(57)【要約】【課題】簡易な方法で、電流検出器が検出する実電流値に重曹したノイズを除去できるとともに、応答性を加味した、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、実電流値検出手段から検出する実電流値を複数回検出するとともに、複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均電流値を検出実電流値とする構成とした。操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、実電流値も小さな値となり、ノイズの割合が大きなものとなる。そのため、複数個の実電流値のうち、最大実電流値と最小実電流値はノイズを多く含んでいると判断して削除し、残りの実電流値の平均を検出された実電流値とする。その結果、電流検出器が検出する実電流値に重畳したノイズを除去できるとともに、応答性を高くでき、操舵フィーリングの向上を図ることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記モータに流れる実電流値を検出する実電流値検出手段と、
前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速からアシスト力を生成するアシスト力生成手段と、
前記アシスト力生成手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記制御手段は、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、前記実電流値検出手段から検出する実電流値を複数回検出するとともに、前記複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均実電流値を検出実電流値とすること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置では、車速と操舵トルクより目標電流を生成し、電流検出器で、電動モータに流れる実電流を検出している。そして、目標電流と実電流の差分を演算し、この差分を公知のＰＩＤ制御（比例制御、積分制御、微分制御）することにより最適なアシスト力を発生させることによって、快適な操舵フィーリングが得られるようにモータ制御を行っている。
【０００３】
しかし、このような制御方法においては、例えば、直進操舵時のように、余りアシスト力を必要としない場合には、上記実電流も小さくなる。実電流が小さくなると、電流検出器にて少しのノイズが検出された場合でも、操舵フィーリングが大きく劣化する虞があった。そのため、例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、電流検出器の後段にアクティブ・ローパスフィルタを設けて、上記ノイズを除去していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−３２９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したような方法では、アクティブ・ローパスフィルタを構成するため、ＣＰＵの負荷が増大するとともに、時間遅れが生じ、目標とするアシスト力が得られないため、十分な操舵フィーリングが得られない場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、簡易な方法で、電流検出器が検出する実電流値に重畳ノイズを除去するとともに、応答性を加味した、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータによって操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記モータに流れる実電流値を検出する実電流値検出手段と、前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと、前記車速検出手段から検出した車速からアシスト力を生成するアシスト力生成手段と、前記アシスト力生成手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに対して駆動電力を供給することにより、操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、前記実電流値検出手段から検出する実電流値を複数回検出するとともに、前記複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均実電流値を検出実電流値とすること、を要旨とする。
【０００８】
本請求項の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、実電流値検出手段から検出する実電流値を複数回検出するとともに、複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均実電流値を検出実電流とする構成とした。
【０００９】
直進操舵時のように、操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、ほとんどアシスト力を必要としない。そのため、実電流値も小さな値となる。このような場合に、電流検出器が検出する実電流値にノイズが重畳すると、通常操舵時より実電流値に対して、ノイズの割合が大きなものとなる。また、電流変化が緩やかな時間が長くなるので、多数個の実電流値を検出することが可能となる。そして、多数個の実電流値のうち、最大実電流値と、最小実電流値はノイズを多く含んでいると判断して削除し、残りの実電流値の平均を検出された実電流値とする。その結果、電流検出器が検出する実電流値に重曹したノイズを除去できるとともに、応答性を高くでき、操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な方法で、電流検出器が検出する実電流値に重曹したノイズを除去できるとともに、応答性を加味した、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】ＥＰＳの制御ブロック図。
【図３】モータ制御信号の説明図。
【図４】搬送波（キャリー波）と実電流検出タイミングの説明図。
【図５】実電流演算部の処理手順を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。
【００１３】
また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２４と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。
【００１４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２３を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２３により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１５】
一方、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５、トルクセンサ２６、及びモータ回転角センサ２２が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、及びモータ回転角θｍを検出する。
【００１６】
尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【００１７】
次に、本実施形態のＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に三相の駆動電力を供給する駆動回路４０、及びモータ２１に通電される補正前Ｕ相実電流値Ｉｕ０、補正前Ｖ相実電流値Ｉｖ０、及び補正前Ｗ相実電流値Ｉｗ０を検出するための、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗとを備えている。
【００１８】
駆動回路４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（図３、後述する）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、駆動回路４０を構成する各スイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ６）のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子（Ｓｕｕ、〜Ｓｗｌ）に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づく三相のモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。
【００１９】
ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角θｍを検出するためのモータ回転角センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出された、モータ２１の補正後各相実電流値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１（後述する）、及びモータ回転角θｍ、並びに上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、駆動回路４０にモータ制御信号を出力する。
【００２０】
以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。マイコン２９は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【００２１】
図２に示すように、マイコン２９は、モータ２１を制御する電流指令値を演算する電流指令値演算部３１と、上記駆動回路４０を制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４４と、を備えている。
【００２２】
マイコン２９は、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗで検出された補正前各相実電流値Ｉｕ０、Ｉｖ０、及びＩｗ０を、実電流補正演算部３９で補正演算された、補正後各相実電流値Ｉｕ１、Ｉｖ１、及びＩｗ１をｄ／ｑ座標系に写像することにより（ｄ／ｑ変換）、同ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行する。そして、駆動回路４０を構成するＦＥＴのオン/オフタイミングを決定するＤＵＴＹ指令値をＰＷＭ出力部３８で生成し、そのＤＵＴＹ指令値に基づいてゲートオン/オフ信号の出力を実行する。
【００２３】
電流指令値演算部３１には、トルクセンサ２６により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ２５により検出された車速Ｖが入力される。電流指令値演算部３１は、その操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、操舵トルク/ｑ軸電流指令値マップより決定する。
尚、操舵トルク/ｑ軸電流指令値マップは、同じ操舵トルクの場合、車速Ｖが小さいほど、大きなｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定するように構成されている。
【００２４】
モータ制御信号生成部４４は、実電流補正演算部３９、ｄ／ｑ変換演算部３２、ｑ軸電流制御演算部３３、ｑ軸ＰＩＤ制御部３４、ｄ軸電流制御演算部３５、ｄ軸ＰＩＤ制御部３６、ｄ／ｑ逆変換演算部３７、及びＰＷＭ出力部３８で構成されている。
【００２５】
即ち、実電流補正演算部３９には、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗで検出された補正前各相実電流値Ｉｕ０、Ｉｖ０、及びＩｗ０と、トルクセンサ２６から検出された操舵トルクτが入力される。
【００２６】
実電流補正演算部３９は、入力された操舵トルクτの絶対値の大きさが所定値以下の場合には、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗから複数回各相実電流値を検出して、異常な実電流値を削除するとともに、残りの各相実電流値の平均値を演算して、補正後の各相実電流値とする。一方、実電流補正演算部３９は、入力された操舵トルクτの絶対値の大きさが所定値より大きい場合には、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗから１回のみ各相実電流値を検出して、補正後の各相実電流値とする。
【００２７】
次に、ｄ／ｑ変換演算部３２に入力された補正後各相実電流値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１は、ｄ／ｑ変換され、ｑ軸電流値Ｉｑ、及びｄ軸電流値Ｉｄとなる。そして、ｑ軸電流値Ｉｑは、減算器３３Ｊに入力される。減算器３３Ｊは、電流指令値演算部３１から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、ｑ軸電流値Ｉｑを減算したｑ軸偏差電流値ΔＩｑをｑ軸ＰＩＤ制御部３４に入力する。ｑ軸ＰＩＤ制御部３４で演算されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。
【００２８】
一方、ｄ／ｑ変換演算部３２で変換されたｄ軸電流値Ｉｄは、減算器３５Ｊに入力される。減算器３５Ｊは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ＊＝０）から、ｄ軸電流値Ｉｄを減算したｄ軸偏差電流値ΔＩｄをｄ軸ＰＩＤ制御部３６に入力する。ｄ軸ＰＩＤ制御部３６で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。
【００２９】
ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換されＰＷＭ出力部３８に入力される。
【００３０】
次に、本実施形態のマイコン２９による各相実電流検出方法について、図３、図４に基づいて説明する。
図３は、モータ制御信号の説明図である。駆動回路４０は、前述したように、
直列に接続された一対のスイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２以下ＳＷ３〜ＳＷ６）を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなるＰＷＭインバータである。そして、ＰＷＭ出力部３８から出力するモータ制御信号は、各スイッチング素子のゲート端子（Ｓｕｕ、Ｓｕｌ以下Ｓｖｕ〜Ｓｗｌ）に印加される。
【００３１】
図４は、搬送波（キャリー波）と実電流検出タイミングの説明図である。（１）図は、搬送波（キャリー波）Ｌ１と、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊を表している。そして、搬送波Ｌ１と、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊のクロス点から（２）図で示すＳＷ１のモータ制御信号Ｓａと、ＳＷ２のモータ制御信号Ｓｂを生成する。但し、モータ制御信号Ｓａ
、Ｓｂとも理想波形を示しておりデッドタイム補正は考慮していない。
【００３２】
（３）図で示す補正前Ｕ相実電流値Ｉｕ０は、搬送波Ｌ１の山（又は谷）を基準として実電流値検出センサ３０ｕで検出される。前述したように、操舵トルクτの絶対値の大きさが所定値以下の場合には、実電流値検出センサ３０ｕから複数回Ｕ相実電流値を検出する。（３）図は、Ｓ１〜Ｓ５までの５個のＵ相実電流値を検出している。そして、上記と同じく、搬送波Ｌ１と、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊のクロス点、及び搬送波Ｌ１と、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊のクロス点からＳＷ３〜ＳＷ６のモータ制御信号を生成する。
【００３３】
次に、本実施形態のマイコン２９による実電流演算部の処理手順について、図５に基づいて説明する。
マイコン２９は、先ず、実電流値検出開始か否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、マイコン２９は、実電流値検出開始の場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）には、操舵トルクτを読込む（ステップＳ１０２）。一方、マイコン２９は、実電流値検出開始でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、ステップＳ１０１に戻り、実電流値検出開始が入力されるまで待つ。
【００３４】
続いて、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が操舵トルク所定値τ０以下か否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が操舵トルク所定値τ０以下の場合（｜τ｜≦τ０、ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、実電流値検出カウンタＣＴＲにカウント数Ｎをセットする（ＣＴＲ＝Ｎ、ステップＳ１０４）。
【００３５】
次に、マイコン２９は、実電流値を検出する（ステップＳ１０５）。続いて、マイコン２９は、実電流値検出カウンタＣＴＲをデクリメントする（ＣＴＲ＝ＣＴＲ−１、ステップＳ１０６）。そして、マイコン２９は、検出した実電流値をメモリに記憶する（ステップＳ１０７）。次に、マイコン２９は、実電流値検出カウンタＣＴＲが零か否かを判定する（ステップＳ１０８）。
【００３６】
そして、マイコン２９は、実電流値検出カウンタＣＴＲが零の場合（ＣＴＲ＝「０」、ステップＳ１０８：ＹＥＳ）には、メモリに記憶した電流値の最大電流値、及び最小電流値を削除する（ステップＳ１０９）。続いて、マイコン２９は、残りの実電流値の平均値を演算（ステップＳ１１０）し、その値をｄ／ｑ変換演算部３２に出力（ステップＳ１１１）して、処理を終わる。一方、マイコン２９は、実電流値検出カウンタＣＴＲが零でない場合（ＣＴＲ≠「０」、ステップＳ１０８：ＹＥＳ）には、（ステップＳ１０５）に戻る。
【００３７】
また、マイコン２９は、操舵トルクτの絶対値が操舵トルク所定値τ０より大きい場合（｜τ｜＞τ０、ステップＳ１０３：ＮＯ）には、実電流値検出カウンタＣＴＲに１をセットする（ＣＴＲ＝１、ステップＳ１１２）。次に、マイコン２９は、実電流値を検出する（ステップＳ１１３）。続いて、マイコン２９は、実電流値検出カウンタＣＴＲをリセットする（ＣＴＲ＝「０」、ステップＳ１１４）。そして、マイコン２９は、検出された実電流値をｄ／ｑ変換演算部３２に出力（ステップＳ１１１）して、処理を終わる。
【００３８】
次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、実電流値検出手段から検出する実電流値を複数回検出するとともに、複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均実電流値を検出実電流とする構成とした。
【００３９】
直進操舵時のように、操舵トルクの絶対値が所定値以下の場合には、ほとんどアシスト力を必要としない。そのため、実電流値も小さな値となる。このような場合に、電流検出器が検出する実電流値にノイズが重畳すると、通常操舵時より実電流値に対して、ノイズの割合が大きなものとなる。また、電流変化が緩やかな時間が長くなるので、多数個の実電流値を検出することが可能となる。そして、多数個の実電流値のうち、最大実電流値と、最小実電流値はノイズを多く含んでいると判断して削除し、残りの実電流値の平均を検出された実電流値とする。その結果、電流検出器が検出する実電流値に重曹したノイズを除去できるとともに、応答性を高くでき、操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、複数回検出した実電流値のうち、最大及び最小実電流値を削除し、残った実電流値の平均実電流値を検出実電流値としたが、複数回検出した実電流値の全ての平均を検出実電流値としてもよい。
【００４１】
・本実施形態では、アシスト力を補助するモータをブラシレスＤＣモータとしたが、本発明をＤＣモータやＶＲモータに適用してもよい。
【００４２】
・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
８：コラムシャフト、９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、２１：モータ、２２：モータ回転角センサ、
２３：減速機構、２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ（車速検出手段）、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、２９：マイコン（制御手段）、
３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ：実電流値検出センサ（実電流値検出手段）、
３１：電流指令値演算部（アシスト力生成手段）、
３２：ｄ／ｑ変換演算部、３３：ｑ軸電流制御演算部、３４：ｑ軸ＰＩＤ制御部、
３５：ｄ軸電流制御演算部、３６：ｄ軸ＰＩＤ制御部、３７：ｄ／ｑ逆変換演算部、３８：ＰＷＭ出力部、３９：実電流補正演算部、４０：駆動回路、
４４：モータ制御信号生成部、３３Ｊ、３５Ｊ：減算器、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、τ０：操舵トルク所定値、θｍ：モータ回転角、
Ｉｕ０：補正前Ｕ相実電流値、Ｉｖ０：補正前Ｖ相実電流値、
Ｉｗ０：補正前Ｗ相実電流値、
Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１：補正後各相実電流値、
Ｉｑ＊：ｑ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流値、ΔＩｑ：ｑ軸偏差電流値、
Ｉｄ＊：ｄ軸電流指令値、Ｉｄ：ｄ軸電流値、ΔＩｄ：ｄ軸偏差電流値、
Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令値、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令値、
Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊：各相電圧指令値、
ＳＷ１〜ＳＷ６：スイッチング素子、Ｓｕｕ、〜Ｓｗｌ：ゲート端子、
ＣＴＲ：実電流値検出カウンタ
【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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