JPH06219312A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操舵ハンドルの中立点に復帰する戻り特性の
改善を図る。 【構成】 操舵系トルクセンサ１１の検出結果に基づい
て操舵ハンドル１が保舵状態であるか否かの判定を行
い、保舵状態であれば、操舵系トルクセンサ１１の検出
結果と車速センサ１２の検出結果とに基づいて得られる
粘性補償値Ｋ_vの更新を行い、操舵ハンドル１を戻し始
める復帰開始時の操舵状態に応じて該ハンドル１の中立
点復帰のための適切な粘性補償値Ｋ_vをアシスト指令部
３０の出力に加算して電流制御部３５に供給する。これ
により、操舵ハンドル１の残留角が小さくなり、戻り特
性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両に用いて好適な電
動式パワーステアリング装置に係わり、詳しくはモータ
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。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両のパワーステアリング装置と
して油圧式に代えてモータを用いた電動式のものが使用
されており、モータはアクチュエータとして小型、軽量
等の利点から今後とも増加傾向にある。

【０００３】従来のパワーステアリング装置では、トク
ルセンサによって操舵系の操舵トルクを検出するととも
に、車速センサによって車速を検出し、これらの検出結
果に基づいて操舵系に連結されたモータの駆動力を制御
し、パワーアシストを行っている。そして、一般的には
車速感応型であり、低車速では軽く、高車速では重くな
るようにトルクセンサ入力に応じてアシスト力を制御し
ている。

【０００４】図５は従来の電動式パワーステアリング装
置の機械系の一例を示す構成図であり、この図におい
て、操舵ハンドル１の回転力はハンドル軸を介してピニ
オンギアを含むステアリングギア２に伝達されるととも
に、上記ピニオンギアによりラック軸３に伝達され、さ
らにナックルアーム等を経て車輪４が転向される。ま
た、コントロール装置５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）６の回転力はピニオ
ンギアを含むステアリングギア７とラック軸３との噛み
合いによりラック軸３に伝達され、ハンドル１による操
舵を補助することになる。

【０００５】ハンドル１とモータ６の回転軸はギア２，
７およびラック軸３により機械的に連結されている。操
舵トルクセンサ１１により、操舵トルク（戻りトルク）
が検出され、車速センサ１２により車速が検出される。
そして、これらの検出トルク、車速等に基づきコントロ
ール装置５によってモータ６が制御される。コントロー
ル装置５およびモータ６には車両に搭載されたバッテリ
８から、その動作電力が供給される。

【０００６】コントロール装置５は図６に示すようにモ
ータ電流検出回路２１、モータ６を駆動するモータ駆動
回路２２、モータ６の全体的な制御を統括するＣＰＵ２
３（例えばマイクロプロセッサ）、メモリ２４、コンピ
ュータと上記入／出力機器とのインターフェース回路等
（図示略）を主に構成されている。

【０００７】図６において、操舵トルクセンサ１１によ
って検出された操舵トルクはＡ／Ｄ変換回路２５によっ
てデジタル信号に変換された後にＣＰＵ２３に取り込ま
れる。また、車速センサ１２によって検出された車速は
カウンタ２６によってカウントされ、車速を表すカウン
ト値はＣＰＵ２３に取り込まれる。ＣＰＵ２３は入力さ
れた操舵トルクおよび車速に基づいてアシスト指令を作
成し、それに基づく制御信号をモータ駆動回路２２に出
力し、モータ駆動回路２２によりモータ６が駆動され
る。この結果、モータ駆動回路２２から出力されるアシ
ストトルク値（又はモータ電流指令値）は図７に示すよ
うに、検出トルクＶ_Tと検出車速Ｖ_Sによって定められた
値となる。

【０００８】図７は、操舵トルクＶ_Tに応じて、一定範
囲の操舵トルクＶ_T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、また車速Ｖ_S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
なくし、車速Ｖ_S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６を制御するための
アシスト指令が発生することを表している。

【０００９】図６に戻り、モータ電流はモータ電流検出
回路２１によって検出され、Ａ／Ｄ変換回路２７によっ
てデジタル信号に変換された後にＣＰＵ２３に取り込ま
れる。メモリ２４はＣＰＵ２３の処理に必要なプログラ
ムやデータを記憶している。

【００１０】ところで、上述した従来の電動式パワース
テアリング装置にあっては、モータ６のトルクをギヤで
減速してラック軸等に伝達するように構成していること
から、モータ６の慣性モーメントがあたかも大きくなっ
たように作用したり、ギヤのフリクションが影響して高
車速時の収斂性が悪化したり、低車速時のハンドル戻り
が悪化したりするという問題点がある。この問題点を解
消するために、例えば特開平３−１７８８６８号公報に
開示されているように、舵角速度に応じた粘性補償値を
加える装置が開発されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな改良型の従来の電動式パワーステアリング装置にあ
っては、粘性補償値を車速に応じてのみ変化させる構成
になっており、どのような操舵状態からの中立点復帰で
あるかが考慮されていないために、操舵状態によっては
中立点まで復帰しなかったり、あるいは中立点からオー
バーシュートしまったりするといった戻り特性が良くな
いという問題点がある。すなわち、操舵ハンドル１を戻
し始める角度が大きい場合と小さい場合では戻る力が異
なるので、角度が大きい場合には力がつき過ぎて中立点
を超えて行き過ぎてしまい、逆に角度が小さい場合には
力が不足して中立点に達しない。

【００１２】そこで本発明は、操舵ハンドルの操舵状態
を考慮することで戻り特性を改善させた電動式パワース
テアリング装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明による電動式パワーステアリング
装置は、操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生する
モータと、操舵系の操舵トルクを検出する操舵系トルク
検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵
系トルク検出手段及び前記車速検出手段の出力に基づい
てアシスト指令を作成し、このアシスト指令により前記
モータの駆動を制御する制御手段とを備えた電動式パワ
ーステアリングにおいて、前記操舵系トルク検出手段の
検出結果に基づいて保舵状態であるか否かの判定を行う
判定手段と、前記操舵系トルク検出手段の検出結果に基
づいて粘性補償値を算出する算出手段と、前記判定手段
の判定結果に基づいて前記算出手段により得られる粘性
補償値を更新し、出力する更新手段とを設けたことを特
徴とする。

【００１４】また、請求項２記載の発明による電動式パ
ワーステアリング装置は、請求項１記載の電動式パワー
ステアリング装置における前記算出手段が、前記操舵系
トルク検出手段の検出結果と前記車速検出手段の検出結
果に基づいて粘性補償値を算出するものであることを特
徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、操舵ハンドルを戻し
始める復帰開始時の操舵状態に応じて該ハンドルの中立
点復帰のための適切な粘性補償値が与えられる。したが
って、操舵ハンドルの残留角が小さくなることから、戻
り特性が向上する。

【００１６】請求項２記載の発明では、操舵ハンドルを
戻し始める復帰開始時の操舵状態と、その時の車速に応
じて該ハンドルの中立点復帰のための適切な粘性補償値
が与えられる。したがって、車速も考慮されることか
ら、請求項１記載の発明よりも戻り特性が更に向上す
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る電動式パワーステアリング装置の一実
施例のコントロール装置５Ａに内蔵されたコンピュータ
の各種機能をブロック的に、他の入／出力機器、各種回
路を示すブロックとともに描いたものである。

【００１８】この図において、アシスト指令部３０には
操舵トルクセンサ１１の検出トルクＶTと車速センサ１
２の検出車速Ｖsとが与えられる。アシスト指令部３０
内のアシストトルク値指示関数部３１は検出トルクＶT
に応じてモータ６によって発生すべきアシストトルクを
表す指令値を出力する。

【００１９】また、乗算定数関数部３２は検出車速Ｖs
に応じて定数を発生し、この定数が乗算演算部３３にお
いて上記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３３から出力されるアシストトルク値
（又はモータ電流指令値）は図７に示すように、検出ト
ルクＶTと検出車速Ｖsによって定められた値となる。

【００２０】検出トルクＶTは位相補償部３４にも与え
られ、この位相補償部３４によって検出トルクＶTの微
分値が乗算演算部３３の出力に加算されることにより、
アシスト指令部３０の出力（基準電流指令値）となって
電流制御部３５に供給される。

【００２１】一方、電流制御部３５にはアシスト指令値
３０の他に、さらにモータ速度フィードバックゲイン算
出部５０の出力が加算される。モータ速度フィードバッ
クゲイン算出部５０は、操舵トルクセンサ１１の出力に
基づいて操舵ハンドル１の保舵状態すなわちハンドル位
置を判断する保舵状態判定部５１と、操舵トルクセンサ
１１の出力、及び車速センサ１２の出力に基づいて粘性
補償値を算出する粘性補償値算出部５２と、保舵状態判
定部５１の判断により粘性補償値算出部５２の出力の更
新を行う粘性補償値更新出力部５３とを有して構成され
ている。

【００２２】図２はモータ速度フィードバックゲイン算
出部５０の詳細な構成を示すブロック図である。保舵状
態判定部５１は、遅延回路５５，５７、減算器５６，５
８、絶対値回路５９，６１、比較器６０，６２、及びア
ンドゲート６３から構成される。遅延回路５５と減算器
５６とにより、操舵トルクセンサ１１の出力から速度に
相当する変化量ΔＶ_Tが求められる。また、遅延回路５
７と減算器５８とにより加速度に相当する変化量Δ²Ｖ_T
が求められる。

【００２３】速度に相当する変化量ΔＶ_Tは絶対値回路
５９によって絶対値がとられる。そして、比較器６０で
予め設定された設計上の定数α₁と比較される。この場
合、｜ΔＶ_T｜＜α₁であれば比較器６０の出力が「１」
になり、それ以外であれば「０」になる。他方、加速度
に相当する変化量Δ²Ｖ_Tは絶対値回路６１によって絶対
値がとられる。そして、比較器６２で予め設定された設
計上の定数α₂と比較される。この場合、｜Δ²Ｖ_T｜＜
α₂であれば比較器６２の出力が「１」になり、それ以
外であれば「０」になる。比較器６０，６２の出力はア
ンドゲート６３に供給され、論理積がとられる。アンド
ゲート６３の出力は、操舵ハンドル１が保舵状態にある
ときは「１」になり、復帰中にあるときは「０」にな
る。

【００２４】粘性補償値算出部５２は、絶対値回路６４
と粘性補償値算出回路６５とから構成される。絶対値回
路６４にて操舵トルクセンサ１１の出力の絶対値｜Ｖ_T
｜がとられる。そして、この絶対値｜Ｖ_T｜と、車速セ
ンサ１２の出力Ｖ_sを変数とする粘性補償値Ｋ_vが粘性補
償値算出回路６５にて得られる。この粘性補償値Ｋ
_vは、操舵トルクセンサ１１の出力の変化と、車速セン
サ１２の出力の変化により時々刻々と変化する値であ
る。

【００２５】粘性補償値更新部５３は、切換回路６６と
記憶回路６７とから構成される。切換回路６６は保舵状
態判定部５１の出力状態により切り換わる。すなわち、
保舵状態判定部５１の出力が「１」のとき（保舵状態の
とき）は、中性接点ｃが接点ａに接続され、その出力が
「０」のとき（操舵ハンドルの復帰中）は、中性接点ｃ
が接点ｂに接続される。接点ａに接続された場合は粘性
補償算出部５２の出力である粘性補償値Ｋ_vがそのまま
粘性補償値更新部５３から出力される。

【００２６】上記記憶回路６７は粘性補償値Ｋ_vを記憶
するもので、 切換回路６６の中性接点ｃが接点ａに接
続されている間、所定周期毎に記憶更新される。そし
て、切換回路６６の中性接点ｃが接点ｂに切り換わった
とき、すなわち、保舵状態判定部５１の出力が「１」に
なったとき（言い換えれば操舵ハンドル１から手を放し
たとき）に、その時点で記憶している粘性補償値Ｋ_vを
出力する。このようにして保舵状態であるときに、その
保舵状態に応じた粘性補償値Ｋ_vが得られる。この粘性
補償値Ｋ_vがアシスト指令部３０の出力に加算されて電
流制御部３５に供給される。

【００２７】ここで、図３は時間経過に伴う操舵ハンド
ル１の状態を、本発明による場合と従来の場合とを比較
したタイムチャートである。この図において、時刻ｔ₁
以前では保舵状態になっており、時刻ｔ₁から復帰が開
始される。本発明では復帰が開始される時刻ｔ₁で、そ
の時の保舵状態に応じて粘性補償値Ｋ_vを決定する。こ
れにより曲線Ｃaで示すようにハンドル残留角が生ぜず
中立点に復帰する。

【００２８】これに対して、従来では復帰中（過度状
態）において粘性補償値Ｋ_vを更新するので、曲線Ｃbの
ようにオーバーシュートが生じたり、曲線Ｃcのように
中立点に復帰しなかったりする。

【００２９】図１に戻り、上記電流制御部３５には、例
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
従うＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスを用いた
チョッパ動作によってモータ６を駆動制御するもので、
電流フィードバック制御を行う。すなわち、電機子電流
検出部３６によってモータ６の電機子電流が検出され、
電流偏差演算部３７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３８で得られ、この絶対値に基づきデュー
ティ生成部３９でＰＷＭパルスのデューティ比が決定さ
れる。

【００３０】一方、上記偏差の極性（正又は負）が正負
判別部４０で判別され、生成されたデューティ比と判別
された極性はモータ駆動部４１に与えられ、モータ駆動
部４１はこれらの値に基づいて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
６を駆動する。

【００３１】上記操舵トルクセンサ１１は操舵系トルク
検出手段に対応し、上記車速センサ１２は車速検出手段
する。また、上記保舵状態判定部５１は判定手段に対応
し、上記粘性補償値算出部５２は算出手段に対応する。
また、粘性補償値更新出力手段５３は更新手段に対応す
る。また、上記アシスト指令部３０と電流制御部３５は
制御手段１００を構成する。

【００３２】次に、動作について図４に示すタイムチャ
ートを参照しながら説明する。まず、走行状態にてある
角度で操舵ハンドル１を切って保舵している状態では、
保舵状態判定部５１の出力が「１」で、粘性補償値更新
出力部５３の切換回路６６はその中性接点ｃが接点ａに
接続されている。この状態で、粘性補償値算出部５２よ
り現在の舵角に応じた粘性補償値Ｋ_vが粘性補償値更新
出力部５３を介して出力され、記憶回路６７に供給さ
れ、記憶されると共に、アシスト指令部３０の出力に加
算されて電流制御部３５に供給される。

【００３３】そして、時刻ｔ₁で操舵ハンドル１から手
が放されると、保舵状態判定部５１の出力が「０」にな
り、粘性補償値更新出力部５３の切換回路６６の中性接
点ｃが接点ｂに接続される。これによって、粘性補償値
算出部５２の出力が粘性補償値更新出力部５３より出力
されず、記憶回路６７に記憶された時刻ｔ₁での粘性補
償値Ｋ_vが粘性補償値更新出力部５３より出力される。
この出力は時刻ｔ₂で操舵ハンドル１が中立点に復帰す
るまで変更されない。

【００３４】そして、操舵ハンドル１が中立点に復帰す
ると、その時刻ｔ₂で保舵状態判定部５１の出力が
「１」になり、粘性補償値更新出力部５３の切換回路６
６の中性接点ｃが接点ａに接続される。これによって、
粘性補償値算出部５２の出力が粘性補償値更新出力部５
３より出力される。

【００３５】なお、上記実施例では粘性補償値Ｋ_vを、
操舵ハンドル１を戻し始める復帰開始時の操舵状態と、
その時の車速に応じて算出するようにしたが、操舵ハン
ドル１を戻し始める復帰開始時の操舵状態のみに応じて
算出するようにしても良い。この場合は上記の場合と比
べて戻り特性に若干の低下はあるが、コストを低減させ
ることができるという利点が得られる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、操舵ハン
ドルを戻し始める復帰開始時の操舵状態に応じて該ハン
ドルの中立点復帰のための適切な粘性補償値を得るよう
にしたので、操舵ハンドルの残留角が小さくなり、戻り
特性が向上するという効果が得られる。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、操舵ハンド
ルを戻し始める復帰開始時の操舵状態と、その時の車速
に応じて該ハンドルの中立点復帰のための適切な粘性補
償値を得るようにしたので、車速を考慮する分、請求項
１記載の発明よりも戻り特性が更に向上するという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電動式パワーステアリ
ング装置のコントロール装置のブロック図である。

【図２】同実施例のモータ速度フィードバックゲイン算
出部の詳細なブロック図である。

【図３】同実施例の特徴を説明するための操舵ハンドル
角度のタイムチャートである。

【図４】同実施例の操舵トルクセンサの出力状態のタイ
ムチャートである。

【図５】従来のパワーステアリング装置の機械系の一例
を示す構成図である。

【図６】従来のパワーステアリング装置のコントロール
装置の詳細なブロック図である。

【図７】従来のパワーステアリング装置のアシストトル
クの特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 操舵ハンドル ６ モータ １１ 操舵トルクセンサ（操舵系トルク検出手段） １２ 車速センサ（車速検出手段） ３０ アシスト指令部 ３５ 電流制御部 ５１ 保舵状態判定部（判定手段） ５２ 粘性補償値算出部（算出手段） ５３ 粘性補償値更新出力手段（更新手段） １００ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系に連結され、操舵補助トルクを発
   生するモータと、 操舵系の操舵トルクを検出する操舵系トルク検出手段
   と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記操舵系トルク検出手段及び前記車速検出手段の出力
   に基づいてアシスト指令を作成し、このアシスト指令に
   より前記モータの駆動を制御する制御手段と、を備えた
   電動式パワーステアリングにおいて、 前記操舵系トルク検出手段の検出結果に基づいて保舵状
   態であるか否かの判定を行う判定手段と、 前記操舵系トルク検出手段の検出結果に基づいて粘性補
   償値を算出する算出手段と、 前記判定手段の判定結果に基づいて前記算出手段により
   得られる粘性補償値を更新し、出力する更新手段と、を
   設けたことを特徴とする電動式パワーステアリング装
   置。
2. 【請求項２】 前記算出手段は、前記操舵系トルク検出
   手段の検出結果と前記車速検出手段の検出結果に基づい
   て粘性補償値を算出することを特徴とする請求項１記載
   の電動式パワーステアリング装置。