JPH0930431A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両が停車中の据え切り時からハンドルの手
を弛めた際に発生する電動機電流の急激な変化を防止
し、安定した操舵フィーリングが得られる電動パワース
テアリング装置を提供する。 【解決手段】 目標電流信号設定手段２１と、偏差決定
手段２２と、駆動制御手段２３と、回生状態判定手段２
８、回生制御信号発生手段２９、切替手段３０を備えた
回生電流制御手段２６と、ローパスフィルタ２７とから
なる制御手段１５を備えた電動パワーステアリング装置
１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動機の動力を
操舵補助力としてステアリング系に直接作用させ、ドラ
イバの操舵力の軽減を図る電動パワーステアリング装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動パワーステアリング装置にお
いて、操舵トルクセンサが検出する操舵トルクに基づい
て目標電流信号を設定し、この目標電流信号に対応した
電動機制御信号を発生する制御手段を備え、電動機制御
信号によりスイッチング素子のブリッジ回路で構成され
た電動機駆動手段をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動し、電
動機駆動手段から発生した電動機電圧（ＰＷＭ電圧）で
電動機を駆動するとともに、電動機に流れる電動機電流
を検出して目標電流信号に負帰還（ＮＦＢ：ネガティブ
フィードバック）し、目標電流信号と電動機電流の偏差
信号に基づいて電動機電圧を制御することにより、目標
電流と等しい電動機電流で電動機を駆動してステアリン
グ系にドライバの操舵力に応じた操舵補助力を作用する
よう構成された帰還タイプのものは知られている。

【０００３】このような従来の電動パワーステアリング
装置は、電動機を駆動する電動機駆動手段を構成するブ
リッジ回路のスイッチング素子にパワーＦＥＴ（電界効
果トランジスタ）やパワー・トランジスタ等のスイッチ
ング素子を用い、制御手段からＰＷＭ制御して電動機に
供給するパルス状駆動電圧（電動機電圧）のデューティ
を変化し、操舵トルクに対応した電動機電流で電動機を
駆動するよう構成されている。

【０００４】図６に従来の電動パワーステアリング装置
の要部ブロック構成図を示す。図６において、従来の電
動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ１２
と、目標電流設定手段５１、偏差決定手段５２、駆動制
御手段５３、ローパスフィルタ５４を備えた制御手段５
０と、電動機駆動手段５５と、電動機電流検出手段５６
と、電動機５７とから構成される。

【０００５】ドライバがハンドル（ステアリング）操作
を行うと、操舵トルクセンサ１２から操舵トルクの大き
さおよび方向（左右方向）に対応した操舵トルク信号Ｔ
が検出され、制御手段５０の目標電流設定手段５１で操
舵トルク信号Ｔに対応した目標電流信号Ｉ_MSが偏差決定
手段５２に供給される。例えば、ハンドル操作が右方向
の場合はプラス（＋）極性の目標電流信号Ｉ_MS、ハンド
ル操作が左方向の場合にはマイナス（−）極性の目標電
流信号Ｉ_MSが出力するよう設定される。

【０００６】一方、電動機電流検出手段５６で検出され
た電動機電流検出信号Ｉ_MDは、制御手段５０のローパス
フィルタ５４で高周波成分（ノイズ等）が減衰され、電
動機電流Ｉ_Mに対応した電流信号Ｉ_MOとして偏差決定手
段５２に負帰還される。なお、通常の右方向または左方
向のハンドル操作（ステアリング往き状態）では、目標
電流信号Ｉ_MSの極性と電動機電流Ｉ_Mの極性が一致する
よう設定される。

【０００７】制御手段５０の偏差決定手段５２では、目
標電流信号Ｉ_MSと電流信号Ｉ_MOの偏差が演算され、この
偏差信号ΔＩ（＝Ｉ_MS−Ｉ_MO）をＰ（比例）、Ｉ（積
分）、Ｄ（微分）補償して駆動制御手段５３がＰＷＭ信
号（パルス幅変調信号）、オン信号およびオフ信号の混
成信号からなる電動機制御信号Ｖ_Oを発生し、電動機駆
動手段５５がＰＷＭ駆動制御され、電動機駆動手段５５
からＰＷＭ駆動された電動機電圧Ｖ_Mを発生して電動機
電流Ｉ_Mが目標電流信号Ｉ_MSと等しくなるよう電動機５
７が駆動される。

【０００８】次に、従来の電動機駆動手段の動作につい
て説明する。図７に従来の電動機駆動手段の動作説明図
を示す。図７において、電動機駆動手段５５は、ブリッ
ジ回路を形成する４個のパワーＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）Ｑ１〜Ｑ４を備え、各パワーＦＥＴ（電界効果
トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４はそれぞれのソース、ドレイ
ン間に等価的なダイオードＤ１〜Ｄ４を内蔵しており、
Ｑ１およびＱ３は直流電源Ｅ_O、Ｑ２およびＱ４は車体
アース（ＧＮＤ）にそれぞれ接続される。一方、Ｑ１と
Ｑ２の接続点、Ｑ３とＱ４の接続点間に電動機電流検出
用の抵抗Ｒ_Dおよび電動機５７が直列接続され、図６に
示す駆動制御手段５３から供給される電動機制御信号Ｖ
_O（Ｖ_ON、Ｖ_PMW、Ｖ_OF）でパワーＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのゲートＧ１〜Ｇ４を
制御することにより、電動機５７に電動機電圧Ｖ_Mと電
動機電流Ｉ_Mが供給される。

【０００９】ドライバがハンドルを右方向に操作する
と、図６に示す駆動制御手段５３から、例えばゲートＧ
１にオン信号Ｖ_ON、ゲートＧ４にＰＷＭ信号Ｖ_PWM、ゲ
ートＧ２およびゲートＧ３にオフ信号Ｖ_OFが供給され、
直流電源Ｅ_O→ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１→
抵抗Ｒ_D→電動機５７→ＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）Ｑ４→車体アース（ＧＮＤ）の経路で電動機電流Ｉ
_M+（実線矢印表示）が流れて電動機５７が正回転し、ス
テアリング系に右方向の操舵補助力が作用される。

【００１０】この状態からドライバがハンドルを中立位
置を超えて左操作すると、図６に示す駆動制御手段５３
からゲートＧ１およびゲートＧ４にオフ信号Ｖ_OF、ゲー
トＧ２にＰＷＭ信号Ｖ_PWM、ゲートＧ３にオン信号Ｖ_ON
が供給され、直流電源Ｅ_O→ＦＥＴ（電界効果トランジ
スタ）Ｑ３→電動機５７→抵抗Ｒ_D→ＦＥＴ（電界効果
トランジスタ）Ｑ２→車体アース（ＧＮＤ）の経路で電
動機電流Ｉ_M-（破線矢印表示）が流れて電動機５７が逆
回転し、ステアリング系に左方向の操舵補助力が作用さ
れる。

【００１１】このように、電動機制御電圧Ｖ_Oを形成す
るオン信号Ｖ_ON、オフ信号Ｖ_OFおよびＰＷＭ信号Ｖ_PWM
でブリッジ回路の対辺を形成するＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）Ｑ１とＱ４、ＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）Ｑ３とＱ２を制御することにより、電動機電流Ｉ_M
（Ｉ_M+、Ｉ_M-）の方向と大きさが決定され、ドライバの
操舵力（操舵トルク信号Ｔ）に対応した電動機５７の回
転方向と発生トルクが制御される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電動パワーステ
アリング装置は、停車した状態からハンドル操作（例え
ば、右方向据え切り）した後にハンドルから手を弛めた
場合、タイヤを含むステアリング系のばね成分により電
動機５７が回転され、電動機５７が発生する逆起電力Ｖ
_MRによって図７に示す電動機５７→ダイオードＤ３→パ
ワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１→抵抗Ｒ_D→
電動機５７の閉ループに回生電流Ｉ_D+が流れる。

【００１３】この状態において、電動機電流検出用の抵
抗ＲDは電動機電流Ｉ_M+と回生電流Ｉ_D+との和（Ｉ_M+＋
Ｉ_D+）を検出し、電動機電流検出手段５６および図６示
すローパスフィルタ５４を介して電流信号Ｉ_MO（Ｉ_M+＋
Ｉ_D+に対応）が偏差決定手段５２に供給される。

【００１４】偏差決定手段５２で演算された偏差信号Δ
Ｉは極性が同一（プラス極性）の目標電流信号Ｉ_MSと電
流信号Ｉ_MO（＝Ｉ_M+＋Ｉ_D+）の偏差（Ｉ_MS−Ｉ_M+−
Ｉ_D+）なので、回生電流Ｉ_D+が大きく、電流信号Ｉ
_MO（＝Ｉ_M+＋Ｉ_D+）が目標電流信号Ｉ_MSを超える（Ｉ_MO
＞Ｉ_MS）場合には偏差信号ΔＩがプラス（＋）極性から
マイナス（−）極性に変化する。

【００１５】偏差信号ΔＩの極性がプラス（＋）からマ
イナス（−）に変化すると、偏差信号ΔＩをＰＩＤ補償
した駆動制御手段５３から出力される電動機制御信号Ｖ
_Oも少し遅れて変化し、図７に示す電動機駆動手段５５
を構成するパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１
〜Ｑ４のゲートＧ１〜Ｇ４は、ゲートＧ１がオン信号Ｖ
_ON→オフ信号Ｖ_OF、ゲートＧ２がオフ信号Ｖ_OF→ＰＷＭ
信号Ｖ_PWM、ゲートＧ３がオフ信号Ｖ_OF→オン信号
Ｖ_ON、ゲートＧ４がＰＷＭ信号Ｖ_PWM→オフ信号Ｖ_{O F}に
変化し、電源Ｅ_O→Ｑ３→電動機５７→抵抗Ｒ_D→Ｑ２→
ＧＮＤの経路で電動機電流Ｉ_M-が流れて電動機５７は逆
回転する。

【００１６】図８に停車中の据え切り時から手放し状態
にした電動機電流特性図を示す。図８において、時間ｔ
₁までは停車中の据え切り（右方向ハンドル操作）によ
る電動機電流Ｉ_M+であり、時間ｔ₁でハンドルの手を弛
めた状態とする。時間ｔ₁でハンドルの手を弛めた状態
にすると、電動機電流Ｉ_M+に回生電流Ｉ_{D +}が加算され、
電動機電流Ｉ_M+と回生電流Ｉ_D+の合成電流（Ｉ_M+＋
Ｉ_D+）は増加し、駆動制御手段５３の積分要素の影響
で、目標電流信号Ｉ_MSとなる時点（時間ｔ₂）を通過
し、電動機制御信号Ｖ_Oが符号を反転させる時点（時間
ｔ₃）で電動機電流（合成電流：Ｉ_M+＋Ｉ_D+）は極性を
反転（＋から−）させて電動機電流Ｉ_M-に急激に変化す
る。なお、停車中に左方向ハンドル操作の据え切り時の
ハンドルの手を弛めた状態においても電動機電流および
回生電流の極性を反転させた同様の現象が発生する。

【００１７】このように、従来の電動パワーステアリン
グ装置は、電動機電流Ｉ_Mに対応した電流信号Ｉ_MOを目
標電流信号Ｉ_MSに負帰還する構成のため、停車中の据え
切り時（ハンドル右方向）から手を弛めた状態にする
と、電動機に流れる電動機電流Ｉ_Mは、電動機電流Ｉ_M+
から回生電流Ｉ_D+が加算された電動機電流（Ｉ_M+＋
Ｉ_D+）となり、電動機電流（Ｉ_M+＋Ｉ_D+）が電流信号Ｉ
_MOを超え、電動機制御信号Ｖ_Oが符号を反転させると、
一転して逆極性の電動機電流Ｉ_M-に急変するため、電動
機電流の振動に伴う異音が発生したり、操舵特性の変化
による操舵フィーリングの著しい低下を招く課題があ
る。

【００１８】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は車両が停車中の据え切り時
からハンドルの手を弛めた際に発生する電動機電流の急
激な変化、および低速におけるコーナ出口のステアリン
グ戻り時の急激な変化を防止し、安定した操舵フィーリ
ングが得られる電動パワーステアリング装置を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、制御手
段に、電動機の回生状態を判定する回生状態判定手段
と、回生制御信号を出力する回生制御信号発生手段と、
回生状態判定手段から出力される判定信号に基づいて電
動機制御信号と回生制御信号を切替える切替手段とから
なる回生電流制御手段を備えたことを特徴とする。

【００２０】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の回生制御信号発生手段は、偏差信号に対応し
た所定のデューティサイクルのＰＷＭ信号を発生するこ
とを特徴とする。

【００２１】さらに、この発明に係る電動パワーステア
リング装置の回生状態判定手段は、目標電流信号と電動
機制御信号の符号が不一致で、かつ操舵トルク信号と電
動機の回転方向が逆になる場合に回生状態と判定し、判
定信号を出力することを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る電動
パワーステアリング装置の全体構成図である。なお、本
発明は、電動機を駆動するブリッジ回路のＦＥＴ（電界
効果トランジスタ）のスイッチング動作を制御し、電動
機の逆起電力に起因して発生する回生電流を任意に制御
するものである。

【００２３】図１において、電動パワーステアリング装
置１は、ステアリングホイール１７に一体的に設けられ
たステアリング軸２に自在継ぎ手３ａ、３ｂを備えた連
結軸３を介してステアリング・ギアボックス４内に設け
たラック＆ピニオン機構５のピニオン５ａに連結されて
手動操舵力発生手段６を構成する。

【００２４】ピニオン５ａに噛み合うラック歯７ａを備
え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸７
は、その両端にタイロッド８を介して転動輪としての左
右の前輪９が連結される。

【００２５】このようにして、ステアリングホイール１
７操舵時には通常のラック＆ピニオン式の手動操舵力発
生手段６を介し、マニュアルステアリングで前輪９を転
動させて車両の向きを変えている。

【００２６】手動操舵力発生手段６による操舵力を軽減
するため、操舵補助力を供給する電動機１０をラック軸
７と同軸的に配設し、ラック軸７と同軸に設けられたボ
ールねじ機構１１を介して推力に変換し、ラック軸７
（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。

【００２７】また、ステアリング・ギアボックス４内に
はドライバの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する
操舵トルクセンサ１２を配置し、操舵トルクセンサ１２
が検出した操舵トルク信号Ｔ_Sを制御手段１５に提供す
る。

【００２８】制御手段１５はマイクロプロセッサを基本
に各種演算手段、判定手段、切替手段、メモリ等で構成
し、操舵トルク信号Ｔ_Sに対応する電動機制御信号Ｖ
_O（例えば、オン信号とＰＷＭ信号の混成信号）を発生
して電動機駆動手段１６を駆動制御する。

【００２９】また、制御手段１５は電動機制御信号
Ｖ_O、例えば、オン信号とＰＷＭ信号（パルス幅変調信
号）からなる混成信号のオン信号をオフ信号に設定する
とともに、ＰＷＭ信号を偏差信号ΔＩに対応（例えば、
反比例）した所定のデューティサイクルのＰＷＭ信号に
変更した回生制御信号Ｖ_ODを出力し、電動機駆動手段１
６を構成するブリッジ回路の２組（４個）のスイッチン
グ素子ペアのうち、１つのスイッチング素子のみをＰＷ
Ｍ駆動制御、他の３個のスイッチング素子をオフ制御し
て回生電流を任意にコントロールする。

【００３０】電動機駆動手段１６は、例えば４個のＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）のスイッチング素子からな
るブリッジ回路（図４参照）で構成し、電動機制御信号
Ｖ_O、回生制御信号Ｖ_ODに基づいて電動機１０を駆動す
る駆動信号としての電動機電圧Ｖ_Mを出力する。

【００３１】図２はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の要部ブロック構成図である。図２において、
電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクセンサ１
２、制御手段１５、電動機駆動手段１６、電動機電流検
出手段１４および電動機１０を備える。

【００３２】操舵トルクセンサ１２は、例えば差動変圧
器で構成し、操舵トルクに対応した方向（±極性）とレ
ベルを有する電気的信号の操舵トルク信号Ｔ_Sとして検
出し、操舵トルク信号Ｔ_Sを制御手段１５に供給する。

【００３３】制御手段１５はマイクロプロセッサを基本
にソフトプログラムの命令実行プログラムにより動作す
る各種演算機能、判定機能、切替機能、各種データを記
憶するメモリ等で構成し、目標電流信号設定手段２１、
偏差決定手段２２、駆動制御手段２３、回生電流制御手
段２６、ローパスフィルタ２７を備える。

【００３４】目標電流信号設定手段２１はＲＯＭ等のメ
モリを備え、操舵トルクセンサ１２が検出したアナログ
電気信号の操舵トルク信号Ｔ_Sを図示しないＡ／Ｄ変換
手段でディジタルの操舵トルク信号に変換し、予めメモ
リに設定した操舵トルク信号と目標電流信号の変換デー
タから操舵トルク信号Ｔ_Sに対応する目標電流信号Ｉ_{M S}
を読み出し、目標電流信号Ｉ_MSを偏差決定手段２２に提
供する。

【００３５】偏差決定手段２２は減算器やソフト制御の
減算機能で構成し、目標電流信号Ｉ _MSと、電動機電流Ｉ
_Mを検出した電動機電流検出信号Ｉ_MDのローパスフィル
タ２７で高周波成分（ノイズ等）が減衰された電流信号
Ｉ_MOとの偏差信号ΔＩを演算し、偏差信号ΔＩ（＝Ｉ_MS
−Ｉ_MO）を駆動制御手段２３に供給する。

【００３６】駆動制御手段２３は、ＰＩＤコントローラ
２４、制御信号発生手段２５を備え、偏差信号ΔＩをＰ
ＩＤ制御し、オン信号Ｖ_ONおよびＰＷＭ信号Ｖ_PWMの混
成信号である電動機制御信号Ｖ_Oを発生し、この電動機
制御信号Ｖ_Oを回生電流制御手段２６を介して電動機駆
動手段１６に供給する。

【００３７】ＰＩＤコントローラ２４はソフト制御の比
例（Ｐ）、積分（Ｉ）および微分（Ｄ）の演算機能、処
理機能を備え、偏差決定手段２２から供給される偏差信
号ΔＩを比例（Ｐ）、積分（Ｉ）および微分（Ｄ）演算
して並列処理し、利得、安定性および立上りを改善し、
偏差信号ΔＩが安定して速やかに０に収束するよう制御
したＰＩＤ制御信号Ｖ_Pを制御信号発生手段２５に供給
する。

【００３８】制御信号発生手段２５は、ＰＩＤ制御信号
Ｖ_Pに基づいてオン信号Ｖ_ONやＰＷＭ（パルス幅変調）
信号Ｖ_PWMの混成信号である電動機制御信号Ｖ_Oを発生
し、この電動機制御信号Ｖ_Oを回生電流制御手段２６に
提供する。

【００３９】回生電流制御手段２６は、回生状態判定手
段２８、回生制御信号発生手段２９、切替手段３０を備
え、目標電流信号Ｉ_MS、偏差信号ΔＩ、操舵トルク信号
Ｔ_S、電流信号Ｉ_MO、電動機制御信号Ｖ_Oおよび電動機電
圧Ｖ_Mに基づき、通常のステアリング状態の場合には駆
動制御手段２３から供給される電動機制御信号Ｖ_Oを電
動機駆動手段１６に供給し、回生状態には駆動制御手段
２３から供給される電動機制御信号Ｖ_Oに代えて回生制
御信号Ｖ_ODを電動機駆動手段１６に供給するよう構成す
る。

【００４０】回生状態判定手段２８は演算機能、論理演
算機能を有し、目標電流信号Ｉ_MSの符号（Ｅ）と電動機
制御信号Ｖ_Oの符号（Ｆ）が一致（Ｅ＝Ｆ）するか、あ
るいは操舵トルク信号Ｔ_Sの方向（Ｇ）と電流信号Ｉ_MO
および電動機電圧Ｖ_Mから演算した電動機１０の回転方
向（Ｈ）が一致（Ｇ＝Ｈ）する場合には通常のステアリ
ング状態と判定し、例えばＬレベルの判定信号Ｈ_Oを切
替手段３０に供給して切替を制御する。

【００４１】一方、回生状態判定手段２８は、目標電流
信号Ｉ_MSの符号（Ｅ）と電動機制御信号Ｖ_Oの符号
（Ｆ）が不一致（Ｅ≠Ｆ）で、かつ操舵トルク信号Ｔ_S
の方向（Ｇ）と電流信号Ｉ_MOおよび電動機電圧Ｖ_Mから
演算した電動機１０の回転方向（Ｈ）が不一致（Ｇ＝
Ｈ）の場合には回生状態と判定し、例えばＨレベルの判
定信号Ｈ_Oを切替手段３０に供給して切替を制御する。

【００４２】電動機１０の回転方向（Ｈ）は、電流信号
Ｉ_MO、電動機電圧Ｖ_M、電動機抵抗Ｒ_Mおよび誘導電圧係
数Ｋ_Mから数１に示す電動機回転数Ｎ_Mを演算し、この電
動機回転数Ｎ_Mの符号から決定する。

【００４３】

【数１】Ｎ_M＝（Ｖ_M−Ｉ_MO＊Ｒ_M）／Ｋ_M

【００４４】目標電流信号Ｉ_MSの符号（Ｅ）は、例えば
右ハンドル操作に対応した操舵トルク信号Ｔ_Sが正極性
（＋）の場合には正極性（＋）、電動機制御信号Ｖ_Oの
符号（Ｆ）は、電動機制御信号Ｖ_Oにより電動機１０が
ハンドルを右方向に付勢するような信号である場合には
正極性（＋）、回転方向（Ｈ）は、電動機１０の回転が
ハンドルの右方向回転に対応する場合を正極性（＋）と
設定する。

【００４５】また、回生状態判定手段２８は、回生状態
中（判定信号Ｈ_OがＨレベル）に回生制御信号発生手段
２９が１００％を超えるＰＷＭデューティサイクルを算
出した場合には、回生制御信号Ｖ_ODに基づいて回生制御
オフと判定し、判定信号Ｈ_OをＨレベルからＬレベルに
変更して切替手段３０に切替えを制御する。

【００４６】回生制御信号発生手段２９はＰＷＭ（パル
ス幅変調）信号発生手段を備え、回生状態（判定信号Ｈ
_OがＨレベル）が判定されると、偏差信号ΔＩに対応
（例えば、反比例）した所定のデューティサイクルのＰ
ＷＭ（パルス幅変調）信号Ｖ_{PW MD}およびオフ信号Ｖ_OFの
混成信号からなる回生制御信号Ｖ_ODを発生し、回生制御
信号Ｖ_ODを切替手段３０に供給する。

【００４７】切替手段３０はソフト制御のスイッチ機能
を備え、回生状態判定手段２８からの判定信号Ｈ_Oが、
例えばＨレベルの場合には回生制御信号発生手段２９か
ら供給される回生制御信号Ｖ_ODに切替え、一方、判定信
号Ｈ_OがＬレベルの場合には制御信号発生手段２５から
供給される電動機制御信号Ｖ_Oに切替え、それぞれ回生
制御信号Ｖ_OD、電動機制御信号Ｖ_Oを電動機駆動手段１
６に供給する。

【００４８】このように、この発明に係る電動パワース
テアリング装置１は、制御手段１５に、電動機１０の回
生状態を判定する回生状態判定手段２８と、回生制御信
号Ｖ_ODを出力する回生制御信号発生手段２９と、回生状
態判定手段２８から出力される判定信号Ｈ_Oに基づいて
電動機制御信号Ｖ_Oと回生制御信号Ｖ_ODを切替える切替
手段３０とからなる回生電流制御手段２６を備えたの
で、車両が停車中の据え切り時からハンドルの手を弛め
た際に電動機に流れる回生電流を含む電動機電流を帰還
ループから独立して制御することができる。

【００４９】図３にこの発明に係る回生電流制御の動作
説明図を示す。なお、図３は車両が停止中にハンドルを
右方向に据え切りした後、手を弛めた場合の回生電流制
御動作について説明する。図３において、電動機駆動手
段１６は、ブリッジ回路を形成する４個のパワーＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４を備え、各パワー
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４はそれぞれ
のソース、ドレイン間に等価的なダイオードＤ１〜Ｄ４
を内蔵しており、Ｑ１およびＱ３は直流電源Ｅ_O、Ｑ２
およびＱ４は車体アース（ＧＮＤ）にそれぞれ接続され
る。一方、Ｑ１とＱ２の接続点、Ｑ３とＱ４の接続点間
に電動機電流検出用の抵抗Ｒ_Dおよび電動機１０が直列
接続され、図２に示す駆動制御手段２３から供給される
電動機制御信号Ｖ_O（Ｖ_ON、Ｖ_PMW、Ｖ_OF）でパワーＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのゲ
ートＧ１〜Ｇ４を制御することにより、電動機１０に電
動機電圧Ｖ_M（波高値は直流電源ＥOに相当）と電動機電
流Ｉ_M（Ｉ_M+、Ｉ_M-）が供給される。

【００５０】車両が停車中にハンドルを右方向据え切り
すると、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４の
ゲートＧ１〜Ｇ４には、図２に示す駆動制御手段２３の
制御信号発生手段２５から電動機制御信号Ｖ_Oが供給さ
れ、ゲートＧ１がオン信号Ｖ_{O N}、ゲートＧ２およびゲー
トＧ３がオフ信号Ｖ_OF、ゲートＧ４が目標電流信号Ｉ_{M S}
（操舵トルク信号Ｔ_S）のプラス（＋）極性の所定レベ
ルに対応したＰＷＭ信号Ｖ_PWMでそれぞれ駆動され、直
流電源Ｅ_O→Ｑ１→電動機電流検出用抵抗Ｒ_D→電動機１
０→Ｑ４→ＧＮＤの経路で電動機電流Ｉ_M+が流れて電動
機１０が正回転して右方向の補助操舵力がステアリング
系に作用し、タイヤを右方向に操向させるよう動作す
る。

【００５１】この状態からハンドルを支える手を弛める
と、タイヤを含むステアリング系のばね成分により電動
機１０が回転され、電動機１０が発生する逆起電力Ｖ_MR
によって図７に示した現象と同様に、電動機１０→ダイ
オードＤ３→パワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ
１→電動機電流検出用抵抗Ｒ_D→電動機１０の閉ループ
に回生電流Ｉ_D+（図７参照）が流れる。

【００５２】電動機電流Ｉ_M+と回生電流Ｉ_D+の電流和は
電動機電流検出用抵抗Ｒ_Dで検出され、電動機電流検出
手段１４およびローパスフィルタ２７を介して電流信号
Ｉ_MOとして偏差決定手段２２に供給され、目標電流信号
Ｉ_MSとの偏差ΔＩ（＝Ｉ_MS−Ｉ_MO）が演算される。

【００５３】目標電流信号Ｉ_MSの符号Ｅが正（＋）極性
の状態で、電流信号Ｉ_MOが増加して電動機制御信号Ｖ_O
の符号Ｆが負（−）極性となるとともに、操舵トルク信
号Ｔ_Sの符号Ｇ（目標電流信号Ｉ_MSの符号と同じ）と数
１で表される電動機回転数Ｎ_Mの符号Ｈが不一致（Ｇ≠
Ｈ）の場合には、図２の回生電流制御手段２６から回生
制御信号Ｖ_ODが供給され、ＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）Ｑ１〜Ｑ３のゲートＧ１〜Ｇ３はオフ信号Ｖ_OF、Ｑ
４のゲートＧ４は偏差信号ΔＩに対応した所定のデュー
ティサイクルのＰＷＭ信号Ｖ_PWMDで駆動制御される。

【００５４】回生制御信号Ｖ_ODが供給されると、電動機
電流Ｉ_M+は遮断され、電動機１０の逆起電力Ｖ_MRによる
回生電流Ｉ_D+は電動機１０→ＦＥＴ（電界効果トランジ
スタ）Ｑ４→ダイオードＤ２→電動機電流検出用抵抗Ｒ
_D→電動機１０の閉ループを流れ、時間経過に伴って減
衰していく。

【００５５】一方、車両が停車中にハンドルを左方向据
え切りした状態から、ハンドルを支える手を弛めた場合
の回生状態には、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ
１、Ｑ３およびＱ４をオフ制御し、Ｑ２を所定デューテ
ィサイクルのＰＷＭ信号Ｖ_PWMDでＰＷＭ駆動する。

【００５６】このように、回生状態に電動機制御信号Ｖ
_Oとは独立した偏差信号ΔＩに対応（例えば、反比例）
した所定デューティサイクルのＰＷＭ信号Ｖ_PWMDを有す
る回生制御信号Ｖ_ODでＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
構成のブリッジ回路を駆動制御し、回生電流Ｉ_D+（また
はＩ_D-）を据え切り方向に流れる電動機電流Ｉ_M+（また
はＩ_M-）と同じ方向に設定することができ、電動機電流
Ｉ_M+（またはＩ_M-）の急激な極性反転を防止してハンド
ルの戻りを緩やかにすることができる。

【００５７】図４にこの発明に係る停車中の据え切り時
から手放し状態にした電動機電流特性図を示す。図４に
おいて、回生状態の時間ｔ₃以降の電動機電流Ｉ_Mを回生
電流Ｉ_D+（実線表示）のみの緩やかな変化に制御するこ
とができ、従来の急激に極性反転した電動機電流Ｉ
_M-（破線表示）の発生を防止することができる。

【００５８】図２において、電動機電流検出手段１４
は、電動機１０に実際に流れる電動機電流Ｉ_M（Ｉ_M+：
正回転方向、Ｉ_M-：逆回転方向）および回生電流Ｉ_Dを
図３に示すような電動機１０と直列接続した抵抗Ｒ_Dで
検出電圧Ｖ_Iとして検出し、方向と大きさを有する電動
機検出電流信号Ｉ_MDに変換して制御手段１５のローパス
フィルタ２７に供給する。

【００５９】図５はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の制御動作フロー図である。ステップＳ１にお
いて、操舵トルク信号Ｔ_Sに対応した目標電流信号Ｉ_MS
を読込み、ステップＳ２において、電動機電流Ｉ_Mを検
出した電流信号Ｉ_MOを読込んだ後、ステップＳ３では目
標電流信号Ｉ_MSと電流信号Ｉ_MOとの偏差信号ΔＩ（＝Ｉ
_MS−Ｉ_MO）を演算する。

【００６０】ステップＳ４で、制御手段１５が回生制御
中か否かの判定を行い、回生制御中でなければステップ
Ｓ５に移行してＰＩＤ（比例・積分・微分）演算を実行
し、一方、回生制御中ならばステップＳ６に移行して回
生制御中のＰＷＭ信号Ｖ_PWMDの演算を実行する。

【００６１】ステップＳ６に続き、ステップＳ８ではＺ
判定を実行し、Ｖ_PWMDのデューティサイクルを演算して
デューティサイクル演算結果が１００％を超えるか、ま
たは操舵トルクＴ_Sの方向Ｇと電動機の回転方向Ｈが一
致（Ｇ＝Ｈ）する場合にはステップＳ９に移行して回生
制御をオフとし、ステップＳ１０でＰＩＤ演算を行った
後にステップＳ１１に移行する。

【００６２】一方、ステップＳ８のＺ判定において、デ
ューティサイクル演算結果が１００％以下か、または操
舵トルクＴ_Sの方向Ｇと電動機の回転方向Ｈが不一致
（Ｇ≠Ｈ）の場合には、ステップＳ１８に移行する。

【００６３】ステップＳ５のＰＩＤ（比例・積分・微
分）演算に続いてステップＳ７ではＸ判定を実行し、目
標電流信号Ｉ_MSの符号Ｅと電動機制御信号Ｖ_Oの符号Ｆ
が不一致（Ｅ≠Ｆ）で、かつ操舵トルクＴ_Sの方向Ｇと
電動機の回転方向Ｈが逆（Ｇ≠Ｈ）の場合には回生状態
と判定し、ステップＳ１６に移行して制御手段１５を回
生制御オン状態に設定する。

【００６４】一方、ステップＳ７のＸ判定において、目
標電流信号Ｉ_MSの符号Ｅと電動機制御信号Ｖ_Oの符号Ｆ
が一致（Ｅ＝Ｆ）、または操舵トルクＴ_Sの方向Ｇと電
動機の回転方向Ｈが同じ（Ｇ＝Ｈ）の場合には通常のス
テアリング状態と判定し、ステップＳ１１に移行する。

【００６５】ステップＳ１１では、通常のステアリング
状態におけるＰＷＭ信号Ｖ_PWMの極性を判定し、ＰＷＭ
信号Ｖ_PWMが正（Ｖ_PWM＞０）ならばステップＳ１２およ
びステップＳ１３で、電動機１０を正回転させるための
電動機制御信号Ｖ_O（Ｖ_OF、Ｖ_ON、Ｖ_PWMの混成信号）の
うち、図３に示す電動機駆動手段１６のＦＥＴ（電界効
果トランジスタ）Ｑ２、Ｑ３をオフ制御するようゲート
Ｇ２、Ｇ３にオフ信号Ｖ_OFを供給するとともに、ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）Ｑ１をオン制御、Ｑ４をＰＷ
Ｍ制御するようゲートＧ１、Ｇ４にそれぞれオン信号Ｖ
_ON、ＰＷＭ信号Ｖ_PWMを供給する。

【００６６】一方、ステップＳ１１において、ＰＷＭ信
号Ｖ_PWMが負（Ｖ_PWM＜０）と判定された場合には、ステ
ップＳ１４およびステップＳ１５で、電動機１０を逆回
転させるための電動機制御信号Ｖ_O（Ｖ_OF、Ｖ_ON、Ｖ_PWM
の混成信号）のうち、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
Ｑ１、Ｑ４をオフ制御するようゲートＧ１、Ｇ４にオフ
信号Ｖ_OFを供給するとともに、ＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）Ｑ３をオン制御、Ｑ２をＰＷＭ制御するようゲ
ートＧ３、Ｇ２にそれぞれオン信号Ｖ_ON、ＰＷＭ信号Ｖ
_PWMを供給する。

【００６７】ステップＳ１６で制御手段１５が回生制御
オン状態に設定されると、ステップＳ１７で回生制御時
のＰＷＭ信号Ｖ_PWMDの演算を実行した後、ステップＳ１
８に移行する。

【００６８】ステップＳ１８では、ステップＳ１７およ
びステップＳ８の状態における目標電流信号Ｉ_MSの極性
を判定し、目標電流信号Ｉ_MSが正（Ｉ_MS＞０）の場合に
はステップＳ１９およびステップＳ２０で、電動機１０
が正回転（電動機電流Ｉ_M+）状態から回生制御されるよ
う回生制御信号Ｖ_OD（Ｖ_OF、Ｖ_PWMDの混成信号）のう
ち、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３をオフ
制御するようゲートＧ１〜Ｇ３にオフ信号Ｖ_OFを供給す
るとともに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ４をＰ
ＷＭ制御するようゲートＧ４にＰＷＭ信号Ｖ_PWMDを供給
する。

【００６９】一方、ステップＳ１８において、目標電流
信号Ｉ_MSが負（Ｉ_MS＜０）で判定された場合にはステッ
プＳ２１およびステップＳ２２で、電動機１０が逆回転
（電動機電流Ｉ_M-）状態から回生制御されるよう、ＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）Ｑ１、Ｑ３、Ｑ４をオフ制
御するようゲートＧ１、Ｇ３、Ｇ４にオフ信号Ｖ_OFを供
給するとともに、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ２
をＰＷＭ制御するようゲートＧ２にＰＷＭ信号Ｖ_PWMDを
供給する。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る電動
パワーステアリング装置は、制御手段に、電動機の回生
状態を判定する回生状態判定手段と、回生制御信号を出
力する回生制御信号発生手段と、回生状態判定手段から
出力される判定信号に基づいて電動機制御信号と回生制
御信号を切替える切替手段とからなる回生電流制御手段
を備え、車両が停車中の据え切り時からハンドルの手を
弛めた際に電動機に流れる回生電流を含む電動機電流を
帰還ループから独立して制御することができるので、回
生状態に発生する異音を防止するとともに、操舵フィー
リングを改善することができる。

【００７１】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の回生制御信号発生手段は、偏差信号に対応し
た所定のデューティサイクルのＰＷＭ信号を発生するの
で、車両が停車中の据え切り時からハンドルの手を弛め
た際に電動機に流れる回生電流を含む電動機電流を任意
に制御することができるので、回生状態移行時に電動機
電流の変化を緩やかにし、ハンドルの戻りを緩やかにし
て操舵フィーリングを改善することができる。

【００７２】さらに、この発明に係る電動パワーステア
リング装置の回生状態判定手段は、目標電流信号と電動
機制御信号の符号が不一致で、かつ操舵トルク信号と電
動機の回転方向が逆になる場合に回生状態と判定し、回
生状態移行時に電動機電流の変化を緩やかにすることが
できるので、回生状態を確実に検出することができる。

【００７３】よって、車両が停車中の据え切り時からハ
ンドルの手を弛めた際に発生する電動機電流の急激な変
化を防止し、安定した操舵フィーリングが得られる電動
パワーステアリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
全体構成図

【図２】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
要部ブロック構成図

【図３】この発明に係る回生電流制御の動作説明図

【図４】この発明に係る停車中の据え切り時から手放し
状態にした電動機電流特性図

【図５】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
制御動作フロー図

【図６】従来の電動パワーステアリング装置の要部ブロ
ック構成図

【図７】従来の電動機駆動手段の動作説明図

【図８】従来の停車中の据え切り時から手放し状態にし
た電動機電流特性図

【符号の説明】

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング
軸、３…連結軸、３ａ，３ｂ…自在継ぎ手、４…ステア
リング・ギアボックス、５…ラック＆ピニオン機構、５
ａ…ピニオン、６…手動操舵力発生手段、７…ラック
軸、７ａ…ラック歯、８…タイロッド、９…左右の前
輪、１０…電動機、１１…ボールねじ機構、１２…操舵
トルクセンサ、１４…電動機電流検出手段、１５…制御
手段、１６…電動機駆動手段、１７…ステアリングホイ
ール、２１…目標電流信号設定手段、２２…偏差決定手
段、２３…駆動制御手段、２４…ＰＩＤコントローラ、
２５…制御信号発生手段、２６…回生電流制御手段、２
７…ローパスフィルタ、２８…回生状態判定手段、２９
…回生制御信号発生手段、３０…切替手段、Ｅ_O…直流
電源、Ｈ_O…判定信号、Ｑ１〜Ｑ４…パワーＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）、Ｔ_S…操舵トルク信号、Ｉ_M，Ｉ
_M+，Ｉ_M-…電動機電流、Ｉ_MD…電動機電流検出信号、Ｉ
_MO…電流信号、Ｉ_MS…目標電流信号、ΔＩ…偏差信号、
Ｖ_M…電動機電圧、Ｖ_O…電動機制御信号、Ｖ_OD…回生制
御信号、Ｖ_OF…オフ信号、Ｖ_ON…オン信号、Ｖ_P…ＰＩ
Ｄ制御信号、Ｖ_PMW，Ｖ_PWMD…ＰＷＭ信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉谷 伸夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 黒澤 孝夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリング系の操舵トルクを検出する
   操舵トルクセンサと、ステアリング系に操舵補助力を作
   用させる電動機と、この電動機の電動機電流を検出する
   電動機電流検出手段と、少なくとも前記操舵トルクセン
   サが検出した操舵トルク信号に対応した目標電流信号を
   発生する目標電流設定手段、この目標電流信号と前記電
   動機電流検出手段が検出した電動機電流信号の偏差信号
   を決定する偏差決定手段、前記偏差信号に基づいてパル
   ス幅変調信号およびオン信号の混成信号からなる電動機
   制御信号を発生する駆動制御手段を備えた制御手段と、
   前記駆動制御手段から出力される前記電動機制御信号に
   基づいてブリッジ回路を形成するスイッチング素子の１
   組の対辺のそれぞれが同時に制御され、前記電動機を正
   逆回転駆動する駆動信号を発生する電動機駆動手段とを
   備えた電動パワーステアリング装置において、 前記制御手段は、前記電動機の回生状態を判定する回生
   状態判定手段と、回生制御信号を出力する回生制御信号
   発生手段と、前記回生状態判定手段から出力される判定
   信号に基づいて前記電動機制御信号と前記回生制御信号
   を切替える切替手段とからなる回生電流制御手段を備え
   たことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記回生制御信号発生手段は、前記偏差
   信号に対応した所定のデューティサイクルのＰＷＭ信号
   を発生することを特徴とする請求項１記載の電動パワー
   ステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記回生状態判定手段は、前記目標電流
   信号と前記電動機制御信号の符号が不一致で、かつ前記
   操舵トルク信号と前記電動機の回転方向が逆になる場合
   に回生状態と判定し、前記判定信号を出力することを特
   徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。