JP2015150918A - 車両システム - Google Patents

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Abstract

【課題】アイドリングストップ中も操舵トルクを軽減しつつ、バッテリの電圧低下を抑制できる車両システムを提供する。
【解決手段】車両システム1は、電動式パワーステアリング装置と、電動式パワーステアリング装置を制御するEPS制御装置30と、所定条件が成立した場合にエンジン41を停止させてアイドリングストップを行うエンジン制御装置50と、を備え、エンジン41の駆動に伴う発電電力がバッテリに充電されるとともに、バッテリからの電力がモータ16に供給され、EPS制御装置30はエンジン41の駆動中、モータ16に対して、当該モータ16の電流値に応じたフィードバック制御を実行し、エンジン41の停止中、モータ16に対して、バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行する。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置を備える車両システムに関する。
運転者によるブレーキペダルの踏込みに応じて車両を停止させる際、アイドリングストップを行う(エンジンを自動的に停止させる)ことで、燃費向上や排ガス抑制を図る技術が知られている。
例えば、特許文献1には、エンジンの自動停止直前からのステアリングホイールの切れ角に基づいて据え切り操作が行われた場合、エンジンの自動停止を解除するコントローラを備えたエンジン自動停止再始動装置について記載されている。
特許文献2には、エンジンの作動中に操舵トルクが第一エンジン自動停止禁止トルク以上である場合にエンジンの作動を継続させ、エンジンの休止中に操舵トルクが第二エンジン自動停止禁止トルク以上である場合にエンジンを再始動させるエンジン制御装置について記載されている。
特許文献3には、エンジンが自動的に停止された状態において、操舵量検出手段によって検出される操舵量(操舵力)が所定閾値よりも小さいことを条件として、駆動力を制限しつつ電動モータを駆動して操舵補助力を与えるパワーステアリング装置について記載されている。
特開2000−345878号公報 特開2012−67702号公報 特許4301050号公報
特許文献1に記載の技術では、パワーステアリング装置をエンジンによって駆動する構成になっているため、エンジンを自動停止させた状態ではパワーステアリング装置を駆動できない。つまり、パワーステアリング装置によって操舵補助力を与えつつエンジンの自動停止によって燃費向上等を図る、ということができないという問題がある。
また、特許文献2に記載の技術では、エンジンの休止中、電動モータによる操舵支援トルクの出力を停止させるようにしている(段落0051を参照)。このようにアイドリングストップ中に操舵力の軽減がなされない場合、運転者が操舵(据え切り等)する際の負荷トルクが大きくなり、エンジン再始動後の操舵に備えにくくなるという問題がある。
また、特許文献3に記載の技術では、エンジンが自動的に停止された状態において運転者による操舵量(操舵力)が小さいことが、電動モータの再始動条件となっている。そうすると、例えば、比較的大きな操舵力を要する据え切りを行う際、運転者にかかる負荷トルクが大きくなり、エンジン再始動後の操舵に備えにくくなるという問題がある。
なお、エンジンが自動的に停止された状態で、仮に制限なしで電動モータを駆動するとバッテリの電圧(残容量)が急激に低下し、エンジンの再始動を適切に行えない可能性がある。
そこで本発明は、アイドリングストップ中も操舵トルクを軽減しつつ、バッテリの電圧低下を抑制できる車両システムを提供することを課題とする。
前記した課題を解決するための手段として、本発明は、操舵部材に作用する操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させるモータを有し、転舵輪を転舵させる電動式パワーステアリング装置と、前記電動式パワーステアリング装置を制御するステア制御手段と、所定条件が成立した場合にエンジンを停止させてアイドリングストップを行うエンジン制御手段と、を備える車両システムであって、前記エンジンの駆動に伴う発電電力がバッテリに充電されるとともに、前記バッテリからの電力が前記モータに供給され、前記ステア制御手段は、前記エンジンの駆動中、前記モータに対して、当該モータの電流値に応じたフィードバック制御を実行し、前記エンジンの停止中、前記モータに対して、前記バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、ステア制御手段は、エンジンの停止中(アイドリングストップ中)、バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行する。したがって、エンジンの停止中も運転者の操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させることができる。
また、バッテリの状態に応じてフィードフォワード制御を実行することで、バッテリの電圧低下を抑制できる。したがって、エンジンの停止中もフィードバック制御を継続する場合と比較して、補助操舵トルクを発生可能な状態を長時間確保できる。その結果、エンジンの駆動に要する燃料の低減、排ガスの抑制、騒音の低減等の効果が得られる。
また、本発明は、操舵部材に作用する操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させるモータを有し、転舵輪を転舵させる電動式パワーステアリング装置と、前記電動式パワーステアリング装置を制御するステア制御手段と、所定条件が成立した場合にエンジンを停止させてアイドリングストップを行うエンジン制御手段と、を備える車両システムであって、前記エンジンの駆動に伴う発電電力がバッテリに充電されるとともに、前記バッテリからの電力が前記モータに供給され、前記ステア制御手段は、前記バッテリの電圧値が所定閾値以上である場合、前記モータに対して、当該モータの電流値に応じたフィードバック制御を実行し、前記バッテリの電圧値が前記所定閾値未満である場合、前記モータに対して、前記バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行することを特徴とする。
このような構成によれば、バッテリの電圧値が所定閾値以上である場合、ステア制御手段は、モータの電流値に応じたフィードバック制御を実行する。このようにバッテリの残容量に余裕がある場合にフィードバック制御を継続することで、運転者の操舵トルクに応じて比較的大きな補助操舵トルクを発生させることができる。
また、バッテリの電圧値が所定閾値未満である場合、ステア制御手段は、モータに対して、バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行する。このようにフィードフォワード制御を実行することでバッテリの電圧低下が抑制されるとともに、バッテリの劣化を抑制できる。また、バッテリの電圧に応じてモータを駆動することで、エンジンの駆動に要する燃料の低減、排ガスの抑制、騒音の低減等の効果が得られる。
また、前記ステア制御手段は、前記モータの駆動電圧が、前記バッテリの電圧値以下となるように前記フィードフォワード制御を実行することが好ましい。
このような構成によれば、フィードフォワード制御の実行中にステア制御手段は、モータの駆動電圧をバッテリの電圧値以下とする。したがって、バッテリの電圧低下を効果的に抑制しつつ、モータの駆動によって補助操舵トルクを発生可能な状態を長時間確保できる。
本発明によれば、アイドリングストップ中も操舵トルクを軽減しつつ、バッテリの電圧低下を抑制する車両システムを提供できる。
本発明の第1実施形態に係る車両システムが備える電動式パワーステアリング装置の説明図である。 車両システムが備える各構成の接続関係を示す説明図である。 EPS制御装置及びエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 バッテリの電圧に基づくフィードフォワード制御の説明図である。 制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係る車両システムが備えるEPS制御装置及びエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 バッテリからの電流と、バッテリの端子電圧と、の関係を示す説明図である。 制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
≪第1実施形態≫
<車両システムの構成>
図1は、本実施形態に係る車両システムが備える電動式パワーステアリング装置の説明図である。車両システム1(図2参照)は、図1に示す電動式パワーステアリング装置10と、センサ類(車速センサ24等)と、EPS制御装置30(Electric Power Steering)と、エンジン41(図2参照)と、ACG42(Alternating Current Generator:図2参照)と、バッテリ44(図2参照)と、エンジン制御装置50(図2参照)と、を備えている。
(電動式パワーステアリング装置)
図1に示す電動式パワーステアリング装置10は、操向ハンドルH(操舵部材)に作用する操舵トルクと、モータ16の駆動による補助操舵トルクと、によって転舵輪Kを転舵する装置である。電動式パワーステアリング装置10は、メインステアリングシャフト11と、連結軸12と、ピニオン軸13と、ラック軸14と、タイロッド15と、モータ16と、インバータ17と、を備えている。
メインステアリングシャフト11は、操向ハンドルHの操舵に伴って回転するシャフトであり、その上端が操向ハンドルHに固定されている。連結軸12は、自在継手である二つのユニバーサルジョイント12a,12bを有し、メインステアリングシャフト11に連結されている。ピニオン軸13は、連結軸12に連結された軸部材であり、その下部にピニオンギア13aが形成されている。
ラック軸14は、ピニオンギア13aに噛合するラック歯14aを有し、車幅方向に移動可能に設置されている。タイロッド15は、ラック軸14の両端と、左右の転舵輪K(前輪)に設置されたナックルアーム(図示せず)と、を連結している。
モータ16は、操向ハンドルHの操舵に要する操舵力を軽減するための電動機である。モータ16として、例えば、三相ブラシレスモータを用いることができる。モータ16の回転子(図示せず)には、モータ16の駆動力をピニオン軸13に伝達するためのウォームギア18が設置されている。このウォームギア18は、ピニオン軸13に設置されたウォームホイールギア19に噛合している。
インバータ17は、例えば、三相ブリッジ回路(図示せず)を有しており、モータ16と電気的に接続されている。インバータ17は、EPS制御装置30から入力されるPWM(Pulse Width Modulation)信号に応じた三相交流電圧を生成し、モータ16に出力する。なお、インバータ17には、モータ16の電流値を検出する電流センサ21が設置されている。
インバータ17から入力される三相交流電圧によってモータ16が駆動すると、その駆動力がウォームギア18及びウォームホイールギア19を介してピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13が回転することでラック軸14が車幅方向に移動し、転舵輪Kを転舵させるようになっている。
(センサ類)
操舵トルクセンサ22は、操向ハンドルHに作用する操舵トルクを検出するセンサであり、ピニオン軸13に設置されている。操舵トルクセンサ22として、例えば、操向ハンドルHの転舵に応じて磁束密度が変化するように設置される一対のコイルを用いることができる。
モータ回転速度センサ23は、モータ16の回転速度を検出するセンサであり、モータ16に内蔵されている。モータ回転速度センサ23として、ホールセンサ、レゾルバ等を用いることができる。
その他、車両の適所には、車速を検出する車速センサ24と、ブレーキペダル(図示せず)の踏込量を検出するブレーキセンサ25(図3参照)と、が設置されている。また、後記するバッテリ44(図2参照)には、その端子電圧を検出する電圧センサ26(図2参照)が設置されている。
(EPS制御装置)
図2は、車両システムが備える各構成の接続関係を示す説明図である。なお、図2では、前記したセンサ類の図示を省略した。前記したように、電動式パワーステアリング装置10が備えるモータ16と、インバータ17と、は電気的に接続されている。
EPS制御装置30(ステア制御手段)は、前記したセンサ類から入力される信号に応じてモータ16を駆動し、電動式パワーステアリング装置10を制御する装置である。
EPS制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。なお、EPS制御装置30の構成については後記する。
エンジン41は、減速機(図示せず)及びディファレンシャルギア(図示せず)を介して車軸(図示せず)に連結される内燃機関である。エンジン41を駆動し、さらにアクセルペダル(図示せず)が踏み込まれることで車両が走行する。
ACG42は、エンジン41の動力によって発電を行う交流発電機であり、コンバータ43を介してバッテリ44に接続されている。車両の減速中に回生制動を行ったり、アイドリングストップ中にエンジン41を駆動させたりする際、ACG42によって発電を行うようになっている。ACG42の発電電力(交流電力)は、コンバータ43によって直流電力に変換され、この直流電力がバッテリ44に充電される。
コンバータ43は、ACG42から入力される交流電力を直流電力に変換する電力変換器である。なお、前記したインバータ17と、コンバータ43と、を一体化してインバータ/コンバータとしてもよい。
バッテリ44は、例えば、リチウムイオン蓄電池であり、インバータ17及びコンバータ43と電気的に接続されている。EPS制御装置30からの指令に応じてインバータ17が駆動することで、バッテリ44に蓄えられた電力が取り出され、この電力がモータ16に供給される。
エンジン制御装置50(エンジン制御手段)は、アクセルペダル(図示せず)の踏込量等に応じて、エンジン41の駆動を制御する装置である。具体的にエンジン制御装置50は、エンジン41の吸気量を調整するスロットルバルブ(図示せず)、燃料ガスを噴射するインジェクタ(図示せず)、燃料の着火を行う点火プラグ(図示せず)等を制御する。
エンジン制御装置50は、所定の停止条件(所定条件)が成立した場合にエンジン41を停止させてアイドリングストップを行う機能を有している。ここで、「停止条件」とは、例えば、車速が所定値以下であり、かつ、ブレーキペダル(図示せず)が踏み込まれたという条件である。
また、エンジン制御装置50は、所定の始動条件が成立した場合にエンジン41を再始動させる機能も有している。ここで、「始動条件」とは、例えば、アクセルペダル(図示せず)が踏み込まれたという条件や、ブレーキペダル(図示せず)から足が離されたという条件である。
(EPS制御装置の構成)
図3は、EPS制御装置及びエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図3に示すように、EPS制御装置30は、フィードバック制御部31と、フィードフォワード制御部32と、を備えている。
電流フィードバック制御部31は、エンジン41の駆動中、モータ16に対して、実モータ電流Imに応じたフィードバック制御を行う機能を有している。なお、エンジン41が駆動しているか否かは、後記するフラグ設定部53からの制御フラグFgに基づいて判定される。
フィードバック制御部31は、目標モータ電流算出部31aと、減算器31bと、PID制御部31cと、PWM信号発生部31dと、を有している。
目標モータ電流算出部31aは、車速センサ24によって検出される車速vと、操舵トルクセンサ22によって検出される操舵トルクTsと、モータ回転速度センサ23によって検出される回転速度Nmと、に基づいて、補助操舵トルクを発生させるための目標モータ電流IMTを算出する。
目標モータ電流算出部31aは、例えば、操舵トルクTsが大きくなるにつれて目標モータ電流IMTを大きくするとともに、車速vが大きくなるにつれて目標モータ電流IMTを小さくするように設定されたテーブル(図示せず)を有している。目標モータ電流算出部31aは、このテーブルを参照し、各センサの検出値に応じた目標モータ電流IMTを算出する。
減算器31bは、電流センサ21から入力される実モータ電流Imを、目標モータ電流IMTから減算することで偏差ΔIを算出する。
PID制御部31cは、減算器31bから入力される偏差ΔIをゼロにして、実モータ電流Imを目標モータ電流IMTに一致させるように、PID制御に基づいて電流指令値IPIDを算出する。
PWM信号発生部31dは、PID制御部31cから入力される電流指令値IPIDに応じて、モータ16を駆動するためのPWM信号を発生させる。PWM信号発生部31dからのPWM信号がインバータ17に入力されることで、三相交流電圧が発生する。これによってモータ16が駆動し、転舵輪K(図1参照)が転舵される。
フィードフォワード制御部32は、エンジン41の停止中、モータ16に対して、バッテリ44の端子電圧Vbに応じたフィードフォワード制御を行う機能を有している。フィードフォワード制御部32は、駆動電圧設定部32aと、PWM信号発生部32bと、を有している。
駆動電圧設定部32aは、操舵トルクセンサ22、モータ回転速度センサ23、及び電圧センサ26の検出値に基づき、フィードフォワード制御を行うための指令値である電圧Vt(トルク成分の電圧)と、電圧Vn(回転速度成分の電圧)と、を算出する。なお、電圧Vt,Vnについては後記する。
PWM信号発生部32bは、駆動電圧設定部32aから入力される電圧Vt,Vnに基づいてPWM信号を発生させ、このPWM信号をインバータ17に出力する。なお、このPWM信号発生部32bと、フィードバック制御部31のPWM信号発生部31dと、を一体として構成してもよい。
図4は、バッテリの電圧に基づくフィードフォワード制御の説明図である。なお、図4では、EPS制御装置30のうちフィードバック制御部31(図3参照)の図示を省略した。
また、図4では説明を分かりやすくするため、ブリッジ接続された4個のスイッチング素子S1〜S4を有するインバータ17が、単相のモータ16が接続された構成を図示した。なお、図4に示す破線は、スイッチング素子S1,S4がオン、スイッチング素子S2,S3がオフの状態で流れる電流の向きを表している。
バッテリ44の開放電圧をV0、内部抵抗をRb、端子電圧をVbとする。また、ハーネスQ及びインバータ17の抵抗値を併せて抵抗Rとし、モータ16の端子電圧をVmとすると、バッテリ44の端子電圧Vbは、以下の(数式1)、(数式2)で表わされる。
Figure 2015150918
Figure 2015150918
また、PWM制御のデューティ比によって決まるゲインをGdとし、バッテリ44から流れるバッテリ電流をIbとし、実モータ電流をImとすると、以下の(数式3)に示す関係が成り立つ。ちなみに、モータ16にはPWM制御に伴う還流電流が流れるため、実モータ電流Imはバッテリ電流Ibよりも大きくなる。
Figure 2015150918
さらに、モータ16のインダクタンスをLm、抵抗をRm、誘起電圧定数をkeとし、モータ16の回転速度をNmとする。ここで、モータ16のインダクタンスLmは非常に小さいとすると、以下の(数式4)に示す関係が成り立つ。
Figure 2015150918
前記した(数式1)に(数式3)、(数式4)を代入すると、以下に示す(数式5)が得られる。
Figure 2015150918
また、モータ16のトルク定数をktとすると、実モータ電流Imと、モータ16のトルクTmと、の間には以下の(数式6)に示す関係が成り立つ。
Figure 2015150918
この(数式6)を、前記した(数式5)に代入すると、以下に示す(数式7)が得られる。
Figure 2015150918
すなわち、バッテリ44の端子電圧Vbは、以下の(数式8)〜(数式10)に示すように、モータ16にトルクを発生させる成分の電圧Vtと、モータ16の回転速度を調整する成分の電圧Vnと、に振り分けられる。
Figure 2015150918
Figure 2015150918
Figure 2015150918
例えば、図3に示す駆動電圧設定部32aは、操舵トルクセンサ22の検出値に基づき、補助操舵トルクを発生させるのに要するモータ16のトルクTmを算出する。駆動電圧設定部32aは、このトルクTmを(数式9)に代入することでトルク成分の電圧Vtを算出する。
また、駆動電圧設定部32aは、モータ回転速度センサ23等の検出値に基づき、目標とする回転速度Nmを算出する。駆動電圧設定部32aは、この回転速度Nmを(数式10)に代入することで、回転速度成分の電圧Vnを算出する。
(数式9)、(数式10)に基づいて電圧Vt,Vnを算出することで、(数式8)の関係を満たしつつモータ16を駆動できる。このようにして、駆動電圧設定部32aは、電圧センサ26によって検出されるバッテリ44の端子電圧Vbを電圧V,Vnに振り分け、この電圧V,VnをPWM信号発生部32bに出力する。
PWM信号発生部32bは、駆動電圧設定部32aから入力される電圧Vt,Vnの値に応じて、PWM信号を発生させる。すなわち、PWM信号発生部32bは、電圧Vt,Vnの和(=Vb:(数式8))を駆動電圧としてモータ16に印加するとともに、トルク成分の電圧Vtと、回転速度成分の電圧Vnに基づいてPWM制御を行う。これによって、操向ハンドルHに作用する操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生させつつ、モータ16の駆動電圧をバッテリ44の端子電圧Vb以下に抑えることができる。
(エンジン制御装置の構成)
図3に示すように、エンジン制御装置50は、エンジン停止制御部51aと、エンジン始動制御部51bと、エンジン駆動制御部52と、を有している。
エンジン停止制御部51aは、車速センサ24によって検出される車速vと、ブレーキセンサ25によって検出されるブレーキペダル(図示せず)の踏込量Sと、に基づき、前記した停止条件が成立しているか否かを判定する。そして、エンジン停止制御部51aは、その判定結果をエンジン駆動制御部52及びフラグ設定部53に出力する。
エンジン始動制御部51bは、車速センサ24によって検出される車速vと、ブレーキセンサ25によって検出されるブレーキペダル(図示せず)の踏込量Sと、に基づき、前記した始動条件が成立しているか否かを判定する。そして、エンジン始動制御部51bは、その判定結果をエンジン駆動制御部52及びフラグ設定部53に出力する。
エンジン駆動制御部52は、エンジン停止制御部51aから停止条件の成立を示す信号が入力された場合、エンジン41を停止させる。また、エンジン駆動制御部52は、エンジン41の停止後、エンジン始動制御部51bからエンジン41の始動条件の成立を示す信号が入力された場合、エンジン41を再始動させる。
なお、エンジン駆動制御部52が実行する処理の詳細については説明を省略する。
フラグ設定部53は、エンジン停止制御部51aから停止条件の成立を示す信号が入力された場合、制御フラグFgをオフにする。なお、フラグ設定部53から制御フラグFg:オフが入力された場合(つまり、エンジン41の停止中)、フィードバック制御部31は停止し、フィードフォワード制御部32は駆動する。
また、フラグ設定部53は、エンジン始動制御部51bから始動条件の成立を示す信号が入力された場合、制御フラグFgをオンにする。なお、フラグ設定部53から制御フラグFg:オンが入力された場合(つまり、エンジン41の駆動中)、フィードバック制御部31は駆動し、フィードフォワード制御部32は停止する。
フラグ設定部53は、この制御フラグFgをフィードバック制御部31及びフィードフォワード制御部32に出力する。
以下では、EPS制御装置30とエンジン制御装置50とを併せて、単に「制御装置」と記すことがあるものとする。
<制御装置の動作>
図5は、制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。なお、図5の「START」においてエンジン41は駆動し、電動式パワーステアリング装置10は運転者の操舵に応じた補助操舵トルクを発生させているものとする。
ステップS101において制御装置は、フィードバック制御部31(図3参照)によって、実モータ電流Imに基づくフィードバック制御を実行する。すなわち、制御装置は、操舵トルクセンサ22、モータ回転速度センサ23、及び車速センサ24の検出値に基づいて目標モータ電流IMTを算出し、実モータ電流Imを目標モータ電流IMTに一致させるようにフィードバック制御を行う。なお、エンジン41の駆動中(制御フラグFg:オン)、フィードフォワード制御部32は停止している。
ステップS102において制御装置は、エンジン停止制御部51aによって、前記した停止条件が成立しているか否かを判定する。エンジン41の停止条件が成立している場合(S102→Yes)、制御装置の処理はステップS103に進む。この場合、フラグ設定部53によって、制御フラグFgがオフに切り替えられる。
一方、エンジン41の停止条件が成立していない場合(S102→No)、制御装置の処理はステップS101に戻る。この場合、フラグ設定部53から入力される制御フラグFg(オン)に応じて、フィードバック制御部31の駆動が継続される。
ステップS103において制御装置は、エンジン駆動制御部52によって、エンジン41を停止してアイドリングストップを行う。
ステップS104において制御装置は、フィードフォワード制御部32によって、バッテリ44の端子電圧Vbに応じたフィードフォワード制御を実行する。すなわち、制御装置は、バッテリ44の端子電圧Vbを、トルク成分の電圧Vtと、回転速度成分の電圧Vnと、に振り分ける。そして、この電圧Vt,Vnに基づくPWM信号をインバータ17に出力することでモータ16を駆動する。なお、エンジン41の停止中(制御フラグFg:オフ)、フィードバック制御部31は停止している。
ステップS105において制御装置は、エンジン始動制御部51bによって、前記した始動条件が成立しているか否かを判定する。エンジン41の始動条件が成立している場合(S105→Yes)、制御装置の処理はステップS106に進む。この場合、フラグ設定部53によって、制御フラグFgがオンに切り替えられる。
一方、エンジン41の始動条件が成立していない場合(S105→No)、制御装置の処理はステップS103に戻る。この場合、フラグ設定部53から入力される制御フラグFg(オフ)に応じて、フィードフォワード制御部32の駆動が継続される。
ステップS106において制御装置は、エンジン駆動制御部52によってエンジン41を再始動した後、「START」に戻る(RETURN)。
<効果>
本実施形態では、アイドリングストップを行っている間、制御装置はモータ16に対して、バッテリ44の端子電圧Vbに応じたフィードフォワード制御を行う。前記したように、モータ16の駆動電圧をバッテリ44の端子電圧Vb以下にすることで、バッテリ44の電圧低下(残容量の低下)を抑制できる。したがって、アイドリングストップ中、モータ16によって補助操舵トルクを発生可能な状態を長時間確保できる。すなわち、本実施系形態によれば、燃料の節約、排ガスの抑制、及び騒音の低減と、操舵トルクの軽減効果と、を両立させることができる。
仮に、アイドリングストップ中も実モータ電流Imに基づくフィードバック制御を継続した場合、例えば、目標モータ電流IMTに対する不足分の電流ΔI(図3参照)が非常に大きくなることがある。そうすると、バッテリ44の端子電圧Vbが急激に低下してエンジン41が自動的に再始動してしまい、燃料節約等の効果が得られなくなる。また、仮に、アイドリングストップ中にモータ16の駆動を禁止すると、操舵トルクの軽減効果が失われてしまう(つまり、操向ハンドルHが非常に重くなる)。そうすると、エンジン41を再始動させた後の操舵に備えることが運転者にとって困難になる。
これ対して本実施形態では、バッテリ44の端子電圧bを電圧Vt,Vnに振り分けてフィードフォワード制御を行うため、モータ16の駆動電圧がバッテリ44の端子電圧Vb以下に抑えられる。したがって、バッテリ44の残容量が低下しにくくなり、アイドリングストップ中も長時間、モータ16によって補助操舵力を発生させることができる。つまり、運転者は、アイドリングストップ中においても次回の始動時に備えて、操向ハンドルHを容易に操舵できる。
≪第2実施形態≫
第2実施形態では、EPS制御装置30Aが、バッテリ44の開放電圧VOの大きさに応じて制御フラグFgを切り替えるフラグ設定部33(図6参照)を有し、エンジン制御装置50Aはフラグ設定部を有していない点が第1実施形態とは異なる。また、バッテリ44の開放電圧VOを電圧Vt,Vnに振り分ける点が第1実施形態とは異なる。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図6は、本実施形態に係る車両システムが備えるEPS制御装置及びエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図である。前記したように、EPS制御装置30Aは、第1実施形態で説明したEPS制御装置30にフラグ設定部33を追加した構成になっている。また、駆動電圧設定部32aには、操舵トルクセンサ22、モータ回転速度センサ23、及び電圧センサ26の検出値に加えて、電流センサ29からバッテリ電流Ibの値が入力される。
次に、モータ16のトルクを発生させる成分の電圧Vtと、モータ16の回転速度を調整する成分の電圧Vnと、を算出するための式の導出について説明する。まず、第1実施形態で説明した(数式3)を(数式2)に代入すると、バッテリ44の端子電圧Vbは、以下の(数式11)で表される。
Figure 2015150918
次に、第1実施形態で説明したバッテリ44の端子電圧Vb、実モータ電流Im、及び回転速度Nmの関係を表す(数式5)に(数式11)を代入し、バッテリ44の開放電圧Voについて解くと、以下に示す(数式12)が得られる。
Figure 2015150918
次に、第1実施形態で説明した実モータ電流Imと、モータ16のトルクTmと、の関係を表す(数式6)を(数式12)に代入すると、以下に示す(数式13)が得られる。
Figure 2015150918
すなわち、バッテリ44の開放電圧VOは以下の(数式14)〜(数式16)に示すように、モータ16にトルクを発生させる成分の電圧Vtと、モータ16の回転速度を調整する成分の電圧Vnと、に振り分けられる。
Figure 2015150918
Figure 2015150918
Figure 2015150918
なお、(数式14)に示すバッテリ44の開放電圧VOとして、例えば、イグニッションスイッチ(図示せず)がオンになった直後のバッテリ44の端子電圧Vbを用いることができる。この時点ではバッテリ電流Ibが略ゼロであるため、Vo≒Vbが成り立つからである。なお、アイドリングストップ中や走行中であってもバッテリ電流Ibが非常に小さければ、その時の端子電圧Vbを開放電圧VOとしてもよい。
図7は、バッテリからの電流と、バッテリの端子電圧と、の関係を示す説明図である。
(数式15)に示すバッテリ44の内部抵抗Rbは、例えば、バッテリ電流Ib及び端子電圧Vbを連続的に測定し、バッテリ電流Ibの変化量ΔIbに対する端子電圧Vbの変化量ΔVbの割合を算出することで得られる(Rb=ΔVb/ΔIb)。前記した測定処理は、エンジン41の始動直後に行ってもよいし、モータ16の駆動中に行ってもよい。
なお、駆動電圧設定部32aによって、バッテリ44の開放電圧VOを電圧V,Vnに振り分ける方法については、第1実施形態と同様であるから説明を省略する。
図6に示すフラグ設定部33は、電圧センサ26によって検出されるバッテリ44の開放電圧VO(バッテリ44の電圧値)が所定の閾値V1未満である場合、制御フラグFgをオフに設定する。また、フラグ設定部33は、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1以上である場合、制御フラグFgをオンに設定する。
なお、閾値V1は、制御装置がモータ16に対してフィードバック制御を行うか(フラグFg:オン)、フィードフォワード制御を行うか(フラグFg:オフ)、の判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
<制御装置の動作>
図8は、制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。なお、図8の「START」において開放電圧VOが閾値V1以上の状態であるものとする(制御フラグFg:オン)。
ステップS101において制御装置は、フィードバック制御部31によって、実モータ電流Imに基づくフィードバック制御を実行する。
ちなみに、図8では図示を省略したが、フィードバック制御の実行中にエンジン41の停止条件/始動条件が成立した場合、制御装置はフィードバック制御を継続しつつ、アイドリングストップ/再始動を行う。後記するステップS104のフィードフォワード制御中においても同様である。
ステップS201において制御装置は、フラグ設定部33によって、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1未満であるか否かを判定する。バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1未満である場合(S201→Yes)、制御装置の処理はステップS104に進む。例えば、アイドリングストップ中、運転者によって据え切りがなされた場合、バッテリ44の開放電圧VOが急激に低下して閾値V1未満になることがある。
一方、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1以上である場合(S201→No)、制御装置の処理はステップS101に戻る。
ステップS104において制御装置は、フィードフォワード制御部32によって、バッテリ44の開放電圧VO(バッテリ44の電圧値)に基づくフィードフォワード制御を実行する。
ステップS202において制御装置は、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1以上であるか否かを判定する。バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1以上である場合(S202→Yes)、制御装置の処理は「START」に戻る(RETURN)。例えば、エンジン41の駆動によってバッテリ44が充電されると、開放電圧VO が上昇して閾値V1を超える。
一方、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1未満である場合(S202→No)、制御装置の処理はステップS104に戻る。
<効果>
本実施形態では、バッテリ44の開放電圧VOが閾値V1未満である場合、制御装置は開放電圧VOに応じたフィードフォワード制御を行う。このようにバッテリ44の状態(電圧値)に応じて、モータ16に対するフィードバック制御とフィードフォワード制御とを切り替えるため、第1実施形態のようにアイドリングストップのタイミングに合わせて前記した切り替えを行う必要がない。したがって、バッテリ44の電圧低下が効果的に抑制され、バッテリ44から電力供給を受ける電装部品の稼働を継続できるとともに、バッテリ44の劣化を抑制できる。
また、バッテリ44の電圧低下が抑制されることで、モータ16によって補助操舵トルクを発生可能な状態を長時間確保できる。したがって、燃料の節約、排ガスの抑制、及び騒音の低減と、操舵力の軽減効果を両立させることができる。
≪変形例≫
以上、本発明に係る車両システム1について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第1実施形態では(数式8)〜(数式10)、第2実施形態では(数式14)〜(数式16)に基づいて、トルク成分の電圧Vtと回転速度成分の電圧Vnとを算出する場合について説明したが、これに限らない。
すなわち、以下の(数式17)に示すように、電圧Vtと電圧Vnとの乗算値が所定値αとなるようにしてもよい。また、(数式18)に示すように、電圧Vtを電圧Vnで除算した値が所定値βとなるようにしてもよい。なお、所定値α,βは、事前の実験に基づいて予め設定される。
Figure 2015150918
Figure 2015150918
例えば、制御装置は、操舵トルクセンサ22の検出値に基づいて電圧Vtを算出し、(数式17)を用いて電圧Vnを算出する。ちなみに、モータ回転速度センサ23等の検出値に基づいて先に電圧Vnを算出し、(数式17)又は(数式18)を用いて電圧Vtを算出するようにしてもよい。
また、以下の(数式19)に示すように、電圧Vと電圧Vnとの関係を示す関数fをメモリに格納するようにしてもよい。関数fは、モータ16の特性、使用状況等を考慮して予め設定されている。
Figure 2015150918
また、第1実施形態で説明した(数式8)〜(数式10)に基づいて、バッテリ44の端子電圧Vb(バッテリ44の電圧値)を電圧Vt,Vnに振り分け、この端子電圧Vbに基づいて第2実施形態で説明した処理(図8参照)を制御装置が行うようにしてもよい。
また、第2実施形態で説明した(数式14)〜(数式16)に基づいて、バッテリ44の開放電圧VO(バッテリ44の電圧値)を電圧Vt,Vnに振り分け、第1実施形態で説明した処理(図5参照)を制御装置が行うようにしてもよい。
1 車両システム
10 電動式パワーステアリング装置
16 モータ
17 インバータ
21 電流センサ
26 電圧センサ
29 電流センサ
30,30A EPS制御装置(ステア制御手段)
31 フィードバック制御部
32 フィードフォワード制御部
33,53 フラグ設定部
41 エンジン
42 ACG
43 コンバータ
44 バッテリ
50,50A エンジン制御装置(エンジン制御手段)
H 操向ハンドル(操舵部材)
K 転舵輪

Claims (3)

  1. 操舵部材に作用する操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させるモータを有し、転舵輪を転舵させる電動式パワーステアリング装置と、
    前記電動式パワーステアリング装置を制御するステア制御手段と、
    所定条件が成立した場合にエンジンを停止させてアイドリングストップを行うエンジン制御手段と、を備える車両システムであって、
    前記エンジンの駆動に伴う発電電力がバッテリに充電されるとともに、前記バッテリからの電力が前記モータに供給され、
    前記ステア制御手段は、
    前記エンジンの駆動中、前記モータに対して、当該モータの電流値に応じたフィードバック制御を実行し、
    前記エンジンの停止中、前記モータに対して、前記バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行すること
    を特徴とする車両システム。
  2. 操舵部材に作用する操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させるモータを有し、転舵輪を転舵させる電動式パワーステアリング装置と、
    前記電動式パワーステアリング装置を制御するステア制御手段と、
    所定条件が成立した場合にエンジンを停止させてアイドリングストップを行うエンジン制御手段と、を備える車両システムであって、
    前記エンジンの駆動に伴う発電電力がバッテリに充電されるとともに、前記バッテリからの電力が前記モータに供給され、
    前記ステア制御手段は、
    前記バッテリの電圧値が所定閾値以上である場合、前記モータに対して、当該モータの電流値に応じたフィードバック制御を実行し、
    前記バッテリの電圧値が前記所定閾値未満である場合、前記モータに対して、前記バッテリの電圧値に応じたフィードフォワード制御を実行すること
    を特徴とする車両システム。
  3. 前記ステア制御手段は、
    前記モータの駆動電圧が、前記バッテリの電圧値以下となるように前記フィードフォワード制御を実行すること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両システム。
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