(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサの出力とにより決定される基本アシスト電流指令値に、第１の微分器により決定される操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイールの操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータの回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段と、
このコギング周波数算定手段で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記トルクセンサの出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタと、
良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクを設定し、この設定値と前記中心周波数可変式バンドパスフィルタの出力とを比較して両者の差から乗算値を決定する乗算値決定手段と、
この乗算値を前記第１の微分器の出力に掛け合わせて前記操舵トルク微分指令値を決定する乗算器とを備えたことを特徴とする電動式パワーステアリングシステム。
【請求項２】
ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と車速を検出する車速センサの出力とにより決定される基本アシスト電流指令値に、第１の微分器により決定される操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータを駆動して操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイールの操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータの回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段と、
このコギング周波数算定手段で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記トルクセンサの出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタと、
この中心周波数可変式バンドパスフィルタの出力を微分して位相を進める第２の微分器と、
良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクを設定し、この設定値と前記第２の微分器の出力とを比較して両者の差から該出力に対する乗算値を決定する乗算値決定手段と、
この乗算値を前記第２の微分器の出力に掛け合わせて補償電流指令値を決める乗算器とを備え、
前記補償電流指令値を前記モータ駆動指令値に足しこむようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリングシステム。
【請求項３】
前記乗算値決定手段は、乗算値の最大値が設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の電動式パワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングホイールを操作したとき、その操舵トルクにアシストトルクを付加して操作性を良くする電動式パワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車における電動式パワーステアリングシステムは、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力と、自動車の車速を検出する車速センサの出力とからアシスト電流指令値を決定し、これに操舵トルク微分指令値を足しこんでモータ駆動指令値を得、ドライブ回路を介してアシストモータを駆動し操舵トルクにアシストトルクを付加してステアリングホイールの操作性を向上させている。
【０００３】
然しながら、アシストモータは、ロータの回転角によりトルクが脈動するいわゆるコギングトルクを発生する。
このコギングトルクは、ステアリングシャフトを介してステアリングホイールに伝達され、運転者の手に振動として伝わるので、操舵時のフィーリングが悪くなるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この操舵時のフィーリングを改善するものとして、特開平２−１９３７６８号に開示された電動パワーステアリング装置が知られている。
この発明は、ロータの回転角に応じて発生するコギングトルクを打ち消すためモータに付加する補償電流指令値を予め算定しておく。そして、角度センサによりロータの回転角を検出し、回転角に応じた補償電流指令値をアシストモータに供給して、トルクの平滑化を図り、操舵時のフィーリングを改善するものである。
然しながら、角度センサは高価であり、コスト高になるので、角度センサを使用しないでフィーリングを改善するものが要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、角度センサを使用しないで操舵のフィーリングを改善することができる電動式パワーステアリングシステムを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために請求項１の発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付して説明すると、ステアリングホイール１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検出する車速センサ３０の出力とにより決定される基本アシスト電流指令値Ｔ1に、第１の微分器２４により決定される操舵トルク微分指令値Ｔ2を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータ４０を駆動して、操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータ４０の回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段５２と、
このコギング周波数算定手段５２で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記操舵トルクセンサ２０の出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３と、
良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクＡを設定し、この設定値Ａと前記中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力Ｔｂとを比較して両者の差から乗算値を決定する乗算値決定手段６１と、
この乗算値を第１の微分器２４の出力に掛け合わせて前記操舵トルク微分指令値Ｔ2を決定する乗算器６２とを備えたところに特徴を有し、バンドパスフィルタ５３の出力Ｔｂがコギングトルク設定値Ａよりも小となるように乗数を変化させるので良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【０００７】
請求項２の発明は、ステアリングホイール１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ２０の出力と車速を検出する車速センサ３０の出力とにより決定される基本アシスト電流指令値Ｔ1に、第１の微分器２４により決定される操舵トルク微分指令値Ｔ2を足しこんでモータ駆動指令値を得、このモータ駆動指令値により決定されるモータ駆動電流によりアシストモータ４０を駆動して、操舵トルクにアシストトルクを付加しステアリングホイール１０の操作性を向上させる電動式パワーステアリングシステムにおいて、
前記アシストモータ４０の回転速度を検出して該アシストモータのコギング周波数を算定するコギング周波数算定手段５２と、
このコギング周波数算定手段５２で求められた周波数にその中心周波数を一致させるように動作し前記操舵トルクセンサ２０の出力から該中心周波数における脈動トルクを検出する中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３と、
この中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力を微分して位相を進める第２の微分器５４と、
良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクＡを設定し、この設定値Ａと前記第２の微分器５４の出力Ｔｃとを比較して両者の差から該出力に対する乗算値を決定する乗算値決定手段６１と、
この乗算値を前記第２の微分器５４の出力に掛け合わせて補償電流指令値Ｔ3を決める乗算器６２とを備え、
前記補償電流指令値Ｔ3を前記モータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に足しこむようにしたところに特徴を有し、第２の微分器５４の出力ＴｃがコギングトルクＡよりも小になるように乗数を変化させるので良好な操舵フィーリングを得ることができ、しかも、操舵の軽快感を得ることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、乗算値決定手段は、乗算値の最大値が設定されているところに特徴を有し、操舵によるトルク周波数とコギングトルク周波数が一致した場合でもアシストトルクが過大になることを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の請求項１及び３に係る第１の実施例につき、図１〜図５を参照しつつ説明する。
まず、図２において、ステアリングホイール１０を操作すると、その操舵トルクはギヤーケース１１の入力軸１１ａに伝達され、出力軸１１ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は操舵リンク１３を介して車輪１４の方向を変える。
【００１０】
一方、ギヤーケース１１に取付けられたトルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、その電気信号が電気制御装置（以下ＥＣＵ５０と云う）に入力される。ＥＣＵ５０は、図１に示すトルクセンサ２０の出力と車速センサ３０から基本アシスト電流指令値Ｔ1が決められる。また、操舵トルクを微分する第１の微分器２４から操舵トルク微分指令値Ｔ2が決められる。モータ駆動指令値は、これらの指令値Ｔ1，Ｔ2が加算されたもので、電流制御手段２２を介してモータ駆動電流がアシストモータ４０に供給されて駆動される。
【００１１】
このアシストモータ４０のトルクは、電磁クラッチ１５を介してギヤーケース１６の入力軸１６ａに伝達され、出力軸１６ｂの下端のピニオンを介してラック１２を駆動する。このラック１２は、ステアリングホイール１０の出力軸１１ｂとともに、アシストモータ４０の出力軸１６ｂにより駆動されるので、ステアリングホイール１０の操作性が著しく改善されるのである。
【００１２】
モータ回転速度検出手段５１は、アシストモータ４０の電流値及び端子電圧値からアシストモータ４０の回転数を推定演算して、コギング周波数算出手段５２に入力する。アシストモータ４０は、内部のロータと界磁の関係（吸引力、反発力）に起因して回転角によりモータ軸トルクが周期的に変化するいわゆるコギングトルクを発生する。
尚、モータ回転速度検出手段５１は、一般にモータロータの慣性補償制御やシステムの粘性、フレクション補償制御を行うために用いられているものであり、本発明にあっては、このモータ回転速度検出手段５１をそのまま利用できるという利点がある。
【００１３】
ここで、
コギング周波数をＦ（ＨZ）
モータ回転速度をＮ（ｒｐｍ）
モータコギング係数（モータが１回転することにより発生するコギングの山または谷の数）をＫｍ
と表示すれば、
コギング周波数は次式で求められる。
Ｆ＝Ｎ・Ｋｍ／６０
即ち、コギング周波数はモータの回転速度により変化する。
【００１４】
中心周波数可変式バンドパスフイルタ５３（以下単にバンドパスフイルタ５３と云う）に入力されるトルクには、コギング周波数における成分の他に操舵速度等に起因する種々の周波数における成分が含まれている。
バンドパスフイルタ５３（以下単にバンドパスフイルタ５３と云う）は、中心周波数を図３に示すＦ0，Ｆ1，Ｆ2のように変化させて絶えずこのコギング周波数算定手段５２で求められた周波数Ｆに一致させるように動作して、コギング周波数成分の脈動トルク（コギングトルク）Ｔbを抽出する。
【００１５】
可変ゲインアンプ６０は、乗算値決定手段６１と、乗算器６２とから構成されている。乗算値決定手段６１には、予め良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクＡが設定されている。そして、この設定値Ａと中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３の出力即ち脈動トルクＴb［図４の（ｃ）］とを比較して、後述する手順により乗算値を決定する。そして、この乗算値を乗算器６２において第１の微分器２４の出力に掛け合わせて操舵トルク微分指令値Ｔ2が決定される。
この乗算値には最大値Ｍａｘが設定されている。これは、操舵によるトルク周波数とコギングトルク周波数が一致した場合にアシストトルクが過大になることを防止するためである。
【００１６】
つぎに、上記第１の実施例の作用について図５を参照して説明する。
まず、バンドパスフイルタ５３が接続されていない状態において、ステアリングホイール１０を操作すると、トルクセンサ２０が操舵トルクを検出し、車速センサ３０が自動車の速度を検出し、これらから決められたモータ駆動指令値（Ｔ1＋Ｔ2）に基づいてアシストモータ４０が駆動され、アシストトルクＴａが操舵トルクに付加される。
このアシストトルクは中心値Ｔａの上下に脈動している［図４の（ａ）］。
【００１７】
ところで、アシストトルクがその中心値Ｔａよりも大なるコギングトルクの山においては、その分、操舵トルクは小となり、中心値Ｔａよりも小なるコギングトルクの谷においては、操舵トルクは大となって、操舵トルクも脈動する。
即ち、トルクセンサ２０の出力は、コギングトルクの脈動波形を反転（位相角は−１８０度）したものとなる。また、機械的ながたや操舵トルク検出用のトーションバーのねじれなどが作用して、位相角はさらに遅れθを生じる［図４の（ｂ）］。
【００１８】
一方、モータ回転速度検出手段５１からアシストモータ４０の回転数が推定演算され、コギング周波数算出手段５２によりコギング周波数Ｆが算出されると、バンドパスフイルタ５３に入力される。
そして、トルクセンサ２０の出力がバンドパスフイルタ５３を通過すると、算定されたコギング周波数ＦにおけるコギングトルクＴbが抽出される［図４の（ｃ）］。
【００１９】
このコギングトルクＴbは、図５に示すように乗算値決定手段６１に入力されて予め設定されたコギングトルク設定値Ａと等しいか（Ｔb＝Ａ）どうかが判断される（ＳＴＥＰ１０）。
ここでＹＥＳの場合（Ｔb＝Ａ）には、良好な操舵フィーリングが得られているので、この状態が繰り返えされる。
【００２０】
一方、ＮＯの場合には、ＳＴＥＰ１１においてＴbがＡに比較して大（Ｔb＞Ａ）であるかどうかが判断される。
ＳＴＥＰ１１において、ＮＯの場合（Ｔb＜Ａ）には充分に良好な操舵フィーリングが得られている状態にある。そして、ＳＴＥＰ１２において乗算値が０であるかどうかが判断される。
乗算値が０である場合には（Ｔ2＝０）ＳＴＥＰ１０に戻る。即ち、操舵トルク微分指令値Ｔ2を加えなくても充分に良好な操舵フィーリングが得られているので、この状態がくりかえされる。
【００２１】
ＹＥＳの場合には、乗算値を１ランク下げて操舵トルク微分指令値Ｔ2を小さくする（ＳＴＥＰ１３）。これは、操舵が必要以上に軽くなりすぎることを防止するためである。そして、操舵トルク微分指令値Ｔ2を小さくした状態でモータ４０が回転されて、再度ＳＴＥＰ１０に戻り、上述の過程が繰返えされる。
【００２２】
ＳＴＥＰ１１において、ＹＥＳと判断された場合、乗算値がＭａｘ（最大値）であるかどうかが判断される（ＳＴＥＰ１４）。
ＹＥＳと判断された場合は、乗算値がＭａｘ（最大値）であるので、乗算値は変更せずＳＴＥＰ１０に戻る。
ＮＯの場合には、乗算値を１ランク上げて大きくする（ＳＴＥＰ１５）。
そして、大きくした操舵トルク微分指令値Ｔ2によりモータ４０が回転されて、ＳＴＥＰ１０に戻り、上述の過程が繰返えされる。
【００２３】
上記第１の実施例によれば、バンドパスフイルタ５３を通過したコギングトルクＴbを予め設定されたコギングトルク設定値Ａと比較して、その差より操舵トルク微分指令値Ｔ2に対する乗算値を加減したので、簡単な構成で良好な操舵フィーリングが得られるという優れた効果を奏するものである。
また、乗算値に最大値を設けたので、異常に操舵トルク微分指令値Ｔ2が増大することを防止することができる。
【００２４】
図６及び図７は、請求項２及び３に係る第２の実施例を示すもので、第１の実施例との相違点を主として説明する。
この第２の実施例においては、図６に示すトルクセンサ２０の出力と車速センサ３０及びアシスト車速テーブル２３から基本アシスト電流指令値Ｔ1が決められる。また、操舵トルクを微分する第１の微分器２４と車速センサ３０及び操舵トルク微分車速テーブル２５から操舵トルク微分指令値Ｔ2が決められる。さらに、操舵トルクを中心周波数可変式バンドパスフィルタ５３及び第２の微分器５４を通過させ必要に応じて増幅器５５により増幅されて補償電流指令値Ｔ3が決められる。モータ駆動指令値は、これらの指令値Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3が加算されたもので、電流制御手段２２を介してモータ駆動電流がアシストモータ４０に供給されて駆動される。
【００２５】
操舵トルク即ちトルクセンサ２０の出力［図７（ｂ）］がバンドパスフィルタ５３を通過するとコギング周波数におけるコギングトルク［図７（ｃ）］が抽出される。このコギングトルクはアシストトルクに対して位相角θの遅れがあるが、第２の微分器５４を通過することにより位相が進められる［図７（ｄ）］。
可変ゲインアンプ６０の乗算値決定手段６１は、第２の微分器５４の出力Ｔｃをコギングトルクの設定値Ａと比較して乗数を決定し、乗算器６２により補償電流指令値Ｔ3を変化させるものである。
乗算値を変化させる乗算値決定手段６１に関する作用は、第１の実施例における場合と同じである。
【００２６】
この第２の実施例においては、操舵トルクの変化に応じてこれを第１の微分器２４により微分し操舵トルク微分指令値Ｔ2を増減するので、操舵性に軽快感を付与することができる。
さらに、第１の微分器２４に対して独立したバンドパスフィルタ５３及び第２の微分器５４を設けて、第２の微分器５４の出力をコギングトルクの設定値Ａと比較して補償電流指令値Ｔ3に対する乗数を変化させたので、ハンドルのフイーリングを良好にするとともに、適切な操舵特性を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明はステアリングホイールの操舵トルクに、アシストモータを駆動してアシストトルクを付加した電動式パワーステアリングシステムにおいて、
良好な操舵フィーリングを得るために許容されるコギングトルクを設定し、この設定値と操舵トルクセンサから抽出されたコギング周波数におけるコギングトルクとを比較して、このコギングトルクが許容されるコギングトルク設定値よりもが小さくなるようにモータ駆動指令値を変化させるので、簡単な構成により操舵性を著しく改善することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第１の実施例の制御ブロック図である。
【図２】  第１の実施例のシステムを説明するブロック図である。
【図３】  操舵トルクのコギング周波数の分布を示すグラフである。
【図４】  各部におけるトルクの波形を示すグラフである。
【図５】  乗算値決定手段による作用を説明するためのフローチャートである。
【図６】  本発明に係る電動式パワーステアリングシステムにおける第２の実施例の制御ブロック図である。
【図７】  各部におけるトルクの波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ステアリングホイール
２０  トルクセンサ
２１  基本アシスト電流指令値
２４  第１の微分器
３０  車速センサ
４０  アシストモータ
５２  コギング周波数算定手段
５３  中心周波数可変式バンドパスフィルタ
５４  第２の微分器
６１  乗算値決定手段
６２  乗算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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