JP2006327382A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵補助用モータの非干渉制御を行っても、操舵補助力が大きいときに、操舵補助用モータの追随性が低下せず、共振が発生し難い電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】 操舵部材（図示せず）に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器３と、操舵補助用のモータ６の回転速度を検出する手段４２と、その検出した回転速度に基づき、モータ６の逆起電力により発生する電流を相殺するように、モータ６に電流を流す非干渉制御を実行する手段４３，４４，４５とを備え、非干渉制御を実行すると共に、トルク検出器３が検出した操舵トルクに基づきモータ６を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置。非干渉制御により流す電流を所定範囲内に制限する手段４６を備える構成である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵補助用モータの回転速度を検出し、検出した回転速度に基づき、操舵補助用モータに逆起電力により発生する電流を相殺するように、操舵補助用モータに電流を流す非干渉制御を実行し、操舵部材に加えられ検出された操舵トルクに基づき、操舵補助用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。

近年、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が多用されている。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値を検出し、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。

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応答性及び追随性を向上させる為に、モータの逆起電力により発生する電流を相殺するように、モータに電流を流す非干渉制御が行われている。
特許文献１には、走行状態が所定の領域に属するか否かを判定する判定手段を備え、判定手段の判定結果に応じて、操舵補助用の電動モータに対する非干渉制御補正値による補正の有無を制御する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００１−１８８２２号公報

上述したような従来の電動パワーステアリング装置では、操舵補助用モータの非干渉制御を行うことにより、操舵補助力が大きいときには、オーバーシュートの傾向も大きくなって、却って追随性が低下し、最悪の場合、共振の発生にもつなが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、操舵補助用モータの非干渉制御を行っても、操舵補助力が大きいときに、操舵補助用モータの追随性が低下せず、共振が発生し難い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。

本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するトルク検出器と、操舵補助用のモータの回転速度を検出する手段と、該手段が検出した回転速度に基づき、前記モータの逆起電力により発生する電流を相殺するように、前記モータに電流を流す非干渉制御を実行する手段とを備え、該手段が非干渉制御を実行すると共に、前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき前記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、前記非干渉制御により流す電流を所定範囲内に制限する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵補助用のモータの回転速度を検出し、検出した回転速度に基づき、モータの逆起電力により発生する電流を相殺するように、モータに電流を流す非干渉制御を実行し、操舵部材に加えられ検出された操舵トルクに基づきモータを駆動して操舵補助し、制限する手段が、非干渉制御により流す電流を所定範囲内に制限するので、操舵補助用モータの非干渉制御を行っても、操舵補助力が大きいときに、操舵補助用モータの追随性が低下せず、共振が発生し難い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

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１（ステアリングホイール、操舵部材）と、ハンドル１の操舵に応じて駆動される操舵補助用のブラシレスＤＣモータ６と、モータ６の回転を減速歯車機構７を介して舵取機構１２，１２に伝える伝動手段１３と、モータ６を駆動制御するＥＣＵ（コントローラ）５とを備えている。ＥＣＵ５には、車両の走行速度を検出する車速センサ４が出力した車速信号が与えられている。

伝動手段１３は、ハンドル１に連結された入力軸２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８と、出力軸８にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸９と、連結軸９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１０と、ピニオン軸１０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１２，１２を介して連結されるラック軸１１とを備えている。入力軸２及び伝動手段１３は操舵軸１４を構成している。

入力軸２の周りには、ハンドル１を操作することにより入力軸２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センサ（トルク検出器）３が配置されており、トルクセンサ３が検出した操舵トルクに基づいて、ＥＣＵ５がモータ６を駆動制御するように構成してある。
減速歯車機構７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸８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６の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸８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１の操作による舵取り操作力を入力軸２、トーションバー（図示せず）、出力軸８、連結軸９、及びピニオン軸１０を介してラック軸１１に伝達し、ラック軸１１を軸長方向へ移動させ、舵取機構１２，１２を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ３が検出した操舵トルクに基づき、ＥＣＵ５がモータ６を駆動制御し、モータ６の駆動力を出力軸８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、トルクセンサ３が検出した操舵トルク値Ｔs が、位相補償器３１に与えられ、位相補償器３１で位相補償された操舵トルク値が、ＥＣＵ５のトルク−電流テーブル３３に与えられる。また、車速センサ４が検出した車速値Ｖs が、トルク−電流テーブル３３及び収斂性補正部２７に与えられている。

トルク−電流テーブル３３では、操舵トルク値が所定の不感帯を超えると、操舵トルク値の増加に従ってモータ電流の目標値が比例的に増加し、さらに操舵トルク値が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速値Ｖs に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖs が大となるに従って操舵トルク値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３３が定めたモータ電流の目標値Ｉt は、加算手段２０及び指令電流方向指定部２９へ与えられる。

モータ電流の目標値Ｉt は、ｄｑ座標変換を用いたモータ制御におけるｑ軸電流の目標値を示す符号付きの値であり、その正負は、操舵補助の方向を示している。
指令電流方向指定部２９は、与えられたモータ電流の目標値Ｉt の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す方向信号Ｓdir を作成し、収斂性補正部２７に与える。

操舵補助を行うブラシレスＤＣモータであるモータ６には、そのロータ位置を検出する為の角度検出器であるレゾルバ２５が内蔵され、レゾルバ２５が出力した正弦波信号は、ＥＣＵ５内のロータ位置検出部６２に与えられる。ロータ位置検出部６２は、与えられた正弦波信号に基づいて電気角θreを求め、正弦波ＲＯＭテーブル４０及びロータ角速度演算部４２に与える。

正弦波ＲＯＭテーブル４０は、与えられた電気角θreにより正弦波値ｓｉｎθreを出力し、三相交流／ｄｑ座標変換部３８及びｄｑ／三相交流変換部３２に与える。
ロータ角速度演算部４２は、与えられた電気角θreによりロータ角速度（回転速度）ωreを算出し、収斂性補正部２７及び非干渉化演算部４３（非干渉制御を実行する手段）に与える。収斂性補正部２７は、与えられた車速値Ｖs 、方向信号Ｓdir 及びロータ角速度ωreに基づき、車両収斂性を確保する為の補償電流値ｉc を作成し、加算手段２０に与える。
加算手段２０は、モータ電流の目標値Ｉt に補償電流値ｉc を加算し、その加算結果をｑ軸電流指令値ｉ^* q として減算手段２４に与える。

ＥＣＵ５内のｖ相電流検出器５４及びｕ相電流検出器５６が、モータ６のｖ相界磁コイル及びｕ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流値ｉv 及びｉu を検出し、三相交流／ｄｑ座標変換部３８に与える。
三相交流／ｄｑ座標変換部３８は、与えられた電流値ｉv ，ｉu 及び正弦波値ｓｉｎθreに基づき、ｑ軸電流値ｉq 及びｄ軸電流値ｉd へｄｑ変換し、ｑ軸電流値ｉq を減算手段２４及び非干渉化演算部４３へ、ｄ軸電流値ｉd を減算手段２２及び非干渉化演算部４３へそれぞれ与える。

減算手段２４は、ｑ軸電流指令値ｉ^* q とｑ軸電流値ｉq との偏差ｅq を演算し、その偏差ｅq をｑ軸電流ＰＩ制御部２８へ与える。
減算手段２２は、トルクに関与しないので０であるｄ軸電流指令値ｉ^* d とｄ軸電流値ｉd との偏差ｅd を演算し、その偏差ｅd をｄ軸電流ＰＩ制御部２６へ与える。
ｑ軸電流ＰＩ制御部２８及びｄ軸電流ＰＩ制御部２６は、与えられた偏差ｅq 及び偏差ｅd に基づき、ＰＩ制御の為のｑ軸電圧Ｖq 及びｄ軸電圧Ｖd を演算して、加算手段４４及び加算手段４５に与える。

非干渉化演算部４３は、与えられたロータ角速度ωre、ｑ軸電流値ｉq 及びｄ軸電流値ｉd に基づき、ロータ角速度ωreのときに、モータ６の逆起電力により発生するｑ軸電流及びｄ軸電流を相殺する各電流を流す為のｑ軸電圧値及びｄ軸電圧値を定め、リミッタ（制限する手段）４６ヘ与える。モータ６の逆起電力により発生するｑ軸電流及びｄ軸電流は、ロータ角速度ωreに比例するから、それらを相殺する各電流を流す為のｑ軸電圧値及びｄ軸電圧値もロータ角速度ωreに比例する（但し、ここでは向きは問わない）。

リミッタ４６は、与えられたｄ軸電圧値を、図３（ａ）に示すように、所定電圧範囲−ｖds〜＋ｖds内に制限して、加算手段４５に与える。また、与えられたｑ軸電圧値を、図３（ｂ）に示すように、所定電圧範囲０〜＋ｖqs内に制限して、加算手段４４に与える。
加算手段４５は、与えられたｄ軸電圧値及びｄ軸電圧Ｖd を加算して、ｄ軸電圧指令値Ｖ^* d を作成し、ｄｑ／三相交流変換部３２に与える。
加算手段４４は、与えられたｑ軸電圧値及びｑ軸電圧Ｖq を加算して、ｑ軸電圧指令値Ｖ^* q を作成し、ｄｑ／三相交流変換部３２に与える。

ｄｑ／三相交流変換部３２は、与えられたｑ軸電圧指令値Ｖ^* q 及びｄ軸電圧指令値Ｖ^* d に基づき、ｄｑ逆変換（三相変換）して、三相のｕ相電圧指令値Ｖ^* u 及びｖ相電圧指令値Ｖ^* v を演算し、減算手段３４及び三相ＰＷＭ変調部５０へ与える。
減算手段３４は、Ｖ^* w ＝−Ｖ^* u −Ｖ^* v を演算し、演算したｗ相電圧指令値Ｖ^* w を三相ＰＷＭ変調部５０へ与える。
三相ＰＷＭ変調部５０は、与えられた三相の各電圧指令値Ｖ^* u ，Ｖ^* v ，Ｖ^* w をパルス幅変調し、三相の各ＰＷＭ信号Ｓu ，Ｓv ，Ｓw としてモータ駆動回路５２へ与える。

モータ駆動回路５２は、与えられた各ＰＷＭ信号Ｓu ，Ｓv ，Ｓw （パルス信号）により、図示しない各相の界磁コイルと電源及び接地端子との間をスイッチングして、モータ６をＰＷＭ駆動し、モータ６はトルクＴm を出力する。
尚、上述したトルク−電流テーブル３３、収斂性補正部２７、加算手段２０，４４，４５、指令電流方向指定部２９、ロータ角速度演算部４２、正弦波ＲＯＭテーブル４０、三相交流／ｄｑ座標変換部３８、ｄｑ／三相交流座標変換部３２、減算手段２２，２４，３４、ｑ軸電流ＰＩ制御部２８、ｄ軸電流ＰＩ制御部２６、非干渉化演算部４３及びリミッタ４６は、マイクロコンピュータ２１により実現されている。

このような構成及び動作の電動パワーステアリング装置では、非干渉化演算部４３が定めた、モータ６の逆起電力により発生するｑ軸電流及びｄ軸電流を相殺する各電流を流す為のｑ軸電圧値及びｄ軸電圧値を、リミッタ４６が各所定電圧範囲内に各制限して、加算手段４４及び加算手段４５に与える。
加算手段４４は、与えられたｑ軸電圧値を、ｑ軸電流ＰＩ制御部２８からのｑ軸電圧Ｖq に加算して、ｑ軸電圧指令値Ｖ^* q を作成し、ｄｑ／三相交流変換部３２に与える。

加算手段４５は、与えられたｄ軸電圧値を、ｄ軸電流ＰＩ制御部２６からのｄ軸電圧Ｖd に加算して、ｄ軸電圧指令値Ｖ^* d を作成し、ｄｑ／三相交流変換部３２に与える。
これにより、アシストゲインの不感帯及び低アシスト領域では、相応の非干渉制御により、慣性及び粘性等の不自然な操舵感が生じ難くなり、アシストゲインが大きい領域では、モータの応答性及び追随性が過敏になることなく、共振も起き難くなる。

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動作例を説明する為のリミッタ特性図である。

符号の説明

１ ハンドル（操舵部材）
３ トルクセンサ（トルク検出器）
５ ＥＣＵ
６ （ブラシレスＤＣ）モータ
２５ レゾルバ（検出する手段）
３２ ｄｑ／三相交流変換部
３３ トルク−電流テーブル
３８ 三相交流／ｄｑ座標変換部
４２ ロータ角速度演算部（検出する手段）
４３ 非干渉化演算部（非干渉制御を実行する手段）
４４，４５ 加算手段（非干渉制御を実行する手段）
４６ リミッタ（制限する手段）
５２ モータ駆動回路
５４ ｖ相電流検出器
５６ ｕ相電流検出器
６２ ロータ位置検出部

Claims (1)

1. 操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出器と、操舵補助用のモータの回転速度を検出する手段と、該手段が検出した回転速度に基づき、前記モータの逆起電力により発生する電流を相殺するように、前記モータに電流を流す非干渉制御を実行する手段とを備え、該手段が非干渉制御を実行すると共に、前記トルク検出器が検出した操舵トルクに基づき前記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、
   前記非干渉制御により流す電流を所定範囲内に制限する手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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