JP5994959B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵トルクを入力するアシストマップを用いて演算された電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特にアシストマップの前後に逆特性の位相補償部を挿入することにより、或いはアシストマップの前段にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、後段にノッチフィルタ（バンドストップフィルタ）を挿入すると共に、ＢＰＦとノッチフィルタを逆伝達特性とすることにより、或いはアシストマップの前段に進み系補償部を挿入すると共に、後段に逆伝達特性の遅れ系補償部を挿入することにより、ハンドル慣性とトーションバーのバネ性とにより生じるハンドル（操作部材）の振動を抑制し、運転者の不快に感じる振動を抑制し操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから得ることもできる。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて、図３に示すような特性のアシストマップ（操舵トルクＴｈの絶対値に対して勾配が増加する特性）を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。

減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ制御部３５でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。また、モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、操舵角θが出力される。
補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、電流指令値の特性改善を行う。

このように、電動パワーステアリング装置では、一般的に電流制御部内のＰＩ制御によってモータを制御するための制御信号を生成しており、ＰＩ制御ゲイン（比例ゲイン及び積分ゲイン）は、車両の種類毎に適切な値に調整される。

ＰＩ制御のゲインを大きくすると、ノイズ等に起因する異音や振動が発生する。例えばモータがブラシ付きモータである場合に、ハンドルに操舵トルクを与えて一定舵角に保持する保舵操作を行うと、整流子とブラシとの間のインピーダンスの変化のためにモータ電流が不連続となり、これがトリガとなって電流変動が発生し、ハンドルへの振動が生じたり、異音が発生したりする。そこで、ＰＩ制御ゲインは、振動や異音が発生しないように制限しておく必要があるが、このようにＰＩ制御ゲインを制限すると、電流制御の周波数特性が低下し、アシストの応答性を高めるのが困難であるという問題がある。

また、ＰＩ制御ゲインを十分に低くした場合であってもなお、操舵系の共振周波数付近での振動を完全には回避できず、必ずしも良好な操舵フィーリングが得られていなかった。

かかる問題を解決する電動パワーステアリング装置が、特開２００６−１８８１８３号公報（特許文献１）で提案されている。特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置は、ハンドルの振動を検出する振動検出部を備えており、振動検出部が振動を検出している継続時間が継続時間計時部によって計時され、継続時間計時部の計時結果に応じて、ゲイン設定部がＰＩ制御部のゲインを可変設定するようになっている。振動検出部は、モータ角速度と操舵トルクに基づいてハンドルに振動が生じているかどうかを検出している。

特開２００６−１８８１８３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置では、振動抑制のために電流制御部内のＰＩ制御ゲインを可変しており、ＰＩ制御の変化によって上述したような不都合、つまり他の制御や操舵フィーリングへ影響を与えてしまう可能性がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、電流制御部内のＰＩ制御ゲインの可変ではなく、アシストマップの特性補償に基づいて、ハンドル等の操作部材の振動を抑制すると共に、運転者の操舵フィーリングを向上する電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルクを入力するアシストマップを用いて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記アシストマップの前段に第１補償部が配設されると共に、後段に第２補償部が配設され、第１補償部に入力される前記操舵トルクの絶対値に対して、勾配が増加する特性で前記電流指令値が演算されて前記第２補償部から出力され、操作部材の振動が抑制されることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記第１補償部が第１位相補償部であり、前記第２補償部が第２位相補償部であり、前記第１位相補償部と前記第２位相補償部とが逆特性となっていることにより、或いは前記第１位相補償部が位相進み補償であり、前記第２位相補償部が位相遅れ補償であることにより、或いは前記第１位相補償部のゼロ点の設定周波数はハンドル周波数よりも低く、かつ３Ｈｚ以上に設定されていることにより、或いは前記第１位相補償部の極の設定周波数はハンドル周波数よりも高く設定されていることにより、或いは前記第２位相補償部の極、ゼロ点の設定周波数は、それぞれ前記第１位相補償部のゼロ点、極の設定周波数に対して、±１０％の範囲であることにより、或いは前記第１補償部がバンドパスフィルタであり、前記第２補償部がノッチフィルタであり、前記バンドパスフィルタと前記ノッチフィルタとが逆伝達特性になっていることにより、或いは前記バンドパスフィルタ及び前記ノッチフィルタの次数が２次以上であることにより、或いは前記バンドパスフィルタに設定するピーク周波数が、ハンドル周波数の付近に設定されていることにより、或いは前記ノッチフィルタに設定するピーク周波数が、前記バンドパスフィルタに設定したピーク周波数に対して±１０％の範囲であることにより、或いは前記第１補償部が進み系補償部であり、前記第２補償部が遅れ系補償部であり、前記進み系補償部と前記遅れ系補償部とが逆伝達特性となっていることにより、或いは前記進み系補償部が１次進み補償であり、前記遅れ系補償部が１次遅れ補償であることにより、或いは前記進み系補償部が２次以上の進み補償であり、前記遅れ系補償部が２次以上の遅れ補償であることにより、或いは前記進み系補償部に設定するカットオフ周波数はハンドル周波数よりも低く、かつ操舵領域の３Ｈｚ以上に設定されていることにより、或いは前記遅れ補償部に設定するカットオフ周波数は、前記進み系補償部に設定したカットオフ周波数に対して、±１０％の範囲であることにより、或いは前記アシストマップが車速感応型になっていることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、アシストマップを用いた電流指令値の演算時に、アシストマップによる演算の前に位相進み補償を行い、演算後に逆特性の位相遅れの位相補償を行うようにしているか、或いはアシストマップによる演算の前にＢＰＦでフィルタ通過信号成分の振幅を大きくし、演算後に逆伝達特性のノッチフィルタを用いて特性補償を行うようにしているか、或いはアシストマップによる演算の前に進み系補償を行い、演算後に逆伝達特性の遅れ系補償を行うようにしているので、電流制御部内のＰＩ制御ゲインを可変することなく、ハンドル等の操作部材に生じる振動を抑制し、運転者の操舵フィーリングを向上することができる。

本発明によれば、ブレーキジャダーやシミーなどの車両の足回りの共振の影響によるハンドル振動、悪路走行中に路面から操舵系に力が伝達されることによるハンドル振動、その他の要因によるハンドル振動を低減することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 電流指令値を演算するアシストマップの一例を示す特性図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る補償機能付き電流指令値演算部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ＳＡＴ補償値演算部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 位相補償部（位相進み）の特性の一例を示す特性図である。 位相補償部（位相遅れ）の特性の一例を示す特性図である。 位相補償部（位相進み、位相遅れ）の特性例を示すボード線図である。 操舵トルクの時間応答性の一例（補償有り、補償無し）を示す特性図である。 本発明に係る補償機能付き電流指令値演算部（第２実施形態）の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 ＢＰＦの特性の一例を示す特性図である。 ノッチフィルタの特性の一例を示す特性図である。 ＢＰＦ及びノッチフィルタの特性例を示すボード線図である。 操舵トルクの時間応答性の一例（補償有り、補償無し）を示す特性図である。 本発明に係る補償機能付き電流指令値演算部の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。 進み系補償部の特性の一例を示す特性図である。 遅れ系補償部の特性の一例を示す特性図である。 補償部（進み系、遅れ系）の特性例を示すボード線図である。 操舵トルクの時間応答性の一例（補償有り、補償無し）を示す特性図である。

本発明は、電流制御部内のＰＩ制御ゲインを可変することなく、電流指令値を演算するアシストマップの前段に位相進み補償、後段に位相遅れ補償を用いることにより、或いは電流指令値を演算するアシストマップの前段にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、後段に逆の伝達特性を有するノッチフィルタ（バンドストップフィルタ、帯域除去フィルタ、バンドリミットフィルタ）を配置して特性補償することにより、或いは電流指令値を演算するアシストマップの前段に進み系補償、後段に逆伝達特性の遅れ系補償を用いることにより、ハンドル等の操作部材の振動を抑制し、操舵時（３Ｈｚ程度以下）には操舵フィーリングへ影響せず、ハンドル周波数１０Ｈｚに抑制する方向に作用し、他の制御や操舵フィーリングへの影響を最低限に収めることが可能である。

本発明では、アシストマップの前段と後段にそれぞれ逆特性の位相補償部を挿入することで振動を抑制することができ、或いはアシストマップの前段と後段にそれぞれ逆伝達特性のＢＰＦとノッチフィルタを挿入することで振動を抑制することができ、或いはアシストマップの前段に１次系、２次系以上の進み系補償部を配置すると共に、後段に逆伝達特性の１次系、２次系以上の遅れ補償部を配置することでハンドル振動を抑制することができ、いずれの場合にも運転者の操舵フィーリングを向上することができる。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図４は本発明の構成例を示しており、コントロールユニット１００は、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ、舵角速度（モータ角速度）ω及び舵角加速度（モータ角加速度）αを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部１１０と、インバータ等で構成されるモータ駆動部２３によるモータ２０の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部１２０とで構成されている。

トルク系制御部１１０は、補償機能付き電流指令値演算部１６０、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３、ロバスト安定化補償部１１４及びセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）補償値演算部１５０によって構成され、加算部１１６Ａ、１１６Ｂ、１１６Ｃを具備している。また、モータ系制御部１２０は、補償部１２１、外乱推定部１２２、モータ角速度演算部１２３、モータ角加速度演算部１２４及びモータ特性補償部１２５で構成され、加算部１２６Ａ及び１２６Ｂを具備している。

操舵トルクＴｈは補償機能付き電流指令値演算部１６０、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され、車速Ｖｅｌは補償機能付き電流指令値演算部１６０に入力され、ヨーレート収れん性制御部１１３は車速Ｖｅｌをパラメータ入力としている。補償機能付き電流指令値演算部１６０は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づき、アシストマップを用いて電流指令値Ｉａを演算するが、第１実施形態では図５に示すようにアシストマップ１６１の前段と後段にそれぞれ逆特性の位相補償部１６２（第１補償部）及び１６３（第２補償部）を挿入している。位相補償部１６２は入力された操舵トルクＴｈに対して位相進みの機能を有し、位相補償部１６２で位相進み補償された位相補償後トルクＴｈ１はアシストマップ１６１に入力される。アシストマップ１６１は図３と同様な特性（入力トルクＴｈ１の絶対値に対して勾配が増加する特性）を有しており、車速感応型で位相補償後トルクＴｈ１に応じた電流指令値（マップ出力信号）Ｉｍａｐを出力する。電流指令値（マップ出力信号）Ｉｍａｐは後段の位相補償部１６３に入力され、位相補償部１６３で位相遅れ補償された電流指令値Ｉａが出力されて加算部１１６Ａに入力される。

アシストマップ１６１の前段に設ける位相補償部１６２の位相進み補償のゼロ点の設定周波数[Ｈｚ]は、ゼロ点をハンドル周波数[Ｈｚ]よりも低く、かつ極を高くすることで、ハンドル周波数の振動成分を、操舵感への影響がないようにするため操舵領域の３Ｈｚ以上に設定する。位相進み補償の極の設定周波数[Ｈｚ] はハンドル周波数[Ｈｚ]よりも大きくする。また、アシストマップ１６１の後段に設ける位相補償部１６３の位相遅れ補償の極、ゼロ点の設定周波数[Ｈｚ]は、それぞれ位相補償部１６２の位相進み補償のゼロ点、極の設定周波数[Ｈｚ]に対して、位相補償部１６２が位相補償部１６３の逆特性にするレンジの、±１０％の範囲にあれば良い。

微分制御部１１２はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現する機能を有しており、電流指令値Ｉａに微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算し、その加算結果である電流指令値ＩｂをＳＡＴ補償値演算部１５０に入力すると共に、加算部１１６Ｂに入力している。

ヨーレート収れん性制御部１１３は操舵トルクＴｈ及び舵角速度ωを入力し、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。ヨーレート収れん性制御部１１３のヨ−レート信号ＹＲは加算部１１６Ｂで電流指令値Ｉｂに加算され、加算結果である電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１１４に入力される。

また、ＳＡＴ補償値演算部１５０は操舵トルクＴｈ、加算部１１６Ａからの電流指令値Ｉｂ、モータ角速度演算部１２３からの舵角速度ω、モータ角加速度演算部１２４からの舵角加速度αを入力してＳＡＴ値を推定し、推定したＳＡＴ値をフィルタ及びゲイン部を用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるＳＡＴ補償値ＩＳＡＴを出力する。ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴは加算部１１６Ｃに入力される。

また、加算部１１６Ｂの加算で得られる電流指令値Ｉｃはロバスト安定化補償部１１４に入力されるが、ロバスト安定化補償部１１４は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部１１４の出力である電流指令値Ｉｄは加算部１１６ＣでＳＡＴ補償値ＩＳＡＴと加算され、加算された電流指令値Ｉｅがモータ系制御部１２０内の加算部１２６Ａに入力される。

モータ系制御部１２０内のモータ角速度演算部１２３は、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流Ｉｍに基づいて舵角速度（モータ角速度）ωを演算し、舵角速度ωはモータ角加速度演算部１２４、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力される。モータ角加速度演算部１２４は、入力された舵角速度ωに基づいて舵角加速度αを演算し、舵角加速度αはモータ特性補償部１２５及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力される。モータ特性補償部１２５からのモータ特性信号Ｉｍａを加算部１２６Ａで電流指令値Ｉｅに加算し、その加算結果である電流指令値Ｉｆが微分補償器等で成る補償部１２１に入力される。補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｇに、外乱推定部１２２の出力を加算部１２６Ｂで加算した信号が、モータ駆動部２３及び外乱推定部１２２に入力される。

外乱推定部１２２は特開平８−３１０４１７号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｇに外乱推定部１２２の出力を加算した電流指令値Ｉｈと、モータ電流値Ｉｍとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている
図６はＳＡＴ補償値演算部１５０の構成例を示しており、アシスト力Ｔｍに相当する電流指令値Ｉｂ及び操舵トルクＴｈを加算部１５１で加算し、その加算結果から舵角加速度αにモータの慣性Ｊを乗算した信号を減算部１５２で減算し、その減算結果から更に、舵角速度ωの正又は負の符号を静摩擦Ｆｒに乗算した信号を減算部１５３で減算している。減算部１５３の減算結果はＳＡＴ推定値＊ＳＡＴであり（例えば特開２００８−１８８２５号公報）、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴは、車速感応型で周波数特性を有するフィルタ１５４に入力され、更に車速感応型のゲイン部１５５でゲインを乗算されることによりＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが得られる。

なお、フィルタ１５４は、静特性ゲインとして、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを有する位相遅れフィルタである。また、ゲイン部１５５は、据え切りや低速走行といった路面情報の重要性が比較的低い場合に、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴを小さくする機能を有している。

このような構成において、その動作例（第１実施形態）を図７のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ及び舵角速度ωが入力され（ステップＳ１）、操舵トルクＴｈは位相補償部１６２で位相進み補償される（ステップＳ２）。図８は位相補償部１６２の位相補償特性例を示しており、ハンドルの慣性とトーションバーのバネ性による共振により、操舵トルクＴｈが図８の実線のように振動している場合、位相進みの位相補償部１６２を通過した位相補償後の操舵トルクＴｈ１は、破線のように位相が進み、かつ補償前のトルクＴｈよりも振幅が大きくなる。

そして、位相補償後の操舵トルクＴｈ１はアシストマップ１６１に入力されて電流指令値（マップ出力信号）Ｉｍａｐが演算され（ステップＳ３）、電流指令値Ｉｍａｐａは後段の位相補償部１６３に入力されて位相遅れ補償される（ステップＳ４）。位相補償部１６３の特性は図９に示すように、位相補償部１６３に入力された実線（太線）の電流指令値（マップ出力信号）Ｉｍａｐに対して、破線で示すように位相が遅れ、かつ振幅が小さくなった電流指令値Ｉａを出力する。位相補償部１６０のない補償無しの信号と比較して位相は変わらず、振幅が大きくなっている。この振動周波数の成分が増大したことによって、ハンドル振動の抑制として作用する。

なお、位相補償部１６２の位相進み補償及び位相補償部１６３の位相遅れ補償の各ゲイン、各位相の周波数特性は、図１０（Ａ）、（Ｂ）のボード線図に示すようになっている。

補償機能付き電流指令値演算部１６０で演算された電流指令値Ｉａは、加算部１１６Ａで微分制御部１１２からの微分値と加算されて電流指令値Ｉｂとなり、更にヨーレート収れん性制御部１１３でヨーレート信号ＹＲが算出され、電流指令値Ｉｂに、加算部１１６Ｂでヨーレート信号ＹＲが加算された電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１１４を経て電流指令値Ｉｄとして出力される（ステップＳ５）。

電流指令値Ｉｂ、モータ角加速度演算部１２４で演算された舵角加速度αはＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され（ステップＳ１０）、加算部１５１及び１５２、減算部１５３でＳＡＴ推定値＊ＳＡＴが算出される（ステップＳ１１）。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィルタ１５４及びゲイン部１５５でフィルタ及びゲイン処理を施され（ステップＳ１２）、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが出力され（ステップＳ１３）、加算部１１６Ｃにおいて電流指令値Ｉｄを補正し（ステップＳ１４）、補正された電流指令値Ｉｅをモータ系制御部１２０に入力し、補償部１２１及びモータ駆動部２３を介してモータ２０を駆動し（ステップＳ２０）、終了となるまで上記動作を繰り返す（ステップＳ２１）。

図１１は本発明の動作例を示す特性図であり、意図的にハンドルの振動が発生し易くした状態において、ハンドルが手放しで外乱トルクを加えたときの操舵トルク（トーションバー捩れ角に比例）の時間応答（破線）を示し、アシストマップ前後に位相補償を挿入した場合のシミュレーション結果（実線）を比較して示している。シミュレーションに用いた位相補償は進み及び遅れはいずれも１次の位相進みと１次の位相遅れであり、図１０の周波数特性を有している。この結果、アシストマップの前後で位相補償することにより、振動の収束が早いことが分かり、振動が抑制されることが分かる。

なお、アシストマップの前後段に設ける２つの位相補償部は、車速感応若しくはトルク感応で切り替えるようになっていても良い。また、アシストマップの前後段の２つの位相補償部に加え、ハンドルの振動状態を検出する振動状態検出機能を備え、振動のない状態では２つの位相補償部をスルーとし、振動状態が検出されたときに２つの位相補償部による位相補償を実施するようにしても良い。振動状態の検出は、特許文献１のようにモータ角速度と操舵トルクに基づいて行うことができる。

本発明の第２実施形態においても、補償機能付き電流指令値演算部１６０Ａは操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づき、アシストマップを用いて電流指令値Ｉａを演算するが、第２実施形態では図１２に示すようにアシストマップ１６１Ａの前段にＢＰＦ１６２Ａを挿入すると共に、アシストマップ１６１Ａの後段に逆伝達特性のノッチフィルタ１６３Ａを挿入している。ＢＰＦ１６２Ａは、入力された操舵トルクＴｈに対して中心周波数（３〜１０Ｈｚ程度）のみを通過させると共に、振幅を増幅する機能を有し、ＢＰＦ１６２Ａで特性補償されたＢＰＦ後トルクＴｈ２はアシストマップ１６１Ａに入力される。アシストマップ１６１Ａは図３と同様な特性（入力トルクＴｈ２の絶対値に対して勾配が増加する特性）を有しており、車速感応型でＢＰＦ後トルクＴｈ２に応じた電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＡを出力する。電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＡは後段のノッチフィルタ１６３Ａに入力され、ノッチフィルタ１６３Ａで特性補償された電流指令値Ｉａが出力されて加算部１１６Ａに入力される。

ＢＰＦ１６２Ａ及びノッチフィルタ１６３Ａの次数は２次以上であり、アシストマップ１６１Ａの前段に設けるＢＰＦ１６２Ａに設定するピーク周波数[Ｈｚ]は、ハンドル周波数[Ｈｚ]の付近に設定され、アシストマップ１６１Ａの後段に設けるノッチフィルタ１６３Ａに設定するピーク周波数[Ｈｚ]は、ＢＰＦ１６２Ａに設定したピーク周波数[Ｈｚ]に対して、±１０％の範囲にある。ハンドル制振効果があるのがせいぜい±１０％の範囲であり、フィーリングに応じて微調整できる。

このような構成において、その動作例（第２実施形態）を図１３のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ及び舵角速度ωが入力され（ステップＳ３０）、操舵トルクＴｈはＢＰＦ１６２Ａで特性補償される（ステップＳ３１）。図１４はＢＰＦ１６２Ａの補償特性例を示しており、ハンドルの慣性とトーションバーのバネ性による共振により、操舵トルクＴｈが図１４の実線のように振動している場合、ＢＰＦ１６２Ａを通過したＢＰＦ後の操舵トルクＴｈ２は、破線のように位相が進み、かつ補償前のトルクＴｈよりも振幅が大きくなる。

そして、ＢＰＦ後の操舵トルクＴｈ２はアシストマップ１６１Ａに入力されて電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＡが演算され（ステップＳ３２）、電流指令値ＩｍａｐａＡは後段のノッチフィルタ１６３Ａに入力されて特性補償される（ステップＳ３３）。ノッチフィルタ１６３Ａの特性は図１５に示すように、ノッチフィルタ１６３Ａに入力された実線（太線）の電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＡに対して、破線で示すように位相が遅れ、かつ振幅が小さくなった電流指令値Ｉａを出力する。補償無しの信号と比較して位相は変わらず、振幅が大きくなっている。この振動周波数の成分が増大したことによって、ハンドル振動の抑制として作用する。

なお、ＢＰＦ１６２Ａ及びノッチフィルタ１６３Ａの各ゲイン、各位相の周波数特性は、図１６（Ａ）、（Ｂ）のボード線図に示すようになっている。

補償機能付き電流指令値演算部１６０Ａで演算された電流指令値Ｉａは、加算部１１６Ａで微分制御部１１２からの微分値と加算されて電流指令値Ｉｂとなり、更にヨーレート収れん性制御部１１３でヨーレート信号ＹＲが算出され、電流指令値Ｉｂに、加算部１１６Ｂでヨーレート信号ＹＲが加算された電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１１４を経て電流指令値Ｉｄとして出力される（ステップＳ３４）。

電流指令値Ｉｂ、モータ角加速度演算部１２４で演算された舵角加速度αはＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され（ステップＳ４０）、加算部１５１及び１５２、減算部１５３でＳＡＴ推定値＊ＳＡＴが算出される（ステップＳ４１）。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィルタ１５４及びゲイン部１５５でフィルタ及びゲイン処理を施され（ステップＳ４２）、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが出力され（ステップＳ４３）、加算部１１６Ｃにおいて電流指令値Ｉｄを補正し（ステップＳ４４）、補正された電流指令値Ｉｅをモータ系制御部１２０に入力し、補償部１２１及びモータ駆動部２３を介してモータ２０を駆動し（ステップＳ４５）、終了となるまで上記動作を繰り返す（ステップＳ４６）。

図１７は第２実施形態の動作例を示す特性図であり、意図的にハンドルの振動が発生し易くした状態において、ハンドルが手放しで外乱トルクを加えたときの操舵トルク（トーションバー捩れ角に比例）の時間応答（破線）を示し、アシストマップの前段にＢＰＦ１６２Ａ、後段に逆伝達特性のノッチフィルタ１６３Ａを挿入した場合のシミュレーション結果（実線）を比較して示している。シミュレーションに用いたＢＰＦ及びノッチフィルタの次数はいずれも２次であり、ピーク周波数はいずれも６Ｈｚに設定し、図１６のボード線図に示すような周波数特性を有している。この結果、アシストマップの前後で特性補償することにより、振動の収束が早いことが分かり、振動が抑制されることが分かる。

なお、アシストマップの前段に設けるＢＰＦ、後段に設けるノッチフィルタは、車速感応若しくはトルク感応で切り替えるようになっていても良い。また、アシストマップの前後のＢＰＦ及びノッチフィルタに加え、ハンドルの振動状態を検出する振動状態検出機能を備え、振動のない状態ではＢＰＦ及びノッチフィルタをスルーとし、振動状態が検出されたときにＢＰＦ及びノッチフィルタによる補償を実施するようにしても良い。振動状態の検出は、特許文献１のようにモータ角速度と操舵トルクに基づいて行うことができる。

第３実施形態の補償機能付き電流指令値演算部１６０Ｂも操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づき、アシストマップを用いて電流指令値Ｉａを演算するが、第３実施形態では図１８に示すようにアシストマップ１６１Ｂの前段に進み系補償部１６２Ｂが設けられ、アシストマップ１６１Ｂの後段に逆伝達特性の遅れ系補償部が設けられている。進み系補償部１６２Ｂは入力された操舵トルクＴｈに対して位相進みの機能を有し、進み系補償部１６２Ｂで進み補償された進み補償後トルクＴｈ３はアシストマップ１６１Ｂに入力される。アシストマップ１６１Ｂは図３と同様な特性（入力トルクＴｈ３の絶対値に対して勾配が増加する特性）を有しており、車速感応型で補償後トルクＴｈ３に応じた電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＢを出力する。電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＢは後段の遅れ系補償部１６３Ｂに入力され、遅れ系補償部１６３Ｂで遅れ補償された電流指令値Ｉａが出力されて加算部１１６Ａに入力される。

アシストマップ１６１Ｂの前段に設ける進み系補償部１６２Ｂは１次系でも、２次系以上の次数であっても良く、後段に設ける遅れ系補償部１６３Ｂも１次系でも、２次系以上の次数であっても良い。進み系補償部１６２Ｂに設定するカットオフ周波数[Ｈｚ]は、ハンドル周波数[Ｈｚ]よりも低く、かつ操舵領域の３Ｈｚ以上に設定する。また、アシストマップ１６１Ｂの後段に設ける遅れ系補償部１６３Ｂに設定するカットオフ周波数0[Ｈｚ]は、進み系補償部１６２Ｂに設定したカットオフ周波数[Ｈｚ]に対して、±１０％の範囲である。ハンドル制振効果があるのがせいぜい±１０％の範囲であり、フィーリングに応じて微調整できる。

このような構成において、その動作例（第３実施形態）を図１９のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ及び舵角速度ωが入力され（ステップＳ５０）、操舵トルクＴｈは進み系補償部１６２Ｂで進み補償される（ステップＳ５１）。図２０は進み系補償部１６２Ｂの１次系の補償特性例を示しており、ハンドルの慣性とトーションバーのバネ性による共振により、操舵トルクＴｈが図８の実線のように振動している場合、進み系補償部１６２を通過した補償後の操舵トルクＴｈ３は、破線のように位相が進み、かつ補償前のトルクＴｈよりも振幅が大きくなる。

そして、補償後の操舵トルクＴｈ３はアシストマップ１６１Ｂに入力されて電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＢが演算され（ステップＳ５２）、電流指令値ＩｍａｐａＢは後段の遅れ系補償部１６３Ｂに入力されて遅れ補償される（ステップＳ５３）。遅れ系補償部１６３Ｂの１次系の特性は図２１に示すように、遅れ系補償部１６３Ｂに入力された実線（太線）の電流指令値（マップ出力信号）ＩｍａｐＢに対して、破線で示すように位相が遅れ、かつ振幅が小さくなった電流指令値Ｉａを出力する。補償無しの信号と比較して位相は変わらず、振幅が大きくなっている。この振動周波数の成分が増大したことによって、ハンドル振動の抑制として作用する。

なお、進み系補償部１６２Ｂの進み補償及び遅れ補償部１６３Ｂの遅れ補償の各ゲイン、各位相の周波数特性は、図２２（Ａ）、（Ｂ）のボード線図に示すようになっている。本例は、進み系補償には１次進み系補償（カットオフ周波数は５Ｈｚ）を設定し、遅れ系補償には１次遅れ系補償（カットオフ周波数は５Ｈｚ）を設定した場合を示している。

補償機能付き電流指令値演算部１６０Ｂで演算された電流指令値Ｉａは、加算部１１６Ａで微分制御部１１２からの微分値と加算されて電流指令値Ｉｂとなり、更にヨーレート収れん性制御部１１３でヨーレート信号ＹＲが算出され、電流指令値Ｉｂに、加算部１１６Ｂでヨーレート信号ＹＲが加算された電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１１４を経て電流指令値Ｉｄとして出力される（ステップＳ５４）。

電流指令値Ｉｂ、モータ角加速度演算部１２４で演算された舵角加速度αはＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され（ステップＳ６０）、加算部１５１及び１５２、減算部１５３でＳＡＴ推定値＊ＳＡＴが算出される（ステップＳ６１）。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィルタ１５４及びゲイン部１５５でフィルタ及びゲイン処理を施され（ステップＳ６２）、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが出力され（ステップＳ６３）、加算部１１６Ｃにおいて電流指令値Ｉｄを補正し（ステップＳ６４）、補正された電流指令値Ｉｅをモータ系制御部１２０に入力し、補償部１２１及びモータ駆動部２３を介してモータ２０を駆動し（ステップＳ６５）、終了となるまで上記動作を繰り返す（ステップＳ６６）。

図２３は第３実施形態の動作例を示す特性図であり、意図的にハンドルの振動が発生し易くした状態において、ハンドルが手放しで外乱トルクを加えたときの操舵トルク（トーションバー捩れ角に比例）の時間応答（破線）を示し、アシストマップ前段に進み系補償を挿入し、後段に遅れ系補償を挿入した場合のシミュレーション結果（実線）を比較して示している。シミュレーションに用いた補償の次数は進み及び遅れについていずれも１次であり、図２２の周波数特性を有している。進み系補償には１次進み系補償（カットオフ周波数は５Ｈｚ）を設定し、遅れ系補償には１次遅れ系補償（カットオフ周波数は５Ｈｚ）を設定した場合である。この結果、アシストマップの前後で逆伝達特性の補償を実施することにより、振動の収束が早いことが分かり、振動が抑制されることが分かる。

なお、アシストマップの前後段に設ける２つの補償部は、車速感応若しくはトルク感応で切り替えるようになっていても良い。また、アシストマップの前後段の２つの補償部に加え、ハンドルの振動状態を検出する振動状態検出機能を備え、振動のない状態では２つの位相補償部をスルーとし、振動状態が検出されたときに２つの補償部による特性補償を実施するようにしても良い。振動状態の検出は、特許文献１のようにモータ角速度と操舵トルクに基づいて行うことができる。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
２３ モータ駆動部
３０、１００ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
１１０ トルク系制御部
１２０ モータ系制御部
１２２ 外乱推定部
１５０ ＳＡＴ推定値演算部
１６０ 位相補償機能付き電流指令値演算部
１６１、１６１Ａ、１６１Ｂ アシストマップ
１６２ 位相補償部（位相進み）
１６２Ａ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１６２Ｂ 進み系補償部
１６３ 位相補償部（位相遅れ）
１６３Ａ ノッチフィルタ
１６３Ｂ 遅れ系補償部

Claims (16)

1. 操舵トルクを入力するアシストマップを用いて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記アシストマップの前段に第１補償部が配設されると共に、後段に第２補償部が配設され、第１補償部に入力される前記操舵トルクの絶対値に対して、勾配が増加する特性で前記電流指令値が演算されて前記第２補償部から出力され、操作部材の振動が抑制されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１補償部が第１位相補償部であり、前記第２補償部が第２位相補償部であり、前記第１位相補償部と前記第２位相補償部とが逆特性となっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記第１位相補償部が位相進み補償であり、前記第２位相補償部が位相遅れ補償である請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記第１位相補償部のゼロ点の設定周波数はハンドル周波数よりも低く、かつ３Ｈｚ以上に設定されている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記第１位相補償部の極の設定周波数はハンドル周波数よりも高く設定されている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記第２位相補償部の極、ゼロ点の設定周波数は、それぞれ前記第１位相補償部のゼロ点、極の設定周波数に対して、±１０％の範囲である請求項３乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記第１補償部がバンドパスフィルタであり、前記第２補償部がノッチフィルタであり、前記バンドパスフィルタと前記ノッチフィルタとが逆伝達特性になっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記バンドパスフィルタ及び前記ノッチフィルタの次数が２次以上である請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記バンドパスフィルタに設定するピーク周波数が、ハンドル周波数の付近に設定されている請求項７又は８に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記ノッチフィルタに設定するピーク周波数が、前記バンドパスフィルタに設定したピーク周波数に対して±１０％の範囲である請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記第１補償部が進み系補償部であり、前記第２補償部が遅れ系補償部であり、前記進み系補償部と前記遅れ系補償部とが逆伝達特性となっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記進み系補償部が１次進み補償であり、前記遅れ系補償部が１次遅れ補償である請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記進み系補償部が２次以上の進み補償であり、前記遅れ系補償部が２次以上の遅れ補償である請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記進み系補償部に設定するカットオフ周波数はハンドル周波数よりも低く、かつ操舵領域の３Ｈｚ以上に設定されている請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記遅れ補償部に設定するカットオフ周波数は、前記進み系補償部に設定したカットオフ周波数に対して、±１０％の範囲である請求項１４に記載の電動パワーステアリング装置。
16. 前記アシストマップが車速感応型になっている請求項１乃至１５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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