JP3809595B2

JP3809595B2 - 電動式パワーステアリングシステム

Info

Publication number: JP3809595B2
Application number: JP11932297A
Authority: JP
Inventors: 好典小木曽
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2017-05-09
Also published as: JPH10310072A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車における電動式パワーステアリングシステムは、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と、自動車の車速を検出する車速センサの出力とからアシスト電流指令値を決定し、これに操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指令値を得、ドライブ回路を介してアシストモータを駆動し操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリングホイールの操作性を向上させている。
【０００３】
然しながら、アシストモータは、ロータの回転角によりトルクが脈動するいわゆるコギングトルクを発生する。
このコギングトルクは、ステアリングシャフトを介してステアリングホイールに伝達され、運転者の手に振動として伝わるので、操舵時のフィーリングが悪くなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この操舵時のフィーリングを改善するものとして、特開平２−１９３７６８号に開示された電動パワーステアリング装置が知られている。
この発明は、ロータの回転角に応じて発生するコギングトルクを打ち消すためモータに付加する補償電流指令値を予め算定しておく。そして、角度センサによりロータの回転角を検出し、回転角に応じた補償電流指令値をアシストモータに供給して、トルクの平滑化を図り、操舵時のフィーリングを改善するものである。
然しながら、角度センサは高価であり、コスト高になるので、角度センサを使用しないでフィーリングを改善するものが要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、角度センサを使用しないで操舵のフィーリングを改善することができる電動式パワーステアリングシステムを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明すると、ステアリングホイール１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検出する車速センサ３０の出力とにより決定される基本アシスト電流指令値Ｔ1に、第１の微分器２４により決定される操舵トルク微分指令値Ｔ2を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータ４０を駆動して、操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータ４０の回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段５２と、
このコギング周波数算定手段５２で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記操舵トルクセンサ２０の出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３と、
この中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力を微分して位相を進める第２の微分器５４とを備え、
この第２の微分器５４の出力に応じた補償電流指令値を前記モータ駆動指令値に足しこむようにしたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、前記コギング周波数における補償電流指令値は、コギング周波数テーブル５６によにりコギング周波数に応じて変化されるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、前記コギング周波数における中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力は、２分割され、一方は第２の微分器５４により微分されてＴ31、他方Ｔ30に合流するようにしたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、前記コギング周波数における補償電流指令値は、車速テーブル５７により車速に応じて変化させるようにしたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、前記コギング周波数における補償電流指令値は、アシスト電流テーブル５８によりアシストモータの電流に応じて変化させるようにしたところに特徴を有する。
【００１１】
尚、操舵性に軽快感を付与することは、操舵トルクを微分する第１の微分器２４のゲインを高めることにより達成できるが、この結果、ステアリングハンドルの操舵が軽すぎるという問題が発生する。しかし、本願発明においては、独立した中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３を設けて、コギングトルクを平滑化したので、ハンドルのフイーリングを良好にするとともに、適切な操舵特性を得ることができる。
本発明は、第１の微分器２４からの操舵トルク微分指令値Ｔ2により操舵の軽快感を希望のフィーリングに設定でき、また、第２の微分器５４からの補償電流指令値Ｔ3によりコギングをそれぞれ独立して希望のフィーリングに設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例につき、図１〜図４を参照しつつ説明する。
まず、図２において、ステアリングホイール１０を操作すると、その操舵トルクはギヤーケース１１の入力軸１１ａに伝達され、出力軸１１ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は操舵リンク１３を介して車輪１４の方向を変える。
【００１３】
一方、ギヤーケース１１に取付けられたトルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、その電気信号が電気制御装置（以下ＥＣＵ５０と云う）に入力される。ＥＣＵ５０は、図１に示すトルクセンサ２０の出力と車速センサ３０及びアシスト車速テーブル２３から基本アシスト電流指令値Ｔ1が決められる。また、操舵トルクを微分する第１の微分器２４と車速センサ３０及び操舵トルク微分車速テーブル２５から操舵トルク微分指令値Ｔ2が決められる。さらに、操舵トルクを後述する中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３及び第２の微分器５４を通過させて補償電流指令値Ｔ3が決められる。モータ駆動指令値は、これらの指令値Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3が加算されたもので、電流制御手段２２を介してモータ駆動電流がアシストモータ４０に供給されて駆動される。
【００１４】
このアシストモータ４０のトルクは、電磁クラッチ１５を介してギヤーケース１６の入力軸１６ａに伝達され、出力軸１６ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は、ステアリングホイール１０の出力軸１１ｂとともに、アシストモータ４０の出力軸１６ｂにより駆動されるので、ステアリングホイール１０の操作性が著しく改善されるのである。
【００１５】
モータ回転速度検出手段５１は、アシストモータ４０の電流値及び端子電圧値からアシストモータ４０の回転数を推定演算して、コギング周波数算出手段５２に入力する。アシストモータ４０は、内部のロータと界磁の関係（吸引力、反発力）に起因して回転角によりモータ軸トルクが周期的に変化するいわゆるコギングトルクを発生する。
尚、モータ回転速度検出手段５１は、一般にモータロータの慣性補償制御やシステムの粘性、フレクション補償制御を行うために用いられているものであり、本発明にあっては、このモータ回転速度検出手段５１をそのまま利用できるという利点がある。
【００１６】
ここで、
コギング周波数をＦ（ＨZ）
モータ回転速度をＮ（ｒｐｍ）
モータコギング係数（モータが１回転することにより発生するコギングの山または谷の数）をＫｍ
と表示すれば、
コギング周波数は次式で求められる。
Ｆ＝Ｎ・Ｋｍ／６０
即ち、コギング周波数はモータの回転速度により変化する。
【００１７】
中心周波数可変式バンドパスフイルタ５３（以下単にバンドパスフイルタ５３と云う）に入力されるトルクには、コギング周波数における成分の他に操舵速度等に起因する種々の周波数における成分が含まれている。
バンドパスフイルタ５３（以下単にバンドパスフイルタ５３と云う）は、中心周波数を図３に示すＦ0，Ｆ1，Ｆ2のように変化させて絶えずこのコギング周波数算定手段５２で求められた周波数Ｆに一致させるように動作して、コギング周波数成分だけを抽出し第２の微分器５４へ送ることができる。そして、これを第２の微分器５４に入力すると、第２の微分器５４は脈動トルクの位相を進め、さらに必要に応じて増幅し、コギングトルクを打ち消すための補償電流指令値Ｔ3をモータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に足しこむ。
【００１８】
つぎに、上記第１の実施例の作用について説明する。
まず、バンドパスフイルタ５３が接続されていない状態において、ステアリングホイール１０を操作すると、トルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、これらから決められたモータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に基づいてアシストモータ４０が駆動され、アシストトルクＴａが操舵トルクに付加される。
このアシストトルクは中心値Ｔａの上下に脈動している［図４の（ａ）］。
【００１９】
ところで、アシストトルクがその中心値Ｔａよりも大なるコギングトルクの山においては、その分、操舵トルクは小となり、中心値Ｔａよりも小なるコギングトルクの谷においては、操舵トルクは大となって、操舵トルクも脈動する。
即ち、トルクセンサ２０の出力は、コギングトルクの脈動波形を反転（位相角は−１８０度）したものとなる。また、機械的ながたや操舵トルク検出用のトーションバーのねじれなどが作用して、位相角はさらに遅れθを生じる［図４の（ｂ）］。
【００２０】
一方、モータ回転速度検出手段５１からアシストモータ４０の回転数が推定演算され、コギング周波数算出手段５２によりコギング周波数Ｆが算出されると、バンドパスフイルタ５３に入力される。
そして、トルクセンサ２０の出力がバンドパスフイルタ５３を通過すると、算定されたコギング周波数Ｆにおける脈動トルクが抽出される［図４の（ｃ）］。
【００２１】
この脈動する操舵トルク信号を第２の微分器５４により微分することにより通常操舵の信号成分（周波数）がカットされて、コギング周波数Ｆにおけるコギングトルク成分のみが抽出される。また、位相角θが進められ［図４の（ｄ）］、さらに必要に応じて増幅器５５により増幅された補償電流指令値Ｔ3がモータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に足し込まれる。これにより、コギングトルクが打ち消されて［図４の（ｅ）］、トルクは平滑となりステアリングホイール１０のフィーリングが良好になる。
【００２２】
上記第１の実施例によれば、アシストモータ４０のコギングトルクに起因して、操舵トルクも脈動する点に着目して、トルクセンサ２０の出力からコギング周波数Ｆにおける脈動トルクを抽出し、このコギングトルクを打ち消す補償電流指令値Ｔ3をモータ駆動指令値に足し込むようにしたので、高価な角度センサを使用しなくても、ステアリングホイール１０のフィーリングを良好に改善できるという優れた効果を奏するものである。
【００２３】
図５は、本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例との相違は、第２の微分器５４の出力をコギング周波数に応じて変化させるコギング周波数テーブル５６を有する点にある。
一般に、トルクセンサ２０の出力を第２の微分器５４により微分すると、周波数が高くなる程ゲインは大きくなる傾向がある。しかし、第２の実施例においては、コギング周波数テーブル５６によりこの傾向を補償することができるという効果を奏するものである。
【００２４】
尚、コギング周波数が高くなればコギングトルクが減少する傾向がある。第２の実施例においては、高い周波数におけるゲインを下げることにより、操舵トルク周波数がコギング周波数と一致した場合でも、第２の微分器５４からの補償電流指令値Ｔ3が過度に増大することを防止している。
【００２５】
図６は、本発明の第３の実施例を示すもので、第２の実施例との相違は、バンドパスフイルタ５３の出力を２分割し、一方は第２の微分器５４により微分した出力Ｔ31を他方Ｔ30に合流させて位相角を調整するものである。
この第３の実施例によれば、Ｔ31とＴ30との相関により、ギヤのバックラッシュやトーションバーのねじれ等による位相遅れを随時補償できるという効果を奏する。
【００２６】
図７は、本発明の第４の実施例を示すもので、第３の実施例との相違は、車速に応じて補償電流指令値を変化させる車速テーブル５７を有している点にある。一般に高車速ではアシスト力が小さくなりコギングトルも小さくなるので車速に応じた補償電流にすることができる。
また、第４の実施例によれば、車速が大となり、操舵トルクの周波数とコギング周波数が一致したとき、アシストトルクが相対的に大きくなって発生する違和感を防止することができる。
【００２７】
図８は、本発明の第５の実施例を示すもので、第３の実施例との相違は、アシストモータ４０の電流に応じて補償電流指令値を変化させるアシスト電流テーブル５８を有している点にある。
この第５の実施例によれば、コギングトルクはアシストモータ４０の電流が大きくなるに対応して大きくなるが、モータ電流に応じた補償電流指令値を流すので、適切な補償を行うことができ、操舵時の違和感をなくすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明はステアリングホイールの操舵トルクに、アシストモータを駆動してアシストトルクを付加した電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記操舵トルクセンサの出力からコギング周波数算出手段により算出したコギング周波数における脈動トルクを抽出して、これを打ち消す補償電流指令値をアシスト指令値に足しこむようにしたので、簡単な構成により操舵性を著しく改善することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第１の実施例の制御ブロック図である。
【図２】第１の実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図３】操舵トルクのコギング周波数の分布を示すグラフである。
【図４】各部におけるトルクの波形を示すグラフである。
【図５】本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第２の実施例の制御ブロック図である。
【図６】本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第３の実施例の制御ブロック図である。
【図７】本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第４の実施例の制御ブロック図である。
【図８】本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第５の実施の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１０ステアリングホイール
２０トルクセンサ
２１基本アシスト電流指令値
２４第１の微分器
３０車速センサ
４０アシストモータ
５２コギング周波数算定手段
５３中心周波数可変式バンドパスフィルタ
５４第２の微分器
５６コギング周波数テーブル
５７車速テーブル
５８アシスト電流テーブル

Claims

ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサの出力とにより決定される基本アシスト電流指令値に、第１の微分器により決定される操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイールの操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータの回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段と、
このコギング周波数算定手段で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記操舵トルクセンサの出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタと、
この中心周波数可変式バンドパスフィルタの出力を微分して位相を進める第２の微分器とを備え、
この第２の微分器の出力に応じた補償電流指令値を前記モータ駆動指令値に足しこむようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリングシステム。
前記コギング周波数における補償電流指令値は、コギング周波数に応じて変化されることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリングシステム。
前記コギング周波数における中心周波数可変式バンドパスフィルタの出力は、２分割され、一方は第２の微分器により微分されて他方に合流するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の電動式パワーステアリングシステム。
前記コギング周波数における補償電流指令値は、車速に応じて変化させるようにしたことを特徴とする請求項１，２または３記載の電動式パワーステアリングシステム。
前記コギング周波数における補償電流指令値は、アシストモータの電流に応じて変化させるようにしたことを特徴とする請求項１，２，３または４記載の電動式パワーステアリングシステム。