JP5323531B2

JP5323531B2 - 電動パワーステアリング装置とその制御方法およびプログラム

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Publication number: JP5323531B2
Application number: JP2009039759A
Authority: JP
Inventors: 秀幸村上
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010195098A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置とその制御方法およびプログラムに関する。

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。
こ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。

しかしながら、フィードバック制御だけでは電動モータに流れる電流の変化の応答性は必ずしも充分とはいえない。このため、フィードバック制御に加えて、目標電流に応じてモータ駆動信号を大きくするフィードフォワード制御を実行し、操舵の応答性を高める手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−１００９１４号公報

フィードバック制御に加えてフィードフォワード制御を行うことで応答性は改善する。しかしながら、フィードバック制御の出力とフィードフォワード制御の出力とを加算する加算器には、定常状態においてもフィードバック制御の出力とフィードフォワード制御の出力が加算されるので、定常状態においても目標電流と実電流との間に差が生じてしまう。それゆえ、既存のフィードバック制御を行うシステムに、単にフィードフォワード制御を追加すると電動モータの定常特性に大幅に影響を与えてしまうおそれがある。そのため、電動モータの定常特性に影響を与えることなくフィードフォワード制御を追加するには、既存のフィードバック制御を含めた新たなシステムが要求される。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流設定手段が設定した目標電流を補正する補正目標電流を設定する目標電流補正手段と、前記補正目標電流と前記電流検出手段が検出する実電流とが一致するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、前記補正目標電流が増加する場合に前記電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段と、を備え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、前記目標電流補正手段は、前記目標電流設定手段が設定した目標電流に補正係数を乗算することにより当該目標電流を補正することが好適である。
また、前記フィードフォワード制御手段は、予め定められた重み係数を乗算することにより前記実電流の増加量を増減させる重み付け処理手段を有し、前記補正係数は、前記重み係数に応じて変化することが好適である。
また、前記重み係数は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクの変化量のいずれかに応じて変更されることが好適である。

他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、当該ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータへ実際に供給される実電流を検出し、検出した操舵トルクに基づいて当該電動モータへの目標電流を設定し、当該目標電流を補正する補正目標電流を設定し、当該補正目標電流と当該実電流とが一致するようにフィードバック制御を行い、当該補正目標電流が増加する場合に当該電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、コンピュータに、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する機能と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータへ実際に供給される実電流を検出する機能と、前記操舵トルクを検出する機能が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する機能と、前記目標電流を設定する機能が設定した目標電流を補正する補正目標電流を設定する機能と、前記補正目標電流と前記実電流を検出する機能が検出する実電流とが一致するようにフィードバック制御を行う機能と、前記補正目標電流が増加する場合に前記電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行う機能と、を実現させるためのプログラムである。

本発明によれば、既存のフィードバック制御を再設計することなく、電動モータの定常特性に与える悪影響を抑制しつつ応答性を向上させることができる。

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。電動パワーステアリング装置の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。制御部の概略構成図である。目標電流補正部、フィードバック制御部およびフィードフォワード制御部のブロック図である。重み係数αと車速との関係を示す図である。重み係数αとステアリングホイール１０１のトルク変化量との関係を示す図である。本実施の形態の制御部から、目標電流補正部を排除したシステムのブロック図を示す図である。ステップ応答の比較を示す図である。

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、乗り物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自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（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。ステアリングシャフト１０２と上部連結シャフト１０３とが自在継手１０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト１０３と下部連結シャフト１０８とが自在継手１０３ｂを介して連結されている。

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。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバー（不図示）を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス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との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出する操舵トルク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。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス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。
また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出する電流検出手段の一例としてのモータ電流検出部３３（図４参照）と、電動モータ１１０の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部１６０を有している。

そして、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の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ１７０の出力値、モータ電流検出部３３の出力値、モータ電圧検出部１６０の出力値が入力される。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ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。
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。
図２は、電動パワーステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルク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が出力信号に変換された車速信号ｖとが入力される。

また、制御装置１０には、モータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍと、モータ電圧検出部１６０にて検出された電圧が出力信号に変換されたモータ端子間電圧信号Ｖｍとが入力される。
なお、制御装置１０は、トルクセンサ１０９などからの検出信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵに取り込んでいる。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出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、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２とを備えている。また、目標電流算出部２０は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、モータ電流信号Ｉｍおよびモータ端子間電圧信号Ｖｍに基づいて電動モータ１１０の回転速度を算出するモータ回転速度算出部２４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などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部２５を備えている。

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を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｓを出力する。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、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄ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を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。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、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍ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を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。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、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。

最終目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｓ、イナーシャ補償電流算出部２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて最終的な目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。最終目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。
このように、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９が検出した操舵トルクに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流を設定する目標電流設定手段の一例として機能する。

次に、制御部３０について詳述する。図４は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、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にて算出された目標電流を補正する目標電流補正部２００を有している。また、モータ駆動制御部３１は、目標電流補正部２００にて補正された補正目標電流と、モータ電流検出部３３にて検出される電動モータ１１０へ供給される実電流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制御手段の一例としてのフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０を有している。また、モータ駆動制御部３１は、目標電流補正部２００にて補正された補正目標電流に基づいてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段の一例としてのフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部５０を有している。目標電流補正部２００、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０およびフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部５０については後で詳述する。

さらに、モータ駆動制御部３１は、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を有している。ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部５０およびフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０からの出力値５０ａに基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａをモータ駆動部３２に出力する。

モータ駆動部３２は、４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路７０と、４個の中から選択した２個の電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部８０とを有している。ゲート駆動回路部８０は、ＰＷＭ信号生成部６０から出力された駆動制御信号（ＰＷＭ信号）６０ａに基づいて、ステアリングホイール１０１の操舵方向に応じて２個の電界効果トランジスタを選択し、選択した２個の電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。

モータ電流検出部３３は、モータ駆動回路７０に直列に接続されたシャント抵抗７１の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値を検出してモータ電流信号Ｉｍを出力する。

次に、目標電流補正部２００、フィードバック制御部４０およびフィードフォワード制御部５０について説明する。
図５は、目標電流補正部２００、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０およびフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部５０のブロック図である。

目標電流補正部２００は、後述する重み係数設定部５４が設定した重み係数αに基づいて目標電流補正係数βを算出し、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴにこの目標電流補正係数βを乗算することにより目標電流を補正し、補正した目標電流の情報を含む補正目標電流信号ＩＴｃを出力する。目標電流補正係数βについては後で詳述する。
フィードバック制御部４０は、目標電流補正部２００にて補正された補正目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流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。

偏差演算部４１は、目標電流補正部２００からの出力値ＩＴｃとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。
フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、補正目標電流と実電流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、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号４２ａを生成・出力する。

フィードフォワード制御部５０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流に対する追従性を向上させるために設けられており、基本的には目標電流の変動に応じた出力値を出力する。
フィードフォワード制御部５０は、目標電流補正部２００にて設定された補正目標電流に対してフィードフォワード処理を行うフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）処理部５１と、フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）処理部５１から出力された信号の周波数に応じてフィードフォワード効果を変化させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２とを有する。

さらに、フィードフォワード制御部５０は、ローパスフィルタ５２からの出力値に対して重み付けを行う重み付け処理手段の一例としての重み付け処理部５３と、重み付け処理部５３にて処理を行う際に用いる重み係数αを設定する重み係数設定部５４とを有する。
さらに、フィードフォワード制御部５０は、重み付け処理部５３からの出力値５３ａとフィードバック制御部４０からの出力値４２ａとを加算し、その値５０ａをＰＷＭ信号生成部６０へ出力する加算器５５を有している。

フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）処理部５１は、その伝達関数が電動モータ１１０の伝達関数の逆関数として与えられる処理である。つまり、電動モータ１１０の伝達関数をＧ（ｓ）とした場合に、フィードフォワード処理部５１の伝達関数Ｈ（ｓ）は、Ｈ（ｓ）＝１／Ｇ（ｓ）である。例えば、電動モータ１１０の、モータ軸イナーシャをＪｍ、モータトルク定数をＫｔ、誘起電圧定数をＫｅとして、伝達関数Ｇ（ｓ）が以下の式（１）で表される場合に、フィードフォワード処理部５１の伝達関数Ｈ（ｓ）は以下の式（２）で表される。
Ｇ（ｓ）＝Ｊｍ×ｓ／（Ｊｍ×Ｌ×ｓ^２＋Ｊｍ×Ｒ×ｓ＋Ｋｅ×Ｋｔ）・・・（１）
Ｈ（ｓ）＝（Ｊｍ×Ｌ×ｓ^２＋Ｊｍ×Ｒ×ｓ＋Ｋｅ×Ｋｔ）／（Ｊｍ×ｓ）・・・（２）
なお、ｓはラプラス変換の演算子である。
電動モータ１１０は、印加電圧の入力に対して電流を出力する関数で表現できる。すると、フィードフォワード処理部５１の伝達関数は電動モータ１１０の逆関数であるから、流したい電流を入力すると印加すべき電圧が出力される。この事を利用して、フィードフォワード処理部５１は目標電流に相応しいモータ印加電圧を算出し、モータ電流を目標電流に追従させる事ができる。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２は、電気信号の低い周波数成分を取り出し、高い周波数成分を抑制するフィルタ回路である。本実施の形態に係るローパスフィルタ５２は、通す周波数領域を０〜ｆ１（Ｈｚ）とし、ｆ１より高い周波数成分は通さないか減衰させる。
なお、ｆ１は１００Ｈｚであることを例示することができる。ｆ１を１００Ｈｚとすることにより、トルク信号Ｔｄなどにノイズが混入した場合でも、そのノイズ成分の影響を受けてステアリングホイール１０１の操舵フィーリングに悪影響を与えることを抑制することができる。

重み付け処理部５３は、重み係数設定部５４にて設定された重み係数αをローパスフィルタ５２からの出力値に乗算する処理である。
重み係数設定部５４は、車速信号ｖに基づいて重み係数αを算出する。図６は、重み係数αと車速との関係を示す図である。予め経験則に基づいて車速に応じた最適な重み係数αを図６に示すように導き出しておく。そして、重み係数設定部５４は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速信号ｖと重み係数αとの対応を示すマップ、あるいは車速信号ｖと重み係数αとの関係式に、車速信号ｖを代入することにより重み係数αを算出し、設定する。

また、重み係数設定部５４は、トルク信号Ｔｄに基づいて重み係数αを算出してもよい。図７は、重み係数αとステアリングホイール１０１のトルク変化量との関係を示す図である。予め経験則に基づいてステアリングホイール１０１のトルク変化量に応じた最適な重み係数αを図７に示すように導き出しておく。そして、重み係数設定部５４は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、ステアリングホイール１０１のトルク変化量と重み係数αとの対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄから導き出したトルク変化量を代入することにより重み係数αを算出する。あるいは、予め作成したトルク変化量と重み係数αとの関係式にトルク変化量を代入することにより重み係数αを算出してもよい。なお、トルク変化量としてトルク信号Ｔｄの微分値を算出してもよい。

また、重み係数設定部５４は、車速信号ｖおよびトルク信号Ｔｄに基づいて重み係数αを算出することも好適である。かかる場合においても、予め経験則に基づいて車速信号ｖおよびステアリングホイール１０１のトルク変化量と最適な重み係数αとの関係を導き出しておく。そしてこれらの対応関係を示すマップを予め作成しＲＯＭに記憶しておき、重み係数設定部５４は、このマップに、車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することにより重み係数αを算出する。あるいは、予め作成した車速信号ｖおよびトルク変化量と重み係数αとの関係式に車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することにより重み係数αを算出してもよい。

次に、目標電流補正部２００、目標電流補正係数βについて詳述する。
本実施の形態に係るモータ駆動制御部３１から、目標電流補正部２００およびフィードフォワード制御部５０を排除したシステムである第１の比較システム（目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差をゼロにするべくフィードバック処理部４２にてフィードバック制御を行い、その出力値４２ａをＰＷＭ信号生成部６０に出力するシステム）に、単に本実施の形態に係るフィードフォワード制御部５０を追加した場合以下に示す不具合が生じるおそれがある。

すなわち、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴと出力値Ｉｍとの偏差をゼロにするべくフィードバック制御を行うと共に出力値ＩＴに対してフィードフォワード制御を行い、これらの出力値を加算してＰＷＭ信号生成部６０に出力するシステムにおいては、定常状態においても目標電流算出部２０からの出力値ＩＴに対してフィードフォワード制御が行われ、その出力値５０ａ（＝５３ａ＋４２ａ）がＰＷＭ信号生成部６０に出力される。それゆえ、重み付け処理部５３からの出力値５３ａの加算分、第１の比較システムからの出力値よりも多くなる。そのため、第１の比較システムで定常状態において安定的である場合には、フィードフォワード制御部５０を追加したことにより不安定になってしまう。つまり、第１の比較システムで定常状態において、出力値ＩＴと出力値Ｉｍの偏差がゼロである場合には、フィードフォワード制御部５０を追加したことにより偏差が残ってしまう。

そこで、本実施の形態に係るモータ駆動制御部３１においては、目標電流補正部２００を設け、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴに目標電流補正係数βを乗算することにより補正し、補正目標電流信号ＩＴｃを出力する。そして、フィードバック制御部４０およびフィードフォワード制御部５０は、補正目標電流信号ＩＴｃに基づいてフィードバック制御およびフィードフォワード制御を実行する。
目標電流補正係数βは、定常状態において、電動モータ１１０に実際に供給される実電流が目標電流算出部２０にて設定された目標電流に一致するように機能する係数であり、以下のように定める。

図８は、本実施の形態の制御部３０から、目標電流補正部２００を排除したシステム（第２の比較システム）のブロック図を示す図である。
図８のブロック図において、電動モータ１１０の伝達関数を式（１）で示したＧ（ｓ）、フィードフォワード処理部５１の伝達関数を式（２）で示したＨ（ｓ）、フィードバック処理部４２の伝達関数をＣ（ｓ）、ローパスフィルタ５２の伝達関数をＤ（ｓ）とした場合に、モータ電流検出部３３にて検出される電流Ｉｍは、以下の式（３）で表される。

ここで、
Ｅ（ｓ）＝ＩＴ（ｓ）−Ｉｍ（ｓ）・・・（４）
である。
そして、式（３），（４）より、式（５）を導き出せる。

目標電流算出部２０からの出力値ＩＴを単位ステップ関数とした場合の、目標電流補正部２００からの出力値ＩＴｃとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差Ｅの定常状態における値は、式（６）となる。

ここで、フィードバック処理部４２が、比例ゲインＫｐを有する比例要素と積分ゲインＫｉを有する積分要素とからなるとすると、その伝達関数Ｃ（ｓ）は、式（７）で表わせられる。
Ｃ（ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ・・・（７）
また、ローパスフィルタ５２の伝達関数Ｄ（ｓ）は、式（８）で表せられる。
Ｄ（ｓ）＝２×π×ｆｃ／（ｓ＋２×π×ｆｃ）・・・（８）
ｆｃはカットオフ周波数である。

式（１），（２），（５），（６），（７），（８）より、式（９）を導き出せる。
ｅ（∞）＝（Ｋｅ×Ｋｔ×（１−α））／（Ｋｅ×Ｋｔ＋Ｊｍ×Ｋｉ）・・・（９）
そして、式（９）の右辺をδとおき、目標電流補正係数βを式（１０）のように定義する。

このように、目標電流補正係数βを、目標電流算出部２０にて算出された目標電流および重み係数αに応じて変化する値に設定する。
なお、上述したように、αは１以下であるので、δは１以下の値となり、βは１以上の値となる。

目標電流補正部２００は、以上のようにして定めた目標電流補正係数βを用いて、目標電流算出部２０にて算出された目標電流を補正し、補正目標電流をフィードバック制御部４０およびフィードフォワード制御部５０へ出力する。

以下に、以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００の作用について説明する。
図９は、ステップ応答の比較を示す図である。
図９では、目標電流算出部２０にて算出された目標電流をステップ関数とした場合の、本実施の形態の制御部３０のフィードフォワード制御部５０およびフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０からの出力値５０ａのステップ応答を実線で示している。また、上述した第１の比較システム（本実施の形態の制御部３０から、目標電流補正部２００、フィードフォワード制御部５０を排除したシステム）におけるフィードバック制御部４０からの出力値のステップ応答を破線で示している。また、上述した第２の比較システム（本実施の形態の制御部３０から、目標電流補正部２００を排除したシステム）における出力値５０ａのステップ応答を一点鎖線で示している。そして、これらのステップ応答を太い実線（太線）で示した目標電流のステップ応答と比較している。

図９に示すように、本実施の形態の制御部３０ではフィードフォワード制御部５０を設けているのでフィードバック制御部４０のみを設けた第１の比較システムよりも応答性はよい。また、本実施の形態の制御部３０では、定常状態で第２の比較システムよりも目標電流に近い。これは、目標電流補正部２００にて、目標電流算出部２０にて算出された目標電流を補正し、補正目標電流に基づいてフィードバック制御およびフィードフォワード制御を実行しているためである。

それゆえ、例えば、ステアリングホイール１０１が一定位置で保持（保舵）されている状態から回転された時には、フィードフォワード制御部５０からの出力値は、第１の比較システムのフィードバック制御部４０からの出力よりも、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴの変動に追従する。ゆえに、ＰＷＭ信号生成部６０へ入力される値は、目標電流補正部２００およびフィードフォワード制御部５０を設けずにフィードバック制御部４０のみを設けた第１の比較システムよりも大きくなり、ステアリングホイール１０１の操作に対する応答性が向上する。また、目標電流補正部２００にて、目標電流算出部２０にて算出された目標電流を補正し、補正目標電流に基づいてフィードバック制御およびフィードフォワード制御を実行するため第２の比較システムよりも実電流が目標電流に近くなる。

また、図６に示すように車速に応じた重み係数αを決定することにより、車庫入れ時など低速時においてステアリングホイール１０１の操作に対する応答性が向上する。他方、高速時には応答性が緩和されるのでステアリングホイール１０１の操作が安定する。
また、図７に示すようにトルク変化量に応じた重み係数αを決定することにより、車庫入れ時など比較的緩やかにステアリングホイール１０１の操作が行われるときに応答性が向上する。他方、急ハンドル時には応答性が緩和されるので安全である。
このように、本実施の形態の制御部３０では重み付け処理部５３を設け、少なくとも車速あるいはトルク変化量のいずれかに基づいてローパスフィルタ５２からの出力値に重み付けを行うので、よりきめ細かい制御を行うことができる。
また、目標電流補正係数βは、重み係数αに応じて変化する値であるので、車速あるいはトルクの変化量によって重み係数αが変化したとしても実電流を目標電流により近づけることができる。

以上より、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００においては、電動モータ１１０の定常特性に与える悪影響を抑制しつつ応答性を向上させることができる。また、フィードバック制御部４０のみを設けた既存の制御装置に、本実施の形態に係る目標電流補正部２００およびフィードフォワード制御部５０を追加することで、フィードバック制御部４０を再設計することなく、上記効果を得ることができる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、３０…制御部、３３…モータ電流検出部、４０…フィードバック制御部、５０…フィードフォワード制御部、５１…フィードフォワード処理部、５２…ローパスフィルタ、５３…重み付け処理部、５４…重み係数設定部、５５…加算器、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール、１０２…ステアリングシャフト、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、１６０…モータ電圧検出部、１７０…車速センサ、２００…目標電流補正部

Claims

ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、
前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する目標電流設定手段と、
前記目標電流設定手段が設定した目標電流を補正する補正目標電流を設定する目標電流補正手段と、
前記補正目標電流と前記電流検出手段が検出する実電流とが一致するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
前記補正目標電流が増加する場合に前記電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御手段と、
を備え、
前記目標電流補正手段は、前記目標電流設定手段が設定した目標電流に補正係数を乗算することにより前記補正目標電流を設定し、当該補正係数は、当該目標電流から定常状態における当該目標電流と前記電流検出手段が検出する実電流との偏差を減算することにより得られる値にて、当該目標電流を除算することにより得られる値に設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記フィードフォワード制御手段は、予め定められた重み係数を乗算することにより前記実電流の増加量を増減させる重み付け処理手段を有し、
前記補正係数は、前記重み係数に応じて変化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。
前記重み係数は、少なくともこの電動パワーステアリング装置を搭載する車両の車速あるいは前記操舵トルク検出手段が検出する操舵トルクの変化量のいずれかに応じて変更され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。
ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、当該ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータへ実際に供給される実電流を検出し、検出した操舵トルクに基づいて当該電動モータへの目標電流を設定し、当該目標電流を補正する補正目標電流を設定し、当該補正目標電流と当該実電流とが一致するようにフィードバック制御を行い、当該補正目標電流が増加する場合に当該電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行う電動パワーステアリング装置の制御方法であって、
前記目標電流に補正係数を乗算することにより前記補正目標電流を設定し、当該補正係数は、当該目標電流から定常状態における当該目標電流と前記実電流との偏差を減算することにより得られる値にて、当該目標電流を除算することにより得られる値に設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。
コンピュータに、
ステアリングホイールの操舵トルクを検出する機能と、
前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータへ実際に供給される実電流を検出する機能と、
前記操舵トルクを検出する機能が検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータへの目標電流を設定する機能と、
前記目標電流を設定する機能が設定した目標電流を補正する補正目標電流を設定する機能と、
前記補正目標電流と前記実電流を検出する機能が検出する実電流とが一致するようにフィードバック制御を行う機能と、
前記補正目標電流が増加する場合に前記電動モータへの実電流を増加させるようにフィードフォワード制御を行う機能と、
を実現させるためのプログラムであって、
前記補正目標電流を設定する機能は、前記目標電流を設定する機能が設定した目標電流に補正係数を乗算することにより前記補正目標電流を設定し、当該補正係数は、当該目標電流から定常状態における当該目標電流と前記実電流を検出する機能が検出する実電流との偏差を減算することにより得られる値にて、当該目標電流を除算することにより得られる値に設定されていることを特徴とするプログラム。