(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵をアシストするモータの回転数又は操舵速度に関する角速度ωを測定または推定する角速度検出手段を有する車載用の電動パワーステアリング装置において、
前記モータへの通電に伴って発現し得るキャビン内の異音又はハンドルの不快な振動の周波数帯域に臨む臨界周波数ｆに対応する周期（１／ｆ）よりも短い制御周期Δｔ（＜１／ｆ）で、前記角速度ωに関する負帰還制御を前記モータの出力トルクに対して実行する角速度高速負帰還制御手段を有す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】
操舵をアシストするモータの回転数又は操舵速度に関する角速度ωを測定または推定する角速度検出手段と、単数又は複数種類のトルク演算部とを有する車載用の電動パワーステアリング装置において、
前記単数のトルク演算部が制御される制御周期ΔＴ１、又は前記複数種類のトルク演算部が各々制御される制御周期のうち最も長い制御周期ΔＴ１よりも短い制御周期Δｔ（＜ΔＴ１）で、前記角速度ωに関する負帰還制御を前記モータの出力トルクに対して実行する角速度高速負帰還制御手段を設け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】
前記角速度高速負帰還制御手段は、
前記モータへの通電に伴って発現し得るキャビン内の異音又はハンドルの不快な振動の周波数帯域に臨む臨界周波数ｆに対応する周期（１／ｆ）よりも短い制御周期Δｔ（＜１／ｆ）で、前記負帰還制御を前記出力トルクに対して実行することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
単数又は複数種類の前記トルク演算部は、アシスト・トルク演算部、慣性トルク演算部、ハンドル戻しトルク演算部、及びダンパー・トルク演算部から１個以上選択されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記角速度ωの検出信号が含有する少なくとも操舵周波数帯域内の略中央周波数成分以外を除去又は減衰することにより、前記負帰還制御の過補償現象を緩和又は抑制するフィルタリング手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
操舵トルクτに依存して決定されるアシストトルクＴA の前記操舵トルクτに対するゲインα（≡∂ＴA ／∂τ）に基づいて、負帰還させる制御量（Ｘ）の前記角速度ωに対するゲインＫ（≡∂Ｘ／∂ω）を決定する負帰還ゲイン決定手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項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、モータの回転数又は操舵速度に関する角速度ωを測定または推定する角速度検出手段を有する車載用の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
検出された操舵トルクτに応じて、出力するアシストトルクＴA の値を決定する電動パワーステアリング装置が一般に普及しており、これらの電動パワーステアリング装置の中には、制御系の安定性を得るために、位相補償フィルタを設けて伝達特性を調整している装置も多い。従来装置に見られるこの様な位相補償フィルタは、応答の遅れによって生じる振動や発振現象を緩和若しくは抑制するために用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ハンドルを軽くしようとした場合、アシストゲイン（α≡∂ＴA ／∂τ）を大きくしておく必要が生じるが、このゲインαを大きく設定すると、制御系が不安定に成り易く、例えば後述の図８の上側の周波数応答性に係わるグラフに例示される様な所謂「ハンプ」等と呼ばれている現象が発生することがあり、これにより、モータへの通電に伴って車両のキャビン内に異音が生じたり、或いはハンドルに不快な振動が発生したりすることがある。
【０００４】
この対策としては、例えば、位相補償フィルタのゲイン（以下、「位相補償ゲイン」と言う。）を高く設定する方法が考えられるが、この様な位相補償制御におけるチューニングだけではハンプの低減効果には限界があり、一般には、この様な方法による特性改善は困難な場合が多い。
また、位相補償ゲインを高く設定すると、制御系がノイズ等の振動成分に対する応答性も敏感となるため、ノイズ等の振動成分に起因する異音や振動が表面化或いは顕在化してしまう等の問題が派生する。
【０００５】
図６及び図７は、上記の様な従来技術による電動パワーステアリング装置１００の制御ブロックダイヤグラムであり、図６には、電動パワーステアリング装置１００の一部である「直接ＤＣモータを駆動制御する部分（１００Ａ）」が図示してある。また、例えば、図７のトルク慣性補償制御１１０、アシスト制御１２０、ハンドル戻し補償制御１３０、及びダンパ補償制御１４０等から構成される「出力トルク演算部」等は、周知の手段により図略のコンピュータシステムを用いてソフトウェアにより実現されている。
【０００６】
この「出力トルク演算部」は、図６のＤＣモータが出力すべきトルクの値（指令値Ｔ）を次式（１）に従って算出する。
【数１】
Ｔ＝ＴA ＋ＴI ＋ＴD ＋ＴR                                   …（１）
（記号定義）
ＴI   ：  制御１１０より算出される慣性補償トルク
ＴA   ：  制御１２０より算出されるアシスト・トルク
ＴR   ：  制御１３０より算出されるハンドル戻しトルク
ＴD   ：  制御１４０より算出されるダンパー・トルク
【０００７】
また、図８は、この様な従来の装置１００における、トルクループ周波数に対する応答特性（アシストゲイン依存性）を例示するグラフである。
また、図９は、この装置１００における、トルクループ周波数に対する応答特性（位相補償ゲイン依存性）を例示するグラフである。
【０００８】
従来技術においては、例えば図８に例示する様に、アシストゲインを大きくすると、制御系が不安定になっていることを示す１つのバロメータである所謂「ハンプ」が大きくなってしまうという望ましくない現象が現れる。
また、アシストゲインをある程度大きく設定した場合にその制御系の安定性を確保するために、例えば図９に例示する様に、位相補償ゲインを大きくする方法等が考えられる。しかし、この方法による効果は本図９からも判る様にある程度のところで飽和し、それ以降は位相補償ゲインを大きくしても上記のハンプは十分には小さくならない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、アシストゲイン（α≡∂ＴA ／∂τ）を大きくしても、上記の様な所謂「ハンプ」の発現を抑制若しくは緩和することができる、安定性の高い電動パワーステアリング装置を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、操舵をアシストするモータの回転数又は操舵速度に関する角速度ωを測定または推定する角速度検出手段を有する車載用の電動パワーステアリング装置において、モータへの通電に伴って発現し得るキャビン内の異音又はハンドルの不快な振動の周波数帯域に臨む臨界周波数ｆに対応する周期（１／ｆ）よりも短い制御周期Δｔ（＜１／ｆ）で、角速度ωに関する負帰還制御をモータの出力トルクに対して実行する角速度高速負帰還制御手段を設けることである。
【００１１】
ただし、本発明に係わる上記のモータは、交流モータであっても、直流モータであっても、或いはブラシレス直流モータであっても良い。本発明はこれらのモータの種類とは無関係に、任意の種類のモータに対して適用することが可能である。また、このことは、以下の各手段や、或いは後述の各実施例等についても同様である。
【００１２】
また、第２の手段は、操舵をアシストするモータの回転数又は操舵速度に関する角速度ωを測定または推定する角速度検出手段と、単数または複数種類のトルク演算部とを有する車載用の電動パワーステアリング装置において、単数のトルク演算部が制御される制御周期ΔＴ１、又は複数種類のトルク演算部が各々制御される制御周期のうち最も長い制御周期ΔＴ１よりも短い制御周期Δｔ（＜ΔＴ１）で、上記の角速度ωに関する負帰還制御をモータの出力トルクに対して実行する角速度高速負帰還制御手段を設けることである。
【００１３】
また、第３の手段は、上記の第２の手段の角速度高速負帰還制御手段において、モータへの通電に伴って発現し得るキャビン内の異音又はハンドルの不快な振動の周波数帯域に臨む臨界周波数ｆに対応する周期（１／ｆ）よりも短い制御周期Δｔ（＜１／ｆ）で、上記の負帰還制御を出力トルクに対して実行することである。
【００１４】
以上の第１乃至第３の何れか１つの手段によれば、所謂粘性感の強い操舵感が実現されると同時に、前述のハンプが低減されるため制御系を安定させることができる。したがって、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段によれば、上記の異音や振動の表面化若しくは顕在化を回避することが可能となる。
【００１５】
また、第４の手段は、上記の第２または第３の手段において、単数又は複数種類の上記のトルク演算部を、アシスト・トルク演算部、慣性トルク演算部、ハンドル戻しトルク演算部、及びダンパー・トルク演算部から１個以上選択して構成することである。即ち、角速度ωに関する負帰還制御の制御周期Δｔは、上記の各種のトルク演算部が制御される制御周期の中の最短の制御周期と同じ長さか、或いはそれよりも短くて良い。
【００１６】
例えば、以下の様に制御周期の階層化を実施することができる。
（１）１０ｍｓ周期で実行する処理
（ａ）ハンドル戻し・トルク演算（ハンドル戻し補償制御）
（ｂ）ダンパ・トルク演算（ダンパ補償制御）
（２）５００μｓ周期で実行する処理
（ａ）アシスト・トルク演算
（ｂ）慣性トルク演算（慣性補償制御）
（３）４００μｓ周期で実行する処理
（ａ）角速度ωに関する負帰還制御
例えば、この様な制御周期の設定によれば、「角速度ωに関する負帰還制御」を十分に短い制御周期で実行することができるので、例えば0.１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ程度の異音を効果的に抑制又は緩和することができる。
【００１７】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段において、上記の角速度ωの検出信号が含有する少なくとも操舵周波数帯域内の略中央周波数成分以外を除去又は減衰することにより、負帰還制御の過補償現象を緩和又は抑制するフィルタリング手段を設けることである。
【００１８】
この様な手段によれば、速度フィードバック（角速度高速負帰還）の効果で、比較的高周波のトルク変動に起因するハンドルの振動やモータの異音等が低減できる上に、バンドパスすることによって操舵感に直接係わる低周波領域は、上記の速度フィードバックの制御対象周波数領域から外すことができる。例えば、バンドパス周波数の中心周波数は、上記のハンプのピーク周波数と略一致させれば良い。
この様な手段によれば、上記の速度フィードバック制御（角速度高速負帰還制御）の操舵感に対する悪影響（粘性感の増大）は抑制される。また、高周波領域の成分は減衰するため、実際の分解能以上の検出精度が得られ、これにより制御量の変動が抑制できる。
尚、バンドパス・フィルタのバンドパス周波数は、位相の遅れが無いため、位相遅れによる悪影響も発生しない。
【００１９】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段において、操舵トルクτに依存して決定されるアシストトルクＴA の操舵トルクτに対するゲインα（≡∂ＴA ／∂τ）に基づいて、負帰還させる制御量（Ｘ）の角速度ωに対するゲインＫ（≡∂Ｘ／∂ω）を決定する負帰還ゲイン決定手段を設けることである。
この様な手段により、負帰還させる制御量（Ｘ）を略過不足無く好適値に調整・制御することができる。
【００２０】
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明の電動パワーステアリング装置を構成する各部の実現形態は、以下に示す実施例において具体的に例示される様態に限定されるものではない。
したがって、例えば、ＡＣモータ、ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ等のモータの種類や、操舵角速度ωの算出方法や、或いは各種のトルク指令値等の決定方法等の各種の演算手段や演算方法等には、公知或いは任意の方法や手段を用いて実現することも勿論可能である。
【００２２】
（第１実施例）
図１は、本第１実施例における電動パワーステアリング装置２００の制御ブロックダイヤグラム（２−ａ）である。
本制御ブロックダイヤグラム（２−ａ）は、前述の図７の従来の制御ブロックダイヤグラム（２−ｃ）の代わりに適用するものであり、従って前述の制御ブロックダイヤグラム（２−ｃ）と同様に、図６の装置１００（１００Ａ）の制御ブロックダイヤグラム（１）と組み合わせて用いることができる。
【００２３】
従来の制御ブロックダイヤグラム（２−ｃ）と、本第１実施例における電動パワーステアリング装置２００の制御ブロックダイヤグラム（２−ａ）との唯一の差異は、操舵角速度ωにゲインＫを乗じて、負帰還している点にある。即ち、本第１実施例では、前記の指令値Ｔは、前述の式（１）の代わりに、次式（２）、（３）に従って算出される。
【数２】
Ｔ＝ＴA ＋ＴI ＋ＴD ＋ＴR −Ｘ                              …（２）
【数３】
Ｘ＝Ｋ・ω                                                  …（３）
【００２４】
ただし、操舵角速度ωは例えば以下の様に、次式（４）〜（６）に従って、図６の制御ブロックダイヤグラム（１）により求めることができる。
【数４】
ω＝  Ω／Ｇi                                               …（４）
【数５】
Ω  ＝（Ｖ−ＺＩ）／Ｋe                                     …（５）
【数６】
Ｚ  ＝  Ｒ  ＋  ＬＳ                                        …（６）
（記号定義）
Ω  ：  モータの角速度
Ｇi ：  減速比（モータとステアリング・シャフトとのギヤ比）
Ｋe ：  モータの逆起電力定数
Ｖ  ：  モータ電圧（実時間測定値）
Ｉ  ：  モータ電流（実時間測定値）
Ｚ  ：  モータのインピーダンス
Ｒ  ：  モータの電気子抵抗
Ｌ  ：  モータのインダクタンス
Ｓ  ：  時間微分演算子（≡ｄ／ｄｔ）
【００２５】
ただし、上記の操舵角速度ωの算出方法としては、その他にも例えば、モータ端子間電圧等から算出する方法や、或いはモータに設置された位置検出器の出力信号から算出する方法等も考えられる。
【００２６】
この様に制御量「Ｘ＝Ｋ・ω」を負帰還する演算手段（角速度高速負帰還制御手段）は、前述のソフトウェアにより実現される前記の「出力トルク演算部」を新規モジュール（新規プログラム）追加等の周知の手法で拡張することにより、容易に構成することができる。
【００２７】
ただし、モータへの通電に伴って発現し得るキャビン内の異音又はハンドルの不快な振動の周波数帯域に臨む臨界周波数ｆに対応する周期（１／ｆ）よりも短い制御周期Δｔ（＜１／ｆ）で、操舵角速度ωに関する負帰還制御を実行する必要があるため、若干の注意を要する。この制御周期Δｔとしては、概ね１／１０ｆ〜１／１００ｆ程度で良い。
【００２８】
図２は、角速度高速負帰還制御手段を有する本第１実施例の電動パワーステアリング装置２００の「出力トルク演算部」実現するフローチャートである。
本アルゴリズムは、上記の図略のコンピュータシステム上で実行するものであり、各トルク演算処理の制御周期は、以下の様に設定されている。
【００２９】
（１）１０ｍｓ周期で実行する処理
（ａ）ハンドル戻し・トルク演算（ハンドル戻し補償制御）
（ｂ）ダンパ・トルク演算（ダンパ補償制御）
（２）５００μｓ周期で実行する処理
（ａ）アシスト・トルク演算
（ｂ）慣性トルク演算（慣性補償制御）
（ｃ）角速度ωに関する負帰還制御
【００３０】
このアルゴリズムにおいては、まず最初に、ステップ２１０において初期化処理を実行する。この初期処理では、前述の各制御１１０、１２０、１３０、１４０等の初期処理を行い、更に、操舵角速度ωを前述の式（４）〜（６）に従って算出する。
【００３１】
次に、ステップ２１５では、図１の「トルク演算」の制御ブロックにて、操舵トルクτの値を算出し、更に、図１の「車速演算」の制御ブロックにて、車速ｕの値を算出する。
ステップ２３５では、図１のハンドル戻し補償制御１３０にて、ハンドル戻しトルクＴR を算出する。
ステップ２４０では、図１のダンパ補償制御１４０にて、ダンパートルクＴD を算出する。
【００３２】
ステップ２５０では、操舵トルクτに対する位相補償処理を実行する。
ステップ２５２では、図１のトルク慣性補償制御１１０にて、慣性補償トルクＴI を算出する。
ステップ２５４では、図１のアシスト制御１２０にて、アシストトルクＴA を算出する。
【００３３】
本第１実施例においては、ステップ２６０は、ダミーステップとしてスキップする。即ち、本第１実施例においては、ステップ２６０では何もしない。
ステップ２６５では、前記式（３）に従って、負帰還すべき制御量Ｘを求める。
ステップ２７０では、前記式（２）に従って、出力すべきトルクの値（指令値Ｔ）を求める。
【００３４】
ステップ２７５では、前述の図６の「直接ＤＣモータを駆動制御する部分（１００Ａ）」に対して、指令値Ｔを出力する。
ステップ２８０では、この負帰還ループの実行周期Δｔだけ時間の経過を待つ。例えば、Δｔの値は５００μｓｅｃ程度で良い。
ステップ２８５では、前述の式（４）〜（６）に従って、操舵速度ωの値を算出する。
ステップ２９０では、ダンパートルクＴD の演算周期ΔＴ１が経過したか否かを判定し、その周期に至っていればステップ２１５へ、そうでなければステップ２６０へ処理を移す。例えば、ΔＴ１の値は１０ｍｓｅｃ程度で良い。
【００３５】
例えば、この様な負帰還制御により、所謂粘性感の強い操舵感が実現されると同時に、前述のハンプ（図８、図９）が低減されるため、制御系を安定させることができ、この結果、上記の異音や振動の表面化若しくは顕在化を回避することが可能となる。
【００３６】
図３は、前記の従来の電動パワーステアリング装置１００と、本第１実施例の電動パワーステアリング装置２００と、更に後述の電動パワーステアリング装置３００（第２実施例）に係わる、トルクループ周波数に対する応答特性を例示するグラフである。
本図３からも判る様に、上記の第１実施例の様な構成（角速度高速負帰還制御手段）を適用することにより、速度フィードバックの作用・効果に基づいて、トルク変動（振動成分）を低減することができる。
【００３７】
また、上記の様な実施形態による角速度高速負帰還制御手段の追加は、例えば、図２のフローチャートに例示した様に、比較的簡単な機能拡張により、容易に実施することができるので、例えば、上記のダンパー補償手段やハンドル戻し手段等の既存のプログラムのアルゴリズムやテーブルデータ等は殆ど変更する必要が無い。即ち、この様な手段によれば、比較的容易に角速度高速負帰還制御手段を実現することができる。
【００３８】
（第２実施例）
図４は、本第２実施例における電動パワーステアリング装置３００の装置２００（第１実施例）に対する拡張部分の制御ブロックダイヤグラム（２−ｂ）である。本制御ブロックダイヤグラム（２−ｂ）では、第１実施例の制御ブロックダイヤグラム（２−ａ）の負帰還部２０１の前段に、バンドパスフィルタ３０２が挿入されている。このフィルタリング手段は、前述の図２のステップ２６０のダミーステップを以下に示すバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を実現する周知のフィルタリング処理で置き換えることにより実現することができる。
【００３９】
図５は、上記の電動パワーステアリング装置３００に係わる、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の周波数に対する応答特性を例示するグラフである。本図５からも判る様に、このバンドパスフィルタ（図４の３０２）の選択周波数（透過周波数）の中心周波数は、２０Ｈｚ〜４０Ｈｚ付近にあり、よって、この付近の周波数帯の振動成分だけが選択的に透過される。したがって、操舵周波数に対応する高々数Ｈｚ程度までの比較的低い周波数の信号成分は、このバンドパスフィルタ３０２を通過することがない。この様な構成により、操舵に対する粘性感（粘性抵抗）が望ましくないレベルにまで増大することが未然に防止されている。
【００４０】
以上の様な構成により、以下の様な効果が得られた。
（効果１）前述の図３からも判る様に、第１実施例の電動パワーステアリング装置２００と略同様に、速度フィードバックの効果により、トルク変動（振動成分）が低減できた。
（効果２）バンドパス・フィルタの挿入により、速度フィードバック制御（角速度高速負帰還制御）の操舵感に対する悪影響（強い粘性感）は抑制された。また、高周波領域の成分は減衰するため、実際の分解能以上の検出精度が得られ、これにより制御量の変動が抑制できた。
（効果３）バンドパス・フィルタのバンドパス周波数には、位相の遅れが無いため、位相遅れによる悪影響も抑制できた。
【００４１】
また、操舵トルクτに依存して決定されるアシストトルクＴA の操舵トルクτに対するゲインα（≡∂ＴA ／∂τ）に基づいて、負帰還させる制御量（Ｘ）の角速度ωに対するゲインＫ（≡∂Ｘ／∂ω）を決定する手段（負帰還ゲイン決定手段）を設けても良い。この様なゲインＫの決定は、動的に実施しても良いし、静的に実施しても良い。
この様な手段により、負帰還させる制御量（Ｘ）を略過不足無く好適値に調整・制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における電動パワーステアリング装置２００の制御ブロックダイヤグラム（２−ａ）。
【図２】電動パワーステアリング装置２００の角速度高速負帰還制御手段を実現するフローチャート。
【図３】各装置１００、装置２００、装置３００に係わる、トルクループ周波数に対する応答特性を例示するグラフ。
【図４】本発明の第２実施例における電動パワーステアリング装置３００の装置２００に対する拡張部分の制御ブロックダイヤグラム（２−ｂ）。
【図５】電動パワーステアリング装置３００に係わる、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の周波数に対する応答特性を例示するグラフ。
【図６】従来技術による装置１００の制御ブロックダイヤグラム（１）。
【図７】従来技術による装置１００の制御ブロックダイヤグラム（２−ｃ）。
【図８】従来技術による装置１００に係わる、トルクループ周波数に対する応答特性（アシストゲイン依存性）を例示するグラフ。
【図９】従来技術による装置１００に係わる、トルクループ周波数に対する応答特性（位相補償ゲイン依存性）を例示するグラフ。
【符号の説明】
１００，２００，３００  …  電動パワーステアリング装置
２０１  …  負帰還部
３０１  …  バンドパス・フィルタ
τ  …  操舵トルク
ＴA …  アシストトルク
ω  …  角速度
Δｔ  …  角速度ωに関する負帰還制御の制御周期
【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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【図８】
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【図９】
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