JP2002145100A

JP2002145100A - 電動パワーステアリング装置の制御装置

Info

Publication number: JP2002145100A
Application number: JP2000350457A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hara; 雄志原; Toru Sakaguchi; 徹坂口; Shuji Endo; 修司遠藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ハンドル戻し制御に、ハンドルの切り増し及び
戻りを認識させて操舵性能を向上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
クに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流
値とから演算した電流指令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
ている電動パワーステアリング装置の制御装置であり、
前記操舵補助指令値にハンドル戻し制御信号を印加する
ハンドル戻し制御部を設け、ハンドルの戻り時のみにハ
ンドル戻し制御を動作させる。

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、特にハン
ドル戻し制御にハンドルの切り増し、戻りの認識をさせ
て操舵性能を向上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】自動車や車両のステアリング装置をモー
タの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング
装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベル
ト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラ
ック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従
来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク
（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電
流のフィードバック制御を行っている。フィードバック
制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さく
なるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モー
タ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）
制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

【０００３】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図１４に示して説明すると、ハンドル１の
軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４
ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド
６に結合されている。軸２には、ハンドル１の舵角（操
舵角）を検出する舵角センサ７及び操舵トルクを検出す
るトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操
舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に
結合されている。パワーステアリング装置を制御するコ
ントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニ
ションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユ
ニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トル
クＴ、車速センサ１２で検出された車速Ｖ、舵角センサ
７で検出された舵角θに基いてアシスト指令の操舵補助
指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに
基いてモータ２０に供給する電流を制御する。

【０００４】コントロールユニット３０は主としてＣＰ
Ｕで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラム
で実行される一般的な機能を示すと、図１５のようにな
る。

【０００５】コントロールユニット３０の機能及び動作
を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力され
る操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相
補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルク
ＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、
車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演
算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、
入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２
０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉ
を決定する。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力さ
れると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワー
ド系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差
（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力されると共に、フィ
ードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に
入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力
も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算
結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモー
タ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流
値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流
値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされ
る。

【０００６】ここにおいて、運転者がハンドルを操作し
て車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタ
イヤが路面から受ける反力によって中立点、つまり直線
走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカ
ーブを通過し終えたとき、運転者がハンドルから手を離
すと、ステアリング装置は路面から受ける反力により自
然に中立点に復帰し、ハンドルは逆方向に回転する。こ
のような動作は一般に「ハンドル戻し」と呼ばれてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に自動車の操舵ハ
ンドルは、セルフアライニングトルクと呼ばれるサスペ
ンションからの反力によって中立点に戻ろうとするが、
電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用の
モータ２０の回転を減速ギア３を介して舵取り機構に伝
達しているため、モータ２０の慣性モーメントや減速ギ
ア３の摩擦等が影響し、特に低速走行時におけるハンド
ル１の戻りが悪くなるという問題がある。そのため、ハ
ンドル１を中立点に戻すようにモータ２０を制御する必
要がある。

【０００８】ハンドル戻し制御と呼ばれるこの制御は、
一般に舵角センサ７で検出された舵角θによって、ハン
ドル切り増し時と戻し時を区別することなく、ハンドル
戻し方向に作用する戻し電流値を決定するようになって
いる。しかし、この電流値は、当然のことながらハンド
ルの切り増し方向と反対方向に働くため、切り増し時に
は過剰な摩擦感やバネのような違和感を運転者に与える
ことになっていた。

【０００９】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、ハンドル戻し制御に、ハン
ドルの切り増し及び戻りを認識させて操舵性能を向上し
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。

【００１０】

【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演算された操舵
補助指令値と、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にハンドル戻し制御信号を印加
するハンドル戻し制御部を設け、ハンドル戻り時のみに
ハンドル戻し制御を動作させることによって達成され
る。

【００１１】本発明の上記目的は、ハンドルの絶対角を
検出する舵角センサを設け、舵角と舵角速度の方向とを
比較することによって、ハンドルの切り増し及び戻りを
識別するようにすることによって、より効果的に達成さ
れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、舵角センサからの舵
角と舵角速度の方向を比較することで、ハンドル切り増
し時と戻り時の識別を行う。具体的には、例えば舵角及
び舵角速度を共に中立点を境にして右回し方向を正、左
回し方向を負となるように設定し、その符号が同一のと
きは切り増しと判断し、異なるときは戻りと判断する。
舵角速度は舵角センサによるものだけでなく、舵角の変
化（微分）から演算された値や、特開平１０−１０９６
５５号公報で開示されるようなモータの角速度推定値を
用いてもよい。このようなハンドル切り増し時と戻り時
の識別を用いて、ハンドルの回転停止時及び戻り時のみ
にハンドル戻し制御を動作させることで、切り増し時の
ハンドル戻し制御による操舵補助の妨げをなくすように
している。

【００１３】以下に、本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。

【００１４】図１は本実施例での制御機能のブロック図
であり、トルクセンサからの操舵トルク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。センタ応
答性改善部１０１は、アシスト特性不感帯での安定性確
保、静摩擦の補償を行う。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、最大電流制限部１０６で最大電流値が制限されて
電流制御部１１０に入力される。モータロス電流補償部
１０４は、モータ電流が流れてもモータ出力に現れない
電流を上乗せして、モータ出力トルク０からの立ち上り
を改善し、最大電流制限部１０６は、電流指令値の最大
値が定格電流となるように制限している。電流制御部１
１０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１１２に入力され、これによりモータ１１
３を駆動する。

【００１５】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_ｍはモータ角加速度推定部・慣性補償部
１２３、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１２
６及びモータロストルク補償部１２４の各出力は加算器
１２７で加算され、その加算結果が更に加算器１４１を
経て加算器１０２に入力される。モータ角加速度推定部
・慣性補償部１２３はモータ慣性を加減速させるトルク
を操舵トルクから排除し、慣性感のない操舵感にし、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
るようになっており、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
を行う。また、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。電流ディザ信号発生部１３０は、モータが静摩擦で
張り付いてしまうのを防止する。

【００１６】また、加算器１４１には、ハンドル戻し制
御部１４０からハンドル戻し制御信号ＨＲが印加され、
ハンドル戻し制御部１４０には車速センサからの車速
Ｖ、舵角センサからの舵角θ、舵角速度ω_ｈが入力され
ている。舵角速度ω_ｈとしては、舵角センサからの舵角
θを微分した微分値又はモータ角速度推定部１２１によ
って推定されたモータ角速度ω_ｍ、或は舵角速度センサ
を設け、その舵角速度センサからの値を利用するもので
あってもよい。

【００１７】図２はハンドル戻し制御部１４０の構成例
を示しており、舵角θに基づいて所定関数でハンドル戻
し基本電流値Ｉｒを出力するハンドル戻し基本電流回路
１４０Ａと、車速Ｖを入力して所定関数によりＶに応じ
たゲインＧｖを出力するゲイン回路１４０Ｂと、ハンド
ル戻し基本電流回路１４０Ａからのハンドル戻し基本電
流値Ｉｒとゲイン回路１４０ＢからのゲインＧｖとを乗
算する乗算器１４０Ｃと、乗算器１４０Ｃからの出力Ｉ
ｒ・Ｇｖを接点ａ又はｂに切換えて出力するスイッチ１
４０Ｄと、舵角θ及び舵角速度ω_ｈを入力し、両者の符
号の一致又は不一致を判定する符号判定回路１４０Ｆ
と、スイッチ１４０Ｄが接点ｂに切換えられたときの出
力を０とするゼロ出力回路１４０Ｅとで構成されてい
る。

【００１８】符号判定回路１４０Ｆは、判定信号として
スイッチ信号ＳＷを出力してスイッチ１４０Ｄの接点を
切換えるが、舵角θ及び舵角速度ω_ｈの符号が不一致の
ときにスイッチ信号ＳＷで接点ａに、両者の符号が一致
したときにスイッチ信号ＳＷで接点ｂに切換えるように
なっている。また、スイッチ１４０Ｄの接点ａ，ｂは、
舵角速度ω_ｈがゼロとなったことを検出する回路（図示
せず）からも切換えられるようになっている。

【００１９】図３はハンドル戻し制御部１４０の動作例
を示しており、先ず舵角センサから舵角θを読取り（ス
テップＳ１）、中立点θｃを基準とした舵角θを求める
（ステップＳ２）。舵角θは読取値をθｒとすれば、θ
＝θｒーθｃで求められる。そして、ハンドル戻し基本
電流回路１４０Ａは舵角θからハンドル戻し基本電流値
Ｉｒを求め（ステップＳ３）、次に車速Ｖを読取り（ス
テップＳ４）、ゲイン回路１４０Ｂから出力された車速
感応ゲインＧｖを、乗算器１４０Ｃにおいてハンドル戻
し基本電流値Ｉｒと乗算する（ステップＳ５）。即ち、
Ｉｒ・Ｇｖを求める。

【００２０】次に、舵角速度ω_ｈを読込むが（ステップ
Ｓ６）、舵角速度ω_ｈは、舵角センサからの舵角θを微
分した微分値又はモータ角速度推定部１２１で求めた推
定値のモータ角速度ω_ｍ、或は舵角速度センサからの出
力値を利用するものであってもよい。そして、舵角速度
ω_ｈがゼロであるか否かを判定し（ステップＳ１０）、
ゼロであれば停止時と判断してスイッチ１４０Ｄを接点
ｂとし、これによってハンドル戻し制御部１４０の出
力、つまりハンドル戻し制御信号ＨＲをゼロとする（ス
テップＳ１４）。

【００２１】また、上記ステップＳ１０で舵角速度ω_ｈ
がゼロでない場合には、符号判定回路１４０Ｆは舵角符
号と舵角速度符号が同一か否かを判定し（ステップＳ１
１）、舵角符号と舵角速度符号が同一であれば切り増し
時と判断し、スイッチ信号ＳＷによってスイッチ１４０
Ｄを接点ｂとし、これによりハンドル戻し制御信号ＨＲ
をゼロとする（ステップＳ１３）。舵角符号と舵角速度
符号が異なる場合にはハンドル戻り時と判断し、スイッ
チ信号ＳＷによってスイッチ１４０Ｄを接点ａとし、乗
算器１４０Ｃの出力（＝Ｉｒ・Ｇｖ）をそのまま出力し
てハンドル戻し制御信号ＨＲとする。

【００２２】次に、図１の他の部分の構成を説明する。
本実施例では先ずセンタ応答性改善部１０１を図４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１０１
Ａを図５に示す周波数特性とし、近似微分部１０１Ｂを
図６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７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）と|
操舵トルクー操舵トルク（１サンプリング前）|（＝
Ｂ）がそれぞれの所定値以上で、かつｓｉｇｎ（Ａ）＜
＞ｓｉｇｎ（Ｂ）である。切り換え後のゲインは例え
ば、車速範囲を３分割し、それぞれの範囲で異なる値と
する。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。

【００２３】また、本実施例では操舵補助指令値演算部
１００におけるアシスト量の計算において、３つの代表
車速（０、Ｖ１、Ｖ２Ｋｍ／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〜Ｖ２Ｋｍ
／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８に示すものであり、０Ｋｍ／ｈ＝Ｉ
ｏ特性、Ｖ１＝Ｉａ特性、Ｖ２＝Ｉｂ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９で示す車速（Ｋｍ／ｈ）対車速補間係数γで２
Ｋｍ／ｈ毎に行う。車速０〜Ｖ１のとき、アシスト電流
ＩはＩ＝Ｉａ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉｏ（Ｔ）−Ｉａ
（Ｔ））であり、車速（Ｖ１＋２）〜Ｖ２Ｋｍ／ｈのと
き、アシスト電流ＩはＩ＝Ｉｂ（Ｔ）＋γ（Ｖ）（Ｉａ
（Ｔ）−Ｉｂ（Ｔ））である。

【００２４】更に、本実施例ではトルク制御演算部１０
３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１０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１０３
Ｂ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１０３Ｅ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１０
３Ｈが設置されている。

【００２５】ロバスト安定化補償部１０３Ｈの特性は図
１１に示すものであり、制御系全体の特性を図１２のよ
うにする。機械系の特性が図１３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。

【００２６】

【発明の効果】本発明の電動パワーステアリング装置で
は、舵角センサからの舵角と舵角速度の符号を比較する
ことによって、ハンドルの切り増し時と戻り時を識別す
ることができる。その識別を利用し、ハンドル戻し制御
を戻り時のみ動作させることで、運転者がハンドルを戻
す際の労力を減少させる効果は残したまま、従来のハン
ドル戻し制御にあった切り増し時の摩擦感や違和感を取
り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動パワーステアリング装置の構成例
を示すブロック図である。

【図２】ハンドル戻し制御部の構成例を示すブロック図
である。

【図３】ハンドル戻し制御部の動作例を示すフローチャ
ートである。

【図４】センタ応答改善部のブロック構成図である。

【図５】位相補償部の特性例を示す図である。

【図６】近似微分部の特性例を示す図である。

【図７】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８】基本アシスト特性を示す図である。

【図９】車速補間演算の一例を示す図である。

【図１０】トルク制御演算の構成例を示すブロック図で
ある。

【図１１】ロバスト安定化補償の特性例を示す図であ
る。

【図１２】制御系の特性例を示す図である。

【図１３】機械系の特性例を示す図である。

【図１４】電動パワーステアリングの一般例を示す機構
図である。

【図１５】コントロールユニットの一般的な内部構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

７舵角センサ１０トルクセンサ１２車速センサ２０モータ３０コントロールユニット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１１０電流制御部１１２電流ドライブ回路１１３モータ１２１モータ角速度推定部１２４モータロストルク補償部１２５ヨーレート推定部１２６収れん制御部１４０ハンドル戻し制御部

───────────────────────────────────────────────────── 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 117:00 Ｂ６２Ｄ 117:00 119:00 119:00 (72)発明者遠藤修司群馬県前橋市鳥羽町78番地日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA03 DA09 DA15 DA23 DA64 DC01 DC02 DC03 DC17 DD05 EA01 EB16 EB30 EC23 GG01 3D033 CA03 CA04 CA13 CA16 CA17 CA19 CA20 CA21 5H571 AA03 BB09 CC01 EE02 FF01 FF02 GG04 GG08 HB01 HD02 JJ25 LL01 LL22

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
クに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、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にハンドル戻し制御信
号を印加するハンドル戻し制御部を具備し、ハンドル戻
り時のみにハンドル戻し制御を動作させるようにしたこ
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】ハンドルの絶対角を検出する舵角センサを
具備し、舵角と舵角速度の方向とを比較することによっ
て、ハンドルの切り増し及び戻りを識別するようになっ
ている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の
制御装置。