電動パワーステアリング制御装置
【課題】路面反力トルクを正しく推定することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、モータに生じるトルクであるモータトルク、路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する３つのセンサ（トルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流センサ１４）と、これら３つのセンサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを出力する路面反力推定器１０１とを備える。この路面反力推定器１０１として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が路面反力トルクとされた推定器を用いる。
【解決手段】ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、モータに生じるトルクであるモータトルク、路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する３つのセンサ（トルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流センサ１４）と、これら３つのセンサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを出力する路面反力推定器１０１とを備える。この路面反力推定器１０１として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が路面反力トルクとされた推定器を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、路面反力トルクに基づいてアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置はモータを備えており、このモータにアシストトルクを発生させる。このアシストトルクを、路面反力トルクに基づいて決定する装置が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、車速、操舵トルク、路面反力等に基づいてアシストトルクを決定している。そして、この路面反力は、下記式から決定するステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎをローパスフィルタに通すことにより推定している。なお、下記式において、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔａｓｓｉｓｔはアシストトルク、Ｊ・ｄｗ／ｄｔはモータの慣性項である。
【０００４】
Ｔｔｒａｎ ＝ Ｔｈｄｌ ＋ Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄｗ／ｄｔ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１２５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１の発明では、路面反力の推定に、操舵トルクＴｈｄｌ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、モータの慣性項Ｊ・ｄｗ／ｄｔを用いていることから、理想的な氷上（路面反力が０となる場合）であっても、推定値はゼロとならない可能性が高い。すなわち、特許文献１の発明では、路面反力が正しく推定できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、この事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、路面反力トルクを正しく推定することができる電動パワーステアリング装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、モータを備え、路面からタイヤに入力されるトルクである路面反力トルクを推定し、推定した路面反力トルクを少なくとも用いて、モータに発生させるアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置の発明である。本発明の電動パワーステアリング装置は、ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、モータに生じるトルクであるモータトルク、および路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する第１、第２、第３センサと、第１、第２、第３センサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値を出力する路面反力推定器とを備える。この路面反力推定器として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が路面反力トルクとされた推定器を用いる。
【０００９】
このように、本発明の路面反力推定器は、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えており、且つ、推定する値が路面反力トルクとされている。よって、路面反力トルクの入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する一方、それ以外の入力に対しては略ゼロを出力する。よって、路面反力トルクを正しく推定できるようになる。
【００１０】
上記第１、第２、第３センサとしては、例えば、請求項２のように、操舵トルクを検出するトルクセンサ、モータの回転角速度を検出する回転角速度センサ、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出センサを用いることができる。
【００１１】
また、請求項３のように、推定する値の２０Ｈｚ以下の入力に対して前記応答性を有し、且つ、前記分離性が−４０ｄＢ以下であるようにすることが特に好ましい。
【００１２】
また、上記応答性と分離性とを備える路面反力推定器としては、たとえば、請求項４のようにH∞制御理論により設計された推定器を用いることができる。その請求項２に係る発明では、路面反力推定器は、制御入力uと外部入力ｗとから制御量ｚと観測出力ｙとを出力する一般化プラント、および観測出力ｙから制御入力ｕを生成して一般化プラントにフィードバックする制御器を用いるH∞制御理論に基づいて設計されており、外部入力ｗを、ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクとし、観測出力ｙを、第１、第２、第３センサの検出値とし、制御器を路面反力推定器とし、制御入力ｕを路面反力推定器が出力する路面反力トルク推定値とし、制御量ｚを路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅとする。そして、外部入力ｗであるハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクから、制御量ｚである、路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅまでの応答が略ゼロとなるように、路面反力推定器が設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用された電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の制御装置１の構成および機能を示すブロック図である。
【図３】路面反力推定器１０１における分離性および応答性を説明する図である。
【図４】推定器設計のための一般的な一般化プラントを示すモデル図である。
【図５】本実施形態の路面反力推定器１０１を設計するために用いた一般化プラントを示す図である。
【図６】図５の一般化プラントを用いて設計した路面反力推定器１０１のボード線図である。
【図７】（ａ）は路面反力推定器１０１の特性を示すボード線図、（ｂ）は路面反力推定器１０１のステップ応答を示す図である。
【図８】路面反力推定器１０１が実行するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。
【００１５】
図１に示されるように、ステアリングホイール(以下、ハンドルという)２には、ステアリング軸３が接続されており、ステアリング軸３はハンドル２と一体回転する。このステアリング軸３には減速機構５が取り付けられている。減速機構５はモータ６の回転を減速してインターミディエイトシャフト７に伝達する。モータ６は、ドライバの操舵力を補助する操舵補助トルク(以下、アシストトルクという)を発生するものであり、減速機構５を介してステアリング軸３に接続されている。
【００１６】
トルクセンサ４は、図示しないトーションバーを備えており、そのトーションバーによってステアリング軸３とインターミディエイトシャフト７とが連結されている。ステアリング軸３がインターミディエイトシャフト７に対して回転すると、その回転に応じてトーションバーにねじれが生じる。トルクセンサ４には、このねじれを検出するセンサが備えられており、検出したねじれを制御装置１へ逐次供給する。
【００１７】
インターミディエイトシャフト７のステアリング軸３とは反対側の端は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置８のピニオン軸９に連結されている。このピニオン軸９とラック軸１０とによってギヤ装置８は構成される。そして、ラック軸１０の両端には、図示しないタイロッド及びナックルアームを介して左右操舵輪としての一対のタイヤ１１がそれぞれ連結されている。従って、ピニオン軸９の回転運動がラック軸１０の直線運動に変換されると、そのラック軸１０の直線運動変位に応じた角度だけ、左右のタイヤ１１が転舵される。
【００１８】
回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４は、それぞれ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ６を流れる電流を逐次検出し、検出した回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒを示す信号を制御装置１に逐次供給する。また、トルクセンサ４によって検出されたトルク（以下、操舵トルクという）Ｔｓを示す信号も制御装置１に入力される。これら、操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒは、いずれも、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌに応じてそれぞれ検出値が変化することから、これらを検出するトルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４は、特許請求の範囲の第１、第２、第３センサに相当する。
【００１９】
次に、図２を参照して、制御装置１の構成や機能等について説明する。この制御装置１はマイクロコンピュータを備えており、一部または全部の機能が、そのマイクロコンピュータによって実現される。
【００２０】
制御装置１は、路面反力推定器１０１、電流指令値変換器１０２、電流制御部１０３を備えている。路面反力推定器１０１は、トルクセンサ４から供給される操舵トルクＴｓ、回転角速度センサ１３から供給されるモータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流検出センサ１４から供給されるモータ電流値Ｃｕｒに基づいて、路面反力トルクＴｌの推定値（以下、路面反力トルク推定値）Ｔｌ＿ｅｓｔを逐次推定する。なお、路面反力推定器１０１における路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの推定方法については後述する。路面反力推定器１０１は、推定した路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを、モータ６に発生させるアシストトルクの指令値であるアシスト指令値として電流指令値変換器１０２へ出力する。
【００２１】
電流指令値変換器１０２は、予め記憶されているマップあるいは関係式に基づいて、アシスト指令値を電流指令値に変換する。電流制御部１０３は、たとえば、４つのＭＯＳＦＥＴからなるブリッジ回路等の周知のモータ駆動回路を備えており、モータ電流検出回路１４によって検出されるモータ電流値が、電流指令値変換器１０２から供給される電流指令値となるようにモータ駆動回路のフィードバック制御を行なう。なお、前述のモータ電流検出回路１４は、モータ駆動回路と接地ラインとの間に設けられた電流検出抵抗の両端間の電圧を検出することによって、モータ６に流れる電流を検出している。
【００２２】
次に、路面反力推定器１０１の設計方法を説明する。路面反力推定器１０１は、入力される３つの値、すなわち、操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒに基づいて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを推定するものであり、分離性および応答性を満足するように設計されている。
【００２３】
ここで、まず、路面反力推定器１０１における分離性および応答性について、図３を用いて説明する。分離性とは、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍなど、路面反力トルクＴｌ以外が入力されたときには、路面反力推定器１０１の出力が略ゼロとなることである。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ハンドルトルクＴｈが入力された場合、モータトルクＴｍが入力された場合の入出力を概念的に示している。ハンドルトルクＴｈが入力された場合（図３（ａ））、および、モータトルクＴｍが入力された場合（図３（ｂ））のいずれの場合にも、各センサ４、１３、１４は、それらのトルクに応じた検出値を路面反力推定器１０１に入力する。しかし、これらハンドルトルクＴｈやモータトルクＴｍが入力された場合には、路面反力推定器１０１の出力は略ゼロとなる。これが分離性である。
【００２４】
一方、応答性とは真の値から推定値へのゲインが１であることを言う。路面反力トルクＴｌが入力された場合にも、各センサ４、１３、１４は、路面反力トルクＴｌに応じた検出値を路面反力推定器１０１に入力し、この場合、路面反力推定器１０１は、入力された路面反力トルクＴｌと略等しい値を出力する。
【００２５】
このような特性の路面反力推定器１０１を、本実施形態では、H∞制御理論に基づいて設計している。H∞制御理論は、一般化プラントと呼ばれ、制御入力ｕ、外部入力ｗ、観測出力ｙ、制御量ｚの４つの入出力を持つ汎用的な制御モデルを対象とする（図４参照）。制御の目的は外部入力wに対して制御量zをなるべく小さく抑えることであるので、観測出力ｙから制御入力ｕに適切なフィードバックを施すことで外部入力ｗから制御量ｚまでの伝達関数ＧのH∞ノルムを小さくするように、換言すれば、外部入力ｗから制御量ｚまでの応答を下げるように、制御器Ｋを設計する。
【００２６】
図５に、本実施形態において路面反力推定器１０１を設計するために用いた一般化プラントを示す。電動パワーステアリング装置では、ハンドル（ドライバによる入力）、モータ、路面という３つのトルク入力箇所からトルクが入力されることから、本実施形態における一般化プラントは、外部入力ｗを、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌとしている。また、制御入力ｕは路面反力推定器１０１からの出力、すなわち、路面反力推定器１０１が推定する路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔである。
【００２７】
また、観測出力ｙは、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓである。観測出力ｙとして３種類の値を用いているのは、電動パワーステアリング装置では、ハンドル（ドライバによる入力）、モータ、路面という３つのトルク入力箇所が存在することから、これらからの入力を分離して推定するには３種類以上の観測出力値が必要だからである。また、３種類の観測出力値として、本実施形態では、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓを用いているのは次の理由による。電動パワーステアリング装置を備えた車両において、通常は、操舵トルクＴｓはドライバに最も近いセンサ検出値であり、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃは路面に最も近いセンサ検出値であり、モータ電流値Ｃｕｒはモータに最も近いセンサ検出値だからである。
【００２８】
残りの制御量ｚは、本実施形態では、路面反力Ｔｌと推定器出力である路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔとの差分ｅとしている。制御量ｚを路面反力Ｔｌと推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）との差分ｅとしている理由を次に説明する。
【００２９】
仮に、路面反力トルクＴｌのみが入力され、ハンドルトルクＴｈおよびモータトルクＴｍがいずれもゼロであるとすると、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）はＴｌとなる。従って、上記差分ｅはゼロとなる。一方、ハンドルトルクＴｈやモータトルクＴｍは入力されるが、路面反力トルクＴｌがゼロであるとすると、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）はゼロとなる。従って、この場合にも、上記差分ｅはゼロとなる。すなわち、いずれの場合にも、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、上記差分ｅはゼロとなる。
【００３０】
そして、前述のように、H∞制御理論では、外部入力ｗ（本実施形態では、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌ）から制御量ｚ（本実施形態では路面反力トルクＴｌと推定器出力Ｔｌ＿ｅｓｔとの差分ｅ）までの応答を下げるように制御器Ｋ（路面反力推定器１０１）が設計される。よって、制御量ｚを、路面反力Ｔｌと推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）との差分ｅとすることで、正しく路面反力トルクＴｌを推定できる路面反力推定器１０１が設計できるのである。なお、本実施形態では、観測量のノイズを考慮してカットオフ周波数（より詳しくは入力である路面反力から路面反力推定器１０１までの周波数応答のカットオフ周波数）を２０［Ｈｚ］としている。図６に、このようにして設計した路面反力推定器１０１のボード線図を示す。
【００３１】
次に、上述のようにして設計した路面反力推定器１０１が、正しく路面反力トルクＴｌを推定できることを示す。次の説明では、説明を分かりやすくするため、各観測出力ｙ、すなわち、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓにＤＣ成分の入力があるとする。ただし、各周波数での振る舞いは、図６のボード線図から容易に決定することができる。
【００３２】
操舵トルクＴｓのＤＣゲインをα、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃのＤＣゲインをβ、モータ電流ＣｕｒのＤＣゲインをγとすると、路面反力推定器１０１の出力は式１のように表せる。なお、αとγがβとは逆符号となっているのは、図６からも分かるように、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃに対して、モータ電流値Ｃｕｒと操舵トルクＴｓとは位相が１８０°反転しているからである。
（式１） −αＴｓ＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ
【００３３】
ここで、図６のボード線図から定まるゲインα、βは、αＴｓとβｄＴｈｃの絶対値が等しくなるようなゲインとなっており、また、ゲインγは、２αＴｓ＝γＣｕｒとなるように与えられる。また、ハンドルトルクＴｈが入力された場合や路面反力トルクＴｌが入力された場合の検出電流Ｃｕｒは、逆起電力によって生じる電流のみのため、モータトルクＴｍが入力された場合の検出電流Ｃｕｒよりも十分に小さく、γＣｕｒ≒０となる。これらのことに基づいて、（１）ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合、（２）モータトルクＴｍのみが入力された場合、（３）路面反力トルクＴｌのみが入力された場合をそれぞれ考える。
【００３４】
まず、（１）ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合を考える。ハンドルトルクＴｈが入力である場合、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃはともに正となる一方で、検出電流Ｃｕｒは逆起電力であることから負となる。また、前述のようにαＴｓとβｄＴｈｃの絶対値は等しいことから、上記式１は式２のようにγＣｕｒのみとなり、また、このγＣｕｒは略ゼロである。すなわち、ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合は、路面反力推定器１０１の出力は略ゼロとなる。
（式２） −αＴｓ＋βｄＴｈｃ−γ（−Ｃｕｒ）＝γＣｕｒ≒０
【００３５】
次に、（２）モータトルクＴｍのみが入力された場合を考える。モータトルクＴｍが入力である場合、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃとは互いに符号が逆となる。また、検出電流Ｃｕｒは正となる。よって、式１は式３のようになる。そして、前述のように、γは２αＴｓ＝γＣｕｒとなるように与えられることから、出力はゼロになる。
（式３） −α（−Ｔｓ）＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ＝２αＴｓ−γＣｕｒ≒０
【００３６】
次に、（３）路面反力トルクＴｌのみが入力された場合を考える。路面反力トルクＴｌが入力である場合も、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃとは互いに符号が逆となる。また、検出電流Ｃｕｒは、逆起電力であることから負となる。また、逆起電力の場合の検出電流Ｃｕｒは略ゼロであることからγＣｕｒは無視できる。よって、式１は式４のようになる。従って、路面反力トルクＴｌが入力されたときは、路面反力推定器１０１から、２αＴｓというゼロではない値が出力されることになる。
（式４） −α（−Ｔｓ）＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ＝２αＴｓ＋γＣｕｒ＝２αＴｓ
【００３７】
図７（ａ）は路面反力推定器１０１の周波数特性を示すボード線図であり、図７（ｂ）は路面反力推定器１０１のステップ応答を示す図である。この図７において、実線はハンドルトルクＴｈが入力された場合を示し、点線はモータトルクＴｍが入力された場合を示し、破線は路面反力トルクＴｌが入力された場合を示している。
【００３８】
図７（ａ）から分かるように、ハンドルトルクＴｈから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、周波数２０Ｈｚ以下でのゲインが約−６０ｄＢであり、モータトルクＴｍから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、周波数２０Ｈｚ以下でのゲインが約−９０ｄＢであり、いずれも、ゲインは略ゼロとみなすことができるほど小さな値である。また、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、いずれも、周波数２０Ｈｚ以上では、ゲインが２０Ｈｚ以下よりもさらに小さい。よって、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ（すなわち推定したい入力以外の入力）に対しては、それらの入力から路面反力推定器１０１までのゲインが全ての周波数において−４０ｄＢ以下となっていると言える。このことから、本実施形態の路面反力推定器１０１は分離性を有することが分かる。また、図７（ｂ）からも、路面反力推定器１０１はハンドルトルクＴｈおよびモータトルクＴｍの入力に対しては反応していないことが分かる。
【００３９】
これに対して、図７（ａ）から分かるように、路面反力トルクＴｌが入力された場合の周波数２０Ｈｚ以下でのゲインは０ｄＢ、つまり、１倍のゲインである。また、図７（ｂ）から分かるように、路面反力トルクＴｌが入力された場合には、ほとんど時間遅れなく、振幅「１」が出力されている。このことから、路面反力推定器１０１は路面反力トルクＴｌに対して応答性を有していることが分かる。なお、図７（ａ）のボード線図から分かるように、２０Ｈｚ以上では、いずれのトルクＴｈ、Ｔｍ、Ｔｌに対しても、ゲインは２０Ｈｚ以下よりも減少している。これは、既に述べたように、観測量のノイズを考慮してカットオフ周波数を２０Ｈｚとしているからである。
【００４０】
上述の特性を有する路面反力推定器１０１は、図８に示すフローにより、路面反力トルクＴｌを推定する。
【００４１】
まず、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの演算に必要な値を各センサから読み込む（ステップＳ１）。すなわち、トルクセンサ４から操舵トルクＴｓを読み込み、回転角速度センサ１３からモータ６の回転角速度ｄＴｈｃを読み込み、モータ電流センサ１４からモータ電流値Ｃｕｒを読み込む。
【００４２】
次に、ステアリングＳ１で読み込んだ値（Ｔｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒ）を用いて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを演算する（ステップＳ２）。この路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの演算は、具体的には、まず、ステップＳ１で読み込んだＴｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒおよび図６に示したボード線図に基づいて、前述の式１のα、β、γをそれぞれ決定する。そして、これらα、β、γと、ステップＳ１で読み込んだＴｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒを式１に代入することで路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを演算する。
【００４３】
このようにして演算した路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔは、前述のように、アシスト指令値として電流指令値変換器１０２へ出力されて、アシストトルクの制御に用いられる。
【００４４】
以上、説明した本実施形態によれば、路面反力推定器１０１は、路面反力トルクＴｌが入力されたときは入力値と略等しい出力値を出力する一方、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍに対しては略ゼロを出力する。よって、路面反力トルクＴｌを正しく推定できるようになる。そして、路面反力トルクＴｌを正しく推定できる結果、操舵の自然なフィーリングを実現することも可能となる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４６】
前述の実施形態では、第１、第２、第３センサとして、トルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４を用いており、これらのセンサが検出する操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒを路面反力推定器１０１に入力して路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを推定していたが、これに限られない。路面反力推定器１０１に入力するセンサ検出値は、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌに応じて検出値が変化すれば種々の検出値を用いることができる。上記操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒ以外にも、たとえば、ハンドル回転角、ハンドル回転角速度、モータ回転角、インタミトルク（インターミディエィトシャフト７のトルク）、ラックストローク、ラックストローク速度、タイヤ回転角、タイヤ回転角速度、モータ６の検出電圧などがある。これらから少なくとも３つの検出値を用いればよい。
【００４７】
ここで、仮に、前述の実施形態の操舵トルクＴｓに代えてハンドル回転角とすれば、ハンドル回転角は、操舵トルクＴｓよりもハンドルに近い位置のセンサ検出値であることから、路面反力トルクＴｌの推定精度のさらなる向上が期待できる。また、モータ回転角速度ｄＴｈｃに代えてラックストロークとしても、ラックストロークはモータ回転角速度ｄＴｈｃよりも路面に近い位置でのセンサ検出値であることから、路面反力トルクＴｌの推定精度のさらなる向上が期待できる。もちろん、操舵トルクＴｓに代えてハンドル回転角を用いるとともに、モータ回転角速度ｄＴｈｃに代えてラックストロークを用いれば、より一層、推定精度の向上が期待できる。
【００４８】
また、前述の実施形態では、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔをそのままアシスト指令値としていたが、これに限られない。たとえば、この路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔと操舵トルクＴｓとを加えたり、さらには、これに安定化制御のための補正値を加えたりしてもよい。また、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔにゲインを乗じてもよい。また、操舵トルクＴｓ等、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔ以外のパラメータにより決定したアシスト指令値を補正するための補正係数や補正量の算出に、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを用いてもよい。路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを用いてさえいれば、アシスト指令値の決定方法は種々変更可能である。
【００４９】
また、前述の実施形態では、H∞制御理論に基づいて路面反力推定器１０１を設計していたが、μ設計の手法等、他の手法により路面反力推定器１０１を設計してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１：制御装置、２：ステアリングホイール（ハンドル）、３：ステアリング軸、４：トルクセンサ、５：減速機構、６：モータ、７：インターミディエイトシャフト、８：ギヤ装置、９：ピニオン軸、１０：ラック軸、１１：タイヤ、１２：車速センサ、１３：回転角センサ、１４：モータ電流検出回路、４１：トルクセンサ、４２：モータ回転角速度センサ、４３：モータ電流センサ、１０１：推定器、１０２：電流指令値変換器、１０３：電流制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、路面反力トルクに基づいてアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置はモータを備えており、このモータにアシストトルクを発生させる。このアシストトルクを、路面反力トルクに基づいて決定する装置が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、車速、操舵トルク、路面反力等に基づいてアシストトルクを決定している。そして、この路面反力は、下記式から決定するステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎをローパスフィルタに通すことにより推定している。なお、下記式において、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔａｓｓｉｓｔはアシストトルク、Ｊ・ｄｗ／ｄｔはモータの慣性項である。
【０００４】
Ｔｔｒａｎ ＝ Ｔｈｄｌ ＋ Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄｗ／ｄｔ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１２５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１の発明では、路面反力の推定に、操舵トルクＴｈｄｌ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、モータの慣性項Ｊ・ｄｗ／ｄｔを用いていることから、理想的な氷上（路面反力が０となる場合）であっても、推定値はゼロとならない可能性が高い。すなわち、特許文献１の発明では、路面反力が正しく推定できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、この事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、路面反力トルクを正しく推定することができる電動パワーステアリング装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的を達成するための請求項１記載の発明は、モータを備え、路面からタイヤに入力されるトルクである路面反力トルクを推定し、推定した路面反力トルクを少なくとも用いて、モータに発生させるアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置の発明である。本発明の電動パワーステアリング装置は、ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、モータに生じるトルクであるモータトルク、および路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する第１、第２、第３センサと、第１、第２、第３センサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値を出力する路面反力推定器とを備える。この路面反力推定器として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が路面反力トルクとされた推定器を用いる。
【０００９】
このように、本発明の路面反力推定器は、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えており、且つ、推定する値が路面反力トルクとされている。よって、路面反力トルクの入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する一方、それ以外の入力に対しては略ゼロを出力する。よって、路面反力トルクを正しく推定できるようになる。
【００１０】
上記第１、第２、第３センサとしては、例えば、請求項２のように、操舵トルクを検出するトルクセンサ、モータの回転角速度を検出する回転角速度センサ、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出センサを用いることができる。
【００１１】
また、請求項３のように、推定する値の２０Ｈｚ以下の入力に対して前記応答性を有し、且つ、前記分離性が−４０ｄＢ以下であるようにすることが特に好ましい。
【００１２】
また、上記応答性と分離性とを備える路面反力推定器としては、たとえば、請求項４のようにH∞制御理論により設計された推定器を用いることができる。その請求項２に係る発明では、路面反力推定器は、制御入力uと外部入力ｗとから制御量ｚと観測出力ｙとを出力する一般化プラント、および観測出力ｙから制御入力ｕを生成して一般化プラントにフィードバックする制御器を用いるH∞制御理論に基づいて設計されており、外部入力ｗを、ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクとし、観測出力ｙを、第１、第２、第３センサの検出値とし、制御器を路面反力推定器とし、制御入力ｕを路面反力推定器が出力する路面反力トルク推定値とし、制御量ｚを路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅとする。そして、外部入力ｗであるハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクから、制御量ｚである、路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅまでの応答が略ゼロとなるように、路面反力推定器が設計されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が適用された電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の制御装置１の構成および機能を示すブロック図である。
【図３】路面反力推定器１０１における分離性および応答性を説明する図である。
【図４】推定器設計のための一般的な一般化プラントを示すモデル図である。
【図５】本実施形態の路面反力推定器１０１を設計するために用いた一般化プラントを示す図である。
【図６】図５の一般化プラントを用いて設計した路面反力推定器１０１のボード線図である。
【図７】（ａ）は路面反力推定器１０１の特性を示すボード線図、（ｂ）は路面反力推定器１０１のステップ応答を示す図である。
【図８】路面反力推定器１０１が実行するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。
【００１５】
図１に示されるように、ステアリングホイール(以下、ハンドルという)２には、ステアリング軸３が接続されており、ステアリング軸３はハンドル２と一体回転する。このステアリング軸３には減速機構５が取り付けられている。減速機構５はモータ６の回転を減速してインターミディエイトシャフト７に伝達する。モータ６は、ドライバの操舵力を補助する操舵補助トルク(以下、アシストトルクという)を発生するものであり、減速機構５を介してステアリング軸３に接続されている。
【００１６】
トルクセンサ４は、図示しないトーションバーを備えており、そのトーションバーによってステアリング軸３とインターミディエイトシャフト７とが連結されている。ステアリング軸３がインターミディエイトシャフト７に対して回転すると、その回転に応じてトーションバーにねじれが生じる。トルクセンサ４には、このねじれを検出するセンサが備えられており、検出したねじれを制御装置１へ逐次供給する。
【００１７】
インターミディエイトシャフト７のステアリング軸３とは反対側の端は、ラックアンドピニオン式のギヤ装置８のピニオン軸９に連結されている。このピニオン軸９とラック軸１０とによってギヤ装置８は構成される。そして、ラック軸１０の両端には、図示しないタイロッド及びナックルアームを介して左右操舵輪としての一対のタイヤ１１がそれぞれ連結されている。従って、ピニオン軸９の回転運動がラック軸１０の直線運動に変換されると、そのラック軸１０の直線運動変位に応じた角度だけ、左右のタイヤ１１が転舵される。
【００１８】
回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４は、それぞれ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ６を流れる電流を逐次検出し、検出した回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒを示す信号を制御装置１に逐次供給する。また、トルクセンサ４によって検出されたトルク（以下、操舵トルクという）Ｔｓを示す信号も制御装置１に入力される。これら、操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒは、いずれも、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌに応じてそれぞれ検出値が変化することから、これらを検出するトルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４は、特許請求の範囲の第１、第２、第３センサに相当する。
【００１９】
次に、図２を参照して、制御装置１の構成や機能等について説明する。この制御装置１はマイクロコンピュータを備えており、一部または全部の機能が、そのマイクロコンピュータによって実現される。
【００２０】
制御装置１は、路面反力推定器１０１、電流指令値変換器１０２、電流制御部１０３を備えている。路面反力推定器１０１は、トルクセンサ４から供給される操舵トルクＴｓ、回転角速度センサ１３から供給されるモータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流検出センサ１４から供給されるモータ電流値Ｃｕｒに基づいて、路面反力トルクＴｌの推定値（以下、路面反力トルク推定値）Ｔｌ＿ｅｓｔを逐次推定する。なお、路面反力推定器１０１における路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの推定方法については後述する。路面反力推定器１０１は、推定した路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを、モータ６に発生させるアシストトルクの指令値であるアシスト指令値として電流指令値変換器１０２へ出力する。
【００２１】
電流指令値変換器１０２は、予め記憶されているマップあるいは関係式に基づいて、アシスト指令値を電流指令値に変換する。電流制御部１０３は、たとえば、４つのＭＯＳＦＥＴからなるブリッジ回路等の周知のモータ駆動回路を備えており、モータ電流検出回路１４によって検出されるモータ電流値が、電流指令値変換器１０２から供給される電流指令値となるようにモータ駆動回路のフィードバック制御を行なう。なお、前述のモータ電流検出回路１４は、モータ駆動回路と接地ラインとの間に設けられた電流検出抵抗の両端間の電圧を検出することによって、モータ６に流れる電流を検出している。
【００２２】
次に、路面反力推定器１０１の設計方法を説明する。路面反力推定器１０１は、入力される３つの値、すなわち、操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒに基づいて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを推定するものであり、分離性および応答性を満足するように設計されている。
【００２３】
ここで、まず、路面反力推定器１０１における分離性および応答性について、図３を用いて説明する。分離性とは、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍなど、路面反力トルクＴｌ以外が入力されたときには、路面反力推定器１０１の出力が略ゼロとなることである。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ハンドルトルクＴｈが入力された場合、モータトルクＴｍが入力された場合の入出力を概念的に示している。ハンドルトルクＴｈが入力された場合（図３（ａ））、および、モータトルクＴｍが入力された場合（図３（ｂ））のいずれの場合にも、各センサ４、１３、１４は、それらのトルクに応じた検出値を路面反力推定器１０１に入力する。しかし、これらハンドルトルクＴｈやモータトルクＴｍが入力された場合には、路面反力推定器１０１の出力は略ゼロとなる。これが分離性である。
【００２４】
一方、応答性とは真の値から推定値へのゲインが１であることを言う。路面反力トルクＴｌが入力された場合にも、各センサ４、１３、１４は、路面反力トルクＴｌに応じた検出値を路面反力推定器１０１に入力し、この場合、路面反力推定器１０１は、入力された路面反力トルクＴｌと略等しい値を出力する。
【００２５】
このような特性の路面反力推定器１０１を、本実施形態では、H∞制御理論に基づいて設計している。H∞制御理論は、一般化プラントと呼ばれ、制御入力ｕ、外部入力ｗ、観測出力ｙ、制御量ｚの４つの入出力を持つ汎用的な制御モデルを対象とする（図４参照）。制御の目的は外部入力wに対して制御量zをなるべく小さく抑えることであるので、観測出力ｙから制御入力ｕに適切なフィードバックを施すことで外部入力ｗから制御量ｚまでの伝達関数ＧのH∞ノルムを小さくするように、換言すれば、外部入力ｗから制御量ｚまでの応答を下げるように、制御器Ｋを設計する。
【００２６】
図５に、本実施形態において路面反力推定器１０１を設計するために用いた一般化プラントを示す。電動パワーステアリング装置では、ハンドル（ドライバによる入力）、モータ、路面という３つのトルク入力箇所からトルクが入力されることから、本実施形態における一般化プラントは、外部入力ｗを、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌとしている。また、制御入力ｕは路面反力推定器１０１からの出力、すなわち、路面反力推定器１０１が推定する路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔである。
【００２７】
また、観測出力ｙは、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓである。観測出力ｙとして３種類の値を用いているのは、電動パワーステアリング装置では、ハンドル（ドライバによる入力）、モータ、路面という３つのトルク入力箇所が存在することから、これらからの入力を分離して推定するには３種類以上の観測出力値が必要だからである。また、３種類の観測出力値として、本実施形態では、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓを用いているのは次の理由による。電動パワーステアリング装置を備えた車両において、通常は、操舵トルクＴｓはドライバに最も近いセンサ検出値であり、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃは路面に最も近いセンサ検出値であり、モータ電流値Ｃｕｒはモータに最も近いセンサ検出値だからである。
【００２８】
残りの制御量ｚは、本実施形態では、路面反力Ｔｌと推定器出力である路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔとの差分ｅとしている。制御量ｚを路面反力Ｔｌと推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）との差分ｅとしている理由を次に説明する。
【００２９】
仮に、路面反力トルクＴｌのみが入力され、ハンドルトルクＴｈおよびモータトルクＴｍがいずれもゼロであるとすると、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）はＴｌとなる。従って、上記差分ｅはゼロとなる。一方、ハンドルトルクＴｈやモータトルクＴｍは入力されるが、路面反力トルクＴｌがゼロであるとすると、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）はゼロとなる。従って、この場合にも、上記差分ｅはゼロとなる。すなわち、いずれの場合にも、路面反力推定器１０１が正しく路面反力トルクＴｌを推定できている場合には、上記差分ｅはゼロとなる。
【００３０】
そして、前述のように、H∞制御理論では、外部入力ｗ（本実施形態では、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌ）から制御量ｚ（本実施形態では路面反力トルクＴｌと推定器出力Ｔｌ＿ｅｓｔとの差分ｅ）までの応答を下げるように制御器Ｋ（路面反力推定器１０１）が設計される。よって、制御量ｚを、路面反力Ｔｌと推定器出力（Ｔｌ＿ｅｓｔ）との差分ｅとすることで、正しく路面反力トルクＴｌを推定できる路面反力推定器１０１が設計できるのである。なお、本実施形態では、観測量のノイズを考慮してカットオフ周波数（より詳しくは入力である路面反力から路面反力推定器１０１までの周波数応答のカットオフ周波数）を２０［Ｈｚ］としている。図６に、このようにして設計した路面反力推定器１０１のボード線図を示す。
【００３１】
次に、上述のようにして設計した路面反力推定器１０１が、正しく路面反力トルクＴｌを推定できることを示す。次の説明では、説明を分かりやすくするため、各観測出力ｙ、すなわち、モータ電流値Ｃｕｒ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、操舵トルクＴｓにＤＣ成分の入力があるとする。ただし、各周波数での振る舞いは、図６のボード線図から容易に決定することができる。
【００３２】
操舵トルクＴｓのＤＣゲインをα、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃのＤＣゲインをβ、モータ電流ＣｕｒのＤＣゲインをγとすると、路面反力推定器１０１の出力は式１のように表せる。なお、αとγがβとは逆符号となっているのは、図６からも分かるように、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃに対して、モータ電流値Ｃｕｒと操舵トルクＴｓとは位相が１８０°反転しているからである。
（式１） −αＴｓ＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ
【００３３】
ここで、図６のボード線図から定まるゲインα、βは、αＴｓとβｄＴｈｃの絶対値が等しくなるようなゲインとなっており、また、ゲインγは、２αＴｓ＝γＣｕｒとなるように与えられる。また、ハンドルトルクＴｈが入力された場合や路面反力トルクＴｌが入力された場合の検出電流Ｃｕｒは、逆起電力によって生じる電流のみのため、モータトルクＴｍが入力された場合の検出電流Ｃｕｒよりも十分に小さく、γＣｕｒ≒０となる。これらのことに基づいて、（１）ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合、（２）モータトルクＴｍのみが入力された場合、（３）路面反力トルクＴｌのみが入力された場合をそれぞれ考える。
【００３４】
まず、（１）ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合を考える。ハンドルトルクＴｈが入力である場合、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃはともに正となる一方で、検出電流Ｃｕｒは逆起電力であることから負となる。また、前述のようにαＴｓとβｄＴｈｃの絶対値は等しいことから、上記式１は式２のようにγＣｕｒのみとなり、また、このγＣｕｒは略ゼロである。すなわち、ハンドルトルクＴｈのみが入力された場合は、路面反力推定器１０１の出力は略ゼロとなる。
（式２） −αＴｓ＋βｄＴｈｃ−γ（−Ｃｕｒ）＝γＣｕｒ≒０
【００３５】
次に、（２）モータトルクＴｍのみが入力された場合を考える。モータトルクＴｍが入力である場合、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃとは互いに符号が逆となる。また、検出電流Ｃｕｒは正となる。よって、式１は式３のようになる。そして、前述のように、γは２αＴｓ＝γＣｕｒとなるように与えられることから、出力はゼロになる。
（式３） −α（−Ｔｓ）＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ＝２αＴｓ−γＣｕｒ≒０
【００３６】
次に、（３）路面反力トルクＴｌのみが入力された場合を考える。路面反力トルクＴｌが入力である場合も、トーショントルクＴｓとモータ６の回転角速度ｄＴｈｃとは互いに符号が逆となる。また、検出電流Ｃｕｒは、逆起電力であることから負となる。また、逆起電力の場合の検出電流Ｃｕｒは略ゼロであることからγＣｕｒは無視できる。よって、式１は式４のようになる。従って、路面反力トルクＴｌが入力されたときは、路面反力推定器１０１から、２αＴｓというゼロではない値が出力されることになる。
（式４） −α（−Ｔｓ）＋βｄＴｈｃ−γＣｕｒ＝２αＴｓ＋γＣｕｒ＝２αＴｓ
【００３７】
図７（ａ）は路面反力推定器１０１の周波数特性を示すボード線図であり、図７（ｂ）は路面反力推定器１０１のステップ応答を示す図である。この図７において、実線はハンドルトルクＴｈが入力された場合を示し、点線はモータトルクＴｍが入力された場合を示し、破線は路面反力トルクＴｌが入力された場合を示している。
【００３８】
図７（ａ）から分かるように、ハンドルトルクＴｈから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、周波数２０Ｈｚ以下でのゲインが約−６０ｄＢであり、モータトルクＴｍから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、周波数２０Ｈｚ以下でのゲインが約−９０ｄＢであり、いずれも、ゲインは略ゼロとみなすことができるほど小さな値である。また、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍから路面反力推定器１０１までの周波数応答は、いずれも、周波数２０Ｈｚ以上では、ゲインが２０Ｈｚ以下よりもさらに小さい。よって、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ（すなわち推定したい入力以外の入力）に対しては、それらの入力から路面反力推定器１０１までのゲインが全ての周波数において−４０ｄＢ以下となっていると言える。このことから、本実施形態の路面反力推定器１０１は分離性を有することが分かる。また、図７（ｂ）からも、路面反力推定器１０１はハンドルトルクＴｈおよびモータトルクＴｍの入力に対しては反応していないことが分かる。
【００３９】
これに対して、図７（ａ）から分かるように、路面反力トルクＴｌが入力された場合の周波数２０Ｈｚ以下でのゲインは０ｄＢ、つまり、１倍のゲインである。また、図７（ｂ）から分かるように、路面反力トルクＴｌが入力された場合には、ほとんど時間遅れなく、振幅「１」が出力されている。このことから、路面反力推定器１０１は路面反力トルクＴｌに対して応答性を有していることが分かる。なお、図７（ａ）のボード線図から分かるように、２０Ｈｚ以上では、いずれのトルクＴｈ、Ｔｍ、Ｔｌに対しても、ゲインは２０Ｈｚ以下よりも減少している。これは、既に述べたように、観測量のノイズを考慮してカットオフ周波数を２０Ｈｚとしているからである。
【００４０】
上述の特性を有する路面反力推定器１０１は、図８に示すフローにより、路面反力トルクＴｌを推定する。
【００４１】
まず、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの演算に必要な値を各センサから読み込む（ステップＳ１）。すなわち、トルクセンサ４から操舵トルクＴｓを読み込み、回転角速度センサ１３からモータ６の回転角速度ｄＴｈｃを読み込み、モータ電流センサ１４からモータ電流値Ｃｕｒを読み込む。
【００４２】
次に、ステアリングＳ１で読み込んだ値（Ｔｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒ）を用いて路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを演算する（ステップＳ２）。この路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔの演算は、具体的には、まず、ステップＳ１で読み込んだＴｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒおよび図６に示したボード線図に基づいて、前述の式１のα、β、γをそれぞれ決定する。そして、これらα、β、γと、ステップＳ１で読み込んだＴｓ、ｄＴｈｃ、Ｃｕｒを式１に代入することで路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを演算する。
【００４３】
このようにして演算した路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔは、前述のように、アシスト指令値として電流指令値変換器１０２へ出力されて、アシストトルクの制御に用いられる。
【００４４】
以上、説明した本実施形態によれば、路面反力推定器１０１は、路面反力トルクＴｌが入力されたときは入力値と略等しい出力値を出力する一方、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍに対しては略ゼロを出力する。よって、路面反力トルクＴｌを正しく推定できるようになる。そして、路面反力トルクＴｌを正しく推定できる結果、操舵の自然なフィーリングを実現することも可能となる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４６】
前述の実施形態では、第１、第２、第３センサとして、トルクセンサ４、回転角速度センサ１３、モータ電流検出センサ１４を用いており、これらのセンサが検出する操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒを路面反力推定器１０１に入力して路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを推定していたが、これに限られない。路面反力推定器１０１に入力するセンサ検出値は、ハンドルトルクＴｈ、モータトルクＴｍ、路面反力トルクＴｌに応じて検出値が変化すれば種々の検出値を用いることができる。上記操舵トルクＴｓ、モータ６の回転角速度ｄＴｈｃ、モータ電流値Ｃｕｒ以外にも、たとえば、ハンドル回転角、ハンドル回転角速度、モータ回転角、インタミトルク（インターミディエィトシャフト７のトルク）、ラックストローク、ラックストローク速度、タイヤ回転角、タイヤ回転角速度、モータ６の検出電圧などがある。これらから少なくとも３つの検出値を用いればよい。
【００４７】
ここで、仮に、前述の実施形態の操舵トルクＴｓに代えてハンドル回転角とすれば、ハンドル回転角は、操舵トルクＴｓよりもハンドルに近い位置のセンサ検出値であることから、路面反力トルクＴｌの推定精度のさらなる向上が期待できる。また、モータ回転角速度ｄＴｈｃに代えてラックストロークとしても、ラックストロークはモータ回転角速度ｄＴｈｃよりも路面に近い位置でのセンサ検出値であることから、路面反力トルクＴｌの推定精度のさらなる向上が期待できる。もちろん、操舵トルクＴｓに代えてハンドル回転角を用いるとともに、モータ回転角速度ｄＴｈｃに代えてラックストロークを用いれば、より一層、推定精度の向上が期待できる。
【００４８】
また、前述の実施形態では、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔをそのままアシスト指令値としていたが、これに限られない。たとえば、この路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔと操舵トルクＴｓとを加えたり、さらには、これに安定化制御のための補正値を加えたりしてもよい。また、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔにゲインを乗じてもよい。また、操舵トルクＴｓ等、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔ以外のパラメータにより決定したアシスト指令値を補正するための補正係数や補正量の算出に、路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを用いてもよい。路面反力トルク推定値Ｔｌ＿ｅｓｔを用いてさえいれば、アシスト指令値の決定方法は種々変更可能である。
【００４９】
また、前述の実施形態では、H∞制御理論に基づいて路面反力推定器１０１を設計していたが、μ設計の手法等、他の手法により路面反力推定器１０１を設計してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１：制御装置、２：ステアリングホイール（ハンドル）、３：ステアリング軸、４：トルクセンサ、５：減速機構、６：モータ、７：インターミディエイトシャフト、８：ギヤ装置、９：ピニオン軸、１０：ラック軸、１１：タイヤ、１２：車速センサ、１３：回転角センサ、１４：モータ電流検出回路、４１：トルクセンサ、４２：モータ回転角速度センサ、４３：モータ電流センサ、１０１：推定器、１０２：電流指令値変換器、１０３：電流制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを備え、路面からタイヤに入力されるトルクである路面反力トルクを推定し、推定した路面反力トルクを少なくとも用いて、前記モータに発生させるアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置であって、
ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、前記モータに生じるトルクであるモータトルク、および前記路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する第１、第２、第３センサと、
前記第１、第２、第３センサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値を出力する路面反力推定器とを備え、
前記路面反力推定器として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が前記路面反力トルクとされた推定器を用いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２、第３センサとして、操舵トルクを検出するトルクセンサ、前記モータの回転角速度を検出する回転角速度センサ、前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出センサを用いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
推定する値の２０Ｈｚ以下の入力に対して前記応答性を有し、且つ、前記分離性が−４０ｄＢ以下であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記路面反力推定器は、
制御入力uと外部入力ｗとから制御量ｚと観測出力ｙとを出力する一般化プラント、および前記観測出力ｙから前記制御入力ｕを生成して前記一般化プラントにフィードバックする制御器を用いるH∞制御理論に基づいて設計されており、
前記外部入力ｗを、前記ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクとし、
前記観測出力ｙを、前記第１、第２、第３センサの検出値とし、
前記制御器を前記路面反力推定器とし、
前記制御入力ｕを、前記路面反力推定器が出力する路面反力トルク推定値とし、
前記制御量ｚを前記路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅとし、
前記外部入力ｗである前記ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクから、前記制御量ｚである、前記路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅまでの応答が略ゼロとなるように、前記路面反力推定器が設計されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
モータを備え、路面からタイヤに入力されるトルクである路面反力トルクを推定し、推定した路面反力トルクを少なくとも用いて、前記モータに発生させるアシストトルクを決定する電動パワーステアリング装置であって、
ドライバがハンドルに入力するトルクであるハンドルトルク、前記モータに生じるトルクであるモータトルク、および前記路面反力トルクに応じてそれぞれ検出値が変化する第１、第２、第３センサと、
前記第１、第２、第３センサの検出値が入力され、これらの検出値に基づいて路面反力トルク推定値を出力する路面反力推定器とを備え、
前記路面反力推定器として、推定する値の入力に対しては入力値と略等しい出力値を出力する応答性を備えるとともに、推定する値以外の入力に対しては略ゼロを出力する分離性を備える推定器であって、推定する値が前記路面反力トルクとされた推定器を用いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２、第３センサとして、操舵トルクを検出するトルクセンサ、前記モータの回転角速度を検出する回転角速度センサ、前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出センサを用いることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
推定する値の２０Ｈｚ以下の入力に対して前記応答性を有し、且つ、前記分離性が−４０ｄＢ以下であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記路面反力推定器は、
制御入力uと外部入力ｗとから制御量ｚと観測出力ｙとを出力する一般化プラント、および前記観測出力ｙから前記制御入力ｕを生成して前記一般化プラントにフィードバックする制御器を用いるH∞制御理論に基づいて設計されており、
前記外部入力ｗを、前記ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクとし、
前記観測出力ｙを、前記第１、第２、第３センサの検出値とし、
前記制御器を前記路面反力推定器とし、
前記制御入力ｕを、前記路面反力推定器が出力する路面反力トルク推定値とし、
前記制御量ｚを前記路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅとし、
前記外部入力ｗである前記ハンドルトルク、モータトルク、路面反力トルクから、前記制御量ｚである、前記路面反力トルクと路面反力トルク推定値との差分ｅまでの応答が略ゼロとなるように、前記路面反力推定器が設計されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３２０８５（Ｐ２０１３−３２０８５Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６８６７８（Ｐ２０１１−１６８６７８）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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