JP2802267B2 - システムの入力出力トルク・ゲイン線形化による電気アシスト・ステアリング・システム制御方法及び装置 - Google Patents

システムの入力出力トルク・ゲイン線形化による電気アシスト・ステアリング・システム制御方法及び装置

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JP2802267B2
JP2802267B2 JP9140455A JP14045597A JP2802267B2 JP 2802267 B2 JP2802267 B2 JP 2802267B2 JP 9140455 A JP9140455 A JP 9140455A JP 14045597 A JP14045597 A JP 14045597A JP 2802267 B2 JP2802267 B2 JP 2802267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気アシスト・ス
テアリング・システムに関し、更に詳しくは、システム
の入力出力間のトルク・ゲインを線形化することによっ
て電気アシスト・ステアリング・システムを制御する方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気アシスト・ステアリング・システム
は、この技術分野において、広く知られている。ラック
とピニオン・ギアとの組を用いる電気パワー・アシスト
・ステアリング・システムは、電気モータを用いて、
（ｉ）回転力を、ピニオン・ギアに接続されたステアリ
ング入力シャフトに印加するか、又は、（ｉｉ）線形の
力を、その上にラックの歯を有するステアリング部材に
印加するか、のどちらかによって、パワー・アシストを
提供する。このシステムにおける電気モータは、典型的
には、（ｉ）運転者が車両のステアリング・ホイールに
印加したトルクと、（ｉｉ）感知された車両速度とに応
答して、制御される。
【０００３】米国特許第3,983,953号では、電気モータ
が、入力ステアリング・シャフトに結合され、車両運転
者がステアリング・ホイールに印加したトルクに応答し
て付勢される。電子的な制御システムが、トルク・セン
サと、車両速度センサとを含む。コンピュータが、両方
のセンサによって提供される出力信号を受け取る。この
コンピュータは、印加されたステアリング・トルクと感
知された車両速度とに依存して、モータが与える補助
（アシスト）の量を制御する。
【０００４】ステアリングに対して電気アシストを提供
するには、可変リラクタンス・モータを用いることが望
ましい。電気アシスト・ステアリング・システムにおい
て可変リラクタンス・モータを用いる１つの構成が、Mi
ller他への米国特許第5,257,828号に記載されている。
この'828特許によれば、電流コマンド信号と称されるモ
ータへの電流は、印加されたステアリング・トルク、車
両速度、及びモータの回転子位置と関数関係を有する。
【０００５】ステアリング・アシストを提供するのに可
変リラクタンス・モータを用いることに伴う問題は、付
勢されている間にモータ・トルク・リプルの結果として
このモータが生じる音響ノイズの量である。この問題を
軽減するために、電流プロフィール・マップ・テーブル
を、メモリに記憶しておくことができる。これらの電流
マップは、電流値と回転子位置の値との関係を含む。電
流マップは、円滑なモータ動作を提供する、すなわち、
モータ動作の間のトルク・リプルを減少させることによ
って、音響ノイズを削減するように選択される。
【０００６】電気アシスト・モータの付勢時に生じる音
響ノイズとトルク・リプルとの量は、マップ・テーブル
に記憶されているデータ値の数と関数関係にある。テー
ブルにおけるモータ位置と電流値との間の「スペース」
が大きいほど、それだけ、モータの付勢時に生じるノイ
ズは大きくなる。静かなモータ動作を保証するために電
流マップに十分な値を記憶するのには、かなりの量のメ
モリが必要になる。システムのサイズと費用とを考慮す
ると、電流マップ・テーブルは、静かなモータ動作を提
供するほどには大きくない程度の限定的なサイズに制限
されることになる。電気アシスト・ステアリング・シス
テムのコントローラにおいて利用可能なメモリ容量には
制限があるので、電流値は、テーブルにおける最も近接
するモータ位置値に対応するルックアップ・テーブルか
ら選択される。このタイプの制御は、結果として、可聴
のモータ・ノイズを増加させる。記憶された値の間の補
間が、電流マップにおける記憶された値の数を増加させ
ずに、ノイズとリプルとを減少させる電流コマンドを決
定する１つの方法である。
【０００７】典型的には、可変リラクタンス・モータ
は、与えられた電流と、それよりも小さくモータの磁気
飽和を達成するのに必要な低い電流値に対するトルク・
アウトとの間の非線形性を示す。この結果として、電流
値を達成するために補間法を用いたとしても、ステアリ
ング・システムにおいて、入力トルク（トルク・イン）
と出力トルク（トルク・アウト）との間に非線形の特性
が生じてしまう。ステアリング感覚を向上させるには、
入力トルク特性と出力トルク特性との間に線形関係を維
持することが望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、モー
タ電流コマンドが印加されたステアリング・トルクとモ
ータ位置との両方に基づき電流値を補間することによっ
て決定されるような場合において、システムの入力・出
力トルク・ゲインを線形化することによって、電気アシ
スト・ステアリング・システムを制御する方法及び装置
を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の好適実施例によ
れば、ステアリング制御信号に応答してステアリング・
アシスト・システムを制御する装置が提供される。この
ステアリング・アシスト・システムは、可変リラクタン
ス・モータを含む。この装置は、モータの回転子と固定
子との間の相対的な位置を感知するモータ位置感知手段
を含む。トルク感知手段が、印加されたステアリング・
トルクを感知する。所望のモータ・トルク・アシスト値
が、印加されたステアリング・トルクに応答して、決定
される。修正手段が、修正されたトルク・アシスト値を
提供して、所望のトルク・アシスト値とモータ・トルク
出力との間のゲインを線形化する。複数のモータ・トル
ク・ルックアップ・テーブルが、提供される。それぞれ
のモータ・トルク・ルックアップ・テーブルは、モータ
位置の関数として変動するモータ電流値を有する。複数
のルックアップ・テーブルから、第１及び第２のトルク
・ルックアップ・テーブルを選択する制御手段が、提供
される。ここで、第１のルックアップ・テーブルは、修
正されたモータ・トルク・アシスト値よりも小さなトル
ク値に対応し、第２のルックアップ・テーブルは、修正
されたモータ・トルク・アシスト値よりも大きなトルク
値に対応する。この制御手段は、感知されたモータ位置
に最も近い第１のルックアップテーブルに記憶された２
つのモータ位置に関連する２つの電流値の間を補間する
ことによって、第１のモータ電流値を決定する。また、
この制御手段は、感知されたモータ位置に最も近い第２
のルックアップテーブルに記憶された２つのモータ位置
に関連する２つの電流値の間を補間することによって、
第２のモータ電流値を決定する。更に、この制御手段
は、第１及び第２の決定されたモータ電流値の間を補間
することによって、最終的なモータ電流値を決定する。
モータ制御信号が、決定された最終的なモータ電流値に
応答して、提供される。
【００１０】本発明の好適実施例によって、ステアリン
グ制御信号に応答し、可変リラクタンス・モータを用い
てステアリング・アシストを提供するステアリング・ア
シスト・システムを制御する方法が、提供される。この
方法は、モータの回転子と固定子との間の相対的な位置
を感知することによって、モータ位置を感知するステッ
プと、加えられたステアリング・トルクを感知するステ
ップと、感知された加えられたステアリング・トルクに
応答して所望のモータ・トルク・アシスト値を決定する
ステップと、を含む。この方法は、更に、所望のトルク
・アシスト値を修正して、所望のトルク・アシスト値と
モータ・トルク出力との間のゲインを線形化するステッ
プと、モータ位置の関数として変動するモータ電流値を
それぞれが有する、複数のモータ・トルク・ルックアッ
プテーブルを提供するステップと、を含む。次に、この
方法は、複数のルックアップ・テーブルから、修正され
たモータ・トルク・アシスト値よりも小さなトルク値に
対応する第１のトルク・ルックアップ・テーブルと、修
正されたモータ・トルク・アシスト値よりも大きなトル
ク値に対応する第２のトルク・ルックアップ・テーブル
とを選択する。この方法は、更に、第１のルックアップ
・テーブルに記憶され感知されたモータ位置に最も近い
２つのモータ位置に対応する２つの電流値の間を補間す
ることによって、第１のモータ電流値を決定するステッ
プと、第２のルックアップ・テーブルに記憶され感知さ
れたモータ位置に最も近い２つのモータ位置に対応する
２つの電流値の間を補間することによって、第２のモー
タ電流値を決定するステップと、第１及び第２の決定さ
れたモータ電流値の間を補間することによって、最終的
なモータ電流値を決定するステップと、を含む。モータ
制御信号は、決定された最終的なモータ電流値に応答し
て、提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、電気アシスト
・ステアリング・システム１０は、ピニオン・ギア１４
に動作的に接続されたステアリング・ホイール１２を含
む。詳細には、車両のステアリング・ホイール１２は、
入力シャフト１６に接続され、ピニオン・ギア１４は、
出力シャフト１７に接続される。入力シャフト１６は、
トーション・バー１８を介して、出力シャフト１７に動
作的に結合される。トーション・バー１８は、印加され
たステアリング・トルクに応答してねじれ、入力シャフ
ト１６と出力シャフト１７との間の相対的な回転を可能
にする。ストップ（図示せず）が、入力シャフト１６と
出力シャフト１７との間の相対的な回転量を、この技術
分野において周知の態様で、制限する。
【００１２】ピニオン・ギア１４は、ラックすなわち線
形のステアリング部材２０上の直線状に切られた歯にか
み合って係合する螺旋状の歯を有する。ピニオン・ギア
１４は、ラック部材の上に直線状に切られたギア歯と組
み合わされて、ラックとピニオン・ギアとの組を形成す
る。ラック２０は、ステアリング・リンケージを用い
て、既知の態様で、車両のステアリング可能な車輪（ス
テアラブル・ホイール、steerable wheels）２２、２４
に、ステアリング可能に結合される。ステアリング・ホ
イール１２がターンされる際には、ラックとピニオン・
ギアとの組は、ステアリング・ホイール１２の回転運動
をラック２０の線形運動に変換する。ラック２０が線形
に運動するときには、ステアリング可能な車輪２２、２
４は、それに付随するステアリング軸の周囲でピボット
運動し、車両がステアリングされる。
【００１３】電気アシスト・モータ２６は、ラック２０
に駆動的に接続されている。電気アシスト・モータ２６
は、付勢されると、ステアリング・アシストを提供し、
それによって、車両運転者による車両ステアリング・ホ
イール１２の回転を補助する。本発明の好適実施例で
は、電気アシスト・モータ２６は、可変リラクタンス・
モータである。可変リラクタンス・モータの使用が望ま
しいのは、このモータが、小型で、低摩擦で、トルク対
慣性比が高いという理由による。
【００１４】モータ２６は、好ましくは、４磁極型のモ
ータであり、固定子は、４つの磁極対を有し、回転子は
６つの回転子磁極を有する。可変リラクタンス・モータ
の動作と、その動作原理とは、この技術分野において広
く知られている。基本的には、固定子磁極は、対（ペ
ア）で付勢される。回転子は、付勢された固定子磁極と
回転子磁極との間のリラクタンスを最小化するように運
動する。最小のリラクタンスは、一対の回転子磁極が付
勢された固定子磁極と整列（aligned）するときに生じ
る。いったん最小のリラクタンスが達成されれば、すな
わち、回転子磁極が付勢された固定子磁極と整列すれ
ば、これらの付勢された固定子コイルは消勢されて、隣
接する一対の固定子コイルが付勢される。モータの回転
方向は、固定子コイルが付勢されるシーケンスによって
制御される。モータによって生じるトルクは、固定子コ
イルを流れる電流によって制御される。固定子コイルを
流れる電流は、この技術分野で広く知られたパルス幅変
調（ＰＷＭ）技術によって制御される。電流が、電気エ
ネルギ源とモータとの間に接続されたパワー・スイッチ
をパルス幅変調することによってモータに与えられる。
電気アシスト・ステアリング・システムの中の可変リラ
クタンス・モータを制御する好適な態様は、ＴＲＷ社に
譲渡された、Miller他への米国特許第5,257,828号に完
全に開示されている。この米国特許は、本明細書で全体
を援用する。
【００１５】電気アシスト・モータ２６は、好ましくは
ボール・ナット駆動構成を用いて、ラック部材２０に駆
動的に接続される。この構成は、Drutchasへの米国特許
第4,415,054号（現在では、再発行特許第32,222号）に
完全に開示されている。この米国特許は、本明細書で全
体を援用する。基本的には、モータが付勢されると、回
転子がターンし、それにより、ボール・ナット駆動構成
のナット部分が回転する。ナットが回転すると、ボール
が、線形の力を、ラックに転送する。ラック運動の方向
は、モータの回転方向に依存する。
【００１６】回転子位置センサ５４は、モータ回転子と
モータ固定子又はモータ・ハウジングとに動作的に接続
されている。回転子位置センサ５４の機能は、モータの
固定子に対するモータの回転子の位置を示す電気信号を
提供することである。回転方向と印加されたトルクとを
含む可変リラクタンス・モータの適切な動作のために
は、固定子に対する回転子の位置を知る必要がある。回
転子位置センサの詳細な構造は、上述のMiller他への'8
28特許に記載されている。他のタイプの回転子位置セン
サを本発明と共に用いることも、考えられる。
【００１７】本発明の好適実施例では、物理的な回転子
位置センサが提供される。この技術分野では、回転子の
位置は、物理的位置センサ以外の手段によっても、決定
され得ることが知られている。例えば、付勢されていな
い固定子コイルを流れる電流をモニタし、この感知され
た電流に基づいて、回転子の位置を決定することができ
る。別個の位置センサを用いずに回転子の位置を感知す
る１つの特定の構成が、米国特許第5,072,166号に開示
されており、この米国特許は、その全体を本出願で援用
する。本発明では、別個の位置センサと、付勢されてい
ないコイルを流れる電流などの何らかの測定された動作
パラメータに基づいて回転子の位置を決定するアルゴリ
ズムとの両方を用いることを考える。
【００１８】ステアリング位置センサ１０３は、入力シ
ャフト１６と出力シャフト１７とに亘って動作的に接続
され、入力シャフト１６と出力シャフト１７との間の相
対的な回転位置を示す値を有する電気信号を提供する。
この位置センサ１０３は、トーション・バー１８と組み
合わされて、トルク・センサ１１０を形成する。位置セ
ンサ１０３の出力は、車両運転者によって車両のステア
リング・ホイール１２に印加されたステアリング・トル
クを示す。
【００１９】トルク・センサ１１０の出力は、トルク・
アシスト関数回路１１１に接続されている。トルク・ア
シスト関数回路１１１は、印加されたステアリング・ト
ルクと関数関係にある値を有する信号を出力するが、こ
の関数関係は、ステアリング感覚を向上させるように設
計されている。回路１１１の出力と印加されたステアリ
ング・トルクの入力との間で考えられる１つの関数関係
は、「スマイル」曲線である。それ以外の考え得る関係
には、１９９４年５月２０日に出願された出願手続継続
中の米国特許出願第246,947号（McLaughlin）と、１９
９４年３月１１日に出願された出願手続継続中の米国特
許出願第212,112号（McLaughlin他）と、に開示されて
いるものがある。これらは、共に、本出願において援用
する。
【００２０】アシスト関数回路１１１の出力は、進み／
遅れ（lead/lag）フィルタ１１２に接続される。進み／
遅れフィルタ１１２は、トルク信号を処理し、それを、
方向信号１１４と大きさ信号１１６とに分離する。トル
ク信号を処理する際には、進み／遅れフィルタ１１２
は、トルク信号の値を増幅する。
【００２１】当業者であれば、トーション・センサ信号
の出力の濾波（フィルタリング）は、ここで特に示され
説明されているものとは異なるようにも、トルク・コマ
ンド・テーブル１１８上で配分され得ることを理解する
だろう。例えば、アシスト関数回路は、テーブル１１８
に直接に接続され、濾波１１２は、テーブルの出力にお
いて生じる。
【００２２】トルクの大きさの値１１６は、好ましく
は、トルクの大きさに基づくトルク・ルックアップ・テ
ーブル１１８を用いることによって、トルク・コマンド
信号に変換される。トルク・コマンドは、電気アシスト
・モータからの所望のトルク・アシストを示す値であ
る。この値は、また、トルク・デマンドとも称される。
トルク・コマンド・テーブル１１８の出力は、速度フォ
ールド・バック回路１２１に接続される。車両速度セン
サ１１９は、車両に動作的に接続され、出力１２９を有
する。速度センサ１１９は、車両速度を示す値を有する
信号１２９を与える。当業者であれば、車両速度センサ
は、車両の車輪か、又は、車両速度の関数である周波数
でパルスを発生する車両のトランスミッションかに接続
された装置を含むことを理解するだろう。速度センサ
は、更に、パルス周波数を車両速度を示す値を有する信
号に変換する回路を含む。
【００２３】速度センサ１１９の出力１２９は、速度フ
ォールド・バック回路１２１と、減衰制御回路２２０と
に、動作的に接続される。速度センサ１１９の出力１２
９とトルク・コマンド・テーブル１１８からの出力と
は、速度フォールドバック回路１２１において合成され
る。この技術において周知であるように、車両ステアリ
ング・システムに対して望まれるパワー・アシストの量
は、車両速度が増加するにつれて減少する。したがっ
て、ステアリング作用（maneuvers）に対する適切な又
は望ましい感覚を維持するためには、車両の速度が増加
するにつれてステアリング・アシストの量を減少させる
ことが望ましい。これは、この技術で公知の態様で、速
度フォールド・バック回路１２１を用いることによっ
て、達成される。速度フォールドバック回路１２１の出
力１２６は、車両速度の関数として「補正された」（co
rrected）トルク・コマンド信号である。
【００２４】出力１２６は、ソフト・スタート制御回路
１３０に接続される。ソフト・スタート制御回路１３０
は、また、いつ車両が最初に動き始めたかを検出するた
めに、車両イグニション・スイッチ１３２にも、動作的
に接続されている。ソフト・スタート制御回路１３０の
目的は、車両が最初に動き始めた瞬間に、すべてのアシ
ストが車両に提供されることを回避することである。車
両運転者が、イグニション・スイッチをスタート位置に
ターンしながら片手でステアリング・ホイールにトルク
を加えることは、まれではない。すべてのパワー・アシ
ストが直ちに得られてしまうと、ステアリング・ホイー
ルは運転者の手においてガタガタ揺れてしまう（jer
k）。ソフト・スタート制御回路１３０によって、この
不都合な状態が生じることが回避され、車両のモータが
（クランク速度とは異なる）ある速度で動作するまでは
すべてのパワー・アシストを提供しない液圧式のパワー
・アシスト・ステアリング・システムのシミュレーショ
ンがなされる。
【００２５】ソフト・スタート制御回路１３０の出力
は、車両の動作開始のための当初の時間遅延の後では、
車両速度に対して補正のなされたトルク・デマンド又は
リクエスト信号である。ソフト・スタート制御回路１３
０の出力は、熱及び電流フォールド・バック回路１３８
に接続される。この熱及び電流フォールドバック回路１
３８は、モータを流れるモータ電流センサ１９０によっ
て感知された電流とモータを駆動するのに用いられるス
イッチ１５４の温度又はメイン・システムのコントロー
ラの温度との関数としてのトルク・リクエスト信号を、
更に修正する。温度フォールド・バック回路は、感知さ
れた温度が所定の値を超えて上昇すると、ソフト・スタ
ート制御回路１３０からのトルク・デマンド出力の値を
減少させる。
【００２６】フォールドバック回路１３８の出力は、ト
ルク・コマンド及び方向（direction）回路１４０に接
続される。方向信号１１４もまた、トルク・コマンド及
び方向回路１４０に接続される。回路１４０は、トルク
方向信号を、（ｉ）車両速度と、（ｉｉ）ソフト・スタ
ートと、（ｉｉｉ）感知されたモータ電流と、（ｉｖ）
スイッチすなわちコントローラの感知された温度と、に
対して「補正」されたトルク・デマンド信号と再合成す
る。トルク・コマンド及び方向回路１４０の出力は、減
衰（ダンピング）制御回路２２０に接続される。
【００２７】減衰制御回路２２０の出力τは、駆動制御
回路１５０に接続される。モータ位置センサ５４の出力
もまた駆動制御回路１５０に接続される。トルク・コマ
ンド及び方向回路１４０の出力の値と関数関係を有する
減衰制御回路２２０の出力に基づき、また、回転子の位
置に基づいて、駆動制御回路１５０は、複数のスイッチ
１５４を介して固定子コイルに印加されるシーケンス及
び電流を用いて、電気アシスト・モータ２６の付勢を制
御するのに用いられるモータ制御信号を提供する。
【００２８】駆動制御回路１５０は、好ましくは、マイ
クロコンピュータである。転流（commutation）又は駆
動パルスは、可変リラクタンス・モータの円滑な動作を
保証するために、センサ５４からのモータ位置データが
処理され得るよりも高速で固定子巻線に出力される必要
があり得る。この問題を解決するためには、回転子の位
置が、何らかの既知の条件と何らかの推定とに基づいて
実際の回転子位置測定の間の所定の時刻において評価さ
れることが好ましい。回転子位置の評価は、W.D. Harri
s & J.H.Lang, "A Simple Motion Estimator for VR Mo
tors", IEEE Industry Application Society Annual Me
eting, October 1988及びA. Lumsdaine, J. H. Lang &
M. J. Balas, "A State Observer for Variable Reluct
ance Motors: Analysis and Experiments", 19th ASILO
MAR Conference on Circuits, Systems &Computers, No
vember 6-8, 1985に記載されている。この両論文は、共
に、全体を本出願で援用する。
【００２９】上述のように、温度センサ１８０は、共通
のヒートシンクに接続されているそれぞれのコイル対の
スイッチ１５４か、又は、マイクロプロセッサかのどち
らかに、動作的に接続される。温度センサ１８０の出力
は、熱及び電流フォールド・バック回路１３８に接続さ
れる。スイッチ１５４又はコントローラの温度が高すぎ
る、すなわち、所定の値よりも高い場合には、トルク・
デマンド信号は減少され、スイッチ又はコントローラへ
の損害を回避する。
【００３０】やはり上述したように、モータ電流センサ
１９０は、電気モータ２６に動作的に接続され、それを
流れる電流の量を感知する。電流センサ１９０の出力
は、熱及び電流フォールド・バック回路１３８に接続さ
れる。モータを流れる感知された電流が高すぎる、すな
わち、所定の値よりも高い場合には、トルク・デマンド
信号の値は減少され、スイッチがバーンアウトするのを
防止する。
【００３１】回転子位置センサ５４からの出力は、ま
た、モータ速度センサ回路２００に接続される。時間の
関数としての回転子の位置変化（微分）は、回転子の、
更には、モータの速度を示す。モータ速度センサ回路２
００の出力は、モータ速度と、回転の符号すなわち方向
とを示す値を有する電気信号である。当業者であれば、
回転子位置を微分する、すなわち、時間の関数としての
回転子位置の変化を見るのではではなく、他の速度感知
構成、たとえば、回転子に接続されたタコメータ又はル
ックアップテーブルを用いた曲線適合構成などによって
も、回転子速度と回転方向とを決定できることを理解す
るだろう。
【００３２】速度センサ２００は、減衰制御回路２２０
に接続された出力２０１を有する。センサ２００の出力
２０１は、モータ速度を示す信号を提供する。モータ速
度信号は、大きさ成分と回転方向成分との両方を有す
る。
【００３３】減衰制御回路２２０は、駆動制御回路１５
０に、減衰されたトルク・コマンド及び方向信号τを出
力する。トルク・コマンド信号は、感知されたモータ速
度の値と感知された車両速度の値との関数である量だ
け、減衰される。トルク・コマンド信号上の減衰関数
は、感知された車両速度と感知されたモータ速度との線
形の又は非線形の関数である。システムの安定性を向上
させるために、減衰は、低い車両速度と低いモータ速度
とでは、低い。減衰は、車両速度が低いままでモータ速
度が上昇するときに増加する。車両速度とモータ速度と
の両方が上昇すると、減衰もまた、増加する。減衰に関
しては、上述の'828特許に、完全に記載されている。
【００３４】減衰は、モータ・レート・フィードバック
と、感知された車両速度との関数であることを理解すべ
きである。電気アシスト・システムを用いて、少なくと
も、液圧式のシステムのシミュレーションを行うことを
望み得るだろう。
【００３５】図２及び図３を参照すると、アシスト・モ
ータ電流を制御する本発明による制御プロセスが、より
良く理解されよう。上述のように、好ましくは、駆動制
御回路１５０は、マイクロコンピュータとして実現され
る。マイクロコンピュータは、その中に、複数のトルク
・テーブルを記憶している。これらのトルク・テーブル
は、その中に、モータ位置の関数としてのモータ電流値
を記憶している。本発明の好適実施例によれば、Ｔ１か
らＴ１０で表される１０のトルク・テーブルが存在す
る。各トルク・テーブルは、所望のトルク・アシストを
達成する離散的なモータ位置値Θに関連する所望のモー
タ電流の関連する離散的な値を有する。所望のモータ電
流値は、モータ位置値と関数関係にある。減衰制御回路
２２０からの出力は、所望のトルク・アシストと称され
る。この出力は、更に補正されてヨーレート（yaw rat
e）安定性を提供するトルク・コマンドを表す。
【００３６】トルク・テーブルＴ１は、最小の印加され
たステアリング・トルク条件に対するものであり、トル
ク・テーブルＴ１０は、最大の予測されるステアリング
・トルクに対するものである。これらの印加されたトル
ク・テーブルは、１０の異なる印加されたステアリング
・トルク値を表すので、減衰制御回路２２０から出力さ
れた所望のトルク値τは、典型的には、これらの１０の
離散的なトルク値の中の２つの間に位置する。
【００３７】可変リラクタンス・モータに対して、印加
されたモータ電流とトルク・ゲインとの関係は、低い電
流コマンド信号に対して、特に、モータの磁気飽和より
下の電流コマンド信号とに対して、非線形である。電流
・トルク間のゲインは、電流コマンド信号値がより大き
な場合には、実質的に線形である。低い電流コマンドの
値に対する電流・トルク間のゲインが非線形な関係であ
ることの結果として、システムの入力トルク・出力トル
ク特性が非線形になる。補正されない場合には、このス
テアリング・システムは、ステアリング・ホイールを介
して、比較的小さなトルク・リクエストに対しては、非
線形の入力トルク・出力トルク特性を示し、高いステア
リング・トルク・リクエストに対しては、線形の入力ト
ルク・出力トルク特性を示す。システムの入力トルク
は、減衰制御回路２２０からのトルク値であり、システ
ムの出力トルクは、モータが生じる実際のトルクであ
る。
【００３８】上述のトルク・テーブル電流マップが決定
されると、所望のモータ・トルク出力値に対する電流コ
マンド信号が、回転位置の値Θにおいて、提供される。
特定のトルク・テーブルにおける離散的なモータ位置値
に対する離散的な電流値は、経験的に決定されて、低い
電流コマンド値に対する電流・トルク間のゲインの非線
形関係を補償する。しかし、所望のトルク・アシスト値
が記憶されたトルク・テーブルの間に、また、テーブル
の中の記憶されたモータ位置の間にあるときには、補間
法が用いられて、所望のトルク・アシスト値に対する電
流コマンド値を決定する。線形補間法を用いて電流コマ
ンド値を決定すると、低い電流コマンド範囲における電
流・トルク間のゲインの非線形関係の結果として、シス
テムの入力トルク・出力トルク特性が非線形となる。従
って、線形補間方法は、結果的に、非線形のステアリン
グ特性を生じる。
【００３９】すべての動作電流コマンドを通じて、線形
のシステム入力トルク・出力トルク特性が線形になるこ
とが望ましい。低い電流コマンドに対するゲインを線形
化することにより、すべての動作電流コマンドに対し
て、線形のシステム入力トルク・出力トルク間のゲイン
が与えられ、従って、帯域幅、応答性、及びステアリン
グ感覚が改善される。
【００４０】図４を参照すると、システムの入力トルク
・出力トルク間のゲイン特性の非線形性を、線形補間法
を用いて電流コマンドを決定する可変リラクタンス・モ
ータに対する低いコマンド電流値において、見ることが
できる。モータに与えられたトルク、すなわち、所望の
アシスト・トルクτがＸ軸にとられ、測定された出力ト
ルクがＹ軸にとられている。低い所望のトルク・アシス
トが磁気飽和よりも低い電流コマンドを用いて与えられ
ると、測定される出力トルクは、与えられたトルクの線
形関数にはなっていない。
【００４１】本発明の好適実施例では、補間によってト
ルク・テーブルにおける離散的な値の間の電流コマンド
値を決定する際には、システムの入力トルク・出力トル
ク間のゲイン特性は、補間に先だって、所望のトルク・
アシスト値τを修正することによって、線形化する。
【００４２】図２を参照すると、制御プロセスは、ステ
ップ３００において開始する。ここでは、マイクロコン
トローラが、この技術において周知の態様で、初期化さ
れる。この初期化の段階では、揮発性の内部メモリがク
リアされ、レジスタは初期値に設定され、フラグは初期
条件に設定される、等である。次に、プロセスは、ステ
ップ３０１に進み、ここでは、システムの入力トルク値
τとモータ位置Θとが、共に、駆動制御回路１５０によ
ってモニタされる。トルク値τは、減衰制御回路２２０
から出力される減衰されたトルク値であり、これは、モ
ニタされると、印加されたステアリング・トルクと関数
関係を有している。モータ位置値Θは、回転子位置セン
サ５４から出力される値である。次に、プロセスは、ス
テップ３０２に進む。
【００４３】ステップ３０２では、所望のトルク・アシ
スト値τが、システムの入力トルク・出力トルク間のゲ
イン特性が非線形のレンジにあるかどうかが判断され
る。所望のトルク値τは、所定のスレショルド値と比較
される。所望のトルク・アシスト値が所定のスレショル
ド値よりも小さいときには、モータは、非線形のレンジ
で動作している。モータに対するスレショルド値は、テ
ーブルの間の線形な補間を用いて与えられたトルク入力
に対するモータの出力トルクを測定することによって、
経験的に決定される。ステップ３０２における判断が肯
定であり、非線形領域での動作を示していれば、プロセ
スは、ステップ３０３に進む。
【００４４】ステップ３０３では、所望のトルク・アシ
ストτを修正して、所望のトルク・アシストτと線形関
係にあるモータ・トルク出力を生じる線形化トルク・コ
マンドτLINを得る。図４から、線形化トルク・コマン
ドτLINは、経験的に決定される測定された出力トルク
τMEASの関数として、次のように表せることがわかる。
【００４５】
【数１】 τLIN＝（１２．０４５＊τMEAS＋５．７８）1/2 数式１を用いて、所望のアシスト・トルクτの値をτ
MEASに等しく設定することにより、修正されたトルク・
コマンドτLINが得られ、これは、結果的に、システム
の入力・出力トルク間のゲイン特性を線形にする。次
に、τLINを用いて、モータ・トルクを制御する。数式
１による線形化トルクτLINは、ステップ３０４に与え
られ、そこで補間プロセスが開始される。当業者であれ
ば、入力・出力トルク間のゲイン特性を線形化するに
は、数式１とは異なる形式及び次数を有する数式によっ
ても可能であることを、理解するはずである。ステップ
３０２における判断が否定であり、所望のトルク・アシ
ストτが線形領域にあることを示している場合には、ス
テップ２２０からの所望のトルク・アシストτは、ステ
ップ３０４に与えられ、そこで、補間プロセスが開始さ
れる。
【００４６】ステップ３０４以下での補間プロセスを説
明するために、所望のモータ・トルクは、減衰制御回路
２２０からの値τの場合でも、修正されたτLINの場合
でも、単にτと称することにする。実際には、τは、必
要であれば、τLINに等しく設定される。トルク値τ
は、Ｔ１とＴ２との間に位置する、すなわち、Ｔ１＜τ
＜Ｔ２であると仮定する。１０のトルク・ルックアップ
テーブルのそれぞれは、感知されたモータ位置Θの関数
として変動する電流値を記憶している。テーブルにおけ
るモータ位置値Θもまた、離散的な値である。従って、
典型的な測定されたモータ位置角度Θは、テーブルに記
憶された２つの離散的な角度の値の間に位置する。テー
ブルＴ１、Ｔ２のグラフは連続的な曲線のように示され
ているが、離散的な電流コマンド値は、離散的なモータ
位置に対して記憶されていることを理解すべきである。
【００４７】以下での説明のために、モータ位置角度Θ
は、Θ１とΘ２との間にある、すなわち、Θ１＜τ＜Θ
２であると仮定する。
【００４８】次に、プロセスは、ステップ３０４に進
み、このステップでは、どの２つのトルク値の間にトル
クτが位置するかが決定される。上述のように、説明の
目的のために、トルク値τは、トルク値Ｔ１とトルクＴ
２との間にあることが仮定されている。従って、これら
の２つのトルク・テーブルは、電気アシスト・モータへ
の電流コマンドを決定する際に用いられる。プロセス
は、次に、ステップ３０６に進み、ここでは、モータ位
置の上側及び下側の値が決定される、すなわち、どの２
つの記憶された角度位置の間に測定されたモータ位置が
入るのかが決定される。
【００４９】同時に、Ｔdel の値が、ステップ３０８に
おいて、次の数式に従って決定される。すなわち、
【数２】Ｔdel ＝（τ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） ステップ３０６からは、プロセスは、ステップ３１０に
至り、このステップでは、第１の電流値Ｉ１が、第１の
トルク・テーブルＴ１からの補間された値に基づいて、
計算される。Ｉ１を決定するには、電流値が、下側のモ
ータ位置Θ１と上側のモータ位置Θ２とに対して決定さ
れる。Ｉ１に対する値は、下側の決定された値と上側の
決定された値との間の補間された電流値である。Ｔ１の
ルックアップテーブルからの下側の決定された値は、Ｔ
１（Θ１）で表され、Ｔ１のルックアップテーブルから
の上側の決定された値は、Ｔ１（Θ２）で表される。補
間は、角度の大きさに関して線形に行われる。補間され
た角度は、次のように表すことができる。すなわち、
【数３】 α＝（Ｔ１（Θ２）−Ｔ１（Θ１））／（Θ２−Θ１） であり、電流値Ｉ１は、
【数４】Ｉ１＝Ｔ１（Θ１）＋（α×（Θ−Θ１）） と表すことができる。ここで、Θは、現在のモータ位置
である。
【００５０】第２の電流値Ｉ２は、同様にして、ステッ
プ３１２において決定される。第２の電流値Ｉ２が、第
２のトルク・テーブルＴ２からの補間された値に基づい
て、計算される。Ｉ２を決定するには、電流値が、下側
のモータ位置Θ１と上側のモータ位置Θ２とに対して決
定される。Ｉ２に対する値は、下側の決定された値と上
側の決定された値との間の補間された電流値である。Ｔ
２のルックアップテーブルからの下側の決定された値
は、Ｔ２（Θ１）で表され、Ｔ２のルックアップテーブ
ルからの上側の決定された値は、Ｔ２（Θ２）で表され
る。補間は、角度の大きさに関して線形に行われる。補
間された角度は、次のように表すことができる。すなわ
ち、
【数５】 α＝（Ｔ２（Θ２）−Ｔ２（Θ１））／（Θ２−Θ１） であり、電流値Ｉ２は、
【数６】Ｉ２＝Ｔ２（Θ１）＋（α×（Θ−Θ１）） と表すことができる。ここで、Θは、現在のモータ位置
である。
【００５１】２つの電流値Ｉ１及びＩ２が、それぞれ、
２つのトルク・テーブルＴ１、Ｔ２から決定された後
で、最終的なモータ・コマンド電流ＩＣＭＤが、ステッ
プ３１４において、別の補間によって決定される。これ
もまた、ステップ３０８において決定されたＴdel の項
を用いる線形の補間である。最終的なモータ・コマンド
電流ＩＣＭＤは、
【数７】ＩＣＭＤ＝Ｉ１＋（（Ｉ２−Ｉ１）×Ｔdel ） として表すことができる。
【００５２】ステップ３１４での最終的な電流コマンド
値ＩＣＭＤの決定の後で、電流コマンドは、ステップ３
１６において、駆動制御回路１５０によって出力され
る。駆動制御回路１５０は、パワー・スイッチ１５４を
パルス幅変調し、この決定された電流値を電気アシスト
・モータにおいて達成する。プロセスは、次に、ステッ
プ３０１にループ状に戻る。
【００５３】当業者であれば、モータ電流は、本発明に
よれば、記憶されたデータ値の有限の組を有するルック
アップテーブルから、無限に滑らかな態様で制御される
ことを理解するであろう。この構成によれば、電気アシ
スト・モータから、可聴のノイズを著しく削減できる。
【００５４】当業者であれば、ここで示され説明された
補間は線形補間法であることを、更に理解するであろ
う。本発明では、非線形の補間法を用いることもできる
駆動制御回路においては、アシスト構成の適切な動作を
保証するために、自己診断機能を含むことが好ましいこ
とが理解できよう。電気アシスト・ステアリング・シス
テムのための自己診断構成は、米国特許第4,660,671号
に完全に記載されており、この米国特許は、本出願で、
全体を援用する。
【００５５】本発明に関する以上の説明から、当業者で
あれば、改良、変更、修正を見いだすであろう。そのよ
うな改良、変更、修正は、冒頭の特許請求の範囲によっ
てカバーされるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気アシスト・ステアリング・シ
ステムを図解する概略的なブロック図である。
【図２】図１の駆動制御回路がたどる制御プロセスを図
解する流れ図である。
【図３】図１の駆動制御回路によって決定される電流コ
マンド値の図解的な表現である。
【図４】電流コマンドを決定するのに線形補間法を用い
るシステムのための、命令された所望のモータ・アシス
ト・トルクと測定されたモータ・トルクとの図解的な表
現である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステアリング制御信号に応答してステア
    リング・アシストを提供し、可変リラクタンス・モータ
    を含むステアリング・アシスト・システムを制御する装
    置であって、 前記モータの回転子と固定子との間の相対的な位置を感
    知するモータ位置感知手段と、 車両ハンド・ホイールに動作的に接続され、加えられた
    ステアリング・トルクを感知するトルク感知手段と、 前記感知された加えられたステアリング・トルクに応答
    して所望のモータ・トルク・アシスト値を決定するモー
    タ・トルク・アシスト決定手段と、 前記所望のトルク・アシスト値を修正して、前記所望の
    トルク・アシスト値とモータ・トルク出力との間のゲイ
    ンを線形化する修正手段と、 モータ位置の関数として変動する複数のモータ電流値を
    それぞれが有する、複数のモータ・トルク・ルックアッ
    プ・テーブルと、 前記修正手段と前記モータ位置感知手段とに動作的に接
    続されており、（ｉ）前記複数のルックアップ・テーブ
    ルから、前記修正されたモータ・トルク・アシスト値よ
    りも小さなトルク値に対応する第１のトルク・ルックア
    ップ・テーブルと、前記修正されたモータ・トルク・ア
    シスト値よりも大きなトルク値に対応する第２のトルク
    ・ルックアップ・テーブルとを選択し、（ｉｉ）前記第
    １のルックアップ・テーブルに記憶され前記感知された
    モータ位置に最も近い２つのモータ位置に関連する２つ
    の電流値の間を補間することによって、第１のモータ電
    流値を決定し、（ｉｉｉ）前記第２のルックアップテー
    ブルに記憶され前記感知されたモータ位置に最も近い２
    つのモータ位置に関連する２つの電流値の間を補間する
    ことによって、第２のモータ電流値を決定し、（ｉｖ）
    前記第１及び第２の決定されたモータ電流値の間を補間
    することによって、最終的なモータ電流値を決定する、
    制御手段と、 前記決定された最終的なモータ電流値に応答して、モー
    タ制御信号を提供する手段と、 から構成される装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記第１のモータ電流
    値と、前記第２のモータ電流値と、前記最終的なモータ
    電流値とを、線形補間法を用いて決定する手段を含む、
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記修正手段は、非線形関数によって、
    前記所望のトルク・アシストを修正する、請求項１記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 ステアリング制御信号に応答してステア
    リング・アシストを提供し、可変リラクタンス・モータ
    を含むステアリング・アシスト・システムを制御する方
    法であって、 前記モータの回転子と固定子との間の相対的な位置を感
    知することによって、モータ位置を感知するステップ
    と、 加えられたステアリング・トルクを感知するステップ
    と、 前記感知された加えられたステアリング・トルクに応答
    して所望のモータ・トルク・アシスト値を決定するステ
    ップと、 前記所望のトルク・アシスト値を修正して、前記所望の
    トルク・アシスト値とモータ・トルク出力との間のゲイ
    ンを線形化するステップと、 モータ位置の関数として変動する複数のモータ電流値を
    それぞれが有する、複数のモータ・トルク・ルックアッ
    プ・テーブルを提供するステップと、 前記複数のルックアップ・テーブルから、前記修正され
    たモータ・トルク・アシスト値よりも小さなトルク値に
    対応する第１のトルク・ルックアップ・テーブルと、前
    記修正されたモータ・トルク・アシスト値よりも大きな
    トルク値に対応する第２のトルク・ルックアップ・テー
    ブルとを選択するステップと、 前記第１のルックアップ・テーブルに記憶され前記感知
    されたモータ位置に最も近い２つのモータ位置に対応す
    る２つの電流値の間を補間することによって、第１のモ
    ータ電流値を決定するステップと、 前記第２のルックアップ・テーブルに記憶され前記感知
    されたモータ位置に最も近い２つのモータ位置に対応す
    る２つの電流値の間を補間することによって、第２のモ
    ータ電流値を決定するステップと、 前記第１及び第２の決定されたモータ電流値の間を補間
    することによって、最終的なモータ電流値を決定するス
    テップと、 前記決定された最終的なモータ電流値に応答して、モー
    タ制御信号を提供するステップと、 から構成される、方法。
  5. 【請求項５】 前記第１のモータ電流値と、前記第２の
    モータ電流値と、前記最終的なモータ電流値とを決定す
    る前記ステップは、線形補間法を用いる、請求項４記載
    の方法。
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