JPH06144278A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低車速時のハンドルの戻り特性を改善して、
運転フィーリングを向上させる。 【構成】 操舵トルクおよび操舵補助モータ回転速度の
少なくとも２つのパラメータをファジー入力とし、ファ
ジー推論部４０によってファジー推論を行い、操舵補助
モータ回転速度を入力とした場合と類似のステアリング
の戻り状態に応じた慣性補償値を演算し、この慣性補償
値に基づいてステアリング戻り時におけるアシストモー
タ６の制御値を補正する。これにより、アシストモータ
６の慣性補償値で慣性を補償し、低車速時のステアリン
グ戻り時に慣性の影響をなくして、ステアリングの戻り
速度を向上させる。

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】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、粘性制動のゲイン
が一定であるため、高車速時のおけるハンドルの手放し
時の収斂性がいかなる場合にも十分に確保されている状
態ではなかった。

【０００７】そこで本発明は、低車速時のハンドルの戻
り特性を改善して、運転フィーリングを向上できる電動
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。

【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、前記操舵補助モータの回
転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、前記操舵
トルクおよび前記操舵補助モータ回転速度の少なくとも
２つのパラメータ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、操舵補助モータ回転速度を入
力とした場合と類似のステアリングの戻り状態に応じた
慣性補償値を演算する慣性補償演算手段とを設け、前記
制御手段は、慣性補償演算手段の演算値に基づいてステ
アリング戻り時における前記モータの駆動制御値を補正
することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、操舵トルクおよび操舵補助モータ
回転速度の少なくとも２つのパラメータをファジー入力
としてファジー推論が行われ、操舵補助モータ回転速度
を入力とした場合と類似のステアリングの戻り状態に応
じた慣性補償値が演算されるとともに、この慣性補償値
に基づいてステアリング戻り時におけるアシストモータ
（操舵補助モータ）の制御値が補正される。

【００１０】したがって、アシストモータの慣性補償値
で慣性を補償することが可能となり、低車速時のステア
リング戻り時には慣性の影響がなくなり、ステアリング
の戻り速度が向上し、また残留ハンドル角が小さくなっ
て良好な戻り特性になる。

【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。

【００１３】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：以下、適宜アシス
トモータという）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。

【００１４】一方、後述の操舵トルクセンサ１１（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１２（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。

【００１５】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。

【００１６】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１０にはト
ルクセンサ（操舵トルク検出手段）１１の検出トルクＶ
_Tと車速センサ（車速検出手段）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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】一方、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。なお、電流制御部
２０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。

【００２１】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。

【００２２】なお、以下の説明において、図面上は通常
通りに舵角（操舵角変化）をθを用いてドットを文字の
上に付加して表すが、明細書本文ではドット表示が困難
であるため、舵角をｄθ／ｄｔとして表すことにする。

【００２３】４０はファジー推論部で、ファジー推論部
４０にはトルクセンサ１１の出力、操舵補助モータ回転
速度ｄθ／ｄｔを検出している操舵補助モータ回転速度
検出手段４１からの出力が与えられている。なお、操舵
補助モータ回転速度検出手段は、例えばタコジェネレー
タ、エンコーダのようなものであってもよいし、センサ
の代えて操舵補助モータ回転速度を推定するオブザーバ
を設けてもよい。このオブザーバは、モータ６の端子電
圧と電機子電流とに基づいて操舵補助モータ回転速度を
推定する。

【００２４】ファジー推論部（慣性補償演算手段に相
当）４０は操舵トルクおよび操舵補助モータ回転速度を
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、ステアリングの戻り状態を推定し、
操舵補助モータ回転速度を入力とした場合と類似のステ
アリングの戻り状態に応じた慣性補償値を演算する。こ
の慣性補償値は、アシスト指令部１０の基準電流指令値
に加算されて後段の電流制御部２０に与えられる。上記
電流制御部２０およびアシスト指令部１０は制御手段５
０を構成する。

【００２５】次に、上記慣性補償値演算のファジールー
ルについて説明する。図４（ａ）は慣性補償値演算にお
ける前件部のメンバーシップ関数で、操舵トルクと操舵
補助モータ回転速度を入力パラメータとするものであ
る。図４（ｂ）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、慣
性補償値を出力値としている。

【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。 ＰＬ：Positive Large（正方向に大きい） ＰＳ：Positive Small（正方向に小さい） ＺＲ：ゼロ（中立） ＮＳ：Negative Small（負方向に小さい） ＮＬ：Negative Large（負方向に大きい）

【００２７】ファジィルールは図５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 トルク＝ＰＬ ＡＮＤ 操舵補助モータ
回転速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＬ（大きい） Ｒ２．ＩＦ トルク＝ＰＳ ＡＮＤ 操舵補助モータ
回転速度＝ＮＳ ＴＨＥＮ ファジー出力＝ＰＳ（小さい）

【００２８】図５に示すファジィルールＲ１は、「も
し、操舵トルクが正方向に大きく、かつ操舵補助モータ
回転速度が負方向に小さい場合にはファジー出力は大き
い（すなわち、慣性補償値が大きく、慣性が大きく減少
する）。」という意味である。

【００２９】また、ファジィルールＲ２は、「もし、操
舵トルクが正方向に小さく、かつ操舵補助モータ回転速
度が負方向に小さい場合にはファジー出力は小さい（す
なわち、慣性補償値が小さく、慣性がやや減少す
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。

【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。イグニションスイッチがオンすると、ま
ず通常のパワーアシスト処理が実行され、これにより、
車速感応型の制御、すなわち低速域では軽く、高速域で
は重くなるようにトルクセンサ入力に応じてアシスト力
が制御される。

【００３１】一方、ハンドル１の戻り時にはファジー推
論によって、戻り状態が推定され、この戻り状態に応じ
て慣性補償値が演算され、この指令値がアシスト指令部
１０の基準電流指令値に加算されて後段の電流制御部２
０に与えられ、最終的にアシスト力が補正制御される。

【００３２】具体的には、図４に示したメンバーシップ
関数による評価、すなわち、操舵トルクおよび操舵補助
モータ回転速度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、図５に示す
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。

【００３３】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
確定出力としてハンドル１の戻り状態の推定値に応じた
慣性補償値が演算される。そして、この指令値がアシス
ト指令部１０の基準電流指令値に加算されて後段の電流
制御部２０に出力される。その後、電流制御部２０によ
りＰＷＭパルスを用いたチョッパ動作によってモータ６
が駆動制御されて操舵系のアシストが行われる。

【００３４】図６（ａ）は操舵角１８０°の保舵状態か
ら手放しした場合、図６（ｂ）は操舵角３６０°の保舵
状態から手放しした場合の慣性補償値とハンドル戻り特
性の波形を示す図である。本実施例ではハンドル１の手
放し時の慣性補償値をファジー推論によって決定してい
るので、低車速時のハンドル戻り時には慣性補償が行わ
れる。したがって、従来制御に比べて、戻り速度が大幅
に向上し、残留ハンドル角が小さくなって、良好な戻り
特性にすることができる。

【００３５】この場合、ファジー推論を用いることで、
戻り時の判別を精度良く行うことができ、また単純なフ
ァジールールの設定で効果的な慣性補償値の変更が可能
である他、速度の符号に応じた摩擦の補償などを簡単な
ルールの追加で行うことができ、機能アップを図り易い
という利点がある。

【００３６】なお、上記実施例ではファジー推論を行う
ファジー推論部４０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。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、ハンドル手放し時の慣
性補償値をファジー推論によって決定しているので、低
車速時のハンドル戻り時には慣性補償を行うことで、戻
り速度を向上させて、残留ハンドル角を小さくし、良好
な戻り特性にすることができ、運転フィーリングを向上
させることができるという効果が得られる。

【００３８】また、アシスト制御にファジー推論を用い
ているので、戻り時の判別を精度良く行うことができ、
さらに単純なファジールールの設定で効果的な慣性補償
値の変更が可能である他、速度の符号に応じた摩擦の補
償などを簡単なルールの追加で行うことができ、機能ア
ップを図り易いという利点がある。

【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５】同実施例のファジー推論で用いられるファジー
ルールを示す図である。

【図６】同実施例の低車速時のハンドル戻り特性の波形
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） 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 ファジー演算部（慣性補償演算手段） ４１ モータ回転速度検出手段 ５０ 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、 前記操舵補助モータの回転速度を検出するモータ回転速
   度検出手段と、 前記操舵トルクおよび前記操舵補助モータ回転速度の少
   なくとも２つのパラメータ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、操舵補助モータ回転
   速度を入力とした場合と類似のステアリングの戻り状態
   に応じた慣性補償値を演算する慣性補償演算手段とを設
   け、 前記制御手段は、慣性補償演算手段の演算値に基づいて
   ステアリング戻り時における前記モータの駆動制御値を
   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。