JP3862223B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機パワーをステアリング系に直接作用させている車両において、ドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に電動機を備え、電動機から供給する動力（以下、補助操舵力という）を制御装置を用いて制御することにより、ドライバの操舵力を軽減している。ドライバのハンドル操作時には、ステアリング軸を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えている。ドライバの操舵力を軽減するための構成として、補助操舵力を供給する電動機を例えばラック軸と同軸的に配設し、電動機の回転動力がラック軸の往復動になるように、ボールねじ機構を介して連結されている。制御装置は、操舵トルクを主たる入力として、電動機駆動信号を出力して電動機の出力パワーを制御する（電動機駆動信号は電動機端子間にかかる電圧差である）。制御装置内にはＨブリッジを備えており、このＨブリッジの通電方向を切り替えることにより電動機の正逆転制御を行う。電動機駆動信号は、Ｈブリッジのスイッチに対するパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御という）が行われることによって、所望の値になるように制御される。このようにして、制御装置により電動機の出力パワーを駆動制御してステアリングギアボックスのラック軸の推力を補助供給する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−６７２６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動パワーステアリング装置において、操舵トルクの方向と電動機回転の方向とが異なる（以下、戻り制御という）ときには、電動機の逆起電力によってＨブリッジ内で回生電流が発生するという問題が存在する。この問題に対して、従来の制御では、電動機回転速度が大きくなるにつれて、オフＤｕｔｙ（ＰＷＭ制御でパルスがオフになる時間比率）を増加させている。ところが、電動機電流の回生電流による影響が大きいのは、電動機電流が小さい場合である（回生電流に比べて電動機電流が十分に大きい場合には、回生電流の影響は小さく、調整は少なめでよい）。従って、電動機電流増加に応じてオフＤｕｔｙを小さくする必要があるが、これを考慮しない従来の制御を実施した際には、電動機電流の大きいところでオフＤｕｔｙを出力してしまい、電動機電流のフィードバックによるオンＤｕｔｙ（ＰＷＭ制御でパルスがオンになる時間比率）制御と相反する出力となり、ハンチング（制御上の矛盾）を起こしてしまう。
【０００５】
また、ＰＷＭ信号の出力ポートとＨブリッジの各々のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のゲートは直結されておらず、保護抵抗等が電流経路に介在する。それによって、ポートから出力された矩形波は一次遅れ的にその形がなまってゲートに入力されることになる。また、ＦＥＴはゲートソース間電圧が規定電圧を規定時間超えた場合にオンする特性を持っている。ポートのＰＷＭ出力が大きい（オン時間比率が高い：高Ｄｕｔｙ）ほど一次遅れ的波形なまりの影響が少なくなるため、ＦＥＴのオフを安定して行うことができる。ところが、ＰＷＭ出力が小さい（オフ時間比率が高い：低Ｄｕｔｙ）場合は、前記影響を受けやすく、不安定になる。すなわち、極低Ｄｕｔｙ領域では、スイッチング波形がなまってしまう結果としてＦＥＴのオフ設定を満足に行うことが難しくなる。これにより、戻り制御時のＨブリッジの回生電流が制御できなくなり、電動機に電流が多く流れてしまう。具体的には、図４において、本来ａにしたいところ、ｂとなってしまい、結果として電動機に流す電流が増加してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、電動機電流に対する回生電流の影響を少なくすることによって、電動機電流制御特性を向上させる手段を提供することを主たる課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のうち、請求項１に係る発明は、ドライバの操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じて前記電動機に供給する目標電流を決定する目標電流決定手段と、ＰＷＭ駆動制御手段によりＰＷＭ制御され、電源側の上流側スイッチ及び接地側の下流側スイッチを有するＨブリッジ回路を用いて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、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、前記電動機が回転する電動機回転速度と電動機回転の方向とを検出する電動機回転速度検出手段と、前記目標電流と前記電動機電流との偏差に応じて少なくとも前記上流側スイッチをＰＷＭ制御して前記電動機電流を制御するフィードバック制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクの方向と前記電動機回転速度検出手段が検出した電動機回転の方向とが異なるときには、前記電動機電流が小さくなるに従って前記下流側スイッチがオフになる時間比率を大きくする構成を有するので、電動機電流に対する回生電流の影響を少なくすることができる。後記する実施形態では、ＰＷＭ２出力演算手段によって電動機電流が小さいほどオフＤｕｔｙを大きくし、オフ時間比率が高い矩形波を出力することに相当する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、ＰＷＭ制御において電動機駆動手段を構成する回路の応答特性に応じて前記下流側スイッチがオフになる時間比率を補正する構成を有する。この構成によれば、Ｈブリッジの下流側スイッチに対するＰＷＭ制御においてＨブリッジの応答遅れに合わせてオフＤｕｔｙを補正するので、Ｈブリッジのハードウエア遅れをなくすることができる。後記する実施形態においては、ＰＷＭ２出力演算手段によるＰＷＭ２出力値と不感帯補正値演算手段によって出力された補正値とをＰＷＭ２出力補正手段によって加算することに相当する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
<<電動パワーステアリング装置の全体構成>>
最初に、図２を参照して電動パワーステアリング装置の全体構成を説明する。図２の電動パワーステアリング装置の全体構成図に示すように、手動操舵力発生手段６は、ハンドル１に一体的に設けられたステアリング軸２に、自在継手３ａ、３ｂを有する連結軸３を介して、ステアリングギアボックス内に設けられたラック＆ピニオン機構５のピニオン５ａに連結された構成となっている。ピニオン５ａに噛み合うラック歯７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸７は、その両端にタイロッド８を介して、転動軸としての左右の前輪９に連結されている。ハンドル１の操作時には、ステアリング軸２を介して、前輪９を揺動させて車両の向きを変えている。
【００１１】
手動操舵力発生手段６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１０をラック軸７と同軸的に配設し、ラック軸７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換して、ラック軸７に作用させる。電動機１０のロータには、ヘリカルギア１０ａが一体的に設けられ、このヘリカルギア１０ａをボールねじ機構１１のねじ軸１１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギア１１ｂと噛み合わされている。ボールねじ機構１１のナットは、ラック軸７に連結されている。
【００１２】
ステアリングギアボックス内には、ピニオン５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する操舵トルク検出手段１２を設け、操舵トルク検出信号１２ａを電動パワーステアリング制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４へ入力している。制御装置１４は、操舵トルク検出信号１２ａを主たる入力信号として、電動機駆動信号１５を出力して電動機１０の出力パワーを制御する。なお、電動機駆動信号１５は電動機端子間にかかる電圧差である。
【００１３】
<<電動パワーステアリング制御装置の構成>>
図１及び図３を参照して電動パワーステアリング制御装置の構成について詳細を説明する。図１の電動パワーステアリング制御装置のブロック構成図に示すように、制御装置１４は、電動機１０の電流信号の目標値である目標電流ＩＴを発生する目標電流決定手段１６、少なくともこの目標電流ＩＴに基づいてＰＷＭ制御を行うＰＷＭ駆動制御手段１７、このＰＷＭ駆動制御手段１７からＰＷＭ制御を受けて電動機を駆動する電動機駆動手段１８、電動機１０を流れる電動機電流ＩＭを検出する電動機電流検出手段１９、電動機１０が回転する電動機回転速度ＭＶを検出する電動機回転速度検出手段３６、及び前記目標電流決定手段１６が出力する目標電流ＩＴと前記電動機電流検出手段１９が出力する電動機電流ＩＭとの偏差を出力するフィードバック制御手段２０から構成される。ＰＷＭ駆動制御手段１７は、電動機駆動手段１８の上流側スイッチ（図３のＦＥＴ４３及びＦＥＴ４４）をオン・オフする出力値を演算するＰＷＭ１出力演算手段３１、電動機駆動手段１８の下流側スイッチ（図３のＦＥＴ４１及びＦＥＴ４２）をオン・オフする出力値を演算するＰＷＭ２出力演算手段３２、このＰＷＭ２出力演算手段３２の出力から不感帯補正値を演算する不感帯補正値演算手段３３、ＰＷＭ２出力演算手段３２の出力を不感帯補正値演算手段３３の出力で補正するＰＷＭ２出力補正手段３４、及び前記各演算手段の出力に基づいてＰＷＭ信号２５を出力するＰＷＭ信号生成手段３５から構成される。
【００１４】
制御装置１４においては、目標電流決定手段１６により操舵トルク検出信号１２ａに基づいて目標電流ＩＴを決定し、ＰＷＭ駆動制御手段１７により少なくとも目標電流ＩＴに基づいてＰＷＭ制御を行い、電動機駆動手段１８によりＰＷＭ制御を受けて電動機１０の出力パワーを駆動制御する。このようにして、ドライバの操舵力は手動操舵力発生手段６（図２参照）の操舵トルク検出手段１２により検出されて、制御装置１４により電動機１０の出力パワーを駆動制御してステアリングギアボックスのラック軸７（図２参照）の推力を補助供給する。
【００１５】
図３は前記電動機駆動手段１８を構成するＨブリッジの回路図である。Ｈブリッジは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４１〜４４、電動機１０、電源、抵抗、及びアースから構成されている。各ＦＥＴはＰＷＭ信号生成手段３５（図１参照）から出力されるＰＷＭ信号２５によってオン・オフ制御される。各ＦＥＴのオン状態及びオフ状態によりＨブリッジを流れる電流が決まり、電動機１０に流れ込む電流の方向がコントロールされる。
【００１６】
<<ＰＷＭ駆動制御手段>>
次に、図１及び図３を参照してＰＷＭ駆動制御手段について詳細を説明する。まず、往き制御の場合の電動機駆動制御を説明する。ＰＷＭ信号生成手段３５は、操舵トルク検出手段１２が検出した手動操舵トルクＴ（実際の入力は、操舵トルク検出信号１２ａ）の方向と電動機回転速度検出手段３６が検出した電動機回転の方向を比較する。この２つの方向が同じであれば、往き制御となる。その際、右方向補助操舵力供給（以下、右アシストという）時のＰＷＭ信号生成手段３５による各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は以下のようになる。すなわち、ＦＥＴ４１及びＦＥＴ４４はオフ、ＦＥＴ４２はオン、ＦＥＴ４３はＰＷＭ１出力演算手段３１によるＰＷＭ１出力値となる。その結果、電流の流れは「ＦＥＴ４３→電動機Ｍ→ＦＥＴ４２→アース」のようになる。また、左方向補助操舵力供給（以下、左アシストという）時の各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。つまり、ＦＥＴ４１はオン、ＦＥＴ４２及びＦＥＴ４３はオフ、ＦＥＴ４４は前記ＰＷＭ１出力値となる。この時の電流は、「ＦＥＴ４４→電動機Ｍ→ＦＥＴ４１→アース」のように流れる。
【００１７】
前記いずれの場合も、ＰＷＭ１出力演算手段３１によるＰＷＭ１出力値は、例えば、式１で表すことができる。ここで、ＰＷＭ１出力演算手段３１は、前記フィードバック制御手段２０が出力する目標電流ＩＴと電動機電流ＩＭとの偏差（ＩＴ−ＩＭ）を入力し、それに対して比例演算及び積分演算を行い、それぞれに個別の係数を掛けたものを加算している。比例係数ＫＰ及び積分係数ＫＩは、制御装置１４内のＲＯＭ（図示せず）に定数データとして格納されて常時参照可能となっている。式１のＰＷＭ１出力は、矩形波における周期に対する信号のオン状態が継続する時間の割合、つまり、オンＤｕｔｙを示している（式２及び図４参照）。従って、式１によれば、前記偏差（ＩＴ−ＩＭ）が大きいほど、オン時間比率が高い矩形波が出力され、電動機電流ＩＭを増加する傾向になる。
【００１８】
ＰＷＭ１出力＝（ＩＴ−ＩＭ）×ＫＰ＋Σ（ＩＴ−ＩＭ）×ＫＩ ・・・式１
（ＩＴ：目標電流、ＩＭ：電動機電流、ＫＰ：比例係数、ＫＩ：積分係数）
【００１９】
オンＤｕｔｙ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ） ・・・式２
【００２０】
続いて、戻り制御の場合の電動機駆動制御を説明する。前記往き制御と同様に、ＰＷＭ信号生成手段３５は、手動操舵トルクＴの方向と電動機回転の方向を比較し、この２つの方向が異なれば、戻り制御を行う。右アシスト時のＰＷＭ信号生成手段３５による各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。すなわち、ＦＥＴ４１及びＦＥＴ４４はオフ、ＦＥＴ４２はＰＷＭ２出力、ＦＥＴ４３はＰＷＭ１出力となる。その際の電流の流れは、「ＦＥＴ４３→電動機Ｍ→ＦＥＴ４２→アース」のようになる。また、左アシスト時の各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。つまり、ＦＥＴ４１はＰＷＭ２出力、ＦＥＴ４２及びＦＥＴ４３はオフ、ＦＥＴ４４はＰＷＭ１出力となる。この時の電流は、「ＦＥＴ４４→電動機Ｍ→ＦＥＴ４１→アース」のように流れる。
【００２１】
前記いずれの場合も、ＰＷＭ１出力は、前記往き制御と同様に、例えば、式１で表すことができる。また、前記いずれの場合も、ＰＷＭ２出力演算手段３２によるＰＷＭ２出力及び不感帯補正値演算手段３３による不感帯補正値は、一例として、式３及び式４で表すことができる。ここで、ＰＷＭ２出力演算手段３２は、電動機回転速度ＭＶ及び電動機電流ＩＭを入力し、電動機の逆起電力による回生電流の影響をなくするために所定の演算を行い、出力している。また、不感帯補正値演算手段３３は、Ｈブリッジを構成するハードウエアの応答遅れを回避するために予め目標出力値に加算する「不感帯補正値」として、ＰＷＭ２出力演算手段３２の出力値の３％分を出力している。そして、ＰＷＭ２出力補正手段３４によって、前記２つの出力値が加算されてＰＷＭ信号生成手段３５に出力される。なお、定数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は、ＲＯＭ（図示せず）に格納されて常時参照可能となっている。また、式３のＰＷＭ２出力は、矩形波における周期に対する信号のオフ状態が継続する時間の割合、つまり、オフＤｕｔｙを示している（式５及び図４参照）。従って、式３によれば、電動機電流ＩＭが小さいほど、オフ時間比率が高い矩形波が出力され、電動機電流ＩＭが抑制されることになる。
【００２２】
ＰＷＭ２出力＝ＭＶ×Ｋ１×［１−（ＩＭ／１００Ａ−Ｋ２）×Ｋ３］
・・・式３
不感帯補正値＝０．０３×ＰＷＭ２出力 ・・・式４
（ＭＶ：電動機回転速度、ＩＭ：電動機電流、Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３：定数、Ａ：アンペア単位）
【００２３】
オフＤｕｔｙ＝Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ） ・・・式５
【００２４】
前記実施形態では、不感帯補正値演算手段３３はＰＷＭ２出力演算手段３２の出力値を入力としその３％分を出力するとしたが、必ずしも３％である必要はなく、電動機駆動手段１８を構成するＨブリッジの応答特性や構成素子の特性によって適切な数値に変更可能である。また、該特性に応じてその他の信号を入力し補正のための適切な演算を施した結果を出力してもよい。その他についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、回生電流の影響を少なくすることができるため、電動機制御において電動機が回転している状態での戻り制御を安定させることができる。
【００２６】
請求項２に係る発明によれば、ハードウエアの応答遅れが存在する場合においてもオフＤｕｔｙに対する電流立ち下げポイントを均一化することができる。
【００２７】
更に、前記効果により、電動パワーステアリング制御が円滑に行われることによって、ドライバの操舵フィーリングを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置のブロック構成図である。
【図２】 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図３】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置内のＨブリッジの回路図である。
【図４】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置内のＨブリッジの回路特性を示す図である。
【符号の説明】
１…ハンドル
２…ステアリング軸
３…連結軸
５…ラック＆ピニオン機構
６…手動操舵力発生手段
１０…電動機
１１…ボールねじ機構
１２…操舵トルク検出手段
１４…電動パワーステアリング制御装置
１６…目標電流決定手段
１７…ＰＷＭ駆動制御手段
１８…電動機駆動手段
４１、４２、４３、４４…ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機パワーをステアリング系に直接作用させている車両において、ドライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング系に電動機を備え、電動機から供給する動力（以下、補助操舵力という）を制御装置を用いて制御することにより、ドライバの操舵力を軽減している。ドライバのハンドル操作時には、ステアリング軸を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えている。ドライバの操舵力を軽減するための構成として、補助操舵力を供給する電動機を例えばラック軸と同軸的に配設し、電動機の回転動力がラック軸の往復動になるように、ボールねじ機構を介して連結されている。制御装置は、操舵トルクを主たる入力として、電動機駆動信号を出力して電動機の出力パワーを制御する（電動機駆動信号は電動機端子間にかかる電圧差である）。制御装置内にはＨブリッジを備えており、このＨブリッジの通電方向を切り替えることにより電動機の正逆転制御を行う。電動機駆動信号は、Ｈブリッジのスイッチに対するパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御という）が行われることによって、所望の値になるように制御される。このようにして、制御装置により電動機の出力パワーを駆動制御してステアリングギアボックスのラック軸の推力を補助供給する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−６７２６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動パワーステアリング装置において、操舵トルクの方向と電動機回転の方向とが異なる（以下、戻り制御という）ときには、電動機の逆起電力によってＨブリッジ内で回生電流が発生するという問題が存在する。この問題に対して、従来の制御では、電動機回転速度が大きくなるにつれて、オフＤｕｔｙ（ＰＷＭ制御でパルスがオフになる時間比率）を増加させている。ところが、電動機電流の回生電流による影響が大きいのは、電動機電流が小さい場合である（回生電流に比べて電動機電流が十分に大きい場合には、回生電流の影響は小さく、調整は少なめでよい）。従って、電動機電流増加に応じてオフＤｕｔｙを小さくする必要があるが、これを考慮しない従来の制御を実施した際には、電動機電流の大きいところでオフＤｕｔｙを出力してしまい、電動機電流のフィードバックによるオンＤｕｔｙ（ＰＷＭ制御でパルスがオンになる時間比率）制御と相反する出力となり、ハンチング（制御上の矛盾）を起こしてしまう。
【０００５】
また、ＰＷＭ信号の出力ポートとＨブリッジの各々のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のゲートは直結されておらず、保護抵抗等が電流経路に介在する。それによって、ポートから出力された矩形波は一次遅れ的にその形がなまってゲートに入力されることになる。また、ＦＥＴはゲートソース間電圧が規定電圧を規定時間超えた場合にオンする特性を持っている。ポートのＰＷＭ出力が大きい（オン時間比率が高い：高Ｄｕｔｙ）ほど一次遅れ的波形なまりの影響が少なくなるため、ＦＥＴのオフを安定して行うことができる。ところが、ＰＷＭ出力が小さい（オフ時間比率が高い：低Ｄｕｔｙ）場合は、前記影響を受けやすく、不安定になる。すなわち、極低Ｄｕｔｙ領域では、スイッチング波形がなまってしまう結果としてＦＥＴのオフ設定を満足に行うことが難しくなる。これにより、戻り制御時のＨブリッジの回生電流が制御できなくなり、電動機に電流が多く流れてしまう。具体的には、図４において、本来ａにしたいところ、ｂとなってしまい、結果として電動機に流す電流が増加してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、電動機電流に対する回生電流の影響を少なくすることによって、電動機電流制御特性を向上させる手段を提供することを主たる課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のうち、請求項１に係る発明は、ドライバの操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じて前記電動機に供給する目標電流を決定する目標電流決定手段と、ＰＷＭ駆動制御手段によりＰＷＭ制御され、電源側の上流側スイッチ及び接地側の下流側スイッチを有するＨブリッジ回路を用いて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、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、前記電動機が回転する電動機回転速度と電動機回転の方向とを検出する電動機回転速度検出手段と、前記目標電流と前記電動機電流との偏差に応じて少なくとも前記上流側スイッチをＰＷＭ制御して前記電動機電流を制御するフィードバック制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクの方向と前記電動機回転速度検出手段が検出した電動機回転の方向とが異なるときには、前記電動機電流が小さくなるに従って前記下流側スイッチがオフになる時間比率を大きくする構成を有するので、電動機電流に対する回生電流の影響を少なくすることができる。後記する実施形態では、ＰＷＭ２出力演算手段によって電動機電流が小さいほどオフＤｕｔｙを大きくし、オフ時間比率が高い矩形波を出力することに相当する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、ＰＷＭ制御において電動機駆動手段を構成する回路の応答特性に応じて前記下流側スイッチがオフになる時間比率を補正する構成を有する。この構成によれば、Ｈブリッジの下流側スイッチに対するＰＷＭ制御においてＨブリッジの応答遅れに合わせてオフＤｕｔｙを補正するので、Ｈブリッジのハードウエア遅れをなくすることができる。後記する実施形態においては、ＰＷＭ２出力演算手段によるＰＷＭ２出力値と不感帯補正値演算手段によって出力された補正値とをＰＷＭ２出力補正手段によって加算することに相当する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
<<電動パワーステアリング装置の全体構成>>
最初に、図２を参照して電動パワーステアリング装置の全体構成を説明する。図２の電動パワーステアリング装置の全体構成図に示すように、手動操舵力発生手段６は、ハンドル１に一体的に設けられたステアリング軸２に、自在継手３ａ、３ｂを有する連結軸３を介して、ステアリングギアボックス内に設けられたラック＆ピニオン機構５のピニオン５ａに連結された構成となっている。ピニオン５ａに噛み合うラック歯７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸７は、その両端にタイロッド８を介して、転動軸としての左右の前輪９に連結されている。ハンドル１の操作時には、ステアリング軸２を介して、前輪９を揺動させて車両の向きを変えている。
【００１１】
手動操舵力発生手段６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１０をラック軸７と同軸的に配設し、ラック軸７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換して、ラック軸７に作用させる。電動機１０のロータには、ヘリカルギア１０ａが一体的に設けられ、このヘリカルギア１０ａをボールねじ機構１１のねじ軸１１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギア１１ｂと噛み合わされている。ボールねじ機構１１のナットは、ラック軸７に連結されている。
【００１２】
ステアリングギアボックス内には、ピニオン５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する操舵トルク検出手段１２を設け、操舵トルク検出信号１２ａを電動パワーステアリング制御装置（以下、単に「制御装置」という）１４へ入力している。制御装置１４は、操舵トルク検出信号１２ａを主たる入力信号として、電動機駆動信号１５を出力して電動機１０の出力パワーを制御する。なお、電動機駆動信号１５は電動機端子間にかかる電圧差である。
【００１３】
<<電動パワーステアリング制御装置の構成>>
図１及び図３を参照して電動パワーステアリング制御装置の構成について詳細を説明する。図１の電動パワーステアリング制御装置のブロック構成図に示すように、制御装置１４は、電動機１０の電流信号の目標値である目標電流ＩＴを発生する目標電流決定手段１６、少なくともこの目標電流ＩＴに基づいてＰＷＭ制御を行うＰＷＭ駆動制御手段１７、このＰＷＭ駆動制御手段１７からＰＷＭ制御を受けて電動機を駆動する電動機駆動手段１８、電動機１０を流れる電動機電流ＩＭを検出する電動機電流検出手段１９、電動機１０が回転する電動機回転速度ＭＶを検出する電動機回転速度検出手段３６、及び前記目標電流決定手段１６が出力する目標電流ＩＴと前記電動機電流検出手段１９が出力する電動機電流ＩＭとの偏差を出力するフィードバック制御手段２０から構成される。ＰＷＭ駆動制御手段１７は、電動機駆動手段１８の上流側スイッチ（図３のＦＥＴ４３及びＦＥＴ４４）をオン・オフする出力値を演算するＰＷＭ１出力演算手段３１、電動機駆動手段１８の下流側スイッチ（図３のＦＥＴ４１及びＦＥＴ４２）をオン・オフする出力値を演算するＰＷＭ２出力演算手段３２、このＰＷＭ２出力演算手段３２の出力から不感帯補正値を演算する不感帯補正値演算手段３３、ＰＷＭ２出力演算手段３２の出力を不感帯補正値演算手段３３の出力で補正するＰＷＭ２出力補正手段３４、及び前記各演算手段の出力に基づいてＰＷＭ信号２５を出力するＰＷＭ信号生成手段３５から構成される。
【００１４】
制御装置１４においては、目標電流決定手段１６により操舵トルク検出信号１２ａに基づいて目標電流ＩＴを決定し、ＰＷＭ駆動制御手段１７により少なくとも目標電流ＩＴに基づいてＰＷＭ制御を行い、電動機駆動手段１８によりＰＷＭ制御を受けて電動機１０の出力パワーを駆動制御する。このようにして、ドライバの操舵力は手動操舵力発生手段６（図２参照）の操舵トルク検出手段１２により検出されて、制御装置１４により電動機１０の出力パワーを駆動制御してステアリングギアボックスのラック軸７（図２参照）の推力を補助供給する。
【００１５】
図３は前記電動機駆動手段１８を構成するＨブリッジの回路図である。Ｈブリッジは、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）４１〜４４、電動機１０、電源、抵抗、及びアースから構成されている。各ＦＥＴはＰＷＭ信号生成手段３５（図１参照）から出力されるＰＷＭ信号２５によってオン・オフ制御される。各ＦＥＴのオン状態及びオフ状態によりＨブリッジを流れる電流が決まり、電動機１０に流れ込む電流の方向がコントロールされる。
【００１６】
<<ＰＷＭ駆動制御手段>>
次に、図１及び図３を参照してＰＷＭ駆動制御手段について詳細を説明する。まず、往き制御の場合の電動機駆動制御を説明する。ＰＷＭ信号生成手段３５は、操舵トルク検出手段１２が検出した手動操舵トルクＴ（実際の入力は、操舵トルク検出信号１２ａ）の方向と電動機回転速度検出手段３６が検出した電動機回転の方向を比較する。この２つの方向が同じであれば、往き制御となる。その際、右方向補助操舵力供給（以下、右アシストという）時のＰＷＭ信号生成手段３５による各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は以下のようになる。すなわち、ＦＥＴ４１及びＦＥＴ４４はオフ、ＦＥＴ４２はオン、ＦＥＴ４３はＰＷＭ１出力演算手段３１によるＰＷＭ１出力値となる。その結果、電流の流れは「ＦＥＴ４３→電動機Ｍ→ＦＥＴ４２→アース」のようになる。また、左方向補助操舵力供給（以下、左アシストという）時の各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。つまり、ＦＥＴ４１はオン、ＦＥＴ４２及びＦＥＴ４３はオフ、ＦＥＴ４４は前記ＰＷＭ１出力値となる。この時の電流は、「ＦＥＴ４４→電動機Ｍ→ＦＥＴ４１→アース」のように流れる。
【００１７】
前記いずれの場合も、ＰＷＭ１出力演算手段３１によるＰＷＭ１出力値は、例えば、式１で表すことができる。ここで、ＰＷＭ１出力演算手段３１は、前記フィードバック制御手段２０が出力する目標電流ＩＴと電動機電流ＩＭとの偏差（ＩＴ−ＩＭ）を入力し、それに対して比例演算及び積分演算を行い、それぞれに個別の係数を掛けたものを加算している。比例係数ＫＰ及び積分係数ＫＩは、制御装置１４内のＲＯＭ（図示せず）に定数データとして格納されて常時参照可能となっている。式１のＰＷＭ１出力は、矩形波における周期に対する信号のオン状態が継続する時間の割合、つまり、オンＤｕｔｙを示している（式２及び図４参照）。従って、式１によれば、前記偏差（ＩＴ−ＩＭ）が大きいほど、オン時間比率が高い矩形波が出力され、電動機電流ＩＭを増加する傾向になる。
【００１８】
ＰＷＭ１出力＝（ＩＴ−ＩＭ）×ＫＰ＋Σ（ＩＴ−ＩＭ）×ＫＩ ・・・式１
（ＩＴ：目標電流、ＩＭ：電動機電流、ＫＰ：比例係数、ＫＩ：積分係数）
【００１９】
オンＤｕｔｙ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ） ・・・式２
【００２０】
続いて、戻り制御の場合の電動機駆動制御を説明する。前記往き制御と同様に、ＰＷＭ信号生成手段３５は、手動操舵トルクＴの方向と電動機回転の方向を比較し、この２つの方向が異なれば、戻り制御を行う。右アシスト時のＰＷＭ信号生成手段３５による各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。すなわち、ＦＥＴ４１及びＦＥＴ４４はオフ、ＦＥＴ４２はＰＷＭ２出力、ＦＥＴ４３はＰＷＭ１出力となる。その際の電流の流れは、「ＦＥＴ４３→電動機Ｍ→ＦＥＴ４２→アース」のようになる。また、左アシスト時の各ＦＥＴスイッチのオン・オフ制御は、以下のようになる。つまり、ＦＥＴ４１はＰＷＭ２出力、ＦＥＴ４２及びＦＥＴ４３はオフ、ＦＥＴ４４はＰＷＭ１出力となる。この時の電流は、「ＦＥＴ４４→電動機Ｍ→ＦＥＴ４１→アース」のように流れる。
【００２１】
前記いずれの場合も、ＰＷＭ１出力は、前記往き制御と同様に、例えば、式１で表すことができる。また、前記いずれの場合も、ＰＷＭ２出力演算手段３２によるＰＷＭ２出力及び不感帯補正値演算手段３３による不感帯補正値は、一例として、式３及び式４で表すことができる。ここで、ＰＷＭ２出力演算手段３２は、電動機回転速度ＭＶ及び電動機電流ＩＭを入力し、電動機の逆起電力による回生電流の影響をなくするために所定の演算を行い、出力している。また、不感帯補正値演算手段３３は、Ｈブリッジを構成するハードウエアの応答遅れを回避するために予め目標出力値に加算する「不感帯補正値」として、ＰＷＭ２出力演算手段３２の出力値の３％分を出力している。そして、ＰＷＭ２出力補正手段３４によって、前記２つの出力値が加算されてＰＷＭ信号生成手段３５に出力される。なお、定数Ｋ１、Ｋ２、及びＫ３は、ＲＯＭ（図示せず）に格納されて常時参照可能となっている。また、式３のＰＷＭ２出力は、矩形波における周期に対する信号のオフ状態が継続する時間の割合、つまり、オフＤｕｔｙを示している（式５及び図４参照）。従って、式３によれば、電動機電流ＩＭが小さいほど、オフ時間比率が高い矩形波が出力され、電動機電流ＩＭが抑制されることになる。
【００２２】
ＰＷＭ２出力＝ＭＶ×Ｋ１×［１−（ＩＭ／１００Ａ−Ｋ２）×Ｋ３］
・・・式３
不感帯補正値＝０．０３×ＰＷＭ２出力 ・・・式４
（ＭＶ：電動機回転速度、ＩＭ：電動機電流、Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３：定数、Ａ：アンペア単位）
【００２３】
オフＤｕｔｙ＝Ｔｏｆｆ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ） ・・・式５
【００２４】
前記実施形態では、不感帯補正値演算手段３３はＰＷＭ２出力演算手段３２の出力値を入力としその３％分を出力するとしたが、必ずしも３％である必要はなく、電動機駆動手段１８を構成するＨブリッジの応答特性や構成素子の特性によって適切な数値に変更可能である。また、該特性に応じてその他の信号を入力し補正のための適切な演算を施した結果を出力してもよい。その他についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、回生電流の影響を少なくすることができるため、電動機制御において電動機が回転している状態での戻り制御を安定させることができる。
【００２６】
請求項２に係る発明によれば、ハードウエアの応答遅れが存在する場合においてもオフＤｕｔｙに対する電流立ち下げポイントを均一化することができる。
【００２７】
更に、前記効果により、電動パワーステアリング制御が円滑に行われることによって、ドライバの操舵フィーリングを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置のブロック構成図である。
【図２】 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図３】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置内のＨブリッジの回路図である。
【図４】 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置内のＨブリッジの回路特性を示す図である。
【符号の説明】
１…ハンドル
２…ステアリング軸
３…連結軸
５…ラック＆ピニオン機構
６…手動操舵力発生手段
１０…電動機
１１…ボールねじ機構
１２…操舵トルク検出手段
１４…電動パワーステアリング制御装置
１６…目標電流決定手段
１７…ＰＷＭ駆動制御手段
１８…電動機駆動手段
４１、４２、４３、４４…ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
Claims (2)
- ドライバの操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
少なくとも前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じて前記電動機に供給する目標電流を決定する目標電流決定手段と、
ＰＷＭ駆動制御手段によりＰＷＭ制御され、電源側の上流側スイッチ及び接地側の下流側スイッチを有するＨブリッジ回路を用いて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、
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、
前記電動機が回転する電動機回転速度と電動機回転の方向とを検出する電動機回転速度検出手段と、
前記目標電流と前記電動機電流との偏差に応じて少なくとも前記上流側スイッチをＰＷＭ制御して前記電動機電流を制御するフィードバック制御手段と、
を備える電動パワーステアリング装置において、
前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクの方向と前記電動機回転速度検出手段が検出した電動機回転の方向とが異なるときには、前記電動機電流が小さくなるに従って前記下流側スイッチがオフになる時間比率を大きくする構成を有すること、
を特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 前記ＰＷＭ制御において前記電動機駆動手段を構成する回路の応答特性に応じて前記下流側スイッチがオフになる時間比率を補正する構成を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング制御装置。
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| JP2002295919A JP3862223B2 (ja) | 2002-10-09 | 2002-10-09 | 電動パワーステアリング制御装置 |
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2002
- 2002-10-09 JP JP2002295919A patent/JP3862223B2/ja not_active Expired - Lifetime
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