(57)【要約】      （修正有）【課題】外乱トルクや、モータトルク定数の変化によるトルク変動を抑え、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】モータ回転角加速度センサ２２から検出したモータ回転角加速度αｍから、モータ実電流値を推定するモータ実電流値推定部３３を構成している。そして、モータ実電流値推定部３３から推定したモータ推定電流値Iｓｕｉを、電流フィードバック手段にフィードバックする構成とした。モータ回転角加速度αｍは、モータトルク定数Ｋtや外乱トルクτ１を含んだ結果として検出されるので、その値を電流フィードバック制御にフィードバックすることで、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られる。その結果、外乱トルクτ１や、モータトルク定数Ｋtの変化によるトルク変動を抑え、操舵フィーリングの向上を図ることができる。【選択図】図２
2013180736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置と、
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から検出した操舵トルクと前記車速検出手段から検出した車速からモータ電流指令値を生成する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令値演算手段から生成されたモータ電流指令値に応じて、前記モータをフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段と、
前記モータに対する駆動電力の供給を通じて、前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
前記モータ回転角加速度検出手段から検出したモータ回転角加速度からモータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段と、
前記制御手段は、前記モータ実電流値推定手段から推定したモータ推定電流値を前記電流フィードバック手段にフィードバックすること、
を特徴とした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、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクτ及び車速Ｖからモータ電流指令値Ｉ*を生成し、このモータ電流指令値Ｉ*とアシスト用モータに流れるモータ実電流値Ｉmとの電流偏差値ΔＩをＰＩＤ制御（比例・積分・微分補償）する電流フィードバック制御系を構成することにより、アシスト力を発生させている。
【０００３】
しかし、従来の電流フィードバック制御系では、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力を得られないという場合がある。その詳細を図４に基づいて説明する。図４は、ＥＣＵ２７とモータ２１の主要ブロック図を表している。ＥＣＵ２７は電流指令値演算部３０（詳細は後述する）と、電流指令値演算部３０から生成されたモータ電流指令値Ｉ*と、モータ電流検出部５３から検出されたモータ実電流値Ｉmを、減算器３６で減算した電流偏差値ΔＩを公知のＰＩＤ制御器３１で補償する、電流フィードバック制御部から構成されている。
【０００４】
そして、電流偏差値ΔＩは、ＰＩＤ制御器３１で補償された後、後段のＰＷＭ出力部３２に出力される。そして、ＰＷＭ出力部３２より出力されるＰＷＭ信号は、後段のモータ駆動回路（通称インバータ装置）４０に出力される。そして、モータ駆動回路４０から出力された出力電圧Ｖmは、モータ２１に印加される。
【０００５】
ここでモータ巻線の抵抗をＲ、モータ巻線のインダクタンスをＬとすると、モータ巻線のモデルは（Ｒ+Ｌ・Ｓ）となる（Ｓはラプラス演算子）。そして、モータ巻線には、モータ駆動回路４０から出力された出力電圧Ｖmを、モータ巻線のモデル（Ｒ+Ｌ・Ｓ）で除算されたモータ実電流値Ｉmが流れる。従来の電流フィードバック制御では、モータ電流検出部５３で検出した、このモータ実電流値Ｉmを、減算器３６に入力している。
【０００６】
しかし、図４からもわかるように、モータ２１がモータ２１のシャフト軸から出力するモータトルクＴmは、モータ実電流値Ｉmにモータトルク定数Ｋtをかけた値となる。そして、このモータトルクＴmは、モータ２１のシャフト軸にかかる外乱トルクτ１で減算され、モータ２１のシャフト軸から出力される最終トルクＴは、Ｔ＝Ｔm−τとなり、当初の目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力とはならない。
【０００７】
また、上述したモータトルク定数Ｋtも一定値ではなく、温度変化や経年変化によって変わる定数である。一方、外乱トルクτ１も車両状態や車両状況によっても大きく変化する。そのため、従来の電流フィードバック制御型電動パワーステアリング装置は、当初の目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力とは異なったアシスト力となっている。その結果、操舵フィーリングの低下を招くことになる。
【０００８】
そのため、例えば特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、上記外乱トルクτ１として考えられる慣性力を演算し、モータ電流指令値Ｉ*に加算することにより、操舵フィーリングの低下を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−９２６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述したように上記外乱トルクτ１として考えられる要素は多々存在し、それらを全てモータ電流指令値Ｉ*に加算して補償することは困難である。また、モータトルク定数Ｋtも変化するため、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られない。そのため、操舵フィーリングの向上が十分に図れないという場合があった。
【００１１】
本発明の目的は、外乱トルクτ１や、モータトルク定数Ｋtの変化によるトルク変動を抑え、操舵フィーリングの良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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータ（２１）を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置（２４）と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（２６）と、車速を検出する車速検出手段（２５）と、前記操舵トルク検出手段（２６）から検出した操舵トルクと前記車速検出手段（２５）から検出した車速からモータ電流指令値を生成する電流指令値演算手段（２９）を備え、前記電流指令値演算手段（２９）から生成されたモータ電流指令値に応じて、前記モータ（２１）をフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段（２９）と、前記モータ（２１）に対する駆動電力の供給を通じて、前記操舵力補助装置（２４）の作動を制御する制御手段（２９）とを備えた電動パワーステアリング装置（１）において、前記モータ（２１）の回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段（２２）と、前記モータ回転角加速度検出手段（２２）から検出したモータ回転角加速度からモータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段（２９）と、前記制御手段（２９）は、前記モータ実電流値推定手段（２９）から推定したモータ推定電流値を前記電流フィードバック手段（２９）にフィードバックすること、を要旨とする。
【００１３】
本請求項の電動パワーステアリング装置は、モータ回転角加速度検出手段から検出したモータ回転角加速度から、モータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段を構成している。そして、モータ実電流値推定手段から推定したモータ推定電流値を、電流フィードバック手段にフィードバックする構成とした。図４から明白なように、モータ回転角加速度は、上述したモータトルク定数Ｋtや外乱トルクτ１を含んだ結果として検出されるので、その値を電流フィードバック手段にフィードバックすることで、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外乱トルクτ１や、モータトルク定数Ｋtの変化によるトルク変動を抑え、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】ＥＰＳの制御ブロック図。
【図３】モータ実電流値推定手段の処理手順を示すフローチャート。
【図４】従来の電流フィードバック制御のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。
【００１７】
また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２４と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。
【００１８】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２３を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２３により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１９】
一方、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５、トルクセンサ２６、及びモータ回転角加速度センサ２２が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、操舵トルクτ、及びモータ回転角加速度αmを検出する。
【００２０】
尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【００２１】
次に、本実施形態のＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に駆動電力を供給するモータ駆動回路４０とを備えている。
【００２２】
モータ駆動回路４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として２つのアームを並列接続してなる公知のＨブリッジ回路（図示せず）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、モータ駆動回路４０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ものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づくモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。
【００２３】
ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角加速度αmを検出するためのモータ回転角加速度センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ２１のモータ回転角加速度αm、並びに上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、モータ駆動回路４０にモータ制御信号を出力する。
【００２４】
以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。マイコン２９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、マイコン２９は、モータ２１を制御するモータ電流指令値Ｉ*を演算する電流指令値演算部３０と、上記モータ駆動回路４０を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部４４と、を備えている。
【００２６】
トルクセンサ２６により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ２５により検出された車速Ｖは、電流指令値演算部３０に入力される。電流指令値演算部３０は、横軸に操舵トルクτ、縦軸にモータ電流指令値Ｉ*で構成されたマップ（図示せず）である。また、上記マップは、車速Ｖをパラメータとして、同じ操舵トルクτの場合、車速Ｖが小さいほど、モータ電流指令値Ｉ*は大きくなっている。
【００２７】
モータ制御信号生成部４４は、減算器３６、ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）３１、ＰＷＭ出力部３２及びモータ実電流値推定部（モータ実電流値推定手段）３３と、を備え電流フィードバック手段を構成する。
【００２８】
モータ実電流値推定部３３は、モータ回転角加速度センサ２２から検出されたモータ回転角加速度αmを入力信号とする。そして、モータ回転角加速度αmにモータ軸換算イナーシャＪn（ノミナル値）を乗算し、乗算して得られた値をモータトルク定数Ｋtn（ノミナル値）で除算することによって、モータ推定電流値Ｉsuiを得る。次に、モータ推定電流値Ｉsuiを減算器３６に入力することによって、電流フィードバック制御を構成する。
【００２９】
次に、本実施形態のマイコン２９による、モータ実電流値推定手段の処理手順について、図３に基づいて説明する。
最初に、マイコン２９は、ＩＧ（イグニションスイッチ）がオンか否かを判定する（ステップＳ１０１）。次に、マイコン２９は、ＩＧがオンの場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、モータ軸換算イナーシャＪn（ノミナル値）を読込む（ステップＳ１０２）。そして、マイコン２９は、モータトルク定数Ｋtn（ノミナル値）を読込む（ステップＳ１０３）。
【００３０】
更に、マイコン２９は、モータ回転角加速度αmを読込む（ステップＳ１０４）。そして、マイコン２９は、モータ推定電流値Ｉsuiを（１）式より演算する（ステップＳ１０５）。
Ｉsui＝αm×Ｊn×１/Ｋtn  ・・・（１）式
【００３１】
次に、マイコン２９は、モータ推定電流値Ｉsuiを出力する（ステップＳ１０６）。
そして、マイコン２９は、ＩＧがオフか否かを判定する（ステップＳ１０７）。そして、マイコン２９は、ＩＧがオフの場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）には、処理を終わる。一方、マイコン２９は、ＩＧがオフでない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）には、ステップＳ１０４に移行する。また、マイコン２９は、最初に、ＩＧがオンでない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、何もしないで処理を終わる。
【００３２】
次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
モータ回転角加速度センサから検出したモータ回転角加速度から、モータ実電流値を推定するモータ実電流値推定部を構成している。そして、モータ実電流値推定部から推定したモータ推定電流値を、電流フィードバック手段にフィードバックする構成とした。図４から明白なように、モータ回転角加速度は、上述したモータトルク定数Ｋtや外乱トルクτ１を含んだ結果として検出されるので、その値を電流フィードバック制御にフィードバックすることで、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られる。その結果、外乱トルクτ１や、モータトルク定数Ｋtの変化によるトルク変動を抑え、操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【００３３】
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、モータシャフトに加速度センサを取り付け、モータの回転角加速度を検出したが、モータ回転角センサから演算により、モータの回転角加速度を求めても良い。
【００３４】
・本実施形態では、モータをＤＣモータについて記載したが、モータはブラシレスＤＣモータでもよい。
【００３５】
・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、
８：コラムシャフト、９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、２１：モータ、
２２：モータ回転角加速度センサ（モータ回転角加速度検出手段）、
２３：減速機構、２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ（車速検出手段）、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、
２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、
２９：マイコン（電流指令値演算手段、電流フィードバック手段、制御手段、モータ実電流値推定手段）、
３０：電流指令値演算部、３１：ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）、
３２：ＰＷＭ出力部、３３：モータ実電流値推定部、３６：減算器、
４０：モータ駆動回路、４４：モータ制御信号生成部、５３：モータ電流検出部、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、αm：モータ回転角加速度、
ＩＧ：イグニションスイッチ、
Ｉ*：モータ電流指令値、Ｉm：モータ実電流値、ΔＩ：電流偏差値、
Ｉsui：モータ推定電流値、Ｖm：出力電圧、
Ｊn：モータ軸換算イナーシャ（ノミナル値）、
Ｋtn：モータトルク定数（ノミナル値）、Ｋt：モータトルク定数、
Ｒ：モータ巻線抵抗、Ｌ：モータ巻線インダクタンス、
Ｔm：モータトルク、Ｔ：最終トルク、τ１：外乱トルク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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