(57)【要約】【課題】転舵時に転舵角が最大値になり、モータの回転数が急激に減少したとしても、モータに過電流が流れることなく安定した操舵フィーリングを達成可能な電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】電動モータによりアシストトルクを発生するパワーステアリング装置において、電動モータ制御手段に、目標電流値が予め設定された目標値の最大値である目標電流最大値であり、かつ、検出された実電流値が、少なくとも前記電流最大値よりも大きな許容電流値を上回ったときは、最大転舵位置と判定する最大転舵位置推定手段と、最大転舵位置推定手段により最大転舵位置と判定されたときは、実電流値が前記目標電流最大値となるように駆動電圧指令値を調整する駆動電圧指令値補正手段を設けたこととした。【選択図】        図５
2004291687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの駆動力により運転者の操舵をアシストする電動パワーステアリング手段と、
運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
検出されたトルク及び車速に基づいて目標アシストトルクを演算する目標トルク演算手段と、
演算された目標アシストトルクに応じた、前記電動モータの目標電流値を演算する目標電流値演算手段と、
電動モータの実電流値を検出する実電流値検出手段と、
演算された目標電流値と、検出された実電流値の偏差に基づいて、前記電動モータへの駆動電圧指令値を出力する電動モータ制御手段と、
を備えたパワーステアリング装置において、
前記電動モータ制御手段に、前記目標電流値が予め設定された目標値の最大値である目標電流最大値であり、かつ、検出された実電流値が、少なくとも前記電流最大値よりも大きな許容電流値を上回ったときは、最大転舵位置と判定する最大転舵位置推定手段と、
前記最大転舵位置推定手段により最大転舵位置と判定されたときは、実電流値が前記目標電流最大値となるように駆動電圧指令値を調整する駆動電圧指令値補正手段を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記駆動電圧指令値補正手段は、前記最大転舵位置推定手段により最大転舵位置と判定されたときは、前記目標電流最大値に相当する駆動電圧指令値よりも低い駆動電圧指令値を出力することを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを駆動することで操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置にあっては、特許文献１に記載の技術には、操舵トルクを検出するトルクセンサの出力に基づき電動モータを駆動して操舵アシストする技術が開示されている。この公報には、電動パワーステアリングのモータ電流を目標モータ電流値となるようにフィードバック制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８１７９７６号公報（図１参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、下記に示す問題があった。すなわち、電動パワーステアリングでは、転舵時に、モータの回転数によって発電機のように逆向きの起電力を生み出す逆起電圧がトルクアシストを妨げる方向に発生する。よって、電圧指令値は、この逆起電力に打ち勝ち、更に必要な駆動力（電流値）が得られるように設定してある。このとき、転舵角が最大値に到達し、ストッパに突き当たると、モータの回転数が一気に０となり、逆起電力が０となってしまう。すると、電動モータに供給していた電圧全てが駆動電圧となり、過電流が流れてしまうという問題があった。また、フィードバック制御における積分分の制御量の重み付けが時間の経過と共に変化するため、モータ電流が過剰になるほか、操舵フィーリングの悪化を招くという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、転舵時に転舵角が最大値になり、モータの回転数が急激に減少したとしても、モータに過電流が流れることなく安定した操舵フィーリングを達成可能な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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本願発明では、最大転舵位置推定手段において、電動モータに流れる実電流を検出することによって、最大転舵位置を推定することができる。そして、最大転舵位置と判定されたときは、実電流値が前記目標電流最大値となるように駆動電圧指令値を調整する。これにより、転舵時のストッパ突き当て時における過剰なモータ電流の供給を防止することが可能となり、省電力及び操舵フィーリングの向上を図ることができる。更に、最大転舵位置をモータに流れる実電流によって検出することで、別途センサ等を必要とすることがない。また、モータの過電流と誤判断することを防止することができる。
【０００７】
更に、請求項２に記載の発明では、駆動電圧指令値を補正する際、最大転舵位置と判定されたときは、目標電流最大値に相当する駆動電圧指令値よりも低い駆動電圧指令値を出力することで、目標電流値への収束性を早めることが可能となり、更に過電流を防止しつつ、安定した操舵制御を実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるパワーステアリング装置の全体構成を表すシステム図である。まず、構成について説明すると、１はステアリングホイール、２はステアリングシャフト、３はラックアンドピニオン式ギア機構、５は運転者の操舵力をアシストするパワーステアリング機構、６は電動モータ、７は操舵輪１０はパワーステアリング機構を制御するコントロールユニットである。
【０００９】
パワーステアリング機構５は、電動モータ６の回転をステアリングシャフト２に設けられた減速機構に伝達する。運転者がステアリングホイール１を操作すると、操作方向に応じて電動モータ６の回転方向が切り換えられ、運転者の操舵力をアシストする。
【００１０】
また、ステアリングシャフト２には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
【００１１】
コントロールユニット１０には、トルクセンサ１２からの操舵トルク信号が入力される。この入力された信号に基づいて、電動モータ６へ指令信号を出力する。
【００１２】
図２はコントロールユニット１０内の構成を表すブロック図である。１０１は入力されたトルク信号に基づいて、電動モータ６の目標電流ｉ＊を演算する操舵制御部である。１０２は、実際のモータ電流ｉ及び目標電流ｉ＊の偏差に基づいて指令電圧を出力するモータ制御部である。１０３は、指令された電圧を電動モータ６へ出力する駆動回路である。
【００１３】
図３は、モータ制御部１０２の構成を表すブロック図である。操舵制御部１０１から出力された目標モータ電流値ｉ＊と、駆動回路１０３から出力された現在のモータ電流値ｉを入力とし、モータ指令電圧Ｖ０を出力とする。本実施の形態では、ＰＩ制御によってモータ指令電圧Ｖ０を決定しており、下記式により決定する。
Δｉ＝ｉ＊−ｉ
Ｖ０（ｎ）＝｛（Δｉ（ｎ）−Δｉ（ｎ−１））Ｋｐ＋（Δｉ（ｎ）＋Δｉ（ｎ−１））Ｋｉ｝＋Ｖ０（ｎ−１）
Ｋｐ：比例ゲイン
Ｋｉ：積分ゲイン
（ｎ）は今回の制御周期、（ｎ−１）は前回の制御周期を表す。
【００１４】
図４は、電動モータ６のモータモデルを表す制御モデル図である。電動モータ６に電圧Ｖ０（ｎ）を印加すると、電流ｉ（ｎ）が発生し、この電流値ｉ（ｎ）によってモータトルクＭ０が発生する。電動モータ６には、ステアリングシャフト２からの負荷Ｍ１及びモータ回転数ωに起因するモータ内部摩擦Ｍ２がかかる。よって、モータトルクＴは下記式により決定される。
Ｔ＝Ｍ０−Ｍ１−Ｍ２
【００１５】
このモータトルクＴによってモータが回転する。このとき、電動モータ６の回転によって、モータ回転速度ωに比例する逆起電圧Ｖ’  （ω）が発生する。よって、電動モータ６の駆動に関わる駆動電圧Ｖ（ｎ）は下記式により決定される。
Ｖ（ｎ）＝Ｖ０（ｎ）−Ｖ’  （ω）
【００１６】
ここで、モータ指令電圧Ｖ０（ｎ）の設定について説明する。運転者の操舵トルクにより決定される目標モータ電流ｉ＊と実モータ電流ｉとの偏差に応じて、電動モータ６への指令電圧Ｖ０（ｎ）を決定する。このとき、電動モータ６において発生する逆起電圧Ｖ’  （ω）が発生したとしても、目標モータ電流ｉ＊となるようにモータ指令電圧Ｖ０（ｎ）は、高めに設定されることとなる。
【００１７】
図５は、本発明のストッパ突き当て時過電流防止制御を表すフローチャートである。
【００１８】
ステップ２０１では、モータ電流値ｉ（ｎ）及びモータ指令電圧前回値Ｖ０（ｎ−１）を読み込む。
【００１９】
ステップ２０２では、モータ電流値ｉ（ｎ）が予め設定された突き当て判断電流値を越えたかどうかを判断し、越えたときはステップ２０３へ進み、それ以外は本制御を終了する（特許請求の範囲に記載の最大転舵位置推定手段に相当）。
【００２０】
ステップ２０３では、モータ指令電圧前回値Ｖ０（ｎ−１）が、モータ回転数０における最大電流出力相当電圧Ｖ１を越えたかどうかを判断し、越えたときはステップ２０４へ進み、それ以外は本制御を終了する。
【００２１】
ステップ２０４では、モータ指令電圧前回値Ｖ０（ｎ−１）として、予め設定された突き当て判断時電圧Ｖ２をセットする。
【００２２】
上記制御内容について、図６のタイムチャートに基づいて説明する。時刻ｔ１において、運転者の操舵が開始される。このとき、運転者は急転舵を開始するものとする。
【００２３】
時刻ｔ２において、運転者の操舵トルクが大きく、それに伴いモータ指令電圧Ｖ０も最大値Ｖｍａｘ（電源電圧に相当）となり、時刻ｔ２１において、目標モータ電流ｉ＊も最大値ｉｍａｘにセットされる。ところが、運転者は急転舵しており、電動モータ６のアシストトルク最大値Ａｍａｘを上回ってしまう。
【００２４】
時刻ｔ２経過後、電動モータ６は運転者の操舵によって逆にステアリングシャフト２側から回転が入力され始める。このとき、逆起電圧Ｖ’  （ω）がモータ指令電圧Ｖ０よりも大きくなり（時刻ｔ２２）、モータ指令電圧Ｖ０をＶｍａｘ（目標電流値もｉｍａｘ）としてもモータ電流値ｉは徐々に低下していく。
【００２５】
時刻ｔ３において、転舵角δが最大値となり、ストッパに突き当たると、ステアリングシャフト２の回転も止まるため、電動モータ６に入力されていた回転数も０となる。すると、逆起電圧Ｖ’  （ω）が一気に０となり、モータ指令電圧最大値Ｖｍａｘがそのまま電動モータ６の駆動電圧として設定される。これに伴い、モータ電流値ｉは急激に上昇を始める。
【００２６】
時刻ｔ３経過後、運転者の操舵トルクが減少し始めると、それに伴いモータ指令電圧Ｖ０も低下しだす。このとき、図３のモータ制御部の構成において説明したように、目標電流値ｉ＊と実電流値ｉとの偏差に応じてモータ指令電圧Ｖ０を決定する際、積分分の制御量が蓄積されている（時刻ｔ２〜ｔ３１の間で蓄積、最大値はＶｍａｘ）。このため、モータ指令電圧Ｖ０は徐々にしか低下しない。これにより、電動モータ６の回転数が０、すなわち逆起電圧Ｖ’  （ω）が発生しない状態で高い電圧が印加されるため、電動モータ６に過電流が流れ、フェールと誤判断してしまう虞がある。
【００２７】
そこで、時刻ｔ４において、電流最大値ｉｍａｘよりも大きい所定の許容値である突き当て判断電流値ｉＴを越えると、電動モータ６に過電流が流れる虞があると判断する。具体的にはステップ２０３において、モータ指令電圧前回値Ｖ０（ｎ−１）が最大電流出力相当電圧Ｖ１を越えているかどうかを判断する。
【００２８】
ここで、最大電流出力相当電圧Ｖ１とは、モータ回転数が０の状態で、モータ電流最大値ｉｍａｘを出力可能な電圧である。この最大電流出力相当電圧Ｖ１を越えているときは、過電流が流れてしまうため、ステップ２０４へ進み、モータ指令電圧前回値Ｖ０（ｎ−１）として、最大電流出力相当値Ｖ１よりも低い、突き当て判断時電圧Ｖ２をセットする。これにより、今回のモータ指令電圧Ｖ（ｎ）も低い値にセットされ、電動モータ６に過電流が流れることを防止できる。更に、モータ指令電圧Ｖ０も、最大電流出力相当値Ｖ１に素早く収束することが可能となり、電流最大値ｉｍａｘに素早く収束することができる。よって、過剰のモータ電流の供給を防ぎ、省電力と操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるパワーステアリング装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】実施の形態１における制御回路を表すブロック図である。
【図３】実施の形態１におけるモータ制御部の制御構成を表す図である。
【図４】実施の形態１における電動モータのモータモデルを表す図である。
【図５】実施の形態１におけるストッパ突き当て判断時過電流防止制御を表すフローチャートである。
【図６】実施の形態１におけるストッパ突き当て判断時過電流防止制御を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
１        ステアリングホイール
２        ステアリングシャフト
３        ギア機構
５        パワーステアリング機構
６        電動モータ
７        操舵輪
１０        コントロールユニット（ＳＢＷＣＵ）
１２        トルクセンサ
【図１】
2004291687.tif 000003
【図２】
2004291687.tif 000004
【図３】
2004291687.tif 000005
【図４】
2004291687.tif 000006
【図５】
2004291687.tif 000007
【図６】
2004291687.tif 000008