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JP6413633B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置 Download PDF

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JP6413633B2 JP2014220339A JP2014220339A JP6413633B2 JP 6413633 B2 JP6413633 B2 JP 6413633B2 JP 2014220339 A JP2014220339 A JP 2014220339A JP 2014220339 A JP2014220339 A JP 2014220339A JP 6413633 B2 JP6413633 B2 JP 6413633B2
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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、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 (3)

  1. 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、
    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。
  2. 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。
  3. 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。
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