JP4307154B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に制御装置に入力される信号から制御遅れがなくかつ有効な信号を減衰させることなくノイズだけを除去できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助力付勢する電動パワーステアリング装置は、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操舵補助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、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、ハンドルからのトルク信号やモータの電圧、電流信号を検出して、これらの情報を基にモータを正確に制御する必要がある。
【０００３】
しかし、これらの信号を検出し、制御装置に入力する際に、これらの信号にノイズが重畳されモータを正確に制御できないため、アシストトルクに振動などが発生して、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題がある。よって、このような問題を改善するために、従来より検出信号に重畳されたノイズを制御遅れがなくかつ有効な信号を減衰させることなく除去をできるような工夫を施している。
【０００４】
例えば、特許文献１で開示されている方法を説明すると、図１３において、トルクセンサ１０２で検出されたトルクＴがインターフェイス（以下、ＩＦと記す）およびアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と記す）を介して制御装置１０７に入力される。同じように、車速センサで検出された車速Ｖやモータ１０３の電流ＩがＩＦやＡＤ変換を介して制御装置１０７に入力され、それらの信号を基にモータ１０３が正確なアシストトルクを発生するようにモータ１０３の電流制御をする。
【０００５】
当該制御の基本的な考えを説明するに、検出されたトルク信号Ｔは減衰手段７１や位相補償７２を介して、或いは車速Ｖは車速演算７４を介して目標電流設定部７３に入力される。目標電流設定部７３において、必要なアシストトルクを発生させるモータ電流ＩＡを算出し、当該指令電流ＩＡどおりにモータ電流を発生するようにモータ電流Ｉを検出し、ＰＩ制御７７によるフィードバック制御を行い、指令電流ＩＡどおりのモータ電流が供給されるようにＰＷＭ演算７８を利用したインバータなどの駆動回路を使用してモータの電流制御を行っている。
【０００６】
この例で、ノイズ除去に関する工夫として、指令電流ＩＡを直接、ＰＩ制御７７に入力せずに、一旦、減衰手段７５を介して、ノイズを除去してＰＩ制御７７に入力する。そして、減衰手段７５のカットオフ周波数ｆｃは、操舵速度推定７６から算出される速度ωと車速Ｖによって可変されるので、高速運転時のハンドル操作と駐車時のハンドル操作で上記カットオフ周波数ｆｃを変化させ、ノイズを除去しつつ、有効な信号ＩＡを取り出している。
【０００７】
上述したフィルタ係数を状況に応じて可変とすることは、この制御要素がある種の適応フィルタ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ）であることを示している。適応フィルタを利用する際に、その設計には充分注意を払わなければならない。その理由は、フィルタ係数の設計が正しく行なわなければ、期待する効果は得られないからである。
【０００８】
しかし、特許文献１では、ローパスフィルタ（以下ＬＰＦと記す）のカットオフ周波数が操舵速度の絶対値に基いて算出されるが、カットオフ周波数演算部はチューニングで経験的に決定されるため、そのアルゴリズムは不明瞭である。また、操舵速度の絶対値に基いて決定されたカットオフ周波数をもつＬＰＦでは、トルク信号に含まれる路面情報（ロードインフォメーション）とノイズを切り分けられず、ノイズと共に路面情報も除去してしまう問題がある。
【０００９】
また、制御における一般的特徴として、微分要素や位相進み要素はノイズの発生源、或いはノイズの拡大源となり、また、ＬＰＦはノイズを除去できるが、カットオフ周波数を小さくして低周波ノイズを除去しようとすると高周波領域での遅れが大きくなる問題がある。
【００１０】
ノイズに関する他の問題として、現在の多くの制御装置に当てはまる問題であるが、検出信号はアナログ信号で、制御はデジタル制御の場合が多く、検出信号をＡＤ変換させる必要がある。その量子化誤差を解決するための方法が、特許文献２に開示されているが、ここでは下位ビットを次のサンプリングでフィードバック加算して誤差の累積を防止する方法をとっている。しかし、この方法ではでは、リミットサイクル振動による電動パワーステアリング装置の振動を防止することには効果があるが、検出信号に含まれるノイズの除去に対しては効果がなく、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題が依然として解決されていない。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２３４４５４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平１０−１０９６５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、電動パワーステアリング装置の各種検出信号に含まれるノイズによって、アシストトルクを発生させる当該装置のモータを正しく制御できないため、アシストトルクに振動などが発生して、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題がある。
【００１４】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の各種検出信号に含まれるノイズを検出信号から除去し、アシストトルクに振動を発生させないように当該装置のモータを正しく制御して、不快な異常音や振動のない電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサと、前記センサの信号を入力として前記電動パワーステアリング装置を制御するための演算回路とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記演算回路が微分演算回路又は位相進み演算回路を有し、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の演算がデシメーション処理する演算であり、デシメーション処理された前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の出力にローパスフィルタを備え、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路のサンプリング時間が前記ローパスフィルタのサンプリング時間より大きいことによって達成される。また、上記目的は、トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備していることによって達成される。また、上記目的は、前記演算回路がデシメーション処理されない微分演算回路又はデシメーション処理されない位相進み演算回路であって、前記微分演算回路の出力又は前記位相進み演算回路の出力にデシメーションフィルタを備え、トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備していることによって達成される。また、上記目的は、前記電動パワーステアリング装置の状態が、前記モータの端子電圧、モータ電流、操舵トルク又は前記モータの回転数であることによって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の主要技術に関係するデシメーションについて説明すると、デシメーションとはダウンサンプリング或いはサンプリングの間引きを意味し、一般的には、デシメーションはサンプリングレート変換などに使用されるが、デシメーションは、ノイズ除去の機能も有している。
【００１７】
また、一般的に、演算処理において微分演算や位相進み演算の場合、特に、ノイズによる悪い影響が現れるため、本発明では、これらの演算処理に対するノイズ対策を施している。
【００１８】
ところで、センサ信号などに含まれるノイズを除去するためにノイズフィルターなどが使用される場合が多い。しかし、例えば、ノイズを除去するために一般的に利用されるＬＰＦをアナログ回路で構成した場合や従来技術で説明した方法で構成した場合、各種センサから得られた情報、例えば、トルクＴ情報やモータ電圧、電流の情報が、ノイズと一緒に減衰して、トルクＴに含まれる大事な路面情報まで減衰して正しい電動パワーステアリングの制御が実行できなくなる。
【００１９】
しかし、デシメーションを利用した演算では、周波数の高いノイズ成分だけを除去し、センサ信号に含まれる大事な情報、即ちトルクＴ信号やモータ電圧、電流信号などの有用な信号は減衰されずに処理されるという優れた特性がある。このデシメーションによる優れた特性を利用した微分演算処理や位相進み演算処理を実行することにより、ノイズに妨害されずに正しく電動パワーステアリング装置を制御できる。
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、電動パワーステアリング装置のモータ１４を制御するために、トルクを測定する為のセンサより検出されたトルクＴと、センサである電圧検出回路１６および電流検出回路１５より検出したモータの端子電圧Ｖおよび電流Ｉとを入力として演算処理した場合の電動パワーステアリング装置の制御装置の一実施例である。
【００２２】
まず、電動パワーステアリング装置のモータ１４の制御の基本構成について説明する。図示されないトルクセンサで検出されたトルクＴは、操舵補助指令値演算回路３とセンター応答性改善回路９とに入力される。つまり、トルクＴはアシスト特性マップを有する操舵補助指令値演算３に入力され、電流指令値の基本となる操舵補助指令値Ｉ０が出力され、この操舵補助指令値Ｉ０は位相補償回路１０に入力される。トルクＴは、さらに数１の微分特性を有するセンター応答性改善回路９に入力され、加算回路７において、数２の特性を有する位相補償回路１０の出力とセンター応答性改善回路９の出力Ｉｔが加算される。以上の処理がトルク制御部に相当する。なお、加算回路７では、後述する慣性補償回路２３の出力Ｉｓも加算される。加算回路７の出力Ｉｒｅｆは、電流制御回路１１に入力され、電圧指令値Ｖｒｅｆが決定される。
【００２３】
【数１】
Ｉｃ＝ｄＴ／ｄｔ
【数２】
Ｇ（ｓ）＝（１＋ｓ・Ｔ２）／（１＋ｓ・Ｔ１）
なお、電流制御回路１１に関して、電流指令値Ｉｒｅｆに対してＦＢ制御をする場合とＦＦ制御をする場合があり、図１では、ＦＦ制御を採用した場合の実施例について説明しているが、ＦＢ制御の実施例については、後で説明する。よって、電流指令値Ｉｒｅｆを数３の位相進み特性を有する電流制御回路１１に入力し、新たな指令値Ｖｒｅｆが算出される。
【００２４】
【数３】
Ｖｒｅｆ＝（Ｒ＋ｓ・Ｌ）・Ｉｒｅｆ
モータ１４を制御する基本的な指令値はＶｒｅｆであるが、このＶｒｅｆにさらに補助信号である逆起電圧ＥＭＦと外乱Ｖｄｉｓが加算される。なお、逆起電圧ＥＭＦは、モータ１４の逆起電圧ＥＭＦを電圧検出回路１６で検出したモータ端子電圧Ｖと電流検出回路１５で検出した電流Ｉから後述詳細に説明する逆起電圧算出回路１７で算出する。また、外乱ＶｄｉｓはＰＷＭ制御回路１２に指示したとおりにインバータ回路１３が出力しているか監視し、差があれば補償するための信号である。
【００２５】
元に戻って、電流制御回路１１から出力されたＶｒｅｆに加算回路２０で外乱Ｖｄｉｓが加算され、さらに、加算回路１８でＥＭＦが加算され、ＰＷＭ制御回路１２の入力は（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）となる。この入力信号に基づきインバータ回路１３をＰＷＭ制御し、モータ１４はインバータ回路１４から供給される電流によってトルク制御される。
【００２６】
以上が、図１に示すＦＦ制御を適用したモータ１４のトルク制御の基本制御であるが、モータ１４の出力トルクが、トルク指令値Ｔｒｅｆに忠実に高速に応答しトルクリップルも少ないことが望ましい。しかし、上述したノイズの影響により、上記目的達成の妨害要因となり、特に、図１の各処理回路には、多くの微分回路や位相進み回路を適用しており、これらがノイズに対して脆弱なため、本発明を適用する必要がある。
【００２７】
微分回路や位相進み回路を適用した各処理回路にデシメーションを施した実施例について、以下、順に説明する。つまり、トルク制御部、逆起電圧算出回路と角加速度算出回路、外乱オブザーバ回路の順に説明する。
【００２８】
トルク制御部には、図１において、センター応答性改善回路９が数１の微分演算であり、位相補償回路１０には、数２の示す一次進み遅れ演算となっている。そこで、図２にデシメーション処理した場合微分回路とローパスフィルタ回路（以下ＬＰＦ回路と記す）の組み合わせを示す。また、図３にデシメーション処理した一次進み遅れ回路を示す。
【００２９】
図２は近似微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組み合わせたから構成されている。近似微分回路９−１は遅延回路９−３，９−４と減算回路９−６から構成されている。即ち、近似微分回路９−１の入力は遅延回路９−３と減算回路９−６に入力され、微分回路９−３の出力は微分回路９−４に入力されている。微分回路９−４の出力が減算回路９−６の入力となり、減算回路９−６の出力が近似微分回路９−１の出力となる。
【００３０】
また、ＬＰＦ回路９−２は遅延回路９−５と減算回路９−７と加算回路９−８および増幅回路９−９，９−１０から構成されている。即ち、近似微分回路９−１の出力がＬＰＦ回路９−２の入力となり、まず、減算回路９−７の入力となる。また、増幅回路９−９の出力が減算回路９−７の他方の入力となり、減算回路９−７の出力が遅延回路９−５および加算回路９−８の入力となる。遅延回路９−５の出力は増幅回路９−９の入力および加算回路９−８の入力となる。加算回路９−８の出力が増幅回路９−１０に入力され、増幅回路９−１０の出力がＬＰＦ回路９−２の出力となる。
【００３１】
ここで重要なことは、微分回路９−１の遅延回路９−４がデシメーションの作用をして間引き効果をもち、サンプリング時間を大きくとることによりノイズの除去に効果がある。また、ＬＰＦ回路９−２のサンプリング時間を微分回路９−１のサンプリング時間より小さくすることにより高周波領域での遅れを小さくすることができ高速応答性を有する。
【００３２】
このデシメーションの効果をボード線図で示すと図４のようになる。図４は、デシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせ及び従来の近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせとをボード線図上で比較したものである。図４において、従来の近似微分は、１００Ｈｚ付近までしか正しく計算できず、また、４００Ｈｚでのロールオフ率も大きくない。一方、デシメーションした近似微分は２００Ｈｚ付近まで正しく近似微分を計算できている。図５はデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせと従来の近似微分と２次のＬＰＦ回路の組み合わせを比較したものである。従来の近似微分でデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせと同じロールオフ率を得る為にはＬＰＦ回路の次数の高い２次のＬＰＦ回路にする必要があるが、２次のＬＰＦ回路は計算量が多く、また位相遅れも大きくなる問題がある。つまり、デシメーションした近似微分は少ない計算量で位相遅れが小さく、ロールオフ率が大きいという優れた効果を有していることがわかる。
【００３３】
このデシメーションの効果をみるために、チャープ波形（周波数が増加する正弦波）を従来の近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせ及びデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせに入力した場合の出力結果について図６（Ａ）と図６（Ｂ）で比較して示す。図６（Ａ）はデシメーションを利用しない微分とＬＰＦ回路の組み合わせ回路を通過させた信号出力であり、図６（Ｂ）は図２のデシメーションを利用した微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組合せ回路の信号出力である。明らかに同図（Ｂ）のデシメーションを利用した組み合わせ回路の方がノイズが少ないことがわかる。そこで、本回路を図１のセンター応答性改善回路９に適用すれば、ノイズの少ない微分回路によって出力Ｉｃが得られる。
【００３４】
図３は、位相進み回路１０−１とＬＰＦ回路９−２との組合せ回路である。位相進み回路１０−１は遅延回路１０−２，１０−３と減算回路１０−４と加算回路１０−５と増幅回路１０−８，１０−９、１０−１０より構成される。即ち、位相進み回路の入力は、まず、減算回路１０−４に入力される。減算回路１０−４のもうひとつの入力は増幅回路１０−８の出力であり、減算回路１０−４の出力は増幅回路１０−１０および遅延回路１０−２の入力となる。遅延回路１０−２の出力は増幅回路１０−８および遅延回路１０−３の入力となる。遅延回路１０−３の出力が増幅回路１０−９の入力になり、増幅回路１０−９の出力と増幅回路１０−１０の出力が加算回路１０−５に入力される。加算回路１０−５の出力が位相進み回路１０−１の出力となる。
【００３５】
また、ＬＰＦ回路９−２は図２のＬＰＦ回路９−２と同じである。ここでも位相進み回路１０−１の遅延回路１０−３でサンプリング時間を大きく取ってノイズの除去を可能とする。その後のＬＰＦ回路のサンプリング時間との関係では、ＬＰＦ回路のサンプリング時間を位相進み回路のサンプリング時間より小さくしてＬＰＦ回路の高周波領域での遅れを小さくしている。そこで、図１の位相補償回路１０に本回路を適用して、指令値Ｉｔ＝（１＋ｓ・Ｔ２）・Ｉ０／（１＋ｓ・Ｔ１）を算出する。ここでもデシメーションの効果により、位相進み（１＋ｓ・Ｔ２）でのノイズ除去に効果があり、また、後段のＬＰＦ回路の１／（１＋ｓ・Ｔ１）では、サンプリング時間を小さくして高周波領域での遅れを小さくできる。
【００３６】
電流制御回路１１の伝達関数は（Ｒ＋ｓ・Ｌ）であるが、この位相進み要素には、図３における位相進み回路１０−１と同様の手法を適用すればノイズの除去に効果がある。トルク制御部に関する微分演算、位相進み演算およびそれらとＬＰＦ回路の組み合わせ回路への本発明の適用に付いて説明した。
【００３７】
次に、逆起電圧算出回路１７に対する本発明の適用について図７を用いて説明する。まず、逆起電圧の算出式を数４に示す。
【００３８】
【数４】
ＥＭＦ＝Ｖ−（Ｒ＋ｓ・Ｌ）・Ｉ／（１＋ｓ・Ｔｆ）
である。ここで、Ｒはモータの抵抗、Ｌはモータのインダクタンスである。
【００３９】
この処理を実現するため、図７において、逆起電圧算出回路１７は電流Ｉを入力として伝達関数（Ｒ＋ｓ／Ｌ）／（１＋ｓ・Ｔｆ）をもつ伝達関数回路１７−１とその出力および電圧Ｖとを入力とする加算回路１７−２から構成されている。ここでも電流算出回路１６で検出されたノイズを含む電流Ｉに対して位相進みおよびＬＰＦによるノイズ除去を実行している。この伝達関数回路１７−１に図３の位相進み遅れ回路と同様のデシメーション処理を適用すればノイズの除去に効果がある。
【００４０】
次に、角加速度αの算出については、数５および数６によって算出することができる。
【００４１】
【数５】
ω＝ＥＭＦ／Ｋｅ
である。ここで、ωはモータの角速度、Ｋｅは逆起電圧定数である。
【００４２】
【数６】
α＝ｄω／ｄｔ
である。
【００４３】
よって、図１の角速度推定回路２１では、数５の式を実行して、その後に、角加速度算出回路２２でωを入力とし、数６の微分演算によって角加速度αを算出している。ここで、角加速度算出回路２１−２は微分演算なので、図２の微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組み合わせ回路を適用すれば、ノイズの除去に効果があり、高応答性を実現できる。
【００４４】
最後に、外乱オブザーバ回路１９については、図８を用いて説明する。外乱オブザーバ回路の機能は、入力の指令値（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）の指示通りにインバータの出力、即ち、モータ電流Ｉが出力しているかを監視する機能であって、それらに差があるとその差をフィードバックして差を無くすように機能する。具体的な回路は図８に示す通りである。（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）を入力とする伝達関数（ｋ／（１＋ｓ・Ｔｆ））をもつ伝達関数回路１９−１と電流Ｉを入力とし伝達関数（Ｒ＋ｓ・Ｌ）／（１＋ｓ・Ｔｆ）をもつ伝達関数回路１９−２のそれぞれの出力の差を減算回路１９−３でとって、その差を図１の加算回路２０にフィードバックしている。そして伝達関数回路１９−１および１９−２では、それぞれ一次遅れ演算と位相進み遅れ演算を実行しているので、ノイズ除去のために、伝達関数回路１９−１の一次遅れ演算には図２のＬＰＦ回路を適用し、伝達関数回路１９−２の位相進み遅れには、図３の位相進み回路１０−１とＬＰＦ回路９−２を適用すれば、ノイズ除去に効果がある。
【００４５】
以上説明したように、図１の制御回路には多くの微分演算および位相進み演算が存在し、これらは、ノイズを発生、拡大の要因になるが、デシメーションを利用した演算によりノイズの除去に極めて効果がある。
【００４６】
以上の説明では、微分回路や位相進み回路にデシメーションを適用した実施例について説明したが、電動パワーステアリング装置の装置構成によっては、つまり大型車用の電動パワーステアリング装置と小型車用の電動パワーステアリング装置の違い等により、サンプリングの時間を大きく取れない場合があり、その場合はデシメーションの効果が多く期待できない恐れがある。
【００４７】
そのような場合は、微分回路や位相進み回路をデシメーション処理するのではなく、微分回路や位相進み回路は従来の回路を使用し、その出力にデシメーション処理したＬＰＦ回路（デシメーションフィルタ）を配して、組み合わせとしては同じ様な効果を期待できる。
【００４８】
デシメーションフィルタの実施例を図９に示す。デシメーションフィルタ９−２０は遅延回路９−１２，９−１３と加算回路９−１５、減算回路９−１６および増幅回路９−１７，９−１８，９−１９から構成されている。その構成は入力と増幅回路９−１７とが加算回路９−１５で加算され、加算回路９−１５の出力が増幅器９−１８および遅延回路９−１２の入力となる。遅延回路９−１２の出力は増幅回路９−１７および遅延回路９−１３の入力となる。遅延回路９−１３の出力は増幅回路９−１９の入力となり、増幅回路９−１９の出力と増幅回路９−１８の出力が減算回路９−１６で減算され、減算回路９−１６の出力がデシメーションフィルタ９−２０の出力となる。
【００４９】
ここでデシメーションは遅延回路９−１２、９−１３によって実現され、ＬＰＦ回路９−２より、さらにデシメーション効果を持たせ、ノイズ除去効果を高めている。ＬＰＦ回路９−２の替わりにデシメーションフィルタ９−２０を使用する理由は、例えば、位相進み回路１０−１のサンプリング時間を大きくできない場合、ノイズ除去能力の高いデシメーションフィルタ９−２０を利用すればノイズを効果的に除去できる。
【００５０】
このデシメーションフィルタの効果を図１０に示す。図９ではＮを一般化した場合の構成図を示したが、図１０はＮ＝２、３、５，９およびａ＝０．０２の場合のボード線図である。Ｎに応じて、カットオフ周波数が変化しており、ゲインを見るとノイズのロールオフ率（遮断性能）が非常に高いことがわかる。
【００５１】
このデシメーションフィルタの効果をみるために、このデシメーションフィルタにチャープ波形を入力した場合の出力結果を図１１に示す。図１１の出力波形と図６（Ａ）のデシメーションを利用しない微分とＬＰＦ回路の組み合わせの出力波形とを比較すると、明らかに図１１のデシメーションフィルタを通過させた出力波形の方がノイズが少ないことがわかる。
【００５２】
本発明を図１のようなＦＦ制御を用いた電動パワーステアリング装置の制御装置に適用した場合について説明したが、本発明は図１２に示すようなＦＢ制御をを用いた電動パワーステアリング装置の制御装置に用いても効果がある。図１２のＦＢ制御による制御装置と図１のＦＦ制御の制御装置と異なるところは、電流検出回路１５で検出したモータ電流Ｉを電流制御回路２００にフィードバックして減算回路２０１で指令値Ｉｒｅｆとの誤差を算出し、その誤差を比例積分回路２０２に入力して指令値Ｖｒｅｆを算出するところが異なる。しかし、図１２におけるＦＢ制御の制御装置で使用される微分演算や位相進み演算あるいはＬＰＦ回路などは、図１の演算などと同じであり、ノイズなどに対する効果もＦＦ制御の場合と同じような効果を得ることができる。
【００５３】
本発明は、上述したようにセンサ類で検出した電動パワーステアリング装置の状態を示す信号からノイズを除去するときに、本来の状態を示す信号まで除去しないようにする効果を有している。よって、電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサは、実施例で示したモータの端子電圧や電流を検出する電圧検出センサや電流検出センサ、或いは操舵トルクを検出するトルクセンサに限らず、モータの回転数を検出するセンサ、例えば、レゾルバやタコメータなどの他のセンサにも本発明は適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、デシメーションを利用した微分演算や位相進み演算を用いることによって、電動パワーステアリング装置の検出センサ等から検出されたロードインフォメーションなどは除去されずに検出センサなどで発生したノイズだけが除去されることにより、アシストトルクに振動を発生させないようにモータを正しく制御して、不快な異常音や振動のない電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するフィードフォワード制御を利用した電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明のデシメーションを利用した微分演算とＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図３】本発明のデシメーションを利用した位相進み演算とＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図４】デシメーション処理をしない微分演算とデシメーション処理した微分演算によるボード線図の比較を示す図である。
【図５】デシメーション処理をしない微分演算とデシメーション処理した微分演算とＬＰＦ回路との組み合わせによるボード線図の比較を示す図である。
【図６】デシメーション処理をしない微分演算（Ａ）とデシメーション処理した微分演算（Ｂ）によるノイズ除去効果の比較を示す図である。
【図７】逆起電圧算出回路の詳細な制御ブロック図である。
【図８】外乱オブザーバ回路の詳細な制御ブロック図である。
【図９】本発明のデシメーションを利用したＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図１０】デシメーションを利用したＬＰＦ回路によるボード線図の比較を示す図である。
【図１１】デシメーションフィルタによるノイズ除去効果の比較を示す図である。
【図１２】本発明を適用するフィードバック制御を利用した電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【図１３】従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
３ 操舵補助指令値演算回路
７ 加算回路
９ センター応答性改善回路
１０ 位相補償回路
１１ 電流制御回路（ＦＦ）
１２ ＰＷＭ制御回路
１３ インバータ回路
１４ モータ
１５ 電流検出回路
１６ 電圧検出回路
１７ 逆起電圧算出回路
１８ 加算回路
１９ 外乱オブザーバ回路
２０ 加算回路
２１ 角速度推定回路
２２ 角加速度算出回路
２３ 慣性補償回路
９−１ 微分回路
９−２ ＬＰＦ回路
９−３，９−４，９−５、９−１２，９−１３ 遅延回路
９−６，９−７ 減算回路
９−８、 加算回路
９−９，９−１０ 増幅回路
１０−１ 位相進み回路
１０−２，１０−３ 遅延回路
１０−４ 減算回路
１０−５ 加算回路
１０−８，１０−９，１０−１０ 増幅回路
９−２０ デシメーションフィルタ
９−１２、９−１３ 遅延回路
９−１６ 減算回路
９−１５ 加算回路
９−１７，９−１８，９−１９ 増幅回路
２００ 電流制御回路（ＦＢ）
２０１ 減算回路
２０２ 比例積分回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に制御装置に入力される信号から制御遅れがなくかつ有効な信号を減衰させることなくノイズだけを除去できるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助力付勢する電動パワーステアリング装置は、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操舵補助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、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、ハンドルからのトルク信号やモータの電圧、電流信号を検出して、これらの情報を基にモータを正確に制御する必要がある。
【０００３】
しかし、これらの信号を検出し、制御装置に入力する際に、これらの信号にノイズが重畳されモータを正確に制御できないため、アシストトルクに振動などが発生して、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題がある。よって、このような問題を改善するために、従来より検出信号に重畳されたノイズを制御遅れがなくかつ有効な信号を減衰させることなく除去をできるような工夫を施している。
【０００４】
例えば、特許文献１で開示されている方法を説明すると、図１３において、トルクセンサ１０２で検出されたトルクＴがインターフェイス（以下、ＩＦと記す）およびアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と記す）を介して制御装置１０７に入力される。同じように、車速センサで検出された車速Ｖやモータ１０３の電流ＩがＩＦやＡＤ変換を介して制御装置１０７に入力され、それらの信号を基にモータ１０３が正確なアシストトルクを発生するようにモータ１０３の電流制御をする。
【０００５】
当該制御の基本的な考えを説明するに、検出されたトルク信号Ｔは減衰手段７１や位相補償７２を介して、或いは車速Ｖは車速演算７４を介して目標電流設定部７３に入力される。目標電流設定部７３において、必要なアシストトルクを発生させるモータ電流ＩＡを算出し、当該指令電流ＩＡどおりにモータ電流を発生するようにモータ電流Ｉを検出し、ＰＩ制御７７によるフィードバック制御を行い、指令電流ＩＡどおりのモータ電流が供給されるようにＰＷＭ演算７８を利用したインバータなどの駆動回路を使用してモータの電流制御を行っている。
【０００６】
この例で、ノイズ除去に関する工夫として、指令電流ＩＡを直接、ＰＩ制御７７に入力せずに、一旦、減衰手段７５を介して、ノイズを除去してＰＩ制御７７に入力する。そして、減衰手段７５のカットオフ周波数ｆｃは、操舵速度推定７６から算出される速度ωと車速Ｖによって可変されるので、高速運転時のハンドル操作と駐車時のハンドル操作で上記カットオフ周波数ｆｃを変化させ、ノイズを除去しつつ、有効な信号ＩＡを取り出している。
【０００７】
上述したフィルタ係数を状況に応じて可変とすることは、この制御要素がある種の適応フィルタ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ）であることを示している。適応フィルタを利用する際に、その設計には充分注意を払わなければならない。その理由は、フィルタ係数の設計が正しく行なわなければ、期待する効果は得られないからである。
【０００８】
しかし、特許文献１では、ローパスフィルタ（以下ＬＰＦと記す）のカットオフ周波数が操舵速度の絶対値に基いて算出されるが、カットオフ周波数演算部はチューニングで経験的に決定されるため、そのアルゴリズムは不明瞭である。また、操舵速度の絶対値に基いて決定されたカットオフ周波数をもつＬＰＦでは、トルク信号に含まれる路面情報（ロードインフォメーション）とノイズを切り分けられず、ノイズと共に路面情報も除去してしまう問題がある。
【０００９】
また、制御における一般的特徴として、微分要素や位相進み要素はノイズの発生源、或いはノイズの拡大源となり、また、ＬＰＦはノイズを除去できるが、カットオフ周波数を小さくして低周波ノイズを除去しようとすると高周波領域での遅れが大きくなる問題がある。
【００１０】
ノイズに関する他の問題として、現在の多くの制御装置に当てはまる問題であるが、検出信号はアナログ信号で、制御はデジタル制御の場合が多く、検出信号をＡＤ変換させる必要がある。その量子化誤差を解決するための方法が、特許文献２に開示されているが、ここでは下位ビットを次のサンプリングでフィードバック加算して誤差の累積を防止する方法をとっている。しかし、この方法ではでは、リミットサイクル振動による電動パワーステアリング装置の振動を防止することには効果があるが、検出信号に含まれるノイズの除去に対しては効果がなく、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題が依然として解決されていない。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２３４４５４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平１０−１０９６５６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、電動パワーステアリング装置の各種検出信号に含まれるノイズによって、アシストトルクを発生させる当該装置のモータを正しく制御できないため、アシストトルクに振動などが発生して、運転手にとって不快な異常音や振動が発生する問題がある。
【００１４】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置の各種検出信号に含まれるノイズを検出信号から除去し、アシストトルクに振動を発生させないように当該装置のモータを正しく制御して、不快な異常音や振動のない電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサと、前記センサの信号を入力として前記電動パワーステアリング装置を制御するための演算回路とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記演算回路が微分演算回路又は位相進み演算回路を有し、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の演算がデシメーション処理する演算であり、デシメーション処理された前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の出力にローパスフィルタを備え、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路のサンプリング時間が前記ローパスフィルタのサンプリング時間より大きいことによって達成される。また、上記目的は、トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備していることによって達成される。また、上記目的は、前記演算回路がデシメーション処理されない微分演算回路又はデシメーション処理されない位相進み演算回路であって、前記微分演算回路の出力又は前記位相進み演算回路の出力にデシメーションフィルタを備え、トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備していることによって達成される。また、上記目的は、前記電動パワーステアリング装置の状態が、前記モータの端子電圧、モータ電流、操舵トルク又は前記モータの回転数であることによって達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の主要技術に関係するデシメーションについて説明すると、デシメーションとはダウンサンプリング或いはサンプリングの間引きを意味し、一般的には、デシメーションはサンプリングレート変換などに使用されるが、デシメーションは、ノイズ除去の機能も有している。
【００１７】
また、一般的に、演算処理において微分演算や位相進み演算の場合、特に、ノイズによる悪い影響が現れるため、本発明では、これらの演算処理に対するノイズ対策を施している。
【００１８】
ところで、センサ信号などに含まれるノイズを除去するためにノイズフィルターなどが使用される場合が多い。しかし、例えば、ノイズを除去するために一般的に利用されるＬＰＦをアナログ回路で構成した場合や従来技術で説明した方法で構成した場合、各種センサから得られた情報、例えば、トルクＴ情報やモータ電圧、電流の情報が、ノイズと一緒に減衰して、トルクＴに含まれる大事な路面情報まで減衰して正しい電動パワーステアリングの制御が実行できなくなる。
【００１９】
しかし、デシメーションを利用した演算では、周波数の高いノイズ成分だけを除去し、センサ信号に含まれる大事な情報、即ちトルクＴ信号やモータ電圧、電流信号などの有用な信号は減衰されずに処理されるという優れた特性がある。このデシメーションによる優れた特性を利用した微分演算処理や位相進み演算処理を実行することにより、ノイズに妨害されずに正しく電動パワーステアリング装置を制御できる。
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、電動パワーステアリング装置のモータ１４を制御するために、トルクを測定する為のセンサより検出されたトルクＴと、センサである電圧検出回路１６および電流検出回路１５より検出したモータの端子電圧Ｖおよび電流Ｉとを入力として演算処理した場合の電動パワーステアリング装置の制御装置の一実施例である。
【００２２】
まず、電動パワーステアリング装置のモータ１４の制御の基本構成について説明する。図示されないトルクセンサで検出されたトルクＴは、操舵補助指令値演算回路３とセンター応答性改善回路９とに入力される。つまり、トルクＴはアシスト特性マップを有する操舵補助指令値演算３に入力され、電流指令値の基本となる操舵補助指令値Ｉ０が出力され、この操舵補助指令値Ｉ０は位相補償回路１０に入力される。トルクＴは、さらに数１の微分特性を有するセンター応答性改善回路９に入力され、加算回路７において、数２の特性を有する位相補償回路１０の出力とセンター応答性改善回路９の出力Ｉｔが加算される。以上の処理がトルク制御部に相当する。なお、加算回路７では、後述する慣性補償回路２３の出力Ｉｓも加算される。加算回路７の出力Ｉｒｅｆは、電流制御回路１１に入力され、電圧指令値Ｖｒｅｆが決定される。
【００２３】
【数１】
Ｉｃ＝ｄＴ／ｄｔ
【数２】
Ｇ（ｓ）＝（１＋ｓ・Ｔ２）／（１＋ｓ・Ｔ１）
なお、電流制御回路１１に関して、電流指令値Ｉｒｅｆに対してＦＢ制御をする場合とＦＦ制御をする場合があり、図１では、ＦＦ制御を採用した場合の実施例について説明しているが、ＦＢ制御の実施例については、後で説明する。よって、電流指令値Ｉｒｅｆを数３の位相進み特性を有する電流制御回路１１に入力し、新たな指令値Ｖｒｅｆが算出される。
【００２４】
【数３】
Ｖｒｅｆ＝（Ｒ＋ｓ・Ｌ）・Ｉｒｅｆ
モータ１４を制御する基本的な指令値はＶｒｅｆであるが、このＶｒｅｆにさらに補助信号である逆起電圧ＥＭＦと外乱Ｖｄｉｓが加算される。なお、逆起電圧ＥＭＦは、モータ１４の逆起電圧ＥＭＦを電圧検出回路１６で検出したモータ端子電圧Ｖと電流検出回路１５で検出した電流Ｉから後述詳細に説明する逆起電圧算出回路１７で算出する。また、外乱ＶｄｉｓはＰＷＭ制御回路１２に指示したとおりにインバータ回路１３が出力しているか監視し、差があれば補償するための信号である。
【００２５】
元に戻って、電流制御回路１１から出力されたＶｒｅｆに加算回路２０で外乱Ｖｄｉｓが加算され、さらに、加算回路１８でＥＭＦが加算され、ＰＷＭ制御回路１２の入力は（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）となる。この入力信号に基づきインバータ回路１３をＰＷＭ制御し、モータ１４はインバータ回路１４から供給される電流によってトルク制御される。
【００２６】
以上が、図１に示すＦＦ制御を適用したモータ１４のトルク制御の基本制御であるが、モータ１４の出力トルクが、トルク指令値Ｔｒｅｆに忠実に高速に応答しトルクリップルも少ないことが望ましい。しかし、上述したノイズの影響により、上記目的達成の妨害要因となり、特に、図１の各処理回路には、多くの微分回路や位相進み回路を適用しており、これらがノイズに対して脆弱なため、本発明を適用する必要がある。
【００２７】
微分回路や位相進み回路を適用した各処理回路にデシメーションを施した実施例について、以下、順に説明する。つまり、トルク制御部、逆起電圧算出回路と角加速度算出回路、外乱オブザーバ回路の順に説明する。
【００２８】
トルク制御部には、図１において、センター応答性改善回路９が数１の微分演算であり、位相補償回路１０には、数２の示す一次進み遅れ演算となっている。そこで、図２にデシメーション処理した場合微分回路とローパスフィルタ回路（以下ＬＰＦ回路と記す）の組み合わせを示す。また、図３にデシメーション処理した一次進み遅れ回路を示す。
【００２９】
図２は近似微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組み合わせたから構成されている。近似微分回路９−１は遅延回路９−３，９−４と減算回路９−６から構成されている。即ち、近似微分回路９−１の入力は遅延回路９−３と減算回路９−６に入力され、微分回路９−３の出力は微分回路９−４に入力されている。微分回路９−４の出力が減算回路９−６の入力となり、減算回路９−６の出力が近似微分回路９−１の出力となる。
【００３０】
また、ＬＰＦ回路９−２は遅延回路９−５と減算回路９−７と加算回路９−８および増幅回路９−９，９−１０から構成されている。即ち、近似微分回路９−１の出力がＬＰＦ回路９−２の入力となり、まず、減算回路９−７の入力となる。また、増幅回路９−９の出力が減算回路９−７の他方の入力となり、減算回路９−７の出力が遅延回路９−５および加算回路９−８の入力となる。遅延回路９−５の出力は増幅回路９−９の入力および加算回路９−８の入力となる。加算回路９−８の出力が増幅回路９−１０に入力され、増幅回路９−１０の出力がＬＰＦ回路９−２の出力となる。
【００３１】
ここで重要なことは、微分回路９−１の遅延回路９−４がデシメーションの作用をして間引き効果をもち、サンプリング時間を大きくとることによりノイズの除去に効果がある。また、ＬＰＦ回路９−２のサンプリング時間を微分回路９−１のサンプリング時間より小さくすることにより高周波領域での遅れを小さくすることができ高速応答性を有する。
【００３２】
このデシメーションの効果をボード線図で示すと図４のようになる。図４は、デシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせ及び従来の近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせとをボード線図上で比較したものである。図４において、従来の近似微分は、１００Ｈｚ付近までしか正しく計算できず、また、４００Ｈｚでのロールオフ率も大きくない。一方、デシメーションした近似微分は２００Ｈｚ付近まで正しく近似微分を計算できている。図５はデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせと従来の近似微分と２次のＬＰＦ回路の組み合わせを比較したものである。従来の近似微分でデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせと同じロールオフ率を得る為にはＬＰＦ回路の次数の高い２次のＬＰＦ回路にする必要があるが、２次のＬＰＦ回路は計算量が多く、また位相遅れも大きくなる問題がある。つまり、デシメーションした近似微分は少ない計算量で位相遅れが小さく、ロールオフ率が大きいという優れた効果を有していることがわかる。
【００３３】
このデシメーションの効果をみるために、チャープ波形（周波数が増加する正弦波）を従来の近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせ及びデシメーションした近似微分とＬＰＦ回路の組み合わせに入力した場合の出力結果について図６（Ａ）と図６（Ｂ）で比較して示す。図６（Ａ）はデシメーションを利用しない微分とＬＰＦ回路の組み合わせ回路を通過させた信号出力であり、図６（Ｂ）は図２のデシメーションを利用した微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組合せ回路の信号出力である。明らかに同図（Ｂ）のデシメーションを利用した組み合わせ回路の方がノイズが少ないことがわかる。そこで、本回路を図１のセンター応答性改善回路９に適用すれば、ノイズの少ない微分回路によって出力Ｉｃが得られる。
【００３４】
図３は、位相進み回路１０−１とＬＰＦ回路９−２との組合せ回路である。位相進み回路１０−１は遅延回路１０−２，１０−３と減算回路１０−４と加算回路１０−５と増幅回路１０−８，１０−９、１０−１０より構成される。即ち、位相進み回路の入力は、まず、減算回路１０−４に入力される。減算回路１０−４のもうひとつの入力は増幅回路１０−８の出力であり、減算回路１０−４の出力は増幅回路１０−１０および遅延回路１０−２の入力となる。遅延回路１０−２の出力は増幅回路１０−８および遅延回路１０−３の入力となる。遅延回路１０−３の出力が増幅回路１０−９の入力になり、増幅回路１０−９の出力と増幅回路１０−１０の出力が加算回路１０−５に入力される。加算回路１０−５の出力が位相進み回路１０−１の出力となる。
【００３５】
また、ＬＰＦ回路９−２は図２のＬＰＦ回路９−２と同じである。ここでも位相進み回路１０−１の遅延回路１０−３でサンプリング時間を大きく取ってノイズの除去を可能とする。その後のＬＰＦ回路のサンプリング時間との関係では、ＬＰＦ回路のサンプリング時間を位相進み回路のサンプリング時間より小さくしてＬＰＦ回路の高周波領域での遅れを小さくしている。そこで、図１の位相補償回路１０に本回路を適用して、指令値Ｉｔ＝（１＋ｓ・Ｔ２）・Ｉ０／（１＋ｓ・Ｔ１）を算出する。ここでもデシメーションの効果により、位相進み（１＋ｓ・Ｔ２）でのノイズ除去に効果があり、また、後段のＬＰＦ回路の１／（１＋ｓ・Ｔ１）では、サンプリング時間を小さくして高周波領域での遅れを小さくできる。
【００３６】
電流制御回路１１の伝達関数は（Ｒ＋ｓ・Ｌ）であるが、この位相進み要素には、図３における位相進み回路１０−１と同様の手法を適用すればノイズの除去に効果がある。トルク制御部に関する微分演算、位相進み演算およびそれらとＬＰＦ回路の組み合わせ回路への本発明の適用に付いて説明した。
【００３７】
次に、逆起電圧算出回路１７に対する本発明の適用について図７を用いて説明する。まず、逆起電圧の算出式を数４に示す。
【００３８】
【数４】
ＥＭＦ＝Ｖ−（Ｒ＋ｓ・Ｌ）・Ｉ／（１＋ｓ・Ｔｆ）
である。ここで、Ｒはモータの抵抗、Ｌはモータのインダクタンスである。
【００３９】
この処理を実現するため、図７において、逆起電圧算出回路１７は電流Ｉを入力として伝達関数（Ｒ＋ｓ／Ｌ）／（１＋ｓ・Ｔｆ）をもつ伝達関数回路１７−１とその出力および電圧Ｖとを入力とする加算回路１７−２から構成されている。ここでも電流算出回路１６で検出されたノイズを含む電流Ｉに対して位相進みおよびＬＰＦによるノイズ除去を実行している。この伝達関数回路１７−１に図３の位相進み遅れ回路と同様のデシメーション処理を適用すればノイズの除去に効果がある。
【００４０】
次に、角加速度αの算出については、数５および数６によって算出することができる。
【００４１】
【数５】
ω＝ＥＭＦ／Ｋｅ
である。ここで、ωはモータの角速度、Ｋｅは逆起電圧定数である。
【００４２】
【数６】
α＝ｄω／ｄｔ
である。
【００４３】
よって、図１の角速度推定回路２１では、数５の式を実行して、その後に、角加速度算出回路２２でωを入力とし、数６の微分演算によって角加速度αを算出している。ここで、角加速度算出回路２１−２は微分演算なので、図２の微分回路９−１とＬＰＦ回路９−２の組み合わせ回路を適用すれば、ノイズの除去に効果があり、高応答性を実現できる。
【００４４】
最後に、外乱オブザーバ回路１９については、図８を用いて説明する。外乱オブザーバ回路の機能は、入力の指令値（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）の指示通りにインバータの出力、即ち、モータ電流Ｉが出力しているかを監視する機能であって、それらに差があるとその差をフィードバックして差を無くすように機能する。具体的な回路は図８に示す通りである。（Ｖｒｅｆ＋ＥＭＦ＋Ｖｄｉｓ）を入力とする伝達関数（ｋ／（１＋ｓ・Ｔｆ））をもつ伝達関数回路１９−１と電流Ｉを入力とし伝達関数（Ｒ＋ｓ・Ｌ）／（１＋ｓ・Ｔｆ）をもつ伝達関数回路１９−２のそれぞれの出力の差を減算回路１９−３でとって、その差を図１の加算回路２０にフィードバックしている。そして伝達関数回路１９−１および１９−２では、それぞれ一次遅れ演算と位相進み遅れ演算を実行しているので、ノイズ除去のために、伝達関数回路１９−１の一次遅れ演算には図２のＬＰＦ回路を適用し、伝達関数回路１９−２の位相進み遅れには、図３の位相進み回路１０−１とＬＰＦ回路９−２を適用すれば、ノイズ除去に効果がある。
【００４５】
以上説明したように、図１の制御回路には多くの微分演算および位相進み演算が存在し、これらは、ノイズを発生、拡大の要因になるが、デシメーションを利用した演算によりノイズの除去に極めて効果がある。
【００４６】
以上の説明では、微分回路や位相進み回路にデシメーションを適用した実施例について説明したが、電動パワーステアリング装置の装置構成によっては、つまり大型車用の電動パワーステアリング装置と小型車用の電動パワーステアリング装置の違い等により、サンプリングの時間を大きく取れない場合があり、その場合はデシメーションの効果が多く期待できない恐れがある。
【００４７】
そのような場合は、微分回路や位相進み回路をデシメーション処理するのではなく、微分回路や位相進み回路は従来の回路を使用し、その出力にデシメーション処理したＬＰＦ回路（デシメーションフィルタ）を配して、組み合わせとしては同じ様な効果を期待できる。
【００４８】
デシメーションフィルタの実施例を図９に示す。デシメーションフィルタ９−２０は遅延回路９−１２，９−１３と加算回路９−１５、減算回路９−１６および増幅回路９−１７，９−１８，９−１９から構成されている。その構成は入力と増幅回路９−１７とが加算回路９−１５で加算され、加算回路９−１５の出力が増幅器９−１８および遅延回路９−１２の入力となる。遅延回路９−１２の出力は増幅回路９−１７および遅延回路９−１３の入力となる。遅延回路９−１３の出力は増幅回路９−１９の入力となり、増幅回路９−１９の出力と増幅回路９−１８の出力が減算回路９−１６で減算され、減算回路９−１６の出力がデシメーションフィルタ９−２０の出力となる。
【００４９】
ここでデシメーションは遅延回路９−１２、９−１３によって実現され、ＬＰＦ回路９−２より、さらにデシメーション効果を持たせ、ノイズ除去効果を高めている。ＬＰＦ回路９−２の替わりにデシメーションフィルタ９−２０を使用する理由は、例えば、位相進み回路１０−１のサンプリング時間を大きくできない場合、ノイズ除去能力の高いデシメーションフィルタ９−２０を利用すればノイズを効果的に除去できる。
【００５０】
このデシメーションフィルタの効果を図１０に示す。図９ではＮを一般化した場合の構成図を示したが、図１０はＮ＝２、３、５，９およびａ＝０．０２の場合のボード線図である。Ｎに応じて、カットオフ周波数が変化しており、ゲインを見るとノイズのロールオフ率（遮断性能）が非常に高いことがわかる。
【００５１】
このデシメーションフィルタの効果をみるために、このデシメーションフィルタにチャープ波形を入力した場合の出力結果を図１１に示す。図１１の出力波形と図６（Ａ）のデシメーションを利用しない微分とＬＰＦ回路の組み合わせの出力波形とを比較すると、明らかに図１１のデシメーションフィルタを通過させた出力波形の方がノイズが少ないことがわかる。
【００５２】
本発明を図１のようなＦＦ制御を用いた電動パワーステアリング装置の制御装置に適用した場合について説明したが、本発明は図１２に示すようなＦＢ制御をを用いた電動パワーステアリング装置の制御装置に用いても効果がある。図１２のＦＢ制御による制御装置と図１のＦＦ制御の制御装置と異なるところは、電流検出回路１５で検出したモータ電流Ｉを電流制御回路２００にフィードバックして減算回路２０１で指令値Ｉｒｅｆとの誤差を算出し、その誤差を比例積分回路２０２に入力して指令値Ｖｒｅｆを算出するところが異なる。しかし、図１２におけるＦＢ制御の制御装置で使用される微分演算や位相進み演算あるいはＬＰＦ回路などは、図１の演算などと同じであり、ノイズなどに対する効果もＦＦ制御の場合と同じような効果を得ることができる。
【００５３】
本発明は、上述したようにセンサ類で検出した電動パワーステアリング装置の状態を示す信号からノイズを除去するときに、本来の状態を示す信号まで除去しないようにする効果を有している。よって、電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサは、実施例で示したモータの端子電圧や電流を検出する電圧検出センサや電流検出センサ、或いは操舵トルクを検出するトルクセンサに限らず、モータの回転数を検出するセンサ、例えば、レゾルバやタコメータなどの他のセンサにも本発明は適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、デシメーションを利用した微分演算や位相進み演算を用いることによって、電動パワーステアリング装置の検出センサ等から検出されたロードインフォメーションなどは除去されずに検出センサなどで発生したノイズだけが除去されることにより、アシストトルクに振動を発生させないようにモータを正しく制御して、不快な異常音や振動のない電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するフィードフォワード制御を利用した電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明のデシメーションを利用した微分演算とＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図３】本発明のデシメーションを利用した位相進み演算とＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図４】デシメーション処理をしない微分演算とデシメーション処理した微分演算によるボード線図の比較を示す図である。
【図５】デシメーション処理をしない微分演算とデシメーション処理した微分演算とＬＰＦ回路との組み合わせによるボード線図の比較を示す図である。
【図６】デシメーション処理をしない微分演算（Ａ）とデシメーション処理した微分演算（Ｂ）によるノイズ除去効果の比較を示す図である。
【図７】逆起電圧算出回路の詳細な制御ブロック図である。
【図８】外乱オブザーバ回路の詳細な制御ブロック図である。
【図９】本発明のデシメーションを利用したＬＰＦ回路の演算ブロック図である。
【図１０】デシメーションを利用したＬＰＦ回路によるボード線図の比較を示す図である。
【図１１】デシメーションフィルタによるノイズ除去効果の比較を示す図である。
【図１２】本発明を適用するフィードバック制御を利用した電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【図１３】従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
３ 操舵補助指令値演算回路
７ 加算回路
９ センター応答性改善回路
１０ 位相補償回路
１１ 電流制御回路（ＦＦ）
１２ ＰＷＭ制御回路
１３ インバータ回路
１４ モータ
１５ 電流検出回路
１６ 電圧検出回路
１７ 逆起電圧算出回路
１８ 加算回路
１９ 外乱オブザーバ回路
２０ 加算回路
２１ 角速度推定回路
２２ 角加速度算出回路
２３ 慣性補償回路
９−１ 微分回路
９−２ ＬＰＦ回路
９−３，９−４，９−５、９−１２，９−１３ 遅延回路
９−６，９−７ 減算回路
９−８、 加算回路
９−９，９−１０ 増幅回路
１０−１ 位相進み回路
１０−２，１０−３ 遅延回路
１０−４ 減算回路
１０−５ 加算回路
１０−８，１０−９，１０−１０ 増幅回路
９−２０ デシメーションフィルタ
９−１２、９−１３ 遅延回路
９−１６ 減算回路
９−１５ 加算回路
９−１７，９−１８，９−１９ 増幅回路
２００ 電流制御回路（ＦＢ）
２０１ 減算回路
２０２ 比例積分回路
Claims (4)
- 車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサと、前記センサの信号を入力として前記電動パワーステアリング装置を制御するための演算回路とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記演算回路が微分演算回路又は位相進み演算回路を有し、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の演算がデシメーション処理する演算であり、
デシメーション処理された前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路の出力にローパスフィルタを備え、前記微分演算回路又は前記位相進み演算回路のサンプリング時間が前記ローパスフィルタのサンプリング時間より大きいことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 - トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の状態を検出するセンサと、前記センサの信号を入力として前記電動パワーステアリング装置を制御するための演算回路とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記演算回路がデシメーション処理されない微分演算回路又はデシメーション処理されない位相進み演算回路であって、前記微分演算回路の出力又は前記位相進み演算回路の出力にデシメーションフィルタを備え、
トルク制御部において具備されたセンター応答性改善回路及び位相補償回路と、逆起電圧算出回路と、角加速度算出回路と、外乱オブザーバ回路とがそれぞれ前記演算回路を具備していることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 前記電動パワーステアリング装置の状態が、前記モータの端子電圧、モータ電流、操舵トルク又は前記モータの回転数である請求項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の制御装置。
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