(57)【要約】【課題】ノイズの影響の小さい、より正確な実電流値を検出することによって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】ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷から所定の固定時間である実電流値検出用基準サンプリング時間を基準として、電流センサによって、実電流値を検出する実電流値検出用サンプリング時間を実電流値検出用基準サンプリング時間とランダム時間の加算値により設定する構成とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによっ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、
車速を検出する車速センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記モータに流れる実電流値を検出する電流センサと、
前記車速、及び、前記操舵トルクに基づいて演算して求められた電流指令値と、前記実電流値との差分である偏差電流値を求め、前記偏差電流値に基づき演算されたデューティ比に基づき、前記モータの動作をＰＷＭ信号によって制御するマイコンとを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記電流センサから実電流値をサンプリングする実電流値検出用サンプリング時間を決定する、実電流値検出用サンプリング時間決定部を更に備え、
前記実電流値検出用サンプリング時間決定部は、ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷から所定の固定時間である実電流値検出用基準サンプリング時間を基準として、前記電流センサによって、前記実電流値を検出する前記実電流値検出用サンプリング時間を前記実電流値検出用基準サンプリング時間とランダム時間の加算値により、設定すること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記実電流値検出用サンプリング時間決定部は、前記デューティ比が所定の第１デューティ比より大きく、且つ、所定の第２デューティ比より小さい場合以外には、前記ランダム時間をゼロに設定することを特徴とする請求項１記載の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、電動モータにより操舵補助を行う電動パワーステアリング装置では、操舵トルクと車速によって、アシスト力を決めている。そして、電動モータに流れる実電流値を電流センサで検出して、上記アシスト力を発生させる電流指令値と一致するように、制御系が構成されている。そのため、電流センサがより正確な実電流値を検出することは、電動パワーステアリング装置では、重要な要素となっている。
【０００３】
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、実電流値の検出精度を上げるために、２個のアナログ／デジタル変換器を備え、実電流値の大きさに応じて、２個のアナログ／デジタル変換器を切り替える制御方法を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０４６６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記制御方法では、実電流値検出用サンプリング周期は定周期であるため、電流センサから検出した実電流値に、実電流値検出用サンプリング周期の整数倍の周期のノイズが乗った場合には、実電流値が正確に検出できないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ノイズの影響の小さい、より正確な実電流値を検出することによって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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータによっ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、車速を検出する車速センサと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記モータに流れる実電流値を検出する電流センサと、前記車速、及び、前記操舵トルクに基づいて演算して求められた電流指令値と、前記実電流値との差分である偏差電流値を求め、前記偏差電流値に基づき演算されたデューティ比に基づき、前記モータの動作をＰＷＭ信号によって制御するマイコンとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記電流センサから実電流値をサンプリングする実電流値検出用サンプリング時間を決定する、実電流値検出用サンプリング時間決定部を更に備え、前記実電流値検出用サンプリング時間決定部は、ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷から所定の固定時間である実電流値検出用基準サンプリング時間を基準として、前記電流センサによって、前記実電流値を検出する前記実電流値検出用サンプリング時間を前記実電流値検出用基準サンプリング時間とランダム時間の加算値により、設定することを、要旨とする。
【０００８】
本請求項の電動パワーステアリング装置は、ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷から所定の固定時間である実電流値検出用基準サンプリング時間を基準として、電流センサによって、実電流値を検出する前記実電流値検出用サンプリング時間を実電流値検出用基準サンプリング時間とランダム時間の加算値により、設定する構成とした。
【０００９】
即ち、実電流値検出用サンプリング時間を各サンプリング点に応じてランダム時間になるようにしたので、電流センサから検出した実電流値に、実電流値検出用サンプリング周期の整数倍の周期のノイズが乗った場合でも、検出される実電流値はノイズの影響を受けにくい。
その結果、ノイズの影響の小さい、より正確な実電流値を検出することによって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。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記実電流値検出用サンプリング時間決定部は、前記デューティ比が所定の第１デューティ比より大きく、且つ、所定の第２デューティ比より小さい場合以外には、前記ランダム時間をゼロに設定することを、要旨とする。
【００１１】
実電流値検出用サンプリング時間を、実電流値検出用基準サンプリング時間とランダム時間の加算値により設定した場合には、実電流値検出用サンプリング時間は、ランダム時間の分だけ長くなる。
【００１２】
一方、デューティ比がある所定の範囲内にない場合は、デューティ比によって決定されるＰＷＭ信号のＯＮ幅、またはＯＦＦ幅が短くなる。この時、実電流値検出用サンプリング時間が長すぎると、本来のＰＷＭ信号のＯＮまたはＯＦＦの適切なタイミングで、実電流値を検出することができなくなってしまう。
【００１３】
即ち、デューティ比が所定の第１デューティ比より大きく、且つ、所定の第２デューティ比より小さい場合以外かを判断することによって、できる限り実電流値検出用サンプリング時間を短くするため、ランダム時間をゼロに設定する。つまり、実電流値を検出する実電流値検出用サンプリング時間を実電流値検出用基準サンプリング時間のみとする。
【００１４】
その結果、ＰＷＭ信号のＯＮ幅、またはＯＦＦ幅が短くなる場合にも、適切なタイミングで実電流値を検出できるので、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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノイズの影響の小さい、より正確な実電流値を検出することによって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】
【００１６】
【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】本実施形態の実電流値検出用サンプリング時間決定部のフローチャート図。
【図４】本実施形態の実電流値検出用サンプリングの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【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駆動回路４０、及びモータ２１に通電される実電流値Ｉｑ１を検出するための電流センサ３０を備えている。
【００２２】
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）として各相に対応する２つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（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、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】
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を制御する電流指令値Ｉｑ＊を演算する電流指令値演算部３１と、上記駆動回路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。
【００２５】
電流指令値演算部３１には、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が入力される。電流指令値演算部３１は、その操舵トルクτ、及び車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標である電流指令値Ｉｑ＊を、操舵トルク／電流指令値マップ（図示せず）より決定する。
尚、操舵トルク／電流指令値マップは、同じ操舵トルクτの場合、車速Ｖが小さいほど、大きな電流指令値Ｉｑ＊を決定するように構成されている。
【００２６】
モータ制御信号生成部４４は、電流制御演算部３３（ＰＩＤ制御）、ＰＷＭ出力部３８、減算器３２、実電流値検出用サンプリング時間決定部３４、記憶部３５、及び実電流値検出部３９で構成されている。
【００２７】
モータ制御信号生成部４４において、マイコン２９は、電流指令値演算部３１にて生成された電流指令値Ｉｑ＊に、電流センサ３０で検出された実電流値Ｉｑ１を、実電流値検出部３９を介して減算器３２にて減算し、偏差電流値ΔＩｑを生成する。
【００２８】
そして、マイコン２９は、偏差電流値ΔＩｑを電流制御演算部３３でＰＩＤ制御を実行して、電圧指令値Ｖ＊をＰＷＭ出力部３８に出力する。更に、マイコン２９は、ＰＷＭ出力部３８でモータ制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、駆動回路４０に出力する。一方、ＰＷＭ出力部３８は、実電流値検出用サンプリング時間決定部３４に、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙを出力する。
【００２９】
実電流値検出用サンプリング時間決定部３４は、高負荷時のＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２（但し、Ｄｔｈ２＝１−Ｄｔｈ１）、キャリア（三角波）周波数ｆｃ、実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘ、及びＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙに基づいて、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを演算する。
【００３０】
そして、実電流値検出部３９は、電流センサ３０から検出された実電流値Ｉｑ１を、ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷を基準として実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓでサンプリングし、山、及び、谷を基準とした各サンプリング値の差分から得られた実電流値Ｉｑ２を減算器３２に入力する。ここで、実電流値検出部３９は、公知のサンプルホールド回路、及びＡ／Ｄ変換器で構成されている。
【００３１】
次に、本実施形態のマイコン２９による実電流値検出用サンプリング時間決定部３４の処理手順について図３のフローチャート図に基づいて説明する。
最初に、マイコン２９は、高負荷時のＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１、及びＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２（但し、Ｄｔｈ２＝１−Ｄｔｈ１）を記憶部３５より読み込む（ステップＳ１０１）。次に、マイコン２９は、キャリア（三角波）周波数ｆｃをマイコン２９上のメモリより読み込む（ステップＳ１０２）。次に、マイコン２９は、実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘを、同じく、マイコン２９上のメモリより読み込む（ステップＳ１０３）。更に、マイコン２９は、ＰＷＭ信号のデューティ比ＤｕｔｙをＰＷＭ出力部３８より読み込む（ステップＳ１０４）。
【００３２】
そして、マイコン２９は、読み込んだＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙが高負荷時のＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１より大きい、且つ、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
ここで、ＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１は、Ｄｔｈ１＞２×ｆｃ×Ｔｆｉｘであり、また、ＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１と、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２は、Ｄｔｈ２＝１−Ｄｔｈ１の関係になっている。
【００３３】
そして、マイコン２９は、ＰＷＭ信号のデューティ比ＤｕｔｙがＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１より大きい、且つ、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２より小さい場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ランダム時間Ｔαｎ（ｎ＝１、２、３・・・）を式（１）に基づいて演算する（ステップＳ１０６）。
０  ＜Ｔαｎ＜Ｄｔｈ１／２／ｆｃ−Ｔｆｉｘ    式（１）
【００３４】
次に、マイコン２９は、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを式（２）に基づいて演算する（ステップＳ１０７）。
Ｔｓ＝Ｔｆｉｘ＋Ｔαｎ    式（２）
そして、マイコン２９は、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを実電流値検出部３９に出力して（ステップＳ１０８）、処理を終える。
【００３５】
一方、マイコン２９は、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙが高負荷時のＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１より大きい、且つ、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２より小さい場合以外（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、ランダム時間Ｔαｎに「０」を設定して（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０７に移行する。
【００３６】
次に、本実施形態の実電流値検出用サンプリングの方法を、図４に基づいて説明する。
図４（a）は、キャリア（本実施形態では三角波：Ｌ２１）、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙ（Ｌ２２）、実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘ、及びランダム時間Ｔαｎ（ｎ＝１、２、３・・・）を示す。
図４（ｂ）は、ＰＷＭ出力部３８から駆動回路４０に出力されるＰＷＭ信号を示す。
図４（ｃ）は、電流センサ３０等に乗るノイズ信号を示す。そして、図４（ｄ）は、ノイズ信号が乗った実電流値波形を示す。
【００３７】
従来の実電流値のサンプリングタイミングは、図４（a）で示す実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘ（固定値）となっていた。そのため、図４（ｃ）で示す様に、電流センサ３０等に乗るノイズ信号の周期が、実電流値検出用サンプリング信号のサンプリング周期と重なると、図４（ｄ）で示す様に、電流センサ３０、及び実電流値検出部３９で実電流値をサンプリングしている間、継続してノイズ信号が乗った実電流値をサンプリングすることとなり、実電流値の検出精度が低下し、ひいては、操舵フィーリングの劣化を招くことになる。
【００３８】
これに対して、本実施形態の実電流値サンプリングタイミングでは、図４（a）で示す様に、実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘ（固定値）に、ランダム時間Ｔαｎ（ｎ＝１、２、３・・・）を加算した値を、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓとしている。
【００３９】
その結果、図４（ｄ）で示す様に、電流センサ３０等にノイズ信号が乗った実電流値の場合でも、ノイズ信号の周期と、実電流値のサンプリングタイミングの周期が異なるため、ノイズ信号が乗っていないタイミングで実電流値をサンプリングすることとなり、実電流値の検出精度が向上し、ひいては、操舵フィーリングも向上させることができる。
【００４０】
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ＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、ＰＷＭ信号を生成する三角波の山、及び、谷から所定の固定時間である実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘを基準として、電流センサ３０により検出された実電流値Ｉｑ１を、サンプリングするための実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを、実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘと、ランダム時間Ｔαｎの加算値により設定する構成とした。
【００４１】
即ち、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを、各サンプリング点に応じてランダム時間Ｔαｎになるようにしたので、電流センサ３０により検出された実電流値Ｉｑ１に、実電流値検出用サンプリング信号のサンプリング周期の、整数倍の周期のノイズが乗った場合でも、実電流値検出部３９より出力された実電流値Ｉｑ２はノイズの影響を受けにくい。
その結果、ノイズの影響の小さい、より正確な実電流値Ｉｑ２を検出することによって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。
【００４２】
更に、ＰＷＭ信号のデューティ比ＤｕｔｙがＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１より大きく、且つ、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２より小さい場合以外には、ランダム時間Ｔαｎをゼロに設定する構成とした。
【００４３】
ＰＷＭ信号のデューティ比ＤｕｔｙがＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比Ｄｔｈ１より大きく、且つ、ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比Ｄｔｈ２より小さい場合以外には、ＰＷＭ信号のＯＮ幅、またはＯＦＦ幅が短くなるため、実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓが長すぎると、本来のＰＷＭ信号のＯＮまたはＯＦＦの適切なタイミングで実電流値を検出することができなくなってしまう。
【００４４】
上記構成によれば、ＰＷＭ信号のデューティ比Ｄｕｔｙが、上記のようなデューティ比の場合は、ランダム時間Ｔαｎをゼロに設定することで、実電流値Ｉｑ１を検出する実電流値検出用サンプリング時間Ｔｓを実電流値検出用基準サンプリング時間Ｔｆｉｘのみと、必要最小限にすることができる。
【００４５】
その結果、ＰＷＭ信号のＯＮ幅、またはＯＦＦ幅が短くなる場合にも、適切なタイミングで実電流値を検出できるので、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。
【００４６】
尚、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、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。
【００４７】
・本実施形態では、本発明をＤＣモータとして具体化したが、本発明をブラシレスＤＣモータ、誘導モータ、及びリラクタンスモータに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
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、２６：トルクセンサ、２７：ＥＣＵ、
２８：バッテリ、２９：マイコン、３０：電流センサ、
３１：電流指令値演算部、３２：減算器、３３：電流制御演算部（ＰＩＤ制御）、
３４：実電流値検出用サンプリング時間決定部、３５：記憶部、３８：ＰＷＭ出力部、
３９：実電流値検出部、４０：駆動回路、４４：モータ制御信号生成部、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、Ｉｑ＊：電流指令値、
Ｉｑ１：電流センサにより検出された実電流値、
Ｉｑ２：実電流値検出部より出力された実電流値、
ΔＩｑ：偏差電流値、Ｖ＊：電圧指令値、
Ｄｕｔｙ：ＰＷＭ信号のデューティ比、
Ｄｔｈ１：ＰＷＭ信号の所定の第１デューティ比（高負荷時）、
Ｄｔｈ２：ＰＷＭ信号の所定の第２デューティ比（１−Ｄｔｈ１）、
ｆｃ：キャリア（三角波）周波数、Ｔｆｉｘ：実電流値検出用基準サンプリング時間、
Ｔｓ：実電流値検出用サンプリング時間、Ｔαｎ：ランダム時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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