JP3849979B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵装置に電動機の動力を付与して運転者の操舵力負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減を図っている。例えば、図１に電動パワーステアリング装置の構成図を示す。
図１に示されている通り、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４は、自在継ぎ手５ａ、５ｂを有する連結軸５を介して、ステアリングギヤボックス内にあるラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａと連結され、手動操舵力発生手段２を構成し、ピニオン７ａにかみ合うラック歯７ｂと、これらのかみ合いにより往復運動するラック軸９は、その両端にタイロッド１０、１０を介して転動輪としての左右前輪Ｗ、Ｗに連結されて、操舵時にはラック＆ピニオン式のステアリング系を介して前輪を転動させて車両の方向を変えている。この手動操舵力発生手段２による操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機８を設け、操舵トルクＴに応じた補助トルクを制御装置１２の制御によって発生させ、この補助トルクをラック軸９に伝達してステアリングホイール３の操舵力を軽減する。
【０００３】
電動機８の出力特性は、図７、図８に示すように、出力トルクＴｍが小さい時には回転速度Ｎｍが高く、かつ、電流Ｉｍが小さく、出力トルクＴｍが大きい時には回転速度Ｎｍが低く、かつ、電流Ｉｍが大きい。ここで、図７はトルクを重視した電動機の出力特性であり、図８は回転速度を重視した電動機の出力特性である。
このため、停止時のステアリング操作（ハンドル据切り）時に良好な操舵力軽減効果を得ようとすると、走行中などでステアリング操作ハンドルを早く（素早く）した場合に、ステアリングホイールの動きハンドルが重くなり、操舵フィーリングが低下する場合がある。停止時のハンドル据切り時の電動機出力は、図７の点Ａ１で示すように、出力トルクＴｍが大きいが回転速度Ｎｍが小さい。これに対して、走行中などでステアリング操作を早く操舵した場合の電動機に要求される出力は、図７の点Ａ２に示すように、出力トルクＴｍは小さいが回転速度Ｎｍは高く、図７の特性を有する電動機では出力不足でこのためにステアリングホイールの動きハンドルが重くなってしまう。
【０００４】
一方、図８に示す特性を有する電動機を用いた場合、走行中などでステアリング操作ハンドルを早く操舵した場合には、図８の点Ａ２に示すように良好な操舵力軽減効果が得られるが、停止時のハンドル据切り時には図８の点Ａ１で示すように、電動機の出力不足により、ステアリングホイールの動きハンドルが重くなって操舵フィーリングが低下してしまう。
電動パワーステアリング装置において、この点Ａ１と点Ａ２の２つの条件を満たすように考えると、図９のような出力特性を有する大型の電動機が必要になる。電動機が大型化すると、装置の大きさと重量が増加し、省燃費効果を低下させたり、電動機の慣性モーメントが増加し操舵フィーリングを低下させる原因になる。
【０００５】
このような問題を電動機の制御によって解決しようとする公知例として特開２０００−２７９０００号公報が知られている。この例では、図１０に示すように、電動機に要求される要求出力トルクＴｍが小さい時には、界磁弱め電流（界磁を弱める電流）を流して電動機の界磁を弱め、回転速度Ｎｍを上昇させるようにして、点Ａ１と点Ａ２との要求条件を満たすようにしている。
【０００６】
図１２に特開２０００−２７９０００号公報の制御装置１２のブロック図を示す。この制御装置１２は、トルク電流変換ブロック１３１で指令トルクＴｏに基づくｑ軸電流指令値ｉｑｏの演算、電動機電流検出手段１１４によるモータの各相（例えばｕ、ｖ相）の電流検出（例えばｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖ）、加算器１３３によるｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖに基づくｗ相電流の計算、ｄｑ変換ブロック１３４による電流値のｄｑ変換、加算器１２２および加算器１２４による電流偏差演算、ＰＩ制御ブロック１２５および１２６による指令電圧値演算、ｄｑ逆変換ブロック１２９によるｄｑ逆変換、ＰＷＭ変換ブロック１３０によるＰＷＭ制御パターン出力演算、駆動回路１１３による電動機駆動出力電流の出力、回転センサ１３２と角度検出ブロック１３５による回転角度演算を行うようになっている。
【０００７】
通常、目標値とフィードバック値の偏差演算をＣＰＵで行い、その偏差量に応じた指令値に基づいて制御量を制御している。電流フィードバックループでは、電流は電動機電流検出手段１１４のカレントトランスフォーマで検出され、その出力は増幅された後、所定の周期でサンプリングされる。そうして、このようにして得られた各相の電流検出値ｉｕ、ｉｖおよびこれらから計算で求められるｉｗはｄｑ変換ブロック１３４でｄｑ変換されて、そのｄ軸成分およびｑ軸成分がそれぞれ各軸の目標値になるように制御される。
【０００８】
負荷電流のｄ軸成分は界磁電流を意味し、負荷電流のｑ軸成分はトルク電流を意味する。したがって、出力トルクを制御するために、電流のフィードバック制御は、ｑ軸成分が出力トルクの目標値に等しくなるように制御される。
さらに、この例では、ｄ軸補正電流設定手段１３８を設けて、図１０に示すように、電動機の指令トルクＴｏが小さい時には、ｄ軸補正電流ｉｄをｄ軸電流指令値ｉｄｏに加算するようにして電動機８に界磁弱め電流を流して電動機８の界磁を弱め、これによって回転速度Ｎｍを上昇させるようにして、点Ａ１と点Ａ２との要求条件を満たすようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような特開２０００−２７９０００号公報の方法で図１０に示すように電動機８を制御した場合、走行中で出力トルクＴｍと回転速度Ｎｍが共に小さく電動機８に対する要求出力が小さい点Ａ３でも、界磁弱め電流が通電されるため、電動機の電流Ｉｍが増加して省燃費効果を低下させることになってしまう。
また、特開２０００−２７９０００号公報の方法では、電動機の指令トルクＴｏが小さい時に電動機の界磁を弱め回転速度Ｎｍを上昇させるように界磁弱め電流を通電するようになっているので、図１１の点Ａ４のように電動機が回転速度Ｎｍの上限で動作している時、さらに早くステアリング操作を操舵しようとすると、電動機の回転速度Ｎｍはこれ以上増加できないので、運転者の操作をアシストすることができない。このような場合には、電動機８が抵抗になってしまい、転舵に必要とされるトルクと実際に出力されているトルクとの間の差が大きくなる。このような場合に電動機８は、指令トルクＴｏを増加させるように制御されるので、界磁弱め電流が減少し、結果的に回転速度Ｎｍを下げて出力トルクＴｍを確保しようとする。すなわち、電動機出力は点Ａ４´に移るので、運転者はさらにステアリングホイールの動きが重たく感じるという現象が起きる。
【００１０】
前記のごとく、従来の電動パワーステアリング装置では、停止時のハンドル据切り時に電動機８に要求される出力は、出力トルクＴｍが大きいが回転速度Ｎｍが小さく、走行中などでステアリング操作ハンドルを早くした場合の電動機８に要求される出力は、出力トルクＴｍは小さいが回転速度Ｎｍは高い。この条件が満たされないとステアリングホイールの動きハンドルが重くなって操作性が悪くなるし、この条件を満たすために大型の電動機を採用すると省燃費効果を低下させることになる。この現象を避けるために出力トルクＴｍが小さい領域では界磁弱め電流を流して回転速度Ｎｍを上げる方法が用いられる例があるが、出力トルクＴｍと回転速度Ｎｍが共に小さく、電動機８に対する要求出力が小さい場合でも界磁弱め電流が通電されて省燃費効果が低下するという問題がある。また、電動機８の回転速度Ｎｍがこれ以上上昇できない上限にある時に、さらに早くステアリング操作をしようとすると、回転速度Ｎｍの上限がさらに低下して一層ステアリングホイールの動きが重たくなるという問題がある。
本発明はこの点を解決して、省燃費効果を低下させることなく、また、電動機を大型にすることなく、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置の実現を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への目標信号のトルク軸成分であるｑ軸指令電圧を設定する目標信号設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、前記電動機電流の前記トルク軸成分であるｑ軸電動機電流と前記ｑ軸指令電圧との偏差に基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段とを有し、前記電動機の働きで前記操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、ｑ軸指令電圧が所定値よりも大きいときに、前記電動機電流の界磁軸成分であるｄ軸電流を変化させることにより界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
これにより、後記する実施の形態のようにｑ軸指令電圧が所定値よりも大きく電動機への要求出力が高いときのみ、電動機のｄ軸電流を変化させ界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにする。これにより、走行中にゆっくり小さくステアリングホイールを切る場合などの要求出力が小さいときには、電動機に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがない。すなわち、省燃費効果を低下させることなく、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００１３】
また、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への目標電流値を設定する目標電流設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、少なくとも前記目標電流と前記電動機電流との偏差に基づいて電動機駆動信号を生成し、この電動機駆動信号を前記電動機に送信する電動機駆動制御手段とを有し前記電動機の働きで操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、前記電動機電流に応じて、前記電動機の界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
これにより、後記する実施の形態のように実電流が小さいときにのみ、界磁弱め電流を流して、電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにすることができ、これ以上回転速度が上昇しないような場合に、さらに要求トルクを高め、回転速度限界を逆に下げるような矛盾した動きを無くして、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施の形態を添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００１８】
まず、図１を参照して、電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。
【００１９】
本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から操舵輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓを備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵力をアシストする。そのために、電動パワーステアリング装置１は、制御装置１２からの電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力をアシストする。
なお、本実施の形態では、電動機８として、３相ブラシレスモータを、その駆動制御にはｄｑ制御を用いた場合で説明し、この電動機８が特許請求の範囲に記載の電動機に相当し、制御装置１２が特許請求の範囲に記載の電動機駆動制御手段に相当する。
【００２０】
手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備える。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いにより、ピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動とする。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、操舵輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結される。
【００２１】
また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助トルク）を発生させるために、電動機８がラック軸９と同軸上に配設される。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。
【００２２】
制御装置１２は、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサＴＳ、電動機電流検出手段１４の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯが入力される。そして、制御装置１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯに基づいて電動機８にかける電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。さらに、制御装置１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定し、電動機８の駆動を制御する。なお、制御装置１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、記憶手段等で構成される。ちなみに、制御装置１２は、ＣＰＵを備え、ＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。
なお、本実施の形態では、操舵トルクセンサＴＳが特許請求の範囲に記載の操舵トルク検出手段に相当し、電動機電流検出手段１４が特許請求の範囲に記載の電動機電流検出手段に相当する。
【００２３】
車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御装置１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。
【００２４】
操舵トルクセンサＴＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御装置１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。
【００２５】
電動機電流検出手段１４は、例えば、電動機８の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマで形成され、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御装置１２にフィードバック（負帰還）する。
【００２６】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加し、電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じて電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路、ＦＥＴブリッジを介して電動機８の各巻線に正弦波を通電してベクトル制御を行う。
【００２７】
続いて制御装置１２の動作について図２のブロック図に沿って説明する。制御装置１２は２相回転磁束座標系（ｄｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって、指令トルクＴｏに応じた電動機８の制御を行っている。すなわち、ステアリング系Ｓハンドルに加わる操舵トルクを操舵トルクセンサＴＳにより検出し、この検出した操舵トルクＴに応じたアシストトルクが得られるように、電動機８をベクトル制御することにより、操舵のアシストを行っている。
【００２８】
制御装置１２は、まず、ｑ軸目標電流設定手段２１内で、操舵トルクセンサＴＳが検出して出力する操舵トルクＴ、操舵角速度ｄφ／ｄｔ、車速センサＶＳが検出して出力する車速信号Ｖなどから指令トルクＴｏを求める。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、ｆは所定の指令トルクＴｏを求める関数である。
【００３１】
この指令トルクＴｏは、さらに、ｑ軸目標電流設定手段２１内でのトルク電流変換によって、ｑ軸電流指令値ｉｑｏに変換される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ここで、ｇは所定のトルク電流変換を実行する関数である。一方、ｄ軸電流指令値ｉｄｏは基本的には０とする。
【００３４】
さらに、電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩＭＯ、ここではモータの各相（例えばｕ、ｖ相）の電流検出値（例えばｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖ）はカレントトランスフォーマで検出され、その出力は増幅された後、所定の周期でサンプリングされる。このようにして得られた各相の電流検出値は、ＶＲレゾルバ３２およびＲＤコンバータ３５からなる電動機回転検出手段によって検出された回転信号θに基づいてｄｑ変換ブロック３４で変換され、その後、減衰手段３６，３７を経て、ｄ軸およびｑ軸の実電流（フィードバック電流）ｉｄｒとｉｑｒが求められる。ここでの減衰手段３６，３７はこのフィードバックループに外部から混入される高周波の雑音を除去する働きを持っている。エンジンルーム内で雑音はＯＮ／ＯＦＦ動作を行う機械的、電気的スイッチ手段から発生し、後述するＰＩ制御ブロック２５，２６は高周波雑音の影響をうけやすく、雑音混入によって操舵感覚が悪化するという問題が発生する。高周波雑音の除去によってこの問題が解決する。
【００３５】
加算器２２ではｑ軸電流の指令電流目標値ｉｑｏとｑ軸フィードバック実電流値ｉｑｒの偏差演算を行う。また、加算器２３ではｄ軸電流の指令電流目標値ｉｄｏ（＝０）に対して後述のｄ軸電流補正処理を行い、加算器２４ではｄ軸電流補正後のｄ軸補正電流目標値ｉｄｃとｄ軸フィードバック実電流値ｉｄｒの偏差演算を行う。すなわち、加算器２２および２４で
【００３６】
【数３】
【００３７】
が演算される。ここで、Δｉｄはｄ軸の電流偏差、Δｉｑはｑ軸の電流偏差である。なお、本実施の形態では、ｑ軸目標電流設定手段２１が特許請求範囲に記載の目標電流制定手段に相当する。また、目標電流値はｉｄｃ、ｉｑｏに相当する。
【００３８】
次に、ＰＩ制御ブロック２５およびＰＩ制御ブロック２６でｄ軸電流偏差Δｉｄおよびｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御処理およびＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御処理を実行し、その結果としてｄ軸およびｑ軸に対してのそれぞれの指令電圧Ｖｄｏ、Ｖｑｏを得る。そうして、ｄｑ逆変換ブロック２９では、これらの指令電圧Ｖｄｏ、Ｖｑｏに対してｄｑ逆変換を行って電動機８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対するそれぞれの指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。この指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ変換ブロック３０でＰＷＭデュ−ティ信号とされ、このＰＷＭデューティ信号が電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ回路を介して電動機８（ブラシレスモータ）の各相巻線に正弦波電流を通電してベクトル制御を行う。
【００３９】
ところで、本実施の形態でのｄ軸電流補正処理では、ｄ軸補正電流設定手段３８によってｄ軸補正電流ｉｄが決定され、加算器２３は次式（４）にしたがってｄ軸補正電流目標値ｉｄｃを演算する。
【００４０】
【数４】
【００４１】
ここでｉｄはｄ軸補正電流設定手段３８からの補正電流であり、本実施形態では指令電流目標値ｉｄｏ＝０である。補正電流ｉｄ（負の値）に基づいてｄ軸電流を通電することによって、電動機８に界磁弱め電流が流れ、電動機８の界磁を減少させることができ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めることができる。
【００４２】
ここでｄ軸補正電流設定手段３８での処理内容を説明する。
図３にｄ軸補正電流設定手段３８の機能ブロック図を示す。また、図４に、ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０での処理マップ、図５にｑ軸実電流対応マップ処理部４１での処理マップ、図６に電動機回転速度対応マップ処理部４３での処理マップを示す。
【００４３】
ｄ軸補正電流設定手段３８のｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０では、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ１が得られる。すなわち次式（５）で表される変換処理を行う。
【００４４】
【数５】
【００４５】
ここでｑ軸指令電圧対応マップｇ１（Ｖｑｏ）は図４に示すように、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが小さい、すなわちｑ軸電流偏差が小さい部分では０であり、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい部分、すなわちｑ軸電流偏差が大きい部分ではほぼ一定の値を示す。この処理によって、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい部分、すなわち、ｑ軸の電流偏差Δｉｑが大きい部分でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄを流し、電動機８の界磁を減少させ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めるようにしている。これにより、図１０の点Ａ３のように走行中にゆっくり小さくステアリングホイール３をきった場合などで、電動機８に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがなくなる。
なお、本実施の形態では、ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０が特許請求の範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００４６】
ｑ軸実電流対応マップ処理部４１ではｑ軸実電流ｉｑｒをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ２が得られる。すなわち次式（６）で表される変換処理を行う。
【００４７】
【数６】
【００４８】
ここでｑ軸実電流対応マップｇ２（ｉｑｒ）は図５に示すように、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい部分ではほぼ一定の値を示し、ｑ軸実電流ｉｑｒが大きい部分では０になる。この処理によって、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい部分でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄを流し、電動機８の界磁を減少させ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めるようにしている。これにより、図１１の点Ａ４のようにこれ以上回転速度Ｎｍが上昇しない時にさらに早くステアリング操作をしようとすると、ハンドルトルクがさらに増加し、電動機出力は点Ａ４´に移り一層ステアリングホイールの動きが重たくなるという矛盾した現象に進むことを防止することができる。
なお、本実施の形態では、ｑ軸実電流対応マップ処理部４１が特許請求の範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００４９】
電動機回転速度対応マップ処理部４３では電動機回転速度Ｎｍをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ３が得られる。すなわち次式（７）で表される変換処理を行う。
【００５０】
【数７】
【００５１】
ここで回転速度対応マップｇ３（Ｎｍ）は図６に示すように、電動機回転速度Ｎｍが小さい部分では０であり、電動機回転速度Ｎｍが大きい部分でほぼ一定の値を示す。これにより、図１０の点Ａ３など、ゆっくりステアリングホイール３をきった場合は、電動機８に弱め界磁電流が流れることを防ぐことができ、無駄に電流を流すことがなくなる。
なお、本実施の形態では、電動機回転速度対応マップ処理部４３が特許請求範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００５２】
ここで、電動機回転速度Ｎｍは、ＶＲレゾルバ３２およびＲＤ変換３５からなる電動機回転検出手段によって検出された値を用いる。電動機回転検出手段によって検出した検出値は、直接にｄ軸補正電流設定手段３８の電動機回転速度対応マップ処理部４３に入力される。
【００５３】
ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０の出力Ｃ１、ｑ軸実電流対応マップ処理部４１の出力Ｃ２、電動機回転速度対応マップ処理部４３の出力Ｃ３は相乗積演算部４４ですべて掛け算され、式（８）で示されるこの相乗積に比例するｄ軸補正電流ｉｄがｄ軸補正電流設定手段３８の出力として加算器２３に入力される。
【００５４】
【数８】
【００５５】
これにより、ｄ軸電流補正を行う各要素がそれぞれ独立に作用して、ｑ軸電流偏差Δｉｑすなわちこのｑ軸電流偏差Δｉｑを基に演算されるｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい場合、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい場合、電動機回転速度Ｎｍが大きい場合にｄ軸補正電流ｉｄが流れて界磁弱めが行われる。
【００５６】
なお、図２の非干渉化制御手段３９とそれにつながる加算器２７，２８は、複数の制御入力と、複数の制御量との間に相互干渉がある場合に、１つの制御入力の影響が、１つの制御量だけに及ぶよう相互干渉を絶つ働きをする。この場合は、角速度ωとモータ電流ｉｑｒ、ｉｄｒのフィードバックループを小さくする（フィードバックループの応答を早くする）ために用いられている。
【００５７】
このように、本発明では、ｄ軸補正電流設定手段３８を設けて、ｑ軸指令電圧が大きい場合、ｑ軸実電流が小さい場合、電動機回転速度が大きい場合に、電動機８のｄ軸成分であるｄ軸電流を電動機８の界磁を弱めるように補正しているので、電動機８の定格電流を大きくすることなく、電動機回転速度を増加させることができ、指令トルクが急激に変化する場合でも、電動機８の応答性を高めて、ステアリング系Ｓに最適な操舵補助力を与えることができ、省燃費効果を低下させることなく、また、電動機８を大型にすることなく、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置１を実現することができる。
【００５８】
以上説明した本発明は、前記した実施の形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、本実施の形態では、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を付与する電動機として、ブラシレスモータを、その駆動制御にはｄｑ制御を用いてブラシレスモータの相間に正弦波電流を通電するベクトル制御を採用したものについて述べたが、例えば、ブラシレスモータの各相毎の正弦波電流を制御する場合や、ブラシレスモータの相間に矩形波を通電させるものや、矩形波の合成による疑似的な正弦波を通電させるもの、あるいは、他のモータを用いる場合などの構成も実現できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明は、ｑ軸指令電圧に応じて、電動機の界磁を弱めて電動機の回転速度を上昇させる回転速度制御手段を設けたので、電動機への要求出力が高いときにのみ、電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにすることができる。これにより、走行中にゆっくり小さくステアリングホイールを切る場合などでは、電動機に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがなく、省燃費効果を低下させることなく、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００６０】
本発明の請求項２の発明は、電動機電流が小さい時のみ電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにしたので、これ以上回転速度が上昇しない場合に、さらに要求トルクを高めて回転速度上限を逆に下げるような矛盾した動作の発生を防止して、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の電動パワーステアリング装置の構成図。
【図２】本発明に係る実施の形態の制御装置のブロック図。
【図３】本発明に係る実施の形態のｄ軸補正電流設定手段の機能ブロック図。
【図４】本発明に係る実施の形態のｑ軸指令電圧対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図５】本発明に係る実施の形態のｑ軸実電流対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図６】本発明に係る実施の形態の電動機回転速度対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図７】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図８】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図９】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図１０】従来例での電動機の特性を示すグラフ。
【図１１】従来例での電動機の特性を示すグラフ。
【図１２】従来例での制御装置のブロック図。
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…手動操舵力発生手段、３…ステアリングホイール、４…ステアリング軸、５…連結軸、５ａ、５ｂ…自在継ぎ手、６…ステアリング・ギアボックス、７…ラック＆ピニオン機構、７ａ…ピニオン、８…電動機、９…ラック軸、１０…タイロッド、１１…ボールねじ機構、１２…制御装置、１３…電動機駆動手段、１４…電動機電流検出手段、１５…電動機電圧検出手段、２１…ｑ軸目標電流設定手段、２２、２３、２４、２７、２８、３３…加算器、２５、２６…ＰＩ制御ブロック、２９…ｄｑ逆変換ブロック、３０…ＰＷＭ変換ブロック、３２…ＶＲレゾルバ、３４…ｄｑ変換ブロック、３５…ＲＤ変換ブロック、３６、３７…減衰手段、３８…ｄ軸補正電流設定手段、Ｓ…ステアリング系、ＴＳ…操舵トルクセンサ、ＶＳ…車速センサ、Ｗ…前輪
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵装置に電動機の動力を付与して運転者の操舵力負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減を図っている。例えば、図１に電動パワーステアリング装置の構成図を示す。
図１に示されている通り、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４は、自在継ぎ手５ａ、５ｂを有する連結軸５を介して、ステアリングギヤボックス内にあるラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａと連結され、手動操舵力発生手段２を構成し、ピニオン７ａにかみ合うラック歯７ｂと、これらのかみ合いにより往復運動するラック軸９は、その両端にタイロッド１０、１０を介して転動輪としての左右前輪Ｗ、Ｗに連結されて、操舵時にはラック＆ピニオン式のステアリング系を介して前輪を転動させて車両の方向を変えている。この手動操舵力発生手段２による操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機８を設け、操舵トルクＴに応じた補助トルクを制御装置１２の制御によって発生させ、この補助トルクをラック軸９に伝達してステアリングホイール３の操舵力を軽減する。
【０００３】
電動機８の出力特性は、図７、図８に示すように、出力トルクＴｍが小さい時には回転速度Ｎｍが高く、かつ、電流Ｉｍが小さく、出力トルクＴｍが大きい時には回転速度Ｎｍが低く、かつ、電流Ｉｍが大きい。ここで、図７はトルクを重視した電動機の出力特性であり、図８は回転速度を重視した電動機の出力特性である。
このため、停止時のステアリング操作（ハンドル据切り）時に良好な操舵力軽減効果を得ようとすると、走行中などでステアリング操作ハンドルを早く（素早く）した場合に、ステアリングホイールの動きハンドルが重くなり、操舵フィーリングが低下する場合がある。停止時のハンドル据切り時の電動機出力は、図７の点Ａ１で示すように、出力トルクＴｍが大きいが回転速度Ｎｍが小さい。これに対して、走行中などでステアリング操作を早く操舵した場合の電動機に要求される出力は、図７の点Ａ２に示すように、出力トルクＴｍは小さいが回転速度Ｎｍは高く、図７の特性を有する電動機では出力不足でこのためにステアリングホイールの動きハンドルが重くなってしまう。
【０００４】
一方、図８に示す特性を有する電動機を用いた場合、走行中などでステアリング操作ハンドルを早く操舵した場合には、図８の点Ａ２に示すように良好な操舵力軽減効果が得られるが、停止時のハンドル据切り時には図８の点Ａ１で示すように、電動機の出力不足により、ステアリングホイールの動きハンドルが重くなって操舵フィーリングが低下してしまう。
電動パワーステアリング装置において、この点Ａ１と点Ａ２の２つの条件を満たすように考えると、図９のような出力特性を有する大型の電動機が必要になる。電動機が大型化すると、装置の大きさと重量が増加し、省燃費効果を低下させたり、電動機の慣性モーメントが増加し操舵フィーリングを低下させる原因になる。
【０００５】
このような問題を電動機の制御によって解決しようとする公知例として特開２０００−２７９０００号公報が知られている。この例では、図１０に示すように、電動機に要求される要求出力トルクＴｍが小さい時には、界磁弱め電流（界磁を弱める電流）を流して電動機の界磁を弱め、回転速度Ｎｍを上昇させるようにして、点Ａ１と点Ａ２との要求条件を満たすようにしている。
【０００６】
図１２に特開２０００−２７９０００号公報の制御装置１２のブロック図を示す。この制御装置１２は、トルク電流変換ブロック１３１で指令トルクＴｏに基づくｑ軸電流指令値ｉｑｏの演算、電動機電流検出手段１１４によるモータの各相（例えばｕ、ｖ相）の電流検出（例えばｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖ）、加算器１３３によるｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖに基づくｗ相電流の計算、ｄｑ変換ブロック１３４による電流値のｄｑ変換、加算器１２２および加算器１２４による電流偏差演算、ＰＩ制御ブロック１２５および１２６による指令電圧値演算、ｄｑ逆変換ブロック１２９によるｄｑ逆変換、ＰＷＭ変換ブロック１３０によるＰＷＭ制御パターン出力演算、駆動回路１１３による電動機駆動出力電流の出力、回転センサ１３２と角度検出ブロック１３５による回転角度演算を行うようになっている。
【０００７】
通常、目標値とフィードバック値の偏差演算をＣＰＵで行い、その偏差量に応じた指令値に基づいて制御量を制御している。電流フィードバックループでは、電流は電動機電流検出手段１１４のカレントトランスフォーマで検出され、その出力は増幅された後、所定の周期でサンプリングされる。そうして、このようにして得られた各相の電流検出値ｉｕ、ｉｖおよびこれらから計算で求められるｉｗはｄｑ変換ブロック１３４でｄｑ変換されて、そのｄ軸成分およびｑ軸成分がそれぞれ各軸の目標値になるように制御される。
【０００８】
負荷電流のｄ軸成分は界磁電流を意味し、負荷電流のｑ軸成分はトルク電流を意味する。したがって、出力トルクを制御するために、電流のフィードバック制御は、ｑ軸成分が出力トルクの目標値に等しくなるように制御される。
さらに、この例では、ｄ軸補正電流設定手段１３８を設けて、図１０に示すように、電動機の指令トルクＴｏが小さい時には、ｄ軸補正電流ｉｄをｄ軸電流指令値ｉｄｏに加算するようにして電動機８に界磁弱め電流を流して電動機８の界磁を弱め、これによって回転速度Ｎｍを上昇させるようにして、点Ａ１と点Ａ２との要求条件を満たすようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような特開２０００−２７９０００号公報の方法で図１０に示すように電動機８を制御した場合、走行中で出力トルクＴｍと回転速度Ｎｍが共に小さく電動機８に対する要求出力が小さい点Ａ３でも、界磁弱め電流が通電されるため、電動機の電流Ｉｍが増加して省燃費効果を低下させることになってしまう。
また、特開２０００−２７９０００号公報の方法では、電動機の指令トルクＴｏが小さい時に電動機の界磁を弱め回転速度Ｎｍを上昇させるように界磁弱め電流を通電するようになっているので、図１１の点Ａ４のように電動機が回転速度Ｎｍの上限で動作している時、さらに早くステアリング操作を操舵しようとすると、電動機の回転速度Ｎｍはこれ以上増加できないので、運転者の操作をアシストすることができない。このような場合には、電動機８が抵抗になってしまい、転舵に必要とされるトルクと実際に出力されているトルクとの間の差が大きくなる。このような場合に電動機８は、指令トルクＴｏを増加させるように制御されるので、界磁弱め電流が減少し、結果的に回転速度Ｎｍを下げて出力トルクＴｍを確保しようとする。すなわち、電動機出力は点Ａ４´に移るので、運転者はさらにステアリングホイールの動きが重たく感じるという現象が起きる。
【００１０】
前記のごとく、従来の電動パワーステアリング装置では、停止時のハンドル据切り時に電動機８に要求される出力は、出力トルクＴｍが大きいが回転速度Ｎｍが小さく、走行中などでステアリング操作ハンドルを早くした場合の電動機８に要求される出力は、出力トルクＴｍは小さいが回転速度Ｎｍは高い。この条件が満たされないとステアリングホイールの動きハンドルが重くなって操作性が悪くなるし、この条件を満たすために大型の電動機を採用すると省燃費効果を低下させることになる。この現象を避けるために出力トルクＴｍが小さい領域では界磁弱め電流を流して回転速度Ｎｍを上げる方法が用いられる例があるが、出力トルクＴｍと回転速度Ｎｍが共に小さく、電動機８に対する要求出力が小さい場合でも界磁弱め電流が通電されて省燃費効果が低下するという問題がある。また、電動機８の回転速度Ｎｍがこれ以上上昇できない上限にある時に、さらに早くステアリング操作をしようとすると、回転速度Ｎｍの上限がさらに低下して一層ステアリングホイールの動きが重たくなるという問題がある。
本発明はこの点を解決して、省燃費効果を低下させることなく、また、電動機を大型にすることなく、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置の実現を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への目標信号のトルク軸成分であるｑ軸指令電圧を設定する目標信号設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、前記電動機電流の前記トルク軸成分であるｑ軸電動機電流と前記ｑ軸指令電圧との偏差に基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段とを有し、前記電動機の働きで前記操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、ｑ軸指令電圧が所定値よりも大きいときに、前記電動機電流の界磁軸成分であるｄ軸電流を変化させることにより界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
これにより、後記する実施の形態のようにｑ軸指令電圧が所定値よりも大きく電動機への要求出力が高いときのみ、電動機のｄ軸電流を変化させ界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにする。これにより、走行中にゆっくり小さくステアリングホイールを切る場合などの要求出力が小さいときには、電動機に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがない。すなわち、省燃費効果を低下させることなく、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００１３】
また、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への目標電流値を設定する目標電流設定手段と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、少なくとも前記目標電流と前記電動機電流との偏差に基づいて電動機駆動信号を生成し、この電動機駆動信号を前記電動機に送信する電動機駆動制御手段とを有し前記電動機の働きで操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、前記電動機電流に応じて、前記電動機の界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする。
【００１４】
これにより、後記する実施の形態のように実電流が小さいときにのみ、界磁弱め電流を流して、電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにすることができ、これ以上回転速度が上昇しないような場合に、さらに要求トルクを高め、回転速度限界を逆に下げるような矛盾した動きを無くして、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施の形態を添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００１８】
まず、図１を参照して、電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。
【００１９】
本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から操舵輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓを備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵力をアシストする。そのために、電動パワーステアリング装置１は、制御装置１２からの電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力をアシストする。
なお、本実施の形態では、電動機８として、３相ブラシレスモータを、その駆動制御にはｄｑ制御を用いた場合で説明し、この電動機８が特許請求の範囲に記載の電動機に相当し、制御装置１２が特許請求の範囲に記載の電動機駆動制御手段に相当する。
【００２０】
手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備える。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いにより、ピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動とする。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、操舵輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結される。
【００２１】
また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助トルク）を発生させるために、電動機８がラック軸９と同軸上に配設される。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。
【００２２】
制御装置１２は、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサＴＳ、電動機電流検出手段１４の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯが入力される。そして、制御装置１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯに基づいて電動機８にかける電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。さらに、制御装置１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定し、電動機８の駆動を制御する。なお、制御装置１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、記憶手段等で構成される。ちなみに、制御装置１２は、ＣＰＵを備え、ＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。
なお、本実施の形態では、操舵トルクセンサＴＳが特許請求の範囲に記載の操舵トルク検出手段に相当し、電動機電流検出手段１４が特許請求の範囲に記載の電動機電流検出手段に相当する。
【００２３】
車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御装置１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。
【００２４】
操舵トルクセンサＴＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御装置１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。
【００２５】
電動機電流検出手段１４は、例えば、電動機８の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマで形成され、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御装置１２にフィードバック（負帰還）する。
【００２６】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加し、電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じて電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路、ＦＥＴブリッジを介して電動機８の各巻線に正弦波を通電してベクトル制御を行う。
【００２７】
続いて制御装置１２の動作について図２のブロック図に沿って説明する。制御装置１２は２相回転磁束座標系（ｄｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって、指令トルクＴｏに応じた電動機８の制御を行っている。すなわち、ステアリング系Ｓハンドルに加わる操舵トルクを操舵トルクセンサＴＳにより検出し、この検出した操舵トルクＴに応じたアシストトルクが得られるように、電動機８をベクトル制御することにより、操舵のアシストを行っている。
【００２８】
制御装置１２は、まず、ｑ軸目標電流設定手段２１内で、操舵トルクセンサＴＳが検出して出力する操舵トルクＴ、操舵角速度ｄφ／ｄｔ、車速センサＶＳが検出して出力する車速信号Ｖなどから指令トルクＴｏを求める。
【００２９】
【数１】
ここで、ｆは所定の指令トルクＴｏを求める関数である。
【００３１】
この指令トルクＴｏは、さらに、ｑ軸目標電流設定手段２１内でのトルク電流変換によって、ｑ軸電流指令値ｉｑｏに変換される。
【００３２】
【数２】
ここで、ｇは所定のトルク電流変換を実行する関数である。一方、ｄ軸電流指令値ｉｄｏは基本的には０とする。
【００３４】
さらに、電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩＭＯ、ここではモータの各相（例えばｕ、ｖ相）の電流検出値（例えばｕ、ｖ相の電流ｉｕ、ｉｖ）はカレントトランスフォーマで検出され、その出力は増幅された後、所定の周期でサンプリングされる。このようにして得られた各相の電流検出値は、ＶＲレゾルバ３２およびＲＤコンバータ３５からなる電動機回転検出手段によって検出された回転信号θに基づいてｄｑ変換ブロック３４で変換され、その後、減衰手段３６，３７を経て、ｄ軸およびｑ軸の実電流（フィードバック電流）ｉｄｒとｉｑｒが求められる。ここでの減衰手段３６，３７はこのフィードバックループに外部から混入される高周波の雑音を除去する働きを持っている。エンジンルーム内で雑音はＯＮ／ＯＦＦ動作を行う機械的、電気的スイッチ手段から発生し、後述するＰＩ制御ブロック２５，２６は高周波雑音の影響をうけやすく、雑音混入によって操舵感覚が悪化するという問題が発生する。高周波雑音の除去によってこの問題が解決する。
【００３５】
加算器２２ではｑ軸電流の指令電流目標値ｉｑｏとｑ軸フィードバック実電流値ｉｑｒの偏差演算を行う。また、加算器２３ではｄ軸電流の指令電流目標値ｉｄｏ（＝０）に対して後述のｄ軸電流補正処理を行い、加算器２４ではｄ軸電流補正後のｄ軸補正電流目標値ｉｄｃとｄ軸フィードバック実電流値ｉｄｒの偏差演算を行う。すなわち、加算器２２および２４で
【００３６】
【数３】
が演算される。ここで、Δｉｄはｄ軸の電流偏差、Δｉｑはｑ軸の電流偏差である。なお、本実施の形態では、ｑ軸目標電流設定手段２１が特許請求範囲に記載の目標電流制定手段に相当する。また、目標電流値はｉｄｃ、ｉｑｏに相当する。
【００３８】
次に、ＰＩ制御ブロック２５およびＰＩ制御ブロック２６でｄ軸電流偏差Δｉｄおよびｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御処理およびＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御処理を実行し、その結果としてｄ軸およびｑ軸に対してのそれぞれの指令電圧Ｖｄｏ、Ｖｑｏを得る。そうして、ｄｑ逆変換ブロック２９では、これらの指令電圧Ｖｄｏ、Ｖｑｏに対してｄｑ逆変換を行って電動機８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対するそれぞれの指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。この指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはＰＷＭ変換ブロック３０でＰＷＭデュ−ティ信号とされ、このＰＷＭデューティ信号が電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ回路を介して電動機８（ブラシレスモータ）の各相巻線に正弦波電流を通電してベクトル制御を行う。
【００３９】
ところで、本実施の形態でのｄ軸電流補正処理では、ｄ軸補正電流設定手段３８によってｄ軸補正電流ｉｄが決定され、加算器２３は次式（４）にしたがってｄ軸補正電流目標値ｉｄｃを演算する。
【００４０】
【数４】
ここでｉｄはｄ軸補正電流設定手段３８からの補正電流であり、本実施形態では指令電流目標値ｉｄｏ＝０である。補正電流ｉｄ（負の値）に基づいてｄ軸電流を通電することによって、電動機８に界磁弱め電流が流れ、電動機８の界磁を減少させることができ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めることができる。
【００４２】
ここでｄ軸補正電流設定手段３８での処理内容を説明する。
図３にｄ軸補正電流設定手段３８の機能ブロック図を示す。また、図４に、ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０での処理マップ、図５にｑ軸実電流対応マップ処理部４１での処理マップ、図６に電動機回転速度対応マップ処理部４３での処理マップを示す。
【００４３】
ｄ軸補正電流設定手段３８のｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０では、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ１が得られる。すなわち次式（５）で表される変換処理を行う。
【００４４】
【数５】
ここでｑ軸指令電圧対応マップｇ１（Ｖｑｏ）は図４に示すように、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが小さい、すなわちｑ軸電流偏差が小さい部分では０であり、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい部分、すなわちｑ軸電流偏差が大きい部分ではほぼ一定の値を示す。この処理によって、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい部分、すなわち、ｑ軸の電流偏差Δｉｑが大きい部分でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄを流し、電動機８の界磁を減少させ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めるようにしている。これにより、図１０の点Ａ３のように走行中にゆっくり小さくステアリングホイール３をきった場合などで、電動機８に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがなくなる。
なお、本実施の形態では、ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０が特許請求の範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００４６】
ｑ軸実電流対応マップ処理部４１ではｑ軸実電流ｉｑｒをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ２が得られる。すなわち次式（６）で表される変換処理を行う。
【００４７】
【数６】
ここでｑ軸実電流対応マップｇ２（ｉｑｒ）は図５に示すように、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい部分ではほぼ一定の値を示し、ｑ軸実電流ｉｑｒが大きい部分では０になる。この処理によって、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい部分でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄを流し、電動機８の界磁を減少させ、電動機８の回転速度Ｎｍを高めるようにしている。これにより、図１１の点Ａ４のようにこれ以上回転速度Ｎｍが上昇しない時にさらに早くステアリング操作をしようとすると、ハンドルトルクがさらに増加し、電動機出力は点Ａ４´に移り一層ステアリングホイールの動きが重たくなるという矛盾した現象に進むことを防止することができる。
なお、本実施の形態では、ｑ軸実電流対応マップ処理部４１が特許請求の範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００４９】
電動機回転速度対応マップ処理部４３では電動機回転速度Ｎｍをアドレスとしてマップ検索して補正電流要素である出力Ｃ３が得られる。すなわち次式（７）で表される変換処理を行う。
【００５０】
【数７】
ここで回転速度対応マップｇ３（Ｎｍ）は図６に示すように、電動機回転速度Ｎｍが小さい部分では０であり、電動機回転速度Ｎｍが大きい部分でほぼ一定の値を示す。これにより、図１０の点Ａ３など、ゆっくりステアリングホイール３をきった場合は、電動機８に弱め界磁電流が流れることを防ぐことができ、無駄に電流を流すことがなくなる。
なお、本実施の形態では、電動機回転速度対応マップ処理部４３が特許請求範囲に記載の界磁弱め手段に相当する。
【００５２】
ここで、電動機回転速度Ｎｍは、ＶＲレゾルバ３２およびＲＤ変換３５からなる電動機回転検出手段によって検出された値を用いる。電動機回転検出手段によって検出した検出値は、直接にｄ軸補正電流設定手段３８の電動機回転速度対応マップ処理部４３に入力される。
【００５３】
ｑ軸指令電圧対応マップ処理部４０の出力Ｃ１、ｑ軸実電流対応マップ処理部４１の出力Ｃ２、電動機回転速度対応マップ処理部４３の出力Ｃ３は相乗積演算部４４ですべて掛け算され、式（８）で示されるこの相乗積に比例するｄ軸補正電流ｉｄがｄ軸補正電流設定手段３８の出力として加算器２３に入力される。
【００５４】
【数８】
これにより、ｄ軸電流補正を行う各要素がそれぞれ独立に作用して、ｑ軸電流偏差Δｉｑすなわちこのｑ軸電流偏差Δｉｑを基に演算されるｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい場合、ｑ軸実電流ｉｑｒが小さい場合、電動機回転速度Ｎｍが大きい場合にｄ軸補正電流ｉｄが流れて界磁弱めが行われる。
【００５６】
なお、図２の非干渉化制御手段３９とそれにつながる加算器２７，２８は、複数の制御入力と、複数の制御量との間に相互干渉がある場合に、１つの制御入力の影響が、１つの制御量だけに及ぶよう相互干渉を絶つ働きをする。この場合は、角速度ωとモータ電流ｉｑｒ、ｉｄｒのフィードバックループを小さくする（フィードバックループの応答を早くする）ために用いられている。
【００５７】
このように、本発明では、ｄ軸補正電流設定手段３８を設けて、ｑ軸指令電圧が大きい場合、ｑ軸実電流が小さい場合、電動機回転速度が大きい場合に、電動機８のｄ軸成分であるｄ軸電流を電動機８の界磁を弱めるように補正しているので、電動機８の定格電流を大きくすることなく、電動機回転速度を増加させることができ、指令トルクが急激に変化する場合でも、電動機８の応答性を高めて、ステアリング系Ｓに最適な操舵補助力を与えることができ、省燃費効果を低下させることなく、また、電動機８を大型にすることなく、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置１を実現することができる。
【００５８】
以上説明した本発明は、前記した実施の形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
例えば、本実施の形態では、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を付与する電動機として、ブラシレスモータを、その駆動制御にはｄｑ制御を用いてブラシレスモータの相間に正弦波電流を通電するベクトル制御を採用したものについて述べたが、例えば、ブラシレスモータの各相毎の正弦波電流を制御する場合や、ブラシレスモータの相間に矩形波を通電させるものや、矩形波の合成による疑似的な正弦波を通電させるもの、あるいは、他のモータを用いる場合などの構成も実現できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明は、ｑ軸指令電圧に応じて、電動機の界磁を弱めて電動機の回転速度を上昇させる回転速度制御手段を設けたので、電動機への要求出力が高いときにのみ、電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにすることができる。これにより、走行中にゆっくり小さくステアリングホイールを切る場合などでは、電動機に弱め界磁電流が流れることを防ぎ、無駄に電流を流すことがなく、省燃費効果を低下させることなく、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００６０】
本発明の請求項２の発明は、電動機電流が小さい時のみ電動機の界磁を減少させ、電動機の回転速度を高めるようにしたので、これ以上回転速度が上昇しない場合に、さらに要求トルクを高めて回転速度上限を逆に下げるような矛盾した動作の発生を防止して、電動機を大型にすることなく、必要な場合には電動機の回転速度を高め、滑らかな操舵フィーリングが得られる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の電動パワーステアリング装置の構成図。
【図２】本発明に係る実施の形態の制御装置のブロック図。
【図３】本発明に係る実施の形態のｄ軸補正電流設定手段の機能ブロック図。
【図４】本発明に係る実施の形態のｑ軸指令電圧対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図５】本発明に係る実施の形態のｑ軸実電流対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図６】本発明に係る実施の形態の電動機回転速度対応マップ処理部の処理マップを示す図。
【図７】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図８】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図９】従来の電動機の特性を示すグラフ。
【図１０】従来例での電動機の特性を示すグラフ。
【図１１】従来例での電動機の特性を示すグラフ。
【図１２】従来例での制御装置のブロック図。
【符号の説明】
１…電動パワーステアリング装置、２…手動操舵力発生手段、３…ステアリングホイール、４…ステアリング軸、５…連結軸、５ａ、５ｂ…自在継ぎ手、６…ステアリング・ギアボックス、７…ラック＆ピニオン機構、７ａ…ピニオン、８…電動機、９…ラック軸、１０…タイロッド、１１…ボールねじ機構、１２…制御装置、１３…電動機駆動手段、１４…電動機電流検出手段、１５…電動機電圧検出手段、２１…ｑ軸目標電流設定手段、２２、２３、２４、２７、２８、３３…加算器、２５、２６…ＰＩ制御ブロック、２９…ｄｑ逆変換ブロック、３０…ＰＷＭ変換ブロック、３２…ＶＲレゾルバ、３４…ｄｑ変換ブロック、３５…ＲＤ変換ブロック、３６、３７…減衰手段、３８…ｄ軸補正電流設定手段、Ｓ…ステアリング系、ＴＳ…操舵トルクセンサ、ＶＳ…車速センサ、Ｗ…前輪
Claims (2)
- ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、
少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への 目標信号のトルク軸成分であるｑ軸指令電圧を設定する目標信号設定手段と、
前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、
前記電動機電流の前記トルク軸成分であるｑ軸電動機電流と前記ｑ軸指令電圧との偏差 に基づいて前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段とを有し、
前記電動機の働きで前記操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、
ｑ軸指令電圧が所定値よりも大きいときに、前記電動機電流の界磁軸成分であるｄ軸電流を変化させることにより界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリング系に操舵補助力を与える電動機と、
少なくとも前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク検出値に基づいて前記電動機への目標電流値を設定する目標電流設定手段と、
前記電動機に流れる電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、
少なくとも前記目標電流と前記電動機電流との偏差に基づいて電動機駆動信号を生成し、
この電動機駆動信号を前記電動機に送信する電動機駆動制御手段と
を有し前記電動機の働きで操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置において、
前記電動機電流に応じて、前記電動機の界磁を弱める界磁弱め手段を具備することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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