JPH0471960A - 電動式パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電動式パワーステアリング装置の制御装置に関し、 操舵角に依存せずに電動機の駆動電流を制限しつる電動
式パワーステアリング装置の制御装置を提供することを
目的とし、 予め設定された目標操舵トルクと実際の操舵トルクとを
比較し、その比較偏差に応じてステアリング系の操舵ト
ルクに対応する助勢トルクを出力するよう前記ステアリ
ング系に連結された電動機の駆動電流を制御する制御系
を有する電動式パワーステアリング装置の制御装置にお
いて、前記電動機に与える駆動電流が予め定められた所
定の制限値を越え、かつ、前記ステアリング系の操舵速
度がゼロになったとき、前記駆動電流の値を制限する駆
動電流制限手段を備えるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電動式パワーステアリング装置の制御装置に
関する。

近年の自動車には、パワーステアリング装置（動力舵取
装置）が備えられているものが多い。

パワーステアリング装置には、助勢トルクの発生装置に
着目して、空気圧式、油圧式、電動式等がある。電動式
パワーステアリング装置は電動機から出力されるモータ
トルクによってステアリング系に働く操舵トルクを助勢
し、運転者のハンドル操作を補助するようにしたもので
ある。モータトルクの大きさは、ステアリング系の操舵
トルクの大きさに対応した値とする必要があり、フィー
ドバック制御により制御される。

〔従来の技術〕

従来一般に、電動式パワーステアリング装置の制御装置
としては、比例（Ｐ）動作、積分（１）動作および微分
（Ｄ）動作を併用した、いわゆるＰＩＤ制御方式が採用
されている。

操舵トルクの制御に際しては、予め設定された目標操舵
トルクと実際の操舵トルクとを比較し、実際の操舵トル
クが目標操舵トルクを上回るとき電動機のモータトルク
を大きくして操舵トルクを目標操舵トルクに近づけるよ
う修正制御し、逆に実際の操舵トルクが目標操舵トルク
を下回っているときには電動機のモータトルクを小さく
して操舵トルクを目標操舵トルクに近づけるように修正
制御する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の制御によれば、実際の操舵トルクか目標操舵
トルクを上回っている場合、制御装置は電動機のモータ
トルクを大きくするよう制御を行う。そのため、例えば
、車輪が路肩に突き当ったり、駐車場のストッパに当っ
たりした場合、実際の操舵トルクを検出するトルクセン
サからのフィードバック量が多くなるため、制御装置は
さらに電動機の駆動電流を増加させて助勢トルクを増す
よう制御を行うことになる。しかし、この場合の駆動電
流の供給は無駄である。

そのため、従来では、電動機の駆動電流を制限する方法
として、操舵角センサを用いて操舵ストッパ附近で助勢
量を減少させるようにした制御方法が知られている（特
開昭６１−１８４１７１号公報参照）。この制御方法は
、車輪がストッパに当たり、電動機による助勢が不要と
なったことを操舵角センサにより検出し、助勢量を減少
させる方法である。

しかし、この従来方法では、第一に、絶対角を検出する
ための操舵角センサを設ける必要があるので高価になる
こと、第二に、ストッパ以外の障害物、例えば路肩等に
車輪が当ってタイヤが動かない場合に有効に機能し得な
い、などの不具合を有している。

本発明の目的は、操舵角に依存せずに電動機の駆動電流
を制限しうる電動式パワーステアリング装置の制御装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、第１図に示すよ
うに、予め設定された目標操舵トルクＴ　と実際の操舵
トルクＴ、とを比較し、その比較偏差に応じてステアリ
ング系６０の操舵トルクＴ、に対応する助勢トルクＴ１
１１を出力するよう前記ステアリング系６０に連結され
た電動機６１の駆動電流Ｉ　を制御する制御系６２を有
する電動式パワーステアリング装置の制御装置において
、前記電動機６１に与える駆動電流Ｉ　が予め定められ
た所定の制限値を越え、かつ、前記ステアリング系６０
の操舵速度θＨがゼロになったとき、前記駆動電流■　
の値を制限する駆動電流制限手段６３を備えるよう構成
する。

〔作用〕

本発明によれば、駆動電流Ｉ　がある所定の制限値を越
え、かつ、操作速度がゼロになったことを検出し、この
とき駆動電流Ｉ　を制限する。このように、駆動電流■
　と操作速度を用いて電流制限を行うものであるため、
操舵角センサを用いることなく電流制限が可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

電動式パワーステアリング装置の概要 まず、先に第２図に電動式パワーステアリング装置の概
要を示す。ステアリング系において、ハンドル４０を回
動させることにより生じた操舵トルクＴｄはハンドル軸
４１、ユニバーサルジヨイント４７を介して舵取り歯車
機構４６に伝達される。操舵トルクＴ、は舵取り歯車機
構４６によりその作用方向が変換され、舵取りアーム４
４．４５を回動せしめてタイヤの方向転換を行わせる。

上記ステアリング系には、動力倍力装置となる電動機８
が電磁クラッチ９を介して連結されている。この電動機
８を制御するのが本発明に係る制御装置である。制御装
置は、コントローラー、トルクセンサ６、操舵角センサ
７により構成される。

コントローラーはパワーステアリング制御以外の制御も
行なうが、本発明は直接関係しないので説明は省略する
。コントローラーは発電機４およびバッテリー５から電
源の供給を受ける。トルクセンサ６は舵取り歯車機構４
６内に取付けられ、操舵トルクＴ、を出力する。操舵角
センサ７は舵取り歯車機構４６に取付けられピニオン角
θ１を出力する。操舵トルクＴ　１ピニオン角θ１はコ
ントローラ１に送られる。

なお、第２図において符号２はスイッチ、３はエンジン
３．３ａは車速センサ、４ａは発電機のＬ端子を示して
いる。

自動車の電子制御システムの概要 第３図に、自動車の電子制御システムの概要ブロック図
を示す。第２図と同一部分には同一の符号を附しである
。

第３図において、コントローラ１は信号処理部１１を基
本要素として構成され、車速センサ３ａ、発電機４、ト
ルクセンサ６、操舵角センサ７からの各信号を受け、所
定の信号処理を施したのち電磁クラッチ９、ウオーニン
グランプ１０、バッテリー５、電動機８の制御を行う。

第３図において、本発明と直接関係するブロックは大枠
で示しである。

すなわち、トルクセンサ６で検出された操舵トルクＴ、
はトルク電圧入力部１４を介してＡ／Ｄ変換部１６に入
力され、Ａ／Ｄ変換部１６においてディジタル信号に変
換されて信号処理部１１に送られる。操舵角センサ７で
検出されたピニオン角θ１は操舵角度・角速度入力部１
５において操舵角度および角速度（θ１の一回微分値）
θ１の算出に供され、Ａ／Ｄ変換部１６においてディジ
タル信号に変換されたのち信号処理部１１に送られる。

信号処理部１１は入力された操舵トルクＴｌｌ。

角速度θ１に基づいて、予め内蔵ＲＯＭ内に設定された
ＰＩＤ制御プログラムに従って制御演算を行ない、Ｐｌ
、Ｄ制御出力をＰＷＭ出力部２１に出力する。ＰＷＭ出
力部２１は信号処理部１１からのＰＬＤ制御出力をくぐ
ルス幅変調し、方向切換部２２を介してモータ駆動部３
１に与える。モータ駆動部３１は与えられた制御信号に
応じたモータ電流■　を電動機８に流し、そのモータト
ルりＴ　をコントロールする。モータ駆動部３１に加 は電流センサ３２が接続されており、電動機８に与える
モータ電流■　を検出する。検出されたモ−少電流Ｉ　
はＰＷＭ出力部２１およびＡ／Ｄ変換部１６にフィード
バックされ、ＰＷＭ出力部２１はフィードバックされた
モータ電流Ｉ　に応じた幅にＰＩＤ出力を変調する。こ
のようにして制御されたモータ電流■　が与えられる電
動機８はＰＩＤ出力に応じたモータトルクＴ　を発生し
、ｍ 操舵トルクＴｄを補助する。

制御ブロック 次に、本発明に係る制御装置の制御ブロックについて説
明する。

第４図は、ＰＩＤ制御方式による電動式パワーステアリ
ング装置の基本ブロックを示している。

この制御ブロックは、目標値発生手段５０、ＰＩＤ制御
手段５１（第１図、３００）、出力手段５２、モータ系
を含むステアリング系５４（第１図、１００）および駆
動電流制限手段５５（第１図、４００）のブロックに大
別される。このうち、目標値発生手段５０、ＰＩＤ制御
手段５１および出力手段５２はコントローラーに対応し
、モータ系およびステアリング系５４は制御対象に対応
する。さらに、目標値発生手段５０およびＰＩＩ）制御
手段５１は信号処理部１１においてＲ，０’Ｍに設定さ
れたプログラムにより実現されるブロックであり、出力
手段５２はＰＷＭ出力部２１、方向切換部２２、モータ
駆動部３１を含むブロックである。モータ系５３は電動
機８、電磁クラッチ９および舵取り歯車機構４６のトル
ク伝達要素を含み、ステアリング系５４はハンドル４０
〜ユニバーサルジヨイント４７のトルク伝達要素をも含
んでいる。

目標値発生手段５０のブロックは、目標操舵トルクＴＩ
を発生するためのブロックである。目標値発生手段５０
はステアリング系５４に生じる疑似反応Ｒに基づき関数
発生器ｆにより目標反力Ｒ１を生成する。一方、ステア
リング系５４からフィードバックされた角速度θＨに制
御係数Ｆ２をかけた値を生成し、この状態フィードバッ
ク値と目標反力Ｒ，とを加え合せて目標操舵トルクＴ　
を出力する。目標操舵トルクＴ、はＰＩＤ制御手段５１
に与えられる。

ＰＩＤ制御手段５１のブロックは、目標操舵トルクＴ　
とトルクセンサ６からの操舵トルクＴ４とを比較し、Ｐ
ＩＤ演算によりＰＩＤ出力出力発生するためのブロック
である。すなわち、■動作の伝達関数はに／Ｓ、Ｐ動作
の伝達関数はに２、Ｄ動作の伝達関数はＳＫ３で表わさ
れ、それぞれ加算されてＰＩＤ出力出力なる。ＰＩＤ出
力は出力手段５２に与えられる。

、出力手段５２のブロックでは、角速度θ１に制御係数
Ｈ２を乗算した値をＰＩＤ出力出力加え、さらにその加
算値に、モータ電流Ｉ　と制御係数用 Ｈ３との乗算値を加え、モータ駆動出力を算出する。モ
ータ駆動出力はモータ系に与えられる。

駆動電流制限手段５５は、モータ電流Ｉ　および角速度
θ□を入力とし、別途定められた電流制服値設定ロジッ
ク５６により電流制限値１１を算出し、その算出された
電流制限値Ｉ、をモータ電流Ｉ　に加えてた値にモータ
係数Ｍ２を乗じて制御指令Ｐ１を生成する。駆動電流制
限手段５５は切換スイッチ５７を有しており、車輪が何
らかの原因によりロックしたとき、目標操舵トルクＴ。

の供給を制御指令Ｐ１側に切換でＰＩＤ制御手段に供給
する。

以上の駆動電流制限手段５５における車輪のロック検出
方法、電流制限方法、電流制限の解除方法は次の通りで
ある。すなわち、第５図、第６図に、モータ電流１１制
御係数に１最大舵取り力を発揮しうるモータ電流ｌ　　
の変化時定数τのｍ！！ 関係を示す。まず、車輪のロック検出は、次の条件によ
り判別し、この条件が満たされたとき、駆動電流Ｉ　の
制限を開始する。

条件は ■　≧Ｉ　　かっθＨ＝。

ｌｌ１ｆｆｌｊｘ で示される。ここに、角速度θＨ−０は、ステアリング
系５４の動きが停止したことを意味し、第５図に示すよ
うに、モータ電流■　の上昇方向とθ、の変化方向が一
致する場合を前提とする。

次に、電流制限方法は、電流制限値Ｉｌが次式で示され
る値に達したとき電流制限を開始するものとする。

１　−　　　　　　　Ｘｌ、、、 １　＋　τ　Ｓ ここに、Ｓはプラス演算子である。最大電流値１　１制
御係数に１変化時定数τの具体的な数ｌｘ 値例を第６図に示す。

次に、電流制限の解除条件は、操舵トルクＴ。

が目標トルクＴ、を下回ったときとする。つまり、運転
者がハンドルを回す力を解放したときである。

次に、第５図に基づく第４図の制御動作を第３図のコン
トローラーにおける信号処理部１１により、内蔵プログ
ラムに従って行う例を、第７図〜第１０図を用いて説明
する。

第７図は制御動作の全体フローである。ステップ１００
において信号処理部１１がイニシャライズされ、各種デ
ータの転送、格納が可能な状態に立上げられる。ステッ
プ２００において、操舵トルクＴ　１駆動電流Ｉ　およ
び角速度θ１のデーｄ　　　　　　　　　　　　　　ｍ 夕が取込まれる。ステップ３００において、目標操舵ト
ルクＴ（の設定を行う。目標操舵トルクＴＩの設定は第
４図の目標値発生手段５０により行われる。次に、電動
機８の駆動電流Ｉ　の制限が必要な場合は、ステップ４
００において電流制限トリガルーチン４００（第８図）
の処理を行う。

電流制限トリガルーチン４００では、第８図に示すよう
に、ステップ４０１において電流制限条件の一つである
Ｉ　　＞１　　　の判断を行う。判断ｍ　　　　　　　
ＩｎＩ３ 結果がＮｏ（Ｉ＜Ｉ）の場合にはステップｍ　　　　　
　　　１１１２１ ４０７にジャンプし、処理を終了する。判断の結果、Ｙ
ＥＳ（Ｉ　　＞Ｉ　　　、第５図参照）のときｆｆｌ　
　　　　　　　ｍａ！ には、ステップ４０２に進み、駆動電流■　の変化方向
と、角速度θ１の変化方向とが同じか否か（ＳＡＭＥ＝
１）および角速度θＨ＝０になったか否か、が判断され
る。その判断の結果、Ｎｏであれば、ステップ４０４に
進み、Ｔ　×θＨ＞Ｏを判断する。ステップ４０４にお
いて、判断がＹＥＳであるということは、駆動電流ｌ　
および角速度θ８の変化方向が一致していることを意味
し、ステップ４０５においてフラグＳＡＭＥ＝１′を立
てたのち、ステップ４０７に進んで終了する。

一方、ステップ４０４の判断がＮＯであるということは
、駆動電流Ｉ　または角速度θ１の変化力向が負である
ことを意味し、両者の変化方向が一致していないことに
なるので、ステップ４０６においてフラグＳＡＭＥ＝Ｏ
をセットしたのち、ステップ４０７に進んで終了する。

ステップ４０２に戻って、判断結果がＹＥＳであれば、
電流制限条件、すなわち、Ｉ＞ｌｌｌ１ａＸ１θＨ＝０
で同一方向が成立するのでステップ４０３において電流
制限モードフラグＡＳＳＭＯＤ１にセットしたのち、ス
テップ４０７にて終了する。電流制限モードでの処理は
第７図のステップ６００により処理される（詳細は後述
する）。

再び第７図に戻って、ステップ４００が終了すると、ス
テップ５００の処理を行う。この電流制限解除ルーチン
５００では、第９図に示すように、ステップ５０１にお
いて解除条件であるＴｄ〈Ｔ　の判断を行う。操舵トル
クＴ、が目標操舵トルクＴ　を下回る（Ｔｔ＜”ｒ、）
ということは、を 運転者によるハンドルの操舵力を弱めたか、あるいは解
放したことを意味し、ステップ５０２に進んで電流制限
モードフラグＡＳＳＭＯＤＯにセットし、終了する。し
かし、依然としてＴｄ＞ＴＩの状態が続いている場合、
そのまま処理を終了する。このとき、電流制限モードフ
ラグＡＳＳＭＯＤはリセットされないのでＡＳＳＭＯＤ
＝１のままである。

再び、第７図に戻って、上記ステップ５００が終了する
と、制御指令Ｐｌの設定ルーチン６００の処理を行う。

この制御指令Ｐ１の設定ルーチン６００は、第１０図に
示すように、電流制限モードにあることを前提とする。

したがって、まず、ステップ６０１において電流制限モ
ードフラグＡＳＳＭＯＤ＝１であるか否かか判断される
。第８図のステップ４０３にてＡＳＳＭＯＤ＝１にセッ
トされ、かつ、第９図のステップ５０１でＮ。

であれば電流制限モードとなっており、判断結果はＹＥ
Ｓとなり、次のステップ６０２において電流制限値ｌ　
の設定を行う。設定式は前述の通りである。次いで、ス
テップ６０３．６０４の演算を行って制御指令Ｐｌを得
る。この制御指令Ｐ１が切換スイッチ５７を介してＰＩ
Ｄ制御手段５１に入力される。一方、電流制限モードフ
ラグＡＳＳＭＯＤ＝０の場合は、ステップ６０５におい
て通常の制御モード、すなわち目標値発生手段５０から
の出力を制御人力ＰｌとしてＰＩＤ制御手段５１に供給
する。

再び第７図に戻って、Ｐ１設定ルーチン６００で設定さ
れた制御入力（Ｐ、＝ＩＰ、ＸＭ２またはＰ、＝Ｔｄ−
Ｔ、のいずれか）に基づきステップ７００によりＰＩＤ
演算を行い、ＰＩＤＩＤ出力比力する。そのＰＩＤ出力
は、ステップ８００においてＰＷＭ（パルス幅変調）に
より変調されて出力され、モータ８に供給される。した
がって、通常制御時においてモータ８はＰ、＝Ｔｄ−Ｔ
。

で制御される助勢トルクＴ　を出力し、電流制限モード
時ではモータ８はＰ、＝　Ｉ　Ｐ、　×Ｍ２で制御され
、不必要な駆動電流Ｉ。の供給が制限される。以上の処
理を繰返し実行する。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、駆動電流が予め定められ
た制限値を越え、かつ、ステアリング系の操舵速度がゼ
ロになることを検出して駆動電流を制限するようにした
ので、操舵角に依存せず、したがって操舵角センサが不
要となり、電動機の助勢の必要性を確実に検出でき、か
つ省消費電流を達成しつる。また、このごとは、車載バ
ッテリの負担軽減に寄与し、燃費の低減を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は電動式パワーステアリング装置の概要図、 第３図は自動車の電子制御システムの概要図、第４図は
電動式パワーステアリング装置の制御ブロック図、 第５図は車輪のロック検出、電流制限方法の説明図、 第６図は電流制限値算出のための数値例の説明図、 第７図は制限動作の全体フローを示すフローチャート、 第８図は電流制限トリガールーチンのフローチャート、 第９図は電流制限解除ルーチンのフローチャート、 第１０図は制御入力設定ルーチンのフローチャートであ
る。 １・・・コントローラ ２・・・スイッチ ３・・・エンジン ３ａ・・・車速センサ ４・・・発電機 ４ａ・・・発電機のＬ端子 ５・・・バッテリー ６・・・トルクセンサ ７・・・操舵角センサ ８・・・電動機 ９・・・電磁クラッチ １０・・・ウオーニングランプ １１・・・信号処理部 １２・・・車速パルス入力部 １３・・・Ｌ端子電圧検出部 １４・・・トルク電圧入力部 １５・・・操舵角度・角速度入力部 １６・・・Ａ／Ｄ変換部 １７・・・クラッチ駆動部 １８・・・ランプ駆動部 １９・・・電源部 ２０・・・暴走検出部 ２１・・・ＰＷＭ出力部 ２２・・・方向切換部 ３０・・・モータ駆動装置 ３１・・・モータ駆動部 ３２・・・電流センサ ４０・・・ハンドル ４１・・・ハンドル軸 ４２・・・ピットマンアーム ４３・・・タイロッド ４４・・・舵取りアーム ４５・・・舵取りアーム ４６・・・舵取り歯車機構 ４７・・・ユニバーサルジヨイント ５０・・・目標値発生手段 ５１・・・ＰＩＤ制御手段 ５２・・・出力手段 ５４・・・ステアリング系 ６０・・・ステアリング系 ６１・・・電動機 ６２・・・制御系 ６３・・・駆動電流制限手段 θＨ・・・ピニオン角 θ１・・・角速度 Ｔｄ・・・操舵トルク Ｒ・・・反力 Ｔ　・・・モータトルク Ｍ２・・・モータ定数 ■　・・・モータ電流（駆動電流） Ｆ２、Ｈ１Ｋ　１Ｋ　１に３、Ｆ２ 制御体 数 Ｒ・・・疑似反力 Ｒ１・・・目標反力 ＴＩ・・・目標操舵トルク Ｃ・・・ＰＩＤ出力 ６０ステγ１１ンゲ赤 ４−所二８月の刀に丁！名７．明ｂａ 第１図 ビニオン角ρζ戻：Ｏのとで 車申陥の口・汐検記１Ｌ清つ刺Ｔ罠方法の盲免日月図第 図 電友智）隈逗算七のｒ：めの数譬Ｉ刊の畜呆明Ｎ第 図 Ｗ＋’ｌ　ｊＤ　ｔｌｌハロ全４手７０Ｘ木■フローチ
Ｖ−ト 第 ７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め設定された目標操舵トルク（Ｔ＿ｔ）と実際の
   操舵トルク（Ｔ＿ｄ）とを比較し、その比較偏差に応じ
   てステアリング系（６０）の操舵トルク（Ｔ＿ｄ）に対
   応する助勢トルク（Ｔ＿ｍ）を出力するよう前記ステア
   リング系（６０）に連結された電動機（６１）の駆動電
   流（Ｉ＿ｍ）を制御する制御系（６２）を有する電動式
   パワーステアリング装置の制御装置において、 前記電動機（６１）に与える駆動電流（Ｉ＿ｍ）が予め
   定められた所定の制限値を越え、かつ、前記ステアリン
   グ系（６０）の操舵速度（■＿Ｈ）がゼロになつたとき
   、前記駆動電流（Ｉ＿ｍ）の値を制限する駆動電流制限
   手段（６３）を備えたことを特徴とする電動式パワース
   テアリング装置の制御装置。 ２、請求項１記載の電動式パワーステアリング装置の制
   御装置において、前記駆動電流制限手段（６３）は、前
   記電動機（６１）に与える駆動電流（Ｉ＿ｍ）が予め定
   められた所定の制限値を越え、かつ、前記ステアリング
   系の操舵速度（■＿Ｈ）がゼロもしくは操舵方向が逆転
   したとき、前記駆動電流（Ｉ＿ｍ）の値を制限すること
   を特徴とする電動式パワーステアリング装置の制御装置
   。