(57)【要約】【課題】  位相補償器によって据え切り時の振動を抑えると、位相遅れによって走行中における操舵フィーリングのフワフワ感が生じる。【解決手段】  操舵トルクに応じた操舵補助力を電動モータ６によって発生させる電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、トルクセンサ３の出力から前記電動モータ６の制御目標値を生成する際に作用する位相補償手段１５ａ，１５ｂと、操舵が車両走行中に行われた場合と、据え切りの場合と、における前記位相補償手段の特性を異ならせる手段１５ｃと、を備えている。【選択図】      図４
2005104403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクに応じた操舵補助力を電動モータによって発生させる電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
トルクセンサの出力から前記電動モータの制御目標値を生成する際に作用する位相補償手段と、
操舵が車両走行中に行われた場合と、据え切りの場合と、における前記位相補償手段の特性を異ならせる手段と、
を備えてい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】
前記位相補償手段として、車両走行中用の第１位相補償器と、据え切り用の第２位相補償器と、をそれぞれ備え、
車両が走行している場合には前記第１位相補償器を介して制御目標値が生成され、据え切りの場合には前記第２位相補償器を介して制御目標値が生成されるように各位相補償器を切り替える手段を備えてい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。
【請求項３】
前記位相補償手段は、下記の式の伝達関数ＧＣ（ｓ）で表されるものであり、当該伝達関数ＧＣ（ｓ）のパラメータζ２及びω２は、当該電動パワーステアリング装置のトルク開ループ伝達関数のゲイン特性において機械系固有振動と前記モータの逆起電力とに基づき表れるピークを低減又は打ち消すような値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
ＧＣ（ｓ）＝（ｓ２＋２ζ２ω２ｓ＋ω２２）／（ｓ２＋２ζ１ω１ｓ＋ω１２）
ここで、ζ１は、補償後の減衰係数、ζ２は被補償系の減衰係数、ω１は補償後の自然角周波数、ω２は被補償系の自然角周波数で、前記ＧＣ（ｓ）のパラメータである。
【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】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール；操舵部材）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置では、典型的には比例積分器により、トルクセンサからのトルク検出信号が示す操舵トルクに基づき設定される目標の電流が電動モータに流れるように電流制御（フィードバック制御）が行われる。
【０００３】
この比例積分器の比例ゲインおよび積分ゲイン（以下、ＰＩゲインという）の値は、システム全体の応答性を上げるためには高い方が望ましい。しかし、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクの検出のためにステアリングシャフトに介装されるトーションバーをバネ要素とし電動モータを慣性要素とする機械的な共振系を含んでいるため、上記ＰＩゲインの値を高くしすぎると、その共振系の共振周波数すなわち電動パワーステアリング装置における機械系固有振動周波数の近傍（具体的には１０〜２５Ｈｚ近傍）でシステムが不安定（振動的）となりやすくなる。
【０００４】
したがって従来では、ＰＩゲインの値はあまり高く設定することなくシステム全体の応答性を犠牲にしてシステムを安定化し、さらに実用周波数帯域における位相特性を改善するために、位相補償器が設けられている。具体的には、トルクセンサからのトルク検出信号が位相補償器に与えられ、位相補償器によりトルク検出信号の位相が進められることにより実用周波数帯域におけるシステム全体の応答性が向上する。
【０００５】
ここで、位相補償器は、システムが振動系にならないように、共振周波数におけるゲインを低下させるように特性が設定される。したがって、位相補償器の特性を設定する際には、ゲインの高い据え切りアシスト特性に合わせて共振周波数における減衰を高くする必要がある。しかし、位相補償器の特性として、共振周波数における減衰を高くすると、共振周波数を中心として広い周波数域において減衰が高くなり、必然的に低周波域での減衰が高くなり、低周波域での位相遅れが大きくなる。
【０００６】
減衰の高い位相補償器を採用することにより据え切り時の振動の発生は防止できるが、逆に走行中においては、低周波域での位相遅れが大きいためハンドル中立付近の低負荷領域で操舵フィーリングが鈍りフワフワした感じが生じ、特に車速が高くなったときに顕著となる。しかも、この問題は、摩擦を低減した高効率の電動パワーステアリング装置では一層顕著になる。
【０００７】
特許文献１には、ソフトウェアで構成したソフト位相補償手段を備えた電動パワーステアリング装置が記載されている。この位相補償手段は、車速をパラメータにして、高速、中速、低速のときの位相補償手段の特性を異ならせたものである。しかし、特許文献１のものは、単に車速に応じて特性を異ならせているだけで、据え切りと走行中とを区別しておらず、位相補償器の特性を据え切りアシスト特性に合わせたときの上記問題を解消していない。
【特許文献１】特開平８−９１２３６号公報（段落００４４，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題の１つは、位相補償器によって据え切り時の振動を抑えると、位相遅れによって走行中における操舵フィーリングのフワフワ感が生じることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、操舵トルクに応じた操舵補助力を電動モータによって発生させる電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサと、
トルクセンサの出力から前記電動モータの制御目標値を生成する際に作用する位相補償手段と、操舵が車両走行中に行われた場合と、据え切りの場合と、における前記位相補償手段の特性を異ならせる手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
据え切りと走行中の操舵とを区別して、これらの場合における位相補償手段の特性を異ならせることで、据え切り用の特性として振動が発生しないように走行中の特性よりも低周波域における減衰を比較的高くしても、走行中の操舵用の特性として低周波域における減衰を比較的小さくすることができ、走行中における操舵のフワフワ感を低減できる。
【００１１】
また、前記位相補償手段として、車両走行中用の第１位相補償器と、据え切り用の第２位相補償器と、をそれぞれ備え、車両が走行している場合には前記第１位相補償器を介して制御目標値が生成され、据え切りの場合には前記第２位相補償器を介して制御目標値が生成されるように各位相補償器を切り替える手段を備えているのが好ましい。走行中操舵と据え切りとで位相補償器を切り替えることで、簡単に、適切な操舵フィーリングが得られる。
【００１２】
前記位相補償手段は、下記の式の伝達関数Ｇｃ（ｓ）で表されるものであり、当該伝達関数Ｇｃ（ｓ）のパラメータζ２及びω２は、当該電動パワーステアリング装置のトルク開ループ伝達関数のゲイン特性において機械系固有振動と前記モータの逆起電力とに基づき表れるピークを低減又は打ち消すような値に設定されているのが好ましい。
ＧＣ（ｓ）＝（ｓ２＋２ζ２ω２ｓ＋ω２２）／（ｓ２＋２ζ１ω１ｓ＋ω１２）
ここで、ζ１は、補償後の減衰係数、ζ２は被補償系の減衰係数、ω１は補償後の自然角周波数、ω２は被補償系の自然角周波数で、前記ＧＣ（ｓ）のパラメータである。
【００１３】
上記の場合、トルク開ループ伝達関数のゲイン特性において機械系固有振動とモータの逆起電力とに基づき現れるピークが位相補償手段によって低減または打ち消されることで、安定性を確保しつつ応答性を改善することが可能となる。なお、当該位相補償手段の入出力定常ゲインを１とすべく、下記式のように、ＧＣ（ｓ）においてゲイン補正係数としてω１２／ω２２を乗じた形態をとることもできる。
ＧＣ（ｓ）＝ω１２（ｓ２＋２ζ２ω２ｓ＋ω２２）／｛ω２２（ｓ２＋２ζ１ω１ｓ＋ω１２）｝
【００１４】
さらに、位相補償手段の前記伝達関数ＧＣ（ｓ）のパラメータζ１及びζ２は、下記の式を満たすように設定されているのが好ましい。
２−１／２≦ζ１≦１
０＜ζ２＜２−１／２
この場合、被補償系の減衰係数となるべきパラメータζ２が０＜ζ２＜２−１／２から選定されるので、十分な位相補償を行うことができ、補償後の減衰係数となるべきパラメータζ１が２−１／２≦ζ１≦１の範囲から選定されるので、位相補償により安定性を確保しつつ応答性を改善することができる。
【００１５】
前記位相補償手段の伝達関数ＧＣ（ｓ）のパラメータω１およびω２は、下記の式を満たし、かつ、前記トルク開ループ伝達関数のゲイン特性における前記ピークの周波数をｆＰとしたときに共に２π×ｆＰ近傍の値となるように設定されているのが好ましい。
ω１＝ω２
【００１６】
ω１＝ω２とすることで、位相補償の設計パラメータが１つ削減され、かつ補償後の自然角周波数となるべきパラメータω１が２π×ｆＰ近傍の値となることで機械系固有振動による不安定化が防止されるので、位相補償の設計を簡易化しつつ制御系の更なる安定化を図ると共に応答性を改善することができる。
【００１７】
前記位相補償手段の伝達関数ＧＣ（ｓ）のパラメータω１は、下記の式を満たすように設定されているのが好ましい。
ω１＜ωｍ
ここで、ωｍは、前記機械系固有振動の角周波数である。
補償後の自然角周波数となるべきパラメータω１が機械系固有振動の角周波数ωｍよりも小さいので、機械系の固有振動による制御系の不安定化が防止され、より確実に安定を保持しつつ応答性を改善することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、走行中操舵用と据え切り用の位相補償手段の特性が異なるため、位相補償手段の特性を据え切り時にあわせて振動が発生しないようにしても、走行時には異なる特性により、操舵フィーリングのフワフワ感を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
まず、位相補償設計のための基礎的検討について説明する。
電動パワーステアリング装置の制御設計における位相補償に関する記述の従来技術は、機械的な共振周波数である機械系固有振動周波数のピーク（以下「機械系ピーク」という）を補償するものとして提案されているが、これにはモータによる逆起電力の影響が考慮されていない。すなわち、電動パワーステアリング装置のシステムとしてのゲイン特性すなわちトルク開ループ伝達関数のゲイン特性におけるピーク（以下「システムピーク」という）が機械系のピークであるとみなされていた。しかし、下記のシミュレーションを行った結果、モータにおける逆起電力がシステムの特性に与えている影響は大きいものであり、機械系ピークとシステム全体のピーク（システムピーク）とは別の周波数であることが判明した。
【００２０】
このことについて図１を参照しつつ説明する。なお、トルク開ループ伝達関数とは、モータが発生すべきトルクの目標値を入力とし、舵角を（例えばハンドルを中立位置に）固定した状態でモータが実際に発生するトルク（以下「モータトルク」という）を出力とする伝達関数をいう。そして、モータが発生すべきトルクの目標値は電流制御系における電流目標値に対応し、モータトルクはモータに実際に流れる電流に対応するので、トルク開ループ伝達関数は、舵角を固定した状態の電動パワーステアリング装置において電流目標値を入力とし実際にモータに流れる電流を出力とする伝達関数に相当する。
【００２１】
図１は、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置のトルク開ループ伝達関数のボード線図（ゲイン特性図および位相特性図）をシミュレーション（数値実験）により求めたものであって、同モータｄ軸およびｑ軸電流制御系において非干渉化をおこなった場合と非干渉化をおこなわなかった場合とについてのボード線図を示している。非干渉化をおこなうことにより、逆起電力による影響を取り除き、機械系の特性を得ることができる。なお、このシミュレーションの際の条件は下記の通りである。
【００２２】
モータ出力側の慣性：    Ｉｍ＝７．８９×１０−５［Ｎ・ｍ・ｓ２／ｒａｄ］
モータ出力側の粘性：    Ｃｍ＝１．３９×１０−３［Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ］
減速器の減速比：        ｎ＝９．７
トーションバーの弾性：  Ｋ＝１６２．９５［Ｎ・ｍ／ｒａｄ］
モータのトルク定数：    ＫＴ＝５．１２×１０−２［Ｎ・ｍ／Ａ］
モータのインダクタンス：Ｌ＝９．２×１０−５［Ｈ］
モータの抵抗：          Ｒ＝６．１×１０−２[Ω]
モータの極対数：        Ｐ＝４
逆起電力定数：          φｆｐ＝４．９３×１０−２［Ｖ・ｓ／ｒａｄ]
ＰＩ制御部の比例ゲイン：Ｋｐ＝Ｌ×（２π×７５）
ＰＩ制御部の積分ゲイン：Ｋｉ＝Ｒ×（２π×７５）
【００２３】
図１のゲイン特性を示す図に着目する。図１において、曲線ａは非干渉化をおこなっていない場合のゲイン特性を示しており、そのピーク周波数すなわちシステムピークの周波数（以下「システムピーク周波数」または単に「ピーク周波数」といい、記号“ｆｐ”で表すものとする）は約１７Ｈｚである。曲線ｂは非干渉化をおこなった場合のゲイン特性を示しており、ピーク周波数ｆｐは約２２Ｈｚである。また、曲線ｃは弾性・慣性のみのゲイン特性すなわち機械的要素のみのゲイン特性を示しており、このピーク周波数も約２２Ｈｚとなっている。したがって、機械系ピークの周波数（以下「機械系ピーク周波数」といい、記号“ｆｍ”で表すものとする）は約２２Ｈｚであり、システムピークが機械系ピークとは異なる周波数にあることがわかる。
【００２４】
次に、上記電動パワーステアリング装置において位相補償を行った場合のトルク開ループ伝達関数のゲイン特性を示す図２に着目する。図２において、曲線ｄは位相補償なしの場合のゲイン特性を示しており、図１における曲線ａ（非干渉化をおこなっていない場合のゲイン特性を示す曲線）に相当し、曲線ｄが示すゲイン特性におけるピークＰは、前述のとおり、逆起電力の影響を反映したピークである。そして、このピークＰは、機械系ピークＰｍ（これは図１における曲線ｂまたは曲線ｃのピークに相当する）よりも低い周波数にある。
【００２５】
従来は、逆起電力の影響が考慮されていなかったため、上記ピークＰを機械系ピークＰｍとみなし、このピークＰを打ち消すべく位相補償が行われていた。このため、位相補償器の設計によっては、位相補償後も機械系ピークＰｍの影響によってシステム全体が不安定化する（振動的となる）ことがあった。そこで、本実施形態の電動パワーステアリング装置では、逆起電力の影響によってシステム全体のゲインのピークＰが機械系ピークＰｍと異なる点を考慮して位相補償器が設計される。
【００２６】
図３は、電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示している。この電動パワーステアリング装置は、操舵部材としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構（ラックピニオン式ステアリングギヤ）１０４と、を備えている。
【００２７】
ステアリングシャフト１０２が回転すると、その回転はラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。なお、ラックピニオン式ステアリングギヤ１０４における摩擦値はステアリングシャフト周りのトルク換算値で０．６Ｎｍ以下の低い値に抑えられている。
【００２８】
また、電動パワーステアリング装置は、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、操舵補助力を発生させる電動モータ（ブラシレスモータ）６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速機（減速ギヤ）７と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３などからのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５と、を備えている。なお、減速機７における摩擦値は、ステアリングシャフト周りのトルク換算値で０．３Ｎｍ以下、好ましくは０．２Ｎｍ以下の低い値に設定されている。本装置では、主要な摩擦要素であるステアリングギヤ１０４及び減速機７の摩擦値が低く抑えられており、装置全体として低摩擦で高効率のシステムとなっている。ステアリングギヤ１０４の摩擦値と減速機７の摩擦値の総和の具体値としては、１．０Ｎｍ以下が好ましく、さらには０．９Ｎｍ以下が好ましい。
【００２９】
このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において、運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によって検出され、その操舵トルクＴｓの検出値や車速などに基づいてＥＣＵ５によりモータ６が駆動され、操舵補助力が発生する。操舵補助力が減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作による運転者の負担が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓと、モータ６の発生する操舵補助トルクＴａとの和が、出力トルクＴｂとして、ステアリングシャフト１０２に与えられて操舵が行われる。
【００３０】
図４は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置としてのＥＣＵ５を中心とする要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、上記のように電動モータ６を駆動制御するためのＥＣＵ５を備えている。ＥＣＵ５には、ハンドル１００に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ３および車速を検出する車速センサ４の出力信号が与えられている。
【００３１】
ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータがプログラム処理を実行することにより、複数の機能処理部が機能する。複数の機能処理部は、トルクセンサ３の出力信号であるトルク信号に対してフィルタリング処理を行うことにより位相補償を行う位相補償部１５と、この位相補償部１５を通過した後のトルク信号および車速センサ４から出力される車速信号に応じた目標電流を設定する目標電流値設定部１６と、目標電流値設定部１６によって設定された目標電流値に基づいて電動モータ６をフィードバック制御するモータ制御部１７とを含んでいる。
【００３２】
トルクセンサ３は、ハンドル１００の操作によって与えられる操舵トルクＴＳを検出する。すなわち、ステアリングシャフト１０２におけるハンドル側の部分と減速ギヤ７を介して操舵補助トルクＴａの加えられる部分との間にトーションバーが介装されており、トルクセンサ３は、そのトーションバーのねじれを検出することにより操舵トルクＴＳを検出する。このようにして検出された操舵トルクＴＳの検出値は、操舵トルク検出信号（以下、これも符号“ＴＳ”で示すものとする）としてトルクセンサ３から出力されＥＣＵ５内の位相補償部１５に入力される。
【００３３】
位相補償部１５は、この操舵トルク検出信号ＴＳに対して位相補償のためのフィルタリング処理を施し、その処理後の信号を目標電流値設定部１６に出力するものである。この位相補償部１５は、それぞれ特性の異なる第１位相補償器１５ａ及び第２位相補償器１５ｂと、操舵トルク検出信号ＴＳを第１位相補償器１５ａに与えるか第２位相補償器１５ｂに与えるかを切り替える切替器１５ｃと、を備えている。
【００３４】
切替器（位相補償器の特性を異ならせる手段）１５ｃには、車速センサ４からの車速信号Ｖが与えられ、車両が走行中（Ｖ≠０）か据え切り（Ｖ＝０）かによって、位相補償器（位相補償手段）１５ａ，１５ｂを選択する。切替器１５ｃによって、車両が走行中の場合には走行中用である第１位相補償器１５ａが選択され、当該第１位相補償器１５ａに操舵トルク検出信号ＴＳが与えられ、第１位相補償器１５ａの出力が目標電流値設定部１６に与えられる。
一方、据え切りの場合には据え切り用である第２位相補償器１５ｂが選択され、当該第２位相補償器１５ｂに操舵トルク検出信号ＴＳが与えられ、第２位相補償器１５ｂの出力が目標電流値設定部１６に与えられる。
【００３５】
目標電流値設定部１６は、第１位相補償器１５ａ又は第２位相補償器１５ｂによるフィルタリング処理後の信号と、上記車速信号Ｖとに基づき、モータ６に供給すべき電流の目標値を算出し、目標電流値Ｉｔとして出力する。
モータ制御部１７は、目標電流値設定部１６が出力した目標電流値Ｉｔを受け取り、その目標電流値Ｉｔに対し、実際にモータ６に流れる電流値ＩＳが一致するように電流制御を行う。その電流制御としては、例えば、目標電流値Ｉｔと実電流値ＩＳとの偏差が打ち消されるようにモータ６に印加すべき電圧の指令値を算出する比例積分制御が行われる。モータ制御部１７は、その電圧指令値に応じてモータ６に電圧を印加する。
【００３６】
モータ６は、その電圧印加によって流れる電流に応じた操舵補助力としてのトルクＴｍを発生し、このトルクＴｍは、減速ギヤ７を介し操舵補助トルクＴａとしてステアリングシャフト１０２に伝達される。
【００３７】
以下、位相補償部１５について説明する。
電動パワーステアリング装置のシステム全体としての特性を示すトルク開ループ伝達関数の周波数特性は、実用的な周波数帯域においては２次遅れ系の伝達関数で近似できることが知られている。図２は、位相補償をおこなわない場合と位相補償を行った場合のボード線図である。図２においても、２次遅れ系の伝達関数の特徴が表れている。
【００３８】
まず、位相補償をおこなわない場合について説明する。曲線ｄは、位相補償をおこなわない場合のゲイン特性を示しており、この曲線ｄから、システム全体のトルク開ループ伝達関数のゲイン特性のピーク周波数ｆｐは約１７Ｈｚであって、そのときのゲインは約９ｄＢとなっており、安定性が低いことがわかる。また、位相補償をおこなわない場合の特性を示す曲線ｆより、２０Ｈｚ〜３０Ｈｚ付近で位相の遅れが大きくなっていることがわかる。２次遅れ系の伝達関数Ｇ（ｓ）の一般式を次式に示す。
Ｇ（ｓ）＝ωｎ２／（ｓ２＋２ζ２ωｎｓ＋ωｎ２）
ただし、ｓはラプラス演算子、ζ２は減衰係数、ωｎは自然角周波数である。
【００３９】
位相補償器１５ａ，１５ｂの伝達関数ＧＣ（ｓ）は、被補償系を示す上記２次遅れ系の伝達関数Ｇ（ｓ）のゲイン特性におけるピークであるシステムピークＰを打ち消すべく設定されるものであって、本実施形態では次式で与えられる。
ＧＣ（ｓ）＝（ｓ２＋２ζ２ω２ｓ＋ω２２）／（ｓ２＋２ζ１ω１ｓ＋ω１２）
ただし、ｓはラプラス演算子、ζ１は補償後の減衰係数、ζ２は被補償系の減衰係数、ω１は補償後の自然角周波数、ω２は被補償系の自然角周波数である。本実施形態は、所望の周波数特性を有する制御系を実現する上で効果的にパラメータが設定される位相補償器を備えた電動パワーステアリング装置を提供するものである。
【００４０】
ここで、被補償系のゲイン特性においてピークが存在する場合、その伝達関数Ｇ（ｓ）を表す式におけるパラメータζ２がζ２＜２−１／２となることが知られている。したがって、位相補償器の伝達関数ＧＣ（ｓ）を表す式のパラメータζ２を式：２−１／２＜ζ２＜１で示される範囲から選定すると、十分な位相補償をすることができず、その結果、電動パワーステアリング装置が制御系として不安定（振動的な系）になりやすい。
したがって、位相補償器の伝達関数におけるパラメータζ２は式：２−１／２＜ζ２＜１で示される範囲以外から選定すべきである。
【００４１】
また、位相補償器１５による補償後の減衰係数ζ１は、式：０＜ζ１＜２−１／２で表される範囲で選定されると、補償後のゲイン特性においてピークが存在し補償後の制御系が不安定となりやすい。
したがって、位相補償器の伝達関数おけるパラメータζ１は式：０＜ζ１＜２−１／２で示される範囲以外から選定すべきである。
【００４２】
そこで、本実施形態では、伝達関数ＧＣ（ｓ）を有する位相補償器１５ａ，１５ｂのパラメータζ１およびζ２を、下記の式が満たされるように設定する。
２−１／２≦ζ１≦１
０＜ζ２＜２−１／２
このように設定することにより、安定性を確保しつつ応答性を改善することができる。
【００４３】
また、システム全体のピーク周波数ｆｐと機械系ピーク周波数ｆｍとは異なっており、機械系ピーク周波数ｆｍの方がシステムピーク周波数ｆｐよりも高くなっている。そのため、ω１近傍の周波数帯域で不安定（振動的な系）とならないようにするためには、機械系固有振動の角周波数ωｍにおいてゲインが十分に低下している必要がある。ωｍ＜ω１であれば、ωｍにおいてゲインが十分に低下せずω１近傍の周波数帯域で振動的な系となる。したがって、機械系ピークを効果的に補償するために位相補償器のパラメータω１を下記の式が満たされるように設定するのが好ましい。
ωｍ＞ω１
【００４４】
以上のように、ζ１，ζ２，ω１を設定すると、図２において、電動パワーステアリング装置の特性として、曲線ｅで示すようなゲイン特性および曲線ｇで示すような位相特性が得られる。また、図５は、位相補償器の特性を示すボード線図である。これらより、上記設定による位相補償によれば、ゲインのピークの値が大きく低下し、２０Ｈｚ付近での位相の遅れが改善されることがわかる。
【００４５】
以上の位相補償器によれば、位相補償設計の簡易化を図りつつ、制御系の安定性を確保すると共に応答性を向上させて所望の周波数特性のトルク開ループ伝達関数を得ることができる。
【００４６】
続いて、さらに、好適な補償器設計を実現するために、まず、位相補償器の伝達関数ＧＣ（ｓ）におけるω１とω２について検討する。ω１は補償後の自然角周波数、言い換えれば目標の自然角周波数である。ここで、ω１とω２が異なるということは、被補償系の自然角周波数が目標の自然角周波数になっていないということである。電動パワーステアリング装置の制御系における位相補償では、被補償系の自然角周波数と目標の自然角周波数とが同じであることが望ましいので、ω１＝ω２とする。ここで、ωｎ＝ω１＝ω２とおき、以下、これを「補償器自然角周波数」というものとする。そして、システム全体のトルク開ループ伝達関数のゲイン特性におけるピーク周波数ｆｐに対して、補償後の自然角周波数ωｎ＝２π・ｆｐと設定すれば、機械系ピークＰｍの影響によるシステムの不安定化（振動的となること）が回避される。なお、記述のように、機械系ピークＰｍの影響によって振動的な系とならないようにωｍ＞ω１とするのが好ましい。
【００４７】
そこで、より好ましくは、位相補償器の伝達関数のパラメータは、下記の式が満たされるように設定する。
ωｍ＞ω１＝ω２＝ωｎ
ωｎ＝２π・ｆｐ
２−１／２≦ζ１≦１
０＜ζ２＜２−１／２
【００４８】
このように、ω１とω２を同じ値に設定することにより、設計パラメータが１つ削減され、効果的かつ簡単に応答性と安定性を満足させることができる。
また、ωｎ＝２π・ｆｐのｆｐ（以下、これをシステムピーク周波数ｆｐと区別するために記号“ｆｎ”で表し、「補償器自然周波数」という）については、ピーク周波数ｆｐと同一の値でなくてもピーク周波数ｆｐの近傍の値であれば十分に実用的である。したがって、補償器自然角周波数ωｎは次式のように設定できる。
２π×（ｆｐ−α）≦ωｎ≦２π×（ｆｐ＋β）
【００４９】
本実施形態では、車両走行中用である第１位相補償器１５ａも、据え切り用である第２位相補償器１５ｂも、上記式ＧＣ（ｓ）で表される伝達関数を持つ。第１位相補償器１５ａと第２位相補償器１５ｂは、ＧＣ（ｓ）のパラメータの値がお互いに異なるが、その値は、上記範囲で選定されている。
例えば、走行中用の第１位相補償器１５ａのパラメータとして、ωｎ＝２π×２１Ｈｚ，ζ１＝１，ζ２＝０．２を選定した場合、据え切り用の第２位相補償器１５ｂのパラメータとしてωｎ＝２π×２０Ｈｚ，ζ１＝１，ζ２＝０．２を選定して、両位相補償器１５ａ，１５ｂの特性を異ならせることができる。
【００５０】
上記の例の場合、据え切り用の第２位相補償器１５ｂのωｎの値が第１位相補償器１５ｂに比べて小さいので、第２位相補償器１５ｂの減衰のピークは、第１位相補償器１５ｂの減衰ピークに比べて低周波域側となる。この結果、第２位相補償器１５ｂは、低周波域での減衰度が全体的に高くなる。
一方、第１位相補償器１５ａのωｎの値が第２位相補償器１５ａよりも大きいため、走行中においては低周波域での減衰及び位相遅れが比較的小さくなり、操舵フィーリングのフワフワ感が低下する。
【００５１】
第１位相補償器１５ａでは、さらに車速に応じてパラメータの値を異ならせてもよく、例えば、低速時には、パラメータを、ωｎ＝２π×２１Ｈｚ，ζ１＝１，ζ２＝０．２とし、中速以上の時には、パラメータを、ωｎ＝２π×２３Ｈｚ，ζ１＝１，ζ２＝０．３とすることができる。ωｎを大きくすることで、減衰ピークの周波数を高周波域側へずらすことができ、ζ２を大きくすることで減衰度を低くすることができる。これにより、操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００５２】
本実施形態では、位相補償器として第１位相補償器１５ａと第２位相補償器１５ｂをそれぞれ別々に設けて両補償器１５ａ，１５ｂを切替器１５ｃで切り替えているが、２つの位相補償器に代えて単一の位相補償器を設けておき、走行中か据え切りかで位相補償器のＧＣ（ｓ）のパラメータ（ωｎ，ζ１，ζ２）として異なる値が与えられるようにしておいてもよい。
【００５３】
なお、本発明において、位相補償器の伝達関数及びその特性は、上記のものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】電動パワーステアリング装置におけるトルク開ループ伝達関数の特性をシミュレーションにより求めたものであって、非干渉化をおこなった場合と非干渉化をおこなわなかった場合とについてのボード線図である。
【図２】電動パワーステアリング装置において位相補償をおこなわない場合のボード線図、および、位相補償をおこなった場合のボード線図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図４】電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。
【図５】位相補償器のボード線図である。
【符号の説明】
【００５５】
３  トルクセンサ
６  電動モータ
１５  位相補償部
１５ａ  第１位相補償器（位相補償手段）
１５ｂ  第２位相補償器（位相補償手段）
１５ｃ  切替器（特性を異ならせる手段）
【図１】
2005104403.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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