JP5355968B2

JP5355968B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5355968B2
Application number: JP2008230806A
Authority: JP
Inventors: 智史大野; 尚三好; 篤彦米田; 康夫清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP2010064544A

Description

本発明は、界磁弱め制御を用いた電動パワーステアリング装置に係り、使用状況によってモータの性能が低下することを抑制する技術に関する。

電動パワーステアリング装置のモータには、車両停止中にハンドルを操舵する据え切り時のような高トルク低回転性能と、走行中にカウンターステアを素早く当てる時のような低トルク高回転性能とが要求される。この２つの性能を両立するために、従来は、高トルク低回転型のモータに弱め磁界をかけることにより、低トルク高回転型の性能を発生させるようにしていた（特許文献１参照）。具体的には、モータに流れる電流に応じてモータの磁界を弱めることにより、高トルク低回転と低トルク高回転との２つの性能を両立させていた。

また、弱め界磁制御を行う電動パワーステアリング装置において、モータの実回転数が実電圧に応じて設定される回転数より大きい場合にのみ弱め界磁制御を行う、すなわち、電圧変動に応じて弱め磁界の開始タイミングを変えるようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。この電動パワーステアリング装置によれば、弱め界磁制御に切り替えたときにモータの回転数が電源電圧の影響で低下することが防止される。
特許第３８４９９７９号公報特開２００７−１５３２７３号公報

しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置では、走行中にカウンターステアを素早く当てる時のように低トルク高回転性能が要求される場合、同一の路面負荷で同一のステアリング操作をしたにも拘わらず、ステアリング操作を円滑に行える場合と、ステアリングが途中でひっかかるようになる場合とがあった。更に、従来の電動パワーステアリング装置では、モータの駆動状態によって消費電流が多い場合と、少ない場合とがあり、消費電流が多い場合には省燃費効果が損なわれる問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、電源電圧や雰囲気温度の変動がモータの回転数に影響を与えることに着目し、滑らかな操舵フィーリングを実現するとともに、省燃費効果を損なうことのない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータ（１１）を駆動制御する電動パワーステアリング装置（１）において、前記操舵入力を検出する操舵入力検出手段（１５）と、前記操舵入力検出手段の検出結果に基づいて前記モータの目標電流を設定し、当該目標電流に基づいて界磁弱め制御を用いて前記モータを駆動するモータ駆動制御手段（１２）と、前記モータに電力を供給する電源（Ｂ）の電圧を検出する電圧検出手段（１７）と、前記モータまたは前記モータ駆動制御手段の周辺温度を検出する周辺温度検出手段（１８）とを備え、前記モータ駆動制御手段は、弱め界磁電流の限界値を設定して前記界磁弱め制御を実施するとともに、前記電源電圧検出手段の検出結果および前記周辺温度検出手段の検出結果のそれぞれに応じて求めた前記弱め界磁電流の限界値のうち、絶対値が小さい方を前記弱め界磁電流の限界値に採用して、前記弱め界磁電流の使用範囲が前記モータの回転速度を向上させる領域のみとなるように前記弱め界磁電流の限界値を変更することで、前記電源電圧検出手段の検出結果および前記周辺温度検出手段の検出結果に応じて前記界磁弱め制御の量（ｄ軸補正電流限界値ｉｄｃｌ）を変更することを特徴とする。

これによれば、これまでは電源電圧や、モータやモータ駆動制御装置の周辺温度が変化した場合にモータの出力が低下することがあったが、電源電圧およびこれら周辺温度に応じて界磁弱め制御の量を変更することにより、電源電圧およびこれら周辺温度の変化によるモータの出力低下を抑制することができる。

本発明によれば、モータの出力が本来出し得る最大の出力から低下することを抑制できるため、ステアリングを素早く操作したようなときであっても操舵フィーリングを滑らかなものにすることができる。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について添付図面を参照にして詳細に説明する。

図１に、本発明に係る車両用の電動パワーステアリング装置（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｇ：以下、ＥＰＳ１と記す）の概略構成を示す。図に示されるように、ＥＰＳ１は、運転者がステアリングホイール２を操作することによって前輪Ｗ、Ｗを転舵するステアリング系によって構成される。ステアリングホイール２には、ステアリングシャフト３の一端が同軸に一体結合されており、ステアリングシャフト３の他端には、自在継ぎ手を備えた連結軸４を介してラック＆ピニオン機構５が連結されている。ラック＆ピニオン機構５は、ステアリングシャフト側のピニオン６と、ピニオン６に噛み合うラック歯７ａが形成されたラック軸７とにより構成され、ステアリングホイール２から入力された回転運動をラック軸７の軸方向（車幅方向）の往復直線運動に変換する。ラック軸７の両端には、タイロッド８、８を介して左右の前輪Ｗ、Ｗが連結されており、ラック軸７の往復直線運動により、前輪Ｗ，Ｗが左右に転舵される。

ＥＰＳ１は、運転者のステアリング操作をアシストするアシストトルクを発生させるために、ラック軸７と同軸上に設置されたモータ１１と、ＰＷＭインバータ１３を介してモータ１１を駆動制御するモータ制御装置１２とを備えている。なお、モータ１１は、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）を有する埋込磁石構造のブラシレスＤＣモータであり、ｄｑ軸電流成分に基づくベクトル制御により、モータ制御装置１２によって駆動制御される。モータ制御装置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ている。

ＥＰＳ１は、モータ制御装置１２からのモータ制御信号に基づいて、バッテリＢから供給される電力をＰＷＭインバータ１３によって制御することによりモータ１１を駆動し、アシストトルクを発生させる。モータ１１のアシストトルクは、ラック軸７と同軸に設けられたボールねじ機構９を介して推力に変換されてラック軸７に作用し、運転者のステアリング操作をアシストする。

さらに、ＥＰＳ１は、モータ１１に流れる電流を検出するモータ電流検出手段１４と、ピニオン６に作用する操舵トルクＴｄを検出する操舵トルクセンサ１５と、車両の走行速度（車速Ｖｓ）に対応した車速信号を出力する車速センサ１６と、バッテリＢの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段１７と、モータ１１の周辺温度を検出するモータ雰囲気温度検出手段１８と、モータ１１のロータ角度θすなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出するレゾルバやエンコーダ等からなる回転センサ３２とを備えている。

これらモータ電流検出手段１４、操舵トルクセンサ１５、車速センサ１６、バッテリ電圧検出手段１７、モータ雰囲気温度検出手段１８の各検出信号は、モータ制御装置１２に入力する。そして、モータ制御装置１２は、これら検出信号に基づいてアシストトルクを算出し、このアシストトルクをモータ１１から出力させるために必要な目標電流Ｉｔを設定し、この目標電流Ｉｔに応じてモータ制御信号をＰＷＭインバータ１３に対して出力する。

モータ電流検出手段１４は、例えば、モータ１１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、モータ１１に実際に流れるモータ電流の大きさおよび方向を検出する。そして、モータ電流検出手段１４は、モータ電流に対応したモータ電流信号をモータ制御装置１２にフィードバックする。

操舵トルクセンサ１５は、ステアリング・ギアボックス内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクＴｄ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１５は、検出した操舵トルクＴｄに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号としてモータ制御装置１２に送信する。

車速センサ１６は、車速Ｖｓ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としてモータ制御装置１２に送信する。なお、車速センサ１６は、ＥＰＳ１に専用のものを用いてもよく、他のシステムの車速センサを利用してもよい。

バッテリ電圧検出手段１７は、バッテリＢの端子電圧を検出する電圧センサであり、ＰＷＭインバータ１３に供給される直流電力の電圧を検出し、検出した電圧に対応したアナログ電気信号をバッテリ電圧信号としてモータ制御装置１２に送信する。

モータ雰囲気温度検出手段１８は、モータ１１の近傍に配置され、モータ１１の雰囲気温度を検出する。検出したモータ雰囲気温度ＴＭは、対応するアナログ電気信号に変換され、雰囲気温度信号としてモータ制御装置１２に送信される。なお、モータ雰囲気温度検出手段１８は、温度センサによるもの、電流の発熱量から推定するもの、モータ抵抗の温度特性から推定するもの等、いかなる形態であってもよい。

ＰＷＭインバータ１３は、モータ制御装置１２から出力されたモータ制御信号に基づいてモータ１１に電圧を印加し、モータ１１を駆動する。ＰＷＭインバータ１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じてＰＷＭインバータ１３内のプリドライブ回路、ＦＥＴブリッジを介してモータ１１の各巻線に正弦波を通電してベクトル制御を行う。

なお、ベクトル制御におけるｄｑ座標とは、例えば、２極のロータを有するブラシレスＤＣモータ等のモータ１１において、永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）とする回転直交座標であり、モータ１１のロータと共に同期して回転する。モータ制御装置１２がｑ軸を基準とした電流位相を与えることにより、ＰＷＭインバータ１３からモータ１１の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを与えるようになっている。

次に、モータ制御装置１２の動作について図２のブロック図に沿って説明する。モータ制御装置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に応じたモータ１１の制御を行う。すなわち、ステアリングホイール２に加わる操舵トルクＴｄを操舵トルクセンサ１５により検出し、検出した操舵トルクＴｄに応じたアシストトルクが得られるようにモータ１１をベクトル制御することにより、手動操舵のアシストを行う。

モータ制御装置１２は、まず、目標電流設定部１９において、操舵トルクセンサ１５が検出して出力する操舵トルクＴｄ、操舵角速度ｄφ／ｄｔ、車速センサ１６が出力する車速Ｖｓなどに基づいて指令トルクＴｏを求める。この指令トルクＴｏは、さらに、目標電流設定部１９において目標電流Ｉｔに設定される。ｑ軸目標電流設定部２１は、目標電流Itに基づいてｑ軸電流指令値ｉｑｏを設定する。一方、ｄ軸目標電流設定部２０は、ｄ軸電流指令値ｉｄｏを所定値（例えば０）に設定する。

モータ電流検出手段１４は、少なくとも２相の各相電流（例えば、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖ）のモータ電流信号をカレントトランスフォーマで検出し、その出力を増幅する。増幅された各相の電流検出値は、回転センサ３２およびＲＤ変換部３５からなるモータ回転検出手段によって検出されたロータ角度θに基づいてｄｑ変換部３４で変換され、その後、減衰部３６，３７を経てｄ軸実電流値ｉｄｒおよびｑ軸実電流値ｉｑｒが求められる。減衰部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有する。エンジンルーム内では、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行う機械的および電気的スイッチ手段から雑音が発生し、後述するＰＩ演算部２５，２６は高周波雑音の影響を受けやすいが、減衰部３６，３７が高周波雑音を除去することにより、雑音混入による操舵フィーリングの悪化が防止されている。

減算部２２は、ｑ軸電流指令値ｉｑｏとフィードバックされたｑ軸実電流値ｉｑｒとの偏差Δｉｑを算出する。また、加算部２３は、ｄ軸電流指令値ｉｄｏ（＝０）に対して後述するｄ軸電流補正処理によるｄ軸補正電流ｉｄｃを加算してｄ軸電流目標値ｉｄｔを算出する。減算部２４は、補正されたｄ軸電流目標値ｉｄｔとフィードバックされたｄ軸実電流値ｉｄｒとの偏差Δｉｄを算出する。

ＰＩ演算部２５，２６は、ｄ軸電流偏差Δｉｄおよびｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）制御処理およびＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）制御処理を実行し、ｄ軸指令電圧Ｖｄｏおよびｑ軸指令電圧Ｖｑｏを算出する。ｄｑ逆変換部２９は、ｄｑ座標上でのｄ軸指令電圧Ｖｄｏおよびｑ軸指令電圧Ｖｑｏに対してロータ角度θを用いてｄｑ逆変換を行い、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流指令電圧Ｖｕ、Ｖ相交流指令電圧ＶｖおよびＷ相交流指令電圧Ｖｗに変換する。ＰＷＭ変換部３３は、各指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ＰＷＭインバータ１３の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めＰＷＭ変換部３０に記憶されている。

非干渉化制御部３９とこれに接続する加算部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に相互干渉を絶つ働きをする。本実施形態の場合、角速度とモータ実電流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。

前述したｄ軸電流補正処理は、ｄ軸補正電流設定部３８においてｄ軸補正電流ｉｄｃを決定することによりなされる。本実施形態では、ｄ軸電流指令値ｉｄｏは０に設定されており、これに加算されたｄ軸補正電流ｉｄｃ（負の値）に基づいてｄ軸電流目標値ｉｄｔが設定されることにより、モータ１１にｄ軸電流ｉｄが流れてモータ１１の界磁を減少させ、モータ１１の回転速度ωが高くなる。

ここで、ｄ軸補正電流設定部３８での処理内容について説明する。図３にｄ軸補正電流設定部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を示し、図５にｑ軸実電流対応マップを示し、図６にモータ回転速度対応マップを示し、図７にバッテリ電圧に対応するｄ軸補正電流限界値のマップを示し、図８にモータ雰囲気温度に対応するｄ軸補正電流限界値のマップを示す。

図３に示すように、ｄ軸補正電流設定部３８は、ｑ軸指令電圧対応処理部４１と、ｑ軸実電流対応処理部４２と、相乗積演算部４３と、ｄ軸電流使用範囲設定部４４と、ｄ軸目標電流決定部４５とから構成されている。

ｑ軸指令電圧対応処理部４１は、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏをアドレスとして図４に示すｑ軸指令電圧対応マップを検索することにより、補正電流要素である出力Ｃ１を求める。ｑ軸指令電圧対応マップでは、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが小さい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが小さい領域部分では、出力Ｃ１が０に設定され、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが大きい領域では、出力Ｃ１がほぼ一定の値となるように設定される。この処理により、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい領域でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄｃが流れてモータ１１の界磁が減少し、モータ１１の回転速度ωが高まる。その結果、走行中にゆっくり且つ小さくステアリングホイール２を操作した場合など、端子電圧が電圧限界値に達しない速度および負荷状態においては、弱め界磁電流の流れが防止され、モータ１１の電力消費が抑制される。

ｑ軸実電流対応処理部４２は、ｑ軸実電流値ｉｑｒをアドレスとして図５に示すｑ軸実電流対応マップを検索することにより補正電流要素である出力Ｃ２を求める。ｑ軸実電流対応マップでは、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域では出力Ｃ２がほぼ一定の値に設定され、ｑ軸実電流値ｉｑｒが大きい領域では出力Ｃ２が０に設定される。この処理により、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域でのみ、ｄ軸補正電流ｉｄｃが流れてモータ１１の界磁が減少し、モータ１１の回転速度ωが高まる。その結果、モータ回転速度ωが高く、インバータの電圧飽和に至った状態でさらに早くステアリング操作をしようとする場合などに、ステアリングホイールの操作が急に重たくなる現象が防止される。

ｑ軸指令電圧対応処理部４１の出力Ｃ１およびｑ軸実電流対応処理部４２の出力Ｃ２は相乗積演算部４３で乗算され、この相乗積に比例するｄ軸補正電流ｉｄｃが算出される。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、ｑ軸指令電圧Ｖｑｏが大きい場合、およびｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい場合に、ｄ軸補正電流ｉｄｃが流れて界磁弱めが行われる。

ｄ軸電流使用範囲設定部４４は、まず、入力したバッテリ電圧ＶＢおよびモータ雰囲気温度ＴＭに基づいて、図７に示すバッテリ電圧に対応するｄ軸補正電流限界値マップ、および図８に示すモータ雰囲気温度に対応するｄ軸補正電流限界値マップを検索して、ｄ軸補正電流限界値をそれぞれ求める。

図７に示すように、バッテリ電圧ＶＢに対応するｄ軸補正電流限界値マップでは、バッテリ電圧ＶＢが高い場合にはｄ軸補正電流の使用範囲が相対的に広く設定され、バッテリ電圧ＶＢが低い場合にはｄ軸補正電流の使用範囲が相対的に狭く設定される。すなわち、ｄ軸補正電流限界値ｉｄｃｌ（ＶＢ）は、バッテリ電圧ＶＢが低いほど、その絶対値が小さくなる（弱め界磁量が小さくなる）ように設定される。本実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖの場合、ｄ軸補正電流の使用範囲は０Ａ〜−３５Ａに設定され、バッテリ電圧ＶＢが１２Ｖの場合、ｄ軸補正電流の使用範囲は０Ａ〜−５７Ａに設定される。

図８に示すように、モータ雰囲気温度に対応するｄ軸補正電流限界値マップでは、モータ雰囲気温度ＴＭが低い場合にはｄ軸補正電流値の使用範囲が相対的に広く設定され、モータ雰囲気温度ＴＭが高い場合にはｄ軸補正電流値の使用範囲が相対的に狭く設定される。すなわち、ｄ軸補正電流限界値ｉｄｃｌ（ＴＭ）は、モータ雰囲気温度ＴＭが高いほど、その絶対値が小さく（弱め界磁量が小さくなる）なるように設定される。本実施形態では、モータ雰囲気温度ＴＭが１００℃の場合、ｄ軸補正電流の使用範囲は０Ａ〜−５１Ａに設定され、モータ雰囲気温度ＴＭが９０℃の場合、ｄ軸補正電流の使用範囲は０Ａ〜−５８Ａに設定される。

そして、ｄ軸電流使用範囲設定部４４は、求めたｄ軸補正電流限界値のうち、その絶対値が小さい（弱め界磁量が小さくなる）方の値をｄ軸補正電流限界値として採用する。

ｄ軸目標電流決定部４５は、相乗積演算部４３によって算出されたｄ軸補正電流ｉｄｃをｄ軸電流使用範囲設定部４４によって設定された使用範囲（０Ａ〜ｄ軸補正電流限界値）においてｄ軸補正電流ｉｄｃとして出力する。ｄ軸補正電流ｉｄｃがｄ軸補正電流限界値よりも小さい（絶対値が大きい）場合には、ｄ軸目標電流決定部４５はｄ軸補正電流限界値をｄ軸補正電流ｉｄｃとして出力する。

これにより、本実施形態のＥＰＳ１は以下の効果を奏する。すなわち、従来技術による電動パワーステアリング装置では、ｄ軸補正電流ｉｄｃは、図９（Ａ）に示すように、ｑ軸実電流値ｉｑｒが所定値となるまではバッテリ電圧ＶＢに拘わらず一定に設定されていた（併せて図４を参照されたい）。しかし、本実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、ｄ軸補正電流ｉｄｃは、バッテリ電圧ＶＢに応じて設定される。

ここで、バッテリ電圧ＶＢの変動によるモータ１１の回転特性の変化について詳細に分析した結果を図１０に示す。図１０に示されるように、トルクを一定とすると、ｄ軸電流ｉｄによって回転数が向上するｄ軸電流ｉｄの範囲は、電圧に応じて変化する。すなわち、弱め界磁量を増やしていくと、ある値まではモータ回転数ωは向上するが、それ以上に弱め界磁量を増やしてもモータ回転数ωは逆に低下してしまう。従来の電動パワーステアリング装置では、この電圧の変動を考慮せずにｄ軸電流ｉｄの使用範囲（最大値）を設定していたため、回転数が向上する範囲のみならず、回転数が低下する範囲でも界磁弱め量を増やしていた。したがって、モータ回転数ωが不足するときに更にｄ軸電流ｉｄを増やすという制御が行わる結果、モータ回転数ωが逆に低下してしまうという現象が起きていた。これにより、モータは本来の最大出力を出し切ることができず、早切り操舵時においてステアリング操作が円滑に行える場合と、ステアリングが途中でひっかかってしまう場合とが発生し、滑らかな操舵フィーリングを阻害していた。

ところが、本実施形態によれば、図１０に示すように、ｄ軸電流ｉｄの使用範囲（ｄ軸補正電流限界値ｉｄｃｌ）がバッテリＢの電圧変動に合わせて設定されることにより、ｄ軸電流ｉｄによってモータ回転数ωが向上する範囲内で弱め界磁を行うことが可能となる。したがって、バッテリ電圧ＶＢが変化しても常にモータ１１が最大出力を出すことができ、滑らかな操舵フィーリングが得られる。

さらに、図１０に示すように、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じてモータ１１の効率も変化する。特に、前記したｄ軸電流ｉｄを増やすとモータ回転数ωが低下する領域では、入力が増えるにも拘わらず出力が低下するために、モータ１１の効率は著しく低下する。従来の電動パワーステアリング装置では、電圧変動を考慮せずにｄ軸電流ｉｄを設定していたため、モータ回転数ωが向上する範囲のみならず、モータ回転数ωが低下する範囲でも界磁弱め量が増えており、モータ１１の効率が低下していた。この現象により、電動パワーステアリング装置の消費電流が増大し、省燃費効果を低下させてしまっていた。

ところが、本実施形態によれば、図１０に示すように、ｄ軸電流ｉｄの限界値をバッテリＢの電圧変動に合わせて設定することにより、ｄ軸電流ｉｄによってモータ回転数ωが向上する範囲内で弱め界磁を行うことが可能となる。効率の観点から見ても、ｄ軸電流ｉｄによってモータ回転数ωが低下する領域で弱め界磁量を増やすことによってモータ１１の効率が著しく低下することが避けられ、モータ１１の最低効率が概ね一定値以上に保たれる。

ＥＰＳ１に供給されるバッテリ電圧ＶＢは、ヘッドライトや冷暖房等の車載電装系の使用状況あるいは車両走行速度により、１０Ｖ〜１６Ｖの間で変動し、その電圧変動に伴ってモータ１１の性能も変化してしまう。これは自動車特有の事象であり、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖ〜１６Ｖの間で変動した場合でも、常にモータ１１が本来持つ最大出力を出し切れるようにｄ軸電流ｉｄの使用範囲を設定することにより、滑らかな操舵フィーリングを提供し、消費電流増加による省燃費効果の低下を避けることができる。

次に、ｄ軸電流ｉｄの使用範囲を一定にした従来の電動パワーステアリング装置と、本実施形態に係るＥＰＳ１との違いについて、図１０に基づいて考察したものを図１１に示す。図中のポイントＡは、走行中（１４Ｖ時）にカウンターステアを切る場合に必要なモータ出力を示し、ポイントＢは、駐車中（１０Ｖ時）に据え切りする場合に必要なモータ出力を示し、ポイントＣは、駐車中（１０Ｖ時）にステアリングをエンドに切る場合に必要なモータ出力を示している。なお、図１１において、（Ａ）は、従来技術による電動パワーステアリング装置において、駐車中の目標出力を満足すべく図１０のバッテリ電圧ＶＢが１０Ｖの場合の特性に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を設定した場合を示している。また（Ｂ）は、従来技術による電動パワーステアリング装置において、走行中の目標出力を満足すべく図１０のバッテリ電圧ＶＢが１４Ｖの場合の特性に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を設定した場合を示している。さらに（Ｃ）は、本実施形態に係るＥＰＳ１によって弱め界磁制御を行った場合を示している。

まず、図１１（Ａ）に示す、バッテリ電圧１０Ｖの特性に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を−３６〜０Ａとした場合について述べる。バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖから１４Ｖに上昇した場合、−３６〜０Ａのｄ軸電流ｉｄではモータは本来持っている最大の出力を発揮することができない。具体的には、バッテリ電圧ＶＢが１４Ｖの時に、ｄ軸電流ｉｄが−３６Ａに制限されるとモータ回転数ωは３４００ｒｐｍまでしか上がらず、本来モータが出せる最大回転数３７３０ｒｐｍに対して３３０ｒｐｍだけモータ回転数ωが低下する。これは、車載電装系の使用負荷が大きくバッテリ電圧ＶＢが１０Ｖに低下した状況に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を設定すると、車載電装系の使用負荷が小さくバッテリ電圧ＶＢが１４Ｖにある状況ではモータの回転数が十分に上がらず、電動パワーステアリング装置としての商品性が低下してしまうことを意味する。図１１（Ａ）に示されるように、駐車時（１０Ｖ）における据え切り目標ポイントＢは満足されるものの、走行中のＡＣＧ駆動時（１４Ｖ）における早切りカウンターステア目標ポイントＡは満足されないことがわかる。

次に、図１１（Ｂ）に示す、バッテリ電圧１４Ｖの特性に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を−７３〜０Ａと設定した場合について述べる。バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖに低下すると、モータはｄ軸電流ｉｄを流すほど回転数が低下する領域で使用されることとなり、モータ回転数ωとモータ効率とが低下する。具体的には、バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖとなった時に、ｄ軸電流ｉｄが−７３Ａまで許容されるとモータ回転数ωは１５８０ｒｐｍまで低下してしまい、本来出力できる最大回転数の１９００ｒｐｍに対して３２０ｒｐｍだけモータ回転数ωが低下する。さらに、モータ効率も０．７０から０．４９まで低下する。これは、車載電装系の使用負荷が小さくバッテリ電圧ＶＢが１４Ｖを保てる状況に合わせてｄ軸電流ｉｄの使用範囲を設定すると、車載電装系の負荷が大きくバッテリ電圧ＶＢが１０Ｖまで低下した場合、モータ回転数ωの低下によりハンドル操作が重くなり、かつ、モータ効率の低下により消費電流が増加し、電動パワーステアリング装置の省燃費効果が低下してしまうことを意味する。図１１（Ｂ）に示されるように、走行中のＡＣＧ駆動時（１４Ｖ）における早切りカウンターステア目標ポイントＡは満足されるものの、駐車時（１０Ｖ）における据え切り目標ポイントＢは満足されないことがわかる。

一方、図１１（Ｃ）に示す本発明によれば、ｄ軸電流ｉｄの使用範囲をバッテリ電圧ＶＢに合わせてモータ回転数ωが上がる領域のみに設定することで、車載電装系の使用状況やＡＣＧの発電状況によりバッテリ電圧ＶＢが通常とりうるいかなる値に変動しても、その電圧変動に応じてモータの最大の出力を引き出すことが可能となる。図１１（Ｃ）に示されるように、本発明によれば、走行中のＡＣジェネレータ（ＡＣＧ）駆動時（１４Ｖ）における早切りカウンターステア目標ポイントＡ、駐車時（１０Ｖ）における据え切り目標ポイントＢがともに満足されることがわかる。

電圧変動とは別に、ｄ軸電流ｉｄとモータ回転数ωとの関係は、図１２に示すように、ＥＰＳ１のモータ雰囲気温度ＴＭによっても変動する。従来技術による電動パワーステアリング装置では、ｄ軸電流ｉｄは、図１３（Ａ）に示すように、ｑ軸実電流値ｉｑｒが所定値となるまではモータ雰囲気温度ＴＭに拘わらず一定に設定されていた。しかし、本実施形態では、図１３（Ｂ）に示すように、ｄ軸補正電流ｉｄｃは、モータ雰囲気温度ＴＭに応じて設定される。

電動パワーステアリング装置用のモータは通常エンジンルーム内に搭載されるため、モータの雰囲気温度はエンジンの使用状況により６０℃〜１００℃程度で変動し、その温度変動に伴ってモータの性能も変化してしまう。これは自動車特有の事象であり、本実施形態によれば、モータ雰囲気温度ＴＭが変動しても、常にモータ１１が本来持っている最大の出力を発揮できるようにｄ軸電流ｉｄの使用範囲が設定されることで、滑らかな操舵フィーリングが提供され、消費電流増加による省燃費効果の低下も防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、モータとしてブラシレスＤＣモータを用い、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ＤＣモータの各相毎の正弦波電流を制御するものや、ブラシレスＤＣモータの相間に矩形波を通電させるもの、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、誘導モータ等、他のモータを用いる形態であってもよい。また、上記実施形態では、電源電圧および周辺温度の検出値から弱め界磁量が小さくなる値をｄ軸補正電流限界値として採用しているが、ｄ軸補正電流限界値を決定する方法はこれに限られず、例えば、求めた各ｄ軸補正電流限界値から算出した平均値を用いたり、ｄ軸補正電流値の変化によるモータ回転数ωの低下度合いに応じて各ｄ軸補正電流限界値に係数を掛けて算出したりしてもよい。あるいは、これら検出値のうち１つのみに応じてｄ軸補正電流限界値を設定してもよい。また、周辺温度検出手段は、モータの周辺温度を検出するものに限られず、モータ制御手段の周辺温度を検出するものであってもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、電動パワーステアリング装置の具体的構成や制御の具体的手順等についても適宜変更可能である。

実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図実施形態に係るモータ制御装置のブロック図実施形態に係るｄ軸補正電流設定部の機能ブロック図実施形態に係るｑ軸指令電圧対応マップ実施形態に係るｑ軸実電流対応マップ実施形態に係るモータ回転速度対応マップ実施形態に係るバッテリ電圧に対応するｄ軸補正電流限界値マップ実施形態に係るモータ雰囲気温度に対応するｄ軸補正電流限界値マップ実施形態に係るバッテリ電圧に応じたｄ軸補正電流値の従来例との比較図バッテリ電圧とモータの回転特性との関係を示すグラフ実施形態に係る電動パワーステアリング装置の性能と従来例との比較図モータ雰囲気温度とモータの回転特性との関係を示すグラフ実施形態に係るモータ雰囲気温度に応じたｄ軸補正電流値の従来例との比較図

符号の説明

１ステアリング装置
２ステアリングホイール
１０電動パワーステアリング装置
１１モータ
１２モータ制御装置
１３ＰＷＭインバータ
１４モータ電流検出手段
１５操舵トルクセンサ
１６車速センサ
１７バッテリ電圧検出手段
１８モータ雰囲気温度検出手段
１９目標電流設定部
３２回転センサ
３８ｄ軸補正電流設定部
４４ｄ軸電流使用範囲設定部
Ｂバッテリ
Ｉｔ目標電流
Ｔｄ操舵トルク
ＴＭモータ雰囲気温度
ＶＢバッテリ電圧
ω 回転速度
Ｗ前輪
ｉｄｄ軸電流
ｉｑｑ軸電流

Claims

運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、
前記操舵入力検出手段の検出結果に基づいて前記モータの目標電流を設定し、当該目標電流に基づいて界磁弱め制御を用いて前記モータを駆動するモータ駆動制御手段と、
前記モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記モータまたは前記モータ駆動制御手段の周辺温度を検出する周辺温度検出手段と
を備え、
前記モータ駆動制御手段は、弱め界磁電流の限界値を設定して前記界磁弱め制御を実施するとともに、前記電源電圧検出手段の検出結果および前記周辺温度検出手段の検出結果のそれぞれに応じて求めた前記弱め界磁電流の限界値のうち、絶対値が小さい方を前記弱め界磁電流の限界値に採用して、前記弱め界磁電流の使用範囲が前記モータの回転速度を向上させる領域のみとなるように前記弱め界磁電流の限界値を変更することで、前記電源電圧検出手段の検出結果および前記周辺温度検出手段の検出結果に応じて前記弱め界磁制御の量を変更することを特徴とする電動パワーステアリング装置。