JP2007302082A - ステアバイワイヤの操舵反力モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤの操舵反力モータにおいて高周波音や振動の発生を防止する。
【解決手段】ステアバイワイヤのステアリングホイールに反力トルクを付与する操舵反力モータ４の制御方法において、操舵反力モータ４の駆動回路２０を構成するブリッジ回路の上流側のＦＥＴ２１，２２と下流側のＦＥＴ２３，２４をいずれもＰＷＭ制御し、上流側のＦＥＴ２１，２２と下流側のＦＥＴ２３，２４のいずれか一方を、操舵速度または操舵反力モータ４の回転速度に応じて制御することにより、操舵反力モータ４における回生電流の発生を抑制する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ステアバイワイヤの操舵反力モータの制御方法に関するものである。

運転者が操作を行う操作子（例えば、ハンドルやレバーなど）と転舵輪とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置においては、転舵輪から操作子に路面反力が伝達されないため、操舵反力付与専用のモータ（以下、操舵反力モータと称す）によって操作子に操舵反力を付与し、運転者に操舵感を与えている。この場合、運転者の操作によって回転せしめられる操作子の回転方向と、操舵反力モータに電流を流すことによって発生する反力トルクの回転方向は逆方向になることが多い。

このような状況下でも所望の操舵感を得るために、反力トルクと比例関係にある操舵反力モータに通電する電流（以下、反力電流という）をフィードバックなどの手法で制御し、反力トルクを精度よく作り出すのが一般的である。この場合、反力トルクの制御精度を上げればあげるほど、高周波域まで制御されるのが一般的である。

ところで、モータの制御方法として、駆動回路を構成するブリッジ回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御する方法が知られている。
例えば、特許文献１では、操作子と転舵輪とが機械的に連結され、ステアリングモータによって操舵をアシストする電動パワーステアリング装置において、ステアリングモータの制御にＰＷＭ制御が用いられている。
ただし、電動パワーステアリング装置においては、運転者の操作によって回転せしめられる操作子の回転方向と、ステアリングモータに電流を流すことによって発生するアシストトルクの回転方向は同一方向になることが多い。
特開２００５−８１８４８号公報

このように、ステアバイワイヤの操舵反力モータと電動パワーステアリング装置のステアリングモータでは、モータに流した電流により発生するトルクの回転方向と運転者が操作する操作子の回転方向との関係を異にしており、そのために操舵反力モータに特有の課題がある。

詳述すると、ステアバイワイヤでは、運転者の操作による操作子の回転方向と、操舵反力モータで発生する反力トルクの回転方向が逆方向になるため、操舵反力モータが発電機として作用して回生電流が発生する。そのため、操舵反力モータの電流制御を、発生する回生電流に抗して行わなければならないので、制御負荷が大きくなる。しかも、操舵速度が大きくなるほど回生電流も大きくなるため、制御負荷が増加する。また、その制御は時として高周波での出力を大きく要求する場合がある。

このような事態に陥ると、操舵反力モータの電流制御に起因して高周波音や振動が発生することがあり、商品性が損なわれてしまう。
そこで、この発明は、高周波音や振動の発生を防止して商品性に優れた操舵反力モータの制御方法を提供するものである。

この発明に係るステアバイワイヤの操舵反力モータの制御方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ステアバイワイヤ（例えば、後述する実施例におけるステアバイワイヤ１）の操作子（例えば、後述する実施例におけるステアリングホイール２）に反力トルクを付与する操舵反力モータ（例えば、後述する実施例における反力モータ４）の制御方法において、前記操舵反力モータの駆動回路（例えば、後述する実施例における駆動回路２０）を構成するブリッジ回路の上流側スイッチング素子（例えば、後述する実施例におけるＦＥＴ２１，２２）と下流側スイッチング素子（例えば、後述する実施例におけるＦＥＴ２３，２４）をいずれもＰＷＭ制御し、前記上流側スイッチング素子と前記下流側スイッチング素子のいずれか一方を、操舵速度または前記操舵反力モータの回転速度に応じて制御する。
このように構成することにより、運転者が操作子を操作する速度が速いほど操舵反力モータへの通電を無効化することができ、高周波音や振動を抑制することができる。

請求項１に係る発明によれば、操舵速度が速いときに高周波音や振動を抑制することができるので、商品性の高いステアバイワイヤシステムを構築することが可能になる。

以下、この発明に係るステアバイワイヤの操舵反力モータの制御方法の実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。
ステアバイワイヤ１は、図１に示すように、運転者により操作されるステアリングホイール（操作子）２と、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ３と、ステアリングホイール２に操舵反力を付与する操舵反力モータ（以下、反力モータと略す）４と、ステアリングホイール２に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５と、左右の車輪（転舵輪）６にナックルアーム７及びタイロッド８を介して連結されたラック軸９と、ラック軸９を軸方向に駆動して車輪６を転舵する転舵モータ１０と、車速を検出する車速センサ１１と、ラック軸９の軸方向位置から車輪６の転舵角を検出する転舵角センサ１２と、反力モータ４及び転舵モータ１０を制御する制御装置（ＥＣＵ）１３とを備えている。
なお、ステアリングホイール２は、適宜なばね機構など（図示略）により、常時中立位置へ向けて弾発付勢されている。

ＥＣＵ１３は、操舵角センサ３からのステアリングホイール２の操舵方向を含めた操舵角信号と、車速センサ１１からの車速信号とに基づいて目標転舵角を設定し、この目標転舵角に転舵角センサ１２の出力値に基づいて検出される実転舵角が一致するように、転舵モータ１０に流す電流をフィードバック制御する。これにより、ステアリングホイール２に運転者が与えた操舵角（操作量）に対し、その時の車速を加味した最適な車輪６の転舵角に制御される。

また、ＥＣＵ１３は、車速センサ１１からの車速信号と、転舵角センサ１２からの転舵角信号と、目標転舵角と実転舵角との偏差に応じた偏差信号に基づいて目標操舵反力（目標操舵反力トルク）を設定し、目標操舵反力トルクに操舵トルクセンサ５の出力値に基づいて検出される実操舵トルクが一致するように、反力モータ４に流す電流をフィードバック制御する。これにより、運転者の操舵方向とは逆方向の操舵反力がステアリングホイール２に加えられ、ステアリングホイール２と車輪６との間に、あたかもトーションバーが存在するかのような操舵フィーリングを得ることができる。

次に、図２を参照して、反力モータ４の駆動回路を説明する。
反力モータ４の駆動回路２０は、バッテリ（例えば、１２ボルト）２５の高電位側にドレインが接続される２つのＦＥＴ（上流側スイッチング素子）２１，２２と、バッテリ２５の低電位側にソースが接続される２つのＦＥＴ（下流側スイッチング素子）２３，２４を備えたＨブリッジ回路を含んで構成され、反力モータ４は、ＦＥＴ２１とＦＥＴ２３の間に直列に、且つ、ＦＥＴ２２とＦＥＴ２４の間に直列に接続されている。

バッテリ２５の高電位側には、上流側のＦＥＴ２１，２２のＰＷＭ制御部２６を介してスイッチ２８が接続され、スイッチ２６のａ接点はＦＥＴ２１のゲートに接続され、スイッチ２６のｂ接点はＦＥＴ２２のゲートに接続されている。
また、バッテリ２５の高電位側には、下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ制御部２７を介してスイッチ２９が接続され、スイッチ２９のａ接点はＦＥＴ２３のゲートに接続され、スイッチ２９のｂ接点はＦＥＴ２４のゲートに接続されている。

スイッチ２８，２９は連動して動作し、反力モータ４の回転方向を正逆切り替える。
例えば、反力モータ４を正回転する場合には、スイッチ２８，２９を共にａ接点に接続し、ＦＥＴ２１，２３のゲートをＰＷＭ駆動し、ＦＥＴ２２，２４のゲートをオフにする。これにより電流が、バッテリ２５→ＦＥＴ２１→反力モータ４→ＦＥＴ２３の経路で流れ、反力モータ４は正回転する。
反力モータ４を逆回転する場合には、スイッチ２８，２９を共にｂ接点に接続し、ＦＥＴ２２，２４のゲートをＰＷＭ駆動し、ＦＥＴ２１，２３のゲートをオフにする。これにより電流が、バッテリ２５→ＦＥＴ２２→反力モータ４→ＦＥＴ２４の経路で流れ、反力モータ４は逆回転する。

ＰＷＭ制御部２６は、ＰＷＭ指示値を目標操舵反力に比例した値に設定して、上流側のＦＥＴ２１，２２のゲートに対するＰＷＭ制御を実行する。これにより、目標操舵反力に対応する電流（反力電流）を反力モータ４に流すことが可能となる。
一方、ＰＷＭ制御部２７は、操舵速度に比例してＰＷＭのオフ比率を大きくするようにＰＷＭ指示値を設定し、反力電流を無効化する方向に、下流側のＦＥＴ２３，２４のゲートに対するＰＷＭ制御を実行する。なお、この実施例において操舵速度は、操舵角センサ３で検出される操舵角信号を時間微分して算出される操舵角速度である。この下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ制御による反力電流無効化分によって、反力モータ４における回生電流の発生を抑制することができる。

ただし、下流側のＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ指示値は操舵速度に比例した値に設定されるので、操舵速度が小さいときには下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ制御による反力電流無効化分は小さく、反力電流に対する影響は小さい。これに対して、操舵速度が大きいときには下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ制御による反力電流無効化分が大きくなり、反力電流に対する影響が大きい。

したがって、運転者がステアリングホイール２を操作する速度が速くなればなるほど反力モータ４への通電が無効化され、反力モータ４に流れる電流が小さくなるので、下流側のＦＥＴ２３または２４をＰＷＭ制御しない場合には高い制御負荷がかかって高周波音や振動が発生するような状況でも、高周波音や振動を抑制することができ、商品性の高いステアバイワイヤシステムを構築することが可能になる。
なお、操舵速度が大きいときは下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ制御による反力電流無効化分が大きくなり、反力電流が小さくなるが、速い操舵をする状況においては一般的にそれほど大きな反力を必要としない場合が多いので、問題は生じない。
但し、必要以上に反力電流が無効化されて操舵感が失われてしまうのを防止するために、下流側のＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ制御において上下限処理を行い、操舵速度に応じてオフ比率に上限を設ける。

次に、図３に示すフローチャートに従って、反力モータ４のＰＷＭ制御を説明する。図３のフローチャートに示すＰＷＭ制御ルーチンは、ＥＣＵ１３によって一定時間毎に繰り返し実行される。
ステップＳ１０１において、上流側のＦＥＴ２１，２２に対するＰＷＭ指示値を、目標操舵反力に基づき、目標操舵反力に比例する値として算出する。
次に、ステップＳ１０２に進み、下流側のＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ指示値を、操舵角速度に基づき、操舵角速度に比例する値として算出する。
次に、ステップＳ１０３に進み、図４のオフ比率上限テーブルを参照して、下流側のＦＥＴ２３，２４のＰＷＭ指示値に対する上下限処理を実行する。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、下流側のＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ指示値を、操舵角速度に応じて設定したが、操舵角速度に代えて反力モータ４の回転数に応じてＰＷＭ指示値を設定してもよい。
また、前述した実施例では、上流側ＦＥＴ２１，２２に対するＰＷＭ指示値を目標操舵反力に応じて設定し、下流側のＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ指示値を操舵角速度（あるいは反力モータ４の回転速度）に応じて設定したが、下流側ＦＥＴ２３，２４に対するＰＷＭ指示値を目標操舵反力に応じて設定し、上流側ＦＥＴ２１，２２に対するＰＷＭ指示値を操舵角速度（あるいは反力モータ４の回転速度）に応じて設定してもよい。
反力モータは三相ブラシレスモータでもよく、駆動回路を構成するブリッジ回路には三相ブラシレスモータのブリッジ回路を含む。

この発明に係るステアバイワイヤの概略構成図である。 反力モータの駆動回路の一例を示す図である。 反力モータのＰＷＭ制御を示すフローチャートである。 下流側ＦＥＴのオフ比率上限テーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ ステアバイワイヤ
２ ステアリングホイール（操作子）
４ 反力モータ（操舵反力モータ）
２０ 駆動回路
２１，２２ ＦＥＴ（上流側スイッチング素子）
２３，２４ ＦＥＴ（下流側スイッチング素子）

Claims (1)

1. ステアバイワイヤの操作子に反力トルクを付与する操舵反力モータの制御方法において、
   前記操舵反力モータの駆動回路を構成するブリッジ回路の上流側スイッチング素子と下流側スイッチング素子をいずれもＰＷＭ制御し、
   前記上流側スイッチング素子と前記下流側スイッチング素子のいずれか一方を、操舵速度または前記操舵反力モータの回転速度に応じて制御することを特徴とするステアバイワイヤの操舵反力モータの制御方法。

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