JP2014221574A - 自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネ性を有した自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行わないとともに、自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行う構成とした。その結果、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、手放し状態となり、緊急操舵の必要性がなく、モータの弱め界磁制御を行わないので、モータの発熱を防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置では、特許文献１に記載されているように、電動パワーステアリング装置のトルク制御モードと、据え切りを用いた駐車支援モードとを切り替えて制御している。

特開２００３−３４１５４３号公報

しかし、上述したような方法では、電動パワーステアリング装置のトルク制御モード時の緊急操舵のため、モータ弱め磁界制御（ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算）を用いて、モータの高速回転を得ている。一方、駐車支援モード時には、手放しとなるため、緊急操舵の必要性がなく、モータ弱め磁界制御が必要でないにもかかわらず、駐車支援モード時にもこの機能が付加されているため、モータが無駄な電流を流し、発熱をする場合があった。

本発明の目的は、省エネ性を有した自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータによって、操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置を利用して、車両のハンドルを制御する自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置であって、自動駐車中か否かを判定する自動駐車中判定手段を備え、前記自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、前記モータの弱め界磁制御を行わないとともに、前記自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、前記モータの弱め界磁制御を行うこと、を要旨とする。

本請求項の自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置では、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行わないとともに、自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行う構成とした。

その結果、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、手放し状態となり、緊急操舵の必要性がなく、モータの弱め界磁制御を行わないので、モータに無駄な電流が流れず、モータの発熱を防止することができる。一方、自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、通常の電動パワーステアリング装置となる。
そのため、緊急操舵の必要性があるので、モータの弱め界磁制御を行うことで、モータの高速回転を得ることができる。

本発明によれば、省エネ性を有した自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置を提供することができる。

自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの全体制御ブロック図。 ＥＰＳのモータ制御信号生成部の制御ブロック図。 自動駐車中判定部の処理手順を示すフローチャート図。

以下、コラム型の自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態のＥＰＳ１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更されるようになっている。

また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２４と、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動を制御するＥＣＵ２７とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ２４は、コラム型のＥＰＳアクチュエータであり、その駆動源であるモータ２１は、減速機構２３を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、同モータ２１の回転を減速機構２３により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ２７には、自動駐車切替スイッチ２０、車速センサ２５、トルクセンサ２６、及びモータ回転角センサ２２が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら切替スイッチや各センサの出力信号に基づいて、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮ、車速Ｖ、操舵トルクτ、及びモータ回転角θｍを検出する。

尚、トルクセンサ２６はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ＥＣＵ２７は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ＥＣＵ２７は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、その駆動源であるモータ２１への駆動電力の供給を通じて、ＥＰＳアクチュエータ２４の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。

次に、本実施形態のＥＰＳ１における電気的構成について説明する。
図２は、本実施形態のＥＰＳ１の全体制御ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２７は、モータ制御信号を出力するマイコン２９と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ２４の駆動源であるモータ２１に三相の駆動電力を供給するモータ駆動回路４０、及びモータ２１に通電されるＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、及びＷ相電流値Ｉｗを検出するための電流センサ３０ｕ、３０ｖ、及び３０ｗとを備えている。

モータ駆動回路４０は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（図示せず）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、モータ駆動回路４０を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ２８の電源電圧に基づく三相のモータ駆動電力を生成して、モータ２１へと出力する構成になっている。

ＥＣＵ２７には、モータ２１のモータ回転角θｍを検出するための、モータ回転角センサ２２が接続されている。そして、マイコン２９は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ２１の各相電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及びモータ回転角θｍ、並びに上記自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮ、操舵トルクτ、及び車速Ｖに基づいて、モータ駆動回路４０にモータ制御信号を出力する。

以下に示す各制御ブロックは、マイコン２９が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。マイコン２９は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

図２に示すように、マイコン２９は、自動駐車制御を実行するための自動駐車制御演算部４９と、モータ２１を制御する電流指令値演算部５５と、モータ駆動回路４０を制御するモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成部４４と、を備えている。

まず、自動駐車制御演算部４９について説明する。自動駐車制御を実行するための自動駐車制御演算部４９は、自動駐車中か否かを判定する自動駐車中判定部５０（自動駐車中判定手段）と、自動駐車データを記憶する、自動駐車データ記憶部５２と、自動駐車データから、モータ回転角指令値θｍ＊を設定する、操舵角度設定部５１と、を備えている。尚、本実施形態の自動駐車制御は、運転者が、所定の位置まで車両を運転した後停車させ、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮをオンにして、自動駐車開始ボタンを押すと、上記自動駐車データ記憶部５２から自動駐車データを順次読み出し、自動駐車を行う一般的な制御方法である。

更に、自動駐車制御を実行するための自動駐車制御演算部４９は、位置制御を行う位置制御部（Ｐ制御）５３と、速度制御を行う速度制御部（ＰＩＤ制御）５４と、を備えている。そして、速度制御部（ＰＩＤ制御）５４から出力される、自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊は、電流指令値演算部５５に入力される。

詳述すると、マイコン２９は、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮを入力信号とし、自動駐車中制御を実行するための自動駐車中判定部５０と、自動駐車中判定部５０が自動駐車中と判定した場合には、自動駐車データ記憶部５２から自動駐車データを読み出し、自動駐車データからモータ回転角指令値θｍ＊を設定する操舵角度設定部５１を備えている。

次に、マイコン２９は、操舵角度設定部５１で設定したモータ回転角指令値θｍ＊と、モータ回転角θｍと、を減算器５７で減算し、モータ回転角偏差Δθｍを求める。
そして、マイコン２９は、モータ回転角偏差Δθｍを位置制御部（Ｐ制御）５３に入力し、位置制御部（Ｐ制御）５３において、モータ回転角速度指令値ωｍ＊を生成する。

更に、マイコン２９は、位置制御部（Ｐ制御）５３で生成したモータ回転角速度指令値ωｍ＊と、モータ回転角速度ωｍと、を減算器５８で減算し、自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を生成する。そして、自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊は、電流指令値演算部５５のｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１aに入力される。

次に、電流指令値演算部５５について説明する。モータ２１を制御する電流指令値演算部５５は、ｑ軸電流指令値演算部３１と、ｄ軸電流指令値演算部３２と、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａと、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａと、を備えている。

詳述すると、ｑ軸電流指令値演算部３１には、トルクセンサ２６により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ２５により検出された車速Ｖが入力される。そして、マイコン２９は、その操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、操舵トルク/ｑ軸電流指令値マップより決定する。尚、操舵トルク/ｑ軸電流指令値マップは、同じ操舵トルクの場合、車速Ｖが小さいほど、大きなｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定するように構成されている。

即ち、マイコン２９は、自動駐車中判定部５０が、自動駐車中でない（電動パワーステアリング制御）と判定した場合には、Ｉｑ＊電流指令値演算部３１で演算されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、後段のｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１ｂに入力する。そして、マイコン２９は、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１ｂと、接点３１ｃを接続する。その結果、Ｉｑ＊電流指令値演算部３１で演算されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が、後段のモータ制御信号生成部４４に入力される。

更に、マイコン２９は、自動駐車中判定部５０が、自動駐車中である（自動駐車中制御）と判定した場合には、判定自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１aに入力する。そして、マイコン２９は、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａの接点３１aと、接点３１ｃを接続する。その結果、マイコン２９は、速度制御部（ＰＩＤ制御）５４から出力された自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を、後段のモータ制御信号生成部４４に入力する。

一方、ｄ軸電流指令値演算部３２には、自動駐車中判定部５０からの信号と、モータ回転角θｍから微分器４３を通して演算された、モータ回転角速度ωｍが入力される。そして、マイコン２９は、自動駐車中判定部５０が、自動駐車中でない（電動パワーステアリング制御）と判定した場合には、モータ回転角速度ωｍ／d軸電流指令値マップより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（弱め界磁制御用電流）を決定する。

そして、マイコン２９は、決定されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａのｄ軸電流指令値切替部接点３２ｂに入力する。次に、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａのｄ軸電流指令値切替部接点３２ｂと、接点３２ｃを接続する。その結果、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値演算部３２で演算されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、後段のモータ制御信号生成部４４に入力する。

更に、マイコン２９は、自動駐車中判定部５０が、自動駐車中である（自動駐車中制御）と判定した場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＝０（弱め界磁なし制御）を、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａのｄ軸電流指令値切替部接点３２aに入力する。そして、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａの接点３２aと、接点３２ｃを接続する。その結果、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＝０（弱め界磁なし制御）を、後段のモータ制御信号生成部４４に入力する。

次に、モータ制御信号生成部４４について、図３に基づいて説明する。
モータ制御信号生成部４４は、ｄ／ｑ変換演算部３３、ｑ軸電流制御演算部３４、ｑ軸ＰＩＤ制御部３５、ｄ軸電流制御演算部３６、ｄ軸ＰＩＤ制御部３７、ｄ／ｑ逆変換演算部３８、及びＰＷＭ出力部３９で構成されている。

ｄ／ｑ変換演算部３３に入力されたＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、及びＷ相電流値Ｉｗは、ｄ／ｑ変換され、ｑ軸電流値Ｉｑ、及びｄ軸電流値Ｉｄとなる。そして、ｑ軸電流値Ｉｑは、減算器３４Ｊに入力される。減算器３４Ｊは、Ｉｑ＊電流指令値演算部３１から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、ｑ軸電流値Ｉｑを減算したｑ軸偏差電流値ΔＩｑをｑ軸ＰＩＤ制御部３５に入力する。ｑ軸ＰＩＤ制御部３５で演算されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３８に入力される。

一方、ｄ／ｑ変換演算部３３で変換されたｄ軸電流値Ｉｄは、減算器３５Ｊに入力される。減算器３５Ｊは、Ｉｄ＊電流指令値演算部３２から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊から、ｄ軸電流値Ｉｄを減算したｄ軸偏差電流値ΔＩｄをｄ軸ＰＩＤ制御部３７に入力する。ｄ軸ＰＩＤ制御部３７で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３８に入力される。

ｄ／ｑ逆変換演算部３８に入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３８により、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換されＰＷＭ出力部３９に入力される。

次に、本実施形態のマイコン２９による自動駐車中判定部の処理手順について図４に基づいて説明する。
まず、マイコン２９は、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮが、オンか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、マイコン２９は、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮがオンの場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１ｃ、及びｑ軸電流指令値切替部接点３１aを接続する（ステップＳ１０２）。

次に、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａのｄ軸電流指令値切替部接点３２ｃ、及びｄ軸電流指令値切替部接点３２aを接続する（Ｉｄ＊＝０：弱め界磁なし制御、ステップＳ１０３）。更に、マイコン２９は、自動駐車中制御を実行（ステップＳ１０４）し、処理を終了する。

一方、マイコン２９は、自動駐車切替スイッチオン信号ＳＷＯＮがオフの場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、ｑ軸電流指令値切替部３１Ａのｑ軸電流指令値切替部接点３１ｃ、及びｑ軸電流指令値切替部接点３１ｂを接続する（ステップＳ１０５）。

次に、マイコン２９は、ｄ軸電流指令値切替部３２Ａのｄ軸電流指令値切替部接点３２ｃ、及びｄ軸電流指令値切替部接点３２ｂを接続する（Ｉｄ＊演算：弱め界磁あり制御、ステップＳ１０６）。更に、マイコン２９は、電動パワーステアリング制御を実行（ステップＳ１０７）し、処理を終了する。

次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用及び効果について説明する。
自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置では、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行わない（Ｉｄ＊＝０）とともに、自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行う（Ｉｄ＊演算）構成とした。

その結果、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、手放し状態となり、緊急操舵の必要性がなく、モータの弱め界磁制御を行わないので、モータの発熱を防止できる。一方、自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、緊急操舵の必要性があるので、モータの弱め界磁制御を行い、モータの高速回転を得ることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、モータの弱め界磁制御を行わない（Ｉｄ＊＝０）としたが、Ｉｄ＊を所定以下の値にしてもよい。

・本実施形態では、自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置としたが、自動駐車機能を備えたギヤ比可変操舵装置、又は、自動駐車機能を備えたステアバイワイヤ装置とする構成としてもよい。

・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。

１：自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、
２：ステアリング、３：ステアリングシャフト、４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、８：コラムシャフト、９：インターミディエイトシャフト、
１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、
２０：自動駐車切替スイッチ、２１：モータ、２２：モータ回転角センサ、
２３：減速機構、２４：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、
２５：車速センサ、２６：トルクセンサ、２７：ＥＣＵ、
２８：バッテリ、２９：マイコン、３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ：電流センサ、
３１：ｑ軸電流指令値演算部、３２：ｄ軸電流指令値演算部、
３１Ａ：ｑ軸電流指令値切替部、３２Ａ：ｄ軸電流指令値切替部、
３１a、３１ｂ、３１ｃ：ｑ軸電流指令値切替部接点、
３２a、３２ｂ、３２ｃ：ｄ軸電流指令値切替部接点、
３３：ｄ／ｑ変換演算部、３４Ｊ、３５Ｊ：減算器、
３４：ｑ軸電流制御演算部、３５：ｑ軸ＰＩＤ制御部、
３６：ｄ軸電流制御演算部、３７：ｄ軸ＰＩＤ制御部、
３８：ｄ／ｑ逆変換演算部、３９：ＰＷＭ出力部、
４０：モータ駆動回路、４３：微分器、４４：モータ制御信号生成部、
４９：自動駐車制御演算部、５０：自動駐車中判定部（自動駐車中判定手段）、
５１：操舵角度設定部、５２：駐車データ記憶部、５３：位置制御部（Ｐ制御）、
５４：速度制御部（ＰＩＤ制御）、５５：電流指令値演算部、５７、５８：減算器、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θｍ：モータ回転角、ωｍ：モータ回転角速度、
θｍ＊：モータ回転角指令値、ωｍ＊：モータ回転角速度指令値、
Δθｍ：モータ回転角偏差、Δωｍ：モータ回転角速度偏差、
ＳＷＯＮ：自動駐車切替スイッチオン信号、
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ：各相電流値、Ｉｑ＊＊：自動駐車中制御実行時のｑ軸電流指令値、
Ｉｑ＊：ｑ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流値、ΔＩｑ：ｑ軸偏差電流値、
Ｉｄ＊：ｄ軸電流指令値、Ｉｄ：ｄ軸電流値、ΔＩｄ：ｄ軸偏差電流値、
Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令値、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令値、
Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊：各相電圧指令値

Claims (1)

1. モータによって、操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置を利用して、車両のハンドルを制御する自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   自動駐車中か否かを判定する自動駐車中判定手段を備え、
   前記自動駐車中判定手段が自動駐車中と判定した場合には、前記モータの弱め界磁制御を行わないとともに、前記自動駐車中判定手段が自動駐車中でないと判定した場合には、前記モータの弱め界磁制御を行うことを、
   特徴とする自動駐車機能を備えた電動パワーステアリング装置。

Images