(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置において、検出された操舵トルクに基づいてモータ電流を制御する電流制御機能が複数のＬＳＢフィルタを含み、前記ＬＳＢフィルタの中で零点を持つディジタルフィルタが、入力を２のべき乗倍してべき乗入力を設定し、べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値より大きいときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に前記べき乗入力を使用するようにし、前記べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値以下のときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に、ＦＩＲフィルタに前記べき乗入力を通した値を使用するフィルタ機能を具備した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】
操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置において、検出された操舵トルクに基づいてモータ電流を制御する電流制御機能が複数のＬＳＢフィルタを含み、前記ＬＳＢフィルタの中で零点を持つディジタルフィルタが、入力を２のべき乗倍してべき乗入力を設定し、べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値より大きいときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に前記べき乗入力を使用するようにし、前記べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値以下のときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に、ＩＩＲフィルタに前記べき乗入力を通した値を使用するフィルタ機能を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記フィルタ機能が、センタ応答性改善部、電流制御部、モータ角加速度推定部の少なくとも１つに具備されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に操舵フィーリングと制御音を改良した電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１１に示して説明すると、ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て走行車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴ、車速センサ１２で検出された車速Ｖに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図１２のようになる。
【０００５】
コントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、検出されたモータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
上述のように電動パワーステアリング装置では、トルクセンサ１０より得られる操舵トルクや車速センサからの車速に基づいてモータ電流を制御し、モータ２０より発生するアシストトルクを制御している。この制御機能は制御装置内のコントロールユニット３０のソフトウェアで実現されることが一般的である。制御機能の中には、電動パワーステアリングの安定性確保やスッキリした操舵フィーリングの実現のため、伝達関数で表される制御要素があり、それらはディジタルフィルタで構成されている。これらの零点を持つディジタルフィルタにより、アシストトルクの制御の位相を改善して安定化を達成し、アシストトルクの位相遅れの少ないスッキリした操舵感を実現している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような電動パワーステアリング装置では、ハンドルを一定舵角で保持するような操舵をしたり、ゆっくり操舵した場合に、制御音や操舵の滑らかさを悪化させるという問題があった。つまり、零点を持つディジタルフィルタの入力は図１３（Ａ）に示すように、その１サンプリング前との差が数ＬＳＢ(Least Significant Bit)程度となる信号が連続しており、それを微分して出力するディジタルフィルタの出力信号が図１３（Ｂ）に示すようにギザギザとなる。このギザギザ信号のため、制御音がしたり、操舵フィーリングを悪化させていた。
【０００８】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、零点を持つディジタルフィルタの出力信号のノイズを低減し、制御音低減と滑らかな操舵フィーリングを達成できるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵トルク及び車速に基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置に関するもので、本発明の上記目的は、検出された操舵トルクに基づいてモータ電流を制御する電流制御機能が複数のＬＳＢフィルタを含み、前記ＬＳＢフィルタの中で零点を持つディジタルフィルタが、入力を２のべき乗倍してべき乗入力を設定し、べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値より大きいときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に前記べき乗入力を使用するようにし、前記べき乗入力の現在値と１サンプリング前との差の絶対値が所定値以下のときには、前記零点を持つディジタルフィルタの入力に、ＦＩＲフィルタ或いはＩＩＲフィルタに前記べき乗入力を通した値を使用する機能を設けることによって達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、前記フィルタ機能を、センタ応答性改善部、電流制御部、モータ角加速度推定部の少なくとも１つに設けることにより、より効果的に達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、零点を持つディジタルフィルタの入力をべき乗倍することにより入力の分解能を上げると共に、入力の変化が所定値より小さいときに、所定のパルス伝達関数を通した入力値を使用することにより、入力信号の変化を抑えるようにしている。これにより、信号を微分したときのノイズも抑えることができ、制御音の低減や滑らかな操舵フィーリングを達成している。
【００１２】
以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００１３】
先ず、本発明の前提となる電動パワーステアリング装置の制御機能ブロックを図１に示して説明する。
【００１４】
トルクセンサからの操舵トルクＴは操舵補助指令値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１に入力され、各出力が加算器１０２に入力され、その加算結果がトルク制御演算部１０３に入力されている。センタ応答性改善部１０１は、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行う。トルク制御演算部１０３の出力信号はモータロス電流補償部１０４に入力され、その出力が加算器１０５を経て最大電流制限部１０６に入力され、最大電流制限部１０６で最大電流値が制限されて電流制御部１１０に入力される。モータロス電流補償部１０４は、モータ電流が流れてもモータ出力に現れない電流を上乗せして、モータ出力トルク０からの立ち上りを改善し、最大電流制限部１０６は、電流指令値の最大値が定格電流となるように制限している。電流制御部１１０の出力は、Ｈブリッジ特性補償部１１１を経て電流ドライブ回路１１２に入力され、これによりモータ１１３を駆動する。
【００１５】
モータ１１３のモータ電流ｉは、モータ電流オフセット補正部１２０を経てモータ角速度推定部１２１、電流ドライブ切換部１２２及び電流制御部１１０に入力され、モータ端子電圧Ｖｍはモータ角速度推定部１２１に入力される。モータ角速度推定部１２１で推定された角速度ωはモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３、モータロストルク補償部１２４及びヨーレート推定部１２５に入力され、ヨーレート推定部１２５の出力は収れん制御部１２６に入力され、収れん制御部１２６及びモータロストルク補償部１２４の各出力は加算器１２７で加算され、その加算結果が加算器１０２に入力される。モータ角加速度推定部・慣性補償部１２３はモータ慣性を加減速させるトルクを操舵トルクから排除し、慣性感のない操舵感にし、収れん制御部１２６は車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっており、モータロストルク補償部１２４はモータ１１３のロストルクの発生する方向、つまりモータ１１３の回転方向に対してロストルク相当のアシストを行う。ロストルクはモ−タの出力トルクのうち、モ−タの構造に基く摩擦損失及び磁気的要因に基く損失であり、このようなロストルクは、直進走行時に僅かな操舵が行われたときに操舵方向に対して意図しない力が付加されたり、反対方向の力が付加されたりして操舵感覚を悪化させるものである。また、電流ディザ信号発生部１３０が設けられており、電流ディザ信号発生部１３０及びモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３の各出力が加算器１３１で加算され、その加算結果が加算器１０５に入力されている。電流ディザ信号発生部１３０は、モータが静摩擦で張り付いてしまうのを防止する。
【００１６】
一方、センタ応答性改善部１０１は図２に示すように、位相補償部１０１Ａ、近似微分部１０１Ｂ及びゲイン設定部１０１Ｃで構成され、位相補償部１０１Ａは図３に示す周波数特性であり、近似微分部１０１Ｂは図４に示す周波数特性である。これにより、位相補償と近似微分との合成特性は図５に示すようになる。また、ゲイン設定部１０１Ｃでは、車速Ｖ及び操舵トルクＴによってゲインを切り換えて設定する。更に、ハンドルが急に戻されるような不安な操舵感を低減し、保舵を安定させるため、操舵トルク大で、かつ操舵トルク変化率大とし、操舵トルク減少方向の場合にゲインを小さくする。
【００１７】
また、操舵補助指令値演算部１００におけるアシスト量の計算において、３つの代表車速（０、Ｖ１、Ｖ２Ｋｍ／ｈ）によるアシスト特性を基本特性として設定し、その他の車速では車速補間ゲインに応じて各基本特性間を車速２Ｋｍ／ｈ毎の補間を行う。そして、アシスト特性の車速設定範囲０〜Ｖ２Ｋｍ／ｈ、分解能２Ｋｍ／ｈとする。基本アシスト特性（トルク対電流）は図６に示すものであり、０Ｋｍ／ｈ＝Ｉｏ特性、Ｖ１＝Ｉａ特性、Ｖ２＝Ｉｂ特性で表わされている。そして、その他の車速についての車速補間演算は、図７で示す車速（Ｋｍ／ｈ）対車速補間係数γで２Ｋｍ／ｈ毎に行う。車速０〜Ｖ１のとき、アシスト電流ＩはＩ＝Ｉａ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉｏ（Ｔ）−Ｉａ（Ｔ））であり、車速（Ｖ１＋２）〜Ｖ２Ｋｍ／ｈのとき、アシスト電流ＩはＩ＝Ｉｂ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉａ（Ｔ）−Ｉｂ（Ｔ））である。
【００１８】
上述のように、電動パワーステアリングの制御ではハンドルセンタ付近の操舵フィーリングを向上させるため、操舵トルクＴの近似微分信号を電流指令値に加えるようなセンタ応答性改善制御を行っている。そこで用いられる近似微分特性は連続時間系で数１のような伝達特性で表わされる。
【００１９】
【数１】
0003985512.tif 000002
この数１を、離散時間系のディジタルフィルタで表わすと、次の数２のようになる。
【００２０】
【数２】
0003985512.tif 000003
ディジタルフィルタは、このように零点を持つ構造になる。また、ｂ１＝−ｂ０となることから、１サンプリング間の差分に対して、ゲイン倍される構造となる。このような特性への入力としてハンドルを保舵した場合を考えると、入力信号としては一定値に数ＬＳＢ程度の変化した信号が重畳したようなものとなる。
【００２１】
このような入力信号を数２に加えると、入力の数ＬＳＢの変化（差分）に対して、ゲインを施したノイズ的な信号となって出力されることになり、制御音や操舵の滑らかさを悪くしていた。
【００２２】
そこで、本発明では、センタ応答性改善部の入力部、モータ角加速度推定部の入力部、電流制御部のフィードバック部の入力をそれぞれ２のべき乗倍して分解能を確保できるようにしておき、べき乗された現在値と１サンプリング前の値との差の絶対値が所定値以下の場合に、べき乗した入力を所定のパルス伝達関数した値を入力値とすることにより、入力の変化を抑え、ノイズの発生を抑えるようにする。
【００２３】
図８は本発明の一実施例を図１に対応させて示しており、本発明ではセンタ応答性改善部１０１の入力部に図９に示すようなＬＳＢフィルタ１０１Ｆを設け、電流制御部１１０の電流フィードバック部にＬＳＢフィルタ１１０Ｆを設け、更にモータ角加速度推定部・慣性補償部１２３のモータ角加速度推定部の入力部にＬＳＢフィルタ１２３Ｆを設けている。
【００２４】
ＬＳＢフィルタ１０１Ｆ、１１０Ｆ、１２３Ｆは同一構成であり、図９についてその構成を説明する。元入力は２のべき乗部２０１に入力され、その出力が信号ＳＧ１で接点ａ１、ｂ１を切り換えられるスイッチＳＷ１に入力される。接点ａ１の信号は、信号ＳＧ２で切り換えられるスイッチＳＷ２の接点ａ２に入力され、接点ｂ１の信号はＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ（又はＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタ）２０２を経て接点ｂ２に入力されている。スイッチＳＷ２の出力が、零点を持つディジタルフィルタの入力となっている。
【００２５】
べき乗した入力のＦＩＲフィルタ２０２でパルス伝達関数を構成した場合、２次のＦＩＲフィルタを例にすると次のようになる。
【００２６】
図９に示すように元入力をＵｋとし、べき乗入力を
0003985512.tif 000004
とすると、下記数３が成り立つ。
【００２７】
【数３】
0003985512.tif 000005
また、制御の入力（零点を持つディジタルフィルタの入力）を
0003985512.tif 000006
とし、
【数４】
0003985512.tif 000007
の場合は、信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をｂ１、ｂ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力はＦＩＲフィルタ２０２を通して下記数５となる。
【００２８】
【数５】
0003985512.tif 000008
また、
【数６】
0003985512.tif 000009
の場合は、信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をａ１、ａ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力はＦＩＲフィルタ２０２を通さないため下記数７となる。
【００２９】
【数７】
0003985512.tif 000010
例としてｂ０＝１、ｂ１＝２、ｂ２＝１、ａ０＝４とすると、
0003985512.tif 000011
の変化が１ＬＳＢの場合、零点を持つディジタルフィルタの入力
0003985512.tif 000012
の値として、べき乗入力
0003985512.tif 000013
の１ＬＳＢ／４を持つ必要があるため、数３のｎは２以上を選択し、零点を持つディジタルフィルタの入力
0003985512.tif 000014
として分解能を維持するようにする。このようにすることにより、入力Ｕｋの変化が小さいときのセンタ応答性改善部１０１への入力
0003985512.tif 000015
の変化を少なくし、それを微分したときのノイズを低減させることができ、結果として制御出力のノイズを抑えることができる。
【００３０】
図１０のフローチャートは本発明の動作例を示しており、先ず２のべき乗部２０１が元入力Ｕｋからべき乗入力
0003985512.tif 000016
を計算し（ステップＳ１０）、元入力Ｕｋとの差の絶対値Ａを計算する（ステップＳ１１）。そして、絶対値Ａが所定値以上か否かを判定し（ステップＳ１２）、絶対値Ａが所定値以上の場合には信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をａ１、ａ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力を数７とする（ステップＳ１３）。また、絶対値Ａが所定値よりも小さい場合には信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をｂ１、ｂ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力を数５又は数８とする（ステップＳ１４）。
【００３１】
上述の例はセンタ応答性改善部１０１について示したが、このような微分特性を含む、つまり零点を持つディジタルフィルタはモータ角加速度推定部、電流制御部にもあり、同様に適用することが可能である。
【００３２】
また、べき乗した入力のＩＩＲフィルタ２０２でパルス伝達関数を構成した場合、２次のＦＩＲフィルタを例にすると次のようになる。
【００３３】
制御の入力（零点を持つディジタルフィルタの入力）を
0003985512.tif 000017
とし、
【数４】
0003985512.tif 000018
の場合は、信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をｂ１、ｂ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力はＩＩＲフィルタ２０２を通して下記数８となる。
【００３４】
【数８】
0003985512.tif 000019
また、
【数６】
0003985512.tif 000020
の場合は、信号ＳＧ１，ＳＧ２によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の接点をａ１、ａ２に切り換え、零点を持つディジタルフィルタの入力はＩＩＲフィルタ２０２を通さないため上記数７となる。
【００３５】
ＩＩＲフィルタ２０２で数８の計算を行う場合、零点を持つディジタルフィルタの入力
0003985512.tif 000021
の過去値が必要になるが、本例では数７での過去値を用いる。この場合も、零点を持つディジタルフィルタの入力
0003985512.tif 000022
の分解能が維持できるように２のべき乗値ｎを設定する。ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタとでは特性に差があり、ローパスフィルタの場合、ＦＩＲフィルタの方が周波数遮断特性が悪く、位相遅れが大きくなる。
【００３６】
なお、上述の実施例ではセンタ応答性改善制御、モータ角加速度推定部、電流制御部の入力を２のべき乗倍して分解能を確保し、べき乗された現在値と１サンプリング前の値との差の絶対値が所定値以下の場合に、べき乗した入力を所定のパルス伝達関数した値を入力値としているが、センタ応答性改善制御、モータ角加速度推定部、電流制御部の少なくとも１つであっても良い。
【００３７】
【発明の効果】
上述のように本発明では、零点を持つディジタルフィルタの入力をべき乗倍することにより入力の分解能を上げ、入力の変化が所定値より小さいときに、所定のパルス伝達関数を通した入力値を使用することにより、入力信号の変化を抑えるようにしている。これにより、信号を微分したときのノイズも抑えることができ、制御音の低減や滑らかな操舵フィーリングを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる電動パワーステアリング装置の制御機能ブロック図である。
【図２】センタ応答改善部のブロック構成図である。
【図３】位相補償部の特性例を示す図である。
【図４】近似微分部の特性例を示す図である。
【図５】位相補償部及び近似微分部の合成特性を示す図である。
【図６】基本アシスト特性を示す図である。
【図７】車速補間演算の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施例を示す制御機能ブロック図である。
【図９】本発明で使用するＬＳＢフィルタの構成例を示す結線図である。
【図１０】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図１１】電動パワーステアリングの一般例を示す機構図である。
【図１２】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図１３】ディジタルフィルタの特性例を示す図である。
【符号の説明】
１０      トルクセンサ
１２      車速センサ
２０      モータ
３０      コントロールユニット
１００    操舵補助指令値演算部
１０１    センタ応答性改善部
１０１Ｆ  ＬＳＢフィルタ
１０３    トルク制御演算部
１１０    電流制御部
１１０Ｆ  ＬＳＢフィルタ
１１２    電流ドライブ回路
１１３    モータ
１２１    モータ角速度推定部
１２３    モータ角加速度推定部・慣性補償部
１２３Ｆ  ＬＳＢフィルタ
１２４    モータロストルク補償部
１２５    ヨーレート推定部
１２６    収れん制御部
２０１    ２のべき乗部
２０２    ＦＩＲ（ＩＩＲ）フィルタ
【図１】
0003985512.tif 000023
【図２】
0003985512.tif 000024
【図３】
0003985512.tif 000025
【図４】
0003985512.tif 000026
【図５】
0003985512.tif 000027
【図６】
0003985512.tif 000028
【図７】
0003985512.tif 000029
【図８】
0003985512.tif 000030
【図９】
0003985512.tif 000031
【図１０】
0003985512.tif 000032
【図１１】
0003985512.tif 000033
【図１２】
0003985512.tif 000034
【図１３】
0003985512.tif 000035