JP3555263B2

JP3555263B2 - Control device for electric power steering device

Info

Publication number: JP3555263B2
Application number: JP19717595A
Authority: JP
Inventors: 久賀小岩井; 修司遠藤; 広之狩野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: JPH0924846A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電動パワ−ステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワ−ステアリング装置には、操向ハンドルの操作によりステアリングシヤフトに発生する操舵トルクその他を検出し、その検出信号に基づいてモ−タの制御目標値である電流指令値を演算し、電流フイ−ドバツク制御回路において、前記した制御目標値である電流指令値と実際にモ−タに流れる電流との差を電流制御値として求め、電流制御値によりモ−タを駆動して操向ハンドルの操舵力を補助するものがある。
【０００３】
このような電動式パワ−ステアリング装置では、図７に示すように、４個の電界効果型トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をブリツジに接続して第１及び第２の２つのア−ムを備えたＨブリツジ回路を構成し、その入力端子間に電源Ｖｂを、出力端子間に前記モ−タＭを接続したモ−タ制御回路が使用されている。
【０００４】
そして、前記モ−タ制御回路を構成するＨブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムを構成する２個１組のＦＥＴのうち、第１のア−ムのＦＥＴ１（或いは第２のア−ムのＦＥＴ２）を電流制御値に基づいて決定されるデユ−テイ比ＤのＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）で駆動することにより、モ−タ電流の大きさが制御される。
【０００５】
また、電流制御値の符号に基づいて第２のア−ムのＦＥＴ３をＯＮ、第２のア−ムのＦＥＴ４をＯＦＦ（或いは第２のア−ムのＦＥＴ３をＯＦＦ、第２のア−ムのＦＥＴ４をＯＮ）に制御することでモ−タＭの回転方向が制御される。
【０００６】
ＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モ−タＭ、ＦＥＴ３を経て流れ、モ−タＭに正方向の電流が流れる。また第２のア−ムのＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モ−タＭ、ＦＥＴ４を経て流れ、モ−タＭに負方向の電流が流れる。
【０００７】
電流フイ−ドバツク制御において必要とされるモ−タ電流の検出は、図７に示すように、Ｈブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムのそれぞれに、直列に抵抗ＲＲ、ＲＬを挿入し、その抵抗両端の電圧降下を検出して電流を検出している。電流検出用抵抗ＲＲ、ＲＬの抵抗値はモ−タ端子間抵抗に比べて十分に低く設定されているため、電流検出用抵抗ＲＲ、ＲＬによる電圧降下は非常に小さい。このため、抵抗ＲＲ、ＲＬの両端に増幅率の大きいオペアンプＯＰＲ、ＯＰＬを接続し、抵抗両端に発生する電圧の差を十分に増幅した上で、その電圧の差から電流を検出するように構成されている。
【０００８】
また、モ−タ電流の検出にＨブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムの下流側、或いは上流側に共通の１個の抵抗Ｒを挿入し、その抵抗両端の電圧降下を検出して電流を検出する回路によることもでき、この場合も抵抗Ｒの両端に増幅率の大きいオペアンプＯＰを接続し、抵抗両端に発生する電圧の差を十分に増幅した上で、その電圧の差から電流を検出するように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動式パワ−ステアリング装置の制御装置に使用される電流検出用のオペアンプは、入力信号に対して僅かにオフセツトされた信号を出力するので、増幅率が大きい場合はオフセツト値も増幅され、検出された電流値に対して無視できない誤差が発生する。即ち、図８に示すように、実際にはモ−タ電流が流れていないにも拘わらず、オフセツト値のため、あたかも電流が流れているように検出されてしまい、電流を流す方向にフイ−ドバツク制御が行われてしまう。
【００１０】
この対策として、従来は、検出電流値ｉをＨブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムのそれぞれの検出電流値ｉＲとｉＬの和、即ちｉ＝ｉＲ＋ｉＬで定義し、オペアンプのオフセツト値を補償している。この場合、２つのオペアンプの特性が揃つていれば、それぞれが検出した検出電流値ｉＲとｉＬの和をとることで、２つのオペアンプの有するオフセツト値を補償することができ、格別の問題は生じない。
【００１１】
しかしながら、オペアンプの特性にはバラツキがあるため、検出電流値ｉＲとｉＬの和をとつたとしても、それぞれのオペアンプが持つオフセツト値のバラツキによりオフセツト値を完全には補償することができない。即ち、それぞれのオペアンプが持つオフセツト値のバラツキがオフセツト値の相対誤差として現れ、補償することができない。
【００１２】
このようなオペアンプのオフセツト値の相対誤差を含む検出電流値により電流フイ−ドバツク制御を行うと、例えば、高速走行時のように直進方向から左右に僅かなハンドル操作が行なわれるような場合など、微妙な制御が要求される中立位置付近の制御において、円滑な操舵補助を行うことができず、操舵フイ−リングが悪化する。
【００１３】
また、図８からも明らかなように、実際にはモ−タ電流が流れていないにもかかわらず、ＦＥＴ駆動回路では検出されたオフセツト値の相対誤差を含む電流値に対応してデユ−テイ比の値を演算しようとし、結果として振動電流を発生させることになり、操舵フイ−リングを悪化させる原因となつていた。
【００１４】
一方、モ−タ電流の検出に、Ｈブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムの下流側に共通の１個の抵抗を挿入し、その抵抗両端の電圧降下を検出して電流を検出する回路による場合は、検出電流値にオペアンプのオフセツト値が含まれるから、この場合も、先に説明したと同様に微妙な制御が要求される中立位置付近の制御において円滑な操舵補助を行うことができず、操舵フイ−リングを悪化させる結果となる。この発明は上記課題を解決することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、少なくともステアリングシヤフトに発生する操舵トルク信号に基づいて演算された電流指令値と検出されたモ−タ電流値から演算した電流制御値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモ−タの出力を制御するフイ−ドバツク制御手段を備えた電動パワ−ステアリング装置の制御装置において、半導体素子４個をＨブリツジに接続して構成したブリツジ回路の入力端子間に電源を、出力端子間に前記モ−タを接続したモ−タ駆動回路と、前記モ−タ駆動回路を構成するＨブリツジ回路の互いに対向する２つのア−ムのそれぞれに流れる電流を検出する２つの電流検出手段と、制御手段を備え、前記制御手段は、モ−タ駆動回路の初期状態において検出された２つのア−ムの電流検出値に含まれるそれぞれの電流検出手段のオフセツト値の相対誤差値を識別し、モ−タ駆動回路の２つの電流検出手段により検出された電流検出値に基づいてモ−タ電流値を演算すると共に、演算されたモ−タ電流値を前記識別されたオフセツト値の相対誤差値で補正することを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】
請求項１の発明では、モ−タ駆動回路の初期状態において検出された２つのア−ムの電流検出値に含まれるそれぞれの電流検出手段のオフセツト値の相対誤差値を識別し、検出された電流検出値に基づいて演算されたモ−タ電流値を識別されたオフセツト値の相対誤差値で補正する。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の第１実施例について説明する。まず、図１乃至図３により、この発明を実施するに適した電動パワ−ステアリング装置の概略を説明する。図１は電動パワ−ステアリング装置の構成の概略を説明する図で、操向ハンドル１の軸２は減速ギア４、ユニバ−サルジョイント５ａ、５ｂ、ピニオンラツク機構７を経て操向車輪のタイロツド８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３が設けられており、また、操舵力を補助するモ−タ１０がクラツチ９、減速ギア４を介して軸２に結合している。
【００２０】
パワ−ステアリング装置を制御する電子制御回路１３は、バツテリ１４からイグニツシヨンキ−１１を経て電力が供給される。電子制御回路１３は、トルクセンサ３で検出された操舵トルクと車速センサ１２で検出された車速に基づいて電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に基づいてモ−タ１０に供給する電流を制御する。
【００２１】
クラツチ９は電子制御回路１３により制御される。クラツチ９は通常の動作状態では結合しており、電子制御回路１３によりパワ−ステアリング装置の故障と判断された時、及び電源がＯＦＦとなつている時に切離される。
【００２２】
図２は、電子制御回路１３のブロツク図である。この実施例では電子制御回路１３は主としてＣＰＵから構成されるが、ここではそのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される機能を示してある。例えば、位相補償器２１は独立したハ−ドウエアとしての位相補償器２１を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示す。
【００２３】
以下、電子制御回路１３の機能と動作を説明する。トルクセンサ３から入力された操舵トルク信号は、位相補償器２１で操舵系の安定を高めるために位相補償され、電流指令値演算器２２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速も電流指令値演算器２２に入力される。
【００２４】
電流指令値演算器２２は、入力され位相補償された操舵トルク信号及び車速信号に基づいて所定の演算式によりモ−タ１０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉを演算する。
【００２５】
比較器２３、微分補償器２４、比例演算器２５、積分演算器２６、加算器２７から構成される回路は、実際のモ−タ電流値ｉが電流指令値Ｉに一致するようにフイ−ドバツク制御を行う回路である。
【００２６】
比較器２３では、電流指令値演算器２２で演算された制御目標値である電流指令値Ｉと後述するモ−タ電流検出回路４２で検出された実際のモ−タ電流値ｉとが比較され、その差の信号が出力される。
【００２７】
比例演算器２５では、電流指令値Ｉと実際のモ−タ電流値ｉとの差に比例した比例値が出力される。さらに比較器２３の出力信号はフイ−ドバツク系の特性を改善するため積分演算器２６において積分され、積分値が出力される。
【００２８】
微分補償器２４では、電流指令値Ｉに対する実際にモ−タに流れるモ−タ電流値ｉの応答速度を高めるため、電流指令値Ｉの微分値が出力される。
【００２９】
微分補償器２４から出力された電流指令値Ｉの微分値、比例演算器２５から出力された電流指令値Ｉと実際のモ−タ電流値ｉとの差に比例した比例値、積分演算器２６から出力された積分値は加算器２７において加算演算され、演算結果である電流制御値Ｅがモ−タ制御回路４１に出力され、モ−タ駆動回路３０を介してモ−タ１０が駆動される。モ−タ電流は後述するモ−タ電流検出回路４５により検出されて補正演算され、補正演算されたモ−タ電流値ｉが比較器２３にフイ−ドバツクされる。
【００３０】
図３にモ−タ制御回路４１、モ−タ駆動回路３０、及びモ−タ電流検出回路４５の構成の一例を示す。モ−タ制御回路４１は加算器２７から入力された電流制御値Ｅに基づいて決定されるデユ−テイ比ＤのＰＷＭ信号を発生させると共に、電流制御値Ｅの符号に基づいてモ−タの回転方向を決定する回転方向信号を出力するＰＷＭ回路４２、Ｈブリツジ回路のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲ−トを駆動するゲ−ト駆動回路４３から構成される。
【００３１】
モ−タ駆動回路３０は、４個の電界効果型トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をブリツジに接続して第１及び第２の２つのア−ムを備えたＨブリツジ回路であり、その入力端子にはバツテリ１４からイグニツシヨンキ−１１、リレ−３１を経て電圧Ｖｂの電力が供給され、出力端子間にはモ−タ１０が接続される。
【００３２】
ＦＥＴ１とＦＥＴ２は前記した電流制御値Ｅに基づいて決定されるデユ−テイ比ＤのＰＷＭ信号に基づいてゲ−トがＯＮ／ＯＦＦされ、モ−タに流れる電流ｉの大きさが制御される。また、ＦＥＴ３とＦＥＴ４は電流制御値Ｅの符号に基づいて決定される回転方向信号によりゲ−トがＯＮ／ＯＦＦされる。
【００３３】
ＦＥＴ３が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ１、モ−タ１０、ＦＥＴ３、抵抗Ｒ１を経て流れ、モ−タ１０に正方向の電流が流れる。また、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ２、モ−タ１０、ＦＥＴ４、抵抗Ｒ２を経て流れ、モ−タ１０に負方向の電流が流れる。
【００３４】
モ−タ電流検出回路４５は、抵抗Ｒ１と、その両端に接続されたオペアンプＯＰ１、オペアンプＯＰ１の出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器４６から構成される第１検出回路、抵抗Ｒ２と、その両端に接続されたオペアンプＯＰ２、オペアンプＯＰ２の出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器４７から構成される第２検出回路、電流補正演算器４８、オフセツト値とその相対誤差を記憶するメモリ４９から構成される。
【００３５】
モ−タ１０が正方向に回転するときは、抵抗Ｒ１にモ−タ電流が流れるから、抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧の差がオペアンプＯＰ１により検出され、Ａ／Ｄ変換器４６でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器４８に入力される。また、モ−タ１０が負（先と逆）方向に回転するときは、抵抗Ｒ２にモ−タ電流が流れるから、抵抗Ｒ２の両端に発生する電圧の差がオペアンプＯＰ２により検出され、Ａ／Ｄ変換器４７でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器４８に入力される。
【００３６】
電流補正演算器４８は、検出された抵抗Ｒ１又はＲ２の両端に発生する電圧の差からモ−タ電流値を演算すると共に、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２のオフセツト値の相対誤差を補正演算するものであつて、補正されたモ−タ電流値ｉが比較器２３にフイ−ドバツクされる。
【００３７】
次に、電流補正演算器４８の動作を説明する。まず、モ−タ電流値の演算であるが、抵抗Ｒ１又はＲ２の両端に発生する電圧の差が、オペアンプＯＰ１又はＯＰ２で検出されると、入力された電圧の差を抵抗Ｒ１又はＲ２の値で割ることでモ−タ電流値を求める。
【００３８】
オペアンプＯＰ１、ＯＰ２のオフセツト値の相対誤差を補正演算は、以下のようにして行われる。まず、イグニツシヨンキ−１１がＯＦＦからＯＮにされた時点、この時点ではＨブリツジを構成するＦＥＴは全てＯＦＦの状態にあるから、実際にはモ−タ電流が流れていない。そこで、この時点でモ−タ電流が検出されたときは、実際の電流値である零からのオフセツト値であると認識することができるので、この検出されたモ−タ電流値をオフセツト値としてメモリ４９に記憶させる。このとき、オペアンプＯＰ１とＯＰ２の両方の出力を入力とし、その相対誤差をオフセツト値としてメモリ４９に記憶させる。
【００３９】
次に、ステアリング装置が動作状態になつた後は、所定時間毎にサンプリングして検出されたモ−タ電流値からメモリ４９に記憶されているモ−タ電流値のオフセツト値を減算補正し、モ−タ電流値ｉを演算する。
【００４０】
図４は、主として電流補正演算処理に関連する部分を示した電動パワ−ステアリング装置の制御装置の動作の概略を示すフロ−チヤ−トである。まず、イグニツシヨンキ−をＯＮとし（ステツプＰ１）、モ−タ電流の検出値をオフセツト値として読み込み、その相対誤差をメモリに記憶させる（ステツプＰ２）。次に制御装置の各ユニツトの検査（初期チエツク）を行い（ステツプＰ３）、制御装置が正常か否かを判定する（ステツプＰ４）。
【００４１】
制御装置が正常であれば正常時の処理を行い（ステツプＰ５）、イグニツシヨンキ−のＯＦＦを判定し（ステツプＰ６）、ＯＦＦでなければステツプＰ４に戻り、制御動作を継続し、イグニツシヨンキ−がＯＦＦであれば制御動作を停止する。また、ステツプＰ４の判定で制御装置が異常であれば、異常時の処理を行い（ステツプＰ７）、制御動作を停止する。
【００４２】
図５は、図４に示すフロ−チヤ−トにおいて、ステツプＰ５として示した正常時の処理の詳細を示すフロ−チヤ−トである。まず、所定時間毎のサンプリング処理により、操舵トルクと車速を読み込み（ステツプＰ１１、Ｐ１２）、モ−タ１０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉを演算する（ステツプＰ１３）。
【００４３】
モ−タ電流の検出値を読み込み（ステツプＰ１４）、検出されたモ−タ電流値からメモリ４９に記憶されているオフセツト値の相対誤差を減算し、モ−タ電流値ｉを補正演算する（ステツプＰ１５）。電流指令値Ｉとモ−タ電流値ｉに基づくフイ−ドバツク制御が行われてモ−タに供給する電流制御値Ｅが演算される（ステツプＰ１６）。
【００４４】
さらに電流制御値Ｅに基づいて、Ｈブリツジ回路を構成するＦＥＴを所定のデユ−テイ比で駆動するＰＷＭ信号、及びモ−タの回転方向を決定する回転方向信号が生成され（ステツプＰ１７）、ゲ−ト駆動回路に出力される（ステツプＰ１８）。
【００４５】
次に、この発明の第２実施例について説明する。第２実施例は、モ−タ電流の検出を、Ｈブリツジ回路のＦＥＴ３及びＦＥＴ４の下流側に１個のモ−タ電流検出用抵抗ＲとオペアンプＯＰを挿入したものである。
【００４６】
図６は、第２実施例のモ−タ制御回路４１、モ−タ駆動回路３０、及びモ−タ電流検出回路５５の構成を示すものである。モ−タ制御回路４１とモ−タ駆動回路３０は第１実施例のものと同じであるのでここでは説明を省略し、モ−タ電流検出回路５５についてのみ説明する。
【００４７】
モ−タ電流検出回路５５は、Ｈブリツジ回路のＦＥＴ３及びＦＥＴ４の下流側に挿入された１個のモ−タ電流検出用抵抗ＲとオペアンプＯＰ、オペアンプＯＰの出力側に接続されたＡ／Ｄ変換器５６、電流補正演算器５８、オフセツト値を記憶するメモリ５９から構成される。
【００４８】
モ−タ１０が正方向又は負方向に回転するときは抵抗Ｒにモ−タ電流が流れ、抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差がオペアンプＯＰにより検出され、Ａ／Ｄ変換器５６でＡ／Ｄ変換された後、電流補正演算器５８に入力される。
【００４９】
電流補正演算器５８は、検出された抵抗Ｒの両端に発生する電圧の差からモ−タ電流値を演算すると共に、オペアンプＯＰのオフセツト値を補正演算するものであつて、補正されたモ−タ電流値ｉが比較器２３にフイ−ドバツクされる。
【００５０】
この構成では、オペアンプＯＰのオフセツト値は、実際にはモ−タ電流が流れていないときの電流値（零）とオペアンプＯＰから出力されたモ−タ電流値検出値との差である。
【００５１】
オフセツト値の補正演算は、以下のようにして行われる。まず、イグニツシヨンキ−１１がＯＦＦからＯＮにされた時点、この時点ではＨブリツジを構成するＦＥＴは全てＯＦＦの状態にあるから、実際にはモ−タ電流が流れていない。そこで、この時点でモ−タ電流が検出されたときは、実際の電流値である零からのオフセツト値であると認識することができるので、この検出されたモ−タ電流値をオフセツト値としてメモリ５９に記憶させる。次に、ステアリング装置が動作状態になつた後は、所定時間毎のサンプリング処理により検出されたモ−タ電流値からメモリ５９に記憶されているモ−タ電流値のオフセツト値を減算補正し、モ−タ電流値ｉを演算する。
【００５２】
以上説明した第１及び第２の実施例では、イグニツシヨンキ−１１がＯＦＦからＯＮにされた時点、即ち制御装置の初期状態で、モ−タ電流を検出するためのオペアンプのオフセツト値を検出している。しかし、オフセツト値の検出は、このようなイグニツシヨンキ−１１がＯＦＦからＯＮにされた初期状態でなくともよい。例えば、以下のような状態でもオフセツト値の検出が可能である。
【００５３】
（１）イグニツシヨンキ−１１がＯＮであつても、クラツチ９がＯＦＦ（遮断）であり、Ｈブリツジへ電力を供給する回路に挿入されているリレ−３１がＯＦＦの場合。
【００５４】
（２）リレ−３１がＯＮの場合でも、Ｈブリツジ回路を構成するＦＥＴ１〜ＦＥＴ４が全てＯＦＦの場合。
【００５５】
（３）リレ−３１がＯＮの場合でも、Ｈブリツジ回路を構成するＦＥＴのうち、モ−タの回転方向を決定する回転方向信号によりゲ−トが制御される２つのＦＥＴが共にＯＦＦのとき。
【００５６】
（４）Ｈブリツジ回路の下流側、或いは上流側に共通の１個の抵抗Ｒで電流を検出する構成の場合、リレ−３１がＯＮの場合、Ｈブリツジ回路の上段側のＦＥＴの全て、或いは下段側のＦＥＴの全てがＯＦＦのとき。
【００５７】
なお、モ−タと減速ギアとの間にクラツチが介在しない構成においては、イグニツシヨンキ−１１がＯＮでリレ−３１がＯＦＦの場合には、オフセツト値の検出が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータ駆動回路の初期状態において検出された２つのアームの電流検出値に含まれるそれぞれの電流検出手段のオフセット値の相対誤差値を識別し、電流検出値に基づいて演算されたモータ電流値を識別されたオフセット値の相対誤差値で補正するものである。
【００５９】
これにより、電流検出手段の特性により電流検出値に含まれるオフセット値の相対誤差値を補正することができ、高速走行時のように直進方向から左右に僅かなハンドル操作が行われるような場合など、微妙な制御が要求される中立位置付近の制御においても、円滑な操舵補助を行うことができ、操舵フィーリングを悪化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動式パワ−ステアリング装置の構成の概略を説明する図。
【図２】電動式パワ−ステアリング装置の電子制御回路のブロツク図。
【図３】モ−タ制御回路、モ−タ駆動回路、及びモ−タ電流検出回路のブロツク図。
【図４】制御回路の動作の概略を説明するフロ−チヤ−ト。
【図５】モ−タ電流値の補正演算を含む制御回路の正常時の処理の詳細を示すフロ−チヤ−ト。
【図６】第２実施例のモ−タ制御回路、モ−タ駆動回路、及びモ−タ電流検出回路のブロツク図。
【図７】従来のＦＥＴ１で構成したＨブリツジ回路からなるモ−タ駆動回路図。
【図８】従来のモ−タ制御回路における実際のモ−タ電流と検出電流との関係を説明する図。
【符号の説明】
３トルクセンサ
１０モ−タ
１１イグニツシヨンキ−
１２車速センサ
１３電子制御回路
１４バツテリ
２１位相補償器
２２電流指令値演算器
２３比較器
２４微分補償器
２５比例演算器
２６積分演算器
２７加算器
３０モ−タ駆動回路
４１モ−タ制御回路
４２ＰＷＭ回路
４３ゲ−ト駆動回路
４５、５５モ−タ電流検出回路
４８、５８電流補正演算器
４９、５９メモリ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a control device for an electric power steering device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An electric power steering device for a vehicle detects a steering torque and the like generated in a steering shaft by operating a steering handle, and calculates a current command value which is a control target value of a motor based on the detected signal. In the current feedback control circuit, the difference between the current command value as the control target value and the current actually flowing to the motor is obtained as a current control value, and the motor is driven by the current control value to operate. Some assist the steering force of the steering wheel.
[0003]
In such an electric power steering apparatus, as shown in FIG. 7, an H bridge having four first and second arms by connecting four field effect transistors FET1 to FET4 to the bridge. A motor control circuit is used in which a circuit is formed and a power supply Vb is connected between its input terminals and the motor M is connected between its output terminals.
[0004]
The first arm FET1 (or the second arm) of the pair of two FETs forming two opposing arms of the H bridge circuit forming the motor control circuit. The motor current is controlled by driving a PWM signal (pulse width modulation signal) having a duty ratio D determined based on the current control value.
[0005]
Also, based on the sign of the current control value, the second arm FET3 is turned on, the second arm FET4 is turned off (or the second arm FET3 is turned off, and the second arm FET3 is turned off). By controlling the FET 4 to ON), the rotation direction of the motor M is controlled.
[0006]
When the FET 3 is in the conductive state, the current flows through the FET 1, the motor M, and the FET 3, and a positive current flows through the motor M. When the FET 4 of the second arm is conductive, current flows through the FET 2, the motor M, and the FET 4, and a negative current flows through the motor M.
[0007]
As shown in FIG. 7, the motor current required for the current feedback control is detected by inserting resistors RR and RL in series with each of two opposing arms of the H bridge circuit. The current is detected by detecting the voltage drop across the resistor. Since the resistance values of the current detection resistors RR and RL are set sufficiently lower than the resistance between the motor terminals, the voltage drop due to the current detection resistors RR and RL is very small. Therefore, operational amplifiers OPR, OPL having a large amplification factor are connected to both ends of the resistors RR, RL, and a voltage difference generated between both ends of the resistor is sufficiently amplified, and a current is detected from the voltage difference. Have been.
[0008]
In addition, a common resistor R is inserted downstream or upstream of two opposing arms of the H bridge circuit to detect the motor current, and the voltage drop across the resistor is detected. In this case, a circuit for detecting a current can be used. In this case, an operational amplifier OP having a large amplification factor is connected to both ends of the resistor R to sufficiently amplify a voltage difference generated between both ends of the resistor. Is configured to be detected.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the operational amplifier for current detection used in the control device of the conventional electric power steering device outputs a signal that is slightly offset with respect to the input signal. Therefore, when the amplification factor is large, the offset value is also amplified. This causes an error that cannot be ignored with respect to the detected current value. That is, as shown in FIG. 8, although the motor current does not actually flow, it is detected as if the current is flowing because of the offset value, and the motor is driven in the direction in which the current flows. The feedback control is performed.
[0010]
As a countermeasure, conventionally, the detected current value i is defined by the sum of the detected current values iR and iL of two opposing arms of the H bridge circuit, that is, i = iR + iL, and the offset value of the operational amplifier is defined. Compensated. In this case, if the characteristics of the two operational amplifiers are the same, the offset value of the two operational amplifiers can be compensated by adding the detected current values iR and iL detected respectively, and the particular problem is Does not occur.
[0011]
However, since the characteristics of the operational amplifiers vary, even if the sum of the detected current values iR and iL is calculated, the offset values cannot be completely compensated due to the variation of the offset values of the respective operational amplifiers. That is, the variation of the offset value of each operational amplifier appears as a relative error of the offset value, and cannot be compensated.
[0012]
When the current feedback control is performed by using the detected current value including the relative error of the offset value of the operational amplifier, for example, when a slight steering operation is performed right and left from the straight traveling direction such as at the time of high-speed running. In the control near the neutral position where delicate control is required, smooth steering assist cannot be performed, and steering feeling deteriorates.
[0013]
As is apparent from FIG. 8, even though no motor current actually flows, the FET drive circuit performs a duty cycle corresponding to a current value including a relative error of the detected offset value. An attempt was made to calculate the value of the ratio, which resulted in the generation of an oscillating current, which was a cause of deterioration in steering feel.
[0014]
On the other hand, to detect the motor current, a common resistor is inserted downstream of two opposing arms of the H-bridge circuit, and the current is detected by detecting the voltage drop across the resistor. In the case of using a circuit, since the detected current value includes the offset value of the operational amplifier, in this case as well, smooth steering assistance can be performed in the control near the neutral position where delicate control is required as described above. No, resulting in worse steering feel. An object of the present invention is to solve the above problems.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and a first aspect of the present invention relates to a current control which is calculated from a current command value calculated based on at least a steering torque signal generated in a steering shaft and a detected motor current value. In a control device for an electric power steering apparatus provided with a feedback control means for controlling the output of a motor for applying a steering assist force to a steering mechanism based on a value, four semiconductor elements are connected to an H bridge. A motor drive circuit in which a power supply is connected between input terminals of the bridge circuit and the motor is connected between output terminals, and two opposite arms of an H bridge circuit constituting the motor drive circuit. And two control means for detecting a current flowing through each of the first and second motors, and the control means includes two arms detected in an initial state of the motor drive circuit. The relative error value of the offset value of each current detection means included in the current detection value is identified, and the motor current value is calculated based on the current detection values detected by the two current detection means of the motor drive circuit. And correcting the calculated motor current value with a relative error value of the identified offset value.
[0017]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the relative error values of the offset values of the respective current detection means included in the current detection values of the two arms detected in the initial state of the motor drive circuit are identified and detected. The motor current value calculated based on the detected current value is corrected by the relative error value of the identified offset value.
[0019]
【Example】
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. First, an outline of an electric power steering apparatus suitable for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a view for explaining the outline of the structure of an electric power steering device. Is bound to The shaft 2 is provided with a torque sensor 3 for detecting a steering torque of the steering handle 1. A motor 10 for assisting the steering force is connected to the shaft 2 via a clutch 9 and a reduction gear 4. I have.
[0020]
An electronic control circuit 13 for controlling the power steering device is supplied with power from a battery 14 via an ignition key 11. The electronic control circuit 13 calculates a current command value based on the steering torque detected by the torque sensor 3 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12, and supplies the current to the motor 10 based on the calculated current command value. To control the current.
[0021]
The clutch 9 is controlled by an electronic control circuit 13. The clutch 9 is engaged in a normal operating state, and is disconnected when the electronic control circuit 13 determines that the power steering device has failed and when the power is off.
[0022]
FIG. 2 is a block diagram of the electronic control circuit 13. In this embodiment, the electronic control circuit 13 is mainly composed of a CPU. Here, functions executed by a program in the CPU are shown. For example, the phase compensator 21 does not indicate the phase compensator 21 as independent hardware, but indicates a phase compensation function executed by the CPU.
[0023]
Hereinafter, functions and operations of the electronic control circuit 13 will be described. The steering torque signal input from the torque sensor 3 is phase-compensated by the phase compensator 21 to enhance the stability of the steering system, and is input to the current command value calculator 22. The vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12 is also input to the current command value calculator 22.
[0024]
The current command value calculator 22 calculates a current command value I which is a control target value of the current supplied to the motor 10 by a predetermined calculation formula based on the input and phase-compensated steering torque signal and vehicle speed signal.
[0025]
The circuit composed of the comparator 23, the differential compensator 24, the proportional calculator 25, the integral calculator 26, and the adder 27 performs feedback control so that the actual motor current value i matches the current command value I. It is a circuit that performs control.
[0026]
The comparator 23 compares a current command value I, which is a control target value calculated by the current command value calculator 22, with an actual motor current value i detected by a motor current detection circuit 42 described later. , And the difference signal is output.
[0027]
The proportional calculator 25 outputs a proportional value proportional to the difference between the current command value I and the actual motor current value i. Further, the output signal of the comparator 23 is integrated in an integration calculator 26 in order to improve the characteristics of the feedback system, and the integrated value is output.
[0028]
The differential compensator 24 outputs a differential value of the current command value I in order to increase the response speed of the motor current value i actually flowing to the motor with respect to the current command value I.
[0029]
Differential value of current command value I output from differential compensator 24, proportional value proportional to difference between current command value I output from proportional calculator 25 and actual motor current value i, integral calculator 26 Is added in an adder 27, a current control value E as a calculation result is output to a motor control circuit 41, and the motor 10 is driven via a motor drive circuit 30. You. The motor current is detected and corrected by a motor current detection circuit 45 described later, and the corrected and calculated motor current value i is fed back to the comparator 23.
[0030]
FIG. 3 shows an example of the configuration of the motor control circuit 41, the motor drive circuit 30, and the motor current detection circuit 45. The motor control circuit 41 generates a PWM signal having a duty ratio D determined on the basis of the current control value E input from the adder 27, and based on the sign of the current control value E, It comprises a PWM circuit 42 for outputting a rotation direction signal for determining the rotation direction, and a gate drive circuit 43 for driving the gates of FET1 to FET4 of the H bridge circuit.
[0031]
The motor driving circuit 30 is an H-bridge circuit having four first and second arms by connecting four field-effect transistors FET1 to FET4 to a bridge. The input terminal of the H-bridge circuit is a battery. The power of voltage Vb is supplied from 14 through an ignition key 11 and a relay 31, and a motor 10 is connected between output terminals.
[0032]
The gates of the FETs 1 and 2 are turned on / off based on a PWM signal having a duty ratio D determined based on the current control value E, and the magnitude of the current i flowing to the motor is controlled. . The gates of the FETs 3 and 4 are turned ON / OFF by a rotation direction signal determined based on the sign of the current control value E.
[0033]
When the FET 3 is conducting, current flows through the FET 1, the motor 10, the FET 3, and the resistor R1, and a positive current flows through the motor 10. When the FET 4 is in a conductive state, a current flows through the FET 2, the motor 10, the FET 4, and the resistor R2, and a negative current flows through the motor 10.
[0034]
The motor current detection circuit 45 includes a resistor R1, a first detection circuit including an operational amplifier OP1 connected to both ends thereof, and an A / D converter 46 connected to the output side of the operational amplifier OP1, a resistor R2, A second detection circuit composed of an operational amplifier OP2 connected to both ends thereof, an A / D converter 47 connected to the output side of the operational amplifier OP2, a current correction calculator 48, and a memory 49 for storing offset values and their relative errors. Consists of
[0035]
When the motor 10 rotates in the positive direction, a motor current flows through the resistor R1. Therefore, a difference in voltage generated between both ends of the resistor R1 is detected by the operational amplifier OP1. After the D conversion, it is input to the current correction calculator 48. When the motor 10 rotates in the negative (opposite direction) direction, a motor current flows through the resistor R2. Therefore, a difference between voltages generated at both ends of the resistor R2 is detected by the operational amplifier OP2, and After being A / D converted by the D converter 47, it is input to the current correction calculator 48.
[0036]
The current correction calculator 48 calculates the motor current value from the detected voltage difference between the two ends of the resistor R1 or R2 and corrects the relative error between the offset values of the operational amplifiers OP1 and OP2. Thus, the corrected motor current value i is fed back to the comparator 23.
[0037]
Next, the operation of the current correction calculator 48 will be described. First, in the calculation of the motor current value, when the difference between the voltages generated at both ends of the resistor R1 or R2 is detected by the operational amplifier OP1 or OP2, the difference between the input voltages is determined by the value of the resistor R1 or R2. The motor current value is obtained by dividing by.
[0038]
The calculation for correcting the relative error between the offset values of the operational amplifiers OP1 and OP2 is performed as follows. First, when the ignition key 11 is turned from OFF to ON, at this time, since all the FETs constituting the H bridge are in the OFF state, no motor current actually flows. Therefore, when the motor current is detected at this point, it can be recognized that the motor current is an offset value from zero which is the actual current value, and the detected motor current value is set as the offset value. It is stored in the memory 49. At this time, the outputs of both the operational amplifiers OP1 and OP2 are input and the relative error is stored in the memory 49 as an offset value.
[0039]
Next, after the steering device enters the operating state, the offset value of the motor current value stored in the memory 49 is subtracted and corrected from the motor current value sampled and detected at predetermined time intervals. The motor current value i is calculated.
[0040]
FIG. 4 is a flowchart showing an outline of the operation of the control device of the electric power steering apparatus mainly showing a portion related to the current correction calculation processing. First, the ignition key is turned on (step P1), the detected value of the motor current is read as an offset value, and the relative error is stored in a memory (step P2). Next, each unit of the control device is inspected (initial check) (step P3), and it is determined whether the control device is normal or not (step P4).
[0041]
If the control device is normal, the normal process is performed (step P5), and it is determined whether the ignition key is OFF (step P6). If not, the process returns to step P4, and the control operation is continued. If there is, stop the control operation. If it is determined in step P4 that the control device is abnormal, a process for an abnormal condition is performed (step P7), and the control operation is stopped.
[0042]
FIG. 5 is a flowchart showing details of the normal process shown as step P5 in the flowchart shown in FIG. First, the steering torque and the vehicle speed are read by sampling processing at predetermined time intervals (steps P11 and P12), and a current command value I which is a control target value of the current supplied to the motor 10 is calculated (step P13).
[0043]
The detected value of the motor current is read (Step P14), the relative error of the offset value stored in the memory 49 is subtracted from the detected motor current value, and the motor current value i is corrected and calculated (Step P14). Step P15). Feedback control based on the current command value I and the motor current value i is performed to calculate a current control value E to be supplied to the motor (step P16).
[0044]
Further, based on the current control value E, a PWM signal for driving the FETs constituting the H bridge circuit at a predetermined duty ratio and a rotation direction signal for determining the rotation direction of the motor are generated (step P17). It is output to the gate drive circuit (step P18).
[0045]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the motor current is detected by inserting one motor current detecting resistor R and an operational amplifier OP downstream of the FETs 3 and 4 of the H bridge circuit.
[0046]
FIG. 6 shows a configuration of the motor control circuit 41, the motor drive circuit 30, and the motor current detection circuit 55 of the second embodiment. Since the motor control circuit 41 and the motor drive circuit 30 are the same as those of the first embodiment, the description is omitted here, and only the motor current detection circuit 55 will be described.
[0047]
The motor current detection circuit 55 has one motor current detection resistor R inserted downstream of the FETs 3 and 4 of the H bridge circuit, an operational amplifier OP, and an A / D connected to the output side of the operational amplifier OP. It comprises a converter 56, a current correction calculator 58, and a memory 59 for storing offset values.
[0048]
When the motor 10 rotates in the positive or negative direction, a motor current flows through the resistor R, and a voltage difference generated across the resistor R is detected by the operational amplifier OP. After the / D conversion, it is input to the current correction calculator 58.
[0049]
The current correction calculator 58 calculates the motor current value from the detected voltage difference between the both ends of the resistor R and corrects the offset value of the operational amplifier OP. The comparator current 23 is fed back to the comparator 23.
[0050]
In this configuration, the offset value of the operational amplifier OP is the difference between the current value (zero) when no motor current is actually flowing and the detected motor current value output from the operational amplifier OP.
[0051]
The correction calculation of the offset value is performed as follows. First, when the ignition key 11 is turned from OFF to ON, at this time, since all the FETs constituting the H bridge are in the OFF state, no motor current actually flows. Therefore, when the motor current is detected at this point, it can be recognized that the motor current is an offset value from zero which is the actual current value, and the detected motor current value is set as the offset value. It is stored in the memory 59. Next, after the steering device enters the operating state, the offset value of the motor current value stored in the memory 59 is subtracted from the motor current value detected by the sampling process at predetermined time intervals, and is corrected. The motor current value i is calculated.
[0052]
In the first and second embodiments described above, when the ignition key 11 is turned from OFF to ON, that is, in the initial state of the control device, the offset value of the operational amplifier for detecting the motor current is detected. I have. However, the detection of the offset value need not be in the initial state in which the ignition key 11 is turned from OFF to ON. For example, the offset value can be detected in the following state.
[0053]
(1) Even if the ignition key 11 is ON, the clutch 9 is OFF (cut off) and the relay 31 inserted in the circuit for supplying power to the H bridge is OFF.
[0054]
(2) When all of FET1 to FET4 constituting the H bridge circuit are OFF even when the relay 31 is ON.
[0055]
(3) Even when the relay 31 is ON, when two of the FETs constituting the H bridge circuit whose gates are controlled by the rotation direction signal that determines the rotation direction of the motor are both OFF. .
[0056]
(4) When the current is detected by a single resistor R common to the downstream side or the upstream side of the H bridge circuit, when the relay 31 is ON, all of the upper FETs of the H bridge circuit, or When all the lower FETs are OFF.
[0057]
Incidentally, in a configuration in which no clutch is interposed between the motor and the reduction gear, when the ignition key 11 is ON and the relay 31 is OFF, the offset value can be detected.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, the control device for the electric power steering device according to the present invention calculates the relative error value of the offset value of each current detection means included in the current detection values of the two arms detected in the initial state of the motor drive circuit. identify, Ru der to correct a relative error values of the identified offset values calculated motor current value based on the current detection value.
[0059]
This makes it possible to correct the relative error value of the offset value included in the current detection value by the characteristics of the current detection means, such as when the steering wheel is slightly operated left and right from the straight traveling direction, such as when driving at high speed. Also, even in the control near the neutral position where delicate control is required, smooth steering assist can be performed, and the steering feeling is not deteriorated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of an electric power steering device.
FIG. 2 is a block diagram of an electronic control circuit of the electric power steering device.
FIG. 3 is a block diagram of a motor control circuit, a motor drive circuit, and a motor current detection circuit.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the outline of the operation of the control circuit.
FIG. 5 is a flowchart showing details of a normal process of a control circuit including a correction calculation of a motor current value.
FIG. 6 is a block diagram of a motor control circuit, a motor drive circuit, and a motor current detection circuit according to a second embodiment.
FIG. 7 is a motor drive circuit diagram including an H bridge circuit constituted by a conventional FET1.
FIG. 8 is a diagram for explaining a relationship between an actual motor current and a detected current in a conventional motor control circuit.
[Explanation of symbols]
3 Torque sensor 10 Motor 11 Ignition key
12 Vehicle speed sensor 13 Electronic control circuit 14 Battery 21 Phase compensator 22 Current command value calculator 23 Comparator 24 Differential compensator 25 Proportional calculator 26 Integral calculator 27 Adder 30 Motor drive circuit 41 Motor control circuit 42 PWM circuit 43 Gate drive circuit 45, 55 Motor current detection circuit 48, 58 Current correction calculator 49, 59 Memory

Claims

少なくともステアリングシヤフトに発生する操舵トルク信号に基づいて演算された電流指令値と検出されたモータ電流値から演算した電流制御値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの出力を制御するフイードバツク制御手段を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置において、
半導体素子４個をＨブリツジに接続して構成したブリツジ回路の入力端子間に電源を、出力端子間に前記モータを接続したモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路を構成するＨブリツジ回路の互いに対向する２つのアームのそれぞれに流れる電流を検出する２つの電流検出手段と、
制御手段を備え、
前記制御手段は、モータ駆動回路の初期状態において検出された２つのアームの電流検出値に含まれるそれぞれの電流検出手段のオフセット値の相対誤差値を識別し、モータ駆動回路の２つの電流検出手段により検出された電流検出値に基づいてモータ電流値を演算すると共に、演算されたモータ電流値を前記識別されたオフセット値の相対誤差値で補正すること
を特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。Feedback control for controlling the output of a motor that applies a steering assist force to a steering mechanism based on a current command value calculated based on at least a steering torque signal generated in a steering shaft and a current control value calculated from a detected motor current value. In the control device of the electric power steering device having the means,
A motor drive circuit in which a power supply is connected between input terminals of a bridge circuit formed by connecting four semiconductor elements to an H bridge, and the motor is connected between output terminals;
Two current detecting means for detecting a current flowing through each of two opposing arms of the H bridge circuit constituting the motor drive circuit;
Equipped with control means,
The control means identifies a relative error value of an offset value of each current detection means included in the current detection values of the two arms detected in an initial state of the motor drive circuit, and detects two current detection means of the motor drive circuit. A motor current value is calculated based on the current detection value detected by the control unit, and the calculated motor current value is corrected by a relative error value of the identified offset value. .