(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記コントロールユニットが、操舵補助力を制御するためにモータ電流のフィードバック制御を行なう積分項を含むデイジタル形演算器を有し、前記デイジタル形演算器の出力Ｙ（ｋ）が所定の制限値Ｙｍａｘを越えたときに、前記デイジタル形演算器の内部変数を補正する補正手段を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項２】
前記デイジタル形演算器を、制御係数ｂ１及びｂ２、中間変数Ｗ（ｋ）及びＷ（ｋ−１）、フォワードシフトオペレータをＺとする双一次変換の離散時間系とした請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項３】
前記補正手段が前記中間変数Ｗ（ｋ−１）に対して、電流指令値と電流検出値との偏差をｅ（ｋ）として、
Ｙ（ｋ）＞Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
Ｙ（ｋ）＜−Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛−Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
なる補正を行なうようになっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に双一次変換の離散時間系の電流制御系の出力が制限値を越えた場合のみにフィードフォワードで内部変数を補正するようにし、簡単な方法で応答の速いアンチワインドアップを行なうようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。ここで、一般的な電動パワーステアリング装置の構成を図６に示して説明する。操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ，ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【０００３】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図７のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。尚、コントロールユニット３０をＣＰＵで構成せず、各機能要素を独立のハードウェアで構成することも可能である。
【０００４】
コントロールユニット３０の一般的な機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。操舵補助指令値（電流指令値）Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値（電流検出値）ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００５】
モータ駆動回路３７の構成例を図８に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力
となっている。又、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基いて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
また、モータ印加電圧の制御を行なう電流制御系を比例積分形とした例として、特開平８−１４２８８６号公報に示される制御装置がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の電動パワーステアリング装置では、モータ印加電圧の制御を行なう比例積分形の電流制御系は、アナログ回路又はデイジタル計算機により実現されるが、電流制御系をデイジタル計算機で実現した場合には、その出力が最大値を越えた場合に制限値を出力するリミッタを設けている。モータ駆動回路３７ではＦＥＴをＰＷＭ駆動しており、ＰＷＭのデユーティ比のように最大値が存在するからである。そして、リミッタを設けた場合には積分ワインドアップを防ぐため、アンチワインドアップ制御を行なうようにしている。しかしながら、従来のアンチワインドアップ制御では、リミッタの前後の値の差を積分項にフィードバックするため計算負荷が大きく、高価な高速コンピュータを用いなければならないという問題があった。
【０００８】
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、電動パワーステアリング装置の電流制御系をデイジタル計算機で構成し、電流制御系の出力が制限値を越えた場合だけフィードフォワードで内部変数を補正するようにし、簡単な方法で応答の速いアンチワインドアップを行なうようにした電動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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記コントロールユニットが、操舵補助力を制御するためにモータ電流のフィードバック制御を行なう積分項を含むデイジタル形演算器を有し、前記デイジタル形演算器の出力Ｙ（ｋ）が所定の制限値Ｙｍａｘを越えたときに、前記デイジタル形演算器の内部変数を補正する補正手段を具備することによって達成される。又、前記デイジタル形演算器を、制御係数ｂ１及びｂ２、中間変数Ｗ（ｋ）及びＷ（ｋ−１）、フォワードシフトオペレータをＺとする双一次変換の離散時間系とすることにより、そして、更に前記補正手段が前記中間変数Ｗ（ｋ−１）に対して、電流指令値と電流検出値との偏差をｅ（ｋ）として、
Ｙ（ｋ）＞Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
Ｙ（ｋ）＜−Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛−Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
なる補正を行なうことによって、より効果的に達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明では、図６に対応させて示す図１に示すように、操舵補助指令値演算器３２からの操舵補助指令値（電流指令値）Ｉと、モータ電流検出回路３８からのモータ電流値（電流検出値）ｉとの偏差ｅ（ｋ）を比例積分制御する電流制御系４０を設けると共に、電流制御系４０の出力Ｙ（ｋ）を制限値Ｙｍａｘでリミットするリミッタ５０を設けている。電流制御系４０は、双一次変換の離散時間系となっている。
【００１２】
電流制御系４０の詳細は図２に示すようになっており、加算器４１からの中間変数Ｗ（ｋ）は制御変数ｂ１を乗算されて加算器４２に与えられると共に、フォワードシフトオペレータＺの１サンプリング前を示すＺ−１に与えられる。１サンプリング前のオペレータＺ−１からの中間変数Ｗ（ｋ−１）は加算器４１に入力されると共に、制御変数ｂ２を乗算して加算器４２に与えられる。加算器４２の出力Ｙ（ｋ）は制限値Ｙｍａｘのリミッタ５０に入力され、リミッタ５０の出力Ｅが電流制御値（モータ印加電圧）Ｅとなっている。リミッタ５０は、出力Ｙ（ｋ）が制限値Ｙｍａｘを越えた場合にＥ＝Ｙｍａｘとする。
【００１３】
このような構成において、電流指令値Ｉが図３（Ａ）となるような操舵を行なった場合には、電流制御値Ｅは同図（Ｂ）のようになり、中間変数Ｗ（ｋ−１）は同図（Ｃ）のようになる。そして、図３（Ａ）において電流指令値Ｉが制限値Ｙｍａｘを越える区間ａでは、電流偏差ｅ（ｋ）が中間変数に積算されるため、中間変数Ｗ（ｋ−１）は図３（Ｃ）のようになる。また、電流指令値Ｉが制限値Ｙｍａｘより小さくなるｂ点以降においても、中間変数の値が残るため、電流制御値Ｅが最大値を持続してしまう区間Ｃを生じる。これにより、図３（Ａ）に示すように電流検出値ｉは遅れを生じ、操舵の違和感となる。
【００１４】
このような現象を防ぐため、電流制御系４０の出力Ｙ（ｋ）がリミッタ５０の制限値Ｙｍａｘを越えた場合は、中間変数Ｗ（ｋ−１）について下記数１及び数２のような補正を行なう。
【００１５】
【数１】
Ｙ（ｋ）＞Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
【数２】
Ｙ（ｋ）＜−Ｙｍａｘの場合
Ｗ（ｋ−１）＝｛−Ｙｍａｘ−ｂ１・ｅ（ｋ）｝／（ｂ１＋ｂ２）
上記数１及び数２の補正を行なった場合の電流指令値Ｉ及び電流検出値ｉは図４（Ａ）のようになり、電流制御値Ｅは同図（Ｂ）のようになり、中間変数Ｗ（ｋ−１）は同図（Ｃ）のようになる。中間変数Ｗ（ｋ−１）の値が補正されることにより、電流指令値Ｉが制限値Ｙｍａｘより小さくなったときに電流検出値ｉも追従するので、操舵の違和感をなくすことができる。このように、本発明では、最大値を超えた場合のみにフィードフォワードで中間変数の補正計算を行なうので、応答が早くかつ計算負荷が少ない。
【００１６】
ここで、上記実施例で用いている双一次変換について説明する。
【００１７】
連続時間系（アナログ）の比例積分型制御器を伝達関数（ｓはラプラス演算子）で現わすと、数３となる。
【００１８】
【数３】
Ｇ（ｓ）＝Ｋｐ（１＋Ｋｉ／ｓ）
Ｋｐ：比例ゲイン定数
Ｋｉ：積分ゲイン定数
これをディジタル計算（コンピュータ）で実現するには、離散時間系に変換する必要があり、離散化の方法には後退差分方式、双一次変換などがある。そして、双一次変換は下記数４として離散化するものである。
【００１９】
【数４】
ｓ＝２（Ｚ−１）／Ｔ（Ｚ＋１）
数４を数３に代入し、ディジタル比例積分型演算器を求めると次の数５のようになる。
【００２０】
【数５】
Ｇ（Ｚ）＝（ｂ１・Ｚ＋ｂ２）／（Ｚ−１）＝（ｂ１＋ｂ２・Ｚ−１）／（１−Ｚ−１）
ｂ１＝（Ｋｐ・Ｋｉ・Ｔ＋２Ｋｐ）／２
ｂ２＝（Ｋｐ・Ｋｉ・Ｔ−２Ｋｐ）／２
そして、下記のように定義する。
【００２１】
【数６】
Ｇ（Ｚ）＝Ｇ１（Ｚ）・Ｇ２（Ｚ）＝Ｙ（ｋ）／ｅ（ｋ）
（ｋ）：時間ｋにおけるサンプル値
数６及び数５より、次式が成り立つ。
【００２２】
【数７】
Ｇ１（Ｚ）＝１／（１−Ｚ−１）＝Ｗ（ｋ）／ｅ（ｋ）
よって、
【数８】
Ｗ（ｋ）＝ｅ（ｋ）＋Ｗ（ｋ−１）
となる。また数６及び数５より、次式が成り立つ。
【００２３】
【数９】
Ｇ２（Ｚ）＝ｂ１＋ｂ２・Ｚ−１＝Ｙ（ｋ）／Ｗ（ｋ）
よって、
【数１０】
Ｙ（ｋ）＝ｂ１・Ｗ（ｋ）＋ｂ２・Ｗ（ｋ−１）
となる。上記数８及び数１０を図式化すると、図５のようになり、整理してまとめると図２のブロック図が得られる。
【００２４】
尚、上述では比例積分形演算器について説明したが、積分項を含むデイジタル形演算器について適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
従来のアンチワインドアップ制御では、リミッタの前後の値の差を積分項にフィードバックするため計算負荷が大きく、高価な計算機を用いなければならないという問題があった。本発明によれば、電流制御系の出力が制限値を越えた場合のみにフィードフォワードで内部変数を補正計算するため、簡単な方法かつ応答の速いアンチワインドアップを行なうことができる。そのため、計算負荷が少なく安価な計算機で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図２】電流制御系の詳細を示す演算ブロック図である。
【図３】本発明の動作例を説明するための波形図である。
【図４】本発明の動作例を示す波形図である。
【図５】双一次変換を説明するためのブロック線図である。
【図６】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である。
【図７】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図８】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【符号の説明】
１    操向ハンドル
５    ピニオンラック機構
１０    トルクセンサ
１２    車速センサ
２０    モータ
３０    コントロールユニット
３１    位相補償器
３７    モータ駆動回路
３８    モータ電流検出回路
４０    電流制御系
５０    リミッタ
【図１】
0003666160.tif 000002
【図２】
0003666160.tif 000003
【図３】
0003666160.tif 000004
【図４】
0003666160.tif 000005
【図５】
0003666160.tif 000006
【図６】
0003666160.tif 000007
【図７】
0003666160.tif 000008
【図８】
0003666160.tif 000009