JP3847516B2 - 電動パワーステアリング制御装置及びその制御方法 - Google Patents
電動パワーステアリング制御装置及びその制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者のハンドル操作により発生した操舵トルクを補助するトルクを電動モータにより発生させる電動パワーステアリング制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者のハンドル操作を、他の動力源（例えば油圧ポンプや電動モータ）の駆動力で補助することにより、運転者の操作必要力を軽減し、ハンドル操作を容易にする装置としてパワーステアリング制御装置がある。以下の説明では、上記の他の駆動源として電動モータを用いたものを、他と区別するため電動パワーステアリング制御装置という。
【０００３】
従来の電動パワーステアリング制御装置の構成例として、本願出願人による先の出願、特願平１２−０１６０２６号に記載しているものの構成を図１０に示す。同図において、１０は図示しないステアリング装置を駆動する電動モータ（以下単にモータという）である。１は図示しない運転者のハンドル操作によって生じる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段という）、２は操舵トルク信号に基づいて操舵補助トルク信号を演算する操舵トルク制御器（操舵アシスト制御手段という）、１７は路面反力トルク検出器１５の出力である路面反力トルク信号に基づいてハンドルを原点に復帰させる方向にモータ１０のトルクを発生させるためのハンドル戻し補助トルク信号を出力する戻しトルク補償器、５はモータ速度検出器、３はモータ速度信号を受けてそのダンピングを補償するダンピング補償器、４は慣性補償器、６はモータ加速度検出器、７はモータ電流決定器、９はモータ駆動器、１１はモータ電流検出器、１２は第１の加算器、１３は第２の加算器、１４は車速検出器である。
【０００４】
また、１５Ｓはローパスフィルタを備え、操舵トルク検出器１の出力である操舵トルク信号とモータ加速度検出器６の出力であるモータ加速度信号と、モータ電流検出器１１の出力するモータ電流値とからマイコンのＳ／Ｗ上で路面反力トルク信号を演算して出力する路面反力トルク検出器である。なお、路面反力トルク検出器１５Ｓの演算処理説明図を図１２に示し、その演算の詳細については後述する。
【０００５】
従来の電動パワーステアリング制御装置の動作について、図１１のフローチャートに基づき説明する。
まず、ステップＳ３０１で、操舵トルク検出器１で検出された操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶する。次に、ステップＳ３０２で、モータ速度検出器５にて検出されたモータ速度信号を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ３０３では、モータ加速度検出器６において、モータ速度信号を微分演算してモータ加速度信号を得るとともにメモリに記憶し、ステップＳ３０４では、モータ電流信号を読み込みメモリに記憶する。
【０００６】
次に、ステップＳ３０５〜Ｓ３０６では、路面反力トルク検出器１５Ｓにおいて下記の演算を行い、路面反力トルク信号を求める。
まず、ステップＳ３０５で、操舵トルク信号Ｔsensと、ステアリング軸回転加速度に相当するモータ加速度信号ｄωと、モータ電流信号Ｉmtr とを用いて、下記の式（１）により、定常反力信号Ｔ' rea-est を得る。
Ｔ' rea-est ＝Ｔsens＋Ｋt ・Ｉmtr −Ｊ・ｄω‥‥‥‥（１）
ここで Ｋt ：モータのトルク定数（ステアリング軸換算）
Ｊ ：ステアリング機構の慣性モーメント である。
次に、ステップＳ３０６において、路面反力トルク検出器１５Ｓに設けられたローパスフィルタにより、下記の式（２）に示すような１次フィルタ演算を行って路面反力トルク信号Ｔrea-est を得るとともに、この路面反力トルク信号Ｔrea-est をメモリに記憶する。
ｄＴrea-est ／ｄｔ＝−Ｔrea-est ／Ｔ1 ＋Ｔ' rea-est ／Ｔ1 ‥‥（２）
ここで、Ｔ1 は（２）式の１次フィルタの時定数で、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ1 ）が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定める。
【０００７】
次に、ステップＳ３０７〜Ｓ３０８では、操舵トルク制御器２において、操舵トルク信号を位相補償器に通して位相補償し、この位相補償された操舵トルク信号に対してマップ演算し、操舵補助トルク信号を求めてメモリに記憶する。
ステップＳ３０９では、戻しトルク補償器１７にて上記路面反力トルク信号Ｔrea-est に対してマップ演算によりハンドル戻し補助トルク信号を求め、これをメモリに記憶する。
ステップＳ３１０では、ダンピング補償器３によりモータ速度信号に比例ゲインを乗じてダンピング補償信号を求めメモリに記憶する。
ステップＳ３１１では、慣性補償器４によりモータ加速度信号に比例ゲインを乗じて慣性補償信号を求めメモリに記憶する。
【０００８】
次に、ステップＳ３１２に進み、第１の加算器１２によりステップＳ３０８〜Ｓ３１１で求められた操舵補助トルク信号，ハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号及び慣性補償信号を加算して目標トルクを求め、これをメモリに記憶する。
ステップＳ３１３で、モータ電流決定器７によりステップＳ３１２で求めた目標トルクにゲインを乗じて目標電流を求めてメモリに記憶する。なお、この時のゲインは、モータ１０のステアリング軸換算でのトルク定数の逆数としておく。
以上に説明したステップＳ３０１〜Ｓ３１３を繰り返す。
【０００９】
次に、上記式（１）及び式（２）により路面反力トルクの検出が可能となる理由について説明する。
ステアリング機構の運動方程式は、下記の式（３）で表される。
Ｊ・ｄωs ／ｄｔ＝Ｔhdl ＋Ｔmtr −Ｔfric−Ｔreact …‥‥（３）
ここで ｄωs ／ｄｔ：ステアリング軸回転加速度
Ｔhdl ：操舵トルク
Ｔmtr ：モータ出力トルク（ステアリング軸換算）
Ｔfric ：ステアリング機構内の摩擦トルク
Ｔreact ：路面反力トルク（ステアリング軸換算） である。
上記式（３）を路面反力トルクＴreact について解くと、以下の式（４）のようになる。
Ｔreact ＝Ｔhdl ＋Ｔmtr −Ｊ・ｄωs ／ｄｔ−Ｔfric…‥‥（４）
したがって、操舵トルク，モータ出力トルク，ステアリング軸回転加速度，ステアリング機構内の摩擦トルクの各値を用いることにより、路面反力トルクＴreact を求めることができる。操舵トルクＴhdl としては操舵トルク信号Ｔsensを使用することができ、モータ出力トルクＴmtr としてはモータ電流信号Ｉmtr にトルク定数Ｋt を乗じた値を使用することができる。また、ステアリング軸回転加速度（ｄωs ／ｄｔ）としてはモータ加速度信号ｄωを使用することができる。したがって、ステアリング機構内の摩擦トルクＴfricの影響を除いた路面反力トルクは、上記式（１）で検出可能である。
【００１０】
一方、摩擦トルクＴfricは、ステアリング機構の回転速度に対してリレーとして作用する。また、リレーは制御工学上、等価線形化法により、等価的にゲインと位相で表すことができることは広く知られている。したがって、上記式（１）で検出された定常反力信号Ｔ' rea-est のゲインと位相とを、上記式（２）の１次フィルタにより調整することにより、路面反力トルク信号Ｔrea-est を得ることができる。
すなわち、ゲインと位相とを調整する最も一般的な方法として図１２のように１次フィルタ（ローパスフィルタ）が用いられる。１次フィルタでゲインと位相を調整可能なのは、折点周波数以上の周波数領域であり、調整したい周波数の０．５〜１倍の範囲に折点周波数を設定すれば、ゲインはおよそ１〜０．５倍、位相はおよそ０〜−２０ｄｅｇの範囲で調整可能であり、摩擦トルクの影響は大抵の場合キャンセルすることができる。自動車において一般的に行われる操舵周波数は、０．１〜１Ｈｚ程度の範囲であり、折点周波数を上記操舵周波数の０．５〜１倍、すなわち概ね０．０５Ｈｚから１Ｈｚの範囲に設定しておけば摩擦トルクの影響のキャンセルが可能となる。なお、具体的な折点周波数は、検出された路面反力トルク信号に基づく制御を最も効かせたい操舵周波数を狙って設定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワーステアリング装置は、以上に説明したように、モータの慣性に相当する項（Ｊ・ｄωs ／ｄｔ）の影響は、周波数の２乗に比例して影響が大きくなるのに対し、路面反力トルク検出器のローパスフィルタは１次フィルタが使用されているため、（式５）に示すように結果的にハンドルを操作する操作力の周波数成分に比例してモータの慣性の影響が大きくなる。
Ｊ・ f 2 ／（Ｔ1 ・f＋１）≒Ｊ・ f ／Ｔ1 …（５）
そのため、ステアリング軸回転加速度（ｄωs ／ｄｔ）の検出誤差や、ステアリング機構の慣性モーメント（Ｊ）の見積り誤差にともなうモータの慣性に相当する項の誤差は、結果的にハンドル操作周波数に比例して大きくなる。その結果、高い周波数の成分を多く含むような周期の早いハンドル操作（以下高周波操舵という）で操舵した時に、モータが不自然なハンドル戻しトルクを発生して、ハンドルが異常に重くなる等の問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高い周波数の操作で操舵を行った際にも不自然なハンドル戻しトルクが発生してハンドルが重くなったりすることのないパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明による電動パワーステアリング制御装置は、運転者のハンドル操作による操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、操舵トルクと、モータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を、時定数の異なる１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第１の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１４】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
電動モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第２の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１５】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えたものである。
【００１６】
また、複数の１次ローパスフィルターの内、少なくとも１つはその時定数が０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下であり、他の少なくとも１つはその時定数が１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下であるものである。
【００１７】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、操舵トルクとモータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、この値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第３の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１８】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
電動モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算の前記電動モータのモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、この値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第４の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１９】
この発明による電動パワーステアリング制御装置の制御方法は、ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
電動モータの回転角加速度を検出する手順と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続した１次ローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むものである。
【００２０】
また、ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
電動モータの回転角加速度を検出する手順と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限する制限手順と、前記値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むものである。
【００２１】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置における構成を図１に、その動作フローチャートを図２に示す。図１に於いて１０は図示しないステアリング装置を駆動する電動モータ（以下単にモータという）である。１は図示しない運転者のハンドル操作によって生じる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段という）、２は操舵トルク信号に基づいて操舵補助トルク信号を演算する操舵トルク制御器、１７は後述する路面反力トルク信号に基づいてハンドルを原点に復帰させる方向にモータ１０のトルクを発生させるための戻しトルク補償器、５はモータ速度検出器、３はモータ速度信号を受けてそのダンピングを補償するダンピング補償器、４は慣性補償器、６はモータ加速度検出器（モータ加速度検出手段）、７はモータ電流決定器、９はモータ駆動器、１１はモータ電流検出器（モータ電流検出手段）、１２は第１の加算器、１３は第２の加算器、１４は車速検出器である。１１５Ｓは第２の路面反力トルク検出器（第２の路面反力トルク検出手段）であってその演算処理説明図を図３に示す。
図２は従来のフローチャート図１１と比べて、ステップＳ１３０６のみが異なっており、他は図１１と同じである。Ｓ１３０６でＴ' rea-est をローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算する際のローパスフィルタが、図３に示すような第１の１次ローパスフィルタ１００と第２の１次ローパスフィルタ１０１を直列接続したものとなっている。
【００２３】
第１の１次ローパスフィルタ１００は式（６）に示すものであり、従来の説明のものと同様に、時定数Ｔ1 を、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ1 ）が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定めたものである。
ｄＴ''rea-est ／ｄｔ＝−Ｔ''rea-est ／Ｔ1 ＋Ｔ' rea-est ／Ｔ1 ‥（６）
ここで Ｔ''rea-est ：中間状態量 である。
一方、第２の１次ローパスフィルタ１０１は、式（７）に示すものであり、時定数Ｔ2 を、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ2 ）が１．０〜３．０Ｈｚの間になるように定めたものである。
ｄＴrea-est ／ｄｔ＝−Ｔrea-est ／Ｔ2 ＋Ｔ''rea-est ／Ｔ2 ‥‥（７）
これ以外の動作は従来と同じである。
【００２４】
従来の技術で説明したように、慣性項（Ｊ・ f 2 ）は、周波数ｆの２乗に比例して影響が大きくなるのに対し、図１２で示した従来のローパスフィルタは１次フィルタであるため、式（５）に示したように、結果的に周波数に比例して慣性項の影響が大きくなってしまっていたが、本実施の形態では、１次フィルタを２段にすることにより、慣性項の影響は、式（８）のように周波数依存性がなくなる。
Ｊ・ f 2 ／（Ｔ1 ・f＋１）／（Ｔ2 ・f＋１）≒Ｊ／（Ｔ1 ・Ｔ2 ）…（８） このとき、従来の技術で導入されてきた1 次のローパスフィルタは、摩擦項補償効果を狙っており、２段化することにより摩擦項補償効果がなくなってしまうことを避ける必要がある。
【００２５】
従って、１段目のフィルタ１００の時定数は従来通り０．０５〜１Ｈｚの間で定め、2 段目のフィルタ１０１の時定数は、モータ慣性項の影響が大きくなり始める１．０〜３．０Ｈｚに設定することにより、摩擦補償効果と高周波での路面反力トルク推定誤差が大きくなることの防止を両立させることができる。
なお、図３では１次フィルタが２段として説明したが、複数段あっても良いことは言うまでもない。
以上のように、複数段の１次ローパスフィルタを直列接続したことによって、常に精度の良い路面反力検出を行うことができ、その結果、高周波操舵を行った際にも不自然にハンドル戻しトルクが大きく作用して、ハンドルが重くなったりすることのないパワーステアリング装置を提供することが可能となる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置における構成図を図４に、フローチャートを図５に示す。図４に於いて２１５Ｓは実施の形態２の第４の路面反力トルク検出器（第４の路面反力トルク検出手段と言う）を示しており、図５のフローチャートは、従来の図のフローステップＳ３０６をＳ２３０６に変更したものである。第４の路面反力トルク検出器２１５Ｓの演算処理説明図を図６に示す。
実施の形態２では、Ｓ２３０６において、Ｔ' rea-est を図６に示すようにリミッタ１０４と１次ローパスフィルタ１００を通して、路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算する。
【００２７】
この際のリミッタ１０４は、モータ慣性項に伴う、路面反力トルク推定値（Ｔrea-est ）の推定誤差が周波数に比例して異常に大きくなってしまうことを防ぐために、ローパスフィルタ１００に通す前の路面反力トルクの推定誤差（Ｔ' rea-est ）に、リミッタをかけ所定範囲内に制限するものである。また、ローパスフィルタ１００は、従来例の図１２に示すものと同じ１次フィルタである。これ以外の動作は従来と同じである。
【００２８】
リミッタ１０４を通してから、１次ローパスフィルタ１００を通すようにしたことにより、路面反力トルク推定値（Ｔrea-est ）が不用意に大きな値となることがなくなるので、大きな誤差の出ない路面反力検出を行うことができ、その結果、この路面反力推定値に基づくハンドル戻し制御を行ったとき、高い周波数成分を含む操舵を行った際にも、異常にハンドル戻しトルクが作用してハンドルが重くなったりすることのない電動パワーステアリング制御装置を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態２では、ローパスフィルタ１００を従来と同じ１次フィルタとしたが、これに限るものではなく、実施の形態１と同様に複数のローパスフィルタを直列接続したものとし、さらに精度の良い路面反力検出を行うようにしても良い。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３の電動パワーステアリング制御装置の構成を図７に、その動作フローチャートを図８に示す。図７に於いて、３１５Ｓは第１の路面反力トルク検出器（第１の路面反力トルク検出手段）である。また、図７には、図１のモータ加速度検出器６の出力側から第２の路面反力トルク検出器１１５Ｓへ送られていた信号が記載されていない。また、図８に於いて、図２のステップＳ３０２〜Ｓ３０３がなく、Ｓ３０５がＳ１３０５に、Ｓ３０６がＳ１３０６に変わっている。
第１の路面反力トルク検出器３１５Ｓの演算処理説明図を図９に示す。本実施の形態３では、Ｓ１３０５で定常反力信号Ｔ' rea-est を演算する際に、図９に示すように操舵トルク信号Ｔsensとモータ電流信号Ｉmtr のみを用いて、下記の式（５）により、定常反力信号Ｔ' rea-est を得る。
Ｔ' rea-est ＝Ｔsens＋Ｋt ・Ｉmtr ‥‥‥‥（５）
Ｋt ：モータのトルク定数（ステアリング軸換算）
次ぎに、Ｓ１３０６では、実施の形態１のＳ１３０６と同様に、第１のローパスフィルタ１００と第２のローパスフィルタ１０１を直列接続したローパスフィルタに上記Ｔ' rea-est を通し、路面反力トルクＴrea-est を演算する。これ以外の動作は従来と同じである。
【００３０】
本実施の形態３においては、路面反力トルクの算出にモータの慣性項を考慮していないが、フィルタを２段化したので、モータの慣性項を無視した影響が大きく表れることはない。この場合、回路の構成が簡単になるのでより安価な電動パワーステアリング制御装置を提供することができるようになる。
【００３１】
なお、本実施の形態３では、実施の形態１のＳ１３０６同様に、直列接続した２つのローパスフィルタに上記Ｔ' rea-est を通し、路面反力トルクＴrea-est を演算したが、これに限るものでは無く、実施の形態２のＳ２３０６と同様にＴ' rea-est をリミッタとローパスフィルタを通して、路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算しても良い。このように構成した路面反力トルク検出器を第３の路面反力トルク検出器（第３の路面反力トルク検出手段）と呼ぶ。さらに、その際のローパスフィルタを複数のローパスフィルタを直列接続したものとし、さらに精度の良い路面反力検出を行うようにしても良い。
【００３２】
また、本実施の形態においては、モータの慣性項を考慮しなかったが、例えば、微小な電流しか流れないような操舵条件で、路面反力トルク検出値を利用したいような場合にはモータの慣性項と、電流項（Ｋt ・Ｉmtr ）を考慮しないようにしてもよい。
また、操舵トルクと電流が略比例するという条件が成立する電動機と機械系を備えた装置においては、電流項のみ考慮するものでも成立し得ることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明による電動パワーステアリング制御装置は、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を、時定数の異なる１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第１の路面反力トルク検出手段を備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３４】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第２の路面反力トルク検出手段を備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３５】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、前記値を１次ローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手段とを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３６】
また、複数の１次ローパスフィルターの内、少なくとも１つはその時定数が０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下であり、他の少なくとも１つはその時定数が１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下であるようにしたので、違和感の極めて少ないパワーステアリング装置とすることができる。
【００３７】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第３の路面反力トルク検出手段と、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタとを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３８】
また、操舵トルク検出手段の出力と、モータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、前記値を１次ローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第４の路面反力トルク検出手段とを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３９】
この発明の電動パワーステアリング制御装置の制御方法は、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得ているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御を行うことができる。
【００４０】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限する制限手順と、前記値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御を行うことができる。
【００４１】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図２】 図１の構成図中の路面反力トルク検出器の動作フローチャートである。
【図３】 図１の構成図中の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図４】 実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図５】 図４の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図６】 図４の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図７】 実施の形態３の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図８】 図７の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図９】 図７の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図１０】 従来の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図１１】 図１０の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図１２】 図１０の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段）、
６ モータ加速度検出器（モータ加速度検出手段）、
１１ モータ電流検出器（モータ電流検出手段）、
１１５Ｓ 第２の路面反力トルク検出器（第２の路面反力トルク検出手段）、
３１５Ｓ 第１の路面反力トルク検出器（第１の路面反力トルク検出手段）、
１００ 第１の１次ローパスフィルタ、 １０１ 第２の１次ローパスフィルタ、 １０４ リミッタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者のハンドル操作により発生した操舵トルクを補助するトルクを電動モータにより発生させる電動パワーステアリング制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者のハンドル操作を、他の動力源（例えば油圧ポンプや電動モータ）の駆動力で補助することにより、運転者の操作必要力を軽減し、ハンドル操作を容易にする装置としてパワーステアリング制御装置がある。以下の説明では、上記の他の駆動源として電動モータを用いたものを、他と区別するため電動パワーステアリング制御装置という。
【０００３】
従来の電動パワーステアリング制御装置の構成例として、本願出願人による先の出願、特願平１２−０１６０２６号に記載しているものの構成を図１０に示す。同図において、１０は図示しないステアリング装置を駆動する電動モータ（以下単にモータという）である。１は図示しない運転者のハンドル操作によって生じる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段という）、２は操舵トルク信号に基づいて操舵補助トルク信号を演算する操舵トルク制御器（操舵アシスト制御手段という）、１７は路面反力トルク検出器１５の出力である路面反力トルク信号に基づいてハンドルを原点に復帰させる方向にモータ１０のトルクを発生させるためのハンドル戻し補助トルク信号を出力する戻しトルク補償器、５はモータ速度検出器、３はモータ速度信号を受けてそのダンピングを補償するダンピング補償器、４は慣性補償器、６はモータ加速度検出器、７はモータ電流決定器、９はモータ駆動器、１１はモータ電流検出器、１２は第１の加算器、１３は第２の加算器、１４は車速検出器である。
【０００４】
また、１５Ｓはローパスフィルタを備え、操舵トルク検出器１の出力である操舵トルク信号とモータ加速度検出器６の出力であるモータ加速度信号と、モータ電流検出器１１の出力するモータ電流値とからマイコンのＳ／Ｗ上で路面反力トルク信号を演算して出力する路面反力トルク検出器である。なお、路面反力トルク検出器１５Ｓの演算処理説明図を図１２に示し、その演算の詳細については後述する。
【０００５】
従来の電動パワーステアリング制御装置の動作について、図１１のフローチャートに基づき説明する。
まず、ステップＳ３０１で、操舵トルク検出器１で検出された操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶する。次に、ステップＳ３０２で、モータ速度検出器５にて検出されたモータ速度信号を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ３０３では、モータ加速度検出器６において、モータ速度信号を微分演算してモータ加速度信号を得るとともにメモリに記憶し、ステップＳ３０４では、モータ電流信号を読み込みメモリに記憶する。
【０００６】
次に、ステップＳ３０５〜Ｓ３０６では、路面反力トルク検出器１５Ｓにおいて下記の演算を行い、路面反力トルク信号を求める。
まず、ステップＳ３０５で、操舵トルク信号Ｔsensと、ステアリング軸回転加速度に相当するモータ加速度信号ｄωと、モータ電流信号Ｉmtr とを用いて、下記の式（１）により、定常反力信号Ｔ' rea-est を得る。
Ｔ' rea-est ＝Ｔsens＋Ｋt ・Ｉmtr −Ｊ・ｄω‥‥‥‥（１）
ここで Ｋt ：モータのトルク定数（ステアリング軸換算）
Ｊ ：ステアリング機構の慣性モーメント である。
次に、ステップＳ３０６において、路面反力トルク検出器１５Ｓに設けられたローパスフィルタにより、下記の式（２）に示すような１次フィルタ演算を行って路面反力トルク信号Ｔrea-est を得るとともに、この路面反力トルク信号Ｔrea-est をメモリに記憶する。
ｄＴrea-est ／ｄｔ＝−Ｔrea-est ／Ｔ1 ＋Ｔ' rea-est ／Ｔ1 ‥‥（２）
ここで、Ｔ1 は（２）式の１次フィルタの時定数で、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ1 ）が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定める。
【０００７】
次に、ステップＳ３０７〜Ｓ３０８では、操舵トルク制御器２において、操舵トルク信号を位相補償器に通して位相補償し、この位相補償された操舵トルク信号に対してマップ演算し、操舵補助トルク信号を求めてメモリに記憶する。
ステップＳ３０９では、戻しトルク補償器１７にて上記路面反力トルク信号Ｔrea-est に対してマップ演算によりハンドル戻し補助トルク信号を求め、これをメモリに記憶する。
ステップＳ３１０では、ダンピング補償器３によりモータ速度信号に比例ゲインを乗じてダンピング補償信号を求めメモリに記憶する。
ステップＳ３１１では、慣性補償器４によりモータ加速度信号に比例ゲインを乗じて慣性補償信号を求めメモリに記憶する。
【０００８】
次に、ステップＳ３１２に進み、第１の加算器１２によりステップＳ３０８〜Ｓ３１１で求められた操舵補助トルク信号，ハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号及び慣性補償信号を加算して目標トルクを求め、これをメモリに記憶する。
ステップＳ３１３で、モータ電流決定器７によりステップＳ３１２で求めた目標トルクにゲインを乗じて目標電流を求めてメモリに記憶する。なお、この時のゲインは、モータ１０のステアリング軸換算でのトルク定数の逆数としておく。
以上に説明したステップＳ３０１〜Ｓ３１３を繰り返す。
【０００９】
次に、上記式（１）及び式（２）により路面反力トルクの検出が可能となる理由について説明する。
ステアリング機構の運動方程式は、下記の式（３）で表される。
Ｊ・ｄωs ／ｄｔ＝Ｔhdl ＋Ｔmtr −Ｔfric−Ｔreact …‥‥（３）
ここで ｄωs ／ｄｔ：ステアリング軸回転加速度
Ｔhdl ：操舵トルク
Ｔmtr ：モータ出力トルク（ステアリング軸換算）
Ｔfric ：ステアリング機構内の摩擦トルク
Ｔreact ：路面反力トルク（ステアリング軸換算） である。
上記式（３）を路面反力トルクＴreact について解くと、以下の式（４）のようになる。
Ｔreact ＝Ｔhdl ＋Ｔmtr −Ｊ・ｄωs ／ｄｔ−Ｔfric…‥‥（４）
したがって、操舵トルク，モータ出力トルク，ステアリング軸回転加速度，ステアリング機構内の摩擦トルクの各値を用いることにより、路面反力トルクＴreact を求めることができる。操舵トルクＴhdl としては操舵トルク信号Ｔsensを使用することができ、モータ出力トルクＴmtr としてはモータ電流信号Ｉmtr にトルク定数Ｋt を乗じた値を使用することができる。また、ステアリング軸回転加速度（ｄωs ／ｄｔ）としてはモータ加速度信号ｄωを使用することができる。したがって、ステアリング機構内の摩擦トルクＴfricの影響を除いた路面反力トルクは、上記式（１）で検出可能である。
【００１０】
一方、摩擦トルクＴfricは、ステアリング機構の回転速度に対してリレーとして作用する。また、リレーは制御工学上、等価線形化法により、等価的にゲインと位相で表すことができることは広く知られている。したがって、上記式（１）で検出された定常反力信号Ｔ' rea-est のゲインと位相とを、上記式（２）の１次フィルタにより調整することにより、路面反力トルク信号Ｔrea-est を得ることができる。
すなわち、ゲインと位相とを調整する最も一般的な方法として図１２のように１次フィルタ（ローパスフィルタ）が用いられる。１次フィルタでゲインと位相を調整可能なのは、折点周波数以上の周波数領域であり、調整したい周波数の０．５〜１倍の範囲に折点周波数を設定すれば、ゲインはおよそ１〜０．５倍、位相はおよそ０〜−２０ｄｅｇの範囲で調整可能であり、摩擦トルクの影響は大抵の場合キャンセルすることができる。自動車において一般的に行われる操舵周波数は、０．１〜１Ｈｚ程度の範囲であり、折点周波数を上記操舵周波数の０．５〜１倍、すなわち概ね０．０５Ｈｚから１Ｈｚの範囲に設定しておけば摩擦トルクの影響のキャンセルが可能となる。なお、具体的な折点周波数は、検出された路面反力トルク信号に基づく制御を最も効かせたい操舵周波数を狙って設定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパワーステアリング装置は、以上に説明したように、モータの慣性に相当する項（Ｊ・ｄωs ／ｄｔ）の影響は、周波数の２乗に比例して影響が大きくなるのに対し、路面反力トルク検出器のローパスフィルタは１次フィルタが使用されているため、（式５）に示すように結果的にハンドルを操作する操作力の周波数成分に比例してモータの慣性の影響が大きくなる。
Ｊ・ f 2 ／（Ｔ1 ・f＋１）≒Ｊ・ f ／Ｔ1 …（５）
そのため、ステアリング軸回転加速度（ｄωs ／ｄｔ）の検出誤差や、ステアリング機構の慣性モーメント（Ｊ）の見積り誤差にともなうモータの慣性に相当する項の誤差は、結果的にハンドル操作周波数に比例して大きくなる。その結果、高い周波数の成分を多く含むような周期の早いハンドル操作（以下高周波操舵という）で操舵した時に、モータが不自然なハンドル戻しトルクを発生して、ハンドルが異常に重くなる等の問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高い周波数の操作で操舵を行った際にも不自然なハンドル戻しトルクが発生してハンドルが重くなったりすることのないパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明による電動パワーステアリング制御装置は、運転者のハンドル操作による操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、操舵トルクと、モータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を、時定数の異なる１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第１の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１４】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
電動モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第２の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１５】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えたものである。
【００１６】
また、複数の１次ローパスフィルターの内、少なくとも１つはその時定数が０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下であり、他の少なくとも１つはその時定数が１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下であるものである。
【００１７】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、操舵トルクとモータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、この値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第３の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１８】
また、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
電動モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算の前記電動モータのモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、この値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第４の路面反力トルク検出手段とを備えたものである。
【００１９】
この発明による電動パワーステアリング制御装置の制御方法は、ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
電動モータの回転角加速度を検出する手順と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続した１次ローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むものである。
【００２０】
また、ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
電動モータの回転角加速度を検出する手順と、
操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限する制限手順と、前記値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むものである。
【００２１】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置における構成を図１に、その動作フローチャートを図２に示す。図１に於いて１０は図示しないステアリング装置を駆動する電動モータ（以下単にモータという）である。１は図示しない運転者のハンドル操作によって生じる操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段という）、２は操舵トルク信号に基づいて操舵補助トルク信号を演算する操舵トルク制御器、１７は後述する路面反力トルク信号に基づいてハンドルを原点に復帰させる方向にモータ１０のトルクを発生させるための戻しトルク補償器、５はモータ速度検出器、３はモータ速度信号を受けてそのダンピングを補償するダンピング補償器、４は慣性補償器、６はモータ加速度検出器（モータ加速度検出手段）、７はモータ電流決定器、９はモータ駆動器、１１はモータ電流検出器（モータ電流検出手段）、１２は第１の加算器、１３は第２の加算器、１４は車速検出器である。１１５Ｓは第２の路面反力トルク検出器（第２の路面反力トルク検出手段）であってその演算処理説明図を図３に示す。
図２は従来のフローチャート図１１と比べて、ステップＳ１３０６のみが異なっており、他は図１１と同じである。Ｓ１３０６でＴ' rea-est をローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算する際のローパスフィルタが、図３に示すような第１の１次ローパスフィルタ１００と第２の１次ローパスフィルタ１０１を直列接続したものとなっている。
【００２３】
第１の１次ローパスフィルタ１００は式（６）に示すものであり、従来の説明のものと同様に、時定数Ｔ1 を、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ1 ）が０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定めたものである。
ｄＴ''rea-est ／ｄｔ＝−Ｔ''rea-est ／Ｔ1 ＋Ｔ' rea-est ／Ｔ1 ‥（６）
ここで Ｔ''rea-est ：中間状態量 である。
一方、第２の１次ローパスフィルタ１０１は、式（７）に示すものであり、時定数Ｔ2 を、折点周波数ｆc ＝１／（２π・Ｔ2 ）が１．０〜３．０Ｈｚの間になるように定めたものである。
ｄＴrea-est ／ｄｔ＝−Ｔrea-est ／Ｔ2 ＋Ｔ''rea-est ／Ｔ2 ‥‥（７）
これ以外の動作は従来と同じである。
【００２４】
従来の技術で説明したように、慣性項（Ｊ・ f 2 ）は、周波数ｆの２乗に比例して影響が大きくなるのに対し、図１２で示した従来のローパスフィルタは１次フィルタであるため、式（５）に示したように、結果的に周波数に比例して慣性項の影響が大きくなってしまっていたが、本実施の形態では、１次フィルタを２段にすることにより、慣性項の影響は、式（８）のように周波数依存性がなくなる。
Ｊ・ f 2 ／（Ｔ1 ・f＋１）／（Ｔ2 ・f＋１）≒Ｊ／（Ｔ1 ・Ｔ2 ）…（８） このとき、従来の技術で導入されてきた1 次のローパスフィルタは、摩擦項補償効果を狙っており、２段化することにより摩擦項補償効果がなくなってしまうことを避ける必要がある。
【００２５】
従って、１段目のフィルタ１００の時定数は従来通り０．０５〜１Ｈｚの間で定め、2 段目のフィルタ１０１の時定数は、モータ慣性項の影響が大きくなり始める１．０〜３．０Ｈｚに設定することにより、摩擦補償効果と高周波での路面反力トルク推定誤差が大きくなることの防止を両立させることができる。
なお、図３では１次フィルタが２段として説明したが、複数段あっても良いことは言うまでもない。
以上のように、複数段の１次ローパスフィルタを直列接続したことによって、常に精度の良い路面反力検出を行うことができ、その結果、高周波操舵を行った際にも不自然にハンドル戻しトルクが大きく作用して、ハンドルが重くなったりすることのないパワーステアリング装置を提供することが可能となる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置における構成図を図４に、フローチャートを図５に示す。図４に於いて２１５Ｓは実施の形態２の第４の路面反力トルク検出器（第４の路面反力トルク検出手段と言う）を示しており、図５のフローチャートは、従来の図のフローステップＳ３０６をＳ２３０６に変更したものである。第４の路面反力トルク検出器２１５Ｓの演算処理説明図を図６に示す。
実施の形態２では、Ｓ２３０６において、Ｔ' rea-est を図６に示すようにリミッタ１０４と１次ローパスフィルタ１００を通して、路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算する。
【００２７】
この際のリミッタ１０４は、モータ慣性項に伴う、路面反力トルク推定値（Ｔrea-est ）の推定誤差が周波数に比例して異常に大きくなってしまうことを防ぐために、ローパスフィルタ１００に通す前の路面反力トルクの推定誤差（Ｔ' rea-est ）に、リミッタをかけ所定範囲内に制限するものである。また、ローパスフィルタ１００は、従来例の図１２に示すものと同じ１次フィルタである。これ以外の動作は従来と同じである。
【００２８】
リミッタ１０４を通してから、１次ローパスフィルタ１００を通すようにしたことにより、路面反力トルク推定値（Ｔrea-est ）が不用意に大きな値となることがなくなるので、大きな誤差の出ない路面反力検出を行うことができ、その結果、この路面反力推定値に基づくハンドル戻し制御を行ったとき、高い周波数成分を含む操舵を行った際にも、異常にハンドル戻しトルクが作用してハンドルが重くなったりすることのない電動パワーステアリング制御装置を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態２では、ローパスフィルタ１００を従来と同じ１次フィルタとしたが、これに限るものではなく、実施の形態１と同様に複数のローパスフィルタを直列接続したものとし、さらに精度の良い路面反力検出を行うようにしても良い。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３の電動パワーステアリング制御装置の構成を図７に、その動作フローチャートを図８に示す。図７に於いて、３１５Ｓは第１の路面反力トルク検出器（第１の路面反力トルク検出手段）である。また、図７には、図１のモータ加速度検出器６の出力側から第２の路面反力トルク検出器１１５Ｓへ送られていた信号が記載されていない。また、図８に於いて、図２のステップＳ３０２〜Ｓ３０３がなく、Ｓ３０５がＳ１３０５に、Ｓ３０６がＳ１３０６に変わっている。
第１の路面反力トルク検出器３１５Ｓの演算処理説明図を図９に示す。本実施の形態３では、Ｓ１３０５で定常反力信号Ｔ' rea-est を演算する際に、図９に示すように操舵トルク信号Ｔsensとモータ電流信号Ｉmtr のみを用いて、下記の式（５）により、定常反力信号Ｔ' rea-est を得る。
Ｔ' rea-est ＝Ｔsens＋Ｋt ・Ｉmtr ‥‥‥‥（５）
Ｋt ：モータのトルク定数（ステアリング軸換算）
次ぎに、Ｓ１３０６では、実施の形態１のＳ１３０６と同様に、第１のローパスフィルタ１００と第２のローパスフィルタ１０１を直列接続したローパスフィルタに上記Ｔ' rea-est を通し、路面反力トルクＴrea-est を演算する。これ以外の動作は従来と同じである。
【００３０】
本実施の形態３においては、路面反力トルクの算出にモータの慣性項を考慮していないが、フィルタを２段化したので、モータの慣性項を無視した影響が大きく表れることはない。この場合、回路の構成が簡単になるのでより安価な電動パワーステアリング制御装置を提供することができるようになる。
【００３１】
なお、本実施の形態３では、実施の形態１のＳ１３０６同様に、直列接続した２つのローパスフィルタに上記Ｔ' rea-est を通し、路面反力トルクＴrea-est を演算したが、これに限るものでは無く、実施の形態２のＳ２３０６と同様にＴ' rea-est をリミッタとローパスフィルタを通して、路面反力トルク信号Ｔrea-est を演算しても良い。このように構成した路面反力トルク検出器を第３の路面反力トルク検出器（第３の路面反力トルク検出手段）と呼ぶ。さらに、その際のローパスフィルタを複数のローパスフィルタを直列接続したものとし、さらに精度の良い路面反力検出を行うようにしても良い。
【００３２】
また、本実施の形態においては、モータの慣性項を考慮しなかったが、例えば、微小な電流しか流れないような操舵条件で、路面反力トルク検出値を利用したいような場合にはモータの慣性項と、電流項（Ｋt ・Ｉmtr ）を考慮しないようにしてもよい。
また、操舵トルクと電流が略比例するという条件が成立する電動機と機械系を備えた装置においては、電流項のみ考慮するものでも成立し得ることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明による電動パワーステアリング制御装置は、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を、時定数の異なる１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第１の路面反力トルク検出手段を備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３４】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第２の路面反力トルク検出手段を備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３５】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、前記値を１次ローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手段とを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のないパワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３６】
また、複数の１次ローパスフィルターの内、少なくとも１つはその時定数が０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下であり、他の少なくとも１つはその時定数が１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下であるようにしたので、違和感の極めて少ないパワーステアリング装置とすることができる。
【００３７】
また、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第３の路面反力トルク検出手段と、操舵トルク検出手段の出力とモータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタとを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３８】
また、操舵トルク検出手段の出力と、モータ電流検出手段の出力から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタと、前記値を１次ローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第４の路面反力トルク検出手段とを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【００３９】
この発明の電動パワーステアリング制御装置の制御方法は、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得ているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御を行うことができる。
【００４０】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、回転角加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限する制限手順と、前記値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御を行うことができる。
【００４１】
また、操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えているので、高い周波数成分を含むハンドル操作を行ったときでも、異常に大きいハンドル戻しトルクが生じるということがなく、違和感のない電動パワーステアリング制御装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図２】 図１の構成図中の路面反力トルク検出器の動作フローチャートである。
【図３】 図１の構成図中の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図４】 実施の形態２の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図５】 図４の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図６】 図４の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図７】 実施の形態３の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図８】 図７の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図９】 図７の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【図１０】 従来の電動パワーステアリング制御装置の構成図である。
【図１１】 図１０の路面反力トルク検出器の部分の動作フローチャートである。
【図１２】 図１０の路面反力トルク検出器の演算機能を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段）、
６ モータ加速度検出器（モータ加速度検出手段）、
１１ モータ電流検出器（モータ電流検出手段）、
１１５Ｓ 第２の路面反力トルク検出器（第２の路面反力トルク検出手段）、
３１５Ｓ 第１の路面反力トルク検出器（第１の路面反力トルク検出手段）、
１００ 第１の１次ローパスフィルタ、 １０１ 第２の１次ローパスフィルタ、 １０４ リミッタ。
Claims (9)
- 運転者のハンドル操作により生ずる操舵トルクを補助するトルクを発生する電動モータと、
前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記操舵トルクと前記モータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値を、時定数の異なる１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第１の路面反力トルク検出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制御装置。 - 運転者のハンドル操作により生ずる操舵トルクを補助するトルクを発生する電動モータと、
前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記電動モータの回転加速度を検出するモータ加速度検出手段と、
前記操舵トルクと、前記モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、前記回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第２の路面反力トルク検出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制御装置。 - 操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値から、モータの回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えた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制御装置。
- 複数の１次ローパスフィルターの内、少なくとも１つはその時定数が０．０５Ｈｚ以上、１Ｈｚ以下であり、他の少なくとも１つはその時定数が１Ｈｚ以上、３Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 運転者のハンドル操作により生ずる操舵トルクを補助するトルクを発生する電動モータと、
前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記操舵トルクに前記モータ電流から演算されるステアリング軸換算のモータトルクを加算し、この加算値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを有するとともに、前記加算値を１次ローパスフィルタを通すことによって路面反力トルク検出値を得る第３の路面反力トルク検出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制御装置。 - 運転者のハンドル操作により生ずる操舵トルクを補助するトルクを発生する電動モータと、
前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記電動モータの回転加速度を検出するモータ加速度検出手段と、
前記操舵トルクと、前記モータ電流から演算したステアリング軸換算の前記モータトルクとを加算したものから、前記回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを有するとともに、この値を１次ローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る第４の路面反力トルク検出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制御装置。 - ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、前記操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
前記電動モータの回転加速度を検出する手順と、
前記操舵トルクと、前記モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算したものから、前記回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値を１次ローパスフィルタを複数段直列接続したフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置の制御方法。 - ハンドル操作により発生する操舵トルクを検出する手順と、前記操舵トルクを補助するトルクを発生させる電動モータの電流を検出する手順と、
前記電動モータの回転加速度を検出する手順と、
前記操舵トルクと、前記モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算したものから、前記回転加速度から演算されるステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算して得た値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限する制限手順と、この値をローパスフィルタを通して路面反力トルク検出値を得る路面反力トルク検出手順とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置の制御方法。 - 操舵トルクと、モータ電流から演算したステアリング軸換算のモータトルクとを加算した値があらかじめ定めた所定値を越えないように制限するリミッタを備えた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制御装置。
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