JPH08150954A

JPH08150954A - 電動パワ−ステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JPH08150954A
Application number: JP31600394A
Authority: JP
Inventors: Shuji Endo; 修司遠藤; Yasuhiko Miyaura; 靖彦宮浦; Hiroyuki Kano; 広之狩野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】車速の変化に対して操舵補助指令値を滑らか
に変化させることができる電動パワ−ステアリング装置
の制御装置を提供する。【構成】制御装置を構成する電子制御回路１３の操舵
補助指令値演算器２２は、トルクセンサ３から入力され
たトルク信号、車速センサ１２から入力された車速信号
に基づいて操舵補助指令値が演算される。操舵補助指令
値演算器２２に付設されたメモリ２８には複数（ここで
は３種）の代表的車速Ｖ＝０、Ｖa 、Ｖbにおける操舵
トルクＴに対応する操舵補助指令値Ｉが格納されてい
る。検出車速Ｖが、Ｖ＝０、Ｖ＝Ｖa 、Ｖ＝Ｖb 以外の
場合は、検出車速が上記代表車速のいずれの間にあるか
により、その前後の代表車速における操舵トルクに対応
する操舵補助指令値と、車速に応じて予め設定されてい
る補正係数に基づいて、操舵補助指令値Ｉを補正演算に
より求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動パワ−ステアリ
ング装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用の電動パワ−ステアリング装置
は、操向ハンドルの操作によりステアリングシヤフトに
発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号に基
づいて操舵補助指令値を算出し、算出された操舵補助指
令値に応じてモ−タを駆動して操向ハンドルの操舵力を
補助するものであり、操舵補助指令値の算出や指令値に
基づくモ−タの制御には、マイクロコンピユ−タを含む
電子制御回路が使用されている。

【０００３】操舵トルクには、操舵に伴い発生する路面
負荷に対応する成分と、ステアリング機構のもつ摩擦力
に対応する成分とがある。このため、検出された操舵ト
ルクに基づいて決定された路面負荷に対応した制御値
と、検出された車速の増大に応じて減少し所定速度以上
では零になる車速に対応した車速係数との積を求め、こ
れにステアリング機構の摩擦力に対応した制御値を加算
して、操舵補助指令値を算出するものが提案されてい
る。

【０００４】この構成では、操舵トルクに対応した路面
負荷制御値、操舵トルクに対応した摩擦力制御値、及び
車速に対応した車速係数が、それぞれ予め決定されてメ
モリに格納されており、検出された操舵トルクと車速に
応じてメモリから所要のデ−タを読み出し、操舵補助指
令値を演算するように構成されている（特公平５−１０
２７１号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したような操舵補
助指令値を演算する制御手段においては、操舵トルクに
応じて路面負荷制御値、摩擦力制御値が予め決定されて
いるから、操舵トルクが決まると、操舵補助指令値は車
速に対応してのみ変化することになる。

【０００６】したがつて、複数の車速について、操舵ト
ルクに対応する操舵補助指令値を予め設定してメモリに
格納しておけば、検出された操舵トルクと車速から直ち
に操舵補助指令値を求めることができる。

【０００７】しかしながら、このように、操舵トルクが
決まつた場合に、操舵補助指令値を車速に対応してのみ
変化させることは、適切な方法とはいえない。例えば、
図８に示すように、車速Ｖ1 では不感帯の幅をＢ1 に、
車速Ｖ2 （Ｖ2 ＞Ｖ1 ）では不感帯の幅をＢ2 に設定す
るなどして、操舵トルクが小さい領域では操舵補助指令
値の不感帯の幅を車速に応じて変え、車速が速い程不感
帯の領域を広くしたほうが操舵感覚がよくなる。また、
操舵トルクに対する操舵補助指令値曲線のカ−ブを車速
に応じて変化させる方がより操舵感覚が改善される。

【０００８】このためには、操舵補助指令値を、操舵ト
ルクと車速に対応して予めきめ細かく設定する。即ち、
操舵トルクが同一であつても、車速の遅速に対応して異
なる操舵補助指令値を設定するもので、車速の遅速と操
舵トルクの大小に対応して複数の異なる操舵補助指令値
を設定してメモリに格納させておけばよい。しかしなが
ら、この方法では必要なメモリ容量が著しく増大するか
らコストを増加させる結果となり、望ましい方法ではな
い。

【０００９】また、上記した操舵補助指令値をメモリか
ら読み出す方法に代え、操舵トルクと車速を変数とする
操舵補助指令値演算式を設定しておき、演算により操舵
補助指令値を求めるようにする方法も考えられるが、こ
の方法では演算式が複雑となるため、高速演算の可能な
マイクロコンピユ−タを採用しなければならず、やはり
コストを増加させる結果となり、望ましい方法ではな
い。この発明は上記課題を解決することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、少なくともステアリングシヤフトに発生
する操舵トルクと車速に基づいて操舵補助指令値を演算
する演算手段と、前記演算された操舵補助指令値に基づ
いてモ−タ電流を制御するモ−タ電流制御手段を備え、
操舵トルクと車速に応じた操舵補助力をステアリング機
構に与える電動パワ−ステアリング装置の制御装置にお
いて、前記演算手段には複数の代表的な車速をパラメ−
タとして設定された操舵トルクに対応する操舵補助指令
値を記憶する記憶手段が付設され、前記演算手段は、検
出された車速が前記記憶手段に記憶されている代表的車
速の中間にあると判断したときは、検出された車速の前
後の代表的車速における操舵トルクに対応する操舵補助
指令値を記憶手段から読み出し、その差と車速補正係数
に基づいて、検出された車速と操舵トルクに対応する操
舵補助指令値を演算することを特徴とする。

【００１１】

【作用】検出された車速が記憶手段に記憶されている代
表的車速の中間にあるときは、検出された車速の前後の
代表的車速における操舵トルクに対応する操舵補助指令
値を記憶手段から読み出し、前後２つの代表的車速にお
ける操舵トルクに対応する操舵補助指令値の差を求め、
その差と車速補正係数に基づいて検出された車速と操舵
トルクに対応する操舵補助指令値を演算する。

【００１２】車速に対する操舵補助指令値を予め記憶手
段に記憶させるので、操舵補助指令値の設定に自由度が
ある。また、代表的な車速についてのみ操舵トルクに対
応する操舵補助指令値を記憶させるから、記憶手段の記
憶容量が少なくて済み、操舵補助指令値を演算するにも
簡単な演算アルゴリズムで演算することができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図１は、この発明を実施するに適した電動パワ−ステア
リング装置の構成の概略を説明する図で、操向ハンドル
１の軸２は減速ギア４、ユニバ−サルジョイント５ａ、
５ｂ、ピニオンラツク機構７を経て操向車輪のタイロツ
ド８に結合されている。軸２には操向ハンドル１の操舵
トルクを検出するトルクセンサ３が設けられており、ま
た、操舵力を補助するモ−タ１０がクラツチ９、減速ギ
ア４を介して軸２に結合している。

【００１４】パワ−ステアリング装置を制御する電子制
御回路１３は、バツテリ１４からイグニツシヨンキ−１
１を経て電力が供給される。電子制御回路１３は、トル
クセンサ３で検出された操舵トルクと車速センサ１２で
検出された車速に基づいて操舵補助指令値の演算を行
い、演算された操舵補助指令値に基づいてモ−タ１０に
供給する電流を制御する。

【００１５】クラツチ９は電子制御回路１３により制御
される。クラツチ９は通常の動作状態では結合してお
り、電子制御回路１３によりパワ−ステアリング装置の
故障と判断された時、及び電源がＯＦＦとなつている時
に切離される。

【００１６】図２は、電子制御回路１３のブロツク図で
ある。この実施例では電子制御回路１３は主としてＣＰ
Ｕから構成されるが、ここではそのＣＰＵ内部において
プログラムで実行される機能を示してある。例えば、位
相補償器２１は独立したハ−ドウエアとしての位相補償
器２１を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補
償機能を示す。なお、電子制御回路１３をＣＰＵで構成
せず、これらの機能要素をそれぞれ独立したハ−ドウエ
ア（電子回路）で構成できることは言うまでもない。

【００１７】以下、電子制御回路１３の機能と動作を説
明する。トルクセンサ３から入力された操舵トルク信号
は、位相補償器２１で操舵系の安定を高めるために位相
補償され、操舵補助指令値演算器２２に入力される。ま
た、車速センサ１２で検出された車速も操舵補助指令値
演算器２２に入力される。

【００１８】操舵補助指令値演算器２２は、入力された
トルク信号と車速信号に基づいて、モ−タ１０に供給す
る電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する
もので、メモリ２８が付設されている。メモリ２８に
は、後で詳細に説明するが、複数（この実施例では３
種）の車速Ｖをパラメ−タとして、操舵トルクに対応す
る操舵補助指令値が格納されており、操舵補助指令値演
算器２２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。

【００１９】比較器２３、微分補償器２４、比例演算器
２５、積分演算器２６及び加算器２７から構成される回
路は、実際のモ−タ電流値ｉが操舵補助指令値Ｉに一致
するようにフイ−ドバツク制御を行う回路である。

【００２０】比例演算器２５では、操舵補助指令値Ｉと
実際のモ−タ電流値ｉとの差に比例した比例値が出力さ
れる。さらに比例演算器２５の出力信号はフイ−ドバツ
ク系の特性を改善するため積分演算器２６において積分
され、差の積分値の比例値が出力される。

【００２１】微分補償器２４では、操舵補助指令値演算
器２２で演算された操舵補助指令値Ｉに対する実際にモ
−タに流れるモ−タ電流値ｉの応答速度を高めるため、
操舵補助指令値Ｉの微分値が出力される。

【００２２】微分補償器２４から出力された操舵補助指
令値Ｉの微分値、比例演算器２５から出力された操舵補
助指令値と実際のモ−タ電流値との差に比例した比例
値、及び積分演算器２６から出力された積分値は、加算
器２７において加算演算され、演算結果である電流制御
値Ｅがモ−タ駆動信号としてモ−タ駆動回路４１に出力
される。

【００２３】図３にモ−タ駆動回路４１の構成の一例を
示す。モ−タ駆動回路４１は加算器２７から入力された
電流制御値ＥをＰＷＭ信号と電流方向信号とに分離変換
する変換部４４、ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ4 、及びそれ等ＦＥ
Ｔ1 〜ＦＥＴ4 のゲ−トを開閉駆動するＦＥＴゲ−ト駆
動回路４５等からなる。なお、昇圧電源４６はＦＥＴ1
、ＦＥＴ2 のハイサイド側を駆動する電源である。

【００２４】ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）は、Ｈブ
リツジ接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイ
ツチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ2 のゲ−トを駆動する信
号で、加算器２７において演算された電流制御値Ｅの絶
対値によりＰＷＭ信号のデユ−テイ比（ＦＥＴのゲ−ト
をＯＮ／ＯＦＦする時間比）が決定される。

【００２５】電流方向信号は、モ−タに供給する電流の
方向を指示する信号で、加算器２７で演算された電流制
御値Ｅの符号（正負）により決定される信号である。

【００２６】ＦＥＴ1 とＦＥＴ2 は前記したＰＷＭ信号
のデユ−テイ比に基づいてゲ−トがＯＮ／ＯＦＦされる
スイツチング素子で、モ−タに流れる電流の大きさを制
御するためのスイツチング素子である。また、ＦＥＴ3
とＦＥＴ4 は前記した電流方向信号に基づいてゲ−トが
ＯＮ或いはＯＦＦされる（一方がＯＮの時、他方はＯＦ
Ｆとなる）スイツチング素子で、モ−タに流れる電流の
方向、即ちモ−タの回転方向を切り換えるスイツチング
素子である。

【００２７】ＦＥＴ4 が導通状態にあるときは、電流は
ＦＥＴ1 、モ−タ１０、ＦＥＴ4 、抵抗Ｒ1 を経て電流
が流れ、モ−タ１０に正方向の電流が流れる。ＦＥＴ3
が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ2 、モ−タ１
０、ＦＥＴ3 、抵抗Ｒ2 を経て電流が流れ、モ−タ１０
に負方向の電流が流れる。

【００２８】モ−タ電流検出回路４２は、抵抗Ｒ1 の両
端における電圧降下に基づいて、正方向電流の大きさを
検出し、また、抵抗Ｒ2 の両端における電圧降下に基づ
いて、負方向電流の大きさを検出する。検出された実際
のモ−タ電流値ｉは、比較器２３にフイ−ドバツクして
入力される（図２参照）。

【００２９】次に、この発明の操舵補助指令値演算器２
２による操舵補助指令値の演算について説明する。先に
説明したとおり、操舵補助指令値演算器２２にはメモリ
２８が付設されている。この実施例では、メモリ２８に
は、にハンドルの据切り時（車速Ｖ＝０）、低速走行時
（車速Ｖ＝Ｖa ）、中高速走行時（車速Ｖ＝Ｖb ）の３
種の代表車速について、操舵トルクに対応する操舵補助
指令値が格納されている。なお、代表車速は３種に限ら
れるものではない。

【００３０】図４は、メモリ２８に格納されている上記
３種の代表車速についての、操舵トルクＴに対応する操
舵補助指令値Ｉを示したもので、横軸に操舵トルクＴ
を、縦軸に操舵補助指令値Ｉをとつてある。図におい
て、車速Ｖ＝０の場合、操舵トルク値Ｔ₁では操舵補助
指令値ＩはＩ0 (T1)、車速Ｖ＝Ｖa の場合、操舵トルク
値(T1)では操舵補助指令値ＩはＩa(T1) 、車速Ｖ＝Ｖb
の場合、操舵トルク値Ｔ₁では操舵補助指令値ＩはＩb(T
1) であることを示している。

【００３１】なお、図４では曲線で示してあるが、メモ
リ２８に格納される操舵トルクＴ、操舵補助指令値Ｉは
勿論デジタル値であり、実用上支障の無い範囲で細かく
設定されている。

【００３２】検出された車速が、上記した車速Ｖ＝０、
車速Ｖ＝Ｖa 、車速Ｖ＝Ｖb の場合は、メモリ２８から
読み出した車速について、予め設定されている操舵トル
クに対応する操舵補助指令値の表から、検出された操舵
トルクに対応する操舵補助指令値を求めることができ
る。

【００３３】検出された車速が、上記した車速Ｖ＝０、
車速Ｖ＝Ｖa 、車速Ｖ＝Ｖb 以外の車速については、検
出された車速が上記３種の代表車速のいずれの間にある
かにより、その前後の代表車速における操舵トルクに対
応する操舵補助指令値と、車速に応じて予め設定されて
いる補正係数に基づいて補正演算により求める。

【００３４】即ち、検出された車速Ｖが０≦Ｖ≦Ｖa の
場合（車速Ｖが低速領域にある場合）は、操舵補助指令
値Ｉ(T1)は、以下の式（１）により演算する。

【００３５】また、検出された車速ＶがＶa ＜Ｖ≦Ｖb
の場合（車速Ｖが中速領域にある場合）は、操舵補助指
令値Ｉ(T) は、以下の式（２）により演算する。

【００３６】Ｉ(T) ＝γ｛Ｉ0(T)−Ｉa(T)｝＋Ｉa(T)・・・（１）Ｉ(T) ＝γ｛Ｉa(T)−Ｉb(T)｝＋Ｉb(T)・・・（２）図５は、上記した操舵補助指令値を求める補正演算を説
明するフロ−チヤ−トである。まず、検出された車速Ｖ
と代表車速Ｖa とを比較し、０≦Ｖ≦Ｖa か否かを判定
する（ステツプＰ１）。０≦Ｖ≦Ｖa の場合、即ち車速
Ｖが低速領域にある場合は、ステツプＰ４に移る。

【００３７】そして、低速領域の補正係数γをメモリか
ら読み出し（ステツプＰ４）、検出された車速Ｖ＝０の
ときの操舵トルクＴに対応する操舵補助指令値Ｉ0(T)
と、車速Ｖ＝Ｖa のときの操舵補助指令値Ｉa(T)を操舵
補助指令値表から読み出す（ステツプＰ５）。さらに、
操舵補助指令値Ｉ(T) を前記した式（１）に基づいて演
算し（ステツプＰ６）、処理を終了する。

【００３８】ステツプＰ１の判定で、車速Ｖが０≦Ｖ≦
Ｖa でない場合は、Ｖa ＜Ｖ≦Ｖbか否かを判定する
（ステツプＰ２）。Ｖa ＜Ｖ≦Ｖb の場合、即ち車速Ｖ
が中速領域にある場合は、ステツプＰ７に移る。

【００３９】そして、中速領域の補正係数γをメモリか
ら読み出し（ステツプＰ７）、検出された操舵トルクＴ
に対応する車速Ｖ＝Ｖa のときの操舵補助指令値Ｉa(T)
と、車速Ｖ＝Ｖb のときの操舵補助指令値Ｉb(T)を操舵
補助指令値表から読み出す（ステツプＰ８）。さらに、
操舵補助指令値Ｉ(T) を前記した式（２）に基づいて演
算し（ステツプＰ９）、処理を終了する。

【００４０】ステツプＰ２の判定で、車速ＶがＶa ＜Ｖ
≦Ｖb でない場合は、Ｖ＞Ｖb 、即ち車速Ｖが高速領域
にあるから、操舵補助指令値Ｉ(T) としてＩb(T)を採用
し（ステツプＰ３）、処理を終了する。

【００４１】補正係数γは、予め車速に応じて設定され
ている。図６は車速と補正係数との関係の一例を示した
図で、横軸に車速を、縦軸に補正係数をとつてある。車
速ＶがＶa ＜Ｖ≦Ｖb の範囲、即ち中速領域では補正係
数γは曲線ｐに沿つて変化し、車速Ｖが０≦Ｖ≦Ｖa の
範囲、即ち低速領域では補正係数γは曲線ｑに沿つて変
化する値が予め設定される。

【００４２】車速に応じた最適の操舵補助力を得るため
に、曲線ｐ、曲線ｑの形状、即ち補正係数γの値は、走
行実験等により最も適切な値に設定しておく。

【００４３】例えば、図７は操舵角度を一定に保ち、操
舵補助力を与えない状態で走行した場合の車速と操舵反
力の関係を示した図で、横軸に車速を、縦軸に操舵反力
をとつてある。車速が零の状態から動き始めた時点では
操舵反力はＴR1であるが、その後、操舵反力は車速が速
くなるにつれて急速に低下し、車速が１０km／h 以上で
は操舵反力の変化は小さくなることを示しており、操舵
補助力を与える場合も、このような車速と操舵反力の関
係を示す曲線に基づいて操舵補助力を与えれば、ハンド
ル操作に違和感を与えない。

【００４４】そこで、この発明では、上記した補正係数
γの設定において、図７に示す車速と操舵反力の関係が
得られるように、補正係数γを設定するから、ハンドル
操作を円滑に行うことができ、違和感を与えることがな
い。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の電動パ
ワ−ステアリング装置の制御装置は、操舵補助指令値を
演算する演算手段に、複数の代表的な車速をパラメ−タ
として設定された操舵トルクに対応する操舵補助指令値
を記憶する記憶手段が付設されており、演算手段は、検
出された車速が前記記憶手段に記憶されている代表的車
速の中間にあると判断したときは、検出された車速の前
後の代表的車速における操舵トルクに対応する操舵補助
指令値を記憶手段から読み出し、その差と車速補正係数
に基づいて、検出された車速と操舵トルクに対応する操
舵補助指令値を補間演算するものである。

【００４６】記憶手段には予め複数の車速に対して操舵
トルクに対応する操舵補助指令値を決定して記憶させる
が、このとき、車速によつては操舵トルクに対応する操
舵補助指令値が異なる場合にも車速に応じた操舵補助指
令値を設定することができるから、操舵補助指令値の設
定に自由度がある。検出された車速が前記記憶手段に記
憶されている代表的車速の中間にあるときは、補間演算
により操舵補助指令値を求めるが、この場合も、車速に
応じた操舵補助指令値を記憶手段から読み出して演算す
るから、車速の変化に対して操舵補助指令値を滑らかに
変化させることができ、ハンドル操作を円滑に行うこと
ができ、違和感を与えることがない。

【００４７】また、代表的な車速についてのみ操舵トル
クに対応する操舵補助指令値を記憶させるから、記憶手
段の記憶容量が少なくて済み、操舵補助指令値を演算す
るにも簡単な演算アルゴリズムで演算することができ、
高価なＣＰＵに拠ることなしに、操舵補助指令値の演算
を高速で、しかも容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動式パワ−ステアリング装置の構成の概略を
説明する図。

【図２】この発明の実施例の電子制御回路のブロツク
図。

【図３】モ−タ駆動回路の構成を示す回路ブロツク図。

【図４】代表車速について操舵トルクＴに対応する操舵
補助指令値Ｉの関係を説明する図。

【図５】電子制御回路で実行される操舵補助指令値の演
算動作を説明するフロ−チヤ−−ト。

【図６】車速と補正係数との関係の一例を示した図。

【図７】操舵角度を一定に保ち、操舵補助力を与えない
状態で走行した場合の車速と操舵反力の関係を示した
図。

【図８】車速に応じた操舵トルクと操舵補助指令値の不
感帯の設定を説明する図。

【符号の説明】

３トルクセンサ１０モ−タ１１イグニツシヨンキ− １２車速センサ１３電子制御回路２１位相補償器２２電流指令演算器２３比較器２４微分補償器２５比例演算器２６積分演算器２７加算器２８メモリ４１モ−タ駆動回路４２モ−タ電流検出回路４４変換部４５ＦＥＴゲ−ト駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともステアリングシヤフトに発生
する操舵トルクと車速に基づいて操舵補助指令値を演算
する演算手段と、前記演算された操舵補助指令値に基づ
いてモ−タ電流を制御するモ−タ電流制御手段を備え、
操舵トルクと車速に応じた操舵補助力をステアリング機
構に与える電動パワ−ステアリング装置の制御装置にお
いて、前記演算手段には複数の代表的な車速をパラメ−タとし
て設定された操舵トルクに対応する操舵補助指令値を記
憶する記憶手段が付設され、前記演算手段は、検出された車速が前記記憶手段に記憶
されている代表的車速の中間にあると判断したときは、
検出された車速の前後の代表的車速における操舵トルク
に対応する操舵補助指令値を記憶手段から読み出し、そ
の差と車速補正係数に基づいて、検出された車速と操舵
トルクに対応する操舵補助指令値を演算することを特徴
とする電動パワ−ステアリング装置の制御装置。