JP2002331953A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置Info
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Abstract
よって設定された目標電流Itとモータ電流検出器5に
よって検出されたモータ電流Imとの偏差It−Imに基
づいて、比例積分制御演算によってPI制御値Vpiを生
成する。また、P制御部44は、トルクセンサ7の出力
信号に基づいて、比例制御演算によってP制御値Vpを
生成する。PI制御部43において生成されたPI制御
値VpiとP制御部44において生成されたP制御値Vp
とは、加算部45において加算され、この加算により得
られる値がモータ制御値VcとしてPWM制御部46に
与えられる。PWM制御部46は、加算部45が出力す
るモータ制御値Vcに対応するデューティD1,D2を
設定し、このデューティD1,D2に応じたPWM制御
信号をモータ駆動回路1に向けて出力する。
Description
生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリ
ング装置に関する。
モータ)が発生する駆動力をステアリング機構に伝達
し、これにより、運転者のステアリング操作を補助する
電動パワーステアリング装置が用いられている。このよ
うな電動パワーステアリング装置の中には、電動モータ
の駆動回路として、4個のモータ駆動素子(たとえば、
MOSFET)を含むHブリッジインバータ回路を採用
したものがある。4個のモータ駆動素子は、2個のモー
タ駆動素子を一対として2つのモータ駆動素子対をなし
ている。ステアリングホイールに操舵トルクが加えられ
ると、その操舵トルクに応じた目標電流と電動モータに
実際に流れる電流(モータ電流)との偏差に対応するモ
ータ制御値が比例積分制御演算により求められて、その
モータ制御値に応じたデューティのPWM(Pulse Width
Modulation)制御信号が2つのモータ駆動素子対のうち
の一方に入力される。このとき、他方のモータ駆動素子
対はオフ(遮断状態)にされる。これにより、電動モー
タには、上記一方のモータ駆動素子対に入力されたPW
M制御信号のデューティに応じた駆動電圧が印加され
る。
動方式)は、モータ駆動素子対にそれぞれ入力されるP
WM制御信号のデューティの和が所定値(たとえば、1
00%)を超えないと、電動モータにモータ電流が流れ
ないという特性を有する。すなわち、PWM制御信号の
デューティが零から上記所定値に立ち上がるまでの間
は、モータ駆動回路から電動モータにモータ電流が供給
されない。このため、とくに電動モータの立ち上がり時
において、制御応答性(目標電流に対するモータ電流の
追従性)が悪く、操舵フィーリングが良くないという問
題があった。
課題を解決し、制御応答性が向上された電動パワーステ
アリング装置を提供することである。
目的を達成するための請求項1記載の発明は、ステアリ
ング機構に与えるべき操舵補助力を発生する電動モータ
(M)と、この電動モータに流れるモータ電流を検出す
るモータ電流検出手段(5)と、車両の操向のために操
作部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手
段(7)と、このトルク検出手段によって検出された操
舵トルクに対応した目標電流を設定する目標電流設定手
段(41)と、この目標電流設定手段によって設定され
た目標電流と上記モータ電流検出手段によって検出され
たモータ電流との偏差に基づいて、比例積分制御演算に
よって比例積分制御値を生成する比例積分制御手段(4
3)と、上記トルク検出手段によって検出された操舵ト
ルクに基づいて、所定の制御演算によってフィードフォ
ワード制御値を生成するフィードフォワード制御手段
(44)と、上記比例積分制御手段によって生成された
比例積分制御値と上記フィードフォワード制御手段によ
って生成されたフィードフォワード制御値とを加算する
加算手段(45)と、この加算手段の出力に基づいて上
記電動モータをPWM駆動するモータ駆動手段(1,4
6)とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング
装置である。
における対応構成要素等を表す。以下、この項において
同じ。この発明によれば、比例積分制御手段が生成する
比例積分制御値に、操舵トルクに基づく所定の制御演算
により得られるフィードフォワード制御値が加算され、
この加算値(モータ制御値)に基づいて電動モータが駆
動される。すなわち、比例積分制御手段による電動モー
タのフィードバック制御に加えて、フィードフォワード
制御手段によるフィードフォワード制御が行われる。こ
れにより、ステアリング操作に対して良好な応答性で電
動モータの駆動を制御することができる。
に与えるべき操舵補助力を発生する電動モータ(M)
と、この電動モータに流れるモータ電流を検出するモー
タ電流検出手段(5)と、車両の操向のために操作部材
に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段
(7)と、このトルク検出手段によって検出された操舵
トルクに対応した目標電流を設定する目標電流設定手段
(41)と、この目標電流設定手段によって設定された
目標電流と上記モータ電流検出手段によって検出された
モータ電流との偏差に基づいて、比例積分制御演算によ
って比例積分制御値を生成する比例積分制御手段(4
3)と、上記目標電流設定手段によって設定された目標
電流に基づいて、所定の制御演算によってフィードフォ
ワード制御値を生成するフィードフォワード制御手段
(44)と、上記比例積分制御手段によって生成された
比例積分制御値と上記フィードフォワード制御手段によ
って生成されたフィードフォワード制御値とを加算する
加算手段(45)と、この加算手段の出力に基づいて上
記電動モータをPWM駆動するモータ駆動手段(1,4
6)とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング
装置である。
成する比例積分制御値に、目標電流に基づく所定の制御
演算により得られるフィードフォワード制御値が加算さ
れ、この加算値(モータ制御値)に基づいて電動モータ
が駆動される。すなわち、比例積分制御手段による電動
モータのフィードバック制御に加えて、フィードフォワ
ード制御手段によるフィードフォワード制御が行われ
る。これにより、目標電流に対するモータ電流の優れた
追従性を発揮することができ、ステアリング操作に対し
て良好な応答性で電動モータの駆動を制御することがで
きる。
算であってもよいし、微分制御演算であってもよい。ま
た、比例制御演算と微分制御演算の両方であってもよ
い。請求項3記載の発明は、上記フィードフォワード制
御手段によって生成されるフィードフォワード制御値を
予め定める上限値で制限するリミッタ(S4,S5)を
さらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の電
動パワーステアリング装置である。
ード制御を防止することができ、優れた制御安定性を発
揮できる。また、電動モータの制御音を小さく抑えるこ
とができる。請求項4記載の発明は、上記フィードフォ
ワード制御手段による上記所定の制御演算のゲインを、
操舵トルクの立ち上がり時には相対的に大きな値に設定
し、操舵トルクの立ち下がり時には相対的に小さな値に
設定するゲイン設定手段(S1,S2,S3)をさらに
含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載の電動パワーステアリング装置である。
タ電流の遅れが生じやすい操舵トルクの立ち上がり時に
は、フィードフォワード制御手段による所定の制御演算
のゲインが相対的に大きな値に設定される。これによ
り、PWM制御信号のデューティが零から立ち上がる初
期の段階では、フィードフォワード制御量が比較的大き
くなるから、目標電流に対するモータ電流の優れた追従
性を発揮することができる。また、操舵トルクに基づい
てフィードフォワード制御が行われるので、ステアリン
グ操作に対して良好な応答性で電動モータを駆動するこ
とができる。
が生じにくい操舵トルクの立ち下がり時には、フィード
フォワード制御手段による所定の制御演算のゲインが相
対的に小さな値に設定されて、フィードフォワード制御
手段によるフィードフォワード制御量が小さく抑えられ
る。ゆえに、優れた制御安定性を発揮でき、また、電動
モータの制御音を小さく抑えることができる。請求項5
記載の発明は、上記フィードフォワード制御手段は、操
舵トルクの立ち上がり時にのみフィードフォワード制御
値を生成するものであることを特徴とする請求項1ない
し3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置で
ある。
タ電流の遅れが生じやすい操舵トルクの立ち上がり時、
つまりPWM制御信号のデューティが零から立ち上がる
初期の段階において、目標電流に対するモータ電流の優
れた追従性を発揮することができる。なお、上記所定の
制御演算は、比例制御演算であってもよいし、微分制御
演算であってもよい。また、比例制御演算と微分制御演
算の両方であってもよい。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、この
発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の
電気的構成を示すブロック図である。この電動パワース
テアリング装置は、車両のステアリング機構に関連して
設けられ、そのステアリング機構に与えるべき操舵補助
力を発生する電動モータM(たとえば、DCモータ)を
備えている。
駆動電流が供給されるようになっている。モータ駆動回
路1は、図2に示すように、4個のモータ駆動素子(た
とえば、MOSFET)11,12,13,14を含む
Hブリッジインバータ回路からなる。すなわち、モータ
駆動回路1は、車両に搭載されたバッテリ2とアース3
との間に、2個のモータ駆動素子11,12の直列回路
と他の2個のモータ駆動素子13,14の直列回路とを
互いに並列となるように接続した構成を有しており、電
動モータMは、モータ駆動素子11,12の接続点15
とモータ駆動素子13,14の接続点16との間に接続
されている。
タを含む制御部4によって制御されるようになってい
る。この制御部4には、モータ駆動回路1に関連して設
けられ、モータ駆動回路1から電動モータMに供給され
る駆動電流(モータ電流)Imを検出するモータ電流検
出器5の検出信号が入力されている。また、制御部4に
は、ステアリングホイール(操作部材)に入力されてい
る操舵トルクTを検出するトルクセンサ7および車両の
走行速度(車速)を検出する車速センサ8の各検出信号
が与えられている。制御部4は、上記各検出信号に基づ
いて、ステアリングホイール操作に応じた操舵補助力が
電動モータMから発生されるようにモータ駆動回路1を
制御する。
のプログラム処理を実行することによってソフトウエア
的に実現される複数の機能処理部を有している。すなわ
ち、制御部4は、トルクセンサ7および車速センサ8の
各出力信号に基づいて、電動モータMに与えるべき目標
電流Itを設定する目標電流設定部41と、この目標電
流設定部41によって設定された目標電流Itとモータ
電流検出器5によって検出されたモータ電流Imとの偏
差It−Imを求める減算部42と、この減算部42が出
力する偏差It−Imに基づいて、比例積分制御演算によ
ってPI(Proportional-Integral)制御値Vpiを生成す
るPI制御部43と、トルクセンサ7の出力信号に基づ
いて、比例制御演算によってP(Proportional)制御値を
生成するP制御部44と、PI制御値VpiとP制御値V
pとを加算して得られる値をモータ制御値Vcとして出力
する加算部45と、この加算部45が出力するモータ制
御値Vcに対応するデューティD1,D2を設定し、こ
のデューティD1,D2に応じたPWM(Pulse Width M
odulation)制御信号を出力するPWM制御部46とを有
している。
ィD1,D2のPWM制御信号は、電動モータMから右
方向操舵を補助する方向のトルクを発生させるべき場合
には、モータ駆動回路1において右方向駆動素子対をな
すモータ駆動素子11,14(図2参照)にそれぞれ入
力される。このとき、モータ駆動素子12,13(図2
参照)はオフのままにされる。これにより、デューティ
D1,D2に応じた駆動電圧が電動モータMに印加さ
れ、この駆動電圧に応じた大きさの右方向トルクが電動
モータMから出力される。一方、電動モータMから左方
向操舵を補助する方向のトルクを発生させるべき場合に
は、モータ駆動素子11,14はオフのままにされ、左
方向駆動素子対をなすモータ駆動素子12,13にデュ
ーティD1,D2のPWM制御信号がそれぞれ入力され
る。これにより、デューティD1,D2に応じた駆動電
圧が電動モータMに印加され、この駆動電圧に応じた大
きさの左方向トルクが電動モータMから出力される。
制御値生成処理を説明するためのフローチャートであ
る。まず、トルクセンサ7で検出される操舵トルクTが
増加傾向にあるか減少傾向にあるかが判断される(ステ
ップS1)。操舵トルクTが増加傾向にある時、つまり
操舵トルクTの立ち上がり時には、比例制御演算のゲイ
ン(比例制御ゲイン)Kfが予め定める値K1に設定さ
れる(ステップS2)。一方、操舵トルクTが減少傾向
にある時、つまり操舵トルクTの立ち下がり時には、比
例制御ゲインKfが、上記予め定める値K1よりも小さ
い値K2に設定される(ステップS3)。
に、その設定された比例制御ゲインKfと操舵トルクT
とを乗じて得られる値(乗算値)Kf・Tが予め定める
上限値L以上であるか否かが判別される(ステップS
4)。乗算値Kf・Tが上限値L以上であれば、その上
限値LがP制御値Vpとされて(ステップS5)、その
P制御値Vp(=L)が加算部45に向けて出力され
る。一方、乗算値Kf・Tが上限値L未満の場合には、
乗算値Kf・TがP制御値Vpとされて(ステップS
6)、そのP制御値Vp(=Kf・T)が加算部45に向
けて出力される。
示すグラフである。この図4には、期間0〜t2で操舵
トルクTが零から単調に増加し(立ち上がり)、期間t
2〜t4で操舵トルクTが零まで単調に減少する(立ち
下がる)ようなステアリング操作が行われた場合(図4
において二点鎖線で示す曲線)の例が示されている。操
舵トルクTが増加している間は、比例制御ゲインKfが
相対的に大きな値K1に設定されるから、比例制御ゲイ
ンKf(=K1)と操舵トルクTとを乗算して得られる
P制御値Vpは比較的大きな傾きで増加する。これによ
り、操舵トルクTが零から立ち上がる初期の段階、つま
りPWM制御信号のデューティが零から立ち上がる初期
の段階では、P制御値VpによるF/F(フィードフォ
ワード)制御量が比較的大きくなるから、目標電流It
に対するモータ電流Imの優れた追従性(制御応答性)
を発揮することができる。また、操舵トルクTに基づい
てF/F制御が行われるので、ステアリング操作に対し
て良好な応答性で電動モータMを駆動することができ
る。
る時刻t1には、P制御値Vp(=K1・T)は上限値
Lに達する。この時刻t1から操舵トルクT=Bとなる
時刻t3までの間は、操舵トルクTの値にかかわらず、
P制御値Vpは上限値Lに保たれる。これにより、モー
タ電流Imが或る程度まで立ち上がった後に、操舵トル
クTの増加に応答してF/F制御量が増大することが抑
制される。ゆえに、過剰なF/F制御を防止することが
でき、優れた制御安定性を発揮できる。また、電動モー
タMの制御音を小さく抑えることができる。
御ゲインKfが相対的に小さな値K2に設定されるか
ら、操舵トルクT=Bとなる時刻t3の後、P制御値V
pは比較的緩やかに立ち下がる。これにより、目標電流
Itに対するモータ電流Imの遅れが生じにくい操舵トル
クTの減少時には、P制御値VpによるF/F制御量が
小さく抑えられる。ゆえに、優れた制御安定性を発揮で
き、また、電動モータMの制御音を小さく抑えることが
できる。
説明するためのタイムチャートである。図5(a)は、P
制御値VpによるF/F制御量の時間変化を示し、図5
(b)は、PI制御値VpiによるF/B(フィードバッ
ク)制御量の時間変化を示し、図5(c)は、F/F制御
量とF/B制御量とを加算した全制御量の時間変化を示
している。この実施形態では、操舵トルクTが零から予
め定めるトルク値Aまで立ち上がる期間0〜t1におい
てのみ、P制御部44によってP制御値Vpが生成され
る。たとえば、操舵トルクTが零から単調に増加するよ
うなステアリング操作が行われた場合(図5(a)におい
て二点鎖線で示す直線)、比例制御ゲインKf(=K
1)と操舵トルクTとを乗算して得られるP制御値Vp
は、単調に増加して、操舵トルクTが予め定めるトルク
値Aとなる時刻t1には上限値Lに達する。この時刻t
1の後は、操舵トルクTが零まで低下し、さらに零から
増加し始めるまで、P制御部44からP制御値Vpは出
力されない(P制御値Vpが零にされる)。時刻t1で
P制御値Vpが零にされると、これに応答してモータ電
流Imを目標電流Itに追従させるべく、図5(b)に示す
ように、PI制御部43によって生成されるPI制御値
VpiがP制御値Vpの減少分だけ急増する。そして、そ
の時刻t1以後、PI制御値Vpiは、操舵トルクTの増
加に伴って増加する。
B制御量)は、図5(c)のような時間変化を示す。この
全制御量の時間変化を式で表すと、下記式(1)〜(3)のよ
うになる。
となる時刻t1までは相対的に大きな傾きで増加し、時
刻t1以後は相対的に小さな傾きで増加する。これによ
り、操舵トルクTが零から立ち上がる初期の段階、つま
りPWM制御信号のデューティが零から立ち上がる初期
の段階において、目標電流Itに対するモータ電流Imの
優れた追従性(制御応答性)を発揮することができる。
以上、この発明の2つの実施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もできる。た
とえば、上述の実施形態では、操舵トルクTに応じたP
制御値Kf・Tが生成され、この生成されたP制御値Kf
・TがPI制御値Vpiに足し合わされてモータ制御値が
生成される構成を取り上げたが、この構成に代えて、図
1において破線で示すように、目標電流設定部41で設
定された目標電流Itに基づく比例制御演算を行ってP
制御値Kf・Itを生成し、そのP制御値Kf・ItをPI
制御値Vpiに足し合わせてモータ制御値を生成する構成
が採用されてもよい。この構成によっても、目標電流I
tが零から立ち上がる初期の段階、つまりPWM制御信
号のデューティが零から立ち上がる初期の段階におい
て、目標電流Itに対するモータ電流Imの優れた追従性
(制御応答性)を発揮することができる。
算によりF/F制御のための制御値を生成する場合を例
にとったが、微分制御演算によりF/F制御のための制
御値が生成されてもよいし、比例微分制御演算によりF
/F制御のための制御値が生成されてもよい。さらに、
デューティD1,D2は、それぞれが0〜100%の範
囲でモータ制御値に応じて変更されてもよいし、一方が
100%とされて、他方が0〜100%の範囲でモータ
制御値に応じて変更されるようにしてもよい。
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
リング装置の電気的構成を示すブロック図である。
る。
ートである。
る。
によるF/F制御量、(b)PI制御値によるF/B制御
量、(c)F/F制御量とF/B制御量とを加算した全制
御量の時間変化の一例を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】ステアリング機構に与えるべき操舵補助力
を発生する電動モータと、 この電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電
流検出手段と、 車両の操向のために操作部材に加えられた操舵トルクを
検出するトルク検出手段と、 このトルク検出手段によって検出された操舵トルクに対
応した目標電流を設定する目標電流設定手段と、 この目標電流設定手段によって設定された目標電流と上
記モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流と
の偏差に基づいて、比例積分制御演算によって比例積分
制御値を生成する比例積分制御手段と、 上記トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基
づいて、所定の制御演算によってフィードフォワード制
御値を生成するフィードフォワード制御手段と、 上記比例積分制御手段によって生成された比例積分制御
値と上記フィードフォワード制御手段によって生成され
たフィードフォワード制御値とを加算する加算手段と、 この加算手段の出力に基づいて上記電動モータをPWM
駆動するモータ駆動手段とを含むことを特徴とする電動
パワーステアリング装置。 - 【請求項2】ステアリング機構に与えるべき操舵補助力
を発生する電動モータと、 この電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電
流検出手段と、 車両の操向のために操作部材に加えられた操舵トルクを
検出するトルク検出手段と、 このトルク検出手段によって検出された操舵トルクに対
応した目標電流を設定する目標電流設定手段と、 この目標電流設定手段によって設定された目標電流と上
記モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流と
の偏差に基づいて、比例積分制御演算によって比例積分
制御値を生成する比例積分制御手段と、 上記目標電流設定手段によって設定された目標電流に基
づいて、所定の制御演算によってフィードフォワード制
御値を生成するフィードフォワード制御手段と、 上記比例積分制御手段によって生成された比例積分制御
値と上記フィードフォワード制御手段によって生成され
たフィードフォワード制御値とを加算する加算手段と、 この加算手段の出力に基づいて上記電動モータをPWM
駆動するモータ駆動手段とを含むことを特徴とする電動
パワーステアリング装置。 - 【請求項3】上記フィードフォワード制御手段によって
生成されるフィードフォワード制御値を予め定める上限
値で制限するリミッタをさらに含むことを特徴とする請
求項1または2記載の電動パワーステアリング装置。 - 【請求項4】上記フィードフォワード制御手段による上
記所定の制御演算のゲインを、操舵トルクの立ち上がり
時には相対的に大きな値に設定し、操舵トルクの立ち下
がり時には相対的に小さな値に設定するゲイン設定手段
をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし3のいず
れかに記載の電動パワーステアリング装置。 - 【請求項5】上記フィードフォワード制御手段は、操舵
トルクの立ち上がり時にのみフィードフォワード制御値
を生成するものであることを特徴とする請求項1ないし
3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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---|---|---|---|
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