JP2001253354A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速時におけるステアリング・ホイールの操
舵感や操作性の向上。 【解決手段】 トルク値Ｔ_A 、Ｔ_D1、Ｔ_D2は、トルク信
号６（操舵トルクτ）、車速信号７（車両の速度ｖ）、
ハンドル回転速度８（操舵機構の角速度ω）に基づいて
決定される。例えば、アシスト制御部４は、アシストト
ルクＴ_A を位相が補償された操舵トルクτ′と車速ｖを
引数とする関数ｆ（ｖ，τ′）により算出する。第１ダ
ンパー制御部１０では、ダンパートルクＴ_D1を関数ｇ
（ｖ，ω）により算出する。更に、新規追加の第２ダン
パー制御部２０では、ダンパートルクＴ_D2を式「Ｔ_D2＝
ＭＩＮ（ＴD2_max ，ｃ₂ ａω）」により算出する。ただ
し、ＴD2_max 、ｃ₂ は定数である。この様に加速度ａに
応じて増加するダンパートルク（Ｔ_D1＋Ｔ_D2）をトルク
Ｔ_A と共に操舵系に出力すれば、加速時により強く急激
に伝達される外乱（セルフアライニングトルク）は、良
好に緩和される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
パワーステアリング装置に関し、特に、路面より車両の
前輪を介してステアリング・ホイールに伝達されるセル
フ・アライニング・トルク（即ち、ステアリング・ホイ
ールを中立位置に戻そうとする路面からの力）の過剰或
いは急激な伝播を相殺、緩和、又は抑制するステアリン
グ・ダンパーの作用を補償するダンパー補償制御手段を
備えた電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】操舵系に連結されたモータの出力トルク
を制御する電動パワーステアリング装置としては、例え
ば、「特開平８−１７５４０４：電動パワーステアリン
グ装置」や「特開平１０−１４７２４９：電動パワース
テアリング装置の制御装置」等に記載されているものな
どが一般に知られている。これらの従来技術において
は、モータの出力トルクを制御することにより、操舵系
へのアシストトルクの補償やステアリングダンパーの機
能の補償等の「操舵トルクに関する補償制御」を行って
いる。

【０００３】また、通常、これらのダンパー補償制御に
おける補償トルク（ダンパー・トルク）の大きさは、操
舵機構の角速度ωや車速ｖに応じて制御されている。ま
た、これらのダンパー補償制御は、ステアリングダンパ
ー等の油圧機構や弾性機構から得られる緩衝作用が十分
ではない場合や、或いは、これらの緩衝機構が具備され
ていない場合等に特に大きな効果を奏する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セルフ
・アライニング・トルクの操舵感に対する影響の度合い
は、操舵機構の角速度ωや車速ｖだけではなく、更に車
両の加速度ａにも大きく依存することがある。例えば、
一般に車両の急加速時などでは、車体重量は相対的に後
輪側に傾き易く、前輪側への加重が比較的軽くなる傾向
があるため、前輪の接地面積や前輪の左右回動方向（操
舵角方向）の路面との摩擦力が小さくなる。このため、
特に、車両の加速度ａが大きい場合には、前輪は左右に
回動し易くなり、セルフ・アライニング・トルクが急激
又は過剰にステアリング・ホイールへ伝播されて、操舵
感に悪影響を及ぼす恐れがある。

【０００５】即ち、低速走行時でも加速状況に依って
は、前輪が左右に回動し易くなる場合が有るため、上記
の制御パラメータ（操舵機構の角速度ω、車速ｖ）だけ
ではダンパー・トルクを的確に制御することはできず、
例えばステアリング・ホイールが戻り過ぎる等して、操
舵感や操作性が悪くなる場合がある。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、車両の加速時における
操舵感や操作性を向上させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、車両のステアリング・シャフト又はステアリング・
ギヤに対してアシスト・トルクＴ_A 又はダンパー・トル
クＴ_D を与えるモータを備えた操舵機構と、このモータ
を駆動制御する制御装置とを有する電動パワーステアリ
ング装置において、車両の速度ｖ、加速度ａ、及び、操
舵機構の角速度ωに基づいて、ダンパー・トルクＴ_D の
出力値を制御するダンパー補償制御手段を設けることで
ある。

【０００８】また、第２の手段は、上記のダンパー補償
制御手段において、加速度ａの増加に応じてダンパー・
トルクＴ_D を増加させることである。

【０００９】更に、第３の手段は、上記の第１又は第２
のダンパー補償制御手段においてい、ダンパー・トルク
Ｔ_D の加速度ａによる偏微分値が、角速度ωに略比例す
る様に、ダンパー・トルクＴ_D の値を決定することであ
る。以上の手段により、前記の課題を解決することがで
きる。

【００１０】

【作用及び発明の効果】一般に、車両の加速度ａが大き
い場合には、上記の様に前輪は比較的左右に回動し易く
なり、セルフ・アライニング・トルクの操舵感への影響
は増大するが、上記の本発明の手段により、従来の制御
パラメータ（操舵機構の角速度ω、車速ｖ）に加えて、
更に車両の加速度ａの増減にも応じた適度のダンパー・
トルクＴ _D を操舵系に出力する様にすれば、セルフ・ア
ライニング・トルクの過剰或いは急激な伝播は、このダ
ンパー・トルクＴ_D によって相殺、緩和、又は抑制され
ることになる。

【００１１】上記のダンパー補償制御手段において、こ
の様な車両の加速度ａの増減にも応じた適度のダンパー
トルクＴ_D の値を具体的に決定するためには、例えば、
ダンパー・トルクＴ_D の加速度ａによる偏微分値が、操
舵機構の角速度ωに略比例する様に制御すれば良い。こ
の時、ダンパートルクＴ_D は、勿論従来と同様に加速度
ａには直接依存しない項、即ち、従来と同様に車速ｖや
操舵機構の角速度ωにのみ依存する項を有していても良
い。

【００１２】これらの手段によれば、前輪が比較的左右
に切れ易くなっている時程、セルフ・アライニング・ト
ルクの過剰或いは急激な伝播に相反するトルクを付加的
に生成することができる様になるため、例えばステアリ
ング・ホイールが急激に戻り過ぎる等の不具合を解消す
ることができ、車両の加速時における操舵感や操作性を
向上させることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。 （第１実施例）図１は、本第１実施例における電動パワ
ーステアリング装置１００の制御方式を表すブロック図
である。ただし、図中の各変数の定義は、以下の通りで
ある。

【００１４】（変数） Ｖ_n ： 電圧指令値 Ｉ_n ： 電流指令値 Ｉ_a ： 電流測定値（フィード・バック電流値） Ｔ_n ： トルク指令値 Ｔ_A ： アシスト・トルク Ｔ_D ： 全ダンパー・トルク（Ｔ_D1＋Ｔ_D2） Ｔ_D1 ： 第１のダンパー・トルク Ｔ_D2 ： 第２のダンパー・トルク τ ： 操舵トルク ｖ ： 車両の速度 ａ ： 車両の加速度 ω ： 操舵機構の角速度

【００１５】アシスト制御、及びダンパー制御の各機能
の概要は、以下の通りである。 〔アシスト制御〕ハンドルの切り込み方向にモータトル
ク（所謂アシストトルク）を与える。 〔ダンパー制御〕セルフアライニングトルクによりハン
ドルを中立方向に戻す力が働くが、この力が強過ぎると
オーバーシュートしてしまう。これを防止するため、モ
ータ（ハンドル）回転と反対方向に補償トルク（所謂ダ
ンパートルク）を与える。

【００１６】これらの機能を組み合わせることにより、
所望のトルクが操舵系に与えられ、所望のパワーステア
リングが実現される。以下、これらの機能を実現する各
部の動作を各ブロック毎に説明する。

【００１７】直流モータＭには、図略の電流計が接続さ
れており、この直流モータＭに流れる直流電流の値（電
流測定値）Ｉ_a は随時、電流ループ演算部２に帰還され
る。電流ループ演算部２は、入力された電流指令値Ｉ_n
と電流測定値Ｉ_a とに基づいて、ＰＩ制御等の公知の制
御理論に基づいて、ＰＷＭ回路１に指令すべき指令電圧
Ｖ_n の値を演算する。

【００１８】ＰＷＭ回路１は、図略の電源回路、パワー
ＭＯＳ・ＦＥＴ、ＰＭＯＳ駆動回路、ＰＷＭ変換器等か
ら構成されており、チョッパ制御等の公知の制御手段に
より、直流モータＭに印加される電圧が上記の指令電圧
Ｖ_n に成る様に作動する。また、電流指令値算出部３
は、入力されたトルク指令値Ｔ_n に基づいて、このトル
ク値Ｔ_n を直流モータＭにて出力するのに必要十分な直
流電流の値（上記の電流指令値）Ｉ_n を求める。

【００１９】本第１実施例においては、上記のトルク指
令値Ｔ_n は、次式（１）により、求められる。

【数１】 Ｔ_n ＝Ｔ_A ＋Ｔ_D ＝Ｔ_A ＋（Ｔ_D1＋Ｔ_D2） …（１） ただし、ここで、アシストトルクＴ_A 、ダンパートルク
Ｔ_D1、及び、ダンパートルクＴ_D2は、それぞれ、本図１
のアシスト制御部４、第１ダンパー制御部１０、及び、
第２ダンパー制御部２０により算出されるトルク値であ
る。

【００２０】これらのトルク値Ｔ_A 、Ｔ_D1、Ｔ_D2は、随
時検知・入力されるトルク信号６（操舵トルクτ）、車
速信号７（車両の速度ｖ）、及び、ハンドル回転速度８
（操舵機構の角速度ω）に基づいて、例えば以下の様に
決定することができる。

【００２１】即ち、アシスト制御部４は、位相補償フィ
ルタ５によって位相が補償された操舵トルクτ′と車速
ｖとを引数（入力値）とする、次式（２）の関数ｆに基
づいてアシストトルクＴ_A を算出する。

【数２】 Ｔ_A ＝ｆ（ｖ，τ′） …（２） ただし、この関数ｆは、予め多項式又はデータマップ等
により定義された、例えば図２に示す様なアシスト特性
を有するもので良い。

【００２２】また、第１ダンパー制御部１０では、例え
ば、次式（３）の関数ｇに基づいてダンパートルクＴ_D1
を算出する。

【数３】 Ｔ_D1＝ｇ（ｖ，ω） ＝ＭＩＮ（ＴD1_max ，ｃ₁ （ｖ−ｖ₁ ）ω） …（３） ただし、ここで、関数ＭＩＮ（Ａ，Ｂ）はＡとＢの内か
ら大きくない方を選択する関数であり、ωは上記の操舵
機構の角速度、ＴＤ１_max 、ｃ₁ 、ｖ₁ は所定の定数で
ある。

【００２３】また、以上の構成に対して更に、本発明に
より新規に追加される第２ダンパー制御部２０では、例
えば、次式（４）の関数ｈに基づいてダンパートルクＴ
_D2を算出する。

【数４】 Ｔ_D2＝ｈ（ａ，ω） ＝ＭＩＮ（ＴD2_max ，ｃ₂ ａω） …（４） ただし、ここで、ＴD2_max 、ｃ₂ は所定の定数であり、
ａは本発明において新規に追加された微分演算部Ｓにて
算出された車両の加速度である。

【００２４】即ち、本第１実施例における全ダンパー・
トルクＴ_D （＝Ｔ_D1＋Ｔ_D2）は、上限値「ＴD1_max ＋Ｔ
D2_max 」を有して飽和し、第２ダンパー・トルクＴ
_D2は、上限値「ＴD2_max 」を有して飽和する。また、全
ダンパー・トルクＴ_D （或いは、第２ダンパー・トルク
Ｔ_D2）の加速度ａによる偏微分値∂Ｔ_D ／∂ａ（＝∂Ｔ
_D2／∂ａ＝ｃ₂ ω）は、所定区間内において操舵機構の
角速度ωに対して比例する。

【００２５】また、上記の式（４）の代わりに、例え
ば、上限値ＴD2_max に対して漸近的に飽和したり、所定
の領域で近似的にＴ_D2がａωに対し略比例、又は略単調
増加する様な式（４）を適当に近似的した任意の関数を
用いて上記の第２ダンパー・トルクＴ_D2の値を決定して
も良い。この様な関数としては、例えば、次式（５）或
いは次式（６）等の様な関数を例示することができる。
ただし、ここで、α１，Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２はそれ
ぞれ適当な定数である。

【数５】 Ｔ_D2＝α１（ａω−Ａ₁ ）^5/2 （Ａ₁ ＜（ａω）＜Ａ₂ ）， Ｔ_D2＝ＴD2_max ＝α１（Ａ₂ −Ａ₁ ）^5/2 （Ａ₂ ≦（ａω））， Ｔ_D2＝０ （（ａω）≦Ａ₁ ） …（５）

【数６】 Ｔ_D2＝ＴD2_max ｛１−exp[−（ａω−Ｂ1)／Ｂ２] ｝（Ｂ₁ ＜（ａω））， Ｔ_D2＝０ （（ａω）≦Ｂ₁ ） …（６）

【００２６】以上の様に、従来の制御パラメータ（操舵
機構の角速度ω、車速ｖ）から算出されるダンパートル
クＴ_D1に加えて、更に車両の加速度ａの増減に応じてダ
ンパートルクＴ_D2を決定し、この両者の和を全ダンパー
・トルクとして、アシストトルクＴ_A と共に操舵系に出
力する様にすれば、セルフ・アライニング・トルクの過
剰或いは急激な伝播は、この加速度ａの影響をも加味し
た適度のダンパー・トルクによって相殺、緩和、又は抑
制されることになる。

【００２７】従って、例えば、車両の加速時におけるス
テアリング・ホイール（ハンドル）が急激に戻り過ぎる
等の不具合を解消することができ、操舵感や操作性を向
上させることが可能となる。

【００２８】尚、全ダンパー・トルクＴ_D 、或いは、第
２ダンパー・トルクＴ_D2は、より一般には、ある上限値
をもって飽和する様に設定し、また、その上限値に達す
るまでの間は、概ね車両の加速度ａやステアリング・ホ
イールの操舵機構の角速度ωに対して略比例する様にダ
ンパー・トルクを決定すれば良い。

【００２９】（第２実施例）図３は、本第２実施例にお
ける電動パワーステアリング装置２００の制御方式を表
すブロック図である。本第２実施例の電動パワーステア
リング装置２００は、本図３に示す様に、上記の第１実
施例と略同様のダンパー・トルクの制御を行っている。

【００３０】しかしながら、より詳細には、本電動パワ
ーステアリング装置２００では、トルク指令値Ｔ_n 、及
び、全ダンパー・トルクＴ_D を、以下の式（７）、式
（８）、及び、前記式（２）に従って算出している。

【００３１】

【数７】 Ｔ_n ＝Ｔ_A ＋Ｔ_D …（７）

【数８】 Ｔ_D ＝Ｇ（ｖ，ａ，ω） ＝ＭＩＮ（ＴＤ_max ，ｃｖａω） …（８） ただし、ここで、ＴＤ_max 、及び、ｃは所定の定数であ
る。例えば、この様なダンパー・トルクＴ_D の算出によ
っても、前記の第１実施例と略同等の作用・効果を得る
ことができる。

【００３２】また、上記の式（８）の代わりに次式
（９）を用いて全ダンパー・トルクＴ_Dを決定しても良
い。

【数９】 Ｔ_D ＝Ｇ（ｖ，ａ，ω） ＝ＭＩＮ（ＴＤ_max ，｛ｃ₁ （ｖ−ｖ₁ ）＋ｃ₂ ａ｝ω） …（９）

【００３３】尚、上記の各実施例では、ダンパトルク制
御部（２０，３０）の外部で車速ｖの微分計算（Ｓ）を
行なっているが、車両の加速度ａの算出は、これらのダ
ンパトルク制御部の内部にて行っても良い。一般には、
車両の加速度ａは、これらのダンパトルク制御部を含め
それ以前の処理過程において、車速ｖの微分演算にて求
めれば良い。これらの構成の問題は、どこまでの処理を
「ダンパトルク制御部」と名付けるかの定義の問題でし
かない。

【００３４】また、上記の各実施例においては、車速ｖ
を微分することにより車両の加速度ａを求めたが、例え
ば、重量計等の直截的な加速度計を用いて物理的に直接
車両の加速度ａを求めても良い。この様な加速度検出手
段によれば、平坦路での車両の加速や減速の場合と同様
に、坂道等の斜面を昇降する際にも、車体重量の相対的
な前輪側又は後輪側への加重の移動が検出できる様にな
る。これにより、例えば略等速度で斜面を登ったり下っ
たりしている場合にも、前輪の左右方向への回動のし易
さの変化が検出できる様になる。従って、この様な加速
度検出手段によれば、坂道の昇降等の場合にも、ステア
リング・ホイール（ハンドル）が急激に戻り過ぎる等の
不具合を解消でき、操舵感や操作性を向上させることが
可能となる。

【００３５】また、上記各実施例では、ダンパトルクＴ
_D を算出するための制御パラメータとしての操舵機構の
角速度ωをハンドル回転速度としていたが、これに代え
てモータ回転速度としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における電動パワーステア
リング装置１００の制御方式を表すブロック図。

【図２】本発明の第１実施例における関数ｆの定義例を
示すグラフ。

【図３】本発明の第２実施例における電動パワーステア
リング装置２００の制御方式を表すブロック図。

【符号の説明】

１００，２００ … 電動パワーステアリング装置 １ … ＰＷＭ回路 ２ … 電流ループ制御部 ３ … 電流指令値算出部 ４ … アシストトルク制御部 ５ … 位相補償フィルタ ６ … 操舵トルクセンサ ７ … 車速センサ ８ … 操舵機構の角速度センサ １０，２０，３０ … ダンパトルク制御部 Ｔ_D1，Ｔ_D2，Ｔ_D … ダンパー・トルク Ｔ_A … アシスト・トルク ｖ … 車両の速度 ａ … 車両の加速度 τ … 操舵トルク ω … 操舵機構の角速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 浩 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA09 DA15 DA23 DA25 DA64 DC03 DD10 DD17 EC23 3D033 CA03 CA13 CA14 CA16 CA28 CA29

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両のステアリング・シャフト又はステ
   アリング・ギヤに対してアシスト・トルクＴ_A 又はダン
   パー・トルクＴ_D を与えるモータを備えた操舵機構と、
   前記モータを駆動制御する制御装置とを有する電動パワ
   ーステアリング装置において、 前記車両の速度ｖ、加速度ａ、及び、前記操舵機構の角
   速度ωに基づいて、前記ダンパー・トルクＴ_D の出力値
   を制御するダンパー補償制御手段を備えたことを特徴と
   する電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記ダンパー補償制御手段は、 前記加速度ａの増加に応じて前記ダンパー・トルクＴ_D
   を増加させることを特徴とする請求項１に記載の電動パ
   ワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記ダンパー補償制御手段は、 前記ダンパー・トルクＴ_D の前記加速度ａによる偏微分
   値が、前記角速度ωに略比例する様に、前記ダンパー・
   トルクＴ_D の値を決定することを特徴とする請求項１ま
   たは、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。