(57)【要約】【課題】  第１モードと第２モードとの切り替え時において、ノイズの影響を受けることのない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。【解決手段】    現在のデジタル形式の電流偏差値と、該データよりも１つ又は複数個のサンプリング前のデジタル形式の電流偏差値との差分を求め、その差分に係数を乗算して得られた値をモータ電流制御値に加算する制御信号補正手段を備えたことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車速を検出する車速センサ、及びハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、ハンドルの操舵補助用のモータと、４つのスイッチング素子から成るＨブリッジ回路で構成されて前記モータを駆動するモータ回路と、該モータ回路を駆動するモータ駆動手段と、前記車速センサ、及びトルクセンサから出力されたセンサ信号に対応した電流指令信号と、前記モータに流れる実測のアシスト電流とを減算して得た電流偏差値をデジタルデータの形式で入力し積分してモータ電流制御値として出力する積分制御手段と、前記モータ電流制御値に基づき前記モータ駆動手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを少なくとも備え、
前記ＰＷＭ制御は、前記４つのスイッチング素子のローサイド側のスイッチング素子をオンのままハイサイド側のスイッチング素子をＰＷＭ制御する第１モードと、前記４つのスイッチング素子をＰＷＭ制御する第２モードからなる電動パワーステアリング装置において、
現在の電流偏差値のデジタルデータよりも１つ又は複数個前のデジタルデータと、現在の電流偏差値のデジタルデータとの差分を求め、その差分に係数を乗算して得られた値を前記モータ電流制御値に加算する制御信号補正手段を備えた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】
【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、車両のハンドル操舵補助に用いられる電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
図４は、従来技術による電動パワーステアリング装置１００のブロック構成図を示す。      
【０００３】
図４中、１０１は、ハンドル（図示せず）の操舵トルクを検出するトルクセンサを示し、１０２は、車速を検出する車速センサを示す。１０３は、前記トルクセンサ１０１及び車速センサ１０２の後段に設けられた目標値演算手段を示す。目標値演算手段１０３は、操舵トルクａ及び車速ｂを入力して、電流指令信号ｃを出力するものである。操舵トルクａ及び車速ｂによって、請求項１に記載のセンサ信号が構成される。
【０００４】
目標値演算手段１０３は、操舵トルクａ及び車速ｂから電流指令信号ｃを演算するテーブルＴを内蔵している。
【０００５】
目標値演算手段１０３の後段には、減算器１０４が設けられている。この減算器１０４は、前記電流指令信号ｃと、実測されたアシスト電流値との差を求めて電流偏差値ｅとして出力する機器である。この実測されたアシスト電流値は、後述するモータＭに実際に流れている電流値であって、モータ電流検出手段１０５によって検出される。
【０００６】
前記電流偏差値ｅは、後段の比例制御手段１０６と、積分制御手段１０７に入力される。比例制御手段１０６は、前記電流偏差値ｅを入力し、この電流偏差値ｅに係数αを乗算して、比例制御値ｆとして出力する機器である。
【０００７】
積分制御手段１０７は、加算器１０８と、遅れ演算子１０９と、利得調整部１１０とを備えている。遅れ演算子１０９は、減算器１０４から出力された現在の電流偏差値ｅ（ｉ）よりも前の電流偏差値ｅ（ｉ−１），ｅ（ｉ−２），ｅ（ｉ−３），，，を出力する機器である。
【０００８】
加算器１０８において、前記電流偏差値ｅ（ｉ）にｅ（ｉ−１），ｅ（ｉ−２），ｅ（ｉ−３），，，を順次加算するループを繰り返すことによって、電流偏差値ｅの積分を実行して、積分制御信号ｇを出力するように構成されている。前記利得調整部１１０は、前記積分制御信号ｇに係数βを乗算して出力する機器である。
【０００９】
前記比例制御手段１０６と積分制御手段１０７との後段には、加算器１１１が設けられている。この加算器１１１は、前記比例制御値ｆと積分制御値ｇを加算して、モータ電流制御値ｈとして出力する機器である。
【００１０】
前記加算器１１１の後段には、ＰＷＭ制御手段１１２が設けられている。このＰＷＭ制御手段１１２は、前記モータ電流制御値ｈを入力し、このモータ電流制御値ｈに基づき、後段のモータ駆動手段１１３をＰＷＭ制御する機器である。
【００１１】
前記モータ駆動手段１１３の後段には、モータ回路１１４が設けられている。このモータ回路１１４は、４つのスイッチング素子Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、直流モータＭとによって構成されている。このモータ回路１１４は、電源１１５とアースとの間に設けられて、電源１１５からは電流検出抵抗器１１６を介して電力が供給される構成になっている。
【００１２】
モータ回路１１４は、ハイサイド側の２つのスイッチング素子Ｆ１，Ｆ２と、ローサイド側の２つのスイッチング素子Ｆ３，Ｆ４とがブリッジ接続されたＨブリッジ回路で構成され、ハイサイド側の２つのスイッチング素子Ｆ１，Ｆ２と、ローサイド側の２つのスイッチング素子Ｆ３，Ｆ４との間には、前記操舵補助用の直流モータＭが設けられている。各スイッチング素子Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、ＦＥＴなどのパワートランジスタ等で構成されている。各ＦＥＴのゲートは前記モータ駆動手段１１３に接続されて、モータ駆動手段１１３から各ＦＥＴに駆動信号が入力される構成になっている。
【００１３】
前記スイッチング素子Ｆ１とスイッチング素子Ｆ４とが対になり、前記スイッチング素子Ｆ２とスイッチング素子Ｆ３とが対になっている。
【００１４】
ここで、前記４つのスイッチング素子Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が作動するモードには、第１モードと第２モードとがある。第１モードとは、ローサイド側の２つのスイッチング素子Ｆ３，又はＦ４が常にオン状態にあり、スイッチング素子Ｆ３，又はＦ４と対になるハイサイド側のスイッチング素子Ｆ１、Ｆ２をＰＷＭ制御するモードである。又、第２モードは、スイッチング素子Ｆ１及びスイッチング素子Ｆ４と、スイッチング素子Ｆ２及びスイッチング素子Ｆ３をそれぞれＰＷＭ制御するモードである。
【００１５】
ところで、前記第１モードの場合には、ハイサイド側のスイッチング素子Ｆ１、又はＦ２のみがＰＷＭ制御されるため、スイッチングの回数が少なく、スイッチング時の損失による発熱が少ないという利点を有する反面、図５に示すような問題がある。
【００１６】
図５は、第１モードにおいて、モータ回路１１４に流れる電流を示した図であって、図５（Ａ）はモータＭの正転時にモータ回路１１４に流れる電流を示す。モータＭの正転時には、スイッチング素子Ｆ１、Ｆ４が導通しているとする。
【００１７】
図５（Ｂ）は、第１モードの際にハイサイド側のＦＥＴがＯＦＦした時のモータ回路１１４に流れる電流を示す。即ち、第１モードの際にハイサイド側のＦＥＴがＯＦＦした時にはスイッチング素子Ｆ４、スイッチング素子Ｆ３の寄生ダイオードＤ３及びモータＭで構成される回路内で電流が流れるため、電流検出抵抗器１１６を流れない構成になる。この状況を実際の車両で考えると、運転者がハンドルを操舵するときには問題にならないが、操舵を解除し車両のセルフアライニングトルクによってハンドルが自動的に中立位置に復帰しようとした場合などのハンドルの戻り時において、モータが発生する逆起電圧による回生電流が生じるが、上記の理由から第１モードではこのときの電流を検出できないため、モータＭに流れる電流を制御できない状態になってしまう。このため、ハンドル戻り時にスムーズな回転が得られず、これが原因で異音が発生するなどの問題がある。
【００１８】
このため、特許文献１には、ハンドルの操舵補助を第１モードによって制御することを基本とする一方、第２モードによってハンドルの戻り制御を実行するようにした発明が開示されている。
【特許文献１】特許２８５７５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、前記特許文献１においては、以下の問題がある。図６は、ＰＷＭ制御とアシスト電流との関係を示す特性図である。図６中、横軸に、ＰＷＭ制御即ち、デュティー比を示し、縦軸にアシスト電流を示す。図６中、点線は第１モードの特性を示し、実線は第２モードの特性を示す。
【００２０】
そして、第１モードにおいては、図６中の点線で示す特性に基づきモータＭのアシスト電流を制御しているが、第２モードにおいては、図６中の実線で示す特性に基づきアシスト電流を制御する。このため、第１モードの特性と第２モードの特性との間の電流差Ｓによって、その切り替え時の反動によって、当該電流差Ｓが図７に示すように、ノイズＮとなって現れる。
【００２１】
当該ノイズＮの発生について、図７に基づき説明する。図７は横軸に入力トルクを示し、縦軸にアシスト電流を示す。同図７の第１象限において、第２モードで制御されながら同図７中、矢示Ａ方向へ入力トルクが増大していき、第１モードに切り替わったとする。この場合、図７に示すように、第２モードと第１モードとの電流差Ｓ（図６に示す）に基づいて、電流が上昇する向きのノイズＮ（１）が発生する。一方、第１モードで制御されながら同図７中、矢示Ｂ方向へ入力トルクが減少していき、第２モードに切り替わったとする。この場合、第２モードと第１モードとの電流差Ｓ（図６に示す）に基づいて、電流が下降する向きのノイズＮ（２）が発生する。
【００２２】
更に、前記ノイズＮには、前述の原因の他に、積分制御手段１０７の応答性の悪さに基づいたノイズも加算される。
【００２３】
そして、前記ノイズＮがモータＭに流れた場合には、運転者に衝撃となって伝わり、運転中において違和感が起きるだけでなく、運転中においては好ましい現象ではない。
【００２４】
一方、図６に示す第２モードの特性を仮に特定できれば、即ち、第２モードの特性線の形態を特定できれば、第２モードの特性と第１モードの特性との差Ｓを固定値として予め予想し、当該差Ｓでアシスト電流を補正することによって、前記ノイズＮの発生を防止することが予想される。
【００２５】
しかし、このように、第２モードの特性と第１モードの特性との差Ｓを特定しようとした場合、以下の問題がある。
【００２６】
即ち、モータＭ自体の特性や、ハーネスの長さ等によって第２モードの特性が変動する。即ち、モータＭ自体の特性や、ハーネスの長さ等によって第２モードの特性線が異なった形態になる。このため、第２モードと第１モードとの差Ｓ（図６に示す）を予め特定することは困難であった。
【００２７】
又、モータＭは、出力軸側から外力により回転させられた際に発電機として作用する。そして、このモータＭに流れる電流は、モータＭで発電した電力と、電源１１５の電力との和に基づいて決定する。このため、図８に示すように、第２モードの特性線は変動する。同図８において、中央の特性線は、モータＭをロック状態にした際の特性を示す。右側の特性線は、モータＭに制御方向と同じ向きの外力が作用している際の特性を示す。又、左側の特性線は、モータＭに制御方向とは逆向きの外力が作用している際の特性を示す。
【００２８】
このように、第２モードの特性線は、モータＭの発電条件により電流特性が変動するため、第２モードの特性線を特定することができず、その結果、第１モードと第２モードとの差Ｓを予め固定値として求め、当該固定値によってノイズの発生を防止することで、モータＭのアシスト電流をノイズの影響を受けないように制御することができなかった。
【００２９】
本発明は、前記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、第１モードと第２モードとの切り替え時において、ノイズの影響を受けることのない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
請求項１に記載の発明は、  車速を検出する車速センサ、及びハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、ハンドルの操舵補助用のモータと、４つのスイッチング素子から成るＨブリッジ回路で構成されて前記モータを駆動するモータ回路と、該モータ回路を駆動するモータ駆動手段と、前記車速センサ、及びトルクセンサから出力されたセンサ信号に対応した電流指令信号と、前記モータに流れる実測のアシスト電流とを減算して得た電流偏差値をデジタルデータの形式で入力し積分してモータ電流制御値として出力する積分制御手段と、前記モータ電流制御値に基づき前記モータ駆動手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを少なくとも備え、前記ＰＷＭ制御は、前記４つのスイッチング素子のローサイド側のスイッチング素子をンのままハイサイド側のスイッチング素子をＰＷＭ制御する第１モードと、前記４つのスイッチング素子の全てをＰＷＭ制御する第２モードからなる電動パワーステアリング装置において、現在の電流偏差値のデジタルデータよりも１つ又は複数個前のデジタルデータと、現在の電流偏差値のデジタルデータとの差分を求め、その差分に係数を乗算して得られた値を前記モータ電流制御値に加算する制御信号補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
現在の電流偏差値と、一つ又は複数個前の電流偏差値との差を求め、当該差をモータ電流制御値に即座に加算することによって、アシスト電流を制御するようにしたため、積分制御手段の応答性が悪くても、ノイズの影響を受けることなく、アシスト電流を即座に良好に制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、本実施例に係る電動パワーステアリング装置１のブロック構成図を示す。図２は作用を説明する図である。電動パワーステアリング装置１は、トルクセンサ１０１、車速センサ１０２、目標値演算手段１０３、減算器１０４、モータ電流検出手段１０５、比例制御手段１０６、積分制御手段１０７、加算器１０８、ＰＷＭ制御手段１１２、モータ駆動手段１１３、及びモータ回路１１４を備えている点については、背景技術の電動パワーステアリング装置１００と同様である。
【００３３】
図１に示すように、本実施例に係る電動パワーステアリング装置１は、制御信号補正手段２を備えている。制御信号補正手段２は、減算器３と利得制御手段４とを備えている。減算器３は、現在の電流偏差値ｅ（ｉ）と、遅れ演算子１０９から入力された一つ前の電流偏差値ｅ（ｉ―１）との差分を求めて差分信号ｊとして出力する機器である。ここで、一つ前の電流偏差値ｅ（ｉ―１）とは、積分制御手段１０７が積分する際に用いたデジタル形式の電流偏差値であって、現在の電流偏差値ｅ（ｉ）よりも一つ前のサンプリングのタイミングで取り込まれた電流偏差値ｅ（ｉ―１）である。尚、二個のサンプリング前、又は複数個のサンプリング前の電流偏差値を取り込むようにしても良い。
【００３４】
前記制御信号補正手段２の減算器３は、以下の演算式（１）を実行して、差分信号ｊを出力する機器である。前記利得制御手段４は、前記差分信号ｊに係数γを乗算して補正制御信号ｋを求めると共に、この補正制御信号ｋを加算器１１１に出力する機器である。この加算器１１１において、モータ電流制御値ｈに補正制御信号ｋが加算される。
ｊ＝［−｛現在の電流偏差値ｅ（ｉ）｝+｛一つ前のサンプリングによって取込まれた電流偏差値ｅ（ｉ―１）｝］      （１）
又、前記係数γを調節することで、前記ノイズを容易に相殺又は、低減させることができる。
【００３５】
次に、作用を説明する。仮に、図７中、矢印Ａ方向に、第２モードによって入力トルクが増大していったとする。そして、背景技術においては、第２モードから第１モードに切り替わる際に、電流が上昇するノイズＮ（１）が発生した。
【００３６】
一方、本実施形態においては、この場合、制御信号補正手段２の出力は、前記演算式  （１）に基づき負になる。つまり、この場合、現在の電流偏差ｅ（ｉ）と一つ前の電流偏差ｅ（ｉ―１）とを比較した場合、現在の電流偏差ｅ（ｉ）の方が大きい。このため、前記演算式（１）に示すように、制御信号補正手段２からは負の値が出力されることで、図２に示すように、前記ノイズＮ（１）が相殺され、又は、低減することでノイズＮ（２）が消滅、又は減少する。
【００３７】
次に、図７中、矢印Ｂ方向へ示すように、入力トルクが減少していったとする。この場合、第１モードから第２モードに切り替わる。そして、背景技術においては、電流が下降するノイズＮ（２）が発生した。
【００３８】
一方、本実施形態においては、この場合、制御信号補正手段２の出力は、前記演算式（１）に基づき正になる。つまり、この場合、現在の電流偏差ｅ（ｉ）と一つ前の電流偏差ｅ（ｉ―１）とを比較した場合、現在の電流偏差ｅ（ｉ）の方が小さい。このため、制御信号補正手段２からは正の値が出力されて、図２に示すように、前記ノイズＮ（２）と相殺され、又は、低減することでノイズＮ（２）が消滅、又は減少する。
【００３９】
以上の説明においては、図７中、第１象限に発生するノイズＮ（１）、Ｎ（２）を消滅、又は、低減させる場合について説明したが、第３象限に発生するノイズＮを消滅、又は、低減させる場合についても同様である。
【００４０】
以上説明したように、制御信号補正手段２から出力された補正制御信号ｋによって、ノイズＮが消滅、或いは、低減することになって、運転中、不快感を感ずることのない良好な制御を行うことが可能である。
【００４１】
又、図１に示すように、本実施形態においては、現在の電流偏差値ｅ（ｉ）と、一つ前のサンプリングのタイミングで取り込まれた電流偏差値ｅ（ｉ―１）とを減算することで求められた補正制御信号ｋをＰＷＭ制御手段１１２に入力してアシスト電流を即座に制御するようにしたため、積分制御手段１０７の応答性が悪くても、アシスト制御を即座に良好に実行することができて、図７に示すようなノイズＮが発生しない。
【００４２】
図３は、図７に示す特性線図の一部を拡大した図を示す。一般に、積分器の出力値は、入力値に対して、９０度の位相遅れが生じ、応答性が悪い。特に、図６に示すように、第２モードの特性は、小電流の際には、傾きが小さく、応答性が悪いため、図３中、一点鎖線で示すように、入力トルクが積分器の閾値以上に大きくなってからアシスト電流が急激に立ち上がるという現象がある。この場合、アシスト電流が急激に立ち上がることによって、アシスト開始時に違和感を感じることがある。
【００４３】
しかし、本実施形態においては、制御信号補正手段２から出力された補正制御信号ｋが、ＰＷＭ制御手段１１２に加えられるため、図３中、実線で示すように、アシスト電流は速やかに立ち上がることができて、パワーステアリングの制御を滑らかに実行することができる。このため、操舵開始時の違和感を受けることなく、良好な走行が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。（本実施形態）
【図２】作用を説明する図である。（本実施形態）
【図３】作用を説明する図である。（本実施形態）
【図４】背景技術に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。（背景技術）
【図５】モータ回路の構成図である。（背景技術）
【図６】第１モードと、第２モードとにおいて、ＰＷＭ制御と、アシスト電流との関係を示す図である。（背景技術）
【図７】入力トルクとアシスト電流との関係を示す図である。（背景技術）
【図８】図６に示す第２モードの特性線の形態が、正回転、逆回転に伴って変化していく状態を示す図である。（背景技術）
【符号の説明】
【００４５】
１  電動パワーステアリング装置
２  制御信号補正手段
１０１  トルクセンサ
１０２  車速センサ
１０４  モータ回路
１０７  積分制御手段
１１２  ＰＷＭ制御手段
１１３  モータ駆動手段
Ｍ  モータ
Ｆ１〜Ｆ４  スイッチング素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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