JP3714843B2 - 電動パワーステアリング装置および電動ポンプ式パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置および電動ポンプ式パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、電動パワーステアリング装置では、車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源として電動モータが用いられている。そして、この電動モータは、ステアリングホイールに加えられたトルクを検出するためのトルクセンサの出力信号などに基づいて、電子制御ユニット(ECU)によって駆動制御されるようになっている。具体的には、電子制御ユニットは、トルクセンサの出力信号などに基づいて電動モータの目標電流を定め、この目標電流と電動モータに実際に流れている電流(モータ電流)との偏差に基づいて、電動モータをフィードバック制御する。
【0003】
このようなフィードバック制御を実現するためには、電動モータに流れているモータ電流を検出するための手段が必要である。そのため、従来の電子制御ユニットは、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を備えているが、このことが、電子制御ユニットのコストをアップさせる原因になっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、コストの低減が図られた電動パワーステアリング装置および電動ポンプ式パワーステアリング装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モータ(M)が発生する駆動力を車両のステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータの制御値に応じたPWMデューティおよび車両に搭載されているバッテリ(7)の電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧(Vd)を演算する駆動電圧演算手段(22)と、前記電動モータに発生する逆起電圧(Vg)を演算する逆起電圧演算手段(21)と、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性(M(s))に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流(If)を演算するモータ電流演算手段(24)と、前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段(1)と、この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段(3,4,5)とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【0006】
前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗の関数(たとえば、前記電動モータの直流抵抗Rの逆数(1/R)に比例する関数)であってもよいし、前記電動モータのインダクタンスの関数であってもよい。また、前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗およびインダクタンスの関数であってもよく、たとえば、前記電動モータの直流抵抗をR、インダクタンスをL、ラプラス演算子をsとした場合に1/(Ls+R)に比例する関数であってもよい。
【0007】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
この発明によれば、電動モータに流れているモータ電流が、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて演算処理により推定される。
【0008】
そして、その推定されたモータ電流と電動モータに流れるべき目標電流との偏差に基づいて、電動モータが駆動制御され、電動モータから車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力が発生される。
電動モータに流れるモータ電流がモータ電流演算手段によって演算されるので、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設ける必要がない。そのため、電動パワーステアリング装置のコストを低減することができる。
なお、請求項2に記載したように、前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであってもよい。
【0009】
請求項3記載の発明は、電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置であって、前記電動モータの制御値に応じたPWMデューティおよび車両に搭載されているバッテリ(7)の電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧(Vd)を演算する駆動電圧演算手段(22)と、前記電動モータに発生する逆起電圧(Vg)を演算する逆起電圧演算手段(21)と、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性(M (s) )に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流(If)を演算するモータ電流演算手段(24)と、前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段(1)と、この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段(3,4,5)とを含むことを特徴とする電動ポンプ式パワーステアリング装置である。
【0010】
前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗の関数(たとえば、前記電動モータの直流抵抗Rの逆数(1/R)に比例する関数)であってもよいし、前記電動モータのインダクタンスの関数であってもよい。また、前記電動モータの電気的特性は、前記電動モータの直流抵抗およびインダクタンスの関数であってもよく、たとえば、前記電動モータの直流抵抗をR、インダクタンスをL、ラプラス演算子をsとした場合に1/ ( Ls+R ) に比例する関数であってもよい。
この発明によれば、電動モータに流れているモータ電流が、前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて演算処理により推定される。
そして、その推定されたモータ電流と電動モータに流れるべき目標電流との偏差に基づいて、電動モータが駆動制御され、電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプが作動されて、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助が達成される。
電動モータに流れるモータ電流がモータ電流演算手段によって演算されるので、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設ける必要がない。そのため、電動ポンプ式パワーステアリング装置のコストを低減することができる。
なお、請求項4に記載したように、前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであってもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、以下に説明するように、電動パワーステアリング装置に備えられた電動モータMをフィードバック制御するために用いることができ、この場合、たとえば、電動パワーステアリング装置の各部を制御するための電子制御ユニット(ECU)に組み込まれる。
【0012】
このモータ制御装置は、車両のステアリングホイールなどに加えられたトルクなどに基づいて電動モータMの目標電流(電動モータMに流れるべき電流)Irを設定する目標電流設定部1と、電動モータMに流れているモータ電流Ifを演算により推定するためのモータ電流推定部2と、目標電流設定部1によって設定された目標電流Irとモータ電流推定部2によって推定されたモータ電流Ifとの偏差を求める偏差演算部3と、この偏差演算部3が出力する偏差に基づいてPI(Proportional-Integral:比例積分)制御により電動モータMの制御値を演算するPI制御部4と、PI制御部4が出力する制御値に基づいてPWM(Pulse Width Modulation)デューティD(%)を演算し、このPWMデューティに応じた電圧を電動モータMに印加するデューティ演算部5とを備えている。
【0013】
これらのモータ電流推定部2、偏差演算部3、PI制御部4およびデューティ演算部5は、たとえば、このモータ制御装置に内蔵されたマイクロコンピュータが所定のプログラム処理を実行することにより、各機能がソフトウエア的に実現されるようになっている。
モータ電流推定部2には、電動モータMの回転速度ωを検出するモータ回転センサ6の出力信号、バッテリ7の電圧(電源電圧)Vbを検出するバッテリ電圧検出部8の出力信号およびデューティ演算部5で設定されるPWMデューティDが入力されるようになっている。そして、モータ電流推定部2は、電動モータMに発生する逆起電圧Vgを演算する逆起電圧演算部21と、電動モータMの駆動電圧(デューティ演算部5から電動モータMに印加される電圧)Vdを演算する駆動電圧演算部22と、電動モータMに実際にかかるモータ電圧を求めるモータ電圧演算部23と、このモータ電圧演算部23が出力するモータ電圧に基づいてモータ電流Ifを演算により求めるモータ電流演算部24とを備えている。
【0014】
モータ回転センサ6の出力信号は、逆起電圧演算部21に与えられる。この逆起電圧演算部21は、モータ回転センサ6で検出されるモータ回転速度ωに予め定める逆起電圧定数kVを乗じることにより、電動モータMに発生する逆起電圧Vgを求める。すなわち、モータ回転速度ωに基づいて、逆起電圧Vgを下記第(1)式に従って演算する。
Vg=ω×kV ・・・・・・(1)
バッテリ電圧検出部8の出力信号は、駆動電圧演算部22に入力されるようになっている。この駆動電圧演算部22にはまた、デューティ演算部5で設定されるPWMデューティD(%)が入力されている。駆動電圧演算部22は、これらの入力に基づいて、駆動電圧Vdを下記第(2)式に従って演算する。なお、この第(2)式は、電動モータMを駆動する方式に応じて予め定められている。
【0015】
Vd=Vb×(D/100) ・・・・・・(2)
逆起電圧演算部21が出力する逆起電圧Vgと駆動電圧演算部22が出力する駆動電圧Vdとは、モータ電圧演算部23に与えられるようになっている。モータ電圧演算部23は、駆動電圧Vdから逆起電圧Vgを減算することによりモータ電圧(=Vd−Vg)を求め、この求めたモータ電圧をモータ電流演算部24に与える。
【0016】
モータ電流演算部24は、モータ電圧演算部23で求められたモータ電圧に電動モータMの電気的特性M(s)を乗じることにより、電動モータMに流れているモータ電流Ifを演算する。ここで、電気的特性M(s)は、電動モータMに固有の定数であり、たとえば、電動モータMのインダクタンスをLとし、電動モータMの直流抵抗をRとすると、下記第(3)式で表される。
M(s)=1/(Ls+R) ・・・・・・(3)
ただし、sはラプラス演算子である。
【0017】
したがって、モータ電流演算部24においては、下記第(4)式で表される演算が行われる。
ゆえに、モータ電流Ifを推定するためにモータ電流推定部2全体で行われる演算は下記第(5)式で表される。
【0018】
以上のようにこの実施形態によれば、電動モータMに流れているモータ電流Ifが、電動モータMの回転速度ω、バッテリ7の電圧Vbおよびデューティ演算部5で設定されるPWMデューティDに基づいて演算処理により推定される。これにより、ハードウエア構成のモータ電流検出回路を設けなくても、電動モータMのフィードバック制御に必要なモータ電流Ifを得ることができるから、モータ制御装置のコストを低減することができる。
【0019】
なお、電動モータMの回転速度ωを検出するモータ回転センサ6は、ステアリングホイールの操舵角を検出するために、電動パワーステアリング装置に従来から備えられているものである。すなわち、電動パワーステアリング装置では、電動モータMの回転角に基づいてステアリングホイールの操舵角が検出され、この操舵角が予め定める角度以上になった場合に、ステアリングホイールを中立位置に戻す方向のトルクを電動モータMから発生させることにより、ステアリングホイールの良好な戻りを実現している。したがって、この実施形態の構成によれば、新たなセンサなどを追加することなく、従来から設けられているセンサを有効に利用してモータ電流Ifを推定することができる。
【0020】
なお、この実施形態では、駆動電圧Vdを上記第(2)式に基づく演算により求めるとしたが、バッテリ電圧VbおよびPWMデューティDと駆動電圧Vdとの関係をマップにしてメモリに記憶させておき、このマップを制御時に参照することにより駆動電圧Vdを求めるようにしてもよい。この場合、バッテリ電圧VbおよびPWMデューティDから駆動電圧Vdを求めるのに要する時間を短縮できる。
【0021】
さらに、上記第(3)式で表される電動モータMの電気的特性M(s)は、電動モータMのインダクタンスおよび直流抵抗を考慮した場合の一例であり、たとえば、電動モータMのインダクタンスLを考慮せずに、電気的特性M(s)を1/Rとしてもよい。
また、この発明はさらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、モータ電流Ifを推定するモータ電流推定装置がモータ電流推定部2としてモータ制御装置に適用され、モータ電流推定部2で推定されたモータ電流Ifを電動モータMのフィードバック制御に利用されているが、モータ電流推定装置が従来のモータ電流検出回路を備えたモータ制御装置に追加して設けられ、モータ電流推定装置で推定されるモータ電流Ifがモータ電流検出回路が正常に動作しているか否かを判別するために利用されてもよい。この場合、モータ制御装置の信頼性を向上することができる。
【0022】
さらに、上述の実施形態では、電動パワーステアリング装置用の電動モータMを制御する場合を例にとったが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外にも、たとえば、電動モータの駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助を実現する油圧ポンプ式パワーステアリング装置に適用することができる。
【0023】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 目標電流設定部(目標電流設定手段)
2 モータ電流推定部(モータ電流推定装置)
3 偏差演算部(制御実行手段)
4 PI制御部(制御実行手段)
5 デューティ演算部(制御実行手段)
21 逆起電圧演算部(逆起電圧演算手段)
22 駆動電圧演算部(駆動電圧演算手段)
23 モータ電圧演算部
24 モータ電流演算部(モータ電流演算手段)
If モータ電流
Ir 目標電流
M(s) 電気的特性
Vd 駆動電圧
Vg 逆起電圧
Claims (4)
- 電動モータが発生する駆動力を車両のステアリング機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータの制御値に応じたPWMデューティおよび車両に搭載されているバッテリの電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧を演算する駆動電圧演算手段と、
前記電動モータに発生する逆起電圧を演算する逆起電圧演算手段と、
前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流を演算するモータ電流演算手段と、
前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段と、
この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであ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。
- 電動モータが発生する駆動力により油圧ポンプを作動させ、この油圧ポンプから発生する油圧により操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置であって、
前記電動モータの制御値に応じたPWMデューティおよび車両に搭載されているバッテリの電圧に基づいて、前記電動モータの駆動電圧を演算する駆動電圧演算手段と、
前記電動モータに発生する逆起電圧を演算する逆起電圧演算手段と、
前記駆動電圧演算手段によって演算される駆動電圧、前記逆起電圧演算手段によって演算される逆起電圧、および前記電動モータの電気的特性に基づいて、前記電動モータに流れるモータ電流を演算するモータ電流演算手段と
前記電動モータに流れるべき目標電流を設定する目標電流設定手段と、
この目標電流設定手段によって設定される目標電流と前記モータ電流演算手段によって演算されるモータ電流との偏差に基づいて、前記電動モータの駆動制御を実行する制御実行手段と
を含むことを特徴とする電動ポンプ式パワーステアリング装置。 - 前記モータ電流演算手段は、前記駆動電圧と逆起電圧との差および前記電動モータの電気的特性に一定の演算を施すことによりモータ電流を算出するものであることを特徴とする請求項3記載の電動ポンプ式パワーステアリング装置。
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