JP5530886B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、以下のように構成されている。すなわち、モータの駆動に用いられる指令電圧のレベルを求める制御手段と、制御手段で求めたレベルの電圧を用いてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、制御手段は、モータに供給すべき電流の量を示す指令電流値とモータのロータの角速度とに基づき指令電圧のレベルを求めるフィードフォワード(オープンループ)制御手段と、指令電流値と電流検出手段で検出された電流値との差に比例積分演算を施して指令電圧のレベルを求めるフィードバック制御手段と、フィードバック制御手段で求めた指令電圧のレベルと、フィードフォワード制御手段で求めた指令電圧のレベルとを切り替えて出力する指令電圧選択手段とを備えている。そして、指令電圧選択手段は、電流検出手段が正常に動作しているときにはフィードバック制御手段で求めた指令電圧のレベルを出力し、電流検出手段が故障したときにはフィードフォワード制御手段で求めた指令電圧のレベルを出力する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。
そして、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。制御装置10には、上述したトルクセンサ109の出力値、自動車の移動速度である車速Vcを検出する車速センサ170の出力値が入力される。
制御装置10は、電動モータ110の制御を行う際の演算処理を行うCPU11と、CPU11にて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROM12と、CPU11の作業用メモリ等として用いられるRAM13と、後述するオフセット値が記憶されるEEPROM(Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory)14と、を備えている。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Tdと、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。
制御装置10は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流と電動モータ110に実際に流れる実電流とに基づいてフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出し、出力する第1の制御部200を有している。また、制御装置10は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出すると共に、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電圧Vmを算出し、出力する第2の制御部300を有している。
また、制御装置10は、電動モータ110の回転角度(以下、「モータ角度θ」と称する場合もある。)を算出するモータ角度算出部36と、モータ角度算出部36で算出されたモータ角度θに基づいて電動モータ110の角速度(以下、「モータ角速度ω」と称する場合もある。)を算出するモータ角速度算出部37と、を有している。
モータ駆動部32は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)を備え、6個の内の3個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の3個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。そして、6個の中から選択した2個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ110の駆動を制御する。
なお、異常診断部34は、モータ電流検出部33が「異常」と診断した場合にのみ異常検出信号を出力し、切替部35は、異常診断部34から異常検出信号を取得していない状態では第1の制御部200からの出力値をPWM信号生成部60へ出力し、異常検出信号を取得したら第2の制御部300からの出力値をPWM信号生成部60へ出力するように切り替えてもよい。
図3は、第1の制御部200の概略構成図である。
第1の制御部200は、トルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40とを有している。
偏差演算部41は、目標電流算出部20からの出力値である目標電流信号ITとモータ電流検出部33からの出力値であるモータ電流信号Imsとの偏差の値を偏差信号41aとして出力する。
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流と実電流とが一致するようにフィードバック制御を行い、目標電圧Vmを算出する。例えば、入力された偏差信号41aに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算して目標電圧Vmを変換した出力信号を生成・出力する。
第2の制御部300は、操舵トルクTおよび車速Vcに応じて定められた仮の目標電圧と、電動モータ110の逆起電圧Veと同等の補正電圧Vaとに基づいて、電動モータ110に印加する目標電圧Vmを決定する。
ここで、電動モータ110が回転駆動すると逆起電圧Veが発生するので、電動モータ110がアシスト方向に回転している場合には印加電圧の一部が相殺され、逆起電圧Veの分電動モータ110に流れる電流が低下する。他方、電動モータ110がアシスト方向とは反対方向に回転している場合には印加電圧に逆起電圧Veがプラスされ、逆起電圧Veの分電動モータ110に流れる電流が増加する。そこで、本実施の形態に係る第2の制御部300においては、電動モータ110の逆起電圧Veを考慮して、電動モータ110に印加する目標電圧Vmを決定する。
第2の制御部300は、トルクセンサ109にて検出された操舵トルクT、言い換えればトルク信号Tdを絶対値化する絶対値算出部311と、絶対値算出部311にて絶対値化された操舵トルクTに基づいて、電動モータ110に印加する目標電圧Vmを設定する上で基準となるベース電圧Vbを算出するベース電圧算出部312とを備えている。また、第2の制御部300は、トルクセンサ109からの出力信号に基づいて操舵トルクTの符号を抽出する符号抽出部313と、車速センサ170にて検出された車速Vc、言い換えれば車速信号vに応じた車速係数Kvを算出する車速係数算出部314とを備えている。また、第2の制御部300は、ベース電圧算出部312にて算出されたベース電圧Vbと、車速係数算出部314にて算出された車速係数Kvとを乗算する第1の乗算部315を備えている。また、第2の制御部300は、第1の乗算部315にて乗算された乗算値(Vb×Kv)が予め定められた上限値Vmax以上である場合に、その乗算値を上限値Vmaxで制限する電圧制限手段の一例としての電圧制限部316と、電圧制限部316からの出力と符号抽出部313にて抽出された符号とを乗算する第2の乗算部317と、を備えている。
ベース電圧算出部312は、例えば、予めROM12に記憶しておいた、図5に示されたグラフに対応するマップに、絶対値算出部311にて絶対値化されたトルク信号Tdを代入することによりベース電圧Vbを算出する。
符号抽出部313は、トルク信号Tdに基づいて操舵トルクTの符号を抽出し、抽出した符号と同符号の「+1」または「−1」を第2の乗算部317に出力する。
車速係数算出部314は、例えば、予めROM12に記憶しておいた、図6に示されたグラフに対応するマップに、車速センサ170から出力される車速信号vを代入することにより車速係数Kvを算出する。
電圧制限部316は、ベース電圧算出部312にて算出されたベース電圧Vbと、車速係数算出部314にて算出された車速係数Kvとの乗算値(Vb×Kv)が予め定められた上限値Vmax以上である場合にはその上限値Vmaxを第2の乗算部317に出力し、上限値Vmax未満である場合にはその乗算値(Vb×Kv)を第2の乗算部317に出力する。上限値Vmaxは、電動モータ110に長時間継続して流れると電動モータ110が過剰に発熱してしまう値の電流を流すこととなる電圧値に設定されている。これにより、第2の制御部300からの出力値を基に電動モータ110の駆動が制御されても発熱に起因して電動モータ110が故障することが抑制される。つまり、電圧制限部316にて、電動モータ110の発熱に起因する故障を生じさせてしまう電圧が制限され、電動モータ110に長時間流れても電動モータ110が過剰に発熱しない値の電流を流すこととなる電圧値が出力されるので、電動モータ110が発熱に起因して故障することが抑制される。
補正電圧算出部320は、角速度制限部321から出力されたモータ角速度ωと予め定められた誘起電圧係数Keとを乗算することにより、電動モータ110に生じる逆起電圧Veと同等の補正電圧Vaを算出する(Va=Ke×ω)。
なお、角速度制限部321が用いる上限値ωmaxは、ユーザが高速でステアリングホイール101を回転させたとしても、アシスト量が必要以上に大きくならないようにするために設定するとよい。これにより、例えば高速操舵時に、ステアリングホイール101の必要操作力が小さくなり過ぎてステアリングホイール101が過剰に回されることが抑制される。
すなわち、モータ電流検出部33が正常に作動している場合、異常診断部34は正常と診断し、切替部35は、第1の制御部200からの出力値を選択してこの出力値をPWM信号生成部60へ出力する。かかる場合、電動モータ110はフィードバック制御され、高精度で電動モータ110の出力が制御される。
一方、モータ電流検出部33に異常が生じている場合、異常診断部34は異常と診断し、切替部35は、第2の制御部300からの出力値を選択してこの出力値をPWM信号生成部60へ出力する。かかる場合、電動モータ110はフィードフォワード制御される。そして、本実施の形態に係る第2の制御部300においては、電圧制限部316にて、操舵トルクTおよび車速Vcに応じて定められた目標電圧が制限されるので、モータ電流検出部33に異常が生じた後に長時間使用されても、電動モータ110が発熱に起因して故障することが抑制される。ここで、モータ電流検出部33が正常に作動している場合に行われるフィードバック制御においては、電流が過剰に流れた場合に、電流値を小さくする制御が行われるが、フィードフォワード制御においては電動モータ110に実際に流れている電流値を考慮せずに目標電圧Vmが決定されるので電流が長期間過剰に流れるおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係る第2の制御部300においては、電圧制限部316にて目標電圧が制限されるので、電動モータ110に過剰な電流が長期間流れることが抑制され、電動モータ110が発熱に起因して故障することが抑制される。
Claims (2)
- ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出部と、
操舵トルクに応じて定められた目標電流と前記電流検出部にて検出された実電流とに基づいてフィードバック制御を行い前記電動モータの駆動を制御するための第1の目標値を算出する第1の算出手段と、
操舵トルクに応じて定められた目標電圧が予め定められた所定範囲内である場合には当該目標電圧を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する電圧制限手段を有し、当該電圧制限手段からの出力値に基づいて電動モータの駆動を制御するための第2の目標値を算出する第2の算出手段と、
前記第1の算出手段にて算出された前記第1の目標値または前記第2の算出手段にて算出された前記第2の目標値に基づいて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御手段と、
前記電流検出部の異常を把握しない場合には前記モータ駆動制御手段は前記第1の目標値に基づき、異常を把握した場合には前記モータ駆動制御手段は前記第2の目標値に基づくように目標値を切り替える切替手段と、
を備え、
前記第2の算出手段は、前記電動モータの回転速度に応じた補正電圧を算出する補正電圧算出手段をさらに備え、前記電圧制限手段からの出力値と当該補正電圧算出手段が算出した補正電圧とに基づいて前記第2の目標値を算出し、
前記第2の算出手段は、前記電動モータの角速度が予め定められた所定範囲内である場合には当該角速度を、当該所定範囲外である場合には予め定められた所定値を出力する角速度制限手段をさらに有し、
前記補正電圧算出手段は、前記角速度制限手段からの出力値と前記電動モータの誘起電圧係数とに基づいて前記補正電圧を算出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記補正電圧算出手段は、前記電動モータに発生する逆起電圧と同等の電圧を前記補正電圧として算出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装置。
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