JP2011088491A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両側の機械的な構造との共振により生ずる操舵系の振動を効果的に抑制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
【解決手段】基礎補償量制御部は、ステップ１０２においてモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分に対し、位相進みフィルタ処理を施すことにより、該周波数成分に対して位相進み補償を行い（ステップ１０４）、振動抑制基礎補償量εvs（振動抑制補償量）の位相特性を調整するようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、このようなＥＰＳは、レイアウト自由度が高く、且つエネルギー消費量が小さいという特徴を有している。そのため、近年では、小型車両から大型車両までの幅広い車種において、その採用が進められている。

ところで、モータを駆動源とするＥＰＳでは、同モータにおいて、コギングトルク、或いは巻線コイルに生ずる誘起電圧波形の歪みを原因としてトルクリップルが発生する。また、モータの回転を減速して出力する減速機構（例えばウォーム＆ホイール等）におけるギアの噛み合い等の機械的要素を原因としてもトルクリップルが発生する。そして、ＥＰＳにおいては、このようなトルクリップルによる出力トルクの変動がその操舵フィーリングに直接反映されることになる。このため、ＥＰＳにおいては、こうした操舵系の振動（トルクリップル）を抑制すべく、種々の対策がなされている。

例えば、特許文献１には、トルクセンサにより検出される操舵トルクを微分したトルク微分値に応じて補償制御量を演算し、該補償制御量を操舵系に付与するアシスト力の基礎成分である基本アシスト制御量に重畳することで、操舵系の振動を抑制するようにしたＥＰＳが開示されている。

特開２００４−２７６８０４号公報

ところで、一般にトルクセンサは、トーションバーの捩れに基づいて操舵トルクを検出するため、トルクリップルによってトーションバーが捩られた後でなければ該トルクリップルを検出することができず、トルクリップルの検出がその発生時点よりも時間的に遅れる。この点、上記特許文献１では、操舵トルクを微分して位相を進めたトルク微分値に基づいて補償制御量を演算しているため、操舵系に生じる振動抑制に一定の効果を奏するようにはできるものの、操舵系の振動を完全に抑制することはできず、操舵フィーリングに影響を与えないような小さな振動は残ることになる。

一方、ＥＰＳにおいて発生するトルクリップルには、様々な周波数成分のものがあり、車両側の機械的な構造（例えばフレームやボディー等）と共振する特定周波数帯域（例えば４０Ｈｚ前後）の周波数成分も含まれる。そして、このような周波数成分のトルクリップルが発生する場合には、上記のトルク微分値に基づく補償制御により、該トルクリップルが抑制されたとしても、車両側の機械的な構造と共振することによりその振幅が増幅されてしまい、操舵フィーリングを悪化させたり、音及び振動を発生させたりする虞がある。

そこで、トルクリップルの影響が時間的に遅れずに反映されるモータの回転状態を示す信号（例えば、モータ回転角信号）から、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域の周波数成分（トルクリップル）を抽出し、当該周波数成分を打ち消すための振動抑制補償量を基本アシスト制御量に付加することが考えられる。ここで、車両側の機械的な構造と共振するトルクリップルを打ち消すためには、その値が素早く変化する振動抑制補償量を付加する必要がある。しかし、振動抑制補償量が素早く変化する場合には、モータコイルのインダクタンスの影響によって、振動抑制補償量の位相に対する実電流値の位相遅れが大きくなりやすい。そのため、モータ信号から特定の周波数成分を抽出し、当該周波数成分を打ち消すための振動抑制補償量を付加したとしても、上記実電流値の位相遅れにより、トルクリップルを十分に抑制できず、操舵系の振動や振動音を効果的に抑制できない虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車両側の機械的な構造との共振により生ずる操舵系の振動や振動音を効果的に抑制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にある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置に発生させるべき前記アシスト力の基本アシスト成分を演算する電動パワーステアリング装置において、前記モータの回転状態を示すモータ信号から、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域の周波数成分を抽出する特定周波数抽出手段と、前記特定周波数抽出手段より抽出された周波数成分に基づいて、操舵系の振動を低減すべく振動抑制基礎成分を演算する振動抑制基礎成分演算手段とを備え、前記制御手段は、前記振動抑制基礎成分演算手段により演算された前記振動抑制基礎成分に基づいて振動抑制補償成分を演算し、該振動抑制補償成分を前記基本アシスト成分に重畳することにより、前記操舵力補助装置に発生させるべき目標アシスト力を演算するものであって、前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分に対して位相進み補償を行うことにより、前記振動抑制補償成分の位相特性を調整する位相進み補償手段を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、特定周波数抽出手段により抽出された特定周波数帯域の周波数成分に対し、位相進み補償手段によって位相進み補償が行われることにより、振動抑制基礎成分（振動抑制補償成分）の位相特性が調整される。従って、振動抑制補償成分が素早く変化することにより、モータコイルのインダクタンスの影響によって生じる実電流値の位相遅れを低減できるため、振動抑制補償成分を基本アシスト成分に重畳することで、車両側の機械的な構造との共振によって生じる操舵系の振動や振動音を効果的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記位相進み補償手段は、前記モータの回転角速度が大きくなるほど、前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分の位相進み量を大きくすることを要旨とする。

モータの回転角速度が大きくなるほど、モータの逆起電力が大きくなるため、電流指令値に対する実電流値の位相遅れが大きくなりやすく、トルクリップルを十分に抑制できなくなる虞がある。この点、上記構成によれば、モータの回転角速度が大きくなるほど、特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分の位相進み量を大きくするため、モータの逆起電力が大きくなることで生じる実電流値の位相遅れが低減され、車両側の機械的な構造との共振により生じる操舵系の振動や振動音をより効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分のうち、運転者がステアリングを操舵する操舵周波数帯域の周波数成分を減衰させるフィルタ手段を備えたことを要旨とする。

運転者がステアリングを操舵する操舵周波数帯域の周波数成分は、ほとんど操舵フィーリングに影響を与えないため、該操舵周波数帯域の周波数成分を打ち消すような振動抑制補償成分が基本アシスト成分に重畳されると、かえって操舵フィーリングを悪化させる虞がある。この点、上記構成によれば、特定周波数抽出手段により抽出された特定の周波数成分からステアリングを操舵する操舵周波数帯域の周波数成分がフィルタ手段によって減衰されるため、不要な補償成分が基本アシスト成分に重畳されず、操舵フィーリングの悪化を防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、操舵速度に基づいて前記振動抑制補償成分を変更するようにしたことを要旨とする。

上記構成によれば、操舵速度に基づいて振動抑制補償成分が変更されるため、例えば運転者がトルクリップルを感じやすい操舵速度領域外の操舵速度である場合には、振動抑制補償成分を小さくする等、操舵速度に応じて好適な振動抑制補償成分を基本アシスト成分に重畳させることができる。このため、不要な補償成分が付加されることにより操舵フィーリングが悪化することを防止できる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電動パワーステアリング装置において、前記操舵力補助装置は、ステアリングシャフトに連結されるウォームホイールと、前記モータに連結されるウォームギアとを噛合させた減速機構を備え、該減速機構を介して前記モータの回転を操舵系に付与するものであって、前記制御手段は、ステアリングの操舵速度が前記減速機構において前記ウォームホイールと前記ウォームギアとの噛み合いにより前記特定周波数帯域の周波数成分が前記モータ信号に発生しやすい所定操舵速度領域内にないときに、前記振動抑制補償成分を小さくするようにしたことを要旨とする。

ウォームホイールとウォームギアとからなる減速機構においては、これらが回転してウォームホイールの歯とウォームギアの歯とが噛み合う際に、トルクリップルが発生する。そのため、ウォームホイールの歯数との関係において、単位時間当たりにウォームギアの歯とウォームホイールの歯とが噛み合う回数が、車両側の機械的な構造と共振する周波数と一致するような操舵速度でステアリングを操舵すると、共振する特定周波数帯域のトルクリップルが発生しやすく、特定周波数帯域の周波数成分がモータ信号に発生しやすい。この点を踏まえ、上記構成によれば、ステアリングの操舵速度が、所定操舵速度領域内にない場合には、振動抑制補償成分を小さくするため、不要な補償成分が付加されることにより操舵フィーリングが悪化することを防止できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、車速の増大に基づいて前記振動抑制補償成分を小さくするようにしたことを要旨とする。

トルクリップルの影響は、車両の振動・騒音が小さい低車速域で顕著になりやすく、車両の振動・騒音が大きくなる高車速域では問題となり難い。この点を踏まえ、上記構成によれば、車速の増大に基づいて振動抑制補償成分を小さくするため、不要な補償成分が付加されることにより操舵フィーリングが悪化することを防止できる。

本発明によれば、車両側の機械的な構造との共振により生ずる操舵系の振動や振動音を効果的に抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 本実施形態におけるＥＰＳの制御ブロック図。 基本アシスト制御演算及びアシスト勾配の概要を示す説明図。 トルク慣性補償制御部の制御ブロック図。 位相補償処理についてのアシスト勾配補償制御の態様を示す説明図。 アシスト勾配とアシスト勾配ゲインとの関係を示す説明図。 振動抑制補償制御部の制御ブロック図。 電動パワーステアリング装置におけるモータ・駆動回路系の周波数特性を示すボード線図。 振動抑制基礎補償量演算の処理手順を示すフローチャート。 第１のハイパスフィルタの周波数特性を示すボード線図。 ローパスフィルタの周波数特性を示すボード線図。 第２のハイパスフィルタの周波数特性を示すボード線図。 時定数Ｔ_Ｉ（カットオフ周波数Ｆｃ_Ｉ）と、モータ角速度ωとの関係を示す説明図。 位相進みフィルタの周波数特性を示すボード線図。 操舵速度と操舵速度ゲインとの関係を示す説明図。 車速と車速ゲインとの関係を示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２１と、該ＥＰＳアクチュエータ２１の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ２２とを備えている。

ＥＰＳアクチュエータ２１は、所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２３は、減速機構２５を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。なお、本実施形態では、減速機構２５は、コラムシャフト８に連結されたウォームホイール２６と、モータ２３に連結されたウォームギア２７とを噛合することにより構成されており、モータ２３の回転は減速機構２５により減速されてコラムシャフト８に伝達される。また、モータ２３は、ブラシレスモータであり、ＥＣＵ２２から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。そして、モータ制御装置としてのＥＣＵ２２は、このモータ２３が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。

ＥＣＵ２２には、車速センサ３０及びトルクセンサ３１が接続されている。なお、本実施形態のトルクセンサ３１は、コラムシャフト８の途中、詳しくは、その上記減速機構２５よりもステアリング２側に設けられたトーションバー３２と、同トーションバー３２の両端に設けられた一対の回転角センサ（レゾルバ）３３，３４を備えた所謂ツインレゾルバ型のトルクセンサとして構成されている。そして、ＥＣＵ２２は、これら車速センサ３０及びトルクセンサ３１によりそれぞれ検出される操舵トルクτ（τ_na）及び車速Ｖに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２１の作動、即ちパワーアシスト制御を実行する。

次に、本実施形態のＥＰＳの電気的構成について説明する。
図２は、ＥＰＳの制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２２は、モータ制御信号を出力するマイコン４１と、モータ制御信号に基づいてモータ２３に三相の駆動電力を供給する駆動回路４２とを備えている。

ＥＣＵ２２には、モータ２３に通電される実電流値Ｉを検出するための電流センサ４３、及びモータ回転角θを検出するための回転角センサ４４が接続されている。そして、マイコン４１は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ４３及び回転角センサ４４により検出されたモータ２３の実電流値Ｉ及びモータ回転角θに基づいて、駆動回路４２に出力するモータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン４１は、操舵系に付与するアシスト力の目標値、即ち目標アシスト力に対応した電流指令値Ｉ*を演算する電流指令値演算部４６と、電流指令値演算部４６により算出された電流指令値Ｉ*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部４７とを備えている。

電流指令値演算部４６が出力する電流指令値Ｉ*は、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θとともに、モータ制御信号出力部４７に入力される。そして、モータ制御信号出力部４７は、この目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉ*に実電流値Ｉを追従させるべくフィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を演算する。

具体的には、モータ制御信号出力部４７は、実電流値Ｉとして検出されたモータ２３の相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ座標系のｄ，ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）することにより、上記電流フィードバック制御を行う。

即ち、電流指令値Ｉ*は、ｑ軸電流指令値としてモータ制御信号出力部４７に入力され、モータ制御信号出力部４７は、回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θに基づいて相電流値（Ｉu，Ｉv，Ｉw）をｄ／ｑ変換する。また、モータ制御信号出力部４７は、そのｄ，ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算する。そして、そのｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

そして、本実施形態のＥＣＵ２２は、上記のように生成されたモータ制御信号をマイコン４１が駆動回路４２に出力し、該駆動回路４２がそのモータ制御信号に基づく三相の駆動電力をモータ２３に供給することにより、ＥＰＳアクチュエータ２１の作動を制御する構成となっている。

次に、電流指令値演算部４６による電流指令値演算の詳細について説明する。
電流指令値演算部４６は、ＥＰＳアクチュエータ２１に発生させるべきアシスト力の基礎成分である基本アシスト制御量Ｉas*を演算する基本アシスト制御部５１を備えている。また、電流指令値演算部４６は、基本アシスト制御量Ｉas*に付加する補償成分として、操舵トルクτの微分値（操舵トルク微分値dτ）に基づくトルク慣性補償量Ｉti*を演算するトルク慣性補償制御部５２を備えている。さらに、電流指令値演算部４６は、基本アシスト制御量Ｉas*に付加する補償成分として、車両側の機械的な構造（例えばフレームやボディ）と共振する特定周波数帯域（例えば４０Ｈｚ前後）のトルクリップルを打ち消すための振動抑制補償量Ｉvs*を演算する振動抑制補償制御部５３を備えている。

本実施形態では、トルクセンサ３１の出力する検出信号としての操舵トルクτ_naは、先ず、位相補償制御部５５に入力される。そして、電流指令値演算部４６には、この位相補償制御部５５において位相補償処理（フィルタ処理）が施された後の操舵トルクτが入力される。

そして、図３に示すように、基本アシスト制御部５１は、その入力される操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな絶対値を有する基本アシスト制御量Ｉas*を演算する。なお、本実施形態では、特に操舵トルクτとの関係において、当該操舵トルクτが大きいほど、その操舵トルクτの変化に対する基本アシスト制御量Ｉas*の変化の割合であるアシスト勾配Ｒaが大きくなるように設計されている。

一方、本実施形態のトルク慣性補償制御部５２には、操舵トルク微分値dτに加え、車速Ｖが入力される。そして、トルク慣性補償制御部５２は、これらの各状態量に基づいてトルク慣性補償制御を実行する。なお、「トルク慣性補償制御」は、モータ等、ＥＰＳの慣性による影響を補償する制御、即ちステアリング操作における「切り始め」時の「引っ掛かり感（追従遅れ）」、及び「切り終わり」時の「流れ感（オーバーシュート）」を抑制するための制御である。また、このトルク慣性補償制御には、モータ２３のコギングトルクや誘起電圧波形の歪み、或いは減速機構２５におけるギアの噛み合い等に起因して操舵系に生じる振動を抑制する効果がある。

具体的には、図４に示すように、トルク慣性補償制御部５２は、操舵トルク微分値dτとトルク慣性基礎補償量εtiとが関連付けられたマップ５６ａ、及び車速Ｖと補間係数Ａとが関連付けられたマップ５６ｂを備えている。マップ５６ａにおいて、トルク慣性基礎補償量εtiは、入力される操舵トルク微分値dτの絶対値が大きいほど、基本アシスト制御部５１において演算された基本アシスト制御量Ｉas*（の絶対値）をより増加させる値となるように設定されている。また、マップ５６ｂにおいて、補間係数Ａは、低車速領域では車速Ｖが大きくなるほど大きな値となるように、高車速領域では、車速が大きくなるほど小さな値となるように設定されている。そして、トルク慣性補償制御部５２は、これらの各マップ５６ａ，５６ｂを参照することにより求められたトルク慣性基礎補償量εti及び補間係数Ａを乗ずることによりトルク慣性補償量Ｉti*を演算する。

さらに、電流指令値演算部４６には、アシスト勾配補償制御部５７が設けられており、同アシスト勾配補償制御部５７には、上記のアシスト勾配Ｒaが入力される。そして、アシスト勾配補償制御部５７は、その入力されるアシスト勾配Ｒａに応じて各種補償制御の特性を変更すべく、当該各補償制御に対応した制御信号を生成する（アシスト勾配補償制御）。

さらに詳述すると、アシスト勾配補償制御部５７には、フィルタ定数Ａfを演算するフィルタ定数演算部５８と、アシスト勾配ゲインＫaを演算するアシスト勾配ゲイン演算部５９とが備えられており、アシスト勾配補償制御部５７は、これらのフィルタ定数Ａf及びアシスト勾配ゲインＫaを上記特性変更のための制御信号として出力する。そして、本実施形態では、位相補償制御部５５及びトルク慣性補償制御部５２が、これら各フィルタ定数Ａf及びアシスト勾配ゲインＫaに基づいて、その位相補償処理及びトルク慣性補償制御の特性を変更する構成となっている。

ここで、アシスト勾配の変化は、ステアリングシャフト３の途中に設けられたトルクセンサ３１を構成するトーションバー３２のバネ定数の変化と等価である。従って、アシスト勾配が大きくなるほど、振動が発生しやすくなる傾向があるが、こうしたアシスト勾配の上昇に伴う振動増大の問題は、位相補償制御の特性変更、具体的には、その位相補償処理におけるフィルタ特性のゲインを低く抑えることにより抑制することが可能である。そして、上記フィルタ定数演算部５８が、図５に示されるような、アシスト勾配Ｒaの上昇に応じてフィルタ特性のゲインを低減するようなフィルタ定数Ａfを演算することにより、アシスト勾配Ｒaの上昇に伴う振動増大を抑制する構成となっている。

また、操舵トルク微分値dτに基づくトルク慣性補償制御には、操舵系に生じる振動を抑制する効果があるものの、その過大なアシストトルクの立ち上がりにより、操舵フィーリングが悪化する（所謂切り始めの「抜け感」）、或いは制御上の不安定化（振動）が引き起こされるおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態では、アシスト勾配ゲイン演算部５９が、図６に示されるような、急速にアシストトルクを立ち上げる必要性の低いアシスト勾配の小さな領域では、トルク慣性補償量Ｉti*を低減するアシスト勾配ゲインＫaを出力する。そして、これにより、上記位相補償制御の特性変更と併せ、良好な操舵フィーリングの実現を図る構成となっている。

図２に示すように、基本アシスト制御部５１において演算された基本アシスト制御量Ｉas*及びトルク慣性補償制御部５２において演算されたトルク慣性補償量Ｉti*は、加算器６０に入力される。また、後述する振動抑制補償制御部５３において演算された振動抑制補償量Ｉvs*も、加算器６０に入力される。そして、電流指令値演算部４６は、この加算器６０において基本アシスト制御量Ｉas*にトルク慣性補償量Ｉti*及び振動抑制補償量Ｉvs*を加算した値に基づき電流指令値Ｉ*を演算する。

（振動抑制補償制御）
次に、振動抑制補償制御部による振動抑制補償量の演算について詳細に説明する。
振動抑制補償制御部５３には、モータ回転角θ、及びモータ回転角θの微分値（モータ角速度ω）及び車速Ｖが入力される。そして、振動抑制補償制御部５３は、これらの各状態量に基づいて振動抑制補償量Ｉvs*を演算する。

詳述すると、図７に示すように、振動抑制補償制御部５３は、回転角センサ４４から出力されるモータ信号としてのモータ回転角θに基づいて、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域のトルクリップルを低減するための振動抑制基礎補償量εvsを演算する基礎補償量制御部７１を備えている。また、振動抑制補償制御部５３は、操舵速度ωsに基づいて振動抑制基礎補償量εvsを補正するための操舵速度ゲインＫωsを演算する操舵速度ゲイン演算部７２と、車速Ｖに基づいて振動抑制基礎補償量εvsを補正するための車速ゲインＫvを演算する車速ゲイン演算部７３とを備えている。

これら基礎補償量制御部７１により演算された振動抑制基礎補償量εvs、操舵速度ゲイン演算部７２により演算された操舵速度ゲインＫωs及び車速ゲイン演算部７３により演算された車速ゲインＫvは乗算器７４に入力される。続いて、乗算器７４において、振動抑制基礎補償量εvsに操舵速度ゲインＫωs及び車速ゲインＫvが乗算された値が、補正振動抑制基礎補償量εvsaとしてガード処理部７５に入力される。そして、振動抑制補償制御部５３は、ガード処理部７５において、補正振動抑制基礎補償量εvsaの絶対値が共振する特定周波数帯域のトルクリップルを抑制するのに必要な所定値を超えないようにガード処理を施した値を、振動抑制補償量Ｉvs*として上記加算器６０（図２参照）に出力する構成となっている。

ところで、振動抑制補償量Ｉvs*は、車両側の機械的な構造と共振するトルクリップルを打ち消すべく、その値が素早く変化するものであるため、モータコイルのインダクタンスの影響によって、電流指令値Ｉ*に対する実電流値Ｉの位相遅れが大きくなりやすい（図８参照）。なお、図８は、ブラシレスモータを使用した電動パワーステアリング装置におけるモータ・駆動回路系の周波数特性を示すボード線図である。

この点を踏まえ、基礎補償量制御部７１は、モータ回転角θから、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域の周波数成分（トルクリップル）を抽出し、該周波数成分に対して位相進み補償を行い、振動抑制基礎補償量εvs（振動抑制補償量Ｉvs*）の位相特性を調整するようにしている。

また、モータ２３の回転角速度を示すモータ角速度ωが大きくなるほど、モータ２３の逆起電力が大きくなるため、電流指令値Ｉ*に対する実電流値Ｉの位相遅れが大きくなりやい（図８参照）。そこで、基礎補償量制御部７１は、上記位相進み補償を行う際に、モータ角速度ωが大きくなるほど、モータ回転角θから抽出した特定の周波数成分（の信号）の位相進み量が大きくするようにしている。

詳述すると、図９のフローチャートに示すように、基礎補償量制御部７１は、モータ回転角θが入力されると（ステップ１０１）、フィルタ処理を実行し、特定周波数帯域の周波数成分を抽出する（ステップ１０２）。なお、本実施形態では、上記ステップ１０２において、先ず第１のハイパスフィルタ処理を実行し（ステップ１０２ａ）、続いてローパスフィルタ処理を実行する（ステップ１０２ｂ）ことにより、特定周波数帯域の周波数成分を抽出する。従って、本実施形態では、ステップ１０２の処理が特定周波数抽出手段に相当する。

ここで、本実施形態のステップ１０２ａに示す第１のハイパスフィルタ処理は、下記（１）式の伝達関数で表される特性を有している。

なお、「ｓ」はラプラス演算子であり、「Ｔ_１」は時定数である。この時定数Ｔ_１は、カットオフ周波数Ｆｃ_１（＝１／２πＴ_１）が、例えば「４００」となるように設定されている。また、図１０は、カットオフ周波数Ｆｃ_１＝４００としたときの上記（１）式の周波数特性を示すボード線図である。

また、本実施形態のステップ１０２ｂに示すローパスフィルタ処理は、下記（２）式の伝達関数で表される特性を有している。

なお、「ｓ」はラプラス演算子であり、「Ｔ_２」は時定数である。この時定数Ｔ_２はカットオフ周波数Ｆｃ_２（＝１／２πＴ_２）が、例えば「４００」となるように設定されている。また、図１１は、カットオフ周波数Ｆｃ_２＝４００としたときの上記（２）式の周波数特性を示すボード線図である。

次に、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０２においてフィルタ処理が行われたモータ回転角θに対して第２のハイパスフィルタ処理を実行し、操舵周波数帯域の周波数成分を減衰させる（ステップ１０３）。従って、本実施形態では、ステップ１０３の処理がフィルタ手段に相当する。なお、操舵周波数帯域とは、運転者がステアリング２を操舵する周波数、換言すれば運転者がステアリング２を操舵可能な周波数であり、０〜１０Ｈｚ程度である。

ここで、本実施形態のステップ１０３に示す第２のハイパスフィルタ処理は、下記（３）式の伝達関数で表される特性を有している。

なお、「ｓ」はラプラス演算子であり、「Ｔ_３」は時定数である。この時定数Ｔ_３は、カットオフ周波数Ｆｃ_３（＝１／２πＴ_３）が、上記カットオフ周波数Ｆｃ_１よりも小さい値、例えば「１０」となるように設定されている。また、図１２は、カットオフ周波数Ｆｃ_３＝１０としたときの上記（３）式の周波数特性を示すボード線図である。これにより、モータ回転角θに含まれる周波数成分のうち、操舵周波数帯域の周波数成分は、上記した第１のハイパスフィルタ処理に加えて、第２のハイパスフィルタ処理が施される。このように操舵周波数帯域の周波数成分は二段階でハイパスフィルタ処理が施されるため、その振幅が十分に減衰されるようになっている。なお、操舵周波数帯域よりも高周波域の周波数成分は、第１のハイパスフィルタ処理が施されるのみであるため、操舵系に生じる振動を抑制可能な振幅が維持される。

次に、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０３において第２のハイパスフィルタ処理がなされた周波数成分に対して位相進みフィルタ処理を実行し、その位相特性を調整する（ステップ１０４）。具体的には、電流指令値Ｉ*に対する実電流値Ｉの位相遅れに対応した位相進み量が補償される。従って、本実施形態では、ステップ１０４の処理が位相進み補償手段に相当する。

ここで、本実施形態のステップ１０４に示す位相進みフィルタ処理は、下記（４）式の伝達関数で表される特性を有している。

なお、「ｓ」はラプラス演算子であり、「Ｔ_４」及び「Ｔ_Ｉ」は時定数である。この時定数Ｔ_４は、カットオフ周波数Ｆｃ_４（＝１／２πＴ_４）が、例えば「４００」となるように設定されている。

そして、図１３に示すように、時定数Ｔ_Ｉは、モータ角速度ωが大きくなるにつれて大きな値となるように、すなわちカットオフ周波数Ｆｃ_Ｉ（＝１／２πＴ_Ｉ）はモータ角速度ωが大きくなるにつれて小さくなるように変更可能に構成されている。なお、図１３において、時定数Ｔ_Ｉを実線で示し、カットオフ周波数Ｆｃ_Ｉを破線で示す。これにより、モータ角速度ωが大きくなるほど、ステップ１０３において第２のハイパスフィルタ処理がなされた周波数成分の振幅が大きくなるとともに、その位相の進み量が大きくなるようになっている（図１４参照）。また、図１４は、カットオフ周波数Ｆｃ_４＝４００としたときの上記（４）式の周波数特性を示すボード線図であり、モータ角速度ωが大きくなるほど、上記（４）式の伝達関数のゲインが大きくなるとともに、位相の進み量が大きくなるように構成されている。

なお、本実施形態では、図７に示すように、振動抑制補償制御部５３には、モータ角速度ωに応じて時定数Ｔ_Ｉを演算する時定数演算部７６が設けられており、基礎補償量制御部７１は、時定数演算部７６から出力される時定数Ｔ_Ｉに応じて、上記ステップ１０４の位相進みフィルタ処理を実行するようになっている。

次に、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０４において位相進みフィルタ処理がなされた周波数成分に対して所定のゲイン（本実施形態では負の値であり、例えば「−０．２」）を乗算し、この所定のゲインが乗算された値を振動抑制基礎補償量εvsとして出力する（ステップ１０５）。従って、本実施形態では、ステップ１０５の処理が振動抑制基礎成分演算手段に相当する。

このようにして、本実施形態では、ステップ１０４での位相進みフィルタ処理により、ステップ１０２においてモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分に対し、位相進み補償が行われることで、振動抑制基礎補償量εvs（振動抑制補償量Ｉvs*）の位相特性が調整される。これにより、モータコイルのインダクタンスの影響によって生じる電流指令値Ｉ*に対する実電流値Ｉの位相遅れが低減される。

また、操舵速度ゲイン演算部７２は、その入力されるモータ角速度ωに基づいて操舵速度ωsを算出し、図１５に示すように、該操舵速度ωsが特定周波数帯域のトルクリップルが発生しやすい所定操舵速度領内にないときには、振動抑制補償量Ｉvs*を減少させるような操舵速度ゲインＫωsを演算するよう構成されている。具体的には、操舵速度ωsが所定操舵速度領域内にない場合には、「１」未満の操舵速度ゲインＫωsを演算し、これを乗算器７４において振動抑制基礎補償量εvsに乗算させることで、振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするように構成されている。

なお、本実施形態の所定操舵速度領域は、所定の操舵速度ωs１よりも大きい操舵速度領域に設定されている。ここで、減速機構２５ではウォームホイール２６の歯とウォームギア２７の歯とが噛み合う際に、トルクリップルが発生する。そのため、ウォームホイール２６の歯数との関係において、単位時間当たりにウォームホイール２６の歯とウォームギア２７の歯とが噛み合う回数が、特定周波数帯域（４０Ｈｚ前後）の周波数と一致するような操舵速度で操舵した場合には、特定周波数帯域のトルクリップルが発生しやすいと考えられる。従って、所定の操舵速度ωs1は、単位時間当たりにウォームホイール２６の歯とウォームギア２７の歯とが噛み合う回数が、特定周波数帯域の周波数と一致するような操舵速度、例えばウォームホイール２６の歯数が４０であれば、「ωs1＝３６０°／ｓｅｃ」となる。

さらに、図１６に示すように、車速ゲイン演算部７３は、車速Ｖの増大に基づいて振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするような車速ゲインＫvを演算するよう構成されている。具体的には、車速Ｖが所定の車速Ｖ１（例えば、４ｋｍ／ｈ）よりも大きい場合には、「１」未満の車速ゲインＫvを演算し、これを乗算器７４において振動抑制基礎補償量εvsに乗算させることで、振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするように構成されている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）基礎補償量制御部７１は、ステップ１０２においてモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分に対し、位相進みフィルタ処理を施すことにより、該周波数成分に対して位相進み補償を行い（ステップ１０４）、振動抑制基礎補償量εvs（振動抑制補償量Ｉvs*）の位相特性を調整するようにした。

上記構成によれば、振動抑制基礎補償量εvs（振動抑制補償量Ｉvs*）の位相が進められるため、振動抑制補償量Ｉvs*が素早く変化することによりモータコイルのインダクタンスの影響によって生じる実電流値Ｉの位相遅れを低減できる。そのため、振動抑制補償量Ｉvs*を基本アシスト制御量Ｉas*に重畳することで、車両側の機械的な構造との共振によって生じる操舵系の振動や振動音を効果的に抑制することができる。

（２）基礎補償量制御部７１は、ステップ１０４において、モータ角速度ωが大きくなるほど、ステップ１０２でモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分の位相進み量が大きくするようにした。上記構成によれば、モータ角速度ωが大きくなるほど、ステップ１０４の位相進みフィルタによる位相進み量を大きくするため、モータ２３の逆起電力が大きくなることで生じる実電流値Ｉの位相遅れが低減され、車両側の機械的な構造との共振により生じる操舵系の振動や振動音をより効果的に抑制することができる。

（３）基礎補償量制御部７１は、ステップ１０３において、ステップ１０２でモータ回転角θから抽出された特定の周波数成分から、運転者がステアリング２を操舵する操舵周波数帯域の周波数成分を減衰させる第２のハイパスフィルタ処理を行うようにした。

ここで、運転者がステアリング２を操舵する操舵周波数帯域の周波数成分は、ほとんど操舵フィーリングに影響を与えないため、該操舵周波数帯域の周波数成分を打ち消すような振動抑制補償量Ｉvs*が基本アシスト制御量Ｉas*に重畳されると、かえって操舵フィーリングを悪化させる虞がある。この点、上記構成によれば、ステップ１０３の第２のハイパスフィルタ処理により、ステップ１０２でモータ回転角θから抽出された特定の周波数成分から、操舵周波数帯域の周波数成分が除かれるため、不要な補償制御量が基本アシスト制御量Ｉas*に重畳されず、操舵フィーリングの悪化を防止できる。

（４）ＥＰＳアクチュエータ２１は、コラムシャフト８に連結されるウォームホイール２６と、モータ２３に連結されるウォームギア２７とを噛合させた減速機構２５を備えた。そして、振動抑制補償制御部５３は、操舵速度ωsが所定操舵速度領域内にないときに、振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするような操舵速度ゲインＫωsを演算する操舵速度ゲイン演算部７２を備えた。上記構成によれば、ステアリング２の操舵速度ωsが、所定操舵速度領域内にない場合には、振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするため、不要な補償成分が付加されることにより操舵フィーリングが悪化することを防止できる。

（５）振動抑制補償制御部５３は、車速Ｖの増大に基づいて振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするような車速ゲインＫvを演算する車速ゲイン演算部７３を備えた。上記構成によれば、車速の増大に基づいて振動抑制補償成分を小さくするため、車両の振動・騒音が大きくなり、トルクリップルによる振動が問題となりにくい高車速域において、不要な補償成分が付加されることにより操舵フィーリングが悪化することを防止できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０２において、モータ信号としてのモータ回転角θに対し、第１のハイパスフィルタ処理とローパスフィルタ処理と施すことにより、特定周波数帯域の周波数成分を抽出するようにした。しかし、モータ信号としてモータ角速度ωを基礎補償量制御部７１に入力するようにし、該モータ角速度ωに対してローパスフィルタ処理のみを施すことにより、特定周波数帯域の周波数成分を抽出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、振動抑制補償制御部５３は、振動抑制基礎補償量εvsに操舵速度ゲインＫωs及び車速ゲインＫvを乗算することにより、振動抑制補償量Ｉvs*を演算するようにしたが、これに限らず、その他のゲインを乗算するようにしてもよい。例えば、アシスト勾配Ｒａが小さい領域では、振動抑制補償量Ｉvs*を小さくするようなアシスト勾配ゲインを乗算するようにしてもよい。

また、振動抑制補償制御部５３は、振動抑制基礎補償量εvsに上記各ゲインを乗算せず、振動抑制基礎補償量εvsをそのまま振動抑制補償量Ｉvs*として出力するようにしてもよい。なお、このように構成しても、上記実施形態の（１）〜（３）に準じた作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、所定の操舵速度領域を所定の操舵速度ωs１よりも大きい操舵速度領域に設定し、図１５に示すように操舵速度に応じて操舵速度ゲインＫωsが変化するようにしたが、同図に示す以外の態様で操舵速度ゲインＫωsが変化するようにしてもよい。

・上記実施形態では、図１６に示すように車速Ｖの増大に基づいて車速ゲインＫvが減少するようにしたが、これに限らず、同図に示す以外の態様で車速ゲインＫvが変化するようにしてもよい。

・上記実施形態では、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０４において、モータ角速度ωが大きくなるほど、ステップ１０２でモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分の位相進み量が大きくするようにしたが、これに限らず、モータ角速度ωとは無関係に、位相進みフィルタ処理による位相進み量を一定にしてもよい。なお、このように構成しても、上記実施形態の（１），（３）に準じた作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、基礎補償量制御部７１は、ステップ１０３において、ステップ１０２でモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分のうち、運転者がステアリング２を操舵する操舵周波数帯域の周波数成分を減衰させる第２のハイパスフィルタ処理を行うようにしたが、同ステップ１０３の処理を行わないようにしてもよい。なお、このように構成しても、上記実施形態の（１），（２）に準じた作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、モータ回転角θから図９に示すステップ１０２〜１０５の順序で各処理を施すことにより振動抑制基礎補償量εvsを演算するようにしたが、これに限らない。例えば、ステップ１０２の処理によってモータ回転角θから抽出された特定周波数帯域の周波数成分に対し、位相進みフィルタ処理を実行した後に、第２のハイパスフィルタ処理を実行するなど、各処理をその他の順序で実行することにより振動抑制基礎補償量εvsを演算してもよい。

・上記実施形態では、本発明をコラムアシスト型のＥＰＳに具体化したが、所謂ラックアシスト型等、その他型式のＥＰＳに適用してもよい。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、２１…ＥＰＳアクチュエータ、２２…ＥＣＵ、２３…モータ、２５…減速機構、２６…ウォームホイール、２７…ウォームギア、３０…車速センサ、３１…トルクセンサ、４４…回転角センサ、５３…振動抑制補償制御部、７１…基礎補償量制御部、７２…操舵速度ゲイン演算部、７３…車速ゲイン演算部、Ｉ*…電流指令値、Ｉvs*…振動抑制補償量、Ｋωs…操舵速度ゲイン、Ｋv…車速ゲイン、Ｖ…車速、τ…操舵トルク、εvs…振動抑制基礎補償量、ωｓ…操舵速度。

Claims (6)

1. モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置と、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置に発生させるべき前記アシスト力の基本アシスト成分を演算する電動パワーステアリング装置において、
   前記モータの回転状態を示すモータ信号から、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域の周波数成分を抽出する特定周波数抽出手段と、
   前記特定周波数抽出手段より抽出された周波数成分に基づいて、操舵系の振動を低減すべく振動抑制基礎成分を演算する振動抑制基礎成分演算手段とを備え、
   前記制御手段は、前記振動抑制基礎成分演算手段により演算された前記振動抑制基礎成分に基づいて振動抑制補償成分を演算し、該振動抑制補償成分を前記基本アシスト成分に重畳することにより、前記操舵力補助装置に発生させるべき目標アシスト力を演算するものであって、
   前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分に対して位相進み補償を行うことにより、前記振動抑制補償成分の位相特性を調整する位相進み補償手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記位相進み補償手段は、前記モータの回転角速度が大きくなるほど、前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分の位相進み量を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分のうち、運転者がステアリングを操舵する操舵周波数帯域の周波数成分を減衰させるフィルタ手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、操舵速度に基づいて前記振動抑制補償成分を変更するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項４に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵力補助装置は、ステアリングシャフトに連結されるウォームホイールと、前記モータに連結されるウォームギアとを噛合させた減速機構を備え、該減速機構を介して前記モータの回転を操舵系に付与するものであって、
   前記制御手段は、ステアリングの操舵速度が前記減速機構において前記ウォームホイールと前記ウォームギアとの噛み合いにより前記特定周波数帯域の周波数成分が前記モータ信号に発生しやすい所定操舵速度領域内にないときに、前記振動抑制補償成分を小さくするようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御手段は、車速の増大に基づいて前記振動抑制補償成分を小さくするようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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