JPH05238410A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

電動式パワーステアリング装置

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JPH05238410A
JPH05238410A JP7548192A JP7548192A JPH05238410A JP H05238410 A JPH05238410 A JP H05238410A JP 7548192 A JP7548192 A JP 7548192A JP 7548192 A JP7548192 A JP 7548192A JP H05238410 A JPH05238410 A JP H05238410A
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JP
Japan
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steering
torque
motor
vehicle speed
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP7548192A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ueno
弘 植野
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高車速時の収斂性および低車速時のハンドル
の戻り特性を共に向上させる。 【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21と、車速を検出する車速センサ22と、前記ト
ルクセンサ21および車速センサ22の出力に基づいて
モータ6の駆動を制御する制御手段100とを備えた電
動式パワーステアリング装置において、前記トルクセン
サ21の出力を複数回微分してモータ6の慣性補償値を
演算する慣性補償部30を設け、前記制御手段100
は、慣性補償部30の出力に基づいて前記モータ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】従来のパワーステアリング装置では、トル
クセンサによって操舵系の操舵トルクを検出するととも
に、車速センサによって車速を検出し、これらの検出結
果に基づいて操舵系に連結されたモータの駆動を制御
し、パワーアシストを行っている。そして、一般的には
車速感応型であり、低速域では軽く、高速域では重くな
るようにトルクセンサ入力に応じてアシスト力を制御し
ている。
【0004】ところで、上記従来装置では、アシスト用
モータのトルクをギヤで減速してラック軸等に伝達する
構成であるため、アシスト用モータの慣性モーメントが
あたかも大きくなったように作用し、またギヤのフリク
ションが影響して高車速時の収斂性が悪化したり、低車
速時のハンドル戻りが悪化するという不具合があった。
【0005】そのため、かかる不具合を解消するため
に、例えば高車速時については制動用の回路を設け、ハ
ンドルの中立位置近傍においてアシストモータを制動す
る装置が考えられている(例えば、実開昭61ー169
675号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな改良の従来装置にあっては、高車速時の不安定性を
粘性制動によって安定化する構成となっているため、安
定性を改善することはできるものの、特に低車速時のハ
ンドルの戻り速度が不足し、運転者が疲労感や不安感を
覚えるという問題点があった。また、高車速時の収斂性
についても十分ではなかった。
【0007】そこで本発明は、高車速時の収斂性および
低車速時のハンドルの戻り特性を共に向上させることが
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。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本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、前記操舵トルク検出手段の出力を
複数回微分してモータの慣性補償値を演算する慣性補償
手段を設け、前記制御手段は、慣性補償手段の出力に基
づいて前記モータの駆動を制御する制御値を補正するこ
とを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明では、操舵トルク検出手段の出力が複数
回(例えば、2回)微分され、この微分値からモータの
慣性補償ゲインが演算されてアシストモータの駆動を制
御するアシスト指令値に加算される。
【0010】したがって、操舵トルクの複数微分値に基
づき、過渡状態におけるモータのロータ慣性の影響が打
ち消され、低車速時における手放し時のハンドル戻り時
間が短くなり、また高車速時の収斂性が高まる。
【0011】
【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。図1は本装置の全体を機能
的に示すブロック図である。図2はこのパワーステアリ
ング装置が適用されるステアリング機械系の一例を示す
構成図である。
【0012】まず、図2に示すパワーステアリング機械
系について説明しておく。図2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。
【0013】一方、後述の操舵トルクセンサ21(図1
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22(図1参照)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。
【0014】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。
【0015】次に、図1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20にはト
ルクセンサ(操舵トルク検出手段)21の検出トルクV
Tと車速センサ(車速検出手段)22の検出車速VSとが
与えられる。アシスト指令部20内のアシストトルク値
指示関数部23は検出トルクVT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。
【0016】また、乗算定数関数部24は検出車速VS
に応じて定数を発生し、この定数が乗算演算部25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25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3に示すように、検出ト
ルクVTと検出車速VSによって定められた値となる。
【0017】図3は、操舵トルクVTに応じて、一定範
囲の操舵トルクVT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VSに応じて、車速
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VS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。
【0018】検出トルクVTは位相補償部26にも与え
られ、この位相補償部26によって検出トルクVTの微
分値が乗算演算部25の出力に加算されることにより、
アシスト指令部20の出力(基準電流指令値)となって
電流制御部40に供給されるる。
【0019】また、この基準電流指令値には後述する慣
性補償のための指令値が加算された後、目標電流指令値
として電流制御部40に与えられる。電流制御部40は
その全部をハードウエアの回路で構成してもよいし、そ
の一部をコンピュータ・ソフトウエアで実現することも
できる。
【0020】電流制御部40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46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
41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44で得られ、この絶対値に基づきデューティ生成部
45でPWMパルスのデューティ比が決定される。
【0021】上記偏差の極性(正又は負)は正負判別部
42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43に与えられ、モータ駆動部43
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。
【0022】一方、前述したトルクセンサ21の検出ト
ルクVTは慣性補償部30にも入力されており、慣性補
償部30(慣性補償手段に相当)は微分回路31、32
および慣性補償ゲイン演算回路33によって構成されて
いる。微分回路31はトルクセンサ21の出力である検
出トルクVTを微分してトルク微分値dVT/dtを算出
し、さらに微分回路32は微分回路31の出力(すなわ
ち、トルク微分値dV T/dtを)を微分してトルク2
回微分値d2T/dt2を算出する。したがって、検出
トルクVTは2回微分されることになる。そして、検出
トルクVTの2回微分値(すなわち、トルク2回微分値
2T/dt2)は慣性補償ゲイン演算回路33に入力
される。
【0023】なお、以下の説明において、図面上は操舵
トルクをθ、操舵トルクの微分値dθ/dtはθの上に
ドットを1つ付加して表し、さらに操舵トルクの2回微
分値d2θ/dt2はθの上にドットを2つ付加して表
す。一方、明細書本文ではθの上にドットを付加して表
すことが困難であるため、この表示は行わない。
【0024】慣性補償ゲイン演算回路33はトルク2回
微分値d2T/dt2から慣性補償ゲインを演算し、こ
の慣性補償ゲインはアシスト指令部20の出力(基準電
流指令値)に加算され、目標電流指令値として電流制御
部40に供給される。
【0025】ここで、慣性補償部30はモータ6のロー
タ慣性があたかも小さくなったかのように制御するもの
で、急ハンドル時にモータ6がハンドルの回転に追従し
ないことにより生じる重さを解消したり、手放し時の戻
りスピードを早くしたりするように制御するための慣性
補償ゲインをアシスト指令部20の出力に加える。上記
アシスト指令部20および電流制御部40は制御手段1
00を構成する。
【0026】次に、本装置の作用を説明する。まず、ト
ルクセンサ21により操舵系の操舵トルクVTが検出さ
れるとともに、車速センサ22によって車速VSが検出
され、これらの検出結果に基づいて操舵系に連結された
モータ6駆動が制御されて、パワーアシストが行われ
る。この制御では、一般的な車速感応型の制御、すなわ
ち、低速域では軽く、高速域では重くなるように操舵ト
ルクVTに応じてアシスト力が制御される。
【0027】一方、操舵系の操舵トルクVTは慣性補償
部30に入力されてトルク2回微分値d2T/dt2
算出され、このトルク2回微分値d2T/dt2から慣
性補償ゲインが演算される。そして、この慣性補償ゲイ
ンはアシスト指令部20の出力(基準電流指令値)に加
算され、目標電流指令値として電流制御部40に供給さ
れる。
【0028】トルク2回微分値d2T/dt2は、ロー
タの慣性であるいわゆる「GD2」に関連する値である
から、慣性補償ゲインがアシスト指令部20に加算され
ることにより、過渡状態におけるモータ6のロータ慣性
があたかも小さくなったかのように補償制御され(すな
わち、ロータ慣性の影響が打ち消され)、特に急ハンド
ル時にモータ6がハンドルの回転に追従しないことによ
り生じる重さが解消されるとともに、低車速時における
ハンドル手放し時の戻りスピードが早くなり、しかも高
車速時の収斂性が高められる。
【0029】具体的に説明すると、図3は車速が120
Km/hのときの制御状態を示す図である。この図から
明らかであるように、高車速のときは操舵トルクと操舵
角とが非常によく似た波形となる。したがって、操舵ト
ルクVTの2回微分値d2T/dt2に基づく慣性補償ゲ
インがアシスト指令部20の出力(基準電流指令値)に
加算されると、操舵角加速度の正帰還と同様の作用を
し、モータ6のロータ慣性の影響を打ち消す効果があ
る。
【0030】図4は車速が120Km/hのときで慣性
補償がない場合の操舵トルクに関する制御状態を示す図
である。この図から明らかであるように、慣性補償のな
い高車速のときは操舵トルクの変化に対して操舵速度d
θ/dtおよび操舵加速度d 2θ/dt2の変化が長期間
にわたって収斂せず、ハンドル手放し時の戻りスピード
が遅く、高車速時の収斂性が悪い。
【0031】これに対して、図5は同じ条件で車速が1
20Km/hのときであるが、慣性補償がある場合の操
舵トルクに関する制御状態を示す図である。この図から
明らかであるように、慣性補償のある高車速のときは操
舵トルクの変化に対して操舵速度dθ/dtおよび操舵
加速度d2θ/dt2の変化が短くすばやく収斂してい
る。したがって、急ハンドルや切返し時のもったり感
(おもりのついた感じ)が減少し、しかもハンドル手放
し時の戻りスピードが向上し、また高車速時のハンドル
の収斂性が向上する。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、操舵トルクの複数微分
値に基づき、過渡状態におけるモータのロータ慣性の影
響を打ち消すことができる。したがって、低車速時にお
ける手放し時のハンドル戻り時間を短くすることができ
る。その結果、例えば急ハンドルや切返し時のもったり
感(おもりのついた感じ)が減少するという効果が得ら
れる。また、高車速時における収斂性を高めることがで
き、操舵フィーリングや安全性を向上させることができ
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
一実施例の機能的ブロック図である。
【図2】同実施例のパワーステアリング機械系の一例を
示す図である。
【図3】同実施例のアシストトルクの特性を示す図であ
る。
【図4】同実施例の車速が120Km/hのときの制御
状態を示す図である。
【図5】同実施例の慣性補償がないときの制御状態を示
す図である。
【図6】同実施例の慣性補償があるときの制御状態を示
す図である。
【符号の説明】
1 操舵ハンドル 6 モータ 20 アシスト指令部 21 操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段) 22 車速センサ(車速検出手段) 30 慣性補償部(慣性補償手段) 31、32 微分回路 33 慣性補償ゲイン演算回路 40 電流制御部 100 制御手段

Claims (1)

    【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、 前記操舵トルク検出手段の出力を複数回微分してモータ
    の慣性補償値を演算する慣性補償手段を設け、 前記制御手段は、慣性補償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。
JP7548192A 1992-02-25 1992-02-25 電動式パワーステアリング装置 Pending JPH05238410A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999010218A1 (fr) * 1997-08-26 1999-03-04 Koyo Seiko Co., Ltd. Dispositif de direction assistee

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999010218A1 (fr) * 1997-08-26 1999-03-04 Koyo Seiko Co., Ltd. Dispositif de direction assistee
US6092012A (en) * 1997-08-26 2000-07-18 Koyo Seiko Co., Ltd. Power steering device

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