JPH03182881A - 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
ようにしたものもある。

しかしながら、このような慣性補償、粘性補償によって
は、路面状態の変化に起因する摩擦力やセルファライニ
ング・トルクの変化の補償はできない。したがって、従
来の電動式パワー・ステアリング装置においては路面の
変化により操舵時のフィーリングの悪化、すなわちハン
ドルの切れすぎ、切れ不足という不具合が生じる。

発明の概要 発明の目的 この発明の目的は路面状況にかかわらず一定した好感度
の操舵フィーリングを得ることができる電動式パワー・
ステアリング装置を提供することにある。

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、アシス
ト・モータの回転速度を検出する手段、アシスト・モー
タに流れる電流を検出する手段、検出回転速度および検
出電流に基づいて外乱トルクを推定する手段、ならびに
推定された外乱トルクを打消すように上記アシスト指令
を補正する手段を備えたことを特徴とする。

この発明によると、アシスト・モータの電機子電流とア
シスト・モータのロータの回転角速度（舵角速度）を検
出し、これに基づいてアシスト・モータのモータ軸に加
わるトルク、すなわち外乱として位置づけられる摩擦力
やセルファライニング・トルクの合計トルク値を推定し
、この推定外乱トルクを打消すようにアシスト・モータ
に与えるアシスト指令値を補正する外乱トルク補償が行
なわれている。したがって１種々に変化する路面状況下
でも、一定したハンドルへのパワー・アシストが可能と
なり、ハンドルの切れすぎ、切れ不足を防止することが
できる。このようにして、この発明によると路面状況の
変化にかかわらず常に一定な好感度の操舵フィーリング
が得られるとともに、悪路での安全性も向上する。

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プロ・ツク図である。

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づ 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７Ｉによる操舵を補助することになる。ノ＼ンドル
７１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、後述するように、電流検出器
、舵角速度検出部、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（ＣＰ
Ｕ、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囚において、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によって定Ｔ 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Ｖ、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Ｖｓ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Ｖ
Ｔは位相補償部２６にも与えられ、この位相補償部２Ｂ
によって検出トルクｖＴ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２
０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補償部３０、慣性
補償部４０および外乱トルク補償部５０から発生する補
償値が加算（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
その全部をノ＼−ドウエ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　
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６Ｉ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。デユーティ生成部６５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
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１０を駆動する。

粘性補償部３０は検出された舵角速度（アシスト・モー
タｌＯ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。

外乱トルク補償部５０は舵角速度検出部５１と外乱トル
ク推定部５２とを備えている。舵角速度検出部５１はア
シスト・モーター０の回転速度θを検出するもので、タ
コジェネレータ、エンコーダのようなセンサを含むもの
であってもよいし、センサに代えて舵角速度を推定する
オブザーバを設けてもよい。このオブザーバは、モータ
ー０の印加電圧と電機子電流とに基づいて、またはモー
ターＯへの指令電流値と測定した電機子電流とに基づい
て舵角速度を推定する。

外乱トルク推定部５２には舵角速度検出部５１で検出ま
たは推定された舵角速度θと電機子電流検出部６６で検
出された電機子電流（モータ電流）　　ｉａとが与えら
れる。外乱トルク推定部５２はこれらの値θ、ｉ　に基
づいて、路面状態の変化によって車輪７５を通して与え
られる外乱トルクＴを推定する。この外乱トルクＴまた
はこれを電流指令値に変換した値がアシスト指令部２０
のアシスト指令値に加算される。これによって、外乱ト
ルクを打消すようにアシスト指令を補正する外乱トルク
補償が行なわれ１種々に変化する路面状況下でも定した
ハンドルのパワー・アシストが可能となり、ハンドルの
切れすぎ、切れ不足を防止することができるようになる
。

第４図は、アシスト・モータ（直流モータ）　１０の制
御理論に基づくブロック図と外乱トルク推定部５２の機
能ブロック図とを示すものである。ここでは指令値は電
圧指令値Ｅ　　で与えられているｒｅｆ が、電圧／電流変換により電流指令値にも適用可能であ
るのはいうまでもない。符号１０Ａで示されるブロック
がモーターＯの内容を示している。

ここでＥ　：モータ印加電圧 Ｔ：外乱トルク（粘性によるトルクを 含む） θ：モータ角速度（舵角速度） Ｒ：モータ電機子抵抗 Ｌ：自己インダクタンス ＫＴ：トルク定数 Ｊ：モータのロータ・イナーシャ Ｋｏ＝速度起電力定数 印加電圧Ｅ　から舵角速度すへの伝達関数Ｐは次式で与
えられる。

Ｐ−に／（Ｔｓ＋１） ＝（１／Ｋ　）／［（ＪＲ／ＫＴＫ８）Ｓ＋１］・・・
（１〉 第（１）式では、ＬはＪに比べて十分量さいと考え、Ｌ
を無視した。

符号５２Ａは外乱トルク推定部５２の機能的構成を示す
ものであり、舵角速度θと電機子電流ｉ　とを人力とし
、外乱子を考慮したときの第１の推定印加電圧を算出す
るブロック５３と、舵角速度θを人力とし、外乱子を考
慮しないときの第２の推定印加電圧を算出するブロック
５４と、第１の推定電圧から第２の推定電圧を減算する
減算部５５とを含んでいる。そして、この減算部の出力
（外乱トルク推定部５２の出力に対応）が電圧指令値Ｅ
　　にｒｅｒ 加算されることにより、モーターＯＡに与えられ。

外乱トルクＴの影響が打消される。

外乱トルクＴ　（ｓ）と舵角速度θ（ｓ）との関係は次
式で与えられる。

１ θ（ｓ）　／Ｔ（ｓ） −ｆ　（Ｒ”　／ＫＴ）［１，／　（τ２ｓ＋１）−（
Ｌｓ＋Ｒ）／Ｒ”］／（δ　（ｓ）０−（δ　（Ｓ）／
δ　（ｓ）　）（１／　（τ２　ｓ　＋　１）　）］＋
１）１　　　　　　　２　　　　１ （Ｋ　”／　（Ｔ　’ｓ＋１））　　　　　　　　　　
　　　　　　−（２）１１１ｍ ここで δ１（ｓ）−（ＫＪ／ＴＩＳ千１）） （［（ＲＪ　／ＫＴ　　）　　　　　（Ｒ”　Ｊ　’／
ＫＴ”）］　ｓ千Ｋｏ−に８″＋（ＪＬｓ／ＫＴ））・
・・（３）δ２　（ｓ）　−（Ｋ、”／　（Ｋ、”ｓ　
＋　１）１（（Ｒ”Ｊ　／に、　）　−（Ｒ”Ｊ”／Ｋ
Ｔ”）　ｓ）　　　　−（４）ＴＩ、ｌ＊＝　Ｒ＊　Ｊ
　＊／ＫＴ＊Ｋｏ＊　　　　　　　　　　　　　、、、
　（５）Ｋ　”−１／Ｋ　”　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・〈６〉Ｉｌｅ 第４図および上記において＊はノミナル値（あらかしめ
設定された値）である。

以上により、Ｒ−Ｒ”であれば、トルク外乱による偏差
を打消すことができることが分る。また、τ２はモータ
の電気的時定数より早めに設定すればよい。

上記実施例では外乱トルク推定部５２の出力をアシスト
指令部２０の出力に加算しているが、外乱ト　２ ルク推定部５２の出力によってアシスト指令部２０のゲ
イン（たとえば検出トルクＶＴのゲイン）を変えるよう
にしてもよい。

【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。 第４図は外乱トルク推定部の構成の一例を示す機能ブロ
ック図である。 １０・・・操舵アシスト・モータ。 ２０・・・アシスト指令部。 ２１・・・トルり争センサ。 ２２・・・車速センサ。 ３０・・・粘性指令部。 ４０・・・慣性補償部。 ５０・・・外乱トルク補償部。 ５１・・・舵角速度検出部。 ５２・・・外乱トルク推定部。 ６０・・・電流制御部。 ６６・・・電機子電流検出部。

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、 アシスト・モータの回転速度を検出する手段、アシスト
   ・モータに流れる電流を検出する手段、 検出回転速度および検出電流に基づいて外乱トルクを推
   定する手段、ならびに 推定された外乱トルクを打消すように上記アシスト指令
   を補正する手段、 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。