JPH1016809A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置Info
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- JPH1016809A JPH1016809A JP17400196A JP17400196A JPH1016809A JP H1016809 A JPH1016809 A JP H1016809A JP 17400196 A JP17400196 A JP 17400196A JP 17400196 A JP17400196 A JP 17400196A JP H1016809 A JPH1016809 A JP H1016809A
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Abstract
ロードインフォメーションにも適切な操舵が可能な操舵
フィーリングのよい電動パワーステアリング装置を提供
する。 【解決手段】 パワーステアリングモデル3、ラック軸
入力重み付け関数4、ハンドル入力重み付け関数5、ト
ルク出力重み付け関数6を備えた一般化プラント2と、
一般化プラント2の出力と入力間のフィードバックルー
プに接続し、電動機を駆動するための目標電流信号を設
定する制御手段7とからなる電動パワーステアリング装
置1。
Description
テアリング系に直接作用させて運転者の操舵力の軽減を
図る電動パワーステアリング装置に係り、特に路面の状
態をハンドルを介して運転者に正確に伝え、最適な操舵
フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置に
関する。
いて、運転者がハンドルを操作することにより発生する
操舵トルクを検出し、この操舵トルクに対応した目標電
流信号により電動機をPWM(パルス幅変調)駆動する
ことによって発生する動力を補助操舵力(アシスト力)
としてステアリング系に作用させ、運転者の操舵力を軽
減するよう構成されたものは知られている。
れて目標電流信号を減少させるよう制御することによ
り、低車速領域では充分大きなアシスト力をステアリン
グ系に作用させて運転者の操舵力を軽減させるととも
に、高車速領域ではアシスト力を小さく制限して車両挙
動の安定化を図るように構成されたものも知られてい
る。
の全体構成図を示す。図4において、従来の電動パワー
ステアリング装置51は、ステアリングホイール67に
一体的に設けられたステアリング軸52に自在継ぎ手5
3a、53bを備えた連結軸53を介し、ステアリング
・ギアボックス54内に設けたラック&ピニオン機構5
5のピニオン55aに連結されて手動操舵力発生手段5
6が構成される。
を備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸
57は、その両端にタイロッド58を介して転動輪とし
ての左右の前輪59が連結される。
7操舵時には通常のラック&ピニオン式の手動操舵力発
生手段56を介し、マニュアルステアリングで前輪59
を転動させて車両の向きを変えている。
減するため、操舵補助力(アシスト力)を供給する電動
機60をラック軸57と同軸的に配設し、ラック軸57
と同軸に設けられたボールねじ機構61を介して電動機
60の回転力を直線的な推力に変換し、ラック軸57
(ボールねじ軸61a)に作用させる。
ライバの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵
トルクセンサ62を配置し、操舵トルクセンサ62が検
出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵ト
ルク信号TSを制御手段65に提供する。
した周波数の電気的なパルス信号として検出し、車速信
号VSを制御手段65に提供する。
に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で
構成し、車速信号VSに応動した操舵トルク信号TSに対
応する駆動制御信号VO(例えば、オン信号とPWM信
号の混成信号)を発生して電動機駆動手段66を駆動制
御する。
ーFET(電界効果トランジスタ)のスイッチング素子
からなるブリッジ回路で構成し、駆動制御信号VOに基
づいて電動機電圧VMを発生して電動機60を駆動す
る。
際に流れる電動機電流IMを検出し、電動機電流IMに対
応した電動機電流信号IMOを制御手段65にフィードバ
ック(負帰還)する。
の全体ブロック構成図を示す。図5において、電動パワ
ーステアリング装置51は、操舵トルクセンサ62、車
速センサ64、制御手段65、電動機駆動手段66、電
動機電流検出手段68、電動機60から構成される。
に各種演算手段、比較・処理手段、メモリ等から構成さ
れ、目標電流設定手段71、偏差演算手段72、制御信
号発生手段73を備える。
バ)のハンドル操作に対応した操舵トルクをアナログの
電気信号として検出し、操舵トルク信号TSが目標電流
設定手段71に供給される。車速センサ64は車両の速
度に対応した周波数の電気的なパルス信号として検出
し、車速信号VSが目標電流設定手段71に供給され
る。
サ62から供給される操舵トルク信号TSをA/D変換
器等でディジタルの操舵トルク信号TDに変換し、この
操舵トルク信号TDと車速センサ64から供給される車
速信号VSに基づいて予め設定されている目標電流信号
IMSに変換し、車速VS(VL、VM、VH)をパラメータ
にした操舵トルク信号TDに対する目標電流信号IMSを
偏差演算手段72に出力するよう構成される。
信号(TD)―目標電流信号(IMS)特性図を示す。図
6において、車速VL、VMおよびVHはそれぞれ低車速
領域、中車速領域および高車速領域を表わし、操舵トル
ク信号TDが同じであっても、車速VSが増加(VL→VM
→VH)するに伴い、目標電流信号IMSは減少するよう
予め設定されている。
車速領域(VS=VL)では電動機60を目標電流信号I
MSに対応した大きな電動機電流IMで駆動して充分大き
な操舵補助力が得られ、一方、高車速領域(VS=VH)
では電動機60を目標電流信号IMSに対応した小さな電
動機電流IMで駆動して操舵補助力を制限し、操舵の安
定性が得られるよう構成される。
電動機電流検出手段68で検出され、電動機電流IMに
対応させてディジタル信号に変換した電動機電流信号I
MOの偏差(=IMS−IMO)を演算し、偏差信号ΔIが制
御信号発生手段73に提供される。
ラ、PWM(パルス幅変調)信号発生手段を備え、偏差
信号ΔIは比例・積分制御を施された後、偏差信号ΔI
の大きさと方向に対応したPWM信号VPWMが電動機制
御信号VOとして電動機駆動手段66に供給され、電動
機駆動手段66から電動機電圧VMで電動機60が駆動
される。
0が駆動されて電動機電流IMが流れるが、電動機電流
検出手段68が電動機電流IMを検出し、対応した電動
機電流信号IMOが偏差演算手段72に帰還される。
グ装置51は、目標電流信号IMSに電動機電流IMに対
応した電動機電流信号IMOをフィードバック(負帰還)
させ、偏差信号ΔIに比例・積分制御を施すよう構成し
たので、電動機電流信号IMOを速やかに目標電流信号I
MSに収束させ、操舵トルクTSに対応した電動機動力が
得られ、応答性のよい所望の操舵補助力をステアリング
系に作用させることが可能となっている。
アリング装置は、図6に示すように車速信号VS(=
VL、VM、VH)をパラメータとした操舵トルク信号TD
に対応して目標電流信号IM Sを設定するよう構成されて
いるため、必要とされる一定のラック軸力FLKに対して
必要とされる手動操舵力(操舵トルク信号TSまたは
TD)を軽減しようとする場合には同じ操舵トルク信号
TS(またはTD)に対して目標電流信号IMSを増加させ
る必要がある。
目標電流信号IMS増加特性図を示す。図7は、同一の操
舵トルク信号TS(=TSK)に対してC1特性の目標電
流信号IMS1からC2特性の目標電流信号IMS2に増加さ
せた場合を示す。
成分の変化説明図を示す。図8において、図7のC1特
性に対応して必要とされるラック軸力FLKは、目標電流
信号IMS1に対応したアシスト力FA1成分と、手動操舵
力(操舵トルク信号)TS1成分(TS1成分には、所定の
割合で路面からのロードインフォメーションIL1成分が
含まれる。)とを合成したものである。
動操舵力を減少させても同じラック軸力FLKを得ようと
した場合、ラック軸力FLKは、目標電流信号IMS2に対
応したアシスト力FA2成分と、手動操舵力(操舵トルク
信号)TS2成分(TS2成分には、所定の割合で路面から
のロードインフォメーションIL2成分が含まれる。)と
を合成(FLK=FA2+TS2)したものとなる。
(操舵トルク信号)TS2成分に含まれるロードインフォ
メーションIL2成分の割合(=IL2/TS2)は、手動操
舵力(操舵トルク信号)TS1成分に含まれるロードイン
フォメーションIL1成分の割合(=IL1/TS1)と同じ
なので、ロードインフォメーションIL2成分はアシスト
力FA1成分とアシスト力FA2成分との割合(=FA1/F
A2)だけ減少することになる。
ら手動操舵力(操舵トルク信号)TS2成分の減少は、ア
シスト力を増加することで電動パワーステアリング装置
の本来の要求仕様を満足するが、ロードインフォメーシ
ョンIL1成分からロードインフォメーションIL2成分へ
の減少が、運転者がハンドルを介して路面の状況を正確
に認識して最適なステアリング操作を行うことを妨げる
要因となり、このロードインフォメーションの減少が従
来の電動パワーステアリング装置の大きな課題となって
いる。
えば凹凸の路面、または凍結路などの低μ路面(摩擦係
数が小さい路面)等を走行時にラック軸からハンドルを
介して運転者に伝達される路面情報(例えば、ハンドル
の振動、急にハンドル操作が軽くなる現象)を表わす。
なされたもので、その目的は電動機の動力をステアリン
グ系に直接作用させて手動操舵力をアシストするととも
に、ハンドルを介して運転者にロードインフォメーショ
ンを正確に伝達することにより、路面状態に対応した最
適な操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリン
グ装置を提供することにある。
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステア
リング系の制御対象に実現したい制御仕様を組み込んで
所望の制御対象のモデル化を行う一般化プラントと、一
般化プラントの入力を形成するラック軸入力またはハン
ドル入力と、出力を形成する反力トルク出力との間に、
それぞれ別系統で異なる重み付けを行う重み付け関数発
生手段を備えるとともに、反力トルク出力から一般化プ
ラントの目標電流入力への帰還ループ内に電動機を駆動
するための目標電流信号を設定する制御手段を備えたこ
とを特徴とする。
置は、ステアリング系の制御対象に実現したい制御仕様
を組み込んで所望の制御対象のモデル化を行う一般化プ
ラントと、一般化プラントの入力を形成するラック軸入
力またはハンドル入力と、出力を形成する反力トルク出
力との間に、それぞれ別系統で独立した重み付けを行う
重み付け関数発生手段を備えるとともに、反力トルク出
力から一般化プラントの目標電流入力への帰還ループ内
に電動機を駆動するための目標電流信号を設定する制御
手段を備えたので、ラック軸入力からの路面情報(ロー
ドインフォメーション)を運転者に正確に伝達すること
ができるとともに、ハンドル入力に対応した精度のよい
アシスト力を発生することができる。
ング装置の重み付け関数発生手段は、周波数に関する重
み付けを有し、ラック軸入力に対してはバンドエリミネ
ーション・フィルタ特性、ハンドル入力に対してはロー
パス・フィルタ特性を備えたことを特徴とする。
置は、周波数に関する重み付けを有し、ラック軸入力に
対してはバンドエリミネーション・フィルタ特性、ハン
ドル入力に対してはローパス・フィルタ特性を備えた重
み付け関数発生手段を有するので、運転者に必要とされ
る比較的高周波の路面情報(ロードインフォメーショ
ン)と、低周波の操舵アシスト力の双方を独立に制御す
ることができる。
リング装置の制御手段は、H無限大(H∞)手法で求め
たことを特徴とする。
置は、一般化プラントと制御手段に対してH無限大(H
∞)手法を施し、制御手段を決定するので、最適な制御
系を実現することができる。
付図面に基づいて説明する。なお、本発明は、制御対象
となるステアリング系に実現したい制御仕様を組み込ん
で所望の制御対象のモデル化を行う一般化プラントを導
入し、これにH無限大(H∞)手法を施して制御手段を
決定することにより、安定なステアリング制御を行うも
のである。
ル入力およびラック軸入力に対するそれぞれ別系統の独
立した周波数特性の重み付け関数を持たせ、ステアリン
グ系に最適なアシスト力を供給するとともに、運転者に
必要な路面情報(ロードインフォメーション)を正確に
伝える電動パワーステアリング装置を提供するものであ
る。
ング装置の基本ブロック構成図である。図1において、
電動パワーステアリング装置1は、ステアリング系の制
御対象に実現したい制御仕様を組み込んで所望の制御対
象のモデル化を行う一般化プラント2と、一般化プラン
ト2の反力トルク出力と目標電流入力間のフィードバッ
クループに接続し、電動機を駆動するための目標電流信
号を設定する制御手段7とを備える。
ック軸から伝達される凍結路などの路面摩擦抵抗が低い
低μ路のロードインフォメーション(路面情報)、ハン
ドルからの操舵情報等を想定する。
舵)のみの車両では、低μ路のロードインフォメーショ
ンがハンドルを介して運転者に正確に伝達される。
情報)は、ラック軸からのラック軸力に含まれ、操舵に
必要とされる周波数帯域よりも高い特定の周波数帯域に
顕著に現れる傾向にあり、この特定の周波数帯域の路面
情報をハンドルに通過させるようにする。
(DC)から比較的低い周波数帯域に集中する傾向にあ
り、低μ路のロードインフォメーション(路面情報)の
周波数帯域とは明らかに分離した扱いが可能となる。
ョン(路面情報)とハンドルからの操舵情報(ハンドル
トルク)の周波数帯域の違いに着目し、運転者が要望す
るロードインフォメーションおよび操舵情報の要求仕様
を以下の通り設定し、図1に示す一般化プラント2内に
取り込む。また、トルクセンサへ混入するノイズについ
ても要求仕様を設定する。
ルク出力)までの伝達特性は、直流(DC)成分から比
較的低い周波数帯域ではアシスト制御を行い、比較的高
い特定の周波数帯域ではアシスト制御を行わない。 ハンドルトルク(ハンドル入力)から反力トルク(反
力トルク出力)までの伝達特性は、直流(DC)成分か
ら比較的低い周波数帯域ではアシスト制御を行う。 トルクセンサへ混入するノイズに対してロバスト(頑
健)性を有する。
だ一般化プラント2は、従来の電動パワーステアリング
装置の電気的ならびに機械的なモデル化を行ったパワー
ステアリングモデル3、ラック軸入力からのラック軸力
FRに要求仕様を実現するためのラック軸入力重み付
け関数4、ハンドル入力からのハンドルトルクFHに要
求仕様を実現するためのハンドル入力重み付け関数
5、ノイズ入力からトルクセンサに混入するノイズNO
に要求仕様を実現するためのトルク出力重み付け関数
6を備える。なお、ラック軸入力重み付け関数4、ハン
ドル入力重み付け関数5およびトルク出力重み付け関数
6は重み付け関数発生手段を形成する。
数を有し、一般化プラント2のラック軸入力から供給さ
れるラック軸力FRおよびハンドル入力からのハンドル
トルクFHに基づいて一般化プラント2をH無限大(H
∞)標準問題として解くことにより得られ、反力トルク
出力から出力される反力トルクTRを目標値0と設定す
ることにより、目標値0のレギュレータ制御として扱
う。
ステムの制御ブロック図である。図2において、P
E(12)は電動機の電気的特性(1/(L*s+
R))、KT(13)、KE(16)はそれぞれ電動機の
トルク定数、逆起電圧定数を表わし、PM(15)は電
動機の機械的特性(1/(JM*s2+B*s))、a
(17)はギア比、K(19)はトーションバーの剛性
係数、PH(23)はハンドルの機械的特性を表わす。
制御手段を表わし、反力トルクTRを目標電流信号IMS
に変換し、H無限大(H∞)手法(制御)により、ハン
ドルトルクFHとラック軸力FRが等しくなるよう、反力
トルクTRを0に制御する。
を表わし、ラック軸入力から供給されるロードインフォ
メーションを含むラック軸力FRに比較的高い特定の周
波数帯域でバンドエリミネーション・フィルタ特性を有
する重み付けを行った後、減算手段14のマイナス入力
に供給する。
を表わし、ハンドル入力から供給されるハンドルトルク
FHに直流(DC)成分から比較的低い周波数帯域のロ
ーパス・フィルタ特性を有する重み付けを行った後、P
H(23)を介して加算手段18に供給する。
段14に供給するとともに、W2(22)の出力をPH
(23)を介して加算手段18に供給することにより、
ラック軸力FRとハンドルトルクFHとをそれぞれラック
軸入力−反力トルク出力間、ハンドル入力−反力トルク
出力間の別系統に入力するよう構成する。
数特性図である。図3において、W1はラック軸入力重
み付け関数の重み付け係数、W2はハンドル入力重み付
け関数の重み付け係数、W3はトルク出力重み付け関数
の重み付け係数を表わす。
3は図2に示すシステムの制御ブロック図のアシスト力
(ゲイン)と考えてもよい。
較的低周波までは一定のアシスト力(ゲイン)を有し、
周波数fO1〜fO3の特定周波数帯域FBではバンドエリ
ミネーション・フィルタ特性を有し、ラック軸入力から
供給されるラック軸力FRに含まれる低μ路からのロー
ドインフォメーションを減衰することなく通過させるよ
う周波数特性を設定する。
波数fO3近傍までの操舵領域で一定のアシスト力(ゲイ
ン)が得られるローパス・フィルタ特性を有し、ハンド
ル入力から供給されるハンドルトルクFHに対応したト
ルク(図1に示すFHW)が得られるよう特性を設定す
る。
波数fの増加に応じて増加する特性を有し、トルクセン
サに混入するノイズに対してロバスト(頑健)性が得ら
れるよう特性を設定する。
通過させる重み付け係数W1と、ハンドルトルクに対応
したアシスト力を発生させる重み付け係数W2とを独立
して設定することができる。
動パワーステアリング装置は、ステアリング系の制御対
象に実現したい制御仕様を組み込んで所望の制御対象の
モデル化を行う一般化プラントと、一般化プラントの入
力を形成するラック軸入力またはハンドル入力と、出力
を形成する反力トルク出力との間に、それぞれ別系統で
独立した重み付けを行う重み付け関数発生手段を備える
とともに、反力トルク出力から一般化プラントの目標電
流入力への帰還ループ内に電動機を駆動するための目標
電流信号を設定する制御手段を備え、ラック軸入力から
の路面情報(ロードインフォメーション)を運転者に正
確に伝達することができるとともに、ハンドル入力に対
応した精度のよいアシスト力を発生することができるの
で、車両の走行状態に応じて手動操舵力をアシストする
とともに、ハンドルを介して伝達されるロードインフォ
メーションに対応した操舵を実現することができる。
ング装置は、周波数に関する重み付けを有し、ラック軸
入力に対してはバンドエリミネーション・フィルタ特
性、ハンドル入力に対してはローパス・フィルタ特性を
備えた重み付け関数発生手段を有し、運転者に必要とさ
れる比較的高周波の路面情報(ロードインフォメーショ
ン)と、低周波の操舵アシスト力の双方を独立に制御す
ることができるので、手動操舵力を最適にアシストでき
るとともに、ロードインフォメーションに対応した最適
なハンドル操作を行うことができる。
リング装置は、一般化プラントと制御手段に対してH無
限大(H∞)手法を施し、制御手段を決定し、最適な制
御系を実現することができるので、高精度で安定したパ
ワーアシストを実現することができる。
を実現し、ロードインフォメーションにも適切な操舵が
可能な操舵フィーリングのよい電動パワーステアリング
装置を提供することができる。
基本ブロック構成図
御ブロック図
図
ック構成図
(TD)―目標電流信号(IMS)特性図
号IMS増加特性図
説明図
ト、3…パワーステアリングモデル、4…ラック軸入力
重み付け関数、5…ハンドル入力重み付け関数、6…ト
ルク出力重み付け関数、7…制御手段、11,14…減
算手段、12…PE(動機の電気的特性)、13…K
T(電動機のトルク定数)、15…PM(電動機の機械的
特性)、16…KE(逆起電圧定数)、17…a(ギア
比)、18…加算手段、19…K(トーションバーの剛
性係数)、20…KI(制御手段)、21…W1(ラッ
ク軸入力重み付け関数)、22…W2(ハンドル入力重
み付け関数)、23…PH(ハンドルの機械的特性)、
FR…ラック軸力、FH…ハンドルトルク、TR…反力ト
ルク、IMS…目標電流信号。
Claims (3)
- 【請求項1】 ステアリング系の操舵トルクを検出する
操舵トルク検出手段と、電動機とを備え、この電動機の
動力を制御手段を用いて制御し、ステアリング系に作用
させることにより、運転者の操舵力を軽減する電動パワ
ーステアリング装置において、 前記ステアリング系の制御対象に実現したい制御仕様を
組み込んで所望の制御対象のモデル化を行う一般化プラ
ントと、 この一般化プラントの入力を形成するラック軸入力また
はハンドル入力と、出力を形成する反力トルク出力との
間に、それぞれ別系統で独立した重み付けを行う重み付
け関数発生手段を備えるとともに、 前記反力トルク出力から前記一般化プラントの目標電流
入力への帰還ループ内に前記電動機を駆動するための目
標電流信号を設定する制御手段を備えたことを特徴とす
る電動パワーステアリング装置。 - 【請求項2】 前記重み付け関数発生手段は、周波数に
関する重み付けを有し、ラック軸入力に対してはバンド
エリミネーション・フィルタ特性、ハンドル入力に対し
てはローパス・フィルタ特性を備えたことを特徴とする
請求項1記載の電動パワーステアリング装置。 - 【請求項3】 前記制御手段は、H無限大(H∞)手法
で求めたことを特徴とする請求項1記載の電動パワース
テアリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17400196A JP3708228B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17400196A JP3708228B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 電動パワーステアリング装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1016809A true JPH1016809A (ja) | 1998-01-20 |
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ID=15970919
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