JP6404756B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

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。
例えば、特許文献１に記載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。

特開２００１−３１５６５７号公報

路面の凹凸や車輪のアンバランスなどに起因してシミー現象が発生するおそれがある。シミー現象が発生すると、ステアリングホイールの回転方向の振動として運転者に伝わるため、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制することが望ましい。そのためには、シミー現象に起因する振動を抑制するためのアシスト力を電動モータにて付与することが考えられる。かかる場合には、シミー現象に起因する振動以外の振動を抑制するためのアシスト力が付与されてしまうと、操舵フィーリングが悪化してしまうおそれがある。

本発明は、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制することができると共にシミー現象に起因する振動が発生していない場合に操舵フィーリングが悪化することを抑制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目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、車両のステアリングホイールと連動して回転するステアリングシャフトと、転動輪を転動させるラック軸に対して回転することにより駆動力を加えるピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトから前記ピニオンシャフト間に作用するトルクを検出する検出手段と、前記ラック軸に駆動力を加える電動モータと、前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータへ供給する目標電流の仮の値である仮目標電流を決定する仮目標電流決定部と、前記検出手段にて検出された検出トルクにおける所定範囲の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した前記検出トルクである通過後トルクに基づいて前記転動輪側から前記ステアリングホイール側へ伝わる外乱トルクを抑制するための抑制電流のベースとなるベース抑制電流を算出するベース抑制電流算出手段と、前記通過後トルクの絶対値化を行う絶対値化部と、前記絶対値化部が絶対値化した値を平均化する平均化部と、前記平均化部が平均化した値である平均化後トルクに基づいて補正係数を設定する補正係数設定部と、前記ベース抑制電流算出手段が算出した前記ベース抑制電流と前記補正係数設定部が設定した前記補正係数とを乗算することにより前記抑制電流を算出する抑制電流算出手段と、前記仮目標電流決定部が決定した前記仮目標電流に前記抑制電流算出手段が算出した前記抑制電流を加算して得た電流を前記目標電流として決定する目標電流決定手段と、を備え、前記補正係数設定部は、前記平均化後トルクの大きさが予め定められた所定値よりも小さい場合には前記所定値よりも大きい場合よりも前記補正係数が小さくなるように設定す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、前記ベース抑制電流算出手段は、前記通過後トルクと逆位相となる変化量に基づいて前記ベース抑制電流を算出してもよい。
また、前記バンドパスフィルタは、中心周波数を中心とする所定範囲の周波数成分を通過させるフィルタであり、車両の移動速度である車速に基づいて前記中心周波数を変更する変更手段をさらに備えてもよい。
また、車両の移動速度である車速に基づいて前記通過後トルクと逆位相となる変化量を補正する補正手段をさらに備え、前記ベース抑制電流算出手段は、前記補正手段にて補正された変化量に基づいて前記ベース抑制電流を算出してもよい。

本発明によれば、シミー現象に起因するステアリングホイールの振動を抑制することができると共にシミー現象に起因する振動が発生していない場合に操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。

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。 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。 検出トルク及び車速とベース電流との対応を示す制御マップの概略図である。 制御部の概略構成図である。 シミー補償電流設定部の概略構成図である。 バンドパスフィルタを示す概略図である。 車速とバンドパスフィルタの中心周波数との対応を示す制御マップの概略図である。 トルク変化量演算処理部が行う演算処理を示すフローチャートである。 車速と補正係数との対応を示す制御マップの概略図である。 補正後トルク変化量とシミー補償電流との対応を示す制御マップの概略図である。 平均化後トルクとトルク補正係数との対応を示す制御マップの概略図である。 （ａ）〜（ｃ）は、シミー現象に起因するトルク振動の入力があった場合の検出トルク、抽出トルク、絶対値化後抽出トルク及び平均化後トルクを示す図である。（ｄ）〜（ｆ）は、シミー現象に起因しないトルク振動の入力があった場合の検出トルク、抽出トルク、絶対値化後抽出トルク及び平均化後トルクを示す図である。

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、車両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車両の一例としての自動車１に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、自動車１の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪（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。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された上部連結シャフト１０３と、この上部連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結された下部連結シャフト１０８とを備えている。下部連結シャフト１０８は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。

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。これらラック軸１０５、ピニオンシャフト１０６などが、ステアリングホイール１０１の回転操作力を前輪１５０の転動力として伝達する伝達機構として機能する。ピニオンシャフト１０６は、前輪１５０を転動させるラック軸１０５に対して、回転することにより前輪１５０を転動させる駆動力を加える。

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ヤボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギヤボックス１０７内にてトーションバー１１２を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。そして、ステアリングギヤボックス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との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバー１１２の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルク及び／又は前輪１５０を介してピニオンシャフト１０６に伝わる外乱トルクを検出する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。言い換えれば、トルクセンサ１０９は、トーションバー１１２にはたらくトルクを検出する。また、トルクセンサ１０９は、ステアリングシャフト１０２とピニオンシャフト１０６との間に作用するトルクを検出する。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギヤボックス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。減速機構１１１は、例えば、ピニオンシャフト１０６に固定されたウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に固定されたウォームギヤ（不図示）などから構成される。電動モータ１１０は、ピニオンシャフト１０６に回転駆動力を加えることにより、ラック軸１０５に前輪１５０を転動させる駆動力を加える。本実施の形態に係る電動モータ１１０は、３相ブラシレスモータであることを例示することができる。

また、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からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０などからの出力信号が入力される。

以上のように構成されたステアリング装置１００は、トルクセンサ１０９が検出した検出トルクに基づいて電動モータ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。
図２は、制御装置１０の概略構成図である。
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。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴ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Ｖｃが出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄ及び車速信号ｖに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流Ｉｔを算出（設定）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Ｉｔ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。
また、制御装置１０は、電動モータ１１０の回転速度Ｖｍを算出するモータ回転速度算出部７０を備えている。モータ回転速度算出部７０は、３相ブラシレスモータである電動モータ１１０の回転子（ロータ）の回転位置を検出するレゾルバからの出力信号を基に電動モータ１１０の回転速度Ｖｍを算出し、その回転速度Ｖｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｖｍｓを出力する。

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Ｉｔを設定する上でベースとなるベース電流Ｉｂを算出するベース電流算出手段の一例としてのベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｓを算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流Ｉｄを算出するダンパー補償電流算出部２３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にて算出された値に基づいて仮の目標電流である仮目標電流Ｉｔｆを決定する仮目標電流決定部２５を備えている。また、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴの位相を補償する位相補償部２６を備えている。

また、目標電流算出部２０は、シミー現象に起因するステアリングホイール１０１の回転方向の振動を抑制する電流である抑制電流の一例としてのシミー補償電流Ｉｒを設定するシミー補償電流設定部２７を備えている。また、目標電流算出部２０は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆ及びシミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する目標電流決定手段の一例としての最終目標電流決定部２８を備えている。
なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖ、回転速度信号Ｖｍｓ、などが入力される。

図４は、検出トルクＴ及び車速Ｖｃとベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップの概略図である。
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Ｉｂを算出する。つまり、ベース電流算出部２１は、位相補償された検出トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたベース電流Ｉｂを算出する。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、位相補償された検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）及び車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とベース電流Ｉｂとの対応を示す図４に例示した制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）及び車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりベース電流Ｉｂを算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０及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Ｉｓを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部２２は、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とに応じたイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。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、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）及び車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とイナーシャ補償電流Ｉｓとの対応を示す制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）及び車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｖｍｓ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Ｉｄを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部２３は、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と、電動モータ１１０の回転速度Ｖｍ（回転速度信号Ｖｍｓ）に応じたダンパー補償電流Ｉｄを算出する。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、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）及び回転速度Ｖｍ（回転速度信号Ｖｍｓ）と、ダンパー補償電流Ｉｄとの対応を示す制御マップに、検出トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）及び回転速度Ｖｍ（回転速度信号Ｖｍｓ）を代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。

仮目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流Ｉｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流Ｉｓ及びダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流Ｉｄに基づいて仮目標電流Ｉｔｆを決定する。仮目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流Ｉｂに、イナーシャ補償電流Ｉｓを加算するとともにダンパー補償電流Ｉｄを減算して得た電流を仮目標電流Ｉｔｆとして決定する。
シミー補償電流設定部２７については後で詳述する。

最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆ及びシミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒに基づいて最終的に目標電流Ｉｔを決定する。本実施の形態に係る最終目標電流決定部２８は、仮目標電流決定部２５にて決定された仮目標電流Ｉｔｆに、シミー補償電流設定部２７にて設定されたシミー補償電流Ｉｒを加算して得た電流を目標電流Ｉｔとして決定する。

次に、制御部３０について詳述する。
図５は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、図５に示すように、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Ｉｍ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にて最終的に決定された目標電流Ｉｔと、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流Ｉｍ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（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、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とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔとモータ電流検出部３３にて検出された実電流Ｉｍ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。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流Ｉｔと実電流Ｉｍ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、偏差演算部４１にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力する。

モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動部３２に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れる実電流Ｉｍの値を検出する。

次に、シミー補償電流設定部２７について詳述する。
シミー現象が発生した場合には、前輪１５０から、ラック軸１０５、ピニオンシャフト１０６、ステアリングシャフト１０２などを介してステアリングホイール１０１に振動が伝わる。
シミー補償電流設定部２７は、このシミー現象に起因してステアリングホイール１０１に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流であるシミー補償電流Ｉｒを設定する。つまり、シミー補償電流Ｉｒは、シミー現象に起因して、前輪１５０、ラック軸１０５などを介してピニオンシャフト１０６に伝達される回転トルクとは逆方向の回転トルクを加えるように電動モータ１１０を駆動するための電流である。

図６は、シミー補償電流設定部２７の概略構成図である。
シミー補償電流設定部２７は、トルクセンサ１０９による検出トルクＴのうち所定範囲の周波数帯域の成分を抽出するシミー周期抽出部２７１と、シミー周期抽出部２７１が抽出した検出トルクＴである抽出トルクＴｅと逆位相となるトルク変化量を算出するトルク変化量算出部２７２とを備えている。

また、シミー補償電流設定部２７は、車速信号ｖに基づいて車速補正係数Ｋｖを設定する車速補正係数設定部２７３と、トルク変化量算出部２７２が算出したトルク変化量と車速補正係数設定部２７３が設定した車速補正係数Ｋｖとを乗算することにより補正後トルク変化量を算出する車速補正係数乗算部２７４とを備えている。
また、シミー補償電流設定部２７は、車速補正係数乗算部２７４が算出した補正後トルク変化量に基づいてシミー補償電流Ｉｒのベースとなるベースシミー補償電流Ｉｒｂを算出するベースシミー補償電流算出部２７５を備えている。

また、シミー補償電流設定部２７は、シミー周期抽出部２７１が抽出した抽出トルクＴｅの絶対値化を行う絶対値化部２７６と、絶対値化部２７６が絶対値化した絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜を平均化する平均化部２７７とを備えている。
また、シミー補償電流設定部２７は、平均化部２７７が平均化した値である平均化後トルクＴａに基づいてベースシミー補償電流算出部２７５が算出したベースシミー補償電流Ｉｒｂを補正するためのトルク補正係数Ｋｔを設定するトルク補正係数設定部２７８を備えている。
また、シミー補償電流設定部２７は、ベースシミー補償電流算出部２７５が算出したベースシミー補償電流Ｉｒｂとトルク補正係数設定部２７８が設定したトルク補正係数Ｋｔとを乗算することによりシミー補償電流Ｉｒを算出するシミー補償電流算出部２７９を備えている。

シミー周期抽出部２７１は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄのうちで、中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない（減衰させる）バンドパスフィルタ２７１ａと、車速Ｖｃに応じてこのバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃを設定する中心周波数設定部２７１ｂと、を有している。

図７は、バンドパスフィルタ２７１ａを示す概略図である。図７において、横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。
バンドパスフィルタ２７１ａは、中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲（例えば３Ｈｚ）の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない（減衰させる）機能をもつフィルタである。バンドパスフィルタ２７１ａは、例えばアナログ回路やＣＰＵが実行するプログラム（ソフトウェア）で構成可能である。そして、中心周波数Ｆｒｃが、中心周波数設定部２７１ｂにより設定される。

図８は、車速Ｖｃとバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す制御マップの概略図である。
中心周波数設定部２７１ｂは、車速信号ｖに基づいてバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃを決定する。つまり、中心周波数設定部２７１ｂは、車速Ｖｃに応じた中心周波数Ｆｒｃを算出する。なお、中心周波数設定部２７１ｂ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、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す図８に例示した制御マップに、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することにより中心周波数Ｆｒｃを算出する。このように、中心周波数設定部２７１ｂは、車速Ｖｃに基づいて中心周波数Ｆｒｃを変更する変更手段の一例として機能する。

シミー現象により発生する振動の１周期は、前輪１５０の１回転と考えられることから、その振動の周波数は、前輪１５０の回転速度に依存し、前輪１５０の回転速度に比例して高くなる。そして、前輪１５０の直径は、車種に応じて異なる。また、前輪１５０の直径は、同じ車種でも仕様に応じて異なる。一方、シミー現象が生じる前輪１５０の回転速度は、車種や仕様により異なるものの、一般的には所定範囲の回転速度にて生じると考えられる。それゆえ、前輪１５０の直径が大きい車両では小さい車速Ｖｃでシミー現象が発生し、それにより発生する振動の周波数は小さい。他方、前輪１５０の直径が小さい車両では大きい車速Ｖｃでシミー現象が発生し、それにより発生する振動の周波数は大きい。一般的に、シミー現象により発生する振動の周波数は、１０〜２０Ｈｚの間であると考えられている。

これらの事項に鑑み、図８に示した車速Ｖｃとバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとの対応を示す制御マップにおいては、シミー現象が生じると考えられる車速域では、車速Ｖｃと中心周波数Ｆｒｃとが比例するように設定されている。そして、シミー現象が生じると考えられる車速域よりも小さい車速域における中心周波数Ｆｒｃは、シミー現象が生じると考えられる車速域内の最小の車速のときの中心周波数Ｆｒｃに設定され、シミー現象が生じると考えられる車速域よりも大きな車速域における中心周波数Ｆｒｃは、シミー現象が生じると考えられる車速域内の最大の車速のときの中心周波数Ｆｒｃに設定されている。

中心周波数設定部２７１ｂは、例えば、本実施の形態に係るステアリング装置１００が車両に組み付けられた後に、シミー現象に起因する振動が発生する車速Ｖｃを把握し、把握した車速Ｖｃを図８に例示した制御マップに代入することにより中心周波数Ｆｒｃを算出し、算出した中心周波数Ｆｒｃをバンドパスフィルタ２７１ａの中心周波数Ｆｒｃとして設定する。なお、中心周波数設定部２７１ｂは、車両の識別情報を取得するとともに、取得した識別情報に対応するシミー現象に起因する振動が発生する車速ＶｃをＲＯＭから読み込むことにより取得することを例示することができる。また、中心周波数設定部２７１ｂは、ステアリング装置１００のセッティングを行う作業者が入力した値に基づいてシミー現象に起因する振動が発生する車速Ｖｃを把握することを例示することができる。

上述した構成により、シミー周期抽出部２７１は、トルクセンサ１０９からのトルク信号Ｔｄのうち、中心周波数設定部２７１ｂにて設定された中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通すことにより、シミー現象に起因する振動の周波数の信号を高精度に抽出する。
シミー周期抽出部２７１は、演算処理を行うことで、検出トルクＴのうち、シミー現象に起因する振動の周波数成分を抽出してもよい。例えば、シミー周期抽出部２７１は、一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに、トルクセンサ１０９による検出トルクＴを読み込み、所定範囲の周波数帯域の成分を抽出すればよい。

トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出部２７１にて抽出された検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量を演算する。例えば、トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出部２７１にて抽出された検出トルクＴを２階微分する演算処理を行い、検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量として、シミー周期抽出部２７１にて抽出された特定周波数成分の逆位相成分を演算する。なお、逆位相成分は、シミー周期抽出部２７１にて抽出された検出トルクＴを微分及び位相補償により演算してもよい。

図９は、トルク変化量算出部２７２が行う算出処理を示すフローチャートである。
トルク変化量算出部２７２は、図９に示す算出処理を一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに繰り返し実行する。
図９を参照すると、トルク変化量算出部２７２は、シミー周期抽出部２７１にて抽出された検出トルクＴである抽出トルクＴｅを読み込み（ステップ１０１）、今回のルーチンで読み込んだ抽出トルクＴｅと前回のルーチンで読み込んだ抽出トルクＴｅとに基づいて前回から今回までの抽出トルクＴｅの１階微分値（抽出トルクＴｅの変化速度）（以下、「今回の１階微分値」と称す。）を算出する（ステップ１０２）。その後、前回のルーチンで読み込んだ抽出トルクＴｅと前々回のルーチンで読み込んだ抽出トルクＴｅとに基づいて前々回から前回までの抽出トルクＴｅの１階微分値（抽出トルクＴｅの変化速度）（以下、「前回の１階微分値」と称す。）を算出する（ステップ１０３）。そして、その後、ステップ１０２にて算出した今回の１階微分値とステップ１０３にて算出した前回の１階微分値とに基づいて抽出トルクＴｅの２階微分値（抽出トルクＴｅの変化加速度）（抽出トルクＴｅと逆位相となるトルク変化量）を算出する（ステップ１０４）。
なお、今回のルーチンのステップ１０３の処理においては、前回のルーチンのステップ１０２にて算出した抽出トルクＴｅの１階微分値を用いてもよい。

図１０は、車速Ｖｃと車速補正係数Ｋｖとの対応を示す制御マップの概略図である。
車速補正係数設定部２７３は、車速Ｖｃに応じた車速補正係数Ｋｖを設定する。車速補正係数設定部２７３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、車速Ｖｃと車速補正係数Ｋｖとの対応を示す図１０に例示した制御マップに、車速Ｖｃを代入することにより車速補正係数Ｋｖを算出し、これを車速補正係数Ｋｖとして設定する。

図１０に例示した制御マップにおいては、車速Ｖｃが予め定められた下限車速Ｖ１以下である場合には車速補正係数Ｋｖは零、車速Ｖｃが予め定められた上限車速Ｖ２以上である場合には車速補正係数Ｋｖは１となるように設定されている。また、下限車速Ｖ１より大きく上限車速Ｖ２よりも小さい車速Ｖｃにおいては、車速Ｖｃが大きくなるに従って車速補正係数Ｋｖが零から１まで大きくなるように設定されている。例えば、下限車速Ｖ１よりも大きな車速域が、シミー現象が生じると考えられる車速域であることを例示することができ、上限車速Ｖ２は、シミー現象が生じると考えられる車速域内であることを例示することができる。

車速補正係数乗算部２７４は、シミー周期抽出部２７１が抽出した検出トルクＴと逆位相となるトルク変化量と車速補正係数設定部２７３が設定した車速補正係数Ｋｖとを乗算することにより補正後トルク変化量を算出する。つまり、車速補正係数乗算部２７４は、トルク変化量を車速Ｖｃに基づいて補正する。
このように、車速補正係数設定部２７３及び車速補正係数乗算部２７４は、車速Ｖｃに基づいてバンドパスフィルタ２７１ａを通過した検出トルクＴと逆位相となる変化量を補正する補正手段の一例として機能する。

ベースシミー補償電流算出部２７５は、車速補正係数乗算部２７４にて算出された補正後トルク変化量に基づいてベースシミー補償電流Ｉｒｂを算出する。
図１１は、補正後トルク変化量とベースシミー補償電流Ｉｒｂとの対応を示す制御マップの概略図である。ベースシミー補償電流算出部２７５は、一定時間（例えば４ミリ秒）ごとに、補正後トルク変化量を読み込むと共に、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、補正後トルク変化量とベースシミー補償電流Ｉｒｂとの対応を示す図１１に例示した制御マップに、読み込んだ補正後トルク変化量を代入することによりベースシミー補償電流Ｉｒｂを算出する。このように、ベースシミー補償電流算出部２７５は、バンドパスフィルタ２７１ａを通過した検出トルクＴと逆位相となる変化量に基づいて前輪１５０側からステアリングホイール１０１側へ伝わる外乱トルクを抑制するための抑制電流のベースとなるベース抑制電流を算出するベース抑制電流算出手段の一例として機能する。

絶対値化部２７６は、プラス又はマイナスの符号を持つ抽出トルクＴｅの絶対値を算出する。絶対値化部２７６にて算出された値が絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜である。
平均化部２７７は、絶対値化部２７６が予め設定された一定時間ごとに繰り返し実行することにより算出した絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜の現時点から過去Ｎ個分の値を平均化する。平均化部２７７にて平均化された値が平均化後トルクＴａである。平均化部２７７は、ＦＩＲフィルタであることを例示することができる。また、Ｎは１００であることを例示することができる。

図１２は、平均化後トルクＴａとトルク補正係数Ｋｔとの対応を示す制御マップの概略図である。
トルク補正係数設定部２７８は、平均化部２７７が平均化した値である平均化後トルクＴａに応じたトルク補正係数Ｋｔを設定する。トルク補正係数設定部２７８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、平均化後トルクＴａとトルク補正係数Ｋｔとの対応を示す図１２に例示した制御マップに、平均化後トルクＴａを代入することによりトルク補正係数Ｋｔを算出し、これをトルク補正係数Ｋｔとして設定する。

図１２に例示した制御マップにおいては、平均化後トルクＴａが予め定められた下限トルクＴ１より小さい場合にはトルク補正係数Ｋｔは略零、平均化後トルクＴａが予め定められた上限トルクＴ２より大きい場合にはトルク補正係数Ｋｔは略１となるように設定されている。そして、平均化後トルクＴａが下限トルクＴ１よりも大きく上限トルクＴ２よりも小さい範囲では、トルク補正係数Ｋｔは零から１まで徐々に増加する値に設定されている。これは、シミー現象が発生すると考えられる周波数帯域では、シミー現象に起因するトルク振動の振幅の大きさは、シミー現象に起因しないトルク振動の振幅の大きさよりも大幅に大きいと考えられるからであり、明らかにシミー現象に起因しないと考えられるトルク振動を抑制する分のシミー補償電流Ｉｒを零にするためである。なお、図１２に示すように、平均化後トルクＴａが下限トルクＴ１近傍である場合には、平均化後トルクＴａが大きくなるに従ってトルク補正係数Ｋｔが零から徐々に大きくなるように設定されている。また、平均化後トルクＴａが上限トルクＴ２近傍である場合には、平均化後トルクＴａが小さくなるに従ってトルク補正係数Ｋｔが１から徐々に小さくなるように設定されている。

シミー補償電流算出部２７９は、ベースシミー補償電流算出部２７５が算出したベースシミー補償電流Ｉｒｂと、トルク補正係数設定部２７８が設定したトルク補正係数Ｋｔとを乗算することによりシミー補償電流Ｉｒを算出する（Ｉｒ＝Ｉｒｂ×Ｋｔ）。
このように、シミー補償電流算出部２７９は、ベースシミー補償電流Ｉｒｂを、抽出トルクＴｅの振幅の大きさに応じて補正することで抑制電流の一例としてのシミー補償電流Ｉｒを算出する抑制電流算出手段の一例として機能する。そして、シミー補償電流算出部２７９は、抽出トルクＴｅの振幅の大きさが予め定められた所定値よりも小さい場合には所定値よりも大きい場合よりもシミー補償電流Ｉｒが小さくなるように補正する。なお、所定値は、抽出トルクＴｅを絶対値化した絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜のＮ個分の平均値が上限トルクＴ２となる値であることを例示することができる。

シミー補償電流設定部２７は、上述した手法にて算出したシミー補償電流ＩｒをＲＡＭなどの記憶領域に記憶する。
そして、最終目標電流決定部２８は、ＲＡＭなどの記憶領域に記憶された、仮目標電流Ｉｔｆとシミー補償電流Ｉｒとを加算した値を目標電流Ｉｔとして決定する。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、シミー現象に起因してステアリングホイール１０１に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流であるシミー補償電流Ｉｒが目標電流Ｉｔに含まれるので、シミー現象に起因する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、以上のように構成された目標電流算出部２０においては、常に、仮目標電流Ｉｔｆにシミー補償電流Ｉｒを加算した電流が目標電流Ｉｔとして決定される。それゆえ、シミー現象に起因する大きな振動が発生していない場合にはシミー補償電流Ｉｒを零とすることが望ましい。本実施の形態に係るシミー補償電流設定部２７のバンドパスフィルタ２７１ａは、シミー現象に起因する振動が発生すると考えられる車速Ｖｃに応じた中心周波数Ｆｒｃを中心とする所定範囲の周波数帯域の信号のみを通し、他の周波数の信号は通さない。それゆえ、例えば、車速Ｖｃに応じて中心周波数Ｆｒｃを変更せずに、全ての車種や仕様をカバーする範囲の周波数帯域（例えば１０〜２０Ｈｚ）の信号を通すフィルタにてシミー現象に起因する振動の周波数の信号を抽出する場合と比較すると、本実施の形態に係るシミー補償電流設定部２７は、シミー現象に起因する振動が発生していない場合にシミー補償電流Ｉｒが付与されることを抑制することができる。

また、シミー現象に起因する振動が発生するのは車速Ｖｃが特定の速度領域であると考えられるため、図１０に例示した制御マップにおいては、シミー現象に起因する振動が生じると考えられる車速域よりも小さい車速Ｖｃである場合の車速補正係数Ｋｖが零となるように設定されている。これにより、シミー現象に起因する振動が発生していない場合のシミー補償電流Ｉｒが零に設定されるので、シミー現象に起因する振動が発生していないにも拘わらずシミー補償電流Ｉｒが目標電流Ｉｔに含まれることが抑制される。
その結果、シミー現象に起因する振動が発生しない場合の操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。

また、上述したシミー補償電流設定部２７においては、ベースシミー補償電流算出部２７５が算出するベースシミー補償電流Ｉｒｂは、トルク変化量算出部２７２にて演算された抽出トルクＴｅと逆位相となるトルク変化量に基づく値である。また、図４及び図１１に示すように、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴとトルク変化量とが逆位相（逆符号（一方がプラスである場合は他方がマイナス））である場合には、ベース電流Ｉｂとベースシミー補償電流Ｉｒｂとは逆符号（一方がプラスである場合は他方がマイナス）である。それゆえ、シミー補償電流設定部２７は、シミー現象に起因して運転者に伝わる振動を電動モータ１１０にて打ち消すための電流を、精度高く算出することができる。

また、シミー現象に起因するトルク振動の振幅の大きさは特定の大きさより大きいと考えられるため、図１２に例示した制御マップにおいては、シミー現象に起因するトルク振動の振幅の大きさよりも小さい平均化後トルクＴａである場合のトルク補正係数Ｋｔが１よりも小さくなるように設定されている。これにより、シミー現象に起因しないトルク振動であるにも拘わらずバンドパスフィルタ２７１ａを通過したトルク振動を打ち消す分のシミー補償電流Ｉｒが目標電流Ｉｔに含まれることが抑制される。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、シミー現象に起因するトルク振動の入力があった場合の検出トルクＴ、抽出トルクＴｅ、絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜及び平均化後トルクＴａを示す図である。図１３（ｄ）〜図１３（ｆ）は、シミー現象に起因しないトルク振動の入力があった場合の検出トルクＴ、抽出トルクＴｅ、絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜及び平均化後トルクＴａを示す図である。

例えば、シミー現象に起因するトルク振動の入力があった場合、トルクセンサ１０９にて検出された検出トルクＴが図１３（ａ）のように変動し、バンドパスフィルタ２７１ａを通過した抽出トルクＴｅが図１３（ｂ）のように変動する。シミー現象に起因するトルク振動の場合、検出トルクＴの周波数はバンドパスフィルタ２７１ａを通過する周波数であることから検出トルクＴと抽出トルクＴｅとは同じである。そして、抽出トルクＴｅを絶対値化した絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜が図１３（ｃ）の細い方の実線のように変動し、絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜を平均化した平均化後トルクＴａが図１３（ｃ）の太い方の実線のように変動する。シミー現象に起因するトルク振動の場合、平均化後トルクＴａは上限トルクＴ２より大きい値として算出されるので、トルク補正係数設定部２７８によりトルク補正係数Ｋｔが１に設定される。それゆえ、シミー補償電流算出部２７９が算出したシミー補償電流Ｉｒは、ベースシミー補償電流算出部２７５が算出したベースシミー補償電流Ｉｒｂと同じ値となる（Ｉｒ＝Ｉｒｂ）。

一方、シミー現象に起因しないトルク振動の入力、例えば、トルクセンサ１０９にて検出される検出トルクＴが図１３（ｄ）のように変動するトルク振動の入力がある場合を考える。シミー現象に起因しないトルク振動の一部が、バンドパスフィルタ２７１ａを通過する周波数成分である場合、シミー周期抽出部２７１にて抽出される抽出トルクＴｅは図１３（ｅ）のように変動する。そして、抽出トルクＴｅを絶対値化した絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜が図１３（ｆ）の細い方の実線のように変動し、絶対値化後抽出トルク｜Ｔｅ｜を平均化した平均化後トルクＴａが図１３（ｆ）の太い方の実線のように変動する。シミー現象に起因しないトルク振動の場合、平均化後トルクＴａは主に下限トルクＴ１より小さい値として算出されるので、トルク補正係数設定部２７８によりトルク補正係数Ｋｔは主に零に設定される。それゆえ、シミー補償電流算出部２７９が算出したシミー補償電流Ｉｒは、主に零となる（Ｉｒ＝Ｉｒｂ×零＝零）。

上述したように、本実施の形態のシミー補償電流設定部２７によれば、シミー現象に起因するトルク振動ではないにも拘わらずバンドパスフィルタ２７１ａを通過したトルク振動を打ち消すシミー補償電流Ｉｒが目標電流Ｉｔに含まれることが抑制される。
その結果、シミー現象に起因する振動が発生していない場合の操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。

なお、上述した実施形態においては、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルク及び前輪１５０を介してピニオンシャフト１０６に伝わる外乱トルクを検出するトルクセンサ１０９として、トーションバー１１２の捩れ量を基に検出するセンサを用いているが特に限定されない。例えば、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式のセンサであってもよい。
また、上述した実施形態においては、シミー現象に起因する振動を抑制する制御を、ピニオン型の電動パワーステアリングに適用した場合について説明したが、特に限定されない。ダブルピニオン型やラックアシスト型など他の形式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２１…ベース電流算出部、２５…仮目標電流決定部、２７…シミー補償電流設定部、２８…最終目標電流決定部、３０…制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、２７１…シミー周期抽出部、２７２…トルク変化量算出部、２７３…車速補正係数設定部、２７４…車速補正係数乗算部、２７５…ベースシミー補償電流算出部、２７６…絶対値化部、２７７…平均化部、２７８…トルク補正係数設定部、２７９…シミー補償電流算出部

Claims (4)

1. 車両のステアリングホイールと連動して回転するステアリングシャフトと、
   転動輪を転動させるラック軸に対して回転することにより駆動力を加えるピニオンシャフトと、
   前記ステアリングシャフトから前記ピニオンシャフト間に作用するトルクを検出する検出手段と、
   前記ラック軸に駆動力を加える電動モータと、
   前記検出手段にて検出された検出トルクに基づいて前記電動モータへ供給する目標電流の仮の値である仮目標電流を決定する仮目標電流決定部と、
   前記検出手段にて検出された検出トルクにおける所定範囲の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタを通過した前記検出トルクである通過後トルクに基づいて前記転動輪側から前記ステアリングホイール側へ伝わる外乱トルクを抑制するための抑制電流のベースとなるベース抑制電流を算出するベース抑制電流算出手段と、
   前記通過後トルクの絶対値化を行う絶対値化部と、
   前記絶対値化部が絶対値化した値を平均化する平均化部と、
   前記平均化部が平均化した値である平均化後トルクに基づいて補正係数を設定する補正係数設定部と、
   前記ベース抑制電流算出手段が算出した前記ベース抑制電流と前記補正係数設定部が設定した前記補正係数とを乗算することにより前記抑制電流を算出する抑制電流算出手段と、
   前記仮目標電流決定部が決定した前記仮目標電流に前記抑制電流算出手段が算出した前記抑制電流を加算して得た電流を前記目標電流として決定する目標電流決定手段と、
   を備え、
   前記補正係数設定部は、前記平均化後トルクの大きさが予め定められた所定値よりも小さい場合には前記所定値よりも大きい場合よりも前記補正係数が小さくなるように設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ベース抑制電流算出手段は、前記通過後トルクと逆位相となる変化量に基づいて前記ベース抑制電流を算出する
   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。
3. 前記バンドパスフィルタは、中心周波数を中心とする所定範囲の周波数成分を通過させるフィルタであり、
   車両の移動速度である車速に基づいて前記中心周波数を変更する変更手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 車両の移動速度である車速に基づいて前記通過後トルクと逆位相となる変化量を補正する補正手段をさらに備え、
   前記ベース抑制電流算出手段は、前記補正手段にて補正された変化量に基づいて前記ベース抑制電流を算出する
   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。

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