JP5160663B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダンパ補償信号、イナーシャ補償信号およびベース信号に応じて定まる目標信号によってモータを制御する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減するものである。操舵トルクと車速によって定まるベース電流（アシストトルク）を、ステアリング系のイナーシャ（慣性）とダンピング（粘性）によって補償し、この補償された電流を目標電流として電動機を制御する技術が開示されている（特許文献１，２参照）。
なお、特許文献２の慣性補償電流値決定手段には、トルクセンサ出力のみが入力されており車速信号が入力されていない。

特開２００２−５９８５５号公報（図２） 特開２０００−１７７６１５号公報（図２）

特許文献１に記載のダンピング、イナーシャ、および、ベース電流の各特性は、ベーステーブル、ダンパテーブル、および、事実上微分特性を備えるイナーシャテーブルを用いて演算される。ここで、操舵トルク、車速および電動機回転速度の関数である各テーブルの設定方法について検討する。ベーステーブルは、車速が速くなるほどゲインを低くし、かつ、不感帯を大きくして、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与え、車速の増大に応じてしっかりとした操舵トルクの手応え感を付与すると共に、イナーシャテーブルを使って、電動機の慣性（や粘性）による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を付与する必要がある。

また、イナーシャテーブルは、操舵トルクに基づいて、事実上微分特性を付与することにより、操舵トルクの変化分、すなわち電動機の回転加速度（操舵回転加速度）に応じて電動機のアシストを増減し、ステアリングダンパ効果と協同して操向ハンドルの応答性を向上させつつ収斂性を向上させて、車両特性を向上させる必要がある。これによれば、イナーシャテーブルのゲインを大きく設定すると、応答遅れの発生が改善され、すっきりとした操舵感になる。しかしながら、電動機によるアシストが増大することになるので、操舵トルクの手応え感が減少して頼りない操舵感になったり、ステアリングダンパ効果が減少するので、操向ハンドルの手応え感が減少して頼りない操舵感になったり、ステアリングダンパ効果が減少して、操向ハンドルの収斂性が減少して車両特性が低下したりすることがある。

すなわち、ベース電流、ダンピングおよびイナーシャの各特性は、１つを変更すると他の２つも適宜変更する必要がある。このように、ベース電流（ベース信号）、ダンピング（ダンパ補償信号）、および、イナーシャ（イナーシャ補償信号）の各特性が互いに干渉するために、干渉度合いを経験的に予測推定しながら調整する必要がある。しかも、実走行により路面状況を考慮しながら、操舵トルクの軽快さと電動機の持つイナーシャやダンピングを両立させる作業を伴うため、開発工数がかかり過ぎるという問題がある。

そこで、本発明は、イナーシャ補償信号、ダンパ補償信号、および、ベース信号相互間の影響を低減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課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに応じて、ベース信号を演算するベース信号演算部（２２０）と、電動機（１１）の回転速度もしくは操舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部（２２５）と、少なくとも前記操舵トルクに基づいてイナーシャ補償信号を演算するイナーシャ補償信号演算部（２１５）と、を備え、前記ダンパ補償信号および前記イナーシャ補償信号が前記ベース信号を補償して定められた目標信号によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置において、前記イナーシャ補償信号演算部の特性は、微分手段（２３０）の特性と信号安定性向上手段（２３５）の特性とに分割され、前記ベース信号を前記ダンパ補償信号で補償した補償信号と前記微分手段からの出力信号とを加算する加算器（２５０）が備えられ、前記信号安定性向上手段は、前記加算器の出力側に配置されることを特徴とする。

ベース信号は少なくとも操舵トルクに応じて演算され、ダンパ補償信号は電動機の回転速度もしくは操舵速度に応じて演算される。これに対して、イナーシャ補償信号は操舵トルクのみに応じて演算される。このため、イナーシャ補償信号演算部で演算する特性は、ベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部から独立して設定することができる。さらに、安定化向上手段のゲイン特性は操舵トルクＴｓのゲイン特性と逆特性の関係にあり、微分手段の位相特性と安定化向上手段の位相特性とが互いに打ち消すような関係にある。これにより、電動パワーステアリング装置の出力ゲインが均一化され、位相特性が向上し制御安定性が高められる。

本発明によれば、イナーシャ補償信号、ダンパ補償信号およびベース信号相互間の影響を低減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ができる。

本発明の参考例となる電動パワーステアリング装置の構成図である。 参考例となる電動パワーステアリング装置の制御装置のアルゴリズム構成図である。 ベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部の特性を示す図である。 イナーシャテーブル、ダンパテーブルおよびベーステーブルを設定する方法を示す図である。 本実施形態の制御装置のアルゴリズム構成図である。 本実施形態における電動パワーステアリング装置、微分手段、および、安定化向上手段のボード線図である。 実施例における微分手段、および、安定化向上手段のボード線図である。

（参考例）
本発明の参考例となる電動パワーステアリング装置を図面を用いて説明する。
図１において、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２が設けられたメインステアリングシャフト３と、シャフト１と、ピニオン軸５とが、２つのユニバーサルジョイント（自在継手）４によって連結され、また、ピニオン軸５の下端部に設けられたピニオンギア７は、車幅方向に往復運動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９，９を介して左右の転舵輪１０，１０が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９，９は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃを介してステアリングギアボックス２０に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１１を備えており、この電動機１１の出力軸に設けられたウォームギア１２が、ピニオン軸５に設けられたウォームホイールギア１３に噛合している。すなわち、ウォームギア１２とウォームホイールギア１３とで減速機構が構成されている。また、電動機１１の回転子と電動機１１に連結されてているウォームギア１２とウォームホイールギア１３とピニオン軸５とラック軸８とラック歯８ａとタイロッド９，９等により、ステアリング系が構成される。

電動機１１は、複数の界磁コイルを備えた固定子（図示せず）とこの固定子の内部で回動する回転子（図示せず）からなる３相ブラシレスモータであり、電気エネルギーを機械的エネルギー（Ｐ_Ｍ＝ωＴ_Ｍ）に変換するものである。ここで、ωは回転速度であり、Ｔ_Ｍは電動機１１の発生トルクである。また、発生トルクＴ_Ｍと実際に出力として取り出すことができる出力トルクＴ_Ｍ‘との関係は、次式によって表現される。（ｉ：ウォームギア１２とウォームホイールギア１３との減速比）
Ｔ_Ｍ‘＝Ｔ_Ｍ−（ｃ_ｍｄθ_ｍ／ｄｔ＋Ｊ_ｍｄ^２θ_ｍ／ｄｔ^２）ｉ^２ （１）
この式より、出力トルクＴ_Ｍ‘と電動機回転角θ_ｍとの関係は、電動機１１の回転子の慣性モーメントＪ_ｍと粘性係数ｃ_ｍとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。

ここで、操向ハンドル２に加えられる操舵トルクをＴｓ、減速機構を介して倍力された電動機１１の発生トルクによりアシストするアシスト量Ａ_Ｈの係数を、例えば、車速Ｖの関数として変化するｋ_Ａ（Ｖ）とする。この場合、Ａ_Ｈ＝ｋ_Ａ（Ｖ）×Ｔｓであるから、路面負荷であるピニオントルクをＴｐは、
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_Ｈ
＝Ｔｓ＋ｋ_Ａ（Ｖ）×Ｔｓ
となる。これより、操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_Ａ（Ｖ）） （２）
と表現される。

したがって、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐ（負荷）の１／（１＋ｋ_Ａ（Ｖ））倍に軽減される。例えば、車速Ｖ＝０のときにｋ_Ａ（０）＝２ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐの１／３の軽さに制御され、車速Ｖ＝１００ｋｍ／ｈのときに、ｋ_Ａ（１００）＝０ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐと等しくなり、マニュアルステアリングと同等のしっかりとした重さの操舵感に制御される。すなわち、車速Ｖに応じて操舵トルクＴｓを制御することにより、低速走行時には軽やかに、高速走行時にはしっかりとした安定な操舵感が付与される。

また、一般的に操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｊ・ｄ^２θ_Ｓ／ｄｔ^２＋Ｃ・ｄθ_Ｓ／ｄｔ＋Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ） （３）
となることがわかっている。ここで、θ_Ｓは操舵回転角であり、θ_Ｆは、電動機回転角θ_ｍを減速機構の回転比ｎ_Ｍで除した値である。また、Ｊはステアリング系の慣性係数（イナーシャ）であり、Ｃはステアリング系の粘性係数（ダンパ）であり、Ｋはベース信号係数である。この式も（１）式と同様に車両特性や車両状態に無関係である。

このとき、操舵フィーリングを評価するにあたり、慣性モーメントの有無による操舵反力の差異に着目し、入力トルクと反力トルク（慣性トルク）との比Ｅｖを評価関数として慣性モーメントを評価することができる。この評価関数を用いた評価結果により、ステアリング系の慣性係数Ｊ、および、ステアリング系廻りの粘性を無視した点Ｅｖ０の周辺に操舵フィーリング評価の高い領域があることがわかった。ここで、比Ｅｖは、
Ｅｖ＝Ｔｄｅｔ／Ｔｓ＝Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ）／Ｔｓ （４）
である。これにより、ＴｓからＴｄｅｔ＝Ｋ（θ_Ｓ−θ_Ｆ）までの伝達関数のゲイン特性をＥｖ０以下とするような補償器Ｈ（Ｓ）を求めることができる。

Ｈ∞制御により求められる補償器は、対象モデルおよび周波数重み関数の次数により決まるため、通常のマイクロコンピュータでは実現困難な高い次数の補償器となる。そこで、ステアリング系を制御する上で必要な周波数帯に焦点を絞って補償器の次数を低減することにした。
例えば、零点・極をそれぞれ４個ずつ持つように、伝達関数Ｈｆ（Ｓ）を、
Ｈｆ（Ｓ）＝８．８８（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）（Ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）（Ｓ＋１５．６）｝
に設定することができる。なお、本発明の実施形態で述べるように、伝達関数Ｈｆ（Ｓ）のゲイン特性は微分特性を備えている。

また、電動パワーステアリング装置１００は、制御装置２００と、電動機１１を駆動する電動機駆動手段６０と、レゾルバ５０と、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクＴ_Ｐを検出するトルクセンサ３０と、トルクセンサ３０の出力を増幅する差動増幅回路４０と、車速センサ３５とを備えている。

電動機駆動手段６０は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御装置２００からのＤＵＴＹ（ＤＵＴＹ Ｕ，ＤＵＴＹ Ｖ，ＤＵＴＹ Ｗ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機１１を駆動するものである。また、電動機駆動手段６０は図示しないホール素子を用いて３相の電動機電流Ｉ（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を検出する機能を備えている。レゾルバ５０は、電動機１１の電動機回転角θ_ｍを検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものがある。

トルクセンサ３０は、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクＴ_Ｐを検出するものであり、ピニオン軸５の軸方向２箇所に逆方向の異方性となるように磁性膜が被着され、各磁性膜の表面に検出コイルがピニオン軸５に離間して挿入されている。差動増幅回路４０は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した２つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Ｔを出力するものである。

車速センサ３５は、車両の車速Ｖを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号ＶＳを出力する。

制御装置２００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるコンピュータおよびプログラムからなり、図２のアルゴリズム構成図に記載される機能を実現する。
図２の制御装置２００は、ベース信号演算部２２０と、イナーシャ補償信号演算部２１０と、ダンパ補償信号演算部２２５と、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０と、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５と、２軸３相変換部２６０と、ＰＷＭ変換部２７０と、３相２軸変換部２６５と、電動機速度算出部２８０と、励磁電流生成部２８５とを備える。

３相２軸変換部２６５は、電動機駆動手段６０が検出する、電動機１１（図１参照）の３相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを、電動機１１の回転子の磁極軸であるＤ軸と、このＤ軸に対して電気的に９０度回転した軸であるＱ軸との２軸に変換するものであり、Ｑ軸電流ＩＱは電動機１１の発生トルクＴ_Ｍに比例し、Ｄ軸電流ＩＤは励磁電流に比例する。電動機速度算出部２８０は、角度信号θを微分演算して角速度信号ωを生成する。励磁電流生成部２８５は、電動機１１（図１参照）の励磁電流「０」の目標信号を生成するが、必要に応じＤ軸電流とＱ軸電流とを略等しくすることにより、弱め界磁制御を行うことができる。

ベース信号演算部２２０は、トルク信号Ｔと車速信号ＶＳとから出力トルクＴ_Ｍ‘の目標信号ＩＭの基準となるベース信号Ｄ_Ｔを生成する。この信号生成は、予め実験測定等によって設定されたべーステーブル２２０ａをトルク信号Ｔと車速信号ＶＳとが参照することによって行われ、図３（ａ）にべーステーブル２２０ａに格納されているベース信号Ｄ_Ｔの関数を示す。ベース信号演算部２２０は、トルク信号Ｔの値が小さいときはベース信号Ｄ_Ｔがゼロに設定される不感帯Ｎ１が設けられ、トルク信号Ｔの値がこの不感帯Ｎ１よりも大きくなるとゲインＧ１で直線的に増加する特性を備えている。また、ベース信号演算部２２０は、所定のトルク値で出力はゲインＧ２で増加し、さらにトルク値が増加すると出力が飽和する特性を備えている。また、一般に車両は、走行速度に応じて路面の負荷（路面反力）が異なるため、車速信号ＶＳによりゲインが調整される。車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く中低速では比較的負荷が軽くなる。このため、ベース信号演算部２２０は、車速Ｖが大きく高速になるにしたがってゲイン（Ｇ１，Ｇ２）を低く、かつ、不感帯Ｎ１を大きく設定して、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与える。すなわち、車速Ｖの増大に応じてしっかりとした操舵トルクＴｓの手応え感が付与される。このとき、マニュアルステアリング領域においてもイナーシャ補償がなされることが必要である。

図２に戻り、ダンパ補償信号演算部２２５は、ステアリング系が備える粘性を補償するため、また車両が高速走行時に収斂性が低下する際にこれを補償するステアリングダンパ機能を有するために設けられるものであり、角速度信号ωがダンパテーブル２２５ａ参照することによって行われる。図３（ｂ）は、ダンパテーブル２２５ａの特性関数を示す図であり、電動機１１（図１参照）の回転速度ωが増加するほど補償値Ｉが直線的に増加し、所定速度で補償値が急激に増加する特性を備えている。また、車速信号ＶＳの値が高いほど、ゲインを大きくして電動機１１の回転速度、すなわち、操舵速度（操舵回転速度）に応じて電動機１１の出力トルクＴ_Ｍ‘を減衰させている。言い換えれば、電動機１１（図１参照）に大きな電流が供給されて回転速度が速くなると、電動機１１の慣性によって直ぐには回転速度が低下しない。この現象を回避するために、ダンパ補償信号演算部２２５は、電動機１１の回転速度を抑制制御している。このステアリングダンパ効果により、操向ハンドルの収斂性を向上させ、車両特性を安定化させることができる。

再び図２に戻り、加算器２５１は、ベース信号演算部２２０の出力信号Ｄ_Ｔからダンパ補償信号演算部２２５の出力信号を減算するものであり、加算器２５０は、加算器２５１の出力信号とイナーシャ補償信号演算部２１０の出力信号とを加算するものである。なお、ベース信号演算部２２０とダンパ補償信号演算部２２５と加算器２５１とでアシスト制御が行われる。

イナーシャ補償信号演算部２１０は、ステアリング系の慣性による影響を補償するものであり、トルク信号Ｔがイナーシャテーブル２１０ａを参照することによって演算され、格納されているテーブルの伝達関数Ｈｆ（Ｓ）は、
Ｈｆ（Ｓ）＝８．８８（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）（Ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）（Ｓ＋１５．６）｝
である。

また、イナーシャ補償信号演算部２１０は、電動機１１の回転子の慣性による応答性の低下を補償している。言い換えれば、電動機１１は正回転から逆回転に、または、逆回転から正回転に回転方向を切り替える際、慣性によってその状態を持続させようとするので直ぐには回転方向が切り替わらない。そこで、イナーシャ補償信号演算部２１０は、電動機１１の回転方向の切り替わりが操向ハンドル２の回転方向が切り替わるタイミングに一致するように制御している。このようにして、イナーシャ補償信号演算部２１０は、ステアリング系の慣性（や粘性）による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を付与している。また、ＦＦ（Front engine Front wheel drive）やＦＲ（Front engine Rear wheel drive）車、ＲＶ（Recreation Vehicle）やセダン等の車両特性や車速、路面などの車両状態によって異なる操舵特性に対して、実用上十分な特性が付与される。

加算器２５０の出力信号ＩＭは、電動機１１（図１参照）のトルクを規定するＱ軸電流の目標信号であり、加算器２５２は出力信号ＩＭからＱ軸電流ＩＱを減算し、偏差信号ＩＥを生成する。Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０は、偏差信号ＩＥが減少するように、Ｐ（比例）制御およびＩ（積分）制御を行う。加算器２５３は、励磁電流生成部２８５の出力信号からＤ軸電流ＩＤを減算するものである。Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５は、加算器２５３の出力信号が減少するようにＰＩ帰還制御を行う。

２軸３相変換部２６０は、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０の出力信号ＶＱとＤ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５の出力信号ＶＤとの２軸信号を３相信号ＵＵ，ＵＶ，ＵＷに変換する。ＰＷＭ変換部２７０は、３相信号ＵＵ，ＵＶ，ＵＷの大きさに比例したパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ信号［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号］であるＤＵＴＹ信号（ＤＵＴＹ Ｕ，ＤＵＴＹ Ｖ，ＤＵＴＹ Ｗ）を生成する。なお、２軸３相変換部２６０、および、ＰＷＭ変換部２７０は、電動機１１（図１参照）の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

次に、図４のフローチャートを参照して、べーステーブル２２０ａ、イナーシャテーブル２１０ａ、ダンパテーブル２２５ａを設定する方法を説明する。
ステップＳＰ１０においては、設定者がステアリングギアボックス２０と制御装置２００とを接続する。このとき、ステアリングギアボックス２０を車両本体に搭載しない。言い換えれば、この状態は電動パワーステアリング装置１００が車両に搭載されていない状態である。ステップＳＰ２０において、イナーシャ補償信号演算部２１０のイナーシャテーブル２１０ａを設定する。イナーシャテーブル２１０ａは、トルク信号Ｔに依存し、車速信号ＶＳに依存せず、また例えば、前記したＨ∞制御のように机上で算出され低次元化され、車両負荷をかけなくても設定できるため、設定が容易である。ステップＳＰ３０においては、電動パワーステアリング装置１００を車両に搭載する。そして、ステップＳＰ４０において、ベース信号演算部２２０のベーステーブル２２０ａを設定する。そして、ダンパ補償信号演算部２２５のダンパテーブル２２５ａの設定を行う。すなわち、ベーステーブル２２０ａとダンパテーブル２２５ａとは車速信号ＶＳの関数であるので、車両に搭載して設定を行う必要がある。

以上説明したように、参考例によればイナーシャテーブル２１０ａの特性は車速信号ＶＳに依存しないので、ダンパテーブル２２５ａおよびベーステーブル２２０ａと独立して設定することができる。このため、イナーシャテーブル２１０ａはステアリングギアボックス２０と制御装置２００を接続した状態で設定することができる。もちろん机上で設計されたままでもよく、この場合は確認作業を行うのみでよい。

（本発明の実施形態）
前記参考例は、ベース信号演算部２２０の出力信号Ｄ_Ｔを基準にしてイナーシャ補償信号演算部２１０の出力信号とダンパ補償信号演算部２２５の出力信号とを加減算して補償したが、イナーシャ補償信号演算部２１０の特性を微分手段の特性と安定化向上手段の特性とに分割して、微分手段の出力信号とダンパ補償信号演算部２２５の出力信号とを用いて補償し、安定化向上手段を用いて制御を安定化させることができる。

本実施形態の制御装置の構成を図５参照して説明する。図５の制御装置２０５において、ベース信号演算部２２０、ダンパ補償信号演算部２２５、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５、励磁電流生成部２８５、２軸３相変換部２６０、ＰＷＭ変換部２７０、３相２軸変換部２６５、電動機速度算出部２８０、および、加算器２５１，２５２，２５３の構成については参考例と同様であるので説明を省略する。また、図１に記載の電動パワーステアリング装置１００も同様であるので説明を省略する。

微分手段２３０は、トルク信号Ｔを微分するものであり、トルク信号Ｔが微分テーブル２３０ａを参照することによって演算される。（もちろん計算によりもとめてもよい）加算器２５０は、微分手段２３０の出力信号と加算器２５１の出力信号とを加算する。安定化向上手段２３５は、安定化テーブル２３５ａが備えられ、加算器２５０の出力信号を安定化し、加算器２５２に出力する。言い換えれば、微分手段２３０は、加算器２５０の上流側に配置され、安定化向上手段２３５は加算器２５０の下流側に配置されている。なお、イナーシャ補償信号演算部２１５は、微分手段２３０と安定化向上手段２３５とが備えられる。

図６は、電動パワーステアリング装置１００の操舵トルクＴｓ、微分手段２３０、および、安定化向上手段２３５のボード線図である。
図６（ａ）から分かるように、電動パワーステアリング装置１００の操舵トルクＴｓは、低周波領域で低く、中周波領域で極大になり、高周波領域で減衰する特性を備えている。これは、中周波領域で減衰が不足していることを示している。

また、図６（ｂ）に示されるように、微分手段２３０のゲイン特性Ｈ１ｆは、低周波領域で減衰するものの、周波数ｆの増加に応じてゲインが増加し、位相が進む特性を備えている。図６（ｃ）に示されるように、安定化向上手段２３５のゲイン特性Ｈ２ｆは、低周波領域で減衰率が低く、中周波領域で極小となり、高周波領域で極大となる特性を備えている。すなわち、電動パワーステアリング装置１００の特性と、安定化向上手段２３５のゲイン特性とは、安定化向上手段２３５の高周波領域で極大となる点で若干異なるものの、基本的には逆特性になっている。このため、微分手段２３０と、安定化向上手段２３５とに分割することによって、電動パワーステアリング装置１００の出力ゲインの周波数特性が均一化され、制御安定性を高めることができる。

次に、本実施形態の実施例を図７を用いて説明する。
イナーシャ補償信号演算部２１５（図５参照）の伝達関数Ｈｆ（Ｓ）を
Ｈｆ（Ｓ）＝８．８８（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）（Ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）（Ｓ＋１５．６）｝
とし、この伝達関数Ｈｆ（Ｓ）を微分手段２３０の伝達関数Ｈ１ｆ（Ｓ）と安定化向上手段２３５の伝達関数Ｈ２ｆ（Ｓ）とに分割した（図５参照）。すなわち、伝達関数Ｈ１ｆ（Ｓ）は、
Ｈ１ｆ（Ｓ）＝２．７７（ｓ＋３０．１）（Ｓ＋１．７７）／｛（Ｓ＋２０９）（Ｓ＋３７．１）｝
であり、また、伝達関数Ｈ２ｆ（Ｓ）は、
Ｈ２ｆ（Ｓ）＝２．９７（Ｓ＋１４０）（Ｓ＋６５．１）／｛（Ｓ＋１７３０）（Ｓ＋１５．６）｝
である。

図７に、伝達関数Ｈ１ｆ（Ｓ）、および、伝達関数Ｈ２ｆ（Ｓ）のボード線図を示す。図７（ａ）はゲイン−周波数特性を示す図であり、実線Ｈ１ｆ（Ｓ）は１Ｈｚ以下の低周波領域で減衰するものの、周波数の増加と共にゲインが増加し、数十Ｈｚ以上の高周波領域では２０ｄＢのゲインで飽和する微分特性を示している。図７（ａ）の破線Ｈ２ｆ（Ｓ）は、低周波領域で約−１０ｄＢの一定量で減衰し、中周波領域で−２０ｄＢの極小点を備える特性を備え、図６（ｃ）の波形と類似する。このため、伝達関数Ｈ２ｆ（Ｓ）のゲイン特性は、操舵トルクＴｓを示す図６（ａ）の特性を打ち消す。

また、図７（ｂ）は位相特性を示し、実線Ｈ１ｆ（Ｓ）は数Ｈｚ程度の低周波領域で極大を示し、破線Ｈ２ｆ（Ｓ）は数Ｈｚ程度の低周波領域で極小を示し、１００Ｈｚ程度で極大を示している。すなわち、少なくとも低周波領域では、位相特性が互いに打ち消されていることがわかる。

また、イナーシャ補償信号演算部２１０のイナーシャ特性Ｈｆと、微分手段２３０の微分特性Ｈ１ｆ、および、安定化向上手段２３５の安定化特性Ｈ２ｆの合成特性とのゲイン余裕（余有）および位相余裕（余有）を表１に示す。

イナーシャ特性Ｈｆのゲイン余裕は１０．９ｄＢであり、位相余裕は３５°であり、微分手段２３０および安定化向上手段２３５の合成特性Ｈ１ｆ＆Ｈ２ｆのゲイン余裕は１１．７ｄＢであり、位相余裕は５８．５°であり、ゲイン余裕と位相余裕との双方が増加している。

以上説明したように、本実施形態によれば、イナーシャ補償信号演算部２１０のイナーシャ特性Ｈｆを微分手段２３０と安定化向上手段２３５とに分割した。ここで、安定化向上手段２３５のゲイン特性は操舵トルクＴｓのゲイン特性と逆特性の関係にあり、微分手段２３０の位相特性と安定化向上手段２３５の位相特性とが互いに打ち消すような関係にある。したがって、イナーシャ特性Ｈｆは、事実上微分特性を備え、応答性が向上される。また、電動パワーステアリング装置１００の出力ゲインが均一化され、制御安定性が高められる。また、イナーシャ特性Ｈｆからシステムを安定化させる安定化向上手段２３５の特性Ｈ２ｆを切り出すことにより、従来別々に設計していたものをまとめて同時に設計することができる。

（変形例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記参考例および実施形態は、目標電流を設定して電動機１１に流す電流を制御したが、電動機１１に印加される電圧を目標電圧に設定することもでき、電動機１１が出力するトルクを目標トルクに設定して、電動機１１に流す電流を制御することもできる。この目標電圧あるいは目標トルクも目標信号に含まれる。
（２）本発明の電動パワーステアリング装置には、操向ハンドル２と転舵輪１０とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）が含まれる。

１ シャフト
２ 操向ハンドル
３ メインステアリングシャフト
４ ユニバーサルジョイント
５ ピニオン軸
６ａ，６ｂ，６ｃ 軸受
７ ピニオンギア
８ ラック軸
８ａ ラック歯
９ タイロッド
１０ 転舵輪
１１ 電動機
１２ ウォームギア
１３ ウォームホイールギア
２０ ステアリングギアボックス
３０ トルクセンサ
３５ 車速センサ
４０ 差動増幅回路
５０ レゾルバ
６０ 電動機駆動手段
１００ 電動パワーステアリング装置
２００，２０５ 制御装置
２１０，２１５ イナーシャ補償信号演算部
２１０ａ イナーシャテーブル
２２０ ベース信号演算部
２２０ａ ベーステーブル
２２５ ダンパ補償信号演算部
２２５ａ ダンパテーブル
２３０ 微分手段
２３０ａ 微分テーブル
２３５ 安定化向上手段
２３５ａ 安定化テーブル
２４０ Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部
２４５ Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部
２５０，２５１，２５２，２５３ 加算器
２６０ ２軸３相変換部
２６５ ３相２軸変換部
２７０ ＰＷＭ変換部
２８０ 電動機速度算出部

Claims (1)

1. 少なくとも操舵トルクに応じて、ベース信号を演算するベース信号演算部と、
   電動機の回転速度もしくは操舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部と、
   少なくとも前記操舵トルクに基づいてイナーシャ補償信号を演算するイナーシャ補償信号演算部と、を備え、
   前記ダンパ補償信号および前記イナーシャ補償信号が前記ベース信号を補償して定められた目標信号によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置において、前記イナーシャ補償信号演算部の特性は、微分手段の特性と信号安定性向上手段の特性とに分割され、
   前記ベース信号を前記ダンパ補償信号で補償した補償信号と前記微分手段からの出力信号とを加算する加算器が備えられ、
   前記信号安定性向上手段は、前記加算器の出力側に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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