(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、
検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するのに必要なモータの電動パワーアシスト用目標電流を演算する電動パワーアシスト制御器と、
前記モータのモータ回転角度を検出する角度センサと、
前記電動パワーアシスト用目標電流に一致するように前記モータの電流を駆動する電流駆動器と、
を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
前記電動パワーアシスト制御器が、
前記モータ回転角度及び前記操舵トルク、又は前記モータ回転角度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する位相・振幅推定器と、
前記モータ回転角度及び前記位相・振幅推定器で推定した位相差、振幅に基づいて前記モータ回転角度に対して周期性を持った補償電流を演算する補償電流演算器と、
前記電動パワーアシスト用目標電流を前記補償電流で補正する目標電流補正器と、
を備え、
前記位相・振幅推定器、補償電流演算器及び目標電流補正器が所定のサンプリング周期で逐次演算を行い、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度の脈動を低減するフィードバック制御を構成し、
前記位相・振幅調整器は、
前記操舵トルク又は前記モータ回転角度を微分して得られるモータ回転角速度から運転者の操舵成分である低周波数領域を除去するフィルタを備え、
前記フィルタでフィルタ処理した操舵トルク又は前記フィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、
検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するのに必要なモータの電動パワーアシスト用目標電流を演算する電動パワーアシスト制御器と、
前記モータのモータ回転角度を検出する角度センサと、
前記電動パワーアシスト用目標電流に一致するように前記モータの電流を駆動する電流駆動器と、
を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
前記電動パワーアシスト制御器が、
前記モータ回転角度及び前記操舵トルク、又は前記モータ回転角度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する位相・振幅推定器と、
前記モータ回転角度及び前記位相・振幅推定器で推定した位相差、振幅に基づいて前記モータ回転角度に対して周期性を持った補償電流を演算する補償電流演算器と、
前記電動パワーアシスト用目標電流を前記補償電流で補正する目標電流補正器と、
を備え、
前記位相・振幅推定器、補償電流演算器及び目標電流補正器が所定のサンプリング周期で逐次演算を行い、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度の脈動を低減するフィードバック制御を構成し、
前記操舵トルク又は前記モータ回転角度を微分して得られるモータ回転角速度の高周波数成分の位相を進ませるフィルタを備え、
前記フィルタでフィルタ処理した操舵トルク又は前記フィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、
検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するのに必要なモータの電動パワーアシスト用目標電流を演算する電動パワーアシスト制御器と、
前記モータのモータ回転角度を検出する角度センサと、
前記電動パワーアシスト用目標電流に一致するように前記モータの電流を駆動する電流駆動器と、
を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
前記電動パワーアシスト制御器が、
前記モータ回転角度及び前記操舵トルク、又は前記モータ回転角度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する位相・振幅推定器と、
前記モータ回転角度及び前記位相・振幅推定器で推定した位相差、振幅に基づいて前記モータ回転角度に対して周期性を持った補償電流を演算する補償電流演算器と、
前記電動パワーアシスト用目標電流を前記補償電流で補正する目標電流補正器と、
を備え、
前記位相・振幅推定器、補償電流演算器及び目標電流補正器が所定のサンプリング周期で逐次演算を行い、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度の脈動を低減するフィードバック制御を構成し、
モータ回転角速度が速い領域では、前記補償電流の前記基準波に対する位相差及び補償電流の振幅の推定を停止、又は、前記補償電流の大きさを低減する、又は、前記補償電流で前記電動パワーアシスト用目標電流を補正しない、
ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記操舵トルク又は前記モータ回転角度を微分して得られるモータ回転角速度の高周波数成分の位相を進ませるフィルタを備え、
前記フィルタでフィルタ処理した操舵トルク又は前記フィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記操舵トルク又は前記モータ回転角度を微分して得られるモータ回転角速度の高周波数成分の位相を進ませるフィルタを備え、
前記フィルタでフィルタ処理した操舵トルク又は前記フィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
モータ回転角速度が速い領域では、前記補償電流の前記基準波に対する位相差及び補償電流の振幅の推定を停止、又は、前記補償電流の大きさを低減する、又は、前記補償電流で前記電動パワーアシスト用目標電流を補正しないことを特徴とする請求項１または４に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
前記位相・振幅調整器は、
モータの回転角度θｍ、相殺するトルクリップルの発生調波次数ｎ及びモータの極対数Ｐｍに基づく正弦波成分(sin(ｎＰｍθｍ))及び余弦波成分(cos(ｎＰｍθｍ))からなる基準波ベクトル[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]を演算する基準波ベクトル演算器を備え、
前記基準波ベクトル[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]と、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度に基づいて前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータにより運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの電流を制御し、電流に応じて発生するモータトルクをステアリング軸に伝達させ、運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング制御装置が用いられている。
【０００３】
一般に電動モータが発生するトルクにはトルクリップルが含まれる。トルクリップルは、外乱トルクとして作用し操舵トルクが脈動するため、操舵フィーリングが低下する場合があり、これを防ぐため、モータのトルクリップルを低減すべく高価なモータを用いてきた。またトルクリップルを低減するために、トルクリップルを相殺する補償電流をフィードフォワード的にモータ目標電流に重畳することが提案されている。
【０００４】
例えば下記特許文献１では、通常運転前にハンドルをロックして、操舵角度に対応させて検出した操舵トルクの脈動成分を検出し、操舵トルクの脈動を相殺する補償電流を目標電流に重畳している。
【０００５】
また下記特許文献２では、操舵トルクのリップル成分を解析し、モータに流れる電流を検出する電流センサのゲイン誤差やオフセットを調整することで、電流センサの検出誤差により生じるトルクリップルを低減している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６７３５９号公報(図１)
【特許文献２】特開２００４−３５９１７８号公報(図１)
【特許文献３】特許第３７１２８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような電動パワーステアリング制御装置において、トルクリップルは、モータの極数やスロット数、又は、製造ばらつき等のモータの構造に起因するもの(コギングトルク)と、鉄心の磁気飽和等に起因するものがある。そのため、トルクリップルの位相と振幅はモータ個体間でばらつくと共に、モータ電流の大きさ等に応じても変化する。上記特許文献１のように各モータで脈動成分を検出することで機械的なばらつきには対応できるが、検出した時と異なるモータの動作状況ではトルクリップルの特性が変化するため適切な補償電流とならない課題がある。
【０００８】
また、モータ電流の大きさに対して、補償電流の位相と振幅をあらかじめデータとして記憶しておくには、大きなメモリ容量が必要であると共に、モータ個体間ばらつきを考慮すると各々のモータでデータを取得する試験を実施する必要があり工数が掛かる課題がある。
【０００９】
また上記特許文献２では、電流センサの検出誤差により生じるトルクリップルを低減することは可能であるが、鉄心の磁気飽和等のその他の要因に起因するトルクリップルを低減することはできない。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、個体間ばらつき、及び、駆動状態に依存してばらつくトルクリップルによって発生する脈動を低減した電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、検出された前記操舵トルクに応じて前記操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するのに必要なモータの電動パワーアシスト用目標電流を演算する電動パワーアシスト制御器と、前記モータのモータ回転角度を検出する角度センサと、前記電動パワーアシスト用目標電流に一致するように前記モータの電流を駆動する電流駆動器と、を備えた電動パワーステアリング制御装置であって、前記電動パワーアシスト制御器が、前記モータ回転角度及び前記操舵トルク、又は前記モータ回転角度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する位相・振幅推定器と、前記モータ回転角度及び前記位相・振幅推定器で推定した位相差、振幅に基づいて前記モータ回転角度に対して周期性を持った補償電流を演算する補償電流演算器と、前記電動パワーアシスト用目標電流を前記補償電流で補正する目標電流補正器と、を備え、前記位相・振幅推定器、補償電流演算器及び目標電流補正器が所定のサンプリング周期で逐次演算を行い、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度の脈動を低減するフィードバック制御を構成し、前記位相・振幅調整器は、前記操舵トルク又は前記モータ回転角度を微分して得られるモータ回転角速度から運転者の操舵成分である低周波数領域を除去するフィルタを備え、前記フィルタでフィルタ処理した操舵トルク又は前記フィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度に基づいて、前記モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定する、ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置等にある。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、位相・振幅推定器、補償電流演算器及び目標電流補正器を備えることにより、運転者によるステアリング操作が実施中においても、モータ軸に外乱トルクとして作用しているトルクリップルの振幅とトルクリップル基準波に対する位相差を推定することができ、かつ、トルクリップルによる操舵トルク脈動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの概略構成図、図２は図１のコントローラユニット７の要部を示すブロック図、図３は図２の電動パワーアシスト制御器７１のブロック図を示す。図１において、ステアリングホイール１に連結したステアリング軸２の回転に応じて左右の転舵輪８が転舵される。ステアリング軸２には、トルクセンサ３が配置され、ステアリング軸２に作用する操舵トルクを検出する。モータ４は減速機構５を介してステアリング軸２に連結しており、モータ４が発生するトルクをステアリング軸２に付与することができる。モータ４にはモータ回転角度を検出する角度センサ６が配置されている。車両の車速は車速センサ１１(図２、３等参照)で検出する。またモータ４に流れる電流は電流センサ１９(図２，３等参照)で検出する。
【００１４】
コントローラユニット７は図２に示すように、トルクセンサ３で検出した操舵トルクと車速センサ１１で検出した車速から、運転者のステアリング操舵をアシストする電動パワーアシスト制御を実施するために必要な三相モータ４の目標電流である補償済電動パワーアシスト用目標電流４７を演算する電動パワーアシスト制御部７１と、電流センサ１９で検出した電流が、補償済電動パワーアシスト用目標電流４７に一致するようにモータ４の電流を駆動する電流駆動器７２を備えている。これらの電動パワーアシスト制御部７１、電流駆動器７２の部分は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭを含むメモリを設けたマイコン(共に図示省略)かなる。
【００１５】
図２において、アシストトルクの目標値に相当する補償済電動パワーアシスト用目標電流４７を算出する電動パワーアシスト制御部７１は、トルクセンサ３で検出した操舵トルク信号と、車速センサ１１で検出した車速信号に応じたモータトルクの方向と大きさを決定し、電動パワーアシスト用目標電流を算出する。また、モータ回転角度インターフェース(Ｉ／Ｆ)３３は、モータ４の回転角度を検出する角度センサ６からの信号を受け、Ａ／Ｄ(アナログディジタル)変換する。この信号はモータ回転角度を示す。また、電流センサ１９はモータの各相に流れる電流を検出する。電流制御部７２は、補償済電動パワーアシスト用目標電流４７、モータ４の検出されたモータ電流及び回転角度に応じて電圧指令を算出する。
【００１６】
スイッチング素子駆動回路２１は、この電圧指令をＰＷＭ(パルス幅変調)変調してインバータ２２へスイッチング操作を指示する、すなわちインバータ２２へスイッチング操作信号を出力する。インバータ２２はスイッチング操作信号を受けてスイッチング素子６１Ａ〜６３Ａ，６１Ｂ〜６３Ｂのチョッパ制御を実現し、バッテリ２３から供給される電力により、モータ４に電流を流す。この電流によって、モータトルクすなわちアシストトルクが発生する。
【００１７】
なお、このインバータの構成は、三相モータ４に対応したものであるが、モータ４がブラシ付ＤＣモータの場合、Ｈブリッジ回路を用いればよい。
【００１８】
図３の電動パワーアシスト制御部７１のブロック図において、車速センサ１１、トルクセンサ３、角度センサ６、電流センサ１９の出力は、各インターフェース(Ｉ／Ｆ)３１〜３４を介して、決められたサンプリング時間毎にマイクロコンピュータにデジタル値として読み込まれる。
【００１９】
位相補償器３５では、トルクセンサ３が検出した操舵トルクに対して、位相補償を行う。基本アシスト電流補償器３６では、位相補償器３５が出力する位相補償後の操舵トルクと車速センサ１１で検出した車速に応じた基本アシスト電流の値をマップ値として予め記憶しており、位相補償後の操舵トルクと車速に応じた基本アシスト電流を演算する。車速が小さい時は、位相補償後の操舵トルクに対する基本アシスト電流の値を大きくすることで、駐車時などの低速走行時の運転者の操舵トルクを小さくし(運転者の操舵力は小さくて済むようにする)、操舵を容易にする。
【００２０】
角速度演算器３７では角度センサ６で検出されたモータ回転角度を微分しモータ回転角速度を演算する。ダンピング補償電流演算器３８ではモータ回転角速度からダンピング補償電流を演算する。ダンピング補償電流はステアリングホイールの収斂性を向上する効果がある。摩擦補償電流演算器３９では、モータ回転角速度の符号から摩擦補償電流を演算する。摩擦補償電流はステアリング機構に存在する摩擦をキャンセルするトルクをモータ４が発生させるための電流であり、操舵フィーリングを向上させる効果がある。角加速度演算器４０では、角速度演算器３７で演算したモータ回転角速度を微分しモータ角加速度を演算する。慣性補償電流演算器４１ではモータ角加速度から慣性補償電流を演算する。慣性補償電流はモータの慣性力をキャンセルするため、操舵フィーリングが向上する。
【００２１】
オブザーバダンピング補償電流演算器４２では、トルクセンサ３で検出した操舵トルクと、電流センサ１９で検出したモータ４の電流からオブザーバを用いてモータ４の振動速度を推定し、減衰トルクを付与するためのオブザーバダンピング補償電流を演算する。なお、オブザーバダンピング補償電流演算器４２は上記特許文献３記載の技術であり、基本アシスト電流演算器３６、ダンピング補償電流演算器３８、摩擦補償電流演算器３９、慣性補償電流演算器４１に関しても上記特許文献３に記載された公知技術である。基本アシスト電流、ダンピング補償電流、摩擦補償電流、慣性補償電流、及びオブザーバダンピング補償電流を加算器ＡＤで足し合わせて電動パワーアシスト用目標電流４３とする。
【００２２】
位相・振幅推定器４４は、モータの回転角度θｍ、相殺するトルクリップルの発生調波次数ｎ、及びモータの極対数Ｐｍに基づく正弦波成分sin(ｎＰｍθｍ)及び余弦波成分cos(ｎＰｍθｍ)からなる、基準波ベクトルｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]を演算し、トルクセンサ３で検出した操舵トルク及び基準波ベクトルから、トルクリップルを相殺する補償電流の位相と振幅を調整する係数ベクトルφ＝[φ１  φ２]を演算する。
【００２３】
ここで、トルクリップル発生調波次数はモータ１回転あたりに発生するトルク脈動の数を極対数Ｐｍで割った値である。一般に電動モータのトルクリプル発生調波次数は複数存在する。抑制したいトルクリップルのトルクリップル発生調波次数をｎとすると、基準波ベクトルはトルクリップルと同じ周波数を有する正弦波、及び、余弦波から構成される。またsin(ｎＰｍθｍ)をトルクリップル発生調波次数ｎのトルクリップルの基準波とする。
【００２４】
補償電流演算器４５は基準波ベクトルｖ、及び、係数ベクトルφからトルクリップルを相殺するための補償電流を演算する。目標電流補正器４６は電動パワーアシスト用目標電流４３から補償電流を減算することで電動パワーアシスト用目標電流を補正し、新たな補償済電動パワーアシスト用目標電流４７として電流駆動器に出力する。
【００２５】
ここで、モータ軸に作用するトルクリップルをＴｇとすると、トルクリップルはモータ回転角度に依存した脈動となるため、下記(１-１)式で表現できる。また位相・振幅推定器４４で推定するモータ軸に作用するトルクリップルの推定値(ハット)Ｔｇを下記(１-２)式で表現する。
【００２６】
Ｔｇ＝Ａsin(ｎＰｍθｍ＋α)                          (１-１)
(ハット)Ｔｇ＝φｖＴ
＝φ１sin(ｎＰｍθｍ)＋φ２cos(ｎＰｍθｍ)
＝(ハット)Ａsin(ｎＰｍθｍ＋(ハット)α)          (１-２)
【００２７】
ここで、(ハット)Ａ＝√(φ１２＋φ２２)、  (ハット)α＝tan−１(φ２／φ１)
【００２８】
すなわち、係数ベクトルφを逐次調整することで、トルクリップルの振幅、及び、基準波に対するトルクリップルの位相差を推定することができる。その結果、トルクリップルを相殺するための補償電流Ｉcompは(２)式となる。Ｋｔはモータのトルク定数である。
【００２９】
Ｉcomp＝(１／Ｋｔ){φ１sin(ｎＰｍθｍ)＋φ２cos(ｎＰｍθｍ)}        (２)
【００３０】
補償電流Ｉcompを電動パワーアシスト用目標電流４３から補償電流を減算することで電動パワーアシスト用目標電流を補正し、新たな補償済電動パワーアシスト用目標電流４７としてモータを駆動することで、モータ軸に作用するトルクリップルを相殺するトルクをモータが発生することで、操舵トルクの脈動を低減することができる。また、係数ベクトルφは所定サンプリング周期で逐次調整するため、トルクリップルの振幅や位相の変化にも対応して、適切にトルクリップルを抑制することができる。
【００３１】
位相・振幅推定器４４及び補償電流演算器４５の動作について、図４に示すフローチャート及び図５に示すブロック図に基づいて説明する。図４のフローチャートは、例えばイグニッションスイッチが閉成した時に、係数ベクトルφ＝[φ１  φ２]の初期値を設定した後に、所定の実行サンプリング周期で繰り返し実行する。係数ベクトルφの初期値としては、予め測定しておいたトルクリップルの振幅と電気角に対する位相差の平均的な値から設定する。その結果、推定するトルクリップルの振幅と位相差の真値への収束が早くなる。ただし、初期値としてφ＝[０  ０]としてもよい。
【００３２】
図４のステップＳ１では、Ｉ／Ｆ３２、３３を介してＡ／Ｄ変換された操舵トルクＴｓ、モータ回転角度θｍを読み込みメモリに記憶する。ステップＳ２では、まず下記(３)式よりモータ回転角度θｍからモータ電気角度θｅを演算する。Ｐｍはモータの極対数である。
【００３３】
θｅ＝Ｐｍθｍ                      (３)
【００３４】
また、モータ１回転あたりに発生するトルク脈動の数を極対数Ｐｍで割った値をトルクリップル発生調波次数と定義する。一般に電動モータのトルクリプル発生調波次数は複数存在する。抑制したいトルクリップルのトルクリップル発生調波次数をｎとし、トルクリップルと同じ周波数を有する正弦波及び余弦波からなる基準波ベクトルｖを下記(４)式に従って演算する。三角関数の演算にはマイコンのＲＯＭに記憶している正弦波テーブルを用いる。
【００３５】
ｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]                (４)
【００３６】
またsin(ｎＰｍθｍ)を発生調波次数ｎのトルクリップルに対する基準波とする。
【００３７】
なおステップＳ２の処理が、図５に示す基本波ベクトル演算器４４１の動作に対応する。
【００３８】
ステップＳ３では、モータ回転角度θｍを微分してモータ回転角速度ωｍを演算する。ステップＳ４では、演算したモータ回転角速度ωｍの絶対値が所定のモータ回転角速度閾値ω１より小さいか否か判定する。モータ回転角速度ωｍがモータ回転角速度閾値ω１より小さい場合はステップＳ５に進む。モータ回転角速度ωｍがモータ回転角速度閾値ω１以上の場合は、ステップＳ８に進む。
【００３９】
モータ回転速度が高く、トルクリップルの振動周波数が高い領域では、ステアリング機構の減衰特性などにより、操舵トルクの脈動が減衰する。よって、トルクリップルによる操舵トルクの脈動が十分に減衰するモータ回転角速度をモータ回転角速度閾値ω１と設定する。
【００４０】
ステップＳ５では、検出した操舵トルクＴｓをハイパスフィルタ処理し、操舵トルクから低周波成分を除去し、新たな操舵トルクＴｓ２とする。操舵トルクＴｓは、トルクリップルによる脈動成分の他に、運転者による操舵成分が含まれる。運転者の操舵は約５Ｈｚ以下であるため、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を５Ｈｚ付近に設定することで、操舵トルクＴｓから運転者の操舵成分を除去することができ、トルクリップルの推定精度を向上することができる。
【００４１】
ステップＳ６では、ステップＳ５でハイパスフィルタ処理した操舵トルクＴｓ２に、さらに位相補償、例えば位相進み補償を実施し、新たな操舵トルクＴｓ３とする。これにより、モータの目標電流から操舵トルクにゲイン(−１)を掛けた(−Ｔｓ)までの伝達特性における位相遅れを小さくすることができ、トルクリップルの推定精度を向上することができる。なお、この実施の形態ではステアリングホイールを固定し、モータ電流を負の方向に流した時に出力されるトルクセンサ出力を正としている。
【００４２】
なおステップＳ５及びステップＳ６の処理が、図５に示すフィルタ処理器４４２の動作に対応する。
【００４３】
ステップＳ７では、基準波ベクトルｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]と操舵トルクＴｓ３から係数ベクトルφを下記(５)式より演算する。すなわち、図５に示すゲイン掛算器４４３において基準波ベクトルｖにフィードバックゲインＫを掛け、さらに掛算器４４４で、フィルタ処理後の操舵トルクＴｓ３を掛けたものを積分器４４５で時間積分し、積分器４４５の演算結果を係数ベクトルφとする。
【００４４】
φ＝∫(ＫＴｓ３ｖ)ｄｔ          (５)
【００４５】
この実施の形態ではフィードバックゲインＫは負の値としている。負の値の場合、係数ベクトルφはトルクリップルの振幅と、基準波に対するトルクリップルの位相差を推定することになる。よって、(２)式に示す補償電流Ｉcompを目標電流補正器４６で電動パワーアシスト用目標電流４３から減算することで、トルクリップルを相殺するトルクをモータ４が出力し、操舵トルクの脈動を抑制することができる。また、フィードバックゲインＫの大きさは、推定値の真値への収束速度に影響するため、トルクリップルを早く抑制できる値に設定する。
【００４６】
ステップＳ８では、モータ回転角速度ωが閾値ω１以上のため、ステップＳ５〜Ｓ７に示す係数ベクトルφの演算は行わず、１未満の正数、又は０であるゲインＬを係数ベクトルφ(前回値)に掛けて係数ベクトルφとする。これにより、補償電流の基準波に対するトルクリップルの位相差は変更せずに、補償電流の振幅だけ小さくすることになり、モータ回転角速度が高くトルクリップルによる操舵トルク脈動が小さい領域では、補償電流を徐々に小さくすることができる。
【００４７】
ステップＳ９は補償電流演算器４５の動作に相当し、(２)式に示す演算を実施し、補償電流Ｉcompを演算する。
【００４８】
目標電流補正器４６では電動パワーアシスト用目標電流４３から補償電流Ｉcompを減算し新たなすなわち補償済電動パワーアシスト用目標電流４７を電流駆動器７２に出力する(図２参照)。
【００４９】
電流制御部７２は、電流センサ１９で検出した電流が補償済電動パワーアシスト用目標電流４７に一致するように電圧指令を算出する。スイッチング素子駆動回路２１は、この電圧指令をＰＷＭ(パルス幅変調)変調してインバータ２２へスイッチング操作信号を出力する。そしてインバータ２２はスイッチング操作信号を受けてスイッチング素子６１Ａ〜６３Ａ，６１Ｂ〜６３Ｂのチョッパ制御を実現し、バッテリ２３から供給される電力により、三相モータ４に電流を流し、この電流によって、モータトルクすなわちアシストトルクが発生する。
【００５０】
このようにしてモータ電流が駆動制御されるため、モータ４は電動パワーアシスト用目標電流４３に相当するトルクに加えて、補償電流Ｉcompによるトルクリップルを相殺するトルクを出力するため、操舵トルクの脈動を抑制することができる。
【００５１】
ここで(５)式の効果について説明する。(５)式において、積分区間をトルクリップルの１周期とすれば、(５)式はフーリエ級数展開を実施していることを意味し、トルクセンサ脈動成分の基準波ベクトルｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]に対するフーリエ係数を演算することになる。
【００５２】
この実施の形態では、積分区間を限定せずに、所定サンプリング周期毎に積分を繰り返すが、(２)式に示す補償電流Ｉcompを電動パワーアシスト用目標電流４３に減算することで、トルクセンサ脈動を０にするようにフィードバックループが形成されているため、(５)式で演算される係数ベクトルφは、モータ軸に外乱トルクとして作用しているトルクリップルの基準波ベクトルｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]に対するフーリエ係数に収束する。
【００５３】
すなわち、この実施の形態により、モータ軸に外乱トルクとして作用しているトルクリップルの振幅と基準波に対する位相差を推定することができ、かつ、トルクリップルによる操舵トルク脈動を低減することができる。また、積分区間を限定していないため、トルクリップル１周期に対応するモータ回転角度を考慮せずに、逐次トルクリップルの振幅と基準波に対する位相差を推定することができるため、補償電流は滑らかになり、図３に示す電動パワーアシスト用目標電流４３でモータ電流を駆動している時、すなわち電動パワーステアリング制御実施中においてもモータ軸に外乱トルクとして作用しているトルクリップルの振幅と基準波に対する位相差を推定することができ、かつ、トルクリップルによる操舵トルク脈動を低減することができる。
【００５４】
なお、実施の形態１では(５)式を用いて、トルクリップルの振幅と基準波に対する位相差を推定したが、(５)式を実行する図５の積分器４４５をローパスフィルタに変更することも可能である。また操舵トルクと基準波ベクトルｖ＝[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]を用い、最小二乗法を適用して係数ベクトルφ＝[φ１  φ２]を演算しても良い。
【００５５】
また、図４のステップＳ６に示す位相補償は位相進み補償に限定せず、課題となる操舵トルク脈動が低減できるように調整する。さらに、図４のステップＳ５に示すハイパスフィルタ処理又はステップＳ６に示す位相補償をなくしても良い。
【００５６】
また、この実施の形態では，低減したいトルクリップルのトルクリップル発生調波次数ｎを単一として説明したが、低減したいトルクリップルのトルクリップル発生調波次数ｎが複数存在する場合は、それぞれのトルクリップル発生調波次数ｎに対してこの実施の形態を同時に実施すれば良い。
また、モータ回転角速度ωが閾値ω１以上の時は、電動パワーアシスト用目標電流４３を補償電流Ｉcompで補正しない構成としても良い。
【００５７】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による電動パワーステアリング制御装置でのコントローラユニットの電動パワーアシスト制御器７１のブロック図を示す。図６において実施の形態１と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。また、図７には位相・振幅調整器４４及び補償電流演算器４５の動作に関するブロック図を図７に示す。
【００５８】
実施の形態１に対する実施の形態２の違いは位相・振幅推定器４４に入力する操舵トルクＴｓの代わりに、モータ回転角度θｍを用いる点である。図７のゲイン掛算器４４６においてモータ回転角度θｍの符号を反転させる。これは、実施の形態１の操舵トルクと方向を合わせるためである。これはこの実施の形態では、モータ電流を正の方向に流した時にモータ４が回転する方向を正としているためである。次に、微分器４４７において、モータ回転角速度ωｍを演算し、モータ回転角速度ωｍをフィルタ処理器４４２の入力とする。その後の処理は実施の形態１と同一となる。
【００５９】
この構成により、操舵トルクＴｓを用いずにトルクリップルの位相と振幅の変化に対して適切な補償電流を重畳でき、操舵トルクの脈動を低減できる。
【００６０】
以上のようにこの発明では、運転者による操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ３と、検出された操舵トルクに応じて操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するのに必要なモータの電動パワーアシスト用目標電流４３を演算する電動パワーアシスト制御器７１と、モータのモータ回転角度θｍを検出する角度センサ６と、電動パワーアシスト用目標電流４３に一致するようにモータの電流を駆動する電流駆動器７２と、を備え、電動パワーアシスト制御器７１が、モータ回転角度θｍ及び操舵トルクＴｓ、又はモータ回転角度θｍに基づいて、モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅φを推定する位相・振幅推定器４４と、モータ回転角度θｍ及び位相・振幅推定器で推定した位相差、振幅φに基づいてモータ回転角度に対して周期性を持った補償電流Ｉcompを演算する補償電流演算器４５と、電動パワーアシスト用目標電流４３を補償電流Ｉcompで補正する目標電流補正器４６と、を備え、位相・振幅推定器４４、補償電流演算器４５及び目標電流補正器４６が所定のサンプリング周期で逐次演算を行い、操舵トルクＴｓ又はモータ回転角度θｍの脈動を低減するフィードバック制御を構成するようにした。これにより、電動パワーステアリング制御実施中においてもモータ軸に外乱トルクとして作用しているトルクリップルの振幅と基準波に対する位相差を推定することができ、かつ、トルクリップルによる操舵トルク脈動を低減することができる。またトルクリップルの位相と振幅の変化に対して適切な補償電流を重畳でき、操舵トルクの脈動を低減できる。
【００６１】
また、位相・振幅調整器４４は、モータの回転角度θｍ、相殺するトルクリップルの発生調波次数ｎ及びモータの極対数Ｐｍに基づく正弦波成分(sin(ｎＰｍθｍ))及び余弦波成分(cos(ｎＰｍθｍ))からなる基準波ベクトル[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]を演算する基準波ベクトル演算器４４１を備え、基準波ベクトル[sin(ｎＰｍθｍ)  cos(ｎＰｍθｍ)]と、操舵トルクＴｓ又はモータ回転角度θｍに基づいてモータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定するようにした。これにより、補償電流の位相と振幅を変化させることができ、トルクリップルの位相と振幅の変化に対して適切な補償電流を重畳でき、操舵トルクの脈動を低減できる。
【００６２】
また、位相・振幅調整器４４は、操舵トルクＴｓ又はモータ回転角度θｍを微分して得られるモータ回転角速度ωｍから運転者の操舵成分である低周波数領域を除去するフィルタ４４２を備え、フィルタでフィルタ処理した操舵トルクＴｓ又はフィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度ωｍに基づいて、モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定するようにした。これにより、運転者の操舵成分を除去し脈動成分を主に含んだ操舵トルク、または、モータ回転角速度から補償電流の位相と振幅を調整するため、運転者の操舵との干渉を防ぐことができる。
【００６３】
また、操舵トルクＴｓ又はモータ回転角度θｍを微分して得られるモータ回転角速度ωｍの高周波数成分の位相を進ませるフィルタ４４２を備え、フィルタでフィルタ処理した操舵トルクＴｓ又はフィルタでフィルタ処理したモータ回転角速度ωｍに基づいて、モータに作用するトルクリップルのトルクリップル基準波に対する位相差及び振幅を推定するようにした。これにより、高周波数領域におけるモータ電流入力からトルクセンサの出力までの位相遅れによるトルクリップル低減効果の低下を防ぐことができ、高周波数領域までトルクリップルを低減できる。
【００６４】
また、モータ回転角速度ωｍが速い領域では、補償電流Ｉcompの基準波に対する位相差及び補償電流の振幅の推定を停止、又は、補償電流の大きさを低減する、又は、補償電流で電動パワーアシスト用目標電流を補正しないようにした。これにより、モータ回転速度が高く、トルクリップルの振動周波数が高い領域では、ステアリング機構の減衰特性などにより、操舵トルクの脈動が減衰するため、トルクリップルによる操舵トルク脈動への影響が小さくなる。よって、不要な補償電流を低減でき、また、高周波数領域での補償電流算負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムの概略構成図である。
【図２】図１のコントローラユニットの要部を示すブロック図である。
【図３】図２の電動パワーアシスト制御器のブロック図である。
【図４】図３の位相・振幅推定器及び補償電流演算器の動作を示すフローチャートである。
【図５】図３の位相・振幅推定器及び補償電流演算器の動作を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング制御装置の電動パワーアシスト制御器のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による位相・振幅推定器及び補償電流演算器の動作を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  ステアリングホイール、２  ステアリング軸、３  トルクセンサ、４  (三相)モータ、５  減速機構、６  角度センサ、７  コントローラユニット、８  転舵輪、１１  車速センサ、１９  電流センサ、２１  スイッチング素子駆動回路、２２  インバータ、２３  バッテリ、３１〜３４  インターフェース(Ｉ／Ｆ)、３５  位相補償器、３６  基本アシスト電流補償器、３７  角速度演算器、３８  ダンピング補償電流演算器、３９  摩擦補償電流演算器、４０  角加速度演算器、４１  慣性補償電流演算器、４２  オブザーバダンピング補償電流演算器、４３  電動パワーアシスト用目標電流、４４  位相・振幅推定器、４５  補償電流演算器、４６  目標電流補正器、４７  補正済電動パワーアシスト用目標電流、６１Ａ〜６１Ｃ，６２Ａ〜６２Ｃ  スイッチング素子、７１  電動パワーアシスト制御部、７２  電流制御部、４４１  基準波ベクトル演算器、４４２  フィルタ処理器、４４３  ゲイン掛算器、４４４  掛算器、４４５  積分器、４４６  ゲイン掛算器、４４７  微分器。
【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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