JPH05213216A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転者の運転状態に応じた適切なアシスト力
を発生して、高フィーリングな操舵感を得る。 【構成】 操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生す
るモータ６と、操舵系の操舵トルクを検出するトルクセ
ンサ１１と、車速を検出する車速センサ１２と、トルク
センサ１１および車速センサ１２の出力に基づいてモー
タ６の駆動を制御する制御手段７０と、を備えた電動式
パワーステアリング装置において、操舵系の操舵角を検
出する操舵角センサ４１と、前記車速、操舵角に基づい
て所定のファジールールに従ってファジー推論を行い、
運転者の運転状態を推定する運転状態推定手段６０とを
設け、前記制御手段７０は、運転状態推定手段６０によ
って推定された運転状態に基づいてモータ６の駆動を制
御する制御値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両に用いて好適な電
動式パワーステアリング装置に係わり、詳しくはモータ
の回転出力によって操舵力を補助するパワーステアリン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両のパワーステアリング装置と
して油圧式に代えてモータを用いた電動式のものが使用
されており、モータはアクチュエータとして小型、軽量
等の利点から今後とも増加傾向にある。

【０００３】図７は従来の電動式パワーステアリング装
置の機械系の一例を示す構成図であり、この図におい
て、操舵ハンドル１の回転力はハンドル軸を介してピニ
オンギアを含むステアリングギア２に伝達されるととも
に、上記ピニオンギアによりラック軸３に伝達され、さ
らにナックルアーム等を経て車輪４が転向される。ま
た、コントロール装置５により制御駆動される操舵アシ
スト（補助）モータ（ＤＣモータ）６の回転力はピニオ
ンギアを含むステアリングギア７とラック軸３との噛み
合いによりラック軸３に伝達され、ハンドル１による操
舵を補助することになる。ハンドル１とモータ６の回転
軸はギア２、７およびラック軸３により機械的に連結さ
れている。

【０００４】一方、後述の操舵トルクセンサ１１（図８
参照）により、操舵トルク（戻りトルク）が検出され、
車速センサ１２（図８参照）より車速が検出される。そ
して、これらの検出トルク、車速等に基づきコントロー
ル装置５によってモータ６が制御される。コントロール
装置５およびモータ６には車両に搭載されたバッテリ８
から、その動作電力が供給される。

【０００５】コントロール装置５は電流検出器、電圧検
出器等の検出器、モータ６を駆動する駆動回路、モータ
６の全体的な制御を統括するコンピュータ（ＣＰＵ、例
えばマイクロプロセッサ）、メモリ、コンピュータと上
記入／出力機器とのインターフェース回路等から構成さ
れている。

【０００６】次に、図８はコントロール装置５に内蔵さ
れたコンピュータの各種機能をブロック的に、他の入／
出力機器、各種回路を示すブロックとともに、描いたも
のである。この図において、アシスト指令部１０にはト
ルクセンサ１１の検出トルクＶ_Tと車速センサ１２の検
出車速Ｖ_Sとが与えられる。アシスト指令部１０内のア
シストトルク値指示関数部１３は検出トルクＶ_Tに応じ
てモータ６によって発生すべきアシストトルクを表す指
令値を出力する。

【０００７】また、乗算定数関数部１４は検出車速Ｖ_S
に応じて定数を発生し、この定数が乗算演算部１５にお
いて上記アシストトルク指令値に乗じられる。この結
果、乗算演算部１５から出力されるアシストトルク値
（又はモータ電流指令値）は図９に示すように、検出ト
ルクＶ_Tと検出車速Ｖ_Sによって定められた値となる。

【０００８】図９は、操舵トルクＶ_Tに応じて、一定範
囲の操舵トルクＶ_Tに対してはこれにほぼ比例するモー
タ電流が流れ（アシストトルクが発生し）、上記範囲を
超えると、ある一定のモータ電流が流れる（アシストト
ルクが発生する）ように、また車速Ｖ_Sに応じて、車速
Ｖ_Sが速いときにはモータ電流（アシストトルク）を少
なくし、車速Ｖ_Sが遅いときにはモータ電流（アシスト
トルク）を多くするように、モータ６を制御するための
アシスト指令が発生することを表している。

【０００９】検出トルクＶ_Tは位相補償部１６にも与え
られ、この位相補償部１６によって検出トルクＶ_Tの微
分値が乗算演算部１５の出力に加算されることにより、
アシスト指令部１０の出力（基準電流指令値）となって
電流制御部２０に供給されるる。

【００１０】一方、電流制御部２０にはアシスト指令部
１０の他に、さらに回生ブレーキ指示出力部３０の出力
が加算されている。回生ブレーキ指示出力部３０は操舵
ハンドル１の操舵角度を検出している操舵角センサ３１
の出力に基づいて操舵ハンドル１の中立位置を検出する
とともに、前述した検出トルクＶ_Tおよび検出車速Ｖ_Sに
基づいて操舵ハンドル１の中立附近でモータ６に回生ブ
レーキをかけるように指示する指令値をアシスト指令部
１０の出力に加算し、最終的な電流指令値として電流制
御部２０に供給する。

【００１１】電流制御部２０は、例えば４個のスイッチ
ング素子を含むＨブリッジ駆動法に従うＰＷＭ（Pulse
Width Modulation）パルスを用いたチョッパ動作によっ
てモータ６を駆動制御するもので、電流フィードバック
制御を行う。すなわち、電機子電流検出部２６によって
モータ６の電機子電流ｉａが検出され、電流偏差演算部
２１において与えられた目標電流指令値と検出電流ｉａ
との偏差が演算される。この偏差の絶対値が絶対値変換
部２４で得られ、この絶対値に基づきデューティ生成部
２５でＰＷＭパルスのデューティ比が決定される。

【００１２】一方、上記偏差の極性（正又は負）が正負
判別部２２で判別され、生成されたデューティ比と判別
された極性はモータ駆動部２３に与えられ、モータ駆動
部２３はこれらの値に基づいてＨブリッジ型に配線され
た４個のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ
６を駆動する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電動式パワーステアリング装置にあっては、運
転者（ドライバ）の運転状態、すなわちドライバがその
ときの車速でハンドルを切る状態（操作状態）にかかわ
らず、検出操舵トルクおよび検出車速に基づく操舵アシ
ストトルクが一意に決定される構成となっていたため、
例えばスポーツ走行には手応え感がなく、一方リラック
スした走行中にはハンドルが重く感じるなど、フィーリ
ングが悪化するという問題点があった。

【００１４】そこで本発明は、運転者の運転状態に応じ
た適切なアシスト力を発生して、高フィーリングな操舵
感を得ることのできる電動式パワーステアリング装置を
提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明による電動式パワーステアリン
グ装置は、操舵系に連結され、操舵補助トルクを発生す
るモータと、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク
検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵
トルク検出手段および車速検出手段の出力に基づいて前
記モータの駆動を制御する制御手段と、を備えた電動式
パワーステアリング装置において、操舵系の操舵角を検
出する操舵角検出手段と、前記車速、操舵系の操舵角に
基づいて所定のファジールールに従ってファジー推論を
行い、運転者の運転状態を推定する運転状態推定手段と
を設け、前記制御手段は、運転状態推定手段によって推
定された運転者の運転状態に基づいて前記モータの駆動
を制御する制御値を補正することを特徴とする。また、
好ましい態様として前記操舵角検出手段は、前記モータ
の印加電圧と電機子電流を検出し、この検出結果から前
記操舵系の操舵角を演算して求めることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明では、車速、操舵角に基づいて所定のフ
ァジールールに従ってファジー推論が行われて運転者の
運転状態が推定され、推定された運転状態に従ってモー
タの駆動が補正される。したがって、運転者の運転状態
に応じた適切なアシスト力が発生し、高フィーリングな
操舵感が得られる。例えば、スポーツ走行にはアシスト
力が弱まって適度な手応え感があり、リラックスした走
行中にはアシスト力が強まって軽快な操舵感が得られ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図６は本発明に係る電動式パワーステアリング装置
の一実施例を示す図である。本実施例の説明に当たり、
従来例と同一構成部分には同一番号を付して重複説明を
省略する。図１は本装置のハード構成を示すブロック図
である。

【００１８】この図において、４０はコントロール装置
であり、コントロール装置４０には操舵トルクセンサ
（操舵トルク検出手段）１１、車速センサ（車速検出手
段）１２、操舵ハンドル１の操舵角を検出する操舵角セ
ンサ（操舵角検出手段）４１、モータ６の温度を検出す
る温度センサ４２からの出力信号が入力されるととも
に、コントロール装置４０はイグニションスイッチ４３
およびバッテリ８に接続されている。

【００１９】コントロール装置４０はモータ６の全体的
な制御を統括するＣＰＵ５１、リレー駆動回路５２、モ
ータ駆動回路５３、モータ電流／電圧検出回路５４およ
びフェールセーフ回路５５によって構成される。ＣＰＵ
５１は操舵トルクセンサ１１、車速センサ１２、操舵角
センサ４１、モータ温度センサ４２およびイグニション
スイッチ４３からの信号に基づいてモータ６の駆動制御
に必要な処理値を演算し、ＰＷＭパルスをモータ駆動回
路５３に出力し、モータ駆動回路５３はＰＷＭパルスに
従ってモータ６を駆動する。

【００２０】モータ電流／電圧検出回路５４はモータ駆
動回路５３のＰＷＭ駆動パルスからモータ電圧およびモ
ータ電流を検出してＣＰＵ５１に出力する。これに応答
してＣＰＵ５１は検出されたモータ電流値とモータ電圧
値とに基づいてモータ６の回転速度、回転加速度を演算
するとともに、車速、操舵トルク、操舵角を入力パラメ
ータとして所定のファジールールに従ってファジー推論
を行い、運転者の運転状態を推定し、推定した運転状態
に応じてアシスト力を補正するようにＰＷＭ駆動パルス
を制御する。

【００２１】フェールセーフ回路５５はモータ電流／電
圧検出回路５４の出力に基づいてモータ電流等に異常が
あるときはモータ駆動回路５３の作動を停止させるなど
の制御を行う。リレー駆動回路５２はイグニションスイ
ッチ４３がオン状態にあるとき、ＣＰＵ５１の指令に基
づいてパワーリレー５６を作動させ、モータ駆動回路５
３にバッテリ８の電源を供給する。

【００２２】上記モータ電流／電圧検出回路５４はモー
タ電流を検出する電流検出手段およびモータ電圧を検出
する電圧検出手段としての機能を有する。ＣＰＵ５１は
運転状態推定手段としての機能を有する。

【００２３】次に、図２はコントロール装置４０に内蔵
されたコンピュータの各種機能をブロック的に、他の入
／出力機器、各種回路を示すブロックとともに、描いた
ものである。この図が従来例と異なるのは、アシスト指
令部１０における乗算演算部１５の出力にファジー推論
部（運転状態推定手段に相当）６０および補正値演算部
６１の出力が加算されている点である。ファジー推論部
６０には、車速センサ１２の出力信号と、操舵角センサ
４１の出力信号とが入力されている。なお、操舵角セン
サ４１の出力信号は操舵ハンドル１が操舵された角度で
あり、これは操舵された量、すなわち操舵量に相当す
る。

【００２４】ファジー推論部６０は車速および操舵角を
ファジー入力として所定のファジールールに従ってファ
ジー推論を行い、運転者の運転状態を推定するととも
に、この推定値を補正値演算部６１に出力し、補正値演
算部６１は推定された運転者の運転状態に応じてモータ
６の駆動電流を補正する補正値を演算して乗算演算部１
５の出力に加算し、電流制御部２０に出力する。上記フ
ァジー推論部６０および補正値演算部６１はアシスト補
正部６２を構成する。また、上記アシスト指令部１０お
よび電流制御部２０は制御手段７０を構成する。

【００２５】ここで、運転状態推定のファジールールに
ついて説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）は前件部のメンバ
ーシップ関数で、そのうち図３（Ａ）は舵角θに関する
メンバーシップ関数、図３（Ｂ）は車速ＳＰに関するメ
ンバーシップ関数である。また、図３（Ｃ）は後件部に
おけるファジー出力で、シングルトーン位置で表したメ
ンバーシップ関数である。

【００２６】なお、各メンバーシップ関数におけるラベ
ルの意味は、次の通りである。 ＮＬ：Negative Large（負方向に大きい） ＮＭ：Negative Medium（負方向にやや大きい） ＮＳ：Negative Small（負方向に小さい） ＺＲ：Zero（中立である） ＰＳ：Positive Small（正方向に小さい） ＰＭ：Positive Medium（正方向にやや大きい） ＰＬ：Positive Large（正方向に大きい） ただし、負方向はハンドルの左切りの状態で、正方向は
ハンドルの右切りの状態に相当する。

【００２７】ファジィルールは図４のように示され、式
を用いて表すと、次のようになる。ルールはいわゆるＩ
Ｆ、ＴＨＥＮ（もし、ならば）の形式で表現される。 Ｒ１．ＩＦ 車速＝ＰＳ ＡＮＤ 操舵角＝ＮＬ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＮＳ（リラックス走行） Ｒ２．ＩＦ 車速＝ＰＬ ＡＮＤ 操舵角＝ＮＬ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＮＬ（スポーツ走行）

【００２８】ファジィルールＲ１は、「もし、車速が正
方向に小さく、かつ操舵角が負方向に大きい場合にはフ
ァジー出力は負方向に小さく、運転状態はリラックス走
行である。」という意味である。

【００２９】また、ファジィルールＲ２は、「もし、車
速が正方向に大きく、かつ操舵角が負方向に大きい場合
にはファジー出力は負方向に大きく、運転状態はスポー
ツ走行である。」という意味である。以下、他のルール
も同様の手法で判断される。なお、運転状態とは、スポ
ーツ走行やリラックスした走行の状態をいう。また、フ
ァジー推論の結果としてその出力値の絶対値が大きい場
合、スポーツ走行を行っている度合いが高く、絶対値が
小さい場合、リラックス走行を行っている度合いが高い
ものとなる。

【００３０】次に、パワーステアリング制御の動作につ
いて説明する。図５はパワーステアリング制御の処理を
示すメインプログラムである。イグニションスイッチ４
３がオンすると、まずステップＳ１で車速、操舵角を各
センサ１２、４１からそれぞれ読み込み、ステップＳ２
でこれらの車速および操舵角をファジー入力として所定
のファジールールに従ってファジー推論を行い、運転者
の運転状態を推定する。

【００３１】その後、ステップＳ３で運転状態の推定値
をファジー出力として乗算演算部１５の出力に加算して
電流制御部２０に出力する。これにより、推定された運
転状態に応じてモータ６によるアシスト力を補正するよ
うにＰＷＭ駆動パルスが制御され、運転状態に対応する
適切なアシスト力が発生する。

【００３２】ステップＳ２におけるファジー推論は図６
に示すサブルーチンで実行される。図３において、まず
車速および操舵角をファジー入力とした後、ステップＳ
１１で条件部の処理を行う。すなわち、入力値（車速お
よび操舵角）とその条件部メンバーシップ関数から、そ
の入力の適合度を求める。次いで、ステップＳ１２で結
論部の処理を行う。すなわち、条件部処理によって求め
られたルール適合度を他の適合度と比較して結論部ラベ
ルごとのファジー出力を求める。次いで、ステップＳ１
３で重み付け処理を行い、各ルールの結論部に対する影
響度を調整する。例えば、適合度の小さいものを選択し
た後件部に与える。その後、ステップＳ１４でファジー
出力からそれを代表する１つの確定値を計算する。

【００３３】すなわち、後件部では上記メンバーシップ
関数をＭＡＸ合成処理によって重ね合わせて合成出力を
生成し、その後、デファジファイヤによってこの合成出
力の重心から１つの確定値を得る。このようにして運転
状態を推定し、図４に示すように、スポーツ走行、リラ
ックス走行のモードを得る。

【００３４】このように、本実施例では車速、操舵角に
基づいて所定のファジールールに従ってファジー推論が
行われて運転者の運転状態が推定され、推定された運転
状態に従ってモータの駆動力が補正される。したがっ
て、単に検出操舵トルクおよび検出車速に基づいて操舵
アシストトルクが一意に決定されるのではなく、運転者
の運転状態に応じた適切なアシスト力が発生し、高フィ
ーリングな操舵感が得られる。例えば、スポーツ走行に
はアシスト力が弱まって適度な手応え感があり、リラッ
クスした走行中にはアシスト力が強まって軽快な操舵感
を得ることができ、何れの場合にも高フィーリングパワ
ーステアリングを実現することができる。

【００３５】なお、上記実施例では操舵角を操舵角セン
サの出力から算出しているが、これに限らず、例えばモ
ータ６の電圧／電流からモータ回転速度を算出し、さら
にこれを積分した値から操舵角を求めるようにしてもよ
い。このようにすると、操舵角センサが不要になってコ
ストを低減することが可能になる。

【００３６】すなわち、まずモータ電圧Ｖ_Mと、モータ
電流Ｉ_Mの値からモータ６の回転速度ｄθ／ｄｔを求め
ると、このモータ６の回転速度ｄθ／ｄｔは操舵角速度
を表し、これは操舵角に対応するものとなる。その後、
モータ６の回転速度ｄθ／ｄｔの算出値を積分して操舵
角を求める。なお、モータ６の回転速度ｄθ／ｄｔは、
モータ電圧Ｖ_Mと、モータ電流Ｉ_Mの値から次式に従って
演算されるオブザーバ出力となり、これにより操舵角セ
ンサが不要な構成になる。 Ｖ_M＝Ｒ_aＩ_M＋Ｋ_eｄθ／ｄｔ ただし、Ｒ_a：電機子電流、Ｋ_e：誘起電圧定数

【００３７】なお、本実施例ではファジー推論を行う運
転状態推定手段をソフトによって実現しているが、例え
ばファジーチップを用いてハード的に実現してもい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、ファジー推論により運
転者の運転状態を推定しているので、運転者の運転状態
に応じた適切なアシスト力を発生させることができ、高
フィーリングな操舵感を得ることができる。例えば、ス
ポーツ走行にはアシスト力が弱まって適度な手応え感を
得ることができ、リラックスした走行中にはアシスト力
が強まって軽快な操舵感を得ることができる。

【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装置の
一実施例のハード構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示したコントロール装置に内蔵されたコ
ンピュータの各種機能をブロック的に示す図である。

【図３】同実施例のファジー推論で用いられるメンバー
シップ関数を示す図である。

【図４】同実施例のファジールールを示す図である。

【図５】同実施例のパワーステアリング制御のメインプ
ログラムのフローチャートである。

【図６】同実施例のファジー推論のサブルーチンを示す
フローチャートである。

【図７】従来のパワーステアリング装置の機械系の一例
を示す構成図である。

【図８】従来のパワーステアリング装置のコントロール
装置に内蔵されたコンピュータの各種機能をブロック的
に示す図である。

【図９】従来のパワーステアリング装置のアシストトル
クの特性を示す図である。

【符号の説明】

６ モータ １０ アシスト指令部 １１ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段） １２ 車速センサ（車速検出手段） ２０ 電流制御部 ４０ コントロール装置 ４３ イグニションスイッチ ５１ ＣＰＵ（運転状態推定手段） ５２ リレー駆動回路 ５３ モータ駆動回路 ５４ モータ電流／電圧検出回路（電流検出手段、電圧
検出手段） ５５ フェールセーフ回路 ６０ ファジー推論部（運転状態推定手段） ６１ 補正値演算部 ７０ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵系に連結され、操舵補助トルクを発
   生するモータと、 操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 前記操舵トルク検出手段および車速検出手段の出力に基
   づいて前記モータの駆動を制御する制御手段と、を備え
   た電動式パワーステアリング装置において、 操舵系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、 前記車速、操舵系の操舵角に基づいて所定のファジール
   ールに従ってファジー推論を行い、運転者の運転状態を
   推定する運転状態推定手段とを設け、 前記制御手段は、運転状態推定手段によって推定された
   運転者の運転状態に基づいて前記モータの駆動を制御す
   る制御値を補正することを特徴とする電動式パワーステ
   アリング装置。
2. 【請求項２】 前記操舵角検出手段は、前記モータの印
   加電圧と電機子電流を検出し、この検出結果から前記操
   舵系の操舵角を演算して求め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装置。