(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じてモータ電流指令値を算出し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記コントロールユニットが、前記モータ電流指令値の最大値を制限する最大電流制限部を有し、前記モータの温度測定値又は温度推定値により、前記制限されたモータ電流指令値を前記モータのトルク定数の温度変化による変化に対応して補正し、該補正されたモータ電流指令値でモータ電流を制御するようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に温度変化に応じてモータ電流特性の変化を補償制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる電動パワーステアリング装置は、据え切り状態でハンドルの端当てロック状態が長時間保持されたり、長時間の車庫入れ動作が繰り返されたりすると、モータに大電流が連続して流れることになり、モータが発熱して発煙したり匂いを出したり、更には焼損するなどして事故を誘発しかねないといった問題がある。
【０００３】
このようなモータの過度の使用等による発熱を防止したり、モータを保護する目的から従来はモータに温度センサを取付けるか、又はモータの駆動素子の放熱器に温度センサを取付け、温度センサの検出温度に基いてモータの巻線温度を推定し、巻線温度に応じてモータの過熱を防止するようにしている。また、温度センサを用いないモータの保護装置として、特開平１−１８６４６８号公報に示されているように、モータ電流の所定時間毎の平均電流の大きさに応じてモータ電流の最大値を制限する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の電動パワーステアリング装置の制御装置ではモータの過熱による故障を防止する機能を有しているが、温度変化によるモータ電流特性の変化に対しては何ら補償制御を行なっていない。モータがエンジンルーム内にレイアウトされる電動パワーステアリング装置では、エンジンと車両環境モータの使用の状態により−４０℃〜２００℃という大きな温度変化が頻繁に発生する。この温度変化によりモータの電気特性が変化し、モータの出力特性が大きく変化する。このため、電動パワーステアリング装置の環境温度により、操舵補助特性が変化するという問題があった。
【０００５】
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置のモータ温度を測定又は推定し、その測定値又は推定値によってモータ電流指令値を補正して、温度変化によるモータ電流特性の変化に対する補償制御を行なう電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【０００６】
本発明は、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ハンドルと一体的に設けられたステアリングシャフトを補助負荷付勢するモータと、前記操舵トルクの大きさに応じてモータ電流指令値を算出し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、前記コントロールユニットが、前記モータ電流指令値の最大値を制限する最大電流制限部を有し、前記モータの温度測定値又は温度推定値により、前記制限されたモータ電流指令値を前記モータのトルク定数の温度変化による変化に対応して補正し、該補正されたモータ電流指令値でモータ電流を制御することによって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、電動パワーステアリング装置のモータの温度変化による特性変化が操舵補助特性の変化として現われないように、モータ温度の測定値又は推定値によりモータ電流指令値を補正する。このため、温度変化の大きい環境下で電動パワーステアリング装置が使用された場合でも、操舵補助特性を常に同一にして制御することができる。
【０００８】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【０００９】
先ず、本発明を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成を図１に示して説明する。操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ，ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０がクラッチ２１、減速ギア３を介して軸２に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行ない、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。クラッチ２１はコントロールユニット３０でＯＮ／ＯＦＦ制御され、通常の動作状態ではＯＮ（結合）されている。そして、コントロールユニット３０によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー１１によりバッテリ１４の電源がＯＦＦとなっている時に、クラッチ２１はＯＦＦ（切離）される。
【００１０】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵで構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。例えば位相補償器３１は独立したハードウェアとしての位相補償器を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示している。尚、コントロールユニット３０をＣＰＵで構成せず、各機能要素を独立のハードウェアで構成することも可能である。
【００１１】
ここで、コントロールユニット３０の一般的な機能及び動作を説明する。トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定し、操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されている。メモリ３３は車速Ｖをパラメータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、操舵補助指令値演算器３２による操舵補助指令値Ｉの演算に使用される。操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共にフィードバック系の特性を改善するための積分演算器３６に入力される。微分補償器３４及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに加算入力され、加算器３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流検出値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【００１２】
モータ駆動回路３７の構成例を図３に示して説明すると、モータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流制御値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータに流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ１の大きい領域ではＰＷＭ信号の符号により決定されるモータの回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。例えばＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モータ２０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モータ２０に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モータ２０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モータ２０に負方向の電流が流れる。従って、加算器３０Ｂからの電流制御値ＥもＰＷＭ出力となっている。又、モータ電流検出回路３８は抵抗Ｒ１の両端における電圧降下に基いて正方向電流の大きさを検出すると共に、抵抗Ｒ２の両端における電圧降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ電流検出回路３８で検出されたモータ電流検出値ｉは、減算器３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【００１３】
上述のような一般的なコントロールユニット３０に対して、本発明では図４に示すようにトルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴに基づいて操舵補助や補償制御のためのモータ電流指令値Ｉｒｅｆを決定し、モータ電流検出回路３８からのモータ電流検出値ｉがモータ電流指令値Ｉｒｅｆと等しくなるように制御している。モータ電流指令値Ｉｒｅｆは上下制限値±Ｉｌｍｔを有する最大電流制限部４０から出力され、モータ電流指令値Ｉｒｅｆとモータ電流検出値ｉとの差（Ｉｒｅｆ−ｉ）が減算器４１で求められ、その差電流（Ｉｒｅｆ−ｉ）が電流制御部５０に入力される。一方、位相補償器３１の出力は操舵補助指令値演算部３２及び演算器４２を経て最大電流制限部４０に入力され、電流制御部５０からの駆動電流及びモータ電流検出回路３８からのモータ電流検出値ｉに基いて、モータ角速度推定部４３で推定された角速度ωはロストルク補償器４４及び収れん性制御器４５に入力され、モータ角加速度推定部４６からの角加速度ω＊は慣性補償器４７に入力される。ロストルク補償器４４、収れん性制御器４５及び慣性補償器４７の各出力は演算器４２に入力されている。尚、図４では、モータ２０をモータ電気的特性部２１とモータトルク定数部２２にとに分離している。
【００１４】
収れん性制御器４５は、車両のヨーの収れん性を改善するためにハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。ロストルク補償器４４は、モータ２０のロストルクの影響をキャンセルするために、ロストルク補償信号ＬＴを出力してモータ２０のロストルクの発生する方向、つまりモータ２０の回転方向に対してロストルク相当のアシストを行なう。又、慣性補償器４７はモータ２０の慣性により発生する力相当分をアシストするものであり、慣性補償信号を出力して慣性感又は制御の応答性の悪化を防ぐようになっている。従って、ロストルク補償器４４に入力される推定値ωはモータ回転方向を示すものであり、慣性補償器４７に入力される推定値ω＊はモータ角加速度を示すものとなっている。
【００１５】
ここで、モータ電流検出値ｉとモータ２０の出力トルクτとの関係は、トルク定数をＫＴとして下記数１となる。
【００１６】
【数１】
τ＝ＫＴ・ｉ
一般的にトルク定数ＫＴを一定とみなしてモータ電流検出値ｉを制御することにより、操舵補助トルクを制御している。
【００１７】
ところで、モータ２０のトルク定数ＫＴは図５に示すように温度ｔの関数となっており、特にモータが温度変化の大きい環境下で使用された場合、その影響は無視できない。図５において、特性Ａは温度２０℃におけるトルク定数ＫＴ２０を示しており、温度が上昇すると特性Ｂのように急勾配となり、温度が下降すると特性Ｃのように緩勾配となる。これより、トルク定数ＫＴと温度ｔとの関係は、トルク定数の温度係数をβとして次の数２となる。
【００１８】
【数２】
ＫＴ（ｔ）＝｛１＋０．００２（ｔ−２０）／β｝・ＫＴ２０
このようなトルク定数ＫＴの温度による変化を補正するため、次のような補正係数ａを導入する。
【００１９】
【数３】
ａ＝１／｛１＋０．００２（ｔ−２０）／β｝
そして、この補正係数ａでモータ電流指令値Ｉｒｅｆを下記数４で補正し、補正後のモータ電流指令値Ｉｒｅｆ＊を得る。
【００２０】
【数４】
Ｉｒｅｆ＊＝Ｉｒｅｆ・ａ
また、電流制御によってモータ電流指令値Ｉｒｅｆ＝モータ電流検出値ｉが満たされている場合、モータ２０の出力トルクτは次のようになる。
【００２１】
【数５】
τ＝ＫＴ（ｔ）・Ｉｒｅｆ＊
ここで、数２、数４を数５に代入すると、
【数６】
τ＝ＫＴ２０・Ｉｒｅｆ
となる。このように温度２０℃におけるトルク定数ＫＴは温度に依存しないので、出力トルクτの温度変化を補正することができる。この場合、操舵補助特性はトルク定数ＫＴ２０に基づいて設定する。
【００２２】
また、モータ電流指令値Ｉｒｅｆは最大電流制限部４０で最大電流指令値Ｉｒｅｆが上下限値±Ｉｌｍｔに制限されるが、上記数６のようなトルク定数の補正を行なえば、モータ出力トルクτの最大値も補正される。例えばモータ温度が２０℃より高い場合、トルク定数ＫＴは小さくなるので補正係数ａは１以上になり、モータ電流指令値Ｉｒｅｆの最大値もＩｒｅｆ・ａとなり、モータ出力トルクτの最大値の減少を防ぐことができる。尚、補正係数ａは図６に示すようにしてモータ電流指令値Ｉｒｅｆを補正し、補正されたモータ電流指令値Ｉｒｅｆ＊を減算器４１に入力する。モータの温度推定は例えば下記数７による。数７は基準温度を２０℃にした例であるが、任意の温度を基準温度として求めることができる。
【００２３】
【数７】
ｔ＝（Ｒ−Ｒ２０）／α＋２０  （℃）
Ｒ２０：２０℃におけるモータ端子間抵抗値
α：モータ巻線の温度係数
尚、温度はセンサを設けて測定するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、モータの温度による特性変化が操舵補助特性に影響しないようにするため、モータ温度を推定又は測定してモータ電流指令値を補正するように動作する。従って、モータが温度変化の大きい環境下で使用された場合でも、操舵補助特性を変化させないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である。
【図２】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図３】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図４】本発明によるコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図５】トルク定数の特性例を示す特性図である。
【図６】本発明の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    操向ハンドル
５    ピニオンラック機構
１０    トルクセンサ
１２    車速センサ
２０    モータ
３０    コントロールユニット
３１    位相補償器
３７    モータ駆動回路
３８    モータ電流検出回路
４０    最大電流制限部
５０    電流制御部
５１    補正係数（α）
【図１】
0003991416.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003991416.tif 000005
【図５】
0003991416.tif 000006
【図６】
0003991416.tif 000007