JP7109003B2 - 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。

従来、運転者の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置において、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを生成する装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置は、二台の電動モータのうち一方がコラムに設けられ、他方がラックに設けられている。二台の電動モータにより負荷を分散させることで高出力化が可能となり、また、車両の走行状態に応じて各電動モータを個別に制御することで操舵性を向上させることができると記載されている。

特開２００４－８２７９８号公報

一般に車両の操舵系は、トルクセンサに用いられるトーションバーの弾性によりハンドルの共振が生じ、操舵系が不安定になりやすい。しかし特許文献１には、操舵系を安定化させる技術について何ら言及されていない。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のアクチュエータを含む電動パワーステアリング装置において操舵系を安定化させる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の電動パワーステアリング装置は、ハンドル（９１）に入力されたハンドルトルク（Ｔｈ）が、コラム（９２）に内包されたステアリングシャフト（９３）からインターミディエイトシャフト（９５）及びラック（９７）を経由してタイヤ（９９）に伝達される車両のステアリングシステム（９０）において、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを生成する。

この電動パワーステアリング装置は、コラムアクチュエータ（８１）と、ラックアクチュエータ（８２）と、一つ以上のトルクセンサ（９４）と、一つ以上の演算器（４０、４０１、４０２）と、を備える。

コラムアクチュエータは、インターミディエイトシャフトに対しコラム側に設けられ、コラムアシストトルクを出力する。ラックアクチュエータは、インターミディエイトシャフトに対しラック側に設けられ、ラックアシストトルクを出力する。

トルクセンサは、ステアリングシャフト又はインターミディエイトシャフトに付与されるトーショントルクを検出する。演算器は、少なくともトルクセンサが検出したトーショントルクに基づいて、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの指令値を演算する。

演算器は、基本アシスト制御器（５１、６１）と、安定化制御器（５５、６５）と、加算器（５７、６７）と、を有する。基本アシスト制御器は、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの主の要素として、トーショントルクに基づく基本アシストトルクを個別に又は共通に演算する。安定化制御器は、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの他の要素として、操舵系を安定化させる安定化トルクを個別に又は共通に演算する。加算器は、基本アシストトルクと安定化トルクとを加算する。

本発明では、基本アシストトルクに安定化トルクが加算された値がコラムアシストトルク及びラックアシストトルクとして各アクチュエータに出力される。したがって、複数のアクチュエータを含む電動パワーステアリング装置において、ハンドルの共振を抑制し、操舵系を安定化させることができる。

また、コラムアシストトルクの変化に対するトーショントルクの応答特性を「コラム側応答特性」と定義し、ラックアシストトルクの変化に対するトーショントルクの応答特性を「ラック側応答特性」と定義する。

本発明の一態様では、演算器は、「所定の周波数領域におけるコラム側応答特性に対するラック側応答特性のゲイン及び位相の差分」を補償する応答性補償器（７０）をさらに有する。基本アシストトルク又は安定化トルクの少なくとも一方に関し、コラムアシストトルクの要素を応答性補償器で処理した後の値が、ラックアシストトルクの要素として出力される。

この構成の演算器は、基本アシストトルク又は安定化トルクの少なくとも一方に関し、コラム側の演算とラック側の演算とを共通化する。すなわち、演算器は、コラムアクチュエータ及びラックアクチュエータの基本アシスト制御又は安定化制御の少なくとも一方を共通化する。これにより、コラム側の制御器のみを設計すればよく、ラック側の制御器の設計が不要となる。

第１実施形態による電動パワーステアリング装置の全体構成図。 第１実施形態のＥＣＵの制御ブロック図。 ハンドルの共振を説明する周波数特性図。 安定化制御器による共振の抑制を説明する周波数特性図。 安定化制御器の周波数特性図。 第２実施形態の基本構成のＥＣＵの制御ブロック図。 コラム側応答特性及びラック側応答特性の周波数特性図。 コラム側応答特性、及びインターミディエイトシャフトの剛性を変化させた場合のラック側応答特性の周波数特性図。 応答性補償器の周波数特性図。 応答性補償器の数学的根拠を説明するブロック図。 第２実施形態の変形例１のＥＣＵの制御ブロック図。 第２実施形態の変形例２のＥＣＵの制御ブロック図。 第２実施形態の変形例３のＥＣＵの制御ブロック図。 第２実施形態の変形例４のＥＣＵの制御ブロック図。 第２実施形態の変形例５のＥＣＵの制御ブロック図。 第３実施形態のＥＣＵの制御ブロック図。 第４実施形態のＥＣＵの制御ブロック図。 第５実施形態による電動パワーステアリング装置の全体構成図。

以下、電動パワーステアリング装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態の電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングシステムにおいて、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを出力する装置である。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第１～第５実施形態を包括して「本実施形態」という。第２、第３実施形態、又は、第４実施形態の特徴を含む形態が特許請求の範囲に記載の発明を実施するための形態に相当する。

（第１実施形態）
図１～図５を参照し、第１実施形態について説明する。図１に、ステアリングシステム９０に適用される電動パワーステアリング装置１０１の全体構成を示す。図１は、「演算器」として一つのＥＣＵ４０が設けられる設置構成を示すものであり、これと対照に複数のＥＣＵが設けられる設置構成は、図１８に第５実施形態として示される。一方、ＥＣＵの制御構成が異なる複数の実施形態として第１～第４実施形態が以下に説明される。これらのＥＣＵの制御構成は、図１に示す一つのＥＣＵ４０の設置構成、又は、図１８に示す複数のＥＣＵの設置構成のどちらに適用されてもよい。

図１に示すように、ステアリングシステム９０は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９３、インターミディエイトシャフト９５、ラック９７等を含む。ステアリングシャフト９３は、コラム９２に内包されており、一端にハンドル９１が接続され、他端にインターミディエイトシャフト９５が接続されている。インターミディエイトシャフト９５のハンドル９１と反対側の端部には、ラックアンドピニオン機構により回転を往復運動に変換して伝達するラック９７が設けられている。ラック９７が往復するとタイヤ９９が転舵される。

ステアリングシステム９０において、電動パワーステアリング装置１０１は、二つのアクチュエータであるコラムモータ（図中「Ｃモータ」）８１及びラックモータ（図中「Ｒモータ」）８２により操舵アシストトルクを生成する。本明細書では、電動パワーステアリング装置１０１のこの駆動方式を「ツインアシスト方式」という。ツインアシスト方式は、大トルクの出力に有効である。電動パワーステアリング装置１０１は、コラムモータ８１、ラックモータ８２、トルクセンサ９４、及び、「演算器」としてのＥＣＵ４０を備える。

「コラムアクチュエータ」としてのコラムモータ８１は、インターミディエイトシャフト９５に対しコラム９２側に設けられる。「ラックアクチュエータ」としてのラックモータ８２は、インターミディエイトシャフト９５に対しラック９７側に設けられる。以下、コラムモータ８１が出力する操舵アシストトルクを「コラムアシストトルク」といい、ラックモータ８２が出力する操舵アシストトルクを「ラックアシストトルク」という。

コラムモータ８１及びラックモータ８２を、適宜、モータ８１、８２と省略して記す。本実施形態ではモータ８１、８２の詳細な構成や駆動方式は問わない。例えばモータ８１、８２は、三相ブラシレスモータで構成され、電流フィードバック制御により指令電圧が演算される。指令電圧に基づき生成されたＰＷＭ信号によってインバータが駆動され、車載バッテリの直流電圧が三相交流電圧に変換されてモータ８１、８２の各相巻線に印加される。これにより、モータ８１、８２は、所望のアシストトルクを出力する。また、例えばモータ８１、８２は、二組の三相巻線組を冗長的に有する二系統モータとして構成されてもよい。

トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９３の途中に設けられており、ステアリングシャフト９３に付与されるトーショントルクＴｓを、トーションバーの捩れ角に基づいて検出する。なお、「その他の実施形態」の欄に、図１に示す構成以外のトルクセンサの構成について記載する。

ＥＣＵ４０は、マイコン、駆動回路等で構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ４０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。本実施形態のＥＣＵ４０は、少なくともトルクセンサ９４が検出したトーショントルクＴｓに基づいて、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの指令値を演算する。アシストトルクの演算に用いられるそれ以外のパラメータについては、図２等を参照して後述する。

また、一般のモータ制御と同様に、ＥＣＵ４０は、インバータ内部、又は、インバータと巻線組とを接続する電流経路に設けられた電流センサから相電流を取得する。さらに、ＥＣＵ４０は、コラムモータ８１及びラックモータ８２にそれぞれ設けられた回転角センサからモータ角を取得し、モータ角を時間微分してモータ角速度を算出する。モータ角はベクトル制御でのｄｑ座標変換演算にも用いられる。

このような点は一般的な周知技術であるため、図１には回転角センサ等の図示を省略する。そして、ＥＣＵ４０は、アシストトルクの指令値に基づいて演算した指令電流に実電流を追従させるように、電流フィードバック制御を行う。加えて本実施形態では、図１に図示しない車速センサにより検出された車速Ｖの情報がＥＣＵ４０に取得される。

ところで、従来、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを生成する電動パワーステアリング装置は、例えば特許文献１（特開２００４－８２７９８号公報）に開示されている。一般に電動パワーステアリング装置では、ハンドルの共振により操舵系が不安定になりやすいが、特許文献１には操舵系を安定化させる技術について何ら言及されていない。そこで本実施形態は、ツインアシスト方式の電動パワーステアリング装置１０１において操舵系を安定化させるものである。

続いて図２を参照し、第１実施形態のＥＣＵの制御構成について説明する。ＥＣＵの符号について、図１に付された「４０」は、物理的に一箇所に集約された形態のＥＣＵであることを示す。それに対し第１～第４実施形態では、内部構成の異なる各ＥＣＵを区別するため、各実施形態のＥＣＵに「４１」～「４４」の符号を付す。なお、第２実施形態については、基本構成のＥＣＵ４２の他に、変形例１～５のＥＣＵに「４２１～４２５」の符号を付す。

特に第１、第２実施形態の構成を総じて、ＥＣＵは、基本アシスト制御器、安定化制御器、及び加算器を有する。基本アシスト制御器は、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの主の要素として、トーショントルクに基づく「基本アシストトルク」を個別に又は共通に演算する。安定化制御器は、コラムアシストトルク及びラックアシストトルクの他の要素として、操舵系を安定化させる「安定化トルク」を個別に又は共通に演算する。加算器は、基本アシストトルクと安定化トルクとを加算する。

図２に示す第１実施形態のＥＣＵ４１では、基本アシスト制御器及び安定化制御器は、それぞれ「基本アシストトルク」及び「安定化トルク」を個別に演算する。具体的には、ＥＣＵ４１は、コラム基本アシスト制御器５１、コラム安定化制御器５５、ラック基本アシスト制御器６１、ラック安定化制御器６５、及び、加算器５７、５８を有する。

また、図２以下のＥＣＵの制御ブロック図において「制御対象８０」は、コラムモータ８１及びラックモータ８２をはじめ、図１に示すハンドル９１からタイヤ９９までの操舵系全体を含む。制御対象８０には、ハンドルトルクＴｈ、コラムアシストトルクＴａｃ及びラックアシストトルクＴａｒが入力される。制御対象８０が出力したトーショントルクＴｓは、各制御器５１、５５、６１、６５に取得される。

基本的に、コラムモータ角θｃ及びコラムモータ角速度ωｃはコラム基本アシスト制御器５１及びコラム安定化制御器５５に取得され、ラックモータ角θｒ及びラックモータ角速度ωｒはラック基本アシスト制御器６１及びラック安定化制御器６５に取得される。ただし、コラムモータ角θｃ及びコラムモータ角速度ωｃがラック基本アシスト制御器６１及びラック安定化制御器６５に取得され、その逆に、ラックモータ角θｒ及びラックモータ角速度ωｒがコラム基本アシスト制御器５１及びコラム安定化制御器５５に取得されてもよい。

さらに、車速Ｖはコラム基本アシスト制御器５１及びラック基本アシスト制御器６１に入力される。なお、破線で示すように、コラム安定化制御器５５及びラック安定化制御器６５には車速Ｖが入力されてもよいし入力されなくてもよい。すなわち、安定化制御器５５、６５は、車速Ｖの情報を制御に用いてもよいし用いなくてもよい。以下の各実施形態において同様とする。

以下の説明において、コラムモータ８１のコラムアシストトルクＴａｃに関する演算や制御を、略して「コラム側」の演算や制御という。また、ラックモータ８２のラックアシストトルクＴａｒに関する演算や制御を、略して「ラック側」の演算や制御という。まず、コラム側において、コラム基本アシスト制御器５１は、トーショントルクＴｓ等の情報に基づいてコラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂを演算する。コラム安定化制御器５５は、トーショントルクＴｓ等の情報に基づいてコラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂを演算する。加算器５７は、コラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂとコラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂとを加算したコラムアシストトルクＴａｃを制御対象８０に出力する。

同様にラック側において、ラック基本アシスト制御器６１は、トーショントルクＴｓ等の情報に基づいてラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂを演算する。ラック安定化制御器６５は、トーショントルクＴｓ等の情報に基づいてラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂを演算する。加算器６７は、ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂとラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂとを加算したラックアシストトルクＴａｒを制御対象８０に出力する。

ここで、安定化制御器５５、６５による安定化制御について図３～図５の周波数特性図を参照して説明する。図３以下の周波数特性図は、一般のものと同様に、横軸が対数スケールの周波数［単位：Ｈｚ］、縦軸がゲイン［単位：ｄＢ］又は位相［単位：ｄｅｇ］を表す。ただし、縦軸の「０」以外の数値は記載しない。また、横軸の「ｆｏ」は各図の対比のための基準周波数であり、各図における基準周波数ｆｏは同じ値である。

図３は、ハンドルトルクＴｈからトーショントルクＴｓへの閉ループ特性を示す。一般に車両の操舵系は、トルクセンサ９４に用いられるトーションバーの弾性により共振が生じ、共振周波数の付近でゲインが急増する。共振が起こるとハンドル９１が自動共振し、操舵が不安定になるおそれがある。また、アシストゲインが大きいほど共振周波数は高周波側へ移動する。電動パワーステアリング装置で操舵トルクをアシストするためには、この共振を抑制し、操舵系を安定化させるための安定化制御が必要となる。

図４に示すように、「安定化制御あり」の周波数特性は共振ピークが緩和されており、安定化制御によって共振が抑制される。図５に参考として、安定化制御器のゲイン（又は振幅）特性の例を示す。モータ指令電流は、トルクセンサ９４が検出したトーショントルクＴｓに基づいて安定化制御器５５、６５が演算した安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂ、Ｔａｒ＿ｓｔａｂと、基本アシストトルクＴａｃ＿ｂ、Ｔａｒ＿ｂとの合計トルクから算出される。なお、安定化制御器５５、６５の出力は、車速Ｖ等に応じて変化するように制御される場合もある。

（効果）
本実施形態のＥＣＵ４１等では、基本アシストトルクＴａｃ＿ｂ、Ｔａｒ＿ｂに安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂ、Ｔａｒ＿ｓｔａｂが加算された値がアシストトルクＴａｃ、Ｔａｒとしてコラムモータ８１及びラックモータ８２に出力される。したがって、二台のモータ８１、８２を含むツインアシスト方式の電動パワーステアリング装置１０１において、ハンドル９１の共振を抑制し、操舵系を安定化させることができる。

第１実施形態のＥＣＵ４１では、コラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂとラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂとが個別に演算され、コラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂとラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂとが個別に演算される。コラム側の演算とラック側の演算とが独立して実行されるため、仮に一方の制御器に異常が生じた場合でも他方の演算に影響が及ぶことを回避することができる。

（第２実施形態）
次に図６～図１０を参照し、第２実施形態の基本的な制御構成について説明する。第１実施形態では、基本アシストトルク及び安定化トルクの両方について、コラム側の制御とラック側の制御とを別々に実行するため、コラム側及びラック側の両方の制御器５１、５５、６１、６５を設計する必要がある。そこで第２実施形態では、アシストトルクの主の要素である基本アシストトルク、又は、アシストトルクの他の要素である安定化トルクの少なくとも一方の演算に関し、コラム側の制御とラック側の制御との共通化を図る。

図６に示すように、第２実施形態のＥＣＵ４２は、図２に示す第１実施形態のＥＣＵ４１に対し、ラック基本アシスト制御器６１及びラック安定化制御器６５を有しておらず、代わりに応答性補償器７０を有している。応答性補償器７０は、所定の周波数領域におけるコラム側応答特性に対するラック側応答特性のゲイン及び位相の差分を補償する。「コラム側応答特性」とは、コラムアシストトルクＴａｃの変化に対するトーショントルクＴｓの応答特性であり、「ラック側応答特性」とは、ラックアシストトルクＴａｒの変化に対するトーショントルクＴｓの応答特性である。

第２実施形態のＥＣＵ４２では、コラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂ及びコラム安定化トルクＴｃ＿ｓｔａｂの和を応答性補償器７０で処理した後の値が、ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂ及びラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂの和として出力される。分解すると、コラムアシストトルクＴａｃの主要素であるコラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂを応答性補償器７０で処理した後の値が、ラックアシストトルクＴａｒの主要素であるラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂとして出力される。また、コラムアシストトルクＴａｃの他の要素であるコラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂを応答性補償器７０で処理した後の値が、ラックアシストトルクＴａｒの他の要素であるラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂとして出力される。

処理前後の基本アシストトルク及び安定化トルクをそれぞれ加算すると、図６のように表される。つまり第２実施形態のＥＣＵ４２は、応答性補償器７０を用いることにより、ラック基本アシスト制御をコラム基本アシスト制御と共通化し、ラック安定化制御をコラム安定化制御と共通化している。

応答性補償器７０の技術的意義について、図７～図１０を参照する。コラムモータ８１とラックモータ８２との間にはインターミディエイトシャフト９５が存在する。つまり、コラムモータ８１からトルクセンサ９４までの伝達系にはインターミディエイトシャフト９５が無く、ラックモータ８２からトルクセンサ９４までの伝達系にはインターミディエイトシャフト９５が有る。このインターミディエイトシャフト９５の有無という物理的な構造の違いにより、応答特性の差が生じる。具体的には、コラムモータ８１及びラックモータ８２に指令されるアシストトルクＴａｃ、Ｔａｒの変化に対するトーショントルクＴｓの応答特性に差が生じる。

図７に示すように、基準周波数ｆｏより高周波側の領域でラック側応答特性のゲインはコラム側応答特性のゲインより低下し、ラック側応答特性の位相はコラム側応答特性の位相より遅れる。図８には、インターミディエイトシャフト９５の剛性ｋ_IMを基準値の５倍、１０倍に変化させた場合のラック側応答特性を示す。インターミディエイトシャフト９５の剛性ｋ_IMを高くすることは、インターミディエイトシャフト９５が剛体に近づくことを意味する。そのため、剛性ｋ_IMが高いほどラック側応答特性とコラム側応答特性との差が小さくなる。

図９に応答性補償器７０の周波数特性の設計例を示す。応答性補償器７０は、基準周波数ｆｏより高周波側の領域でゲインを増加させ、位相を進ませることで、コラム側応答特性に対するラック側応答特性の差を補償する。

図１０は、応答性補償器７０の数学的根拠を説明するブロック図である。ハンドルトルクＴｈから制御出力への伝達特性をＧ１、コラムアシストトルクＴａｃから制御出力への伝達特性をＧ２、応答性補償器７０が無いときのラックアシストトルクＴａｒから制御出力への伝達特性をＧ３と記す。制御対象８０では、伝達特性Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が加算される。

ＥＣＵ４２が有する二つのコラムアシストマップ５２、５２Ｒは実質的に同じものである。コラムアシストトルクＴａｃの演算に用いられるアシストマップには「５２」の符号を付し、ラックアシストトルクＴａｒの演算に用いられるアシストマップには「５２Ｒ」の符号を付して区別する。コラムアシストマップ５２、５２Ｒは、トーショントルクＴｓに基づいてコラムアシストゲインＫａｃを算出する。

コラムアシストマップ５２で算出されたアシストゲインＫａｃをトーショントルクＴｓに乗じた値は、コラムアシストトルクＴａｃとして出力される。また、コラムアシストマップ５２Ｒで算出されたアシストゲインＫａｃをトーショントルクＴｓに乗じた値は応答性補償器７０に入力される。

応答性補償器７０はコラムアシストマップ５２Ｒと制御対象８０との間に実装され、その伝達特性は（Ｇ２／Ｇ３）と表される。そして、応答性補償器７０を実装後のラックアシストトルクＴａｒから制御出力への一巡伝達特性は、「Ｇ３×（Ｇ２／Ｇ３）＝Ｇ２」となり、コラムアシストトルクＴａｃから制御出力への伝達特性Ｇ２と一致する。したがって、ラック側応答特性がコラム側応答特性と同等に補償される。

このように第２実施形態の基本構成のＥＣＵ４２は、基本アシストトルク及び安定化トルクの両方に関し、コラム側の制御とラック側の制御とを共通化する。すなわちＥＣＵ４２は、コラムモータ８１及びラックモータ８２の基本アシスト制御及び安定化制御を共通化する。これにより、コラム側の制御器５１、５５のみを設計すればよく、ラック側の制御器６１、６５の設計が不要となる。

次に図１１～図１５を参照し、図６の基本構成に対して応答性補償器７０の実装箇所を変更した変形例の構成を説明する。各変形例１～５において、ＥＣＵ４２１～４２５は、コラムアシストトルクＴａｃを演算するコラム基本アシスト制御器５１及びコラム安定化制御器５５を有する。また、ＥＣＵ４２１～４２５は、ラックアシストトルクＴａｒの演算に関し、基本アシストトルク制御又は安定化トルク制御の少なくとも一方について、応答性補償器７０を通してコラム側の制御と共通化する。

ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂの演算用のコラム基本アシスト制御器には「５１Ｒ」の符号を付して、コラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂの演算用のコラム基本アシスト制御器５１と区別する。また、ラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂの演算用のコラム安定化制御器には「５５Ｒ」の符号を付して、コラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂの演算用のコラム安定化制御器５５と区別する。

図１１に示す変形例１のＥＣＵ４２１は、ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂの演算用のコラム基本アシスト制御器５１Ｒ、及び、ラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂの演算用のコラム安定化制御器５５Ｒを有し、それらの共通の入力部に応答性補償器７０が実装される。変形例１の構成は、基本アシスト制御及び安定化制御の両方を共通化するものであり、図６の基本構成と等価である。したがって、変形例１は、基本構成と同様の作用効果を奏する。

図１２に示す変形例２では、基本アシスト制御のみをコラム側とラック側とで共通化し、安定化制御はそれぞれで行う。一般に基本アシストトルクの制御は、トーショントルクを横軸としアシストトルクを縦軸とするマップで構成され、操舵フィーリングに大きな影響を与える。そのため、実車での適合（すなわちチューニング）に時間を要する。

そこで変形例２のＥＣＵ４２２は、ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂの演算用のコラム基本アシスト制御器５１Ｒを有し、その入力部に応答性補償器７０が実装される。また、ＥＣＵ４２２は、ラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂを演算するラック安定化制御器６５を有する。これにより、時間のかかる基本アシスト制御について、ＥＣＵ４２２の演算負荷を低減し演算時間を短縮することができる。

図１３に示す変形例３では、安定化制御のみをコラム側とラック側とで共通化し、基本アシスト制御はそれぞれで行う。ＥＣＵ４２３は、ラック安定化トルクＴａｒ＿ｓｔａｂの演算用のコラム安定化制御器５５Ｒを有し、その入力部に応答性補償器７０が実装される。また、ＥＣＵ４２３は、ラック基本アシストトルクＴａｒ＿ｂを演算するラック基本アシスト制御器６１を有する。変形例３の構成では、実車での適合には時間がかかるが、操舵フィーリングの調整幅を広げることができ、操舵フィーリングが向上する。

図１４に示す変形例４のＥＣＵ４２４は、図１２の変形例２に対し、コラム基本アシスト制御器５１Ｒの出力側に応答性補償器７０が実装されるものであり、変形例２の構成と等価である。図１５に示す変形例５のＥＣＵ４２５は、図１３の変形例３に対し、コラム安定化制御器５５Ｒの出力側に応答性補償器７０が実装されるものであり、変形例３の構成と等価である。

以上のように変形例２～５のＥＣＵ４２２～４２５は、基本アシストトルク又は安定化トルクのいずれか一方に関し、コラム側の制御とラック側の制御とを共通化する。すなわちＥＣＵ４２２～４２５は、コラムモータ８１及びラックモータ８２の基本アシスト制御又は安定化制御のいずれか一方を共通化する。これにより、ラック側の制御器６１、６５のうち一方の設計が不要となる。

（第３実施形態）
次に図１６を参照し、第３実施形態の制御構成について説明する。第３実施形態のＥＣＵ４３は、図６に示す第２実施形態の基本構成のＥＣＵ４２に対し、アシスト補償トルクＴａｃ＿ｃｏｍｐ、Ｔａｒ＿ｃｏｍｐを演算するアシスト補償制御器５８、６８をさらに有する。なお、第３実施形態を説明する上では、ＥＣＵ４３は、少なくともラックアシスト補償制御器６８を含めばよく、コラムアシスト補償制御器５８は無くてもよい。また、図１１～１５に示す第２実施形態の各変形例のＥＣＵ４２１～４２５において、アシスト補償制御器５８、６８をさらに含むようにしてもよい。

アシスト補償制御には、以下の事象のうち一つ以上を改善する制御が含まれる。
（１）ハンドルフィーリング
（２）車両収斂性又はハンドル収斂性
（３）ハンドル手放し時における中立戻り性
（４）車両運動

コラムアシスト補償制御器５８は、トーショントルクＴｓ、コラムモータ角θｃ、コラムモータ角速度ωｃの情報に基づいて、上記事象を改善するためのコラムアシスト補償トルクＴａｃ＿ｃｏｍｐを演算する。ラックアシスト補償制御器６８は、トーショントルクＴｓ、ラックモータ角θｒ、ラックモータ角速度ωｒの情報に基づいて、上記事象を改善するためのラックアシスト補償トルクＴａｒ＿ｃｏｍｐを演算する。なお、演算に用いられる情報は上記のうち一部でもよく、また、破線で示すように車速Ｖ等の情報が用いられてもよい。

コラムアシスト補償制御器５８が出力したコラムアシスト補償トルクＴａｃ＿ｃｏｍｐは、基本アシストトルクＴａｃ＿ｂと安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂとを加算したトルクに対し、さらに加算器５９で加算される。また、ラックアシスト補償制御器６８が出力したラックアシスト補償トルクＴａｒ＿ｃｏｍｐは、応答性補償器７０の出力（Ｔａｒ＿ｂ＋Ｔａｒ＿ｓｔａｂ）に対し、さらに加算器６９で加算される。

すなわち、ラックアシスト補償トルクＴａｒ＿ｃｏｍｐは、応答性補償器７０を通さずに、コラム基本アシストトルクＴａｃ＿ｂ及びコラム安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂの和を応答性補償器７０で処理した後の値に加算される。したがって第３実施形態では、基本アシスト制御及び安定化制御とは独立して、アシスト補償制御を実施することができる。

（第４実施形態）
次に図１７を参照し、第４実施形態の制御構成について説明する。上記実施形態のＥＣＵの構成では、安定化制御器５５、６５の出力は、基本アシスト制御器５１、６１のアシストゲインの値にかかわらず演算される。つまり、基本アシスト制御でのアシストゲイン（図１７中「ＡｓＧａｉｎ」）が最大のときでも操舵系を安定化できる「安定化重視」の制御となっている。しかし一般に安定性と応答性との両立は難しく、安定性を確保すれば応答性が損なわれる。そこで第４実施形態では、アシストゲインの最大値に対する比の値に応じて安定化制御の出力を調整する構成を採用する。

図１７には、ＥＣＵ４４の制御構成のうちコラム側の基本アシスト制御器５１及び安定化制御器５５を示し、ラック側については省略する。コラム基本アシスト制御器５１は、アシストマップ５２、乗算器５３及び調整器５４を含む。アシストマップ５２は、トーショントルクＴｓ、コラムモータ角θｃ、コラムモータ角速度ωｃ及び車速Ｖ等の情報に基づいてアシストゲインＡｓＧａｉｎを算出する。乗算器５３は、トーショントルクＴｓにアシストゲインＡｓＧａｉｎを乗じて基本アシストトルクＴａｃ＿ｂを出力する。調整器５４は、アシストゲインの最大値に対する比であるアシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）を調整係数としてスケジューリング（調整）する。ここで、ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘはシステム設計初期から決定している最大値である。アシストゲイン比は、最大アシスト出力に対するアシスト出力の割合に反映される。

調整器５４がスケジューリングしたアシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）は、コラム安定化制御器５５の出力側に設けられた乗算器５６にて、コラム安定化制御器５５が演算した調整前の安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂ＿０に乗算される。つまり、コラム安定化制御器５５の出力は、アシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）によって調整され、調整後の安定化トルクＴａｃ＿ｓｔａｂが加算器５７で基本アシストトルクＴａｃ＿ｂに加算される。

例えば、設計初期にアシストゲインの最大値ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘが２０に設定されており、アシストゲインＡｓＧａｉｎの算出結果が１の場合、アシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）は（１／２０）である。このときＥＣＵ４４は、安定化制御出力を最大出力の（１／２０）とする。また、アシストゲインＡｓＧａｉｎの算出結果が２０の場合、アシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）は１であり、ＥＣＵ４４は、安定化制御出力を最大出力とする。

このように第４実施形態では、コラム基本アシスト制御器５１、６１のアシストゲインＡｓＧａｉｎの値が大きいほど、安定化制御器５５、６５の出力が増加されるように調整される。これにより、安定性が低くてもよい領域での応答性を確保することができ、操舵フィーリングの向上につながる。なお、調整器５４がスケジューリングする調整係数は、アシストゲイン比（ＡｓＧａｉｎ／ＡｓＧａｉｎ＿Ｍａｘ）に限らず、アシストゲインの値に伴って増加する関数やマップの値としてもよい。関数やマップの値は、連続的でなく、ステップ的に変化するものでもよい。

（第５実施形態）
次に図１８を参照し、第５実施形態によるＥＣＵの設置構成について説明する。図１８に示すように、第５実施形態の電動パワーステアリング装置１０２は、「一つ以上の演算器」として複数のＥＣＵ４０１、４０２を備える。複数のＥＣＵ４０１、４０２は、コラムモータ８１の駆動を制御するコラムＥＣＵ４０１と、ラックモータ８２の駆動を制御するラックＥＣＵ４０２というように、機能を分担した構成としてもよい。この場合、コラムＥＣＵ４０１とコラムモータ８１とが一体に構成された、いわゆる「機電一体式」の構成としてもよい。ラックＥＣＵ４０２及びラックモータ８２についても同様である。

第５実施形態では、複数のＥＣＵ４０１、４０２及びモータ８１、８２が冗長的に設けられるため、一方のＥＣＵが故障した場合でも、正常なＥＣＵによりコラムモータ８１又はラックモータ８２のいずれかを駆動することができる。この場合、二台のモータ８１、８２の合計出力は低下するが、二台のモータ８１、８２が同時に停止することを回避し、アシスト機能を維持することができる。

さらに、複数のＥＣＵ４０１、４０２が、それぞれ両方のモータ８１、８２の駆動を制御可能な冗長構成とすれば、いずれか一方のＥＣＵが故障しても、正常なＥＣＵにより、二台のモータ８１、８２の駆動を継続することができる。

また、複数のＥＣＵ４０１、４０２は通信線４８で接続され、互いに情報を通信するようにしてもよい。通信線４８は、マイコン間通信用の専用線でもよく、車載通信ネットワークであるＣＡＮバス等が用いられてもよい。例えば他のＥＣＵの故障状態等を相互監視することにより、他のＥＣＵの故障を検知した正常なＥＣＵが適切な処置を実行することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記第２実施形態の応答性補償器７０とは逆に、ラック側応答特性を基準とし、「所定の周波数領域におけるラック側応答特性に対するコラム側応答特性のゲイン及び位相の差分を補償する」ように応答性補償器が設けられてもよい。すなわち、図１０の構成とは逆に、（Ｇ３／Ｇ２）の伝達特性を有する応答性補償器がラックアシストマップの後に実装される構成としてもよい。

（ｂ）トルクセンサは、図１に示すようにステアリングシャフト９３の途中に設けられる構成に限らず、インターミディエイトシャフト９５の途中に設けられ、インターミディエイトシャフト９５に付与されるトーショントルクを検出するものでもよい。また、複数個所に複数のトルクセンサが冗長的に設けられてもよい。

（ｃ）コラムアクチュエータ及びラックアクチュエータは、回転出力を生成するモータに限らず、直線出力を生成するリニアアクチュエータでもよい。

（ｄ）「複数のアクチュエータ」は、一台のコラムアクチュエータ及び一台のラックアクチュエータの二台に限らず、三台以上のアクチュエータが冗長的に設けられてもよい。その場合、基準アクチュエータに対し、それぞれのアクチュエータに対する応答性補償器が設けられ、基本アシストトルク又は安定化トルクの少なくとも一方について制御が共通化されてもよい。

以上、本発明は上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０１、１０２・・・電動パワーステアリング装置、
４０１、４０２・・・ＥＣＵ（演算器）、
５１・・・コラム基本アシスト制御器、 ６１・・・ラック基本アシスト制御器、
５５・・・コラム安定化制御器、 ６５・・・ラック安定化制御器、
５７、６７・・・加算器、
８１・・・コラムモータ（コラムアクチュエータ）、
８２・・・ラックモータ（ラックアクチュエータ）、
９０・・・ステアリングシステム、 ９１・・・ハンドル、 ９２・・・コラム、
９３・・・ステアリングシャフト、 ９４・・・トルクセンサ、
９５・・・インターミディエイトシャフト、
９７・・・ラック、 ９９・・・タイヤ。

Claims (6)

1. ハンドル（９１）に入力されたハンドルトルク（Ｔｈ）が、コラム（９２）に内包されたステアリングシャフト（９３）からインターミディエイトシャフト（９５）及びラック（９７）を経由してタイヤ（９９）に伝達される車両のステアリングシステム（９０）において、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを生成する電動パワーステアリング装置であって、
   前記インターミディエイトシャフトに対し前記コラム側に設けられ、コラムアシストトルク（Ｔａｃ）を出力するコラムアクチュエータ（８１）と、
   前記インターミディエイトシャフトに対し前記ラック側に設けられ、ラックアシストトルク（Ｔａｒ）を出力するラックアクチュエータ（８２）と、
   前記ステアリングシャフト又は前記インターミディエイトシャフトに付与されるトーショントルク（Ｔｓ）を検出する一つ以上のトルクセンサ（９４）と、
   少なくとも前記トルクセンサが検出したトーショントルクに基づいて、前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの指令値を演算する一つ以上の演算器（４０、４０１、４０２）と、を備え、
   前記コラムアシストトルクの変化に対する前記トーショントルクの応答特性をコラム側応答特性と定義し、前記ラックアシストトルクの変化に対する前記トーショントルクの応答特性をラック側応答特性と定義すると、
   前記演算器は、
   前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの主の要素として、前記トーショントルクに基づく基本アシストトルクを個別に又は共通に演算する基本アシスト制御器（５１、６１）と、
   前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの他の要素として、操舵系を安定化させる安定化トルクを個別に又は共通に演算する安定化制御器（５５、６５）と、
   前記基本アシストトルクと前記安定化トルクとを加算する加算器（５７、６７）と、
   所定の周波数領域における前記コラム側応答特性に対する前記ラック側応答特性のゲイン及び位相の差分を補償する応答性補償器（７０）と、
   を有 し、
   前記基本アシストトルク又は前記安定化トルクの少なくとも一方に関し、前記コラムアシストトルクの要素を前記応答性補償器で処理した後の値が、前記ラックアシストトルクの要素として出力される 電動パワーステアリング装置。
2. 前記演算器は、前記ラックアシストトルクについて、ハンドルフィーリング、車両収斂性又はハンドル収斂性、ハンドル手放し時における中立戻り性、車両運動のうち一つ以上の改善に関するラックアシスト補償トルクを演算するラックアシスト補償制御器（６８）をさらに有し、
   前記ラックアシスト補償トルクは、前記応答性補償器を通さずに、前記コラムアシストトルクの要素を前記応答性補償器で処理した後の値に加算される請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記演算器は、前記基本アシスト制御器のアシストゲインの値に応じて前記安定化制御器の出力を調整する請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. ハンドル（９１）に入力されたハンドルトルク（Ｔｈ）が、コラム（９２）に内包されたステアリングシャフト（９３）からインターミディエイトシャフト（９５）及びラック（９７）を経由してタイヤ（９９）に伝達される車両のステアリングシステム（９０）において、複数のアクチュエータにより操舵アシストトルクを生成する電動パワーステアリング装置であって、
   前記インターミディエイトシャフトに対し前記コラム側に設けられ、コラムアシストトルク（Ｔａｃ）を出力するコラムアクチュエータ（８１）と、
   前記インターミディエイトシャフトに対し前記ラック側に設けられ、ラックアシストトルク（Ｔａｒ）を出力するラックアクチュエータ（８２）と、
   前記ステアリングシャフト又は前記インターミディエイトシャフトに付与されるトーショントルク（Ｔｓ）を検出する一つ以上のトルクセンサ（９４）と、
   少なくとも前記トルクセンサが検出したトーショントルクに基づいて、前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの指令値を演算する一つ以上の演算器（４０、４０１、４０２）と、を備え、
   前記演算器は、
   前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの主の要素として、前記トーショントルクに基づく基本アシストトルクを個別に又は共通に演算する基本アシスト制御器（５１、６１）と、
   前記コラムアシストトルク及び前記ラックアシストトルクの他の要素として、操舵系を安定化させる安定化トルクを個別に又は共通に演算する安定化制御器（５５、６５）と、
   前記基本アシストトルクと前記安定化トルクとを加算する加算器（５７、６７）と、
   を有 し、
   前記基本アシスト制御器のアシストゲインの値に応じて前記安定化制御器の出力を調整 する電動パワーステアリング装置。
5. 複数の前記演算器（４０１、４０２）を備える請求項１～４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 複数の前記演算器は通信線（４８）で接続され、互いに情報を通信する請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

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