JPH02193768A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車輌の電動式パワーステアリング装置に係り、
特に低速操舵時の操舵フィーリングの向上に好適な電動
パワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電動パワーステアリング装置で、直流電動機の出
力トルクの変化がハンドルを介して直接運転者に伝わる
のを低減するものとしては、特開昭６０−３５６６４号
に記載のものがある。これは、操舵ハンドルに加えられ
た操作力を検出するトルクセンサからの入力信号レベル
に応じて少なくとも２段階に入力信号と出力信号の関係
が変化する非線形信号処理手段を設け、その出力信号に
応じて電動機に通電し、操舵開始時の運転者が感する操
舵に必要なトルクの変化を小さくするように構成したも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術は、運転者に伝わるのを低
減する直流電動機の出力トルクの変化として、操舵開始
時の操舵に必要なトルクの変化を対象としており、直流
電動機に流れる電流が零のときのコギングトルクや同電
流が零でないときの直流電動機の回転位置によるトルク
脈動の点については配慮がされておらず、ハンドルの切
り始めや低速度でのハンドル操舵時に、滑らかさがなく
、運転者の手にトルク変動を感するという問題があった
。

本発明の目的は、直流電動機のコギングトルク及びトル
ク脈動を低減し、ハンドルの切始めや低速度操舵時の操
舵フィーリングを良くした電動パワーステアリング装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、操舵ハンドルに加えられた操舵力を検出す
るトルクセンサと、該トルクセンサの出力信号に応じて
前記直流電動機に流す電流指令値を演算する制御手段と
、前記制御手段の電流指令値に応じてハンドルの操舵力
を補助する直流電動機とを備えた電動パワーステアリン
グ装置において、前記直流電動機の回転位置を検出する
回転位置検出手段を有し、前記制御手段に、前記回転位
置検出手段の出力信号を入力して前記電流指令値を補正
する補正手段を設けることによって達成される。

そしてこの電動パワーステアリング装置は、好ましくは
、前記直流電動機に流れる電流を検出する電流センサを
更に備え、前記補正手段は、予め設定された直流電動機
のコギングトルクデータを有し、このコギングトルクデ
ータと前記回転位置検出手段で検出された回転位置とか
ら電流補正量を演算し、前記電流センサの出力信号が零
のときは、前記電流補正量を前記で電流指令値にそのま
ま加算して該電流指令値を補正することによりコギング
トルクを低減し、前記電流センサの出力信号が零でない
ときは、前記電流補正量を該電流センサで検出された電
流値に比例しな補正係数をかけることにより修正し、こ
の修正した電流補正量を前記電流指令値に加算して該電
流指令値を補正することにより直流電動機の回転位置に
よるトルク脈動を低減する。

〔作用〕

このように構成された本発明においては、直流電動機の
回転位置を検出する回転位置検出手段を設け、制御手段
の補正手段に回転位置検出手段の出力信号を入力するこ
とにより、補正手段は常に直流電動機の回転位置を把握
する。そして、この出力信号を用いて電流指令値を補正
することにより、直流電動機の回転位置に対応させて、
強磁界となる回転位置のときには電動機駆動電流を小さ
めに、弱磁界となる回転位置のときには電動機駆動電流
が大きめになるように電流制御することかでき、これに
より、直流電動機に流れる電流が零のときのコギングト
ルクや同電流が零でないときの直流電動機の回転位置に
よるトルク脈動が低減される。

なお、直流電動機のコギングトルクと回転位置によるト
ルク脈動とでは、トルク変動が生じる電動機の回転位置
は同じであるが、トルク変動の大きさが後者の方が大き
く、かつ後者のそれは電動機を流れる電流の大きさに比
例して増大するという関係にある。従って、回転位置検
出手段で検出した回転位置から補正量を得るためのデー
タとしては、回転位置に対応させて、強磁界となる回転
位置のときには補正量が小で、弱磁界となる回転位置の
ときには補正量が大となるように予め設定したコギング
トルクデータを共通に用いることができ、電動機に流れ
る電流を検出する電流センサの出力信号が零のときは、
このコギングトルクデータから求めた電流補正量を電流
指令値にそのまま加算して電流指令値を補正することに
より、コギングトルクを低減でき、電流センサの出力信
号が零でないときは、同電流補正量を該電流センサで検
出された電流値に比例した補正係数をかけることにより
修正し、この修正した電流補正量を電流指令値に加算し
て電流指令値を補正することにより、トルク脈動を低減
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１１図により説明
する。

まず、本実施例の自動車用電動パワーステアリング装置
の全体構成を第２図を参照して説明する。

第２図において、ラックアンドピニオン方式の操舵８１
構がハンドル１、ハンドル軸２、ピニオン３、ラック４
、及び転向用のタイヤ５によって構成されている。運転
者がハンドル１を操作すると、そのとき加えられた操舵
力はハンドル軸２からピニオン３を介してラック４に伝
達され、タイヤ５を所定の舵角に動かす。

この操舵機構に対して本実施例の電動パワーステアリン
グ装置が設けられており、これはトルクセンサ６、パワ
ーアシスト用の直流電動機７、減速機構８、電動機用エ
ンコーダ９及び制御装置１０からなっている。なお、Ｂ
は電源用のバッテリである。

トルクセンサ６は、ハンドル１を運転者が回転させたと
き、このハンドル１からハンドル軸２を介してピニオン
３に与えられるトルクＴを検出し、そのトルクの大きさ
を表わす信号τを発生する働きをする。このトルクセン
サ６は、例えば、ハンドル軸２に取付けた歪ゲージ若し
くはハンドル軸２にねじれバネ機構を設け、このねじれ
量を検出する可変抵抗などから構成され、その検出トル
クＴと出力信号τとの関係は例えば第３図に示すような
特性のものとなっている。

電動８１７は、歯車装置などからなる減速機構８とハン
ドル軸２を介してラック４に操舵力を補助する補助操舵
力を与える電動式のアクチュエータとして動作する。

エンコーダ９は、電動ａ７の回転位置を検出するロータ
リエンコーダであり、電動機７の回転に従って回転位置
信号θＯを出力する。この信号θＯについては後述する
。

制御装置１０は、トルクセンサ６の出力信号で、エンコ
ーダ９の出力信号θ０及び図示しない車速センサからの
車速信号Ｖを入力し、電動機７に駆動電流を流すもので
ある。

制御装置１０の詳細構成を第１図に示す。制御装置１０
は、パワー駆動回路１１と、電動機制御回路１２と、マ
イクロコンピュータ１３とからなっている。マイクロコ
ンピュータ１３は第４図に示すようなアシスト関数１４
を有し、トルクセンサ６からのトルク信号τと車速セン
サからの車速信号Ｖを入力し、車速か高速になるとアシ
スト量を小さくし、高速でハンドルが軽過ぎないような
電流指令値工０を出力する。また、エンコーダ９からの
回転位置信号θＯと電動機制御回路１２内で検出された
電動機７に流れる電流信号ｌを入力する補正回路１５を
有し、ここで補正量Ｉ）１を演算し、補正量ＩＮを前記
電流指令値ＩＯに加算器１７で加算して電流指令値１ｏ
を補正し、補正した後の値Ｉｃを補正電流指令値として
ＰＷＭ変換回路１６に入力する。

ＰＷＭ変換回ｌ１４１．６は、電動機制御回路１２内で
検出された上記電流信号ｉをフィードバック電流値とし
て入力して、前記補正電流指令値Ｉｃから最適デユーテ
ィ比を算出し、このデユーティ比のパルス信号Ｃｐをパ
ワー駆動口１ｉ！８１１を介して電動機制御回路１２に
出力する。

電動機制御回路１２の回ｌｌ！８構成を第５図に示す。

電動機制御回路１２は、４個のＰＥＴ１．２．３゜４と
４個のフリーホイルダイオードＤ、それに電流検出器Ｃ
Ｄから構成される。

ＦＥＴ１．４のゲートは、トルクセンサ６の出力信号τ
が正極性の時、演算されたデユーティ比のパルス信号Ｃ
ｐｆｆｉ供給され、電動機７には図の実線で示す矢印方
向に電流が流れる。トルクセンサ６の出力信号τが負極
性の時は逆にＦＥＴ２゜３がオンし、図の点線で示す矢
印方向に電流が流れる。そして、これらいずれの場合で
も、電動機７に流れている電流の大きさが電流検出器Ｃ
Ｄによって検出され、電流信号ｉとしてマイクロコンピ
ュータ１３に与えられ、前述したように補正回路１５で
補正量ＩＨの演算に使用され、かつＰＷＭ変換回路１６
で電動機７に電流を正確に供給するためのフィードバッ
ク信号として使用される。

以上の構成により、運転者がハンドル１を操作すると、
その時加えられた操舵力の方向とその大きさに応じて所
定値の電流（第４図）が所定の方向から電動機７に供給
され、トルクが発生し、そのトルクが減速機構８、ハン
ドル軸２、そしてビニオン３を介してラック４に与えら
れ、補助操舵力となり、その結果パワーステアリング装
置としての機能が得られる。

次に、本実施例の特徴である補正回路１５の動作を第６
図〜第１１図により説明する。

補正回路１５は、第６図にフローチャートで示すような
演算機能を有する。まず、エンコーダ９の出力信号θ０
より電動機７の回転位置θを算出しくステップＡ）、次
いでこの回転位置θより電流補正量ＴＯを求め（ステッ
プＢ）、Ｍ後にこの補正ＪｉＴ［ｌと電動機制御回路１
２の電流検出器ＣＤからの電流値ｉとにより最終的な補
正量Ｉ　Ｈを演算し、これを加算部１７に出力する（ス
テップＣ）。

上記ステップＡ、Ｂ、Ｃの詳細をそれぞれ第７図〜第９
図に示す、エンコーダ９の出力信号θ０は、第１０図に
示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相の３種類のパルス信号か
らなり、Ａ相パルス信号は３６００パルス／回転のパル
ス信号であり、Ｂ相パルス信号はＡ相から９０°移相が
ずれた信号であり、Ｚ相パルス信号は１パルス／回転の
パルス信号である。

ステップＡの詳細を示す第７図において、まず、エンコ
ーダ９の出力信号θＯより一度Ｚ相信号の１パルスを検
出したかどうかを判断しくステップＳ１）、検出した場
合は更にＡ相信号の１パルスを検出したかどうかを判断
しくステップＳ２）、検出した場合は、Ａ相信号とＢ相
信号を用いてハンドルの回転方向が右回転か左回転かを
判断する（ステップＳ３）、この右回転、左回転の判別
は、第１０図においてＡ相の立ち上がり点をＴＩ　、Ｂ
相の立ち上がり点をＴ２とすると、右回転時にはＴ１が
先に検出された後にＴ２が検出され、逆に左回転時には
Ｔ２が先に検出された後にＴ１が検出されるので、この
ことを利用し、Ｚ相の立ち上がり点ＴＯを検出しな後Ａ
、Ｂ相を常に監視し、ＴＩ　　Ｔ２の信号のいずれが先
に検出されるかを見ることにより行う。右回転の場合は
回転位置が増加する方向であると判断し、前回の回転位
置θにＡ相パルス信号のパルス幅θＤを加算して新たな
回転位置θを求め（ステップＳ４）、右回転の場合は回
転位置が減少する方向であると判断し、前回の回転位置
θからパルス幅θＤを減算して新たな回転位置θを求め
る（ステップＳ５）。

ステップＢの詳細を示す第８図において、ステップＡで
求めた回転位置θより予め設定しである補正テーブル１
８から電流補正量ＴＯを求める（ステップＳ６）。補正
テーブル１８は、電動機７を流れる電流が零のときのコ
ギングトルクデ−夕を第１１図に示すように関数化した
ものであり、最強磁界となる回転位置では補正量が０と
なり、弱磁界となる回転位置では補正量が大となるよう
にしである。

ステップＣの詳細を示す第９図において、電動機制御回
路１２の電流検出器ＣＤからの電流値ｌが零かどうかを
判断しくステップＳ７）、電流値ｉが零のときは、ステ
ップＢで求めた電流補正量ＴＯをそのまま補正量ＩＮと
しくステップ３８）、これを前述したごとく前記電流指
令値Ｉｏに加算して補正する。これにより電動８１７の
コギングトルクを低減する。また、電動機制御回路１２
の電流検出器ＣＤからの電流値ｉが零でないときは、電
流補正量ＴＯに電流値ｉに比例した補正係数ｉＫをかけ
、この値を補正量ＩＨとする（ステップＳ９）。

電動６１７に流れる電流値ｉが零のときのコギングトル
クと電流値ｉが零でないときのトルク脈動とでは、トル
ク変動が生じる電動機の回転位置は同じであるが、トル
ク変動の大きさが後者の方が大きく、かつ後者のそれは
電動機を流れる電流の大きさに比例して増大するという
関係にある。従って、補正量ＩＨを得るためのデータと
してはコギングトルクデータを共通に用い、電流値ｉが
零でないときのトルク脈動の補正値ＩＮはコギングトル
クの補正量ＴＯを電流値ｉで比例倍計算して求める。

この修正した補正量ＩＨを電流指令値工０に加算して補
正した電流指令値１ｃを求め、これにより電動ａ７を流
れる電流が零でないときの直流電動機の回転位置による
トルク脈動を低減する。

以上の構成によれば、電動パワーステアリング装置にお
ける直流電動機７のコギングトルク及び回転位置による
トルク脈動が低減されるので、ハンドルの切始めや低速
度操舵時に運転者の手にトルク変動を感じることがなく
なり、操舵フィーリングが大幅に改善される。また、電
動機に与えられる電流指令値ＩＯを補正することにより
対策を施すので、電動機単体でのコギング対策及びトル
ク脈動対策を省き、直流電動機は簡素で安価なものとす
ることができる。

なお、本実施例では電動機７に装着したエンコーダ９を
用いて電動８１７の回転位置信号を得たが、電動機の回
転位置が検知できればそれ以外の手段でもよく、“例え
ば電動機の直接位置でなく、減速１１１８のギヤ等の位
置、ハンドル１の絶対位置またはラック４の移動量を検
出して電動機の回転位置を検出する池のセンサであって
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電動パワーステアリング装置における
直流電動機のコギングトルク及びトルク脈動が低減され
るので、ハンドルの切始めや低速度操舵時の操舵フィー
リングが良くなるという効果があり、また、電動機への
電流指令値を補正することによりコギングトルク及びト
ルク脈動を低減するので、電動機は簡素で安価なものと
することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例による電動バワースデアリン
グ装置における制御装置の機能構成を示すブロック図で
あり、第２図はその電動パワーステアリング装置の全体
構成を示す概略図であり、第３図はその電導パワーステ
アリング装置に用いるトルクセンサの特性図であり、第
４図は上記制御装置の一機能であるアシスト関数の特性
図であり、第５図は同制御装置お一部をなす電動機制御
回路の回路図であり、第６図は同制御装置の一機能であ
る補正回路の動作手順を示すフローチャートであり、第
７図、第８図及び第９図はそれぞれ第６図のフローチャ
ートのステップＡ、Ｂ、Ｃの詳細動作手順を示すフロー
チャートであり、第１Ｏ図は電動パワーステアリング装
置に使用されるエンコーダの出力信号の内容を示す図で
あり、第１１図は第８図のフローチャートで電動機回転
位置から補正量を求めるのに使用される補正テーブルを
示す図である。 符号の説明 １・・・ハンドル ６・・・トルクセンサ ７・・・直流電動機 ９・・・エンコータ（回転位置検出手段）１０・・・制
御装置 １５・・・補正回路（補正手段） １８・・・補正テーブル（コギングトルクデータ）θ０
・・・エンコーダの出力信号 θ・・・電動機の回転位置 ＩＯ・・・電流指令値 ＩＨ・・・電流補正量

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵ハンドルに加えられた操舵力を検出するトル
   クセンサと、該トルクセンサの出力信号に応じて前記直
   流電動機に流す電流指令値を演算する制御手段と、前記
   制御手段の電流指令値に応じてハンドルの操舵力を補助
   する直流電動機とを備えた電動パワーステアリング装置
   において、前記直流電動機の回転位置を検出する回転位
   置検出手段を有し、前記制御手段に、前記回転位置検出
   手段の出力信号を入力して前記電流指令値を補正する補
   正手段を設けたことを特徴とする電動パワーステアリン
   グ装置。
2. （２）前記補正手段は、予め設定された直流電動機のコ
   ギングトルクデータを有し、このコギングトルクデータ
   と前記回転位置検出手段で検出された回転位置とから電
   流補正量を演算し、この電流補正量を前記電流指令値に
   加算することにより該電流指令値を補正し、直流電動機
   のコギングトルクを低減す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装置。
3. （３）前記直流電動機に流れる電流を検出する電流セン
   サを更に備え、前記補正手段は、予め設定された直流電
   動機のコギングトルクデータを有し、このコギングトル
   クデータと前記回転位置検出手段で検出された回転位置
   とから電流補正量を演算し、前記電流補正量を該電流セ
   ンサで検出された電流値に比例した補正係数をかけるこ
   とにより修正し、この修正した電流補正量を前記電流指
   令値に加算することにより該電流指令値を補正し、直流
   電動機の回転位置によるトルク脈動を低減することを特
   徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
4. （４）前記直流電動機に流れる電流を検出する電流セン
   サを更に備え、前記補正手段は、予め設定された直流電
   動機のコギングトルクデータを有し、このコギングトル
   クデータと前記回転位置検出手段で検出された回転位置
   とから電流補正量を演算し、前記電流センサの出力信号
   が零のときは、前記電流補正量を前記電流指令値にその
   まま加算して該電流指令値を補正することによりコギン
   グトルクを低減し、前記電流センサの出力信号が零でな
   いときは、前記電流補正量を該電流センサで検出された
   電流値に比例した補正係数をかけることにより修正し、
   この修正した電流補正量を前記電流指令値に加算して該
   電流指令値を補正することにより直流電動機の回転位置
   によるトルク脈動を低減す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装置。