JP3603736B2

JP3603736B2 - 電動パワーステアリング制御装置

Info

Publication number: JP3603736B2
Application number: JP2000090926A
Authority: JP
Inventors: 俊一和田; 勇永井; 昌弘田戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: DE10031215A1; DE10031215C2; JP2001278083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの発生するトルクを運転者の操舵トルクに付勢させ、操舵力の軽減を図る電動パワーステアリング制御装置に関するもので、特にモータに過大電流が流れた場合に、電流を低減する制御を有した電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者のハンドル操舵力に応じた付勢トルクをモータにより発生させ、操舵力の軽減を図るパワーステアリング制御装置は広く車両に用いられている。従来装置では、運転者の操舵力を検知するトルクセンサをステアリング系の入力側に設けるとともに、出力側には付勢トルクを発生させるモータを有している。モータはトルクセンサの検知した操舵力、車速等の車両の状態に応じてコントロールユニット（以下ＥＣＵという）による駆動電流で制御される。電動パワーステアリング用のモータとしては、一般に直流モータが用いられている。直流モータでは、発生するトルクは駆動電流にほぼ比例する特性を持つため、ＥＣＵによるモータの駆動電流を目標電流値に対しフィードバック制御を行うことにより、モータ駆動実電流を制御し、結果として適切な付勢（アシスト）トルクを発生することができ、パワーステアリング制御装置としての動作を実現している。
【０００３】
しかし、運転者がハンドルを回転させ続けると操向車輪が構造的に転舵できない舵角位置に行き着く。この最大舵角位置に到達すると操舵トルクも最大となり、その結果モータ駆動による操舵アシストも最大になる。アシスト力最大とはモータ電流が最大となることを意味している。この状態が継続するとモータのブラシ周り、モータコイル、さらには電流供給電子素子等が熱を発生し、その放熱性にコスト的、構造的に負担となるばかりか、故障発生の原因になる。そこでこの電流を低減することが必要となる。
【０００４】
そのため、ハンドル角センサによる操舵角を検出して最大操舵位置を判定したり、最大操舵位置付近にマイクロスイッチを配設し、電流供給を低減していた。（実開昭６０−１９３８６８号公報）しかし、これら従来装置では最大操舵位置を検出するための検出手段が必要で、コスト的にも、構造的にも不利であった。また、最大操舵位置までに縁石、溝、障害物によりタイヤがそれ以上操向できない場合、これら従来装置では対応できないものであった。
【０００５】
さらに特開平１１−４３０５９号公報に開示された発明があり、この装置について図６を用いて説明する。１はハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、２は車速を検出する車速センサ、４はハンドルの回転によりタイヤを操向する際、アシストトルクを発生するモータ、５はモータに電源を供給するバッテリである。３ａはＥＣＵであり、操舵トルク１、車速２を入力しモータ４の電流を制御する制御手段である。ＥＣＵ３ａは目標電流演算部６、過負荷防止部５１、偏差演算部７、信号生成部８ａ、駆動回路９ａ、電流検出部１０、電圧検出部１１、操舵速度演算部５２から構成されている。目標電流演算部６は、トルク・車速からモータに流すべき目標の電流ＩＴを演算する。この目標電流ＩＴと電流検出部１０による実電流ＩＭとの偏差を偏差演算部７が演算する。次にこの偏差を零にするように信号生成部８ａが駆動回路９ａに駆動信号を出力する。その結果モータに電流が流れアシスト力が可変できる。
【０００６】
一方、電圧検出部１１によるモータ電圧ＥＭと実電流ＩＭから、モータ回転速度ＶＭを下式により推定する。
ＶＭ＝（ＥＭ―ＩＭ・ＲＭ）／Ｋｐ（１）
ここでＲＭはモータのアマチュア抵抗値、Ｋｐは誘導電圧係数である。
モータ回転速度ＶＭは操舵速度に比例するとみなせるので、これを過負荷防止部５１に入力する。
【０００７】
過負荷状態検出部５３は、実電流ＩＭ＞Ａ、かつ操舵速度ＶＭ＜Ｂ（Ａ、Ｂは所定値）の場合、過負荷を判定する。過負荷防止動作開始遅延部５４は、所定時間過負荷状態が継続した場合、乗算器５５に対し乗算係数を通常の１より小さい値に変更する。このようにして、最大操舵位置に留まった場合にモータ電流を低減しようとするものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置は、特別のセンサなしに電圧と電流とにより速度を推定するものであるため、どうしても誤差の発生がある。この速度推定には、オフセット成分が発生し、精度よく推定できないと言う問題点があった。特に電流を増加させていくと温度が上昇し、モータブラシ電圧、モータ抵抗値ＲＭの温度依存性が強いため推定値の精度が悪くなる。本発明は電圧と電流による速度推定の誤差をできるかぎり除去し、正確に回転速度を推定し、もって通電電流を低減するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動パワーステアリング制御装置では、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、ハンドルの操舵力を補助するモータ、前記トルク情報に応じて前記モータを制御するコントロールユニットを備え、前記コントロールユニットは、前記トルク情報に応じて前記モータに通電する電流値を決定する目標電流演算部と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、この電流検出値をフィードバックし前記目標電流値との差を演算する偏差演算部と、この偏差に応じてモータ電流を流すべく制御量を演算し、制御信号を出力する信号生成部と、この制御信号に応じて前記モータを駆動するモータ駆動部と、前記モータの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記モータ電流と電圧から第１の操舵速度を演算し、所定のカットオフ周波数を有するオフセット除去手段を第１の操舵速度に付加することにより第２の操舵速度を推定する操舵速度推定部と、この第２の操舵速度が所定値以下の低速であり、前記モータ電流が所定値以上の過電流の場合、高ゲインでモータ電流を低下させる第１モードと現在の電流を略保持する第２モードを有し、少なくともこれら各モードを１つずつ組合わせることにより前記モータ電流を制限する最大電流を決定し、この最大電流により前記目標電流を補正する最大電流補正部と、から構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明に係る電動パワーステアリング制御装置では、付加するオフセット除去手段は、０．２Ｈｚ付近以下であるカットオフ周波数を有するハイパスフィルタであることを特徴とするものである。
【００１２】
さらにまた、この発明に係る電動パワーステアリング制御装置では、最大電流補正部は、第１、又は第２モード中に、所定値以下の操舵トルクを検出した場合、又は所定値以下の目標電流になった場合、最大値制限を中止することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１は電動パワーステアリング制御装置のＥＣＵ、及びこれに接続される入出力装置を示すシステム構成ブロック図である。図１において、１は運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ、２は車速センサ、３はＥＣＵ、４はバッテリィ５の給電電源から操舵力をアシストするモータである。ＥＣＵ３は、操舵トルク１、車速２に応じて適切なモータ電流目標値を演算する目標電流演算部６と、モータ電流を検出する電流検出部１０と、目標電流と検出電流（実電流）との偏差を演算する偏差演算部７と、この偏差を零にすべくモータ電流制御信号を生成する信号生成部８と、この信号を受けモータ電流を流すモータ駆動部９と、モータ端子間電圧を検出する電圧検出部１１と、実電流ＩＭとモータ電圧ＥＭとから操舵速度を推定する操舵速度演算部１２と、この操舵速度に応じて目標電流を制限するように作用する最大電流補正部１３とから構成されている。
【００１４】
次に各部の動作について簡単に説明する。目標電流演算部６は図２に示すように操舵トルクと車速によりモータ電流が予め決定されている特性を利用する。１５ａは車速０Ｋｍ／ｈ、１５ｂは車速２０Ｋｍ／ｈ、１５ｃは車速５０Ｋｍ／ｈにおけるトルクと電流の関係を示している基本電流マップである。信号生成部８は、目標電流ＩＴと実電流ＩＭとの偏差の大きさに応じて、ＰＩＤ制御を行うための制御量を演算し、この結果を駆動部９に対してＰＷＭ制御信号として発生させる。駆動部９はＨブリッジ回路で構成されたＦＥＴ素子４個を備えている。これらＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、モータ電流を制御する。電流検出部１０は、モータに流れている電流を抵抗の両端電位差で測定する方法がある。また、電圧検出部１１はモータの端子間電圧差を測定するものである。
【００１５】
次に操舵速度演算部１２ついて説明する。モータ電圧ＥＭ、実電流ＩＭ、モータのアマチュア抵抗ＲＭ、モータのブラシのドロップ電圧Ｅｂとすると、モータに誘起される電圧ＥＥは、
ＥＥ＝ＥＭ−ＩＭ・ＲＭ−Ｅｂ（２）
となる。
【００１６】
誘起電圧ＥＥからモータ回転速度ＶＭは、次式により換算する。
ＶＭ＝ＥＥ／Ｋｐ（３）
ここで、Ｋｐは誘起電圧係数である。
モータ回転速度と操舵速度は、減速用ギア、ハンドルとタイヤ軸のラック及びピニオンのような構造機構等により、所定の関係にある。言い換えればモータ回転速度と操舵速度は比例する。従って係数Ｋｐを変更することによりモータ回転速度は、操舵速度ＶＭとみなすことができる。
【００１７】
数式（２）、（３）を用いてモータ回転速度ωを求めた結果を図３に示す。このテストでは、モータ電流に対するモータ回転速度ωをハンドル、又はタイヤを強制的に固定して行ったものである。モータ電流が大きくなればなるほど、誤差が大きくなっている。特に４５Ａ付近では約８０ｄｅｇ／ｓｅｃの誤差が発生している。そこでこの誤差をできる限り除去するために、ハイパスフィルタ（以下ＨＰＦという）を挿入する。このＨＰＦのカットオフ周波数の設定には、運転者が操作できうるハンドル操舵角速度、車両のヨー共振周波数を考慮して、１Ｈｚ未満とする。このＨＰＦの挿入によりモータ回転速度の誤差を低減できた。この結果を図４に示す。
【００１８】
図４ａは横軸を時間、縦軸をモータ電流としてモータに電流を流している様子を示している。このような動作をした場合、推定操舵速度がどのように変化するかを図４ｂ〜ｄに示し、縦軸は速度をｒａｄ／ｓｅｃで表している。図４ｂは従来方法であるＨＰＦがない結果、図４ｃはＨＰＦのカットオフ周波数ｆｃ＝０．１６Ｈｚ、図４ｄはｆｃ＝１Ｈｚの結果である。このパワーステアリング制御装置は最大電流が６５Ａであるため、図４ａの６５Ａ電流が流れているｔ１〜ｔ３付近に注目すると、図４ｂではｔ１〜ｔ３は約４０ｄｅｇ／ｓｅｃの回転速度が見られる。図４ｃではかなり低い速度（１０ｄｅｇ／ｓｅｃ以下）になっていることがかわる。図４ｄではカットオフ周波数を大きく取ったため、オフセット分が除去されてしまったものである。そのため、実験的には、カットオフ周波数は０．１≦ｆｃ≦０．２Ｈｚが適切である。
【００１９】
以上のように適切なカットオフ周波数を有したＨＰＦを追加することにより、なんらセンサの追加もなしに、モータ回転速度をより正確に推定することができる。従って正確な操舵速度の推定が可能となった。
【００２０】
次に最大電流補正部１３について説明する。操舵速度ＶＭが所定値以下の低速、電流値ＩＭが所定値以上の状態が所定時間継続されると、現在の電流値を低減するように目標電流を補正する。補正方法は、目標電流演算部６で演算された電流値に係数を乗算しても、減算してもよいが、電流を低減するように、目標電流値を置換すればよい。これにより、前述の信号生成部８、駆動部９が作動し、電流ＩＭが減少する。そのため、モータ電流の発熱が抑制され、モータ自体のみならず、駆動回路素子、ひいてはそれらの接続部分の熱による弊害を防止することになる。
【００２１】
実施の形態２．
次に実施の形態２について、図５に基づき説明する。操舵トルクが２０のように変化し、モータ電流２１を制御している場合、ｔａで電流と電圧の関係から操舵速度が極低速になったことを検出し、しかも現在の電流はＩａを越えている。ｔｂで最大電流補正が決定され、電流低減制御が開始されたことを示している。ｔｂから所定の高ゲインで所定値、又は所定率電流を低減させる。ｔｃで、一旦電流低減を中断し、ｔｄまではその電流値で保持している。この期間は観察期間を意味し、まだ電流が第２の最大電流を流すような入力情報、例えばトルクが検出されている場合、さらにｔｅに向かって再度電流を低減させている。
【００２２】
このように電流を第１の高ゲインで低減させた後、一定期間保持し、その後再び高ゲインで電流低減を行う複数の低減モードを有している。ｔａからｔｄまでには数秒を要するため、この期間には車両の状況に変化がある可能性であり、単に電流を低減するのみでは、次の車両の状況に反応できない装置となってしまう。そこで、モータ発熱を一旦抑制しておき、車両の状況を見比べて次の制御を行うことができるようにした。車両の状況に変化がなければ、さらに電流を抑制すべく、２回目の電流低減を行うことができる。なお、ｔｃ〜ｔｄは一定保持でなくても、極低ゲインで低下させてもよい。
【００２３】
ｔｆでは操舵トルクが一旦所定値ｔｑ１を下回ったので、再度操舵トルク依存の通常の電流制御に戻っている。このように車両走行中には、ハンドルの最大操舵位置に保舵する場合、又は最大操舵位置までに縁石、溝等の障害物でモータ電流が過大でしばらく流れることが起こるが、本発明の電流低減により、無駄な電力消費と発熱を抑制できるのみならず、次の車両状況に対応できる効果を有している。電流低減はステップ的に低下させてもよいが、運転者に反動を感じさせないようにするには、電流低下が滑らかなほどよい。
【００２４】
また、操舵トルク情報を利用する代わりに、目標電流が所定値以下になった場合、最大電流制限を中断しても同一の効果が得られる。なお、この所定値は、図５の所定値Ｉａより低い値とする。また、これら所定値は、車速、電流の駆動時間、平均的電流値等で可変するものであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の電動パワーステアリング制御装置は、以上説明したように構成されているので以下に示すような効果を奏する。
【００２６】
本発明における電動パワーステアリング制御装置は、コントロールユニット内において、モータの端子電圧と、モータ電流から第１の操舵速度を演算し、所定のカットオフ周波数を有するオフセット除去手段を第１の操舵速度に付加することにより第２の操舵速度を推定する操舵速度推定部と、この第２の操舵速度が所定値以下の低速であり、モータ電流が所定値以上の過電流の場合、高ゲインでモータ電流を低下させる第１モードと現在の電流を略保持する第２モードを有し、少なくともこれら各モードを１つずつ組合わせることにより前記モータ電流を制限する最大電流を決定し、この最大電流により目標電流を補正する最大電流補正部とから構成したので、簡単に操舵速度を推定でき、またオフセット成分を除去して正確に速度推定ができ、最大電流を制限するためモータ電流の発熱が抑制され、さらに第１モード、第２モードにより車両の状況変化に対応した制御できる効果を奏する。
【００２７】
また、本発明における電動パワーステアリング制御装置は、カットオフ周波数を有するオフセット除去手段を付加したので、簡単にかつ正確に操舵速度を推定できる効果を奏する。
【００２９】
さらにまた、本発明における電動パワーステアリング制御装置は、最大電流補正部が第１、又は第２モード中に、所定値以下の操舵トルクを検出した場合、最大値制限を中止するように作用するので、車両の状況変化に対応できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる電動パワーステアリング制御装置のシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング制御装置のトルクと電流の関係図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるオフセット除去手段を有しない推定操舵速度の誤差図である。
【図４】本発明の実施の形態１における推定操舵速度図である。
【図５】本発明の実施の形態２における最大電流制限図である。
【図６】従来装置における電動パワーステアリングのシステム構成図である。
【符号の説明】
１トルクセンサ、２車速センサ、３コントロールユニット、４モータ、６目標電流演算部、７偏差演算部、８信号生成部、９モータ駆動部、１０電流検出部、１１電圧検出部、１２操舵速度演算部、１３最大電流補正部。

Claims

ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、ハンドルの操舵力を補助するモータ、前記トルク情報に応じて前記モータを制御するコントロールユニットを備え、
前記コントロールユニットは、前記トルク情報に応じて前記モータに通電する電流値を決定する目標電流演算部と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、この電流検出値をフィードバックし前記目標電流値との差を演算する偏差演算部と、この偏差に応じてモータ電流を流すべく制御量を演算し、制御信号を出力する信号生成部と、この制御信号に応じて前記モータを駆動するモータ駆動部と、前記モータの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記モータ電流と電圧から第１の操舵速度を演算し、所定のカットオフ周波数を有するオフセット除去手段を第１の操舵速度に付加することにより第２の操舵速度を推定する操舵速度推定部と、この第２の操舵速度が所定値以下の低速であり、前記モータ電流が所定値以上の過電流の場合、高ゲインでモータ電流を低下させる第１モードと現在の電流を略保持する第２モードを有し、少なくともこれら各モードを１つずつ組合わせることにより前記モータ電流を制限する最大電流を決定し、この最大電流により前記目標電流を補正する最大電流補正部と、から構成したことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
付加するオフセット除去手段は、０．２Ｈｚ付近以下であるカットオフ周波数を有するハイパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング制御装置。
最大電流補正部は、第１、又は第２モード中に、所定値以下の操舵トルクを検出した場合、又は所定値以下の目標電流になった場合、最大値制限を中止することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング制御装置。