JP2008222002A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵補助用のモータへの印加電圧が上昇又は下降しても、常に安定してモータ電流を制御することが可能な電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】車載バッテリＰの電圧が印加されるモータ駆動回路１３により駆動される操舵補助用のモータ１８を備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、モータ１８に流すべき目標モータ電流を定め、定めた目標モータ電流をモータ１８に流すように、フィードバック制御によりモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に基づきモータ駆動回路１３によりモータ１８を回転駆動すると共に、モータ１８の回転数を検出し、検出した回転数に応じて、車載バッテリＰの電圧を昇圧又は降圧する電動パワーステアリング装置。モータ駆動回路１３に印加される電圧を検出する手段（１３）と、その検出した電圧に応じて、フィードバック制御（２２）の制御ゲインを変更する変更手段（２０）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、操舵補助用のモータに流す目標モータ電流を定め、定めた目標モータ電流をモータに流すように、フィードバック制御によりモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に基づきモータを回転駆動すると共に、モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じて、バッテリ電圧を昇圧又は降圧する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものである。これは、舵輪が操舵軸を介して連結された舵取機構に、舵輪に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助するモータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてモータを駆動させることにより舵輪への操作力を軽減するように構成してある。

電動パワーステアリング装置に使用される操舵補助用のモータが例えばブラシレスモータである場合、その特性は、印加される電圧が大きい程、回転数は大きくなるが、流される電流により定まる回転トルクの最大値は、電圧によらず一定であり、印加される電圧が大きい程、同じ回転トルクでもより高速に回転させることが可能である。その為、電動パワーステアリング装置によっては、昇圧回路を備え、モータの回転数に応じて、モータへの印加電圧を昇圧又は降圧するものが存在する。
特許第３５２５５１５号公報 特許第３６７５６９２号公報

操舵補助用モータへの印加電圧を昇圧する電動パワーステアリング装置では、印加電圧は、例えば２７Ｖ〜３７Ｖの範囲でコントロールされ、目標モータ電流と検出したモータ電流とからＰＩ制御を行っている。しかし、印加電圧が２７Ｖ〜３７Ｖのように大きく変動する場合、モータ電流が安定し難くなり、異音の発生原因となり易いという問題がある。

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、操舵補助用のモータへの印加電圧が上昇又は下降しても、常に安定してモータ電流を制御することが可能な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、車載バッテリ電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき目標モータ電流を定め、定めた目標モータ電流を前記モータに流すように、フィードバック制御によりモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に基づき前記駆動回路により前記モータを回転駆動すると共に、該モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じて、前記バッテリ電圧を昇圧又は降圧する電動パワーステアリング装置において、前記駆動回路に印加される電圧を検出する手段と、該手段が検出した電圧に応じて、前記フィードバック制御の制御ゲインを変更する変更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、前記変更手段は、前記電圧の高／低に応じて、前記制御ゲインを低／高に変更す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、駆動回路に印加される電圧を検出し、検出した電圧に応じて、フィードバック制御の制御ゲインを変更するので、操舵補助用のモータへの印加電圧が上昇又は下降しても、常に安定してモータ電流を制御することが可能な電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、駆動回路に印加される電圧の高／低に応じて、フィードバック制御の制御ゲインを低／高に変更するので、操舵補助用のモータへの印加電圧が上昇又は下降しても、常に安定してモータ電流を制御することが可能な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を参照しながら説明する。
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、図示しない操舵部材に加えられた操舵トルクが、トルクセンサ１０により検出され、検出された操舵トルク値は、位相補償器１２に与えられる。位相補償器１２で位相補償された操舵トルク値は、ＥＣＵ（コントローラ）２５のトルク−電流テーブル１６に与えられる。また、車速センサ１１が検出した車速値も、トルク−電流テーブル１６に与えられる。

トルク−電流テーブル１６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、車速値に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値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１６が定めたモータ電流の目標値は、減算手段２１、指令電流方向指定部１９及び制御部２０へ与えられる。

モータ電流の目標値は、モータ制御における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１９は、与えられたモータ電流の目標値の正負符号に基づき、操舵補助の方向を示す回転方向指令信号を作成し、モータ駆動回路１３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１８には、そのロータ位置を検出するロータ位置検出器１４が内蔵され、ロータ位置検出器１４が出力したロータ位置信号は、モータ駆動回路１３及びＥＣＵ２５内の回転数演算部２３に与えられる。
回転数演算部２３は、与えられたロータ位置信号の変化によりモータ１８の回転数を演算し、制御部２０に与える。
また、モータ駆動回路１３に印加される電圧が、モータ駆動回路１３が内蔵する回路電圧検出回路２６（図２）で検出され、制御部２０に与えられる。

モータ電流検出回路１７が、モータ１８のＶ相界磁コイル、Ｕ相界磁コイル及びＷ相界磁コイルにそれぞれ流れる電流を合計した電流値を検出し、ＥＣＵ２５内の減算手段２１に与える。
減算手段２１は、モータ電流の目標値とモータ電流検出回路１７が検出した電流値との偏差を演算し、演算した偏差を電流ＰＩ制御部２２へ与える。電流ＰＩ制御部２２は、与えられた偏差に基づき、ＰＩ制御の為にモータ１８に印加する電圧値を演算してＰＷＭ変調部２４へ与える。

ＰＷＭ変調部２４は、与えられた電圧値をパルス幅変調し、パルス幅変調した電圧値をＰＷＭ値指令信号としてモータ駆動回路１３及び制御部２０へ与える。
制御部２０は、与えられた回転数、及びＰＷＭ値指令信号に基づき、モータ駆動回路１３に印加する電圧を変更設定し、その昇降圧指令をモータ駆動回路１３が内蔵するＰＷＭ回路２７（図２）に与える。また、与えられた電圧検出信号に基づき、内蔵する図６に示すような特性テーブルを参照して、電流ＰＩ制御部２２の制御ゲインを設定変更する。

また、制御部２０は、モータ１８の異常を検出したときは、リレー駆動回路１５をオフにして、モータ駆動回路１３と車載バッテリＰとのリレー接点１５ａをオフ（オープン）にする。
尚、上述したＥＣＵ２５のトルク−電流テーブル１６、減算手段２１、指令電流方向指定部１９、制御部２０、回転数演算部２３、電流ＰＩ制御部２２、ＰＷＭ変調部２４は、マイクロコンピュータにより実現されている。

図２は、モータ１８、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成を示すブロック図である。ブラシレスモータであるモータ１８は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線された固定子１８ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転する回転子（ロータ）１８ｂと、この回転子１８ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器（ロータリエンコーダ）１４とを備えている。

モータ駆動回路１３は、車載バッテリＰの図示しない昇圧回路で昇圧された電源電圧がコイルＬを通じてダイオードＤ７のアノードに印加され、ダイオードＤ７のカソードは、スイッチング回路８ｂの正極側端子に接続されている。ダイオードＤ７のアノードと接地端子との間に、トランジスタＱ７が接続され、トランジスタＱ７のソース−ドレイン間にはダイオードＤ８が寄生している。ダイオードＤ７のカソードと接地端子との間に平滑コンデンサＣ１が接続され、平滑コンデンサＣ１の両端子には、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を検出する回路電圧検出回路２６が接続されている。回路電圧検出回路２６が出力した電圧検出信号はＥＣＵ２５の制御部２０に与えられる。

トランジスタＱ７のゲートには、制御部２０から与えられた昇降圧指令（昇圧指令、降圧指令）に基づき、ＰＷＭ信号を作成し出力するＰＷＭ回路２７が接続されている。
上述したコイルＬ、ダイオードＤ７、平滑コンデンサＣ１、トランジスタＱ７及びＰＷＭ回路２７は昇圧チョッパ回路８ｄを構成している。

スイッチング回路８ｂは、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。

トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。

ロータ位置検出器１４が検出した、回転子１８ｂの回転位置は、ゲート制御回路８ｃに通知される。ゲート制御回路８ｃには、マイクロコンピュータ１２から回転方向及びモータ電流指令値（ＰＷＭ指令値）が与えられる。ゲート制御回路８ｃは、回転方向の指示と回転子１８ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子１８ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。

回転子１８ｂは、永久磁石であり、この回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路８ｃは、また、モータ電流指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、ブラシレスモータ１８の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ１８の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてＥＣＵ２５に与える。

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動作を、それを示す図３のフローチャートを参照しながら説明する。
ＥＣＵ２５は、操舵補助動作において、先ず、制御部２０が、電圧検出信号を読込み（Ｓ２）、読込んだ電圧検出信号と基準電圧との差に基づき、内蔵する図６に示すような特性テーブルを参照して、電流ＰＩ制御部２２の制御ゲインを設定変更して調節する（Ｓ４）。この際、制御部２０は、図６の特性テーブルに従って、検出電圧が基準電圧より低ければ制御ゲインを変えず、基準電圧より高くなれば、制御ゲインを低下させ、基準電圧より低くなれば、制御ゲインを上昇させる。

ＥＣＵ２５は、次に、トルクセンサ１０が検出したトルク検出信号を位相補償器１２で位相補償して読込み（Ｓ６）、次に、車速センサ２０が検出した車速信号を読込む（Ｓ８）。
ＥＣＵ２５は、読込んだ（Ｓ８）車速信号及び読込んだ（Ｓ６）トルク検出信号から、トルク／電流テーブル１６を参照して、目標モータ電流を決定する（Ｓ１０）。

次いで、ＥＣＵ２５は、モータ電流検出回路１７からモータ電流信号を読込み（Ｓ１２）、決定した（Ｓ１０）目標モータ電流と読込んだ（Ｓ１２）モータ電流信号との差を減算手段２１で演算し（Ｓ１４）、演算した差に基づき、モータ１８に目標モータ電流を流すべく、電流ＰＩ制御部２２でモータ電流指令値を決定する（Ｓ１６）。

次に、ＥＣＵ２５は、決定した（Ｓ１６）モータ電流指令値に応じたＰＷＭ指令値をＰＷＭ変調部２４で決定し（Ｓ１８）、目標モータ電流に応じた回転方向を指令電流方向指定部１９で決定し（Ｓ１８）、決定したＰＷＭ指令値及び回転方向の指示信号をモータ駆動回路１３へ与える（Ｓ２０）。また、ＰＷＭ指令値に基づき、モータ駆動回路１３のスイッチング回路８ｂに印加する電圧を昇圧又は降圧する為の動作を行い（Ｓ２２）、リターンして他の処理へ移る。
モータ駆動回路１３は、与えられたＰＷＭ指令値及び回転方向の指示信号に基づき、モータ１８を回転駆動させる。

図４は、上述したスイッチング回路８ｂ（モータ駆動回路１３）に印加する電圧を昇圧又は降圧する為の動作（Ｓ２２）を示すフローチャートである。
ＥＣＵ２５は、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を昇圧又は降圧する場合（Ｓ２２）、制御部２０が、先ず、フラグＦ＝１であるか否かを判定する（Ｓ３０）。フラグＦ＝１でないときは、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を昇圧していないときであり、決定した（図３Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が１００％であるか否かを判定する（Ｓ３２）。

スイッチング回路８ｂは、印加される車載バッテリＰの電源電圧が例えば２７Ｖのとき、ゲート制御回路８ｃがＰＷＭ指令値に従ってオン／オフ動作を行うことにより、モータ１８に実際に印加する電圧（平均電圧）を制御し、モータ１８に目標モータ電流を流すようになっている。
従って、ＰＷＭ指令値が１００％であるとき、モータ１８に実際に印加される電圧（平均電圧）は、図５に示すように、２７Ｖであり、ＰＷＭ指令値が１００％でないときは、実際に印加される電圧（平均電圧）は２７Ｖより低くなっている。

制御部２０は、決定した（図３Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が１００％であるときは（Ｓ３２）、回転数演算部２３からの回転数信号を読込み（Ｓ３４）、回転数信号と図５に示すようなトルク／回転数／電圧テーブルとから、スイッチング回路８ｂに印加する電圧が２７Ｖのときの、回転数信号に対応するモータ１８の回転トルク値、又はその最大トルク値に対する割合Ｒを演算する（Ｓ３６）。

次に、制御部２０は、演算した（Ｓ３６）回転トルク値又は割合Ｒに応じた昇圧値を、トルク／回転数／電圧テーブル（図５）から決定し（Ｓ３８）、ＰＷＭ回路２７にその昇圧指令を与え（Ｓ４０）、フラグＦを１にする（Ｓ４２）。昇圧指令は、割合Ｒに応じた昇圧値が、図５に示すように、例えば５Ｖであるとき、昇圧ＰＷＭ値２０％を示し、１０Ｖであるとき、昇圧ＰＷＭ値４０％を示す（ゲート制御回路８ｃに与えられるＰＷＭ指令値とは異なり、チョッパ回路をオン／オフするものである）。
尚、演算した（Ｓ３６）回転トルク値が、最大トルク値であるとき又は割合Ｒが１００％であるときは、昇圧指令を与えない。

ＰＷＭ回路２７は、昇圧指令を与えられると、その昇圧ＰＷＭ信号によりトランジスタＱ７をオン／オフして、昇圧チョッパ回路８ｄを作動させ、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を、例えば、図５に示すように、５Ｖ分、１０Ｖ分と昇圧し、３２Ｖ、３７Ｖにする。
制御部２０は、決定した（図３Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が１００％でないときは（Ｓ３２）、操舵補助動作へリターンする。
ＥＣＵ２５は、昇圧チョッパ回路８ｄが作動し、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を昇圧しているときも、昇圧していないときと同様、図３のフローチャートに示す操舵補助動作を行い、図６で示される特性テーブルに従って、制御ゲインを低下させて、モータ電流制御の安定性が低下しないように動作する。

制御部２０は、フラグＦ＝１であるときは（Ｓ３０）、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を、図５に示すように、昇圧しているときであり、決定した（図３Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が５０％より小さいか否かを判定する（Ｓ４４）。
制御部２０は、決定した（Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が５０％より小さいときは（Ｓ４４）（モータ１８に実際に印加している電圧（平均電圧）は２７Ｖより低い）、ＰＷＭ回路２７に降圧指令を与え（Ｓ４６）、フラグＦを０にする（Ｓ４８）。

ＰＷＭ回路２７は、降圧指令を与えられると、昇圧チョッパ回路８ｄの動作を停止して、スイッチング回路８ｂに印加する電圧を、図５に示すように、２７Ｖに復帰させ、図６の特性テーブルに従って制御ゲインを大きくし、モータ電流制御の安定性が低下しないよう動作する。
ＥＣＵ２５は、決定した（Ｓ１８）ＰＷＭ指令値が５０％より大きいときは（Ｓ４４）、操舵補助動作へリターンする。
尚、請求項における車載バッテリ電圧は、駆動回路に直接印加される場合に限定されることはなく、他の回路が介在して、駆動回路に間接的に印加される場合も含めるものとする。
また、本実施の形態では、ブラシレスモータに適用して説明したが、本発明がブラシレスモータ以外のモータにも適用出来ることは言うまでもない。

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要部構成を示すブロック図である。 モータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の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を示すフローチャートである。 スイッチング回路に印加する電圧を昇圧又は降圧する為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動作を説明する為の説明図である。 検出電圧と制御ゲインとの特性を示す特性図である。

符号の説明

８ｂ スイッチング回路、８ｃ ゲート制御回路、８ｄ 昇圧チョッパ回路、１０ トルクセンサ、１３ モータ駆動回路、１４ ロータ位置検出器、１６ トルク−電流テーブル、１７ モータ電流検出回路、１８ （操舵補助用の）モータ、２０ 制御部、２３ 回転数演算部、２４ ＰＷＭ変調部、２５ ＥＣＵ、２６ 回路電圧検出回路（検出する手段）、２７ ＰＷＭ回路、Ｐ 車載バッテリ、Ｃ 平滑コンデンサ、Ｌ コイル、Ｑ７ トランジスタ

Claims (2)

1. 車載バッテリ電圧が印加される駆動回路により駆動される操舵補助用のモータを備え、検出した操舵部材に加わる操舵トルクに基づき、前記モータに流すべき目標モータ電流を定め、定めた目標モータ電流を前記モータに流すように、フィードバック制御によりモータ電流指令値を定め、定めたモータ電流指令値に基づき前記駆動回路により前記モータを回転駆動すると共に、該モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じて、前記バッテリ電圧を昇圧又は降圧する電動パワーステアリング装置において、
   前記駆動回路に印加される電圧を検出する手段と、該手段が検出した電圧に応じて、前記フィードバック制御の制御ゲインを変更する変更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。
2. 前記変更手段は、前記電圧の高／低に応じて、前記制御ゲインを低／高に変更するように構成してある請求項１記載の電動パワーステアリング装置。

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