JPH02290773A

JPH02290773A - 電動パワーステアリングの制御装置

Info

Publication number: JPH02290773A
Application number: JP1035373A
Authority: JP
Inventors: Katsukuni Kata; 加太　克邦; Bunichi Sugimoto; 杉本　文一; Masaki Yoshida; 正樹吉田
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1990-11-30
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JP2772658B2

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）この発明は、ロータ慣性をキャンセルできる電動パワー
ステアリングの制御装置に関する。

（従来の技術）第６゜図に示した従来の装置は、ハンドル１の入力軸２
にトルクセンサー３と舵角センサー４とを設けるととも
に、この入力軸２の先端にビニオン５を設けている。

また、サイドロツド６の外端にはナックルアーム７を連
結するとともに、このナックルアーム７に車輪８を設け
ている。そして、上記サイドロツド６にはラック９を設
け、このラック９に上記ビニオン５をかみ合わせている
。

さらに、上記両センサー３、４及び車速センサーｌＯの
それぞれはコントローラ１ｌに接続するとともに、この
コントローラ１ｌは電動モータｍに接続している。上記
電動モータｍは、減速機１２を介してと二オンｌ３に連
係するとともに、このピニオン１３を上記ラック９にか
み合わせている。

このようにした装置では、ハントル１を切り終ってから
、手を放して当該ハンドルを中立位置に復帰させるとき
に、ロータの慣性が助長されるようなことがあった。

そこで、この装置では、操舵角θと電勤モータｍの回転
数０２がほぼ比例することを利用して上記ロータの慣性
をキャンセルするようにしている。つまり、操舵角θを
検出して、それの２階微分をとるとともに、この微分値
に比例した電流を電動モータｍに与えることによりロー
タ慣性をキャンセル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、舵角センサー４で検
出したハンドルの操舵角によって、ロータ慣性をキャン
セルする電流を制御するようにしているので、舵角セン
サーや信号処理回路が必要になり、それだけコストアッ
プになるという問題があった。

また、操舵角θとロータ回転角θ２とはほぼ比例するが
、それらが完全に一致することは少ない。例えば、両者
の計測場所が離れているので、その間の機器のガタ付や
剛性等によって、両者に多少のずれが生じる。そのため
に電動モータｍの回転数０２の２階微分θを用いても、
当該ロータ慣性を完全にキャンセルすることができない
という問題があった。

この発明の目的は、舵角センサーを用いずに、モータ回
転数を求め、それに応じたロータ慣性電流を制御するよ
うにした装置を提供することである。

（問題点を解決する手段）この発明は、車速センサー及びトルクセンサーを備え、
それら両センサーからの出力信号をマイクロプロセッサ
ーに入力するとともに、このマイクロプロセッサーから
の出力信号に応して電動モータの出力を制御するととも
に、当該電勤モータのロータ慣性をキャンセルする電流
も制御する電動パワーステアリングの制御装置を前提に
するものである。

上記の装置を前提にしつつ、この発明は、車速を検出す
る車速センサーと、操舵トルクを検出するトルクセンサ
ーと、モータ電流を検出する電流検出器とからの出力信
号をマイクロプロセッサーに入力するとともに、このマ
イクロプロセッサーは、上記トルク信号を定数変換する
トルク定数変換回路部と、同じくトルク信号を微分する
第１微分回路部と、モータ回転数の微分値を出力する第
２微分回路部と、上記車速定数変換回路部、トルク定数
変換回路部、第１微分回路部、上記電流検出器及び第２
微分回路からの出力信号を積算あるいは加減算した信号
に応じた値の信号を出力する比例回路部と、同じく上記
各信号を積算あるいは加減算した信号を積分する積分回
路部とを備えた点に特徴を有する。

（本発明の作用）この発明の装置は上記のように構成したので、モータ電
圧とモータ電流とから、電動モータｍの回転数を計算す
るとともに、そのモータ回転数からモータの加速度を求
め、それによってロータ慣性をキャンセルする電流が出
力される。

（本発明の効果）この発明の装置によれば、従来のような舵角センサー等
の特別の装置が必要なくなるとともに、各センサーから
制御系までの信号伝達の遅れや誤差等による制御の不安
定という問題も解消される。

（本発明の実施例）第１〜５図に示したこの発明の実施例は、その制御系に
特徴を有し、その他は従来と同様なので、従来と同一の
構成要素については、同一の符号を付して説明する。

入力軸２に作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ
ー３をトルク信号処理回路１３に接続するとともに、車
速を検出する車速センサー１０を車速信号処理回路１４
に接続している。そして、トルク信号処理回路ｌ３は、
マイクロブレセッサーＭＣの入カポートＡ２に接続し、
車速信号処理回路１４はマイクロプロセッサーＭＧの割
込みポートＩＮＴＩに接続している。

上記のようにしたマイクロプロセッサーＭＧの一方の出
力ポートＣ　＋からは、電動モータｍの回転方向を特定
するモータ出力方向信号Ａが出力される。そして、この
出力ボートＣ＋は、第１、２アンドゲートｌ５、ｌ６に
接続するとともに、ノットゲート１７を介して第３、４
アンドゲート１８、ｌ９にも接続している。

上記第１、３アンドゲートｌ５、１８には、所定のパル
ス信号を出力する発振回路２０を接続しているが、第２
、４アンドゲートｌ６、１９には、モータの出力レベル
を絶対値として出力する他方の出力ポートＣ２に接続し
ている。

いま、例えば、出力ボートｃ＋から正転信号Ａが出力さ
れると、この正転信号Ａは第１、２アンドゲートｌ５、
ｌ６に人力する。しかし、この出力ボートＣ，から正転
信号以外の信号すなわち逆転信号が出力されると、ノッ
トゲートｌ７が機能して逆転信号Ｘを出力するとともに
、この逆転イ８号Ａが第３、４アンドゲートｌ８、１９
に人力する。

したがって、出力ボートＣ＋からの正転信号Ａか第１ア
ントゲート１５に入力すると、その正転信号Ａが人力し
ている間、発振回路２０のパルス信号Ｉと同一のパルス
信号Ｃが第１アンドゲートｌ５から出力される。また、
ノツ１・ゲートｌ７から出力される逆転信号λが第３ア
ンドゲート１８に人力すると、その逆転信号が人力して
いる間、上記パルス信号■と同一のパルス信号Ｄがこの
第３アンドゲートｌ８から出力される。

また、正転信号Ａが第２アンドゲート１６に人力してい
るときには、その正転信号が入力している間、当該第２
アンドゲート１６からＰＷＭ信号Ｅが出力される。また
、ノットゲート１７からの逆転信号Ａが第４アンドゲー
トｌ９に人力していると、その逆転信号が人力している
間、当該第４アンドゲートｌ９からＰＷＭ信号Ｆが出力
される。

さらに、電動モータｍを介して、第１〜４電界効果トラ
ンジスタ２１〜２４（以下には第１〜４ＦＥＴという）
でブリッジ回路を構成している。そして、第１、３ＦＥ
Ｔ２１、２３のゲート側は、電圧変換回路２５、２６を
介して第１、３アンドゲートｌ５、１８に接続し、第２
ＦＥＴ２２のゲート側を前記ノットゲートｌ７に直接接
続し、第４ＦＥＴ２４のゲート側を前記出力ポートＣＩ
に直接接続している。

上記のようにしたブリッジ回路の第１、３ＦＥＴ２１、
２３間をバッテリ２７のプラス側に接続し、第２．４Ｆ
ＥＴ２２、２４間の電圧ｖ２、Ｖ４をアース電位にして
いる。さらに、上記電動モータｍの電圧Ｖ，，Ｖ３を、
電圧変換回路２５、２６に導くようにしている。

上記のようにした電圧変換回路２５、２６は、第１、３
　Ｆ　ＥＴ２１，　２３のゲート電圧Ｇ，Ｈを確保する
ためのものである。すなわち、第２、４ＦＥＴ２２、２
４のソース電圧Ｖ２、■４は、常に、アース電位である
が、第１、３ＦＥＴ２１、２３のソース電圧Ｖ，，Ｖ３
は、最大でバッテリ２７の電圧まで変化する。そこで、
電圧変換回路２５、２６を機能させて、第１、３ＦＥＴ
２１、２３のゲート電圧Ｇ，Ｈとソース電圧Ｖ，、Ｖ３
との相対差を保つようにしている。

上記電圧変換回路２５と第ＩＦＥＴ２１間を、第５ＦＥ
Ｔ２８及びノットゲート２９を介して第２アンドゲート
ｌ６に接続しているが、この第５ＦＥＴ２８のドレイン
側をアース電位にしている。また、電圧変換回路２６と
第３ＦＥＴ２３間を、第６ＦＥＴ３０及びノットゲート
３ｌを介して第４アンドゲート１９に接続しているが、
この第６ＦＥＴ３０のドレイン側もアース電位にしてい
る。

いま例えば、出力ボートｃ　ｒから正転｛Ｘ号Ａか出力
されたとすると、この正転信号が出力している間、第１
アンドゲートｌ５からパルス信号Ｃが出力されるととも
に、このパルス信号Ｃが電圧変換回路２５に入力する。

電圧変換回路２５にパルス信号Ｃが入力すると、この電
圧変換回路２５から第ＩＦＥＴ２１に対するゲート電圧
Ｇを出力する。

さらに、上記のように正転信号Ａが出力されると５その
正転信号Ａが第２アンドゲート１６にも人力するので、
出力ポートＣ２からの出力信号Ｂがこの第２アンドゲー
トｌ６からＰＷＭ信号Ｅとして出力される。このように
して第２アンドゲートｌ６から出力されたＰＷＭ信号Ｅ
はノットゲート２９に入力するが、このノットゲート２
９からは、ＰＷＭ信号がオフのときオンとなり、ＰＷＭ
信号がオンのときオフとなるノット信号Ｅが出力ざれ、
そのノット信号が第５ＦＥＴ２８のゲート側に入力する
。この第５ＦＥＴ２８のゲート側に人力したノット信号
がオンのときには、換言すればＰＷＭ信号Ｅがオフのと
きには、第５ＦＥＴ２８のゲート側に電圧が印加され、
当該第５ＦＥＴ２８がオンとなる。

このように第５ＦＥＴ２８がオンになわば、第ＩＦＥＴ
２１のゲート側がアースされるので、電圧変換回路２５
から出力されていたゲート電圧Ｇが、第ＩＦＥＴ２１の
ゲート側に供給されなくなる。

反対に、このノット信号Ｅがオフのときには、換言すれ
ば、ＰＷＭ信号Ｅがオンのときには、第５ＦＥＴ２８の
ゲート側に電圧が印加されない。そのためにＰＷＭ信号
Ｅがオンの間は、この第５ＦＥＴ２８に通電されず、上
記電圧変換回路２５からゲート電圧Ｇが第ＩＦＥＴ２１
に印加され続ける。

したがって、第２図のタイムチャート図からも明らかな
ように、第ＩＦＥＴ２１も、上記ＰＷＭ信号Ｅのデュー
ティ比に応じてオン、オフ制御されることになる。

また、出力ポートｃ＋から正転信号ではない信号が出力
すると、ノットゲートｌ７から逆転信号Ａが出力される
とともに、この逆転信号が第３アンドゲートｌ８に人力
する。そしてこの逆転信号が第３アンドゲート１８に人
力している間、第３アンドゲート１８からパルス信号Ｄ
が出力ざれるとともに、このパルス信号Ｄが電圧変換回
路２６に入力する。電圧変換回路２６にパルス信号Ｄが
入力すると、この電圧変換回路２６から第３ＦＥＴ２３
に対するゲート電圧Ｈを出力する。

このとき第４アンドゲートｌ９にも逆転信号Ａが人力す
るので、出力ポートＣ２からの出力信号Ｂが、この第４
アンドゲートｌ９からＰＷＭ信号Ｆとして出力される。

そして、このＰＷＭ信号Ｆがノットゲート２９に入力し
、このノットゲート２９から出力されるノット信号ｐで
第６ＦＥＴ３０を制御すること、上記第５ＦＥＴ２８の
場合と同様である。

したがって、第３ＦＥＴ２３も、上記ＰＷＭ信号Ｆのデ
ューティ比に応じてオン、オフ制御されることになる。

上記のことからも明らかなように、第１、３ＦＥＴ２１
、２３がＰＷＭ信号に応じてオン・オフ動作するが、第
２、４ＦＥＴ２２、２４は、ハンドル１を左右いずれか
に切り替えている間、オンの状態を維持する。例えば、
正転信号Ａが出力されている間、第４ＦＥＴ２４はオン
の状態を維持する。したがって、ＰＷＭ信号がオフのと
きでも、電動モータｍには、矢印４５方向の回生電流が
流れる。この電動モータｍに流れる電流ｉは、前記電流
検出器３２で検出される。そして、この電流検出器３２
で検出された電流ｉは、電流信号処理回路３３に入力す
るとともに、この電流信号処理回路３３からは上言己電
流ｉに比例した電圧信号ｖ２が出力され、当該信号Ｖ２
がマイクロプロセッサーＭＧの入力ボートＡ，にフィー
ドバックされる。

そして、上記マイクロプロセッサーＭＧの論理回路を示
したのが第３図である。

上記トルクセンサー３で検出されたトルク信号は、トル
ク信号処理回路！３で処理さわ、電圧ｖ　＋　＝　ｃ　
Ｉ　Ｔ　ｔｏ（　ｃ　＋は定数）に変換される。このイ
８号ｖ１は人カポートＡ２に人力する。

また、車速センサー１０で検出された車速信号は、車速
信号処理回路ｌ４で処理され、車速に応じたパルス列信
号を出力する。このパルス列信号は、例えば、車速Ｏ　
ｋ＋ｎ／ｈのとき０バルス／秒、４０ｋｍ／ｈのとき４
０パルス／秒、１００　ｋｍ／ｈのとき１００パルス／
秒といったものである。このようにしたパルス列信号は
マイクロプロセッサーＭＧの割込みポートＩＮＴＩに人
力する。

しかして、上記のようにしたマイクロプロセッサーＭＣ
は、第４図に示すように示すように、入力トルクＴＩｎ
に対し、車速■をパラメータとして電勤モータｍに供給
する電流工を制御するものである。

つまり、車速Ｖは、その車速パルスがカウンタ３４でカ
ウントざれ、その値■がレジスタに記憶される。また、
操舵トルクＴＩｏは、Ａ／Ｄ変換器３５によるディジタ
ル値下に変換される。

このようにした信号Ｖ，Ｔが車速定数変換回路部３６及
びトルク定数変換回路部３７で定数Ｖ’　　，　Ｔ’に
変換される。そして、この２つの変数を乗じてモータ電
流目標値Ｉ′＝ｖ′　　・Ｔ′　を得る。

また、操舵の応答性を改善するために、上記ディジタル
値Ｔが、第１微分回路部３８で微分されるとともに、こ
の値ｋアΔＴ／Δｔが前記モータ電流目標値１′　に加
えられる。また、このときモータ回転数Ｎの微分値ｋ．
ΔＮ／Δしも加えられるが、このモータ回転数Ｎの求め
方は後述する。このようにして最終的なモータ電流目標
値Ｉが決定されるが、この目標値Ｉに対して、実際のモ
ータ電流値を制御することにより、所期の目的を達成で
きることになる。

？かして、上記のようにモータ電流ｉはＡ／Ｄ変換器３
５でディジタル値Ｉに変換され、その目標値Ｔと比較さ
れる。すなわち、目標値Ｔと実際値Ｉとの偏差ｅ＝Ｉ−
Ｉを求めるとともに、比例回路部３９でこの偏差ｅに比
例した値ｋｐｅを出力する。また、上記偏差ｅは積分回
路部４０で積分されるとともに、この積分値ｋ■ΣｅΔ
ｔが出力される。そして、これら比例値ｋｐｅと積分値
ｋ１ΣｅΔｔとの和ｅをモータ電圧制御値省とする。

なお、上記のようにモータ電圧制御値蒼を定めるのに、
積分値ｋ１ΣｅΔｔを加算したのは、比例値ｋｐｅだけ
だと、目標値Ｉと実際値Ｉとが等しいとき、偏差ｅがｅ
＝０となり、モータ電圧制御値も７＝０となるので、そ
の制御が安定しなくなる。そこで、上記のように積分値
ｋ１ΣｅΔｔを加算すれば、偏差ｅ＝ｏとなるまで積分
値ｋ１ΣｅΔｔが増加し、偏差が０になったときその増
加が停止して容＝一定となる。このように積分値ｋ１Σ
ｅΔｔを加算することによって、モータ電圧制御値を一
定に保てるので、それだけ制御が安定することになる。

また、上記したモータ回転数Ｎは、第５図に示すように
、モータ回転数Ｎは、モータ電圧７とモータ電流■とに
よってＮ＝ｃ，ｅ−ｃ，Ｉとして求められる。そして、
このようにして求めたモータ回転数Ｎを、第２微分回路
部４ｌで微分してｋ８八Ｎ／Δｔを得るが、このモータ
回転数の微分値は角速度である。しかも、モータのロー
タ慣性によるトルクＴＭはＴＭ＝Ｉ．θ２（ＩＭ　　：ロータ慣性、θ２　：ロータ角度）となる
ので、上記微分値ｋ．ΔＮ／Δｔは、モータのロータ慣
性によるトルクＴＭに比例することになる。

したがって、このトルクＴＭをキャンセルするような電
流値になるようにｋＮを定め、これをモータ電流目標値
Ｉ　に加えて、モータ電流目標値Ｉを決定すれば、ロー
タ慣性によるハンドル操作の不安定性を解消できる。

また、上記のようにしてモータ電圧制御値ざが決れば、
その電圧をモータに加えればよいが、電動パワーステア
リングの場合には、通常数１０Ａの電流を必要とするの
で、そのまま上記電圧を印加すると熱を発生したりして
、その効率が必ずしもよくならない。そこで、ＰＷＭ制
御を実Ｍｉするが、それは次のとおりである。すなわち
、モータ電圧制御値τの正負を出力方向判定回路部４２
で判定し、当該モータの出力方向を決定する。また、上
記モータ電圧制御値宣を絶対値化回路部４３で絶対値化
するとともに、その絶対値１τ１をパルス幅変調回路部
４４に入力する。そして、このパルス幅変調回路部４４
では、上記絶対値１τ１に応じたｐｗＭのデューティ比
γを特定する。このデューティ比は、例えば、第５図に
示すように、電源電圧を１２Ｖとすると、ｅ　＝　１２
Ｖのときｙ＝１００！Ｊ；．　　ｅ＝６Ｖのときγ＝５
０％、ｅ＝ＯＶのときγ＝０％になるようにする。

以上のように５この実施例の装置は、モータ電圧とモー
タ電流とから、電勤モータｍの回転数を計算するととも
に、そのモータ回転数からモータの加速度を求め、それ
によってロータ慣性をキャンセルする電流を出力するよ
うにしたものである。したがって、この装置によれば、
従来のような舵角センサー等の特別の装置が必要なくな
るとともに、各センサーから制御系までの信号伝達の遅
れや誤差等による制御の不安定という問題も解消される
。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜５図はこの発明の一実施例を示すもので、第
１図はモータ制御系のブロック図、第２図はモータ制御
系のタイムチャート、第３図はマイクロプロセッサーの
制御体系を示すブロック図、第４図は車速をパラメータ
として操舵トルクとモータ電流との関係を示したグラフ
、第５図はモータ電流制御値をパラメータにしてモータ
電流とモータ回転数との関係を示したグラフ、第６図は
従来の電動パワーステアリング装置の機構図である。３・・・トルクセンサー　１０・・・車速センサー、ｍ
・・・電動モータ、３　２−・・電流検出器、３　５−
・・車速足数変換回路部、３７−・・トルク定数変換回
路部、３８・・・第１微分回路部、３９・・・比例回路
部、４０・・・積分回路部、４１−・・第２微分回路部
。

Claims

【特許請求の範囲】

車速センサー及びトルクセンサーを備え、それら両セン
サーからの出力信号をマイクロプロセッサーに入力する
とともに、このマイクロプロセッサーからの出力信号に
応じて電動モータの出力を制御するとともに、当該電動
モータのロータ慣性をキャンセルする電流も制御する電
動パワーステアリングの制御装置において、車速を検出
する車速センサーと、操舵トルクを検出するトルクセン
サーと、モータ電流を検出する電流検出器とからの出力
信号をマイクロプロセッサーに入力するとともに、この
マイクロプロセッサーは、上記トルク信号を定数変換す
るトルク定数変換回路部と、同じくトルク信号を微分す
る第１微分回路部と、モータ回転数の微分値を出力する
第２微分回路部と、上記車速定数変換回路部、トルク定
数変換回路部、第１微分回路部、上記電流検出器及び第
２微分回路からの出力信号を積算あるいは加減算した信
号に応じた値の信号を出力する比例回路部と、同じく上
記各信号を積算あるいは加減算した信号を積分する積分
回路部とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリ
ングの制御装置。