JPH10310072A

JPH10310072A - 電動式パワーステアリングシステム

Info

Publication number: JPH10310072A
Application number: JP11932297A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ogiso; 好典小木曽
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-11-24
Anticipated expiration: 2017-05-09
Also published as: JP3809595B2

Abstract

(57)【要約】【課題】角度センサを使用しないで操舵のフィーリン
グを改善することができる電動式パワーステアリングシ
ステムを提供する。【解決手段】操舵トルクを検出するトルクセンサ２０
の出力と車速センサ３０の出力とにより決まる基本アシ
スト電流指令値Ｔ1に、第１の微分器２４により決まる
操舵トルク微分指令値Ｔ2を足しこんだモータ駆動指令
値によりアシストモータ４０を駆動して、操舵トルクに
アシストトルクを付加するシステムにおいて、アシスト
モータ４０の回転速度を検出してコギング周波数を算定
するコギング周波数算定手段５２と、求められた周波数
にその中心周波数を一致させ該中心周波数における脈動
トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタ
５３と、これの出力を微分して位相を進める第２の微分
器５４とを備え、第２の微分器５４の出力に応じた補償
電流指令値をモータ駆動指令値に足しこむようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のステアリ
ングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシス
トトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステ
アリングシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車における電動式パワーステアリン
グシステムは、ステアリングホイールの操舵トルクを検
出するトルクセンサの出力と、自動車の車速を検出する
車速センサの出力とからアシスト電流指令値を決定し、
これに操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指
令値を得、ドライブ回路を介してアシストモータを駆動
し操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリング
ホイールの操作性を向上させている。

【０００３】然しながら、アシストモータは、ロータの
回転角によりトルクが脈動するいわゆるコギングトルク
を発生する。このコギングトルクは、ステアリングシャ
フトを介してステアリングホイールに伝達され、運転者
の手に振動として伝わるので、操舵時のフィーリングが
悪くなるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この操舵時のフィーリ
ングを改善するものとして、特開平２−１９３７６８号
に開示された電動パワーステアリング装置が知られてい
る。この発明は、ロータの回転角に応じて発生するコギ
ングトルクを打ち消すためモータに付加する補償電流指
令値を予め算定しておく。そして、角度センサによりロ
ータの回転角を検出し、回転角に応じた補償電流指令値
をアシストモータに供給して、トルクの平滑化を図り、
操舵時のフィーリングを改善するものである。然しなが
ら、角度センサは高価であり、コスト高になるので、角
度センサを使用しないでフィーリングを改善するものが
要望されていた。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、角度センサを使用しないで操舵のフ
ィーリングを改善することができる電動式パワーステア
リングシステムを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符
号を付して説明すると、ステアリングホイール１０の操
舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検
出する車速センサ３０の出力とにより決定される基本ア
シスト電流指令値Ｔ1に、第１の微分器２４により決定
される操舵トルク微分指令値Ｔ2を足しこんでモータ駆
動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定される
モータ駆動電流によりアシストモータ４０を駆動して、
操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイ
ール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリン
グシステムにおいて、前記アシストモータ４０の回転速
度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定
するコギング周波数算定手段５２と、このコギング周波
数算定手段５２で求められた周波数にその中心周波数を
一致させるように動作し前記操舵トルクセンサ２０の出
力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心
周波数可変式バンドパスフィルタ５３と、この中心周波
数可変式バンドパスフィルタ５３の出力を微分して位相
を進める第２の微分器５４とを備え、この第２の微分器
５４の出力に応じた補償電流指令値を前記モータ駆動指
令値に足しこむようにしたところに特徴を有する。

【０００７】請求項２の発明は、前記コギング周波数に
おける補償電流指令値は、コギング周波数テーブル５６
によにりコギング周波数に応じて変化されるところに特
徴を有する。

【０００８】請求項３の発明は、前記コギング周波数に
おける中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力
は、２分割され、一方は第２の微分器５４により微分さ
れてＴ31、他方Ｔ30に合流するようにしたところに特徴
を有する。

【０００９】請求項４の発明は、前記コギング周波数に
おける補償電流指令値は、車速テーブル５７により車速
に応じて変化させるようにしたところに特徴を有する。

【００１０】請求項５の発明は、前記コギング周波数に
おける補償電流指令値は、アシスト電流テーブル５８に
よりアシストモータの電流に応じて変化させるようにし
たところに特徴を有する。

【００１１】尚、操舵性に軽快感を付与することは、操
舵トルクを微分する第１の微分器２４のゲインを高める
ことにより達成できるが、この結果、ステアリングハン
ドルの操舵が軽すぎるという問題が発生する。しかし、
本願発明においては、独立した中心周波数可変式バンド
パスフィルタ５３を設けて、コギングトルクを平滑化し
たので、ハンドルのフイーリングを良好にするととも
に、適切な操舵特性を得ることができる。本発明は、第
１の微分器２４からの操舵トルク微分指令値Ｔ2により
操舵の軽快感を希望のフィーリングに設定でき、また、
第２の微分器５４からの補償電流指令値Ｔ3によりコギ
ングをそれぞれ独立して希望のフィーリングに設定する
ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き、図１〜図４を参照しつつ説明する。まず、図２にお
いて、ステアリングホイール１０を操作すると、その操
舵トルクはギヤーケース１１の入力軸１１ａに伝達さ
れ、出力軸１１ｂの下端のピニオンを介してラック１２
を駆動する。このラック１２は操舵リンク１３を介して
車輪１４の方向を変える。

【００１３】一方、ギヤーケース１１に取付けられたト
ルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０
が自動車の速度を検出し、その電気信号が電気制御装置
（以下ＥＣＵ５０と云う）に入力される。ＥＣＵ５０
は、図１に示すトルクセンサ２０の出力と車速センサ３
０及びアシスト車速テーブル２３から基本アシスト電流
指令値Ｔ1が決められる。また、操舵トルクを微分する
第１の微分器２４と車速センサ３０及び操舵トルク微分
車速テーブル２５から操舵トルク微分指令値Ｔ2が決め
られる。さらに、操舵トルクを後述する中心周波数可変
式バンドパスフィルタ５３及び第２の微分器５４を通過
させて補償電流指令値Ｔ3が決められる。モータ駆動指
令値は、これらの指令値Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3が加算されたも
ので、電流制御手段２２を介してモータ駆動電流がアシ
ストモータ４０に供給されて駆動される。

【００１４】このアシストモータ４０のトルクは、電磁
クラッチ１５を介してギヤーケース１６の入力軸１６ａ
に伝達され、出力軸１６ｂの下端のピニオンを介してラ
ック１２を駆動する。このラック１２は、ステアリング
ホイール１０の出力軸１１ｂとともに、アシストモータ
４０の出力軸１６ｂにより駆動されるので、ステアリン
グホイール１０の操作性が著しく改善されるのである。

【００１５】モータ回転速度検出手段５１は、アシスト
モータ４０の電流値及び端子電圧値からアシストモータ
４０の回転数を推定演算して、コギング周波数算出手段
５２に入力する。アシストモータ４０は、内部のロータ
と界磁の関係（吸引力、反発力）に起因して回転角によ
りモータ軸トルクが周期的に変化するいわゆるコギング
トルクを発生する。尚、モータ回転速度検出手段５１
は、一般にモータロータの慣性補償制御やシステムの粘
性、フレクション補償制御を行うために用いられている
ものであり、本発明にあっては、このモータ回転速度検
出手段５１をそのまま利用できるという利点がある。

【００１６】ここで、コギング周波数をＦ（ＨZ）モータ回転速度をＮ（ｒｐｍ）モータコギング係数（モータが１回転することにより発
生するコギングの山または谷の数）をＫｍと表示すれば、コギング周波数は次式で求められる。Ｆ＝Ｎ・Ｋｍ／６０即ち、コギング周波数はモータの回転速度により変化す
る。

【００１７】中心周波数可変式バンドパスフイルタ５３
（以下単にバンドパスフイルタ５３と云う）に入力され
るトルクには、コギング周波数における成分の他に操舵
速度等に起因する種々の周波数における成分が含まれて
いる。バンドパスフイルタ５３（以下単にバンドパスフ
イルタ５３と云う）は、中心周波数を図３に示すＦ0，
Ｆ1，Ｆ2のように変化させて絶えずこのコギング周波数
算定手段５２で求められた周波数Ｆに一致させるように
動作して、コギング周波数成分だけを抽出し第２の微分
器５４へ送ることができる。そして、これを第２の微分
器５４に入力すると、第２の微分器５４は脈動トルクの
位相を進め、さらに必要に応じて増幅し、コギングトル
クを打ち消すための補償電流指令値Ｔ3をモータ駆動指
令値（Ｔ1＋Ｔ2）に足しこむ。

【００１８】つぎに、上記第１の実施例の作用について
説明する。まず、バンドパスフイルタ５３が接続されて
いない状態において、ステアリングホイール１０を操作
すると、トルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速
センサ３０が自動車の速度を検出し、これらから決めら
れたモータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に基づいてアシスト
モータ４０が駆動され、アシストトルクＴａが操舵トル
クに付加される。このアシストトルクは中心値Ｔａの上
下に脈動している［図４の（ａ）］。

【００１９】ところで、アシストトルクがその中心値Ｔ
ａよりも大なるコギングトルクの山においては、その
分、操舵トルクは小となり、中心値Ｔａよりも小なるコ
ギングトルクの谷においては、操舵トルクは大となっ
て、操舵トルクも脈動する。即ち、トルクセンサ２０の
出力は、コギングトルクの脈動波形を反転（位相角は−
１８０度）したものとなる。また、機械的ながたや操舵
トルク検出用のトーションバーのねじれなどが作用し
て、位相角はさらに遅れθを生じる［図４の（ｂ）］。

【００２０】一方、モータ回転速度検出手段５１からア
シストモータ４０の回転数が推定演算され、コギング周
波数算出手段５２によりコギング周波数Ｆが算出される
と、バンドパスフイルタ５３に入力される。そして、ト
ルクセンサ２０の出力がバンドパスフイルタ５３を通過
すると、算定されたコギング周波数Ｆにおける脈動トル
クが抽出される［図４の（ｃ）］。

【００２１】この脈動する操舵トルク信号を第２の微分
器５４により微分することにより通常操舵の信号成分
（周波数）がカットされて、コギング周波数Ｆにおける
コギングトルク成分のみが抽出される。また、位相角θ
が進められ［図４の（ｄ）］、さらに必要に応じて増幅
器５５により増幅された補償電流指令値Ｔ3がモータ駆
動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に足し込まれる。これにより、コ
ギングトルクが打ち消されて［図４の（ｅ）］、トルク
は平滑となりステアリングホイール１０のフィーリング
が良好になる。

【００２２】上記第１の実施例によれば、アシストモー
タ４０のコギングトルクに起因して、操舵トルクも脈動
する点に着目して、トルクセンサ２０の出力からコギン
グ周波数Ｆにおける脈動トルクを抽出し、このコギング
トルクを打ち消す補償電流指令値Ｔ3をモータ駆動指令
値に足し込むようにしたので、高価な角度センサを使用
しなくても、ステアリングホイール１０のフィーリング
を良好に改善できるという優れた効果を奏するものであ
る。

【００２３】図５は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例との相違は、第２の微分器５４の出力
をコギング周波数に応じて変化させるコギング周波数テ
ーブル５６を有する点にある。一般に、トルクセンサ２
０の出力を第２の微分器５４により微分すると、周波数
が高くなる程ゲインは大きくなる傾向がある。しかし、
第２の実施例においては、コギング周波数テーブル５６
によりこの傾向を補償することができるという効果を奏
するものである。

【００２４】尚、コギング周波数が高くなればコギング
トルクが減少する傾向がある。第２の実施例において
は、高い周波数におけるゲインを下げることにより、操
舵トルク周波数がコギング周波数と一致した場合でも、
第２の微分器５４からの補償電流指令値Ｔ3が過度に増
大することを防止している。

【００２５】図６は、本発明の第３の実施例を示すもの
で、第２の実施例との相違は、バンドパスフイルタ５３
の出力を２分割し、一方は第２の微分器５４により微分
した出力Ｔ31を他方Ｔ30に合流させて位相角を調整する
ものである。この第３の実施例によれば、Ｔ31とＴ30と
の相関により、ギヤのバックラッシュやトーションバー
のねじれ等による位相遅れを随時補償できるという効果
を奏する。

【００２６】図７は、本発明の第４の実施例を示すもの
で、第３の実施例との相違は、車速に応じて補償電流指
令値を変化させる車速テーブル５７を有している点にあ
る。一般に高車速ではアシスト力が小さくなりコギング
トルも小さくなるので車速に応じた補償電流にすること
ができる。また、第４の実施例によれば、車速が大とな
り、操舵トルクの周波数とコギング周波数が一致したと
き、アシストトルクが相対的に大きくなって発生する違
和感を防止することができる。

【００２７】図８は、本発明の第５の実施例を示すもの
で、第３の実施例との相違は、アシストモータ４０の電
流に応じて補償電流指令値を変化させるアシスト電流テ
ーブル５８を有している点にある。この第５の実施例に
よれば、コギングトルクはアシストモータ４０の電流が
大きくなるに対応して大きくなるが、モータ電流に応じ
た補償電流指令値を流すので、適切な補償を行うことが
でき、操舵時の違和感をなくすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明はステアリ
ングホイールの操舵トルクに、アシストモータを駆動し
てアシストトルクを付加した電動式パワーステアリング
システムにおいて、前記操舵トルクセンサの出力からコ
ギング周波数算出手段により算出したコギング周波数に
おける脈動トルクを抽出して、これを打ち消す補償電流
指令値をアシスト指令値に足しこむようにしたので、簡
単な構成により操舵性を著しく改善することができると
いう優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式パワーステアリングシス
テムにおける第１の実施例の制御ブロック図である。

【図２】第１の実施例のシステムを説明するブロック
図である。

【図３】操舵トルクのコギング周波数の分布を示すグ
ラフである。

【図４】各部におけるトルクの波形を示すグラフであ
る。

【図５】本発明に係る電動式パワーステアリングシス
テムにおける第２の実施例の制御ブロック図である。

【図６】本発明に係る電動式パワーステアリングシス
テムにおける第３の実施例の制御ブロック図である。

【図７】本発明に係る電動式パワーステアリングシス
テムにおける第４の実施例の制御ブロック図である。

【図８】本発明に係る電動式パワーステアリングシス
テムにおける第５の実施の制御ブロック図である。

【符号の説明】

１０ステアリングホイール２０トルクセンサ２１基本アシスト電流指令値２４第１の微分器３０車速センサ４０アシストモータ５２コギング周波数算定手段５３中心周波数可変式バンドパスフィルタ５４第２の微分器５６コギング周波数テーブル５７車速テーブル５８アシスト電流テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホイールの操舵トルクを検
出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサ
の出力とにより決定される基本アシスト電流指令値に、
第１の微分器により決定される操舵トルク微分指令値を
足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令
値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモー
タを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステ
アリングホイールの操作性を向上させる電動式パワース
テアリングシステムにおいて、前記アシストモータの回転速度を検出して該アシストモ
ータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手
段と、このコギング周波数算定手段で求められた周波数にその
中心周波数を一致させるように動作し前記操舵トルクセ
ンサの出力から該中心周波数における脈動トルクを検出
する中心周波数可変式バンドパスフィルタと、この中心周波数可変式バンドパスフィルタの出力を微分
して位相を進める第２の微分器とを備え、この第２の微分器の出力に応じた補償電流指令値を前記
モータ駆動指令値に足しこむようにしたことを特徴とす
る電動式パワーステアリングシステム。
【請求項２】前記コギング周波数における補償電流指
令値は、コギング周波数に応じて変化されることを特徴
とする請求項１記載の電動式パワーステアリングシステ
ム。
【請求項３】前記コギング周波数における中心周波数
可変式バンドパスフィルタの出力は、２分割され、一方
は第２の微分器により微分されて他方に合流するように
したことを特徴とする請求項１または２記載の電動式パ
ワーステアリングシステム。
【請求項４】前記コギング周波数における補償電流指
令値は、車速に応じて変化させるようにしたことを特徴
とする請求項１，２または３記載の電動式パワーステア
リングシステム。
【請求項５】前記コギング周波数における補償電流指
令値は、アシストモータの電流に応じて変化させるよう
にしたことを特徴とする請求項１，２，３または４記載
の電動式パワーステアリングシステム。