(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アシスト力を発生させる電動モータと、車両走行情報から目標アシスト値を決定する目標アシスト値決定手段と、モータ電流を制御するモータ電流制御手段と、モータ電圧Ｖを検出するモータ電圧検出手段と、モータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電圧Ｖからモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算手段と、そのモータ角速度ωに応じて補償値を決定する補償値決定手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、目標アシスト値と補償値とに応じて、モータ電流Ｉを制御する構成にした電動式パワーステアリング装置において、上記モータ角速度演算手段は、モータ電流｜Ｉ｜≦設定電流値Ｉ0(Ｉ0＞０)のとき、モータ電流Ｉを一時的に停止して、次式
ω＝Ｖ／ＫV
からモータ角速度ωを演算し、また、モータ電流｜Ｉ｜＞設定電流値Ｉ0のとき、次式
ω＝(Ｖ−Ｉ×Ｒ)／ＫV
ただし、Ｒ ：電動モータ内部抵抗
ＫV：モータ誘起電圧定数
からモータ角速度ωを演算する構成にしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータを用いた電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置としては、図２、３に示すものがある。
図２に示すように、ケーシング１に、両端に前輪を連係させた操舵ロッドを、摺動自在に組み込んでいる。
そして、具体的には図示しないが、ハンドルに連係する入力軸２をケーシング１内に組み込んで、その先端に形成したピニオンを、操舵ロッドに形成したラックにかみ合せている。
また、ケーシング１には電動モータ３を取り付け、その出力を、減速機構を介して上記操舵ロッドに伝えるようにしている。このときも、具体的には図示しないが、電動モータ３の出力が伝えられる回転軸にピニオンを形成し、このピニオンを、操舵ロッドに形成したラックにかみ合せている。
【０００３】
このようにした電動式パワーステアリング装置では、図３に示すように、車両走行情報、例えば、操舵トルクや車速をセンサ４で検出し、その検出結果に基づいて、目標アシスト値決定手段５が、目標アシスト値を決定する。
そして、モータ電流制御手段６は、この目標アシスト値に応じて、モータ電流を制御する。このとき、このモータ電流によって、電動モータ３がモータトルクＴを発生するものとする。
【０００４】
ところが、モータトルクＴが発生しても、実際には、電動モータ３の慣性力、粘性による力、さらには、上記ラックアンドピニオン等で発生するフリクションによって、このモータトルクＴが消費されてしまう。そのため、実際に前輪転舵のアシスト力として費やされるトルクをＴLとすると、
Ｔ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｄ・ω＋Ｆ＋ＴL
Ｊ        ：慣性モーメント
Ｄ        ：粘性係数
Ｆ        ：フリクション
ω        ：モータ角速度
ｄω／ｄｔ：モータ角加速度
の関係が成立することになる。
【０００５】
そこで、補償値決定手段７を設け、この補償値決定手段７により、補償値を決定している。
そして、モータ電流制御手段６が、補償値を目標アシスト値に足し合せてモータ電流を制御するようにすれば、この補償値に基づくモータトルクｔによって、電動モータ３の慣性力Ｊ・ｄω／ｄｔ、粘性による力Ｄ・ω、さらには、上記ラックアンドピニオン等で発生するフリクションＦによる影響を打ち消すことができる。このとき、モータ電流制御手段６が出力するモータ電流をＩとする。
【０００６】
ここで、補償値を決定するためには、Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｄ・ω＋Ｆの値が必要となるが、そのうちフリクションＦは、あらかじめ車両の走行実験等により知ることができ、また、慣性力及び粘性による力Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｄ・ωは、モータ角速度ωを検出すれば知ることができる。
そのため、モータ角度演算手段１０を設け、モータ電圧検出手段８とモータ電流検出手段９とを接続している。そして、このモータ角速度演算手段１０は、モータ電圧Ｖからモータ角速度ωを演算している。
【０００７】
モータ電圧Ｖからモータ角速度ωを演算する方法としては、以下に述べる２通りの方法が知られている。
モータ電圧Ｖは、角速度ωに比例して発生する誘起電圧ＶGと、内部抵抗による電圧降下ＶRとの和である。したがって、
0003731957.tif 000002
Ｒ ：内部抵抗
ＫV：誘起電圧定数
となり、次式
ω＝(Ｖ−Ｉ×Ｒ)／ＫV・・・(１)
からモータ角速度ωを演算することができる。
【０００８】
また、別の方法では、モータ角速度演算手段１０が、モータ電流停止信号を出力して、モータ電流Ｉを一時的に停止する。このとき、モータ電圧Ｖは、角速度ωに比例して発生するモータ誘起電圧ＶGのみからなるので、上式でＶR＝０として、次式
ω＝Ｖ／ＫV・・・(２)
からモータ角速度ωを演算することができる。
このように、式(１)あるいは(２)を用いて、モータ電圧Ｖからモータ角速度ωを演算すれば、角速度センサを別に設ける必要がなく、コストダウンが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記式(１)では、内部抵抗Ｒを含んでいるため、その値が種々の要因により影響を受けてしまい、モータ角加速度ωを正確に演算できなくなる。
例えば、内部抵抗Ｒが、温度によって影響をうけることは一般的に知られている。また、内部抵抗Ｒは、ブラシ接触抵抗を主な要素としているが、このブラシ接触抵抗が、ブラシと整流子との摺動状態や、ブラシの電流密度によって変化するため、モータ角速度やモータ電流にも影響をうけて変化してしまう。
このようにモータ角加速度ωが正確に演算できなければ、特に、電動モータ３に小さなモータトルクが発生しているときは、そのうちの補償値に基づくモータトルクｔの影響が大きいので、操舵フィーリングが悪くなってしまう。極端な例として、モータ角速度ωの極性を間違えて演算したような場合、補償値に基づくモータトルクｔが、電動モータ３の慣性力、粘性による力、さらには、上記ラックアンドピニオン等で発生するフリクションを、打ち消す方向でなく、助長する方向に作用してしまい、全くの逆効果となってしまう。
【００１０】
また、式(２)では、内部抵抗Ｒを含まず、正確にモータ角速度ωを演算することができるが、モータ電流Ｉを一時的に停止しなければならないので、その瞬間、モータトルクが低下してしまう。
このようにモータトルクが一時的に低下すると、特に、電動モータ３に大きなモータトルクが発生しているときに、そのトルク変動が大きくなり、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりしてしまう。
この発明の目的は、操舵フィーリングを向上させ、かつ、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりするのを防止できる電動式パワーステアリング装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アシスト力を発生させる電動モータと、車両走行情報から目標アシスト値を決定する目標アシスト値決定手段と、モータ電流を制御するモータ電流制御手段と、モータ電圧Ｖを検出するモータ電圧検出手段と、モータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電圧Ｖからモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算手段と、そのモータ角速度ωに応じて補償値を決定する補償値決定手段とを備え、上記モータ電流制御手段は、目標アシスト値と補償値とに応じて、モータ電流Ｉを制御する構成にした電動式パワーステアリング装置を前提とする。
【００１２】
そして、上記モータ角速度演算手段は、モータ電流｜Ｉ｜≦設定電流値Ｉ0(Ｉ0＞０)のとき、モータ電流Ｉを一時的に停止して、次式
ω＝Ｖ／ＫV
からモータ角速度ωを演算し、また、モータ電流｜Ｉ｜＞設定電流値Ｉ0のとき、次式
ω＝(Ｖ−Ｉ×Ｒ)／ＫV
ただし、Ｒ ：電動モータ内部抵抗
ＫV：モータ誘起電圧定数
からモータ角速度ωを演算する構成にした点に特徴を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１にしたがって、この発明の一実施例を説明する。
この実施例では、電動式パワーステアリング装置の特性に着目し、モータ角速度演算手段１０が、状況に応じて、上記(１)あるいは(２)からモータ角速度ωを演算している。以下では、その点を中心として説明するとともに、上記従来例と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
まず、電動モータ３が発生するモータトルクに着目すると、このモータトルクは、目標アシスト値に基づくモータトルクＴと、補償値に基づくモータトルクｔとからなる。そして、目標アシスト値に基づくモータトルクＴは、車両の走行状態によって大きく変化、例えば、低速走行時には大きく、高速走行時には小さくなるが、補償値に基づくモータトルクｔは、さほど大きく変化はしない。
【００１４】
このことから、電動モータ３に大きなモータトルクが発生しているときは、目標アシスト値に基づくモータトルクＴやドライバーが入力する操舵トルクに対して、補償値に基づくモータトルクｔの割合は低いものとなる。つまり、このときは、補償値に基づくモータトルクｔがさほど正確でなくとも、全体としてはその影響が少ないといえる。したがって、モータ角速度ωを演算するとき、その演算には高い精度が要求されていない。
逆にいえば、電動モータ３に小さなモータトルクが発生しているときは、補償値に基づくモータトルクｔの割合も高く、それによる影響が大きいといえる。したがって、モータ角速度ωを演算するとき、その演算には高い精度が要求される。
【００１５】
また、モータ電流Ｉを一時的に停止させたときのトルク変動に着目すると、モータトルクは、その瞬間のモータトルクから低下することになる。
このことから、電動モータ３に大きなモータトルクが発生しているときに、モータ電流Ｉを一時的に停止すると、それだけトルク変動が大きくなって、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりしてしまう。
逆にいえば、電動モータ３に小さなモータトルクが発生しているは、モータ電流Ｉを一時的に停止させたとしても、トルク変動は小さく、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりすることがほとんどない。
【００１６】
以上の点から、この実施例では、電動モータ３に大きなモータトルクが発生しているとき、
ω＝(Ｖ−Ｉ×Ｒ)／ＫV・・・(１)
からモータ角速度ωを演算し、また、電動モータ３に小さなモータトルクが発生しているとき、
ω＝Ｖ／ＫV・・・(２)
からモータ角速度ωを演算するようにしている。
【００１７】
そして、この演算を行うため、モータ角速度演算手段１０は、図１に示すフロチャートからなるプログラムを繰り返し実行している。
モータ電流測定手段９で測定されたモータ電流Ｉを、設定電流Ｉ0(Ｉ0＞０)と比較する(ステップ１０１)。なお、この設定電流値Ｉ0は、既に述べたように、電動モータ３に発生するモータトルクの大きさに着目して、車両実験等から予め設定しておけばよい。
そして、モータ電流｜Ｉ｜＞設定電流値Ｉ0であれば、モータトルクが大きいと判断して、上記式(１)からモータ角速度ωを演算する(ステップ１０２)。
【００１８】
それに対して、モータ電流｜Ｉ｜≦設定電流値Ｉ0であれば、モータトルクが小さいと判断して、まず、モータ電流停止信号を出力し、モータ電流Ｉを一時的、例えば、ｎ／１０００(ｓ)程度だけ停止する(ステップ１０３)。
モータ電流Ｉを停止すると、モータ端子電圧は、その起電力によって一瞬、異常に大きな値を示すが、ここでは、それを測定しないように時間待ちをしている(ステップ１０４)。
そして、この時間待ちの間に逆起電力が消滅したら、上記式(２)からモータ角速度ωを演算する(ステップ１０５)。
なお、モータ角速度ωを演算し終えたら、再びモータ電流Ｉを流して、電動モータ３を駆動する(ステップ１０６)。
【００１９】
このようにした電動式パワーステアリング装置では、電動モータ３に大きなモータトルクが発生しているときに、モータ電流を流したままなので、トルク変動が発生せず、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりするのを防止できる。しかも、演算したモータ角速度ωがさほど正確でなくても、補償値に基づくモータトルクｔの影響は全体として小さいので、操舵フィーリングが悪くなることもない。
【００２０】
それに対して、電動モータ３に小さなモータトルクが発生しているときは、モータ角速度ωを正確に検出するので、最適な補償値によって操舵フィーリングを向上させることができる。しかも、モータ電流を一時的に停止するが、それによるトルク変動は小さいので、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりすることがほとんどない。
【００２１】
【発明の効果】
この発明では、モータ電流｜Ｉ｜＞設定電流値Ｉ0であれば、
ω＝(Ｖ−Ｉ×Ｒ)／ＫV
からモータ角速度ωを演算する。したがって、電動モータに大きなモータトルクが発生しているときに、モータ電流を流したままであり、トルク変動を発生させることがなく、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりするのを防止できる。しかも、演算したモータ角速度がさほど正確でなくても、補償値に基づくモータトルクの影響は全体として小さいので、操舵フィーリングが悪くなることもない。
【００２２】
それに対して、モータ電流｜Ｉ｜≦設定電流値Ｉ0であれば、モータ電流Ｉを一時的に停止して、
ω＝Ｖ／ＫV
からモータ角速度ωを演算する。したがって、電動モータに小さなモータトルクが発生しているときは、モータ角速度を正確に検出することになり、最適な補償値によって操舵フィーリングを向上させることができる。しかも、モータ電流を一時的に停止するが、それによるトルク変動は小さいので、異音が発生したり、操舵時に違和感が生じたりすることがほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】モータ角速度演算手段１０が行うステップを示したフロチャート図である。
【図２】電動式パワーステアリング装置の斜視図である。
【図３】電動式パワーステアリング装置のブロック図である。
【符号の説明】
３          電動モータ
５          目標アシスト値決定手段
６          モータ電流制御手段
７          補償値決定手段
８          モータ電圧検出手段
９          モータ電流検出手段
１０        モータ角速度演算手段
【図１】
0003731957.tif 000003
【図２】
0003731957.tif 000004
【図３】
0003731957.tif 000005