JP3133914B2 - 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

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、モータにより操舵補
助トルクを発生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】従来、電動パワーステアリング装置にお
いては、操舵系の操舵トルクを検出するトルクセンサと
車速を検出する車速センサを設け、それらの出力に基づ
いてモータのアシストトルクを制御していた。また最近
では、さらに操舵フィーリングを改善するために、それ
に加えてモータの角速度や角加速度に基づいてステアリ
ング系の慣性、粘性等を補償する制御方法が提案されて
いる。
【０００３】上記の如くモータ角速度や角加速度に基づ
いた制御を行う場合には、モータの角度あるいは角速度
を検出するセンサを設ける事が一般的である。しかし新
たにセンサを設けることはコストアップにつながるた
め、好ましくない。そこで、モータの誘起電圧を推定す
ることにより、角速度信号を得る方法が提案されてい
る。
【０００４】例えば、図４１は、特開平４ー８１９０号
公報に示された電動パワーステアリング装置である。図
において、１は操舵系に連結され、操舵を補助するモー
タ、２は操舵トルクを検出するトルクセンサ、３は車速
を検出する車速センサ、４はモータ１に通流する電流を
検出するモータ電流検出手段、５はモータ１に印加され
ている電圧を検出するモータ印加電圧検出手段、９は操
舵トルクを静的に補助するためのモータ電流を演算する
操舵力補助電流演算手段であり、トルクセンサ２により
検出された操舵トルクＶｔと、車速センサ３により検出
された車速Ｖｓが入力され、操舵力補助電流目標値Ｉｓ
が出力されている。
【０００５】１０はモータ１に通流する電流を制御する
モータ電流制御手段であり、モータ目標電流Ｉａ*と、
モータ電流検出手段４により検出されたモータ電流検出
値Ｉａsnsが入力され、モータを駆動するモータ駆動信
号が出力されている。１１はモータの角速度を演算する
モータ角速度演算手段であり、モータ印加電圧検出手段
５により検出されたモータ印加電圧検出値Ｖａsnsと、
モータ電流検出手段４により検出されたモータ電流検出
値Ｉａsnsが入力され、これら検出値よりモータ角速度
推定値ωが演算されて出力されている。
【０００６】１２はモータ角加速度演算手段であり、モ
ータ角速度演算手段１１により演算されたモータ角速度
推定値ωが入力され、この推定値ωを微分してモータ角
加速度推定値ｄω／ｄｔを出力する。１４はステアリン
グ系の粘性摩擦を補償するためのモータ電流を演算する
粘性摩擦補償電流演算手段であり、後述するモータ角度
推定値θおよびモータ角速度推定値ωと、車速センサ３
により検出された車速Ｖｓが入力され、これら入力値よ
り粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄを演算して出力する。
【０００７】１５はステアリング系の慣性モーメントを
補償するためのモータ電流を演算する慣性補償電流演算
手段であり、入力されたモータ角加速度推定値ｄω／ｄ
ｔを基に慣性補償電流目標値Ｉｊが演算されて出力され
ている。１６はモータ角度演算手段であり、モータ角速
度演算手段１１により演算されたモータ角速度推定値ω
を入力し、積分処理してモータ角度推定値θが演算出力
されている。
【０００８】次に動作について説明する。ハンドルが操
舵され、操舵系に操舵トルクが発生してトルクセンサ２
により検出されると、操舵力補助電流演算手段９は車速
センサ３より入力された車速Ｖｓとトルクセンサ２より
入力された操舵トルクＶｔに基づいて、例えば図４２に
示す通り操舵力補助電流目標値Ｉｓが演算され、モータ
電流制御手段１０にモータ目標電流Ｉａ*として与えら
れる。
【０００９】モータ電流制御手段１０では、モータ電流
検出値Ｉａsnsがモータ目標電流Ｉａ*と一致するように
フィードバック制御され、モータ１が駆動される。モー
タ１が駆動されると、モータ印加電圧検出手段５でモー
タ１に印加されている電圧が検出されてモータ印加電圧
検出値Ｖａsnsとしてモータ角速度演算手段１１に与え
られる。
【００１０】モータ角速度演算手段１１では、モータ角
速度推定値ωがモータ印加電圧検出値Ｖａsnsとモータ
電流検出値Ｉａsnsから演算され、モータ角加速度演算
手段１２、モータ角度演算手段１６、粘性摩擦補償電流
演算手段１４に与えられる。モータ角加速度演算手段１
２では、モータ角速度推定値ωを微分処理することによ
りモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔが求められ、慣性補
償電流演算手段１５に与えられる。
【００１１】モータ角度演算手段１２では、モータ角速
度推定値ωを積分処理することによりモータ角度θが求
められ、粘性摩擦補償電流演算手段１４に与えられる。
粘性摩擦補償電流演算手段１４では、車速Ｖｓ、モータ
角速度推定値ω、モータ角度推定値θから、操舵フィー
リングに粘性感を与えると共に、特に高車速時において
悪化するハンドル戻り時の収斂性を向上させるのに効果
のある粘性摩擦補償電流の目標値Ｉｄが演算されて操舵
力補助電流目標値Ｉｓから減じられる。
【００１２】慣性補償電流演算手段１５では、モータ角
加速度推定値ｄω／ｄｔから、モータ１のロータの慣性
モーメントの影響により、特に操舵方向反転時に操舵力
が重くなる、いわゆる慣性感を軽減するという効果があ
る慣性補償電流の目標値Ｉｊが演算されて操舵力補助電
流目標値Ｉｓに加えられる。このように、操舵力補助電
流目標値Ｉｓに対して粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄと慣
性補償電流目標値Ｉｊとを加減算することでモータ目標
電流Ｉａ*が求められ、そしてモータ電流制御手段１０
に与えられて以下同様にモータ電流が制御される。
【００１３】ここで、モータ角速度演算手段１１につい
て詳しく説明する。モータ１を他励直流機とすれば、電
機子の等価回路は図４３の如く表すことができる。ここ
で、 Ｒａ：電機子抵抗 Ｌａ：電機子インダクタンス ｖｅ：モータ誘起電圧 Ｖａ：モータ印加電圧 Ｉａ：モータ電流 とする。
【００１４】図４３において、電機子インダクタンスＬ
ａに基づく過渡的な項を無視すれば、Ｖａに関して以下
の(1)式が成立する。
【００１５】 Ｖａ＝Ｉａ・Ｒａ＋ｖｅ （１）
【００１６】また、 Ｋｅ：モータ誘起電圧定数 ωｍ：モータ角速度 とするとｖｅに関して以下の(2)式が成立する。
【００１７】 ｖｅ＝Ｋｅ・ω （２）
【００１８】よって、(1)、(2)式より以下の(3)式を得
る。
【００１９】 ωｍ＝（ＶａーＩａ・Ｒａ）／Ｋｅ （３）
【００２０】今、ＲａとＫｅは定数であり、ＶａとＩａ
には検出値を用いることができるから、(3)を(4)のよう
に表しモータ角速度を推定すことができる。
【００２１】 ω＝（ＶａsnsーＩａsns・Ｒａ）／Ｋｅ （４）
【００２２】ここで、ω：モータ角速度推定値 Ｖａsns：モータ印加電圧検出値 Ｉａsns：モータ電流検出値 である。
【００２３】モータ１をＰＷＭ駆動するものとすれば、
ＶａとＩａの関係は概ね図４４の通りであり、力行、回
生が切り替わる度に過渡現象を繰り返していることにな
る。一般にＰＷＭの搬送波周期は、モータの電気的時定
数に対して十分短く設定されており、Ｉａは直流である
と見なせるが、Ｖａは矩形波となる。従って、（４）式
に基づいてモータ角速度ωを求めるにはＶａの矩形波成
分を除去し、時間的な平均値を得る必要がある。
【００２４】モータ角速度演算手段１１では、矩形波状
のモータ印加電圧検出値をサンプリング後、ディジタル
フィルタにて矩形波成分を除去し、（４）式よりωを演
算している。
【００２５】
【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、以上のようにモータ駆動制御用のスイ
ッチング素子の発熱を抑えるためにモータはＰＷＭ駆動
されており、その際にＰＷＭの搬送波周波数は騒音を抑
えるために可聴周波数帯域外の２０ｋＨｚ前後に設定さ
れている。従って、従来装置のように、モータ角速度演
算手段をＳ／Ｗで実現してモータ印加電圧Ｖａの矩形波
成分をディジタルフィルタで除去する構成とすると、モ
ータ角速度ωを正確に演算するためにはサンプリング周
波数を非常に高く設定する必要があり、その結果Ｓ／Ｗ
の負担が重くなり、処理速度の速い高価なＣＰＵを使用
しなければならないという問題があった。
【００２６】また、電機子抵抗Ｒａには、モータとコン
トローラ間の配線や、コネクタの接触抵抗が含まれてお
り、ばらつきが大きい。さらに、電機子抵抗Ｒａは、大
電流を流した場合の発熱等、温度の影響により変動す
る。従っ電機子抵抗Ｒａには必ず誤差が含まれると考え
られる。ここで、（４）式による演算時のＲａと実際の
Ｒａとの誤差をΔＲａとすれば、モータ角速度ωは以下
の(5)で表せる。
【００２７】 ω＝｛ＶａsnsーＩａsns・（Ｒａ＋ΔＲａ）｝／Ｋｅ （５）
【００２８】上記（５）式より、Ｒａの誤差はωの誤差
となって現れ、その誤差はモータ電流Ｉａに比例するこ
とがわかる。ゆえに従来装置では、特にモータに大電流
を通流した場合に、ωの直流的な誤差、すなわちオフセ
ットを生ずるという問題があった。その結果、例えば、
カーブを曲がるとき、ハンドルを保舵しているにもかか
わらずωは零にならないといった問題点があった。
【００２９】さらに、モータ角速度ωよりモータ角加速
度推定値ｄω／ｄｔを演算する微分演算部（図４１の１
２を参照）の実現は困難であり、特にＳ／Ｗによって、
ステアリング系の制御に使用できるような雑音の少ない
正確な微分演算を実現するには、サンプリング周波数を
高く設定する必要がある。
【００３０】ゆえに、電動パワーステアリング装置で広
く使用されている、処理速度の遅い安価なＣＰＵにて実
現可能なサンプリング周期で、従来装置の如く微分演算
して得られたモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔには、雑
音が多く、電動パワーステアリングの制御に使用すると
モータ電流にリップルを生じ、ハンドルが振動したり、
騒音が発生したりするという問題点があった。
【００３１】一方、電動パワーステアリング装置では、
マニュアルステアリングに比べて、ステアリング機構に
慣性モーメントを有するモータと、モータとステアリン
グ系を連結するギアの摩擦が付加されるため、特に車輪
の中立方向への復原力の小さい低車速域で、手放し時の
ハンドル戻りが悪くなる。それに加えて、従来装置の如
くソフトウエア処理にて得たモータ角速度を負帰還する
と、高車速域においてはハンドル戻り時の収斂性が向上
するものの、低車速域においてはハンドル戻りがますま
す悪化し、カーブを曲がり終えて直進路に戻る場合など
にハンドルが容易に中立に復帰しないという問題点があ
った。
【００３２】また、モータとステアリング系を連結する
ギアの摩擦により、走行中の中立付近の操舵フィーリン
グ、すなわちセンターフィールが重くなり、いわゆるフ
リクション感を生じるという問題もあった。そしてこの
問題に関しても従来装置の如くモータ角速度を負帰還す
ることにより悪化する傾向にあった。
【００３３】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、新たにセンサを設けたり、処
理速度の速いＣＰＵを用いたりする事によるコストアッ
プを避けるとともに、ハンドル戻り、粘性感、慣性感、
フリクション感等の拘わる問題点を解除して操舵フィー
リングを向上させることができる電動パワーステアリン
グ装置を得ることを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
動パワーステアリング装置は、操舵系に連結されたモー
タと、このモータをＰＷＭ駆動制御するＰＷＭ制御手段
と、遮断周波数がＰＷＭ搬送波周波数よりも低い低域通
過特性を有し、検出した前記モータの端子間電圧を所定
電圧レベルに変換して出力するモータ端子間電圧検出手
段と、検出されたモータ端子間電圧に基づいて前記モー
タの角速度を推定する角速度推定手段と、角速度推定結
果に基づいて前記モータの電流値を演算する電流値演算
手段とを備えたものである。
【００３５】請求項２の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、操舵系に連結されたモータと、このモータ
をＰＷＭ駆動制御するＰＷＭ制御手段と、遮断周波数が
ＰＷＭ搬送波周波数よりも低い低域通過特性を有し、検
出した前記モータの端子電圧を所定電圧レベルに変換し
て出力するモータ端子電圧検出手段と、検出されたモー
タ端子電圧に基づいて前記モータの角速度を推定する角
速度推定手段と、角速度推定結果に基づいてモータ電流
値を演算する電流値演算手段とを備えたものである。
【００３６】請求項３の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項１または２に記載の発明においてモ
ータ角速度推定値を、モータに通流する電流に基づいて
所定の値以下にクリップする。
【００３７】請求項４の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項１または２に記載の発明においてモ
ータ角速度推定値を、操舵トルクに基づいて所定の値以
下にクリップする。
【００３８】請求項５の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明
においてモータ角速度推定値を、モータ角速度推定値の
演算結果が所定の値以下の場合に零にクリップする。
【００３９】請求項６の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の発明
においてモータ角速度推定値を所定のカットオフ周波数
以上でハイパスフィルタ処理を施す。
【００４０】請求項７の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明
においてモータ角速度推定値を微分処理してモータ角加
速度を推定する。
【００４１】請求項８の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項７に記載の発明において微分処理は
帯域通過特性を有する。
【００４２】請求項９の発明に係る電動パワーステアリ
ング装置は、請求項８に記載の発明においてモータ角速
度推定値は、微分処理時の帯域通過特性の高域遮断周波
数と略同一の遮断周波数を有するローパスフィルタ処理
を施す。
【００４３】請求項１０の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項７ないし９のいずれかに記載の発
明においてモータ角加速度推定値の演算結果が所定の値
以下の場合にはこの推定値を零にクリップする。
【００４４】請求項１１の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項３ないし１０のいずれかに記載の
発明においてモータ角速度推定値をステアリング制御系
に正帰還し、正帰還に基づいて通流するモータ電流を、
ステアリング系の摩擦に基づく所定の値以下にクリップ
する。
【００４５】請求項１２の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項１１に記載の発明においてモータ
角速度推定値の正帰還に基づいて通流するモータ電流を
クリップする電流値またはモータ角速度の正帰還ゲイン
を、上記モータ角速度推定値と車速の少なくともいずれ
か１つに基づいて変化させる。
【００４６】請求項１３の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項１１または１２に記載の発明にお
いてモータ角速度推定値の正帰還に基づいて通流するモ
ータ電流を立ち上がり時に増加させる微分手段を備え
る。
【００４７】請求項１４の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項３ないし１０のいずれかに記載の
発明においてモータ角速度推定値を負帰還することによ
り角速度に基づくステアリング制御を行う。
【００４８】請求項１５の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項１４に記載の発明においてモータ
角速度推定値の負帰還ゲインを、上記モータ角速度推定
値と車速の少なくともいずれか１つに基づいて変化させ
る。
【００４９】請求項１６の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項３ないし１０のいずれかに記載の
発明において上記モータ角加速度推定値を正帰還するこ
とにより上記角加速度に基づくステアリング制御を行
う。
【００５０】請求項１７の発明に係る電動パワーステア
リング装置は、請求項１６に記載の発明において上記モ
ータ角加速度推定値の正帰還ゲインを、上記モータ角加
速度推定値と車速の少なくともいずれか１つに基づいて
変化させる。
【００５１】
【作用】請求項１の発明における電動パワーステアリン
グ装置は、ＰＷＭ搬送波周波数よりも低い遮断周波数の
低域通過特性を有する回路にて矩形波成分を除去してモ
ータ印加電圧を検出し、このモータ印加電圧検出値に基
づいてモータ角速度ωを推定する。
【００５２】請求項２の発明における電動パワーステア
リング装置は、ＰＷＭ搬送波周波数よりも低い遮断周波
数の低域通過特性を有する回路にて矩形波成分を除去し
てモータ端子電圧を検出し、このモータ端子電圧検出値
に基づいてモータ角速度ωを推定する。
【００５３】請求項３の発明における電動パワーステア
リング装置は、モータの電機子抵抗に含まれる誤差がモ
ータ角速度推定値に与える影響を抑えるため、モータ電
流に基づいてモータ角速度推定値を所定値以下にクリッ
プしてモータ角速度推定値のオフセット成分を除去す
る。
【００５４】請求項４の発明における電動パワーステア
リング装置は、モータが操舵系に直結されており、操舵
トルクが大きい場合にはモータ角速度が小さいと考えら
れるため、操舵トルクに基づいてモータ角速度推定値を
所定の値以下にクリップすることによりモータ角速度推
定値のオフセット成分を除去する。
【００５５】請求項５の発明における電動パワーステア
リング装置は、モータ角速度推定値の演算結果が所定の
値以下の場合にはモータ角速度推定値を零にクリップす
ることにより、モータ角速度推定値のオフセット成分を
除去する。
【００５６】請求項６の発明における電動パワーステア
リング装置は、モータ角速度推定値をハイパスフィルタ
処理することにより、モータ角速度推定値のオフセット
成分を除去する。
【００５７】請求項７の発明における電動パワーステア
リング装置は、モータ角速度推定値を微分処理すること
により、モータ角加速度を推定する。
【００５８】請求項８の発明における電動パワーステア
リング装置は、微分処理に帯域通過特性を持たせること
により、モータの慣性感が問題となる周波数帯域では２
０ｄＢ／ｄｅｃの微分特性を持たせるとともに、モータ
角加速度推定値の雑音を抑える。
【００５９】請求項９の発明における電動パワーステア
リング装置は、微分処理の帯域通過特性の高域遮断周波
数と略同一の遮断周波数を有するローパスフィルタ処理
を施すことによって、微分処理の帯域通過特性の高域遮
断特性によりモータ角加速度推定値が高周波域でモータ
角速度推定値に対して位相が遅れることを防止する。
【００６０】請求項１０の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角加速度推定値の演算結果が所
定の値以下の場合にはモータ角加速度推定値を零にクリ
ップすることにより、モータ角加速度推定値に含まれる
雑音成分を除去する。
【００６１】請求項１１の発明における電動パワーステ
アリング装置は、演算されたモータ角速度推定値をステ
アリング制御系に正帰還し、正帰還に基づいて通流する
モータ電流をステアリング系の摩擦に基づく所定の値以
下にクリップすることで、ステアリング系のクーロン摩
擦を補償して低車速時のハンドル戻りやフリクション感
を改善する。
【００６２】請求項１２の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角速度推定値の正帰還に基づい
て通流するモータ電流をクリップする電流値、又はモー
タ角速度推定値の正帰還ゲインをモータ角速度推定値に
基づいて変化させることで、モータ角速度推定値に含ま
れる雑音が制御に影響を与えることを防止できると共
に、自然な操舵フィーリングを実現し、且つ、車速に基
づいて変化させることで、低車速域でのハンドル戻りを
改善できるとともに、高車速域でのハンドル戻り時の収
斂性の劣化を防止する。
【００６３】請求項１３の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角速度推定値の正帰還に基づい
て通流するモータ電流を、立ち上がり時に増加させる微
分手段を備えることによりステアリング系の静止摩擦を
補償し、低車速時のハンドル戻りやフリクション感を改
善する。
【００６４】請求項１４の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角速度推定値をステアリング制
御系に負帰還することによりステアリング系の粘性摩擦
を補償し、操舵フィーリングに粘性感を与えるととも
に、特に高車速時において悪化するハンドル戻り時の収
斂性を改善する。
【００６５】請求項１５の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角速度推定値の負帰還ゲインを
モータ角速度推定値に基づいて変化させることでフリク
ション感の劣化を防止し、車速に基づいて変化させるこ
とで低車速域でのハンドル戻りの劣化を防止する。
【００６６】請求項１６の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角加速度推定値をステアリング
制御系に正帰還することにより、特にステアリング系の
慣性モーメントを補償し、慣性感を軽減する。
【００６７】請求項１７の発明における電動パワーステ
アリング装置は、モータ角加速度推定値の正帰還ゲイン
を、モータ角加速度に基づいて変化させることでセンタ
ー付近でのハンドルのふらつきを抑え、車速に基づいて
変化させることで車速に関係なく最適な操舵フィーリン
グを実現する。
【００６８】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの実施例における電動パワーステアリグ
装置のコントローラ部のＨ／Ｗ構成図である。尚、図
中、図４１と同一符号は同一又は相当部分を示す。図に
おいて、２ａはトルクセンサ２を後述のＡ／Ｄ変換器８
ｆに入力するためのトルクセンサ入力Ｉ／Ｆであり、直
流増幅と位相補償を行っている。３ａは車速センサ３を
後述の入出力ポート８ｅに入力するための車速センサ入
力Ｉ／Ｆである。
【００６９】４はモータ１に通流される電流を所定の電
圧に変換して後述のＡ／Ｄ変換器８ｆに入力するための
モータ電流検出回路であってモータ電流を電圧に変換す
る電流検出抵抗器４ａ、電流検出抵抗器４ａの両端の電
圧を力行時にサンプル、回生時にホールドし、増幅回路
４ｃで電圧増幅するサンプルホールド回路４ｂより構成
されている。
【００７０】５はモータ１を駆動するＰＷＭ搬送波周波
数よりも低い所定の低域通過特性を有し、モータ１の端
子間の電圧を所定の電圧レベルに変換して後述のＡ／Ｄ
変換器８ｆに入力するためのモータ印加電圧検出回路で
あって抵抗器５ａ〜５ｇ、コンデンサ５ｈ〜５ｉ、ＯＰ
アンプ５ｊより構成されている。
【００７１】６はＨ形ブリッジ回路駆動回路であってＦ
ＥＴドライバ６ａ〜６ｄで構成されている。７はモータ
１に双方向に電流を通流するためのＨ形ブリッジ回路で
あり、ＦＥＴドライバ６ａ〜６ｄで駆動されるパワーＭ
ＯＳＦＥＴ７ａ〜７ｄで構成されている。８はマイクロ
コンピュータであり、ＣＰＵ８ａ、プログラム等が格納
されるＲＯＭ８ｂ、データ等が一時的に保持されるＲＡ
Ｍ８ｃ、ＦＥＴドライバ６ａ、６ｃが接続され、モータ
１を駆動するパルスを生成するパルス幅変調器８ｄ、Ｆ
ＥＴドライバ６ｂ、６ｄ、および車速センサ３が車速セ
ンサ入力Ｉ／Ｆ３ａを介して接続される入出力ポート８
ｅ、モータ電流検出回路４とモータ印加電圧検出回路５
の出力、およびトルクセンサ２がトルクセンサ入力Ｉ／
Ｆ２ａを介して接続されるＡ／Ｄ変換器８ｆ、制御周期
の管理等に使用されるタイマ８ｇより構成される。
【００７２】図２はこの実施例におけるＣＰＵ８ａが処
理するステアリング制御のＳ／Ｗ構成図である。９は操
舵トルクを静的に補助するためのモータ電流を演算する
操舵力補助電流演算手段であり、トルクセンサ２により
検出された操舵トルクＶｔと、車速センサ３により検出
された車速Ｖｓが入力され、操舵力補助電流目標値Ｉｓ
が出力されている。
【００７３】１０はモータに通流する電流を制御するモ
ータ電流制御手段であり、モータ目標電流Ｉａ＊と、モ
ータ電流検出手段４により検出されたモータ電流検出値
Ｉａsnsが入力され、モータを駆動するモータ駆動信号
が出力されている。１１はモータの角速度推定値ωを演
算するモータ角速度演算手段であり、モータ印加電圧検
出回路５により検出されたモータ印加電圧検出値Ｖａ
snsと、モータ電流検出手段４により検出されたモータ
電流検出値Ｉａsnsが入力され、モータ角速度推定値ω
が出力されている。
【００７４】１２はモータ角加速度演算手段であり、モ
ータ角速度演算手段１１により演算されたモータ角速度
推定値ωが入力され、これを微分処理したモータ角加速
度推定値ｄω／ｄｔが出力されている。１３はステアリ
ング系のクーロン摩擦を補償するためのモータ電流を演
算するクーロン摩擦補償電流演算手段であり、モータ角
速度推定値ωと、車速センサ３により検出された車速Ｖ
ｓが入力され、クーロン摩擦補償電流目標値Ｉｃが出力
されている。
【００７５】１４はステアリング系の粘性摩擦を補償す
るためのモータ電流を演算する粘性摩擦補償電流演算手
段であり、モータ角速度推定値ωと、車速センサ３によ
り検出された車速Ｖｓが入力され、粘性摩擦補償電流目
標値Ｉｄが出力されている。１５はステアリング系の慣
性モーメントを補償するためのモータ電流を演算する慣
性補償電流演算手段であり、モータ角加速度推定値ｄω
／ｄｔが入力され、慣性補償電流目標値Ｉｊが出力され
ている。
【００７６】図３はモータ印加電圧検出回路５の直流特
性を、図４は周波数特性を表す図である。
【００７７】図５はモータ印加電圧検出回路５のカット
オフ周波数の設定方法を説明する図である。
【００７８】図６はモータ角速度演算手段１１の動作を
説明するフローチャートであり、図７はモータ角速度推
定値ωを補正する係数Ｋ１を説明する図である。
【００７９】図８はモータ電流Ｉａとモータ角速度ωｍ
の関係を説明する図である。
【００８０】図９はモータ角加速度演算手段１２の動作
を説明するフローチャートである。図１０はそれをブロ
ック図で表したものであり、図１１、図１２はその周波
数特性を表した図である。
【００８１】図１３はクーロン摩擦補償電流演算手段１
３の動作を説明するフローチャートであり、図１４はモ
ータ角速度推定値ωと、車速Ｖｓと、クーロン摩擦補償
電流Ｉｃの関係を説明する図である。
【００８２】図１５は粘性摩擦補償電流演算手段１４の
動作を説明するフローチャートであり、図１６はモータ
角速度推定値ωと、車速Ｖｓと、粘性摩擦補償電流Ｉｄ
の関係を説明する図である。
【００８３】図１７は慣性補償電流演算手段１５の動作
を説明するフローチャートであり、図１８はモータ角加
速度推定値ｄω／ｄｔと、車速Ｖｓと、慣性補償電流Ｉ
ｊの関係を説明する図である。
【００８４】次に、本施例の動作を図１中の破線の向き
にモータ電流Ｉａが通流する場合を例にとって説明す
る。マイクロコンピュータ８の指示により、ＦＥＴドラ
イバ６ｂ、６ｃはパワーＭＯＳＦＥＴ７ｂ、７ｃをオフ
し、ＦＥＴドライバ６ｄはパワーＭＯＳＦＥＴ７ｄをオ
ンし、ＦＥＴドライバ６ａはパワーＭＯＳＦＥＴ７ａを
所定のデューティ比でＰＷＭ駆動する。
【００８５】モータ電流Ｉａは、パワーＭＯＳＦＥＴ７
ａのオン、オフに従い、それぞれ図１中の力行、回生で
示した経路に流れる。モータ電流検出回路４では、まず
モータ電流Ｉａを電流検出抵抗器４ａにより電圧に変換
する。ところが図１に示す通り、回生時にはモータ電流
Ｉａが電流検出抵抗４ａに流れないため、サンプルホー
ルド回路４ｂにて、パワーＭＯＳＦＥＴ７ａオン時、す
なわち力行時に電流検出抵抗４ａの両端の電圧をサンプ
ルし、パワーＭＯＳＦＥＴ７ａオフ時、すなわち回生時
にホールドした後、増幅回路４ｃにて所定のゲインで増
幅し、マイクロコンピュータ８のＡ／Ｄ変換器８ｆに入
力している。
【００８６】モータ印加電圧検出回路５では、ＰＷＭ駆
動に伴ってモータ印加電圧Ｖａに現れる矩形波成分を除
去するとともに、Ａ／Ｄ変換器８ｆに入力可能な所定の
電圧レベルに変換し、Ａ／Ｄ変換器８ｆに入力してい
る。
【００８７】ここでモータ印加電圧検出回路５について
詳しく説明する。ＯＰアンプ５ｊを理想ＯＰアンプと
し、 Ｒ１１＝Ｒ２１＝Ｒ１ （５） Ｒ１２＝Ｒ２２＝Ｒ２ （６） Ｃ１１＝Ｃ２１＝Ｃ１ （７） と仮定して、ｓ領域（ｓはラプラス演算子）でモータ印
加電圧Ｖａとモータ印加電圧検出値Ｖａsnsの関係を求
めると、以下の(8)となる。
【００８８】 Ｖａsns＝Ｖ１＋（Ｖａ・Ｒ２／Ｒ１）／（１＋Ｃ１・Ｒ２・ｓ） （８）
【００８９】(8)式を見ると、Ｖａsnsは、ＶａをＲ２／
Ｒ１に分圧し、時定数Ｃ１・Ｒ２の一次遅れ特性を付加
し、直流バイアス電圧Ｖ１に加えた電圧であるというこ
とがわかる。すなわち、直流特性は図３、周波数特性は
図４に示す通りになる。
【００９０】(8)式において、Ｖ１は、Ａ／Ｄ変換器８
ｆの入力電圧範囲（例えば０〜５Ｖ）の中央（例えば
２．５Ｖ）に設定しておけば良い。さらに、抵抗Ｒ１１
＝Ｒ１２＝Ｒ１、Ｒ２１＝Ｒ２２＝Ｒ２、及びコンデン
サＣ１１＝Ｃ２１＝Ｃ１については、Ｖａの電圧範囲
（例えばー１２〜１２Ｖ）がＡ／Ｄ変換器８ｆの入力電
圧範囲（例えば０〜５Ｖ）にレベル変換されるようにＲ
２／Ｒ１を設定し、かつ、図５に示すとおり、カットオ
フ周波数ｆｃ＝１／（２π・Ｃ１・Ｒ２）が、ＰＷＭ搬
送波周波数（例えば２０ｋＨｚ）より十分低く、モータ
の応答周波数（例えば１００数十Ｈｚ）よりも十分高く
なるように設定する。
【００９１】これによりステアリング系の制御が可能な
帯域幅が確保され、しかもＶａの矩形波成分が除去され
たモータ印加電圧検出値ＶａsnsをＡ／Ｄ変換器８ｆに
入力することができる。
【００９２】次に、図２をもとに本実施例のＳ／Ｗの動
作について説明する。操舵トルクと車速に基づいて操舵
力補助電流目標値を演算し、モータ印加電圧とモータ電
流からモータ角速度とモータ角加速度を演算し、モータ
角速度とモータ角加速度から各補償電流目標値を演算
し、上記操舵力補助電流目標値と上記各補償電流目標値
を加算してモータ電流目標値とし、これをフィードバッ
ク制御するという概略動作は従来装置と同一である。ま
た、操舵力補助電流演算手段９と電流制御手段１０は従
来装置と同機能を有するものであり、説明を省略する。
【００９３】以下、各ブロック毎に動作を説明する。ま
ず、モータ角速度演算手段１１では、モータ印加電圧検
出値Ｖａsnsとモータ電流検出値Ｉａsnsから、（４）式
に基づいてモータ角速度推定値ωを演算している。これ
を図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００９４】最初に、Ｓ６１でモータ印加電圧検出値Ｖ
ａsnsとモータ電流検出値ＩａsnsをＡ／Ｄ変換したデー
タを読み込み、Ｓ６２で定数データである電機子抵抗Ｒ
ａとモータ誘起電圧定数ＫｅをＲＯＭから読み込む。次
に、Ｓ６３で所定のＩａsnsーＫ１テーブルを参照し、
Ｓ６１にて読み込んだモータ電流検出値Ｉａsnsから係
数Ｋ１を求める。最後にＳ６４で(4)式とＳ６３で求め
たＫ１から以下の(6)式でモータ角速度推定値ωを演算
してＲＡＭ８ｃにストアする。
【００９５】 ω＝Ｋ１・（ＶａｓｎｓーＩａｓｎｓ・Ｒａ）／Ｋｅ （６）
【００９６】ここで、ＩａsnsーＫ１テーブルおよびＫ
１について詳しく説明する。(4)式に基づいてモータ角
速度推定値ωを演算する場合、(5)式で示したように、
電機子抵抗Ｒａの誤差によって生じるモータ角速度推定
値ωの誤差はモータ電流Ｉａに比例し、モータ電流Ｉａ
の増加とともに増加する。すなわち、モータ角速度推定
値ωのオフセットはモータ電流Ｉａの増加とともに増加
する。ところが、一般にモータに印加する電圧が一定な
らば、モータ電流Ｉａとモータ角速度ωｍには、図８に
示すようにモータ電流Ｉａの増加とともにモータ角速度
ωｍが減少する関係がある。
【００９７】従って、モータ１に大電流が通流される場
合には、モータ角速度推定値ωを零にクリップしておけ
ばよいと考えられる。その際、モータ電流検出値Ｉａ
snsが所定のしきい値を越える場合にモータ角速度推定
値ω＝０としてもよいが、モータ角速度推定値ωが急変
することを避けるためには、図７の如く、モータ電流検
出値Ｉａsns＝０のときに１で、モータ電流検出値Ｉａ
snsの増加に伴って０に近づく係数Ｋ１を、(4)式から求
めたモータ角速度ωに乗じておけばよい。ここで、Ｋ１
は、モータ電流検出値Ｉａsns＝０のときに１とし、少
なくともモータ電流検出値Ｉａsnsがモータ１をデュー
ティ比１００％で駆動時のロック電流Ｉｍａｘと等しい
ときには０になるということを目安に、実験的に設定す
ればよい。
【００９８】なお、ここでは（４）式と上記Ｋ１をモー
タ電流検出値Ｉａsnsを用いてωを演算したが、電流制
御手段１０の応答性が十分速いと見なせる場合には、モ
ータ電流検出値Ｉａsnsのかわりにモータ電流目標値Ｉ
ａを用いてもよい。この場合には、モータ電流検出値Ｉ
ａsnsに含まれる雑音の影響を受けないという利点があ
る。
【００９９】このように、本実施例の方法でモータ角速
度推定値ωを求めると、Ｈ／Ｗでモータ印加電圧の矩形
波成分を除去してあるため、Ｓ／Ｗによる演算が簡単に
なり、サンプリング周波数も低く設定できる。また、電
機子抵抗Ｒａの誤差によるモータ角速度推定値ωのオフ
セットを簡単かつ効果的に除去することができる。
【０１００】モータ角加速度演算手段１２では、モータ
角速度演算手段１１にて演算されたモータ角速度推定値
ωから、モータ角加速度推定値ｄω／ｄｔを演算してい
る。これを図９のフローチャートと図１０のブロック図
に基づいて説明する。なお、図１０のブロック図は、図
９のフローチャートのうち、Ｓ９２〜Ｓ９４をブロック
図で表現したものである。
【０１０１】最初に、Ｓ９１でモータ角速度推定値ωを
読み込み、Ｓ９２でモータ角速度推定値ωを所定の遮断
周波数ｆｃ１でハイパスフィルタ処理する。次にＳ９３
でＳ９２の演算結果にゲインＫ２を乗じ、さらにＳ９４
でＳ９３の演算結果を所定の遮断周波数ｆｃ２でローパ
スフィルタ処理し、ｄω／ｄｔを得る。最後にＳ９５で
ｄω／ｄｔをＲＡＭ８ｃにストアする。
【０１０２】以上の演算により、図１１の周波数特性が
得られる。すなわち、ｆｃ１をステアリング系に必要と
される応答周波数近傍（例えば５Ｈｚ）に設定しておけ
ば、モータの慣性感が問題となる周波数帯域では２０ｄ
Ｂ／ｄｅｃの微分特性を持たせることができ、さらにｆ
ｃ２をステアリング系の制御に不要な帯域（例えば５Ｈ
ｚ以上）を遮断するように設定しておけば、同時にモー
タ角加速度推定値ｄω／ｄｔの雑音を抑えることが可能
となる。
【０１０３】なお、モータ角加速度演算手段１２にてゲ
インをかせぐ必要がない場合には、ステップＳ９３は不
要であり、これを省略した場合には図１２の周波数特性
が得られる。
【０１０４】クーロン摩擦補償電流演算手段１３では、
モータ角速度推定値ωと車速Ｖｓから、ステアリング系
のクーロン摩擦を補償し、低車速時のハンドル戻りやフ
リクション感を改善するためのクーロン摩擦補償電流目
標値Ｉｃを演算している。これを図１３のフローチャー
トと図１４に基づいて説明する。まず、Ｓ１３１で上記
の如く演算されたモータ角速度推定値ωと、所定の方法
で演算された車速Ｖｓを読み込み、次に、Ｓ１３２でモ
ータ角速度推定値ωと車速Ｖｓから、所定のテーブルに
従ってクーロン摩擦補償電流目標値Ｉｃを求め、最後に
Ｓ１３３で、上記クーロン摩擦補償電流目標値ＩｃをＲ
ＡＭにストアする。
【０１０５】Ｉｃを求めるテーブルは、例えば図１４に
示すように、モータ角速度推定値ωが、所定の値ω１以
上になると、車速Ｖｓに応じて一定値にクリップされた
電流が、ωと同方向に通流されるように構成する。ここ
で、電流のクリップ値Ｉｃ１はモータ１を接続する事に
より増加したステアリング系のクーロン摩擦を補償する
トルクを発生し得るように設定する。
【０１０６】これにより、モータ１が運転者の操舵やタ
イヤのセルフアライニングトルク等によって回転する
と、モータの回転方向に一定の電流が通流されることに
なり、ステアリング系のクーロン摩擦があたかも減少し
たかのように動作させることができ、ハンドル戻りやフ
リクション感を改善することが可能となる。なお、Ｉｃ
は車速にかかわらず一定値でもよいが、図１４の如く、
車速Ｖｓの増加とともに電流値を低減するようにテーブ
ルを構成しておけば、後述する高車速時におけるハンド
ル戻り時の収斂性の悪化を防止し、かつ低車速時のハン
ドル戻りを改善することが可能となり、さらに操舵フィ
ーリングが向上する。
【０１０７】また、上記しきい値ω１に関しても、車速
Ｖｓにかかわらず一定値でもよいが、車速に応じて変化
させてもよく、例えば図１４の如く車速Ｖｓの増加とと
もにω１が増加するように設定すれば、高車速時のハン
ドルのふらつきを抑えることができる。
【０１０８】粘性摩擦補償電流演算手段１４では、モー
タ角速度推定値ωと車速Ｖｓから操舵フィーリングに粘
性感を与え、特に高車速時において悪化するハンドル戻
り時の収斂性を向上させるための粘性摩擦補償電流目標
値Ｉｄを演算している。これを図１５のフローチャート
と図１６に基づいて説明する。
【０１０９】まず、Ｓ１５１で上記の如く演算されたモ
ータ角速度推定値ωと、所定の方法で演算された車速Ｖ
ｓを読み込み、次に、Ｓ１５２でモータ角速度推定値ω
と車速Ｖｓから、所定のテーブルに従って粘性摩擦補償
電流目標値Ｉｄを求め、最後にＳ１５３で、上記Ｉｄを
ＲＡＭ８ｃにストアする。
【０１１０】粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄを求めるテー
ブルは、例えば図１６のように、モータ角速度推定値ω
に比例した電流がモータ角速度推定値ωと逆方向に通流
されるように構成する。これにより、モータ１が運転者
の操舵やタイヤのセルフアライニングトルク等によって
回転し始めると、モータ角速度推定値ωに比例した粘性
摩擦補償電流目標値Ｉｄがモータ１の回転方向と逆方向
に通流される。
【０１１１】この結果、ステアリング系の粘性摩擦があ
たかも増加したかのように動作させることができ、操舵
フィーリングに油圧パワーステアリングのような粘性
感、反力感を与えるとともに、高車速時におけるハンド
ル戻り時の収斂性を改善することが可能となる。なお、
ゲインＩｄ／ωは車速Ｖｓにかかわらず一定値でもよい
が、図１６の如く、車速Ｖｓの増加とともに上記ゲイン
が増加するようにテーブルを構成しておけば、低車速時
のハンドル戻りの悪化を防止し、かつ中高車速時におい
て粘性感、反力感のあるしっかりした操舵フィーリング
を与え、ハンドル戻り時の収斂性を改善することが可能
となり、さらに操舵フィーリングが向上する。
【０１１２】慣性補償電流演算手段１５では、慣性感を
軽減する効果がある慣性補償電流の目標値Ｉｊを演算し
ている。これを図１７のフローチャートと図１８に基づ
いて説明する。まず、Ｓ１７１で上記の如く演算された
モータ角加速度推定値ｄω／ｄｔと、所定の方法で演算
された車速Ｖｓを読み込み、次に、Ｓ１７２でモータ角
加速度推定値ｄω／ｄｔと車速Ｖｓから、所定のテーブ
ルに従って慣性補償電流目標値Ｉｊを求め、最後にＳ１
７３で、慣性補償電流目標値ＩｊをＲＡＭ８ｃにストア
する。
【０１１３】慣性補償電流目標値Ｉｊを求めるテーブル
は、例えば図１８のように、モータ角加速度推定値ｄω
／ｄｔに比例した電流がモータ角加速度推定値ｄω／ｄ
ｔの方向に通流されるように構成する。これにより、モ
ータ１が運転者の操舵やタイヤのセルフアライニングト
ルク等によって回転し始めると、モータ角加速度ｄω／
ｄｔに比例した慣性補償電流目標値Ｉｊがモータ１の加
速方向に通流されることになる。従って、ステアリング
系の慣性モーメントがあたかも減少したかのように動作
させることができ、ステアリング系にモータ１が接続さ
れたことによる操舵フィーリングの慣性感の悪化を改善
することが可能となる。
【０１１４】ここで、一般に、操舵力補助電流演算手段
９では、図４２に示すとおり車速Ｖｓの増加とともに、
運転者にしっかりした保舵力を与えるために、ゲインＩ
ｓ／Ｖｔを減少させる。このため、車速Ｖｓが増加する
と、保舵力は増加するものの、ステアリング系の応答性
が劣化するという弊害がある。そこで、ゲインＩｊ／
（ｄω／ｄｔ）は車速Ｖｓにかかわらず一定値でもよい
が、例えば図１６の如く、車速Ｖｓの増加とともにゲイ
ンＩｊ／（ｄω／ｄｔ）が増加するようにテーブルを構
成しておけば、上記のような応答性の劣化を補償するこ
とができ、応答性を劣化させることなく車速Ｖｓの増加
とともに運転者にしっかりした保舵力を与えることがで
きる。
【０１１５】また、上記ゲインを増加させると高車速時
におけるハンドル戻り時の収斂性が悪化する場合には、
逆に車速Ｖｓの増加とともにゲインが減少するようにテ
ーブルを構成してもよい。
【０１１６】このようにして求められたクーロン摩擦補
償電流目標値Ｉｃと、粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄと、
慣性補償電流目標値Ｉｊと、操舵トルクを静的に補助す
るための操舵力補助電流目標値Ｉｓとを加え、モータ目
標電流Ｉａ*とし、これがモータ電流検出値Ｉａsnsと一
致するように電流制御手段１０によってフィードバック
制御し、モータ１を駆動する。
【０１１７】以上のように、本実施例では、モータ角速
度推定値ωをＨ／Ｗで検出したモータ印加電圧から推定
する構成とし、モータ角速度推定値ωからモータ角加速
度ｄω／ｄｔを推定する微分演算に帯域通過特性を持た
せたため、従来装置と比べてサンプリング周波数を下げ
ても正確にモータ角速度推定値ω、モータ角加速度ｄω
／ｄｔを演算することができ、より安価なＣＰＵを用い
ることができる。
【０１１８】また、モータ角速度推定値ωをモータ電流
Ｉａに基づいて補正する構成としたため、電機子抵抗Ｒ
ａがモータ角速度推定値ωに与える影響を従来装置と比
べて軽減することができる。また、モータ角速度推定値
ωに基づいてステアリング系のクーロン摩擦を補償する
構成としたため、特に低車速時におけるハンドル戻り
や、フリクション感を従来装置と比べてコストアップす
ることなく、改善する事ができる。
【０１１９】実施例２．上記実施例１では、電機子抵抗
Ｒａに含まれる誤差がモータ角速度推定値ωに与える影
響を抑えるため、モータに大電流が通流される場合にモ
ータ角速度推定値ω＝０にクリップしていたが、操舵ト
ルクが大きい場合には速く操舵できないという考えに従
い、操舵トルクが大きい場合にモータ角速度推定値ω＝
０にクリップしてもよい。
【０１２０】その際、操舵トルクＶｔが所定のしきい値
を越える場合にモータ角速度推定値ω＝０としてもよい
が、モータ角速度推定値ωが急変することを避けるため
には、実施例１と同様、図１９に示す通り、モータ電流
Ｉａのかわりに操舵トルクＶｔから補正係数Ｋ１を求め
るようにしてもよい。
【０１２１】一般に、電動パワーステアリングコントロ
ーラの規格は、各車速Ｖｓにおける操舵補助電流目標値
Ｉｓの最大値に対する誤差で与えられることが多い。従
って、操舵トルクＶｔが大きい場合にモータ角速度推定
値ωに基づくクーロン摩擦補償電流Ｉｃ、Ｉｄが静的に
Ｉｓに加算されて通流されると、モータ角速度推定値ω
のオフセットによって電動パワーステアリングコントロ
ーラの規格を満足できなくなるという問題が考えられ
る。本実施例では、上記のような問題を確実に防止する
ことができる。
【０１２２】実施例３．上記実施例１及び２では、電機
子抵抗Ｒａに含まれる誤差がモータ角速度推定値ωに与
える影響を抑えるために、(4)式に基づいて求めたモー
タ角速度推定値ωに補正係数Ｋ１を乗ずる構成としてい
たが、モータ角速度推定値ωを所定のしきい値ωTH以下
にクリップする構成としても良い。図２０は本実施例に
おけるモータ角速度演算手段１１の動作を説明するフロ
ーチャートであり、図２１は上記しきい値ωTHを説明す
る図である。
【０１２３】以下、本実施例におけるモータ角速度演算
手段１１の動作を、図２０のフローチャートに基づいて
説明する。最初に、Ｓ２０１でモータ印加電圧検出値Ｖ
ａsn sとモータ電流検出値ＩａsnsをＡ／Ｄ変換したデー
タを読み込み、Ｓ２０２で定数データである電機子抵抗
Ｒａと、モータ誘起電圧定数ＫｅをＲＯＭ８ｂから読み
込み、Ｓ２０３で(4)式に基づいてモータ角速度推定値
ωを演算する。
【０１２４】次にＳ２０４で所定のテーブルを参照し、
Ｓ２０１にて読み込んだモータ電流検出値Ｉａsnsから
しきい値ωTHを求め、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０３に
て求めたモータ角速度推定値ωを上記ωTH以下にクリッ
プする。最後にＳ２０７でモータ角速度推定値ωをＲＡ
Ｍ８ｃにストアする。
【０１２５】ここで、ＩａsnsーωTHテーブルおよびωT
Hについて、詳しく説明する。(4)式に基づいてモータ角
速度推定値ωを演算する場合、(5)式で示したように、
電機子抵抗Ｒａの誤差によって生じるモータ角速度推定
値ωの誤差は、モータ電流目標値Ｉａに比例する。そこ
で、(4)式から求めたモータ角速度を、モータ電流検出
値Ｉａsnsの増加に伴って０に近づくしきい値ωTH以下
にクリップしておけば、モータ電流目標値Ｉａが大きい
場合のモータ角速度推定値ωのオフセットを除去するこ
とができると考えられる。
【０１２６】ここで、一般にモータ１に印加する電圧が
一定ならば、モータ電流目標値Ｉａとモータ角速度ωｍ
には、図８に示すようにモータ電流目標値Ｉａの増加と
ともにモータ角速度ωｍが減少する関係がある。ゆえ
に、しきいωTHは、モータ電流検出値Ｉａsnsが０のと
きに、モータを無負荷でデューティ比１００％駆動時の
角速度ωmaxより大きくし、少なくともモータ電流検出
値Ｉａsnsがロック電流Ｉｍａｘと等しいときには０に
なるということを目安に、実験的に設定しておけばよ
い。
【０１２７】なお、本実施例においても、電流制御手段
１０の応答性が十分速い場合には、モータ電流検出値Ｉ
ａsnsのかわりにモータ電流目標値Ｉａを用いても良
い。また、モータ電流目標値Ｉａまたはモータ電流検出
値Ｉａsnsのかわりに、実施例２のごとく、操舵トルク
Ｖｔを用いてωTHを求めても良いことはいうまでもな
い。
【０１２８】実施例４．実施例１〜３の如くモータ角速
度推定値ωのオフセットを補正しても、モータ電流目標
値Ｉａが比較的小さいときにはモータ角速度推定値ωの
演算結果に電機子抵抗Ｒａの誤差の影響が現れる場合が
ある。ところが、上記のとおり、電機子抵抗Ｒａの誤差
がモータ角速度推定値ωに与える影響はモータ電流目標
値Ｉａに比例するため、このようなオフセットは比較的
小さい（例えば２〜３ビット）と考えられる。そこで、
図２２に示すとおり、実施例１〜３の如く演算したモー
タ角速度推定値（＝ωTMP）が所定のしきい値以下のと
きには、ωを０にクリップする構成とすれば、上記の問
題は解決できると考えられる。
【０１２９】本実施例の如くモータ角速度を演算すれ
ば、モータ電流が比較的小さい場合に現れるモータ角速
度推定値ωのオフセットを除去でき、特に、微小操舵時
に、モータ角速度推定値ωのオフセットにより粘性摩擦
補償電流目標値Ｉｄが大きくなり、フリクション感が増
大するという問題を解決する事ができる。
【０１３０】実施例５．実施例１〜４の如くモータ角速
度推定値ωのオフセットを補正しても、完全には補正で
きず、オフセットが残る場合がある。このような場合に
は、実施例１〜４の如く演算したモータ角速度推定値
（＝ωTMP）を所定のカットオフ周波数でハイパスフィ
ルタ処理後、モータ角速度推定値ωとしてもよい。これ
により、モータ角速度推定値ωのオフセットは完全に除
去する事ができる。
【０１３１】しかし、このとき、モータが一定速度で回
転しているとモータ角速度推定値ω＝０となるため、カ
ットオフ周波数を低くとっても、クーロン摩擦が十分補
償されないことが懸念される。従って、クーロン摩擦が
特に問題となる場合には、図２３の如く、クーロン摩擦
補償電流演算手段１３にはハイパスフィルタ処理前のω
TMPを与え、粘性摩擦補償電流演算手段１４にはハイパ
スフィルタ処理後のモータ角速度推定値ωを与える構成
としてもよい。
【０１３２】実施例６．実施例１〜５で述べた方法でモ
ータ角速度推定値ωを補正後に、モータ角加速度推定値
ｄω／ｄｔを演算してもよいが、微分演算によってオフ
セットは除去されるため、図２４の如く、クーロン摩擦
補償電流演算手段１３と粘性摩擦補償電流演算手段１４
にはモータ角速度推定値補正手段１７にて、実施例１〜
５のようにモータ角速度推定値ωを補正した後に与え、
モータ角加速度演算手段１２にはモータ角速度推定値ω
を補正前に与えても良い。これにより、モータ角速度推
定値ωの補正によってモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔ
が悪影響を受けることを防止することができる。
【０１３３】実施例７．実施例１のようにモータ角加速
度演算手段１２が帯域通過特性を有するようにすると、
モータ角速度ωの周波数が比較的低い場合には問題ない
が、周波数が高くなるとモータ角加速度推定値ｄω／ｄ
ｔの位相がまわるため、モータ角速度推定値ωとモータ
角加速度推定値ｄω／ｄｔの位相差が０に近づいてしま
う。正弦波状に操舵した場合を例にとり、図２５に上記
問題を図示する。
【０１３４】位相差が０に近づく周波数がステアリング
系の応答周波数よりも十分高ければ（例えば１０数Ｈ
ｚ）これは問題ないが、モータ角加速度推定値ｄω／ｄ
ｔの雑音を抑える等の理由で上記ｆｃ２を低く（例えば
５Ｈｚ）設定しなければならない場合には問題となる。
例えば、モータ角速度推定値ωとモータ角加速度推定値
ｄω／ｄｔの位相が揃えば、モータ角速度推定値ωに比
例する粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄと慣性補償電流目標
値Ｉｊが打ち消し合うことになり、補償電流が通流され
なくなってしまう。
【０１３５】上記問題を解決するためには、図２６に示
すように、実施例１〜６の如く求められたモータ角速度
推定値ωをさらにローパスフィルタ処理して位相を遅ら
せた後、クーロン摩擦補償電流演算手段１３あるいは粘
性摩擦補償電流演算手段１４に与えればよい。上記ロー
パスフィルタのカットオフ周波数は、モータ角速度推定
値ωとモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔの位相差が問題
となる周波数に設定しておけばよく、例えば上記ｆｃ２
と略同一に設定しておけば良い。これによりモータ角速
度推定値ωとモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔの位相が
揃うことを防止することができ、その結果、各補償電流
の位相関係を正常に保つことができる。
【０１３６】実施例８．モータ電流検出値Ｉａsnsに含
まれる雑音等に起因して、モータ角速度推定値ωに不要
な交流成分が含まれる場合には、モータ角速度推定値ｄ
ω／ｄｔにも雑音が乗り、モータ角加速度演算手段１２
の周波数特性を変更しても、その雑音を除去できない場
合がある。このような場合、図２７に示すとおり、実施
例１の如く演算したモータ角加速度推定値（＝（ｄω／
ｄｔ）TMP）が所定のしきい値以下のときには、ωを０
にクリップする構成とすれば、上記の問題は解決できる
と考えられる。
【０１３７】本実施例の如くモータ角加速度を演算すれ
ば、モータ角加速度演算手段１２の高域遮断特性によっ
て除去できない雑音成分を除去でき、ハンドル中立付近
でのふらつき等の問題を解決することができる。
【０１３８】実施例９．上記実施例１では、モータ角速
度推定値ωが、所定の値ω１以上になると、車速Ｖｓに
応じて一定値にクリップされた電流Ｉｃが、モータ角速
度推定値ωと同方向に通流されるように構成していた。
ここで、モータ角速度推定値ωに雑音が含まれることを
考慮すれば、ω１は大きい方が誤動作が少ないと考えら
れる。しかし、ω１を大きくすれば、ステアリング系の
クーロン摩擦は十分補償されず、例えば低車速時にハン
ドルが中立位置まで戻りきらない等の問題を生ずる。こ
のような場合、図２８の如く、しきい値ω１にヒステリ
シスを設ければ良い。
【０１３９】本実施例の如くクーロン摩擦補償電流目標
値Ｉｃを演算すれば、低車速時のハンドル戻りを劣化さ
せることなく、モータ角速度推定値ωの雑音成分がＩｃ
に影響を与えることを防止することができる。
【０１４０】実施例１０．上記実施例１では、モータ角
速度推定値ωが、所定の値ω１以上になると、車速Ｖｓ
に応じて一定値にクリップされた電流Ｉｃが、モータ角
速度推定値ωと同方向に通流されるように構成していた
が、車速Ｖｓとモータ角速度推定値ωに応じてゲインＩ
ｃ／ωを変化させても良い。
【０１４１】例えば図２９の如く、ω＝０付近でのＩｃ
をモータ角速度推定値ωに対して所定のゲインで滑らか
に立ち上げるように設定すれば、ハンドル中立付近での
モータ目標電流の急変を防止することができ、ハンドル
のふらつき等の問題を防ぐことができる。また、例えば
図３０の如く、ω＝０付近でＩｃが大きくなるように設
定すれば、ステアリング系の静止摩擦の影響を若干緩和
することができる。
【０１４２】実施例１１．上記実施例１では、モータ角
速度推定値ωに応じてステアリング系のクーロン摩擦を
補償する構成としていた。つまり、モータが回転し始め
なければ摩擦を補償する電流は通流されず、静止摩擦は
補償されていなかった。そのため、運転者によっては、
特に低車速時のハンドル戻りを不自然に感じることがあ
った。この発明においては舵角を検出する手段を具備し
ないため、静止摩擦を完全に補償することは不可能であ
るが、モータ角速度推定値ωの微分値に応じて静止摩擦
補償電流を演算する構成とすれば、静止摩擦の影響を緩
和することができる。
【０１４３】図３１は本実施例における静止摩擦補償を
ブロック図で表したものであり、図３２はＳ／Ｗの動作
を説明するフローチャートである。以下、図３２のフロ
ーチャートを基に動作を説明する。まずＳ３２１でモー
タ角速度推定値ωと車速Ｖｓを読み込む。次に、Ｓ３２
２でモータ角速度推定値ωを微分処理し、立ち上がりエ
ッジを抽出する。ここで、微分処理されたモータ角速度
推定値ωをωedgとする。最後にＳ３２３で、ωedgとＶ
ｓから、所定のテーブルに従って静止摩擦補償電流目標
値Ｉｆを求め、Ｓ３２４で静止摩擦補償電流目標値Ｉｆ
をＲＡＭ８ｃにストアする。
【０１４４】静止摩擦補償電流目標値Ｉｆを求めるテー
ブルは、例えば図３３に示すように、ωedgが、所定の
値ωedgが１以上になると、Ｖｓに応じて一定値にクリ
ップされた電流がωedgと同方向に通流されるように構
成する。ここで、電流のクリップ値Ｉｆ１はモータを接
続する事により増加したステアリング系の静止摩擦を補
償するトルクを発生し得るように設定する。
【０１４５】これにより、モータが運転者の操舵やタイ
ヤのセルフアライニングトルク等によって回転し始める
ときに、モータの回転方向に短時間電流が通流されるこ
とになり、ステアリング系の静止摩擦があたかも減少し
たかのように動作させることができ、上記実施例１より
もさらにハンドル戻りやフリクション感を改善すること
が可能となる。
【０１４６】なお、静止摩擦補償電流目標値Ｉｆは車速
Ｖｓにかかわらず一定値でもよいが、図３３の如く、車
速Ｖｓの増加とともに電流値を低減するようにテーブル
を構成しておけば、高車速時におけるハンドル戻り時の
収斂性の悪化を防止し、かつ低車速時のハンドル戻りを
改善することが可能となり、さらに操舵フィーリングが
向上する。
【０１４７】また、上記しきい値ωedg１に関しても、
車速Ｖｓにかかわらず一定値でもよいが、車速Ｖｓに応
じて変化させてもよく、例えば図３３の如く車速Ｖｓの
増加とともにωedg１が増加するように設定すれば、高
車速時のハンドルのふらつきを抑えることができる。
【０１４８】以上のようにして求めた静止摩擦補償電流
目標値Ｉｆを、図３１の如くＩｃ等の補償電流と加算し
てモータ目標電流Ｉａ*を演算し、以降、上記実施例１
と同様にモータ１を制御する。
【０１４９】なお、本実施例においては、ωedgに基づ
いて静止摩擦補償電流目標値Ｉｆを演算したが、例えば
図３４の如く、クローン摩擦補償電流目標値Ｉｃのエッ
ジを強調する構成としても同様の効果が得られることは
いうまでもない。
【０１５０】このように、本実施例では、モータ角速度
推定値ωの立ち上がりエッジに応じてモータ１に電流を
通流する構成としたため、モータ１を接続する事により
増加したステアリング系の静止摩擦を補償することが可
能となり、上記実施例１よりもさらに良好な操舵フィー
リングを得ることができる。
【０１５１】実施例１２．上記実施例１では、モータ角
速度推定値ωに比例した粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄ
が、モータ角速度推定値ωと逆方向に通流されるように
構成していたが、車速Ｖｓとモータ角速度推定値ωに応
じてゲインＩｄ／ωを変化させても良い。
【０１５２】例えば図３５の如く、ω＝０付近での粘性
摩擦補償電流目標値Ｉｄを、モータ角速度推定値ωに対
して所定のゲインで滑らかに立ち上げるように設定すれ
ば、上記実施例１と比べて、ハンドル中立付近での粘性
摩擦補償電流目標値Ｉｄを減少させ、急操舵した場合の
粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄを増加させることができ。
その結果フリクション感の悪化を防止し、かつ急操舵し
た場合にはしっかりとした反力感や粘性感を与え、高車
速時におけるハンドル戻り時の収斂性を改善することが
可能となる。
【０１５３】また、車速Ｖｓの増加とともに上記ゲイン
が増加し、粘性摩擦補償電流目標値Ｉｄのモータ角速度
推定値ωに対する不感帯Ｄｄが減少するようにテーブル
を構成しておけば、中車速ないし低車速時のハンドル戻
りとフリクション感の悪化を防止し、かつ中高車速時に
おいて粘性感や収斂性を改善することが可能となり、さ
らに操舵フィーリングが向上する。
【０１５４】実施例１３．上記実施例１では、モータ角
加速度推定値ｄω／ｄｔに比例した慣性補償電流目標値
Ｉｊが、モータ角加速度推定値ｄω／ｄｔの方向に通流
されるように構成していたが、Ｖｓとωに応じてゲイン
Ｉｊ／（ｄω／ｄｔ）を変化させても良い。
【０１５５】例えば図３６の如く、モータ角加速度推定
値ｄω／ｄｔ＝０付近での慣性補償電流目標値Ｉｊを、
モータ角加速度推定値ｄω／ｄｔに対して所定のゲイン
で滑らかに立ち上げるように設定すれば、上記実施例１
と比べて、ハンドル中立付近での慣性補償電流目標値Ｉ
ｊを減少させ、急操舵した場合の慣性補償電流目標値Ｉ
ｊを増加させることができる。その結果ハンドル中立付
近でのふらつきを防止し、かつ急操舵した場合の慣性感
を改善することが可能となる。
【０１５６】また、車速の増加とともに上記ゲインが増
加し、慣性補償電流目標値Ｉｊのモータ角加速度推定値
ｄω／ｄｔに対する不感帯Ｄｊが減少するようにテーブ
ルを構成しておけば、中車速時ないし低車速時のハンド
ル中立付近でのふらつきを防止し、かつ中高車速時にお
いて慣性感を改善することが可能となり、さらに操舵フ
ィーリングが向上する。
【０１５７】また、上記ゲインを増加させると高車速時
におけるハンドル戻り時の収斂性が悪化したり、ハンド
ルが中立付近でふらついたりする場合には、逆に車速の
増加とともにゲインが減少し、不感帯が増加するように
テーブルを構成してもよい。
【０１５８】実施例１４．実施例１では、モータ印加電
圧を差動アンプで検出し、Ａ／Ｄ変換器８ｆを介してＣ
ＰＵ８ａに入力していたが、モータの各端子電圧をＡ／
Ｄ変換器８ｆに入力し、ＣＰＵ８ａでモータ印加電圧を
演算する構成としてもよい。
【０１５９】図３７はこの実施例におけるコントローラ
のＨ／Ｗ構成図であり、実施例１と同一あるいは相当す
る部分は同一の符号を付してある。４はモータ１に通流
される電流を所定の電圧に変換して後述のＡ／Ｄ変換器
８ｆに入力するためのモータ電流検出回路であり、モー
タ１に直列に接続された電流検出抵抗器４ａの両端の電
圧を増幅回路４ｃで電圧増幅するように構成されてい
る。
【０１６０】２１はモータ１を駆動するＰＷＭ搬送波周
波数よりも低い所定の低域通過特性を有し、モータ１の
端子電圧Ｖａを所定の電圧レベルに変換してＡ／Ｄ変換
器８ｆに入力するためのモータ端子電圧検出回路であ
り、２１ａ〜２１ｆは抵抗器、２１ｇ〜２１ｈはコンデ
ンサである。なお、上記以外の部分は実施例１と同一で
あり、説明は省略する。
【０１６１】図３８は、モータ端子電圧検出回路２１の
直流特性を、図３９は周波数特性を表す図である。
【０１６２】図４０はモータ端子電圧からモータ印加電
圧を演算するＳ／Ｗの動作を説明するフローチャートで
ある。
【０１６３】ここで、モータ端子電圧検出回路２１につ
いて詳しく説明する。図３７において、 Ｒ１３＝Ｒ２３＝Ｒ３ （７） Ｒ１４＝Ｒ２４＝Ｒ４ （８） Ｒ１５＝Ｒ２５＝Ｒ５ （９） Ｃ１２＝Ｃ２２＝Ｃ２ （１０） と設定するものとして、ｓ領域（ｓはラプラス演算子）
でモータ端子電圧検出値Ｖ１１とＶ１２、Ｖ２１とＶ２
２との関係を求めるとそれぞれ以下の(11)、(12)式のよ
うに表される。
【０１６４】 V12=Vcc・R4・R5/R6+V11・R3・R4/R6/(1+C2・R3・R4・R5・s/R6) （１１）
【０１６５】 V22=Vcc・R4・R5/R6+V21・R3・R4/R6/(1+C2・R3・R4・R5・s/R6) （１２）
【０１６６】 ただし、 R6=R3・R4+R4・R5+R5・R3 （１３） となる。
【０１６７】(11)、(12)式を見ると、Ｖ１２、Ｖ２２
は、Ｖ１１、Ｖ２１をそれぞれＲ３・Ｒ４／Ｒ６で分圧
し、時定数Ｃ２・Ｒ３・Ｒ４・Ｒ５／Ｒ６の一次遅れ特
性を付加し、直流バイアス電圧Ｖｃｃ・Ｒ４・Ｒ５／Ｒ
６に加えた電圧である、ということがわかる。すなわ
ち、直流特性は図３８、周波数特性は図３９に示す通り
になる。
【０１６８】(11)、(12)式において、Ｖｃｃは定電圧
（例えば５Ｖ）とし、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はＶ１１、
Ｖ２１の電圧範囲（例えばー１２〜１２Ｖ）がＡ／Ｄ変
換器８ｆの入力電圧範囲（例えば０〜５Ｖ）にレベル変
換されるように設定する。
【０１６９】また、モータ印加電圧Ｖａと同様にＶ１
１、Ｖ２１も矩形波となるため、コンデンサＣ２につい
ては、カットオフ周波数ｆｃ＝１／（２π・Ｃ２・Ｒ３
・Ｒ４・Ｒ５／Ｒ６）が、ＰＷＭ搬送波周波数（例えば
２０ｋＨｚ）より十分低く、モータの応答周波数（例え
ば１００数十Ｈｚ）よりも十分高くなるように設定す
る。これによりステアリング系の制御が可能な帯域幅が
確保され、しかもＶ１１、Ｖ２１の矩形波成分が除去さ
れたモータ端子電圧検出値Ｖ１２、Ｖ２２をＡ／Ｄ変換
器８ｆに入力することができる。
【０１７０】次に、Ｖ１１、Ｖ１２からモータ印加電圧
Ｖａを演算する方法について説明する。(11)、(12)式に
最終値定理を適用すると、Ｖ１２、Ｖ２２は直流的には
それぞれ以下の(14)、(15)式で表される。
【０１７１】 Ｖ１２＝Ｖｃｃ・Ｒ４・Ｒ５／Ｒ６＋Ｖ１１・Ｒ３・Ｒ４／Ｒ６ （１４）
【０１７２】 Ｖ２２＝Ｖｃｃ・Ｒ４・Ｒ５／Ｒ６＋Ｖ２１・Ｒ３・Ｒ４／Ｒ６ （１５）
【０１７３】図３７において、 Ｖａ＝Ｖ１１ーＶ２１ （１６） であるから、(14)、(15)式を(16)式に代入すればモータ
印加電圧Ｖａは以下の(17)式より求まる。
【０１７４】 Ｖａ＝（Ｖ１２ーＶ２２）・Ｒ６／（Ｒ３・Ｒ４） （１７）
【０１７５】すなわち、モータ端子電圧検出値Ｖ１２、
Ｖ２２から、(17)式に基づいてＣＰＵ８ａでモータ印加
電圧Ｖａを演算すればよい。
【０１７６】更に、モータ端子電圧検出値Ｖ１２、Ｖ２
２からモータ印加電圧Ｖａを求めるＳ／Ｗの動作を、図
４０のフローチャートに沿って説明する。まず、Ｓ４０
１でモータ端子電圧検出値Ｖ１２、Ｖ２２をＡ／Ｄ変換
したデータを読み込む。次にＳ４０２で(17)式に基づい
てモータ印加電圧Ｖａを演算し、最後に、Ｓ４０３でモ
ータ印加電圧Ｖａの演算値をＲＡＭ８ｃにストアする。
【０１７７】以後は、このようにして演算したモータ印
加電圧Ｖａを用いて、上記実施例１と同様にモータ角速
度推定値ωやモータ角加速度推定値ｄω／ｄｔを演算し
てモータ１を制御すればよい。
【０１７８】以上のように本実施例では、Ｈ／Ｗでモー
タのＰＷＭ駆動に伴う矩形波成分を除去したモータ端子
電圧を検出し、Ｓ／Ｗでモータ印加電圧を演算する構成
としたため、実施例１と比べて処理速度の速いＣＰＵを
用いることなく、ＯＰアンプを省略することができる。
【０１７９】さらに、実施例１におけるモータ印加電圧
検出回路５では、モータ端子電圧の同相分はＯＰアンプ
５ｊにて除去されるため、モータの各端子電圧が同相に
変化するような故障状態、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ７
ａ〜７ｄがオフした状態でのモータ線の地絡等を検出す
ることができないが、モータ端子電圧検出回路２１を用
いればモータの各端子電圧をＣＰＵ８ａにてモニタでき
るため、上記のような故障も検出する事が可能となり、
故障検出能力が向上する。
【０１８０】また、そのため、モータ印加電圧検出回路
５を用いる場合には、実施例１の如く故障検出能力を向
上させるために電流検出抵抗器４ａを電源側に設けるこ
とが望ましいが、モータ端子電圧検出回路２１を用いれ
ば、本実施例の如く電流検出抵抗器４ａをモータに直列
に接続してもよく、その結果サンプルホールド回路４ｂ
を省略することができ、さらなるコストダウンを図るこ
とができる。
【０１８１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、操舵系に連結
されたモータと、このモータをＰＷＭ駆動制御するＰＷ
Ｍ制御手段と、遮断周波数がＰＷＭ搬送波周波数よりも
低い低域通過特性を有し、検出した前記モータの端子間
電圧を所定電圧レベルに変換して出力するモータ端子間
電圧検出手段と、検出されたモータ端子間電圧に基づい
て前記モータの角速度を推定する角速度推定手段と、角
速度推定結果に基づいて前記モータの電流値を演算する
電流値演算手段とを備えたので、モータ端子間電圧を、
遮断周波数がモータを駆動するＰＷＭ搬送波周波数より
も低い低域通過特性を有する回路にて矩形波成分を除去
して検出した、モータ端子間電圧検出値に基づいて上記
モータ角速度を推定することにより、サンプリング周波
数を従来装置より下げても正確にモータ角速度を推定す
ることができるという効果がある。
【０１８２】請求項２の発明によれば、操舵系に連結さ
れたモータと、このモータをＰＷＭ駆動制御するＰＷＭ
制御手段と、遮断周波数がＰＷＭ搬送波周波数よりも低
い低域通過特性を有し、検出した前記モータの端子電圧
を所定電圧レベルに変換して出力するモータ端子電圧検
出手段と、検出されたモータ端子電圧に基づいて前記モ
ータの角速度を推定する角速度推定手段と、角速度推定
結果に基づいてモータ電流値を演算する電流値演算手段
とを備えたもので、モータ端子電圧を、遮断周波数がモ
ータを駆動するＰＷＭ搬送波周波数よりも低い低域通過
特性を有する回路にて矩形波成分を除去して検出した、
モータ端子電圧検出値に基づいて上記モータ角速度を推
定することにより、サンプリング周波数を従来装置より
下げても正確にモータ角速度を推定することができると
いう効果がある。
【０１８３】請求項３の発明によれば、請求項１または
２に記載の発明においてモータ角速度推定値を、モータ
に通流する電流に基づいて所定の値以下にクリップする
ことで、モータ電流に基づいてモータ角速度推定値を補
正することにより、上記モータ角速度推定値の誤差を軽
減する事ができるという効果がある。
【０１８４】請求項４の発明によれば、請求項１または
２に記載の発明においてモータ角速度推定値を、操舵ト
ルクに基づいて所定の値以下にクリップする操舵トルク
に基づいてモータ角速度推定値を補正することにより、
上記モータ角速度推定値の誤差を軽減することができる
という効果がある。
【０１８５】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
４のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推定値
を、モータ角速度推定値の演算結果が所定の値以下の場
合に零にクリップすることにより、モータ角速度推定値
の誤差を軽減することができるという効果がある。
【０１８６】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推定値
を所定のカットオフ周波数以上でハイパスフィルタ処理
を施すことにより、モータ角速度推定値のオフセットを
除去することができるという効果がある。
【０１８７】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
６のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推定値
を微分処理してモータ角加速度を推定することで、サン
プリング周波数を従来装置より下げても正確にモータ加
速度を推定できるという効果がある。
【０１８８】請求項８の発明によれば、請求項７に記載
の発明において微分処理は帯域通過特性を有すること
で、サンプリング周波数を従来装置より下げても正確に
モータ加速度を推定できるという効果がある。
【０１８９】請求項９の発明によれば、請求項８に記載
の発明においてモータ角速度推定値は、微分処理時の帯
域通過特性の高域遮断周波数と略同一の遮断周波数を有
するローパスフィルタ処理を施すことで、モータ角速度
推定値とモータ角加速度推定値との位相関係を正常に保
つことができるという効果がある。
【０１９０】請求項１０の発明によれば、請求項７ない
し９のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推定
値の演算結果が所定の値以下の場合にはこの推定値を零
にクリップすることで、モータ角速度推定値に含まれる
雑音を除去できるという効果がある。
【０１９１】請求項１１の発明によれば、請求項３ない
し１０のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推
定値をステアリング制御系に正帰還し、正帰還に基づい
て通流するモータ電流を、ステアリング系の摩擦に基づ
く所定の値以下にクリップすることで、ステアリング系
のクローン摩擦を補償し、操舵フィーリングを向上させ
ることができるという効果がある。
【０１９２】請求項１２の発明によれば、請求項１１に
記載の発明においてモータ角速度推定値の正帰還に基づ
いて通流するモータ電流をクリップする電流値またはモ
ータ角速度の正帰還ゲインを、上記モータ角速度推定値
と車速の少なくともいずれか１つに基づいて変化させる
ことで、操舵フィーリングを向上させることができると
いう効果がある。
【０１９３】請求項１３の発明によれば、請求項１１ま
たは１２に記載の発明においてモータ角速度推定値の正
帰還に基づいて通流するモータ電流を立ち上がり時に増
加させる微分手段を備えたので、特にステアリング系の
静止摩擦を補償し、操舵フィーリングを向上させること
ができるという効果がある。
【０１９４】請求項１４の発明によれば、請求項３ない
し１０のいずれかに記載の発明においてモータ角速度推
定値を負帰還することにより角速度に基づくステアリン
グ制御を行うことで、特にステアリング系の粘性摩擦を
補償し、操舵フィーリングを向上させることができると
いう効果がある。
【０１９５】請求項１５の発明によれば、請求項１４に
記載の発明においてモータ角速度推定値の負帰還ゲイン
を、上記モータ角速度推定値に基づいて変化させること
でフリクション感の劣化を防止し、或いは、車速に基づ
いて変化させることで低車速域でのハンドル戻りの劣化
を防止しできるという効果がある。
【０１９６】請求項１６の発明によれば、請求項３ない
し１０のいずれかに記載の発明において上記モータ角加
速度推定値を正帰還することにより上記角加速度に基づ
くステアリング制御を行うことで、特にステアリング系
の慣性モーメントを補償し、操舵フィーリングを向上さ
せることができるという効果がある。
【０１９７】請求項１７の発明によれば、請求項１６に
記載の発明において上記モータ角加速度推定値の正帰還
ゲインを、上記モータ角加速度推定値に基づいて変化さ
せることでセンタ付近でのハンドルのふらつきを防止
し、或いは車速に基づいて変化させることで車速に関係
なく最適な操舵フィーリングを実現できるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例による制御装置のＨ／Ｗ
構成図である。
【図２】 この発明の一実施例による制御装置のＳ／Ｗ
ブロック図である。
【図３】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
印加電圧検出回路の直流特性を表す図である。
【図４】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
印加電圧検出回路の周波数特性を表す図である。
【図５】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
印加電圧検出回路、あるいはモータ端子電圧検出回路の
カットオフ周波数の設定方法を説明する図である。
【図６】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
角速度演算手段の動作を説明するフローチャートであ
る。
【図７】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
角速度推定値を補正する係数とモータ電流の関係を説明
する図である。
【図８】 直流モータにおけるモータ電流とモータ角速
度の関係を説明する図である。
【図９】 この発明の一実施例による制御装置のモータ
角加速度演算手段の動作を説明するフローチャートであ
る。
【図１０】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度演算手段の動作を説明するブロック図であ
る。
【図１１】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度演算手段の周波数特性を表す図である。
【図１２】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度演算手段の周波数特性を表す図である。
【図１３】 この発明の一実施例による制御装置のクー
ロン摩擦補償電流演算手段の動作を説明するフローチャ
ートである。
【図１４】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、車速と、クーロン摩擦補償電流の関
係を説明する図である。
【図１５】 この発明の一実施例による制御装置の粘性
摩擦補償電流演算手段の動作を説明するフローチャート
である。
【図１６】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、車速と、粘性摩擦補償電流の関係を
説明する図である。
【図１７】 この発明の一実施例による制御装置の慣性
補償電流演算手段の動作を説明するフローチャートであ
る。
【図１８】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度推定値と、車速と、慣性補償電流の関係を説
明する図である。
【図１９】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する係数と操舵トルクの関係を説
明する図である。
【図２０】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する方法を説明するフローチャー
トである。
【図２１】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正するしきい値とモータ電流の関係
を説明する図である。
【図２２】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する方法を説明する図である。
【図２３】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する手段とモータ制御電流を演算
する手段との関係を説明するブロック図である。
【図２４】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する手段とモータ角加速度演算手
段との関係を説明するブロック図である。
【図２５】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、モータ角加速度推定値との関係を説
明する図である。
【図２６】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値を補正する手段と、モータ角加速度演算
手段と、モータ制御電流を演算する手段との関係を説明
するブロック図である。
【図２７】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度推定値を補正する方法を説明する図である。
【図２８】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、クーロン摩擦補償電流との関係を説
明する図である。
【図２９】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、クーロン摩擦補償電流との関係を説
明する図である。
【図３０】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、クーロン摩擦補償電流との関係を説
明する図である。
【図３１】 この発明の一実施例による制御装置の静止
摩擦を補償する方法を説明するブロック図である。
【図３２】 この発明の一実施例による制御装置の静止
摩擦を補償する方法を説明するフローチャートである。
【図３３】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値の微分値と、静止摩擦補償電流との関係
を説明する図である。
【図３４】 この発明の一実施例による制御装置の静止
摩擦を補償する方法を説明するブロック図である。
【図３５】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角速度推定値と、粘性摩擦補償電流との関係を説明す
る図である。
【図３６】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ角加速度推定値と、慣性補償電流との関係を説明する
図である。
【図３７】 この発明の一実施例による制御装置のＨ／
Ｗ構成図である。
【図３８】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ端子電圧検出回路の直流特性を表す図である。
【図３９】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ端子電圧検出回路の周波数特性を表す図である。
【図４０】 この発明の一実施例による制御装置のモー
タ印加電圧を演算する方法を説明するフローチャートで
ある。
【図４１】 従来の制御装置の構成を表すブロック図で
ある。
【図４２】 この発明と従来の制御装置の操舵トルクと
操舵力補助電流との関係を説明する図である。
【図４３】 直流モータの電機子の等価回路である。
【図４４】 直流モータをＰＷＭ駆動した場合のモータ
印加電圧とモータ電流との関係を示した波形図である。
【符号の説明】
１ モータ、２ トルクセンサ、３ 車速センサ、４
モータ電流検出回路、５ モータ印加電圧検出回路、６
Ｈ形ブリッジ回路駆動回路、７ Ｈ形ブリッジ回路、
８ マイクロコンピュータ、９ 操舵力補助電流演算手
段、１０ モータ電流制御手段、１１ モータ角速度演
算手段、１２ モータ角加速度演算手段、１３ クーロ
ン摩擦補償電流演算手段、１４ 粘性摩擦補償電流演算
手段、１５ 慣性補償電流演算手段、１７ モータ角速
度推定値補正手段、１８ ローパスフィルタ、１９ 微
分手段、２０ 静止摩擦補償電流演算手段、２１ モー
タ端子電圧検出回路。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00 H02P 5/06

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操舵系に連結されたモータと、 このモータをＰＷＭ駆動制御するＰＷＭ制御手段と、 遮断周波数がＰＷＭ搬送波周波数よりも低い低域通過特
    性を有し、検出した前記モータの端子間電圧を所定電圧
    レベルに変換して出力するモータ端子間電圧検出手段
    と、 検出されたモータ端子間電圧に基づいて前記モータの角
    速度を推定する角速度推定手段と、 角速度推定結果に基づいて前記モータの電流値を演算す
    る電流値演算手段と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】 操舵系に連結されたモータと、このモー
    タをＰＷＭ駆動制御するＰＷＭ制御手段と、遮断周波数
    がＰＷＭ搬送波周波数よりも低い低域通過特性を有し、
    検出した前記モータの端子電圧を所定電圧レベルに変換
    して出力するモータ端子電圧検出手段と、検出されたモ
    ータ端子電圧に基づいて前記モータの角速度を推定する
    角速度推定手段と、角速度推定結果に基づいてモータ電
    流値を演算する電流値演算手段と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。
  3. 【請求項３】 モータ角速度推定値を、モータに通流す
    る電流に基づいて所定の値以下にクリップすることを特
    徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリ
    ング装置。
  4. 【請求項４】 モータ角速度推定値を、操舵トルクに基
    づいて所定の値以下にクリップすることを特徴とする請
    求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 【請求項５】 モータ角速度推定値を、モータ角速度推
    定値の演算結果が所定の値以下の場合に零にクリップす
    ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかにに記
    載の電動パワーステアリング装置。
  6. 【請求項６】 モータ角速度推定値を所定のカットオフ
    周波数以上でハイパスフィルタ処理を施すことを特徴と
    する請求項１ないし５のいずれかに記載の電動パワース
    テアリング装置。
  7. 【請求項７】 モータ角速度推定値を微分処理してモー
    タ角加速度を推定することを特徴とする請求項１ないし
    ６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 【請求項８】 微分処理は帯域通過特性を有することを
    特徴とする請求項７記載の電動パワーステアリング装
    置。
  9. 【請求項９】 モータ角速度推定値は、微分処理時の帯
    域通過特性の高域遮断周波数と略同一の遮断周波数を有
    するローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請求
    項８に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 【請求項１０】 モータ角加速度推定値の演算結果が所
    定の値以下の場合にはこの推定値を零にクリップするこ
    とを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の電
    動パワーステアリング装置。
  11. 【請求項１１】 モータ角速度推定値をステアリング制
    御系に正帰還し、正帰還に基づいて通流するモータ電流
    を、ステアリング系の摩擦に基づく所定の値以下にクリ
    ップすることを特徴とする請求項３ないし１０のいずれ
    かに記載の電動パワーステアリング装置。
  12. 【請求項１２】 モータ角速度推定値の正帰還に基づい
    て通流するモータ電流をクリップする電流値またはモー
    タ角速度の正帰還ゲインを、上記モータ角速度推定値と
    車速の少なくともいずれか１つに基づいて変化させるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の電動パワーステアリ
    ング装置。
  13. 【請求項１３】 モータ角速度推定値の正帰還に基づい
    て通流するモータ電流を立ち上がり時に増加させる微分
    手段を備えたことを特徴とする請求項１１ないし１２の
    いずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  14. 【請求項１４】 モータ角速度推定値を負帰還すること
    により角速度に基づくステアリング制御を行うことを特
    徴とする請求項３ないし１０のいずれかに記載の電動パ
    ワーステアリング装置。
  15. 【請求項１５】 モータ角速度推定値の負帰還ゲイン
    を、上記モータ角速度推定値と車速の少なくともいずれ
    か１つに基づいて変化させることを特徴とする請求項１
    ４に記載の電動パワーステアリング装置。
  16. 【請求項１６】 上記モータ角加速度推定値を正帰還す
    ることにより上記角加速度に基づくステアリング制御を
    行うことを特徴とする請求項３ないし１０のいずれかに
    記載の電動パワーステアリング装置。
  17. 【請求項１７】 上記モータ角加速度推定値の正帰還ゲ
    インを、上記モータ角加速度推定値と車速の少なくとも
    いずれか１つに基づいて変化させることを特徴とする請
    求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
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