(57)【要約】【課題】保舵状態時に余分な消費電力が発生するのを抑制することができる油圧式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】角度偏差変換部５４は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖを、角度偏差Δθｖの絶対値が所定値以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差Δθｖ’に変換する。積分要素７２は、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’ に対して積分演算を行うことによって、積分操作量を演算する。具体的には、積分要素７２は、制御用角度偏差Δθｖ’に積分ゲインＫｉを乗じた値に、前回の積分操作量を加算することにより、今回の積分操作量を求める。【選択図】図２
2014151878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、操舵部材に機械的に連結されていない油圧制御バルブを介して、油圧ポンプからの作動油を供給することによって、操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置であって、
前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータと、
前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段と、
前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段と、
前記回転角検出手段によって検出された実回転角が、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に等しくなるように、前記電動モータをフィードバック制御するフィードバック制御手段とを含み、
前記フィードバック制御手段は、  
前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角とに基づいて、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が所定値Ａ（Ａ＞０）以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差を生成する制御用角度偏差生成手段と、
前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するフィードバック要素とを含む、油圧式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御用角度偏差生成手段は、
前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が前記所定値Ａ以下のときには、零の値をとる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が前記所定値Ａより大きいときには、正の値をとりかつ前記角度偏差が大きいほど大きな値となる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が−Ａより小さいときには、負の値をとりかつ前記角度偏差が小さいほど小さな値となる制御用角度偏差を生成するように構成されている、請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記フィードバック要素が、前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素である、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御手段が、比例要素、積分要素および微分要素を備えたＰＩＤ制御手段を含んでおり、前記比例要素、積分要素および微分要素項のうち少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御手段が、比例要素および積分要素を備えたＰＩ制御手段を含んでおり、前記比例要素および積分要素おのうち少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、油圧式パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を、油圧制御バルブを介して供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置が従来から知られている。一般的な油圧式パワーステアリング装置では、油圧制御バルブは、ステアリングホイール等の操舵部材にステアリングシャフトを介して機械的に連結されており、操舵部材の操作に応じて油圧制御バルブの開度が調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧式パワーステアリング装置として、油圧制御バルブを操舵部材に機械的に連結せずに、電動モータ（バルブ駆動用モータ）によって油圧制御バルブの開度を制御するものが開発されている。本発明者らは、バルブ駆動用モータをフィードバック制御によって制御する油圧式パワーステアリング装置を研究し、この発明をするに至った。
この発明の目的は、保舵状態時に余分な消費電力が発生するのを抑制することができる油圧式パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両のステアリング機構（２）に結合されたパワーシリンダ（１６）に、操舵部材（３）に機械的に連結されていない油圧制御バルブ（１４）を介して、油圧ポンプ（２３）からの作動油を供給することによって、操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置（１）であって、前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータ（１５）と、前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段（５２）と、前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段（３３）と、前記回転角検出手段によって検出された実回転角が、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に等しくなるように、前記電動モータをフィードバック制御するフィードバック制御手段（５３，５４，７２）とを含み、前記フィードバック制御手段は、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角とに基づいて、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が所定値Ａ（Ａ＞０）以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差を生成する制御用角度偏差生成手段（５３，５４）と、前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するフィードバック要素（７２）とを含む、油圧式パワーステアリング装置である。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が、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【０００６】
前記フィードバック要素は、回転角指令値と実回転角との角度偏差の絶対値が所定値Ａ（Ａ＞０）以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差に対して演算を行うことにより、操作量を演算している。したがって、保舵状態時において、実回転角の検出ノイズ等によって実回転角と回転角指令値との間に微小な角度偏差が生じたとしても、制御用角度偏差は零の値を維持するから、前記フィードバック要素によって演算される操作量の絶対値が増加するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時において、油圧制御バルブのロータが摩擦によって静止しているにもかかわらず、モータ電流が変動するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時に余分な電力消費が発生するのを抑制することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記制御用角度偏差生成手段は、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が前記所定値Ａ以下のときには、零の値をとる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が前記所定値Ａより大きいときには、正の値をとりかつ前記角度偏差が大きいほど大きな値となる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が−Ａより小さいときには、負の値をとりかつ前記角度偏差が小さいほど小さな値となる制御用角度偏差を生成するように構成されている、請求項１に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記フィードバック要素が、前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素（７２）である、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
請求項４記載の発明は、前記フィードバック制御手段は、比例要素（７１）、積分要素（７２）および微分要素（７３）を備えたＰＩＤ制御手段（５５）を含んでおり、前記比例要素、積分要素および微分要素のうちの少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
【０００９】
請求項５記載の発明は、前記フィードバック制御手段が、比例要素（７１）および積分要素（７２）を備えたＰＩ制御手段を含んでおり、前記比例要素および積分要素のうちの少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、バルブ駆動用モータ制御部の制御ブロック図である。
【図３】図３は、予め設定された角度偏差Δθｖと制御用角度偏差Δθｖ’との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、図２に示すバルブ駆動用モータ制御装置における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフである。
【図５】図５は、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置の制御ブロック図（参考図）である。
【図６】図６は、検出操舵トルクＴｈに対するアシストトルク指令値Ｔａ＊の設定例を示すグラフである。
【図７】図７は、アシストトルク指令値Ｔａ＊に対するバルブ開度指令値θｖ＊の設定例を示すグラフである。
【図８】図８は、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフ（比較例）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
油圧式パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作される操舵部材としてのステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に連結され、ピニオンギア６を持つピニオンシャフト５と、ピニオンギア６に噛合するラック７ａを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。
【００１２】
ラック軸７の両端にはタイロッド８がそれぞれ連結されており、このタイロッド８は、それぞれ、左右の転舵輪９，１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２まわりに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転が、ピニオンギア６およびラック７ａによって、ラック軸７の軸方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回転運動に変換され、これにより、左右の転舵輪９，１０が転舵される。
【００１３】
ステアリングシャフト４の周囲には、ステアリングシャフト４の回転角である操舵角を検出するための舵角センサ３１が配置されている。この実施形態では、舵角センサ３１は、ステアリングシャフト４の中立位置からのステアリングシャフト４の正逆両方向の回転量（回転角）を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。ピニオンシャフト５には、操舵トルクＴｈを検出するためのトルクセンサ３２が設けられている。
【００１４】
油圧式パワーステアリング装置１は、油圧制御バルブ１４、パワーシリンダ１７および油圧ポンプ２３を含んでいる。油圧制御バルブ１４は、例えばロータリバルブであり、ロータハウジング（図示略）と作動油の流通方向を切り替えるためのロータ（図示略）とを備えている。油圧制御バルブ１４のロータが電動モータ１５（以下「バルブ駆動用モータ１５」という）によって回転されることにより、油圧制御バルブ１４の開度が制御される。バルブ駆動用モータ１５は、例えば三相ブラシレスモータからなる。バルブ駆動用モータ１５の近傍には、バルブ駆動用モータ１５のロータの回転角（実回転角θｖ）を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ３３が配置されている。
【００１５】
油圧制御バルブ１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１６に接続されている。パワーシリンダ１６は、ステアリング機構２に結合されている。具体的には、パワーシリンダ１６は、ラック軸７に一体に設けられたピストン１７と、このピストン１７によって区画された一対のシリンダ室１８，１９とを有しており、シリンダ室１８，１９は、それぞれ、対応する油路２０，２１を介して、油圧制御バルブ１４に接続されている。
【００１６】
油圧制御バルブ１４は、リザーバタンク２２および操舵補助力発生用の油圧ポンプ２３を通る油循環路２４の途中部に介装されている。油圧ポンプ２３は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ２５（以下、「ポンプ駆動用モータ２５」という）によって駆動され、リザーバタンク２２に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御バルブ１４に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御バルブ１４から油循環路２４を介してリザーバタンク２２に帰還される。
【００１７】
ポンプ駆動用モータ２５は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ２３を駆動するものである。具体的には、ポンプ駆動用モータ２５は、その出力軸が油圧ポンプ２３の入力軸に連結されており、ポンプ駆動用モータ２５の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２３の入力軸が回転して油圧ポンプ２３の駆動が達成される。ポンプ駆動用モータ２５は、例えば三相ブラシレスモータからなる。ポンプ駆動用モータ２５の近傍には、ポンプ駆動用モータ２５のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ３４が配置されている。
【００１８】
油圧制御バルブ１４は、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが基準回転角度位置（中立位置）から一方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの一方を介してパワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。また、バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが中立位置から他方の方向に回転された場合には、油路２０，２１のうちの他方を介してシリンダ室１８，１９のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク２２に戻す。
【００１９】
油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にある場合には、油圧制御バルブ１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ１６の両シリンダ室１８，１９は等圧に維持され、作動油は油循環路２４を循環する。バルブ駆動用モータ１５によって油圧制御バルブ１４のロータが回転されると、パワーシリンダ１６のシリンダ室１８，１９のいずれかに作動油が供給され、ピストン１７が車幅方向（車両の左右方向）に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用することになる。
【００２０】
舵角センサ３１によって検出される操舵角、トルクセンサ３２によって検出される操舵トルクＴｈ、回転角センサ３３の出力信号、回転角センサ３４の出力信号、車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐ、バルブ駆動用モータ１５に流れる電流を検出するための電流センサ３６の出力信号は、コンピュータにより構成される制御装置４０にそれぞれ入力される。制御装置４０は、駆動回路４１を介してバルブ駆動用モータ１５を制御するともに、駆動回路４２を介してポンプ駆動用モータ２５を制御する。
【００２１】
制御装置４０は、バルブ駆動用モータ１５の駆動回路４１を制御するためのバルブ駆動用モータ制御部４３と、ポンプ駆動用モータ２５を制御するためのポンプ駆動用モータ制御部４４とを含んでいる。バルブ駆動用モータ制御部４３の動作の詳細については、後述する。
ポンプ駆動用モータ制御部４４は、たとえば、次のようにして、ポンプ駆動用モータ２５を制御する。すなわち、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、回転角センサ３４の出力信号に基づいてポンプ駆動用モータ２５の回転速度を演算する。また、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、舵角センサ４１の出力値を時間微分することによって操舵角速度を演算する。次に、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、操舵角速度に基づいて、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度指令値を演算する。回転速度指令値は、操舵角速度が零のときに所定値に設定され、操舵角速度が大きいほど大きな値に設定される。そして、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度が回転速度指令値に等しくなるように、ポンプ駆動用モータ２５の駆動回路４２を制御する。なお、ポンプ駆動用モータ制御部４４は、ポンプ駆動用モータ２５の回転速度が予め定められた所定速度となるように駆動回路４２を制御してもよい。
【００２２】
本実施形態におけるバルブ駆動用モータ制御部４３について説明する前に、図５〜図８を参照して、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置について説明する。  
図５は、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置１００の制御ブロック図（参考図）である。なお、バルブ駆動用モータ制御部４３以外の油圧式パワーステアリング装置の構成は、図１に示された構成と同じであるものとして、バルブ駆動用モータ制御装置１００について説明する。
【００２３】
バルブ駆動用モータ制御装置１００は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部１５１と、バルブ開度指令値設定部１５２と、角度偏差演算部１５３と、ＰＩＤ（比例積分微分）制御部１５５と、電流偏差演算部１５６と、ＰＩ（比例積分）制御部１５７とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部１５１は、トルクセンサ３２によって検出される検出操舵トルクＴｈと車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐに基づいて、パワーシリンダ１６によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ｔａ＊［Ｎ・ｍ］を設定する。具体的には、アシストトルク指令値設定部１５１は、車速毎に検出操舵トルクとアシストトルク指令値との関係を記憶したマップに基づいて、アシストトルク指令値Ｔａ＊を設定する。図６は、検出操舵トルクＴｈに対するアシストトルク指令値Ｔａ＊の設定例を示すグラフである。
【００２４】
検出操舵トルクＴｈは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、パワーシリンダ１６によって右方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには正の値とされ、パワーシリンダ１６によって左方向操舵ためのアシストトルクを発生させるときには負の値とされる。
【００２５】
アシストトルク指令値Ｔａ＊は、検出操舵トルクＴｈの正の値に対しては正の値をとり、検出操舵トルクＴｈの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲の微小な値のときには、アシストトルクは零とされる。そして、検出操舵トルクＴｈが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲以外の領域においては、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。また、アシストトルク指令値Ｔａ＊は、車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されている。
【００２６】
バルブ開度指令値設定部１５２は、アシストトルク指令値設定部１５１によって設定されたアシストトルク指令値Ｔａ＊に基づいて、油圧制御バルブ１４の開度の目標値（バルブ駆動用モータ１５の回転角の目標値）であるバルブ開度指令値（回転角指令値）θｖ＊［ｄｅｇ］を設定する。この例では、油圧制御バルブ１４のロータが中立位置にあるときのバルブ駆動用モータ１５の回転角を０°とする。油圧制御バルブ１４のロータの回転角度範囲は、中立位置を中心として、機械角で±３［ｄｅｇ］程度である。
【００２７】
バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より大きくなると、パワーシリンダ１６によって右方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。一方、バルブ駆動用モータ１５の回転角が０°より小さくなると、パワーシリンダ１６によって左方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ１４の開度が制御されるものとする。なお、バルブ駆動用モータ１５の回転角度の絶対値が大きくなるほど、パワーシリンダ１６によって発生するアシストトルクの絶対値は大きくなる。
【００２８】
バルブ開度指令値設定部１５２は、アシストトルク指令値Ｔａ＊とバルブ開度指令値θｖ＊との関係を記憶したマップに基づいて、バルブ開度指令値θｖ＊を設定する。図７は、アシストトルク指令値Ｔａ＊に対するバルブ開度指令値θｖ＊の設定例を示すグラフである。バルブ開度指令値θｖ＊は、アシストトルク指令値Ｔａ＊の正の値に対しては正の値をとり、アシストトルク指令値Ｔａ＊の負の値に対しては負の値をとる。バルブ開度指令値θｖ＊は、アシストトルク指令値Ｔａ＊の絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。
【００２９】
角度偏差演算部１５３は、バルブ開度指令値設定部１５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊と回転角センサ３３によって検出されたバルブ駆動用モータ１５の回転角（実回転角）θｖとの偏差Δθｖ（＝θｖ＊−θｖ）を演算する。
ＰＩＤ制御部１５５は、角度偏差演算部１５３によって演算された角度偏差Δθｖに対してＰＩＤ演算（比例積分微分演算）を行なう。すなわち、角度偏差演算部１５３およびＰＩＤ制御部１５５によって、バルブ駆動用モータ１５の回転角θｖをバルブ開度指令値θｖ＊に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩＤ制御部１５５は、角度偏差Δθｖに対してＰＩＤ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５の電流指令値Ｉ＊［Ａ］を演算する。
【００３０】
電流偏差演算部１５６は、ＰＩＤ制御部１５５によって求められた電流指令値Ｉ＊と、電流センサ３６によって検出されるモータ電流（実電流）Ｉ［Ａ］との偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）を演算する。ＰＩ制御部１５７は、電流偏差演算部１５６によって演算された電流偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）に対してＰＩ演算（比例積分演算）を行なう。すなわち、電流偏差演算部１５６およびＰＩ制御部１５７によって、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流Ｉを電流指令値Ｉ＊に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部１５７は、電流偏差ΔＩに対してＰＩ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５に印加すべき電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］を演算する。
【００３１】
図５では、バルブ駆動用モータ１５は、数学モデルであるモータモデルとして記述されている。モータモデルは、１／（Ｌ・ｓ＋Ｒ）と表すことができる。Ｒは電機子巻線抵抗［Ω］、Ｌは電機子巻線インダクタンス［Ｈ］、ｓは微分演算子（ラプラス演算子）である。バルブ駆動用モータ１５には、ＰＩ制御部１５７によって演算された電圧指令値Ｖ＊と誘起電圧Ｅ［Ｖ］との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ１５にモータ電流Ｉ（実電流）［Ａ］が流れる。このモータ電流Ｉが、電流センサ３６によって検出されて、電流偏差演算部１５６にフィードバックされる。
【００３２】
モータ電流Ｉにバルブ駆動用モータ１５のトルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］を乗じた値がモータトルクＴｍ［Ｎ・ｍ］となる。このモータトルクＴｍから油圧制御バルブ１４の駆動に要する負荷トルクＴＬ［Ｎ・ｍ］を減じた値が、油圧制御バルブ１４に与えられるトルクＴｖ［Ｎ・ｍ］となる。トルクＴｖに１／（Ｊ・ｓ）を乗じた値がモータ回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］となる。Ｊは、モータイナーシャ［ｋｇ・ｍ２］、ｓは微分演算子（ラプラス演算子）である。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ１５の逆起電圧定数Ｋｅ［Ｖ・ｓ／ｒａｄ］を乗じた値が誘起電圧Ｅ［Ｖ］となる。
【００３３】
また、モータ回転速度ωに１／ｓを乗じた値がバルブ駆動用モータ１５の回転角となる。１／ｓは積分演算子である。回転角センサ３３は、バルブ駆動用モータ１５の実回転角［ｄｅｇ］を検出する。回転角センサ３３によって検出された実回転角θｖが、角度偏差演算部１５３にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ１４の開度θｖがバルブ開度指令値θｖ＊と等しくなるように、バルブ駆動用モータ１５がフィードバック制御される。
【００３４】
図５に示すようなバルブ駆動用モータ制御装置１００では、保舵状態時において、図８に示すように、電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉが大きく変動するおそれがあることが判明した。
図８は、図５に示すバルブ駆動用モータ制御装置１００における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフ（比較例）である。具体的には、図８は、保舵状態時の油圧制御バルブ１４の内部圧力Ｐ、バルブ開度指令値θｖ＊、実回転角θｖ、電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの時間的変化（計測値）を示している。ただし、電流指令値Ｉ＊と実電流Ｉとは重なっている部分が多いため、図８ではこれらを区別することなく描いている。同様に、バルブ開度指令値θｖ＊と実回転角θｖとは重なっている部分が多いため、図８においては、これらを区別することなく描いている。図８から、１５０［ｓ］に対応する時点から電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉが増加する方向に大きく変動していることがわかる。
【００３５】
バルブ開度指令値θｖ＊と実回転角θｖとの角度偏差がほぼ零である保舵状態時に電流指令値Ｉ＊が大きく変動する理由としては、次のようなことが考えられる。すなわち、保舵状態時には、電流指令値Ｉ＊は、油圧制御バルブ１４のロータに作用する摩擦トルクに相当する電流値以下の値に収束する。保舵状態時において、実回転角θｖの検出ノイズ等によってバルブ開度指令値θｖ＊と実回転角θｖとの間に微小な角度偏差Δθｖが生じると、フィードバック制御の作用により、角度偏差Δθｖを零にする方向に電流指令値Ｉ＊が変化する。このときに、油圧制御バルブ１４の内部圧力変動等の要因により前記ロータに作用する摩擦成分が増加する方向に変動していると、油圧制御バルブ１４のロータは摩擦によって静止しているにもかかわらず、摩擦成分の増加につれて電流指令値Ｉ＊の絶対値が増加する方向に大きく変動する。
【００３６】
つまり、保舵状態時において、前記摩擦成分が増加する方向に変動している場合には、実回転角θｖの検出ノイズ等による微小な角度偏差をきっかけとして、角度偏差Δθｖが変化して電流指令値Ｉ＊が変化するといった動作が繰り返されて、電流指令値Ｉ＊が変動すると考えられる。このような動作は、ＰＩＤ制御部１５５に含まれている比例要素、積分要素および微分要素のうち、角度偏差Δθｖの累積値を操作量として発生する積分要素の影響が大きいと考えられる。実回転角θｖの変化がなく、摩擦成分のみが変動した場合には、本来的にはモータ電流を大きくする必要はない。したがって、摩擦成分の変動に起因して発生すると考えられる前記モータ電流の変動は、余分な電力消費の発生原因となる。
【００３７】
以下、図１の制御装置４０内のバルブ駆動用モータ制御部４３について詳しく説明する。
図２は、バルブ駆動用モータ制御部４３の制御ブロック図である。図２に示すバルブ駆動用モータ制御部４３は、油圧制御バルブ１４のロータに作用する摩擦成分の変動に起因して発生すると考えられるモータ電流変動を抑制するために開発されたものである。
【００３８】
バルブ駆動用モータ制御部４３は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部５１と、バルブ開度指令値設定部５２と、角度偏差演算部５３と、角度偏差変換部５４と、ＰＩＤ（比例積分微分）制御部５５と、電流偏差演算部５６と、ＰＩ（比例積分）制御部５７とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部５１、バルブ開度指令値設定部５２、角度偏差演算部５３、電流偏差演算部５６およびＰＩ制御部５７の動作は、それぞれ、図５のアシストトルク指令値設定部１５１、バルブ開度指令値設定部１５２、角度偏差演算部１５３、電流偏差演算部１５６およびＰＩ制御部１５７の動作と同様である。このバルブ駆動用モータ制御部４３では、角度偏差変換部５４が設けられている点で、図５のバルブ駆動用モータ制御装置１００と異なっている。
【００３９】
アシストトルク指令値設定部５１は、トルクセンサ３２によって検出される検出操舵トルクＴｈと車速センサ３５によって検出される車速Ｓｐに基づいて、パワーシリンダ１６によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ｔａ＊［Ｎ・ｍ］を設定する。アシストトルク指令値設定部５１の動作は、図５のアシストトルク指令値設定部１５１と同様なので、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
バルブ開度指令値設定部５２は、アシストトルク指令値設定部５１によって設定されたアシストトルク指令値Ｔａ＊に基づいて、油圧制御バルブ１４の開度の指令値であるバルブ開度指令値（回転角指令値）θｖ＊［ｄｅｇ］を設定する。バルブ開度指令値設定部５２の動作は、図５のバルブ開度指令値設定部１５２と同様なので、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
角度偏差演算部５３は、バルブ開度指令値設定部５２によって設定されたバルブ開度指令値θｖ＊と回転角センサ３３によって検出されたバルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖとの偏差Δθｖ（＝θｖ＊−θｖ）を演算する。
角度偏差変換部５４は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖを、角度偏差Δθｖの絶対値が所定値以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差Δθｖ’に変換する。図３は、予め設定された角度偏差Δθｖと制御用角度偏差Δθｖ’との関係を示すグラフである。角度偏差Δθｖの絶対値が、所定値Ａ（Ａ＞０）以下の領域には、制御用角度偏差Δθｖ’が零となる不感帯が設定されている。所定値Ａは、たとえば、機械角で０．０５［ｄｅｇ］に設定されている。角度偏差ΔθｖがＡより大きい領域では、制御用角度偏差Δθｖ’は正の値をとり、角度偏差Δθｖが大きくなるほど大きくなるように設定されている。角度偏差Δθｖが−Ａより小さい領域では、制御用角度偏差Δθｖ’は負の値をとり、角度偏差Δθｖが小さくなるほど小さくなるように設定されている。
【００４２】
角度偏差変換部５４は、図３に示されているような、予め設定された角度偏差Δθｖと制御用角度偏差Δθｖ’との関係に基づいて、角度偏差Δθｖを制御用角度偏差Δθｖ’に変換する。角度偏差演算部５３と角度偏差変換部５４とによって、回転角指令値θｖ＊および実回転角θｖに基づいて制御用角度偏差Δθｖ’を生成するための制御用角度偏差生成手段が構成されている。
【００４３】
ＰＩＤ制御部５５は、比例要素７１と、積分要素７２と、微分要素７３と、第１加算器７４と、第２加算器７５とを備えている。ただし、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、１／Ｚは入力信号を１演算周期遅延させて出力するための遅延素子の伝達関数、Ｋｄは微分ゲイン、ＬＰＦはローパスフィルタである。
この実施形態では、比例要素７１および微分要素７３には、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖがそのまま与えられる。一方、積分要素７２には、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’が与えられる。
【００４４】
比例要素７１は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して比例演算を行うことによって、比例動作の操作量（比例項。以下、「比例操作量」という。）を演算する。具体的には、比例要素７１は、角度偏差Δθｖに比例ゲインＫｐを乗ずることによって、比例操作量を演算する。
積分要素７２は、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’ に対して積分演算を行うことによって、積分動作の操作量（積分項。以下、「積分操作量」という。）を演算する。具体的には、積分要素７２は、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’に積分ゲインＫｉを乗じた値に、前回の積分操作量を加算することにより、今回の積分操作量を求める。
【００４５】
比例要素７１によって演算された比例操作量と積分要素７２によって演算された積分操作量とは、第１加算器７４に与えられる。第１加算器７４は、比例操作量と積分操作量とを加算する。第１加算器７４の加算結果は、第２加算器７５に与えられる。
微分要素７３は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して微分演算を行うことによって、微分動作の操作量（微分項。以下、「微分操作量」という。）を演算する。具体的には、微分要素７３は、第１のＬＰＦ７３ａと、減算器７３ｂと、第２のＬＰＦ７３ｃと、乗算器７３ｄとを含む。第１のＬＰＦ７３ａは、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖの低周波数成分を抽出する。減算器７３ｂは、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖから、第１のＬＰＦ７３ａによって抽出された低周波数成分を除去する。これにより、角度偏差Δθｖの高周波数成分が抽出される。つまり、角度偏差Δθｖの微分値（角度偏差微分値）が演算される。第２のＬＰＦ７３ｃは、角度偏差微分値の高周波成分を除去する。乗算器７３ｄは、高周波成分が除去された後の角度偏差微分値に微分ゲインＫｄを乗じることにより、微分操作量を演算する。微分要素７３によって演算された微分操作量は、第２加算器７５に与えられる。
【００４６】
第２加算器７５は、第１加算器７４の加算結果（比例操作量と積分操作量と和）に、微分要素７３によって演算された微分操作量を加算することにより、電流指令値Ｉ＊を演算する。
角度偏差演算部５３、角度偏差変換部５４およびＰＩＤ制御部５５によって、バルブ駆動用モータ１５の実回転角θｖを、バルブ開度指令値θｖ＊に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。
【００４７】
電流偏差演算部５６は、ＰＩＤ制御部５５によって求められた電流指令値Ｉ＊と、電流センサ３６によって検出されるモータ電流（実電流）Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ＊−Ｉ）を演算する。ＰＩ制御部５７は、電流偏差演算部５６によって演算された電流偏差ΔＩに対してＰＩ演算を行なう。すなわち、電流偏差演算部５６およびＰＩ制御部５７によって、バルブ駆動用モータ１５に流れるモータ電流を電流指令値に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部５７は、電流偏差に対してＰＩ演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ１５に印加すべき電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］を演算する。
【００４８】
バルブ駆動用モータ１５は、数学モデルであるモータモデル（１／（Ｌ・ｓ＋Ｒ））として記述されている。バルブ駆動用モータ１５には、ＰＩ制御部５７によって演算された電圧指令値Ｖ＊［Ｖ］と誘起電圧Ｅ［Ｖ］との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ１５にモータ電流Ｉ［Ｉ］が流れる。このモータ電流Ｉが、電流センサ３６によって検出されて、電流偏差演算部５６にフィードバックされる。
【００４９】
モータ電流Ｉにバルブ駆動用モータ１５のトルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］を乗じた値がモータトルク［Ｎ・ｍ］となる。このモータトルクＴｍから油圧制御バルブ１４の駆動に要する負荷トルクＴＬ［Ｎ・ｍ］を減じた値が、油圧制御バルブ１４に与えられるトルクＴｖ［Ｎ・ｍ］となる。トルクＴｖに１／（Ｊ・ｓ）を乗じた値がモータ回転速度ω［ｒａｄ／ｓ］となる。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ１５の逆起電圧定数Ｋｅ［Ｖ・ｓ／ｒａｄ］を乗じた値が誘起電圧Ｅ［Ｖ］となる。
【００５０】
また、モータ回転速度ωに１／ｓを乗じた値がバルブ駆動用モータ１５の回転角となる。回転角センサ３３は、バルブ駆動用モータ１５の実回転角［ｄｅｇ］を検出する。回転角センサ３３によって検出された実回転角が、角度偏差演算部１０３にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ１４の開度θｖがバルブ開度指令値θｖ＊と等しくなるように、バルブ駆動用モータ１５がフィードバック制御される。
【００５１】
前記実施形態では、積分要素７２は、角度偏差Δθｖに対して積分演算を行うのではなく、制御用角度偏差Δθｖ’に対して積分演算を行うことによって、積分操作量を演算している。制御用角度偏差Δθｖ’は、角度偏差Δθｖの絶対値が所定値Ａ以下のときに零となる不感帯を有している。したがって、保舵状態時において、実回転角θｖの検出ノイズ等によって微小な角度偏差Δθｖが生じたとしても、制御用角度偏差Δθｖ’は零の値を維持するから、積分操作量の絶対値が増加するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時において、油圧制御バルブ１４のロータが摩擦によって静止しているにもかかわらず、電流指令値Ｉ＊が変動するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時に余分な電力消費が発生するのを抑制することができる。
【００５２】
図４は、図２に示すバルブ駆動用モータ制御装置４３における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフである。具体的には、図４は、保舵状態時の油圧制御バルブ１４の内部圧力Ｐ、バルブ開度指令値θｖ＊、実回転角θｖ、電流指令値Ｉ＊および実電流Ｉの時間的変化（計測値）を示している。ただし、電流指令値Ｉ＊と実電流Ｉとは重なっている部分が多いため、図４ではこれらを区別することなく描いている。同様に、バルブ開度指令値θｖ＊と実回転角θｖとは重なっている部分が多いため、図４においては、これらを区別することなく描いている。  図４から、本実施形態におけるバルブ駆動用モータ制御装置４３では、保舵状態時の電流指令値Ｉ＊の変動が小さいことがわかる。
【００５３】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、図２のバルブ駆動用モータ制御部４３では、積分要素７２は制御用角度偏差Δθｖ’に対して積分演算を行うことによって積分操作量を演算しているのに対し、比例要素７１は角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算している。また、微分要素７３は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して微分演算を行うことにより微分操作量を演算している。
【００５４】
しかし、比例要素７１は、制御用角度偏差Δθｖ’に対して比例演算を行うことによって比例操作量を演算するものであってもよい。この場合、比例要素７１には、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’が入力される。同様に、微分要素７３は、制御用角度偏差Δθｖ’に対して微分演算を行うことによって微分操作量を演算するものであってもよい。この場合、微分要素７３には、角度偏差変換部５４によって演算された制御用角度偏差Δθｖ’が入力される。
【００５５】
また、前記実施形態では、回転角フィードバック制御手段は、ＰＩＤ制御を行うためのＰＩＤ制御部５５を含んでいるが、ＰＩＤ制御部５５の代わりにＰＩ制御を行うためのＰＩ制御部を用いてもよい。この場合、ＰＩＤ制御部５５内の微分要素７３および第２加算器７５が省略される。この場合においても、積分要素７２としては、制御用角度偏差Δθｖ’に対して積分演算を行うことによって積分操作量を演算するものが用いられる。比例要素７１は、角度偏差演算部５３によって演算された角度偏差Δθｖに対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算するものであってもよいし、制御用角度偏差Δθｖ’に対して比例演算を行うことによって比例操作量を演算するものであってもよい。
【００５６】
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。
【符号の説明】
【００５７】
１…油圧式パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、１４…油圧制御バルブ、１５…バルブ駆動用モータ、１６…パワーシリンダ、２３…油圧ポンプ、２５…ポンプ駆動用モータ、３３…回転角センサ、３６…電流センサ、５１…アシストトルク指令値設定部、５２…バルブ開度指令値設定部、５３…角度偏差演算部、５４…角度偏差変化部、５５…ＰＩＤ（比例積分微分）制御部、５６…電流偏差演算部、５７…ＰＩ（比例積分）制御部、７１…比例要素、７２…積分要素、７３…微分要素、７４，７５…加算器
【図１】
2014151878.tif 000003
【図２】
2014151878.tif 000004
【図３】
2014151878.tif 000005
【図４】
2014151878.tif 000006
【図５】
2014151878.tif 000007
【図６】
2014151878.tif 000008
【図７】
2014151878.tif 000009
【図８】
2014151878.tif 000010