WO2021029329A1 - 制御装置、駆動装置、電動パワーステアリング装置及び制御方法 - Google Patents

制御装置、駆動装置、電動パワーステアリング装置及び制御方法 Download PDF

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遠藤　修司
石村　裕幸
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Nidec Elesys Corp
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Nidec Elesys Corp
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    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input

Definitions

  • the present invention relates to a control device for controlling the drive of an electric power steering device, a drive device controlled by the control device, an electric power steering device including the drive device, and a control method.
  • EPS electric power steering device
  • the kickback vibration is a phenomenon in which the vibration of the vehicle body and the shock caused by the unevenness of the road surface cause resonance, and the steering wheel and tires vibrate.
  • the kickback vibration may cause the steering wheel to be taken and the direction of travel of the vehicle to change in an unintended direction, making it difficult to drive.
  • shimmy vibration is a phenomenon in which vibration generated by tire imbalance is transmitted to the steering wheel and the steering wheel vibrates.
  • the shimmy vibration may become a large vibration at around 100 km / h where the resonance frequency of the suspension and the rotation frequency of the tire match, which may hinder comfortable steering.
  • the steering feeling tends to have an artificial feeling, and the modeling error may be included. Therefore, the influence of the modeling error is also ineffective in the steering feeling. It may be involved in nature.
  • An object of the present invention is to provide a control device, a drive device, an electric power steering device, and a control method capable of suppressing the unnaturalness of the steering feeling and reducing the influence of disturbance on the steering feeling. is there.
  • the control device is a control device that controls an electric power steering device, and is a base assist control unit that obtains an assist torque of the electric power steering device based on the steering torque, and a torque differential that compensates for the assist torque.
  • the torque differential compensation unit has a compensation unit, and the torque differential compensation unit makes the amount of change in the compensation amount variable based on the steering torque, and the higher the frequency of the disturbance affecting the steering system, the more the disturbance with respect to the assist torque. The compensation amount for canceling is increased.
  • the drive device includes the above-mentioned control device and an electric motor driven by the control device.
  • the electric power steering device includes the above-mentioned control device, an electric motor driven by the control device, and an electric power steering mechanism driven by the electric motor.
  • the control method according to the present invention is a control method for controlling an electric power steering device, which includes a step of obtaining an assist torque of the electric power steering device based on a steering torque, a step of compensating for the assist torque, and the steering. A step of varying the amount of change in the compensation amount of the assist torque based on the torque and increasing the compensation amount for canceling the disturbance with respect to the assist torque as the frequency of the disturbance affecting the steering system is higher. Have.
  • the control device 1 controls the drive of the electric power steering device described later.
  • the control device 1 includes a base assist control unit 2, a stabilization compensation unit 3, a torque differential compensation unit 4, an adder 5, and a current control calculation unit 6.
  • the control device 1 has a configuration in which the base assist control unit 2 and the torque differential compensation unit 4 are connected in parallel.
  • the base assist control unit 2 obtains the base assist torque based on the input steering torque signal and vehicle speed signal. More specifically, the base assist control unit 2 obtains the base assist torque according to the steering torque, but the higher the vehicle speed, the smaller the base assist torque.
  • the base assist control unit 2 stores, for example, a table in which the vehicle speed, the steering torque, and the base assist torque are associated with each other in advance. With reference to this table, the vehicle speed indicated by the input vehicle speed signal and the input steering are used. Find the torque and the base assist torque associated with.
  • the base assist control unit 31 outputs a base assist torque signal corresponding to the base assist torque thus obtained to the stabilization compensation unit 3. Since the base assist torque is the torque generated to assist the steering operation in the electric power steering device, it may be simply referred to as the assist torque.
  • the stabilization compensation unit 3 performs phase compensation for the base assist torque signal input from the base assist control unit 2 by combining a plurality of phase lead compensation and phase delay compensation.
  • the frequency characteristic of the phase compensation is dynamically changed according to the steering state and the traveling vehicle speed.
  • the stabilization process is executed to obtain the assist torque of the electric power steering device, and the assist torque signal corresponding to the obtained assist torque is output to the adder 5.
  • the torque differential compensation unit 4 performs the torque differential compensation process described later for obtaining the torque differential compensation torque that compensates for the base assist torque based on the input steering torque signal and vehicle speed signal and the disturbance that affects the steering system. Execute.
  • the torque differential compensation unit 4 outputs a compensation signal corresponding to the obtained torque differential compensation torque to the adder 5.
  • the steering system includes an electric motor, an ECU, a steering wheel and the like.
  • ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
  • the torque differential compensation unit 4 of the present embodiment compensates for the dynamic influence of the inertia of the electric motor, in particular, in a state where the steering operation assist by the electric power steering device does not work (for example, when the vehicle is traveling straight ahead). The details of the configuration of the torque differential compensation unit 4 will be described later with reference to FIG.
  • the adder 5 adds the assist torque of the assist torque signal input from the stabilization compensation unit 3 and the torque differential compensation torque of the compensation signal input from the torque differential compensation unit 4 to obtain the target assist torque.
  • the adder 5 outputs a target assist torque signal corresponding to the obtained target assist torque to the current control calculation unit 6.
  • the current control calculation unit 6 calculates the drive current of the electric motor based on the target assist torque signal input from the adder 5.
  • the drive current calculated by the current control calculation unit 6 is output to an electric motor (not shown), and the electric motor drives the electric power steering device.
  • the torque differential compensation unit 4 includes a differential compensation unit 41, a phase lead compensation unit 42, and a differential gain vehicle speed correction unit 43.
  • the differential compensation unit 41 calculates the operation amount (electric motor torque) by pseudo-differentiating the input steering torque, and multiplies the calculated operation amount by the differential gain to increase the gain as the frequency increases. To generate.
  • the differential compensation unit 41 outputs the generated differential compensation signal to the phase lead compensation unit 42.
  • the phase lead compensation unit 42 executes a stabilization compensation process for advancing the phase of a desired frequency band whose disturbance sensitivity is desired to be lowered with respect to the differential compensation signal input from the differential compensation unit 41, thereby performing this desired frequency band. Generates a phase lead compensation signal with a further increased gain in.
  • the phase lead compensation unit 42 outputs the generated phase lead compensation signal to the differential gain vehicle speed correction unit 43.
  • the higher the frequency of the disturbance the larger the compensation amount for canceling the disturbance with respect to the base assist torque.
  • the differential gain vehicle speed correction unit 43 corrects the phase advance compensation signal by executing vehicle speed correction processing according to the vehicle speed of the input vehicle speed signal with respect to the phase advance compensation signal input from the phase advance compensation unit 42. To generate a compensation signal.
  • the differential gain vehicle speed correction unit 43 outputs the generated compensation signal to the adder 5.
  • the compensation signal output from the differential gain vehicle speed correction unit 43 compensates for the base assist torque by the compensation amount obtained by correcting the compensation amount of the phase advance compensation signal output from the phase advance compensation unit 42 based on the vehicle speed. ..
  • ⁇ d is the steering wheel angle
  • ⁇ g is the steering angle
  • D (s) is the disturbance
  • T tor (s) is the torsion bar torque
  • K tor is the torsion bar
  • G STG (s) is the steering system
  • C ( s) is the controller
  • T SAT (s) is the self-aligning torque.
  • the power assist control mechanism 100 of the electric power steering device is considered to be a simple feedback control system as shown in FIG. 4 when the steering angle ⁇ d is input and the steering angle ⁇ g is output.
  • the controller C (s) has a configuration in which the base assist control unit 2 and the torque differential compensation unit 4 are connected in parallel in the configuration of the control device 1 of FIG.
  • the stabilization compensation unit 3 is not provided and the current control calculation unit 6 is not provided.
  • the transmission characteristic of the disturbance D (s) up to the torsion bar torque Tor (s) is given by the equation (1).
  • G STG (s) indicates the steering system including the steering wheel 521
  • C (s) indicates the controller
  • T (s) indicates the complementary sensitivity function
  • K tor indicates the torsion bar 201.
  • the complementary sensitivity function T (s) needs to be set to 1 in order to reduce the disturbance sensitivity (set to 0). Further, in order to set the complementary sensitivity function T (s) to 1, it is necessary to increase the gain of the controller C (s) from the equation (2).
  • the influence of disturbance is greatest when the vehicle is running straight, where the vehicle is controlled only by minute steering.
  • the base assist torque obtained by the base assist control unit 2 is substantially zero due to the dead zone of the base assist curve, so that the gain of the controller C (s) becomes small and the disturbance sensitivity increases.
  • the torque differential compensation unit 4 compensates the base assist torque according to the amount of change in the steering torque.
  • the torque differential compensation unit 4 performs differential compensation in the differential compensation unit 41 to increase the gain of the controller C (s) as the frequency increases. Further, the torque differential compensation unit 4 further increases the gain of the controller C (s) by performing phase advance compensation in the phase advance compensation unit 42 for the frequency for which the disturbance sensitivity is desired to be lowered.
  • the gain of the compensation signal output from the torque differential compensation unit 4 having the frequency characteristics shown in FIG. 5 increases as the frequency increases, and the gain further increases in the frequency band between the frequencies f1 and f2.
  • the amount of change in the compensation amount with respect to the base assist torque increases.
  • the disturbance sensitivity can be reduced by the complementary sensitivity function T (s) approaching 1 by the phase lead compensation.
  • the torque differential compensation unit 4 can adjust the frequency band for which the disturbance sensitivity is desired to be lowered by adjusting the frequency at which the phase lead compensation is performed to make the amount of change in the compensation amount with respect to the base assist torque variable. .. It is preferable that the torque differential compensation unit 4 performs phase lead compensation in the frequency band corresponding to the natural frequency band in the front-rear direction (x1 direction and x2 direction in FIG. 3) of the suspension 202. That is, the torque differential compensation unit 4 makes the amount of change in the compensation amount in the frequency band corresponding to the natural frequency band in the front-rear direction of the suspension larger than the amount of change in the compensation amount in the band other than the frequency band.
  • the frequency band corresponding to the natural frequency band is, for example, 15 Hz to 18 Hz.
  • the disturbance sensitivity can be lowered in the frequency band corresponding to the natural frequency band in the front-rear direction of the suspension 202, and comfortable driving can be provided to the driver.
  • the frequency characteristics of the compensation signals L3 and L13 output from the torque differential compensation unit 4 by the above torque differential compensation process are differentiated in the differential compensation unit 41 between the frequencies f1 and the frequency f2.
  • the phase can be advanced and the gain can be increased more than the compensated signals L1 and L11, and the phase can be advanced more than the phase advance compensation signals L2 and L12 in the phase advance compensation unit 42. And the gain can be increased.
  • the information on the road surface condition or the traction of the tire is the disturbance force information to be positively transmitted, and is mainly included in 10 Hz to 15 Hz.
  • the disturbance sensitivity design it is required to design so that the disturbance sensitivity becomes high at 10 Hz or less, while the driver feels a sensitive steering feeling at 15 Hz or higher, so that the disturbance sensitivity becomes low as the frequency increases. It is required to design so as to be.
  • a vehicle such as an automobile is generally provided with a power steering device.
  • the power steering device generates an auxiliary torque for assisting the steering torque of the steering system generated by the driver operating the steering wheel.
  • the auxiliary torque is generated by the auxiliary torque mechanism, and the burden on the driver's operation can be reduced.
  • the auxiliary torque mechanism includes a steering torque sensor, an ECU, an electric motor, a speed reduction mechanism, and the like.
  • the steering torque sensor detects the steering torque in the steering system.
  • the ECU generates a drive signal based on the detection signal of the steering torque sensor.
  • the electric motor generates an auxiliary torque according to the steering torque based on the drive signal, and transmits the auxiliary torque to the steering system via the reduction mechanism.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the electric power steering device 2000 according to the present embodiment.
  • the electric power steering device 2000 includes a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism (power steering mechanism) 540.
  • the electric power steering device 2000 includes a suspension 202.
  • the steering system 520 is, for example, a steering wheel 521, a steering shaft 522 (also referred to as a "steering column"), a universal shaft joint 523A, 523B, and a rotating shaft 524 (also referred to as a "pinion shaft” or “input shaft”). ) Is provided.
  • the steering system 520 includes, for example, a rack and pinion mechanism 525, a rack shaft 526, left and right ball joints 552A and 552B, tie rods 527A and 527B, knuckles 528A and 528B, and left and right steering wheels (for example, left and right front wheels) 529A. It is equipped with 529B.
  • the steering wheel 521 is connected to the rotating shaft 524 via the steering shaft 522 and the universal shaft joints 523A and 523B.
  • a rack shaft 526 is connected to the rotating shaft 524 via a rack and pinion mechanism 525.
  • the rack and pinion mechanism 525 has a pinion 531 provided on the rotating shaft 524 and a rack 532 provided on the rack shaft 526.
  • the right steering wheel 529A is connected to the right end of the rack shaft 526 via a ball joint 552A, a tie rod 527A, and a knuckle 528A in this order.
  • the left steering wheel 529B is connected to the left end of the rack shaft 526 via a ball joint 552B, a tie rod 527B and a knuckle 528B in this order.
  • the right side and the left side correspond to the right side and the left side as seen from the driver sitting in the seat, respectively.
  • steering torque is generated by the driver operating the steering wheel 521 and transmitted to the left and right steering wheels 529A and 259B via the rack and pinion mechanism 525.
  • the driver can operate the left and right steering wheels 529A and 529B.
  • the auxiliary torque mechanism 540 includes, for example, a steering torque sensor 541, an ECU 542, an electric motor 543, a speed reduction mechanism 544, and a power supply device 545.
  • the auxiliary torque mechanism 540 applies auxiliary torque to the steering system 520 from the steering wheel 521 to the left and right steering wheels 529A and 259B.
  • the auxiliary torque is sometimes referred to as "additional torque".
  • the ECU 542 for example, a control circuit is used.
  • the control device 1 of FIG. 1 is included in the ECU 542 as, for example, a microcontroller.
  • the power supply device 545 for example, an inverter is used.
  • the ECU 542, the electric motor 543, and the power supply device 545 may form a unit generally referred to as a "mechanical-electric integrated motor".
  • the mechanism composed of the elements excluding the ECU 542, the electric motor 543, and the power supply device 545 corresponds to an example of the power steering mechanism driven by the electric motor 543.
  • the steering torque sensor 541 detects the steering torque of the steering system 520 applied by the steering wheel 521.
  • the ECU 542 generates a drive signal for driving the electric motor 543 based on a detection signal (hereinafter, referred to as “torque signal”) from the steering torque sensor 541.
  • the electric motor 543 generates an auxiliary torque according to the steering torque based on the drive signal.
  • the auxiliary torque is transmitted to the rotating shaft 524 of the steering system 520 via the reduction mechanism 544.
  • the reduction mechanism 544 is, for example, a worm gear mechanism. Auxiliary torque is further transmitted from the rotating shaft 524 to the rack and pinion mechanism 525.
  • the power steering device 2000 is classified into a pinion assist type, a rack assist type, a column assist type, and the like, depending on where the auxiliary torque is applied to the steering system 520.
  • FIG. 6 shows a pinion assist type power steering device 2000.
  • the power steering device 2000 is also applied to a rack assist type, a column assist type, and the like.
  • a torque signal can be input to the ECU 542.
  • the microcontroller of the ECU 542 can PWM control the electric motor 543 based on a torque signal, a vehicle speed signal, or the like.
  • the ECU 542 sets the target current value at least based on the torque signal. It is preferable that the ECU 542 sets the target current value in consideration of the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor and further in consideration of the rotation signal of the rotor detected by the angle sensor.
  • the ECU 542 can control the drive signal of the electric motor 543, that is, the drive current so that the actual current value detected by the current sensor matches the target current value.
  • the left and right steering wheels 529A and 529B can be operated by the rack shaft 526 by utilizing the combined torque obtained by adding the auxiliary torque of the electric motor 543 to the steering torque of the driver.
  • the power steering device is mentioned as an example of the usage method in the control device of the present invention, but the usage method of the control device of the present invention is not limited to the above, and can be widely used in pumps, compressors and the like.
  • the compensation amount of the assist torque is increased and the change amount of the compensation amount is variable as the frequency becomes higher, based on the steering torque and the vehicle speed.
  • Control device 2 Base assist control unit 3 Stabilization compensation unit 4 Torque differential compensation unit 5 adder 6 Current control calculation unit 41 Derivative compensation unit 42 Phase lead compensation unit 43 Derivative gain vehicle speed correction unit 100 power assist control mechanism 201 Torsion Bar 202 suspension

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Abstract

制御装置は、操舵トルクに基づいて電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求め、アシストトルクを補償すると共に、操舵トルクに基づいて、補償量の変化量を可変にし、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱の周波数が高いほどアシストトルクの外乱を打ち消すための補償量を大きくする。

Description

制御装置、駆動装置、電動パワーステアリング装置及び制御方法
本発明は、電動パワーステアリング装置の駆動を制御する制御装置、この制御装置によって制御される駆動装置、この駆動装置を備えた電動パワーステアリング装置及び制御方法に関する。
近年、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の制御装置において、操舵運転を阻害するような外乱の影響を低減することにより、ハンドル（または、ステアリングホイール）の振動を低減し、運転者にとって快適な運転を実現することが行われている。ＥＰＳは、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔｅｅｒｉｎｇの略である。このような操舵運転を阻害する外乱としては、不整路走行、シミー振動及びキックバック振動等が知られている。　
ここで、キックバック振動とは、車体振動と路面の凹凸によるショックが共振を起こし、ハンドルやタイヤが振動を起こす現象である。キックバック振動により、ハンドルがとられ意図しない方向に車両の進行方向が変わり、走行困難になることがある。また、シミー振動とは、タイヤのアンバランスによって発生する振動がハンドルに伝わり、ハンドルが振動する現象である。シミー振動は、サスペンションの共振周波数とタイヤの回転周波数が一致する１００ｋｍ／ｈ前後で大きな振動になることがあり、快適な操舵の阻害をすることがある。　
車両の走行時には、正常にタイヤと路面とが接地していることを運転者に伝達する必要がある。しかしながら、路面の凹凸部分の走行時には、過度に接地を伝達するため、運転者にとって不快な運転感覚となる。さらに、路面の凹凸部分の走行時には、車体振動と路面の凹凸によるショックが原因となって、前述のシミー振動やキックバック振動が起こりやすく、極端な場合には車両の走行の継続が困難になる場合がある。従来、こうした事態を防ぐために、路面の凹凸部分の走行時において振動を低減し、運転者にとって快適な運転を可能とする技術が求められている。　
このような状況において、従来は、外乱オブザーバを用いた外乱感度設計において、数学モデルを用いて、パワーアシストに必要なトルクとステアリング系のふるまいに基づいて、ステアリング系に伝わる外乱力を推定している。そして、推定した外乱力をパワーアシストトルクに加算することにより、外乱を打ち消して低減している（例えば、特許文献１）。
特許第６０５５５２５号公報
しかしながら、従来の数学モデルを用いた外乱感度設計では、操舵感が人工的なフィーリングになりやすい傾向が有り得ると共に、モデル化誤差を含む場合もあるため、モデル化誤差の影響も操舵感の不自然さに関与する場合が有り得る。　
本発明の目的は、操舵感の不自然さを抑制することができると共に、操舵感に対する外乱の影響を低減することができる制御装置、駆動装置、電動パワーステアリング装置及び制御方法を提供することである。
本発明に係る制御装置は、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置であって、操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求めるベースアシスト制御部と、前記アシストトルクを補償するトルク微分補償部と、を有し、前記トルク微分補償部は、前記操舵トルクに基づいて、補償量の変化量を可変にし、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱の周波数が高いほど前記アシストトルクに対する前記外乱を打ち消すための前記補償量を大きくする。　
本発明に係る駆動装置は、上記の制御装置と、前記制御装置によって駆動される電動モータと、を有する。　
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の制御装置と、前記制御装置によって駆動される電動モータと、前記電動モータによって駆動される電動パワーステアリング機構と、を有する。　
本発明に係る制御方法は、電動パワーステアリング装置を制御する制御方法であって、操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求めるステップと、前記アシストトルクを補償するステップと、前記操舵トルクに基づいて、前記アシストトルクの補償量の変化量を可変にし、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱の周波数が高いほど前記アシストトルクに対する前記外乱を打ち消すための前記補償量を大きくするステップと、を有する。
本発明によれば、操舵感の不自然さを抑制することができると共に、操舵感に対する外乱の影響を低減することができる。
本発明の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置のトルク微分補償部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のサスペンションの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置を含むパワーアシスト制御機構の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置のトルク微分補償部における処理を説明する図である。 本発明の実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る制御装置について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。　
＜制御装置の構成＞　本発明の実施形態に係る制御装置１の構成について、図１を参照しながら、以下に詳細に説明する。　
制御装置１は、後述の電動パワーステアリング装置の駆動を制御する。制御装置１は、ベースアシスト制御部２と、安定化補償部３と、トルク微分補償部４と、加算器５と、電流制御演算部６と、を有している。制御装置１は、ベースアシスト制御部２とトルク微分補償部４とを並列に接続する構成を有している。　
ベースアシスト制御部２は、入力される操舵トルク信号及び車速信号に基づいて、ベースアシストトルクを求める。より詳しくは、ベースアシスト制御部２は、操舵トルクに応じてベースアシストトルクを求めるが、車速が大きいほどベースアシストトルクを減少させる。ベースアシスト制御部２は、例えば車速と操舵トルクとベースアシストトルクとを対応付けたテーブルを予め記憶しており、このテーブルを参照して、入力される車速信号が示す車速と、入力される操舵トルクと、に対応付けられているベースアシストトルクを求める。ベースアシスト制御部３１は、このようにして求めたベースアシストトルクに応じたベースアシストトルク信号を安定化補償部３に出力する。ベースアシストトルクは、電動パワーステアリング装置においてステアリング操作をアシストするために生成されるトルクであるので、単に、アシストトルクと称してもよい。　
安定化補償部３は、ベースアシスト制御部２から入力されるベースアシストトルク信号に対して位相進み補償と位相遅れ補償を複数組み合わせた位相補償を行う。位相補償の周波数特性は、操舵状態や走行車速に応じて動的に変化させる。安定化処理を実行して電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求め、求めたアシストトルクに応じたアシストトルク信号を加算器５に出力する。　
トルク微分補償部４は、入力される操舵トルク信号及び車速信号と、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱と、に基づいて、ベースアシストトルクを補償するトルク微分補償トルクを求める後述のトルク微分補償処理を実行する。トルク微分補償部４は、求めたトルク微分補償トルクに応じた補償信号を加算器５に出力する。ステアリングシステムには、電動モータ、ＥＣＵ及びステアリングホイール等が含まれる。ＥＣＵは、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔの略である。本実施形態のトルク微分補償部４は、特に、電動パワーステアリング装置によるステアリング操作アシストが働かない状態（例えば、車両直進走行時）における電動モータ慣性の動的な影響を補償する。なお、トルク微分補償部４の構成の詳細については図２を用いて後述する。　
加算器５は、安定化補償部３から入力されたアシストトルク信号のアシストトルクと、トルク微分補償部４から入力された補償信号のトルク微分補償トルクと、を加算して目標アシストトルクを求める。加算器５は、求めた目標アシストトルクに応じた目標アシストトルク信号を電流制御演算部６に出力する。　
電流制御演算部６は、加算器５から入力される目標アシストトルク信号に基づいて、電動モータの駆動電流を算出する。電流制御演算部６により算出された駆動電流は、図示しない電動モータに出力され、電動モータにより、電動パワーステアリング装置が駆動される。　
＜トルク微分補償部の構成＞　本発明の実施形態に係る制御装置１のトルク微分補償部４の構成について、図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。　
トルク微分補償部４は、微分補償部４１と、位相進み補償部４２と、微分ゲイン車速補正部４３と、を備えている。　
微分補償部４１は、入力される操舵トルクを疑似微分することにより操作量（電動モータトルク）を算出すると共に、算出した操作量に微分ゲインを乗算して周波数が高くなるほどゲインが上がる微分補償信号を生成する。微分補償部４１は、生成した微分補償信号を位相進み補償部４２に出力する。　
位相進み補償部４２は、微分補償部４１から入力される微分補償信号に対して、外乱感度を下げたい所望の周波数帯域の位相を進める安定化補償処理を実行することにより、この所望の周波数帯域におけるゲインを更に上げた位相進み補償信号を生成する。位相進み補償部４２は、生成した位相進み補償信号を微分ゲイン車速補正部４３に出力する。位相進み補償部４２から出力される位相進み補償信号は、外乱の周波数が高いほどベースアシストトルクに対する外乱を打ち消すための補償量を大きくする。　
微分ゲイン車速補正部４３は、位相進み補償部４２から入力される位相進み補償信号に対して、入力される車速信号の車速に応じた車速補正処理を実行することにより、位相進み補償信号を補正して補償信号を生成する。微分ゲイン車速補正部４３は、生成した補償信号を加算器５に出力する。微分ゲイン車速補正部４３から出力される補償信号は、位相進み補償部４２から出力される位相進み補償信号の補償量を車速に基づいて補正した補償量によって、ベースアシストトルクを補償するものである。　
＜パワーアシスト制御機構の構成＞　本発明の実施形態に係る制御装置１を含むパワーアシスト制御機構１００の構成について、図４を参照しながら、以下に詳細に説明する。　
図４において、θｄはハンドル角度、θｇはステアリング角度、Ｄ（ｓ）は外乱、Ｔｔｏｒ（ｓ）はトーションバートルク、Ｋｔｏｒはトーションバー、ＧＳＴＧ（ｓ）はステアリング系、Ｃ（ｓ）は制御器、及びＴＳＡＴ（ｓ）はセルフアライニングトルクである。　
電動パワーステアリング装置のパワーアシスト制御機構１００は、ハンドル角θｄを入力として、ステアリング角θｇを出力とした場合に、図４に示すように、単純なフィードバック制御系と考えられる。図４に示すフィードバック制御系において、制御器Ｃ（ｓ）は、図１の制御装置１の構成のうち、ベースアシスト制御部２とトルク微分補償部４とが並列に接続される構成を有している一方、安定化がされた上での外乱抑制感度設計とするため、安
定化補償部３を有していないと共に、電流制御演算部６を有していないものとする。　
＜トルク微分補償処理＞　本発明の実施形態に係るトルク微分補償処理について、図３から図５を参照しながら、以下に詳細に説明する。　
図４に示すパワーアシスト制御機構１００において、外乱Ｄ（ｓ）のトーションバートルクＴｔｏｒ（ｓ）までの伝達特性は、（１）式となる。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、（１）式において、ＧＳＴＧ（ｓ）はステアリングホイール５２１を含むステアリング系、Ｃ（ｓ）は制御器、Ｔ（ｓ）は相補感度関数、及びＫｔｏｒはトーションバー２０１を示している。　
また、（１）式の相補感度関数Ｔ（ｓ）は、（２）式で表される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
外乱感度を下げる（０にする）には、（１）式より相補感度関数Ｔ（ｓ）を１にする必要があることが分かる。また、相補感度関数Ｔ（ｓ）を１にするためには、（２）式より制御器Ｃ（ｓ）のゲインを大きくする必要がある。　
また、外乱の影響が最も大きいのは、微小操舵のみで車両を制御する直進走行時である。微小操舵時には、ベースアシストカーブの不感帯によりベースアシスト制御部２により求めるベースアシストトルクは略ゼロのため、制御器Ｃ（ｓ）のゲインが小さくなり、外乱感度が上がる。しかしながら、本実施形態では、直進走行時には、トルク微分補償部４によりベースアシストトルクに対して操舵トルクの変化量に応じた補償を行う。　
具体的には、トルク微分補償部４は、微分補償部４１において周波数が高くなるほど制御器Ｃ（ｓ）のゲインを上げる微分補償を行う。また、トルク微分補償部４は、外乱感度を下げたい周波数に対して、位相進み補償部４２において位相進み補償を行うことにより、制御器Ｃ（ｓ）のゲインを更に上げる。これにより、図５に示す周波数特性を有するトルク微分補償部４から出力される補償信号は、周波数が高くなるほどゲインが上がると共に、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間の周波数帯においてゲインが更に上がるためにベースアシストトルクに対する補償量の変化量が増大する。この際に、ゲインを更に大きくした周波数ｆ１と周波数ｆ２との間の周波数帯では、位相進み補償によって相補感度関数Ｔ（ｓ）が１に近づくことにより、外乱感度を低減することができる。　
このように、トルク微分補償部４は、位相進み補償を行う周波数を調整することにより、ベースアシストトルクに対する補償量の変化量を可変にして、外乱感度を下げたい周波数帯を調整することができる。トルク微分補償部４は、サスペンション２０２の前後方向（図３においてｘ１方向及びｘ２方向）の固有振動数帯域に対応する周波数帯域において位相進み補償を行うことが好ましい。すなわち、トルク微分補償部４は、サスペンションの前後方向の固有振動数帯域に対応する周波数帯域における補償量の変化量を、周波数帯域以外の帯域の補償量の変化量よりも大きくする。固有振動数帯域に対応する周波数帯域は、例えば１５Ｈｚ～１８Ｈｚである。これにより、サスペンション２０２の前後方向の固有振動数帯域に対応する周波数帯域において外乱感度を下げることができ、運転者に対して快適な運転を提供することができる。　
上記のトルク微分補償処理により、図５に示すように、トルク微分補償部４から出力される補償信号Ｌ３、Ｌ１３の周波数特性は、周波数ｆ１と周波数ｆ２との間において、微分補償部４１における微分補償のみを行った信号Ｌ１、Ｌ１１よりも位相を進めることができ且つゲインを上げることができると共に、位相進み補償部４２における位相進み補償のみを行った信号Ｌ２、Ｌ１２よりも位相を進めることができ且つゲインを上げることができる。　
因みに、路面状況又はタイヤのトラクションの情報は、積極的に伝えるべき外乱力情報であり、主に１０Ｈｚ～１５Ｈｚに含まれる。このため、外乱感度設計では、１０Ｈｚ以下で外乱感度が高くなるように設計することが求められる一方、１５Ｈｚ以上では運転者が過敏な操舵感と感じるため、外乱感度が周波数の増加に応じて低くなるように設計することが求められる。　
＜パワーステアリング装置の実施形態＞　自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備える。パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ、電動モータおよび減速機構などから構成される。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。電動モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。　
上記実施形態の制御装置１は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図６は、本実施形態による電動パワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。　
電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構（パワーステアリング機構）５４０を備える。電動パワーステアリング装置２０００は、サスペンション２０２を備える。　
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングホイール５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。　
また、ステアリング系５２０は、例えば、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。　
ステアリングホイール５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。　
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングホイール５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。　
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、電動モータ５４３、減速機構５４４および電力供給装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングホイール５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。　
ＥＣＵ５４２としては、例えば制御回路が用いられる。図１の制御装置１は、例えば、マイクロコントローラとして、ＥＣＵ５４２に含まれる。また、電力供給装置５４５としては、例えばインバータが用いられる。ＥＣＵ５４２、電動モータ５４３および電力供給装置５４５は、一般的に「機電一体型モータ」と称されるユニットを構成してもよい。　
図６に示された各要素のうち、ＥＣＵ５４２、電動モータ５４３および電力供給装置５４５を除いた要素で構成された機構は、電動モータ５４３によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。　
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングホイール５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいて電動モータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。電動モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。　
パワーステアリング装置２０００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類される。図６には、ピニオンアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示される。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等にも適用される。　
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいて電動モータ５４３をＰＷＭ制御することができる。　
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサによって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、電動モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。　
パワーステアリング装置２０００によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。　
また、上記では、本発明の制御装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の制御装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。　
このように、本実施形態によれば、外乱の周波数に応じた周波数帯域において、操舵トルク及び車速に基づいて、周波数が高くなるほどアシストトルクの補償量を大きくすると共に補償量の変化量を可変にすることにより、操舵感の不自然さを抑制することができると共に、操舵感に対する外乱の影響を低減することができる。特に、電動パワーステアリング装置によるステアリング操作アシストが働かない状態における電動モータ慣性の動的な影響を補償することができる。　
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　制御装置

　２　ベースアシスト制御部

　３　安定化補償部

　４　トルク微分補償部

　５　加算器

　６　電流制御演算部

　４１　微分補償部

　４２　位相進み補償部

　４３　微分ゲイン車速補正部

　１００　パワーアシスト制御機構

　２０１　トーションバー

　２０２　サスペンション

Claims (11)


  1. 　電動パワーステアリング装置を制御する制御装置であって、

    　操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求めるベースアシスト制御部と、

    　前記アシストトルクを補償するトルク微分補償部と、

    　を有し、

    　前記トルク微分補償部は、

    　前記操舵トルクに基づいて、補償量の変化量を可変にし、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱の周波数が高いほど前記アシストトルクに対する前記外乱を打ち消すための前記補償量を大きくする、

    　ことを特徴とする制御装置。

  2. 　前記ベースアシスト制御部は、

    　車速が大きいほど前記アシストトルクを減少させることを特徴とする請求項１記載の制御装置。

  3. 　前記トルク微分補償部は、

    　前記車速に基づいて前記補償量を補正する、

    　ことを特徴とする請求項２記載の制御装置。

  4. 　前記トルク微分補償部は、

    　サスペンションの前後方向の固有振動数帯域に対応する周波数帯域における前記変化量を、前記周波数帯域以外の帯域の前記変化量よりも大きくする、

    　ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の制御装置。

  5. 　前記トルク微分補償部は、

    　前記アシストトルクを補償する補償信号の位相を進めてゲインを増大させることにより前記変化量を増大させる、

    　ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の制御装置。

  6. 　前記トルク微分補償部は、

    　前記外乱のトーションバートルクまでの伝達特性を示す（１）式における相補感度関数を「１」に近づける処理を行うことにより前記変化量を増大させる、

    　ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の制御装置。

    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    　Ｔ（ｓ）：相補感度関数

    　Ｃ（ｓ）：制御器

    　ＧＳＴＧ（ｓ）：ステアリング系

  7. 　前記トルク微分補償部は、

    　車両が直進走行している場合に前記アシストトルクを補償することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の制御装置。

  8. 　請求項１から請求項７の何れかに記載の制御装置と、

    　前記制御装置によって駆動される電動モータと、

    　を有することを特徴とする駆動装置。

  9. 　請求項１から請求項７の何れかに記載の制御装置と、

    　前記制御装置によって駆動される電動モータと、

    　前記電動モータによって駆動される電動パワーステアリング機構と、

    　を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

  10. 　電動パワーステアリング装置を制御する制御方法であって、

    　操舵トルクに基づいて前記電動パワーステアリング装置のアシストトルクを求めるステップと、

    　前記アシストトルクを補償するステップと、

    　前記操舵トルクに基づいて、前記アシストトルクの補償量の変化量を可変にし、ステアリングシステムに影響を及ぼす外乱の周波数が高いほど前記アシストトルクに対する前記外乱を打ち消すための前記補償量を大きくするステップと、

    　を有することを特徴とする制御方法。

  11. 　車速が大きいほど前記アシストトルクを減少させるステップを有することを特徴とする請求項１０記載の制御方法。
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