JPH06144269A

JPH06144269A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JPH06144269A
Application number: JP32725092A
Authority: JP
Inventors: Koichi Azuma; 浩一東; Yoshihiro Ueda; 佳弘上田; Yukio Ogawa; 幸男小川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-05-24

Abstract

(57)【要約】【目的】操舵機構の収斂性や原点復帰性を高め、かつ
操舵の応答性を向上させる。【構成】ステアリングシステム状態推定部３０によっ
て検出した４つのパラメータによって補償値演算部３３
で操舵特性を補償する補償値、すなわちモータ６とハン
ドル１のそれぞれの位置（角度）、速度（角速度）を把
握し、この状態に応じて各々の減衰力や復元力を補償す
るための値を演算してアシスト指令部２０の出力（基準
電流指令値）に加算し、電流目標値として電流制御部４
０に供給してモータ６の駆動を制御する。これにより、
モータとハンドルの各々の減衰力や復元力を補償する補
償値を変化させ、操舵機構の収斂性、原点復帰性および
操舵力に対する舵角の追従性を改善し，応答性を高め
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、詳しくは操舵補
助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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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（すなわち、操舵機構の収斂性）が悪化したり、低
車速時のハンドル戻り（すなわち、原点復帰性）が悪化
するという不具合があった。また、操舵力を検出するた
めの手段の作用によって捻りバネによりステアリング・
ホイールとモータとを連結させている状態になるため、
ステアリング・ホイールとモータの多重モード振動によ
る応答性の悪化が問題点になっていた。

【０００５】そこで本発明は、操舵機構の収斂性や原点
復帰性を高めるとともに、操舵の応答性を向上できる電
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。

【０００６】

【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操舵補助モ
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アシス
ト指令を作成し、このアシスト指令により前記モータの
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、前記モータの回転速度を検出す
るモータ速度検出手段と、前記モータが原点にあること
を検出するモータ原点検出手段と、前記モータ速度検出
手段、モータ原点検出手段および前記操舵トルク検出手
段の出力に基づいてモータ位置を算出するモータ位置算
出手段と、該モータ位置算出手段、前記モータ速度検出
手段および前記操舵トルク検出手段の出力に基づいてス
テアリング・ホイールの速度と位置を推定するステアリ
ング・ホイール状態推定手段と、該ステアリング・ホイ
ール状態推定手段、前記モータ位置算出手段、前記モー
タ速度検出手段、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操舵特性を補償する補償値を演
算する補償値演算手段とを設け、前記制御手段は、補償
値演算手段によって演算された補償値によって前記アシ
スト指令を補正して前記モータの駆動を制御することを
特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明では、ステアリング・システムの状態、
すなわちモータとハンドルそれぞれの位置（角度）、速
度等を把握し、この状態に応じて操舵特性、すなわち各
々の減衰力や復元力を補償する補償値が変化する。した
がって、操舵機構の収斂性、原点復帰性および操舵力に
対する舵角の追従性が改善され、応答性が向上する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図５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。

【０００９】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。

【００１０】また、コントロール装置５により制御駆動
される操舵補助モータ（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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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Ｖ_S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。

【００１４】また、乗算定数関数部２４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Ｖ_Tと検出車速Ｖ_Sによって定められた値となる。

【００１５】図３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。

【００１６】一方、検出トルクＶ_Tは位相補償部２６に
も与えられる。この位相補償部２６においては検出トル
クＶ_Tの微分値が計算され、微分乗算定数関数部２７で
発生した車速Ｖ_Sに応じた定数をその微分値に乗算した
信号を出力する。そして、位相補償部２６の出力が乗算
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。また、この基準電流指令値には後述
する補償値が加算された後、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。

【００１７】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、電圧操作量演算
部（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。

【００１８】一方、上記偏差の極性（正又は負）が正負
判定部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。

【００１９】上記は電流フィードバックＰ（比例）制御
の場合を示したものであるが、他にもＰＩ（比例・積
分）制御、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御などによる
フィードバック制御の方法がある。また、電流制御部４
０に対する外乱を推定し、その外乱をフィードフォワー
ドする方式の電流制御法を用いてもよい。

【００２０】一方、前述した車速センサ２２の出力はス
テアリングシステム状態推定部３０に入力されており、
ステアリングシステム状態推定部３０にはこの他にモー
タ電流検出部３１の出力、モータ電圧検出部３２の出力
およびトルクセンサ２１からの検出トルクＶ_Tが入力さ
れている。モータ電流検出部３１はモータ６の電流を検
出し、モータ電圧検出部３２はモータ６の電圧を検出し
ている。

【００２１】ここで、実際上は、電流制御部４０内の電
流検出部４６および電圧操作量演算部４１を用いて、モ
ータ電流およびモータ電圧を検出する構成を採用してい
る。したがって、モータ電流検出部３１としては電流制
御部４０内の電流検出部４６を使用し、モータ電圧検出
部３２としては電流制御部４０内の電圧操作量演算部４
１を使用している。これにより、電圧および電流のセン
サを新たに設ける必要がない。

【００２２】そして、ステアリングシステム状態推定部
３０は上記の各入力信号に基づいてモータ６の速度の算
出、モータ６の位置の算出、モータ６が原点にあること
の検出、ステアリング・ホイールの速度および位置の推
定の各処理を行う。

【００２３】ステアリングシステム状態推定部３０によ
って算出されたモータ速度、モータ位置（モータ６の原
点を含む）、ステアリング・ホイールの速度（ハンドル
速度）およびステアリング・ホイールの位置（ハンドル
位置）の各パラメータは補償値演算部３３に与えられ
る。補償値演算部（補償値演算手段）３３は入力された
上記各パラメータに基づいて操舵特性を補償する補償値
を演算する。ここでの、補償値とはモータ６とハンドル
１のそれぞれの位置（角度）、速度（角速度）を把握
し、この状態に応じて各々の減衰力や復元力を補償する
ための値である。この補償値演算部３３の出力はアシス
ト指令部２０の出力（基準電流指令値）に加算され、電
流目標値として電流制御部４０に供給される。上記アシ
スト指令部２０および電流制御部４０は制御手段５０を
構成する。

【００２４】次に、図４はステアリングシステム状態推
定部３０の内部構成を示す図である。図４において、ス
テアリングシステム状態推定部３０はモータ速度算出部
６１、モータ原点検出部６２、モータ位置算出部６３お
よびハンドル状態算出部６４によって構成されている。
モータ速度算出部（モータ速度検出手段）６１はモータ
電流検出部３１およびモータ電圧検出部３２の出力、つ
まりモータ電流および電圧に基づいてモータ６の回転速
度ｄθ_m／ｄｔ（図面上はθ_mの上にドットを付して表
す）を算出する。モータ原点検出部（モータ原点検出手
段）６２はモータ電流Ｉ_m、検出トルクＶ_Tおよび車速Ｖ
_Sに基づいてモータ６の原点Ｐ（モータ６が原点にある
状態）を検出する。なお、モータ原点検出部６２はファ
ジー推論によって原点Ｐの検出を行っており、この内容
は後述する。

【００２５】モータ位置算出部（モータ位置算出手段）
６３はモータ速度算出部６１によって算出されたモータ
回転速度ｄθ_m／ｄｔ、トルクセンサ２１によって検出
された検出トルクＶ_Tおよびモータ原点検出部６２によ
って検出されたモータ原点Ｐに基づいてモータ６の回転
位置（つまりモータ角度）θ_mを算出する。ハンドル状
態算出部（ステアリング・ホイール状態推定手段）６４
はモータ回転速度ｄθm／ｄｔ、モータ角度θ_mおよび検
出トルクＶ_Tに基づいてハンドル１の位置θ_n、ハンドル
１の速度ｄθ_n／ｄｔ（図面上はθ_nの上にドットを付し
て表す）を算出する。

【００２６】次に、モータ原点検出部６２のファジー推
論の内容について説明する。図５（ａ）はモータ原点検
出における前件部のメンバーシップ関数で、操舵トルク
Ｖ_Tの絶対値を入力パラメータとするもの、図５（ｂ）
は同じく前件部のメンバーシップ関数で、モータ電流Ｉ
_mの絶対値を入力パラメータとするもの、図５（ｃ）は
同じく前件部のメンバーシップ関数で、車速Ｖ_Sの絶対
値を入力パラメータとするものである。

【００２７】また、図５（ｄ）は後件部におけるファジ
ー出力であり、シングルトーン位置で表したメンバーシ
ップ関数で、モータ６の原点Ｐを出力値としている。な
お、前件部の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。ＰＢ：Positive Big（大きい）ＺＲ：ゼロ（中立）

【００２８】また、後件部の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。ＰＢ：Positive Big（原点である確率が大きい）ＺＲ：ゼロ（原点である確率がゼロである）なお、後件部におけるファジー出力Ｐは、（ｄθ_m／ｄ
ｔ）＝θである確率に対応する。そして、Ｐ＝１のとき
（ｄθ_m／ｄｔ）＝θとなる。したがって、Ｐは０≦Ｐ
≦１の関係がある。

【００２９】ファジィルールは式を用いて表すと、次の
ようになる。ルールはいわゆるＩＦ、ＴＨＥＮ（もし、
ならば）の形式で表現される。Ｒ１．ＩＦＶ_S＝ＰＢ｜Ｉ_m｜＝ＺＯＡＮＤ｜Ｖ_T｜＝ＺＯＴＨＥＮファジー出力Ｐ＝ＰＢＲ２．ＩＦＶ_S＝ＺＯＴＨＥＮファジー出力Ｐ＝ＺＯ（ゼロ）Ｒ３．ＩＦ｜Ｉ_m｜＝ＰＢＴＨＥＮファジー出力Ｐ＝ＺＯ（ゼロ）Ｒ４．ＩＦ｜Ｖ_T｜＝ＰＢＴＨＥＮファジー出力Ｐ＝ＺＯ（ゼロ）

【００３０】上記ファジィルールＲ１は、「もし、車速
が大きく、モータ電流の絶対値がゼロで、かつ操舵トル
クがゼロである場合には、ファジー出力はＰＢで、モー
タ６が原点である確率が大きい。」という意味である。

【００３１】また、ファジィルールＲ２は、「もし、車
速がゼロである場合には、ファジー出力はゼロでモータ
６が原点である確率がゼロである。」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。

【００３２】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Ｖ_Tが検出さ
れるとともに、車速センサ２２によって車速Ｖ_S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の駆動が制御されて、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Ｖ_Tに応じてアシスト力が制御される。

【００３３】一方、ステアリングシステム状態推定部３
０ではモータ速度、モータ位置、ハンドル速度、ハンド
ル位置が検出される。ここで、モータ原点を検出する過
程では、図５に示したメンバーシップ関数による評価、
すなわちトルクＶ_T、モータ電流Ｉ_mおよび車速Ｖ_Sを入
力パラメータとしてメンバーシップ関数にどの程度適合
するかの評価が行われ、前述したファジールールに従っ
てファジー論理演算が実行される。

【００３４】ファジィ論理演算過程では、その前件部で
上記入力パラメータが与えられ、ファジィルールの対応
するメンバーシップ関数にどの程度適合するかが求めら
れ、適合度の小さいものが選択されて後件部に与えら
れ、後件部では選択された適合度より出力のメンバーシ
ップ関数に制限をかけて例えば、台形状のメンバーシッ
プ関数を得る。次いで、上記メンバーシップ関数をＭＡ
Ｘ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を
確定出力としてモータ原点が検出される。

【００３５】そして、ステアリングシステム状態推定部
３０によって検出された４つのパラメータによって補償
値演算部３３で操舵特性を補償する補償値、すなわちモ
ータ６とハンドル１のそれぞれの位置（角度）、速度
（角速度）を把握し、この状態に応じて各々の減衰力や
復元力を補償するための値が演算されてアシスト指令部
２０の出力（基準電流指令値）に加算され、電流目標値
として電流制御部４０に供給されてモータ６の駆動が制
御される。

【００３６】これにより、ステアリング・システムの状
態、すなわちモータとハンドルそれぞれの位置（角度）
および速度（角速度）を把握することにより、この状態
に応じて操舵特性、すなわち各々の減衰力や復元力を補
償する補償値が変化する。この場合、具体的には例えば
極配置法など用いた状態フィードバックを行うことによ
り、操舵系の速応性、安定性を増す方向に補償値が設定
される。したがって、操舵機構の収斂性、原点復帰性お
よび操舵力に対する舵角の追従性を改善することがで
き、操舵の応答性を向上させることができる。

【００３７】また、ハンドル１およびモータ６の位置が
把握できているので、ハンドル１が中立位置に復帰した
ときの残留角が無くなるように位置制御することや、ハ
ンドル位置に応じて復元力を補償することにより、直進
時の手ごたえ感を高めることができる。さらに、モータ
速度の検出に際して電流制御部４０内の電流検出部４６
および電圧操作量演算部４１を用いて、モータ電流およ
びモータ電圧を検出しているので、電圧および電流のセ
ンサを新たに設ける必要がなく、低コストに抑えること
ができる。

【００３８】なお、上記実施例ではファジー推論を実際
上はマイクロコンピュータを用いたソフトウエアによっ
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。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ステアリングシステム
の状態、すなわちモータとハンドルそれぞれの位置（角
度）および速度（角速度）を把握することにより、この
状態に応じて各々の減衰力や復元力を補償する補償値を
変化させているので、操舵機構の収斂性、原点復帰性お
よび操舵力に対する舵角の追従性を改善することがで
き、操舵の応答性を向上させることができる。

【００４０】また、ハンドルおよびモータの位置が把握
できているので、ハンドルが中立位置に復帰したときの
残留角が無くなるように位置制御することや、ハンドル
位置に応じて復元力を補償することにより、直進時の手
ごたえ感を高めることができる。さらに、モータ速度の
検出に際して電流制御部内の電流検出部および電圧操作
量演算部を用いて、モータ電流およびモータ電圧を検出
しているので、電圧および電流のセンサを新たに設ける
必要がなく、低コストに抑えることができる。

【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】同実施例のステアリングシステム状態推定部の
内部構成を示すブロック図である。

【図５】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。

【符号の説明】

１操舵ハンドル６アシストモータ（操舵補助モータ）２０アシスト指令部２１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ステアリングシステム状態推定部３１モータ電流検出部３２モータ電圧検出部３３補償値演算部（補償値演算手段）４０電流制御部５０制御手段６１モータ速度算出部（モータ速度検出手段）６２モータ原点検出部（モータ原点検出手段）６３モータ位置算出部（モータ位置算出手段）６４ハンドル状態算出部（ステアリング・ホイール状
態推定手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵系に連結され、操舵補助トルクを発
生する操舵補助モータと、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
づいてアシスト指令を作成し、このアシスト指令により
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、前記モータの回転速度を検出するモータ速度検出手段
と、前記モータが原点にあることを検出するモータ原点検出
手段と、前記モータ速度検出手段、モータ原点検出手段および前
記操舵トルク検出手段の出力に基づいてモータ位置を算
出するモータ位置算出手段と、該モータ位置算出手段、前記モータ速度検出手段および
前記操舵トルク検出手段の出力に基づいてステアリング
・ホイールの速度と位置を推定するステアリング・ホイ
ール状態推定手段と、該ステアリング・ホイール状態推定手段、前記モータ位
置算出手段、前記モータ速度検出手段、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操舵特性
を補償する補償値を演算する補償値演算手段とを設け、前記制御手段は、補償値演算手段によって演算された補
償値によって前記アシスト指令を補正して前記モータの
駆動を制御することを特徴とする電動式パワーステアリ
ング装置。