JP2959957B2 - 電動パワーステアリング - Google Patents
電動パワーステアリングInfo
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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
Description
補助力としてステアリング系に直接作用させ、ドライバ
の操舵力の軽減を図る電動パワーステアリングに関す
る。
て、操舵トルクセンサが検出する操舵トルクと車速セン
サが検出する車速に基づいて目標電流を設定して電動機
を駆動するとともに、目標電流と電動機に実際に流れる
電動機電流との偏差を比例・積分制御手段(PI制
御)、または比例・積分・微分制御手段(PID制御)
を介して位相遅れならびに偏差を補償するように構成さ
れたものは知られている。
体構成図、図6に従来の電動パワーステアリングの要部
ブロック構成図を示す。図5において、電動パワーステ
アリング1は、ステアリングホイール2、ステアリング
軸3、ハイポイドギア4、ピニオン5aおよびラック軸
5bなどからなるラック&ピニオン機構5、タイロッド
6、操向車輪の前輪7、操舵補助力を発生する電動機
8、ステアリングホイール2に作用する操舵トルクを検
出して操舵トルクに対応した電気信号に変換された操舵
トルク信号Tを出力する操舵トルクセンサ10、車速を
検出して車速に対応した電気信号に変換された車速信号
Vを出力する車速センサ11、操舵トルク信号Tおよび
車速信号Vに基づいて電動機8の駆動を制御する制御装
置12を備える。
テアリング軸3に設けられた操舵トルクセンサ10が操
舵トルクを検出して対応する電気信号に変換し、操舵ト
ルク信号Tを制御装置12に送る。また、ステアリング
軸3に加えられる回転は、ラック&ピニオン機構5を介
してピニオン5aの回転力をラック軸5bの軸方向の直
線運動に変換され、タイロッド6を介して前輪7の操向
を変化させる。
出して対応する電気信号に変換し、車速信号Vを制御装
置12に送る。制御装置12は、操舵トルク信号Tおよ
び車速信号Vに基づいて電動機8を駆動する電動機電流
IMを発生し、電動機電流IMにより駆動される電動機8
はハイポイドギア4を介して操舵補助力をステアリング
系に作用させ、ステアリングホイール2に加えられる操
舵力の軽減を図るよう構成される。
の制御装置12は、操舵トルクセンサ10からの操舵ト
ルク信号Tおよび車速センサ11からの車速信号Vに基
づいて図7に示す車速信号Vをパラメータとした操舵ト
ルク(T)―目標電流(IMS)特性(テーブル1)の目
標電流IMSに変換する目標電流設定手段13、目標電流
IMSと電動機電流IMの偏差ΔIMを演算する減算器1
4、偏差ΔIMを比例・積分補償して電動機駆動手段1
6を駆動する電流制御信号IOを発生する比例・積分
(PI)制御手段15、電流制御信号IOに基づいて電
動機電流IMを発生し、電動機8を駆動する電動機駆動
手段16、電動機電流IMを検出して減算器14のマイ
ナス端子に送る電動機電流検出手段17を備える。
(P:proportion)および積分要素(I:i
ntegral)を並列に備え、その伝達関数F(j
ω)のゲインGと位相角θは図8に示すボード線図で表
わされる。
周波数ωが低い領域では位相遅(θ=−90度)れはあ
るが、ゲインG(20logG)は大幅に改善でき、一
方角周波数ωが高い領域ではゲインG(20logG)
は低いが、位相遅れは大幅に改善できることが知られて
いる。
アリングは、角周波数ωが低い領域ではゲインGを大幅
に改善し、角周波数ωが高い領域では位相遅れを大幅に
改善できるメリットがあるが、比例・積分(PI)制御
または比例・積分・微分(PID)制御は外部から混入
するノイズの影響を受けやすい課題がある。
ック線図を示す。図において、IMSは目標電流、IMは
電動機電流、INおよびINOはノイズ電流を表わし、A
は比例・積分(PI)制御手段15および電動機8の電
気的等価回路を簡素化して1つにまとめたもので、伝達
関数は数1で表わされる。数1のKP、TI、RM、LMは
それぞれ比例ゲイン、積分時間、電動機の端子間等価抵
抗、電動機の自己インダクタンスを表わす。
的に高周波成分であることから、ラプラス演算子sは1
よりはるかに大きい(s>>1)ため、数1は数2に示
すような簡略化された伝達関数となり、単純なゲイン要
素のみで表わされる。
に、ノイズ電流INが帰還ループに混入した場合を想定
すると、電動機電流IM、目標電流IMSおよびノイズ電
流INの関係は数3で表わされる。
に対するノイズ電流INの寄与は、目標電流IMSの寄与
と同等となる。従って、応答を速くするために比例ゲイ
ンAを増加すると、電動機電流IMのノイズ電流成分も
大きくなり、例えばノイズ電流成分に起因する雑音が増
加して電動パワーステアリングの商品性が損なわれる課
題がある。
すように、ノイズ電流INOが目標電流IMSに混入する場
合にも、電動機電流IMに対するノイズ電流INOの寄与
は、数4で表わされるように目標電流IMSの寄与と同等
となり、比例ゲインAを増加すると、ノイズ電流成分に
起因する雑音が増加して電動パワーステアリングの商品
性が損なわれる課題がある。
なされたもので、その目的はノイズの影響を低減しなが
ら応答性を向上することができる電動パワーステアリン
グを提供することにある。
この発明に係る電動パワーステアリングは、電動機電流
検出手段と制御手段とを結ぶ経路に高周波ノイズを減衰
させる減衰手段を設けたことを特徴とする。
ングの減衰手段は、位相遅れ回路であることを特徴とす
る。
リングの減衰手段は、アクティブ・ローパスフィルタで
あることを特徴とする。
ングは、制御手段と電動機電流検出手段とを結ぶ経路、
および制御手段と目標電流設定手段とを結ぶ経路に、そ
れぞれ高周波ノイズを減衰させる減衰手段を設けたこと
を特徴とする。
動機電流検出手段と制御手段とを結ぶ経路に高周波ノイ
ズを減衰させる減衰手段を設けたので、電動機電流に影
響を与えず、比較的高周波のノイズ成分を減衰すること
ができる。
ブ・ローパスフィルタで構成するので、ノイズ成分を所
望の減衰量だけ低減することができる。
リングは、制御手段と電動機電流検出手段とを結ぶ経
路、および制御手段と目標電流設定手段とを結ぶ経路
に、それぞれ高周波ノイズを減衰させる減衰手段を設け
たので、それぞれの経路から混入するノイズを低減し、
ノイズの少ないステアリング系を構成することができ
る。
て説明する。図1は請求項1に係る電動パワーステアリ
ングの制御系要部ブロック構成図および制御系ブロック
線図である。 (a)図において、電動パワーステアリング20は減衰
手段22を有する制御装置21を備えた点が図6に示す
従来の電動パワーステアリング1と基本的に異なる。減
衰手段22は、電動機電流検出手段17と比例・積分制
御手段15とを結ぶ帰還ループ内に設け、主に帰還ルー
プに混入するノイズ電流INを減衰させるよう構成す
る。
またはアクティブ・ローパスフィルタを備え、所定の周
波数(零点角周波数ωO)において、または所定の周波
数(カットオフ角周波数ωC)以上において、所望の減
衰量が得られるよう構成する。
御装置21に混入するノイズは、電動機駆動手段16の
パルス幅変調(PWM)制御により発生する電動機電流
IMの周波数より充分高い周波数なので、減衰手段22
を構成する位相遅れ回路の零点周波数fO(=ωO/2
π)、またはアクティブ・ローパスフィルタのカットオ
フ周波数fC(=ωC/2π)を所定の値に設定し、電動
機電流IMに影響を与えることなく、ノイズを所望の減
衰量だけ減衰する。
IN)が帰還ループ内の電動機電流IMに混入した(IM
+IN)例を示し、減衰比D1(D1<1:減衰量20
logD1)の減衰手段22を介して減算器14に供給
することにより、数3に示す電動機電流IMは数5で表
わされる。
機電流IMの周波数よりも充分高い周波数に於ける値な
ので、ノイズ電流IN成分のみをD1*A/(1+D1
*A)だけ減衰させ、目標電流IMS成分を減衰させずに
A/(1+A)に保つ。
波数が同等な場合においても、電動機電流IMに対する
ノイズ電流INの寄与は、数5より目標電流IMSの寄与
より減衰比D1の分だけ小さくなる。
回路で構成した実施例であり、(a)図に位相遅れ回路
図、(b)図に伝達関数の周波数特性図を示す。零点角
周波数ωOは抵抗RbとコンデンサCoの積の逆数で決
定され、減衰量は、ほぼ抵抗Rbと抵抗Raの比(1/
n)で決定される。
ωOを対象となるノイズ電流INの周波数より低くなるよ
う抵抗RbとコンデンサCoを設定することにより、ノ
イズ電流INのレベルを20dB減衰させることができ
る。
ブ・ローパスフィルタで構成した実施例であり、例えば
(a)図は2次のCRアクティブ・ローパスフィルタ回
路図、(b)図に伝達関数の周波数特性図を示す。2個
の抵抗を等しく(抵抗R)すると、カットオフ角周波数
ωCは抵抗Rと、コンデンサC1、C2の積の平方根
(√(C1*C2))との積の逆数で決定され、減衰量
はカットオフ角周波数ωCより高い周波数において、オ
クターブ12dBで減衰する特性を有するため、ノイズ
電流INのレベルを充分減少させることができる。
(√(C2/C1))の値を選定することによりカット
オフの特性を所望の値に設定し、電動機電流IMの周波
数特性に影響を及ぼさないよう減衰手段を構成できる。
たはアクティブ・ローパスフィルタを採用することによ
り、ノイズ電流INのレベルを充分減少させ、ノイズ電
流INの混入に伴って発生するステアリング系の雑音を
減少することができる。なお、位相遅れ回路の減衰量を
20dB、アクティブ・ローパスフィルタの減衰量をオ
クターブ−12dBで構成した例について説明したが、
減衰量は必要に応じて任意に設定することができる。
ングの制御系要部ブロック構成図および制御系ブロック
線図である。 (a)図において、電動パワーステアリング25は、制
御装置26に減衰手段27を備えた点が図1に示す電動
パワーステアリング20と異なる。
比例・積分制御手段15とを結ぶ経路内に設け、主に目
標電流IMSに混入するノイズ電流INOを減衰させるよう
構成する。減衰手段27も減衰手段22と同様に、例え
ば図2に示す位相遅れ回路、または図3に示す2次のC
Rアクティブ・ローパスフィルタ回路で構成する。
標電流IMSに混入(IMS+INO)するとともに、ノイズ
電流INが帰還ループの電動機電流IMに混入(IM+I
N)した例を示し、減衰比D2(D2<1:減衰量20
logD2)の減衰手段27介して減算器14に供給す
るとともに、減衰比D1(D1<1:減衰量20log
D1)の減衰手段22を介して減算器14に供給するこ
とにより、数5に示す電動機電流IMは数6で表わされ
る。
2は電動機電流IMの周波数よりも充分高い周波数に於
ける値なので、ノイズ電流IN成分をD1*A/(1+
D1*A)だけ減衰させるとともに、ノイズ電流INO成
分をD2*A/(1+D1*A)だけ減衰させ、目標電
流IMS成分は減衰させずにA/(1+A)に保つ。
は、制御装置26に減衰手段22および減衰手段27を
備えたので、帰還ループの電動機電流IMに混入するノ
イズ電流IN、および目標電流IMSに混入するノイズ電
流INOを減衰させ、ステアリング系の雑音を減少するこ
とができる。
動パワーステアリングは、電動機電流検出手段と制御手
段とを結ぶ経路に高周波ノイズを減衰させる減衰手段を
設け、電動機電流に影響を与えず、比較的高周波のノイ
ズ成分を減衰することができるので、ノイズに伴い発生
するステアリング系の雑音を低減することができる。
ングは、減衰手段を位相遅れ回路やアクティブ・ローパ
スフィルタで構成し、ノイズ成分を所望の減衰量だけ低
減することができるので、ステアリング系の雑音を充分
に低減することができる。
リングは、制御手段と電動機電流検出手段とを結ぶ経
路、および制御手段と目標電流設定手段とを結ぶ経路
に、それぞれ高周波ノイズを減衰させる減衰手段を設
け、それぞれの経路から混入するノイズを充分低減でき
るので、ノイズの少ないステアリング系を実現すること
ができる。
性を向上することができる高品質の電動パワーステアリ
ングを提供することができる。
系要部ブロック構成図および制御系ブロック線図
した実施例
スフィルタで構成した実施例
系要部ブロック構成図および制御系ブロック線図
構成図
(T)―目標電流(IMS)特性(テーブル1)
リングホイール、3…ステアリング軸、4…ハイポイド
ギア、5…ラック&ピニオン機構、5a…ピニオン、5
b…ラック軸、6…タイロッド、7…前輪、8…電動
機、10…操舵トルクセンサ、11…車速センサ、1
2,21,26…制御装置、13…目標電流設定手段、
14…減算器、15…比例・積分制御手段、16…電動
機駆動手段、17…電動機電流検出手段、22,27…
減衰手段、A…比例ゲイン、D1,D2…減衰比、IM
…電動機電流、IMS…目標電流、IN,INO…ノイズ電
流、T…操舵トルク信号、V…車速信号、ωC…カット
オフ角周波数、ωO…零点角周波数。
Claims (4)
- 【請求項1】 ステアリング系の操舵トルクを検出する
操舵トルクセンサと、ステアリング系に操舵補助力を作
用させる電動機と、前記操舵トルクセンサからの操舵ト
ルク信号に基づいて前記電動機の目標電流を決定する目
標電流設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検
出する電動機電流検出手段と、前記目標電流と前記電動
機電流の偏差に基づいて前記電動機の駆動を制御し、少
なくとも比例要素および積分要素を備えた制御手段と、
からなる電動パワーステアリングにおいて、 前記電動機電流検出手段と前記制御手段とを結ぶ経路に
高周波ノイズを減衰させる減衰手段を設けたことを特徴
とする電動パワーステアリング。 - 【請求項2】 前記減衰手段は、位相遅れ回路であるこ
とを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリン
グ。 - 【請求項3】 前記減衰手段は、アクティブ・ローパス
フィルタであることを特徴とする請求項1記載の電動パ
ワーステアリング。 - 【請求項4】 ステアリング系の操舵トルクを検出する
操舵トルクセンサと、ステアリング系に操舵補助力を作
用させる電動機と、前記操舵トルクセンサからの操舵ト
ルク信号に基づいて前記電動機の目標電流を決定する目
標電流設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検
出する電動機電流検出手段と、前記目標電流と前記電動
機電流の偏差に基づいて前記電動機の駆動を制御し、少
なくとも比例要素および積分要素を備えた制御手段と、
からなる電動パワーステアリングにおいて、 前記制御手段と前記電動機電流検出手段とを結ぶ経路、
および前記制御手段と前記目標電流設定手段とを結ぶ経
路に、それぞれ高周波ノイズを減衰させる減衰手段を設
けたことを特徴とする電動パワーステアリング。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6123854A JP2959957B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 電動パワーステアリング |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6123854A JP2959957B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 電動パワーステアリング |
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ID=14871046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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