JPH03176272A - 電動式パワー・ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 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・ステアリング装置に関する。

従来技術とその問題点 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。モータおよびステアリング機械系の慣性、
粘性、摩擦等を考慮した慣性補償、粘性補償等を行なう
ために操舵アシスト・モータの回転位置制御、速度制御
、加速度制御をする場合、従来はエンコーダまたはタコ
ジェネレータ等の検出器から角度位置または回転速度を
表わす信号を得ていた。そのために従来の電動式パワー
・ステアリング装置は高価なものとなっていた。

発明の概要 発明の目的 コノ発明はエンコーダ、タコジェネレータ等ノ回転位置
、速度検出器を用いることなく操舵アシスト・モータの
角度位置１回転速度、加速度を得ることができるように
することを目的とする。

発明の構成１作用および効果 第１の発明は、操舵トルク検出値、車速検出値等に基づ
いて操舵アシスト・モータを制御し、操舵アシスト・ト
ルクを発生する電動式パワー・ステアリング装置におい
て、上記操舵アシスト・モータの印加電圧を検出する手
段、上記操舵アシスト・モータに流れる電流を検出する
手段、ならびに上記の検出電圧および検出電流を用いて
、上記モータの角度位置、速度および加速度のうち少な
くともいずれか１つを算出する手段を備えていることを
特徴とする。

この発明によると、操舵アシスト・モータの電圧および
電流を検出し、この検出電圧値および検出電流値を用い
て、操舵アシスト・モータの回転角度位置、速度および
加速度のうちの少なくともいずれか１つを算出している
ので、これらの値を得るために従来のようにエンコーダ
、タコジェネレータ等の検出器を必要としない。したが
って。

コストダウンを図ることができるとともに、配線数を少
なくすることができるので、断線等による故障発生の防
止を図ることができる。

第２の発明は、操舵トルク検出値、車速検出値等に基づ
いて操舵アシスト・モータを制御し、操舵アシスト・ト
ルクを発生する電動式パワー・ステアリング装置におい
て、上記操舵アシスト・モータに電流指令値を与える手
段、上記操舵アシスト・モータに流れる電流を検出する
手段、ならびに上記電流指令値および検出電流値を用い
て。

上記モータの角度位置、速度および加速度のうち少なく
ともいずれか１つを算出する手段を備えていることを特
徴とする。

第２の発明によると、実際に検出するのはモータ電流の
みでよく、モータ電流の検出は操舵アシスト・モータの
フィードバック制御にも必要なことであるから、角度位
置、速度および加速度の検出のために新たに検出器を設
けることが不要となり、−層のコスト・ダウン、省配線
化を図ることができる。

第１および第２の発明において、上記算出手段における
角度位置、速度、加速度の算出処理ではモータの電機子
抵抗、自己インダクタンス、トルク定数、速度起電力定
数、ロータ・イナーシャ。

粘性係数等のモータの内部パラメータに基づいて計算さ
れたパラメータを用いる。上記のモータの内部パラメー
タはモータの内部１周囲温度の変化により変化するので
、角度位置、速度、加速度の計算値と実際の値との間に
誤差が生じる。

第３の発明はモータの温度変化に基づく算出誤差の発生
を防止できるようにするもので、第１または第２の発明
による電動式パワー・ステアリング装置において、さら
に上記操舵アシスト・モータの温度を測定する手段、お
よび測定温度に基づいて、上記算出手段における算出処
理のためのパラメータを修正する手段を備えていること
を特徴とする。

第３の発明によると、モータの印加電圧値、電流値を用
いてモータ・ロータの位置、速度、加速度を算出するさ
いに、モータの温度を測定し、この測定温度によって使
用するモータの内部パラメータをその温度特性にしたが
って修正するようにしたので、温度変化による計算値の
誤差を最小にすることができる。したがって、算出され
た値を用いてモータの位置、速度、加速度制御を正確に
行ない、好ましいフィーリングの操舵感が得られるよう
になる。

実施例の説明 まず第１の発明について説明する。

第１図は第１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。

第２図はこのパワー・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。

まず第２図に示すパワー・ステアリング機械系について
説明しておく。

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）　１Ｇ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７
１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ｌＯを制御する。コントロール装
置１１およびモータ１０には車両に搭裁されたバッテリ
１２からその動作電力が供給される。

コントロール装置１１は、電流検出器、電圧検出器等の
検出器、モータ１０を駆動する駆動回路。

モータｌＯの全体的な制御を統括するコンピュータ（Ｃ
ＰＵ、たとえばマイクロプロセッサ）、メモリ、コンピ
ュータと上記の人、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。第１図は、コントロール装置１
１に内蔵されたコンピュータの各種機能をブロック的に
、他の人、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。

第１図において、アシスト指令部２０にはトルク・セン
サ２１の検出トルクｖＴと車速センサ２２の検出車速ｖ
８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ＶＴ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
８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、第３図に示すように、検出
トルクＶ　と検出車速Ｖｓによりて定められた値となる
。第３図は、操舵トルクｖＴに応じて、一定範囲の操舵
トルクＶＴに対してはこれにほぼ比例するモータ電流が
流れ（アシスト参トルクが発生し）、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Ｖｓに応じて、車速Ｖ
ｓが速いときにはモータ電流（アシスト参トルク）を少
なくシ、車速Ｖｓ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。

モーターＯ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。検出トルクＶＴは位相補償部２Ｂに
も与えられ、この位相補償部２Ｂ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。

この基準電流指令値には後述する角度位置、速度および
加速度制御（少なくともいずれか１つでよい）のための
指令値が加算（または減算）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
もてきる。

電流制御部８０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（Ｐｕ１ｓｅ　
Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを用いたチ
ョッパ動作によってモーター０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。電機子電流検出
部６Ｂによってモーター０の電機子電流ｉ　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ｉ　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パルスのデユ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。生成されたデユーティ比と判別された極性はモ
ータ駆動部Ｂ３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ー０を駆動する。

モーター０の印加電圧Ｖは印加電圧検出部５１によって
検出される。検出された印加電圧Ｖおよび上述の電機子
電流ｉ　は舵角速度推定手段５２に与えられる。この舵
角速度推定手段５２は、与えられたモータ電圧Ｖとモー
タ電流ｉ　とからモーター０の回転速度すを推定するオ
ブザーバである。推定値には八を付け、たとえばθで表
わす。

舵角速度推定手段５２の機能的構成例が第４図に示され
ている。第４図のブロック図は次の演算式の演算を実現
するものである。

ｚ（ｔ）−Ｆｚ（ｔ）＋Ｇｉ　　（ｔ）＋ＬＯｖ（ｔ）
Ｎｉｏ＋ε（ｔ）　−０となるようにＦを決める。

ここでｚ（ｔ）、ｚ（ｔ）、Ｆ、Ｇ、ＬＯ，ＨおよびＪ
Ｏはオブザーバにおけるパラメータである。

また第４図において、１／Ｓは積分要素を表わす。

上記のオブザーバのパラメータは、モーターＯにおける
内部パラメータ、たとえば電機子抵抗Ｒ１自己インダク
タンスＬ、）ルク定数Ｋ　、速度誘起電圧定数Ｋ　、モ
ータ軸の粘性抵抗係数り。

ロータ・イナーシャＪ等を用いて算出される。

このようにして舵角速度推定手段５２から得られる推定
速度θは微分演算部５３で微分されることにより推定加
速度θに変換され、また積分演算部５４で積分されるこ
とにより推定角度位置θに変換される。このようにして
、モーターＯの加速度、速度および位置が推定されるこ
とになる。微分演算部５３、積分演算部５４を用いずに
オブザーバによって直接に加速度１位置を推定するよう
にすることもできる。

負帰還を行なう粘性指令部３０に、推定された加速度θ
は舵角加速度の正帰還を行なう慣性補償部４０にそれぞ
れ与えられ、モータ１０の位置、速度および加速度制御
のために用いられる。これらの制御のうちいずれか１つ
または２つを行なってもよく、全部を行なってもよい。

粘性指令部３０は基本的には舵角の中立位置へ戻す力、
すなわち復元力を生じさせるものである。

推定された速度θは粘性補償値指示関数部３１に与えら
れ、この関数部３１は速度θが大きいほど絶対値が大き
くかつ逆方向のトルクを発生させる指令値を出力する。

一方、車速センサ２２によって検出された車両ｖ８は車
速演算定数関数部３４に与えられ、この関数部３４は車
両ｖ８が大きいほど大きな定数を出力する。この車速演
算定数は乗算演算部３５（これについては後述する）を
経て乗算演算部３２において関数部３１から出力される
指令値に乗算される。この乗算結果は粘性指令出力指令
部３３を経て、アシスト指令部２０から出力される基準
電流指令値から減算されることになる。このようにして
、粘性指令部３０の出力は舵角速度θが大きいほどアシ
スト指令部２０の出力をより大きく減らすように働（。

また車速ｖ８が大きくなるほどより大きな定数が掛けら
れるために大きくなり、粘性制動の効果は大きくなる。

これによって高車速時はど不安定になる傾向にある手放
し戻り時の不安定を抑え、良好なハンドル・フィーリン
グが得られる。また低車速時には粘性を減らせるような
補償が働くことになりハンドルの活性感を減らせること
ができ良好なフィーリングが得られることになる。

また、推定された舵角位置θは乗算定数関数部３６に与
えられる。この関数部３６は舵角位置の絶対値が大きい
ほど小さな定数を出力し、この定数は関数部３４から出
力される上記定数と乗算演算部３５で乗算され、この結
果が乗算演算部３２に与えられることになる。一方、粘
性指令出力指令部３３は。

状態と判定し、この場合にのみ乗算演算部３２の出力を
アシスト指令部２０の出力から減算させ、それ以外は粘
性指令部３０の出力を零とする。このようにして、粘性
指令部３０の出力は手放し状態時にのみ出力され、その
大きさは舵角θの絶対値が小さいほど大きい値になる。

したがって手放し時においてハンドルが中立付近で不安
定になるのを粘性制動によって抑えることができる。し
かも制動の効き始めは比較的大きい舵角であるためこの
ときは制動力は小さく、中立付近に近づくにしたがい大
きな制動力を得られるため中立位置への収束のし方が自
然になる。

上述した機能ブロック３１．３２．３３．３４による粘
性補償のみを行なってもよく１機能ブロック３１゜３２
（３５）、　３３．３６による粘性補償のみを行なって
もよく、これらすべての粘性補償を行なってもよい。

慣性補償部４０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もので、急ハンドル時に
モータ１０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１手放し時の房りスピードを早く
したりするように作用する。推定された舵角加速度θは
慣性補償値指示関数部４１に与えられ、この関数部４１
から出力される指令値に乗算演算部４２で適当な定数が
重しられることにより得られる指令値がアシスト指令部
２０の基準電流指令値に加算される。

第５図は第２の発明の実施例を示している。第１図に示
すものと同一物には同一符号を付し、説明を省略する。

第２図との対比で述べると、第５図では印加電圧検出部
５１は設けられていない。舵角速度推定手段５２Ａには
、上述の検出電機子電流ｌ　と、アシスト指令部２０か
ら出力される電流指合価ｉ　とが与えられている。電流
指令値ｉ、としては１図示のようにアシスト指令部２０
の基準電流指令値に粘性指令部３０の指令値を加えた値
のみならず、上記基準電流指令値、または電流制御部６
０に与えられる目標電流指令値を用いてもよい。

舵角速度推定手段５２Ａの機能ブロック図が第６図・に
示されている。ブロック構成は第４図に示すものと同じ
であるが、入力および各ブロックのパラメータの値が異
なるものとなっている。第６図のブロック図は次の演算
を行なうようにそのパラメータが上述したモーター０の
内部パラメータにしたがって決定される。

ｚ（ｔ）　−Ｆ　ｚ（ｔ）　＋ｃ　ｔ　　（ｔ）　＋　
ＬＯｉａ　（ｔ）ｆｌｌ−ε（ｔ）−０となるようにＦ
を決める。

第７図は第３の発明の実施例を示している。第７図にお
いても第１図に示すものと同一物には同一符号を付し、
説明を省略する。

モータ１０の上述した内部パラメータは温度によって変
化するので、これに基づいて算出された第４図または第
６図の機能ブロック図の各要素のパラメータも温度によ
って変化する。温度変化に度θが推定できるように、第
３の発明はモータの内部パラメータをモータの検出温度
に応じて補正するものである。これにより、正確な位置
、速度および加速度制御が達成できることとなる。

第８図はモータｌＯの温度を検出するための構成例を示
している。この図において、温度検出のためのサーミス
タ１０１はモータ１０のケース１１０の内面に取付けら
れている。サーミスタは温度に応じてその抵抗値が変化
するので、これによりモータ１０の内部温度を測定する
ことができる。サーミスター０１はリード線１０２を介
してモータ温度検出部５５（第７図）の温度検出回路に
接続されている。

サーミスター０１は他の場所に取付けることも可能であ
るのはいうまでもない。第８図における他の構成要素を
述べると次の通りである。１０３は永久磁石、１０４は
電機子鉄心、１０５は電機子コイル。

１０６は整流子、１０７はブラシ、１０８はモータ駆動
用リード線、１０９はモータの回転軸である。

第７図において、モータ温度検出部５５で検出された温
度はモータ内部パラメータ・テーブル（メモリ）５Ｂに
与えられる。このテーブル５６には、第９図にその一例
を示すように、電機子抵抗Ｒ９自己インダクタンスＬ、
　　トルク定数Ｋ　、速度誘起電圧定数Ｋ　、モータ軸
の粘性抵抗係数り、ロータ・イナーシャＪについて、こ
れらの温度特性を表わすデータがあらかじめ格納されて
いる。テーブル５６は与えられた温度に対応した各モー
タ内部パラメータの値またはその温度補正値を出力して
舵角速度推定手段５２に与える。このようにして。

モータの内部温度をリアル・タイムに検知して。

検出温度に応じて補正された内部パラメータを用いて推
定手段５２において舵角速度が推定されるので、正確な
推定値が得られることとなる。

第３の発明は第５図に示す第２の発明にも適用可能であ
るのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を示すａｌ能ブロック図で
ある。 第２図はパワー・ステアリング機械系の一例を示す構成
図である。 第３図は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。 第４図は第１図に示す舵角速度推定手段の構成を示す機
能ブロック図である。 第５図は第２の発明の実施例を示す機能ブロック図、第
６図は、第５図における舵角速度推定手段の構成を示す
機能ブロック図である。 第７図は第３の発明の実施例を示す機能ブロック図、第
８図はモータの内部温度検出位置を示す断面図、第９図
（Ａ）〜（Ｐ）は各種内部パラの温度特性を示すグラフ
である。 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・・・粘性指令部。 ４０・・・慣性補償部。 ５１・・・印加電圧検出部。 ５２、５２Ａ・・・舵角速度推定手段。 ５３・・・微分演算部。 ５４・・・積分演算部。 ５５・・・モータ温度検出部。 ５６・・・モータ内部パラメータ・ ６０・・・電流制御部。 ６６・・・電機子電流検出部。 テーブル。 メータ 以

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵トルク検出値、車速検出値等に基づいて操舵
   アシスト・モータを制御し、操舵アシスト・トルクを発
   生する電動式パワー・ステアリング装置において、 上記操舵アシスト・モータの印加電圧を検出する手段、 上記操舵アシスト・モータに流れる電流を検出する手段
   、ならびに 上記の検出電圧および検出電流を用いて、上記モータの
   角度位置、速度および加速度のうち少なくともいずれか
   １つを算出する手段、 を備えたことを特徴とする電動式パワー・ステアリング
   装置。
2. （２）操舵トルク検出値、車速検出値等に基づいて操舵
   アシスト・モータを制御し、操舵アシスト・トルクを発
   生する電動式パワー・ステアリング装置において、 上記操舵アシスト・モータに電流指令値を与える手段、 上記操舵アシスト・モータに流れる電流を検出する手段
   、ならびに 上記電流指令値および検出電流値を用いて、上記モータ
   の角度位置、速度および加速度のうち少なくともいずれ
   か１つを算出する手段、 を備えたことを特徴とする電動式パワー・ステアリング
   装置。
3. （３）上記操舵アシスト・モータの温度を測定する手段
   、および 測定温度に基づいて、上記算出手段における算出処理の
   ためのパラメータを修正する手段、をさらに備えた請求
   項（１）または（２）に記載の電動式パワー・ステアリ
   ング装置。
4. （４）上記算出手段によって算出された値に基づいて、
   上記操舵アシスト・モータの位置制御、速度制御または
   加速度制御の少なくともいずれかを実行する制御手段を
   さらに備えた請求項（１），（２）または（３）に記載
   の電動式パワー・ステアリング装置。