(57)【要約】【課題】操舵力支援用モータの動作を制御する制御電流において目標電流決定部での微分制御要素に基づく電流成分が常に制御効果を生じる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。【解決手段】電動パワーステアリング装置１０の制御装置２２は操舵トルクに基づき目標電流値を決定する目標電流決定部３１と、目標電流値に基づきモータ電流制御信号を生成する制御部３２を備える。目標電流決定部は、操舵トルクに対応する制御信号を作成するトルク・制御信号変換部５１と、操舵トルクの微分値を算出する微分演算部５２と、微分値に対応する制御信号を作成する微分値・制御信号変換部５５と、トルク・制御信号変換部の出力を制限する第１リミット部５３と、微分値・制御信号変換部の出力と第１制限部の出力を加算する加算部５４を備える。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクに基づき目標電流値を決定する目標電流決定手段と、前記目標電流値に基づきモータ電流制御信号を生成する制御手段を備える電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記目標電流決定手段は、前記操舵トルクに対応する制御信号を作成するトルク・制御信号変換手段と、前記操舵トルクの微分値を算出する微分演算手段と、前記微分値に対応する制御信号を作成する微分値・制御信号変換手段と、前記トルク・制御信号変換手段の出力を制限する第１制限手段と、前記微分値・制御信号変換手段の出力と前記第１制限手段の出力を加算する加算手段を備え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装置。
【請求項２】
前記加算手段が出力する加算値を制限する第２制限手段を備える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】
本発明は電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に、電動パワーステアリング装置における操舵力支援用モータ電流の制御で微分要素が常に効くようにした制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール（操舵ハンドル）を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助（アシスト）する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および、車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ用制御装置の制御動作に基づいて補助操舵力を出力する支援用モータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減している。
【０００３】
上記制御装置の制御動作では、前段の目標電流決定部で上記の操舵トルク信号と車速信号に基づきモータに通電するモータ電流の目標電流値を設定し、後段の制御部で、この目標電流値に係る信号（目標電流信号）と、モータに実際に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部からフィードバックされるモータ電流信号との差を求め、この偏差信号に対して比例・積分の補償処理（ＰＩ制御）を行い、モータを駆動制御する信号を発生させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置の制御装置における上記目標電流決定部は、従来、比例制御要素によって操舵トルクに比例する比例制御信号を生成し、微分制御要素によって操舵トルクの微分値に対応する微分制御信号を生成し、これらの２つの制御信号を加算して目標電流値を決定するように構成されている。従って当該目標電流値に対応して後段の制御部で生成されるモータ制御電流には、図８に示すごとく比例制御信号に対応する電流成分（アシストベース成分）１０１と微分制御信号に対応する電流成分１０２とが含まれることになる。
【０００５】
他方、従来の目標電流決定部では、目標電流値に係る信号を出力する最終段階でリミット部を設けている。このリミット部は、上記の比例制御信号と微分制御信号を加算して成る目標電流値に対応して制御部で最終的に出力されたモータ電流が、モータで規格された最大のモータ電流以上にならないようにするために設けられている。
【０００６】
このため、操舵ハンドルの操作によって操舵力支援用モータのパワー限界（電力規格）を超えるようなモータ電流が要求される場合には、モータ制御電流において、比例制御信号に対応する電流成分ですべてを使い切ってしまうという事態が発生する。図８において破線１０３はモータのパワー限界のレベルを示している。この図で明らかなようにモータ制御電流がパワー限界レベル１０３を超えてしまうと、比例制御信号に対応する電流部分１０１で使い切り、微分制御信号に対応する電流成分１０２に基づく制御要素として効果がなくなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、操舵力支援用モータの動作を制御する制御電流において目標電流決定部での微分制御要素に基づく電流成分が常に制御効果を生じる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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【０００９】
第１の電動パワーステアリング装置の制御装置（請求項１に対応）は、操舵トルクに基づき目標電流値を決定する目標電流決定部と、当該目標電流値に基づきモータ電流制御信号を生成する制御部を備え、さらに、目標電流決定部は、操舵トルクに対応する制御信号を作成するトルク・制御信号変換部と、操舵トルクの微分値を算出する微分演算部と、微分値に対応する制御信号を作成する微分値・制御信号変換部と、トルク・制御信号変換部の出力を制限する第１制限部（第１リミット部に対応）と、微分値・制御信号変換部の出力と第１制限部の出力を加算する加算部を備えるように構成される。
【００１０】
第２の電動パワーステアリング装置の制御装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは加算部が出力する加算値を制限する第２制限部（第２リミット部に対応）を備えることで特徴づけられる。
【００１１】
【作用】
従来の電動パワーステアリング装置では、その制御装置の目標電流決定部における目標電流値を出力する最終段階で、当該目標電流値に基づいて求められるモータ電流がモータパワーの最大規格値を超えないようにするために目標電流制限部が設けられていた。このため、本来的に比例制御信号に対応する電流成分と微分制御信号に対応する電流成分から成る目標電流のうち、モータのパワー限界を超えると、微分制御信号に対応する電流成分が限界値を超え、排除され、その効果が効かなくなる場合も生じる。そこで、比例制御信号に対応する電流成分（アシストベース成分）を求める箇所に当該電流成分を所定の割合で制限する演算要素を設けるようにした。このため、モータ電流を制御する制御電流の段階で常に微分要素が含まれることになり、常に微分制御要素の作用・効果を発揮させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００１３】
なお実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００１４】
図１を参照して電動パワーステアリング装置の全体的構成を説明する。電動パワーステアリング装置１０は例えば乗用車両に装備される。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２等に対して補助用の操舵トルクを与えるように構成されている。ステアリング軸１２の上端はステアリングホイール１１に連結され、下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２に対し動力伝達機構１８を介して例えばブラシレスモータ等のモータ１９が設けられている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２に与える。またステアリング軸１２には操舵トルク検出部２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２に加えたとき、ステアリング軸１２に加わる当該操舵トルクを検出する。また２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータ（マイクロコンピュータ等）で構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報と車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。またモータ１９にはモータ回転角検出部２３が付設されている。モータ回転角検出部２３の回転角（電気角）に係る信号ＳＧ２は制御装置２２に入力されている。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。
【００１５】
上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、モータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００１６】
上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２に付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。このモータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助の操舵トルクをステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００１７】
上記制御装置２２は、図２に示されるごとく、目標電流決定部３１と制御部３２を備える。目標電流決定部３１は、主に操舵トルク信号Ｔに基づいて目標補助トルクを決定し、この目標補助トルクをモータ１９から供給させるために必要となる目標電流値に係る信号（目標電流信号）ＩＴを出力する。
【００１８】
制御部３２は、図３に示されるごとく、偏差演算部４１とモータ制御部４２とモータ駆動部４３と電流値検出部４４によって構成される。モータ制御部４２は偏差電流制御部４５とＰＷＭ信号生成部４６とから成る。偏差電流制御部４５は、偏差演算部４１から与えられる電流信号に基づきモータ電流を制御するための駆動電流信号を生成し出力する。ＰＷＭ信号生成部４６は、偏差電流制御部４５から与えられる駆動電流信号に基づいてモータ１９をＰＷＭ運転するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成する。モータ駆動部４３は、ゲート駆動回路部４７とモータ駆動回路（４つのＦＥＴで形成されるＨ型ブリッジ回路）４８から成る。ゲート駆動回路部４７は、上記駆動制御信号（ＰＷＭ信号）に基づいてモータ駆動回路４８をスイッチング動作させる。
【００１９】
以上により、制御装置２２は、操舵トルク検出部２０によって検出された操舵トルクに基づいてバッテリ（直流電源）４９からモータ１９へ供給されるモータ電流をモータ駆動回路４８でＰＷＭ制御し、モータ１９が出力する動力（補助操舵トルク）を制御する。
【００２０】
次に図４に従って目標電流決定部３１の具体的構成について説明する。この目標電流決定部３１では、入力信号として、前述の操舵トルク信号Ｔと、併せてモータ回転速度に係る信号Ｎとが入力される。操舵トルク信号Ｔはトルク・制御信号変換部５１と微分演算部５２とに入力される。
【００２１】
トルク・制御信号変換部５１は、ブロック内に図示されたトルク・電流変換特性５１ａに基づき、操舵トルクに比例した電流に係る制御信号ＳＧ１１を出力する。この制御信号ＳＧ１１は、目標電流値の比例電流成分に対応する制御信号（比例制御信号）である。この比例制御信号ＳＧ１１は次段の第１リミット部５３で後述するごとき所定の制限を受ける。制限を受けた比例制御信号ＳＧ１２は演算部５４に入力される。
【００２２】
微分演算部５２は、操舵トルク信号Ｔを微分演算処理して操舵トルクの微分値を算出し、微分値に係る信号ＳＧ１３を出力する。次段の微分値・制御信号変換部５５は微分値を制御信号ＳＧ１４に変換する。制御信号ＳＧ１４は、目標電流値の微分電流成分に対応する制御信号（微分制御信号）である。この微分制御信号ＳＧ１４は演算部５４に入力される。
【００２３】
演算部５４において、比例制御信号ＳＧ１２と微分制御信号ＳＧ１４は、その符号関係で明らかなように、加算される。従って演算部５４は２つの制御信号ＳＧ１２，ＳＧ１４に対して加算器として機能する。
【００２４】
上記において、第１リミット部５３から出力される比例制御信号ＳＧ１２はモータ電流においてアシストベース成分を決定する。微分値・制御信号変換部５５から出力される微分制御信号は、応答性を良好にする制御成分となる。
【００２５】
モータ回転速度に係る信号Ｎはダンパ５６に入力される。ダンパ５６は、ブロック内に示されたモータ回転速度・電流変換特性５６ａに基づいてモータ回転速度Ｎに比例する信号ＳＧ１５を出力する。ダンパ５６から出力される信号ＳＧ１５は演算部５４に入力される。信号ＳＧ１５の符号から明らかなように、演算部５４では、信号ＳＧ１５は減算要素として作用する。ダンパ５６から出力される信号ＳＧ１５は、目標電流値との関係で安定性または一定性を与える制御要素として作用する。
【００２６】
またモータ回転速度（Ｎ）に係る信号は、上記第１リミット部５３に入力される。第１リミット部５３で設定される制限変換特性は、モータ回転速度に従うトルク・モータ回転速度特性（モータＴ−Ｎ特性）に基づいて制約を受ける。
【００２７】
演算部５４から出力される目標電流値に係る信号は第２リミット部５７に入力され、ここで再び第２の制限を受ける。第２リミット部５７から最終的な目標電流値に係る信号（Ｉｑ等）が、目標電流決定部３１の出力信号ＩＴとして出力される。第２リミット部５７は最終段階で目標電流に制限を与える手段である。第２リミット部５７による制限は、上記の比例制御信号ＳＧ１２と微分制御信号ＳＧ１４を加算して成る目標電流値に対応して制御部３２で最終的に出力されたモータ電流が、モータで規格された最大のモータ電流以上にならないようにするためのものである。第２リミット部５７では、モータ回転速度に係る信号が入力され、モータ回転速度（Ｎ）に従って制約を受ける。第２リミット部５７から出力された目標電流値に係る信号は、制御部３２の偏差演算部４１に入力される。
【００２８】
次に、上記の第１リミット部５３による制限特性を図５と図６に基づいて説明する。
【００２９】
図５はモータＴ−Ｎ特性を示している。図５で、横軸はモータ１９の回転速度（Ｎ：ｒｐｍ）を意味し、縦軸はモータ１９のトルク（Ｔ：ｋｇｆ・ｃｍ）を意味する。図５の特性６１は基本特性である。この基本特性６１に基づけば、トルクは、モータ回転速度が０〜約１０００ｒｐｍの範囲ではほぼ１８ｋｇｆ・ｃｍ程度で一定に保たれ、約１０００〜約１８００ｒｐｍの範囲で次第に減少し、最後には０になる。このような基本特性６１に対して、第１リミット部５３における第１の制限のために設定される変換特性について、図５で示されたモータＴ−Ｎ特性６２が用いられる。この特性６２は、基本特性６１に対してマージンを例えば０．９として設定されている。すなわち特性６２によれば、基本特性６１においてアシストベース成分を０．９のマージンで制限している。これによってモータパワーの残りの１０％分を微分要素の制御部分にまわすことを可能にしている。上記のマージン０．９はこれに限定されず、必要に応じて任意の値に設定することができる。
【００３０】
マージン０．９を掛けて得られるモータＴ−Ｎ特性６２によれば、モータ１９の回転数Ｎに対応して、本来のモータＴ−Ｎ特性６１に基づいて得られるトルク値の９割の値が得られるように特性が形成される。
【００３１】
第１リミット部５３の入力信号ＳＧ１１と出力信号ＳＧ１２の間では図６に示される変換関係が与えられる。図６では一例としてプラス側のみの変換特性７１が示されている。変換特性７１は上記のモータＴ−Ｎ特性６２に基づいて作られている。入力信号ＳＧ１１に対応して出力信号ＳＧ１２を決める変換特性７１によれば、例えば０〜約１８００ｒｐｍの範囲の範囲に含まれる任意のモータ回転速度について、基本特性６１に基づく値（超えることを許容されないＭＡＸ値）の０．９倍に対応する値Ａを境目にして、０〜Ａの間ではＳＧ１１に比例するＳＧ１２を出力し、Ａを超えるとＳＧ１２は上限値Ｂに保持される。こうして比例制御信号ＳＧ１２は第１の制限を受ける。モータ回転速度Ｎがほぼ１０００ｒｐｍを超えて大きくなると、図５で説明したようにトルクは減衰するので、図６で矢印７２で示すごとく変換特性７１も変化していく。
【００３２】
図７において、第１リミット部５３を介さないリミット前の状態で制御を行って得られる制御信号の例８１と、第１リミット部５３を介してリミッタ処理を行って得られる制御信号の例８２を示す。図７では、図８で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。この対比で明らかなように、第１リミット部５３によって比例制御信号に所定の制限を与えることにより、微分制御要素の分を確保し、モータ１９のモータ電流の制御において微分電流成分の作用・効果を常に効かすことが可能となる。
【００３３】
上記実施形態によれば、比例制御信号を生成する制御ルートの部分に第１リミット部５３を設けることによって、モータ１９におけるトルクの脈動（リップル）に対して微分制御要素を働かせることができ、当該脈動を低減させることができるという利点を有する。
【００３４】
上記の制御装置を構成する各機能部分は、装置構成としてブロック要素で示されたが、実際には主要部分はプログラムによってソフト的に実現される。
【００３５】
【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、電動パワーステアリング装置において、その制御装置の目標電流決定部で、目標電流値を最終的に制限する制限手段の前の段階で、比例制御信号に対応する電流成分（アシストベース成分）を所定割合で制限する第１の制限手段を設けるようにしたため、モータ電流制御信号で常に微分要素を含ませることができ、比例制御要素に加えて、常に微分制御の要素の効果を発揮させることできる。これによリップルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御装置の内部構成を示す図である。
【図３】制御装置内の制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の代表的実施形態を示すブロック構成図である。
【図５】第１リミット部におけるモータＴ−Ｎ特性を示すグラフである。
【図６】第１リミット部の変換特性を示すグラフである。
【図７】本実施形態による制御装置に基づいて生成されるモータ制御電流における第１リミット部による制限効果を示す概念図である。
【図８】従来の制御装置の構成に基づいて生成されるモータ制御電流における電流成分の構成とその問題点を示す概念図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　電動パワーステアリング装置
１１　　　　　　　ステアリングホイール
１２　　　　　　　ステアリング軸
１５　　　　　　　ラック・ピニオン機構
１６　　　　　　　タイロッド
１７　　　　　　　前輪
１９　　　　　　　モータ
２０　　　　　　　操舵トルク検出部
２１　　　　　　　車速検出部
２２　　　　　　　制御装置
３１　　　　　　　目標電流決定部
３２　　　　　　　制御部
５１　　　　　　　トルク・制御信号変換部
５２　　　　　　　微分演算部
５３　　　　　　　第１リミット部
５７　　　　　　　第２リミット部
【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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