JP2010195342A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの安定性に影響を与えることなく実電流の応答性を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】電動モータ１１０へ実際に供給される実電流を検出するモータ電流検出部３３と、電動モータ１１０への目標電流を設定する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が設定した目標電流とモータ電流検出部３３が検出した実電流との電流偏差に対して比例ゲインを乗算する比例動作を行うと共に補正係数αを乗算することにより比例動作の効果を高める比例制御部４２と、電流偏差の積分値に対して積分ゲインを乗算する積分制御部４３と、モータ電流検出部３３が検出した実電流に対して補正係数αから１を減算した値に比例ゲインを乗算した値を乗算する乗算部５０と、比例制御部４２、積分制御部４３、乗算部５０からの出力値を加算して電動モータ１１０への指令値を出力する加算部４４とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。
この電動パワーステアリング装置は、制御装置にて制御される。制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、先ず、操舵トルクや車速などに応じて電動モータに供給する目標電流を設定する。そして、設定した目標電流と実際に電動モータに流れる実電流とを一致させるべく、目標電流と実電流との偏差がゼロになるように、フィードバック制御を行う。

例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置においては、目標電流と実電流との電流偏差に対して比例ゲインＫｐを乗算する比例動作と、電流偏差を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインＫｉを乗算する積分動作とを行う。

特開２００１−３１５６５７号公報

ここで、目標電流と実電流との電流偏差に基づいてフィードバック制御を行うシステムの特性は、目標電流に対する実電流の伝達関数の特性で定まる。例えば、伝達関数の分母でシステムの安定性が定まり、伝達関数の分子で実電流の応答性が定まる。そして、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとを用いてフィードバック制御を行うシステムにおいては、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとをどのように変化させても、伝達関数の分母又は分子のいずれか一方のみを変化させることはできない。言い換えれば、システムの安定性と実電流の応答性とを独立して設定することができない。
そこで、本発明は、システムの安定性に影響を与えることなく実電流の応答性を向上させることを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段が設定した目標電流と前記電流検出手段が検出した実電流との電流偏差に応じた値に対して比例ゲインを乗算する比例動作を行う比例制御手段と、前記電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインを乗算する積分動作を行う積分制御手段と、前記比例制御手段からの出力値と前記積分制御手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する加算手段と、を備え、前記比例制御手段および前記積分制御手段の少なくともいずれかは、補正係数を乗算することにより前記比例動作又は前記積分動作の効果を高める補正手段を有し、前記目標電流設定手段が設定した目標電流を入力、前記電動モータへ実際に供給される実電流を出力とした場合の伝達関数の分母が前記補正係数の値に関わらず等しくなるように調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記比例制御手段は、前記補正係数を乗算することにより前記比例動作の効果を高める補正手段を有し、前記調整手段は、前記電流検出手段が検出した実電流に対して前記補正係数に依存する係数を乗算してその結果を出力し、前記加算手段は、前記調整手段からの出力をも加算して前記電動モータへの指令値を出力することが好適である。
そして、前記補正係数に依存する係数は、前記補正係数から１を減算した値に前記比例ゲインを乗算した値であることが好適である。

また、前記積分制御手段は、前記補正係数を乗算することにより前記積分動作の効果を高める補正手段を有し、前記調整手段は、前記電流検出手段が検出した実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して前記補正係数に依存する係数を乗算してその結果を出力し、前記加算手段は、前記調整手段からの出力をも加算して前記電動モータへの指令値を出力することが好適である。
そして、前記補正係数に依存する係数は、前記補正係数から１を減算した値に前記積分ゲインを乗算した値であることが好適である。
また、前記補正係数は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクの変化量のいずれかに応じて変化することが好適である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段が設定した目標電流と前記電流検出手段が検出した実電流との電流偏差に応じた値に対して比例ゲインを乗算する比例動作を行うと共に補正係数を乗算することにより当該比例動作の効果を高める第１の比例制御手段と、当該電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインを乗算する積分動作を行う第１の積分制御手段と、前記電流検出手段が検出した実電流に対して当該補正係数に依存する係数を乗算する第１の乗算手段とを有し、当該第１の比例制御手段からの出力値と当該第１の積分制御手段からの出力値と当該第１の乗算手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する第１のモータ駆動制御手段と、前記電流偏差に応じた値に対して前記比例ゲインを乗算する比例動作を行う第２の比例制御手段と、当該電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して前記積分ゲインを乗算する積分動作を行うと共に補正係数を乗算することにより当該積分動作の効果を高める第２の積分制御手段と、前記電流検出手段が検出した実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して当該補正係数に依存する係数を乗算する第２の乗算手段とを有し、当該第２の比例制御手段からの出力値と当該第２の積分制御手段からの出力値と当該第２の乗算手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する第２のモータ駆動制御手段と、前記第１のモータ駆動制御手段又は前記第２のモータ駆動制御手段にて前記電動モータへの指令値を出力するかを切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記切替手段は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクのいずれかに応じて切り替えることが好適である。

本発明によれば、システムの安定性に影響を与えることなく実電流の応答性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成図である。 目標電流算出部の概略構成図である。 制御部の概略構成図である。 補正係数αと車速との関係を示す図である。 制御部の簡易的なブロック線図である。 実施形態のシステムと比較するシステムの簡易的なブロック線図である。 補正係数αとステアリングホイールのトルク変化量との関係を示す図である。 第２の実施形態に係る制御部の概略構成図である。 第２の実施形態に係る制御部の簡易的なブロック線図である。 第３の実施形態に係る制御部の概略構成図である。 第４の実施形態に係る制御部の概略構成図である。 第４の実施形態に係る制御部の簡易的なブロック線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。ステアリングシャフト１０２と上部連結シャフト１０３とが自在継手１０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト１０３と下部連結シャフト１０８とが自在継手１０３ｂを介して連結されている。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバー（不図示）を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段の一例としてのトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。
また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出する電流検出手段の一例としてのモータ電流検出部３３（図４参照）と、電動モータ１１０の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部１６０を有している。

そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ１７０の出力値、モータ電流検出部３３の出力値、モータ電圧検出部１６０の出力値が入力される。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
図２は、電動パワーステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖとが入力される。

また、制御装置１０には、モータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍと、モータ電圧検出部１６０にて検出された電圧が出力信号に変換されたモータ端子間電圧信号Ｖｍとが入力される。
なお、制御装置１０は、トルクセンサ１０９などからの検出信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵに取り込んでいる。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２とを備えている。また、目標電流算出部２０は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、モータ電流信号Ｉｍおよびモータ端子間電圧信号Ｖｍに基づいて電動モータ１１０の回転速度を算出するモータ回転速度算出部２４とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部２５を備えている。

ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｓを出力する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。

最終目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｓ、イナーシャ補償電流算出部２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて最終的な目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。最終目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。
このように、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９が検出した操舵トルクに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流を設定する目標電流設定手段の一例として機能する。

次に、制御部３０について詳述する。図４は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部３３とを有している。

モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流と、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０を有している。また、モータ駆動制御部３１は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流に対して係数を乗算する乗算部５０を有している。フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０および乗算部５０については後で詳述する。

さらに、モータ駆動制御部３１は、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０を有している。ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａをモータ駆動部３２に出力する。

モータ駆動部３２は、４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路７０と、４個の中から選択した２個の電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部８０とを有している。ゲート駆動回路部８０は、ＰＷＭ信号生成部６０から出力された駆動制御信号（ＰＷＭ信号）６０ａに基づいて、ステアリングホイール１０１の操舵方向に応じて２個の電界効果トランジスタを選択し、選択した２個の電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。

モータ電流検出部３３は、モータ駆動回路７０に直列に接続されたシャント抵抗７１の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値を検出してモータ電流信号Ｉｍを出力する。

次に、フィードバック制御部４０と乗算部５０について説明する。
フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１を有している。また、フィードバック制御部４０は、偏差演算部４１が算出した電流偏差に対して比例動作を行う比例制御部４２と、偏差演算部４１が算出した電流偏差に対して積分動作を行う積分制御部４３と、比例制御部４２からの出力値と積分制御部４３からの出力値とを加算する加算部４４とを有している。

偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差の値を出力する。
比例制御部４２は、比例制御手段の一例として機能し、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差に対して比例ゲインＫｐを乗算する比例動作要素４２１を有している。また、比例制御部４２は、比例動作要素４２１からの出力値に対して補正係数αを乗算する補正手段の一例としての補正部４２２と、補正部４２２にて処理を行う際に用いる補正係数αを設定する補正係数設定部４２３とを有する。

補正係数設定部４２３は、例えば、車速信号ｖに基づいて補正係数αを算出する。図５は、補正係数αと車速との関係を示す図である。予め経験則に基づいて車速に応じた最適な補正係数αを図５に示すように導き出しておく。そして、補正係数設定部４２３は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速信号ｖと補正係数αとの対応を示すマップ、あるいは車速信号ｖと補正係数αとの関係式に、車速信号ｖを代入することにより補正係数αを算出し、設定する。なお、図５に示すように、補正係数αは、車速がゼロのときには１．２であり、車速が大きくなるにつれて１まで減少し、車速がある速度以上である場合には１であることが好適である。
補正係数設定部４２３が補正係数αを１以上の値に設定することにより、補正部４２２は、比例動作要素４２１からの出力値に対して補正係数αを乗算することにより比例動作要素４２１にて行われる比例動作の効果を高める。

積分制御部４３は、積分制御手段の一例として機能し、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインＫｉを乗算する積分動作を行う積分動作要素４３１からなる。
加算部４４は、比例制御部４２からの出力値と、積分制御部４３からの出力値と、乗算部５０からの出力値とを加算し、その結果を出力する加算手段の一例として機能する。加算部４４からの出力値は、電動モータ１１０への指令値の基となり、ＰＷＭ信号生成部６０は加算部４４からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａをモータ駆動部３２に出力する。

乗算部５０は、補正係数設定部４２３が設定した補正係数αに基づいて比例係数βを算出し、モータ電流検出部３３にて検出された実電流に比例ゲインＫｐとこの比例係数βを乗算し、その結果を出力する。比例係数βは、補正係数αに依存する係数であり、補正係数αから１を減算した値、つまりα−１である。ゆえに、乗算部５０は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流に「Ｋｐ×（α−１）」を乗算し、その結果を出力する。

乗算部５０は、目標電流算出部２０が設定した目標電流を入力、電動モータ１１０へ実際に供給される実電流を出力とした場合の伝達関数の分母が補正係数αの値に関わらず等しくなるように調整する調整手段として機能する。かかる点は以下に示す式（１）により証明される。

図６は、制御部３０の簡易的なブロック線図である。図６に示すように、目標電流算出部２０（図４参照）からの出力値ＩＴのラプラス変換をＩＴ（ｓ）、モータ電流検出部３３の出力値Ｉｍのラプラス変換をＩｍ（ｓ）とし、ＰＷＭ信号生成部６０、モータ駆動部３２および電動モータ１１０の伝達関数を簡易的にＰ（ｓ）とする。
ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（１）で表される。

式（１）に示されるように、伝達関数Ｈ（ｓ）の分母は、補正係数αの影響を受けない。

図７は、実施形態のシステムと比較するシステムの簡易的なブロック線図である。本実施形態のシステムと比較するシステムとして、本実施形態に係るモータ駆動制御部３１から補正部４２２と乗算部５０とを排除したシステムを例示する。図７は、その比較システムのブロック線図である。図６と同様に、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴのラプラス変換をＩＴ（ｓ）、モータ電流検出部３３の出力値Ｉｍのラプラス変換をＩｍ（ｓ）とし、ＰＷＭ信号生成部６０、モータ駆動部３２および電動モータ１１０の伝達関数を簡易的にＰ（ｓ）とする。
かかる場合の、ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数Ｇ（ｓ）は、式（２）で表される。

入力をＩＴ（ｓ）、出力をＩｍ（ｓ）とした伝達関数の分子は、目標電流に対する実電流の応答性を示すことから、式（１），（２）により、本実施形態に係るモータ駆動制御部３１は、比較システムよりも、補正部４２２にて比例動作要素４２１による比例動作の効果を高めている分、応答性が向上する。
また、伝達関数の分母は、システムの安定性を示すが、式（１），（２）により、Ｈ（ｓ）とＧ（ｓ）の分母は同一であることから、本実施形態に係るモータ駆動制御部３１は、αの値に関わらず比較システムと同じ安定性を確保している。

それゆえ、本実施形態にモータ駆動制御部３１のように、比例制御部４２の一部に、比例動作要素４２１にて行われる比例動作の効果を高める補正部４２２を設けるとともに、加算部４４は、比例制御部４２および積分制御部４３からの出力値に加えてＩｍに比例ゲインＫｐと比例係数β（＝α−１）を乗算した値をも加算することにより、システムの安定性に影響を与えることなく、応答性を向上させることができる。これにより、電動パワーステアリング装置１００の安定性に影響を及ぼすことなくステアリングフィールを向上させることができる。また、補正係数αを、例えば車速に応じて変更することでよりきめ細かい制御を行うことができる。

そして、既存のシステムが比較システムである場合には、本実施形態に係るモータ駆動制御部３１のように改良することで、既存のシステムと同じ方法で比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉを設定してシステムの安定性を確保した後に、補正係数αを調整することで目標電流に対する実電流の応答性を改善することができる。

なお、補正係数設定部４２３は、操舵トルクに基づいて補正係数αを算出してもよい。図８は、補正係数αとステアリングホイール１０１のトルク変化量との関係を示す図である。例えば、予め経験則に基づいてステアリングホイール１０１のトルク変化量に応じた最適な補正係数αを図８に示すように導き出しておく。そして、補正係数設定部４２３は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、ステアリングホイール１０１のトルク変化量と補正係数αとの対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄから導き出したトルク変化量を代入することにより補正係数αを算出する。あるいは、予め作成したトルク変化量と補正係数αとの関係式にトルク変化量を代入することにより補正係数αを算出してもよい。

また、補正係数設定部４２３は、車速および操舵トルクに基づいて補正係数αを算出することも好適である。例えば、予め経験則に基づいて車速信号ｖおよびステアリングホイール１０１のトルク変化量と最適な補正係数αとの関係を導き出しておく。そしてこれらの対応関係を示すマップを予め作成しＲＯＭに記憶しておき、補正係数設定部４２３は、このマップに、車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することにより補正係数αを算出する。あるいは、予め作成した車速信号ｖおよびトルク変化量と補正係数αとの関係式に車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することにより補正係数αを算出してもよい。
そして、このように、補正係数αを、車速および／またはトルク信号Ｔｄに基づいて変更することでよりきめ細かい制御を行うことができる。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態に係る制御部２００の概略構成図である。
以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第２の実施形態に係る制御部２００のモータ駆動制御部２１０のフィードバック制御部２１１は、第１の実施形態に係る制御部３０と同様に、比例制御部２２０と積分制御部２３０とを有している。そして、比例制御部２２０および積分制御部２３０が以下のように構成されている点に特徴がある。すなわち、第２の実施形態に係る比例制御部２２０は、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差に対して比例ゲインＫｐを乗算する比例動作要素２２１からなる。積分制御部２３０は、ＩＴとＩｍとの偏差を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインＫｉを乗算する積分動作を行う積分動作要素２３１と、積分動作要素２３１からの出力値に対して補正係数γを乗算する補正手段の一例としての補正部２３２と、補正部２３２にて処理を行う際に用いる補正係数γを設定する補正係数設定部２３３とを有する。
また、第２の実施形態に係る制御部２００のモータ駆動制御部２１０は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して係数を乗算する乗算部２５０を有している点に特徴がある。

補正係数設定部２３３は、例えば、車速に基づいて補正係数γを算出する。例えば、予め経験則に基づいて車速に応じた最適な補正係数γを図５に示すように導き出しておく。そして、補正係数設定部２３３は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速信号ｖと補正係数γとの対応を示すマップ、あるいは車速信号ｖと補正係数γとの関係式に、車速信号ｖを代入することにより補正係数γを算出し、設定する。なお、図５に示すように、補正係数γは、車速がゼロのときには１．２であり、車速が大きくなるにつれて１まで減少し、車速がある速度以上である場合には１であることが好適である。
補正係数設定部２３３が補正係数γを１以上の値に設定することにより、補正部２３２は、積分動作要素２３１からの出力値に対して補正係数γを乗算することにより積分動作要素２３１にて行われる積分動作の効果を高める。

乗算部２５０は、補正係数設定部２３３が設定した補正係数γに基づいて比例係数δを算出し、モータ電流検出部３３にて検出された実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインＫｉとこの比例係数δを乗算し、その結果を出力する。比例係数δは、補正係数γに依存する係数であり、補正係数γから１を減算した値、つまりγ−１である。ゆえに、乗算部２５０は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流の値を積分することにより得られる積分値に「Ｋｉ×（γ−１）」を乗算し、その結果を出力する。

加算部２４０は、比例制御部２２０からの出力値と、積分制御部２３０からの出力値と、乗算部２５０からの出力値とを加算し、その結果を出力する加算手段の一例として機能する。加算部２４０からの出力値は、電動モータ１１０への指令値の基となり、ＰＷＭ信号生成部６０は加算部２４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａを出力する。

以上のように構成された第２の実施形態に係るモータ駆動制御部２１０において、乗算部２５０は、目標電流算出部２０が設定した目標電流を入力、電動モータ１１０へ実際に供給される実電流を出力とした場合の伝達関数の分母が補正係数γの値に関わらず等しくなるように調整する調整手段として機能する。かかる点は以下に示す式（３）により証明される。

図１０は、第２の実施形態に係る制御部２００の簡易的なブロック線図である。図１０では、図６と同様に、目標電流算出部２０（図４参照）からの出力値ＩＴのラプラス変換をＩＴ（ｓ）、モータ電流検出部３３の出力値Ｉｍのラプラス変換をＩｍ（ｓ）とし、ＰＷＭ信号生成部６０、モータ駆動部３２および電動モータ１１０の伝達関数を簡易的にＰ（ｓ）とする。
かかる場合の、ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数Ｆ（ｓ）は、式（３）で表される。

式（３）に示されるように、伝達関数Ｆ（ｓ）の分母は、補正係数γの影響を受けない。

入力をＩＴ（ｓ）、出力をＩｍ（ｓ）とした伝達関数の分子は、目標電流に対する実電流の応答性を示すことから、式（２），（３）により、本実施形態に係るモータ駆動制御部２１０は、比較システムよりも、補正部２３２にて積分動作要素２３１による積分動作の効果を高めている分、応答性が向上する。
また、伝達関数の分母は、システムの安定性を示すが、式（２），（３）により、Ｆ（ｓ）とＧ（ｓ）の分母は同一であることから、本実施形態に係るモータ駆動制御部２１０は、γの値に関わらず比較システムと同じ安定性を確保している。

それゆえ、本実施形態にモータ駆動制御部２１０のように、積分制御部２３０の一部に、積分動作要素２３１にて行われる積分動作の効果を高める補正部２３２を設けるとともに、加算部２４０は、比例制御部２２０および積分制御部２３０からの出力値に加えてＩｍを積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインＫｉと比例係数δ（＝γ−１）を乗算した値をも加算することにより、システムの安定性に影響を与えることなく、応答性を向上させることができる。これにより、電動パワーステアリング装置１００の安定性に影響を及ぼすことなくステアリングフィールを向上させることができる。また、補正係数γを、例えば車速に応じて変更することでよりきめ細かい制御を行うことができる。

そして、既存のシステムが比較システムである場合には、本実施形態に係るモータ駆動制御部２１０のように改良することで、既存のシステムと同じ方法で比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉを設定してシステムの安定性を確保した後に、補正係数γを調整することで目標電流に対する実電流の応答性を改善することができる。

なお、補正係数設定部２３３は、操舵トルクに基づいて補正係数γを算出してもよいことは第１の実施形態の項で述べた通りである。また、補正係数設定部２３３は、車速および操舵トルクに基づいて補正係数γを算出してもよいことも第１の実施形態の項で述べた通りである。
このように、補正係数γを、車速および／または操舵トルクに基づいて変更することでよりきめ細かい制御を行うことができる。

＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態に係る制御部３００の概略構成図である。
以下では、第１又は第２の実施形態との差異点について述べ、同じ構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第３の実施形態に係る制御部３００は、第１のモータ駆動制御部３１１と、第２のモータ駆動制御部３１２と、状況に応じて、目標電流算出部２０（図４参照）からの出力値ＩＴを第１のモータ駆動制御部３１１又は第２のモータ駆動制御部３１２のいずれのモータ駆動制御部にてＰＷＭ信号生成部６０への指令値を出力するかを切り替える切替部３１０とを有する点に特徴がある。

そして、図１１に示すように、第１のモータ駆動制御部３１１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御部３１と同じ構成・機能を有し、第２のモータ駆動制御部３１２は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御部２１０と同じ構成・機能を有する。
そして、切替部３１０は、状況に応じて、第１のモータ駆動制御部３１１又は第２のモータ駆動制御部３１２のいずれか一方を選択する。

ここで、切替部３１０が第１のモータ駆動制御部３１１を選択した場合の、ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数は、式（１）で表されるＨ（ｓ）となり、切替部３１０が第２のモータ駆動制御部３１２を選択した場合の、ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数は、式（３）で表されるＦ（ｓ）となる。

Ｈ（ｓ）とＦ（ｓ）の特性により、切替部３１０が第１のモータ駆動制御部３１１を選択した場合には、第２のモータ駆動制御部３１２を選択した場合に比べてより速く実電流が目標電流に到達する。一方、切替部３１０が第２のモータ駆動制御部３１２を選択した場合には、第１のモータ駆動制御部３１１を選択した場合に比べてより速く実電流が目標電流に収束する。

そこで、切替部３１０は、車速が小さい場合には実電流を目標電流により速く到達させ、車速が大きい場合には車速に応じた振動を抑制するべく実電流を目標電流により速く収束させるように、車速に応じてモータ駆動制御部を切り替えることが好適である。すなわち、切替部３１０は、車速センサ１７０にて検出された車速が閾値以下である場合には第１のモータ駆動制御部３１１を選択し、閾値より大きい場合には第２のモータ駆動制御部３１２を選択するように切り替えることが好適である。
これにより、よりきめ細かく電動モータ１１０を制御することができ、電動パワーステアリング装置１００の安定性に影響を及ぼすことなくステアリングフィールをより向上させることができる。

また、切替部３１０は、トルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクをも加味して切り替えることが好適である。例えば、予め経験則に基づいて車速および操舵トルクと最適なモータ駆動制御部との関係を導き出しておく。そしてこれらの対応関係を示すマップを予め作成しＲＯＭに記憶しておき、切替部３１０は、このマップに、車速信号ｖおよびトルク信号Ｔｄを代入することによりいずれかのモータ駆動制御部を選択する。これにより、よりきめ細かく電動モータ１１０を制御することができる。

＜第４の実施形態＞
図１２は、第４の実施形態に係る制御部４００の概略構成図である。
以下では、第１の実施形態との差異点について述べ、同じ構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第４の実施形態に係る制御部４００のモータ駆動制御部４１０のフィードバック制御部４４０は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御部３１の比例制御部４２と、第２の実施形態に係るモータ駆動制御部２１０の積分制御部２３０とを有している。

また、モータ駆動制御部４１０は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流に対して係数を乗算する第１の乗算部４５１と、モータ電流検出部３３にて検出された実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して係数を乗算する第２の乗算部４５２とを有している。
第１の乗算部４５１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御部３１の乗算部５０と同じく、モータ電流検出部３３にて検出された実電流に「Ｋｐ×（α−１）」を乗算し、その結果を出力する。また、第２の乗算部４５２は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御部２１０の乗算部２５０と同じく、モータ電流検出部３３にて検出された実電流の値を積分することにより得られる積分値に「Ｋｉ×（γ−１）」を乗算し、その結果を出力する。

また、モータ駆動制御部４１０は、比例制御部４２からの出力値と、積分制御部２３０からの出力値と、第１の乗算部４５１からの出力値と、第２の乗算部４５２からの出力値とを加算し、その結果を出力する加算手段の一例としての加算部４４１を有している。加算部４４１からの出力値は、電動モータ１１０への指令値の基となり、ＰＷＭ信号生成部６０は加算部４４１からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａをモータ駆動部３２に出力する。

以上のように構成された第４の実施形態に係るモータ駆動制御部４１０において、第１の乗算部４５１および第２の乗算部４５２は、目標電流算出部２０が設定した目標電流を入力、電動モータ１１０へ実際に供給される実電流を出力とした場合の伝達関数の分母が補正係数αおよびγの値に関わらず等しくなるように調整する調整手段として機能する。かかる点は以下に示す式（４）により証明される。

図１３は、第４の実施形態に係る制御部４００の簡易的なブロック線図である。図１３では、図６と同様に、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴのラプラス変換をＩＴ（ｓ）、モータ電流検出部３３の出力値Ｉｍのラプラス変換をＩｍ（ｓ）とし、ＰＷＭ信号生成部６０、モータ駆動部３２および電動モータ１１０の伝達関数を簡易的にＰ（ｓ）とする。
かかる場合の、ＩＴ（ｓ）からＩｍ（ｓ）までの伝達関数Ｄ（ｓ）は、式（４）で表される。

式（４）に示されるように、伝達関数Ｄ（ｓ）の分母は、補正係数αおよびγの影響を受けない。

入力をＩＴ（ｓ）、出力をＩｍ（ｓ）とした伝達関数の分子は、目標電流に対する実電流の応答性を示すことから、式（２），（４）により、本実施形態に係るモータ駆動制御部４１０は、比較システムよりも、補正部４２２にて比例動作要素４２１による比例動作の効果を高めるとともに補正部２３２にて積分動作要素２３１による積分動作の効果を高めている分、応答性が向上する。
また、伝達関数の分母は、システムの安定性を示すが、式（２），（４）により、Ｄ（ｓ）とＧ（ｓ）の分母は同一であることから、本実施形態に係るモータ駆動制御部４１０は、補正係数αおよびγの値に関わらず比較システムと同じ安定性を確保している。

それゆえ、本実施形態にモータ駆動制御部４１０のように、比例制御部４２の一部に比例動作要素４２１にて行われる比例動作の効果を高める補正部４２２を設け、積分制御部２３０の一部に積分動作要素２３１にて行われる積分動作の効果を高める補正部２３２を設けるとともに、加算部４４１は、比例制御部４２および積分制御部２３０からの出力値に加えてＩｍに「Ｋｐ×（α−１）」を乗算した値およびＩｍを積分することにより得られる積分値に対して「Ｋｉ×（γ−１）」を乗算した値をも加算することにより、システムの安定性に影響を与えることなく、応答性を向上させることができる。これにより、電動パワーステアリング装置１００の安定性に影響を及ぼすことなくステアリングフィールを向上させることができる。また、補正係数αおよび／またはγを、車速および／または操舵トルクに応じて変更することでよりきめ細かい制御を行うことができる。

そして、既存のシステムが比較システムである場合には、本実施形態に係るモータ駆動制御部４１０のように改良することで、既存のシステムと同じ方法で比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉを設定してシステムの安定性を確保した後に、補正係数αおよびγを調整することで目標電流に対する実電流の応答性を改善することができる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、３０，２００，３００，４００…制御部、３１，２１０，４１０…モータ駆動制御部、３３…モータ電流検出部、４０，２１１，４４０…フィードバック制御部、４１…偏差演算部、４２，２２０…比例制御部、４３，２３０…積分制御部、４４，２４０，４４１…加算部、５０，２５０…乗算部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール、１０２…ステアリングシャフト、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、１６０…モータ電圧検出部、１７０…車速センサ、２２１，４２１…比例動作要素、２３１，４３１…積分動作要素、２３２，４２２…補正部、２３３，４２３…補正係数設定部、３１１…第１のモータ駆動制御部、３１２…第２のモータ駆動制御部、４５１…第１の乗算部、４５２…第２の乗算部

Claims (8)

1. ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
   前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、
   前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段が設定した目標電流と前記電流検出手段が検出した実電流との電流偏差に応じた値に対して比例ゲインを乗算する比例動作を行う比例制御手段と、
   前記電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインを乗算する積分動作を行う積分制御手段と、
   前記比例制御手段からの出力値と前記積分制御手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する加算手段と、
   を備え、
   前記比例制御手段および前記積分制御手段の少なくともいずれかは、補正係数を乗算することにより前記比例動作又は前記積分動作の効果を高める補正手段を有し、
   前記目標電流設定手段が設定した目標電流を入力、前記電動モータへ実際に供給される実電流を出力とした場合の伝達関数の分母が前記補正係数の値に関わらず等しくなるように調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記比例制御手段は、前記補正係数を乗算することにより前記比例動作の効果を高める補正手段を有し、
   前記調整手段は、前記電流検出手段が検出した実電流に対して前記補正係数に依存する係数を乗算してその結果を出力し、
   前記加算手段は、前記調整手段からの出力をも加算して前記電動モータへの指令値を出力す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装置。
3. 前記補正係数に依存する係数は、前記補正係数から１を減算した値に前記比例ゲインを乗算した値であることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記積分制御手段は、前記補正係数を乗算することにより前記積分動作の効果を高める補正手段を有し、
   前記調整手段は、前記電流検出手段が検出した実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して前記補正係数に依存する係数を乗算してその結果を出力し、
   前記加算手段は、前記調整手段からの出力をも加算して前記電動モータへの指令値を出力す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装置。
5. 前記補正係数に依存する係数は、前記補正係数から１を減算した値に前記積分ゲインを乗算した値であることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記補正係数は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクの変化量のいずれかに応じて変化することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
   前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、
   前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、
   前記目標電流設定手段が設定した目標電流と前記電流検出手段が検出した実電流との電流偏差に応じた値に対して比例ゲインを乗算する比例動作を行うと共に補正係数を乗算することにより当該比例動作の効果を高める第１の比例制御手段と、当該電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して積分ゲインを乗算する積分動作を行う第１の積分制御手段と、前記電流検出手段が検出した実電流に対して当該補正係数に依存する係数を乗算する第１の乗算手段とを有し、当該第１の比例制御手段からの出力値と当該第１の積分制御手段からの出力値と当該第１の乗算手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する第１のモータ駆動制御手段と、
   前記電流偏差に応じた値に対して前記比例ゲインを乗算する比例動作を行う第２の比例制御手段と、当該電流偏差に応じた値を積分することにより得られる積分値に対して前記積分ゲインを乗算する積分動作を行うと共に補正係数を乗算することにより当該積分動作の効果を高める第２の積分制御手段と、前記電流検出手段が検出した実電流の値を積分することにより得られる積分値に対して当該補正係数に依存する係数を乗算する第２の乗算手段とを有し、当該第２の比例制御手段からの出力値と当該第２の積分制御手段からの出力値と当該第２の乗算手段からの出力値とを加算して前記電動モータへの指令値を出力する第２のモータ駆動制御手段と、
   前記第１のモータ駆動制御手段又は前記第２のモータ駆動制御手段にて前記電動モータへの指令値を出力するかを切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 前記切替手段は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクのいずれかに応じて切り替えることを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。

Images