JP2017013700A - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体側部材の共振とタイヤ回転起因振動との双方の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置を提供する。【解決手段】フィルタ３９，３５はモータ２０の回転角度をフィルタ処理することによりサブフレームの共振又はシミーを抑制するための振動抑制用ゲインを出力する。フィルタ３９，３５はカットオフ角周波数においてゲインが最大値となり位相が９０°進む周波数特性を有する。フィルタ３９のカットオフ角周波数はサブフレームの共振周波数に固定的に設定される。フィルタ３５のカットオフ角周波数はタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定される。ゲイン加算器４０はフィルタ３９，３５のゲイン同士を加算し、加算した値を振動抑制用ゲインとして補正器３３側に出力する。補正器３３は出力された振動抑制用ゲインを用いてアシストマップ３２で設定されたモータトルクを補正する。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリングの制御装置、詳しくは、サブフレーム等の車体側部材の共振と、シミー等のタイヤの回転に起因して発生する振動との双方の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置に関する。

自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリングは、操舵装置にアシストトルクを付与するためのモータと、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、コントロールユニット（ＥＣＵ）とを有する。ＥＣＵは、トルクセンサで検出された操舵トルクと車速センサで検出された車速とに基いてモータが出力すべきトルク（モータトルク）を設定し、設定したモータトルクが実現するようにモータに印加する電流を制御する（これをアシスト制御という）。

従来、ＥＣＵは、上記のようなアシスト制御に加え、共振等の外乱に起因する振動を抑制する振動抑制制御を並行して行う。その理由は、そのような振動抑制制御を行わないと、上記振動が運転者の手に伝わるだけでなく、上記振動に基くトルクが上記アシスト制御によって増大されてしまうからである。

振動抑制制御の１例として、特許文献１には、運転者の操舵トルクに基いて補助トルク電流（モータに印加する電流）を出力するアシストマップと、モータの回転速度をフィルタ処理することにより低周波側のゲインを低減し振動成分信号を出力する振動抽出フィルタと、モータに流れる電流に基いた電流可変ゲインを算出する電流可変ゲインマップと、モータの回転速度に基いた回転速度可変ゲインを算出する回転速度可変ゲインマップとを備え、上記振動成分信号と電流可変ゲインと回転速度可変ゲインとに基いて振動抑制電流を算出し、算出した振動抑制電流を用いて上記補助トルク電流を補正することが開示されている。

特許第５３８３８１８号公報（特に図３〜図６、図１５、図１６）

ところで、車両の運転中にしばしば経験する振動にシミー（タイヤシミー）がある。シミーはホイールバランスの不良に起因する振動であり、タイヤ交換やホイールバランスの修正等によって起こる。例えば高速道路を１００〜１２０ｋｍ／ｈ程度（タイヤの回転周波数でおよそ１０Ｈｚ）で走行すると、ステアリングホイールが小刻みに震えることがある。これがシミーである。

シミーは、タイヤの回転に起因してフロントサブフレームに支持された懸架装置の内部で振動が発生し、発生した振動（タイヤ回転起因振動）が、タイロッド、ピニオンラック機構、及びステアリングシャフト等を含む操舵装置を通じてステアリングホイールに伝達されたものである。懸架装置は多種多様の部材で構成され、各部材はそれぞれ異なる固有振動数を持っている。シミーは、多種多様の部材のうちのいくつかの部材がタイヤの回転周波数に共振し、その複数の共振が相俟って総合的に伝達されたものである。そのため、シミーの発生時に共振している部材は１つや２つでは収まらず、どの部材がシミーの発生原因であるかを突き止めるのは容易ではない。

もっとも、タイヤの回転周波数がある周波数まで上がると、その周波数で共振する懸架装置の複数の構成部材の振動が総合的に相俟って操舵装置を介して運転者の手に伝わるのがシミーであるから、シミーは車速がある速度まで上昇すると発生することは確かである。そして、シミーが発生するタイヤの回転周波数（シミー発生周波数、上記設例では１０Ｈｚ）は個体差や修理歴等により車両毎に相違するのみならず、１台の車両のなかでも例えば懸架装置の経時変化等により経時的に変化し得るものである。つまり、シミーがどの車速で発生するかは予測がつかないものであり、知るためには予め調べなければならない。

このようなタイヤの回転に起因して発生する振動、すなわちタイヤ回転起因振動としては、シミーの他にディスクブレーキのディスクの歪みに起因する振動等がある。

さらに、その場合に、懸架装置を支持する車体側部材である上記フロントサブフレームの固有振動数がシミー発生周波数の範囲内（例えば７〜１４Ｈｚ）にあったとすると、タイヤの回転周波数がシミー発生周波数まで上昇したとき、サブフレームがタイヤの回転周波数に共振する。サブフレームは大型の部材でありそれ１つで重量物であるから、サブフレームの共振は振動抑制制御で抑制すべき外乱である。そして、サブフレームの固有振動数は経時変化等によりそれほど大幅に変化するものではないから、サブフレームが共振するタイヤの回転周波数（サブフレーム共振周波数）は１台の車両のなかでも経時的に固定的なものである。このような車体側部材の共振としては、サブフレームに連結するサイドフレームやサイドフレームに連結するクロスメンバの共振等がある。

本発明は、上記のようなサブフレーム等の車体側部材の共振と、シミー等のタイヤ回転起因振動との双方の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、操舵装置にアシストトルクを付与するためのモータと、運転者の操舵トルクを検出する検出手段と、上記検出手段で検出された操舵トルクに基いて上記モータが出力すべきモータトルクを設定する設定手段とを有する電動パワーステアリングの制御装置であって、上記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記回転角度検出手段で検出されたモータの回転角度をフィルタ処理することにより、車体側部材の共振と、タイヤの回転に起因して発生する振動であるタイヤ回転起因振動とを抑制するための振動抑制用ゲインを出力するフィルタ処理手段と、上記フィルタ処理手段で出力された振動抑制用ゲインを用いて、上記設定手段で設定されたモータトルクを上記車体側部材の共振及びタイヤ回転起因振動を抑制するように補正する補正手段とが備えられ、上記フィルタ処理手段は、カットオフ角周波数が所定の車体側部材の共振周波数に固定的に設定され、上記カットオフ角周波数において、ゲインが所定の大きさとなり、位相が９０°進む周波数特性を有する第１のフィルタと、カットオフ角周波数が車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定され、上記カットオフ角周波数において、ゲインが所定の大きさとなり、位相が９０°進む周波数特性を有する第２のフィルタと、上記第１のフィルタのゲインと、上記第２のフィルタのゲインとを加算し、加算した値を振動抑制用ゲインとして補正手段側に出力するゲイン加算器とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１のフィルタのゲインと第２のフィルタのゲインとが加算されて補正手段側に出力される。

その場合に、第１のフィルタにおいては、カットオフ角周波数が車体側部材の共振周波数に固定されるので、車体側部材の共振が常に振動抑制用ゲインに基くトルク補正により安定的に抑制される。

一方、第２のフィルタにおいては、カットオフ角周波数がタイヤ回転周波数に合わせて変更されるので、タイヤ回転起因振動（例えばシミー）がどの周波数で起きたとしても、タイヤ回転起因振動が常に振動抑制用ゲインに基くトルク補正により抑制される。そのため、タイヤ回転起因振動の周波数が車両毎に相違したり懸架装置の経時変化等により経時的に変化しても良好に対応でき、車両の個体差や経時変化に拘わらず、タイヤ回転起因振動が常に抑制される。また、タイヤ回転起因振動の周波数を予め知る必要がないので、タイヤ回転起因振動の抑制を簡単に実現できる。

しかも、いずれの場合も、位相が９０°進んでいるので、補正手段によるモータトルクの補正が位相が９０°ズレて行われる。その結果、粘性が付与され（粘性付与制御）、車体側部材の共振及びタイヤ回転起因振動が粘性によって確実にかつ効果的に抑制される。

本発明においては、上記フィルタ処理手段は、上記ゲイン加算器が上記第１のフィルタのゲインと上記第２のフィルタのゲインとを加算する前に上記第１のフィルタのゲイン及び上記第２のフィルタのゲインをそれぞれ重み付けする重み付け調整器をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、第１、第２のフィルタのゲインを重み付けすることにより、重み付けしないときに比べて、両ゲイン同士を加算しても、カットオフ角周波数における位相の９０°からのズレ量が小さくなる。そのため、粘性付与制御が確保されて、車体側部材の共振及びタイヤ回転起因振動が常に粘性によって確実にかつ効果的に抑制される。

本発明によれば、サブフレーム等の車体側部材の共振と、シミー等のタイヤ回転起因振動との双方の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置が提供される。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリングの全体構成図である。 上記電動パワーステアリングのブロック図である。 上記ブロック図のアシストマップをグラフで表したものである。 上記ブロック図のフィルタの周波数特性を示すボード線図である。 カットオフ角周波数がサブフレーム共振周波数に固定的に設定されたサブフレーム共振抽出フィルタのボード線図である。 タイヤ回転周波数とステアリングホイールの周方向の加速度との関係を示すグラフであり、タイヤシミーの発生を説明するためのものである。 カットオフ角周波数が車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定されたシミー抽出フィルタのボード線図である。 上記ブロック図のゲイン調整器の動作をグラフで表したものである。 上記ブロック図の第１重み付け調整器が用いる重み付け係数αのグラフである。 上記ブロック図の第２重み付け調整器が用いる重み付け係数βのグラフである。 上記ブロック図のゲイン加算器が第１重み付け調整器から入力される振動抑制用ゲインと第２重み付け調整器から入力される振動抑制用ゲインとを重み付け加算した場合（上記重み付け係数α、βが図９、図１０に示すように周波数に応じて変化する場合）のボード線図である。 上記ゲイン加算器が第１重み付け調整器から入力される振動抑制用ゲインと第２重み付け調整器から入力される振動抑制用ゲインとを単純加算した場合（上記重み付け係数α、βが周波数に拘わらず常時１の場合）のボード線図である。 図１１の重み付け加算した場合のサブフレーム共振周波数における位相の９０°からのズレ量を拡大して示したものである。 図１２の単純加算した場合のサブフレーム共振周波数における位相の９０°からのズレ量を拡大して示したものである。 実施形態の効果を説明するため、実験例１及び２の改善前及び改善後のサブフレーム共振及びシミーの発生状況を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本実施形態は、図１及び図２に示すように、車体側部材であるサブフレーム８の共振と、タイヤ回転起因振動であるシミーとの双方の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置に関する。サブフレーム共振抽出フィルタ３９はモータ２０の回転角度をフィルタ処理することによりサブフレーム８の共振を抑制するための振動抑制用ゲイン（「サブフレーム共振抑制用ゲイン」という）を出力する。シミー抽出フィルタ３５はモータ２０の回転角度をフィルタ処理することによりシミーを抑制するための振動抑制用ゲイン（「シミー抑制用ゲイン」という）を出力する。フィルタ３９，３５はカットオフ角周波数においてゲインが最大値となり位相が９０°進む周波数特性を有する。フィルタ３９のカットオフ角周波数は車体側部材であるサブフレーム８の共振周波数に固定的に設定される。フィルタ３５のカットオフ角周波数は車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定される。ゲイン加算器４０はフィルタ３９，３５のゲイン同士を加算し、加算した値を振動抑制用ゲインとして補正器３３側に出力する。補正器３３は出力された振動抑制用ゲインを用いてアシストマップ３２で設定されたモータトルクを補正する。

具体的に、図１に示すように、本実施形態に係る車両（図示略）は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、両端のユニバーサルジョイント４ａ，４ｂで連結された中間シャフト４と、ピニオンラック機構５と、タイロッド６とを介して前輪７を操舵する操舵装置を備えている。また、上記車両は、この操舵装置にアシストトルクを付与するために、ステアリングシャフト２に減速ギヤ３を介して結合されたモータ２０と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ（本発明の「検出手段」に相当する）１０と、車速を検出する車速センサ１１と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０とを含んで構成されるコラムアシスト型の電動パワーステアリングを搭載している。

図１において、符号８は、車両前部の最下部の骨組みであってエンジン（図示略）がマウントされるフロントサブフレーム（本発明の「車体側部材」に相当する）、符号９は、フロントサブフレーム８に支持される前輪７の懸架装置である。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、基本的動作として、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクと、車速センサ１１で検出された車速とに基いて、モータ２０が出力すべきモータトルクを設定し、設定したモータトルクが実現するようにモータ２０に印加する電流を制御する（アシスト制御）。

電動パワーステアリングは、上記アシスト制御に加え、例えばサブフレーム８等の車体側部材の共振と、シミーやディスクブレーキのディスクの歪みに起因する振動等のタイヤの回転に起因して発生するタイヤ回転起因振動とを抑制する振動抑制制御を並行して行う。そして、そのために、モータ２０の回転角度を検出するモータ角度センサ（本発明の「回転角度検出手段」に相当する）１２を備える。本実施形態では、サブフレーム８の共振周波数が１０Ｈｚにある（図５参照）。

以下、本実施形態に係る上記振動抑制制御について説明する。図２は、上記電動パワーステアリングのブロック図であり、図３は、上記ブロック図のアシストマップ３２をグラフで表したものであり、図４は、上記ブロック図のフィルタ３５，３９の周波数特性を示すゲイン線図と位相線図との組合せでなるボード線図である。

図２に示すように、運転者の操舵トルクがトルクセンサ１０で検出され、ローパスフィルタ３１に入力される。ローパスフィルタ３１に入力されたトルクのうち、運転者の操舵成分の周波数（４〜６Ｈｚ程度）を含む低周波側の操舵成分信号が抽出され、アシストマップ（本発明の「設定手段」に相当する）３２に入力される。アシストマップ３２は、図３に示すように、入力である操舵トルクと出力であるモータトルクとの入出力特性を示すものである。入出力特性は車速毎に予め作成される。具体的に、横軸に操舵トルクが定義され、縦軸にモータトルクが定義される。図例では、車速が１０ｋｍ／ｈ、３０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈ、１５０ｋｍ／ｈの場合の入出力特性が作成されている。アシストマップ３２には車速センサ１１で検出された車速も入力される。操舵トルクが大きいほど、また車速が低いほど、大きなモータトルクが設定される。

アシストマップ３２で設定されたモータトルクは、補正器（本発明の「補正手段」に相当する）３３で補正される。具体的に、アシストマップ３２で設定されたモータトルクは、補正器３３に入力され、後述する振動抑制トルク生成部３６で生成された振動抑制トルクが加算されて補正される。このように補正器３３で補正されたモータトルクは、電流制御部３４に入力される。電流制御部３４は、入力されたモータトルクを実現する電流をモータ２０に印加する。これにより、モータトルクが減速ギヤ３で増大されてステアリングシャフト２に付与される。すなわちアシスト制御が行われる。

アシスト制御と並行して行われる振動抑制制御は、モータ２０の回転角度がモータ角度センサ１２で検出され、２つのフィルタ３５，３９に入力されることから始まる。各フィルタ３５，３９は、それぞれ、周知の２次のハイパスフィルタを用いて構成されており、次のような周波数特性を有する。

図４に示すように、フィルタ３５，３９は、運転者の操舵成分の周波数（４〜６Ｈｚ）よりも高周波側で、カットオフ角周波数（図４では便宜上カットオフ角周波数が一例として１０Ｈｚにある場合を示している）を含む周波数帯域（図例では７〜３０Ｈｚ）の入力を抽出し、１を超える大きさの第１ゲインを掛けて、位相を進めて出力する。特にカットオフ角周波数（１０Ｈｚ）においては、ゲインの値がピーク（図例では１０）となり、値が１０の大きさの第１ゲインを、位相を９０°進めて出力する。

フィルタ３５，３９は、上記周波数帯域（７〜３０Ｈｚ）よりも高周波側の周波数帯域（図例では３０〜１００Ｈｚ）の入力を抽出し、略１の大きさの第２ゲインを掛けて、位相をほとんど進めずに出力する。

フィルタ３５，３９は、上記周波数帯域（７〜３０Ｈｚ）よりも低周波側の周波数帯域（図例では１〜７Ｈｚ）の入力を抽出し、１よりも小さい大きさの第３ゲインを掛けて、位相を進めて出力する。

フィルタ３５，３９の周波数特性は、下記伝達関数式（２次のハイパスフィルタの伝達関数式）により近似的に実現できる。

伝達関数式：ｓ^２／（ｓ^２＋２ζω_ｃｓ＋ω_ｃ ^２）
ここで、ｓはラプラス演算子、ζは減衰定数、ω_ｃはカットオフ角周波数である。

上記各周波数帯域（１〜７Ｈｚ、７〜３０Ｈｚ、３０〜１００Ｈｚ）は、２次のハイパスフィルタであるフィルタ３５，３９の上記周波数特性を上記伝達関数式を介して変更することにより、容易に種々の範囲に設定することができる。例えばパラメータの１つであるカットオフ角周波数ω_ｃとして種々の値を代入することができる。

図５は、カットオフ角周波数ω_ｃが車体側部材であるサブフレーム８の共振周波数（前述したように本実施形態では１０Ｈｚ）に固定的に設定されたサブフレーム共振抽出フィルタ（本発明の「第１のフィルタ」に相当する）３９のボード線図である。すなわち、図４に示したボード線図において、第１ゲインが出力される周波数帯域（７〜３０Ｈｚ）が第１周波数帯域、第２ゲインが出力される周波数帯域（３０〜１００Ｈｚ）が第２周波数帯域、第３ゲインが出力される周波数帯域（１〜７Ｈｚ）が第３周波数帯域にそれぞれ設定されている。

図２に戻り、サブフレーム共振抽出フィルタ３９の抽出結果とゲインとの積（図中の符号Ａ参照）は、第１重み付け調整器３８ａを経由して、ゲイン加算器４０に振動抑制用ゲインとして入力される。第１重み付け調整器３８ａの動作については後述する。

図６は、シミー（タイヤシミー）の発生を説明するための、車速に対応するタイヤ回転周波数と、振動の度合い（振動レベル）に対応するステアリングホイール１の周方向の加速度との関係を示すグラフである。タイヤ回転周波数ｆ（Ｈｚ）は、下記変換式に従い、車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）及びタイヤ半径（動半径）Ｒ（ｍ）から求められる。例えば、Ｖ＝１１０、Ｒ＝０．４８５のとき、ｆ＝１０となる。

変換式：ｆ＝Ｖ／（３．６×２×π×Ｒ）
本実施形態では、図２に符号３７で示すタイヤ回転周波数変換部が、車速センサ１１で検出された車速に基きタイヤ回転周波数ｆを算出して、図５のサブフレーム共振抽出フィルタ３９と、次に説明する図７のシミー抽出フィルタ３５とに出力する。

シミーはホイールバランスの不良に起因する振動であり、例えばタイヤの回転に起因した振動が操舵装置やその周辺のいくつかの部材を共振させて、結果としてステアリングホイール１が小刻みに震える現象である。すなわち、シミーは、タイヤの回転を起振力としてサブフレーム８に支持された懸架装置９の内部で発生した振動が、タイロッド６、ピニオンラック機構５、中間シャフト４、及びステアリングシャフト２等を含む操舵装置を通じてステアリングホイール１に伝達されたものである。シミーはタイヤ回転周波数が共振点であるシミー発生周波数（＝シミーが発生するタイヤ回転周波数）まで上昇すると発生する。ただし、シミー発生周波数は、個体差や修理歴等により車両毎に相違する。また、シミー発生周波数は、１台の車両のなかでも例えば懸架装置９の経時変化等により経時的に変化する。

図７は、カットオフ角周波数ω_ｃが車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定されたシミー抽出フィルタ（本発明の「第２のフィルタ」に相当する）３５のボード線図である。すなわち、図４に示したボード線図において、便宜上１０Ｈｚであったカットオフ角周波数が複数のタイヤ回転周波数（図例では７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４Ｈｚ）に可変的に設定されている。言い換えると、図４に示した周波数特性のカットオフ角周波数ω_ｃが種々様々なタイヤ回転周波数に変更可能に合致されている。なお、図７は、図４と異なり、ゲイン線図の縦軸は対数表示されていない（周波数特性の波形は図４と図７とで同じである）。

具体的に、図４のボード線図では、カットオフ角周波数ω_ｃは、便宜上一例として１０Ｈｚに設定されていたが、図７のボード線図では、カットオフ角周波数ω_ｃは、７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４Ｈｚに設定されている。タイヤ回転周波数変換部３７は、現在の車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）を前述の変換式に従いタイヤ回転周波数ｆ（Ｈｚ）に変換し、シミー抽出フィルタ３５に出力する。図２に示すゲイン調整器３５ａは、得られた値（現在のタイヤ回転周波数ｆ）を前述の伝達関数式のカットオフ角周波数ω_ｃに代入する。これにより、現在の車速で発生するシミーが振動抑制用ゲイン（図７のゲイン線図参照）に基く振動抑制トルクにより抑制される。この場合、現在の車速で実際にシミーが発生するかどうかは問題ではない。要すれば、現在の車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）に対応するタイヤ回転周波数ｆ（Ｈｚ）をカットオフ角周波数ω_ｃとすることによって、シミー発生周波数を予め調べて知る必要がなく、若し仮に現在の車速Ｖでシミーが発生したとしたならば、発生したシミーを常に抑制することができる。そのため、シミー発生周波数が個体差や修理歴等により車両毎に相違しても、また１台の車両のなかでも例えば懸架装置９の経時変化等により経時的に変化しても、良好に対応可能となり、シミーを常に抑制できる。つまり、予測がつかないシミー発生周波数を知る必要がなく、知るために予め調べる必要がなく、そのような状況でシミーを常時抑制することが可能となる。

図２に戻り、シミー抽出フィルタ３５の抽出結果とゲインとの積（図中の符号Ｃ参照）は、上記ゲイン調整器３５ａと第２重み付け調整器３８ｂとを経由して、上記ゲイン加算器４０に振動抑制用ゲインとして入力される。第２重み付け調整器３８ｂの動作については後述する。

サブフレーム共振抽出フィルタ３９からゲイン加算器４０への信号ルート上にある第１重み付け調整器３８ａの動作、及びシミー抽出フィルタ３５からゲイン加算器４０への信号ルート上にある第２重み付け調整器３８ｂの動作を説明する前に、先に、第２重み付け調整器３８ｂの手前にある上記ゲイン調整器３５ａの動作を説明する。すなわち、図８は、ゲイン調整器３５ａの動作を表すグラフである。ゲイン調整器３５ａは、前述したように、現在のタイヤ回転周波数ｆを伝達関数式のカットオフ角周波数ω_ｃに代入するという動作を行う他に、タイヤ回転周波数ｆに応じて図８のグラフから最終ゲイン調整係数を読み取り、読み取った係数をシミー抽出フィルタ３５の抽出結果とゲインとの積にさらに乗算するという動作を行う。

図８の例示によれば、タイヤ回転周波数が０Ｈｚ以上６．７Ｈｚ未満では、最終ゲイン調整係数が零であるから、ゲイン調整器３５ａから第２重み付け調整器３８ｂには、シミー抽出フィルタ３５の抽出結果とゲインとの積（図２の符号Ｃ参照）がどのような値であるかに拘わらず、値が零の振動抑制用ゲイン（図２の符号Ｄ参照）が入力される。また、タイヤ回転周波数が１０Ｈｚ以上では、最終ゲイン調整係数が２であるから、ゲイン調整器３５ａから第２重み付け調整器３８ｂには、シミー抽出フィルタ３５の抽出結果とゲインとの積の２倍の値の振動抑制用ゲインが入力される。また、タイヤ回転周波数が６．７Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満では、タイヤ回転周波数が増大するほど最終ゲイン調整係数が大きくなるから、ゲイン調整器３５ａから第２重み付け調整器３８ｂには、タイヤ回転周波数が増大するほど値が大きくなる振動抑制用ゲインが入力される。

そのため、例えば、図７において、カットオフ角周波数が１０，１１，１２，１３，１４Ｈｚに設定される場合は、ゲインのピークが２０となり、カットオフ角周波数が７，８，９Ｈｚに設定される場合は、カットオフ角周波数が小さいほどゲインのピークが２０よりも小さくなる。

次に、上記第１重み付け調整器３８ａの動作及び第２重み付け調整器３８ｂの動作を説明する。すなわち、図９は、上記第１重み付け調整器３８ａが用いる第１重み付け係数αのグラフであり、図１０は、上記第２重み付け調整器３８ｂが用いる第２重み付け係数βのグラフである。第１重み付け調整器３８ａは、周波数に応じて図９のグラフから第１重み付け係数αを読み取り、読み取った係数αをサブフレーム共振抽出フィルタ３９の抽出結果とゲインとの積にさらに乗算するという動作を行う。第２重み付け調整器３８ｂは、周波数に応じて図１０のグラフから第２重み付け係数βを読み取り、読み取った係数βをゲイン調整器３５ａから入力される振動抑制用ゲインにさらに乗算するという動作を行う。

図９の例示によれば、周波数が５Ｈｚ未満及び１２Ｈｚ超えでは、第１重み付け係数αは、値が１であるから、第１重み付け調整器３８ａからゲイン加算器４０には、サブフレーム共振抽出フィルタ３９から第１重み付け調整器３８ａに入力されるサブフレーム共振抽出フィルタ３９の抽出結果とゲインとの積（図２の符号Ａ参照）と同じ値の振動抑制用ゲイン、すなわちサブフレーム共振抑制用ゲイン（図２の符号Ｂ参照）が入力される。また、周波数が５Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下では、周波数が増大するほど第１重み付け係数αが１よりも小さくなるから、第１重み付け調整器３８ａからゲイン加算器４０には、周波数が増大するほどサブフレーム共振抽出フィルタ３９の抽出結果とゲインとの積よりも値が小さくなるサブフレーム共振抑制用ゲインが入力される。また、周波数が１０Ｈｚ超え１２Ｈｚ以下では、周波数が増大するほど第１重み付け係数αが最小値０．３５よりも大きくなるから、第１重み付け調整器３８ａからゲイン加算器４０には、周波数が増大するほど値が大きくなるサブフレーム共振抑制用ゲインが入力される。

そのため、例えば、図５において、周波数が１０Ｈｚのときのゲインのピークは１０よりも小さくなる（具体的に、第１重み付け係数αの最小値が０．３５なので、３．５になる）。

図１０の例示によれば、周波数が５Ｈｚ未満及び１３Ｈｚ超えでは、第２重み付け係数βは、値が１であるから、第２重み付け調整器３８ｂからゲイン加算器４０には、ゲイン調整器３５ａから第２重み付け調整器３８ｂに入力される振動抑制用ゲイン（図２の符号Ｄ参照）と同じ値の振動抑制用ゲイン、すなわちシミー抑制用ゲイン（図２の符号Ｅ参照）が入力される。また、周波数が５Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下では、周波数が増大するほど第２重み付け係数βが１よりも小さくなるから、第２重み付け調整器３８ｂからゲイン加算器４０には、周波数が増大するほどゲイン調整器３５ａから第２重み付け調整器３８ｂに入力される振動抑制用ゲインよりも値が小さくなるシミー抑制用ゲインが入力される。さらに、周波数が１０Ｈｚ超え１３Ｈｚ以下では、周波数が増大するほど第２重み付け係数βが最小値０．７よりも大きくなるから、第２重み付け調整器３８ｂからゲイン加算器４０には、周波数が増大するほど値が大きくなるシミー抑制用ゲインが入力される。

そのため、例えば、図７において、カットオフ角周波数が１０Ｈｚに設定される場合は、ゲインのピークが２０（ゲイン調整器３５ａによる図８の動作が行われた後の値）よりも小さくなる（具体的に、第２重み付け係数βの最小値が０．７なので、１４になる）。

図２に戻り、ゲイン加算器４０は、第１重み付け調整器３８ａから入力されるサブフレーム共振抽出フィルタ３９からの振動抑制用ゲイン、すなわちサブフレーム共振抑制用ゲインと、第２重み付け調整器３８ｂから入力されるシミー抽出フィルタ３５からの振動抑制用ゲイン、すなわちシミー抑制用ゲインとを加算する。ゲイン加算器４０は、加算した値を振動抑制用ゲインとして振動抑制トルク生成部３６に出力する。

ここで、上記シミー抽出フィルタ３５、ゲイン調整器３５ａ、第１重み付け調整器３８ａ、第２重み付け調整器３８ｂ、サブフレーム共振抽出フィルタ３９、及びゲイン加算器４０は、それぞれ、本発明の「フィルタ処理手段」に相当し、又は本発明の「フィルタ処理手段」を構成する要素である。

図１１は、上記ゲイン加算器４０が第１重み付け調整器３８ａから入力されるサブフレーム共振抑制用ゲインと第２重み付け調整器３８ｂから入力されるシミー抑制用ゲインとを重み付け加算した場合、すなわち上記重み付け係数α、βが図９、図１０に示すように周波数に応じて変化する場合に得られるボード線図である。

図１１において、例えば、波形アは、カットオフ角周波数ω_ｃがサブフレーム共振周波数１０Ｈｚに固定的に設定された図５のサブフレーム共振抽出フィルタ３９の周波数特性（図２の符号Ａ参照）に図９の第１重み付け係数αを乗算することで得られたサブフレーム共振抑制用ゲイン（図２の符号Ｂ参照）と、カットオフ角周波数ω_ｃが車速に応じて変化するタイヤ回転周波数７Ｈｚに合わせて可変的に設定された図７のシミー抽出フィルタ３５の周波数特性（図２の符号Ｃ参照）に図８の最終ゲイン調整係数を乗算しさらに図１０の第２重み付け係数βを乗算することで得られたシミー抑制用ゲイン（図２の符号Ｅ参照）とを相互に加算（重み付け加算）した場合に得られる波形である。他の波形イ、ウ、エ、オ、カ、キ、クも、それぞれ、タイヤ回転周波数が８，９，１０，１１，１２，１３，１４Ｈｚに可変的に設定されている点を除き、これに準じて同様である。

ゲイン線図において、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが共に１０Ｈｚである場合の波形エを除き、各波形とも、サブフレーム８の共振周波数由来のピークと、タイヤ回転周波数由来のピークとの２つのピークを有する。

一方、位相線図においては、上記波形エを除き、各波形とも、サブフレーム８の共振周波数由来のピークの位相と、タイヤ回転周波数由来のピークの位相とが共に９０°からズレている。

図１３は、図１１の重み付け加算の場合のサブフレーム共振周波数（１０Ｈｚ）における上記波形ア〜クの位相の９０°からのズレ量を拡大して示したものである。図示するように、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが相互に１０Ｈｚで一致する場合の波形エでは、位相は９０°からズレていない。これに対し、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが相互に異なる場合において、その差が小さいほど位相の９０°からのズレ量が大きくなる（波形ア＜イ＜ウ、波形オ＞カ＞キ＞ク）。なお、拡大して図示しないが、タイヤ回転周波数における上記波形ア〜クの位相の９０°からのズレ量も同様の傾向である。

以上に対し、図１２は、改善前の比較例であって、上記ゲイン加算器４０が第１重み付け調整器３８ａから入力されるサブフレーム共振抑制用ゲインと第２重み付け調整器３８ｂから入力されるシミー抑制用ゲインとを単純加算した場合、すなわち上記重み付け係数α、βが周波数に拘わらず常時１の場合に得られるボード線図である。

図１２において、例えば、波形サは、カットオフ角周波数ω_ｃがサブフレーム共振周波数１０Ｈｚに固定的に設定された図５のサブフレーム共振抽出フィルタ３９の周波数特性（図２の符号Ａ参照）に係数１を乗算することで得られたサブフレーム共振抑制用ゲイン（図２の符号Ｂ参照）と、カットオフ角周波数ω_ｃが車速に応じて変化するタイヤ回転周波数７Ｈｚに合わせて可変的に設定された図７のシミー抽出フィルタ３５の周波数特性（図２の符号Ｃ参照）に図８の最終ゲイン調整係数を乗算しさらに係数１を乗算することで得られたシミー抑制用ゲイン（図２の符号Ｅ参照）とを相互に加算（単純加算）した場合に得られる波形である。他の波形シ、ス、セ、ソ、タ、チ、ツも、それぞれ、タイヤ回転周波数が８，９，１０，１１，１２，１３，１４Ｈｚに可変的に設定されている点を除き、これに準じて同様である。

ゲイン線図において、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが共に１０Ｈｚである場合の波形セを除き、各波形とも、サブフレーム８の共振周波数由来のピークと、タイヤ回転周波数由来のピークとの２つのピークを有する。

ここで、図１１と図１２とを比較すると、１０Ｈｚにおける図１１の波形エのピークはゲインがおよそ１０なのに対し、１０Ｈｚにおける図１２の波形セのピークはゲインが２０ある。これは、図１１では、１０Ｈｚにおける第１重み付け係数αが０．３５、第２重み付け係数βが０．７なのに対し、図１２では、上記重み付け係数α、βが周波数に拘わらず常時１だからである。

一方、位相線図においては、上記波形セを除き、各波形とも、サブフレーム８の共振周波数由来のピークの位相と、タイヤ回転周波数由来のピークの位相とが共に９０°からズレている。

図１４は、図１２の単純加算の場合のサブフレーム共振周波数（１０Ｈｚ）における上記波形サ〜ツの位相の９０°からのズレ量を拡大して示したものである。図示するように、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが相互に１０Ｈｚで一致する場合の波形セでは、位相は９０°からズレていない。これに対し、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃと、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃとが相互に異なる場合において、その差が小さいほど位相の９０°からのズレ量が大きくなる（波形サ＜シ＜ス、波形ソ＞タ＞チ＞ツ）。なお、拡大して図示しないが、タイヤ回転周波数における上記波形サ〜ツの位相の９０°からのズレ量も同様の傾向である。

ここで、図１３と図１４とを比較すると、図１３の重み付け加算の場合に比べて、図１４の単純加算の場合は、サブフレーム共振周波数（１０Ｈｚ）における位相の９０°からのズレ量が増大している。このことは、後述する粘性付与制御にとって好ましくない。言い換えると、重み付け加算することによって粘性付与制御が改善されたことになる。

図２に戻り、振動抑制トルク生成部３６は、入力された振動抑制用ゲインに基いて振動抑制トルクを生成する。具体的に、振動抑制トルクは、振動抑制用ゲインが大きいほど大きい値に生成される。特に振動抑制用ゲインが零のときは、振動抑制トルクは零となる。また、振動抑制用ゲインがピーク（最大値）となるカットオフ角周波数ω_ｃでは、振動抑制トルクもピークとなる。

振動抑制トルク生成部３６で生成された振動抑制トルクは、前述の補正器３３に入力され、前述したように、アシストマップ３２で設定されたモータトルクに加算される（すなわちモータトルクの補正に用いられる）。言い換えると、補正器３３は、シミー抽出フィルタ３５及びゲイン調整器３５ａで出力されたシミー抑制用ゲインと、サブフレーム共振抽出フィルタ３９で出力されたサブフレーム共振抑制用ゲインとを用いて、アシストマップ３２で設定されたモータトルクを、車体側部材、つまりサブフレーム８の共振と、タイヤ回転起因振動、つまりシミーとを抑制するように補正する。

具体的に、振動抑制用ゲインが小さいほど振動抑制トルク生成部３６で生成される振動抑制トルクが小さい値となるので、モータトルクの補正は僅かとなる。特に振動抑制用ゲインが零のときは振動抑制トルクが零となるので、モータトルクは全く補正されなくなる。その結果、運転者の操舵を支援するアシスト制御が振動抑制制御の影響を受けることなく適正に行われる。そのため、運転者の操舵トルクにアシストトルクが応答性良く追従し、良好な操舵フィーリングが得られる。

逆に、振動抑制用ゲインが大きいほど振動抑制トルク生成部３６で生成される振動抑制トルクが大きい値となるので、モータトルクはサブフレーム共振及び／又はシミーを抑制するように大幅に補正される。特にカットオフ角周波数ω_ｃ（＝サブフレーム共振周波数＝シミー発生周波数）では振動抑制トルクがピーク（最大値）となるので、モータトルクはより一層大幅に補正される。

また、振動抑制用ゲインが位相が進められずに出力される場合は、補正器３３によるモータトルクの補正が位相がズレずに行われる。その結果、制御系におけるいわゆる剛性が付与され、相対的に周期の短い振動がこの剛性によって確実にかつ効果的に抑制される。

逆に、振動抑制用ゲインが位相が進められて出力される場合（特に９０°進められて出力される場合）は、補正器３３によるモータトルクの補正が位相がズレて（特に９０°ズレて）行われる。その結果、制御系におけるいわゆる粘性が付与され、相対的に周期の長い振動がこの粘性によって確実にかつ効果的に抑制される（粘性付与制御）。

すなわち、シミー抽出フィルタ３５のカットオフ角周波数ω_ｃを種々様々なシミー発生周波数に変更可能に合致させることで、タイヤシミーの抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置が提供される。要すれば、シミー発生周波数においては、ゲイン調整器３５ａで出力された振動抑制用ゲインを位相を９０°進めて出力することにより粘性を付与する粘性付与制御が達成される。

一方、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のカットオフ角周波数ω_ｃをサブフレーム共振周波数に固定的に合致させることで、サブフレーム共振の抑制が可能な電動パワーステアリングの制御装置が提供される。要すれば、サブフレーム共振周波数においては、サブフレーム共振抽出フィルタ３９で出力された振動抑制用ゲインを位相を９０°進めて出力することにより粘性を付与する粘性付与制御が達成される。

次に、本実施形態の作用を説明する。

（１）本実施形態においては、操舵装置にアシストトルクを付与するためのモータ２０と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、上記トルクセンサ１０で検出された操舵トルクに基いて上記モータ２０が出力すべきモータトルクを設定するアシストマップ３２とを有する電動パワーステアリングの制御装置において、上記モータ２０の回転角度を検出するモータ角度センサ１２と、上記モータ角度センサ１２で検出されたモータ２０の回転角度をフィルタ処理することにより、サブフレーム８の共振を抑制するための振動抑制用ゲイン、すなわちサブフレーム共振抑制用ゲインと、タイヤの回転に起因して発生する振動であるシミーを抑制するための振動抑制用ゲイン、すなわちシミー抑制用ゲインとを出力するフィルタ処理手段３９，３５と、上記フィルタ処理手段３９，３５で出力された振動抑制用ゲインを用いて、上記アシストマップ３２で設定されたモータトルクを上記サブフレーム８の共振及びシミーを抑制するように補正する補正器３３とが備えられる。

上記フィルタ処理手段３９，３５は、カットオフ角周波数ω_ｃがサブフレーム８の共振周波数に固定的に設定され、上記カットオフ角周波数ω_ｃにおいて、ゲインがピーク（最大値）となり、位相が９０°進む周波数特性を有するサブフレーム共振抽出フィルタ３９と、カットオフ角周波数ω_ｃが車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定され、上記カットオフ角周波数ω_ｃにおいて、ゲインがピーク（最大値）となり、位相が９０°進む周波数特性を有するシミー抽出フィルタ３５とを備える。

また、上記サブフレーム共振抽出フィルタ３９のゲインと、上記シミー抽出フィルタ３５のゲインとを加算し、加算した値を振動抑制用ゲインとして補正器３３側に出力するゲイン加算器４０が備えられる。

この構成によれば、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のゲインとシミー抽出フィルタ３５のゲインとが加算されて補正器３３側に出力される。

その場合に、サブフレーム共振抽出フィルタ３９においては、カットオフ角周波数ω_ｃがサブフレーム８の共振周波数に固定されるので、当該サブフレーム８の共振が常に振動抑制用ゲインに基くトルク補正により安定的に抑制される。

一方、シミー抽出フィルタ３５においては、カットオフ角周波数ω_ｃがタイヤ回転周波数に合わせて変更されるので、シミーがどの周波数で起きたとしても、当該シミーが常に振動抑制用ゲインに基くトルク補正により抑制される。そのため、シミー発生周波数が車両毎に相違したり懸架装置９の経時変化等により経時的に変化しても良好に対応でき、車両の個体差や経時変化に拘わらず、シミーが常に抑制される。また、シミー発生周波数を予め知る必要がないので、シミーの抑制を簡単に実現できる。

しかも、いずれの場合も、振動抑制用ゲイン（サブフレーム共振抑制用ゲイン、シミー抑制用ゲイン）の位相が９０°進んでいるので、補正器３３によるモータトルクの補正が位相が９０°ズレて行われる。その結果、粘性が付与され（粘性付与制御）、サブフレーム８の共振及びシミーが粘性によって確実にかつ効果的に抑制される。

（２）本実施形態においては、上記ゲイン加算器４０が上記サブフレーム共振抽出フィルタ３９のゲインと上記シミー抽出フィルタ３５のゲインとを加算する前に上記サブフレーム共振抽出フィルタ３９のゲイン及び上記シミー抽出フィルタ３５のゲインをそれぞれ重み付けする第１重み付け調整器３８ａ及び第２重み付け調整器３８ｂがさらに備えられる。

この構成によれば、サブフレーム共振抽出フィルタ３９のゲイン及びシミー抽出フィルタ３５のゲインを重み付けすることにより、重み付けしないときに比べて、両ゲイン同士を加算しても、カットオフ角周波数ω_ｃにおける位相の９０°からのズレ量が小さくなる。そのため、粘性付与制御が確保されて、サブフレーム８の共振及びシミーが常に粘性によって確実にかつ効果的に抑制される。

（３）図１５は、本実施形態における上記粘性付与制御を実行する前（改善前）と実行した後（改善後）とでサブフレーム共振及びシミーがステアリングホイール１に伝達され難くなったことを示す実験データである。実験例１と２とではタイヤの重量が異なり、実験例１のタイヤは実験例２のタイヤよりも軽いタイヤであった。いずれの場合も、サブフレーム共振周波数及びシミー発生周波数では振動抑制用ゲインを位相を９０°進めて出力する粘性付与制御を実行することにより、タイヤ回転周波数の略全域に亘って振動レベルが低下している。

なお、上記実施形態では、電動パワーステアリングはコラムアシスト型であったが、他の型の電動パワーステアリングにも本発明は適用可能である。

また、上記実施形態では、アシストマップの出力はモータトルクであったが、これに代えて、モータに印加する電流値であってもよい。

また、上記実施形態では、図２から明らかなように、ローパスフィルタ３１、アシストマップ３２、補正器３３、電流制御部３４、シミー抽出フィルタ３５、ゲイン調整器３５ａ、振動抑制トルク生成部３６、タイヤ回転周波数変換部３７、第１重み付け調整器３８ａ、第２重み付け調整器３８ｂ、サブフレーム共振抽出フィルタ３９、及びゲイン加算器４０は、ＥＣＵ３０内に包含されていたが、これに限られないことはいうまでもない。

また、上記実施形態で示された補正器３３によるモータトルクの補正の仕方や振動抑制トルク生成部３６による振動抑制トルクの生成の仕方はあくまでも例示であって、これに限られないことはいうまでもない。

また、上記実施形態で示された数値もまたあくまでも例示であって、これに限られないことはいうまでもない。

さらに、上記粘性付与制御は、サブフレーム共振周波数及びシミー発生周波数で振動抑制用ゲインを位相を９０°進めて出力する場合に限られない。例えば、サブフレーム共振周波数及びシミー発生周波数を含む所定の周波数帯域（サブフレーム共振周波数及びシミー発生周波数に所定の範囲内で近い領域）で振動抑制用ゲインを位相を略９０°（９０°に所定の範囲内で近い度数）進めて出力する場合においても粘性付与制御は達成可能である。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
８ サブフレーム（車体側部材）
９ 懸架装置
１０ トルクセンサ（検出手段）
１２ モータ角度センサ（回転角度検出手段）
２０ モータ
３０ ＥＣＵ
３２ アシストマップ（設定手段）
３３ 補正器（補正手段）
３５ シミー抽出フィルタ（フィルタ処理手段、第２のフィルタ）
３５ａ ゲイン調整器（フィルタ処理手段）
３７ タイヤ回転周波数変換部
３８ａ 第１重み付け調整器（フィルタ処理手段）
３８ｂ 第２重み付け調整器（フィルタ処理手段）
３９ サブフレーム共振抽出フィルタ（フィルタ処理手段、第１のフィルタ）
４０ ゲイン加算器（フィルタ処理手段）
Ａ サブフレーム共振抽出フィルタの抽出結果とゲインとの積
Ｂ サブフレーム共振抑制用ゲイン
Ｃ シミー抽出フィルタの抽出結果とゲインとの積
Ｄ 振動抑制用ゲイン
Ｅ シミー抑制用ゲイン

Claims (2)

1. 操舵装置にアシストトルクを付与するためのモータと、
   運転者の操舵トルクを検出する検出手段と、
   上記検出手段で検出された操舵トルクに基いて上記モータが出力すべきモータトルクを設定する設定手段とを有する電動パワーステアリングの制御装置であって、
   上記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   上記回転角度検出手段で検出されたモータの回転角度をフィルタ処理することにより、車体側部材の共振と、タイヤの回転に起因して発生する振動であるタイヤ回転起因振動とを抑制するための振動抑制用ゲインを出力するフィルタ処理手段と、
   上記フィルタ処理手段で出力された振動抑制用ゲインを用いて、上記設定手段で設定されたモータトルクを上記車体側部材の共振及びタイヤ回転起因振動を抑制するように補正する補正手段とが備えられ、
   上記フィルタ処理手段は、
   カットオフ角周波数が所定の車体側部材の共振周波数に固定的に設定され、上記カットオフ角周波数において、ゲインが所定の大きさとなり、位相が９０°進む周波数特性を有する第１のフィルタと、
   カットオフ角周波数が車速に応じて変化するタイヤ回転周波数に合わせて可変的に設定され、上記カットオフ角周波数において、ゲインが所定の大きさとなり、位相が９０°進む周波数特性を有する第２のフィルタと、
   上記第１のフィルタのゲインと、上記第２のフィルタのゲインとを加算し、加算した値を振動抑制用ゲインとして補正手段側に出力するゲイン加算器とを備えることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリングの制御装置において、
   上記フィルタ処理手段は、上記ゲイン加算器が上記第１のフィルタのゲインと上記第２のフィルタのゲインとを加算する前に上記第１のフィルタのゲイン及び上記第２のフィルタのゲインをそれぞれ重み付けする重み付け調整器をさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。

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