JP2000053013A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車速に関係なく希望するモータ制御特性を維
持することができ、制御系の安定性を失うことがない電
動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。 【解決手段】 ステアリングシヤフトに発生する操舵ト
ルク信号に基づいてステアリング機構に操舵補助力を与
えるモータの出力を制御するようになっている電動パワ
ーステアリング装置の制御装置において、モータ出力の
制御目標値である電流指令値を演算する演算手段と、前
記電流指令値を車速に応じて近似微分し、減算器を経て
前記モ−タに印加するフィ−ドフォワ−ド補償器と、前
記モータに流れるモータ電流値を検出するモータ電流検
出手段と、前記モータ電流値を入力とするモータ逆特性
回路要素と、前記逆特性回路要素の出力及び前記減算器
の出力の偏差値を入力してその出力を前記減算器に入力
するフィルタとを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車速に関係なく希
望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の
安定性を失うことがない電動パワー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ャフトに
発生する操舵トルクを検出すると共に、車速を検出し、
これら検出信号に基づいてモ一夕を駆動して操向ハンド
ルの操舵力を補助するものである。このような電動式パ
ワーステアリング装置の制御はコントロ−ルユニットで
実行され、トルクセンサで検出された操舵トルク及び車
速センサで検出された車速に基づいてモータに供給する
電流の大きさを演算し、その演算結果に基づいてモータ
に供給する電流量を制御する。即ち、コントロ−ルユニ
ットは、操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生し
ているときに、検出された車速が零あるいは低速の場合
は大きな操舵補助力を供給し、検出された車速が速い場
合は小さな操舵補助力を供給するように操向ハンドルの
操舵力及び車速に応じて操舵補助指令値を設定し、モー
タに供給する電流を制御することで、走行状態に応じた
最適な操舵補助力を与えることができる。更に、車速が
速い場合には車両の安定感を増すように、モータ角速度
に比例した値を操舵補助指令値より減算することにより
疑似的な摩擦を与え、安定感を向上することが行なわれ
ている。

【０００３】このような従来の制御装置では、操舵トル
クや車速、モータ角速度などに基づいてモータ電流の制
御目標値を演算し、演算結果であるモータ電流の制御目
標値と、実際にモータに流れる電流の差が零になるよう
に電流フィードバック制御が行なわれていた。かかる電
流フィードバック制御システムでは、操舵トルクの変動
を補償し、且つ高速応答特性が得られるように制御シス
テムの設計が行なわれると共に、制御に必要なモータ角
速度の情報を得るため、制御回路の出力と実際にモータ
に流れる電流の検出値とから操舵角速度を推定する手法
が使用されていた（特開平３−１７６２７１号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような電流フィードバック制御システムにおいて、操舵
角速度を推定するには電流フィードバック制御システム
の応答特性を適度に遅くしなければならない。何故なら
ば、電流フィードバック制御システムの応答特性が速い
場合は、モータに発生する逆起電力に迅速に応答して逆
起電力を補償してしまい、角速度を推定するために必要
な逆起電力を正確に検出することができなくなってしま
うからである。このように、電流フィードバック制御シ
ステムでは、操向ハンドルの戻り特性を改善するため
に、逆起電力を補償するべく高速の応答特性を与えると
角速度を推定することが困難になり、また、角速度を推
定するために応答特性を適度に遅くすれば、操向ハンド
ルの戻り特性の改善や、操舵トルクの変動を十分に補償
することができない結果となる。かかる問題は、実現で
きる周波数特性がサンプリング時間により制限されるデ
イジタル制御系では特に重大である。

【０００５】また、電動パワーステアリング装置の動作
補償範囲は極めて広く、例えばバッテリ電圧、モータの
端子間抵抗、モータトルク定数などの変動に対し、電流
フィードバック制御システムの設計時の性能を維持する
ことは非常に困難である。上記定数の変動があると、電
流フィードバック制御システムの応答が遅くなるばかり
でなく、制御システムの安定性を失い、発振動作を起こ
す恐れもある。電動パワーステアリング装置では据え切
りや低車速では操舵の滑らかさが要求され、中速若しく
は高速では制御の応答性を高めたすっきりした操舵感が
要求される。一方、滑らかさを得るためには、電流制御
の応答性を低く設定することが有利であり、すっきりし
た操舵感を得るためには、逆に電流制御の応答性を高く
設定する必要がある。

【０００６】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、車速に関係なく希望するモ
−タ制御特性を維持することができ、高速でも制御系の
安定性を失うことがない電動パワーステアリング装置の
制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
シヤフトに発生する操舵トルク信号に基づいてステアリ
ング機構に操舵補助力を与えるモー夕の出力を制御する
ようになっている電動パワーステアリング装置の制御装
置に関するもので、本発明の上記目的は、モータ出力の
制御目標値である電流指令値を演算する演算手段と、前
記電流指令値を車速に応じて近似微分し、減算器を経て
前記モ−タに印加するフィ−ドフォワ−ド補償器と、前
記モータに流れるモータ電流値を検出するモータ電流検
出手段と、前記モータ電流値を入力とするモータ逆特性
回路要素と、前記逆特性回路要素の出力及び前記減算器
の出力の偏差値を入力してその出力を前記減算器に入力
するフィルタとを設けることによって達成される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明による電動パワーステアリ
ング装置の制御装置では、モータ出力の制御目標値であ
る電流指令値を演算する演算手段と、前記電流指令値を
車速に応じて近似微分し、減算器を経て前記モ−タに印
加するフィ−ドフォワ−ド補償器と、前記モータに流れ
るモータ電流値を検出するモータ電流検出手段と、前記
モータ電流値を入力とするモータ逆特性回路要素と、前
記逆特性回路要素の出力及び前記減算器の出力の偏差値
を入力してその出力を前記減算器に入力するフィルタと
を具備する。そして、電流指令値とモータ電流値に基づ
いて、制御系の出力基準における所望のモータ制御特性
と実際のモータ制御特性との差を演算してフィードバッ
ク制御する。このため、バッテリ電圧やモータの端子間
抵抗、モータのトルク定数などの特性定数が変動して
も、車速に関係なく希望するモータ制御特性を維持する
ことができ、制御系の安定性を失うことがない。

【０００９】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１０】図１は、本発明を実施するに適した電動パ
ワー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３、ユニバーサルジョイ
ント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車
輪のタイロッド６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１０が設け
られており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ
２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合さ
れている。パワーステアリング装置を制御するコントロ
−ルユニット３０には、バッテリ１４からイグニション
キ−１１を経て電力が供給され、コントロ−ルユニット
３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと
車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシス
ト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された
操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流
を制御する。クラッチ２１はコントロ−ルユニット３０
でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結
合）されている。そして、コントロ−ルユニット３０に
よりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及
びイグニションキ−１１によりバッテリ１４の電源（電
圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時にＯＦＦ（切離）され
る。

【００１１】コントロ−ルユニット３０は主としてＣＰ
Ｕで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラム
で実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。
例えば位相補償器３１は独立したハードウエアとしての
位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位
相補償機能を示している。コントロ−ルユニット３０の
機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出さ
れて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高め
るために位相補償器３１で位相補償され、位相補償され
た操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力さ
れる。また、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵
補助指令値演算器３２に入力される。

【００１２】操舵補助指令値演算器３２は、入力された
操舵トルクＴＡ、車速Ｖ及びモー夕角速度ωに基づいて
所定の演算式により、モータ２０に供給する電流の制御
目標値である操舵補助電流指令値Ｉを車速Ｖをパラメ−
タとして決定する。操舵補助電流指令値Ｉは減算器３０
Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィー
ドフォワ−ド系の微分補償器３４に入力され、その比例
出力は加算器３０Ｂに入力され、減算器３０Ａの出力は
比例演算器３５及びフィ−ドフォワ−ド系の特性を改善
するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３
４、比例演算器３５及び積分演算器３６の出力も加算器
３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果であ
る電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモ−タ駆動回
路３７に入力される。モ一夕２０のモ−タ電流値ｉは減
算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。

【００１３】モータ駆動回路３７の構成例を図３に示し
て説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂから
の電流制御値Ｅに基づいて電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを開閉駆動するＦＥ
Ｔゲ一ト駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨ
ブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を
駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１
及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基づいて決定されるデ
ュ−ティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって
ＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモ−タ２０に流れる電流ｉの
大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デュ−
ティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを
定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデュ−テ
ィ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デュ−ティ比Ｄ２も
１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定さ
れるモ−タ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされ
る。以上説明したコントロ−ルユニット３０は、操向ハ
ンドル１が操作されて操舵トルクＴが発生しているとき
に、検出された操舵トルクＴが大きく、車速Ｖが零ある
いは低速の場合は操舵補助電流指令値Ｉを大きく設定
し、検出された操舵トルクＴが小さく、車速Ｖが高速の
場合は操舵補助電流指令値Ｉを小さく設定するから、走
行状態に応じた最適の操舵補助力を与えることができ
る。

【００１４】本発明を説明する前に、先ず従来の電流フ
ィードバック制御について簡単に説明する。

【００１５】図４は従来のフィードバック制御系の構成
を、図２に対応させて伝達関数で示すブロック図であ
り、微分補償器３４の係数がＫ_DS、比例演算器３５の係
数がＫｐ、積分演算器３６の係数がＫｔであることを示
し、フィードバック制御部３１０は以上の回路要素と減
算器３０Ａ、加算器３０Ｂとにより構成されている。ま
た、２００は制御対象であるモータ２０を示しており、
２０１は比例定数Ｋａ、２０１はモータ要素１／（Ｌ・
ｓ＋Ｒ）（Ｌはモータ２０のインダクタンス、Ｒはモー
タ２０の内部抵抗、ｓはラプラス演算子）である。ま
た、図４では、減算器３２１を介して制御対象の入力側
に逆起電力Ｋ_T・ω（Ｋ_Tはモータの逆起電力定数）が印
加されているが、これはモータ２０の回転により発生す
る逆起電力の影響を等価的に示すもので、モータ２０の
回転により発生する逆起電力が入力側の電流制御値Ｅに
現れることを示している。角速度／角加速度推定手段３
２０は、加算器３０Ｂの出力及びモ−タ電流値ｉを入力
として、角速度ω及び角加速度ωａを推定するようにな
っている。

【００１６】図４のフィードバック制御系では、操舵補
助電流指令値Ｉを入力信号とし、この入力信号に制御対
象であるモー夕２０に流れるモータ電流値ｉをフィード
バックして、両者の偏差信号の微分値、比例値及び槓分
値を加算して電流制御値Ｅを得、この電流制御値Ｅによ
り制御対象であるモータ２０を駆動している。しかし、
この制御系ではモータの逆起電力Ｋ_T・ωが電流制御値
Ｅに現れるが、速い応答特性をもつフィードバック制御
系の場合には、逆起電力Ｋ_T・ωが補償されて実際より
も小さい値しか電流制御値Ｅに含まれない。このため、
制御対象の入出力信号からモ−タ２０の逆起電力Ｋ_T・
ωを検出し、検出信号に基づいて角速度ω及び角加速度
ωａを推定する角速度／角加速度推定手段３２０を設け
ても、その推定が困難となる。

【００１７】そこで、本発明では、上記フィードバック
制御系に代えて図５に示すロバスト制御系を構成し、車
速Ｖに応じて制御系の応答特性を高めると同時にモータ
の逆起電力Ｋ_T・ωの検出を可能とし、更にバッテリ電
圧の変動や温度変化などの変動要素を補償して、上述し
た従来の不都合を解決している。

【００１８】図５は本発明のロバスト制御系の構成を図
４に対応させて伝達関数で示しており、モ−タ２００の
比例定数Ｋａはバッテリの基準電圧Ｖ_BSに対するその時
点のバッテリの電圧Ｖ_BAの比で、バッテリ電圧の変動に
より生じるＰＷＭ信号のデューティ比に対する印加電圧
のゲインを表している。バッテリの電圧Ｖ_BAが基準電圧
Ｖ_BSに等しい場合は比例定数Ｋａ＝１となる。フィード
フォワード補償器３３０は、操舵補助電流指令値Ｉに対
するモータ電流値ｉの応答特性を車速Ｖに応じて定義す
るための要素であり、減算器３３１は、フィードフォワ
ード補償器３３０の出力Ｕ１から後述するフィルタ３３
２の出力ｄａ´（ｓ）を減算して偏差Ｕ２を得、偏差Ｕ
２は減算器３２１及び３３３に入力される。減算器３３
３の出力ｄａ（ｓ）がフィルタ３３２を経て減算器３３
１にフィードバックされて、これにより制御対象のモー
タ２００がもつ変動分と、モータ２００の回転により発
生する逆起電力の変動分とは補償される。減算器３２１
は、制御対象の入力側にモータ２００の回転により発生
する逆起電力Ｋ_T・ωが偏差Ｕ２に加算されて電流制御
値Ｅに現れることを示し、電流制御値Ｅに現れる逆起電
力Ｋ_T・ωの影響を等価的に示したものである。また、
加算器３３４は測定ノイズや電流脈動ノイズなどのノイ
ズξがモータ電流値ｉに加算され、フィードバックされ
る影響を等価的に示したものである。但し、以下の検討
ではノイズξは無視するものとする。加算器３３４の出
力はモータ逆特性回路要素３３５に入力され、モータ逆
特性回路要素３３５の出力は減算器３３３に入力され
る。モータ逆特性回路要素３３５は希望するモータ特性
の逆特性を示す回路要素で、本実施例ではモータ２００
の逆起電力の影響を防ぐ目的から、逆起電力の項を除い
た電気的特性の数学モデルを採用して設計しており、Ｌ
＊はモータ２００のインダクタンスの設計値、Ｒ＊はモ
ータ２００の内部抵抗の設計値である。

【００１９】本発明のフィードフォワード補償器３３０
は車速Ｖを入力し、車速Ｖをパラメ−タとして時定数Ｔ
２を下記数１のように変化させる。

【００２０】

【数１】 ０＜Ｖ＜α のとき Ｔ２＝ｔ１ Ｖ≧α のとき Ｔ２＝ｔ２（≦ｔ１） ここにおいて、時定数Ｔ２を切り換えるとき、伝達関数
１／（Ｔ２・ｓ＋１）の演算過程で不連続な符号を発生
するため、連続的に切り換えるよう本発明では次の処理
を行なう。即ち、伝達関数１／（Ｔ２・ｓ＋１）を離散
化すると図６のようになり、図６において時定数Ｔ２を
切り換えることは下記数２に対応する。

【００２１】

【数２】 ０＜Ｖ＜α のとき ａ１＝ａ１０，ｂ０＝ｂ００ Ｖ≧α のとき ａ１＝ａ１１，ｂ０＝ｂ０１ 時定数Ｔ２を切り換えたとき、Ｗ（ｋ−１）は切り換え
る前に時定数Ｔ２を基に計算されているので、このまま
では不連続な出力を発生する。従って、以下のように切
り換える前の出力Ｙ（ｋ−１）を用いてＷ（ｋ−１）を
再定義し、このＷ（ｋ−１）を用いてＹ（ｋ）を演算す
ることにより、不連続な信号の発生を防ぐことができ
る。

【００２２】図６より下記数３が成り立つ。

【００２３】

【数３】 上記数３より、例えばＶ≧αとなったとき、Ｙｋ＝ｂ０
｛Ｗ（ｋ）＋Ｗ（ｋ−１）｝であり、ａ１＝ａ１１，ｂ
０＝ｂ０１に変更し、ａ１＝ａ１１，ｂ０＝ｂ０１でＵ
（ｋ）を入力した場合、Ｙ（ｋ）となるように下記数４
に従ってＷ（ｋ−１）を計算する。

【００２４】

【数４】 減算器３３３はモータ逆特性回路要素３３５の出力と減
算器３３１からの偏差Ｕ２との差ｄａ（ｓ）、即ち、制
御器出力基準における希望するモータ制御特性と実際の
制御特性の差を演算するものである。減算器３３３の出
力ｄａ（ｓ）は下記数５で表される。

【００２５】

【数５】 上記数５より、減算器３３３の出力ｄａ（ｓ）は制御対
象の変動分と逆起電力の和であることが分かる。

【００２６】一方、フィルタ３３２は減算器３３３の出
力ｄａ（ｓ）をフィードバックする制御系の動作を安定
させるために設けられ、その特性はＱ（ｓ）で表され
る。本実施例では１次のローパスフィルタを用いてお
り、図５のブロックにおける特性Ｑ（ｓ）＝１／（Ｔ１
・ｓ＋１）は、伝達関数で表されたフィルタの特性Ｑ
（ｓ）の一例を示している。このような特性Ｑ（ｓ）を
有するフィルタ３３２の出力をフィードバックすること
により、制御対象の変動と逆起電力を押さえ、定義した
数学モデルの特性と一致させるように構成されている。
以下、これについて説明する。

【００２７】フィルタ３３２を通過してフィードバック
された場合、モータ電流値ｉ（ｓ）は下記数６で表され
る。

【００２８】

【数６】 そして、上記数６におけるΔ（ｓ）は下記数７で定義さ
れる。ここで、Δ（ｓ）は数学モデルと実際の特性との
差を乗法的摂動モデルを用いて表したときの摂動分であ
る。尚、乗法的摂動モデルは、実際の特性が設計値によ
る特性に乗法的誤差を加えて表される場合の誤差を示し
ており、これは下記数８となる。

【００２９】

【数７】

【数８】 ここで、Ｋ／（Ｌ・ｓ＋Ｒ）は実際の特性、Ｉ／（Ｌ＊
・ｓ＋Ｒ＊）は設計値の特性であり、数８を解くと数７
になる。上記数５及び数７より、フィルタ３３２の特性
Ｑ（ｓ）が近似的に１の場合は、モータ電流値ｉ（ｓ）
は下記数９で表される。

【００３０】

【数９】 数９の右辺には、モータ２００のインダクタンスの設計
値Ｌ＊及び内部抵抗の設計値Ｒ＊しか含まれていないた
め、特性Ｑ（ｓ）のフィルタのカットオフ周波数まで
は、特性Ｑ（ｓ）はほぼ１になるので、結局数９は制御
対象の摂動分と逆起電力をほぼ完全に補償でき、且つ設
計時の特性に一致させることができることを示してい
る。

【００３１】一方、乗法的摂動を受ける制御系が安定で
あるための十分条件として、下記数１０に示す最小ゲイ
ン定埋がある。

【００３２】

【数１０】｜Ｔ（ｓ）・Δ（ｓ）｜＜１ ここで、Ｔ（ｓ）は制御対象及びその数学モデルが一致
しているときの相補感度関数、即ち、図５においてＬ＊
＝Ｌ、Ｒ＊＝Ｒ、Ｋａ＝１のときの、ノイズξからモ−
タ電流値ｉに至るまでの伝達特性である。本実施例では
Ｔ（ｓ）＝Ｑ（ｓ）であるから、下記数１１になるよう
に特性Ｑ（ｓ）のフィルタの時定数Ｔ１を決定すればよ
い。

【００３３】

【数１１】｜Ｑ（ｓ）・Δ（ｓ）｜＜１ 本実施例では、予想されるモータ２００のインダクタン
スＬ、内部抵抗Ｒ及び定数Ｋａの変動幅を考慮して数７
で定義される摂動分Δ（ｓ）の範囲を定め、摂動分Δ
（ｓ）の全範囲において上記数６が満たされるように特
性Ｑ（ｓ）のフィルタの時定数Ｔ１を定めれば、ロバス
ト安定性を確保することができる。更に、フィルタの時
定数Ｔ１は、ノイズξのモ−タ電流値ｉに及ぼす影響も
考慮して決定することができる。即ち、ノイズξからモ
−タ電流値ｉに至るまでの伝達特性はフィルタの特性Ｑ
（ｓ）に等しいから、特性Ｑ（ｓ）のフィルタはノイズ
フィルタとしても動作することが分かる。従つて、ノイ
ズξを考慮してフィルタの時定数Ｔ１を決定することに
よりノイズフィルタを省くことができ、コストを低減さ
せることができる。

【００３４】以上の検討により、図５に示す制御系はフ
ィルタ３３２の特性Ｑ（ｓ）のカットオフ周波数以下で
あれば、図６（Ａ）に示す等価ブロック図で表すことが
でき、更に同図（Ｂ）のように簡略化して表すことがで
きる。即ち、図５のフィードフォワード補償器３３０の
特性式の分子に数学モデルの逆特性を与え、分母にフィ
ルタ３３２の時定数Ｔ１よりも大きい時定数Ｔ２を与え
ることにより、時定数Ｔ２で定義される応答特性を実現
することができる。

【００３５】次に、モータ角速度ω及びモータ角加速度
ωａの推定値を演算する加速度／角加速度推定手段３３
６について説明する。加速度／角加速度推定手段３３６
はモータ角速度ω及びモータ角加速度ωａの推定値を演
算して求める演算手段で、制御器出力基準における希望
するモータ制御特性と実際の制御特性との差を演算する
減算器３３３の出力ｄａ（ｓ）がフィルタ３３２を通過
した信号を入力とし、入力信号ｄａ（ｓ）に含まれる角
速度成分ωを求める。数５で示すように、減算器３３３
の出力ｄａ（ｓ）は制御対象の摂動分と逆起電力の和で
表される。従つて、出力ｄａ（ｓ）を用いてモータ角速
度ωを推定するためには、制御対象の変動分を補償しな
ければならない。前述のように変動を受けるパラメータ
はインダクタンスＬ、内部抵抗Ｒ、比例定数Ｋａ、逆起
電力定数Ｋ_Tであり、本実施例では特にパラメータＲ、
Ｋａ、Ｋ_Tの変動分が数５の中で支配的である。そこ
で、パラメータＲ、Ｋａ、Ｋ_Tを求めて補正すれば良
い。比例定数Ｋａはバッテリの基準電圧Ｖ_BSに対するそ
の時点のバッテリの電圧Ｖ_BAの比を表す比例定数であ
り、バッテリ電圧で変動する。また、内部抵抗Ｒ及びモ
ータの逆起電力定数Ｋ_Tはモータの巻線温度により変動
する。以下、パラメータＲ、Ｋａ、Ｋ_Tの補正方法の一
例について述べる。

【００３６】比例定数Ｋａは、メモリに記憶してあるバ
ッテリの基準電圧Ｖ_BSと検出したバッテリ電圧Ｖ_BAとの
比を演算して得ることができ、モータの内部抵抗Ｒ及び
逆起電力定数Ｋ_Tは、温度の関数として以下の式で与え
られる。即ち、内部抵抗Ｒ及び逆起電力定数Ｋ_Tはモー
タの巻線温度ｔを検出し、下記数１２により演算して求
めることができる。

【００３７】

【数１２】 Ｒ＝｛１＋０．００２（ｔ−ｔ０）｝・Ｒ＊ Ｋ_T＝｛１＋０．００３（ｔ−ｔ０）｝・Ｋ_T＊ ここで、ｔ０は巻線の基準温度、Ｒ＊及びＫ_T＊は基準
温度ｔ０における内部抵抗及び逆起電力定数である。

【００３８】モータの角速度推定値ωは数５から得られ
るが、更に特性Ｆ（ｓ）のロ一パスフィルタを通過させ
るものとして、下記数１３により求めることができる。

【００３９】

【数１３】 上記数１３では、特性Ｆ（ｓ）のローパスフィルタのカ
ットオフ周波数を、ノイズξと（Ｌ＊−Ｌ／Ｋ）・ｉ
（ｓ）の項の周波数帯域に対して十分に低く設定してい
るため、ノイズξと（Ｌ＊−Ｌ／Ｋ）・ｉ（ｓ）の項は
省略している。尚、モータの角加速度ωａを推定したい
場合は、モータの角速度推定値ωを微分して得ることが
できる。

【００４０】以上のように制御系を構成することによ
り、次のような利点がある。即ち、本発明の制御系では
モータの角速度ωの情報を含む減算器３３３の出力ｄａ
（ｓ）を求め、それをフィードバックすることによりモ
一夕電圧の制御を行なっている。従って、出力ｄａ
（ｓ）を求める過程で、例えば従来の電流フィードバッ
ク制御系のようにｄａ（ｓ）の値を変化させるような要
素がないため、正確なモータの角速度ωを推定すること
ができる。

【００４１】一方、従来の電流フィードバック制御系に
おける操舵トルクの変動、即ちモー夕電流値の変動につ
いては、数６及び数１０で示されるように補償される。
また、応答性の速さについては、図７で示すように特性
Ｑ（ｓ）のフィルタの時定数Ｔ１よりも大きい時定数Ｔ
２で定める任意の範囲で設定することができ、実用上十
分な応答特性を実現することができる。更に、従来の電
流フィードバック制御系とは異なり、数１０で示したよ
うにバッテリ電圧、モータ端子間抵抗、モータトルクの
変動に対し、特性Ｑ（ｓ）のフィルタのカットオフ周波
数までは設計性能を維持し、且つ数１０で示したように
安全性も確保できるという利点を有する。

【００４２】次に、上記制御系をＣＰＵで実現する場合
の処理について説明する。上記制御系をＣＰＵで実現す
る手段は複数考えられるが、ここではブロック毎に実現
する方法について説明する。

【００４３】まず、図５に示すブロック図を図８に示す
等価ブロック図に置き換え、これを離散時間系に変換す
べくｚ変換を行なう。例えばｈをサンプリング時間とし
て、伝達関数ｓはｓ＝２／ｈ・（ｚ−１）／（ｚ＋１）
と表すことができる。上記ｓ（＝２／ｈ・（ｚ−１）／
（ｚ＋１））を図８に示す等価ブロック図の伝達関数に
代入する。この結果、例えば、ｄａ´（ｓ）／ｄａ
（ｓ）＝１／（Ｔ１（ｓ）十１）は

【数１４】ｄａ´（ｚ−１）／ｄａ（ｚ−１）＝（ｂ１
＋ｂ２・ｚ−１）／（１十ａ２・ｚ−１） と表すことができる。ここで、ｚ−１は１サンプル遅れ
のオペレータと解釈できるから、ｚ変換後の式から公知
の方法によりプログラムで記述可能な式を導く。例え
ば、下記数１５と表すことができる。

【００４４】

【数１５】ｄａ´（ｚ−１）＝ｂｌ・ｄａ（ｋ）＋ｂ２
・ｄａ（ｋ−１）−ａ１・ｄａ´（ｋ−１） ここで、ｋはｋ番目のサンプル、ｋ−１はｋ−１番目の
サンプルを表す。

【００４５】他のブロックについても同様の変換を行な
う。

【００４６】

【発明の効果】上述のように本発明の電動パワーステア
リング装置の制御装置は、制御系に入力される電流指令
値と出力であるモータ電流値に基づいて、制御器出力基
準における希望するモータ制御特性（モータの設計特
性）と実際のモータ制御特性との差を演算し、その差を
補正するようにフィードバックするものであるから、バ
ッテリ電圧やモータの端子間抵抗、モータのトルク定数
などの特性定数が温度その他の環境の変化等により変動
しても、希望するモータ制御特性を維持することがで
き、制御性の安定性を失うこともない。

【００４７】そして、従来のフィードバック制御系のよ
うに、検出されたモータ電流値を制御器の入力側に直接
フィードバックするものでないから、制御系の応答特性
を下げることなく確実にモータの角速度や角加速度を推
定することができる。さらに、制御器自体がノイズフィ
ルタとして機能するから、モータ電流検出回路から紛れ
込む測定ノイズを除くためのノイズフィルタを省くこと
ができるなど、従来の制御装置には見られない顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動式パワーステアリング装置の一般的構成を
示す図である。

【図２】コントロ−ルユニットの構成例を示すブロック
図である。

【図３】モ−タ駆動回路の構成例を示す結線図である。

【図４】従来のフィ−ドバック制御系のブロック図であ
る。

【図５】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図６】本発明による時定数の切り換えを説明するため
の図である。

【図７】図５の等価回路の伝達関数によるブロック図で
ある。

【図８】図５の等価回路のブロック図である。

【符号の説明】

１ 操向ハンドル １０ トルクセンサ ２０、２００ モ−タ ３０ コントロ−ルユニット ３１ 位相補償器 ３７ モータ駆動回路 ３２ 操舵補助電流指令値演算器 ３３０ フィードフォワード補償器 ３３２ フィルタ ３３５ モータ逆特性回路要素 ３２０、３３６ 角速度／角加速度推定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC01 CC08 CC12 CC48 DA15 DA23 DA63 DA64 DA65 DA67 DB02 DB03 DC01 DC02 DC03 DC09 DC11 DC12 DC17 DC33 DC34 DC35 DD02 DD10 DD17 DD18 DD20 EA01 EB11 EC23 EC24 EC27 GG01 3D033 CA03 CA13 CA16 CA20 CA21 CA23 CA31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングシヤフトに発生する操舵トル
   ク信号に基づいてステアリング機構に操舵補助力を与え
   るモータの出力を制御するようになっている電動パワー
   ステアリング装置の制御装置において、モータ出力の制
   御目標値である電流指令値を演算する演算手段と、前記
   電流指令値を車速に応じて近似微分し、減算器を経て前
   記モ−タに印加するフィ−ドフォワ−ド補償器と、前記
   モータに流れるモータ電流値を検出するモータ電流検出
   手段と、前記モータ電流値を入力とするモータ逆特性回
   路要素と、前記逆特性回路要素の出力及び前記減算器の
   出力の偏差値を入力してその出力を前記減算器に入力す
   るフィルタとを具備したことを特徴とする電動パワース
   テアリング装置の制御装置。
2. 【請求項２】前記フィ−ドフォワ−ド補償器の出力が連
   続的に変化するようになっている請求項１に記載の電動
   パワーステアリング装置の制御装置。