JPH11105729A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステアリングホイールの切り増し時に反力感
が失われることを防止することができるステアリング装
置を提供する。 【解決手段】 ステアリング装置１は、ステアリングホ
イール１１の回転により発生する操舵トルクを検出する
トルクセンサ１２と、操舵トルクに応じて操舵補助力を
発生させる手段（１３、１４）と、操舵トルクの微分値
から低周波成分を除去する手段（１３０）と、低周波成
分が除去された操舵トルクの微分値に応じて操舵補助力
を補正する手段（１３０）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリング装置
に関し、特に、ステアリングホイールの回転により発生
する操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させるステア
リング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動式パワーステアリング装置
は、ステアリングホイールの回転により発生する操舵ト
ルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクに応じて電
動モータに対する指令電流を生成する制御部と、指令電
流に応じて回転する電動モータとを有している。電動モ
ータの回転により操舵補助力が発生する。

【０００３】また、操舵トルクの微分値を用いてトルク
センサの出力値を補正する慣性補償機能を有する電動式
パワーステアリング装置が知られている。そのような電
動式パワーステアリング装置は、例えば、特開昭６１−
９８６７２号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した慣性補償機能
を有する電動式パワーステアリング装置では、ステアリ
ングホイールの切り込み時に操舵トルクの変化に応答し
て速やかにアシストトルクが立ち上がるため、電動モー
タの起動および停止が速やかに行われる。これにより、
ステアリングホイールの切り込み時に電動モータの摩擦
や慣性による応答遅れを低減することができる。

【０００５】しかし、ステアリングホイールの切り込み
時に慣性補償効果を十分に得るためにトルクセンサの微
分値のゲインを高くすると、ステアリングホイールの切
り増し時には、その慣性補償効果によってアシストトル
クが過剰に発生し、運転者が期待するよりもステアリン
グホイールが軽く周りすぎる（すなわち、ステアリング
ホイールの切り増し時に反力感が失われる）という課題
があった。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、ステアリングホイールの切り込み時には電動モ
ータの摩擦や慣性による応答遅れを低減することがで
き、かつ、ステアリングホイールの切り増し時には反力
感が失われることを防止することができるステアリング
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のステアリング装
置は、ステアリングホイールの回転により発生する操舵
トルクを検出する手段と、該操舵トルクに応じて操舵補
助力を発生させる手段と、該操舵トルクの微分値から低
周波成分を除去する手段と、該低周波成分が除去された
該操舵トルクの微分値に応じて操舵補助力を補正する手
段とを備えており、これにより、上記目的が達成され
る。

【０００８】本発明の他のステアリング装置は、ステア
リングホイールの回転により発生する操舵トルクを検出
する手段と、該操舵トルクに応じて操舵補助力を発生さ
せる手段と、ステアリング操舵加速度を検出する手段
と、該ステアリング操舵加速度の微分値から低周波成分
を除去する手段と、該低周波成分が除去された該ステア
リング操舵加速度の微分値に応じて操舵補助力を補正す
る手段とを備えており、これにより、上記目的が達成さ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００１０】図１は、本発明の実施の形態のステアリン
グ装置１の構成を示す。

【００１１】ステアリング装置１は、ステアリングホイ
ール１１を支持するステアリング軸１０を有している。
ステアリング軸１０は、ステアリングホイール１１側に
連結される入力軸１０ａと、操舵輪（図示せず）側に連
結される出力軸１０ｂとを含んでいる。入力軸１０ａと
出力軸１０ｂとは、トーションバー（図示せず）によっ
て所定の角度範囲内で相対的に回動変位可能なように連
結されている。

【００１２】トルクセンサ１２は、ステアリングホイー
ル１１の回転により発生する操舵トルクＴ^〜を検出す
る。操舵トルクＴ^〜は、例えば、入力軸１０ａと出力軸
１０ｂの相対的な回動変位を検出することによって検出
することが可能である。トルクセンサ１２の出力は、電
子制御装置（以下、ＥＣＵという）１３に供給される。

【００１３】ＥＣＵ１３は、トルクセンサ１２によって
検出された操舵トルクＴ^〜に応じて、モータ１４に電流
Ｉを供給する。モータ１４は、電流Ｉに応じて駆動さ
れ、ピニオンギヤ１６とリングギヤ１７とを介して出力
軸１０ｂにアシストトルクを与える。ピニオンギヤ１６
は、モータ１４の回転軸に装着されている。リングギヤ
１７は、出力軸１０ｂに装着されている。ピニオンギヤ
１６とリングギヤ１７とは、互いに噛み合っている。

【００１４】このように、モータ１４は、操舵トルクＴ
^〜に応じて操舵補助力を発生するように回転される。ま
た、モータ１４は、モータ回転角θ_mを検出し、ＥＣＵ
１３に出力する。

【００１５】入力角センサ１８は、入力軸１０ａの回転
に応じた入力角（ステアリング操舵角）θ_hを検出す
る。入力角センサ１８の出力は、ＥＣＵ１３に供給され
る。

【００１６】出力角センサ１９は、出力軸１０ｂの回転
に応じた出力角（ピニオン軸角）θ_pを検出する。出力
角センサ１９の出力は、ＥＣＵ１３に供給される。

【００１７】操舵輪転舵機構２０は、出力軸１０ｂの回
転を操舵輪（図示せず）が接続された軸方向の運動に変
換する。出力軸１０ｂの回転に従って、操舵輪転舵機構
２０の変位部材が左右にシフトすることにより、操舵輪
が転舵される。

【００１８】図２は、ＥＣＵ１３の構成を示す。ＥＣＵ
１３は、位相補償器１１０と、基本アシストゲイン部１
２０と、慣性補償制御部１３０と、戻し制御部１４０
と、収れん制御部１５０と、電流制御駆動回路１６０
と、ステアリング操舵角速度検出部１７０とを含んでい
る。

【００１９】以下、上述した構成を有するＥＣＵ１３の
動作を説明する。本明細書では、「Ｘ^・」という表記は
「Ｘ」の上に・を付した表記と同義であり、Ｘの微分を
表すと定義する。ここで、Ｘは任意の記号である。ま
た、「Ｘ^ABC」という表記は「Ｘ」の上にＡ、Ｂ、Ｃを
この順番でＸに近い方から付した表記と同義であると定
義する。ここで、Ｘ、Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも任意の記号
であり、ＢおよびＣは省略可能である。

【００２０】位相補償器１１０は、トルクセンサ１２か
ら出力される操舵トルクＴ^〜に対して位相補償処理を行
うことにより、操舵トルクＴ^〜の位相を進める。位相補
償器１１０の出力は、位相補償後の操舵トルクＴ^〜〜と
して基本アシストゲイン部１２０と慣性補償制御部１３
０とに供給される。

【００２１】基本アシストゲイン部１２０は、操舵トル
クＴ^〜〜に基本アシストゲインＫ_Bを乗算し、その結果
Ｋ_B・Ｔ^〜〜を出力する。基本アシストゲインＫ_Bは、操
舵トルクＴ^〜〜と車速センサ２１から出力される車速Ｖ
とに応じて決定される。

【００２２】慣性補償制御部１３０は、操舵トルクの微
分値Ｔ^〜〜・から低周波成分を除去することによって、
慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜を生成する。すなわち、
Ｉ_i ^〜は、（数１）によって表される。

【００２３】

【数１】Ｉ_i ^〜＝Ｋ_d1・Ｔ^〜〜・− Ｋ_d2・Ｔ^〜〜・ _L＝
（Ｋ_d1−Ｋ_d2Ｌ（ｓ））Ｔ^〜〜・ ここで、Ｋ_d1およびＫ_d2は微分ゲインを示し、Ｌ（ｓ）
はローパスフィルタ１３３のラプラス変換表現を示し、
Ｔ^〜〜・ _Lは操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・をローパスフィ
ルタ１３３によって処理した結果を示す。

【００２４】慣性補償制御部１３０は、図２に示される
ように、微分器１３１と、微分ゲイン部１３２と、ロー
パスフィルタ１３３と、微分ゲイン部１３４とを含んで
いる。微分器１３１は、操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・を
出力する。微分ゲイン部１３２は、操舵トルクの微分値
Ｔ^〜〜・に微分ゲインＫ_d1を乗算し、その結果Ｋ_d1・Ｔ
^〜〜・を出力する。ローパスフィルタ１３３は、操舵ト
ルクの微分値Ｔ^〜〜・に対してローパスフィルタ処理を
施し、その結果Ｔ^〜〜・ _L（＝Ｌ（ｓ）Ｔ^〜〜・）を出力
する。微分ゲイン部１３４は、ローパスフィルタ１３３
の出力Ｔ^〜〜・ _Lに微分ゲインＫ_d2を乗算し、その結果Ｋ
_d2・Ｔ^〜〜・ _L（＝Ｋ_d2Ｌ（ｓ）Ｔ^〜〜・）を出力する。

【００２５】さらに、微分ゲイン部１３２の出力から微
分ゲイン部１３４の出力が減算される。このようにし
て、（数１）に示される慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜
が慣性補償制御部１３０から出力される。

【００２６】基本アシストゲイン部１２０の出力と慣性
補償制御部１３０の出力とを加算することにより、基本
アシスト電流目標値Ｉ_B ^〜が得られる。すなわち、Ｉ_B ^〜
は、（数２）によって表現される。

【００２７】

【数２】Ｉ_B ^〜＝Ｋ_B・Ｔ^〜〜＋Ｉ_i ^〜 戻し制御部１４０は、入力角センサ１８から出力される
ステアリング操舵角θ_hと車速センサ２１から出力され
る車速Ｖとに応じて、戻し制御電流目標値Ｉ_R ^〜を生成
する。

【００２８】収れん制御部１５０は、ステアリング操舵
角速度検出部１７０から出力されるステアリング操舵角
速度θ_h ^・と車速センサ２１から出力される車速Ｖとに応
じて、収れん制御電流目標値Ｉ_D ^〜を生成する。ステア
リング操舵角速度θ_h ^・は、例えば、入力角センサ１８の
出力を微分器によって一階微分することによって得られ
る。

【００２９】基本アシスト電流目標値Ｉ_B ^〜と戻し制御
電流目標値Ｉ_R ^〜と収れん制御電流目標値Ｉ_D ^〜とを加算
することにより、電流目標値Ｉ^〜が得られる。すなわ
ち、Ｉ^〜は、（数３）によって表現される。

【００３０】

【数３】Ｉ^〜＝Ｉ_B ^〜＋Ｉ_R ^〜＋Ｉ_D ^〜 電流制御駆動回路１６０は、モータ１４に流れる電流Ｉ
が電流目標値Ｉ^〜に近づくようにモータ１４を駆動す
る。

【００３１】図３は、ステアリングホイール１１の切り
込み時とステアリングホイール１１の切り増し時におけ
る慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜の変化を示す。本明細
書では、「ステアリングホイールの切り込み時」とはス
テアリングホイールを切り始めた場合における最初の所
定の時間をいい、「ステアリングホイールの切り増し
時」とはステアリングホイールの切り込み時に続く所定
の時間をいうと定義する。

【００３２】また、本明細書では、すべての値はステア
リングホイール１１を右に切る場合を正とする。説明も
ステアリングホイール１１を右に切る場合を前提として
いる。ステアリングホイール１１を左に切る場合には、
符号を反転させればよい。

【００３３】図３に示されるように、ステアリングホイ
ール１１の切り増し時には、慣性補償制御電流目標値Ｉ
_i ^〜は、微分ゲイン部１３２の出力Ｋ_d1・Ｔ^〜〜・より小
さくなっている。従って、微分ゲイン部１３２の出力Ｋ
_d1・Ｔ^〜〜・を慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜として出力
する場合に比べて、操舵補助力が抑制される。これによ
り、ステアリングホイール１１の切り増し時に反力感が
失われることを防止することができる。一方、ステアリ
ングホイール１１の切り込み時には、慣性補償制御電流
目標値Ｉ_i ^〜の立ち上がりは、微分ゲイン部１３２の出
力Ｋ_d1・Ｔ^〜〜・の立ち上がりにほぼ等しい。これによ
り、ステアリングホイール１１の切り込み時にモータ１
４の摩擦や慣性による応答遅れを低減することができ
る。

【００３４】図３に示される慣性補償制御電流目標値Ｉ
_i ^〜の変化を実現するためには、ローパスフィルタ１３
３の特性を適切に決定する必要がある。以下、図４
（ａ）〜（ｃ）を参照して、ローパスフィルタ１３３の
特性について説明する。

【００３５】ステアリングホイール１１を一定の速度で
回転すると仮定する。すなわち、ステアリング操舵角速
度θ_h ^・が一定であると仮定する。

【００３６】図４（ａ）は、ステアリング操舵角θ_hと
モータ回転角θ_mの変化を示す。図４（ａ）に示される
ように、モータ１４等の摩擦や慣性によってモータ回転
角θ_mはステアリング操舵角θ_hより若干遅れて立ち上が
る。その後、時刻Ｓでモータ１４の追従遅れはほぼ解消
され、ステアリング操舵角θ_hの傾きとモータ回転角θ_m
の傾きとがほぼ等しくなる。

【００３７】図４（ｂ）は、操舵トルクの微分値Ｔ
^〜〜・と操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・に対してローパスフ
ィルタ処理を施した結果Ｔ^〜〜・ _Lの変化を示す。ローパ
スフィルタ１３３の特性は、Ｔ^〜〜・ _Lの変化のピークが
時刻Ｓまたは時刻Ｓ以降の時刻（例えば、時刻Ｅ）とな
るように決定される。これにより、図３に示される慣性
補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜の変化を実現することができ
る。なお、ローパスフィルタ１３３は、ノイズ除去を目
的としたｋＨｚオーダのローパスフィルタとは異なり、
数１０Ｈｚ以下の非常に低い周波数を通過させる特性を
有していれば十分である。

【００３８】図４（ｃ）は、ステアリング操舵角速度θ
_h ^・とモータ回転角速度θ_m ^・の変化を示す。ステアリング
操舵角速度θ_h ^・とモータ回転角速度θ_m ^・とが等しくなる
時刻を時刻Ｓとすることによって、より正確に時刻Ｓを
検出することができる。

【００３９】なお、モータ回転角θ_mの代わりにピニオ
ン軸角θ_pを用いてローパスフィルタ１３３の特性を決
定してもよい。

【００４０】また、時刻Ｓの特定の際は、通常考えうる
ステアリング操舵角速度を考慮して行えばよく、最大を
考える際は、車両の操舵輪を浮かせた状態でステアリン
グホイール１１を定速で回転させる（あるいは、ステア
リング装置１単体の場合、無負荷でステアリングホイー
ル１１を定速で回転させる）ことにより、ステアリング
操舵角速度を測定すればよい。

【００４１】図５は、慣性補償制御部１３０の他の構成
を示す。慣性補償制御部１３０は、操舵トルクの微分値
Ｔ^〜〜・から低周波成分を除去することによって、慣性
補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜を生成する。すなわち、Ｉ_i ^〜
は、（数４）によって表される。

【００４２】

【数４】 Ｉ_i ^〜＝Ｋ_d1・Ｔ^〜〜・ _H＝Ｋ_d1・Ｈ（ｓ）Ｔ^〜〜・ ここで、Ｋ_d1は微分ゲインを示し、Ｈ（ｓ）はハイパス
フィルタ２３２のラプラス変換表現を示し、Ｔ^〜〜・ _Hは
操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・をハイパスフィルタ２３２
によって処理した結果を示す。

【００４３】慣性補償制御部１３０は、図５に示される
ように、微分器２３１と、ハイパスフィルタ２３２と、
微分ゲイン部２３３とを含んでいる。微分器２３１は、
操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・を出力する。ハイパスフィ
ルタ２３２は、操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・に対してハ
イパスフィルタ処理を施し、その結果Ｔ^〜〜・ _H（＝Ｈ
（ｓ）Ｔ^〜〜・）を出力する。微分ゲイン部２３３は、
ハイパスフィルタ２３２の出力Ｔ^〜〜・ _Hに微分ゲインＫ
_d1を乗算し、その結果Ｋ_d1・Ｔ^〜〜・ _H（＝Ｋ_d1・Ｈ
（ｓ）Ｔ^〜〜・）を出力する。

【００４４】このようにして、（数４）に示される慣性
補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜が慣性補償制御部１３０から
出力される。

【００４５】ステアリングホイール１１の切り込み時に
は操舵トルクＴ^〜〜の立ち上がりが大きいため操舵トル
クの微分値Ｔ^〜〜・の絶対値が大きい。このことは、操
舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・の高周波成分が大きいことを
意味する。一方、ステアリングホイール１１の切り増し
時には操舵トルクＴ^〜〜の変化が小さいため操舵トルク
の微分値Ｔ^〜〜・の絶対値が小さい。このことは、操舵
トルクの微分値Ｔ^〜〜・の低周波成分が大きいことを意
味する。従って、操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・の低周波
成分を除去することにより、ステアリングホイール１１
の切り込み時のみ電流目標値Ｉ_i ^〜を増加することがで
きる。

【００４６】図６は、慣性補償制御部１３０ａの構成を
示す。慣性補償制御部１３０ａは、図１に示される慣性
補償制御部１３０と同一の機能を果たし得る。従って、
慣性補償制御部１３０ａによっても慣性補償制御部１３
０と同一の効果が得られる。

【００４７】慣性補償制御部１３０ａは、操舵トルクの
微分値Ｔ^〜〜・から低周波成分を除去する代わりに、ス
テアリング操舵角加速度θ_h ^・・から低周波成分を除去す
ることによって、慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜を生成
する。すなわち、Ｉ_i ^〜は、（数５）によって表され
る。

【００４８】

【数５】Ｉ_i ^〜＝Ｋ_θ1・θ_h ^・・− Ｋ_θ2・θ_h ^・・ _L＝（Ｋ
_θ1−Ｋ_θ2Ｌ（ｓ））θ_h ^・・ ここで、Ｋ_θ1およびＫ_θ2はゲインを示し、Ｌ（ｓ）は
ローパスフィルタ３３３のラプラス変換表現を示し、θ
_h ^・・ _Lはステアリング操舵角加速度θ_h ^・・をローパスフィ
ルタ３３３によって処理した結果を示す。

【００４９】慣性補償制御部１３０ａの構成は、ステア
リング操舵角加速度検出部３３１を除いて、慣性補償制
御部１３０の構成と同様である。

【００５０】ステアリング操舵角加速度検出部３３１
は、ステアリング操舵角加速度θ_h ^・・を出力する。ステ
アリング操舵角加速度θ_h ^・・は、例えば、入力角センサ
１８の出力を微分器によって二階微分することによって
得られる。あるいは、タコジェネレータによって検出さ
れたステアリング操舵角速度θ_h ^・を微分器によって一階
微分することにより、ステアリング操舵角加速度θ_h ^・・
を得ることにしてもよい。

【００５１】なお、ステアリング操舵角加速度θ_h ^・・の
代わりにモータ回転角加速度θ_m ^・・を用いてもよく、ピ
ニオン角加速度θ_p ^・・を用いてもよい。

【００５２】図７は、慣性補償制御部１３０ａの他の構
成を示す。慣性補償制御部１３０ａは、ステアリング操
舵角加速度θ_h ^・・から低周波成分を除去することによっ
て、慣性補償制御電流目標値Ｉ_i ^〜を生成する。すなわ
ち、Ｉ_i ^〜は、（数６）によって表される。

【００５３】

【数６】 Ｉ_i ^〜＝Ｋ_θ1・θ_h ^・・ _H＝Ｋ_θ1・Ｈ（ｓ）θ_h ^・・ ここで、Ｋ_θ1はゲインを示し、Ｈ（ｓ）はハイパスフ
ィルタ４３２のラプラス変換表現を示し、θ_h ^・・ _Hはステ
アリング操舵角加速度θ_h ^・・をハイパスフィルタ４３２
によって処理した結果を示す。

【００５４】慣性補償制御部１３０ａの構成は、ステア
リング操舵角加速度検出部４３１を除いて、慣性補償制
御部１３０の構成と同様である。ステアリング操舵角加
速度検出部４３１は、ステアリング操舵角加速度θ_h ^・・
を出力する。

【００５５】なお、ステアリング操舵角加速度θ_h ^・・の
代わりにモータ回転角加速度θ_m ^・・を用いてもよく、ピ
ニオン角加速度θ_p ^・・を用いてもよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明のステアリング装置によれば、低
周波成分が除去された操舵トルクの微分値に応じて操舵
補助力が補正される。これにより、ステアリングホイー
ルの切り込み時に応答遅れなく操舵補助力を発生させる
とともに、ステアリングホイールの切り増し時に操舵補
助力が過大に発生することを防止することができる。そ
の結果、ステアリングホイールの切り込み時には電動モ
ータの摩擦や慣性による応答遅れを低減することがで
き、かつ、ステアリングホイールの切り増し時には反力
感が失われることを防止することができる。

【００５７】本発明の他のステアリング装置によれば、
低周波成分が除去されたステアリング操舵加速度の微分
値に応じて操舵補助力が補正される。このような構成に
よっても上述した効果と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のステアリング装置１の構
成を示す図である。

【図２】ＥＣＵ１３の構成を示す図である。

【図３】ステアリングホイール１１の切り込み時とステ
アリングホイール１１の切り増し時における慣性補償制
御電流目標値Ｉ_i ^〜の変化を示す図である。

【図４】（ａ）はステアリング操舵角θ_hとモータ回転
角θ_mの変化を示す図、（ｂ）は操舵トルクの微分値Ｔ
^〜〜・と操舵トルクの微分値Ｔ^〜〜・に対してローパスフ
ィルタ処理を施した結果Ｔ^〜〜・ _Lの変化を示す図、
（ｃ）はステアリング操舵角速度θ_h ^・とモータ回転角速
度θ_m ^・の変化を示す図である。

【図５】慣性補償制御部１３０の他の構成を示す図であ
る。

【図６】慣性補償制御部１３０ａの構成を示す図であ
る。

【図７】慣性補償制御部１３０ａの他の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ステアリング装置 １０ ステアリング軸 １０ａ 入力軸 １０ｂ 出力軸 １１ ステアリングホイール １２ トルクセンサ １３ ＥＣＵ １４ モータ １６ ピニオンギヤ １７ リングギヤ １８ 入力角センサ １９ 出力角センサ ２０ 操舵輪転舵機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールの回転により発生
   する操舵トルクを検出する手段と、 該操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる手段と、 該操舵トルクの微分値から低周波成分を除去する手段
   と、 該低周波成分が除去された該操舵トルクの微分値に応じ
   て操舵補助力を補正する手段とを備えたステアリング装
   置。
2. 【請求項２】 ステアリングホイールの回転により発生
   する操舵トルクを検出する手段と、 該操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる手段と、 ステアリング操舵加速度を検出する手段と、 該ステアリング操舵加速度の微分値から低周波成分を除
   去する手段と、 該低周波成分が除去された該ステアリング操舵加速度の
   微分値に応じて操舵補助力を補正する手段とを備えたス
   テアリング装置。