JPH10278815A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置Info
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- JPH10278815A JPH10278815A JP9089786A JP8978697A JPH10278815A JP H10278815 A JPH10278815 A JP H10278815A JP 9089786 A JP9089786 A JP 9089786A JP 8978697 A JP8978697 A JP 8978697A JP H10278815 A JPH10278815 A JP H10278815A
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- Japan
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- steering
- motor
- torque
- steering torque
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
- B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
- B62D5/046—Controlling the motor
- B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マニュアルステアリングと同等以上の操舵感
（応答性）を得ることのできる電動パワーステアリング
装置を提供する。 【解決手段】 操舵トルクＴｐに応じた目標補助トルク
値２２ａを設定する主制御値設定部２２のゲインをＫＴ
Ｔ、操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ
を設定する微分補正値設定部２４のゲインをＫＴＤ、制
御対象２１である電動機の慣性能率をＪＭ、制御対象２
１内に設けられる電動機駆動部の比例ゲインをＫＰ、電
動機速度信号ｄθに応じた操舵速度補正値２６ａを設定
する操舵速補正値設定部２６のゲインをＫＴＲ、電動機
の逆起電圧定数をＫＥとしたときに、操舵トルク微分値
ｄＴｐに対するゲインＫＴＤと操舵トルク値に対するゲ
インＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／α｛（Ｋ
Ｐ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝の関係を満足するよう構成する。
（応答性）を得ることのできる電動パワーステアリング
装置を提供する。 【解決手段】 操舵トルクＴｐに応じた目標補助トルク
値２２ａを設定する主制御値設定部２２のゲインをＫＴ
Ｔ、操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ
を設定する微分補正値設定部２４のゲインをＫＴＤ、制
御対象２１である電動機の慣性能率をＪＭ、制御対象２
１内に設けられる電動機駆動部の比例ゲインをＫＰ、電
動機速度信号ｄθに応じた操舵速度補正値２６ａを設定
する操舵速補正値設定部２６のゲインをＫＴＲ、電動機
の逆起電圧定数をＫＥとしたときに、操舵トルク微分値
ｄＴｐに対するゲインＫＴＤと操舵トルク値に対するゲ
インＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／α｛（Ｋ
Ｐ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝の関係を満足するよう構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動機の動力を
ステアリング系に直接作用させて、運転者の操舵力を軽
減する電動パワーステアリング装置に関するものであ
る。
ステアリング系に直接作用させて、運転者の操舵力を軽
減する電動パワーステアリング装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図１は電動パワーステアリング装置の模
式構造図である。電動パワーステアリング装置１は、ス
テアリング系に電動機１０を備え、電動機１０から供給
する動力を制御装置２０を用いて制御することによっ
て、運転者の操舵力を軽減している。
式構造図である。電動パワーステアリング装置１は、ス
テアリング系に電動機１０を備え、電動機１０から供給
する動力を制御装置２０を用いて制御することによっ
て、運転者の操舵力を軽減している。
【０００３】ステアリング・ホイール（ハンドル）２に
一体的に設けられたステアリング軸３は、自在継ぎ手４
ａ，４ｂを有する連結軸４を介してラック＆ピニオン機
構５のピニオン６へ連結される。ラック軸７はピニオン
６と噛合するラック歯７ａを備える。ラック＆ピニオン
機構５は、ピニオン６の回動をラック７の軸方向への往
復運動へ変換する。ラック軸７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。ハン
ドル２を操舵すると、ラック＆ピニオン機構５ならびに
タイロッド８を介して前輪９が揺動される。これらの構
成によって手動操作による車両の向きを変えることがで
きる。
一体的に設けられたステアリング軸３は、自在継ぎ手４
ａ，４ｂを有する連結軸４を介してラック＆ピニオン機
構５のピニオン６へ連結される。ラック軸７はピニオン
６と噛合するラック歯７ａを備える。ラック＆ピニオン
機構５は、ピニオン６の回動をラック７の軸方向への往
復運動へ変換する。ラック軸７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。ハン
ドル２を操舵すると、ラック＆ピニオン機構５ならびに
タイロッド８を介して前輪９が揺動される。これらの構
成によって手動操作による車両の向きを変えることがで
きる。
【０００４】手動操作による操舵力を軽減するために、
アシストトルク（操舵補助トルク）を供給する電動機１
０をラック軸７と同軸的に配置し、電動機１０の回動出
力をボールねじ機構１１を介して推力に変換してラック
軸７に作用させている。ボールねじ機構１１は、電動機
１０のロータに連結されたナット１２と、ラック軸７に
形成されたねじ軸７ｂとから構成される。ナット１２の
回動力は、ねじ軸７ｂによってラック軸７の軸方向への
推力へ変換される。電動機１０で発生させたアシストト
ルクをラック軸７への推力へ変換して伝達することで、
手動操舵力を軽減させている。
アシストトルク（操舵補助トルク）を供給する電動機１
０をラック軸７と同軸的に配置し、電動機１０の回動出
力をボールねじ機構１１を介して推力に変換してラック
軸７に作用させている。ボールねじ機構１１は、電動機
１０のロータに連結されたナット１２と、ラック軸７に
形成されたねじ軸７ｂとから構成される。ナット１２の
回動力は、ねじ軸７ｂによってラック軸７の軸方向への
推力へ変換される。電動機１０で発生させたアシストト
ルクをラック軸７への推力へ変換して伝達することで、
手動操舵力を軽減させている。
【０００５】操舵トルク検出部（操舵トルクセンサ）１
８によってピニオン６に作用する手動操舵トルクＴｓを
検出し、検出した操舵トルクＴｓに係る操舵トルク信号
Ｔｐを制御装置２０へ供給している。制御装置２０は、
操舵トルク信号Ｔｐに基づいて電動機駆動信号２０ａを
出力して電動機１０の出力パワー（操舵補助トルク）を
制御する。
８によってピニオン６に作用する手動操舵トルクＴｓを
検出し、検出した操舵トルクＴｓに係る操舵トルク信号
Ｔｐを制御装置２０へ供給している。制御装置２０は、
操舵トルク信号Ｔｐに基づいて電動機駆動信号２０ａを
出力して電動機１０の出力パワー（操舵補助トルク）を
制御する。
【０００６】図２は従来の制御装置のブロック構成図で
ある。従来の制御装置２０Ａは、目標補助トルク決定部
２０１と、電動機駆動部２０２とを備える。目標補助ト
ルク決定部２０１は、操舵トルク信号Ｔｐに基づいて目
標補助トルクを決定し、目標補助トルク信号２０１ａを
出力する。目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルク
の絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、目標補助トルクをゼロにする。目標補助トルク決定
部２０１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越えていれ
ば、操舵トルクに比例した目標補助トルクを出力する。
目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルクが大きくな
っても、出力する目標補助トルクが予め設定した上限値
を越えないよう制限している。
ある。従来の制御装置２０Ａは、目標補助トルク決定部
２０１と、電動機駆動部２０２とを備える。目標補助ト
ルク決定部２０１は、操舵トルク信号Ｔｐに基づいて目
標補助トルクを決定し、目標補助トルク信号２０１ａを
出力する。目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルク
の絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、目標補助トルクをゼロにする。目標補助トルク決定
部２０１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越えていれ
ば、操舵トルクに比例した目標補助トルクを出力する。
目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルクが大きくな
っても、出力する目標補助トルクが予め設定した上限値
を越えないよう制限している。
【０００７】電動機駆動部２０２は、目標補助トルク決
定部２０１から供給される目標補助トルク信号２０１ａ
と、電動機１０に実際に流れる電流を検出する電流検出
部（図示しない）から供給される電動機電流信号ＩＭと
の偏差を求め、求めた偏差がゼロになるように電動機駆
動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０から目標とす
る補助トルクが供給されるように電動機１０を駆動す
る。
定部２０１から供給される目標補助トルク信号２０１ａ
と、電動機１０に実際に流れる電流を検出する電流検出
部（図示しない）から供給される電動機電流信号ＩＭと
の偏差を求め、求めた偏差がゼロになるように電動機駆
動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０から目標とす
る補助トルクが供給されるように電動機１０を駆動す
る。
【０００８】図３は従来の他の制御装置のブロック構成
図である。従来の他の制御装置２０Ｂは、第１目標補助
トルク決定部２１１と、操舵トルク微分部２１２と、第
２目標補助トルク決定部２１３と、加算部２１４と、電
動機駆動部２０２を備える。
図である。従来の他の制御装置２０Ｂは、第１目標補助
トルク決定部２１１と、操舵トルク微分部２１２と、第
２目標補助トルク決定部２１３と、加算部２１４と、電
動機駆動部２０２を備える。
【０００９】第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵
トルク信号Ｔｐに基づいて第１目標補助トルクを決定
し、第１目標補助トルク信号２１１ａを生成して出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクの
絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、第１目標補助トルクをゼロにする。第１目標補助ト
ルク決定部２１１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越
えており、かつ、予め設定したしきい値よりも小さい場
合は、操舵トルクに低利得で比例した第１目標補助トル
クを出力する。第１目標補助トルク決定部２１１は、操
舵トルクが予め設定したしきい値を越えていれば、操舵
トルクに高利得で比例した第１目標補助トルクを出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクが
大きくなっても、出力する第１目標補助トルクが予め設
定した上限値を越えないよう制限している。
トルク信号Ｔｐに基づいて第１目標補助トルクを決定
し、第１目標補助トルク信号２１１ａを生成して出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクの
絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、第１目標補助トルクをゼロにする。第１目標補助ト
ルク決定部２１１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越
えており、かつ、予め設定したしきい値よりも小さい場
合は、操舵トルクに低利得で比例した第１目標補助トル
クを出力する。第１目標補助トルク決定部２１１は、操
舵トルクが予め設定したしきい値を越えていれば、操舵
トルクに高利得で比例した第１目標補助トルクを出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクが
大きくなっても、出力する第１目標補助トルクが予め設
定した上限値を越えないよう制限している。
【００１０】操舵トルク微分部２１２は、操舵トルク信
号Ｔｐの単位時間当りの変化量を求め、求めた変化量を
操舵トルク微分値信号２１２ａとして出力する。
号Ｔｐの単位時間当りの変化量を求め、求めた変化量を
操舵トルク微分値信号２１２ａとして出力する。
【００１１】第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵
トルク微分値信号２１２ａに基づいて第２目標補助トル
クを決定し、第２目標補助トルク信号２１３ａを出力す
る。第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵トルク微
分値が大きくなっても、出力する第２目標補助トルクが
予め設定した上限値を越えないよう制限している。
トルク微分値信号２１２ａに基づいて第２目標補助トル
クを決定し、第２目標補助トルク信号２１３ａを出力す
る。第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵トルク微
分値が大きくなっても、出力する第２目標補助トルクが
予め設定した上限値を越えないよう制限している。
【００１２】加算部２１４は、第１目標補助トルク信号
２１１ａと第２目標補助トルク信号２１３ａとを加算
し、加算出力を目標補助トルク信号２１４ａとして出力
する。
２１１ａと第２目標補助トルク信号２１３ａとを加算
し、加算出力を目標補助トルク信号２１４ａとして出力
する。
【００１３】電動機駆動部２０２は、目標補助トルク信
号２１４ａと、電動機１０に実際に流れる電流を検出す
る電流検出部（図示しない）から供給される電動機電流
信号ＩＭとの偏差を求め、求めた偏差がゼロになるよう
に電動機駆動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０か
ら目標とする補助トルクが供給されるように電動機１０
を駆動する。
号２１４ａと、電動機１０に実際に流れる電流を検出す
る電流検出部（図示しない）から供給される電動機電流
信号ＩＭとの偏差を求め、求めた偏差がゼロになるよう
に電動機駆動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０か
ら目標とする補助トルクが供給されるように電動機１０
を駆動する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図２に示した従来の制
御装置２０Ａでは、操舵トルク信号Ｔｐを入力とし、電
動機駆動信号２０ａまたは電動機１０から供給される操
舵補助トルクを出力とした際の入出力特性のゲイン（操
舵補助系のゲイン）を調節することで、さらに、図３に
示した従来の他の制御装置２０Ｂでは、操舵トルクの変
化分に応じて入出力特性のゲイン（操舵補助系のゲイ
ン）調節を付加することで、応答性の改善を図ってい
る。しかしながら、操舵補助系のゲインを必要以上に高
く設定すると操舵補助系の動作が不安定になる。また、
電動機の慣性能率や減速機構における摩擦等の影響によ
って十分な応答性（即応性）を得るのが困難であった。
このため、電動パワーステアリング装置を装備しても、
マニュアルステアリングと同等以上の操舵感（応答性）
を得ることが困難であった。
御装置２０Ａでは、操舵トルク信号Ｔｐを入力とし、電
動機駆動信号２０ａまたは電動機１０から供給される操
舵補助トルクを出力とした際の入出力特性のゲイン（操
舵補助系のゲイン）を調節することで、さらに、図３に
示した従来の他の制御装置２０Ｂでは、操舵トルクの変
化分に応じて入出力特性のゲイン（操舵補助系のゲイ
ン）調節を付加することで、応答性の改善を図ってい
る。しかしながら、操舵補助系のゲインを必要以上に高
く設定すると操舵補助系の動作が不安定になる。また、
電動機の慣性能率や減速機構における摩擦等の影響によ
って十分な応答性（即応性）を得るのが困難であった。
このため、電動パワーステアリング装置を装備しても、
マニュアルステアリングと同等以上の操舵感（応答性）
を得ることが困難であった。
【００１５】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、マニュアルステアリングと同等以上の
操舵感（応答性）を得ることのできる電動パワーステア
リング装置を提供することを目的とする。
なされたもので、マニュアルステアリングと同等以上の
操舵感（応答性）を得ることのできる電動パワーステア
リング装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、ステア
リング系に補助トルクを付加する電動機と、ステアリン
グ系に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部
と、操舵トルクの微分値を得る操舵トルク微分部と、電
動機の速度を検出する電動機速度検出部と、少なくとも
操舵トルクと操舵トルクの微分値と電動機の速度とに基
づいて目標電動機電流を設定する目標電流設定部と、電
動機に実際に流れる電流を検出する電流検出部と、目標
電動機電流と実際に流れる電流との偏差を求める偏差演
算部と、偏差に基づいて電動機を駆動する電動機駆動部
とからなる電動パワーステアリング装置において、操舵
トルク微分信号の比例ゲインをＫＴＤとし、操舵トルク
信号の比例ゲインをＫＴＴとし、電動機の慣性能率をＪ
Ｍとし、電動機駆動部の比例ゲインをＫＰとし、電動機
速度信号の比例ゲインをＫＴＲとし、電動機の逆起電圧
定数をＫＥとしたときに、操舵トルク信号と電動機の速
度との入出力特性が位相進みとなるように、操舵トルク
微分信号の比例ゲインＫＴＤと操舵トルク信号の比例ゲ
インＫＴＴとの比が、以下の関係式を満足するように設
定したことを特徴とする。 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ＫＴは電動機のトル
ク定数
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステア
リング系に補助トルクを付加する電動機と、ステアリン
グ系に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部
と、操舵トルクの微分値を得る操舵トルク微分部と、電
動機の速度を検出する電動機速度検出部と、少なくとも
操舵トルクと操舵トルクの微分値と電動機の速度とに基
づいて目標電動機電流を設定する目標電流設定部と、電
動機に実際に流れる電流を検出する電流検出部と、目標
電動機電流と実際に流れる電流との偏差を求める偏差演
算部と、偏差に基づいて電動機を駆動する電動機駆動部
とからなる電動パワーステアリング装置において、操舵
トルク微分信号の比例ゲインをＫＴＤとし、操舵トルク
信号の比例ゲインをＫＴＴとし、電動機の慣性能率をＪ
Ｍとし、電動機駆動部の比例ゲインをＫＰとし、電動機
速度信号の比例ゲインをＫＴＲとし、電動機の逆起電圧
定数をＫＥとしたときに、操舵トルク信号と電動機の速
度との入出力特性が位相進みとなるように、操舵トルク
微分信号の比例ゲインＫＴＤと操舵トルク信号の比例ゲ
インＫＴＴとの比が、以下の関係式を満足するように設
定したことを特徴とする。 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ＫＴは電動機のトル
ク定数
【００１７】操舵トルク微分信号の比例ゲインＫＴＤと
操舵トルク信号の比例ゲインＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／
ＫＴＴ＞ＪＭ／α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）の関係を満足
させるよう各係数を設定することで、操舵トルク信号と
電動機の速度との入出力特性を位相進みとすることがで
き、手動操舵と同等以上の応答性を有する操舵補助トル
ク制御ができる。
操舵トルク信号の比例ゲインＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／
ＫＴＴ＞ＪＭ／α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）の関係を満足
させるよう各係数を設定することで、操舵トルク信号と
電動機の速度との入出力特性を位相進みとすることがで
き、手動操舵と同等以上の応答性を有する操舵補助トル
ク制御ができる。
【００１８】
【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。電動パワーステアリング装置
の構造は、図１に示したものと基本的に同じであり、そ
の構造ならびに動作については前述した通りである。
図面に基づいて説明する。電動パワーステアリング装置
の構造は、図１に示したものと基本的に同じであり、そ
の構造ならびに動作については前述した通りである。
【００１９】図４はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の操舵補助トルク制御系の構成図である。図４
は操舵補助トルク制御系を制御論的見地から表現したも
のである。制御対象２１は、電動機１０と電動機駆動部
２０２とに対応するものである。操舵トルクＴｐに応じ
た目標補助トルク値２２ａを出力する主制御値設定部２
２は、目標補助トルク設定部２０１，２０２に対応する
ものである。
ング装置の操舵補助トルク制御系の構成図である。図４
は操舵補助トルク制御系を制御論的見地から表現したも
のである。制御対象２１は、電動機１０と電動機駆動部
２０２とに対応するものである。操舵トルクＴｐに応じ
た目標補助トルク値２２ａを出力する主制御値設定部２
２は、目標補助トルク設定部２０１，２０２に対応する
ものである。
【００２０】操舵トルクＴｐに対してその微分値ｄＴｐ
を出力する操舵トルク微分部２３と、操舵トルク微分値
ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ（ＫＴＤ・Ｔｐ・ｓ）
を出力する微分補正値設定部２４とは、操舵補助トルク
制御系の応答性を高めるためのフィードフォワード制御
部（Ｆ／Ｆ部）２５として見なせる。
を出力する操舵トルク微分部２３と、操舵トルク微分値
ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ（ＫＴＤ・Ｔｐ・ｓ）
を出力する微分補正値設定部２４とは、操舵補助トルク
制御系の応答性を高めるためのフィードフォワード制御
部（Ｆ／Ｆ部）２５として見なせる。
【００２１】操舵速検出値ｄθに応じた操舵速補正値２
６ａを出力する操舵速補正値設定部２６は、操舵補助ト
ルク制御系の安定性を高めるためのフィードバック制御
部（Ｆ／Ｂ部）２７と見なせる。
６ａを出力する操舵速補正値設定部２６は、操舵補助ト
ルク制御系の安定性を高めるためのフィードバック制御
部（Ｆ／Ｂ部）２７と見なせる。
【００２２】操舵トルクＴｐに応じた駆動電流値２２ａ
と操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた目標値補正成分２４
ａとが加算部２８で加算補正され、加算補正値２８ａに
対して減算部２９で操舵速検出値ｄθに応じた目標値補
正成分２６ａが減算補正されて目標値ＩＴが生成され
る。この目標値ＩＴに基づいて制御対象２１の制御がな
される。
と操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた目標値補正成分２４
ａとが加算部２８で加算補正され、加算補正値２８ａに
対して減算部２９で操舵速検出値ｄθに応じた目標値補
正成分２６ａが減算補正されて目標値ＩＴが生成され
る。この目標値ＩＴに基づいて制御対象２１の制御がな
される。
【００２３】主制御値設定部２２のゲインＫＴＴと、フ
ィードフォーワード制御部２５のゲインＫＴＤ、フィー
ドバック制御部２７のゲインＫＴＲを、以下に述べる条
件で設定すれば、制御系全体が望ましい入出力特性をも
つようにすることができる。
ィードフォーワード制御部２５のゲインＫＴＤ、フィー
ドバック制御部２７のゲインＫＴＲを、以下に述べる条
件で設定すれば、制御系全体が望ましい入出力特性をも
つようにすることができる。
【００２４】図５は制御対象の詳細構成図である。制御
対象２１は、目標値ＩＴと電動機１０に実際に流れる電
動機電流ＩＭとの偏差ｅを出力する偏差演算部３１と、
偏差ｅに応じ駆動電圧ＶＭを電動機１０へ供給する駆動
部３２と、駆動部３２から供給された駆動電圧ＶＭから
電動機１０の逆起電圧ＶＲを減じて電動機１０に実際に
供給される電圧を出力する逆起電圧減算部３３と、電動
機１０に実際に供給された電圧（実効駆動電圧）に基づ
いて電動機電流ＩＭを発生させる電動機電流発生部３４
と、電動機電流ＩＭに基づいて補助トルク（電動機出力
トルク）ＴＭを発生する補助トルク発生部３５と、補助
トルクＴＭに応じた回動速度ｄθの回動出力を発生する
回動駆動部３６と、回動速度ｄθに応じた逆起電圧を発
生する逆起電圧発生部３７とから構成されているものと
して考えることができる。
対象２１は、目標値ＩＴと電動機１０に実際に流れる電
動機電流ＩＭとの偏差ｅを出力する偏差演算部３１と、
偏差ｅに応じ駆動電圧ＶＭを電動機１０へ供給する駆動
部３２と、駆動部３２から供給された駆動電圧ＶＭから
電動機１０の逆起電圧ＶＲを減じて電動機１０に実際に
供給される電圧を出力する逆起電圧減算部３３と、電動
機１０に実際に供給された電圧（実効駆動電圧）に基づ
いて電動機電流ＩＭを発生させる電動機電流発生部３４
と、電動機電流ＩＭに基づいて補助トルク（電動機出力
トルク）ＴＭを発生する補助トルク発生部３５と、補助
トルクＴＭに応じた回動速度ｄθの回動出力を発生する
回動駆動部３６と、回動速度ｄθに応じた逆起電圧を発
生する逆起電圧発生部３７とから構成されているものと
して考えることができる。
【００２５】図５中に示した記号は、次のように定義さ
れる。 ＪＭ ：電動機の慣性能率 Ｒ ：電動機の端子間抵抗（巻線抵抗） ＫＴ ：電動機のトルク定数 ＫＥ ：電動機の逆起電圧定数 ＫＰ ：電動機駆動部の比例ゲイン
れる。 ＪＭ ：電動機の慣性能率 Ｒ ：電動機の端子間抵抗（巻線抵抗） ＫＴ ：電動機のトルク定数 ＫＥ ：電動機の逆起電圧定数 ＫＰ ：電動機駆動部の比例ゲイン
【００２６】なお、図５において、偏差出力ｅに応じて
電動機１０へ駆動電圧を供給する駆動部３２は、偏差出
力ｅに比例した駆動電圧を主として供給する構成（比例
制御）を想定したもので、偏差に基づく微分項や偏差に
基づく積分項に基づく微分制御や積分制御については割
愛している。また、回動駆動部３６は、電動機１０の粘
性項を無視して考えている。さらに、回動速度ｄθは厳
密には電動機１０の回動出力の回動速度であるが、操舵
回転速度で代用することも可能である。
電動機１０へ駆動電圧を供給する駆動部３２は、偏差出
力ｅに比例した駆動電圧を主として供給する構成（比例
制御）を想定したもので、偏差に基づく微分項や偏差に
基づく積分項に基づく微分制御や積分制御については割
愛している。また、回動駆動部３６は、電動機１０の粘
性項を無視して考えている。さらに、回動速度ｄθは厳
密には電動機１０の回動出力の回動速度であるが、操舵
回転速度で代用することも可能である。
【００２７】図５に示した制御対象２１を等価変換する
と、制御対象２１の伝達関数Ｇｐ（ｓ）は数１で表わさ
れる。
と、制御対象２１の伝達関数Ｇｐ（ｓ）は数１で表わさ
れる。
【００２８】
【数１】Ｇｐ（ｓ）＝α・ＫＰ／（ＪＭ・ｓ＋αＫＥ） ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ｓはラプラス演算子
【００２９】これを代入して整理すると、図４に示した
操舵補助トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は数２で表わ
される。
操舵補助トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は数２で表わ
される。
【００３０】
【数２】Ｇ（ｓ）＝α・ＫＰ（ＫＴＤ・ｓ＋ＫＴＴ）／
｛ＪＭ・ｓ＋α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
｛ＪＭ・ｓ＋α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
【００３１】したがって、例えば条件式が数３を満足す
るように、フィードバック制御部のゲインＫＴＤ，フィ
ードバック制御部のゲインＫＴＲを定めれば、操舵補助
トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は定数ｋなる直列ゲイ
ン要素と同じ入出力特性をもつことになる。その結果、
手動操舵系と同等の応答性をもつ操舵力補助系が得られ
る。
るように、フィードバック制御部のゲインＫＴＤ，フィ
ードバック制御部のゲインＫＴＲを定めれば、操舵補助
トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は定数ｋなる直列ゲイ
ン要素と同じ入出力特性をもつことになる。その結果、
手動操舵系と同等の応答性をもつ操舵力補助系が得られ
る。
【００３２】
【数３】α・ＫＰ・ＫＴＤ＝ｋ・ＪＭ ＫＰ・ＫＴＴ＝ｋ（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ） ただし、ｋは定数
【００３３】図１に示したラック＆ピニオン機構５等を
収納したステアリング・ギアボックスやタイロッド８や
前輪９等の機械系によって構成される手動操舵トルク発
生機構の操舵入力に対する応答遅れを考慮して、数２で
表わされる伝達関数Ｇ（ｓ）が、位相進み要素と同等の
入出力特性となるよう、フィードバック制御部のゲイン
ＫＴＤ，フィードバック制御部のゲインＫＴＲを設定し
て数４に表わす関係式を満足させると、図６に示すよう
に、手動操舵系よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系
が得られることになる。
収納したステアリング・ギアボックスやタイロッド８や
前輪９等の機械系によって構成される手動操舵トルク発
生機構の操舵入力に対する応答遅れを考慮して、数２で
表わされる伝達関数Ｇ（ｓ）が、位相進み要素と同等の
入出力特性となるよう、フィードバック制御部のゲイン
ＫＴＤ，フィードバック制御部のゲインＫＴＲを設定し
て数４に表わす関係式を満足させると、図６に示すよう
に、手動操舵系よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系
が得られることになる。
【００３４】
【数４】 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
【００３５】一般的に伝達関数Ｇ（Ｓ）＝（Ｔ２・ｓ＋
１）／（Ｔ１・ｓ＋１）において、Ｔ２＞Ｔ１にすると
位相進みになる。従って数２で、 Ｔ１＝ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ Ｔ２＝ＫＴＤ／ＫＴＴとし、 Ｔ２＞Ｔ１にするには、 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ となって数４の関係式を満足する。
１）／（Ｔ１・ｓ＋１）において、Ｔ２＞Ｔ１にすると
位相進みになる。従って数２で、 Ｔ１＝ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ Ｔ２＝ＫＴＤ／ＫＴＴとし、 Ｔ２＞Ｔ１にするには、 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ となって数４の関係式を満足する。
【００３６】図６はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入
出力特性の周波数特性図である。図６（ａ）は制御利得
（ゲイン）の周波数特性、図６（ｂ）は位相の周波数特
性を示す。点線は制御対象の周波数特性を、実線はこの
発明に係る操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の周
波数特性を示す。この発明に係る操舵力補助系は、通常
操舵領域での制御利得（ゲイン）を大ききし、さらに、
進み位相とすることができる。これにより、手動操舵系
よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系が得られる。
ング装置の操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入
出力特性の周波数特性図である。図６（ａ）は制御利得
（ゲイン）の周波数特性、図６（ｂ）は位相の周波数特
性を示す。点線は制御対象の周波数特性を、実線はこの
発明に係る操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の周
波数特性を示す。この発明に係る操舵力補助系は、通常
操舵領域での制御利得（ゲイン）を大ききし、さらに、
進み位相とすることができる。これにより、手動操舵系
よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系が得られる。
【００３７】
【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、操舵トルクに対応する値に
対して、操舵トルクの直流に近い成分ならびに高周波成
分を除いた操舵トルク成分に対する微分値に応じた値を
加算し、さらに、操舵回転速度に対応する値を減算補正
した得た値に基づいて電動機から供給する操舵補助トル
クを制御する構成としたので、操舵補助系の応答性を改
善しつつ、例えば２〜４ヘルツ程度の低い周波数帯域に
おいて制御系の利得が過剰に上昇するのを抑制すること
ができる。
パワーステアリング装置は、操舵トルクに対応する値に
対して、操舵トルクの直流に近い成分ならびに高周波成
分を除いた操舵トルク成分に対する微分値に応じた値を
加算し、さらに、操舵回転速度に対応する値を減算補正
した得た値に基づいて電動機から供給する操舵補助トル
クを制御する構成としたので、操舵補助系の応答性を改
善しつつ、例えば２〜４ヘルツ程度の低い周波数帯域に
おいて制御系の利得が過剰に上昇するのを抑制すること
ができる。
【００３８】よって、不整路にあってもハンドル（ステ
アリングホイール）がふらつきにくく、良好な直進性が
得られる。さらに、操舵トルクが小さい状態でも、滑ら
かな操作性と適切な保舵感が得られる。
アリングホイール）がふらつきにくく、良好な直進性が
得られる。さらに、操舵トルクが小さい状態でも、滑ら
かな操作性と適切な保舵感が得られる。
【図１】電動パワーステアリング装置の模式構造図
【図２】従来の制御装置のブロック構成図
【図３】従来の他の制御装置のブロック構成図
【図４】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
操舵補助トルク制御系の構成図
操舵補助トルク制御系の構成図
【図５】制御対象の詳細構成図
【図６】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入出力特性の
周波数特性図
操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入出力特性の
周波数特性図
１…電動パワーステアリング装置、１０…電動機、１８
…操舵トルク検出部、２０…制御装置、２１…制御対
象、２２…主制御値設定部、２３…操舵トルク微分部、
２４…微分補正値設定部、２６…操舵速補正値設定部、
２８…加算部、２９…減算部、３１…偏差演算部、３２
…駆動部（電動機駆動部）。
…操舵トルク検出部、２０…制御装置、２１…制御対
象、２２…主制御値設定部、２３…操舵トルク微分部、
２４…微分補正値設定部、２６…操舵速補正値設定部、
２８…加算部、２９…減算部、３１…偏差演算部、３２
…駆動部（電動機駆動部）。
【手続補正書】
【提出日】平成９年４月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 電動パワーステアリング装置
【特許請求の範囲】
【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
ステアリング系に直接作用させて、運転者の操舵力を軽
減する電動パワーステアリング装置に関するものであ
る。
ステアリング系に直接作用させて、運転者の操舵力を軽
減する電動パワーステアリング装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図１は電動パワーステアリング装置の模
式構造図である。電動パワーステアリング装置１は、ス
テアリング系に電動機１０を備え、電動機１０から供給
する動力を制御装置２０を用いて制御することによっ
て、運転者の操舵力を軽減している。
式構造図である。電動パワーステアリング装置１は、ス
テアリング系に電動機１０を備え、電動機１０から供給
する動力を制御装置２０を用いて制御することによっ
て、運転者の操舵力を軽減している。
【０００３】ステアリング・ホイール（ハンドル）２に
一体的に設けられたステアリング軸３は、自在継ぎ手４
ａ，４ｂを有する連結軸４を介してラック＆ピニオン機
構５のピニオン６へ連結される。ラック軸７はピニオン
６と噛合するラック歯７ａを備える。ラック＆ピニオン
機構５は、ピニオン６の回動をラック７の軸方向への往
復運動へ変換する。ラック軸７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。ハン
ドル２を操舵すると、ラック＆ピニオン機構５ならびに
タイロッド８を介して前輪９が揺動される。これらの構
成によって手動操作による車両の向きを変えることがで
きる。
一体的に設けられたステアリング軸３は、自在継ぎ手４
ａ，４ｂを有する連結軸４を介してラック＆ピニオン機
構５のピニオン６へ連結される。ラック軸７はピニオン
６と噛合するラック歯７ａを備える。ラック＆ピニオン
機構５は、ピニオン６の回動をラック７の軸方向への往
復運動へ変換する。ラック軸７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。ハン
ドル２を操舵すると、ラック＆ピニオン機構５ならびに
タイロッド８を介して前輪９が揺動される。これらの構
成によって手動操作による車両の向きを変えることがで
きる。
【０００４】手動操作による操舵力を軽減するために、
アシストトルク（操舵補助トルク）を供給する電動機１
０をラック軸７と同軸的に配置し、電動機１０の回動出
力をボールねじ機構１１を介して推力に変換してラック
軸７に作用させている。ボールねじ機構１１は、電動機
１０のロータに連結されたナット１２と、ラック軸７に
形成されたねじ軸７ｂとから構成される。ナット１２の
回動力は、ねじ軸７ｂによってラック軸７の軸方向への
推力へ変換される。電動機１０で発生させたアシストト
ルクをラック軸７への推力へ変換して伝達することで、
手動操舵力を軽減させている。
アシストトルク（操舵補助トルク）を供給する電動機１
０をラック軸７と同軸的に配置し、電動機１０の回動出
力をボールねじ機構１１を介して推力に変換してラック
軸７に作用させている。ボールねじ機構１１は、電動機
１０のロータに連結されたナット１２と、ラック軸７に
形成されたねじ軸７ｂとから構成される。ナット１２の
回動力は、ねじ軸７ｂによってラック軸７の軸方向への
推力へ変換される。電動機１０で発生させたアシストト
ルクをラック軸７への推力へ変換して伝達することで、
手動操舵力を軽減させている。
【０００５】操舵トルク検出部（操舵トルクセンサ）１
８によってピニオン６に作用する手動操舵トルクＴｓを
検出し、検出した操舵トルクＴｓに係る操舵トルク信号
Ｔｐを制御装置２０へ供給している。制御装置２０は、
操舵トルク信号Ｔｐに基づいて電動機駆動信号２０ａを
出力して電動機１０の出力パワー（操舵補助トルク）を
制御する。
８によってピニオン６に作用する手動操舵トルクＴｓを
検出し、検出した操舵トルクＴｓに係る操舵トルク信号
Ｔｐを制御装置２０へ供給している。制御装置２０は、
操舵トルク信号Ｔｐに基づいて電動機駆動信号２０ａを
出力して電動機１０の出力パワー（操舵補助トルク）を
制御する。
【０００６】図２は従来の制御装置のブロック構成図で
ある。従来の制御装置２０Ａは、目標補助トルク決定部
２０１と、電動機駆動部２０２とを備える。目標補助ト
ルク決定部２０１は、操舵トルク信号Ｔｐに基づいて目
標補助トルクを決定し、目標補助トルク信号２０１ａを
出力する。目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルク
の絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、目標補助トルクをゼロにする。目標補助トルク決定
部２０１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越えていれ
ば、操舵トルクに比例した目標補助トルクを出力する。
目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルクが大きくな
っても、出力する目標補助トルクが予め設定した上限値
を越えないよう制限している。
ある。従来の制御装置２０Ａは、目標補助トルク決定部
２０１と、電動機駆動部２０２とを備える。目標補助ト
ルク決定部２０１は、操舵トルク信号Ｔｐに基づいて目
標補助トルクを決定し、目標補助トルク信号２０１ａを
出力する。目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルク
の絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、目標補助トルクをゼロにする。目標補助トルク決定
部２０１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越えていれ
ば、操舵トルクに比例した目標補助トルクを出力する。
目標補助トルク決定部２０１は、操舵トルクが大きくな
っても、出力する目標補助トルクが予め設定した上限値
を越えないよう制限している。
【０００７】電動機駆動部２０２は、目標補助トルク決
定部２０１から供給される目標補助トルク信号２０１ａ
と、電動機１０に実際に流れる電流を検出する電流検出
部（図示しない）から供給される電動機電流信号ＩＭと
の偏差を求め、求めた偏差がゼロになるように電動機駆
動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０から目標とす
る補助トルクが供給されるように電動機１０を駆動す
る。
定部２０１から供給される目標補助トルク信号２０１ａ
と、電動機１０に実際に流れる電流を検出する電流検出
部（図示しない）から供給される電動機電流信号ＩＭと
の偏差を求め、求めた偏差がゼロになるように電動機駆
動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０から目標とす
る補助トルクが供給されるように電動機１０を駆動す
る。
【０００８】図３は従来の他の制御装置のブロック構成
図である。従来の他の制御装置２０Ｂは、第１目標補助
トルク決定部２１１と、操舵トルク微分部２１２と、第
２目標補助トルク決定部２１３と、加算部２１４と、電
動機駆動部２０２を備える。
図である。従来の他の制御装置２０Ｂは、第１目標補助
トルク決定部２１１と、操舵トルク微分部２１２と、第
２目標補助トルク決定部２１３と、加算部２１４と、電
動機駆動部２０２を備える。
【０００９】第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵
トルク信号Ｔｐに基づいて第１目標補助トルクを決定
し、第１目標補助トルク信号２１１ａを生成して出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクの
絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、第１目標補助トルクをゼロにする。第１目標補助ト
ルク決定部２１１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越
えており、かつ、予め設定したしきい値よりも小さい場
合は、操舵トルクに低利得で比例した第１目標補助トル
クを出力する。第１目標補助トルク決定部２１１は、操
舵トルクが予め設定したしきい値を越えていれば、操舵
トルクに高利得で比例した第１目標補助トルクを出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクが
大きくなっても、出力する第１目標補助トルクが予め設
定した上限値を越えないよう制限している。
トルク信号Ｔｐに基づいて第１目標補助トルクを決定
し、第１目標補助トルク信号２１１ａを生成して出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクの
絶対値が予め設定した不感帯しきい値よりも小さけれ
ば、第１目標補助トルクをゼロにする。第１目標補助ト
ルク決定部２１１は、操舵トルクが不感帯しきい値を越
えており、かつ、予め設定したしきい値よりも小さい場
合は、操舵トルクに低利得で比例した第１目標補助トル
クを出力する。第１目標補助トルク決定部２１１は、操
舵トルクが予め設定したしきい値を越えていれば、操舵
トルクに高利得で比例した第１目標補助トルクを出力す
る。第１目標補助トルク決定部２１１は、操舵トルクが
大きくなっても、出力する第１目標補助トルクが予め設
定した上限値を越えないよう制限している。
【００１０】操舵トルク微分部２１２は、操舵トルク信
号Ｔｐの単位時間当りの変化量を求め、求めた変化量を
操舵トルク微分値信号２１２ａとして出力する。
号Ｔｐの単位時間当りの変化量を求め、求めた変化量を
操舵トルク微分値信号２１２ａとして出力する。
【００１１】第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵
トルク微分値信号２１２ａに基づいて第２目標補助トル
クを決定し、第２目標補助トルク信号２１３ａを出力す
る。第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵トルク微
分値が大きくなっても、出力する第２目標補助トルクが
予め設定した上限値を越えないよう制限している。
トルク微分値信号２１２ａに基づいて第２目標補助トル
クを決定し、第２目標補助トルク信号２１３ａを出力す
る。第２目標補助トルク決定部２１３は、操舵トルク微
分値が大きくなっても、出力する第２目標補助トルクが
予め設定した上限値を越えないよう制限している。
【００１２】加算部２１４は、第１目標補助トルク信号
２１１ａと第２目標補助トルク信号２１３ａとを加算
し、加算出力を目標補助トルク信号２１４ａとして出力
する。
２１１ａと第２目標補助トルク信号２１３ａとを加算
し、加算出力を目標補助トルク信号２１４ａとして出力
する。
【００１３】電動機駆動部２０２は、目標補助トルク信
号２１４ａと、電動機１０に実際に流れる電流を検出す
る電流検出部（図示しない）から供給される電動機電流
信号ＩＭとの偏差を求め、求めた偏差がゼロになるよう
に電動機駆動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０か
ら目標とする補助トルクが供給されるように電動機１０
を駆動する。
号２１４ａと、電動機１０に実際に流れる電流を検出す
る電流検出部（図示しない）から供給される電動機電流
信号ＩＭとの偏差を求め、求めた偏差がゼロになるよう
に電動機駆動信号２０ａを生成・出力し、電動機１０か
ら目標とする補助トルクが供給されるように電動機１０
を駆動する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図２に示した従来の制
御装置２０Ａでは、操舵トルク信号Ｔｐを入力とし、電
動機駆動信号２０ａまたは電動機１０から供給される操
舵補助トルクを出力とした際の入出力特性のゲイン（操
舵補助系のゲイン）を調節することで、さらに、図３に
示した従来の他の制御装置２０Ｂでは、操舵トルクの変
化分に応じて入出力特性のゲイン（操舵補助系のゲイ
ン）調節を付加することで、応答性の改善を図ってい
る。しかしながら、操舵補助系のゲインを必要以上に高
く設定すると操舵補助系の動作が不安定になる。また、
電動機の慣性能率や減速機構における摩擦等の影響によ
って十分な応答性（即応性）を得るのが困難であった。
このため、電動パワーステアリング装置を装備しても、
マニュアルステアリングと同等以上の操舵感（応答性）
を得ることが困難であった。
御装置２０Ａでは、操舵トルク信号Ｔｐを入力とし、電
動機駆動信号２０ａまたは電動機１０から供給される操
舵補助トルクを出力とした際の入出力特性のゲイン（操
舵補助系のゲイン）を調節することで、さらに、図３に
示した従来の他の制御装置２０Ｂでは、操舵トルクの変
化分に応じて入出力特性のゲイン（操舵補助系のゲイ
ン）調節を付加することで、応答性の改善を図ってい
る。しかしながら、操舵補助系のゲインを必要以上に高
く設定すると操舵補助系の動作が不安定になる。また、
電動機の慣性能率や減速機構における摩擦等の影響によ
って十分な応答性（即応性）を得るのが困難であった。
このため、電動パワーステアリング装置を装備しても、
マニュアルステアリングと同等以上の操舵感（応答性）
を得ることが困難であった。
【００１５】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、マニュアルステアリングと同等以上の
操舵感（応答性）を得ることのできる電動パワーステア
リング装置を提供することを目的とする。
なされたもので、マニュアルステアリングと同等以上の
操舵感（応答性）を得ることのできる電動パワーステア
リング装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、ステア
リング系に補助トルクを付加する電動機と、ステアリン
グ系に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部
と、操舵トルクの微分値を得る操舵トルク微分部と、電
動機の速度を検出する電動機速度検出部と、少なくとも
操舵トルクと操舵トルクの微分値と電動機の速度とに基
づいて目標電動機電流を設定する目標電流設定部と、電
動機に実際に流れる電流を検出する電流検出部と、目標
電動機電流と実際に流れる電流との偏差を求める偏差演
算部と、偏差に基づいて電動機を駆動する電動機駆動部
とからなる電動パワーステアリング装置において、操舵
トルク微分信号の比例ゲインをＫＴＤとし、操舵トルク
信号の比例ゲインをＫＴＴとし、電動機の慣性能率をＪ
Ｍとし、電動機駆動部の比例ゲインをＫＰとし、電動機
速度信号の比例ゲインをＫＴＲとし、電動機の逆起電圧
定数をＫＥとしたときに、操舵トルク信号と電動機の速
度との入出力特性が位相進みとなるように、操舵トルク
微分信号の比例ゲインＫＴＤと操舵トルク信号の比例ゲ
インＫＴＴとの比が、以下の関係式を満足するように設
定したことを特徴とする。 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ＫＴは電動機のトル
ク定数
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステア
リング系に補助トルクを付加する電動機と、ステアリン
グ系に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出部
と、操舵トルクの微分値を得る操舵トルク微分部と、電
動機の速度を検出する電動機速度検出部と、少なくとも
操舵トルクと操舵トルクの微分値と電動機の速度とに基
づいて目標電動機電流を設定する目標電流設定部と、電
動機に実際に流れる電流を検出する電流検出部と、目標
電動機電流と実際に流れる電流との偏差を求める偏差演
算部と、偏差に基づいて電動機を駆動する電動機駆動部
とからなる電動パワーステアリング装置において、操舵
トルク微分信号の比例ゲインをＫＴＤとし、操舵トルク
信号の比例ゲインをＫＴＴとし、電動機の慣性能率をＪ
Ｍとし、電動機駆動部の比例ゲインをＫＰとし、電動機
速度信号の比例ゲインをＫＴＲとし、電動機の逆起電圧
定数をＫＥとしたときに、操舵トルク信号と電動機の速
度との入出力特性が位相進みとなるように、操舵トルク
微分信号の比例ゲインＫＴＤと操舵トルク信号の比例ゲ
インＫＴＴとの比が、以下の関係式を満足するように設
定したことを特徴とする。 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ＫＴは電動機のトル
ク定数
【００１７】操舵トルク微分信号の比例ゲインＫＴＤと
操舵トルク信号の比例ゲインＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／
ＫＴＴ＞ＪＭ／α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）の関係を満足
させるよう各係数を設定することで、操舵トルク信号と
電動機の速度との入出力特性を位相進みとすることがで
き、手動操舵と同等以上の応答性を有する操舵補助トル
ク制御ができる。
操舵トルク信号の比例ゲインＫＴＴとの比が、ＫＴＤ／
ＫＴＴ＞ＪＭ／α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）の関係を満足
させるよう各係数を設定することで、操舵トルク信号と
電動機の速度との入出力特性を位相進みとすることがで
き、手動操舵と同等以上の応答性を有する操舵補助トル
ク制御ができる。
【００１８】
【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。電動パワーステアリング装置
の構造は、図１に示したものと基本的に同じであり、そ
の構造ならびに動作については前述した通りである。
図面に基づいて説明する。電動パワーステアリング装置
の構造は、図１に示したものと基本的に同じであり、そ
の構造ならびに動作については前述した通りである。
【００１９】図４はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の操舵補助トルク制御系の構成図である。図４
は操舵補助トルク制御系を制御論的見地から表現したも
のである。制御対象２１は、電動機１０と電動機駆動部
２０２とに対応するものである。操舵トルクＴｐに応じ
た目標補助トルク値２２ａを出力する主制御値設定部２
２は、目標補助トルク設定部２０１，２０２に対応する
ものである。
ング装置の操舵補助トルク制御系の構成図である。図４
は操舵補助トルク制御系を制御論的見地から表現したも
のである。制御対象２１は、電動機１０と電動機駆動部
２０２とに対応するものである。操舵トルクＴｐに応じ
た目標補助トルク値２２ａを出力する主制御値設定部２
２は、目標補助トルク設定部２０１，２０２に対応する
ものである。
【００２０】操舵トルクＴｐに対してその微分値ｄＴｐ
を出力する操舵トルク微分部２３と、操舵トルク微分値
ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ（ＫＴＤ・Ｔｐ・ｓ）
を出力する微分補正値設定部２４とは、操舵補助トルク
制御系の応答性を高めるためのフィードフォワード制御
部（Ｆ／Ｆ部）２５として見なせる。
を出力する操舵トルク微分部２３と、操舵トルク微分値
ｄＴｐに応じた微分補正値２４ａ（ＫＴＤ・Ｔｐ・ｓ）
を出力する微分補正値設定部２４とは、操舵補助トルク
制御系の応答性を高めるためのフィードフォワード制御
部（Ｆ／Ｆ部）２５として見なせる。
【００２１】操舵速検出値ｄθに応じた操舵速補正値２
６ａを出力する操舵速補正値設定部２６は、操舵補助ト
ルク制御系の安定性を高めるためのフィードバック制御
部（Ｆ／Ｂ部）２７と見なせる。
６ａを出力する操舵速補正値設定部２６は、操舵補助ト
ルク制御系の安定性を高めるためのフィードバック制御
部（Ｆ／Ｂ部）２７と見なせる。
【００２２】操舵トルクＴｐに応じた駆動電流値２２ａ
と操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた目標値補正成分２４
ａとが加算部２８で加算補正され、加算補正値２８ａに
対して減算部２９で操舵速検出値ｄθに応じた目標値補
正成分２６ａが減算補正されて目標値ＩＴが生成され
る。この目標値ＩＴに基づいて制御対象２１の制御がな
される。
と操舵トルク微分値ｄＴｐに応じた目標値補正成分２４
ａとが加算部２８で加算補正され、加算補正値２８ａに
対して減算部２９で操舵速検出値ｄθに応じた目標値補
正成分２６ａが減算補正されて目標値ＩＴが生成され
る。この目標値ＩＴに基づいて制御対象２１の制御がな
される。
【００２３】主制御値設定部２２のゲインＫＴＴと、フ
ィードフォーワード制御部２５のゲインＫＴＤ、フィー
ドバック制御部２７のゲインＫＴＲを、以下に述べる条
件で設定すれば、制御系全体が望ましい入出力特性をも
つようにすることができる。
ィードフォーワード制御部２５のゲインＫＴＤ、フィー
ドバック制御部２７のゲインＫＴＲを、以下に述べる条
件で設定すれば、制御系全体が望ましい入出力特性をも
つようにすることができる。
【００２４】図５は制御対象の詳細構成図である。制御
対象２１は、目標値ＩＴと電動機１０に実際に流れる電
動機電流ＩＭとの偏差ｅを出力する偏差演算部３１と、
偏差ｅに応じ駆動電圧ＶＭを電動機１０へ供給する駆動
部３２と、駆動部３２から供給された駆動電圧ＶＭから
電動機１０の逆起電圧ＶＲを減じて電動機１０に実際に
供給される電圧を出力する逆起電圧減算部３３と、電動
機１０に実際に供給された電圧（実効駆動電圧）に基づ
いて電動機電流ＩＭを発生させる電動機電流発生部３４
と、電動機電流ＩＭに基づいて補助トルク（電動機出力
トルク）ＴＭを発生する補助トルク発生部３５と、補助
トルクＴＭに応じた回動速度ｄθの回動出力を発生する
回動駆動部３６と、回動速度ｄθに応じた逆起電圧を発
生する逆起電圧発生部３７とから構成されているものと
して考えることができる。
対象２１は、目標値ＩＴと電動機１０に実際に流れる電
動機電流ＩＭとの偏差ｅを出力する偏差演算部３１と、
偏差ｅに応じ駆動電圧ＶＭを電動機１０へ供給する駆動
部３２と、駆動部３２から供給された駆動電圧ＶＭから
電動機１０の逆起電圧ＶＲを減じて電動機１０に実際に
供給される電圧を出力する逆起電圧減算部３３と、電動
機１０に実際に供給された電圧（実効駆動電圧）に基づ
いて電動機電流ＩＭを発生させる電動機電流発生部３４
と、電動機電流ＩＭに基づいて補助トルク（電動機出力
トルク）ＴＭを発生する補助トルク発生部３５と、補助
トルクＴＭに応じた回動速度ｄθの回動出力を発生する
回動駆動部３６と、回動速度ｄθに応じた逆起電圧を発
生する逆起電圧発生部３７とから構成されているものと
して考えることができる。
【００２５】図５中に示した記号は、次のように定義さ
れる。 ＪＭ ：電動機の慣性能率 Ｒ ：電動機の端子間抵抗（巻線抵抗） ＫＴ ：電動機のトルク定数 ＫＥ ：電動機の逆起電圧定数 ＫＰ ：電動機駆動部の比例ゲイン
れる。 ＪＭ ：電動機の慣性能率 Ｒ ：電動機の端子間抵抗（巻線抵抗） ＫＴ ：電動機のトルク定数 ＫＥ ：電動機の逆起電圧定数 ＫＰ ：電動機駆動部の比例ゲイン
【００２６】なお、図５において、偏差出力ｅに応じて
電動機１０へ駆動電圧を供給する駆動部３２は、偏差出
力ｅに比例した駆動電圧を主として供給する構成（比例
制御）を想定したもので、偏差に基づく微分項や偏差に
基づく積分項に基づく微分制御や積分制御については割
愛している。また、回動駆動部３６は、電動機１０の粘
性項を無視して考えている。さらに、回動速度ｄθは厳
密には電動機１０の回動出力の回動速度であるが、操舵
回転速度で代用することも可能である。
電動機１０へ駆動電圧を供給する駆動部３２は、偏差出
力ｅに比例した駆動電圧を主として供給する構成（比例
制御）を想定したもので、偏差に基づく微分項や偏差に
基づく積分項に基づく微分制御や積分制御については割
愛している。また、回動駆動部３６は、電動機１０の粘
性項を無視して考えている。さらに、回動速度ｄθは厳
密には電動機１０の回動出力の回動速度であるが、操舵
回転速度で代用することも可能である。
【００２７】図５に示した制御対象２１を等価変換する
と、制御対象２１の伝達関数Ｇｐ（ｓ）は数１で表わさ
れる。
と、制御対象２１の伝達関数Ｇｐ（ｓ）は数１で表わさ
れる。
【００２８】
【数１】Ｇｐ（ｓ）＝α・ＫＰ／（ＪＭ・ｓ＋αＫＥ） ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ｓはラプラス演算子
【００２９】これを代入して整理すると、図４に示した
操舵補助トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は数２で表わ
される。
操舵補助トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は数２で表わ
される。
【００３０】
【数２】Ｇ（ｓ）＝α・ＫＰ（ＫＴＤ・ｓ＋ＫＴＴ）／
｛ＪＭ・ｓ＋α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
｛ＪＭ・ｓ＋α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
【００３１】したがって、例えば条件式が数３を満足す
るように、フィードバック制御部のゲインＫＴＤ，フィ
ードバック制御部のゲインＫＴＲを定めれば、操舵補助
トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は定数ｋなる直列ゲイ
ン要素と同じ入出力特性をもつことになる。その結果、
手動操舵系と同等の応答性をもつ操舵力補助系が得られ
る。
るように、フィードバック制御部のゲインＫＴＤ，フィ
ードバック制御部のゲインＫＴＲを定めれば、操舵補助
トルク制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）は定数ｋなる直列ゲイ
ン要素と同じ入出力特性をもつことになる。その結果、
手動操舵系と同等の応答性をもつ操舵力補助系が得られ
る。
【００３２】
【数３】α・ＫＰ・ＫＴＤ＝ｋ・ＪＭ ＫＰ・ＫＴＴ＝ｋ（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ） ただし、ｋは定数
【００３３】図１に示したラック＆ピニオン機構５等を
収納したステアリング・ギアボックスやタイロッド８や
前輪９等の機械系によって構成される手動操舵トルク発
生機構の操舵入力に対する応答遅れを考慮して、数２で
表わされる伝達関数Ｇ（ｓ）が、位相進み要素と同等の
入出力特性となるよう、フィードバック制御部のゲイン
ＫＴＤ，フィードバック制御部のゲインＫＴＲを設定し
て数４に表わす関係式を満足させると、図６に示すよう
に、手動操舵系よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系
が得られることになる。
収納したステアリング・ギアボックスやタイロッド８や
前輪９等の機械系によって構成される手動操舵トルク発
生機構の操舵入力に対する応答遅れを考慮して、数２で
表わされる伝達関数Ｇ（ｓ）が、位相進み要素と同等の
入出力特性となるよう、フィードバック制御部のゲイン
ＫＴＤ，フィードバック制御部のゲインＫＴＲを設定し
て数４に表わす関係式を満足させると、図６に示すよう
に、手動操舵系よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系
が得られることになる。
【００３４】
【数４】 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝
【００３５】一般的に伝達関数Ｇ（Ｓ）＝（Ｔ２・ｓ＋
１）／（Ｔ１・ｓ＋１）において、Ｔ２＞Ｔ１にすると
位相進みになる。従って数２で、 Ｔ１＝ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ Ｔ２＝ＫＴＤ／ＫＴＴとし、 Ｔ２＞Ｔ１にするには、 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ となって数４の関係式を満足する。
１）／（Ｔ１・ｓ＋１）において、Ｔ２＞Ｔ１にすると
位相進みになる。従って数２で、 Ｔ１＝ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ Ｔ２＝ＫＴＤ／ＫＴＴとし、 Ｔ２＞Ｔ１にするには、 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ・ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ となって数４の関係式を満足する。
【００３６】図６はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入
出力特性の周波数特性図である。図６（ａ）は制御利得
（ゲイン）の周波数特性、図６（ｂ）は位相の周波数特
性を示す。点線は制御対象の周波数特性を、実線はこの
発明に係る操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の周
波数特性を示す。この発明に係る操舵力補助系は、通常
操舵領域での制御利得（ゲイン）を大ききし、さらに、
進み位相とすることができる。これにより、手動操舵系
よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系が得られる。
ング装置の操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入
出力特性の周波数特性図である。図６（ａ）は制御利得
（ゲイン）の周波数特性、図６（ｂ）は位相の周波数特
性を示す。点線は制御対象の周波数特性を、実線はこの
発明に係る操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の周
波数特性を示す。この発明に係る操舵力補助系は、通常
操舵領域での制御利得（ゲイン）を大ききし、さらに、
進み位相とすることができる。これにより、手動操舵系
よりも良好な応答性をもつ操舵力補助系が得られる。
【００３７】
【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、操舵トルクに対応する値に
対して、操舵トルクの直流に近い成分ならびに高周波成
分を除いた操舵トルク成分に対する微分値に応じた値を
加算し、さらに、操舵回転速度に対応する値を減算補正
した得た値に基づいて電動機から供給する操舵補助トル
クを制御する構成とし、操舵トルク信号と電動機の速度
との入出力特性が位相進みとなるように、伝達関数の係
数が数４を満足するよう設定したので、操舵補助系の応
答性を大幅に改善して手動操舵系よりも良好な応答性を
有する操舵特性を実現することができる。
パワーステアリング装置は、操舵トルクに対応する値に
対して、操舵トルクの直流に近い成分ならびに高周波成
分を除いた操舵トルク成分に対する微分値に応じた値を
加算し、さらに、操舵回転速度に対応する値を減算補正
した得た値に基づいて電動機から供給する操舵補助トル
クを制御する構成とし、操舵トルク信号と電動機の速度
との入出力特性が位相進みとなるように、伝達関数の係
数が数４を満足するよう設定したので、操舵補助系の応
答性を大幅に改善して手動操舵系よりも良好な応答性を
有する操舵特性を実現することができる。
【００３８】よって、操舵トルク信号と電動機の速度と
の入出力特性が位相進みとなるよう伝達関数の係数を設
定するだけの単純な構成で、マニュアルステアリングと
同等以上の操舵感（応答性）を得ることのできる電動パ
ワーステアリング装置を提供することができる。
の入出力特性が位相進みとなるよう伝達関数の係数を設
定するだけの単純な構成で、マニュアルステアリングと
同等以上の操舵感（応答性）を得ることのできる電動パ
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】電動パワーステアリング装置の模式構造図
【図２】従来の制御装置のブロック構成図
【図３】従来の他の制御装置のブロック構成図
【図４】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
操舵補助トルク制御系の構成図
操舵補助トルク制御系の構成図
【図５】制御対象の詳細構成図
【図６】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入出力特性の
周波数特性図
操舵力補助系（補助操舵トルク制御系）の入出力特性の
周波数特性図
【符号の説明】 １…電動パワーステアリング装置、１０…電動機、１８
…操舵トルク検出部、２０…制御装置、２１…制御対
象、２２…主制御値設定部、２３…操舵トルク微分部、
２４…微分補正値設定部、２６…操舵速補正値設定部、
２８…加算部、２９…減算部、３１…偏差演算部、３２
…駆動部（電動機駆動部）。
…操舵トルク検出部、２０…制御装置、２１…制御対
象、２２…主制御値設定部、２３…操舵トルク微分部、
２４…微分補正値設定部、２６…操舵速補正値設定部、
２８…加算部、２９…減算部、３１…偏差演算部、３２
…駆動部（電動機駆動部）。
Claims (1)
- 【請求項１】 ステアリング系に補助トルクを付加する
電動機と、 前記ステアリング系に作用する操舵トルクを検出する操
舵トルク検出部と、 操舵トルクの微分値を得る操舵トルク微分部と、 前記電動機の速度を検出する電動機速度検出部と、 少なくとも操舵トルクと操舵トルクの微分値と電動機の
速度とに基づいて目標電動機電流を設定する目標電流設
定部と、 前記電動機に実際に流れる電流を検出する電流検出部
と、 目標電動機電流と実際に流れる電流との偏差を求める偏
差演算部と、 偏差に基づいて電動機を駆動する電動機駆動部と、から
なる電動パワーステアリング装置において、 操舵トルク微分信号の比例ゲインをＫＴＤとし、 操舵トルク信号の比例ゲインをＫＴＴとし、 電動機の慣性能率をＪＭとし、 電動機駆動部の比例ゲインをＫＰとし、 電動機速度信号の比例ゲインをＫＴＲとし、 電動機の逆起電圧定数をＫＥとしたときに、 操舵トルク信号と電動機の速度との入出力特性が位相進
みとなるように、 操舵トルク微分信号の比例ゲインＫＴＤと操舵トルク信
号の比例ゲインＫＴＴとの比が、以下の関係式を満足す
るように設定したことを特徴とする電動パワーステアリ
ング装置。 ＫＴＤ／ＫＴＴ＞ＪＭ／｛α（ＫＰ×ＫＴＲ＋ＫＥ）｝ ただし、α＝ＫＴ／（Ｒ＋ＫＰ）、ＫＴは電動機のトル
ク定数
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9089786A JP3058323B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 電動パワーステアリング装置 |
| US09/056,730 US5992557A (en) | 1997-04-08 | 1998-04-07 | Electric power steering apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9089786A JP3058323B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10278815A true JPH10278815A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3058323B2 JP3058323B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=13980374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9089786A Expired - Fee Related JP3058323B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 電動パワーステアリング装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5992557A (ja) |
| JP (1) | JP3058323B2 (ja) |
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- 1997-04-08 JP JP9089786A patent/JP3058323B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-04-07 US US09/056,730 patent/US5992557A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
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| US5992557A (en) | 1999-11-30 |
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