JP2002274405A

JP2002274405A - 自動車のパワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2002274405A
Application number: JP2001083059A
Authority: JP
Inventors: Shuji Endo; 修司遠藤; Rijanto Estiko; エスティコ・リジャント
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP4639500B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステアリング機構の周辺における操舵モータの
配設位置の確保が容易であり、安全で快適な操舵性能を
有する分離型型のパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】舵取機構と機械的に連結されていない操舵
手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータと
を備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動
作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく
前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた
舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリン
グ装置において、外乱オブザーバ構成によりセルフアラ
イニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推
定部を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転者の操作に応
じて自動車の転舵用の車輪を転舵させるための自動車の
パワーステアリング装置に関し、特に操舵側と転舵側と
が機械的に分離され、電気的に接続された構成であり、
安全で快適な操舵性能を得られる自動車のパワーステア
リング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のステアリング（舵取り）は、車
室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステア
リングホイールの回転操作）を、ステアリング用の車輪
（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配され
た舵取機構に伝えて行われる。

【０００３】自動車用のステアリング機構としては、ボ
ールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のもの
が実用化されている。例えば、車体の前部に左右方向に
延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に
付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える
構成としたラック・ピニオン式のステアリング機構は、
車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステア
リングコラム）の先端に嵌着されたピニオンを上記ラッ
ク軸の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリ
ングホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換
して、ステアリングホイールの回転操作に応じたステア
リングを行わせる構成となっている。

【０００４】また、近年においては、ステリング機構の
中途に油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアク
チュエータを配設し、このアクチュエータを、舵取りの
ためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出
結果に基づいて駆動し、ステアリングホイールの回転に
応じたステアリング機構の動作（駆動）を上記アクチュ
エータの出力によって補助し、運転者の労力負担を軽減
する構成としたパワーステアリング装置が広く普及して
いる。

【０００５】ところが、上述の如き従来のパワーステア
リング装置においては、パワーステアリング装置として
の構成を有するか否かに拘わらず、ステアリングホイー
ルとステアリング機構とが機械的に連結されていること
から、車室内でのステアリングホイールの配設位置が限
定されてしまい、車室内部のレイアウトの自由度が制限
されるという問題がある。また、機械的な連結のために
大嵩の連結部材を必要とし、車両の軽量化の実現を阻害
するという問題がある。

【０００６】このような問題を解消するため、従来か
ら、操舵手段としてのステアリングホイールをステアリ
ング機構と機械的に連結せずに配設する一方、パワース
テアリング装置における操舵補助用のアクチュエータと
同様に、ステアリング機構の中途に操舵用のアクチュエ
ータを配設し、このアクチュエータを操舵手段の操作方
向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、ステアリ
ング機構に補助操舵力を加えて、操舵手段の操作に応じ
たステアリングを行わせる構成とした分離型のパワース
テアリング装置が提案されている。

【０００７】上述の如き分離型のパワーステアリング装
置は、前述した問題を解消し得るという利点に加えて、
操舵手段の操作量と操舵アクチュエータの動作量との対
応関係が機械的な制約を受けずに設定できることから、
車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、自動車の走行
状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応できると共
に、ステアリングホイールに代えて、レバー、ハンドグ
リップ、ペダル等の適宜の操舵手段を採用でき、設計自
由度が向上するという利点を有している。

【０００８】更には、自動車の前面衝突に伴うステアリ
ングホイールの突き上げをほぼ完全に防止することがで
き、衝突安全性の向上を図り得る上に、ＩＴＳ（Intell
igent Transport System）、ＡＨＳ（Automated Highwa
y System）等、近年その開発が進められている自動運転
システムへの対応が容易であるという利点を有する等、
従来のパワーステアリング装置において実現不可能な多
くの利点を有しており、自動車技術の発展のために有用
なものとして注目されている。

【０００９】なお、ステアリング機構に操舵力を加える
操舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた操舵特
性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に電動モータ
（操舵モータ）が用いられている。また、ステアリング
機構から機械的に切り離された操舵手段には、モータ及
びギア機構を備えて成る反力付与手段を付設し、操舵手
段に適度の反力を加えることにより、操舵手段とステア
リング機構とが機械的に連結されたかの如き感覚でのス
テアリング操作を行わせ得るようにしてある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た分離型のパワーステアリング装置を、従来広く用いら
れている連結型のパワーステアリング装置と比較する
と、連結型のパワーステアリング装置において操舵補助
用モータが故障した場合、操舵補助力が失われるに過ぎ
ず、ステアリングホイールに加えられる操作力によりス
テアリングを行わせるのに対し、分離型のステアリング
装置においてモータやセンサが故障した場合には、ステ
アリング自体が困難となる恐れがあり、非常に危険であ
る。そのため、特に安全性の問題を解決しなければなら
なかった。このため、モータ、角度センサ、トルク
（力）センサがそれぞれ３セット必要となる。

【００１１】更に、連結型のパワーステアリングにおけ
るステアリングが、操舵手段たるステアリングホイール
に加えられる操作力と、ステアリング機構に付設された
操舵補助用モータの出力との合力によって行われるのに
対し、分離型のステアリング装置におけるステアリング
は、ステアリング機構に付設された操舵モータの出力の
みによって行われるという相違がある。従って、分離型
のステアリング装置において使用される操舵モータとし
ては、従来のパワーステアリング装置において使用され
る操舵補助用モータに比して大出力のモータが必要であ
り、出力の増大に伴ってサイズが大きくなった操舵モー
タの配設位置をステアリング機構の周辺に確保すること
が難しいという問題があった。

【００１２】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、ステアリング機構の周辺に
おける操舵モータの配設位置の確保が容易であり、安全
で快適な操舵性能を有する分離型のパワーステアリング
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、舵取機構と機
械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にそ
の出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操
作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて
求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、
前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにし
た自動車のパワーステアリング装置に関するもので、本
発明の上記目的は、外乱オブザーバ構成によりセルフア
ライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク
推定部を設けることによって達成される。これにより、
センサはそれぞれ２つで済む。従って、省スペースであ
り、モータの配置の自由度が大きくなる。更には、セン
サの数が少なくなることによって、故障確率が低くな
る。

【００１４】また、本発明の上記目的は、前記セルフア
ライニングトルク推定部からの推定値に基づいて操舵反
力を定義することによって、或は前記定義された操舵反
力をフィードバックすることにより必要な操舵力を定義
することによって、或はモータの回転信号とモータアシ
スト電流指令信号によってセルフアライニングを推定す
るすることによって、より効果的に達成される。

【００１５】本発明は、舵取機構と機械的に連結されて
いない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操
舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取
機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力
を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操
作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車のパワー
ステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、外乱オ
ブザーバ構成によりセルフアライニングトルクを推定す
るセルフアライニングトルク推定部を有し、前記セルフ
アライニングトルク推定部からの推定値に基づく操舵反
力を運転者に与える操舵アシストの反力付加機構を設け
ることによって達成される。

【００１６】また、本発明の上記目的は、前記操舵アシ
ストの反力付加機構がステアリングフィーリング調整部
及び操舵側機構の動特性改善部で構成することにより、
或は車速信号、ヨーレート信号及び車体の横加速度信号
に合わせて特性改善を行うコンプライアンスモデル及び
調整機構を設けることにより、より効果的に達成され
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるパワーステア
リング装置の機構上の概要を示しており、操舵側のステ
アリングホイール１にはコラム軸２が接続されており、
コラム軸２には操舵角センサ２Ａ及び操舵補助用のモー
タ２Ｂが配設されている。電力源のバッテリ３に接続さ
れ、ＣＰＵ等で成る電子コントローラ１０は操舵角セン
サ２Ａの検出信号を入力し、モータ２Ｂを駆動する。ま
た、車輪６を舵取る転舵側のステアリング機構には操舵
アクチュエータ４及び位置センサ５が配設されており、
操舵アクチュエータ４は電子コントローラ１０で制御さ
れ、位置センサ５の検出信号は電子コントローラ１０に
入力される。電子コントローラ１０には車速信号Ｖ、ヨ
ーレート信号Ｙ、車体の横加速度信号Ｌが入力されてい
る。

【００１８】図２はその電気回路系を示しており、操舵
側のコラム軸２には操舵角センサ２Ａ及びモータ２Ｂの
他に減速機構２Ａ１、クラッチ２Ａ２が連結されると共
に、モータ２Ｂに連結されたエンコーダ２Ｂ１が設けら
れている。また、転舵側のステアリング機構には左右１
対の操舵アクチュエータ４及び位置センサ５の他に、ト
ルクセンサ５Ａ、クラッチ５Ｂ及び減速機構５Ｃが配設
されており、操舵アクチュエータ４にはエンコーダ４Ａ
が接続されている。操舵角センサ２Ａ、エンコーダ２Ｂ
１及び４Ａ、位置センサ５、トルクセンサ５Ａの検出信
号は電子コントローラ１０に入力され、クラッチ２Ａ２
及び５Ｂは電子コントローラ１０でオンオフ制御され
る。なお、図２ではモータ２Ｂにエンコーダ２Ｂ１が、
操舵アクチュエータ４にエンコーダ４Ａがそれぞれ１個
連結されているが、安全性を確保するために２重に設け
るようにしても良い。

【００１９】本発明の理解のために、先ずモータをアク
チュエータとした従来の一般的な自動車のパワーステア
リング装置を説明する。従来のステアリング機構を解析
すると図３に示すようになり、ステアリングホイール１
０の操舵トルクをThe、モータ１１によるアシストトル
クをTem、転舵側からのセルフアライニングトルクをSAT
とした場合、それらの間には下記（１）式が成り立つ。

【００２０】SAT = The + Tem ・・・(1) セルフアライニングトルクSATは既知であり、このとき
の操舵トルクTheを求めて反力として加える。これによ
り、操舵補助付きステアリングのような操舵フィーリン
グが得られる。ここで、図４に示すような特性f(The)に
基づきTem＝f(The)が成り立ち、上記（１）式は SAT = The + f(The) = (1 + F(o))The ・・・(2) となり、 The = (1 + f(o))^-1SAT ・・・(3) が成り立つ。この（３）式より、セルフアライニングト
ルクSATが推定できれば、ドライバが与える操舵トルクT
heを求めることができる。つまり、従来の電動パワース
テアリング装置での推定セルフアライニングトルクSAT
は(1 + f(o))The= The + Temで図５に示すようになり、
これから図６に示す特性が得られる。図５において、SA
T１ = The、SAT２ = f(The) → SAT = SAT１＋ SAT２
と考えると、勾配が１の直線はSAT１ = Theに相当す
る。そして、この勾配が１の直線上にf(The)を乗せると
図５にになり、縦横軸を入れ替えると図６になる。

【００２１】以上が従来のパワーステアリング機構の説
明であり、本発明はかかる従来機構にアシストトルクTe
mを加えることを目的としており、機械的に連結されな
い分離型パワーステアリング装置で同一の関係を実現す
る方法を提案する。

【００２２】本発明による分離型パワーステアリング装
置の機械的機構は、図１及び図２に対応させて示す図７
に示すようになる。ここで、ステアリングホイール１の
操舵トルクをTh、操舵補助用のモータ２Ｂのイナーシャ
をJm、モータ２Ｂのトルクをτ1、ステアリングホイー
ル１の回転角をθ1としたとき、下記（４）式が成り立
つ。

【００２３】 Jm・d^２θ1/dt^２ = τ1 - Th ・・・(4) よって、演算子ｓを用いて書き直すと、上記（４）式は
下記（５）式となる。

【００２４】 s^２・Jm・θ1 = τ1(s) - Th(s) ・・・(5) この（５）式は下記（６）式のように書き直せる。

【００２５】 Th(s) = τ1(s) - s^２・Jm・θ1(s) ・・・(6) ここで、トルク推定値＊τ１(s)は Kt1・I（モータに発
生するトルク＊τ１はモータの導線に流れる電流Ｉと線
形関係にあり、その線形係数Kt1はモータのコイル巻数
等によって決まる）であるので、上記（６）式は下記
（７）式となる。なお、*Thはトルク推定値である。

【００２６】 *Th(s) = Kt1・I - s^２・Jm・θ1(s) ・・・(7) 上記（７）式によれば、ドライバが操舵側機構に与える
操舵トルク推定値*Th(s)を求めることができ、操舵トル
ク推定値*Th(s)はステアリングフィーリングを実現する
ために使用される。具体的には、操舵側機構の慣性等の
機械的特性及び摩擦等に対する特性を補償し、望ましい
特性に近づけるためにモータ２Ｂを作動させる。

【００２７】また、図８は図７におけるセルフアライニ
ングトルク推定値の演算部を示すものであり、この図８
より下記（８）式が成り立つ。図８のブロックＢＬ１は
ステアリング補助エミュレータであり、セルフアライニ
ングトルク推定値＊ＳＡＴからセルフアライニングトル
クＳＡＴを求め、減算器ＳＢに入力する。ブロックＢＬ
３はステアリングフィーリングの調整を行うものであ
り、その信号Ｋｄ（ｓ）・θ１が減算器ＳＢに入力さ
れ、減算器ＳＢの出力がＰＩ調整器ＢＬ４を経てτ１と
して機械系特性ブロックＢＬ２に入力されている。即
ち、下記（８）式が成り立つ。なお、機械系特性ブロッ
クＢＬ２の中味は1/(Jm・s^２ + Bm・s)であり、上記
（７）式で説明したように望ましい特性になっている。

【００２８】 θ1/τ1 = 1/(Jm・s^２ + Bm・s) ・・・(8) 上記（８）式より、下記(９)式及び（１０）式となる。
即ち、（８）式はラプラス変数ｓを利用した操舵側の動
的特性の表現であるが、逆ラプラス変換を施すと時間変
数ｔを用いた（９）式になる。また、（１０）式は操舵
側の入力トルクτ1の値として、図８のステアリング補
助エミュレータＢＬ１、ブロックＢＬ３、ＰＩ調整器Ｂ
Ｌ４の出力を代入したものである。ただし、ＰＩ調整器
ＢＬ４のＰＩの値を１としている。

【００２９】 Jm・d^２θ1/dt^２ + Bm・dθ1/dt = τ1 ・・・(9) τ１ = Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(10) 上記（９）式及び（１０）式より、下記（１１）式が成
り立つ。

【００３０】 Jm・d^２θ1/dt^２ + Bm・dθ1/dt = Ksat・θ1 - Kd・dθ1/dt ・・・(11) ここで、SAT ≒ Ksat・θ1であるので、Bm = -Kdの場合
には、上記（１１）式は下記（１２）式となる。また、
（１０）式を（９）式に代入し、ブロックＢＬ３を調整
すると、（１２）式及び（１３）式が成り立つ。

【００３１】 Jm・d^２θ1/dt^２ = Ksat・θ1 ・・・(12) Jm・d^２θ1/dt^２ + (Bm + Kd)・dθ1/dt = Ksat・θ1 ・・・(13) このように、ここではドライバが与えた操舵力Ｔｈがモ
ータによって消された上、転舵側機構に仮想ドライバが
与えた転舵力Ｔｈｅをフィードバックした状態の操舵側
機構の挙動を解析している。

【００３２】一方、転舵側では下記（１４）式が成り立
つ。この（１４）式は転舵側の望ましい動特性を表わし
ている。

【００３３】 Jn・d^２θ2/dt^２ + Bn・dθ2/dt = τ2 - SAT ・・・(14) よって、上記（１４）式は演算子表記により下記（１
５）式となる。

【００３４】 s^２・Jn・θ2(s) + s・Bn・θ2(s) = τ2(s) - SAT(s) ・・・(15) また、この（１５）式は SAT(s) = τ2(s) - s^２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s) ・・・(16) となり、更に推定トルク*τ2 = Kt2・I2であるので *SAT(s) = Kt2・I2(s) - s^２・Jn・θ2(s) - s・Bn・θ2(s) ・・・(17) となる。（１７）式はセルフアライニングトルクの推定
値を計算する式であり、（１５）式及び（１６）式は
（１７）式を導くための中間式である。（１７）式を実
際に実現するには、Ｑ１（ｓ）フィルタを用いる。

【００３５】上述のような演算式に基づき、本発明によ
る電子コントローラ１０の構成は図９に示すブロック線
図となっており、構成としては大きく操舵側１００と転
舵側２００に分かれており、転舵側２００では、上記
（１７）式に従ってセルフアライニングトルクの推定を
行い、コンプライアンスモデル(K/(m・s²+C・s+K))を定義
してコンプライアンスの動特性を改善すると共に、ＰＤ
制御器によってコンプライアンスの定常特性を改善し、
更に操舵アシストの反力付加を発生する構成となってい
る。また、操舵側１００では、上記（７）式に従ってド
ライバの操舵力Ｔｈを推定し、上記（３）式に従って仮
想転舵力Ｔｈｅを計算し、ステアリングフィーリングを
実現するためのフィードバック機構を設けると共に、ス
テアリングフィーリングを調整するためのブロックを設
けている。

【００３６】操舵側１００の減算器１０１には外部より
ドライバの操舵力Ｔｈが印加され、減算器１０１の出力
が操舵側の機械系特性部１０２を経て角度θ１を出力す
る。角度θ１は転舵側２００のコンプライアンスモデル
２０１に入力されると共に、ステアリングホイールの摩
擦モデル１０３及びステアリングフィーリング調整部１
０４に入力される。ステアリングフィーリング調整部１
０４の出力は減算器１０５に入力され、減算器１０５の
偏差出力であるトルクＴｈｒは減算器１０６に入力さ
れ、その偏差ｅ_ＴがＰＩ（比例積分）制御器１１０に入
力される。ＰＩ制御器１１０からのＰＩ出力は駆動回路
及び操舵側モータの電気モデル１１１に入力されると共
に、フィルタ１１２を経て減算器１１３に入力される。
電気モデル１１１の出力はゲイン部１１４を経て減算器
１０１に入力され、ステアリング補助エミュレータ１２
０の出力は減算器１０５に入力される。なお、摩擦モデ
ル１０３、フィルタ１１２及び減算器１１３で操舵側の
外乱推定部を形成しており、この外乱推定部の出力＊Ｔ
ｈが外乱推定値となっている。

【００３７】また、転舵側２００においては、コンプラ
イアンスモデル２０１からの角度θｒが減算器２０２に
入力され、その偏差出力がＰＤ制御器２０３に入力され
る。ＰＤ制御器２０３の出力は加算器２０４に入力さ
れ、加算器２０４の出力Ｖｍは駆動回路及び転舵側モー
タの電気モデル２０５に入力されると共に、フィルタ２
０７に入力される。なお、車速信号Ｖ、ヨーレート信号
Ｙ、車体の横加速度信号ＬはＰＤ制御器２０３に入力さ
れている。電気モデル２０５の出力はゲイン部２０６を
経て減算器２０８に入力され、減算器２０８の出力は転
舵側の機械系特性部２１０に入力され、その出力（ピニ
オン移動量）θ２が反転通常モデル２１２に入力され、
その出力が減算器２１３に入力され、出力θ２はセルフ
アライニングトルクＳＡＴを発生する車両動特性部２１
１に入力され、その出力であるセルフアライニングトル
クＳＡＴが減算器２０８に入力される。減算器２１３の
出力＊ＳＡＴは操舵側１００のステアリング補助エミュ
レータ１２０に入力されている。なお、フィルタ２０
７、反転通常モデル２１２及び減算器２１３でセルフア
ライニングトルク推定部を形成し、減算器２１３の出力
がセルフアライニングトルク推定値＊ＳＡＴとなってい
る。

【００３８】このような図９において、操舵側動的特性
部及び外乱推定部は電気モデル１１１、機械系特性部１
０２、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３で形成され、
転舵側動的特性部及びセルフアライニング推定部は電気
モデル２０５、機械系特性部２１０、フィルタ２０７、
反転通常モデル２１２で形成され、セルフアライニング
トルクの発生部は車両動特性部２１１が相当し、ステア
リング補助エミュレータ及びステアリングフィーリング
調整部はステアリング補助エミュレータ１２０、ステア
リングフィーリング調整部１０４が相当している。ま
た、操舵アシストの反力付加機構はステアリング補助エ
ミュレータ１２０、ステアリングフィーリング調整部１
０４、フィルタ１１２、摩擦モデル１０３、ＰＩ制御器
１１０で構成されている。

【００３９】ところで、上記（４）式〜（７）式は操舵
側の機械機構動特性及び動的補償、外乱特性と関係して
おり、（４）式はブロック１１４及び信号Ｔｈを機械系
特性部１０２に入力したときの微分方程式を表わしてお
り、（７）式は操舵側機械機構に入力された摩擦、ドラ
イバ入力トルク等の外乱の推定を行っている。また、
（８）式〜（１３）式は、望ましい特性になるように補
償された操舵側の動特性（1/(Jm・s^２ + Bm・s)）に、
ステアリング補助エミュレータ１２０及びステアリング
フィーリング調整部１０４の信号をフィードバックさせ
た時の操舵側機構の動的特性を解析した式であり、
（８）式は望ましい特性を表わす式である。（１２）式
及び（１３）式は図９のステアリングフィーリング調整
部１０４の効果を表わしており、Ｋｄ＝−Ｂｍの場合は
（１２）式になり、Ｋｄ≠−Ｂｍの場合は（１３）式に
なる。また、（１０）式〜（１３）式において、解析を
簡単化するためにステアリング補助エミュレータ１２０
の出力はＫｓａｔ・θ１と近似させている。

【００４０】図９ではセルフアライニングトルク推定値
＊ＳＡＴがステアリング補助エミュレータ１２０に入力
されると共に、加算器２０４に印加されており、これに
より転舵側動特性を望ましい動特性（1/(Jn・s^２ + Bn
・s)）に近づけることができる。

【００４１】

【発明の効果】上述したように、本発明の自動車のパワ
ーステアリング装置によれば、路面情報、外乱情報等の
加工と操舵安定性の設計が独立的に設計できることによ
り、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能を得ら
れる。

【００４２】コンプライアンスモデルの有無による効果
の差を図１０に示す。横軸は周波数で、縦軸は目標角度
θ１からピニオン回転角度θ２までの周波数応答のゲイ
ンである。破線はコンプライアンスモデルが無いとき
で、実線はコンプライアンスモデルが有るときを示して
おり、コンプライアンスモデルの各定数の値を調整する
ことによって、共振周波数におけるゲインの上下特性を
望ましいものに設定可能である。また、共振周波数その
ものを大きくしたり小さくしたりすることが可能であ
り、コンプライアンスモデルを設けることによって、望
ましいコンプライアンス特性を設定することができる。

【００４３】更に、コンプライアンスモデルは中周波数
領域又は高周波数領域においてはその効果を発揮できる
が、低周波数領域における特性改善、ひいては定常特性
の改善には無力である。そこで、定常状態のコンプライ
アンス特性を改善するために、フィードバック制御部に
ＰＤコントローラを使用している。運転者が加えるトル
クＴｈの他にトルク外乱（セルフアライニングトルク
等）を作用しているため、ここでトルク外乱に対するピ
ニオン回転角度の定常特性に着目している。基本的な考
え方として、トルク外乱に対する定常偏差値を意図的に
作ることによって相対的にドライバが加えるトルクに対
する定常状態のコンプライアンスを下げる。よって、よ
って、トルク外乱に対する応答において定常偏差値が存
在することが望ましい。図１１にトルク外乱１Ｎ・ｍが
作用した時のピニオン回転角度の時間応答を示す。横軸
は時間（秒）で、縦軸は回転角度（ラジアン）であり、
破線はＰＩＤコントローラを使用した時の応答で、実線
はＰＤコントローラを使用した時の応答である。ＰＩＤ
コントローラを使用した場合、定常偏差値がゼロであ
る。

【００４４】一方、ＰＤコントローラを使用した場合、
定常偏差値が残る。その上、ＰＤコントローラの定数を
調整することによって、定常偏差値の値を変えることが
できる。従って、ＰＤコントローラで定常状態における
ドライバが加えるトルクに対するコンプライアンスが望
ましい値になるように調整することが可能になる。図１
１の結果は下記表１のようにまとめられる。

【００４５】

【表１】表１から分るように、ＰＩＤコントローラの場合、コン
プライアンス値が必ず０になり、ＰＤコントローラの場
合、コンプライアンス値を上げることできる。

【００４６】以上より、コンプライアンスモデルによっ
てコンプライアンスの動的な特性を改善すると共に、Ｐ
Ｄコントローラによってコンプライアンスの定常特性を
改善することが可能となる。本発明によればセンサはそ
れぞれ２つで済み、省スペースであり、モータの配置の
自由度が大きくなる利点がある。センサの数が少なくな
ることによって、故障確率が低くなる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパワーステアリング装置の概要を
示す機構図である。

【図２】本発明によるパワーステアリング装置の電気回
路系を示すブロック図である。

【図３】一般的なパワーステアリング装置の機構図であ
る。

【図４】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明
するための図である。

【図５】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明
するための図である。

【図６】一般的なパワーステアリング装置の特性を説明
するための図である。

【図７】本発明によるパワーステアリング装置の機構図
である。

【図８】本発明によるパワーステアリング装置における
セルフアライニングトルク推定値を求める構成例を示す
ブロック図である。

【図９】本発明による電子コントローラの構成例を示す
ブロック線図である。

【図１０】本発明の効果を説明するための図である。

【図１１】本発明の効果を説明するための図である。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２コラム軸３バッテリ４操舵アクチュエータ５位置センサ１０電子コントローラ１００操舵側１０２機械系特性部（操舵側）１０３摩擦モデル１０４ステアリングフィーリング調整部１１０ＰＩ制御器１１１電気モデル１２０ステアリング補助エミュレータ２００転舵側２０１コンプライアンスモデル２０３ＰＤ制御器２１０機械系特性部（転舵側）２１１車両動特性部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 113:00 ＺＹＷＢ６２Ｄ 113:00 ＺＹＷＦターム(参考） 3D032 CC19 CC48 DA03 DA23 DA29 DA33 DC02 DC11 DD17 EC23 EC27 EC29 GG01 3D033 CA02 CA05 CA13 CA14 CA16 CA17 CA18 CA23 CA28 CA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】舵取機構と機械的に連結されていない操舵
手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータと
を備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動
作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく
前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた
舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリン
グ装置において、外乱オブザーバ構成によりセルフアラ
イニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推
定部を有していることを特徴とする自動車のパワーステ
アリング装置。
【請求項２】前記セルフアライニングトルク推定部から
の推定値に基づいて操舵反力を定義してドライバに与え
るようになっている請求項１に記載の自動車のパワース
テアリング装置。
【請求項３】前記定義された操舵反力をフィードバック
することにより必要な操舵力を定義するようになってい
る請求項２に記載の自動車のパワーステアリング装置。
【請求項４】モータの回転信号とモータアシスト電流指
令信号によってセルフアライニングを推定するようにな
っている請求項２に記載の自動車のパワーステアリング
装置。
【請求項５】舵取機構と機械的に連結されていない操舵
手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータと
を備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動
作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく
前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた
舵取りを行わせるようにした自動車のパワーステアリン
グ装置において、外乱オブザーバ構成によりセルフアラ
イニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推
定部を有し、前記セルフアライニングトルク推定部から
の推定値に基づく操舵反力を運転者に与える操舵アシス
トの反力付加機構を具備していることを特徴とする自動
車のパワーステアリング装置。
【請求項６】前記操舵アシストの反力付加機構がステア
リングフィーリング調整部及び操舵側機構の動特性改善
部で成っている請求項５に記載の自動車のパワーステア
リング装置。
【請求項７】車速信号、ヨーレート信号及び車体の横加
速度信号に合わせて特性改善を行うコンプライアンスモ
デル及び調整機構を具備している請求項５に記載の自動
車のパワーステアリング装置。