(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータが発生する駆動力を車両のステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータの制御値に応じたＰＷＭデューティおよび車両に搭載されているバッテリの電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧を演算する駆動電圧演算手段と、
前記電動モータに発生する逆起電圧を演算する逆起電圧演算手段と、
前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流を演算するモータ電流演算手段と、
前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段と、
この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置であって、
前記電動モータの制御値に応じたＰＷＭデューティおよび車両に搭載されているバッテリの電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧を演算する駆動電圧演算手段と、
前記電動モータに発生する逆起電圧を演算する逆起電圧演算手段と、
前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流を演算するモータ電流演算手段と
前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段と、
この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段と
を含むことを特徴とする電動ポンプ式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであることを特徴とする請求項３記載の電動ポンプ式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置および電動ポンプ式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、電動パワーステアリング装置では、車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源として電動モータが用いられている。そして、この電動モータは、ステアリングホイールに加えられたトルクを検出するためのトルクセンサの出力信号などに基づいて、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって駆動制御されるようになっている。具体的には、電子制御ユニットは、トルクセンサの出力信号などに基づいて電動モータの目標電流を定め、この目標電流と電動モータに実際に流れている電流（モータ電流）との偏差に基づいて、電動モータをフィードバック制御する。
【０００３】
このようなフィードバック制御を実現するためには、電動モータに流れているモータ電流を検出するための手段が必要である。そのため、従来の電子制御ユニットは、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を備えているが、このことが、電子制御ユニットのコストをアップさせる原因になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、コストの低減が図られた電動パワーステアリング装置および電動ポンプ式パワーステアリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（Ｍ）が発生する駆動力を車両のステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータの制御値に応じたＰＷＭデューティおよび車両に搭載されているバッテリ（７）の電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧（Ｖｄ）を演算する駆動電圧演算手段（２２）と、前記電動モータに発生する逆起電圧（Ｖｇ）を演算する逆起電圧演算手段（２１）と、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性（Ｍ(s)）に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流（Ｉｆ）を演算するモータ電流演算手段（２４）と、前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段（１）と、この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段（３，４，５）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００６】
前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗の関数（たとえば、前記電動モータの直流抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）に比例する関数）であってもよいし、前記電動モータのインダクタンスの関数であってもよい。また、前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗およびインダクタンスの関数であってもよく、たとえば、前記電動モータの直流抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、ラプラス演算子をｓとした場合に１／(Ｌｓ＋Ｒ)に比例する関数であってもよい。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
この発明によれば、電動モータに流れているモータ電流が、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて演算処理により推定される。
【０００８】
そして、その推定されたモータ電流と電動モータに流れるべき目標電流との偏差に基づいて、電動モータが駆動制御され、電動モータから車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力が発生される。
電動モータに流れるモータ電流がモータ電流演算手段によって演算されるので、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設ける必要がない。そのため、電動パワーステアリング装置のコストを低減することができる。
なお、請求項２に記載したように、前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであってもよい。
【０００９】
請求項３記載の発明は、電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置であって、前記電動モータの制御値に応じたＰＷＭデューティおよび車両に搭載されているバッテリ（７）の電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧（Ｖｄ）を演算する駆動電圧演算手段（２２）と、前記電動モータに発生する逆起電圧（Ｖｇ）を演算する逆起電圧演算手段（２１）と、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性（Ｍ(s)）に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流（Ｉｆ）を演算するモータ電流演算手段（２４）と、前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段（１）と、この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段（３，４，５）とを含むことを特徴とする電動ポンプ式パワーステアリング装置である。
【００１０】
前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗の関数（たとえば、前記電動モータの直流抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）に比例する関数）であってもよいし、前記電動モータのインダクタンスの関数であってもよい。また、前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗およびインダクタンスの関数であってもよく、たとえば、前記電動モータの直流抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、ラプラス演算子をｓとした場合に１／(Ｌｓ＋Ｒ)に比例する関数であってもよい。
この発明によれば、電動モータに流れているモータ電流が、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて演算処理により推定される。
そして、その推定されたモータ電流と電動モータに流れるべき目標電流との偏差に基づいて、電動モータが駆動制御され、電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプが作動されて、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助が達成される。
電動モータに流れるモータ電流がモータ電流演算手段によって演算されるので、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設ける必要がない。そのため、電動ポンプ式パワーステアリング装置のコストを低減することができる。
なお、請求項４に記載したように、前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、以下に説明するように、電動パワーステアリング装置に備えられた電動モータＭをフィードバック制御するために用いることができ、この場合、たとえば、電動パワーステアリング装置の各部を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）に組み込まれる。
【００１２】
このモータ制御装置は、車両のステアリングホイールなどに加えられたトルクなどに基づいて電動モータＭの目標電流（電動モータＭに流れるべき電流）Ｉｒを設定する目標電流設定部１と、電動モータＭに流れているモータ電流Ｉｆを演算により推定するためのモータ電流推定部２と、目標電流設定部１によって設定された目標電流Ｉｒとモータ電流推定部２によって推定されたモータ電流Ｉｆとの偏差を求める偏差演算部３と、この偏差演算部３が出力する偏差に基づいてＰＩ（Proportional-Integral：比例積分）制御により電動モータＭの制御値を演算するＰＩ制御部４と、ＰＩ制御部４が出力する制御値に基づいてＰＷＭ(Pulse Width Modulation)デューティＤ（％）を演算し、このＰＷＭデューティに応じた電圧を電動モータＭに印加するデューティ演算部５とを備えている。
【００１３】
これらのモータ電流推定部２、偏差演算部３、ＰＩ制御部４およびデューティ演算部５は、たとえば、このモータ制御装置に内蔵されたマイクロコンピュータが所定のプログラム処理を実行することにより、各機能がソフトウエア的に実現されるようになっている。
モータ電流推定部２には、電動モータＭの回転速度ωを検出するモータ回転センサ６の出力信号、バッテリ７の電圧（電源電圧）Ｖｂを検出するバッテリ電圧検出部８の出力信号およびデューティ演算部５で設定されるＰＷＭデューティＤが入力されるようになっている。そして、モータ電流推定部２は、電動モータＭに発生する逆起電圧Ｖｇを演算する逆起電圧演算部２１と、電動モータＭの駆動電圧（デューティ演算部５から電動モータＭに印加される電圧）Ｖｄを演算する駆動電圧演算部２２と、電動モータＭに実際にかかるモータ電圧を求めるモータ電圧演算部２３と、このモータ電圧演算部２３が出力するモータ電圧に基づいてモータ電流Ｉｆを演算により求めるモータ電流演算部２４とを備えている。
【００１４】
モータ回転センサ６の出力信号は、逆起電圧演算部２１に与えられる。この逆起電圧演算部２１は、モータ回転センサ６で検出されるモータ回転速度ωに予め定める逆起電圧定数ｋＶを乗じることにより、電動モータＭに発生する逆起電圧Ｖｇを求める。すなわち、モータ回転速度ωに基づいて、逆起電圧Ｖｇを下記第(1)式に従って演算する。
Ｖｇ＝ω×ｋＶ                          ・・・・・・(1)
バッテリ電圧検出部８の出力信号は、駆動電圧演算部２２に入力されるようになっている。この駆動電圧演算部２２にはまた、デューティ演算部５で設定されるＰＷＭデューティＤ（％）が入力されている。駆動電圧演算部２２は、これらの入力に基づいて、駆動電圧Ｖｄを下記第(2)式に従って演算する。なお、この第(2)式は、電動モータＭを駆動する方式に応じて予め定められている。
【００１５】
Ｖｄ＝Ｖｂ×（Ｄ／１００）              ・・・・・・(2)
逆起電圧演算部２１が出力する逆起電圧Ｖｇと駆動電圧演算部２２が出力する駆動電圧Ｖｄとは、モータ電圧演算部２３に与えられるようになっている。モータ電圧演算部２３は、駆動電圧Ｖｄから逆起電圧Ｖｇを減算することによりモータ電圧（＝Ｖｄ−Ｖｇ）を求め、この求めたモータ電圧をモータ電流演算部２４に与える。
【００１６】
モータ電流演算部２４は、モータ電圧演算部２３で求められたモータ電圧に電動モータＭの電気的特性Ｍ(s)を乗じることにより、電動モータＭに流れているモータ電流Ｉｆを演算する。ここで、電気的特性Ｍ(s)は、電動モータＭに固有の定数であり、たとえば、電動モータＭのインダクタンスをＬとし、電動モータＭの直流抵抗をＲとすると、下記第(3)式で表される。
Ｍ(s)＝１／(Ｌｓ＋Ｒ)                   ・・・・・・(3)
ただし、ｓはラプラス演算子である。
【００１７】
したがって、モータ電流演算部２４においては、下記第(4)式で表される演算が行われる。
0003714843.tif 000002
ゆえに、モータ電流Ｉｆを推定するためにモータ電流推定部２全体で行われる演算は下記第(5)式で表される。
【００１８】
0003714843.tif 000003
以上のようにこの実施形態によれば、電動モータＭに流れているモータ電流Ｉｆが、電動モータＭの回転速度ω、バッテリ７の電圧Ｖｂおよびデューティ演算部５で設定されるＰＷＭデューティＤに基づいて演算処理により推定される。これにより、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設けなくても、電動モータＭのフィードバック制御に必要なモータ電流Ｉｆを得ることができるから、モータ制御装置のコストを低減することができる。
【００１９】
なお、電動モータＭの回転速度ωを検出するモータ回転センサ６は、ステアリングホイールの操舵角を検出するために、電動パワーステアリング装置に従来から備えられているものである。すなわち、電動パワーステアリング装置では、電動モータＭの回転角に基づいてステアリングホイールの操舵角が検出され、この操舵角が予め定める角度以上になった場合に、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向のトルクを電動モータＭから発生させることにより、ステアリングホイールの良好な戻りを実現している。したがって、この実施形態の構成によれば、新たなセンサなどを追加することなく、従来から設けられているセンサを有効に利用してモータ電流Ｉｆを推定することができる。
【００２０】
なお、この実施形態では、駆動電圧Ｖｄを上記第(2)式に基づく演算により求めるとしたが、バッテリ電圧ＶｂおよびＰＷＭデューティＤと駆動電圧Ｖｄとの関係をマップにしてメモリに記憶させておき、このマップを制御時に参照することにより駆動電圧Ｖｄを求めるようにしてもよい。この場合、バッテリ電圧ＶｂおよびＰＷＭデューティＤから駆動電圧Ｖｄを求めるのに要する時間を短縮できる。
【００２１】
さらに、上記第(3)式で表される電動モータＭの電気的特性Ｍ(s)は、電動モータＭのインダクタンスおよび直流抵抗を考慮した場合の一例であり、たとえば、電動モータＭのインダクタンスＬを考慮せずに、電気的特性Ｍ(s)を１／Ｒとしてもよい。
また、この発明はさらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、モータ電流Ｉｆを推定するモータ電流推定装置がモータ電流推定部２としてモータ制御装置に適用され、モータ電流推定部２で推定されたモータ電流Ｉｆを電動モータＭのフィードバック制御に利用されているが、モータ電流推定装置が従来のモータ電流検出回路を備えたモータ制御装置に追加して設けられ、モータ電流推定装置で推定されるモータ電流Ｉｆがモータ電流検出回路が正常に動作しているか否かを判別するために利用されてもよい。この場合、モータ制御装置の信頼性を向上することができる。
【００２２】
さらに、上述の実施形態では、電動パワーステアリング装置用の電動モータＭを制御する場合を例にとったが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外にも、たとえば、電動モータの駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助を実現する油圧ポンプ式パワーステアリング装置に適用することができる。
【００２３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      目標電流設定部（目標電流設定手段）
２      モータ電流推定部（モータ電流推定装置）
３      偏差演算部（制御実行手段）
４      ＰＩ制御部（制御実行手段）
５      デューティ演算部（制御実行手段）
２１    逆起電圧演算部（逆起電圧演算手段）
２２    駆動電圧演算部（駆動電圧演算手段）
２３    モータ電圧演算部
２４    モータ電流演算部（モータ電流演算手段）
Ｉｆ    モータ電流
Ｉｒ    目標電流
Ｍ(s)   電気的特性
Ｖｄ    駆動電圧
Ｖｇ    逆起電圧
【図１】
0003714843.tif 000004