JPH06183355A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操舵アシストモータを制御するモータ制御系
のトルクセンサ系で生ずる共振周波数成分を十分に除去
し、制御ゲインを大きくできるようにする。 【構成】 操舵アシストモータ６を制御するモータ制御
系のトルクを検出するトルクセンサ１１の後段に、トル
クセンサ系のバネ要素、ハンドル慣性およびモータ慣性
により生ずる共振周波数成分を除去する特性を有するフ
ィルタ２７を介挿する。これにより、発振を十分に抑え
ることができ、制御ゲインを大きくすることができる。

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電動式パワーステ
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、トク
ル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力を制御
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、低車速では軽く、高車速では重くな
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。そして、一般的には速度感応型であり、低車速
では軽く、高車速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】図４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。

【０００５】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。操
舵トルクセンサ１１により、操舵トルク（戻りトルク）
が検出され、車速センサ１２に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。

【０００６】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を主に構成
されている。

【０００７】次に、図６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ＶTと車速センサ１２の検出
車速Ｖs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。

【０００８】また、乗算定数関数部１４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５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。

【０００９】図５は、操舵トルクＶTに応じて、一定範
囲内の操舵トルクＶTに対してはこれに略比例するモー
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
Ｖｓ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が速いときにはモータ電流を多くする
ようにモータ６を制御するためのアシストトルク指令が
発生することを表している。

【００１０】検出トルクＶT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ＶT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。

【００１１】電流制御部２０には、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（Puls
e 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ｉ
a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】ところで、操舵トルク検出値および車速検
出値に基づいて操舵アシストモータ６を制御することで
操舵アシストトルクを得る方式では、トルクセンサ系の
バネ要素とハンドル慣性による共振系をもつことにな
る。このため、制御ゲインを高くした場合、この共振系
により残留振動が発生し、また、この残留振動を抑える
ために制御ゲインを低くした場合、所望のアシスト力が
得られないことになる。そこで、例えば特開平２−１６
４６６５号公報にも開示されている従来の電動式パワー
ステアリング装置では帯域除去フィルタを適用して発振
を抑えるようにしている。

【００１４】ここで、図７はトルクセンサ系で発生する
共振を有するモータ制御系における周波数と利得の関係
を示す図であり、図８はトルクセンサ系のバネ要素とハ
ンドル慣性から求めた共振周波数成分を除去したモータ
制御系における周波数と利得の関係を示す図である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１６４６６５号公報にも開示されている従来の電動
式パワーステアリング装置にあっては、トルクセンサ系
のバネ要素およびハンドル慣性による共振系の共振周波
数と、帯域除去フィルタの周波数との間にズレが生じる
ことから、図８の周波数特性に示すように帯域が十分に
伸びず、共振周波数成分が残ってしまう。このため、発
振を十分に抑えることができず、操舵力を軽減するため
にアシストトルクを増やそうとしても制御ゲインを十分
に大きくすることができないという問題点があった。

【００１６】そこで本発明は、トルクセンサ系で生ずる
共振周波数成分を十分に除去す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する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による電動式パワーステアリング装置は、検出
操舵トルク、検出車速等に基づいて操舵アシストモータ
を制御する操舵アシストトルクを発生する電動式パワー
ステアリング装置において、トルクセンサ系のバネ要素
とハンドル慣性およびモータ慣性による共振の周波数成
分を除去する共振周波数成分除去手段を設けたことを特
徴とする。

【００１８】

【作用】本発明では、トルクセンサ系のバネ要素とハン
ドル慣性に加えて、同系のモータ慣性が考慮され、これ
らによる共振周波数成分が除去される。したがって、十
分に発振が抑えられるので、制御ゲインを高くすること
ができる。これにより、アシストルクを増加させること
が可能になる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る電動式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、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。なお、この実施例におい
て前述した図６と共通する部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。

【００２０】この実施例の電動式パワーステアリング装
置では、モータ制御系のトルクセンサ１１の後段にフィ
ルタ（共振周波数成分除去手段）２７を挿入している点
が従来の電動式パワーステアリング装置と異なる点であ
る。このフィルタ２７は帯域除去フィルタと呼ばれるも
のでソフト的に構成し、トルクセンサ系のバネ要素、ハ
ンドル慣性およびモータ慣性により生ずる共振の周波数
成分を除去する。

【００２１】フィルタ２７の周波数ωは、 ω＝｛ｋ²／（Ｊ_M・Ｊ_H／Ｊ_M＋Ｊ_H）｝^1/2 で表すことができる。ここで、ｋ²はトルクのバネ定
数、Ｊ_Mはモータ慣性、Ｊ_Hはハンドル慣性である。

【００２２】また、電動式パワーステアリング装置のス
テアリング入力系の伝達関数（ハンドルトルク入力に対
するハンドル角度の周波数特性）Ｈ(s)は、 Ｈ(s)=(b₀s²+b₁s+b₂)/(a₀s⁴+a₁s³+a₂s²+a₃s+a₄) で表すことができる。

【００２３】図２はこのフィルタ２７により、トルクセ
ンサ系のバネ要素、ハンドル慣性およびモータ慣性によ
る共振の周波数成分を除去したモータ制御系の周波数特
性を示す図である。この周波数特性に示すように帯域が
平坦で、かつ伸びており、共振周波数成分が十分に除去
されていることが分る。これにより、発振を十分に抑え
ることができるので、制御ゲインを高くでき、アシスト
トルクを増加させることが可能になる。

【００２４】なお、上記実施例では、フィルタ２７をソ
フトウェアで実現したが、ハードウェアで実現しても良
い。図３はハードウェアで実現した帯域除去フィルタの
一例を示す構成図である。この帯域除去フィルタ３０は
負帰還を用いたもので、遮断したい周波数における成分
の減衰を自由に可変することができ、モデルに見合った
フィルタを実現できるという利点を有している。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、トルクセンサ系のバネ
要素およびハンドル慣性に加えて同系のモータ慣性を考
慮し、これらによる共振周波数成分を除去するように構
成したので、十分に発振を抑えることができことから、
制御ゲインを高くき、アシストトルクを増加させること
ができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電動式パワーステアリ
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
の機能ブロック図である。

【図２】同実施例のフィルタの周波数特性図である。

【図３】同実施例のフィルタの一例の構成図である。

【図４】従来のパワーステアリング装置の機械系の一例
の構成図である。

【図５】従来のパワーステアリング装置のアシストトル
クの特性図である。

【図６】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機能ブロック図であ
る。

【図７】従来のパワーステアリング装置における問題点
を説明するための周波数特性図である。

【図８】従来のパワーステアリング装置における問題点
を説明するための周波数特性図である。

【符号の説明】

１ 操舵ハンドル ６ モータ １１ トルクセンサ １２ 車速センサ ２７ フィルタ（共振周波数成分除去手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出操舵トルク、検出車速等に基づいて
   操舵アシストモータを制御する操舵アシストトルクを発
   生する電動式パワーステアリング装置において、 トルクセンサ系のバネ要素とハンドル慣性およびモータ
   慣性による共振の周波数成分を除去する共振周波数成分
   除去手段を設けたことを特徴とする電動式パワーステア
   リング装置。