(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ駆動で制御するモータに流れるモータ電流を検出し、この検出信号と目標電流信号との偏差に応じてフィードバック制御を行うと共に、前記目標電流信号の値が増加するにつれて増加する値を出力するフィードフォワード制御要素を付加する電動パワーステアリング装置の制御方法において、
前記ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号が所定値に達した後は前記フィードフォワード制御要素の値を前記目標電流信号の値が大きくなっても増加させないようにしたことを特徴とした電動パワーステアリング装置の制御方法。
【請求項２】
前記最終出力デューティー比が所定値に達した後は、前記フィードフォワード制御要素の値を固定させ、前記最終出力デューティー比が所定値に達したときの目標電流値以下に目標電流信号の値がなったときには、前記フィードフォワード制御要素の値の固定を解除した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の制御方法。
【請求項３】
ＰＷＭ駆動で制御するモータに流れるモータ電流を検出し、この検出信号と目標電流信号との偏差に応じてフィードバック制御を行うと共に、前記目標電流信号の値が増加するにつれて増加する値を出力するフィードフォワード制御要素を付加する電動パワーステアリング装置の制御方法において、
前記ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号を監視し、
前記フィードフォワード制御要素が比例動作を行うかまたは飽和動作を行うかの境界値であるしきい値デューティー比と前記最終出力デューティー比信号を比較し、
その比較した結果に応じて、前記フィードフォワード制御要素の飽和動作で前記フィードフォワード制御要素から出力される制御信号を変化させることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置の制御方法に関し、特に、モータの動力をステアリング系に作用させて、運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にモータを備え、モータから供給する動力を、制御装置を用いて制御することにより、運転者の操舵力を軽減するものである。
【０００３】
図７は、電動パワーステアリング装置の模式構造図である。電動パワーステアリング装置１００では、ステアリング・ホイール（ハンドル）１０１に一体的に設けられたステアリング軸１０２に、自在継手１０３ａ，１０３ｂを有する連結軸１０３を介して、ラック・ピニオン機構１０５のピニオン１０５ａに連結されることによって、手動操舵トルク発生機構１０６が構成されている。
【０００４】
ピニオン１０５ａに噛み合うラック歯１０７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸１０７は、その両端にタイロッド１０８を介して転動軸としての左右の前輪１０９に連結されている。運転者は、ハンドル１０１を操作することにより、手動操舵トルク発生機構１０６と通常のラック・ピニオン式のステアリング装置を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えることができる。
【０００５】
この手動操舵トルク発生機構１０６によって発生する操舵トルクを軽減するために、アシストトルク（操舵補助トルク）を供給するモータ１１０が例えばラック軸１０７と同軸的に配設され、ラック軸１０７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１１を介してモータ１１０からの回転運動により供給されるアシストトルクが直進運動のための力に変換され、ラック軸１０７に作用する。
【０００６】
モータ１１０のロータには、駆動側ヘリカルギヤ１１０ａが一体的に設けられている。このヘリカルギヤ１１０ａは、ボールねじ機構１１１のねじ軸１１１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギヤ１１１ｂと噛み合っている。また、ボールねじ機構１１１のナットは、ラック軸１０７に連結されている。
【０００７】
図８は、電動パワーステアリング装置の制御装置を示す図である。図７において、図示しないステアリングギヤボックス内には、ピニオン１０５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する手動操舵トルク検出部１１２が設けられる。この手動操舵トルク検出部１１２は、検出した手動操舵トルクＴを手動操舵トルク検出信号Ｔｄに変換し、その変換された手動操舵トルク検出信号Ｔｄを制御装置１１４へ入力する。制御装置１１４は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄを主信号として、モータ１１０の運転を行って、モータ１１０の出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【０００８】
制御装置１１４は、目標電流決定部１１５と、制御部１１６とを備える。目標電流決定部１１５は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを決定し、目標補助トルクをモータ１１０から供給するために必要となる目標電流信号ＩＴを出力する。
【０００９】
図９は、制御部１１６のブロック構成図である。制御部１１６は、モータ運転制御部１１７とモータ駆動部１１８とモータ電流値検出部１１９を備えている。
【００１０】
図１０は、モータ運転制御部１１７の詳細な構成図である。モータ運転制御部１１７は、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部１２０とフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御部１２１とＰＷＭ信号生成部１２２とを備えている。フィードバック制御部１２０は、偏差演算部１２３と偏差電流制御部１２４から構成される。
【００１１】
偏差演算部１２３は、目標電流決定部１１５から出力された目標電流信号ＩＴとモータ電流値検出部１１９からのモータ電流信号ＩＭとの偏差を求め、その値を偏差信号１２３ａとして出力する。
【００１２】
偏差電流制御部１２４は、比例要素１２５と積分要素１２６と加算演算部１２７から構成され、入力された偏差信号１２３ａに対して、比例要素１２５で比例処理した信号１２５ａを出力し、積分要素１２６で積分処理した信号１２６ａを出力し、加算演算部１２７で信号１２５ａと信号１２６ａを加算し、偏差信号１２３ａの値がゼロに近づくように、デューティー比信号である偏差電流制御信号１２４ａを生成・出力する。
【００１３】
フィードフォワード制御部１２１は、フィードフォワード制御要素を生成し、出力するためのものであり、フィードフォワード比例要素１２８とリミッタ１２９と加算演算部１３０から構成される。フィードフォワード比例要素１２８は、或る任意のＦ／Ｆゲイン（Ｋｆｆ）によって、入力された目標電流信号ＩＴに比例したＦ／Ｆ信号１２８ａを出力し、リミッタ１２９は、Ｆ／Ｆ信号１２８ａが所定の範囲内であれば、そのまま出力し、所定の範囲外では、制限して任意の一定の値の信号を出力するものである。
【００１４】
すなわち、フィードフォワード制御部１２１のリミッタ１２９は、フィードフォワード比例要素１２８に入力された目標電流信号ＩＴに対して、その値が所定範囲内にある場合には、上記Ｆ／Ｆゲインで目標電流信号ＩＴに比例した値を持つデューティー比信号を出力し、その値が所定範囲外にある場合には、任意の一定の値のデューティー比信号を出力する。リミッタ１２９の出力信号をフィードフォワード制御信号１２９ａと呼ぶことにする。
【００１５】
加算演算部１３０は、偏差電流制御部１２４から出力された偏差電流制御信号１２４ａにリミッタ１２９から出力されたフィードフォワード制御信号１２９ａを加え、その値を、モータ１１０に供給するモータ電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号１３０ａとして出力する。
【００１６】
ＰＷＭ信号生成部１２２は、最終出力デューティー比信号１３０ａに基づいてモータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号１２２ａとして出力する。このＰＷＭ信号１２２ａは、最終出力デューティー比信号１３０ａで決められるデューティー比を持つ信号である。
【００１７】
図９に示すモータ駆動部１１８は、ゲート駆動回路部１３１と４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路１３２とを備える。ゲート駆動回路部１３１は、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）１２２ａに基づいて、ハンドル１０１の操舵方向に応じて２つの電界効果トランジスタを選択し、選択した２つの電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。
【００１８】
モータ電流値検出部１１９は、モータ駆動回路１３２に直列に接続されたシャント抵抗１５０の両端に生じる電圧からモータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値Ｉｍを検出してモータ電流信号ＩＭを出力する。
【００１９】
以上により、制御装置１１４は、手動操舵トルク検出部１１２によって検出された手動操舵トルクＴに基づいてバッテリ電源１３３からモータ１１０へ供給する電流をＰＷＭ制御し、モータ１１０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００２０】
また、図９に示すように、制御装置１１４は、制御部１１６においてモータ駆動回路１３２に直列に接続されたシャント抵抗１５０の両端に生じる電圧からモータ１１０に実際に流れるモータ電流の値Ｉｍをモータ電流信号ＩＭとして検出し、モータ電流信号ＩＭに基づくフィードバック制御を行うことで、モータ１１０の制御特性を向上させている。
【００２１】
さらに、制御装置１１４は、制御部１１６において、目標電流信号ＩＴをフィードフォワード比例要素１２８に入力し、リミッタ１２９から出力されたフィードフォワード制御信号１２９ａを加算演算部１３０で偏差電流制御信号１２４ａに加算することにより、フィードフォワード制御を行うことで、モータ１１０の制御特性をさらに向上させている。
【００２２】
次に、フィードフォワード制御部１２１を付加した理由を説明する。図１１は、ＰＷＭ信号生成部１２２に入る最終出力デューティー比信号１３０ａで決められるデューティー比に対するモータ電流の特性を示すグラフである。このグラフは、図９で示したモータ駆動回路１３２の回路構成において、所定の上下２つの電力スイッチング素子（ＦＥＴ，ＩＧＢＴ）をＰＷＭ信号でスイッチングしてモータを制御するときに、電機子のシャフトを固定した状態で、最終出力デューティー比信号１３０ａで決められるデューティー比を０〜１００％まで変化させるか、あるいはモータに流れるモータ電流が最大になるまでＰＷＭ信号生成部１２２に最終出力デューティー比信号１３０ａを印加し得られたものである。
【００２３】
このグラフにおいて、横軸は最終出力デューティー比信号１３０ａから決められるデューティー比、すなわち、ＰＷＭ信号１２２ａのデューティー比を示し、縦軸は、モータ１１０に流れるモータ電流の値Ｉｍを示す。このグラフのデューティー比が正の範囲は、モータ１１０が右回転するようにＨ型ブリッジ回路であるモータ駆動回路１３２の対角する２つの電力スイッチング素子がＰＷＭ制御され、もう一方の対角する２つの電力スイッチング素子は両方ともオフの状態を示している。また、デューティー比が負の範囲は、モータ１１０が左回転するようにモータ駆動回路１３２の反対側の対角する２つの電力スイッチング素子がＰＷＭ制御され、もう一方の対角する２つの電力スイッチング素子は両方ともオフの状態を示している。
【００２４】
このグラフを見て分かるように、モータ電流の値Ｉｍはデューティー比と共に増加する。しかし、デューティー比が−５０％から５０％の範囲では、デューティー比に対するモータ電流の値Ｉｍの変化の傾きは小さく、デューティー比が１０％増加するときにモータ電流の値は約０．４アンペア増加するだけである。一方、デューティー比が−５０％以下あるいは５０％以上では、デューティー比に対するモータ電流の値の変化は大きくなり、デューティー比が１０％増加するとモータ電流の値は約１２アンペア増加し、−５０％から５０％の範囲での増加率の３０倍となっている。このように、モータ電流の値Ｉｍは、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して非線形な変化をする特性を持つ。このグラフにおいて、傾きが変化するデューティー比をＰ、Ｐ’で示す。
【００２５】
このグラフで示されるように、デューティー比が、Ｐ’以上Ｐ以下の範囲では、モータ電流の値Ｉｍの変化の割合が小さく、すなわち、このモータを用いたシステムのゲインが低いため、モータ電流の値Ｉｍに基づいたフィードバック制御だけではデューティー比に対する出力の変化が極端に少ない。そのため、上記のごとくＦ／Ｆゲインで目標電流信号の値Ｉｔに比例したデューティー比信号を出力するフィードフォワード制御部１２１を併用する。
【００２６】
また、図１０で説明したように、このフィードフォワード制御による操作量、すなわちフィードフォワード制御信号１２９ａで決まるデューティー比（以下、「Ｆ／Ｆデューティー比」と記す）は、リミッタ１２９によって、デューティー比Ｐ’より数％高い値の任意のデューティー比以下の範囲、および、デューティー比Ｐより数％低い値の任意のデューティー比以上の範囲で飽和させるようにし、デューティー比がＰ’以下の範囲とＰ以上の範囲ではデューティー比制限値として一定としていた。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、フィードバック制御部１２０とフィードフォワード制御部１２１を併用して成る従来の制御部１１６を用いた電動パワーステアリング装置においては、次のような問題が提起される。そのような電動パワーステアリング装置では、直流モータ１１０は回転速度により発生する逆起電圧が変動するため、ＰＷＭ信号生成部１２２に入力される最終出力デューティー比信号１３０ａの決めるデューティー比もこれに応じて変動する。
【００２８】
前述のようにフィードフォワード制御部１２１におけるデューティー比制限値による制限は或る一意のデューティー比Ｐ’以下とＰ以上で行われるため、慣性モーメントが小さいモータやギアボックスを用いたシステムのようにモータの回転速度が出やすい場合など、逆起電圧が大きくＰＷＭ信号生成部１２２に入る最終出力デューティー比信号１３０ａで決まるデューティー比（以下「最終出力デューティー比」と記す）が高めとなるときは、次に示すような好ましくない現象が生じる。
【００２９】
図１２は、目標電流信号ＩＴの値（Ｉｔ）を周期１秒、振幅２０アンペアの正弦波で入力し、そのときのＦ／Ｆデューティー比と最終出力デューティー比とモータ電流の値Ｉｍの時間変化を示したものである。図１２の（ａ）の曲線Ｃ１が目標電流値Ｉｔ、曲線Ｃ２がモータ電流の値Ｉｍ、図１２の（ｂ）の曲線Ｃ３がＦ／Ｆデューティー比、曲線Ｃ４が最終出力デューティー比の時間変化を示し、直線Ｃ５はデューティー比制限値を示す。
【００３０】
図１２の（ｂ）に示すように、Ｆ／Ｆデューティー比がデューティー比制限値に達する以前に最終出力デューティー比が点Ｑでデューティー比制限値に達している。
【００３１】
そのため、前述の図１１中のデューティー比がＰ以上、あるいはデューティー比がＰ’以下のシステムゲインが高い範囲でもフィードフォワード制御が働いてしまい、電流のオーバーシュートや図１２のＲ、Ｓ、Ｔに示すような発振を生じる。それにより、小舵角での切り返しや切り始めでの振動が発生するという問題がある。
【００３２】
一方、前記の問題を解決するための方法として、リミッタ１２９で設定されるデューティー比制限値を低めにし、Ｆ／Ｆデューティー比を、デューティー比Ｐより小さいデューティー比以上とデューティー比がＰ’より大きいデューティー比以下で飽和させる設定とすることが考えられる。例えば、デューティー比制限値を図１１中のデューティー比Ｃ、Ｃ’に設定する。
【００３３】
図１３は、その場合の目標電流値Ｉｔを周期１秒、振幅２０アンペアの正弦波で入力し、そのときのＦ／Ｆデューティー比と最終出力デューティー比とモータ電流の値Ｉｍの時間変化を示したものである。図１３の（ａ）の曲線Ｃ１１が目標電流値Ｉｔ、曲線Ｃ１２がモータ電流の値Ｉｍ、図１３の（ｂ）の曲線Ｃ１３がＦ／Ｆデューティー比、曲線Ｃ１４が最終出力デューティー比の時間変化を示し、直線Ｃ１５はデューティー比制限値を示す。
【００３４】
図１３において示されるように、図１２で観測されるオーバーシュートや発振などの事象は起こらなくなる。しかし、デューティー比がＣ以上でＰ以下、またはＰ’以上でＣ’以下のシステムゲインが低いデューティー比範囲ではＦ／Ｆデューティー比が一定となってしまい、図１３のＶ、Ｗに示すように目標電流値に対するモータ電流値の応答が著しく悪くなる。そのため、操舵時の切り始めでアシスト不足になるといった問題がある。
【００３５】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、小舵角での切り返しや切り始めでの振動が発生せず、操舵時の切り始めでアシスト不足にならない電動パワーステアリング装置の制御方法を提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００３７】
第１の電動パワーステアリング装置の制御方法（請求項１に対応）は、ＰＷＭ駆動で制御するモータに流れるモータ電流を検出し、この検出信号と目標電流信号との偏差に応じてフィードバック制御を行うと共に、目標電流信号の値が増加するにつれて増加する値を出力するフィードフォワード制御要素を付加する電動パワーステアリング装置の制御方法において、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号が所定値に達した後はフィードフォワード制御要素の値を目標電流信号の値が大きくなっても増加させないようにしたことで特徴づけられる。
【００３８】
第１の電動パワーステアリング装置の制御方法によれば、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号が所定値に達した後はフィードフォワード制御要素の値を目標電流信号の値が大きくなっても増加させないようにしたため、オーバーシュートおよび発振、低応答性となることなく良好な応答性を得ることができるので、ステアリングシステムにおいて切り始めや早い操舵時のアシストフィーリングが向上する。また、応答性が向上するため、システムの発振に対するタフネスも向上する。
【００３９】
第２の電動パワーステアリング装置の制御方法（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは最終出力デューティー比が所定値に達した後は、フィードフォワード制御要素の値を固定させ、最終出力デューティー比が所定値に達したときの目標電流値以下に目標電流信号の値がなったときには、フィードフォワード制御要素の値の固定を解除したことで特徴づけられる。
【００４０】
第２の電動パワーステアリング装置の制御方法によれば、最終出力デューティー比が所定値に達した後は、フィードフォワード制御要素の値を固定させ、最終出力デューティー比が所定値に達したときの目標電流値以下に目標電流信号の値がなったときには、フィードフォワード制御要素の値の固定を解除したため、目標電流値以下に目標電流がなる時にオーバーシュートを生じなくすることができる。
【００４１】
第３の電動パワーステアリング装置の制御方法（請求項３に対応）は、ＰＷＭ駆動で制御するモータに流れるモータ電流を検出し、この検出信号と目標電流信号との偏差に応じてフィードバック制御を行うと共に、目標電流信号の値が増加するにつれて増加する値を出力するフィードフォワード制御要素を付加する電動パワーステアリング装置の制御方法において、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号を監視し、フィードフォワード制御要素が比例動作を行うかまたは飽和動作を行うかの境界値であるしきい値デューティー比と最終出力デューティー比信号を比較し、その比較した結果に応じて、フィードフォワード制御要素の飽和動作でフィードフォワード制御要素から出力される制御信号を変化させることで特徴づけられる。
【００４２】
第３の電動パワーステアリング装置の制御方法によれば、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号を監視し、フィードフォワード制御要素が比例動作を行うかまたは飽和動作を行うかの境界値であるしきい値デューティー比と最終出力デューティー比信号を比較し、その比較した結果に応じて、フィードフォワード制御要素の飽和動作でフィードフォワード制御要素から出力される制御信号を変化させるため、オーバーシュートおよび発振、低応答性となることなく良好な応答性を得ることができるので、ステアリングシステムにおいて切り始めや早い操舵時のアシストフィーリングが向上する。また、応答性が向上するため、システムの発振に対するタフネスも向上する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４４】
電動パワーステアリング装置の構造は、図７に示したものと基本的に同じであり、その構造ならびに動作については前述した通りである。
【００４５】
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法を行うための制御装置１における制御部１０のブロック構成図である。また、図２は、制御部１０におけるモータ運転制御部１１の構成図である。制御装置１は従来の制御装置１１４に対応し、制御部１０は従来の制御部１１７に対応し、モータ運転制御部１１は従来のモータ運転制御部１１７に対応している。図２に示すモータ運転制御部１１では、フィードフォワード制御部１４について、図８〜図１０に示した従来の制御装置１１４の制御部１１６のモータ運転制御部１１７に比較して、フィードフォワード制御部１２１のリミッタ１２９をＦ／Ｆ制御リミット処理部１３に置き換え、分岐部１２から取り出した最終出力デューティー比信号１３０ａをＦ／Ｆ制御リミット処理部１３に入力させている。
【００４６】
図１と図２に示したフィードバック制御部の回路構成は、従来のものと同様であるので同一要素には同一符号を付してその説明を省略する。ここでは、フィードフォワード制御部１４について詳細に説明する。フィードフォワード制御部１４でも従来のフィードフォワード制御部１２１で説明した要素と同一要素には同一の符号を付している。
【００４７】
フィードフォワード制御部１４は、フィードフォワード制御信号からなるフィードフォワード項（フィードフォワード制御要素）を生成し、出力するためにフィードフォワード比例要素１２８とＦ／Ｆ制御リミット処理部１３と加算演算部１３０から構成される。フィードフォワード比例要素１２８は、入力された目標電流信号ＩＴに比例した信号１２８ａを出力する。信号１２８ａはＦ／Ｆ制御リミット処理部１３の入力端子（ＤＴＦＯ）に入力される。加算演算部１３０は、偏差電流制御部１２４から出力された偏差電流制御信号１２４ａにＦ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されたフィードフォワード制御信号１３ａを加え、その値を、モータ１１０に供給するモータ電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号のデューティー比を決める最終出力デューティー比信号１３０ａとして出力する。
【００４８】
分岐部１２は、最終出力デューティー比信号１３０ａを取り出し、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３の入力端子（ＤＵＴＹ）に入力させるためのものである。Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３に入力された最終出力デューティー比信号１３０ａは、以下の説明では「最終出力デューティー比ＤＦ」として扱う。最終出力デューティー比ＤＦは最終出力デューティー信号１３０ａで決まるＰＷＭ信号１２２ａのデューティー比である。
【００４９】
Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３は、入力端子（ＤＵＴＹ）に入力された最終出力デューティー比ＤＦに基づいて、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比を監視し、この最終出力デューティー比ＤＦとフィードフォワード項が比例要素であるかまたは飽和要素であるかを決める境界値のしきい値デューティー比とを比較し、その比較した結果に応じて、フィードフォワード項の飽和要素で設定されるＦ／Ｆデューティー比を所定値に保持して制限する処理を行う。
【００５０】
それにより、ＰＷＭ駆動制御に用いるＰＷＭ信号のデューティー比すなわち最終出力デューティー比ＤＦが、所定値すなわちしきい値デューティー比に達した後はフィードフォワード項の大きさを目標電流が大きくなっても増加させないようにする。
【００５１】
また、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３は、最終出力デューティー比ＤＦがしきい値デューティー比に達したときの目標電流値を記憶し、最終出力デューティー比ＤＦがしきい値デューティー比に達した後は、フィードフォワード制御信号１３ａとしてフィードフォワード項から与えられるデューティー比（Ｆ／Ｆデューティー比）を固定させ、その後、入力した目標電流値と、最終出力デューティー比ＤＦがしきい値デューティー比に達したときの目標電流値とを比較し、入力された目標電流値が、最終出力デューティー比ＤＦがしきい値デューティー比に達したときの目標電流値以下になったときには、フィードフォワード項から与えられるデューティー比の固定を解除することも行う。このため、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３の入力端子（Ｉｔｎ）には目標電流信号ＩＴが入力されている。
【００５２】
図３は、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３の具体例を示す構成図である。Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３は、図示しないＥＣＵ内に設けられ、ＣＰＵ１５とメモリ１６を備えた構成となっている。メモリ１６には、しきい値デューティー比記憶領域１７とＦ／Ｆデューティー比記憶領域１８と目標電流値記憶領域２０とリミット処理プログラム記憶領域２１が設けられている。
【００５３】
また、入力インターフェース部２２と出力インターフェース部２３とＣＰＵ１５とメモリ１６は、バス２４，２５，２６により接続されている。入力インターフェース部２２には、フィードフォワード比例要素１２８から出力される信号１２８ａと目標電流信号ＩＴと最終出力デューティー比ＤＦが入力され、出力インターフェース部２３からは、フィードフォワード制御信号１３ａが出力される。このフィードフォワード制御信号１３ａによって決まるデューティー比を前述の通り「Ｆ／Ｆデューティー比」と呼ぶ。
【００５４】
しきい値デューティー比記憶領域１７は、図１１で示す実験的に得られた特性カーブの傾きが変化する点のデューティー比Ｐより数％低いデューティー比とデューティー比Ｐ’より数％高いデューティー比、すなわちフィードフォワード制御の比例、飽和の動作切り替えのデューティー比であるしきい値デューティー比を記憶させる領域である。ここで、しきい値デューティー比をデューティー比Ｐより数％低い値とデューティー比Ｐ’より数％高いデューティー比としているのは、ＥＣＵやモータおよびシステムの各部が有するばらつきを考慮し、Ｆ／Ｆデューティー比を、デューティー比Ｐ以上およびＰ’以下において制限し、一定値とするためである。しきい値デューティー比は一定値であり、図１２（ｂ）で説明したデューティー比制限値に対応するものである。
【００５５】
Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域１８は、ＣＰＵ１５が、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３に入力された信号１２８ａに基づいて算出しかつフィードフォワード制御信号１３ａとして出力されるＦ／Ｆデューティー比の値を適宜なサンプリングタイムで保存するための領域である。Ｆ／Ｆデューティ比記憶領域１８に保存されるＦ／Ｆデューティー比の値（保存値）は、後述するように、条件に応じて更新され、または保持・固定される。フィードフォワード制御信号１３ａとして出力されるＦ／Ｆデューティ比は、通常ではＣＰＵ１５で算出された値がそのまま用いられ、条件に応じてＦ／Ｆデューティー比記憶領域に保存される保持値が用いられる。
【００５６】
また、目標電流値記憶領域２０は、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３に入力された目標電流値を適宜なサンプリングタイムで保存するための領域である。目標電流値記憶領域２０に保存される目標電流値（保存値）は、後述するように、条件に応じて更新され、または保持される。目標電流値記憶領域２０に保存された目標電流値の保持値は、ＣＰＵ１５で、その後で入力される目標電流値と比較され、所定条件の下で、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるＦ／Ｆデューティー比の固定状態（制限値の状態）を解除するのに用いられる。
【００５７】
リミット処理プログラム記憶領域２１は、リミット処理プログラムが記憶されている領域である。リミット処理プログラムは、通常はフィードフォワード比例要素１２８から与えられる信号１２８ａに従いかつフィードフォワード制御に基づいてフィードフォワード制御信号１３ａを出力し、同時に、最終出力デューティー比ＤＦを監視し、この最終出力デューティー比ＤＦが、しきい値デューティー比記憶領域１７に記憶されたしきい値デューティー比を越えた時点でフィードフォワード制御出力１３ａすなわちＦ／Ｆデューティー比を制限された一定値（制限値）と固定するか、あるいは条件に応じて当該固定状態を解除するかというリミット処理を行うためのプログラムである。またリミット処理プログラムでは、上記処理に関連して、ＣＰＵ１５から出力されるＦ／Ｆデューティー比に係る信号（フィードフォワード制御信号１３ａ）をＦ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存しかつ更新または保持し、および入力される目標電流信号ＩＴの値を目標電流値記憶領域２０に保存しかつ更新または保持するという処理を行う。リミット処理プログラムに基づく処理内容の要部は以下でフローチャートに従って説明される。
【００５８】
図４にリミット処理プログラムで実行される処理内容のフローチャートを示す。図４のフローチャートに従って、その処理内容を、図５の動作例を参照しつつ説明する。
【００５９】
図５は、モータ運転制御部１１を用いたＦ／ＢおよびＦ／Ｆの制御特性に関する実験結果を示す。図５では、目標電流値として、周期１秒、振幅２０アンペアの正弦波を入力し、そのときのＦ／Ｆデューティー比と最終出力デューティー比とモータ電流の値Ｉｍの時間変化を示している。図５の（ａ）で曲線Ｃ２１が目標電流値Ｉｔ、曲線Ｃ２２がモータ電流の値Ｉｍ、図５の（ｂ）で曲線Ｃ２３がＦ／Ｆデューティー比、曲線Ｃ２４が最終出力デューティー比の変化を示し、直線Ｃ２５は、固定されて制限されるＦ／Ｆデューティー比の値、直線Ｃ２６は、しきい値デューティー比を示す。
【００６０】
図４において、ステップＳＴ１では、最終出力デューティー比ＤＦをしきい値デューティー比記憶領域１７に記憶されたしきい値デューティー比と比較し、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比以下であるか否かを判断する。しきい値デューティー比記憶領域１７に記憶されたしきい値デューティー比は、図５の（ｂ）で直線Ｃ２６で与えられているデューティー比の値である。
【００６１】
まず、判断ステップＳＴ１で条件が真（ＹＥＳ）であればステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２ではＦ／Ｆデューティー比が増加または減少といった変化があるかを判断し、条件が真（ＹＥＳ）であれば、メモリ１６のＦ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存されるＦ／Ｆデューティー比を更新する（ステップＳＴ３）。図５の（ｂ）の曲線Ｃ２３，Ｃ２４において、立ち上がりに相当する傾斜部分では条件が真であるので、Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存されるＦ／Ｆデューティー比は更新される。
【００６２】
ステップＳＴ２で条件が偽（ＮＯ）である場合、つまりＦ／Ｆデューティー比が変化しない場合には、記憶領域１８に保存されたＦ／Ｆデューティー比を保持する（ステップＳＴ４）。Ｆ／Ｆデューティー比が変化しないということは、既にＦ／Ｆデューティー比の保存値が固定されていることを意味し、その固定状態を維持する。これは、Ｆ／Ｆデューティー比を、条件に応じた特定値（当該条件が生じた時の記憶領域１８に保存される値）に強制的に保持して制限することであり、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるフィードフォワード制御信号１３ａで決まるＦ／Ｆデューティー比を飽和させ、一定値に固定する動作である。
【００６３】
ステップＳＴ２において、Ｆ／Ｆデューティー比が変化しないという状態が発生していることは、既にステップＳＴ２でＮＯと判断される以前に、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比よりも大きくなって、記憶領域１８に保存されたＦ／Ｆデューティー比が、実質的に固定された保持値の状態となり、フィードフォワード制御信号１３として用いられた状態になっている。この状態では、フィードフォワード制御信号１３ａで決まるＦ／Ｆデューティー比は後述するように所定の制限値に固定された状態にある。ステップＳＴ４は、その固定状態を維持するため、Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存される値を保持する処理である。
【００６４】
次にステップＳＴ５に進み、入力された目標電流値Ｉｔが変化があるか否かを判断し、条件が真（ＹＥＳ）であればメモリ１６の目標電流値記憶領域２０に保存される目標電流値を更新する（ステップＳＴ６）。条件が偽（ＮＯ）であれば、目標電流値記憶領域２０に保存された目標電流値を更新せず、保持する（ステップＳＴ７）。つまり、この動作は、Ｆ／Ｆデューティー比を制限して飽和させて上記特定値に切り替えた時、その時点の目標電流値を記憶しておくという動作である。
【００６５】
次に、ステップＳＴ１１に進む。このステップＳＴ１１では、或る任意のＦ／Ｆゲインにより生成された信号１２８ａに基づいて、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３のＣＰＵ１５で算出されかつＦ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力される信号１３ａをＦ／Ｆデューティー比としてそのまま加算演算部１３０へ出力する。
【００６６】
次に、ステップＳＴ１で条件が偽（ＮＯ）の場合は、ステップＳＴ１０に進み、入力された目標電流値が記憶領域２０に保存された電流目標値より小さいかどうかを判断する。ステップ１０で条件が真（ＹＥＳ）である場合は、ステップＳＴ１１に進みＦ／Ｆデューティー比をそのまま出力する。一方、ステップＳＴ１０で条件が偽（ＮＯ）であれば、ステップＳＴ１０に移り、Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存されたＦ／Ｆデューティー比の値（保存値）を出力する。判断ステップＳＴ１で、ＮＯの場合は、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比よりも大きくなることであるので、図５の（ｂ）で曲線２４が直線２６を超える状態になったことである（点Ｐ１）。このときには、ステップＳＴ１２から明らかなように、Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域１８に保存されたＦ／Ｆデューティー比の値（ステップＳＴ３で最後に更新された値）が、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるＦ／Ｆデューティー比として用いられる。上記の点Ｐ１以後の状態は、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比よりも大きくなった状態が維持されるので、ステップＳＴ１，ＳＴ１０，ＳＴ１２が繰り返される。その結果、図１２の（ｂ）の曲線Ｃ２３の水平直線部から明らかなように、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるＦ／Ｆデューティー比（フィードフォワード制御信号１３ａで決まるデューティー比）は制限された一定の値に保持・固定される。このときのＦ／Ｆデューティー比の値は、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比よりも大きくなった時点（点Ｐ１の時刻）のＦ／Ｆデューティー比の値である。
【００６７】
またステップＳＴ１，ＳＴ１０，ＳＴ１２が繰り返されるとき、目標電流値記憶領域２０に保存される値も更新されず、ステップＳＴ６で最後に更新された値が保持される。この値は、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比よりも大きくなった時点（点Ｐ１の時刻）での目標電流値である。
【００６８】
ステップＳＴ１，ＳＴ１０，ＳＴ１２が繰り返されるときにおいて、ステップＳＴ１０で、入力された目標電流値が、目標電流値記憶領域２０に保存された値よりも小さい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＴ１１に進み、ＣＰＵ１５で算出されるＦ／Ｆデューティー値に係る信号がそのまま出力されることになる。すなわち、Ｆ／Ｆデューティー値記憶領域１８に保存される値の使用は中止され、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるＦ／Ｆデューティー値が一定値に制限されるという固定状態が解除される。
【００６９】
さらに、上記のステップＳＴ１，ＳＴ１０，ＳＴ１２が繰り返される状態において、その後に、判断ステップＳＴ１でＹＥＳとなったとき、すなわち、最終出力デューティー値が再びしきい値デューティー値以下となったときには、前述したステップＳＴ２，ＳＴ４，ＳＴ５，ＳＴ６またはＳＴ７，ＳＴ１１が実行される。このとき、曲線Ｃ２３から明らかなように判断ステップＳＴ２ではＮＯと判断されてステップＳＴ４が実行され、判断ステップＳＴ５では状況に応じてＳＴ６またはＳＴ７が実行される。そしてＳＴ１１では、ＣＰＵ１５で算出されるＦ／Ｆデューティー値に係る信号がそのまま出力されることになる。すなわち、Ｆ／Ｆデューティー値記憶領域１８に保存される値の使用は中止され、Ｆ／Ｆ制御リミット処理部１３から出力されるＦ／Ｆデューティー値が一定値に制限されるという固定状態が解除される。
【００７０】
以上のリミット処理プログラムによれば、図５の（ａ）に示された曲線Ｃ２１，Ｃ２２の関係から明らかなように目標電流値とモータ電流の時間変化が非常によく一致し、良好に制御されていることが分かる。
【００７１】
ところで、ステップＳＴ１０において、入力された目標電流値が保存された目標電流値より小さいかどうかを比較する処理が必要であるのは、次の理由からである。図６は、この処理がない場合の目標電流値として、周期１秒、振幅２０アンペアの正弦波を入力し、そのときのＦ／Ｆデューティー比と最終出力デューティー比とモータ電流の値Ｉｍの時間変化を示したものである。図６の（ａ）で曲線Ｃ３１が目標電流値Ｉｔ、曲線Ｃ３２がモータ電流の値Ｉｍ、図６の（ｂ）で曲線Ｃ３３がＦ／Ｆデューティー比、曲線Ｃ３４が最終出力デューティー比の変化を示し、直線Ｃ３５は、固定化されて制限されるＦ／Ｆデューティー比の値直線３６は、しきい値デューティー比を示す。
【００７２】
図６を見て分かるように、動作波形の０．５秒付近では電流目標値が０方向へ減少する際、Ｚで示すようなオーバーシュートが起こる。これは、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比以下になりにくく、目標電流値が０の近傍になって急激にＦ／Ｆデューティー比の固定化による制限解除されるため生じると考えられる。そこで本実施形態においては、Ｆ／Ｆデューティー比を固定する時の目標電流値を保存し、目標電流値の減少時に比較するわけである。
【００７３】
以上のように、本実施形態によって、図５に示す出力波形のように、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比に達した時にＦ／Ｆデューティー比をその時の保存値に固定して飽和させ、制限された一定値に保持することができる。
【００７４】
これにより、例えば、逆起電圧が大きいモータを用いた場合や、早い操舵時など電流目標値が早い周期で変化する場合などでも良好な出力波形を得ることができ、ステアリングの切り始めのフィーリング向上、早切り時の追従性の向上、さらにはシステムの振動に対するタフネスを確保することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比より大きくなったときに、Ｆ／Ｆデューティー比を一定の値に固定して出力するようにしたが、最終出力デューティー比がしきい値デューティー比より大きくなったときに、Ｆ／Ｆデューティー比を目標電流値の増加に対して、減少するような変化で出力するようにすることも考えられる。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７７】
ＰＷＭ信号デューティー比−モータ電流特性から求めたしきい値デューティー比と最終出力デューティー比の関係に基づきＦ／Ｆデューティー比を制御するＦ／Ｆ制御リミット処理部を設け、オーバーシュートおよび発振、低応答性となることなく良好な応答性を得ることができるため、ステアリングシステムにおいて切り始めや早い操舵時のアシストフィーリングが向上する。また、応答性が向上するため、システムの発振に対するタフネスも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法を行うための制御装置における制御部のブロック構成図である。
【図２】モータ運転制御部の構成図である。
【図３】Ｆ／Ｆ制御リミット処理部の具体例を示す構成図である。
【図４】リミット処理プログラムの処理内容を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の制御方法を用いたときの目標電流とモータ電流の時間変化特性を示すグラフである。
【図６】目標電流値保存値の比較工程がない場合の目標電流とモータ電流の時間変化特性を示すグラフである。
【図７】電動パワーステアリング装置の模式構造図である。
【図８】従来の電動パワーステアリング装置の制御機構を示す図である。
【図９】従来の制御部のブロック構成図である。
【図１０】従来のモータ運転制御部の構成図である。
【図１１】ＰＷＭ信号生成部に入力される最終出力デューティー信号で決まるデューティー比に対するモータ電流の特性を示すグラフである。
【図１２】目標電流とモータ電流の時間変化特性を示すグラフである。
【図１３】目標電流とモータ電流の時間変化特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０          制御部
１１          モータ運転制御部
１２          最終出力デューティー比検出部
１３          Ｆ／Ｆ制御リミット処理部
１４          フィードフォワード制御部
１５          ＣＰＵ
１６          メモリ
１７          しきい値デューティー比記憶領域
１８          Ｆ／Ｆデューティー比記憶領域
２０          目標電流値記憶領域
２１          リミット処理プログラム記憶領域
１１０        モータ
１１２        手動操舵トルク検出部
１１４        制御装置
１１５        目標電流決定部
１１６        制御部
１１７        偏差演算部
１１８        モータ運転制御部
１１９        モータ駆動部
１２０        モータ電流値検出部
１２１        偏差電流制御部
１２２        補償制御部
１２３        加算演算部
１２４        ＰＷＭ信号生成部
１２５        ゲート駆動回路部
１２６        モータ駆動回路
【図１】
0003666806.tif 000002
【図２】
0003666806.tif 000003
【図３】
0003666806.tif 000004
【図４】
0003666806.tif 000005
【図５】
0003666806.tif 000006
【図６】
0003666806.tif 000007
【図７】
0003666806.tif 000008
【図８】
0003666806.tif 000009
【図９】
0003666806.tif 000010
【図１０】
0003666806.tif 000011
【図１１】
0003666806.tif 000012
【図１２】
0003666806.tif 000013
【図１３】
0003666806.tif 000014