JP2001260925A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中速および高速走行時のモータ指令トルクを、
据切り時のアシストトルクマップに車速に応じた重み関
数を乗じた値とすると、低速、据切り時におけるモータ
の保護と、中速、高速走行時における操舵フィーリング
の向上とを両立することが難しい。 【解決手段】据切り時における操舵トルクに対するモー
タ指令トルクを定めたアシストトルクマップ４６Ａを備
え、中速、高速走行時にはアシストトルクマップ４６Ａ
から車速に応じた重み関数を演算して車速に応じたモー
タ指令トルクＴｍ’を決定するアシストトルク決定手段
４６と、このアシストトルク決定手段４６にて決定され
たモータ指令トルクＴｍ’を定められた範囲内に制限す
る指令制限手段５０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハンドルに加えら
れた操舵トルクを電動モータによってアシストする電動
式パワーステアリング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動式パワーステアリング装置は、ステ
アリングハンドルに加えた運転者の操舵トルクをトルク
センサにて検出するとともに、車速を車速センサにて検
出し、これら操舵トルクおよび車速に応じて電動モータ
に加えるべき出力電流を決定し、電動モータの出力で操
舵トルクをアシスト制御するようになっている。これに
より、据切り時にはハンドル操作を軽く行え、中速およ
び高速時にはしっかりとした手応え感が得られるように
している。

【０００３】ここで、車速依存性をもたせる１つの方法
として、図８の実線Ａに示すように、据切り時における
操舵トルクＴｓに対するモータトルクＴｍを定めたアシ
ストトルクマップを設け、このアシストトルクマップよ
り操舵トルクＴｓに応じたモータトルクＴｍを算出し、
さらにこのモータトルクＴｍに車速の重み係数をかける
ことで電動モータで発生すべきモータ指令トルクを決定
するようにしている。

【０００４】すなわち、車速の重み係数は、最もモータ
トルクを必要とする据切り時（車速＝０ｋｍ／ｈ）を
“１”とし、走行時は車速の大きさに応じて“１”から
“０”の間の値を取ることにより、例えば車速１００
ｋｍ／ｈでのモータ指令トルクを重み関数によって図８
の破線Ｂに示すようにしている。このようなマップ方式
によれば、据切り時における操舵トルクに対するアシス
トトルクを固定的に設定した１つのマップを記憶してお
くのみで、車速に応じて変化するアシストトルクを決定
できる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、据切り時に
おけるアシストトルクマップを設定するに当たっては、
図８の実線Ａに示すように、操舵トルクＴｓの増大に応
じてモータトルクＴｍを増加するようにしているが、電
動モータを保護するために、電動モータに加わる負荷
（モータトルク）が設定値を越えないようにする必要が
ある。このために、アシストトルクマップの高操舵トル
ク領域（図８のＣ部）においては、モータトルクを設定
値Ｔｍｌｉｍを越えないようにフラットな特性にしてい
る。

【０００６】その結果、中速および高速走行時において
は、この据切り時の特性に車速重み関数を乗じた値がモ
ータ指令トルクとなることから、中速および高速走行時
においても、高操舵トルク領域におけるモータ指令トル
クが図８のＤ部に示すようにフラットな特性となる。こ
のために、中速および高速走行時にある程度の量を操舵
するような場合、操舵トルクが重くなるという問題があ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した問題
を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発
明は、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トル
クを補助する電動モータと、操舵トルクに対応するモー
タトルクを求め、前記電動モータを制御するモータ制御
手段とを備えた電動式パワーステアリング装置におい
て、前記操舵トルクに対するモータトルクを定めたアシ
ストトルクマップを設け、このアシストトルクマップか
ら求められるモータトルクに車速に応じた重み関数を演
算して車速に応じたモータ指令トルクを決定するモータ
指令トルク決定手段と、このモータ指令トルク決定手段
にて決定されたモータ指令トルクを定められた範囲内に
制限する指令制限手段とを備えてなるものである。

【０００８】上記した請求項１に記載の発明によれば、
アシストトルクマップに基づいて求められた操舵トルク
に対するモータトルクに基づいて、車速に応じた重み関
数により、車速に応じたモータ指令トルクが演算され、
このモータ指令トルクによって電動モータが制御され、
操舵トルクがアシストされる。この際、アシストトルク
マップを高操舵トルク時においては操舵トルクの増加に
つれてモータトルクが増加し続ける特性に設定すること
により、中速、高速走行時における高操舵トルク時にお
いては、操舵トルクの増加に応じてモータトルクを増加
できるようになる。これにより、中速、高速走行時にお
いても操舵が急に重くなることがなく、良好な操舵フィ
ーリングが得られる。しかも、据切り時においては、高
操舵トルク時のモータ指令トルクが、指令制限手段によ
って所定範囲内に制限されるため、電動モータの保護も
併せて行えるようになる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記アシストト
ルクマップは、据切り時における操舵トルクに対するモ
ータトルクが定められており、また車速に応じた重み関
数は、据切り時を１とし、中速、高速走行時には１から
０の間を取るようにしてなるものである。上記した請求
項２の発明によれば、据切り時においては、アシストト
ルクマップで設定された操舵トルクに対するモータトル
クによってアシスト制御され、中速、高速走行時におい
ては、車速に応じた重み関数の割合に応じて減じられた
モータ指令トルクによってアシスト制御される。従っ
て、据切り時における操舵トルクに対するモータトルク
を定めた１つのアシストトルクマップで、据切りから高
速までの広範囲なアシスト制御を容易に行えるようにな
る。

【００１０】請求項３に記載の発明は、据切り時におけ
る操舵トルクに対するモータトルクを定めたアシストト
ルクマップは、高操舵トルク時においては前記指令制限
手段にて制限されるモータ指令トルクを越える値に設定
されているものである。上記した請求項３の発明によれ
ば、指令制限手段により、低速、据切り時においてはア
シストトルクマップにて設定されたモータトルクより所
定値以上の指令値が制限されることにより、電動モータ
の保護が図られ、一方、中速、高速走行時においては、
アシストトルクマップにて設定されたモータトルクが車
速に応じた重み関数に応じて減じられはしても、アシス
トトルクマップにて設定された特性に応じて適正にアシ
スト制御される。

【００１１】

【実施の形態】以下本発明の実施の形態に係る電動式パ
ワーステアリング装置について図面を参照して説明す
る。図１は電動式パワーステアリング装置の制御構成を
示すブロック図である。電動式パワーステアリング装置
は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２と、
車速を検出するための車速センサ１４と、これらトルク
センサ１２及び車速センサ１４にて検出された操舵トル
クＴｓ及び車速Ｖに基づいてモータトルク（アシストト
ルク）Ｔｍを演算する制御装置２０と、モータトルクＴ
ｍに基づいて電動モータＭを制御するモータ駆動装置３
０とからなっている。

【００１２】前記トルクセンサ１２は、車両のステアリ
ングハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結され
た出力軸との間に配設されたトーションバーの捩れ量か
ら操舵トルクＴｓを検出するものであり、制御装置２０
は、ＣＰＵ２２と、このＣＰＵ２２とトルクセンサ１２
及び車速センサ１４とを接続するためのインタフェイス
２４とから構成されている。

【００１３】図２は、前記制御装置２０とモータ駆動装
置３０との制御系のブロック図を示す。トルクセンサ１
２にて検出された操舵トルクＴｓ（電圧値）は、ノイズ
を除去するとともにＡ／Ｄ変換を行うフィルタ回路４２
を介して位相補償手段４４へ出力される。位相補償手段
４４は、検出値を微分することで位相を進め、操舵アシ
ストの遅れを補償する。すなわち、検出値に基づき指令
値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、
この一定時間が検出値に対する指令値の遅れとなる。こ
のために、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、
操舵アシストを適正に制御し得ないことになるため、前
記位相補償手段４４が操舵トルクＴｓの位相を進める。

【００１４】一方、車速センサ１４からの車速値は、車
速パルス検出手段６０にて波形整形され、車速重み関数
決定手段６２による重み付け関数に基づいて車速Ｖに応
じた重み付けが行われる。すなわち、図３に示すよう
に、車速Ｖを横軸に、重み係数を縦軸にした重み付けマ
ップ６２ＡがＣＰＵ２２のＲＯＭに記憶されており、車
速に応じてマップ６２Ａを検索することで、車速が０ｋ
ｍ／ｈ（据切り時）の際には“１”を出力し、走行時に
おいては、車速の大きさに応じて“１”から“０”の間
の係数を出力する。例えば、車速が１００ｋｍ／ｈの場
合には“０．２”を出力するようになっている。

【００１５】アシストトルク決定手段４６は、図３に示
す操舵トルクＴｓ−モータトルクＴｍの関係を定めたア
シストトルクマップ４６Ａと、ノード４６Ｂとの機能を
有しており、前記位相補償手段４４からの操舵トルクＴ
ｓと、前記車速重み関数決定手段６２からの重み付け関
数Ｗａに基づいて電動モータＭによるアシスト量を決定
するようになっている。すなわち、アシストトルク決定
手段は４６は、入力された操舵トルクＴｓに対応するモ
ータトルクＴｍをマップを検索して求め、この検索した
モータトルクＴｍと車速重み関数決定手段６２からの重
み付け関数Ｗａとをノード４６Ａにて積算することによ
り、電動モータＭでアシストすべきモータ指令トルクＴ
ｍ’を出力する。

【００１６】図４に、操舵トルクＴｓとモータトルクＴ
ｍとの関係を定めたアシストトルクマップ４６Ａの詳細
を示す。同図から明らかなように、操舵トルクが０から
Ｔｓ１までの小操舵トルク領域においては、モータトル
クＴｍを０にしてアシストを行わない不感帯としてい
る。操舵トルクがＴｓ１からＴｓ２までの間は、操舵ト
ルクの増大に応じてモータトルクが徐々に増加されるよ
うにし、さらに操舵トルクがＴｓ２を越えると、操舵ト
ルクの増大に対するモータトルクの増加割合が大きくな
るようにしている。そして、本実施の形態におけるアシ
ストトルクマップ４６Ａは従来のものと異なり、高操舵
トルク領域においても、モータトルクＴｍをフラットな
特性にすることなく増加し続けるようなマップ形状に構
成されている。すなわち、高操舵トルク領域におけるモ
ータトルクＴｍ（図４のＣ部）は、上記した設定値Ｔｍ
ｌｉｍ（図８）を越える値に設定されている。なお、図
４に示すアシストトルクマップ４６Ａは、図３に示すア
シストトルクマップより明らかなように、右切り時にお
けるモータトルク特性のみを示し、左切り時のモータト
ルク特性は省略してある。

【００１７】電流指令決定手段４８は、アシストトルク
決定手段４６にて決定されたモータ指令トルクＴｍ’を
電動モータＭによって発生させるための電流指令値Ｉｍ
を演算により決定するものであり、また、電流指令制限
手段５０は電流指令決定手段４８から出力された前記電
流指令値Ｉｍを、予め定められた上限設定値Ｉｍｌｉｍ
と下限設定値−Ｉｍｌｉｍの範囲内に制限し、電動モー
タＭの保護を図るものである。図５に、前記電流指令決
定手段４８にて決定されたモータ指令トルクＴｍ’に対
する電流指令値Ｉｍの特性図と、前記電流指令制限手段
５０によって電流指令値Ｉｍを上限設定値Ｉｍｌｉｍと
下限設定値−Ｉｍｌｉｍの範囲内に制限した線図（２点
鎖線）とを併せて示す。

【００１８】前記電流指令制限手段５０からの電流指令
値Ｉｍはモータ電流をフィードバックするノード５１を
介して増幅手段５２へ出力される。増幅手段５２は入力
された値を増幅してＰＷＭ回路５４へ出力する。ＰＷＭ
回路５４は増幅手段５２により出力された値に応じて、
バッテリ（図示せず）からの電流をＯＮ−ＯＦＦするＰ
ＷＭ制御を行い、モータ指令トルクＴｍ’（電流指令値
Ｉｍ）に応じたトルクを発生させ、操舵をアシストす
る。なお、上記したフィルタ回路４２、位相補償手段４
４、アシストトルク決定手段４６、車速パルス検出手段
６０、車速重み関数決定手段６２の機能を、図１中の制
御装置２０が果たし、電流指令決定手段４８、電流指令
制限手段５０、ノード５１、増幅手段５２、ＰＷＭ回路
５４をモータ駆動回路３０が備える。

【００１９】次に、モータ指令トルクＴｍ’の演算処
理、ならびに電動モータＭの制御処理について、図６及
び図７のフローチャートを参照して説明する。ＣＰＵ２
２は、図６に示すように、先ずステップＳ１０におい
て、トルクセンサ１２からの操舵トルクＴｓ、及び車速
センサ１４からの車速Ｖを読込む。次いでステップＳ１
２において、図４に示すアシストトルクマップ４６Ａを
用いて操舵トルクＴｓに対応したモータトルクＴｍを算
出する。次いでステップＳ１４において、算出したモー
タトルクＴｍに車速Ｖに応じた重み付け値Ｗａを乗算し
てモータ指令トルクＴｍ’を算出する。

【００２０】例えば据切り時においては、車速に応じた
重み付け値Ｗａが“１”であるので、図４に示すアシス
トトルクマップ４６Ａに基づいて算出されたモータトル
クＴｍがそのままモータ指令トルクＴｍ’として算出さ
れる。また、走行時においては、車速に応じた重み付け
値Ｗａ（“１~０”の間）によって、アシストトルクマ
ップ４６Ａに基づいて算出されたモータトルクＴｍが減
じられ、車速Ｖに応じたモータ指令トルクＴｍ’が算出
される。

【００２１】さらにＣＰＵ２２は、図７に示すように、
ステップＳ１６において、前述したように算出されたモ
ータ指令トルクＴｍ’を読込み、次いでステップＳ１８
において、このモータ指令トルクＴｍ’を電動モータＭ
にて発生させるための電流指令値Ｉｍを演算する。ステ
ップＳ２０においては、前記電流指令値Ｉｍが電流指令
制限手段５０で設定された上限設定値Ｉｍｌｉｍよりも
小さく、かつ下限設定値−Ｉｍｌｉｍよりも大きいか否
かが判断され、イエスの場合には前記ステップＳ１８で
演算された電流指令値Ｉｍがそのまま出力（ステップＳ
２２）される。これに対して、電流指令値Ｉｍが前記上
限設定値Ｉｍｌｉｍより大きいか、下限設定値−Ｉｍｌ
ｉｍよりも小さい場合には電流指令値Ｉｍとして設定値
Ｉｍｌｉｍが出力（ステップＳ２４）される。

【００２２】電流指令制限手段５０からの電流指令値Ｉ
ｍは増幅手段５２を介してＰＷＭ回路５４へ出力され
る。ＰＷＭ回路５４は増幅手段５２により出力された値
に応じて電動モータＭを制御し、電動モータＭにてモー
タ指令トルクＴｍ’に応じたアシストトルクを発生さ
せ、操舵トルクＴｓおよび車速Ｖに応じて操舵トルクを
アシストする。上記したような電流指令制限処理によ
り、据切り時においては、ステアリングハンドルに加え
られた操舵トルクＴｓの増大に拘らず、電流指令値Ｉｍ
は上限値Ｉｍｌｉｍを越えないように制限される。

【００２３】一方、中速、高速走行時においては、アシ
ストトルクマップ４６Ａより算出された操舵トルクＴｓ
に対するモータトルクＴｍに基づいて、車速Ｖに応じた
重み付け値Ｗａにより車速に応じて減じられるモータ指
令トルクＴｍ’が演算されるとともに、このモータ指令
トルクＴｍ’に応じた電流指令値Ｉｍが演算される。従
って、中速、高速走行時においては、高操舵トルク領域
においても、電流指令値Ｉｍが上限値Ｔｍｌｉｍを越え
ることがないため、ステアリングハンドルに大きな操舵
トルクが加えられた場合には、操舵トルクの増大に応じ
て電動モータＭによるアシスト作用が増大される操舵特
性が得られる。

【００２４】上記した実施の形態によれば、１つのアシ
ストトルクマップ４６Ａを利用して、低速、据切り時に
おける高操舵トルク領域においては、モータ指令トルク
Ｔｍ’を上限設定値Ｔｍｌｉｍを越えないようにし、逆
に中速、高速走行時における高操舵トルク領域において
は、操舵トルクの増加に従ってモータ指令トルクＴｍ’
が増大し続ける特性とすることができる。従って、低
速、据切り時におけるモータＭの保護と、中速、高速走
行時における操舵フィーリングの向上とを満足できる電
動式パワーステアリングを得ることができる。

【００２５】なお、上記した実施の形態においては、ア
シストトルク決定手段４６にて決定されたモータ指令ト
ルクＴｍ’に応じた電流指令値Ｉｍを、電流指令決定手
段４８にて演算し、この電流指令値Ｉｍの上限を電流指
令制限手段５０によって制限するようにしたが、アシス
トトルク決定手段４６にて決定されたモータ指令トルク
Ｔｍ’の上限を制限手段によって制限し、この制限手段
からのモータ指令トルクに応じた電流指令値を演算して
電動モータＭを制御してもよい。

【００２６】また、上記した実施の形態においては、電
流指令決定手段４８にてモータ指令トルクＴｍ’に対す
る電流指令値Ｉｍを決定するとともに、電流指令制限手
段５０にて電流指令値Ｉｍを定められた範囲内に制限す
るようにした例について述べたが、図５に示すような制
限マップをＲＯＭに記憶しておき、モータ指令トルクＴ
ｍ’に対してマップ検索により、許容範囲を超えない電
流指令値Ｉｍを直接算出するようにすることも可能であ
る。、

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アシ
ストトルクマップとは別に、モータ指令トルクの上限を
制限する指令制限手段を設けたので、アシストトルクマ
ップとしては、モータ保護を考慮しなくてもよくなり、
車速に応じた重み付け関数から求められる中速、高速走
行時におけるアシスト制御を適正に設定できる特徴があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電動式パワーステア
リング装置の制御構成を示すブロック図である。

【図２】図１の制御装置とモータ駆動装置との制御系の
ブロック図である。

【図３】アシストトルク決定手段および車速重み関数決
定手段に保持されているアシストトルクマップおよび重
み付けマップを示す説明図である。

【図４】図３に示すアシストトルクマップの詳細を示す
図である。

【図５】アシストトルクマップに基づいて演算された電
流特性を示す図である。

【図６】ＣＰＵのモータ指令アシスト値の演算処理を示
すフローチャートである。

【図７】ＣＰＵの電流指令制限処理を示すフローチャー
トである。

【図８】従来のアシストトルクマップを示す図である。

【符号の説明】

１２ トルクセンサ １４ 車速センサ ２０ 制御装置 ３０ モータ駆動装置 ４６ アシスト指令トルク決定手段 ４６Ａ アシストトルクマップ ４８ 電流指令決定手段 ５０ 電流指令制限手段 ６２ 車速重み関数決定手段 ６２Ａ 重み付けマップ Ｍ 電動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA15 DA23 DA64 DB02 DD10 DD17 EA01 EC23 3D033 CA13 CA16 CA20 CA28 CA31 5H570 AA21 BB09 BB20 FF03 FF08 HB16 JJ03 JJ08 JJ17 JJ23 JJ25 LL02 LL12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   操舵トルクを補助する電動モータと、操舵トルクに対応
   するモータトルクを求め、前記電動モータを制御するモ
   ータ制御手段とを備えた電動式パワーステアリング装置
   において、前記操舵トルクに対するモータトルクを定め
   たアシストトルクマップを設け、このアシストトルクマ
   ップから求められるモータトルクに車速に応じた重み関
   数を演算して車速に応じたモータ指令トルクを決定する
   モータ指令トルク決定手段と、このモータ指令トルク決
   定手段にて決定されたモータ指令トルクを定められた範
   囲内に制限する指令制限手段とを備えてなる電動式パワ
   ーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記アシストトルクマップは、据切り時
   における操舵トルクに対するモータトルクが定められて
   おり、前記車速に応じた重み関数は、据切り時を１と
   し、中速、高速走行時には１から０の間を取るようにし
   てなる請求項１に記載の電動式パワーステアリング装
   置。
3. 【請求項３】 据切り時における操舵トルクに対するモ
   ータトルクを定めたアシストトルクマップは、高操舵ト
   ルク時においては前記指令制限手段にて制限されるモー
   タ指令トルクを越える値に設定されている請求項１に記
   載の電動式パワーステアリング装置。