(57)【要約】【課題】簡易な手法でモータ低負荷時から良好な操舵感を得ることができる電動パワーステアリング装置用モータの制御装置を提供する。【解決手段】指令電流と実電流との偏差に基づいてモータの負荷状態に応じた標準デューティＤｔａの設定が行われており、逆モデル算出部では、その標準デューティＤｔａを所定の一次関数直線Ｌ１に対して線対称の逆モデルデューティＤｔａ’に変換し、標準デューティＤｔａにて駆動回路を駆動した場合のその出力の非線形変化を線形化するデューティとして生成する。【選択図】図４
2012011933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生するトルクにてステアリングの操舵に補助操舵力を付与する車両用パワーステアリング装置用モータに対し、複数のスイッチング素子にて構成されるＨブリッジ駆動回路へのＰＷＭ制御に基づいて前記モータへの供給電力を制御し発生トルクの制御を行う電動パワーステアリング装置用モータの制御装置であって、
前記駆動回路のスイッチング素子に対してＰＷＭ駆動時のデューティを設定するデューティ設定手段を備えるものであり、
前記デューティ設定手段は、前記駆動回路の非線形出力を線形化する制御対象の逆モデルに基づいて前記デューティの設定を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、
前記デューティ設定手段は、
指令値と実値との偏差に基づいて前記モータの負荷状態に応じた標準デューティを設定する標準デューティ設定手段と、
前記標準デューティにて前記駆動回路を駆動した場合のその出力の非線形変化を線形化するデューティを生成すべく、前記標準デューティを所定の一次関数直線に対して線対称の逆モデルデューティに変換する逆モデルデューティ設定手段と
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用モータの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、
前記逆モデルデューティ設定手段は、前記逆モデルデューティの変化の屈折点部分を滑らかに変化させたことを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、
前記モータは、ブラシ付きモータにて構成されたものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子を用いたＨブリッジ駆動回路にて駆動される電動パワーステアリング装置用モータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用パワーステアリング装置には、電動モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。モータは、半導体スイッチング素子を用いたＨブリッジ駆動回路にて駆動され、ＥＣＵ（制御装置）による各スイッチング素子のＰＷＭ制御にてモータが制御され、該モータが発生するトルクにてその時々で適切な補助操舵力が付与されるようになっている。
【０００３】
ところで、上記のモータ制御において、駆動回路の高電位側（上側）及び低電位側（下側）のスイッチング素子の両方を均等にＰＷＭ駆動する上下駆動がある。この上下駆動においては、スイッチング素子のオフ時の回生電流を抑制でき制動現象を抑制できるものの、ＰＷＭ駆動のデューティに対するモータ実電圧の変化が非線形となり、デューティが低い時と高い時とで応答が不均一となり、操舵感が悪化するといった問題がある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に開示の技術においては、モータ角速度からモータ実電圧の線形化のためのデューティを算出し、該デューティによるスイッチング素子の駆動にてモータ実電圧を線形変化させることで、良好な操舵感が得られるようにしている。
【０００５】
また、例えば特許文献２に開示の技術では、電流検出アンプにて検出したモータ実電流をマイコンに入力し、該マイコンにて指令電流とモータ実電流との偏差に基づくフィードバック制御を行っている。また、操舵の中立点付近等、モータが低負荷で電流が小さい領域ではその電流を繊細に制御する必要があるため、電流検出アンプとマイコンとの間に小電流域ほどスケールが拡大するような電流検出特性に変換する関数発生器が備えられ、小電流域（低負荷域）においても良好な操舵感が得られるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２４７２３２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９０２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、モータ角速度の検出はセンサを必要とするため、ブラシ付きモータ等、角速度検出が可能なセンサを搭載しないモータにおいては、別途センサの搭載が必要となる。また、モータ実電圧と電流とから角速度を推定する手法もあるが、特に小電流域の角速度の推定は精度良く行えないため、良好な制御を行えない虞があった。
【０００８】
また、特許文献２の技術では、電流検出アンプとマイコンとの間に関数発生器を備えて電流検出特性を変換する構成としていることから、モータの仕様（定格電圧や電流）が異なるとその仕様に応じた関数の調整や変更が必要となり、その作業が煩雑であった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な手法でモータ低負荷時から良好な操舵感を得ることができる電動パワーステアリング装置用モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発生するトルクにてステアリングの操舵に補助操舵力を付与する車両用パワーステアリング装置用モータに対し、複数のスイッチング素子にて構成されるＨブリッジ駆動回路へのＰＷＭ制御に基づいて前記モータへの供給電力を制御し発生トルクの制御を行う電動パワーステアリング装置用モータの制御装置であって、前記駆動回路のスイッチング素子に対してＰＷＭ駆動時のデューティを設定するデューティ設定手段を備えるものであり、前記デューティ設定手段は、前記駆動回路の非線形出力を線形化する制御対象の逆モデルに基づいて前記デューティの設定を行うことをその要旨とする。
【００１１】
この発明では、デューティ設定手段では、駆動回路の非線形出力を線形化する制御対象（モータ及び駆動回路）の逆モデルに基づいて駆動回路のＰＷＭ駆動時のデューティの設定が行われる。つまり、制御対象の逆モデルに基づいて設定されたデューティにより駆動回路の出力が線形変化となるため、制御の応答性（電流応答性）がモータの負荷にかかわらず均一化することが可能となる。特にモータの低負荷時（小電流域）の低応答性が向上することで、低負荷時から良好な操舵感が得られるようになる。また、制御対象の逆モデルから容易に所望のデューティが得られ、また既にモータの仕様が反映されたデューティ上での補正であるので、モータの仕様変更にも容易に対応できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、前記デューティ設定手段は、指令値と実値との偏差に基づいて前記モータの負荷状態に応じた標準デューティを設定する標準デューティ設定手段と、前記標準デューティにて前記駆動回路を駆動した場合のその出力の非線形変化を線形化するデューティを生成すべく、前記標準デューティを所定の一次関数直線に対して線対称の逆モデルデューティに変換する逆モデルデューティ設定手段とを備えたことをその要旨とする。
【００１３】
この発明では、標準デューティ設定手段では、指令値と実値との偏差に基づいてモータの負荷状態に応じた標準デューティの設定が行われる。逆モデルデューティ設定手段では、その標準デューティが所定の一次関数直線に対して線対称の逆モデルデューティに変換され、標準デューティにて駆動回路を駆動した場合のその出力の非線形変化を線形化するデューティとして生成される。つまり、逆モデルデューティにより駆動回路の出力が線形化し、制御の応答性（電流応答性）が均一化するため、低負荷時から良好な操舵感が得られるようになる。また、所定の一次関数直線に対して線対称のデューティに変換するマップや関数を用いて標準デューティから容易に逆モデルデューティを得ることが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、前記逆モデルデューティ設定手段は、前記逆モデルデューティの変化の屈折点部分を滑らかに変化させたことをその要旨とする。
【００１５】
この発明では、逆モデルデューティ設定手段にて、逆モデルデューティの変化の屈折点部分が滑らかな変化とされる。つまり、屈折点での駆動回路の出力の過渡的変化を抑制でき、制御の安定化に寄与できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置用モータの制御装置において、前記モータは、ブラシ付きモータにて構成されたものであることをその要旨とする。
【００１７】
この発明では、ブラシ付きモータ、即ちモータ角速度の検出を行うセンサを通常備えていないモータが制御対象に含まれる。つまり、モータ角速度からモータ実電圧の線形化のためのデューティの算出が行えないモータへの適用は特に有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な手法でモータ低負荷時から良好な操舵感を得ることができる電動パワーステアリング装置用モータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の電気ブロック図である。
【図３】駆動回路の電気回路図である。
【図４】駆動回路の制御態様を説明するための説明図である。
【図５】逆モデル補正ありと補正なしの場合のモータ実電圧変化を説明するための説明図である。
【図６】（ａ）は逆モデル補正ありの場合、（ｂ）は逆モデル補正なしの場合の電流応答を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を示す。電動パワーステアリング装置１のステアリングシャフト２は、ステアリング３が固定されるコラムシャフト２ａ、インターミディエイトシャフト２ｂ、及びピニオンシャフト２ｃが互いに連結されてなり、ステアリング３の操作に伴うステアリングシャフト２の回転がそのピニオンシャフト２ｃからラックアンドピニオン機構４に入力される。ラックアンドピニオン機構４は、ステアリングシャフト２の回転をラック軸（図示略）の往復直線運動に変換し、該ラック軸の両端にそれぞれ連結されたタイロッド５を介してその往復直線運動を各操舵輪６側に伝達する。これにより、各操舵輪６の舵角が変更され、車両の進行方向が変更されるようになっている。
【００２１】
また、電動パワーステアリング装置１には、ステアリング３の操作を補助する電動モータ７と、それを制御するＥＣＵ（制御装置）１０とが備えられている。モータ７は、ステアリングシャフト２のコラムシャフト２ａに対して駆動連結しており、該コラムシャフト２ａを介してモータ７の発生トルクを付与する。尚、本実施形態のモータ７は、給電ブラシ及び整流子（ともに図示略）を有するブラシ付きモータにて構成されている。モータ７は、ＥＣＵ１０にてその回転駆動が制御されている。
【００２２】
ＥＣＵ１０にはトルクセンサ８や車速センサ（図示略）等の各種センサが接続され、各種検出信号が入力されている。ＥＣＵ１０は、トルクセンサ８にて検出される操舵トルクや車速センサにて検出される車速等に基づいてその時々に適切な目標補助操舵力を算出し、算出した目標補助操舵力に相当するモータトルクを発生させるべくモータ７に供給する駆動電力を制御している。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、図２に示すように、マイコンにて構成される制御回路１１と、該制御回路１１からのＰＷＭ制御信号に基づいて車載バッテリ（図示略）からモータ７に供給する駆動電力を制御するＨブリッジ駆動回路１２とから構成されている。
【００２４】
駆動回路１２は、図３に示すように、ＭＯＳトランジスタ等よりなる半導体スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４を４個用いて構成されている。スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２は駆動回路１２の高電位側（上側）に設けられてバッテリ電圧Ｖｂが印加され、スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ４は駆動回路１２の低電位側（下側）に設けられ、シャント抵抗Ｒを介してグランドＧＮＤに接続されている。スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４はモータ７に正転のための電力を供給する組をなし、スイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ３はモータ７に逆転のための電力を供給する組をなして構成されている。各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４には、それぞれ回生ダイオードＤ１〜Ｄ４が並列接続されている。そして、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４の制御端子には制御回路１１からＰＷＭ制御信号が入力され、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４はそのＰＷＭ制御信号に基づいてオンオフ駆動する。
【００２５】
制御回路１１において、指令電流設定部１３は、操舵トルクや車速等から算出した目標補助操舵力に応じた指令電流Ｉｍをその時々で設定している。指令電流設定部１３で算出された指令電流Ｉｍは、その絶対値がＦＢ制御部（フィードバック制御部）１４に出力され、正負符号がモータ７の回転方向指令として駆動回路１２に出力される。
【００２６】
ＦＢ制御部１４は、前記指令電流Ｉｍの入力とともに、駆動回路１２から得られる実電流Ｉｍａの絶対値が入力されている。ＦＢ制御部１４は、ＩＰ制御（ＰＩ制御等でも可）を実行するものであり、入力された指令電流Ｉｍと実電流Ｉｍａとの偏差を算出し、算出した偏差からＦＢ制御量を電圧値Ｖａとして除算器１５に出力する。
【００２７】
除算器１５は、ＦＢ制御量に対応する電圧値Ｖａをバッテリ電圧Ｖｂで除算して駆動回路１２のデューティ、この場合、後述の逆モデル算出部１６での逆モデルデューティＤｔａ’の算出のための標準デューティＤｔａとして設定する。除算器１５は、この標準デューティＤｔａを含むデューティ設定信号を逆モデル算出部１６に出力する。
【００２８】
逆モデル算出部１６は、入力されたデューティ設定信号に含まれる標準デューティＤｔａを図４に示す変換マップＭＰから逆モデルデューティＤｔａ’に変換する処理を行っている。
【００２９】
ここで、仮に標準デューティＤｔａにて後段の駆動回路１２（スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４）をＰＷＭ駆動させた場合、そのデューティＤｔａに対するモータ設定電圧Ｖｍとモータ実電圧Ｖｍａとの比Ｖｍａ／Ｖｍは、図４に示す実線のような変化となる。即ち、標準デューティＤｔａが０から０．５（５０％）付近までＶｍａ／Ｖｍ比は緩やかに大きくなるが、その０．５（５０％）を若干超えたあたりから１（１００％）となるまでは一転して急激に大きくなり、デューティＤｔａが１の時、Ｖｍａ／Ｖｍ比は１となる。つまり、標準デューティＤｔａに対するＶｍａ／Ｖｍ比の変化は非線形であり、デューティＤｔａが小さい低負荷ほど制御応答（電流応答）が小さく、デューティＤｔａが大きい高負荷ほど制御応答（電流応答）が大きく、制御の応答性が均一でない。
【００３０】
これを踏まえ、本実施形態では、原点を通る１つの一次関数直線Ｌ１に対して線対称となるような逆モデル関数を用いて標準デューティＤｔａから逆モデルデューティＤｔａ’がマップ化されている（図中、一点鎖線）。この逆モデルデューティＤｔａ’にて後段の駆動回路１２をＰＷＭ駆動させると、モータ実電圧Ｖｍａが直線Ｌ１上に沿って線形変化するようになり、デューティの値に対して制御応答が均一となる。そして、逆モデル算出部１６は、このような逆モデルデューティＤｔａ’を含むデューティ設定信号をＰＷＭ信号生成部１７に出力する。
【００３１】
ＰＷＭ信号生成部１７は、入力されたデューティ設定信号に含まれる逆モデルデューティＤｔａ’から上側のスイッチング素子Ｔｒ１（若しくはＴｒ２）に対する上側デューティＤｈと、下側のスイッチング素子Ｔｒ４（若しくはＴｒ３）に対する下側デューティＤｌとに振り分ける。この場合、ＰＷＭ信号生成部１７は、逆モデルデューティＤｔａ’と上側及び下側デューティＤｈ，Ｄｌとを同じデューティ値に設定する。そして、ＰＷＭ信号生成部１７は、この上側及び下側デューティＤｈ，Ｄｌを含むＰＷＭ制御信号を対応するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４にそれぞれ出力する。
【００３２】
駆動回路１２は、前記回転方向指令に基づいて正転指令であれば、上側及び下側デューティＤｈ，Ｄｌを含む各ＰＷＭ制御信号をスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４に入力し、逆転指令であれば、上側及び下側デューティＤｈ，Ｄｌを含む各ＰＷＭ制御信号をスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ３に入力する。各スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ４（若しくはＴｒ２，Ｔｒ３）は、入力された上側及び下側デューティＤｈ，Ｄｌに基づいてＰＷＭ駆動（オンオフ駆動）し、モータ７に供給する駆動電力、即ち実電流Ｉｍａが指令電流Ｉｍに一致するように制御される。
【００３３】
またこの場合、標準デューティＤｔａを逆モデル補正した逆モデルデューティＤｔａ’にて駆動回路１２がＰＷＭ駆動することから、その時々でＦＢ制御部１４の制御ゲインの調整を行わなくてもモータ実電圧Ｖｍａ（実電流Ｉｍａ）が線形化するようになり、制御の応答性（電流応答性）がデューティの値、即ちモータ７の負荷にかかわらず均一となる。図５は、逆モデル補正ありと補正なしの各態様でのモータ実電圧Ｖｍａを示しており、補正なしの態様でのモータ実電圧Ｖｍａは非線形であるのに対し、補正ありの態様では線形化している。つまり、逆モデル補正を行う本実施形態では、同図５から電流応答が均一化していることが分かる。
【００３４】
また図６においても、（ａ）は逆モデル補正あり、（ｂ）は逆モデル補正なしの電流応答を示すものである。制御回路１１の仕様で電流応答が例えば周波数５０Ｈｚを所望する場合、図６（ａ）に示すように、本実施形態の逆モデル補正ありの態様では、指令電流Ｉｍが１０Ａ、５Ａ、２．５Ａのいずれにおいてもカットオフ周波数（ゲイン＝−３ｄＢ）が略５０Ｈｚとなっている。つまり、同図６（ａ）からも、逆モデル補正ありの本実施形態では、電流応答が均一で線形化されていることが分かる。これに対し、逆モデル補正なしの態様では、図６（ｂ）に示すように、指令電流Ｉｍが１０Ａにおいては所望の電流応答の５０Ｈｚになっているものの、指令電流Ｉｍが５Ａ、２．５Ａと低くなるにつれて応答が悪化する。つまり、同図６（ａ）からも、この態様では電流応答が不均一で非線形であることが分かる。
【００３５】
これらから分かるように、標準デューティＤｔａを逆モデル補正した逆モデルデューティＤｔａ’にて駆動回路１２をＰＷＭ駆動させる本実施形態では、モータ７の低負荷時（小電流域）から良好な操舵感が得られるようになる。
【００３６】
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）ＦＢ制御部１４及び除算器１５では、指令電流Ｉｍと実電流Ｉｍａとの偏差に基づいてモータ７の負荷状態に応じた標準デューティＤｔａの設定が行われており、逆モデル算出部１６は、その標準デューティＤｔａを原点を通る１つの一次関数直線Ｌ１に対して線対称の逆モデルデューティＤｔａ’に変換し、標準デューティＤｔａにて駆動回路１２を駆動した場合のその出力（モータ実電圧Ｖｍａ）の非線形変化を線形化するデューティとして生成している。つまり、逆モデルデューティＤｔａ’により駆動回路１２の出力（モータ実電圧Ｖｍａ）が線形変化となるため、制御の応答性（電流応答性）がモータ７の負荷にかかわらず均一となる。特にモータ７の低負荷時（小電流域）の低応答性が向上することで、低負荷時から良好な操舵感を得ることができる。また、前記直線Ｌ１に対して線対称のデューティに変換するマップＭＰを用いて標準デューティＤｔａから容易に逆モデルデューティＤｔａ’を得ることができ、また既にモータ７の仕様が反映されたデューティ上での補正であるので、モータ７の仕様変更にも容易に対応することができる。
【００３７】
（２）モータ角速度の検出を行うセンサを備えていないブラシ付きモータであるモータ７及びその駆動回路１２を制御対象としている。つまり、モータ角速度からモータ実電圧Ｖｍａの線形化のためのデューティの算出が行えない本実施形態のようなモータ７への適用は特に有効で効果が大きい。
【００３８】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、逆モデルデューティＤｔａ’への変換に図４に示すような直線Ｌ１を用いたが、例えば標準デューティＤｔａの変化態様に応じて用いる直線を適宜変更してもよい。
【００３９】
・上記実施形態では、同図４に示すように、逆モデルデューティＤｔａ’の変化に屈折点Ｐ１を有していたが、その屈折点Ｐ１部分を破線にて示すように曲線にて滑らかに変化させてもよい。また、傾きを次第に変化させた複数の直線を用いて変化させてもよい。このようにすれば、屈折点Ｐ１での駆動回路１２の出力の過渡的変化を抑制でき、制御の安定化に寄与できる。
【００４０】
・上記実施形態では、標準デューティＤｔａから逆モデルデューティＤｔａ’の変換にマップＭＰを用いたが、関数を用いてその都度算出するようにしてもよい。
・上記実施形態では、モータ７をブラシ付きモータとしたが、例えばブラシレスモータとしてもよい。
【００４１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）  発生するトルクにてステアリングの操舵に補助操舵力を付与するモータと、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置と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用モータ装置。
【００４２】
この構成では、簡易な手法でモータ低負荷時から良好な操舵感が得られる電動パワーステアリング装置用モータ装置を提供できる。
（ロ）  上記（イ）のモータ装置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。
【００４３】
この構成では、簡易な手法でモータ低負荷時から良好な操舵感が得られる電動パワーステアリング装置を提供できる。
【符号の説明】
【００４４】
３…ステアリング、７…モータ（制御対象）、１２…駆動回路（Ｈブリッジ駆動回路、制御対象）、１４…ＦＢ制御部（デューティ設定手段、標準デューティ設定手段）、１５…除算器（デューティ設定手段、デューティ標準設定手段）、１６…逆モデル算出部（デューティ設定手段、逆モデルデューティ設定手段）、Ｄｔａ…標準デューティ、Ｄｔａ’…逆モデルデューティ、Ｉｍ…指令電流（指令値）、Ｉｍａ…実電流（実値）、Ｔｒ１〜Ｔｒ４…スイッチング素子、Ｐ１…屈折点。
【図１】
2012011933.tif 000003
【図２】
2012011933.tif 000004
【図３】
2012011933.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012011933.tif 000008