JP2010264913A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバがハンドルを切る際にはその操作感を損なわないようにしつつ、ハンドル戻し時には急な戻り感を低減して車両の収斂性を向上させることが可能な電動パワーステアリング制御装置を提供する。
【解決手段】路面反力に対するモータ速度の特性は、ダンピング制御なし（即ち基本アシスト量のみ）の従来の制御法でモータを駆動する場合に比べて、従来のダンピング制御ありの場合の特性とほぼ同様に、所定の周波数帯域においてモータ速度が抑制される。一方、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性については、ダンピング制御なし（即ち基本アシスト量のみ）の従来の制御法の特性からほとんど変化がない。このように異なる２つの特性（仕様）を共に満たす制御装置を構成することで、ドライバのハンドル操作を妨げることなく車両の収斂性を向上させることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のハンドル操作（操舵）をモータにてアシストする電動パワーステアリングシステムにおいて、このシステムを制御する電動パワーステアリング制御装置に関する。

車両のハンドル操作（操舵）をモータにてアシストする電動パワーステアリングシステムにおいては、ドライバのハンドル操作に応じて適切なアシスト操舵力をモータに発生させるべく、電動パワーステアリング制御装置（ＥＰＳＥＣＵ；Electric Power Steering Electronic Control Unit ）が、ドライバ操作によりハンドルに加えられるトルク（以下「ハンドルトルク」と称す）等により生じる操舵トルクや車両速度などの各種入力信号に基づいてアシスト操舵力を演算し、その演算結果に基づいてモータを駆動させる。

即ち、ＥＰＳＥＣＵは、一般的には、操舵トルクが大きくなるほどモータによるアシスト操舵力も大きくなるようにモータを駆動させることを制御の基本としている。このような基本的制御により、ドライバがハンドルを切る時には、その時の操舵トルクに応じたアシスト操舵力が発生するため、ドライバのハンドル操作が軽くなる。

但し、操舵トルクに応じてアシスト操舵力を決定するという基本制御のみでは、ハンドル戻し時に路面反力によってハンドルの戻され感が強くなり、車両の収斂性が悪くなってしまう。つまり、ハンドルを切りながら走行している車両には、路面反力、即ちタイヤがその向きを車両の直進方向に戻そうとする力（ＳＡＴ；セルフアライニングトルク）が作用する。そのため、この路面反力によってハンドルが強く戻されようとし、結果、車両の収斂性が悪くなるのである。

そこで、従来の電動パワーステアリング制御装置として、モータの速度（即ちハンドルの回転速度）が大きいほどその回転を妨げるようにモータの回転を制御する、いわゆるダンピング制御機能を備えたものが知られている。ダンピング制御は、操舵トルクに応じてアシスト操舵力を決定するという基本制御の特性を、モータ速度に応じて変更するものであり、このダンピング制御により、ハンドル戻し時に路面反力によってハンドルが強く戻されようとしても、その戻り操作に粘性感が与えられてゆっくり戻るため、車両の収斂性が向上する。

図４に、ダンピング制御機能を有する従来の電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す。図４に示す電動パワーステアリングシステム１００は、ドライバによるハンドル２の操作をモータ６によってアシストするものである。ハンドル２は、ステアリングシャフト３の一端に固定され、ステアリングシャフト３の他端にはトルクセンサ４が接続されており、このトルクセンサ４の他端には、インターミディエイトシャフト５が接続されている。

トルクセンサ４は、操舵トルクを検出するためのセンサである。具体的には、ステアリングシャフト３とインターミディエイトシャフト５とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいてそのトーションバーに加えられているトルクを検出する。

モータ６は、ハンドル２の操舵力をアシスト（補助）するものであり、その回転軸の先端にウォームギアが設けられ、このウォームギアが、インターミディエイトシャフト５に設けられたウォームホイールと噛み合っている。これにより、モータ６の回転がインターミディエイトシャフト５に伝達される。逆に、ハンドル２の操作や路面１２からの反力（路面反力）によってインターミディエイトシャフト５が回転されると、その回転がモータ６に伝達されてモータ６も回転されることになる。

また、モータ６は、ブラシレスＤＣモータであり、内部に回転センサを備え、モータ６の回転状態を出力可能に構成されている。図４の例では、モータ６はモータ速度（回転角速度を示す情報）を出力可能に構成されている。

インターミディエイトシャフト５における、トルクセンサ４が接続された一端とは反対側の他端は、ステアリングギアボックス７に接続されている。ステアリングギアボックス７は、図示しないラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト５の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、ドライバがハンドル２を回すと、インターミディエイトシャフト５が改訂（即ちピニオンギアが回転）し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド８が取り付けられており、ラックとともにタイロッド８が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド８がその先のナックルアーム９を引っ張ったり押したりすることで、タイヤ１０の向きが変わる。

また、車両における所定の部位には、車両速度を検出するための車速センサ１１が設けられている。
このような構成により、ドライバがハンドル２を回転させると、その回転がステアリングシャフト３、トルクセンサ４、及びインターミディエイトシャフト５を介してステアリングギアボックス７に伝達される。そして、ステアリングギアボックス７内で、インターミディエイトシャフト５の回転がタイロッド８の左右移動に変換され、タイロッド８が動くことによって、左右の両タイヤ１０が操舵される。

ＥＰＳＥＣＵ１１０は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ４にて検出された操舵トルク、モータ６のモータ速度、及び車速センサ１１にて検出された車両速度に基づいて、アシスト操舵力を演算する。そして、その演算結果に応じてモータ６を駆動制御することにより、ドライバがハンドル２を回す力（延いては両タイヤ１０を操舵する力）のアシスト量を制御するものである。

具体的には、ＥＰＳＥＣＵ１１０は、基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部１１１と、ダンピング補償量を演算するダンピング制御部１１４と、基本アシスト量とダンピング補償量を加算することによりアシスト指令値を演算する加算部１１３と、加算部１１３からのアシスト指令値に基づいてモータ６を駆動するモータ駆動回路１１２と、を備えている。

基本アシスト量演算部１１１は、トルクセンサ４にて検出された操舵トルク及び車速センサ１１にて検出された車両速度に基づき、基本アシスト量を演算する。具体的には、操舵トルクが大きいほど基本アシスト量が大きく（即ちモータ６の、ハンドル２の回転をアシストする方向のトルクが大きく）なるよう、また、車両速度が大きいほど基本アシスト量は小さくなるよう、例えば予め用意した操舵トルク−基本アシスト量マップを参照すること等によって、基本アシスト量を演算する。

ダンピング制御部１１４は、モータ速度に基づいて、基本アシスト量演算部１１１により演算された基本アシスト量を補正するためのダンピング補償量を演算する。具体的には、モータ速度が大きいほど（即ちハンドル２が速く回転しようとするほど）、その速度が抑制される（即ちハンドル２の回転速度が抑制される）ように、ダンピング補償量を演算する。なお、電動パワーステアリングシステムにおけるダンピング制御については、従来より種々の制御方法が提案され、実用化もされているため、ここではその詳細説明を省略する。

モータ駆動回路１１２は、基本アシスト量にダンピング補償量が加算されて得られたアシスト指令値に基づき、モータ６に電流を供給してモータ６を駆動する。
モータ駆動回路１１２に入力されるアシスト指令値は、基本アシスト量がダンピング補償量によって補正されたものである。そのため、ドライバがハンドル２を速く回転させようとするほど、また、路面反力によってタイヤ１０が速く直進方向に戻ろうとするほど（即ちハンドル２が速く中立位置に戻ろうとするほど）、その動きが抑制されることになる。

その他、ＥＰＳＥＣＵ１１０は、基本アシスト量の安定性を高めるための位相補償部、操舵トルクの変化に対する応答速度を高めるためのフィードフォワード制御部、アシスト指令値（電流指令値）とモータ６の実際の電流値との偏差に基づくフィードバック制御（例えばＰＩ制御など）によってモータ駆動回路１１２に与える最終的な電流指令値を決定するフィードバック制御部など、種々の機能ブロックを備えているが、図４ではこれらの図示を省略している。

このように構成された従来の電動パワーステアリングシステム１００は、ダンピング制御機能を備えていることにより、ハンドル２の急な動きに対しては粘性感が与えられる。そのため、ダンピング制御機能を持たない場合に比べて、ハンドル２を戻す際の特性（ハンドル戻され感）が改善され、車両の収斂性が向上する。

ところが、車両収斂性向上やハンドル戻し時の特性改善のためによく用いられるダンピング制御は、その背反として、ハンドル２を切る際にも制御が介入してしまい、ドライバの操作を妨げてしまうという問題がある。

つまり、ハンドル２の動きが速くなるほどそれを抑制しようとするダンピング制御の性質により、ハンドル２を戻す際には急激な戻りが抑制されてゆっくり戻るように制御されるのと共に、ハンドル２を切る際にも、同様に、急に切ろうとすればするほどその動きが抑制されてしまい、ハンドル２の操作が妨げられてしまうのである。

図５を用いてより具体的に説明する。図５は、図４の電動パワーステアリングシステム１００の周波数特性（ボード線図）を示すものであり、図５（ａ）は、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性を表す周波数特性であり、同図（ｂ）は、路面反力に対するモータ速度の特性を表す周波数特性である。

図５（ｂ）に示すように、路面反力に対するモータ速度の特性は、ダンピング制御なしの場合、即ち基本アシスト量のみでモータ６を駆動する場合に比べて、ダンピング制御ありの場合の特性は、所定の周波数帯域（特に図中点線で囲んだ帯域）においてモータ速度が低くなっている。つまり、路面反力に対してモータの回転が抑制されるようになっている。このような特性により、ハンドル戻し時に急な戻りが抑えられ、結果として車両の収斂性が向上する。

一方、図５（ａ）に示すように、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性についても、ダンピング制御なしの場合に比べて、ダンピング制御ありの場合の特性は、所定の周波数帯域（特に図中点線で囲んだ帯域）においてモータ速度が低くなっている。つまり、ドライバがハンドル２を切る操作に対してもモータの回転が抑制されるようになっている。このような特性により、ドライバがハンドル２を切ろうとする際にも、速く切ろうとすればするほどその操作が妨げられてしまうのである。

これに対し、特許文献１には、ダンピング制御機能を有する電動パワーステアリングシステムにおいて、ダンピング制御機能を改良することにより、中立位置からの切り出し時のすっきり感を維持しつつハンドル戻し時の強い戻され感を低減することが記載されている。

特許文献１に記載された技術は、ダンピング補償量を、ＳＡＴ（路面反力）、及びハンドルの切増し／切戻し判定信号に応じて調節するものである。即ち、ＳＡＴを推定し、その推定量に応じてダンピング補償量を変えようとするものであり、具体的には、ＳＡＴが大きければ大きいほどダンピング補償量を大きくしてモータ速度を抑えようとするものである。この技術によれば、切り出し初期のようにＳＡＴが小さいときは、ダンピング補償量は小さくなるため、ドライバの操作を妨げる量も小さくなる。

特開２００７−１２５９４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ハンドル切り出し初期のＳＡＴが小さい時にはドライバの操作を妨げる量が小さくなるとはいえ、ハンドルを切ると必然的にＳＡＴが発生するため、それを推定してダンピング制御が働くことに変わりはない。そのため、程度の差こそあれ、ハンドル切り出し時にも、その切り出し操作を妨げるようなダンピング制御が働いてしまう。

特に、ドライバがハンドルを大きく切ろうとするほど、ＳＡＴも大きくなる。そうなると、その大きなＳＡＴ（推定値）に応じてダンピング補償量も大きくなり、ハンドルの動き（モータの回転）が妨げられてしまう。

つまり、特許文献１に記載の技術によっても、ハンドルを切る際には、たとえＳＡＴが小さくてもそれ相応のダンピング補償量は演算され、ダンピング制御が働くため、ハンドルを動かす以上、ドライバ操作が妨げられてしまうのに変わりはない。

また、特許文献１に記載の技術を実現するためには、ＳＡＴを推定する必要がある。そのため、制御性能の精度は、ＳＡＴの推定精度に依存し、ＳＡＴを高い精度で推定できなければ十分な制御性能を実現することは困難である。また、高い精度でのＳＡＴ推定を実現するためには、その工数も増大し、装置の複雑化やコストアップを招いてしまう。

しかも、特許文献１に記載の技術では、切増し／切戻しの判定を行い、その判定結果に応じてゲインを切り替えるようにしている。そのため、切増し／切戻しの変化の際にゲインが切り替わることによってハンドル操作時に違和感が生じるおそれがある。特に、ドライバが複雑なハンドル操作を行った場合には、その操作についていけない（切増し／切戻しが正確に判定されない）おそれもある。

このように、特許文献１に記載の技術によっても、結局のところ、ドライバがハンドルを切る操作を妨げることなく、ハンドルを戻す際のみダンピング制御を効かせて収斂性を向上させることが、本質的にできていない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ドライバがハンドルを切る際にはその操作感を損なわないようにしつつ、ハンドル戻し時には急な戻り感を低減して車両の収斂性を向上させることが可能な電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、車両のハンドルに連結され、該ハンドルが操作されることにより入力されるハンドルトルクによって該ハンドルと共に回転する入力軸と、この入力軸の回転を操舵輪に伝達することにより該操舵輪を操舵させる入力伝達手段と、入力軸と操舵輪のねじれによる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、ハンドルの操作による操舵輪の操舵時にハンドルの操作をアシストするためのアシスト操舵力を発生させるモータと、を備えた電動パワーステアリングシステムに設けられ、モータを制御することによりアシスト操舵力を制御する電動パワーステアリング制御装置であって、トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいてハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算手段と、この基本アシスト量演算手段により演算された基本アシスト量を補正するためのアシスト補償量を演算するアシスト補償量演算手段と、基本アシスト量演算手段により演算された基本アシスト量を、アシスト補償量演算手段により演算されたアシスト補償量によって補正することにより、補正後アシスト量を演算するアシスト量補正手段と、このアシスト量補正手段からの補正後アシスト量に基づいてモータを駆動させるモータ駆動手段と、を備えている。

そして、アシスト補償量演算手段は、電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号に基づき、次の（ａ）及び（ｂ）の２つの仕様を共に満たすようにアシスト補償量を演算する。

（ａ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記ハンドルトルクに対する前記モータの速度の特性（以下「ハンドルトルク→モータ速度特性」ともいう）については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合の特性（以下「第１基本特性」ともいう）と同じ特性となるような、第１の仕様。

（ｂ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記操舵輪が車両の走行路面から受ける力である路面反力に対する前記モータの速度の特性（以下「路面反力→モータ速度特性」ともいう）については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合の特性（以下「第２基本特性」ともいう）よりも前記モータの速度が抑制された特性となるような、第２の仕様。

このように構成された請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号に基づいて演算されるアシスト補償量によって基本アシスト量が補正されることにより、上記第１の仕様及び第２の仕様が共に満たされる。即ち、路面反力→モータ速度特性については第２基本特性よりもモータ速度が抑制されるように変更されるが、ハンドルトルク→モータ速度特性については第１基本特性から変更されない。

そのため、ドライバがハンドルを切る際にはその操作感を損なわないようにしつつ、ハンドル戻し時には路面反力による急な戻り感を低減して車両の収斂性を向上させることができる。

なお、ハンドルトルク→モータ速度特性に対する第１の仕様は、必ずしも、第１基本特性と完全に同じ特性であることが要求されるわけではなく、ドライバがハンドルを切る際の操作感が損なわれない範囲内において第１基本特性との差異は許容される。

ここで、アシスト補償量演算手段がアシスト補償量を演算する際に用いる少なくとも２種類の信号は、電動パワーステアリングシステムの動作が反映された信号である限り種々の信号を採用可能であるが、例えば請求項２に記載のように、ハンドルの回転角度、ハンドルの回転速度、操舵トルク、モータの速度、モータの回転角、入力伝達手段の動作状態、のうち少なくとも何れか２つを表す信号を取得して、アシスト補償量を演算するようにするとよい。

このように構成された請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、少なくとも２種類の信号として、電動パワーステアリングシステムの動作をより良く反映された信号が用いられるため、第１の仕様及び第２の仕様の双方をより精度良く満たすような電動パワーステアリングシステムの実現が可能となる。

そして更に、上記少なくとも２種類の信号として、例えば請求項３に記載のように、操舵トルク、及び、モータの速度又は回転角を用いれば、より精度が高く且つより効率的な電動パワーステアリングシステムの実現が可能となる。

即ち、操舵トルクは、ハンドルの操作状態が反映された信号であり、モータの速度又は回転角は、ハンドル操作が反映された信号であると同時に路面反力の影響が反映された信号でもある。そのため、これら２つの信号を用いれば、ハンドルトルクと路面反力の分離（即ち、モータが回転しているのはハンドルトルクによるものかそれとも路面反力によるものかの判別）が可能となり、上記２つの仕様を共に満たすような電動パワーステアリングシステムをより精度高く且つより効率的に実現できるのである。

次に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、アシスト補償量演算手段は、上記少なくとも２種類の信号に対して予め設計された状態方程式に従ってアシスト補償量を演算するよう構成されており、該状態方程式は、第１の仕様及び第２の仕様が共に満たされるようにＨ∞制御理論を用いて設計されたものである。

Ｈ∞制御は、多入力多出力の制御器を設計でき、異なる仕様（特性）を織り込むことができ、更に閉ループ周波数特性の整形も可能な制御理論として、よく知られている。そこで、アシスト補償量演算手段をＨ∞制御理論を用いて設計するようにすれば、より効率的且つ高精度にアシスト補償量演算手段を設計（構成）することができる。

次に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、車両の速度を検出する車両速度検出手段と、この車両速度検出手段により検出された車両の速度に応じたゲインである車速ゲインを演算する車速ゲイン演算手段と、アシスト補償量演算手段により演算されたアシスト補償量と車速ゲイン演算手段により演算された車速ゲインとの乗算を行うことによりアシスト補償量を補正するアシスト補償量補正手段と、を備えている。

このように構成された請求項５に記載の電動パワーステアリング制御装置によれば、車両速度に応じてアシスト補償量が補正されるため、車両速度に応じたより適切なアシスト補償量に基づいて基本アシスト量を補正でき、上述したハンドルトルク→モータ速度特性、及び路面反力→モータ速度特性を共に、車両速度が考慮された適切な特性とすることが可能となる。

実施形態の電動パワーステアリングシステムの概略構成を表す構成図である。 制御器（アシスト補償量演算部）の設計方法を説明するための説明図である。 実施形態の電動パワーステアリングシステムの周波数特性を、従来の電動パワーステアリングシステムの周波数特性と共に表したボード線図であり、（ａ）はハンドルトルクに対するモータ速度の特性を表す周波数特性、（ｂ）は路面反力に対するモータ速度の特性を表す周波数特性を示す。 従来の電動パワーステアリングシステムの概略構成を表す構成図である。 従来の電動パワーステアリングシステムの周波数特性を表すボード線図であり、（ａ）はハンドルトルクに対するモータ速度の特性を表す周波数特性、（ｂ）は路面反力に対するモータ速度の特性を表す周波数特性を示す。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の電動パワーステアリングシステム１の概略構成を表す構成図である。図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリングシステム１において、制御対象であるモータ６を含む、ハンドル２からステアリングシャフト３、トルクセンサ４、インターミディエイトシャフト５，ステアリングギアボックス７、各タイロッド８、及び各ナックルアーム９を介して各タイヤ１０に至る構成については、図４に示した従来の電動パワーステアリングシステム１００と同じである。

また、モータ６の駆動を制御する本実施形態のＥＰＳＥＣＵ２０についても、基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部１１１、加算部１１３、及びモータ駆動回路１１２を備えていることについては、図４に示した従来の電動パワーステアリングシステム１００のＥＰＳＥＣＵ１１０と同じである。

そのため、図１に示した本実施形態の電動パワーステアリングシステム１において、図４に示した従来の電動パワーステアリングシステム１００と同じ構成要素については図４と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。そして、以下、従来の電動パワーステアリングシステム１００とは異なる構成（即ちＥＰＳＥＣＵ２０の構成）を中心に詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリングシステム１におけるＥＰＳＥＣＵ２０は、基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部１１１を備えているほか、更に、アシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部２４と、車速ゲインを演算する車速ゲイン演算部２５と、アシスト補償量と車速ゲインを乗算することにより車速補正アシスト補償量を演算する乗算部２６と、を備えている。

アシスト補償量演算部２４は、基本アシスト量演算部１１１にて演算された基本アシスト量を補正するものである。図４に示した従来の電動パワーステアリングシステム１００においても、ダンピング制御部１１４にて演算されるダンピング補償量によって基本アシスト量が補正されるが、その補正は、ドライバがハンドル２を切る操作をおこなう際、及びハンドル２を戻す際の双方で、同じように行われるものであった。

即ち、図５を用いて説明したように、従来のダンピング制御では、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性（図５（ａ）参照）、及び路面反力に対するモータ速度の特性（図５（ｂ）参照）の双方ともに、基本アシスト量のみによる特性よりもモータ速度が抑制されていた。

これに対し、本実施形態の、アシスト補償量演算部２４によって演算されるアシスト補償量によって基本アシスト量を補正する制御（以下、「収斂制御」とも称す）では、路面反力に対するモータ速度の特性は従来のダンピング制御と同等の特性となるようにする一方、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性については、基本アシスト量のみによる特性から変化しないよう（変化するとしても小さな変化量となるよう）に制御される。

ここで、アシスト補償量演算部２４の構成・設計思想について説明する。本発明者らは、ハンドル２を切る際にはその操作感を損なわず、且つハンドル２を戻す際には急な戻りを抑制して収斂性を向上させるための制御を実現するために種々検討した結果、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性については基本アシスト量のみによる特性から変更しないという仕様（第１の仕様）と、路面反力に対するモータ速度の特性については従来のダンピング制御のようにモータ速度が抑制されるような特性に変更するという仕様（第２の仕様）を共に満たすような閉ループ周波数特性を満たす制御機構を実現できればよいという考えに至った。つまり、この２つの仕様を共に満たすことで、ハンドル２を切るときと戻すときとで背反のない収斂性が実現できると考えたのである。

そして、異なる２つの仕様を共に満たすためには、電動パワーステアリングシステム１の動作・挙動が反映された信号を少なくとも２種類取得する必要があると考え、その少なくとも２種類の信号に基づいてアシスト補償量を演算するような２入力１出力の制御器を構成すればよいと考えた。

つまり、従来のような１入力１出力の制御器で異なる２つの仕様を共に満たすのは困難であるが、２種類以上の信号を用いれば、異なる２つの仕様と共に満たすことが可能となるのである。

２入力１出力の制御器を設計する手法は様々であるが、設計段階において上述した第１の仕様及び第２の仕様を共に織り込むことができ、且つ閉ループ周波数特性の整形が可能でなければならないことを考慮した結果、本実施形態ではＨ∞制御理論を用いて制御器（アシスト補償量演算部２４）の設計を行った。

Ｈ∞制御によれば、多入力多出力の制御器を設計でき、閉ループ周波数特性の整形（即ちボード線図の整形）が可能である。
Ｈ∞制御による制御器の設計手法は従来からよく知られており、本実施形態のアシスト補償量演算部２４もその設計手法に則って設計されたものであるため、具体的な設計方法や設計過程についての説明は省略し、確認的にその概略のみ、図２を用いて説明する。

図２は、制御器（アシスト補償量演算部２４）の設計方法を説明するための説明図である。図２に示すように、Ｈ∞制御理論を用いて制御器３２を設計する際には、一般化プラント３１を設定する。

Ｈ∞制御による制御器設計において、一般化プラントを設定することは周知であり、一般化プラントへの入力として外乱入力及び操作入力（制御器から出力される）があること、出力として制御出力及び観測出力（制御器へ入力される）があることも周知である。

そこで本実施形態では、図２に示すように、一般化プラント３１への外乱入力をハンドルトルク及び路面反力とし、一般化プラント３１への操作入力（即ち制御器３２からの出力）をアシスト補償量とし、一般化プラント３１からの観測出力（即ち制御器３２への入力）を操舵トルク及びモータ速度とした。また、一般化プラント３１からの制御出力を、速度差分及び制御対象モデル出力速度とした。

制御出力のうち、速度差分は、ハンドルトルクの入力に対して規範モデルから出力されるモータ速度（第１の仕様）と、ハンドルトルク、路面反力、及びアシスト補償量の入力に対して制御対象モデルから出力されるモータ速度（第２の仕様）との差分を示す値である。制御対象モデル出力速度は、上述した制御対象モデルから出力されるモータ速度（第２の仕様）に所定の重み付けがなされた値である。

なお、規範モデル及び制御対象モデルはいずれも、Ｈ∞制御において一般化プラント内に通常設定される周知のモデルである。本実施形態では、制御対象モデルとして、ハンドルトルク及び路面反力の入力に対してモータ速度が出力される、３慣性モデルが設定されている。

また、一般化プラント３１を設定するにあたっては、基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算部１１１の特性も十分に考慮されている。
このように、基本アシスト量演算部１１１の特性を考慮しつつ、基本アシスト量のみの場合の特性から変更しない第１の仕様と、基本アシスト量のみの場合の特性から変更する第２の仕様の双方を満たすような一般化プラント３１を設定して、Ｈ∞制御のアルゴリズムに従った演算を行うことで、制御器３２が設計される。具体的な演算方法や演算ツールは種々考えられ、例えば、よく知られたＭＡＴＬＡＢを用いて演算することが可能である。

このようにして設計された制御器３２（即ちアシスト補償量演算部２４）は、実際には、次式（１）に示す状態方程式にて表されるものである。

上記式（１）において、ｕ_n+1は操作入力（即ちアシスト補償量）であり、ｙ_nは観測出力（即ち操舵トルク及びモータ速度）であり、ｘ_n及びｘ_n+1は、制御器３２内の内部変数（状態量）である。そして、制御器３２を設計するということは、即ち、上記状態方程式における各パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを具体的に算出するということである。

このようにして、Ｈ∞制御理論による制御器設計を行うことにより、アシスト補償量演算部２４が設計される。即ち、アシスト補償量演算部２４の状態方程式（上記式（１））が得られる。なお、上記式（１）は離散時間系における状態方程式を示しているが、設計すべき状態方程式が離散時間系に限るものではないことはいうまでもない。

また、本実施形態では、アシスト補償量を演算するためにアシスト補償量演算部２４に入力される少なくとも２種類の入力信号として、操舵トルク及びモータ速度を用いたが、これは次の理由による。

即ち、アシスト補償量の演算は、基本的には、電動パワーステアリングシステム１の動作（挙動）が反映された２種類以上の信号であれば種々の信号を用いることができると考えられるが、このうち特に、操舵トルクは、ドライバによるハンドル２の操作状態が反映されたものであり、一方のモータ速度は、ドライバによるハンドル２の操作状態が反映されたものであると共に路面反力の影響が反映されたものでもある。しかも、これら２つの信号からは、ドライバによるハンドル２の操作によってモータが回されているのか、それとも路面反力によってモータが回されているのかといった、ドライバ操作と路面反力との分離も可能である。

そのため、これら２つの信号を用いれば、上記２つの仕様を満たす収斂制御が実現される制御システムを確実に構築することができると考え、これら２つの信号を入力としてアシスト補償量を出力する制御器（アシスト補償量演算部２４）を設計したのである。

アシスト補償量演算部２４により演算されたアシスト補償量は、そのまま加算部１１３に入力するようにしてもよいが、本実施形態では、車速ゲイン演算部２５により演算された車速ゲインが乗算部２６にて乗算され、その乗算結果である車速補正アシスト補償量が加算部１１３に入力される。

車速ゲイン演算部２５は、車両速度に対するゲインがマップ化されたものであり、車速センサ１１にて検出された車両速度に応じたゲインが出力される。具体的には、車両速度が大きいほど大きなゲインが出力されるようにされており、これにより、ハンドル戻し時には、車両速度が大きいほどモータ速度がより抑制される（ハンドル２の戻し操作がより妨げられる）こととなる。

このように構成された本実施形態の電動パワーステアリングシステム１の周波数特性の一例を、図３に示す。図３は、収斂制御が実現された本実施形態の電動パワーステアリングシステム１の周波数特性を、従来の電動パワーステアリングシステム１００の周波数特性と共に表したボード線図であり、（ａ）はハンドルトルクに対するモータ速度の特性を表す周波数特性であり、（ｂ）は路面反力に対するモータ速度の特性を表す周波数特性である。

図３（ｂ）に示すように、路面反力に対するモータ速度の特性は、ダンピング制御なし（即ち基本アシスト量のみ）の従来の制御法でモータ６を駆動する場合に比べて、本実施形態の収斂制御による特性は、従来のダンピング制御ありの場合の特性とほぼ同様に、所定の周波数帯域（特に図中点線で囲んだ帯域）においてモータ速度が低くなっている。つまり、路面反力に対しては、本実施形態の収斂制御においても、従来のダンピング制御と同様、モータの回転が抑制されるようになっている。そのため、ハンドル戻し時に急な戻りが抑えられ、結果として車両の収斂性が向上する。

一方、図３（ａ）に示すように、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性については、本実施形態の収斂制御による特性は、ダンピング制御なし（即ち基本アシスト量のみ）の従来の制御法の特性からほとんど変化がない。つまり、ドライバがハンドル２を切る操作に対しては、ダンピング制御のようにモータの回転が抑制されることなく、基本アシスト量のみによる特性がそのまま（微差はあれど）得られている。このような特性により、ドライバがハンドル２を切ろうとする際には、そのハンドル操作は妨げられない。

従って、本実施形態の電動パワーステアリングシステム１によれば、ドライバがハンドル２を切る際にはその操作感を損なわないようにしつつ、ハンドル戻し時には路面反力による急な戻り感を低減して車両の収斂性を向上させることができる。

また、アシスト補償量を演算するアシスト補償量演算部２４は、Ｈ∞制御理論を用いて設計するようにしている。Ｈ∞制御は、多入力多出力の制御器を設計でき、異なる仕様（特性）を織り込むことができ、更に閉ループ周波数特性の整形も可能な制御理論であることから、アシスト補償量を演算する制御器を設計するための方法としてより適したものである。そのため、Ｈ∞制御理論を用いてアシスト補償量演算部２４を設計することで、より効率的且つ高精度に設計することが可能となる。

また、アシスト補償量演算部２４がアシスト補償量を演算するために入力される信号として、本実施形態では、操舵トルク及びモータ速度が採用されている。既述の通り、これら２つの信号を用いれば、ハンドルトルクと路面反力の分離（即ち、モータ６が回転しているのはハンドルトルクによるものかそれとも路面反力によるものかの判別）が可能となり、上記２つの仕様を共に満たすような電動パワーステアリングシステム１をより精度高く且つより効率的に実現することができる。

また、本実施形態では、アシスト補償量が車速ゲインによって補正されるよう構成されている。そのため、車両速度に応じたより適切なアシスト補償量に基づいて基本アシスト量を補正することができ、ハンドルトルクに対するモータ速度の特性、及び路面反力に対するモータ速度の特性を、共に、車両速度が考慮された適切な特性とすることが可能となる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、ステアリングシャフト３は本発明の入力軸に相当し、トルクセンサ４は本発明のトルク検出手段に相当し、タイヤ１０は本発明の操舵輪に相当し、車速センサ１１は本発明の車両速度検出手段に相当し、ＥＰＳＥＣＵ２０は本発明の電動パワーステアリング制御装置に相当し、基本アシスト量演算部１１１は本発明の基本アシスト量演算手段に相当し、アシスト補償量演算部２４は本発明のアシスト補償量演算手段に相当し、車速ゲイン演算部２５は本発明の車速ゲイン演算手段に相当し、加算部１１３は本発明のアシスト量補正手段に相当し、乗算部２６は本発明のアシスト補償量補正手段に相当する。また、インターミディエイトシャフト５、ステアリングギアボックス７、タイロッド８、及びナックルアーム９により、本発明の入力伝達手段が構成される。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、アシスト補償量演算部２４に入力される信号として、モータ速度の代わりにモータ角度（即ちモータの回転位置）を用いても良い。
更には、アシスト補償量演算部２４に入力される信号は、上述した操舵トルク及びモータ速度に限らず、電動パワーステアリングシステム１の動作・挙動が反映されたあらゆる信号（但し少なくとも２種類の信号）を用いることができる。

具体的には、例えば、ハンドル２の回転角度、ハンドル２の回転速度、インターミディエイトシャフト５のトルク、ステアリングギアボックス７を構成するラックのストローク（左右方向の移動量）、そのラックの推力、或いはタイヤ１０の角度などを用いるようにしてもよい。

また、上述した各種信号のうち、操舵トルク、ハンドル２の回転角度、及びハンドル２の回転速度は、特にドライバの操作が反映された信号であると言え、一方、モータ速度、モータ角度、インターミディエイトシャフト５のトルク、ラックのストローク、ラックの推力、及びタイヤ１０の角度は、特に路面反力が反映された信号であると言える。そのため、上述した各種信号のうち何れか２種類以上の信号を用いてアシスト補償量を演算する際には、より好ましくは、ドライバの操作が反映された信号と路面反力が反映された信号の双方を用いるようにするとよい。

また、上記実施形態では、モータ６としてブラシレスＤＣモータを用いたが、ブラシレスＤＣモータを用いることはあくまでも一例であって、例えばブラシ付ＤＣモータであってもよいし、他の各種モータであってもよい。

また、上記実施形態では、モータ６が回転センサを備え、その回転センサによってモータ速度が検出されるものとしたが、これも一例に過ぎず、回転センサをどこに備えるか、延いては必要な情報（モータ速度やモータ回転角などのモータ６の回転状態）をどのようにして検出するかは、適宜決めることができる。そのため、モータ６として例えばブラシ付ＤＣモータを用いた場合は、モータ６に流れる電流に基づいて回転状態を推定する方法等を用いることによって回転状態を得るようにしてもよい。

また、上記実施形態では、電動パワーステアリングシステム１の方式として、インターミディエイトシャフト５の回転をモータ６でアシストする、いわゆるシャフトアシスト式の構成を例に挙げて説明したが、これもあくまでも一例であり、例えばタイロッド８の往復運動（即ちステアリングギアボックス７内のラックの往復運動）をモータでアシストする、いわゆるラックアシスト式のものにも適用できるなど、種々のアシスト方式の電動パワーステアリングシステムに対して本発明を適用することが可能である。

１，１００…電動パワーステアリングシステム、２…ハンドル、３…ステアリングシャフト、４…トルクセンサ、５…インターミディエイトシャフト、６…モータ、７…ステアリングギアボックス、８…タイロッド、９…ナックルアーム、１０…タイヤ、１１…車速センサ、１２…路面、２０，１１０…ＥＰＳＥＣＵ、２４…アシスト補償量演算部、２５…車速ゲイン演算部、２６…乗算部、３１…一般化プラント、３２…制御器、１１１…基本アシスト量演算部、１１２…モータ駆動回路、１１３…加算部、１１４…ダンピング制御部

Claims (5)

1. 車両のハンドルに連結され、該ハンドルが操作されることにより入力されるハンドルトルクによって該ハンドルと共に回転する入力軸と、
   前記入力軸の回転を操舵輪に伝達することにより該操舵輪を操舵させる入力伝達手段と、
   前記入力軸と前記操舵輪のねじれによる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   前記ハンドルの操作による前記操舵輪の操舵時に該ハンドルの操作をアシストするためのアシスト操舵力を発生させるモータと、
   を備えた電動パワーステアリングシステムに設けられ、前記モータを制御することにより前記アシスト操舵力を制御する電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて前記ハンドルの操作をアシストするための基本アシスト量を演算する基本アシスト量演算手段と、
   前記基本アシスト量演算手段により演算された前記基本アシスト量を補正するためのアシスト補償量を演算するアシスト補償量演算手段と、
   前記基本アシスト量演算手段により演算された前記基本アシスト量を、前記アシスト補償量演算手段により演算された前記アシスト補償量によって補正することにより、補正後アシスト量を演算するアシスト量補正手段と、
   前記アシスト量補正手段からの前記補正後アシスト量に基づいて前記モータを駆動させるモータ駆動手段と、
   を備え、
   前記アシスト補償量演算手段は、前記電動パワーステアリングシステムの動作が反映された少なくとも２種類の信号に基づき、次の（ａ）及び（ｂ）の２つの仕様を共に満たすように前記アシスト補償量を演算する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
   （ａ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記ハンドルトルクに対する前記モータの速度の特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合の特性と同じ特性となるような、第１の仕様。
   （ｂ）前記電動パワーステアリングシステムにおける、前記操舵輪が車両の走行路面から受ける力である路面反力に対する前記モータの速度の特性については、前記基本アシスト量を該アシスト補償量で補正せずに前記モータを駆動させた場合の特性よりも前記モータの速度が抑制された特性となるような、第２の仕様。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記アシスト補償量演算手段は、前記少なくとも２種類の信号として、前記ハンドルの回転角度、前記ハンドルの回転速度、前記操舵トルク、前記モータの速度、前記モータの回転角、前記入力伝達手段の動作状態、のうち少なくとも何れか２つを表す信号を取得して、前記アシスト補償量を演算する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記少なくとも２種類の信号は、前記操舵トルク、及び、前記モータの速度又は回転角である
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記アシスト補償量演算手段は、前記少なくとも２種類の信号に対して予め設計された状態方程式に従って前記アシスト補償量を演算するよう構成されており、該状態方程式は、前記第１の仕様及び前記第２の仕様が共に満たされるようにＨ∞制御理論を用いて設計されたものである
   ことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置であって、
   前記車両の速度を検出する車両速度検出手段と、
   前記車両速度検出手段により検出された前記車両の速度に応じたゲインである車速ゲインを演算する車速ゲイン演算手段と、
   前記アシスト補償量演算手段により演算された前記アシスト補償量と前記車速ゲイン演算手段により演算された車速ゲインとの乗算を行うことにより該アシスト補償量を補正するアシスト補償量補正手段と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。