JP3084937B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両に用いて好適な電
動式パワーステアリング装置に係わり、詳しくはモータ
の回転出力によって操舵力を補助するパワーステアリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両のパワーステアリング装置と
して油圧式に代えてモータを用いた電動式のものが使用
されており、モータはアクチュエータとして小型、軽量
等の利点から今後とも増加傾向にある。

【０００３】従来のパワーステアリング装置では、トル
クセンサによって操舵系の操舵トルクを検出するととも
に、車速センサによって車速を検出し、これらの検出結
果に基づいて操舵系に連結されたモータの駆動を制御
し、パワーアシストを行っている。そして、一般的には
車速感応型であり、低速域では軽く、高速域では重くな
るようにトルクセンサ入力に応じてアシスト力を制御し
ている。

【０００４】ところで、上記従来装置では、アシスト用
モータのトルクをギヤで減速してラック軸等に伝達する
構成であるため、アシスト用モータの慣性モーメントが
あたかも大きくなったように作用し、またギヤのフリク
ションが影響して高車速時の収斂性が悪化したり、低車
速時のハンドル戻りが悪化するという不具合があった。

【０００５】そのため、かかる不具合を解消するため
に、舵角加速度に応じた慣性制御信号を加えることで、
アシスト用モータの慣性モーメントによる影響を抑制し
て高車速時の収斂性の悪化や低車速時のハンドル戻り特
性の悪化を軽減する装置を、本出願人は先に提案してい
る（例えば、特開平３ー１７８８７３号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな改良の従来装置にあっては、モータ又はステアリン
グホイールの回転角検出器、あるいは回転角速度検出器
を設ける必要があるため、これらの検出器を備えること
により、パワーステアリング装置が高価になるという問
題点があった。

【０００７】そこで本発明は、コスト低減を図りつつ、
高車速時の収斂性および低車速時のハンドルの戻り特性
を共に向上させることができる電動式パワーステアリン
グ装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による電動式パワーステアリング装置は、操
舵系に連結され、操舵補助トルクを発生するモータと、
操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルク検出手
段および車速検出手段の出力に基づいて前記モータの駆
動を制御する制御手段と、を備えた電動式パワーステア
リング装置において、前記モータの制御情報（例えば、
モータの端子電圧の変化量）に応じて該モータの慣性を
補償する慣性補償値を算出する慣性補償手段を設け、前
記慣性補償手段は、前記モータの電流目標値の変化量に
応じて慣性補償値を補正するものであり、前記制御手段
は、慣性補償手段によって算出された慣性補償値に基づ
いて前記モータの駆動を制御する制御値を補正すること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、モータの制御情報、つまり典型的
にはモータの端子電圧の変化量に基づきモータの回転状
態に応じた慣性補償値が慣性補償手段によって算出さ
れ、アシストモータの駆動を制御するアシスト指令値に
加算される。この場合、モータの電流目標値の変化量に
応じて慣性補償値を補正することが行われる。

【００１０】これにより、アシストモータの慣性モーメ
ントによる影響が慣性補償値によって抑えられる。

【００１１】したがって、慣性補償値に対するモータの
電流変動の影響を減少させつつ、モータ又はステアリン
グホイールの回転角検出器、あるいは回転角速度検出器
を備えることなく、安価な装置で高車速時の収斂性や低
車速時のハンドル戻り特性を向上でき、最適な操舵フィ
ーリングが得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図５は本発明に係る電動式パワーステアリング装置
の一実施例を示す図である。図１は本装置の全体を機能
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。図２において、操舵ハンドル
１の回転力はハンドル軸を介してピニオンギアを含むス
テアリングギア２に伝達されるとともに、上記ピニオン
ギアによりラック軸３に伝達され、さらにナックルアー
ム等を経て車輪４が転向される。また、コントロール装
置５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）６の回転力はピニオンギアを含むステア
リングギア７とラック軸３との噛み合いによりラック軸
３に伝達され、ハンドル１による操舵を補助することに
なる。ハンドル１とモータ６の回転軸はギア２、７およ
びラック軸３により機械的に連結されている。

【００１４】一方、後述の操舵トルクセンサ２１（図１
参照）により、操舵トルク（戻りトルク）が検出され、
車速センサ２２（図１参照）より車速が検出される。そ
して、これらの検出トルク、車速等に基づきコントロー
ル装置５によってモータ６が制御される。コントロール
装置５およびモータ６には車両に搭載されたバッテリ８
から、その動作電力が供給される。

【００１５】コントロール装置５は電流検出器、電圧検
出器等の検出器、モータ６を駆動する駆動回路、モータ
６の全体的な制御を統括するコンピュータ（ＣＰＵ、例
えばマイクロプロセッサ）、メモリ、コンピュータと上
記入／出力機器とのインターフェース回路等から構成さ
れている。

【００１６】次に、図１はコントロール装置５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
のである。この図において、アシスト指令部２０にはト
ルクセンサ（操舵トルク検出手段）２１の検出トルクＶ
_Tと車速センサ（車速検出手段）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６によ
って発生すべきアシストトルクを表す指令値を出力す
る。

【００１７】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
（又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。

【００１８】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、また車速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６を制御するための
アシスト指令が発生することを表している。

【００１９】検出トルクＶ_Tは位相補償部２６にも与え
られる。この位相補償部２６においては検出トルクＶ_T
の微分値が計算され、微分乗算定数関数部２７で発生し
た車速Ｖ_Sに応じた定数をその微分値に乗算した信号を
出力する。そして、位相補償部２６の出力が乗算演算部
２５の出力に加算されることにより、アシスト指令部２
０の出力（基準電流指令値）となって電流制御部４０に
供給される。

【００２０】また、この基準電流指令値には後述する慣
性補償のための指令値が加算された後、目標電流指令値
として電流制御部４０に与えられる。電流制御部４０は
その全部をハードウエアの回路で構成してもよいし、そ
の一部をコンピュータ・ソフトウエアで実現することも
できる。

【００２１】電流制御部４０は、例えば４個のスイッチ
ング素子を含むＨブリッジ駆動法に従うＰＷＭ（Pulse
Width Modulation）パルスを用いたチョッパ動作によっ
てモータ６を駆動制御するもので、電流目標値と電流検
出値ｉｍとが一致するようにＰＷＭパルスを決定する。

【００２２】例えば、電流フィードバックＰ（比例）制
御の場合を示すと、電機子電流検出部４６によってモー
タ６の電機子電流が検出され、電圧操作量演算部４１に
おいて与えられた電流目標値と電流検出値ｉｍ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４４で
得られ、この絶対値に基づきデューティ生成部４５でＰ
ＷＭパルスのデューティ比が決定される。

【００２３】上記偏差の極性（正又は負）は正負判別部
４２で判別され、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４３に与えられ、モータ駆動部４３
はこれらの値に基づいて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６を駆
動する。

【００２４】上記は電流フィードバックＰ（比例）制御
の場合を示したものであるが、他にもＰＩ（比例・積
分）制御、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御などによる
フィードバック制御の方法がある。また、電流制御部４
０に対する外乱を推定し、その外乱をフィードフォワー
ドする方式の電流制御法を用いてもよい。

【００２５】一方、前述したモータ駆動部４３の制御値
は慣性補償部３０に入力されており、慣性補償部３０
（慣性補償手段に相当）はモータ電圧検出部３１、変化
量算出部３２、慣性補償値指示関数部３３、乗算演算部
３４および車速演算定数関数部３５によって構成されて
いる。

【００２６】モータ電圧検出部３１はモータ駆動部４３
からの制御値に基づいてモータ端子電圧Ｖｍを検出し、
変化量算出部３２はモータ端子電圧Ｖｍの変化量［ｄＶ
ｍ／ｄｔ］＝Ｖｍ（ｎ）−Ｖｍ（ｎ−１）を算出する。
Ｖｍ（ｎ）はあるサンプリングタイムのときのモータ端
子電圧Ｖｍであり、Ｖｍ（ｎ−１）はそれより１回前の
サンプリングタイムにおけるモータ端子電圧Ｖｍであ
る。

【００２７】なお、以下の説明において、図面上はモー
タ端子電圧Ｖｍの変化量［ｄＶｍ／ｄｔ］はＶｍの上に
ドットを１つ付加して表す。一方、明細書本文ではＶｍ
の上にドットを付加して表すことが困難であるため、こ
の表示は行わない。

【００２８】慣性補償値指示関数部３３はモータ端子電
圧変化量［ｄＶｍ／ｄｔ］に応じて図４に示すような慣
性補償値指示関数部出力を決定する。一方、車速演算定
数関数部３５は車速Ｖ_Sに応じて図５に示すような車速
演算定数を演算し、乗算演算部３４に出力する。乗算演
算部３４は慣性補償値指示関数部出力に車速演算定数を
乗算して慣性補償部３０の出力を決定する。慣性補償部
３０の出力はアシスト指令部２０の出力（基準電流指令
値）に加算され、電流目標値として電流制御部４０に供
給される。

【００２９】ここで、慣性補償部３０はモータ６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もの
で、急ハンドル時にモータ６がハンドルの回転に追従し
ないことにより生じる重さを解消したり、手放し時の戻
りスピードを早くしたりするように制御するための慣性
補償値をアシスト指令部２０の出力に加える。上記アシ
スト指令部２０および電流制御部４０は制御手段１００
を構成する。

【００３０】次に、本装置の作用を説明する。まず、ト
ルクセンサ２１により操舵系の操舵トルクＶ_Tが検出さ
れるとともに、車速センサ２２によって車速Ｖ_Sが検出
され、これらの検出結果に基づいて操舵系に連結された
モータ６の駆動が制御されて、パワーアシストが行われ
る。この制御では、一般的な車速感応型の制御、すなわ
ち、低速域では軽く、高速域では重くなるように操舵ト
ルクＶ_Tに応じてアシスト力が制御される。

【００３１】一方、慣性補償部３０では、モータ電圧検
出部３１によってモータ端子電圧Ｖｍが検出され、その
変化量［ｄＶｍ／ｄｔ］が算出されて図４に示すような
慣性補償値指示関数部出力が決定されるとともに、車速
演算定数関数部３５により図５に示すような車速演算定
数が車速Ｖ_Sに応じて演算され、この車速演算定数が慣
性補償値指示関数部出力に乗算されてアシスト指令部２
０の出力に加算される。

【００３２】モータ端子電圧Ｖｍは、モータ６における
ロータの慣性であるいわゆる「ＧＤ²」に関連する制御
情報であるから、モータ６の慣性を補償可能なデータと
なる。したがって、車速Ｖ_Sに応じて補正された慣性補
償値指示関数部出力がアシスト指令部２０の出力に加算
されることにより、モータ６の慣性モーメントによる影
響が有効に抑制される。すなわち、高車速時の収斂性や
低車速時のハンドル戻り特性を向上させることができ、
最適な操舵フィーリングを得ることができる。

【００３３】また、特に車速Ｖ_Sに応じて慣性補償値指
示関数部出力を補正しているため、高車速時の収斂性、
手ごたえ感をより一層向上させることができるととも
に、低車速時に慣性補償をし過ぎることなく、ハンドル
戻り特性を適度にすることができる。

【００３４】この場合、本実施例ではモータ６のオン／
オフ制御を行っているモータ駆動部４３の制御値から慣
性補償部３０においてモータ端子電圧Ｖｍを検出してお
り、これは単なる簡単なハード回路のみで実現できる。
したがって、モータ６又はステアリングホイール（操舵
ハンドル１）の回転角を検出する回転角検出器、あるい
は回転角速度を検出する回転角速度検出器を備える必要
がなく、安価な装置で上記制御を行うことができるとい
う効果が得られる。

【００３５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。この実施例はモータ６の制御情報としてモータの電
流目標値の変化量を用いたものである。図６は他の実施
例におけるパワーステアリング装置の全体を機能的に示
すブロック図である。図６の説明に当たり、前述した図
１と同一構成部分には同一番号を付して重複説明を省略
する。

【００３６】図６において、５０は慣性補償部（慣性補
償手段に相当）であり、慣性補償部５０はモータ電圧検
出部３１、変化量算出部３２、慣性補償値指示関数部３
３、変化量算出部５１、補正値算出部５２および補正部
５３により構成される。

【００３７】変化量算出部５１はアシスト指令部２０か
ら出力される電流目標値Ｉｄに基づいて電流目標値Ｉｄ
の変化量［ｄＩｄ／ｄｔ］＝Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−
１）を算出する。Ｉｄ（ｎ）はあるサンプリングタイム
のときの電流目標値であり、Ｉｄ（ｎ−１）はそれより
１回前のサンプリングタイムにおける電流目標値であ
る。

【００３８】ここで、図面上は電流目標値Ｉｄの変化量
［ｄＩｄ／ｄｔ］をＩｄの上にドットを１つ付加して表
す。一方、明細書本文ではＩｄの上にドットを付加して
表すことが困難であるため、この表示は行わない。

【００３９】補正値算出部５２は電流目標値Ｉｄの変化
量［ｄＩｄ／ｄｔ］に応じて図７に示すような補正値を
決定する。この補正値は電流目標値Ｉｄの変化量［ｄＩ
ｄ／ｄｔ］に比例してその大きさが変化する。補正部５
３は慣性補償値指示関数部３３の出力から上記補正値減
算して慣性補償部５０の出力を決定する。慣性補償部５
０の出力はアシスト指令部２０の出力（基準電流指令
値）に加算され、電流目標値として電流制御部４０に供
給される。その他は前記実施例と同様である。

【００４０】以上の構成において、本実施例では、前記
実施例と同様の効果に加えて電流目標値Ｉｄの変化量
［ｄＩｄ／ｄｔ］に応じて慣性補償値指示関数部３３の
出力を補正しているため、慣性補償値に対するモータ６
の電流変動の影響を減少させることができるという効果
がある。

【００４１】また、モータ電流の検出値を用いず、目標
値を用いる構成になっているため、検出ノイズの影響な
しに、慣性補償値指示関数部３３の出力を補正すること
ができる。さらに、電流制御部４０をハードウエアで実
現している場合には、電流値をＣＰＵに取り込むための
回路を必要とせず、安価に装置を実現できるという効果
がある。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、モータの制御情報に応
じて慣性補償値を算出し、さらに慣性補償手段は、モー
タの電流目標値の変化量に応じて慣性補償値を補正し、
この慣性補償値に基づいてモータの駆動を制御する制御
値を補正しているので、慣性補償値に対するモータの電
流変動の影響を減少させながら、モータ又はステアリン
グホイールの回転角検出器、あるいは回転角速度検出器
を備える必要がなく、コスト低減を図りつつ、高車速時
の収斂性や低車速時のハンドル戻り特性を向上させるこ
とができ、最適な操舵フィーリングを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
一実施例の機能的ブロック図である。

【図２】同実施例のパワーステアリング機械系の一例を
示す図である。

【図３】同実施例のアシストトルクの特性を示す図であ
る。

【図４】同実施例のモータ端子電圧変化量と慣性補償値
指示関数部出力との関係を示す図である。

【図５】同実施例の車速と車速演算定数との関係を示す
図である。

【図６】本発明に係る電動式パワーステアリング装置の
他の実施例の機能的ブロック図である。

【図７】同実施例の電流目標値の変化量と補正値との関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ 操舵ハンドル ６ モータ ２０ アシスト指令部 ２１ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段） ２２ 車速センサ（車速検出手段） ３０、５０ 慣性補償部（慣性補償手段） ３１ モータ電圧検出部 ３２ 変化量算出部 ３３ 慣性補償値指示関数部 ３４ 乗算演算部 ３５ 車速演算定数関数部 ４０ 電流制御部 ５１ 変化量算出部 ５２ 補正値算出部 ５３ 補正部 １００ 制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系に連結され、操舵補助トルクを発
   生するモータと、 操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記操舵トルク検出手段および車速検出手段の出力に基
   づいて前記モータの駆動を制御する制御手段と、 を備えた電動式パワーステアリング装置において、 前記モータの制御情報に応じて該モータの慣性を補償す
   る慣性補償値を算出する慣性補償手段を設け、前記慣性補償手段は、前記モータの電流目標値の変化量
   に応じて慣性補償値を補正するものであり、 前記制御手段は、慣性補償手段によって算出された慣性
   補償値に基づいて前記モータの駆動を制御する制御値を
   補正することを特徴とする電動式パワーステアリング装
   置。