JP3644343B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置に係り、詳しくは、アシスト力を付与する際に、電源電圧の低下を防止するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の自動車等に使用される電動パワーステアリング装置の概略を示す。
【０００３】
ステアリングホイール４１に連結したステアリングシャフト４２には、トーションバー４３が設けられている。このトーションバー４３には、トルクセンサ４４が装着されている。そして、ステアリングシャフト４２が回転してトーションバー４３に力が加わると、加わった力に応じてトーションバー４３が捩れ、その捩れをトルクセンサ４４が検出している。
【０００４】
又、ステアリングシャフト４２には減速機４５が固着されている。この減速機４５には、モータ４６の回転軸に取着したギア４７が噛合されている。更に、減速機４５にはピニオンシャフト４８が固着されている。ピニオンシャフト４８の先端には、ピニオン４９が固着されるとともに、このピニオン４９はラック５１と噛合している。
【０００５】
ラック５１の両先端には、タイロッド５２が固設されている。このタイロッド５２の両端には、ナックル５３が回動可能に連結されている。このナックル５３には、前輪５４が固着されている。又、ナックル５３は、クロスメンバ５５に回動可能に連結されている。
【０００６】
従って、モータ４６が回転すると、その回転数は減速機４５によって減少されてピニオンシャフト４８に伝達され、ピニオン及びラック機構５０を介してラック５１に伝達される。そして、ラック５１に固設されたタイロッド５２に連結されたナックル５３は、モータ４６の回転方向に応じて右方向又は左方向に移動する。尚、前輪５４には車速センサ５６が設けられている。
【０００７】
そして、前記モータ４６の回転数及び回転方向は、モータ駆動装置５７から供給される正負のアシスト電流Ｉによって決定されている。このモータ駆動装置５７が、モータ４６に供給するアシスト電流Ｉは、モータ駆動装置５７を制御するアシスト電流決定手段５８によって演算されている。アシスト電流決定手段５８は、トルクセンサ４４からの検出信号ＶＴからその時々のステアリングホイール４１の回動トルクＴを演算するとともに、車速センサ５６からの検出信号Ｐ１からその時々の車速Ｖを演算する。
【０００８】
アシスト電流決定手段５８は、この演算した回動トルクＴと車速Ｖに基づいてアシスト電流Ｉを算出する。この算出は、アシスト電流決定手段５８内のメモリに予め記憶したアシストマップから求められる。
【０００９】
図８は、車速ＶがＶ１の時における回動トルクＴに対するアシスト電流Ｉのアシストマップを説明する図である。尚、アシストマップには各車速Ｖに対して回動トルクＴに対するアシスト電流Ｉのマップが用意されている。
【００１０】
図８について説明すると、ステアリングホイール４１を右回転方向に回動操作することにより回動トルクＴが基準トルクＴ０以上になると、アシスト電流Ｉは回動トルクＴの増加とともに比例的に増大する。反対に、ステアリングホイール４１を左回転方向に回動操作することにより回動トルクＴが基準トルクＴ０以下になると、アシスト電流Ｉは回動トルクＴのマイナス方向の増加とともに比例的にマイナス方向に増大する。アシスト電流決定手段５８は、車速ＶがＶ１の時において、その時求めた回動トルクＴに対するアシスト電流Ｉをマップから求める。そして、アシスト電流決定手段５８はその求めたアシスト電流Ｉをモータ駆動装置５７がモータ４６に供給するようにモータ駆動装置５７を制御する。
【００１１】
ところで、前記のような電動パワーステアリング装置においては、大電流を必要とするシステムであり、大電流を前記モータ４６に供給することにより、バッテリ電圧が低下し、その結果、エンジンストールが生ずる虞がある。このため、従来から、その対策技術が提案されている。
【００１２】
特開平３−１８６３５号公報では、停車中のアイドリング時において、据え切り操舵時のみのアイドルアップを、車両が停車しているか否かを判定するための車速検出信号と、ハンドル操作の検出を電動モータの使用電流値に基づいて行うようにしている。
【００１３】
又、特開平１０−２３６２３号公報では、計測したモータ電流値とモータ角速度から電源電圧の低下を予測し、その予測値に基づいて電圧低下が検出されるとアイドルアップ信号を出力して、エンジンに付設したオルタネータの電流供給能力を高めることが提案されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の場合は、アイドルアップするか否かの判定に使用する使用電流値は実際にモータに流れている使用電流であることから、閾値を越えてから、アイドルアップ信号を出力しても、閾値を越えたときは既にモータ電流として電源電圧から供給され、電源電圧が落ち込みしていることになる。すなわち、既に電源電圧が落ち込みしており、確実に電源電圧の落ち込みを防止することができない問題がある。
【００１５】
後者の場合は、モータの角速度検出を行うことになるが、角速度検出では、モータ逆起電力の推定値から求めており、この推定値は、モータ端子間電圧及び使用しているモータ電流値から算出している。このモータ角速度の算出においても、前者と同様に実際に使用しているモータ電流値を１つのパラメータとして取り入れていることから、結局ディレイが生じ、迅速な電源電圧の落ち込みを防止することができない問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、電源電圧の落ち込みを予測して、アイドルアップ指令を出すことにより確実に電源電圧の落ち込みを防止することができる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングホイールの回動トルクに基づいて演算されたアシスト電流指令値と、モータのモータ電流値とから演算したアシスト電流制御値に基づいてアシスト力を出力するモータ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、前記アシスト電流指令値を微分する微分手段と、前記微分手段が微分した値が、所定閾値以上か否かを判定し、所定閾値以上と判定した際に、アイドルアップ指令を行うアイドルアップ指令手段を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置を要旨としている。
【００１８】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、微分手段が、アシスト電流指令値を微分し、アイドルアップ指令手段は、微分手段が微分した値が、閾値以上か否かを判定し、微分値が閾値以上と判定した際に、アイドルアップ指令を行う。
【００１９】
従って、モータに流れたモータ電流値を使用せず、すなわち、電源電圧から未だモータ電流を出力しない以前において、ステアリングホイールの回動トルクに基づいて演算されたアシスト電流指令値を微分している。このため、確実にアイドルアップ指令が出されて、エンジンがアイドルアップし、エンジンに付設されたオルタネータからの電力供給能力が高められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した電動パワーステアリング装置の制御装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２１】
図１は、電動パワーステアリング装置の制御装置の概略を示す。
ステアリングホイール１に連結したステアリングシャフト２には、トーションバー３が設けられている。このトーションバー３には、トルクセンサ４が装着されている。そして、ステアリングシャフト２が回転してトーションバー３に力が加わると、加わった力に応じてトーションバー３が捩れ、その捩れ、即ちステアリングホイール１にかかる回動トルクＴをトルクセンサ４が検出している。
【００２２】
又、ステアリングシャフト２には減速機５が固着されている。この減速機５には電動モータ（以下、モータという）６の回転軸に取着したギア７が噛合されている。更に、減速機５にはピニオンシャフト８が固着されている。ピニオンシャフト８の先端には、ピニオン９が固着されるとともに、このピニオン９はラック１０と噛合している。ラック１０の両端には、タイロッド１２が固設されており、そのタイロッド１２の先端部にはナックル１３が回動可能に連結されている。このナックル１３には、タイヤとしての前輪１４が固着されている。又、ナックル１３の一端は、クロスメンバ１５に回動可能に連結されている。
【００２３】
従って、モータ６が回転すると、その回転数は減速機５によって減少されてピニオンシャフト８に伝達され、ピニオン及びラック機構１１を介してラック１０に伝達される。そして、ラック１０は、タイロッド１２を介してナックル１３に設けられた前輪１４の向きを変更して車両の進行方向を変えることができる。
【００２４】
前輪１４には、車速センサ１６が設けられている。
次に、この電動パワーステアリング装置の電気的構成を示す。
トルクセンサ４は、ステアリングホイール１の回動トルクＴに相対する電圧ＶＴを出力している。車速センサ１６は、その時の車速Ｖを前輪１４の回転数に相対する周期のパルス信号Ｐとしてを出力する。
【００２５】
制御装置を構成する舵取制御装置２０は、アシスト電流演算手段としての中央処理装置（ＣＰＵ）２１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２２及びデータを一時記憶する読み出し及び書き込み専用メモリ（ＲＡＭ）２３を備えている。このＲＯＭ２２には、ＣＰＵ２１による演算処理を行わせるための制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１が演算処理を行うときの演算処理結果等を一時記憶する。
【００２６】
ＲＯＭ２２は、図３及び図４に示すようなアシストマップとしての高速基本アシストマップ及び低速基本アシストマップが格納されている。高速基本アシストマップ及び低速基本アシストマップは、通常状態（ハンドルステアリング戻しでない状態）における操舵トルク（回動トルク）に対応し、かつ車速に応じた基本アシスト電流を求めるためのものであり、回動トルクＴに対する高速基本アシスト電流、及び低速基本アシスト電流がそれぞれ記憶されている。
【００２７】
図２は、前記ＣＰＵ２１内部において、プログラムで実行される機能を示す制御ブロック図である。同制御ブロック図で図示されている各部は、独立したハードウエアを示すものではなく、ＣＰＵ２１で実行される機能を示している。
【００２８】
以下、舵取制御装置２０の機能と動作を説明する。
トルクセンサ４から入力された操舵トルク（回動トルク）信号は、トルク演算器２４で回動トルクが演算され、位相補償器２５で操舵系の安定を高めるために位相補償され、次のアシスト電流指令値演算器２６に入力される。
【００２９】
一方、車速センサ１６から入力されたパルス信号Ｐは、車速演算器２７でその時々の車速Ｖが演算されアシスト電流指令値演算器２６に入力される。
アシスト電流指令値演算器２６は、入力された操舵トルク（回動トルク）に基づき、かつ入力された車速Ｖに対応して、ＲＯＭ２２に格納した高速基本アシストマップ及び低速基本アシストマップを参照して基本アシスト電流を求める。詳しくは、前記各マップにおいて、操舵トルクに対応する電流値を求め、両電流値間を現在の車速に応じて線形補間することにより、車速に対応した基本アシスト電流が算出される。そして、この算出した電流に基づいて操舵トルク（回動トルク）と車速に対応した通常状態におけるアシスト電流指令値を出力する。
【００３０】
比較器２８、ＰＩ制御器２９から構成される回路は、実際のモータ電流値がアシスト電流指令値に収束するようにフィードバック制御を行う回路である。
比較器２８では、アシスト電流指令値演算器２６から出力されたモータ６の制御目標値であるアシスト電流指令値と、後述するモータ電流検出器３０で検出された実際のモータ電流値とが比較され、その差の信号が出力される。
【００３１】
ＰＩ制御器２９の比例演算器３１では、アシスト電流指令値と実際のモータ電流値との差に比例した比例値が出力される。又、ＰＩ制御器２９の積分演算器３２では、フィードバック系の特性を改善するために積分され、積分値に比例した値が出力される。前記比例演算器３１から出力された比例値、積分演算器３２から出力された積分値は加算器３３で加算され、演算結果であるアシスト電流制御値（以下、電流制御値という。）がモータ制御回路３４に出力され、モータ駆動装置３５を介してモータ６が駆動され、アシスト力を出力する。モータ電流はモータ電流検出器３０にて検出される。
【００３２】
モータ制御回路３４は加算器３３から入力された電流制御値に基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭを発生させるとともに、電流制御値の符号に基づいてモータの回転方向を決定する回転方向信号を出力する図示しないＰＷＭ回路と、Ｈブリッジ回路のＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートを駆動する図示しないゲート駆動回路を備えている。
【００３３】
モータ駆動装置３５は４個の電界効果型トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４をブリッジに接続したＨブリッジ回路にて構成され、その入力端子にはバッテリからイグニッション（ともに図示しない）でオン／オフされるリレーを経てバッテリ電圧Ｖｃｃの電力が供給され、出力端子間にはモータ６が接続されている。
【００３４】
前記ＦＥＴ１，ＦＥＴ２は電流制御値に基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭ信号に基づいてオン／オフされ、モータ６に流れる電流の大きさが制御される。又、ＦＥＴ３とＦＥＴ４は電流制御値の符号に基づいて決定される回転方向信号によりゲートがオン／オフされる。
【００３５】
前記ＦＥＴ３が導通状態のときは、電流はＦＥＴ１、モータ６、ＦＥＴ３を経て流れ、モータ６に正方向の電流が流れる。又、ＦＥＴ４が導通状態のときは、電流はＦＥＴ２、モータ６、ＦＥＴ４を経て流れ、モータ６に負方向の電流が流れる。
【００３６】
前記モータ電流検出器３０にて検出されたモータ電流はフィードバック系の比較器２８にフィードバックされる。
アシスト電流指令値を微分する微分手段としての微分器３７は、アシスト電流指令値演算器２６から出力されたアシスト電流指令値を微分し、アイドルアップ指令手段としてのアイドルアップ判定器３８に出力する。アイドルアップ判定器３８は、予めＲＡＭ２３に記憶した過去のアシスト電流指令値（この実施形態では前回値）との差を算出することにより、微分値を得る。アイドルアップ判定器３８は、入力した微分値と予め設定された所定閾値としての微分閾値Ａとを比較する（図６（ｂ）参照）。この微分閾値Ａは、予めＲＯＭ２２内に記憶されており、電源電圧（バッテリ電圧）の低下が予測される値とされ、予め試験等で得られた値である。アイドルアップ判定器３８は微分値が、微分閾値Ａ以上と判定すると、アイドルアップ指令信号を出力する。このアイドルアップ指令信号は、エンジン制御を司る図示しないエンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）に入力される。エンジンＥＣＵはその指令信号に基づいて、アイドルアップ制御を行い、エンジンに付設されたオルタネータの電流供給能力を高める。
【００３７】
次に、上記のように構成された動力舵取装置の作用についてＣＰＵ２１の処理動作を図５のフローチャートに従って説明する。
先ず、ＣＰＵ２１は、ステップ（以下、ステップをＳという。）１において、車両の走行中その時々において、車速センサ１６からのパルス信号Ｐ，トルクセンサ４からの電圧ＶＴをＲＡＭ２３に読み込む。
【００３８】
ＣＰＵ２１は、Ｓ２において、車速センサ１６からのパルス信号Ｐに基づいてその時々の車速Ｖを演算するとともに、トルクセンサ４からの電圧ＶＴに基づいてステアリングホイール１のその時々の回動トルクＴを演算する。
【００３９】
次にＣＰＵ２１は、Ｓ３において、車速Ｖに対応した高速基本アシストマップ又は低速基本アシストマップを参照して、基本アシスト電流を求める。次に、Ｓ４において、車速が高速であれば第１補間係数マップに基づいて、低速であれば、第２補間係数マップに基づいて基本アシスト電流に補正を加えて車速に対応したアシスト電流指令値を算出し、ＲＡＭ２３に記憶する。
【００４０】
次のＳ５において、算出されたアシスト電流指令値と、前回の制御サイクル時において算出して記憶した前回アシスト電流指令値（前回値）との差を演算し、すなわち、微分を行い微分値を算出する。Ｓ６において、予めＲＯＭ２２に記憶した閾値とこの微分値との比較を行い、微分値が、閾値以上と判定すると、Ｓ８においてアイドルアップ指令信号を出力し、Ｓ７に移行する。
【００４１】
又、Ｓ６において、微分値が、閾値未満であると判定すると、Ｓ７に移行し、モータ制御を行い、この制御ルーチンを一旦終了する。
上記実施形態の電動パワーステアリング装置の舵取制御装置２０によれば、以下のような特徴がある。
【００４２】
（１） 上記実施形態では、ステアリングホイール１の回動トルクに基づいて演算されたアシスト電流指令値と、モータ６のモータ電流値とから演算したアシスト電流制御値に基づいてアシスト力を出力するモータ６を設けた。そして、アシスト電流指令値を微分するＣＰＵ２１（微分手段としての微分器３７の機能を有する。）と、アシスト電流指令値の微分値が、微分閾値Ａ以上か否かを判定するＣＰＵ２１（アイドルアップ指令手段としてのアイドルアップ判定器３８の機能を有する。）を設けた。そして、ＣＰＵ２１が微分値を微分閾値Ａ以上と判定した際に、アイドルアップ指令を行うようにした。この結果、モータ６に流れたモータ電流値を使用することなく、電源電圧から未だモータ電流を出力しない以前において、ステアリングホイール１の回動トルクに基づいて演算されたアシスト電流指令値を微分しているため、確実にアイドルアップ指令が出されて、エンジンがアイドルアップし、エンジンに付設されたオルタネータからの電力供給能力を高めることができる。
【００４３】
図６（ａ）は電源電圧の低下を予測する場合、従来技術であるモータ電流値とモータ電流閾値Ｂ（電源電圧が低くなると予想できる予め試験等で得られた値）とを比較をした場合のタイムチャートを示し、図６（ｂ）はアシスト電流指令値の微分値と微分閾値Ａ（電源電圧が低くなると予想できる予め試験等で得られた値）とを比較する場合のタイムチャートを示している。図中、モータ電流とモータ電流閾値Ｂを比較する従来の技術の場合、実際にモータに流れたモータ電流がモータ電流閾値Ｂ以上になった場合を、ｔ２、及びｔ４の時点とする。これに対して、アシスト電流指令値の微分値と微分閾値Ａとを比較する場合、アシスト電流指令値の微分値が微分閾値Ａ以上になった時点をｔ１，ｔ３とすると、本実施形態では、同図に示すように従来の場合に比較して、早い時点で、電源電圧が低くなることを予測できる。
【００４４】
（２） 本実施形態では、アシスト電流指令値は基本アシスト電流に基づいて算出され、この基本アシスト電流は、車速に応じて高速基本アシストマップ、及び低速基本アシストマップを含むアシストマップに基づいて算出した値に基づいて演算した。この結果、本実施形態では、車速に応じた基本アシスト電流が得られるため、車速に応じた微分値として得られることになる。この結果、車速感応型の電動パワーステアリングにおいて、上記（１）の作用効果を実現することが可能である。
【００４５】
尚、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では、ＣＰＵ２１にＰＩ制御器２９の機能を持たせたが、ＰＩ制御器２９の代わりにＰＩＤ制御器を設けても良い。
【００４６】
○ 前記実施形態では、基本アシスト電流は、車速に感応するように高速基本アシストマップ、低速基本アシストマップを使用したが、さらに、路面摩擦係数μに感応するようにした高μ路基本アシストマップや、低μ路基本アシストマップを採用して、基本アシスト電流を算出し、この基本アシスト電流に基づいて得られたアシスト電流指令値を微分して、この微分値と閾値との比較結果に応じてアイドルアップ指令を行うようにしてもよい。
【００４７】
次に、前記実施形態及び別例から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に以下に記載する。
（１）アシスト電流指令値は基本アシスト電流に基づいて算出されるものであり、基本アシスト電流は、車速に応じて高速基本アシストマップ、及び低速基本アシストマップを含むアシストマップに基づいて算出した値に基づいて演算されるものであることを特徴する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。こうすると、車速感応型の電動パワーステアリングにおいて、請求項１の発明の作用効果を実現することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、実際にモータに流れているモータ電流を検出するのではなく、アシスト電流指令値の微分値の大きさを判定することにより、電源電圧の落ち込みが予測でき、この予測によって、アイドルアップ指令を出すため、確実にかつ迅速に電源電圧の落ち込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に具体化した電動パワーステアリング装置の制御装置の概略図。
【図２】 同じく電動パワーステアリング装置の制御装置の制御ブロックダイヤグラム。
【図３】 回動トルクと高速基本アシスト電流とのマップ。
【図４】 回動トルクと低速基本アシスト電流とのマップ。
【図５】 ＣＰＵが処理する制御フローチャート。
【図６】 （ａ）はモータ電流値とモータ電流閾値とを比較をする場合のタイムチャート、（ｂ）はアシスト電流指令値の微分値と微分閾値とを比較する場合のタイムチャート。
【図７】 従来の電動パワーステアリング装置の概略図。
【図８】 同じく回動トルクに対するアシスト電流Ｉのアシストマップ。
【符号の説明】
Ｉ…アシスト電流、Ｔ…回動トルク、
１…ステアリングホイール、４…トルクセンサ、
６…モータ、２０…舵取制御装置、
２１…ＣＰＵ（微分手段、アイドルアップ指令手段を構成する）。

Claims (1)

1. ステアリングホイールの回動トルクに基づいて演算されたアシスト電流指令値と、モータのモータ電流値とから演算したアシスト電流制御値に基づいてアシスト力を出力するモータ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、
   前記アシスト電流指令値を微分する微分手段と、
   前記微分手段が微分した値が、所定閾値以上か否かを判定し、所定閾値以上と判定した際に、アイドルアップ指令を行うアイドルアップ指令手段を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置。

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