JP5444028B2

JP5444028B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5444028B2
Application number: JP2010022388A
Authority: JP
Inventors: 弘幸馬場
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: JP2011157041A

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置により、ドライバが操舵する操舵力を軽減する技術に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさ等に応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、ドライバが操舵する操舵力を軽減する装置である。近年、前記電動機を小型化して、コスト削減および車両の軽量化を達成することが重要視されている。

しかし、電動機を小型化することにより、電動機に使用されている磁石の磁気飽和により、電動機から出力される出力トルクのトルク垂れが顕著に現れる。このことは、車両のステアリング系のアシスト力が低下することを意味し、結果として、ドライバによる操舵の操舵性が低下してしまう。

なお、特許文献１には、車載動力発生装置に用いられる回転機の小型化に伴う顕著な磁気飽和に対し、回転機の駆動状態にかかわらず、回転角度についてのより高精度の情報が取得される旨が開示されている。

特開２００９−９５１４５号公報

前記事情を鑑みて、本発明では、電動機を小型化することに起因する、ドライバの操舵の操舵性の低下を抑制することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、ドライバによる操舵の操舵トルクに応じて電動機に流す電流値を、前記磁気飽和に起因する前記トルク垂れを補うように補正する。つまり、電動機に流す電流値と電動機から出力される出力トルクとがリニアな関係を満たすように補正する。このように補正すれば、ドライバの操舵量に見合うアシスト力が得られるため、ドライバによる操舵の操舵性は確保される。
詳細は後記する。

本発明によれば、電動機を小型化することに起因する、ドライバの操舵の操舵性の低下を抑制することができる。

本実施形態である電動パワーステアリング装置における制御について説明する概要図である。図１の電流補正の様子をグラフとして示した概念図である。本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置における制御装置のベース信号演算部に格納されているトルク信号Ｔ及び車速信号ＶＳとベースアシスト信号ＤＴとの対応関係のベーステーブルを示す図である。フェライト磁石の低温減磁を説明する説明図である。

≪概要≫
以下、本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、本発明の概要を説明する。
図１は、本実施形態である電動パワーステアリング装置における制御について説明する概要図である。図１（ａ）に示した従来手法では、まず、人（運転手）が操向ハンドルの操舵を行うと、その操舵がステアリング系に作用してギアボックスに伝わり、ステアリングの回転運動が、ラックアンドピニオン等によって、２つの転舵輪を連結するラック軸の左右横方向の運動に変わる。

一方で、トルクセンサでは、前記操向ハンドルの操舵に対応した操舵トルクが検出される。トルク制御では、検出された操舵トルクに応じた目標電流値が算出される。電流制御では、モータ（「Ｍ」と表記）から出力される電流を加味した状態で、前記算出された目標電流値のＰＩ制御等が行われ、前記電流の電流値が算出される。モータでは、前記電流値に応じたアシストトルクが発生し、そのアシストトルクがギアボックスに作用することによって、人の操舵のアシストが達成される。

図１（ｂ）に示した本発明の制御では、図１（ａ）に示した従来手法に加え、前記電流制御の後段に、前記算出された電流値を補正する電流補正が実行される。前記モータは、コスト削減や車両の軽量化等により小型化しているため、顕著に現れる磁気飽和に起因するトルク垂れが大きい。そこで、この電流補正では、主に前記トルク垂れを相殺するように前記電流値が補正される。モータでは、前記補正を加味した電流値に応じたアシストトルクが発生する。

図２は、図１の電流補正の様子をグラフとして示した概念図である。このグラフは、モータに入力される電流値を示す「モータ電流」を横軸にし、モータから出力されるアシストトルクである「モータトルク」を縦軸に設定したものである。

図２（ａ）および（ｂ）に示されている「理想線」とは、人の操向ハンドルの操舵の操舵量の分だけ操舵のアシスト量を増やす、という電動パワーステアリング装置の制御の理想状態（規範値）を表した直線（破線）である。図１（ｂ）に示した電流補正を行わない場合には、モータ電流に対するモータトルクは、図２（ａ）の「実特性」と示された太線に示すように変化する。この太線に着目すると、モータ電流が大きな値を示す、つまり、操向ハンドルの操舵が大きい高負荷領域において、前記磁気飽和に起因する、理想線からのトルク垂れが表現されている。高負荷領域では、モータ電流の電流値が大きいほど、このトルク垂れが大きくなっていることが確認できる。このことは、モータに使用されている磁石は、いくら外部磁場を大きくしても、これ以上増加しないという程度に磁化されてしまっていることを意味する。

また、「実特性」の太線では、モータ電流が小さな値を示す、つまり、操向ハンドルの操舵（操舵力）が小さい低負荷領域において、前記操向ハンドルの操舵に伴うフリクション（主に、操向ハンドルと連結したシャフトの回転から生じる摩擦）に起因する、理想線からのトルク垂れが表現されている。

そこで、図２（ｂ）に示すように、図１（ｂ）に示した電流補正により、モータ電流に対する通電電流を補正し、モータ電流に対するモータトルクの変化を理想線に近づけるように制御する。そのような制御を行った「補正後特性」と示された太線は、前記した高負荷領域のトルク垂れおよび低負荷領域のトルク垂れを相殺した様子を示している。高負荷領域では、モータ電流の電流値が大きくなるほど、電流補正の補正量を増大している。
以下、この「補正後特性」と示された太線を実現するような電流補正について詳細に説明する。

≪構成≫
次に、本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。

電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２が設けられたメインステアリングシャフト３と、シャフト１と、ピニオン軸５とが、２つのユニバーサルジョイント（自在継手）４によって連結され、また、ピニオン軸５の下端部に設けられたピニオンギア７が、車幅方向に往復運動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９、９を介して左右の転舵輪１０、１０が連結されている。この構成により、操向ハンドル２の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９、９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル２操舵時の操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機（電動モータ）１１を備えており、この電動機１１の出力軸に設けられたウォームギア１２が、ピニオン軸５に設けられたウォームホイールギア１３に噛合している。即ち、ウォームギア１２とウォームホイールギア１３とで減速機構が構成されている。また、電動機１１の回転子（図示せず）と電動機１１に連結されているウォームギア１２とウォームホイールギア１３とピニオン軸５とラック軸８とラック歯８ａとタイロッド９、９等により、ステアリング系が構成される。

電動機１１は、例えば、複数の界磁コイルを備えた固定子（図示せず）とこの固定子の内部で回転する回転子（図示せず）からなる３相ブラシレスモータであり、電気エネルギーを機械的エネルギー（ＰＭ＝ωＴＭ）に変換するものである。ここで、ωは回転速度であり、ＴＭは電動機１１の発生トルクである。また、発生トルクＴＭと実際に出力として取り出すことができる出力トルクＴＭ´（モータトルク）との関係は、下記（１）式によって表現される。（ｉ：ウォームギア１２とウォームホイールギア１３との減速比）

ＴＭ´＝ＴＭ−（ｃｍ・ｄθｍ／ｄｔ＋Ｊｍ・ｄ^２θｍ／ｄｔ^２）ｉ^２・・・（１）

上記（１）式によれば、出力トルクＴＭ´と電動機回転角θｍとの関係は、電動機１１の回転子の慣性モーメントＪｍと粘性係数ｃｍとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。

３相ブラシレスモータを構成する回転子は、例えば、着磁して異方性を備えたフェライト磁石といった永久磁石で構成されている。フェライト磁石は、低温の環境下（例：−４０℃）に置かれ、反磁界がかけられると磁化が弱まってしまう（低温減磁。詳細は後記。）。そのような現象を検出すべく、電動機１１には、フェライト磁石（以下、単に「磁石」と称する場合がある）の温度を検出する温度センサ（例：熱電対。図示せず。温度検出手段。）が備わっている。温度センサが検出した磁石の温度ＭＴの信号は、制御装置２００に出力される。

更に、電動パワーステアリング装置１００は、制御装置２００と、電動機１１を駆動する電動機駆動手段（駆動回路）６０と、レゾルバ５０と、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクを検出するトルクセンサ（トルク検出手段）３０と、トルクセンサ３０の出力を増幅する差動増幅回路４０と、車速センサ３５とを備えている。
電動機駆動手段６０は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御装置２００から出力されたＤＵＴＹ（ＤＵＴＹＵ、ＤＵＴＹＶ、ＤＵＴＹＷ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機１１を駆動するものである。また、電動機駆動手段６０は図示しないホール素子を用いて３相の電機子電流Ｉ（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を検出する機能を備えている。

レゾルバ５０は、電動機１１の回転角を検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものである。なお、角度信号θは、検出した電動機１１の回転角の信号である。
トルクセンサ３０は、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクを検出するものであり、ピニオン軸５の軸方向２箇所に逆方向の異方性となるように磁性膜が被着され、各磁性膜の表面に検出コイルがピニオン軸５に離間して挿入されている。
差動増幅回路４０は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した２つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Ｔを出力するものである。なお、このトルク信号Ｔは、ピニオントルクレベルを示す信号である。

車速センサ３５は、車両の車速Ｖを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号ＶＳを出力する。
制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を備えるコンピュータ（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））からなり、レゾルバ５０からの角度信号θ、車速センサ３５からの車速信号ＶＳ、差動増幅回路４０からのトルク信号Ｔから得られる前記の発生トルクＴＭで電動機１１を駆動させるためのＤＵＴＹ信号を電動機駆動手段６０に出力する。このＤＵＴＹ信号の出力により、電動機駆動手段６０は、前記の発生トルクＴＭで電動機１１を駆動させる。前記コンピュータは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により通信可能に接続されている車両の他のコンピュータ（ＥＣＵ）と所定の信号を送受信する。

また、制御装置２００には、電動機１１から出力される磁石の温度ＭＴの信号に基づいて、低温減磁等に起因する発生トルクＴＭの出力が必要以上になる等の異常が発生したか否かを判定する異常判定手段２５４が備えられている。異常判定手段２５４は、前記異常が発生したと判定すると、その異常の旨を示す異常信号ＡＬを、例えば、車両のダッシュボード等の表示部に出力する。前記表示部は、警告手段として機能し、異常信号ＡＬに基づいて、磁石の異常の発生、磁石の交換の必要性等を運転手に警告表示する。例えば、磁石がキュリー温度（例：フェライト磁石では、約４５０℃）に到達すれば、その結晶構造が変わるため、完全に磁力が消失してしまい、電動機１１を駆動するのに必要以上の電流を供給するような制御を行う場合があり、その旨を警告表示する。

次に、本実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置について、説明する。図４は、本実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置は、即ち、制御装置２００は、ベース信号演算部２２０と、イナーシャ補償信号演算部２１０と、ダンパ補償信号演算部２２５と、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０と、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５と、電流補正部２５５と、２軸３相変換部２６０と、ＰＷＭ変換部２７０と、３相２軸変換部２６５と、電動機速度算出部２８０と、励磁電流生成部２８５等を、機能ブロックとして備える。

３相２軸変換部２６５は、電動機駆動手段６０（図３参照）が検出する、電動機１１（図３参照）の３相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを、電動機１１の回転子の磁極軸であるＤ軸の電流と、このＤ軸に対して電気的に９０度回転した軸であるＱ軸の電流に変換するものであり、Ｄ軸電流ＩＤは励磁電流に比例し、Ｑ軸電流は電動機１１の発生トルクＴＭに比例する。
励磁電流生成部２８５は、電動機１１（図３参照）の励磁電流目標値を生成して出力する。
Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５は、加算器２５３の出力信号を、即ち、３相２軸変換部２６５から出力されたＤ軸電流ＩＤと励磁電流生成部２８５で生成された励磁電流目標値との差分を、減少するようにＰＩ帰還制御を行う。

Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０は、加算器２５２の出力信号を、即ち、３相２軸変換部２６５から出力されたＱ軸電流ＩＱとこのＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭとの差分である偏差信号ＩＥを減少するように、Ｐ（比例）制御及びＩ（積分）制御を行う。なお、電動機１１の発生トルクＴＭを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの生成については、後述する。

電流補正部２５５は、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部２４０の出力信号ＶＱ´を補正し、必要に応じて電動機１１から出力される磁石の温度ＭＴの信号に基づいて補正される。この補正は、主に、前記した高負荷領域の磁気飽和によるトルク垂れおよび低負荷領域のフリクションによるトルク垂れを相殺するものであり、磁石の温度ＭＴに応じて補正の補正量を増減させる。一般的に、磁石は温度が高いほど、熱活性による磁気モーメントのゆらぎが増大するため、磁束が減少する。よって、磁石の温度が高いときほど、電流補正部２５５による補正量を増大する。

２軸３相変換部２６０は、電流補正部２５５の出力信号ＶＱとＤ軸（磁極軸）ＰＩ制御部２４５の出力信号ＶＤとの２軸信号を３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷに変換して出力する。なお、２軸３相変換部２６０は、電動機１１（図３参照）の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

ＰＷＭ変換部２７０は、２軸３相変換部２６０から出力された３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷの大きさに比例したパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ信号［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号］であるＤＵＴＹ信号（ＤＵＴＹＵ、ＤＵＴＹＹ、ＤＵＴＹＷ）を生成して電動機駆動手段６０（図３参照）に出力する。なお、ＰＷＭ変換部２７０は、電動機１１（図３参照）の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

電動機１１の発生トルクＴＭを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの生成について、以下、説明する。Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、加算器２５０の出力信号であり、この加算器２５０の出力信号は、加算器２５１の出力信号とイナーシャ補償信号演算部２１０の出力信号とを加算したものである。そして、加算器２５１の出力信号は、ベース信号演算部２２０の出力信号とダンパ補償信号演算部２２５の出力信号との差分であることにより、Ｑ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭは、ベース信号演算部２２０の出力信号とダンパ補償信号演算部２２５の出力信号との差分に、イナーシャ補償信号演算部２１０の出力信号とを加算したものである。

なお、前記の通り、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクと車速によって定まるベース電流（補償前の補助トルクに対応）を、ステアリング系のイナーシャ（慣性）とダンピング（粘性）によって補償し、この補償された電流を目標電流（補助トルクに対応）とし、必要に応じて補正値を加味して電動機１１を制御するが、このベース電流がベース信号演算部２２０の出力信号に、補償された電流がＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭに相当する。そして、ステアリング系のイナーシャ（慣性）による補償はイナーシャ補償信号演算部２１０が行い、ステアリング系のダンピング（粘性）による補償はダンパ補償信号演算部２２５が行う。

ベース信号演算部２２０、ダンパ補償信号演算部２２５、イナーシャ補償信号演算部２１０について、以下、説明する。
まず、ベース信号演算部２２０について、説明する。ベース信号演算部２２０は、トルク信号Ｔと車速信号ＶＳとから、電動機１１の発生トルクＴＭを規定するＱ軸電流ＩＱの目標電流ＩＭの基準となるベースアシスト信号Ｄ_Ｔを生成する。なお、このベースアシスト信号Ｄ_Ｔの生成は、実験測定等によって予め設定されベース信号演算部２２０に格納されたベーステーブル２２０ａを参照することによって、行われる。そして、トルク信号Ｔとは、前記の通り、ピニオン軸５に加えられるピニオントルクのレベルを示す信号である。

ベーステーブル２２０ａでは、図５の通り、トルク信号Ｔのレベルが小さいときはベースアシスト信号Ｄ_Ｔがゼロレベルに設定される不感帯Ｎ１が設けられ、この不感帯Ｎ１よりもトルク信号Ｔのレベルが大きくなるとゲインＧ１で直線的に増加する特性を備えている。なお、図５は、ベース信号演算部２２０に格納されているトルク信号Ｔ及び車速信号ＶＳとベースアシスト信号Ｄ_Ｔとの対応関係のベーステーブル２２０ａを示す図である。また、ベーステーブル２２０ａでは、図５の通り、トルク信号Ｔのレベルが所定レベル以上のとき、ゲインがＧ１からＧ２に増加し、更にトルク信号Ｔのレベルが増加して前記所定レベルよりも高い所定レベル以上となったとき、ベースアシスト信号Ｄ_Ｔのレベルが飽和する特性を備えている。

更に、ベーステーブル２２０ａでは、車速Ｖが大きく高速になるに従って、ゲインＧ１、Ｇ２が低くなり、且つ、不感帯Ｎ１が大きくなる特性を備えている。この特性を備えていることにより、車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く、中低速時では比較的負荷が軽くなり、高速時ではマニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与えるようにしている。

次に、ダンパ補償信号演算部２２５について、説明する。ダンパ補償信号演算部２２５は、舵角速度信号ω、ベースアシスト信号Ｄ_Ｔ、車速信号ＶＳとから、ダンピング信号Ｉを生成する。なお、ダンピング信号Ｉの生成は、実験測定によって予め設定されダンパ補償信号演算部２２５に格納されたダンパテーブル２２５ａを参照することによって、行われる。そして、舵角速度信号ωは、レゾルバ５０（図３参照）出力の角度信号θを電動機速度算出部２８０で微分演算することにより生成される。

ダンパテーブル２２５ａでは、舵角速度信号ωのレベルが大きいほど、ダンピング信号Ｉのレベルが大きくなる特性を備えている。また、車速信号ＶＳのレベルが大きいほど、ダンピング信号Ｉのレベルが大きくなる特性を備えている。また、ベースアシスト信号Ｄ_Ｔのレベルが大きいほど、ダンピング信号Ｉのレベルが大きくなる特性を備えている。
一般的に、ダンピング信号Ｉは、舵角速度信号ωと車速信号ＶＳとに基づいて生成される。これは、路面反力が小さくなる高車速域において、速いステアリングホイールの動きを制限して安定した操舵感を得るためである。

次に、イナーシャ補償信号演算部２１０について、説明する。イナーシャ補償信号演算部２１０は、トルク信号Ｔから、ステアリング系のイナーシャによる補助トルクの補償量を算出して出力することにより、ステアリング系のイナーシャによる影響を補償する。なお、ステアリング系のイナーシャによる補助トルクの補償量の算出は、実験測定によって予め設定されイナーシャ補償信号演算部２１０に格納されたイナーシャテーブル２１０ａを参照することによって、行われる。

また、イナーシャ補償信号演算部２１０は、電動機１１の回転子の慣性による応答性の低下を補償している。言い換えれば、電動機１１は正回転から逆回転に、または、逆回転から正回転に回転方向を切り換える際、慣性によってその状態を維持させようとするのですぐには回転方向が切り換わらない。そこで、イナーシャ補償信号演算部２１０は、電動機１１の回転方向の切り換わりが操向ハンドル２の回転方向が切り換わるタイミングに一致するように制御している。このようにして、イナーシャ補償信号演算部２１０は、ステアリング系の慣性（や粘性）による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵感を付与している。また、ＦＦ（Front engine Front wheel drive）やＦＲ（Front engine Rearwheel drive）車、ＲＶ（Recreation Vehicle）やセダン等の車両特性や車速、路面などの車両状態によって異なる操舵特性に対して、実用上十分な特性が付与される。

≪低温減磁≫
電動機１１に使用される異方性フェライト磁石は、その形状により、着磁した後に−４０℃付近の低温に冷却し、ある一定以上の反磁界をかけると、再び常温（２０℃）に戻した時に大きな減磁を示す。
図６は、フェライト磁石の低温減磁を説明する説明図である。図６の左側のグラフには、磁石のヒステリシスの様子を示すグラフに描かれたＢ−Ｈカーブのうちそのグラフの第二象限に描かれた曲線である減磁曲線が描かれている（太線）。図６の右側のグラフは、磁石の温度変化に対し、磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）の変化を示すグラフである。右側のグラフの上方に示される直線は、左側のグラフのパーミアンス係数Ｐ１を傾きとする直線（パーミアンス直線）で特徴付けられる磁石における残留磁束密度の変化を示す。また、右側のグラフの下方に示される折れ線は、左側のグラフのパーミアンス係数Ｐ２を傾きとするパーミアンス直線で特徴付けられる磁石における残留磁束密度の変化を示す。

パーミアンス係数とは、磁石の挙動を決定するパラメータであり、磁石の形状に依存する。パーミアンス係数は、磁石の内部にある磁場の反磁場に対する磁束密度で定義され、端的に言えば、パーミアンス直線と減磁曲線との交点（動作点）の縦軸の値（残留磁束密度）を、動作点の横軸の値（外部磁場Ｈ）で除算した値、つまり前記した傾きそのものである。一般的には着磁方向の距離（厚さ）が小さくなるほど反磁場が大きくなるため、パーミアンス係数は小さくなり、その結果磁力も弱くなる。パーミアンス係数が小さくなると、パーミアンス直線の傾きが小さくなり、Ｂ−Ｈカーブの特性変曲点（図６の減磁曲線の折れ曲がり）に接近または特性変曲点の下方に位置するため、温度特性への影響が大きくなる。

一般に、フェライト磁石の温度による磁力の変化は、残留磁束密度Ｂｒと外部磁場Ｈとでそれぞれに温度係数を持ち、

ΔＢｒ／Ｂｒ／℃ ≒ −０．１８〜−０．１９％／℃
ΔＨ／Ｈ／℃ ≒ ＋０．３５〜＋０．５０％／℃

という変化率で示される。この変化率に伴い、Ｂ−Ｈカーブ、特にその減磁曲線が変動するため、動作点が移動する。図６の左側のグラフでは、温度が＋２０℃から−４０℃に変わるときの減磁曲線の変動の様子が図示されている。減磁曲線と、横軸との交点が右側に移動することで、磁石の保持力（形状や温度等の要因に対し磁力を保つことのできる強さ）は小さくなる様子が示されるとともに、特性変曲点は上方に移動する様子も示される。

図６において、パーミアンス係数Ｐ１の磁石は、＋２０℃でａ点にあった動作点が、−４０℃ではｂ点に移動する。このとき、図６の右側のグラフでは、ａ´からｂ´に移動することになり、その勾配は−０．１８から−０．１９％／℃の温度係数のみによる。したがって、磁石の温度を−４０℃から＋２０℃に戻すと、再び動作点はａ点に帰る。つまり、常温における磁石の残留磁束密度は、低温環境を経てもその強度が維持される。

パーミアンス係数がＰ２の磁石は、＋２０℃でｃ点にあった動作点は、もし、特性変曲点がＰ２のパーミアンス直線を上回ることが無ければ、低温になるのに伴い−０．１８〜−０．１９％／℃の温度係数に従って、残留磁束密度Ｂｒについては動作点がｃからｆ（−４０℃になったとしても保持力が変動せず、特性変曲点がＰ２のパーミアンス直線を上回らないとしたときの仮想的な動作点）へと変化する。このとき、図６の右側のグラフでは、ｃ´からｆ´に移動することになり、パーミアンス係数Ｐ１の磁石の挙動と大差がない。

しかし、パーミアンス係数がＰ２の磁石については、Ｈが＋０．３５から＋０．５％／℃の温度係数で減少するために、途中から反転して−４０℃ではｄ点へ移動してしまう。右側のグラフでは、ｆ´では無く、ｄ´に移動してしまう。そして、これをさらに＋２０℃へ戻すと、今度はｄ点からまた温度係数に従ってｅ点へ移動することになり、以後−４０℃から＋２０℃においてはこのｄ、ｅ間を往復することになる。右側のグラフでは、ｄ´、ｅ´間を往復することになり、当初ｃ´で示された残留磁束密度よりも低い残留磁束密度しか示さない状態になる。

以上が低温減磁の発生過程であり、その原因としては、温度変化に対し、磁石のパーミアンス直線が、特性変曲点を下回ってしまうことにある。したがって、車両が走行する環境の温度を想定して、電動機１１に使用する磁石のパーミアンス係数を相当量大きくするように磁石が設計される（例：材料や形状の選定）ことが好ましい。

また、一旦低温減磁が発生すると、磁石の磁化が弱まった状態で電動機１１を駆動することになり、電動機駆動手段６０は必要以上の電流を電動機１１に供給しなければならず、電動パワーステアリング装置全体の負荷が甚大になる。そこで、本実施形態では、電動機１１の温度センサが、低温減磁を引き起こす可能性のある温度を検出し、電動機駆動手段６０から電動機１１に所定値以上の電流が供給されたときには、異常判定手段２５４は、磁石に異常が発生したと判定し、運転手に警告表示し、電動機１１の磁石の異常を知らせる。

≪まとめ≫
本実施形態により、以下のような効果を奏する。すなわち、電動パワーステアリング装置において、電動機を小型化したときに顕著に現れる磁気飽和に起因するトルク垂れを相殺する電流補正を行うことで、電動機を小型化しても運転手の操舵の操舵量の分だけのアシスト量を出力するという理想状態（リニアな関係）を実現することができる。

また、特に高負荷領域において、運転手の操舵の操舵量が大きく、つまり、操舵トルクが大きくなるほど、電流補正の補正量を大きくするので、磁気飽和によるトルク垂れの相殺を的確に行うことができる。一方、低負荷領域における、操舵に伴うステアリング系の摩擦に起因するトルク垂れについても電流補正を行うので前記理想状態を確実に実現することができる。
また、磁石の温度センサを備えることで、磁石の温度依存に対して適切な電流補正を行うことができる。

また、磁石の低温減磁が生じて電動機に供給する電流の制御に異常が発生した場合であっても、その異常を監視し、運転手に警告表示するので、車両の健全性を確保することができる。

≪その他≫
なお、前記実施の形態は、本発明を実施するための好適なものであるが、その実施形式はこれに限定されるものではない。したがって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、実施形式を種々変形することが可能である。

例えば、本実施形態では、電動機１１に使用するモータとして（３相）ブラシレスモータを使用した。しかし、前記モータとしてブラシモータを使用しても良い。この場合、ブラシモータの固定子を磁石で構成し、電動機１１を駆動する駆動回路（電動機駆動手段６０）は特に必要としない。

また、本実施形態では、フェライト磁石を用いたときの低温減磁について説明したが、フェライト磁石以外の低温減磁についても本発明を適用することができ、さらに、例えば、ネオジム磁石（他の磁石でも良い）を用いた高温減磁についても本発明を適用することができる。高温減磁は、磁石を常温から高温にし、反磁界をかけると、常温に戻しても元の残留磁束密度を持たず、磁力が低下する現象である。定性的には、高温にすることで保持力が低下する点が低温減磁と異なり、パーミアンス係数が小さいときに引き起こされる現象である、という点は同じである。異常判定手段２５４による判定も可能である。

その他、ハードウェア、ソフトウェア、等の具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１シャフト
２操向ハンドル
３メインステアリングシャフト
４ユニバーサルジョイント（自在継手）
５ピニオン軸
７ピニオンギア
８ラック軸
８ａラック歯
９タイロッド
１０転舵輪
１１電動機（電動モータ）
３０トルクセンサ（トルク検出手段）
６０電動機駆動手段（駆動回路）
２００制御装置
２５４異常判定手段
２５５電流補正部（補正手段）

Claims

ステアリング系に発生するトルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルクに基づいて前記ステアリング系へのアシスト力を発生する電動モータと、
前記電動モータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御装置を備える電動パワーステアリング装置において、
前記制御装置は、
前記電動モータ内部に配置される磁石が磁気飽和状態にあるときに、前記駆動回路に流れる電流を増加するように補正する補正手段を備える
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御装置は、
前記トルクが大きくなるにつれて前記補正手段の補正量を大きくする
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。
前記磁石の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御装置は、
前記磁石の温度に基づき前記補正手段の補正量を修正する
ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御装置は、
前記ステアリング系に生じる摩擦に起因する前記アシスト力の低下を引き起こす程度に小さな前記トルクが検出されたときには、前記補正手段の補正量を大きくする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。