JP4089435B2 - 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】
この発明は、電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータをフィードバック制御するために、電動モータに流れる電流が電流検出回路によって検出される。この電流検出回路によって検出されたモータ電流値は、マイクロコンピュータのアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ポートに入力される。マイクロコンピュータは、操舵トルクおよび車速に応じて目標電流値を定めるとともに、モータ電流値が目標電流値に一致するように電動モータをフィードバック制御する。
【０００３】
モータ電流検出回路は、検出信号を増幅するための増幅回路を含むが、通常、この増幅回路のゲインは一定である。そのため、モータ電流の検出分解能は、検出範囲の全域で一定の値となる。たとえば、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換分解能が１０ビット（０〜１０２３）であり、モータ電流の検出範囲が５０アンペアである場合の分解能は、検出範囲の全域において５０／１０２３アンペアで一定となる。
【０００４】
ところが、操舵トルクが小さく、モータ電流が微小な場合とは、ステアリングホイールを軽く操舵している場合であり、モータ電流の微小な変化が、操舵トルクの変化となって、運転者に感じとられ易い。
そこで、高分解能のＡ／Ｄ変換器を用いれば、細かな制御が可能となり、それに応じて操舵フィーリングを向上できると考えられる。しかし、高分解能のＡ／Ｄ変換器およびそれを搭載したマイクロコンピュータは高価である。しかも、大きな操舵トルクが加えられていてモータ電流が大きくなっている場合には、運転者は、大きな力をステアリングホイールに加えているから、微小なモータ電流の変化は気にならないといえる。したがって、高分解能のＡ／Ｄ変換器を用いることは、コスト効率面から、あまり好ましいとは言えない。
【０００５】
一方、たとえば、下記特許文献１においては、異なる増幅率で検出信号を増幅する２つの増幅回路を有する電流検出回路を用いてモータ電流を検出することが提案されている。この先行技術では、上記２つの増幅回路の出力信号が、マイクロコンピュータの２つのＡ／Ｄ変換ポートに入力されるようになっている。マイクロコンピュータは、モータ電流が小さい場合には、増幅率の大きな増幅回路からの信号が取り込まれるアナログ／ディジタル変換ポートの入力信号を参照して電動モータの制御を行い、モータ電流が大きい場合には、増幅率が小さな増幅回路に対応したＡ／Ｄ変換ポートから取り込まれる検出信号に基づいて電動モータを制御する。
【０００６】
これにより、モータ電流が微小な領域において高い検出分解能でモータ電流を検出できるから、モータ電流が微小な場合における操舵フィーリングを改善することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４６６３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような構成では、電流検出回路に２つの増幅回路を備えなければならないから、電流検出回路のコストが増大する。また、２つの増幅回路の出力信号をマイクロコンピュータの２つのＡ／Ｄ変換ポートに入力しているから、マイクロコンピュータは多数のＡ／Ｄ変換ポートを装備しなければならず、それに応じて価格が高くなるという問題がある。さらに、複数の増幅回路および複数のＡ／Ｄ変換ポートを使用するため、読み込み値の相対精度を確保するために、一定の調整が必要になるという問題もある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、安価な構成で、電動モータのモータ電流を適切な分解能で検出し、これにより良好な操舵補助を実現することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【００１０】
【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）の駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、車両の操向のための操作部材（１）に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（５）と、車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記電動モータに流れる電流を検出してモータ電流検出信号を出力する電流検出回路（２０）であって、ゲインの変更が可能な可変ゲイン増幅回路（２２，２２Ｂ）によって増幅されたモータ電流検出信号を出力する電流検出回路と、この電流検出回路が出力するモータ電流検出信号が入力されるアナログ／ディジタル変換ポート（１１）を有し、このアナログ／ディジタル変換ポートを介して取り込まれたモータ電流検出信号に基づいて上記電動モータを制御するマイクロコンピュータ（１０）と、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを変更するゲイン変更手段（３４Ｂ）とを含み、上記マイクロコンピュータは、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクおよび上記車速検出手段によって検出される車速に対応した目標電流値を定め、上記アナログ／ディジタル変換ポートから取り込まれるモータ電流検出信号が上記目標電流値に一致するように上記電動モータをフィードバック制御するものであり、上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど大きく定めるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１１】
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。
この発明によれば、電流検出回路には、ゲインの変更が可能な可変ゲイン増幅回路が備えられていて、この可変ゲイン増幅回路によって増幅されたモータ電流検出信号が、マイクロコンピュータのアナログ／ディジタル変換ポートに入力されるようになっている。したがって、可変ゲイン増幅回路のゲインをゲイン変更手段によって変更すれば、１つの増幅回路および１つのアナログ／ディジタル変換ポートを用いて、異なる分解能でモータ電流を検出することができる。
【００１２】
これにより、安価な構成でありながら、適切な分解能でモータ電流を検出できるので、良好な操舵フィーリングを実現することができる。
また、この発明では、いわゆる車速感応制御が行われる。すなわち、低速走行時および停車時には大きな操舵補助力が必要であるのに対して、中速走行時および高速走行時には小さな操舵補助が必要とされるにすぎない。すなわち、高速走行時ほど目標電流値が小さく定められる。そこで、上記ゲイン変更手段は、車速が大きいほど可変ゲイン増幅回路のゲインを大きく定め、小さなモータ電流値を高分解能で検出させる。これにより、電動モータの制御を良好に行えるので、操舵フィーリングを向上できる。
上記可変ゲイン増幅回路は、第１のゲイン（Ｇ１）と、この第１のゲインよりも小さな第２のゲイン（Ｇ２）との間でゲインの切換えが可能なものであってもよい。この場合、上記ゲイン変更手段は、上記第１のゲインと第２のゲインとの間で、可変ゲイン増幅回路のゲインを切り換えることになる。この場合には、上記ゲイン変更手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が所定値以下のときに上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第２のゲインに定め、車速が上記所定値を超えるときには上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第１のゲインに定めるものであることが好ましい。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が小さいほど大きく定め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である。
【００１５】
この構成によれば、操舵トルクに応じて可変ゲイン増幅回路のゲインが変更される。操舵トルクの絶対値が大きいほど目標電流値は大きく定められ、この場合のモータ電流値がそれに応じて大きくなる。そこで、ゲイン変更手段は、操舵トルクの絶対値が小さいほど可変ゲイン増幅回路のゲインを大きく定める。これにより、小さなモータ電流を高分解能で検出することができるから、電動モータを良好に制御でき、優れた操舵フィーリングを実現できる。
【００１６】
上記可変ゲイン増幅回路が上記第１および第２のゲインの間でゲインの切換えが可能なものである場合には、上記ゲイン変更手段は、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下のときに上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第１のゲインに定め、当該操舵トルクの絶対値が上記所定値を超えるときには上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第２のゲインに定めるものであることが好ましい。
【００１９】
なお、上記ゲイン変更手段は、上記マイクロコンピュータが実行するプログラム処理によって実現される機能処理手段であってもよい。
【００２０】
【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、第１の参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから操舵補助力が伝達されるようになっている。
【００２１】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。
【００２２】
トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、マイクロコンピュータ１０に入力されている。
マイクロコンピュータ１０には、さらに、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ７の出力信号が入力されるようになっている。
【００２３】
マイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ７によって検出される車速に応じて電動モータＭの目標電流値を定め、操舵トルク等に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭへの給電のためのモータドライバ１５を制御する。
モータドライバ１５には、車載バッテリ１７からの電力が供給されている。モータドライバ１５は、たとえば、パワーＭＯＳ電界効果トランジスタのブリッジ回路からなり、このパワーＭＯＳ電界効果トランジスタが、マイクロコンピュータ１０から与えられる制御信号（たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号）によってスイッチングされるようになっている。
【００２４】
このモータドライバ１５には、電動モータＭに流れる電流を検出するための電流検出回路２０が付設されている。この電流検出回路２０の出力信号は、マイクロコンピュータ１０のアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ポート１１（たとえば、１０ビットのＡ／Ｄ変換器を備えたもの）に入力されるようになっている。電流検出回路２０は、モータドライバ１５と接地との間に接続された電流検出用の抵抗２１と、この電流検出用抵抗２１の端子間電圧を増幅してモータ電流検出信号（アナログ信号）を生成する可変ゲイン増幅回路２２とを有している。可変ゲイン増幅回路２２は、差動増幅器２３の反転入力端子にその出力信号を帰還させた負帰還増幅回路を形成しており、その帰還抵抗は、抵抗Ｒ１およびアナログスイッチＳＷの直列回路と、抵抗Ｒ２との並列回路によって構成されている。アナログスイッチＳＷのオン／オフにより、負帰還抵抗が変化し、これにより、増幅回路２２のゲインが、第１ゲインＧ１と第２ゲインＧ２（＜Ｇ１）との間で切り換わるようになっている。
【００２５】
アナログスイッチＳＷの制御端子は、マイクロコンピュータ１０の出力ポート１２に接続されており、このマイクロコンピュータ１０によって、アナログスイッチＳＷのオン／オフを制御し、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを変更することができるようになっている。
マイクロコンピュータ１０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。具体的には、マイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５および車速センサ７の出力に基づいて、電動モータＭの目標電流値を設定する目標電流値設定部３１と、この目標電流値設定部３１が設定する目標電流値とＡ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値との偏差を求める偏差演算部３２と、この偏差演算部３２によって求められた偏差に基づいてモータドライバ１５の制御のためのモータ制御信号（たとえば、ＰＷＭ制御信号）を生成する制御信号生成部３３と、Ａ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値に基づき、出力ポート１２からアナログスイッチＳＷをオン／オフするための制御信号を出力するゲイン変更部３４と、このゲイン変更部３４によるゲインの変更を補償（正規化）するようにＡ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値を変換するモータ電流値変換部３５とを備えている。このモータ電流値変換部３５によって変換された後のモータ電流値が偏差演算部３２に与えられ、目標電流値との偏差演算の対象となる。
【００２６】
図２は、目標電流値設定部３１の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係（アシスト特性）が示されている。操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値は、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００２７】
目標電流値は、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲（不感帯）の微小な値のときには、目標電流値は零とされる。また、目標電流値は、車速センサ７によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００２８】
図３(a)(b)は、ゲイン変更部３４の働きを説明するための特性図であり、図３(a)には、Ａ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値と、アナログスイッチＳＷをオン／オフすることによって変化させられる可変ゲイン増幅回路２２のゲインとの関係が示されており、図３(b)には、モータ電流値とモータ電流の検出分解能との関係が示されている。
図３(a)に示すように、モータ電流値が所定のしきい値Ｉth以下の範囲では、ゲイン変更部３４は、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的大きな第１ゲインＧ１に設定する。これに対して、モータ電流値が上記しきい値Ｉthを超える範囲では、ゲイン変更部３４は、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的小さな第２ゲインＧ２に設定する。
【００２９】
これにより、図３(b)に示すように、しきい値Ｉth以下のモータ電流値に対しては、大きな検出分解能でモータ電流が検出され、しきい値Ｉthを超えるモータ電流値に対しては、比較的小さな検出分解能でモータ電流が検出される。
モータ電流値変換部３５は、ゲイン変更部３４によって設定されるゲインに応じて、Ａ／Ｄ変換ポート１１からのディジタル値を変換し、可変ゲイン増幅回路２２におけるゲインの変更を相殺したモータ電流値を生成する。
【００３０】
マイクロコンピュータ１０は、自ら、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを変更するので、１つのＡ／Ｄ変換ポート１１から異なるゲインで増幅されたモータ電流検出信号を取り込んでいるにも拘わらず、取り込まれたモータ電流検出値を適切に処理することができる。
このように、この参考例によれば、１つの可変ゲイン増幅回路２２と１つのＡ／Ｄ変換ポート１１を用いて、小電流域においては、高分解能でモータ電流を検出できる。また、大電流域においては、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを低くするようにしているから、高分解能のＡ／Ｄ変換器が必要となることもない。これにより、電流検出回路２０を安価な構成とすることができ、また、マイクロコンピュータ１０には、高分解能のＡ／Ｄ変換ポートや多数のＡ／Ｄ変換ポートを備えた高価なものを用いる必要がない。その結果、安価な構成で、モータ電流の検出を正確に行うことができ、この正確に検出されたモータ電流に基づいて電動モータＭを制御することにより、すぐれた操舵フィーリングを実現することができる。
【００３１】
図４は、第２の参考例に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図４において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この参考例では、ゲイン変更部３４Ａは、操舵トルクＴの絶対値に基づいて、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを切り換える。このゲインの切り換え指令は、モータ電流値変換部３５にも与えられる。
【００３２】
図５は、ゲイン変更部３４Ａの働きを説明するための図であり、操舵トルクＴの絶対値と可変ゲイン増幅回路２２のゲインとの関係が示されている。上述の図２に示されているとおり、操舵トルクＴの絶対値が小さい範囲では、目標電流値の絶対値が小さいから、それに応じてモータ電流も小さい値をとる。そこで、ゲイン変更部３４Ａは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が所定のしきい値Ｔth（＞０）以下のときには、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的大きな第１ゲインＧ１に設定する。一方、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が上記しきい値Ｔthを超えるときには、ゲイン変更部３４Ａは、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的小さな第２ゲインＧ２に切り換える。
【００３３】
これにより、モータ電流が微小なときには、高分解能でモータ電流を検出することができるから、上述の第１の参考例の場合と同様な効果を達成できる。
図６は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図６において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、電流検出回路２０に備えられた可変ゲイン増幅回路２２Ｂにおいて、差動増幅器２３の負帰還抵抗が、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，・・・・・・および抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，・・・・・・の各直列回路、ならびに抵抗Ｒ２の並列回路で構成されている。したがって、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，・・・・・・のオン／オフを制御することで、ゲインを３種類以上に変更することができるようになっている。
【００３４】
一方、マイクロコンピュータ１０に備えられたゲイン変更部３４Ｂは、車速センサ７から取り込まれる車速Ｖに基づいて、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを切り換える。このゲインの切り換え指令は、モータ電流値変換部３５にも与えられる。
図７は、ゲイン変更部３４Ｂの働きを説明するための図である。ゲイン変更部３４Ｂは、車速Ｖが所定のしきい値Ｖth1（たとえば、Ｖth1＝１０km/h）以下の低速域においては、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインをゲイン下限値ＬＬに設定し、車速Ｖが別のしきい値Ｖth2（たとえば、Ｖth2＝５０km/h）以上の中高速域においては、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインをゲイン上限値ＵＬに設定する。そして、車速Ｖが上記のしきい値Ｖth1，Ｖth2の間の遷移区間内の値をとるときには、車速Ｖの増加に従ってゲイン下限値ＬＬからゲイン上限値ＵＬまでリニアに増加するように、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを可変設定する。
【００３５】
上述の図２に示されているとおり、車速Ｖが大きくなるほど、目標電流値は小さくなるから、それに応じてモータ電流値も小さくなる。したがって、この実施形態により、小さなモータ電流値を高分解能で検出することができるようになり、上述の第１および第２の参考例の場合と同様な効果を奏することができる。
なお、図６において、二点鎖線で示すように、ゲイン変更部３４Ｂは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜および車速Ｖの両方に基づいて可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを可変設定するものであってもよい。すなわち、図５において二点鎖線で示すように、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が大きいほどゲインを小さく定め、かつ、車速が大きいほどゲインを大きく定めればよい。
【００３６】
なお、上記の構成以外にも、たとえば、目標電流値設定部３１が設定する目標電流値が小さいほど、可変ゲイン増幅回路のゲインを大きくなるように変更するようにしてもよい。
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】第１の参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係（アシスト特性）が示されている。
【図３】ゲイン変更部の働きを説明するための特性図である。
【図４】第２の参考例に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】上記第２の参考例におけるゲイン変更部の働きを説明するための図である。
【図６】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図７】図６の実施形態におけるゲイン変更部の働きを説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリング機構
４ トーションバー
５ トルクセンサ
７ 車速センサ
１０ マイクロコンピュータ
１１ Ａ／Ｄ変換ポート
１２ 出力ポート
１５ モータドライバ
１７ 車載バッテリ
２０ 電流検出回路
２１ 電流検出用抵抗
２２ 可変ゲイン増幅回路
２２Ｂ 可変ゲイン増幅回路
２３ 差動増幅器
３１ 目標電流値設定部
３２ 偏差演算部
３３ 制御信号生成部
３４ ゲイン変更部
３４Ａ ゲイン変更部
３４Ｂ ゲイン変更部
３５ モータ電流値変換部
Ｇ１ 第１ゲイン
Ｇ２ 第２ゲイン
Ｍ 電動モータ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｒ１１，Ｒ１２ 抵抗
ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２ アナログスイッチ
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータをフィードバック制御するために、電動モータに流れる電流が電流検出回路によって検出される。この電流検出回路によって検出されたモータ電流値は、マイクロコンピュータのアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ポートに入力される。マイクロコンピュータは、操舵トルクおよび車速に応じて目標電流値を定めるとともに、モータ電流値が目標電流値に一致するように電動モータをフィードバック制御する。
【０００３】
モータ電流検出回路は、検出信号を増幅するための増幅回路を含むが、通常、この増幅回路のゲインは一定である。そのため、モータ電流の検出分解能は、検出範囲の全域で一定の値となる。たとえば、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換分解能が１０ビット（０〜１０２３）であり、モータ電流の検出範囲が５０アンペアである場合の分解能は、検出範囲の全域において５０／１０２３アンペアで一定となる。
【０００４】
ところが、操舵トルクが小さく、モータ電流が微小な場合とは、ステアリングホイールを軽く操舵している場合であり、モータ電流の微小な変化が、操舵トルクの変化となって、運転者に感じとられ易い。
そこで、高分解能のＡ／Ｄ変換器を用いれば、細かな制御が可能となり、それに応じて操舵フィーリングを向上できると考えられる。しかし、高分解能のＡ／Ｄ変換器およびそれを搭載したマイクロコンピュータは高価である。しかも、大きな操舵トルクが加えられていてモータ電流が大きくなっている場合には、運転者は、大きな力をステアリングホイールに加えているから、微小なモータ電流の変化は気にならないといえる。したがって、高分解能のＡ／Ｄ変換器を用いることは、コスト効率面から、あまり好ましいとは言えない。
【０００５】
一方、たとえば、下記特許文献１においては、異なる増幅率で検出信号を増幅する２つの増幅回路を有する電流検出回路を用いてモータ電流を検出することが提案されている。この先行技術では、上記２つの増幅回路の出力信号が、マイクロコンピュータの２つのＡ／Ｄ変換ポートに入力されるようになっている。マイクロコンピュータは、モータ電流が小さい場合には、増幅率の大きな増幅回路からの信号が取り込まれるアナログ／ディジタル変換ポートの入力信号を参照して電動モータの制御を行い、モータ電流が大きい場合には、増幅率が小さな増幅回路に対応したＡ／Ｄ変換ポートから取り込まれる検出信号に基づいて電動モータを制御する。
【０００６】
これにより、モータ電流が微小な領域において高い検出分解能でモータ電流を検出できるから、モータ電流が微小な場合における操舵フィーリングを改善することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４６６３０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような構成では、電流検出回路に２つの増幅回路を備えなければならないから、電流検出回路のコストが増大する。また、２つの増幅回路の出力信号をマイクロコンピュータの２つのＡ／Ｄ変換ポートに入力しているから、マイクロコンピュータは多数のＡ／Ｄ変換ポートを装備しなければならず、それに応じて価格が高くなるという問題がある。さらに、複数の増幅回路および複数のＡ／Ｄ変換ポートを使用するため、読み込み値の相対精度を確保するために、一定の調整が必要になるという問題もある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、安価な構成で、電動モータのモータ電流を適切な分解能で検出し、これにより良好な操舵補助を実現することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【００１０】
【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）の駆動力をステアリング機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、車両の操向のための操作部材（１）に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（５）と、車両の車速を検出する車速検出手段（７）と、上記電動モータに流れる電流を検出してモータ電流検出信号を出力する電流検出回路（２０）であって、ゲインの変更が可能な可変ゲイン増幅回路（２２，２２Ｂ）によって増幅されたモータ電流検出信号を出力する電流検出回路と、この電流検出回路が出力するモータ電流検出信号が入力されるアナログ／ディジタル変換ポート（１１）を有し、このアナログ／ディジタル変換ポートを介して取り込まれたモータ電流検出信号に基づいて上記電動モータを制御するマイクロコンピュータ（１０）と、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを変更するゲイン変更手段（３４Ｂ）とを含み、上記マイクロコンピュータは、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクおよび上記車速検出手段によって検出される車速に対応した目標電流値を定め、上記アナログ／ディジタル変換ポートから取り込まれるモータ電流検出信号が上記目標電流値に一致するように上記電動モータをフィードバック制御するものであり、上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど大きく定めるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１１】
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。
この発明によれば、電流検出回路には、ゲインの変更が可能な可変ゲイン増幅回路が備えられていて、この可変ゲイン増幅回路によって増幅されたモータ電流検出信号が、マイクロコンピュータのアナログ／ディジタル変換ポートに入力されるようになっている。したがって、可変ゲイン増幅回路のゲインをゲイン変更手段によって変更すれば、１つの増幅回路および１つのアナログ／ディジタル変換ポートを用いて、異なる分解能でモータ電流を検出することができる。
【００１２】
これにより、安価な構成でありながら、適切な分解能でモータ電流を検出できるので、良好な操舵フィーリングを実現することができる。
また、この発明では、いわゆる車速感応制御が行われる。すなわち、低速走行時および停車時には大きな操舵補助力が必要であるのに対して、中速走行時および高速走行時には小さな操舵補助が必要とされるにすぎない。すなわち、高速走行時ほど目標電流値が小さく定められる。そこで、上記ゲイン変更手段は、車速が大きいほど可変ゲイン増幅回路のゲインを大きく定め、小さなモータ電流値を高分解能で検出させる。これにより、電動モータの制御を良好に行えるので、操舵フィーリングを向上できる。
上記可変ゲイン増幅回路は、第１のゲイン（Ｇ１）と、この第１のゲインよりも小さな第２のゲイン（Ｇ２）との間でゲインの切換えが可能なものであってもよい。この場合、上記ゲイン変更手段は、上記第１のゲインと第２のゲインとの間で、可変ゲイン増幅回路のゲインを切り換えることになる。この場合には、上記ゲイン変更手段は、上記車速検出手段によって検出される車速が所定値以下のときに上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第２のゲインに定め、車速が上記所定値を超えるときには上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第１のゲインに定めるものであることが好ましい。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が小さいほど大きく定め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である。
【００１５】
この構成によれば、操舵トルクに応じて可変ゲイン増幅回路のゲインが変更される。操舵トルクの絶対値が大きいほど目標電流値は大きく定められ、この場合のモータ電流値がそれに応じて大きくなる。そこで、ゲイン変更手段は、操舵トルクの絶対値が小さいほど可変ゲイン増幅回路のゲインを大きく定める。これにより、小さなモータ電流を高分解能で検出することができるから、電動モータを良好に制御でき、優れた操舵フィーリングを実現できる。
【００１６】
上記可変ゲイン増幅回路が上記第１および第２のゲインの間でゲインの切換えが可能なものである場合には、上記ゲイン変更手段は、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定値以下のときに上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第１のゲインに定め、当該操舵トルクの絶対値が上記所定値を超えるときには上記可変ゲイン増幅回路のゲインを上記第２のゲインに定めるものであることが好ましい。
【００１９】
なお、上記ゲイン変更手段は、上記マイクロコンピュータが実行するプログラム処理によって実現される機能処理手段であってもよい。
【００２０】
【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、第１の参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。操作部材としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭから操舵補助力が伝達されるようになっている。
【００２１】
ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。
【００２２】
トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、マイクロコンピュータ１０に入力されている。
マイクロコンピュータ１０には、さらに、当該電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ７の出力信号が入力されるようになっている。
【００２３】
マイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ７によって検出される車速に応じて電動モータＭの目標電流値を定め、操舵トルク等に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭへの給電のためのモータドライバ１５を制御する。
モータドライバ１５には、車載バッテリ１７からの電力が供給されている。モータドライバ１５は、たとえば、パワーＭＯＳ電界効果トランジスタのブリッジ回路からなり、このパワーＭＯＳ電界効果トランジスタが、マイクロコンピュータ１０から与えられる制御信号（たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号）によってスイッチングされるようになっている。
【００２４】
このモータドライバ１５には、電動モータＭに流れる電流を検出するための電流検出回路２０が付設されている。この電流検出回路２０の出力信号は、マイクロコンピュータ１０のアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換ポート１１（たとえば、１０ビットのＡ／Ｄ変換器を備えたもの）に入力されるようになっている。電流検出回路２０は、モータドライバ１５と接地との間に接続された電流検出用の抵抗２１と、この電流検出用抵抗２１の端子間電圧を増幅してモータ電流検出信号（アナログ信号）を生成する可変ゲイン増幅回路２２とを有している。可変ゲイン増幅回路２２は、差動増幅器２３の反転入力端子にその出力信号を帰還させた負帰還増幅回路を形成しており、その帰還抵抗は、抵抗Ｒ１およびアナログスイッチＳＷの直列回路と、抵抗Ｒ２との並列回路によって構成されている。アナログスイッチＳＷのオン／オフにより、負帰還抵抗が変化し、これにより、増幅回路２２のゲインが、第１ゲインＧ１と第２ゲインＧ２（＜Ｇ１）との間で切り換わるようになっている。
【００２５】
アナログスイッチＳＷの制御端子は、マイクロコンピュータ１０の出力ポート１２に接続されており、このマイクロコンピュータ１０によって、アナログスイッチＳＷのオン／オフを制御し、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを変更することができるようになっている。
マイクロコンピュータ１０は、プログラム処理を実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。具体的には、マイクロコンピュータ１０は、トルクセンサ５および車速センサ７の出力に基づいて、電動モータＭの目標電流値を設定する目標電流値設定部３１と、この目標電流値設定部３１が設定する目標電流値とＡ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値との偏差を求める偏差演算部３２と、この偏差演算部３２によって求められた偏差に基づいてモータドライバ１５の制御のためのモータ制御信号（たとえば、ＰＷＭ制御信号）を生成する制御信号生成部３３と、Ａ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値に基づき、出力ポート１２からアナログスイッチＳＷをオン／オフするための制御信号を出力するゲイン変更部３４と、このゲイン変更部３４によるゲインの変更を補償（正規化）するようにＡ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値を変換するモータ電流値変換部３５とを備えている。このモータ電流値変換部３５によって変換された後のモータ電流値が偏差演算部３２に与えられ、目標電流値との偏差演算の対象となる。
【００２６】
図２は、目標電流値設定部３１の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係（アシスト特性）が示されている。操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値は、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００２７】
目標電流値は、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲（不感帯）の微小な値のときには、目標電流値は零とされる。また、目標電流値は、車速センサ７によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００２８】
図３(a)(b)は、ゲイン変更部３４の働きを説明するための特性図であり、図３(a)には、Ａ／Ｄ変換ポート１１から取り込まれるモータ電流値と、アナログスイッチＳＷをオン／オフすることによって変化させられる可変ゲイン増幅回路２２のゲインとの関係が示されており、図３(b)には、モータ電流値とモータ電流の検出分解能との関係が示されている。
図３(a)に示すように、モータ電流値が所定のしきい値Ｉth以下の範囲では、ゲイン変更部３４は、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的大きな第１ゲインＧ１に設定する。これに対して、モータ電流値が上記しきい値Ｉthを超える範囲では、ゲイン変更部３４は、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的小さな第２ゲインＧ２に設定する。
【００２９】
これにより、図３(b)に示すように、しきい値Ｉth以下のモータ電流値に対しては、大きな検出分解能でモータ電流が検出され、しきい値Ｉthを超えるモータ電流値に対しては、比較的小さな検出分解能でモータ電流が検出される。
モータ電流値変換部３５は、ゲイン変更部３４によって設定されるゲインに応じて、Ａ／Ｄ変換ポート１１からのディジタル値を変換し、可変ゲイン増幅回路２２におけるゲインの変更を相殺したモータ電流値を生成する。
【００３０】
マイクロコンピュータ１０は、自ら、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを変更するので、１つのＡ／Ｄ変換ポート１１から異なるゲインで増幅されたモータ電流検出信号を取り込んでいるにも拘わらず、取り込まれたモータ電流検出値を適切に処理することができる。
このように、この参考例によれば、１つの可変ゲイン増幅回路２２と１つのＡ／Ｄ変換ポート１１を用いて、小電流域においては、高分解能でモータ電流を検出できる。また、大電流域においては、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを低くするようにしているから、高分解能のＡ／Ｄ変換器が必要となることもない。これにより、電流検出回路２０を安価な構成とすることができ、また、マイクロコンピュータ１０には、高分解能のＡ／Ｄ変換ポートや多数のＡ／Ｄ変換ポートを備えた高価なものを用いる必要がない。その結果、安価な構成で、モータ電流の検出を正確に行うことができ、この正確に検出されたモータ電流に基づいて電動モータＭを制御することにより、すぐれた操舵フィーリングを実現することができる。
【００３１】
図４は、第２の参考例に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図４において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この参考例では、ゲイン変更部３４Ａは、操舵トルクＴの絶対値に基づいて、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを切り換える。このゲインの切り換え指令は、モータ電流値変換部３５にも与えられる。
【００３２】
図５は、ゲイン変更部３４Ａの働きを説明するための図であり、操舵トルクＴの絶対値と可変ゲイン増幅回路２２のゲインとの関係が示されている。上述の図２に示されているとおり、操舵トルクＴの絶対値が小さい範囲では、目標電流値の絶対値が小さいから、それに応じてモータ電流も小さい値をとる。そこで、ゲイン変更部３４Ａは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が所定のしきい値Ｔth（＞０）以下のときには、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的大きな第１ゲインＧ１に設定する。一方、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が上記しきい値Ｔthを超えるときには、ゲイン変更部３４Ａは、可変ゲイン増幅回路２２のゲインを比較的小さな第２ゲインＧ２に切り換える。
【００３３】
これにより、モータ電流が微小なときには、高分解能でモータ電流を検出することができるから、上述の第１の参考例の場合と同様な効果を達成できる。
図６は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図６において、上述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、電流検出回路２０に備えられた可変ゲイン増幅回路２２Ｂにおいて、差動増幅器２３の負帰還抵抗が、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，・・・・・・および抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，・・・・・・の各直列回路、ならびに抵抗Ｒ２の並列回路で構成されている。したがって、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，・・・・・・のオン／オフを制御することで、ゲインを３種類以上に変更することができるようになっている。
【００３４】
一方、マイクロコンピュータ１０に備えられたゲイン変更部３４Ｂは、車速センサ７から取り込まれる車速Ｖに基づいて、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを切り換える。このゲインの切り換え指令は、モータ電流値変換部３５にも与えられる。
図７は、ゲイン変更部３４Ｂの働きを説明するための図である。ゲイン変更部３４Ｂは、車速Ｖが所定のしきい値Ｖth1（たとえば、Ｖth1＝１０km/h）以下の低速域においては、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインをゲイン下限値ＬＬに設定し、車速Ｖが別のしきい値Ｖth2（たとえば、Ｖth2＝５０km/h）以上の中高速域においては、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインをゲイン上限値ＵＬに設定する。そして、車速Ｖが上記のしきい値Ｖth1，Ｖth2の間の遷移区間内の値をとるときには、車速Ｖの増加に従ってゲイン下限値ＬＬからゲイン上限値ＵＬまでリニアに増加するように、可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを可変設定する。
【００３５】
上述の図２に示されているとおり、車速Ｖが大きくなるほど、目標電流値は小さくなるから、それに応じてモータ電流値も小さくなる。したがって、この実施形態により、小さなモータ電流値を高分解能で検出することができるようになり、上述の第１および第２の参考例の場合と同様な効果を奏することができる。
なお、図６において、二点鎖線で示すように、ゲイン変更部３４Ｂは、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜および車速Ｖの両方に基づいて可変ゲイン増幅回路２２Ｂのゲインを可変設定するものであってもよい。すなわち、図５において二点鎖線で示すように、操舵トルクの絶対値｜Ｔ｜が大きいほどゲインを小さく定め、かつ、車速が大きいほどゲインを大きく定めればよい。
【００３６】
なお、上記の構成以外にも、たとえば、目標電流値設定部３１が設定する目標電流値が小さいほど、可変ゲイン増幅回路のゲインを大きくなるように変更するようにしてもよい。
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】第１の参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】目標電流値設定部の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値の関係（アシスト特性）が示されている。
【図３】ゲイン変更部の働きを説明するための特性図である。
【図４】第２の参考例に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】上記第２の参考例におけるゲイン変更部の働きを説明するための図である。
【図６】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図７】図６の実施形態におけるゲイン変更部の働きを説明するための図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリング機構
４ トーションバー
５ トルクセンサ
７ 車速センサ
１０ マイクロコンピュータ
１１ Ａ／Ｄ変換ポート
１２ 出力ポート
１５ モータドライバ
１７ 車載バッテリ
２０ 電流検出回路
２１ 電流検出用抵抗
２２ 可変ゲイン増幅回路
２２Ｂ 可変ゲイン増幅回路
２３ 差動増幅器
３１ 目標電流値設定部
３２ 偏差演算部
３３ 制御信号生成部
３４ ゲイン変更部
３４Ａ ゲイン変更部
３４Ｂ ゲイン変更部
３５ モータ電流値変換部
Ｇ１ 第１ゲイン
Ｇ２ 第２ゲイン
Ｍ 電動モータ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｒ１１，Ｒ１２ 抵抗
ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２ アナログスイッチ
Claims (2)
- 電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
車両の操向のための操作部材に加えられた操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
上記電動モータに流れる電流を検出してモータ電流検出信号を出力する電流検出回路であって、ゲインの変更が可能な可変ゲイン増幅回路によって増幅されたモータ電流検出信号を出力する電流検出回路と、
この電流検出回路が出力するモータ電流検出信号が入力されるアナログ／ディジタル変換ポートを有し、このアナログ／ディジタル変換ポートを介して取り込まれたモータ電流検出信号に基づいて上記電動モータを制御するマイクロコンピュータと、
上記可変ゲイン増幅回路のゲインを変更するゲイン変更手段とを含み、
上記マイクロコンピュータは、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクおよび上記車速検出手段によって検出される車速に対応した目標電流値を定め、上記アナログ／ディジタル変換ポートから取り込まれるモータ電流検出信号が上記目標電流値に一致するように上記電動モータをフィードバック制御するものであり、
上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記車速検出手段によって検出される車速が大きいほど大きく定めるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 上記ゲイン変更手段は、上記可変ゲイン増幅回路のゲインを、上記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が小さいほど大きく定め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。
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