JP5447393B2

JP5447393B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5447393B2
Application number: JP2010544505A
Authority: JP
Inventors: 徹坂口
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: JPWO2011037019A1; EP2322410A4; CN103448794A; EP2322410A1; CN102123903A; US20120175183A1; EP2322410B1; WO2011037019A1; US8820469B2; CN103448794B

Description

【技術分野】
【０００１】
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に関し、特に反力から除去したい外乱の周波数帯域で減速加速度に基づいた信号処理を行い、ブレーキの振動吸収レベルを向上させ、より安全で快適な操舵性能が得られるようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷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補助負荷付勢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（ＥＰＳ）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、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−ティ比の調整で行っている。
【０００３】
ここで、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２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂを含む中間シャフト４、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。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。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１００にはバッテリ１４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信号が入力され、コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出されたトルク信号（操舵トルク）Ｔｒと車速センサ１２で検出された車速信号Ｖｅｌとに基づいてアシスト指令の電流指令値Ｉの演算を行い、演算された電流指令値Ｉに基づいてモータ駆動部２１を介してモータ２０を制御する。モータ２０のモータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流ｉが計測されてコントロールユニット１００に入力される。
【０００４】
このような電動パワーステアリング装置において、従来は例えば特開平８−２９０７７８号公報（特許文献１）に示すように、コントロールユニット１００内のロバスト安定化補償部により、システムの安定性と路面情報及び外乱情報の感度特性が同時に設計されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、かかる従来の制御装置では、ステアリング中立点付近の操舵時の反力が小さいため、摩擦の影響により、路面情報をドライバに正確に伝えることが困難である。また、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵角と操舵力との間のヒステリシス特性を、油圧式パワーステアリング並みの特性にすることが困難である。
【０００６】
このような問題を解決する装置として、特開２００２−３６９５６５号公報（特許文献２）に開示されているものがある。
【０００７】
特許文献２に開示されている装置の概略を、図１に対応させた図２に示して説明する。ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ２０はモータ駆動部２１によって駆動され、モータ駆動部２１は二点鎖線で示すコントロールユニット１００からの電流指令値Ｉで制御され、コントロールユニット１００にはトルクセンサからのトルク信号Ｔｒ及び車速検出系からの車速信号Ｖｅｌが入力される。
【０００８】
コントロールユニット１００はトルク信号Ｔｒを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部１１０と、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はアシスト量演算部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及びセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）推定フィードバック部１１５Ａ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、モータ角速度推定部１２３、モータ角加速度推定部（微分部）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。
【０００９】
トルク信号Ｔｒはアシスト量演算部１１１、微分制御部１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａに入力され、いずれも車速信号Ｖｅｌをパラメータ入力としている。アシスト量演算部１１１はトルク信号Ｔｒに基づいてアシストトルク量を演算し、ヨーレート収れん性制御部１１３はトルク信号Ｔｒ及びモータ角速度ωを入力とし、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。また、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ようになっており、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａはトルク信号Ｔｒと、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算した信号と、モータ角速度推定部１２３で推定されたモータ角速度ωと、モータ角加速度推定部１２４からの角加速度＊ωとを入力して、路面からの反力としてのＳＡＴを推定し、推定したＳＡＴをフィードバックフィルタ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ようになっている。
【００１０】
また、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御部１１２の出力を加算部１１６Ａで加算した操舵補助指令値に、ヨーレート収れん性制御部１１３の出力を加算部１１６Ｂで加算した操舵補助指令値をアシスト量ＡＱとしてロバスト安定化補償部１１４に入力している。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の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａの出力を減算部１１６Ｃで減算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができる電流指令値（アシスト量）Ｉａが得られる。
【００１１】
更に、モータ角速度推定部１２３はモータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流ｉに基づいてモータ角速度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度推定部１２４、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａに入力される。モータ角加速度推定部１２４では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度を推定し、推定したモータ角加速度＊ωはモータ特性補償部１２５に入力される。モータ特性補償部１２５の出力Ｉｃに、ロバスト安定化補償部１１４の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５の出力を減算した電流指令値Ｉａが加算部１２６Ａで加算され、その加算信号が電流指令値Ｉｒとして微分補償器で成る補償部１２１に入力される。補償部１２１で補償された電流指令値Ｉｒａに外乱推定部１２２の出力を加算部１２６Ｂで加算した電流指令値Ｉが、モータ駆動部２１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Ｉｒａに外乱推定部１２２の出力を加算した信号と、モータ電流ｉ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。
【００１２】
ここで、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図３に示して説明する。ドライバがハンドル１を操舵することによって操舵トルクＴｈが発生し、その操舵トルク（トルク信号）Ｔｈに従ってモータ２０がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてＳＡＴが発生する。また、その際、モータ２０の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記数１のような運動方程式が得られる。
【００１３】
（数１）
J・*ω+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+Th

ここで、上記数１を初期値ゼロとしてラプラス変換し、ＳＡＴについて解くと下記数２が得られる。
【００１４】
（数２）
SAT(s)=Tm(s)+Th(s)−J・*ω(s)−Fr・sign(ω(s))

【００１５】
上記数２から分るように、モータ２０の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ回転角速度ω、回転角加速度＊ω、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴｈよりＳＡＴを推定することができる。かかる理由より、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａにはトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω、アシスト量演算部１１１の出力がそれぞれ入力されている。
【００１６】
また、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５Ａで推定したＳＡＴ情報をそのままフィードバックした場合、ステアリングが重くなり過ぎるため、操舵感覚を向上することはできない。そのため図４に示すように、車速感応ゲインと周波数特性を有するフィードバックフィルタ１１５ＡＦを用いてＳＡＴの推定値を信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみをフィードバックする。ここで用いるフィードバックフィルタ１１５ＡＦは、静特性ゲインとして、推定したＳＡＴの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを持つＱフィルタ（位相遅れ）１１５Ｂと、図５に示すような車速信号Ｖｅｌに感応したゲイン特性を有するゲイン部１１５Ｃとを持ち、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は、フィードバックする路面情報を小さくしている。
【００１７】
上述の特許文献２に記載の装置では、抑制したい外乱が存在する周波数帯域と、伝えたい外乱が存在する周波数帯域とを両立するようにＳＡＴ推定のフィードバックを構成しているが、抑制したい外乱を積極的に打ち消すという機能はない。
【００１８】
一方、車両では、通常制動時及び定常走行時に、乗員に不快感を与えるブレーキジャダーとシミーが発生する。ブレーキジャダーは車両の制動時に発生するフロア・ペダル振動のことで、ステアリング回転方向に振動を伴う場合もある。ブレーキディスクのＤＴＶ(Disk Thickness Variation)により発生する制動トルク変動が起振源で、車輪の回転の１次成分及び高次成分を有する。これがサスペンションの前後の共振などで増幅され、車体やステアリングシステムを伝達して、フロア・ペダル振動やステアリング振動となる。また、シミーは車両走行時にステアリング回転方向に発生する振動のことであり、タイヤ・ホイールなどの回転部分のアンバランスやノンユニフォミティが起振源となり、サスペンション共振で増幅され、ステアリングシステムを介してステアリング回転方向の振動となる。
【００１９】
このようなブレーキジャダーやシミーについて特許文献２の装置では何ら考慮しておらず、また、特開２００２−１４５０７５（特許文献３）や特開２００２−１６１９６９（特許文献４）ではブレーキジャダーやシミーの振動を減衰させる装置を開示しているが、いずれも機械的な対応であり、コストアップになると共に、車速感応といったきめ細かな抑制ができないという問題がある。
【先行技術文献】
【００２０】
【特許文献】
【特許文献１】
特開平８−２９０７７８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３６９５６５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４５０７５号公報
【特許文献４】
特開２００２−１６１９６９号公報
【特許文献５】
特開２００６−１９９２１９号公報
【特許文献６】
特開２００７−８４００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
かかる問題を解決するものとして特開２００６−１９９２１９号公報（特許文献５）に示される装置がある。特許文献５に記載の装置では、図２に対応させた図６に示すように、ＳＡＴ推定部１１７はトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω及び加算部１１６Ａの加算結果（アシスト量演算結果）を入力してＳＡＴを推定し、そのＳＡＴ推定値＊ＳＡＴをフィードバック部１１８を経て加算部１１６Ｃに加算している。フィードバック部１１８の構成は図７に示すようになっている。即ち、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴを入力して高周波成分を出力する車速感応型のハイパスフィルタ１１８−１と、ゲインＧを乗算する車速感応型のゲイン部１１８−３とで構成されている。
【００２２】
このような構成において、ＳＡＴ推定部１１７はトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω及び加算部１１６Ａの加算結果を入力して、反力としてのＳＡＴを推定するが、その推定は前述した数２の手法による。推定されたＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィードバック部１１８のハイパスフィルタ１１８−１に入力され、これによりブレーキジャダーやシミーに関連した高周波成分のみが通過し、ブレーキジャダーやシミーの抑制を行うことができる。高周波成分のみが通過したハイパスフィルタ１１８−１の出力はゲイン部１１８−３に入力されてゲインＧ倍され、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴｃとして出力される。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴｃは加算部１１６Ｄでロバスト安定化補償部１１４の出力（電流指令値）と加算され、モータ系制御部１２０に入力される。
【００２３】
このように特許文献５に示される装置では、反力推定値としてのＳＡＴ推定値＊ＳＡＴにハイパスフィルタ１１８−１を通過させ、ドライバに伝えたくない反力成分を抽出して電流指令値に加算して補正しているため、ドライバに伝えたくない反力成分を打ち消すことができ、ドライバに快適な操舵感を与えることができる。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴをそのまま加算して補正すると良好に低減できないため、ゲインＧを乗じて加算している。
【００２４】
ここにおいて、外乱は急ブレーキをかけたときのブレーキ力のアンバランスやタイヤのアンバランス（バランスウェイトの剥離）等によって生じ、サスペンションの共振周波数（１５〜２０Ｈｚ）で現れる。特許文献５に示される装置では、外乱を上記共振周波数帯（１５〜２０Ｈｚ）でフィルタリングしゲインを乗算してフィードバックしているが、外乱抑制効果を高めようとして過度のゲインや周波数帯設定を行うと、通常操舵時にも悪影響を及ぼす可能性がある。操舵感に重要な路面情報周波数１０Ｈｚ以下の情報をも抑制してしまい、ドライバが操舵し難くなる。うねりや轍等の路面情報は１０Ｈｚ以下であるので、路面情報がハンドルを通じてドライバに伝わらなくなる。また、急ブレーキ状態では、ハンドル操作を行わない場合や微細な路面情報を必要としない場合が多い。
【００２５】
また、特許文献６に示される装置では、トルク信号から外乱に対応する外乱トルク成分をハイパスフィルタで抽出し、抽出された外乱トルク成分を微分して外乱トルク微分値を求め、外乱トルク微分値に対応する補正値を生成し、この補正値によって目標電流値を補正し、補正後の目標電流値に基づいてモータを駆動するようにしている。
【００２６】
ここにおいて、ブレーキジャダーによるハンドルの振動は急ブレーキ（減速度が高い）ほど下からの加振が大きくなるため大きくなる。即ち、急ブレーキ→車速変化大→減速度高になると共に、急ブレーキ→ブレーキパッドへかかる力大→加振力大→ハンドル振動大となるので、減速度が高いほど振動抑制効果を高める必要がある。しかしながら、特許文献６に示される装置ではかかる対策が施されていない。また、電動パワーステアリング装置は、車両側から各車輪速情報を用いて演算した車速情報をCAN通信によって得ている。即ち、各車輪速→車両速度演算→CAN通信→EPS車速検知となっており、演算遅れが生じているのが実情であり、迅速に振動を押さえ込むには遅れのない車速が必要である。しかしながら、特許文献６に示される装置ではかかる対策が全く施されていない。
【００２７】
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、路面情報及び外乱等の信号処理を行うことによりチューニングし易くし、周波数特性や減速加速度（急ブレーキ）を考慮したフィルタ及びゲイン部によってブレーキの振動吸収レベルを向上させ、より安全で快適な操舵性能が得られる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００２８】
今後の車体改良としてサスペンションの剛性変化（高くなる）があり、振動特性が変化する可能性がある。上述したような現状の制振抑制構造では効果が低減する可能性があるので、制振特性を一層大きくするために、車両の減速加速度やブレーキ信号を利用し、ゲインやフィルタ特性を可変（減速度が高いほど、振動抑制効果が良くなるフィルタ定数に変更し、減速度が高いほど、振動抑制効果が良くなるようにゲインを変更する。）することで抑制効果を高めながら、通常走行時の路面情報を損なわずに制振制御を行う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にある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値と、ラック軸を有するステアリング機構に操舵補助力を与えるモータのモータ電流とから演算した電流指令値に基づいて、前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記ラック軸に入力される反力を推定若しくは測定する反力検出手段と、直列に接続されたフィルタ及びゲイン部で成っており、前記反力から除去したい外乱として、前記車両のサスペンションとの共振周波数帯域を抽出する外乱帯域抽出手段と、車速信号に基づいて前記車両の減速加速度を演算する減速加速度演算手段とを具備し、前記外乱帯域抽出手段で抽出された反力信号で、前記操舵補助指令値若しくは前記電流指令値を補正するようになっていると共に、前記減速加速度が高くなるに従って前記フィルタのフィルタ通過特性を大きくし、かつ前記ゲイン部のゲインを大きくするようになっていることにより達成される。
【００３０】
本発明の上記目的は、前記反力検出手段がＳＡＴ推定手段であり、前記反力がＳＡＴ値であることにより、或いは前記減速加速度に対して、前記フィルタ通過特性及び前記ゲインの変化が連続的又は段階的に大きくなっていることにより、或いは前記フィルタ通過特性又は前記ゲインの変化がヒステリシス特性を有していることにより、或いは前記車速信号を車速センサ若しくはＣＡＮで得るようになっていることにより、或いは前記ステアリング機構が収縮可能な中間シャフトを備えていることにより、或いは前記車速信号又は前記減速加速度に位相補償を施し、位相補償された信号に基づいて前記フィルタ部及びゲイン部の特性を変化させるようになっていることにより、或いは前記減速加速度が、ブレーキ関連信号から演算されたブレーキストロークであることにより、或いは前記共振周波数帯域が１５〜２０Ｈｚであり、前記共振周波数帯域が前記フィルタの減衰範囲に含まれており、前記フィルタは、減速していない場合には１０Ｈｚ以下では減衰特性を持たない特性で、減速時には、１０Ｈｚ以下で減速に応じた減衰特性を有していることにより、或いは前記フィルタが、演算処理部に格納されたハイパスフィルタユニット及びローパスフィルタユニットで構成されており、前記減速加速度をトリガーとして前記ハイパスフィルタユニット及びローパスフィルタユニットを切り替えるようになっていることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ラック軸に入力される反力（ＳＡＴ）を推定若しくは測定する反力検出手段と、反力から除去したい外乱の周波数帯（１５〜２０Ｈｚ）を抽出する外乱帯域抽出手段と、車速センサ若しくはＣＡＮからの車速信号に基づいて車両の減速加速度を演算する減速加速度演算手段とを設け、外乱帯域抽出手段で抽出された反力信号を減速加速度（ブレーキ信号に基づくブレーキストロークを含む）に応じて可変し、可変した反力信号で操舵補助指令値若しくは電流指令値を補正している。外乱帯域抽出手段はフィルタ及びゲイン部で構成されており、急ブレーキ状態（急減速）に応じてフィルタ通過特性、ゲインを可変し、急ブレーキのときのみ可変制御を行うようにしているので、操舵感と外乱抑制効果のトレードオフを解消することができる。
【００３２】
また、減速加速度を考慮してフィルタ通過特性及びゲインを可変制御しているので、ブレーキの振動吸収レベルを向上させることができ、より安全で快適な操舵性能を得ることができる。
【００３３】
通常の操舵においては、路面情報周波数１０Ｈｚ以下の操舵感に重要な特性を確保することが望ましいが、急ブレーキ状態ではハンドル操作を行わないことが多く、微細な路面状態を必要としないので、１０Ｈｚ以下での周波数帯の情報を抑制しても問題がない。従って、急ブレーキ状態の時には、振動抑制効果が一層高くなるようにフィルタ通過特性やゲインを変更することにより、通常の操舵状態では操舵に必要な路面情報を伝えながら、ある程度の振動抑制効果を確保し、急ブレーキ状態の時には、より振動抑制効果を高めることができる。このように本発明によれば、ドライバに不快な振動を伝えないようにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】
一般的なステアリン機構例を示す図である。
【図２】
従来装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】
路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示す模式図である。
【図４】
フィードバック部の構成例を示す図である。
【図５】
フィードバックフィルタの特性例を示す図である。
【図６】
従来装置を示すブロック構成図である。
【図７】
フィードバック部の構成例を示すブロック構成図である。
【図８】
本発明の原理を説明するための図である。
【図９】
本発明の原理を説明するための図である。
【図１０】
フィルタ特性を説明するための特性図である。
【図１１】
本発明の構成例を示すブロック構成図である。
【図１２】
本発明における外乱帯域抽出部の構成例を示すブロック構成図である。
【図１３】
周波数に対するフィルタの通過特性例を示す特性図である。
【図１４】
減速加速度に対するフィルタの切り替え例（段階的）を示す特性図である。
【図１５】
減速加速度に対するゲイン部の特性例（連続的）を示す特性図である。
【図１６】
減速加速度に対するゲイン部の特性例（段階的）を示す特性図である。
【図１７】
周波数帯域とゲインの関係を示す特性図である。
【図１８】
周波数帯域とフィルタ通過特性の関係を示す図である。
【図１９】
本発明の他の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２０】
位相補償の構成例を示すブロック図である。
【図２１】
位相補償の他の構成例を示すブロック図である。
【図２２】
中間シャフトのスライド機構の一例を示す機構図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明では、ＳＡＴ推定値のフィードバック経路にフィルタ及びゲイン部で成る外乱帯域抽出部を介挿し、減速加速度（急ブレーキ）に応じてフィルタ通過特性及びゲインを可変し、ドライバに伝えたくない反力を打ち消すようにモータを制御し、サスペンションの共振周波数帯域（１５〜２０Ｈｚ）で、急ブレーキ状態（急減速）においてのみフィルタリングの減衰を大きくして外乱抑制の程度を大きくし、路面情報周波数１５Ｈｚ以下及び２０Ｈｚ以上の領域では滑らかな減衰をさせるようにしているので、操舵フィーリングと外乱抑制効果のトレードオフを解消することができる。
【００３６】
路面情報周波数１０Ｈｚ以下は、走行時の路面のうねり、轍等の路面情報と車両挙動が現れる周波数帯であり、ハンドル操作としては重要な路面情報となるので、１０Ｈｚ以下の帯域を除去してしまうと操舵感が損なわれ、操舵フィーリングが悪くなる。また、周波数帯域１５〜２０Ｈｚはサスペンションとの共振周波数帯域であり、荒れた路面の走行振動や４０Ｋｍ／ｈ以上の中高速域でのブレーキ振動がサスペンションの固有値で共振する。このため、ドライバはハンドル上で不快な振動を感じることになる。一方、路面情報周波数２０Ｈｚ以上ではサスペンションの共振周波数帯を外れているので、振動レベルとしては問題が少ないが、自然な操舵フィーリングとして路面情報をドライバに伝えるためには、この周波数帯を減衰させない方が良い。本発明は、このような路面情報周波数の特性に基づいている。
【００３７】
図８及び図９は本発明の原理を示しており、路面情報周波数１５〜２０Ｈｚの範囲Ｄがサスペンションの共振周波数帯域であり、滑らかな操舵フィーリングを得るためには、範囲Ｄの両端部においてフィルタによる減衰範囲（Ｂ領域、Ｃ領域）が必要である。Ａ領域（１０〜１５Ｈｚ）の幅が狭いので、減衰範囲が１０Ｈｚ以下の領域とラップする可能性がある。前述のように、理想的には１０Ｈｚ以下の領域に減衰を持たないような特性（一点鎖線）が望まれる。しかし、急ブレーキ状態では操舵を行うことがなく、微細な路面状態を必要としないので、１０Ｈｚ以下の領域に減衰範囲を設定しても問題はない。フィルタの設計上の問題で、高い次数のフィルタ構成をとれば１０Ｈｚ以下の特性に影響を及ぼさないようにできるが、演算時間が大きくかかるという問題が発生する。限られた演算時間に収めるためには、つまり高速度に演算させるためにはフィルタの次数は低い方が望ましい。次数が低いフィルタでサスペンションの共振周波数帯（Ｄ領域）の減衰量を大きくするためには、その両端部（Ｂ領域、Ｃ領域）の減衰量も大きくなる可能性があるが、前述のように急ブレーキ状態の時にのみ減衰特性を実線（本発明）のように変更（減衰）するのであれば問題はない。図９のＦ点（例えば１７Ｈｚ）が減衰の目標値であるとすると、減衰特性変動に対して違和感を生じさせないように特性を滑らかに徐変させる。
【００３８】
なお、図９の一点鎖線で示す従来装置の特性は、前述した特許文献５に開示された装置のものである。
【００３９】
フィルタ特性ｆの一般式は下記数３で表わされる。ここに、ｓはラプラス演算子、ｂ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）はハイパスフィルタ係数、ａ_ｊ（ｊ＝１，２、・・・、ｎ）はローパスフィルタ係数である。
【００４０】
（数３）
ｆ＝（ｓ^ｍ＋ｂ_１・ｓ^ｍ−１＋・・・＋ｂ_ｍ）／（ｓ^ｎ＋ａ_１・ｓ^ｎ−１＋・・・＋ａ_ｎ）

【００４１】
そして、図１０に示すようなローパスフィルタ特性及びハイパスフィルタ特性の次数を上げると、ローパスフィルタ特性及びハイパスフィルタ特性共に矢印のように移動し、ピーク値のみのフィルタリングが可能であるが、フィルタ係数が多いため乗算回数や加算回数が増え、ＣＰＵ（演算処理部）の処理速度が遅くなったり、フィルタ係数を保存しておくためのＲＯＭや、中間変数を保存しておくためのＲＡＭが増加する不都合がある。よって、減速加速度をトリガーとして、予めＣＰＵに格納されたフィルタユニットに切り替えることで安定した制御が可能になる。
【００４２】
図１１は本発明の構成例を図６に対応させて示しており、本発明では、車速信号Ｖｅｌに基づいて減速加速度ＤＧを演算する減速加速度演算部１１５と、反力検出手段としてのＳＡＴ推定部１１７からのＳＡＴ推定値＊ＳＡＴを減速加速度ＤＧに基づいて可変し、可変されたＳＡＴ推定値＊ＳＡＴ_Ｃを加算部１１６Ｃに入力して電流指令値を補正する外乱帯域抽出部１１９とが付加されている。車速信号Ｖｅｌは車速センサから求めても、ＣＡＮ（Control Area Network）から取得しても良い。
【００４３】
減速加速度演算部１１５は下記数４に従って減速加速度ＤＧを演算する。ここに、Ｖｅｌは車速、ｔは時間、Δは単位時間内の変化量である。
【００４４】
（数４）
ＤＧ＝ΔＶｅｌ／Δｔ

【００４５】
外乱帯域抽出部１１９の構成は図１２に示すように、フィルタ１１９−１及びゲイン部１１９−２で構成されており、減速加速度演算部１１５で演算された減速加速度ＤＧによって、それぞれフィルタ１１９−１のフィルタ通過特性及びゲイン部１１９−２のゲインＧが可変となっている。
【００４６】
フィルタ１１９−１の減衰特性は周波数に応じて図１３に示すように変化し、フィルタ特性が高いことは信号の通過特性が高いことを意味し、フィルタ特性が低いことは信号の通過特性が低いことを意味している。本例では、一例としてＮｏ１〜Ｎｏ３の３種類のフィルタ特性を定義している。また、減速加速度ＤＧに対するフィルタ特性は図１４に示すようになっており、減速加速度ＤＧに応じてフィルタＮｏ１〜Ｎｏ３を切り替えるようになっている。そして、フィルタＮｏ１〜Ｎｏ３の切り替えに際してチャタリングが発生しないようにヒステリシス特性を持たせている。即ち、減速加速度ＤＧが大きくなる場合には、例えば減速加速度ＤＧ_２１でフィルタＮｏ１をフィルタＮｏ２に切り替え、減速加速度ＤＧ_２３でフィルタＮｏ２をフィルタＮｏ３に切り替え、減速加速度ＤＧが小さくなる場合には、例えば減速加速度ＤＧ_２２でフィルタＮｏ３をフィルタＮｏ２に切り替え、減速加速度ＤＧ_２０でフィルタＮｏ２をフィルタＮｏ１に切り替えるようになっている。
【００４７】
なお、本例では減速加速度ＤＧに対してフィルタ１１９−１のフィルタ特性を段階的に変化させるようにしているが、連続的に変化させることも可能である。また、フィルタ１１９−１をフィルタＮｏ１〜Ｎｏ３の３種類としているが、任意の数を用いることが可能である。
【００４８】
ゲイン部１１９−２の減速加速度ＤＧに対する特性は、連続的に変化する場合には図１５に示すように、段階的に変化する場合には図１６に示すようになっており、いずれの場合も減速加速度ＤＧが大きくなるに従って大きくなるようになっている。そして、切り替わりのチャタリングを防止するために、図１５の場合にはＤＧ_１＜ＤＧ_２のヒステリシス特性を有し、図１６の場合には例えばＤＧ_１０＜ＤＧ_１１、ＤＧ_１２＜ＤＧ_１３のヒステリシス特性を有している。
【００４９】
このような構成において、減速加速度演算部１１５及び外乱帯域抽出部１１９以外については図６の動作と同一であり、説明を省略する。本発明では、減速加速度演算部１１５は車速信号Ｖｅｌに基づいて減速加速度ＤＧを演算し、減速加速度ＤＧを外乱帯域抽出部１１９内のフィルタ１１９−１及びゲイン部１１９−２に入力する。ＳＡＴ推定部１１７は前述のようにしてＳＡＴ推定値＊ＳＡＴを推定し、外乱帯域抽出部１１９内のフィルタ１１９−１に入力し、フィルタ１１９−１で減衰されたＳＡＴ推定値＊ＳＡＴ_Ａがゲイン部１１９−２に入力され、ゲイン部１１９−２でゲインＧを乗算されたＳＡＴ推定値＊ＳＡＴ_Ｃが加算部１１６Ｃで電流指令値に加算され、電流指令値が補正される。
【００５０】
一方、車速センサ又はＣＡＮからの車速信号Ｖｅｌは減速加速度演算部１１５に入力され、演算された減速加速度ＤＧがフィルタ１１９−１及びゲイン部１１９−２に入力される。そして、フィルタ１１９−１のフィルタ通過特性が図１３及び図１４に示すように減速加速度ＤＧに応じて可変されると共に、ゲイン部１１９−２のゲインＧが図１５又は図１６の特性に従って可変される。ゲイン部１１９−２のゲインＧについての周波数帯域とハンドル上の振動特性との関係は図１７に示すようになっており、ゲインＧが大きくなるに従って振動特性は減衰する。また、フィルタ１１９−１についての周波数帯域とハンドル上の振動特性との関係は図１８に示すようになっており、フィルタ通過特性が大きくなるに従って振動特性は減衰する。フィルタ１１９−１及びゲイン部１１９−２の全体としては、図９の実線のような減衰特性となる。なお、本実施形態では、減速加速度ＤＧに応じてフィルタ１１９−１及びゲイン部１１９−２の両方を可変するようにしているが、ゲイン部１１９−２だけでも良い。
【００５１】
上述の実施形態では車速信号Ｖｅｌから減速加速度ＤＧ（急ブレーキ状態）を演算しているが、ブレーキペタルの操作信号であるブレーキ信号からブレーキストロークを演算して用いることも可能である。図１９はその場合の構成例を示しており、スロットル・バイ・ワイヤなどの弁開度情報をブレーキストローク演算部１１５ＢＳに入力し、演算されたブレーキストロークＢＳに基づいて外乱帯域抽出部１１９内のフィルタ１１９−１及びゲンイン部１１９−２を可変している。
【００５２】
また、上述では図１１に示すように車速信号Ｖｅｌを減速加速度演算部１１５に入力し、演算された減速加速度ＤＧで直接フィルタ１１９−１及びゲンイン部１１９−２を切り替えるようにしているが、位相補償を施しても良い。図２０は、車速信号Ｖｅｌから減速加速度演算部１１５で演算された減速加速度ＤＧを位相進み補償部１１５Ａに入力し、位相補償された減速加速度ＤＧａをフィルタ１１９−１及びゲンイン部１１９−２に入力する例を示している。図２１は、車速信号Ｖｅｌを位相進み補償部１１５Ａに入力し、位相補償された車速信号Ｖｅｌａを減速加速度演算部１１５に入力し、演算された減速加速度ＤＧｂをフィルタ１１９−１及びゲンイン部１１９−２に入力する例を示している。
【００５３】
いずれの場合も、位相補償することで位相が進むので、フィルタ等の変更を早めに行うことができるので、制振制御特性をより効果的に行うことができる。特に入力される車速信号Ｖｅｌは演算された信号が入力されるので、実際の速度より遅れた値が入力されることから、車速信号Ｖｅｌの進み補償により制振の効果を高めることができる。
【００５４】
このように、本発明ではサスペンションの共振周波数帯域において、急ブレーキ状態（急減速）に応じてフィルタ通過特性、ゲインを可変し、急ブレーキのときのみ可変制御を行うようにしているので、操舵感と外乱抑制効果のトレードオフを解消することができる。また、減速加速度を考慮してフィルタ通過特性及びゲインを可変制御しているので、ブレーキの振動吸収レベルを向上させることができ、より安全で快適な操舵性能を得ることができる。
【００５５】
更に、図２２に示す雄シャフト４１ｂと雌シャフト４１ａから成るスライド機構４１により収縮可能な中間シャフト４を有する電動パワーステアリング装置にあっては、中間シャフト４の剛性による振動伝達の影響が考えられ、ナイロンコートスプライイン、ボールスプライン等でガタ詰めを行うと、剛性が向上する反面、振動の伝達特性が悪化する。しかしながら、本発明によれば、このような場合にも特に制振効果が期待できる。
【００５６】
なお、上述の各実施例ではＳＡＴをＳＡＴ推定部１１７で推定するようにしているが、センサによる測定でＳＡＴを求めるようにしても良い。また、上述では減速加速度やブレーキ信号を用いてフィルタ及びゲイン部の切り替えを行っているが、前後加速度センサの信号を用いても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１ハンドル
２コラム軸
３減速ギア
４中間シャフト
１０トルクセンサ
１１イグニションキー
１２車速センサ
２０モータ
２１モータ駆動部
４１スライド機構
１００コントロールユニット
１１０トルク系制御部
１１１アシスト量演算部
１１２微分制御部
１１３ヨーレート収れん性制御部
１１４ロバスト安定化補償部
１１５減速加速度演算部
１１６位相進み補償部
１１５ＢＳブレーキストローク演算部
１１７ＳＡＴ推定部
１１８ＳＡＴフィードバック部
１１９外乱帯域抽出部
１２０モータ系制御部
１２１補償部
１２２外乱推定部
１２３モータ角速度推定部
１２４モータ角加速度推定部
１２５モータ特性補償部

Claims

車両のステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値と、ラック軸を有するステアリング機構に操舵補助力を与えるモータのモータ電流とから演算した電流指令値に基づいて、前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置において、
前記ラック軸に入力される反力を推定若しくは測定する反力検出手段と、
直列に接続されたフィルタ及びゲイン部で成っており、前記反力から除去したい外乱として、前記車両のサスペンションとの共振周波数帯域を抽出する外乱帯域抽出手段と、
車速信号に基づいて前記車両の減速加速度を演算する減速加速度演算手段と、
を具備し、
前記外乱帯域抽出手段で抽出された反力信号で、前記操舵補助指令値若しくは前記電流指令値を補正するようになっていると共に、前記減速加速度が高くなるに従って前記フィルタのフィルタ通過特性を大きくし、かつ前記ゲイン部のゲインを大きくするようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記反力検出手段がＳＡＴ推定手段であり、前記反力がＳＡＴ値である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記減速加速度に対して、前記フィルタ通過特性及び前記ゲインの変化が連続的又は段階的に大きくなっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記フィルタ通過特性又は前記ゲインの変化がヒステリシス特性を有している請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
前記車速信号を車速センサ若しくはＣＡＮで得るようになっている請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記ステアリング機構が収縮可能な中間シャフトを備えている請求項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。
前記車速信号又は前記減速加速度に位相補償を施し、位相補償された信号に基づいて前記フィルタ部及びゲイン部の特性を変化させるようになっている請求項１乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記減速加速度が、ブレーキ関連信号から演算されたブレーキストロークである請求項１乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記共振周波数帯域が１５〜２０Ｈｚであり、前記共振周波数帯域が前記フィルタの減衰範囲に含まれており、前記フィルタは、減速していない場合には１０Ｈｚ以下では減衰特性を持たない特性で、減速時には、１０Ｈｚ以下で減速に応じた減衰特性を有している請求項１乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
前記フィルタが、演算処理部に格納されたハイパスフィルタユニット及びローパスフィルタユニットで構成されており、前記減速加速度をトリガーとして前記ハイパスフィルタユニット及びローパスフィルタユニットを切り替えるようになっている請求項１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。