JP6413633B2

JP6413633B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP6413633B2
Application number: JP2014220339A
Authority: JP
Inventors: 宏昌清水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2018-10-31
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Description

本発明は、車両の操舵機構に電動モータによるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electronic Power Steering）は、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクをトルクセンサによって検出し、検出された操舵トルクに応じて電動モータに電流を供給し、ウォームギヤ機構等の減速歯車機構を介してラックアンドピニオン機構等からなる操舵機構にアシスト力を付与する。

減速歯車機構と車両側の機械的な構造との共振は、操舵フィーリングに影響を与えることから、このような共振の発生を抑制すべく、種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、モータの回転状態を示すモータ信号から、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域の周波数成分（例えば４０Ｈｚ前後）を抽出する特定周波数抽出手段と、特定周波数抽出手段より抽出された周波数成分に基づいて、操舵機構の振動を低減すべく振動抑制基礎成分を演算する振動抑制基礎成分演算手段と、特定周波数抽出手段により抽出された周波数成分に対して位相進み補償を行うことにより、振動抑制補償成分の位相特性を調整する位相進み補償手段とを備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開２０１１−８８４９１号公報

しかし、操舵機構においては、操舵角速度が速くなると、減速歯車機構から車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域から外れた周波数の振動が発生する場合がある。このような場合に、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、モータ信号から抽出する特定周波数帯域を固定にしているため、減速歯車機構からの振動を抑制できないことがある。特に車両がハイブリッド車や電気自動車等の車内が静寂なタイプの場合は、僅かな振動や振動音でも当該車両の運転者又は同乗者に不快感や不安感を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、減速歯車機構から発生する振動や振動音を抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するため、モータケースの内側に取り付けられたステータ、及び前記モータケースに回転可能に支持され、前記ステータに対して回転するロータを有するモータと、前記モータを駆動源として減速歯車機構を介して操舵機構にステアリング操作を補助するアシスト力を付与する操舵補助機構と、前記モータの回転角を検出してモータ回転角信号を出力するモータ回転角検出手段と、前記ステアリング操作に伴う操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルク信号及び車両の速度を示す車速信号に基づいてアシスト制御信号を生成するアシスト制御手段と、前記減速歯車機構から発生する振動の周波数成分を前記モータ回転角信号から抽出し、当該周波数成分の振動を抑制する振動抑制信号を生成し、前記振動抑制信号を前記アシスト制御信号に加算した電流指令信号を前記モータの駆動系に付与させる振動抑制手段と、を備え、前記振動抑制手段は、バンドパスフィルタを用いて前記減速歯車機構から発生する振動の周波数成分を抽出すると共に、前記ステアリング操作に伴う操舵角速度の増加に伴って前記バンドパスフィルタの周波数特性を高い方にシフトするものであり、前記バンドパスフィルタを通過可能な周波数帯域の中心周波数を変更可能な範囲が車両の共振周波数帯よりも広い、電動パワーステアリング装置を提供する。

前記振動抑制手段は、前記モータ回転角信号から前記操舵角速度に応じた前記周波数を抽出する周波数抽出手段と、前記操舵角速度のゲインを演算して前記操舵角速度のゲインを前記周波数抽出手段により抽出された信号に乗算する操舵角速度演算部と、前記操舵トルクのゲインを演算して前記操舵トルクゲインを前記周波数抽出手段により抽出された信号に乗算するゲイン演算手段とを備えるとよい。

前記振動抑制手段が抽出する前記周波数成分は、前記操舵角速度が所定の値のときに前記車両の共振周波数帯域を含むのが好ましい。

本発明によれば、減速歯車機構から発生する振動や振動音を抑制することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置及びその周辺の構成例を示す模式図である。ＥＣＵの構成例を示すブロック図である。振動抑制補償制御部の構成例を示すブロック図である。周波数可変処理部が有するバンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。

本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の電動パワーステアリング装置を実施する場合の好適な一具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この態様に限定されるものではない。

（電動パワーステアリング装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置及びその周辺の構成例を示す模式図である。電動パワーステアリング装置１は、運転者が回転操作するステアリングホイール１０が相対回転不能に連結されたステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２から伝達される回転力により直線運動するラック軸３と、ステアリングシャフト２に操舵補助力（アシスト力）を付与する操舵補助機構４と、操舵補助機構４の電動モータ４０を制御する制御装置としてのＥＣＵ５とを備えている。ステアリングシャフト２は、ラック軸３と共に操舵機構を構成する。

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１０が一端部に固定されるコラムシャフト２１と、ラック軸３と共にラックアンドピニオン機構１ａを構成するピニオンシャフト２３と、コラムシャフト２１とピニオンシャフト２３とを連結する中間シャフト２２とを有している。コラムシャフト２１と中間シャフト２２とは、自在継手２０１によって連結されている。中間シャフト２２とピニオンシャフト２３とは、自在継手２０２によって連結されている。

ラック軸３は、筒状のラックハウジング３０に軸方向に移動可能に収容されている。ラック軸３には、その軸方向に沿ってラック歯３１が形成され、このラック歯３１がピニオンシャフト２３のピニオン歯２３１に噛み合っている。ラック軸３の両端部には、ボールジョイントソケット３２が固定され、これらのボールジョイントソケット３２に連結されたタイロッド１１が、図示しないナックルアームを介して左右の転舵輪１００に連結されている。また、ボールジョイントソケット３２の外周側には、蛇腹状のゴムや樹脂等からなるブーツ１２が配置されている。

ステアリングホイール１０が回転操作されると、このステアリングホイール１０にコラムシャフト２１及び中間シャフト２２を介して連結されたピニオンシャフト２３が回転し、ピニオン歯２３１とラック歯３１との噛み合いによってラック軸３がその軸方向に直線運動する。このラック軸３の直線運動により、タイロッド１１を介して転舵輪１００が転舵される。

操舵補助機構４は、電動モータ４０と、電動モータ４０の出力軸に設けられたウォームギア４０１に噛み合うウォームホイール４１とを有して構成されている。操舵補助機構４は、電動モータ４０を駆動源としてウォームギア４０１及びウォームホイール４１を介してステアリングシャフト２にステアリング操作を補助するアシスト力を付与する。ウォームギア４０１の回転に対するウォームホイール４１の回転の減速比は、例えば２０である。本実施の形態では、ウォームホイール４１は、コラムシャフト２１に固定されている。なお、ウォームホイール４１をピニオンシャフト２３に固定してもよい。ウォームホイール４１及びウォームギア４０１は、減速歯車機構の一例である。

電動モータ４０は、モータケースの内側に取り付けられたステータ、及びモータケースに回転可能に支持され、ステータに対して回転するロータを有する。電動モータ４０は、例えばブラシレスモータであり、ＥＣＵ５から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受け、その駆動電力によって発生するトルクによって操舵補助機構４にアシスト力を付与する。

コラムシャフト２１には、トルクセンサ２４が設けられている。トルクセンサ２４は、ステアリング操作に伴う操舵トルクτを検出して操舵トルク信号Ｓτを出力する。具体的には、トルクセンサ２４は、コラムシャフト２１に設けられたトーションバー２１１の捩じれを磁界の変化によって検出し、操舵トルクτに応じた操舵トルク信号ＳτをＥＣＵ５に出力する。トルクセンサ２４は、操舵トルク検出手段の一例である。

また、ＥＣＵ５には、車速Ｖを検出して車速信号を出力する車速センサ１０１が接続されている。車速センサ１０１は、検出した車速Ｖを示す車速信号をＥＣＵ５に出力する。

ＥＣＵ５は、トルクセンサ２４によって検出された操舵トルク信号Ｓτ及び車速センサ１０１によって検出された車速Ｖに基づいて、電動モータ４０が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵機構に付与するアシスト力を制御する。

（電動パワーステアリング装置の制御系）
図２は、電動パワーステアリング装置１の制御系を示すブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ５は、モータ制御信号を出力するマイコン５１と、モータ制御信号に基づいて電動モータ４０に三相の駆動電力を供給する駆動回路５０とを備える。

ＥＣＵ５には、電動モータ４０に通電される実電流値Ｉを検出する電流センサ４３、及び電動モータ４０のモータ回転角θを検出してモータ回転角信号を出力する回転角センサ４４が接続されている。回転角センサ４４は、モータ回転角検出手段の一例である。

マイコン５１は、上記各車両状態量（Ｖ、τ）、並びに電流センサ４３及び回転角センサ４４により検出された電動モータ４０の実電流値Ｉ及びモータ回転角θに基づいて、駆動回路５０に出力するモータ制御信号を生成する。

マイコン５１は、上記のように生成したモータ制御信号を駆動回路５０に出力し、該駆動回路５０がそのモータ制御信号に基づく三相の駆動電力を電動モータ４０に供給することにより、操舵補助機構４の作動を制御する。

具体的には、マイコン５１は、操舵機構に付与するアシスト力の目標値（以下「目標アシスト力」という。）に対応した電流指令信号としての電流指令値Ｉ＊を演算する電流指令値演算部５３と、電流指令値演算部５３により算出された電流指令値Ｉ＊等に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部５２と、操舵トルク信号Ｓτに位相補償処理を施す位相補償制御部５４とを備える。モータ制御信号出力部５２は、モータの駆動系を構成する。

モータ制御信号出力部５２は、実電流値Ｉが目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉ＊に追従するようにフィードバック制御を行う。

すなわち、モータ制御信号出力部５２は、電流指令値演算部５３により演算された電流指令値Ｉ＊、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θに基づいてモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路５０に出力する。

具体的には、モータ制御信号出力部５２は、電流指令値Ｉ＊がｑ軸電流指令値として入力され、回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θに基づいて相電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）をｄ／ｑ座標系のｄ，ｑ軸電流値に変換（ｄ／ｑ変換）する。次に、モータ制御信号出力部５２は、ｄ，ｑ軸電流値及びｑ軸電流指令値に基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値を演算する。次に、モータ制御信号出力部５２は、ｄ，ｑ軸電圧指令値をｄ／ｑ逆変換することにより相電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を演算し、当該相電圧指令値に基づいてモータ制御信号を生成する。

位相補償制御部５４は、トルクセンサ２４から出力された操舵トルク信号Ｓτに位相補償処理（フィルタ処理）を施し、得られた操舵トルクτを電流指令値演算部５３に出力する。

電流指令値演算部５３は、目標アシスト力に対応した電流指令値Ｉ＊を演算し、その電流指令値Ｉ＊をモータ制御信号出力部５２に出力する。

具体的には、電流指令値演算部５３は、操舵補助機構４に発生させるべきアシスト力の基礎成分である基本アシスト制御量Ｉａｓ＊を演算する基本アシスト制御部５５と、基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に付加する補償成分として、減速歯車機構から発生する振動周波数帯域（例えば１５〜７５Ｈｚ）のトルクリップルを打ち消すための振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を演算する振動抑制補償制御部５６と、基本アシスト制御部５５から入力されるアシスト勾配Ｒａに応じて各種補償制御の特性を変更すべく、当該各補償制御に対応した制御信号を生成するアシスト勾配補償制御を行うアシスト勾配補償制御部５７と、基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に付加する補償成分として、操舵トルクτの微分器６０ａによる微分値（操舵トルク微分値ｄτ）に基づいてトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を演算するトルク慣性補償制御部５８と、基本アシスト制御部５５において演算された基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に各種補償量を加算する加算器５９とを備える。微分器６０ｂは、ステアリング操作に伴うモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを生成し、モータ角速度ωを示すモータ角速度信号を出力する。基本アシスト制御部５５は、アシスト制御手段の一例である。

基本アシスト制御部５５は、操舵トルクτを示す操舵トルク信号及び車速Ｖを示す車速信号に基づいてアシスト制御信号としての基本アシスト制御量Ｉａｓ＊を演算する。基本アシスト制御部５５は、入力される操舵トルクτの絶対値が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きな絶対値を有する基本アシスト制御量Ｉａｓ＊を演算する。なお、本実施の形態では、特に操舵トルクτとの関係において、当該操舵トルクτが大きいほど、その操舵トルクτの変化に対する基本アシスト制御量Ｉａｓ＊の変化の割合であるアシスト勾配Ｒａが大きくなるように設計されている。基本アシスト制御部５５は、演算した基本アシスト制御量Ｉａｓ＊を加算器５９に出力する。

トルク慣性補償制御部５８は、操舵トルク微分値ｄτ、車速Ｖの各状態量に基づいてトルク慣性補償制御を実行する。なお、トルク慣性補償制御は、モータ等、ＥＰＳの慣性による影響を補償する制御、すなわちステアリング操作における切り始め時の引っ掛かり後に（追従遅れ）、及び切り終わり時の流れ感（オーバーシュート）を抑制するための制御である。また、このトルク慣性補償制御には、電動モータ４０のコギングトルクや誘起電圧波形の歪み、あるいは減速歯車機構におけるギアの噛み合い等に起因して操舵機構に生じる振動を抑制する効果がある。

具体的には、トルク慣性補償制御部５８は、操舵トルク微分値ｄτとトルク慣性基礎補償量εｔｉとが関連付けられた第１のマップ（図示せず）、及び車速Ｖと補間係数Ａとが関連付けられた第２のマップ（図示せず）を備えている。第１のマップにおいて、トルク慣性基礎補償量εｔｉは、入力される操舵トルク微分値ｄτの絶対値が大きいほど、基本アシスト制御部５５において演算された基本アシスト制御量Ｉａｓ＊（の絶対値）をより増加させる値となるように設定されている。また、第２のマップにおいて、補間係数Ａは、低車速領域では車速Ｖが大きくなるほど大きな値となるように、高車速領域では、車速が大きくなるほど小さな値となるように設定されている。そして、トルク慣性補償制御部５８は、これらの各マップを参照することにより求められたトルク慣性基礎補償量εｔｉ及び補間係数Ａを乗ずることによりトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を演算し、そのトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を加算器５９に出力する。

アシスト勾配補償制御部５７は、基本アシスト制御部５５から入力されるアシスト勾配Ｒａに応じて各種補償制御の特性を変更すべく、当該各補償制御に対応した制御信号を生成するアシスト勾配補償制御を行う。

具体的には、アシスト勾配補償制御部５７は、フィルタ定数Ａｆを演算するフィルタ定数演算部５７ａと、アシスト勾配ゲインＫａを演算するアシスト勾配ゲイン演算部５７ｂとを備える。ここで、フィルタ定数Ａｆ及びアシスト勾配ゲインＫａは、上記特性の変更のための制御信号の一例である。

フィルタ定数演算部５７ａは、入力されたアシスト勾配Ｒａに基づいてフィルタ定数Ａｆを演算し、フィルタ定数Ａｆを位相補償制御部５４に与える。位相補償制御部５４は、フィルタ定数Ａｆに基づいて、位相補償処理の特性を変更する。

アシスト勾配ゲイン演算部５７ｂは、入力されたアシスト勾配Ｒａに基づいてアシスト勾配ゲインＫａを演算し、アシスト勾配ゲインＫａをトルク慣性補償制御部５８に与える。トルク慣性補償制御部５８は、アシスト勾配ゲインＫａに基づいてトルク慣性補償制御の特性を変更する。

ここで、アシスト勾配の変化は、ステアリングシャフト２の途中に設けられたトルクセンサ２４を構成するトーションバー２１１のバネ定数の変化と等価である。したがって、アシスト勾配が大きくなるほど、振動が発生しやすくなる傾向があるが、こうしたアシスト勾配の上昇に伴う振動増大の問題は、位相補償制御の特性変更、具体的には、その位相補償処理におけるフィルタ特性のゲインを低く抑えることにより抑制することが可能である。そして、上記フィルタ定数演算部５７ａが、アシスト勾配Ｒａの上昇に応じてフィルタ特性のゲインを低減するようなフィルタ定数Ａｆを演算することにより、アシスト勾配Ｒａの上昇に伴う振動増大を抑制する構成となっている。

また、操舵トルク微分値ｄτに基づくトルク慣性補償制御には、操舵機構に生じる振動を抑制する効果があるものの、その過大なアシストトルクの立ち上がりにより、操舵フィーリングが悪化する（所謂切り始めの「抜け感」）、あるいは制御上の不安定化（振動）が引き起こされるおそれがある。

この点を踏まえ、本実施の形態では、アシスト勾配ゲイン演算部５７ｂが、急速にアシストトルクを立ち上げる必要性の低いアシスト勾配の小さな領域では、トルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を低減するアシスト勾配ゲインＫａを出力する。そして、これにより、上記位相補償制御の特性変更と併せ、良好な操舵フィーリングの実現を図る構成となっている。

加算器５９は、基本アシスト制御部５５において演算された基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に、トルク慣性補償制御部５８において演算されたトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊、及び後述する振動抑制補償制御部５６において演算された振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を加算する。振動抑制補償制御部５６は、振動抑制手段の一例である。

電流指令値演算部５３は、加算器５９において基本アシスト制御量Ｉａｓ＊にトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊及び振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を加算した値に基づいて電流指令値Ｉ＊を演算する。

（振動抑制補償制御部の機能構成）
図３は、振動抑制補償制御部５６の構成の一例を示すブロック図である。振動抑制補償制御部５６は、モータ回転角θを示すモータ回転角信号から操舵角速度ωｓに応じてウォームホイール４１及びウォームギア４０１から発生する振動の周波数成分を抽出し、当該周波数成分の振動を抑制する振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を振動抑制信号として生成し、振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に加算した電流指令値Ｉ＊をモータ制御信号出力部５２に付与させる。すなわち振動抑制補償制御部５６には、モータ回転角θ、モータ角速度ω（モータ回転角θの微分器６０ｂによる微分値）、操舵トルクτ及び車速Ｖが入力される。そして、振動抑制補償制御部５６は、これらの各状態量に基づいて振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を演算する。

振動抑制補償制御部５６は、回転角センサ４４から出力されるモータ信号としてのモータ回転角θに基づいて、車両側の機械的な構造と共振する特定周波数帯域のトルクリップルを低減するための振動抑制基礎補償量εｖｓを演算する特定周波数抽出部５６０と、操舵角速度ωｓに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための操舵角速度ゲインＫωｓを演算する操舵角速度ゲイン演算部５６２と、操舵トルクτに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための操舵トルクゲインＫτを演算する操舵トルクゲイン演算部５６３と、車速Ｖに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための車速ゲインＫｖを演算する車速ゲイン演算部５６４と、特定周波数抽出部５６０から出力された振動抑制基礎補償量εｖｓに各種のゲインを乗算するゲイン演算部５６５と、ゲイン演算部５６５の出力にガード処理を施すガード演算部５６６とを備えている。

操舵角速度ゲイン演算部５６２は、入力されたモータ角速度ωに基づいて操舵角速度ωｓを算出し、該操舵角速度ωｓが特定周波数帯域のトルクリップルが発生しやすい所定操舵角速度領内にないときには、振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を減少させるような操舵角速度ゲインＫωｓを演算するよう構成されている。具体的には、操舵角速度ωｓが所定操舵角速度領域内にない場合には、「１」未満の操舵角速度ゲインＫωｓを演算し、これをゲイン演算部５６５において振動抑制基礎補償量εｖｓに乗算させることで、振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を小さくする。

ゲイン演算部５６５は、特定周波数抽出部５６０から出力された振動抑制基礎補償量εｖｓに、操舵角速度ゲイン演算部５６２から出力された操舵角速度ゲインＫωｓ、操舵トルクゲイン演算部５６３から出力された操舵トルクゲインＫτ、及び車速ゲイン演算部５６４から出力された車速ゲインＫｖを乗算し、その乗算によって得られた値を補正振動抑制基礎補償量εｖｓａとしてガード演算部５６６に出力する。

ガード演算部５６６は、補正振動抑制基礎補償量εｖｓａの絶対値が共振する特定周波数帯域のトルクリップルを抑制するのに必要な所定値を超えないようにガード処理を施した値を、振動抑制補償量Ｉｖｓ＊として上記加算器５９（図２参照）に出力する。

減速歯車機構において、ウォームホイール４１の歯とウォームギア４０１の歯との噛み合いにより振動や振動音が発生すると、特に車両がハイブリッド車や電気自動車等の車内が静寂なタイプの場合には、運転者又は同乗者に感知されて不快感や不安感を与えるおそれがある。減速歯車機構から発生する振動周波数が車両側の機械的な構造（例えばフレームやボディ）と共振する共振周波数帯域（例えば２０〜５０Ｈｚ）Ｆｒ（図４参照）内に存在している場合には、共振周波数帯域に対応するトルクリップルを抑制する処理で、減速歯車機構からの振動や振動音も抑制することができる。しかし、減速歯車機構から発生する振動や振動音は、操舵角速度が増加するに従い周波数が高くなり、車両側との共振周波数帯域から外れる場合がある。また、あらゆる操舵角速度において減速歯車機構から発生し得る振動や振動音を固定的な周波数帯域で抑制しようとすれば、操舵特性を低下させてしまう。そこで、本実施の形態の振動抑制補償制御部５６では、操舵角速度の増加に伴って、後述するバンドパスフィルタの周波数特性を高い方にシフトする周波数可変処理部５６１を備えている。

なお、減速歯車機構から発生する振動の周波数Ｆは、ウォームホイール４１の歯数とウォームギア４０１の歯数の比に基づく減速歯車機構の減速比に応じて、操舵角速度ωｓに比例して変化する。

図４は、周波数可変処理部５６１が有するバンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。周波数可変処理部５６１は、入力されるモータ角速度ωに基づいて操舵角速度ωｓを算出し、バンドパスフィルタにより特定周波数帯域として抽出する周波数帯域（図４中、斜線を施した領域）を操舵角速度ωｓに応じて変更する。このバンドパスフィルタは、通過可能な周波数帯域（例えば、１０Ｈｚ）の中心周波数Ｆｃが変更可能に構成されている。図４に示す場合は、操舵角速度ωｓ１において中心周波数Ｆｃが最小になり、操舵角速度ωｓ２において中心周波数Ｆｃが最大となるように設定されている。中心周波数Ｆｃは、車両の共振周波数帯（例えば、２０〜５０Ｈｚ）Ｆｒを含む２０Ｈｚ〜７０Ｈｚの範囲内で変更可能に構成されている。

（本実施の形態の動作）
次に、本実施の形態に係る振動抑制補償制御部５６の動作の概略を説明する。基本アシスト制御部５５は、車速センサ１０１により検出された車速Ｖ、及び位相補償制御部５４から出力された操舵トルクτに基づいて、基本アシスト制御量Ｉａｓ＊及びアシスト勾配Ｒａを演算し、基本アシスト制御量Ｉａｓ＊を加算器５９に出力し、アシスト勾配Ｒａをアシスト勾配補償制御部５７に出力する。

アシスト勾配補償制御部５７のフィルタ定数演算部５７ａは、アシスト勾配Ｒａに基づいてフィルタ定数Ａｆを演算し、フィルタ定数Ａｆを位相補償制御部５４に出力する。アシスト勾配補償制御部５７のアシスト勾配ゲイン演算部５７ｂは、アシスト勾配Ｒａに基づいてアシスト勾配ゲインＫａを演算し、アシスト勾配ゲインＫａをトルク慣性補償制御部５８に出力する。

トルク慣性補償制御部５８は、車速Ｖ、操舵トルク微分値ｄτ及びアシスト勾配ゲインＫａに基づいてトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を演算し、トルク慣性補償量Ｉｔｉ＊を加算器５９に出力する。

特定周波数抽出部５６０は、モータ回転角θが入力されると、バンドパスフィルタ処理を実行し、モータ回転角信号から特定周波数帯域の周波数成分を抽出し、振動抑制基礎補償量εｖｓを演算する。そのとき、周波数可変処理部５６１は、入力されるモータ角速度ωに基づいて操舵角速度ωｓを算出し、バンドパスフィルタによって抽出する特定周波数帯域を操舵角速度ωｓに応じて変更する。

操舵角速度ゲイン演算部５６２は、入力されるモータ回転角から操舵角速度ωｓを算出し、その操舵角速度ωｓに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための操舵角速度ゲインＫωｓを演算する。操舵トルクゲイン演算部５６３は、操舵トルクτに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための操舵トルクゲインＫτを演算する。車速ゲイン演算部５６４は、車速Ｖに基づいて振動抑制基礎補償量εｖｓを補正するための車速ゲインＫｖを演算する。

ゲイン演算部５６５は、振動抑制基礎補償量εｖｓに操舵角速度ゲインＫωｓ、操舵トルクゲインＫτ及び車速ゲインＫｖを乗算し、その乗算によって得られた値を補正振動抑制基礎補償量εｖｓａとしてガード演算部５６６に出力する。

ガード演算部５６６は、補正振動抑制基礎補償量εｖｓａの絶対値が特定周波数帯域のトルクリップルを抑制するのに必要な所定値を超えないようにガード処理を施した値を、振動抑制補償量Ｉｖｓ＊として加算器５９に出力する。

加算器５９は、基本アシスト制御部５５において演算された基本アシスト制御量Ｉａｓ＊に、トルク慣性補償制御部５８において演算されたトルク慣性補償量Ｉｔｉ＊、及び後述する振動抑制補償制御部５６において演算された振動抑制補償量Ｉｖｓ＊を加算する。

モータ制御信号出力部５２は、電流指令値演算部５３により演算された電流指令値Ｉ＊、電流センサ４３により検出された実電流値Ｉ、及び回転角センサ４４により検出されたモータ回転角θに基づいてモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号を駆動回路５０に出力する。

（本実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。

（１）振動抑制補償制御部５６により減速歯車機構から発生する振動の周波数成分のトルクリップルを操舵角速度の全範囲で抑制しているので、減速歯車機構から発生する振動の周波数が車両の共振周波数以外の周波数であっても、減速歯車機構から発生する振動や振動音を抑制することができる。したがって、車両がハイブリッド車両や電気自動車等の車内が静寂なタイプの場合でも、乗車している者に不快な振動や振動音を与えることがほとんどなくなる。

（２）振動抑制補償制御部５６が抑制している振動の周波数は、車両の共振周波数と重なる領域であるので、減速歯車機構から発生する振動を抑制することで車両の共振を抑制することができる。

なお、上記実施の形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。例えば、上記実施の形態では、周波数可変処理部５６１及び操舵角速度ゲイン演算部５６２は、電動モータ４０のモータ回転角θを微分したモータ角速度ωに基づいて操舵角速度ωｓを算出したが、ステアリングシャフト２の回転角のセンサ出力を微分した角速度を操舵角速度ωｓとしてもよい。

１…電動パワーステアリング装置、１ａ…ラックアンドピニオン機構、２…ステアリングシャフト、３…ラック軸、４…操舵補助機構、７…イグニッションスイッチ、１０…ステアリングホイール、１１…タイロッド、１２…ブーツ、２１…コラムシャフト、２２…中間シャフト、２３…ピニオンシャフト、２４…トルクセンサ、３０…ラックハウジング、３１…ラック歯、３２…ボールジョイントソケット、４０…電動モータ、４１…ウォームホイール、４０１…ウォームギア、４３…電流センサ、４４…回転角センサ、５０…駆動回路、５１…マイコン、５２…モータ制御信号出力部、５３…電流指令値演算部、５４…位相補償制御部、５５…基本アシスト制御部、５６…振動抑制補償制御部、５７…アシスト勾配補償制御部、５７ａ…フィルタ定数演算部、５７ｂ…アシスト勾配ゲイン演算部、５８…トルク慣性補償制御部、５９…加算器、６０ａ、６０ｂ…微分器、１００…転舵輪、１０１…車速センサ、２０１、２０２…自在継手、２１１…トーションバー、２３１…ピニオン歯、５６０…特定周波数抽出部、５６１…周波数可変処理部、５６２…操舵角速度ゲイン演算部、５６３…操舵トルクゲイン演算部、５６４…車速ゲイン演算部、５６５…ゲイン演算部、５６６…ガード演算部、Ａｆ…フィルタ定数、ｄτ…操舵トルク微分値、Ｉ…実電流値、Ｉ＊…電流指令値、Ｉａｓ＊…基本アシスト制御量、Ｉｔｉ＊…トルク慣性補償量、Ｉｖｓ＊…振動抑制補償量、Ｋａ…アシスト勾配ゲイン、Ｋωｓ…操舵角速度ゲイン、Ｓτ…操舵トルク信号、Ｖ…車速、θ…モータ回転角、τ…操舵トルク、ω…モータ角速度、ωｓ、ωｓ１、ωｓ２…操舵角速度、Ｆｃ…中心周波数、Ｆｒ…共振周波数帯域

Claims

モータケースの内側に取り付けられたステータ、及び前記モータケースに回転可能に支持され、前記ステータに対して回転するロータを有するモータと、
前記モータを駆動源として減速歯車機構を介して操舵機構にステアリング操作を補助するアシスト力を付与する操舵補助機構と、
前記モータの回転角を検出してモータ回転角信号を出力するモータ回転角検出手段と、
前記ステアリング操作に伴う操舵トルクを検出して操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルク信号及び車両の速度を示す車速信号に基づいてアシスト制御信号を生成するアシスト制御手段と、
前記減速歯車機構から発生する振動の周波数成分を前記モータ回転角信号から抽出し、当該周波数成分の振動を抑制する振動抑制信号を生成し、前記振動抑制信号を前記アシスト制御信号に加算した電流指令信号を前記モータの駆動系に付与させる振動抑制手段と、を備え、
前記振動抑制手段は、バンドパスフィルタを用いて前記減速歯車機構から発生する振動の周波数成分を抽出すると共に、前記ステアリング操作に伴う操舵角速度の増加に伴って前記バンドパスフィルタの周波数特性を高い方にシフトするものであり、
前記バンドパスフィルタを通過可能な周波数帯域の中心周波数を変更可能な範囲が車両の共振周波数帯よりも広い、
電動パワーステアリング装置。
前記振動抑制手段は、前記モータ回転角信号から前記操舵角速度に応じた前記周波数成分を抽出する周波数抽出手段と、前記操舵角速度のゲインを演算して前記操舵角速度のゲインを前記周波数抽出手段により抽出された信号に乗算する操舵角速度演算部と、前記操舵トルクのゲインを演算して前記操舵トルクゲインを前記周波数抽出手段により抽出された信号に乗算するゲイン演算手段と、を備えた、
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記振動抑制手段が抽出する前記周波数成分は、前記操舵角速度が所定の値のときに前記車両の共振周波数帯域を含む、
請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。