JP2008120124A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が高速走行中等の小さな操舵補助力を発生させている場合に、電動モータの特性を安定させる制御回路が、電動パワーステアリング装置に望まれていた。
【解決手段】電動パワーステアリング装置の電動モータＭの駆動を制御するために、比例積分制御手段２２を用いる。比例積分制御手段２２は、比例ゲインマップ２４および積分ゲインマップ２５を有する。電動モータＭの実電流値を、シャント抵抗３０を用いて検出し、その実電流値が、小電流領域判定部２７で判定される。たとえば５［Ａ］以下の小電流のときに、比例ゲインマップ２４および／または積分ゲインマップ２５に基づいて、各ゲインの少なくとも一方を変更し、電動モータＭの適切な制御を実現する。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達することによって操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに応じて駆動される電動モータの発生トルクをステアリング機構に伝達することによって、操舵力を補助する構成の電動パワーステアリング装置が車両に搭載されている（たとえば特許文献１参照）。
また、電動パワーステアリング装置において、ハンドルを右方向、または左方向に速く切ってラックエンド状態になった場合に、電動モータの回転が急激に停止状態となるために電動モータの逆起電力が急激に消滅し、電動モータに流れる電流がオーバーシュートして、制御用の半導体素子等を破損するおそれがあるので、電動モータのオーバーシュートを抑制するようにした改良も提案されている（たとえば特許文献２参照）。
特開２００３−０８１１０２号公報 特許第３２３２０３０号公報

上記特許文献２に記載の発明は、電動モータに流れる電流の全電流領域をターゲットにし、モータ電流に基づいて、比例・積分制御手段の比例感度または積分ゲインの少なくとも一方を制御することによって、モータ電流のオーバーシュートを抑制するという内容である（特許文献２の請求項４を参照）。
このため、特許文献２記載の技術では、モータ電流のオーバーシュートの抑制はできるが、電動モータに流れる電流が小さい電流領域（たとえば５アンペア未満の領域）で、電動モータの動きを安定化させることができない。

一方、電動パワーステアリング装置においては、車両が高速走行中等の小さな操舵補助力を発生させている場合に、電動モータの特性を安定させ、応答性良く最適な操舵補助力を出力できるようにすることが望まれていた。
そこで、この発明の目的は、相対的に小さな操舵補助力を発生させているとき、すなわち電動モータに流れる電流が予め定める電流値以下の小電流領域において、電動モータの回転特性を安定させることである。

この発明の他の目的は、操舵フィーリングが改善された電動パワーステアリング装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達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、前記電動モータ（Ｍ）の駆動を制御するための比例積分制御手段と（２２）、前記電動モータ（Ｍ）に流れる電流を検出するためのモータ電流検出手段（３０）と、前記モータ電流検出手段により検出される電流が、予め定める電流値以下の小電流領域の場合に、前記比例積分制御手段（２２）における比例係数および積分係数の少なくとも一方を変更して応答性を相対的に高めるための係数変更手段（２３、２７）と、前記予め定める電流値を超える電流領域の場合に、前記係数変更手段による係数の変更を禁止する禁止手段（２３、２７）と、を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
通常、電動モータに供給するモータ電流は、操舵トルクおよび車速に基づいて目標電流が設定され、その目標電流とモータ電流の検出値との偏差を比例積分制御手段（２２）により比例積分して、制御信号が発生される。

その場合において、比例積分制御手段（２２）では、検出されるモータ電流値が、予め定める電流値以下の小電流領域の場合にのみ、比例係数または積分係数の少なくとも一方が変更される。比例積分制御手段における比例係数または積分係数が変更されることにより、電動モータ（Ｍ）が発生する操舵補助力の応答性を相対的に高めることができる。
より具体的に説明すると、電動パワーステアリング装置などに用いられる大電流出力型のブラシ付モータの場合、モータに流れる電流値によってモータの抵抗値が変化するため、時定数は一定値ではなくなる。一般に、比例積分制御によって電動モータを制御する場合は、使用するモータの抵抗値およびインダクタンスから伝達関数を求め、その時定数により最適な比例ゲインおよび積分ゲインを決定する必要がある。ところが、時定数が一定値でなくなると、電流値によって比例積分制御の効果が変化してしまうので、正確で安定した制御を行い難い。

そこで、この発明では、モータ電流の検出値が予め定める小電流領域の場合のみ、比例係数および積分係数の少なくとも一方を変更して、電動モータに対して正確で安定した制御が行えるようにし、操舵補助力の応答性を改善した。また、モータ電流の検出値が小電流領域を超えた領域では、前記比例係数または積分係数の変更は禁止し、過度にゲインを高くすることによる音および振動の発生を防止するようにした。

請求項２記載の発明は、前記係数変更手段は、前記小電流領域における、モータ電流値と比例ゲインとの対応関係をマップ化した比例ゲインマップ（２４）、および、モータ電流値と積分ゲインとの対応関係をマップ化した積分ゲインマップ（２５）、が記憶された記憶手段を含み、前記モータ電流検出手段により検出される電流値を前記比例ゲインマップおよび／または積分ゲインマップに当てはめて、前記比例積分制御手段の比例係数および／または積分係数を変更することを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。

上述の構成では、比例ゲインおよび積分ゲインが予め比例ゲインマップ（２４）および積分ゲインマップ（２５）として記憶されている。よって、モータ電流検出手段により検出される電流値を、比例ゲインマップまたは積分ゲインマップに当てはめることにより、最適な比例ゲインおよび／または積分ゲインを決定し、その最適な値に変化させることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。
この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作に基づいて、制御部２が電動モータＭを駆動制御し、これにより電動モータＭから発生されるトルク（アシストトルク：操舵補助力）をステアリング機構３に与えて操舵補助を達成するように構成されている。

ステアリング機構３は、ステアリングホイール１に結合された第１ステアリング軸４と、この第１ステアリング軸４とトーションバー５を介して同軸上に連結される第２ステアリング軸６と、この第２ステアリング軸６の先端に設けられたピニオンギヤ７と、車両の幅方向に直線運動可能に設けられたラックバー８と、このラックバー８の両端にタイロッド９を介して結合され、転舵輪（舵取り用の車輪）１０を支持するナックルアーム１１とを備えている。

ステアリングホイール１を操作すると、第１ステアリング軸４および第２ステアリング軸６が回転し、この回転に伴ってピニオンギヤ７が回転する。ピニオンギヤ７の回転は、ラックバー８に形成されたラックギヤ８ａに伝達され、ラックバー８を車両の幅方向（ラックバー８の長手方向）に直線運動させる。そして、このラックバー８の直線運動が、タイロッド９およびナックルアーム１１によって、左右の転舵輪１０の転舵力に変換される。

また、第１ステアリング軸４および第２ステアリング軸６の連結部に備えられたトーションバー５に関連して、第１ステアリング軸４および第２ステアリング軸６の相対回転量（両軸間の捩れ量）によりステアリングホイール１に加えられる操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。このトルクセンサ１２の出力信号は、制御部２に与えられるようになっている。

制御部２には、トルクセンサ１２の出力信号の他に、車速を検出する車速センサ１３およびステアリングホイール１の回転角度（操舵角度）を検出する操舵角センサ１４の出力信号が与えられる。制御部２は、トルクセンサ１２、車速センサ１３および操舵角センサ１４から入力される信号に基づいて、電動モータＭの目標電流値を定め、駆動回路１５を介して、電動モータＭに流れる電流をフィードバック制御する。

電動モータＭが発生するアシストトルクは、たとえば、減速機１６を介して、第２ステアリング軸６に入力されるようになっている。
図２は、制御部２の構成を説明するためのブロック図である。
制御部２は、マイクロコンピュータを含む構成であり、このマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により実現される機能処理手段により、目標電流設定部２１、比例積分制御手段２２、係数変更手段２３が実現されている。

この電動パワーステアリング装置では、トルクセンサ１２から与えられる操舵トルク、車速センサ１３から与えられる車速、操舵角センサ１４から与えられる操舵角度に基づいて、目標電流設定部２１において、電動モータＭに流すべき目標電流値が設定される。そして、設定された目標電流値からフィードバック経路によって負帰還されるフィードバック電流が減じられ、減じられた後の電流値が、比例積分制御手段２２に含まれる比例ゲインマップ２４に当てはめられて比例処理がされる。同時に、電流値は、積分ゲインマップ２５に当てはめられて、その積分ゲインを用いて積分回路２６で積分処理がされる。そして、比例処理および積分処理がされた値が加算されて、制御信号として駆動回路１５に出力される。駆動回路１５は、与えられる制御信号に基づいて、電動モータＭを駆動させる。電動モータＭが駆動すると、モータ電流が発生するから、そのモータ電流は、上述のようにフィードバック電流として負帰還され、目標電流値から減じられる。

またこの実施形態では、電動モータＭに流れる電流を検知するためのシャント抵抗３０が備えられている。シャント抵抗３０を用いることにより、電動モータＭに流れる実電流を測定することができる。このモータ実電流を用いて、係数変更・禁止手段（係数変更手段兼係数変更禁止手段）２３によって、比例ゲインマップ２４および／または積分ゲインマップ２５に基づいて各ゲインを変化させるようになっている。係数変更・禁止手段２３には、小電流領域判定部２７が備えられている。小電流領域判定部２７は、シャント抵抗３０により取り込まれるモータ実電流値が、たとえば、５［Ａ］未満の領域においてのみ、比例ゲインマップ２４および／または積分ゲインマップ２５に基づいて各ゲインを変化させることを許容する。

このように、小電流領域においてのみ、電動モータＭを制御するための比例積分制御手段２２の比例ゲインマップ２４および／または積分ゲインマップ２５に基づいて、少なくとも一方のゲインを変化させて、比例係数もしくは積分係数または比例係数および積分係数の両方を変更することによって、小電流領域（電動モータＭにより発生される操舵補助力が小さな領域）において、電動モータＭの応答性を改善することができる。この結果、この電動パワーステアリング装置が搭載された車両がたとえば高速走行時において、車両の操舵特性が安定し、また、操舵フィーリングを改善することができる。

この発明に係る電動パワーステアリング装置では、電動モータＭ（ブラシ付きモータ）の抵抗特性を予め正確に把握し、それに応じた比例ゲインマップおよび／または積分ゲインマップ２５を作成することにより、制御精度を向上させることができる。
また、最適な比例ゲインマップ２４および積分ゲインマップ２５の作成は、電動モータＭに対する制御の安定化向上に寄与する。

この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。 制御部２の構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

２…制御部、２１…目標電流設定部、２２…比例積分制御手段、２３…係数変更・禁止手段、２７…小電流領域判定部、Ｍ…電動モータ

Claims (2)

1. 電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達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、
   前記電動モータの駆動を制御するための比例積分制御手段と、
   前記電動モータに流れる電流を検出するためのモータ電流検出手段と、
   前記モータ電流検出手段により検出される電流が、予め定める電流値以下の小電流領域の場合に、前記比例積分制御手段における比例係数および積分係数の少なくとも一方を変更して応答性を相対的に高めるための係数変更手段と、
   前記予め定める電流値を超える電流領域の場合に、前記係数変更手段による係数の変更を禁止する禁止手段と、
   を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記係数変更手段は、前記小電流領域における、モータ電流値と比例ゲインとの対応関係をマップ化した比例ゲインマップ、および、モータ電流値と積分ゲインとの対応関係をマップ化した積分ゲインマップ、が記憶された記憶手段を含み、
   前記モータ電流検出手段により検出される電流値を前記比例ゲインマップおよび／または積分ゲインマップに当てはめて、前記比例積分制御手段の比例係数および／または積分係数を変更することを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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