JP3528054B2 - 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

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JP3528054B2 JP5630594A JP5630594A JP3528054B2 JP 3528054 B2 JP3528054 B2 JP 3528054B2 JP 5630594 A JP5630594 A JP 5630594A JP 5630594 A JP5630594 A JP 5630594A JP 3528054 B2 JP3528054 B2 JP 3528054B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、操舵輪の操舵力を電動
機により助勢する電動パワーステアリング装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電動パワーステアリング装置は操舵トル
クを検出し、検出トルクに応じて電動機を駆動してこの
回転で操舵力を助勢するものである。図1はその構成の
概略を示すブロック図である。操舵輪20は入力軸21、ト
ーションバー22及び出力軸23を介して図示しない舵取機
構に連なり、入,出力軸の相対回転量を検出するように
設けたトルクセンサ2の出力はインターフェース3を介
してCPU 1へ入力される。ここでA/D 変換(11)され、次
いで位相補償(12)される。CPU 1は検出トルクと電動機
5の駆動電流目標値との関係をテーブル(13)にしてメモ
リに格納してあり、入力トルクに応じた目標電流を読出
す。一方A/D 変換出力は微分(18)され、これが目標電流
に加算(14)される。この微分値は電動機5の慣性補償の
ために加算される。
【0003】上述の加算結果と電動機5の駆動電流のフ
ィードバック値 (駆動電流検出回路6によって検出され
CPU 1でA/D 変換(19)される) との偏差が求められ(1
5)、これをPI演算(16)して制御量を算出し、これに応じ
たPWM 波信号及び電動機5の回転方向を表す信号を作成
(17)する。これらの信号は電動機5と共に4つのスイッ
チトランジスタでH型ブリッジに構成した駆動回路4へ
与えられる。なお、ここには図示していないが車速セン
サが検出した車速情報もCPU 1へ入力され、それに応じ
た目標電流がテーブルから読み出される。電動機は前述
の舵取機構を駆動し操舵の助勢を行う。
【0004】トーションバー22の存在のために入力軸21
と出力軸23との間に回転の遅れが存在し、そのままでは
振動が生じることがある。そこでこの遅れを補償するた
めに前述の位相補償12を行っている。なお位相補償をハ
ードウェアにより実現することも行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2は従来の電動パワ
ーステアリング装置の周波数特性を示している。この装
置ではトーションバー22のバネ定数及び電動機5の慣性
による機械系の共振点(周波数fc) が存在し、ここでは
操舵入力に対する制御系の出力の位相は 180°反転す
る。このため低速走行時又は停止時のように操舵助勢力
特性のゲインを高くする必要がある場合に制御が不安定
になり、操舵感覚を損なうことがあった。
【0006】また車種によっては高いゲインが好ましい
場合があるが制御の安定性のために所望のゲイン設定を
行うことができないということがあった。本発明はこの
ような問題点を解決するためになされたものであり、ト
ルクセンサ出力をローパスフィルタに与えることによ
り、共振点の影響を排除し、また入, 出力軸の相対回転
速度を電動機駆動電流決定に反映させることにより機械
系の共振周波数を高周波側へシフトさせて、操舵感覚の
向上とゲイン設定の自由度向上とを図った電動パワース
テアリング装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電動パワー
ステアリング装置は、操舵輪に連結された入力軸と舵取
機構に連結された出力軸との間にトーションバーを介装
してあり、入,出力軸の相対回転量により操舵トルクを
トルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに従って電
動機を駆動して操舵助勢力を得る電動パワーステアリン
グ装置において、前記入力軸及び出力軸の相対回転速度
を検出する速度検出手段を備え、前記トーションバー及
び電動機を含む機械系の共振周波数よりも低い周波数を
遮断周波数とするローパスフィルタを前記トルクセンサ
の出力側に介装し、該ローパスフィルタ出力及び、前記
速度検出手段によって検出された相対回転速度に関連す
る信号に基づいて電動機駆動電流を定めるべくなしてあ
ることを特徴とする。前記手段はトルクセンサ出力から
相対回転速度を求めることとしている。
【0008】
【作用】発明ではフィルタ出力は機械系の共振周波数
の成分を実質的に含まない。従って図2に示すような位
相が 180°反転することはなく、これに依り操舵助勢力
特性のゲインを高くしても制御の安定性が確保でき、円
滑な操舵感覚を得ることができる。また電動機側、即ち
出力軸側が回転している状態とみると、その回転速度の
フィードバックがかかっていることになるので、機械系
の共振周波数が高周波数側へ移行し、このフィードバッ
クの作用としてダンパ効果が得られ、この面で操舵感覚
の向上も図れる。また入力軸側が回転している状態とみ
るとフィードフォワード的作用が得られ、制御の応答性
が高まる。
【0009】
【0010】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図3は第2発明に相当する実施例を示し、
第1発明に係る構成要件であるローパスフィルタ71及び
第2発明に係る構成要件である相対回転速度検出回路72
ともハードウェアによって構成したものを示している。
操舵輪20は入力軸21、トーションバー22及び出力軸23を
介して図示しない舵取機構に連なり、入,出力軸の相対
回転量を検出するように設けたトルクセンサ2の出力は
ローパスフィルタ71へ入力されその出力はインターフェ
ース3を介してCPU 1へ入力される。ローパスフィルタ
71の遮断周波数はこの電動パワーステアリング装置の機
械系の共振周波数fc(図2参照)より低く設定されてい
る。CPU 1ではA/D 変換(11)される。CPU 1は検出トル
クと電動機5の駆動電流目標値との関係をテーブル(13)
にしてメモリに格納してあり、入力トルクに応じた目標
電流を読出す。
【0011】ローパスフィルタ71出力は相対回転速度検
出回路72へ入力され、この検出出力はインターフェース
3aを介してCPU 1へ入力され、A/D 変換(11a) されて前
述の目標電流に加算(14)される。
【0012】上述の加算結果と電動機5の駆動電流のフ
ィードバック値 (駆動電流検出回路6によって検出され
CPU 1でA/D 変換(19)される) との偏差が求められ(1
5)、これをPI演算(16)して制御量を算出し、これに応じ
たPWM 波信号及び電動機5の回転方向を表す信号を作成
(17)する。これらの信号は電動機5と共に4つのスイッ
チトランジスタでH型ブリッジに構成した駆動回路4へ
与えられる。
【0013】なお、ここには図示していないが車速セン
サが検出した車速情報もCPU 1へ入力され、それに応じ
た目標電流がテーブルから読み出される。電動機5は前
述の舵取機構を駆動し操舵の助勢を行う。なお電動機5
の慣性補償のための微分(図1の(18)) も併せて行うこ
とができる。また位相補償( 図1の(12)) についても同
様である。
【0014】図4は相対回転速度検出回路72の回路図で
ある。入力端子は抵抗値R1 の抵抗72a 及び容量値C1
のコンデンサ72b の直列回路に接続されており、コンデ
ンサ72b の他端子は+端子を接地したオペアンプ72c の
−端子に接続してある。オペアンプ72c の出力端子が相
対回転速度検出回路72の出力端子となっており、−入力
端子と出力端子との間に容量C2 のコンデンサ72e 及び
抵抗値R2 の抵抗72dの並列回路を接続している。ここ
において、R1 1 >>R2 2 としてある。
【0015】入力軸21の角度をθI , 出力軸23の角度を
θ0 とすると、その相対回転速度ω I・0
【0016】
【数1】
【0017】と表すことができる。トルクセンサ2の検
出出力はK(θI −θ0 )である。これが入力される図
4の回路は、一種の微分回路を構成しており、R2 ,C
2 以下の周波数ではθI −θ0 の信号の変化量を出力す
る。コンデンサ72e はシステムの応答に必要ない周波数
域のゲインをおさえ、電気系のノイズの影響を最小限に
している。又、抵抗72a 及び抵抗72d は微分動作する周
波数域のゲインを制限しており、出力が飽和する事によ
ってアンプの動作が不安定になる事をおさえている。そ
の結果、必要な周波数域でのみθI −θ0 の相対速度を
求める事が出来る。
【0018】なおコンデンサ72e はノイズ吸収のための
フィルタとして機能することとなり、ω I・0が出力され
ることになる。このような本発明装置による場合はまず
ローパスフィルタ71の存在によりトルクセンサ2からの
入力信号のうち機械系共振周波数及びそれ以上の成分は
入力されない。つまり図2のfc以下の位相関係が維持さ
れるから、位相反転が生ぜず、制御の安定が図れる。
【0019】一方、相対回転速度検出回路72出力を目標
電流テーブル13から読み出した値に加算することで次の
効果が得られる。図5は本発明の電動パワーステアリン
グ装置の周波数特性を示している。この図に見られるよ
うに、機械系の共振周波数fcでのピークは消滅し、また
高ゲインの状態はfcより高い周波数域にまで延びる。こ
のような周波数特性が得られる理由は以下のように説明
できる。本制御系を位置に着目して考えると、モータ制
御量にθI −θ0 の速度を加える事で結果として図7に
示す制御系となり、モータ位置に対する速度フィードバ
ックを構成する事となり、入出力軸間が安定になるから
である。例えば、上記θ0 が外乱により正の位置に変化
されたとすると、上記構成の場合その変化量の逆方向に
モータを駆動する(すなわち速度フィードバックする)
事になり、ダンピング効果が期待できる。
【0020】このように共振点が消滅し、また周波数特
性が高域側へ伸びたことにより操舵補助制御が安定化
し、操舵が円滑に行われることになる。また低速域又は
停止時のゲインを向上させること、又は車種に応じた所
望のゲイン設定をする上での設計の自由度が高まること
になる。
【0021】図6は相対回転速度検出をソフトウェアで
行う場合の構成を示す。ローパスフィルタ71出力はイン
ターフェイス3aを経てCPU 1へ入力され、A/D 変換(11
a) されて相対回転速度検出部720 へ与えられる。ここ
では入力と、これに遅れ要素721 ( 1/ (1+T1 S)
:T1 は時定数) を乗じた値との差分(722) がとら
れ、これをK倍 (速度検出ゲイン) して(723) フィルタ
724 ( 1/ (1+T2 S) :T2 は時定数) を通して出
力する。
【0022】その他図3の実施例と同一部分には同符号
を付して説明を省略する。周期T1 は、実際にあり得る
入,出力軸の相対回転の周波数より高い周波数(例えば
100Hz)に対応させて設定してあるので、減算器(722)出
力は、相対回転速度検出部720 への入力の微分信号とな
り、相対回転速度が得られる。相対回転速度検出部720
を展開すると次式となる。 {(KT1 S)/(1+T1 S)}・{1/(1+T2 S)} ここでT1 S>>T2 Sとすると図8のような特性とな
り、図4に示した相対回転速度検出回路72と同じ特性を
持つ事になる。
【0023】なおフィルタ724 は図4のコンデンサ72e
同様ノイズ除去用である。このフィルタ724 は加算14の
あとに設けることとしてもよい。この実施例においても
前述の実施例と同様な効果を奏する。
【0024】
【発明の効果】以上の如き本発明による場合は機械系の
共振の影響を排して制御の安定を図ることができ、円滑
な操舵感覚が得られる。これに合わせてゲインを従来に
比して高くとることができ、低速域、停車時の操舵力を
高めることができ、また電動パワーステアリング装置の
操舵補助特性を決定する上での自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電動パワーステアリング装置のブロック
図である。
【図2】電動パワーステアリング装置の周波数特性図で
ある。
【図3】本発明の第1実施例の電動パワーステアリング
装置のブロック図である。
【図4】相対回転速度検出回路の回路図である。
【図5】電動パワーステアリング装置の周波数特性図で
ある。
【図6】本発明の第2実施例の電動パワーステアリング
装置のブロック図である。
【図7】本発明の要部を説明するブロック図である。
【図8】本発明の周波数特性図である。
【符号の説明】 1 CPU 2 トルクセンサ 5 電動機 13 目標電流テーブル 21 入力軸 22 トーションバー 23 出力軸 71 ローパスフィルタ 72 相対回転速度検出回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−155351(JP,A) 特開 平2−164665(JP,A) 特開 平6−183355(JP,A) 特開 平6−8837(JP,A) 特開 昭63−173764(JP,A) 特開 平2−48271(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 5/00 - 5/30 B62D 6/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 操舵輪に連結された入力軸と舵取機構に
    連結された出力軸との間にトーションバーを介装してあ
    り、入,出力軸の相対回転量により操舵トルクをトルク
    センサで検出し、検出した操舵トルクに従って電動機を
    駆動して操舵助勢力を得る電動パワーステアリング装置
    において、前記入力軸及び出力軸の相対回転速度を検出
    する速度検出手段を備え、前記トーションバー及び電動
    機を含む機械系の共振周波数よりも低い周波数を遮断周
    波数とするローパスフィルタを前記トルクセンサの出力
    側に介装し、該ローパスフィルタ出力及び、前記速度検
    出手段によって検出された相対回転速度に関連する信号
    に基づいて電動機駆動電流を定めるべくなしてあること
    を特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 【請求項2】 前記トルクセンサ出力を用いて前記相対
    回転速度を求めるべくなしてある請求項1記載の電動パ
    ワーステアリング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100058528A (ko) * 2007-09-04 2010-06-03 티알더블유 리미티드 전동식 파워 스티어링 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100058528A (ko) * 2007-09-04 2010-06-03 티알더블유 리미티드 전동식 파워 스티어링 시스템
KR101586867B1 (ko) 2007-09-04 2016-01-19 티알더블유 리미티드 전동식 파워 스티어링 시스템

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