JP2015168346A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より良好な操舵感を得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】この電動パワーステアリング装置は、モータ３０の駆動を制御する制御装置５を備える。制御装置５は、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに基づき第１アシスト成分を演算する。また制御装置５は、逆入力に応じた補償成分を演算するとともに、操舵トルクＴｈ及び第１アシスト成分の加算値からなる基本駆動トルクに補償成分を加算した値に基づいて転舵角指令値を演算する。さらに制御装置５は、車両の転舵角を転舵角指令値に追従させる転舵角フィードバック制御を通じて第２アシスト成分を生成する。そして制御装置５は、第１アシスト成分と第２アシスト成分との加算値からなるアシスト指令値に基づいてモータ３０の駆動を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両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。

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。この電動パワーステアリング装置は、運転者により操舵機構に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ、及びモータの駆動を制御する制御装置を備えている。制御装置は、トルクセンサにより検出される操舵トルクに基づいてアシスト指令値を設定し、モータのアシスト力をアシスト指令値に追従させるべくモータの駆動を制御する。

特開２００８−１３７４８６号公報

ところで、車両の走行の際、転舵輪には路面状態に応じた路面反力が作用し、この路面反力に対応した逆入力が車両の転舵輪から操舵機構を介してステアリングホイールに伝達される。そして運転者は、ステアリングホイールを把持している手に伝わる逆入力を通じて、路面状態や転舵輪のグリップ力等、走行中の路面に関する情報（ロードインフォメーション）を把握することができる。また、逆入力には路面反力だけでなくブレーキ振動等に対応するものも含まれており、これらは操舵感を悪化させる要因となる。したがって必要とされる逆入力のみをより適切にステアリングホイールに伝達することができれば、操舵感を向上させることが可能である。

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、より良好な操舵感を得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電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構にモータのアシスト力を付与するモータと、前記アシスト力の目標値に対応するアシスト指令値に基づいて前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、車両のステアリング操作に伴い前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて前記アシスト力の基礎成分であるアシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、車両の転舵輪の側から前記操舵機構に作用する逆入力に応じた補償成分を演算する補償成分演算部と、前記アシスト成分に対して前記補償成分に基づく補償を行うことにより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、前記補償成分演算部は、前記逆入力を検出又は推定する逆入力検出部と、前記逆入力の検出値又は推定値から所定の周波数帯域に属する特定周波数成分を抽出するフィルタ部と、前記フィルタ部により抽出された特定周波数成分の位相を調整する位相調整部と、を有し、前記位相調整された特定周波数成分に基づいて前記補償成分を演算する。

この構成によれば、位相調整された特定周波数成分に基づき設定される補償成分がアシスト指令値に含まれるため、位相調整された特定周波数成分に対応するアシスト力がモータから操舵機構に付与される。このアシスト力により、必要な逆入力成分を増幅したり、あるいは不必要な逆入力成分を抑制することが可能となる。したがって、必要な逆入力成分のみをより適切に操舵機構に伝達することが可能となるため、運転者の操舵感を向上させることができる。

ところで、位相調整せずにそのままの特定周波数成分に基づいて補償成分を設定するだけでは、逆入力成分の増幅や抑制を適切に行うことは難しい。それは以下の理由による。
特定周波数成分をそのまま用いて補償成分を設定した場合、操舵機構において補償成分に対応したアシスト力が付与される部分における逆入力成分と補償成分に対応したアシスト力との間に位相のずれが生じるおそれがある。これは、例えばモータのアシスト力を操舵機構に伝達する伝達機構の構造や、制御部の演算遅れなどに起因して、補償成分に対応したアシスト力の位相が逆入力成分の位相に対して遅れることによる。このような位相のずれが存在する場合、実際に操舵機構に発生する逆入力振動と、補償成分に対応したアシスト力との間に位相のずれが生じるため、逆入力成分の増幅や抑制を適切に行うことができない。

この点、上記構成によれば、補償成分演算部は、特定周波数成分の位相を調整するとともに、位相調整された特定周波数成分に基づいて補償成分を演算する。これにより補償成分の位相を、逆入力成分を増幅するのに最適な位相、あるいは逆入力成分を抑制するのに最適な位相に設定することができる。したがって、逆入力成分の増幅や抑制をより的確に行うことができるため、運転者はより良好な操舵感を得ることができる。

また上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構にモータのアシスト力を付与するアシスト機構と、前記アシスト力の目標値に対応するアシスト指令値に基づいて前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、車両のステアリング操作に伴い前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて前記アシスト力の基礎成分である第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、車両の転舵輪の転舵角の目標値に対応する転舵角指令値を前記操舵トルクに基づいて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追従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、前記転舵輪の側から前記操舵機構に作用する逆入力に応じた補償成分を演算する補償成分演算部と、前記第１アシスト成分及び前記第２アシスト成分の加算値を基礎として前記アシスト指令値を演算するとともに、前記補償成分に基づいて前記アシスト指令値を変化させるアシスト指令値演算部と、を有し、前記補償成分演算部は、前記逆入力を検出又は推定する逆入力検出部と、前記逆入力の検出値又は推定値から所定の周波数帯域に属する特定周波数成分を抽出するフィルタ部と、前記フィルタ部により抽出された特定周波数成分の位相を調整する位相調整部と、を有し、前記位相調整された特定周波数成分に基づいて前記補償成分を設定する。

この構成によれば、上記の電動パワーステアリング装置と同様に、逆入力成分の増幅や抑制をより的確に行うことができるため、運転者はより良好な操舵感を得ることができる。

さらに上記構成によれば、転舵角フィードバック制御により生成される第２アシスト成分がアシスト指令値に含まれるため、アシスト指令値に基づくアシスト力が操舵機構に付与されると、実際の転舵角が転舵角指令値に維持される。そのため逆入力振動を抑制することができる。すなわち転舵輪から操舵機構に逆入力振動が伝達される場合であれ、実際の転舵角が転舵角指令値に維持されるように第２アシスト成分が調整される。その結果、逆入力振動を打ち消す方向に操舵機構に対して操舵補助が行われる。これにより操舵機構の振動を抑制することができるため、運転者の操舵感をさらに向上させることができる。

上記電動パワーステアリング装置について、前記所定の周波数帯域は、逆入力に含まれる成分のうち路面状態の反映された第１逆入力成分に対応する周波数帯域であり、前記位相調整部は、前記操舵機構における前記第１逆入力成分と前記補償成分に対応したアシスト力との位相のずれ量が「０°」となるように前記特定周波数成分の位相を調整することが好ましい。

この構成によれば、路面状態の反映された逆入力振動に対して、補償成分に対応したアシスト力をより正確に同一方向に作用させることができるため、路面状態の反映された逆入力振動をより的確に増幅することができる。そのため運転者はロードインフォメーションをより的確に把握することができる。

また上記電動パワーステアリング装置について、前記所定の周波数帯域は、逆入力に含まれる成分のうち操舵感を悪化させる第２逆入力成分に対応する周波数帯域であり、前記位相調整部は、前記操舵機構における前記第２逆入力成分と前記補償成分に対応したアシスト力との位相のずれ量が「１８０°」となるように前記特定周波数成分の位相を調整することが好ましい。

この構成によれば、例えばブレーキ振動等の操舵感を悪化させる第２逆入力成分に対して、補償成分に対応したアシスト力をより確実に逆方向に作用させることができるため、操舵感を悪化させる逆入力振動をより的確に抑制することができる。そのため運転者の操舵感を向上させることができる。

上記電動パワーステアリング装置について、前記補償成分演算部は、前記位相調整された特定周波数成分と前記補償成分との関係を示すマップに基づいて前記位相調整された特定周波数成分から前記補償成分を演算するマップ演算部を更に備えることが好ましい。

この構成によれば、マップにおける特定周波数成分と補償成分との関係を変更することにより、補償成分に応じたアシスト力を任意に変更することができるため、逆入力成分の増幅や抑制をより効果的に行うことができる。これにより操舵感をさらに向上させることができる。

この電動パワーステアリング装置によれば、より良好な操舵感を得ることができる。

電動パワーステアリング装置の第１実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 第１実施形態の電動パワーステアリング装置についてその制御装置の構成を示すブロック図。 第１実施形態の制御装置の制御ブロック図。 操舵トルクＴｈと第１アシスト成分Ｔａ１＊との関係を示すマップの一例を示すグラフ。 第１実施形態の制御装置における補償成分演算部の制御ブロック図。 （ａ），（ｂ）は、第１逆入力成分Ｔｒ１の波形と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクの波形とを比較して示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は、第２逆入力成分Ｔｒ２の波形と第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクの波形とを比較して示すグラフ。 電動パワーステアリング装置の第２実施形態についてその制御装置の制御ブロック図。

＜第１実施形態＞
以下、電動パワーステアリング装置の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、この電動パワーステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２０の操作に基づき転舵輪４を転舵させる操舵機構２、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３を備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール２０の回転軸となるステアリングシャフト２１を備えている。ステアリングシャフト２１は、ステアリングホイール２０に連結されたコラムシャフト２１ａ、コラムシャフト２１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２１ｂ、及びインターミディエイトシャフト２１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２１ｃからなる。ピニオンシャフト２１ｃの下端部はラックアンドピニオン機構２２を介してラックシャフト２３に連結されている。操舵機構２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２１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２２を介してラックシャフト２３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２３の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド２４を介して転舵輪４に伝達されることにより転舵輪４の転舵角θｔが変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構３は、コラムシャフト２１ａにアシストトルク（アシスト力）を付与するモータ３０を備えている。モータ３０はブラシレスモータからなる。モータ３０の回転が減速機３１を介してコラムシャフト２１ａに付与されることによりステアリングシャフト２１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。

この電動パワーステアリング装置１には、ステアリングホイール２０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２１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２１に付与される操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ６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７が設けられている。モータ３０には、その回転角θｍを検出する回転角センサ８が設けられている。これらのセンサの出力は制御装置５に取り込まれる。制御装置５は、各センサ６〜８の出力に基づいてモータ３０の駆動を制御する制御部の一例である。

図２に示すように、制御装置５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力を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換するインバータ回路５０、及びインバータ回路５０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する）５１を備えている。

インバータ回路５０は、マイコン５１の制御信号（ＰＷＭ駆動信号）Ｓｃに基づいて三相交流電力を生成する。この三相交流電力は給電線ＷＬを介してモータ３０に供給される。給電線ＷＬには、モータ３０に供給される各相電流値Ｉを検出する電流センサ５２が設けられている。なお図２では便宜上、各相の給電線ＷＬ及び各相の電流センサ５２をそれぞれ一つにまとめて図示している。電流センサ５２の出力はマイコン５１に取り込まれる。

マイコン５１には、トルクセンサ６、車速センサ７、及び回転角センサ８のそれぞれの出力も取り込まれる。マイコン５１は、各センサ６〜８，５２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に基づいて制御信号Ｓｃを生成する。マイコン５１は、この制御信号Ｓｃをインバータ回路５０に出力することによりインバータ回路５０をＰＷＭ駆動し、モータ３０の駆動を制御する。

次に、マイコン５１によるモータ３０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５１は、操舵トルクＴｈ、車速Ｖ、各相電流値Ｉ、及びモータ回転角θｍに基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を演算するアシスト指令値演算部６０を有している。アシスト指令値Ｔａ＊は、モータ３０からステアリングシャフト２１に付与されるアシストトルクの目標値に対応する。またマイコン５１は、アシスト指令値Ｔａ＊に基づいて電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を演算する電流指令値演算部６１、及び電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊等に基づいて制御信号Ｓｃを生成する制御信号生成部６２を有している。電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、モータ３０を流れる電流の目標値、より詳しくはｄ／ｑ座標系におけるｄ軸上の電流値及びｑ軸上の電流値のそれぞれの目標値に対応する。

アシスト指令値演算部６０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＊を演算する基本アシスト成分演算部７０を有している。第１アシスト成分Ｔａ１＊はアシスト指令値Ｔａ＊の基礎成分である。基本アシスト成分演算部７０は、例えば図４に示すようなマップを有しており、このマップに基づいて操舵トルク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。そして図３に示すように、基本アシスト成分演算部７０は、演算した第１アシスト成分Ｔａ１＊を加算器７１及び加算器７２にそれぞれ出力する。加算器７２は、アシスト指令値演算部６０により演算された第１アシスト成分Ｔａ１＊に操舵トルクＴｈを加算することにより基本駆動トルクＴｃ（＝Ｔａ１＊＋Ｔｈ）を演算し、演算した基本駆動トルクＴｃを加算器７３に出力する。

アシスト指令値演算部６０は、操舵トルクＴｈ、各相電流値Ｉ、及びモータ回転角θｍに基づいて、逆入力に応じた補償成分Ｔａ３＊を演算する補償成分演算部７４を有している。補償成分演算部７４は、演算した補償成分Ｔａ３＊を加算器７３に出力する。加算器７３は、基本駆動トルクＴｃに補償成分Ｔａ３＊を加算することにより基本駆動トルクＴｃを補正し、補正後の基本駆動トルクＴｃ’（＝Ｔｃ＋Ｔａ３＊）を転舵角指令値演算部７５に出力する。

転舵角指令値演算部７５は補正後の基本駆動トルクＴｃ’から理想モデルに基づいて転舵角指令値θｔ＊を演算する。転舵角指令値θｔ＊は実際の転舵角θｔの目標値に対応する。理想モデルは、基本駆動トルクＴｃに応じた理想的な転舵角θｔを実験等により測定し、その測定結果をモデル化したものである。転舵角指令値演算部７５は、理想モデルに基づいて演算した転舵角指令値θｔ＊を転舵角フィードバック制御部７６に出力する。

アシスト指令値演算部６０はモータ回転角θｍに基づいて実際の転舵角θｔを演算する転舵角演算部７７を有している。図１に示すように、モータ３０は減速機３１を介してステアリングシャフト２１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２１の回転角との間には相関関係がある。すなわちモータ回転角θｍと転舵角θｔとの間にも相関関係がある。図３に示す転舵角演算部７７は、こうした相関関係を利用した演算によりモータ回転角θｍから転舵角θｔを求め、求めた転舵角θｔを転舵角フィードバック制御部７６に出力する。

転舵角フィードバック制御部７６は転舵角θｔを転舵角指令値θｔ＊に追従させるべく、それらの偏差に基づくフィードバック制御を行うことにより第２アシスト成分Ｔａ２＊を演算する。転舵角フィードバック制御部７６は、演算した第２アシスト成分Ｔａ２＊を加算器７１に出力する。加算器７１は、基本アシスト成分演算部７０により演算された第１アシスト成分Ｔａ１＊と、転舵角フィードバック制御部７６により演算された第２アシスト成分Ｔａ２＊とを加算することによりアシスト指令値Ｔａ＊（＝Ｔａ１＊＋Ｔａ２＊）を求める。アシスト指令値演算部６０は、加算器７１により演算されたアシスト指令値Ｔａ＊を演算結果として電流指令値演算部６１に出力する。

電流指令値演算部６１はアシスト指令値Ｔａ＊に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算し、演算したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を制御信号生成部６２に出力する。なお本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は「０」に設定されており、電流指令値演算部６１は、このｄ軸電流指令値Ｉｄ＊も制御信号生成部６２に出力する。

制御信号生成部６２にはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の他、各相電流値Ｉ及びモータ回転角θｍが取り込まれる。制御信号生成部６２は、モータ回転角θｍに基づいて各相電流値Ｉをｄ／ｑ座標系に写像することにより、ｄ／ｑ座標系におけるモータ３０の実電流値であるｄ軸電流値及びｑ軸電流値を演算する。そして制御信号生成部６２は、実際のｄ軸電流値をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従させるべく、また実際のｑ軸電流値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従させるべく、それぞれの偏差に基づく電流フィードバック制御を行うことにより制御信号Ｓｃを生成する。この制御信号Ｓｃがマイコン５１からインバータ回路５０に出力されることによりモータ３０に制御信号Ｓｃに応じた駆動電力が供給され、アシスト指令値Ｔａ＊に応じたアシストトルクがモータ３０からステアリングシャフト２１に付与されるアシスト制御が実行される。

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Ｔａ＊に含まれるため、アシスト指令値Ｔａ＊に基づくアシストトルクがステアリングシャフト２１に付与されると、転舵角θｔが転舵角指令値θｔ＊に維持される。そのため路面状態やブレーキング等に起因して操舵機構２に発生する逆入力を抑制することができる。すなわち転舵輪４から操舵機構２に逆入力が伝達される場合であれ、転舵角θｔを転舵角指令値θｔ＊に維持するように第２アシスト成分Ｔａ２＊が調整される。その結果、操舵機構２に対して逆入力を打ち消す方向に操舵補助が行われる。これによりロードインフォメーションの大部分が打ち消されてしまうことから、運転者が十分なロードインフォメーションを得ることが難しいという問題が生じる。

また、電動パワーステアリング装置１では、演算遅れやセンサノイズ等に起因して第２アシスト成分Ｔａ２＊に演算誤差が生じることがある。そのため、転舵輪４から操舵機構２に伝達される逆入力を転舵角フィードバック制御により完全に打ち消すことは難しく、運転者がブレーキペダルを踏み込んだ際に操舵機構２に生じる振動（ブレーキ振動）等、操舵感を悪化させる逆入力振動についても完全に消し去ることはできない。

そこで本実施形態では、逆入力に応じた補償成分Ｔａ３＊を補償成分演算部７４を通じて演算し、この補償成分Ｔａ３＊を用いて転舵角指令値演算部７５の入力情報である基本駆動トルクＴｃを補正している。これにより転舵角指令値演算部７５で演算される転舵角指令値θｔ＊は、基本駆動トルクＴｃに対する補償成分Ｔａ３＊の補正に応じて変化することになる。この転舵角指令値θｔ＊の変化により、転舵角フィードバック制御部７６で演算される第２アシスト成分Ｔａ２＊が変化し、アシスト指令値Ｔａ＊が変化する。すなわち補償成分Ｔａ３＊の変化に応じてアシスト指令値Ｔａ＊が変化することになる。結果的に、補償成分Ｔａ３＊に対応したアシストトルクがステアリングシャフト２１に付与される。本実施形態では、この補償成分Ｔａ３＊に対応したアシストトルクにより、路面状態の反映された逆入力についてはステアリングホイール２０に的確に伝達させ、操舵感を悪化させる逆入力については抑制することにより、運転者の操舵感を向上させる。以下、その詳細を詳述する。

まず、補償成分演算部７４による補償成分Ｔａ３＊の演算方法について説明する。
図５に示すように、補償成分演算部７４は、操舵トルクＴｈ、各相電流値Ｉ、及びモータ回転角θｍに基づいて逆入力の推定値Ｔｅを演算する逆入力検出部８０を有している。逆入力検出部８０による逆入力推定値Ｔｅの演算手法は次の通りである。

電動パワーステアリング装置１では、運転者がステアリングホイール２０に付与する操舵トルクＴｈ、及びモータ３０からステアリングシャフト２１に付与されるアシストトルクＴａｓの加算値が入力トルクとなる。この入力トルクは、電動パワーステアリング装置１の駆動に際して操舵機構２に作用する反力Ｔｆ、及び実際の逆入力Ｔｒの加算値とつり合いの関係にある。すなわち電動パワーステアリング装置１では、操舵トルクＴｈ、アシストトルクＴａｓ、反力Ｔｆ、及び実際の逆入力Ｔｒの間に以下の式（１）に示す関係が成立する。

Ｔｈ＋Ｔａｓ＝Ｔｒ＋Ｔｆ ・・・（１）
この式（１）における実逆入力Ｔｒを逆入力推定値Ｔｅに置き換えれば逆入力推定値Ｔｅを演算することができる。すなわち、逆入力推定値Ｔｅは以下の式（２）により求めることが可能である。

Ｔｅ＝Ｔｈ＋Ｔａｓ−Ｔｆ ・・・（２）
ここで、逆入力検出部８０は各相電流値Ｉ及びモータ回転角θｍに基づきｑ軸電流値を演算し、このｑ軸電流値にモータ３０のトルク定数を乗算することによりアシストトルクＴａｓを演算する。また逆入力検出部８０は、例えばモータ回転角θｍの単位時間当たりの変化量に基づいてモータ３０の角速度を演算し、演算したモータ角速度に基づいて反力Ｔｆを演算する。詳しくは、反力Ｔｆの大部分は、モータ３０の慣性に基づくトルクと、操舵機構２に作用する摩擦トルクとからなる。このうち、前者のモータ慣性トルクはモータ角速度と相関関係がある。また後者の摩擦トルクはステアリングシャフト２１の角速度と、換言すればモータ角速度と相関関係がある。したがって反力Ｔｆは、基本的には、モータ角速度と相関関係がある。こうした相関関係を利用し、逆入力検出部８０は例えばマップ演算などによりモータ角速度から反力Ｔｆを演算する。そして逆入力検出部８０は、トルクセンサ６により検出される操舵トルクＴｈ、アシストトルクＴａｓの演算値、及び反力Ｔｆの演算値から式（２）に基づいて逆入力推定値Ｔｅを演算する。逆入力検出部８０は、演算した逆入力推定値Ｔｅを第１演算部８１及び第２演算部８２にそれぞれ出力する。

第１演算部８１は、逆入力に含まれる成分のうち路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１を増幅するための第１補償成分Ｔａ３１＊を演算する。また第２演算部８２は、逆入力に含まれる成分のうち操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２を抑制するための第２補償成分Ｔａ３２＊を演算する。補償成分演算部７４は、第１演算部８１及び第２演算部８２によりそれぞれ演算された第１補償成分Ｔａ３１＊及び第２補償成分Ｔａ３２＊を加算器８３にて加算することにより補償成分Ｔａ３＊を演算する。すなわち補償成分Ｔａ３＊に対応するアシストトルクは、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクと、第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクとからなる。

次に第１演算部８１及び第２演算部８２の構成について詳述する。
第１演算部８１はフィルタ部８１ａ、位相調整部８１ｂ、及びマップ演算部８１ｃからなる。

フィルタ部８１ａは、路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１に対応する周波数帯域に属する第１特定周波数成分Ｔｅ１を逆入力推定値Ｔｅから抽出する。路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１に対応する周波数帯域としては、例えば走行路面がアスファルト路面であるときに対応した周波数帯域や、走行路面が砂利道であるときに対応した周波数帯域等が用いられる。例えば車両がアスファルト路面を走行している場合、操舵機構２には特定の周波数帯域の逆入力振動が生じる。本実施形態では、アスファルト路面を含む種々の路面を車両が走行した際の逆入力振動の周波数帯域が実験的に測定されており、その測定結果に基づいて路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１に対応する周波数帯域を設定している。フィルタ部８１ａは、抽出した第１特定周波数成分Ｔｅ１を位相調整部８１ｂに出力する。

ところで、フィルタ部８１ａにより抽出された第１特定周波数成分Ｔｅ１をそのまま第１補償成分Ｔａ３１＊として用いれば、第１特定周波数成分Ｔｅ１に応じてモータ３０が制御されるため、運転者はロードインフォメーションを得ることができる。しかしながら、このような方法では、運転者にロードインフォメーションを適切に伝達することができないおそれがある。それは以下の理由による。

図６（ａ），（ｂ）は、第１特定周波数成分Ｔｅ１を第１補償成分Ｔａ３１＊としてそのまま用いた場合に、操舵機構２においてモータ３０のアシストトルクが付与される部分における実際の第１逆入力成分Ｔｒ１の波形と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクの波形とを実線でそれぞれ示したものである。図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１逆入力成分Ｔｒ１と、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクとの間には位相αのずれが生じる。これは、例えばモータ３０のアシストトルクをコラムシャフト２１ａに伝達する減速機３１の構造や、マイコン５１の演算遅れ等により、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクが第１逆入力成分Ｔｒ１に対して遅れることに起因する。このような位相のずれが運転者にロードインフォメーションを適切に伝達することができない要因となる。

そこで位相調整部８１ｂは、このような第１逆入力成分Ｔｒ１と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応するアシストトルクとの位相のずれ量が「０°」となるように第１特定周波数成分Ｔｅ１の位相を調整する。本実施形態では、コラムシャフト２１ａの下端部に伝達される第１逆入力成分Ｔｒ１と、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクとの位相のずれ量が予め実験等により測定される。例えば図６（ａ），（ｂ）に実線で示すように第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクが第１逆入力成分Ｔｒ１に対して「α」だけ位相が遅れるという測定結果が得られた場合、位相調整部８１ｂは、第１特定周波数成分Ｔｅ１の位相を「α」だけ進めるように調整する。これにより図６（ｂ）に二点鎖線で示すように第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクの位相を「α」だけ進めることができるため、実際の第１逆入力成分Ｔｒ１と、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクとの間の位相のずれを「０°」付近に設定することができる。図５に示すように、位相調整部８１ｂは、位相調整された第１特定周波数成分Ｔｅ１’をマップ演算部８１ｃに出力する。

マップ演算部８１ｃは、位相調整された第１特定周波数成分Ｔｅ１’と第１補償成分Ｔａ３１＊との関係を示すマップを有しており、このマップに基づいて第１特定周波数成分Ｔｅ１’から第１補償成分Ｔａ３１＊を演算する。マップ演算部８１ｃが有するマップは、例えば第１特定周波数成分Ｔｅ１’の絶対値が大きくなるほど、第１補償成分Ｔａ３１＊がより大きい値となるように設定されている。マップ演算部８１ｃは、演算した第１補償成分Ｔａ３１＊を加算器８３に出力する。

第２演算部８２はフィルタ部８２ａ及び位相調整部８２ｂからなる。
フィルタ部８２ａは、操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２に対応する周波数帯域に属する第２特定周波数成分Ｔｅ２を逆入力推定値Ｔｅから抽出する。操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２に対応する周波数帯域としては、例えばブレーキ振動に対応した周波数帯域等が用いられる。本実施形態では、ブレーキ振動に対応する逆入力振動の周波数帯域が実験的に測定されており、その測定結果に基づいて操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２に対応する周波数帯域を設定している。フィルタ部８２ａは、抽出した第２特定周波数成分Ｔｅ２を位相調整部８２ｂに出力する。

位相調整部８２ｂは、コラムシャフト２１ａの下端部における第２逆入力成分Ｔｒ２と第２補償成分Ｔａ３２＊に対応するアシストトルクとの位相のずれ量が「１８０°」付近となるように第２逆入力成分Ｔｒ２の位相を調整する。例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクが第２逆入力成分Ｔｒ２に対して「β」だけ遅れるという測定結果が得られた場合、位相調整部８２ｂは、第２特定周波数成分Ｔｅ２の位相を「β＋１８０°」だけ進めるように調整する。これにより図７（ｂ）に二点鎖線で示すように第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクの位相を「β＋１８０°」だけ進めることができるため、実際の第２逆入力成分Ｔｒ２と、第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクとの間の位相のずれを「１８０°」付近に設定することができる。図５に示すように、位相調整部８２ｂは、位相調整された第２特定周波数成分Ｔｅ２を第２補償成分Ｔａ３２＊として加算器８３に出力する。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、以下の（１）〜（４）に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、補償成分Ｔａ３＊に第１補償成分Ｔａ３１＊及び第２補償成分Ｔａ３２＊が含まれているため、操舵機構２には、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルク、及び第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクが付与される。

ここで、例えば車両が走行している場合、転舵輪４から操舵機構２に伝達される逆入力には、路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１が含まれる。このとき第１演算部８１は、フィルタ部８１ａを通じて逆入力推定値Ｔｅから第１特定周波数成分Ｔｅ１を抽出し、抽出した第１特定周波数成分Ｔｅ１に基づいて第１補償成分Ｔａ３１＊を設定する。したがって第１逆入力成分Ｔｒ１に対応したアシストトルク、すなわち路面状態に対応したアシストトルクが操舵機構２に付与される。これにより運転者はステアリングホイール２０に伝達されるアシストトルクの変化を通じて路面状態に対応したロードインフォメーションを得ることができる。

（２）第１演算部８１は位相調整部８１ｂを通じて第１特定周波数成分Ｔｅ１の位相を調整することにより、図６（ａ），（ｂ）に示すように、コラムシャフト２１ａの下端部における第１逆入力成分Ｔｒ１と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクとの位相のずれ量を「０°」付近に設定する。これにより路面状態の反映された逆入力振動に対して、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクをより正確に同一方向に作用させることができるため、路面状態に対応した逆入力振動をより的確に増幅することができる。そのため運転者はロードインフォメーションをより適切に把握することができる。

（３）第１演算部８１は、マップ演算部８１ｃにより、第１特定周波数成分Ｔｅ１の絶対値が大きくなるほど、第１補償成分Ｔａ３１＊の絶対値をより大きい値に設定する。これにより第１逆入力成分Ｔｒ１の絶対値が大きく変化するような路面、例えば砂利道のような凸凹路面を車両が走行している場合には、モータ３０のアシストトルクがより大きく変化する。そのため運転者はロードインフォメーションをより敏感に把握することができるため、運転者の操舵感をさらに向上させることができる。

（４）例えば操舵機構２にブレーキ振動等の操舵感を悪化させる振動が生じた場合、逆入力には、操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２が含まれる。このとき第２演算部８２は、フィルタ部８２ａを通じて逆入力推定値Ｔｅからブレーキ振動等に対応した第２特定周波数成分Ｔｅ２を抽出する。また第２演算部８２は位相調整部８２ｂを通じて第２特定周波数成分Ｔｅ２の位相を調整することにより、図７（ａ），（ｂ）に示すように、コラムシャフト２１ａの下端部における第２逆入力成分Ｔｒ２と第２補償成分Ｔａ３２＊に対応するアシストトルクとの位相のずれ量を「１８０°」付近に設定する。これにより操舵感を悪化させる逆入力振動に対して、第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクをより確実に逆方向に作用させることができるため、操舵感を悪化させる逆入力振動をより的確に抑制することができる。そのため運転者の操舵感を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、電動パワーステアリング装置１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、本実施形態の制御装置５は、転舵角フィードバック制御を行わない点で第１実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のアシスト指令値演算部６０では、基本アシスト成分演算部７０により演算されるアシスト成分Ｔａ１＊、及び補償成分演算部７４により演算される補償成分Ｔａ３＊が加算器７８に取り込まれる。加算器７８は、アシスト成分Ｔａ１＊と補償成分Ｔａ３＊とを加算することによりアシスト指令値Ｔａ＊（＝Ｔａ１＊＋Ｔａ３＊）を演算する。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、以下の（５）に示す作用及び効果を得ることができる。
（５）本実施形態の電動パワーステアリング装置１では、アシスト指令値Ｔａ＊に補償成分Ｔａ３＊が含まれるため、補償成分Ｔａ３＊に対応したアシストトルクが操舵機構２に付与される。すなわち操舵機構２には、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルク、及び第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクが付与される。したがって、本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、転舵角フィードバック制御に基づく作用及び効果を除き、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態では、転舵角指令値演算部７５の入力情報である基本駆動トルクＴｃに補償成分Ｔａ３＊を加算することによりアシスト指令値Ｔａ＊を変化させることとした。これに代えて、例えば転舵角フィードバック制御部７６から出力される第２アシスト成分Ｔａ２＊に対して補償成分Ｔａ３＊に基づく補正を行うことによりアシスト指令値Ｔａ＊を変化させてもよい。要は、補償成分Ｔａ３＊に基づいてアシスト指令値Ｔａ＊を変化させるものであればよい。

・第１実施形態の転舵角指令値演算部７５は、理想モデルに基づいて転舵角指令値θｔ＊を演算するものに限らない。例えばマップ演算により転舵角指令値θｔ＊を演算するものであってもよい。

・第１実施形態の転舵角フィードバック制御については、例えばステアリングシャフト２１の回転角等、転舵角θｔに換算可能な適宜のパラメータを用いて行ってもよい。
・各実施形態の位相調整部８１ｂは、コラムシャフト２１ａの下端部における第１逆入力成分Ｔｒ１と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応するアシストトルクとの位相のずれ量が「０°」となるように第１特定周波数成分Ｔｅ１の位相を調整するものであったが、位相調整部８１ｂにおける第１特定周波数成分Ｔｅ１の位相の調整量は適宜変更可能である。同様に、位相調整部８２ｂにおける第２特定周波数成分Ｔｅ２の位相の調整量も適宜変更可能である。

・各実施形態では、逆入力推定値Ｔｅから抽出する特定周波数成分として、路面状態の反映された第１逆入力成分Ｔｒ１に対応する周波数帯域に属する第１特定周波数成分Ｔｅ１、及び操舵感を悪化させる第２逆入力成分Ｔｒ２に対応する周波数帯域に属する第２特定周波数成分Ｔｅ２を用いたが、逆入力推定値Ｔｅから抽出する特定周波数成分を任意に変更してもよい。

・各実施形態では、マップ演算部８１ｃが用いるマップとして、第１特定周波数成分Ｔｅ１’の絶対値が大きくなるほど、第１補償成分Ｔａ３１＊がより大きい値となるように設定されたマップを用いたが、このマップは適宜変更可能である。例えば第１特定周波数成分Ｔｅ１が所定の閾値未満の場合には、第１特定周波数成分Ｔｅ１’の絶対値が大きくなるほど、第１補償成分Ｔａ３１＊がより大きい値となるように設定されるとともに、第１特定周波数成分Ｔｅ１が所定の閾値以上の場合には、第１補償成分Ｔａ３１＊が一定値に設定されるようなマップを用いてもよい。このようにマップ演算部８１ｃが用いるマップを適宜変更すれば、第１補償成分Ｔａ３１＊に対応したアシストトルクを任意に変更することができる。すなわち路面状態の反映された逆入力振動を任意に調整することができるため、操舵感を更に向上させることができる。

・各実施形態では、第１演算部８１にマップ演算部８１ｃを設けたが、マップ演算部８１ｃを省略してもよい。すなわち位相調整部８１ｂにより位相調整された第１特定周波数成分Ｔｅ１’を第１補償成分Ｔａ３１＊としてそのまま用いてもよい。あるいは、位相調整された第１特定周波数成分Ｔｅ１’に予め定められた所定のゲインを乗算した値を第１補償成分Ｔａ３１＊として用いてもよい。

・各実施形態の第２演算部８２には、位相調整された第２特定周波数成分Ｔｅ２と第２補償成分Ｔａ３２＊との関係を示すマップに基づいて第２補償成分Ｔａ３２＊を演算するマップ演算部を設けてもよい。これによりマップの調整を通じて第２補償成分Ｔａ３２＊に対応したアシストトルクの大きさを任意に変更することができる。すなわち運転者の操舵感を悪化させるような逆入力振動の抑制度合いを任意に調整することができるため、操舵感を更に向上させることができる。

・各実施形態の補償成分演算部７４には、第１補償成分Ｔａ３１＊を演算する第１演算部８１、及び第２補償成分Ｔａ３２＊を演算する第２演算部８２を両方とも設けたが、それらのいずれか一方のみを設けてもよい。例えば補償成分演算部７４に第１演算部８１のみを設けた場合には、第１演算部８１により演算される第１補償成分Ｔａ３１＊を補償成分Ｔａ３＊としてそのまま用いればよい。また補償成分演算部７４に第２演算部８２のみを設けた場合には、第２演算部８２により演算される第２補償成分Ｔａ３２＊を補償成分Ｔａ３＊としてそのまま用いればよい。

・各実施形態では、式（２）を用いて逆入力推定値Ｔｅを演算したが、逆入力推定値Ｔｅの演算方法は適宜変更可能である。
・各実施形態では、操舵トルクＴｈ、各相電流値Ｉ、及びモータ回転角θｍに基づいて逆入力の推定値Ｔｅを演算したが、逆入力をセンサにより検出してもよい。転舵輪４の側から操舵機構２に伝達される逆入力は、ラックシャフト２３の軸方向に作用する力（軸力）と相関関係がある。そこで図１及び図２に破線で示すように、ラックシャフト２３の軸方向に作用する力（軸力）Ｆａを検出する軸力センサ９を設ける。そして軸力センサ９の検出軸力Ｆａに基づいて逆入力検出値を演算してもよい。

・各実施形態では、回転角センサ８及び転舵角演算部７７を用いて転舵角θｔを検出したが、転舵角θｔを検出する検出部はこれに限定されない。例えばステアリングシャフト２１の回転角（操舵角）を検出する舵角センサや、転舵角θｔを直接検出するセンサ等を用いてもよい。

・各実施形態の基本アシスト成分演算部７０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＊の変化率（アシスト勾配）に基づいてトルクセンサ６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、第１アシスト成分Ｔａ１＊を補償する各種補償制御を実行してもよい。この場合、操舵トルクＴｈ及び第１アシスト成分Ｔａ１＊の加算値に、さらに各種補償制御で演算された補償値を加算した値を基本駆動トルクＴｃとして用いれば、各種補償制御の効果を得ることができる。

・各実施形態の電動パワーステアリング装置１は、コラムシャフト２１ａにモータ３０のアシストトルク（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置に限らず、例えばラックシャフト２３にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置にも適用可能である。この場合、操舵機構２においてモータ３０のアシスト力が付与される部分はラックシャフト２３となるため、位相調整部８１ｂは、ラックシャフト２３においてモータのアシスト力が付与される部分における第１逆入力成分Ｔｒ１と第１補償成分Ｔａ３１＊に対応するアシスト力との位相のずれ量に基づいて第１補償成分Ｔａ３１＊の位相を調整する必要がある。また位相調整部８２ｂは、ラックシャフト２３においてモータのアシスト力が付与される部分における第２逆入力成分Ｔｒ２と第２補償成分Ｔａ３２＊に対応するアシスト力との位相のずれ量に基づいて第２補償成分Ｔａ３２＊の位相を調整する必要がある。

θｔ…転舵角、Ｔｈ…操舵トルク、Ｔｅ…逆入力推定値、Ｔｅ１，Ｔｅ２…特定周波数成分、θｔ＊…転舵角指令値、Ｔａ＊…アシスト指令値、Ｔｒ１…第１逆入力成分、Ｔｒ２…第２逆入力成分、Ｔａ１＊…第１アシスト成分、Ｔａ２＊…第２アシスト成分、Ｔａ３＊…補償成分、Ｔａ３１＊…第１補償成分、Ｔａ３２＊…第２補償成分、１…電動パワーステアリング装置、２…操舵機構、３…アシスト機構、４…転舵輪、５…制御装置（制御部）、３０…モータ、６０…アシスト指令値演算部、７０…基本アシスト成分演算部、７４…補償成分演算部、７５…転舵角指令値演算部、７６…転舵角フィードバック制御部、８０…逆入力検出部、８１ａ，８２ａ…フィルタ部、８１ｂ，８２ｂ…位相調整部、８１ｃ…マップ演算部。

Claims (5)

1. 車両の操舵機構にモータのアシスト力を付与するモータと、
   前記アシスト力の目標値に対応するアシスト指令値に基づいて前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   車両のステアリング操作に伴い前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて前記アシスト力の基礎成分であるアシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、
   車両の転舵輪の側から前記操舵機構に作用する逆入力に応じた補償成分を演算する補償成分演算部と、
   前記アシスト成分に対して前記補償成分に基づく補償を行うことにより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、
   前記補償成分演算部は、
   前記逆入力を検出又は推定する逆入力検出部と、
   前記逆入力の検出値又は推定値から所定の周波数帯域に属する特定周波数成分を抽出するフィルタ部と、
   前記フィルタ部により抽出された特定周波数成分の位相を調整する位相調整部と、を有し、
   前記位相調整された特定周波数成分に基づいて前記補償成分を演算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 車両の操舵機構にモータのアシスト力を付与するアシスト機構と、
   前記アシスト力の目標値に対応するアシスト指令値に基づいて前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   車両のステアリング操作に伴い前記操舵機構に付与される操舵トルクに基づいて前記アシスト力の基礎成分である第１アシスト成分を演算する基本アシスト成分演算部と、
   車両の転舵輪の転舵角の目標値に対応する転舵角指令値を前記操舵トルクに基づいて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追従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、
   前記転舵輪の側から前記操舵機構に作用する逆入力に応じた補償成分を演算する補償成分演算部と、
   前記第１アシスト成分及び前記第２アシスト成分の加算値を基礎として前記アシスト指令値を演算するとともに、前記補償成分に基づいて前記アシスト指令値を変化させるアシスト指令値演算部と、を有し、
   前記補償成分演算部は、
   前記逆入力を検出又は推定する逆入力検出部と、
   前記逆入力の検出値又は推定値から所定の周波数帯域に属する特定周波数成分を抽出するフィルタ部と、
   前記フィルタ部により抽出された特定周波数成分の位相を調整する位相調整部と、を有し、
   前記位相調整された特定周波数成分に基づいて前記補償成分を設定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、
   前記所定の周波数帯域は、逆入力に含まれる成分のうち路面状態の反映された第１逆入力成分に対応する周波数帯域であり、
   前記位相調整部は、前記操舵機構における前記第１逆入力成分と前記補償成分に対応したアシスト力との位相のずれ量が「０°」となるように前記特定周波数成分の位相を調整する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、
   前記所定の周波数帯域は、逆入力に含まれる成分のうち操舵感を悪化させる第２逆入力成分に対応する周波数帯域であり、
   前記位相調整部は、前記操舵機構における前記第２逆入力成分と前記補償成分に対応したアシスト力との位相のずれ量が「１８０°」となるように前記特定周波数成分の位相を調整する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１〜４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、
   前記補償成分演算部は、前記位相調整された特定周波数成分と前記補償成分との関係を示すマップに基づいて前記位相調整された特定周波数成分から前記補償成分を演算するマップ演算部を更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。