JP2009227105A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵状況に応じて電源電圧の低下を検出し、電圧低下幅が所定値以上になった場合に、その大きさに応じたアシスト特性の補正を行って電源の電力消費を抑制し、解除する判定についても操舵状況に応じて行うことにより、操舵性能の頻繁な変化を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電源から電力が供給され、少なくとも操舵トルクに基づいてアシストマップを参照して操舵補助指令値を算出し、補償を行った電流指令値で操舵補助力を付与するモータを駆動制御してアシスト力を操舵系に付与する電動パワーステアリング装置において、操舵トルクが入力されていないときの電源の電圧値と、操舵トルクが所定値以上であり、かつモータ角速度が所定値以上のときの電源の電圧値との差電圧に応じてアシスト特性を補正する機能を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に電圧降下の大きさによってアシスト特性の補正値を変更し、電源（バッテリ）が劣化している場合の電力消費を抑制する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両のステアリング装置をモータの回転力で操舵補助力（アシスト）を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助トルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティ比の調整で行っている。

このような電動パワーステアリング装置の一般的な構成を、図８を参照して説明する。操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクをトーションバーの捩れに応じて検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０にはバッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｒと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト指令の電流指令値Ｉの演算を行い、演算された電流指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（又はＭＰＵやＭＣＵ）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図９のようになっている。

図９を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴｒ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは操舵補助指令値演算部３１に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部３２で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が加算部３３に入力される。また、操舵トルクＴｒは応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３５に入力され、微分補償された操舵トルクＴｒａは加算部３３に入力され、加算部３３は操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２と操舵トルクＴｒａを加算し、その加算結果である電流指令値Ｉを減算部３４に入力する。

なお、操舵補助指令値演算部３１での操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１の演算は、操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｅｌに加えて更に舵角を用いて演算することも可能である。
減算部３４は、電流指令値Ｉとフィードバックされているモータ電流ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ−ｉ）を求め、偏差ΔＩはＰＩ制御部３６でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電流制御値ＥはＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティ比を演算され、インバータ３８を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。インバータ３８には、バッテリ１４から電源リレー１３を経て電力が供給されており、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３９で検出され、減算部３４に入力されてフィードバックされる。

モータ駆動回路を構成するＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８の構成例を図１０に示して説明すると、モータ２０がブラシモータの場合、モータ駆動回路はＰＩ制御部３６からの電流制御値Ｅに基づいて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２の上流側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流制御値Ｅに基づいて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流ｉの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符合により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。

ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路にはバッテリ１４から、電源リレー１３を経て電力が供給されるが、モータ２０が３相ブラシレスモータの場合には、６個のＦＥＴで成る３相ブリッジ回路でモータを駆動する。

このような電動パワーステアリング装置において、バッテリ電圧が降下した場合には精度良く安定した制御ができなくなるため、アシストの出力制限を行う必要がある。

バッテリ電圧の状態に応じてアシストの出力制限を行う電動パワーステアリング装置としては、例えば特許第３３２８５９５号公報（特許文献１）に示される装置では、電源電圧値が第１所定値を下回る場合に電流指令値を徐々に制限し、更に上記第１所定値よりも低い第２所定値を下回る場合は、直ちに電流指令値をゼロとし、アシストを停止するようにしている。

また、電源電圧の変化量に応じてアシストの出力制限を行う装置として、特許第３６６４３７６号公報（特許文献２）に開示されているものがある。特許文献２の装置では、電源電圧の変化量が大きい場合に、電流指令値の大きさに応じて指令値制限値の変更を行うようになっている。
特許第３３２８５９５号公報 特許第３６６４３７６号公報

しかしながら、上記特許文献１の電動パワーステアリング装置では、バッテリが劣化し、容量が不足している状態で高負荷のアシスト出力をさせようとすると、急激に電圧降下してしまう。そのため、アシスト制限が機能せずにアシスト停止に至る恐れがあり、操舵性能に著しい影響を与えてしまう問題がある。

また、上記特許文献２の負荷制御装置では、所定値以上の電圧低下により電流制限が実行されても、操舵入力がなくなり、負荷電流が小さくなると、直ちに電流制限が解除されてしまうため、操舵状況によって頻繁に電流制限の設定と解除が繰り返され、操舵性能を損なう可能性がある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、操舵状況に応じて電源の電圧低下を検出し、その電圧低下幅が所定値以上に達した場合に、その大きさに応じたアシスト特性の補正を行うことにより電源の電力消費を抑制し、更に補正を解除する判定についても操舵状況に応じて行うことにより、操舵性能の頻繁な変化を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、電源から電力が供給され、少なくとも操舵トルクに基づいてアシストマップを参照して操舵補助指令値を算出し、補償を行った電流指令値で操舵補助力を付与するモータを駆動制御してアシスト力を操舵系に付与する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記操舵トルクが入力されていないときの前記電源の電圧値１と、前記操舵トルクが所定値１以上であり、かつモータ角速度が所定値２以上のときの前記電源の電圧値２との差電圧に応じてアシスト特性を補正する機能を設けることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記差電圧がスレッショルド以上となったときに、前記アシスト特性の補正を行うようになっていることにより、或いは前記アシスト特性の補正が前記アシストマップのゲイン補正又は前記電流指令値の最大電流制限値の補正であることにより、或いは前記アシスト特性の補正が前記アシストマップのゲイン補正及び前記電流指令値の最大電流制限値の補正であることにより、或いは前記スレッショルドが前記電圧値１に応じて変更されることにより、或いは前記アシスト特性の補正がなされている間、警告表示を行うことにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、バッテリ（電源）の電圧降下の大きさによってアシスト特性の補正値を変更するため、操舵性能の急激な変化を抑制できると共に、バッテリが劣化している場合の電力消費を抑制することができる。

アシスト特性の補正値の変更を、アシストマップのゲイン補正又は電流指令値の最大電流制限値の補正によって行うか、或いはアシストマップのゲイン補正及び電流指令値の最大電流制限値の補正によって行うようにしているので、簡易な構成で確実に実行することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵状況に応じて電源（バッテリ）の電圧低下を検出し、その電圧低下幅が所定値以上に達した場合に、その大きさに応じたアシスト特性の補正（アシストマップのゲイン補正、電流指令値の最大電流制限値の補正）を行うようにしているので、電源の電力消費を抑制することができる。また、解除する判定についても操舵状況に応じて行い、電源の電圧降下の大きさによってアシスト特性の補正値を変更するようにしているため、操舵性能の頻繁な変化も抑制することができる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の構成例を図９に対応させて示す構成図であり、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

本発明では、モータ２０にモータ角速度ωを検出する角度センサ２１が取り付けられていると共に、電源としてのバッテリ１４の電力を、電源リレー１３及びノイズ除去及び電圧平滑用のノイズ除去／電圧平滑部１６を経てインバータ３８のＨブリッジ回路に供給する。そして、Ｈブリッジ回路の上流の電圧をバッテリ電圧ＶＢとして検出するバッテリ電圧検出部４０、検出されたバッテリ電圧ＶＢ等を記憶するメモリ４１、アシスト特性の補正を行っている間、運転者に音や光等により警告を出力する警告部４２を設けている。また、電流指令値Ｉの最大電流値を制限する最大電流制限部４３を設けており、最大電流制限値の補正を行うことができる。

そして、アシスト特性の補正を行う場合には、操舵補助指令値演算部３１のアシストマップのゲイン補正、最大電流制限部４３の最大電流制限値の補正を行ってアシスト出力制限を行うようになっている。

このような構成において、その動作例を図２のフローチャートを参照して説明する。

先ず操舵トルクＴｒが、操舵入力がされていないと判断できるレベルの所定値Ｔ１よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ１）、操舵トルクＴｒが所定値Ｔ１よりも小さい場合には、バッテリ電圧検出部４０で検出されたバッテリ電圧ＶＢを電圧ＶＢ１としてメモリ４１に記憶し（ステップＳ２）、リターンする。

また、上記ステップＳ１で操舵トルクＴｒが所定値Ｔ１以上と判定された場合には、操舵トルクＴｒが所定値Ｔ１よりも大きい所定値Ｔ２よりも小さいか否かを判定し（ステップＳ３）、操舵トルクＴｒが所定値Ｔ２よりも小さい場合にはリターンし、操舵トルクＴｒが所定値Ｔ２以上の場合には更にモータ角速度ωが所定値ω_０以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

なお、上記所定値Ｔ１、所定値Ｔ２、所定値ω_０は予めメモリ４１に設定されており、可変である。

上記ステップＳ４でモータ角速度ωが所定値ω_０以上である場合は、バッテリ電圧検出部４０で検出されたバッテリ電圧ＶＢを電圧ＶＢ２としてメモリ４１に記憶し（ステップＳ５）、メモリ４１に記憶された電圧ＶＢ１及びＶＢ２の差電圧ΔＶ（＝ＶＢ１−ＶＢ２）を求め（ステップＳ６）、差電圧ΔＶがスレッショルドαよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。

そして、差電圧ΔＶがスレッショルドαよりも大きい場合にはバッテリ１４の容量が劣化していると判断し、差電圧ΔＶの大きさに応じてアシスト出力を制限するアシスト特性の補正を行う（ステップＳ１０）。アシスト特性の補正は、操舵トルクＴｒに対するアシスト力の低減（アシストマップゲインの低減）、モータ最大電流値の制限（最大電流値制限）のいずれか、或いは両方によって行う。アシスト特性の補正を行っている間、警告部４２は音や光で運転者に警告表示する。また、差電圧ΔＶがスレッショルドα以下の場合にはバッテリ電圧が回復したとして、アシスト特性の補正解除を行う（ステップＳ２０）。

なお、上記ステップＳ４において、モータ角速度ωが所定値ω_０よりも小さい場合にはリターンとなる。

アシスト特性補正の設定は図３に示すように行われ、差電圧ΔＶの大きさに従って、つまり関数ｆ１（ΔＶ）でアシストマップのゲインとして補正ゲインＧ_mapを設定すると共に、関数ｆ２（ΔＶ）で最大電流値制限の補正として補正ゲインＧ_limitを設定する（ステップＳ１１）。アシストマップの補正ゲインＧ_mapは図４（Ａ）に示すような関数であり、最大電流値制限の補正ゲインＧ_limitは図４（Ｂ）に示すような関数である。このような補正ゲインＧ_map及びＧ_limitの設定後、警告部４２で警告表示を行い（ステップＳ１２）、リターンする。

なお、本例ではアシストマップの補正ゲインＧ_map及び最大電流制限部４３での最大電流値制限の補正ゲインＧ_limitを設定し、アシスト出力制限をするようにしているが、いずれか一方の補正ゲインの設定であっても良い。また、アシスト特性の補正後においても、差電圧ΔＶが演算される条件下では、差電圧ΔＶに応じて図５に示すような特性で補正ゲインを変更しても良い。

一方、アシスト特性補正の解除は図６に示されるように、アシストマップの補正ゲインＧ_mapを“１．０”にすると共に、最大電流値制限の補正ゲインＧ_limitを“１．０”にし（ステップＳ２１）、警告部４２の警告表示をＯＦＦして行われる（ステップＳ２２）。

なお、メモリ４１に記憶する電圧ＶＢ１及びＶＢ２は、バッテリ電圧ＶＢを複数回サンプリングして検出した値の平均値であっても良い。また、操舵入力がない場合のバッテリ電圧に応じて、差電圧ΔＶのスレッショルドαを図７に示すように、電圧ＶＢ１の値に応じて変更するようにし、絶対電圧値が低いときは補正がされ易いようにしても良い。

更に、上述の例ではモータ角速度ωを角度センサ２１で検出するようにしているが、推定演算で求めることもできる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 本発明におけるアシスト特性補正設定の動作例を示すフローチャートである。 マップ補正ゲイン及び最大電流値補正ゲインの一例を示す特性図である。 アシスト特性補正設定後の補正ゲインの一例を示す特性図である。 アシスト特性補正解除の動作例を示すフローチャートである。 スレッショルドの変化特性例を示す特性図である。 一般的なパワーステアリング装置の構成例を示す図である。 コントロールユニットの一般的な構成例を示すブロック図である。 モータ駆動回路（ブラシモータ）の構成例を示す結線図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２０ モータ（Ｍ）
３０ コントロールユニット
２１ 角度センサ
３１ 操舵補助指令値演算部
３２ 位相補償部
３６ ＰＩ制御部
３７ ＰＷＭ制御部
３８ インバータ
３９ モータ電流検出回路
４０ バッテリ電圧検出部
４１ メモリ
４２ 警告部
４３ 最大電流制限部

Claims (6)

1. 電源から電力が供給され、少なくとも操舵トルクに基づいてアシストマップを参照して操舵補助指令値を算出し、補償を行った電流指令値で操舵補助力を付与するモータを駆動制御してアシスト力を操舵系に付与する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクが入力されていないときの前記電源の電圧値１と、前記操舵トルクが所定値１以上であり、かつモータ角速度が所定値２以上のときの前記電源の電圧値２との差電圧に応じてアシスト特性を補正する機能を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記差電圧がスレッショルド以上となったときに、前記アシスト特性の補正を行うようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記アシスト特性の補正が前記アシストマップのゲイン補正又は前記電流指令値の最大電流制限値の補正である請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記アシスト特性の補正が前記アシストマップのゲイン補正及び前記電流指令値の最大電流制限値の補正である請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記スレッショルドが前記電圧値１に応じて変更される請求項２乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記アシスト特性の補正がなされている間、警告表示を行う請求項１乃至５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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