JP2017200776A - 車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング機構の構成部品の共振のリスクを低減する制御技術を提供することを目的とする。【解決手段】本出願は、ステアリング機構と、操舵動作を補助するアシストトルクをステアリング機構に与えるモータと、モータの回転角を表す角度信号を生成する角度信号生成部と、角度信号に応じて、モータを制御するコントローラと、を備える振動制御装置を開示する。ステアリング機構の構成要素の中で最大及び最小の固有振動数の間の振動数範囲は、２ｈｚ未満である。コントローラは、操舵トルクから第１トルクを決定する第１トルク決定部と、補正値を決定する補正部と、第１トルクを補正し、アシストトルクを決定する第２トルク決定部と、を含む。角度信号は、振動数範囲内の振動数で振動する複数の信号成分を含む。補正部は、複数の信号成分に特異的に高いゲインを掛け、角度信号を処理する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の振動を制御する振動制御装置に関する。

電動パワーステアリングを制御するための様々な制御技術が開発されてきている（特許文献１及び２を参照）。特許文献１は、運転者の操舵を補助するアシストトルクを演算するときの演算負荷を低減する技術を開示する。特許文献２は、適切なアシストトルクを出力するだけでなく、ハンドルへ伝達される振動を低減する機能を発揮する制御技術を開示する。

特開２０１６−５８０号公報 特開２０１６−２２９２７号公報

特許文献２の制御技術は、振動の低減に取り組んでいるけれども、ステアリングホイールから車輪までの操舵力の伝達経路を形成するステアリング機構の構成部品の固有振動数を考慮していない。モータの角変化の周波数が、ステアリング機構を構成する複数の部品の固有振動数に一致する又は近づくと、これらの部品は、モータの角運動に対して共振することとなる。したがって、車両の設計者は、これまで、ステアリング機構を構成する複数の部品の固有振動数を互いに相違させ、複数の部品の同時共振を回避してきた。

上述の従来技術の下で、ステアリング機構の構成部品の固有振動数を考慮した制御システムが構築されるならば、非常に複雑な演算処理が要求される。あるいは、１つの部品の共振の回避の結果、他の部品の共振が引き起こされることもある。

本発明は、ステアリング機構の構成部品の共振のリスクを低減する制御技術を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る車両の振動制御装置は、一対の車輪の向きを変える操舵動作を行うステアリング機構と、前記操舵動作を補助するアシストトルクを前記ステアリング機構に与えるモータと、前記モータの回転角を表す角度信号を生成する角度信号生成部と、前記角度信号に応じて、前記モータを制御するコントローラと、を備える。前記ステアリング機構は、ステアリングホイールから延設されたコラムシャフトと、前記一対の車輪間で延びるラックと前記ラックに噛み合うピニオンとを有するピニオンラック機構と、前記コラムシャフトと前記ピニオンとを連結する中間シャフトと、を含む。前記コラムシャフト、前記ピニオンラック機構及び前記中間シャフトの中で最も大きな固有振動数と最も小さな固有振動数との間の振動数範囲は、２ｈｚ未満である。前記コントローラは、前記ステアリングホイールの回転下で前記ステアリング機構に生じた操舵トルクから第１トルクを決定する第１トルク決定部と、前記第１トルクに対する補正値を決定する補正部と、前記補正値を用いて、前記第１トルクを補正し、前記アシストトルクを決定する第２トルク決定部と、を含む。前記角度信号は、前記振動数範囲内の振動数で振動する複数の信号成分を含む。前記補正部は、前記複数の信号成分に特異的に高いゲインを掛け、前記角度信号を処理し、前記補正値を決定する。

上記構成によれば、コラムシャフト、ピニオンラック機構及び中間シャフトの中で最も大きな固有振動数と最も小さな固有振動数との間の振動数範囲は、２ｈｚ未満であるので、コラムシャフト、ピニオンラック機構及び中間シャフトの共振が一括して回避されるように、コントローラは、モータを制御することができる。補正部は、振動数範囲内の振動数で振動する複数の信号成分に高いゲインを掛け、角度信号を処理し、補正値を決定するので、補正値を用いて、第１トルクを補正する第２トルク決定部は、コラムシャフト、ピニオンラック機構及び中間シャフトの共振が一括して回避されるように、アシストトルクを決定することができる。

上記構成に関して、前記補正部は、前記複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように前記角度信号を処理し、前記補正値を決定してもよい。

上記構成によれば、補正部は、複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように角度信号を処理し、補正値を決定するので、コントローラは、振動数範囲内の周波数で振動する振動成分に特異的に大きな粘性減衰を生じさせることができる。

上記構成に関して、前記補正部は、前記複数の信号成分に前記ゲインを掛け、且つ、前記複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように、前記角度信号を処理し、補正された角度信号を生成するハイパスフィルタと、前記補正された角度信号から前記第１トルクに対する補正量を、前記補正値として算出する補正値算出部と、を含んでもよい。前記第２トルク決定部は、前記補正値算出部が算出した前記補正量を前記第１トルクに加算し、前記アシストトルクを決定する加算器を含んでもよい。

上記構成によれば、振動数範囲内の振動数で振動する複数の信号成分に高いゲインを掛け、且つ、複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように、角度信号を処理し、補正された角度信号を生成するので、コントローラは、振動数範囲内の周波数で振動する振動成分に特異的に大きな粘性減衰を生じさせることができる。補正値算出部は、補正された角度信号から第１トルクに対する補正量を、補正値として算出するので、補正値算出部は、コラムシャフト、ピニオンラック機構及び中間シャフトの共振が一括して抑制されるように、補正量を決定することができる。加算器は、補正値算出部が算出した補正量を第１トルクに加算し、アシストトルクを決定するので、モータは、コラムシャフト、ピニオンラック機構及び中間シャフトの共振が一括して回避されるように、アシストトルクをステアリング機構に出力することができる。

上記構成に関して、前記ハイパスフィルタの伝達関数の固有角周波数は、前記振動数範囲に設定されてもよい。

上記構成によれば、ハイパスフィルタの伝達関数の固有角周波数は、振動数範囲に設定されるので、ハイパスフィルタは、振動数範囲内の複数の信号成分に特異的に高いゲインを掛けることができる。

上記構成に関して、前記伝達関数の減衰定数は、前記振動数範囲においてピークが現れるように設定されてもよい。

上記構成によれば、伝達関数の減衰定数は、振動数範囲においてピークが現れるように設定されるので、ハイパスフィルタは、振動数範囲内の複数の信号成分に特異的に高いゲインを掛けることができる。

上記構成に関して、車両の振動制御装置は、フレーム部材と、前記ラックと前記一対の車輪とをそれぞれ連結する一対のタイロッドと、前記フレーム部材から前記一対のタイロッドを懸架する一対の懸架装置と、を更に備えてもよい。前記フレーム部材、前記一対のタイロッド及び前記一対の懸架装置それぞれは、前記振動数範囲内の固有振動数を有してもよい。

上記構成によれば、フレーム部材、一対のタイロッド及び一対の懸架装置それぞれは、振動数範囲内の固有振動数を有するので、振動制御装置は、ステアリング機構に連なるフレーム部材、一対のタイロッド及び一対の懸架装置の共振のリスクをも低減することができる。

上記構成に関して、前記振動数範囲は、１ｈｚ以下であってもよい。

上記構成によれば、振動数範囲は、１ｈｚ以下であるので、振動制御装置は、共振のリスクを効果的に低減することができる。

上述の振動制御装置は、ステアリング機構の構成部品の共振のリスクを低減することができる。

第１実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念的なブロック図である。 第２実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念的なブロック図である。 図２に示される制御装置のハイパスフィルタの例示的な周波数特性を表すボード線図である。 第３実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念図である。 第４実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念図である。 第５実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念的なブロック図である。 図６に示される制御装置の記憶部に格納される例示的なデータを概念的に表すグラフである。 第６実施形態の振動制御装置として例示される制御装置の概念的なブロック図である。 図８に示される制御装置の調整部に格納されるゲインデータを概念的に表すグラフである。

＜第１実施形態＞
ステアリングホイールから車輪へ操舵力を伝達するステアリング機構は、一般的に、コラムシャフトと、中間シャフトと、ピニオンラック機構と、を備える。従来、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構の固有振動数が、２ｈｚ以上互いに相違するように、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構は設計されている。この結果、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構のうち２つ又は全部の同時共振は回避されてきた。その一方で、従来の制御技術は、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構それぞれの共振を抑制しなければならなかった。この結果、従来の制御技術は、非常に複雑な演算を必要とする。あるいは、従来の制御技術は、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構のうち１つの共振を抑制する一方で、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構のうち他のもう１つの共振を引き起こすこともあった。本発明者等は、コラムシャフト、中間シャフト及びピニオンラック機構の固有振動数を狭い範囲に設定し、これらの共振を一括して抑制する制御技術を開発した。第１実施形態において、例示的な制御技術が説明される。

図１は、第１実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００の概念的なブロック図である。図１を参照して、制御装置１００が説明される。

制御装置１００は、ステアリング機構２００と、モータ３００と、角度検出部４００と、コントローラ５００と、を備える。ステアリング機構２００は、ステアリングホイールＳＴＷに加えられた操舵力を一対の車輪ＷＨＬへ伝達する。この結果、ステアリング機構２００は、一対の車輪ＷＨＬの向きを変えることができる（すなわち、操舵動作）。モータ３００は、コントローラ５００の制御下で、アシストトルクをステアリング機構２００に与える。この結果、運転者は、ステアリングホイールＳＴＷを小さな力で回転させることができる。

角度検出部４００は、モータ３００の回転角（すなわち、モータ３００の出力シャフト（図示せず）の回転角）を検出する。角度検出部４００は、検出された回転角を表す角度信号を生成する。角度信号は、角度検出部４００からコントローラ５００へ伝達される。角度検出部４００は、エンコーダであってもよいし、モータ３００の回転角を検出する他の検出素子であってもよい。本実施形態の原理は、角度検出部４００として用いられる特定の装置に限定されない。本実施形態において、角度信号生成部は、角度検出部４００によって例示される。

運転者が、ステアリングホイールＳＴＷを回転すると、操舵トルクが、ステアリング機構２００に生ずる。操舵トルクは、一般的なトルクセンサ（図示せず）や他の適切な検出素子（図示せず：たとえば、歪みゲージ）によって検出されてもよい。コントローラ５００は、角度信号に加えて、検出された操舵トルクを表すトルク信号を受け取る。コントローラ５００は、角度信号とトルク信号とに応じて、モータ３００を制御する。

ステアリング機構２００は、コラムシャフト２１０と、中間シャフト２２０と、ピニオンラック機構２３０と、を含む。モータ３００は、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０のうち１つに連結される。

ピニオンラック機構２３０は、ラック２３１と、ピニオン２３２と、を含む。コラムシャフト２１０は、ステアリングホイールＳＴＷから延設される。ラック２３１は、一対の車輪ＷＨＬ間で延びる。ピニオン２３２は、ラック２３１に噛み合う。中間シャフト２２０は、ピニオン２３２とステアリングホイールＳＴＷから延設されたコラムシャフト２１０とに連結される。

運転者がステアリングホイールＳＴＷに加えた回転力（すなわち、操舵力）及び／又はモータ３００から伝達されたアシストトルクは、コラムシャフト２１０及び中間シャフト２２０を通じて、ピニオン２３２へ伝達される。この結果、ピニオン２３２は、回転する。ラック２３１は、ピニオン２３２の回転に応じて、一対の車輪ＷＨＬ間で直線的に移動する。一対の車輪ＷＨＬは、ラック２３１の直線的な移動に応じて向きを変える。

図１は、コラムシャフト２１０の固有振動数を、記号「Ｆｃｌｓ」で表す。図１は、中間シャフト２２０の固有振動数を、記号「Ｆｉｍｓ」で表す。図１は、ピニオンラック機構２３０の固有振動数を、記号「Ｆｐｒｍ」で表す。以下の不等式は、これらの固有振動数の間の関係を表す。

コントローラ５００は、第１トルク決定部５１０と、第２トルク決定部５２０と、補正部５３０と、を含む。第１トルク決定部５１０は、上述のトルク信号を受け取る。第１トルク決定部５１０は、トルク信号が表す操舵トルクに対応する第１トルクを決定する。第１トルクに関する情報は、第１トルク決定部５１０から第２トルク決定部５２０へ出力される。第１トルクは、アシストマップといった既知の様々な演算技術に基づいて決定されてもよい。本実施形態の原理は、第１トルクを決定するための特定の演算技術に限定されない。

第１トルク決定部５１０は、操舵トルクと第１トルクとの関係を表すデータ（たとえば、ルックアップテーブル）を格納するメモリと、メモリからデータを読み出すように設計されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、を含んでもよい。ＣＰＵは、読み出されたデータから信号を生成するように設計されたプログラムを更に実行してもよい。

補正部５３０は、上述の角度信号を受け取る。補正部５３０は、角度信号を周波数解析する。周波数解析は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）であってもよい。代替的に、他の演算技術（たとえば、ＦＲＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）が周波数解析に利用されてもよい。本実施形態の原理は、補正部５３０が行う特定の周波数解析技術に限定されない。

補正部５３０は、周波数解析の結果、角度信号から、振動数において異なる複数の信号成分を得ることができる。補正部５３０は、周波数解析から得られた複数の信号成分から、上述の不等式の範囲内にある周波数を有する複数の信号成分を見出すことができる。補正部５３０は、見出された複数の信号成分に対して、特異的に高いゲインを掛け、角度信号を処理する。すなわち、補正部５３０は、上述の不等式の範囲外の周波数を有する複数の信号成分よりも高いゲインを、上述の不等式の範囲内にある周波数を有する複数の信号成分に掛ける。補正部５３０は、処理された角度信号を用いて、補正値を決定する。補正値に関する情報は、補正部５３０から第２トルク決定部５２０へ伝達される。

補正部５３０は、周波数解析器を含んでもよいし、周波数解析用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。ＣＰＵは、周波数解析から得られた特定の信号成分に特異的に高いゲインを掛け、角度信号を補正するように設計されたプログラムを更に実行してもよい。

第２トルク決定部５２０は、補正値を用いて、第１トルクを補正し、アシストトルクを決定する。モータ３００は、コントローラ５００の制御下で、決定されたアシストトルクをステアリング機構２００へ出力する。第２トルク決定部５２０は、補正値を第１トルクに加算する加算器であってもよいし、補正値を第１トルクに加算する加算処理用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。

角度信号は、一般的に、多様な周波数レンジの信号を含む。補正部５３０は、上述の不等式の範囲内にある周波数を有する複数の信号成分に対して特異的に高い補正値を与える。この結果、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０の共振のリスクが一括して低減されるように、第２トルク決定部５２０は、アシストトルクを決定することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された補正処理は、２次のハイパスフィルタを用いて実行可能である。第２実施形態において、ハイパスフィルタを用いて補正処理を行う例示的な振動制御装置が説明される。

図２は、第２実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００Ａの概念的なブロック図である。第１実施形態の説明は、第１実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。図１及び図２を参照して、制御装置１００Ａが説明される。

第１実施形態と同様に、制御装置１００Ａは、ステアリング機構２００と、モータ３００と、角度検出部４００と、を備える。第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ａは、コントローラ５００Ａを更に備える。第１実施形態と同様に、コントローラ５００Ａは、第１トルク決定部５１０を含む。第１実施形態の説明は、第１トルク決定部５１０に援用される。

コントローラ５００Ａは、補正部５３０Ａと加算器５２０Ａを更に含む。補正部５３０Ａは、ハイパスフィルタ５３１と、補正値算出部５３２と、を含む。角度信号は、角度検出部４００からハイパスフィルタ５３１へ出力される。ハイパスフィルタ５３１は、角度信号を補正する。ハイパスフィルタ５３１によって補正された角度信号は、補正値算出部５３２へ出力される。

補正値算出部５３２は、補正された角度信号を、トルクを表す補正信号に変換する。補正値算出部５３２の伝達関数は、モータ３００の入出力特性に依存する。既知の様々な演算技術が、補正された角度信号からトルクを表す補正信号への変換処理に適用可能である。したがって、本実施形態の原理は、補正値算出部５３２の特定の演算処理に限定されない。

加算器５２０Ａは、図１を参照して説明された第２トルク決定部５２０に対応する。したがって、第２トルク決定部５２０に関する説明は、加算器５２０Ａに援用されてもよい。

加算器５２０Ａは、補正信号を補正値算出部５３２から受け取る。第１トルクを表す情報は、第１トルク決定部５１０から加算器５２０Ａへ出力される。加算器５２０Ａが補正値算出部５３２から受け取った補正信号は、第１トルクに対する補正量を表す。加算器５２０Ａは、補正信号が表す補正量を、第１トルクに加算し、アシストトルクを決定する。モータ３００は、加算器５２０Ａによって決定されたアシストトルクをステアリング機構２００へ出力する。

図３は、ハイパスフィルタ５３１の例示的な周波数特性を表すボード線図である。図２及び図３を参照して、ハイパスフィルタ５３１の周波数特性が説明される。

以下の数式は、ハイパスフィルタ５３１の伝達関数Ｇ（ｓ）を表す。

図３に示される如く、ゲイン線図に、所定の固有角振動数（たとえば、１０ｈｚ）において、ピークが現れるように、制御装置１００Ａを設計する設計者は、ハイパスフィルタ５３１の減衰定数を定める。本実施形態において、固有角振動数は、「１０ｈｚ」に設定されている。ハイパスフィルタ５３１は、角度信号中の「１０ｈｚ」の信号成分に対して、「１０」の値のゲインを出力する。

設計者は、固有角振動数を中心として、「±１ｈｚ」の範囲をコラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０の固有振動数が分散する範囲として設定してもよい。設計者は、設定された範囲に固有振動数が入るように、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０を設計してもよい。

代替的に、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０の固有振動数の最大値と最小値との間の差が、「２ｈｚ」未満となるように、設計者は、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０それぞれを設計してもよい。設計者は、その後、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０の固有振動数の最大値と最小値の間に、ハイパスフィルタ５３１の伝達関数の固有角振動数が入るように、設計者は、ハイパスフィルタ５３１を設計してもよい。

ハイパスフィルタ５３１は、角度信号に対して、高速フーリエ変換を施与し、周波数において異なる複数の信号成分を得る。図３に示される如く、「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」までの周波数帯に対して割り当てられたゲインは、他の周波数帯（すなわち、「１ｈｚ」以上「９ｈｚ」未満の周波数帯及び「１１ｈｚ」を超える周波数帯）に割り当てられたゲインよりも大きい。ハイパスフィルタ５３１は、高速フーリエ変換によって得られた複数の信号成分から「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」までの周波数帯に分布する複数の信号成分を見出す。ハイパスフィルタ５３１は、見出された複数の信号成分のパワースペクトルに特異的に高いゲインを掛ける。ハイパスフィルタ５３１は、他の信号成分（すなわち、「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」までの周波数帯に属さない信号成分）のパワースペクトルに相対的に低いゲインを掛ける。この結果、コラムシャフト２１０、中間シャフト２２０及びピニオンラック機構２３０の固有振動数が分布する周波数帯に属する信号成分が強調されるように、角度信号は補正される。

図３に示される如く、ハイパスフィルタ５３１は、「１０ｈｚ」の周波数を有する信号成分の位相を９０°進める。ハイパスフィルタ５３１は、「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」までの周波数帯に分布する他の信号成分（すなわち、「９ｈｚ」以上「１０ｈｚ」未満の信号成分及び「１０ｈｚ」よりも大きく「１１ｈｚ」以下の信号成分）の位相を約９０°進める。この結果、ハイパスフィルタ５３１は、「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」までの周波数帯に分布する振動成分に対して、粘性減衰を効果的に生じさせることができる。

＜第３実施形態＞
設計者は、上述の実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々な振動制御装置を設計することができる。第３実施形態において、例示的な振動制御装置が説明される。

図４は、第３実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００Ｂの概念図である。第２実施形態の説明は、第２実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。図２及び図４を参照して、制御装置１００Ｂが説明される。

第２実施形態と同様に、制御装置１００Ｂは、コントローラ５００Ａを備える。第２実施形態の説明は、コントローラ５００Ａに援用される。

制御装置１００Ｂは、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、モータ３００Ｂと、エンコーダ４００Ｂと、トルクセンサ６００と、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を更に備える。

コラムシャフト２１０Ｂは、ステアリングホイールＳＴＷから下方に延びる棒状部材である。第１実施形態と同様に、コラムシャフト２１０Ｂは、固有振動数Ｆｃｌｓを有する。コラムシャフト２１０Ｂが、固有振動数Ｆｃｌｓに一致する周波数で、コラムシャフト２１０Ｂの長手方向軸周りの回転振動を受けると、共振が、コラムシャフト２１０Ｂに生ずる。

トルクセンサ６００は、コラムシャフト２１０Ｂに取り付けられる。運転者が、ステアリングホイールＳＴＷを回転すると、運転者がステアリングホイールＳＴＷに加えた操舵力に応じたトルクが、コラムシャフト２１０Ｂに生ずる。トルクセンサ６００は、コラムシャフト２１０Ｂに生じたトルクを検出する。トルクセンサ６００は、その後、検出されたトルクを表すトルク信号を生成する。トルク信号は、トルクセンサ６００からコントローラ５００Ａの第１トルク決定部５１０（図２を参照）へ出力される。

中間シャフト２２０Ｂは、鉛直ロッド２２１と、２つのユニバーサルジョイント２２２，２２３と、を含む。鉛直ロッド２２１は、略鉛直に立設される。ユニバーサルジョイント２２２は、鉛直ロッド２２１の上端に取り付けられる。ユニバーサルジョイント２２２は、鉛直ロッド２２１の上端をコラムシャフト２１０Ｂの下端に連結する。ユニバーサルジョイント２２３は、鉛直ロッド２２１の下端に取り付けられる。ユニバーサルジョイント２２３は、鉛直ロッド２２１の下端をピニオンロッド２３２Ｂに連結する。

第１実施形態と同様に、中間シャフト２２０Ｂは、固有振動数Ｆｉｍｓを有する。中間シャフト２２０Ｂが、固有振動数Ｆｉｍｓに一致する周波数で、中間シャフト２２０Ｂの長手方向軸周りの回転振動を受けると、共振が、中間シャフト２２０Ｂに生ずる。

ピニオンロッド２３２Ｂは、図２を参照して説明されたピニオン２３２に対応する。ピニオン２３２に関する説明は、ピニオンロッド２３２Ｂに援用されてもよい。ピニオンロッド２３２Ｂは、ピニオン２３３と連結ロッド２３４とを含む。ピニオン２３３は、ラック２３１Ｂに噛み合う。連結ロッド２３４は、ピニオン２３３の略中心から上方に延び、ユニバーサルジョイント２２３に連結される。

ラック２３１Ｂは、一対の車輪ＷＨＬ間で延びる。ラック２３１Ｂ及びピニオンロッド２３２Ｂによって形成される噛合機構は、図２を参照して説明されたピニオンラック機構２３０に対応する。モータ３００Ｂは、ラック２３１Ｂに連結され、コントローラ５００Ａの制御下で、アシストトルクをラック２３１Ｂに加える。

第１実施形態と同様に、ラック２３１Ｂ及びピニオンロッド２３２Ｂによって形成される噛合機構は、固有振動数Ｆｐｒｍを有する。モータ３００Ｂが、固有振動数Ｆｐｒｍに一致する周波数で変動する力をラック２３１Ｂに加えると、ラック２３１Ｂ及びピニオンロッド２３２Ｂによって形成される噛合機構は、共振する。

エンコーダ４００Ｂは、モータ３００Ｂと一体的に形成される。エンコーダ４００Ｂは、モータ３００Ｂの回転角を表す角度信号を生成する。角度信号は、エンコーダ４００Ｂからコントローラ５００Ａのハイパスフィルタ５３１（図２を参照）へ出力される。エンコーダ４００Ｂは、図２を参照して説明された角度検出部４００に対応する。角度検出部４００に関する説明は、エンコーダ４００Ｂに援用されてもよい。

２つのタイロッド７３０は、ラック２３１Ｂの両端からそれぞれ延びる。２つのタイロッド７３０は、２つの車輪ＷＨＬにそれぞれ連結される。加えて、２つのタイロッド７３０は、２つの懸架装置７２０にもそれぞれ連結される。ラック２３１Ｂの直線運動は、２つのタイロッド７３０を通じて、２つの車輪ＷＨＬに伝達される。この結果、２つの車輪ＷＨＬの向きが変えられる。

２つのタイロッド７３０それぞれは、固有振動数Ｆｔｒｄを有する。モータ３００Ｂが、固有振動数Ｆｔｒｄに一致する周波数で変動する力をラック２３１Ｂに加えると、タイロッド７３０は、共振する。

２つの懸架装置７２０それぞれは、固有振動数Ｆｈｎｇを有する。モータ３００Ｂが、固有振動数Ｆｈｎｇに一致する周波数で変動する力をラック２３１Ｂに加えると、懸架装置７２０は、共振する。

フロントサブフレーム７１０は、車両の前部の最下部の骨組である。エンジン（図示せず）は、フロントサブフレーム７１０にマウントされる。２つの懸架装置７２０それぞれは、フロントサブフレーム７１０に連結される。本実施形態において、フレーム部材は、フロントサブフレーム７１０によって例示される。

フロントサブフレーム７１０は、固有振動数Ｆｆｓｆを有する。固有振動数Ｆｆｓｆに一致する周波数で変動する力が、２つの懸架装置７２０に加わると、フロントサブフレーム７１０は、共振する。

固有振動数Ｆｃｌｓ，Ｆｉｍｓ，Ｆｐｒｍ，Ｆｔｒｄ，Ｆｈｎｇ，Ｆｆｓｆが、「２ｈｚ」の周波数範囲内に収まるように、設計者は、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を設計してもよい。代替的に、固有振動数Ｆｃｌｓ，Ｆｉｍｓ，Ｆｐｒｍ，Ｆｔｒｄ，Ｆｈｎｇ，Ｆｆｓｆが、「１ｈｚ」の周波数範囲内に収まるように、設計者は、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を設計してもよい。

＜第４実施形態＞
第３実施形態に関連して説明されたモータは、ラックに連結される。代替的に、モータは、減速機を介して、コラムシャフトに連結されてもよい。第４実施形態において、コラムシャフトに連結されるモータを有する例示的な振動制御装置が説明される。

図５は、第４実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００Ｃの概念図である。第３実施形態の説明は、第３実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。図５を参照して、制御装置１００Ｃが説明される。

第３実施形態と同様に、制御装置１００Ｃは、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、エンコーダ４００Ｂと、コントローラ５００Ａと、トルクセンサ６００と、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ｃは、モータ３００Ｃと、減速機３１０と、を更に備える。減速機３１０は、コラムシャフト２１０Ｂに取り付けられる。モータ３００Ｃは、減速機３１０に連結される。減速機３１０は、モータ３００Ｃから入力されたアシストトルクを所定の減速比で増幅する。増幅されたアシストトルクは、減速機３１０からコラムシャフト２１０Ｂへ伝達される。コラムシャフト２１０Ｂは、増幅されたアシストトルクによって回転される。

減速機３１０は、固有振動数Ｆｓｒｄを有する。モータ３００Ｃが、固有振動数Ｆｓｒｄに一致する周波数で変動する力を減速機３１０に加えると、減速機３１０は、共振する。

固有振動数Ｆｃｌｓ，Ｆｉｍｓ，Ｆｐｒｍ，Ｆｔｒｄ，Ｆｈｎｇ，Ｆｆｓｆ，Ｆｓｒｄが、「２ｈｚ」の周波数範囲内に収まるように、設計者は、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、減速機３１０と、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を設計してもよい。代替的に、固有振動数Ｆｃｌｓ，Ｆｉｍｓ，Ｆｐｒｍ，Ｆｔｒｄ，Ｆｈｎｇ，Ｆｆｓｆ，Ｆｓｒｄが、「１ｈｚ」の周波数範囲内に収まるように、設計者は、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、減速機３１０と、フロントサブフレーム７１０と、一対の懸架装置７２０と、一対のタイロッド７３０と、を設計してもよい。

＜第５実施形態＞
コントローラは、振動制御装置が搭載された車両の速度に適したアシストトルクをモータに指示してもよい。第５実施形態において、車速に適したアシストトルクをモータに指示する例示的な振動制御装置が説明される。

図６は、第５実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００Ｄの概念的なブロック図である。上述の実施形態の説明は、上述の実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。図６を参照して、制御装置１００Ｄが説明される。

第３実施形態と同様に、制御装置１００Ｄは、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、モータ３００Ｂと、エンコーダ４００Ｂと、トルクセンサ６００と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ｄは、コントローラ５００Ｄと、車速センサ６１０と、を更に備える。第２実施形態と同様に、コントローラ５００Ｄは、補正部５３０Ａと、加算器５２０Ａと、を含む。第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

コントローラ５００Ｄは、第１トルク決定部５１０Ｄを更に含む。第１トルク決定部５１０Ｄは、読取部５１１と、記憶部５１２と、ローパスフィルタ５１３と、を含む。車速センサ６１０は、車速パルスから車両の速度を判別する。車速センサ６１０は、判別された車両の速度を表す車速信号を生成する。車速信号は、車速センサ６１０から読取部５１１へ出力される。

トルクセンサ６００は、運転者がステアリングホイールＳＴＷを操作したときにコラムシャフト２１０Ｂに生じた操舵トルクを検出する。代替的に、トルクセンサ６００は、中間シャフト２２０Ｂに生じた操舵トルクを検出してもよい。

トルクセンサ６００は、検出された操舵トルクを表すトルク信号を生成する。トルク信号は、トルクセンサ６００からローパスフィルタ５１３へ出力される。ローパスフィルタ５１３は、高い周波数の信号成分（たとえば、７ｈｚを超える周波数の信号成分）をトルク信号から除去する。この結果、運転者の操舵動作を表さないノイズが除去される。ノイズ除去後のトルク信号は、ローパスフィルタ５１３から読取部５１１へ出力される。

記憶部５１２は、車速及び操舵トルクに対応する第１トルクに関する情報を格納する。読取部５１１は、車速信号から車速を読み取る。読取部５１１は、トルク信号から操舵トルクを読み取る。読取部５１１は、読み取られた車速及び操舵トルクに対応する第１トルクを記憶部５１２から読み出す。読取部５１１は、読み出された第１トルクを表すトルク情報を生成する。トルク情報は、読取部５１１から加算器５２０Ａへ出力される。記憶部５１２は、一般的なメモリ素子であってもよい。読取部５１１は、メモリ素子からのデータの読出処理並びに読み出されたデータから信号を生成する信号生成処理用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵや他の演算素子であってもよい。

図７は、記憶部５１２に格納される例示的なデータを概念的に表すグラフである。図６及び図７を参照して、記憶部５１２に格納されるデータが説明される。

図７のグラフの横軸は、トルクセンサ６００から出力されたトルク信号によって指示される操舵トルクを表す。図７のグラフの縦軸は、第１トルクを表す。図７のグラフは、「１０ｋｍ／ｈ」、「３０ｋｍ／ｈ」、「８０ｋｍ／ｈ」及び「１５０ｋｍ／ｈ」の車速に対応する４つの曲線を示す。４つの曲線それぞれは、操舵トルクと第１トルクとの間の関係を表す。

車速が、「８０ｋｍ／ｈ」であるとき、車速センサ６１０は、「８０ｋｍ／ｈ」の車速を表す車速信号を生成する。車速信号は、ローパスフィルタ５１３を通じて、車速センサ６１０から読取部５１１へ出力される。

上述の如く、トルクセンサ６００は、コラムシャフト２１０Ｂに生じた操舵トルクを検出する。操舵トルクが、「８Ｎｍ」であるならば、トルクセンサ６００は、「８Ｎｍ」の操舵トルクを表すトルク信号を生成する。トルク信号は、トルクセンサ６００から読取部５１１へ出力される。

読取部５１１は、「８０ｋｍ／ｈ」の車速及び「８Ｎｍ」の操舵トルクに対応する第１トルクを記憶部５１２から読み出す。図７に関して、「８０ｋｍ／ｈ」の車速及び「８Ｎｍ」の操舵トルクに対応する第１トルクは、「４０Ｎｍ」である。読取部５１１は、「４０Ｎｍ」の第１トルクを表すトルク情報を生成する。トルク情報は、加算器５２０Ａへ出力される。

第２実施形態に関連して説明された如く、加算器５２０Ａは、補正信号を補正値算出部５３２から受け取る。加算器５２０Ａは、補正信号を用いて、トルク情報を補正し、アシストトルクを決定する。モータ３００Ｂは、コントローラ５００Ｄの制御下で、決定されたアシストトルクをラック２３１Ｂへ出力する。

＜第６実施形態＞
上述の実施形態に関連して説明された補正技術は、ステアリングホイールに対する運転者の操作へのステアリング機構の追従性能を悪化させることもある。したがって、ステアリング機構の共振のリスクが十分に低い周波数の信号に関しては、補正処理が無効化されてもよい。第６実施形態において、所定の周波数帯における補正処理を無効化する技術が説明される。

図８は、第６実施形態の振動制御装置として例示される制御装置１００Ｅの概念的なブロック図である。第５実施形態の説明は、第５実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。図３及び図８を参照して、制御装置１００Ｅが説明される。

第５実施形態と同様に、制御装置１００Ｅは、コラムシャフト２１０Ｂと、中間シャフト２２０Ｂと、ラック２３１Ｂと、ピニオンロッド２３２Ｂと、モータ３００Ｂと、エンコーダ４００Ｂと、トルクセンサ６００と、車速センサ６１０と、を備える。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

制御装置１００Ｅは、コントローラ５００Ｅを更に備える。第５実施形態と同様に、コントローラ５００Ｅは、第１トルク決定部５１０Ｄと、加算器５２０Ａと、を含む。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

コントローラ５００Ｅは、補正部５３０Ｅと、電流供給部５４０と、を更に含む。第５実施形態と同様に、補正部５３０Ｅは、補正値算出部５３２を含む。第５実施形態の説明は、補正値算出部５３２に援用される。

補正部５３０Ｅは、ハイパスフィルタ５３１Ｅと、調整部５３３と、を含む。ハイパスフィルタ５３１Ｅは、図３を参照して説明されたボード線図に表される周波数特性を有する。ハイパスフィルタ５３１Ｅは、第２実施形態に関連して説明された演算を実行する。演算結果は、ハイパスフィルタ５３１Ｅから調整部５３３へ出力される。

図９は、調整部５３３に格納されるゲインデータを概念的に表すグラフである。図３、図８及び図９を参照して、制御装置１００Ｅが更に説明される。

制御装置１００Ｅを設計する設計者は、「０ｈｚ」から「Ｘｈｚ（＜９ｈｚ）」の周波数帯の信号成分に関して、調整部５３３が格納するゲインデータに「０」の値を設定する。調整部５３３は、「０ｈｚ」から「Ｘｈｚ（＜９ｈｚ）」の周波数帯の信号成分に「０」の値のゲインを乗算するので、「０ｈｚ」から「Ｘｈｚ（＜９ｈｚ）」の周波数帯の信号成分に対する補正は無効化される。

設計者は、コラムシャフト２１０Ｂ、中間シャフト２２０Ｂ、ピニオンロッド２３２Ｂ及びラック２３１Ｂの共振のリスクが充分に低い周波数の値を、「Ｘ」の値として定めることができる。第２実施形態に関連して説明された如く、コラムシャフト２１０Ｂ、中間シャフト２２０Ｂ、ピニオンロッド２３２Ｂ及びラック２３１Ｂの固有振動数は、「９ｈｚ」から「１１ｈｚ」の周波数帯に分布している（図３を参照）。調整部５３３は、「９ｈｚ」以上の周波数帯に対して、「１」の値のゲインを保持している。調整部５３３は、「９ｈｚ」以上の周波数帯の信号成分に対して、「１」の値のゲインを乗算するので、「９ｈｚ」以上の周波数帯の信号成分に関して、ハイパスフィルタ５３１Ｅの演算結果は、補正値算出部５３２へそのまま出力される。

「Ｘｈｚ」から「９ｈｚ」の周波数帯に関し、調整部５３３が保持するゲインは、単調増加する。設計者は、「Ｘｈｚ」以下の周波数帯と「９ｈｚ」以上の周波数帯との間でのコントローラ５００Ｅの制御特性の急激な変化が生じないように、「Ｘ」の値を決定してもよい。

調整部５３３は、図９に示されるゲインを、ハイパスフィルタ５３１Ｅからの演算結果に乗算し、角度信号を補正する。第２実施形態と同様に、補正値算出部５３２は、補正された角度信号を、トルクを表す補正信号に変換する。補正信号は、補正値算出部５３２から加算器５２０Ａへ出力される。加算器５２０Ａは、補正信号を用いて、読取部５１１から出力されたトルク情報を補正し、アシストトルクを決定する。

決定されたアシストトルクを表す情報は、加算器５２０Ａから電流供給部５４０へ出力される。電流供給部５４０は、アシストトルクを表す情報に基づいて、モータ３００Ｂへ供給される電流の大きさを決定する。アシストトルクから電流値への変換処理は、モータ３００Ｂの入出力特性に依存する。したがって、本実施形態の原理は、アシストトルクから電流値を算出するための特定の演算処理に限定されない。

電流供給部５４０は、決定された値の電流を、モータ３００Ｂへ供給する。モータ３００Ｂは、供給された電流に応じたアシストトルクを出力する。アシストトルクは、ラック２３１Ｂへ出力される。電流供給部５４０は、電流を生成するように設計された電流生成回路であってもよい。電流生成回路は、アシストトルクから電流値への変換処理用に設計されたプログラムを実行するＣＰＵや電力を出力する電源を含んでもよい。

上述の様々な実施形態の原理は、車両に対する要求に適合するように、組み合わされてもよいし、変更されてもよい。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された振動制御装置に適用されてもよい。

上述の実施形態の原理は、様々な車両の設計に好適に利用される。

１００，１００Ａ〜１００Ｅ・・・・・・・・・・制御装置
２００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ステアリング機構
２１０，２１０Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・コラムシャフト
２２０，２２０Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・中間シャフト
２３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオンラック機構
２３１，２３１Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・ラック
２３２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオン
２３２Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ピニオンロッド
３００，３００Ｂ，３００Ｃ・・・・・・・・・・モータ
４００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・角度検出部
４００Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・エンコーダ
５００，５００Ａ，５００Ｄ，５００Ｅ・・・・・コントローラ
５１０，５１０Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・第１トルク決定部
５２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２トルク決定部
５２０Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・加算器
５３０，５３０Ａ，５３０Ｅ・・・・・・・・・・補正部
５３１，５３１Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・ハイパスフィルタ
５３２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・補正値算出部
７１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・フロントサブフレーム
７２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・懸架装置
７３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・タイロッド
ＳＴＷ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ステアリングホイール
ＷＨＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪

Claims (7)

1. 一対の車輪の向きを変える操舵動作を行うステアリング機構と、
   前記操舵動作を補助するアシストトルクを前記ステアリング機構に与えるモータと、
   前記モータの回転角を表す角度信号を生成する角度信号生成部と、
   前記角度信号に応じて、前記モータを制御するコントローラと、を備え、
   前記ステアリング機構は、ステアリングホイールから延設されたコラムシャフトと、前記一対の車輪間で延びるラックと前記ラックに噛み合うピニオンとを有するピニオンラック機構と、前記コラムシャフトと前記ピニオンとを連結する中間シャフトと、を含み、
   前記コラムシャフト、前記ピニオンラック機構及び前記中間シャフトの中で最も大きな固有振動数と最も小さな固有振動数との間の振動数範囲は、２ｈｚ未満であり、
   前記コントローラは、前記ステアリングホイールの回転下で前記ステアリング機構に生じた操舵トルクから第１トルクを決定する第１トルク決定部と、前記第１トルクに対する補正値を決定する補正部と、前記補正値を用いて、前記第１トルクを補正し、前記アシストトルクを決定する第２トルク決定部と、を含み、
   前記角度信号は、前記振動数範囲内の振動数で振動する複数の信号成分を含み、
   前記補正部は、前記複数の信号成分に特異的に高いゲインを掛け、前記角度信号を処理し、前記補正値を決定する
   車両の振動制御装置。
2. 前記補正部は、前記複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように前記角度信号を処理し、前記補正値を決定する
   請求項１に記載の振動制御装置。
3. 前記補正部は、前記複数の信号成分に前記ゲインを掛け、且つ、前記複数の信号成分のうち１つの位相が、９０°進むように、前記角度信号を処理し、補正された角度信号を生成するハイパスフィルタと、前記補正された角度信号から前記第１トルクに対する補正量を、前記補正値として算出する補正値算出部と、を含み、
   前記第２トルク決定部は、前記補正値算出部が算出した前記補正量を前記第１トルクに加算し、前記アシストトルクを決定する加算器を含む
   請求項１に記載の振動制御装置。
4. 前記ハイパスフィルタの伝達関数の固有角周波数は、前記振動数範囲に設定される
   請求項３に記載の振動制御装置。
5. 前記伝達関数の減衰定数は、前記振動数範囲においてピークが現れるように設定される
   請求項４に記載の振動制御装置。
6. フレーム部材と、
   前記ラックと前記一対の車輪とをそれぞれ連結する一対のタイロッドと、
   前記フレーム部材から前記一対のタイロッドを懸架する一対の懸架装置と、を更に備え、
   前記フレーム部材、前記一対のタイロッド及び前記一対の懸架装置それぞれは、前記振動数範囲内の固有振動数を有する
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動制御装置。
7. 前記振動数範囲は、１ｈｚ以下である
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動制御装置。

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