(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標電流信号に応じて生成されたＰＷＭ信号で駆動制御するモータに流れるモータ電流のピーク値を検出し、この検出ピーク電流値に基づいてフィードバック制御を行う電動パワーステアリング装置の制御方法において、
前記モータに流れるモータ電流の平均値に対する前記検出ピーク電流値の比が所定値より大きくなるような駆動制御信号のＰＷＭ信号のデューティ比が小さい領域でだけ、前記検出ピーク電流値を補正し、この補正値を前記フィードバック制御に用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方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置の制御方法に関し、特に、モータの動力をステアリング系に作用させて、運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にモータを備え、モータから供給する動力を、制御装置を用いて制御することにより、運転者の操舵力を軽減するものである。
【０００３】
図８は、電動パワーステアリング装置の模式構造図である。電動パワーステアリング装置１００では、ステアリング・ホイール（ハンドル）１０１に一体的に設けられたステアリング軸１０２に、自在継手１０３ａ，１０３ｂを有する連結軸１０３を介して、ラック・ピニオン機構１０５のピニオン１０５ａに連結されることによって、手動操舵トルク発生機構１０６が構成されている。
【０００４】
ピニオン１０５ａに噛み合うラック歯１０７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸１０７は、その両端にタイロッド１０８を介して転動軸としての左右の前輪１０９に連結されている。運転者は、ハンドル１０１を操作することにより、手動操舵トルク発生機構１０６と通常のラック・ピニオン式のステアリング装置を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えることができる。
【０００５】
この手動操舵トルク発生機構１０６によって発生する操舵トルクを軽減するために、アシストトルク（操舵補助トルク）を供給するモータ１１０が例えばラック軸１０７と同軸的に配設され、ラック軸１０７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１１を介してモータ１１０からの回転運動により供給されるアシストトルクが直進運動のための力に変換され、ラック軸１０７に作用する。
【０００６】
モータ１１０のロータには、駆動側ヘリカルギヤ１１０ａが一体的に設けられている。このヘリカルギヤ１１０ａは、ボールねじ機構１１１のねじ軸１１１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギヤ１１１ｂと噛み合っている。また、ボールねじ機構１１１のナットは、ラック軸１０７に連結されている。
【０００７】
図９は、電動パワーステアリング装置の制御装置を示す図である。図８において、図示しないステアリングギヤボックス内には、ピニオン１０５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する手動操舵トルク検出部１１２が設けられる。この手動操舵トルク検出部１１２は、検出した手動操舵トルクＴを手動操舵トルク検出信号Ｔｄに変換し、その変換された手動操舵トルク検出信号Ｔｄを制御装置１１４へ入力する。制御装置１１４は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄを主信号として、モータ１１０の運転を行って、モータ１１０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【０００８】
制御装置１１４は、目標電流決定部１１５と、制御部１１６とを備える。目標電流決定部１１５は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを決定し、目標補助トルクをモータ１１０から供給するために必要となる目標電流信号ＩＴを出力する。
【０００９】
図１０は、制御部１１６のブロック構成図である。制御部１１６は、偏差演算部１１７とモータ運転制御部１１８とモータ駆動部１１９とピーク電流値検出部１２０を備えている。偏差演算部１１７は、目標電流決定部１１５から出力された目標電流信号ＩＴとピーク電流値検出部１２０からのピーク電流信号ＩＭとの偏差を求め、その値を偏差信号１１７ａとして出力する。
【００１０】
モータ運転制御部１１８は、偏差電流制御部１２１とＰＷＭ信号生成部１２２とを備えている。偏差電流制御部１２１は、入力された偏差信号１１７ａに対して比例、積分、微分等の処理を施して偏差信号１１７ａの値がゼロに近づくように、モータ１１０に供給するモータ電流を制御するための駆動電流信号１２１ａを生成・出力する。
【００１１】
ＰＷＭ信号生成部１２２は、駆動電流信号１２１ａに基づいてモータ１１０をＰＷＭ運転するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号１２２ａとして出力する。
【００１２】
モータ駆動部１１９は、ゲート駆動回路部１２３と４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路１２４とを備える。ゲート駆動回路部１２３は、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）１２２ａに基づいて、ハンドル１０１の操舵方向に応じて２つの電界効果トランジスタを選択し、選択した２つの電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。
【００１３】
ピーク電流値検出部１２０は、モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）のピーク値を検出してピーク電流信号ＩＭを出力する。
【００１４】
以上により、制御装置１１４は、手動操舵トルク検出部１１２によって検出された手動操舵トルクＴに基づいてバッテリ電源１２６からモータ１１０へ供給する電流をＰＷＭ制御し、モータ１１０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００１５】
また、図１０に示すように、制御装置１１４は、制御部１１６においてモータ１１０に実際に流れるモータ電流のピーク値をピーク電流信号ＩＭとして検出し、ピーク電流信号ＩＭに基づくフィードバック制御を行うことで、モータ１１０の制御特性を向上させている。
【００１６】
以上のようにして、運転者の手動操舵トルクＴは、手動操舵トルク発生機構１０６の手動操舵トルク検出部１１２により検出されて、制御装置１１４により、モータ１１０の出力を駆動制御してステアリングギヤボックスのラック軸１０７が直進運動するための力をアシストする。
【００１７】
次に、従来の制御装置１１４において行われている制御方法について説明する。図１０に示すように、この制御方法においては、フィードバック制御を行っており、制御対象であるモータ１１０を制御装置１１４で制御することによって駆動させる。このときのモータ１１０に流れるモータ電流のうち、Ｈ型ブリッジ回路で接続した電力用電界効果トランジスタの対角する２つのトランジスタがＯＮのときにモータ１１０に流れるモータ電流がピーク電流値検出部１２０により検出される。
【００１８】
図１１は、ピーク電流値検出部１２０とモータ駆動回路１２４とモータ１１０とバッテリ１２６の回路構成を示す図である。ピーク電流値検出部１２０は、モータ駆動回路１２４に直列に接続されたシャント抵抗１２５の両端に生じる電圧ＶＳ（ｔ）からピーク電流信号ＩＭを生成し出力するピーク電流値検出部１２０には、入力電圧ＶＳ（ｔ）のピーク値ＶＰを一定時間保持するピークホールド回路を用いたピークホールド式を用いている。ピーク電流値検出部１２０から出力されるピーク電流信号ＩＭの値はモータ電流のピーク値（検出ピーク電流値）ＩＳＰである。なお、車両運転時にはスイッチ１２７は閉じた状態にある。このときバッテリ１２６の電圧はコンデンサ１２８に印加されている。コンデンサ１２８はモータ駆動回路１２４に印加されるバッテリ電圧を安定化させるためのコンデンサである。
【００１９】
ピーク電流値検出部１２０により検出された検出ピーク電流値ＩＳＰ（ピーク電流信号ＩＭ）をフィードバックすることによって偏差演算部１１７で目標電流信号ＩＴと検出ピーク電流値ＩＳＰとの偏差を求め、その偏差がゼロになるようにモータ駆動を制御する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ピークホールド式のピーク電流値検出部を用いたフィードバック制御系を備えた電動パワーステアリング装置では、次のような問題が提起される。ピーク電流値検出部１２０では、ピークホールド回路で電流検出を行っていることから、ＰＷＭ信号のデューティー比に応じて変動するモータ電流においてピーク値を読み取るため、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％より小さいときのモータ電流が小さい値をとる領域においては、実際のモータ電流の平均値と検出ピーク電流値との差はかなり大きくなる。以下にＰＷＭ信号のデューティー比と検出ピーク電流値との関係およびその問題点を指摘する。
【００２１】
図１２と図１３は、ＰＷＭ信号に対する各電流値（モータ電流、モータ電流平均値、シャント電流、検出ピーク電流値）の時間変化を示すタイミングチャートである。図１２は、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％より大きくモータ電流が大きい場合のタイミングチャートである。図１２で、（ａ）はＰＷＭ信号生成部１２２から出力されるＰＷＭ信号１２２ａの時間変化を示し、（ｂ）はモータ１１０に流れるモータ電流ＩＭＭの時間変化、モータ電流の平均値Ｉａ、シャント電流Ｉｓｈ、ピーク電流値検出部１２０で検出されるピーク電流信号ＩＭ（検出ピーク電流値ＩＳＰ）を示す。この場合には、モータ電流の平均値Ｉａとモータ電流のピーク値、すなわち検出ピーク電流値ＩＳＰの比ＩＳＰ／Ｉａは、１に近い値となっている。すなわち、モータ電流の平均値Ｉａと検出ピーク電流値ＩＳＰは、近い値となっている。
【００２２】
図１３は、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％より小さくモータ電流が小さい場合のタイミングチャートである。図１３で（ａ）はＰＷＭ信号生成部１２２から出力されるＰＷＭ信号１２２ａの時間変化を示し、（ｂ）はモータ１１０に流れるモータ電流ＩＭＭの時間変化、モータ電流の平均値Ｉａ、シャント電流Ｉｓｈ、ピーク電流値検出部１２０で検出されるピーク電流信号ＩＭ（検出ピーク電流値ＩＳＰ）を示す。この場合には、モータ電流の平均値Ｉａとモータ電流のピーク値、すなわち検出ピーク電流値ＩＳＰの比ＩＳＰ／Ｉａは、１よりかなり大きい値となっている。すなわち、モータ電流の平均値Ｉａと検出ピーク電流値ＩＳＰは、大きく異なった値となっている。
【００２３】
それ故、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％より小さくモータ電流が小さい場合には、フィードバック制御に用いる検出ピーク電流値ＩＳＰがモータ電流の平均値Ｉａと大きく異なった値であるため、最適なフィードバック制御が行えなくなる。
【００２４】
図１４は、実際のモータ電流の平均値Ｉａに対する検出ピーク電流値ＩＳＰを示すグラフである。図１４において、横軸はモータ電流の平均値Ｉａであり、縦軸は検出ピーク電流値ＩＳＰである。この特性は、モータ電流の平均値Ｉａの小さいところでは、ＩＳＰ／Ｉａが１より大きく、また、非線型な特性となる。
【００２５】
それ故、ピークホールド式のピーク電流値検出部１２０を用いたフィードバック制御系の制御装置１１４における従来の制御方法では、実際の制御特性は、図１５に示すようになる。図１５では、横軸は目標電流信号ＩＴであり、縦軸は実際に流れるモータ電流の平均値Ｉａである。このように、モータ電流の平均値Ｉａは、目標電流信号ＩＴと一致せず小さい値となってしまう。そのため、目標電流信号ＩＴの小さいハンドルの切り始めでは、モータ電流の平均値Ｉａが不足し狙いの目標電流信号ＩＴ通りに出力できないため、フィーリングが思うようにセッティングできない。
【００２６】
すなわち、上記のように従来の制御装置１１４においては、ピーク電流値検出部１２０によりモータ電流のピーク値、すなわち検出ピーク電流値ＩＳＰをフィードバックして制御しているため、図１５で示したような目標電流信号の小さい電流領域においては、実際のアシスト電流（モータ電流の平均値）が目標とするアシスト電流（モータ電流の平均値）よりも少なくなり、アシストが不足するという問題がある。
【００２７】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、目標電流信号が小さい領域においても目標とするアシスト電流との差を少なくし十分な操舵力アシストを得ることができる電動パワーステアリング装置の制御方法を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００３１】
第１の電動パワーステアリング装置の制御方法（請求項１に対応）は、目標電流信号に応じて生成されたＰＷＭ信号で駆動制御するモータに流れるモータ電流のピーク値を検出し、この検出ピーク電流値に基づいてフィードバック制御を行う電動パワーステアリング装置の制御方法において、モータに流れるモータ電流の平均値に対する検出ピーク電流値の比が所定値より大きくなるような駆動制御信号のＰＷＭ信号のデューティ比が小さい領域でだけ、検出ピーク電流値を補正し、この補正値をフィードバック制御に用いることで特徴づけられる。
【００３２】
第１の電動パワーステアリング装置の制御方法によれば、モータに流れるモータ電流の平均値に対する検出ピーク電流値の比が所定値より大きくなるような駆動制御信号のＰＷＭ信号のデューティ比が小さい領域でだけ、検出ピーク電流値を補正し、この補正値をフィードバック制御に用いるため、補正を必要な領域でのみするようになるので、適切な補正が行え、最適なフィードバック制御を行うことができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３８】
電動パワーステアリング装置の構造は、図８に示したものと基本的に同じであり、その構造ならびに動作については前述した通りである。
【００３９】
図１は、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法を行うための制御装置における制御部のブロック構成図である。図１に示す制御部１は、図９と図１０に示した従来の制御装置１１４の制御部１１６に対して、電流検出補正部１０を追加したものである。
【００４０】
電流検出補正部１０は、入力されるピーク電流値検出部１２０からの検出ピーク電流値ＩＳＰを減算補正し、補正電流値（補正値）ＩＰＭを出力する。そして、その補正値ＩＰＭが偏差演算部１１７に入力され、フィードバック制御に用いられる。
【００４１】
図２は、電流検出補正部１０の第１の具体例を示す構成図である。電流検出補正部１０には、ＣＰＵ１１とメモリ１２を備えており、メモリ１２には、電流補正対応テーブル１３と補正プログラム１４を記憶させてある。
【００４２】
電流補正対応テーブル１３は、減算補正に必要なピーク電流値検出部１２０で検出される各検出ピーク電流値ＩＳＰに対するモータ電流の平均値Ｉａの関係を示すグラフから求められたテーブルである。具体的には、例えば、図１４におけるグラフの各検出ピーク電流値ＩＳＰにおけるモータ電流の平均値Ｉａとの差を求め、その差を電流補正量Ｄとして、各検出ピーク電流値ＩＳＰと電流補正量Ｄの対応に関するテーブルである。図３は、その電流補正対応テーブル１３をグラフ化したものである。
【００４３】
補正プログラム１４は、検出ピーク電流値ＩＳＰから補正電流値ＩＰＭを求めるためのプログラムであり、そのフローチャートを図４で示す。電流検出補正部１０にピーク電流値検出部１２０から検出ピーク電流値ＩＳＰが入力されると（ステップＳＴ１０）、ＣＰＵ１１により、その検出ピーク電流ＩＳＰに対応する電流補正量Ｄをメモリの補正対応テーブル１３から検索し（ステップＳＴ１１）、次の（１）式で示した演算を行うことにより（ステップＳＴ１２）、補正電流値ＩＰＭを求め出力する（ステップＳＴ１３）。
【００４４】
【数１】
ＩＰＭ＝ＩＳＰ−Ｄ      （１）
【００４５】
次に、図１に示す制御部１を有する制御装置での制御方法を説明する。図１で示される偏差演算部１１７は、図９で示した目標電流決定部１１５から出力される目標電流信号ＩＴと電流検出補正部１０からの補正電流値ＩＰＭとの偏差を求め、その値を偏差信号１１７ａとして出力する。その偏差信号１１７ａが入力されたモータ運転制御部１１８は、従来と同様にして駆動制御信号１２２ａをモータ駆動部１１９に出力する。それにより、モータ駆動部１１９は従来と同様にモータを駆動する。
【００４６】
そのときのモータに流れる電流は、図１で示したピークホールド式のピーク電流値検出部１２０で検出される。その検出ピーク電流値ＩＳＰは、電流検出補正部１０に送られる。検出ピーク電流値ＩＳＰが入力されると電流検出補正部１０は、補正プログラム１４に従って動作し、ＣＰＵ１１により、その検出ピーク電流値ＩＳＰに対応する電流補正量Ｄをメモリの電流補正対応テーブル１３から検索し、（１）式で示した演算を行うことにより、補正電流値（補正値）ＩＰＭを求め出力する。
【００４７】
その補正電流値ＩＰＭを偏差演算部１１７に入力し、目標電流信号ＩＴとの偏差を演算し、従来の制御部１１６と同様、その偏差が小さくなるように、制御部１により最終出力をモータ駆動部１１９に送信する。それにより、目標電流に対して、線形な電流出力特性が得られる。
【００４８】
そのときの制御特性、すなわち、本実施形態の制御方法を用いたときの目標電流に対するモータ電流の特性を示すグラフを図５のＬ１により示す。横軸は、目標電流値であり、縦軸は、モータ電流の平均値を示す。目標電流値に対して、リニアな電流出力特性が得られていることが分かる。Ｌ２は比較のための従来の制御方法を用いたときの制御特性である。
【００４９】
このように、この制御方法により、目標電流信号に対して、リニアな電流出力特性が得られるため、セッティングする際に、特にハンドルの切り始めの初期領域で狙い通りの操舵力アシストがセッティングできるようになる。
【００５０】
図６は、電流検出補正部の第２の具体例を示す構成図である。この第２の具体例では、モータに流れる電流の平均値Ｉａに対する検出ピーク電流値ＩＳＰの比が所定値より大きくなるような目標電流信号の値が小さい領域でだけ、検出ピーク電流を減算補正し、この補正電流値ＩＳＰをフィードバック制御に用いるようにしたものである。
【００５１】
電流検出補正部２０には、ＣＰＵ２１とメモリ２２を備えており、メモリ２２には、電流補正対応テーブル２３とピーク電流値−モータ電流平均値対応テーブル２４と補正プログラム２５を記憶させてある。
【００５２】
電流補正対応テーブル２３は、第１の具体例で示した補正対応テーブルと同様のものである。ピーク電流値−モータ電流平均値対応テーブル２４は、ピーク電流検出部１２０で検出される各検出ピーク電流値ＩＳＰに対するモータ電流の平均値Ｉａのテーブルである。
【００５３】
補正プログラム２５は、図７で示すフローチャートに従って実行するプログラムである。電流検出補正部２０にピーク電流値検出部１２０から検出ピーク電流値ＩＳＰが入力されると（ステップＳＴ２０）、ＣＰＵ２１により、その検出ピーク電流値ＩＳＰに対応するモータ電流の平均値Ｉａを検索し（ステップＳＴ２１）、ＩＳＰ／Ｉａを計算し（ステップＳＴ２２）、もし、その値が所定の値ｋより小さい場合は、検出ピーク電流値ＩＳＰをそのまま出力する（ステップＳＴ２３）。また、Ｉｐ／Ｉａが所定の値以上である場合、ＣＰＵ２１により、その検出ピーク電流値ＩＳＰに対応する補正量Ｄをメモリ２２の電流補正対応テーブル２３から検索し（ステップＳＴ２４）、（１）式で示した演算を行うことにより（ステップＳＴ２５）、補正電流値ＩＰＭを求め出力する（ステップＳＴ２６）。ここで、所定の値ｋとして、フィーリングを損なわない程度、１に近い値、例えば１．１に設定する。
【００５４】
この電流検出補正部２０を用いた場合、モータに流れる電流の平均値Ｉａに対する検出ピーク電流値ＩＳＰの比が所定値ｋより大きくなるような目標電流信号が小さい領域でだけ、検出ピーク電流値ＩＳＰを減算補正し、この補正電流値ＩＰＭをフィードバック制御に用いるため、補正を必要な領域でのみするようになるので、適切な補正が行え、最適なフィードバック制御を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、検出ピーク電流値からモータ電流の平均値を減じた値を電流補正量とした電流補正対応テーブルに用いたことから、補正として減算補正を行うように説明したが、補正として減算補正に限らない。すなわち、モータ電流の平均値から検出ピーク電流値を減じた値を電流補正量とした電流補正対応テーブルを用いた場合には、加算補正を行い、検出ピーク電流値をモータ電流の平均値で割った値を電流補正量とした電流補正対応テーブルを用いた場合には、除算補正を行い、モータ電流の平均値を検出ピーク電流値で割った値を電流補正量とした電流補正対応テーブルを用いた場合には、乗算補正を行うようにすることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００５７】
検出ピーク電流値を補正しモータ電流の平均値に近い値をフィードバック値として制御するため、目標電流が小さい電流領域、すなわち、直進時ゆっくり操舵するハンドル切り始め時のアシスト電流が、ねらい通りの目標電流で制御できるようになり、アシストフィーリングが向上する。また、目標電流通りの電流が流れるようになるためセッティングが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御方法を行うための制御装置における制御部のブロック構成図である。
【図２】電流検出補正部の第１の具体例を示す構成図である。
【図３】各検出ピーク電流と電流補正量との関係を示すテーブルをグラフ化した図である。
【図４】補正プログラムのフローチャートである。
【図５】本実施形態の制御方法を用いたときの目標電流に対するモータ電流の特性を示すグラフである。
【図６】電流検出補正部の第２の具体例を示す構成図である。
【図７】補正プログラムのフローチャートである。
【図８】電動パワーステアリング装置の模式構造図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置の制御機構を示す図である。
【図１０】従来の制御部のブロック構成図である。
【図１１】ピーク電流値検出部とモータ駆動回路とモータとバッテリ電源の回路構成を示す図である。
【図１２】各電流値の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図１３】各電流値の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図１４】実際のモータ電流の平均値に対する検出ピーク電流値を示すグラフである。
【図１５】従来の制御方法を用いたときの目標電流に対するモータ電流の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０          電流検出補正部
１１          ＣＰＵ
１２          メモリ
１３          補正対応テーブル
１４          補正プログラム
２０          電流検出補正部
２１          ＣＰＵ
２２          メモリ
２３          電流補正対応テーブル
２４          ピーク電流値−モータ電流平均値対応テーブル
２５          補正プログラム
１１０        モータ
１１２        手動操舵トルク検出部
１１４        制御装置
１１５        目標電流決定部
１１６        制御部
１１７        偏差演算部
１１８        モータ運転制御部
１１９        モータ駆動部
１２０        ピーク電流値検出部
【図１】
0003886780.tif 000002
【図２】
0003886780.tif 000003
【図３】
0003886780.tif 000004
【図４】
0003886780.tif 000005
【図５】
0003886780.tif 000006
【図６】
0003886780.tif 000007
【図７】
0003886780.tif 000008
【図８】
0003886780.tif 000009
【図９】
0003886780.tif 000010
【図１０】
0003886780.tif 000011
【図１１】
0003886780.tif 000012
【図１２】
0003886780.tif 000013
【図１３】
0003886780.tif 000014
【図１４】
0003886780.tif 000015
【図１５】
0003886780.tif 000016