JPH03178870A - 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。このような電動式パワー・ステアリング装
置においては、アシスト・モータの慣性力により高車速
時の手放し安定性が不足するために、制動用回路を設け
、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（たとえば実開昭６１−
１６９８７５号公報）。しかしながらこの装置は。

高車速時の手放し戻り時の不安定性を粘性制動によって
安定化しているために、安定性を改善することはできる
が、ハンドルの戻り速度が不足し。

運転者に不快な操舵フィーリングを与えるという問題が
ある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、高車速時の手放し戻り時の安定化と、戻り
速度の向上とを両立させることの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する。

発明の構成２作用および効果 この発明は、検出操舵トルク、検出車速等に基づいてア
シスト指令を作成し、このアシスト指令により、操舵ア
シスト・トルクを発生する操舵アシスト・モータを制御
する電動式パワー・ステアリング装置において、舵角速
度を検出する手段。

舵角加速度を検出する手段、検出舵角速度に応じて、上
記アシスト指令にその負帰還を行なう粘性制御部、なら
びに検出舵角加速度に応じて、上記アシスト指令にその
正帰還を行なう慣性制御部を備え、上記アシスト指令を
、上記粘性制御部および慣性制御部の出力によって補正
するようにした１−とを特徴とする。

この発明によるとアシスト指令に負帰還を与える粘性制
御部を設けたので、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。。

方、この粘性制動により手放し時のハンドル戻り速度が
不足することが起りうるが、この発明によるとアシスト
指令に正帰還を与える慣性制御部を設けたので、あたか
も電動モータのロータ慣性が小さくなったように制御さ
れ、戻り時の中立位置への収束速度が増大する。このよ
うにして２手放し時の安定性を向上するとともに、ハン
ドル中立位置への収束速度を速くすることができ２非常
に良好なフィーリングを得ることができる。また。

慣性制御部を設けたことによって、操舵時にもモータ慣
性による慣性感を打ち消し、好フィーリングとなる。

実施例の説明 第１図はこ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ビニオン
・ギヤを含むステアリング機械系７２に伝達され、さら
に上記ビニオン・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）　１０の回転力はビ
ニオン・ギヤを含むステアリングやギヤ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ｌＯ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１０を制御する。コントロール装置
１１およびモータ１０には車両に搭載されたバッテリ１
２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、モータ１０を駆
動する駆動回路、モータ１０の全体的な制御を統括する
コンピュータ（ＣＰＵ、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、フ
ントロール装置１１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Ｖｒ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ｌＯ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
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Ｖｒと検出車速Ｖｓによっ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Ｖｒ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、そして１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・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ｌＯを制御するためのアシスト指令が発生ずるこ
とを表わしている。検出トルクＶ１は位相補償部２Ｂに
も与えられ、この位相補償部２Ｇによって検出トルクＶ
、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、ｉ＆、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粘性制御部３０および
慣性制御部４０の制御出力が加算（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ＢＯ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−部をコンピュータ伊ソフトウ
ェアで実現することもできる。

電流制御部６０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　
Ｗｌｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを用いたチ
ョッパ動作によってモータ１０を駆動制御するものであ
り２電流フイードバツク制御を行なう。電機子電流検出
部６ＢによってモータｌＯの電機子電流が検出され、電
流偏差演算部８１において、与えられた目標電流指令値
と検出電流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８４で得られ、この絶対値に基づいてＰＷ
Ｍ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。

デユーティ生成部Ｂ５によって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６３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（、
、′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１０を駆動する。

舵角θを検出するセンサ４４．舵角速度θを検出するセ
ンサ３７および舵角加速度θを検出するセンサ４５が設
けられている。これらのセンサ４４１３γ。

４５はタコジェネレータ、エンコーダ等およびそれらの
出力を微分または積分する回路で実現できる。これらの
センサ４４．３７．４５に代えて、舵角１舵角速度およ
び舵角加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１０の印加電圧と電機子電流と
に基づいて、またはモータ１０への指令電流値と測定電
機子電流値とに基づいて、舵角、舵角速度、舵角加速度
（モータの回転角１回転速度２回転加速度）を推定する
。

いずれにしても得られた舵角θおよび舵角速度θは舵角
速度等の負帰還を行なう粘性制御部３０に、舵角加速度
θは舵角加速度の正帰還を行なう慣性制御部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。

粘性制御部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。

得られた舵角速度θは粘性補償値指示関数部３１に与え
られ、この関数部３ｉは舵角速度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粘性補償値を
出力する。一方、車速センサ２２によって検出された車
速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Ｖｓ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
出力される粘性補償値に乗算される。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に加算（実際は減算）される
ことになる。このようにして、粘性指令部３ｏの出力は
舵角速度θが大きいほどアシスト指令部２゜の出力をよ
り大きく減らすように働く。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、得られた舵角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、操舵トルクＶ、が所定値以下でかつ舵角
速度θが所定値以上のとき、ステアリング系の手放し状
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の出力に加算させ、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。

慣性制御部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２手放し侍の戻りスピードを早く
したりするように作用する。得られた舵角加速度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
ら出力される慣性補償値に乗算演算部４２で適当な定数
が重じ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。好ましくは１乗
算演算部４２における慣性補償値に乗算される定数には
８得られた舵角θに応じて乗算定数関数部４３から出力
される定数が用いられる。

上述した粘性制御部３０による粘性制動により手放し時
の戻りスピードが不足することがある。これに慣性制御
部４０の出力を加えることで、あたかも電動モータのロ
ータ慣性が小さくなったように制御されるので戻り時の
中立への収束スピードが１曽す。このようにして６手放
し時の安定性を向上するとともに、中立への収束スピー
ドを速くすることができ非常に良好なフィーリングを得
ることができる。また慣性制御部４ｏを設けたことによ
り、操舵時にもモータ慣性による慣性感を打ち消し、好
フィーリングが得られ〜る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す機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。 １０・・・操舵アシストψ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・・・粘性制御部。 ３７・・・舵角速度センサ。 ４０・・・慣性制御部。 ４４・・・舵角センサ。 ４５・・・舵角加速度センサ。 ６０・・・電流制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出操舵トルク、検出車速等に基づいてアシスト指令を
   作成し、このアシスト指令により、操舵アシスト・トル
   クを発生する操舵アシスト・モータを制御する電動式パ
   ワー・ステアリング装置において、 舵角速度を検出する手段、 舵角加速度を検出する手段、 検出舵角速度に応じて、上記アシスト指令にその負帰還
   を行なう粘性制御部、ならびに 検出舵角加速度に応じて、上記アシスト指令にその正帰
   還を行なう慣性制御部を備え、 上記アシスト指令を、上記粘性制御部および慣性制御部
   の出力によって補正するようにしたことを特徴とする電
   動式パワー・ステアリング装置。