電動パワーステアリングの制御装置
【課題】操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインが大きくなっても制御安定性を確保することが可能な電動パワーステアリングの制御装置を提供する事である。
【解決手段】車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段１４を備え、操向輪の操舵を補助するモータＭを駆動する駆動手段１８へ上記補助トルク指令値を与えてモータＭに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置１において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタ１５とを備え、当該ローパスフィルタ１５の周波数特性をゲイン推定手段１３で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段１６を備えた。
【解決手段】車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段１４を備え、操向輪の操舵を補助するモータＭを駆動する駆動手段１８へ上記補助トルク指令値を与えてモータＭに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置１において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタ１５とを備え、当該ローパスフィルタ１５の周波数特性をゲイン推定手段１３で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段１６を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリングの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリングの制御装置にあっては、たとえば、車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求めて、モータを駆動する駆動回路を含む電流ループへ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させるようにしている。
【０００３】
詳しくは、制御装置は、操舵トルクの大きさから補助トルクを得るために補助トルク演算用のマップを保有しており、当該マップを参照してマップ演算して補助トルク指令値を求めるようにしている。
【０００４】
そして、操舵トルクを横軸に採り、補助トルク指令値を縦軸に採ると、操舵トルクと補助トルク指令値の関係（以下、単に「操舵トルク−補助トルク指令値特性」と言う）をグラフ化すると、上記操舵トルク−補助トルク指令値特性を示す線は、操舵トルクが小さいときには傾きが小さく、操舵トルクがある程度大きくなると傾きが大きくなり、操舵トルクがある大きさを超えると補助トルク指令値が頭打ちとなるようになっており、このように補助トルク指令値を設定することで操舵状況に適した補助トルクをモータに出力させることができるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−８８９９０号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、特開２００６−８８９９０号公報の技術では、操舵トルクが大きくなるにつれてモータが発生する補助トルクを大きくするようにしており、具体的には、操舵トルクが大きくなると操舵トルクに対するゲインを大きくして補助トルク指令値を大きな値にするようにしている。
【０００６】
上述のように、ゲインを大きくしても補助トルク指令値の位相に変化は無いため、ゲインを上昇させるとシステム全体の開ループのゲイン周波数特性は、上方へオフセットされることになりゲイン線図の０ｄＢをクロスするときの周波数であるゲイン交差周波数が大きくなって制御速応性の点で有利となるものの、ゲイン交差周波数における位相余有が小さくなり制御安定性が犠牲となる結果となる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインが大きくなっても制御安定性を確保することが可能な電動パワーステアリングの制御装置を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段を備え、操向輪の操舵を補助するモータを駆動する駆動手段へ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタと、当該ローパスフィルタの周波数特性をゲイン推定手段で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による電動パワーステアリングの制御装置によれば、操舵輪の操作力が大きくなってより大きな補助トルクを出力させるために、ゲインを大きくするような場面にあっても、変更手段がローパスフィルタの周波数特性を補助トルク指令値の位相周波数特性における位相余有が変化しないように変更するので、制御安定性を確保することが可能となる。
【００１０】
また、操舵トルクが操舵トルク−補助トルク指令値特性における折点を跨ぐように変化してもローパスフィルタにて補助トルク指令値の急激な変化を抑制しているので、モータが発生する補助トルクが大きく変動することが防止される。
【００１１】
そして、モータが発生する補助トルクが大きく変動することが防止されるので、運転者は操舵トルク変動によるショックを感じたり操舵時に違和感を覚えたりすることがなくなり、良好な操舵感を得ることができる。
【００１２】
さらに、操舵トルク−補助トルク指令値特性においてゲイン（傾き）を折点で一気に変更するのではなく、操舵トルクの上昇に対して徐々にゲインを変化させることで補助トルクの変動を抑制することもできるが、そうするとマップにおける情報量が膨大となって、制御装置が記憶しておくべき情報量が多くなり、制御装置における記憶資源を圧迫するので、大容量の記憶手段を備えていなくてはならないなどの不利が生じるが、本発明ではローパスフィルタで補助トルク指令値を濾過するのみでゲインの急激な変化を抑制するので、操舵トルク−補助トルク指令値特性を従来どおりの特性としておきマップにおける情報量を増やさずにすみ、経済性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置が適用される電動パワーステアリングの概略図である。図２は、一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。図３は、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップの図である。図４は、操舵トルク−補助トルク指令値特性および操舵トルクとゲインとの関係を示した図である。図５は、ローパスフィルタの周波数特性を変更しない場合のゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。図６は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置において、ゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。図７は、操舵トルクとゲインとの関係を示すマップの図である。図８は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。図９は、一実施の形態の一変形例における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。図１０は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【００１４】
一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置１は、図１に示すように、図示しない車両に搭載される電動パワーステアリング２に適用されている。電動パワーステアリング２は、操舵輪３と、操舵輪３に軸４を介して連結されるピニオンギア５と、モータＭと、モータＭのロータに連結されるピニオンギア６と、上記各ピニオンギア５，６に歯合され各ピニオンギア５，６の回転運動により駆動されるラック７と、ラック７の両端にタイロッド８およびナックルアーム９を介して連結される操向輪Ｗ，Ｗとを備えて構成され、モータＭが上記した制御装置１によって電流フィードバック制御されるようになっている。なお、図示はしないが、軸４の中間部には、ユニバーサルジョイントが介装されており、軸４がエンジンルーム等の空間を占拠することがないようになっている。
【００１５】
制御装置１は、図1および図２に示すように、電動パワーステアリング２に作用する外力となる操舵輪３の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、車両の走行速度を検出する速度センサ１１と、モータＭの図示しない巻線に流れる電流を検出する電流センサ１２と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３と、トルクセンサ１０および速度センサ１１から入力される信号を処理して補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段１４と、補助トルク決定手段１４で求めた補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタ１５と、当該ローパスフィルタ１５の周波数特性をゲイン推定手段１３で求めたゲインに基づいて変更する変更手段１６と、ローパスフィルタ１５で濾過された補助トルク指令値を補正する補正値決定手段１７と、電流センサ１２で検知したモータＭの電流の基づいてモータＭを電流フィードバック制御する電流ループ１８とを備えて構成されている。
【００１６】
そして、この制御装置１は、基本的には、操舵輪２の操舵トルクをトルクセンサ１０で検出して、この操舵トルクに応じてモータＭを駆動するようになっており、電動パワーステアリング２は、操舵輪３の操舵によるラック７の駆動を上記モータＭが出力する補助トルクでアシストするようになっている。
【００１７】
なお、上記したところでは、モータＭが出力する補助トルクをラックピニオン機構によってラック７の軸方向の力に変換してラック７に伝達するようにしているが、ラック７の一部を螺子軸とし、この螺子軸に螺合されるボール螺子ナットにモータＭの補助トルクを伝達するようにして、上記補助トルクをラック７の軸方向の力に変換してラック７に伝達するようにしてもよい。
【００１８】
また、操舵輪３は、図１に示すように、その中心部に連結される軸４を介してラック７に歯合するピニオンギア５が連結されているが、軸４の途中に減速機を設けて、操舵輪３の回転速度を減速してラック７に伝達するようにしてもよい。
【００１９】
そして、上記した軸４の途中には、トルクセンサ１０が取付けられており、このトルクセンサ１０は、操舵輪３が回転操作された時の操舵トルクを検出できるようになっている。トルクセンサ１０は、操舵輪３に作用するトルクを検出することができるものであればよく、具体的にはたとえば、軸４の中間に設けたトーションバーの捩れ角度を検出して、これをトルクとして電圧、電流等の信号として出力することができるようになっている。
【００２０】
他方、モータＭとしては、種々のモータを使用することができ、電流センサ１２でモータＭ内に設けた巻線に流れる電流を検出することができるようになっている。また、上述したところでは、モータＭのシャフトにラック７に歯合するピニオンギア６を設けているが、減速機を介してモータＭのロータの回転速度を減速してピニオンギア６に伝達するようにしてもよい。
【００２１】
そして、上述のように、この電動パワーステアリング２にあっては、操舵輪３およびモータＭが操舵、駆動されると、ラック７を図１中左右方向に移動することができ、さらに、ラック７の両端はタイロッド８に連結され、タイロッド８の端部は、ナックルアーム９を介して操向輪Ｗ，Ｗに連結されている。したがって、上記の如くラック７が図１中左右方向に移動せしめられると、操向輪Ｗ，Ｗが同じ舵角で操舵されるようになっており、いわゆる、ラックピニオン式の操舵機構として構成されている。なお、上記したところでは、モータＭの動力伝達をラックピニオンにて行っているが、モータＭのロータを中空として内部にボール螺子ナットを設けて送り螺子機構にて軸方向に移動せしめられる螺子軸の両端にタイロッド８，８を連結するボールスクリュー式としてもよい。
【００２２】
戻って、制御装置１における補助トルク決定手段１４は、この実施の形態の場合、図２に示すように、トルクセンサ１０で検出する操舵トルクに基づいてモータＭに発生が期待される補助トルクを出力させるうえで必要となる補助トルク指令値を演算し、当該補助トルク指令値を出力するようになっている。
【００２３】
具体的には、補助トルク決定手段１４は、図３に示す操舵トルク−補助トルク指令値特性を示したマップを保有しており、トルクセンサ１０で検知した操舵トルクを信号として受けると、当該マップを参照してマップ演算によって補助トルク指令値を求める。補助トルク指令値は、補助トルク決定手段１４より後段に設けたローパスフィルタ１５で濾過された後に電流ループ１８に入力されるようになっており、この場合、補助トルク指令値は電流指令となる。
【００２４】
補助トルク決定手段１４は、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップを車両の速度が低速時に選択されるものと高速時に選択されるものの二つを保有しており、補助トルク決定手段１４が別途速度センサ１１で検出する速度が低速と高速のいずれの区分に属するかを判断していずれか一方を選択するようになっている。
【００２５】
したがって、この実施の形態の場合、電動パワーステアリング２にあっては、低速走行中や停車中における操舵時では軽く操舵輪３を操作できるように大きな補助トルクをモータＭに出力させつつ、高速走行中における操舵時では運転者に重い操作感を与えるよう補助トルクを小さくするようにしており、車両の走行状況に適した補助トルクを発生できるようになっている。
【００２６】
本実施の形態にあっては、速度区分を低速と高速の二区分としているが、区分を増やして対応する操舵トルク−補助トルク指令値特性を用意するようにしてもよいし、補助トルク指令値を速度に依存させない場合には、速度センサ１１を廃止するようにしてもよい。また、速度が上記の速度区分の間にある際に、当該速度を挟む速度区分における操舵トルク−補助トルク指令値特性間を線形補間することによって速度に対してより適した補助トルク指令値を得ることができるようにしてもよい。
【００２７】
なお、マップにおいては、操舵輪３に時計回りに作用する操舵トルクを正の値とし反時計周りの操舵トルクを負の値としているので、これに対応して補助トルク指令値も正の操舵トルクに対しては正の値を負の操舵トルクに対しては負の値を採るようになっている。また、操舵輪３の操作が無いのに、ノイズや外乱によってトルクセンサ１０がこれを操舵トルクとして検知して補助トルクを発生することを防止するため、０近傍の操舵トルクに対して補助トルク指令値に不感帯を設けるようにしてもよい。
【００２８】
さらに、本実施の形態の制御装置１にあっては、より良好な操舵感を得るため、上記マップにおいて、車速の高低に限られず操舵トルク−補助トルク指令値特性は、操舵トルクが小さい場合には傾きが小さく、操舵トルクがある程度大きくなると傾きが大きくなり、操舵トルクがさらに大きくなると補助トルク指令値が一定となる非線形な特性を備え、図３中操舵トルクが±ａおよび±ｂとなるときにゲインが変化する折点を備えている。
【００２９】
具体的には、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインは、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示す線ｐにおける傾きとして把握され、図４に示すように、上記線ｐにおける折点で段階的に変化するようになっている。なお、図４では、高速時における操舵トルク−補助トルク指令値特性とこれに対応するゲインのみを示しているが、低速時における操舵トルク−補助トルク指令値特性に対するゲインも同様に段階的に変化する。
【００３０】
このようにして求められた補助トルク指令値は、操舵トルクが±ａあるいは±ｂを跨いで変化する場合、操舵トルク−補助トルク指令値特性が変化するために、値が急変する。
【００３１】
この補助トルク指令値の急激な変化を緩和するべく、補助トルク指令値を補助トルク決定手段１４に後段に設置したローパスフィルタ１５にて濾過するようにしており、操舵トルクが±ａ、±ｂを跨いで変化してもローパスフィルタ１５による濾過によって補助トルク指令値の変化が遅れて上記の急変が緩和されるようになっている。
【００３２】
さらに、この制御装置１にあっては、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３を備えている。このゲイン推定手段１３は、補助トルク決定手段１４ではマップ演算するので直接的には求める必要の無いゲインをトルクセンサ１０で検出した操舵トルクと速度センサ１１で検出した速度から求めるようになっている。
【００３３】
このゲイン推定手段１３によってゲインが求められると、変更手段１６は、当該ゲインに基づいてローパスフィルタ１５の周波数特性を変更する。具体的には、ローパスフィルタ１５の伝達関数をω／（ｓ＋ω）とし、ωをω＝ω０・（Ｋ０／Ｋ）で定義してωの値がゲインＫに反比例するように設定し、ゲインの上昇に対してローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃを下降させるようにする。
【００３４】
なお、ｓは、ラプラス演算子、ωは、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃに対応する角周波数、Ｋ０は、任意のゲイン、Ｋは、ゲイン推定手段１３によって推定されたゲイン、ω０は、ゲインが値Ｋ０を採る場合において制御特性が良好となるローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆ０に対応する角周波数を示しており、ω０＝２・π・ｆ０で定義される。
【００３５】
すなわち、この制御装置１において、ゲインＫ０を採る際にローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆ０は、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないような値に初期値として設定され、変更手段１６は、ゲイン推定手段１３で推定したゲインＫを基に、このカットオフ周波数の初期値ｆ０にＫ０／Ｋの比を乗じた値をローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃとするように変更する。
【００３６】
なお、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数の初期値は、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させない範囲で大きな値に設定することで、制御応答性と制御安定性を高次元で両立させることができる。
【００３７】
このように、ゲイン推定手段１３によって推定されたゲインＫに基づいて変更手段１６がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃを、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないように変更する。具体的には、変更手段１６がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃをゲインＫが大きくなるほど低く変更する。つまり、図５に示すように、ゲインＫが上昇すると補助トルク指令値のゲイン周波数特性は、ゲインＫの上昇によって上方へオフセットされるが、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃがゲインＫの上昇に対して減少していくので、ゲインＫが上昇しても補助トルク指令値のゲイン周波数特性は、図６に示すように、高周波領域に位置するゲイン交差周波数においてゲインを増加させないことになるので、ゲイン交差周波数の位相余有を変化させることが無く、システムの安定性を常に維持することが可能となる。
【００３８】
変更手段１６がローパスフィルタ１５の周波数特性を上述の如く変更するので、ゲインＫが上昇してもゲイン交差周波数における位相余有を変化させることが無いので、制御安定性を常に確保することができ、電動パワーステアリング２の発振を防止することができる。
【００３９】
また、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数の初期値ｆ０を、ゲイン交差周波数での位相余有を変化させない範囲で大きな値に設定してあるので、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃが低下しすぎて制御応答性が悪化することも無い。
【００４０】
なお、上記したカットオフ周波数ｆｃを実現する演算を実行する際には、ゲインＫが０である場合、０で割ることになって、演算処理装置で演算実行が困難となる場合があるが、実用上は双一次変換を用いてデジタルの演算式に変換してローパスフィルタ１５の出力演算を行うため、この双一次変換によって自ずと０で割ることが無い演算式に変換される。また、デジタルの演算式に変換する際は、双一次変換以外の変換手法を用いても０で割ることを回避できる変換手法であれば種々の変換手法を用いることができる。
【００４１】
ゲインＫは、上述したように、操舵トルクの増加に対して段階的に大きくなるので、この段階的に変化するゲインＫをローパスフィルタ１５の伝達関数に算入してローパスフィルタ１５の周波数特性を変更すると、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃもゲインＫと同じく段階的に変更されることになる。
【００４２】
そうすると、補助トルク指令値がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃの値の切換わりで急峻に変動してしまう可能性がある。そこで、これを回避する方法として、ゲイン推定手段１３に、予め、図７に示すような、操舵トルクとゲインＫとの関係を示したマップを保有させておき、当該マップを利用してゲインＫを推定する方法を採用することができる。
【００４３】
このマップは、段階的に変化するゲインＫの値が一定となる線分の中点同士を繋げてできる線にて、操舵トルクとゲインの関係を定義してあり、推定されるゲインＫが操舵トルクに対して連続的に変化するようになっている。このマップを利用して、操舵トルクに基づいてゲインＫを推定すると、ゲインＫが段階的に変化せず、連続的に変化するので、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃもゲインＫの変化に対して連続的に変化するようになるので、補助トルク指令値が急峻に変動してしまう可能性を排除でき、操舵輪３の操作時に運転者に違和感を抱かせてしまうことがなくなる。なお、この実施の形態の場合、ゲインＫは、操舵トルクのみならず車速の区分に応じて変化するので、低速用と高速用のマップを用意しておけばよく、このマップにあっても車速の区分を細かくするのであれば、それに対応する数を用意しておき、隣り合う区分のマップ間を線形補間することによって速度に対してより適したゲインを推定できるようにしてもよい。
【００４４】
また、これに限らず、ゲインＫを求めるに際して、特に、車速の区分が無いような状況では、補助トルク決定手段１４が出力した補助トルク指令値を微分するようにしてもよく、さらに、これ以外の方法を採用してゲインＫを求めてもよい。
【００４５】
つづいて、この実施の形態の場合、操舵トルクの入力によって上記補助トルク指令値を補正する補正値を求める補正値決定手段１７を備えており、この補正値決定手段１７は、具体的には、操舵トルクを微分し、微分した操舵トルクに補正用ゲインを乗じて補正値を演算するようになっている。なお、操舵トルクの微分にあたっては、アナログのハイパスフィルタで濾過するようにしてもよいし、ソフトウェアで演算することによって求めるようにしてもよい。
【００４６】
そして、この補正値は、加算器１９に入力され、同じく加算器１９に入力されるローパスフィルタ１５によって濾過された後の補助トルク指令値に加算され、補助トルク指令値が補正される。補正値は、操舵トルクを微分して求められるが、操舵トルクの検出はトルクセンサ１０で軸４の周方向の捩れを検出することによって行われ、上記捩れは変位なのでこれを微分すると軸４の捩れによる周方向捩れ速度が得られることになり、この補正値を補助トルク指令値に加算することによってモータＭを制御するうえでは軸４に連結される操舵輪３および操向輪Ｗ，Ｗの振動を抑制するダンピングを得ることができる。
【００４７】
なお、特に、上記ダンピングを得る必要が無い場合には、補正値決定手段１７における処理は不要であるので、補正値決定手段１７のパスを廃止することも可能である。さらに、上記した各実施の形態の制御装置１の構成に追加して、電動パワーステアリング２の制御応答性を向上させたり制御安定性を向上させたりする目的で、加算器１９に、他の補正値を入力するようにしてもよい。
【００４８】
このようにして、補正された補助トルク指令値は、電流ループ１８に入力され、電流ループ１８によってモータＭに電流供給され、モータＭは補助トルクを出力する。
【００４９】
電流ループ１８は、詳しくは、電流制御部２０と、モータＭを駆動する駆動回路２１と、モータＭと、電流センサ１２とを備え、電流センサ１２で検出するモータＭに流れる電流をフィードバックしてモータＭを駆動する。すなわち、この実施の形態の場合、電流ループ１８は、補助トルク指令値の入力を受けてモータＭを駆動する駆動手段とされている。
【００５０】
電流制御部２０は、電流センサ１２で検出した電流値と補助トルク指令値の偏差を演算するとともに、当該偏差から比例積分制御あるいは比例積分微分制御に則って駆動回路２１へ与える制御指令を生成する。
【００５１】
駆動回路２１は、たとえば、モータＭをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動回路とされており、電流制御部２０からの制御指令を受け取ると、制御指令に応じたデューティ比でモータＭの巻線に通電するようになっている。すなわち、電流制御部２０によって生成される制御指令は、この場合、駆動回路２１がＰＷＭ駆動回路とされているので、モータＭの巻線に印加するデューティ比と電圧の方向を決するための指令となっている。なお、制御指令は、駆動回路２１が補助トルク指令値通りにモータＭを駆動できるようになっていればよいので、駆動回路２１の構成に応じて適した指令とされればよい。
【００５２】
なお、制御装置１は、ハードウェア資源として、具体的にはたとえば、トルクセンサ１０、速度センサ１１および電流センサ１２が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、モータＭの制御に必要な処理に使用されるプログラム等が格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、制御装置１におけるゲイン推定手段１３、補助トルク決定手段１４、ローパスフィルタ１５、変更手段１６、補正処理部１７、加算器１９、電流ループ１８における電流制御部２０の各部は、演算処理装置が上記プログラムを実行することで実現することができる。
【００５３】
このように構成された制御装置１では、運転者が操舵輪３を操作すると、操舵輪３に作用する操舵トルクを検知して、操舵トルクの大きさに応じて補助トルク指令値を求めて、電動パワーステアリング２におけるモータＭに補助トルク指令値通りに補助トルクを発揮させて、運転者の操舵を補助するようになっているが、上述したように、操舵トルクが操舵トルク−補助トルク指令値特性における折点を跨ぐように変化してもローパスフィルタ１５にて補助トルク指令値の急激な変化を抑制しているので、モータＭが発生する補助トルクが大きく変動することが防止される。
【００５４】
そして、運転者の操舵輪３の操作力が大きくなってより大きな補助トルクを出力させるために、ゲインＫを大きくするような場面にあっても、変更手段１６がローパスフィルタ１５における周波数特性をシステム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないように変更するので、制御安定性を確保することが可能となる。換言すれば、ゲインＫを大きくして制御速応性を向上させつつも、制御安定性を確保できるということになる。
【００５５】
また、ローパスフィルタ１５によって補助トルク指令値を濾過しているのでモータＭが発生する補助トルクが大きく変動することが防止され、運転者は操舵トルク変動によるショックを感じたり操舵時に違和感を覚えたりすることがなくなり、良好な操舵感を得ることができる。
【００５６】
さらに、操舵トルク−補助トルク指令値特性においてゲイン（傾き）を折点で一気に変更するのではなく、操舵トルクの上昇に対して徐々にゲインを変化させることで補助トルクの変動を抑制することもできるが、そうするとマップにおける情報量が膨大となって、制御装置１が記憶しておくべき情報量が多くなり、制御装置１における記憶資源を圧迫するので、大容量の記憶手段を備えていなくてはならないなどの不利が生じるが、本発明ではローパスフィルタ１５で補助トルク指令値を濾過するのみでゲインの急激な変化を抑制するので、操舵トルク−補助トルク指令値特性を従来どおりの特性としておきマップにおける情報量を増やさずにすみ、経済性に優れる。
【００５７】
また、本実施の形態では、ローパスフィルタ１５で濾過するのは補正値で補正する前の補助トルク指令値であるので、補正値に起因してモータＭが出力する補助トルクの応答性が損なわれることが無い。そして、この場合、補正値は操舵輪３の振動をダンピングするためのものであるため、操舵輪３の振動のダンピングをスポイルしてしまうことがない。また、補正値は、上記したようにダンピングを目的とする以外にも、電動パワーステアリング２における操舵輪３から操向輪Ｗ，Ｗまでのイナーシャの影響を補償するものであってもよいし、制御応答性を補償するものであってもよいし、ダンピングを目的とするものとこれらを任意に組み合わせて補正値を求めるようにしてもよい。いずれにしても、補正値に起因する補助トルクの応答性が損なわれないので、良好な操舵感を得ることができる。
【００５８】
また、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値をローパスフィルタ１５で濾過すれば、補助トルク指令値の上記した周波数特性が得られるので、ローパスフィルタ１５を挿入する箇所は、補助トルク決定手段１４に対して直列に挿入されればよく、補助トルク決定手段１４の後段だけでなく、補助トルク決定手段１４の前段に挿入されてもよい。
【００５９】
ところで、上記した一実施の形態における制御装置１の構成では、補助トルク指令値を求めるパス（ローパスフィルタ１５が設けられたパス）と補正値決定手段１７を設けたパスが並列されている。
【００６０】
補正値決定手段１７におけるパスは操舵トルクを微分するので、当該パスにおける伝達関数は、簡略化するとｃ・ｓ（ｃは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができ、他方の補助トルク指令値を求めるパスはローパスフィルタ１５があるので、このパスにおける伝達関数は、簡略化するとｄ／ｓ（ｄは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができる。
【００６１】
これらパスを並列して合成すると、合成後の伝達関数は、単に、積分と微分の合成である（ｃ・ｓ２＋ｄ）／ｓとなって、減衰項が無いため、図８に示すように、補正値決定手段１７におけるパスの特性ｇと補助トルク指令値を求めるパスの特性ｈとが交差する周波数にてゲインが極端に落ち込む特性になってしまう。
【００６２】
すると、このゲインが落ち込む周波数の周辺においては、トルクセンサ１０で操舵トルクを検知しても、補助トルク指令値が小さくなり、操舵輪３の周方向の振動を減衰させ辛い面がある。
【００６３】
そこで、一実施の形態の一変形例における制御装置２２にあっては、図９に示すように、操舵トルクの位相を進ませる位相補償器２３を設けて、補助トルク指令値を求めるパスにおける伝達関数における特性ｉを、図１０に示すように、補正値決定手段１７における微分パスの特性ｇとの交差する部分においてゲインが一定値ｅとなるように設定してある。
【００６４】
したがって、補助トルク指令値を求めるパスにおける伝達関数は、簡略化すると、ｄ／ｓ＋ｅ（ｄ，ｅは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができ、補正値決定手段１７におけるパスと合成すると、合成後の伝達関数は、（ｃ・ｓ２＋ｅ・ｓ＋ｄ）／ｓとなって、１次の減衰項が追加され、それぞれのパスの特性が交差する部分のみを抽出すると、伝達関数がｃ・ｓ＋ｅとなって減衰に悪影響を及ぼす複素零点が発生しないので、上記した周波数にてゲインが極端に落ち込むことが緩和される。
【００６５】
このように、位相補償器２３を設けることによって、操舵輪３に良好なダンピングを与えることができ操舵輪３の振動やジャダーを防止でき、運転者が不安感や違和感を覚えたりすることがなくなり、さらにより一層良好な操舵感を得ることができる。
【００６６】
なお、位相補償器２３の挿入箇所は、ローパスフィルタ１５に対して直列であって、補正値決定手段１７に対して並列されればよく、また、ローパスフィルタ１５に位相補償器２３における特性を持たせてこれに統合されるようにしてもよい。
【００６７】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置が適用される電動パワーステアリングの概略図である。
【図２】一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。
【図３】操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップの図である。
【図４】操舵トルク−補助トルク指令値特性および操舵トルクとゲインとの関係を示した図である。
【図５】ローパスフィルタの周波数特性を変更しない場合のゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。
【図６】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置において、ゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。
【図７】操舵トルクとゲインとの関係を示すマップの図である。
【図８】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【図９】一実施の形態の一変形例における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。
【図１０】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２２ 制御装置
２ 電動パワーステアリング
３ 操舵輪
４ 軸
５，６ ピニオンギア
７ ラック
８ タイロッド
９ ナックルアーム
１０ トルクセンサ
１１ 速度センサ
１２ 電流センサ
１３ ゲイン推定手段
１４ 補助トルク決定手段
１５ ローパスフィルタ
１６ 変更手段
１７ 補正値決定手段
１８ 駆動手段としての電流ループ
１９ 加算器
２０ 電流制御部
２１ 駆動回路
２３ 位相補償器
Ｍ モータ
Ｗ 操向輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリングの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリングの制御装置にあっては、たとえば、車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求めて、モータを駆動する駆動回路を含む電流ループへ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させるようにしている。
【０００３】
詳しくは、制御装置は、操舵トルクの大きさから補助トルクを得るために補助トルク演算用のマップを保有しており、当該マップを参照してマップ演算して補助トルク指令値を求めるようにしている。
【０００４】
そして、操舵トルクを横軸に採り、補助トルク指令値を縦軸に採ると、操舵トルクと補助トルク指令値の関係（以下、単に「操舵トルク−補助トルク指令値特性」と言う）をグラフ化すると、上記操舵トルク−補助トルク指令値特性を示す線は、操舵トルクが小さいときには傾きが小さく、操舵トルクがある程度大きくなると傾きが大きくなり、操舵トルクがある大きさを超えると補助トルク指令値が頭打ちとなるようになっており、このように補助トルク指令値を設定することで操舵状況に適した補助トルクをモータに出力させることができるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−８８９９０号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、特開２００６−８８９９０号公報の技術では、操舵トルクが大きくなるにつれてモータが発生する補助トルクを大きくするようにしており、具体的には、操舵トルクが大きくなると操舵トルクに対するゲインを大きくして補助トルク指令値を大きな値にするようにしている。
【０００６】
上述のように、ゲインを大きくしても補助トルク指令値の位相に変化は無いため、ゲインを上昇させるとシステム全体の開ループのゲイン周波数特性は、上方へオフセットされることになりゲイン線図の０ｄＢをクロスするときの周波数であるゲイン交差周波数が大きくなって制御速応性の点で有利となるものの、ゲイン交差周波数における位相余有が小さくなり制御安定性が犠牲となる結果となる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインが大きくなっても制御安定性を確保することが可能な電動パワーステアリングの制御装置を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段を備え、操向輪の操舵を補助するモータを駆動する駆動手段へ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタと、当該ローパスフィルタの周波数特性をゲイン推定手段で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による電動パワーステアリングの制御装置によれば、操舵輪の操作力が大きくなってより大きな補助トルクを出力させるために、ゲインを大きくするような場面にあっても、変更手段がローパスフィルタの周波数特性を補助トルク指令値の位相周波数特性における位相余有が変化しないように変更するので、制御安定性を確保することが可能となる。
【００１０】
また、操舵トルクが操舵トルク−補助トルク指令値特性における折点を跨ぐように変化してもローパスフィルタにて補助トルク指令値の急激な変化を抑制しているので、モータが発生する補助トルクが大きく変動することが防止される。
【００１１】
そして、モータが発生する補助トルクが大きく変動することが防止されるので、運転者は操舵トルク変動によるショックを感じたり操舵時に違和感を覚えたりすることがなくなり、良好な操舵感を得ることができる。
【００１２】
さらに、操舵トルク−補助トルク指令値特性においてゲイン（傾き）を折点で一気に変更するのではなく、操舵トルクの上昇に対して徐々にゲインを変化させることで補助トルクの変動を抑制することもできるが、そうするとマップにおける情報量が膨大となって、制御装置が記憶しておくべき情報量が多くなり、制御装置における記憶資源を圧迫するので、大容量の記憶手段を備えていなくてはならないなどの不利が生じるが、本発明ではローパスフィルタで補助トルク指令値を濾過するのみでゲインの急激な変化を抑制するので、操舵トルク−補助トルク指令値特性を従来どおりの特性としておきマップにおける情報量を増やさずにすみ、経済性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置が適用される電動パワーステアリングの概略図である。図２は、一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。図３は、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップの図である。図４は、操舵トルク−補助トルク指令値特性および操舵トルクとゲインとの関係を示した図である。図５は、ローパスフィルタの周波数特性を変更しない場合のゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。図６は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置において、ゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。図７は、操舵トルクとゲインとの関係を示すマップの図である。図８は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。図９は、一実施の形態の一変形例における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。図１０は、一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【００１４】
一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置１は、図１に示すように、図示しない車両に搭載される電動パワーステアリング２に適用されている。電動パワーステアリング２は、操舵輪３と、操舵輪３に軸４を介して連結されるピニオンギア５と、モータＭと、モータＭのロータに連結されるピニオンギア６と、上記各ピニオンギア５，６に歯合され各ピニオンギア５，６の回転運動により駆動されるラック７と、ラック７の両端にタイロッド８およびナックルアーム９を介して連結される操向輪Ｗ，Ｗとを備えて構成され、モータＭが上記した制御装置１によって電流フィードバック制御されるようになっている。なお、図示はしないが、軸４の中間部には、ユニバーサルジョイントが介装されており、軸４がエンジンルーム等の空間を占拠することがないようになっている。
【００１５】
制御装置１は、図1および図２に示すように、電動パワーステアリング２に作用する外力となる操舵輪３の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、車両の走行速度を検出する速度センサ１１と、モータＭの図示しない巻線に流れる電流を検出する電流センサ１２と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３と、トルクセンサ１０および速度センサ１１から入力される信号を処理して補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段１４と、補助トルク決定手段１４で求めた補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタ１５と、当該ローパスフィルタ１５の周波数特性をゲイン推定手段１３で求めたゲインに基づいて変更する変更手段１６と、ローパスフィルタ１５で濾過された補助トルク指令値を補正する補正値決定手段１７と、電流センサ１２で検知したモータＭの電流の基づいてモータＭを電流フィードバック制御する電流ループ１８とを備えて構成されている。
【００１６】
そして、この制御装置１は、基本的には、操舵輪２の操舵トルクをトルクセンサ１０で検出して、この操舵トルクに応じてモータＭを駆動するようになっており、電動パワーステアリング２は、操舵輪３の操舵によるラック７の駆動を上記モータＭが出力する補助トルクでアシストするようになっている。
【００１７】
なお、上記したところでは、モータＭが出力する補助トルクをラックピニオン機構によってラック７の軸方向の力に変換してラック７に伝達するようにしているが、ラック７の一部を螺子軸とし、この螺子軸に螺合されるボール螺子ナットにモータＭの補助トルクを伝達するようにして、上記補助トルクをラック７の軸方向の力に変換してラック７に伝達するようにしてもよい。
【００１８】
また、操舵輪３は、図１に示すように、その中心部に連結される軸４を介してラック７に歯合するピニオンギア５が連結されているが、軸４の途中に減速機を設けて、操舵輪３の回転速度を減速してラック７に伝達するようにしてもよい。
【００１９】
そして、上記した軸４の途中には、トルクセンサ１０が取付けられており、このトルクセンサ１０は、操舵輪３が回転操作された時の操舵トルクを検出できるようになっている。トルクセンサ１０は、操舵輪３に作用するトルクを検出することができるものであればよく、具体的にはたとえば、軸４の中間に設けたトーションバーの捩れ角度を検出して、これをトルクとして電圧、電流等の信号として出力することができるようになっている。
【００２０】
他方、モータＭとしては、種々のモータを使用することができ、電流センサ１２でモータＭ内に設けた巻線に流れる電流を検出することができるようになっている。また、上述したところでは、モータＭのシャフトにラック７に歯合するピニオンギア６を設けているが、減速機を介してモータＭのロータの回転速度を減速してピニオンギア６に伝達するようにしてもよい。
【００２１】
そして、上述のように、この電動パワーステアリング２にあっては、操舵輪３およびモータＭが操舵、駆動されると、ラック７を図１中左右方向に移動することができ、さらに、ラック７の両端はタイロッド８に連結され、タイロッド８の端部は、ナックルアーム９を介して操向輪Ｗ，Ｗに連結されている。したがって、上記の如くラック７が図１中左右方向に移動せしめられると、操向輪Ｗ，Ｗが同じ舵角で操舵されるようになっており、いわゆる、ラックピニオン式の操舵機構として構成されている。なお、上記したところでは、モータＭの動力伝達をラックピニオンにて行っているが、モータＭのロータを中空として内部にボール螺子ナットを設けて送り螺子機構にて軸方向に移動せしめられる螺子軸の両端にタイロッド８，８を連結するボールスクリュー式としてもよい。
【００２２】
戻って、制御装置１における補助トルク決定手段１４は、この実施の形態の場合、図２に示すように、トルクセンサ１０で検出する操舵トルクに基づいてモータＭに発生が期待される補助トルクを出力させるうえで必要となる補助トルク指令値を演算し、当該補助トルク指令値を出力するようになっている。
【００２３】
具体的には、補助トルク決定手段１４は、図３に示す操舵トルク−補助トルク指令値特性を示したマップを保有しており、トルクセンサ１０で検知した操舵トルクを信号として受けると、当該マップを参照してマップ演算によって補助トルク指令値を求める。補助トルク指令値は、補助トルク決定手段１４より後段に設けたローパスフィルタ１５で濾過された後に電流ループ１８に入力されるようになっており、この場合、補助トルク指令値は電流指令となる。
【００２４】
補助トルク決定手段１４は、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップを車両の速度が低速時に選択されるものと高速時に選択されるものの二つを保有しており、補助トルク決定手段１４が別途速度センサ１１で検出する速度が低速と高速のいずれの区分に属するかを判断していずれか一方を選択するようになっている。
【００２５】
したがって、この実施の形態の場合、電動パワーステアリング２にあっては、低速走行中や停車中における操舵時では軽く操舵輪３を操作できるように大きな補助トルクをモータＭに出力させつつ、高速走行中における操舵時では運転者に重い操作感を与えるよう補助トルクを小さくするようにしており、車両の走行状況に適した補助トルクを発生できるようになっている。
【００２６】
本実施の形態にあっては、速度区分を低速と高速の二区分としているが、区分を増やして対応する操舵トルク−補助トルク指令値特性を用意するようにしてもよいし、補助トルク指令値を速度に依存させない場合には、速度センサ１１を廃止するようにしてもよい。また、速度が上記の速度区分の間にある際に、当該速度を挟む速度区分における操舵トルク−補助トルク指令値特性間を線形補間することによって速度に対してより適した補助トルク指令値を得ることができるようにしてもよい。
【００２７】
なお、マップにおいては、操舵輪３に時計回りに作用する操舵トルクを正の値とし反時計周りの操舵トルクを負の値としているので、これに対応して補助トルク指令値も正の操舵トルクに対しては正の値を負の操舵トルクに対しては負の値を採るようになっている。また、操舵輪３の操作が無いのに、ノイズや外乱によってトルクセンサ１０がこれを操舵トルクとして検知して補助トルクを発生することを防止するため、０近傍の操舵トルクに対して補助トルク指令値に不感帯を設けるようにしてもよい。
【００２８】
さらに、本実施の形態の制御装置１にあっては、より良好な操舵感を得るため、上記マップにおいて、車速の高低に限られず操舵トルク−補助トルク指令値特性は、操舵トルクが小さい場合には傾きが小さく、操舵トルクがある程度大きくなると傾きが大きくなり、操舵トルクがさらに大きくなると補助トルク指令値が一定となる非線形な特性を備え、図３中操舵トルクが±ａおよび±ｂとなるときにゲインが変化する折点を備えている。
【００２９】
具体的には、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインは、操舵トルク−補助トルク指令値特性を示す線ｐにおける傾きとして把握され、図４に示すように、上記線ｐにおける折点で段階的に変化するようになっている。なお、図４では、高速時における操舵トルク−補助トルク指令値特性とこれに対応するゲインのみを示しているが、低速時における操舵トルク−補助トルク指令値特性に対するゲインも同様に段階的に変化する。
【００３０】
このようにして求められた補助トルク指令値は、操舵トルクが±ａあるいは±ｂを跨いで変化する場合、操舵トルク−補助トルク指令値特性が変化するために、値が急変する。
【００３１】
この補助トルク指令値の急激な変化を緩和するべく、補助トルク指令値を補助トルク決定手段１４に後段に設置したローパスフィルタ１５にて濾過するようにしており、操舵トルクが±ａ、±ｂを跨いで変化してもローパスフィルタ１５による濾過によって補助トルク指令値の変化が遅れて上記の急変が緩和されるようになっている。
【００３２】
さらに、この制御装置１にあっては、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段１３を備えている。このゲイン推定手段１３は、補助トルク決定手段１４ではマップ演算するので直接的には求める必要の無いゲインをトルクセンサ１０で検出した操舵トルクと速度センサ１１で検出した速度から求めるようになっている。
【００３３】
このゲイン推定手段１３によってゲインが求められると、変更手段１６は、当該ゲインに基づいてローパスフィルタ１５の周波数特性を変更する。具体的には、ローパスフィルタ１５の伝達関数をω／（ｓ＋ω）とし、ωをω＝ω０・（Ｋ０／Ｋ）で定義してωの値がゲインＫに反比例するように設定し、ゲインの上昇に対してローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃを下降させるようにする。
【００３４】
なお、ｓは、ラプラス演算子、ωは、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃに対応する角周波数、Ｋ０は、任意のゲイン、Ｋは、ゲイン推定手段１３によって推定されたゲイン、ω０は、ゲインが値Ｋ０を採る場合において制御特性が良好となるローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆ０に対応する角周波数を示しており、ω０＝２・π・ｆ０で定義される。
【００３５】
すなわち、この制御装置１において、ゲインＫ０を採る際にローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆ０は、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないような値に初期値として設定され、変更手段１６は、ゲイン推定手段１３で推定したゲインＫを基に、このカットオフ周波数の初期値ｆ０にＫ０／Ｋの比を乗じた値をローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃとするように変更する。
【００３６】
なお、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数の初期値は、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させない範囲で大きな値に設定することで、制御応答性と制御安定性を高次元で両立させることができる。
【００３７】
このように、ゲイン推定手段１３によって推定されたゲインＫに基づいて変更手段１６がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃを、システム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないように変更する。具体的には、変更手段１６がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃをゲインＫが大きくなるほど低く変更する。つまり、図５に示すように、ゲインＫが上昇すると補助トルク指令値のゲイン周波数特性は、ゲインＫの上昇によって上方へオフセットされるが、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃがゲインＫの上昇に対して減少していくので、ゲインＫが上昇しても補助トルク指令値のゲイン周波数特性は、図６に示すように、高周波領域に位置するゲイン交差周波数においてゲインを増加させないことになるので、ゲイン交差周波数の位相余有を変化させることが無く、システムの安定性を常に維持することが可能となる。
【００３８】
変更手段１６がローパスフィルタ１５の周波数特性を上述の如く変更するので、ゲインＫが上昇してもゲイン交差周波数における位相余有を変化させることが無いので、制御安定性を常に確保することができ、電動パワーステアリング２の発振を防止することができる。
【００３９】
また、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数の初期値ｆ０を、ゲイン交差周波数での位相余有を変化させない範囲で大きな値に設定してあるので、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃが低下しすぎて制御応答性が悪化することも無い。
【００４０】
なお、上記したカットオフ周波数ｆｃを実現する演算を実行する際には、ゲインＫが０である場合、０で割ることになって、演算処理装置で演算実行が困難となる場合があるが、実用上は双一次変換を用いてデジタルの演算式に変換してローパスフィルタ１５の出力演算を行うため、この双一次変換によって自ずと０で割ることが無い演算式に変換される。また、デジタルの演算式に変換する際は、双一次変換以外の変換手法を用いても０で割ることを回避できる変換手法であれば種々の変換手法を用いることができる。
【００４１】
ゲインＫは、上述したように、操舵トルクの増加に対して段階的に大きくなるので、この段階的に変化するゲインＫをローパスフィルタ１５の伝達関数に算入してローパスフィルタ１５の周波数特性を変更すると、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃもゲインＫと同じく段階的に変更されることになる。
【００４２】
そうすると、補助トルク指令値がローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃの値の切換わりで急峻に変動してしまう可能性がある。そこで、これを回避する方法として、ゲイン推定手段１３に、予め、図７に示すような、操舵トルクとゲインＫとの関係を示したマップを保有させておき、当該マップを利用してゲインＫを推定する方法を採用することができる。
【００４３】
このマップは、段階的に変化するゲインＫの値が一定となる線分の中点同士を繋げてできる線にて、操舵トルクとゲインの関係を定義してあり、推定されるゲインＫが操舵トルクに対して連続的に変化するようになっている。このマップを利用して、操舵トルクに基づいてゲインＫを推定すると、ゲインＫが段階的に変化せず、連続的に変化するので、ローパスフィルタ１５のカットオフ周波数ｆｃもゲインＫの変化に対して連続的に変化するようになるので、補助トルク指令値が急峻に変動してしまう可能性を排除でき、操舵輪３の操作時に運転者に違和感を抱かせてしまうことがなくなる。なお、この実施の形態の場合、ゲインＫは、操舵トルクのみならず車速の区分に応じて変化するので、低速用と高速用のマップを用意しておけばよく、このマップにあっても車速の区分を細かくするのであれば、それに対応する数を用意しておき、隣り合う区分のマップ間を線形補間することによって速度に対してより適したゲインを推定できるようにしてもよい。
【００４４】
また、これに限らず、ゲインＫを求めるに際して、特に、車速の区分が無いような状況では、補助トルク決定手段１４が出力した補助トルク指令値を微分するようにしてもよく、さらに、これ以外の方法を採用してゲインＫを求めてもよい。
【００４５】
つづいて、この実施の形態の場合、操舵トルクの入力によって上記補助トルク指令値を補正する補正値を求める補正値決定手段１７を備えており、この補正値決定手段１７は、具体的には、操舵トルクを微分し、微分した操舵トルクに補正用ゲインを乗じて補正値を演算するようになっている。なお、操舵トルクの微分にあたっては、アナログのハイパスフィルタで濾過するようにしてもよいし、ソフトウェアで演算することによって求めるようにしてもよい。
【００４６】
そして、この補正値は、加算器１９に入力され、同じく加算器１９に入力されるローパスフィルタ１５によって濾過された後の補助トルク指令値に加算され、補助トルク指令値が補正される。補正値は、操舵トルクを微分して求められるが、操舵トルクの検出はトルクセンサ１０で軸４の周方向の捩れを検出することによって行われ、上記捩れは変位なのでこれを微分すると軸４の捩れによる周方向捩れ速度が得られることになり、この補正値を補助トルク指令値に加算することによってモータＭを制御するうえでは軸４に連結される操舵輪３および操向輪Ｗ，Ｗの振動を抑制するダンピングを得ることができる。
【００４７】
なお、特に、上記ダンピングを得る必要が無い場合には、補正値決定手段１７における処理は不要であるので、補正値決定手段１７のパスを廃止することも可能である。さらに、上記した各実施の形態の制御装置１の構成に追加して、電動パワーステアリング２の制御応答性を向上させたり制御安定性を向上させたりする目的で、加算器１９に、他の補正値を入力するようにしてもよい。
【００４８】
このようにして、補正された補助トルク指令値は、電流ループ１８に入力され、電流ループ１８によってモータＭに電流供給され、モータＭは補助トルクを出力する。
【００４９】
電流ループ１８は、詳しくは、電流制御部２０と、モータＭを駆動する駆動回路２１と、モータＭと、電流センサ１２とを備え、電流センサ１２で検出するモータＭに流れる電流をフィードバックしてモータＭを駆動する。すなわち、この実施の形態の場合、電流ループ１８は、補助トルク指令値の入力を受けてモータＭを駆動する駆動手段とされている。
【００５０】
電流制御部２０は、電流センサ１２で検出した電流値と補助トルク指令値の偏差を演算するとともに、当該偏差から比例積分制御あるいは比例積分微分制御に則って駆動回路２１へ与える制御指令を生成する。
【００５１】
駆動回路２１は、たとえば、モータＭをＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動回路とされており、電流制御部２０からの制御指令を受け取ると、制御指令に応じたデューティ比でモータＭの巻線に通電するようになっている。すなわち、電流制御部２０によって生成される制御指令は、この場合、駆動回路２１がＰＷＭ駆動回路とされているので、モータＭの巻線に印加するデューティ比と電圧の方向を決するための指令となっている。なお、制御指令は、駆動回路２１が補助トルク指令値通りにモータＭを駆動できるようになっていればよいので、駆動回路２１の構成に応じて適した指令とされればよい。
【００５２】
なお、制御装置１は、ハードウェア資源として、具体的にはたとえば、トルクセンサ１０、速度センサ１１および電流センサ１２が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、モータＭの制御に必要な処理に使用されるプログラム等が格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、制御装置１におけるゲイン推定手段１３、補助トルク決定手段１４、ローパスフィルタ１５、変更手段１６、補正処理部１７、加算器１９、電流ループ１８における電流制御部２０の各部は、演算処理装置が上記プログラムを実行することで実現することができる。
【００５３】
このように構成された制御装置１では、運転者が操舵輪３を操作すると、操舵輪３に作用する操舵トルクを検知して、操舵トルクの大きさに応じて補助トルク指令値を求めて、電動パワーステアリング２におけるモータＭに補助トルク指令値通りに補助トルクを発揮させて、運転者の操舵を補助するようになっているが、上述したように、操舵トルクが操舵トルク−補助トルク指令値特性における折点を跨ぐように変化してもローパスフィルタ１５にて補助トルク指令値の急激な変化を抑制しているので、モータＭが発生する補助トルクが大きく変動することが防止される。
【００５４】
そして、運転者の操舵輪３の操作力が大きくなってより大きな補助トルクを出力させるために、ゲインＫを大きくするような場面にあっても、変更手段１６がローパスフィルタ１５における周波数特性をシステム全体の開ループ特性が０ｄＢをクロスするゲイン交差周波数での位相余有を変化させないように変更するので、制御安定性を確保することが可能となる。換言すれば、ゲインＫを大きくして制御速応性を向上させつつも、制御安定性を確保できるということになる。
【００５５】
また、ローパスフィルタ１５によって補助トルク指令値を濾過しているのでモータＭが発生する補助トルクが大きく変動することが防止され、運転者は操舵トルク変動によるショックを感じたり操舵時に違和感を覚えたりすることがなくなり、良好な操舵感を得ることができる。
【００５６】
さらに、操舵トルク−補助トルク指令値特性においてゲイン（傾き）を折点で一気に変更するのではなく、操舵トルクの上昇に対して徐々にゲインを変化させることで補助トルクの変動を抑制することもできるが、そうするとマップにおける情報量が膨大となって、制御装置１が記憶しておくべき情報量が多くなり、制御装置１における記憶資源を圧迫するので、大容量の記憶手段を備えていなくてはならないなどの不利が生じるが、本発明ではローパスフィルタ１５で補助トルク指令値を濾過するのみでゲインの急激な変化を抑制するので、操舵トルク−補助トルク指令値特性を従来どおりの特性としておきマップにおける情報量を増やさずにすみ、経済性に優れる。
【００５７】
また、本実施の形態では、ローパスフィルタ１５で濾過するのは補正値で補正する前の補助トルク指令値であるので、補正値に起因してモータＭが出力する補助トルクの応答性が損なわれることが無い。そして、この場合、補正値は操舵輪３の振動をダンピングするためのものであるため、操舵輪３の振動のダンピングをスポイルしてしまうことがない。また、補正値は、上記したようにダンピングを目的とする以外にも、電動パワーステアリング２における操舵輪３から操向輪Ｗ，Ｗまでのイナーシャの影響を補償するものであってもよいし、制御応答性を補償するものであってもよいし、ダンピングを目的とするものとこれらを任意に組み合わせて補正値を求めるようにしてもよい。いずれにしても、補正値に起因する補助トルクの応答性が損なわれないので、良好な操舵感を得ることができる。
【００５８】
また、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値をローパスフィルタ１５で濾過すれば、補助トルク指令値の上記した周波数特性が得られるので、ローパスフィルタ１５を挿入する箇所は、補助トルク決定手段１４に対して直列に挿入されればよく、補助トルク決定手段１４の後段だけでなく、補助トルク決定手段１４の前段に挿入されてもよい。
【００５９】
ところで、上記した一実施の形態における制御装置１の構成では、補助トルク指令値を求めるパス（ローパスフィルタ１５が設けられたパス）と補正値決定手段１７を設けたパスが並列されている。
【００６０】
補正値決定手段１７におけるパスは操舵トルクを微分するので、当該パスにおける伝達関数は、簡略化するとｃ・ｓ（ｃは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができ、他方の補助トルク指令値を求めるパスはローパスフィルタ１５があるので、このパスにおける伝達関数は、簡略化するとｄ／ｓ（ｄは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができる。
【００６１】
これらパスを並列して合成すると、合成後の伝達関数は、単に、積分と微分の合成である（ｃ・ｓ２＋ｄ）／ｓとなって、減衰項が無いため、図８に示すように、補正値決定手段１７におけるパスの特性ｇと補助トルク指令値を求めるパスの特性ｈとが交差する周波数にてゲインが極端に落ち込む特性になってしまう。
【００６２】
すると、このゲインが落ち込む周波数の周辺においては、トルクセンサ１０で操舵トルクを検知しても、補助トルク指令値が小さくなり、操舵輪３の周方向の振動を減衰させ辛い面がある。
【００６３】
そこで、一実施の形態の一変形例における制御装置２２にあっては、図９に示すように、操舵トルクの位相を進ませる位相補償器２３を設けて、補助トルク指令値を求めるパスにおける伝達関数における特性ｉを、図１０に示すように、補正値決定手段１７における微分パスの特性ｇとの交差する部分においてゲインが一定値ｅとなるように設定してある。
【００６４】
したがって、補助トルク指令値を求めるパスにおける伝達関数は、簡略化すると、ｄ／ｓ＋ｅ（ｄ，ｅは定数、ｓはラプラス演算子）で表すことができ、補正値決定手段１７におけるパスと合成すると、合成後の伝達関数は、（ｃ・ｓ２＋ｅ・ｓ＋ｄ）／ｓとなって、１次の減衰項が追加され、それぞれのパスの特性が交差する部分のみを抽出すると、伝達関数がｃ・ｓ＋ｅとなって減衰に悪影響を及ぼす複素零点が発生しないので、上記した周波数にてゲインが極端に落ち込むことが緩和される。
【００６５】
このように、位相補償器２３を設けることによって、操舵輪３に良好なダンピングを与えることができ操舵輪３の振動やジャダーを防止でき、運転者が不安感や違和感を覚えたりすることがなくなり、さらにより一層良好な操舵感を得ることができる。
【００６６】
なお、位相補償器２３の挿入箇所は、ローパスフィルタ１５に対して直列であって、補正値決定手段１７に対して並列されればよく、また、ローパスフィルタ１５に位相補償器２３における特性を持たせてこれに統合されるようにしてもよい。
【００６７】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置が適用される電動パワーステアリングの概略図である。
【図２】一実施の形態における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。
【図３】操舵トルク−補助トルク指令値特性を示すマップの図である。
【図４】操舵トルク−補助トルク指令値特性および操舵トルクとゲインとの関係を示した図である。
【図５】ローパスフィルタの周波数特性を変更しない場合のゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。
【図６】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置において、ゲイン上昇に対する補助トルク指令値のゲイン特性の変化を示した図である。
【図７】操舵トルクとゲインとの関係を示すマップの図である。
【図８】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【図９】一実施の形態の一変形例における電動パワーステアリングの制御装置の制御ブロック図の一例を示した図である。
【図１０】一実施の形態の電動パワーステアリングの制御装置における補助トルク指令値と補正値の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２２ 制御装置
２ 電動パワーステアリング
３ 操舵輪
４ 軸
５，６ ピニオンギア
７ ラック
８ タイロッド
９ ナックルアーム
１０ トルクセンサ
１１ 速度センサ
１２ 電流センサ
１３ ゲイン推定手段
１４ 補助トルク決定手段
１５ ローパスフィルタ
１６ 変更手段
１７ 補正値決定手段
１８ 駆動手段としての電流ループ
１９ 加算器
２０ 電流制御部
２１ 駆動回路
２３ 位相補償器
Ｍ モータ
Ｗ 操向輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段を備え、操向輪の操舵を補助するモータを駆動する駆動手段へ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタとを備え、当該ローパスフィルタの周波数特性をゲイン推定手段で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項２】
操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値の位相補償を行う位相補償器を備えた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の制御装置。
【請求項３】
駆動手段はモータを駆動する電流ループを備え、電流ループに上記ローパスフィルタによる濾過後の補助トルク指令値を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項４】
操舵トルクから補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段と、補助トルク指令値を補正する補正値を求める補正値決定手段とを備え、補助トルク指令値を補正値によって補正し、補正後の補助トルク指令値を駆動手段へ与えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項５】
補助トルク決定手段は、操舵トルクの微分値に基づいて補正値を求めることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項６】
位相補償器は、補助トルク決定手段より前で信号を処理することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項７】
ゲイン推定手段は、車両の速度と操舵トルクに基づいて上記ゲインを推定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項８】
ゲイン推定手段は、操舵トルクの変化に対してゲインが連続的に変化するマップを備え、当該マップを参照してゲインを推定することを特徴とする請求項１から７のいずれかに電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項９】
変更手段は、ローパスフィルタのカットオフ周波数を上記ゲインに基づいて変更することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項１】
車両の操向輪を操舵する操舵輪に作用する操舵トルクに基づいて補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段を備え、操向輪の操舵を補助するモータを駆動する駆動手段へ上記補助トルク指令値を与えてモータに補助トルクを発生させる電動パワーステアリングの制御装置において、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程におけるゲインを推定するゲイン推定手段と、操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値を濾過するローパスフィルタとを備え、当該ローパスフィルタの周波数特性をゲイン推定手段で推定されたゲインに基づいて変更する変更手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項２】
操舵トルクから補助トルク指令値を得る過程における信号あるいは補助トルク指令値の位相補償を行う位相補償器を備えた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の制御装置。
【請求項３】
駆動手段はモータを駆動する電流ループを備え、電流ループに上記ローパスフィルタによる濾過後の補助トルク指令値を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項４】
操舵トルクから補助トルク指令値を求める補助トルク決定手段と、補助トルク指令値を補正する補正値を求める補正値決定手段とを備え、補助トルク指令値を補正値によって補正し、補正後の補助トルク指令値を駆動手段へ与えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項５】
補助トルク決定手段は、操舵トルクの微分値に基づいて補正値を求めることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項６】
位相補償器は、補助トルク決定手段より前で信号を処理することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項７】
ゲイン推定手段は、車両の速度と操舵トルクに基づいて上記ゲインを推定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項８】
ゲイン推定手段は、操舵トルクの変化に対してゲインが連続的に変化するマップを備え、当該マップを参照してゲインを推定することを特徴とする請求項１から７のいずれかに電動パワーステアリングの制御装置。
【請求項９】
変更手段は、ローパスフィルタのカットオフ周波数を上記ゲインに基づいて変更することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電動パワーステアリングの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−５８６０１（Ｐ２０１０−５８６０１Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２４９５０（Ｐ２００８−２２４９５０）
【出願日】平成２０年９月２日（２００８．９．２）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２日（２００８．９．２）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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