WO2021029330A1 - 電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、および制御方法 - Google Patents

電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、および制御方法 Download PDF

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torque
motor
self
compensation
steering
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遠藤　修司
石村　裕幸
裕樹 森田
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日本電産株式会社
日本電産エレシス株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the present disclosure relates to an electric power steering device, a control device used in the electric power steering device, and a control method.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-147870 filed on August 9, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a general automobile is equipped with an electric power steering device (EPS) equipped with an electric motor (hereinafter, simply referred to as "motor”).
  • the electric power steering device is a device that assists the driver's steering wheel (or steering wheel) operation by driving a motor.
  • a technique has been proposed that compensates for the steering feeling in the on-center region by controlling the return of the steering wheel according to the steering angle.
  • the on-center area mainly means a steering area in which the steering wheel is almost not turned while the vehicle is traveling straight.
  • the return control of the steering wheel will be referred to as "active return”.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for compensating for a desired steering characteristic in an on-center region by applying a pseudo self-aligning torque (SAT) by an active return.
  • SAT pseudo self-aligning torque
  • the embodiments of the present disclosure provide a control device and a control method for an electric power steering device, which has a frictional feeling in the on-center region and can realize a natural steering feeling.
  • the control device of the present disclosure is a control device for controlling the drive of the motor, which is used in an electric power steering device including a motor and a reduction gear in a non-limiting and exemplary embodiment, and includes a processor and a processor.
  • a memory for storing a program for controlling the operation of the processor is provided, and the processor is detected by a steering torque detected by a steering torque sensor, a vehicle speed detected by a vehicle speed sensor, and a steering angle sensor according to the program. Acquiring the steering angle and the rotational speed of the motor, generating the base assist torque based on the steering torque and the vehicle speed, and the steering torque, the vehicle speed, the rotational speed of the motor and the base assist torque.
  • Self-aligning torque compensation torque is generated based on the above, active return torque is generated based on the vehicle speed and the steering angle, and motor loss torque compensation torque is generated based on the rotation speed of the motor. That, and generating a torque command value used for controlling the drive of the motor based on the base assist torque, the self-aligning torque compensation torque, the active return torque, and the motor loss torque compensation torque are executed. To do.
  • the control method of the present disclosure is a control method for controlling the drive of the motor used in an electric power steering device including a motor and a reduction gear in a non-limiting and exemplary embodiment, and is a steering torque sensor. Acquiring the steering torque detected by, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the steering angle detected by the steering angle sensor, and the rotation speed of the motor, and the base assist torque based on the steering torque and the vehicle speed. Generation, self-aligning torque compensation torque based on the steering torque, vehicle speed, motor rotation speed and base assist torque, and active return torque based on the vehicle speed and steering angle.
  • the self-aligning torque compensation torque To generate the motor loss torque compensation torque based on the rotation speed of the motor, and to the base assist torque, the self-aligning torque compensation torque, the active return torque, and the motor loss torque compensation torque. Based on this, it includes generating a torque command value used for controlling the drive of the motor.
  • a novel control device and control method for an electric power steering device that has a frictional feeling in the on-center region and can realize a natural steering feeling.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of the electric power steering device 1000 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the control device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing functions implemented in the processor 200 in functional block units.
  • FIG. 4 is a functional block diagram for explaining the function of the SAT compensation unit 220.
  • FIG. 5 is a functional block diagram for explaining the function of the SAT estimator 221 in the SAT compensation unit 220.
  • FIG. 6 is a functional block diagram for explaining the function of the active return unit 230.
  • FIG. 7 is a functional block diagram for explaining the function of the loss torque compensation unit 240.
  • FIG. 8 is a graph showing motor torque characteristics for explaining motor loss torque compensation.
  • FIG. 9 is a graph showing the waveform of the steering characteristics of the simulation result.
  • FIG. 10 is a graph showing steering characteristics of a general electric power steering device, particularly in the on-center region.
  • the driver hardly turns the steering wheel when the vehicle is traveling straight.
  • it becomes difficult for the driver to recognize the straight-ahead state because there is no friction between the vehicle and the road surface.
  • a slight turn of the steering wheel may cause the vehicle to sway, which may cause problems in steering stability. Therefore, the driver can recognize the on-center region by appropriately generating a feeling of friction between the vehicle and the road surface.
  • the desired steering characteristics in the on-center region are compensated by applying the pseudo self-aligning torque by the active return.
  • the appropriate friction feeling disappears when the steering wheel is located near the center (hereinafter referred to as the steering wheel center). Rather, by giving the driver an artificial feeling, the feeling of being controlled by the device becomes stronger.
  • FIG. 10 shows the steering characteristics of a general electric power steering device, especially in the on-center region.
  • the horizontal axis represents the steering angle (deg), and the vertical axis represents the steering torque (Nm).
  • the range of the steering angle at which the steering torque is smaller than the friction torque is generally referred to as a dead zone or hiss width, and the inclination at which the steering torque rises is referred to as build-up.
  • the gain of the self-aligning torque compensation described later is increased, the slope of the curve becomes steep, and as a result, the steering characteristic that the steering torque rises sharply can be obtained. As a result, the buildup becomes steeper and the width of the dead zone becomes narrower.
  • the steering feeling in the on-center region depends on the trajectory of the curve of the steering characteristic, and is deeply related to the degree of rise of steering torque when the steering wheel is turned from the steering wheel center, that is, build-up.
  • the narrower the dead zone the easier it is for the driver to feel the straightness of the vehicle.
  • It is desirable that the hiss width is small, the friction feeling is moderate, and the torque build-up is steering characteristics that show linear characteristics with respect to the steering angle.
  • the torque build-up is about 0.2 N ⁇ m / deg
  • the hiss width is about ⁇ 3 deg
  • the frictional feeling is 1.3 N ⁇ m or less. Is preferable.
  • the present inventor has found that a natural steering feeling can be realized by appropriately utilizing the three functions of self-aligning torque compensation, active return, and motor loss torque compensation, and has reached the present invention.
  • control device and control method of the electric power steering device according to the present disclosure are not limited to the following embodiments.
  • numerical values, steps, the order of the steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and various modifications can be made as long as there is no technical contradiction.
  • Each embodiment described below is merely an example, and various combinations are possible as long as there is no technical contradiction.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of the electric power steering device 1000 according to the present embodiment.
  • the electric power steering device 1000 (hereinafter referred to as “EPS”) includes a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism 540 that generates auxiliary torque.
  • the EPS 1000 generates an auxiliary torque that assists the steering torque of the steering system generated by the driver operating the steering wheel.
  • the auxiliary torque reduces the burden on the driver's operation.
  • the steering system 520 includes, for example, a handle 521, a steering shaft 522, a universal shaft joint 523A, 523B, a rotating shaft 524, a rack and pinion mechanism 525, a rack shaft 526, left and right ball joints 552A, 552B, tie rods 527A, 527B, and knuckle 528A. It is equipped with 528B and left and right steering wheels 529A and 529B.
  • the auxiliary torque mechanism 540 includes, for example, a steering torque sensor 541, a steering angle sensor 542, an electronic control unit (ECU) 100 for automobiles, a motor 543, a reduction gear 544, an inverter 545, and a torsion bar 546.
  • the steering torque sensor 541 detects the steering torque in the steering system 520 by detecting the amount of twist of the torsion bar 546.
  • the steering angle sensor 542 detects the steering angle of the steering wheel.
  • the ECU 100 generates a motor drive signal based on a detection signal detected by a steering torque sensor 541, a steering angle sensor 542, a vehicle speed sensor (not shown) mounted on the vehicle, and the like, and outputs the motor drive signal to the inverter 545.
  • the inverter 545 converts DC power into three-phase AC power, which is a pseudo sine wave of A phase, B phase, and C phase, according to a motor drive signal, and supplies the DC power to the motor 543.
  • the motor 543 is, for example, a surface magnet type synchronous motor (SPMSM) or a switched reluctance motor (SRM), and receives supply of three-phase AC power to generate auxiliary torque according to steering torque.
  • the motor 543 transmits the generated auxiliary torque to the steering system 520 via the reduction gear 544.
  • the ECU 100 will be referred to as the EPS control device 100.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a typical example of the configuration of the control device 100 according to the present embodiment.
  • the control device 100 includes, for example, a power supply circuit 111, an angle sensor 112, an input circuit 113, a communication I / F 114, a drive circuit 115, a ROM 116, and a processor 200.
  • the control device 100 can be realized as a printed wiring board (PCB) on which these electronic components are mounted.
  • PCB printed wiring board
  • the vehicle speed sensor 300, the steering torque sensor 541 and the steering angle sensor 542 mounted on the vehicle are electrically connected to the processor 200, and the vehicle speed sensor 300, the steering torque sensor 541 and the steering angle sensor 542 are connected to the processor 200 at the vehicle speed v.
  • the steering torque T tor and the steering angle ⁇ are transmitted, respectively.
  • the control device 100 is electrically connected to the inverter 545.
  • the control device 100 controls the switching operation of a plurality of switch elements (for example, MOSFETs) included in the inverter 545.
  • the control device 100 generates a control signal (hereinafter, referred to as “gate control signal”) for controlling the switching operation of each switch element and outputs the control signal to the inverter 545.
  • gate control signal a control signal for controlling the switching operation of each switch element and outputs the control signal to the inverter 545.
  • the control device 100 generates a torque command value based on the vehicle speed v, the steering torque Tor, the steering angle ⁇ , and the like, and controls the torque and the rotation speed of the motor 543 by, for example, vector control.
  • the control device 100 is not limited to vector control, but may perform other closed-loop control.
  • the rotation speed is represented by the number of rotations (rpm) at which the rotor rotates in a unit time (for example, 1 minute) or the number of rotations (rpm) at which the rotor rotates in a unit time (for example, 1 second).
  • Vector control is a method in which the current flowing through the motor is decomposed into a current component that contributes to the generation of torque and a current component that contributes to the generation of magnetic flux, and each current component that is orthogonal to each other is controlled independently.
  • the power supply circuit 111 is connected to an external power supply (not shown) and generates a DC voltage (for example, 3V or 5V) required for each block in the circuit.
  • a DC voltage for example, 3V or 5V
  • the angle sensor 112 is, for example, a resolver or a Hall IC. Alternatively, the angle sensor 112 is also realized by a combination of an MR sensor having a magnetoresistive (MR) element and a sensor magnet. The angle sensor 112 detects the rotation angle of the rotor and outputs the rotation angle of the rotor to the processor 200.
  • the control device 100 may include a speed sensor for detecting the rotational speed and acceleration of the motor, and an acceleration sensor instead of the angle sensor 112.
  • the input circuit 113 receives the motor current value (hereinafter, referred to as “actual current value”) detected by the current sensor (not shown), and sets the level of the actual current value to the input level of the processor 200 as necessary. And the actual current value is output to the processor 200.
  • a typical example of the input circuit 113 is an analog-to-digital conversion circuit.
  • the processor 200 is a semiconductor integrated circuit and is also referred to as a central processing unit (CPU) or microprocessor.
  • the processor 200 sequentially executes a computer program stored in the ROM 116 that describes a group of instructions for controlling the motor drive, and realizes a desired process.
  • the processor 200 is broadly interpreted as a term including FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or ASSP (Application Specific Integrated Circuit) equipped with a CPU.
  • the processor 200 sets a target current value according to the actual current value, the rotation angle of the rotor, and the like, generates a PWM signal, and outputs the PWM signal to the drive circuit 115.
  • the communication I / F 114 is, for example, an input / output interface for transmitting / receiving data in accordance with an in-vehicle control area network (CAN).
  • CAN in-vehicle control area network
  • the drive circuit 115 is typically a gate driver (or pre-driver).
  • the drive circuit 115 generates a gate control signal according to the PWM signal, and gives the gate control signal to the gates of a plurality of switch elements included in the inverter 545.
  • a gate driver may not always be required when the drive target is a motor that can be driven at low voltage. In that case, the function of the gate driver may be implemented in the processor 200.
  • the ROM 116 is electrically connected to the processor 200.
  • the ROM 116 is, for example, a writable memory (eg, PROM), a rewritable memory (eg, flash memory, EEPROM), or a read-only memory.
  • the ROM 116 stores a control program including an instruction group for causing the processor 200 to control the motor drive. For example, the control program is temporarily expanded to RAM (not shown) at boot time.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing functions implemented in the processor 200 in functional block units.
  • the processor 200 includes a base assist control unit 210, a SAT compensation unit 220, an active return unit 230, a loss torque compensation unit 240, a stabilization compensation unit 250, a current control calculation unit 260, and three adders 271 and 272. It has 273 and a motor control unit 280.
  • the processing (or task) of the functional block corresponding to each part is described in the computer program in units of software modules and stored in the ROM 116.
  • all or a part of these functional blocks can be implemented as hardware accelerators.
  • the control device of the present disclosure includes a processor and a memory for storing a program that controls the operation of the processor.
  • the processor executes the following processing according to the program. (1) Acquire the steering torque detected by the steering torque sensor, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the steering angle detected by the steering angle sensor, and the rotation speed of the motor. (2) Generate base assist torque based on steering torque and vehicle speed. (3) Self-aligning torque compensation torque is generated based on steering torque, vehicle speed, motor rotation speed, and base assist torque. (4) Generate active return torque based on vehicle speed and steering angle.
  • the control device of the present disclosure includes a base assist control unit that generates a base assist torque based on steering torque and vehicle speed in another aspect.
  • a SAT compensation unit that generates self-aligning torque compensation torque based on steering torque, vehicle speed, motor rotation speed, and base assist torque, and an active return unit that generates active return torque based on vehicle speed and steering angle.
  • the loss torque compensation unit that generates the motor loss torque compensation torque based on the rotation speed of the motor, and the torque command value generated based on the base assist torque, self-aligning torque compensation torque, active return torque, and motor loss torque compensation torque.
  • a current control calculation unit that generates a current command value according to the current command value and a motor control unit that controls the drive of the motor based on the current command value are provided.
  • the processor 200 acquires the steering torque T tor detected by the steering torque sensor 541, the vehicle speed v detected by the vehicle speed sensor, the steering angle ⁇ detected by the steering angle sensor, and the rotation speed ⁇ of the motor.
  • the processor 200 acquires the rotation speed ⁇ of the motor by acquiring the detected rotation speed from the speed sensor. be able to.
  • the control device 100 includes an angle sensor that detects the rotation angle of the rotor (more specifically, the mechanical angle)
  • the processor 200 acquires the detected rotation angle of the rotor from the angle sensor and rotates the rotor.
  • the rotation velocity ⁇ can be obtained by calculating the angular velocity based on the angle.
  • the base assist control unit 210 acquires the steering torque T tor and the vehicle speed v as inputs, and generates and outputs the base assist torque T BASE based on these signals.
  • a typical example of the base assist control unit 210 is a table (so-called look-up table) that defines the correspondence between the steering torque T tor , the vehicle speed v, and the base assist torque T BASE .
  • the base assist control unit 210 determines the base assist torque T BASE based on the steering torque T tor and the vehicle speed v.
  • FIG. 4 shows a functional block for explaining the function of the SAT compensation unit 220.
  • FIG. 5 shows a functional block for explaining the function of the SAT estimator 221 in the SAT compensator 220.
  • the SAT compensation unit 220 acquires steering torque T tor , vehicle speed v, motor rotation speed ⁇ , and base assist torque T BASE as inputs, and generates and outputs self-aligning torque compensation torque T SAT based on these signals. To do.
  • the SAT compensation unit 220 compensates for the static gain of the self-aligning torque. This makes it possible to improve the width of the dead zone and build-up in the on-center region while maintaining the feeling of friction.
  • the self-aligning torque is estimated from the balance of static forces around the steering wheel shaft between the base assist torque T BASE and the steering torque T tor .
  • the estimated self-aligning torque includes not only the self-aligning torque compensation torque T SAT but also friction in the estimated result. Therefore, the SAT compensation unit 220 according to the present embodiment reduces the influence of friction on the estimation result by applying the friction model to the SAT compensation.
  • the SAT compensation unit 220 includes a SAT estimator 221, a SAT gain correction unit 222, and a filter 223.
  • the SAT estimator 221 acquires the steering torque Tor, the base assist torque T BASE, and the rotation speed ⁇ of the motor as inputs, and estimates the self-aligning torque based on these signals.
  • the SAT estimator 221 has a friction model 224, a gain (or control gain) 225, 226 and an adder 227.
  • the SAT estimator 221 determines the steering torque Tor based on the rotational speed ⁇ of the motor with reference to a table that defines the correspondence between the friction torque and the rotational speed of the motor.
  • the friction model 224 is determined based on, for example, the Coulomb friction model.
  • the friction torque T fric is calculated based on the rotational speed ⁇ of the motor using the friction model 224.
  • the gain 225 is the gear ratio g c of the reduction gear 544, and the gain 226 is the friction gain.
  • the adder 227 calculates an estimated value of the self-aligning torque based on the formula of Equation 1 below.
  • the T fric term on the right side of Equation 1 includes the friction gain. By subtracting the T fric term on the right side of Equation 1, the effect of friction on the estimation result is reduced.
  • T SAT T tor + g c * T BASE- T fric
  • a typical example of the SAT gain correction unit 222 is a reference table that defines the correspondence between the vehicle speed v and the gain g s .
  • the gain g s with respect to the estimated value of the self-aligning torque is changed according to the vehicle speed v.
  • the SAT gain correction unit 222 determines the gain g s with respect to the estimated value of the self-aligning torque based on the vehicle speed v with reference to the table that defines the correspondence between the gain and the vehicle speed with respect to the estimated value of the self-aligning torque.
  • the SAT gain correction unit 222 further corrects the self-aligning torque according to the vehicle speed v by multiplying the estimated self-aligning torque by the gain g s , and generates the corrected self-aligning torque.
  • the filter 223 generates the self-aligning torque compensation torque T SAT by applying the first-order phase lag compensation to the corrected self-aligning torque.
  • An example of filter 223 is a first-order IIR (infinite impulse response) digital filter.
  • IIR infinite impulse response
  • chattering may occur in the self-aligning torque which is the estimation result of the SAT estimator 221. Chattering can be appropriately suppressed by applying the first-order phase lag compensation by the filter 223.
  • the SAT compensation unit 220 can change the strength of the SAT compensation by adjusting the respective control gains. It should be noted that if the control gain is raised too much, the pseudo self-aligning torque may become too large, and the steering becomes heavy near the steering wheel center.
  • FIG. 6 shows a functional block for explaining the function of the active return unit 230.
  • the active return unit 230 acquires the vehicle speed v and the steering angle ⁇ as inputs, and generates an active return torque TAR based on them.
  • the active return unit 230 includes a return torque calculation unit 231, a vehicle speed gain correction unit 232, a multiplier 233, and a phase compensator 234.
  • the return torque calculation unit 231 is a table that defines the correspondence between the steering angle and the active return torque (return torque), and the return torque calculation unit 231 determines the active return torque according to the steering angle ⁇ .
  • Vehicle speed gain correction unit 232 is a table defining the correspondence between the gain g a relative speed and active return torque.
  • the gain g a is determined in accordance with the vehicle speed v.
  • Multiplier 233 the active return torque determined by the active return section 230 multiplies the gain g a determined by the vehicle speed gain correction unit 232.
  • the phase compensator 234 generates an active return torque T AR by applying phase lag compensation or phase lead compensation to the multiplication result of the multiplier 233.
  • the active return unit 230 can improve the build-up by applying a pseudo self-aligning torque according to the steering angle. It should be noted that, as with SAT compensation, if the control gain is increased too much, the steering wheel return (active return) becomes too strong, which may create an artificial steering feeling.
  • FIG. 7 shows a functional block for explaining the function of the loss torque compensation unit 240.
  • FIG. 8 shows motor torque characteristics for explaining motor loss torque compensation.
  • Loss torque compensation unit 240 generates a motor loss torque compensation torque T ML based on the rotational speed ⁇ of the motor.
  • the loss torque compensating unit 240 determines the loss torque of the motor based on the rotation speed ⁇ of the motor with reference to a table that defines the correspondence between the loss torque of the motor and the rotation speed of the motor, and is primary to the determined loss torque of the motor. By applying the phase lag compensation, the motor loss torque compensation torque TML is generated.
  • the loss torque compensation unit 240 includes a loss torque calculation unit 241 and a filter 242.
  • the horizontal axis represents the motor current (A), and the vertical axis represents the motor torque (Nm).
  • the broken line in the figure represents the motor torque characteristic with respect to the motor current when the loss torque compensation is not applied.
  • the solid line in the figure shows the motor torque characteristics with respect to the motor current when loss torque compensation is applied. For example, due to attraction arranged permanent magnets in the rotor, the range W A of motor current torque by applying a current to the motor is not generated there. In the present embodiment, in order to compensate for the torque loss in the range W A of the motor current, to adopt a torque loss compensation.
  • the loss torque calculation unit 241 determines the loss torque compensation torque for the loss torque compensation according to the rotation speed ⁇ of the motor.
  • the loss torque calculation unit 241 is a table that defines the correspondence between the rotation speed of the motor and the torque for compensating for the loss torque. The table is determined, for example, based on the Coulomb friction model.
  • Filter 242 by applying a first order lag compensation in loss torque compensation torque of the determined motor, generating a torque loss compensation torque T ML.
  • An example of the filter 242 is a first-order IIR digital filter, similar to the filter 223.
  • the filter 242 using a general low-pass filter, although the high-frequency component contained in loss torque compensation torque T ML is removed to give cause phase delay, as a result, there may be a delay in the power assist EPS ..
  • chattering of the loss torque compensation torque signal output from the loss torque calculation unit 241 can be suppressed, and phase delay can be avoided to enable normal power assist. Will be.
  • the loss torque calculation unit 241 can improve the responsiveness to a minute torque instruction by compensating for the loss torque of the motor. As a result, the frictional feeling of steering at the steering wheel center is improved.
  • the adder 271 adds the self-aligning torque compensation torque T SAT , which is the output from the SAT compensation unit 220, to the base assist torque T BASE , which is the output from the base assist control unit 210.
  • the torque command value T ref is generated based on the base assist torque T BASE , the self-aligning torque compensation torque T SAT , the active return torque T AR, and the motor loss torque compensation torque T ML .
  • the stabilization compensator 250 generates a stabilization compensation torque by applying phase delay compensation or phase lead compensation to the added value of the adder 271.
  • the adder 272 adds the active return torque T AR output from the active return unit 230 to the stabilization compensation torque output from the stabilization compensator 250.
  • the adder 273, the added value of the adder 272 adds the loss torque compensation torque T ML output from the torque loss compensation unit 240, thereby, the torque command value T ref used for controlling the driving of the motor is generated.
  • the output of the adder 272 and / or the adder 273 may be input to the stabilization compensator 250 in the same manner as the output of the adder 271.
  • the current control calculation unit 260 generates the current command value I ref based on the torque command value T ref .
  • the motor control unit 280 sets a target current value based on the current command value I ref according to, for example, vector control, generates a PWM signal, and outputs the PWM signal to the drive circuit 115.
  • a natural steering feeling can be realized by utilizing the three functions of SAT compensation, active return and motor loss torque compensation so as to complement each other.
  • the SAT compensation creates a steering characteristic that gives a natural steering feeling in the on-center region to some extent, and the active return fine-tunes the steering characteristic in the direction in which the hiss width becomes smaller.
  • a feeling of steering can be realized.
  • the loss torque compensation improves the responsiveness to a minute torque instruction, which makes it possible to realize a more natural steering feeling.
  • the present inventor has verified the validity of the control device 100 according to the present embodiment by simulation.
  • the vehicle speed v was set to 60 km / h and the steering frequency was set to 0.25 Hz.
  • FIG. 9 shows a graph of steering characteristics of the simulation results.
  • the horizontal axis is the steering angle, and the vertical axis is the steering torque.
  • the waveform shown by the broken line shows the steering characteristics when the SAT compensation is not applied, and the waveform shown by the solid line shows the steering characteristics when the SAT compensation is applied.
  • the hiss width of the steering angle is improved by applying the SAT compensation.
  • the hiss width when the SAT compensation was not applied was 16 deg
  • the hiss width when the SAT compensation was applied was 10 deg.
  • the range in which the steering wheel center position cannot be recognized is the residual steering wheel angle at which the steering wheel does not return to the steering wheel center position by the self-aligning torque, and the driver must intentionally return the steering wheel. Therefore, in the present embodiment, the assist torque for assisting the steering wheel in the returning direction is generated by SAT compensation and active return, and the residual steering wheel angle thereof is reduced.
  • the embodiments of the present disclosure can be used as a control device for controlling an electric power steering device mounted on a vehicle.
  • 200 Processor
  • 210 Base assist control unit
  • 220 SAT compensation unit
  • 221 SAT estimator
  • 222 SAT gain correction unit
  • 223 Filter
  • 224 Friction model
  • 225, 226 Gain
  • 227 Adder
  • 230 Active return unit
  • 231 Return torque calculation unit
  • 232 Vehicle speed gain correction unit
  • 233 Multiplier
  • 234 Phase compensator
  • 240 Loss torque compensation unit
  • 241 Loss torque calculation unit
  • 242 Filter
  • 250 Stable Compensator
  • 260 Current control calculation unit
  • 271, 272, 273 Adder
  • 280 Motor control unit

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Abstract

プロセッサは、プログラムに従って、操舵トルク、車速、操舵角およびモータの回転速度を獲得することと、操舵トルクおよび車速に基づいてベースアシストトルクを生成することと、操舵トルク、車速、モータの回転速度およびベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成することと、車速および操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成することと、モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成することと、ベースアシストトルク、セルフアライニングトルク補償トルク、アクティブリターントルクおよびモータロストルク補償トルクに基づいて、モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成することと、を実行する。

Description

電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、および制御方法
　本開示は、電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、および制御方法に関する。
本願は、２０１９年８月９日に出願された日本出願特願２０１９－１４７８７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般の自動車は、電動モータ（以降、単に「モータ」と表記する。）を備える電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を搭載している。電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル（またはステアリングホイール）操作を、モータを駆動することによりアシストする装置である。操舵角に応じたハンドルの戻り制御によって、オンセンター領域の操舵感を補償する技術が提案されている。オンセンター領域は、主として、車両が直進している状態でハンドルがほぼ切られていない操舵領域を意味する。以降、ハンドルの戻り制御を「アクティブリターン」と呼ぶこととする。特許文献１および２は、アクティブリターンにより疑似的にセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を与えることで、オンセンター領域内における所望の操舵特性を補償する技術を開示している。
特開２００２－３６９５６５号公報 国際公開第２００４／０２６６６５号
オンセンター領域における操舵感の改善が望まれている。　
本開示の実施形態は、オンセンター領域において摩擦感があり、自然な操舵感を実現することが可能な、電動パワーステアリング装置の制御装置および制御方法を提供する。
本開示の制御装置は、非限定的で例示的な実施形態において、モータおよび減速ギアを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータの駆動を制御するための制御装置であって、プロセッサと、前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、を備え、前記プロセッサは、前記プログラムに従って、操舵トルクセンサによって検出される操舵トルク、車速センサによって検出される車速、舵角センサによって検出される操舵角、および前記モータの回転速度を獲得することと、前記操舵トルクおよび前記車速に基づいてベースアシストトルクを生成することと、前記操舵トルク、前記車速、前記モータの回転速度および前記ベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成することと、前記車速および前記操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成することと、前記モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成することと、前記ベースアシストトルク、前記セルフアライニングトルク補償トルク、前記アクティブリターントルクおよび前記モータロストルク補償トルクに基づいて、前記モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成することと、を実行する。　
本開示の制御方法は、非限定的で例示的な実施形態において、モータおよび減速ギアを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータの駆動を制御するための制御方法であって、操舵トルクセンサによって検出される操舵トルク、車速センサによって検出される車速、舵角センサによって検出される操舵角、および前記モータの回転速度を獲得することと、前記操舵トルクおよび前記車速に基づいてベースアシストトルクを生成することと、前記操舵トルク、前記車速、前記モータの回転速度および前記ベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成することと、前記車速および前記操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成することと、前記モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成することと、前記ベースアシストトルク、前記セルフアライニングトルク補償トルク、前記アクティブリターントルクおよび前記モータロストルク補償トルクに基づいて、前記モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成することと、を包含する。
本開示の例示的な実施形態によると、オンセンター領域において摩擦感があり、自然な操舵感を実現することが可能な、電動パワーステアリング装置の新規な制御装置および制御方法が提供される。
図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００の構成例を模式的に示す図である。 図２は、本実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。 図３は、プロセッサ２００に実装される機能を機能ブロック単位で示す機能ブロック図である。 図４は、ＳＡＴ補償部２２０の機能を説明するための機能ブロック図である。 図５は、ＳＡＴ補償部２２０内のＳＡＴ推定器２２１の機能を説明するための機能ブロック図である。 図６は、アクティブリターン部２３０の機能を説明するための機能ブロック図である。 図７は、ロストルク補償部２４０の機能を説明するための機能ブロック図である。 図８は、モータロストルク補償を説明するためのモータトルク特性を示すグラフである。 図９は、シミュレーション結果の操舵特性の波形を示すグラフである。 図１０は、一般的な電動パワーステアリング装置が有する、特にオンセンター領域における操舵特性を示すグラフである。
車両が直進走行をしているときには運転者はハンドルをほぼ切らない。操舵がオンセンター領域にある状態では、車両と路面との摩擦感がなくなるために、運転者は直進状態を認識することが困難になる。例えば、ハンドルを少し切っただけで車両がふらつくなど、操舵の安定性に問題が生じ得る。そのため、車両と路面との摩擦感を適度に生じさせることにより、運転者はオンセンター領域を認識できるようになる。　
上述したように、従来技術では、アクティブリターンにより疑似的にセルフアライニングトルクを与えることで、オンセンター領域内における所望の操舵特性が補償される。しかし、アクティブリターンだけでは、ハンドルがセンター付近に位置した状態（以下、ハンドルセンターと表記する。）において適度な摩擦感がなくなる。むしろ、人工的なフィーリングが運転者に与えられることにより、装置に制御されている感覚が強くなってしまう。　
図１０に、一般的な電動パワーステアリング装置が有する、特にオンセンター領域における操舵特性を示す。横軸は操舵角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は操舵トルク（Ｎ・ｍ）を示している。操舵トルクが摩擦トルクよりも小さくなる操舵角の範囲は、一般に、不感帯またはヒス幅と称され、また、操舵トルクが立ち上がる傾きは、ビルドアップと称される。後述するセルフアライニングトルク補償のゲインを大きくしていくと、曲線の傾きは急峻となり、その結果、操舵トルクは鋭く立ち上がる操舵特性が得られる。これにより、ビルドアップがより急峻になり、かつ、不感帯の幅が狭くなる。　
オンセンター領域における操舵感は、操舵特性の曲線の軌跡に依存し、ハンドルセンターからハンドルを切り込んだときの操舵トルクの立ち上がりの程度、つまりビルドアップに深く関連する。一般に、操舵角に応じて操舵トルクが鋭く立ち上がる場合に、操舵感があると言える。不感帯の幅が狭いほど、運転者は車両の直進性を感じ易くなる。ヒス幅は小さく、摩擦感は適度にあり、かつ、トルクのビルドアップは操舵角に対しリニアな特性を示す操舵特性が望ましい。本発明者の検討によれば、目標数値として、トルクのビルドアップは、０．２Ｎ・ｍ／ｄｅｇ程度であり、ヒス幅は±３ｄｅｇ程度であり、摩擦感は１．３Ｎ・ｍ以下であることが好ましい。　
本発明者は上記の知見に基づいて、セルフアライニングトルク補償、アクティブリターンおよびモータロストルク補償の３つの機能を適切に活用することにより自然な操舵感を実現できることを見出し本発明に至った。　
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電動パワーステアリング装置の制御装置、制御方法および当該制御装置を備える電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。　
以下の実施形態は、例示であり、本開示による電動パワーステアリング装置の制御装置、制御方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、ステップ、そのステップの順序等は、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
［１．電動パワーステアリング装置１０００の構成］
　図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０００の構成例を模式的に示す図である。
電動パワーステアリング装置１０００（以降、「ＥＰＳ」と表記する。）は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。ＥＰＳ１０００は、運転者がハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担が軽減される。　
ステアリングシステム５２０は、例えば、ハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。　
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、舵角センサ５４２、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００、モータ５４３、減速ギア５４４、インバータ５４５およびトーションバ―５４６を備える。操舵トルクセンサ５４１は、トーションバ―５４６の捩じれ量を検出することにより、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。舵角センサ５４２は、ハンドルの操舵角を検出する。　
ＥＣＵ１００は、操舵トルクセンサ５４１、舵角センサ５４２、車両に搭載された車速センサ（不図示）などによって検出される検出信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、インバータ５４５に出力する。例えば、インバータ５４５は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の擬似正弦波である三相交流電力にモータ駆動信号に従って変換し、モータ５４３に供給する。モータ５４３は、例えば表面磁石型同期モータ（ＳＰＭＳＭ）またはスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）であり、三相交流電力の供給を受けて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速ギア５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。以降、ＥＣＵ１００を、ＥＰＳの制御装置１００と記載することとする。
［２．制御装置１００の構成例］
　図２は、本実施形態に係る制御装置１００の構成の典型例を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、電源回路１１１と、角度センサ１１２と、入力回路１１３と、通信Ｉ／Ｆ１１４と、駆動回路１１５と、ＲＯＭ１１６と、プロセッサ２００とを備える。制御装置１００は、それらの電子部品を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）として実現され得る。
車両に搭載された車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２が、プロセッサ２００に電気的に接続され、車速センサ３００、操舵トルクセンサ５４１および舵角センサ５４２からプロセッサ２００に、車速ｖ、操舵トルクＴｔｏｒおよび操舵角θがそれぞれ送信される。　
制御装置１００は、インバータ５４５に電気的に接続される。制御装置１００は、インバータ５４５が有する複数のスイッチ素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）のスイッチング動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号（以降、「ゲート制御信号」と表記する。）を生成してインバータ５４５に出力する。　
制御装置１００は、車速ｖ、操舵トルクＴｔｏｒおよび操舵角θなどに基づいてトルク指令値を生成し、例えばベクトル制御によってモータ５４３のトルクおよび回転速度を制御する。制御装置１００は、ベクトル制御に限らず、他のクローズドループ制御を行い得る。回転速度は、単位時間（例えば１分間）にロータが回転する回転数（ｒｐｍ）または単位時間（例えば１秒間）にロータが回転する回転数（ｒｐｓ）で表される。ベクトル制御は、モータに流れる電流を、トルクの発生に寄与する電流成分と、磁束の発生に寄与する電流成分とに分解し、互いに直交する各電流成分を独立に制御する方法である。　
電源回路１１１は、外部電源（不図示）に接続されており、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖまたは５Ｖ）を生成する。　
角度センサ１１２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ１１２は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ１１２は、ロータの回転角を検出し、プロセッサ２００にロータの回転角を出力する。制御装置１００は、角度センサ１１２の代わりに、モータの回転速度、加速度を検出する速度センサ、加速度センサを備え得る。　
入力回路１１３は、電流センサ（不図示）によって検出されたモータ電流値（以下、「実電流値」と表記する。）を受け取って、実電流値のレベルをプロセッサ２００の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をプロセッサ２００に出力する。入力回路１１３の典型例は、アナログデジタル変換回路である。　
プロセッサ２００は、半導体集積回路であり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロプロセッサとも称される。プロセッサ２００は、ＲＯＭ１１６に格納された、モータ駆動を制御するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。プロセッサ２００は、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＡＳＳＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔ）を含む用語として広く解釈される。プロセッサ２００は、実電流値およびロータの回転角などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。　
通信Ｉ／Ｆ１１４は、例えば、車載のコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）に準拠してデータの送受信を行うための入出力インタフェースである。　
駆動回路１１５は、典型的にはゲートドライバ（またはプリドライバ）である。駆動回路１１５は、ゲート制御信号をＰＷＭ信号に従って生成し、インバータ５４５が有する複数のスイッチ素子のゲートにゲート制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、ゲートドライバは必ずしも必要とされない場合がある。その場合、ゲートドライバの機能は、プロセッサ２００に実装され得る。　
ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００に電気的に接続される。ＲＯＭ１１６は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ１１６は、プロセッサ２００にモータ駆動を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。　
図３は、プロセッサ２００に実装される機能を機能ブロック単位で示す機能ブロック図である。本明細書において、プロセッサ２００は、ベースアシスト制御部２１０、ＳＡＴ補償部２２０、アクティブリターン部２３０、ロストルク補償部２４０、安定化補償器２５０、電流制御演算部２６０、３つの加算器２７１、２７２、２７３およびモータ制御部２８０を有する。典型的には、それぞれの部に相当する機能ブロックの処理（またはタスク）は、ソフトウェアのモジュール単位でコンピュータプログラムに記述され、ＲＯＭ１１６に格納される。ただし、ＦＰＧＡなどを用いる場合、これらの機能ブロックの全部または一部は、ハードウェア・アクセラレータとして実装され得る。　
各機能ブロックをソフトウェア（またはファームウェア）として制御装置１００に実装する場合、そのソフトウェアの実行主体は、プロセッサ２００であり得る。本開示の制御装置は、ある一態様において、プロセッサと、プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリとを備える。プロセッサは、プログラムに従って、以下の処理を実行する。　（１）操舵トルクセンサによって検出される操舵トルク、車速センサによって検出される車速、舵角センサによって検出される操舵角、およびモータの回転速度を獲得する。　（２）操舵トルクおよび車速に基づいてベースアシストトルクを生成する。　（３）操舵トルク、車速、モータの回転速度およびベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成する。　（４）車速および操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成する。　（５）モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成する。　（６）ベースアシストトルク、セルフアライニングトルク補償トルク、アクティブリターントルクおよびモータロストルク補償トルクに基づいて、モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成する。　（７）トルク指令値に基づいて電流指令値を生成し、電流指令値に基づいてモータの駆動を制御する。　
各機能ブロックをソフトウェアおよび／またはハードウェアとして制御装置１００に実装する場合、本開示の制御装置は、他の一態様において、操舵トルクおよび車速に基づいてベースアシストトルクを生成するベースアシスト制御部と、操舵トルク、車速、モータの回転速度およびベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成するＳＡＴ補償部と、車速および操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成するアクティブリターン部と、モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成するロストルク補償部と、ベースアシストトルク、セルフアライニングトルク補償トルク、アクティブリターントルクおよびモータロストルク補償トルクに基づいて生成されたトルク指令値に応じて電流指令値を生成する電流制御演算部と、電流指令値に基づいてモータの駆動を制御するモータ制御部と、を備える。　
プロセッサ２００は、入力として、操舵トルクセンサ５４１によって検出される操舵トルクＴｔｏｒ、車速センサによって検出される車速ｖ、舵角センサによって検出される操舵角θ、およびモータの回転速度ωを獲得する。例えば、制御装置１００が、モータの回転速度を検出する速度センサを備えている場合には、プロセッサ２００は、検出された回転速度を速度センサから取得することにより、モータの回転速度ωを獲得することができる。制御装置１００が、ロータの回転角（より詳しくは機械角）を検出する角度センサを備えている場合には、プロセッサ２００は、検出されたロータの回転角を角度センサから取得し、ロータの回転角に基づいて角速度を演算することにより回転速度ωを獲得することができる。　
ベースアシスト制御部２１０は、入力として操舵トルクＴｔｏｒおよび車速ｖを取得し、それらの信号に基づいてベースアシストトルクＴＢＡＳＥを生成して出力する。ベースアシスト制御部２１０の典型例は、操舵トルクＴｔｏｒ、車速ｖと、ベースアシストトルクＴＢＡＳＥとの対応を規定するテーブル（いわゆる、ルックアップテーブル）である。ベースアシスト制御部２１０は、操舵トルクＴｔｏｒおよび車速ｖに基づいてベースアシストトルクＴＢＡＳＥを決定する。　
図４に、ＳＡＴ補償部２２０の機能を説明するための機能ブロックを示す。図５に、ＳＡＴ補償部２２０内のＳＡＴ推定器２２１の機能を説明するための機能ブロックを示す。ＳＡＴ補償部２２０は、入力として操舵トルクＴｔｏｒ、車速ｖ、モータの回転速度ωおよびベースアシストトルクＴＢＡＳＥを取得し、それらの信号に基づいてセルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴを生成して出力する。　
ＳＡＴ補償部２２０は、セルフアライニングトルクの静的なゲインを補償する。これにより、摩擦感は維持したまま、オンセンター領域における不感帯の幅とビルドアップを改善することができる。　
セルフアライニングトルクは、ベースアシストトルクＴＢＡＳＥと操舵トルクＴｔｏｒとのハンドル軸回りの静的な力のつり合いから推定される。その結果、推定されたセルフアライニングトルクは、セルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴのみならず摩擦も推定結果に含むこととなる。そのため、本実施形態に係るＳＡＴ補償部２２０は、摩擦モデルをＳＡＴ補償に適用することによって、推定結果に対する摩擦の影響を低減する。　
ＳＡＴ補償部２２０は、ＳＡＴ推定器２２１、ＳＡＴゲイン補正部２２２およびフィルタ２２３を有する。ＳＡＴ推定器２２１は、入力として操舵トルクＴｔｏｒ、ベースアシストトルクＴＢＡＳＥおよびモータの回転速度ωを取得し、それらの信号に基づいてセルフアライニングトルクを推定する。ＳＡＴ推定器２２１は、摩擦モデル２２４、ゲイン（または制御ゲイン）２２５、２２６および加算器２２７を有する。ＳＡＴ推定器２２１は、摩擦トルクとモータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、モータの回転速度ωに基づいて操舵トルクＴｔｏｒを決定する。　
摩擦モデル２２４は、例えばクーロン摩擦モデルに基づいて決定される。摩擦トルクＴｆｒｉｃが、摩擦モデル２２４を用いてモータの回転速度ωに基づいて算出される。ゲイン２２５は、減速ギア５４４のギア比ｇｃであり、ゲイン２２６は、摩擦ゲインである。加算器２２７は、下記の数１の数式に基づいてセルフアライニングトルクの推定値を算出する。数１の右辺のＴｆｒｉｃの項は摩擦ゲインを含んだものである。数１の右辺においてＴｆｒｉｃの項を減算することにより、推定結果に対する摩擦の影響が低減される。＜数１＞　　ＴＳＡＴ＝Ｔｔｏｒ＋ｇｃ＊ＴＢＡＳＥ－Ｔｆｒｉｃ　
ＳＡＴゲイン補正部２２２の典型例は、車速ｖとゲインｇｓとの対応を規定した参照テーブルである。本実施形態では、セルフアライニングトルクの推定値に対するゲインｇｓを、車速ｖに応じて変化させている。ＳＡＴゲイン補正部２２２は、セルフアライニングトルクの推定値に対するゲインと車速との対応を規定するテーブルを参照して、車速ｖに基づいてセルフアライニングトルクの推定値に対するゲインｇｓを決定する。ＳＡＴゲイン補正部２２２は、さらに、推定したセルフアライニングトルクにゲインｇｓを乗算するこ
とにより、車速ｖに応じてセルフアライニングトルクを補正し、補正後のセルフアライニングトルクを生成する。　
フィルタ２２３は、補正後のセルフアライニングトルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、セルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴを生成する。フィルタ２２３の例は、１次のＩＩＲ（無限インパルス応答）デジタルフィルタである。モータの回転速度ωがゼロ付近ではＳＡＴ推定器２２１の推定結果であるセルフアライニングトルクにチャタリングが発生し得る。フィルタ２２３によって１次の位相遅れ補償を適用することで、チャタリングを適切に抑制することができる。　
上述したように、ＳＡＴ補償部２２０は、それぞれの制御ゲインを調整することによりＳＡＴ補償の強度を変えることが可能である。制御ゲインを上げ過ぎると疑似的なセルフアライニングトルクが大きくなり過ぎる可能性があるために、ハンドルセンター付近において操舵が重くなってしまう点に留意されたい。　
図６に、アクティブリターン部２３０の機能を説明するための機能ブロックを示す。アクティブリターン部２３０は、入力として車速ｖおよび操舵角θを取得し、それらに基づいてアクティブリターントルクＴＡＲを生成する。アクティブリターン部２３０は、戻りトルク演算部２３１、車速ゲイン補正部２３２、乗算器２３３および位相補償器２３４を有する。戻りトルク演算部２３１は、操舵角とアクティブリターントルク（戻りトルク）との対応を規定したテーブルで戻りトルク演算部２３１によって、操舵角θに応じてアクティブリターントルクが決定される。車速ゲイン補正部２３２は、車速とアクティブリターントルクに対するゲインｇａとの対応を規定するテーブルである。車速ゲイン補正部２３２によって、車速ｖに応じてゲインｇａが決定される。乗算器２３３は、アクティブリターン部２３０で決定されたアクティブリターントルクに、車速ゲイン補正部２３２で決定されたゲインｇａを乗算する。位相補償器２３４は、乗算器２３３の乗算結果に位相遅れ補償または位相進み補償を適用することにより、アクティブリターントルクＴＡＲを生成する。　
アクティブリターン部２３０は、疑似的なセルフアライニングトルクを操舵角に応じて与えることにより、ビルドアップを改善することが可能である。ＳＡＴ補償と同様に、制御ゲインを上げ過ぎると、ハンドルの戻り（アクティブリターン）が強くなり過ぎるために人工的な操舵感が生まれる可能性がある点に留意されたい。　
図７に、ロストルク補償部２４０の機能を説明するための機能ブロックを示す。図８に、モータロストルク補償を説明するためのモータトルク特性を示す。ロストルク補償部２４０は、モータの回転速度ωに基づいてモータロストルク補償トルクＴＭＬを生成する。ロストルク補償部２４０は、モータのロストルクとモータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、モータの回転速度ωに基づいてモータのロストルクを決定し、決定したモータのロストルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、モータロストルク補償トルクＴＭＬを生成する。　
ロストルク補償部２４０は、ロストルク演算部２４１およびフィルタ２４２を有する。ここで、図８を参照しながら、モータロストルク補償を説明する。横軸はモータ電流（Ａ）を示し、縦軸はモータトルク（Ｎ・ｍ）を示している。図中の破線は、ロストルク補償を適用しない場合におけるモータ電流に対するモータトルク特性を表している。図中の実線は、ロストルク補償を適用した場合におけるモータ電流に対するモータトルク特性を表している。例えばロータに配置された永久磁石の引力に起因して、モータに電流を流してもトルクが発生しないモータ電流の範囲ＷＡが存在する。本実施形態では、モータ電流の範囲ＷＡにおけるトルクロスを補償するために、ロストルク補償を採用する。具体的に説明すると、ロストルク演算部２４１は、モータの回転速度ωに応じてロストルク補償するためのロストルク補償トルクを決定する。ロストルク演算部２４１は、モータの回転速度とロストルク補償するためのトルクとの対応を規定したテーブルである。そのテーブルは、例えばクーロン摩擦モデルに基づいて決定される。　
フィルタ２４２は、決定したモータのロストルク補償トルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、ロストルク補償トルクＴＭＬを生成する。フィルタ２４２の例は、フィルタ２２３と同様に、１次のＩＩＲデジタルフィルタである。フィルタ２４２として、一般のローパスフィルタを用いると、ロストルク補償トルクＴＭＬに含まれる高周波成分は除去されるものの、位相遅れが生じ得て、その結果、ＥＰＳのパワーアシストに遅延が生じる可能性がある。これに対し、フィルタ２４２として１次のＩＩＲフィルタを採用することにより、ロストルク演算部２４１から出力されるロストルク補償トルク信号のチャタリングを抑制でき、かつ、位相遅れを回避して正常なパワーアシストが可能となる。　
ロストルク演算部２４１は、モータのロストルクを補償することによって微小なトルク指示に対する応答性を改善することが可能である。その結果、ハンドルセンターにおける操舵の摩擦感が改善される。　
再び、図３を参照する。　
加算器２７１は、ベースアシスト制御部２１０からの出力であるベースアシストトルクＴＢＡＳＥにＳＡＴ補償部２２０からの出力であるセルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴを加算する。　
トルク指令値Ｔｒｅｆは、ベースアシストトルクＴＢＡＳＥ、セルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴ、アクティブリターントルクＴＡＲおよびモータロストルク補償トルクＴＭＬに基づいて生成される。例えば、安定化補償器２５０は、加算器２７１の加算値に位相遅れ補償または位相進み補償を適用することにより、安定化補償トルクを生成する。加算器２７２は、安定化補償器２５０から出力される安定化補償トルクに、アクティブリターン部２３０から出力されるアクティブリターントルクＴＡＲを加算する。加算器２７３は、加算器２７２の加算値に、ロストルク補償部２４０から出力されるロストルク補償トルクＴＭＬを加算し、これにより、モータの駆動の制御に用いるトルク指令値Ｔｒｅｆが生成される。なお、加算器２７２および／または加算器２７３の出力も、加算器２７１の出力と同様に、安定化補償器２５０に入力してもよい。　
電流制御演算部２６０は、トルク指令値Ｔｒｅｆに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを生成する。モータ制御部２８０は、例えばベクトル制御に従って、電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、駆動回路１１５に出力する。　
本実施形態によれば、ＳＡＴ補償、アクティブリターンおよびモータロストルク補償の３つの機能が互いに補完し合うよう活用されることにより自然な操舵感を実現できる。具体的に説明すると、ＳＡＴ補償によって、オンセンター領域において自然な操舵感が得られる操舵特性をある程度作り込み、かつ、アクティブリターンによって、ヒス幅が小さくなる方向に操舵特性を微調することにより、自然な操舵感を実現できる。さらに、ロストルク補償によって微小なトルク指示に対する応答性が改善され、これにより、より自然な操舵感を実現することが可能となる。　
本発明者は、シミュレーションにより本実施形態に係る制御装置１００の妥当性を検証した。シミュレーション条件として、車速ｖを６０ｋｍ／ｈに設定し、操舵周波数を０．２５Ｈｚに設定した。図９に、シミュレーション結果の操舵特性のグラフを示す。横軸は操舵角であり、縦軸は操舵トルクである。破線で示す波形は、ＳＡＴ補償を適用しない場合における操舵特性を示し、実線で示す波形は、ＳＡＴ補償を適用した場合における操舵特性を示している。　
シミュレーション結果から、ＳＡＴ補償を適用することにより操舵角のヒス幅が改善されていることが分かる。具体的には、ＳＡＴ補償を適用しなかった場合のヒス幅は１６ｄｅｇとなり、ＳＡＴ補償を適用し場合のヒス幅は１０ｄｅｇとなった。そのような操舵角の範囲では、通常、操舵トルクの情報からハンドルセンター位置を認識することは困難であり、車両が偏向する可能性がある。そのため操舵角のヒス幅は狭い方がよい。ハンドルセンター位置を認識できない範囲は、セルフアライニングトルクではハンドルがハンドルセンター位置に戻らない残留ハンドル角であり、運転者が意図的にハンドルを戻す必要がある。そのため、本実施形態では、ＳＡＴ補償およびアクティブリターンによってハンドルを戻す方向にアシストするアシストトルクを生成し、その残留ハンドル角を小さくしている。
本開示の実施形態は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置を制御するための制御装置に利用され得る。
２００：プロセッサ、２１０：ベースアシスト制御部、２２０：ＳＡＴ補償部、２２１：ＳＡＴ推定器、２２２：ＳＡＴゲイン補正部、２２３：フィルタ、２２４：摩擦モデル、２２５、２２６：ゲイン、２２７：加算器、２３０：アクティブリターン部、２３１：戻りトルク演算部、２３２：車速ゲイン補正部、２３３：乗算器、２３４：位相補償器、２４０：ロストルク補償部、２４１：ロストルク演算部、２４２：フィルタ、２５０：安定化補償器、２６０：電流制御演算部、２７１、２７２、２７３：加算器、２８０：モータ制御部

Claims (17)

  1. 　モータおよび減速ギアを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータの駆動を制御するための制御装置であって、
    　プロセッサと、
    　前記プロセッサの動作を制御するプログラムを記憶するメモリと、
    を備え、
    　前記プロセッサは、前記プログラムに従って、
    　操舵トルクセンサによって検出される操舵トルク、車速センサによって検出される車速、舵角センサによって検出される操舵角、および前記モータの回転速度を獲得することと、
    　前記操舵トルクおよび前記車速に基づいてベースアシストトルクを生成することと、
    　前記操舵トルク、前記車速、前記モータの回転速度および前記ベースアシストトルに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成することと、
    　前記車速および前記操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成することと、
    　前記モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成することと、
    　前記ベースアシストトルク、前記セルフアライニングトルク補償トルク、前記アクティブリターントルクおよび前記モータロストルク補償トルクに基づいて、前記モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成することと、
    を実行する、制御装置。
  2. 　前記プロセッサは、
    　前記ベースアシストトルクおよび前記セルフアライニングトルク補償トルクに基づいて、安定化補償器を用いて安定化補償トルクを生成することをさらに実行し、
    　前記アクティブリターントルク、前記モータロストルク補償トルクおよび前記安定化補償トルクに基づいて前記トルク指令値を生成する、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記セルフアライニングトルク補償トルクを生成することは、以下の数式に基づいてセルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴを推定することを含み、
    　　ＴＳＡＴ＝Ｔｔｏｒ＋ｇｃ＊ＴＢＡＳＥ－Ｔｆｒｉｃ
    ここで、Ｔｔｏｒは前記操舵トルクを表し、ｇｃは前記減速ギアのギア比を表し、ＴＢＡＳＥはベースアシストトルクを表し、Ｔｆｒｉｃは摩擦トルクを表す、請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記プロセッサは、前記摩擦トルクと前記モータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、前記モータの回転速度に基づいて前記摩擦トルクを決定する、請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記プロセッサは、セルフアライニングトルクゲインと前記車速との対応を規定するテーブルを参照して、前記車速に基づいてセルフアライニングトルクゲインを決定し、
    　推定した前記セルフアライニングトルクに前記セルフアライニングトルクゲインを乗算することにより、車速に応じて前記セルフアライニングトルクを補正し、補正後のセルフアライニングトルクを生成する、請求項４に記載の制御装置。
  6. 　前記プロセッサは、前記補正後のセルフアライニングトルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、前記セルフアライニングトルク補償トルクを生成する、請求項５に記載の制御装置。
  7. 　前記プロセッサは、モータのロストルクと前記モータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、前記モータの回転速度に基づいてモータのロストルクを決定し、決定した前記モータのロストルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、前記モータロストルク補償トルクを生成する、請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
  8. 　前記プロセッサは、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を生成し、前記電流指令値に基づいて前記モータの駆動を制御することをさらに実行する、請求項１から７のいずれかに記載の制御装置。
  9. 　モータと、
    　操舵トルクセンサと
    　舵角センサと、
    　請求項１から８のいずれかに記載の制御装置と、
    を備える電動パワーステアリング装置。
  10. 　モータおよび減速ギアを備える電動パワーステアリング装置に用いられる、前記モータの駆動を制御するための制御方法であって、
    　操舵トルクセンサによって検出される操舵トルク、車速センサによって検出される車速、舵角センサによって検出される操舵角、および前記モータの回転速度を獲得することと、
    　前記操舵トルクおよび前記車速に基づいてベースアシストトルクを生成することと、
    　前記操舵トルク、前記車速、前記モータの回転速度および前記ベースアシストトルクに基づいて、セルフアライニングトルク補償トルクを生成することと、
    　前記車速および前記操舵角に基づいてアクティブリターントルクを生成することと、
    　前記モータの回転速度に基づいてモータロストルク補償トルクを生成することと、
    　前記ベースアシストトルク、前記セルフアライニングトルク補償トルク、前記アクティブリターントルクおよび前記モータロストルク補償トルクに基づいて、前記モータの駆動の制御に用いるトルク指令値を生成することと、
    を包含する、制御方法。
  11. 　前記ベースアシストトルクおよび前記セルフアライニングトルク補償トルクに基づいて、安定化補償器を用いて安定化補償トルクを生成することをさらに包含し、
    　前記アクティブリターントルク、前記モータロストルク補償トルクおよび前記安定化補償トルクに基づいて前記トルク指令値を生成する、請求項１０に記載の制御方法。
  12. 　前記セルフアライニングトルク補償トルクを生成することは、以下の数式に基づいてセルフアライニングトルク補償トルクＴＳＡＴを推定することを含み、
    　　ＴＳＡＴ＝Ｔｔｏｒ＋ｇｃ＊ＴＢＡＳＥ－Ｔｆｒｉｃ
    ここで、Ｔｔｏｒは前記操舵トルクを表し、ｇｃは前記減速ギアのギア比を表し、ＴＢＡＳＥはベースアシストトルクを表し、Ｔｆｒｉｃは摩擦トルクを表す、請求項１１に記載の制御方法。
  13. 　前記摩擦トルクと前記モータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、前記モータの回転速度に基づいて前記摩擦トルクを決定する、請求項１２に記載の制御方法。
  14. 　セルフアライニングトルクゲインと前記車速との対応を規定するテーブルを参照して、前記車速に基づいてセルフアライニングトルクゲインを決定し、
    　推定した前記セルフアライニングトルクに前記セルフアライニングトルクゲインを乗算することにより、車速に応じて前記セルフアライニングトルクを補正し、補正後のセルフアライニングトルクを生成する、請求項１３に記載の制御方法。
  15. 　前記補正後のセルフアライニングトルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、前記セルフアライニングトルク補償トルクを生成する、請求項１４に記載の制御方法。
  16. 　モータのロストルクと前記モータの回転速度との対応を規定するテーブルを参照して、前記モータの回転速度に基づいてモータのロストルクを決定し、決定した前記モータのロストルクに１次の位相遅れ補償を適用することにより、前記モータロストルク補償トルクを生成する、請求項１０から１５のいずれかに記載の制御方法。
  17. 　前記トルク指令値に基づいて電流指令値を生成し、前記電流指令値に基づいて前記モータの駆動を制御することをさらに包含する、請求項１０から１６のいずれかに記載の制御方法。
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