JP5971479B2

JP5971479B2 - 電動パワーステアリング制御装置

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Publication number: JP5971479B2
Application number: JP2013034267A
Authority: JP
Inventors: 正基千葉
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP2014162321A

Description

本発明は、電動パワーステアリング制御装置に係わり、特に、ステアリングホイールと転舵輪とを連結するコラムシャフトにアシストトルクを付与するモータを、運転者によるステアリングホイールの操舵に応じて制御する電動パワーステアリング制御装置に関する。

従来より、自動車運転時の運転者の負荷低減ひいては予防安全性の向上のため、ステアリングホイールの操舵をアシストするパワーステアリング装置が知られている。特に近年では、燃費向上の観点から、ステアリングホイールの操舵をモータによりアシストする電動パワーステアリング装置が使用されるようになっている。

電動パワーステアリング装置のモータを制御する電動パワーステアリング制御装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクを、ステアリングホイールとタイヤとの間に設けられたトルクセンサにより検出し、この操舵トルクに基づいてモータへの制御量を決定する（アシスト制御）。
このようにトルクセンサの検出値に基づいてフィードバック制御を行う場合、トルクセンサの検出値の振動やモータ制御タイミングの遅延に起因して、自励振動や共振が発生する可能性がある。従って、これらの自励振動や共振を抑制するために、安定化制御を行う必要がある。
そこで、電動パワーステアリング制御装置は、ステアリングホイールに対する操作状態や車両の走行状態に基づき、アシスト制御のための制御量を決定すると共に、振動の低減や共振の防止を行う安定化制御のための制御量を別途決定し、これらの制御量を合算してモータに出力する。

例えば、特許文献１には、ハンドルに加えられるトルクの測定値に応じて、所定の初期アシストトルク及び所定のアシストゲインを推定し、共振周波数における位相をずらして最終アシストトルクを設定することにより、系全体の共振を抑える自動車の電動パワーステアリングシステムが開示されている。
また、特許文献２には、モータ回転数に応じてフィードフォワード制御及びフィードバック制御のパラメータを変更することにより、ステアリングの保舵時における振動や騒音を低減するようにした電動パワーステアリング装置が開示されている。

特表２００９−０５３７３４号公報特開２００８−１８４０６０号公報

しかしながら、上述した特許文献１の電動パワーステアリングシステムにおいては、電動パワーステアリングを構成する各部品の寸法公差や組立公差が考慮されていないため、共振周波数における位相をずらしても系全体の共振を十分に抑制できない可能性がある。
また、上述した特許文献２の電動パワーステアリング装置においては、様々な運転状況に適応した制御を行うためには、各運転状況毎に制御を構築しなければならず、制御系が複雑化する可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、構成部品の製造公差や運転状況の変化に影響を受けることなく、運転者にとって不快感の少ない良好な操作フィーリングを実現することができる電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の電動パワーステアリング制御装置は、ステアリングホイールと転舵輪とを連結するコラムシャフトにアシストトルクを付与するモータを、運転者によるステアリングホイールの操舵に応じて制御する、電動パワーステアリング制御装置において、ステアリングホイールの操舵に基づく第１の制御量をモータに出力するアシスト制御手段と、コラムシャフトに発生する角速度及びコラムシャフトに作用するトルクを検出し、これらの角速度及びトルクのそれぞれの時間変動幅を減少させるように第２の制御量をモータに出力する安定化制御手段と、を有し、安定化制御手段は、ステアリングホイールに対する操舵トルクを検出し、この操舵トルク及びコラムシャフトに発生する角速度の位相に応じて、角速度を減少させるように、又は操舵トルクを減少させるように、第２の制御量をモータに出力することを特徴とする。
このように構成された本発明においては、安定化制御手段が出力した第２の制御量に応じたモータの動作より、コラムシャフトに発生する角速度及びコラムシャフトに作用するトルクのそれぞれの時間変動が抑制されるので、コラムシャフトの弾性振動やノイズによる高周波振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤと路面との摩擦振動等、電動パワーステアリング装置に発生する種々の振動の低減を図ることができ、ステアリングホイールから運転者に伝わる振動を低減することができる。
また、安定化制御手段は、操舵トルク及びコラムシャフトに発生する角速度の位相に応じて、操舵トルク又はコラムシャフトに発生する角速度のうち、振動の山又は谷の近傍にある方の振動を低減するように第２の制御量を決定するので、電動パワーステアリング装置に発生する種々の振動を一層効果的に低減することができる。

また、本発明において、好ましくは、安定化制御手段は、モータの角度を検出し、このモータの角度の時間微分値から運転者の操舵による操舵成分を除去した値に粘性を付与するように、第２の制御量をモータに出力する。
このように構成された本発明においては、安定化制御手段は、モータ角速度には、コラムシャフトのねじれによって発生するトルクの振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤと路面との摩擦振動等が含まれていることを利用して、モータ角速度から操舵成分を除去して粘性を付与するという簡易な演算により第２の制御量を決定するので、電動パワーステアリング装置に発生する種々の振動を簡易に低減することができる。

本発明による電動パワーステアリング制御装置によれば、構成部品の製造公差や運転状況の変化に影響を受けることなく、運転者にとって不快感の少ない良好な操作フィーリングを実現することができる。

本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置が制御する電動パワーステアリング装置を示す概略斜視図である。本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置が制御する電動パワーステアリング装置の力学モデルを示す概略図である。本発明の電動パワーステアリング制御装置の安定化制御部による制御が行われない場合における、トルクセンサによる検出値とモータ角センサの検出値から算出したコラムシャフトの角速度との関係を示す線図であり、図３（ａ）は横軸にトルク、縦軸に時間をとったトルクの時間変動を示す線図、図３（ｂ）は横軸に時間、縦軸に角速度をとった角速度の時間変動を示す線図、図３（ｃ）は横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面上にトルク及び角速度の時間変動をプロットした線図である。本発明の電動パワーステアリング制御装置の安定化制御部による制御が行われる場合における、トルクセンサによる検出値とモータ角センサの検出値から算出したコラムシャフトの角速度との関係を示す線図であり、図４（ａ）は横軸にトルク、縦軸に時間をとったトルクの時間変動を示す線図、図４（ｂ）は横軸に時間、縦軸に角速度をとった角速度の時間変動を示す線図、図４（ｃ）は横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面上にトルク及び角速度の時間変動をプロットした線図である。本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング制御装置の制御系を示すブロック線図である。図５においてブロック線図により示した第１実施形態の電動パワーステアリング制御装置による電動パワーステアリング制御処理の流れを示すフローチャートである。第１実施形態のアシスト制御部による基本アシストトルク演算のフローチャートである。第１実施形態の安定化制御部による、モータ角速度変動抑制トルク演算のフローチャートである。本発明の電動パワーステアリング制御装置における、運転者の意図に対応する角速度とモータ角速度変動との関係を示す線図である。第１実施形態の安定化制御部による、角速度差抑制トルク演算のフローチャートである。図１０の角速度差抑制トルク演算において入力される操舵角速度とモータ角速度との関係を示す線図である。本発明の電動パワーステアリング制御装置における、操舵角速度とモータ角速度との角速度差と、この角速度差の時間微分値との関係を示す線図である。本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング制御装置の制御系を示すブロック線図である。図１３においてブロック線図により示した第２実施形態の電動パワーステアリング制御装置による電動パワーステアリング制御処理の流れを示すフローチャートである。第２実施形態の安定化制御部による、モータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算のフローチャートである。第２実施形態の安定化制御部がモータトルク指令の演算に使用するゲインを決定する際の基準を示した線図であり、横軸に操舵トルク、縦軸にモータ角速度をとった平面上に操舵トルク及びモータ角速度の時間変動をプロットした線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置を説明する。
まず、図１により、本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置が制御する電動パワーステアリング装置を示す概略斜視図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２を有する。ステアリングホイール２は、コラムシャフト４の上端に連結されており、ステアリングホイール２を操作する操舵力がコラムシャフト４に伝達されるようになっている。コラムシャフト４の下端には、リンク機構を介してタイロッド６が連結されており、タイロッド６の両端にタイヤ８（転舵輪）が取り付けられている。

コラムシャフト４には、減速機構を介してモータ１０が連結されている。このモータ１０は、コラムシャフト４にアシストトルクを付与する。
ステアリングホイール２には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ１２が設けられている。コラムシャフト４には、コラムシャフト４に作用している操舵トルクを検出するトルクセンサ１４が設けられている。モータ１０には、モータ１０の回転角を検出するモータ角センサ１６が設けられている。これらの操舵角センサ１２、トルクセンサ１４、及びモータ角センサ１６から出力される信号は、電動パワーステアリング制御装置１８に入力される。電動パワーステアリング制御装置１８は、操舵角センサ１２、トルクセンサ１４、及びモータ角センサ１６から入力される信号に基づき、モータ１０を制御する。この電動パワーステアリング制御装置１８は、ステアリングホイール２の操舵に基づく第１の制御量をモータ１０に出力するアシスト制御部と、振動の低減やステアリングフィールの向上のための第２の制御量をモータ１０に出力する安定化制御部とを有する。

次に、図２により、本実施形態の電動パワーステアリング制御装置１８による制御の基本的な概念を説明する。図２は、本発明の実施形態による電動パワーステアリング制御装置１８が制御する電動パワーステアリング装置１の力学モデルを示す概略図である。
図２に示すように、コラムシャフト４には、ステアリングホイール２から正入力が加えられる。この正入力は、ステアリングホイール２に対する運転者の操舵力である。また、コラムシャフト４には、タイヤ８からタイロッド６及びリンク機構を介して逆入力が加えられる。この逆入力には、路面からの反力やタイヤ８と路面との摩擦振動が含まれる。
トルクセンサ１４は、トルクセンサ１４を構成するトーションバーのねじれ量を電動パワーステアリング制御装置１８に出力する。このトーションバーのねじれ量は、コラムシャフト４に作用する操舵トルクに比例している。
電動パワーステアリング制御装置１８のアシスト制御部２０は、アシストマップを参照し、トルクセンサ１４から入力されたねじれ量に対応する制御量を決定する。
さらに、電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２は、操舵角センサ１２、トルクセンサ１４、及びモータ角センサ１６から入力される信号に基づき、振動の低減やステアリングフィールの向上のための制御量を決定する。
電動パワーステアリング制御装置１８は、アシスト制御部２０が決定した制御量と安定化制御部２２が決定した制御量とを加算してモータ１０に出力する。
モータ１０は、入力された制御量に応じたトルクをコラムシャフト４に付与する。これにより、振動の低減やステアリングフィールの向上を実現しつつ、ステアリングホイール２に対する運転者の操舵力に応じたアシストトルクがコラムシャフト４に付与される。

次に、図３及び図４により、安定化制御部２２による振動の低減及びステアリングフィールの向上の概念を説明する。
図３は、本発明の電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２による制御が行われない場合における、トルクセンサ１４による検出値（トルク）とモータ角センサ１６の検出値から算出したコラムシャフト４の角速度との関係を示す線図であり、図３（ａ）は横軸にトルク、縦軸に時間をとったトルクの時間変動を示す線図、図３（ｂ）は横軸に時間、縦軸に角速度をとった角速度の時間変動を示す線図、図３（ｃ）は横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面上にトルク及び角速度の時間変動をプロットした線図である。図４は、本発明の電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２による制御が行われる場合における、トルクセンサ１４による検出値（トルク）とモータ角センサ１６の検出値から算出したコラムシャフト４の角速度との関係を示す線図であり、図４（ａ）は横軸にトルク、縦軸に時間をとったトルクの時間変動を示す線図、図４（ｂ）は横軸に時間、縦軸に角速度をとった角速度の時間変動を示す線図、図４（ｃ）は横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面上にトルク及び角速度の時間変動をプロットした線図である。

本発明の電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２による制御が行われない場合、図３（ａ）に示すように、トルクセンサ１４による検出値は、トルクセンサ１４を構成するトーションバーの弾性振動やノイズによる高周波振動を含んでおり、その時間変動を示す波形は複雑な形状になっている。また、図３（ｂ）に示すように、モータ角センサ１６の検出値から算出したコラムシャフト４の角速度は、コラムシャフト４のねじれによって発生するトルクの振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤ８と路面との摩擦振動を含んでおり、その時間変動を示す波形は複雑な形状になっている。
その結果、図３（ｃ）に示すように、横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面において、トルク及び角速度の時間変動を表すプロットはいびつな円形を描くようになる。さらに、共振が発生した場合には、トルク及び角速度の時間変動を表すプロットは半径を徐々に拡大する渦巻形状を描く。これらの場合、運転者には大きな振動が伝わり、操作フィーリングも不快なものとなる。

これに対し、本発明の電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、トルクセンサ１４による検出値の時間変動を示す波形およびモータ角センサ１６の検出値から算出したコラムシャフト４の角速度の時間変動を示す波形がそれぞれ滑らかな形状を描くように制御を行う。
即ち、安定化制御部２２は、図４（ｃ）に示すように、横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面において、トルク及び角速度の時間変動を表すプロットが、真円又は縦軸若しくは横軸に沿った楕円のリミットサイクルを描くように制御を行う。これにより、良好な操作フィーリングが得られるようになる。
さらに、安定化制御部２２は、トルクセンサ１４による検出値の時間変動幅及びモータ角センサ１６の検出値から算出したコラムシャフト４の角速度の時間変動幅を減少させるように制御を行う。即ち、安定化制御部２２は、図４（ｃ）に示したリミットサイクルの半径を縮小させるように制御を行う。これにより、運転者に伝わる振動が抑制される。

次に、図５乃至図１２により、本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング制御装置１８の制御内容を説明する。

図５は、本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング制御装置１８の制御系を示すブロック線図である。図６は、図５においてブロック線図により示した第１実施形態の電動パワーステアリング制御装置１８による電動パワーステアリング制御処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、電動パワーステアリング制御装置１８による制御は、アシスト制御部２０による基本アシストトルク演算と、安定化制御部２２によるモータ角速度変動抑制トルク演算と、安定化制御部２２による角速度差抑制トルク演算とに大別される。電動パワーステアリング制御装置１８は、これらの各演算によって得られた制御量を加算してモータ１０に出力する。

即ち、図６に示すように、電動パワーステアリング装置１の制御が開始されると、ステップＳ１において、アシスト制御部２０は基本アシストトルク演算を実行する。また、ステップＳ２において、安定化制御部２２はモータ角速度変動抑制トルク演算を実行する。さらに、ステップＳ３において、安定化制御部２２は角速度差抑制トルク演算を実行する。これらのステップＳ１、Ｓ２及びＳ３は並行して実行される。
ステップＳ１、Ｓ２及びＳ３の後、ステップＳ４に進み、電動パワーステアリング制御装置１８は、ステップＳ１、Ｓ２及びＳ３によって得られた制御量を加算することにより、最終的なモータトルク指令を演算し、モータ１０に出力する。
ステップＳ４の後、電動パワーステアリング制御装置１８は、電動パワーステアリング制御処理を終了する。

次に、アシスト制御部２０による基本アシストトルク演算の内容を詳細に説明する。
図７は、第１実施形態のアシスト制御部２０による基本アシストトルク演算のフローチャートである。

基本アシストトルク演算が開始されると、ステップＳ１１において、アシスト制御部２０は、トルクセンサ１４によって検出された操舵トルクを読み込む。

次に、ステップＳ１２において、アシスト制御部２０は、図５に示すようにアシストマップを参照する。続いて、ステップＳ１３において、アシスト制御部２０は、ステップＳ１２において参照したアシストマップに基づき、ステップＳ１１において読み込んだ操舵トルクに対応するアシストトルクを演算する。これにより、運転者によるステアリングホイール２の操舵に基づくアシストトルクが演算される。
ステップＳ１３の後、アシスト制御部２０は基本アシストトルク演算を終了する。

次に、安定化制御部２２によるモータ角速度変動抑制トルク演算の内容を詳細に説明する。
図８は、第１実施形態の安定化制御部２２による、モータ角速度変動抑制トルク演算のフローチャートである。モータ角速度変動抑制トルク演算が開始されると、ステップＳ２１において、安定化制御部２２は、モータ角センサ１６によって検出されたモータ角を読み込む。

次に、ステップＳ２２において、安定化制御部２２は、図５に示すように、ステップＳ２１において読み込んだモータ角に減速機構の減速比を乗算し、乗算結果を時間微分することにより、モータ１０の回転に対応するコラムシャフト４の角速度（以下、「モータ角速度」という）を算出する。

続いて、ステップＳ２３において、安定化制御部２２は、ステップＳ２２において算出したモータ角速度から計測ノイズによる周波数成分を除去する。具体的には、図５に示すように、安定化制御部２２はステップＳ２２において算出したモータ角速度をローパスフィルタＬＰＦ１に入力し、計測ノイズによる周波数成分を除去する。このローパスフィルタＬＰＦ１は、５０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させることにより、それ以上の周波数の信号を計測ノイズとして除去する。
また、ステップＳ２４において、安定化制御部２２は、ステップＳ２２において算出したモータ角速度から、運転者の操舵による周波数成分を抽出する。具体的には、図５に示すように、安定化制御部２２はステップＳ２２において算出したモータ角速度をローパスフィルタＬＰＦ２に入力し、運転者の操舵による周波数成分を抽出する。このローパスフィルタＬＰＦ２は、５Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させることにより、運転者の操舵による周波数成分を抽出する。

次に、ステップＳ２５において、安定化制御部２２は、運転者の意図（即ちステアリングホイール２の操舵）に対応する角速度を中心値とするモータ角速度の変動（以下、「モータ角速度変動」という）を算出する。具体的には、図５に示すように、安定化制御部２２はステップＳ２３において計測ノイズによる周波数成分を除去したモータ角速度から、ステップＳ２４において抽出した運転者の操舵による周波数成分を減算することにより、モータ角速度変動を算出する。

次に、ステップＳ２６において、安定化制御部２２は、ステップＳ２５において算出したモータ角速度変動に粘性を付与する（Ｇａｉｎ１）ことにより、モータ角速度変動を抑制するためのモータトルク指令を演算する。
ステップＳ２６の後、安定化制御部２２はモータ角速度変動抑制トルク演算を終了する。

図９は、本発明の電動パワーステアリング制御装置１８における、運転者の意図に対応する角速度とモータ角速度変動との関係を示す線図である。この図９において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ角速度を示す。
図９に示すように、ステップＳ２３において計測ノイズによる周波数成分を除去したモータ角速度は、運転者の意図に対応する角速度（図９における破線）を中心値とし、さらに、コラムシャフト４のねじれによって発生するトルクの振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤ８と路面との摩擦振動による高周波の振動を含みながら変動する（図９における実線）。上述したモータ角速度変動抑制トルク演算のステップＳ２５において、安定化制御部２２が、計測ノイズによる周波数成分を除去したモータ角速度から、運転者の操舵による周波数成分を減算することにより、運転者の意図に対応する角速度を基準とするモータ角速度の変動、即ちモータ角速度変動が抽出される。安定化制御部２２は、このように抽出したモータ角速度変動を粘性減衰させるように、即ち、図９に示すようにモータ角速度変動の振幅を矢印の方向に減衰させることによって、コラムシャフト４に発生する角速度及びコラムシャフト４に作用するトルクのそれぞれの時間変動幅を減少させるように、モータトルク指令を演算する。

次に、安定化制御部２２による角速度差抑制トルク演算の内容を詳細に説明する。
図１０は、第１実施形態の安定化制御部２２による、角速度差抑制トルク演算のフローチャートである。

角速度差抑制トルク演算が開始されると、ステップＳ３１において、安定化制御部２２は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角を読み込む。

次に、ステップＳ３２において、安定化制御部２２は、図５に示すように、ステップＳ３１において読み込んだ操舵角を時間微分することにより、操舵角速度を算出する。
この操舵角速度は、コラムシャフト４に発生するねじれ角の時間微分値と、モータ角速度との和として表すことができる。さらに、コラムシャフト４に発生するねじれ角は、ステアリングホイール２に対する操舵トルクに所定の係数を乗じた値として算出することができる。従って、安定化制御部２２が操舵角速度を算出することは、モータ角速度及び操舵トルクを検出することに相当する。

続いて、ステップＳ３３において、安定化制御部２２は、ステップＳ３２において算出した操舵角速度から計測ノイズによる周波数成分を除去する。具体的には、図５に示すように、安定化制御部２２はステップＳ３２において算出した操舵角速度をローパスフィルタＬＰＦ３ｂに入力し、計測ノイズによる周波数成分を除去する。このローパスフィルタＬＰＦ３ｂは、５０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させることにより、それ以上の周波数の信号を計測ノイズとして除去する。
また、ステップＳ３４において、安定化制御部２２は、図８に示したモータ角速度変動抑制トルク演算のステップＳ２２において算出したモータ角速度を読み出し、このモータ角速度から計測ノイズによる周波数成分を除去する。具体的には、図５に示すように、安定化制御部２２はステップＳ２２において算出したモータ角速度をローパスフィルタＬＰＦ３ａに入力し、計測ノイズによる周波数成分を除去する。

次に、ステップＳ３５において、安定化制御部２２は、ステップＳ３４において計測ノイズによる周波数成分を除去したモータ角速度から、ステップＳ３３において計測ノイズによる周波数成分を除去した操舵角速度を減算した差分値を算出する。そして、算出した差分値と、ステップＳ３２において算出した操舵角速度とに基づき、モータトルク指令の演算に使用するゲイン（Ｇａｉｎ２）の決定を行う。

図１１は、図１０の角速度差抑制トルク演算において入力される操舵角速度とモータ角速度との関係を示す線図である。この図１１においては、横軸が操舵角速度を示し、縦軸がモータ角速度を示している。安定化制御部２２は、これらの操舵角速度とモータ角速度とを一致させるように、即ちモータ角速度から操舵角速度を減算した差分値が０になるようにモータ１０を制御する。
上述したように、操舵角速度は、操舵トルクに所定の係数を乗じた値の時間微分値と、モータ角速度との和として表される。即ち、モータ角速度から操舵角速度を減算した差分値を０にすることは、操舵トルクの時間微分値を０にすること相当する。従って、安定化制御部２２は、操舵トルクの時間微分値を０にするようにモータ１０を制御することになる。
これにより、ステアリングホイール２とモータ１０との間のコラムシャフト４のねじれの変動（即ちコラムシャフト４に作用するトルクの変動）が減少する。その結果、図４（ｃ）に示したように、横軸にトルク、縦軸に角速度をとった平面において、トルク及び角速度の時間変動を表すプロットが、滑らかなリミットサイクルを描くようになる。

正のモータ角速度が正の操舵角速度より大きい場合、又は負のモータ角速度が負の操舵角速度より小さい場合において、操舵角速度とモータ角速度とを一致させるようにモータ１０を制御すると、ステアリングホイール２の操舵方向とは逆方向のトルクをモータ１０に発生させることになり、運転者に違和感を感じさせる可能性がある。従って、正のモータ角速度を正の操舵角速度以下にするように、又は負のモータ角速度を負の操舵角速度以上にするように、モータ１０を制御することが望ましい。
そこで、安定化制御部２２は、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で算出した操舵角速度が正の場合には、ステップＳ３３においてモータ角速度から操舵角速度を減算した差分値を０以下の所定の範囲内（本実施形態においては−ｐ以上且つ０以下の範囲内。図１１において斜線により示す範囲内）にするようにゲインを設定する。安定化制御部２２は、モータ角速度から操舵角速度を減算した差分値がこの所定の範囲内にある場合に、操舵角速度とモータ角速度とが一致しているものとする。
一方、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で算出した操舵角速度が負の場合には、ステップＳ３３においてモータ角速度から操舵角速度を減算した差分値を０以上の所定の範囲内（本実施形態においては０以上且つｐ以下の範囲内。図１１において斜線により示す範囲内）とするようにゲインを設定する。安定化制御部２２は、モータ角速度から操舵角速度を減算した差分値がこの所定の範囲内にある場合に、操舵角速度とモータ角速度とが一致しているものとする。

安定化制御部２２は、操舵角速度とモータ角速度とを一致させるように、即ち操舵角速度とモータ角速度とを図１１において斜線により示した範囲内に制御するように、ゲインを設定する。しかしながら、ゲインの値を固定値とすると、操舵角速度とモータ角速度との角速度差が大きいほどモータへの制御量が過剰に大きくなり、不要な振動や違和感を発生させる可能性がある。
そこで、安定化制御部２２は、操舵角速度とモータ角速度との差が大きいほど、操舵角速度とモータ角速度との差を０にするまでに要する時間が長くなるように、ゲインを決定する。
図１２は、本発明の電動パワーステアリング制御装置１８における、操舵角速度とモータ角速度との角速度差と、この角速度差の時間微分値（以下、「収束速度」という）との関係を示す線図である。図１２において点線により示す円弧は、ゲインの値が固定値である場合における角速度差と収束速度との関係を、初期の角速度差がＶ_1、Ｖ_2、Ｖ_3、及びＶ₄である場合のそれぞれについて表している。
図１２に示すように、安定化制御部２２は、収束速度を所定値Ｖ_L以下に保持するように、且つ、最終的に角速度差が０となる時に収束速度が０になるように、ゲインの値を初期値から徐々に減少させる。これにより、操舵角速度とモータ角速度との差が大きいほど、操舵角速度とモータ角速度との差を０にするまでに要する時間が長くなる。

ステップＳ３５において、上述したようにゲインを決定した後、ステップＳ３６に進み、安定化制御部２２は、ステップＳ３５において決定したゲイン（Ｇａｉｎ２）を使用してモータトルク指令を演算する。
ステップＳ３６の後、安定化制御部２２は角速度差抑制トルク演算を終了する。

次に、図１３乃至図１６により、本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング制御装置１８の制御内容を説明する。

図１３は、本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング制御装置１８の制御系を示すブロック線図である。図１４は、図１３においてブロック線図により示した第２実施形態の電動パワーステアリング制御装置１８による電動パワーステアリング制御処理の流れを示すフローチャートである。

図１３に示すように、電動パワーステアリング制御装置１８による制御は、アシスト制御部２０による基本アシストトルク演算と、安定化制御部２２によるモータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算と、安定化制御部２２による角速度差抑制トルク演算とに大別される。電動パワーステアリング制御装置１８は、これらの各演算によって得られた制御量を加算してモータ１０に出力する。

即ち、図１４に示すように、電動パワーステアリング装置１の制御が開始されると、ステップＳ４１において、アシスト制御部２０は基本アシストトルク演算を実行する。また、ステップＳ４２において、安定化制御部２２はモータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算を実行する。さらに、ステップＳ４３において、安定化制御部２２は角速度差抑制トルク演算を実行する。これらのステップＳ４１、Ｓ４２及びＳ４３は並行して実行される。
ステップＳ４１、Ｓ４２及びＳ４３の後、ステップＳ４４に進み、電動パワーステアリング制御装置１８は、ステップＳ４１、Ｓ４２及びＳ４３によって得られた制御量を加算することにより、最終的なモータトルク指令を演算し、モータ１０に出力する。
ステップＳ４４の後、電動パワーステアリング制御装置１８は、電動パワーステアリング制御処理を終了する。

次に、安定化制御部２２によるモータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算の内容を詳細に説明する。
図１５は、第２実施形態の安定化制御部２２による、モータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算のフローチャートである。モータ角速度変動抑制トルク演算が開始されると、ステップＳ５１において、安定化制御部２２は、トルクセンサ１４によって検出された操舵トルクを読み込む。

次にステップＳ５２において、安定化制御部２２は、モータ角センサ１６によって検出されたモータ角を読み込む。

次に、ステップＳ５３において、安定化制御部２２は、図１３に示すように、ステップＳ５２において読み込んだモータ角に減速機構の減速比を乗算し、乗算結果を時間微分することにより、モータ１０の回転に対応するコラムシャフト４の角速度（以下、「モータ角速度」という）を算出する。

続いて、ステップＳ５４において、安定化制御部２２は、ステップＳ５１において読み込んだ操舵トルクから計測ノイズによる周波数成分を除去する。具体的には、図１３に示すように、安定化制御部２２はステップＳ５１において読み込んだ操舵トルクをローパスフィルタＬＰＦ４に入力し、計測ノイズによる周波数成分を除去する。このローパスフィルタＬＰＦ４は、５０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させることにより、それ以上の周波数の信号を計測ノイズとして除去する。
また、ステップＳ５４において、安定化制御部２２は、ステップＳ５３において算出したモータ角速度から計測ノイズによる周波数成分を除去する。具体的には、図１３に示すように、安定化制御部２２はステップＳ５３において算出したモータ角速度をローパスフィルタＬＰＦ５に入力し、計測ノイズによる周波数成分を除去する。このローパスフィルタＬＰＦ５は、５０Ｈｚ以下の周波数の信号を通過させることにより、それ以上の周波数の信号を計測ノイズとして除去する。

次に、ステップＳ５５において、安定化制御部２２は、ステップＳ５４において計測ノイズによる周波数成分を除去した操舵トルクとモータ角速度とに基づき、横軸に操舵トルク、縦軸にモータ角速度をとった平面における、操舵トルク及びモータ角速度の時間変動を表すリミットサイクルの半径Ｒ_lを演算する。リミットサイクルの半径Ｒ_lは、式Ｒ_l＝√｛（操舵トルク）²＋（モータ角速度）²｝により算出される。

次に、ステップＳ５６において、安定化制御部２２は、ステップＳ５４において計測ノイズによる周波数成分を除去した操舵トルクとモータ角速度とに基づき、横軸に操舵トルク、縦軸にモータ角速度をとった平面における、操舵トルク及びモータ角速度の時間変動を表すプロットと横軸とが成す角（以下、「位相角」という）θを演算する。位相角θは、式θ＝Ａｔａｎ｛（モータ角速度）／（操舵トルク）｝により算出される。

次に、ステップＳ５７において、安定化制御部２２は、ステップＳ５６において演算した位相角θに基づき、モータトルク指令の演算に使用するゲイン（Ｇａｉｎ１）の決定を行う。

図１６は、第２実施形態の安定化制御部２２がモータトルク指令の演算に使用するゲインを決定する際の基準を示した線図であり、横軸に操舵トルク、縦軸にモータ角速度をとった平面上に操舵トルク及びモータ角速度の時間変動をプロットした線図である。
安定化制御部２２は、位相角θが、０≦θ＜π／４、３π／４≦θ＜５π／４、又は７π／４≦θ＜２πの範囲内にある場合には、操舵トルクが振動の山又は谷の近傍にあることから、モータ１０が発生させるトルクを抑制するようにゲインを決定する。また、安定化制御部２２は、位相角θが、π／４≦θ＜３π／４、又は５π／４≦θ＜７π／４の範囲内にある場合には、モータ角速度が振動の山又は谷の近傍にあることから、モータ角速度を抑制するようにゲインを決定する。

次に、ステップＳ５７において、上述したようにゲインを決定した後、ステップＳ５８に進み、安定化制御部２２は、ステップＳ５７において決定したゲイン（Ｇａｉｎ１）を使用してモータトルク指令を演算する。
ステップＳ５８の後、安定化制御部２２はモータ角速度及び操舵トルク変動抑制トルク演算を終了する。

なお、第２実施形態のアシスト制御部２０による基本アシストトルク演算及び安定化制御部２２による角速度差抑制トルク演算の内容は、第１実施形態のアシスト制御部２０による基本アシストトルク演算及び安定化制御部２２による角速度差抑制トルク演算の内容と同様であるので、説明を省略する。

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態においては、コラムシャフト４に作用する操舵トルクをトルクセンサ１４により直接的に検出し、コラムシャフト４の角速度をモータ角センサ１６の検出値から算出するが、他の手段や方法により、コラムシャフト４に作用する操舵トルクやコラムシャフト４の角速度を直接的に又は間接的に検出するようにしてもよい。例えば、コラムシャフト４に連結されるステアリング機構のピニオンギアに作用するトルクや角速度に基づき、コラムシャフト４に作用するトルクや角速度を間接的に算出してもよい。
また、上述した実施形態においては、モータ１０がアシストトルクを直接的にコラムシャフト４に付与するが、コラムシャフト４に連結されるステアリング機構のピニオンギア等の他の構成部品を介して間接的にアシストトルクをコラムシャフト４に付与するようにしてもよい。

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例による電動パワーステアリング制御装置１８の効果を説明する。

まず、電動パワーステアリング制御装置１８の安定化制御部２２は、コラムシャフト４に発生する角速度及びコラムシャフト４に作用するトルクを検出し、これらの角速度及びトルクのそれぞれの時間変動幅を減少させるようにモータトルク指令をモータ１０に出力するので、安定化制御部２２が出力したモータトルク指令に応じたモータ１０の動作より、コラムシャフト４に発生する角速度及びコラムシャフト４に作用するトルクのそれぞれの時間変動が抑制される。その結果、トルクセンサ１４を構成するトーションバーの弾性振動やノイズによる高周波振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤ８と路面との摩擦振動等、電動パワーステアリング装置１に発生する種々の振動の低減を図ることができ、ステアリングホイール２から運転者に伝わる振動を低減することができる。

特に、安定化制御部２２は、モータ１０の角度を検出し、このモータ１０の角度の時間微分値（モータ角速度）から運転者の操舵による操舵成分を除去した値に粘性を付与するようにモータトルク指令をモータ１０に出力する。即ち、安定化制御部２２は、モータ角速度には、コラムシャフト４のねじれによって発生するトルクの振動、あるいは路面からの反力に起因する振動やタイヤ８と路面との摩擦振動等が含まれていることを利用して、モータ角速度から操舵成分を除去して粘性を付与するという簡易な演算によりモータトルク指令を決定するので、電動パワーステアリング装置１に発生する種々の振動を簡易に低減することができる。

また、安定化制御部２２は、ステアリングホイール２に対する操舵トルクを検出し、この操舵トルク及びコラムシャフト４に発生する角速度の位相に応じて、角速度を減少させるように、又は操舵トルクを減少させるように、モータトルク指令をモータ１０に出力する。即ち、安定化制御部２２は、操舵トルク及びコラムシャフト４に発生する角速度の位相に応じて、操舵トルク又はコラムシャフト４に発生する角速度のうち振動の山又は谷の近傍にある方の振動を低減するようにモータトルク指令を決定するので、電動パワーステアリング装置１に発生する種々の振動を一層効果的に低減することができる。

また、安定化制御部２２は、運転者によるステアリングホイール２の操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度とを検出し、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度とを一致させるようにモータトルク指令をモータ１０に出力するので、安定化制御部２２が出力したモータトルク指令に応じたモータ１０の動作により、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との角速度差が抑制される。その結果、ステアリングホイール２の動作とコラムシャフト４の動作とを一致させることができ、電動パワーステアリング装置１に発生する種々の振動から運転者が感じる操作フィーリングを良好なものとすることができる。

また、安定化制御部２２は、ステアリングホイール２に対する操舵トルクを検出し、この操舵トルクの時間微分値を０にするようにモータトルク指令をモータ１０に出力する。これにより、操舵トルクの時間微分値が０になるようにモータ１０が動作し、その結果操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との角速度差が抑制されるので、ステアリングホイール２とモータ１０との間のコラムシャフト４のねじれの変動を減少させることができ、運転者が感じる操作フィーリングを良好なものとすることができる。

また、安定化制御部２２は、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との差が大きいほど、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との差を０にするまでに要する時間が長くなるように、モータトルク指令を決定する。これにより、安定化制御部２２は、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との差を緩やかに減少させるので、不要な振動や違和感の発生を抑制し、且つ、振動が収まるまでの時間を早めることができる。

また、安定化制御部２２は、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との差の時間微分値を所定値以下に保持するように、モータトルク指令を決定する。これにより、安定化制御部２２は、操舵角速度とコラムシャフト４に発生する角速度との差を緩やかに減少させるので、不要な振動や違和感の発生を抑制し、且つ、振動が収まるまでの時間を早めることができる。

１電動パワーステアリング装置
２ステアリングホイール
４コラムシャフト
６タイロッド
８タイヤ
１０モータ
１２操舵角センサ
１４トルクセンサ
１６モータ角センサ
１８電動パワーステアリング制御装置
２０アシスト制御部
２２安定化制御部

Claims

ステアリングホイールと転舵輪とを連結するコラムシャフトにアシストトルクを付与するモータを、運転者による上記ステアリングホイールの操舵に応じて制御する、電動パワーステアリング制御装置において、
上記ステアリングホイールの操舵に基づく第１の制御量を上記モータに出力するアシスト制御手段と、
上記コラムシャフトに発生する角速度及び上記コラムシャフトに作用するトルクを検出し、これらの角速度及びトルクのそれぞれの時間変動幅を減少させるように第２の制御量を上記モータに出力する安定化制御手段と、を有し、
上記安定化制御手段は、上記ステアリングホイールに対する操舵トルクを検出し、この操舵トルク及び上記コラムシャフトに発生する角速度の位相に応じて、上記角速度を減少させるように、又は上記操舵トルクを減少させるように、上記第２の制御量を上記モータに出力することを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
上記安定化制御手段は、上記モータの角度を検出し、このモータの角度の時間微分値から運転者の操舵による操舵成分を除去した値に粘性を付与するように、上記第２の制御量を上記モータに出力する、請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。