JP2012116291A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な状況にかかわらず、操舵トルク信号のノイズを低減することが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】車両の操舵系に設けられたトーションバー２ｂで連結した入力軸２ａ及び出力軸２ｃの回転角を個別に検出する入力軸回転角検出手段１５及び出力軸回転角検出手段１６を有するトルク検出手段１４と、該トルク検出手段１４で検出したトルク検出値に基づいて制御され、前記出力軸に対して操舵補助力を発生する電動モータ１２とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータ１２のモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段１７と、前記出力軸回転角検出手段１６で検出した出力軸回転角信号に対して、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角を使用してノイズ低減を行うノイズ抑制手段２０ａとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵系に電動モータによる操舵補助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、特にトーションバーで連結した入力軸及び出力軸の回転角差を検出してトルクを検出するトルク検出手段を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

自動車のステアリング装置を電動モータの回転力で操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置は、電動モータで発生する操舵補助力を、減速機を介してステアリングシャフト等の操舵系に付与するようにしている。
従来、電動パワーステアリング装置では、操舵トルクセンサで検出した操舵トルク信号にはノイズが含まれていることから、その対策としてノイズ除去手段を設ける必要がある。

このため、従来の電動パワーステアリング装置におけるノイズ除去手段としては、例えば、電動パワーステアリング装置内の各種アナログ信号のＡＤ変換時に生じた量子化誤差を平滑するために、平滑フィルタを適切に設けることにより、量子化誤差を平滑化して量子化誤差に起因するトルクリップルを抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−８７７２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、量子化誤差に起因するトルクリップルを抑制するために、平滑フィルタを設けるようにしているが、ディジタルフィルタ処理による位相遅れを補償するため、様々な状況に応じた平滑フィルタのオン・オフ切換えが必要となるとともに、平滑フィルタのオフ時にはトルクリップルの抑制効果が得られないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、様々な状況にかかわらず、操舵トルク信号のノイズを低減することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵系に設けられたトーションバーで連結した入力軸及び出力軸の回転角を個別に検出する入力軸回転角検出手段及び出力軸回転角検出手段を有するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて制御され、前記出力軸に対して操舵補助力を発生する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータのモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段と、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角に対して、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角を使用してノイズ低減を行うノイズ抑制手段とを備えたことを特徴としている。

この構成によると、ノイズ抑制手段で、モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角を使用して出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角に対してノイズ低減を行うので、フィルタのオン・オフ切換えを行う必要がなく、様々な状況で有効にノイズ低減を行うことができ、低コストで且つ変動のない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ノイズ抑制手段が、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第１のフィルタ手段を備えていることを特徴としている。
この構成によると、出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して例えば低域通過フィルタ処理を行うことにより、高周波ノイズを低減することができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ノイズ抑制手段は、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第２のフィルタ手段を備えていることを特徴としている。
この構成によると、出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号における高周波領域の角度信号が減衰してしまったときに、モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、例えば高域通過フィルタ処理を行ったフィルタ出力を加算することにより、高周波領域の角度信号の減衰を補償することができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ノイズ抑制手段が、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第１のフィルタ手段と、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第２のフィルタ手段とを備えていることを特徴としている。
この構成によると、例えば出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して例えば低域通過フィルタ処理を行って、高周波領域の角度信号が減衰してしまったときに、第２のフィルタ手段のフィルタ出力を加算して、高周波領域の角度信号の減衰を補償することができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ノイズ抑制手段が、前記第１のフィルタ手段のフィルタ出力と前記第２のフィルタ手段のフィルタ出力とを加算した値をノイズ低減出力軸回転角とし、前記トルク検出手段は、入力軸回転角検出手段で検出した入力軸回転角から前記ノイズ低減出力軸回転角を減算した値に前記トーションバーレートを乗算して操舵トルクを算出するように構成されていることを特徴としている。
この構成によると、ノイズ抑制手段で、第１のフィルタ手段のフィルタ出力と、第２のフィルタ手段のフィルタ出力とを加算することにより、ノイズ低減出力軸回転角を形成し、入力軸回転検出手段で検出した入力軸回転角からノイズ低減出力軸回転角を減算することにより、トーションバーの捩じれによる回転角差を算出することができ、この回転角差にトーションバーレートを乗算することにより操舵トルクを算出することができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記第１のフィルタ手段が、低域通過フィルタ及び信号平滑特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴としている。
この構成によると、第１のフィルタ手段を低域通過フィルタまたは信号平滑特性を有する低域強調フィルタで構成することにより、高周波ノイズを抑制した出力軸回転角信号を得ることができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記第２のフィルタが、高域通過フィルタ及び高域強調特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴としている。
この構成によると、第２のフィルタ手段を高域通過フィルタまたは高域強調特性を有するフィルタで構成することにより、高周波の出力軸回転角が減衰された場合に、この減衰分をモータ回転角のフィルタ出力で補償することができる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記低域通過フィルタ及び前記高域通過フィルタのカットオフ特性とカットオフ周波数とが同一特性に設定されていることを特徴としている。
この構成によると、第１のフィルタ手段を低域通過フィルタとし、第２のフィルタ手段を高域通過フィルタとしたときに、カットオフ特性とカットオフ周波数とを同一特性に設定することにより、低域側と高域側との切り分けを正確に行い、滑らかなノイズ抑制出力軸回転角を得ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記信号平滑特性を有するフィルタ及び前記高域強調特性を有するフィルタの周波数特性が対の特性に設定されていることを特徴としている。
この構成によると、信号平滑特性を有するフィルタと高域強調特性を有するフィルタの周波数特性を対とすることにより、低域側と高域側との切り分けを正確に行い、滑らかなノイズ抑制出力軸回転角を得ることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記電動モータが、減速ギヤ機構を介して前記出力軸に連結されていることを特徴としている。
この構成によると、電動モータのモータ回転角と出力軸の出力軸回転角とが相関関係を有し、出力軸回転角をフィルタ処理したときの出力をモータ回転角をフィルタ処理した出力を加算することにより、出力軸回転角の高域成分が減衰したときに、減衰した高域成分を正確に補償することができる。

本発明によれば、出力軸回転検出手段で検出した出力軸回転角に対してノイズを除去するノイズ除去処理を行う場合に、ノイズの抑制時に出力軸回転角の高周波成分も同時に減衰することになるが、この出力軸回転角の高周波成分を相関関係のある電動モータのモータ回転角を利用して補償することができ、フィルタのオン／オフを切り換えることなく低コストで且つ変動のない滑らかな操舵フィーリングを得ることができるという効果が得られる。

本発明による電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 操舵補助制御装置を示すブロック図である。 操舵補助制御装置の演算処理装置の操舵トルク検出部を示す機能ブロックである。 演算処理装置で実行する操舵トルク検出処理手順の一例を示すフローチャートである。 演算処理装置で実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。 出力軸回転角検出信号及びモータ回転角検出信号の波形図である。 低域通過フィルタ出力、高域通過フィルタ出力及び両者を加算した出力を示す波形図である。

図１は、本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１がステアリングシャフト２の車両後方側先端に取付けられている。このステアリングシャフト２は、運転者から作用される操舵力がステアリングホイール１を介して伝達される入力軸２ａと、この入力軸２ａにトーションバー２ｂを介して連結された出力軸２ｃとを備えている。

そして、出力軸２ｃに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト２の出力軸２ｃには、操舵補助力を出力軸２ｃに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｃに連結した減速ギヤ機構１１と、この減速ギヤ機構１１に連結されて操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。

そして、入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間に配設されたトーションバー２ｂの捩れ角変位を検出して操舵トルクを検出するトルク検出手段としてのトルクセンサ１４が設けられている。
トルクセンサ１４は、図１に示すように、入力軸２ａの回転角を検出する例えばロータリエンコーダで構成される入力軸回転角検出手段としての入力軸回転角センサ１５と、出力軸２ｃの回転角を検出する例えばロータリエンコーダで構成される出力軸回転角検出手段としての出力軸回転角センサ１６とを備えている。入力軸回転角センサ１５は、入力軸２ａの回転角を検出して入力軸回転角検出値θ１を出力する。また、出力軸回転角センサ１６は出力軸２ｃの回転角を検出して第１の出力軸回転角検出値θ２を出力する。

また、出力軸２ｃに減速ギヤ機構１１を介して連結された電動モータ１２のモータ回転角がレゾルバ１７によって検出される。このレゾルバ１７では、正弦波の励磁信号ｓｉｎωｔを入力することにより、下記（１）式及び（２）式で表される正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓを出力する。
Ｖｓｉｎ＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθｍ …………（１）
Ｖｃｏｓ＝Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθｍ …………（２）

そして、トルクセンサ１４を構成する入力軸回転角センサ１５で検出した入力軸回転角検出値θ１、出力軸回転角センサ１６で検出した第１の出力軸回転角検出値θ２、及びレゾルバ１７で検出した正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓが操舵補助制御装置２０に供給される。この操舵補助制御装置２０には、車速センサ１８で検出した車速検出値Ｖｓも入力されている。

この操舵補助制御装置２０は、第１の出力軸回転角検出値θ２に対して、モータ回転角信号θｍを利用してノイズ低減処理を行うノイズ抑制手段２０ａを備えている。
操舵補助制御装置２０の具体的構成は、図２に示すように、レゾルバ１７から出力され正弦波信号Ｖｓｉｎ，余弦波信号Ｖｃｏｓが入力されてレゾルバ信号をデジタル値のモータ回転角信号θｍに変換するレゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣを備えている。

また、操舵補助制御装置２０は、入力軸回転角センサ１５で検出した入力軸回転角検出値θ１、出力軸回転角センサ１６で検出した第１の出力軸回転角検出値θ２及びモータ回転角信号θｍと、モータ電流検出回路２３で検出されるモータ電流検出値Ｉｕｄ〜Ｉｗｄとが入力されるマイクロコンピュータ、マイクロコントロールユニット等で構成される演算処理装置２１と、この演算処理装置２１から出力されるパルス幅変調信号が入力されて電動モータ１２を回転駆動するモータ駆動回路２２とを備えている。

演算処理装置２１は、図３の機能ブロック図及び図４のフローチャートで表される操舵トルク検出処理と、図５に示す操舵補助制御処理とを実行して、モータ駆動回路２２に対するゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を生成し、生成したゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６をモータ駆動回路２２に出力する。
図３の機能ブロック図は、操舵トルク検出部２９を示しており、この操舵トルク検出部２９は、ノイズ抑制手段２０ａに対応するノイズ抑制部３０を有する。
このノイズ抑制部３０は、出力軸回転角センサ１６で検出された第１の出力軸回転角検出値θ２を低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）３１に入力して高周波数のノイズ成分を除去し、そのフィルタ出力であるノイズ成分を除去した第２の出力軸回転角検出値θ２ａを加算器３２に供給する。

また、ノイズ抑制部３０は、レゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣから入力されるモータ回転角信号θｍに乗算器３３で、ギヤ比設定器３４で設定された減速ギヤ機構１１のギヤ比を乗算して、第３の出力軸回転角検出値θ２ｂに変換し、この第３の出力軸回転角検出値θ２ｂを高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）３５に供給し、この高域通過フィルタ３５から出力される高周波数域を強調した第４の出力軸回転角信号θ２ｃを前述した加算器３２に供給して低域通過フィルタ３１から出力される第２の出力軸回転角信号θ２ａに加算して高周波数領域の出力軸回転角信号を補償した第５の出力軸回転角信号θ２ｄを算出する。ここで、低域通過フィルタ３１及び高域通過フィルタ３５はカットオフ周波数が互い略等しく設定されているとともに、バタワース特性、ベッセル特性等のカットオフ特性も同一特性に設定されている。

そして、操舵トルク検出部２９は、ノイズ抑制部３０から出力される第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを入力軸回転角センサ１５から入力される入力軸回転角検出値θ１が入力された減算器３６に供給して、入力軸回転角検出値θ１から第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを減算してトーションバー２ｂの回転角差Δθ（＝θ１−θ２ｄ）を算出する。
また、操舵トルク検出部２９は、トーションバーの回転角差Δθを、トーションバーバネレート設定器３７で設定されたトーションバー２ｂのトーションバーバネレートＫが入力された乗算器３８に供給して、トーションバーバネレートＫを乗算して、操舵トルクＴ（＝Ｋ・Δθ）を算出する。

また、演算処理装置２１では、図３の機能ブロック図に対応する図４に示す操舵トルク検出処理を実行する。この操舵トルク検出処理は、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、入力軸回転角検出値θ１、第１の出力軸回転角検出値θ２及びモータ回転角信号θｍを読込んでからステップＳ２に移行する。
このステップＳ２では、第１の出力軸回転角検出値θ２に対して低域通過フィルタ処理を施して、高周波のノイズ成分を除去した第２の出力軸回転角検出値θ２ａを算出し、次いでステップＳ３に移行して、ステップＳ１で読込んだモータ回転角信号θｍにギヤ比Ｇｒを乗算して第３の出力軸回転角検出値θ２ｂを算出する。

次いで、ステップＳ４に移行して、第３の出力軸回転角検出値θ２ｂに対して高域通過フィルタ処理を行って、高域成分を強調した第４の出力軸回転角検出値θ２ｃを算出し、次いで、ステップＳ５に移行して、ステップＳ２で算出した第２の出力軸回転角検出値θ２ａにステップＳ４で算出した高域成分を強調した第４の出力軸回転角検出値θ２ｃを加算してノイズ成分を低減し、第２の出力軸回転角検出値θ２ａの高周波成分を補償した第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを算出する。

次いで、ステップＳ６に移行して、ステップＳ１で読込んだ入力軸回転角検出値θ２からステップＳ５で算出した第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを減算してトーションバー２ｂの入力軸側及び出力軸側の回転角差Δθを算出する。
次いで、ステップＳ７に移行して、算出した回転角差Δθに予め設定されたトーションバー２ｂのトーションバーバネレートＫを乗算して操舵トルクＴ（＝Ｋ・Δθ）を算出し、次いでステップＳ８に移行して、算出した操舵トルクＴをＲＡＭ等のメモリに形成した操舵トルク記憶領域に更新記憶してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
この図４の処理が操舵トルク検出部に対応し、ステップＳ１〜Ｓ５の処理がノイズ抑制部３０に対応している。

さらに、演算処理装置２１は、図５に示す操舵補助制御処理を実行する。この操舵補助制御処理はメインプログラムとして実行され、先ず、ステップＳ１１で、車速センサ１８、モータ電流検出回路２３、レゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣ等の各種センサの検出値とメモリの操舵トルク記憶領域に記憶されている操舵トルクＴとを読込み、次いでステップＳ２に移行して、操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓをもとに図６に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出してからステップＳ１３に移行する。

この操舵補助電流指令値算出マップは、図６に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速検出値Ｖｓをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆｔが“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆｔが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
ステップＳ１３では、モータ回転角信号θｍを微分してモータ角速度ωを算出し、次いでステップＳ１４に移行して、モータ回転角信号θｍ及びモータ角速度ωを使用して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに対してｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行してｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆを算出する。

次いで、ステップＳ１５に移行してｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆを３相モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ及びＩｗｒｅｆに変換する２相／３相変換処理を行って３相モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ及びＩｗｒｅｆを算出してからステップＳ１６に移行する。
このステップＳ１６では、モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ、Ｉｖｒｅｆ及びＩｗｒｅｆからモータ電流検出値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ及びＩｗｄを減算して電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出し、次いでステップＳ１７に移行して、電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗについてＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ及びＶｗｒｅｆを算出する。

次いで、ステップＳ１８に移行して、算出した電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ及びＶｗｒｅｆをパルス幅変調処理してモータ駆動回路２２を構成するインバータのゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を生成し、次いでステップＳ１９に移行して生成したゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６をモータ駆動回路２２に出力してから操舵補助制御処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、操舵補助制御装置２０の演算処理装置２１で、入力軸回転角センサ１５で検出した入力軸回転角検出値θ１及び出力軸回転角センサ１６で検出した第１の出力軸回転角検出値θ２を読込むとともに、レゾルバ１７で検出した正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓをレゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣに供給してモータ回転角信号θｍを算出し、算出したモータ回転角信号θｍにギヤ比Ｇｒを乗算して第２の出力軸回転角検出値θ２ｂを算出する。
このとき、出力軸回転角センサ１６で検出される第１の出力軸回転角検出値θ２は、図７（ａ）において特性曲線Ｌ１で示す角度信号成分と特性線Ｌ２で示す例えば２５ｄＢ以下のノイズ成分とが重畳されている。

一方、レゾルバ１７で検出される正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓに基づく第２の出力軸回転角検出値θ２ｂは、図７（ｂ）において特性曲線Ｌ３で示す角度信号成分と特性線Ｌ４で示す例えば１０ｄＢ以下のノイズ成分とが重畳されている。
これら出力軸回転角センサ１６で検出した第１の出力軸回転角検出値θ２及びレゾルバ１７の検出信号に基づく第２の出力軸回転角検出値θ２ｂのそれぞれにおいて、角度信号成分がノイズ成分を超えている場合には、角度情報として使用することができるが、角度信号成分がノイズ成分以下であるときには角度信号がノイズにかき消されてしまい、角度情報としては使用することができない。

このため、第１の出力軸回転角検出値θ２については、約２［Ｈｚ］以上の高周波成分がノイズ成分を下回ることになるので、前述したように低域通過フィルタ３１に供給して、低域通過フィルタ処理を行う。この低域通過フィルタ処理を行った結果を表す第３の出力軸回転角検出値θ２ａは、図８（ａ）に示すようになり、ノイズ成分は特性曲線Ｌ５に示すように０．１［Ｈｚ］から徐々に減衰して約３２［Ｈｚ］で“０”となる。ところが、第１の出力軸回転角検出値θ２についても元々の特性曲線Ｌ１で示す特性に対して特性曲線Ｌ６で示すように約０．２［Ｈｚ］程度からノイズ成分と同等に減衰してしまい、約１．２［Ｈｚ］以上の第２の出力軸回転角検出値θ２ａを角度信号として使用することができなくなる。

そこで、第１の出力軸回転角検出値θ２と同等でノイズ成分のレベルが低いレゾルバ１７の検出信号に基づく第２の出力軸回転角検出値θ２ｂを前述したように高域通過フィルタ３５に供給して高域通過フィルタ処理を行う。この高域通過フィルタ処理を行った結果を表す第４の出力軸回転角検出値θ２ｃは、図８（ｂ）に示すように、ノイズ成分は特性曲線Ｌ７で示すように、周波数が１００［Ｈｚ］から低下するに応じて徐々に低下して約１［Ｈｚ］で“０”となり、第３の出力軸回転角検出値θ２ｂも特性曲線Ｌ８で示すように周波数が３１［Ｈｚ］から減少するに応じて徐々に減衰し、約２［Ｈｚ］程度からより大きく減衰して０．１［Ｈｚ］で略“０”となる。

したがって、加算器３２で、第２の出力軸回転角検出値θ２ａと、第４の出力軸回転角検出値θ２ｃとを加算して、第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを得ることにより、この第５の出力軸回転角検出値θ２ｄは、図８（ｃ）の特性曲線Ｌ９で示すように、低域通過フィルタ処理した第３の出力軸回転角信号θ２ａの約２［Ｈｚ］以上の高周波数域での減衰を高域通過フィルタ処理した第４の出力軸回転角検出値θ２ｃで補償した信号となり、低周波数域の０．１［Ｈｚ］から高周波数域の約３０［Ｈｚ］までの間で、特性曲線Ｌ１０で示すノイズ成分を上回ることになり、角度情報として使用可能な範囲を大幅に拡張することができる。

そして、加算器３２から出力される第５の出力軸回転角検出値θ２ｄを減算器３６に供給して、入力軸回転角センサ１５の検出信号に基づく入力軸回転角信号θ１から第５の出力軸回転角信号θ２ｄを減算して回転角差Δθを算出し、算出した回転角差ΔθにトーションバーバネレートＫを乗算することにより、正確な操舵トルクＴ（＝Ｋ・Δθ）算出することができ、この操舵トルクＴをメモリの操舵トルク記憶領域に更新記憶する。

一方、演算処理装置２１では、図５に示す操舵補助制御処理を実行しており、メモリの操舵トルク記憶領域に更新記憶された操舵トルクＴを読込むとともに、車速センサ１８で検出した車速検出値Ｖｓ、レゾルバ１７の検出信号に基づくモータ回転角信号θｍ等を読込み（ステップＳ１１）、これら操舵トルクＴ及び車速検出値Ｖｓに基づいて図６に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出する（ステップＳ１２）。

このとき、車両が停車状態にあって、運転者がステアリングホイール１を操舵していない非操舵状態である場合には、操舵トルクＴが“０”であり、車両が停車していて車速検出値Ｖｓも“０”であるので、図６の制御マップを参照して算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆも“０”となり、電動モータ１２が停止しているので、レゾルバ１７で検出される正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓに基づいてレゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣでモータ回転角信号θｍが算出されるが、モータ角速度ωは“０”となる。“０”の操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆがｄ−ｑ軸電流指令値演算処理されて、モータ回転角信号θｍ及びモータ角速度ωに基づいてｄ−ｑ軸座標系での指令値演算が行われて、ｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆが算出され、これらｄ軸目標電流Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸目標電流Ｉｑｒｅｆが２相／３相変換されて夫々“０”の３相モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆに変換される。

一方、モータ駆動回路２２が停止されているので、モータ電流検出回路２３で検出される検出電流Ｉｕｄ〜Ｉｗｄも“０”であることから、３相モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆとモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗとの電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗも“０”となり、ＰＩ電流制御処理で算出される電圧指令値Ｖｕｒｅｆ〜Ｖｗｒｅｆも“０”となって、これら電圧指令値Ｖｕｒｅｆ〜Ｖｗｒｅｆのパルス幅変調したゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６もオフ状態となる。このゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６がモータ駆動回路２２を構成するインバータのスイッチング素子に出力されることになり、このモータ駆動回路２２から出力されるモータ駆動電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗも“０”となって、電動モータ１２が停止状態を継続する。

この電動モータ１２の停止状態で、ステアリングホイール１を右切り（又は左切り）操舵する所謂据え切りを行うと、前述したように操舵トルク検出処理が行われて操舵トルクＴが算出されてメモリの操舵トルク記憶領域に更新記憶される。このため、演算処理装置２１で実行する図５の操舵補助制御処理で、車速検出値Ｖｓが“０”であるので、一番内側の特性曲線が選択されて操舵トルクＴの増大に応じて早めに大きな値となる操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが算出される。また、操舵により電動モータ１２が回転されてモータ角速度ωが算出される。
このため、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが算出され、これらｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが２相／３相変換されて３相モータ電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆが算出される。

このとき、モータ電流検出回路２３で検出されるモータ電流検出値Ｉｕｄ〜Ｉｗｄが“０”であるので、電流偏差ΔＩｕ〜ΔＩｗは電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆの値となり、これをＰＩ制御処理することにより電圧指令値Ｖｕｒｅｆ〜Ｖｗｒｅｆが算出され，これら電圧指令値Ｖｕｒｅｆ〜Ｖｗｒｅｆをパルス幅変調することによりゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６が算出され、これらゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６がモータ駆動回路２２に出力される。

このため、モータ駆動回路２２を構成するインバータの各スイッチング素子にゲート駆動信号Ｇ１〜Ｇ６に供給されることにより、モータ駆動回路２２から所定値のモータ電流Ｉｍｕ〜Ｉｍｗが出力されて電動モータ１２が回転駆動されて、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｃに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。

その後、車両を発進させると、車速センサ１８で検出される車速検出値Ｖｓが増加することにより、走行中にステアリングホイール１を操舵したときに、操舵補助制御処理で算出される操舵補助電流指令値は図６のマップで車速検出値Ｖｓが速くなるほど外側の特性曲線が選択されることになるので、操舵トルクＴの増加に対応する操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆの増加量が少なくなることにより、電動モータ１２で発生される操舵補助トルクも据え切り時に比較して小さい値となり、車速検出値Ｖｓに応じた最適の操舵補助トルクを発生させることができる。

このように、上記実施形態によると、出力軸回転角センサ１６で検出した第１の出力軸回転角検出値θ２を低域通過フィルタ処理するとともに、レゾルバ１７で検出した正弦波信号Ｖｓｉｎ及び余弦波信号Ｖｃｏｓに基づく第３の出力軸回転角検出値θ２ｂを高域通過フィルタ処理し、両フィルタ処理結果を加算するだけで角度信号成分に対してノイズ成分を減衰させることができる。
このため、前述した従来例のようにディジタルフィルタ処理による位相遅れを補償するために、様々な状況に応じてフィルタのオン／オフ切換えが必要となるとともに、フィルタのオフ時にはフィルタ効果が得られないという問題点はなく、低コストで変動のない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

なお、上記実施形態においては、第１の出力軸回転角検出値θ２に対して低域通過フィルタ３１で低域通過フィルタ処理を行い、第３の出力軸回転角検出値θ２ｂに対して高域通過フィルタ３５で高域通過フィルタ処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、低域通過フィルタ３１に代えて信号平滑特性を有するフィルタ（例えば低周波領域に対して高周波領域の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ）を適用し、高域通過フィルタ３５に代えて高域強調特性を有するフィルタ（例えば、低周波領域に対して高周波領域の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ）を適用するようにしてもよい。信号平滑特性を有するフィルタとしては第１の出力軸回転角検出値θ２に、この第１の出力回転角検出値θ２の低域通過フィルタ処理したフィルタ出力を加算するようにすればよく、高域強調特性を有するフィルタとしては第３の出力軸回転角検出値θ２ｂに、この第３の出力軸回転角検出値θ２ｂの高域通過フィルタ処理したフィルタ出力を加算するようにすればよい。ここで、信号平滑特性を有するフィルタと高域強調特性を有するフィルタとは対の特性となるように設定することが好ましい。

また、上記実施形態においては、レゾルバ１７の検出信号をレゾルバ／デジタル信号変換回路ＲＤＣでデジタル信号に変換してから演算処理装置２１に入力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、レゾルバ１７の検出信号を演算処理装置２１のＡ／Ｄ変換入力端子に供給し、演算処理装置２１でレゾルバ／デジタル信号変換処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、トルクセンサを構成する入力軸回転角センサ１５及び出力軸回転角センサ１６をロータリエンコーダで構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータリポテンショメータやレゾルバ等の他の回転角センサを適用することができる。

さらに、上記実施形態においては、本発明をコラム式の電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤ機構のピニオン軸に操舵補助力を伝達するピニオン式の電動パワーステアリング装置やラック軸に操舵補助力を伝達するラック式の電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができる。これらの場合には、ユニバーサルジョイント６とピニオンシャフト７との間にトーションバーを配置してトーションバーを挟むユニバーサルジョイント６とピニオンシャフト７との回転角差から操舵トルクＴを算出すればよい。

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…トーションバー、２ｃ…出力軸、８…ステアリングギヤ機構、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ機構、１２…電動モータ、１４…トルクセンサ、１５…入力軸回転角センサ、１６…出力軸回転角センサ、１７…レゾルバ、１８…車速センサ、２０…操舵補助制御装置、ＲＤＣ…レゾルバ／デジタル信号変換回路、２１…演算処理装置、２２…モータ駆動回路、２３…モータ電流検出回路、３１…低域通過フィルタ、３２…加算器、３３…乗算器、３４…ギヤ比設定器、３５…高域通過フィルタ、３５…減算器、３６…トーションバーバネレート設定器、３７…乗算器

Claims (10)

1. 車両の操舵系に設けられたトーションバーで連結した入力軸及び出力軸の回転角を個別に検出する入力軸回転角検出手段及び出力軸回転角検出手段を有するトルク検出手段と、該トルク検出手段で検出したトルク検出値に基づいて制御され、前記出力軸に対して操舵補助力を発生する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータのモータ回転角を検出するモータ回転角検出手段と、
   前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角を使用してノイズ低減を行うノイズ抑制手段と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ノイズ抑制手段は、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第１のフィルタ手段を備えてい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. 前記ノイズ抑制手段は、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第２のフィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ノイズ抑制手段は、前記出力軸回転角検出手段で検出した出力軸回転角信号に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に低いフィルタ処理を行う第１のフィルタ手段と、前記モータ回転角検出手段で検出したモータ回転角に対して、低周波数の伝達ゲインに対する高周波数の伝達ゲインが相対的に高いフィルタ処理を行う第２のフィルタ手段とを備えてい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. 前記ノイズ抑制手段は、前記第１のフィルタ手段のフィルタ出力と前記第２のフィルタ手段のフィルタ出力とを加算した値をノイズ低減出力軸回転角信号とし、前記トルク検出手段は、入力軸回転角検出手段で検出した入力軸回転角信号から前記ノイズ低減出力軸回転角を減算した値に前記トーションバーレートを乗算して操舵トルクを算出するように構成されてい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. 前記第１のフィルタ手段は、低域通過フィルタ及び信号平滑特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記第２のフィルタは、高域通過フィルタ及び高域強調特性を有するフィルタの何れか一方で構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記低域通過フィルタ及び前記高域通過フィルタのカットオフ特性とカットオフ周波数とが同一特性に設定されてい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。
9. 前記信号平滑特性を有するフィルタ及び前記高域強調特性を有するフィルタの周波数特性が対の特性に設定されてい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。
10. 前記電動モータは、減速ギヤ機構を介して前記出力軸に連結されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

Images