JP2004064845A

JP2004064845A - Steering control system for vehicle

Info

Publication number: JP2004064845A
Application number: JP2002217732A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Kodama; 小玉　和正; Yukihiro Watanabe; 渡邉　幸博; Tomoyuki Sugiyama; 杉山　倫行
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP4019315B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering control system for a vehicle which can reconcile the control stability of a motor requested in a low revolution range and the current detection accuracy requested in a high revolution range. <P>SOLUTION: This system detects a current to be applied to a steering shaft drive motor by means of a current sensor, and controls the revolution of the steering shaft drive motor by PWM control. For the switching system of the pair of two phases of coils concerned in current application of the motor, the first terminal of the paired coil is connected to the positive electrode of a DC power source, and the second terminal is connected to the negative electrode of the DC power source. Then, the first current application state P1 where the second terminal is switched in first cycles t0 where duty ratio ηis variable, and the second current application state P2 where the first terminal is switched in first cycles t0 likewise at the duty ratio η, are repeated alternately. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両の操舵制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵装置、特に自動車用の操舵装置において、近年、その更なる高機能化の一端として、操舵ハンドルの操作角（ハンドル操作角）と車輪操舵角とを１：１比率に固定せず、ハンドル操作角の車輪操舵角への変換比（舵角変換比）を車両の運転状態に応じて可変とした、いわゆる可変舵角変換比機構を搭載したものが開発されている。車両の運転状態としては、例えば、車両速度（車速）を例示でき、高速運転時においては舵角変換比を小さくすることにより、ハンドル操作角の増加に対して操舵角が急激に大きくならないようにすれば、高速走行の安定化を図ることができる。他方、低速走行時には、逆に舵角変換比を大きくすることで、一杯まで切るのに必要なハンドルの回転数を減少させることができ、車庫入れや縦列駐車あるいは幅寄せなど、操舵角の大きい運転操作を非常に簡便に行なうことができる。
【０００３】
舵角変換比を可変化する機構としては、例えば特開平１１−３３４６０４号公報に開示されているように、ハンドル軸と車輪操舵軸とを、ギア比が可変な歯車式伝達部にて直結したタイプのものがあるが、この構成は、歯車式伝達部のギア比変更機構が複雑になる欠点がある。そこで、モータにより車輪操舵軸を回転駆動するタイプのものが、例えば特開平１１−３３４６２８号公報等に提案されている。具体的には、角度検出部が検出するハンドル操作角と車両運転状態とに応じて定まる舵角変換比とに基づいて、コンピュータ処理により最終的に必要な車輪操舵角を演算し、その演算された車輪操舵角が得られるように、ハンドル軸から機械的に切り離された車輪操舵軸をモータにより回転駆動する。
【０００４】
このような操舵制御方式においては、車輪操舵軸の回転をハンドル軸の回転に追従させるために、車輪操舵軸の角度位置（操舵軸角度位置）の目標操舵軸角度位置からの隔たりに応じて操舵軸駆動モータの回転速度をＰＷＭ制御により調整することが行なわれている。例えば、追従制御が進んで操舵軸角度位置が目標角度位置に接近してくると、オーバーシュートしないように、モータの回転を低速で精密に制御する必要がある。他方、急ハンドルを切った場合などは、ハンドル操作に車輪操舵軸の回転が遅れないように、これを駆動するモータを高速で回転させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような操舵制御方式においては、自動車運転中になされる頻繁なハンドル操作により、車輪操舵軸の回転動作を司るモータの駆動頻度が非常に高くなる。従って、このモータを長期にわたって安定に作動させることが、この種の操舵制御方式を採用する自動車のメンテナンス性を向上させる上で重要である。例えば、過負荷等による過電流状態が長時間続くと、モータの性能劣化につながりやすくなる。そこで、モータに通電される電流値を電流センサによりモニタし、過電流状態が検出された場合はモータへの通電を制限する等により、モータを適度に保護しながら使用することが有効となる。
【０００６】
モータのＰＷＭ制御においては、特定の２相のコイル対に通電する周期において、そのコイル対の端子に、直流電源への接続極性が所定のデューティ比により交互に切り替わるようにスイッチングする方式が知られている（以下、極性反転型ＰＷＭ方式という）。この方式は、２つのコイルが正又は負のいずれかの極性にて電源による通電を常に受けているために、スイッチングに伴なう電源へのフライホイール電流がほとんど生じない。従って、電源からモータへ供給される電流を電流センサにより検出する際に、その検出精度を高めることができ、急ハンドル時などモータを高負荷回転させるときに、電流検出精度が低下しにくい利点がある。また、モータの端子電圧がデューティ比によらず一定であり、端子電圧異常に基づいた故障判定も容易である。しかし、極性反転のためには通電経路の切替えが必要であり、経路切替えのための半導体スイッチング素子の一方をＯＮからＯＦＦへ、他方をＯＦＦからＯＮへ同時に切り替える必要がある。しかし、半導体スイッチング素子のＯＮ状態とＯＦＦ状態との切替え時に生ずる過渡現象のため、上記２つの素子の切替えタイミングには一定のインターバルを設定する必要がある。このインターバルはＰＷＭ制御上のデッドタイムとなり、デューティ比の小さい領域でのモータ電流すなわち回転速度の直線性が悪く、低速領域での制御をスムーズに行なえなくなるほか、振動も生じやすい欠点がある。
【０００７】
他方、別のＰＷＭ制御方式として、特定の２相のコイル対に通電する周期において、そのコイル対の端子への電圧印加極性を変えず、一方の端子は電源に常時接続して、他方の端子のみ所定のデューティ比にてスイッチングする方式がある（以下、極性非反転型ＰＷＭ方式という）。この方式は、スイッチングシーケンスが簡便であり、また通電極性の反転もないので、前記のようなスイッチングのデッドタイムが生じない。従って、低速領域での制御性がよく振動も生じにくい。しかし、スイッチＯＦＦ時においては電源による通電自体が遮断されるためフライホイール電流が非常に大きくなり、電流検出精度が低下しやすい問題がある。さらに、モータの端子電圧がデューティ比によって変化し、端子電圧異常に基づいた故障判定が困難である。
【０００８】
このように、従来のＰＷＭ制御方式では、低負荷回転領域にて要求されるモータの制御安定性と、高負荷回転領域において要求される電流検出精度とを両立できない欠点があった。本発明の課題は、この欠点を解消した車両用操舵制御システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、操舵用のハンドル軸に与えられる操作角と車両の運転状態とに応じて、車輪操舵軸に与えるべき操舵角を決定し、当該操舵角が得られるように車輪操舵軸を操舵軸駆動モータにより回転駆動するようにした車両用操舵制御システムにおいて、上記の課題を解決するために、
ハンドル軸の角度位置（ハンドル軸角度位置）を検出するハンドル軸角度検出部と、
車輪操舵軸の角度位置（操舵軸角度位置）を検出する操舵軸角度検出部と、
車両の運転状態を検出する運転状態検出部と、
検出されたハンドル軸角度位置と車両の運転状態とに基づいて車輪操舵軸の目標角度位置を決定し、該操舵軸角度位置が目標角度位置に近づくように、モータの動作を制御する操舵制御部と、
操舵軸駆動モータに通電される電流を検出する電流センサと、を備え、
車輪操舵軸の回転をハンドル軸の回転に追従させるために、操舵軸角度位置と目標角度位置との隔たりに応じて操舵軸駆動モータの回転速度をＰＷＭ制御のデューティ比により調整するものであり、
操舵軸駆動モータは、直流電源を用いて、各々一方の端にて結合され他方の端が通電端子とされた２相のコイルを対として通電がなされ、そのコイル対への通電端子の一方を第一端子、他方を第二端子としたとき、ＰＷＭ制御が、
第一端子を直流電源の第一極に接続した状態で非スイッチングとし、第二端子を直流電源の第二極に接続した状態で、デューティ比ηが可変の第一の周期にてスイッチングする第一通電状態と、
第一端子を直流電源の第一極に接続した状態でデューティ比ηが可変の第一の周期にてスイッチングし、第二端子を直流電源の第二極に接続した状態で非スイッチングとする第二通電状態と、
を第二の周期にて交互に繰り返すことにより行なわれることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、操舵軸駆動モータに通電される電流を電流センサにより検出するとともに、操舵軸駆動モータをＰＷＭ制御により回転制御する。採用されるＰＷＭ方式は、第一通電状態と第二通電状態とを個別に見ると、いずれも前述の極性非反転型ＰＷＭ方式になっている。従って、低速領域での制御性がよく振動も生じにくい。また、第一通電状態と第二通電状態とおそれぞれにおいてフライホイール電流が発生するが、スイッチングを行なう端子が互いに逆になっているため、モータドライバ内を流れるフライホイール電流の経路は、上記の第一通電状態と第二通電状態とで互いに相違する（例えばＨ型ブリッジにて構成されたモータドライバ内においては上段と下段）。従って、上記の第一通電状態と第二通電状態とを交互に繰り返すことにより、フライホイール電流の経路が交互に切り替わり、モータに通電される電流検出への影響を軽減することができる。その結果、高負荷回転時の電流検出を常に正確に行なうことができ、かつ、低負荷回転時のモータの制御性向上あるいは振動抑制も両立することができる。
【００１１】
なお、第二周期をなす第一通電状態と第二通電状態との各継続期間は必要に応じて互いに異なる値に設定することもできる。しかし、第一通電状態と第二通電状態との継続期間を互いに等しく設定しておくと、モータの端子電圧がデューティ比による変動を受けなくなり、端子電圧に基づいた故障判定が行ないやすくなる利点が新たに生ずる。また、スイッチング制御の処理をより簡便に行なうことができる。
【００１２】
本発明の車両用操舵制御システムには、電流センサによる電流検出結果に基づいて、操舵軸駆動モータへの通電を制限するモータ作動制限手段を設けることができる。このようにすると、例えば電流センサによる電流検出結果が操舵軸駆動モータの過電流状態を示すものとなったとき、モータへの通電が適切に制限され、過度の温度上昇等が抑制されるので、モータ寿命を向上させることができる。そして、本発明によれば、前述のＰＷＭ制御方式を採用することにより、低速領域での制御性を損なうことなく、電流制限が必要となる可能性がある高速領域において、モータに通電される電流の検出を正確に行なうことができ、ひいては、モータ作動制限手段を常に最適な状態で機能させることができる。
【００１３】
本発明の車両用操舵制御システムは、ハンドル軸と車輪操舵軸とが機械的に分離された構造を採用することができる。この場合、ハンドル軸への手動操作力が車輪操舵軸に直接伝達されるように、両軸を一体回転可能にロック結合したロック状態と、該ロック結合を解除したアンロック状態との間で切替え可能なロック機構を設けておくことができる。このようにすると、システム上のトラブルにより所期の操舵制御が行なえなくなったときは、ハンドル軸と車輪操舵軸とをロック結合することにより、ハンドルによるマニュアル操舵が可能となり、車両の運転を問題なく継続できる。そして、モータ作動制限手段は、ロック機構をロック状態とし操舵軸駆動モータを停止させるロック制御手段を有するものとして構成できる。この通電制限も、例えば前述のロック機構を用いて行なうことが可能である。つまり、ハンドル軸と車輪操舵軸とをロック結合することにより、モータの動作を容易に制限もしくは休止させることができる。例えば、操舵軸駆動モータが過電流状態となったときは、ハンドル軸と車輪操舵軸とをロック結合して操舵可能な状態を確保しつつ、モータへの通電を制限もしくは停止し、温度上昇を未然に防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明が適用される車両用操舵制御システムの、全体構成の一例を模式的に示したものである（なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない）。該車両用操舵制御システム１は、操舵用ハンドル２に直結されたハンドル軸３と、車輪操舵軸８とが機械的に分離された構成を有する。車輪操舵軸８はアクチュエータとしてのモータ６により回転駆動される。車輪操舵軸８の先端はステアリングギアボックス９内に延び、該車輪操舵軸８とともに回転するピニオン１０がラックバー１１を軸線方向に往復動させることにより、車輪１３，１３の転舵角が変化する。なお、本実施形態の車両用操舵制御システム１においては、ラックバー１１の往復動が、周知の油圧式、電動式あるいは電動油圧式のパワーアシスト機構１２により駆動補助されるパワーステアリングが採用されている。
【００１５】
ハンドル軸３の角度位置φは、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるハンドル軸角度検出部１０１により検出される。他方、車輪操舵軸８の角度位置θは、同じくロータリエンコーダ等の角度検出部からなる操舵軸角度検出部１０３により検出される。また、本実施形態においては、自動車の運転状態を検出する運転状態検出部として、車速Ｖを検出する車速検出部（車速センサ）１０２が設けられている。車速検出部１０２は、例えば車輪１３の回転を検出する回転検出部（例えばロータリエンコーダやタコジェネレータ）で構成される。そして、操舵制御部１００が、検出されたハンドル軸３の角度位置φと車速Ｖとに基づいて、車輪操舵軸８の目標角度位置θ’を決定し、該車輪操舵軸８の角度位置θが目標角度位置θ’に近づくように、モータドライバ１８を介して、モータ６の動作を制御する。
【００１６】
なお、ハンドル軸３と車輪操舵軸８との間には、両者を一体回転可能にロック結合したロック状態と、該ロック結合を解除したアンロック状態との間で切替え可能なロック機構１９が設けられている。ロック状態では、ハンドル軸３の回転角が変換されることなく（つまり、舵角変換比が１：１）車輪操舵軸８に伝達され、マニュアルステアリングが可能となる。該ロック機構１９のロック状態への切替えは、異常発生時などにおいて操舵制御部１００からの指令によりなされる。
【００１７】
図２は、モータ６による車輪操舵軸８の駆動部ユニットの構成例を、自動車への取付状態にて示すものである。該駆動部ユニット１４において、ハンドル２（図１）の操作によりハンドル軸３を回転させると、モータケース３３がその内側に組み付けられたモータ６とともに一体的に回転するようになっている。本実施形態においては、ハンドル軸３は、ユニバーサルジョイント３１９を介して入力軸２０に連結され、該入力軸２０がボルト２１，２１を介して第一カップリング部材２２に結合されている。この第一カップリング部材２２にはピン３１が一体化されている。他方、ピン３１は、第二カップリング部材３２の一方の板面中央から後方に延びるスリーブ３２ａ内に係合してはめ込まれている。他方、筒状のモータケース３３は、第二カップリング部材３２の他方の板面側に一体化されている。なお、符号４４はゴムあるいは樹脂にて構成されたカバーであり、ハンドル軸３と一体的に回転する。また、符号４６は、コックピットパネル４８に一体化された駆動部ユニット１４を収容するためのケースであり、符号４５は、カバー４４とケース４６との間をシールするシールリングである。
【００１８】
モータケース３３の内側には、コイル３５，３５を含むモータ６のステータ部分２３が一体的に組み付けられている。該ステータ部分２３の内側には、モータ出力軸３６がベアリング４１を介して回転可能に組み付けられている。また、モータ出力軸３６の外周面には永久磁石からなる電機子３４が一体化されており、この電機子３４を挟む形でコイル３５，３５が配置されている。なお、コイル３５，３５からは、モータケース３３の後端面に連なるように給電端子５０が取り出され、該給電端子５０において給電ケーブル４２によりコイル３５，３５に給電がなされる。
【００１９】
後述の通り、本実施形態においてモータ６はブラシレスモータであり、給電ケーブル４２は、該ブラシレスモータの各相のコイル３５，３５に個別に給電する素線を集合させた帯状の集合ケーブルとして構成されている。そして、モータケース３３の後端側に隣接する形でハブ４３ａを有するケーブルケース４３が設けられ、その中に給電ケーブル４２が、ハブ４３ａに対してゼンマイ状に巻かれた形で収容されている。給電ケーブル４２の、給電端子５０に接続されているのと反対の端部は、ケーブルケース４３のハブ４３ａに固定されている。そして、ハンドル軸３がモータケース３３ひいては給電端子５０とともに正方向又は逆方向に回転すると、ケーブルケース４３内の給電ケーブル４２は、ハブ４３ａへの巻き付き又は繰り出しを生じさせることにより、上記モータケース３３の回転を吸収する役割を果たす。
【００２０】
モータ出力軸３６の回転は、減速機構７を介して所定比率（例えば１／５０）に減速された上で車輪操舵軸８に伝達される。本実施形態において減速機構７は、ハーモニックドライブ減速機にて構成してある。すなわち、モータ出力軸３６には、楕円型のインナーレース付ベアリング３７が一体化され、その外側に変形可能な薄肉の外歯車３８がはめ込まれている。そして、この外歯車３８の外側に、カップリング４０を介して車輪操舵軸８が一体化された内歯車３９，１３９が噛み合っている。内歯車３９，１３９は、同軸的に配置された内歯車（以下、第一内歯車ともいう）３９と内歯車（以下、第二内歯車ともいう）１３９とからなり、第一内歯車３９がモータケース３３に固定されて該モータケース３３と一体回転する一方、第二内歯車１３９はモータケース３３に非固定とされ、該モータケース３３に対して相対回転可能とされている。第一内歯車３９はこれと噛み合う外歯車３８との歯数差がゼロであり、外歯車３８との間での相対回転を生じない（つまり、回転するモータ出力軸３６に対して、第一内歯車３９ひいてはモータケース３３及びハンドル軸３が、遊転可能に結合されているともいえる）。他方、第二内歯車１３９は外歯車３８よりも歯数が大きく（例えば２）、内歯車１３９の歯数をＮ、外歯車３８と内歯車１３９との歯数差をｎとすると、モータ出力軸３６の回転をｎ／Ｎに減速した形で車輪操舵軸８に伝達する。また、内歯車３９，１３９は、本実施形態においては、コンパクト化を図るために、ハンドル軸３の入力軸２０、モータ出力軸３６及び車輪操舵軸８が同軸的に配置されている。
【００２１】
次に、ロック機構１９は、ハンドル軸３に対して相対回転不能なロックベース部（本実施形態においてはモータケース３３）側に固定されたロック部材５１と、ロック受けベース部（本実施形態においては、モータ出力軸３６側）に設けられたロック受け部材５２とを有する。図３に示すように、ロック部材５１は、ロック受け部材５２に形成されたロック受け部５３に係合するロック位置と、該ロック受け部５３から退避したアンロック位置との間で進退可能に設けられている。本実施形態においては、車輪操舵軸８と一体的に回転するロック受け部材５２の周方向にロック受け部５３が所定の間隔で複数形成され、ロック部材５１の先端に設けられたロック部５１ａが、車輪操舵軸８の回転角位相に応じて、それら複数のロック受け部５３の任意の１つのものに選択的に係合するようになっている。ハンドル軸３はモータケース３３に対し（本実施形態では、カップリング２２及びピンにより）相対回転不能に結合されている。ロック部材５１とロック受け部材５２とが非係合（非ロック状態）の場合は、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して回転し、その回転が外歯車３８を経て第一内歯車３９及び第二内歯車１３９にそれぞれ伝達される。モータケース３３に固定された第一内歯車３９は、前述の通り外歯車３８に対して相対回転しないので、結果的にハンドル軸３と同速で回転する（つまり、ハンドル操作に追従して回転する）。また、第二内歯車１３９は、モータ出力軸３６の回転を車輪操舵軸８に減速して伝達し、車輪操舵軸８の回転駆動を担う。他方、ロック部材５１とロック受け部材５２とが係合してロック状態になると、モータ出力軸３６はモータケース３３に対して相対回転不能となる。そして、減速機構７の内歯車３９，１３９のうち、第一内歯車３９がモータケース３３に固定されているから、第一内歯車３９、外歯車３８及び第二内歯車１３９の順でハンドル軸３の回転が車輪操舵軸８に直接伝達されることとなる。
【００２２】
なお、本実施形態においては、ロック受け部材５２は、モータ出力軸３６の一端の外周面に取り付けられ、各ロック受け部５３は、該ロック受け部材５２の外周面から半径方向に切れ込む凹状に形成されている。また、図２に示すように、ロック部材５１は、モータケース３３に設けられた回転ベース３００に対し、車輪操舵軸８とほぼ平行な軸線周りに回転可能に取り付けられ、その後端部５５ａが結合されている。また、ソレノイド５５の付勢が解除されたときに、ロック部材５１を元の位置に弾性復帰させる弾性部材５４が設けられている。ソレノイド５５の付勢及び付勢解除の動作により、ソレノイド５５ａの先端に設けられた凸部５５ａとロック部材５１の一端部５１ｂに形成された溝部を介してロック部材５１の先端に形成されたロック部５１ａが、前記したロック／アンロックのためにロック受け部材５２に対し接近／離間する。なお、ソレノイド５５の付勢時がロック状態となるかアンロック状態となるかは選択可能であるが、本実施形態では、ソレノイド５５の付勢時にアンロックとなるように定めてある。これによると、電源遮断時等においてソレノイド５５が付勢解除されたとき、弾性部材５４の作用によりロック状態となり、マニュアル操舵が可能となる。
【００２３】
図４は、操舵制御部１００の電気的構成の一例を示すブロック図である。操舵制御部１００の要部をなすのは２つのマイコン１１０及び１２０である。主マイコン１１０は、主ＣＰＵ１１１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１１２、ＣＰＵ１１１のワークエリアとなる主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１３及び入出力インターフェース１１４を有する。また、副マイコン１２０は、副ＣＰＵ１２１、制御プログラムを格納したＲＯＭ１２２、副ＣＰＵ１２１のワークエリアとなる副ＣＰＵ側ＲＡＭ１２３及び入出力インターフェース１２４を有する。車輪操舵軸８を駆動するモータ６（アクチュエータ）の動作制御を直接行なうのは主マイコン１１０であり、副マイコン１２０は、必要なパラメータ演算等、モータ６の動作制御に必要なデータ処理を主マイコン１１０と並行して行なうとともに、そのデータ処理結果を主マイコン１１０との間で通信することにより、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかを監視・確認し、必要に応じて情報の補完を行なう補助制御部としての機能を果たす。本実施形態において主マイコン１１０と副マイコン１２０とのデータ通信は、入出力インターフェース１１４，１２４間の通信によりなされる。なお、両マイコン１１０及び１２０は、自動車の運転終了後（すなわち、イグニッションＯＦＦ後）においても、図示しない安定化電源からの電源電圧Ｖｃｃ（例えば＋５Ｖ）の供給を受け、ＲＡＭ１１３，１２３あるいはＥＥＰＲＯＭ（後述）１１５の記憶内容が保持されるようになっている。
【００２４】
ハンドル軸角度検出部１０１、車速検出部１０２及び操舵軸角度検出部１０３の各出力は、主マイコン１１０及び副マイコン１２０の入出力インターフェース１１４，１２４にそれぞれ分配入力される。本実施形態では、いずれの検出部もロータリエンコーダで構成され、そのエンコーダからの計数信号が図示しないシュミットトリガ部を経て入出力インターフェース１１４，１２４のデジタルデータポートに直接入力されている。また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、前述のロック機構１９の駆動部をなすソレノイド５５が、ソレノイドドライバ５６を介して接続されている。
【００２５】
モータ６はブラシレスモータ、本実施形態では３相ブラシレスモータにて構成され、ＰＷＭ制御により回転速度が調整される。また、モータドライバ１８には、モータ６の電源となる車載バッテリー５７が接続されている。モータドライバ１８が受電するバッテリー５７の電圧（電源電圧）Ｖｓは、自動車の各所に分散した負荷の状態や、オルターネータの発電状態により随時変化する（例えば９〜１４Ｖ）。本実施形態においては、このような変動するバッテリー電圧Ｖｓを、安定化電源回路を介さず、モータ電源電圧として直接使用する。操舵制御部１００は、このように相当幅にて変動する電源電圧Ｖｓの使用を前提として、モータ６の制御を行なうので、電源電圧Ｖｓの検出部が設けられている。本実施形態では、モータ６への通電経路（ドライバ１８の直前）から電圧検出用の分岐経路が引き出され、そこに設けられた分圧抵抗６０，６０を経て電圧検出信号を取り出している。該電圧検出信号はコンデンサ６１により平滑化された後、電圧フォロワ６２を経て入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄ変換機能付入力ポート（以下、Ａ／Ｄポートという）に入力される。
【００２６】
また、過電流発生の有無など、モータ６の通電状態を監視するために、モータ６への通電経路上に電流検出部が設けられている。具体的には、経路上に設けられたシャント抵抗（電流検出抵抗）５８の両端電圧差を電流センサ７０により検出し、入出力インターフェース１１４，１２４のＡ／Ｄポートに入力するようにしている。電流センサ７０は、例えば図６に示すように、シャント抵抗５８の両端電圧を、電圧フォロワ７１，７２を介して取り出し、オペアンプ７３と周辺の抵抗器７４とからなる差動増幅器７５により増幅して出力するものである。差動増幅器７５の出力は、シャント抵抗５８を流れる電流値に比例したものとなるので、これを電流検出値Ｉｓとして用いることができる。なお、シャント抵抗以外にも、ホール素子や電流検出コイルなど、電磁的な原理に基づいて電流検出するプローブを用いてもよい。
【００２７】
図４に戻り、両マイコン１１０，１２０のＲＡＭ１１３，１２３には、それぞれ以下のようなメモリエリアが形成されている。
（１）車速（Ｖ）測定値メモリ：車速センサ１０２からの現在の車速Ｖの測定値を記憶する。
（２）ハンドル軸角度位置（φ）カウンタメモリ：ハンドル軸角度位置検出部１０１をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、ハンドル軸角度位置φを示すそのカウント値を記憶する。なお、ロータリエンコーダは回転方向の識別が可能なものを使用し、正方向回転の場合はカウンタをインクリメントし、逆方向回転の場合はデクリメントする。
（３）舵角変換比（α）算出値メモリ：車速検出値に基づいて算出された舵角変換比αを記憶する。
（４）目標操舵軸角度位置（θ’）算出値メモリ：現在のハンドル軸角度位置φと舵角変換比αとの値から、例えばφ×αにより算出された操舵軸角度位置の目標値、すなわち目標操舵軸角度位置θ’の値を記憶する。
（５）操舵軸角度位置（θ）カウンタメモリ：操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの計数信号をカウントし、操舵軸角度位置θを示すそのカウント値を記憶する。
（６）Δθ算出値メモリ：目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの隔たりΔθ（＝θ’−θ）の算出値を記憶する。
（７）電源電圧（Ｖｓ）検出値メモリ：モータ６の電源電圧Ｖｓの検出値を記憶する。
（８）デューティ比（η）決定値メモリ：モータ６をＰＷＭ通電するための、Δθと電源電圧Ｖｓとに基づいて決定されたデューティ比ηを記憶する。
（９）電流（Ｉｓ）検出値メモリ：電流センサ７０による電流Ｉｓの検出値を記憶する。
【００２８】
そして、上記主マイコン１１０は、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムにより、本発明の以下の各手段として機能する（副マイコン１２０も、ＲＯＭ１２２に記憶された制御プログラムにより、主マイコン監視用に同様の処理が実行される）。
▲１▼ＰＷＭ制御切替え手段：ＰＷＭ方式選択フラグの値を参照して、ＰＷＭ方式を第一の方式と第二の方式との間で切り替える。
▲２▼モータ作動制限手段：電流センサ７０の異常判定結果を受けた場合に、ロック機構１９のロック用ソレノイド５５の付勢状態を切り替えて、ハンドル軸３と車輪操舵軸８とをロック結合状態とし、モータ６を停止させる（ロック制御手段）。
【００２９】
また、主マイコン１１０の入出力インターフェース１１４には、運転終了時（つまり、イグニッションＯＦＦ時）における車輪操舵軸８の角度位置、すなわち終了角度位置を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ１１５が第二の記憶部として設けられている。該ＥＥＰＲＯＭ１１５（ＰＲＯＭ）は、主ＣＰＵ１１１が主ＣＰＵ側ＲＡＭ１１２に対するデータ読出し／書込みを行なう第一の動作電圧（＋５Ｖ）においては、主ＣＰＵ１１１によるデータの読出しのみが可能であり、他方、第一の動作電圧（＋５Ｖ）とは異なる第二の動作電圧（本実施形態では、第一の動作電圧より高い電圧が採用される：例えば＋７Ｖ）を設定することにより主ＣＰＵ１１１によるデータの書込みが可能となるものであり、主ＣＰＵ１１１が暴走しても内容が誤って書き換えられることがない。第二の動作電圧は、ＥＥＰＲＯＭ１１５と入出力インターフェース１１４との間に介在する図示しない昇圧回路によって生成される。
【００３０】
以下、車両用操舵制御システム１の動作について説明する。
図１２には、主マイコン１１０による制御プログラムの主ルーチンの処理の流れを示すものである。Ｓ１は初期化処理であり、前回イグニッションスイッチをＯＦＦにしたときの終了処理にてＥＥＰＲＯＭ１１５に書き込まれている車輪操舵軸８の終了角度位置（後述）を読み出し、該終了角度位置を、処理開始に際しての車輪操舵軸８の初期角度位置として設定することを要旨とする。具体的には、終了角度位置を示すカウンタ値を、前述の操舵軸角度位置カウンタメモリにセットする。なお、後述するＥＥＰＲＯＭ１１５へのデータ書込み完了フラグは、この時点でクリアしておく。
【００３１】
初期化処理が終了すれば、Ｓ２に進んで操舵制御処理となる。該操舵制御処理は、パラメータサンプリングの間隔を均一化するために、一定の周期（例えば数百μｓ）にて繰り返し実行される。その詳細を、図１３により説明する。Ｓ２０１においては、現在の車速Ｖの検出値をリードし、次いでＳ２０２ではハンドル軸角度位置φをリードする。そして、Ｓ２０３においては、車速Ｖの算出値から、ハンドル軸角度位置φを目標操舵軸角度位置θ’に変換するための舵角変換比αを決定する。舵角変換比αは、車速Ｖに応じて異なる値が設定される。具体的には、図１０に示すように、車速Ｖが一定以上に大きい状態では、舵角変換比αは小さく設定され、車速Ｖが一定以下に小さい低速走行時には舵角変換比αは大きく設定される。本実施形態では、図９に示すような、種々の車速Ｖに対応した舵角変換比αの設定値を与えるテーブル１３０をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、このテーブル１３０を参照して現在の車速Ｖに対応する舵角変換比αを補間法により算出する。なお、本実施形態においては、車両の運転状態を示す情報として車速Ｖを用いているが、これ以外にも、車両が受ける横圧や路面の傾斜角等を車両の運転状態を示す情報としてセンサにより検出し、その検出値に応じて舵角変換比αを特有の値に設定することが可能である。また、車速Ｖに応じて舵角変換比αの基本値を決定し、上記のような車速以外の情報に基づいて、その基本値を随時補正して使用することも可能である。
【００３２】
Ｓ２０４では、検出されたハンドル軸角度位置φに、決定された舵角変換比αを乗じて目標操舵軸角度位置θ’を算出する。そして、Ｓ２０５において、現在の操舵軸角度位置θを読み取る。Ｓ２０６では、操舵軸角度位置カウンタから求められた現在の操舵軸角度位置θと目標操舵軸角度位置θ’との隔たりΔθ（＝θ’−θ）を算出する。さらにＳ２０７においては、現在の電源電圧Ｖｓの検出値を読み取る。
【００３３】
モータ６は、目標操舵軸角度位置θ’と現在の操舵軸角度位置θとの差Δθが縮小するように車輪操舵軸８を回転駆動する。そして、操舵軸角度位置θが目標操舵軸角度位置θ’に迅速かつスムーズに近づくことができるように、Δθが大きいときはモータ６の回転速度を大きくし、逆にΔθが小さいときはモータ６の回転速度を小さくする。基本的にはΔθをパラメータとした比例制御であるが、オーバーシュートやハンチング等を抑制し、制御の安定化を図るために、Δθの微分あるいは積分を考慮した周知のＰＩＤ制御を行なうことが望ましい。
【００３４】
モータ６は前述の通りＰＷＭ制御されており、回転速度は、そのデューティ比ηを変更することにより調整される。電源電圧Ｖｓが一定であれば、デューティ比により回転速度をほぼ一義的に調整できるが、本実施形態では前述の通り電源電圧Ｖｓは一定でない。従って、電源電圧Ｖｓも考慮してデューティ比ηを定めるようにする（Ｓ２０８）。例えば、図１１に示すように、種々の電源電圧ＶｓとΔθとの各組み合わせに対応したデューティ比ηを与える二次元のデューティ比変換テーブル１３１をＲＯＭ１１２（１２２）に格納しておき、電源電圧Ｖｓの検出値とΔθの算出値に対応するデューティ比ηの値を読み取って用いることができる。なお、モータ６の回転速度は負荷によっても変動する。この場合、電流センサ７０によるモータ電流Ｉｓの検出値を元に、モータ負荷の状態を推定し、デューティ比ηを補正して用いることも可能である。
【００３５】
次に、Ｓ２０９に進み、電流検出処理となる。ここでは、電流センサ７０が出力するモータ６の電流検出値をリードする。そして、電流検出値Ｉｓが規定の条件を超えて大きくなったときは過電流と判断し、前記と同様にハンドル軸３と車輪操舵軸８とのロックを行なって、モータ６を停止させる。例えば、電流検出値Ｉｓが、規定値よりも高い状態が一定時間以上継続する場合は過電流と判断して、上記のロック機構１９を作動させることができる（この場合、過電流状態が解消されれば、ロックを解除する）。
【００３６】
ここまでの処理は、図４の主マイコン１１０と副マイコン１２０との双方にて並列的に実行される。例えば、主マイコン１１０の動作が正常であるかどうかは、主マイコン１１０のＲＡＭ１１３に記憶された各パラメータの演算結果を副マイコン１２０に随時転送し、副マイコン１２０側にて、ＲＡＭ１２３の記憶内容と照合することにより、異常発生の有無を監視させることができる。他方、主マイコン１１０側では、決定されたデューティ比ηを元にＰＷＭ信号を生成する。そして、操舵軸角度検出部１０３をなすロータリエンコーダからの信号を参照してモータドライバ１８に対し、通電に関与する相のコイルをスイッチングするＦＥＴ（図７）へ該ＰＷＭ信号を出力することにより、モータ６をＰＷＭ制御する。
【００３７】
図１２に戻り、Ｓ３ではイグニッションスイッチがＯＦＦされているかどうかを確認し、もしＯＦＦされている場合はＳ４の終了処理となる。すなわち、イグニッションスイッチがＯＦＦになっている場合は、自動車の運転が終了したことを意味するから、主マイコン１１０において操舵軸角度位置カウンタに記憶されている、車輪操舵軸８の終了角度位置を読み出し、これをＥＥＰＲＯＭ１１５に格納し、さらに、ＲＡＭ１１３に設けられたデータ書込み完了フラグをセットして処理を終了する。
【００３８】
以下、モータ６のＰＷＭ制御の実施形態について詳しく説明する。モータ６は前述の通り、３相ブラシレスモータにて構成されている。図２に示すコイル３５，３５は、図５に示すように、１２０゜間隔で配置された３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗからなり、これらのコイルＵ，Ｖ，Ｗと、電機子３４との相対的な角度関係が、モータ内に設けられた角度センサをなすホールＩＣにより検出される。そして、これらホールＩＣの出力を受けて、図１のモータドライバ１８は、図５に示すように、コイルＵ，Ｖ，Ｗの通電を、Ｗ→Ｕ（１）、Ｕ→Ｖ（３）、Ｖ→Ｗ（５）のごとく循環的に順次切り替える（正方向回転の場合：逆方向回転の場合は、上記の逆順のスイッチングとなる）。図８（ｂ）に、正方向回転の場合の、各相のコイルの通電シーケンスを示している（「Ｈ」が通電、「Ｌ」が非通電を表す：逆方向回転の場合は、図の左右を反転したシーケンスとなる）。図中の括弧書きの数字は、図５の対応する番号における電機子３４の角度位置を表している。
【００３９】
図４に戻り、モータ６の回転制御は、上記コイルＵ，Ｖ，Ｗの各相の通電切替えシーケンスに、駆動制御部１００（本実施形態では、主マイコン１１０）からのＰＷＭ信号によるデューティ比制御シーケンスが重畳された形で行なわれる。図７は、モータドライバ１８の回路例を示すもので、コイルＵ，Ｖ，Ｗの各端子ｕ，ｕ’，ｖ，ｖ’，ｗ、ｗ’に対応したＦＥＴ（半導体スイッチング素子）７５〜８０が、周知のＨ型ブリッジ回路を構成するように配線されている（符号８７〜９２は、コイルＵ，Ｖ，Ｗのスイッチングに伴なう誘導電流のバイパス経路を形成するフライホイールダイオードである）。ＡＮＤゲート８１〜８６によりモータ側のホールＩＣ（角度センサ）からのスイッチング信号と駆動制御部１００からのＰＷＭ信号との論理積信号を作り、これを用いてＦＥＴ７５〜８０をスイッチング駆動すれば、通電に関与する相のコイルを選択的にＰＷＭ通電することができる。
【００４０】
なお、駆動制御部１００側においてＦＥＴ７５〜８０にＰＷＭ信号を順次与えるためのタイミングは、ホールＩＣ（角度センサ）からの信号を駆動制御部１００に分配することにより認識させてもよいが、本実施形態では、別途ロータリエンコーダを用いてこれを検出している。このロータリエンコーダはモータ出力軸３６の回転角度を検出するものであり、その角度検出値は減速後の車輪操舵軸８の角度位置と一義的な対応関係を有する。そこで、本実施形態では、このロータリエンコーダを操舵軸角度検出部１０３として利用する。
【００４１】
図８（ａ）は、上記のロータリエンコーダを模式的に示すもので、ブラシレスモータの通電シーケンスを制御するために、時系列的な出現順序が定められたコイル通電パターンを各々特定するためのビットパターンが、円板の周方向に一定の角度間隔で形成されたものである。本実施形態においては、３相ブラシレスモータを使用しているので、図８（ｂ）に示すコイルＵ，Ｖ，Ｗの通電シーケンスが得られるように、その（１）〜（６）（図５参照）の通電パターンに対応した６種類のビットパターンが、円板の周方向に３０゜間隔で形成されている。従って、モータ６の電機子３４が回転すると、これと同期回転する上記ロータリエンコーダからは、現在通電されるべきコイルを特定するビットパターンが刻々出力される。そこで、駆動制御部１００は、このエンコーダのビットパターンを読み取ることにより、ＰＷＭ信号を送るべきコイルの端子（すなわち、図７のＦＥＴ７５〜８０）を自発的に決定することができる。
【００４２】
なお、モータ出力軸３６の回転は減速されて車輪操舵軸８に伝達されるから、車輪操舵軸８が１回転する間に、ロータリエンコーダが設けられるモータ出力軸３６は複数回回転する。従って、モータ出力軸３６の絶対角度位置のみを示すエンコーダのビットパターンからは、車輪操舵軸８の絶対角度位置を知ることはできない。従って、図４に示すように、ＲＡＭ１１３（１２３）内に、ビットパターン変化の検出回数を計数するカウンタ（操舵軸角度位置カウンタ）を形成し、操舵軸角度位置（θ）をそのカウント数から求めるようにしてある。従って、操舵軸角度検出部１０３は機能的にはインクリメント型ロータリエンコーダに相当するものとみなすことができる。なお、モータ出力軸３６の絶対角度位置についてはビットパターンの種別により読み取ることができるから、そのビットパターンの変化順序をモニタすれば、モータ出力軸３６ひいては車輪操舵軸８の回転方向（すなわち、ハンドルを切る向きである）を知ることができる。従って、車輪操舵軸８の回転方向が正であれば上記のカウンタをインクリメントし、逆であればカウンタをデクリメントする。
【００４３】
本実施形態においては、ＰＷＭ制御方式として、図１４に示すものが採用されている。既に説明した通り、相Ｕ，Ｖ，Ｗの各コイルは、Ｕ→Ｖ、Ｖ→Ｗ、Ｗ→Ｕの順で、各々一方の端にて結合され他方の端が通電端子とされた２相のコイルを対として通電がなされる。例えば、コイル対Ｕ→Ｖの通電時について考えると、図７のＨ型ブリッジ回路において、コイルＵ側である第一端子を直流電源の正極（第一極）に接続し、コイルＶ側である第二端子を直流電源の負極（第二極）に接続する。そして、第二端子をデューティ比ηが可変の第一の周期ｔ０にてスイッチングする第一通電状態Ｐ１と、第一端子を同じくデューティ比ηで第一の周期ｔ０にてスイッチングする第二通電状態Ｐ２とが交互に繰り返される。第一通電状態Ｐ１では、スイッチｕ（ＦＥＴ７５）を連続的にＯＮにし、スイッチｖ’（ＦＥＴ７８）をデューティ比ηにてスイッチングする。また、第二通電状態Ｐ２では、スイッチｖ’（ＦＥＴ７８）を連続的にＯＮにし、スイッチｕ（ＦＥＴ７５）をデューティ比ηにてスイッチングする。他のスイッチは全てＯＦＦである。そして、Ｕ→Ｖ、Ｖ→Ｗ、Ｗ→Ｕと通電対象となるコイル対が切り替えられると、図のごとく、使用されるスイッチは対応するものが順次選択されて、同様のスイッチングがなされる。なお、第一通電状態Ｐ１の継続時間Ｔ１と、第二通電状態Ｐ２の継続時間Ｔ２とは互いに等しく設定されている。このようなスイッチング処理は、図４の主ＣＰＵ１１１により、図１５のフローチャートに従いソフト的に実行される（図１５では、Ｕ→Ｖ通電時のフローのみ示しているが、Ｖ→Ｗ、Ｗ→Ｕ通電時も、使用するスイッチが異なるのみで（図１４参照）、基本的に同様の処理となる）。図１５のようなＰＷＭ制御ルーチンは、図１３の操舵制御処理の１ジョブとして組み入れられる（例えばＳ２０８の直後など）。
【００４４】
図１４において、第一通電状態Ｐ１と第二通電状態Ｐ２とは、いずれも極性非反転型ＰＷＭ方式になっているので、低速領域での制御性がよく振動も生じにくい。また、図１６の右にモータドライバ１８の模式回路図を示しているが、第一通電状態Ｐ１においてはスイッチｖ’がＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＦＦ切替え時に発生するフライホイール電流の経路は▲２▼であり、ドライバ１８の回路をなすＨ型ブリッジの上段を流れる。他方、第二通電状態Ｐ２においてはスイッチｕがＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＦＦ切替え時に発生するフライホイール電流の経路は▲４▼であり、ドライバ１８の回路をなすＨ型ブリッジの下段を流れる。また、ＯＮ時の通電経路は▲１▼▲３▼で、同じである。従って、第一通電状態Ｐ１と第二通電状態Ｐ２とが交互に繰り返されると、フライホイール電流の経路が交互に切り替わり、モータ６側に戻る成分が軽減されて、電流センサ７０による電流検出への影響を軽減することができる。その結果、高負荷回転時の電流検出精度が高く、他方、極性非反転型ＰＷＭ方式が基本であるから、低負荷回転時のモータの制御性がよく、振動も生じにくい。
【００４５】
さらに、この方式では、モータの端子電圧がデューティ比による変動を受けないので、端子間電圧に基づいた故障判定も行ないやすい。一例として、Ｕ→Ｖ通電時で考え、各相の端子間電圧をＶ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗとし、電源電圧Ｖ_Ｓとする。電源側のＵ相は、ＯＮ時に電源電圧Ｖ_Ｓと等しくなり、ＯＦＦ時に接地レベル（つまり、０Ｖ）となる点に注意すれば、第一通電状態Ｐ１では連続ＯＮなのでＶ_Ｕ＝Ｖ_Ｓであり、第二通電状態Ｐ２では、デューティ比ηにてスイッチングされるので、Ｖ_Ｕ＝η×Ｖ_Ｓとなる。従って、全体の平均としては、
Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｓ＋η×Ｖ_Ｓ）／２＝Ｖ_Ｓ（１＋η）‥‥（１）
となる。
【００４６】
また、接地側のＶ相は、ＯＮ時に接地レベルとなり、ＯＦＦ時に電源電圧Ｖ_Ｓと等しくなる点に注意すれば、第二通電状態Ｐ２では連続ＯＮなので０Ｖであり、第一通電状態Ｐ１では、デューティ比ηにてスイッチングされるので、Ｖ_Ｖ＝（１−η）Ｖ_Ｓとなる。従って、全体の平均としては、
Ｖ_Ｖ＝｛０＋（１−η）×Ｖ_Ｓ）／２＝（１−η）Ｖ_Ｓ／２‥‥（２）
となる。そして、Ｕ相及びＶ相とスター結線されているＷ相は接地側が常時オープンであるから、Ｖ_ＷはＶ_ＵとＶ_Ｖとの平均的な電圧レベルと等しくなる。すなわち、
Ｖ_Ｗ＝（Ｖ_Ｕ＋Ｖ_Ｖ）／２‥‥（３）
である。上記（１）〜（３）より、３相の平均的な端子間電圧を計算すると、その値は、（１／２）Ｖ_Ｓとなり、スイッチングのデューティ比ηの影響を全く受けないことがかわる。なお、（１）及び（２）は、いずれも第一通電状態Ｐ１の継続時間Ｔ１と、第二通電状態Ｐ２の継続時間Ｔ２とが互いに等しいことを前提にしており、Ｔ１≠Ｔ２のときは平均的な端子間電圧にデューティ比ηがパラメータとして残ってしまい、多かれ少なかれ影響を受けることになる。
【００４７】
なお、フライホイール電流の影響は、第一通電状態Ｐ１あるいは第二通電状態Ｐ２のそれぞれにおけるスイッチングの回数が少ないほど軽減される。例えば、図１６に示すタイミングチャートでは、各通電状態Ｐ１あるいはＰ２でのスイッチング回数が最小回数である１回にとどめられている。他方、本実施形態においては、図１５のＰＷＭ制御処理が図１３の操舵制御処理の１ジョブとして組み入れられ、第一通電状態Ｐ１と第二通電状態Ｐ２との各スイッチング処理が、操舵制御処理の１周期毎に交互に繰り返されるようになっている。従って、第一通電状態Ｐ１と第二通電状態Ｐ２との各スイッチング回数を１回として、切れ目無く処理を継続するためには、そのスイッチングの１周期が、操舵制御処理の１周期に対応したものとなるように設定されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用操舵制御システムの全体構成を模式的に示す図。
【図２】駆動部ユニットの一実施例を示す縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の車両用操舵制御システムの電気的構成の一例を示すブロック図。
【図５】本発明の実施形態に使用する３相ブラシレスモータの動作説明図。
【図６】電流センサの回路例を示す図。
【図７】３相ブラシレスモータのドライバ部分の一例を示す回路図。
【図８】図５の３相ブラシレスモータに使用するロータリエンコーダの説明図。
【図９】舵角変換比と車速との関係を与えるテーブルの模式図。
【図１０】車速に応じて舵角変換比を変化させるパターンの一例を示す模式図。
【図１１】モータ電源電圧と角度偏差Δθとによりデューティ比を決定するための二次元テーブルの模式図。
【図１２】本発明の車両用操舵制御システムにおけるコンピュータ処理の主ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１３】図１２の操舵制御処理の詳細の一例を示すフローチャート。
【図１４】ＰＷＭ制御方式の例を示すタイムチャート。
【図１５】図１４のスイッチングパターンをソフト的に実行するための処理例を示すフローチャート。
【図１６】図１４のＰＷＭ制御方式によるＨ型ブリッジ回路に生ずるフライバック電流の概念説明図。
【符号の説明】
３　ハンドル軸
６　モータ（アクチュエータ）
８　車輪操舵軸
５８　シャント抵抗
７０　電流センサ
１００　操舵制御部
１１０　主マイコン（モータ作動制限手段）
１０１　ハンドル軸角度検出部
１０３　操舵軸角度検出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering control system for a vehicle such as an automobile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a steering device for a vehicle, particularly a steering device for an automobile, as one of further enhancements in functionality, an operation angle (steering wheel operation angle) of a steering wheel and a wheel steering angle are not fixed at a 1: 1 ratio. A vehicle equipped with a so-called variable steering angle conversion ratio mechanism has been developed in which a conversion ratio (steering angle conversion ratio) of a steering wheel operating angle to a wheel steering angle is variable according to a driving state of a vehicle. As the driving state of the vehicle, for example, a vehicle speed (vehicle speed) can be exemplified. In high-speed driving, the steering angle conversion ratio is reduced so that the steering angle does not increase rapidly with an increase in the steering wheel operation angle. Then, high-speed running can be stabilized. On the other hand, when driving at low speeds, conversely, by increasing the steering angle conversion ratio, it is possible to reduce the number of rotations of the steering wheel required to turn the steering wheel to the full, and to increase the steering angle such as garage parking, parallel parking, or width shifting. The driving operation can be performed very easily.
[0003]
As a mechanism for varying the steering angle conversion ratio, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-334604, a steering wheel shaft and a wheel steering shaft are directly connected by a gear type transmission unit having a variable gear ratio. There is a type, but this configuration has a disadvantage that the gear ratio changing mechanism of the gear type transmission unit is complicated. Therefore, a type in which a wheel steering shaft is rotationally driven by a motor is proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-334628. Specifically, based on a steering wheel operation angle detected by the angle detection unit and a steering angle conversion ratio determined according to the vehicle driving state, a finally required wheel steering angle is calculated by computer processing, and the calculated angle is calculated. The wheel steering shaft mechanically separated from the handle shaft is rotationally driven by a motor so that the obtained wheel steering angle is obtained.
[0004]
In such a steering control system, in order to cause the rotation of the wheel steering shaft to follow the rotation of the handle shaft, the steering is performed according to the distance between the angular position of the wheel steering shaft (steering shaft angle position) and the target steering shaft angle position. The rotation speed of the shaft drive motor is adjusted by PWM control. For example, when the follow-up control proceeds and the steering shaft angle position approaches the target angle position, it is necessary to precisely control the rotation of the motor at low speed so as not to overshoot. On the other hand, when the steering wheel is suddenly turned, the motor for driving the wheel steering shaft is rotated at a high speed so that the rotation of the wheel steering shaft is not delayed during the steering operation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described steering control system, the frequency of driving of the motor that controls the rotation of the wheel steering shaft becomes extremely high due to frequent steering operations performed during driving of the vehicle. Therefore, it is important to operate this motor stably for a long period of time in order to improve the maintainability of a vehicle employing this type of steering control system. For example, if an overcurrent state due to an overload or the like continues for a long time, the performance of the motor tends to deteriorate. Therefore, it is effective to use the motor while appropriately protecting the motor by monitoring the current value supplied to the motor by a current sensor and, when an overcurrent state is detected, restricting the power supply to the motor.
[0006]
In the PWM control of a motor, a method is known in which a terminal of the specific two-phase coil is switched so that a connection polarity to a DC power supply is alternately switched at a predetermined duty ratio in a cycle of energizing a specific two-phase coil pair. (Hereinafter, referred to as a polarity inversion type PWM method). In this method, since the two coils are always energized by the power supply with either positive or negative polarity, there is almost no flywheel current to the power supply accompanying switching. Therefore, when the current supplied from the power supply to the motor is detected by the current sensor, the detection accuracy can be improved, and when the motor is rotated at a high load such as during a sharp steering, the current detection accuracy is not easily reduced. is there. Further, the terminal voltage of the motor is constant irrespective of the duty ratio, and it is easy to determine a failure based on the abnormal terminal voltage. However, it is necessary to switch the energization path for the polarity reversal, and it is necessary to simultaneously switch one of the semiconductor switching elements for path switching from ON to OFF and the other from OFF to ON. However, because of the transient phenomenon that occurs when the semiconductor switching element switches between the ON state and the OFF state, it is necessary to set a certain interval for the switching timing of the two elements. This interval becomes a dead time in the PWM control, and the linearity of the motor current, that is, the rotation speed in the region where the duty ratio is small is poor, so that the control in the low speed region cannot be performed smoothly, and vibration is liable to occur.
[0007]
On the other hand, as another PWM control method, in a cycle in which a specific two-phase coil pair is energized, the polarity of voltage application to terminals of the coil pair is not changed, one terminal is always connected to a power source, and the other terminal is connected. There is a method of switching only at a predetermined duty ratio (hereinafter referred to as a non-inverted polarity PWM method). In this method, the switching sequence is simple, and there is no reversal of the polarity of the current, so that the switching dead time as described above does not occur. Therefore, the controllability in the low-speed region is good, and the vibration hardly occurs. However, when the switch is turned off, the power supply itself is cut off, so that the flywheel current becomes very large, and there is a problem that the current detection accuracy tends to be reduced. Further, the terminal voltage of the motor changes depending on the duty ratio, and it is difficult to determine a failure based on the terminal voltage abnormality.
[0008]
As described above, the conventional PWM control method has a drawback that the control stability of the motor required in the low-load rotation region and the current detection accuracy required in the high-load rotation region cannot be compatible. An object of the present invention is to provide a vehicle steering control system that has solved the above-mentioned drawback.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
The present invention determines a steering angle to be given to a wheel steering shaft according to an operation angle given to a steering handle shaft and a driving state of a vehicle, and adjusts the wheel steering shaft so that the steering angle is obtained. In a vehicle steering control system that is rotationally driven by a drive motor, in order to solve the above problems,
A handle shaft angle detector for detecting a handle shaft angle position (a handle shaft angle position);
A steering shaft angle detector for detecting an angular position of the wheel steering shaft (steering shaft angle position);
A driving state detection unit that detects a driving state of the vehicle,
A steering control unit that determines a target angular position of a wheel steering shaft based on the detected handle shaft angular position and a driving state of the vehicle, and controls an operation of a motor such that the steering shaft angular position approaches the target angular position. When,
A current sensor for detecting a current supplied to the steering shaft drive motor,
In order to make the rotation of the wheel steering shaft follow the rotation of the handle shaft, the rotation speed of the steering shaft drive motor is adjusted by the duty ratio of the PWM control in accordance with the distance between the steering shaft angle position and the target angle position,
The steering shaft drive motor is energized using a DC power supply as a pair of two-phase coils each of which is coupled at one end and the other end is an energized terminal, and one of the energized terminals to the coil pair is connected. When the first terminal and the other terminal are the second terminal, the PWM control
When the first terminal is connected to the first pole of the DC power supply and is not switched, and when the second terminal is connected to the second pole of the DC power supply, the duty ratio η is switched at a variable first cycle. One energized state,
With the first terminal connected to the first pole of the DC power supply, the duty ratio η switches at a variable first period, and the second terminal is switched off when the second terminal is connected to the second pole of the DC power supply. Two energized states,
Are alternately repeated in the second cycle.
[0010]
In the present invention, the current supplied to the steering shaft drive motor is detected by a current sensor, and the rotation of the steering shaft drive motor is controlled by PWM control. When the first energized state and the second energized state are individually viewed, the adopted PWM system is the above-described non-inverted polarity PWM system. Therefore, the controllability in the low-speed region is good, and the vibration hardly occurs. Further, a flywheel current is generated in each of the first energized state and the second energized state. However, since the terminals for switching are opposite to each other, the path of the flywheel current flowing in the motor driver is the same as that of the above-described first state. The one energized state and the second energized state are different from each other (for example, in a motor driver constituted by an H-type bridge, an upper stage and a lower stage). Therefore, by alternately repeating the first energized state and the second energized state, the path of the flywheel current is alternately switched, and the influence on the detection of the current supplied to the motor can be reduced. As a result, current detection during high-load rotation can always be accurately performed, and both controllability and vibration suppression of the motor during low-load rotation can be achieved.
[0011]
Note that the respective durations of the first energized state and the second energized state forming the second cycle can be set to different values as needed. However, if the durations of the first energized state and the second energized state are set to be equal to each other, there is an advantage that the terminal voltage of the motor is not affected by the duty ratio and a failure determination based on the terminal voltage can be easily performed. Newly occurs. Further, switching control processing can be performed more easily.
[0012]
The vehicle steering control system according to the present invention may include a motor operation restricting unit that restricts energization to the steering shaft drive motor based on a result of current detection by the current sensor. In this way, for example, when the current detection result by the current sensor indicates an overcurrent state of the steering shaft drive motor, the power supply to the motor is appropriately restricted, and an excessive temperature rise or the like is suppressed, so that Motor life can be improved. According to the present invention, by adopting the above-described PWM control method, the current supplied to the motor in the high-speed region where the current may possibly need to be limited without impairing the controllability in the low-speed region. Can be accurately detected, and the motor operation restricting means can always function in an optimum state.
[0013]
The vehicle steering control system of the present invention can adopt a structure in which a handle shaft and a wheel steering shaft are mechanically separated. In this case, switching is performed between a locked state in which both shafts are locked so as to be integrally rotatable and an unlocked state in which the lock connection is released so that the manual operation force to the handle shaft is directly transmitted to the wheel steering shaft. A possible locking mechanism can be provided. In this way, when the intended steering control cannot be performed due to a system problem, the steering shaft and the wheel steering shaft can be locked and coupled, so that manual steering with the steering wheel can be performed and the operation of the vehicle can be performed without any problem. Can continue. The motor operation restricting means may be configured to include a lock control means for setting the lock mechanism to the locked state and stopping the steering shaft drive motor. This power supply restriction can also be performed using, for example, the above-described lock mechanism. That is, by locking and coupling the handle shaft and the wheel steering shaft, the operation of the motor can be easily restricted or stopped. For example, when the steering shaft drive motor is in an overcurrent state, the steering shaft and the wheel steering shaft are locked and locked to secure a steerable state, while the power supply to the motor is limited or stopped to reduce the temperature rise. It can be prevented beforehand.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an example of the overall configuration of a vehicle steering control system to which the present invention is applied. (In the present embodiment, “vehicle” is an automobile, but the present invention is not applied. The target is not limited to this.) The vehicle steering control system 1 has a configuration in which a handle shaft 3 directly connected to a steering handle 2 and a wheel steering shaft 8 are mechanically separated. The wheel steering shaft 8 is driven to rotate by a motor 6 as an actuator. The tip of the wheel steering shaft 8 extends into the steering gear box 9, and the pinion 10, which rotates together with the wheel steering shaft 8, reciprocates the rack bar 11 in the axial direction, thereby changing the steering angle of the wheels 13, 13. . In the vehicle steering control system 1 of the present embodiment, a power steering system in which the reciprocating motion of the rack bar 11 is assisted by a well-known hydraulic, electric or electro-hydraulic power assist mechanism 12 is employed. I have.
[0015]
The angle position φ of the handle shaft 3 is detected by a handle shaft angle detection unit 101 including a known angle detection unit such as a rotary encoder. On the other hand, the angular position θ of the wheel steering shaft 8 is detected by a steering shaft angle detection unit 103 also including an angle detection unit such as a rotary encoder. In the present embodiment, a vehicle speed detection unit (vehicle speed sensor) 102 that detects a vehicle speed V is provided as a driving state detection unit that detects the driving state of the vehicle. The vehicle speed detection unit 102 includes, for example, a rotation detection unit (for example, a rotary encoder or a tachogenerator) that detects the rotation of the wheel 13. Then, the steering control unit 100 determines the target angular position θ ′ of the wheel steering shaft 8 based on the detected angular position φ of the handle shaft 3 and the vehicle speed V, and the angular position θ of the wheel steering shaft 8 is determined. The operation of the motor 6 is controlled via the motor driver 18 so as to approach the target angular position θ ′.
[0016]
A lock mechanism 19 is provided between the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 so that the lock mechanism 19 can be switched between a locked state in which the two are integrally rotatably locked and an unlocked state in which the lock connection is released. Has been. In the locked state, the rotation angle of the handle shaft 3 is transmitted to the wheel steering shaft 8 without being converted (that is, the steering angle conversion ratio is 1: 1), and manual steering becomes possible. The switching of the lock mechanism 19 to the locked state is performed by a command from the steering control unit 100 when an abnormality occurs.
[0017]
FIG. 2 shows a configuration example of a drive unit unit of the wheel steering shaft 8 by the motor 6 in a state of being attached to an automobile. In the drive unit 14, when the handle shaft 3 is rotated by operating the handle 2 (FIG. 1), the motor case 33 rotates integrally with the motor 6 mounted inside the handle. In the present embodiment, the handle shaft 3 is connected to the input shaft 20 via a universal joint 319, and the input shaft 20 is connected to the first coupling member 22 via bolts 21, 21. The pin 31 is integrated with the first coupling member 22. On the other hand, the pin 31 is fitted and engaged in a sleeve 32a extending rearward from the center of one plate surface of the second coupling member 32. On the other hand, the cylindrical motor case 33 is integrated with the other plate surface side of the second coupling member 32. Reference numeral 44 denotes a cover made of rubber or resin, which rotates integrally with the handle shaft 3. Reference numeral 46 denotes a case for housing the drive unit 14 integrated with the cockpit panel 48, and reference numeral 45 denotes a seal ring for sealing between the cover 44 and the case 46.
[0018]
The stator portion 23 of the motor 6 including the coils 35 is integrally assembled inside the motor case 33. A motor output shaft 36 is rotatably mounted inside the stator portion 23 via a bearing 41. An armature 34 made of a permanent magnet is integrated with the outer peripheral surface of the motor output shaft 36, and coils 35, 35 are arranged so as to sandwich the armature 34. A power supply terminal 50 is taken out of the coils 35, 35 so as to be continuous with the rear end surface of the motor case 33, and power is supplied to the coils 35, 35 by the power supply cable 42 at the power supply terminal 50.
[0019]
As described later, in the present embodiment, the motor 6 is a brushless motor, and the power supply cable 42 is configured as a band-shaped collective cable in which elementary wires that individually supply power to the coils 35 of each phase of the brushless motor are assembled. ing. A cable case 43 having a hub 43a is provided adjacent to the rear end of the motor case 33, and the power supply cable 42 is housed therein in a form wound around the hub 43a in a spiral manner. . The end of the power supply cable 42 opposite to the end connected to the power supply terminal 50 is fixed to the hub 43 a of the cable case 43. When the handle shaft 3 rotates in the forward or reverse direction together with the motor case 33 and the power supply terminal 50, the power supply cable 42 in the cable case 43 winds or extends around the hub 43a, thereby causing the motor case 33 to rotate. Plays a role in absorbing the rotation of
[0020]
The rotation of the motor output shaft 36 is transmitted to the wheel steering shaft 8 after being reduced at a predetermined ratio (for example, 1/50) via the reduction mechanism 7. In this embodiment, the speed reduction mechanism 7 is constituted by a harmonic drive speed reducer. That is, an elliptical bearing 37 with an inner race is integrated with the motor output shaft 36, and a deformable thin external gear 38 is fitted on the outside thereof. Outside the external gear 38, internal gears 39 and 139 in which the wheel steering shaft 8 is integrated via a coupling 40 are engaged. The internal gears 39 and 139 include an internal gear (hereinafter, also referred to as a first internal gear) 39 and an internal gear (hereinafter, also referred to as a second internal gear) 139 arranged coaxially. The second internal gear 139 is fixed to the motor case 33 and rotates integrally with the motor case 33, while the second internal gear 139 is not fixed to the motor case 33 and is rotatable relative to the motor case 33. The first internal gear 39 has no difference in the number of teeth from the external gear 38 meshing with the first internal gear 39, and does not cause relative rotation with the external gear 38 (that is, the first internal gear 39 has a first rotation with respect to the rotating motor output shaft 36). It can also be said that the internal gear 39 and thus the motor case 33 and the handle shaft 3 are freely rotatably connected. On the other hand, when the number of teeth of the second internal gear 139 is larger than that of the external gear 38 (for example, 2), the number of teeth of the internal gear 139 is N, and the difference between the number of teeth of the external gear 38 and the internal gear 139 is n, the motor output is The rotation of the shaft 36 is transmitted to the wheel steering shaft 8 in a form reduced to n / N. In the present embodiment, the input shaft 20, the motor output shaft 36, and the wheel steering shaft 8 of the handle shaft 3 are coaxially arranged on the internal gears 39, 139 in order to reduce the size.
[0021]
Next, the lock mechanism 19 includes a lock member 51 fixed to a lock base portion (the motor case 33 in the present embodiment) that cannot rotate relative to the handle shaft 3 and a lock receiving base portion (in the present embodiment). Has a lock receiving member 52 provided on the motor output shaft 36 side). As shown in FIG. 3, the lock member 51 can move forward and backward between a lock position engaged with a lock receiving portion 53 formed on the lock receiving member 52 and an unlock position retracted from the lock receiving portion 53. Is provided. In the present embodiment, a plurality of lock receiving portions 53 are formed at predetermined intervals in a circumferential direction of a lock receiving member 52 that rotates integrally with the wheel steering shaft 8, and a lock portion 51 a provided at the tip of the lock member 51 is provided. In accordance with the rotation angle phase of the wheel steering shaft 8, any one of the plurality of lock receiving portions 53 is selectively engaged. The handle shaft 3 is non-rotatably connected to the motor case 33 (in this embodiment, by the coupling 22 and the pin). When the lock member 51 and the lock receiving member 52 are disengaged (unlocked state), the motor output shaft 36 rotates with respect to the motor case 33, and the rotation is transmitted via the external gear 38 to the first internal gear 39 and The power is transmitted to the second internal gear 139, respectively. The first internal gear 39 fixed to the motor case 33 does not rotate relative to the external gear 38 as described above, and consequently rotates at the same speed as the handle shaft 3 (that is, rotates following the handle operation). Do). Further, the second internal gear 139 transmits the rotation of the motor output shaft 36 to the wheel steering shaft 8 at a reduced speed, and performs the rotation driving of the wheel steering shaft 8. On the other hand, when the lock member 51 and the lock receiving member 52 are engaged and locked, the motor output shaft 36 cannot rotate relative to the motor case 33. Since the first internal gear 39 among the internal gears 39 and 139 of the reduction mechanism 7 is fixed to the motor case 33, the handle shaft is arranged in the order of the first internal gear 39, the external gear 38 and the second internal gear 139. 3 is transmitted directly to the wheel steering shaft 8.
[0022]
In the present embodiment, the lock receiving member 52 is attached to the outer peripheral surface of one end of the motor output shaft 36, and each lock receiving portion 53 is formed in a concave shape cut in the radial direction from the outer peripheral surface of the lock receiving member 52. Have been. As shown in FIG. 2, the lock member 51 is attached to a rotation base 300 provided in the motor case 33 so as to be rotatable around an axis substantially parallel to the wheel steering shaft 8, and has a rear end 55 a coupled thereto. Have been. Further, an elastic member 54 is provided for elastically returning the lock member 51 to the original position when the bias of the solenoid 55 is released. By the operation of urging and releasing the urging of the solenoid 55, the lock formed at the distal end of the lock member 51 via the convex portion 55a provided at the distal end of the solenoid 55a and the groove formed at one end 51b of the lock member 51. The portion 51a approaches / separates from the lock receiving member 52 for the lock / unlock described above. Note that it is possible to select whether the solenoid 55 is in a locked state or an unlocked state when energized, but in the present embodiment, it is determined that the solenoid 55 is unlocked when energized. According to this, when the solenoid 55 is released when the power is cut off or the like, the lock state is established by the action of the elastic member 54, and manual steering is enabled.
[0023]
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an electrical configuration of the steering control unit 100. The main components of the steering control unit 100 are two microcomputers 110 and 120. The main microcomputer 110 has a main CPU 111, a ROM 112 storing a control program, a main CPU-side RAM 113 serving as a work area for the CPU 111, and an input / output interface 114. The sub microcomputer 120 has a sub CPU 121, a ROM 122 storing a control program, a sub CPU RAM 123 serving as a work area of the sub CPU 121, and an input / output interface 124. It is the main microcomputer 110 that directly controls the operation of the motor 6 (actuator) that drives the wheel steering shaft 8, and the sub-microcomputer 120 performs data processing required for operation control of the motor 6, such as calculation of necessary parameters. In parallel with 110, the result of the data processing is communicated with the main microcomputer 110 to monitor and confirm whether the operation of the main microcomputer 110 is normal and to supplement the information as necessary. It performs the function of an auxiliary control unit. In the present embodiment, data communication between the main microcomputer 110 and the sub-microcomputer 120 is performed by communication between the input / output interfaces 114 and 124. Note that the microcomputers 110 and 120 receive the power supply voltage Vcc (for example, +5 V) from a stabilizing power supply (not shown) even after the operation of the vehicle is completed (that is, after the ignition is turned off), and the RAMs 113 and 123 or the EEPROM (described later). ) 115 is stored.
[0024]
Outputs of the handle shaft angle detection unit 101, the vehicle speed detection unit 102, and the steering shaft angle detection unit 103 are distributed and input to input / output interfaces 114 and 124 of the main microcomputer 110 and the sub microcomputer 120, respectively. In this embodiment, each of the detection units is constituted by a rotary encoder, and the count signal from the encoder is directly input to the digital data ports of the input / output interfaces 114 and 124 via a Schmitt trigger unit (not shown). A solenoid 55, which is a driving unit of the lock mechanism 19, is connected to the input / output interface 114 of the main microcomputer 110 via a solenoid driver 56.
[0025]
The motor 6 is constituted by a brushless motor, in this embodiment a three-phase brushless motor, and the rotation speed is adjusted by PWM control. The motor driver 18 is connected to a vehicle-mounted battery 57 serving as a power supply for the motor 6. The voltage (power supply voltage) Vs of the battery 57 received by the motor driver 18 changes as needed (for example, 9 to 14 V) depending on the state of loads distributed to various parts of the vehicle and the power generation state of the alternator. In the present embodiment, such a fluctuating battery voltage Vs is directly used as a motor power supply voltage without passing through a stabilized power supply circuit. Since the steering control unit 100 controls the motor 6 on the premise of using the power supply voltage Vs which fluctuates by a considerable width, a detection unit for the power supply voltage Vs is provided. In the present embodiment, a branch path for voltage detection is drawn out from a power supply path to the motor 6 (immediately before the driver 18), and a voltage detection signal is extracted through voltage dividing resistors 60 provided therein. The voltage detection signal is smoothed by a capacitor 61 and then input to an input port with an A / D conversion function (hereinafter referred to as an A / D port) of the input / output interfaces 114 and 124 via a voltage follower 62.
[0026]
In addition, a current detection unit is provided on a power supply path to the motor 6 to monitor the power supply state of the motor 6 such as occurrence of overcurrent. Specifically, the voltage difference between both ends of the shunt resistor (current detection resistor) 58 provided on the path is detected by the current sensor 70 and input to the A / D ports of the input / output interfaces 114 and 124. For example, as shown in FIG. 6, the current sensor 70 extracts the voltage between both ends of the shunt resistor 58 through voltage followers 71 and 72, and amplifies the voltage by a differential amplifier 75 including an operational amplifier 73 and a peripheral resistor 74. Output. Since the output of the differential amplifier 75 is proportional to the value of the current flowing through the shunt resistor 58, this can be used as the current detection value Is. Note that, other than the shunt resistor, a probe that detects a current based on an electromagnetic principle, such as a Hall element or a current detection coil, may be used.
[0027]
Returning to FIG. 4, the following memory areas are formed in the RAMs 113 and 123 of the microcomputers 110 and 120, respectively.
(1) Vehicle speed (V) measured value memory: Stores the current measured value of the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 102.
(2) Handle shaft angle position (φ) counter memory: counts a count signal from the rotary encoder forming the handle shaft angle position detection unit 101, and stores the count value indicating the handle shaft angle position φ. Note that a rotary encoder capable of identifying the rotation direction is used. In the case of forward rotation, the counter is incremented, and in the case of reverse rotation, the counter is decremented.
(3) Steering angle conversion ratio (α) calculation value memory: The steering angle conversion ratio α calculated based on the detected vehicle speed is stored.
(4) Target steering shaft angle position (θ ′) calculation value memory: a target value of the steering shaft angle position calculated by, for example, φ × α from the current value of the steering shaft angle position φ and the steering angle conversion ratio α, That is, the value of the target steering shaft angle position θ ′ is stored.
(5) Steering shaft angle position (θ) counter memory: counts a count signal from a rotary encoder forming the steering shaft angle detection unit 103, and stores the count value indicating the steering shaft angle position θ.
(6) Δθ calculation value memory: stores a calculation value of Δθ (= θ′−θ), which is the distance between the target steering shaft angle position θ ′ and the current steering shaft angle position θ.
(7) Power supply voltage (Vs) detection value memory: Stores a detection value of the power supply voltage Vs of the motor 6.
(8) Duty ratio (η) determined value memory: Stores the duty ratio η determined based on Δθ and the power supply voltage Vs for energizing the motor 6 with PWM.
(9) Current (Is) detection value memory: stores the detection value of the current Is by the current sensor 70.
[0028]
The main microcomputer 110 functions as the following means of the present invention according to the control program stored in the ROM 112 (the sub microcomputer 120 also performs the same processing for monitoring the main microcomputer according to the control program stored in the ROM 122). Is executed).
(1) PWM control switching means: switches the PWM method between the first method and the second method with reference to the value of the PWM method selection flag.
{Circle around (2)} motor operation restricting means: when an abnormality determination result of the current sensor 70 is received, the biasing state of the locking solenoid 55 of the lock mechanism 19 is switched to lock the steering shaft 3 and the wheel steering shaft 8 in a locked state. And the motor 6 is stopped (lock control means).
[0029]
The input / output interface 114 of the main microcomputer 110 is provided with an EEPROM 115 as a second storage unit for storing the angular position of the wheel steering shaft 8 at the end of the operation (that is, when the ignition is turned off), that is, the end angular position. Have been. The EEPROM 115 (PROM) can only read data by the main CPU 111 at the first operating voltage (+5 V) at which the main CPU 111 reads / writes data from / to the main CPU RAM 112. By setting a second operating voltage different from the voltage (+5 V) (a voltage higher than the first operating voltage is employed in this embodiment: for example, +7 V), data can be written by the main CPU 111. Therefore, even if the main CPU 111 runs away, the contents will not be rewritten by mistake. The second operating voltage is generated by a booster circuit (not shown) interposed between the EEPROM 115 and the input / output interface 114.
[0030]
Hereinafter, the operation of the vehicle steering control system 1 will be described.
FIG. 12 shows the flow of processing of the main routine of the control program by the main microcomputer 110. S1 is an initialization process, in which the end angle position (described later) of the wheel steering shaft 8 written in the EEPROM 115 in the end process when the ignition switch was turned OFF last time is read out, and the end angle position is determined at the start of the process. The point is to set as the initial angular position of the wheel steering shaft 8. Specifically, a counter value indicating the end angle position is set in the above-mentioned steering shaft angle position counter memory. Note that a data write completion flag to the EEPROM 115 described later is cleared at this time.
[0031]
When the initialization process is completed, the process proceeds to S2, where the steering control process is performed. The steering control process is repeatedly executed at a constant period (for example, several hundred μs) in order to equalize the parameter sampling intervals. The details will be described with reference to FIG. In S201, the current detected value of the vehicle speed V is read, and then in S202, the handle shaft angle position φ is read. In S203, a steering angle conversion ratio α for converting the handle shaft angle position φ into the target steering shaft angle position θ ′ is determined from the calculated value of the vehicle speed V. Different values are set for the steering angle conversion ratio α according to the vehicle speed V. Specifically, as shown in FIG. 10, when the vehicle speed V is higher than a certain value, the steering angle conversion ratio α is set to a small value, and when the vehicle speed V is lower than a certain value, the steering angle conversion ratio α is set to a large value. Is done. In the present embodiment, a table 130 for setting the steering angle conversion ratio α corresponding to various vehicle speeds V is stored in the ROM 112 (122) as shown in FIG. The steering angle conversion ratio α corresponding to the vehicle speed V is calculated by an interpolation method. In the present embodiment, the vehicle speed V is used as the information indicating the driving state of the vehicle. However, in addition to this, the lateral pressure received by the vehicle, the inclination angle of the road surface, and the like are used as information indicating the driving state of the vehicle. And it is possible to set the steering angle conversion ratio α to a specific value according to the detected value. It is also possible to determine the basic value of the steering angle conversion ratio α in accordance with the vehicle speed V, and to use the basic value as needed based on information other than the vehicle speed as described above.
[0032]
In S204, the target steering shaft angle position θ ′ is calculated by multiplying the detected steering shaft angle position φ by the determined steering angle conversion ratio α. Then, in S205, the current steering shaft angle position θ is read. In S206, a difference Δθ (= θ′−θ) between the current steering axis angle position θ obtained from the steering axis angle position counter and the target steering axis angle position θ ′ is calculated. Further, in S207, the current detected value of the power supply voltage Vs is read.
[0033]
The motor 6 rotationally drives the wheel steering shaft 8 so that the difference Δθ between the target steering shaft angle position θ ′ and the current steering shaft angle position θ decreases. When Δθ is large, the rotation speed of the motor 6 is increased, and when Δθ is small, the motor 6 is rotated so that the steering shaft angle position θ can quickly and smoothly approach the target steering shaft angle position θ ′. The rotation speed of the motor. Basically, proportional control is performed using Δθ as a parameter. However, in order to suppress overshoot and hunting and stabilize the control, it is desirable to perform well-known PID control in consideration of the differentiation or integration of Δθ. .
[0034]
The motor 6 is under PWM control as described above, and the rotation speed is adjusted by changing the duty ratio η. If the power supply voltage Vs is constant, the rotation speed can be almost uniquely adjusted by the duty ratio. However, in the present embodiment, the power supply voltage Vs is not constant as described above. Therefore, the duty ratio η is determined in consideration of the power supply voltage Vs (S208). For example, as shown in FIG. 11, a two-dimensional duty ratio conversion table 131 for providing a duty ratio η corresponding to each combination of various power supply voltages Vs and Δθ is stored in the ROM 112 (122), and the power supply voltage Vs And the value of the duty ratio η corresponding to the calculated value of Δθ can be read and used. Note that the rotation speed of the motor 6 also varies depending on the load. In this case, it is also possible to estimate the state of the motor load based on the detection value of the motor current Is by the current sensor 70 and to correct the duty ratio η before use.
[0035]
Next, the process proceeds to S209, and a current detection process is performed. Here, the current detection value of the motor 6 output by the current sensor 70 is read. When the detected current value Is exceeds a prescribed condition and becomes large, it is determined that an overcurrent has occurred, and the handle shaft 3 and the wheel steering shaft 8 are locked as described above, and the motor 6 is stopped. For example, when the state where the current detection value Is is higher than the specified value continues for a certain period of time or more, it is determined that an overcurrent has occurred, and the lock mechanism 19 can be operated (in this case, the overcurrent state is eliminated). And unlock it.)
[0036]
The processing up to this point is executed in parallel by both the main microcomputer 110 and the sub microcomputer 120 in FIG. For example, whether the operation of the main microcomputer 110 is normal or not is determined by transferring the calculation result of each parameter stored in the RAM 113 of the main microcomputer 110 to the sub-microcomputer 120 at any time. By performing the collation, it is possible to monitor whether or not an abnormality has occurred. On the other hand, the main microcomputer 110 generates a PWM signal based on the determined duty ratio η. Then, the PWM signal is output to the FET (FIG. 7) that switches the coil of the phase involved in the energization with respect to the motor driver 18 with reference to the signal from the rotary encoder forming the steering shaft angle detection unit 103, The motor 6 is PWM-controlled.
[0037]
Returning to FIG. 12, in S3, it is confirmed whether or not the ignition switch is turned off. If the ignition switch is turned off, the end processing of S4 is performed. That is, when the ignition switch is turned off, it means that the operation of the vehicle has been completed. Therefore, the main microcomputer 110 reads out the end angle position of the wheel steering shaft 8 stored in the steering shaft angle position counter. This is stored in the EEPROM 115, and the data write completion flag provided in the RAM 113 is set, thus ending the processing.
[0038]
Hereinafter, an embodiment of the PWM control of the motor 6 will be described in detail. The motor 6 is constituted by a three-phase brushless motor as described above. As shown in FIG. 5, the coils 35, 35 shown in FIG. 2 are composed of three-phase coils U, V, W arranged at intervals of 120 °, and these coils U, V, W, the armature 34, Are detected by a Hall IC which forms an angle sensor provided in the motor. Then, upon receiving the outputs of these Hall ICs, the motor driver 18 of FIG. 1 switches the energization of the coils U, V, W to W → U (1), U → V (3), V → W (5) is sequentially switched cyclically (in the case of forward rotation: in the case of reverse rotation, the switching is performed in the reverse order described above). FIG. 8B shows an energizing sequence of the coils of each phase in the case of forward rotation (“H” indicates energization and “L” indicates non-energization: in the case of reverse rotation, The sequence is reversed left and right). The numbers in parentheses in the figure represent the angular positions of the armature 34 at the corresponding numbers in FIG.
[0039]
Returning to FIG. 4, the rotation control of the motor 6 includes the duty ratio control by the PWM signal from the drive control unit 100 (the main microcomputer 110 in the present embodiment) in the energization switching sequence of each phase of the coils U, V, and W. The sequence is performed in a superimposed manner. FIG. 7 shows a circuit example of the motor driver 18, and FETs (semiconductor switching elements) 75 to 80 corresponding to the terminals u, u ', v, v', w, w 'of the coils U, V, W. Are arranged so as to constitute a well-known H-type bridge circuit (reference numerals 87 to 92 are flywheel diodes that form a bypass path for an induced current accompanying switching of the coils U, V, and W). . The AND gates 81 to 86 generate a logical product signal of the switching signal from the Hall IC (angle sensor) on the motor side and the PWM signal from the drive control unit 100, and use this to drive the FETs 75 to 80 for switching. Can be selectively energized by PWM for the coil of the phase involved in the current.
[0040]
The timing for sequentially providing the PWM signals to the FETs 75 to 80 on the drive control unit 100 side may be recognized by distributing a signal from a Hall IC (angle sensor) to the drive control unit 100. In the embodiment, this is detected using a separate rotary encoder. This rotary encoder detects the rotation angle of the motor output shaft 36, and the detected angle value has a unique correspondence with the angular position of the wheel steering shaft 8 after deceleration. Therefore, in the present embodiment, this rotary encoder is used as the steering shaft angle detection unit 103.
[0041]
FIG. 8 (a) schematically shows the above rotary encoder. In order to control the energizing sequence of the brushless motor, bits for specifying coil energizing patterns in a time-sequential appearance order are specified. The patterns are formed at regular angular intervals in the circumferential direction of the disk. In the present embodiment, since a three-phase brushless motor is used, (1) to (6) (FIG. 5) are obtained so that the energizing sequence of the coils U, V, and W shown in FIG. 6) are formed at intervals of 30 ° in the circumferential direction of the disk. Therefore, when the armature 34 of the motor 6 rotates, the rotary encoder that rotates synchronously therewith outputs a bit pattern specifying the coil to be energized at present. Therefore, by reading the bit pattern of the encoder, the drive control unit 100 can spontaneously determine the terminal of the coil to which the PWM signal is to be sent (that is, the FETs 75 to 80 in FIG. 7).
[0042]
Since the rotation of the motor output shaft 36 is transmitted to the wheel steering shaft 8 after being decelerated, the motor output shaft 36 provided with the rotary encoder rotates a plurality of times while the wheel steering shaft 8 makes one rotation. Therefore, the absolute angular position of the wheel steering shaft 8 cannot be known from the bit pattern of the encoder indicating only the absolute angular position of the motor output shaft 36. Therefore, as shown in FIG. 4, a counter (steering shaft angle position counter) for counting the number of times a bit pattern change is detected is formed in the RAM 113 (123), and the steering shaft angle position (θ) is obtained from the counted number. It is like that. Therefore, the steering shaft angle detection unit 103 can be regarded as functionally equivalent to an incremental rotary encoder. Since the absolute angular position of the motor output shaft 36 can be read by the type of the bit pattern, if the order of change of the bit pattern is monitored, the rotation direction of the motor output shaft 36 and thus the wheel steering shaft 8 (ie, the steering wheel Direction). Therefore, if the rotation direction of the wheel steering shaft 8 is positive, the counter is incremented, and if the rotation direction is opposite, the counter is decremented.
[0043]
In this embodiment, the PWM control system shown in FIG. 14 is employed. As described above, the coils of the phases U, V, and W are coupled in one order in the order of U → V, V → W, and W → U, and the other end is a two-phase terminal. Power is supplied to the pair of coils. For example, when the coil pair U → V is energized, in the H-type bridge circuit of FIG. 7, the first terminal on the coil U side is connected to the positive pole (first pole) of the DC power supply, and the coil V side is connected. The second terminal is connected to the negative electrode (second electrode) of the DC power supply. Then, a first energized state P1 in which the second terminal is switched in a first cycle t0 with a variable duty ratio η, and a second energized state in which the first terminal is switched in a first cycle t0 with the same duty ratio η P2 is alternately repeated. In the first energized state P1, the switch u (FET75) is continuously turned on, and the switch v ′ (FET78) is switched at the duty ratio η. In the second energized state P2, the switch v '(FET 78) is continuously turned on, and the switch u (FET 75) is switched at the duty ratio η. All other switches are off. Then, when the coil pairs to be energized are switched from U to V, V to W, and W to U, the corresponding switches to be used are sequentially selected as shown in the figure, and the same switching is performed. The duration T1 of the first energized state P1 and the duration T2 of the second energized state P2 are set to be equal to each other. Such switching processing is executed by the main CPU 111 of FIG. 4 in a software manner according to the flowchart of FIG. 15 (FIG. 15 shows only the flow when U → V is energized, but V → W, W → U At the time of energization, basically, the same processing is performed, except that the switch used is different (see FIG. 14). The PWM control routine as shown in FIG. 15 is incorporated as one job of the steering control process in FIG. 13 (for example, immediately after S208).
[0044]
In FIG. 14, since the first energized state P1 and the second energized state P2 are both of the polarity non-inverting type PWM system, the controllability in a low speed region is good and the vibration hardly occurs. Also, a schematic circuit diagram of the motor driver 18 is shown on the right side of FIG. 16. In the first energized state P1, the switch v 'is turned ON / OFF, and the path of the flywheel current generated at the time of OFF switching is (2). And flows through the upper stage of the H-bridge that forms the circuit of the driver 18. On the other hand, in the second energized state P2, the switch u is turned on / off, and the path of the flywheel current generated when the switch is turned off is {circle around (4)}, and flows through the lower stage of the H-type bridge forming the circuit of the driver 18. The energization paths at the time of ON are (1) and (3), which are the same. Accordingly, when the first energized state P1 and the second energized state P2 are alternately repeated, the path of the flywheel current is alternately switched, the component returning to the motor 6 side is reduced, and the current detection by the current sensor 70 is reduced. The effect can be reduced. As a result, the current detection accuracy at the time of high load rotation is high, and on the other hand, since the polarity non-reversal type PWM system is fundamental, the controllability of the motor at the time of low load rotation is good, and vibration is hardly generated.
[0045]
Further, in this method, since the terminal voltage of the motor is not changed by the duty ratio, it is easy to make a failure determination based on the inter-terminal voltage. As an example, let us consider a case where U → V is energized, and assume that the terminal voltage of each phase is V _U , V _V , V _W and the power supply voltage V _S. The power supply side of the U-phase is equal to the ON when the power voltage _{V S,} OFF at ground level (i.e., 0V) if noted that the, be so continuous ON the first energized state P1 _V U = _{V S} In the second energized state P2, since it is switched by the duty ratio eta, the _{_V U} = η × _V _S. Therefore, as a whole average,
V _U = (V _S + η × V _S ) / 2 = V _S (1 + η) ‥‥ (1)
It becomes.
[0046]
Further, V-phase ground side, an ON at ground level, if noted that equal to the OFF when the power voltage V _S, a second in energized state P2 continuously ON so 0V, the first energized state P1, since the switching at duty ratio _eta, a V V = (1-η) V S. Therefore, as a whole average,
V _V = {0+ (1−η) × V _S ) / 2 = (1−η) V _S / 2} (2)
It becomes. Since the ground side of the W phase which is star-connected to the U phase and the V phase is always open, V _W becomes equal to the average voltage level of V _U and V _V. That is,
V _W = (V _U + V _V ) / 2 ‥‥ (3)
It is. From the above (1) to (3) of the calculation of the average voltage across the terminals of the 3-phase, its value replaces that receives no influence of (1/2) V _S, and the duty ratio of the switching η . Note that (1) and (2) are based on the assumption that the duration T1 of the first energized state P1 and the duration T2 of the second energized state P2 are equal to each other, and when T1 ≠ T2, The duty ratio η remains as a parameter in the average inter-terminal voltage, and is more or less affected.
[0047]
The effect of the flywheel current is reduced as the number of switching operations in each of the first energized state P1 and the second energized state P2 is reduced. For example, in the timing chart shown in FIG. 16, the number of times of switching in each energized state P1 or P2 is limited to one, which is the minimum number. On the other hand, in the present embodiment, the PWM control process of FIG. 15 is incorporated as one job of the steering control process of FIG. 13, and each switching process between the first energized state P1 and the second energized state P2 is performed in the steering control process. It is configured to be repeated alternately every cycle. Therefore, in order to set the number of times of switching between the first energized state P1 and the second energized state P2 to one, and to continue the processing without interruption, one cycle of the switching corresponds to one cycle of the steering control processing. Must be set to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a vehicle steering control system according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a drive unit.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing an example of an electrical configuration of a vehicle steering control system according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of a three-phase brushless motor used in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit example of a current sensor.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a driver portion of the three-phase brushless motor.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a rotary encoder used in the three-phase brushless motor of FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram of a table for giving a relationship between a steering angle conversion ratio and a vehicle speed.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a pattern for changing a steering angle conversion ratio according to a vehicle speed.
FIG. 11 is a schematic diagram of a two-dimensional table for determining a duty ratio based on a motor power supply voltage and an angle deviation Δθ.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a main routine of computer processing in the vehicle steering control system of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of details of the steering control process of FIG. 12;
FIG. 14 is a time chart illustrating an example of a PWM control method.
FIG. 15 is a flowchart showing a processing example for executing the switching pattern of FIG. 14 by software;
FIG. 16 is a conceptual explanatory diagram of a flyback current generated in the H-type bridge circuit according to the PWM control method of FIG.
[Explanation of symbols]
3 Handle shaft 6 Motor (actuator)
8 Wheel steering shaft 58 Shunt resistor 70 Current sensor 100 Steering control unit 110 Main microcomputer (motor operation limiting means)
101 Steering shaft angle detecting unit 103 Steering shaft angle detecting unit

Claims

A steering angle to be given to the wheel steering shaft is determined according to the operation angle given to the steering wheel shaft for steering and the driving state of the vehicle, and the wheel steering shaft is turned by a steering shaft drive motor so that the steering angle is obtained. In a vehicle steering control system that is driven to rotate,
A handle shaft angle detection unit that detects an angle position of the handle shaft (hereinafter, referred to as a handle shaft angle position);
A steering shaft angle detection unit that detects an angular position of the wheel steering shaft (hereinafter, referred to as a steering shaft angle position);
A driving state detection unit that detects a driving state of the vehicle,
A target angle position of the wheel steering shaft is determined based on the detected handle shaft angle position and the driving state of the vehicle, and the operation of the motor is controlled so that the steering shaft angle position approaches the target angle position. A steering control unit,
A current sensor for detecting a current supplied to the steering shaft drive motor,
In order to make the rotation of the wheel steering shaft follow the rotation of the handle shaft, the rotation speed of the steering shaft drive motor is adjusted by the duty ratio of PWM control according to the distance between the steering shaft angle position and the target angle position. To do
The steering shaft drive motor is energized by using a DC power supply as a pair of two-phase coils each having one end coupled to the other end and an energized terminal, and one of energized terminals to the coil pair. Is the first terminal and the other is the second terminal, the PWM control is:
In a state where the first terminal is connected to the first pole of the DC power supply and non-switching is performed, and in a state where the second terminal is connected to the second pole of the DC power supply, the duty cycle η is variable in the first cycle. The first energized state to switch
When the first terminal is connected to the first pole of the DC power supply, the duty ratio η is switched at a variable first cycle, and the second terminal is connected to the second pole of the DC power supply. A second energized state for switching;
The vehicle steering control system is performed by alternately repeating the above in a second cycle.

2. The vehicle steering control system according to claim 1, wherein durations of the first energized state and the second energized state are set equal to each other. 3.

3. The vehicle steering control system according to claim 2, wherein the steering control unit includes a motor operation restriction unit that restricts energization to the steering shaft drive motor based on a result of current detection by the current sensor. 4.

The handle shaft and the wheel steering shaft are mechanically separated,
Switchable between a locked state in which both shafts are lockably connected so as to be integrally rotatable and an unlocked state in which the lock connection is released so that the manual operation force on the handle shaft is directly transmitted to the wheel steering shaft. Lock mechanism is provided,
4. The vehicle steering control system according to claim 3, wherein the motor operation restriction unit includes a lock control unit that sets the lock mechanism to the locked state and stops the steering shaft drive motor.