JP2001001917A

JP2001001917A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2001001917A
Application number: JP11169379A
Authority: JP
Inventors: Koji Kanda; 耕治神田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】大幅なコスト増加を招くことなく、操舵フィー
リングを向上する。【解決手段】電動モータＭは、モータ電流Ｉmoおよび目
標電流Ｉrの偏差ｅが零になるようにフィードバック制
御される。このフィードバック制御の制御ループ系の制
御ゲインは、バッテリ６の電圧ＶＢの変動に応じて、ゲ
イン補正部３４によって補正される。また、車速ＴＳお
よび操舵トルクＴの大小に応じて目標電流設定部３１に
よって定められる目標電流Ｉrに基づき、比例積分（Ｐ
Ｉ）制御部３３の比例ゲインおよび積分ゲインが変更さ
れる。【効果】バッテリ電圧ＶＢの変動を補償して、良好な操
舵フィーリングを実現できる。目標電流Ｉrが小さくな
る高速走行時におけるフリクション感および慣性感を抑
制して、操舵フィーリングを向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ステアリングホ
イールに加えられたトルク等に応じてステアリング機構
に与えるべき操舵補助力を電動モータから発生させる電
動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両のステアリング機構に電
動モータが発生するトルクを伝達し、これにより、操舵
の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられて
いる。このような電動パワーステアリング装置は、ステ
アリングホイールに加えられるトルクを検出するための
トルクセンサ、電動モータに流れているモータ電流を検
出するためのモータ電流検出回路、ステアリング機構に
結合された電動モータ、および電動モータを駆動制御す
るための電子制御ユニットを備えている。この電子制御
ユニットは、トルクセンサの出力等に基づいて目標電流
を定め、この目標電流とモータ電流検出回路によって検
出されたモータ電流との偏差に基づいて電動モータをフ
ィードバック制御する。

【０００３】電子制御ユニットは、たとえば、目標電流
とモータ電流との偏差に基づいてモータに印加すべき制
御電圧値Ｖを演算する比例積分（ＰＩ）制御部と、この
比例積分制御部によって求められた制御電圧値Ｖに対応
するデューティ比を求めるデューティ演算部と、求めら
れたデューティ比で電動モータをパルス幅制御するＰＷ
Ｍ(Pulse Width Modulation)制御部とを備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような電動パワ
ーステアリング装置では、一般に、電動モータをフィー
ドバック制御する制御ループ系の制御ゲインは、一定値
に固定されている。ところが、電動モータの電源である
車載バッテリの電圧が変動すると、これにより、電動モ
ータの応答が変化する。すなわち、バッテリ電圧が低く
なると、実質的に制御ゲインが小さくなり、操舵補助の
応答遅れが生じて、操舵フィーリングが損なわれる。ま
た、バッテリ電圧が高くなると、実質的に制御ゲインが
大きくなり、振動が発生して、ドライバに不快感を与え
る場合がある。

【０００５】一方、電動パワーステアリング装置では、
いわゆる車速感応制御が行われる場合があるが、この場
合に、とくに高速走行時における操舵フィーリングに改
善すべき課題がある。すなわち、車速感応制御では、低
速走行時には大きな目標電流が設定され、高速走行時に
は小さな目標電流が設定される。これにより、高速走行
時ほど、操舵補助力が小さくなるようにされている。

【０００６】ところが、とくに、ハンドル舵角中点付近
においては、ギア部の摩擦などに起因するフリクション
感（しぶり感）や、電動モータの慣性によりハンドルが
不所望に振られる慣性感があることが指摘されており、
必ずしも満足な操舵フィーリングが得られていなかっ
た。この問題は、高速走行時における目標電流を大きく
することによりある程度改善されるが、これでは、操舵
補助力が必要以上に大きくなり、ハンドルが軽くなりす
ぎるおそれがある。

【０００７】また、ギアを高精度に研磨したり、電動モ
ータの慣性を小さくしたりするといった直接的な解決方
法も考えられるが、これらの解決手段を採ると、大幅な
コスト増加が不可避であるうえ、操舵フィーリングの改
善にも自ずと限界がある。そこで、この発明の目的は、
上述の技術的課題を解決し、大幅なコスト増加を招くこ
となく、操舵フィーリングを向上することができる電動
パワーステアリング装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モー
タ（Ｍ）の回転力によりステアリング機構に与えるべき
操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置であ
って、電動モータを駆動制御するモータ制御手段（３
１，３２，３３）と、電動モータに電力を供給する電源
（６）の電圧を検出する電源電圧検出手段（７）と、こ
の電源電圧検出手段によって検出される電源の電圧に基
づいて、上記モータ制御手段による電動モータの制御ゲ
インを変更する制御ゲイン変更手段（３４，３６；３
３，４１）とを含むことを特徴とする電動パワーステア
リング装置である。

【０００９】なお、括弧内の数字は、後述の実施形態に
おける対応構成要素等を表す。以下、この項において同
じ。上記の構成によれば、電源電圧に応じて、電動モー
タの制御ゲインが変更される。より具体的には、たとえ
ば、電源電圧が低いほど制御ゲインが大きくされ、電源
電圧が高いほど制御ゲインが小さくされる。

【００１０】これにより、電源電圧の変動による制御系
全体の制御ゲインの変動が抑制されるので、操舵補助の
応答遅れや不所望な振動を防ぐことができ、操舵フィー
リングを向上することができる。しかも、大幅なコスト
増加を招くこともない。請求項２記載の発明は、電動モ
ータ（Ｍ）の回転力によりステアリング機構に与えるべ
き操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置で
あって、電動モータに与えるべき目標電流を定め、この
目標電流に基づいて電動モータを駆動制御するモータ制
御手段（３１，３２，３３）と、上記目標電流の大小に
応じて、上記モータ制御手段による電動モータの制御ゲ
インを変更する制御ゲイン変更手段（３３，４０；３
４，３６，４２）とを含むことを特徴とする電動パワー
ステアリング装置である。

【００１１】この構成によれば、目標電流の大小に応じ
て、電動モータの制御ゲインが変更される。具体的に
は、たとえば、目標電流が小さいほど制御ゲインが大き
くされ、目標電流が大きいほど制御ゲインが小さくされ
る。これにより、とくに目標電流が小さい場合の応答性
が改善され、良好な操舵フィーリングを実現できる。し
かも、大幅なコスト増加を招くこともない。

【００１２】なお、この請求項２の発明は、請求項１に
記載された特徴と組み合わされてもよい。請求項３記載
の発明は、電動モータ（Ｍ）の回転力によりステアリン
グ機構に与えるべき操舵補助力を発生する電動パワース
テアリング装置であって、この電動パワーステアリング
装置が搭載された車両の車速に応じて電動モータに与え
るべき目標電流を定め、この目標電流に基づいて電動モ
ータを駆動制御するモータ制御手段（３１，３２，３
３）と、上記車速の大小に応じて、上記モータ制御手段
による電動モータの制御ゲインを変更する制御ゲイン変
更手段（３３，４３；３４，３６，４４）とを含むこと
を特徴とする電動パワーステアリング装置である。

【００１３】この構成では、いわゆる車速感応制御が行
われる。すなわち、たとえば、車速が速いほど目標電流
が小さく設定され、高速走行時における操舵補助力が小
さくなるようにされる。そして、車速に応じて電動モー
タの制御ゲインが変更される。具体的には、たとえば、
車速が大きいほど、制御ゲインが大きくされる。これに
より、目標電流が小さい場合に、制御ゲインを大きくす
ることができるので、目標電流を大きくすることなく高
速走行時の応答性を改善できる。これにより、ハンドル
舵角中点付近におけるフリクション感および慣性感を改
善でき、良好な操舵フィーリングを実現できる。しか
も、大幅なコスト増加を招くこともない。

【００１４】この請求項３の発明は、請求項１に記載さ
れた特徴と組み合わされてもよい。なお、上記電動パワ
ーステアリング装置は、電動モータに実際に流れるモー
タ電流を検出するモータ電流検出手段（４）をさらに含
むことが好ましい。また、上記モータ制御手段は、目標
電流とモータ電流との偏差に基づいて、電動モータを駆
動制御する偏差応答制御手段（３３）を含むことが好ま
しい。この偏差応答制御手段は、目標電流とモータ電流
との偏差が零になるように電動モータを制御するもので
あることが好ましい。

【００１５】上述の偏差応答制御手段は、たとえば、比
例積分（ＰＩ）制御手段（３３）であってもよいし、ま
た、比例積分微分（ＰＩＤ）制御手段であってもよい。
さらに、制御ゲイン変更手段は、ゲイン補正部（３４）
と、このゲイン補正部における補正ゲインを設定する手
段（３６）を含むものであってもよい。また、制御ゲイ
ン変更手段は、上述のような偏差応答制御手段（３３）
におけるゲインを変更する手段（４０，４１，４３）を
含むものであってもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の
電気的構成を示すブロック図である。この電動パワース
テアリング装置は、車両のステアリング機構に関連して
設けられ、このステアリング機構に与えるべき操舵補助
力を発生する電動モータＭを備えている。そして、適切
な操舵補助力を発生させるために、電動モータＭは、ス
テアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出する
トルクセンサ１および車両の車速ＴＳを検出する車速セ
ンサ２の各出力信号に基づいて、電子制御ユニット３に
よって駆動制御されるようになっている。

【００１７】より具体的には、電子制御ユニット３は、
トルクセンサ１および車速センサ２の出力信号に基づい
て電動モータＭの目標電流Ｉrを設定し、この目標電流
Ｉrと電流検出回路４によって検出されるモータ電流Ｉm
o（電動モータＭに実際に流れる電流）との偏差ｅ（＝
Ｉr−Ｉmo）に基づき、ＰＷＭ(Pulse Width Modulatio
n)制御部５に、適切なデューティ指令を与える。そし
て、このＰＷＭ制御部５によって、電動モータＭがパル
ス幅駆動されるようになっている。このようにして、偏
差ｅが零になるように電動モータＭをフィードバック制
御する制御ループが形成されている。

【００１８】ＰＷＭ制御部５には、車両に搭載されたバ
ッテリ６（電源）からの電力が供給されるようになって
おり、適切にデューティ制御された電圧が電動モータＭ
に印加される。バッテリ６の電圧（電源電圧）ＶＢは、
バッテリ電圧検出回路７によって検出され、電子制御ユ
ニット３に検出結果を表す信号が与えられるようになっ
ている。

【００１９】電子制御ユニット３は、トルクセンサ１お
よび車速センサ２の各出力信号に基づいて、電動モータ
Ｍに与えるべき目標電流Ｉrを設定する目標電流設定部
３１と、この目標電流設定部３１によって設定された目
標電流Ｉrと電流検出回路４によって検出されたモータ
電流Ｉmoとの偏差ｅを求める減算部３２と、この減算部
３２が出力する偏差ｅに基づいて、比例積分制御演算に
よって電動モータＭに印加すべき制御電圧値Ｖ（偏差ｅ
を零に導くような値）を演算する比例積分（ＰＩ）制御
部３３とを備えている。比例積分制御部３３が出力する
制御電圧値Ｖは、ゲイン補正部３４によって補正された
後に、デューティ演算部３５に与えられる。デューティ
演算部３５は、ゲイン補正部３４によって補正された制
御電圧値Ｖ′に対応するデューティ比を演算し、これを
ＰＷＭ制御部５に与えるようになっている。

【００２０】バッテリ電圧検出回路７の出力は、補正ゲ
イン設定部３６に与えられる。この補正ゲイン設定部３
６は、バッテリ電圧ＶＢに応じた補正ゲインＫを求め、
この補正ゲインＫをゲイン補正部３４に設定する。補正
ゲイン設定部３６は、たとえば、標準バッテリ電圧Ｖ０
に基づいて、補正ゲインＫを下記第(1)に従って設定す
る。

【００２１】Ｋ＝Ｖ０／ＶＢ・・・・・・(1) したがって、ゲイン補正部３４は、バッテリ電圧ＶＢが
高いほど小さな補正ゲインＫを設定し、バッテリ電圧Ｖ
Ｂが低いほど大きな補正ゲインＫを設定することにな
る。これにより、バッテリ電圧ＶＢの変動に起因する制
御ゲインの変動を補償することができる。このように、
補正ゲイン設定部３６およびゲイン補正部３４は、バッ
テリ電圧ＶＢに応じて制御ゲインを変更する制御ゲイン
変更手段を構成している。

【００２２】一方、目標電流設定部３１によって設定さ
れる目標電流Ｉrは、ライン４０で示すように、比例積
分制御部３３に入力されるようになっている。この比例
積分制御部３３では、目標電流Ｉrに基づいて比例ゲイ
ンＫpおよび積分ゲインＫiが変更される。より具体的に
は、目標電流Ｉrが小さいほど比例ゲインＫpおよび積分
ゲインＫiが大きく設定され、また、目標電流Ｉrが大き
いほど比例ゲインＫpおよび積分ゲインＫiが小さく設定
される。これにより、電動モータＭに小電流を流すべき
場合の応答遅れを補償している。このように、目標電流
Ｉrに応じて制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段
は、比例積分制御部３３に組み込まれている。

【００２３】図２は、目標電流設定部３１において設定
される目標電流Ｉrの例を示す図である。目標電流設定
部３１は、車速ＴＳおよび操舵トルクＴに依存する目標
電流Ｉrを設定する。すなわち、曲線Ｌ１は、高速走行
中の目標電流Ｉrの設定例を示し、曲線Ｌ２は、低速走
行中の目標電流Ｉrの設定例を示す。つまり、車速ＴＳ
が大きいほど目標電流Ｉrは小さく設定され、車速ＴＳ
が小さいほど大きな目標電流Ｉrが設定される。

【００２４】また、左右の操舵トルクＴ（たとえば、右
方向に対しては正の値、左方向に対しては負の値をと
る。）に対しては、車速ＴＳに応じて定められる一定の
操舵トルク範囲ΔＴ内でリニアに変化するように目標電
流Ｉrが定められる。一定の操舵トルク範囲ΔＴ外で
は、目標電流Ｉrは車速ＴＳに応じて定められた一定の
上限値に設定される。

【００２５】したがって、高速でほぼ直線走行している
場合（ハンドル舵角は中点付近となる。）などのよう
に、車速ＴＳが大きく操舵トルクＴが小さい場合には、
目標電流Ｉrは小さく設定されることになる。これに応
じて、比例積分制御部３３における比例ゲインＫpおよ
び積分ゲインＫiが大きく定められるから、目標電流Ｉr
が小さい場合でも、良好な応答性を実現できる。

【００２６】以上のように、この実施形態では、目標電
流Ｉrが小さいときにも良好な応答性を実現できるの
で、とくに、ハンドル舵角が中点付近の状態で高速走行
している場合であっても、いわゆるフリクション感や慣
性感が生じることがない。これにより、従来に比較し
て、操舵フィーリングを格段に向上できる。また、この
実施形態では、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じて補正ゲ
インＫを変化させることにより、バッテリ電圧ＶＢの変
動に伴う制御ループ全体の制御ゲインの変動を補償して
いる。これにより、バッテリ電圧ＶＢの変動にかかわら
ず良好な操舵フィーリングを実現できる。

【００２７】しかも、制御態様の変更により操舵フィー
リングを向上できるから、たとえば、電子制御ユニット
３内の各部の機能が、所定のプログラムをマイクロコン
ピュータが実行することによって達成されている場合に
は、ソフトウエアの変更を行えばよい。したがって、大
幅なコスト増加を招くことなく、操舵フィーリングの向
上を実現できる。

【００２８】なお、上記の実施形態では、バッテリ電圧
ＶＢの変動の影響を補償するためのゲイン補正部３４を
設けているが、このゲイン補正部３４を設けずに、たと
えば、二点鎖線のライン４１で示すように、比例積分制
御部３３における比例ゲインＫpおよび積分ゲインＫi
が、補正ゲイン設定部３６により、バッテリ電圧ＶＢに
応じて可変設定されるようにしてもよい。これによって
もバッテリ電圧ＶＢの変動の影響を補償できる。さら
に、図示はしないが、ゲイン補正部３４を設けたり、比
例積分制御部３３のゲインを変更したりする代わりに、
減算部３２と比例積分制御部３３との間に、偏差ｅをバ
ッテリ電圧ＶＢの変動に応じて補正する偏差補正部を介
装するようにしてもよい。この場合、偏差補正部は、バ
ッテリ電圧ＶＢが低いほど偏差ｅを大きく補正し、バッ
テリ電圧ＶＢが高いほど偏差ｅを小さく補正するように
しておけばよい。

【００２９】また、目標電流Ｉrに基づく制御ゲインの
変更についても、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じた制御
ゲインの変更と同様な変形が可能である。すなわち、比
例積分制御部３３のゲインを変更する代わりに、二点鎖
線のライン４２で示すように、補正ゲイン設定部３６で
設定される補正ゲインＫを、目標電流Ｉrに応じて変動
させるようにしてもよい。また、図示はしないが、上述
のような偏差補正部を設けて、この偏差補正部による偏
差ｅの補正量を、目標電流Ｉrに応じて定めるようにし
てもよい。具体的には、目標電流Ｉrが小さいほど偏差
ｅが大きくなるようにすればよい。

【００３０】さらに、目標電流Ｉrに基づく制御ゲイン
の変更の代わりに、二点鎖線のライン４３，４４で示す
ように、車速ＴＳに基づいて制御ゲインを変更するよう
にしてもよい。具体的には、ライン４３で示すように、
車速ＴＳに基づいて、比例積分制御部３３における比例
ゲインＫpおよび積分ゲインＫiを変更したり、ライン４
４で示すように、車速ＴＳに基づいて補正ゲインＫを定
めたりすればよい。また、図示はしないが、上述のよう
な偏差補正部を設けて、この偏差補正部による偏差ｅの
補正量を、車速ＴＳに応じて定めるようにしてもよい。
具体的には、車速ＴＳが大きいほど偏差ｅが大きくなる
ように補正すればよい。

【００３１】このように車速ＴＳに応じて電動モータＭ
の制御ゲインを変更することにより、目標電流Ｉrが小
さく設定される高速走行時には、大きな制御ゲインを設
定して応答性を向上できるので、操舵フィーリングを改
善できる。また、上述の実施形態では、バッテリ電圧Ｖ
Ｂの変動に応じた制御ゲインの変更と、目標電流Ｉrま
たは車速ＴＳに応じた制御ゲインの変更との両方を行う
ようにしたが、いずれかがさほど重要でない場合には、
いずれか一方に対応した制御ゲインの変更のみを行うこ
ととしても差し支えない。

【００３２】さらに、上述の実施形態における比例積分
制御３３に変えて、比例積分微分（ＰＩＤ）制御部を適
用し、その比例ゲインＫp、積分ゲインＫiおよび微分ゲ
インＫdを変更することにより、制御ループの制御ゲイ
ンを変更してもよい。その他、特許請求の範囲に記載さ
れた事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】車速および操舵トルクに応じた目標電流の設定
例を示す図である。

【符号の説明】

１トルクセンサ２車速センサ３電子制御ユニット４電流検出回路５ＰＷＭ制御部６バッテリ７バッテリ電圧検出回路３１目標電流設定部３２減算部３３比例積分制御部３４ゲイン補正部３５デューティ演算部３６補正ゲイン設定部Ｍ電動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 119:00 Ｆターム(参考） 3D032 CC08 CC12 CC48 DA15 DA23 DA64 DA65 DB02 DB03 DC01 DC02 DC03 DC35 DC40 DD02 DD06 DD10 DD17 DE05 EB11 EC23 GG01 3D033 CA03 CA13 CA16 CA20 CA21 5H550 AA16 BB10 GG05 GG10 HB16 JJ23 JJ24 LL01 LL23 LL32 5H570 AA21 BB20 GG01 GG08 HB16 JJ23 JJ24 LL03 LL12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータの回転力によりステアリング機
構に与えるべき操舵補助力を発生する電動パワーステア
リング装置であって、電動モータを駆動制御するモータ制御手段と、電動モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源
電圧検出手段と、この電源電圧検出手段によって検出される電源の電圧に
基づいて、上記モータ制御手段による電動モータの制御
ゲインを変更する制御ゲイン変更手段とを含むことを特
徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】電動モータの回転力によりステアリング機
構に与えるべき操舵補助力を発生する電動パワーステア
リング装置であって、電動モータに与えるべき目標電流を定め、この目標電流
に基づいて電動モータを駆動制御するモータ制御手段
と、上記目標電流の大小に応じて、上記モータ制御手段によ
る電動モータの制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手
段とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装
置。
【請求項３】電動モータの回転力によりステアリング機
構に与えるべき操舵補助力を発生する電動パワーステア
リング装置であって、この電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車
速に応じて電動モータに与えるべき目標電流を定め、こ
の目標電流に基づいて電動モータを駆動制御するモータ
制御手段と、上記車速の大小に応じて、上記モータ制御手段による電
動モータの制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。