JP2014136558A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の違和感を払拭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】アシスト指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈに基づいて第１アシスト成分Ｔａ１を演算する。また操舵トルクＴｈ及び第１アシスト成分Ｔａ１から理想モデルに基づいて転舵角指令値θｐ＊を演算し、実転舵角θｐを転舵角指令値θｐ＊に一致させる転舵角フィードバック制御を通じて第２アシスト成分Ｔａ２を演算する。アシスト指令値演算部４０は第１アシスト成分Ｔａ１に第２アシスト成分Ｔａ２を加算してアシスト指令値Ｔａｓを演算する。ここでは実転舵角θｐと転舵角指令値θｐ＊との偏差Δθｐが許容範囲から外れたとき、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２を除去するとともに、転舵角フィードバック制御系の収束性を高めるように理想モデルを変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の操舵機構にモータのアシストトルクを付与することにより運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

従来、この種の電動パワーステアリング装置としては特許文献１に記載の装置がある。特許文献１の電動パワーステアリング装置は、操舵角に基づき目標操舵トルクを定める第１規範モデル、及び操舵トルクに基づき操舵系の目標舵角（目標転舵角）を定める第２規範モデルを備えている。これら両規範モデル（理想モデル）により設定される制御信号（アシスト指令値）に基づいてモータの駆動が制御される。すなわち目標操舵トルクに実操舵トルクを追従させるべくトルクフィードバック制御を実行して得られる第１アシスト成分をアシスト指令値に含めることにより、操舵トルクを常に最適な値にすることができる。また目標転舵角に実転舵角を追従させる転舵角フィードバック制御を実行して得られる第２アシスト成分をアシスト指令値に含めることにより、転舵輪からの逆入力振動を打ち消すこともできる。

特許第４４５３０１２号公報

ところで、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、転舵角フィードバック制御の実行時、実転舵角と目標転舵角との偏差が著しく拡大すると制御が不安定になるおそれがある。すなわち実転舵角と目標転舵角との偏差が大きすぎると、それに対応するアシストトルクを付与することができない。このような状況下で転舵角フィードバック制御を継続すると、アシストトルクの不足が助長されるとともに、適切な目標転舵角を演算することができないため、制御が不安定になるおそれがある。このため実転舵角と目標転舵角との偏差が著しく拡大した場合には、アシスト指令値から第２アシスト成分を除去することで制御を安定化させることが望ましい。またアシスト指令値から第２アシスト指令値を除去している間は、第２アシスト成分の演算を停止せずに継続することが望ましい。これにより実転舵角と目標転舵角との偏差の拡大が解消され、再びアシスト指令値に第２アシスト成分が含まれることになった場合でも、転舵角フィードバック制御における整定時間をより短くすることができる。

一方、上記のようにアシスト指令値から第２アシスト成分が除去されると、制御系の特性が実質的に変更される。ここで理想モデルは制御系における収束性を考慮して設定されるが、制御系の特性が変更されると収束性の確保が難しくなり、理想モデルにおいて自励振動が発生するおそれがある。理想モデルにおいて自励振動が発生すると、適切な目標転舵角を演算することができない。そのため実転舵角と目標転舵角との偏差の拡大が解消されて再びアシスト指令値に第２アシスト成分が含まれることになったときに、転舵角フィードバック制御における整定時間が長くなり、アシストトルクが安定しない状況が生じる。これが運転者に違和感を与える要因となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、理想モデルにおける自励振動の発生を抑制し、運転者の違和感を払拭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。

上記課題を解決するための電動パワーステアリング装置は、モータのアシストトルクを車両の操舵機構に付与するアシスト機構と、前記モータの駆動をアシスト指令値に基づき制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、前記操舵機構に付与される操舵トルクを含む入力情報に応じた理想的な転舵輪の転舵角をモデル化した理想モデルに基づき転舵角指令値を演算する転舵角指令値演算部と、前記転舵輪の転舵角を前記転舵角指令値に一致させる転舵角フィードバック制御の実行により第２アシスト成分を演算する転舵角フィードバック制御部と、前記第１アシスト成分に前記第２アシスト成分を加算した値を基礎として前記アシスト指令値を演算するアシスト指令値演算部と、を有し、前記転舵輪の転舵角と前記転舵角指令値との偏差が許容範囲から外れたとき、前記アシスト指令値に含まれる前記第２アシスト成分を除去するとともに、前記転舵角フィードバック制御系における収束性を高めるように前記理想モデルを変更する。

この構成によれば、アシスト指令値に含まれる第２アシスト成分が除去されたとき、理想モデルの変更により、転舵角フィードバック制御系における収束性が高まる。これにより理想モデルにおける自励振動が抑制され、第２アシスト成分が安定する。その結果、その後にアシスト指令値に第２アシスト成分が加えられても、転舵角フィードバック制御における整定時間が短く、アシスト指令値が安定する。すなわちアシストトルクが安定するため、運転者の違和感を払拭することができる。

上記電動パワーステアリング装置について、前記理想モデルが、前記操舵トルク及び前記第１アシスト成分の加算値を、前記転舵角に比例するばね項、及び前記転舵角の１階時間微分値に比例する粘性項を含む複数項の加算値として表した理想モデルからなり、前記理想モデルの変更が、前記ばね項の比例定数及び前記粘性項の比例定数の少なくとも一方を変更することにより行われることが好ましい。

理想モデルとしては、例えば操舵トルク及び第１アシスト成分の加算値を、転舵角に比例するばね項、及び転舵角の１階時間微分値に比例する粘性項を含む複数項の加算値としてモデル化したものを用いることができる。この場合、上記構成のように、ばね項の比例定数及び粘性項の比例定数の少なくとも一方を変更すれば、転舵角フィードバック制御系における収束性を容易に高めることができる。

この電動パワーステアリング装置によれば、理想モデルにおける自励振動の発生を抑制し、運転者の違和感を払拭することができる。

電動パワーステアリング装置の一実施形態についてその概要構成を示すブロック図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてそのモータ制御装置の構成を示すブロック図。 実施形態のモータ制御装置についてその構成を示す制御ブロック図。 操舵トルク、車速、及び第１アシスト成分の関係を示すグラフ。 実施形態のモータ制御装置についてその転舵角指令値演算部の構成を示す制御ブロック図。 実施形態のモータ制御装置についてそのロードインフォメーション補償部の構成を示す制御ブロック図。

以下、図１〜図６を参照して、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明する。
図１に示すように、この電動パワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪１５を転舵させる操舵機構１、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２を備えている。

操舵機構１は、ステアリングホイール１０と一体となって回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１の下端部にはラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３が連結されている。操舵機構１では、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１３の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１４を介して転舵輪１５に伝達されることにより転舵輪１５の転舵角θｐが変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構２は、ステアリングシャフト１１にアシストトルクを付与するモータ２０を備えている。モータ２０は三相交流モータからなる。このモータ２０の回転がギア機構２１を介してステアリングシャフト１１に伝達されることによりステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。

また、この電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール１０の操作量や車両の状態量を検出する各種センサが設けられている。例えばステアリングシャフト１１には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ４が設けられている。車両には、その走行速度Ｖを検出する車速センサ５が設けられている。モータ２０には、その回転角θｍを検出する回転角センサ６が設けられている。これらのセンサの出力はモータ制御装置（制御部）３に取り込まれている。モータ制御装置３は、各センサの出力に基づいてモータ２０の駆動を制御する。

図２に示すように、モータ制御装置３は、車載バッテリ等の電源（電源電圧「＋Ｖｃｃ」）から供給される直流電流を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流に変換するインバータ回路３０、及びインバータ回路３０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するマイコン３１を備えている。

インバータ回路３０は、マイコン３１からのＰＷＭ駆動信号に基づいて、電源から供給される直流電流を三相交流電流に変換する。この三相交流電流は給電線ＷＬを介してモータ２０に供給される。

給電線ＷＬには、同給電線ＷＬを流れる各相電流値Ｉを検出する電流センサ３２が設けられている。電流センサ３２の出力はマイコン３１に取り込まれている。
マイコン３１には、トルクセンサ４、車速センサ５、及び回転角センサ６のそれぞれの出力も取り込まれている。マイコン３１は、各センサにより検出される操舵トルクＴｈ、車速Ｖ、モータ回転角θｍ、及び各相電流値Ｉに基づいてＰＷＭ駆動信号を生成する。マイコン３１は、このＰＷＭ駆動信号をインバータ回路３０に出力することによりインバータ回路３０をＰＷＭ駆動し、モータ２０の駆動を制御する。

次に、図３の制御ブロックを参照してマイコン３１によるモータ２０の駆動制御について詳述する。
図３に示すように、マイコン３１は、操舵トルクＴｈ、車速Ｖ、及びモータ回転角θｍに基づいてアシスト指令値Ｔａｓを演算するアシスト指令値演算部４０を備えている。

アシスト指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに基づいてアシスト指令値Ｔａｓの基礎成分である第１アシスト成分Ｔａ１を演算する基本アシスト成分演算部４１を備えている。基本アシスト成分演算部４１は、例えば図４に示すようなマップを用いて車速Ｖ及び操舵トルクＴｈから第１アシスト成分Ｔａ１を演算する。図４に示すように、基本アシスト成分演算部４１は、操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほど、第１アシスト成分Ｔａ１の絶対値をより大きな値に設定する。

図３に示すように、アシスト指令値演算部４０は、基本アシスト成分演算部４１で演算された第１アシスト成分Ｔａ１の値に対して補正値Ｔｒを減算する補正を行い、補正後の第１アシスト成分Ｔａ１’を転舵角指令値演算部４２に出力する。

転舵角指令値演算部４２には、補正後の第１アシスト成分Ｔａ１’の他、操舵トルクＴｈも取り込まれる。転舵角指令値演算部４２は、第１アシスト成分Ｔａ１’と操舵トルクＴｈとを加算することにより駆動トルクＴｄを求め、この駆動トルクＴｄに応じた理想的な転舵角をモデル化した理想モデルに基づいて転舵角指令値θｐ＊を演算する。なお転舵角指令値θｐ＊は転舵角θｐの目標値である。

一方、図１に示すように、モータ２０はギア機構２１を介してステアリングシャフト１１に連結されているため、モータ回転角θｍとステアリングシャフト１１の回転角との間には相関関係がある。そのためモータ回転角θｍと転舵輪１５の転舵角θｐとの間にも相関関係がある。図３に示すように、アシスト指令値演算部４０は、こうした相関関係を利用してモータ回転角θｍから転舵輪１５の実際の転舵角（実転舵角）θｐを演算する転舵角演算部４４を備えている。アシスト指令値演算部４０は、転舵角指令値演算部４２で演算された転舵角指令値θｐ＊と転舵角演算部４４で演算された実転舵角θｐとの偏差Δθｐ（＝θｐ＊−θｐ）を演算し、この偏差Δθｐを転舵角フィードバック制御部４３及び切替判定部４６に出力する。

転舵角フィードバック制御部４３は、実転舵角θｐを転舵角指令値θｐ＊に一致させるべく、それらの偏差Δθｐに基づくフィードバック制御を行い、第２アシスト成分Ｔａ２を生成する。

切替判定部４６は、偏差Δθｐに基づき、転舵角指令値演算部４２及びロードインフォメーション補償部４５に対して第１切替信号又は第２切替信号を出力する。具体的には、切替判定部４６は、偏差Δθｐが所定の許容範囲内にあるときには第１切替信号を出力する。また切替判定部４６は、偏差Δθｐが許容範囲外にあるときには第２切替信号を出力する。なお偏差Δθｐの許容範囲は、後述する第１理想モデルを用いた状態で転舵角フィードバック制御の安定性を確保できる偏差Δθｐの範囲であり、予め実験等により設定されている。

次に、転舵角指令値演算部４２の理想モデルについて詳述する。
理想モデルは、ステアリングシャフト１１やモータ２０等、電動パワーステアリング装置を構成する各要素の特性に依存するＥＰＳ側理想モデルと、電動パワーステアリング装置が搭載される車両側の特性に依存する車両側理想モデルとに分けられる。ＥＰＳ側理想モデルは、転舵角θｐの１階時間微分値θｐ´に比例する粘性項、及び転舵角θｐの２階時間微分値θｐ´´に比例する慣性項により構成可能である。粘性項は、操舵機構１とその周囲を覆うハウジング等との間に作用する摩擦等により決定される。慣性項は、運転者のステアリング操作の際に操舵機構１に発生する慣性運動により決定される。一方、車両側理想モデルは、転舵角θｐに比例するばね項により構成可能である。ばね項は、車両のサスペンションやホールアライメントの仕様、転舵輪１５のグリップ力等により決定される。そこで本実施形態では、第１アシスト成分Ｔａ１’及び操舵トルクＴｈの加算値である駆動トルクＴｄを、これらばね項、粘性項、及び慣性項の総和としてモデル化している。すなわち、ばね項の比例定数であるばね係数をＫ、粘性項の比例定数である粘性係数をＣ、及び慣性項の比例定数である慣性モーメントをＪとすると、駆動トルクＴｄは以下の式（１）でモデル化されている。

Ｔｄ＝Ｋ×θｐ＋Ｃ×θｐ´＋Ｊ×θｐ´´・・・（１）
転舵角指令値演算部４２は、この式（１）を利用して駆動トルクＴｄから転舵角指令値θｐ＊を演算する。詳しくは、図５に示すように、転舵角指令値演算部４２は、まず、補正後の第１アシスト成分Ｔａ１’と操舵トルクＴｈとを加算して駆動トルクＴｄを算出する。そして、この駆動トルクＴｄからばね項「Ｋ×θｐ＊」及び粘性項「Ｃ×θｐ＊´」を減算することにより慣性項「Ｊ×θｐ＊´´」を算出する。そして、この慣性項「Ｊ×θｐ＊´´」を慣性係数Ｊで除算することにより２階時間微分値θｐ´´を算出し、この２階時間微分値θｐ´´を積分して１階時間微分値θｐ´を算出する。また、１階時間微分値θｐ´を更に積分することにより転舵角指令値θｐ＊を算出する。

また、転舵角指令値演算部４２は、理想モデルを変更するモデル変更部４２ａを備えている。モデル変更部４２ａは、ばね係数Ｋ及び粘性係数Ｃを選択的に切り替えることにより理想モデルを変更する。モデル変更部４２ａは通常、図中に実線で示すように、理想モデルのばね係数Ｋ及び粘性係数Ｃを第１ばね係数Ｋ１及び第１粘性係数Ｃ１にそれぞれ設定している。以下、第１ばね係数Ｋ１及び第１粘性係数Ｃ１を用いた理想モデルを第１理想モデルとする。第１理想モデルは、アシスト指令値Ｔａｓに第２アシスト成分Ｔａ２が含まれる場合の転舵角フィードバック制御系における収束性を考慮し、所望の操舵感が得られるように予め実験により設定されている。またモデル変更部４２ａは、第１理想モデルを用いている状態で切替判定部４６から第２切替信号があったとき、図中に破線で示すように、理想モデルのばね係数Ｋ及び粘性係数Ｃを第２ばね係数Ｋ２及び第２粘性係数Ｃ２にそれぞれ変更する。以下、第２ばね係数Ｋ２及び第２粘性係数Ｃ２を用いた理想モデルを第２理想モデルとする。第２理想モデルは、アシスト指令値Ｔａｓに第２アシスト成分Ｔａ２がふくまれていない場合の転舵角フィードバック制御系における収束性を考慮して予め実験等により設定されている。本実施形態では、理想モデルの収束特性が主に式（１）のばね項及び粘性項により定まることに着目して、ばね係数Ｋを第１ばね係数Ｋ１から第２ばね係数Ｋ２に、また粘性係数Ｃを第１粘性係数Ｃ１から第２粘性係数Ｃ２に変更することにより理想モデルの特性を変更し、理想モデル内部の自励振動を抑制している。さらにモデル変更部４２ａは、切替判定部４６から第１切替信号の入力があったとき、理想モデルを第２理想モデルから第１理想モデルに戻す。

このように転舵角指令値演算部４２は、第１理想モデル及び第２理想モデルのいずれかを用いて転舵角指令値θｐ＊を設定する。すなわち、図３に示す転舵角フィードバック制御部４３は、第１理想モデルに対応した転舵角指令値θｐ＊、あるいは第２理想モデルに対応した転舵角指令値θｐ＊に基づいて第２アシスト成分Ｔａ２を設定する。

そしてアシスト指令値演算部４０は、補正後の第１アシスト成分Ｔａ１’と第２アシスト成分Ｔａ２とを加算することでアシスト指令値Ｔａｓを算出し、このアシスト指令値Ｔａｓを電流指令値演算部５０に出力する。

電流指令値演算部５０は、アシスト指令値Ｔａｓに基づいてｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上の電流指令値Ｉｑ＊を演算し、この電流指令値Ｉｑ＊をＰＷＭ駆動信号生成部６０に出力する。なお、本実施形態においてｄ軸上の電流指令値Ｉｄ＊は「０」とされており、電流指令値演算部５０は、この電流指令値Ｉｄ＊もＰＷＭ駆動信号生成部６０に出力する。

ＰＷＭ駆動信号生成部６０には、電流指令値演算部５０からの電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の他、各相電流値Ｉ及びモータ回転角θｍの情報も取り込まれている。ＰＷＭ駆動信号生成部６０は、モータ回転角θｍを用いて各相電流値Ｉをｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する。そして、ｄ軸電流値が電流指令値Ｉｄ＊となり、ｑ軸電流値が電流指令値Ｉｑ＊となるようにそれらの偏差に基づくフィードバック制御を行い、ＰＷＭ駆動信号を生成する。これにより、上記インバータ回路３０がＰＷＭ駆動し、モータ２０からステアリングシャフト１１にアシストトルクが付与される。

このような構成によれば、転舵角フィードバック制御により生成される第２アシスト成分Ｔａ２がアシスト指令値Ｔａｓに含まれるため、転舵輪１５の転舵角θｐが転舵角指令値θｐ＊に追従するように制御される。これにより転舵角θｐが転舵角指令値θｐ＊に維持されるため、外乱に起因する操舵機構１の振動を的確に抑制することができる。また、図５に示した転舵角指令値演算部４２におけるばね係数Ｋ１，Ｋ２、粘性係数Ｃ１，Ｃ２、及び慣性係数Ｊのそれぞれの値を適宜調整することにより、搭載車両の実際の特性によらず、任意の特性を制御により形成することができる。すなわち第１理想モデルを用いることにより、所望の操舵感を実現することができる。また第２理想モデルを用いることにより、理想モデルにおける自励振動を効果的に抑制することができる。

一方、アシスト指令値演算部４０は、第２アシスト成分Ｔａ２及び車速Ｖに基づいて補正値Ｔｒを演算するロードインフォメーション補償部４５を備えている。
図６に示すように、ロードインフォメーション補償部４５は、ゲイン演算部４５ａ及び切替部４５ｂを備えている。ゲイン演算部４５ａは、車速Ｖに基づいてゲインＫｒを演算する。ゲイン演算部４５ａは、図中に示すように、車速Ｖが「０≦Ｖ＜Ｖ１」の範囲である低速走行時には、ゲインＫｒを「１」に設定する。また、車速Ｖが「Ｖ１≦Ｖ＜Ｖ２」の範囲である中速走行時には、車速Ｖが速くなるほどゲインＫｒを「１」から「０」の範囲でリニアに減少させる。さらに、車速Ｖが「Ｖ２≦Ｖ」の範囲である高速走行時には、ゲインＫｒを「０」に設定する。

ロードインフォメーション補償部４５は、ゲイン演算部４５ａで演算されるゲインＫｒを第２アシスト成分Ｔａ２に乗算することにより補正値Ｔｒを演算する。すなわち、補正値Ｔｒは、車速Ｖに応じて「０≦Ｔｒ≦Ｔａ２」の範囲で変化する。このため補正後の第１アシスト成分Ｔａ１’は「Ｔａ１−Ｋｒ・Ｔａ２」となる。よってアシスト指令値Ｔａｓは「Ｔａ１＋（１−Ｋｒ）・Ｔａ２」となる。このように、ロードインフォメーション補償部４５は、車速Ｖが遅くなるほど、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２の絶対値を小さくする調整部となっている。

このような構成によれば、低速走行時には、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２が除去されるため、転舵角フィードバック制御に起因するアシストトルクがステアリングシャフト１１に作用しなくなる。よって転舵輪１５からの逆入力トルクが打ち消されることなく運転者に伝達されるため、運転者は路面状態（ロードインフォメーション）を取得することができる。また車速Ｖが速くなるほど、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２が大きくなり、転舵角フィードバック制御に起因するアシストトルクがステアリングシャフト１１に作用するようになる。特に、車速Ｖが速度Ｖ２以上となる高速走行時には、転舵角フィードバック制御に起因するアシストトルクによって、転舵輪１５からの逆入力トルクを打ち消すことができる。これにより高速走行時における車両走行の安定性を的確に確保することができる。

一方、切替部４５ｂは、切替判定部４６からの出力信号に基づきゲインＫｒを切り替える。具体的には、切替部４５ｂは、切替判定部４６からの出力信号が第１切替信号の場合、ゲインＫｒをゲイン演算部４５ａの演算結果に設定する。また切替部４５ｂは、切替判定部４６からの出力信号が第２切替信号の場合、図中に破線で示すようにゲインＫｒを固定値「１」に設定する。

次に、本実施形態のモータ制御装置３の動作例（作用）について説明する。
本実施形態では、図５に示すように、転舵角指令値演算部４２の理想モデルを第１理想モデルに設定することにより、運転者が所望の操舵感を得られるようになっている。しかしながら、転舵角フィードバック制御の実行時、予期せぬ外力が操舵系に入力された場合、実転舵角θｐと転舵角指令値θｐ＊との偏差Δθｐが著しく拡大し、制御が不安定になるおそれがある。これは理想モデルにおいて自励振動を発生させる要因となる。すなわち偏差Δθｐが大きすぎると、それに対応するアシストトルクを付与することができない。このような状況下で転舵角フィードバック制御を継続すると、アシストトルクの不足が助長されるおそれがある。この場合、転舵角指令値演算部４２は適切な転舵角指令値θｐ＊を演算することができないため、第２アシスト成分Ｔａ２が不安定になり、転舵角フィードバック制御系の安定性を確保できなくなることが懸念される。

この点、本実施形態では、理想モデルにおける自励振動に起因して偏差Δθｐが所定の許容範囲を超えて大きくなり、第１理想モデルを用いた状態では転舵角フィードバック制御系の安定性を確保することが難しくなった場合、切替判定部４６が第２切替信号をロードインフォメーション補償部４５に出力する。これによりロードインフォメーション補償部４５の切替部４５ｂがゲインＫｒを固定値「１」に設定するため、アシスト指令値Ｔａｓから第２アシスト成分Ｔａ２が除去される。したがって第２アシスト成分Ｔａ２が不安定になったとしても、その影響がアシスト指令値Ｔａｓに反映されることはなく、より安定した操舵感を得ることができる。また、偏差Δθｐが所定の許容範囲内に復帰した場合、切替判定部４６が第１切替信号をロードインフォメーション補償部４５に出力する。これによりロードインフォメーション補償部４５の切替部４５ｂがゲインＫｒをゲイン演算部４５ａの演算結果に設定するため、アシスト指令値Ｔａｓに第２アシスト成分Ｔａ２が含まれるようになる。これにより、運転者の操舵感を的確に確保することができる。

また本実施形態では、ゲインＫｒが固定値「１」に設定されている間、転舵角指令値演算部４２による転舵角指令値θｐ＊の演算、及び転舵角フィードバック制御部４３による第２アシスト成分Ｔａ２の演算が継続される。これにより再びアシスト指令値Ｔａｓに第２アシスト成分Ｔａ２が含まれるようになった場合でも、転舵角指令値演算部４２及び転舵角フィードバック制御部４３はその時点までの演算結果に基づき転舵角指令値θｐ＊及び第２アシスト成分Ｔａ２を演算することができる。これにより理想モデルが切り替わる際の整定時間が、第２アシスト成分Ｔａ２の演算を停止した場合に比べて短くなり制御が安定し易くなる。

ところで、ゲインＫｒが固定値「１」に設定されている間、すなわちアシスト指令値Ｔａｓから第２アシスト成分Ｔａ２が除去されている間は、実転舵角θｐを転舵角指令値θｐ＊に追従させるようなアシストトルクがステアリングシャフト１１に作用しない。このため、転舵角フィードバック制御系の特性が実質的に変更され、これに起因して理想モデルにおいて自励振動が発生するおそれがある。理想モデルにおいて自励振動が発生すると、第２アシスト成分Ｔａ２が不安定になるおそれがある。この場合、その後にアシスト指令値Ｔａｓに再び第２アシスト成分Ｔａ２が加えられると、アシスト指令値Ｔａｓが不安定となり、操舵機構１に振動が発生する等して運転者に違和感を与えるおそれがある。

この点、本実施形態では、転舵角指令値θｐ＊と実転舵角θｐとの偏差Δθｐが許容範囲から外れ、アシスト指令値Ｔａｓから第２アシスト成分Ｔａ２が除去されているとき、切替判定部４６が転舵角指令値演算部４２に第２切替信号を出力する。このとき転舵角指令値演算部４２のモデル変更部４２ａは、理想モデルを第１理想モデルから第２理想モデルに変更する。これによりアシスト指令値Ｔａｓから第２アシスト成分Ｔａ２が除去された転舵角フィードバック制御系の収束性が高まるため、理想モデルにおける自励振動が抑制され、第２アシスト成分Ｔａ２が安定する。よって、その後にアシスト指令値Ｔａｓに再び第２アシスト成分Ｔａ２が加えられても、転舵角フィードバック制御系における整定時間が短く、アシスト指令値Ｔａｓが安定する。すなわちアシストトルクが安定するため、運転者の違和感を払拭することができる。

また、転舵角指令値θｐ＊と実転舵角θｐとの偏差Δθｐが許容範囲内に戻った場合には、切替判定部４６が転舵角指令値演算部４２に第１切替信号を出力する。このとき、転舵角指令値演算部４２のモデル変更部４２ａは理想モデルを第１理想モデルに戻すため、運転者は所望の操舵感を得ることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば以下の効果が得られる。
（１）電動パワーステアリング装置のモータ制御装置３では、実転舵角θｐと転舵角指令値θｐ＊との偏差Δθｐが許容範囲から外れたとき、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２を除去するとともに、転舵角フィードバック制御系における収束性を高めるように理想モデルを変更することとした。これによりアシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２が除去されている間、第２アシスト成分Ｔａ２が安定するため、その後にアシスト指令値Ｔａｓに第２アシスト成分Ｔａ２が加えられたとき、アシスト指令値Ｔａｓが安定する。すなわちアシストトルクが安定するため、運転者の違和感を払拭することができる。

（２）転舵角指令値演算部４２の理想モデルとして、操舵トルクＴｈ及び第１アシスト成分Ｔａ１’の加算値を駆動トルクＴｄとするとき、駆動トルクＴｄをばね項、粘性項、及び慣性項の各項の加算値で表したモデルを用いることとした。そして、ばね項のばね係数Ｋ、及び粘性項の粘性係数Ｃを変更することにより理想モデルを変更することとした。これにより転舵角フィードバック制御の収束性を容易に高めることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、理想モデルの変更の際に、ばね係数Ｋ及び粘性係数Ｃの両方を変更したが、いずれか一方のみを変更してもよい。

・上記実施形態の基本アシスト成分演算部４１では、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに基づいて第１アシスト成分Ｔａ１を設定したが、例えば操舵トルクＴｈのみに基づいて第１アシスト成分Ｔａ１を設定してもよい。また、操舵トルクＴｈに対する第１アシスト成分Ｔａ１の変化勾配（アシスト勾配）に基づいてトルクセンサ４の検出操舵トルクＴｈの位相を変化させる、いわゆる位相補償制御を実行してもよい。さらに、ステアリングシャフト１１の回転速度が速くなるほど、第１アシスト成分Ｔａ１を小さくする、いわゆるダンパ制御を実行してもよい。なお、基本アシスト成分演算部４１でダンパ制御を実行する場合には、その制御の実行により運転者の操舵感に粘性感を付与することができる。よって、転舵角指令値演算部４２の第１理想モデルから粘性項を排除してもよい。具体的には、図５に例示した第１粘性係数Ｃ１を「０」に設定してもよい。ところで、第１理想モデルから粘性項を排除すると、転舵角指令値θｐ＊と実転舵角θｐとの偏差Δθｐが大きくなったときに転舵角フィードバック制御系で自励振動が発生し易くなる。この自励振動を抑制するためには、実転舵角θｐと転舵角指令値θｐ＊との偏差Δθｐが許容範囲から外れることを条件に、転舵角指令値演算部４２の理想モデルを、粘性項を有する第２理想モデルに変更することが特に有効となる。これにより、第１理想モデルから粘性項を排除しても、転舵角フィードバック制御系の自励振動を抑制することができるため、第２アシスト成分Ｔａ２が安定しやすくなる。

・上記実施形態では、ロードインフォメーション補償部４５を省略してもよい。この場合、偏差Δθｐが許容範囲内であるか否かに応じて、アシスト指令値Ｔａｓに含まれる第２アシスト成分Ｔａ２の大きさを調整する調整部を別途設ければよい。

・上記実施形態では、転舵角指令値演算部４２の理想モデルとして図５に例示したモデルを用いたが、同理想モデルは適宜変更可能である。例えば慣性感を省略した理想モデルや、摩擦感を新たに追加した理想モデル等を用いてもよい。また、操舵トルクＴｈのみに基づいて転舵角指令値θｐ＊を設定する理想モデルを用いてもよい。要は、理想モデルは、所望の操舵感が得られるとともに、転舵角フィードバック制御の収束性を高めるように変更可能なものであればよい。

・上記実施形態のモータ制御装置３は、ステアリングシャフト１１にアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置に限らず、ラックシャフト１３にアシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置などにも適用可能である。

θｐ…転舵角、θｐ＊…転舵角指令値、Δθｐ…偏差、Ｔａ１…第１アシス成分、Ｔａ２…第２アシスト成分、Ｔａｓ…アシスト指令値、Ｔｈ…操舵トルク、１…操舵機構、２…アシスト機構、３…モータ制御装置（制御部）、１５…転舵輪、２０…モータ、４０…アシスト指令値演算部、４１…基本アシスト成分演算部、４２…転舵角指令値演算部、４３…転舵角フィードバック制御部。

Claims (2)

1. モータのアシストトルクを車両の操舵機構に付与するアシスト機構と、
   前記モータの駆動をアシスト指令値に基づき制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、
   前記操舵機構に付与される操舵トルクを含む入力情報に応じた理想的な転舵輪の転舵角をモデル化した理想モデルに基づき転舵角指令値を演算する転舵角指令値演算部と、
   前記転舵輪の転舵角を前記転舵角指令値に一致させる転舵角フィードバック制御の実行により第２アシスト成分を演算する転舵角フィードバック制御部と、
   前記第１アシスト成分に前記第２アシスト成分を加算した値を基礎として前記アシスト指令値を演算するアシスト指令値演算部と、を有し、
   前記転舵輪の転舵角と前記転舵角指令値との偏差が許容範囲から外れたとき、前記アシスト指令値に含まれる前記第２アシスト成分を除去するとともに、前記転舵角フィードバック制御系における収束性を高めるように前記理想モデルを変更する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、
   前記理想モデルが、前記操舵トルク及び前記第１アシスト成分の加算値を、前記転舵角に比例するばね項、及び前記転舵角の１階時間微分値に比例する粘性項を含む複数項の加算値として表した理想モデルからなり、
   前記理想モデルの変更が、前記ばね項の比例定数及び前記粘性項の比例定数の少なくとも一方を変更することにより行われる
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。