JP2000095132A - 電動パワ―ステアリング装置の制御装置 - Google Patents
電動パワ―ステアリング装置の制御装置Info
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- JP2000095132A JP2000095132A JP20745099A JP20745099A JP2000095132A JP 2000095132 A JP2000095132 A JP 2000095132A JP 20745099 A JP20745099 A JP 20745099A JP 20745099 A JP20745099 A JP 20745099A JP 2000095132 A JP2000095132 A JP 2000095132A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動パワーステアリング装置の制御装置にお
いて、車両のヨーレートの収れん性を確実に、しかもド
ライバに不快感を与えることなく行ない得るようにして
操舵性を向上する。 【解決手段】 ステアリングシャフトに発生する操舵ト
ルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電
流値とから演算した電流指令値に基いてステアリング機
構に操舵補助力を与える前記モータ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であ
り、車両のヨーレートの変化率を検出し、前記変化率に
基づいて前記ヨーレートにダンピングを与える。
いて、車両のヨーレートの収れん性を確実に、しかもド
ライバに不快感を与えることなく行ない得るようにして
操舵性を向上する。 【解決手段】 ステアリングシャフトに発生する操舵ト
ルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電
流値とから演算した電流指令値に基いてステアリング機
構に操舵補助力を与える前記モータ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であ
り、車両のヨーレートの変化率を検出し、前記変化率に
基づいて前記ヨーレートにダンピングを与える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、自動車や車両の
操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした
電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に車
両のヨーレートの収れん性を確実に確保できるようにし
た電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした
電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に車
両のヨーレートの収れん性を確実に確保できるようにし
た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】 自動車や車両のステアリング装置をモ
ータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリン
グ装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベ
ルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いは
ラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる
従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク
（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電
流のフィードバック制御を行なっている。フィードバッ
ク制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さ
くなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モ
ータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変
調）制御のデュ−ティ比の調整で行なっている。
ータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリン
グ装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベ
ルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いは
ラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる
従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク
（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電
流のフィードバック制御を行なっている。フィードバッ
ク制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さ
くなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モ
ータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変
調）制御のデュ−ティ比の調整で行なっている。
【０００３】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図９に示して説明すると、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ールユ
ニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１
１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロール
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はコントロールユニット
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、コントロールユニット３
０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ー１１又はリレー１３によりバ
ッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時
に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
般的な構成を図９に示して説明すると、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ールユ
ニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１
１及びリレー１３を経て電力が供給され、コントロール
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はコントロールユニット
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、コントロールユニット３
０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ー１１又はリレー１３によりバ
ッテリ１４の電源（電圧Ｖｂ）がＯＦＦとなっている時
に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【０００４】コントロールユニット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１０のようにな
る。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとし
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。コントロールユニット３
０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。又、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。操舵補助指令値
演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに
基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操
舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値Ｉは減算器３
０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィ
ードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器
３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５及び積分演算
器３６に入力され、その比例出力及び積分出力は共に加
算器３０Ｂに入力される。積分演算器３６はフィードバ
ック系の特性を改善するためのものである。微分補償器
３４及び積分補償器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ータ駆動回路３７に入力さ
れる。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回
路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入
力されてフィードバックされる。
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１０のようにな
る。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとし
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。コントロールユニット３
０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。又、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。操舵補助指令値
演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに
基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操
舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値Ｉは減算器３
０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィ
ードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器
３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５及び積分演算
器３６に入力され、その比例出力及び積分出力は共に加
算器３０Ｂに入力される。積分演算器３６はフィードバ
ック系の特性を改善するためのものである。微分補償器
３４及び積分補償器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ータ駆動回路３７に入力さ
れる。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回
路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入
力されてフィードバックされる。
【０００５】モータ駆動回路３７の構成例を図１１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に基いて電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲ
ート駆動回路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に基いて決定されるデューテ
ィ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／
ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大き
さが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ
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）で定義されるデューティ比
Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１０
０％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定される
モータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。
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に基いて電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲ
ート駆動回路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に基いて決定されるデューテ
ィ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／
ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大き
さが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ
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）で定義されるデューティ比
Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１０
０％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定される
モータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。
【０００６】上述のような電動パワーステアリング装置
のモータ制御装置において、急ハンドル操作時に適度な
手応えが生じるようにした装置としては、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４５−４１２
４６号公報参照）。
のモータ制御装置において、急ハンドル操作時に適度な
手応えが生じるようにした装置としては、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４５−４１２
４６号公報参照）。
【０００７】ところで、かかる電動モータの制御装置
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（収れん性）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といった問題がある。
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（収れん性）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といった問題がある。
【０００８】上述のような問題を解決する制御装置とし
ては、特許第２５６８８１７号に示されるようなハンド
ル舵角に対してブレーキをかけるようにした制御装置が
ある。即ち、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いた指令信号に応じて、前記操
舵系に補助操舵力を与えるための電動モータの回転方
向、回転トルクを制御する電動パワーステアリング装置
のモータ制御装置において、前記操舵系に舵角速度の検
出手段と、舵角速度に応じて舵の進む方向及び逆方向の
回転トルクを定めた減衰信号を発する舵角位相補償指令
部と、減衰信号及び操舵系の捩りトルク信号に基づいた
指令信号を加算した信号を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具備し
て成るものである。
ては、特許第２５６８８１７号に示されるようなハンド
ル舵角に対してブレーキをかけるようにした制御装置が
ある。即ち、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いた指令信号に応じて、前記操
舵系に補助操舵力を与えるための電動モータの回転方
向、回転トルクを制御する電動パワーステアリング装置
のモータ制御装置において、前記操舵系に舵角速度の検
出手段と、舵角速度に応じて舵の進む方向及び逆方向の
回転トルクを定めた減衰信号を発する舵角位相補償指令
部と、減衰信号及び操舵系の捩りトルク信号に基づいた
指令信号を加算した信号を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具備し
て成るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では、操舵角速度に応じて操舵の進む方向と逆方
向の回転トルクを発生し、操舵角の動きに対してブレー
キをかけているため、次のような問題がある。即ち、操
舵角の動きに直接ブレーキをかけているため、車両のヨ
ーが発散することがあり、また、車両のヨーの動きと操
舵角が同期していないため、ドライバーにとって不自然
な操舵感となっていた。更に、操舵角の動きに対して直
接ブレーキをかけているため、ハンドルの収れん速度が
遅くなり、その間に車両が横に流れてしまい危険である
といった問題があった。
来装置では、操舵角速度に応じて操舵の進む方向と逆方
向の回転トルクを発生し、操舵角の動きに対してブレー
キをかけているため、次のような問題がある。即ち、操
舵角の動きに直接ブレーキをかけているため、車両のヨ
ーが発散することがあり、また、車両のヨーの動きと操
舵角が同期していないため、ドライバーにとって不自然
な操舵感となっていた。更に、操舵角の動きに対して直
接ブレーキをかけているため、ハンドルの収れん速度が
遅くなり、その間に車両が横に流れてしまい危険である
といった問題があった。
【００１０】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、電動パワーステアリング装
置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいてヨーレ
ートを収れんさせる収れん信号を発生することによっ
て、車両のヨーレートに制動をかけて収れん性を確実
に、しかもドライバに不快感を与えることなく行ない得
るようにした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。
のであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装
置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいてヨーレ
ートを収れんさせる収れん信号を発生することによっ
て、車両のヨーレートに制動をかけて収れん性を確実
に、しかもドライバに不快感を与えることなく行ない得
るようにした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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御
値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記
モータ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、車両のヨーレートの変化率を検出し、前記変化率に
基づいて前記ヨーレートにダンピングを与えることによ
って達成される。前記ヨーレートの変化率は、操舵角速
度演算手段及びヨーレート微分推定手段によって求める
ことができる。
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御
値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記
モータ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、車両のヨーレートの変化率を検出し、前記変化率に
基づいて前記ヨーレートにダンピングを与えることによ
って達成される。前記ヨーレートの変化率は、操舵角速
度演算手段及びヨーレート微分推定手段によって求める
ことができる。
【００１２】また、前記操舵角速度演算手段がモータ角
速度＊θを入力するようになっており、前記ヨーレート
微分推定手段が、ｓをラプラス演算子、ｂ0，ｂ1，
ａ1，ａ2を定数、ｈを減速比としたとき、（ｂ0・ｓ＋
ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）・ｈ・＊θなる演算を実
行するようになっていれば良く、前記ヨーレートの変化
率をヨーレートの検出及びその微分によって求めるよう
にしても良い。
速度＊θを入力するようになっており、前記ヨーレート
微分推定手段が、ｓをラプラス演算子、ｂ0，ｂ1，
ａ1，ａ2を定数、ｈを減速比としたとき、（ｂ0・ｓ＋
ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）・ｈ・＊θなる演算を実
行するようになっていれば良く、前記ヨーレートの変化
率をヨーレートの検出及びその微分によって求めるよう
にしても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明では、電動パワーステアリ
ング装置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいて
ヨーレートを収れんさせる収れん信号を発生させ、ヨー
レートについての収れん性を確実に収れんさせるように
し、更に、車両が固有に有するヨーレートの収れん速度
以上に遅くなることを防いで、ドライバーが不快感を持
たないようにしている。即ち、本発明ではヨーレートの
変化率を制御系にフィードバックすることによって、ヨ
ーレートに対するダンピングを与えるようにして車両の
収れん性を確保している。
ング装置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいて
ヨーレートを収れんさせる収れん信号を発生させ、ヨー
レートについての収れん性を確実に収れんさせるように
し、更に、車両が固有に有するヨーレートの収れん速度
以上に遅くなることを防いで、ドライバーが不快感を持
たないようにしている。即ち、本発明ではヨーレートの
変化率を制御系にフィードバックすることによって、ヨ
ーレートに対するダンピングを与えるようにして車両の
収れん性を確保している。
【００１４】以下、本発明の実施例を、図面を参照して
説明する。
説明する。
【００１５】一般に自動車の動特性は２輪モデルを用い
ると下記数１のようになる。ただし、βは横すべり角、
γはヨーレート（ヨー速度）、δは実舵角、Ａ11〜Ａ22
及びＢ1、Ｂ2は速度をパラメータとした定数である。
ると下記数１のようになる。ただし、βは横すべり角、
γはヨーレート（ヨー速度）、δは実舵角、Ａ11〜Ａ22
及びＢ1、Ｂ2は速度をパラメータとした定数である。
【００１６】
【数１】 上記数１はマトリクスＡ及びＢで簡略化すると、数２で
表わすことができる。
表わすことができる。
【００１７】
【数２】 また、車両が動いた際に働くセルフアライニングトルク
（Ｔｓ）は下記数３で表わせる。
（Ｔｓ）は下記数３で表わせる。
【００１８】
【数３】 上記数１、数２、数３より、実舵角δを入力とし、セル
フアライニングトルクＴｓを出力とした伝達特性は、Ｉ
を２×２の単位行列、ｓをラプラス演算子、ａ1、ａ2、
ｃ0、ｂ0、ｂ1、ｃ1、ｃ2を速度パラメータとした定数
とすると数４及び数５となる。
フアライニングトルクＴｓを出力とした伝達特性は、Ｉ
を２×２の単位行列、ｓをラプラス演算子、ａ1、ａ2、
ｃ0、ｂ0、ｂ1、ｃ1、ｃ2を速度パラメータとした定数
とすると数４及び数５となる。
【００１９】
【数４】 Ｔｓ（ｓ）＝｛Ｃ（ｓ・Ｉ−Ａ）-1・Ｂ＋Ｄ｝・δ（ｓ） ＝（ｃ0・ｓ2＋ｃ1・ｓ＋ｃ2）／（ｓ2＋ａ1・ｓ ＋ａ2）・δ（ｓ）
【数５】 γ（ｓ）＝｛［０ １］（ｓ・Ｉ−Ａ）-1・Ｂ｝・δ（ｓ） ＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）｝・δ（ｓ） 図２は車両のモデルを示しており、ドライバーの操舵力
をＴｈ、モータが発生するトルクのコラム軸換算値をＴ
ｍとし、電動パワーステアリングのトーションバーのバ
ネで与えられる共振系は、γの固有振動数に比べると１
０倍以上高いので、簡易的に剛体とみなせる。このと
き、ｇをラック・ピニオンの増速比、Ｊをハンドルイナ
ーシャ、モータイナーシャ、減速比等を含めた定数とす
ると、図２のモデルは図３の伝達特性ブロックのように
なる。そして、図３のブロックにおいて、コラム軸換算
値Ｔｍから出力δまでの伝達特性を求めると、下記数６
となる。
をＴｈ、モータが発生するトルクのコラム軸換算値をＴ
ｍとし、電動パワーステアリングのトーションバーのバ
ネで与えられる共振系は、γの固有振動数に比べると１
０倍以上高いので、簡易的に剛体とみなせる。このと
き、ｇをラック・ピニオンの増速比、Ｊをハンドルイナ
ーシャ、モータイナーシャ、減速比等を含めた定数とす
ると、図２のモデルは図３の伝達特性ブロックのように
なる。そして、図３のブロックにおいて、コラム軸換算
値Ｔｍから出力δまでの伝達特性を求めると、下記数６
となる。
【００２０】
【数６】 上記数６を用いて換算値Ｔｍからヨーレートγまでの伝
達特性を簡略化すると、数７になる。
達特性を簡略化すると、数７になる。
【００２１】
【数７】 上記数７を用いて、＊γ（γの微分）をフィードバック
することによりヨーレートγにダンピングを与えるこ
と、即ちヨーレートの収れん性を良くできることが確認
される。モータ出力トルクＴｍを、ヨーレートγを入力
した信号で一定のフィードバックする図４のような系を
考える。
することによりヨーレートγにダンピングを与えるこ
と、即ちヨーレートの収れん性を良くできることが確認
される。モータ出力トルクＴｍを、ヨーレートγを入力
した信号で一定のフィードバックする図４のような系を
考える。
【００２２】図４より、下記数８が成り立つ。
【００２３】
【数８】 ここで、ヨーレートγのフィードバックゲインをＫｄと
して、Ｐ（ｓ）＝Ｋｄ・ｓ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）とおく
と、数８は下記数９となる。
して、Ｐ（ｓ）＝Ｋｄ・ｓ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）とおく
と、数８は下記数９となる。
【００２４】
【数９】 ヨーレートγをフィードバックする前の数７及び数９の
相違を見ると、分母の第２項（ｓの１次の項）にゲイン
Ｋｄが新たに加わっていることである。従って、操舵ト
ルクＴｈからヨーレートγまでの伝達特性に、ヨーレー
トγのフィードバックゲインＫｄに応じたダンピングが
与えられ、例えば手離し操舵時における車両の収れん性
を改善することができる。
相違を見ると、分母の第２項（ｓの１次の項）にゲイン
Ｋｄが新たに加わっていることである。従って、操舵ト
ルクＴｈからヨーレートγまでの伝達特性に、ヨーレー
トγのフィードバックゲインＫｄに応じたダンピングが
与えられ、例えば手離し操舵時における車両の収れん性
を改善することができる。
【００２５】次に、ｓの１次の項の正定数が大きくなる
と、ダンピングが増す理由について説明する。伝達関数
Ｇ（ｓ）＝ω2／（ｃ・ｓ2＋２ζ・ω・ｓ＋ω2）の特
性は、ゲイン１、固有振動数ω、ダンピングζとなり、
図５のような周波数特性を示す。ここで、ダンピングζ
はｓの１次の項のみに現れており、数７及び数９を比較
すると、固有振動数ωは定義されている分母の定数項に
ついて同一であり、分母のｓの１次の項のみが数９では
増えている。従って、数９は数７に対し、ダンピングが
増えたと考えることができる。ここで、モータトルクへ
のフィードバック値は
と、ダンピングが増す理由について説明する。伝達関数
Ｇ（ｓ）＝ω2／（ｃ・ｓ2＋２ζ・ω・ｓ＋ω2）の特
性は、ゲイン１、固有振動数ω、ダンピングζとなり、
図５のような周波数特性を示す。ここで、ダンピングζ
はｓの１次の項のみに現れており、数７及び数９を比較
すると、固有振動数ωは定義されている分母の定数項に
ついて同一であり、分母のｓの１次の項のみが数９では
増えている。従って、数９は数７に対し、ダンピングが
増えたと考えることができる。ここで、モータトルクへ
のフィードバック値は
【数１０】 Ｔｍ（ｓ）＝｛Ｋｄ・ｓ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）｝・γ（ｓ） ＝｛Ｋｄ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）｝・＊γ（ｓ） で表わすことができる。即ち、ヨーレートの微分＊γ
（ｓ）をモータトルクＴｍにフィードバックすることに
より、ヨーレートγにダンピングを与えることができる
ことが分かる。
（ｓ）をモータトルクＴｍにフィードバックすることに
より、ヨーレートγにダンピングを与えることができる
ことが分かる。
【００２６】上述ではヨーレートγを測定してヨーレー
トの微分＊γを求め、モータトルクＴｍにフィードバッ
クする方法を説明したが、推定によって＊γを求め、モ
ータトルクＴｍにフィードバックする方法を説明する。
電動パワーステアリング装置では通常モータ角速度＊θ
を測定もしくは推定して、モータの慣性や摩擦の補償制
御を行なっている。そして、実舵角δを入力とし、ヨー
レートγを出力する系の伝達特性は数１１である。
トの微分＊γを求め、モータトルクＴｍにフィードバッ
クする方法を説明したが、推定によって＊γを求め、モ
ータトルクＴｍにフィードバックする方法を説明する。
電動パワーステアリング装置では通常モータ角速度＊θ
を測定もしくは推定して、モータの慣性や摩擦の補償制
御を行なっている。そして、実舵角δを入力とし、ヨー
レートγを出力する系の伝達特性は数１１である。
【００２７】
【数１１】γ（ｓ）／δ（ｓ）＝（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／
（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2） ここで、減速比をｈとすると、δ＝ｈ・θ（ｓ）である
ことより下記数１２が成り立つ。
（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2） ここで、減速比をｈとすると、δ＝ｈ・θ（ｓ）である
ことより下記数１２が成り立つ。
【００２８】
【数１２】γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1
・ｓ＋ａ2）｝・δ（ｓ） γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋
ａ2）｝・ｈ・θ（ｓ） したがって、数１２を微分することにより下記数１３と
なる。
・ｓ＋ａ2）｝・δ（ｓ） γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋
ａ2）｝・ｈ・θ（ｓ） したがって、数１２を微分することにより下記数１３と
なる。
【００２９】
【数１３】＊γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋
ａ1・ｓ＋ａ2）｝・ｈ・＊θ（ｓ） モータ角速度＊θ（ｓ）の代りに推定値＃θ（ｓ）を用
いて、下記数１４に従って＊γ（ｓ）を推定することが
できる。ここに、＃γ（ｓ）は＊γ（ｓ）の推定値であ
る。
ａ1・ｓ＋ａ2）｝・ｈ・＊θ（ｓ） モータ角速度＊θ（ｓ）の代りに推定値＃θ（ｓ）を用
いて、下記数１４に従って＊γ（ｓ）を推定することが
できる。ここに、＃γ（ｓ）は＊γ（ｓ）の推定値であ
る。
【００３０】
【数１４】＃γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋
ａ1・ｓ＋ａ2）｝・ｈ・＃θ（ｓ） 従って、下記数１５となり、モータの角速度推定値＃θ
を用いて数１５で定める演算を行ない、モータトルクＴ
ｍを定めることによって同様の効果が得られる。
ａ1・ｓ＋ａ2）｝・ｈ・＃θ（ｓ） 従って、下記数１５となり、モータの角速度推定値＃θ
を用いて数１５で定める演算を行ない、モータトルクＴ
ｍを定めることによって同様の効果が得られる。
【００３１】
【数１５】 Ｔｍ（ｓ）＝｛Ｋｄ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）｝・＊γ（ｓ） ＝｛Ｋｄ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）｝・＃γ（ｓ） ＝｛（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）｝ ・ｈ・｛Ｋｄ／（ｂ0・ｓ＋ｂ1）・＃θ（ｓ）｝ ＝｛ｈ・Ｋｄ／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）｝・＃θ（ｓ） 本発明の構成例を図１０に対応させて図１に示す。コン
トロールユニット３０Ａ内のモータ角速度推定器３０１
は、電流制御値Ｅ（モータ端子間電圧に対応）及びモー
タ電流値ｉよりモータ角速度ωを推定し、推定されたモ
ータ角速度ωをロストルク補償器３０３及び収れん性制
御器３４０に入力する。ロストルク補償器３０３の出力
は加減算器３０Ａに入力され、ロストルク補償器３０３
はモータ２０のロストルクの発生する方向、つまりモー
タ２０の回転方向に対してロストルク相当のアシストを
行なう。収れん性制御器３４０はモータ角速度ωから操
舵角θを求める操舵角速度演算器３４１と、操舵角速度
＊θに基づいてヨーレートを収れんさせる収れん信号Ｃ
Ｎを出力するヨーレート微分推定器３４２とで成ってお
り、収れん信号ＣＮは加減算器３０Ａに入力されてフィ
ードバックされる。また、モータ角速度ωはモータ角加
速度推定器（微分器）３０２に入力されてモータ角加速
度が推定され、モータ角加速度は慣性補償器３０５に入
力され、その補償信号が加減算器３０Ａに入力されてい
る。慣性補償器３０５はモータ２０の慣性により発生す
る力相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御
の応答性の悪化を防止する。
トロールユニット３０Ａ内のモータ角速度推定器３０１
は、電流制御値Ｅ（モータ端子間電圧に対応）及びモー
タ電流値ｉよりモータ角速度ωを推定し、推定されたモ
ータ角速度ωをロストルク補償器３０３及び収れん性制
御器３４０に入力する。ロストルク補償器３０３の出力
は加減算器３０Ａに入力され、ロストルク補償器３０３
はモータ２０のロストルクの発生する方向、つまりモー
タ２０の回転方向に対してロストルク相当のアシストを
行なう。収れん性制御器３４０はモータ角速度ωから操
舵角θを求める操舵角速度演算器３４１と、操舵角速度
＊θに基づいてヨーレートを収れんさせる収れん信号Ｃ
Ｎを出力するヨーレート微分推定器３４２とで成ってお
り、収れん信号ＣＮは加減算器３０Ａに入力されてフィ
ードバックされる。また、モータ角速度ωはモータ角加
速度推定器（微分器）３０２に入力されてモータ角加速
度が推定され、モータ角加速度は慣性補償器３０５に入
力され、その補償信号が加減算器３０Ａに入力されてい
る。慣性補償器３０５はモータ２０の慣性により発生す
る力相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御
の応答性の悪化を防止する。
【００３２】本発明では、先ずモータ角速度ωより操舵
角速度＊θを操舵角演算器３４１で求める。モータ角速
度ωと操舵角速度＊θとはほぼ比例関係を有しており、
モータ角速度ωより容易に操舵角速度＊θを求めること
ができる。ヨーレート微分推定器３４２では、操舵角速
度＊θより車両のヨーレートγの変化率を求める。一般
に操舵角θとヨーレートγの関係は、下記数１６とな
る。
角速度＊θを操舵角演算器３４１で求める。モータ角速
度ωと操舵角速度＊θとはほぼ比例関係を有しており、
モータ角速度ωより容易に操舵角速度＊θを求めること
ができる。ヨーレート微分推定器３４２では、操舵角速
度＊θより車両のヨーレートγの変化率を求める。一般
に操舵角θとヨーレートγの関係は、下記数１６とな
る。
【００３３】
【数１６】γ（ｓ）＝｛（ｂ0・ｓ2＋ｂ1・ｓ＋ｂ2）／
（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）｝・θ（ｓ）・ｂ0／｛（ｓ2＋
ａ1・ｓ＋ａ2）・θ（ｓ）｝ ここで、数１６の両辺を微分すると下記数１７となる。
（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）｝・θ（ｓ）・ｂ0／｛（ｓ2＋
ａ1・ｓ＋ａ2）・θ（ｓ）｝ ここで、数１６の両辺を微分すると下記数１７となる。
【００３４】
【数１７】 ＊γ（ｓ）＝ｂ0／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）・＊θ（ｓ） つまり、操舵角速度＊θ（ｓ）より数１７を用いてヨー
レートの変化率＊γ（ｓ）を求めることができる。ここ
において、ステアリング装置の機械系のトルク対操舵角
の伝達特性の固有振動数は、操舵角対ヨーレートの固有
振動数より約１０倍高いので、トルクＴは操舵角θにほ
ぼ比例するとみなすことができる。従って、数１７にお
ける＊γ（ｓ）に比例したトルク信号をフィードバック
することにより、ヨーレートの変化率に同期した操舵角
信号を発生することができ、結果としてヨーレートに対
してダンピングを与えることができる。この理由は前述
した通りである。
レートの変化率＊γ（ｓ）を求めることができる。ここ
において、ステアリング装置の機械系のトルク対操舵角
の伝達特性の固有振動数は、操舵角対ヨーレートの固有
振動数より約１０倍高いので、トルクＴは操舵角θにほ
ぼ比例するとみなすことができる。従って、数１７にお
ける＊γ（ｓ）に比例したトルク信号をフィードバック
することにより、ヨーレートの変化率に同期した操舵角
信号を発生することができ、結果としてヨーレートに対
してダンピングを与えることができる。この理由は前述
した通りである。
【００３５】
【数１８】 γ（ｓ）＝ｂ0／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋ａ2）・θ（ｓ） Ｔ（ｓ）＝θ（ｓ） 図６は図７の伝達関数を得るブロック構成であり、定数
ｍ及びｃに対して定数Ｋが大きいと図７となる。図６に
おいて、ブロック３５０はステアリング装置の伝達関数
を示し、ブロック３５１は車両の伝達関数を示してい
る。この図７を数式で表わすと下記数１９となる。
ｍ及びｃに対して定数Ｋが大きいと図７となる。図６に
おいて、ブロック３５０はステアリング装置の伝達関数
を示し、ブロック３５１は車両の伝達関数を示してい
る。この図７を数式で表わすと下記数１９となる。
【００３６】
【数１９】γ（ｓ）／Ｔ（ｓ）＝（１／Ｋ）・ｂ0／
（ｓ2＋（ａ1＋Ｋｄ）・ｓ＋ａ2） 従って、ヨーレートに対しダンピングを与えることがで
きる。また、数１９より車両が持っている固有の振動数
√ａ2に影響を及ぼすダンピング（ａ1＋Ｋｄ）を増加し
ているため、収れん速度を損なうことはない。ａ1，
ａ2，ｂ0，ｂ1は速度をパラメータとした変数なので、
車速に応じて変化させると車に良い。
（ｓ2＋（ａ1＋Ｋｄ）・ｓ＋ａ2） 従って、ヨーレートに対しダンピングを与えることがで
きる。また、数１９より車両が持っている固有の振動数
√ａ2に影響を及ぼすダンピング（ａ1＋Ｋｄ）を増加し
ているため、収れん速度を損なうことはない。ａ1，
ａ2，ｂ0，ｂ1は速度をパラメータとした変数なので、
車速に応じて変化させると車に良い。
【００３７】
【発明の効果】本発明では、電動パワーステアリング装
置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいてヨーレ
ートを収れんさせる収れん信号を発生させ、ヨーレート
の収れん性を確実に収れんさせることができ、更に車両
が固有に有するヨーレートの収れん速度以上に遅くなる
ことを防いでいる。
置の操舵角と車両のヨーレートの関係に基づいてヨーレ
ートを収れんさせる収れん信号を発生させ、ヨーレート
の収れん性を確実に収れんさせることができ、更に車両
が固有に有するヨーレートの収れん速度以上に遅くなる
ことを防いでいる。
【００３８】図８は、ヨーレート収れん性制御を行なっ
た場合と、ヨーレート収れん性制御を行なわない場合の
実験特性例を示しており、この結果からも本発明の効果
は大きいことが分かる。
た場合と、ヨーレート収れん性制御を行なわない場合の
実験特性例を示しており、この結果からも本発明の効果
は大きいことが分かる。
【図１】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図２】自動車をモデル化した図である。
【図３】図２のモデルを伝達関数のブロックで示す図で
ある。
ある。
【図４】モータトルクとヨーレートγのフィードバック
系ブロック図である。
系ブロック図である。
【図５】伝達関数Ｇ（ｓ）の周波数特性図である。
【図６】本発明による収れん性系の構成を示すブロック
図である。
図である。
【図７】図６の等価回路図である。
【図８】ヨーレート収れん性制御の効果を示す図であ
る。
る。
【図９】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロ
ック構成図である。
ック構成図である。
【図１０】コントロールユニットの一般的な内部構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１１】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【符号の説明】 １ 操向ハンドル ５ ピニオンラック機構 １０ トルクセンサ １２ 車速センサ ２０ モータ ３０，３０Ａ コントロールユニット ３４０ 収れん制御器 ３４１ 操舵角検出器 ３４２ ヨーレート演算器
Claims (5)
- 【請求項１】 ステアリングシャフトに発生する操舵ト
ルクに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電
流値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機
構に操舵補助力を与える前記モータ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、車両のヨーレートの変化率を検出し、前記変化率に
基づいて前記ヨーレートにダンピングを与えることを特
徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 - 【請求項２】 前記ヨーレートの変化率を操舵角速度演
算手段及びヨーレート微分推定手段で求めるようになっ
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。 - 【請求項３】 前記操舵角速度演算手段がモータ角速度
＊θを入力するようになっている請求項２に記載の電動
パワーステアリング装置の制御装置。 - 【請求項４】 前記ヨーレート微分推定手段が、ｓをラ
プラス演算子、ｂ0，ｂ1，ａ1，ａ2を定数、ｈを減速比
としたとき、（ｂ0・ｓ＋ｂ1）／（ｓ2＋ａ1・ｓ＋
ａ2）・ｈ・＊θなる演算を実行するようになっている
請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装
置。 - 【請求項５】 前記ヨーレートの変化率を、ヨーレート
の検出及びその微分によって求め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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20745099A JP3812229B2 (ja) | 1998-07-24 | 1999-07-22 | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-209983 | 1998-07-24 | ||
| JP20998398 | 1998-07-24 | ||
| JP20745099A JP3812229B2 (ja) | 1998-07-24 | 1999-07-22 | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000095132A true JP2000095132A (ja) | 2000-04-04 |
| JP3812229B2 JP3812229B2 (ja) | 2006-08-23 |
Family
ID=26516259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20745099A Expired - Fee Related JP3812229B2 (ja) | 1998-07-24 | 1999-07-22 | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3812229B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6838846B2 (en) * | 2002-07-09 | 2005-01-04 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Electric power steering apparatus |
| DE10156369B4 (de) * | 2000-11-17 | 2005-12-01 | Nsk Ltd. | Steuereinheit für elektrische Servolenkung |
| JP2006298102A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Jtekt Corp | 電動パワーステアリング装置 |
| JP2006298249A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Nsk Ltd | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
| JP2006315617A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Mitsubishi Motors Corp | 車両用操舵制御装置 |
| US7849957B2 (en) | 2006-07-14 | 2010-12-14 | Nsk Ltd. | Control apparatus for electric power steering |
| US9352772B2 (en) | 2013-09-16 | 2016-05-31 | Dr. Ing H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Controlling a steering system in a motor vehicle |
| JP2016203855A (ja) * | 2015-04-24 | 2016-12-08 | 株式会社デンソー | ステアリング制御装置 |
| EP3132996A4 (en) * | 2014-04-16 | 2018-01-24 | NSK Ltd. | Electric power steering device |
-
1999
- 1999-07-22 JP JP20745099A patent/JP3812229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10156369B4 (de) * | 2000-11-17 | 2005-12-01 | Nsk Ltd. | Steuereinheit für elektrische Servolenkung |
| US6838846B2 (en) * | 2002-07-09 | 2005-01-04 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Electric power steering apparatus |
| JP2006298102A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Jtekt Corp | 電動パワーステアリング装置 |
| JP4692730B2 (ja) * | 2005-04-19 | 2011-06-01 | 株式会社ジェイテクト | 電動パワーステアリング装置 |
| JP2006298249A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Nsk Ltd | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
| JP4692058B2 (ja) * | 2005-04-22 | 2011-06-01 | 日本精工株式会社 | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
| JP2006315617A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Mitsubishi Motors Corp | 車両用操舵制御装置 |
| JP4650092B2 (ja) * | 2005-05-16 | 2011-03-16 | 三菱自動車工業株式会社 | 車両用操舵制御装置 |
| US7849957B2 (en) | 2006-07-14 | 2010-12-14 | Nsk Ltd. | Control apparatus for electric power steering |
| US9352772B2 (en) | 2013-09-16 | 2016-05-31 | Dr. Ing H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Controlling a steering system in a motor vehicle |
| EP3132996A4 (en) * | 2014-04-16 | 2018-01-24 | NSK Ltd. | Electric power steering device |
| JP2016203855A (ja) * | 2015-04-24 | 2016-12-08 | 株式会社デンソー | ステアリング制御装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3812229B2 (ja) | 2006-08-23 |
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