JP2007137272A - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能な電動パワーステアリングの制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の操舵制御装置４１によれば、操舵速度ωｘが大きなときには、フィードバック比例ゲインＫｐが比較的大きくなり、車速、操舵抵抗等の運転状況の変化に追従してアシスト力が切り替わるので、快適な操舵フィーリングを提供することができる。また、操舵速度ωｘが小さいときにはフィードバック比例ゲインＫｐが比較的小さくなり、制御異音の発生を防ぐことができる。さらに、ステアリング３３が端当て状態になって駆動電流が急増しても、その駆動電流が閾値Ｉｋを超えたときに、フィードバック比例ゲインＫｐが通常時より大きくなって応答性が良くなるので、急増した駆動電流が迅速に減衰する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリングの操舵を補助するアシストモータへの駆動電流を電流フィードバックにて制御する電動パワーステアリングの制御装置に関する。

従来の電動パワーステアリングの制御装置では、車速及び操舵抵抗等に基づいてアシストモータに対する電流指令値を決定し、その指令値に対応した駆動電流がアシストモータに流れるように電流フィードバックを行う構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２４０４５９号公報（段落［０００４］、第６図）

ところで、上記の制御装置において、ステアリングの操舵に対するアシストモータの追従性を高めるためには、フィードバックゲインを高くすることが好ましい。ところがフィードバックゲインを単に高くすると、センサノイズに起因した制御異音が生じる。その対策として、操舵速度が低い場合にフィードバックゲインを小さくする一方、操舵速度が高い場合にフィードバックゲインを大きくするゲイン変更手段を有した制御装置が開発されている。

しかしながら、上記の如くゲイン変更手段を有した制御装置では、以下のような問題が生じる。即ち、操舵中のステアリングが可動範囲の端部に突き当たって止まる、所謂、端当て状態になった途端に、操舵中に生じていた逆起電力が急峻に消滅し、モータの駆動電流が急増して電流指令値との偏差が大きくなる。また、端当て状態になった途端に、フィードバックゲインが大から小に切り替わって偏差に対する応答性が低下する。その一方で、電流指令値は、アシスト力の急激な変化を避けるために急峻には変更されない。これらが要因になって、端当て状態になった場合には、過大な電流が流れるという問題が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能な電動パワーステアリングの制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る電動パワーステアリングの制御装置は、ステアリングの操舵を補助するアシストモータへの駆動電流をフィードバック制御すると共に、そのフィードバックゲインを操舵速度が低い場合に小さくする一方、操舵速度が高い場合に大きくする電動パワーステアリングの制御装置において、駆動電流が予め設定された閾値を超えた場合に、フィードバックゲインを通常時より大きくするゲイン変更手段を備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリングの制御装置において、フィードバック制御により比例・積分制御を行うように構成され、ゲイン変更手段は、フィードバックゲインとしての比例ゲイン又は積分ゲインの少なくとも一方を変更するように構成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明に係る電動パワーステアリングの制御装置は、ステアリングの操舵を補助するアシストモータに、電源装置から昇圧回路を介して供給される駆動電流をフィードバック制御すると共に、そのフィードバックゲインを操舵速度が低い場合に小さくする一方、操舵速度が高い場合に大きくする電動パワーステアリングの制御装置において、駆動電流が予め設定された閾値を超えた場合に、昇圧回路の出力電圧を通常時より小さくする昇圧指令値変更手段を備えたところに特徴を有する。

請求項１の構成によれば、比較的速く操舵を行っている状況下では、アシストモータの制御に係るフィードバックゲインが大きくなり、車速、操舵抵抗等の運転状況の変化に追従してアシスト力が切り替わるので、快適な操舵フィーリングを提供することができる。一方、比較的遅く操舵を行うか、或いは、操舵を行っていない状況下では、アシストモータの制御に係るフィードバックゲインが小さくなり、制御異音の発生を防ぐことができる。そして、操舵中の端当てによりアシストモータの駆動電流が急増して電流指令値との偏差が大きくなっても、駆動電流が閾値を超えたときにフィードバックゲインが通常時より大きくなって偏差に対する応答性が高くなるので、急増した駆動電流が迅速に減衰する。このように本発明によれば、制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能になる。なお、請求項２の構成のように、アシストモータの制御に係るフィードバックゲインとして、比例ゲイン又は積分ゲインの少なくとも一方を変更すればよい。

請求項３の構成によれば、比較的速く操舵を行っている状況下では、アシストモータの制御に係るフィードバックゲインが大きくなり、車速、操舵抵抗等の運転状況の変化に追従してアシスト力が切り替わるので、快適な操舵フィーリングを提供することができる。一方、比較的遅く操舵を行うか、或いは、操舵を行っていない状況下では、アシストモータの制御に係るフィードバックゲインが小さくなり、制御異音の発生を防ぐことができる。そして、操舵中の端当てによりアシストモータの駆動電流が急増して電流指令値との偏差が大きくなっても、駆動電流が閾値を超えたときに、アシストモータへの給電元の昇圧回路の出力電圧を通常時より小さくするので、急増した駆動電流が迅速に減衰する。このように本発明によれば、制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能になる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１における符号１１は、電動パワーステアリング装置であって、筒形ハウジング１８の内部に直動シャフト１６を貫通して備えている。筒形ハウジング１８は、車両１０の本体に固定され、その軸方向の中間部分にアシストモータ１９が内蔵されている。このアシストモータ１９は、筒形ハウジング１８の内側にステータ２０を嵌合固定して備えると共に、そのステータ２０の内側に筒形のロータ２１を備えている。直動シャフト１６は、そのロータ２１内を貫通しかつ筒形ハウジング１８から両端部が露出し、それら両端部がタイロッド１７，１７を介して転舵輪５０，５０に連結されている。また、筒形ハウジング１８の一端寄り位置には、ロータ２１の回転位置を検出するための位置センサ２５が設けられている。

ロータ２１の内面には、ボールネジナット２２が組み付けられている。また、直動シャフト１６の軸方向の中間部分はボールネジシャフト２３になっている。そして、これらボールネジナット２２とボールネジシャフト２３とからボールネジ機構２４が構成され、ロータ２１と共にボールネジナット２２が回転すると、筒形ハウジング１８に対してボールネジシャフト２３が直動し、これにより転舵輪５０，５０が転舵する。なお、転舵輪５０の近傍には、転舵輪５０の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ３６が設けられている。

直動シャフト１６の一端寄り部分にはラック３０が形成され、ステアリングシャフト３２の下端部に備えたピニオン３１がこのラック３０に噛合している。また、ステアリングシャフト３２の上端部には、ステアリング３３が取り付けられ、ステアリングシャフト３２のうち上端寄り位置には、舵角センサ３４及びトルクセンサ３５が取り付けられている。

図１において符号４２は、モータ駆動回路であって、図示しないＦＥＴの三相ブリッジ回路になっている。そして、車両に備えたバッテリー４４が出力した直流電圧を昇圧回路４５で昇圧してモータ駆動回路４２に入力し、モータ駆動回路４２が直流電圧を三相交流電圧に変換してアシストモータ１９に付与する。また、昇圧回路４５の出力電圧は昇圧制御部４６によって変更可能になっている。

図１において符号４１は操舵制御装置であって、本発明に係る「電動パワーステアリングの制御装置」に相当する。操舵制御装置４１は、ＲＯＭ４１Ａ，ＲＡＭ４１Ｂ及びＣＰＵ４１Ｃを備えている。そして、ＲＯＭ４１Ａに記憶された所定のプログラムをＣＰＵ４１Ｃが実行することで、図２に示した制御系が構成される。この制御系では、車速センサ３６にて検出した車速Ｖ、トルクセンサ３５にて検出した操舵抵抗Ｔ、舵角センサ３４にて検出した操舵角θ及び操舵速度ωｘ（＝ｄθ／ｄｔ）を、運転状況に関する情報として取り込んでいる。そして、指令値決定部６０が、運転状況に応じて電流指令値Ｉｃを決定する。モータ制御部６１が、電流指令値Ｉｃに応じてモータ駆動回路４２に備えたＦＥＴをスイッチングするＰＷＭ制御を行って、アシストモータ１９に駆動電流を流す。このとき実際にモータ駆動回路４２からアシストモータ１９に流れた駆動電流の電流実測値Ｉｘを電流検出回路６２で検出してフィードバックし、所謂、電流フィードバック制御を行っている。

また、このフィードバック系では、比例・積分制御（ＰＩ制御）を行っている。即ち、電流指令値Ｉｃと電流実測値Ｉｘとの偏差（＝Ｉｃ−Ｉｘ）に比例ゲインＫｐを乗じた第１データと、偏差（＝Ｉｃ−Ｉｘ）を積分した上で積分ゲインＫｉを乗じた第２データとを求め、それら第１及び第２のデータの和をモータ制御部６１に取り込んでいる。

操舵制御装置４１のうち符号６４は、ゲイン変更部であって、本発明に係る「ゲイン変更手段」に相当する。このゲイン変更部６４は、電流フィードバック制御におけるフィードバックゲインのうち比例ゲインＫｐ（以下、「フィードバック比例ゲインＫｐ」という）を、操舵速度ωｘと電流実測値Ｉｘとに基づいて適宜変更する。具体的には、ゲイン変更部６４は、操舵制御装置４１のＣＰＵ４１Ｃが、図３に示したゲイン変更プログラムＰＧ１を実行することによって構成される。このゲイン変更プログラムＰＧ１を実行すると、同図に示すように、ＣＰＵ４１Ｃは、操舵速度ωｘと、電流実測値Ｉｘとを取得し（Ｓ１）、操舵速度ωｘが予め設定された基準操舵速度ωｋより小さいか否かを判別する（Ｓ２）。そして、操舵速度ωｘが基準操舵速度ωｋ以上である場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、第１ゲイン値Ｇ１がフィードバック比例ゲインＫｐとして設定される（Ｓ３）。一方、操舵速度ωｘが基準操舵速度ωｋより小さい場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、第１ゲイン値Ｇ１より小さい第２ゲイン値Ｇ２がフィードバック比例ゲインＫｐとして設定される（Ｓ４）。

次いで、電流実測値Ｉｘが予め設定された閾値Ｉｋより大きいか否かを判別する（Ｓ５）。そして、電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋより大きい場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、前記した第１ゲイン値Ｇ１よりさらに大きな値に予め設定された第３ゲイン値Ｇ３がフィードバック比例ゲインＫｐとして設定され（Ｓ６）、このゲイン変更プログラムＰＧ１から抜ける。一方、電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋ以下である場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、フィードバック比例ゲインＫｐが変更されずにこのゲイン変更プログラムＰＧ１を抜ける。

本実施形態の構成は以上である。以下、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の操舵制御装置４１によれば、ステアリング３３を基準操舵速度ωｋより速く操舵しているときには、アシストモータ１９の電流フィードバック制御に係るフィードバック比例ゲインＫｐが比較的大きな第１ゲイン値Ｇ１になり、車速Ｖ、操舵抵抗Ｔ等の運転状況の変化に追従してアシスト力が切り替わるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。また、ステアリング３３を基準操舵速度ωｋより遅く操舵しているときには、フィードバック比例ゲインＫｐが比較的小さな第２ゲイン値Ｇ２になり、制御異音の発生を防ぐことができる。

ところで、操舵中に端当て状態になると、図４のグラフＦ１に示すように、端当て状態になった途端に操舵速度ωｘが「０」になるので、グラフＦ２に示すように、フィードバック比例ゲインＫｐの設定が大きな第１ゲイン値Ｇ１から小さい第２ゲイン値Ｇ２に切り替わる。また、操舵速度ωｘが「０」になったことで、操舵中に生じていた逆起電力が急峻に消滅し、グラフＦ４に示すように電流実測値Ｉｘが急増し、電流実測値Ｉｘと電流指令値Ｉｃとの偏差が大きくなる。その一方で、グラフＦ３に示すように、電流指令値Ｉｃは、アシスト力の急激な変化を避けるために急峻には変更されない。そして、これらが要因になって、端当て状態になった場合には、過大な電流が流れる。

しかしながら、本実施形態の操舵制御装置４１では、駆動電流の電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋを超えたときに、フィードバック比例ゲインＫｐが通常時より大きな第３ゲイン値Ｇ３になって応答性が良くなるので、急増した駆動電流の電流実測値Ｉｘが迅速に減衰する。このように、本実施形態の操舵制御装置４１によれば、制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能になる。

［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態とは操舵制御装置４１の構成のみが異なる。以下、図５〜図８を参照しつつ、第１実施形態と相違した構成に関してのみを説明し、同一の構成に関する重複した説明は省略する。

本実施形態の昇圧制御部４６には、昇圧指令値Ｅｃが予め所定の通常値Ｅ１に設定されており、昇圧制御部４６は、昇圧指令値Ｅｃに応じて昇圧回路４５の出力電圧が通常値Ｅ１になるように制御している。

本実施形態の操舵制御装置４１には、本発明に係る「昇圧指令値変更手段」として昇圧指令値変更部６５が備えられている。この昇圧指令値変更部６５は、操舵制御装置４１のＣＰＵ４１Ｃが、図７に示した昇圧指令値変更プログラムＰＧ２を実行することによって構成される。この昇圧指令値変更プログラムＰＧ２を実行すると、同図に示すように、ＣＰＵ４１Ｃは、電流実測値Ｉｘを取得し（Ｓ１０）、電流実測値Ｉｘが予め設定された閾値Ｉｋより大きいか否かが判別される（Ｓ１１）。そして、電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋ以上である場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、通常値Ｅ１より小さい異常対応値Ｅ２が昇圧指令値Ｅｃとして設定され（Ｓ１３）、この昇圧指令値変更プログラムＰＧ２から抜ける。一方、電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋより小さい場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、通常値Ｅ１が昇圧指令値Ｅｃとして設定され（Ｓ１２）、この昇圧指令値変更プログラムＰＧ２から抜ける。

なお、本実施形態のゲイン変更プログラムＰＧ１’は、図６に示すようにフィードバック比例ゲインＫｐを操舵速度ωｘのみに応じて変更するようになっている。

本実施形態の構成は以上である。以下、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の操舵制御装置４１によれば、前記第１実施形態と同様に、操舵速度ωｘに応じてフィードバック比例ゲインＫｐが変更され、制御異音を抑えかつ快適な操舵フィーリングを得ることができる。そして、端当て状態になって図８のグラフＦ４に示すように、駆動電流の電流実測値Ｉｘが急増した場合には、その電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋを超えたときに、昇圧制御部４６の昇圧指令値Ｅｃが通常値Ｅ１より小さい異常対応値Ｅ２に切り替わり、アシストモータ１９への給電元である昇圧回路４５の出力電圧が通常時より小さくなる。これにより、急増した電流が迅速に減衰する。そして、電流実測値Ｉｘが閾値Ｉｋ以下になったときに、昇圧制御部４６の昇圧指令値Ｅｃが通常値Ｅ１に戻り、昇圧回路４５の出力電圧も通常の値に戻る。

このように本実施形態によっても、制御異音の発生を抑えつつ、過大な電流が流れることを抑制することが可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態のゲイン変更部６４は、電流実測値Ｉｘに応じてフィードバック比例ゲインＫｐを変更する構成になっていたが、電流実測値Ｉｘに応じてフィードバック積分ゲインＫｉを変更する構成にしてもよい。また、フィードバック比例ゲインＫｐとフィードバック積分ゲインＫｉの両方を変更する構成にしてもよい。

（２）車両の車種間でアシストモータの容量が異なることに鑑み、車両の車種毎に設定されているアシストモータの駆動電流に係る上限値に、電流超過量を加算したものを前記第１及び第２実施形態で説明した閾値Ｉｋとしてもよい。

（３）過大な電流が発生して、フィードバック比例ゲインＫｐを大きくする際の判断基準となる閾値と、過大な電流が解消されてフィードバック比例ゲインＫｐを通常の状態に戻す際の判断基準になる閾値とを異なる値にしてヒステリシスを設け、ハンチングを防止してもよい。

（４）本発明に係るアシストモータは、ブラシ付きモータ、ブラシレスモータの何れであってもよい。また、アシストモータがブラシレスモータである場合は、ｑ軸電流の大小により過電流か否かを判定すればよい。

本発明の第１実施形態に係る車両の概念図 電動パワーステアリングの電気的な構成を示したブロック図 ゲイン変更プログラムのフローチャート 操舵速度、電流実測値等の変化を示したタイムチャート 第２実施形態に係る電動パワーステアリングの電気的な構成を示したブロック図 ゲイン変更プログラムのフローチャート 昇圧指令値変更プログラムのフローチャート 操舵速度、電流実測値等の変化を示したタイムチャート

符号の説明

１９ アシストモータ
３３ ステアリング
４１ 操舵制御装置
４５ 昇圧回路
４６ 昇圧制御部
６４ ゲイン変更部
６５ 昇圧指令値変更部
Ｅｃ 昇圧指令値
Ｉｋ 閾値
Ｉｘ 電流実測値
Ｋｉ フィードバック積分ゲイン
Ｋｐ フィードバック比例ゲイン
ωｘ 操舵速度

Claims (3)

1. ステアリングの操舵を補助するアシストモータへの駆動電流を電流フィードバックにて制御すると共に、そのフィードバックゲインを操舵速度が低い場合に小さくする一方、前記操舵速度が高い場合に大きくする電動パワーステアリングの制御装置において、
   前記駆動電流が予め設定された閾値を超えた場合に、前記フィードバックゲインを通常時より大きくするゲイン変更手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
2. 前記フィードバック制御により比例・積分制御を行うように構成され、
   前記ゲイン変更手段は、前記フィードバックゲインとしての比例ゲイン又は積分ゲインの少なくとも一方を変更するように構成された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の制御装置。
3. ステアリングの操舵を補助するアシストモータに、電源装置から昇圧回路を介して供給される駆動電流を電流フィードバックにて制御すると共に、そのフィードバックゲインを操舵速度が低い場合に小さくする一方、前記操舵速度が高い場合に大きくする電動パワーステアリングの制御装置において、
   前記駆動電流が予め設定された閾値を超えた場合に、前記昇圧回路の出力電圧を通常時より小さくする昇圧指令値変更手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
   

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