JP2005297906A - 電気式動力舵取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチング素子をスロースタートさせながら、低デューティ比でも不感帯の生じることがない電気式動力舵取装置を提供する。
【解決手段】 ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定された値を越える際に（Ｓ１４：Ｎｏ）、スイッチング周期を所定値（一定値）にする（Ｓ２０）。デューティ比が予め設定された値以下になった時に（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、スイッチング周期を所定値より長くする（Ｓ１６）。ＦＥＴをスロースタートさせてノイズの発生を防ぎながら、低デューティ比でもスイッチング周期を長くすることで、確実にモータへ通電し、不感帯の発生を防げる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、モータにより操舵をアシストする電気式動力舵取装置に関し、特に、モータをＰＷＭ制御する電気式動力舵取装置に関するものである。

電気式動力舵取装置として、ステアリングホイールが固定された入力軸に、操舵トルクを検出するトルクセンサを取り付け、トルクセンサで検出した操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータにより発生させ操舵力を軽減するものが一般的に知られている。係る電気式動力舵取装置では、電動モータの印加電圧の調整を、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御でデューティ比を変えることで行っている。

図１１（Ａ）は、スイッチングによりモータへの印加電圧の調整を行うＦＥＴ回路を示している。ＦＥＴのゲート側には、ＦＥＴをスロースイッチングさせるための抵抗Ｒ１が接続され、スロースイッチングさせることで、矩形波状のパルスが生成されることによるノイズの発生を防いでいる。

図１１（Ｂ）中でａはＦＥＴ回路の制御信号、ｂはＦＥＴのゲートへの印加電圧、ｃはＦＥＴのオンオフを示している。ＦＥＴ回路の制御信号ａがハイレベルに切り替わってから（タイミングｔ１）、時定数回路による遅延があってＦＥＴのゲートへの印加電圧ｂがハイレベルに達し（タイミングｔ２）、これに伴いＦＥＴがオンする。同様に、ＦＥＴ回路の制御信号ａがロウレベルに切り替わってから（タイミングｔ３）、時定数回路による遅延があってＦＥＴのゲートへの印加電圧ｂがロウレベルに達し（タイミングｔ４）、これに伴いＦＥＴがオフする。
ここで、特許文献１には、低デューティ比での不感帯を無くすため、低デューティ比時に電圧ディザ信号をモータへ印加する技術が開示されている。
特開２００３−１１８３４号公報

しかしながら、図１１（Ａ）に示すスロースイッチングＦＥＴ回路では、低デューティ比時には、ＦＥＴがオン出来ないという課題が発生する。即ち、図１１（Ｃ）に示すよう低デューティ比時には、ＦＥＴ回路の制御信号ａがハイレベルに切り替わってから（タイミングｔ１）、時定数回路による遅延があってＦＥＴのゲートへの印加電圧ｂがハイレベルに達する前に、ＦＥＴ回路の制御信号ａがロウレベルに切り替わって（タイミングｔ３）、ＦＥＴがオンできなくなる。図１２（Ａ）は、従来技術でのデューティ比と電流との関係を示すグラフである。デューティ比が零近辺では、電流が流れない状態、即ち、不感帯が発生している。係る不感帯を無くす方法としては、低デューティ比時にデューティ比の嵩上げを行うこともできるが、この方法では、ＦＥＴのバラツキにより動作がばらつくため、ＦＥＴのバラツキを無くす素子毎の単体調整（素子毎のマップ作成）を行わない限り、不感帯を完全に無くすことはできない。

特許文献１では、低デューティ比時には電圧ディザ信号をモータへ印加することで、低デューティ比での不感帯を無くしている。しかし、係る構成では、図１１（Ａ）に示すようなスロースイッチングを行うＦＥＴ回路に適用することができず、ノイズの発生を防ぐことができなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スイッチング素子をスロースタートさせながら、低デューティ比でも不感帯の生じることがない電気式動力舵取装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するため、操舵状態を検出して操舵状態に応じた操舵補助指令値を演算する演算部と、操舵補助力を発生するモータと、スイッチング素子をスロースタートさせて前記モータへの通電を制御する通電制御回路と、演算された操舵補助指令値に基づき前記通電制御回路を介して前記モータをＰＷＭ制御するモータ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
前記ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定された値を越える際に、スイッチング周期を所定値（一定値）にし、デューティ比が前記予め設定された値以下になった時に、前記スイッチング周期を前記所定値より長くするスイッチング周期調整手段を備えることを技術的特徴とする。

請求項１の電気式動力舵取装置では、ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定された値を越える際に、スイッチング周期を所定値（一定値）にし、デューティ比が予め設定された値以下になった時に、スイッチング周期を前記所定値より長くする。このため、スイッチング素子をスロースタートさせてノイズの発生を防ぎながら、低デューティ比でもスイッチング周期を長くすることで、確実にモータへ通電し、不感帯の生じることを防ぐことができる。これにより、操舵時の応答遅れを改善し、操舵感を向上させることが可能である。

請求項２の電気式動力舵取装置では、スイッチング周期を長くするかを判断するための予め設定された値が、一定のスイッチング周期では、スイッチング素子をオンできなくなるデューティ比である。このため、一定のスイッチング周期ではスイッチング素子をオンできなくなるデューティ比において、スイッチング周期を長くすることで、確実にモータへ通電し、不感帯の生じることを防ぐことができる。

請求項３の電気式動力舵取装置では、長くするスイッチング周期（Ｔn）は、スイッチング素子のスロースタート時間をＴd、当該スイッチングのバラツキを無くすための余裕時間をＰm、デューティ比（％）をＤnとした際に、Ｔn＝（Ｔd＋Ｐm）×１００／Ｄnで表される。スロースタート時間Ｔdに加えて、当該スイッチングのバラツキを無くすための余裕時間Ｐmを考慮してスイッチング周期を決定するため、スイッチング素子及びスイッチング素子に接続される素子のバラツキがあっても、スイッチング素子を確実にスロースタートさせることができる。

請求項４の電気式動力舵取装置は、ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に電動モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段を備える。このため、電流フィードバックを行うことなく、ギヤ比可変システムでオープンループで制御を行っても、操舵時の応答遅れを無くすことができる。

以下、本発明の実施形態に係る電気式動力舵取装置について図を参照して説明する。
[第１実施形態]
図１は第１実施態様の電気式動力舵取装置１０の構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置１０は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２２と、トルクセンサ２２からの操舵トルク及び車速センサ２４からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシスト量）を演算する制御装置３０と、モータ指令トルクに応じた電流指令値を求めてモータＭへの通電を制御するモータ駆動回路２６とを備える。

トルクセンサ２２は、車両の操舵ステアリング１４に連結された入力軸１２に配設されている。モータＭの出力は、減速機１６により減速され、前輪を操舵するためのラック・ピニオンギア１８に伝達される。

制御装置３０及びモータ駆動回路２６の制御系について、図２のブロック図に示す。トルクセンサ２２からの出力（操舵トルク：電圧値）は、Ａ／Ｄ変換３２を介してデジタル値に変換され、トルク演算３４にてトルク値が演算される。演算されたトルク値は、ローパスフィルタ３６にてノイズが除去され、加算ノード３８を介してアシスト制御６０へ入力される。一方、車速センサ２４からの車速（パルス信号）は、Ｉ／Ｆ４０を介して車速演算４２に入力され、演算された車速がアシスト制御６０へ入力される。一方、ローパスフィルタ３６からの出力は、微分４４を介して、位相補償４６にて位相補償され、加算ノード３８を介してアシスト制御６０へ入力される。該位相補償４６は、操舵トルク値を微分４４にて微分することで位相を進め、操舵アシストの遅れを補償する。即ち、検出値に基づき指令値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、この一定時間が、検出値に対する指令値の遅れとなって、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、操舵アシストを適正に制御し得ない。このため、該位相補償４６が操舵トルクの位相を進める。

アシスト制御６０の内容を図４（Ｂ）に示す。加算ノード３８からの操舵トルクに応じて、アシストマップ６２により、指令トルク値が決定される。即ち、操舵トルクが大きいときには、高い指令トルク値が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い指令トルク値が決定され、乗算ノード６８側へ出力される。また、第１実施形態の電気式動力舵取装置においては、操舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルクに応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走行時のステアリング中立付近での剛性感を高め、操舵フィーリングを高めている。すなわち、操舵トルクの絶対値がＴsよりも小さなときは、指令トルクが０として出力される。また、所定の操舵トルクＴmよりも大きいときには、最大値として一定の指令トルク値（モータの最大出力）が出力される。

車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ６４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、１００ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、操舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステアリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、高速時に操舵を重くしている。車速ゲインマップ６４からの車速重み付け値が乗算ノード６８側へ出力され、上述した指令トルクが車速に応じて補正される。

図２に示すように、アシスト制御６０からの指令トルク値は、加算ノード４８を介して電流指令リミッタ５０に加えられる。電流指令リミッタ５０では、モータＭの最大出力を越える指令トルク値が制限される。

電流指令リミッタ５０からの指令トルク値は、減算ノード５２を介してＰＩ制御１００に加えられる。ＰＩ制御１００の内容を図６に示す。ＰＩ制御１００では、指令トルク値にＧｐゲインが乗算され、加算ノード１０２に印加され、また、指令トルク値が微分されＧｉゲインが乗算され、加算ノード１０２へ印加される。一方、上記減算ノード５２へは、ローパスフィルタ１１２及びＡ／Ｄ変換１１４を介してモータＭの電流が印加される。ＰＩ制御１００では、Ａ／Ｄ変換１１４を介して入力された実モータ電流が、指令トルク値（指令電流値）となるようにＰＩフィードバック制御が行われる。

ＰＩ制御１００からの指令トルク値は、周期制御１１０を介してモータ駆動回路２６へ印加される。図３は、モータ駆動回路２６の回路構成を示している。モータ駆動回路２６は、４個のＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のブリッジと、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートに電圧を印加し、周期制御１１０で規定されたスイッチング周期で、指令トルク値に応じた出力をモータＭに発生させるＰＷＭ制御を行うＰＷＭ演算２７とを備える。各ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲート側には、図１１（Ａ）を参照して上述した従来技術と同様に、スロースイッチングさせるための抵抗Ｒ１が接続され、スロースイッチングさせることで、ノイズの発生を防いでいる。

モータＵ相の電位は、ローパスフィルタ１２２及びＡ／Ｄ変換１２４を介して差動アンプ１３６の非反転入力に加えられる。モータＶ相の電位は、ローパスフィルタ１３２及びＡ／Ｄ変換１３４を介して差動アンプ１３６の反転入力に加えられる。差動アンプ１３６からモータ端子間電圧が出力され、減算ノード５４へ印加される。上述したＡ／Ｄ変換１１４を介して入力されたモータ電流が、（ＬＳ＋Ｒ）１３８で乗算されてモータ起電力として減算ノード５４へ印加され、減算ノード５４からモータの逆起電力が出力される。ここで、乗算される（ＬＳ＋Ｒ）中のＬＳは、モータインダクタンスの微分値を、Ｒは、モータの抵抗分を示している。

減算ノード５４からの逆起電力は、アンプ５６にて逆起電力定数Ｋｅが除算され、モータの角速度が求められ、更に、アンプ５８にて減速機１６の減速比Ｇｉが除算されて、ハンドルの角速度ωとして、ハンドル戻し補償制御８０及びダンパ補償制御９０へ印加される。ここでは、ハンドルの角速度ωを演算により推測しているが、舵角センサにより角速度を検出することも可能である。

ハンドル戻し補償制御８０は、低速において路面の反力による舵の戻りがモータＭと減速機１６の摩擦抵抗により遅くなる電気式動力舵取装置の特性を補償するための制御を行う。ハンドル戻し補償制御８０の内容を図５（Ａ）に示す。ハンドルの角速度に応じて、ハンドル戻しマップ８２により、ハンドル戻し量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、大きなハンドルの戻り量が決定され、角速度が小さいときには、小さなハンドルの戻り量が決定され、乗算ノード８８側へ出力される。第１実施形態の電気式動力舵取装置のハンドル戻しマップ８２においては、上述したアシストマップ６２と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のハンドルの戻り量が出力される。

車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ８４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、低速においてハンドル戻し量を大きくし、中高速では戻り量を小さくしている。車速ゲインマップ８４からの車速重み付け値が乗算ノード８８側へ出力され、上述したハンドルの戻り量が車速に応じて補正される。ハンドル戻し補償制御８０の出力は、加算ノード４８へ印加される。
なお、ハンドル戻し補償制御８０は、ハンドルの角速度に代えて、モータＭの角速度に応じてハンドル戻し量を決定するようにしてもよい。

一方、図２に示すダンパ補償制御９０は、中高速で路面の反力による舵の戻りが早くなるのを補償する。これは一旦舵が戻り始めると、モータＭと減速機１６の慣性により舵が戻りすぎるのを防止するためである。ダンパ補償制御９０の内容を図５（Ｂ）に示す。ハンドルの角速度に応じて、ダンパマップ９２により、ダンパ量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、ハンドルの回転方向とは逆方向への大きなダンパ量（小さなハンドル戻り量）が決定され、角速度が小さいときには、小さなダンパ量（大きなハンドル戻り量）が決定され、乗算ノード９８側へ出力される。ダンパマップ９２は、上述したアシストマップ６２と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のダンパ量が出力される。

車速センサ２４からの車速値は、車速ゲインマップ９４により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、高速においてダンパ量を大きくし、低速ではダンパ量を小さくしている。車速ゲインマップ９４からの車速重み付け値が乗算ノード９８側へ出力され、上述したダンパ量が車速に応じて補正される。車速により補正されたダンパ量が、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償する。
なお、ダンパ補償制御９０はハンドルの角速度に代えて、モータＭの角速度に応じてダンパ量を決定するようにしてもよい。

図２に示すように、操舵トルクの微分値、車速値は、トルク慣性補償制御７０に入力される。トルク慣性補償制御７０は、切り始めに舵が重く、一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減する。トルク慣性補償制御７０の内容を図４（Ａ）に示す。微分４４で微分された操舵トルクに応じて、慣性補償マップ７２により慣性補償量が決定される。即ち、操舵トルク微分値が大きいときには、高い慣性補償量が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い慣性補償量が決定され、乗算ノード７８側へ出力される。

車速センサ２４からの車速値は、補間係数マップ７４により車速に対応する重み付けが行われる。例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“０．７”を出力し、４０ｋｍ／ｈの際には“１．０”を出力し、７０ｋｍ／ｈの際には“０．６”を出力する。これにより、慣性補償量を低速で小さく、中速で大きく、高速で小さくしている。補間係数マップ７４からの重み付け値が乗算ノード７８側へ出力され、上述した慣性補償量が車速に応じて補正される。車速により補正された慣性補償量が、図２に示す加算ノード４８へ印加され、アシスト制御６０からの指令トルク値を補償する。

ここで、周期制御１１０によるＰＷＭ制御のスイッチング周期の切り替えについて図７及び図８を参照して説明する。
図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、高デューティ比時の一定周期でのスイッチングを示すタイミングチャートであり、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）は、低デューティ比時の周期を長くした際のスイッチングを示すタイミングチャートである。

第１実施形態では、デューティ比が１６％が越えている際には、ＦＥＴのスイッチング周波数（ＰＷＭ制御のスイッチング周波数）を２０KHz（スイッチング周期０．５ms）で一定にし、デューティ比に応じてＦＥＴのオン時間を調整する。図８（Ａ）は、デューティ比２０％の際のスイッチングを示している。ここでは、０．５ms周期で、０．１ms間ＦＥＴをオンする（実際には、遅延回路分遅れてターンオン、ターンオフする）。また、図８（Ｂ）は、デューティ比４０％の際のスイッチングを示している。ここでは、０．５ms周期で、０．２ms間ＦＥＴをオンする。

一方、デューティ比が１６％以下の低デューティ比の際には、ＦＥＴのスイッチング周波数（ＰＷＭ制御のスイッチング周波数）を可変にし、オン時間を一定にしてデューティ比に応じてスイッチング周期を調整する。図８（Ｃ）は、デューティ比３％の際のスイッチングを示している。ここでは、２．６７ms周期で、０．０８ms間ＦＥＴをオンする。また、図８（Ｄ）は、デューティ比４％の際のスイッチングを示している。ここでは、２ms周期で、０．０８ms間ＦＥＴをオンする。

図３を参照して上述したＦＥＴのゲート側に接続された抵抗Ｒ１からなる時定数回路による遅延時間は、即ち、ノイズを防ぐために必要とされる遅延時間（スイッチ遅れ時間Ｔd）は０．０３ms程度である。一方、抵抗Ｒ１、ＦＥＴ等の素子のバラツキ、素子特性の温度変化等を考慮すると、ＦＥＴを確実にオンさせるようにするマージン（余裕）時間は０．０５ms程度である。このため、第１実施形態では、ＦＥＴのオン時間、即ち、図３中に示すＰＷＭ演算２７からのＵ相、Ｖ相、インバータＵ相、インバータＶ相のオン時間は、０．０８ms（０．０３ms＋０．０５ms）に設定されており、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）を参照して上述したようにスイッチング周期側を可変にする。これにより、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４を確実にオンさせる。

周期制御１１０によるＰＷＭ制御のスイッチング周期決定の処理について図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、出力デューティ比（Ｄn）を計算する（Ｓ１２）。ここで、小数点以下は四捨五入して％単位で計算し、０．４％は、０％に、０．５％は１％とする。次に、デューティ比が所定値（例えば１６％）以下かを判断する（Ｓ１４）。ここで、デューティ比が所定値を越える場合には（Ｓ１４：Ｎｏ）、ＰＷＭ周期を０．５ms、即ち、ＰＷＭ周波数を２０KHzに一定とし、デューティ比に応じたオン時間、例えば、図８（Ａ）を参照して上述したようにデューティ比２０％の際にはオン時間０．１msを、図８（Ｂ）を参照して上述したようにデューティ比４０％の際にはオン時間０．２msを設定する。

一方、次に、デューティ比が所定値（１６％）以下の場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、先ず、ＰＷＭ制御のスイッチング周期Ｔnを計算する（Ｓ１６）。ここで、切替デューティをＺ、デューティ比をＤn、２０KHz時の周期（０．５ms）としたとき、スイッチング周期Ｔnは次式で求められる。

ここで、切替デューティＺは、上述したスイッチ遅れ時間をＴdとし、マージン（余裕）時間をＰmとしたとき次式で求められる。

即ち、スイッチング周期Ｔnは次式で求めることができる。

例えば、上述したようにスイッチ遅れ時間Ｔdに０．０３ms、マージン（余裕）時間Ｐmに０．０５msを用いると、デューティ比１％でスイッチング周期Ｔnが８ms、デューティ比２％でスイッチング周期Ｔnが４ms、デューティ比３％でスイッチング周期Ｔnが２．６７ms、デューティ比４％でスイッチング周期Ｔnが２ms、デューティ比５％でスイッチング周期Ｔnが１．６ms、デューティ比６％でスイッチング周期Ｔnが１．３msとなる。

そして、算出したＰＷＭ周期Ｔnで、上述したようにデューティ比に対応するようにＰＷＭ出力を実行し（Ｓ１８）、処理を終了する。

第１実施形態では、スロースタート時間Ｔdに加えて、当該スイッチングのバラツキを無くすための余裕時間Ｐmを考慮してスイッチング周期を決定するため、ＦＥＴ等のスイッチング素子及びスイッチング素子に接続される素子のバラツキがあっても、スイッチング素子を確実にスロースタートさせることができる。

ここで、図７中のステップＳ１４で、スイッチング周期を長くするかを判断するための所定値（上述した例では１６％）は、一定のスイッチング周期では、スイッチング素子をオンできなくなるデューティ比が設定されている。即ち、スイッチング周期（０．５ms：ＰＷＭ周波数２０KHz）では、１６％の時に、オン周期が０．５×０．１６＝０．０８（ms)となり、上述したスイッチ遅れ時間Ｔd（０．０３ms）、マージン（余裕）時間Ｐm（０．０５ms）を加えた時間と等しくなり、これよりも短いと確実にＦＥＴをオンすることができなくなる。このため、一定のスイッチング周期ではスイッチング素子をオンできなくなるデューティ比以下において、スイッチング周期を長くすることで、確実にモータへ通電し、不感帯の生じることを防ぐことができる。

なお、上述したようにデューティ比は、％単位で四捨五入した。これは、例えば、デューティ比０．１％の際に通電を行うと、スイッチング周期Ｔnが８０msとなって、係る間欠的な周期でモータを制御するとステアリングに振動を生じさせることになるので、これを防ぐためである。

図１２（Ｂ）は、第１実施形態でのデューティ比とモータ電流との関係を示すグラフである。デューティ比が０〜０．４％までは、電流が流れない状態、即ち、不感帯が発生しているが、０．５％を越えるとデューティ比に応じてモータに電流を流すことができる。即ち、不感帯は、０．４％以下であり、事実上不感帯を無くすことができる。

第１実施形態では、ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定された値を越える際に、スイッチング周期を一定にし、デューティ比が予め設定された値以下になった時に、スイッチング周期を長くする。このため、ＦＥＴ、トランジスタ等のスイッチング素子をスロースタートさせてノイズの発生を防ぎながら、低デューティ比でもスイッチング周期を長くすることで、確実にモータへ通電し、不感帯の生じることを防ぐことができる。これにより、操舵時の応答遅れを改善し、操舵感を向上させることが可能である。

[第２実施形態]
上述した第１実施形態では、本発明の構成を電気式動力舵取装置のアシストトルク調整に用いた。これに対して、第２実施形態では、ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に電動モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段を備えた電気式動力舵取装置に関するものである。

図９に示すように、電気式動力舵取装置２１０は、主に、ステアリングホイール２１４、第１ステアリングシャフト２１２、第２ステアリングシャフト２１３、ステアリングギヤボックス２１８、操舵角センサ２１６、車速センサ２２４、出力角センサ２１７、ＥＣＵ２３０、ギヤ比可変ユニット２２２から構成されている。

即ち、ステアリングホイール２１４に第１ステアリングシャフト２１２の一端が接続され、この第１ステアリングシャフト２１２の他端側にはギヤ比可変ユニット２２２の入力側が接続される。このギヤ比可変ユニット２２２はモータ、減速機等から構成されており、この出力側には第２ステアリングシャフト２１３の一端側が接続され、第２ステアリングシャフト２１３の他端側にはステアリングギヤボックス２１８の入力側が接続される。そして、ステアリングギヤボックス２１８は図示しないラック・ピニオンギヤ等により、第２ステアリングシャフト２１３によって入力された回転運動をロッド２１５の軸方向運動に変換して出力し得るように構成される。また、第１ステアリングシャフト２１２の回転角（操舵角）は操舵角センサ２１６により、第２ステアリングシャフト２１３の回転角（出力角）は出力角センサ２１７により、車両速度は車速センサ２２４により、それぞれ検出され、操舵角信号、出力角信号、車速信号としてＥＣＵ２３０にそれぞれ入力され得るように構成される。

このように構成することによって、ギヤ比可変ユニット２２２では、モータと減速機により、入力ギヤに対する出力ギヤの比を車速に応じてリアルタイムに変更し、第１ステアリングシャフト２１２の操舵角に対する第２ステアリングシャフト２１３の出力角の比を可変する。つまり、操舵角センサ２１６による操舵角信号と車速センサ２２４による車速信号とをＥＣＵ２３０に入力することにより、車速に対応して一義的に定められるギヤ比可変ユニット２２２のモータの回転角をモータ回転角マップから決定し、決定した回転角指令値に応じたモータ電圧を増幅回路（図示せず）を介してモータ駆動回路（図示せず）に供給する。

これにより、車速に対応したステアリングギヤ比、例えば停車時や低速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対してギヤ比可変ユニット２２２の出力角が大きくなるように設定し、また高速走行時にはステアリングホイールの操舵角に対してギヤ比可変ユニット２２２の出力角が小さくなるように設定することができる。つまり、ギヤ比可変ユニット２２２は、ステアリングホイールの取り回しを改善することを主目的に構成されている。

このＥＣＵ２３０は、第１実施形態と同様にギヤ比可変ユニット２２２のモータを、低デューティ比の際にはスイッチング周期を可変にしてＰＷＭ制御してる。

この第２実施形態では、モータの電流センサを無くし、電流フィードバックを行うことなくオープンループで制御を行っても、操舵時の応答遅れを無くすことができる。

[第３実施形態]
上述した第１実施形態では、本発明の構成を電気式動力舵取装置のアシストトルク調整に用いた。これに対して、第３実施形態では、ステアリングホイールの操作を検出し、制御装置によってアクチュエータを駆動して操舵を行うＳＢＷ（ステアバイワイヤ）式の電気式動力舵取装置に関するものである。

図１０に示すように、電気式動力舵取装置３１０は、主に、ステアリングホイール３１４、ステアリングシャフト３１２、操舵角センサ３２６、トルクセンサ３２２、実舵角センサ３７４、操舵アクチュエータ３２８，シャフト３１５、車速センサ３２４、ＥＣＵ３３０から構成されている。

即ち、操舵角センサ３２６、トルクセンサ３２２で操舵状況を検出し、検出値に基づきＥＣＵ３３０が舵角を決定し、操舵アクチュエータ３２８により操舵を行い、これを実舵角センサ３７４にて検出する。

この第３実施形態のＥＣＵ（操舵角決定手段）３３０は、第１実施形態と同様に操舵アクチュエータ３２８のモータを、低デューティ比の際にはスイッチング周期を可変にしてＰＷＭ制御している。

本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施態様に係る電気式動力舵取装置の制御系を示すブロック図である。 図２中のモータ駆動回路の回路図である。 図４（Ａ）は、図２中のトルク慣性補償制御のブロック図であり、図４（Ｂ）は、アシスト制御のブロック図である。 図５（Ａ）は、図２中のハンドル戻し補償制御のブロック図であり、図５（Ｂ）は、ダンパ補償制御のブロック図である。 図２中のＰＩ制御のブロック図である。 図２中の周期制御での処理を示すフローチャートである。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は一定周期でのスイッチングを示すタイミングチャートであり、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）は周期を長くした際のスイッチングを示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施態様に係る電気式動力舵取装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施態様に係る電気式動力舵取装置の構成を示すブロック図である。 図１１（Ａ）は、従来技術に係るスイッチングによりモータへの印加電圧の調整を行うＦＥＴ回路を示し、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）中でのＦＥＴ回路の制御信号、ＦＥＴのゲートへの印加電圧、ＦＥＴのオンオフを示すタイミングチャートである。 図１２（Ａ）は、従来技術でのデューティ比とモータ電流との関係を示すグラフであり、図１２（Ｂ）は、第１実施形態でのデューティ比とモータ電流との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 電気式動力舵取装置
２２ トルクセンサ
２４ 車速センサ
２６ モータ駆動回路
３０ ＥＣＵ
４８ 加算ノード
６０ アシスト制御
７０ トルク慣性補償制御
８０ ハンドル戻し補償制御
９０ ダンパ補償制御
１１０ 周期制御
２１４ ステアリングホイール
２１５ ロッド
２１６ 操舵角センサ
２２２ ギヤ比可変ユニット
２２４ 車速センサ
２３０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 操舵状態を検出して操舵状態に応じた操舵補助指令値を演算する演算部と、操舵補助力を発生するモータと、スイッチング素子をスロースタートさせて前記モータへの通電を制御する通電制御回路と、演算された操舵補助指令値に基づき前記通電制御回路を介して前記モータをＰＷＭ制御するモータ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
   前記ＰＷＭ制御のデューティ比が予め設定された値を越える際に、スイッチング周期を所定値にし、デューティ比が前記予め設定された値以下になった時に、前記スイッチング周期を前記所定値より長くするスイッチング周期調整手段を備えることを特徴とする電気式動力舵取装置。
2. 前記予め設定された値は、前記一定のスイッチング周期で、前記スイッチング素子をオンできなくなるデューティ比であることを特徴とする請求項１の電気式動力舵取装置。
3. 前記長くするスイッチング周期（Ｔn）は、前記スイッチング素子のスロースタート時間をＴd、当該スイッチングのバラツキを無くすための余裕時間をＰm、デューティ比（％）をＤnとした際に次式で表されることを特徴とする請求項１又は請求項２の電気式動力舵取装置。
   Ｔn＝（Ｔd＋Ｐm）×１００／Ｄn
   
4. 前記電気式動力舵取装置は、ステアリングホイールと操舵輪とを連結する操舵伝達系の途中に前記電動モータの駆動により伝達比を可変する伝達比可変手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の電気式動力舵取装置。

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