JPH0647383B2 - 電動式パワ−ステアリング装置のモ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、車両の操舵系にモータ駆動による補助操舵力
（パワーアシスト）を与える電動式パワーステアリング
装置のモータ制御装置に関するものである。

【従来の技術】

上述のような電動式パワーステアリング装置のモータ制
御装置としては、転舵時におけるステアリングシャフト
の捩りトルクを検出する捩りトルクセンサを設け、この
捩りトルクセンサの出力信号に応じて電動モータの回転
方向、回転トルクを制御するようにしたものが従来知ら
れている（特公昭45−41246 号公報参照）。 この場合、上述のような電動モータは、出力を大きく設
定するとその慣性のため、車両の手放し運転時にハンド
ルの収束性が悪化するという問題がある。また、一般
に、車両が急カーブを急ハンドルで走行するときには、
ハンドルに適度な手応えがある方が操舵感覚が良いが、
上述のような電動式パワーステアリング装置では、補助
操舵力（パワーアシスト）を転舵速度に応じて補正する
手段がないために、半径の小さなカーブを急ハンドルで
走行するとき、ハンドルが軽すぎて不安感を生じる。

【発明が解決しようとする問題点】

本発明は、上記事情にもとづいてなされたもので、モー
タ慣性を減衰して車両の手放し運転時などのハンドルの
収束性を向上できると共に、車両の急ハンドル操作時に
適度な手応えが生じるようにして、操舵フィーリングを
向上でき、また、車速状態によって、その操舵制御に規
制を与えることにより、エネルギ労費のないよりよい運
転性を得られるようにした電動式パワーステアリング装
置のモータ制御装置を提供しようとするものである。

【問題点を解決するための手段】

この目的のために本発明は、操舵系の捩りトルクを検出
する捩りトルクセンサの出力信号に基づくアシスト指令
信号に応じて電動モータの回転方向、回転トルクを制御
する電動式パワーステアリング装置において、舵角を検
出する舵角センサおよび車速を検出する車速センサを具
備し、上記舵角センサの出力信号から舵角を中立位置に
戻す戻し信号を出力する戻し指令部と、上記舵角センサ
の出力信号に基づいて舵角速度に応じて舵の進む方向と
逆方向の回転トルクを定めた減衰信号を発生する舵角位
相補償指令部と、上記車速センサの出力信号に基づいて
所定車速以上の時に上記戻し信号と減衰信号を加算した
加算指令信号を発生する車速判別部と、上記アシスト指
令信号と上記加算指令信号とを加算した信号を最終指令
信号として電動モータの回転方向、回転トルクを制御す
る駆動制御部とを備えたことを特徴とするものである。

【作 用】

このような手段により、車速が所定車速以上の時は、ア
シスト指令信号に戻し信号と減衰信号を加算した加算指
令信号を加えた最終指令信号によって、電動モータの回
転方向、回転トルクを制御するようにしたので、舵角速
度の増大に応じてアシスト指令信号は減少し、急ハンド
ル操作時にはパワーアシスト力を抑制することができ適
度な手応えが生じ、さらに、戻し信号と減衰信号とを加
算してアシスト指令信号に加えているので、手放し運転
時やタイヤからの外乱による舵角の動き（振動）が速や
かに減衰され、安定でスムーズなハンドル戻り特性を得
る。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明す
る。 第１図において符号1 はパワーアシスト用の電動モータ
であり、図示省略した操舵系のラック・ピニオン機構の
ピニオン軸に減速機、ジョイントなどを介して連結さ
れ、上記操舵系にアシスト力を付与できるようになって
いる。このような電動モータ1 は、正負判別部21、絶対
値変換部22、デューティ制御部23、電機子電流検出部2
4、電動モータ駆動部25などを備える駆動制御部2 によ
り、後述の指令信号に基づいて回転方向、回転トルクが
制御される。すなわち、指令信号は正負判別部21と絶対
値変換部22とに入力され、正負判別部21の判別信号が電
動モータ駆動部25に入力されることでモータ電流の方向
が指令信号に応じて切換え制御されると共に、絶対値変
換部22の出力信号がデューティ制御部23に入力してデュ
ーティ比が定められ、これが電動モータ駆動部25に入力
することで指令信号の大きさに応じた回転トルクが設定
されるようになっている。なお、上記電動モータ1 の回
転トルクは、電機子電流検出部24が電動モータ1 の電機
子電流を検出し、その検出値をデューティ制御部23にフ
ィードバックすることで一定の指示値に収束するように
制御される。 ここで、前記駆動制御部2 へ指令信号を出力するものと
して、本実施例では、アシスト指令部3 ，戻し指令部4
，位相補償指令部5 ，舵角位相補償指令部6 が設けら
れている。 アシスト指令部3 は、基本的には操舵系の捩りトルクの
大きさおよび方向に応じたアシスト信号を発生するもの
で、ステアリング系（操舵系）のピニオンに設置されて
その捩りトルクの方向および大きさを検出する捩りトル
クセンサ31と、この捩りトルクセンサ31の出力電圧信号
（第２図参照）に基づいて、基本的には第３図の実線で
示すようなグラフ特性のアシスト信号、すなわち、捩り
トルクの大きさが所定値以下では出力せず、所定値を越
えると捩りトルクの方向に応じた極性で捩りトルクの値
に応じて増減するアシスト信号を出力するアシストトル
ク値指示関数部32とを備える。 また、アシスト指令部3 には、車両の速度を検出する車
速センサ33が設けられると共に、この車速センサ33の出
力電圧信号に基いて、第４図に示すように車速の増大に
伴い減少するグラフ特性の加算定数信号Ｓv を発生する
加算定数関数部34、およびこの加算定数信号Ｓv と前記
捩りトルクセンサ31の出力信号とを入力してアシストト
ルク値指示関数部32へ出力する加算演算部35が設けられ
る。そして、この加算演算部35が捩りトルクセンサ31の
出力信号の極性に合わせてこれに加算定数信号Ｓv を加
減算処理することで、第３図に示すグラフ特性は車速を
パラメータとしてＸ軸方向に平行移動されるようになっ
ている。すなわち右切りの場合の特性を例示すれば、第
５図に示すようにアシストトルク値指示関数部32の出力
は、同一捩りトルクにおいて車速の増大に伴い絶対値が
減少し、同一車速では捩りトルクの絶対値の増加に伴い
出力の絶対値が増大する。そしてこのような出力特性
を、車速に応じて第５図の破線に示すように補正すべ
く、乗算定数関数部36，乗算演算部37が設けられてい
る。この乗算定数関数部36は、車速センサ33の出力電圧
信号に基いて第６図に示す特性の乗算定数信号、すなわ
ち、車速が０では乗算定数が１であり、車速の増大に伴
って次第に定数が０に近づいて減少する特性の乗算定数
信号を発生するものである。また、乗算演算部37は、前
記アシストトルク値指示関数部32の出力に上記乗算定数
を乗算処理するものであり、この乗算演算部37からのア
シスト信号itは、車速に応じて、第５図の破線に示すよ
うになる。 次に、戻し指令部4 は、操舵系の転舵角に応じて舵角を
中立（直進）位置に戻す方向の戻し信号を発生するもの
であり、操舵系のたとえば、ラック・ピニオン機構にお
けるラックの移動量に基いて転舵角を検出する舵角セン
サ41，およびこの舵角センサ41の出力電圧信号に基いて
第７図に示すグラフ特性の戻し信号i θを出力する戻し
トルク値指示関数部42を備えている。 位相補償指令部5 は、前記捩りトルクセンサ31の出力信
号を入力し、その微分値に比例する信号を発する位相補
償部51、およびこの位相補償部51の出力信号に基いて例
えば第８図に示すようなグラフ特性のアシスト補助信号
iaを出力する位相補償指示関数部52を備え、本実施例で
は位相補償部51の出力信号が、さらに捩りトルクセンサ
31の出力信号に加えられて加算演算部35に入力され、ア
シストトルク値指示関数部32への入力信号に影響を与え
る。 ここで舵角位相補償指令部6 は、転舵操作の速度に応じ
て舵の進む方向の逆方向の減衰信号を発生するものであ
り、前記舵角センサ41の出力信号を入力し、その微分値
に比例する信号を発する舵角位相補償部61およびこの舵
角位相補償部61の出力信号に基いて、例えば、第９図に
示すグラフ特性の減衰信号i を出力する舵角位相補償
指示関数部62を備えてなる。 ここで本発明においては、前記戻し指令部4 からの戻し
信号i θおよび舵角位相補償指令部6 からの減衰信号i
の出力を規制する車速判別部7 が設けられる。この車
速判別部7 は、上記戻し信号i θと減衰信号i との加
算信号を入力し、前記車速センサ33の出力信号に基づい
て車速が例えば５km／h 以上では上記加算信号をそのま
ま出力するが、車速が５km／h 以下では加算信号の出力
を規制するようになっている。 そして、上記車速判別部7 の規制をうけた状態で、アシ
スト指令部3 からのアシスト信号itと、戻し指令部4 か
らの戻し信号i θと、位相補償指令部5 からのアシスト
補助信号iaと、舵角位相補償指令部6 からの減衰信号i
との加算信号が指令信号として駆動制御部2 へ出力さ
れるよう構成してある。 以上のような構成では、転舵操作に伴い操舵系に捩りト
ルクが発生すると、捩りトルクセンサ31がこれを検出し
て出力信号を発生するが、この時、車速センサ33および
舵角センサ41からの各情報によって、上記出力信号に基
づくアシスト信号itに補正を加える。このアシスト信号
itの正負判別および絶対値に応じたデューティ比制御を
通じて電動モータ1 の回転方向、回転トルクが制御され
る。ここで捩りトルクとアシスト信号itとの関係をみる
と、基本的には、第３図のグラフに示すとおりであり、
例えば右切りの際の捩りトルクに対しては正のアシスト
信号が捩りトルクの増加に伴い増大するように出力す
る。従って、電動モータ1 は、右切りを補助する回転方
向に捩りトルクの大きさに応じた出力トルクで回転駆動
され、右切りの際の操舵力が軽減される。なお、左切り
の際には負のアシスト信号に基いて電動モータ1 が左切
りを補助する回転方向に制御されることで、右切りの場
合と同様に作用する。 ここで捩りトルクとアシスト信号との関数特性は、本実
施例では車速センサ33の出力信号に基づいて変化する。
例えば、右切りの捩りトルクに対するアシスト信号の特
性グラフを示す第５図において、車速０の状態をＭ_０で
示すと、車速がＶ_１，Ｖ_２と増加するにつれ、加算定数
信号の加算処理に基づいてＭ_１，Ｍ_２と、第５図のＸ軸
方向へ平行移動して変化し、さらに乗算定数信号の乗算
処理により、Ｍ_１はｍ_１にＭ_２はｍ_２に傾きを小さくす
るように変化する。従って、捩りトルクの大きさが同一
の場合、アシスト信号の大きさは車速の増大に伴って減
少する。このことは、同一捩りトルクに対する電動モー
タ1 の出力トルクが車速の増加に従って減少することを
意味し、車両の低速走行時には、充分なパワーアシスト
が得られるものでありながら、高速走行時には、操舵力
過剰となることがなく、従って、転舵時にハンドルが軽
すぎて不安感を持つということがなくなる。 一方、転舵操作に伴い、舵角センサ41が転舵角を検出
し、これに基づいて第７図に示す特性、すなわち舵角０
の中立位置あるいはその付近の位置から左右の転舵角±
θ_０の範囲では比例的に増大し、±θ_０を越えると一定
値をとる特性であって、右転舵領域では負の値（左切り
方向）、左転舵領域では正の値（右切り方向）となる戻
し信号i を出力する。 また、車両が半径の小さなカーブを急ハンドルで走行す
るとき、転舵角θが急激に変化することから、そのこと
が舵角位相補償部61で検出され、その検出信号に基いて
減衰信号i が舵角位相補償指示関数部62から出力され
る。これは、第９図に示す特性となる。 ここで車速５km／Ｈ以上では、車速判別部7 の作用によ
り上記戻し信号i θ、減衰信号i は、アシスト信号it
を減少するように加えられる。例えば、右転舵角θ_１で
保舵している場合には、前述した捩りトルクセンサ31の
出力信号に基く正のアシスト信号itと、舵角センサ41の
出力信号に基づく負の戻し信号i θ_１との加算信号（i
θはない）により電動モータ1 の制御が行なわれる。こ
こでアシスト信号itのグラフを第３図の実線で示すとす
れば、上記加算信号は破線で示すようになる。従って右
転舵角θ_１の保舵状態を解除すると、捩りトルクＴが激
減することで加算信号は第３図の破線に沿って直ちに負
の値（左切り方向）になる。これにより電動モータ1 に
左切り方向のトルクが発生して減速機などの摩擦力や、
モータの慣性モーメントなどを相殺することになり、こ
のため車両の走行時（５km／Ｈ以上）にはキャスタ効果
などにより操舵系は直進状態へスムーズに復元し得るな
どハンドル戻り動作が良好となる。そして、転舵角θの
減少に伴い戻し信号i θの大きさは次第に０に近づくべ
く減少し、転舵角が中立位置に戻ると、電動モータのト
ルクは消失するので、高速走行時などにおけるハンドル
手放し状態からの収束性も向上する。 また、急ハンドル操作に基づいて舵角位相補償指令部6
から減衰信号i が出力すると、この減衰信号はアシス
ト信号と極性が逆なため、その分アシスト信号が減小し
てパワーアシスト力が抑制される。すなわち車両の急ハ
ンドル操作時には適度な手応えが生じるのであり、ハン
ドルが軽すぎて不安感が生じるということがなくなり、
操舵フィーリングが向上する。 次に、車両の停止状態などにおける転舵操作、すなわち
据切り操舵について説明すると、この場合、接地抵抗が
大きいことから転舵操作に伴い捩りトルクが急増し、捩
りトルクセンサ31の出力電圧もそれに比例して急増す
る。すると、この捩りトルクの急増傾向が位相補償指令
部5 の位相補償部51で検出され、捩りトルクの増加度に
応じた出力信号が捩りトルクセンサ31の出力信号に加算
されるようになる。従って、捩りトルクＴが小さく、こ
れに伴うアシスト信号itが未だ発生しない段階において
も、捩りトルクの増加度合が大きければアシスト信号it
が直ちに出力されるようになり、据切り操舵に際しては
電動モータ1 は応答遅れなく直ちに起動するようにな
り、自励振動の発生が防止される。 そしてこの据切り操舵時には、車速が５km／h 以下であ
って、戻し指令部4 の戻し信号i θおよび舵角位相補償
指令部6 からの減衰信号i が車速判別部7 により規制
されることから、エネルギの労費がなく軽快な操舵が実
現される。 また、前記位相補償部51から出力信号が発せられると、
位相補償指示関数部52からは第８図に示す特性のアシス
ト補助信号iaが出力される。すなわち捩りトルクの増加
度合が所定値内では比例的に増減し、所定値を越えると
一定値となるアシスト補助信号iaが捩りトルクの方向に
応じて直ちに出力されるのである。従って左右転舵を繰
返す場合などにおいては、一定値のアシスト補助信号ia
が直ちに出力して電動モータ1 の慣性力を吸収するよう
になり、操舵フィーリングが向上する。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、所定車速以上の
時に戻し信号の減衰信号とを加算した加算指令信号を発
生し、アシスト指令信号と上記加算指令信号とを加算し
た信号を最終指令信号として電動モータの回転方向、回
転トルクを制御しているので、急ハンドル操作時にはパ
ワーアシスト力を抑制することができ適度な手応えが生
じる。従って半径の小さなカーブを急ハンドルで走行す
るときなど、ハンドルに適度の負荷があり、操舵フィー
リングが向上する。さらに、戻し信号と減衰信号とを加
算してアシスト指令信号に加えているので、手放し運転
時やタイヤからの外乱による舵角の振動が速やかに減衰
され、ハンドルの収束性が向上し、安定かつスムーズな
ハンドル戻り特性を得ることができる。 また、所定速度に満たないときは、パワーアシスト力を
抑制しないことで、停止状態での裾切り操舵がエネルギ
ーを労費することなくパワーアシスト力を全て用いて軽
快にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は捩りトルクセンサの出力信号の特性グラフ、第３図
はアシスト信号の基本特性グラフ、第４図は加算定数信
号の特性グラフ、第５図はアシスト信号の特性変化を示
すグラフ、第６図は乗算定数信号の特性グラフ、第７図
は戻し信号の特性グラフ、第８図はアシスト補助信号の
特性グラフ、第９図は減衰信号の特性グラフである。 1 ……電動モータ 2 ……駆動制御部 21……正負判別部、22……絶対値変換部 23……デューティ制御部、24……電機子電流検出部 25……電動モータ駆動部 3 ……アシスト指令部 31……捩りトルクセンサ、32……アシストトルク値指示
関数部、33……車速センサ、34……加算定数関数部、35
……加算演算部、36……乗算定数関数部、37……乗算演
算部、 4 ……戻し指令部 41……舵角センサ、42……戻しトルク値指示関数部 5 ……位相補償指令部 51……位相補償部、52……位相補償指示関数部 6 ……舵角位相補償指令部 61……舵角位相補償部、62……舵角位相補償指示関数部 7 ……車速判別部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵系の捩りトルクを検出する捩りトルク
   センサの出力信号に基づくアシスト指令信号に応じて電
   動モータの回転方向、回転トルクを制御する電動式パワ
   ーステアリング装置において、 舵角を検出する舵角センサおよび車速を検出する車速セ
   ンサを具備し、 上記舵角センサの出力信号から舵角を中立位置に戻す戻
   し信号を出力する戻し指令部と、 上記舵角センサの出力信号に基づいて舵角速度に応じて
   舵の進む方向と逆方向の回転トルクを定めた減衰信号を
   発生する舵角位相補償指令部と、 上記車速センサの出力信号に基づいて所定車速以上の時
   に上記戻し信号と減衰信号とを加算した加算指令信号を
   発生する車速判別部と、 上記アシスト指令信号と上記加算指令信号とを加算した
   信号を最終指令信号として電動モータの回転方向、回転
   トルクを制御する駆動制御部と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のモータ制御装置。