JP3027873B2 - 電動式パワー・ステアリング装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はモータの回転出力によ
って操舵力を補助する電動式パワー・ステアリング装置
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワー・ステアリング装置
においては，操舵トルク検出値および車速検出値に基づ
いて操舵アシスト（補助）モータを制御し，操舵アシス
ト・トルクを発生していた。このような電動式パワー・
ステアリング装置においては，アシスト・モータの慣性
力により高車速時の手放し安定性が不足するために，制
動用回路を設け，ハンドルの中立位置近傍においてアシ
スト・モータを制動する装置が考えられている（たとえ
ば実開昭61−169675号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの装置
は，高車速時の手放し戻り時の不安定性を粘性制動によ
って安定化しているために，安定性を改善することはで
きるが，ハンドルの戻り速度が不足し，運転者に不快な
操舵フィーリングを与えるという問題がある。

【０００４】この発明は，手放し戻り時の安定性を確保
しつつ戻り速度を早くし，しかもオーバシュートをでき
るだけ少なくすることのできる電動式パワー・ステアリ
ング装置および方法を提供することを目的とする。

【０００５】この発明による電動式パワー・ステアリン
グ装置は，検出操舵トルク，検出車速等に基づいてアシ
スト指令を作成し，このアシスト指令により，操舵アシ
スト・トルクを発生する操舵アシスト・モータを制御す
るものにおいて，舵角速度を検出する手段，舵角加速度
を検出する手段，ならびに検出した舵角速度および舵角
加速度を入力とし，舵角速度，舵角加速度および慣性補
償値のそれぞれについてのメンバーシップ関数ならびに
これらの間の関係について記述したファジィ推論ルール
を用いて，慣性補償値をファジィ推論するファジィ推論
手段を備えている。上記ファジィ推論手段の用いるファ
ジィ推論ルールは，正，零および負の値をもつ舵角速
度，舵角加速度および慣性補償値に対して舵角加速度が
大きければ大きいほど慣性補償値を大きくし，かつ舵角
速度が大きければ大きいほど慣性補償値を小さくするも
のである。上記ファジィ推論手段により得られる慣性補
償値によって上記アシスト指令が補正される。

【０００６】この発明による電動式パワー・ステアリン
グ方法は，検出操舵トルク，検出車速等に基づいてアシ
スト指令を作成し，このアシスト指令により，操舵アシ
スト・トルクを発生する操舵アシスト・モータを制御す
る電動式パワー・ステアリング装置において，舵角速度
を検出し，舵角加速度を検出し，検出した舵角速度およ
び舵角加速度を入力とし，舵角速度，舵角加速度および
慣性補償値のそれぞれについてのメンバーシップ関数な
らびに正，零および負の値をもつ舵角速度，舵角加速度
および慣性補償値に対して舵角加速度が大きければ大き
いほど慣性補償値を大きくし，かつ舵角速度が大きけれ
ば大きいほど慣性補償値を小さくするというファジィ推
論ルールを用いて，慣性補償値をファジィ推論し，上記
アシスト指令を，上記ファジィ推論により得られる慣性
補償値によって補正するものである。

【０００７】好ましくは，車速センサから得られる車速
に応じて，車速が小さいほど慣性補償値を相対的に小さ
くする。

【０００８】

【作用】舵角速度と舵角加速度が検出され，ファジィ推
論手段に与えられる。ファジィ推論手段には，舵角速
度，舵角加速度および慣性補償値のそれぞれについてメ
ンバーシップ関数が設定されているとともに，舵角速度
および舵角加速度を前件部とし，慣性補償値を後件部と
するファジィ推論ルールが設定されている。このファジ
イ推論ルールは，正，零および負の値をもつ舵角速度，
舵角加速度および慣性補償値に対して舵角加速度が大き
ければ大きいほど慣性補償値を大きくし，かつ舵角速度
が大きければ大きいほど慣性補償値を小さくするもので
ある。

【０００９】検出された舵角速度および舵角加速度を入
力として，ファジィ推論手段では上記ファジィ推論ルー
ルにしたがうファジィ推論が実行され，慣性補償値が出
力として得られる。この慣性補償値を用いてアシスト指
令が補正され，補正されたアシスト指令によって操舵ア
シスト・モータが制御される。

【００１０】

【発明の効果】この発明によると，上述のように舵角加
速度と舵角速度との両方の値から直接に慣性補償値をフ
ァジィ推論するようにしたので，操舵アシスト・モータ
のロータ慣性の影響を打ち消すための慣性補償値を，モ
ータの加速，減速などの急動作に応じた大きな値にする
ことができたり，慣性補償値を条件によっては急変化さ
せたりすることができるなどの非線形補償を行なうこと
ができる。これにより，より効果的にモータのロータ慣
性を補償することができる。また舵角速度と舵角加速度
の２つの値に基づいて慣性補償値を直接に決定するの
で，より細かい補償ができる。

【００１１】さらに車速に応じた粘性補償や速度の符号
に応じた摩擦の補償などを簡単なルールの追加で行なう
ことができ，性能を容易に向上させることが可能であ
る。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明による電動式パワー・ステア
リング装置の実施例の全体を機能的に示すブロック図で
ある。図２はこのパワー・ステアリング装置が適用され
るステアリング機械系の一例を示す構成図である。

【００１３】まず図２に示すパワー・ステアリング機械
系について説明しておく。

【００１４】操舵ハンドル71の回転力はハンドル軸を経
てピニオン・ギヤを含むステアリング・ギヤ72に伝達さ
れ，さらに上記ピニオン・ギヤによりラック軸74に伝達
され，ナックル・アーム等を経て車輪75が転向される。
また，コントロール装置11により制御駆動される操舵ア
シスト（補助）モータ（ＤＣモータ）10の回転力はピニ
オン・ギヤを含むステアリング・ギヤ73とラック軸74と
の噛み合いによりラック軸74に伝達され，ハンドル71に
よる操舵を補助することになる。ハンドル71とモータ10
の回転軸はギヤ72，73およびラック軸74により機械的に
連結されている。操舵トルク・センサ21により操舵トル
ク（捩りトルク）が検出され，また車速センサ22により
車速が検出され，後述するようにこれらの検出トルク，
車速等に基づいてコントロール装置11はモータ10を制御
する。コントロール装置11およびモータ10には車両に搭
載されたバッテリ12からその動作電力が供給される。

【００１５】コントロール装置11は，電流検出器，モー
タ10を駆動する駆動回路，モータ10の全体的な制御を統
括するコンピュータ（ＣＰＵ，たとえばマイクロプロセ
ッサ），メモリ，コンピュータと上記の入，出力機器と
のインターフェイス回路等から構成されている。図１
は，コントロール装置11に内蔵されたコンピュータの各
種機能をブロック的に，他の入，出力機器，各種回路を
示すブロックとともに描いたものと位置付けることがで
きる。

【００１６】図１において，アシスト指令部20にはトル
ク・センサ21の検出トルクＶ_T と車速センサ22の検出車
速Ｖ_S とが与えられる。アシスト指令部20内のアシスト
・トルク値指示関数部23は検出トルクＶ_T に応じてモー
タ10によって発生すべきアシスト・トルクを表わす指令
値を出力する。また乗算定数関数部24は検出車速Ｖ_S に
応じて定数を発生し，この定数が乗算演算部25において
上記のアシスト・トルク指令値に乗じられる。この結
果，乗算演算部25から出力されるアシスト・トルク値
（またはモータ電流指令値）は，図３に示すように，検
出トルクＶ_T と検出車速Ｖ_S によって定められた値とな
る。

【００１７】図３は，操舵トルクＶ_T に応じて，一定範
囲の操舵トルクＶ_T に対してはこれにほぼ比例するモー
タ電流が流れ（アシスト・トルクが発生し），上記範囲
を超えるとある一定のモータ電流が流れる（アシスト・
トルクが発生する）ように，そして，車速Ｖ_S に応じ
て，車速Ｖ_S が速いときにはモータ電流（アシスト・ト
ルク）を少なくし，車速Ｖ_S が遅いときにはモータ電流
（アシスト・トルク）を多くするように，モータ10を制
御するためのアシスト指令が発生することを表わしてい
る。

【００１８】検出トルクＶ_T は位相補償部26にも与えら
れ，この位相補償部26によって検出トルクＶ_T の微分値
が乗算演算部25の出力に加算されることにより，最終的
にアシスト指令部20の出力（基準電流指令値）となる。

【００１９】この基準電流指令値には後述するファジィ
推論部50の制御出力（正，零または負の値をもつ）が加
算されたのち，目標電流指令値として電流制御部60に与
えられる。電流制御部60はその全部をハードウェアの回
路で構成してもよいし，その一部をコンピュータ・ソフ
トウェアで実現することもできる。

【００２０】電流制御部60はたとえば，４個のスイッチ
ング素子を含むＨブリッジ駆動法にしたがうＰＷＭ（Pu
lse Width Modulation）パルスを用いたチョッパ動作に
よってモータ10を駆動制御するものであり，電流フィー
ドバック制御を行なう。

【００２１】電機子電流検出部66によってモータ10の電
機子電流が検出され，電流偏差演算部61において，与え
られた目標電流指令値と検出電流との偏差が演算され
る。この偏差の絶対値が絶対値変換部64で得られ，この
絶対値に基づいてＰＷＭパルスのデューティ比が決定さ
れる。一方，上記偏差の極性（正または負）が正負判別
部62で判別される。デューティ生成部65によって生成さ
れたデューティ比と判別された極性はモータ駆動部63に
与えられ，モータ駆動部63はこれらに基づいてＨブリッ
ジ型に配線された４個のスイッチング素子をオン，オフ
制御してモータ10を駆動する。

【００２２】舵角θを検出するセンサ（図示略），舵角
速度（θドット）を検出するセンサ30および舵角加速度
（θツードット）を検出するセンサ40が設けられてい
る。これらのセンサはタコジェネレータ，エンコーダ等
およびそれらの出力を微分または積分する回路で実現で
きる。これらのセンサに代えて，舵角，舵角速度および
舵角加速度を推定するオブザーバを設けてもよい。この
オブザーバは，モータ10の印加電圧と電機子電流とに基
づいて，またはモータ10への指令電流値と測定電機子電
流値とに基づいて，舵角，舵角速度，舵角加速度（モー
タの回転角，回転速度，回転加速度）を推定する。

【００２３】いずれにしても得られた舵角速度および舵
角加速度は舵角加速度の正帰還（慣性制御）を行なうフ
ァジィ推論部50に与えられ，モータ10の制御のために用
いられる。

【００２４】ファジィ推論部50による慣性制御は基本的
にはモータ10のロータ慣性があたかも小さくなったかの
ように制御するためのものであるが，この発明では舵角
速度および舵角加速度に基づいてハンドルの復元力，安
定性等を考慮しつつ，手放し時の戻りスピードが早くな
り，しかもオーバシュートを生じさせないように働く。

【００２５】ファジィ推論部50はバイナリィ・ディジタ
ル・コンピュータを用いて実現することもできるし，フ
ァジィ推論演算専用のアーキテクチャをもつディジタル
またはアナログ・タイプのファジィ・プロセッサによっ
て実現することもできる。

【００２６】いずれにしてもファジィ推論部には，舵角
速度および舵角加速度を前件部とし，慣性補償値を後件
部とするファジィ推論のためのルールがあらかじめ設定
されている。このルールの一例が図４にテーブルの形で
示されている。

【００２７】図４に示すテーブルは11個のルールを表現
している。たとえば，舵角速度がＰＳで，舵角加速度が
ＰＬの欄は次のルールを表わしている。

【００２８】「もし，舵角速度がＰＳでかつ舵角加速度
がＰＬならば，慣性補償値をＰＬとせよ。」

【００２９】ここでＰＬ，ＰＳ，ＺＲ，ＮＳおよびＮＬ
はメンバーシップ関数のラベルを表わし，ＰＬは正に大
きい（Positive Large），ＰＳは正に小さい（Positive
Small），ＺＲはほぼ零（Almost Zero ），ＮＳは負に
小さい（Negative Small），およびＮＬは負に大きい
（Negative Large）をそれぞれ表現している。

【００３０】図４に示すルールの基本的な思想は，舵角
加速度が大きければ（小さければ）慣性補償値を大きく
（小さく）するが，大きくする（小さくする）程度を舵
角速度に応じて規定している。舵角速度が大きい（小さ
い）ほど慣性補償値を小さく（大きく）する。

【００３１】図５は舵角速度および舵角加速度のそれぞ
れについてのメンバーシップ関数を示している。メンバ
ーシップ関数は三角形状のみならず，任意の形のものを
採用しうるのはいうまでもない。

【００３２】図６は慣性補償値についてのメンバーシッ
プ関数を示している。ここでは慣性補償値はシングルト
ンで表現されている。もちろん，慣性補償値を三角形ま
たは他の形状のメンバーシップ関数で表現してもよいの
はいうまでもない。

【００３３】ファジィ推論部50は，入力する舵角速度値
と舵角加速度値とを，上述したメンバーシップ関数およ
びファジィ推論ルールに適用して，慣性補償値のシング
ルトン（メンバーシップ関数）を得，これをデファジフ
ァイ（非ファジィ化）することにより，アシスト指令部
20の出力に加算すべき慣性補償出力を発生する。

【００３４】図７はファジィ推論部50から出力される慣
性補償出力がない場合のハンドル戻り特性を示してい
る。図８はファジィ推論部50から出力される慣性補償出
力を用いてアシスト指令を補正した場合のハンドル戻り
特性を示している。これらのグラフの比較からはっきり
と分るように，この発明による慣性補償をすることによ
り，モータ角度（舵角）の中立位置への収束が速くかつ
オーバシュートが小さくなっている。

【００３５】車速センサ22から出力される車速をファジ
ィ推論部50に与えるようにしてもよい。この場合には，
上述したルールは車速を考慮した形に修正される。たと
えば，車速が小さい（大きい）ほど慣性補償値が相対的
に小さく（大きく）するように修正される。これによ
り，車速が遅い場合にはハンドルの戻り速度も遅くな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す機能ブロック図であ
る。

【図２】パワー・ステアリング機械系の一例を示す構成
図である。

【図３】操舵トルクおよび車両速度に基づいて基準電流
指令値を求めるためのグラフである。

【図４】ファジィ推論ルールの一例を示すテーブルであ
る。

【図５】舵角速度および舵角加速度についてのメンバー
シップ関数を示すグラフである。

【図６】慣性補償値についてのシングルトンを示すグラ
フである。

【図７】慣性補償をしない場合のハンドル戻り特性を示
すグラフである。

【図８】この発明による慣性補償をした場合のハンドル
戻り特性を示すグラフである。

【符号の説明】

10 操舵アシスト・モータ 20 アシスト指令部 21 トルク・センサ 22 車速センサ 30 舵角速度センサ 40 舵角加速度センサ 50 ファジィ推論部 60 電流制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出操舵トルク，検出車速等に基づいて
   アシスト指令を作成し，このアシスト指令により，操舵
   アシスト・トルクを発生する操舵アシスト・モータを制
   御する電動式パワー・ステアリング装置において， 舵角速度を検出する手段， 舵角加速度を検出する手段，ならびに検出した舵角速度
   および舵角加速度を入力とし，舵角速度，舵角加速度お
   よび慣性補償値のそれぞれについてのメンバーシップ関
   数ならびにこれらの間の関係について記述したファジィ
   推論ルールを用いて，慣性補償値をファジィ推論するフ
   ァジィ推論手段を備え， 上記ファジィ推論手段の用いるファジィ推論ルールが，
   正，零および負の値をもつ舵角速度，舵角加速度および
   慣性補償値に対して舵角加速度が大きければ大きいほど
   慣性補償値を大きくし，かつ舵角速度が大きければ大き
   いほど慣性補償値を小さくするものであり， 上記アシスト指令を，上記ファジィ推論手段により得ら
   れる慣性補償値によって補正するようにしたことを特徴
   とする電動式パワー・ステアリング装置。
2. 【請求項２】 検出操舵トルク，検出車速等に基づいて
   アシスト指令を作成し，このアシスト指令により，操舵
   アシスト・トルクを発生する操舵アシスト・モータを制
   御する電動式パワー・ステアリング装置において， 舵角速度を検出し， 舵角加速度を検出し， 検出した舵角速度および舵角加速度を入力とし，舵角速
   度，舵角加速度および慣性補償値のそれぞれについての
   メンバーシップ関数ならびに正，零および負の値をもつ
   舵角速度，舵角加速度および慣性補償値に対して舵角加
   速度が大きければ大きいほど慣性補償値を大きくし，か
   つ舵角速度が大きければ大きいほど慣性補償値を小さく
   するというファジィ推論ルールを用いて，慣性補償値を
   ファジィ推論し， 上記アシスト指令を，上記ファジィ推論により得られる
   慣性補償値によって補正する， 電動式パワー・ステアリング方法。
3. 【請求項３】 車速を検出し，上記ファジィ推論ルール
   に，車速が小さいほど慣性補償値を相対的に小さくする
   ためのルールを加える，請求項２に記載の電動式パワー
   ・ステアリング方法。