(57)【要約】【課題】積載状態により車両重量が変化しても操舵フィーリングを低下させない電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】車両重量Ｗとバッテリ１００のバッテリ電圧PIGは、電流制限値決定部２４に入力される。電流制限値決定部２４は、車両重量−最大出力制限値マップに基づいて、入力された車両重量Ｗに対応したモータ駆動電流の最大出力制限値を取得し、バッテリ電圧−出力電流制限値マップ上の出力電流制限値を変更する。そして、電流制限値決定部２４は、上記バッテリ電圧−出力電流制限値マップに基づいて、検出されたバッテリ電圧PIGに対応する出力電流制限値Ｉul，Ｉvl，Ｉwlを決定し、モータ駆動電流制限手段２３に出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク、および前記車速検出手段により検出された車速に基づいて前記モータに対する駆動電力供給の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記モータの各相に流れる各相電流値を検出する各相電流値検出手段と、
前記電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成手段と、
前記モータ制御信号に基づき前記モータに対して駆動電力を出力するモータ駆動手段と、
前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリと、を備え、
前記モータ制御信号生成手段は、
前記電流指令値演算手段により演算された前記電流指令値と前記各相電流値検出手段により検出された前記各相電流値との偏差に基づくフィードバック制御により各相電流指令値を生成する電流制御演算手段と、
前記各相電流指令値により前記モータ制御信号を出力するＰＷＭ出力手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記車両の重量を取得する車両重量取得手段と、
前記車両重量取得手段から取得した前記車両重量と前記バッテリ電圧に基づき、モータ駆動電流出力制限値を決定する電流制限値決定手段と、
前記モータ駆動電流出力制限値に基づき、前記モータへの前記各相電流指令値を制限するモータ駆動電流制限手段と、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。
【請求項２】
請求項１において、前記モータ駆動電流制限手段は、前記バッテリ電圧が所定値以上である場合には、前記車両重量が小さくなるに従い、前記モータ駆動電流出力制限値を漸減させ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３】
請求項１において、前記モータ駆動電流制限手段は、前記バッテリ電圧が所定値以上である場合には、前記車両重量が小さくなるに従い、前記モータに供給する駆動電力の目標値を漸減させるように、前記モータ駆動電流出力制限値を決定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリング装置では、転舵輪が拘束されている状態で操舵しようとした場合や、ステアリングホイールのエンド端でさらに操舵しようとした場合に、モータやＥＣＵに大きな負荷がかかる。このような過負荷状態を判定した場合にモータへの供給電流を減らすようにしている。
【０００３】
しかしながら、車両が旋回走行しているような場合には、積載物がないときに比べ最大積載状態のときは操舵トルクも大きくなるため、大電流がモータに供給され続ける。このような過負荷状態の場合に、操舵トルクやモータの回転角度などの操舵条件を検出してリミッタ電流を減少または増加させ、このリミッタ電流に基づいてモータに流す電流を制限している。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１２１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、リミッタ電流に基づいてモータ駆動電流を制限した状態であっても、積載状態により車両重量が変化すると、走行状態によってはステアリングホイールの追従性が変化し、操舵フィーリングが低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、積載状態により車両重量が変化しても操舵フィーリングを低下させない電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるモータと、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク、および前記車速検出手段により検出された車速に基づいて前記モータに対する駆動電力供給の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記モータの各相に流れる各相電流値を検出する各相電流値検出手段と、前記電流指令値に基づき前記モータを駆動制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成手段と、前記モータ制御信号に基づき前記モータに対して駆動電力を出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電源電圧を供給するバッテリとを備え、前記モータ制御信号生成手段は、前記電流指令値演算手段により演算された前記電流指令値と前記各相電流値検出手段により検出された前記各相電流値との偏差に基づくフィードバック制御により各相電流指令値を生成する電流制御演算手段と、前記各相電流指令値により前記モータ制御信号を出力するＰＷＭ出力手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記車両の重量を取得する車両重量取得手段と、前記車両重量取得手段から取得した前記車両重量と前記バッテリ電圧に基づき、モータ駆動電流出力制限値を決定する電流制限値決定手段と、前記モータ駆動電流出力制限値に基づき、前記モータへの前記各相電流指令値を制限するモータ駆動電流制限手段とを備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、モータ駆動電流制限手段は、車両重量取得手段から取得した車両重量に基づいて、モータへ出力する駆動電流の最大出力制限値を設定する。これにより、積載状態により車両重量が変化した場合であっても、最適なモータ駆動電流の出力制限値を設定し、安定したステアリングホイールの追従性と操舵フィーリングを確保できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記モータ駆動電流制限手段は、前記バッテリ電圧が所定値以上である場合には、前記車両重量が小さくなるに従い、前記モータ駆動電流出力制限値を漸減させることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記モータ駆動電流制限手段は、前記バッテリ電圧が所定値以上である場合には、前記車両重量が小さくなるに従い、前記モータに供給する駆動電力の目標値を漸減させるように、前記モータ駆動電流出力制限値を決定することを要旨とする。
【００１１】
請求項２または請求項３の電動パワーステアリング装置は、バッテリ電圧が所定の電圧値以上であると判定したときに、車両重量が大きければモータ駆動電流の出力制限値を増加させ、小さければ出力制限値を減少させる。これにより、車両重量が小さい場合であっても、モータ駆動電流が制限されるためアシスト力の変動が抑制され、ステアリングホイールの追従性と操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
積載状態により車両重量が変化しても操舵フィーリングを低下させない電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図２】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の制御ブロック図。
【図３】本発明の実施形態における出力電流制限値を示す概念図。
【図４】本発明の実施形態における出力電流制限値決定の処理手順を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両の構成と共に示す概略図である。
【００１５】
図１に示す電動パワーステアリング装置１０は、モータ１、減速機２、トルクセンサ３、車速センサ４、モータ回転角センサ（以下、回転角センサという）５、および電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）６を備えたコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置である。
【００１６】
図１に示すように、ステアリングシャフト１０２の一端にはステアリングホイール１０１が固着されており、ステアリングシャフト１０２の他端はラックアンドピニオン機構１０３を介してラック軸１０４に連結されている。ラック軸１０４の両端は、タイロッドおよびナックルアームからなる連結部材１０５を介して転舵輪１０６に連結されている。運転者がステアリングホイール１０１を回転させると、ステアリングシャフト１０２は回転し、これに伴いラック軸１０４は往復運動を行う。ラック軸１０４の往復運動にともない、転舵輪１０６の向きが変わる。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、運転者の負荷を軽減するために、以下に示す操舵補助を行う。トルクセンサ３は、ステアリングホイール１０１の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクτを検出する。車速センサ４は、車速Ｖを検出する。回転角センサ５は、モータ１のロータの回転位置（以下、モータ回転角という）θを検出する。回転角センサ５は、例えばレゾルバで構成される。
【００１８】
ＥＣＵ６は、バッテリ１００から電力の供給を受け、操舵トルクτ、車速Ｖ、およびモータ回転角θに基づいてモータ１を駆動する。モータ１は、ＥＣＵ６によって駆動されると、操舵補助力を発生させる。減速機２は、モータ１とステアリングシャフト１０２との間に設けられる。モータ１で発生した操舵補助力（以下、アシスト力という）は、減速機２を介して、ステアリングシャフト１０２を回転させるように作用する。
【００１９】
この結果、ステアリングシャフト１０２は、ステアリングホイール１０１に加えられる操舵トルクτと、モータ１で発生したアシスト力の両方によって回転する。このように電動パワーステアリング装置１０は、モータ１で発生したアシスト力を車両のステアリング機構に与えることにより操舵補助を行う。
【００２０】
また、ＥＣＵ６には車両重量取得部（例えば、他のＥＣＵ（車両重量取得手段））８から通信により車両重量Ｗ信号が入力される。
【００２１】
次に、本実施形態の電動パワーステアリング装置１０における電気的構成について説明する。
図２は、本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置１０の制御ブロック図である。同図に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、ＥＣＵ６、モータ１、およびバッテリ１００を備える。モータ１は、ブラシレスモータであり、モータ回転角θを検出するための回転角センサ５を有する。ＥＣＵ６は、モータ制御信号を出力するＣＰＵ７と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１に３相の駆動電力を供給するモータ駆動回路１３（モータ駆動手段）と、モータ１に通電される各相電流値Ｉu、Ｉv、Ｉw（以下、Ｉx（x=u,v,w））を検出するための電流センサ２０u、２０v、２０w（各相電流値検出手段）とを備える。
【００２２】
モータ駆動回路１３は、直列に接続された一対のスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ等）を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータである。
【００２３】
ＣＰＵ７は、上記各電流センサ２０u、２０v、２０w、回転角センサ５、トルクセンサ３、車速センサ４の出力信号に基づき検出されたモータ１の各相電流値Ｉx（x=u,v,w）、およびモータ回転角θ、ならびに上記操舵トルクτ、および車速Ｖに基づいて、電流フィードバック制御を実行する。具体的にＣＰＵ７は、モータ駆動回路１３を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するモータ制御信号をモータ駆動回路１３に出力する。モータ制御信号が印加されると、モータ駆動回路１３では、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン/オフする。これによりモータ駆動回路１３は、バッテリ１００の電源電圧に基づく３相のモータ駆動電力を生成して、モータ１へ出力する。
【００２４】
以下に示す各制御ブロックは、ＣＰＵ７が実行するコンピュータプログラムにより実現される演算処理である。ＣＰＵ７は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【００２５】
図２に示すように、ＣＰＵ７は、モータ１を制御する電流指令値を演算する電流指令値演算部２１（電流指令値演算手段）と、上記モータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部１５（モータ制御信号生成手段）とを備える。
【００２６】
電流指令値演算部２１は、トルクセンサ３により検出された操舵トルクτ、および車速センサ４により検出された車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標である各相電流指令値Ｉu*、Ｉv*，Ｉw*（以下、Ｉx*（x=u,v,w））を演算し、電流制御演算部２２へ出力する。
【００２７】
モータ制御信号生成部１５は、モータ１に対する駆動電力供給の目標値である各相電流指令値Ｉu*’、Ｉv*’、Ｉw*’（以下、Ｉx*’（x=u,v,w））を演算する電流制御演算部２２（電流指令値演算手段）と、車両重量Ｗおよびバッテリ１００のバッテリ電圧PIGに基づいて各相出力電流制限値Ｉul、Ｉvl、Ｉwl（以下、Ｉxl（x=u,v,w））を決定する電流制限値決定部２４と、電流制限値決定部２４からの各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）に基づいてモータへの駆動電流出力値を制限し、各相ＤＵＴＹ指令値αu、αv、αw（以下、αx（x=u,v,w））を出力するモータ駆動電流制限手段２３と、モータ駆動電流制限手段２３から出力されるモータ駆動電流制限後の各相ＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）によりモータ制御信号を生成し、モータ駆動回路１３へ出力するＰＷＭ出力部２５（ＰＷＭ出力手段）とを備える。
【００２８】
さらに、電流制御演算部２２には、電流センサ２０u、２０v、２０wにより検出された各相電流値Ｉx（x=u,v,w）、および回転角センサ５により検出されたモータ回転角θが入力される。
【００２９】
そして、電流制御演算部２２は、各相電流指令値Ｉx*（x=u,v,w）と各相電流値Ｉx（x=u,v,w）との偏差に基づくフィードバック制御（比例・積分制御）を実行することにより各相電流指令値Ｉx*’（x=u,v,w）を演算し、モータ駆動電流制限手段２３に出力する。
【００３０】
また、車両重量Ｗとバッテリ１００のバッテリ電圧PIGは、電流制限値決定部２４に入力される。電流制限値決定部２４は、車両重量−最大出力制限値マップ（図示せず）に基づいて、入力された車両重量Ｗに応じたモータ駆動電流の最大出力電流制限値を取得し、バッテリ電圧−出力電流制限値マップ（図３参照）上のモータ駆動電流の出力電流制限値を設定する。ここで、最大出力電流制限値は、車両重量が大きい場合は大きな値（電流値）が設定され、車両重量が小さい場合は小さな値（電流値）が設定さている。そして、電流制限値決定部２４は、上記設定されたバッテリ電圧−出力電流制限値マップに基づいて、検出されたバッテリ電圧PIGに対応する各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）を決定する。
【００３１】
モータ駆動電流制限手段２３には、電流制限値決定部２４で決定された各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）が入力される。モータ駆動電流制限手段２３は、各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）に応じて、各相電流指令値Ｉx*’（x=u,v,w）を補正し、各相の出力制限後の各相ＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）を生成する。そして、この各相ＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）をＰＷＭ出力部２５に出力する。ＰＷＭ出力部２５は、出力制限後の各相ＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）に基づいてモータ制御信号を生成し、そのモータ制御信号をモータ駆動回路１３に出力する。
【００３２】
図３に示すように、上記バッテリ電圧−出力電流制限値マップの横軸はバッテリ電圧PIG、同じく縦軸はモータ１の駆動電流の出力電流制限値である。このバッテリ電圧−出力電流制限値マップは、例えば、バッテリ電圧PIGが所定の電圧値以上（正常領域）にある場合には、車両重量に応じて車両重量−最大出力制限値マップから取得されたモータ駆動電流の最大出力電流制限値を設定する。すなわち、車両重量が大きければモータ駆動電流の出力電流制限値を増加させ、小さければ出力電流制限値を減少させ、各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）として車両重量に基づく最大出力電流制限値が設定される。さらに、バッテリ電圧PIGが所定の電圧値以下（劣化領域）にある場合には、バッテリ電圧−出力電流制限値マップは、バッテリ電圧PIGの低下にともない段階的に減少させたモータ駆動電流の出力制限値が設定されている。
【００３３】
次に、本実施形態のＣＰＵ７による出力電流制限値決定の処理手順について説明する。本実施形態において、ＣＰＵ７は、図４のフローチャートに示すステップＳ４０１〜ステップＳ４１０の各処理を実行する。
【００３４】
ＣＰＵ７は、先ず、各電流センサ２０u、２０v、２０w、回転角センサ５、トルクセンサ３、車速センサ４の出力信号に基づいて各状態量（各相電流値Ｉu、Ｉv、Ｉw、モータ回転角θ、操舵トルクτ、車速Ｖ）を検出する（ステップＳ４０１）。続いてモータ１が発生するアシストトルクの制御目標である各相電流指令値Ｉx*（x=u,v,w）を演算する（ステップＳ４０２）。
【００３５】
そして、ＣＰＵ７は、各相電流指令値Ｉx*（x=u,v,w）と各相電流値Ｉx（x=u,v,w）との偏差に基づくフィードバック制御演算（比例・積分制御）を実行することにより、各相電流指令値Ｉx*’（x=u,v,w）を演算する（ステップＳ４０３）。
【００３６】
次に、ＣＰＵ７は、他のＥＣＵにより検出された車両重量Ｗを通信により取得する（ステップＳ４０４）。
【００３７】
そして、車両重量−最大出力制限値マップ（図示せず）に基づいて、入力された車両重量Ｗに応じた最大出力電流制限値を取得し、バッテリ電圧−出力電流制限値マップ（図３参照）上のバッテリ電圧PIGの正常領域での出力電流制限値を上記の最大出力電流制限値に変更する（ステップＳ４０５）。
【００３８】
続いて、ＣＰＵ７は、バッテリ１００のバッテリ電圧PIGを検出する（ステップＳ４０６）。そして、上記バッテリ電圧−出力電流制限値マップに基づいて、検出されたバッテリ電圧PIGに対応する各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）を決定する（ステップＳ４０７）。
【００３９】
次に、ＣＰＵ７は、上記ステップＳ４０３で生成された各相電流指令値Ｉx*’（x＝u,v,w）をこの各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）に基づいて補正する。すなわち、各相電流指令値Ｉx*’（x＝u,v,w）が各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）以上と判定されたとき、各相電流指令値Ｉx*’（x＝u,v,w）は各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）に設定される（ステップＳ４０８）。
【００４０】
そして、この補正後の各相電流指令値Ｉx*’（x＝u,v,w）に基づいて各相のＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）を生成する（各相ＤＵＴＹ指令値演算、ステップＳ４０９）。
【００４１】
ＣＰＵ７は、ステップＳ４０９において演算された出力制限後の各相ＤＵＴＹ指令値αx（x=u,v,w）に基づいてモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号をモータ駆動回路１３へと出力する（ＰＷＭ出力、ステップＳ４１０）。
【００４２】
また、前述したような構成において、図３と同様な概念図においてバッテリ電圧−出力制限値マップ（図示せず）の縦軸にモータ１に供給する駆動電力、すなわちＥＣＵ６の消費電力を設定し、ステップＳ４０７においてバッテリ電圧PIGに応じてＥＣＵ消費電力制限値から各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）を決定することも可能である。
【００４３】
次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置１０の作用および効果について説明する。
上記したように、出力電流制限値に基づいてモータ駆動電流を制限した状態であっても、車両重量が変化した場合、ステアリングホイールの追従性が変化し、操舵フィーリングが低下するおそれがある。特に、車両重量が小さいときに操舵をすると、出力が過大な状態では振動および異音が発生するおそれがある。また、車両重量の増加にともなって操舵トルクが大きくなると、モータの駆動電流も大きくなるため、ＥＣＵやモータに大きな負荷がかかり発熱したり、モータの許容電力が大きいと操舵速度が上昇するため、ステアリング装置の構成部品も大型化し強度が必要となる。
【００４４】
この点を踏まえ、本実施形態の電動パワーステアリング装置１０は、車両重量Ｗが変化したときに、最適なモータ駆動電流値を設定するため、バッテリ電圧PIGが所定の電圧値以上の場合、車両重量が大きい場合は各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）を大きくし、車両重量が小さい場合は各相出力電流制限値Ｉxl（x=u,v,w）を小さくするようにした。その結果、アシスト力の変動による振動および異音の発生を防止するとともに、ステアリングホイールの追従性と操舵フィーリングの向上を図ることができる。
さらに、車両重量が小さい場合はモータ駆動電流が制限されるので、ＥＣＵの発熱やステアリング装置の構成部品の強度への影響を抑えられる。
【００４５】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
本実施形態では、他のＥＣＵから車両重量を通信により取得するようにしたが、車両重量を推定できる他の信号を用いてもよい。
本実施形態では、1種類の車両重量−最大出力制限値マップを用いて説明したが、複数の車両重量−最大出力制限値マップを設定し、車両仕様に合わせて切替えて用いることもできる。
本実施形態では、ＥＣＵの消費電力から求めたモータ駆動電流を用いて出力制限値を設定したが、他の方法、例えばモータ駆動電圧を用いてもよい。
本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１：モータ、２：減速機、３：トルクセンサ、４：車速センサ、５：回転角センサ、
６：ＥＣＵ、７：ＣＰＵ、８：車両重量取得部、１０：電動パワーステアリング装置、
１３：モータ駆動回路、１５：モータ制御信号生成部、１６：モータ制御信号出力部、
２０u、２０v、２０w：電流センサ、２１：電流指令値演算部、２２：電流制御演算部、
２３：モータ駆動電流制限部、２４：電流制限値決定部、２５：ＰＷＭ出力部、
１００：バッテリ、１０１：ステアリングホイール、１０２：ステアリングシャフト、
１０３：ラックアンドピニオン機構、１０４：ラック軸、１０５：連結部材、
１０６：転舵輪、
τ：操舵トルク、Ｖ：車速、θ：モータ回転角、Ｗ：車両重量、PIG：バッテリ電圧、
各相電流値：Ｉu，Ｉv，Ｉw、
各相電流指令値：Ｉu*，Ｉv*，Ｉw*，Ｉu*’，Ｉv*’，Ｉw*’、
各相出力電流制限値Ｉul，Ｉvl，Ｉwl、各相ＤＵＴＹ指令値：αu，αv，αw
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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