JP2002053050A

JP2002053050A - 電気式動力舵取装置

Info

Publication number: JP2002053050A
Application number: JP2000239699A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kato; 博章加藤; Toshihiro Takahashi; 俊博高橋
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-02-19
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: JP4300691B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度に関わらず一様な操舵感を実現できる電
気式動力舵取装置を提供する。【解決手段】ダンパ補償制御９０が、温度センサ２８
により低温が検出された際に、逆方向へのアシスト量
（ダンパ量）を下げる。このため、低温において、減速
機１６の摩擦抵抗が高いときに、ダンパ量を下げること
で、減速機が常温となったときと同じ操舵感を実現でき
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、モータにより操
舵をアシストする電気式動力舵取装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電気式動力舵取装置として、ステアリン
グホイールが固定された入力軸に、操舵トルクを検出す
るトルクセンサを取り付け、トルクセンサで検出した操
舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータにより発
生させ、減速機を介して操舵力を軽減するものが一般的
に知られている。係る電気式動力舵取装置においては、
アシストトルクを発生させる際にのみにモータを付勢す
ればよいため、常に油圧ポンプを駆動する必要がある油
圧式舵取装置に対して、エネルギー消費が少ないという
利点がある。一方、電気式動力舵取装置では、モータ及
び減速機を介して操舵をアシストするため、モータ及び
減速機分だけ摩擦及び慣性量が油圧式動力舵取装置より
も大きく、この摩擦及び慣性感により運転者に違和感を
与えることになる。具体的には、低速において摩擦によ
り路面の反力による舵の戻りが遅く、反対に、中高速で
は一旦戻り始めると慣性により戻りが早くなる。更に、
摩擦により切り始めに舵が重く感じ、一旦切り始める
と、慣性により舵がどんどん切れて行く感覚を運転者に
与えることになる。

【０００３】電気式動力舵取装置では、上述した低速に
おける舵の戻りが遅いのを補償するため、低速時のハン
ドルの戻り量を増大させるハンドル戻し補償を行い、上
述した中高速における舵の戻りが早いのを補償するた
め、中高速時のハンドルの戻り量を減少させるダンパ補
償を行い、更に、上述した切り始めに舵が重く、一旦切
り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減する
ためのトルク慣性補償を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たハンドル戻し補償、ダンパ補償、トルク慣性補償を行
っても、電気式動力舵取装置においては、温度により操
舵感が変わってしまうという課題が残った。本発明者
が、温度による操舵感の変化の原因を調べたところ、低
温時には、減速機を構成する各部品の熱膨張率差からク
ーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機内のグリスの粘
性抵抗が増大し、かかる減速機の低温時と、常温時との
抵抗の違いから、操舵感が変化していることが判明し
た。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、温度に
関わらず一様な操舵感を実現できる電気式動力舵取装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するため、操舵状態を検出し、操舵状態に応
じてモータを駆動して操舵をアシストする電気式動力舵
取装置において、温度によりアシスト量を調整すること
を技術的特徴とする。

【０００７】請求項１では、温度によりアシスト量を調
整するため、温度によらず一定の操舵感を実現できる。

【０００８】請求項２の発明は、操舵状態を検出し、操
舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へアシストす
るアシスト制御部と、ハンドルまたはモータの角速度を
検出し、角速度に応じて中高速時のハンドルの戻り量を
調整するダンパ制御部とを備える電気式動力舵取装置に
おいて、前記ダンパ制御部が、低温が検出された際に、
戻り量を上げることを技術的特徴とする。

【０００９】請求項２では、ダンパ制御部が、低温時に
逆方向への戻り量を上げる。このため、低温において、
減速機の摩擦抵抗が高いときにも、常温と同じ操舵感を
実現できる。

【００１０】また、請求項３の発明では、操舵状態を検
出し、操舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へア
シストするアシスト制御部と、ハンドルまたはモータの
角速度を検出し、角速度に応じて低速時のハンドルの戻
り量を調整するハンドル戻し補償制御部とを備える電気
式動力舵取装置において、前記ハンドル戻し補償制御部
が、低温が検出された際に、戻り量を上げることを技術
的特徴とする。

【００１１】請求項３では、ハンドル戻し補償制御部が
低温時に戻り量を上げる。このため、低温において、減
速機の摩擦抵抗が高いときにも、常温と同じ操舵感を実
現できる。

【００１２】請求項４の発明では、操舵状態を検出し、
操舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へアシスト
するアシスト制御部と、操舵状態の微分値に基づき、操
舵方向へアシストしモータ及び減速機の慣性感を打ち消
す操舵状態慣性補償制御部とを備える電気式動力舵取装
置において、前記操舵状態慣性補償制御部が、低温が検
出された際に、アシスト量を上げることを技術的特徴と
する。

【００１３】請求項４では、操舵状態慣性補償制御部が
低温時にアシスト量を上げる。このため、低温におい
て、減速機の摩擦抵抗が高く慣性感を強く感じるとき
に、アシスト量を上げることで、常温と同じ操舵感を実
現できる。

【００１４】請求項５では、前記温度を検出する温度セ
ンサが、減速機に取り付けられているため、減速機に起
因する摩擦抵抗の増大を正確に検出することができ、減
速機が常温となったときと同じ操舵感を実現できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の負荷制御装置の実
施形態に係る電気式動力舵取装置について図を参照して
説明する。図１は第１実施態様の電気式動力舵取装置１
０の構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置
１０は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２２
と、トルクセンサ２２からの操舵トルク及び車速センサ
２４からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシス
ト量）を演算する制御装置３０と、モータ指令トルクに
応じた電流指令値を求めてモータＭへの通電を制御する
モータ駆動回路２６とを備える。

【００１６】トルクセンサ２２は、車両の操舵ステアリ
ング１４に連結された入力軸１２に配設されている。モ
ータＭの出力は、減速機１６により減速され、前輪を操
舵するためのラック・ピニオンギア１８に伝達される。
減速機１６には、温度センサ２８が取り付けられ、温度
センサ２８からの測定温度が制御装置３０へ入力される
ようになっている。

【００１７】制御装置３０及びモータ駆動回路２６の制
御系について、図２のブロック図に示す。トルクセンサ
２２からの出力（操舵トルク：電圧値）は、Ａ／Ｄ変換
３２を介してデジタル値に変換され、トルク演算３４に
てトルク値が演算される。演算されたトルク値は、ロー
パスフィルタ３６にてノイズが除去され、加算ノード３
８を介してアシスト制御６０へ入力される。一方、車速
センサ２４からの車速（パルス信号）は、Ｉ／Ｆ４０を
介して車速演算４２に入力され、演算された車速がアシ
スト制御６０へ入力される。同様に、温度センサ２８の
温度値がアシスト制御６０へ入力される。一方、ローパ
スフィルタ３６からの出力は、微分４４を介して、位相
補償４６にて位相補償され、加算ノード３８を介してア
シスト制御６０へ入力される。該位相補償４６は、操舵
トルク値を微分４４にて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。即ち、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
って、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。このため、該位相補償
４６が操舵トルクの位相を進める。

【００１８】アシスト制御６０の内容を図３（Ｂ）に示
す。加算ノード３８からの操舵トルクに応じて、アシス
トマップ６２により、指令トルク値が決定される。即
ち、操舵トルクが大きいときには、高い指令トルク値が
決定され、操舵トルクが小さいときには、低い指令トル
ク値が決定され、乗算ノード６８側へ出力される。ま
た、第１実施形態の電気式動力舵取装置においては、操
舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルク
に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を
設けてある。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走
行時のステアリング中立付近での剛性感を高め、操舵フ
ィーリングを高めている。操舵トルクＴsよりも小さな
操舵トルクのときは、指令トルクが０として出力され
る。また、所定の操舵トルクＴmよりも大きいときに
は、最大値として一定の指令トルク値（モータの最大出
力）が出力される。

【００１９】車速センサ２４からの車速値は、車速ゲイ
ンマップ６４により車速に応じた重み付けが行われる。
車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例え
ば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、１００ｋ
ｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、操
舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステ
アリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、
高速時に操舵を重くしている。車速ゲインマップ６４か
らの車速重み付け値が乗算ノード６８側へ出力され、上
述した指令トルクが車速に応じて補正される。

【００２０】温度センサ２８からの温度値は、温度ゲイ
ンマップ６６により温度に応じた重み付けが行われる。
温度に応じて該温度ゲインマップ６６を検索すること
で、例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力さ
れ、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、
低温で上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率
差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内
のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている
時には、高い重み付け値を出力することで、指令トルク
値を高め、低温時の常温時とで、操舵感が異ならないよ
うにする。この温度ゲインマップ６６からの温度重み付
け値が、乗算ノード６９側へ出力され、上記車速により
補正された指令トルク値が、温度に応じて補正される。

【００２１】図２に示すように、アシスト制御６０から
の指令トルク値は、加算ノード４８を介して電流指令リ
ミッタ５０に加えられる。電流指令リミッタ５０では、
モータＭの最大出力を越える指令トルク値が制限され
る。

【００２２】電流指令リミッタ５０からの指令トルク値
は、減算ノード５２を介してＰＩ制御１００に加えられ
る。ＰＩ制御１００の内容を図５に示す。ＰＩ制御１０
０では、指令トルク値にＧｐゲインが加えられ、加算ノ
ード１０２に印加され、また、指令トルク値が微分され
Ｇｉゲインが加えられ、加算ノード１０２へ印加され
る。一方、上記減算ノード５２へは、ローパスフィルタ
１１２及びＡ／Ｄ変換１１４を介してモータＭの電流が
印加される。ＰＩ制御１００では、Ａ／Ｄ変換１１４を
介して入力された実モータ電流が、指令トルク値（指令
電流値）となるようにＰＩフィードバック制御が行われ
る。

【００２３】ＰＩ制御１００からの指令トルク値は、モ
ータ駆動回路２６へ印加される。モータ駆動回路２６の
ＰＷＭ演算２７は、指令トルク値に応じた出力をモータ
Ｍに発生させるようにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔ
ｒ３，Ｔｒ４のベースに電流を印加し、ＰＷＭ制御を行
う。

【００２４】モータＵ相の電位は、ローパスフィルタ１
２２及びＡ／Ｄ変換１２４を介して差動アンプ１３６の
非反転入力に加えられる。モータＶ相の電位は、ローパ
スフィルタ１３２及びＡ／Ｄ変換１３４を介して差動ア
ンプ１３６の反転入力に加えられる。差動アンプ１３６
からモータ端子間電圧が出力され、減算ノード５４へ印
加される。上述したＡ／Ｄ変換１１４を介して入力され
たモータ電流が、（ＬＳ＋Ｒ）１３８で乗算されてモー
タ起電力として減算ノード５４へ印加され、減算ノード
５４からモータの逆起電力が出力される。ここで、乗算
される（ＬＳ＋Ｒ）中のＬＳは、モータインダクタンス
の微分値を、Ｒは、モータの抵抗分を示している。

【００２５】減算ノード５４からの逆起電力は、アンプ
５６にて逆起電力定数Ｋｅが除算され、モータの角速度
が求められ、更に、アンプ５８にて減速機１６の減速比
が除算されて、ハンドルの角速度として、ハンドル戻し
補償制御８０及びダンパ補償制御９０へ印加される。こ
こでは、ハンドルの角速度を演算により推測している
が、舵角センサにより角速度を検出することも可能であ
る。

【００２６】ハンドル戻し補償制御８０は、低速におい
て路面の反力による舵の戻りがモータＭと減速機１６の
摩擦抵抗により遅くなる電気式動力舵取装置の特性を補
償するための制御を行う。ハンドル戻し補償制御８０の
内容を図４（Ａ）に示す。ハンドルの角速度に応じて、
ハンドル戻しマップ８２により、ハンドル戻し量が決定
される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、大
きなハンドルの戻り量が決定され、角速度が小さいとき
には、小さなハンドルの戻り量が決定され、乗算ノード
８８側へ出力される。第１実施形態の電気式動力舵取装
置のハンドル戻しマップ８２においては、上述したアシ
ストマップ６２と同様に、角速度が所定値よりも小さい
ときには、角速度に応じたモータ制御を行わないように
する「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速
度よりも大きいときには、最大値として一定のハンドル
の戻り量が出力される。

【００２７】車速センサ２４からの車速値は、車速ゲイ
ンマップ８４により車速に応じた重み付けが行われる。
車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例え
ば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、４０ｋｍ
／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、低速
においてハンドル戻し量を大きくし、中高速では戻り量
を小さくしている。車速ゲインマップ８４からの車速重
み付け値が乗算ノード８８側へ出力され、上述したハン
ドルの戻り量が車速に応じて補正される。

【００２８】温度センサ２８からの温度値は、温度ゲイ
ンマップ８６により温度に応じた重み付けが行われる。
温度に応じて該温度ゲインマップ８６を検索すること
で、例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力さ
れ、１０℃の際には０．７が出力される。これにより、
低温で上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率
差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内
のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている
時には、高い重み付け値を出力することで、低温時と常
温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲ
インマップ８６からの温度重み付け値が、乗算ノード８
９側へ出力され、上記車速により補正されたハンドルの
戻り量が、温度に応じて補正され、図２に示す加算ノー
ド４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク
値を補償する。なお、ハンドル戻し制御回路８０は、ハ
ンドルの角速度に代えて、モータＭの角速度に応じてハ
ンドル戻し量を決定するようにしてもよい。

【００２９】一方、図２に示すダンパ補償制御９０は、
中高速で路面の反力による舵の戻りが早くなるのを補償
する。これは一旦舵が戻り始めると、モータＭと減速機
１６の慣性により舵が戻りすぎるのを防止するためであ
る。ダンパ補償制御９０の内容を図４（Ｂ）に示す。ハ
ンドルの角速度に応じて、ダンパマップ９２により、ダ
ンパ量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きい
ときには、ハンドルの回転方向とは逆方向への大きなダ
ンパ量（小さなハンドル戻り量）が決定され、角速度が
小さいときには、小さなダンパ量（大きなハンドル戻り
量）が決定され、乗算ノード９８側へ出力される。ダン
パマップ９２は、上述したアシストマップ６２と同様
に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応
じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設け
てある。また、また、所定の角速度よりも大きいときに
は、最大値として一定のダンパ量が出力される。

【００３０】車速センサ２４からの車速値は、車速ゲイ
ンマップ９４により車速に応じた重み付けが行われる。
車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例え
ば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０”を出力し、４０ｋｍ
／ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、高速
においてダンパ量を大きくし、低速ではダンパ量を小さ
くしている。車速ゲインマップ９４からの車速重み付け
値が乗算ノード９８側へ出力され、上述したハンドルの
戻り量が車速に応じて補正される。

【００３１】温度センサ２８からの温度値は、温度ゲイ
ンマップ９６により温度に応じた重み付けが行われる。
温度に応じて該温度ゲインマップ９６を検索すること
で、例えば、温度−１０℃の際には、０が出力され、１
０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で
上述した減速機１６を構成する各部品の熱膨張率差から
クーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機１６内のグリ
スの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時に
は、低い重み付け値を出力することで、低温時と常温時
とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲイン
マップ９６からの温度重み付け値が、乗算ノード９９側
へ出力され、上記車速により補正されたダンパ量が、温
度に応じて補正され、図２に示す加算ノード４８へ印加
され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償す
る。なお、ダンパ補償制御９０はハンドルの角速度に代
えて、モータＭの角速度に応じてダンパ量を決定するよ
うにしてもよい。

【００３２】図２に示すように、操舵トルクの微分値、
車速及び温度値は、トルク慣性補償制御７０に入力され
る。トルク慣性補償制御７０は、切り始めに舵が重く、
一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽
減する。トルク慣性補償制御７０の内容を図３（Ａ）に
示す。微分４４で微分された操舵トルクに応じて、慣性
補償マップ７２により慣性補償量が決定される。即ち、
操舵トルク微分値が大きいときには、高い慣性補償量が
決定され、操舵トルクが小さいときには、低い慣性補償
量が決定され、乗算ノード７８側へ出力される。

【００３３】車速センサ２４からの車速値は、補間係数
マップ７４により車速に対応する重み付けが行われる。
例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０．７”を出力し、
４０ｋｍ／ｈの際には“１．０”を出力し、７０ｋｍ／
ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、慣性補
償量を低速で小さく、中速で大きく、高速で小さくして
いる。補間計数マップ７４からの重み付け値が乗算ノー
ド７８側へ出力され、上述した慣性補償量が車速に応じ
て補正される。

【００３４】温度センサ２８からの温度値は、温度ゲイ
ンマップ７６により温度に応じた重み付けが行われる。
例えば、温度−１０℃の際には、１．０が出力され、１
０℃の際には０．７が出力される。これにより、低温で
減速機１６の抵抗が大きくなっている時には、高い重み
付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感
が異ならないようにする。この温度ゲインマップ７６か
らの温度重み付け値が、乗算ノード７９側へ出力され、
上記車速により補正された慣性補償量が、温度に応じて
補正され、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシ
スト制御６０からの指令トルク値を補償する。

【００３５】以上記述したように、本実施形態の電気式
動力舵取装置においては、アシスト制御６０、トルク慣
性補償制御７０、ハンドルの戻し補償制御８０、ダンパ
補償制御９０において、温度ゲインマップを備え、温度
に応じて補正を行っているため、低温で減速機１６の抵
抗が大きくなっている時に、温度補正を行うことで、低
温時と常温時とで同じ操舵感を実現できる。

【００３６】また、本実施形態では、温度センサ２８
が、減速機１６に取り付けられているため、減速機１６
に起因する摩擦抵抗の増大を正確に検出し、補償するこ
とができ、減速機１６が常温となったときと同じ操舵感
を実現できる。なお、本実施形態では、操舵状態として
操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じてアシスト
制御するようにしたが、操舵トルクに代えて操舵角や操
舵角速度などに応じてアシスト制御するようにしてもよ
い。また、本実施形態では、温度を検出するのに減速機
１６に取り付けられた温度センサにより行っていたが、
所定の計算式から推定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装
置の制御系を示すブロック図である。

【図３】図３（Ａ）は、図２中のトルク慣性補償制御の
ブロック図であり、図３（Ｂ）は、アシスト制御のブロ
ック図である。

【図４】図４（Ａ）は、図２中のハンドル戻し補償制御
のブロック図であり、図４（Ｂ）は、ダンパ補償制御の
ブロック図である。

【図５】図２中のトルク慣性補償制御のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０電気式動力舵取装置２２トルクセンサ２４車速センサ２６モータ駆動回路２８温度センサ３０制御装置６０アシスト制御７０トルク慣性補償制御８０ハンドル戻し補償制御９０ダンパ補償制御

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D032 DA09 DA15 DA23 DA64 DA65 DA67 DD06 DE02 EC23 EC29 3D033 CA03 CA04 CA13 CA16 CA20 CA21 CA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモ
ータを駆動して操舵をアシストする電気式動力舵取装置
において、温度によりアシスト量を調整することを特徴とする電気
式動力舵取装置。
【請求項２】操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモ
ータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部
と、ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じ
て中高速時のハンドルの戻り量を調整するダンパ制御部
とを備える電気式動力舵取装置において、前記ダンパ制御部が、低温が検出された際に、戻り量を
上げることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【請求項３】操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモ
ータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部
と、ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じ
て低速時のハンドルの戻り量を調整するハンドル戻し補
償制御部とを備える電気式動力舵取装置において、前記ハンドル戻し補償制御部が、低温が検出された際
に、戻り量を上げることを特徴とする電気式動力舵取装
置。
【請求項４】操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモ
ータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部
と、操舵状態の微分値に基づき、操舵方向へアシストしモー
タ及び減速機の慣性感を打ち消す操舵状態慣性補償制御
部とを備える電気式動力舵取装置において、前記操舵状態慣性補償制御部が、低温が検出された際
に、アシスト量を上げることを特徴とする電気式動力舵
取装置。
【請求項５】前記温度を検出する温度センサが、減速
機に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１の電気式動力舵取装置。