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WO2020213285A1 - 車両用操向装置 - Google Patents

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Publication number
WO2020213285A1
WO2020213285A1 PCT/JP2020/009588 JP2020009588W WO2020213285A1 WO 2020213285 A1 WO2020213285 A1 WO 2020213285A1 JP 2020009588 W JP2020009588 W JP 2020009588W WO 2020213285 A1 WO2020213285 A1 WO 2020213285A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
steering
command value
current command
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/009588
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴弘 椿
堅吏 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Publication of WO2020213285A1 publication Critical patent/WO2020213285A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

Definitions

  • the present invention relates to a high-performance steering device for vehicles that realizes a desired steering torque based on a torsion angle of a torsion bar or the like, is not affected by the condition of the road surface, and is not affected by changes in mechanical characteristics over time.
  • the electric power steering device which is one of the steering devices for vehicles, applies an assist force (steering assist force) to the steering system of the vehicle by the rotational force of the motor, and uses the power supplied from the inverter.
  • the driving force of the controlled motor is applied to the steering shaft or rack shaft as an assist force by a transmission mechanism including a reduction mechanism.
  • feedback control of the motor current is performed in order to accurately generate an assist force.
  • the feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value becomes small, and the adjustment of the motor applied voltage is generally PWM (pulse width). Modulation) Control duty is adjusted.
  • the column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of the handle 1 has a reduction mechanism 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, and a tie rod 6a. It is further connected to the steering wheels 8L and 8R via the hub units 7a and 7b via 6b. Further, the column shaft 2 having the torsion bar is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque Ts of the steering wheel 1 and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle ⁇ h, and is a motor that assists the steering force of the steering wheel 1. 20 is connected to the column shaft 2 via the reduction mechanism 3.
  • Electric power is supplied from the battery 13 to the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering device, and an ignition key signal is input via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates the current command value of the assist (steering assistance) command based on the steering torque Ts detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value.
  • the current supplied to the EPS motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref.
  • a CAN (Controller Area Network) 40 that exchanges various vehicle information is connected to the control unit 30, and the vehicle speed Vs can also be received from the CAN 40. Further, a non-CAN 41 that transmits / receives communications other than CAN 40, analog / digital signals, radio waves, and the like can also be connected to the control unit 30.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MCU, an MPU, etc.), and FIG. 2 shows a general function executed by a program inside the CPU.
  • the steering torque Ts detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12 are the current command value calculation unit. It is input to 31.
  • the current command value calculation unit 31 calculates the current command value Iref1, which is the control target value of the current supplied to the motor 20, by using the assist map or the like based on the input steering torque Ts and vehicle speed Vs.
  • Ireffm-Im Ireffm-Im
  • Vref proportional integration
  • the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the characteristic compensation of the steering system system is performed by adding the compensation signal CM to improve the astringency, inertial characteristics, and the like. ..
  • the compensation signal generation unit 34 adds the self-aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 by the addition unit 344, further adds the convergence 341 to the addition result by the addition unit 345, and compensates the addition result of the addition unit 345. It is a signal CM.
  • the steering torque applied manually by the driver is detected by the torque sensor as the torsion torque of the torsion bar, and the assist current mainly according to the torque is detected.
  • the motor current is controlled as.
  • the steering torque may differ depending on the steering angle due to the difference in the road surface condition (for example, inclination).
  • the steering torque may also be affected by variations in the motor output characteristics due to aging.
  • Patent Document 1 an electric power steering device as shown in Japanese Patent No. 5208894 (Patent Document 1) has been proposed.
  • the steering angle or the steering torque determined based on the relationship between the steering angle or the steering torque and the response amount in order to give an appropriate steering torque based on the tactile characteristics of the driver.
  • the target value of steering torque is set based on the relationship (steering reaction force characteristic map).
  • the steering reaction force characteristic map must be obtained in advance, and control is performed based on the deviation between the target value of the steering torque and the detected steering torque. Therefore, there is a possibility that the influence on the steering torque remains.
  • fluctuations in the transmission efficiency of the deceleration mechanism and pinion rack mechanism in the steering system, fluctuations in the contact resistance (friction) between the tire and the road surface, etc. cannot be sufficiently suppressed by the assist command, and these fluctuations can be suppressed on the steering wheel.
  • the driver may feel it as a fluctuation in steering torque (torque ripple).
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is not affected by the condition of the road surface, not affected by changes in the mechanical characteristics of the steering steering system over time, and with respect to the steering angle and the like. It is an object of the present invention to provide a steering device for a vehicle capable of easily achieving the same steering torque. Furthermore, the torque ripple is reduced.
  • the present invention relates to a vehicle steering device that includes at least a torsion bar having an arbitrary spring constant and a sensor that detects the twist angle of the torsion bar, and assists and controls the steering system by driving and controlling the motor.
  • the above object is provided with a twist angle control unit that calculates a motor current command value that causes the twist angle to follow the target twist angle, and the twist angle control unit measures the deviation between the target twist angle and the twist angle.
  • a twist angle feedback compensator that calculates the target twist angle speed, a twist angle speed calculation unit that calculates the twist angle speed from the twist angle, and a speed control that calculates a basic motor current command value based on the target twist angle speed and the twist angle speed.
  • a unit and a torque ripple countermeasure compensation unit for calculating the first compensation motor current command value by filtering the twist angle are provided, and the basic motor current command value is compensated by the first compensation motor current command value. This is achieved by calculating the motor current command value and driving and controlling the motor based on the motor current command value.
  • the twist angle control unit further includes a stabilization compensation unit that sets a transmission function with respect to the motor angular speed to calculate a second compensation motor current command value, and the basic motor current. By compensating the command value with the first compensating motor current command value and the second compensating motor current command value to calculate the motor current command value, or by the twist angle control unit of the motor current command value. By further providing an output limiting unit that limits the upper and lower limit values, or by using a target steering torque generating unit that generates a target steering torque and the target steering torque, the target torsion angle used by the twist angle control unit.
  • the target steering torque generation unit uses a basic map unit that obtains a first torque signal from the steering angle using a basic map, and a damper gain map that is sensitive to vehicle speed.
  • a damper calculation unit that obtains a second torque signal based on angular velocity information, and a hysteresis correction unit that obtains a third torque signal having hysteresis characteristics using the steering state and the steering angle are provided, and the first torque signal,
  • the target steering torque generation unit further includes a phase compensation unit that performs phase compensation in the front stage or the rear stage of the basic map unit, and the steering angle and the vehicle speed are provided via the basic map unit and the phase compensation unit. It is achieved more effectively by obtaining the first torque signal.
  • the torsional angle operates so as to follow the target torsional angle, which is desired.
  • Steering torque can be realized and appropriate steering torque can be given based on the driver's steering sensation.
  • the torque ripple countermeasure compensation unit can reduce the torque ripple generated during steering.
  • ECU control unit
  • the present invention is a vehicle steering device for achieving the same steering torque with respect to the steering angle and the like without being affected by the condition of the road surface, and the torsion angle of the torsion bar and the like is set to a value according to the steering angle and the like.
  • the desired steering torque is realized by controlling so as to follow.
  • FIG. 3 is a diagram showing an installation example of the EPS steering system and various sensors, and the column shaft 2 is provided with a torsion bar 2A.
  • the road surface reaction force Fr and the road surface information ⁇ act on the steering wheels 8L and 8R.
  • An upper angle sensor is provided on the handle side of the column shaft 2 with the torsion bar 2A in between, and a lower angle sensor is provided on the steering wheel side of the column shaft 2 with the torsion bar 2A in between. Detects the handle angle ⁇ 1 , and the lower angle sensor detects the column angle ⁇ 2 .
  • the steering angle ⁇ h is detected by a steering angle sensor provided on the upper part of the column shaft 2, and from the deviations of the steering wheel angle ⁇ 1 and the column angle ⁇ 2 , the torsion bar torsion angle ⁇ and torsion bar torque are determined by the following equations 1 and 2. Tt can be calculated. Kt is the spring constant of the torsion bar 2A.
  • the torsion bar torque Tt can also be detected using, for example, a torque sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-216172.
  • the torsion bar torque Tt is also treated as the steering torque Ts.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example (first embodiment) of the present invention, in which the driver's steering wheel steering is assist-controlled by a motor in the EPS steering system / vehicle system 100.
  • the vehicle speed Vs and the right-turning or left-turning steering state STs output from the right-turning / left-turning determination unit 110 are input to the target steering torque generating unit 120 that outputs the target steering torque Tref. To torque.
  • the target steering torque Tref is converted into a target torsion angle ⁇ ref by the conversion unit 130, and the target torsion angle ⁇ ref is input to the torsion angle control unit 140 together with the torsion angle ⁇ of the torsion bar 2A and the motor angular velocity ⁇ m.
  • the twist angle control unit 140 calculates a motor current command value Imc such that the twist angle ⁇ becomes a target twist angle ⁇ ref, and the motor of the EPS is driven by the motor current command value Imcc.
  • the right-turn / left-turn determination unit 110 determines whether the steering is right-turn or left-turn based on the motor angular velocity ⁇ m, and outputs the determination result as the steering state STs. That is, when the motor angular velocity ⁇ m is a positive value, it is determined as “right turn”, and when it is a negative value, it is determined as “left turn”.
  • the steering angle [theta] h may be used an angular velocity that is calculated by performing the speed calculation with respect to the handle angle theta 1 or column angle theta 2.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the target steering torque generation unit 120
  • the target steering torque generation unit 120 includes the basic map unit 121, the differentiation unit 122, the damper gain unit 123, the hysteresis correction unit 124, the multiplication unit 125, and the addition unit 126.
  • the steering angle ⁇ h is input to the basic map unit 121, the differential unit 122, and the hysteresis correction unit 124, and the steering state STs output from the right / left turn determination unit 110 are input to the hysteresis correction unit 124. ..
  • the basic map unit 121 has a basic map, and uses the basic map to output a torque signal (first torque signal) Tref_a having the vehicle speed Vs as a parameter as shown in FIG. That is, the magnitude of the torque signal Tref_a increases as the magnitude (absolute value)
  • the code from the code unit 121A that calculates the code (+1, -1) of the steering angle ⁇ h is multiplied by the magnitude of the torque signal Tref_a by the multiplication unit 121B, and the torque signal Tref_a is output.
  • first torque signal first torque signal
  • the map is configured by the magnitude
  • the differentiation unit 122 differentiates the steering angle ⁇ h to calculate the steering angle velocity ⁇ h, which is the angular velocity information, and the steering angle velocity ⁇ h is input to the multiplication unit 125.
  • Damper gain unit 123 outputs the damper gain D G is multiplied by the steering angular speed [omega] h.
  • Steering angular velocity ⁇ h which is multiplied by the damper gain D G at multiplying unit 125 is input to the adder 127 as the torque signal (the second torque signal) Tref_b.
  • Damper gain D G using the damper gain map of vehicle speed sensitive type having the damper gain unit 123 is determined according to the vehicle speed Vs.
  • the damper gain map has a characteristic that it gradually increases as the vehicle speed Vs increases, as shown in FIG. 7, for example.
  • the damper gain map may be variable according to the steering angle ⁇ h.
  • the damper gain unit 123 and the multiplication unit 125 constitute a damper calculation unit.
  • the hysteresis correction unit 124 calculates the torque signal (third torque signal) Tref_c according to the following equation 3 based on the steering angle ⁇ h and the steering state STs.
  • x ⁇ h
  • y Tref_c
  • a> 1 c>
  • a hys is the hysteresis width.
  • the above number 4 can be derived by substituting x1 for x and y1 for y R and y L in the above number 3.
  • any positive number larger than 1 can be used as "a”.
  • the numbers 3 and 4 become the following numbers 5 and 6.
  • FIG. 8 shows an example of a diagram of the torque signal Tref_c. That is, the torque signal Tref_c from the hysteresis correction unit 124 has a hysteresis characteristic such as the origin of 0 ⁇ L1 (thin line) ⁇ L2 (broken line) ⁇ L3 (thick line).
  • a hys which is a coefficient representing the output width of the hysteresis characteristic
  • c which is a coefficient representing roundness
  • the torque signals Tref_a, Tref_b and Tref_c are added by the addition units 126 and 127, and the addition result is output as the target steering torque Tref.
  • the steering angular velocity ⁇ h is obtained by a differential calculation with respect to the steering angle ⁇ h, but a low-pass filter (LPF) process is appropriately performed in order to reduce the influence of high-frequency noise. Further, the differential operation and the LPF processing may be performed by the high-pass filter (HPF) and the gain. Further, the steering angular velocity ⁇ h is calculated by performing differential calculation and LPF processing on the steering wheel angle ⁇ 1 detected by the upper angle sensor or the column angle ⁇ 2 detected by the lower angle sensor instead of the steering angle ⁇ h. Is also good.
  • the motor angular velocity ⁇ m may be used as the angular velocity information instead of the steering angular velocity ⁇ h, and in this case, the differential unit 122 becomes unnecessary.
  • the conversion unit 130 has a characteristic of -1 / Kt in which the sign of the reciprocal of the spring constant Kt of the torsion bar 2A is inverted, and converts the target steering torque Tref into the target twist angle ⁇ ref.
  • the twist angle control unit 140 calculates the motor current command value Imc based on the target twist angle ⁇ ref, the twist angle ⁇ , and the motor angular velocity ⁇ m.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the torsion angle control unit 140, wherein the torsion angle control unit 140 includes a torsion angle feedback (FB) compensation unit 141, a torsion angular velocity calculation unit 142, a speed control unit 150, and a torque ripple countermeasure compensation unit. 143, stabilization compensation unit 144, output limiting unit 145, subtraction units 146 and 147, and addition unit 148 are provided, and the target twist angle ⁇ ref output from the conversion unit 130 is additionally input to the subtraction unit 146 and has a twist angle.
  • ⁇ is subtracted and input to the subtraction unit 146, is input to the torsion angular velocity calculation unit 142 and the torque ripple countermeasure compensation unit 143, and the motor angular velocity ⁇ m is input to the stabilization compensation unit
  • the twist angle FB compensation unit 141 multiplies the compensation value C FB (transfer function) by the deviation ⁇ 0 of the target twist angle ⁇ ref calculated by the subtraction unit 146 and the twist angle ⁇ , and the twist angle ⁇ ref is multiplied by the target twist angle ⁇ ref. Outputs the target torsional velocity ⁇ ref that is followed by.
  • the compensation value C FB may be a simple gain Kpp or a commonly used compensation value such as a PI control compensation value.
  • the target torsional velocity ⁇ ref is input to the speed control unit 150.
  • the twist angle FB compensating unit 141 and the speed control unit 150 make it possible to make the twist angle ⁇ follow the target twist angle ⁇ ref and realize a desired steering torque.
  • the torsion angular velocity calculation unit 142 calculates the torsion angular velocity ⁇ t by a differential calculation with respect to the torsion angle ⁇ , and the torsion angular velocity ⁇ t is input to the speed control unit 150.
  • a differential operation pseudo-differentiation by HPF and gain may be performed.
  • the torsion angular velocity ⁇ t may be calculated from another means or other than the torsion angle ⁇ and input to the velocity control unit 150.
  • the speed control unit 150 calculates the motor current command value (basic motor current command value) Imca0 so that the torsion angular velocity ⁇ t follows the target torsional velocity ⁇ ref by IP control (proportional leading PI control).
  • the subtraction unit 153 calculates the difference ( ⁇ ref- ⁇ t) between the target torsional velocity ⁇ ref and the torsional angular velocity ⁇ t, integrates the difference with the integration unit 151 having a gain Kvi, and the integration result is additionally input to the subtraction unit 154.
  • the torsion angular velocity ⁇ t is also input to the proportional unit 152, is subjected to proportional processing by the gain Kbp, and is subtracted and input to the subtraction unit 154.
  • the subtraction result in the subtraction unit 154 is output as the motor current command value Imca0.
  • the speed control unit 150 is not an IP control, but a PI control, a P (proportional) control, a PID (proportional integral differential) control, a PI-D control (differential leading PID control), a model matching control, and a model reference.
  • the motor current command value Imca0 may be calculated by a commonly used control method such as control.
  • the torque ripple countermeasure compensation unit 143 filters the twist angle ⁇ and calculates the motor current command value (first compensation motor current command value) Imca1. By subtracting the motor current command value Imca1 from the motor current command value Imca0 by the subtraction unit 147, the motor current command value is compensated and the torque ripple is reduced. Fluctuations in steering torque (torque ripple) due to fluctuations in transmission efficiency of the steering mechanism and fluctuations in contact resistance between the tire and the road surface appear in the torsion angle ⁇ . Therefore, the torque ripple can be reduced by applying an appropriate filter process to the torsion angle ⁇ and compensating the motor current command value in the direction in which the torsion angle ⁇ becomes smaller. As the filter, a first-order filter having a transfer function C trq represented by the following equation 7 is used.
  • K trq is a gain
  • Tn and Td are time constants, which are preset.
  • s is the Laplace operator.
  • the order of the filter may be second or higher.
  • the stabilization compensation unit 144 has a compensation value Cs (transfer function), and calculates the motor current command value (second compensation motor current command value) Imca2 from the motor angular velocity ⁇ m. If the gains of the torsion angle FB compensation unit 141 and the speed control unit 150 are increased in order to improve the followability and the disturbance characteristics, a high-frequency controlled oscillation phenomenon occurs. As a countermeasure, the transfer function (Cs) required for stabilizing the motor angular velocity ⁇ m is set in the stabilization compensation unit 144. As a result, it is possible to realize stabilization of the entire EPS control system.
  • the transfer function (Cs) of the stabilization compensation unit 144 for example, a first-order filter represented by the following equation 8 set by pseudo-differentiation and gain using the structure of the first-order HPF is used.
  • K sta is a gain
  • fc is a cutoff frequency, and for example, 150 [Hz] is set as fc.
  • a second-order filter, a fourth-order filter, or the like may be used as the transfer function.
  • the motor current command value Imca and the motor current command value Imca2 calculated by subtracting the motor current command value Imca1 from the motor current command value Imca0 by the subtraction unit 147 are added by the adder unit 148 and output as the motor current command value Imccb. To.
  • the output limiting unit 145 limits the upper and lower limits of the motor current command value Imccb and outputs the motor current command value Imcc.
  • the upper limit value and the lower limit value with respect to the motor current command value are set in advance, and when the input motor current command value Imccb is equal to or more than the upper limit value, the upper limit value is set, and when it is less than the lower limit value, the lower limit value In other cases, the motor current command value Imccb is output as the motor current command value Imcc.
  • the right-turn / left-turn determination unit 110 inputs the motor angular velocity ⁇ m, determines whether the steering is right-turn or left-turn based on the sign of the motor angular velocity ⁇ m, and sets the determination result as the steering state STs. Output to the target steering torque generation unit 120 (step S10).
  • the target steering torque generation unit 120 inputs the steering angle ⁇ h and the vehicle speed Vs together with the steering state STs, and generates the target steering torque Tref (step S20). An operation example of the target steering torque generation unit 120 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the steering angle ⁇ h input to the target steering torque generation unit 120 is in the basic map unit 121, the differential unit 122 and the hysteresis correction unit 124, the steering state STs is in the hysteresis correction unit 124, and the vehicle speed Vs is in the basic map unit 121 and the damper gain unit 123. Is input to each (step S21).
  • the basic map unit 121 generates a torque signal Tref_a corresponding to the steering angle ⁇ h and the vehicle speed Vs using the basic map shown in FIG. 6 and outputs the torque signal Tref_a to the addition unit 126 (step S22).
  • Differentiating section 122 differentiates the steering angle ⁇ h outputs steering angular velocity [omega] h (step S23), damper gain unit 123 outputs the damper gain D G corresponding to the vehicle speed Vs by using the damper gain map shown in FIG 7 (step S24), the multiplication unit 125 calculates a torque signal Tref_b by multiplying the steering angular velocity ⁇ h and damper gain D G, and outputs the result to adding section 127 (step S25).
  • the hysteresis correction unit 124 performs hysteresis correction by switching the operations according to the equations 5 and 6 with respect to the steering angle ⁇ h according to the steering state STs (step S26), generates a torque signal Tref_c, and causes the addition unit 127. Output (step S27).
  • the hysteresis widths A hys , c, x1 and y1 in the equations 5 and 6 are set and held in advance, b and b'are calculated in advance from the equation 6 and b and b'are replaced with x1 and y1. You may try to hold.
  • the torque signals Tref_b and Tref_c are added by the addition unit 127, and the torque signal Tref_a is further added to the addition result by the addition unit 126, and the target steering torque Tref is calculated (step S28).
  • the target steering torque Tref generated by the target steering torque generation unit 120 is input to the conversion unit 130, and is converted into the target twist angle ⁇ ref by the conversion unit 130 (step S30).
  • the target twist angle ⁇ ref is input to the twist angle control unit 140.
  • the twist angle control unit 140 inputs the twist angle ⁇ and the motor angular velocity ⁇ m together with the target twist angle ⁇ ref, and calculates the motor current command value Imc (step S40). An operation example of the twist angle control unit 140 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the target torsion angle ⁇ ref input to the torsion angle control unit 140 is in the subtraction unit 146, the torsion angle ⁇ is in the subtraction unit 146, the torsional velocity calculation unit 142 and the torque ripple countermeasure compensation unit 143, and the motor angular velocity ⁇ m is in the stabilization compensation unit 144.
  • Each is input (step S41).
  • the deviation ⁇ 0 is calculated by subtracting the twist angle ⁇ from the target twist angle ⁇ ref (step S42).
  • Deviation [Delta] [theta] 0 is input to the helix angle FB compensation unit 141, the twist angle FB compensation unit 141 compensates for the deviation [Delta] [theta] 0 is multiplied by the compensation value C FB on the deviation [Delta] [theta] 0 (step S43), the target torsion angular velocity ⁇ ref Is output to the speed control unit 150.
  • the torsion angular velocity calculation unit 142 that has input the torsion angle ⁇ calculates the torsion angular velocity ⁇ t by a differential calculation with respect to the torsion angle ⁇ (step S44), and outputs it to the speed control unit 150.
  • the difference between the target torsional velocity ⁇ ref and the torsional angular velocity ⁇ t is calculated by the subtraction unit 153, and the difference is integrated (Kvi / s) by the integration unit 151 and additionally input to the subtraction unit 154 (step S45).
  • the torsion angular velocity ⁇ t is proportionally processed (Kvp) by the proportional unit 152, the proportional result is subtracted and input to the subtraction unit 154 (step S45), and the motor current command value Imca0 which is the subtraction result of the subtraction unit 154 is sent to the subtraction unit 147. Addition is input.
  • the torque ripple countermeasure compensation unit 143 filters the input twist angle ⁇ with a filter having the transfer function C trq represented by the equation 7 to calculate the motor current command value Imca1 (step S46), and calculates the motor current command value Imca1.
  • the command value Imca1 is subtracted and input to the subtracting unit 147.
  • the motor current command value Imca1 is subtracted from the motor current command value Imca0 (step S47), and the motor current command value Imca, which is the subtraction result, is input to the addition unit 148.
  • the stabilization compensation unit 144 performs stabilization compensation on the input motor angular velocity ⁇ m using the transfer function Cs represented by Equation 8 (step S48), and the motor current command value Imca2 from the stabilization compensation unit 144. Is input to the addition unit 148.
  • the addition unit 148 adds the motor current command values Imca and Imca2 (step S49), and the motor current command value Imccb, which is the addition result, is input to the output limiting unit 145.
  • the output limiting unit 145 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imccb by the preset upper limit value and lower limit value (step S50), and outputs the motor current command value Imcc (step S51).
  • the motor is driven based on the motor current command value Imcc output from the torsion angle control unit 140, and current control is performed (step S60).
  • FIG. 14 a transfer function having a frequency characteristic as shown in FIG. 14 was used as the transfer function C trq of the filter included in the torque ripple countermeasure compensation unit 143.
  • the horizontal axis is the frequency [Hz]
  • the vertical axis is the gain [dB] in FIG. 14 (A)
  • the phase [deg] in FIG. 14 (B) is the amplitude (gain).
  • FIG. 14B shows the phase characteristics.
  • a torque having an amplitude of 3 Nm and a frequency of 20 Hz as shown in FIG. 15 is generated as a disturbance torque on the column shaft, and the torque ripple countermeasure compensation unit is used.
  • the state of occurrence of steering torque (torsion bar torque) with and without compensation was investigated.
  • the horizontal axis is time [sec] and the vertical axis is torque [Nm].
  • FIG. 16A shows a simulation result of steering torque generated when there is no compensation by the torque ripple countermeasure compensation unit
  • FIG. 16B shows a simulation of steering torque generated when compensation is provided by the torque ripple countermeasure compensation unit.
  • the horizontal axis is time [sec]
  • the vertical axis is torque [Nm]. Comparing FIGS. 16A and 16B, it can be seen that the amplitude of the steering torque is smaller in FIG. 16B, and the steering torque can be reduced. Therefore, it can be seen that the pulsation (torque ripple) of the steering torque generated when a disturbance is applied can be reduced by performing compensation by the torque ripple countermeasure compensation unit.
  • the current command value calculated based on the steering torque in the conventional EPS (hereinafter referred to as "assist current command value") is added.
  • the current command value Iref1 output from the current command value calculation unit 31 shown in FIG. 2 or the current command value Iref2 obtained by adding the compensation signal CM to the current command value Iref1 may be added.
  • FIG. 17 shows a configuration example (second embodiment) to which the above contents are applied to the first embodiment.
  • the assist control unit 200 includes a current command value calculation unit 31, a current command value calculation unit 31, a compensation signal generation unit 34, and an addition unit 32A.
  • the assist current command value Iac output from the assist control unit 200 (corresponding to the current command value Iref1 or Iref2 in FIG. 2) and the motor current command value Imc output from the twist angle control unit 140 are added by the addition unit 260.
  • the current command value Ic which is the result of addition, is input to the current limiting unit 270, and the motor is driven based on the current command value Icm in which the maximum current is limited, and current control is performed.
  • the current command value for suppressing the steering wheel vibration may be added to the motor current command value Imcc.
  • the target steering torque generation unit 120 in the first and second embodiments when cost and processing time are important, at least one of the basic map unit 121, the damper calculation unit and the hysteresis correction unit 124 is left. , Others may be omitted.
  • the addition unit 126 can also be omitted.
  • the damper calculation unit is omitted, the differentiation unit 122 and the addition unit 127 can also be omitted.
  • the hysteresis correction unit 124 is omitted right cut / left
  • the cut determination unit 110 and the addition unit 127 can also be omitted.
  • phase compensation unit 128 that performs phase compensation may be inserted in the front stage or the rear stage of the basic map unit 121. That is, the configuration of the region R surrounded by the broken line in FIG. 5 may be configured as shown in FIGS. 18A or 18B.
  • the target steering torque generating unit is not limited to the above configuration as long as it has a configuration based on the steering angle.
  • the stabilization compensation unit may be omitted.
  • the output limiting unit can also be omitted.
  • the present invention is applied to the column type EPS in FIGS. 1 and 3, the present invention is not limited to the upstream type such as the column type, but can also be applied to the downstream type EPS such as the rack and pinion. Further, by performing feedback control based on the target torsion angle, it can be applied to a steering bar (SBW) reaction force device having at least a torsion bar (arbitrary spring constant) and a sensor for detecting the torsion angle.
  • SBW steering bar
  • An embodiment (third embodiment) when the present invention is applied to an SBW reaction force device provided with a torsion bar will be described.
  • FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of the SBW system corresponding to a general configuration of the electric power steering device shown in FIG.
  • the same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the SBW system is a system that does not have an intermediate shaft that is mechanically coupled to the column shaft 2 by a universal joint 4a, and transmits the operation of the steering wheel 1 to a steering mechanism consisting of steering wheels 8L, 8R, etc. by an electric signal. ..
  • the SBW system includes a reaction force device 60 and a drive device 70, and a control unit (ECU) 50 controls both devices.
  • the reaction force device 60 detects the steering angle ⁇ h by the steering angle sensor 14, and at the same time, transmits the motion state of the vehicle transmitted from the steering wheels 8L and 8R to the driver as reaction force torque.
  • the reaction force torque is generated by the reaction force motor 61.
  • the SBW system to which the present invention is applied is a type that has a torsion bar, and the torque sensor 10 detects the steering torque Ts. To do. Further, the angle sensor 74 detects the motor angle ⁇ m of the reaction force motor 61.
  • the drive device 70 drives the drive motor 71 in accordance with the steering of the steering wheel 1 by the driver, applies the driving force to the pinion rack mechanism 5 via the gear 72, and operates the pinion rack mechanism 5 via the tie rods 6a and 6b. Steer the facing wheels 8L and 8R.
  • An angle sensor 73 is arranged in the vicinity of the pinion rack mechanism 5 to detect the steering angle ⁇ t of the steering wheels 8L and 8R.
  • the ECU 50 In order to coordinately control the reaction force device 60 and the drive device 70, the ECU 50 adds information such as the steering angle ⁇ h and the steering angle ⁇ t output from both devices, and based on the vehicle speed Vs from the vehicle speed sensor 12 and the like.
  • the voltage control command value Vref1 that drives and controls the reaction force motor 61 and the voltage control command value Vref2 that drives and controls the drive motor 71 are generated.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment.
  • the reaction force device is twisted by controlling the twist angle ⁇ (hereinafter referred to as “twist angle control”) and controlling the steering angle ⁇ t (hereinafter referred to as “turning angle control”). It is controlled by angle control, and the drive unit is controlled by steering angle control.
  • the drive device may be controlled by another control method.
  • the torsion angle ⁇ follows the target torsion angle ⁇ ref calculated through the target steering torque generating unit 120 and the conversion unit 130 using the steering angle ⁇ h and the like by the same configuration and operation as in the first embodiment. Control to do so.
  • the motor angle ⁇ m is detected by the angle sensor 74, and the motor angular velocity ⁇ m is calculated by differentiating the motor angle ⁇ m by the angular velocity calculation unit 951.
  • the steering angle ⁇ t is detected by the angle sensor 73.
  • the current control unit 160 includes the subtraction unit 32B, the PI control unit 35, and the PWM control shown in FIG.
  • the target steering angle generation unit 910 In the steering angle control, the target steering angle generation unit 910 generates a target steering angle ⁇ tref based on the steering angle ⁇ h, and the target steering angle ⁇ tref is input to the steering angle control unit 920 together with the steering angle ⁇ t.
  • the steering angle control unit 920 calculates the motor current command value Imct so that the steering angle ⁇ t becomes the target steering angle ⁇ tref. Then, based on the motor current command value Imct and the current value Imd of the drive motor 71 detected by the motor current detector 940, the current control unit 930 has the same configuration and operation as the current control unit 160, and the drive motor has the same configuration and operation.
  • the 71 is driven to control the current.
  • FIG. 21 shows a configuration example of the target steering angle generation unit 910.
  • the target steering angle generation unit 910 includes a limiting unit 931, a rate limiting unit 932, and a correction unit 933.
  • the limiting unit 931 limits the upper and lower limits of the steering angle ⁇ h and outputs the steering angle ⁇ h1. Similar to the output limiting unit 145 in the twist angle control unit 140, the upper limit value and the lower limit value for the steering angle ⁇ h are set in advance to limit the steering angle.
  • the rate limiting unit 932 sets and limits the amount of change in the steering angle ⁇ h1 in order to avoid a sudden change in the steering angle, and outputs the steering angle ⁇ h2. For example, the difference from the steering angle ⁇ h1 one sample before is used as the change amount, and when the absolute value of the change amount is larger than a predetermined value (limit value), the steering angle is set so that the absolute value of the change amount becomes the limit value. ⁇ h1 is added or subtracted and output as the steering angle ⁇ h2, and if it is equal to or less than the limit value, the steering angle ⁇ h1 is output as it is as the steering angle ⁇ h2.
  • an upper limit value and a lower limit value may be set for the amount of change to limit the amount of change. You may want to limit the rate.
  • the correction unit 933 corrects the steering angle ⁇ h2 and outputs the target steering angle ⁇ tref. For example, using a map that defines the characteristics of the target steering angle ⁇ tref with respect to the magnitude
  • FIG. 22 shows a configuration example of the steering angle control unit 920.
  • the steering angle control unit 920 has the same configuration as the configuration example of the torsion angle control unit 140 shown in FIG. 9 except for the torque ripple countermeasure compensation unit 143, the stabilization compensation unit 144, the subtraction unit 147, and the addition unit 148.
  • the target torsion angle ⁇ ref and the torsion angle ⁇ instead of the target torsion angle ⁇ ref and the torsion angle ⁇ , the target steering angle ⁇ tref and the steering angle ⁇ t are input, and the steering angle feedback (FB) compensation unit 921, the steering angular velocity calculation unit 922, and the speed control unit are input.
  • FB steering angle feedback
  • the 923, the output limiting unit 926, and the subtracting unit 927 perform the same operations with the same configurations as the twist angle FB compensation unit 141, the torsion angular velocity calculation unit 142, the speed control unit 150, the output limiting unit 145, and the subtraction unit 146, respectively.
  • the angle sensor 73 detects the steering angle ⁇ t
  • the angle sensor 74 detects the motor angle ⁇ m (step S110)
  • the steering angle ⁇ t is the steering angle control unit 920
  • the motor angle ⁇ m is the angular velocity.
  • the angular velocity calculation unit 951 differentiates the motor angle ⁇ m to calculate the motor angular velocity ⁇ m, and outputs the motor angular velocity to the right / left turn determination unit 110 and the torsion angle control unit 140 (step S120).
  • the target steering torque generation unit 120 executes the same operation as in steps S10 to S60 shown in FIG. 11, drives the reaction force motor 61, and executes current control (steps S130 to S170).
  • the target steering angle generation unit 910 inputs the steering angle ⁇ h, and the steering angle ⁇ h is input to the limiting unit 931.
  • the limiting unit 931 limits the upper and lower limit values of the steering angle ⁇ h by preset upper and lower limit values (step S180), and outputs the steering angle ⁇ h1 to the rate limiting unit 932.
  • the rate limiting unit 932 limits the amount of change in the steering angle ⁇ h1 by a preset limit value (step S190), and outputs the steering angle ⁇ h2 to the correction unit 933.
  • the correction unit 933 corrects the steering angle ⁇ h2 to obtain the target steering angle ⁇ tref (step S200), and outputs the steering angle ⁇ h2 to the steering angle control unit 920.
  • the steering angle control unit 920 which has input the steering angle ⁇ t and the target steering angle ⁇ tref, calculates the deviation ⁇ t 0 by subtracting the steering angle ⁇ t from the target steering angle ⁇ tref by the subtracting unit 927 (step). S210). Deviation Derutashitati 0 is input to the turning angle FB compensation unit 921, the turning angle FB compensation unit 921 compensates the deviation Derutashitati 0 by multiplying the compensation value to the deviation ⁇ t 0 (step S220), the target turning angular velocity The ⁇ tref is output to the speed control unit 923.
  • the steering angular velocity calculation unit 922 inputs the steering angle ⁇ t, calculates the steering angular velocity ⁇ tt by a differential calculation with respect to the steering angle ⁇ t (step S230), and outputs the steering angular velocity ⁇ tt to the speed control unit 923.
  • the speed control unit 923 calculates the motor current command value Imcta by IP control in the same manner as the speed control unit 150 (step S240), and outputs the motor current command value to the output limiting unit 926.
  • the output limiting unit 926 limits the upper and lower limit values of the motor current command value Imcta by the preset upper limit value and lower limit value (step S250), and outputs the motor current command value Imct as the motor current command value Imct (step S260).
  • the motor current command value Imct is input to the current control unit 930, and the current control unit 930 is based on the motor current command value Imct and the current value Imd of the drive motor 71 detected by the motor current detector 940. 71 is driven and current control is performed (step S270).
  • the speed control unit 923 in the steering angle control unit 920 is not the IP control but the PI control, the P control, the PID control, and the PI-D, like the speed control unit 150 in the twist angle control unit 140. Control and the like are feasible, and any of P, I, and D controls may be used, and follow-up control by the steering angle control unit 920 and the twist angle control unit 140 is generally used.
  • the control structure may be used.
  • one ECU 50 controls the reaction force device 60 and the drive device 70, but the ECU for the reaction force device 60 and the ECU for the drive device 70 are used, respectively. It may be provided. In this case, the ECUs transmit and receive data by communication.
  • the SBW system shown in FIG. 19 does not have a mechanical coupling between the reaction force device 60 and the drive device 70, but when an abnormality occurs in the system, the column shaft 2 and the steering mechanism are clutched or the like.
  • the present invention is also applicable to SBW systems provided with a mechanical torque transmission mechanism that mechanically couples with. In such an SBW system, when the system is normal, the clutch is turned off to open the mechanical torque transmission, and when the system is abnormal, the clutch is turned on to enable the mechanical torque transmission.
  • the twist angle control unit 140 in the first to third embodiments and the assist control unit 200 in the second embodiment directly calculate the motor current command value Imc and the assist current command value Iac. Before calculating them, the motor torque (target torque) to be output may be calculated first, and then the motor current command value and the assist current command value may be calculated. In this case, in order to obtain the motor current command value and the assist current command value from the motor torque, the generally used relationship between the motor current and the motor torque is used.

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Abstract

【課題】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車両用操向装置を提供する。更に、トルクリプルの低減を図る。 【解決手段】操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、目標捩れ角に対して捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、捩れ角制御部が、目標捩れ角及び捩れ角の偏差より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、目標捩れ角速度及び捩れ角速度に基づいて基本モータ電流指令値を算出する速度制御部と、捩れ角に対してフィルタ処理を行って第１補償モータ電流指令値を算出するトルクリプル対策補償部とを具備し、基本モータ電流指令値を第１補償モータ電流指令値によって補償してモータ電流指令値を算出する。

Description

車両用操向装置
　本発明は、トーションバー等の捩れ角に基づいて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車両用操向装置に関する。
　車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）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）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
　このように、従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとして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、この方法で制御を行なう場合、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。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。
　かかる問題を解決するために、例えば、特許第５２０８８９４号公報（特許文献１）に示されるような電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献１の電動パワーステアリング装置では、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えるために、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて決定される操舵角と操舵トルクとの関係（操舵反力特性マップ）に基づいて、操舵トルクの目標値を設定している。
特許第５２０８８９４号公報
　しかしながら、特許文献１の電動パワーステアリング装置では、操舵反力特性マップを予め求めておかなければならず、また、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基づいて制御を行っているので、操舵トルクに対する影響が残ってしまうおそれがある。また、ステアリング操舵系での減速機構やピニオンラック機構の伝達効率の変動、タイヤと路面の接触抵抗（摩擦）の変動等をアシスト指令で十分に抑制できず、それらの変動を、ハンドル上での操舵トルクの変動（トルクリプル）として運転者が感じる可能性がある。
　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車両用操向装置を提供することにある。更に、トルクリプルの低減を図る。
　本発明は、任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置に関し、本発明の上記目的は、目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、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より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、前記捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、前記目標捩れ角速度及び前記捩れ角速度に基づいて基本モータ電流指令値を算出する速度制御部と、前記捩れ角に対してフィルタ処理を行って第１補償モータ電流指令値を算出するトルクリプル対策補償部とを具備し、前記基本モータ電流指令値を前記第１補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動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、前記捩れ角制御部が、モータ角速度に対して伝達関数を設定して第２補償モータ電流指令値を演算する安定化補償部を更に具備し、前記基本モータ電流指令値を前記第１補償モータ電流指令値及び前記第２補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出することにより、或いは、前記捩れ角制御部が、前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備することにより、或いは、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、前記捩れ角制御部で使用される前記目標捩れ角に変換する変換部とを更に備えることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、基本マップを用いて操舵角より第１トルク信号を求める基本マップ部と、車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記基本マップ及び前記ヒステリシス補正部の特性が車速感応であることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第１トルク信号を求めることにより、より効果的に達成される。
　本発明の車両用操向装置によれば、目標捩れ角に基づいて演算される目標捩れ角速度に対して速度制御を行うことにより、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、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。
　また、トルクリプル対策補償部により、操舵時に発生するトルクリプルを低減することができる。
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）内の構成例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。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 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。 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。 捩れ角制御部の構成例を示すブロック図である。 出力制限部での上下限値の設定例を示す線図である。 本発明の動作例（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動作例を示すフローチャートである。 捩れ角制御部の動作例を示すフローチャートである。 トルクリプル対策補償部の効果を示すシミュレーションにおいて使用したフィルタの周波数特性を示すボード線図である。 トルクリプル対策補償部の効果を示すシミュレーションにおいて、外乱トルクとして入力したトルクの例を示すグラフである。 トルクリプル対策補償部の効果を示すシミュレーションにおいて、トルクリプル対策補償部による補償がない場合とある場合に発生する操舵トルクの例を示すグラフである。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 位相補償部の挿入例を示すブロック図である。 ＳＢＷシステムの概要を示す構成図である。 本発明の構成例（第３実施形態）を示すブロック図である。 目標転舵角生成部の構成例を示すブロック図である。 転舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例（第３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、操舵角等に対して同等の操舵トルクを実現するための車両用操向装置であり、トーションバー等の捩れ角を、操舵角等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。
　以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
　先ず、本発明に係る車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置に関連する情報を検出する各種センサの設置例について説明する。図３は、ＥＰＳ操舵系と各種センサの設置例を示す図であり、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が作用する。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が設けられており、上側角度センサはハンドル角θ１を検出し、下側角度センサはコラム角θ２を検出する。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、ハンドル角θ１及びコラム角θ２の偏差から、下記数１及び数２によってトーションバーの捩れ角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、Ｋｔはトーションバー２Ａのバネ定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　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も可能である。なお、本実施形態では、トーションバートルクＴｔを操舵トルクＴｓとしても扱うこととする。
　次に、本発明の構成例について説明する。
　図４は本発明の構成例（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。目標操舵トルクＴｒｅｆを出力する目標操舵トルク生成部１２０には、操舵角θｈの他に、車速Ｖｓ及び右切り／左切り判定部１１０から出力される右切り又は左切りの操舵状態ＳＴｓが入力される。目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部１３０で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換され、目標捩れ角Δθｒｅｆは、トーションバー２Ａの捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍと共に捩れ角制御部１４０に入力される。捩れ角制御部１４０は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃを演算し、モータ電流指令値ＩｍｃによりＥＰＳのモータが駆動される。
　右切り／左切り判定部１１０は、モータ角速度ωｍを基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして出力する。即ち、モータ角速度ωｍが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωｍの代わりに、操舵角θｈ、ハンドル角θ１又はコラム角θ２に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。
　図５は目標操舵トルク生成部１２０の構成例を示しており、目標操舵トルク生成部１２０は、基本マップ部１２１、微分部１２２、ダンパゲイン部１２３、ヒステリシス補正部１２４、乗算部１２５並びに加算部１２６及び１２７を備え、操舵角θｈは基本マップ部１２１、微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４に入力され、右切り／左切り判定部１１０から出力される操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部１２４に入力される。
　基本マップ部１２１は、基本マップを有し、基本マップを用いて、図６に示されるような車速Ｖｓをパラメータとするトルク信号（第１トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ａを出力する。即ち、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさは、操舵角θｈの大きさ（絶対値）｜θｈ｜が増加するにつれて増加し、車速Ｖｓが増加するにつれても増加するようになっている。操舵角θｈの符号（＋１、－１）を演算する符号部１２１Ａからの符号がトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａの大きさに乗算部１２１Ｂにて乗算され、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが出力される。なお、図６では操舵角θｈの大きさ｜θｈ｜でマップを構成しているが、正負の操舵角θｈに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θｈが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。また、図６に示される基本マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。
　微分部１２２は、操舵角θｈを微分して角速度情報である舵角速度ωｈを算出し、舵角速度ωｈは乗算部１２５に入力される。
　ダンパゲイン部１２３は、舵角速度ωｈに乗算されるダンパゲインＤＧを出力する。乗算部１２５にてダンパゲインＤＧを乗算された舵角速度ωｈは、トルク信号（第２トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｂとして加算部１２７に入力される。ダンパゲインＤＧは、ダンパゲイン部１２３が有する車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Ｖｓに応じて求められる。ダンパゲインマップは、例えば、図７に示されるように、車速Ｖｓが高くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインマップは操舵角θｈに応じて可変としても良い。なお、ダンパゲイン部１２３及び乗算部１２５でダンパ演算部を構成している。
　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（第３トルク信号）Ｔｒｅｆ＿ｃを演算する。なお、下記数３では、ｘ＝θｈ、ｙ＝Ｔｒｅｆ＿ｃとしており、ａ＞１、ｃ＞０であり、Ａｈｙｓはヒステリシス幅である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 上記数４は、上記数３中のｘにｘ１を、ｙＲ及びｙＬにｙ１を代入することにより導出することができる。
　“ａ”として１より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数“ｅ”を用いた場合、数３及び数４は下記数５及び数６となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　数５及び数６においてＡｈｙｓ＝１［Ｎｍ］、ｃ＝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Ｔｒｅｆ＿ｃの線図例を図８に示す。即ち、ヒステリシス補正部１２４からのトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃは、０の原点→Ｌ１（細線）→Ｌ２（破線）→Ｌ３（太線）のようなヒステリシス特性である。
　なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるＡｈｙｓ及び丸みを表す係数であるｃを、車速Ｖｓ及び／又は操舵角θｈに応じて可変としても良い。
　トルク信号Ｔｒｅｆ＿ａ、Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃは、加算部１２６及び１２７で加算され、加算結果が目標操舵トルクＴｒｅｆとして出力される。
　なお、舵角速度ωｈ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ローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を実施している。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）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ωｈは、操舵角θｈではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ１又は下側角度センサが検出するコラム角θ２に対して微分演算とＬＰＦの処理を行って算出しても良い。舵角速度ωｈの代わりにモータ角速度ωｍを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部１２２は不要となる。
　変換部１３０は、トーションバー２Ａのバネ定数Ｋｔの逆数の符号を反転した－１／Ｋｔの特性を有しており、目標操舵トルクＴｒｅｆを目標捩れ角Δθｒｅｆに変換する。
　捩れ角制御部１４０は、目標捩れ角Δθｒｅｆ、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍに基づいてモータ電流指令値Ｉｍｃを演算する。図９は捩れ角制御部１４０の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部１４０は、捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部１４１、捩れ角速度演算部１４２、速度制御部１５０、トルクリプル対策補償部１４３、安定化補償部１４４、出力制限部１４５、減算部１４６及び１４７、並びに加算部１４８を備えており、変換部１３０から出力される目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部１４６に加算入力され、捩れ角Δθは減算部１４６に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部１４２及びトルクリプル対策補償部１４３に入力され、モータ角速度ωｍは安定化補償部１４４に入力される。
　捩れ角ＦＢ補償部１４１は、減算部１４６で算出される目標捩れ角Δθｒｅｆと捩れ角Δθの偏差Δθ０に対して補償値ＣＦＢ（伝達関数）を乗算し、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωｒｅｆを出力する。補償値ＣＦＢは単純なゲインＫｐｐでも、ＰＩ制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。目標捩れ角速度ωｒｅｆは速度制御部１５０に入力される。捩れ角ＦＢ補償部１４１と速度制御部１５０により、目標捩れ角Δθｒｅｆに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。
　捩れ角速度演算部１４２は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し、捩れ角速度ωｔは速度制御部１５０に入力される。微分演算として、ＨＰＦとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度ωｔを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部１５０に入力するようにしても良い。
　速度制御部１５０は、Ｉ－Ｐ制御（比例先行型ＰＩ制御）により、目標捩れ角速度ωｒｅｆに捩れ角速度ωｔが追従するようなモータ電流指令値（基本モータ電流指令値）Ｉｍｃａ０を算出する。減算部１５３で目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔとの差分（ωｒｅｆ－ωｔ）を算出し、その差分を、ゲインＫｖｉを有する積分部１５１にて積分し、積分結果は減算部１５４に加算入力される。捩れ角速度ωｔは比例部１５２にも入力され、ゲインＫｖｐによる比例処理を施され、減算部１５４に減算入力される。減算部１５４での減算結果がモータ電流指令値Ｉｍｃａ０として出力される。なお、速度制御部１５０は、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ（比例）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ－Ｄ制御（微分先行型ＰＩＤ制御）、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Ｉｍｃａ０を算出しても良い。
　トルクリプル対策補償部１４３は捩れ角Δθに対してフィルタ処理を行い、モータ電流指令値（第１補償モータ電流指令値）Ｉｍｃａ１を算出する。モータ電流指令値Ｉｍｃａ１を、減算部１４７にてモータ電流指令値Ｉｍｃａ０から減算することによりモータ電流指令値を補償し、トルクリプルの低減を図る。ステアリング機構の伝達効率の変動やタイヤと路面との接触抵抗の変動による操舵トルクの変動（トルクリプル）は捩れ角Δθに表われる。よって、この捩れ角Δθに対して適切なフィルタ処理を施し、捩れ角Δθが小さくなる方向にモータ電流指令値を補償することで、トルクリプルを低減することができる。フィルタとして、下記数７で表される伝達関数Ｃｔｒｑを有する１次フィルタを使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 ここで、Ｋｔｒｑはゲイン、Ｔｎ及びＴｄは時定数であり、これらは予め設定されている。ｓはラプラス演算子である。なお、フィルタの次数は２次以上でも良い。
　安定化補償部１４４は補償値Ｃｓ（伝達関数）を有しており、モータ角速度ωｍよりモータ電流指令値（第２補償モータ電流指令値）Ｉｍｃａ２を算出する。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１４１及び速度制御部１５０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ωｍ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１４４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１４４の伝達関数（Ｃｓ）として、例えば１次のＨＰＦ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８で表わされる１次フィルタを使用する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここで、Ｋｓｔａはゲインで、ｆｃは遮断周波数であり、ｆｃとして例えば１５０［Ｈｚ］を設定する。なお、伝達関数として、２次フィルタ、４次フィルタ等を使用しても良い。
　減算部１４７にてモータ電流指令値Ｉｍｃａ０からモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を減算して算出されるモータ電流指令値Ｉｍｃａとモータ電流指令値Ｉｍｃａ２は加算部１４８で加算され、モータ電流指令値Ｉｍｃｂとして出力される。
　出力制限部１４５は、モータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限して、モータ電流指令値Ｉｍｃを出力する。図１０に示されるように、モータ電流指令値に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力するモータ電流指令値Ｉｍｃｂが、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合はモータ電流指令値Ｉｍｃｂを、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する。
　このような構成において、本実施形態の動作例を図１１～図１３のフローチャートを参照して説明する。
　動作を開始すると、右切り／左切り判定部１１０は、モータ角速度ωｍを入力し、モータ角速度ωｍの符号を基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態ＳＴｓとして、目標操舵トルク生成部１２０に出力する（ステップＳ１０）。
　目標操舵トルク生成部１２０は、操舵状態ＳＴｓと共に、操舵角θｈ及び車速Ｖｓを入力し、目標操舵トルクＴｒｅｆを生成する（ステップＳ２０）。目標操舵トルク生成部１２０の動作例については、図１２のフローチャートを参照して説明する。
　目標操舵トルク生成部１２０に入力された操舵角θｈは基本マップ部１２１、微分部１２２及びヒステリシス補正部１２４に、操舵状態ＳＴｓはヒステリシス補正部１２４に、車速Ｖｓは基本マップ部１２１及びダンパゲイン部１２３にそれぞれ入力される（ステップＳ２１）。
　基本マップ部１２１は、図６に示される基本マップを用いて、操舵角θｈ及び車速Ｖｓに応じたトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａを生成して、加算部１２６に出力する（ステップＳ２２）。
　微分部１２２は操舵角θｈを微分して舵角速度ωｈを出力し（ステップＳ２３）、ダンパゲイン部１２３は図７に示されるダンパゲインマップを用いて車速Ｖｓに応じたダンパゲインＤＧを出力し（ステップＳ２４）、乗算部１２５は舵角速度ωｈ及びダンパゲインＤＧを乗算してトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂを演算し、加算部１２７に出力する（ステップＳ２５）。
　ヒステリシス補正部１２４は、操舵角θｈに対して、操舵状態ＳＴｓに応じて数５及び数６による演算を切り替えてヒステリシス補正を実施し（ステップＳ２６）、トルク信号Ｔｒｅｆ＿ｃを生成し、加算部１２７に出力する（ステップＳ２７）。なお、数５及び数６におけるヒステリシス幅Ａｈｙｓ、ｃ、ｘ１及びｙ１は予め設定し保持されているが、数６よりｂ及びｂ’を予め算出し、ｘ１及びｙ１の代わりにｂ及びｂ’を保持するようにしても良い。
　そして、加算部１２７にてトルク信号Ｔｒｅｆ＿ｂ及びＴｒｅｆ＿ｃが加算され、更に、その加算結果にトルク信号Ｔｒｅｆ＿ａが加算部１２６にて加算され、目標操舵トルクＴｒｅｆが演算される（ステップＳ２８）。
　目標操舵トルク生成部１２０で生成された目標操舵トルクＴｒｅｆは変換部１３０に入力され、変換部１３０で目標捩れ角Δθｒｅｆに変換される（ステップＳ３０）。目標捩れ角Δθｒｅｆは捩れ角制御部１４０に入力される。
　捩れ角制御部１４０は、目標捩れ角Δθｒｅｆと共に、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωｍを入力し、モータ電流指令値Ｉｍｃを演算する（ステップＳ４０）。捩れ角制御部１４０の動作例については、図１３のフローチャートを参照して説明する。
　捩れ角制御部１４０に入力された目標捩れ角Δθｒｅｆは減算部１４６に、捩れ角Δθは減算部１４６、捩れ角速度演算部１４２及びトルクリプル対策補償部１４３に、モータ角速度ωｍは安定化補償部１４４にそれぞれ入力される（ステップＳ４１）。
　減算部１４６では、目標捩れ角Δθｒｅｆから捩れ角Δθを減算することにより、偏差Δθ０が算出される（ステップＳ４２）。偏差Δθ０は捩れ角ＦＢ補償部１４１に入力され、捩れ角ＦＢ補償部１４１は、偏差Δθ０に補償値ＣＦＢを乗算することにより偏差Δθ０を補償し（ステップＳ４３）、目標捩れ角速度ωｒｅｆを速度制御部１５０に出力する。
　捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部１４２は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωｔを算出し（ステップＳ４４）、速度制御部１５０に出力する。
　速度制御部１５０では、目標捩れ角速度ωｒｅｆと捩れ角速度ωｔの差分が減算部１５３で算出され、その差分が積分部１５１で積分（Ｋｖｉ／ｓ）されて減算部１５４に加算入力される（ステップＳ４５）。更に、捩れ角速度ωｔは比例部１５２で比例処理（Ｋｖｐ）され、比例結果が減算部１５４に減算入力され（ステップＳ４５）、減算部１５４の減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃａ０は減算部１４７に加算入力される。
　トルクリプル対策補償部１４３は、入力した捩れ角Δθに対して、数７で表される伝達関数Ｃｔｒｑを有するフィルタによりフィルタ処理を行ってモータ電流指令値Ｉｍｃａ１を算出し（ステップＳ４６）、モータ電流指令値Ｉｍｃａ１は減算部１４７に減算入力される。
　減算部１４７ではモータ電流指令値Ｉｍｃａ０からモータ電流指令値Ｉｍｃａ１が減算され（ステップＳ４７）、減算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃａは加算部１４８に入力される。
　安定化補償部１４４は、入力したモータ角速度ωｍに対して、数８で表される伝達関数Ｃｓを用いて安定化補償を行い（ステップＳ４８）、安定化補償部１４４からのモータ電流指令値Ｉｍｃａ２は加算部１４８に入力される。
　加算部１４８ではモータ電流指令値Ｉｍｃａ及びＩｍｃａ２の加算が行われ（ステップＳ４９）、加算結果であるモータ電流指令値Ｉｍｃｂは出力制限部１４５に入力される。出力制限部１４５は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｂの上下限値を制限し（ステップＳ５０）、モータ電流指令値Ｉｍｃとして出力する（ステップＳ５１）。
　捩れ角制御部１４０から出力されたモータ電流指令値Ｉｍｃ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１１～図１３におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。
　本実施形態でのトルクリプル対策補償部の効果について、シミュレーション結果を基に説明する。
　シミュレーションでは、トルクリプル対策補償部１４３が有するフィルタの伝達関数Ｃｔｒｑとして、図１４に示されるような周波数特性を有する伝達関数を使用した。図１４において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は、図１４（Ａ）ではゲイン［ｄＢ］、図１４（Ｂ）では位相［ｄｅｇ］であり、図１４（Ａ）が振幅（ゲイン）特性で、図１４（Ｂ）が位相特性である。また、トルクリプル対策補償部１４３の補償による効果を確認するために、コラム軸上に、図１５に示されるような振幅が３Ｎｍで周波数が２０Ｈｚのトルクを外乱トルクとして発生させ、トルクリプル対策補償部による補償がある場合とない場合とでの操舵トルク（トーションバートルク）の発生状況を調べた。なお、図１５において、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸はトルク［Ｎｍ］である。
　図１６（Ａ）はトルクリプル対策補償部による補償がない場合に発生する操舵トルクのシミュレーション結果を示しており、図１６（Ｂ）はトルクリプル対策補償部による補償がある場合に発生する操舵トルクのシミュレーション結果を示している。図１５と同様に、図１６では、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸はトルク［Ｎｍ］である。図１６（Ａ）と（Ｂ）を比較すると、図１６（Ｂ）の方が操舵トルクの振幅が小さくなっており、操舵トルクが低減できていることがわかる。従って、トルクリプル対策補償部により補償を行なうことにより、外乱が加わった際に発生する操舵トルクの脈動（トルクリプル）を低減することができることがわかる。
　本発明の他の構成例について説明する。
　第１実施形態での捩れ角制御部から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃに、従来のＥＰＳにおいて操舵トルクに基づいて演算される電流指令値（以下、「アシスト電流指令値」とする）を、例えば、図２に示される電流指令値演算部３１から出力される電流指令値Ｉｒｅｆ１又は電流指令値Ｉｒｅｆ１に補償信号ＣＭを加算した電流指令値Ｉｒｅｆ２等を加算しても良い。
　第１実施形態に対して、上記の内容を適用した構成例（第２実施形態）を図１７に示す。アシスト制御部２００は、電流指令値演算部３１、又は、電流指令値演算部３１、補償信号生成部３４及び加算部３２Ａから構成される。アシスト制御部２００から出力されるアシスト電流指令値Ｉａｃ（図２における電流指令値Ｉｒｅｆ１又はＩｒｅｆ２に相当）と、捩れ角制御部１４０から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃは、加算部２６０で加算され、加算結果である電流指令値Ｉｃは電流制限部２７０に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｃｍに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される。
　なお、アシスト電流指令値Ｉａｃの代わりに、或いはアシスト電流指令値Ｉａｃと共に、ハンドル振動抑制のための電流指令値をモータ電流指令値Ｉｍｃに加算しても良い。
　第１及び第２実施形態での目標操舵トルク生成部１２０において、コストや処理時間を重視する場合等では、基本マップ部１２１、ダンパ演算部及びヒステリシス補正部１２４の内の少なくとも１つを残して、他を省略しても良い。基本マップ部１２１を省略する場合、加算部１２６も省略可能で、ダンパ演算部を省略する場合、微分部１２２及び加算部１２７も省略可能で、ヒステリシス補正部１２４を省略する場合、右切り／左切り判定部１１０及び加算部１２７も省略可能である。また、基本マップ部１２１の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部１２８を挿入しても良い。つまり、図５中の破線で囲まれた領域Ｒの構成を、図１８（Ａ）又は（Ｂ）に示されるような構成にしても良い。位相補償部１２８において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子のカットオフ周波数を１．０Ｈｚ、分母のカットオフ周波数を１．３Ｈｚとした１次フィルタで位相進み補償を行う場合、スッキリしたフィールを実現することができる。目標操舵トルク生成部に関しては、操舵角に基づいた構成であるならば、上述の構成に限られない。
　また、ＥＰＳ制御システムが安定している場合は、安定化補償部を省略しても良い。出力制限部も省略可能である。
　なお、図１及び図３では本発明をコラム型ＥＰＳに適用しているが、本発明はコラム型等の上流型に限られず、ラック＆ピニオン等の下流型ＥＰＳにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー（バネ定数任意）及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）反力装置等にも適用可能である。本発明を、トーションバーを備えたＳＢＷ反力装置に適用した場合の実施形態（第３実施形態）について説明する。
　まずは、ＳＢＷ反力装置を含むＳＢＷシステム全体について説明する。図１９はＳＢＷシステムの構成例を、図１に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
　ＳＢＷシステムは、ユニバーサルジョイント４ａにてコラム軸２と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル１の操作を電気信号によって操向車輪８Ｌ，８Ｒ等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図１９に示されるように、ＳＢＷシステムは反力装置６０及び駆動装置７０を備え、コントロールユニット（ＥＣＵ）５０が両装置の制御を行う。反力装置６０は、舵角センサ１４にて操舵角θｈの検出を行うと同時に、操向車輪８Ｌ，８Ｒから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ６１により生成される。なお、ＳＢＷシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本発明を適用するＳＢＷシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ１０にて操舵トルクＴｓを検出する。また、角度センサ７４が、反力用モータ６１のモータ角θｍを検出する。駆動装置７０は、運転者によるハンドル１の操舵に合わせて、駆動用モータ７１を駆動し、その駆動力を、ギア７２を介してピニオンラック機構５に付与し、タイロッド６ａ，６ｂを経て、操向車輪８Ｌ，８Ｒを転舵する。ピニオンラック機構５の近傍には角度センサ７３が配置されており、操向車輪８Ｌ，８Ｒの転舵角θｔを検出する。ＥＣＵ５０は、反力装置６０及び駆動装置７０を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θｈや転舵角θｔ等の情報に加え、車速センサ１２からの車速Ｖｓ等を基に、反力用モータ６１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ１及び駆動用モータ７１を駆動制御する電圧制御指令値Ｖｒｅｆ２を生成する。
　このようなＳＢＷシステムに本発明を適用した第３実施形態の構成について説明する。
　図２０は第３実施形態の構成を示すブロック図である。第３実施形態は、捩れ角Δθに対する制御（以下、「捩れ角制御」とする）と、転舵角θｔに対する制御（以下、「転舵角制御」とする）を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。
　捩れ角制御では、第１実施形態と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θｈ等を用いて目標操舵トルク生成部１２０及び変換部１３０を経て算出される目標捩れ角Δθｒｅｆに追従するような制御を行う。モータ角θｍは角度センサ７４で検出され、モータ角速度ωｍは、角速度演算部９５１にてモータ角θｍを微分することにより算出される。転舵角θｔは角度センサ７３で検出される。また、第１実施形態ではＥＰＳ操舵系／車両系１００内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部１６０は、図２に示される減算部３２Ｂ、ＰＩ制御部３５、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部１４０から出力されるモータ電流指令値Ｉｍｃ及びモータ電流検出器１７０で検出される反力用モータ６１の電流値Ｉｍｒに基づいて、反力用モータ６１を駆動して、電流制御を行う。
　転舵角制御では、目標転舵角生成部９１０にて操舵角θｈに基づいて目標転舵角θｔｒｅｆが生成され、目標転舵角θｔｒｅｆは転舵角θｔと共に転舵角制御部９２０に入力され、転舵角制御部９２０にて、転舵角θｔが目標転舵角θｔｒｅｆとなるようなモータ電流指令値Ｉｍｃｔが演算される。そして、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出される駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、電流制御部９３０が、電流制御部１６０と同様の構成及び動作により、駆動用モータ７１を駆動して、電流制御を行う。
　目標転舵角生成部９１０の構成例を図２１に示す。目標転舵角生成部９１０は、制限部９３１、レート制限部９３２及び補正部９３３を備える。
　制限部９３１は、操舵角θｈの上下限値を制限して、操舵角θｈ１を出力する。捩れ角制御部１４０内の出力制限部１４５と同様に、操舵角θｈに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。
　レート制限部９３２は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θｈ１の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θｈ２を出力する。例えば、１サンプル前の操舵角θｈ１からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値（制限値）より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θｈ１を加減算し、操舵角θｈ２として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θｈ１をそのまま操舵角θｈ２として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。
　補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して、目標転舵角θｔｒｅｆを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部１２０内の基本マップ部１２１のように、操舵角θｈ２の大きさ｜θｈ２｜に対する目標転舵角θｔｒｅｆの特性を定義したマップを用いて、操舵角θｈ２より目標転舵角θｔｒｅｆを求める。或いは、単純に、操舵角θｈ２に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θｔｒｅｆを求めるようにしても良い。
　転舵角制御部９２０の構成例を図２２に示す。転舵角制御部９２０は、図９に示される捩れ角制御部１４０の構成例においてトルクリプル対策補償部１４３、安定化補償部１４４、減算部１４７及び加算部１４８を除いた構成と同様の構成をしており、目標捩れ角Δθｒｅｆ及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θｔｒｅｆ及び転舵角θｔを入力し、転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部９２１、転舵角速度演算部９２２、速度制御部９２３、出力制限部９２６及び減算部９２７が、それぞれ捩れ角ＦＢ補償部１４１、捩れ角速度演算部１４２、速度制御部１５０、出力制限部１４５及び減算部１４６と同様の構成で同様の動作を行う。
　このような構成において、第３実施形態の動作例を図２３のフローチャートを参照して説明する。
　動作を開始すると、角度センサ７３は転舵角θｔを検出し、角度センサ７４はモータ角θｍを検出し（ステップＳ１１０）、転舵角θｔは転舵角制御部９２０に、モータ角θｍは角速度演算部９５１にそれぞれ入力される。
　角速度演算部９５１は、モータ角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、右切り／左切り判定部１１０及び捩れ角制御部１４０に出力する（ステップＳ１２０）。
　その後、目標操舵トルク生成部１２０において、図１１に示されるステップＳ１０～Ｓ６０と同様の動作を実行し、反力用モータ６１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ１３０～Ｓ１７０）。
　一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部９１０が操舵角θｈを入力し、操舵角θｈは制限部９３１に入力される。制限部９３１は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θｈの上下限値を制限し（ステップＳ１８０）、操舵角θｈ１としてレート制限部９３２に出力する。レート制限部９３２は、予め設定された制限値により操舵角θｈ１の変化量に対して制限をかけ（ステップＳ１９０）、操舵角θｈ２として補正部９３３に出力する。補正部９３３は、操舵角θｈ２を補正して目標転舵角θｔｒｅｆを求め（ステップＳ２００）、転舵角制御部９２０に出力する。
　転舵角θｔ及び目標転舵角θｔｒｅｆを入力した転舵角制御部９２０は、減算部９２７にて目標転舵角θｔｒｅｆから転舵角θｔを減算することにより、偏差Δθｔ０を算出する（ステップＳ２１０）。偏差Δθｔ０は転舵角ＦＢ補償部９２１に入力され、転舵角ＦＢ補償部９２１は、偏差Δθｔ０に補償値を乗算することにより偏差Δθｔ０を補償し（ステップＳ２２０）、目標転舵角速度ωｔｒｅｆを速度制御部９２３に出力する。転舵角速度演算部９２２は転舵角θｔを入力し、転舵角θｔに対する微分演算により転舵角速度ωｔｔを算出し（ステップＳ２３０）、速度制御部９２３に出力する。速度制御部９２３は、速度制御部１５０と同様にＩ－Ｐ制御によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａを算出し（ステップＳ２４０）、出力制限部９２６に出力する。出力制限部９２６は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Ｉｍｃｔａの上下限値を制限し（ステップＳ２５０）、モータ電流指令値Ｉｍｃｔとして出力する（ステップＳ２６０）。
　モータ電流指令値Ｉｍｃｔは電流制御部９３０に入力され、電流制御部９３０は、モータ電流指令値Ｉｍｃｔ及びモータ電流検出器９４０で検出された駆動用モータ７１の電流値Ｉｍｄに基づいて、駆動用モータ７１を駆動し、電流制御を実施する（ステップＳ２７０）。
　なお、図２３におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部９２０内の速度制御部９２３は、捩れ角制御部１４０内の速度制御部１５０と同様に、Ｉ－Ｐ制御ではなく、ＰＩ制御、Ｐ制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ－Ｄ制御等、実現可能で、Ｐ、Ｉ及びＤのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部９２０及び捩れ角制御部１４０での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。
　第３実施形態では、図１９に示されるように、１つのＥＣＵ５０で反力装置６０及び駆動装置７０の制御を行っているが、反力装置６０用のＥＣＵと駆動装置７０用のＥＣＵをそれぞれ設けても良い。この場合、ＥＣＵ同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図１９に示されるＳＢＷシステムは反力装置６０と駆動装置７０の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸２と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるＳＢＷシステムにも、本発明は適用可能である。このようなＳＢＷシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。
　上述の第１～第３実施形態での捩れ角制御部１４０及び第２実施形態でのアシスト制御部２００は、直接的にモータ電流指令値Ｉｍｃ及びアシスト電流指令値Ｉａｃを演算しているが、それらを演算する前に、先ず出力したいモータトルク（目標トルク）を演算してから、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。
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）
２Ａ　　　　　　　　　　トーションバー
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、５０　　　　　　　コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１　　　　　　　　　　電流指令値演算部
３３、２７０　　　　　　電流制限部
３４　　　　　　　　　　補償信号生成部
３８、１６０、９４０　　モータ電流検出器
６０　　　　　　　　　　反力装置
６１　　　　　　　　　　反力用モータ
７０　　　　　　　　　　駆動装置
７１　　　　　　　　　　駆動用モータ
７２　　　　　　　　　　ギア
７３、７４　　　　　　　角度センサ
１００　　　　　　　　　ＥＰＳ操舵系／車両系
１１０　　　　　　　　　右切り／左切り判定部
１２０　　　　　　　　　目標操舵トルク生成部
１２１　　　　　　　　　基本マップ部
１２３　　　　　　　　　ダンパゲイン部
１２４　　　　　　　　　ヒステリシス補正部
１２８　　　　　　　　　位相補償部
１３０　　　　　　　　　変換部
１４０　　　　　　　　　捩れ角制御部
１４１　　　　　　　　　捩れ角フィードバック（ＦＢ）補償部
１４２　　　　　　　　　捩れ角速度演算部
１４３　　　　　　　　　トルクリプル対策補償部
１４４　　　　　　　　　安定化補償部
１４５、９２６　　　　　出力制限部
１５０、９２３　　　　　速度制御部
１６０、９３０　　　　　電流制御部
２００　　　　　　　　　アシスト制御部
９１０　　　　　　　　　目標転舵角生成部
９２０　　　　　　　　　転舵角制御部
９２１　　　　　　　　　転舵角フィードバック（ＦＢ）補償部
９２２　　　　　　　　　転舵角速度演算部
９３１　　　　　　　　　制限部
９３２　　　　　　　　　レート制限部
９３３　　　　　　　　　補正部
９５１　　　　　　　　　角速度演算部
 

Claims (7)

  1. 　任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、
    　目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部を備え、
    　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より目標捩れ角速度を算出する捩れ角フィードバック補償部と、
    　前記捩れ角より捩れ角速度を算出する捩れ角速度演算部と、
    　前記目標捩れ角速度及び前記捩れ角速度に基づいて基本モータ電流指令値を算出する速度制御部と、
    　前記捩れ角に対してフィルタ処理を行って第１補償モータ電流指令値を算出するトルクリプル対策補償部とを具備し、
    　前記基本モータ電流指令値を前記第１補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出し、
    　前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。
  2. 　前記捩れ角制御部が、
    　モータ角速度に対して伝達関数を設定して第２補償モータ電流指令値を演算する安定化補償部を更に具備し、
    　前記基本モータ電流指令値を前記第１補償モータ電流指令値及び前記第２補償モータ電流指令値によって補償して前記モータ電流指令値を算出する請求項１に記載の車両用操向装置。
  3. 　前記捩れ角制御部が、
    　前記モータ電流指令値の上下限値を制限する出力制限部を更に具備する請求項１又は２に記載の車両用操向装置。
  4. 　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、前記捩れ角制御部で使用される前記目標捩れ角に変換する変換部とを更に備える請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用操向装置。
  5. 　前記目標操舵トルク生成部が、
    　基本マップを用いて操舵角より第１トルク信号を求める基本マップ部と、
    　車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第２トルク信号を求めるダンパ演算部と、
    　操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス特性を持つ第３トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを具備し、
    　前記第１トルク信号、前記第２トルク信号及び前記第３トルク信号の内の少なくとも１つの信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項４に記載の車両用操向装置。
  6. 　前記基本マップ及び前記ヒステリシス補正部の特性が車速感応である請求項５に記載の車両用操向装置。
  7. 　前記目標操舵トルク生成部が、
    　前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、
    　前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第１トルク信号を求める請求項５又は６に記載の車両用操向装置。
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