JPH05208683A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低車速時のハンドルの戻り特性を改善して、
運転フィーリングを向上させる。 【構成】 操舵トルク、車速および舵角速度センサ３１
によって検出された操舵系の操舵状態のうち少なくとも
２つのパラメータ（例えば、車速、操舵トルク、操舵ト
ルクの微分値、操舵角、舵角速度のうちの少なくとも２
つ以上のパラメータ）をファジー入力としてファジー推
論を行い、ステアリングの戻り状態に応じた補正値を演
算する。そして、この演算値に基づいてステアリング戻
り時におけるアシストモータ６の制御値を補正する。し
たがって、非線形できめ細かな制御が可能となり、低車
速時のステアリング戻り時にはアシストトルクを小さく
することで、ステアリングの戻り速度が向上し、また残
留ハンドル角が小さくなって良好な戻り特性になる。

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、例えば高車速時については制動用の回路を設け、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（例えば、実開昭６１ー１６９
６７５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、高車速時の不安定性を
粘性制動によって安定化する構成となっているため、安
定性を改善することはできるものの、特に低車速時のハ
ンドルの戻り速度が不足し、運転者が疲労感や不安感を
覚えるという問題点があった。

【０００７】そこで本発明は、低車速時のハンドルの戻
り特性を改善して、運転フィーリングを向上できる電動
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、前記操舵系の操舵状態を検出する
操舵状態検出手段と、前記操舵トルク、前記車速および
該操舵状態検出手段によって検出された操舵系の操舵状
態のうち少なくとも２つのパラメータに基づいて所定の
ファジールールに従ってファジー推論を行い、ステアリ
ングの戻り状態に応じた補正値を演算する戻り補正演算
手段とを設け、前記制御手段は、戻り補正演算手段の演
算値に基づいてステアリング戻り時における前記モータ
の駆動制御値を補正することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、操舵トルク、車速および操舵状態
検出手段によって検出された操舵系の操舵状態のうち少
なくとも２つのパラメータ（例えば、車速、操舵トル
ク、操舵トルクの微分値、操舵角、舵角速度、舵角加速
度のうちの少なくとも２つ以上のパラメータ）をファジ
ー入力としてファジー推論が行われ、ステアリングの戻
り状態に応じた補正値が演算されるとともに、この演算
値に基づいてステアリング戻り時におけるアシストモー
タの制御値が補正される。

【００１０】したがって、非線形できめ細かな制御が可
能となり、低車速時のステアリング戻り時にはアシスト
トルクを小さくすることで、ステアリングの戻り速度が
向上し、また残留ハンドル角が小さくなって良好な戻り
特性になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図８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。

【００１２】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。

【００１３】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１１（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１２（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１０にはト
ルクセンサ（操舵トルク検出手段）１１の検出トルクＶ
_Tと車速センサ（車速検出手段）１２の検出車速Ｖ_Sとが
与えられる。アシスト指令部１０内のアシストトルク値
指示関数部１３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１４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１５にお
いて上記アシストトルク指令値に乗じられる。さらに、
乗算演算部１５の出力は乗算演算部１６において後述の
ファジー推論部３０からの戻り時アシストゲインと乗じ
られ、この乗算演算部１６の出力は基準電流指令値とし
て電流制御部２０に供給される。

【００１８】ここで、乗算演算部１５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。

【００１９】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。

【００２０】一方、検出トルクＶ_Tは位相補償部１７に
も与えられ、この位相補償部１７によって検出トルクＶ
_Tの微分値が乗算演算部１６の出力に加算されることに
より、アシスト指令部１０の出力（基準電流指令値）と
なって電流制御部２０に供給される。なお、電流制御部
２０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２０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、電流フィードバック
制御を行う。すなわち、電機子電流検出部２６によって
モータ６の電機子電流ｉａが検出され、電流偏差演算部
２１において与えられた目標電流指令値と検出電流ｉａ
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２４で得られ、この絶対値に基づきデューティ生成部
２５でＰＷＭパルスのデューティ比が決定される。

【００２２】一方、上記偏差の極性（正又は負）が正負
判別部２２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２３に与えられ、モータ駆動
部２３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。

【００２３】３０はファジー推論部であり、ファジー推
論部３０には車速センサ１２の出力およびトルクセンサ
１１の出力が与えられる他、操舵角速度を検出している
舵角速度センサ３１からの出力が与えられるとともに、
位相補償部１７によって検出トルクＶ_Tの微分値が与え
られる。舵角速度センサ３１は操舵状態検出手段を構成
している。

【００２４】ファジー推論部（戻り補正演算手段に相
当）３０は車速、操舵トルク、トルクＶ_Tの微分値およ
び舵角速度を入力パラメータとして所定のファジールー
ルに従ってファジー推論を行い、ステアリングの戻り状
態を推定し、戻り時アシストゲインを演算して乗算演算
部１６に出力する。乗算演算部１６は乗算演算部１５の
出力にファジー推論部３０からの戻り時アシストゲイン
を乗算して後段の電流制御部２０に出力する。なお、舵
角速度検出手段は、例えばタコジェネレータ、エンコー
ダのようなものであってもよいし、センサの代えて舵角
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６の端子電圧と電機子電流とに基づい
て、又はモータ６への電流指令値と測定した電機子電流
とに基づいて舵角速度を推定する。

【００２５】そして、乗算演算部１６の出力には位相補
償部１７によって検出された検出トルクＶ_Tの微分値が
加算され、アシスト指令部１０の出力となって電流制御
部２０に供給される。上記電流制御部２０およびアシス
ト指令部１０は制御手段４０を構成する。

【００２６】ここで、戻り時アシストゲイン演算のファ
ジールールについて説明する。図４（ａ）は戻り時アシ
ストゲイン演算における前件部のメンバーシップ関数
で、操舵トルクとトルク微分値を入力パラメータとする
ものである。また、図４（ｂ）は後件部におけるファジ
ー出力であり、シングルトーン位置で表したメンバーシ
ップ関数で、アシスト減少定数を出力値としている。

【００２７】戻り時アシストゲインはアシスト減少定数
に対して次式で示される関係にある。 ［戻り時アシストゲイン］＝１−［アシスト減少定数］ アシスト減少定数はハンドル１の戻り時に大きく設定さ
れるようにメンバーシップ関数がなっており、そのため
戻り時アシストゲインはハンドル１の戻り時に小さくな
る。なお、各メンバーシップ関数におけるラベルの意味
は、次の通りである。

【００２８】ＰＬ：Positive Large（正方向に大きい） ＰＳ：Positive Small（正方向に小さい） ＺＲ：ゼロ（中立） ＮＳ：Negative Small（負方向に小さい） ＮＬ：Negative Large（負方向に大きい）

【００２９】ファジィルールは図５のように示され、式
を用いて表すと、次のようになる。ルールはいわゆるＩ
Ｆ、ＴＨＥＮ（もし、ならば）の形式で表現される。 Ｒ１．ＩＦ トルク＝ＰＬ ＡＮＤ トルク微分値＝
ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＬ（正方向に大きい） Ｒ２．ＩＦ トルク＝ＰＳ ＡＮＤ トルク微分値＝
ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＳ（正方向に小さい）

【００３０】ファジィルールＲ１は、「もし、操舵トル
クが正方向に大きく、かつトルク微分値が負方向に小さ
い場合にはファジー出力は正方向に大きい（すなわち、
アシスト減少定数が正方向に大きい）。」という意味で
ある。

【００３１】また、ファジィルールＲ２は、「もし、操
舵トルクが正方向に小さく、かつトルク微分値が負方向
に小さい場合にはファジー出力は正方向に小さい（すな
わち、アシスト減少定数が正方向に小さい）。」という
意味である。以下、他のルールも同様の手法で判断され
る。図５に示すファジィルールでは、いずれもハンドル
１の戻り時にパワーアシストを減少させて、戻りを良く
するようになっている。

【００３２】次に、パワーステアリング制御の動作につ
いて説明する。イグニションスイッチがオンすると、ま
ず通常のパワーアシスト処理が実行され、これにより、
車速感応型の制御、すなわち低速域では軽く、高速域で
は重くなるようにトルクセンサ入力に応じてアシスト力
が制御される。

【００３３】一方、ハンドル１の戻り時にはファジー推
論によって、戻り状態が推定され、戻り時アシストゲイ
ンが演算されて乗算演算部１６に出力される。そして、
乗算演算部１６では乗算演算部１５の出力にファジー推
論部３０からの戻り時アシストゲインが乗算されて後段
の電流制御部２０に出力され、最終的にアシスト力が補
正制御される。

【００３４】具体的には、図４に示したメンバーシップ
関数による評価、すなわち、操舵トルクおよびトルク微
分値を入力パラメータとしてメンバーシップ関数にどの
程度適合するかの評価が行われ、図５に示すファジール
ールに従ってファジー論理演算が実行される。

【００３５】ファジィ論理演算過程では、その前件部で
上記入力パラメータが与えられ、ファジィルールの対応
するメンバーシップ関数にどの程度適合するかが求めら
れ、適合度の小さいものが選択されて後件部に与えら
れ、後件部では選択された適合度より出力のメンバーシ
ップ関数に制限をかけて例えば、台形状のメンバーシッ
プ関数を得る。次いで、上記メンバーシップ関数をＭＡ
Ｘ合成処理によって重ね合わせて合成出力を生成し、そ
の後、デファジファイヤによってこの合成出力の重心を
確定出力としてハンドル１の戻り状態の推定値に応じた
戻り時アシストゲインが演算され、乗算演算部１６に出
力される。

【００３６】乗算演算部１６では前段の乗算演算部１５
の出力にファジー推論部３０からの演算値（戻り時アシ
ストゲイン：図４（ｂ）ではアシスト減少定数）が乗算
されて後段の電流制御部２０に出力される。その後、電
流制御部２０によりＰＷＭパルスを用いたチョッパ動作
によってモータ６が駆動制御されて操舵系のアシストが
行われる。

【００３７】ここで、ハンドル１の戻り時にはアシスト
出力はハンドル１の回転を止める方向に働く。本実施例
では、ハンドル１の戻りを検出すると、上記ファジー推
論による演算補正によりアシスト出力が減少する。

【００３８】図６（ａ）は本実施例の制御を行わない場
合の制御波形であり、ハンドル１手放し時の戻り速度が
不足気味である。これに対して、図６（ｂ）は本実施例
の制御を行った場合の制御波形であり、アシスト出力が
減少することにより、ハンドル１手放し時の戻り速度が
向上している。

【００３９】このように、本実施例ではハンドル１手放
し時の戻りアシストゲインをファジー推論によって決定
しているので、非線形できめ細かな制御を行うことがで
き、特に低車速時のステアリング戻り時にはアシストト
ルクを小さくすることで、ステアリングの戻り速度が向
上し、また残留ハンドル角が小さくなって良好な戻り特
性になるという効果が得られる。

【００４０】この場合、ファジー推論を用いることで、
戻り時の判別を精度良く行うことができ、またファジー
推論の特徴でもある補間機能により操舵時は十分なアシ
スト力を得ながら、戻り時には良好な戻り特性とするこ
とができる。

【００４１】また、補間機能により、いわゆるハンドル
のきり込み、きり返し、戻りに移行するときのステアリ
ングトルクがスムーズにつながり、手応えが良く、良好
な操舵フィーリングを得ることができる。

【００４２】次に、図７はファジー推論部３０における
ファジィルールの第１の変形例を示す図である。この第
１の変形例では、操舵トルクと舵角速度を入力パラメー
タとしており、式を用いて表すと、次のようになる。ル
ールはいわゆるＩＦ、ＴＨＥＮ（もし、ならば）の形式
で表現される。 Ｒ１．ＩＦ トルク＝ＰＬ ＡＮＤ 舵角速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＬ（正方向に大きい） Ｒ２．ＩＦ トルク＝ＰＳ ＡＮＤ 舵角速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＳ（正方向に小さい）

【００４３】ファジィルールＲ１は、「もし、操舵トル
クが正方向に大きく、かつ舵角速度が負方向に小さい場
合にはファジー出力は正方向に大きい（すなわち、アシ
スト減少定数が正方向に大きい）。」という意味であ
る。

【００４４】また、ファジィルールＲ２は、「もし、操
舵トルクが正方向に小さく、かつ舵角速度が負方向に小
さい場合にはファジー出力は正方向に小さい（すなわ
ち、アシスト減少定数が正方向に小さい）。」という意
味である。以下、他のルールも同様の手法で判断され
る。図７に示すファジィルールでは、いずれもハンドル
１の戻り時にパワーアシストを減少させて、戻りを良く
するようになっている。

【００４５】この第１の変形例においても、操舵トルク
と舵角速度を操舵状態検出の入力パラメータとしている
ため、上記実施例の場合と同様に非線形できめ細かな制
御を行うことができ、特に低車速時のステアリング戻り
時にはアシストトルクを小さくすることで、ステアリン
グの戻り速度が向上し、また残留ハンドル角が小さくな
って良好な戻り特性になるという効果が得られる。

【００４６】次に、図８はファジー推論部３０における
ファジィルールの第２の変形例を示す図である。この第
２の変形例では、舵角と舵角速度を入力パラメータとし
ており、式を用いて表すと、次のようになる。ルールは
いわゆるＩＦ、ＴＨＥＮ（もし、ならば）の形式で表現
される。 Ｒ１．ＩＦ 舵角＝ＰＬ ＡＮＤ 舵角速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＬ（正方向に大きい） Ｒ２．ＩＦ 舵角＝ＰＳ ＡＮＤ 舵角速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＳ（正方向に小さい）

【００４７】ファジィルールＲ１は、「もし、舵角が正
方向に大きく、かつ舵角速度が負方向に小さい場合には
ファジー出力は正方向に大きい（すなわち、アシスト減
少定数が正方向に大きい）。」という意味である。

【００４８】また、ファジィルールＲ２は、「もし、舵
角が正方向に小さく、かつ舵角速度が負方向に小さい場
合にはファジー出力は正方向に小さい（すなわち、アシ
スト減少定数が正方向に小さい）。」という意味であ
る。以下、他のルールも同様の手法で判断される。図８
に示すファジィルールでは、いずれもハンドル１の戻り
時にパワーアシストを減少させて、戻りを良くするよう
になっている。

【００４９】この第２の変形例においても、舵角と舵角
速度を操舵状態検出の入力パラメータとしているため、
上記実施例の場合と同様に非線形できめ細かな制御を行
うことができ、特に低車速時のステアリング戻り時には
アシストトルクを小さくすることで、ステアリングの戻
り速度が向上し、また残留ハンドル角が小さくなって良
好な戻り特性になるという効果が得られる。

【００５０】なお、上記実施例ではファジー推論を行う
ファジー推論部３０を実際上はマイクロコンピュータを
用いたソフトウエアによって実現しているが、例えばフ
ァジーチップを用いてハード的に実現してもい。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、ハンドル手放し時の戻
りアシストゲインをファジー推論によって決定している
ので、非線形できめ細かな制御を行うことができ、特に
低車速時のステアリング戻り時にアシストトルクを小さ
くすることで、ステアリングの戻り速度を向上させるこ
とができるとともに、残留ハンドル角を小さくして良好
な戻り特性にすることができる。

【００５２】また、アシスト制御にファジー推論を用い
ているので、戻り時の判別を精度良く行うことができ、
さらにファジー推論の特徴でもある補間機能により操舵
時に十分なアシスト力を得ながら、戻り時に良好な戻り
特性とすることができる。加えて、補間機能により、い
わゆるハンドルのきり込み、きり返し、戻りに移行する
ときのステアリングトルクがスムーズにつながり、手応
えが良く、良好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】同実施例のファジー推論で用いられるファジー
ルールを示す図である。

【図５】同実施例のファジー推論で用いられるメンバー
シップ関数を示す図である。

【図６】同実施例の制御の波形を示す図である。

【図７】同実施例のファジー推論で用いられるファジー
ルールの第１の変形例を示す図である。

【図８】同実施例のファジー推論で用いられるファジー
ルールの第２の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ 操舵ハンドル ６ モータ １１ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段） １２ 車速センサ（車速検出手段） ２０ 電流制御部 ３０ ファジー演算部（戻り補正演算手段） ３１ 舵角速度センサ（操舵状態検出手段） ４０ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 117:00 119:00 137:00

Claims (2)

【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、 前記操舵系の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、 前記操舵トルク、前記車速および該操舵状態検出手段に
   よって検出された操舵系の操舵状態のうち、操舵状態を
   含む少なくとも２つのパラメータに基づいて所定のファ
   ジールールに従ってファジー推論を行い、ステアリング
   の戻り状態に応じた補正値を演算する戻り補正演算手段
   とを設け、 前記制御手段は、戻り補正演算手段の演算値に基づいて
   ステアリング戻り時における前記モータの駆動制御値を
   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。
2. 【請求項２】 前記操舵状態検出手段は、操舵系の操舵
   角を検出する操舵角検出手段、操舵系の舵角速度を検出
   する舵角速度検出手段のうち少なくとも１つを含み、 前記戻り補正演算手段は、前記車速、操舵トルク、操舵
   トルクの微分値、操舵角、舵角速度のうちの少なくとも
   ２つ以上のパラメータをファジー入力としてファジー推
   論を行い、ステアリングの戻り状態に応じた補正値を演
   算することを特徴とする請求項１記載の電動式パワース
   テアリング装置。