JPH0450075A - 電動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】 （産業上の利用分野） 本発明は車両のパワーステアリング装置、特に、ハンド
ル操作時にその操作に対して付加させるアシスト力を補
正するようにしたパワーステアリング装置に関する。

（従来の技術） 車両のパワーステアリング装置として、油圧式以外に、
電動モータによりアシスト力を発生させるようにした電
動パワーステアリング装置が知られている０例えば、特
開昭６１−１３２４６５号公報によれば、ハンドル操作
時にアシスト力を発生させる電動モータの作動を、舵角
センサにより検出される舵角速度に応じて制御すること
により、操舵状態に対応させて所定のアシスト力を発生
させるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような電動パワーステアリング装置は
、走行状態に応じて所定のアシスト力を発生させるよう
になっているのであるが、ハンドルの操作力は、走行状
態あるいは路面状況等により左右されることになる。例
えば、当該車両の車速か小さいときには、路面抵抗等に
よってハンドルには大きな抵抗が作用するため、軽快な
操舵感を持たせようとすると大きなアシスト力を必要と
する。一方、車速か大きいときには僅がなハンドル操作
によっても当該車両の進行方向は大きく変化し、そのよ
うな場合にも低速走行時と同程度のアシスト力を付与す
ると、ハンドルが逆に切れ過ぎることになって好町しく
ない。

このような問題に対しては、例えば車速、舵角暮のよう
に操舵性に影響を与える様々の状態量を検出すると共に
、予め種々の運転状態に対応して設定した多数の目標通
電量の中がら、上記状態量に対応する出力を流値を選択
して、この出力電流値となるように上記電動モータへの
通電量をフィードバック制御しようという考え方がある
。

しかしながら、従来、この種の制御方式においては、い
わゆる２値論理に基づいて制御目標値を決定するように
なっているため、制御目標値を近似式の形式で表現しな
ければならず、その場合に粗い近似式を用いると計算処
理の過程で誤差が蓄積して、良好な制御精度が得られな
いことになる。一方、制御精度を向上させるために近似
式の精度を高めると、記憶すべきデータが膨大になって
大容量のメモリを必要とし、抜た大量のデータをリアル
タイムで処理するなめに処理速度の速いコンピュータも
必要となるなど、ｖＪ＃用のコントローラのコストアッ
プを招くと共に、コントローラが大型化することにもな
る。そのため、従来では、精度やコスト等を考慮して妥
当な範囲で制御用の近似式を設定しているのが実情であ
る。

しかも、従来のＭ四方式では、ハンドル操作後の応答遅
れ等によってハンチングが生じ易く、運転者に違和感を
感じさせるなど操作性の点でも改善すべき余地があった
。

この発明は、上記の問題に鑑みて、いわゆるファジィ−
制御を採用することで、操作違和感のないアシスト特性
の得られる電動パワーステアリング装置を安価に提供す
ることを目的としてなされたものである。

（課題を解決するための手段） すなわち、この発明に係る電動パワーステアリング装置
は、操舵系にアシスト力を付与する電動モータを備えた
構成において、舵角、車速等の操舵性に影響を与える複
数の状態量をそれぞれ検出する状態量検出手段と、予め
上記状態量の大きさに対して設定された上記電動モータ
への出力電流値の制御傾向を示す複数の制御規則を記憶
した制御規則記憶手段と、上記状態量検出手段によって
検出される状態量と上記制御規則記憶手段に記憶された
制御規則とに基づいて、各制御規則ごとに、その規則に
おける状態量に対する出力電流値の適合度合を算出する
算出手段と、算出された各制御規則ごとの適合度合に基
づいて最終出力電流値を決定する決定手段と、決定され
た最終出力電流値となるように上記電動モータへの通電
量を制御する通電量制御手段とを有することを特徴とす
る。

（作　　　用） 上記の構成によれば、状態量検出手段により検出された
車速や舵角などの操舵性に影響を与える複数の状態量と
、これらの状態量に対して予め設定された上記電動モー
タへの出方電流値の制御規則とに基づいて、上記算出手
段が、各制御規則ごとに、その規則における状態量に対
する出力電流値の適合度合をそれぞれ算出すると共に、
決定手段が算出された各制御規則ごとの適合度合に基づ
いて最終出力電流値を決定する。そして、決定された最
終出力電流値となるように、通電量制御手段が上記電動
モータへの通電量を制御する。これにより、車両の走行
状態にかがわらず円滑なハンドル操作を行うことが可能
となり、操作違和感のないアシスト特性が得られること
になる。

特に、上記の制御規則記憶手段には、車速や舵角などの
操舵性に影響を与える状態量に対する出力電流値の簡単
な制御傾向を記憶させるだけでよく、したがって、大き
な記憶容量を必要とせず省資源化が図られることになる
。しがも、簡単な制御規則に基づいて最終出力電流値が
計算されるがら、大きな計算能力を必要としない。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るパワーステアリング装置１の概略
構成図であって、このパワーステアリング装置１は、一
端にステアリングホイール２が取り付けられた第１ステ
アリングシヤフト３と、該第１ステアリングシヤフト３
の下端部に自在継手４を介して連結された第２ステアリ
ングシヤフト５と、該第２ステアリングシヤフト５の下
端部に自在継手６を介して連結された第３ステアリング
シヤフト７と、該第３ステアリングシヤフト７にトーシ
ョンバー（図示せず）を介して連結された出力軸８と、
該出力軸８の下端に形成されたビニオン９と、該ビニオ
ン９に噛合するラック１０が形成された操舵ロッド１１
とを有し、この操舵ロッド１１の両端部には、左右の前
輪（図示せず）がタイロッドおよびナックルアームを介
して連結されている。

そして、上記第３ステアリングシヤフト７には、該ステ
アリングシャフト７の回転角度、換言すれば、左右の前
輪の舵角を摺動抵抗型トランジューサにより電気的に検
出する従来周知の構成とされた一組の第１、第２舵角セ
ンサ１２，１３が設けられている。なお、第２舵角セン
サ１３は第１舵角センサ１２の故障時等に際してバ・ン
クアップ用に用いられるものである。

さらに、上記ステアリングホイール２の操作時に、出力
軸８にアシスト力を付加する直流モータ１４および電磁
クラッチ１５が設けられており、これらのモータ１４お
よび電磁クラッチ１５は、例えば、上記第３ステアリン
グシヤフト７および出力軸８を回転自在に支持するステ
アリングコラム（図示せず）に取り付けられている６ま
た、上記出力軸８には、円盤部材１６が一体的に取り付
けられており、この円盤部材１６の上面外周縁部に形成
されたギヤ（図示せず）に噛合するギヤ１７が、上記直
流モータ１４により電磁クラッチ１５を介して回転駆動
されるようになっている。したがって、電磁クラッチ１
５を接続した状態で直流モータ１４を正逆回転させるこ
とにより、ギヤ１７により出力軸８と一体の円盤部材１
６が回転され、これにより、該出力軸８を右旋回方向あ
るいは左旋回方向へ回転させるアシスト力を付与するこ
とができるようになっている。

次に、上記パワーステアリング装置１の制御系について
説明する。

第２図に示すように、マイクロコンピュータをを内蔵し
たコントローラ１８が備えられており、このコントロー
ラ１８へ各種信号を入力するためのセンサ類およびスイ
ッチ類として、上記第１、第２舵角センサ１２．１３以
外に、少なくとも車速センサ１９と、クランク角センサ
２０と、リバーススイッチ２１とが設けられている。

上記車速センサ１９は、例えば自動変速機出力軸の回転
速度（即ち、プロペラシャフトの回転速度）を電気的に
検出するセンサであるが、前輪または後輪の回転速度を
検出するものでも良い。

また、上記クランク角センサ２０は、エンジンのディス
トリビュータオたはクランク軸に連係されて設けられて
、クランク軸の回転速度を電気的に検出するものである
。

さらに、上記リバーススイッチ２１は、自動変速機に設
けられ、その変速段が「リバース」に切り換えられたと
きにＯＮとなるスイッチである。

そして、上記リバーススイッチ２１からのリバース信号
はディジタルバッファ２２を介して波形整形回路２３へ
入力され、この波形整形回路２３でパルス信号に変換さ
れてＣＰＵ２４に入力される。また、オルタネータの出
力側り端子２５からの発電電圧信号はディジタルバッフ
ァ２２を介して波形整形回路２６へ入力され、この波形
整形回路２６でパルス信号に変換されてＣＰＵ２４に入
力される。さらに、上記車速センサ１９からの信号およ
びクランク角センサ２０からの信号はディジタルバッフ
ァ２２を経てＣＰＵ２４に入力される。

一方、上記第１、第２舵角センサ１２，１３からの信号
は、アナログバッファ２７を介してＡ／Ｄコンバータ２
８へ入力され、このＡ／Ｄコンバータ２８でディジタル
信号に変換されてＣＰＵ２４に入力される。

腋な、上記ＣＰＵ２４はバス２９を介してＲＯＭ３０と
ＲＡＭ３１とに接続されている。ＲＯＭ３０には、上記
直流モータ１４と電磁クラッチ１５を制御する制御プロ
グラムが格納されている。

さらに、上記ＲＯＭ３０には、車速や舵角などに応じて
予め設定された上記直流モータ１４に対する出力電流値
の制御傾向を示す複数の制御規則が格納されている。

ここで、この実施例における上記出力［流値の制御規則
について説明すると、例えば次の４つの制御規則が用い
られる。

第１制御規則：舵角θが大きいなら、出力電流値工を大
きくする。

これは、舵角θが大きいほどステアリングハンドル２が
重くなる傾向にあるから、ハンドル操作にアシスト力を
付与するためである。

第２制御規則：車速■が大きく、かつ舵角速度沙が大き
いなら、出力電流値■を小さくする。

これは、車速■が大きく、かつ舵角速度すも大きくなる
ほどハンドル操作力に対する舵角θの変化が大きくなる
傾向にあるので、ハンドル操作に抵抗を持たせるためで
ある。

第３　ｆ制御規則二車速Ｖが大きく、がつ舵角速度すが
小さいなら、出力電流値Ｉをやや小さくする。

これは、車速■が大きくても、舵角速度すが小さいとき
には、上記第３制御規則に従って出力電流値■を小さく
すると、ハンドル操作力が重くなりすぎる場合があるの
で、それを補正するためである。

第４制御規則：舵角速度変化率υが大きいなら、出力電
流値■も大きくする。

これは、舵角速度変化率すが大きくなるほど大きなハン
ドル操作力を必要とするので、アシスト力を強くするた
めである。

そして、この実施例においては、上記各Ｍ御規則を次の
ような簡単な間数形式を用いて代表している。

まず、舵角θをパラメータとする第１制御規則について
は、前件部である舵角θを表現するメンバーシッフｒｆ
Ｉｊ数として、第３図（ａ）の実線で示すように、舵角
θが大きいほど適合値が大きくなる三角形状の関数式を
選択すると共に、後件部である出力電流値工を表現する
メンバーシップ関数として、同図（ｂ）の破線で示すよ
うに、出力電流値工の零点を起点として適合値が十方向
に増加する台形状の関数式を採用している。この場合、
舵角θが３６０°の値を示すときには第３図（ａ）のメ
ンバーシップ関数の適合値が１となり、これに対応して
同図（ｂ）のメンバーシップ間数の全領域が第１制御規
則に従った出力電流値工の推論結果を示すメンバーシッ
プ関数となる。

次いで、車速Ｖおよび舵角速度りをパラメータとする第
２制御規則については、一方の前件部である車速Ｖを表
現するメンバーシップ関数として、第４図（ａ）の実線
で示すように、車速Ｖが増加するほど適合値が大きくな
る三角形状の関数式を選択し、また他方の前件部である
舵角速度すを表現するメンバーシップ関数として、同図
（ｂ）に示すように、同じく舵角速度すが大きくなるほ
ど適合値が大きくなる三角形状の関数式を選択している
。後＃部である出力電流値■を表現するメンバーシップ
ｒＩＩｊ数としては、同図（ｃ）の破線で示すように、
出力電流値■の零点を起点として適合値が一方向に増加
する台形状の関数式を採用している。

一方、第２制御規則と同様に車速Ｖおよび舵角速度すを
パラメータとする第３制御規則については、一方の前件
部である車速■を表現するメンバーシップ関数として、
第５図（ａ）の実線で示すように、車速■が増加するほ
ど適合値が大きくなる三角形状の関数式を選択する一方
、他方の前件部である舵角速度６を表現するメンバーシ
ップ関数としては、同図（ｂ）に示すように、今度は舵
角速度ゆが大きくなるほど適合値が小さくなる三角形状
の関数式を選択している。そして、後件部である出力電
流値Ｉを表現するメンバーシップ関数としては、同図（
ｃ）の破線で示すように、出力電流値工の零点で適合値
が最大値をとり、かつ適合値が減少するほど出力電流値
Ｉが一方向に減少する台形状の関数式を採用している。

そして、舵角速度変化率Ｖをパラメータとする第４制御
規則については、前件部である舵角速度変化率Ｖを表現
するメンバーシップ関数として、第６図（ａ）の実線で
示すように、舵角速度変化率Ｖが増加するほど適合値が
大きくなる三角形状の関数式を選択すると共に、後件部
である出力電流値Ｉのメンバーシップ関数として、同図
（ｂ）の破線で示すように、出力電流値Ｉの零点を起点
として適合値が子方向に増加する台形状の間数式を採用
している。

一方、上記ＲＡＭ３１には、稚々のメモリ（レジスタ、
フラグメモリ、ソフトカウンタメモリ等）が設けられて
いる。

さらに、電源としてのバッテリ３２は、イグニッション
スイッチ３３を介して定電圧回路３４に接続され、この
定電圧回路３４からＣＰＵ２４へ所定の動作電圧（例え
ば、５Ｖ）が供給され、また、バッテリ３２の電圧を検
出するためのバッテリ３２の十出力端子の出力電圧がＡ
／Ｄコンバータ２８でディジタル信号に変換されてＣＰ
Ｕ２４に入力されるようになっている。

また、上記直流モータ１４へ供給する直流電流の方向と
大きさとを制御するため、ＣＰＵ２４からディジタルの
モータ駆動電流制御信号を受けて、それをＤ／Ａ変換す
るＤ／Ａ変換器３５と、このＤ／Ａ変換器３５から供給
されるアナログの制御信号と電流検出器３６から供給さ
れるアナログの電流検出信号を受けて制御信号で指示さ
れた方向と大きさの電流となるようにモータ駆動電流を
ＰＷＭ方式でフィードバック制御する電流制御回路３７
と、この電流制御回路３７から供給されるアナログの指
令信号を受けてそれを増幅するドライバー３８と、バッ
テリ３２の出力端子に給電ライン３９を介して接続され
ると共に、上記直流モータ１４に接続され、かつドライ
バー３８から供給される増幅された指令信号に応じたモ
ータ駆動電流を直流モータ１４に供給するパワー回路３
９とが設けられている。

なお、電流検出器３６はパワー回路３９からグランドへ
の接地ラインに介装され、モータ駆動電流の方向と大き
さ検出し、そのアナログの検出信号を電流制御回路３７
とＡ／Ｄコンバータ２８とに供給するようになっている
。

さらに、上記直流モータ１４に組み込まれた電磁クラッ
チ１５へ供給する励磁電流の０Ｎ１０ＦＦと大きさとを
制御するため、上記ＣＰＵ２４から制御信号を受は取る
と共に、給電ライン４０を介して定電圧回路３４の入力
ラインに接続され、かつ上記電磁クラッチ１５のソレノ
イド１５ａの入力端子の接続された電流制御回路４１と
、ＣＰＵ２４から制御信号を受は取ると共に上記ソレノ
イド１５ａの出力端子に接続されて制御信号に応じて励
磁電流をＯＮまたはＯＦＦする駆動回路４２と、ソレノ
イド１５ａの励磁電流をモニタしてモニタ信号をＣＰＵ
２４に供給するモニタ回路４３とが設けられている。

なお、バッテリ３２の電圧の低下などによって定電圧回
路３４で所定の動作電圧が出力不能になったときには、
ＣＰＵ２４の作動が保証されなくなるので、この場合に
は、定電圧回路３４から電流制御回路４１ヘリセット信
号ＲＳＴが出力されて励磁電流が遮断され、電磁クラッ
チ１５がＯＦＦ状態となる。

次に、この実施例の作用を説明する。

すなわち、ＣＰＵ２４は、上記第１舵角センサ１２から
の舵角信号に基づいて、舵角θと舵角速度θと舵角速度
変化率δとをそれぞれ算出すると共に、車速センサ１９
からの車速信号に基づいて車速Ｖを算出する。

次いで、これらの舵角θ、舵角速度θ、舵角速度変化率
δおよび車速■と、上記ＲＯＭ３０に格納された上記第
１〜第４制御規則とを照らし合わせることにより、各制
御規則ごとの出力電流値■のメンバーシップ関数をそれ
ぞれ算出する。

つまり、第１制御規則に関して、第３図（ａ）に示すよ
うに舵角θがθ１の値を示すときには、その場合の舵角
θの適合値として０．６の値が求められるから、ＣＰＵ
２４は第３図（ｂ）の斜線領域で示すように、上記適合
値（０，６）で頭切りした部分を、この第１制御規則に
おける現実の舵角θ１に対応する出力電流値Ｉのメンバ
ーシップ関数として算出する。

また、第２制御規則に関しては、第４図（ａ）に示すよ
うに車速ＶがＶｌの値を示すときには、その場合の車速
Ｖの適合値として０．６の値が求められると共に、同図
（ｂ）に示すように舵角速度りが６１の値を示すときに
は、同じく舵角速度Ｏの適合値として０．３４の値が求
められることになる。そして、ＣＰＵ２４は第４図（Ｃ
）の斜線領域で示すように、車速Ｖの適合値（０，６）
と舵角速度妙の適合値（０，３４）のうちの小さいほう
の値、すなわち舵角速度沙の適合値（０，３４）で頭切
りした部分を、この第２１１ＩＪ御規則における現実の
車速ｖ１および舵角速度ゆ１に対応する出力電流値１の
メンバーシップ関数として算出する。

第３Ｍ１１Ｍ則に関しては、上記第２制御規則と同様に
車速ＶがＶｌの値を示すことから、第５図（ａ）に示す
ように、車速Ｖの適合値として０．６の値が求められる
。一方、この場合の舵角速度υの値を示す０１について
は、同図（ｂ）に示すように、舵角速度乙の適合値とし
て０．６８の値が求められることになる。したがって、
ＣＰＵ２４は第５図（ｃ）の斜線領域で示すように、車
速Ｖの適合値（０，６）と舵角速度θの適合値（０，６
８＞のうちの小さいほうの値、すなわち車速Ｖの適合値
（０，６＞で頭切りした部分を、この第３制御規則にお
ける現実の車速■ｌおよび舵角速度ｂ＋に対応する出力
電流値工のメンバーシップ関数として算出する。

そして、第４制御規則に関しては、第６図（ａ）に示す
ように舵角速度変化率δがυｌの値を示すときには、そ
の場合の舵角速度変化率すの適合値として０．６の値が
求められるから、ＣＰＵ２４は第６図（ｂ）の斜線領域
で示すように、上記適合値（０，６）で頭切りした部分
を、この第４制御規則における現実の舵角速度変化率ｉ
９１に対応する出力電流値■のメンバーシップ関数とし
て算出する。

そして、ＣＰＵ２４は、第７図の斜線領域で示すように
、上記第１〜第４制御規則における出力電流値Ｉの適合
度合を示すそれぞれのメンバーシップ関数の和集合を出
力電流値■の最終メンバーシップ関数とすると共に、そ
の最終メンバーシップ関数の重心位置Ｐ１に対応する出
力電流値Ｉの値を最終出力電流値ｉとして決定する。

そして、この最終出力電流値ｉとなるように、上記直流
モータ１４に対する通電量を制御する。

これにより、車両の走行状態にかかわらず円滑なハンド
ル操作を行うことが可能となり、操作違和感のないアシ
スト特性が得られることになる。

（発明の効果） 以上のように本発明に係る電動パワーステアリングによ
れば、車速や舵角などの操舵性に影響を与える状態量と
、これらの状態量に対して予め設定された電動モータへ
の出力電流値の制御規則とに基づいて、各制御規則ごと
に、その規則における状態量に対する出力電流値の適合
度合がそれぞれ算出されると共に、算出された各制御規
則ごとの適合度合に基づいて最終出力電流値が決定され
、決定された最終出力電流値となるように上記電動モー
タへの通電量が制御されるので、車両の走行状態にかか
わらず円滑なハンドル操作を行うことが可能となり、操
作違和感のないアシスト特性が得られることになる。

特に、車速や舵角などの操舵性に影響を与える状態量に
対する出力電流値の簡単な制御傾向を示す制御規則を記
憶させるだけでよく、したがって、大きな記憶容量を必
要とせず省資源化が図られると共に、簡単な制御規則に
基づいて最終出力電流値が計算されるから、大きな計算
能力を必要せず、この種の電動パワーステアリング装置
のコントローラをコンパクトに構成することができるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例
に係る車両のパワーステアリング装置の概略構成図、第
２図は該装置の制御系の全体システム図、第３〜第７図
はそれぞれ本実施例における計算方式を示す概念図であ
る。 １・・・パワーステアリング装置、１２・・・第１舵角
センサ、１３・・・第２舵角センサ、１４・・・直流モ
ータ（電動モータ〉、１９・・・車速センサ、２４・・
・ＣＰＵ　（算出手段、決定手段、通電量制御手段）、
３０・・・ＲＯＭ　（制御規則記憶手段）。 ｔｏ） 衆角ｅ 射内ｌ奮碑６ 第 ダ 第 ダ （ｔ）１ 電麦儂■ （Ｃ） を逢復Ｉ （ｔ）１ を鹿這ｌ 笥 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵系にアシスト力を付与する電動モータを備え
   た電動パワーステアリング装置であって、舵角、車速等
   の操舵性に影響を与える複数の状態量をそれぞれ検出す
   る状態量検出手段と、予め上記状態量の大きさに対して
   設定された上記電動モータへの出力電流値の制御傾向を
   示す複数の制御規則を記憶した制御規則記憶手段と、上
   記状態量検出手段によって検出される状態量と上記制御
   規則記憶手段に記憶された制御規則とに基づいて、各制
   御規則ごとに、その規則における状態量に対する出力電
   流値の適合度合を算出する算出手段と、算出された各制
   御規則ごとの適合度合に基づいて最終出力電流値を決定
   する決定手段と、決定された最終出力電流値となるよう
   に上記電動モータへの通電量を制御する通電量制御手段
   とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装
   置。