JP2002096752A

JP2002096752A - 電動パワーステアリング装置の制御装置

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Publication number: JP2002096752A
Application number: JP2000290166A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shibazaki; 健一柴崎; Shuji Endo; 修司遠藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: US20020056587A1; US6681165B2; DE10146975A1; DE10146975B4; JP3899797B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電動パワーステアリング装置の操舵補助指令値
を連続的な関数で与えることにより、連続的で快適な操
舵感を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。【解決手段】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
クに基いて操舵補助指令値演算部で演算された操舵補助
指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモー
タの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記モー
タを制御するようになっていると共に、前記操舵補助指
令値を入力とする制御系全体の特性のゲイン曲線が所定
値を越える傾きを、少なくとも部分的に有している電動
パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵
補助指令値演算部を少なくとも１階の導関数が連続であ
る関数の近似関数式で構成し、前記近似関数式に基づく
演算により前記操舵補助指令値を求めるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、特に操舵
補助力を滑らかに与えることにより、快適な操舵性能を
与え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】車両用の電動パワーステアリング装置
は、操向ハンドルの操作によりステアリングシャフトに
発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号に基
づいて操舵補助指令値を算出し、算出された操舵補助指
令値に応じてモータを駆動して操向ハンドルの操舵力を
補助するものであり、操舵補助指令値の算出や操舵補助
指令値に基づくモータの制御には、マイクロコンピュー
タを含む電子制御回路が使用されている。

【０００３】ここで、操舵トルクについてみると、操向
ハンドルの操舵に伴い発生する路面負荷に対応する成分
と、ステアリング機構の持つ摩擦力に対応する成分とが
ある。このため、検出された操舵トルクに基づいて決定
された路面負荷に対応した制御値と、ステアリング機構
の摩擦力に対応した制御値とを加算して、操舵補助指令
値を算出するものが提案されている。

【０００４】この制御装置では、操舵トルクに対応した
路面負荷制御値と、操舵トルクに対応した摩擦力制御値
とが、それぞれ予め決定されてメモリに格納されてお
り、検出された操舵トルクに応じてメモリから所要のデ
ータを読み出し、操舵補助指令値を演算するように構成
されている（例えば特公平５−１０２７１号公報）。

【０００５】かかる従来の操舵補助指令値を演算する制
御手段においては、操舵トルクに応じて路面負荷制御値
及び摩擦力制御値が予め決定されているため、操舵トル
クが決まると操舵補助指令値は車速に対応してのみ変化
することになる。

【０００６】従って、複数の車速について、操舵トルク
に対応する操舵補助指令値を予め設定してメモリに格納
しておけば、検出された操舵トルクと車速から直ちに操
舵補助指令値を求めることができる。車速と操舵トルク
に対応する操舵補助指令値を段階的に設定すれば、メモ
リ容量を少なくすることができるが、車速や操舵トルク
の変化に応じて操舵補助指令値が連続的に変化しないの
で操舵補助力も滑らかに変化せず、操舵感覚が良くない
という欠点がある。

【０００７】この対策としては、操舵補助指令値を、車
速と操舵トルクに対応して可能な限りきめ細かく設定す
れば良いが、この方法では必要なメモリ容量が著しく増
大し、コストを増加させる結果となる。

【０００８】このため、代表的な車速について、操舵ト
ルクに対応する操舵補助指令値をメモリに記憶させてお
き、検出された車速がメモリに記憶されている代表的車
速の中間にあると判断した時は、検出された車速の前後
の代表的車速についての操舵トルクに対応する操舵補助
指令値を記憶手段から読み出し、検出された車速との差
と車速補正係数に基づいて、検出された車速と操舵トル
クに対応する操舵補助指令値を演算する手法が本出願人
により提案されている（特開平８−１５０９５４号）。

【０００９】しかしながら、上記代表的な車速につい
て、操舵トルクに対応する操舵補助指令値をメモリに記
憶させる方法でも、操舵トルクに対応する操舵補助指令
値をきめ細かく設定すると、なお必要なメモリ容量が増
大してコストを増加させる結果となる。このほか、操舵
補助指令値を変更する場合には、メモリの記憶データを
変更しなければならないために時間と手間がかかる問題
がある。さらに、問題となる点は、操舵トルクに対応す
る操舵補助指令値を演算するとき、例えば８ビットの有
限語長で演算するときに、演算結果（１６ビットとな
る）の下位桁（８ビット）が切り捨てられ、デジタル演
算に基づく量子化誤差が発生してしまうことである。こ
のような量子化誤差は、緩やかな操舵を行った際に、運
転者に不連続な操舵感覚を与えて望ましくない。

【００１０】このため、操舵トルクに対応する操舵補助
指令値の少なくとも３点において一致する高次の関数式
に近似する複数の近似関数式に基づく演算で、操舵補助
指令値演算手段を構成する手法が本出願人により提案さ
れている（特開平１０−５９２０３号）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記高
次の関数式に近似する複数の近似関数式による演算手法
は、複数の２次以上の関数を単純に連結した関数である
ため、関数の連結部を除いては滑らかな操舵補助指令値
を得られるが、連結部では関数の変化率が不連続にな
り、操舵感覚を悪化させる。さらに、電動パワーステア
リング装置の機械系の安定化、減速ギア部のゴムダンパ
による振動の安定化、操舵フィーリングの調整の目的な
どで、制御装置の操舵補助指令部以降に、操舵補助指令
値を入力とする制御系全体の特性のゲイン曲線が所定値
（例えば１０ｄＢ／ｄｅｃ）を越える傾きを、少なくと
も部分的に有している制御系が使用される。しかしなが
ら、その場合、前述の制御系は微分的な特性を持ち、上
述２次以上の関数の連結部で、関数の１階微分が不連続
であるために、上記制御系の出力は不連続に近いものと
なり、操舵感覚の悪化を助長する結果となる。

【００１２】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
置の操舵補助指令値を連続的な関数で与えることによ
り、連続的で快適な操舵感を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。

【００１３】

【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操舵補助指令値
演算部で演算された操舵補助指令値と、ステアリング機
構に操舵補助力を与える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と共に、前
記操舵補助指令値を入力とする制御系全体の特性のゲイ
ン曲線が所定値を越える傾きを、少なくとも部分的に有
し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、前記操舵補助指令値演
算部は少なくとも１階の導関数が連続である関数の近似
関数式で構成され、前記近似関数式に基づく演算により
前記操舵補助指令値を求めることによって達成される。

【００１４】また、前記近似関数式をスプライン関数又
は２次スプライン関数とすることによって、本発明の上
記目的はより効果的に達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の制御装置によると、少な
くともステアリングシャフトに発生する操舵トルクを検
出する操舵トルク検出手段と、検出された操舵トルクに
基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算
手段と、前記演算された操舵補助指令値に基づいてモー
タ電流を制御するモータ電流制御手段を備え、操舵トル
クに応じた操舵補助力をステアリング機構に与える電動
パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵
補助指令値演算手段は、少なくとも１階の導関数が連続
である関数に近似する演算手段で構成され、前記近似関
数式に基づく演算手段により操舵トルクの検出値に対応
する操舵補助指令値を演算することを特徴としている。
好ましくは、近似関数式をｎ次スプライン関数とし、さ
らに好ましくは近似関数式を２次スプライン関数とする
ため、操舵トルクの検出値に対応する操舵補助指令値が
連続であるだけでなく、少なくとも変化率（１階微分）
も連続である。

【００１６】そのため、従来の複数の２次以上の関数を
単純に連結した関数を用いる手法（特開平１０−５９２
０３号）に比較して、格段に良好で滑らかな操舵感覚を
得ることができるステアリング装置の制御装置を実現で
きる。

【００１７】以下に、本発明の実施例を、図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は、本発明による制御装置の全体構成
を示すブロック図である。操舵トルクＴは操舵補助指令
値演算部１００及びセンタ応答性改善部１０１に入力さ
れ、各出力が加算器１０２に入力され、その加算結果が
トルク制御演算部１０３に入力されている。トルク制御
演算部１０３の出力信号はモータロス電流補償部１０４
に入力され、その出力が加算器１０５を経て最大電流制
限部１０６に入力され、最大電流値が制限されて電流制
御部１１０に入力される。電流制御部１１０の出力は、
Ｈブリッジ特性補償部１１１を経て電流ドライブ回路１
１２に入力され、これによりモータ１１３を駆動する。

【００１９】モータ１１３のモータ電流ｉは、モータ電
流オフセット補正部１２０を経てモータ角速度推定部１
２１、電流ドライブ切換部１２２及び電流制御部１１０
に入力され、モータ端子電圧Ｖｍはモータ角速度推定部
１２１に入力される。モータ角速度推定部１２１で推定
された角速度ωはモータ角加速度推定部・慣性補償部１
２３、モータロストルク補償部１２４及びヨーレート推
定部１２５に入力され、ヨーレート推定部１２５の出力
は収れん制御部１２６に入力され、収れん制御部１２６
及びモータロストルク補償部１２４の各出力は加算器１
２７で加算され、その加算結果が加算器１０２に入力さ
れる。モータロストルク補償部１２４はモータ１１３の
ロストルクの発生する方向、つまりモータ１１３の回転
方向に対してロストルク相当のアシストを行ない、収れ
ん制御部１２６は、車両のヨーの収れん性を改善するた
めにハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかける
ようになっている。

【００２０】また、ドライバが感じない程度にモータ１
１３を微小振動させるためのディザ信号を発生する電流
ディザ信号発生部１３０が設けられており、電流ディザ
信号発生部１３０及びモータ角加速度推定部・慣性補償
部１２３の各出力が加算器１３１で加算され、その加算
結果が加算器１０５に入力されている。そして、加算器
１０５での加算結果が最大電流制限部１０６に入力され
ている。

【００２１】ここにおいて、電動パワーステアリング装
置では周波数領域上での設計が可能であるため、トレー
ドオフの問題を図２における相補感度関数の周波数領域
上で区別して解決することが可能である（例えば本出願
人による特願２０００−１５４２８４）。つまり、良い
ステアリングでは不要な外乱は抑圧し、必要な外乱をハ
ンドルに伝えることができる。例えば従来の油圧式パワ
ーステアリングでは、この問題に対してステアリング系
の摩擦を調整することで対処しているが、両方を同時に
満足させることはできない。これに対し電動パワーステ
アリングでは、路面からハンドルまでの伝達特性を定義
できるので、周波数領域でトレードオフの問題を解決す
ることができる。具体的には、制御系の相補感度関数を
抑圧したい外乱が存在する帯域では相補感度関数Ｔ
（ｓ）が“１”に近づくように、伝えたい外乱が存在す
る領域では相補感度関数Ｔ（ｓ）をゼロに近づけるよう
に設定する。

【００２２】相補感度関数は自動車がＳＡＴ（セルフア
ライニングトルク）を発生するまでの伝達特性を単純な
ばね（ばね乗数Ｋｖ）を持つものとして計算し、常数ゲ
インはＫ／Ｋｖ／α^２となる。また、抑圧したい外乱が
存在する帯域では、相補感度関数は１に近くなる。そし
て、相補感度関数を定義する上で、図２を以下のように
解釈する。即ち、図２はトーションバーの変位を減少さ
せるように制御を行う制御系という解釈ができ、トーシ
ョンバーの変位を減らすことは、図２より操舵トルクを
減らすことと等価である。従って、θ_hを目標にθ_bをフ
ィードバックし、制御ゲインＫ（トーションバーの剛
性）と電動パワーステアリングのコントローラを持つ制
御系とみなすことができる。ここで、電動パワーステア
リングのコントローラの定常ゲインはアシスト特性の勾
配になるので、トルクの小さい領域では定常ゲインはゼ
ロである。トーションバーの剛性とコントローラを合わ
せて新たなコントローラＣ（ｓ）とし、ステアリング系
をＰ（ｓ）とすると、図３のような一般的な制御系に単
純化できる。そして、相補感度関数Ｔ（ｓ）は図３に示
す式で表わされ、ｄ（ｓ）はタイヤから入ってくる外乱
を示しており、この外乱ｄ（ｓ）は不要外乱及び自動車
の特性と単純なばねとの動特性の差を含んでいる。従っ
て、相補感度関数Ｔ（ｓ）の目的は単純なばねと実際の
動特性との差を適度な帯域で伝え、かつ不要外乱を抑圧
することになる。

【００２３】そこで、路面情報から操舵トルクまでの伝
達特性と、操舵角から操舵トルクまでの伝達特性との違
いに着目し、不要外乱に対してはモータの慣性を積極的
に利用し、操舵したときに感じるモータの慣性はトルク
制御系で補償する。図４のゲイン図に、モータの慣性
（高慣性、低慣性）による操舵角から操舵トルクまでの
伝達特性の比較を示す。図４に示すモータの周波数応答
より、モータの慣性の影響は位相遅れ特性として現れる
ことが明らかであり、モータの慣性の影響は位相遅れ特
性の逆特性となる位相進み特性を用いることにより、ト
ルク制御系で補償することができる。図４の位相図の特
性Ａが補償なしの場合であり、特性Ｂが補償した場合で
ある。

【００２４】路面感度設計を行うに際し、先ずは路面情
報がトルクセンサによって検出できなくてはならない。
即ち、モータが路面情報を阻止するのを防ぐような構成
をとった上で、トルク制御系の相補感度関数が、周波数
に対する相補感度関数を抑圧したい外乱が存在する帯域
では１に近づくようにし、伝えたい外乱が存在する帯域
ではゼロに近づくように設計する。タイヤで発生する路
面情報は各要素の摩擦分を差し引いた量で伝えられ、モ
ータの慣性は機械的なローパスフィルタとして働くた
め、慣性が大きいと路面情報が減衰してしまう。相補感
度関数の設計は、一般の制御系設計方法等を応用し十分
に制御系の安定性を確保した上で、車両に合わせたファ
インチュ−ニングを行う。

【００２５】本発明では上記相補感度関数の設計のため
に、転がり式ラックアンドピニオン、モータ減速機構の
ラバーダンパ、非接触式トルクセンサ及びトルク制御系
を改善している。以下に、これら手法を順次説明する。

【００２６】モータが路面情報を阻止するのを防ぐ上
で、次の要素（１）〜（３）が有効である。即ち、
（１）オブザーバを用いた状態フィードバックによる路
面情報に適したモータ特性の定義、（２）メカニカルク
ラッチ機構採用によるモータとコラム軸のディカップリ
ング、（３）低摩擦要素の採用、である。このようにし
て設計した電動パワーステアリング装置の特性例を、油
圧式の特性と比較して図５乃至図８に示す。図５はチュ
ーニングされた路面感度の測定例であり、太線が感度
（ｄＢ）であり、細線が位相（度）を示している。ま
た、図６及び図７はそれぞれベルジアン路を走行したと
きの操舵トルクの測定例を油圧式と電動式について示し
ており、油圧式パワーステアリング装置の操舵トルクが
変動しているのはサスペンションの振動を検知している
ためである。図６及び図７の各（Ａ）図は時間に対する
操舵トルクの変動を示しており、各（Ｂ）図は０〜６０
Ｈｚの周波数応答を示している。図８（Ａ）は１００Ｋ
ｍ／ｈで走行したときの油圧式パワーステアリング装置
の操舵特性（操舵角度対操舵トルク）の測定例であり、
図８（Ｂ）は１００Ｋｍ／ｈで走行したときの電動パワ
ーステアリング装置の操舵特性（操舵角度対操舵トル
ク）の測定例であり、油圧式パワーステアリング装置の
操舵トルクが変動しているのはフラッタによる振動を検
知しているためである。

【００２７】次に、本発明で使用する転がり式ラックア
ンドピニオンの機構を図９に示し、その特性を図１０に
示して従来機構と比較して説明する。即ち、入力軸には
ピニオン軸が同軸に装着され、そのピニオン軸がラック
軸に噛合されており、ラック軸はローラを介してハウジ
ング内のプレッシャパッド部のピン軸に結合されてい
る。ピン軸はニードル軸受で保持され、摩擦ブロックを
経てコイルスプリングに結合されている。コイルスプリ
ングは保持器に収容され、プレッシャパッド部に押圧力
を印加するようになっており、保持器はハウジングの内
壁との間に懸架されたスプリングによって弾性的に保持
されている。なお、かかる転がり式ラックアンドピニオ
ンの詳細は、本出願人による特願平１０−３３５２１８
号に詳述されている。

【００２８】本発明の転がり式ラックアンドピニオンは
ピニオンを支持しているプレッシャパッド部が、ロー
ラ、摩擦ブロック、ニードル軸受、保持器等で構成され
ているため、高支持剛性と低作動抵抗を両立できる。特
に、図１１に示す従来の滑り式ラックアンドピニオンの
機構と比較すると、図１０の特性図から分るようにプレ
ッシャパッド部に摩擦ブロックが配設されていることに
より、ラック推力が低い領域での逆入力が低いことが特
徴で、高速走行で重要な微小舵角領域での路面情報改善
に役立つ。図１１に示す従来の機構（摩擦ブロックな
し）では、プレッシャパッド部に摩擦ブロック等がない
ため、ラック推力が低い領域で逆入力が高くなってい
る。

【００２９】次に、本発明によるモータ減速ギア部にお
けるラバーダンパについて説明する。

【００３０】電動パワーステアリング装置では図１２に
示すように、モータ減速ギアのウォーム軸支持部に、ギ
アのラトル音の低減のために、ラバーダンパ（ゴム）を
ブッシュを介してスプライン部に挿入している。一方、
ゴムの弾性域では、モータの変位とコラム軸の変位とが
独立して作動可能であるため、モータの摩擦及び慣性に
阻止されることなく路面情報をハンドル軸に伝えること
ができる。

【００３１】ラバーダンパを装着しない場合の周波数特
性は図１３に示すようになり、ラバーダンパを装着する
と図１４に示すような周波数特性となり、ノイズレベル
が減少することが分る。

【００３２】次に、電動パワーステアリングに使用する
トルクセンサの改良について説明する。

【００３３】トルクセンサの検出特性のヒステリシス特
性は、微小トルクにおいては遅れ特性として見えてくる
ため、なるべく小さく抑える必要がある。この目的か
ら、本発明では、図１５及び図１６に示すようなヒステ
リシス幅の小さい非接触式トルクセンサを使用する。即
ち、図１５は非接触式トルクセンサのステアリングホイ
ール軸への配設構造を示しており、図１６はセンサ部の
構造を一部断面の斜視図で示している。ＳＵＳ，Ｆｅ等
の磁性材で成る入力軸（センサシャフト）の外周部に
は、検出回路ユニットを形成するロビンヨークがスリー
ブ上に配設されており、ロビンヨーク内には２組のコイ
ルが巻回されている。スリーブは導電性の非磁性材（例
えばアルミニウム）で成り、円環状のコイル列に沿って
窓が形成されており、入力軸の内部にはトーションバー
が配設されている。

【００３４】このような構成において、スリーブの導電
性及び非磁性と入力軸の磁性を利用して、入力軸に対す
るトルクを非接触で検出する。即ち、表皮効果を利用し
てスリーブ内側に周方向に周期的な磁界の緻密状態を作
り出し、その磁界と入力軸のスプラインの位相差によっ
て入力軸の自発磁化を増減させ、それにより生じるイン
ピーダンス変化を、コイル等で形成されたブリッジ回路
によりコイル端電圧変化として検出するようになってい
る。

【００３５】次に、電気制御系の設計について説明す
る。

【００３６】路面情報の感度設計を実現する上で、電流
制御の応答性も重要な要素である。特に電流が流れ始め
るあたりの応答性は、中立付近の操舵性を改善する上で
できるだけ線形化することが望ましい。線形化に際し、
従来のようなＰＩ制御器をベースにした電流制御の代わ
りに、規範モデルをベースにしたロバスト制御を採用す
ることにより、電流制御の線形化を行っている。

【００３７】本発明では図１による制御系を用いてお
り、先ずセンタ応答性改善部１０１を図１７に示すよう
に、位相補償部１０１Ａ、近似微分部１０１Ｂ及びゲイ
ン設定部１０１Ｃで構成とし、位相補償部１０１Ａを図
１８に示す周波数特性とし、近似微分部１０１Ｂを図１
９に示す周波数特性とする。これにより、位相補償と近
似微分との合成特性は図２０に示すようになる。また、
ゲイン設定部１０１Ｃでは、車速Ｖ及び操舵トルクＴに
よってゲインを図２１のように切り換えて設定する。更
に、ハンドルが急に戻されるような不安な操舵感を低減
し、保舵を安定させるため、操舵トルク大で、かつ操舵
トルク変化率大とし、操舵トルク減少方向の場合にゲイ
ンを小さくする。即ち、切り換え条件は、|操舵トルク|
（＝Ａ）＞約１．３７Ｎｍ、かつ|操舵トルクー操舵ト
ルク（１サンプリング前）|（＝Ｂ）＞約０．１３７Ｎ
ｍ、かつｓｉｇｎ（Ａ）＜＞ｓｉｇｎ（Ｂ）である。切
り換え後のゲインは例えば、車速０〜２で“４６”、車
速４〜７８で“４７”、車速８０以上で“４１”であ
る。なお、ｓｉｇｎ（Ａ）＜＞ｓｉｇｎ（Ｂ）は、Ａ＝
操舵トルクと、Ｂ＝操舵トルクー操舵トルク（１サンプ
リング前）の符号が異なることを意味している。

【００３８】また、本発明では操舵補助指令値演算部１
００におけるアシスト量の計算において、３つの代表車
速（０、３０、２５４Ｋｍ／ｈ）によるアシスト特性を
基本特性として設定し、その他の車速では車速補間ゲイ
ンに応じて各基本特性間を車速２Ｋｍ／ｈ毎の補間を行
う。そして、アシスト特性の車速設定範囲０〜２５４Ｋ
ｍ／ｈ、分解能２Ｋｍ／ｈとする。基本アシスト特性
（トルク対電流）は図２２に示すものであり、０Ｋｍ／
ｈ＝ｌｏ特性、３０Ｋｍ／ｈ＝ｌａ特性、２５４Ｋｍ／
ｈ＝ｌｂ特性で表わされている。そして、その他の車速
についての車速補間演算は、図２３で示す車速（Ｋｍ／
ｈ）対車速補間係数γで２Ｋｍ／ｈ毎に行う。車速０〜
３０Ｋｍ／ｈのとき、アシスト電流ＩはＩ＝ｌａ（Ｔ）
＋γ（Ｖ）（ｌｏ（Ｔ）−ｌａ（Ｔ））であり、車速３
２〜２５４Ｋｍ／ｈのとき、アシスト電流ＩはＩ＝ｌｂ
（Ｔ）＋γ（Ｖ）（ｌａ（Ｔ）−ｌｂ（Ｔ））である。

【００３９】更に、本発明ではトルク制御演算部１０３
として電動パワーステアリング装置の機械系の安定化、
減速ギア部ゴムダンパによる振動の安定化、操舵フィー
リングの調整のため、操舵トルク応答を設定するように
している。その構成は図２４に示すようになっており、
クランプ回路１０３Ａの後段に応答性定義部１０３Ｂが
設けられ、その後段にクランプ回路１０３Ｃを経てロバ
スト安定化補償部１０３Ｄが設置されている。そして、
ロバスト安定化補償部１０３Ｄの後段にクランプ回路１
０３Ｅを経て位相補償部１０３Ｆが設けられ、更にクラ
ンプ回路１０３Ｇを経てロバスト安定化補償部１０３Ｈ
が設置されている。

【００４０】ロバスト安定化補償部１０３Ｈの特性は図
２５に示すものであり、制御系全体の特性を図２６のよ
うにする。図２６から明らかなように、制御系全体の特
性のゲイン曲線は１０ｄＢ／ｄｅｃを越える傾きを、少
なくとも部分的に有している。機械系の特性が図２７に
示すようになっているため、総合的には山部と谷部が相
殺されて、ほぼ平坦な特性となる。

【００４１】１．第１実施例：図２８の線ａは操舵補助
指令値演算部１００の特性を示しており、操舵トルクＴ
に対応する所望の操舵補助指令値Ｉの関係を示す特性曲
線である。所望の特性曲線ａから数点（例えば４点(b1,
b2,b3,b4)）を抽出し、これら４点b1,b2,b3,b4の間を少
なくとも１階の導関数が連続である関数（例えばスプラ
イン関数や２次スプライン関数）で補間することによ
り、数値演算することで操舵トルクＴに対応する操舵補
助指令値Ｉを求めることができる。なお、スプライン関
数は、小区間内で各々定義された多項式曲線が互いにで
きるだけ滑らかに繋がっているようなものであり、この
場合、全区間で単一の多項式になるという条件は必要で
はない。ｍ次のスプライン関数は、そのｍ階微分が階段
関数で、(ｍ-1)階以下の微分が連続であるような関数で
ある。

【００４２】図２８の特性曲線ａ上から抽出したデータ
点（b１，b２，b３，b４）＝（x１，ｙ１）（x２，y
２）（x３，ｙ３）（x４，y４）に基づき、例えば２次
スプライン関数（左端点で１階微分が０とした）により
補間された操舵トルクＴと操舵補助指令値Ｉとの関係
は、データ点の間を補間する３本の２次曲線（I１，I
２，I３）として、下記数１のように表される。

【００４３】

【数１】I1 = y1 + a1*(x-x1) + b1*(x-x1)² I2 = y2 + a2*(x-x2) + b2*(x-x2)² I3 = y3 + a3*(x-x3) + b3*(x-x3)² ここで、数１の係数a1,a2,a3,b1,b2,b3はそれぞれ下記
数２の通りである。

【００４４】

【数２】a1 = 0 b1 = (y2-y1-a1*(x2-x1))/(x2-x1)² a2 = a1 + 2*b1*(x2-x1) b2 = (y3-y2-a2*(x3-x2))/(x3-x2)² a3 = a2+2*b2*(x3-x2) b3 = (y4-y3-a3*(x4-x3))/(x4-x3)² 検出された操舵トルクＴに応じて該当区間の近似式を選
択し、選択された近似式に基づいて検出操舵トルクＴに
対応する操舵補助指令値Ｉを演算すれば、操舵補助指令
値Ｉの演算を高速かつ容易に行うことができる。

【００４５】ここで、数１で示される２次曲線I1,I2,I3
の１階微分は、それぞれ下記数３の通りである。

【００４６】

【数３】I1’ = a1 + 2*b1*(x-x1) I2’ = a2 + 2*b2*(x-x2) I3’ = a3 + 2*b3*(x-x3) 当然ながら、連結点(b2,b3)＝(x2,y2)(x3,y3)において
も１階微分は連続である。

【００４７】

【数４】(x2,y2)において I1’ = a1 + 2*b1*(x2-x1), I2 = a2 (x3,y3)において I2’ = a2 + 2*b2*(x3-x2), I3 = a3 即ち、操舵トルクＴの検出値に対応する操舵補助指令値
Ｉが連続であるだけでなく、少なくとも変化率（１階微
分）も連続であることから、従来の複数の２次以上の関
数を単純に連結した関数を用いる手法と比較して、格段
に良好で滑らかな操舵感覚を得ることができるステアリ
ング装置の制御装置を実現できる。

【００４８】本実施例では、所望の特性曲線から抽出し
た点を補間する関数として、例として２次スプライン関
数を用いているが、少なくとも１階の導関数が連続であ
る関数であれば同様の効果があり、例えば３次スプライ
ン関数やLagrangeの公式による多項式を用いても良い。
ただし、Lagrangeの公式を用いた場合、ｎ個のデータ点
を用いると（ｎ−１）次の多項式になるため、演算コス
トの増大や、固定小数点演算手段を用いた場合の量子化
誤差の増大といった問題がある。このため、比較的低い
次数の多項式を用いるにもかかわらず、滑らかで良い近
似を与えることができるスプライン関数を用いる方が好
ましい。さらに、演算時間の短縮やメモリの節約のため
にも、２次スプライン関数を用いる方が好ましい。

【００４９】２．第２実施例：図２８の操舵トルクＴに
対応する所望の操舵補助指令値Ｉの関数を示す特性曲線
ａから抽出したデータ点（b１，b２，b３，b４）＝（x
１，ｙ１）（x２，y２）（x３，ｙ３）（x４，y４）
が、例えば下記数５である場合について説明する。

【００５０】

【数５】b1 = (x1,y1) = (1,0) b2 = (x2,y2) = (2,5) b3 = (x3,y3) = (4,30) b4 = (x4,y4) = (5,70) （１）従来（特開平１０−５９２０３号）は、操舵補助
指令値演算手段を、高次の関数式で定義される操舵トル
クに対応する操舵補助指令値の少なくとも３点において
一致する高次の関数式に近似する複数の近似関数式に基
づく演算手段で構成している。例えば点b１，b２，b３
を通過する２次関数をｃ１、点b２，b３，b４を通過す
る２次関数をｃ２とすれば、２次関数ｃ１及びｃ２はそ
れぞれ下記数６となる。

【００５１】

【数６】c1 = 2.5*x²- 2.5*x c2 = 9.1667*x²- 42.5*x + 53.33 そして、２次関数ｃ１及びｃ２は図２９の特性曲線のよ
うにようになる。ここで、例えば点ｂ１から点ｂ２を経
て点ｂ３までは曲線ｃ１を採用し、点ｂ３から点ｂ４ま
では曲線ｃ２を採用した場合、操舵トルクＴと操舵補助
指令値Ｉとの関係は実線で示すような関係になる。

【００５２】ここで、２次関数ｃ１及びｃ２の１階微分
c1’及びc2’は、数６よりそれぞれ下記数７となる。

【００５３】

【数７】c1’ = 5*x - 2.5 c2’ = 18.333*x - 42.5 そして、１階微分c1’及びc2’の特性曲線は図３０のよ
うになる。そして、点ｂ１から点ｂ３までは曲線ｃ１を
採用し、点ｂ３から点ｂ４までは曲線ｃ２を採用したの
で、当然微分値も点ｂ１からｂ３までは曲線ｃ１‘、点
ｂ３からｂ４までは曲線ｃ２’となる。

【００５４】図３０の特性曲線から明らかなように、操
舵補助指令値Ｉの操舵トルクＴに対する１階微分値が、
点ｂ３において不連続である。この不連続性が操舵感覚
を悪化させる。さらに、電動パワーステアリング装置の
機械系の安定化、減速ギア部のゴムダンパによる振動の
安定化、操舵フィーリングの調整の目的などで、制御装
置の操舵補助指令値演算部以降に、操舵補助指令値を入
力とする制御系全体の特性のゲイン曲線が所定値（例え
ば１０ｄＢ／ｄｅｃ）を越える傾きを、少なくとも部分
的に有している制御系が使用されるが、その場合、上記
制御系は微分的な特性を持ち、２次以上の関数の連結部
で関数の１階微分が不連続であるために、上記制御系の
出力は不連続に近いものとなり、操舵感覚の悪化を助長
する結果となる。

【００５５】（２）本発明によると、例えば第１実施例
に従うと、図２８の操舵トルクＴに対応する所望の操舵
補助指令値Ｉの関数を示す特性曲線ａから抽出したデー
タ点（ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４）の間を補間する３本の
２次曲線ｄ１，ｄ２，ｄ３は、下記数８のように表され
る。

【００５６】

【数８】d1 = 5*(x-1)² d2 = 5 + 10*(x-2) + 1.25*(x-2)² d3 = 30 + 15*(x-4) + 25*(x-4)² 図３１に２次曲線ｄ１，ｄ２，ｄ３を示す。検出された
操舵トルクＴに応じて該当区間の近似式を選択し、選択
された近似式に基づいて検出操舵トルクに対応する操舵
補助指令値を演算すれば、演算を高速かつ容易に行うこ
とができる。

【００５７】ここで、２次曲線ｄ１，ｄ２，ｄ３の１階
微分ｄ１‘、ｄ２’、ｄ３‘は、数８よりそれぞれ下記
数９の通りになる。

【００５８】

【数９】d1’ = 10*(x-1) d2’ = 10 + 2.5*(x-2) d3’ = 15 + 50*(x-4) 図３２にこれら１階微分ｄ１‘、ｄ２’、ｄ３‘の曲線
を示す。当然ながら、連結点（ｂ２，ｂ３）＝（ｘ＝
２，ｘ＝４）において１階微分は連続である。即ち、操
舵トルクＴの検出値に対応する操舵補助指令値Ｉが連続
であるだけでなく、少なくとも変化率（１階微分）も連
続であることから、従来の複数の２次以上の関数を単純
に連結した関数を用いる手法に比較して、格段に良好で
滑らかな操舵感覚を得ることが出来るステアリング装置
の制御装置を実現できる。

【００５９】本発明の特徴は、電動パワーステアリング
装置の制御装置の操舵補助指令値演算部であり、操舵補
助指令値演算部以外の電動パワーステアリング装置の制
御装置に関しては、既に本出願人により提案されており
（特願平８−２３４６４８号）、また、本発明の目的で
はないからここではその詳細な説明は省略する。

【００６０】

【発明の効果】上述したように、本発明の電動パワース
テアリング装置の制御装置では、操舵トルクに対応する
操舵補助指令値が、少なくとも１階の導関数が連続であ
る（１次連続性が保証される）関数に近似する演算手段
から生成され、近似関数式に基づく演算手段により操舵
トルクの検出値に対応する操舵補助指令値を演算するこ
とを特徴とし、好ましくは近似関数式を２次以上のスプ
ライン関数とし、さらに好ましくは近似関数式を２次ス
プライン関数としている。このため、操舵トルクの検出
値に対応する操舵補助指令値をメモリに記憶させるもの
のように、著しく大容量のメモリを必要とすることな
く、さらに、操舵トルクの検出値に対応する操舵補助指
令値を多項式を単純に連結させたもののように、１階微
分の不連続性による操舵感覚の悪化を招くことのない操
舵トルクに対応した適切な操舵補助指令値を得ることが
でき、格段に円滑な操舵感覚の電動パワーステアリング
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例を示すブロック図である。

【図２】コントロールユニットの伝達関数を示すブロッ
ク線図である。

【図３】図２の単純化ブロック構成図である。

【図４】モータ特性を示す周波数応答図である。

【図５】路面入力から操舵トルクまでの伝達特性のチュ
ーニング例を示す図である。

【図６】ベルジアン路を走行したときの操舵トルクの測
定例（油圧式）を示す図である。

【図７】ベルジアン路を走行したときの操舵トルクの測
定例（電動式）を示す図である。

【図８】１００Ｋｍ／ｈで走行したときの操舵特性例を
示す図である。

【図９】本発明で使用する転がり式ラックアンドピニオ
ンの機構図である。

【図１０】図７の機構の特性例を従来装置と比較して示
す図である。

【図１１】従来の転がり式ラックアンドピニオンの機構
図である

【図１２】モータ減速ギアのウォーム軸支持部の機構図
である。

【図１３】ウォーム軸支持部にゴムを装着しない場合の
特性を示す図である。

【図１４】ウォーム軸支持部にゴムを装着した場合の特
性を示す図である。

【図１５】本発明で使用するトルクセンサの断面機構図
である。

【図１６】本発明で使用するトルクセンサの斜視図であ
る。

【図１７】センタ応答改善部のブロック構成図である。

【図１８】位相補償部の特性例を示す図である。

【図１９】近似微分部の特性例を示す図である。

【図２０】位相補償部及び近似微分部の合成特性を示す
図である。

【図２１】車速及び操舵トルクによるゲインの設定例を
示す図である。

【図２２】基本アシスト特性を示す図である。

【図２３】車速補間演算の一例を示す図である。

【図２４】トルク制御演算の構成例を示すブロック図で
ある。

【図２５】ロバスト安定化補償の特性例を示す図であ
る。

【図２６】制御系の特性例を示す図である。

【図２７】機械系の特性例を示す図である。

【図２８】本発明を説明するための特性図である。

【図２９】本発明を説明するための特性図である。

【図３０】本発明を説明するための特性図である。

【図３１】本発明を説明するための特性図である。

【図３２】本発明を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１００操舵補助指令値演算部１０１センタ応答性改善部１０３トルク制御演算部１０４モータロス電流補償部１０６最大電流制限部１１０電流制御部１１３モータ１２１モータ角速度推定部１２５ヨーレート推定部１３０ディザ信号発生部

───────────────────────────────────────────────────── 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 101:00 Ｂ６２Ｄ 101:00 119:00 119:00 137:00 137:00 Ｆターム(参考） 2F051 AA01 AB05 BA03 3D032 CC04 CC08 DA15 DA23 DA33 DA63 DA64 DA65 DB11 DD02 EB11 EC22 GG01 3D033 CA03 CA04 CA16 CA20 CA21 CA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
クに基いて操舵補助指令値演算部で演算された操舵補助
指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモー
タの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記モー
タを制御するようになっていると共に、前記操舵補助指
令値を入力とする制御系全体の特性のゲイン曲線が所定
値を越える傾きを、少なくとも部分的に有している電動
パワーステアリング装置の制御装置において、前記操舵
補助指令値演算部は少なくとも１階の導関数が連続であ
る関数の近似関数式で構成され、前記近似関数式に基づ
く演算により前記操舵補助指令値を求めるようにしたこ
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】前記所定値が１０ｄＢ／ｄｅｃである請求
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】前記近似関数式がスプライン関数である請
求項１又は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】前記近似関数式が２次スプライン関数であ
る請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置
の制御装置。