(57)【要約】【課題】位相補償によるトルク信号波形の歪みを抑制し、これによりステアリング機構の振動や異音の発生を防止することができる電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】位相補償定数演算部１５は、車速信号Ｖが表す車速およびトルク信号Ｔが表す操舵トルクに基づいて、トルク信号Ｔに対して適切な位相進み補償および位相遅れ補償が行われるように可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉを設定する。また、ローパスフィルタ処理部１６が設けられていて、位相補償定数演算部１５によって設定される可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉは、ローパスフィルタ処理部１６を通して、位相補償フィルタ演算部１１に与えられるようになっている。【選択図】        図１
2005022468.tif 000002
【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与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルクセンサと、
このトルクセンサが出力するトルク信号に対して位相補償を行う位相補償手段と、
この位相補償手段による位相補償の特性を決定する補償特性定数を設定する補償特性定数設定手段と、
この補償特性定数設定手段によって設定される補償特性定数の変化速度を制限する定数変化速度制限手段と
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】
上記補償特性定数設定手段は、上記トルクセンサが出力するトルク信号に基づいて補償特性定数を設定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。
【請求項３】
上記電動パワーステアリング装置は、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を検出する車速検出手段をさらに含み、
上記補償特性定数設定手段は、上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて補償特性定数を設定するものであることを特徴とする請求項１または２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】
従来から、電動モータの発生トルクをステアリング機構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基づいて駆動制御される。すなわち、電動パワーステアリング装置には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサが備えられており、このトルクセンサが出力するトルク信号に基づいて、電動モータの目標電流値が定められる。そして、その目標電流値に基づいて、電動モータがフィードバック制御され、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】
低速走行時に十分な操舵補助力を確保するとともに、高速走行時には操舵補助の応答性を確保するために、トルクセンサが出力するトルク信号には、位相進みフィルタ処理および位相遅れフィルタ処理を含む位相補償処理が施される（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０８４９０号公報
【特許文献２】
特開平８−９１２３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、走行中にステアリングホイールを切り始めたときの応答性を向上させるために、走行時の位相補償特性のゲインを、停止時における位相補償特性のゲインよりも大きくすることが考えられる。ところが、位相補償特性のゲインを大きくすると、ステアリングホイールに大きな操舵トルクが加えられたときに、トルク信号に大きな位相進みが生じ、また、大きなトルク信号に応じた大きな目標電流値が定められるために、ステアリング機構に振動が生じたり、ステアリング機構から異音が発生したりするという問題が起こる。
【０００６】
この問題を解決するために、本願出願人は、車速だけでなく、位相補償処理の特性をトルクセンサが出力するトルク検出信号、つまり操舵トルクに応じて変更する手法を先に提案している（特願２００２−２６０２９４号）。たとえば、操舵トルクが予め定めるしきい値よりも大きいときには、応答性を下げるような特性に変更することによって、ステアリング機構の振動や異音の発生を低減することができる。
【０００７】
しかしながら、この手法では、ステアリングホイールの切り始めなどに操舵トルクが急激に変化すると、位相補償処理の特性が急激に変化し、その結果、位相補償処理後のトルク信号の波形が歪んでしまうという新たな問題を生じることが判ってきた。とくに、トルク信号波形に歪みを生じた後に、トルク信号が位相進みフィルタや微分フィルタを通過する場合、そのフィルタ処理によってトルク検出信号波形の歪みが増幅され、その歪みが原因でステアリング機構の振動などを生じてしまう。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、位相補償特性の急激な変化によるトルク信号波形の歪みを抑制し、これによりステアリング機構の振動や異音の発生を防止することが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。
【０００９】
【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）に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出してトルク信号を出力するトルクセンサ（５）と、このトルクセンサが出力するトルク信号に対して位相補償を行う位相補償手段（１１）と、この位相補償手段による位相補償の特性を決定する補償特性定数を設定する補償特性定数設定手段（１５）と、この補償特性定数設定手段によって設定される補償特性定数の変化速度を制限する定数変化速度制限手段（１６）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。
【００１０】
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。
上記の発明によれば、定数変化速度制限手段によって補償特性定数の変化速度が制限されるので、補償特性定数の急激な変化を抑えることができ、補償特性定数が急激に変化することによるトルク信号の歪みを防止することができる。よって、トルク信号の歪みに起因するステアリング機構の振動や異音を発生するおそれがない。
【００１１】
上記補償特性定数は、位相補償手段が位相進みフィルタ処理または位相遅れフィルタ処理などのフィルタ処理である場合、そのフィルタ処理のフィルタ定数に乗じられるゲインであってもよいし、フィルタ定数そのものであってもよい。
請求項２記載の発明は、上記補償特性定数設定手段は、上記トルクセンサが出力するトルク信号に基づいて補償特性定数を設定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。
【００１２】
この発明によれば、操舵トルクに基づいて位相補償手段の特性が変更されるから、操舵トルクが大きいときには、応答性を下げるような特性に変更することによって、ステアリング機構の振動および異音の発生を低減することができる。これにより、とくに操作部材の操作初期（たとえば、ステアリングホイールの切り始め）における操舵フィーリングを向上することができる。
請求項３記載の発明は、上記電動パワーステアリング装置は、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を検出する車速検出手段（６）をさらに含み、上記補償特性定数設定手段は、上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて補償特性定数を設定するものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置である。
【００１３】
この発明によれば、車速に応じて位相補償手段の特性を変更できるから、たとえば、停車時は応答性が低い特性とし、走行時にはそれよりも応答性の高い特性とすることができる。こうすることにより、走行時の操舵フィーリングを向上することができる。
【００１４】
【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。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、図示しないギヤ機構を介して、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。
【００１５】
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（トルク信号）は、コントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
【００１６】
コントローラ１０には、トルクセンサ５からのトルク信号Ｔのほかにも、車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサ６の出力信号（車速信号）Ｖ、および電動モータＭに流れる駆動電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出部７の出力信号も入力されている。
コントローラ１０は、トルクセンサ５が出力するトルク信号Ｔおよび車速センサ６が出力する車速信号Ｖに基づいて目標電流値（電動モータＭに供給すべき電流値）を設定し、この目標電流値に基づいてモータドライバ８を制御する。これにより、電動モータＭに適切な駆動電流が与えられ、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力が電動モータＭからステアリング機構３に与えられることになる。
【００１７】
コントローラ１０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実行する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。この機能処理部には、トルクセンサ５が出力するトルク信号Ｔに対して位相補償処理（フィルタ処理）を施すための位相補償フィルタ演算部１１、ならびに、位相補償処理後のトルク信号Ｔｄｉが表す操舵トルクおよび車速センサ６からの車速信号Ｖが表す車速に基づいて目標電流値を設定する目標電流値設定部１２が含まれている。そして、目標電流値設定部１２が設定する目標電流値とモータ電流検出部７が検出するモータ電流値との偏差が、偏差演算部１３によって求められ、この偏差演算部１３によって求められた偏差に基づいて、モータドライバ８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１４によって生成されるようになっている。
【００１８】
目標電流値設定部１２は、たとえば、位相補償処理後のトルク信号Ｔｄｉが表す操舵トルクについての微小な範囲をトルク不感帯として、このトルク不感帯内の操舵トルクに対しては、目標電流値を零に設定する。一方、トルク不感帯外の操舵トルクに対しては、操舵トルクが大きいほど目標電流値を大きな値に設定する。また、目標電流値設定部１２は、車速信号Ｖが表す車速が小さいほど目標電流値を大きな値に設定する。これにより、位相補償処理後のトルク信号Ｔｄｉが表す操舵トルクが大きいほど、また、車速信号Ｖが表す車速が小さいほど、電動モータＭに大きな駆動電流が流れ、その結果、大きな操舵補助力が電動モータＭから発生される。
【００１９】
コントローラ１０が実質的に有する機能処理部にはさらに、位相補償フィルタ演算部１１による位相補償処理の特性（位相補償特性）を変更するために、トルク信号Ｔが表す操舵トルクおよび車速信号Ｖが表す車速に応じた可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉを設定する位相補償定数演算部１５、ならびに、この位相補償定数演算部１５によって設定される可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉの変更速度を制限するためのローパスフィルタ処理部（ＬＰＦ）１６が含まれている。ローパスフィルタ処理部１６を通過後の可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉが、位相補償フィルタ演算部１１に与えられて、この位相補償フィルタ演算部１１における位相補償特性の可変設定のために用いられる。
【００２０】
位相補償フィルタ演算部１１による位相補償処理には、位相進みフィルタ処理および位相遅れフィルタ処理が含まれる。たとえば、トルクセンサ５からのトルク信号Ｔに対して、位相進みフィルタ処理による位相進み補償が行われた後、その位相進み補償後のトルク信号Ｔｄに対して、位相遅れフィルタ処理による位相遅れ補償が行われる。そして、その位相遅れ補償後のトルク信号Ｔｄｉが、位相補償処理後のトルク信号として位相補償フィルタ演算部１１から出力される。位相進み補償および位相遅れ補償は、それぞれ下記式（１），（２）に従った演算が行われることにより達成される。
【００２１】
【数１】
2005022468.tif 000003
【００２２】
【数２】
2005022468.tif 000004
【００２３】
ただし、Ｋｄ，Ｋｉ：ＤＣゲイン
α：定数（α＞１）
β：定数（β＜１）
Ｔ：時定数
ｓ：ラプラス演算子
位相補償定数演算部１５は、車速信号Ｖが表す車速およびトルク信号Ｔが表す操舵トルクに基づいて、トルク信号Ｔに対して適切な位相進み補償および位相遅れ補償が行われるように可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉを設定する。
【００２４】
可変設定ゲインＧｄは、たとえば、図２（ａ），（ｂ）に示すマップに従って設定される。図２（ａ）は、車速に対するゲイン成分（ゲイン車速成分）Ｇｄｖのマップであり、車速が０〜５ｋｍ／ｈの範囲でゲイン車速成分Ｇｄｖが１〜０．８の範囲で直線的に減少し、車速が５〜３０ｋｍ／ｈの範囲でゲイン車速成分Ｇｄｖが０．８〜０．７の範囲で直線的に減少し、さらに車速が３０ｋｍ／ｈを超える範囲でゲイン車速成分Ｇｄｖが一定値０．７をとるように設定されている。また、図２（ｂ）は、操舵トルクに対するゲイン成分（ゲイントルク成分）Ｇｄｔのマップであり、操舵トルクが０〜２Ｎ・ｍの範囲でゲイントルク成分Ｇｄｔが一定値１をとり、操舵トルクが２〜３Ｎ・ｍの範囲でゲイントルク成分Ｇｄｔが１〜０．８の範囲で直線的に減少し、さらに操舵トルクが３Ｎ・ｍを超える範囲でゲイントルク成分Ｇｄｔが一定値０．８をとるように設定されている。位相補償定数演算部１５では、図２（ａ）に示すマップに従って、車速に応じたゲイン車速成分Ｇｄｖが設定されるとともに、図２（ｂ）に示すマップに従って、操舵トルクに応じたゲイントルク成分Ｇｄｔが設定される。そして、その設定されたゲイン車速成分Ｇｄｖとゲイントルク成分Ｇｄｔとの乗算値Ｇｄｖ・Ｇｄｔが、車速および操舵トルクに対する可変設定ゲインＧｄとして設定される。
【００２５】
また、可変設定ゲインＧｉは、たとえば、図３（ａ），（ｂ）に示すマップに従って設定される。図３（ａ）は、車速に対するゲイン成分（ゲイン車速成分）Ｇｉｖのマップであり、車速が０〜５ｋｍ／ｈの範囲でゲイン車速成分Ｇｉｖが１〜１．７の範囲で直線的に増加し、車速が５〜３０ｋｍ／ｈの範囲でゲイン車速成分Ｇｉｖが１．７〜２．５の範囲で直線的に増加し、さらに車速が３０ｋｍ／ｈを超える範囲でゲイン車速成分Ｇｉｖが一定値２．５をとるように設定されている。また、図３（ｂ）は、操舵トルクに対するゲイン成分（ゲイントルク成分）Ｇｉｔのマップであり、操舵トルクが０〜２Ｎ・ｍの範囲でゲイントルク成分Ｇｉｔが一定値１をとり、操舵トルクが２〜３Ｎ・ｍの範囲でゲイントルク成分Ｇｉｔが１〜０．８の範囲で直線的に減少し、さらに操舵トルクが３Ｎ・ｍを超える範囲でゲイントルク成分Ｇｉｔが一定値０．８をとるように設定されている。位相補償定数演算部１５では、図３（ａ）に示すマップに従って、車速に応じたゲイン車速成分Ｇｉｖが設定されるとともに、図３（ｂ）に示すマップに従って、操舵トルクに応じたゲイントルク成分Ｇｉｔが設定される。そして、その設定されたゲイン車速成分Ｇｉｖとゲイントルク成分Ｇｉｔとの乗算値Ｇｉｖ・Ｇｉｔが、車速および操舵トルクに対する可変設定ゲインＧｉとして設定される。
【００２６】
したがって、位相補償定数演算部１５によって設定される可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉを、それぞれ上記式（１），（２）の演算に用いることにより、低速走行時には十分な操舵補助力を確保することができ、高速走行時には操舵補助の応答性を確保することができる。また、走行中であっても、操舵トルクが大きいときには、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉがそれぞれ小さな値に定められて、位相補償フィルタ演算部１１における位相補償特性全体のゲインが下げられる。これにより、ステアリングホイール１に大きな操舵トルクが加えられたときに、ステアリング機構３に振動や異音が発生するのを効果的に抑制することができる。
【００２７】
ところが、位相補償定数演算部１５によって設定される可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉをそのまま上記（１），（２）の演算に用いた場合、「発明が解決しようとする課題」の項に記載したように、ステアリングホイール１の切り始めなど、ステアリングホイール１に加えられる操舵トルクが急激に変化し、その操舵トルクの変化に応じて可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉが急激に変化したときに、位相補償フィルタ演算部１１における位相補償処理後のトルク信号の波形が歪んでしまう。トルク信号波形に歪みが生じると、その歪みが原因でステアリング機構３の振動などを生じる。
【００２８】
そこで、この実施形態では、ローパスフィルタ処理部１６が設けられていて、位相補償定数演算部１５によって設定される可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉは、ローパスフィルタ処理部１６を通して、位相補償フィルタ演算部１１に与えられるようになっている。ローパスフィルタ処理部１６において、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉにローパスフィルタ処理（１次遅れフィルタ処理）が行われて、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉから高周波的に変化する成分が除去されることにより、ローパスフィルタ処理後の可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉの変化は緩やかになる。よって、位相補償処理後のトルク信号波形に歪みを生じるおそれがなく、そのトルク信号波形の歪みが原因でステアリング機構３の振動などを生じるといったこともない。
【００２９】
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、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉの変化速度を抑えるために、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉから高周波的に変化する成分を除去するローパスフィルタ処理部１６が設けられているが、このローパスフィルタ処理部１６に代えて、可変設定ゲインＧｄ，Ｇｉの１制御周期内における変化量を所定量以下に抑えるリミッタが設けられていてもよい。
【００３０】
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】可変設定ゲインＧｄの設定のために参照されるマップを示す図である。
【図３】可変設定ゲインＧｉの設定のために参照されるマップを示す図である。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール（操作部材）
３    ステアリング機構
５    トルクセンサ
６    車速センサ（車速検出手段）
１１  位相補償フィルタ演算部（位相補償手段）
１５  位相補償定数演算部（補償特性定数設定手段）
１６  ローパスフィルタ処理部（定数変化速度制限手段）
【図１】
2005022468.tif 000005
【図２】
2005022468.tif 000006
【図３】
2005022468.tif 000007