JP2015074287A

JP2015074287A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2015074287A
Application number: JP2013210347A
Authority: JP
Inventors: 高野　寿男; Toshio Takano; 寿男高野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】ドライバが急激な速さで切り込み、切り込み戻しを行った場合でも、操舵フィーリングを向上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】電流フィードバック制御手段の積分補償によって積算された積分状態量を記憶する積分状態量記憶手段と、積分状態量記憶手段に記憶された積分状態量を操作する積分状態量操作判定手段と、を有し、制御手段は、モータ回転角速度演算手段から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値生成手段から生成された前記電流指令値の符号が反転した場合には、積分状態量操作判定手段により、積分状態量記憶手段に記憶した積分状態量を零にする構成とした。【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置において、ドライバのハンドル操作に伴って発生する操舵トルクを操舵トルクセンサで検出し、検出した操舵トルク信号を目標電流信号に変換し、目標電流信号とモータに実際に流れる実電流に対応したモータ電流信号との偏差信号にＰＩ（比例・積分）、又は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償を施した信号を発生し、この信号に基づいて生成したモータ制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）でモータを駆動してステアリング系に操舵補助力を作用させるようにしたものは知られている。

このような従来の電動パワーステアリング装置は、モータ電流信号を目標電流信号にフィードバックさせて、ＰＩ制御、又は、ＰＩＤ制御する構成のため、偏差信号が速やかに零になるよう制御され、モータ電流は目標電流信号で設定された値に収束してモータを駆動し、操舵トルク信号に対応した操舵補助力が得られる。

しかし、上記制御構成では、ドライバが急激な速さで切り込み、切り込み戻しを行った場合などでは、切り替わり時に引っ掛かり感が生じる。特許文献１には、モータ電流の大きな変化に対して、比例・積分制御手段の比例感度及び／又は、積分ゲインを制御し、モータ電流の大きな変化を抑制している。

特開平１１−０７８９１９号公報

ところで、ドライバが急激な速さで切り込み、切り込み戻しを行った場合などでは、比例・積分制御手段の比例感度及び／又は、積分ゲインを制御し、モータ電流の大きな変化を抑制しても、積分補償で積算された積分量が残存しているため、ドライバのハンドル操作方向と逆のアシスト力のため、引っ掛かり感が感じられ、操舵フィーリングに違和感を感じる、という問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ドライバが急激な速さで切り込み、切り込み戻しを行った場合でも、操舵フィーリングを向上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。

上記の課題を解決する電動パワーステアリング装置は、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べく設けられた操舵力補助装置と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記モータに流れる実電流値を検出する実電流値検出手段と、前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、前記モータ回転角度検出手段から検出したモータ回転角度を微分して、モータ回転角速度を演算するモータ回転角速度演算手段と、前記操舵トルクと前記車速からアシスト力を生成する電流指令値生成手段と、前記電流指令値生成手段から生成した電流指令値と、前記実電流検出手段から検出した実電流の差分に基づいて、比例・積分補償を行う電流フィードバック制御手段と、前記電流フィードバック制御手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに駆動電力を供給する駆動手段を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記電流フィードバック制御手段の積分補償によって積算された積分状態量を記憶する積分状態量記憶手段と、前記積分状態量記憶手段に記憶された積分状態量を操作する積分状態量操作判定手段と、を有し、前記制御手段は、前記モータ回転角速度演算手段から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値生成手段から生成された前記電流指令値の符号が反転した場合には、前記積分状態量操作判定手段により、前記積分状態量記憶手段に記憶した積分状態量を零にすること、を要旨とする。

上記構成によれば、モータ回転角速度演算手段から演算されたモータ回転角速度が所定値以上である場合には、ドライバのハンドル操作が緊急時であると判断できる。
そして、電流指令値生成手段から生成された前記電流指令値の符号が反転した場合には、例えば、切り込みから切り込み戻し、又は、切り込み戻しから再度切り込んだと判定できる。そして、その場合には、積分状態量操作判定手段により、積分状態量記憶手段に記憶した積分状態量を零にすることで、逆方向のアシスト力を完全に除去することができるので、操舵フィーリングを向上できる。

本発明によれば、ドライバが急激な速さで切り込み、切り込み戻しを行った場合でも、操舵フィーリングを向上できる電動パワーステアリング装置を提供できる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。本実施形態におけるＥＰＳの全体制御ブロック図。本実施形態における積分状態量操作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、車速センサ２５（車速検出手段）、トルクセンサ２６（操舵トルク検出手段）、及びモータ回転角センサ２２（モータ回転角度検出手段）が接続されており、ＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、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（制御手段）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駆動回路４０（駆動手段）、及びモータ２１に通電されるＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、及びＷ相実電流値Ｉｗを検出するための、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ（実電流値検出手段）とを備えている。

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（図示略）である。また、マイコン２９の出力するモータ制御信号は、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Ｕ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、及びＷ相実電流値Ｉｗ、及びモータ回転角θｍ、並びに上記操舵トルクτ、及び車速Ｖに基づいて、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、モータ２１を制御する電流指令値を演算する電流指令値演算部３１（電流指令値生成手段）と、上記駆動回路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。

マイコン２９は、実電流値検出センサ３０ｕ、３０ｖ、３０ｗで検出されたＵ相実電流値Ｉｕ、Ｖ相実電流値Ｉｖ、及びＷ相実電流値Ｉｗを、ｄ／ｑ座標系に写像することにより（ｄ／ｑ変換）、同ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行する。そして、駆動回路４０を構成するＦＥＴのオン/オフタイミングを決定するＤＵＴＹ指令値をＰＷＭ出力部３８で生成し、そのＤＵＴＹ指令値に基づいてゲートオン／オフ信号の出力を実行する。

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。電流指令値演算部３１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（図示略）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。

モータ制御信号生成部４４は、ｄ／ｑ変換演算部３２、ｑ軸電流制御演算部３３、ｑ軸ＰＩＤ制御部３４（電流フィードバック制御手段）、ｄ軸電流制御演算部３５、ｄ軸ＰＩＤ制御部３６（電流フィードバック制御手段）、ｄ／ｑ逆変換演算部３７、ＰＷＭ出力部３８、及び積分状態量操作判定部３９（積分状態量操作判定手段）で構成されている。

即ち、積分状態量操作判定部３９には、電流指令値演算部３１から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及びモータ回転角センサ２２から検出されたモータ回転角θｍを微分器４１（モータ回転角速度演算手段）で微分演算されたモータ回転速度ωｍが入力される。

積分状態量操作判定部３９は、入力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及びモータ回転速度ωｍから、ｑ軸積分状態量記憶部３４Ｍ（積分状態量記憶手段）、及びｄ軸積分状態量記憶部３６Ｍ（積分状態量記憶手段）に記憶されたｑ軸、ｄ軸積分状態量をリセット（ｑ軸、ｄ軸積分状態量を零とする）するか否かを判定する。そして、積分状態量操作判定部３９は、入力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及びモータ回転速度ωｍが所定の条件を満たした場合には、ｑ軸積分状態量記憶部３４Ｍ、及びｄ軸積分状態量記憶部３６Ｍに記憶されたｑ軸、ｄ軸積分状態量をリセットする。

次に、ｄ／ｑ変換演算部３２に入力されたＵ相実電流値Ｉｕと、Ｖ相実電流値Ｉｖと、及びＷ相実電流値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３３Ｊに入力される。減算器３３Ｊは、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３４に入力する。ｑ軸ＰＩＤ制御部３４で演算されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。
尚、ｑ軸積分制御部で演算された積算積分値は、ｑ軸積分状態量記憶部３４Ｍに記憶される。

一方、ｄ／ｑ変換演算部３２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、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊（Ｉｄ＊＝０）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３６に入力する。ｄ軸ＰＩＤ制御部３６で演算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、ｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力される。尚、ｄ軸積分制御部で演算された積算積分値は、ｄ軸積分状態量記憶部３６Ｍに記憶される。

ｄ／ｑ逆変換演算部３７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、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３８に入力される。

次に、本実施形態のマイコン２９による、積分状態量操作判定部３９の処理手順について、図３に基づいて説明する。
まず、マイコン２９は、モータ回転速度ωｍを読み込む（ステップＳ１０１）。次に、マイコン２９は、モータ回転速度ωｍの絶対値がモータ回転速度所定値ωｍ０以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。

そして、マイコン２９は、モータ回転速度ωｍの絶対値がモータ回転速度所定値ωｍ０以上の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を読み込む（ステップＳ１０３）。そして、マイコン２９は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の符号が前回の符号と反転しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

そして、マイコン２９は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の符号が前回の符号と反転している場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）には、ｑ軸積分状態量ΣΔＩｑ、及びｄ軸積分状態量ΣΔＩｄをリセットする（ステップＳ１０５）。一方、マイコン２９は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の符号が前回の符号と反転していない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、及び、モータ回転速度ωｍの絶対値がモータ回転速度所定値ωｍ０より小さい場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、何もしないで処理を終える。

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。
モータ回転角速度演算部から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値演算部から演算された電流指令値の符号が反転した場合には、積分状態量操作判定部により、ｑ軸、及びｄ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量を零にする構成とした。

上記構成によれば、モータ回転角速度演算部から演算されたモータ回転角速度が所定値以上である場合には、ドライバのハンドル操作が緊急時であると判断できる。そして、電流指令値演算部から演算された電流指令値の符号が反転した場合には、例えば、切り込みから切り込み戻し、又は、切り込み戻しから再度切り込んだと判定できる。そして、その場合には、積分状態量操作判定部により、ｑ軸、及びｄ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量を零にすることで、逆方向のアシスト力を完全に除去することができるので、操舵フィーリングを向上できる。

尚、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、モータ回転角速度演算部から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値演算部から演算された電流指令値の符号が反転した場合には、積分状態量操作判定部により、ｑ軸、及びｄ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量を零にする構成とした。しかし、これに限らず、ｑ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量のみを零にする構成としてもよい。

・本実施形態では、モータ回転角速度演算部から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値演算部から演算された電流指令値の符号が反転した場合には、積分状態量操作判定部により、ｑ軸、及びｄ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量を零にする構成とした。しかし、これに限らず、電流指令値演算部から演算された電流指令値の符号が反転した場合のみ、積分状態量操作判定部により、ｑ軸、及びｄ軸の積分状態量記憶部に記憶した積分状態量を零にする構成としてもよい。

・本実施形態では、アシスト力を補助するモータをブラシレスＤＣモータとしたが、本発明をＤＣモータやＶＲモータに適用してもよい。

・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：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、２１：モータ、
２２：モータ回転角センサ（モータ回転角度検出手段）、
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（車速検出手段）、２６：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、２７：ＥＣＵ、２８：バッテリ、２９：マイコン（制御手段）、
３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ：実電流値検出センサ（実電流値検出手段）、
３１：電流指令値演算部（電流指令値生成手段）、
３２：ｄ／ｑ変換演算部、３３：ｑ軸電流制御演算部、
３４：ｑ軸ＰＩＤ制御部（電流フィードバック制御手段）、
３４Ｍ：ｑ軸積分状態量記憶部（積分状態量記憶手段）、３５：ｄ軸電流制御演算部、
３６：ｄ軸ＰＩＤ制御部（電流フィードバック制御手段）、
３６Ｍ：ｄ軸積分状態量記憶部（積分状態量記憶手段）、
３７：ｄ／ｑ逆変換演算部、３８：ＰＷＭ出力部、
３９：積分状態量操作判定部（積分状態量操作判定手段）、
４０：駆動回路（駆動手段）、４１：微分器（モータ回転角速度演算手段）、
４４：モータ制御信号生成部、３３Ｊ、３５Ｊ：減算器、
Ｖ：車速、τ：操舵トルク、θｍ：モータ回転角、ωｍ：モータ回転速度、
ωｍ０：モータ回転速度所定値、
Ｉｕ：Ｕ相実電流値、Ｉｖ：Ｖ相実電流値、Ｉｗ：Ｗ相実電流値、
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、
ΣΔＩｑ：ｑ軸積分状態量、ΣΔＩｄ：ｄ軸積分状態量、
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

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べく設けられた操舵力補助装置と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記モータに流れる実電流値を検出する実電流値検出手段と、
前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出手段と、
前記モータ回転角度検出手段から検出したモータ回転角度を微分して、モータ回転角速度を演算するモータ回転角速度演算手段と、
前記操舵トルクと前記車速からアシスト力を生成する電流指令値生成手段と、
前記電流指令値生成手段から生成した電流指令値と、前記実電流検出手段から検出した実電流の差分に基づいて、比例・積分補償を行う電流フィードバック制御手段と、
前記電流フィードバック制御手段に基づいて、前記操舵力補助装置の駆動源であるモータに駆動電力を供給する駆動手段を制御する制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記電流フィードバック制御手段の積分補償によって積算された積分状態量を記憶する積分状態量記憶手段と、
前記積分状態量記憶手段に記憶された積分状態量を操作する積分状態量操作判定手段と、を有し、
前記制御手段は、前記モータ回転角速度演算手段から演算されたモータ回転角速度が所定値以上であり、かつ、電流指令値生成手段から生成された前記電流指令値の符号が反転した場合には、前記積分状態量操作判定手段により、前記積分状態量記憶手段に記憶した積分状態量を零にすること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。