JP2003200844A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置Info
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- JP2003200844A JP2003200844A JP2002001935A JP2002001935A JP2003200844A JP 2003200844 A JP2003200844 A JP 2003200844A JP 2002001935 A JP2002001935 A JP 2002001935A JP 2002001935 A JP2002001935 A JP 2002001935A JP 2003200844 A JP2003200844 A JP 2003200844A
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- aligning torque
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
- B62D5/046—Controlling the motor
- B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
- B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
Abstract
(57)【要約】
【課題】チューニングし易く、安価な構成で、安定かつ
快適な操舵フィーリングが得られるパワーステアリング
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におい
て、外乱オブザーバ構成によりセルフアライニングトル
クを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記
セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフア
ライニングトルク推定値に基づいて操舵反力の定義を行
って前記操舵トルクにフィードバックする操舵トルクフ
ィードバック部とを設ける。
快適な操舵フィーリングが得られるパワーステアリング
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におい
て、外乱オブザーバ構成によりセルフアライニングトル
クを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記
セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフア
ライニングトルク推定値に基づいて操舵反力の定義を行
って前記操舵トルクにフィードバックする操舵トルクフ
ィードバック部とを設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ドライバの操作に
応じて自動車の転舵用の車輪を転舵させるためのパワー
ステアリング装置に関し、特に路面情報、外乱情報等の
加工と操舵安全性の設計を独立して設計でき、チューニ
ングし易く、かつ安全で快適な操舵性能を得られる電動
パワーステアリング装置に関する。
応じて自動車の転舵用の車輪を転舵させるためのパワー
ステアリング装置に関し、特に路面情報、外乱情報等の
加工と操舵安全性の設計を独立して設計でき、チューニ
ングし易く、かつ安全で快適な操舵性能を得られる電動
パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車のステアリング（舵取り）は、車
室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステア
リングホイールの回転操作）を、ステアリング用の車輪
（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配され
た舵取機構に伝えて行われる。
室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステア
リングホイールの回転操作）を、ステアリング用の車輪
（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配され
た舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】自動車用のステアリング機構としては、ボ
ールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のもの
が実用化されている。例えば、車体の前部に左右方向に
延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に
付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える
構成としたラック・ピニオン式のステアリング機構は、
車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステア
リングコラム）の先端に嵌着されたピニオンをラック軸
の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリング
ホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換し
て、ステアリングホイールの回転操作に応じたステアリ
ングを行わせる構成となっている。
ールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のもの
が実用化されている。例えば、車体の前部に左右方向に
延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に
付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える
構成としたラック・ピニオン式のステアリング機構は、
車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステア
リングコラム）の先端に嵌着されたピニオンをラック軸
の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリング
ホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換し
て、ステアリングホイールの回転操作に応じたステアリ
ングを行わせる構成となっている。
【０００４】また、近年においては、ステリング機構の
中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアク
チュエータを配設し、このアクチュエータを、舵取りの
ためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出
結果に基づいて駆動し、ステアリングホイールの回転に
応じたステアリング機構の動作（駆動）をアクチュエー
タの出力によって補助し、運転者の労力負担を軽減する
構成としたパワーステアリング装置が広く普及してい
る。
中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアク
チュエータを配設し、このアクチュエータを、舵取りの
ためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出
結果に基づいて駆動し、ステアリングホイールの回転に
応じたステアリング機構の動作（駆動）をアクチュエー
タの出力によって補助し、運転者の労力負担を軽減する
構成としたパワーステアリング装置が広く普及してい
る。
【０００５】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８に示して説明すると、ステアリングホ
イール１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント
4a及び4b、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、ステアリング
ホイール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及びリレー１３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。
般的な構成を図８に示して説明すると、ステアリングホ
イール１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント
4a及び4b、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、ステアリング
ホイール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及びリレー１３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。
【０００６】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９のようにな
る。
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９のようにな
る。
【０００７】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２０
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。
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２０
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。
【０００８】一方、図８の機構を伝達関数で表すと図１
０のようになる。図１０において、ブロック３０１はコ
ントロールユニット３０の伝達関数Ｋ（ｓ）であり、ブ
ロック２０１は１次遅れ関数の特性を有するモータ２０
の伝達関数であり、ブロック２０２はモータ２０のトル
ク係数Kｔを示している。ブロック３Ａは減速ギア３の
ギア比Gｒであり、ギア比Gｒの出力と操舵トルクThが減
算器４１に入力され、加算器４２を経てピニオンラック
機構５の伝達関数５０１に入力される。伝達関数５０１
の出力である角速度ωは積分要素５０２を経て角度θと
なり、角度θが車両のダイナミック特性Kv(s)のブロッ
ク４３を経て減算器４２にフィードバックされている。
また、角度θはステアリングホイール角度θhと共に減
算器４４に入力され、その加算結果はトーションバーの
バネ係数（Kｔｂ）５０３を経て、操舵補助指令値演算
器３２に相当するMAP４０に入力され、MAP４０の出力が
コントロールユニット３０１に入力されている。
０のようになる。図１０において、ブロック３０１はコ
ントロールユニット３０の伝達関数Ｋ（ｓ）であり、ブ
ロック２０１は１次遅れ関数の特性を有するモータ２０
の伝達関数であり、ブロック２０２はモータ２０のトル
ク係数Kｔを示している。ブロック３Ａは減速ギア３の
ギア比Gｒであり、ギア比Gｒの出力と操舵トルクThが減
算器４１に入力され、加算器４２を経てピニオンラック
機構５の伝達関数５０１に入力される。伝達関数５０１
の出力である角速度ωは積分要素５０２を経て角度θと
なり、角度θが車両のダイナミック特性Kv(s)のブロッ
ク４３を経て減算器４２にフィードバックされている。
また、角度θはステアリングホイール角度θhと共に減
算器４４に入力され、その加算結果はトーションバーの
バネ係数（Kｔｂ）５０３を経て、操舵補助指令値演算
器３２に相当するMAP４０に入力され、MAP４０の出力が
コントロールユニット３０１に入力されている。
【０００９】コントロールユニット３０１の周波数応答
特性は図１１のようになっており、同図（Ａ）はゲイン
特性であり、同図（Ｂ）は位相特性である。更にトーシ
ョンバーのトルク特性は図１２（Ａ）であり、角度は同
図（Ｂ）であり、それぞれMAP40のゲイン１／１５０、
１、１０、５０に従ってそれぞれ図示（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）のように変化する。図１２は図１０でチ
ューニングした結果を示しており、フィードバック信号
のMAP40のゲインを１／１５０、１、１０、５０で変え
た様子を示している。この結果から、ゲイン１／１５
０、１、１０、５０によって、その結果に余り差異がな
いのでチューニングし難いことが分かる。
特性は図１１のようになっており、同図（Ａ）はゲイン
特性であり、同図（Ｂ）は位相特性である。更にトーシ
ョンバーのトルク特性は図１２（Ａ）であり、角度は同
図（Ｂ）であり、それぞれMAP40のゲイン１／１５０、
１、１０、５０に従ってそれぞれ図示（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）のように変化する。図１２は図１０でチ
ューニングした結果を示しており、フィードバック信号
のMAP40のゲインを１／１５０、１、１０、５０で変え
た様子を示している。この結果から、ゲイン１／１５
０、１、１０、５０によって、その結果に余り差異がな
いのでチューニングし難いことが分かる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の電動パワーステ
アリング装置では、ロバスト安定化補償器により、シス
テムの安定性と路面情報、外乱情報に対する処理とを同
時に設計するようになっている。ロバスト安定化補償器
は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている
ような補償器であり、ｓをラプラス演算子とする特性式
G(s) = (s２＋a1・s＋a2)/(s２＋b1・s＋b2)を有し、操
舵トルクＴに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振
系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と
応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償してい
る。
アリング装置では、ロバスト安定化補償器により、シス
テムの安定性と路面情報、外乱情報に対する処理とを同
時に設計するようになっている。ロバスト安定化補償器
は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている
ような補償器であり、ｓをラプラス演算子とする特性式
G(s) = (s２＋a1・s＋a2)/(s２＋b1・s＋b2)を有し、操
舵トルクＴに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振
系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と
応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償してい
る。
【００１１】しかしながら、１つの補償器で複数の情報
と複数の周波数領域の信号を処理することは、チューニ
ング上では困難である。特に機械的又は電気的な特性が
少しでも変わると、チューニングの時間が多くかかると
いう問題がある。また、かなり経験豊富な技術者でない
と、同じ性能の装置が得られないという問題もある。
と複数の周波数領域の信号を処理することは、チューニ
ング上では困難である。特に機械的又は電気的な特性が
少しでも変わると、チューニングの時間が多くかかると
いう問題がある。また、かなり経験豊富な技術者でない
と、同じ性能の装置が得られないという問題もある。
【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、チューニングし易く、安価
な構成で、安定かつ快適な操舵フィーリングが得られる
電動パワーステアリング装置を提供することにある。
のであり、本発明の目的は、チューニングし易く、安価
な構成で、安定かつ快適な操舵フィーリングが得られる
電動パワーステアリング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に関するもので、本発明の上記目的
は、外乱オブザーバ構成によりセルフアライニングトル
クを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記
セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフア
ライニングトルク推定値に基づいて操舵反力の定義を行
って前記操舵トルクにフィードバックする操舵トルクフ
ィードバック部とを設けることによって達成される。
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に関するもので、本発明の上記目的
は、外乱オブザーバ構成によりセルフアライニングトル
クを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記
セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフア
ライニングトルク推定値に基づいて操舵反力の定義を行
って前記操舵トルクにフィードバックする操舵トルクフ
ィードバック部とを設けることによって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明では、外乱オブザーバ構成
によりセルフアライニングトルクを推定するセルフアラ
イニングトルク推定部を設け、セルフアライニングトル
ク推定部で推定されたセルフアライニングトルク推定値
とモータ回転（角度）信号又は角速度信号に基づいて操
舵反力の定義を行って操舵トルクにフィードバックして
いる。また、本発明ではセルフアライニングトルクを推
定し、そのセルフアライニングトルク推定値をトーショ
ンバーのトルク情報と共に操舵トルクにフィードバック
している。本発明のコントロールユニットは、システム
の特性変動（例えば共振周波数）があってもシステムの
安定性が確保できることで、ロバスト性を有している。
そして、操舵反力の静特性の定義を、必要操舵力及びセ
ルフアライニングトルク推定値に基づいて決め、操舵反
力の動特性の定義を、ドライバに伝えたい情報の周波数
帯域の伝達関数のゲインを大きくし、ドライバに伝えた
くない情報の周波数帯域の伝達関数のゲインを小さくす
るようにしている。このため、必要な操舵反力の定義を
容易に行うことができ、安価な構成で安定かつ快適な操
舵フィーリングを実現することができる。
によりセルフアライニングトルクを推定するセルフアラ
イニングトルク推定部を設け、セルフアライニングトル
ク推定部で推定されたセルフアライニングトルク推定値
とモータ回転（角度）信号又は角速度信号に基づいて操
舵反力の定義を行って操舵トルクにフィードバックして
いる。また、本発明ではセルフアライニングトルクを推
定し、そのセルフアライニングトルク推定値をトーショ
ンバーのトルク情報と共に操舵トルクにフィードバック
している。本発明のコントロールユニットは、システム
の特性変動（例えば共振周波数）があってもシステムの
安定性が確保できることで、ロバスト性を有している。
そして、操舵反力の静特性の定義を、必要操舵力及びセ
ルフアライニングトルク推定値に基づいて決め、操舵反
力の動特性の定義を、ドライバに伝えたい情報の周波数
帯域の伝達関数のゲインを大きくし、ドライバに伝えた
くない情報の周波数帯域の伝達関数のゲインを小さくす
るようにしている。このため、必要な操舵反力の定義を
容易に行うことができ、安価な構成で安定かつ快適な操
舵フィーリングを実現することができる。
【００１５】また、セルフアライニングトルクの推定に
モータ回転信号（又は角速度信号）及びモータ電流指令
値を用いるようになっているので、モータ制御に使用さ
れるモータ回転信号（又は角速度信号）を利用し、高精
度かつ安価なセルフアライニングトルク推定部の構成を
実現できる。
モータ回転信号（又は角速度信号）及びモータ電流指令
値を用いるようになっているので、モータ制御に使用さ
れるモータ回転信号（又は角速度信号）を利用し、高精
度かつ安価なセルフアライニングトルク推定部の構成を
実現できる。
【００１６】図１は本発明のブロック線図構成例を示し
ており、操舵トルクThはコントロールユニット１００
（伝達関数：K(s)）に入力され、その出力であるモータ
電流指令値Irが１次遅れ関数のモータ１０２（伝達関
数：1/(T1・s＋１)）、モータのトルク係数１０３（伝
達関数：Kｔ）、減速ギアのギア比１０４（伝達関数：G
ｒ）を経て加算器１０５に入力される。加算器１０５の
加算結果は減算器１０６を経てピニオンラック機構１３
０（伝達関数：1/(Jｐｔ・s＋Cｐｔ)）に入力される。
ピニオンラック機構１３０の出力であるモータ角速度ω
は積分要素１３１を経て角度θとなり、角度θが車両の
ダイナミック特性１３２（伝達関数：Kv(s)）を経て減
算器１０６にフィードバックされている。ピニオンラッ
ク機構１３０のJptはピニオンベース慣性モーメントで
あり、Cptはピニオンベースダンピング係数である。ま
た、角度θはステアリングホイール角度θhと共に減算
器１３３に入力され、その加算結果はトーションバーの
バネ係数１３４（伝達関数：Kｔ ｂ）を経て加算器１３
５に入力され、加算器１３５にはセルフアライニングト
ルク推定部１１０からのセルフアライニングトルク推定
値ESが入力されている。セルフアライニングトルク推定
部１１０は、モータ電流指令値Irとモータ角速度ωから
セルフアライニングトルク（SAT）の推定を行い、セル
フアライニングトルク推定部１１０で推定されたセルフ
アライニングトルク推定値ESに基づいて操舵反力（味付
け成分）ATの定義を行って、操舵トルクThに減算器１０
１を介してフィードバックする操舵トルクフィードバッ
ク部１２０が設けられている。
ており、操舵トルクThはコントロールユニット１００
（伝達関数：K(s)）に入力され、その出力であるモータ
電流指令値Irが１次遅れ関数のモータ１０２（伝達関
数：1/(T1・s＋１)）、モータのトルク係数１０３（伝
達関数：Kｔ）、減速ギアのギア比１０４（伝達関数：G
ｒ）を経て加算器１０５に入力される。加算器１０５の
加算結果は減算器１０６を経てピニオンラック機構１３
０（伝達関数：1/(Jｐｔ・s＋Cｐｔ)）に入力される。
ピニオンラック機構１３０の出力であるモータ角速度ω
は積分要素１３１を経て角度θとなり、角度θが車両の
ダイナミック特性１３２（伝達関数：Kv(s)）を経て減
算器１０６にフィードバックされている。ピニオンラッ
ク機構１３０のJptはピニオンベース慣性モーメントで
あり、Cptはピニオンベースダンピング係数である。ま
た、角度θはステアリングホイール角度θhと共に減算
器１３３に入力され、その加算結果はトーションバーの
バネ係数１３４（伝達関数：Kｔ ｂ）を経て加算器１３
５に入力され、加算器１３５にはセルフアライニングト
ルク推定部１１０からのセルフアライニングトルク推定
値ESが入力されている。セルフアライニングトルク推定
部１１０は、モータ電流指令値Irとモータ角速度ωから
セルフアライニングトルク（SAT）の推定を行い、セル
フアライニングトルク推定部１１０で推定されたセルフ
アライニングトルク推定値ESに基づいて操舵反力（味付
け成分）ATの定義を行って、操舵トルクThに減算器１０
１を介してフィードバックする操舵トルクフィードバッ
ク部１２０が設けられている。
【００１７】セルフアライニングトルク推定部１１０
は、モータ角速度ωを入力して処理する要素１１１(Q/P
n)と、モータ電流指令値Irを入力して処理する要素１１
２(M・Q)とを有し、要素１１１と要素１１２との偏差を
減算器１１３で求めてセルフアライニングトルク推定値
ESとして出力するようになっている。Q(s)は低域通過フ
ィルタを表しており、Pn(s)はラック・ピニオンの理論
上のモデルである。要素１１１は伝達関数Q(s)と伝達関
数Pn−１で構成され、Mはモータの伝達関数（ =1/(T１
・s＋１)）であり、Q(s)との乗算で要素１１２が形成さ
れている。
は、モータ角速度ωを入力して処理する要素１１１(Q/P
n)と、モータ電流指令値Irを入力して処理する要素１１
２(M・Q)とを有し、要素１１１と要素１１２との偏差を
減算器１１３で求めてセルフアライニングトルク推定値
ESとして出力するようになっている。Q(s)は低域通過フ
ィルタを表しており、Pn(s)はラック・ピニオンの理論
上のモデルである。要素１１１は伝達関数Q(s)と伝達関
数Pn−１で構成され、Mはモータの伝達関数（ =1/(T１
・s＋１)）であり、Q(s)との乗算で要素１１２が形成さ
れている。
【００１８】要素１１２のＭ・Ｑはモータの電気的特性
Ｍに低域通過フィルタＱを乗算するものであり、要素１
１１のQ/Pnは低域通過フィルタＱを理想上のモデルPnで
除算したもである。セルフアライニングトルク推定部１
１０がセルフアライニングトルク推定値ESを演算できる
根拠は、下記の通りである。トルクTmは下記（１）式で
表される。
Ｍに低域通過フィルタＱを乗算するものであり、要素１
１１のQ/Pnは低域通過フィルタＱを理想上のモデルPnで
除算したもである。セルフアライニングトルク推定部１
１０がセルフアライニングトルク推定値ESを演算できる
根拠は、下記の通りである。トルクTmは下記（１）式で
表される。
【００１９】Tm = M(s)×Ir …（１）
ただし、M(s) = (Kt×Gr)/(T1・s＋１)
また、モータ角速度ωは下記（２）式で表される。
【００２０】
ω = P(s)×[Tm＋Ttb - SAT] …（２）
ただし、P(s) = 1/(Jpt・s + Cpt)そして、セルフアラ
イニングトルク推定部１１０の構成より、セルフアライ
ニングトルク推定値ESは下記（３）式で表される。
イニングトルク推定部１１０の構成より、セルフアライ
ニングトルク推定値ESは下記（３）式で表される。
【００２１】
ES = M・Q - Q/Pn …（３）
従って、（３）式に上記（１）式及び（２）式を代入す
ると、下記（４）式となる。
ると、下記（４）式となる。
【００２２】
ES = Q(s)×Tm - Q(s)×P(s)×[Tm＋Ttb - SAT]/Pn(s)
= {Q(s)×Tm - Q(s)×[P(s)/Pn(s)×Tm]}
×{Q(s)×[P(s)/Pn(s)]×[SAT - Ttb]} …（４）
そして、Pn(s)＝P(s)となるようにピニオンラック機構
１３０のピニオンベース慣性モーメントJpt及びピニオ
ンベースダンピング係数Cptの値を決めれば、次の関係
が得られる。
１３０のピニオンベース慣性モーメントJpt及びピニオ
ンベースダンピング係数Cptの値を決めれば、次の関係
が得られる。
【００２３】
ES = Q(ｓ)×[SAT - Ttb] …（５）
従って、操舵フィードバック部１２０に入力されるのは
加算器１３５の加算結果であるので、下記（６）式とな
る。
加算器１３５の加算結果であるので、下記（６）式とな
る。
【００２４】
SatE = ES + Ttb
= Q(s)×SAT + [1 - Q(s)]×Ttb …（６）
従って、Q(s) = 1の領域においては次式となる。
【００２５】SatE = SAT …（７）
以上より、セルフアライニングトルクSATとセルフアラ
イニングトルク推定値ESとの関係は（５）式で表され、
セルフアライニングトルクSATと加算結果SatEとの関係
は（７）式で表される。
イニングトルク推定値ESとの関係は（５）式で表され、
セルフアライニングトルクSATと加算結果SatEとの関係
は（７）式で表される。
【００２６】また、フィルタＱ、モータ特性Ｍ、モデル
Pnの特性はそれぞれ下記のように表せる。フィルタQ(s)
は角速度ωを使用した場合、Tqを時定数として Q(s) = 1/(Tq・s + 1) …(8) で表され、角度θを使用した場合、b0, b1を定数として Q(s) = b1/(s2 + b0・s + b1) …(9) で表され、いずれも高域遮断フィルタである。そして、
モータ特性M(s)とモデルP(s)は M(s) = Kt×Gr/(T1・s + 1) …(10) P(s) = 1/(Jpn・s + Cpn) …(11) で表せる。
Pnの特性はそれぞれ下記のように表せる。フィルタQ(s)
は角速度ωを使用した場合、Tqを時定数として Q(s) = 1/(Tq・s + 1) …(8) で表され、角度θを使用した場合、b0, b1を定数として Q(s) = b1/(s2 + b0・s + b1) …(9) で表され、いずれも高域遮断フィルタである。そして、
モータ特性M(s)とモデルP(s)は M(s) = Kt×Gr/(T1・s + 1) …(10) P(s) = 1/(Jpn・s + Cpn) …(11) で表せる。
【００２７】以上のように操舵フィードバック部１２０
に入力されるのは加算結果SatEで、コントロールユニッ
ト１００に入力されるのは操舵トルクThと操舵フィード
バック部１２０の出力である操舵反力ATとの偏差(AT-T
h)で、本制御システムでは操舵トルクTh及びＳＡＴ情報
をフィードバック制御に利用している。
に入力されるのは加算結果SatEで、コントロールユニッ
ト１００に入力されるのは操舵トルクThと操舵フィード
バック部１２０の出力である操舵反力ATとの偏差(AT-T
h)で、本制御システムでは操舵トルクTh及びＳＡＴ情報
をフィードバック制御に利用している。
【００２８】また、本発明ではコントロールユニット１
００の特性を、積分要素を含まない図２のゲイン及び位
相特性としており、低域では比例要素となっており、高
域は遮断特性となっている。セルフアライニングトルク
推定部１１０の特性は図３に示すようになっている。図
３では実際のセルフアライニングトルクSAT（実線）と
推定したセルフアライニングトルクES（破線）とを示し
ている。更に、操舵トルクフィードバック部１２０は動
的特性部１２１及び静的特性部１２２で構成されてお
り、動的構成部１２１は図４に示す特性を有しており、
静的特性部１２２は図５に示す特性を有している。静的
特性部１２２はドライバが感じるトルクの味付けを行
い、フィーリング特性部の機能を有しており、本例では
ゲインｇを表すものと曲線パターンを表すものとに分け
ている。図４において、領域AR2（角周波数ω１〜
ω２）はドライバに伝えたい情報の周波数帯域を示し、
領域AR1（角周波数ω１以下）及び領域AR3（角周波数ω
２以上）は抑制したい外乱情報の周波数帯域を示してい
る。図５は目的とする静的特性であるが、実際には図５
の特性をカバーするようにゲインｇを適当な範囲（1/15
0, 1, 10, 50）において変動させている。
００の特性を、積分要素を含まない図２のゲイン及び位
相特性としており、低域では比例要素となっており、高
域は遮断特性となっている。セルフアライニングトルク
推定部１１０の特性は図３に示すようになっている。図
３では実際のセルフアライニングトルクSAT（実線）と
推定したセルフアライニングトルクES（破線）とを示し
ている。更に、操舵トルクフィードバック部１２０は動
的特性部１２１及び静的特性部１２２で構成されてお
り、動的構成部１２１は図４に示す特性を有しており、
静的特性部１２２は図５に示す特性を有している。静的
特性部１２２はドライバが感じるトルクの味付けを行
い、フィーリング特性部の機能を有しており、本例では
ゲインｇを表すものと曲線パターンを表すものとに分け
ている。図４において、領域AR2（角周波数ω１〜
ω２）はドライバに伝えたい情報の周波数帯域を示し、
領域AR1（角周波数ω１以下）及び領域AR3（角周波数ω
２以上）は抑制したい外乱情報の周波数帯域を示してい
る。図５は目的とする静的特性であるが、実際には図５
の特性をカバーするようにゲインｇを適当な範囲（1/15
0, 1, 10, 50）において変動させている。
【００２９】上述のような構成において、操舵トルクTh
と操舵トルクフィードバック部１２０の出力である操舵
反力ATとの偏差(AT-Th)は減算器１０１で求められ、そ
の偏差(AT-Th)がコントロールユニット１００に入力さ
れ、その出力であるモータ電流指令値Irがモータ１０２
を駆動すると共に、外乱オブザーバ構成のセルフアライ
ニングトルク推定部１１０に入力される。コントロール
ユニット１００はシステム全体の安定性を補償し、シス
テムの特性変動（例えば共振周波数）があってもシステ
ムの安定性を確保できることでロバスト特性を有してい
る。コントロールユニット１００の伝達関数K(s)の決定
はＰＩＤでも良く、試行錯誤でも構わない。モータ１０
２の出力はモータトルク係数１０３（Kt）、ギア比１０
４（Gr）を経て加算器１０５に入力され、その加算値が
減算器１０６を経てピニオンラック機構１３０(1/(Jpt
・ｓ＋Cpt))に入力される。ピニオンラック機構１３０
の出力は積分要素１３１（１／ｓ）を経て加算器１３３
に入力されると共に、車両のダイナミック特性を示す要
素１３２に入力され、その出力であるセルフアライニン
グトルクSATが減算器１０６に入力される。また、加算
器１３３の加算結果は、トーションバーのバネ係数１３
４（Ktb）を経て出力される。
と操舵トルクフィードバック部１２０の出力である操舵
反力ATとの偏差(AT-Th)は減算器１０１で求められ、そ
の偏差(AT-Th)がコントロールユニット１００に入力さ
れ、その出力であるモータ電流指令値Irがモータ１０２
を駆動すると共に、外乱オブザーバ構成のセルフアライ
ニングトルク推定部１１０に入力される。コントロール
ユニット１００はシステム全体の安定性を補償し、シス
テムの特性変動（例えば共振周波数）があってもシステ
ムの安定性を確保できることでロバスト特性を有してい
る。コントロールユニット１００の伝達関数K(s)の決定
はＰＩＤでも良く、試行錯誤でも構わない。モータ１０
２の出力はモータトルク係数１０３（Kt）、ギア比１０
４（Gr）を経て加算器１０５に入力され、その加算値が
減算器１０６を経てピニオンラック機構１３０(1/(Jpt
・ｓ＋Cpt))に入力される。ピニオンラック機構１３０
の出力は積分要素１３１（１／ｓ）を経て加算器１３３
に入力されると共に、車両のダイナミック特性を示す要
素１３２に入力され、その出力であるセルフアライニン
グトルクSATが減算器１０６に入力される。また、加算
器１３３の加算結果は、トーションバーのバネ係数１３
４（Ktb）を経て出力される。
【００３０】バネ係数１３４（Ktb）からの出力Ttbは加
算器１３５に入力されると共に加算器１０５にフィード
バックされ、ピニオンラック機構１３０の出力であるモ
ータ角速度ωはセルフアライニングトルク推定部１１０
に入力されている。そして、セルフアライニングトルク
推定部１１０からのセルフアライニングトルク推定値ES
は、加算器１３５を経て操舵トルクフィードバック部１
２０に入力される。操舵トルクフィードバック部１２０
は、動的特性部１２１と人間が感じるトルクのフィーリ
ング特性の静的特性部１２２とで構成されている。
算器１３５に入力されると共に加算器１０５にフィード
バックされ、ピニオンラック機構１３０の出力であるモ
ータ角速度ωはセルフアライニングトルク推定部１１０
に入力されている。そして、セルフアライニングトルク
推定部１１０からのセルフアライニングトルク推定値ES
は、加算器１３５を経て操舵トルクフィードバック部１
２０に入力される。操舵トルクフィードバック部１２０
は、動的特性部１２１と人間が感じるトルクのフィーリ
ング特性の静的特性部１２２とで構成されている。
【００３１】本発明は電動パワーステアリング用のセル
フアライニングトルク及び操舵トルクを用いたフィード
バック制御系を利用しており、その要旨となるフィード
バックのコントロールユニット１００は図２に示す周波
数特性（ゲイン・位相）に特徴付けられて積分要素を持
たず、低域で比例特性を、高域で遮断特性を有してい
る。操舵トルクThはトーションバーのトルクセンサで測
定され、セルフアライニングトルクＳＡＴは測定をしな
いで、オブザーバ構成のセルフアライニングトルク推定
部１１１で推定される。推定されたセルフアライニング
トルクES及び測定したセルフアライニングトルクSATは
図３に示すようになる。
フアライニングトルク及び操舵トルクを用いたフィード
バック制御系を利用しており、その要旨となるフィード
バックのコントロールユニット１００は図２に示す周波
数特性（ゲイン・位相）に特徴付けられて積分要素を持
たず、低域で比例特性を、高域で遮断特性を有してい
る。操舵トルクThはトーションバーのトルクセンサで測
定され、セルフアライニングトルクＳＡＴは測定をしな
いで、オブザーバ構成のセルフアライニングトルク推定
部１１１で推定される。推定されたセルフアライニング
トルクES及び測定したセルフアライニングトルクSATは
図３に示すようになる。
【００３２】コントロールユニット１００の特性K(s)を
図２にした場合の結果は図６のようになり、良好なもの
となった。従来装置の結果を示している特性に比べ、ゲ
インの変化による差異が大きくなっており、チューニン
グし易いことが分かる。これに対し、コントロールユニ
ット１００の特性K(s)を図２３にすると、その結果は図
７となり好ましくないことが分かる。つまり、図７では
ゲインｇを変えたときにトーションバーのトルクが変わ
りますが、ピニオン角度も大きく変わってステアリング
の追従性が悪くなり、チューニングし難くなる。図６で
はゲインｇを変えたときにトーションバーのトルクが規
則正しく変わった上、ピニオン角度が大きく変化しない
ため、ステアリングの追従性が劣化することなく、チュ
ーニングし易い。
図２にした場合の結果は図６のようになり、良好なもの
となった。従来装置の結果を示している特性に比べ、ゲ
インの変化による差異が大きくなっており、チューニン
グし易いことが分かる。これに対し、コントロールユニ
ット１００の特性K(s)を図２３にすると、その結果は図
７となり好ましくないことが分かる。つまり、図７では
ゲインｇを変えたときにトーションバーのトルクが変わ
りますが、ピニオン角度も大きく変わってステアリング
の追従性が悪くなり、チューニングし難くなる。図６で
はゲインｇを変えたときにトーションバーのトルクが規
則正しく変わった上、ピニオン角度が大きく変化しない
ため、ステアリングの追従性が劣化することなく、チュ
ーニングし易い。
【００３３】上述の例では角速度ωをセルフアライニン
グトルク推定に用いているが、角度を用いて推定するこ
とも可能である。
グトルク推定に用いているが、角度を用いて推定するこ
とも可能である。
【００３４】
【発明の効果】上述したように、本発明の自動車のパワ
ーステアリング装置によれば、路面情報、外乱情報等の
加工と操舵安定性の設計を独立的に設計できるようにし
ており、チューニングし易く、安定で安価であると共
に、快適な操舵フィーリングが得られる。
ーステアリング装置によれば、路面情報、外乱情報等の
加工と操舵安定性の設計を独立的に設計できるようにし
ており、チューニングし易く、安定で安価であると共
に、快適な操舵フィーリングが得られる。
【図１】本発明によるＳＡＴ及び操舵トルクを用いたフ
ィードバック制御系パワーステアリング装置の構成例
（伝達関数）を示すブロック線図である。
ィードバック制御系パワーステアリング装置の構成例
（伝達関数）を示すブロック線図である。
【図２】コントロールユニットの周波数応答例を示す図
である。
である。
【図３】ＳＡＴ推定部の周波数特性例を示す線図であ
る。
る。
【図４】フィーリング特性部の静的特性部の特性例を示
す図である。
す図である。
【図５】フィーリング特性部の動的特性部の特性例を示
す図である。
す図である。
【図６】本発明の効果を説明するための図である。
【図７】本発明の効果を説明するための図である。
【図８】一般的な電動パワーステアリング装置の機構図
である。
である。
【図９】電動パワーステアリング装置のコントロ−ルユ
ニット構成例を示すブロック図である。
ニット構成例を示すブロック図である。
【図１０】図８で示すパワーステアリング装置の伝達関
数系を示すブロック線図である。
数系を示すブロック線図である。
【図１１】従来のコントロールユニットの周波数特性を
示す図である。
示す図である。
【図１２】従来のトーションバー特性を示す図である。
１ ステアリングホイール
２ 軸
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
３０ コントロールユニット
１００ コントロールユニット
１１０ セルフアライニングトルク推定部
１２０ 操舵トルクフィードバック部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 陳 慧
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 CC48 DA15 DA23 DA64
DB11 DC01 DC02 DC03 DD02
DD07 DD17 DE02 EB11 EB12
EC23 GG01
3D033 CA13 CA16 CA20 CA21
Claims (5)
- 【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におい
て、外乱オブザーバ構成によりセルフアライニングトル
クを推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記
セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフア
ライニングトルク推定値に基づいて操舵反力の定義を行
って前記操舵トルクにフィードバックする操舵トルクフ
ィードバック部とを具備したことを特徴とする電動パワ
ーステアリング装置。 - 【請求項２】前記操舵トルクフィードバック部の静特性
の定義を、前記操舵反力及び前記セルフアライニングト
ルク推定値に基づいて決め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。 - 【請求項３】前記操舵トルクフィードバック部操舵反力
の動特性の定義を、ドライバに伝えたい情報の周波数帯
域の伝達関数のゲインを大きくし、ドライバに伝えたく
ない情報の周波数帯域の伝達関数のゲインを小さくする
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。 - 【請求項４】前記操舵トルクと前記操舵トルクフィード
バック部からの出力との偏差を入力するコントローラの
特性を積分要素を含まず、低域において比例要素とし、
高域において遮断要素としている請求項１に記載の電動
パワーステアリング装置。 - 【請求項５】前記セルフアライニングトルク推定部が、
モータ回転信号又は角速度信号とモータ電流指令値とか
らセルフアライニングトルクを推定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。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002001935A JP3838101B2 (ja) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | 電動パワーステアリング装置 |
| US10/500,890 US20050103561A1 (en) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Electric power steering apparatus control apparatus |
| EP03700482A EP1470987B1 (en) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Electric power steering apparatus control apparatus |
| AT03700482T ATE461095T1 (de) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Steuervorrichtung für elektrische servolenkvorrichtung |
| PCT/JP2003/000067 WO2003059719A1 (fr) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Appareil de commande d'appareil de direction assistee electrique |
| AU2003201912A AU2003201912A1 (en) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Electric power steering apparatus control apparatus |
| DE60331722T DE60331722D1 (de) | 2002-01-09 | 2003-01-08 | Steuervorrichtung für elektrische servolenkvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002001935A JP3838101B2 (ja) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003200844A true JP2003200844A (ja) | 2003-07-15 |
| JP2003200844A5 JP2003200844A5 (ja) | 2005-06-16 |
| JP3838101B2 JP3838101B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=19190686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002001935A Expired - Fee Related JP3838101B2 (ja) | 2002-01-09 | 2002-01-09 | 電動パワーステアリング装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1470987B1 (ja) |
| JP (1) | JP3838101B2 (ja) |
| AT (1) | ATE461095T1 (ja) |
| AU (1) | AU2003201912A1 (ja) |
| DE (1) | DE60331722D1 (ja) |
| WO (1) | WO2003059719A1 (ja) |
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| JP2007118839A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Nsk Ltd | 電動パワーステアリング装置の制御装置 |
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| EP1923298A1 (en) | 2006-11-15 | 2008-05-21 | NSK Ltd. | Electronic power steering apparatus |
| US8219285B2 (en) | 2009-02-12 | 2012-07-10 | Denso Corporation | Electric power steering system designed to generate torque for assisting driver's turning effort |
| JP2015058736A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 株式会社デンソー | ステアリング制御装置 |
| JP2015058753A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 株式会社デンソー | ステアリング制御装置 |
| US8996251B2 (en) | 2011-09-05 | 2015-03-31 | Denso Corporation | Electric power-steering control device |
| JP5794394B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2015-10-14 | 日産自動車株式会社 | 操舵制御装置 |
| JP5794395B2 (ja) * | 2012-09-26 | 2015-10-14 | 日産自動車株式会社 | 操舵制御装置 |
| JP5794393B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2015-10-14 | 日産自動車株式会社 | 操舵制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US6983817B2 (en) * | 2003-03-18 | 2006-01-10 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Power steering device |
| EP1616774A3 (en) * | 2004-07-15 | 2007-08-08 | NSK Ltd., | Electric power steering apparatus |
| JP4684658B2 (ja) * | 2005-01-11 | 2011-05-18 | 富士重工業株式会社 | ４輪駆動車のパワーステアリング装置 |
| JP2007168756A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Showa Corp | 電動パワーステアリング装置 |
| EP1864886A2 (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-12 | NSK Ltd. | Electric power steering apparatus |
| JP4329792B2 (ja) * | 2006-08-10 | 2009-09-09 | トヨタ自動車株式会社 | 電動パワーステアリング装置 |
| JP5003944B2 (ja) * | 2007-04-02 | 2012-08-22 | 株式会社ジェイテクト | 車両用操舵装置 |
| US8938334B2 (en) * | 2007-08-10 | 2015-01-20 | Nsk Ltd. | Vehicular steering angle estimating apparatus and electric power steering apparatus mounted therewith |
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