(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵トルク信号により決定する基本アシスト指令値決定手段と、操舵トルク信号により決定する微分指令値決定手段と、基本アシスト指令値および微分指令値による上記電動モータのトルク電流制御信号に応じて上記電動モータの界磁電流を決定する界磁電流決定手段と、車速を検出する車速検出手段と、上記電動モータを制御するモータ電流制御手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、上記トルク電流制御信号に上記車速信号によって決まるゲインを乗算した結果の信号と、上記界磁電流決定手段による界磁電流制御信号とに応じて、電動モータの出力を制御する構成にしたことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
電動モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段を設け、モータ角速度信号を界磁電流決定手段に入力するとともに、モータ角速度信号およびトルク電流制御信号に応じて上記界磁電流決定手段が界磁電流を決定する構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の電動パワーステアリング装置である。この電動パワーステアリング装置の制御を図９のブロック図に示す。
図８に示すように、ステアリングホイールＷに連係する入力軸１の先端に、ピニオン２を設けている。また、両端に車輪３Ｒ、３Ｌが連係するロッド４に、ラック５を形成している。そして、上記入力軸１のピニオン２を、このロッド４のラック５にかみ合わせている。また、減速機７に連係する電動モータ６を設けるとともに、減速機７の出力軸に設けたピニオンも上記ロッド４のラック５にかみ合わせている。さらに、入力軸１に作用する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段８と、車速を検出する車速検出手段９とを設け、コントローラーＣＴに接続している。
【０００３】
このコントローラーＣＴには、図９に示すように、上記センサ８からの操舵トルク信号に応じて基本アシスト指令値を決定する基本アシスト指令値決定手段１０と、操舵トルク信号を微分する微分指令値決定手段１１とを備えている。
さらに、上記コントローラーＣＴには、モータ電流制御手段１２を備えている。このモータ電流制御手段１２には、上記基本アシスト指令値決定手段１０からの基本アシスト指令値、微分指令値決定手段１１からの微分指令値および上記センサ９からの車速信号が入力される。これら基本アシスト指令値、微分指令値及び車速信号に応じて、上記モータ電流制御手段１２は、上記電動モータ６にモータ電流を出力する。
【０００４】
つまり、上記モータ電流制御手段１２は、基本アシスト指令値および微分指令値からなるトルク電流制御信号に応じて、電動モータ６のトルク電流を決定している。そのため、モータ電流制御手段１２は、操舵トルク信号に応じたトルク電流を電動モータ６に出力する。
また、モータ電流制御手段１２は、車速信号に応じて、このトルク電流にゲインを乗算している。例えば、低速走行時には、このゲインを大きくなるようにしている。そのため、低速走行時に、電動モータ６のトルク電流を増やし、アシスト力を大きくすることができる。
このようにして、電動モータ６には、操舵トルクおよび車速に応じたモータトルク電流が流れ、それに応じたモータトルクがアシスト力として発生することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動パワーステアリング制御装置では、走行速度や操舵力に応じて電動モータ６がアシスト力を発生するようにしている。このアシスト力を発生する電動モータ６の制御を、電動モータの特性に基づいて、次に説明する。
【０００６】
上記制御における電動モータ６は、界磁の強さ一定の基で、トルク電流を制御するものである。そして、この一定強さの界磁を得るために、永久磁石を用いるのが普通である。界磁の強さが一定なので、電動モータ６の特性について、モータ回転数ＮとモータトルクＴとの関係は、図１０に示すように、傾き一定の直線になる。つまり、図１０から明らかなように、モータ回転数Ｎを大きくしようとすると、モータトルクＴが小さくなる。その反対に、モータトルクＴを大きくしようとすると、モータ回転数Ｎが小さくなる。
【０００７】
一方、タイヤ３Ｒ、３Ｌの転舵速度は、図１０の縦軸であるモータ回転数Ｎに比例する。また、パワーステアリングのアシスト力は、図１０の横軸であるモータトルクに比例する。
【０００８】
今、図１０において、一定のアシスト力を得るために、モータにＴａのトルクが必要になると、モータ回転数ＮａまではＴａのトルクを出すことができる。
しかし、さらに速く転舵する場合、モータ回転数をＮａより大きくするために、グラフの点ａから矢印の方向へ変化すると、モータトルクが減少してしまう。
【０００９】
このように転舵速度が大きくなると、モータ回転数が大きくなるが、アシスト力が低下してしまい、運転者にとってはハンドル操作が重くなる。すなわち、転舵追従性が悪いという問題があった。
この発明の目的は、電動モータの界磁の強さを制御して電動モータの出力を制御する電動パワーステアリング制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、アシスト力を発生する電動モータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵トルク信号により決定する基本アシスト指令値決定手段と、操舵トルク信号により決定する微分指令値決定手段と、基本アシスト指令値および微分指令値による上記電動モータのトルク電流制御信号に応じて上記電動モータの界磁電流を決定する界磁電流決定手段と、車速を検出する車速検出手段と、上記電動モータを制御するモータ電流制御手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、上記トルク電流制御信号に上記車速信号によって決まるゲインを乗算した結果の信号と、上記界磁電流決定手段による界磁電流制御信号とに応じて、電動モータの出力を制御する構成にした点に特徴を有する。
【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明を前提にしつつ、電動モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段を設け、モータ角速度信号を界磁電流決定手段に入力するとともに、モータ角速度信号およびトルク電流制御信号に応じて上記界磁電流決定手段が界磁電流を決定する構成にした点に特徴を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図６に、この発明の電動パワーステアリング制御装置の第１、第２実施例と第１、第２参考例を示す。ただし、上記従来例と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
まず、第１参考例について説明する。図１は、第１参考例のブロック図である。図１に示すように、コントローラーＣＴには、界磁電流決定手段１３を設けている。この界磁電流決定手段１３は、車速検出手段９からの車速信号に応じて、電動モータ６の界磁電流を決定する。
この電動モータ６の界磁電流の決め方を説明する前に、界磁電流に対する電動モータ６の特性変化について説明する。
【００１５】
図２に、電動モータ６として、ブラシ付きモータを示す。図２に示すように、モータのロータ部にはトルク電流配線Ｉを巻いている。また、界磁を制御するために、界磁電流配線Ｍを導体に巻きつけている。この界磁電流配線Ｍに電流を流すことにより、図２の破線方向の界磁が発生する。そして、この界磁電流を制御することにより、界磁の大きさを制御できる。
【００１６】
図３は、３通りの界磁について、電動モータ６のモータ特性を示したものである。この説明において、図３の実線Ａを電動モータ６の基準特性とする。この実線Ａの電動モータ６の界磁電流を大きくすると、界磁が強くなり、図３に示す破線Ｂのような高トルク特性となる。すなわち、モータ回転数Ｎが小さい方で、モータ回転数一定のままモータトルクＴが大きくなる。
その反対に、実線Ａに示す電動モータ６の界磁電流を小さくすると、界磁が弱くなり、図３に示す二点鎖線Ｃの高回転特性となる。すなわち、モータトルクＴが小さい方で、モータトルク一定のままモータ回転数Ｎが大きくなる。
【００１７】
上記モータの特性から、この界磁電流を変化させて、モータトルクＴとモータ回転数Ｎとをどのように変化させるかを、モータトルクＴで場合分けをして、説明する。
なお、図３に示す点ｂは、上記実線Ａ、破線Ｂおよび二点鎖線Ｃの交点である。この点ｂは、図３に示すグラフで、座標（Ｔα，Ｎα）とする。
【００１８】
モータトルクＴ＜Ｔαの場合、界磁電流を小さくすると、図３に示す実線Ａの特性から二点鎖線Ｃのように変化する。このように界磁電流を変化させると、モータトルクＴを維持したまま、モータ回転数Ｎを大きくすることができる。例えば、モータ特性を、実線Ａの点ｄから二点鎖線Ｃの点ｅまで変化させると、モータトルクＴ一定のまま、モータ回転数Ｎを大きくすることができる。
また、上記のように界磁電流を変化させると、モータ回転数Ｎを維持したまま、モータトルクＴを大きくすることができる。例えば、モータ特性を、実線Ａの点ｄから二点鎖線Ｃの点ｆまで変化させると、モータ回転数Ｎ一定のまま、モータトルクＴが大きくなる。
【００１９】
一方、モータトルクＴ＞Ｔαの場合、界磁電流を大きくすると、図３に示す実線Ａの特性から破線Ｂのように変化する。このように変化させると、上記モータトルクＴ＜Ｔαの場合と同様に、モータトルクＴを維持したまま、モータ回転数Ｎを大きくすることができる。また、モータ回転数Ｎを維持したまま、モータトルクＴを大きくすることができる。
なお、上記のように、モータトルクＴについて、Ｔ＞Ｔαの場合とＴ＜Ｔαの場合とで、界磁電流の変化に対して、電動モータ６の特性が逆になる。そのため、以下においては、それぞれの場合を説明する。
【００２０】
上記のように、この第１参考例では、界磁電流を変化させて、モータ回転数ＮとモータトルクＴとを制御している。つまり、図３に示すグラフを、モータ回転数ＮとモータトルクＴとの関係によるＴ−Ｎ特性テーブルにして、このＴ−Ｎ特性テーブルを、上記界磁電流決定手段１３に記憶させている。
【００２１】
そして、上記界磁電流決定手段１３は、車速検出手段９からの車速信号に応じて、次のようにして、電動モータ６の界磁電流を決定する。
停車時や低速走行時に、図１に示す車速検出手段９から、車速ゼロや低速走行の車速信号が界磁電流決定手段１３に入力される。この車速信号を入力した界磁電流決定手段１３は、Ｔ−Ｎ特性テーブルから、電動モータ６を高トルク特性にするように界磁電流を変化させる。つまり、モータトルクＴ＞Ｔαであれば、界磁電流を大きくする界磁電流制御信号を、上記モータ電流制御手段１２に入力するようにしている。
そして、電動モータ６の回転数Ｎを維持したまま、界磁電流を変化させて電動モータ６のトルクを大きくしている。電動モータ６の回転数Ｎを維持しているので、転舵追従性を維持することになる。
【００２２】
また、高速走行時に、高速走行の車速信号が界磁電流決定手段１３に入力されると、Ｔ−Ｎ特性テーブルから、電動モータ６を高回転特性にするように、界磁電流決定手段１３は、界磁電流を変化させる。つまり、モータトルクＴ＜Ｔαであれば、界磁電流を小さくする界磁電流制御信号を、上記モータ電流制御手段１２に入力するようにしている。
そして、電動モータ６のトルクＴを維持したまま、界磁電流を変化させて電動モータ６の回転数Ｎを大きくしている。電動モータ６のトルクＴを維持しているので、パワーステアリングのアシスト力を維持することになる。
【００２３】
このようにして、界磁電流決定手段１３は、車速に応じて、界磁電流の大きさを決定し、その大きさの信号を図１に示すモータ電流制御手段１２に入力する。そして、モータ電流制御手段１２は、電動モータ６の界磁電流を設定する。
さらに、モータ電流制御手段１２は、界磁電流とトルク電流とを決定し、電動モータ６の出力を制御している。
【００２４】
上記のようにして、車速に応じて界磁電流を制御することができるので、停車時または低速走行時には、転舵追従性を維持したまま、パワーステアリングのアシスト力を大きくすることができる。また、高速走行時には、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、転舵追従性を良くすることができる。
【００２５】
次に、第１実施例について説明する。ただし、上記第１参考例と同一の構成要素については、特にことわらない限り、同一の符号を付し、第１参考例と同一の機能を有する。なお、この第１実施例では、従来例と同様に、車速信号をモータ電流制御手段１２に入力し、このモータ電流制御手段１２がモータトルク電流を制御するようにしている。
図４は、第１実施例のブロック図である。コントローラーＣＴには、界磁電流決定手段１３を設けているが、この実施例では、この界磁電流決定手段１３を次のように構成している。
【００２６】
この界磁電流決定手段１３には、第１参考例と同様に、Ｔ−Ｎ特性テーブルを記憶させている。その他に、この界磁電流決定手段１３には、基本アシスト指令値信号および微分指令値信号によるトルク電流制御信号に応じて、界磁電流を変化させるように設定している。
その設定とは、上記トルク電流制御信号がしきい値を超えたときに、モータトルクＴが大きくなるように、界磁電流を変化させる信号がモータ電流制御手段１２に入力するようにしている。つまり、モータトルクＴ＜Ｔαであれば、界磁電流を小さくする界磁電流制御信号を、モータ電流制御手段１２に入力する。
また、ここでは、電動モータ６の回転数Ｎを維持したまま、界磁電流を変化させて電動モータ６のトルクＴを大きくしている。電動モータ６の回転数Ｎを維持しているので、転舵追従性を維持することになる。
【００２７】
上記のような構成により、この実施例では、次のような作用を有する。
運転手がステアリングホイールＷを急に深く切ろうとすると、大きなアシスト力を必要とする。このようにステアリングホイールＷを急に深く切ると、操舵トルク検出手段８からの操舵トルク信号が大きくなる。また、微分指令値決定手段１１から出力する微分指令値信号も大きくなる。そのため、この２つの指令値信号によるトルク電流制御信号が大きくなる。
【００２８】
そして、このトルク電流制御信号が上記界磁電流決定手段１３に入力される。このトルク電流制御信号が、界磁電流決定手段１３に設定したしきい値を超えると、界磁電流決定手段１３は、界磁電流を次のように決定する。すなわち、モータトルクＴを大きくするように、Ｔ−Ｎ特性テーブルから界磁電流を決定する。モータトルクＴ＜Ｔαであれば、上記界磁電流を小さくする界磁電流制御信号を、界磁電流決定手段１３は、モータ電流制御手段１２に入力する。
【００２９】
このようにして、界磁電流の大きさを決定したら、界磁電流決定手段１３は、その大きさの信号を図４に示すモータ電流制御手段１２に入力する。そして、モータ電流制御手段１２は、電動モータ６の界磁電流を設定する。ただし、このように界磁電流を変化させても、上記構成により、電動モータ６の回転数Ｎを維持することになる。そのため、転舵追従性も維持する。
なお、モータ電流制御手段１２には、従来と同様に車速信号を入力し、車速に応じたゲインを、上記トルク電流制御信号に乗算するようにしている。そして、モータ電流制御手段１２は、界磁電流とトルク電流とを決定し、電動モータ６の出力を制御している。
【００３０】
上記のようにして、ステアリングホイールＷを急に深く切って、操舵力が大きくなると、モータトルクを大きくするように界磁電流を制御する。そのため、急なステアリング操作でも、車速によらず、転舵追従性を維持したまま、さらに大きなアシスト力を得ることができる。
【００３１】
なお、上記第１実施例では、基本アシスト指令値および微分指令値によるトルク電流制御信号を、上記界磁電流決定手段１３に入力している。このトルク電流制御信号に換えて、操舵トルク信号を上記界磁電流決定手段１３に入力してもよい。操舵トルク信号を界磁電流決定手段１３への入力信号とする場合には、この実施例と同様に、界磁電流決定手段１３には、操舵トルク信号についてのしきい値を設け、界磁電流を決定する。
【００３２】
次に、第２参考例について説明する。ただし、上記第１参考例と同一の構成要素については、特にことわらない限り、同一の符号を付し、第１参考例と同一の機能を有する。
図５は、第２参考例のブロック図である。この第２参考例は、上記第１参考例の構成に、さらに、モータ角速度検出手段１４を設けている。
【００３３】
また、界磁電流決定手段１３には、第１参考例と同様に、Ｔ−Ｎ特性テーブルを記憶させている。その他に、この界磁電流決定手段１３には、上記モータ角速度検出手段１４からのモータ角速度信号に応じて、界磁電流を変化させるように設定している。
その設定とは、上記モータ角速度信号がしきい値を超えたときに、モータ回転数Ｎが大きくなるように、界磁電流を変化させる信号がモータ電流制御手段１２に入力するようにしている。つまり、モータトルクＴ＜Ｔαであれば、界磁電流を小さくする信号を、界磁電流制御手段１３は、上記モータ電流制御手段１２に入力する。ここでは、界磁電流を変化させてモータ回転数Ｎを大きくしているので、モータトルクＴを維持することになる。そのため、アシスト力も維持することになる。
なお、第１参考例と同様に、界磁電流決定手段１３は、車速信号に応じて、界磁電流を決定する制御も行なっている。
【００３４】
上記のような構成により、この第２参考例では、次のような作用を有する。
運転手が急いで車を転舵しようとしたとき、ステアリングホイールＷを速く回す。このとき、モータ角速度が上記しきい値を超えると、上記制御により、モータトルクＴを維持したまま、モータ回転数Ｎを大きくしようとする。
【００３５】
ここで、第１参考例で説明したように、車速に応じた制御をしている。第１参考例では、高速走行時に、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、モータ回転数Ｎを大きくする。そのため、上記モータ角速度信号による制御と相乗効果を得て、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、転舵追従性をさらに良くすることができる。
また、第１参考例では、停車時または低速走行時に、モータ回転数Ｎを維持したまま、パワーステアリングのアシスト力を大きくする。そのため、界磁決定手段１３は、車速とモータ角速度信号とに応じて、モータ回転数ＮとモータトルクＴの両方が最適となるモータの特性になるような界磁電流に決定する。
【００３６】
このように、ステアリングホイールＷを速く回して、急いで車を転舵しようとすると、高速走行時には、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、さらに転舵追従性を良くすることができる。
【００３７】
なお、この第２参考例は、上記第１参考例に、上記モータ角速度検出手段１４の構成を設けたものである。この第２参考例と同様に、上記第１実施例の場合にも、次のように、上記モータ角速度検出手段１４の構成を設けてもよい。
図６は、第２実施例のブロック図である。この第２実施例は、上記第１実施例の構成に、さらに、モータ角速度検出手段１４を設けている。
【００３８】
また、界磁電流決定手段１３には、第１参考例と同様に、Ｔ−Ｎ特性テーブルを記憶させている。その他に、この界磁電流決定手段１３には、第２参考例と同様に、上記モータ角速度検出手段１４からのモータ角速度信号に応じて、界磁電流を変化させるように設定している。
それは、上記モータ角速度信号がしきい値を超えたときに、モータ回転数Ｎが大きくなるように、界磁電流を変化させる信号がモータ電流制御手段１２に入力するように設定している。つまり、モータトルクＴ＜Ｔαであれば、界磁電流を小さくする信号を、界磁電流制御手段１３は、上記モータ電流制御手段１２に入力する。ここでは、界磁電流を変化させてモータ回転数Ｎを大きくしているので、モータトルクＴを維持することになる。そのため、アシスト力も維持することになる。
【００３９】
また、上記第１実施例と同様に、上記トルク電流制御信号がしきい値を超えたときに、モータトルクＴが大きくなるように、界磁電流を変化させる信号がモータ電流制御手段１２に入力するようにしている。つまり、モータトルクＴ＜Ｔαであれば、界磁電流を小さくする界磁電流制御信号を、モータ電流制御手段１２に入力する。
なお、ここでは、電動モータ６の回転数Ｎを維持したまま、界磁電流を変化させて電動モータ６のトルクＴを大きくしている。電動モータ６の回転数Ｎを維持しているので、転舵追従性を維持することになる。
【００４０】
上記のような構成により、運転手がステアリングホイールＷを急に深く切れば、上記第１実施例の制御により、転舵追従性を維持したまま、パワーステアリングのアシスト力を大きくすることができる。また、ステアリングホイールＷを速く回して、急いで車を転舵しようとすると、モータ角速度信号からの制御により、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、転舵追従性を良くすることができる。
【００４１】
なお、上記第１参考例において、高速走行時には電動モータ６を高回転にして、低速走行時には電動モータ６を高トルクになるように、界磁電流を制御していた。一方、レース仕様の車の場合には、この設定を逆にする場合もある。つまり、車が高速走行しているときには高トルクにして、低速走行しているときには低トルクに設定する。なぜなら、レースのように高速走行する場合、走行方向より空気抵抗を大きく受け、タイヤが路面に強く押しつけられるからである。したがって、レース仕様の車のような場合には、高速走行時に高トルクになる設定にする。
【００４２】
さらに、上記全ての実施例及び参考例では、電動モータ６をブラシ付きモータの場合で説明したが、ブラシレスモータの場合であってもよい。ブラシレスモータは、図７に示すような構造で、ロータ部に磁気を持たせ、このロータ部を同心円で囲むように、コイルを巻いた導体を３つ設けている。このブラシレスモータは、ベクトル制御により、界磁電流とトルク電流とを独立してコントロールすることができる。つまり、このブラシレスモータを、上記第１、第２実施例に適用し、これらの実施例と同様に、界磁電流を制御することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
第１の発明は、操舵トルク信号により決まる微分指令値と基本アシスト指令値とからなるトルク電流制御信号をモータ電流制御手段に入力し、トルク電流制御信号に応じて電動モータの界磁電流を決定する界磁電流決定手段を設け、この界磁電流制御手段からトルク電流制御信号に応じて決まる界磁電流制御信号をモータ電流制御手段に入力するとともに、このモータ電流制御手段が、電動モータの出力を制御する構成にしている。
このように構成しているので、ステアリングホイールを急に深く切ったときのように、操舵力が大きくなると、モータトルクを大きくするように界磁電流を制御する。そのため、急なステアリング操作でも、車速によらず、転舵追従性を維持したまま、さらに大きなアシスト力が得られる。
【００４４】
第２の発明によれば、電動モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段を設け、モータ角速度信号を界磁電流決定手段に入力する構成にしている。そのため、ステアリングホイールＷを速く回して、急いで車を転舵しようとすると、モータ角速度信号からの制御により、パワーステアリングのアシスト力を維持したまま、転舵追従性を良くすることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１参考例のブロック図である。
【図２】  ブラシ付きモータの図である。
【図３】  界磁を変化させた場合のモータ特性を示すグラフである。
【図４】  第１実施例のブロック図である。
【図５】  第２参考例のブロック図である。
【図６】  第２実施例のブロック図である。
【図７】  ブラシレスモータの図である。
【図８】  電動パワーステアリング制御装置の全体図である。
【図９】  従来例のブロック図である。
【図１０】  界磁一定のモータ特性を示すグラフである。
【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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【図９】
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【図１０】
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