JP6173608B2

JP6173608B2 - 操舵制御装置

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Publication number: JP6173608B2
Application number: JP2016547334A
Authority: JP
Inventors: 泰蔵戸田; 小河　賢二; 賢二小河; 雅也遠藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: EP3192721B1; JPWO2016038736A1; EP3192721A4; CN106715243A; WO2016038736A1; US10000235B2; EP3192721A1; CN106715243B; US20170217484A1

Description

この発明は操舵制御装置に関し、特に、車両の運転者の操舵をアシストする操舵制御装置に関するものである。

例えば特許文献１に記載の従来の操舵制御装置では、まず、位相補償後の操舵トルク（操舵トルクと操舵トルクの微分値に比例する信号との和）とアシスト方向モータ電流指令値の特性図とから電流指令値１を演算する。また、操舵トルクの微分値に比例する信号から電流指令値２を演算する。こうして、電流指令値１と電流指令値２との和に基づいてモータのアシスト制御を行う。

特許文献１に記載の従来の操舵制御装置では、位相補償を行った操舵トルクで電流指令値１を演算することにより、自励振動を防止する。また、操舵トルクの微分値に比例する信号から電流指令値２を演算することにより、モータ慣性の影響を抑えている。

なお、特許文献１には記載がないが、操舵トルクの微分値に比例する信号から演算する電流指令値２は、悪路等を走行したときに発生する路面振動が運転者に伝わることを抑制する効果もある。

特開昭６１―１１５７７１号公報（３頁、図１）

上記の従来の操舵制御装置においては、位相補償を行った操舵トルクで電流指令値１を演算することにより、操舵制御装置の開ループ特性の交差周波数での位相余裕を改善している。その結果、制御系の安定性を改善し、自励振動を抑制することができる。しかしながら、電流指令値２を追加することで、交差周波数付近の開ループ特性が変化してしまう。その結果、以下のような問題が発生していた。
・制御系の安定性を悪化させる。
・自励振動が発生する。
・交差周波数付近の路面振動を伝えやすくなる。

そのため、電流指令値１と電流指令値２とを含めて開ループ特性が安定するように位相補償を設計する必要があり、そのため、設計が複雑になるという問題点があった。特に、電流指令値２を変更した場合には、位相補償の再設計が必要となるため、電流指令値２の変更及び電流指令値２の利用の有無の選択には、設計の工数がかかるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、操舵トルクの微分値から演算する電流指令値２を電流指令値１に加算した場合においても、制御系の安定性の低下を抑え、電流指令値２の変更及び電流指令値２の利用の有無の選択が容易に行える操舵制御装置を得ることを目的としている。

本発明は、車両のステアリングホイールの運転者による操舵をアシストするための操舵制御装置であって、前記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部と、前記車両の車速を検出する車速検出部と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を付与するモータと、前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルク及び前記車速検出部により検出される前記車速に基づいて、前記モータに対する第１の電流指令値を演算する第１の電流指令値演算部と、前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルクの微分値を演算する操舵トルク微分部と、ノッチフィルタを有し、前記ノッチフィルタを用いて前記操舵トルクの微分値をフィルタ処理するノッチフィルタ処理部と、前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて、前記モータに対する第２の電流指令値を演算する第２の電流指令値演算部と、前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値との和に前記モータに流れる電流の値が一致するように前記モータを駆動する電流駆動部とを備え、前記第２の電流指令値演算部が、前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値の代わりに、前記フィルタ処理を実施しない前記操舵トルクの微分値を用いて、前記第２の電流指令値を求めた場合の前記操舵制御装置における制御開ループ特性の交差周波数を第１の交差周波数としたとき、前記ノッチフィルタのノッチ周波数は、前記操舵制御装置の機械共振周波数より大きく、且つ、前記第１の交差周波数より小さくなるように設定される、操舵制御装置である。

本発明に係る操舵制御装置は、操舵トルクの微分値をノッチフィルタでフィルタ処理する際に、操舵制御装置の機械共振周波数より高く、開ループ特性の交差周波数より低い値に設定されたノッチ周波数を持つノッチフィルタでフィルタ処理し、当該フィルタ処理で得られた信号から電流指令値２を演算する。当該ノッチフィルタ処理を行うことにより、電流指令値２を、電流指令値１に加算しても、制御系の安定性の低下を抑え、電流指令値２の変更、電流指令値２の利用の有無の選択が容易に行える、といった従来にない顕著な効果を奏することができる。

本発明の実施の形態１による操舵制御装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１による操舵制御装置の要部を示すブロック図である。本発明の実施の形態１による操舵制御装置の要部を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１による操舵制御装置のアシストマップを示した図である。本発明の実施の形態１による車速に対するトルク微分制御ゲインのマップを示した図である。本発明の実施の形態１によるノッチフィルタ処理を実施しない場合の制御開ループ特性である。本発明の実施の形態１によるノッチフィルタ処理を実施した場合の制御開ループ特性である。本発明の実施の形態１による操舵制御装置の機械共振周波数である。本発明の実施の形態１によるノッチフィルタの周波数特性である。本発明の実施の形態２による操舵制御装置の要部を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による操舵制御装置を示す構成図である。図１に示すように、ステアリングホイール１に、ステアリング軸２が連結されている。ステアリング軸２には、タイロッドを介して、一対の転舵輪３が連結されている。運転者がステアリングホイール１を操作すると、ステアリングホイール１に連結したステアリング軸２の回転に応じて左右の転舵輪３が転舵される。ステアリング軸２には、トルクセンサ４が配置され、ステアリング軸２に作用する操舵トルクを検出する。モータ５は減速機構６を介してステアリング軸２に連結しており、モータ５が発生する操舵補助トルクをステアリング軸２に付与することができる。また、車両の車速は車速センサ７で検出する。モータ５に流れる電流は電流センサ８で検出する。

制御ユニット９は、モータ５が発生すべき操舵補助トルクを演算し、操舵補助トルクを発生するために必要なモータ５の電流を電流指令値として求め、モータ５を制御する。制御ユニット９は、ＲＯＭ及びＲＡＭを含むメモリを設けたマイコンと、モータ５に流れる電流が操舵補助トルクに相当する電流指令値に一致するようにモータ電流を駆動する電流駆動部１０（図示省略、図２参照）とを備える。

次に、本発明の要部である制御ユニット９の構成及び動作について、図２に示すブロック図と図３に示すフローチャートとを用いて説明する。なお、フローチャートに示す動作は、予め設定された一定時間の周期で繰り返し実行される。

制御ユニット９の構成について説明する。制御ユニット９は、図２に示すように、電流駆動部１０、電流指令値１演算部１１、微分器１２、ノッチフィルタ処理部１３、電流指令値２演算部１４、および、加算器１５から構成されている。

電流指令値１演算部１１（第１の電流指令値演算部）は、車速センサ７で検出された車速と、トルクセンサ４で検出された操舵トルクとが入力される。電流指令値１演算部１１は、車速と操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算する。電流指令値１は、運転者の操舵を補助するためにモータ５が発生する操舵補助トルクを発生させるためのモータ電流指定値である。電流指令値１の演算方法については後述する。

微分器１２は、トルクセンサ４で検出された操舵トルクの微分値を演算する。

ノッチフィルタ処理部１３は、ノッチフィルタを有している。ノッチフィルタ処理部１３は、微分器１２から出力される操舵トルクの微分値をノッチフィルタでフィルタ処理する。

電流指令値２演算部１４（第２の電流指令値演算部）は、車速センサ７で検出された車速と、ノッチフィルタ処理部１３でフィルタ処理された操舵トルクの微分値とが、入力される。電流指令値２演算部１４は、車速とフィルタ処理された操舵トルクの微分値とに基づいて、電流指令値２を演算する。電流指令値２の演算方法については後述する。なお、電流指令値２演算部１４は、車速を用いずに、フィルタ処理された操舵トルクの微分値のみを用いて、電流指令値２を求めるようにしてもよい。

加算器１５は、電流指令値１演算部１１で演算された電流指令値１と、電流指令値２演算部１４で演算された電流指令値２とを加算して、モータ５に対する電流指令値を演算する。

電流駆動部１０は、加算器１５からの電流指令値と、電流センサ８で検出されたモータ５の電流値とが、入力される。電流駆動部１０は、モータ５の電流値が電流指令値と一致するように、モータ５に流す電流を駆動する。

次に、図３のフローチャートに基づいて、制御ユニット９の動作について説明する。

ステップＳ１において、車速センサ７で車速Ｖを検出する。また、トルクセンサ４で操舵トルクＴｈｄｌを検出する。

ステップＳ２では、電流指令値１演算部１１において、車速と操舵トルクから電流指令値１を演算する。電流指令値１演算部１１は、車速及び操舵トルクに加えて、他のセンサからの車両の状態情報をさらに用いて、電流指令値１を求めるようにしてもよい。電流指令値１は運転者の操舵を補助するモータトルク（操舵補助トルク）を発生させるための、モータ電流指令値である。電流指令値１は、次のような操舵制御装置の公知技術で演算すればよい。例えば、図４に示すように、操舵トルクＴｈｄｌと車速Ｖとモータ５への電流指令値１との関係を定めるアシストマップを予め作成しておく。このアシストマップから操舵トルクＴｈｄｌと車速Ｖに応じた電流指令値１を読み出して、基本アシスト指令値とする。このアシストマップは、一般的には、図４に示すように、２次関数的に、操舵トルクＴｈｄｌが大きいほど、電流指令値１が大きくなり、かつ、勾配が大きくなるように定められている。又、車速Ｖが大きいほど電流指令値１が小さくなるように定められている。図４では、車速が「低速」の場合と「高速」の場合の２種類が記載されている。この場合には、例えば、「低速」を時速０ｋｍ以上から時速３０ｋｍ未満の範囲とし、「高速」を時速３０ｋｍ以上の範囲というように、適宜設定する。また、この場合に限らず、３種類以上の車速Ｖについて、アシストマップを作成しておいてもよい。その場合には、例えば、「低速」を時速０ｋｍ以上から時速１０ｋｍ未満の範囲とし、「中速１」を時速１０ｋｍ以上から３０ｋｍ未満、「中速２」を時速３０ｋｍから時速６０ｋｍ未満、「高速」を時速６０ｋｍ以上の範囲というように、適宜設定する。このように、車速を区分する範囲は、一定間隔であっても、変動してもよい。
なお、本実施の形態においても、特許文献１と同様に、アシストマップに入力する操舵トルクＴｈｄｌには、位相補償処理を行い、操舵制御装置の制御系の安定性を確保する。ただし、電流指令値１を付与することによる制御系の安定性を確保する技術として、単純な位相補償処理に限定するものではなく、公知の技術で安定性を確保すれば良い。

ステップＳ３では、微分器１２において、操舵トルクの微分値を演算する。なお、微分の演算方法としては、前回値との差分から演算しても良いし、ハイパスフィルタ処理による疑似微分演算を行っても良い。なお、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、操舵制御装置の機械共振周波数（約１０Ｈｚ）より大きく、また、運転者に伝えたくない路面振動の周波数より大きく設定する。

ステップＳ４では、ノッチフィルタ処理部１３において、操舵トルクの微分値をノッチフィルタでフィルタ処理する。ノッチフィルタは、次数が２次の式（１１）で示すフィルタを用いる。

ここで、ω₁はノッチ周波数、ζ₁は分子側減衰比（分子側ダンピング比）、ζ₂は分母側減衰比（分母側ダンピング比）であり、これらの３つのパラメータが、ノッチフィルタの設計パラメータとなる。なお、ｓはラプラス演算子である。
なお、ζ₂／ζ₁の値からノッチ深さを調整し、また、ζ₁の大きさからノッチの幅を調整する。
ここで、ノッチ周波数ω₁は、操舵制御装置の機械共振周波数（約１０Ｈｚ）より大きく、かつ、操舵制御装置の開ループ特性の交差周波数より小さく設定する。
また、例えば、ζ₁は０．１に設定し、ζ₂は１に設定する。すなわち、ノッチの深さは１０となる。ただし、この限りではなく、開ループ特性に応じて、ζ₁とζ₂は調整する。

ステップＳ５では、電流指令値２演算部１４において、フィルタ処理された操舵トルクの微分値を用いて、操舵トルクの微分値に正比例する電流指令値２を演算する。ここでは、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に加えて、車速センサ７で検出された車速も、電流指令値２の演算に用いる。すなわち、車速に基づくトルク微分制御ゲインを求めて、当該トルク微分制御ゲインとフィルタ処理された操舵トルクの微分値とに基づいて、電流指令値２を演算する。電流指令値２の演算方法について説明する。例えば、図５に示すように、車速Ｖとトルク微分制御ゲインとの関係を定めるトルク微分制御ゲインマップを予め作成しておく。図５の例では、車速が低速（０から予め設定された速度までの範囲）の領域では、車速の増加に対してトルク微分制御ゲインは正比例的に増加しているが、車速がそれより速い高速（予め設定された上記速度より速い速度の範囲）の領域では、トルク微分制御ゲインは一定値となっている。ステップＳ５では、まず、このトルク微分制御ゲインマップから、車速Ｖに応じたトルク微分制御ゲインを読み出す。トルク微分制御ゲインに、ノッチフィルタ処理後の操舵トルクの微分値に、読み出したトルク微分制御ゲインを乗算して、電流指令値２とする。このように、トルク微分制御ゲインを車速に応じて変更することにより、車速に応じて伝わりやすさが変化する路面振動に対して、路面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、演算した電流指令値２の上限値および下限値を、予め設定された値で制限しても良い。

ステップＳ６では、加算器１５において、電流指令値１と電流指令値２を加算し電流指令値とする。

ステップＳ７では、電流駆動部１０において、モータ５の電流が電流指令値に一致するように電流を駆動する。これにより、モータ５は、電流指令値に対応するアシストトルクを発生する。

次に、本実施の形態に係る操舵制御装置の効果について説明する。

図６に、ノッチフィルタ処理を実施しない場合の制御開ループ特性を示す。図６の制御開ループは、電流駆動部１０に入力する電流指令値から、加算器１５が出力する電流指令値１までの制御開ループである。図６は、ノッチフィルタ処理を実施しない場合を示しているため、操舵制御装置の構成としては、図２の構成から、ノッチフィルタ処理部１３を削除した構成となる。従って、電流指令値２演算部１４は、フィルタ処理された操舵トルクの微分値の代わりに、微分器１２から出力された操舵トルクの微分値を用いて、電流指令値２を演算する。他の動作は、上記と同じである。なお、図６の上図は、周波数とゲインとの関係を示す。図６の下図は、周波数と位相との関係を示す。図６において、破線６２，６３が、ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合の制御開ループ特性を示している。以下では、当該場合を、「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合（ｂ）」と呼ぶこととする。
また、図６において、点線６０、６１は、電流指令値２を使用しない場合の制御開ループ特性である。以下では、当該場合を、「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」と呼ぶこととする。これは、電流駆動部１０が、図２の電流指令値１演算部１１から出力される電流指令値１のみを用いて、モータ５を駆動した場合の制御開ループ特性を示している。この場合の操舵制御装置の構成としては、図２の構成から、微分器１２、ノッチフィルタ処理部１３、および、電流指令値２演算部１４を削除した構成となる。
さらに、図６において、６４は、「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合（ｂ）」の制御開ループ特性の交差周波数である。交差周波数とは、ゲインが０になるときの周波数値のことである。６５は、「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」の制御開ループ特性の交差周波数である。

図７に、図２に示す構成を有した本実施の形態による、ノッチフィルタ処理を行った場合の制御開ループ特性を示す。図７の制御開ループは、電流駆動部１０に入力する電流指令値から、加算器１５が出力する電流指令値１までの制御開ループである。図７の上図は、周波数とゲインとの関係を示す。図７の下図は、周波数と位相との関係を示す。
図７において、点線６０、６１は、図６と同様に、「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」の制御開ループ特性を示す。
実線７２、７３は、本実施の形態によるノッチフィルタ処理を実施した電流指令値２を加えた場合の制御開ループ特性を示す。以下では、当該場合を、「ノッチフィルタ処理を実施した電流指令値２を加えた場合（ｃ）」と呼ぶこととする。
図７において、７４は、「ノッチフィルタ処理を実施した電流指令値２を加えた場合（ｃ）」の制御開ループ特性の交差周波数である。

図８に、操舵制御装置の機械共振周波数を示す。図８において、実線８０が、操舵制御装置の機械共振周波数である。以下では、当該周波数を、「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」と呼ぶこととする。この機械共振周波数は、トルクセンサ４の捩じり剛性と、ステアリングホイール１の慣性モーメント、および、モータ５の慣性モーメントから生じる共振モードの周波数を示している。図６、図７にも、この共振周波数を実線８０で示しておく。図６及び図７に示されるように、ゲインピークが「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」に対応している。「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」は、約１０Ｈｚとする。

次に、図９に、本実施の形態による、ノッチフィルタの周波数特性を示す。図９において、実線９０が、ノッチフィルタ周波数を示す。以下では、ノッチフィルタ周波数９０を、「ノッチ周波数（９０）」と呼ぶこととする。本実施の形態では、図９に示すように、「ノッチ周波数（９０）」を、「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」より大きく、「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合（ｂ）」の制御開ループ特性の交差周波数（実線６４）より小さい範囲に設定する。

図６の上図に示すように、破線６２で示される「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を使用した場合（ｂ）」は、点線６０で示される「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」に比べ、「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」を含む８〜２０Ｈｚの領域において、ゲインが増加している。「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」を含むこの８〜２０Ｈｚの領域は、悪路等を走行したときに発生する路面振動が伝わりやすい周波数帯である。従って、この領域のゲインを増加させることで、この周波数帯の路面振動を低減することができる。しかしながら、図６の下図に示すように、破線６３で示される「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を使用した場合（ｂ）」の位相余裕は、点線６１で示される「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」の位相余裕に比べて小さく、制御の安定性が悪いため、交差周波数付近の路面振動を伝えやすくなってしまう。

そのため、ノッチフィルタ処理を実施する必要があり、且つ、ノッチ周波数を適切な範囲に設定する必要がある。本実施の形態では、図９に示すように、ノッチフィルタの「ノッチ周波数（９０）」を、「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」より大きく、「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を使用した場合（ｂ）」の交差周波数（実線６４）より小さくなるように設定した。これにより、図７の下図に示すように、（ｃ）の位相余裕を、図６の「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を使用した場合（ｂ）」の位相余裕よりも大きくすることができる。このように、本実施の形態は、「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」に比べ、悪路等を走行したときに発生する路面振動が伝わりやすい周波数帯のゲインを増加させたまま、位相余裕を大きくすることができ、「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を使用した場合（ｂ）」よりも、制御系の安定性が改善する。これは、下記の（１），（２）により実現した効果である。
（１）ノッチフィルタ特性の特徴であるノッチ周波数で急峻にゲインを小さくする効果により、ノッチフィルタ処理適用後の交差周波数を下げたこと。
（２）ノッチフィルタ特性の特徴であるノッチ周波数より高い周波数で、位相を進ませる効果により、ノッチフィルタ処理適用後の交差周波数あたりの位相を進ませたこと。

なお、一般的にノッチフィルタが適用される「操舵制御装置の機械共振周波数（８０）」を、ノッチフィルタのノッチ周波数（９０）として設定してしまうと、実線６４で示される「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合（ｂ）」の制御開ループ特性の交差周波数から離れてしまうため、位相を進ませる効果が得られない。その結果、制御の安定性を改善することができない。さらに、悪路等を走行したときに発生する路面振動が伝わりやすい周波数帯のゲインを下げてしまうため、路面振動が伝わりやすくなってしまう。

さらに、位相を進ませるフィルタ処理として、位相進みフィルタが一般に使われるが、この場合、高周波ゲインを増加させてしまうため、トルクセンサ等のノイズの影響を受けやすく、騒音等の課題が生じる可能性がある。ノッチフィルタで高域周波数のゲインを増加させないように設計することにより、制御開ループ特性の高周波ゲインを変化させない。その結果、トルクセンサ等のノイズの影響を小さくできる。

なお、式（１）の減衰比ζ１、ζ２を車速Ｖに応じて変更し、車速Ｖに対して、ノッチフィルタの深さ、または、幅を変更してもよい。ノッチフィルタの幅を狭く、または、ノッチフィルタの深さを深くすることで、ノッチフィルタの特性が急峻になり、より限定的な周波数領域で周波数特性を補正することが可能となる。

さらに、図９に示すように、ノッチ周波数９０を、実線６４で示される「ノッチフィルタ処理を実施しない電流指令値２を加えた場合（ｂ）」の制御開ループ特性の交差周波数より小さく、かつ、実線６５で示される「電流指令値２を使用しない場合（ａ）」の制御開ループ特性の交差周波数の±５Ｈｚ以内の周波数に設定することで、より高い安定性を実現する効果が得られる。

以上のように、本実施の形態は、電流指令値２に対して、適用が容易なノッチフィルタ処理を実施して、安定性を改善する構成としているため、電流指令値１に電流指令値２を付与しやすく、電流指令値２を付与する場合の調整を軽減できる。

本実施の形態による操舵制御装置は、ステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ４（操舵トルク検出部）と、車両の車速を検出する車速センサ７（車速検出部）と、ステアリングホイール１に操舵補助力を付与するモータ５と、トルクセンサ４により検出される操舵トルク及び車速センサ７により検出される車速に基づいて、モータ５に対する電流指令値１（第１の電流指令値）を演算する電流指令値１演算部１１（第１の電流指令値演算部）と、トルクセンサ４により検出される操舵トルクの微分値を演算する微分器１２（操舵トルク微分部）と、ノッチフィルタを有し、ノッチフィルタを用いて操舵トルクの微分値をフィルタ処理するノッチフィルタ処理部１３と、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に基づいて、モータ５に対する電流指令値２（第２の電流指令値）を演算する電流指令値２演算部１４（第２の電流指令値演算部）と、電流指令値１と電流指令値２との和に、モータ５に流れる電流の値が一致するように、モータ５を駆動する電流駆動部１０とを備え、電流指令値２演算部１４が、フィルタ処理された操舵トルクの微分値の代わりに、フィルタ処理を実施しない操舵トルクの微分値を用いて、電流指令値２を求めた場合の、操舵制御装置における制御開ループ特性の交差周波数（６４）を第１の交差周波数としたとき、ノッチフィルタのノッチ周波数を、操舵制御装置の機械共振周波数（８０）より大きく、且つ、第１の交差周波数（６４）より小さくなるように設定した。
これにより、電流指令値２を加えたことによる交差周波数７４付近の安定性低下を抑制し、交差周波数７４付近の外乱振動の悪化を抑えることができる。
また、ノッチ特性でなく、位相進み補償器を用いると高周波ゲインが高くなり、ノイズの影響を受けやすくなるが、ノッチ特性は、ノッチ周波数以上の周波数でのゲインを増加させないため、ノイズの影響を抑制できる。
電流指令値２に処理して、安定性を改善する構成としているため、電流指令値１に付与しやすく、調整・手戻りを軽減できる。

また、本実施の形態においては、ノッチフィルタの次数を２次としたため、電流指令値２を加えたことによる交差周波数付近の安定性低下を抑制し、交差周波数付近の外乱振動の悪化を抑えることができる。
また、ノッチ特性でなく、位相進み補償器を用いると高周波ゲインが高くなり、ノイズの影響を受けやすくなるが、ノッチ特性は、ノッチ周波数以上の周波数でのゲインを増加させないため、ノイズの影響を抑制できる。
電流指令値２に処理して、安定性を改善する構成としているため、電流指令値１に付与しやすく、調整・手戻りを軽減できる。

さらに、本実施の形態においては、電流指令値２演算部１４は、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に加えて、車速センサ７で検出された車速も用いて、電流指令値２を演算するようにしたので、車速に応じて、外乱抑圧特性を調整できる。操舵速度が速い領域で電流指令値２を低減することで、早い操舵を実施した時の操舵トルクの変化を抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る操舵制御装置の全体の構成および動作については、上記の実施の形態１と同じであるため、ここでは、説明を省略する。また、上記の実施の形態１と共通する構成については、同一の符号を用いることとする。以下では、実施の形態１と異なる点である、電流指令値２演算部１４の動作について主に説明する。電流指令値２演算部１４の動作について、図１０に示すフローチャートで説明する。

図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ１〜Ｓ５，Ｓ６〜Ｓ７は、図３と同じであるため、ここでは説明を省略する。図１０と図３の違いは、図１０においては、ステップＳ５とステップＳ６との間に、ステップＳ５２〜Ｓ５４が追加されている点である。ステップＳ５２〜Ｓ５４は、電流指令値２を補正するための補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて電流指令値２を補正する補正手段を構成している。

図１０において、ステップＳ５２では、電流指令値２演算部１４に、トルクセンサ４からの操舵トルクが入力される。電流指令値２演算部１４は、操舵トルクの大きさから、第２のトルク微分制御ゲインを演算する。演算方法としては、例えば、操舵トルクの大きさが大きくなるにつれて、第２のトルク微分制御ゲインが小さくなるように設定する。すなわち、操舵トルクの大きさが大きくなるにつれて、第２のトルク微分制御ゲインが小さくなるような、操舵トルクの大きさと第２のトルク微分制御ゲインとの関係を定める第２のトルク微分制御ゲインマップを予め作成しておき、その第２のトルク微分制御ゲインマップから操舵トルクの大きさに応じた第２のトルク微分制御ゲインを読み出す。あるいは、操舵トルクの大きさが大きくなるにつれて、第２のトルク微分制御ゲインが小さくなる演算式を予め用意しておき、当該演算式で求めるようにする。操舵トルクの大きさをｘとし、第２のトルク微分制御ゲインをｙとしたとき、当該演算式には、例えば、以下のものが挙げられる。
・ｙ＝ａ₁ｘ²＋ｂ₁ｘ＋ｃ₁ （ａ₁＜０）（二次関数）
・ｙ＝ｋ₁ｘ（ｋ₁＜０）（正比例）
・ｙ＝ｋ₂／ｘ（ｋ₂＞０）（反比例）

ステップＳ５３では、電流指令値２演算部１４が、操舵速度の大きさから第３のトルク微分制御ゲインを演算する。演算方法としては、例えば、操舵速度の大きさが大きくなるにつれて、第３のトルク微分制御ゲインが小さくなるように設定する。すなわち、操舵速度の大きさが大きくなるにつれて、第３のトルク微分制御ゲインが小さくなるような、操舵速度の大きさと第３のトルク微分制御ゲインとの関係を定める第３のトルク微分制御ゲインマップを予め作成しておき、その第３のトルク微分制御ゲインマップから操舵速度の大きさに応じた第３のトルク微分制御ゲインを読み出す。あるいは、操舵速度の大きさが大きくなるにつれて、第３のトルク微分制御ゲインが小さくなる演算式を予め用意しておき、当該演算式で求めるようにする。操舵速度の大きさをｘとし、第３のトルク微分制御ゲインをｙとしたとき、当該演算式には、例えば、以下のものが挙げられる。
・ｙ＝ａ₂ｘ²＋ｂ₂ｘ＋ｃ₂ （ａ₂＜０）（二次関数）
・ｙ＝ｋ₃ｘ（ｋ₃＜０）（正比例）
・ｙ＝ｋ₄／ｘ（ｋ₄＞０）（反比例）
なお、操舵速度を検出する検出方法（操舵速度検出部）としては、ステアリングホイール１やモータ５に取り付けた角度センサの検出値を微分して操舵速度を演算する構成としても良いし、モータ５の電流や電圧から操舵速度を推定するようにしても良い。

ステップＳ５４では、電流指令値２演算部１４が、電流指令値２に第２のトルク微分制御ゲインと第３のトルク微分制御ゲインとを乗算して、電流指令値２を補正する。

ステップＳ６では、加算器１５において、電流指令値１と補正後の電流指令値２を加算して電流指令値とする。

操舵トルクの大きさが大きくなるにつれて、第２のトルク微分制御ゲインを小さくすることによる効果を説明する。操舵トルクが大きい場合、図４に示すように、操舵トルクの変化に対する電流指令値１の変化の比が大きくなる。この比が大きい領域では、電流指令値１による、路面振動が運転者に伝わることを抑制する効果が大きいため、電流指令値２を小さく設定し、制御系の安定性をより確保することができる。

また、ステップＳ５２において、操舵トルクの変化量に対する電流指令値１の変化量の比から第２のトルク微分制御ゲインを設定しても良い。つまり、当該比が予め設定された値より大きい領域では、電流指令値２を小さくするように第２のトルク微分制御ゲインを設定し、制御系の安定性をより確保することができる。

操舵速度の大きさが大きくなるにつれて、第３のトルク微分制御ゲインを小さくすることによる効果を説明する。操舵速度が小さい時のほうが、操舵速度が大きい時より、運転者は路面振動を感じやすい傾向がある。よって、操舵速度が大きく、運転者の路面振動に対する感度が下がっている状況において、電流指令値２を小さく設定し、制御系の安定性をより確保することができる。

なお、本実施の形態では、第２のトルク微分制御ゲイン及び第３のトルク微分制御ゲインの両方を用いて、電流指令値２を補正する例について説明したが、その場合に限らず、第２のトルク微分制御ゲインのみを用いて電流指令値２を補正してもよく、また、第３のトルク微分制御ゲインのみを用いて電流指令値２を補正してもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られる。また、さらに、本実施の形態においては、以下の効果が得られる。

本実施の形態においては、トルクセンサ４により検出される操舵トルクに応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に基づいて演算した電流指令値２を補正する補正部（Ｓ５２，Ｓ５４）を備えるようにしたので、アシストゲインに応じて、外乱抑圧特性を調整できる。電流指令値１による外乱抑圧特性が確保できている領域で、電流指令値２を低減し、安定性を確保する。

また、本実施の形態においては、トルクセンサ４により検出される操舵トルクの変化量に対する電流指令値１の変化量の比に応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に基づいて演算した電流指令値２を補正する補正部を備えるようにしたので、アシストゲインに応じて、外乱抑圧特性を調整できる。電流指令値１による外乱抑圧特性が確保できている領域で、電流指令値２を低減し、安定性を確保する。

また、本実施の形態においては、ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出部と、操舵速度検出部で検出される操舵速度の大きさに応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に基づいて演算した電流指令値２を補正する補正部を備えるようにしたので、操舵速度に応じて、外乱抑圧特性を調整できる。操舵速度が速い領域で電流指令値２を低減することで、早い操舵を実施した時の操舵トルクの変化を抑えることができる。

また、本実施の形態においては、トルクセンサ４により検出される操舵トルクに応じて設定される第１の補正ゲイン、および、操舵速度検出部で検出される操舵速度の大きさに応じて設定される第２の補正ゲインを求め、第１の補正ゲイン及び第２の補正ゲインを用いて、フィルタ処理された操舵トルクの微分値に基づいて演算した電流指令値２を補正する補正部を備えるようにしたので、アシストゲイン及び操舵速度に応じて、外乱抑圧特性を調整できる。電流指令値１による外乱抑圧特性が確保できている領域で、且つ、操舵速度が速い領域で、電流指令値２を低減することで、安定性を確保するとともに、早い操舵を実施したときの操舵トルクの変化を抑えることができる。

１ステアリングホイール、２ステアリング軸、３転舵輪、４トルクセンサ、５モータ、６減速機構、７車速センサ、８電流センサ、９制御ユニット、１０電流駆動部、１１電流指令値１演算部、１２微分器、１３ノッチフィルタ処理部、１４電流指令値２演算部。

Claims

車両のステアリングホイールの運転者による操舵をアシストするための操舵制御装置であって、
前記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部と、
前記車両の車速を検出する車速検出部と、
前記ステアリングホイールに操舵補助力を付与するモータと、
前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルク及び前記車速検出部により検出される前記車速に基づいて、前記モータに対する第１の電流指令値を演算する第１の電流指令値演算部と、
前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルクの微分値を演算する操舵トルク微分部と、
ノッチフィルタを有し、前記ノッチフィルタを用いて前記操舵トルクの微分値をフィルタ処理するノッチフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて、前記モータに対する第２の電流指令値を演算する第２の電流指令値演算部と、
前記第１の電流指令値と前記第２の電流指令値との和に前記モータに流れる電流の値が一致するように前記モータを駆動する電流駆動部と
を備え、
前記第２の電流指令値演算部が、前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値の代わりに、前記フィルタ処理を実施しない前記操舵トルクの微分値を用いて、前記第２の電流指令値を求めた場合の前記操舵制御装置における制御開ループ特性の交差周波数を第１の交差周波数としたとき、
前記ノッチフィルタのノッチ周波数は、前記操舵制御装置の機械共振周波数より大きく、且つ、前記第１の交差周波数より小さくなるように設定される
操舵制御装置。
前記ノッチフィルタは、次数が２次である
請求項１記載の操舵制御装置。
前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルクに応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、前記第２の電流指令値演算部が前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて演算した前記第２の電流指令値を補正する補正部をさらに備えた
請求項１または２に記載の操舵制御装置。
前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルクの変化量に対する前記第１の電流指令値の変化量の比に応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、前記第２の電流指令値演算部が前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて演算した前記第２の電流指令値を補正する補正部をさらに備えた
請求項１または２に記載の操舵制御装置。
前記ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出部と、
前記操舵速度検出部で検出される前記操舵速度の大きさに応じて設定される補正ゲインを求め、当該補正ゲインを用いて、前記第２の電流指令値演算部が前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて演算した前記第２電流指令値を補正する補正部をさらに備えた
請求項１または２に記載の操舵制御装置。
前記ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出部と、
前記操舵トルク検出部により検出される前記操舵トルクに応じて設定される第１の補正ゲイン、および、前記操舵速度検出部で検出される前記操舵速度の大きさに応じて設定される第２の補正ゲインを求め、前記第１の補正ゲイン及び前記第２の補正ゲインを用いて、前記第２の電流指令値演算部が前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に基づいて演算した前記第２の電流指令値を補正する補正部と
をさらに備えた
請求項１または２に記載の操舵制御装置。
前記第２の電流指令値演算部は、前記フィルタ処理された前記操舵トルクの微分値に加え、前記車速検出部で検出された車速も用いて、前記第２の電流指令値を演算する
請求項１から６までのいずれか１項に記載の操舵制御装置。