JP2016068676A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シミー現象に起因するステアリングホイールの振動をより確度高く抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフトから、転動輪を転動させるラック軸に対して回転することにより駆動力を加えるピニオンシャフト間に作用するトルクを検出するトルクセンサ１０９と、ラック軸に駆動力を加える電動モータと、転動輪側からステアリングホイール側へ伝わる外乱トルクを抑制するように電動モータを駆動させるシミー補償電流設定部２７とを備え、シミー補償電流設定部２７は、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクに基づいて電動モータに供給するシミー補償電流Ｉｒを算出すると共に、算出したシミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクを抑制する方向とは反対方向のトルクを与えるように電動モータを駆動させるときには算出したシミー補償電流Ｉｒｃの絶対値が小さくなるように制限する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、制御装置にて制御される。制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、先ず、操舵トルクや車速などに応じて電動モータに供給する目標電流を設定する。そして、設定した目標電流と実際に電動モータに流れる実電流とを一致させるべく、目標電流と実電流との偏差がゼロになるように、フィードバック制御を行う。

特開２００１−３１５６５７号公報

路面の凹凸や車輪のアンバランスなどに起因してシミー現象が発生するおそれがある。シミー現象が発生すると、ステアリングホイールの回転方向の振動として運転者に伝わるため、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制することが望ましい。そのためには、シミー現象に起因する振動を抑制するためのアシスト力を電動モータにて付与することが考えられる。

しかしながら、フィードバック制御系においては、特に高周波の領域で、シミー現象に起因する振動を抑制するためのアシスト力を電動モータに付与させるための抑制電流の位相が許容範囲を超えて遅れるおそれがある。抑制電流の位相が許容範囲を超えて遅れると、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制するための電流がステアリングホイールの振動をかえって助長する電流となり、操舵フィーリングが悪化してしまうおそれがある。

本発明は、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動をより高精度に抑制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する。

かかる目的のもと、本発明は、車両のステアリングホイールと連動して回転するステアリングシャフトと、転動輪を転動させるラック軸に対して回転することにより駆動力を加えるピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトから前記ピニオンシャフト間に作用するトルクを検出する検出手段と、前記ラック軸に駆動力を加える電動モータと、前記転動輪側から前記ステアリングホイール側へ伝わる外乱トルクを抑制するように前記電動モータを駆動させる外乱抑制駆動手段と、を備え、前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータに供給する抑制電流を算出すると共に、当該算出した抑制電流が前記外乱トルクを抑制する方向とは反対方向のトルクを与えるように当該電動モータを駆動させるときには当該算出した抑制電流の絶対値が小さくなるように制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクが許容範囲を超えて大きく、かつ、前記算出した抑制電流の位相が許容範囲を超えてずれている場合には前記抑制電流の絶対値を小さくするとよい。
また、前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクを高速フーリエ変換することにより当該検出トルクの振動強度を算出し、当該算出した振動強度が所定閾値よりも大きい場合に、当該検出トルクが許容範囲を超えて大きいと判断してもよい。
また、前記外乱抑制駆動手段は、前記算出した抑制電流が前記外乱トルクを抑制する方向とは反対方向のトルクを与えるように前記電動モータを駆動させるときには、前記算出した振動強度が前記所定閾値よりも大きくなるのに反比例して当該算出した抑制電流の絶対値が小さくなるように制限してもよい。

また、前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクにおける所定範囲の周波数成分を通過させる通過部と、当該通過部にて通過させられた当該検出トルクと逆位相となる変化量に基づいて前記抑制電流を算出する算出部とを有してもよい。
また、前記外乱抑制駆動手段は、前記算出部が算出した抑制電流を高速フーリエ変換することにより当該算出した抑制電流の位相を算出し、当該算出した位相と基準位相との位相差が所定角度よりも大きい場合に、当該算出した抑制電流の位相が許容範囲を超えてずれていると判断してもよい。

また、前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記外乱トルクを抑制するために前記電動モータへ供給する前記抑制電流を設定し、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータへ供給する目標電流のベースとなるベース電流を算出するベース電流算出手段と、前記ベース電流算出手段が算出した前記ベース電流と前記外乱抑制駆動手段が設定した前記抑制電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定手段と、をさらに備えてもよい。

本発明によれば、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動をより高精度に抑制することができる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 制御装置の概略構成図である。 目標電流算出部の概略構成図である。 検出トルクおよび車速とベース電流との対応を示す制御マップの概略図である。 制御部の概略構成図である。 シミー補償電流設定部の概略構成図である。 バンドパスフィルタを示す概略図である。 車速とバンドパスフィルタの中心周波数との対応を示す制御マップの概略図である。 トルク変化量算出部が行う算出処理を示すフローチャートである。 トルク変化量と算出シミー補償電流との対応を示す制御マップの概略図である。 （ａ）は、共振が発生していない正常時におけるトルクＦＦＴ部が算出した検出トルクＴの振動強度、電流ＦＦＴ部が算出した算出シミー補償電流の振動強度及び位相を例示する図である。（ｂ）は、共振発生時におけるトルクＦＦＴ部が算出した検出トルクＴの振動強度、電流ＦＦＴ部が算出した算出シミー補償電流の振動強度及び位相を例示する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車１に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、自動車１の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。これらラック軸１０５、ピニオンシャフト１０６などが、ステアリングホイール１０１の回転操作力を前輪１５０の転動力として伝達する伝達機構として機能する。ピニオンシャフト１０６は、前輪１５０を転動させるラック軸１０５に対して、回転することにより前輪１５０を転動させる駆動力を加える。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収容するステアリングギヤボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギヤボックス１０７内にてトーションバー１１２を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。そして、ステアリングギヤボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバー１１２の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクおよび／または前輪１５０を介してピニオンシャフト１０６に伝わる外乱トルクを検出する検出手段の一例としてのトルクセンサ１０９が設けられている。言い換えれば、トルクセンサ１０９は、トーションバー１１２にはたらくトルクを検出する。また、トルクセンサ１０９は、ステアリングシャフト１０２とピニオンシャフト１０６との間に作用するトルクを検出する。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギヤボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。減速機構１１１は、例えば、ピニオンシャフト１０６に固定されたウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に固定されたウォームギヤ（不図示）などから構成される。電動モータ１１０は、ピニオンシャフト１０６に回転駆動力を加えることにより、ラック軸１０５に前輪１５０を転動させる駆動力を加える。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、３相ブラシレスモータであることを例示することができる。

また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０などからの出力信号が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、トルクセンサ１０９が検出した検出トルクに基づいて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
図２は、制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃが出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖなどに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流Ｉｔを算出（設定）する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流Ｉｔに基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。
図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流Ｉｔを設定する上でベースとなるベース電流Ｉｂを算出するベース電流算出手段の一例としてのベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｓを算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流Ｉｄを算出するダンパー補償電流算出部２３とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３にて算出された値に基づいて仮の目標電流である仮目標電流Ｉｔｆを決定する仮目標電流決定部２５を備えている。また、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴの位相を補償する位相補償部２６を備えている。

また、目標電流算出部２０は、シミー現象に起因するステアリングホイール１０１の回転方向の振動を抑制する電流である抑制電流の一例としてのシミー補償電流Ｉｒを設定する外乱抑制駆動手段の一例としてのシミー補償電流設定部２７を備えている。また、目標電流算出部２０は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆおよびシミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する目標電流決定手段の一例としての最終目標電流決定部２８を備えている。

なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖが入力される。また、目標電流算出部２０には、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓが入力される。電動モータ１１０の回転速度Ｎｍは、例えば３相ブラシレスモータである電動モータ１１０の回転子（ロータ）の回転位置を検出するレゾルバからの出力信号を基に算出されるものであることを例示することができる。

図４は、検出トルクＴおよび車速Ｖｃとベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップの概略図である。
ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流Ｉｂを算出する。つまり、ベース電流算出部２１は、位相補償された検出トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたベース電流Ｉｂを算出する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とベース電流Ｉｂとの対応を示す図４に例示した制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりベース電流Ｉｂを算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部２２は、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とに応じたイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とイナーシャ補償電流Ｉｓとの対応を示す制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流Ｉｄを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部２３は、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）に応じたダンパー補償電流Ｉｄを算出する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）と、ダンパー補償電流Ｉｄとの対応を示す制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）を代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。

仮目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流Ｉｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流Ｉｄに基づいて仮目標電流Ｉｔｆを決定する。仮目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流Ｉｂに、イナーシャ補償電流Ｉｓを加算するとともにダンパー補償電流Ｉｄを減算して得た電流を仮目標電流Ｉｔｆとして決定する。
シミー補償電流設定部２７については後で詳述する。

最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆおよびシミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する。本実施の形態に係る最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆにシミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒを加算して得た電流を目標電流Ｉｔとして決定する。

次に、制御部３０について詳述する。
図５は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、図５に示すように、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流Ｉｍを検出するモータ電流検出部３３とを有している。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔと、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔとモータ電流検出部３３にて検出された実電流Ｉｍとの偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流Ｉｔと実電流Ｉｍとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部４１にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力する。

モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動部３２に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れる実電流Ｉｍの値を検出する。

次に、シミー補償電流設定部２７について詳述する。
シミー現象が発生した場合には、前輪１５０から、ラック軸１０５、ピニオンシャフト１０６、ステアリングシャフト１０２などを介してステアリングホイール１０１に振動が伝わる。
シミー補償電流設定部２７は、シミー現象に起因してステアリングホイール１０１に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流であるシミー補償電流Ｉｒを設定する。シミー補償電流Ｉｒは、シミー現象に起因して、前輪１５０、ラック軸１０５などを介してピニオンシャフト１０６に伝達される回転トルク（外乱トルク）とは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させるための電流である。

図６は、シミー補償電流設定部２７の概略構成図である。
シミー補償電流設定部２７は、トルクセンサ１０９による検出トルクＴのうち所定範囲の周波数帯域の成分を抽出する通過部の一例としてのシミー周期抽出処理部２７１と、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量を算出するトルク変化量算出部２７２とを備えている。また、シミー補償電流設定部２７は、トルク変化量算出部２７２が算出したトルク変化量に基づいて算出シミー補償電流Ｉｒｃを算出するシミー補償電流算出部２７５を備えている。

また、シミー補償電流設定部２７は、トルクセンサ１０９による検出トルクＴに対して高速フーリエ変換するトルクＦＦＴ部２８１と、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃに対して高速フーリエ変換する電流ＦＦＴ部２８２とを備えている。また、シミー補償電流設定部２７は、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃが、外乱トルクとは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流であるか否かを判断する電流判断部２８３を備えている。

また、シミー補償電流設定部２７は、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクとは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流ではないと電流判断部２８３が判断した場合に、算出シミー補償電流Ｉｒｃを制限する制限部２８４を備えている。また、シミー補償電流設定部２７は、制限部２８４から出力された電流（以下、「制限後電流Ｉｒｌ」と称す場合がある。）に対してリミット処理を施すリミット処理部２７６を備えている。

シミー周期抽出処理部２７１は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄのうちで、中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない（減衰させる）バンドパスフィルタ２７１ａと、車速Ｖｃに応じてこのバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃを設定する中心周波数設定部２７１ｂと、を有している。

図７は、バンドパスフィルタ２７１ａを示す概略図である。図７において、横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。
バンドパスフィルタ２７１ａは、中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲（例えば３Ｈｚ）の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない（減衰させる）機能をもつフィルタである。バンドパスフィルタ２７１ａは、例えばアナログ回路やＣＰＵが実行するプログラム（ソフトウェア）で構成可能である。そして、中心周波数Ｆｒｃが、中心周波数設定部２７１ｂにより設定される。

図８は、車速Ｖｃとバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す制御マップの概略図である。
中心周波数設定部２７１ｂは、車速信号ｖに基づいてバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃを決定する。つまり、中心周波数設定部２７１ｂは、車速Ｖｃに応じた中心周波数Ｆｒｃを算出する。なお、中心周波数設定部２７１ｂは、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す図８に例示した制御マップに、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することにより中心周波数Ｆｒｃを算出する。

シミー現象により発生する振動の１周期は、前輪１５０の１回転と考えられることから、その振動の周波数は、前輪１５０の回転速度に依存し、前輪１５０の回転速度に比例して高くなる。そして、前輪１５０の直径は、車種に応じて異なる。また、前輪１５０の直径は、同じ車種でも仕様に応じて異なる。一方、シミー現象が生じる前輪１５０の回転速度は、車種や仕様により異なるものの、一般的には所定範囲の回転速度にて生じると考えられる。それゆえ、前輪１５０の直径が大きい車両では振動の周波数は小さい。他方、前輪１５０の直径が小さい車両では振動の周波数は大きい。一般的に、シミー現象により発生する振動の周波数は、１０〜２０Ｈｚの間であると考えられている。

これらの事項に鑑み、図８に示した車速Ｖｃとバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す制御マップにおいては、シミー現象が生じると考えられる車速域では、車速Ｖｃと中心周波数Ｆｒｃとが比例するように設定されている。そして、シミー現象が生じると考えられる車速域よりも小さい車速域における中心周波数Ｆｒｃは、シミー現象が生じると考えられる車速域内の最小の車速のときの中心周波数Ｆｒｃに設定される。また、シミー現象が生じると考えられる車速域よりも大きな車速域における中心周波数Ｆｒｃは、シミー現象が生じると考えられる車速域内の最大の車速のときの中心周波数Ｆｒｃに設定されている。

中心周波数設定部２７１ｂは、例えば、本実施の形態に係るステアリング装置１００が車両に組み付けられた後に、シミー現象に起因する振動が発生する車速Ｖｃを把握し、把握した車速Ｖｃを図８に例示した制御マップに代入することにより中心周波数Ｆｒｃを算出する。そして、中心周波数設定部２７１ｂは、算出した中心周波数Ｆｒｃをバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとして設定する。

なお、中心周波数設定部２７１ｂは、車両の識別情報を取得するとともに、取得した識別情報に対応するシミー現象に起因する振動が発生する車速ＶｃをＲＯＭから読み込むことにより取得することを例示することができる。また、中心周波数設定部２７１ｂは、ステアリング装置１００のセッティングを行う作業者が入力した値に基づいてシミー現象に起因する振動が発生する車速Ｖｃを把握することを例示することができる。

上述した構成により、シミー周期抽出処理部２７１は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄのうち、中心周波数設定部２７１ｂにて設定された中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通すことにより、シミー現象に起因する振動の周波数の信号を高精度に抽出する。

シミー周期抽出処理部２７１は、演算処理を行うことで、検出トルクＴのうち、シミー現象に起因する振動の周波数成分を抽出してもよい。例えば、シミー周期抽出処理部２７１は、一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに、トルクセンサ１０９による検出トルクＴを読み込み、所定範囲の周波数帯域の成分を抽出すればよい。

トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量を算出する。例えば、トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された検出トルクＴを２階微分する算出処理を行い、検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量として、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された特定周波数成分の逆位相成分を算出する。なお、逆位相成分は、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された検出トルクＴを微分および位相補償により算出してもよい。

図９は、トルク変化量算出部２７２が行う算出処理を示すフローチャートである。
トルク変化量算出部２７２は、図９に示す算出処理を一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに繰り返し実行する。
図９を参照すると、トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出処理部２７１にて抽出された検出トルクＴである抽出トルクを読み込む（ステップ１０１）。そして、トルク変化量算出部２７２は、今回のルーチンで読み込んだ抽出トルクと前回のルーチンで読み込んだ抽出トルクとに基づいて前回から今回までの抽出トルクの１階微分値（抽出トルクの変化速度）（以下、「今回の１階微分値」と称す。）を算出する（ステップ１０２）。その後、前回のルーチンで読み込んだ抽出トルクと前々回のルーチンで読み込んだ抽出トルクとに基づいて前々回から前回までの抽出トルクの１階微分値（抽出トルクの変化速度）（以下、「前回の１階微分値」と称す。）を算出する（ステップ１０３）。そして、その後、ステップ１０２にて算出した今回の１階微分値とステップ１０３にて算出した前回の１階微分値とに基づいて抽出トルクの２階微分値（抽出トルクの変化加速度）（抽出トルクと逆位相となるトルク変化量）を算出する（ステップ１０４）。
なお、今回のルーチンのステップ１０３の処理においては、前回のルーチンのステップ１０２にて算出した抽出トルクの１階微分値を用いてもよい。

シミー補償電流算出部２７５は、トルク変化量算出部２７２が算出したトルク変化量に基づいて算出シミー補償電流Ｉｒｃを算出する。
図１０は、トルク変化量と算出シミー補償電流Ｉｒｃとの対応を示す制御マップの概略図である。シミー補償電流算出部２７５は、一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに、トルク変化量を読み込むと共に、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク変化量と算出シミー補償電流Ｉｒｃとの対応を示す図１０に例示した制御マップに、読み込んだトルク変化量を代入することにより算出シミー補償電流Ｉｒｃを算出する。このように、シミー補償電流算出部２７５は、バンドパスフィルタ２７１ａを通過した検出トルクＴと逆位相となる変化量に基づいて前輪１５０側からステアリングホイール１０１側へ伝わる外乱トルクを抑制するための抑制電流を算出する算出部の一例として機能する。

トルクＦＦＴ部２８１は、トルクセンサ１０９による検出トルクＴに対して高速フーリエ変換する。トルクＦＦＴ部２８１は、高速フーリエ変換することにより、各周波数における検出トルクＴの振動強度を算出する。
電流ＦＦＴ部２８２は、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃに対して高速フーリエ変換する。電流ＦＦＴ部２８２は、高速フーリエ変換することにより、各周波数における算出シミー補償電流Ｉｒｃの振動強度及び位相を算出する。

電流判断部２８３は、以下に述べる手法にて、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃが、外乱トルクとは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流ではないか否かを判断する。言い換えれば、電流判断部２８３は、以下に述べる手法にて、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃが、外乱トルクと同方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流であるか否かを判断する。

本実施の形態に係る制御装置１０は、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０にて、目標電流算出部２０にて決定された目標電流Ｉｔと、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０の実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御を行う制御系においては、通常の操舵領域である低周波の領域では応答速度も小さいためシミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相遅れは大きくない。しかしながら、シミー現象に起因する振動が発生する周波数帯域などの高周波の領域では、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相遅れが大きくなるおそれがある。そして、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相遅れが大きいと、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制するために算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃが、外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となるおそれがある。算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となった場合には、ステアリングホイールの振動がかえって助長され、操舵フィーリングが悪化してしまうおそれがある。以下では、算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となり、ステアリングホイールの振動がかえって助長されることを共振と称す。

図１１（ａ）は、共振が発生していない正常時におけるトルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの振動強度及び位相を例示する図である。図１１（ｂ）は、共振発生時におけるトルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの振動強度及び位相を例示する図である。なお、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）には、バンドパスフィルタ２７１ａが信号を通す周波数帯域である中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲が示されている。

シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相（電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相）遅れが大きいと、算出シミー補償電流Ｉｒｃがシミー現象に起因する外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となる。その結果、図１１（ｂ）に示すように、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が、図１１（ａ）に示したトルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度よりも大きくなる。

そこで、電流判断部２８３は、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が許容範囲を超えて大きく、かつ、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相が許容範囲を超えてずれている場合には共振が発生していると判断する。言い換えると、電流判断部２８３は、トルクセンサ１０９による検出トルクＴが許容範囲を超えて大きく、かつ、シミー補償電流算出部２７５が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相と基準位相との位相差が許容範囲を超えて大きい場合には共振が発生していると判断する。なお、基準位相は、検出トルクＴの位相であることを例示することができる。

トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度の許容範囲は、例えば、図１１（ａ）に示した正常時におけるトルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度に所定値を加算した値を所定閾値とした場合に、所定閾値以内の範囲であることを例示することができる。電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの位相と基準位相との位相差の許容範囲は、所定角度（例えば９０度）以内であることを例示することができる。

そして、電流判断部２８３は、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が所定閾値よりも大きく、かつ、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの基準位相に対する位相差が所定角度よりも大きい場合には、共振が発生していると判断する。つまり、電流判断部２８３は、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が所定閾値よりも大きく、かつ、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの基準位相に対する位相差が所定角度よりも大きい場合に、算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクと同方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流であると判断する。

なお、電流判断部２８３は、例えば、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、周波数と所定閾値との対応を示す制御マップにトルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの周波数を代入することで所定閾値を把握すると共に、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が所定閾値よりも大きいか否かを判断する。また、電流判断部２８３は、電流ＦＦＴ部２８２が算出した算出シミー補償電流Ｉｒｃの基準位相に対する位相差が予め作成しＲＯＭに記憶しておいた所定角度よりも大きいか否かを判断する。

制限部２８４は、算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクとは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動させる電流ではないと電流判断部２８３が判断した場合（共振が発生している場合）に、算出シミー補償電流Ｉｒｃを抑制または制限する。例えば、制限部２８４は、共振が発生していない場合は、算出シミー補償電流Ｉｒｃを制限せずに算出シミー補償電流Ｉｒｃのままリミット処理部２７６に出力し、共振が発生している場合は、算出シミー補償電流Ｉｒｃを零に制限する。つまり、制限部２８４は、共振が発生していない場合は、制限部２８４から出力する制限後電流Ｉｒｌを算出シミー補償電流Ｉｒｃとし、共振が発生している場合は、制限後電流Ｉｒｌを零とする。
また、制限部２８４は、共振が発生している場合は、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が所定閾値よりも大きくなるのに応じて算出シミー補償電流Ｉｒｃの絶対値が小さくなるように抑制してもよい。例えば、制限部２８４は、共振が発生している場合は、トルクＦＦＴ部２８１が算出した検出トルクＴの振動強度が所定閾値よりも大きくなるのに反比例して算出シミー補償電流Ｉｒｃの絶対値が小さくなるように抑制するとよい。

リミット処理部２７６は、最終的にシミー補償電流設定部２７から出力するシミー補償電流Ｉｒの値を制限する。
リミット処理部２７６は、制限部２８４から出力された制限後電流Ｉｒｌの絶対値が所定電流Ｉｌ以上である場合には、シミー補償電流Ｉｒとして、制限後電流Ｉｒｌの絶対値が所定電流Ｉｌとなる値を出力する。
他方、リミット処理部２７６は、制限部２８４から出力された制限後電流Ｉｒｌの絶対値が所定電流Ｉｌ未満である場合には制限後電流Ｉｒｌをシミー補償電流Ｉｒとして出力する。
つまり、リミット処理部２７６は、制限部２８４から出力された制限後電流Ｉｒｌの値に応じて以下のように定めたシミー補償電流Ｉｒを出力する。「Ｉｒｌ≧Ｉｌ」である場合には「Ｉｒ＝Ｉｌ」、「Ｉｒｌ≦−Ｉｌ」である場合には「Ｉｒ＝−Ｉｌ」、「−Ｉｌ＜Ｉｒｌ＜Ｉｌ」である場合には「Ｉｒ＝Ｉｒｌ」。

シミー補償電流設定部２７は、上述した手法にてリミット処理部２７６から出力されたシミー補償電流ＩｒをＲＡＭなどの記憶領域に記憶する。
そして、最終目標電流決定部２８は、ＲＡＭなどの記憶領域に記憶された、仮目標電流Ｉｔｆとシミー補償電流Ｉｒとを加算した値を目標電流Ｉｔとして決定する。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、共振が発生していない場合には、シミー現象に起因してステアリングホイール１０１に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流であるシミー補償電流Ｉｒが目標電流Ｉｔに含まれるので、シミー現象に起因する振動が運転者に伝わることを抑制することができる。

また、以上のように構成された目標電流算出部２０においては、常に、仮目標電流Ｉｔｆにシミー補償電流Ｉｒを加算した電流が目標電流Ｉｔとして決定される。それゆえ、シミー現象に起因する大きな振動が発生していない場合にはシミー補償電流Ｉｒを零とすることが望ましい。本実施の形態に係るシミー補償電流設定部２７のバンドパスフィルタ２７１ａは、シミー現象に起因する振動が発生すると考えられる車速Ｖｃに応じた中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない。それゆえ、例えば、車速Ｖｃに応じて中心周波数Ｆｒｃを変更せずに、全ての車種や仕様をカバーする範囲の周波数帯域（例えば１０〜２０Ｈｚ）の信号を通すフィルタにてシミー現象に起因する振動の周波数の信号を抽出する場合と比較すると、本実施の形態に係るシミー補償電流設定部２７は、通常操舵の周波数であってシミー現象に起因する振動が発生していない周波数域まで、過剰に検出し不要なシミー補償電流Ｉｒが付与されることを抑制することができる。
その結果、シミー現象に起因する振動が発生しない場合の操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。

また、上述したシミー補償電流設定部２７においては、シミー補償電流算出部２７５が算出する算出シミー補償電流Ｉｒｃは、トルク変化量算出部２７２にて算出された抽出トルクと逆位相となるトルク変化量に基づく値である。また、図４および図１０に示すように、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴとトルク変化量とが逆位相（逆符号（一方がプラスである場合は他方がマイナス））である場合には、ベース電流Ｉｂとシミー補償電流Ｉｒとは逆符号（一方がプラスである場合は他方がマイナス）である。それゆえ、シミー補償電流設定部２７は、シミー現象に起因して運転者に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流を、精度高く算出することができる。

ただし、ベース電流Ｉｂとシミー補償電流Ｉｒとが同符号となる場合、シミー補償電流Ｉｒは外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となるため、ステアリングホイールの振動がかえって助長され、操舵フィーリングが悪化してしまうおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係るシミー補償電流設定部２７においては、トルクＦＦＴ部２８１及び電流ＦＦＴ部２８２を備え、電流判断部２８３がトルクＦＦＴ部２８１及び電流ＦＦＴ部２８２の算出値に基づいて算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となることを判断する。そして、算出シミー補償電流Ｉｒｃが外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流になると電流判断部２８３が判断した場合には、シミー補償電流設定部２７がシミー補償電流Ｉｒを例えば零に制限する。これにより、本実施の形態に係るステアリング装置１００は、シミー補償電流Ｉｒが外乱トルクと同方向の回転トルクを加える電流となることに起因してステアリングホイールの振動がかえって助長され、操舵フィーリングが悪化してしまうことを抑制することができる。

なお、上述した実施形態においては、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクおよび前輪１５０を介してピニオンシャフト１０６に伝わる外乱トルクを検出するトルクセンサ１０９として、トーションバー１１２の捩れ量を基に検出するセンサを用いているが特に限定されない。例えば、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式のセンサであってもよい。

また、上述した実施形態においては、シミー現象に起因する振動を抑制する制御を、ピニオン型の電動パワーステアリングに適用した場合について説明したが、特に限定されない。ダブルピニオン型やラックアシスト型など他の形式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２１…ベース電流算出部、２５…仮目標電流決定部、２７…シミー補償電流設定部、２８…最終目標電流決定部、３０…制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、２７１…シミー周期抽出処理部、２７２…トルク変化量算出部、２７５…シミー補償電流算出部、２７６…リミット処理部、２８１…トルクＦＦＴ部、２８２…電流ＦＦＴ部、２８３…電流判断部

Claims (7)

1. 車両のステアリングホイールと連動して回転するステアリングシャフトと、
   転動輪を転動させるラック軸に対して回転することにより駆動力を加えるピニオンシャフトと、
   前記ステアリングシャフトから前記ピニオンシャフト間に作用するトルクを検出する検出手段と、
   前記ラック軸に駆動力を加える電動モータと、
   前記転動輪側から前記ステアリングホイール側へ伝わる外乱トルクを抑制するように前記電動モータを駆動させる外乱抑制駆動手段と、
   を備え、
   前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータに供給する抑制電流を算出すると共に、当該算出した抑制電流が前記外乱トルクを抑制する方向とは反対方向のトルクを与えるように当該電動モータを駆動させるときには当該算出した抑制電流の絶対値が小さくなるように制限する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクが許容範囲を超えて大きく、かつ、前記算出した抑制電流の位相が許容範囲を超えてずれている場合には前記抑制電流の絶対値を小さくする
   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. 前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクを高速フーリエ変換することにより当該検出トルクの振動強度を算出し、当該算出した振動強度が所定閾値よりも大きい場合に、当該検出トルクが許容範囲を超えて大きいと判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記外乱抑制駆動手段は、前記算出した抑制電流が前記外乱トルクを抑制する方向とは反対方向のトルクを与えるように前記電動モータを駆動させるときには、前記算出した振動強度が前記所定閾値よりも大きくなるのに反比例して当該算出した抑制電流の絶対値が小さくなるように制限する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクにおける所定範囲の周波数成分を通過させる通過部と、当該通過部にて通過させられた当該検出トルクと逆位相となる変化量に基づいて前記抑制電流を算出する算出部とを有する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記外乱抑制駆動手段は、前記算出部が算出した抑制電流を高速フーリエ変換することにより当該算出した抑制電流の位相を算出し、当該算出した位相と基準位相との位相差が所定角度よりも大きい場合に、当該算出した抑制電流の位相が許容範囲を超えてずれていると判断する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記外乱抑制駆動手段は、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記外乱トルクを抑制するために前記電動モータへ供給する前記抑制電流を設定し、
   前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータへ供給する目標電流のベースとなるベース電流を算出するベース電流算出手段と、
   前記ベース電流算出手段が算出した前記ベース電流と前記外乱抑制駆動手段が設定した前記抑制電流とに基づいて前記目標電流を決定する目標電流決定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

Images