JP6504322B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）に備えられているトーションバーの捩れ角を、操舵角、車速、操舵状態等の車両運転情報に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現し、路面の状態に影響されず、経年による機構系特性の変化に左右されない高性能な電動パワーステアリング装置に関する。

モータ制御装置を搭載した装置として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、電動パワーステアリング装置は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力として付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力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、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値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）制御のデューティの調整で行っている。

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（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４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が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。電動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（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３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キー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｓはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｓは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３と慣性３４−２を加算部３４−４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４−１を加算部３４−５で加算し、加算部３４−５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このように従来のアシスト制御では、運転者の手入力にて加えた操舵トルク（トーションバーの捩れトルク）をトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この手法では、路面の状態（例えば傾斜）の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。また、モータ出力特性の経年使用によるバラツキにもより、異なる操舵特性になってしまう。

かかる問題を解決する車両制御装置として、例えば特許第５２０８８９４号公報（特許文献１）に示されるものがある。特許文献１の装置は、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えることができるように、操舵角検出手段と、目標設定手段と、目標設定手段によって設定された操舵トルクの目標値が実現されるように制御する制御手段とを具備している。

特許第５２０８８９４号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、操舵角と操舵トルクとの対応関係を、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて予め求めておく必要があり、その対応関係から操舵角に対応する操舵トルクを目標値として設定しなければならない煩雑さがある。また、特許文献１の装置は、操舵トルクの目標値と検出される操舵トルクとの偏差に対してＰＩ制御を用いている。

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、路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等の車両運転情報に対して同等の操舵トルクを容易に実現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にある。

本発明は、車両のハンドルのコラム軸にトーションバーを備え、前記コラム軸に接続されたモータを電流指令値に基づいて駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、車両運転情報に基づいて目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記目標捩れ角、前記トーションバーの捩れ角及びモータ角速度に基づいて前記電流指令値を算出する捩れ角制御部と、を備え、前記捩れ角制御部が、前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差に対して目標捩れ角速度を出力する捩れ角フィードバック補償部と、前記目標捩れ角速度に基づいて前記電流指令値を出力する速度制御部と、少なくとも１つの角度関連情報に対して伝達関数を設定して前記電流指令値にフィードバックをかける安定化補償部と、で構成され、前記捩れ角を前記車両運転情報に応じた値に追従するように制御することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記角度関連情報が前記モータ角速度であり、前記安定化補償部が、前記モータ角速度に対して伝達関数を設定して前記電流指令値にフィードバックをかけることにより、或いは前記伝達関数が１次のＨＰＦとゲインにより設定されることにより、或いは前記角度関連情報が前記捩れ角、前記モータ角速度及びコラム角であり、前記安定化補償部が、前記捩れ角、前記モータ角速度及びコラム角それぞれに対して伝達関数を設定して前記電流指令値にフィードバックをかけることにより、或いは前記モータ角速度に対する前記伝達関数が１次のＨＰＦとゲインにより設定され、前記捩れ角に対する前記伝達関数が２次以上のフィルタにより設定され、前記コラム角に対する前記伝達関数が２次以上のフィルタにより設定されることにより、或いは前記目標操舵トルク生成部が、前記車両運転情報に応じて車速感応のトルク信号１を出力する基本マップと、前記基本マップの前段又は後段に位相補償部と、前記トルク信号１又は前記位相補償部を介したトルク信号１を前記目標操舵トルクとして出力する出力部と、を備えていることにより、或いは前記目標操舵トルク生成部に前記ハンドルの右切り／左切りの操舵状態が入力され、前記目標操舵トルク生成部が、前記操舵状態に応じて前記車両運転情報をヒステリシス補正してトルク信号２を出力するヒステリシス補正部を更に備え、前記出力部が前記トルク信号１及び前記トルク信号２を加算して前記目標操舵トルクを出力することにより、或いは前記目標操舵トルク生成部が、前記車両運転情報の微分値に車速感応ダンパゲインを乗算してトルク信号３を出力するダンパゲイン部を更に備え、前記出力部が前記トルク信号１、前記トルク信号２及び前記トルク信号３を加算して前記目標操舵トルクを出力することにより、或いは前記速度制御部の後段に上下限値を制限するリミッタが設けられていることにより、或いは前記捩れ角フィードバック補償部が伝達関数のゲイン値であることにより、或いは前記車両運転情報が操舵角、車速、操舵状態であることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、車速及び操舵角等の車両運転情報から目標捩れ角を生成し、目標捩れ角と検出された捩れ角との偏差に補償値（伝達関数）を乗算した結果を目標捩れ角速度として、速度制御することで、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、操舵角等の車両運転情報に対して所望の操舵トルクを実現し、運転者の操舵の感覚に基づく適切な操舵トルクを与えることができる。捩れ角制御部が捩れ角速度を制御する速度制御部を備えており、これにより目標捩れ角への追従性が向上し、更に、運転者から入力される操舵角の変化による捩れ角への影響を抑制し、急な操舵に対する目標捩れ角への捩れ角の追従性を向上することができる。

また、角度関連情報に対し、安定化するために必要な伝達関数（２次フィルタ若しくは４次フィルタ等）による安定化補償部を設けているので、ＥＰＳ制御システム全体の安定化を実現することができる。

目標捩れ角へ捩れ角を追従させるために単純にゲインを上げると発振や振動が発生するが、安定化補償部による信号のフィードバックにより発振や振動を抑制できる。また、安定化補償部を設けることにより、高周波数帯域に発生する振動の発生を抑え、結果的に捩れ角フィードバック補償部のゲインを大きくし、指令値に対する追従性を向上することができる。

従来の電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）内の制御構成例を示すブロック図である。 本発明の基本構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す構造図である。 操舵の右切り／左切りを説明するための線図である。 本発明の基本的な動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 目標操舵トルク生成部の構成例を示すブロック図である。 基本マップの特性例を示す線図である。 車速感応ダンパゲインマップの特性例を示す線図である。 ヒステリシス補正部の特性例を示す線図である。 目標操舵トルク生成部の動作例を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 安定化補償部を用いない場合のシミュレーション結果である。 安定化補償部を用いた場合のシミュレーション結果である。 ダンパゲインマップを用いた場合のシミュレーション結果である。 ダンパゲインマップを用いない場合のシミュレーション結果である。 本発明の基本構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 捩れ角制御部の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。

本発明は、路面の状態に影響されず、操舵角、車速、操舵状態等の車両運転情報に対して同等の操舵トルクを実現するための電動パワーステアリング装置であり、コラム軸に備えられているトーションバーの捩れ角を、車両運転情報に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現している。また、システムの安定性を向上させる安定化補償部を設けることで、発振現象の対策を行うようにしており、これにより、目標値追従性を高める方向にゲインを調整することができ、結果的に追従性を向上することができる。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図３は本発明の基本構成例（第１実施形態）を示すブロック図であり、運転者のハンドル操舵はＥＰＳ操舵系／車両系１００内のモータでアシスト制御される。操舵角θｈ等の車両運転情報に応じた目標操舵トルクＴ_ｒｅｆを出力する目標操舵トルク生成部１２０には、車両運転情報である操舵の右切り又は左切りの操舵状態ＳＴｓ、車速Ｖｓ及び操舵角θｈが入力され、目標操舵トルク生成部１２０で生成された目標操舵トルクＴ_ｒｅｆは、コラム軸２に設けられているトーションバー２Ａのバネ定数をＫ_ｔｏｒとして、“１／Ｋ_ｔｏｒ”の特性を有する変換部１０１で目標捩れ角Δθ_ｒｅｆに変換され、目標捩れ角Δθ_ｒｅｆは捩れ角制御部１４０に入力される。捩れ角制御部１４０には目標捩れ角Δθ_ｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ω_ｍが入力されており、捩れ角制御部１４０で捩れ角Δθが目標捩れ角Δθ_ｒｅｆとなるような電流指令値Ｉ_ｒｅｆが演算され、電流指令値Ｉ_ｒｅｆによりＥＰＳのモータが駆動される。

ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例は図４に示すようになっており、コラム軸２にはトーションバー２Ａが備えられている。操向車輪８Ｌ,８Ｒには路面反力Ｆｒ及び路面情報μが作用し、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２のハンドル側には上側角度センサ（角度θ_１）が設けられ、トーションバー２Ａを挟んでコラム軸２の操向車輪側には下側角度センサ（角度θ_２）が設けられている。操舵角θｈはコラム軸２の上部に設けられた舵角センサで検出され、上側角度センサの角度θ_１及び下側角度センサの角度θ_２の偏差から、下記数１及び数２によってトーションバー捩れ角Δθ及びトーションバートルクＴｔを求めることができる。なお、Ｋ_ｔｏｒはトーションバー２Ａのバネ定数である。

なお、トーションバートルクＴｔは、例えば特開２００８−２１６１７２号公報で示されるトルクセンサを用いて検出することができる。また、操舵の右切り又は左切りの操舵状態ＳＴｓは、例えば図５に示すような操舵角θｈ及びモータ角速度ω_ｍの関係で求めることができる。

このような構成において、本実施形態の動作例を図６のフローチャートを参照して説明する。

先ず、操舵角θｈ、操舵状態ＳＴｓ、車速Ｖｓが目標操舵トルク生成部１２０に入力され（ステップＳ１）、目標操舵トルク生成部１２０は目標操舵トルクＴ_ｒｅｆを生成する（ステップＳ１０）。目標操舵トルクＴ_ｒｅｆは変換部１０１に入力され、変換部１０１で目標捩れ角Δθ_ｒｅｆに変換される（ステップＳ３０）。目標捩れ角Δθ_ｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ω_ｍが捩れ角制御部１４０に入力され（ステップＳ３１）、捩れ角制御部１４０は捩れ角Δθが目標捩れ角Δθ_ｒｅｆに追従するような電流指令値Ｉ_ｒｅｆを演算し（ステップＳ４０）、電流指令値Ｉ_ｒｅｆに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される（ステップＳ６０）。

なお、図６におけるデータの入力順番は適宜変更可能である。

図７は目標操舵トルク生成部１２０の構成例を示しており、操舵角θｈは基本マップ１２１、微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４に入力され、基本マップ１２１は、図８に示すような車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}を出力する。図８では操舵角θｈの絶対値｜θｈ｜でマップを構成しているが、正負の操舵角θｈに応じてトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}を出力するようにしても良い。トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}は加算部１２６に入力される。

また、微分部１２２からは、操舵角θｈを微分して得られる舵角速度ω_ｈが出力され、舵角速度ω_ｈは乗算部１２５に入力される。乗算部１２５には車速感応ダンパゲインＤ_Ｇが入力されており、乗算結果（＝Ｄ_Ｇ・ω_ｈ）であるトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}は加算部１２７に入力される。車速感応ダンパゲインＤ_Ｇは車速感応のダンパゲインマップ１２３から車速Ｖｓに応じて出力され、例えば図９に示すように車速Ｖｓが高くなるに従って徐々に大きくなる特性である。なお、ダンパゲインマップ１２３及び乗算部１２５でダンパゲイン部を構成している。

右切り／左切り判定部１１０は例えば図５に示すような判定を行い、判定結果である操舵状態ＳＴｓをヒステリシス補正部１２４に入力する。ヒステリシス補正部１２４には操舵角θｈが入力されており、ヒステリシス補正部１２４は操舵角θｈ及び操舵状態ＳＴｓに基づき、下記数３に従ってトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}を演算する。ただし、ｘ＝θｈ、ｙ＝Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}としている。

右切り操舵から左切り操舵、左切り操舵から右切り操舵へ切り替える際に、最終座標（ｘ１，ｙ１）の値に基づき、切り替え後の数３の“ｂ”に以下の数４を代入する。これにより、切り替え前後の連続性が保たれる。

数３及び数４においてＡ_ｈｙｓ＝１[Nm]、ａ＝０．３と設定し、０[deg]から開始し、＋５０[deg]、−５０[deg]の操舵をした場合の、ヒステリシス補正されたトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}の線図例を図１０に示す。即ち、ヒステリシス補正部１２４からのトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}は、０の原点→ａ（細線）→ｂ（破線）→ｃ（太線）のようなヒステリシス特性である。

このような構成において、目標操舵トルク生成部１２０の動作例（図６のステップＳ１０）を、図１１のフローチャートを参照して説明する。

先ず、操舵角θｈ及び車速Ｖｓが入力され（ステップＳ１１）、基本マップ１２１は図８の特性に従い、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}を生成して出力する（ステップＳ１２）。操舵角θｈは微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４にも入力され、微分部１２２は操舵角θｈを微分して舵角速度ω_ｈを出力し（ステップＳ１３）、ダンパゲインマップ１２３は車速Ｖｓに応じた車速感応ダンパゲインＤ_Ｇを出力し（ステップＳ１４）、乗算部１２５は舵角速度ω_ｈ及び車速感応ダンパゲインＤ_Ｇを乗算してトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}を演算し、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}を加算部１２７に入力する（ステップＳ１５）。

また、右切り／左切り判定部１１０は操舵の右切り／左切りを判定し、判定結果である操舵状態ＳＴｓをヒステリシス補正部１２４に入力する（ステップＳ１６）。ヒステリシス補正部１２４は操舵角θｈに対して、且つ操舵状態ＳＴｓに応じて数３及び数４の演算を行ってヒステリシス補正を実施し（ステップＳ１７）、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}を生成する（ステップＳ１８）。トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}は加算部１２７に入力される。

上述のようにして得られたトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}及びトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}は出力部を構成する加算部１２６及び１２７で加算され、目標操舵トルクＴ_ｒｅｆが演算される（ステップＳ１９）。即ち、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}とトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ｃ}が加算部１２７で加算され、その加算結果にトルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}が加算部１２６で加算され、その加算結果が目標操舵トルクＴ_ｒｅｆとして出力される。

なお、図１１のデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。

図１２は捩れ角制御部１４０の構成例を示すブロック図であり、目標捩れ角Δθ_ｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ_０が減算部１４１で算出され、偏差Δθ_０は補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）の捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部１４２に入力される。捩れ角ＦＢ補償部１４２は偏差Δθ_０に対し補償値Ｃ_ＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθ_ｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ω_ｒｅｆを出力する。目標捩れ角速度ω_ｒｅｆは、Ｉ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）の速度制御部１３０に入力される。なお、補償値Ｃ_ＦＢは単純なゲインＫ_ｐｐでも、或いはＰＩ制御の補償値などでも良い。

捩れ角Δθは微分部１４３にも入力され、微分部１４３は、捩れ角Δθを微分して得られる捩れ角速度ωを出力する。捩れ角速度ωは速度制御部１３０に入力される。

Ｉ−Ｐ制御の速度制御部１３０は、目標捩れ角速度ω_ｒｅｆに捩れ角速度ωが追従するような電流指令値Ｉｓを算出する。電流指令値Ｉｓは加算部１４６に入力される。

モータ角速度ω_ｍは角度関連情報として補償値Ｃｓ（伝達関数）の安定化補償部１４５に入力され、安定化補償部１４５からの電流指令値Ｉｓｂが加算部１４６に入力される。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角ＦＢ補償部１４２及び速度制御部１３０のゲインを上げると、高域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ω_ｍに対し、安定化するために必要な伝達関数（Ｃｓ）を安定化補償部１４５に設定する。これにより、ＥＰＳ制御システム全体の安定化を実現することができる。安定化補償部１４５の伝達関数（Ｃｓ）として、例えば１次のＨＰＦ（ハイパスフィルタ）の構造を用いた擬似微分とゲインにより設定した、下記数５で表わされる１次フィルタを使用する。

ここで、Ｋ_ｓｔａはゲインで、ｆｃは中心周波数であり、ｆｃとして例えば１５０［Hz］を設定する。

速度制御部１３０からの電流指令値Ｉｓ及び安定化補償部１４５からの電流指令値Ｉｓｂは加算部１４６で加算され、加算で得られた電流指令値Ｉｓａの上下限値を制限して、電流指令値Ｉ_ｒｅｆを出力するリミッタ１４４が設けられている。

このような構成において、捩れ角制御部１４０の動作例（図６のステップＳ４０）を、図１３のフローチャートを参照して説明する。

先ず目標捩れ角Δθ_ｒｅｆ及び捩れ角Δθが入力され（ステップＳ４１）、減算部１４１で偏差Δθ_０が算出される（ステップＳ４２）。偏差Δθ_０は捩れ角ＦＢ補償部１４２に入力されて補償され（ステップＳ４３）、補償された目標捩れ角速度ω_ｒｅｆは速度制御部１３０に入力される。捩れ角Δθは微分部１４３にも入力され、微分部１４３は捩れ角Δθを微分して捩れ角速度ωを出力し（ステップＳ４４）、捩れ角速度ωも速度制御部１３０に入力される。

速度制御部１３０では、目標捩れ角速度ω_ｒｅｆと捩れ角速度ωの差分が減算部１３１で得られ、差分が積分部１３２で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて加算部１３４に入力される（ステップＳ４５）。捩れ角速度ωは比例部１３３で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が加算部１３４に入力され（ステップＳ４５）、加算部１３４の加算結果である電流指令値Ｉｓが出力され、加算部１４６に入力される。

モータ角速度ω_ｍは安定化補償部１４５に入力され、安定化補償部１４５で安定化補償が実施され（ステップＳ４６）、安定化補償部１４５からの電流指令値Ｉｓｂは加算部１４６に入力される。加算部１４６で電流指令値Ｉｓ及びＩｓｂの加算が行われ（ステップＳ４７）、加算結果である電流指令値Ｉｓａはリミッタ１４４に入力されて上下限値を制限され（ステップＳ４８）、リミッタ１４４からモータ制御の電流指令値Ｉ_ｒｅｆが出力される（ステップＳ４９）。

本実施形態の効果について説明する。

先ず、捩れ角制御部１４０を用いたシミュレーション結果を用いて、安定化補償部１４５の効果について説明する。

安定化補償部１４５の効果をわかりやすく示すために、トルクセンサ（捩れ角センサ）の信号は遅い信号であることを想定し、１次ＬＰＦ（ローパスフィルタ）（カットオフ周波数５０Ｈｚ）を意図的に適用した信号を捩れ角制御部１４０にフィードバックしてシミュレーションを行った。その結果を図１４及び図１５に示す。図１４は安定化補償部１４５を用いない場合の結果を、図１５は安定化補償部１４５を用いた場合の結果を示しており、図１４（Ａ）及び図１５（Ａ）は操舵角θｈの時間変化を、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）は目標捩れ角（目標操舵トルク）Δθ_ｒｅｆ（細線）と捩れ角（操舵トルク）Δθ（太線）の時間変化をそれぞれ示している。安定化補償部１４５を用いない場合、捩れ角ＦＢ補償部１４２及び速度制御部１３０のゲインを上げると、図１４（Ｂ）に示されるように、捩れ角Δθは振動的になってしまい、目標捩れ角Δθ_ｒｅｆに対して追従しきれなくなる。一方、安定化補償部１４５を用いた場合は、図１５（Ｂ）に示されるように、細線と太線が概ね一致し、振動の発生が抑制され、捩れ角ＦＢ補償部１４２及び速度制御部１３０のゲインを十分に上げることができるので、結果的に目標値追従性を向上させることができる。

次に、ダンパゲインマップ１２３の効果を、シミュレーション結果を用いて説明する。

車速感応のダンパゲインマップ１２３の効果として、舵角速度に比例した目標操舵トルクを補償することにより、フィーリングとしての粘性感を持たせることができること、ステアリングを切った状態から手放しの状態にした場合、ハンドルが発振することなく、収れん性を持たせられ、システム安定性を向上させることができることが挙げられるので、それを確認するためのシミュレーションを行った。手放しのシミュレーションは、手入力トルクを開始から１［sec］まで３［Nm］加えた状態（操舵角θｈは３０［deg］弱）から、０［Nm］にステップ的に変化させることにより行った。その結果を図１６に示す。図１４及び図１５と同様に、図１６（Ａ）は操舵角θｈの時間変化を、図１６（Ｂ）は目標捩れ角Δθ_ｒｅｆ（細線）と捩れ角Δθ（太線）の時間変化を示している。図１６から、操舵角θｈが０［deg］に安定して収束していることがわかる。ダンパゲインマップ１２３を用いない場合のシミュレーション結果を図１７に示すが、この場合には、図１７に示されるように、制御的に発振してしまうことがある。

本発明の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。

第１実施形態では、角度関連情報としてモータ角速度ω_ｍを使用し、モータ角速度ω_ｍに対する安定化補償部１４５を設けて、ＥＰＳ制御システム全体の安定化を図っているが、第２実施形態では、角度関連情報としてモータ角速度ω_ｍの他に捩れ角Δθ及びコラム角θｃを使用し、捩れ角Δθ、モータ角速度ω_ｍ及びコラム角θｃそれぞれに対して安定化補償部を設ける。

図１８は第２実施形態の基本構成例を示すブロック図であり、図３に示される第１実施形態の基本構成例と比べると、ＥＰＳ操舵系／車両系２００からは捩れ角Δθ及びモータ角速度ω_ｍの他にコラム角θｃが出力されており、コラム角θｃは捩れ角制御部２４０に入力される。その他の構成は、第１実施形態と同じである。よって、本構成例における動作は、図６に示される第１実施形態の動作例と比べると、ステップＳ３１において目標捩れ角Δθ_ｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ω_ｍに加えてコラム角θｃが捩れ角制御部２４０に入力されることになり、ステップＳ４０における捩れ角制御部での動作が異なることになる。

捩れ角制御部２４０の構成例を図１９に示す。図１２に示される第１実施形態での捩れ角制御部１４０の構成例と比べると、安定化補償部２４１及び２４２並びに加算部２４３及び２４４が追加されている。その他の構成は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

補償値Ｃｓ１（伝達関数）の安定化補償部２４１には捩れ角Δθが入力され、安定化補償部２４１からの電流指令値Ｉｓｂ１が加算部２４４に入力される。補償値Ｃｓ２（伝達関数）の安定化補償部２４２にはコラム角θｃが入力され、安定化補償部２４２からの電流指令値Ｉｓｂ２が加算部２４３に入力される。そして、安定化補償部１４５からの電流指令値Ｉｓｂ０（第１実施形態での電流指令値Ｉｓｂに相当）と電流指令値Ｉｓｂ２が加算部２４３で加算され、更に、その加算結果に電流指令値Ｉｓｂ１が加算部２４４で加算され、電流指令値Ｉｓｂとして加算部１４６に出力される。安定化補償部２４１及び２４２の伝達関数（Ｃｓ１、Ｃｓ２）としては、例えば下記数６で表わされる２次フィルタをそれぞれ独立して使用する。

ここで、Ｋ_ｓｔａｎはゲインで、ｆｃａ及びｆｃｂは中心周波数である。

このような構成において、捩れ角制御部２４０の動作例を、図２０のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ４５までは第１実施形態と同様の動作が実施される。

安定化補償部２４１では、入力した捩れ角Δθに対して安定化補償を実施し（ステップＳ４６Ａ）、安定化補償部２４１からの電流指令値Ｉｓｂ１は加算部２４４に入力される。モータ角速度ω_ｍは、第１実施形態の場合と同様に安定化補償部１４５に入力され、安定化補償部１４５で安定化補償が実施され（ステップＳ４６Ｂ）、安定化補償部１４５からの電流指令値Ｉｓｂ０は加算部２４３に入力される。コラム角θｃは安定化補償部２４２に入力され、安定化補償部２４２で安定化補償が実施され（ステップＳ４６Ｃ）、安定化補償部２４２からの電流指令値Ｉｓｂ２は加算部２４３に入力される。

電流指令値Ｉｓｂ０、Ｉｓｂ１及びＩｓｂ２は加算部２４３及び２４４で加算され、電流指令値Ｉｓｂが演算される（ステップＳ４６Ｄ）。即ち、電流指令値ＩＩｓｂ２とＩｓｂ０が加算部２４３で加算され、その加算結果に電流指令値Ｉｓｂ１が加算部２４４で加算され、その加算結果が電流指令値Ｉｓｂとして出力される。電流指令値Ｉｓｂは加算部１４６に入力される。それ以降は第１実施形態と同様の動作が実施される（ステップＳ４７〜）。

なお、本実施形態では捩れ角Δθ、モータ角速度ω_ｍ及びコラム角θｃに対して安定化補償部を設置して安定化補償を行っているが、これらの安定化補償を取捨選択し、適宜組み合わせるようにしても良い。

上述の実施形態（第１及び第２実施形態）において、ヒステリシス補正部１２４を、基本マップ１２１及びダンパゲインマップ１２３と同様に車速Ｖｓに感応したものにしても良く、基本マップ１２１の後段若しくは前段に位相補償部を挿入しても良い。例えば操舵に対してスッキリ感を持たせたい場合は、位相進み補償を設定すれば良い。また、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}、Ｔ_{ｒｅｆ＿ｂ}及びＴ_{ｒｅｆ＿ｃ}の加算結果を目標操舵トルクＴ_ｒｅｆとしているが、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}を目標操舵トルクＴ_ｒｅｆとしても良いし、トルク信号Ｔ_{ｒｅｆ＿ａ}及びＴ_{ｒｅｆ＿ｃ}の加算結果を目標操舵トルクＴ_ｒｅｆとしても良い。

また、捩れ角制御部の電流指令値Ｉ_ｒｅｆに従来のアシスト制御の電流指令値、或いはＳＡＴ(Self-Aligning Torque）推定値の電流指令値、或いはハンドル振動抑制のための電流指令値を加算しても良い。

更に、上述の実施形態では速度制御部をＩ−Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）で構成しているが、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ−Ｄ制御、モデルマッチング制御、モデル規範制御などの一般的に用いられるものでも良い。

上述の実施形態では、舵角速度は、操舵角θｈに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にＬＰＦ処理を実施している。また、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）とゲインにより、微分演算とＬＰＦの処理を実施しても良い。更に、舵角速度は、操舵角θｈではなく、上側角度センサの検出角度θ_１、若しくは下側角度センサの検出角度θ_２、若しくはモータに連結された回転角センサの検出角度に対して微分演算とＬＰＦの処理を行った信号でも良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
３ 減速機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
１００、２００ ＥＰＳ操舵系／車両系
１０１ 変換部
１１０ 右切り／左切り判定部
１２０ 目標操舵トルク生成部
１２１ 基本マップ
１２３ ダンパゲインマップ
１２４ ヒステリシス補正部
１３０ 速度制御部
１４０、２４０ 捩れ角制御部
１４２ 捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
１４５、２４１、２４２ 安定化補償部

Claims (7)

1. 車両のハンドルのコラム軸にトーションバーを備え、前記コラム軸に接続されたモータを電流指令値に基づいて駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   車両運転情報に基づいて目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
   前記トーションバーのバネ定数を用いて、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
   少なくとも前記目標捩れ角及び前記トーションバーの捩れ角に基づいて前記電流指令値を算出する捩れ角制御部と、
   を備え、
   前記目標操舵トルク生成部に前記ハンドルの右切り／左切りの操舵状態が入力され、
   前記目標操舵トルク生成部が、
   前記車両運転情報に応じて車速感応のトルク信号１を出力する基本マップと、
   前記基本マップの前段又は後段に位相補償部と、
   前記操舵状態に応じて前記車両運転情報をヒステリシス補正してトルク信号２を出力するヒステリシス補正部と、
   前記車両運転情報の微分値に車速感応ダンパゲインを乗算してトルク信号３を出力するダンパゲイン部と、
   前記トルク信号１、前記トルク信号２及び前記トルク信号３を加算して前記目標操舵トルクを出力する出力する出力部と、
   を備え、
   前記捩れ角制御部が、
   前記目標捩れ角及び前記捩れ角の偏差に対して目標捩れ角速度を出力する捩れ角フィードバック補償部と、
   前記目標捩れ角速度及び捩れ角速度を入力し、前記目標捩れ角速度に前記捩れ角速度が追従するような前記電流指令値を算出し出力する速度制御部と、
   少なくとも１つの角度関連情報に対して伝達関数を設定して前記電流指令値にフィードバックをかける安定化補償部と、
   で構成され、前記捩れ角を前記車両運転情報に応じた値に追従するように制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記角度関連情報が前記モータ角速度、前記捩れ角及びコラム角である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記モータ角速度に対する前記伝達関数が１次のＨＰＦとゲインにより設定される請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記捩れ角及び前記コラム角に対する前記伝達関数が２次以上のフィルタにより設定される請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記速度制御部の後段に上下限値を制限するリミッタが設けられている請求項１乃至３及び５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記捩れ角フィードバック補償部が伝達関数のゲイン値である請求項１乃至３、５及び９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記車両運転情報が操舵角、車速、操舵状態である請求項１乃至３、５、９及び１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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