対する出力の周波数応答特性を表し、横軸がｑ軸目標電流Ｉq * に対応する信号の周波数、縦軸が積分演算要素７３ｂの入力に対する出力の振幅比（ゲイン）を示す。図１２において、伝達関数Ｇ３（ｓ）の係数がａ7 ＝ａ8 ＝１の場合の特性を実線、ａ7 ＜１、ａ8 ＞１の場合の特性を破線で示す。ここで、ω5 ＝１／（２πＴ7 ）、ω6 ＝１／（２πａ7 Ｔ7 ）、ω7 ＝１／（２πａ8 Ｔ8 ）、ω8 ＝１／（２πＴ8 ）である。
【００３９】
上記のように、伝達関数Ｇ２（ｓ）、Ｇ３（ｓ）の係数ａ5 、ａ6 、ａ7 、ａ8 を、操舵状態判定部４０による判断結果に応じて変更することで、モータ１０の目標出力値に対応するｄｑ軸目標電流Ｉd * 、Ｉq * と実出力値に対応するｄｑ軸実電流Ｉd 、Ｉq との偏差に対する、出力指令値に対応する印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインが小さくされる。すなわち、モータ１０の目標出力値と実出力値との偏差の変化に対する出力指令値の変化の応答が、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて低下するように、操舵状態判定部４０による判断結果に応じて出力制御部６０によるモータ１０の出力制御特性が変更される。ここで、操舵状態判定部４０による判断結果に応じた位相制御部３０による位相制御特性の変更と出力制御部６０による出力制御特性の変更は同調される。
【００４０】
上記実施形態によれば、位相制御部３０による位相制御特性の変更により、トルクセンサ２２による検出操舵トルクτに対応して変化する信号の位相を変化させることで、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて操舵トルクτの変化に対する目標出力値に対応する目標駆動電流Ｉ* の変化の応答を低下させている。これにより、戻し操舵時に切り込み方向への操舵トルクτが急激に減少しても、操舵補助力を発生するモータ１０の出力の急激な減少を抑制できる。よって、戻し操舵時に切り込み操舵方向に作用する操舵補助力が急激に変化することはなく、ステアリングホイール２の収斂性を向上できる。この際、トルクセンサ２２の入力に対する出力の周波数応答特性において、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることで、戻し操舵時に実際の操舵トルクが急減しても目標駆動電流Ｉ* が急減するのを抑制し、操舵トルクτの変化に対する目標駆動電流Ｉ* の変化の応答を確実に低下させている。さらに、出力制御部６０による出力制御特性を、位相制御部３０による位相制御特性の変更に同調して変更することで、モータ１０の目標出力値に対応するｄｑ軸目標電流Ｉd * 、Ｉq * と実出力値に対応するｄｑ軸実電流Ｉd 、Ｉq との偏差の変化に対する出力指令値に対応する印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * の変化の応答を、操舵トルクτの変化に対する目標駆動電流Ｉ* の変化の応答の低下に同調して低下させることができる。これにより、戻し操舵時にモータ１０の出力が急激に減少するのをより確実に抑制できる。この際、その偏差に対する出力指令値の周波数応答特性において、戻し操舵状態においては切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすることで、戻し操舵時に切り込み方向への操舵トルクτが急激に減少しても、モータ１０の出力の急激な減少を確実に抑制できる。さらに、トルクセンサ２２の入力に対する出力の周波数応答特性において、アシスト勾配Ｒが増加すると増加前に比べて高周波数帯域でゲインを小さくしているので、アシスト勾配Ｒが増加した時に制御の安定性を向上することができる。しかも、切り込み操舵状態においては基本アシスト電流Ｉo と検出操舵トルクτの変化速度に逆相関する付加アシスト電流Ｉa の和が目標駆動電流Ｉ* となるので、切り込み操舵状態において急操舵したような場合にモータ１０の出力が過大になるのを抑制して操舵フィーリングを向上でき、且つ、戻し操舵状態においては基本アシスト電流Ｉo が目標駆動電流Ｉ* となるので、戻し操舵状態においてステアリングホイール２からの手放し等により操舵トルクτが急減した場合にモータ１０の出力が急減するのを防止できる。
【００４１】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、トルクセンサ２２と演算部３２との間に配置される位相制御部３０に代えて、演算部３２と加算部４６との間に配置される位相制御部により基本アシスト電流Ｉo に対応する信号の位相を制御してもよい。すなわち、位相制御部はトルクセンサの出力信号を直接に制御するものに限定されず、基本アシスト電流Ｉo のような検出操舵トルクに対応する信号の位相を制御するものでもよい。また、操舵トルクとモータの目標出力値との対応関係は適正な操舵補助力を付与できれば特に限定されず、例えば、操舵角度に応じてモータの目標出力値が変化するものでもよい。また、モータの目標出力値と実出力値との偏差と出力指令値との関係は、その偏差が解消されるように出力指令値に応じてモータの出力を制御できれば特に限定されず、例えば、上記実施形態におけるｄｑ軸目標電流Ｉd * 、Ｉq * に代えてモータ１０のＵＶＷ各相に対応する目標電流ＩU * 、ＩV * 、ＩW * を目標駆動電流Ｉ* と検出回転位置θ0 から求め、目標電流ＩU * 、ＩV * 、ＩW * とＵＶＷ各相それぞれのコイルの実電流ＩU 、ＩV 、ＩW との偏差（ＩU * −ＩU ）、（ＩV * −ＩV ）、（ＩW * −ＩW ）のＰＩ制御演算を行うことで、モータ１０の出力指令値として印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * を求めてもよい。この場合、偏差（ＩU * −ＩU ）、（ＩV * −ＩV ）、（ＩW * −ＩW ）に対する印加電圧ｖU * 、ｖV * 、ｖW * の周波数応答特性において、戻し操舵状態では切り込み操舵状態に比べて高周波数帯域でゲインを小さくすればよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば実施形態に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の構成を表すブロック線図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵トルクと基本アシスト電流と車速との間の関係を示す図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における第１係数設定部の構成を表すブロック線図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサの入力に対する出力の周波数応答特性を表す図
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における出力制御部を表すブロック線図
【図７】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｄ軸ＰＩ制御演算部を表すブロック線図
【図８】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｄ軸ＰＩ制御演算部の比例演算要素の入力に対する出力の周波数応答特性を表す図
【図９】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｄ軸ＰＩ制御演算部の積分演算要素の入力に対する出力の周波数応答特性を表す図
【図１０】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｑ軸ＰＩ制御演算部を表すブロック線図
【図１１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｑ軸ＰＩ制御演算部の比例演算要素の入力に対する出力の周波数応答特性を表す図
【図１２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるｑ軸ＰＩ制御演算部の積分演算要素の入力に対する出力の周波数応答特性を表す図
【符号の説明】
【００４３】
１  電動パワーステアリング装置
２  ステアリングホイール
１０  モータ
２０  制御装置
２２  トルクセンサ
３０  位相制御部
４０  操舵状態判定部
６０  出力制御部
６４  電流検出部
７１  ｄ軸ＰＩ制御演算部
７３  ｑ軸ＰＩ制御演算部
【図１】
0004737402.tif 000002
【図２】
0004737402.tif 000003
【図３】
0004737402.tif 000004
【図４】
0004737402.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004737402.tif 000007
【図７】
0004737402.tif 000008
【図８】
0004737402.tif 000009
【図９】
0004737402.tif 000010
【図１０】
0004737402.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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