JP2007236075A - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵系に補助力を発生するモータ4と、トルクセンサ3からの操舵トルク信号Tsを取り込む入力処理部と、モータ4を駆動する出力処理部と、操舵トルク信号Tsに基づいて出力処理部に指示を与える演算処理部20とを備え、演算処理部20は、操舵トルク信号Tsに応じてモータ4に対する操作量Vm*を演算する印加電圧演算部21、22と、印加電圧Vmを操舵トルク信号Tsの方向に応じた所定の制限値以下に制限する印加電圧制限部23とを含む。
【選択図】図3
Description
これにより、トルクセンサやモータ端子電圧検出回路が故障した場合には、モータの目標電流が制限されて、モータからの適切な操舵補助力が維持される。
さらに、電流制御手段は、モータ電流検出回路により検出されたモータ検出電流を目標電流に一致させるために、フィードバック制御を行い、印加電圧を決定している。
(ブラシモータ電流PI制御器出力を制限)請求項1、2、7
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング制御装置を概略的に示すブロック構成図である。
図1において、操舵系を構成するステアリングホイール1は、ステアリング軸2の一端に設けられており、たとえば車両の運転者によって操舵される。
トルクセンサ3からの操舵トルク信号Tsは、マイコンを含むコントローラ8(追って詳述する)に入力される。
一方、ステアリング軸2には、減速機5を介してモータ4が設けられている。
モータ4は、たとえばブラシ整流式のDCモータからなり、コントローラ8の制御下で駆動され、運転者の操舵力を補助するための補助力(アシストトルク)を、操舵系のステアリング軸2に発生する。
減速機5は、モータ4の出力トルクを適宜に減速してステアリング軸2に伝達する。
車載のバッテリ7は、コントローラ8に対する駆動電源を構成している。
コントローラ8は、トルクセンサ3からの操舵トルク信号Tsと、車速センサ6からの車速信号Vsとに基づいて、目標電流Im*を算出するとともに、目標電流Im*に応じた操作量Vm*を算出し、操作量Vm*に相当する印加電圧Vmをモータ4に印加してモータ4を駆動する。
図2において、コントローラ8は、主体となるマイクロコントローラ9と、モータ駆動回路10と、ゲート駆動回路11a、11bと、モータ電流検出回路12と、モータ電圧検出回路13と、トルクセンサ入力回路14と、車速センサ入力回路15とを備えている。
ゲート駆動回路11aは、モータ駆動回路10内の陽極側のパワーMOSトランジスタP1、P2をPWM駆動し、ゲート駆動回路11bは、モータ駆動回路10内のグランド側のパワーMOSトランジスタP3、P4をON/OFF駆動する。
モータ電圧検出回路13は、モータ4の端子電圧をモータ電圧Vmsnsとして検出すし、マイクロコントローラ9に入力する。
同様に、車速センサ入力回路15は、車速センサ6からの車速信号Vsをマイクロコントローラ9に入力する。
マイクロコントローラ9内のマイクロプロセッサMPUは、ソフトウェア動作により、操舵トルク信号Tsに基づいて出力処理部に指示を与えるための演算処理部を構成している。
図3において、演算処理部20は、目標電流演算部21と、減算器22aを有するモータ電流フィードバック演算部22と、印加電圧制限部23とを備えている。
目標電流演算部21およびモータ電流フィードバック演算部22は、操舵トルク信号Tsに応じてモータ4に対する印加電圧Vmを操作量Vm*として演算する印加電圧演算部を構成している。
減算器22aは、目標電流Im*と、モータ電流検出回路12からのモータ電流Imsnsとの電流偏差ΔIm(=Im*−Imsns)を算出する。
印加電圧制限部23は、操作量Vm*および操舵トルク信号Tsに基づき、所定特性(たとえば、図5参照)にしたがって制限された印加電圧Vmを出力する。
印加電圧Vmとして印加される。
図4において、横軸は左右に対応した操舵トルク信号Ts、縦軸は左右に対応した目標電流Im*を示す。
目標電流Im*は、車速信号Vsが低速を示す場合には、操舵トルク信号Tsに基づき1点鎖線にしたがう特性で決定され、車速信号Vsが高速を示す場合には、操舵トルク信号Tsに基づき実線にしたがう特性で決定される。
図5において、横軸は左右に対応した操舵トルク信号Ts、縦軸は左右に対応した印加電圧Vmを示す。
また、所定の制限値として、操舵トルク信号Tsの左右方向に応じて、右制限値VRLと左制限値VLLとが設定される。
印加電圧Vmは、異常領域Z2またはZ3内の電圧が正常領域Z1内の電圧となるように、操舵トルク信号Tsの左右方向に応じた右制限値VRLまたは左制限値VLL以下(いずれも、電圧値を絶対値で考えた場合)に制限される。
図3において、モータ電流フィードバック演算部22で算出される操作量Vm*は、モータ4の逆起電力やバッテリ7の電圧変動などの外乱影響を受けるため、操作量Vm*と目標電流Im*との関係は、単純な比例関係を示すことにはならない。
そこで、印加電圧制限部23は、印加電圧Vmに相当する操作量Vm*を、図5内の正常領域Z1内の値に制限することにより、操作量Vm*が正常な場合に不必要に制限することなく、かつ、不正な印加電圧Vmを抑制するようになっている。
なお、図6に示すプログラムは、図2内のマイクロコントローラ9に内蔵されたメモリ手段ROMに保持されており、マイクロプロセッサMPUにより周期的に呼び出されて実行されるものである。
まず、目標電流演算部21は、目標電流Im*を演算する(ステップS21)。
このとき、マイクロコントローラ9内のメモリ手段RAMには、図5のように、正常領域Z1を区別するための右制限値VRLおよび左制限値VLLが、データテーブルとして保持されているものとする。
続いて、ステップS22で演算された操作量Vm*と右制限値VRLとを比較し、操作量Vm*が右制限値VRLよりも大きいか否かを判定する(ステップS232)。
これにより、印加電圧Vmは、右制限値VRL以下となるように制限される。
一方、ステップS232において、Vm*≦VRL(すなわち、NO)と判定されれば、Vm=Vm*として、印加電圧Vmを操作量Vm*のままに保持する(ステップS234)。
これにより、印加電圧Vmは、左制限値VLL以上となるように制限される。
なお、ステップS235において、図5内の左方向の印加電圧Vmの値は、絶対値ではなく、左方向を負極性の値として扱うものとする。
つまり、操作量Vm*が各制限値VLL〜VRLの範囲内(正常領域Z1内)にある場合には、ステップS234で設定された印加電圧Vmが保持され、Vm=Vm*となる。
最後に、印加電圧制限部23は、正常領域Z1内に制限された印加電圧Vmを、マイクロコントローラ9内のPWM変調器PWMと、ゲート駆動回路11aおよび駆動回路10と(図2参照)を介して出力し、モータ4をPWM駆動する(ステップS237)。
一方、ステップS24において、1周期が経過した(すなわち、YES)と判定されれば、ステップS21に戻り、上記処理(ステップS21〜S237)を、一定周期で繰り返し実行する。
したがって、操舵アシスト機能をある程度維持しつつ、ステアリング制御システムの挙動への悪影響を一層抑制することができる。
上記実施の形態1では、モータ4としてブラシ整流式のDCモータを用いた場合を示したが、ブラシレスの3相モータを用いてもよい。
この場合、演算処理部20内の印加電圧演算部は、印加電圧Vmとして、モータ4の磁束を制御するための磁束分電圧と、モータ4の出力トルクを制御ためのトルク分電圧とを演算し、印加電圧制限部23は、トルク分電圧を、制限値以下に制限するように構成される。
なお、上記実施の形態1、2では、演算処理部20(図3参照)を構成する印加電圧演算部(目標電流演算部21、モータ電流フィードバック演算部22)および印加電圧制限部23の制御プログラムを、同一のマイクロコントローラ9のメモリ手段ROM(図2参照)内に保持して実行したが、コントローラ8(図1参照)内にマイクロコントローラ9と同様のマイクロコントローラ(図示せず)を増設し、2つのマイクロコントローラ内にそれぞれ個別に構成してもよい。
なお、上記実施の形態1〜3では、演算処理部20内の印加電圧制限部23により、単に印加電圧Vmを所定範囲(正常領域Z1)内に制限したが、図7のように、演算処理部20A内にモータ遮断手段24を設け、印加電圧演算部(モータ電流フィードバック演算部22)で算出された印加電圧(操作量Vm*)または印加電圧制限部23(各制限値VRL、VLL)で制限された印加電圧Vmが異常値を示す場合に、モータ4への通電を遮断するように構成してもよい。
図7において、演算処理部20Aは、前述と同様に、マイクロコントローラ9(図2参照)内のソフトウェア構成(制御プログラム)からなる。
演算処理部20Aは、モータ遮断手段24を備えており、モータ遮断手段24は、モータ電流フィードバック演算部22および印加電圧制限部23の少なくとも一方に関連している。
このように、この発明の実施の形態4によれば、モータ遮断手段24を設けることにより、演算処理部20Aが故障して操作量Vm*が異常値を示す場合に、モータ4への不正な電圧印加を防止して、フェイルセーフ処理を実現することができる。
すなわち、モータ遮断手段24は、印加電圧演算部により演算されたモータ4への印加電圧が、印加電圧制限部23の制限値を超える状態が、所定時間以上継続した場合に、モータ4への通電を遮断して、上述と同様のフェイルセーフ処理を行う。
この場合、印加電圧制限部23が故障したとしても、モータ4への不正な電圧印加を防止することができる。
なお、上記実施の形態1〜4では、印加電圧制限部23(図3、図7参照)に操舵トルク信号Tsを入力し、操舵トルク信号Tsに基づく電圧制限特性(図5参照)を用いて印加電圧Vm(操作量Vm*)を制限することにより、最終的なモータ4への印加電圧Vmを求めたが、図8のように、印加電圧制限部23Bに目標電流Im*を入力し、目標電流Im*に基づく電圧制限特性(図9参照)を用いて操作量Vm*を制限することにより、最終的な印加電圧Vmを求めてもよい。
図8において、演算処理部20Bは、前述と同様に、マイクロコントローラ9(図2参照)内のソフトウェア構成(制御プログラム)からなる。
図9において、横軸が左右に対応した「目標電流Im*」である点を除けば、図5と同様である。
また、前述と同様に、目標電流Im*と同一方向の第1の制限値は、目標電流Im*とは逆方向の第2の制限値以上に設定されている。
Claims (14)
- 操舵系に対する運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵系に補助力を発生するモータと、
前記トルクセンサからの操舵トルク信号を取り込む入力処理部と、
前記モータを駆動する出力処理部と、
前記操舵トルク信号に基づいて前記出力処理部に指示を与える演算処理部と
を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
前記演算処理部は、
前記操舵トルク信号に応じて前記モータに対する印加電圧を演算する印加電圧演算部と、
前記印加電圧を前記操舵トルク信号の方向に応じた所定の制限値以下に制限する印加電圧制限部と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 前記制限値は、前記操舵トルク信号と同一方向の第1の制限値と、前記操舵トルク信号とは逆方向の第2の制限値とを含み、
前記第1の制限値は、前記第2の制限値以上に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記モータは3相モータからなり、
前記印加電圧演算部は、前記印加電圧として、前記モータの磁束を制御するための磁束分電圧と、前記モータの出力トルクを制御ためのトルク分電圧とを演算し、
前記印加電圧制限部は、前記トルク分電圧を、前記制限値以下に制限することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 操舵系に対する運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵系に作用するモータと、
前記トルクセンサからの操舵トルク信号を取り込む入力処理部と、
前記モータを駆動する出力処理部と、
前記操舵トルク信号に基づいて前記出力処理部に指示を与える演算処理部と
を備えた電動パワーステアリング制御装置において、
前記演算処理部は、
前記操舵トルク信号に応じて前記モータに通流する目標電流を演算する目標電流演算部と、
前記モータに対する印加電圧を演算する印加電圧演算部と、
前記印加電圧を前記目標電流に応じた所定の制限値以下に制限する印加電圧制限部と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。 - 前記制限値は、前記目標電流と同一方向の第1の制限値と、前記目標電流とは逆方向の第2の制限値とを含み、
前記第1の制限値は、前記第2の制限値以上に設定されたことを特徴とする請求項4に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記モータは3相モータからなり、
前記目標電流演算部は、前記目標電流として、前記モータの磁束を制御するための磁束分電流と、前記モータの出力トルクを制御するためのトルク分電流とを演算し、
前記印加電圧演算部は、前記印加電圧として、前記モータの磁束を制御するための磁束分電圧と、前記モータの出力トルクを制御するためのトルク分電圧とを演算し、
前記印加電圧制限部は、前記トルク分電圧を、前記トルク分電流に応じた前記制限値以下に制限することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記印加電圧演算部および前記印加電圧制限部は、同一のマイクロコントローラ内に構成されたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記印加電圧演算部および前記印加電圧制限部は、それぞれ異なるマイクロコントローラ内に構成されたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記演算処理部は、モータ遮断手段を含み、
前記モータ遮断手段は、前記印加電圧演算部により算出された印加電圧または前記印加電圧制限部により制限された印加電圧が異常値を示す場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。 - 前記モータ遮断手段は、前記印加電圧演算部により算出された印加電圧と前記制限値との電圧偏差が最大許容値以上を示す場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項9に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記モータ遮断手段は、前記印加電圧演算部により演算された印加電圧が、所定時間以上にわたって継続して前記制限値を超えた場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記モータ遮断手段は、前記制限値により制限された印加電圧と前記制限値との電圧偏差が所定値以上を示す場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記印加電圧制限部および前記モータ遮断手段は、同一のマイクロコントローラ内に構成されたことを特徴とする請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
- 前記印加電圧制限部および前記モータ遮断手段は、それぞれ異なるマイクロコントローラ内に実現されたことを特徴とする請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置。
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