JPH0629033B2 - 電動式パワーステアリング装置のモータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、車両の操舵系にモータ駆動による補助操舵力
（パワーアシスト）を与える電動式パワーステアリング
装置のモータ制御装置に関するものである。

【従来の技術】

上述のような電動式パワーステアリング装置のモータ制
御装置としては、操舵系の捩りトルクを検出する捩りト
ルクセンサの他に車速を検出する車速センサと舵角を検
出する舵角センサとを設け、捩りトルクセンサの出力に
基づく指令信号を、上記車速センサの出力に基づき車速
の増大に伴って減少するよう補正すると共に、上記舵角
センサの出力から舵角の増大に伴って増大する戻し信号
を加算して、電動モータの回転方向，回転トルクを制御
するようにしたものが本件出願人により既に提案されて
いる（特開昭６１−９８６７５号公報参照）。

【発明が解決しようとする課題】

ところで上述のような従来の電動式パワーステアリング
装置のモータ制御装置では、直進走行時にパワーアシス
トは不要であるとの認識から、捩りトルクの小さい範囲
をパワーアシストの不感帯としている。このため、緩い
カーブを走行する場合のような保舵の際，あるいは転舵
後の修正舵の際にはパワーアシストが全く得られず、パ
ワーアシストの機能を充分に発揮できないという問題が
あった。 本発明は、上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、捩りトルクが小さい保舵や修正舵の際にも適
切なパワーアシストが得られるようにした電動式パワー
ステアリング装置のモータ制御装置を提供することを目
的とする。

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するため、本発明は、操舵系の捩りトル
クを検出する捩りトルクセンサの出力信号に基づく指令
信号に応じて駆動制御部により電動モータの回転方向，
回転トルクを制御する電動式パワーステアリング装置に
おいて、修正舵および保舵の操舵時にアシスト量の補正
信号を上記駆動制御部に対して出力する修正舵指令部を
有しており、上記修正舵指令部は、操舵速度検出手段の
出力信号に基づき、操舵速度が増大するに従って出力ト
ルク値を減少させる特性を持つ操舵速度対応の出力トル
ク値補正関数部と、捩りトルクセンサの出力信号に基づ
き、捩りトルクが所定値を越えると捩りトルクに応じた
トルク値を出力する捩りトルク対応の出力トルク値補正
関数部と、上記操舵速度に対応した出力トルク値と捩り
トルクに対応した出力トルク値とを比較して、そのうち
の絶対値が小さい方の値をアシスト補正信号として上記
駆動制御部に出力する比較演算部とを有してなることを
特徴とする。

【作用】

上記の構成によると、操舵速度対応の出力トルク値補正
関数部によって、ゆっくりとした緩慢な操舵速度の修正
舵，保舵の時ほどアシスト量が増して、舵力が軽くな
る。また捩りトルク対応の出力トルク値補正関数部によ
り、操舵時の補正量が滑らかに増，減するようになる。 この結果、ゆっくりと緩慢な操舵速度で行われる修正舵
や保舵の時には、舵力が軽くなって軽いという操舵感が
得られ、また速い操舵速度の修正舵や保舵の時には、速
くなるにつれてアシスト量の絶対値が減少して舵力が順
次重くなることからハンドルの軽すぎはなく、適度な手
応えが得られて切り応え感が向上する。

【実施例】 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。 第１図において符号１はパワーアシスト用の電動モータ
であり、図示省略した操舵系のラック・ピニオン機構の
ピニオン軸に減速機，ジョイントなどを介して連結さ
れ、上記操舵系にアシスト力を付与できるようになって
いる。このような電動モータ１は、正負判別部21，絶対
値変換部22，デューティ制御部23，電機子電流検出部2
4，電動モータ駆動部25などを備える駆動制御部２によ
り、後述の指令信号に基づいて回転方向，回転トルクが
制御される。すなわち、指令信号は正負判別部21と絶対
値変換部22とに入力され、正負判別部21の判別信号が電
動モータ駆動部25に入力されることでモータ電流の方向
が指令信号に応じて切換え制御されると共に、絶対値変
換部22の出力信号がデューティ制御部23に入力してデュ
ーティ比が定められ、これが電動モータ駆動部25に入力
することで指令信号の大きさに応じた回転トルクが設定
されるようになっている。なお、上記電動モータ１の回
転トルクは、電機子電流検出部24が電動モータ１の電機
子電流を検出し、その検出値をデューティ制御部23にフ
ィードバックすることで一定の指示値に収束するように
制御される。 ここで、前記駆動制御部２へ指令信号を出力するものと
して、本実施例では、アシスト指令部３，戻し指令部
４，位相補償指令部５，舵角位相補償指令部６，修正舵
指令部７が設けられている。 アシスト指令部３は、基本的には操舵系の捩りトルクの
大きさおよび方向に応じたアシスト信号を発生するもの
で、ステアリング系（操舵系）のピニオンに設置されて
その捩りトルクの方向および大きさを検出する捩りトル
クセンサ31と、この捩りトルクセンサ31の出力電圧信号
（第２図参照）に基づいて、基本的には第３図のグラフ
の実線で示すような特性のアシスト信号、すなわち、捩
りトルクの大きさが所定値以下では出力せず、所定値を
越えると捩りトルクの方向に応じた極性で捩りトルクの
値に応じて増減するアシスト信号を出力するアシストト
ルク値指示関数部32とを備える。 また、アシスト指令部３には、車両の速度を検出する車
速センサ33が設けられると共に、この車速センサ33の出
力電圧信号に基いて、第４図のグラフに示すように車速
の増大に伴い減少する特性の加算定数信号Ｓｖを発生す
る加算定数関数部34、およびこの加算定数信号Ｓｖと前
記捩りトルクセンサ31の出力信号とを入力してアシスト
トルク値指示関数部32へ出力する加算演算部35が設けら
れる。そして、この加算演算部35が捩りトルクセンサ31
の出力信号の極性に合わせてこれに加算定数信号Ｓｖを
加減算処理することで、第３図のグラフに示す特性は車
速をパラメータとしてＸ軸方向に平行移動されるように
なっている。すなわち右切りの場合の特性を例示すれ
ば、第５図に示すようにアシストトルク値指示関数部32
の出力は、同一捩りトルクにおいて車速の増大に伴い絶
対値が減少し、同一車速では捩りトルクの絶対値の増加
に伴い出力の絶対値が増大する。そしてこのような出力
特性を、車速に応じて第５図の破線に示すように補正す
べく、乗算定数関数部36，乗算演算部37が設けられてい
る。この乗算定数関数部36は、車速センサ33の出力電圧
信号に基いて第６図に示す特性の乗算定数信号、すなわ
ち、車速が０では乗算定数が１であり、車速の増大に伴
って次第に定数が０に近づいて減少する特性の乗算定数
信号を発生するものである。また、乗算演算部37は、前
記アシストトルク値指示関数部32の出力に上記乗算定数
を乗算処理するものであり、この乗算演算部37からのア
シスト信号itは、車速に応じて、第５図の破線に示すよ
うになる。 次に、戻し指令部４は、操舵系の転舵角に応じて舵角を
中立（直進）位置に戻す方向の戻し信号を発生するもの
であり、操舵系のたとえば、ラック・ピニオン機構にお
けるラックの移動量に基いて転舵角を検出する舵角セン
サ41，およびこの舵角センサ41の出力電圧信号に基いて
第７図のグラフに示す特性の戻し信号ｉθを出力する戻
しトルク値指示関数部42を備えている。 位相補償指令部５は、前記捩りトルクセンサ31の出力信
号を入力し、その微分値に比例する信号を発する位相補
償部51，およびこの位相補償部51の出力信号に基いて例
えば第８図のグラフに示すような特性のアシスト補助信
号iaを出力する位相補償指示関数部52を備え、本実施例
では位相補償部51の出力信号が、さらに捩りトルクセン
サ31の出力信号に加えられて加算演算部35に入力され、
アシストトルク値指示関数部32への入力信号に影響を与
える。 さらに舵角位相補償指令部６は、転舵操作の速度に応じ
て舵の進む方向と逆方向の減衰信号を発生するものであ
り、前記舵角センサ41の出力信号を入力し、その微分値
に比例する信号を発する舵角位相補償部61と、この舵角
位相補償部61の出力信号に基いて、例えば第９図のグラ
フに示す特性の減衰信号ｉを出力する舵角位相補償指
示関数部62とを備えてなる。 ここで修正舵指令部７は、操舵速度の小さい保舵状態あ
るいは転舵後の修正舵状態でこれをアシストするための
アシスト補正信号を発生するものであり、操舵速度検出
手段としての前記舵角位相補償部61からの出力電圧信号
が入力される操舵速度対応出力トルク値補正関数部71
と、前記捩りトルクセンサ31の出力電圧信号が入力され
る捩りトルク対応出力トルク値補正関数部72と、これら
の補正関数部71,72から信号入力する比較演算部73とを
備えると共に、前記車速センサ33の出力電圧信号が入力
される車速補正係数指示部74と、この車速補正係数指示
部74および上記比較演算部73から信号入力する乗算演算
部75と、この乗算演算部75から信号入力する一次遅れ設
定部（または平均化処理部）76とを備えてなる。なお、
この一次遅れ設定部76は、比較演算部73や捩りトルク対
応出力トルク値補正関数部72の前後に設置して平均化処
理するようにしてもよい。 操舵速度対応出力トルク値補正関数部71は、絶対値が第
１０図(a)のグラフに示すように操舵速度に応じて変化
する出力トルク値を信号出力するもので、この出力トル
ク値は、操舵速度が小さい保舵領域および修正舵領域で
は所定の一定値を保ち、この修正舵領域を越えて操舵速
度が増大すると漸減する。また捩りトルク対応出力トル
ク値補正関数部72は、第１０図(b)に示すような特性，
すなわち捩りトルクがハンドル舵力換算で数100ｇｆ以
下では出力せず、それを越えると絶対値が比較的急激に
漸増して一定値となる特性の捩りトルクに対応した出力
トルク値を信号出力する。そして比較演算部73では、こ
れらの操舵速度に対応した出力トルク値と捩りトルクに
対応した出力トルク値とを比較して、そのうちの絶対値
が小さい方の値をアシスト補正信号it′として出力する
ようになっている。 一方、車速補正係数指示部74は、第１１図に示すように
車速がゼロまたは極低車（例えば数km/h）から６０km/h
程度までは１，それ以上車速が増加すると漸減して０に
近づく特性の車速補正係数を信号出力するものである。
また乗算演算部75は、前記比較演算部73の出力に上記車
速補正係数を乗算処理するものであり、この乗算演算部
75からのアシスト補正信号it′は、高速時に車速の増大
に応じて出力を減少する。 ここで一次遅れ設定部76は、前記舵角センサ41の分解能
が低い場合やサンプリング時間が短い場合や振動入力の
場合に対処したものであり、分解能が高い場合には不要
である。たとえば舵角センサ41による舵角θの分解能が
悪いとΔθ／Δｔで表わされる操舵速度の分解能も悪
くなり、第１２図に示すように出力トルク値の分解能も
悪くなってアシスト力の変化に滑らかさが失われる。こ
の場合、舵角変化Δθのサンプリング時間Δｔを例えば
0.1秒から１秒へと大きくとれば計算上操舵速度の分
解能は上がるが、そうすると第１３図のように出力トル
ク値の変化分が大きくなって結局のところアシスト力の
変化を滑らかにすることができない。そこでこの一次遅
れ設定部76では、第１３図に示す一次遅れの時定数τを
次式により設定することでアシスト力が滑らかに変化で
きるようにしている。 （Ｔ／τ）＜（ΔＴ／Δｔ） τ＞（Ｔ／ΔＴ）Δｔ また本実施例においては、前記戻し指令部４からの戻し
信号ｉθおよび舵角位相補償指令部６からの減衰信号ｉ
の出力を規制する車速判別部８が設けられる。この車
速判別部８は、上記戻し信号ｉθと減衰信号ｉとの加
算信号を入力し、前記車速センサ33の出力信号に基づい
て車速が例えば５km／ｈ以上では上記加算信号をそのま
ま出力するが、車速が５km／ｈ以下では加算信号の出力
を規制するようになっている。 そして、上記車速判別部８の規制をうけた状態で、アシ
スト指令部３からのアシスト信号itと、戻し指令部４か
らの戻し信号ｉθと、位相補償指令部５からのアシスト
補助信号iaと、舵角位相補償指令部６からの減衰信号ｉ
と、修正舵指令部７からのアシスト補正信号it′との
加算信号が指令信号として駆動制御部２へ出力されるよ
う構成してある。なおアシスト信号itとアシスト補正信
号it′との加算信号は、アシスト信号itと同じ符号（正
負）で大きさは｜it｜＋it′とする。 以上のような構成では、転舵操作に伴い操舵系に捩りト
ルクが発生すると、捩りトルクセンサ31がこれを検出し
て出力信号を発生するが、この時、車速センサ33および
舵角センサ41からの各情報によって、上記出力信号に基
づくアシスト信号itに補正を加える。そしてこのアシス
ト信号itの正負判別および絶対値に応じたデューティ比
制御を通じて、電動モータ１の回転方向，回転トルクが
制御される。ここで捩りトルクとアシスト信号itとの関
係をみると、基本的には、第３図のグラフに示すとおり
であり、例えば右切りの際の捩りトルクに対しては正の
アシスト信号が捩りトルクの増加に伴い増大するように
出力する。従って、電動モータ１は、右切りを補助する
回転方向に捩りトルクの大きさに応じた出力トルクで回
転駆動され、右切りの際の操舵力が軽減される。なお、
左切りの際には負のアシスト信号に基いて電動モータ１
が左切りを補助する回転方向に制御されることで、右切
りの場合と同様に作用する。 ここで捩りトルクとアシスト信号との関数特性は、本実
施例では車速センサ33の出力信号に基づいて変化する。
例えば、右切りの捩りトルクに対するアシスト信号の特
性グラフを示す第５図において、車速０の状態をＭ_０で
示すと、車速がＶ_１，Ｖ_２と増加するにつれ、加算定数
関数部34からの加算定数信号Ｓｖの加算処理に基づいて
特性グラフはＭ_１，Ｍ_２と第５図のＸ軸方向へ平行移動
して変化する。そして乗算定数信号の乗算処理により特
性グラフＭ_１はｍ_１に、Ｍ_２はｍ_２に傾きを小さくする
ように変化する。従って、捩りトルクの大きさが同一の
場合、アシスト信号の大きさは車速の増大に伴って減少
する。このことは、同一捩りトルクに対する電動モータ
１の出力トルクが車速の増加に伴って減少することを意
味し、車両の低速走行時には、充分なパワーアシストが
得られるものでありながら、高速走行時には、操舵力過
剰となることがなく、従って、転舵時にハンドルが軽す
ぎて不安感を持つということがなくなる。 一方、転舵操作に伴い、舵角センサ41が転舵角を検出
し、これに基づいて第７図に示す特性、すなわち、舵角
０の中立位置の近傍では出力せず、この範囲を越えて左
右の転舵角±θ_０の範囲では比例的に増大し、±θ_０を
越えると一定値となり、右転舵領域では負の値（左切り
方向）、左転舵領域では正の値（右切り方向）となる戻
し信号ｉθを出力する。 また、車両が半径の小さなカーブを急ハンドルで走行す
るなど、転舵速度が速いとき、転舵角θが急激に変化す
ることから、そのことが舵角位相補償部61で検出され、
その検出信号に基いて減衰信号ｉが舵角位相補償指示
関数部62から出力される。これは、第９図に示す特性と
なる。 ここで車速５km/h以上では、車速判別部８の作用により
上記戻し信号ｉθ，減衰信号ｉは、アシスト信号itを
減少するように加えられる。そのため急転舵の際にハン
ドルが軽すぎて不安感を持つということがなくなる。ま
た、例えば、右転舵角θ1で保舵している場合には、前
述した捩りトルクセンサ31の出力信号に基く正のアシス
ト信号itと、舵角センサ41の出力信号に基づく負の戻し
信号ｉθ_１との加算信号により電動モータ１の制御が行
なわれる。ここでアシスト信号itのグラフを第３図の実
線で示すとすれば、上記加算信号は破線で示すようにな
る。従って、右転舵角θ_１の保舵状態を解除すると、捩
りトルクＴが激減することで加算信号は第３図の破線に
沿って直ちに負の値（左切り方向）になる。これにより
電動モータ１に左切り方向のトルクが発生して減速機な
どの摩擦力や、モータの慣性モーメントなどを相殺する
ことになり、このため車両の走行時（５km/h以上）には
キャスタ効果などにより操舵系は直進状態へスムーズに
復元し得るなどハンドル戻り動作が良好となる。そし
て、転舵角θの減少に伴い戻し信号ｉθの大きさは次第
に０に近づくべく減少し、転舵角が中立位置に戻ると、
電動モータのトルクは消失する。 一方、急旋回（高Ｇ旋回）からのハンドル戻り時には、
モータ慣性のためハンドルが中立を越える場合もある。
しかし、舵角位相補償指令部６から減衰信号ｉが出力
すると、この減衰信号はハンドルの回転方向と逆の出力
トルクを指令するためハンドルが戻り過ぎることもな
く、高速走行時などにおけるハンドル手放し状態からの
収束性も向上する。 次に、車両の停止状態などにおける転舵操作、すなわち
据切り操舵について説明すると、この場合、接地抵抗が
大きいことから転舵操作に伴い捩りトルクが急増し、捩
りトルクセンサ31の出力電圧もそれに比例して急増す
る。すると、この捩りトルクの急増傾向が位相補償指令
部５の位相補償部51で検出され、捩りトルクの増加度に
応じた出力信号が捩りトルクセンサ31の出力信号に加算
されるようになる。従って、捩りトルクＴが小さく、こ
れに伴うアシスト信号itが未だ発生しない段階において
も、捩りトルクの変化度合が大きければアシスト信号it
が直ちに出力されるようになり、据切り操舵に際しては
電動モータ１は応答遅れなく直ちに起動するようにな
り、また自励振動の発生が防止される。 そして据切り操舵時には、車速が５km/h以下であって、
戻し指令部４の戻し信号ｉθおよび舵角位相補償指令部
６からの減衰信号ｉが車速判別部８により規制される
ことから、エネルギの労費がなく軽快な操舵が実現され
る。 また、前記位相補償部51から出力信号が発せられると、
位相補償指示関数部52からは第８図に示す特性のアシス
ト補助信号iaが出力される。すなわち捩りトルクの変化
度合が所定値内では比例的に増減し、所定値を越えると
一定値となるアシスト補助信号iaが捩りトルクの変化の
方向に応じて直ちに出力されるのである。従って左右転
舵を繰返す場合などにおいては、アシスト補助信号iaが
直ちに出力して電動モータ１の起動，停止時の慣性力を
吸収するようになっている。 さてここで、車両が緩いカーブを連続走行するような保
舵時や転舵後の修正舵など操舵速度が小さい場合につい
て説明する。このとき舵角位相補償部61，戻りトルクセ
ンサ31が共に出力していることから、操舵速度対応出力
トルク値補正関数部71および捩りトルク対応出力トルク
値補正関数部72は、それぞれ対応する出力トルク値を信
号出力しており、そのうち絶対値の小さい方の信号値が
アシスト補正信号it′として比較演算部73から出力す
る。この場合、車速が例えば６０km/h以下であれば、車
速補正係数は１で乗算演算部75は上記アシスト補正信号
it′をそのまま出力し、これが指令信号となって保舵あ
るいは修正舵の操作力のアシストが行われる。また車速
が６０km/hを越えて高速となるとそれに応じて車速補正
係数が小さくなり、乗算演算部75を通過するアシスト補
正信号it′は漸減するから、高速走行時に操作力が過剰
とならず、操舵の安定性が得られる。 前述の保舵あるいは修正舵の走行時において、捩りトル
クが所定値以下の場合はアシスト補正信号it′は出力せ
ず、捩りトルクが所定値を越えるとアシスト補正信号i
t′は漸次増大するので、操作力のアシストはショック
を伴わずに滑らかに行われる。 また、操舵速度が修正舵領域を越えて増大すると、アシ
スト補正信号it′の絶対値は漸減するので、同一車速，
同一捩りトルクの場合、アシストトルク値は第１４図の
ように操舵速度が_０と小さいときより_１と大きいと
きの方が小さくなる。従ってハンドルの軽すぎはなく、
直進走行付近の繰返し操舵の際にも適度な手応えが得ら
れる。 なお前記実施例における捩りトルク対応出力トルク値補
正関数部72の出力特性は、第１０図(b)の破線で示すよ
うに所定値まで一気に立上る特性としてもよい。

【発明の効果】

以上に説明したように、本発明によれば、修正舵や保舵
の操舵時に、ゆっくりと緩慢に行われる修正舵や保舵の
時ほどアシスト量が増して舵力が軽くなり、また速い操
舵速度では操舵時の補正量が滑らかに増，減するように
なる。 この結果、ゆっくりと緩慢な操舵速度で行われる修正舵
や保舵の時には舵力が軽くなって軽いという操舵感が得
られ、また速い操舵速度の修正舵や保舵の時には、速く
なるにつれてアシスト量の絶対値が減少して舵力が順次
重くなることからハンドルの軽すぎはなく、適度な手応
えが得られて切り応え感を向上できる等の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は捩りトルクセンサの出力信号の特性グラフ、第３図
はアシスト信号の基本特性グラフ、第４図は加算定数信
号の特性グラフ、第５図はアシスト信号の特性変化を示
すグラフ、第６図は乗算定数信号の特性グラフ、第７図
は戻し信号の特性グラフ、第８図はアシスト補助信号の
特性グラフ、第９図は減衰信号の特性グラフ、第１０図
(a)(b)はそれぞれ操舵速度および捩りトルクに対応した
出力トルク値信号の特性グラフ、第１１図は車速補正係
数の特性グラフ、第１２図，第１３図は出力トルク値の
分解能を示すグラフ、第１４図はアシストトルク値の変
化特性を示すグラフである。 １……電動モータ ２……駆動制御部 21……正負判別部、22……絶対値変換部 23……デューティ制御部、24……電機子電流検出部 25……電動モータ駆動部 ３……アシスト指令部 31……捩りトルクセンサ、32……アシストトルク値指示
関数部、33……車速センサ、34……加算定数関数部、35
……加算演算部、36……乗算定数関数部、37……乗算演
算部 ４……戻し指令部 41……舵角センサ、42……戻しトルク値指示関数部 ５……位相補償指令部 51……位相補償部、52……位相補償指示関数部 ６……舵角位相補償指令部 61……舵角位相補償部、62……舵角位相補償指示関数部 ７……修正舵指令部 71……操舵速度対応出力トルク値補正関数部、 72……捩りトルク対応出力トルク値補正関数部、 73……比較演算部、74……車速補正係数指示部、 75……乗算演算部、76……一次遅れ設定部 ８……車速判別部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 豊彦 東京都新宿区西新宿１丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−194973（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵系の捩りトルクを検出する捩りトルク
   センサの出力信号に基づく指令信号に応じて駆動制御部
   により電動モータの回転方向，回転トルクを制御する電
   動式パワーステアリング装置において、 修正舵および保舵の操舵時にアシスト量の補正信号を上
   記駆動制御部に対して出力する修正舵指令部を有し、 上記修正舵指令部は、操舵速度検出手段の出力信号に基
   づき、操舵速度が増大するに従って出力トルク値を減少
   させる特性を持つ操舵速度対応の出力トルク値補正関数
   部と、 捩りトルクセンサの出力信号に基づき、捩りトルクが所
   定値を越えると捩りトルクに応じたトルク値を出力する
   捩りトルク対応の出力トルク値補正関数部と、 上記操舵速度に対応した出力トルク値と捩りトルクに対
   応した出力トルク値とを比較して、そのうちの絶対値が
   小さい方の値をアシスト補正信号として上記駆動制御部
   に出力する比較演算部とを有してなることを特徴とする
   電動式パワーステアリング装置のモータ制御装置。