JP2010012933A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算量が少なく、なおかつ設計が体系的かつ簡便な操舵制御装置を得ること。
【解決手段】操舵トルクを操舵トルク信号として検出する操舵トルク検出器と、操舵トルク信号に対して第１のゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させた信号と前記操舵トルク信号に対して少なくとも第２のゲインによる増幅を作用させた信号とに基づいて、操舵トルク信号に対して位相遅れ補償を定数倍した周波数応答特性を有する演算を行う位相遅れ補償部と、位相遅れ補償部の出力に基づく電流指令にモータの電流が一致するようモータの制御を行う電流制御部と、を備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、モータにより操舵力の補助を行う電動パワーステアリング制御装置に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング制御装置は、操舵輪と操舵ホイールとを連結する操舵軸にギアを介して接続されたモータに対して、運転者がステアリングホイールを回転させたときに生じる操舵トルクを検出し、操舵トルクに応じて補償演算部でモータに対する電流指令を演算する。また電流指令に一致するようにモータの電流を制御してトルクを発生させることで、運転者による操舵を補助するようにモータトルクを発生させている。

この補償演算部における電流指令の演算においては、車両の安定性、操舵感などを損なわないような目的から、ゲインや各種のフィルタなどを用いて電流指令の演算を行っている。その目的のために、車両速度（車速）やトルク測定値の振幅に応じてゲインやフィルタの特性を変更するといった演算も一般的に行われている。また、このような電動パワーステアリング制御装置の特性は、適用する車種に応じて最適化を行う必要があり、この最適化作業を簡便かつ体系的に行うことも重要な課題である。更に、低コストな演算装置を用いて実現するために、演算をなるべく簡単化することも重要な課題である。

特許文献１に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、その補償演算部において、検出した操舵トルクに対し、アシスト曲線と呼ばれる、操舵トルクの大きさに対して非線形で、かつ車速に応じて特性が変化する関数により信号を生成している。またアシスト曲線の演算結果に、適応トルクフィルタと呼ぶ遅れ・進みタイプのフィルタを作用させることで電流指令の演算を行っている。

アシスト曲線は操舵トルクの大きさや車速に応じた操舵感を実現するためのもので、上述のように非線形な特性を持つため、その入出力の微小変化の比である線形化ゲインに変動が生じる。この適応トルクフィルタは、アシスト曲線の線形化ゲインが最大の場合において、所望の特性が得られるよう設計されているが、適応トルクフィルタの特性が固定のままだと、制御系の安定性に大きく影響するゲイン交差周波数（開ループ周波数応答のゲインが０[ｄＢ]と交差する周波数）が変動し、制御系の特性が所望と異なる動作に変動する。

そこでこの特許文献１による技術では、アシスト曲線における線形化ゲイン、すなわち入出力の微小変化の比を逐次計算し、その結果に応じて適応トルクフィルタの極を逐次変化させることで、ゲイン交差周波数における補償演算部全体のゲインが変化しないように構成している。そのため、このような線形化ゲインの逐次計算、およびその結果に応じた適応トルクフィルタの極の逐次計算のために、演算量が増大するという問題がある。また、上記のアシスト曲線は、補償演算部の定常的な特性すなわち低周波数領域のゲインを決定する目的で設定されるが、このアシスト曲線の線形化ゲインの変化に対して、高周波数領域の特性である交差周波数が変化しないように、適応トルクフィルタの特性を高周波数領域で変化させている。したがって、低周波数領域を目的とした設計と、高周波数領域を目的とした設計とが互いに大きく干渉している。また、補償演算部を構成する適応トルクフィルタおよびアシスト曲線等の各部の構成と、上記の周波数領域毎の目的との対応が複雑で理解し難く、その設計が体系的かつ簡便ではない。

特許文献２に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、特許文献１と同様な課題に対して別の対策技術が記載されている。この技術では、検出した操舵トルクに対して、混合フィルタと呼ばれるローパスフィルタとハイパスフィルタの組み合わせを用いて信号を低周波数成分と高周波数成分に分離する。分離されたトルク検出値の低周波数成分に対しては特許文献１と同様なアシスト曲線と呼ばれる非線形な演算を行い、トルク検出値の高周波数成分に対しては変化しない線形ゲインを乗じ、これらの和を適応トルクフィルタに入力することで、適応トルクフィルタの出力を電流指令として演算を行っている。

ここで、特許文献２に記載の適応トルクフィルタは特許文献１と同様に、線形化ゲインが最大の場合に操舵制御装置が所望の特性を持つような遅れ・進みフィルタとして設計される。すなわち低周波数領域のゲインが、それより高い周波数領域より相対的に大きくなるような特性として設計する。一方、前述の特許文献１では、適応トルクフィルタをアシスト曲線における線形化ゲインの変化に応じて変化させていたのに対し、特許文献２では、線形化ゲインの変化に対して、適応トルクフィルタの特性は固定したまま、適切に設計された上記の混合フィルタを追加することで、線形化ゲインの変動に対してゲイン交差周波数が変動しないような所望の特性を実現している。更に詳細には、上記のように適応トルクフィルタに追加した混合フィルタの部分では、特許文献２の図８に図示されているように、主に、低周波数領域でゲインを低下させる位相進み特性を持つように設計される。その結果、操舵感に大きく関係する低周波数領域のゲインは、適応トルクフィルタと混合フィルタの両方の積で決まり、適応トルクフィルタにて一旦、相対的に大きくした後に、混合フィルタにて低下させている。そのため、設計の複雑化や計算量の増大が発生している。

特開平７−３０９２５０号公報 特開平７−３０９２４７号公報

特許文献１に記載される電動パワーステアリング制御装置によれば、その補償演算部において、変化するアシスト曲線の線形化ゲインを逐次計算しながら適応トルクフィルタの極を逐次計算して変化させるため、演算量が増大するという問題があった。また、補償演算部を構成する各部の動作と、周波数領域によって異なる設計目的との対応が複雑であり、設計が体系的かつ簡便ではないという問題があった。

また特許文献２に記載される電動パワーステアリング制御装置によれば、変化するアシスト曲線の線形化ゲインのうち特定の条件において最適になるように設計した遅れ・進みフィルタである適応トルクフィルタを備え、更に、アシスト曲線に応じて操舵制御装置全体が所望の特性を持つよう、適切に設計した混合フィルタを追加するよう構成している。そのため、混合フィルタを追加することによる操舵制御装置の次数の増加、およびそれに伴う設計の複雑化が生じていた。

すなわち、特許文献１および２に記載の技術においては、操舵制御装置における演算量が増加されるといった問題があった。また、その設計が体系的かつ簡便ではないといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、演算量が少なく、なおかつ設計が体系的かつ簡便な操舵制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、運転者が加えた操舵トルクに対してモータによる補助を行う電動パワーステアリング制御装置において、前記操舵トルクを操舵トルク信号として検出する操舵トルク検出器と、前記操舵トルク信号に対して第１のゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させた信号と前記操舵トルク信号に対して少なくとも第２のゲインによる増幅を作用させた信号とに基づいて、前記操舵トルク信号に対して位相遅れ補償を定数倍した周波数応答特性を有する演算を行う位相遅れ補償部と、前記位相遅れ補償部の出力に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う電流制御部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、簡単な演算で低周波数領域の特性を独立に設定できるようにしたので、演算量が少なく、なおかつ設計が体系的かつ簡便な操舵制御装置を得ることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電動パワーステアリング制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を示す構成図である。ステアリングホイール１に連結したステアリング軸２の回転に応じて左右の操舵輪６が転舵される。ステアリング軸２には操舵トルク検出器３が配置され、ステアリング軸２に作用する操舵トルクを操舵トルク信号τｓとして検出する。モータ４は減速機構５を介してステアリング軸２に連結しており、モータ４が発生するモータトルクτｍをステアリング軸２に付与することができる。車両の速度である車速は車速検出器７で検出する。制御ユニット８は操舵トルク検出器３で検出した操舵トルク信号τｓと車速検出器７で検出した車速に基づいてモータ４の電流を制御した結果としてモータ４に電流を供給する。

次に制御ユニット８の要部について図２を用いて説明する。制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルク信号τｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は後述する演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。なお、実際の補償演算部９へ入力する操舵トルク信号τｓは、物理的な操舵トルクを操舵トルク検出器３で検出した信号、またそれに補正を加えた信号である場合もあるが、以下では補償演算部９への入力を単に操舵トルクτｓと記述する。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部１１０に入力し、以下に述べる演算によって操舵トルクτｓに対して位相遅れ補償を定数倍した周波数応答特性を有する信号を出力する。

次に位相遅れ補償部１１０はその内部において、操舵トルクτｓを低域補償部１０１に入力する。低域補償部１０１は低域増幅部１０３と低域フィルタ１０２とを備え、操舵トルクτｓを低域増幅部１０３に入力する。

低域増幅部１０３は、操舵トルクτｓに基づき、一般にルックアップテーブルの読み出し等で決定するアシスト曲線と呼ばれる関数を用いて増幅した信号を出力する。このアシスト曲線は、運転者の操舵感を適切に設定するためのものであり、操舵トルクτｓ、および車速に応じて出力を決定する。一般に車速の変化は操舵トルクτｓの変化に比べると遅いので、このアシスト曲線を用いた低域増幅部１０３の動作を言い換えると、操舵トルクτｓに対して非線形ゲインを乗じた増幅を行い、またこの非線形ゲインを車速に応じて変化させていると言える。

次に低域フィルタ１０２は低域増幅部１０３の出力に対してローパスフィルタの演算を行った結果を低域補償トルクτｌとして出力する。低域フィルタ１０２の周波数応答特性は、所定の周波数である低域フィルタ周波数ωｌ［ｒａｄ／ｓ］より低い周波数でゲインが概ね１で平坦な特性、低域フィルタ周波数ωｌより高周波数領域でゲインが低下する特性を持つ。

ここで、前記のようにアシスト曲線で定まる低域増幅部１０３において、その入力、すなわち操舵トルクτｓの微小変化に対する、低域増幅部１０３の出力の微小変化の比を、線形化ゲインＫｌ１と記述する。低域補償部１０１の伝達関数Ｇｌ（ｓ）は次式のようにゲインＫｌ１とローパスフィルタを乗じた特性を持つ。
Ｇｌ（ｓ）＝Ｋｌ１・ωｌ／（ｓ＋ωｌ） （式１）

次に、位相遅れ補償部１１０は操舵トルクτｓを比例補償部１０４に入力し、比例補償部１０４は入力に対して所定の数値である比例ゲインＫｐ１を乗じる演算を行い、その結果を比例補償トルクτｐとして出力する。比例補償部１０４の伝達関数Ｇｐ（ｓ）は次式となる。
Ｇｐ（ｓ）＝Ｋｐ１ （式２）

次に、位相遅れ補償部１１０は低域補償トルクτｌと比例補償トルクτｐとを加算器１０６で加算した結果を出力する。上記の（式１）および（式２）より、操舵トルクτｓを入力とする位相遅れ補償部１１０の伝達関数Ｌｇ１（ｓ）は次式となる。
Ｌｇ１（ｓ）＝｛Ｋｐ１・ｓ＋（Ｋｌ１＋Ｋｐ１）・ωｌ｝／（ｓ＋ωｌ） （式３）

ここで、上記の低域増幅部１０３における線形化ゲインＫｌ１および比例補償部１０４における比例ゲインＫｐ１が正の値になるように選ぶ。これにより、位相遅れ補償部１１０の高域ゲインはＫｐ１、低域ゲインはＫｌ１とＫｐ１の和となり、低域ゲインの方が高域ゲインより大きい特性となる。すなわち、位相遅れ補償部１１０は、位相遅れ補償を定数倍した特性を有する演算を行う。

次に、補償演算部９は操舵トルクτｓを高域補償部１０５に入力し、微分あるいは擬似微分演算と所定の数値である微分ゲインＫｄ１を乗じる演算を行い、高域補償トルクτｈとして出力する。説明の簡単化のために上記の演算において純粋な微分を用いたとすると、高域補償部１０５の伝達関数Ｇｈ（ｓ）は次式となる。
Ｇｈ（ｓ）＝Ｋｄ１・ｓ （式４）

次に、加算器１０６は位相遅れ補償部１１０の出力と高域補償トルクτｈとを加算した結果をノイズフィルタ１０７に入力する。

ノイズフィルタ１０７はその入力に対し、所定のノイズ遮断周波数ωｎ［ｒａｄ／ｓ］より高い周波数成分を遮断するような、次式のＦｎ（ｓ）で表すローパスフィルタ演算を行い、電流指令Ｉｒを出力する。
Ｆｎ（ｓ）＝１／（ｓ／ωｎ＋１） （式５）

上記の結果、補償演算部９は、その全体で次式の伝達関数Ｃ（ｓ）で表す演算を行っている。
Ｃ（ｓ）＝Ｆｎ（ｓ）・｛Ｌｇ１（ｓ）＋Ｇｈ（ｓ）｝ （式６）

また上式は次の（式７）〜（式１０）に変換される。
Ｃ（ｓ）＝｛ｂ２・ｓ＾２＋ｂ１・ｓ＋ｇ０・ωｌ｝／｛（ｓ＋ωｌ）・（ｓ／ωｎ＋１）｝ （式７）
ｇ０＝Ｋｐ１＋Ｋｌ１ （式８）
ｂ１＝Ｋｐ１＋Ｋｄ１・ωｌ （式９）
ｂ２＝Ｋｄ１ （式１０）

上記（式７）の補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、後述する所望の特性により、ωｌは小さな値、ωｎは大きな値に選ばれ、２次の分子多項式の根、すなわち２つの零点は、ωｌとωｎの間にあるよう設定するものである。

（式７）より、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、低域フィルタ周波数ωｌより小さな周波数領域において、Ｃ（ｓ）のｓを０とおいた定常ゲインに近づき、次式で近似される。
Ｃ（ｓ）≒ｇ０ （式１１）

また、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、ノイズ遮断周波数ωｎが十分大きいとしてωｎの逆数を０とすると、Ｃ（ｓ）の零点より十分大きな周波数領域において次式に近似される。
Ｃ（ｓ）≒ｂ２・ｓ （式１２）

（式１０）および（式１２）より、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、その零点より高い周波数領域では近似的にＫｄ１だけで特性を設定できる。また（式８）および（式１１）より、低域フィルタ周波数ωｌより低い周波数領域では、Ｋｐ１とＫｌ１の和で設定できる。ここで比例ゲインＫｐ１は分子の１次係数ｂ１も変更するため、特に低い周波数領域のゲイン、すなわち定常ゲインだけを変更したい場合は、Ｋｌ１だけを変更すればよい。すなわち、零点より高い周波数領域の特性と、低い周波数領域の特性をそれぞれＫｌ１とＫｄ１で独立に設定できることが分かる。

次に、本実施の形態１の効果の説明を行うために、補償演算部９に望まれる特性、特に補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）と、それを用いた結果である制御系の閉ループ特性との対応について図３を用いて説明を行う。

図３は図１および図２に示した電動パワーステアリング制御装置の動特性を表すブロック図であり、図１に示した構成図と対応付けて説明する。なお、車速に応じた特性の変化は比較的緩やかなものであるため、動特性を表す図３では無視して説明する。

図３において、ステアリングホイール１の角度であるハンドル角度θｈを運転者が回転させることで、ステアリング軸２が弾性変形を行い操舵トルクτｓを発生する。すなわち、ハンドル角度θｈと操舵角度（すなわち操舵輪６およびモータ４の回転角度）θｍとの差分を表す角度差分器１１によって相対角度θｅが生じ、相対角度θｅに対して弾性定数部１２でステアリング軸２の弾性定数Ｋｓが乗じられることで操舵トルクτｓが発生する。また操舵トルクτｓはステアリングホイール１へと伝達されるとともに、操舵トルク検出器３（図示せず）で操舵トルクτｓを検出して制御ユニット８に入力する。制御ユニット８において演算した電流指令Ｉｒに一致するようなモータ電流Ｉｍがモータ４へと供給される。ここで、簡単化のために電流指令Ｉｒとモータ電流Ｉｍは一致するとして説明すると、制御ユニット８の伝達関数は補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）となる。制御ユニット８からモータ４へと供給されるモータ電流Ｉｍによってモータ４でモータトルクτｍが発生する。すなわちモータ電流Ｉｍに対してトルク定数部１３でトルク定数Ｋｔを乗じてモータトルクτｍが発生する。次に、モータ４、減速機構５、ステアリング軸２、操舵輪６等から構成される操舵機構に対して、モータトルクτｍおよび操舵トルクτｓが加わり、また路面反力τｄが逆方向に加わる。すなわち、トルク加算器１４によって、モータトルクτｍと操舵トルクτｓの加算および路面反力等の外乱トルクτｄを減算したトルクが操舵機構慣性部１５に作用し、操舵機構慣性部１５が駆動された結果として操舵角度θｍを出力する。

次に、制御入力である電流指令Ｉｒあるいはモータ電流Ｉｍから検出値である操舵トルクτｓまでの特性、すなわち制御対象１６の特性について、簡易なモデルを用いて説明する。制御対象１６の伝達関数をP（ｓ）と記述すると、簡易なＰ（ｓ）のモデルは次式で表される。なお、数式上の制御対象Ｐ（ｓ）の出力の定義は、常用的な古典制御としての説明の便宜上、図３における操舵トルクτｓと正負の符号を反転させて記述する。
Ｐ（ｓ）＝Ｋｔ・Ｋｓ／（Ｊ・ｓ^２＋Ｄ・ｓ＋Ｋｓ） （式１３）

上式において、Ｊは操舵機構慣性部１５の慣性モーメントであり、Ｄはステアリング軸２における変形の粘性や摩擦等の影響を表す定数で相対的に小さいものである。上式より、制御対象Ｐ（ｓ）は２次共振系として表され、その共振周波数（概ね１０［Ｈｚ］程度）より数分の１以下の低周波数の領域では、ゲインが周波数に対して平坦な特性となる。また共振周波数より数倍以上の高周波数の領域では、概ね２階積分系の特性に近似され、周波数増大に対してゲインが低下するとともに、位相が概ね−１８０［ｄｅｇ］で一定な特性になる。

ここで、電動パワーステアリング制御装置の主要な目的は運転者による操舵で発生する操舵トルクτｓを補助することであるが、操舵に対抗する力が主に路面反力であることを考慮すると、電動パワーステアリング制御装置の目的は、図３における路面反力τｄから操舵トルクτｓへ伝達する力を望ましい特性で低減することと考えることができる。そこで、路面反力τｄから操舵トルクτｓまでの伝達関数を操舵感度Ｓｄ（ｓ）と呼ぶことにする。なおこの操舵感度Ｓｄ（ｓ）は、路面反力が操舵トルクへ及ぼす影響を表すだけでなく、例えばモータ４で発生するトルクリプルなど、ステアリング軸２に加わる一般的な外乱トルクが操舵トルクへ与える影響を表している。したがって、運転者の操舵感への影響も考慮する必要があるものの、一般には操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲインはなるべく広い周波数領域に渡って小さくしたいものである。

制御ユニット８すなわち補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）および制御対象Ｐ（ｓ）からなる開ループの伝達関数を次式のＬ（ｓ）で表すと、操舵感度Ｓｄ（ｓ）は（式１５）で表される。
Ｌ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）・Ｐ（ｓ） （式１４）
Ｓｄ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）／（１＋Ｌ（ｓ）） （式１５）

上記（式１５）における分母の効果より、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）のゲインが１（すなわち０［ｄＢ］）より小さければ、操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲイン低減効果を十分に得ることはできないことが解る。したがって、Ｌ（ｓ）のゲインが０［ｄＢ］と交差するゲイン交差周波数（以下では単に交差周波数と呼ぶ）は制御系の性能を表す大きな指標となる。また一般に制御帯域と呼ばれる周波数もこの交差周波数に対応する。

ここで、上述のように、制御対象Ｐ（ｓ）が共振周波数より低い周波数でゲインが平坦な特性となり、その定常ゲインはトルク定数Ｋｔとなる。モータ４にてステアリング軸２で発生する操舵トルクより大きなモータトルクで補助を行う場合、すなわち補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲインを１／Ｋｔより大きくすると、交差周波数は共振周波数より大きく選ぶ必要があることは容易に理解できる。言い換えると、弾性定数Ｋｓがステアリング軸に与える動的な影響を表す共振周波数は、操舵制御装置の制御帯域に比べて低い周波数領域になるよう、交差周波数を高い周波数に選ぶ必要がある。

具体的には、制御対象Ｐ（ｓ）の共振周波数は概ね１０［Ｈｚ］程度であり、交差周波数は概ね３０［Ｈｚ］より大きな値に選ばれる。その結果、通常選ばれる交差周波数付近においては、制御対象Ｐ（ｓ）の位相は−１８０［ｄｅｇ］に近い値となる。

次に、上記のような交差周波数の位相が−１８０［ｄｅｇ］に近い制御対象に対し、ステアリング軸２の弾性定数Ｋｓと同様な比例要素だけで制御を行うと、バネと同様な特性で振動的になり安定性が劣化する。また実際には、制御ユニット８と制御対象１６とから構成される制御ループに、電流制御部１０の制御遅れや操舵トルク検出器３おける検出遅れ等、簡易モデルに対するモデル化誤差に起因した位相遅れが存在するため、制御系は不安定に発散する。このようなフィードバック制御系においては、交差周波数において、Ｌ（ｓ）の位相が−１８０［ｄｅｇ］に比べて位相余裕と呼ばれる分だけ進んでいる必要がある。なお、この位相余裕は通常は３０［ｄｅｇ］程度以上確保する必要がある。

上記の交差周波数付近の特性は、後述する運転者の操舵感に大きく影響する低周波数領域に比べて高い周波数領域の特性を決定づけるが、上記のように開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）の位相を−１８０[ｄｅｇ]より進ませるためには、制御対象P（ｓ）の位相が−１８０［ｄｅｇ］に近いため、制御ユニット８すなわち補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を０［ｄｅｇ］より進める必要がある。したがって、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、交差周波数付近の高周波数領域において微分、あるいは擬似微分に近い特性にする必要がある。その結果、交差周波数付近の高周波数領域において、補償演算部９の伝達関数のゲインは、周波数の増加に対して増大するような特性にする必要がある。

ただし実際には、信号量子化誤差等や微分によって励起するノイズ除去のためのノイズフィルタ１０７による位相遅れや、上述のように、モデル化誤差に起因した位相遅れが存在することにより、実現可能な交差周波数には上限がある。

次に運転者の操舵感に大きく影響する低周波数領域の望ましい特性について説明する。一般に１Ｈｚ〜数Ｈｚより低い低周波数領域では、路面反力の影響を自然に運転者すなわちステアリングホイール１へと伝達する必要がある。そのためには、上述の操舵感度Ｓｄ（ｓ）が、低周波数領域で一定、すなわちゲインの周波数特性が平坦である必要がある。

ここで、交差周波数より十分に低い低周波数領域では、通常は開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）のゲインが０［ｄＢ］より十分に大きい。すなわち次式で表される。
｜L｜＞＞１ （式１６）

（式１４）、（式１５）、（式１６）より、低周波数領域の操舵感度Ｓｄ（ｓ）は次式で近似される。
｜Ｓｄ｜≒｜Ｐ｜／｜Ｌ｜＝１／｜Ｃ｜ （式１７）

上式より、（式１６）が成り立つ低周波数領域においては、操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲイン特性は補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲインの逆数に近似されることがわかる。したがって、低周波数領域において操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲインを周波数に対して平坦に実現するためには、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲインを周波数に対して平坦にする必要があることが理解できる。また一般的には、特に車速が小さい場合など、操舵トルクτｓに対してモータトルクτｍにより補助を行う比率であるアシスト比を大きくすることが望まれる。すなわち、伝達関数Ｃ（ｓ）および開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）の定常ゲインを大きくすることで、操舵感度Ｓｄ（ｓ）の定常ゲインを小さくすることが望まれる。一方で、運転状況に応じた運転者の操舵感を適切にするため、車速や操舵トルクτｓの大きさに応じて、アシスト比すなわち補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の定常ゲインを大きくし過ぎないことが望まれる場合もある。すなわち、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の低周波数領域の特性は運転状況に応じた操舵感を調整するために決定される。

上記のように、伝達関数Ｃ（ｓ）および開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）は、交差周波数付近の高周波数領域では、一般的な外乱に対する補償効果を増大させる目的から、制御系の安定性を確保しつつ、なるべくゲインを大きくするよう設計するのが望ましい。その限界は、制御対象１６や制御ユニット８のハードウエア的な性能への依存性が高く、制御対象１６の特性が大きく変動しなければ、運転状況によらず、ほぼ一定の特性が望ましい。一方で低周波数領域および定常ゲインは、運転者の操舵感向上を目的に設計される。またこの操舵感に関する特性は、運転状況に応じて、操舵トルクτｓの大きさや車速等によって変化させる。すなわち、低周波数領域と高周波数領域で異なる観点から設計を行う必要がある。

次に、上記の低周波数領域と高周波数領域（交差周波数近辺の領域）との中間にあたる中間周波数領域の望ましい特性について説明する。上述のように実現可能な交差周波数には限界がある。一方、上記のように、一般的には開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）のゲインを大きくすることが望まれる。ここで、交差周波数を、上記の操舵感に大きく影響する低周波数領域の数倍以上に大きくすることができれば、低周波数領域と交差周波数近辺との中間の中周波数領域においては、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）のゲインを、周波数の増大に対してゲインが減少するような特性、逆に言えば、周波数の減少に対してゲインが増大するような特性にすれば、交差周波数付近のゲインが制限されても低周波数領域のゲインを増大させることができる。このような特性を実現するためには、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を、この中周波数領域において積分特性に近似されるような特性にすればよい。すなわち、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）において、ゲインが平坦な特性が望まれる低周波数領域と中周波数領域との間の周波数に、極を持たせることで実現できる。またその結果として、この中周波数領域において、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の位相は０［ｄｅｇ］より遅れることになる。

ここで、上記で説明した望ましい伝達関数Ｃ（ｓ）の特性を持ち、次数も少なく演算が簡単な補償演算部９の構成の一つとして、特許文献１および特許文献２にも記載されている遅れ進みフィルタとゲインの積で表される構成が考えられる。本実施の形態１と対比させるため、このような遅れ進みフィルタとゲインの積で表される補償演算部９の特徴について説明する。

遅れ進みフィルタとゲインの積で表す補償演算部９の伝達関数を（式１８）に示す。ｚ１、ｐ１は位相遅れ補償フィルタの零点および極で、ｐ１＜ｚ１である。またｚ２、ｐ２は位相進み補償フィルタの零点および極で、ｚ２＜ｐ２である。ｐ１は上記のように低周波数領域と中周波数領域との境界に設定されるもので、ｐ２は上記のノイズ除去等の目的で交差周波数より大きな値に設定されるもの、ｚ１、ｚ２はｐ１とｐ２の間の大きさに設定されるものであって、中周波数領域と高周波数領域の境界に相当するものである。
Ｃ（ｓ）＝Ｋ０・｛（ｓ／ｚ１＋１）／（ｓ／ｐ１＋１）｝・｛（ｓ／ｚ２＋１）／（ｓ／ｐ２＋１）｝ （式１８）

上式において、位相遅れ補償フィルタと位相進み補償フィルタの積からなる遅れ進みフィルタは、特許文献１および特許文献２にも記載されているよう、通常は定常ゲインが１になるように選択される。このことは「フィルタ」の言葉の持つ意味からも類推できる。このような遅れ進みフィルタを用いたＣ（ｓ）全体の定常ゲインは、全体に乗じられているゲインＫ０で設定される。

ここで、上式におけるｐ１およびｐ２は、本実施の形態１におけるωｌおよびωｎと同様な意味を持つため置き換えると、（式１８）の伝達関数自体は（式７）に示した本実施の形態１と等価となる。遅れ進みフィルタとゲインの積による補償演算部を本実施の形態１に等価変換した場合の分子多項式の係数は以下となる。
ｇ０＝Ｋ０ （式１９）
ｂ１＝Ｋ０・ωｌ（１／ｚ１＋１／ｚ２） （式２０）
ｂ２＝Ｋ０・ωｌ／（ｚ１・ｚ２） （式２１）

上記の（式１１）および（式１２）で説明したように、Ｃ（ｓ）の低周波数領域のゲインはｇ０で決まり、交差周波数付近の高周波数領域の特性はｂ２だけで近似される。また、上記で説明したように、高周波数領域と低周波数領域の特性は、異なる観点から設計および調整がなされるものであることから、ｂ２およびｇ０は異なる観点から決定する必要がある。ところが（式１８）で表す遅れ進みフィルタとゲインの積の構成でＣ（ｓ）の演算を行うと、ゲインＫ０が伝達関数全体に掛かっている。またフィルタの極ωｌ（＝ｐ１）も操舵感の観点から調整するが、これらのゲインＫ０やフィルタの極ωｌを変更するとｂ２も変化する。すなわち本来はなるべく高い値に設定して変更したくない高周波数領域の特性も変更してしまうことがわかる。

例えば、Ｋ０が大きな値で最適になるようにＣ（ｓ）を決定した後にＫ０を小さく変化させると、交差周波数は、元々は中周波数領域として設計した周波数領域にまで小さくなり、その結果、上記のように中周波数領域では位相を遅らせる特性としているため、制御系の安定性も劣化してしまうといった問題も生じる。

ここで、特許文献１に記載の技術では、アシスト曲線の線形化ゲインに相当する上記Ｋ０の変化を逐次計算してω０を変化させることで上記の問題に対応しており、演算や設計が複雑になっている。また特許文献２に記載の技術では、直列に混合フィルタを追加して、アシスト曲線を用いて低周波数領域のゲインだけを低減するよう、すなわち位相進み補償を追加するように構成することで上記の問題に対応しており、演算量や設計手順の増大を招いている。

一方、本実施の形態１による補償演算部９は上記のように構成しているので、遅れ進みフィルタと同じ次数の簡単な演算で、なるべく大きく設定したい交差周波数付近の高周波数領域の特性はｂ２すなわちＫｄ１で決定し、操舵感に深く関係する低周波数領域の特性はｇ０で、すなわちＫｌ１を用いて独立に決定することができる。したがって、体系的かつ簡易な設計が可能となる。

また、上記のように、操舵トルクτｓや車速に応じた操舵感を実現するために定める非線形なゲインであるアシスト曲線を用いることで、アシスト曲線の線形化ゲインであるＫｌ１を所望な特性で変化させるが、その際にも、高周波数領域の特性はＫｄ１で決定しているため、安定性に大きく影響する交差周波数付近の特性を劣化させることなく、簡単な演算で所望の特性を実現することができる。

ここで、電動パワーステアリング制御装置に限定しない一般的なモータ制御装置との対比について述べておく。（式７）で示した本実施の形態１における補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）において、ｇ０・ωｌを定数Ｋｉ１と置き換えた上で、低域フィルタ周波数ωｌを０に近づけると、（式７）の伝達関数Ｃ（ｓ）は、Ｋｐ１を比例ゲイン、Ｋｄ１を微分ゲイン、Ｋｉ１を積分ゲインとしたＰＩＤ制御と呼ばれる形の制御器にノイズ除去フィルタを付加したものと同じであることが分かる。ここで、電動パワーステアリング制御装置では、操舵トルクτｓの補助を行うようモータ４にトルクを発生させるため、操舵トルクτｓの検出値を増幅してモータトルクτｍを発生させるという見方に基づいて設計するのが一般的である。そのため、操舵感を考慮して決定するアシスト曲線を用いた増幅器と、安定性の確保のためのフィルタを直列に構成して補償を行うことが一般的である。一方、電動パワーステアリング制御装置においては、一般的なモータ制御装置のような、位置や速度に対する指令値が存在しないものの、図３に示した本実施の形態１における電動パワーステアリング制御装置の動特性を表す構成図において、ハンドル角度θｈを指令値と見做せば、制御ユニット８は、位置指令値と見做せるハンドル角度θｈと操舵角度θｍとの相対角度すなわち偏差を低減させる働きをしていると言える。すなわち電動パワーステアリング制御装置を、モータ角度制御を行うＰＩＤ制御と同様のものと見ることができる。また操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲイン低減問題も、モータ位置制御において外乱応答特性を整形することと同様に見做せる。このようなモータ角度制御を行う場合、ＰＩＤ制御に基づく制御方式が広く採用されており、従前から多くの知識が体系化されている。このような知識を利用できるといった観点からも、本実施の形態１のパワーステアリング制御装置が、体系的かつ簡便な設計が行えるといえる。

一方で、電動パワーステアリング制御装置においては、一般的なモータの位置制御装置と異なり、相対角度θｅの定常値を０に収束させる純粋な積分補償は行えない、低周波数領域の特性は操舵感の観点から設計する必要があるといった特有の要求がある。本実施の形態１はこのような要求に対応するものであり、電動パワーステアリング制御装置特有の効果を有するものである。

次に本実施の形態１の効果をシミュレーション結果のグラフを用いて説明する。図４は、本実施の形態１を用いた場合の、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の周波数応答を、図５は開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）の周波数応答を、図６は操舵感度Ｓｄ（ｓ）のゲインの周波数応答を示している。各図において、低域増幅部１０３におけるアシスト曲線の線形化ゲインＫｌ１が最大の場合を太実線で、Ｋｌ１が０の場合を破線で、その中間の場合を鎖線で示している。これらのシミュレーションに用いた制御対象Ｐ（ｓ）は、共振周波数が８［Ｈｚ］のものを用いている。

本シミュレーションにおける補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の各ゲインの決定方法について説明する。上述のように、ノイズによる悪影響等を考慮しながら交差周波数を決定する。すなわち、交差周波数に対応する高域補償部１０５の微分ゲインＫｄ１とノイズフィルタ１０７のノイズ遮断周波数ωｎを決定する。本シミュレーションでは交差周波数を４０［Ｈｚ］、ノイズ遮断周波数ωｎをその２．５倍に設定する。

次に操舵感を考慮して、低周波数領域の上限に対応する低域フィルタ１０２の低域フィルタ周波数ωｌを決定する。本シミュレーションでは２［Ｈｚ］を選択している。

次に、交差周波数付近の開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）の位相をあまり遅らせない範囲で、比例補償部１０４における比例ゲインＫｐ１と、低域増幅部１０３におけるアシスト曲線の線形化ゲインＫｌ１をなるべく大きくするように決定する。このようにＫｐ１およびＫｌ１を決定することは、（式７）に示した補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の零点を、交差周波数の数分の1程度に決定することになる。

ここで、（式１８）に示した遅れ進みフィルタとゲインの積による補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は、通常、実数の零点しか選ぶことができないが、本実施の形態１では（式７）に示した補償演算部Ｃ（ｓ）の零点を複素数に選ぶことが可能で、その分、実現可能な制御特性の範囲が広くなる。また、複素数に選ぶことで、零点付近でのゲインの変化や位相が回復する変化を急峻にすることができ、交差周波数付近の安定余裕を劣化させることなく、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）における低周波数領域のゲインをより増大することが可能になる。本シミュレーションでも、零点の減衰係数が１より若干小さい複素数を選択している。

次に、低域増幅部１０３におけるアシスト曲線を、その線形化ゲインＫｌ１が上記の上限値を超えない範囲で、操舵感を適切にする目的に応じて、操舵トルクτｓの大きさおよび車速に従って変化するよう決定する。

本実施の形態１では、上記の手順だけで、本実施の形態１に示した補償演算部Ｃ（ｓ）の定数は全て決定される。

図４および図５より、低域増幅部１０３におけるアシスト曲線の線形化ゲインＫｌ１を変化させることにより、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）および開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）は、低周波数領域のゲインを大きく変動させている。その一方、交差周波数付近の高周波数領域における変動は小さく、交差周波数におけるゲインおよび位相は殆ど変化せずに位相余裕が所望の３０［ｄｅｇ］を確保していることが分かる。

また上記のように設計した結果、図６に示した操舵感度Ｓｄ（ｓ）は、低周波数領域では常にゲインが所望のとおりに平坦で、線形化ゲインＫｌ１が低下しても安定性の劣化によるＳｄ（ｓ）のゲイン増大は生じなく、設計に従った低周波数領域のゲイン増加だけ、所望の特性として得られていることが分かる。

これらのことから、低周波数領域と高周波数領域とを分離した設計および補償演算部９の動作が実現できていることがわかる。

なお、本実施の形態１において、低域補償部１０１では低域補償部１０１において低域増幅部１０３における増幅演算の後に低域フィルタ１０２の演算の演算を行うよう説明したが、これらの順序を入れ替えても同様に、操舵トルクτｓに対して線形化ゲインＫｌ１とローパスフィルタを乗じた周波数応答特性を有する信号を生成し、同様な効果を得ることができる。ただし、低域増幅部１０３は通常、微小な入力の変化に対しては出力の変化が小さい不感帯を含む特性を持たせるため、操舵トルクτｓが急峻に大きな変化を行った場合を想定すると、上記で説明したように、操舵トルクτｓを低域増幅部１０３で増幅した後に低域フィルタ１０２によるローパスフィルタ演算を行った場合は、低域フィルタ１０２の入力が直ちに大きく変化するため、低域補償部１０１の出力は立ち上がりが鈍るものの、直ちに反応する。一方、これらの順序を逆にした演算を行った場合、低域フィルタ１０２により操舵トルクτｓの立ち上がりを鈍らせた後に、低域増幅部１０３で不感帯を作用させる。その結果、操舵トルクτｓの立ち上がり直後は低域増幅部１０３の出力が反応しない現象を生じ、低域補償部１０１の出力の反応が遅くなるという違いがある。

また、比例補償部１０４では単に比例ゲインＫｐ１を乗じると記述したが、（式１０）および（式１２）の説明から分かるように、比例ゲインＫｐ１も交差周波数付近の特性に大きくは関与しない。したがって、比例補償部１０４も低域補償部１０１と同様に、例えばアシスト曲線を用いた非線形な増幅演算を行っても構わないものである。

また、高域補償部１０５における微分ゲインＫｄ１は、制御対象Ｐ（ｓ）の特性が変化しなければ固定の値としてよいが、車速に応じて制御対象Ｐ（ｓ）の特性が変化する場合など、目的に応じて変化させても構わないものである。

上記のように、本実施の形態１の説明において、特に非線形と断っていない乗算において非線形な増幅処理を施してもよく、またそのような場合においても、微小振幅における周波数応答特性を考慮して、補償演算部９の内部における各部の特性を決定できる。

また、補償演算部９の内部における各部の演算において、補償演算部９全体の動作に大きな影響を与えない近似計算をしても良いことは言うもでもない。例えば、ローパスフィルタ特性、すなわち高域ゲインが０となる特性として記述した低域フィルタ１０２の演算において、高域ゲインが小さな値を持っても構わない。また比例補償部１０４の演算において、例えば交差周波数より高い周波数成分を除去するローパスフィルタを作用させても構わないことも言うまでもない。また高域補償部１０５の特性は、微分あるいは擬似微分特性と記述したが、交差周波数より十分低い周波数領域でゲインの周波数応答が平坦で、比例補償部１０４に比べて微小な定常ゲインを持つような特性としても、制御系全体の特性に与える影響は微小であり、そのような特性も本発明の請求範囲に掛かることも言うまでもない。また、高域補償部１０５において擬似微分を用いて高域ノイズを励起しないようにした場合など、ノイズフィルタ１０７を省略してもよいことも言うまでもない。

また、位相遅れ補償部１１０の出力と高域補償部１０５の出力を加算器１１６で加算する構成としたが、加算器１１６を位相遅れ補償部１１０における加算器１０６に統合しても良いことは言うまでも無い。

このように、本実施の形態１によれば、操舵トルク信号に対してアシスト曲線で定めるゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させる低域補償部と、操舵トルク信号に対して比例ゲインによる増幅演算を行う比例補償部と、これらの演算結果を加算することで位相遅れ補償を定数倍した特性を実現する位相遅れ補償部を有し、位相遅れ補償部の出力に基づいて電流指令を算出するようにしたので、簡単な演算で電流指令を算出できるとともに低周波数特性を独立に設定できる。すなわち、演算量が少なく、なおかつ設計が体系的かつ簡便な操舵制御装置を得ることができる。さらに、操舵トルクに基づく信号に対して微分ゲインによる増幅と微分あるいは擬似微分とを作用させる高域補償部を有し、高域補償部の出力を位相遅れ補償部の出力に加算した値に基づいて電流指令を算出するようにしたので、高周波数特性も低周波数特性とは独立に設定でき、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に関わる電動パワーステアリング制御装置について説明する。その全体構成は図１に示したものと同じであり、説明を省略する。図７は本実施の形態２における制御ユニット８の構成を表すブロック図であり、実施の形態１と同一部分には同一符号を記す。実施の形態２の制御ユニット８は、実施の形態１と同じ位相遅れ補償部１１０を用いるとともに、高域補償部１０５を除去して、ノイズフィルタ１０７を位相進み補償部２０７に置き換えたものである。

制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルクτｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は後述する演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部１１０に入力する。位相遅れ補償部１１０は実施の形態１と同じ動作を行うため、その詳細な説明は省略する。位相遅れ補償部１１０の伝達関数は実施の形態１と同様に（式３）で表される。

次に、補償演算部９は位相遅れ補償部１１０の出力を位相進み補償部２０７に入力する。

次に位相進み補償部２０７はその入力に対し、低域ゲインが１、位相進み周波数ωｌｄの零点、所定のノイズ遮断周波数ωｎ［ｒａｄ／ｓ］の極を持つような、次式のＦｌｄ（ｓ）で表す位相進み補償フィルタの演算を行い電流指令Ｉｒを出力する。
Ｆｌｄ（ｓ）＝（ｓ／ωｌｄ＋１）／（ｓ／ωｎ＋１） （式２２）

上記の結果、補償演算部９は、その全体で次式の伝達関数Ｃ（ｓ）で表す演算を行っている。
Ｃ（ｓ）＝Ｆｌｄ（ｓ）・Ｌｇ１（ｓ） （式２３）

また（式２３）は次の（式２４）〜（式２７）に変換される。
Ｃ（ｓ）＝ ｛ｂ２・ｓ＾２＋ｂ１・ｓ＋ｇ０・ωｌ｝／
｛（ｓ＋ωｌ）・（ｓ／ωｎ ＋ １）｝ （式２４）
ｇ０＝Ｋｐ１＋Ｋｌ１ （式２５）
ｂ１＝Ｋｐ１＋（Ｋｐ１＋Ｋｌ１）・ωｌ／ωｌｄ （式２６）
ｂ２＝Ｋｐ１／ωｌｄ （式２７）

上記の（式２４）は実施の形態１における補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を表す（式７）と全く同じであり、（式８）〜（式１０）で表した係数を（式２５）〜（式２７）に置き換えたものであることが分かる。

ここで、実施の形態１で説明したように、低域フィルタ周波数ωｌは操舵感に関係する低周波数領域を定める周波数で交差周波数より低く、またノイズ遮断周波数ωｎは交差周波数より大きく設定される。その結果、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の特性は、交差周波数付近の高周波数領域の特性はほぼｂ２で決定され、低周波数領域の特性はｇ０で決定される。

本実施の形態２では、位相進み補償部２０７が補償演算部９の内部で直列に接続されており、その結果、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は位相進み補償部２０７の実数零点（ωｌｄ）を零点として含み、零点が実数に制約されている。その結果、実施の形態１に比べると補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の特性の実現可能な範囲に制約があり、性能にも多少の制約を生じる。

また本実施の形態２では、上記の（式２７）より、高周波数領域の特性を決定する係数ｂ２は比例ゲインＫｐ１と位相進み周波数ωｌｄの比で決定され、更に比例ゲインＫｐ１は係数ｂ１も変更するため、高周波数領域の特性を決めるパラメータが実施の形態１に比べると複雑さを増している。また、高周波数領域の特性を決定するために比例ゲインＫｐ１を用いて係数ｂ２を変更すれば、係数ｇ０も変化し、低周波数領域の特性も変化させる。

しかしながら、本実施の形態２においても、低域補償部１０１の低域増幅部１０３における線形化ゲインＫｌ１は係数ｇ０にだけ関係しており、線形化ゲインＫｌ１の設定で低周波数領域の特性を高周波数領域の特性と独立に設定できることが分かる。

本実施の形態２における補償演算部９の設計手順の例を説明する。位相進み補償部２０７における位相進み周波数（零点）を所望の交差周波数の数分の１程度に設定し、ノイズ遮断周波数ωｎを所望の交差周波数より高く設定する。次に比例補償部１０４における比例ゲインＫｐ１を大きくすることで（式２７）の係数ｂ２に対応する交差周波数を所望の値まで大きくする。次に低域フィルタ周波数を操舵感の観点から低い周波数に設定し、低域増幅部１０３における線形化ゲインＫｌ１を、交差周波数付近の開ループ伝達関数の位相が遅れない範囲で大きくする。その後、低域増幅部１０３におけるアシスト曲線を実施の形態１と同様に決定する。

本実施の形態２は上記のように設定することで、低域増幅部１０３の線形化ゲインＫｌ１の変化に対する制御系の特性は、実施の形態１に比べると多少の制約があるものの、ほぼ同様な特性を実現することができる。また、補償演算部９の次数は実施の形態１と同等であり、計算量も非常に少ないものである。

なお、本実施の形態２において、低周波数領域の補償演算部９の特性を高周波数領域と独立に設定できる理由の本質は、実施の形態１と同様に、位相遅れ補償部１１０において低域補償部１０１の演算結果と比例補償部１０４の演算結果を加算器１０６で加算し、その結果に基づいて電流指令Ｉｒの演算を行っていることにある。

なお、実施の形態１においては、高周波数領域の特性を高域補償部１０５の微分ゲインＫｄ１を用いて独立に設計できたため、比例補償部１０４が低域補償部１０１と同様なアシスト曲線を用いた非線形な増幅演算を行っても構わないと記述したが、本実施の形態２においては、上述のように、比例補償部１０４の比例ゲインＫｐ１を変化させると高周波数領域の特性も変化させる。したがって比例補償部１０４の比例ゲインＫｐ１を低域補償部１０１の低域増幅部１０３と全く同じ非線形ゲインにすることは望ましくない。しかしながら、例えば不感帯など、低域増幅部１０３の非線形ゲインに比べると弱い非線形性を持つ増幅演算を行っても構わない。

このように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、操舵トルク信号に対してアシスト曲線で定めるゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させる低域補償部と、操舵トルク信号に対して比例ゲインによる増幅演算を行う比例補償部と、これらの演算結果を加算することで位相遅れ補償を定数倍した特性を実現する位相遅れ補償部を有し、位相遅れ補償部の出力に基づいて電流指令を算出するようにしたので、低周波数領域の特性を高周波数領域と独立に設定できるので、体系的かつ簡単な設計で、なおかつ非常に少ない演算量で、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に関わる電動パワーステアリング制御装置について説明する。その全体構成は図１に示したものと同じであり、説明を省略する。図８は本実施の形態３における制御ユニット８の構成を表すブロック図であり、実施の形態１と同一部分には同一符号を記す。本実施の形態３は、実施の形態１における位相遅れ補償部１１０を、異なる構成で等価な演算を行う位相遅れ補償部３１０に置き換えたものである。

制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルクτｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は以下で述べる演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部３１０に入力する。位相遅れ補償部３１０は操舵トルクτｓを低域増幅部３０３に入力する。低域増幅部３０３は実施の形態１における低域増幅部１０３と同様に、アシスト曲線によって定める、操舵トルクτｓおよび車速に応じて変化する非線形なゲインで増幅する演算を行った結果を出力する。低域増幅部３０３における非線形なゲインの線形化ゲインをＫｌ３と記述する。

次に位相遅れ補償部３１０は操舵トルクτｓを比例補償部３０４に入力し、比例補償部３０４は入力に対して所定の数値である比例ゲインＫｐ３を乗じる演算を行い、その結果を出力する。ただし比例補償部３０４における演算は低域増幅部３０３と同様にアシスト曲線を用いた非線形な増幅演算でもよい。

次に位相遅れ補償部３１０は低域増幅部３０３の出力と比例補償部３０４の出力を周波数結合フィルタ３１１に入力する。周波数結合フィルタ３１１はその内部において、低域増幅部３０３の出力から比例補償部３０４の出力を減算した信号を低域フィルタ３０２に入力する。低域フィルタ３０２は実施の形態１における低域フィルタ１０２と入力は異なるものの、演算は同様に低域フィルタ周波数ωｌのローパスフィルタの演算を行った結果を出力する。次に周波数結合フィルタ３１１は低域フィルタ３０２の出力と比例補償部３０４の出力とを加算した結果を出力し、位相遅れ補償部３１０は周波数結合フィルタ３１１の出力を出力する。

上記の位相遅れ補償部３１０において、低域増幅部３０３の入力から周波数結合フィルタ３１１の出力までの伝達関数Ｇｌ（ｓ）、比例補償部３０４の入力から周波数結合フィルタ３１１の出力までの伝達関数Ｇｐ（ｓ）、位相遅れ補償部３１０の入力である操舵トルクτｓから位相遅れ補償部３１０の出力までの伝達関数Ｌｇ３（ｓ）はそれぞれ下式となる。
Ｇｌ（ｓ）＝Ｋｌ３・ωｌ／（ｓ＋ωｌ） （式２８）
Ｇｐ（ｓ）＝Ｋｐ３・ｓ／（ｓ＋ωｌ） （式２９）
Ｌｇ３（ｓ）＝Ｇｌ（ｓ）＋Ｇｐ（ｓ）
＝（Ｋｐ３・ｓ＋Ｋｌ３・ωｌ）／（ｓ＋ωｌ） （式３０）

ここで、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は実施の形態１において説明したように、通常は低域のゲインが大きくなるように設定されるものである。したがって上記（式３０）で示した位相遅れ補償部３１０の伝達関数Ｌｇ３（ｓ）は、低域のゲインが高域のゲインより大きくなるようＫｌ３をＫｐ３より大きく設定する。すなわち、位相遅れ補償部３１０は位相遅れ補償を定数倍した周波数応答特性を有する演算を行っている。

次に、補償演算部９は実施の形態１と同様に操舵トルクτｓを高域補償部１０５に入力し、高域補償部１０５は実施の形態１と同様に（式４）の伝達関数Ｇｈ（ｓ）で表す、微分ゲインＫｄ１による増幅と微分あるいは擬似微分とを作用させる演算を行い高域補償トルクτｈを出力する。

次に、補償演算部９の内部において、加算器１１６は位相遅れ補償部３１０の出力と、高域補償部１０５の出力である高域補償トルクτｈを加算し、ノイズフィルタ１０７に入力する。

ノイズフィルタ１０７は実施の形態１と同様に、その入力に対して所定のノイズ遮断周波数ωｎ［ｒａｄ／ｓ］より高い周波数成分を遮断するような、（式５）のＦｎ（ｓ）で表すローパスフィルタ演算を行い電流指令Ｉｒを出力する。

上記の演算の結果、補償演算部９は、その全体で次式の伝達関数Ｃ（ｓ）で表す演算を行っている。
Ｃ（ｓ）＝Ｆｎ（ｓ）・｛Ｌｇ３（ｓ）＋Ｇｈ（ｓ）｝ （式３１）

また（式３１）は次の（式３２）〜（式３５）に変換される。
Ｃ（ｓ）＝｛ｂ２・ｓ＾２＋ｂ１・ｓ＋ｇ０・ωｌ｝／｛（ｓ＋ωｌ）・（ｓ／ωｎ＋１）｝ （式３２）
ｇ０＝Ｋｌ３ （式３３）
ｂ１＝Ｋｐ３＋Ｋｄ１・ωｌ （式３４）
ｂ２＝Ｋｄ１ （式３５）

上記の（式３２）は実施の形態１における補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を表す（式７）と全く同じであり、（式８）〜（式１０）で表した係数を（式３３）〜（式３５）に置き換えたものであることが分かる。また、（式３４）で設定する係数ｂ１および（式３５）で設定する係数ｂ２は、実施の形態１と本実施の形態３で、比例補償部１０４と、高域補償部１０５と、ノイズフィルタ１０７により全く同様に設定していることが分かる。一方、Ｃ（ｓ）の定常ゲインを設定するｇ０は、実施の形態１においては比例補償部１０４の比例ゲインＫｐ１と低域増幅部１０３の線形化ゲインＫｌ１の和で設定していたものを、本実施の形態３においては、低域増幅部３０３の線形化ゲインＫｌ３だけで設定していることが分かる。したがって、本実施の形態３において、低域増幅部３０３のアシスト曲線を、その線形化ゲインＫｌ３が、比例ゲインＫｐ３と実施の形態１におけるアシスト曲線の線形化ゲインＫｌ１との和に一致するように設定すれば、本実施の形態３は実施の形態１と全く同様に動作することが分かる。

ここで、位相遅れ補償部３１０は上述の演算を行っているので、低域フィルタ３０２の出力は、操舵トルクτｓに対して、線形化ゲインＫｌ３から比例ゲインＫｐ３を減じた大きさのゲインを乗じた信号に、更に低域フィルタ３０２のローパスフィルタを作用させた信号である。したがって周波数結合フィルタ３１１の内部において、操舵トルクτｓに対してゲイン（Ｋｌ３−Ｋｐ３）による増幅とローパスフィルタとを作用させた信号と、操舵トルクτｓに対して比例ゲインＫｐ３による増幅を行った信号を加算している。

また、（式２８）〜（式３０）から容易に分かるよう、位相遅れ補償部３１０の動作は、低域増幅部３０３の出力にローパスフィルタを作用させた信号と比例補償部３０４の出力にハイパスフィルタを作用させた信号とを加算して出力するのと等価である。すなわち周波数結合フィルタ３１１は低域増幅部３０３の出力の低周波数成分と比例補償部３０４の出力の高周波数成分を加算した信号を出力している。また、周波数結合フィルタ３１１を、低域増幅部３０３の出力と比例補償部３０４の出力にそれぞれローパスフィルタとハイパスフィルタを作用させて加算するように構成しても全く同じ効果が得られる。

なお、本実施の形態３における位相遅れ補償部３１０の動作においては、非線形な増幅演算を行う低域増幅部３０３による演算の後に、周波数結合フィルタ３１１における低域フィルタ３０２のローパスフィルタ演算を作用させるので、実施の形態１において説明したように、低域増幅部３０３のアシスト曲線が不感帯に近い非線形特性を持っていても、操舵トルクτｓが急変した場合に非線形特性の影響で応答が遅くなるようなことは無い。

このように、本実施の形態３によれば、操舵トルク信号に対してアシスト曲線で定めたゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させた信号と、操舵トルク信号に対して少なくとも比例ゲインによる増幅を作用させた信号との加算により、位相遅れ補償を定数倍した特性を実現する位相遅れ補償部を有し、位相遅れ補償部の出力に基づいて電流指令を算出するようにしたので、簡単な演算で電流指令を算出できるとともに低周波数特性を独立に設定できる。すなわち、演算量が少なく、なおかつ設計が体系的かつ簡便な操舵制御装置を得ることができる。さらに、操舵トルクに基づく信号に対して微分ゲインによる増幅と微分あるいは擬似微分とを作用させる高域補償部を有し、高域補償部の出力を位相遅れ補償部の出力に加算した値に基づいて電流指令を算出するようにしたので、高周波数特性も低周波数特性とは独立に設定でき、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に関わる電動パワーステアリング制御装置について説明する。その全体構成は図１に示したものと同じであり、説明を省略する。図９は本実施の形態４における制御ユニット８の構成を表すブロック図であり、実施の形態１と同一部分には同一符号を記す。本実施の形態４は、実施の形態１における位相遅れ補償部１１０、あるいは実施の形態３における位相遅れ補償部３１０を、異なる構成で同様な演算を行う位相遅れ補償部４１０に置き換えたものである。

制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルクτｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は以下で述べる演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部４１０に入力する。位相遅れ補償部４１０はその内部において操舵トルクτｓを周波数分離フィルタ４１１に入力する。周波数分離フィルタ４１１はその内部において操舵トルクτｓを低域フィルタ４０２に入力し、低域フィルタ４０２は実施の形態１における低域フィルタ１０２と同様にローパスフィルタの演算を行い、その結果を低域操舵トルク信号として出力する。周波数分離フィルタは低域操舵トルク信号と、操舵トルクτｓから低域トルク信号を減算した高域操舵トルク信号とを出力する。すなわち周波数分離フィルタ４１１は、特許文献１に記載されている混合フィルタと同様に、操舵トルクτｓを低周波数成分と高周波数成分とに分離するフィルタである。

次に位相遅れ補償部４１０はその内部において、低域操舵トルク信号を低域増幅部４０３に入力する。低域増幅部４０３は、実施の形態１における低域増幅部１０３と同様に、低域フィルタ４０２の出力に対して、非線形かつ車速に応じて変化するアシスト曲線によって定まるゲインで増幅する演算を行って低域補償トルクτｌを出力する。低域増幅部４０３における非線形なゲインの線形化ゲインをＫｌ４と記述する。操舵トルクτｓから低域補償トルクτｌまでの伝達関数Ｇｌ（ｓ）は次式のようにゲインＫｌ４による増幅とローパスフィルタとを作用させた特性を持つ。
Ｇｌ（ｓ）＝Ｋｌ４・ωｌ／（ｓ＋ωｌ） （式３６）

次に位相遅れ補償部４１０はその内部において、高域操舵トルク信号を比例補償部４０４に入力し、比例補償部４０４は入力に対して所定の数値である比例ゲインＫｐ４を乗じる演算を行い、その結果を比例補償トルクτｐとして出力する。操舵トルクτｓから比例補償トルクτｐまでの伝達関数Ｇｐ（ｓ）は次式となる。すなわちハイパスフィルタと比例ゲインＫｐ４による増幅を作用させた特性となる。
Ｇｐ（ｓ）＝Ｋｐ４・ｓ／（ｓ＋ωｌ） （式３７）

ここで、上記の操舵トルクτｓから補償トルクτｐまでの伝達関数Ｇｐ（ｓ）はハイパスフィルタとゲインを乗じた特性になっており、実施の形態１における（式２）とは異なる特性を持つ。

次に、位相遅れ補償部４１０は低域補償トルクτｌと比例補償トルクτｐとの和を出力する。上記の（式３６）および（式３７）より、操舵トルクτｓを入力とする位相遅れ補償部４１０の伝達関数Ｌｇ４（ｓ）は次式となる。
Ｌｇ４（ｓ）＝（Ｋｐ４・ｓ＋Ｋｌ４・ωｌ）／（ｓ＋ωｌ） （式３８）

ここで、補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）は実施の形態１において説明したように、通常は低域のゲインが大きくなるように設定されるものである。したがって上記（式３８）で示した位相遅れ補償部４１０の伝達関数Ｌｇ４（ｓ）は、低域のゲインが高域のゲインより大きくなるようＫｌ４をＫｐ４より大きく設定する。すなわち、位相遅れ補償部３１０は位相遅れ補償を定数倍した特性を有する演算を行っている。

次に、補償演算部９は実施の形態１と同様に操舵トルクτｓを高域補償部１０５に入力し、高域補償部１０５は実施の形態１と同様に（式４）の伝達関数Ｇｈ（ｓ）で表す、微分ゲインＫｄ１による増幅と微分あるいは擬似微分とを作用させる演算を行い高域補償トルクτｈを出力する。

次に、補償演算部９の内部において、加算器１１６は位相遅れ補償部３１０の出力と、高域補償部１０５の出力である高域補償トルクτｈを加算し、ノイズフィルタ１０７に入力する。

ノイズフィルタ１０７は実施の形態１と同様に、その入力に対して所定のノイズ遮断周波数ωｎ［ｒａｄ／ｓ］より高い周波数成分を遮断するような、（式５）のＦｎ（ｓ）で表すローパスフィルタ演算を行い電流指令Ｉｒを出力する。

上記の演算の結果、補償演算部９は、その全体で次式の伝達関数Ｃ（ｓ）で表す演算を行っている。
Ｃ（ｓ）＝Ｆｎ（ｓ）・｛Ｌｇ４（ｓ）＋Ｇｈ（ｓ）｝ （式３９）

また（式３９）は次の（式４０）〜（式４３）に変換される。
Ｃ（ｓ）＝｛ｂ２・ｓ＾２＋ｂ１・ｓ＋ｇ０・ωｌ｝／｛（ｓ＋ωｌ）・（ｓ／ωｎ＋１）｝ （式４０）
ｇ０＝Ｋｌ４ （式４１）
ｂ１＝Ｋｐ４＋Ｋｄ１・ωｌ （式４２）
ｂ２＝Ｋｄ１ （式４３）

上記の（式４０）は実施の形態１および実施の形態３における補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を表す（式７）および（式３２）と全く同じである。また（式４１）〜（式４３）で表した係数も、実施の形態３における（式３３）〜（式３５）において、低域増幅部３０３の線形化ゲインＫｌ３および比例補償部３０４の比例ゲインＫｐ３を本実施の形態３における低域増幅部４０３の線形化ゲインＫｌ４および比例補償部４０４の比例ゲインＫｐ４に置き換えたものと全く同じであることが分かる。したがって、本実施の形態４は実施の形態３と同様な動作を行うことがわかる。

なお、本実施の形態４における位相遅れ補償部４１０の動作においては、周波数分離フィルタ４１１における低域フィルタ４０２のローパスフィルタ演算の後に、低域増幅部４０３による非線形な増幅演算を作用させるので、実施の形態１において説明したように、低域増幅部３０３のアシスト曲線が不感帯に近い非線形特性を持たせていると、操舵トルクτｓが急変した場合に非線形特性の影響で応答が遅くなるという、実施の形態３に比べた短所がある。

このように、本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に、低周波数領域と高周波数領域との特性をそれぞれ独立に設定でき、非常に体系的かつ簡単な設計で、なおかつ非常に少ない演算量で、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５に関わる電動パワーステアリング制御装置について説明する。その全体構成は図１に示したものと同じであり、説明を省略する。図１０は本実施の形態５における制御ユニット８の構成を表すブロック図であり、実施の形態２および実施の形態４と同一部分に同一符号を示す。本実施の形態５は、実施の形態２における位相遅れ補償部１１０を実施の形態４における位相遅れ補償部４１０に置き換えたものである。

制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルクτｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は以下で述べる演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部４１０に入力する。位相遅れ補償部４１０は実施の形態４における位相遅れ補償部４１０と全く同様な演算を行う。すなわち、（式３８）で表される伝達関数Ｌｇ４（ｓ）においてＫｌ４をＫｐ４より大きく設定することにより、位相遅れ補償を定数倍した特性の演算を行う。

次に補償演算部９は位相遅れ補償部４１０の出力を位相進み補償部２０７に入力し、位相進み補償部２０７は実施の形態２と全く同様に、（式２２）のＦｌｄ（ｓ）で表す位相進み補償フィルタの演算を行い電流指令Ｉｒを出力する。

上記の結果、補償演算部９は、その全体で次式の伝達関数Ｃ（ｓ）で表す演算を行っている。
Ｃ（ｓ）＝Ｆｌｄ（ｓ）・Ｌｇ４（ｓ） （式４４）

また（式４４）は次の（式４５）〜（式４８）に変換される。
Ｃ（ｓ）＝｛ｂ２・ｓ＾２＋ｂ１・ｓ＋ｇ０・ωｌ｝／｛（ｓ＋ωｌ）・（ｓ／ωｎ＋１）｝ （式４５）
ｇ０＝Ｋｌ４ （式４６）
ｂ１＝Ｋｐ４＋Ｋｌ４・ωｌ／ωｌｄ （式４７）
ｂ２＝Ｋｐ４／ωｌｄ （式４８）

上記の（式４５）は実施の形態１における補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を表す（式７）、また実施の形態２の補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）を表す（式２３）と全く同じである。更に、その係数である（式４６）〜（式４８）は、実施の形態２における（式２５）〜（式２７）におけるＫｌ１とＫｐ１の和をＫｌ４に、Ｋｐ１をＫｐ４に置き換えることで、実質的に全く同じであることが分かる。

したがって、本実施の形態５において、低域増幅部４０３のアシスト曲線を、その線形化ゲインＫｌ４が、比例ゲインＫｐ４と実施の形態２におけるアシスト曲線の線形化ゲインＫｌ１との和に一致するように設定すれば、本実施の形態５は実施の形態２と全く同様に動作することが分かる。

なお、本実施の形態５と特許文献２に記載の技術との比較を述べておく。特許文献２に記載の技術は、本実施の形態５における位相進み補償部２０７を、遅れ補償フィルタと進み補償フィルタの積である遅れ進みフィルタに置き換えた構成となっている。したがって本実施の形態５に比べて演算量の増大が生じている。また、特許文献２に記載の技術では、上記の遅れ進みフィルタにて定常ゲインすなわち低周波数領域のゲインが、相対的になるべく大きくなるように設定した後、本実施の形態５における位相遅れ補償部４１０に相当する混合フィルタにて、非線形なゲインを用いて定常ゲインを低減するように構成している。すなわち特許文献２に記載の技術では、本実施の形態５における位相遅れ補償部４１０に相当する混合フィルタにて、位相遅れ補償でなく位相進み補償特性の演算を行っている。これらの結果、本実施の形態５が位相遅れ補償部４１０の部分だけで、低周波数領域の特性を決定する定常ゲインｇ０と極ωｌとを設定しているのに対して、特許文献２に記載の技術では、低周波数領域の特性を決定するために、混合フィルタの定常ゲインと、遅れ進み補償フィルタの極と、混合フィルタの極あるいは零点を、相互に関連しながら設計する必要が生じる。すなわち本実施の形態５の方が計算量が少なく、補償演算部の各部の動作や設計が体系的かつ簡単であることが分かる。

またこのように、特許文献２に記載の技術より体系的かつ簡単に実現できる理由は、本実施の形態５における位相遅れ補償部４１０において、低域フィルタ４０２、低域増幅部４０３、比例補償部４０４の作用により、操舵トルクτｓに対して低域フィルタ４０２のローパスフィルタと低域増幅部４０３における線形化ゲインＫｌ４による増幅を作用させた信号と、操舵トルクτｓに少なくとも比例補償部４０４の比例ゲインＫｐ４を作用させた信号を加算する演算により、位相遅れ補償部４１０が位相遅れ補償を定数倍した特性となるよう構成していることによっている。この理由により、位相遅れ補償の出力に対して遅れ進み補償でなく、位相進み補償部２０７による位相進み補償だけを施すことができる。

また本実施の形態５では、実施の形態４と同じ位相遅れ補償部４１０を用いているため、実施の形態４と同様に、操舵トルクτｓが急変した場合に非線形特性の影響で応答が遅くなるという、実施の形態２に比べた短所がある。

このように、本実施の形態５によれば、実施の形態１に比べると補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の特性の実現可能な範囲に制約があり、性能にも多少の制約を有し、また、高周波数領域の特性の設定が実施の形態１に比べると複雑さを増しているものの、低周波数領域の特性を高周波数領域と独立に設定でき、体系的かつ簡単な設計で、なおかつ少ない演算量で、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６に関わる電動パワーステアリング制御装置について説明する。その全体構成は図１に示したものと同じであり、説明を省略する。図１０は本実施の形態６における制御ユニット８の構成を表すブロック図であり、実施の形態５および実施の形態３と同一部分に同一符号を示す。本実施の形態６は、実施の形態５における位相遅れ補償部１１０を実施の形態３における位相遅れ補償部３１０に置き換えたものである。

制御ユニット８は補償演算部９と電流制御部１０から構成され、操舵トルク検出器３で検出した操舵トルクτｓと車速検出器７で検出した車速を補償演算部９に入力する。補償演算部９は以下で述べる演算を行った結果として電流指令Ｉｒを出力する。電流制御部１０は補償演算部９で演算した電流指令Ｉｒにモータ４の電流Ｉｍが一致するように制御を行う。

次に補償演算部９の演算動作について説明する。補償演算部９は操舵トルクτｓを位相遅れ補償部３１０に入力する。位相遅れ補償部３１０は実施の形態３における位相遅れ補償部３１０と全く同様な演算を行う。すなわち、（式３８）で表される伝達関数Ｌｇ３（ｓ）においてＫｌ３をＫｐ３より大きく設定することにより、位相遅れ補償を定数倍した特性の演算を行う。

次に、補償演算部９は位相遅れ補償部３１０の出力を位相進み補償部２０７に入力し、位相進み補償部２０７は実施の形態５と同様に位相進み補償フィルタの特性を持つ演算を行って電流指令Ｉｒを出力する。

本実施の形態６は上記のように動作するので、実施の形態５と比較すると、実施の形態４の位相遅れ補償部４１０が周波数分離フィルタ４１１の演算の後で低域増幅部４０３および比例補償部４０４の演算を行っていたのに対し、本実施の形態６では実施の形態５における周波数分離フィルタ４１１の代わりに周波数結合フィルタ３１１を用い、低域増幅部３０３および比例補償部３０４の後で周波数結合フィルタの演算を行うという、非線形な演算と線形なフィルタの計算順序が異なるだけの構成である。実施の形態５による構成の場合、周波数分離フィルタ４１１における低域フィルタ４０２の演算の後に低域増幅部４０３が作用するため、実施の形態１にて説明したように、操舵トルクτｓが急峻に変化した場合など、低域増幅部４０３におけるアシスト曲線が不感帯に近い特性を持つ場合に反応が遅くなるという短所があるが、本実施の形態６においては、そのような反応の遅れが無いという特徴がある。

このように、本実施の形態６によれば、実施の形態５と同様に、実施の形態１に比べると補償演算部９の伝達関数Ｃ（ｓ）の特性の実現可能な範囲に制約があり、性能にも多少の制約を生じるとともに、高周波数領域の特性の設定が実施の形態１に比べると複雑さを増しているものの、低周波数領域の特性を高周波数領域と独立に設定でき、体系的かつ簡単な設計で、なおかつ少ない演算量で、操舵感と安定性との要求を満たす電動パワーステアリング制御装置の所望の特性を実現できる。

以上のように、本発明にかかる電動パワーステアリング制御装置は、モータにより操舵力の補助を行う電動パワーステアリング制御装置に適用して好適である。

実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置の構成を示す図である。 実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置の動特性を表すブロック図である。 実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの周波数応答を表す図である。 実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を用いた開ループ伝達関数の周波数応答を表す図である。 実施の形態１による電動パワーステアリング制御装置を用いた操舵感度の周波数応答ゲインを表す図である。 実施の形態２による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施の形態３による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施の形態４による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施の形態５による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。 実施の形態６による電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリング軸
３ 操舵トルク検出器
４ モータ
５ 減速機構
６ 操舵輪
７ 車速検出器
８ 制御ユニット
９ 補償演算部
１０ 電流制御部
１１ 角度差分器
１２ 弾性定数部
１３ トルク定数部
１４ トルク加算器
１５ 操舵機構慣性部
１６ 制御対象
１０１ 低域補償部
１０２ 低域フィルタ
１０３ 低域増幅部
１０４ 比例補償部
１０５ 高域補償部
１０６ 加算器
１０７ ノイズフィルタ
１１０ 位相遅れ補償部
１１６ 加算器
２０７ 位相進み補償部
３０２ 低域フィルタ
３０３ 低域増幅部
３０４ 比例補償部
３１０ 位相遅れ補償部
３１１ 周波数結合フィルタ
４０２ 低域フィルタ
４０３ 低域増幅部
４０４ 比例補償部
４０７ 位相進み補償部
４１０ 位相遅れ補償部
４１１ 周波数分離フィルタ

Claims (8)

1. 運転者が加えた操舵トルクに対してモータによる補助を行う電動パワーステアリング制御装置において、
   前記操舵トルクを操舵トルク信号として検出する操舵トルク検出器と、
   前記操舵トルク信号に対して第１のゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させた信号と前記操舵トルク信号に対して少なくとも第２のゲインによる増幅を作用させた信号とに基づいて、前記操舵トルク信号に対して位相遅れ補償を定数倍した周波数応答特性を有する演算を行う位相遅れ補償部と、
   前記位相遅れ補償部の出力に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う電流制御部と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
2. 前記位相遅れ補償部は、前記第１のゲインを少なくとも前記操舵トルク信号を用いて定める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制御装置。
3. 前記位相遅れ補償部は、
   前記操舵トルク信号に対して前記第１のゲインによる増幅とローパスフィルタとを作用させた信号を生成する低域補償部と、
   前記操舵トルク信号に対して前記第２のゲインによる増幅を行う比例補償部と、
   前記低域補償部の出力と前記比例補償部の出力との加算する加算器と、
   を備え、
   前記電流制御部は、前記加算器の出力に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う、
   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制御装置。
4. 前記低域補償部は、
   前記操舵トルク信号を前記第１のゲインにより増幅する低域増幅部と、
   前記低域増幅部の出力に対してローパスフィルタの演算を行う低域フィルタと、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング制御装置。
5. 前記位相遅れ補償部は、
   前記操舵トルク信号に対して前記第１のゲインにより増幅する低域増幅部と、
   前記操舵トルク信号を前記第２のゲインで増幅する比例補償部と、
   前記低域増幅部の出力の低周波数成分と前記比例補償部の出力の高周波数成分とを加算した信号を生成する周波数結合フィルタと、
   を備え、
   前記電流制御部は、前記周波数結合フィルタが生成した信号に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う、
   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制御装置。
6. 前記位相遅れ補償部は、
   前記操舵トルク信号の低周波数成分と高周波数成分を分離する周波数分離フィルタと、
   前記操舵トルク信号の低周波数成分を前記第１のゲインによる増幅する低域増幅部と、
   前記操舵トルク信号の高周波数成分を前記第２のゲインで増幅する比例補償部と、
   前記低域増幅部の出力と前記比例補償部の出力とを加算する加算器と、
   を備え、
   前記電流制御部は、前記加算器の出力に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う、
   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制御装置。
7. 前記操舵トルク信号に対して第３のゲインによる増幅と微分または擬似微分とを作用させる高域補償部をさらに備え、
   前記電流制御部は、前記位相遅れ補償部の出力と前記高域補償部の出力とを加算した信号に基づく電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う、
   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制御装置。
8. 前記位相遅れ補償部の出力に対して位相進み補償フィルタの特性を有する演算を行い、該演算結果を電流指令として出力する位相進み補償部をさらに備え、
   前記電流制御部は、前記位相進み補償部が出力した前記電流指令に前記モータの電流が一致するよう前記モータの制御を行う、
   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制御装置。

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