JPWO2016027663A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面の状態に影響されず、操舵トルクを舵角及び舵角速度に応じた値になるように制御することにより、所望の操舵トルクを実現できる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、ＳＡＴ値に基づいてＳＡＴ補償値を演算するＳＡＴ補償値演算部と、ＳＡＴ補償値、舵角及び舵角速度に基づいて操舵反力補償値を演算する操舵反力補償値演算部とを備え、操舵反力補償値で電流指令値を補正する。また、トーションバーの捩れ角を、操舵角に応じた値に追従するように制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に舵角、舵角速度及びＳＡＴ（セルフアライニングトルク）補償値に基づく操舵反力補償値を用いて電流指令値を補正することにより、或いはトーションバーの捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御することにより、路面の状態に影響されず、舵角及び舵角速度に対して、或いは舵角に対して同等の操舵トルクを実現できる高性能な電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから得ることもできる。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。

減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ制御部３５でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。また、モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、操舵角θが出力される。

補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、電流指令値の特性改善を行う。

このように、従来の電動パワーステアリング装置では、運転者の手入力にて加えた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクをトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。そのため、路面の状態（例えば傾斜、低μ路等）の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。

特許第５０７４９７１号公報 特許第５２０８８９４号公報

路面の状態に影響されず、操舵角に対して同等の操舵トルクを実現する電動パワーステアリング装置を提案する先行技術として、特許第５０７４９７１号公報（特許文献１）に示されるものがある。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、ステアリング軸反力トルク（ＳＡＴ）を考慮することにより、操舵トルクのオンセンター感を維持したままヒステリシス幅の変化を抑え、操舵フィーリングを良好なものとするため、ステアリング軸反力トルクを検出するステアリング軸反力トルク検出手段と、少なくとも切り戻し状態を判定する操舵状態判定手段とを備え、切り戻し状態と判定された場合、ステアリング軸反力トルクに基づいて基本アシスト指令値を増加する方向に補正している。

しかしながら、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、ステアリング軸反力トルク（ＳＡＴ）を対象とし、舵角や舵角速度を考慮していないため、路面の状態に影響されず、舵角や舵角速度に応じた操舵トルクを実現できないという問題がある。

また、特許第５２０８８９４号公報（特許文献２）に示される電動パワーステアリング装置では、操舵トルク（捩れ角）の目標値と操舵トルクとの偏差に対し、ＰＩ（比例積分）した演算結果を電流指令値としているため、円滑性が悪く、動作が安定しないと共に、目標値に対して追従性が良くないという問題がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、路面の状態に影響されず、操舵トルクを舵角及び舵角速度に応じた値になるように制御することにより、或いはトーションバーの捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御することにより、舵角や舵角速度に応じた操舵トルクを実現できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ＳＡＴ値に基づいてＳＡＴ補償値を演算するＳＡＴ補償値演算部と、前記ＳＡＴ補償値、舵角及び舵角速度に基づいて操舵反力補償値を演算する操舵反力補償値演算部とを備え、前記操舵反力補償値で前記電流指令値を補正することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記操舵反力補償値演算部が、前記舵角を入力してバネ成分補償値を算出する仮想バネ定数ゲイン部と、前記舵角速度を入力してダンパ成分補償値を算出する仮想ダンパ定数ゲイン部と、前記バネ成分補償値及び前記ダンパ成分補償値を加算してバネ・ダンパ成分補償値を算出する加算部と、前記ＳＡＴ補償値から前記バネ・ダンパ成分補償値を減算して前記操舵反力補償値を算出する減算部とで構成されていることにより、或いは前記ＳＡＴ補償値演算部が、前記操舵トルク、モータ角速度、モータ角加速度及び前記電流指令値に基づいてＳＡＴ値を求めるＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ値のノイズを除去するフィルタと、前記フィルタの出力にゲインを乗算して前記ＳＡＴ補償値を出力するゲイン部とで構成されていることにより、或いは前記フィルタ及びゲイン部が車速感応型になっていることにより、或いは前記仮想バネ定数ゲイン部及び前記仮想ダンパ定数ゲイン部が車速感応型になっていることにより、或いは前記補正が、前記電流指令値への前記操舵反力補償値の加算であることにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、モータ電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、操舵角に応じた目標捩れ角及び前記操舵系の実捩れ角の偏差と、前記実捩れ角とに基づく捩れ角制御演算で前記モータ電流指令値を演算し、前記実捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記目標捩れ角が、前記操舵角を入力する捩れ角テーブルによって算出されることにより、或いは前記捩れ角テーブルが車速感応型になっていることにより、或いは前記捩れ角制御演算が、前記目標捩れ角及び実捩れ角の偏差を求める減算部と、前記偏差を位置制御して前記目標捩れ角速度を出力する位置制御部と、前記実捩れ角を微分する微分部と、前記目標捩れ角速度及び前記微分の出力を入力して速度制御する速度制御部とで実施されることにより、或いは前記速度制御部が、Ｐ制御演算、Ｉ制御演算、Ｄ制御演算の少なくとも１つ若しくはそれらの組み合わせで実施されることにより、或いは前記速度制御演算部の後段にリミッタが設けられていることにより、或いは前記モータ電流指令値に、アシスト制御の電流指令値を加算、若しくはＳＡＴ推定値の電流指令値を加算、若しくはハンドル振動抑制のための電流指令値を加算していることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ＳＡＴを考慮し、操舵角（舵角）及び舵角速度に応じた反力補正を行っているので、路面の状態に影響されず、一定な操舵フィーリングを得ることが可能である。操舵トルクを舵角及び舵角速度に応じた値になるように制御しているので、所望の操舵トルクを実現できる。

また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トーションバーの捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御しているので、路面の状態に影響されず、操舵角に対して同等の操舵トルクを実現でき、一定な操舵フィーリングを得ることが可能である。捩れ角の目標値と実捩れ角の偏差に対して、位置制御、目標捩れ角速度、捩れ角速度に対して、ＰＩＤ制御の少なくとも１つを使用している速度制御により、円滑にかつ安定した動作となり、目標値に対する追従性が良く、定常偏差が残り難い利点がある。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ＳＡＴ補償値演算部の構成例を示すブロック図である。 操舵反力補償値演算部の構成例を示すブロック図である。 仮想バネ定数ゲイン部の特性の一例を示す特性図である。 仮想バネ定数ゲイン部の特性の一例を示す特性図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の動作例（第１実施形態）を、従来例と比較して示す特性図である。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の動作例（第２実施形態）を示す操舵角特性図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示す捩れ角特性図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示す操舵トルク特性図である。 捩れ角テーブルの他の例を示す特性図である。

本発明は、路面の状態に影響されず、舵角（操舵角）及び舵角速度に対して、或いは操舵角に対して同等の操舵トルクを実現して一定の操舵フィーリングを得るため、舵角及び舵角速度よりバネ・ダンパ成分補償値を求め、更にＳＡＴ補償値とバネ・ダンパ成分補償値に基づいて操舵反力補償値を算出し、操舵反力補償値で電流指令値を補正し、或いはトーションバーの捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御し、それぞれ所望の操舵トルクを実現している。

本発明では、路面反力のＳＡＴを考慮し、操舵角（舵角）及び舵角速度に応じた反力補正を行っているので、路面の状態に影響されず、一定な操舵フィーリングを得ることが可能である。また、本発明では、操舵角に応じて算出される捩れ角の目標値と、トーションバーから検出される実捩れ角との偏差に対して、位置制御部並びにＰＩＤ制御の少なくとも１つで構成された速度制御部を通してモータ電流指令値を演算しており、安定的で精度の高い制御を実現できる。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図３は本発明の構成例（第１実施形態）を示しており、コントロールユニット１００は、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ、舵角θ、舵角速度（モータ角速度）ω及び舵角加速度（モータ角加速度）αを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部１１０と、インバータ等で構成されるモータ駆動部２３によるモータ２０の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部１２０とで構成されている。

トルク系制御部１１０は、電流指令値演算部１１１、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３、ロバスト安定化補償部１１４、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）補償値演算部１５０及び操舵反力補償値演算部１６０によって構成され、加算部１１６Ａ及び１１６Ｂ、減算部１１６Ｃを具備している。また、モータ系制御部１２０は、補償部１２１、外乱推定部１２２、モータ角速度演算部１２３、モータ角加速度演算部１２４及びモータ特性補償部１２５で構成され、加算部１２６Ａ及び１２６Ｂを具備している。

操舵トルクＴｈは電流指令値演算部１１１、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され、車速Ｖｅｌは電流指令値演算部１１１に入力され、ヨーレート収れん性制御部１１３は車速Ｖｅｌをパラメータ入力としている。電流指令値演算部１１１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて電流指令値Ｉａを演算し、微分制御部１１２はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現する機能を有しており、電流指令値Ｉａに微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算し、その加算結果である電流指令値ＩｂをＳＡＴ補償値演算部１５０に入力すると共に、加算部１１６Ｂに入力している。

ヨーレート収れん性制御部１１３は操舵トルクＴｈ及び舵角速度ωを入力し、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。ヨーレート収れん性制御部１１３のヨ−レート信号ＹＲは加算部１１６Ｂで電流指令値Ｉｂに加算され、加算結果である電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１１４に入力される。

また、ＳＡＴ補償値演算部１５０は操舵トルクＴｈ、加算部１１６Ａからの電流指令値Ｉｂ、モータ角速度演算部１２３からの舵角速度ω、モータ角加速度演算部１２４からの舵角加速度αを入力してＳＡＴ値を推定し、推定したＳＡＴ値をフィルタ及びゲイン部を用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるＳＡＴ補償値ＩＳＡＴを出力する。ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴは操舵反力補償値演算部１６０に入力され、操舵反力補償値演算部１６０には更に舵角θ及び舵角速度ωが入力されており、演算された操舵反力補償値ＩＳＫＣは加算部１１６Ｃに入力される。

また、加算部１１６Ｂの加算で得られる電流指令値Ｉｃはロバスト安定化補償部１１４に入力されるが、ロバスト安定化補償部１１４は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部１１４の出力である電流指令値Ｉｄは加算部１１６Ｃで操舵反力補償値ＩＳＫＣと加算され、加算された電流指令値Ｉｅがモータ系制御部１２０内の加算部１２６Ａに入力される。

モータ系制御部１２０内のモータ角速度演算部１２３は、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流Ｉｍに基づいて舵角速度（モータ角速度）ωを演算し、舵角速度ωはモータ角加速度演算部１２４、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力される。モータ角加速度演算部１２４は、入力された舵角速度ωに基づいて舵角加速度αを演算し、舵角加速度αはモータ特性補償部１２５及びＳＡＴ補償値演算部１５０に入力される。モータ特性補償部１２５からのモータ特性信号Ｉｍａを加算部１２６Ａで電流指令値Ｉｅに加算し、その加算結果である電流指令値Ｉｆが微分補償器等で成る補償部１２１に入力される。補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｇに、外乱推定部１２２の出力を加算部１２６Ｂで加算した信号が、モータ駆動部２３及び外乱推定部１２２に入力される。

外乱推定部１２２は特開平８−３１０４１７号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｇに外乱推定部１２２の出力を加算した電流指令値Ｉｈと、モータ電流値Ｉｍとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。

図４はＳＡＴ補償値演算部１５０の構成例を示しており、アシスト力Ｔｍに相当する電流指令値Ｉｂ及び操舵トルクＴｈを加算部１５１で加算し、その加算結果から舵角加速度αにモータの慣性Ｊを乗算した信号を減算部１５２で減算し、その減算結果から更に、舵角速度ωの正又は負の符号を静摩擦Ｆｒに乗算した信号を減算部１５３で減算している。減算部１５３の減算結果はＳＡＴ推定値＊ＳＡＴであり（例えば特開２００８−１８８２５号公報）、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴは、車速感応型で周波数特性を有するフィルタ１５４に入力され、更に車速感応型のゲイン部１５５でゲインを乗算されることによりＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが得られる。

なお、フィルタ１５４は、静特性ゲインとして、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを有する位相遅れフィルタである。また、ゲイン部１５５は、据え切りや低速走行といった路面情報の重要性が比較的低い場合に、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴを小さくする機能を有している。

また、図５は操舵反力補償値演算部１６０の構成例を示しており、舵角θは例えば図６に示されるような車速感応型の特性を有する仮想バネ定数ゲイン部１６１に入力され、舵角速度ωは例えば図７に示されるような車速感応型の特性を有する仮想ダンパ定数ゲイン部１６２に入力される。仮想バネ定数ゲイン部１６１からのバネ成分補償値ＩＫｍ及び仮想ダンパ定数ゲイン部１６２からのダンパ成分補償値ＩＣｍは加算部１６３で加算され、加算結果であるバネ・ダンパ成分補償値ＩＫＣｍが減算部１６４に減算入力される。減算部１６４には、ＳＡＴ補償値演算部１５０からのＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが加算入力されており、減算部１６４の減算結果（＝ＩＳＡＴ−ＩＫＣｍ）が操舵反力補償値ＩＳＫＣとして出力され、操舵反力補償値ＩＳＫＣは加算部１１６Ｃに入力される。

なお、仮想バネ定数ゲイン部１６１は図６では車速感応型となっているが、車速感応型でなくても良い。同様に、仮想ダンパ定数ゲイン部１６２は図７では車速感応型となっているが、車速感応型でなくても良い。

このような構成において、その動作例（第１実施形態）を図８のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ、舵角θ及び舵角速度ωが入力され（ステップＳ１）、電流指令値演算部１２１、微分制御部１２２等で電流指令値Ｉｂが演算され（ステップＳ２）、更にヨーレート収れん性制御部１１３でヨーレート信号ＹＲが算出され、ヨーレート信号ＹＲが加算された電流指令値Ｉｃがロバスト安定化補償部１２４を経て電流指令値Ｉｄとして出力される。

電流指令値Ｉｂ、モータ角加速度演算部１２４で演算された舵角加速度αはＳＡＴ補償値演算部１５０に入力され（ステップＳ３）、加算部１５１及び１５２、減算部１５３でＳＡＴ推定値＊ＳＡＴが算出される（ステップＳ４）。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィルタ１５４及びゲイン部１５５でフィルタ及びゲイン処理を施され（ステップＳ５）、ＳＡＴ補償値ＩＳＡＴが出力されて操舵反力補償値演算部１６０に入力される（ステップＳ６）。

操舵反力補償値演算部１６０は、仮想バネ定数ゲイン部１６１で舵角θに応じてバネ成分補償値ＩＫｍを算出し（ステップＳ１０）、仮想ダンパ定数ゲイン部１６２で舵角速度ωに応じてダンパ成分補償値ＩＣｍを算出し（ステップＳ１１）、更に加算部１６３でバネ成分補償値ＩＫｍ及びダンパ成分補償値ＩＣｍを加算し、減算部１６４で、加算結果であるバネ・ダンパ成分補償値ＩＫＣｍをＳＡＴ補償値ＩＳＡＴから減算して操舵反力補償値ＩＳＫＣを算出して出力する（ステップＳ１２）。

操舵反力補償値ＩＳＫＣは加算部１１６Ｃに入力されて電流指令値Ｉｄと加算され、更に加算部１２６Ａでモータ特性信号Ｉｍａを加算され、補償部１２１及びモータ駆動部２３を介してモータ２０を駆動し（ステップＳ２０）、終了となるまで上記動作を繰り返す（ステップＳ２１）。

図９は本発明（第１実施形態）の動作例を示す特性図であり、図９（Ａ）に示す操舵パターン特性で操舵角θを変動させた場合、従来では図９（Ｂ）の実線（通常道路）及び破線（雨天時などの滑りやすい路面、低μ路）のような大きな差異を有する特性となるが、本発明によれば、操舵反力補償により、操舵トルクを舵角及び舵角速度に応じた値となるように制御しているので、図９（Ｃ）の実線（通常道路）及び破線（雨天時などの滑りやすい路面、低μ路）のように、路面に依らずほぼ一定な特性となる。

なお、ＳＡＴ補償値は直接、ラックフォース、インタミトルクを検出した値にフィルタ及びゲイン部で処理するようにしても良い。また、舵角はハンドル部に取付けられた角度センサであっても、コラム側に取付けられた角度センサ、或いはモータ角度より算出しても良い。

次に、操舵角に対して同等の操舵トルクを実現して一定の操舵フィーリングを得るため、トーションバーの捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御し、所望の操舵トルクを実現する第２実施形態を説明する。

図１０は本発明の第２実施形態を示しており、操舵角θｈは捩れ角テーブル２１０に入力され、捩れ角テーブル２１０で操舵角θｈに応じて算出された目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部２２０に入力される。捩れ角制御部２２０にはＥＰＳ（操舵）系２００のトーションバーからの実捩れ角Δθが入力され、捩れ角制御部２２０は目標捩れ角Δθｒｅｆと実捩れ角Δθの偏差に応じてモータ電流指令値Ｉｒｅｆを演算し、演算されたモータ電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて、実捩れ角Δθが目標捩れ角ΔθｒｅｆとなるようにＥＰＳ（操舵）系２００を駆動する。

捩れ角テーブル２１０は、入力される操舵角θｈに応じて目標捩れ角Δθｒｅｆを出力する。即ち、操舵角θｈが正又は負方向に大きくなるに従って、徐々に正又は負方向に大きくなる目標捩れ角Δθｒｅｆを出力する。出力特性は図１０に示すような非線形が望ましいが、線形であっても良い。

また、捩れ角テーブル２１０からの目標捩れ角Δθｒｅｆ及びトーションバーからの実捩れ角Δθは捩れ角制御部２２０に入力されるが、捩れ角制御部２２０は例えば図１１に示すような構成となっている。

即ち、目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部２２１に加算入力され、実捩れ角Δθは減算部２２１に減算入力されると共に、微分部２２３に入力されて時間微分される。減算部２２１で算出された目標捩れ角Δθｒｅｆ及び実捩れ角Δθの偏差は位置制御ゲインＫｐｐの位置制御部２２２に入力され、位置制御ゲインＫｐｐを乗算されて目標捩れ角速度Δωｒが得られる。目標捩れ角速度Δωｒは次段の速度制御部２２４内の減算部２２４−１に加算入力され、微分部２２３の微分値は速度制御部２２４内の減算部２２４−１に減算入力されると共に、比例制御ゲインＫｖｐの比例制御演算部２２４−３に入力される。

減算部２２４−１の減算結果は積分制御ゲインＫｖｉの積分制御演算部２２４−２に入力されて積分され、その積分制御結果ＳＣ１は減算部２２４−４に加算入力される。また、比例制御演算部２２４−３の比例制御結果ＳＣ２は減算部２２４−４に減算入力され、減算部２２４−４における減算結果（＝ＳＣ１−ＳＣ２）である電流値Ｉｒがリミッタ２２５で最大値を制限され、最大値を制限されたモータ電流指令値Ｉｒｅｆが出力される。モータ電流指令値ＩｒｅｆがＥＰＳ系２００の指令値となってモータが駆動される。

このような構成において、その動作例（第２実施形態）を図１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵角θｈが捩れ角テーブル２１０に入力され（ステップＳ３０）、捩れ角テーブル２１０は操舵角θｈに応じた目標捩れ角Δθｒｅｆを算出し、目標捩れ角Δθｒｅｆを減算部２２１に入力する（ステップＳ３１）。また、ＥＰＳ系２００のトーションバーで実捩れ角Δθが検出され（ステップＳ３２）、減算部２２１に入力される。減算部２２１で目標捩れ角Δθｒｅｆ及び実捩れ角Δθの偏差が演算され（ステップＳ３３）、偏差が位置制御部２２２に入力されて、位置制御ゲインＫｐｐを乗算されることによって目標捩れ角速度Δωｒが演算される（ステップＳ３４）。

また、ＥＰＳ系２００からの実捩れ角Δθは微分部２２３で時間微分され（ステップＳ３５）、この微分結果及び位置制御部２２２からの目標捩れ角速度Δωｒが速度制御部２２０に入力されて、速度制御の演算が実施される（ステップＳ３６）。本実施形態の速度制御部２２０はＩ−Ｐ制御構造であり、Ｉ−Ｐ制御で得られた電流値Ｉｒがリミッタ２２５で最大値を制限され（ステップＳ３７）、得られたモータ電流指令値ＩｒｅｆでＥＰＳ系２００を駆動し（ステップＳ３８）、終了となるまで上記動作を繰り返す。

速度制御部２２４は、先ず目標捩れ角速度Δωｒと微分部２２３からの微分結果の偏差を減算部２２４−１で求め、偏差を積分制御演算部２２４−２で積分制御ゲインＫｖｉを乗算して積分し、その積分制御結果ＳＣ１を減算部２２４−４に加算入力する。また、微分結果を比例制御演算部２２４−３に入力して比例制御ゲインＫｖｐを乗算して比例制御演算を行い、比例制御結果ＳＣ２を減算部２２４−４に減算入力し、減算部２２４−４で“積分制御結果ＳＣ１−比例制御結果ＳＣ２”を演算して電流値Ｉｒを求めるようになっている。

図１３〜図１５は本実施形態２の動作例を示す特性図であり、図１３に示す特性で操舵角θｈを変動させた場合、図１４の細線のような目標捩れ角Δθｒｅｆが捩れ角テーブル２１０から出力される。そして、目標捩れ角Δθｒｅｆ（細線）に対して捩れ角Δθ（太線）が追従するように動作し、この結果、手感に現れる操舵トルクは図１５に示すようになる。

なお、上述した捩れ角テーブル２１０は操舵角θｈのみに対応した特性であるが、車速Ｖに応じて変化する車速感応型であっても良い。車速感応型テーブルの場合には図１６に示すように、車速Ｖが高くなるに従って目標捩れ角Δθｒｅｆが全体的に大きくなる特性である。また、捩れ角テーブル２１０の前段若しくは後段に位相補償部を設けても良く、捩れ角制御のモータ電流指令値に従来のアシスト制御の電流指令値を加算しても良い。更に捩れ角制御のモータ電流指令値にＳＡＴ推定値の電流指令値又はハンドル振動抑制のための電流指令値を加算しても良い。速度制御部は上述のＩ−Ｐ制御構造に限定されるものではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ−Ｄ制御であっても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
２３ モータ駆動部
３０、１００ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３５ ＰＩ制御部
３６ ＰＷＭ制御部
１１０ トルク系制御部
１１１ 電流指令値演算部
１２０ モータ系制御部
１２２ 外乱推定部
１５０ ＳＡＴ推定値演算部
１６０ 操舵反力補償値演算部
１６１ 仮想バネ定数ゲイン部
１６２ 仮想ダンパ定数ゲイン部
２００ ＥＰＳ（操舵）系
２１０ 捩れ角テーブル
２２０ 捩れ角制御部
２２２ 位置制御部
２２４ 速度制御部

Claims (13)

1. 操舵トルク及び車速に基づいて演算された電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   ＳＡＴ値に基づいてＳＡＴ補償値を演算するＳＡＴ補償値演算部と、
   前記ＳＡＴ補償値、舵角及び舵角速度に基づいて操舵反力補償値を演算する操舵反力補償値演算部と、
   を備え、前記操舵反力補償値で前記電流指令値を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記操舵反力補償値演算部が、
   前記舵角を入力してバネ成分補償値を算出する仮想バネ定数ゲイン部と、前記舵角速度を入力してダンパ成分補償値を算出する仮想ダンパ定数ゲイン部と、前記バネ成分補償値及び前記ダンパ成分補償値を加算してバネ・ダンパ成分補償値を算出する加算部と、前記ＳＡＴ補償値から前記バネ・ダンパ成分補償値を減算して前記操舵反力補償値を算出する減算部とで構成されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ＳＡＴ補償値演算部が、
   前記操舵トルク、モータ角速度、モータ角加速度及び前記電流指令値に基づいてＳＡＴ値を求めるＳＡＴ推定部と、前記ＳＡＴ値のノイズを除去するフィルタと、前記フィルタの出力にゲインを乗算して前記ＳＡＴ補償値を出力するゲイン部とで構成されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記フィルタ及びゲイン部が車速感応型になっている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記仮想バネ定数ゲイン部及び仮想ダンパ定数ゲイン部が車速感応型になっている請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記補正が、前記電流指令値への前記操舵反力補償値の加算である請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. モータ電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   操舵角に応じた目標捩れ角及び前記操舵系の実捩れ角の偏差と、前記実捩れ角とに基づく捩れ角制御演算で前記モータ電流指令値を演算し、前記実捩れ角を操舵角に応じた値に追従するように制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 前記目標捩れ角が、前記操舵角を入力する捩れ角テーブルによって算出される請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記捩れ角テーブルが車速感応型になっている請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記捩れ角制御演算が、
    前記目標捩れ角及び実捩れ角の偏差を求める減算部と、前記偏差を位置制御して前記目標捩れ角速度を出力する位置制御部と、前記実捩れ角を微分する微分部と、前記目標捩れ角速度及び前記微分の出力を入力して速度制御する速度制御部とで実施される請求項７乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記速度制御部が、Ｐ制御演算、Ｉ制御演算、Ｄ制御演算の少なくとも１つ若しくはそれらの組み合わせで実施される請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記速度制御演算部の後段にリミッタが設けられている請求項１０又は１１に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記モータ電流指令値に、アシスト制御の電流指令値を加算、若しくはＳＡＴ推定値の電流指令値を加算、若しくはハンドル振動抑制のための電流指令値を加算している請求項７乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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