(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングコラムにかかるステアリングトルクを検出する操舵トルク検出器からのトルク信号を受け取り、位相補償演算およびアシスト量制御演算を行って、パワーアシストモータを駆動するモータ駆動回路にアシスト量を指令するマイクロコンピュータを有する電動パワーステアリング制御装置において、
前記マイクロコンピュータは、
前記トルク信号を受け取り、このトルク信号のうち急操舵成分の位相を進めて制御トルク信号を出力する位相補償演算手段と、
この制御トルク信号のうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響を抑制して抑制制御トルク信号を生成する変動量抑制演算手段と、
この抑制制御トルク信号に基づいて前記アシスト量を適正に算出するアシスト量演算手段とをもつことを特徴とする、
電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記変動量抑制演算手段は、
前記制御トルク信号と前記抑制制御トルク信号の前回値との差分の絶対値が所定の閾値を超えない場合には、この制御トルク信号をもって新たな前記抑制制御トルク信号とし、
逆にこの差分の絶対値がこの閾値を越えた場合には、この抑制制御トルク信号の変動分をこの閾値に設定して新たな抑制制御トルク信号とする、
請求項１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵力を電動モータでアシストする電動パワーステアリング装置の制御技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としては、ステアリング制御用のマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータの入力側にアナログ回路とおぼしき微分回路とをもつ電動パワーステアリング制御装置が、特許第２６４１２４３号公報に開示されている。
この電動パワーステアリング制御装置では、操舵トルク検出器からのトルク信号は、前記微分回路によって微分され、位相補償を受けた制御トルク信号として前記マイクロコンピュータに入力される。それゆえ、旧来の技術に比べて、ステアリング制御の応答性が向上するという効果を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述の従来技術では、アナログ微分回路が高価であるゆえに、コスト的な不利益を生じるという問題点がある。そればかりではなく、微分ノイズを拾うので出力が安定せず、微振動や異音を生じる可能性があるなどの不都合を伴う。
【０００４】
この不都合を解決するには、アナログ微分回路とマイクロコンピュータとの間にアナログ・ローパスフィルタを介在させた電動パワーステアリング制御装置の構成が考えられる。しかしながらこの構成では、急操舵時のゲインを十分に高く設定することができなくなるばかりではなく、急操舵時の位相の遅れが大きくなることは不可避であるので、急操舵時の俊敏な応答性は望むべくもない。また、位相の遅れに起因して自励振動を起こし、ハンドルに不快な微振動を与えたり、異音が発生する場合もありうる。さらに、アナログ微分回路だけではなく、アナログ・ローパスフィルタをも必要とするので、コスト的な不利益はいっそう大きくなる。
【０００５】
逆に、アナログ微分回路を廃止し、マイクロコンピュータ内でのデジタル演算により微分回路に相当する位相補償演算を行う電動パワーステアリング制御装置の構成を考えることもできる。しかしながらこの構成では、高周波領域でのゲインが高く、急操舵の範囲を超えて差分ノイズ領域に属する高周波成分をも拾ってしうので、微振動や異音を生じる可能性を解消することができない。かといってデジタル演算によるローパスフィルタをマイクロコンピュータ内に形成すると、今度は急操舵時の位相の遅れが大きくなることは不可避であるので、急操舵時の俊敏な応答性が得られなくなる。また、デジタル演算にかかる演算時間よる位相の遅れが大きくなるので、自励振動を起こしてハンドルに不快な微振動を与えたり、異音が発生したりする可能性が大きくなる。
【０００６】
そこで本発明は、従来技術に比べてコストダウンができ、急操舵時の俊敏な応答性が得られながら、微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制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、マイクロコンピュータ内での位相補償の結果、アナログ回路の微分ノイズに相当する差分ノイズが生じ、この差分ノイズが微振動等の原因となることを考慮した。そして、ローパスフィルタと異なって急操舵時の位相遅れを生じることなく、急操舵時の周波数領域よりも高い高周波領域の差分ノイズだけをデジタル演算により抑制すればよいことに気が付いた。
【０００８】
そこで、デジタル・ローパスフィルタとは異なるロジックでこのような特性をもった演算が可能なロジックを試行錯誤の末考え出し、ボード線図を描いて前述の従来技術等と比較することにより、優れた特性が得られる目算を得た。そして、ベンチ試験および実車試験を行うことにより、本発明の電動パワーステアリング制御装置は、シンプルで安価な構成でありながら、実車に適用しても優れた特性が発揮されることを確認し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、前記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の電動パワーステアリング制御装置である。
本手段では、アナログ・ローパスフィルタを有せず、マイクロコンピュータを中核として電動パワーステアリング制御装置が構成されている。そしてこのマイクロコンピュータは、位相補償演算およびアシスト量制御演算を行うばかりではなく、制御トルク信号のうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響を抑制して抑制制御トルク信号を生成する変動量抑制演算を行うところに特徴がある。
【００１０】
すなわち、このマイクロコンピュータは、位相補償演算手段と変動量抑制演算手段とアシスト量演算手段とを備えている。ここで、位相補償演算手段は、操舵トルク検出器からのトルク信号を受け取り、このトルク信号のうち急操舵成分の位相を進めて制御トルク信号を出力する演算手段である。また、変動量抑制演算手段は、この制御トルク信号のうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響を抑制して抑制制御トルク信号を生成する演算手段である。さらに、アシスト量演算手段は、この抑制制御トルク信号に基づいて、パワーアシストモータを駆動するモータ駆動回路に指令するアシスト量を適正に算出する演算手段である。
【００１１】
すなわち、位相補償演算手段には、トルク信号のうち急操舵成分の位相を進める作用があるが、それとともに急操舵成分のゲインだけではなく、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインをも高めてしまう作用がある。ここで、急操舵成分のゲインが高められ位相が進められることは、急操舵時に俊敏な応答特性が得られるので好ましいことである。しかしながら、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインまでもが高まると、差分ノイズに起因して微振動や異音が生じやすくなるので、不都合である。
【００１２】
そこで、変動量抑制演算手段により、この制御トルク信号のうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響が抑制されるので、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインが抑制されて抑制制御トルク信号が生成される。それゆえ、このような抑制制御トルク信号には、差分ノイズに相当する高周波成分が抑制されているので、差分ノイズに起因する微振動や異音が発生することが防止される。一方、変動量抑制演算手段には、急操舵時の周波数を含む比較的高い周波成分での位相遅れを大きくする作用は必ずしも無いので、急操舵時の俊敏な応答特性を確保することができる。また、位相遅れが少ないので、ステアリング操作に反応して自励振動を起こすことが無くなり、微振動や異音の発生が防止される。
【００１３】
最後に、アシスト量演算手段が、このような抑制制御トルク信号に基づいて、パワーアシストモータを駆動するモータ駆動回路に指令するアシスト量を適正に算出する。アシスト量演算手段には、適正なゲインを与える作用はあるが、位相を調整する作用はほとんどないので、前述の変動量抑制演算手段によって得られ得た特性は保存される。
【００１４】
その結果、アナログ微分回路のようなコストアップを招く構成要素なしに、主にマイクロコンピュータだけによってアシスト量が演算されるので、従来技術よりもコストダウンすることが可能になる。そればかりではなく、変動量抑制演算手段の作用により、差分ノイズに相当する高周波成分が抑制されているので、差分ノイズに起因する微振動や異音が発生することが防止されていながら、急操舵時の俊敏な応答特性が発揮される。
【００１５】
したがって、本手段の電動パワーステアリング制御装置によれば、従来技術に比べてコストダウンができるばかりではなく、急操舵時の俊敏な応答性が得られながら、微振動や異音の発生を防止することができるという効果がある。
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の電動パワーステアリング制御装置である。
【００１６】
本手段では、変動量抑制演算手段は、位相補償された制御トルク信号と、変動量抑制された抑制制御トルク信号の前回値との差分の絶対値が所定の閾値を超えない場合には、この制御トルク信号をもって新たな抑制制御トルク信号として、アシスト量演算手段に出力する。逆にこの差分の絶対値がこの閾値を越えた場合には、この抑制制御トルク信号の変動分をこの閾値に設定して新たな抑制制御トルク信号とし、このように変動幅が前記閾値に限定された抑制制御トルク信号をアシスト量演算手段に与える。それゆえ本手段では、デジタル・ローパスフィルタのような複雑な演算をする必要が無く、極めて単純なロジックに基づくごく簡単な演算で、抑制制御トルク信号が生成される。
【００１７】
したがって、本手段の電動パワーステアリング制御装置によれば、前述の第１手段の効果に加えて、演算負荷が少ないので演算時間が極めて短時間になり、よりいっそう俊敏な応答特性が得られるようになるという効果がある。また、同様の理由によって自励振動が防止されるので、よりいっそう有効に微振動や異音の発生を防止することができるという効果も得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の電動パワーステアリング制御装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成）
本発明の実施例１としての電動パワーステアリング制御装置は、図１に模式的に示すように、アナログ・ローパスフィルタを有せず、マイクロコンピュータ１０を中核として構成されている。マイクロコンピュータ１０は、ステアリングコラムにかかるステアリングトルクを検出する操舵トルク検出器１からのトルク信号τを受け取り、デジタル演算を行って、パワーアシストモータ６を駆動するモータ駆動回路５にアシスト量Ｔａを指令する。
【００１９】
ここで、操舵トルク検出器１からマイクロコンピュータ１０にトルク信号τを受け渡すに当たっては、Ａ／Ｄ変換器等のインタフェース（図略）が両者１，１０の間に介在している。また、マイクロコンピュータ１０からモータ駆動回路５へアシスト量Ｔａを受け渡すに当たっても、Ｄ／Ａ変換器等のインターフェース（図略）が両者１０，５の間に介在している。
【００２０】
マイクロコンピュータ１０は、位相補償演算およびアシスト量制御演算を行うばかりではなく、制御トルク信号のうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響を抑制して抑制制御トルク信号を生成する変動量抑制演算をも行う。すなわち、マイクロコンピュータ１０は、位相補償演算手段２と変動量抑制演算手段３とアシスト量演算手段４とを、時系列で直列に備えている。
【００２１】
ここで、位相補償演算手段２は、操舵トルク検出器１からのトルク信号τを受け取り、図３に実線で示すようにトルク信号τのうち急操舵成分の位相を進めて制御トルク信号Ｔを出力する演算手段である。また、変動量抑制演算手段３は、位相補償された制御トルク信号Ｔのうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響を抑制して、抑制制御トルク信号Ｔｓを生成する演算手段である。さらに、アシスト量演算手段４は、抑制制御トルク信号Ｔｓに基づいて、パワーアシストモータ６を駆動するモータ駆動回路５に指令するアシスト量Ｔａを、適正に算出する演算手段である。
【００２２】
すなわち、運転者の操舵操作により発生したトルク信号τは、マイクロコンピュータ１０により、デジタル制御演算処理をされて適正なアシスト量Ｔａに換算され、モータ駆動回路５へ出力されてパワーアシストモータ６を駆動する。
（実施例１の作用効果）
本実施例の電動パワーステアリング制御装置は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。
【００２３】
すなわち図３に実線で示すように、位相補償演算手段２には、トルク信号τのうち急操舵成分の位相を進める作用がある。がしかし、それとともに急操舵成分のゲインだけではなく、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインをも高めてしまう作用がある。ここで、急操舵成分のゲインが高められ位相が進められることは、急操舵時に俊敏な応答特性が得られるので好ましいことである。しかしながら、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインまでもが高まると、差分ノイズに起因して微振動や異音が生じやすくなるので、不都合である。
【００２４】
そこで図３に一点鎖線で示すように、変動量抑制演算手段３により、制御トルク信号Ｔのうち差分ノイズに相当する高周波成分の影響が抑制される。それゆえ、差分ノイズに相当する高周波成分のゲインが抑制されている抑制制御トルク信号Ｔｓが生成される。したがって、このような抑制制御トルク信号Ｔｓでは、差分ノイズに相当する高周波成分が抑制されているので、差分ノイズに起因する微振動や異音が発生することが防止される。一方、変動量抑制演算手段３には、急操舵時の周波数を含む比較的高い周波成分での位相遅れを大きくする作用はほとんど無いので、急操舵時の俊敏な応答特性を確保することができる。
【００２５】
ここで、変動量抑制演算手段３の作用について、図２のフローチャートを参照してより詳しく説明する。
先ず、処理ステップＳ２で、前述の位相補償演算手段２により、トルク信号τは位相補償されて制御トルク信号Ｔが生成される。次に、処理ステップＳ３で、変動量抑制演算手段３により、前述のように制御トルク信号Ｔの変動量の最大値が抑制されて、抑制制御トルク信号Ｔｓが生成される。最後に、処理ステップＳ４で、車速等の諸条件に基づいて適正な倍率が抑制制御トルク信号Ｔｓにかけられ、適正なアシスト量Ｔａが算出される。発明者らが行った実車試験でのこれあらのステアリング制御演算（ステップＳ２〜Ｓ４）は、１ミリ秒毎に繰り返えされた。
【００２６】
変動量抑制演算手段３は、位相補償された制御トルク信号Ｔと変動量抑制された抑制制御トルク信号Ｔｓの前回値Ｔｓ＿beforeとの差分の絶対値｜Ｔｓ＿diff｜が所定の閾値を超えない場合と、超えた場合とでは、異なるに演算を行う。すなわち、処理ステップＳ３１で、位相補償された制御トルク信号Ｔと変動量抑制された抑制制御トルク信号Ｔｓの前回値Ｔｓ＿beforeとの差分Ｔｓ＿diffが、Ｔ−Ｔｓ＿beforeとして算出される。続いて判断ステップＳ３２で、同差分の絶対値｜Ｔｓ＿diff｜が所定の閾値threshold を超えているか否かが判定される。なお初回の演算では、抑制制御トルク信号Ｔｓの前回値Ｔｓ＿beforeの初期値は、ゼロに設定されている。
【００２７】
前記判断ステップＳ３２で、絶対値｜Ｔｓ＿diff｜が閾値threshold を超えていない場合には、処理ステップＳ３３で、制御トルク信号Ｔがそのまま抑制制御トルク信号Ｔｓとして採用される。逆に絶対値｜Ｔｓ＿diff｜が閾値threshold を超えている場合には、ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６で、抑制制御トルク信号Ｔｓの変動量は閾値threshold に抑制されて新たな抑制制御トルク信号Ｔｓが設定される。なお、処理ステップＳ３７で、新たな抑制制御トルク信号Ｔｓでもってその前回値を更新しているのは、次回の処理ステップＳ３の演算に備えた準備処理である。
【００２８】
すなわち、変動量抑制演算手段３は、前記差分の絶対値がこの閾値を越えていない場合には、差分ノイズはあまり発生していないと判定し、制御トルク信号Ｔをもって新たな抑制制御トルク信号Ｔｓとする。逆に、前記差分の絶対値がこの閾値を越えた場合には、大きな差分ノイズが発生しているものと判定し、抑制制御トルク信号Ｔｓの変動量を閾値threshold に限定して、新たな抑制制御トルク信号Ｔｓを生成する。そして、このように変動幅の最大値が前記閾値に限定された抑制制御トルク信号Ｔｓを、アシスト量演算手段４に与える。それゆえ、本実施例の変動量抑制演算手段３によれば、デジタル・ローパスフィルタのように複雑な演算をする必要が無く、極めて単純なロジックに基づくごく簡単な演算で、抑制制御トルク信号Ｔｓが生成される。
【００２９】
この際の応答特性について、図３を参照しつつ比較して説明する。図３に於いて、実線は本実施例の位相補償演算手段２の伝達特性Ｔ（ｓ）／τ（ｓ）を示し、一点鎖線は本実施例の位相補償演算手段２と変動量抑制演算手段３との組み合わせによる伝達特性Ｔｓ（ｓ）／τ（ｓ）を示す。一方、破線は、従来技術のように本実施例の位相補償演算手段２の前にアナログ・ローパスフィルタを介在させた場合の伝達特性Ｔ（ｓ）／τ（ｓ）を示す。ここで、かっこ内のｓはラプラス演算子である。
【００３０】
一見して明らかであるように、実線の位相補償演算手段２の伝達特性Ｔ（ｓ）／τ（ｓ）は、急操舵成分の周波数領域で高いゲインおよび位相進みを示しており、急操舵時の俊敏な応答特性が得られる。しかしながら、同伝達特性は、さらに高い高周波成分の周波数領域でも、なお高いゲインおよび位相進みを示しているので、差分ノイズをそのまま拾ってしまい微振動や異音を発生させる可能性が高い。
【００３１】
逆に、従来技術のようにアナログ・ローパスフィルタを使用した場合の伝達特性は、破線で示すように急操舵成分の周波数領域で十分に高いゲインおよび位相進みが得られないので、急操舵時の俊敏な応答特性は得られない。しかしながら、さらに高い周波数領域では、同様にゲインは高まらないので、微振動や異音の発生は防止されているという利点はある。
【００３２】
ところが、本実施例の変動量抑制演算がなされている伝達特性Ｔｓ（ｓ）／τ（ｓ）では、一点鎖線で示すように、急操舵成分の周波数領域では十分に高いゲインおよび位相進みが得られている。それゆえ、前述の位相補償演算手段２の伝達特性Ｔ（ｓ）／τ（ｓ）と同様に、急操舵時の俊敏な応答特性が得られる。一方、差分ノイズを拾う高周波成分の周波数領域では、位相補償演算手段２の伝達特性よりもゲインが低いばかりではなく、従来技術のようにアナログ・ローパスフィルタを使用した場合の伝達特性に比べてもさらにゲインが低い。それゆえ、よりいっそう有効に微振動や異音の発生が防止されている。そればかりではなく、位相遅れがほとんど生じないので、位相遅れに起因する自励振動が防止され、微振動や異音の発生が極めて効果的に防止される。
【００３３】
このように、位相補償演算手段２に続いて変動量抑制演算手段３が挿置されていることにより、マイクロコンピュータ１０のもつ伝達特性は大きく改善され、極めて俊敏な応答特性と微振動や異音の有効な防止とが達成される。
最後に、再び図２に示すように、処理ステップＳ４で、アシスト量演算手段４が、このような抑制制御トルク信号Ｔｓに基づいて、パワーアシストモータ６を駆動するモータ駆動回路５に指令するアシスト量Ｔａを適正に算出する。アシスト量演算手段４には、適正なゲインを与える作用はあるが、位相を調整する作用はほとんどなく位相遅れはほとんど生じないので、前述の変動量抑制演算手段３によって得られた特性は保存される。
【００３４】
その結果、アナログ微分回路のようなコストアップを招く構成要素なしに、主にマイクロコンピュータ１０だけによってアシスト量Ｔａが演算されるので、従来技術よりもコストダウンすることが可能になる。そればかりではなく、変動量抑制演算手段３の作用により、差分ノイズに相当する高周波成分が所定の閾値以内に抑制されているので、差分ノイズに起因する微振動や異音が発生することが防止されるていながら、急操舵時の俊敏な応答特性が発揮される。
【００３５】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、従来技術に比べてコストダウンができるばかりではなく、急操舵時の俊敏な応答性が得られながら、微振動や異音の発生を防止することができるという効果がある。そしてさらに、小さな演算負荷により演算時間が極めて短時間になって位相遅れが小さくなるので、微振動や異音の発生の防止がよりいっそう確実になるとともに、よりいっそう俊敏な応答特性が得られるようになるという効果がある。
【００３６】
（実施例１の付記）
本実施例の変動量抑制演算手段３のロジック（図２参照）は、非線形な特性をもつので、操舵入力であるトルク信号τの大きさやマイクロコンピュータ１０の演算周期等のパラメータの違いによって異なる伝達特性を示す。そこで、前述の図３では、最も実際に近く評価に適当と思われる条件での伝達特性を定性的に示した。
【００３７】
なお、変動量抑制演算手段３の閾値の設定により、ゲインが急速に下がり始める周波数は自由に設定できる。この周波数をどの程度に設定するかは、たとえばスポーツカーと乗り合いバスとでは要求される操舵応答特性が異なるように、車種によって異なり、設計事項に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１としての電動パワーステアリング制御装置を含む操舵シシテムの構成を示すブロック図。
【図２】  実施例１の変動量抑制演算ロジックを主に示すフローチャート。
【図３】  実施例１の応答特性がもつ効果を比較して示すボード線図。
【符号の説明】
１：操舵トルク検出器
１０：マイクロコンピュータ
２：位相補償演算手段
３：変動量抑制演算手段
４：アシスト量演算手段
５：モータ駆動回路    ６：パワーアシストモータ
【図１】
0003932079.tif 000002
【図２】
0003932079.tif 000003
【図３】
0003932079.tif 000004