JP2006248389A

JP2006248389A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2006248389A
Application number: JP2005068143A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Okubo; 謙一大久保; Mitsuhiko Nishimoto; 光彦西本
Original assignee: Favess Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Favess Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP4622593B2

Abstract

【課題】運転者がハンドル操作に感じることがある「引っ掛かり感」を緩和することが出来る電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し（Ｓ２）、検出した操舵トルクに基づき、モータを駆動して（Ｓ１６）操舵補助する電動パワーステアリング装置。モータに供給している電圧が、所定電圧以上であるか否かを判定する手段（Ｓ６）と、判定する手段が所定電圧以上であると判定した（Ｓ６；ＹＥＳ）ときに、モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるように制御する弱め界磁制御手段（Ｓ１８）とを備える構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づき、モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。
特許文献１には、操舵補助用のブラシレスモータの回転速度が所定範囲に達した場合に、弱め界磁制御によりブラシレスモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置が記載されている。
特開２００２−３４５２８１号公報

上述したような電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータの図７に示すようなトルク−回転数特性が、急激に変化した場合（変曲点付近、無負荷回転数付近等）、運転者がハンドル操作に「引っ掛かり感」（ハンドルが急に重くなる）を感じることがあるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、運転者がハンドル操作に感じることがある「引っ掛かり感」を緩和することが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づき、モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、前記モータに供給している電圧が、所定電圧以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定電圧以上であると判定したときに、前記モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるように制御する弱め界磁制御手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記所定電圧は、前記モータの回転数により定められた閾値であることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記弱め界磁制御手段は、前記操舵トルクが所定値以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定値以上であると判定したときに、前記モータに流れる電流が上限値に達しているか否かを判定する手段とを備え、該手段が上限値に達していないと判定したときに、前記磁束を弱めるように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、判定する手段が、モータに供給している電圧が所定電圧以上であると判定したときに、弱め界磁制御手段が、モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるように制御するので、運転者がハンドル操作に感じることがある「引っ掛かり感」を緩和することが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、判定する手段が、モータに供給している電圧が、モータの回転数により定められた閾値であると判定したときに、弱め界磁制御手段が、モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるように制御するので、運転者がハンドル操作に感じることがある「引っ掛かり感」を緩和することが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、弱め界磁制御手段は、操舵トルクが所定値以上であると判定したときに、モータに流れる電流が上限値に達しているか否かを判定し、上限値に達していないと判定したときに、モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるので、運転者がハンドル操作に感じることがある「引っ掛かり感」を緩和することが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為のハンドル２７（操舵部材）と、ハンドル２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ２と、モータ２の回転を減速歯車機構１８を介して舵取機構２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ２を駆動制御するコントローラ１とを備えている。コントローラ１には、車両の走行速度を検出する車速検出器５が出力した車速信号が与えられている。

伝動手段２４は、ハンドル２７に連結された入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０と、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａに舵取機構２３，２３を介して連結されるラック軸３２とを備えている。入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。

入力軸２６の周りには、ハンドル２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルクを、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルク検出器３が配置されており、トルク検出器３が検出した操舵トルクに基づいて、コントローラ１がモータ２を駆動制御するように構成してある。
減速歯車機構１８は、モータ２の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ２の回転をウォーム及ウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、ハンドル２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、舵取機構２３，２３を作動させる。また、それと共に、トルク検出器３が検出した操舵トルクに基づき、コントローラ１がモータ２を駆動制御し、モータ２の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りの為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、トルク検出器３が検出した操舵トルク値が、インタフェース４によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値が、コントローラ１のトルク−電流テーブル７及び制御部２２に与えられる。トルク−電流テーブル７には、車速検出器５が検出し、インタフェース６がサンプリングした車速信号も与えられている。

トルク−電流テーブル７では、操舵トルク信号が所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク信号が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速信号に応じて可変的に定められている。前記関数は車速信号が大となるに従って操舵トルク信号に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。トルク−電流テーブル７が定めたモータ電流の目標値（ｑ軸電流目標値Ｉｑ１）は減算手段８へ与えられる。

操舵補助を行うブラシレスモータであるモータ２には、そのロータの回転位置を検出するロータ位置検出器２１が内蔵され、ロータ位置検出器２１が検出し出力した位置信号は、コントローラ１内の電気角演算回路２０に与えられ、電気角に換算されて、３相→ｄｑ変換器１１及び制御部２２に与えられる。ロータ位置検出器２１が検出し出力した位置信号は、コントローラ１内のモータ回転数検出回路２８にも与えられ、モータ回転数に換算されて、制御部２２に与えられる。
コントローラ１内の電流検出回路１９が、モータ２のＵ相界磁コイルＬｕ及びＶ相界磁コイルＬｖにそれぞれ流れる電流値Ｉｕ，Ｉｖを検出し、３相→ｄｑ変換器１１に与える。

３相→ｄｑ変換器１１は、与えられた電流値Ｉｕ，Ｉｖ及び電気角に基づき、ｄ軸電流値Ｉｄ２、ｑ軸電流値Ｉｑ２へｄｑ変換し、ｄ軸電流値Ｉｄ２を減算手段９へ、ｑ軸電流値Ｉｑ２を減算手段８へそれぞれ与える。また、ｄ軸電流値Ｉｄ２及びｑ軸電流値Ｉｑ２の和を制御部２２に与える。
減算手段８は、トルク−電流テーブル７からのモータ電流の目標値（ｑ軸電流目標値Ｉｑ１）と、３相→ｄｑ変換器１１からのｑ軸電流値Ｉｑ２との差を演算し、その差をｑ軸電流指令値としてＰＩ制御部１２へ与える。
減算手段９は、Ｉｄ演算部１０からのｄ軸電流目標値Ｉｄ１と、３相→ｄｑ変換器１１からのｄ軸電流値Ｉｄ２との差を演算し、その差をｄ軸電流指令値としてＰＩ制御部１３へ与える。

Ｉｄ演算部１０は、制御部２２からの制御に基づきｄ軸電流目標値Ｉｄ１を定める。
ＰＩ制御部１２，１３は、それぞれ与えられた電流指令値に基づき、ＰＩ制御の為のｑ軸電圧Ｖｑ、ｄ軸電圧Ｖｄをそれぞれ演算して、ｄｑ→３相変換器１４へ与える。ｄｑ→３相変換器１４は、与えられたｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄに基づき、ｄｑ逆変換（３相変換）して、３相の各電圧値を演算し、３相電圧指令部１５へ与える。３相電圧指令部１５は、与えられた各電圧値を３相電圧の各指令値（３相の各電流位相指令値）として、ＰＷＭ出力部１６へ与える。

ＰＷＭ出力部１６は、与えられた３相電圧の各指令値をパルス幅変調し、ＰＷＭ指令値としてモータ駆動回路１７へ与える。また、各ＰＷＭ指令値のデューティ比を制御部２２へ与える。
モータ駆動回路１７は、与えられた各相のＰＷＭ指令値（パルス信号）により、各相の界磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと図示しない電源及び接地端子との間をスイッチングして、モータ２をＰＷＭ駆動する。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の操舵アシスト動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
コントローラ１は、先ず、トルク検出器３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた操舵トルク信号をトルク−電流テーブル７及び制御部２２に読み込み（Ｓ２）、車速検出器５が検出し、インタフェース６によりサンプリングされた車速信号をトルク−電流テーブル７に読み込む（Ｓ３）。次いで、モータ回転数検出回路２８が検出（換算）したモータ回転数を制御部２２で読み込み（Ｓ４）、制御部２２でモータ回転数に基づくモータ電圧の閾値（パルス幅変調のデューティ比に換算）を演算する（Ｓ５）。
コントローラ１は、次に、制御部２２で、ＰＷＭ出力部１６が行うパルス幅変調のデューティ比（モータ電圧に対応）が、演算した閾値（Ｓ５）であるか否かを判定する（Ｓ６）。

コントローラ１は、ＰＷＭ出力部１６が行うパルス幅変調のデューティ比が閾値以上でなければ（Ｓ６；ＮＯ）、トルク−電流テーブル７でモータ電流の目標値（ｑ軸電流目標値Ｉｑ１）を決定し（Ｓ８）、減算手段８でモータ電流の目標値（ｑ軸電流目標値Ｉｑ１）とモータ電流（ｑ軸電流値Ｉｑ２）との差を演算する（Ｓ１０）。
コントローラ１は、次に、減算手段８，９で演算した差を、ｑ，ｄ軸のモータ電流指令値とする（Ｓ１２）。次いで、これらのモータ電流指令値に基づき、ＰＩ制御の為の演算、ｄｑ逆変換（３相変換）及びパルス幅変調を実行して、モータ２の回転方向、電流位相指令値及びＰＷＭ指令値を決定し（Ｓ１４）、モータ２の駆動電圧に変換して出力する（Ｓ１６）。

コントローラ１は、ＰＷＭ出力部１６が行うパルス幅変調のデューティ比が閾値以上であれば（Ｓ６；ＹＥＳ）、弱め界磁制御を実行する（Ｓ１８）。弱め界磁制御では、制御部２２で操舵トルク値（操舵トルク信号）が所定の閾値以上であるか否かを判定する（図４Ｓ２２）。この閾値は、操舵速度がモータの応答速度を超えたと判断できる値である。
コントローラ１は、操舵トルク値が所定の閾値以上であれば（Ｓ２２；ＹＥＳ）、制御部２２で３相→ｄｑ変換器１１からのモータ電流値が制限値（上限置）に達しているか否かを判定し（Ｓ２４）、達していなければ（Ｓ２４；ＹＥＳ）、操舵トルク値と所定の閾値との差を演算する（Ｓ２６）。

コントローラ１は、次に、演算した差（Ｓ２６）に応じて、モータ２の電流位相を進ませる為に、制御部２２でＩｄ演算部１０への進み位相指令値を変更し（Ｓ２８）、Ｉｄ演算部１０からのｄ軸電流目標値Ｉｄ１を変更する。次いで、変更したｄ軸電流目標値Ｉｄ１に基づき、モータ２の回転方向、電流位相指令値及びＰＷＭ指令値を決定する（図３Ｓ１４）。

コントローラ１は、モータ電流値が制限値に達していれば（Ｓ２４；ＮＯ）、そのままモータ２の回転方向、電流位相指令値及びＰＷＭ指令値を決定し（図３Ｓ１４）、モータ２の駆動電圧に変換して出力する（Ｓ１６）。
コントローラ１は、操舵トルク値が所定の閾値以上でなければ（Ｓ２２；ＮＯ）、制御部２２で、電流の位相βが、トルクが最大となる位相β₀ より進んでいるか否かを判定する（Ｓ３０）。

コントローラ１は、電流の位相βが位相β₀ より進んでいれば（Ｓ３０；ＹＥＳ）、制御部２２で、操舵トルク値と所定の閾値との差を演算する（Ｓ２６）。次いで、演算した差（Ｓ２６）に応じて、モータ２の電流位相を進ませる為に、制御部２２でＩｄ演算部１０への進み位相指令値を変更し（Ｓ２８）、Ｉｄ演算部１０からのｄ軸電流目標値Ｉｄ１を変更する。
コントローラ１は、電流の位相βが位相β₀ より進んでいなければ（Ｓ３０；ＮＯ）、トルク−電流テーブル７でモータ電流の目標値（ｑ軸電流目標値Ｉｑ１）を決定し（Ｓ８）、減算手段８でモータ電流の目標値とモータ電流との差を演算する（Ｓ１０）。

上述した弱め界磁制御により、モータ２のトルク−回転数特性の傾きを、図５又は図６に示すように、緩やかにすることが出来、変曲点付近及び無負荷回転数付近の、回転数及びトルクの変化の速度を抑制し、また、傾き部分における回転数及びトルクの変化の速度を抑制することが出来る。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作例を説明する為の説明図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の動作例を説明する為の説明図である。モータのトルク−回転数特性の例を示す特性図である。

符号の説明

１コントローラ
２モータ
３トルク検出器
５車速検出器
７トルク−電流テーブル
８，９減算手段
１１３相→ｄｑ変換器
１１，１２ＰＩ制御部
１４ｄｑ→３相変換器
１５３相電圧指令部
１６ＰＷＭ出力部
１７モータ駆動回路
１９電流検出回路
２２制御部
２３舵取機構
２７ハンドル（操舵部材）
２８モータ回転数検出回路

Claims

操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づき、モータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置において、
前記モータに供給している電圧が、所定電圧以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定電圧以上であると判定したときに、前記モータのマグネットにより発生する磁束を弱めるように制御する弱め界磁制御手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記所定電圧は、前記モータの回転数により定められた閾値である請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記弱め界磁制御手段は、前記操舵トルクが所定値以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定値以上であると判定したときに、前記モータに流れる電流が上限値に達しているか否かを判定する手段とを備え、該手段が上限値に達していないと判定したときに、前記磁束を弱めるように構成してある請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。