JP5418812B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより油圧ポンプを駆動して操舵補助力を発生するパワーステアリング装置に関する。

ラックアンドピニオン機構等の操舵機構に連結されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を供給することによって、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置において、油圧ポンプの駆動源として、例えば３相ブラシレスモータからなる電動モータが用いられている場合がある。この場合、電動モータがステアリングホイールの操舵速度に応じた目標回転速度で回転されるように、電動モータに供給される駆動電力が制御される。

上記電動モータの駆動方式を、１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替えることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許第４０１６８３５号公報

例えば、電動モータの実際の回転速度（実回転速度）に応じて、１２０度通電方式および１８０度通電方式を切り替えることが考えられる。すなわち、低回転速度領域では１２０度通電方式とすることで省エネルギ性の向上（高効率化）を図るとともに、高回転速度領域では１８０度通電方式として充分なトルクを確保することができる。
しかし、１２０度通電時には、実回転速度が目標回転速度に充分に追従せずに、操舵フィーリングの悪化や操舵補助力の不足（アシスト不足）が生じる場合がある。より具体的には、１２０度通電方式で電動モータを駆動しているときに、高速な操舵が行われ、それに応じて目標回転速度が急増した場合に、実回転速度が目標回転速度に充分に追従しないおそれがある。これは、システムからの油圧負荷によるものである。これにより、実回転速度が１８０度通電方式への切替閾値に達するのに比較的長い時間を要するか、または切替閾値に達しないおそれがある。その結果、高速操舵時に充分な操舵補助力を確保することができず、操舵フィーリングに、いわゆる「ひっかかり感」を生じ、操舵フィーリングが悪くなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高効率で且つ操舵フィーリングに優れたパワーステアリング装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、操舵補助力を発生する油圧ポンプ（２２）を駆動するための電動モータ（２４）と、駆動回路（２６）から電動モータへの駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置（２５）と、を備え、上記モータ制御装置は、電動モータの駆動方式を１２０度通電方式および１８０度通電方式に択一的に切り替える駆動方式切替手段（３８）と、電動モータの実回転速度を演算する実回転速度演算手段（３５）と、電動モータの目標回転加速度を演算する目標加速度演算手段（４０）と、を含み、上記駆動方式切替手段（３８）は、上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度に基づいて駆動方式を切り替える通常制御部（３８１）と、この通常制御部による切替に拘らず、上記目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度および上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度に基づいて、前記通常制御部による駆動方式の選択を強制的に修正して駆動方式を切り替える最適化制御部（３８２）とを含むことを特徴とするものである。

本発明では、実回転速度演算手段により演算された実回転速度（電動モータの実際の回転速度）に基づく通常制御部の切替に拘らず、目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度および上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度に基づいて、通常制御部による駆動方式の選択を強制的に修正して駆動方式を最適化する。したがって、たとえば、目標回転速度が急増するようなときには、実回転速度の追従を待たずに、通電方式を切り替えることができる。これにより、目標回転加速度が大きく、したがって、電動モータの負荷が大きくなるときであっても、すみやかに１８０度通電方式に切り替えることができるから、電動モータの実回転速度を目標回転速度に精度良く追従させて操舵フィーリングを向上することができる。また、たとえば、目標回転速度が急減するようなときには、実回転速度の追従を待たずに、すみやかに１２０度通電方式に切り替えることができる。これにより、電動モータの効率を向上することができる。こうして、通常制御部および最適化制御部による通電方式の切替によって、高効率で且つ操舵フィーリングに優れたパワーステアリング装置を実現することができる。

１２０度通電方式での電動モータの駆動時には、上記目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度（α）が第１閾値（α１）以上になった（α≧α１）ときには、上記最適化制御部が駆動方式を１８０度通電方式に切り替えることが好ましい（請求項２）。目標回転加速度が大きいときには、システムから電動モータが受ける負荷が大きくなる。そこで、１２０度通電方式での電動モータの駆動時において、仮に、電動モータの実回転速度が低い場合でも、目標回転加速度が大きいときには、最適化制御部が１８０度通電方式に切り替える。これにより、電動モータがトルク不足になることがない。その結果、電動モータの実回転速度の追従性を向上することができる。また、操舵フィーリングにおける、いわゆる「ひっかかり感」を抑制して操舵フィーリングを向上することができる。

また、１８０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度（α）が第２閾値（α２）以下になった（α≦α２）ときには、上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度（ω）が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内（ω＜ω１）にあることを条件として、上記最適化制御部が駆動方式を１２０度通電方式に切り替えることが好ましい（請求項３）。

目標回転加速度が小さければ（とくに目標回転加速度が負の場合）、電動モータの負荷は小さくなるので、１２０度通電方式を採用する方がエネルギ効率がよい。そこで、１８０度通電方式での電動モータの駆動時において、目標回転加速度が小さいときには、電動モータの実回転速度が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になれば、最適化制御部が直ちに１２０度通電方式に切り替える。これにより、省エネルギを図ることができ、電動モータの効率を向上することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
上記目標加速度演算手段は、目標回転速度に基づいて（たとえば、目標回転速度を時間微分することにより）、目標回転加速度を演算するものであってもよい。また、上記パワーステアリング装置は、車両の操向のために運転者によって操作される操作部材の操舵速度を検出する操舵速度検出手段をさらに含むものであってもよい。この場合において、上記目標加速度演算手段は、上記操舵速度に応じて目標回転加速度を演算するものであってもよいし、上記目標回転速度に基づいて目標回転加速度を演算するものであってもよい。また、上記パワーステアリング装置は、上記操舵速度検出手段によって検出された操舵速度に応じて上記目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段をさらに含むものであってもよい。この場合、目標回転加速度を目標回転速度に基づいて演算すれば、この目標回転加速度は、操舵速度に対応する値を有することになる。

本発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 電動モータおよびＥＣＵの概略図である。 本実施の形態において、実回転速度、目標回転速度、目標回転加速度、および駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。 比較形態における、実回転速度、目標回転速度、および駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の別の実施の形態における電動モータおよびＥＣＵの概略図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構２に関連して設けられ、このステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。
ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作される操作部材としてのステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に油圧制御弁１４を介して連結されピニオンギヤ６を持つピニオンシャフト５と、ピニオンギヤ６に噛合するラックギヤ部７ａを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。

ラック軸７の両端にはタイロッド８がそれぞれ連結されており、このタイロッド８は、それぞれ、左右の転舵輪９，１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２回りに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転が、ピニオンギヤ６およびラックギヤ部７ａによって、ラック軸７の軸方向Ｘ１に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回動に変換され、これにより、左右の転舵輪９，１０の転舵が達成される。

油圧制御弁１４は、ロータリバルブであり、ステアリングシャフト４に接続されたスリーブ弁体（図示せず）と、ピニオンシャフト５に接続されたシャフト弁体（図示せず）と、両弁体を連結するトーションバー（図示せず）とからなる。トーションバーは、ステアリングホイール３に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じ、このトーションバーのねじれの方向および大きさに応じて油圧制御弁１４の開度が変化する。

この油圧制御弁１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１５に接続されている。パワーシリンダ１５は、ラック軸７に一体に設けられたピストン１６と、このピストン１６によって区画された一対のシリンダ室１７，１８とを有しており、シリンダ室１７，１８は、それぞれ、対応する油路１９，２０を介して、油圧制御弁１４に接続されている。

油圧制御弁１４は、さらに、リザーバタンク２１および操舵補助力発生用の油圧ポンプ２２を通る油循環路２３の途中部に介装されている。油圧ポンプ２２は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ２４によって駆動され、リザーバタンク２１に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御弁１４に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁１４から油循環路２３を介してリザーバタンク２１に帰還される。

電動モータ２４は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ２２を駆動するものである。具体的には、電動モータ２４は、その出力軸が油圧ポンプ２２の入力軸に連結されており、電動モータ２４の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２２の入力軸が回転して油圧ポンプ２２の駆動が達成される。
油圧制御弁１４は、トーションバーに一方方向のねじれが加わった場合には、油路１９，２０のうちの一方を介してパワーシリンダ１５のシリンダ室１７，１８のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク２１に戻す。また、トーションバーに他方方向のねじれが加えられた場合には、油路１９，２０のうちの他方を介して
シリンダ室１７，１８のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク２１に戻す。

トーションバーにねじれがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ１５の両シリンダ室１７，１８は等圧に維持され、作動油は油循環路２３を循環する。操舵により油圧制御弁１４の両弁体が相対回転すると、パワーシリンダ１５のシリンダ室１７，１８のいずれかに作動油が供給され、ピストン１６が車幅方向に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用することになる。

電動モータ２４は三相ブラシレスモータからなる。その電動モータ２４の駆動は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）２５によって制御されるようになっている。ＥＣＵ２５は、電動モータ２４の駆動電力を生成する駆動回路２６と、駆動回路２６を制御するための制御部２７とを備えている。制御部２７は、ＣＰＵとこのＣＰＵの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。

ＥＣＵ２５の制御部２７には、操舵角検出手段としての操舵角センサ１３の出力信号と、電動モータ２４のロータの回転位置を検出する回転位置センサ３０の出力信号とが、それぞれ与えられるようになっている。
操舵角センサ１３は、ステアリングホイール３の操舵角を検出するようステアリングシャフト４に取り付けられるものであり、出力信号を制御部２７に与える。制御部２７は、回転位置センサ３０から与えられた信号に基づいて、電動モータ２４の出力軸の回転速度（実回転速度）を演算する。

また、制御部２７には、車両の速度を検出する車速検出手段としての車速センサ３１の出力信号が与えられるようになっている。車速センサ３１は、車両の速度を直接的に検出するものであってもよいし、転舵輪９，１０に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車両の速度を計算により求めるものであってもよい。
ＥＣＵ２５は、操舵角センサ１３、回転位置センサ３０および車速センサ３１から与えられる信号に基づいて、適切な操舵補助力がステアリング機構２に与えられるように電動モータ２４の駆動を制御する。

図２は、モータ制御装置としてのＥＣＵ２５の構成を示す概略図である。電動モータ２４は、Ｕ相界磁コイル２４Ｕ、Ｖ相界磁コイル２４ＶおよびＷ相界磁コイル２４Ｗを有するステータと、これらの界磁コイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗからの反発磁界を受ける永久磁石が固定されたロータとを備えている。このロータの回転位置が回転位置センサ３０によって検出されるようになっている。回転位置センサ３０は、ロータの回転位置を３０ｄｅｇ／３６０ｄｅｇ（＝１／１２）以上の分解能で検出可能なものであり、その検出信号は、制御部２７に入力されるようになっている。

駆動回路２６は、３相ブリッジインバータ回路であり、電動モータ２４のＵ相に対応した一対の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの直列回路と、Ｖ相に対応した一対の電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの直列回路と、Ｗ相に対応した一対の電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬとを、直流電源３２とアース３３との間に並列に接続して構成されている。電動モータ２４のＵ相界磁コイル２４Ｕは、電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの間の接続点に接続されており、Ｖ相界磁コイル２４Ｖは、電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの間の接続点に接続されており、Ｗ相界磁コイル２４Ｗは、電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬの間の接続点に接続されている。

制御部２７は、そのマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、操舵速度を演算する操舵速度演算部２９と、電動モータ２４の目標回転速度を設定する目標回転速度設定部３４と、回転位置センサ３０の検出信号に基づいて、電動モータ２４の実回転速度（実際の回転速度）ωを演算する実回転速度演算部３５と、電動モータ２４を１２０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１２０度通電演算部３６と、電動モータ２４を１８０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１８０度通電演算部３７と、電動モータ２４の駆動方式を１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替える駆動方式切替部３８と、１２０度通電演算部３６または１８０度通電演算部３７の演算結果に基づいて、目標回転速度を達成するために駆動回路２６の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに与えるべき駆動信号を生成する駆動信号生成部３９と、電動モータ２４の目標回転加速度αを演算する目標加速度演算部４０との各機能を実現する。

操舵速度演算部２９は、操舵角センサ１３の出力値を時間微分することによって、ステアリングホイール３の操舵速度を演算する。したがって、操舵角センサ１３および操舵速度演算部２９によって、操舵速度検出手段が構成されている。
目標回転速度設定部３４は、操舵速度演算部２９によって求められたステアリングホイール３の操舵速度および車速センサ３１により検出された車速に基づいて、電動モータ２４の目標回転速度を設定するものであってもよい。

目標加速度演算部４０は、電動モータ２４の目標回転加速度αを演算するものである。具体的には、目標加速度演算部４０は、目標回転速度設定部３４によって設定される目標回転速度を時間微分することによって、電動モータ２４の目標回転加速度αを演算するものであってもよい。
駆動方式切替部３８は、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωに基づいて駆動方式を切り替える通常制御部３８１と、通常制御部３８１による切替に拘らず、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αに基づいて最適な通電方式に駆動方式を切り替える最適化制御部３８２とを含んでいる。

駆動信号生成部３９は、たとえば、駆動回路２６の電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対して、電気角で１２０度または１８０度に相当する期間だけ順にオン状態とする信号を与える一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに対しては、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスからなる駆動信号を与えるようになっている。
１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、駆動信号生成部３９から電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えられるＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）は、１２０度通電演算部３６によって演算される。すなわち、１２０度通電演算部３６は、１２０度通電方式による電動モータ２４の駆動時に、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度に応じたＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部３６１を有している。デューティ設定部３６１は、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度と実回転速度演算部３５が演算した実回転速度ωとの偏差に基づいて、ＰＩ（Proportional-Integral ：比例積分）制御演算を行い、電動モータ２４に印加すべき制御電圧値を求め、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。

そして、駆動信号生成部３９は、１２０度通電演算部３６から与えられたＰＷＭデューティおよび回転位置センサ３０によって検出されるロータの回転位置に基づいて、１２０度通電方式に従う駆動信号を生成する。電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対しては、電気角で１２０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１２０度ずつ位相をずらして与える。その一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬには、１２０度通電演算部３６が設定したＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与える。これにより、そのＰＷＭデューティに応じた駆動電圧が駆動回路２６から電動モータ２４に印加され、電動モータ２４が目標回転速度設定部３４によって設定された目標回転速度で駆動される。

一方、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、駆動信号生成部３９から電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えられるＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）は、１８０度通電演算部３７によって演算される。すなわち、１８０度通電演算部３７は、１８０度通電方式による電動モータ２４の駆動時に、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度に応じたＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部３７１を有している。デューティ設定部３７１は、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度と実回転速度演算部３５が演算した回転速度との偏差に基づいて、ＰＩ（Proportional-Integral ：比例積分）制御演算を行い、電動モータ２４に印加すべき制御電圧値を求め、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。

そして、駆動信号生成部３９は、１８０度通電演算部３７から与えられたＰＷＭデューティおよび回転位置センサ３０によって検出されるロータの回転位置に基づいて、１８０度通電方式に従う駆動信号を生成する。電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対しては、電気角で１８０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１８０度ずつ位相をずらして与える。その一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬには、１８０度通電演算部３７が設定したＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与える。これにより、そのＰＷＭデューティに応じた駆動電圧が駆動回路２６から電動モータ２４に印加され、電動モータ２４が目標回転速度設定部３４によって設定された目標回転速度で駆動される。

次いで、駆動方式切替部３８が、１２０度通電方式および１８０度通電方式に駆動方式を切り替える動作について図３を参照して説明する。
駆動方式切替部３８の通常制御部３８１は、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωに基づいて、駆動方式を切り替える。具体的には、通常制御部３８１は、下記の通常制御Ａと通常制御Ｂを実行する。
（１）通常制御Ａ
通常制御部３８１は、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが第１閾値ω１以上の高速域（ω１≦ω）になった時点（すなわち、上記実回転速度ωが増加して第１閾値ω１に達した時点）で、駆動方式を１８０通電方式に切り替える。
（２）通常制御Ｂ
また、通常制御部３８１は、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが、第１閾値ω１よりも低い第２閾値ω２以下の低速域（ω≦ω２）になった時点（すなわち、上記実回転速度ωが減小して第２閾値ω２に達した時点）で、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。

なお、上記実回転速度ωが第１閾値ω１以上である領域が、高速域であり、１８０度通電方式でないと駆動できない領域である。また、上記実回転速度ωが第２閾値ω２以下である領域が、低速域であり、１２０度通電方式でも十分に駆動できる領域である。
また、上記実回転速度ωが第２閾値ω２を超え第１閾値ω１未満である領域が、中速域である。上記中速域は、電動モータ２４の負荷が大きい場合には、１８０度通電方式でないと駆動できないが、電動モータ２４の負荷が小さい場合には、１２０度通電方式で駆動可能である中間領域である。

駆動方式切替部３８の最適化制御部３８２は、下記の最適化制御Ａ、および最適化制御Ｂを実行する。
（１）最適化制御Ａ
最適化制御部３８２は、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが、第１閾値α１（＞０）以上の急加速域（α≧α１）になった時点（すなわち、目標回転加速度αが増加して第１閾値α１に達した時点であり、後述する図３Ａのタイミングチャートのタイミングｔ１，タイミングｔ３に相当）で、駆動方式を１８０通電方式に強制的に切り替える。

このときの切替条件は、操舵角の増大する方向に操舵を行う、いわゆる切り操舵のときに適合する条件である。より具体的には、運転者がステアリングホイール３を素早く操作して切り操舵を実行したために目標回転速度が急増した場合に適合する。このとき、電動モータ２４の負荷が大きく増大するが、この負荷の増大に素早く対応して１８０度通電方式に切り替えることができる。したがって、ステアリングホイール３を素早く切り操舵したときに、運転者が、操舵トルクの不足を感じることがない。換言すると、切り操舵に要する時間全体に占める、１８０度通電方式での駆動時間の割合を高くすることにより、操舵トルクの不足を解消することができる。
（２）最適化制御Ｂ
また、最適化制御部３８２は、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、実回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが高速域にないこと（ω＜ω１）を条件として、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが、第２閾値α２（＜０）以下の急減速域（α≦α２）にあるとき（すなわち、上記目標回転加速度αが減小して第２閾値α２になっているときであり、後述する図３Ａのタイミングチャートのタイミングｔ７に相当）で、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。

このときの切替条件は、操舵角の減少する方向に操舵を行う、いわゆる戻り操舵のときに適合する条件である。戻り操舵のときは、電動モータ２４の負荷が格段に小さいので、１８０度通電方式での駆動中に、上記回転速度ωが第１閾値ω１を下回って１２０度通電方式で駆動可能な回転速度（ω＜ω１）の範囲内になった時点で、直ちに１２０度通電方式に切り替えることにより、省エネルギを図ることができる。換言すると、戻り操舵に要する時間全体に占める、１８０度通電方式での駆動時間の割合を低くすることにより、省エネルギを達成することができる。

表１に示すように、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが、高速域（ω１≦ω）、中速域（ω２＜ω＜ω１）および低速域（ω≦ω２）の３つのレベルで判定される。また、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが、急加速域（α≧α１）、中加速域（α２＜α＜α１）および急減速域（α≦α２）の３つのレベルで判定される。

上記実回転速度ωが高速域にあること、および上記目標回転加速度αが急加速域にあることの少なくとも一方が満たされた場合には、１８０度通電方式で駆動される。また、上記目標回転加速度αが急減速域にあって、且つ上記実回転速度ωが中速域または低速域にあるときは、１２０度通電方式で駆動される。
また、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが中加速域にあり、且つ実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが中速域にあるときは、それまで実行していた通電方式を継続する。これは、通常制御部３８１において、実回転速度ωの増加時と減少時とで駆動方式の切替に適用される閾値ω１，ω２を異ならせて、切替特性にヒステリシスを持たせていることによる。

そして、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが中加速域にあり、且つ実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが低速域にあるときは、１２０度通電方式で電動モータ２４が駆動される。
つまり、中加速域（α２＜α＜α１）においては、通常制御部３８１による通電方式切替制御に従う。そして、目標回転速度が急増する急加速域においては、最適化制御部３８２による通電方式切替制御に従う。また、目標回転速度が急減する急減速域（目標回転加速度αが負の値で、その絶対値が比較的大きい場合）においては、高速域（ω≧ω１）では通常制御部３８１による通電方式切替制御に従い、中速域（ω２＜ω＜ω１）および低速域（ω≦ω２）では最適化制御部３８２による通電方式切替制御に従う。

図３Ａは本実施の形態において、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ω、目標回転速度設定部３４により設定された目標回転速度、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度α、および駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。図３Ｂは、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態において、目標回転速度が本実施の形態の図３Ａの目標回転速度と同じ変化をするときの、実回転速度ωおよび駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。

図３Ａを参照して、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、素早い操舵が行われると、目標回転速度が待機回転速度から急増し、それに伴い、目標回転加速度αが急増している。そして、この目標回転加速度αが第１閾値α１に達したタイミングｔ１で、１８０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａが寄与している。タイミングｔ１では、実回転速度ωは第１閾値ω１に達していないので、通常制御（通常制御Ａ）においては、１２０度通電方式が選択されることになる。したがって、最適化制御Ａは、通常制御による１２０度通電方式の選択を強制的に修正して、１８０度通電方式への切替を実行する。これにより、急操舵時の応答性が向上され、いわゆるひっかかり感を抑制または防止できる。

図３Ｂに示すように、比較形態では、実回転速度ωが第１閾値ω１に達しないので、通常制御Ａに従って、１２０度通電方式に保持される。そのため、実回転速度ωが充分に増加しない。これにより、トルク不足が生じて、操舵フィーリングにひっかかり感が生じるおそれがある。
次いで、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、演算された目標回転加速度αが第１閾値α１未満になるタイミングｔ２で、１２０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａおよび通常制御Ａが寄与している。すなわち、最適化制御Ａの実行条件が不成立となり、且つ実回転速度ωが第１閾値ω１未満であるから、通常制御Ａにより選択されている１２０度通電方式へと切り替えられる。

次いで、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、急操舵によって目標回転速度が急増すると、目標回転加速度αが増加して第１閾値α１に達する。このタイミングｔ３で、実回転速度ωが低速域（ω≦ω２）にあるに拘らず、１８０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａが寄与している。タイミングｔ３では、実回転速度ωの応答遅れのために、実回転速度ωは第１閾値ω１に達していないから、通常制御部３８１は、通常制御Ａに従って１２０度通電方式を選択する。よって、最適化制御部３８２は、最適化制御Ａに従い、通常制御部３８１による１２０度通電方式の選択を破棄して、１８０度通電方式に強制的に切り替える。

タイミングｔ３での目標回転速度の増加は、素早い切り操舵に伴うものである。この切り操舵のときに、電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応して、１８０度通電方式に切り替えることができる。したがって、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。
これに対して、比較形態である図３Ｂを参照して、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態では、本実施の形態の図３Ａでの上記タイミングｔ３よりも遅れたタイミングｔ４で、ようやく実回転速度ωが第１閾値ω１に達し、通常制御Ａに従って、１８０度通電方式に切り替えられることになる。このため、比較形態では、素早い切り操舵のときの電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応できないので、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じて操舵フィーリングが悪くなる。

再び、本実施の形態の図３Ａを参照して、タイミングｔ５では、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、目標回転速度が安定し、それに伴い、目標回転加速度αが第１閾値α１未満となり、最適化制御Ａの条件を満たさなくなる。しかし、実回転速度ωが第１閾値ω１以上の高速域に達しているため、それ以前に通常制御Ａの実行条件が成立し、且つ通常制御Ｂの実行条件が未成立である。そのため、１８０度通電方式が維持され、１２０度通電方式に切り替えられない。

次いで、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、戻り操舵が行われ、目標回転速度が急減すると、それに応じて、目標回転加速度αは負の値となり、第２閾値α１を下回って急減速域に突入する。しかし、このタイミングｔ６では、実回転速度ωは第１閾値ω１以上の高速域にあるため、最適化制御Ｂの実行条件が満足されず、従前の通電方式である１８０度通電方式が維持される（表１参照）。そして、タイミングｔ７において、実回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲（ω＜ω１。すなわち、中速域または低速域）となると、最適化制御Ｂの実行条件が成立し、１２０度通電方式に切り替えられる。こうして、戻り操舵のときに、回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になった時点で素早く１２０度通電方式に切り替えることができるので、省エネルギ性を向上できる。

これに対して、比較形態である図３Ｂを参照して、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態では、実回転速度ωが第２閾値ω２まで低下して低速域に突入するタイミングｔ８で、ようやく１２０度通電方式に切り替えられることになる。このため、比較形態では、戻り操舵のときに１２０通電方式への切り替えが遅くなるので、省エネルギ性に劣っている。

このように、本実施の形態によれば、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ω（電動モータ２４の実際の回転速度）に基づく通常制御部３８１の切替に拘らず、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αに基づいて、駆動方式を最適化できる。これより、素早い切り操舵によって電動モータ２４の負荷が大きくなったときでも、電動モータ２４の実回転速度ωを目標回転速度に精度良く追従させて操舵フィーリングを向上することができる。また、戻り操舵のときには、実回転速度ωが低速域まで低下するのを待つことなく、目標回転速度の急減に応じて、１８０度通電方式から１２０度通電方式へと切り替えることができるので、電動モータ２４の効率を向上することができる。

また、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが第１閾値α１以上になった（α≧α１）ときには、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωの大小に拘らず、上記したタイミングｔ１およびタイミングｔ３での切り替えのように、最適化制御部３８２が駆動方式を１８０度通電方式に切り替える。したがって、下記の利点がある。すなわち、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、仮に、目標回転速度の急増に対して電動モータ２４の実回転速度ωがすみやかに追従しない場合でも、最適化制御部３８２が１８０度通電方式に切り替えるので、電動モータ２４がトルク不足になることがない。その結果、電動モータ２４の実回転速度の追従性を向上することができる。これにより、操舵フィーリングにおける、いわゆる「ひっかかり感」をなくして操舵フィーリングを向上することができる。

また、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、目標加速度演算部４０により演算された目標回転加速度αが第２閾値α２以下になった（α≦α２）ときには、実回転速度演算部３５により演算された実回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内（ω＜ω１）にあることを条件として、上記したタイミングｔ７での切り替えのように、最適化制御部３８２が駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。したがって、下記の利点がある。すなわち、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、目標回転速度が急減し、したがって、電動モータ２４の負荷が小さくなるときには、電動モータ２４の実回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になれば、最適化制御部３８２が直ちに１２０度通電方式に切り替える。これにより、省エネルギを図ることができ、電動モータ２４の効率を向上することができる。

また、転舵位置がラック軸７のストロークエンドの付近に達すると、操舵速度が減少し、それに応じて目標回転速度が急減する。これにより、目標回転加速度αが第２閾値ω２を下回るから、電動モータ２４の実際の回転速度が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になれば、最適化制御部３８２が直ちに１２０度通電方式に切り替える。したがって、ラック軸７がストロークエンドに達して、それ以上移動できない状態になっているにもかかわらず、電動モータ２４が１８０度通電方式で駆動されて、エネルギが浪費されることを抑制できる。これにより、省エネルギを図ることができる。しかも、転舵位置がラック軸７のストロークエンド付近であることを検出する必要もなく、当該ストロークエンド付近に対応した特別な制御を備える必要もない。

以上、この発明の一実施の形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、最適化制御Ａの実行条件の成立／不成立を一つの閾値α１により判断しているが、図４に示すように、２つの閾値α１１，α１２（α１１＞α１２≧０）を用いてもよい。より具体的には、１２０度通電時には目標回転加速度αが第１高閾値α１１以上となることを１８０度通電への切替制御の実行条件とする。また、１８０度通電時には、目標回転加速度αが第１低閾値α１２未満となることを、通常制御への干渉解除の条件とする。これにより、同様に、最適化制御Ｂの実行条件の成立／不成立を、２つの閾値α２１，α２２（α２１＜α２２≦０。｜α２１｜＞｜α２２｜）を用いて判断してもよい。より具体的には、１８０度通電時には、目標回転加速度αが第２低閾値α２１以下となることを１２０度通電への切替制御の実行条件（必要条件）とする。また、１２０度通電時には、目標回転加速度αが第２高閾値α２２を超えることを、通常制御への干渉解除の条件とする。このように、目標回転加速度αに基づく駆動方式切替制御にヒステリシス特性を導入することによって、駆動方式が頻繁に切り換わるハンチングを抑制または防止できるので、操舵フィーリングを一層向上することができる。

その他、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、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。

１…パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、７…ラック軸（転舵軸）、１３…操舵角センサ、２２…油圧ポンプ、２４…電動モータ、２５…ＥＣＵ（モータ制御装置）、２６…駆動回路、２７…制御部、２９…操舵速度演算部、３０…回転位置センサ、３４…目標回転速度設定部、３５…実回転速度演算部、３６…１２０度通電演算部、３７…１８０度通電演算部、３６１，３７１…デューティ設定部、３８…駆動方式切替部、３８１…通常制御部、３８２…最適化制御部、３９…駆動信号生成部、４０…目標回転加速度演算部、α…目標回転加速度、α１，α１１…第１閾値、α２、α２１…第２閾値、ω…実回転速度、ω１…第１閾値、ω２…第２閾値

Claims (3)

1. 操舵補助力を発生する油圧ポンプを駆動するための電動モータと、
   駆動回路から電動モータへの駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置と、を備え、
   上記モータ制御装置は、電動モータの駆動方式を１２０度通電方式および１８０度通電方式に択一的に切り替える駆動方式切替手段と、
   電動モータの実回転速度を演算する実回転速度演算手段と、
   電動モータの目標回転加速度を演算する目標加速度演算手段と、を含み、
   上記駆動方式切替手段は、上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度に基づいて駆動方式を切り替える通常制御部と、この通常制御部による切替に拘らず、上記目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度および上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度に基づいて、前記通常制御部による駆動方式の選択を強制的に修正して駆動方式を切り替える最適化制御部とを含む
   ことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. １２０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記目標加速度演算手段により演算された上記目標回転加速度が第１閾値以上になったときには、上記最適化制御部が駆動方式を１８０度通電方式に切り替えることを特徴とする、請求項１記載のパワーステアリング装置。
3. １８０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記目標加速度演算により演算された上記目標回転加速度が第２閾値以下になったときには、上記実回転速度演算手段により演算された実回転速度が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内にあることを条件として、上記最適化制御部が駆動方式を１２０度通電方式に切り替えることを特徴とする、請求項１または２記載のパワーステアリング装置。

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