(57)【要約】【課題】簡易な方法で、操舵の応答性の低下を防止し、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】電流フィードバック制御と、電流フィードフォワード制御とを備え、更に、電流フィードフォワード制御の制御量を監視する電流フィードフォワード制御量監視部を設けた。そして、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が、所定値以上になった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを第１の所定値とした。また、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを、第１の所定値より大きな第２の所定値にする構成とした。【選択図】図３
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【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と、
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少なくとも比例・積分補償器を有する電流フィードバック手段と、
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フォワード系で駆動する電流フィードフォワード手段とを備え、
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、
前記電流フィードフォワード手段の制御量を監視する電流フィードフォワード制御量監視手段と、
前記制御手段は、前記電流フィードフォワード制御量監視手段で監視する制御量が、所定値以上になった場合には、前記電流フィードバック手段の積分補償器の積分ゲインを第１の所定値とし、
前記電流フィードフォワード制御量監視手段で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、前記電流フィードバック手段の積分補償器の積分ゲインを、前記第１の所定値より大きな第２の所定値にすること、
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１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制御器（比例・積分・微分補償）３１で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、モータ２１に流れる電流の変化の応答性は十分とはいえない。このため、電流フィードバック制御系に加えて、モータ電流指令値Ｉ*に応じて、モータ駆動信号を大きくする電流フィードフォワード制御系を実行し、操舵の応答性を高める手法が提案されている。
【０００４】
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、既存の電流フィードバック制御系のシステムに、単に電流フィードフォワード制御系を追加するだけでなく、予め定められた重み係数を乗算することにより、実電流値の増加量を増減させることにより適切な目標電流を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９５０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述したような方法では、モータ電流指令値Ｉ*に基づいて、電流フィードフォワード制御系が構築されているため、モータ電流指令値Ｉ*が出力されなくなった後は、電流フィードフォワード制御量Ｉffも出力されなくなる。その結果、残された電流フィードバック制御系のＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）により、操舵の応答性が決定される。
【０００７】
上記課題を図４〜図７に基づいて、詳細に説明する。図４は、電流フィードバック制御系のみのシステムでの、モータ電流指令値Ｉ*と、位相が遅れて追従するモータ実電流値Ｉmを表している。そして、図５は、電流フィードバック制御系のみのシステムでの、モータ電流指令値Ｉ*と、モータ実電流値Ｉmの電流偏差値ΔＩ（ΔＩ＝Ｉ*−Ｉm）の挙動である。図５から分かるように、モータ電流指令値Ｉ*の過渡時には、モータ実電流値Ｉmの応答遅れが発生し、かなり大きな電流偏差値ΔＩが発生している。尚、この応答遅れは、ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）の各種ゲインに起因する。
【０００８】
図６は、従来の電流フィードバック制御系に、適切な目標電流を補正した電流フィードフォワード制御系を構成した場合の、電流偏差値ΔＩの挙動である。図５に比較して、電流偏差値ΔＩは非常に小さくなっており、操舵の応答性が向上していることがわかる。しかし、この構成においても、図７で明確なように、電流フィードフォワード制御量Ｉffが出力されなくなった後（Ａ部参照）は、操舵の応答性が低下していることがわかる。これは、電流フィードフォワード制御量Ｉffが出力されなくなった後は、操舵の応答性が、電流フィードバック制御系のＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）により、操舵の応答性が決定されるためである。
【０００９】
本発明の目的は、簡易な方法で、操舵の応答性の低下を防止し、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】
【００１０】
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）と、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少なくとも比例・積分補償器を有する電流フィードバック手段（２９）と、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）をフィードフォワード系で駆動する電流フィードフォワード手段（２９）とを備え、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、前記電流フィードフォワード手段（２９）の制御量を監視する電流フィードフォワード制御量監視手段（２９）と、前記制御手段（２９）は、前記電流フィードフォワード制御量監視手段（２９）で監視する制御量が、所定値以上になった場合には、前記電流フィードバック手段（２９）の積分補償器の積分ゲインを第１の所定値とし、前記電流フィードフォワード制御量監視手段（２９）で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、前記電流フィードバック手段（２９）の積分補償器の積分ゲインを、前記第１の所定値より大きな第２の所定値にすること、を要旨とする。
【００１１】
本請求項の電動パワーステアリング装置では、電流フィードバック制御と、電流フィードフォワード制御とを備え、更に、電流フィードフォワード制御の制御量を監視する電流フィードフォワード制御量監視部を設けた。そして、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が、所定値以上になった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを第１の所定値とした。また、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを、第１の所定値より大きな第２の所定値にする構成とした。
【００１２】
その結果、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が、所定値より小さくなった場合には、操舵の応答性を高める電流フィードフォワード制御量Ｉffが出力されなくなったと判断し、電流フィードバック制御のＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）３１の積分補償器の積分ゲインを大きくすることにより、操舵の応答性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な方法で、操舵の応答性の低下を防止し、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】
【００１４】
【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】電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視手段の処理手順を示すフローチャート。
【図４】電流フィードバック制御時のモータ電流指令値とモータ実電流値の波形図。
【図５】電流フィードバック制御時のモータ電流指令値とモータ実電流値の電流偏差値の波形図。
【図６】電流フィードバック制御に電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量を加算した値とモータ実電流値の電流偏差値の波形図。
【図７】電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量が所定値より小さくなった後のモータ電流指令値とモータ実電流値の電流偏差値の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
一方、ＥＣＵ２７には、車速センサ２５、及びトルクセンサ２６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、及び操舵トルクτを検出する。
【００１９】
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。
【００２０】
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５０、及びモータ２１に通電されるモータ実電流値Ｉmを検出するためのモータ電流検出部５１とを備えている。
【００２１】
モータ駆動回路５０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５０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。
【００２２】
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に通電されるモータ実電流値Ｉm、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５０にモータ制御信号を出力する。
【００２３】
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。
【００２４】
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５０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。
【００２５】
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。
【００２６】
モータ制御信号生成部４４は、電流指令値演算部３０で演算されたモータ電流指令値Ｉ*と、電流検出器５１から検出されたモータ実電流値Ｉmを入力する。そして、モータ制御信号生成部４４は、上記入力した各状態量（Ｉ*、Ｉm、）と、減算器３５、ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）３１、加算器３６、３７、ＰＷＭ出力部３８、電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）処理部３９、電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視部４０、及びメモリ領域４１（積分ゲイン、電流Ｆ/Ｆ制御量所定値）と、を備え電流フィードバック制御部、及び電流フィードフォワード制御部を構成する。
【００２７】
電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視部４０は、電流指令値演算部３０で演算されたモータ電流指令値Ｉ*から、電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）処理部３９で処理された、電流フィードフォワード制御量を監視している。そして、監視している電流フィードフォワード制御量が、電流Ｆ/Ｆ制御量所定値Ｉ0より大きいか、小さいかによって、メモリ領域４１から、通常電流Ｆ/Ｆ時の積分ゲイン所定値（第１の所定値α1）、又は電流Ｆ/Ｆ完了時の積分ゲイン所定値（第２の所定値α2）を読み出し、積分項３３の積分ゲインＫiを更新する。
【００２８】
ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）３１は、モータ電流指令値Ｉ*と、モータ実電流値Ｉmとを、減算器３５で減算して得られる電流偏差値ΔＩを入力する。そして、電流偏差値ΔＩを、比例項３２、積分項３３、及び微分項３４で補償演算し、その出力値を加算器３６で加算する。加算された状態量は、更に、加算器３７で電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量を加算され、後段のＰＷＭ出力部３８に入力される。尚、本実施形態では、上記積分項３３の積分ゲインＫiは、電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視部４０の判定結果により、可変構造となっている。
【００２９】
次に、本実施形態のマイコン２９による、電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視部４０の処理手順について、図３に基づいて説明する。
マイコン２９は、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、マイコン２９は、ＩＧがオンの場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、通常電流Ｆ/Ｆ時の積分ゲイン所定値（第１の所定値）α1をメモリ領域４１から読込む（ステップＳ１０２）。続けて、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ完了時の積分ゲイン所定値（第２の所定値）α2をメモリ領域４１から読込む（ステップＳ１０３）。次に、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ制御量所定値Ｉ0をメモリ領域４１から読込む（ステップＳ１０４）。更に、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ制御量Ｉffを読込む（ステップＳ１０５）。
【００３０】
次に、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ制御量Ｉffが電流Ｆ/Ｆ制御量所定値Ｉ0以上か否かを判定する（ステップＳ１０６）。そして、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ制御量Ｉffが電流Ｆ/Ｆ制御量所定値Ｉ0以上の場合（Ｉff≧Ｉ0、ステップＳ１０６：ＹＥＳ）には、マイコン２９は、積分ゲインＫiに第１の所定値α1をセットする（Ｋi＝α1、ステップＳ１０７）。そして、マイコン２９は、積分ゲインＫiをＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）３１の積分項３３に出力する（ステップＳ１０８）。
【００３１】
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Ｓ１０９）。そして、マイコン２９は、ＩＧがオフの場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）には、処理を終える。一方、マイコン２９は、ＩＧがオフでない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）には、ステップＳ１０５に移行する。また、マイコン２９は、電流Ｆ/Ｆ制御量Ｉffが電流Ｆ/Ｆ制御量所定値Ｉ0より小さい場合（Ｉff＜Ｉ0、ステップＳ１０６：ＮＯ）には、マイコン２９は、積分ゲインＫiに第２の所定値α2をセットする（Ｋi＝α2、ステップＳ１１０）。そして、マイコン２９は、ステップＳ１０８に移行する。更に、マイコン２９は、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える。
【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。
本実施形態のＥＰＳ１では、電流フィードバック制御と、電流フィードフォワード制御とを備え、更に、電流フィードフォワード制御の制御量を監視する電流フィードフォワード制御量監視部を設けた。そして、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が、所定値以上になった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを第１の所定値とした。また、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを、第１の所定値より大きな第２の所定値にする構成とした。
【００３３】
その結果、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が、所定値より小さくなった場合には、操舵の応答性を高める電流フィードフォワード制御量Ｉffが出力されなくなったと判断し、電流フィードバック制御のＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）の積分補償器の積分ゲインを大きくすることにより、操舵の応答性を高めることができる。
【００３４】
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、電流フィードフォワード制御量監視部で監視する制御量が所定値より小さくなった場合には、電流フィードバック制御の積分補償器の積分ゲインを大きくしたが、積分ゲインと比例ゲインを大きくしても良い。
【００３５】
・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。
【００３６】
・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】
【００３７】
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、
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、電流フィードフォワード手段、制御手段、電流フィードフォワード制御量監視手段）、
３０：電流指令値演算部、３１：ＰＩＤ制御器（比例・積分・微分補償）、
３２：比例項、３３：積分項、３４：微分項、３５：減算器、３６、３７：加算器、
３８：ＰＷＭ出力部、３９：電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）処理部、
４０：電流フィードフォワード（Ｆ/Ｆ）制御量監視部、
４１：メモリ領域（積分ゲイン、Ｆ/Ｆ所定値）、４４：モータ制御信号生成部、
５０：モータ駆動回路、５１：モータ電流検出部（電流検出手段）、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、
Ｉ*：モータ電流指令値、Ｉm：モータ実電流値、ΔＩ：電流偏差値、
Ｉff：電流Ｆ/Ｆ制御量、Ｉ0：電流Ｆ/Ｆ制御量所定値、
Ｋp：比例ゲイン、Ｋi：積分ゲイン、Ｋd：微分ゲイン、
α1：通常電流Ｆ/Ｆ時の積分ゲイン所定値（第１の所定値）、
α2：電流Ｆ/Ｆ完了時の積分ゲイン所定値（第２の所定値）
【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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