電動パワーステアリング装置
【課題】操舵補助力発生用モータの制御における安定性の向上、操舵に対する応答性の向上、および操舵に対する外乱の影響の低減を図ることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール２の操舵トルクをトルクセンサ２２により検出し、その検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、操舵補助力を発生するモータ１０を制御する。操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定される。アシスト勾配の変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。
【解決手段】ステアリングホイール２の操舵トルクをトルクセンサ２２により検出し、その検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、操舵補助力を発生するモータ１０を制御する。操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定される。アシスト勾配の変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵補助力発生用モータを備える電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサや速度センサにより検出した操舵トルクや車速等の運転条件に応じて操舵補助力を変化させている。また、その操舵補助力を付与するモータの出力を、そのモータやステアリングホイールの回転角速度または回転角加速度、操舵トルク、操舵トルクの変化速度、車輪の舵角変化加速度等に応じて補正することで、操舵に対する応答性を向上してモータの慣性の影響を補償したり、操舵系に粘性を付与することで外乱の影響を低減することが図られている。さらに、トルクセンサの出力信号におけるノイズや系の遅れの影響により制御系の安定性が低下するのを防止するため、トルクセンサの出力信号に対する位相補償特性を車速に応じて変化させることが提案されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２６２５２号公報
【特許文献２】特開２００４−９８７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術を採用した電動パワーステアリング装置においては制御系の安定性を十分に向上することができず振動が発生したり、また、外乱の影響を十分に低減できないという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、操舵補助力を発生するモータと、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係を記憶する手段と、検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、前記モータを制御する手段とを備える電動パワーステアリング装置に適用される。
【０００５】
本件発明者らは、トルクセンサの出力信号に応じた操舵補助力発生用モータの制御特性が、操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配に応じて変化することを見出したことに基づき、本件発明を想到した。すなわち、アシスト勾配が増加すると、トルクセンサの入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が減少し、制御系の安定性が低下する。よって、アシスト勾配に応じてモータの出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。
【０００６】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、前記ステアリングホイールの操舵周波数と、前記ステアリングホイールの操舵角度に対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、前記モータの出力の補正によりその振幅比が同一周波数に対しては小さくなるように、前記回転角加速度対応値とモータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角加速度に正相関する値に応じて補正され、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵トルクの振幅比が小さくされる。すなわち、操舵に対する操舵補助力発生用モータの出力の応答性を向上し、迅速に操舵補助を行って操舵トルクを低減できる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【０００７】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
あるいは本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比がピーク値になる共振周波数が小さくなるように前記回転角加速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がモータの回転角加速度に逆相関する値、あるいは操舵トルクの変化加速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比がピーク値になる操舵系の共振周波数が小さくされる。すなわち、その共振周波数に対応する外乱トルクの入力周波数が小さくなることから、外乱として影響を与える外乱の周波数範囲が狭まることになり、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【０００８】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記操舵トルクの変化速度に対応する変化速度対応値を求める手段と、前記変化速度対応値と、この変化速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられ、前記アシスト勾配ゲインは、前記アシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされるのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記変化速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力が操舵トルクの変化速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配ゲインに応じて変化し、そのアシスト勾配ゲインはアシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている。これにより、直進走行状態や舵角が小さい状態であるために外乱の影響を受けやすいアシスト勾配の小さい範囲において、モータ出力の補正量を確保し、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるようにモータを制御し、操舵に対する外乱の影響を確実に低減することができる。
【０００９】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、アシスト勾配の減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられるのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が小さい範囲においては、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクをトルクセンサへのトルク入力に対して大きくし、モータの出力の補正量を増加させ、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比をフィルタゲインが大きくなっている周波数域で小さくし、操舵に対する外乱の影響をより低減することができる。
【００１０】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、前記アシスト勾配の増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が大きい範囲においては、不安定周波数域で擬似的にアシスト勾配をおとすことができるため制御系の安定性が向上し、アシスト勾配の上限を大きくして操舵補助特性を向上することができる。
【００１１】
本発明において、操舵トルクの変化に応じて変化するアシスト勾配に上限値が設定され、そのアシスト勾配の設定上限値が車速の変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、車速を検出する手段と、検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相の進み遅れ補償を、進み終了周波数と遅れ開始周波数が検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値に応じて変化するように行うアシスト勾配感応位相補償手段とが設けられ、前記進み遅れ補償は、車速が増加すると位相の進み終了周波数が小さくなると共に遅れ開始周波数が大きくなるように行われるのが好ましい。
これにより、車速が増加してアシスト勾配が減少する程に、トルクセンサの入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が増加し、制御系の安定性が向上する。また、車速が増加するとアシスト勾配の設定上限値が減少し、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクがトルクセンサへのトルク入力に対して大きくなるので、操舵に対する応答性を向上することができる。すなわち、制御系の安定性と操舵に対する応答性を両立させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵補助力発生用モータの制御における安定性の向上、操舵に対する応答性の向上、および操舵に対する外乱の影響の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示す第１実施形態の車両用電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態では、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。
【００１４】
ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態では、モータ１０の出力シャフトの回転を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することで操舵補助力を付与する。
【００１５】
モータ１０は駆動回路２１を介してコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２２、ステアリングホイール２の回転角度に対応する操舵角度θh を検出する舵角センサ２３、車速Ｖを検出する車速センサ２４、モータ１０の駆動電流ｉを検出する電流センサ２６が接続される。なお、本実施形態のステアリングシャフト４は、ステアリングホイール２側とピニオン５側とに分割されると共にトーションバー２９により連結され、操舵角度θh とピニオン５の回転角度θp の差であるトーションバー２９の捩れ角（θh −θp ）に、トーションバー２９のバネ定数Ｋｓを乗じて得られた操舵トルクＴがトルクセンサ２２により検出される。
【００１６】
制御装置２０は、検出操舵トルクＴに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力を発生するようにモータ１０を制御し、また、その操舵補助力を検出車速Ｖに応じて変化させ、ステアリングホイール２の回転角加速度に応じてモータ１０の出力を補正する。
【００１７】
図２、図３は制御装置２０によるモータ１０の制御ブロック線図を示す。
図２に示すように、トルクセンサ２２の出力信号はローパスフィルタ６１を介して演算部４１に入力され、基本アシスト電流ｉｏを定めるために用いられる。演算部４１において、操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、検出操舵トルクＴに対応する基本アシスト電流ｉｏが演算される。ローパスフィルタ６１によりトルクセンサ２２の出力信号から不要な高周波成分が除去される。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係は、例えば演算部４１に示すように、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に基本アシスト電流ｉｏの大きさが大きくなるものとされる。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
【００１８】
演算部４２において、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Ｖに対応する基本車速ゲインＧｖが演算される。車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係は、例えば演算部４２に示すように、車速Ｖが小さい時は大きい時よりも基本車速ゲインＧｖが大きくなるものとされる。
【００１９】
基本アシスト電流ｉｏと基本車速ゲインＧｖの積が基本アシストトルクに対応する。例えば図４に示すように、車速Ｖが一定であれば、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に、基本アシストトルクＴｏの大きさが設定上限値まで大きくなり、且つ、操舵トルクＴに対する基本アシストトルクＴｏの変化率であるアシスト勾配Ｒ（＝ｄＴｏ／ｄＴ）が設定上限値Ｒｏまで大きくなるものとされている。また、基本アシストトルクＴｏは車速Ｖに応じて変化し、操舵トルクＴが一定であれば車速Ｖが減少する程に基本アシストトルクＴｏが大きくなり、アシスト勾配Ｒが大きくなるものとされている。すなわち、アシスト勾配Ｒが操舵トルクＴの変化に応じて変化し、そのアシスト勾配Ｒに上限値Ｒｏが設定され、このアシスト勾配Ｒの設定上限値が車速Ｖの変化に応じて変化するように、操舵トルクＴと基本アシストトルクＴｏとの対応関係が設定され、その設定された対応関係が制御装置２０に記憶されている。本実施形態では、操舵トルクＴの大きさが設定値Ｔ１以上では、アシスト勾配Ｒは設定上限値Ｒｏとなり、その設定上限値Ｒｏは車速Ｖが減少する程に大きくなる。上記のように操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係と、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係とが記憶されることで、操舵トルクＴと基本アシストトルクＴｏとの対応関係が記憶されることになる。制御装置２０は、検出操舵トルクＴと検出車速Ｖに対応するアシスト勾配Ｒを求める。
【００２０】
図３に示すように、演算部３１において、舵角センサ２３により求めた操舵角度θh の二階微分により回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値として求められる。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 とモータ出力補正値である補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が、例えばテーブルや演算式として制御装置２０に記憶される。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、例えば演算部３１に示すように設定される。すなわち、回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係が記憶され、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
【００２１】
演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａが演算される。アシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒに逆相関し、例えば演算部３２に示すように、アシスト勾配Ｒが大きくなる程にアシスト勾配ゲインＧａａが小さくなるものとされる。
【００２２】
演算部３３において、車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Ｖに対応する補正用車速ゲインＧｖａが演算される。車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、図示例では車速Ｖが大きい時は小さい時よりも補正用車速ゲインＧｖａが大きくなるものとされるが、特に限定されない。
【００２３】
図３に示すように、乗算部３４、３５において補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められる。補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和が加算部４３において演算され、その和に基本車速ゲインＧｖを乗算部４４において乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。目標駆動電流ｉ* と求めた駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御することで、ピニオン５の回転角度θp を変化させ、操舵補助力を付与する。すなわち制御装置２０は、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａと、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａとの積である補正電流ｉ１に応じて、モータ１０の出力を補正する。これにより、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。
【００２４】
図５のフローチャートは制御装置２０によるモータ１０の制御手順を示す。まず、各センサによる検出値Ｖ、θh 、Ｔ、ｉを読み込み（ステップＳ１）、次に、時系列に求めた操舵角度θh を２階時間微分することで回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 を求め、また、検出操舵トルクＴと検出車速Ｖに対応するアシスト勾配Ｒを求める（ステップＳ２）。なお、制御開始当初においては回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 とアシスト勾配Ｒとして予め定めた初期値を用いればよい。次に、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａに、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａと、検出車速Ｖに対応する補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで、補正電流ｉ１＝Ｇａａ・Ｇｖａ・ｉａを求め（ステップＳ３）、目標駆動電流ｉ* ＝Ｇｖ・（ｉｏ＋ｉ１）を求め（ステップＳ４）、その目標駆動電流ｉ* と検出駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ５）。しかる後に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオンかオフかにより判断し（ステップＳ６）、制御を終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００２５】
第１実施形態によれば、図６に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図６は、横軸がステアリングホイール２の単位時間当たりの往復操作数に対応する操舵周波数（Ｈｚ）、縦軸がステアリングホイール２の操舵角度θh に対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。図６に示されるような操舵周波数と、操舵角度θh に対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲（例えば２Ｈｚ以下の範囲）で、モータ１０の出力の補正により、その振幅比が同一周波数に対しては小さくなるように回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００２６】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを、基本アシストトルクＴｏと、補正トルクＴａとの和として、以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔａ＝Ｋｗ・ｄ2 θh ／ｄｔ2 …（３）
Ｋａは基本アシスト制御ゲイン、Ｋｗは操舵角速度微分（操舵角２階微分）制御ゲインである。
図６に示す周波数応答特性において、周波数ω1 と減衰比ζ1 は以下の式により求められる。
ω1 ＝｛Ｋ／（Ｊｐ−Ｋｗ）｝1/2 …（４）
ζ1 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ−Ｋｗ）・α１／α２｝1/2 ］…（５）
α１は周波数が零の時の操舵の重さのパラメータであり、α２は周波数が零の時の外乱の伝達割合であり、以下の式により表される。
α１＝Ｋｓ・Ｋ／｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝
α２＝１／｛（１＋Ｋａ）＋Ｋ／Ｋｓ｝
Ｋは車両軸力の弾性係数、Ｊｐは操舵系におけるピニオン軸換算の慣性、Ｃｐはトーションバー２９よりも下方の操舵系におけるピニオン軸換算粘性係数である。
【００２７】
図６において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正電流ｉ１はステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に正相関し、その回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 のゲインはＫｗであるから、モータ出力を補正すると上記式（３）より周波数ω1 が大きくなる。すなわち、図６における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω1 が大きくなる方向にシフトする。これにより、人間がステアリングホイール２を操舵する際の操舵周波数範囲で、その補正によりステアリングホイール２の操舵角に対する操舵トルクの振幅比が同一周波数に対しては小さくなることから（例えば図６において周波数２Ｈｚでの振幅比は補正により小さくなっている）迅速に操舵補助がなされ、操舵に対する応答性が向上される。
【００２８】
しかも第１実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、そのモータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関する。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００２９】
図７、図８は第２実施形態を示す。以下、第１実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に代えてモータ１０の回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、舵角センサ２３に代えて、モータ１０の回転角度θm を検出する角度センサ２７が制御装置２０に接続され、演算部３１において角度センサ２７により検出した回転角度θm の二階微分により回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値として求められ、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
他の構成は第１実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。これにより、第２実施形態の電動パワーステアリング装置は第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。例えば、上記式（３）において操作角θｈを回転角度θm に置換し、式（３）、（４）、（５）において操舵角速度微分制御ゲインＫｗをモータ回転角速度微分（モータ回転角２階微分）制御ゲインＫｍに置換することで、第１実施形態において図６で表されるのと同様の特性が得られ、操舵に対する応答性を向上することができる。
【００３０】
図９、図１０は第３実施形態を示す。以下、第２実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第２実施形態との相違は、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係が、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが逆相関するものとされている点にある。
他の構成は第２実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００３１】
第３実施形態の電動パワーステアリング装置は第２実施形態と異なる作用効果を奏することができ、図１０に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図１０は、横軸が車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）、縦軸が外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。モータ１０の出力の補正により、図１０に示されるような外乱トルクの周波数と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、その振幅比がピーク値になる共振周波数が小さくなるように、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００３２】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｍ・ｄ2 θm ／ｄｔ2 …（６）
Ｋｍはモータ回転角速度微分（モータ回転角２階微分）制御ゲインである。
図１０に示される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／（Ｊｐ−Ｋｍ）］1/2 …（７）
ζ2 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ−Ｋｍ）・Ｋｓ／α２｝1/2 ］…（８）
【００３３】
図１０において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正電流ｉ１はモータ１０の回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に逆相関し、その回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 のゲインはＫｍであるから、モータ１０の出力を補正すると上記式（７）より周波数ω2 が小さくなる。すなわち、図１０における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω2 が小さくなる方向にシフトする（例えば図１０において振幅比のピーク点Ｐの周波数は補正により小さくなっている）。これにより、モータ出力を補正することで、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比がピーク値になる操舵系の共振周波数が小さくなる。よって、その共振周波数に対応する外乱トルクの入力周波数が小さくなることから、外乱として影響を与える外乱の周波数範囲が狭まることになり、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００３４】
しかも第３実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関することになる。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００３５】
図１１、図１２は第４実施形態を示す。以下、第３実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第３実施形態との相違は、モータ１０の回転角加速度に代えて操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、角度センサ２７は不要とされ、演算部３１においてトルクセンサ２２により検出した操舵トルクＴの二階微分により変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値に代わり変化加速度対応値として求められ、変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係は、変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
他の構成は第３実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００３６】
第４実施形態によれば、第３実施形態において図１０で表されるのと同様の特性が得られる。
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｄｄ・ｄ2 Ｋｓ（θh −θp ）／ｄｔ…（９）
Ｋｄｄはトルク２階微分制御ゲインである。
図１０で表されるのと同様の周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／（Ｊｐ＋Ｋｄｄ）］1/2 …（１０）
ζ2 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ＋Ｋｓ・Ｋｄｄ）・Ｋｓ／α２｝1/2 ］…（１１）
【００３７】
補正基準電流ｉａは操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に正相関し、その変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 のゲインはＫｄｄであるから、モータ出力を補正すると上記式（１０）より周波数ω2 が小さくなる。すなわち、第３実施形態と同様に、図１０における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω2 が小さくなる方向にシフトする。しかも、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関する。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００３８】
図１３、図１４は第５実施形態を示す。以下、第４実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第４実施形態との相違は、操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に代えて操舵トルクＴの変化速度ｄＴ／ｄｔに応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、演算部３１においてトルクセンサ２２により検出した操舵トルクＴの微分により変化速度ｄＴ／ｄｔが変化加速度対応値に代わる変化速度対応値として求められ、変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、変化速度ｄＴ／ｄｔに補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた変化速度ｄＴ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
【００３９】
第５実施形態におけるアシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の対応関係は第４実施形態と相違し、演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａが演算される。アシスト勾配ゲインＧａａは、アシスト勾配Ｒが設定値以下である時に零よりも大きくされている。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配の小さい範囲において操舵に対する外乱の影響を低減できるように適宜設定すればよい。アシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒに図中実線で示すように正相関してもよいし図中破線で示すように逆相関してもよい。
【００４０】
演算部３３における車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、第５実施形態では車速Ｖが変化しても補正用車速ゲインＧｖａが一定とされるが特に限定されない。
【００４１】
第５実施形態における他の構成は第４実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００４２】
第５実施形態の電動パワーステアリング装置は第２実施形態と異なる作用効果を奏することができ、図１４に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図１４は、横軸が車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）、縦軸が外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。モータ１０の出力の補正により、図１４に示されるような外乱トルクの周波数と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、その振幅比がモータ１０の出力の補正により共振周波数で小さくなるように、変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００４３】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｄ・ｄ｛Ｋｓ（θh −θp ）｝／ｄｔ…（１２）
Ｋｄはトルク微分制御ゲインである。
図１４に示す周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／Ｊｐ］1/2 …（１３）
ζ2 ＝（Ｃｐ＋Ｋｓ・Ｋｄ）／｛２・（Ｊｐ・Ｋｓ／α２）1/2 ｝…（１４）
【００４４】
図１４において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正基準電流ｉａは操舵トルクＴの変化速度ｄＴ／ｄｔに正相関し、その変化速度ｄＴ／ｄｔのゲインはＫｄであるから、モータ出力を補正すると上記式（１４）より減衰比ζ2 が大きくなる。すなわち、図１４における補正前の実線に対し補正後の破線は共振周波数で振幅比のピーク値が小さくなる方向にシフトする（図１４において振幅比のピーク点Ｐの振幅比は補正により小さくなっている）。よって、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００４５】
しかも第５実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配ゲインＧａａに応じて変化し、そのアシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒが設定値以下である時は零よりも大きくされている。これにより、直進走行状態や舵角が小さい状態であるために外乱の影響を受けやすいアシスト勾配Ｒの小さい範囲において、モータ出力の補正量を確保し、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるようにモータ１０を制御し、操舵に対する外乱の影響を確実に低減することができる。
【００４６】
図１５〜図１８は第６実施形態を示す。以下、第１施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に代えてモータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、舵角センサ２３に代えて、図１５に示すようにモータ１０の回転角度θm を検出する角度センサ２７が制御装置２０に接続され、図１７に示すように演算部３１において角度センサ２７により検出した回転角度θm の微分により回転角速度ｄθm ／ｄｔが回転角加速度対応値に代わる回転角速度対応値として求められ、回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角速度ｄθm ／ｄｔに補正基準電流ｉａが逆相関するものとされ、求めた回転角速度ｄθm ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
【００４７】
演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係に代えて、操舵トルクＴの大きさとトルクゲインＧｔｅとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクＴに対応するトルクゲインＧｔｅが演算される。
演算部３３における車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、図示例では車速Ｖが大きい時は小さい時よりも補正用車速ゲインＧｖａが小さくなるものとされるが、特に限定されない。
【００４８】
図１６に示すように、ローパスフィルタ６１はスイッチ６２を介して演算部４１と位相進み補償フィルタ６３とに選択的に接続され、位相進み補償フィルタ６３は演算部４１に接続される。制御装置２０の補償制御部２０ａは、検出操舵トルクＴに対応するアシスト勾配Ｒを求め、求めたアシスト勾配Ｒに応じてスイッチ６２を切り換える。このスイッチ６２の切換により、ローパスフィルタ６１は、アシスト勾配Ｒが設定値以下である時は位相進み補償フィルタ６３に接続され、アシスト勾配Ｒが設定値を超える時は演算部４１に接続される。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配Ｒが小さい範囲において操舵に対する外乱の影響を十分に低減できるように設定すればよい。これにより、制御装置２０とスイッチ６２と位相進み補償フィルタ６３により、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相を、アシスト勾配Ｒの減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段が構成されている。
【００４９】
制御装置２０は、補正基準電流ｉａにトルクゲインＧｔｅと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで求めた補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に、基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求める。これにより、補正基準電流ｉａに応じてモータ１０の出力が補正され、アシスト勾配Ｒの変化によりトルクセンサ２２の出力信号の位相が変化するので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。
【００５０】
第６実施形態の電動パワーステアリング装置は第１実施形態と異なる以下の作用効果を奏することができる。
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝−Ｋｄｏ・ｄθm ／ｄｔ…（１５）
Ｋｄｏは回転角速度ｄθm ／ｄｔの制御ゲインである。
外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／Ｊｐ］1/2 …（１６）
ζ2 ＝（Ｃｐ＋Ｋｄｏ）／｛２・（Ｊｐ・Ｋｓ／α２）1/2 ｝…（１７）
【００５１】
補正基準電流ｉａはモータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに逆相関し、その回転角速度ｄθm ／ｄｔのゲインはＫｄｏであるから、モータ出力を補正すると上記式（１７）より減衰比ζ2 が大きくなる。よって、第５実施形態の図１４に表される周波数応答特性と同様に、補正前の実線に対し補正後の破線が共振周波数で振幅比のピーク値が小さくなる方向にシフトする特性を得ることができる。すなわち、車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、モータ１０の出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。よって、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００５２】
しかも、アシスト勾配Ｒの減少によりローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相が進むことで、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。例えば図１８は、基本アシスト電流ｉｏを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比を示す。図１８において、位相進み補償フィルタ６３により信号の位相を進ませない場合の特性は実線で表され、位相を進ませる場合の特性は破線で表される。位相進み補償フィルタ６３の伝達関数をＧｐａ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相進み補償フィルタ６３からの出力をＳｏａとした場合、Ｓｏａ＝Ｇｐａ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２を時定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐａ＝（１＋ｔ２・ｓ）／（１＋ｔ１・ｓ）、ｔ２＞ｔ１とした場合、位相進み開始周波数は１／（２π・ｔ２）となり、１／（２π・ｔ１）で位相進みが終了する。これにより、アシスト勾配Ｒが小さい範囲においては、トルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比が大きくなるので、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴをトルクセンサ２２へのトルク入力に対して大きくし、モータ１０の出力の補正量を増加させ、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比を共振周波数で小さくし、操舵に対する外乱の影響をより低減することができる。
【００５３】
図１９、図２０は第７実施形態を示す。以下、第６施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第６実施形態との相違は、図１９に示すように、ローパスフィルタ６１はスイッチ６４を介して演算部４１と位相遅れ補償フィルタ６５とに選択的に接続され、位相遅れ補償フィルタ６５は演算部４１に接続される。制御装置２０の補償制御部２０ａは、検出操舵トルクＴに対応するアシスト勾配Ｒを求め、求めたアシスト勾配Ｒに応じてスイッチ６４を切り換える。このスイッチ６４の切換により、ローパスフィルタ６１は、アシスト勾配Ｒが設定値以上である時は位相遅れ補償フィルタ６５に接続され、アシスト勾配Ｒが設定値未満である時は演算部４１に接続される。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配Ｒが大きい範囲において制御系の安定性を向上できるように設定すればよい。これにより、制御装置２０とスイッチ６４と位相遅れ補償フィルタ６５により、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相を、アシスト勾配Ｒの増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段が構成されている。
【００５４】
他の構成は第６実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにトルクゲインＧｔｅと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで求めた補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。これにより、補正基準電流ｉａに応じてモータ１０の出力が補正される。第７実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、第６実施形態と同様に、車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、モータ１０の出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定され、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００５５】
しかも、第７実施形態の電動パワーステアリング装置によれば第６実施形態と異なる作用効果を奏することができる。すなわち、アシスト勾配Ｒの増加によりローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相が遅れることで、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。例えば図２０は、基本アシスト電流ｉｏを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比を示す。図２０において、位相遅れ補償フィルタ６５により信号の位相を遅らせない場合の特性は実線で表され、位相を遅らせる場合の特性は破線で表される。位相遅れ補償フィルタ６５の伝達関数をＧｐｄ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相遅れ補償フィルタ６５からの出力をＳｏｄとした場合、Ｓｏｄ＝Ｇｐｄ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２を時定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐａ＝（１＋ｔ２・ｓ）／（１＋ｔ１・ｓ）、ｔ１＞ｔ２とした場合、位相遅れ開始周波数は１／（２π・ｔ１）となり、１／（２π・ｔ２）で位相遅れが終了する。これにより、アシスト勾配Ｒが大きい範囲においては、トルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比が小さくなるので、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクをトルクセンサ２２へのトルク入力に対して小さくし、モータ１０の出力の補正量を減少させることで制御系の安定性を向上し、アシスト勾配Ｒの上限を大きくして操舵補助特性を向上することができる。
【００５６】
第６実施形態の変形例として、あるいは、第７実施形態の変形例として、モータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに代えてステアリングホイール２の回転角速度ｄθh ／ｄｔに応じてモータ１０の出力を補正してもよい。この場合、図２１に示すように、角度センサ２７に代えて、舵角センサ２３が制御装置２０に接続され、図２２に示すように、演算部３１において舵角センサ２３により検出した操舵角度θh の微分により回転角速度ｄθh ／ｄｔが回転角速度対応値として求められ、回転角速度ｄθh ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角速度ｄθh ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角速度ｄθh ／ｄｔに補正基準電流ｉａが逆相関するものとされ、求めた回転角速度ｄθh ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。上記式（１５）において回転角度θm を操作角θｈに置換し、式（１５）、（１６）、（１７）において、回転角速度ｄθm ／ｄｔの制御ゲインＫｄｏを回転角速度ｄθh ／ｄｔの制御ゲインに置換することで、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。第６実施形態の変形例の他の構成は第６実施形態と同様とされ、第６実施形態と同様の作用効果を奏することができ、また、第７実施形態の変形例の他の構成は第７実施形態と同様とされ、第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５７】
図２３〜図２７は第８実施形態を示す。以下、第１施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に応じたモータ１０の出力補正は行われない。そのため、舵角センサ２３は設けられていない。図２４に示すように、ローパスフィルタ６１は位相補償フィルタ７１を介して演算部４１に接続される。位相補償フィルタ７１は、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相の進み遅れ補償を行う。制御装置２０の補償制御部２０ａは、図４に示されるような対応関係に基づき、検出車速Ｖにおけるアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏを求め、求めたアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏに応じて位相補償フィルタ７１による位相の進み遅れ補償における位相の進み終了周波数と遅れ開始周波数を変化させる。これにより、アシスト勾配Ｒの変化に応じて基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴが変化し、基本アシストトルクＴｏが変化することでモータ１０の出力の補正量が変更される。
【００５８】
図２５は、検出操舵トルクＴを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２の入力に対する位相補償フィルタ７１からの出力の振幅比を示す。位相補償フィルタ７１の伝達関数をＧｐ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相補償フィルタ７１からの出力をＳｏとした場合、Ｓｏ＝Ｇｐ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２、ｔ３を時定数、ａ１、ａ２をフィルタ定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐ＝｛（１＋ａ１・ｔ１・ｓ）・（１＋ａ２・ｔ２・ｓ）｝／｛（１＋ｔ１・ｓ）・（１＋ｔ２・ｓ）・（１＋ｔ３・ｓ）｝、ｔ１＞ｔ２、ａ１≦１、ａ２≧１とした場合、位相遅れ開始周波数は１／（２π・ｔ１）となり、１／（２π・ａ１・ｔ１）で位相遅れが終了し、位相進み開始周波数は１／（２π・ａ２・ｔ２）となり、１／（２π・ｔ２）で位相進みが終了する。フィルタ定数ａ１、ａ２はアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏの関数とされ、フィルタ定数ａ１と設定上限値Ｒｏとの対応関係、 およびフィルタ定数ａ２と設定上限値Ｒｏとの対応関係が制御装置２０に記憶される。本実施形態では、図２６に示すようにフィルタ定数ａ１は設定上限値Ｒｏに正相関し、図２７に示すようにフィルタ定数ａ２は設定上限値Ｒｏに逆相関するものとされる。補償制御部２０ａは、検出車速Ｖに基づき求めた設定上限値Ｒｏに対応するフィルタ定数ａ１、ａ２の値を求め、位相補償フィルタ７１のフィルタ定数ａ１、ａ２を求めた値に設定する。これにより、車速Ｖが大きい程に設定上限値Ｒｏが小さいことから、フィルタ定数ａ１が大きくフィルタ定数ａ２が小さくなる。よって、図２５において実線で示す状態から車速Ｖが増加すると、破線で示すようにトルクセンサ２２の出力信号の位相の進み終了周波数が小さくなり、遅れ開始周波数が大きくなることから、トルクセンサ２２の入力に対する位相補償フィルタ７１からの出力の振幅比が増大する。
【００５９】
他の構成は第１実施形態と同様とされ、基本アシスト電流ｉｏに基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。第８実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、第１実施形態と異なる作用効果を奏する。すなわち、車速Ｖが増加してアシスト勾配Ｒが減少する程に、トルクセンサ２２の入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が増加し、制御系の安定性が向上する。また、車速Ｖが増加するとアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏが減少し、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴがトルクセンサ２２へのトルク入力に対して大きくなるので、操舵に対する応答性が向上する。すなわち、制御系の安定性と操舵に対する応答性を両立させることができる。
【００６０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構は実施形態に限定されず、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトからラックピニオン以外のリンク機構を介して車輪に伝達するようなものでもよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば実施形態に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。また、演算部４２において基本車速ゲインＧｖを求めるのに代えて、演算部４１において予め定めた複数の設定車速毎に操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係を例えばテーブルとして記憶し、検出車速Ｖが設定車速間の値である場合は補間演算により操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図３】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵トルクと基本アシストトルクと車速との間の関係を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置における制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵特性を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図７】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図９】本発明の第３実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１０】本発明の第３実施形態の電動パワーステアリング装置における外乱の影響を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図１１】本発明の第４実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図１２】本発明の第４実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１３】本発明の第５実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１４】本発明の第５実施形態の電動パワーステアリング装置における外乱の影響を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図１５】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図１６】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図１７】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１８】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図１９】本発明の第７実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図２０】本発明の第７実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図２１】本発明の第６、第７実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２２】本発明の第６、第７実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図２３】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２４】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図２５】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図２６】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における位相補償フィルタのフィルタ定数とアシスト勾配の設定上限値との関係を表す図
【図２７】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における位相補償フィルタの別のフィルタ定数とアシスト勾配の設定上限値との関係を表す図
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
１０ モータ
２０ 制御装置
２２ トルクセンサ
２３ 舵角センサ
２４ 車速センサ
２７ 角度センサ
６１ ローパスフィルタ
６２ スイッチ
６３ 位相進み補償フィルタ
６４ スイッチ
６５ 位相遅れ補償フィルタ
７１ 位相補償フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵補助力発生用モータを備える電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサや速度センサにより検出した操舵トルクや車速等の運転条件に応じて操舵補助力を変化させている。また、その操舵補助力を付与するモータの出力を、そのモータやステアリングホイールの回転角速度または回転角加速度、操舵トルク、操舵トルクの変化速度、車輪の舵角変化加速度等に応じて補正することで、操舵に対する応答性を向上してモータの慣性の影響を補償したり、操舵系に粘性を付与することで外乱の影響を低減することが図られている。さらに、トルクセンサの出力信号におけるノイズや系の遅れの影響により制御系の安定性が低下するのを防止するため、トルクセンサの出力信号に対する位相補償特性を車速に応じて変化させることが提案されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２６２５２号公報
【特許文献２】特開２００４−９８７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術を採用した電動パワーステアリング装置においては制御系の安定性を十分に向上することができず振動が発生したり、また、外乱の影響を十分に低減できないという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することのできる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、操舵補助力を発生するモータと、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係を記憶する手段と、検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、前記モータを制御する手段とを備える電動パワーステアリング装置に適用される。
【０００５】
本件発明者らは、トルクセンサの出力信号に応じた操舵補助力発生用モータの制御特性が、操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配に応じて変化することを見出したことに基づき、本件発明を想到した。すなわち、アシスト勾配が増加すると、トルクセンサの入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が減少し、制御系の安定性が低下する。よって、アシスト勾配に応じてモータの出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。
【０００６】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、前記ステアリングホイールの操舵周波数と、前記ステアリングホイールの操舵角度に対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、前記モータの出力の補正によりその振幅比が同一周波数に対しては小さくなるように、前記回転角加速度対応値とモータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角加速度に正相関する値に応じて補正され、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲で、ステアリングホイールの操舵角に対する操舵トルクの振幅比が小さくされる。すなわち、操舵に対する操舵補助力発生用モータの出力の応答性を向上し、迅速に操舵補助を行って操舵トルクを低減できる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【０００７】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
あるいは本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比がピーク値になる共振周波数が小さくなるように前記回転角加速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がモータの回転角加速度に逆相関する値、あるいは操舵トルクの変化加速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比がピーク値になる操舵系の共振周波数が小さくされる。すなわち、その共振周波数に対応する外乱トルクの入力周波数が小さくなることから、外乱として影響を与える外乱の周波数範囲が狭まることになり、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配に逆相関するので、アシスト勾配の増加による制御系の安定性の低下を、制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【０００８】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、前記操舵トルクの変化速度に対応する変化速度対応値を求める手段と、前記変化速度対応値と、この変化速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられ、前記アシスト勾配ゲインは、前記アシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされるのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記変化速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力が操舵トルクの変化速度に正相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、そのモータの出力の補正量はアシスト勾配ゲインに応じて変化し、そのアシスト勾配ゲインはアシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている。これにより、直進走行状態や舵角が小さい状態であるために外乱の影響を受けやすいアシスト勾配の小さい範囲において、モータ出力の補正量を確保し、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるようにモータを制御し、操舵に対する外乱の影響を確実に低減することができる。
【０００９】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、アシスト勾配の減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられるのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が小さい範囲においては、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクをトルクセンサへのトルク入力に対して大きくし、モータの出力の補正量を増加させ、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比をフィルタゲインが大きくなっている周波数域で小さくし、操舵に対する外乱の影響をより低減することができる。
【００１０】
本発明において、検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、前記アシスト勾配の増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段と、前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられているのが好ましい。
これにより、車輪を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比とにより表される周波数応答特性において、前記モータの出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように前記回転角速度対応値と前記モータ出力補正値との間の対応関係が設定できる。よって、操舵補助力発生用モータの出力がステアリングホイールまたはモータの回転角速度に逆相関する値に応じて補正され、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるので、操舵に対する外乱の影響を低減することができる。
しかも、アシスト勾配が大きい範囲においては、不安定周波数域で擬似的にアシスト勾配をおとすことができるため制御系の安定性が向上し、アシスト勾配の上限を大きくして操舵補助特性を向上することができる。
【００１１】
本発明において、操舵トルクの変化に応じて変化するアシスト勾配に上限値が設定され、そのアシスト勾配の設定上限値が車速の変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、車速を検出する手段と、検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値を求める手段と、前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相の進み遅れ補償を、進み終了周波数と遅れ開始周波数が検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値に応じて変化するように行うアシスト勾配感応位相補償手段とが設けられ、前記進み遅れ補償は、車速が増加すると位相の進み終了周波数が小さくなると共に遅れ開始周波数が大きくなるように行われるのが好ましい。
これにより、車速が増加してアシスト勾配が減少する程に、トルクセンサの入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が増加し、制御系の安定性が向上する。また、車速が増加するとアシスト勾配の設定上限値が減少し、基本アシストトルクに対応する検出操舵トルクがトルクセンサへのトルク入力に対して大きくなるので、操舵に対する応答性を向上することができる。すなわち、制御系の安定性と操舵に対する応答性を両立させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、操舵補助力発生用モータの制御における安定性の向上、操舵に対する応答性の向上、および操舵に対する外乱の影響の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示す第１実施形態の車両用電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態では、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、そのラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。
【００１４】
ステアリングホイール２の回転を車輪３に伝達する経路に作用する操舵補助力を発生するモータ１０が設けられている。本実施形態では、モータ１０の出力シャフトの回転を減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達することで操舵補助力を付与する。
【００１５】
モータ１０は駆動回路２１を介してコンピュータにより構成される制御装置２０に接続される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２２、ステアリングホイール２の回転角度に対応する操舵角度θh を検出する舵角センサ２３、車速Ｖを検出する車速センサ２４、モータ１０の駆動電流ｉを検出する電流センサ２６が接続される。なお、本実施形態のステアリングシャフト４は、ステアリングホイール２側とピニオン５側とに分割されると共にトーションバー２９により連結され、操舵角度θh とピニオン５の回転角度θp の差であるトーションバー２９の捩れ角（θh −θp ）に、トーションバー２９のバネ定数Ｋｓを乗じて得られた操舵トルクＴがトルクセンサ２２により検出される。
【００１６】
制御装置２０は、検出操舵トルクＴに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力を発生するようにモータ１０を制御し、また、その操舵補助力を検出車速Ｖに応じて変化させ、ステアリングホイール２の回転角加速度に応じてモータ１０の出力を補正する。
【００１７】
図２、図３は制御装置２０によるモータ１０の制御ブロック線図を示す。
図２に示すように、トルクセンサ２２の出力信号はローパスフィルタ６１を介して演算部４１に入力され、基本アシスト電流ｉｏを定めるために用いられる。演算部４１において、操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、検出操舵トルクＴに対応する基本アシスト電流ｉｏが演算される。ローパスフィルタ６１によりトルクセンサ２２の出力信号から不要な高周波成分が除去される。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係は、例えば演算部４１に示すように、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に基本アシスト電流ｉｏの大きさが大きくなるものとされる。操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
【００１８】
演算部４２において、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Ｖに対応する基本車速ゲインＧｖが演算される。車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係は、例えば演算部４２に示すように、車速Ｖが小さい時は大きい時よりも基本車速ゲインＧｖが大きくなるものとされる。
【００１９】
基本アシスト電流ｉｏと基本車速ゲインＧｖの積が基本アシストトルクに対応する。例えば図４に示すように、車速Ｖが一定であれば、操舵トルクＴの大きさが大きくなる程に、基本アシストトルクＴｏの大きさが設定上限値まで大きくなり、且つ、操舵トルクＴに対する基本アシストトルクＴｏの変化率であるアシスト勾配Ｒ（＝ｄＴｏ／ｄＴ）が設定上限値Ｒｏまで大きくなるものとされている。また、基本アシストトルクＴｏは車速Ｖに応じて変化し、操舵トルクＴが一定であれば車速Ｖが減少する程に基本アシストトルクＴｏが大きくなり、アシスト勾配Ｒが大きくなるものとされている。すなわち、アシスト勾配Ｒが操舵トルクＴの変化に応じて変化し、そのアシスト勾配Ｒに上限値Ｒｏが設定され、このアシスト勾配Ｒの設定上限値が車速Ｖの変化に応じて変化するように、操舵トルクＴと基本アシストトルクＴｏとの対応関係が設定され、その設定された対応関係が制御装置２０に記憶されている。本実施形態では、操舵トルクＴの大きさが設定値Ｔ１以上では、アシスト勾配Ｒは設定上限値Ｒｏとなり、その設定上限値Ｒｏは車速Ｖが減少する程に大きくなる。上記のように操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係と、車速Ｖと基本車速ゲインＧｖとの対応関係とが記憶されることで、操舵トルクＴと基本アシストトルクＴｏとの対応関係が記憶されることになる。制御装置２０は、検出操舵トルクＴと検出車速Ｖに対応するアシスト勾配Ｒを求める。
【００２０】
図３に示すように、演算部３１において、舵角センサ２３により求めた操舵角度θh の二階微分により回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値として求められる。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 とモータ出力補正値である補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が、例えばテーブルや演算式として制御装置２０に記憶される。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、例えば演算部３１に示すように設定される。すなわち、回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係が記憶され、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａの正負の符号は、右操舵時と左操舵時とで逆とされる。
【００２１】
演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａが演算される。アシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒに逆相関し、例えば演算部３２に示すように、アシスト勾配Ｒが大きくなる程にアシスト勾配ゲインＧａａが小さくなるものとされる。
【００２２】
演算部３３において、車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた車速Ｖに対応する補正用車速ゲインＧｖａが演算される。車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、図示例では車速Ｖが大きい時は小さい時よりも補正用車速ゲインＧｖａが大きくなるものとされるが、特に限定されない。
【００２３】
図３に示すように、乗算部３４、３５において補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められる。補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和が加算部４３において演算され、その和に基本車速ゲインＧｖを乗算部４４において乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。目標駆動電流ｉ* と求めた駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御することで、ピニオン５の回転角度θp を変化させ、操舵補助力を付与する。すなわち制御装置２０は、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａと、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａとの積である補正電流ｉ１に応じて、モータ１０の出力を補正する。これにより、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。
【００２４】
図５のフローチャートは制御装置２０によるモータ１０の制御手順を示す。まず、各センサによる検出値Ｖ、θh 、Ｔ、ｉを読み込み（ステップＳ１）、次に、時系列に求めた操舵角度θh を２階時間微分することで回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 を求め、また、検出操舵トルクＴと検出車速Ｖに対応するアシスト勾配Ｒを求める（ステップＳ２）。なお、制御開始当初においては回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 とアシスト勾配Ｒとして予め定めた初期値を用いればよい。次に、求めた回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａに、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａと、検出車速Ｖに対応する補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで、補正電流ｉ１＝Ｇａａ・Ｇｖａ・ｉａを求め（ステップＳ３）、目標駆動電流ｉ* ＝Ｇｖ・（ｉｏ＋ｉ１）を求め（ステップＳ４）、その目標駆動電流ｉ* と検出駆動電流ｉとの偏差を低減するようにモータ１０をフィードバック制御する（ステップＳ５）。しかる後に制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチがオンかオフかにより判断し（ステップＳ６）、制御を終了しない場合はステップＳ１に戻る。
【００２５】
第１実施形態によれば、図６に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図６は、横軸がステアリングホイール２の単位時間当たりの往復操作数に対応する操舵周波数（Ｈｚ）、縦軸がステアリングホイール２の操舵角度θh に対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。図６に示されるような操舵周波数と、操舵角度θh に対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、少なくとも人間がステアリングホイールを操舵する際の操舵周波数範囲（例えば２Ｈｚ以下の範囲）で、モータ１０の出力の補正により、その振幅比が同一周波数に対しては小さくなるように回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００２６】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを、基本アシストトルクＴｏと、補正トルクＴａとの和として、以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔａ＝Ｋｗ・ｄ2 θh ／ｄｔ2 …（３）
Ｋａは基本アシスト制御ゲイン、Ｋｗは操舵角速度微分（操舵角２階微分）制御ゲインである。
図６に示す周波数応答特性において、周波数ω1 と減衰比ζ1 は以下の式により求められる。
ω1 ＝｛Ｋ／（Ｊｐ−Ｋｗ）｝1/2 …（４）
ζ1 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ−Ｋｗ）・α１／α２｝1/2 ］…（５）
α１は周波数が零の時の操舵の重さのパラメータであり、α２は周波数が零の時の外乱の伝達割合であり、以下の式により表される。
α１＝Ｋｓ・Ｋ／｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝
α２＝１／｛（１＋Ｋａ）＋Ｋ／Ｋｓ｝
Ｋは車両軸力の弾性係数、Ｊｐは操舵系におけるピニオン軸換算の慣性、Ｃｐはトーションバー２９よりも下方の操舵系におけるピニオン軸換算粘性係数である。
【００２７】
図６において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正電流ｉ１はステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に正相関し、その回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 のゲインはＫｗであるから、モータ出力を補正すると上記式（３）より周波数ω1 が大きくなる。すなわち、図６における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω1 が大きくなる方向にシフトする。これにより、人間がステアリングホイール２を操舵する際の操舵周波数範囲で、その補正によりステアリングホイール２の操舵角に対する操舵トルクの振幅比が同一周波数に対しては小さくなることから（例えば図６において周波数２Ｈｚでの振幅比は補正により小さくなっている）迅速に操舵補助がなされ、操舵に対する応答性が向上される。
【００２８】
しかも第１実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、そのモータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関する。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００２９】
図７、図８は第２実施形態を示す。以下、第１実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に代えてモータ１０の回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、舵角センサ２３に代えて、モータ１０の回転角度θm を検出する角度センサ２７が制御装置２０に接続され、演算部３１において角度センサ２７により検出した回転角度θm の二階微分により回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値として求められ、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
他の構成は第１実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。これにより、第２実施形態の電動パワーステアリング装置は第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。例えば、上記式（３）において操作角θｈを回転角度θm に置換し、式（３）、（４）、（５）において操舵角速度微分制御ゲインＫｗをモータ回転角速度微分（モータ回転角２階微分）制御ゲインＫｍに置換することで、第１実施形態において図６で表されるのと同様の特性が得られ、操舵に対する応答性を向上することができる。
【００３０】
図９、図１０は第３実施形態を示す。以下、第２実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第２実施形態との相違は、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係が、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが逆相関するものとされている点にある。
他の構成は第２実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００３１】
第３実施形態の電動パワーステアリング装置は第２実施形態と異なる作用効果を奏することができ、図１０に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図１０は、横軸が車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）、縦軸が外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。モータ１０の出力の補正により、図１０に示されるような外乱トルクの周波数と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、その振幅比がピーク値になる共振周波数が小さくなるように、回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００３２】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｍ・ｄ2 θm ／ｄｔ2 …（６）
Ｋｍはモータ回転角速度微分（モータ回転角２階微分）制御ゲインである。
図１０に示される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／（Ｊｐ−Ｋｍ）］1/2 …（７）
ζ2 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ−Ｋｍ）・Ｋｓ／α２｝1/2 ］…（８）
【００３３】
図１０において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正電流ｉ１はモータ１０の回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 に逆相関し、その回転角加速度ｄ2 θm ／ｄｔ2 のゲインはＫｍであるから、モータ１０の出力を補正すると上記式（７）より周波数ω2 が小さくなる。すなわち、図１０における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω2 が小さくなる方向にシフトする（例えば図１０において振幅比のピーク点Ｐの周波数は補正により小さくなっている）。これにより、モータ出力を補正することで、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比がピーク値になる操舵系の共振周波数が小さくなる。よって、その共振周波数に対応する外乱トルクの入力周波数が小さくなることから、外乱として影響を与える外乱の周波数範囲が狭まることになり、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００３４】
しかも第３実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関することになる。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００３５】
図１１、図１２は第４実施形態を示す。以下、第３実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第３実施形態との相違は、モータ１０の回転角加速度に代えて操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、角度センサ２７は不要とされ、演算部３１においてトルクセンサ２２により検出した操舵トルクＴの二階微分により変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 が回転角加速度対応値に代わり変化加速度対応値として求められ、変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 と補正基準電流ｉａとの対応関係は、変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
他の構成は第３実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００３６】
第４実施形態によれば、第３実施形態において図１０で表されるのと同様の特性が得られる。
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｄｄ・ｄ2 Ｋｓ（θh −θp ）／ｄｔ…（９）
Ｋｄｄはトルク２階微分制御ゲインである。
図１０で表されるのと同様の周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／（Ｊｐ＋Ｋｄｄ）］1/2 …（１０）
ζ2 ＝Ｃｐ／［２・｛（Ｊｐ＋Ｋｓ・Ｋｄｄ）・Ｋｓ／α２｝1/2 ］…（１１）
【００３７】
補正基準電流ｉａは操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に正相関し、その変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 のゲインはＫｄｄであるから、モータ出力を補正すると上記式（１０）より周波数ω2 が小さくなる。すなわち、第３実施形態と同様に、図１０における補正前の実線に対し補正後の破線は周波数ω2 が小さくなる方向にシフトする。しかも、基本アシスト電流ｉｏはアシスト勾配Ｒに逆相関する補正電流ｉ１だけ補正されるので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒに逆相関する。これにより、アシスト勾配Ｒの増加による制御系の安定性の低下を、モータ１０の制御量を少なくすることで抑制し、振動発生を防止できる。
【００３８】
図１３、図１４は第５実施形態を示す。以下、第４実施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第４実施形態との相違は、操舵トルクＴの変化加速度ｄ2 Ｔ／ｄｔ2 に代えて操舵トルクＴの変化速度ｄＴ／ｄｔに応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、演算部３１においてトルクセンサ２２により検出した操舵トルクＴの微分により変化速度ｄＴ／ｄｔが変化加速度対応値に代わる変化速度対応値として求められ、変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、変化速度ｄＴ／ｄｔに補正基準電流ｉａが正相関するものとされ、求めた変化速度ｄＴ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
【００３９】
第５実施形態におけるアシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の対応関係は第４実施形態と相違し、演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めたアシスト勾配Ｒに対応するアシスト勾配ゲインＧａａが演算される。アシスト勾配ゲインＧａａは、アシスト勾配Ｒが設定値以下である時に零よりも大きくされている。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配の小さい範囲において操舵に対する外乱の影響を低減できるように適宜設定すればよい。アシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒに図中実線で示すように正相関してもよいし図中破線で示すように逆相関してもよい。
【００４０】
演算部３３における車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、第５実施形態では車速Ｖが変化しても補正用車速ゲインＧｖａが一定とされるが特に限定されない。
【００４１】
第５実施形態における他の構成は第４実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにアシスト勾配ゲインＧａａと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで補正電流ｉ１が求められ、補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められることで、モータ１０の出力の補正量がアシスト勾配Ｒの変化に応じ変更される。
【００４２】
第５実施形態の電動パワーステアリング装置は第２実施形態と異なる作用効果を奏することができ、図１４に示す周波数応答特性を表すボード線図が得られる。図１４は、横軸が車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）、縦軸が外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比（ｄＢ）を表す。モータ１０の出力の補正により、図１４に示されるような外乱トルクの周波数と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、その振幅比がモータ１０の出力の補正により共振周波数で小さくなるように、変化速度ｄＴ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。
【００４３】
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝Ｋｄ・ｄ｛Ｋｓ（θh −θp ）｝／ｄｔ…（１２）
Ｋｄはトルク微分制御ゲインである。
図１４に示す周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／Ｊｐ］1/2 …（１３）
ζ2 ＝（Ｃｐ＋Ｋｓ・Ｋｄ）／｛２・（Ｊｐ・Ｋｓ／α２）1/2 ｝…（１４）
【００４４】
図１４において、モータ１０の出力を補正する前の状態を実線で示し、補正した後の状態を破線で示す。補正基準電流ｉａは操舵トルクＴの変化速度ｄＴ／ｄｔに正相関し、その変化速度ｄＴ／ｄｔのゲインはＫｄであるから、モータ出力を補正すると上記式（１４）より減衰比ζ2 が大きくなる。すなわち、図１４における補正前の実線に対し補正後の破線は共振周波数で振幅比のピーク値が小さくなる方向にシフトする（図１４において振幅比のピーク点Ｐの振幅比は補正により小さくなっている）。よって、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００４５】
しかも第５実施形態によれば、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量を変更することで制御特性の適正化を図ることができる。すなわち、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配ゲインＧａａに応じて変化し、そのアシスト勾配ゲインＧａａはアシスト勾配Ｒが設定値以下である時は零よりも大きくされている。これにより、直進走行状態や舵角が小さい状態であるために外乱の影響を受けやすいアシスト勾配Ｒの小さい範囲において、モータ出力の補正量を確保し、外乱トルクに対する操舵トルクの振幅比が共振周波数で小さくなるようにモータ１０を制御し、操舵に対する外乱の影響を確実に低減することができる。
【００４６】
図１５〜図１８は第６実施形態を示す。以下、第１施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に代えてモータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに応じてモータ１０の出力が補正される。そのため、舵角センサ２３に代えて、図１５に示すようにモータ１０の回転角度θm を検出する角度センサ２７が制御装置２０に接続され、図１７に示すように演算部３１において角度センサ２７により検出した回転角度θm の微分により回転角速度ｄθm ／ｄｔが回転角加速度対応値に代わる回転角速度対応値として求められ、回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角速度ｄθm ／ｄｔに補正基準電流ｉａが逆相関するものとされ、求めた回転角速度ｄθm ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。
【００４７】
演算部３２において、アシスト勾配Ｒとアシスト勾配ゲインＧａａとの間の設定された対応関係に代えて、操舵トルクＴの大きさとトルクゲインＧｔｅとの間の設定された対応関係が例えばテーブルや演算式として記憶され、求めた操舵トルクＴに対応するトルクゲインＧｔｅが演算される。
演算部３３における車速Ｖと補正用車速ゲインＧｖａとの対応関係は、図示例では車速Ｖが大きい時は小さい時よりも補正用車速ゲインＧｖａが小さくなるものとされるが、特に限定されない。
【００４８】
図１６に示すように、ローパスフィルタ６１はスイッチ６２を介して演算部４１と位相進み補償フィルタ６３とに選択的に接続され、位相進み補償フィルタ６３は演算部４１に接続される。制御装置２０の補償制御部２０ａは、検出操舵トルクＴに対応するアシスト勾配Ｒを求め、求めたアシスト勾配Ｒに応じてスイッチ６２を切り換える。このスイッチ６２の切換により、ローパスフィルタ６１は、アシスト勾配Ｒが設定値以下である時は位相進み補償フィルタ６３に接続され、アシスト勾配Ｒが設定値を超える時は演算部４１に接続される。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配Ｒが小さい範囲において操舵に対する外乱の影響を十分に低減できるように設定すればよい。これにより、制御装置２０とスイッチ６２と位相進み補償フィルタ６３により、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相を、アシスト勾配Ｒの減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段が構成されている。
【００４９】
制御装置２０は、補正基準電流ｉａにトルクゲインＧｔｅと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで求めた補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に、基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求める。これにより、補正基準電流ｉａに応じてモータ１０の出力が補正され、アシスト勾配Ｒの変化によりトルクセンサ２２の出力信号の位相が変化するので、モータ１０の出力の補正量はアシスト勾配Ｒの変化に応じて変更される。
【００５０】
第６実施形態の電動パワーステアリング装置は第１実施形態と異なる以下の作用効果を奏することができる。
例えば、モータ１０による操舵系への投入トルクＴｉを以下の式により求めるものとする。
Ｔｉ＝Ｔｏ＋Ｔａ…（１）
Ｔｏ＝Ｋａ・Ｋｓ（θh −θp ）…（２）
Ｔｂ＝−Ｋｄｏ・ｄθm ／ｄｔ…（１５）
Ｋｄｏは回転角速度ｄθm ／ｄｔの制御ゲインである。
外乱トルクの入力周波数（Ｈｚ）と、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、周波数ω2 、減衰比ζ2 は以下の式により求められる。
ω2 ＝［｛Ｋｓ・（１＋Ｋａ）＋Ｋ｝／Ｊｐ］1/2 …（１６）
ζ2 ＝（Ｃｐ＋Ｋｄｏ）／｛２・（Ｊｐ・Ｋｓ／α２）1/2 ｝…（１７）
【００５１】
補正基準電流ｉａはモータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに逆相関し、その回転角速度ｄθm ／ｄｔのゲインはＫｄｏであるから、モータ出力を補正すると上記式（１７）より減衰比ζ2 が大きくなる。よって、第５実施形態の図１４に表される周波数応答特性と同様に、補正前の実線に対し補正後の破線が共振周波数で振幅比のピーク値が小さくなる方向にシフトする特性を得ることができる。すなわち、車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、モータ１０の出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定されている。よって、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００５２】
しかも、アシスト勾配Ｒの減少によりローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相が進むことで、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。例えば図１８は、基本アシスト電流ｉｏを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比を示す。図１８において、位相進み補償フィルタ６３により信号の位相を進ませない場合の特性は実線で表され、位相を進ませる場合の特性は破線で表される。位相進み補償フィルタ６３の伝達関数をＧｐａ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相進み補償フィルタ６３からの出力をＳｏａとした場合、Ｓｏａ＝Ｇｐａ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２を時定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐａ＝（１＋ｔ２・ｓ）／（１＋ｔ１・ｓ）、ｔ２＞ｔ１とした場合、位相進み開始周波数は１／（２π・ｔ２）となり、１／（２π・ｔ１）で位相進みが終了する。これにより、アシスト勾配Ｒが小さい範囲においては、トルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比が大きくなるので、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴをトルクセンサ２２へのトルク入力に対して大きくし、モータ１０の出力の補正量を増加させ、外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比を共振周波数で小さくし、操舵に対する外乱の影響をより低減することができる。
【００５３】
図１９、図２０は第７実施形態を示す。以下、第６施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第６実施形態との相違は、図１９に示すように、ローパスフィルタ６１はスイッチ６４を介して演算部４１と位相遅れ補償フィルタ６５とに選択的に接続され、位相遅れ補償フィルタ６５は演算部４１に接続される。制御装置２０の補償制御部２０ａは、検出操舵トルクＴに対応するアシスト勾配Ｒを求め、求めたアシスト勾配Ｒに応じてスイッチ６４を切り換える。このスイッチ６４の切換により、ローパスフィルタ６１は、アシスト勾配Ｒが設定値以上である時は位相遅れ補償フィルタ６５に接続され、アシスト勾配Ｒが設定値未満である時は演算部４１に接続される。そのアシスト勾配Ｒの設定値は、アシスト勾配Ｒが大きい範囲において制御系の安定性を向上できるように設定すればよい。これにより、制御装置２０とスイッチ６４と位相遅れ補償フィルタ６５により、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相を、アシスト勾配Ｒの増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段が構成されている。
【００５４】
他の構成は第６実施形態と同様とされ、補正基準電流ｉａにトルクゲインＧｔｅと補正用車速ゲインＧｖａを乗じることで求めた補正電流ｉ１と基本アシスト電流ｉｏの和に基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。これにより、補正基準電流ｉａに応じてモータ１０の出力が補正される。第７実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、第６実施形態と同様に、車輪３を介して接地面から操舵系に入力される外乱トルクの周波数と、その外乱トルクに対する操舵トルクＴの振幅比とにより表される周波数応答特性において、モータ１０の出力の補正によりその振幅比が共振周波数で小さくなるように回転角速度ｄθm ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の対応関係が設定され、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。
【００５５】
しかも、第７実施形態の電動パワーステアリング装置によれば第６実施形態と異なる作用効果を奏することができる。すなわち、アシスト勾配Ｒの増加によりローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相が遅れることで、アシスト勾配Ｒの変化に応じてモータ１０の出力の補正量が変更される。例えば図２０は、基本アシスト電流ｉｏを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比を示す。図２０において、位相遅れ補償フィルタ６５により信号の位相を遅らせない場合の特性は実線で表され、位相を遅らせる場合の特性は破線で表される。位相遅れ補償フィルタ６５の伝達関数をＧｐｄ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相遅れ補償フィルタ６５からの出力をＳｏｄとした場合、Ｓｏｄ＝Ｇｐｄ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２を時定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐａ＝（１＋ｔ２・ｓ）／（１＋ｔ１・ｓ）、ｔ１＞ｔ２とした場合、位相遅れ開始周波数は１／（２π・ｔ１）となり、１／（２π・ｔ２）で位相遅れが終了する。これにより、アシスト勾配Ｒが大きい範囲においては、トルクセンサ２２へのトルク入力に対する演算部４１へのトルク入力の振幅比が小さくなるので、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクをトルクセンサ２２へのトルク入力に対して小さくし、モータ１０の出力の補正量を減少させることで制御系の安定性を向上し、アシスト勾配Ｒの上限を大きくして操舵補助特性を向上することができる。
【００５６】
第６実施形態の変形例として、あるいは、第７実施形態の変形例として、モータ１０の回転角速度ｄθm ／ｄｔに代えてステアリングホイール２の回転角速度ｄθh ／ｄｔに応じてモータ１０の出力を補正してもよい。この場合、図２１に示すように、角度センサ２７に代えて、舵角センサ２３が制御装置２０に接続され、図２２に示すように、演算部３１において舵角センサ２３により検出した操舵角度θh の微分により回転角速度ｄθh ／ｄｔが回転角速度対応値として求められ、回転角速度ｄθh ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの間の設定された対応関係が記憶される。回転角速度ｄθh ／ｄｔと補正基準電流ｉａとの対応関係は、回転角速度ｄθh ／ｄｔに補正基準電流ｉａが逆相関するものとされ、求めた回転角速度ｄθh ／ｄｔに対応する補正基準電流ｉａが記憶された対応関係に基づき演算部３１において演算される。上記式（１５）において回転角度θm を操作角θｈに置換し、式（１５）、（１６）、（１７）において、回転角速度ｄθm ／ｄｔの制御ゲインＫｄｏを回転角速度ｄθh ／ｄｔの制御ゲインに置換することで、操舵に対する外乱の影響を抑制できる。第６実施形態の変形例の他の構成は第６実施形態と同様とされ、第６実施形態と同様の作用効果を奏することができ、また、第７実施形態の変形例の他の構成は第７実施形態と同様とされ、第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５７】
図２３〜図２７は第８実施形態を示す。以下、第１施形態と同様部分は同一符号で示すと共に相違点を説明する。第１実施形態との相違は、ステアリングホイール２の回転角加速度ｄ2 θh ／ｄｔ2 に応じたモータ１０の出力補正は行われない。そのため、舵角センサ２３は設けられていない。図２４に示すように、ローパスフィルタ６１は位相補償フィルタ７１を介して演算部４１に接続される。位相補償フィルタ７１は、ローパスフィルタ６１を通過するトルクセンサ２２の出力信号の位相の進み遅れ補償を行う。制御装置２０の補償制御部２０ａは、図４に示されるような対応関係に基づき、検出車速Ｖにおけるアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏを求め、求めたアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏに応じて位相補償フィルタ７１による位相の進み遅れ補償における位相の進み終了周波数と遅れ開始周波数を変化させる。これにより、アシスト勾配Ｒの変化に応じて基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴが変化し、基本アシストトルクＴｏが変化することでモータ１０の出力の補正量が変更される。
【００５８】
図２５は、検出操舵トルクＴを定めるため演算部４１に入力されるトルク信号の周波数応答特性を表し、横軸がトルクセンサ２２の出力信号の周波数、縦軸がトルクセンサ２２の入力に対する位相補償フィルタ７１からの出力の振幅比を示す。位相補償フィルタ７１の伝達関数をＧｐ、ローパスフィルタ６１の伝達関数をＧｆ、トルクセンサ２２への入力をＳｉ、位相補償フィルタ７１からの出力をＳｏとした場合、Ｓｏ＝Ｇｐ・Ｇｆ・Ｓｉが成立する。ここで、ｔ１、ｔ２、ｔ３を時定数、ａ１、ａ２をフィルタ定数、ｓをラプラス演算子、Ｇｐ＝｛（１＋ａ１・ｔ１・ｓ）・（１＋ａ２・ｔ２・ｓ）｝／｛（１＋ｔ１・ｓ）・（１＋ｔ２・ｓ）・（１＋ｔ３・ｓ）｝、ｔ１＞ｔ２、ａ１≦１、ａ２≧１とした場合、位相遅れ開始周波数は１／（２π・ｔ１）となり、１／（２π・ａ１・ｔ１）で位相遅れが終了し、位相進み開始周波数は１／（２π・ａ２・ｔ２）となり、１／（２π・ｔ２）で位相進みが終了する。フィルタ定数ａ１、ａ２はアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏの関数とされ、フィルタ定数ａ１と設定上限値Ｒｏとの対応関係、 およびフィルタ定数ａ２と設定上限値Ｒｏとの対応関係が制御装置２０に記憶される。本実施形態では、図２６に示すようにフィルタ定数ａ１は設定上限値Ｒｏに正相関し、図２７に示すようにフィルタ定数ａ２は設定上限値Ｒｏに逆相関するものとされる。補償制御部２０ａは、検出車速Ｖに基づき求めた設定上限値Ｒｏに対応するフィルタ定数ａ１、ａ２の値を求め、位相補償フィルタ７１のフィルタ定数ａ１、ａ２を求めた値に設定する。これにより、車速Ｖが大きい程に設定上限値Ｒｏが小さいことから、フィルタ定数ａ１が大きくフィルタ定数ａ２が小さくなる。よって、図２５において実線で示す状態から車速Ｖが増加すると、破線で示すようにトルクセンサ２２の出力信号の位相の進み終了周波数が小さくなり、遅れ開始周波数が大きくなることから、トルクセンサ２２の入力に対する位相補償フィルタ７１からの出力の振幅比が増大する。
【００５９】
他の構成は第１実施形態と同様とされ、基本アシスト電流ｉｏに基本車速ゲインＧｖを乗じることでモータ１０の目標駆動電流ｉ* が求められる。第８実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、第１実施形態と異なる作用効果を奏する。すなわち、車速Ｖが増加してアシスト勾配Ｒが減少する程に、トルクセンサ２２の入力に対する出力のオープンループ特性における位相余裕が増加し、制御系の安定性が向上する。また、車速Ｖが増加するとアシスト勾配Ｒの設定上限値Ｒｏが減少し、基本アシストトルクＴｏに対応する検出操舵トルクＴがトルクセンサ２２へのトルク入力に対して大きくなるので、操舵に対する応答性が向上する。すなわち、制御系の安定性と操舵に対する応答性を両立させることができる。
【００６０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、ステアリングホイールの回転を舵角が変化するように車輪に伝達する機構は実施形態に限定されず、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトからラックピニオン以外のリンク機構を介して車輪に伝達するようなものでもよい。さらに、操舵補助力発生用モータの出力の操舵系への伝達機構は操舵補助力を付与することができれば実施形態に限定されず、例えばラックと一体のボールスクリューにねじ合わされるボールナットをモータの出力により駆動することで操舵補助力を付与してもよい。また、演算部４２において基本車速ゲインＧｖを求めるのに代えて、演算部４１において予め定めた複数の設定車速毎に操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係を例えばテーブルとして記憶し、検出車速Ｖが設定車速間の値である場合は補間演算により操舵トルクＴと基本アシスト電流ｉｏとの対応関係を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図３】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵トルクと基本アシストトルクと車速との間の関係を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の電動パワーステアリング装置における制御手順を示すフローチャート
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における操舵特性を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図７】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図９】本発明の第３実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１０】本発明の第３実施形態の電動パワーステアリング装置における外乱の影響を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図１１】本発明の第４実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図１２】本発明の第４実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１３】本発明の第５実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１４】本発明の第５実施形態の電動パワーステアリング装置における外乱の影響を示す周波数応答特性を表すボード線図
【図１５】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図１６】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図１７】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図１８】本発明の第６実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図１９】本発明の第７実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図２０】本発明の第７実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図２１】本発明の第６、第７実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２２】本発明の第６、第７実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置における補正基準電流を求めるための制御ブロック線図
【図２３】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図
【図２４】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置の制御ブロック線図
【図２５】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における検出操舵トルクを定めるために用いられるトルク信号の周波数応答特性を示す図
【図２６】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における位相補償フィルタのフィルタ定数とアシスト勾配の設定上限値との関係を表す図
【図２７】本発明の第８実施形態の電動パワーステアリング装置における位相補償フィルタの別のフィルタ定数とアシスト勾配の設定上限値との関係を表す図
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
１０ モータ
２０ 制御装置
２２ トルクセンサ
２３ 舵角センサ
２４ 車速センサ
２７ 角度センサ
６１ ローパスフィルタ
６２ スイッチ
６３ 位相進み補償フィルタ
６４ スイッチ
６５ 位相遅れ補償フィルタ
７１ 位相補償フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助力を発生するモータと、
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係を記憶する手段と、
検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、前記モータを制御する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
アシスト勾配の変化に応じて前記モータの出力の補正量が変更され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】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、
前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化速度に対応する変化速度対応値を求める手段と、
前記変化速度対応値と、この変化速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられ、
前記アシスト勾配ゲインは、前記アシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、アシスト勾配の減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、前記アシスト勾配の増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
操舵トルクの変化に応じて変化するアシスト勾配に上限値が設定され、そのアシスト勾配の設定上限値が車速の変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
車速を検出する手段と、
検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相の進み遅れ補償を、進み終了周波数と遅れ開始周波数が検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値に応じて変化するように行うアシスト勾配感応位相補償手段とが設けられ、
前記進み遅れ補償は、車速が増加すると位相の進み終了周波数が小さくなると共に遅れ開始周波数が大きくなるように行われる請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
操舵補助力を発生するモータと、
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係を記憶する手段と、
検出操舵トルクに対応する基本アシストトルクに応じた操舵補助力が発生するように、前記モータを制御する手段とを備える電動パワーステアリング装置において、
操舵トルクに対する基本アシストトルクの変化率であるアシスト勾配が操舵トルクの変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
アシスト勾配の変化に応じて前記モータの出力の補正量が変更され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】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配と、このアシスト勾配に逆相関するアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの回転角加速度に対応する回転角加速度対応値を求める手段と、
前記回転角加速度対応値と、この回転角加速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた回転角加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化加速度に対応する変化加速度対応値を求める手段と、
前記変化加速度対応値と、この変化加速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化加速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの間の対応関係を記憶する手段と、
前記操舵トルクの変化速度に対応する変化速度対応値を求める手段と、
前記変化速度対応値と、この変化速度対応値に正相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めたアシスト勾配に対応するアシスト勾配ゲインと、求めた変化速度対応値に対応するモータ出力補正値との積に応じて補正する手段とが設けられ、
前記アシスト勾配ゲインは、前記アシスト勾配が設定値以下である時は零よりも大きくされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、アシスト勾配の減少により進ませるアシスト勾配感応位相進み補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
検出操舵トルクに対応するアシスト勾配を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相を、前記アシスト勾配の増加により遅らせるアシスト勾配感応位相遅れ補償手段と、
前記ステアリングホイールまたは前記モータの回転角速度に対応する回転角速度対応値を求める手段と、
前記回転角速度対応値と、この回転角速度対応値に逆相関するモータ出力補正値との間の対応関係を記憶する手段と、
前記モータの出力を、求めた回転角速度対応値に対応するモータ出力補正値に応じて補正する手段とが設けられている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
操舵トルクの変化に応じて変化するアシスト勾配に上限値が設定され、そのアシスト勾配の設定上限値が車速の変化に応じて変化するように、操舵トルクと基本アシストトルクとの対応関係が設定され、
車速を検出する手段と、
検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値を求める手段と、
前記トルクセンサの出力信号から高周波成分を除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過する前記トルクセンサの出力信号の位相の進み遅れ補償を、進み終了周波数と遅れ開始周波数が検出車速におけるアシスト勾配の設定上限値に応じて変化するように行うアシスト勾配感応位相補償手段とが設けられ、
前記進み遅れ補償は、車速が増加すると位相の進み終了周波数が小さくなると共に遅れ開始周波数が大きくなるように行われる請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００６−１３１１９１（Ｐ２００６−１３１１９１Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２５３９５（Ｐ２００４−３２５３９５）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（３０２０６６６３０）株式会社ファーベス (138)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３４７０）豊田工機株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（３０２０６６６３０）株式会社ファーベス (138)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３４７０）豊田工機株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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