JPH03182873A - 電動式パワー・ステアリング装置 - Google Patents

電動式パワー・ステアリング装置

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JPH03182873A
JPH03182873A JP1320764A JP32076489A JPH03182873A JP H03182873 A JPH03182873 A JP H03182873A JP 1320764 A JP1320764 A JP 1320764A JP 32076489 A JP32076489 A JP 32076489A JP H03182873 A JPH03182873 A JP H03182873A
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JP
Japan
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motor
assist
low frequency
frequency component
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP1320764A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ueno
植野 弘
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

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し3とくに上記モ
ータの駆動制御装置に関する。
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
ものもある。
いずれにしても上記アシスト・モータを駆動制御するモ
ータ制御装置にアシスト指令が与えられる。モータ制御
装置はアシスト指令に応して。
比例(P)制御、積分(1)制御、比例微分積分(PI
D)制御等のモータ電流フィードバック制御を行なう。
モータ制御装置をコンピュータ・ソフトウェアで実現し
た場合に、その制御周期を最低でもモータの電気的時定
数の数分の1にする必要があり(通常、モータの電気的
時定数は数m secなので、数百μsecの制御周期
にする必要がある)、高速演算が要求され、CPUの負
担が大きく、また高速処理が可能なCPUを使用すると
高価になる。また、モータ電流検出部のノイズは瞬時に
制御部にフィードバックされ、これに起因してアシスト
・モータに不要な電流を流してしまい、電流変動による
ノイズや発熱が発生し、場合によっては誤動作につなが
るという問題かある。
発明の概要 発明の目的 この発明はモータ制御を行なうCPUの負担を軽減し、
かつその低廉化を図り、さらに電流検出部のノイズに強
いモータ制御装置を含む電動式パワー・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1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
ンスト指令を作成し、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、上記ア
シスト・モータを制御するモータ制御装置が、上記アシ
スト指令の信号成分を低周波成分と高周波成分とに分離
するフィルタ手段、上記低周波成分を処理する第1の低
周波制御手段、上記高周波成分を処理する第2の高周波
制御手段、ならびに上記第1の低周波制御手段および上
記第2の高周波制御手段の処理結果を合成し6その合成
結果に基づいて上記アシスト・モータを駆動する第3の
制御手段を備えていることを特徴とする。
またこの発明によると、上記モータ制御装置は上記アシ
スト・モータのモータ電流を検出する手段と、検出モー
タ電流の低周波成分を通過させる低域通過フィルタ手段
とをさらに備え、検出モータ電流の低周波成分が上記第
1の低周波制御手段にフィードバックされるように構成
されていることを特徴とする。
この発明によると、アシスト指令の信号成分を低周波成
分と高周波成分とに分けているから、低周波成分につい
ては低速の処理で充分であり、高周波成分の処理は比較
的簡単な処理ですむので比較的高速でもそれほどCPU
の負担にはならない。このようにしてこの発明によると
、モータ制御装置をコンピュータ・ソフトウェアで実現
した場合に、CPUの負担を軽減することができるとと
もに、CPUとして比較的低速の安価なものを使用でき
るからパワー・ステアリング装置の低廉化につながる。
とくに、フィードバック制御を低周波制御手段で行なう
ようにすればCPUの負担は大幅に軽減する。また、電
流検出手段の検出電流は低域通過フィルタ手段を通して
低周波制御手段にフィードバックされるので、高周波ノ
イズ成分はカットされ、ノイズに強いものとなっている
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)10の回転力はビニ
オン・ギヤを含むステアリング・ギヤ73とラック軸7
4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71
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lO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、後述するように、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、コントロール装置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2J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
ター0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によって定められた値となる
。第3図は、操舵トルクV、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(他の曲線で
あってもよい)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
、車速V に応じて、車速Vs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V8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0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2
Bにも与えられ、この位相補償部26によって検出トル
クV1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。
粘性補償部30は検出された舵角速度(アシスト・モー
ター0の回転速度)θ、および必要ならば車速v8に基
づいて粘性補償値を算出する。この粘性補償値はアシス
ト指令部20のアシスト指令値に加算(または減算)さ
れる。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、低車速時には粘性を減
らせるような補償を働かせてハンドルの活性感を減らせ
、良好なフィーリングが得られるようになる。
慣性補償部40はモータlO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lO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手放し時の戻りスピードを早く
したりするように作用する。慣性補償部40において舵
角加速度(モータ10の回転加速度)θが検出され、こ
の検出加速度に基づいて慣性補償値が算出される。算出
された慣性補償値はアシスト指令部20のアシスト指令
値に加算される。
このようにして粘性補償値および慣性補償値によって補
正されたアシスト指令値は目標電流指令値として電流制
御部50に与えられる。電流制御部50のすべての機能
はコンピュータ・ソフトウェアで実現され、CPUによ
って実行される。
電流制御部50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 
0 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、電流フィードバック制御を行なう。
電流制御部50に与えられる目標電流指令値(CPHに
よるソフトウェア処理であるから実際はデータであるが
、説明の分りやすさのために信号のように述べる)は低
域通過フィルタ(LPF)51および高域通過フィルタ
(HPF)54にそれぞれ与えられ、低周波成分と高周
波成分とに分離される。L P F 51はたとえば5
Hz以上の周波数成分をカットする。HP F 54は
5Hz以上の周波数成分の通過を許すものであるが、そ
の上限は500Hz程度で充分である。
L P F 51の出力は電流偏差演算部52に与えら
れる。一方電機子電流検出部(電流検出器) 60によ
ってモータ10の電機子電流が検出され、LPF59に
与えられる。L P F 59もまた。たとえば5Hz
以上の周波数成分を遮断するフィルタ特性をもつ。LP
F59の出力は電流偏差演算部52に与えられる。電流
偏差演算部52は両LPF51.59から与えられる目
標電流指令値および検出電流の低周1 波成分の差を演算し、この差を低周波制御部53に与え
る。低周波制御部53はフィードバック制御におけるP
、I、PID動作等を行なうもので、その出力は制御部
58に入力する。
HP F 54の出力は高周波制御部55に与えられ。
この高周波制御部55は人力する目標電流指令値の高周
波成分に対するゲイン演算等を行ない、その結果を制御
部56に与える。
制御部56は低周波制御部53から入力する低周波制御
値と高周波制御部55から入力する高周波制御値とを演
算、たとえば加算する。この加算結果は一方では極性判
別部57に与えられ、その極性(正、負)が判別され、
他方ではデユーティ演算部58に与えられ、上記加算結
果に基づいてPWMパルスのデユーティ比が決定される
。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61に与えられ、モータ駆動部61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エ0を駆動する。
以上の構成によって電流制御部50の機能を実現 2 するCPUの制御周期を大幅に遅くすることができる。
たとえばLPF51.59のカットオフ周波数を上述の
ように5Hz程度に設定すると、破線で囲まれた電流偏
差演算部52および低周波制御部53の機能実現のため
の制御周期は、上記カットオフ周波数の1/10の周波
数の周期、すなわち20m5ec程度で充分であり、C
PUの負担は従来の1/1.00程度になる。また高周
波制御部55による制御は数m sec程度で行なうが
、この演算は比較的簡単であり、その演算量を加えても
CPUの負荷は従来の数十分の1になる。これによりC
PUとして安価なものを採用しうる。また、電機子電流
検出部60に多少のノイズが入っても、LPF59でカ
ットされてフィードバックされるので、ノイズに起因し
てモータ10に不要な電流が流れたり。
誤動作を起したりすることがない。
このようにして、速い操舵時などには高周波制御部55
の出力により速い応答が得られる。また保舵時などに、
一定トルクを得るためにモータ10に一定電流を流す必
要があるときは、目標電流指令 3 値と検出電流値の低周波成分を電流偏差演算部52で比
較してその差を零とするようなモータ駆動電圧を低周波
制御部53で決定するので、電源電圧の変動やモータの
発熱による電機子抵抗の変動があっても指令値通りのモ
ータ電流を流すことができる。また検出電流のフィード
バックは低域通過フィルタを通してのみ行なわれるので
、ノイズに強い構成になる。
【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。 lO・・・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。  4 30・・・粘性指令部。 40・・・慣性補償部 50・・・電流制御部。 51、59・・・低域通過フィルタ。 52・・電流偏差演算部。 53・・・低周波制御部。 54・・・高域通過フィルタ。 55・・・高周波制御部。 56・・・制御部。 60・・・電機子電流検出部。 61・・・モータ駆動部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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、 上記アシスト・モータを制御するモータ制御装置が、 上記アシスト指令の信号成分を低周波成分と高周波成分
    とに分離するフィルタ手段。 上記低周波成分を処理する第1の低周波制御手段、 上記高周波成分を処理する第2の高周波制御手段、なら
    びに 上記第1の低周波制御手段および上記第2の高周波制御
    手段の処理結果を合成し、その合成結果に基づいて上記
    アシスト・モータを駆動する第3の制御手段、 を備えていることを特徴とする電動式パワー・ステアリ
    ング装置。
  2. (2)上記アシスト・モータのモータ電流を検出する手
    段と、検出モータ電流の低周波成分を通過させる低域通
    過フィルタ手段とを備え、検出モータ電流の低周波成分
    が上記第1の低周波制御手段にフィードバックされるよ
    うに構成されている請求項(1)に記載の電動式パワー
    ・ステアリング装置。
JP1320764A 1989-12-11 1989-12-11 電動式パワー・ステアリング装置 Pending JPH03182873A (ja)

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