(57)【要約】【課題】本発明は、パワーアシストステアリングの制御装置に関し、電動機の回転数の検出精度を効果的に高めることができるようにする。【解決手段】電力源２から供給される電力により駆動されてドライバによる操舵力をアシストする電動機３と、電動機３と電力源２との間に介装されて電力源２から電動機３への電力供給状態を切り替えるスイッチング素子８とを有する電動機ユニット１５と、電動機３の目標トルクに応じた目標電圧を算出する目標電圧算出手段１４と、目標電圧算出手段１４で算出された目標電圧に基づいてスイッチング素子８を切り替え制御するスイッチ作動制御手段７と、目標電圧算出手段１４で算出された目標電圧に基づいて電動機ユニット１５の抵抗値を求める抵抗値演算手段９とをそなえるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力源から供給される電力により駆動されてドライバによる操舵力をアシストする電動機と、該電動機と該電力源との間に介装されて該電力源から該電動機への電力供給状態を切り替えるスイッチング素子とを有する電動機ユニットと、
該電動機の目標トルクに応じた目標電圧を算出する目標電圧算出手段と、
該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子を切り替え制御するスイッチ作動制御手段と、
該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該電動機ユニットの抵抗値を求める抵抗値演算手段とをそなえている
ことを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
該スイッチ作動制御手段は、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比を算出し、該算出結果に応じてスイッチング素子を切り替え制御するとともに、
該抵抗値演算手段は、該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比に基づいて該スイッチング素子の抵抗値を算出する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
該電動機に印加された電圧を検出する電圧検出手段と、
該電動機に流れた電流を検出する電流検出手段と、
該抵抗値演算手段で算出された該電動機ユニットの抵抗値と該電圧検出手段で検出された電圧と該電流検出手段で検出された電流とに基づいて、該電動機の回転数を算出する回転数算出手段とを有している
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電動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、電動パワーステアリング装置に関し、特に、操舵補助力を発生するモータの抵抗値を正確に算出できる、電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング機構をそなえた車両では、駆動モータの電気抵抗値に基づいてモータの回転数を算出し、フィードバック制御を行なったり、車両挙動を推定する場合がある。具体例としては、例えば、駆動モータの回転が略停止しているような状態で且つ駆動モータに対する電流量が所定値以上である場合、この駆動モータを駆動するための目標電流を減少する補正制御（アンロード制御）や、モータ回転数に対するダンピング制御や、慣性補償制御などである。これらのうち、制御によっては要求されるモータ抵抗値の精度はさほど高くなく、ある程度の誤差は認められる場合もあるが、例えば、モータ抵抗値からモータ回転数を求め、これに基づいて車両挙動を推定するような制御を実行する場合などにおいては、非常に高精度のモータ抵抗値を得る必要がある。
【０００３】
この様な場合、モータの抵抗値を仕様上の抵抗値として扱うと、モータの実際の抵抗値と仕様上の抵抗値とは若干のズレがあるため、正確に制御を実行できないという課題が生じる。
この課題に対して、工場出荷時やサービスステーション等における保守，点検時などに、モータ個々の実際の抵抗値を測定・算出し、その結果をメモリ等に保存できるようにすることで、モータの仕様上の抵抗値と実際の抵抗値との誤差を修正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５９４６３号公報  （〔００３９〕〜〔００４１〕段落の記載等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、モータ個々の抵抗値の設計誤差（仕様値との差）を修正できるもの、モータの駆動状態による抵抗変動を反映したモータの抵抗値を得ることはできない。
つまり、電動パワーステアリング機構においては、ドライバによるステアリングホイールの操舵操作に応じてモータから生じる補助力（トルク）が異なり、モータ抵抗値も変動する。この場合、特許文献１等のようにモータの抵抗値を固定値として取り扱った場合には正確なモータ抵抗値を得られず、したがって、モータ抵抗値に基づいて算出されるモータ回転数においても大きな誤差が生じてしまうという課題がある。
【０００６】
このような課題を解決するため、時々刻々と変化するモータの回転数を正確に得るべく、回転数センサによって直接モータ回転数を検出する手法や、ステアリング舵角センサによる舵角検出信号に基づいてモータの回転数を算出する手法も考えられる。
しかし、近年、車両の生産コストを抑制すべく、部品点数を極力減少させる措置がとられる場合が多くあり、各種のセンサも装着数を抑えることが望まれている。従って、回転数センサや舵角センサ等のセンサを必要とせずにモータ回転数をリアルタイムに、しかも正確に得ることができるパワーステアリング機構が強く望まれている。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、モータの電気抵抗値をリアルタイムに且つ正確に得ることができる、電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、電力源から供給される電力により駆動されてドライバによる操舵力をアシストする電動機と、該電動機と該電力源との間に介装されて該電力源から該電動機への電力供給状態を切り替えるスイッチング素子とを有する電動機ユニットと、該電動機の目標トルクに応じた目標電圧を算出する目標電圧算出手段と、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子を切り替え制御するスイッチ作動制御手段と、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該電動機ユニットの抵抗値を求める抵抗値演算手段とをそなえていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、モータの目標トルクに応じて、高精度のモータユニットの抵抗値をリアルタイムで得ることができる。
また、請求項２記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、上記請求項１記載の構成において、該スイッチ作動制御手段は、該目標電圧算出手段で算出された目標電圧に基づいて該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比を算出し、該算出結果に応じてスイッチング素子を切り替え制御するとともに、該抵抗値演算手段は、該スイッチング素子の単位時間における通電時間の比に基づいて該スイッチング素子の抵抗値を算出することを特徴としている。
【００１０】
これにより、モータからのトルク出力制御に用いられるパラメータである「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」に基づき正確なモータユニット抵抗を算出できる。
また、請求項３記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、上記請求項１記載の構成において、該電動機に印加された電圧を検出する電圧検出手段と、該電動機に流れた電流を検出する電流検出手段と、該抵抗値演算手段で算出された該電動機ユニットの抵抗値と該電圧検出手段で検出された電圧と該電流検出手段で検出された電流とに基づいて該電動機の回転数を算出する回転数算出手段とを有していることを特徴としている。
【００１１】
これにより、正確なモータユニット抵抗値に基づいて、高精度のモータ回転数を求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置について図１〜図５を用いて説明すると、図１はその模式的なブロック図、図２はその要部構成を示す模式的な回路図、図３はモータユニットの抵抗値を算出する際に用いられるマップ、図４はその要部を示す模式的な制御ブロック図、図５はその動作を示すフローチャートである。
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、主にＥＣＵ１、バッテリ（電力源）２、モータユニット１５、ステアリングホイール（図示略）等により構成されている。
また、このＥＣＵ１にはモータユニット１５と操舵トルクセンサ４と車速センサ５と電流センサ（電流検出手段）１１と電圧センサ（電圧検出手段）１２とがそれぞれが接続されている。
【００１４】
操舵トルクセンサ４は、ドライバによるステアリングホイールの操作力〔操舵トルク（操舵力）〕の大きさやステアリングホイールの回転方向を検出するものであり、また、車速センサ５は、車両の実速度を検出するものである。
モータユニット１５は、主に、モータ（電動機）３とスイッチング素子８とによって構成され、このモータ３は、直流ブラシモータであって、ステアリングホイールとラック＆ピニオン機構（図示略）等を介して機械的に接続されるとともに、スイッチング素子８を介してバッテリ２と電気的に接続されている。また、モータ３にはバッテリ２の電圧ＶＢがスイッチング素子８によって所定の電圧に調節された後で印加されるようになっており、モータ３は印加された電圧の大きさに応じたトルクを生じ、このトルクによって、ドライバによるステアリングホイールの操舵力をアシストするようになっている。なお、このモータユニット１５の詳細については後述する。
【００１５】
また、ＥＣＵ１の内部には、目標トルク演算部６，電動機駆動部（スイッチ作動制御手段）７，抵抗値演算部（抵抗値演算手段）９，回転数演算部（回転数演算手段）１０が設けられている。
目標トルク演算部６は、ドライバによる操舵力に応じたモータ３のアシスト力（目標トルク）を算出するものであって、その内部には目標電流演算部１３と駆動制御演算部（目標電圧算出手段）１４とが設けられている。
【００１６】
このうち、目標電流演算部１３は、操舵トルクセンサ４によって検出された操舵トルクと車速センサ５によって検出された実車速に基づいて目標トルクを計算し、この目標トルクに対応する目標電流ＩＴを出力するものである。
また、駆動制御演算部１４は、上記の目標電流演算部１３によって算出された目標電流ＩＴと、電流センサ１１によって検出されたモータ３に供給される実電流ＩＭとの偏差電流ΔＩに基づき、要求トルクに対応した目標電圧ＶＴを算出するものである。
【００１７】
電動機駆動部７は、バッテリ電圧ＶＢをスイッチング素子８のオンオフ制御によって目標電圧ＶＴに変圧するために必要なデューティ比を算出し、パルス制御信号としたＶＴを後段のスイッチング素子８へ出力するものである。なお、デューティ比は単位周期（又は単位時間）当たりの通電時間であり、０から１００％の間の値をとる。
【００１８】
また、モータ３の目標トルクに応じた目標電圧ＶＴ，バッテリ電圧ＶＢ，デューティ比との関係は、以下の式（１）のようになっている。
ＶＴ＝ＶＢ×（デューティ比／１００）＝ＶＢ・ＴＢ／ＴＳ    （１）
ここで、ＴＳは単位時間、ＴＢは実際の通電時間であって、ＴＢ／ＴＳはスイッチング素子の単位時間における通電時間の比である。例えば、通電時間ＴＢを最大（ＴＳ）とすればＶＴ＝ＶＢとなって、モータ３へはバッテリ電圧ＶＢがそのまま印加されるようになっており、このような場合、電動機駆動部７は、スイッチング素子８を単位時間ＴＳの間ずっとオンとするパルス制御信号である目標電圧ＶＴを生成してスイッチング素子８へ出力し、理論上、バッテリ電圧ＶＢがモータ３へ印加され、モータ３の出力トルクは最大になるようになっている。一方、通電時間ＴＢを最小（ゼロ）にすれば、モータ３へは電圧が印加されないようになっている。
【００１９】
また、モータユニット１５は、上述のスイッチング素子８とモータ３とによって構成されており、このスイッチング素子８の切り替えによって、バッテリ２からモータ３への電力供給状態、即ち、バッテリ２から入力される電圧の大きさや電流の方向などが制御されモータ３を駆動することができるようになっている。
このスイッチング素子８は、図２に示すように、第１ＦＥＴ１６，第２ＦＥＴ１７，第３ＦＥＴ１８，第４ＦＥＴ１９の合計４つのＦＥＴがブリッジ接続されることによって構成され、その一端子Ａはバッテリ２の正極端子と接続され、他端子Ｂはグランド（アース）されるようになっている。また、上記のスイッチング素子８における端子Ｃと端子Ｄとの間にモータ３が接続されるようになっている。
【００２０】
また、上記のスイッチング素子８におけるブリッジ接続された４つの第１〜第４ＦＥＴ１６〜１９は、それぞれが上述の電動機駆動部７によって対角制御されるようになっており、例えば、第１ＦＥＴ１６と第３ＦＥＴ１８とがオンになると矢印Ｅで示すように電力が供給されることによってモータ３の駆動軸（図示略）は一方の方向（図中時計回り）に回転し、一方、第２ＦＥＴ１７と第４ＦＥＴ１９とがオンになると矢印Ｆで示すように電力が供給されモータ３の駆動軸は他方向（図中反時計回り）に回転するようになっている。
【００２１】
このように、モータ３へ入力される電力の供給方向を切り替えることによってドライバがステアリングホイールをいずれの方向へ回転させた場合であっても、確実に操舵力をアシストすることができるようになっている。
また、このスイッチング素子８においては、上述の電動機駆動部７が、目標電圧ＶＴに基づき設定されたパルス幅に基づいて第１〜第４ＦＥＴ１６〜１９のそれぞれをオンオフ制御することで、バッテリ電圧ＶＢをモータ３の目標トルクに応じた目標電圧ＶＴに調節してモータ３へ印加することができるようになっている。
【００２２】
つまり、目標電圧ＶＴはドライバによる操舵力に応じて変化するモータ３の出力トルクの大きさに応じた電圧値であるので、バッテリ電圧ＶＢをこの目標電圧ＶＴに合致させてからモータ３へ印加することによって、ドライバの操舵力に応じてモータ３の出力トルクの大きさが適宜調節されるようになっているのである。
【００２３】
また、図１に示すように、モータユニット１５には電圧センサ１２が設けられており、モータ３へ実際に印加された電圧ＶＭを検出し、回転数演算部１０へ出力するようになっている。
さらに、モータユニット１５には電流センサ１１が設けられており、モータ３へ入力された電流ＩＭを検出して回転数演算部１０に出力するとともに、目標トルク算出部６に出力するようになっている。
【００２４】
また、ＥＣＵ１の抵抗値演算部９は図３に示すマップ２０をそなえ、このマップ２０にはモータユニット抵抗値ＲＭＵと目標電圧ＶＴとの関係が設定されており、駆動制御演算部１４によって算出された目標電圧ＶＴに基づき、モータユニット１５の抵抗値ＲＭＵを算出するようになっている。
ここで、モータユニット抵抗ＲＭＵについて詳述すると、モータユニット１５は、図２を使って上述したように、主に、モータ３とスイッチング素子８とから構成され、また、スイッチング素子８は４つのＦＥＴ１６〜１９がブリッジ接続されることによって構成されている。そして、電動機駆動部７によるスイッチング素子８のオンオフ制御時には、４つのＦＥＴ１６〜１９が対角制御されることで、バッテリ２から供給された電力は２つのＦＥＴ（第１ＦＥＴ１６と第３ＦＥＴ１８、あるいは、第２ＦＥＴ１７と第４ＦＥＴ１９）とモータ３とを経由するようになっている。
【００２５】
つまり、モータ３の駆動中は、モータ３による抵抗ＲＭだけを考慮して何らかの制御を実行していたのでは十分ではなく、モータ駆動時にオンとなるＦＥＴによる抵抗ＲＦＥＴも考慮する必要があるのである。
ここで、従来の技術と本実施形態に係る電動パワーステアリング装置とを比較して説明すると、従来は、仕様上のモータ抵抗値をそのまま固定値として制御に用いたり、モータ抵抗値を所定条件で測定した後にメモリなどに保存して固定値として制御に用いたりしていたが、実際には、モータから出力されるトルクによってその抵抗値が変動するため、モータ抵抗値を固定値として制御に用いると結果的に精度が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本願発明者はモータ周辺の制御装置や回路などを様々な角度から検証し、その結果、目標電圧ＶＴ（モータ３の目標トルク）に基づいてオンオフ制御されるスイッチング素子８内のＦＥＴにおける電気抵抗ＲＦＥＴが無視できないことに着目するとともに、このＦＥＴの抵抗ＲＦＥＴはモータ３の出力トルクによって変化していることを見い出したものであり、本願発明においては、上述の抵抗値演算部９が、モータ３の出力トルクに対応する目標電圧ＶＴに基づいて、モータ抵抗ＲＭとＦＥＴ抵抗ＲＦＥＴとの合算値をモータユニット１５の抵抗値ＲＭとして算出するようにしているのである。
【００２７】
なお、上述のマップ２０はモータユニット抵抗値ＲＭＵと、デューティ比（もしくはパルス幅）との関係を設定したマップであってもよく、この場合、抵抗値演算部９に入力されるのは目標電圧ＶＴではなく、電動機駆動部７によって算出されたデューティ比（もしくはパルス幅）が入力されるようにすればよい。
回転数演算部１０は、上述のようにして求められたモータユニット１５の抵抗値ＲＭＵと、電流センサ１１によって検出された電流値ＩＭと、電圧センサ１２によって検出された電圧値ＶＭとに基づいてモータ３の回転数ＮＭを下式（２），（３）に基づきリアルタイムに算出するものである。なお、ＲＭはモータの抵抗、ＲＦＥＴはＦＥＴ単体の抵抗値、ＲＭＵはモータユニットの抵抗値、ＫＥは逆起電力定数である。
【００２８】
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本発明の電動パワーステアリング装置は上述のように構成されているので、図４に示す制御ブロック図を用いて上式（２）または（３）によるモータ回転数ＮＭの算出方法について説明すると、まず、抵抗値演算部９に目標電圧ＶＴが入力され、上述したマップ２０によってモータユニット１５の抵抗値ＲＭＵが得られる。
【００２９】
そして、回転数演算部１０には、電流センサ１１によって検出されたモータ３における実電流ＩＭと、電圧センサ１２によって検出されたモータ３における実電圧ＶＭと、抵抗値演算部９によって得られたモータユニット抵抗値ＲＭＵとが入力される。そして、モータ電流ＩＭとモータユニット抵抗値ＲＭＵとを乗算した値ＩＭ・ＲＭＵが、モータ電圧ＶＭから減算され、その後、ゲイン１／ＫＥを経てモータ回転数ＮＭが算出される。
【００３０】
次に、図５に示す動作フローを用いてその作用を説明すると、まず、ステップＳ１において、舵角トルクセンサ４によって検出されたドライバによる操舵力の大きさや操舵方向を示す操舵トルク信号がＥＣＵ１へ入力されるとともに、車速センサ５によって検出された車両の実車速を示す車速信号がＥＣＵ１へ入力される。
【００３１】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１にて入力された操舵トルク信号と車速信号とに基づき目標電圧ＶＴが駆動制御演算部１４によって演算され、その後、ステップＳ３において、ステップＳ２で算出された目標電圧ＶＴに基づきモータユニット抵抗値ＲＭＵが抵抗値演算部９によって演算される。そして、ステップＳ４において、モータユニット１５の抵抗値ＲＭＵと電流センサ１１によって検出されたモータの電流ＩＭと電圧センサ１２によって検出されたモータ３の電圧ＶＭとに基づいてモータ回転数ＮＭが回転数演算部１０によって算出される。
【００３２】
なお、図３で示したマップ２０において、モータユニット抵抗値ＲＭＵと目標電圧ＶＴとの関係の代わりに、モータユニット抵抗ＲＭＵとデューティ比（もしくはパルス幅）との関係を設定した場合には、図５のステップＳ２において目標電圧ＶＴの演算の代わりにデューティ比（もしくはパルス幅）が演算され、その後、ステップＳ３においてステップＳ２で求められたデューティ比（もしくはパルス幅）に基づいてモータ抵抗値ＲＭが算出される。
【００３３】
これにより、モータ３によって得るべき操舵補助力である目標トルクに応じた目標電圧ＶＴに基づいて、モータ３を含んだモータユニット１５の抵抗値ＲＭＵをリアルタイム、且つ、正確に得ることが可能となるので、この正確なモータユニットＲＭＵの抵抗値に基づいてモータ回転数ＮＭを高精度で算出することが可能となる。
【００３４】
また、スイッチング素子８に対するパルス制御信号を生成する際に用いられる値であって、モータの目標トルクに対応した「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」を抵抗値演算部９へ入力するように構成すれば、抵抗値演算部９は、入力された「スイッチング素子の単位時間における通電時間の比」に基づいて、リアルタイムのモータユニット抵抗値ＲＭＵを高い精度で得ることが可能となる。
【００３５】
さらに、回転数算出手段１０に、上述した高精度のモータユニット抵抗値ＲＭＵと、電流センサ１１によって検出されたモータ３における実電流ＩＭと、電圧センサ１２によって検出されたモータ３における実電圧ＶＭとを入力することにより、モータ回転数ＮＭを高精度で得ることが可能となる。また、この場合、モータ回転数センサやステアリング舵角センサなどを用いることなくモータ回転数ＮＭを得ることができるので、部品点数削減に寄与するとともにコスト抑制にも寄与することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態においては、抵抗値演算部９がマップ２０をそなえ、このマップ２０に基づきモータユニット抵抗値ＲＭＵが得られるように構成したが、マップ２０の代わりに関数計算式を設定し、これに基づいてモータユニット抵抗値ＲＭＵが得られるようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態においては、抵抗値演算部９によって得られたモータユニット１５の抵抗値を用いてモータ３の回転数ＮＭを推定・算出する場合を示したが、このような制御に限らず、例えば、高精度のモータユニット抵抗ＲＭＵに基づいて、モータ回転数に対するダンピング制御や、慣性補償制御などを行なうようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、モータの電気抵抗値をリアルタイム且つ正確に得ることが可能となる。
つまり、モータによって得るべき操舵補助力である目標トルクに応じた目標電圧に基づいて、モータを含んだモータユニット抵抗値をリアルタイム、且つ、正確に得ることが可能となる（請求項１）。
【００３９】
また、スイッチング素子の単位時間における通電時間の比に基づき、リアルタイム、且つ、高精度のモータユニット抵抗値を得ることが可能となる（請求項２）。
さらに、回転数算出手段に、上述した高精度のモータユニット抵抗値と、電流センサによって検出されたモータにおける実電流と、電圧センサによって検出されたモータにおける実電圧とを入力することにより、モータ回転数を高精度で得ることが可能となる。また、この場合、モータ回転数センサやステアリング舵角センサなどを用いることなくモータ回転数を得ることができるので、部品点数削減に寄与するとともにコスト抑制にも寄与することが可能となる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータユニットを示す模式的な回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータユニット抵抗ＲＭＵの算出に用いられるマップである。
【図４】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ回転数算出の制御フローである。
【図５】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置による動作フローである。
【符号の説明】
２  バッテリ（電力源）
３  モータ（電動機）
７  電動機駆動部（スイッチ作動制御手段）
８  スイッチング素子
９  抵抗値演算部（抵抗値演算手段）
１０  回転数検出部（回転数検出手段）
１１  電流センサ（電流検出手段）
１２  電圧センサ（電圧検出手段）
１４  駆動制御演算部（目標電圧算出手段）
１５  モータユニット（電動機ユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005001608.tif 000006
【図４】
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【図５】
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