JP2558120B2

JP2558120B2 - 電動式パワ−ステアリング装置

Info

Publication number: JP2558120B2
Application number: JP14971787A
Authority: JP
Inventors: 清二駒村; 克邦加太; 正隆林; 文一杉本
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPS63315370A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、操舵トルクの出力信号と、電動モータと
の位相遅れを補正する電動式ステアリング装置に関す
る。

（従来の技術）第６図に示した従来の電動式パワーステアリング装置
は、ハンドル１にトルクセンサ２を接続し、このトルク
センサ２を関数発生器３と微分回路４とに接続してい
る。そして、この関数発生器３には車速センサ５も接続
し、関数発生器３からは車速に応じたトルク信号が出力
されるようにしている。

上記関数発生器３の出力信号と、微分回路４の出力信
号とは、加算されて舵角補正回路６に入力するようにし
ている。この舵角補正回路６には舵角センサ７が接続さ
れ、実舵角とハンドル１の操作角との差が補正される。

上記のようにして補正された舵角信号は、正負判別回
路８でその正負を判別され、電動モータ９に伝達され
る。電動モータ９に舵角信号が伝達されれば、その信号
に応じて電動モータ９が駆動し、減速器10を介してタイ
ヤ11を転舵させる。

そして、上記微分回路４は、トルクセンサ２の出力信
号と電動モータ９のモータトルクとの位相遅れを補正す
るために設けたものである。

すなわち、電動モータ９には、そのロータの慣性が作
用するために、第７図に示すように、トルク信号ａに対
して、そのモータトルクｂの位相が遅れてしまう。そこ
で、上記微分回路４を設けて上記遅れを補正するように
している。

（本発明が解決しようとする問題点）上記のようにした従来の装置では、位相遅れを補正す
るための手段が微分回路４だけなので、次のような不都
合があった。

すなわち、ハンドル１を大きくしかも速く切ったとき
には、トルクセンサ２からの出力信号の周波数が高くな
る。例えば、トルクセンサ２からの出力信号のV_SIGを、 V_SIG＝ａ・sin2πft とすれば、そのときの微分出力は V_OUT＝ｋ・（dV_SIG/dt）＝ｋ・a2πｆ・cos2πft となり、そのゲインは |V_OUT|/|V_SIG|＝ｋ・２πft となる。つまり、周波数ｆが高くなると、そのゲインも
増加することになる。

そして、当該系の固有振動数は、転舵周波数に比べて
かなり高く設定しているが、その転舵周波数が高くなっ
て微分ゲインが大きい領域に入ると、上記の固有振動数
が増幅されることになる。そのために当該系全体の振動
が大きくなるという問題があった。

また、この従来の装置では、車速に関係なくその微分
量が決まるので、高速走行時のように路面からの抵抗が
小さいときには、その微分量が相対的に大きくなって、
ハンドルが軽くなりすぎるという問題があった。

この発明の目的は、電動モータの位相遅れを補正しつ
つ、転舵周波数が高い領域においても振動を抑え、しか
も、高速時にはハンドルを重くすることである。

（問題点を解決する手段）上記の目的を達成するために、この発明は、関数発生
回路の前に、トルク信号と電動モータとの位相遅れを補
正する微分演算回路を設ける一方、上記関数発生回路の
後に位相補正回路を設け、この位相補正回路は、通常操
作の転舵周波数ではトルク信号の位相を進める動作を
し、転舵周波数が高いときにはゲインを下げる動作をす
る構成にしている。

（本発明の作用）上記のように車速に応じた関数を出力する関数発生回
路の前に微分演算回路を設けたので、モータトルクの位
相遅れが補正されるとともに、当該電動モータは車速に
応じて制御されることになる。

しかも、関数発生回路の後に、トルク信号の周波数に
応じてゲインを制御する位相補正回路を設け、通常操作
の転舵周波数では、トルク信号の位相を進め、固有振動
数領域ではゲインを低くする。

（本発明の効果）この発明のステアリング装置によれば、トルク信号と
モータトルクとの位相遅れを補正しながら、車速感応タ
イプとすることができる。

また、通常操作の転舵周波数では、トルク信号の位相
を進めるとともに、固有振動数領域では、そのゲインを
下げるので、当該系の振動の発生を防止できる。

（本発明の実施例）第１〜５図に示した実施例は、ハンドルＨに連結した
操舵入力軸12の先端にピニオン13を連結するとともに、
このピニオン13をラック14にかみ合わせている。このラ
ック14の両側は、サイドロッド15を介して、車輪16のナ
ックルアーム17に連結している。また、正逆転可能にし
た電動モータｍには減速器18を連結している。この減速
器18の出力軸側にピニオン19を設け、このピニオン19を
上記ラック14にかみ合わせている。

さらに、入力軸12に作用する操舵トルクを検出するト
ルクセンサ20と、当該車両の車速を検出する車速センサ
21と、ラック14の軸力を検出する軸力センサ22とを設け
ているが、これら各センサをモータ制御装置mcに接続し
ている。

トルクセンサ20で検出されたトルク信号Tinは、上記
モータ制御装置mcに設けたトルク信号処理回路23と、ト
ルクセンサ異常検出回路24とに入力される。

上記トルク信号処理回路23には、微分演算回路25を接
続しているが、この微分演算回路25では、トルク信号処
理回路23からの出力信号V₁と、それを微分してその位相
を進めた信号との和を出力する。

このように位相を進めたので、第７図に示した電動モ
ータｍのロータ慣性による位相遅れを補正することがで
きる。

上記微分演算回路25からの出力信号V₂は、当該トルク
の方向を判定する正逆方向判定回路26に入力するととも
に、この判定回路26から出力されたトルク正逆信号T
₀が、この発明の関数発生回路に当るマイクロプロセッ
サーＰの入力ポートA₁に入力する。

また、上記微分演算回路25からの出力信号V₂は、絶対
値回路27にも入力し、そこで絶対値化されるが、この絶
対値|V₂|が、A/D変換回路28でディジタル値に変換され
る。このディジタル値に変換されたトルクレベル信号T₁
がマイクロプロセッサーＰの入力ポートA₂に入力する
が、このトルクレベル信号T₁は、例えば、8bitの場合、
|V₂|＝０がゼロ、|V₂|＝maxが256に対応するようにして
いる。

車速センサ21で検出された車速信号ｖは、モータ制御
装置mcの車速信号処理回路29と車速センサ異常検出回路
30とに入力する。そして、上記車速信号処理回路29で処
理された信号は、マイクロプロセッサーの割込みポート
INT1に入力する。

なお、上記車速信号処理回路29からは車速に応じたパ
ルス列、例えば、車速0km/hのとき０パルス／秒、40km/
hのとき40パルス／秒、100km/hのとき100パルス秒のパ
ルス列が出力されるようにしている。そして、このパル
ス信号の立上がりもしくは立下がりのときに、割込みポ
ートINT1に割り込みが発生するようにしている。

軸力センサ22で検出された軸力信号は、モータ制御装
置mcの軸力信号処理回路31と軸力センサ異常検出回路32
に入力する。そして、この軸力信号処理回路31で処理さ
れた信号V₃は、正逆方向判定回路33を経由し、軸力信号
ＸとしてマイクロプロセッサーＰの入力ポートA₃に入力
する。

さらに、上記した各異常検出回路24、30、32の出力信
号はORゲート34を介してマイクロプロセッサーＰの割込
みポートINT2に入力するようにしている。

上記マイクロプロセッサーＰの出力ポートC₁からは、
電動モータｍの回転方向を特定する正逆信号M₀が出力
し、出力ポートC₂からは、ディジタル値の出力レベル信
号M₁が出力されるが、これら出力レベル信号M₀、M₁は、
D/A変換回路35でアナログ化されて位相補正回路ｉに入
力する。この位相補正回路ｉは、加算回路36とフィルタ
回路37〜39とからなるが、上記加算回路36にはD/A変換
回路35からの出力信号V₄が入力する。また、上記各フィ
ルタ回路37〜39は前記トルク信号処理回路23に接続し、
その出力信号V₁が入力するようにしている。

上記のようにしたフィルタ回路37〜39は、トルク信号
処理回路23からの出力信号V₁の周波数ｆが低いときに
は、その位相を電気的に進めて電動モータｍのロータ慣
性による遅れを打ち消すように動作し、また、周波数ｆ
が高いときには、そのゲインを下げるように動作する。

上記のようにしたフィルタ回路37〜39のそれぞれは、
上記出力信号V₁の周波数に応じて、いずれの補正回路が
動作するかあらかじめ設定されている。そして、各フィ
ルタ回路37〜39は、その周波数に応じて最大ゲインの周
波数や位相の進み・遅れの程度を相違させるものであ
る。

このようにしてフィルタ回路37〜39から出力された出
力信号V₅は加算回路36に入力し、上記出力信号V₄との間
で加算された信号V₆を出力する。この出力信号V₆はモー
タ駆動回路40に入力するとともに、このモータ駆動回路
40からの出力信号で電動モータｍを駆動させる。

なお、マイクロプロセッサーＰの出力ポートC₃から
は、クラッチのON−OFF信号が出力され、このON−OFF信
号でクラッチ駆動回路41を制御するものである。そし
て、モータ駆動回路40に出力レベル信号M₁とクラッチの
オン信号とが入力しているとき、当該電動モータｍが駆
動し、モータ駆動回路40にクラッチのオフ信号が入力し
ているときには、たとえ出力レベル信号が入力しても、
電動モータｍは駆動せず、フリー回路の状態に維持され
る。

上記出力ポートC₄からは、当該プログラムが正常に動
いていることを知らせるパルスを出力するが、この出力
信号はウォッチドッグ処理回路42を介して前記ORゲート
34に入力するようにしている。

上記のように関数発生回路であるマイクロプロセッサ
ーＰの前に微分演算回路25を接続し、この演算回路で微
分された信号と車速とを比較するようにしたので、高速
走行時に微分量が相対的に大きくなって、ハンドルが軽
くなりすぎるようなことがなくなる。

また、上記マイクロプロセッサーＰの後に、加算回路
36及びフィルタ回路37〜39を設けたので、周波数ｆが低
いときには、その位相を電気的に進め、周波数が高いと
きにはゲインを下げて、振動の発生を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜５図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はモータ制御装置のブロック図、第
３図は位相補正回路の内容を示したブロック図、第４図
は周波数と位相の進み・遅れとの関係を示したグラフ、
第５図は転舵周波数とゲインとの関係を示したグラフ、
第６図は従来の装置のブロック図、第７図はトルク信号
とモータトルクとの位相遅れを示した一般的なグラフで
ある。 20……トルクセンサ、21……車速センサ、23……トルク
信号処理回路、25……微分演算回路、Ｐ……関数発生器
としてのマイクロプロセッサー、29……車速信号処理回
路、ｉ……位相補正回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉本文一可児市土田2548 カヤバ工業株式会社岐阜北工場内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵トルクを検出するトルクセンサと、こ
のトルクセンサの出力信号に応じて周波数を異にしたト
ルク信号を出力するトルク信号処理回路と、当該車両の
車速を検出する車速センサと、車速に応じた信号を出力
する車速信号処理回路と、トルク信号処理回路及び車速
信号処理回路の信号に応じて電動モータの出力レベル信
号を出力する関数発生回路とを備えた電動式パワーステ
アリング装置において、上記関数発生回路の前に、トル
ク信号と電動モータとの位相遅れを補正する微分演算回
路を設ける一方、上記関数発生回路の後に位相補正回路
を設け、この位相補正回路は、通常操作の転舵周波数で
はトルク信号の位相を進める動作をし、固有振動数領域
ではゲインを下げる動作をする構成にした電動式パワー
ステアリング装置。