JP3560025B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリング系に電動機による操舵補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置に関し、詳しくは、電動機の温度変化に拘らず電動機回転速度を正確に推定できる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵時に電動機による操舵補助トルクをステアリング系に付加して運転者の操舵力を軽減する、いわゆる電動パワーステアリング装置が近年普及している。この種の電動パワーステアリング装置は、基本的には、ステアリングホイールの操舵に伴って発生するステアリング系の操舵トルクを検出し、その検出トルクの方向および大きさに応じて前記電動機による操舵補助トルクを制御するように構成されている。すなわち、操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、かつ、電流センサにより検出される電動機の駆動電流が前記目標値に収束するように電動機の制御信号を出力する電動機制御装置と、この電動機制御装置から出力される制御信号に応じて前記電動機を所定の駆動電流により駆動する電動機駆動回路とを備えている。
【０００３】
前記の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールが急操舵されると、ステアリング系の操舵トルクが急増し、これに伴い電動機による操舵補助トルクが急増してステアリング操作の安定性を損う恐れがある。そこで、この種の電動パワーステアリング装置としては、ステアリング操作の安定性を確保するため、ステアリングホイールの急操舵に伴う操舵補助トルクの急増を防止するダンピング制御を採用したものもある。
【０００４】
前記ダンピング制御は、少なくとも電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正するものであり、電動機の回転速度は、通常、所定の演算式により推定される。すなわち、電動機の駆動電流をＩＭ、電動機の駆動電圧をＶＭ、電動機の巻線抵抗などの固有抵抗値をＲＭ、電動機の誘起電圧定数をＫとしたとき、電動機の回転速度ＮＭは、｛ＮＭ＝（ＶＭ−ＩＭ・ＲＭ）／Ｋ｝の演算式により推定される（特開平８−３４３５９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の電動機の固有抵抗値ＲＭは、電動機の温度が上昇すると増大し、温度が低下すると減少する値であるが、前記の演算式においては、便宜上、抵抗値ＲＭを定数として扱っている。このため、電動機の駆動電流ＩＭおよび駆動電圧ＶＭが変化せず、電動機の温度のみが上昇した場合、実際には固有抵抗値ＲＭが増大する結果、電動機の回転速度ＮＭは減少しているにも拘らず、前記の演算式によれば、回転速度ＮＭは減少しないままとなる。
【０００６】
すなわち、電動機の高温時におけるダンピング制御は、実際の電動機の回転速度より高い回転速度ＮＭを基準として行われるため、電動機に流す駆動電流の目標値を過剰に低減補正する結果となり、ダンピング制御の効き過ぎという現象が発生する。反対に、電動機の低温時におけるダンピング制御は、実際の電動機の回転速度より低い回転速度ＮＭを基準として行われるため、前記目標値の低減補正が不足する結果となり、ダンピング制御の不足という現象が発生する。
【０００７】
また、固有抵抗値ＲＭの誤差によって、推定される電動機回転速度のオフセット値が変化する。このとき、推定される電動機回転速度の値が０近傍である場合は、電動機回転速度の正負が誤って推定される場合がある。この場合、逆方向の電動機回転速度に基づいたダンピング制御が行われていまうという不具合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、電動機の温度変化に拘らず電動機回転速度を正確に推定でき、ひいては、常に過不足のない的確なダンピング制御を可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により構成されていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記操舵トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールの操舵に伴い操舵トルクセンサがステアリング系の操舵トルクを検出する。そして、電動機制御装置が操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて電動機に流す駆動電流の目標値を設定する。
【００１１】
ここで、請求項１および請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、電動機制御装置において、電動機回転速度推定部が電流センサにより検出される駆動電流、電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する。たとえばダンピング補正部が設けられている場合は、前記電動機回転速度推定部により推定される電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正する。その際、電動機温度検出手段が電動機の温度を検出し、抵抗値温度補正部が前記電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する。その結果、前記電動機回転速度推定部は、前記抵抗値温度補正部により温度補正された電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を的確に推定する。そして、前記ダンピング補正部は、前記電動機回転速度推定部により的確に推定された電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を過不足なく低減補正する。
【００１４】
そして、請求項１に係る電動パワーステアリング装置では、電動機温度検出手段は、前記電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により構成される。この場合、通常に使用される電流センサの他に、温度センサのような新規のハードウェアが不用となり、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置では、電動機温度検出手段は、前記トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により構成される。この場合、新規の温度センサを設けることなく電動機の温度を検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の参考例を説明する。参照する図面において、図１は参考例の電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構成図、図２は参考例の電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。
【００１７】
参考例の電動パワーステアリング装置を説明するに当たり、まず、この電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構造を図１により説明する。このステアリング系は、いわゆるラック・ピニオン式のステアリング系であり、ステアリングホイール１に一体に連結されたステアリングシャフト２の下端部は、連結軸３を介して相互に連結された一対のユニバーサルジョイント４，４を介して操舵トルクセンサ５の入力軸５Ａに連結されている。そして、この操舵トルクセンサ５の出力軸には、ラック・ピニオン機構６のピニオン６Ａが一体に形成されている。
【００１８】
前記ラック・ピニオン機構６は、ピニオン６Ａに噛み合うラック歯６Ｂが形成されたラック軸６Ｃを備え、このラック軸６Ｃの両端部には、車両の左右の前輪７，７に付設されたナックルアーム（図示省略）がタイロッド８，８を介してそれぞれ連結されている。そして、前記ラック軸６Ｃには、これと同軸にボールネジ機構９のボールネジ部９Ａが形成されている。このボールネジ部９Ａに噛み合うボールナット９Ｂは、電動機１０のロータ１０Ａに固定されており、この電動機１０は、前記ラック軸６Ｃが貫通する状態でその周囲に配置されている。
【００１９】
ここで、図１および図２に示すように、参考例の電動パワーステアリング装置は、前記電動機１０に流す駆動電流を目標値にフィードバック制御する手段として、前記操舵トルクセンサ５および後述する車速センサ１１の検出信号を入力して前記電動機１０の制御信号を出力する電動機制御装置１２と、この電動機制御装置１２から出力される制御信号に応じて前記電動機１０を所定の駆動電流により駆動する電動機駆動回路１３とを備えている。また、この電動機駆動回路１３から前記電動機１０に供給される駆動電流を検出してその検出信号を前記電動機制御装置１２に出力する電流センサ１４と、前記電動機１０の駆動電圧を検出してその検出信号を前記電動機制御装置１２に出力する電圧センサ１５と、電動機温度検出手段として前記電動機１０に付設された温度センサ１６とを備えている。
【００２０】
まず、前記各センサ類について説明すると、前記操舵トルクセンサ５は、たとえば特開平７−３３２９１０号公報に開示されるような技術で構成されており、入力軸５Ａと出力軸であるピニオン６Ａとの間に介設された図示しないトーションバーの捩れ角をコアの変位に変換する機構と、このコアの変位量に応じた検出電圧を出力するＬＲ積分回路とを内蔵している。そして、このＬＲ積分回路から出力される電圧に基づいて、操舵トルクの方向および大きさを示す操舵トルク信号ＴＳが電動機制御装置１２に出力されるように構成されている。また、前記車速センサ１１は、図示しない変速機出力軸の回転数に応じた車速信号ＶＰをデジタル信号として電動機制御装置１２に出力する。さらに、前記温度センサ１６は、電動機１０の温度を検出し、その温度信号ＴＭを電動機制御装置１２に出力する。
【００２１】
一方、前記電流センサ１４は、直流モータからなる前記電動機１０に直列に接続された抵抗またはホール素子を備えており、電動機１０に流れる駆動電流の方向および大きさに応じた駆動電流信号ＩＭを電動機制御装置１２に出力する。また、前記電圧センサ１５は、電動機１０に並列に接続されることにより、電動機１０に印加される電圧に応じた駆動電圧信号ＶＭを電動機制御装置１２に出力する。
【００２２】
つぎに、前記電動機制御装置１２および電動機駆動回路１３について順次説明する。まず、電動機制御装置１２は、前記操舵トルクセンサ５、車速センサ１１、電流センサ１４、電圧センサ１５、温度センサ１６等との間の入出力インターフェースＩ／Ｏ、および、これらのセンサ類から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータの他、各種のデータやプログラムを記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種のデータ等を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等をハードウェアとして備えている。
【００２３】
また、前記電動機制御装置１２は、電動機１０の制御信号を出力する基本的なソフトウェア構成として、図２に示すように、目標電流設定部１２Ａ、ダンピング補正部１２Ｂ、偏差演算部１２Ｃ、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御部１２Ｄ、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号生成部１２Ｅおよび電動機回転速度推定部１２Ｆを備えている。
【００２４】
前記電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａには、前記操舵トルクセンサ５から出力される操舵トルク信号ＴＳがデジタル信号に変換されて入力されると共に、前記車速センサ１１から出力される車速信号ＶＰが入力される。この目標電流設定部１２Ａは、ステアリング系の操舵トルクの増大に伴ない増大し、かつ、車速の増大に伴ない減少する基本特性の操舵補助トルクを電動機１０に発生させるための目標電流信号ＩＴを、前記操舵トルク信号ＴＳおよび車速信号ＶＰをアドレスとするデータエリアから瞬時に検索し、検索した目標電流信号ＩＴをダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００２５】
ダンピング補正部１２Ｂには、前記目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴが入力されると共に、前記車速センサ１１から出力される車速信号ＶＰおよび前記電動機回転速度推定部１２Ｆから出力される電動機１０の回転速度信号ＮＭが入力される。このダンピング補正部１２Ｂは、後述するように、前記目標電流信号ＩＴに低減補正を加え、その補正目標電流信号ＩＴ’を前記偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００２６】
偏差演算部１２Ｃには、ダンピング補正部１２Ｂからの補正目標電流信号ＩＴ’が入力されると共に、前記電流センサ１４から出力される駆動電流信号ＩＭがデジタル信号に変換されて入力される。この偏差演算部１２Ｃは、補正目標電流信号ＩＴ’と駆動電流信号ＩＭの偏差を演算し、その偏差信号ΔＩをＰＩＤ制御部１２Ｄに出力する。
【００２７】
ＰＩＤ制御部１２Ｄは、前記偏差信号ΔＩに対して比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）等の処理を施し、偏差信号ΔＩの偏差を迅速にゼロに収束させるためのＰ値，Ｉ値，Ｄ値の加算値であるＰＩＤ動作信号ＩＣをＰＷＭ信号生成部１２Ｅに出力する。そして、このＰＷＭ信号生成部１２Ｅは、前記ＰＩＤ動作信号ＩＣに基いて電動機１０に流す電流をフィードバック制御するためのパルス幅変調によるＰＷＭ制御信号ＩＰを生成し、これを電動機１０の制御信号として電動機駆動回路１３に出力する。
【００２８】
電動機回転速度推定部１２Ｆには、前記電流センサ１４から出力される駆動電流信号ＩＭ、前記電圧センサ１５から出力される駆動電圧信号ＶＭおよび前記温度センサ１６から出力される温度信号ＴＭがそれぞれデジタル信号に変換されて入力される。この電動機回転速度推定部１２Ｆは、前記ダンピング補正部１２Ｂに目標電流信号ＩＴの低減補正を実行させるため、ダンピング補正部１２Ｂに電動機１０の回転速度信号ＮＭを出力する。
【００２９】
一方、前記電動機駆動回路１３は、ゲート駆動回路１３Ａおよびブリッジ回路１３Ｂにより構成されている。ゲート駆動回路１３Ａは、電動機制御装置１２のＰＷＭ信号生成部１２Ｅから入力したＰＷＭ制御信号ＩＰに基づいてブリッジ回路１３Ｂをスイッチング駆動する。また、ブリッジ回路１３Ｂは、図３に示すように、直流１２Ｖの電源（車載バッテリおよび発電機）と電動機１０との間にブリッジ回路を構成する４個のパワーＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ／電界効果トランジスタ）Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を備えている。
【００３０】
前記ゲート駆動回路１３Ａは、ＰＩＤ動作信号ＩＣの極性に応じてパワーＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ２）のゲートＧ１，Ｇ２の何れか一方に駆動信号を出力し、他方にはオフ信号を出力する。その際、パワーＦＥＴ（Ｔ３，Ｔ４）のゲートＧ３，Ｇ４の何れか一方にオン信号を出力し、他方にオフ信号を出力する。例えば、パワーＦＥＴ（Ｔ１）のゲートＧ１に駆動信号を出力する場合には、パワーＦＥＴ（Ｔ４）のゲートＧ４にオン信号を出力し、他のパワーＦＥＴ（Ｔ２，Ｔ３）のゲートＧ２，Ｇ３にはオフ信号を出力する。
【００３１】
ここで、前記電動機制御装置１２のダンピング補正部１２Ｂは、電動機回転速度推定部１２Ｆからの回転速度信号ＮＭおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰに応じて目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴに低減補正を加える機能を有する。このダンピング補正部１２Ｂは、回転速度信号ＮＭが大きく電動機１０の回転速度が高いほど目標電流信号ＩＴの低減補正量を増大し、車速信号ＶＰが大きく車速が高いほどその低減補正量をさらに増大する。
【００３２】
前記ダンピング補正部１２Ｂは、図４に示すように、補正量設定部１２Ｂ１および減算処理部１２Ｂ２により構成されている。補正量設定部１２Ｂ１は、回転速度信号ＮＭおよび車速信号ＶＰをアドレスとするデータエリアに補正量αを格納しており、回転速度信号ＮＭおよび車速信号ＶＰの入力に応じて補正量αを瞬時に検索する。この補正量αの特性は、回転速度信号ＮＭが大きいほど大きくなり、車速信号ＶＰが大きい程さらに大きくなる特性である。
【００３３】
減算処理部１２Ｂ２は、前記目標電流設定部１２Ａから出力される目標電流信号ＩＴおよび前記補正量設定部１２Ｂ１から出力される補正量αの信号を入力する。そして、目標電流信号ＩＴから補正量αを減算処理した値を補正目標電流信号ＩＴ’として前記偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００３４】
また、前記電動機回転速度推定部１２Ｆは、図５に示すように、回転速度演算部１２Ｆ１および抵抗値温度補正部１２Ｆ２により構成されている。回転速度演算部１２Ｆ１は、前記電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭ、電圧センサ１５からの駆動電圧信号ＶＭおよび抵抗値温度補正部１２Ｆ２からの補正抵抗値信号ＲＭ’を入力する。この回転速度演算部１２Ｆ１は、電動機１０の駆動電圧をＶＭ、駆動電流をＩＭ、固有抵抗値をＲＭ、誘起電圧係数をＫとするとき、次式（１）のＲＭに前記補正抵抗値ＲＭ’を代入することにより電動機１０の回転速度ＮＭを演算し、その回転速度信号ＮＭを前記ダンピング補正部１２Ｂに出力する。
ＮＭ＝（ＶＭ−ＩＭ・ＲＭ）／Ｋ………（１）
【００３５】
抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、前記電動機１０の固有抵抗値ＲＭを電動機１０の温度に応じて補正する機能を有する。この抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、前記温度センサ１６から入力する温度信号ＴＭをアドレスとしたデータエリアに補正抵抗値ＲＭ’を格納しており、温度信号ＴＭの入力に応じて補正抵抗値ＲＭ’を瞬時に検索し、その補正抵抗値ＲＭ’を回転速度演算部１２Ｆ１に出力する。なお、この補正抵抗値ＲＭ’は、電動機１０の温度に応じて変化する固有抵抗値ＲＭの値として予め実験的に得られたデータを基準に設定される。
【００３６】
以上のように構成された参考例の電動パワーステアリング装置においては、図１に示すステアリングホイール１の操作に伴ない、操舵トルクセンサ５がステアリング系に発生する操舵トルクの方向および大きさを検出し、その検出した操舵トルク信号ＴＳを図２に示す電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａに出力する。また、車速センサ１１が車両の速度を検出し、その検出した車速信号ＶＰを電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａおよびダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００３７】
電動機制御装置１２においては、操舵トルクセンサ５からの操舵トルク信号ＴＳおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力した目標電流設定部１２Ａが、ステアリング系の操舵トルクの増大に伴ない増大し、かつ、車速の増大に伴ない減少する基本特性の操舵補助トルクを電動機１０に発生させるための目標電流信号ＩＴを瞬時に検索し、その目標電流信号ＩＴをダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００３８】
ダンピング補正部１２Ｂは、目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴ、電動機回転速度推定部１２Ｆからの回転速度信号ＮＭおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力することにより、回転速度信号ＮＭが大きいほど低減補正量を増大し、車速信号ＶＰが大きいほどその低減補正量をさらに増大するように目標電流信号ＩＴを低減補正し、その補正目標電流信号ＩＴ’を偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００３９】
以後、電動機制御装置１２においては、偏差演算部１２Ｃがダンピング補正部１２Ｂからの補正目標電流信号ＩＴ’と電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭとの偏差信号ΔＩをＰＩＤ制御部１２Ｄに出力する。続いてＰＩＤ制御部１２Ｄが前記偏差をゼロに収束させるためのＰＩＤ動作信号ＩＣをＰＷＭ信号生成部１２Ｅに出力し、ＰＷＭ信号生成部１２ＥがＰＩＤ動作信号ＩＣに応じたＰＷＭ制御信号ＩＰを電動機駆動回路１３に出力する。そして、電動機駆動回路１３が電動機制御装置１２からのＰＷＭ制御信号ＩＰに応じて電動機１０を所定の駆動電流により回転駆動する。
【００４０】
従って、参考例の電動パワーステアリング装置においては、図１に示す電動機１０がボールネジ機構９を介してステアリング系のラック軸６Ｃに補助操舵トルクを付与するのであり、ステアリングホイール１の操舵トルクが軽減される。
【００４１】
その際、電動機１０による補助操舵トルクは、前記目標電流設定部１２Ａが出力する目標電流信号ＩＴに応じて、基本的にはステアリングホイール１の操舵トルクが大きいほど増大し、車速が大きいほど減少する。そして、ダンピング補正部１２Ｂが出力する補正目標電流信号ＩＴ’に応じて、電動機１０による補助操舵トルクは、ステアリングホイール１の操舵速度が速く電動機１０の回転速度が高いほど低減補正され、また、車速が高いほど低減補正される。こうしてダンピング制御されることにより、ステアリングホイール１の操舵の安定性が確保される。
【００４２】
ここで、参考例の電動パワーステアリング装置においては、電動機温度検出手段として電動機１０に付設された温度センサ１６が電動機１０の温度を直接検出し、その温度信号ＴＭを電動機制御装置１２における電動機回転速度推定部１２Ｆの抵抗値温度補正部１２Ｆ２に出力する。そこで、抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、電動機１０の固有抵抗値ＲＭとして、その温度に応じた正確な補正抵抗値ＲＭ’を瞬時に検索して回転速度演算部１２Ｆ１に出力する。そして、回転速度演算部１２Ｆ１は、前式（１）のＲＭに補正抵抗値ＲＭ’を代入することにより、電動機１０の回転速度ＮＭを的確に演算し、その回転速度信号ＮＭを前記ダンピング補正部１２Ｂの補正量設定部１２Ｂ１に出力する。
【００４３】
一方、前記ダンピング補正部１２Ｂの補正量設定部１２Ｂ１は、前記電動機回転速度推定部１２Ｆにより的確に推定された電動機１０の回転速度信号ＮＭおよび前記車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力することにより、電動機１０の回転速度および車速に応じた過不足のない的確な補正量αを瞬時に検索して減算処理部１２Ｂ２に出力する。その結果、減算処理部１２Ｂ２は、電動機１０に流す目標電流信号ＩＴを電動機１０の回転速度および車速に応じ過不足なく低減補正する。従って、参考例の電動パワーステアリング装置によれば、電動機１０の温度変化に拘らず常に過不足のない的確なダンピング制御が可能となる。
【００４４】
参考例の電動パワーステアリング装置において、本発明では、前記電動機１０の温度を検出する手段に、前記温度センサ１６に代えて、前記電流センサ１４、あるいは前記操舵トルクセンサ５をその一部として使用する。
【００４７】
図６は、電動機温度検出手段として、前記電流センサ１４および電動機制御装置１２から出力される電動機１０を駆動するための制御信号を使用した例を示している。電動機１０の温度は、電動機１０に流れる駆動電流およびＰＷＭ信号生成部１２Ｅから出力されるＰＷＭ駆動信号ＩＰのデューティー値との相関関係があることが知られている。そこで、この場合、電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭおよびＰＷＭ信号生成部１２ＥからのＰＷＭ駆動信号ＩＰを入力して電動機１０の温度を推定する温度推定部１２Ｈを電動機制御装置１２に設ける。この温度推定部１２Ｈは、電動機１０を駆動するためのＰＷＭ駆動信号ＩＰに対する実際に電動機１０に流れる駆動電流の大きさと、電動機１０の温度との関係マップを検索して電動機１０の温度を推定し、その温度信号ＴＭを前記電動機制御装置１２の電動機回転速度推定部１２Ｆに出力する。
【００４８】
このように、電流センサ１４および温度推定部１２Ｈによって電動機温度検出手段を構成した場合、前記温度センサ１６のような新規のセンサを設けることなく電動機の温度を的確に検出することができる。しかも、通常に設けられる電流センサの他に、新規のハードウェアが不用であって、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００４９】
図７は、電動機温度検出手段として、前記操舵トルクセンサ５を使用した例を示している。この操舵トルクセンサ５は、たとえば特開平７−３３２９１０号公報に開示される技術のように、本体内に内蔵されるＬＲ積分回路５Ａと、このＬＲ積分回路５Ａにパルス電圧を供給するパルス発生回路５Ｂとを備えている。また、前記パルス発生回路５Ｂから供給されるパルス電圧に応じて前記ＬＲ積分回路５Ａが出力するパルス過渡応答電圧を入力し、これに含まれる高周波のスイッチングノイズを除去するローパスフィルタ５Ｃ，５Ｄと、ローパスフィルタ５Ｃ，５Ｄを介して入力したパルス過渡応答電圧のボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２を保持して出力するボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆとを備えている。さらに、前記ボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆから出力されるボトム電圧相互の偏差を演算し、所定のゲインだけ増幅した偏差電圧を出力する作動増幅器５Ｇと、この作動増幅器５Ｇから出力される偏差電圧を反転させ、例えば２．５Ｖの基準電圧分だけシフトさせたトルク検出電圧ＶＴ３（操舵トルク信号ＴＳ）を出力する反転増幅器５Ｈを備えている。
【００５０】
図７に示す操舵トルクセンサ５から出力されるパルス過渡応答電圧のボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２およびトルク検出電圧ＶＴ３（操舵トルク信号ＴＳ）のうち、ボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２は、図８に示すように、温度変化に伴いＶＴ１’，ＶＴ２’のように均一に変化する。これは、図７に示した操舵トルクセンサ５の本体に内蔵されているＬＲ積分回路５Ａが温度上昇すると、そのＬ成分であるコイルの内部抵抗が変化することに起因する。そこで、この場合、操舵トルクセンサ５のボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆから出力される前記ボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２を入力して電動機１０の温度を推定する温度換算部１２Ｉを電動機制御装置１２に設ける。この温度換算部１２Ｉは、例えば図８に示すトルクが０のときのボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２と温度との関係マップを検索して電動機１０の温度を換算し、その温度信号ＴＭを前記電動機制御装置１２の電動機回転速度推定部１２Ｆに出力する。
【００５１】
このように、操舵トルクセンサ５および温度換算部１２Ｉによって電動機温度検出手段を構成した場合、前記温度センサ１６のような新規のセンサを設けることなく電動機の温度を的確に検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、ステアリングギヤボックス内に設けられて前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の請求項１および請求項２に係る電動パワーステアリング装置においては、電動機制御装置の電動機回転速度推定部が電流センサにより検出される駆動電流、電圧センサにより検出される駆動電圧および電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する。このような装置において、たとえばダンピング補正部が設けられている場合は、前記電動機回転速度推定部により推定される電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正する。その際、電動機温度検出手段が電動機の温度を検出し、抵抗値温度補正部が前記電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する。その結果、前記電動機回転速度推定部は、前記抵抗値温度補正部により温度補正された電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を的確に推定する。そして、前記ダンピング補正部は、前記電動機回転速度推定部により的確に推定された電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を過不足なく低減補正する。従って、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動機の温度変化に拘らず常に過不足のない的確なダンピング制御が可能となる。
【００５５】
特に、請求項１に係る電動パワーステアリング装置においては、電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により前記電動機温度検出手段が構成されているので、通常に使用される電流センサの他に、温度センサのようなハードウェアが不用となり、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００５６】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により前記電動機温度検出手段が構成されているため、新規の温度センサを設けることなく電動機の温度を検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係る電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構成図である。
【図２】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置のブロック構成図である。
【図３】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動回路を構成するブリッジ回路の回路図である。
【図４】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置を構成するダンピング補正部のブロック構成図である。
【図５】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置を構成する電動機回転速度推定部のブロック構成図である。
【図６】一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する電動機温度検出手段として電流センサを使用した例を示すブロック構成図である。
【図７】一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する電動機温度検出手段として操舵トルクセンサを使用した例を示すブロック構成図である。
【図８】図７に示した操舵トルクセンサの出力電圧の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ：ステアリングホイール
５ ：操舵トルクセンサ
５Ａ：ＬＲ積分回路
５Ｅ，５Ｆ：ボトムホールド回路
１０ ：電動機
１１ ：車速センサ
１２ ：電動機制御装置
１２Ａ：目標電流設定部
１２Ｂ：ダンピング補正部
１２Ｃ：偏差演算部
１２Ｄ：ＰＩＤ制御部
１２Ｅ：ＰＷＭ信号生成部
１２Ｆ：電動機回転速度推定部
１２Ｇ：温度補正部
１２Ｈ：温度推定部
１２Ｉ：温度換算部
１３ ：電動機駆動回路
１３Ａ：ゲート駆動回路
１３Ｂ：ブリッジ回路
１４ ：電流センサ
１５ ：電圧センサ
１６ ：温度センサ
１７ ：水温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリング系に電動機による操舵補助トルクを付加する電動パワーステアリング装置に関し、詳しくは、電動機の温度変化に拘らず電動機回転速度を正確に推定できる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵時に電動機による操舵補助トルクをステアリング系に付加して運転者の操舵力を軽減する、いわゆる電動パワーステアリング装置が近年普及している。この種の電動パワーステアリング装置は、基本的には、ステアリングホイールの操舵に伴って発生するステアリング系の操舵トルクを検出し、その検出トルクの方向および大きさに応じて前記電動機による操舵補助トルクを制御するように構成されている。すなわち、操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、かつ、電流センサにより検出される電動機の駆動電流が前記目標値に収束するように電動機の制御信号を出力する電動機制御装置と、この電動機制御装置から出力される制御信号に応じて前記電動機を所定の駆動電流により駆動する電動機駆動回路とを備えている。
【０００３】
前記の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールが急操舵されると、ステアリング系の操舵トルクが急増し、これに伴い電動機による操舵補助トルクが急増してステアリング操作の安定性を損う恐れがある。そこで、この種の電動パワーステアリング装置としては、ステアリング操作の安定性を確保するため、ステアリングホイールの急操舵に伴う操舵補助トルクの急増を防止するダンピング制御を採用したものもある。
【０００４】
前記ダンピング制御は、少なくとも電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正するものであり、電動機の回転速度は、通常、所定の演算式により推定される。すなわち、電動機の駆動電流をＩＭ、電動機の駆動電圧をＶＭ、電動機の巻線抵抗などの固有抵抗値をＲＭ、電動機の誘起電圧定数をＫとしたとき、電動機の回転速度ＮＭは、｛ＮＭ＝（ＶＭ−ＩＭ・ＲＭ）／Ｋ｝の演算式により推定される（特開平８−３４３５９号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の電動機の固有抵抗値ＲＭは、電動機の温度が上昇すると増大し、温度が低下すると減少する値であるが、前記の演算式においては、便宜上、抵抗値ＲＭを定数として扱っている。このため、電動機の駆動電流ＩＭおよび駆動電圧ＶＭが変化せず、電動機の温度のみが上昇した場合、実際には固有抵抗値ＲＭが増大する結果、電動機の回転速度ＮＭは減少しているにも拘らず、前記の演算式によれば、回転速度ＮＭは減少しないままとなる。
【０００６】
すなわち、電動機の高温時におけるダンピング制御は、実際の電動機の回転速度より高い回転速度ＮＭを基準として行われるため、電動機に流す駆動電流の目標値を過剰に低減補正する結果となり、ダンピング制御の効き過ぎという現象が発生する。反対に、電動機の低温時におけるダンピング制御は、実際の電動機の回転速度より低い回転速度ＮＭを基準として行われるため、前記目標値の低減補正が不足する結果となり、ダンピング制御の不足という現象が発生する。
【０００７】
また、固有抵抗値ＲＭの誤差によって、推定される電動機回転速度のオフセット値が変化する。このとき、推定される電動機回転速度の値が０近傍である場合は、電動機回転速度の正負が誤って推定される場合がある。この場合、逆方向の電動機回転速度に基づいたダンピング制御が行われていまうという不具合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、電動機の温度変化に拘らず電動機回転速度を正確に推定でき、ひいては、常に過不足のない的確なダンピング制御を可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により構成されていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記操舵トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールの操舵に伴い操舵トルクセンサがステアリング系の操舵トルクを検出する。そして、電動機制御装置が操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて電動機に流す駆動電流の目標値を設定する。
【００１１】
ここで、請求項１および請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、電動機制御装置において、電動機回転速度推定部が電流センサにより検出される駆動電流、電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する。たとえばダンピング補正部が設けられている場合は、前記電動機回転速度推定部により推定される電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正する。その際、電動機温度検出手段が電動機の温度を検出し、抵抗値温度補正部が前記電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する。その結果、前記電動機回転速度推定部は、前記抵抗値温度補正部により温度補正された電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を的確に推定する。そして、前記ダンピング補正部は、前記電動機回転速度推定部により的確に推定された電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を過不足なく低減補正する。
【００１４】
そして、請求項１に係る電動パワーステアリング装置では、電動機温度検出手段は、前記電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により構成される。この場合、通常に使用される電流センサの他に、温度センサのような新規のハードウェアが不用となり、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置では、電動機温度検出手段は、前記トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により構成される。この場合、新規の温度センサを設けることなく電動機の温度を検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の参考例を説明する。参照する図面において、図１は参考例の電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構成図、図２は参考例の電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。
【００１７】
参考例の電動パワーステアリング装置を説明するに当たり、まず、この電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構造を図１により説明する。このステアリング系は、いわゆるラック・ピニオン式のステアリング系であり、ステアリングホイール１に一体に連結されたステアリングシャフト２の下端部は、連結軸３を介して相互に連結された一対のユニバーサルジョイント４，４を介して操舵トルクセンサ５の入力軸５Ａに連結されている。そして、この操舵トルクセンサ５の出力軸には、ラック・ピニオン機構６のピニオン６Ａが一体に形成されている。
【００１８】
前記ラック・ピニオン機構６は、ピニオン６Ａに噛み合うラック歯６Ｂが形成されたラック軸６Ｃを備え、このラック軸６Ｃの両端部には、車両の左右の前輪７，７に付設されたナックルアーム（図示省略）がタイロッド８，８を介してそれぞれ連結されている。そして、前記ラック軸６Ｃには、これと同軸にボールネジ機構９のボールネジ部９Ａが形成されている。このボールネジ部９Ａに噛み合うボールナット９Ｂは、電動機１０のロータ１０Ａに固定されており、この電動機１０は、前記ラック軸６Ｃが貫通する状態でその周囲に配置されている。
【００１９】
ここで、図１および図２に示すように、参考例の電動パワーステアリング装置は、前記電動機１０に流す駆動電流を目標値にフィードバック制御する手段として、前記操舵トルクセンサ５および後述する車速センサ１１の検出信号を入力して前記電動機１０の制御信号を出力する電動機制御装置１２と、この電動機制御装置１２から出力される制御信号に応じて前記電動機１０を所定の駆動電流により駆動する電動機駆動回路１３とを備えている。また、この電動機駆動回路１３から前記電動機１０に供給される駆動電流を検出してその検出信号を前記電動機制御装置１２に出力する電流センサ１４と、前記電動機１０の駆動電圧を検出してその検出信号を前記電動機制御装置１２に出力する電圧センサ１５と、電動機温度検出手段として前記電動機１０に付設された温度センサ１６とを備えている。
【００２０】
まず、前記各センサ類について説明すると、前記操舵トルクセンサ５は、たとえば特開平７−３３２９１０号公報に開示されるような技術で構成されており、入力軸５Ａと出力軸であるピニオン６Ａとの間に介設された図示しないトーションバーの捩れ角をコアの変位に変換する機構と、このコアの変位量に応じた検出電圧を出力するＬＲ積分回路とを内蔵している。そして、このＬＲ積分回路から出力される電圧に基づいて、操舵トルクの方向および大きさを示す操舵トルク信号ＴＳが電動機制御装置１２に出力されるように構成されている。また、前記車速センサ１１は、図示しない変速機出力軸の回転数に応じた車速信号ＶＰをデジタル信号として電動機制御装置１２に出力する。さらに、前記温度センサ１６は、電動機１０の温度を検出し、その温度信号ＴＭを電動機制御装置１２に出力する。
【００２１】
一方、前記電流センサ１４は、直流モータからなる前記電動機１０に直列に接続された抵抗またはホール素子を備えており、電動機１０に流れる駆動電流の方向および大きさに応じた駆動電流信号ＩＭを電動機制御装置１２に出力する。また、前記電圧センサ１５は、電動機１０に並列に接続されることにより、電動機１０に印加される電圧に応じた駆動電圧信号ＶＭを電動機制御装置１２に出力する。
【００２２】
つぎに、前記電動機制御装置１２および電動機駆動回路１３について順次説明する。まず、電動機制御装置１２は、前記操舵トルクセンサ５、車速センサ１１、電流センサ１４、電圧センサ１５、温度センサ１６等との間の入出力インターフェースＩ／Ｏ、および、これらのセンサ類から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータの他、各種のデータやプログラムを記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種のデータ等を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等をハードウェアとして備えている。
【００２３】
また、前記電動機制御装置１２は、電動機１０の制御信号を出力する基本的なソフトウェア構成として、図２に示すように、目標電流設定部１２Ａ、ダンピング補正部１２Ｂ、偏差演算部１２Ｃ、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御部１２Ｄ、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号生成部１２Ｅおよび電動機回転速度推定部１２Ｆを備えている。
【００２４】
前記電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａには、前記操舵トルクセンサ５から出力される操舵トルク信号ＴＳがデジタル信号に変換されて入力されると共に、前記車速センサ１１から出力される車速信号ＶＰが入力される。この目標電流設定部１２Ａは、ステアリング系の操舵トルクの増大に伴ない増大し、かつ、車速の増大に伴ない減少する基本特性の操舵補助トルクを電動機１０に発生させるための目標電流信号ＩＴを、前記操舵トルク信号ＴＳおよび車速信号ＶＰをアドレスとするデータエリアから瞬時に検索し、検索した目標電流信号ＩＴをダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００２５】
ダンピング補正部１２Ｂには、前記目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴが入力されると共に、前記車速センサ１１から出力される車速信号ＶＰおよび前記電動機回転速度推定部１２Ｆから出力される電動機１０の回転速度信号ＮＭが入力される。このダンピング補正部１２Ｂは、後述するように、前記目標電流信号ＩＴに低減補正を加え、その補正目標電流信号ＩＴ’を前記偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００２６】
偏差演算部１２Ｃには、ダンピング補正部１２Ｂからの補正目標電流信号ＩＴ’が入力されると共に、前記電流センサ１４から出力される駆動電流信号ＩＭがデジタル信号に変換されて入力される。この偏差演算部１２Ｃは、補正目標電流信号ＩＴ’と駆動電流信号ＩＭの偏差を演算し、その偏差信号ΔＩをＰＩＤ制御部１２Ｄに出力する。
【００２７】
ＰＩＤ制御部１２Ｄは、前記偏差信号ΔＩに対して比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）等の処理を施し、偏差信号ΔＩの偏差を迅速にゼロに収束させるためのＰ値，Ｉ値，Ｄ値の加算値であるＰＩＤ動作信号ＩＣをＰＷＭ信号生成部１２Ｅに出力する。そして、このＰＷＭ信号生成部１２Ｅは、前記ＰＩＤ動作信号ＩＣに基いて電動機１０に流す電流をフィードバック制御するためのパルス幅変調によるＰＷＭ制御信号ＩＰを生成し、これを電動機１０の制御信号として電動機駆動回路１３に出力する。
【００２８】
電動機回転速度推定部１２Ｆには、前記電流センサ１４から出力される駆動電流信号ＩＭ、前記電圧センサ１５から出力される駆動電圧信号ＶＭおよび前記温度センサ１６から出力される温度信号ＴＭがそれぞれデジタル信号に変換されて入力される。この電動機回転速度推定部１２Ｆは、前記ダンピング補正部１２Ｂに目標電流信号ＩＴの低減補正を実行させるため、ダンピング補正部１２Ｂに電動機１０の回転速度信号ＮＭを出力する。
【００２９】
一方、前記電動機駆動回路１３は、ゲート駆動回路１３Ａおよびブリッジ回路１３Ｂにより構成されている。ゲート駆動回路１３Ａは、電動機制御装置１２のＰＷＭ信号生成部１２Ｅから入力したＰＷＭ制御信号ＩＰに基づいてブリッジ回路１３Ｂをスイッチング駆動する。また、ブリッジ回路１３Ｂは、図３に示すように、直流１２Ｖの電源（車載バッテリおよび発電機）と電動機１０との間にブリッジ回路を構成する４個のパワーＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ／電界効果トランジスタ）Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を備えている。
【００３０】
前記ゲート駆動回路１３Ａは、ＰＩＤ動作信号ＩＣの極性に応じてパワーＦＥＴ（Ｔ１，Ｔ２）のゲートＧ１，Ｇ２の何れか一方に駆動信号を出力し、他方にはオフ信号を出力する。その際、パワーＦＥＴ（Ｔ３，Ｔ４）のゲートＧ３，Ｇ４の何れか一方にオン信号を出力し、他方にオフ信号を出力する。例えば、パワーＦＥＴ（Ｔ１）のゲートＧ１に駆動信号を出力する場合には、パワーＦＥＴ（Ｔ４）のゲートＧ４にオン信号を出力し、他のパワーＦＥＴ（Ｔ２，Ｔ３）のゲートＧ２，Ｇ３にはオフ信号を出力する。
【００３１】
ここで、前記電動機制御装置１２のダンピング補正部１２Ｂは、電動機回転速度推定部１２Ｆからの回転速度信号ＮＭおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰに応じて目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴに低減補正を加える機能を有する。このダンピング補正部１２Ｂは、回転速度信号ＮＭが大きく電動機１０の回転速度が高いほど目標電流信号ＩＴの低減補正量を増大し、車速信号ＶＰが大きく車速が高いほどその低減補正量をさらに増大する。
【００３２】
前記ダンピング補正部１２Ｂは、図４に示すように、補正量設定部１２Ｂ１および減算処理部１２Ｂ２により構成されている。補正量設定部１２Ｂ１は、回転速度信号ＮＭおよび車速信号ＶＰをアドレスとするデータエリアに補正量αを格納しており、回転速度信号ＮＭおよび車速信号ＶＰの入力に応じて補正量αを瞬時に検索する。この補正量αの特性は、回転速度信号ＮＭが大きいほど大きくなり、車速信号ＶＰが大きい程さらに大きくなる特性である。
【００３３】
減算処理部１２Ｂ２は、前記目標電流設定部１２Ａから出力される目標電流信号ＩＴおよび前記補正量設定部１２Ｂ１から出力される補正量αの信号を入力する。そして、目標電流信号ＩＴから補正量αを減算処理した値を補正目標電流信号ＩＴ’として前記偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００３４】
また、前記電動機回転速度推定部１２Ｆは、図５に示すように、回転速度演算部１２Ｆ１および抵抗値温度補正部１２Ｆ２により構成されている。回転速度演算部１２Ｆ１は、前記電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭ、電圧センサ１５からの駆動電圧信号ＶＭおよび抵抗値温度補正部１２Ｆ２からの補正抵抗値信号ＲＭ’を入力する。この回転速度演算部１２Ｆ１は、電動機１０の駆動電圧をＶＭ、駆動電流をＩＭ、固有抵抗値をＲＭ、誘起電圧係数をＫとするとき、次式（１）のＲＭに前記補正抵抗値ＲＭ’を代入することにより電動機１０の回転速度ＮＭを演算し、その回転速度信号ＮＭを前記ダンピング補正部１２Ｂに出力する。
ＮＭ＝（ＶＭ−ＩＭ・ＲＭ）／Ｋ………（１）
【００３５】
抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、前記電動機１０の固有抵抗値ＲＭを電動機１０の温度に応じて補正する機能を有する。この抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、前記温度センサ１６から入力する温度信号ＴＭをアドレスとしたデータエリアに補正抵抗値ＲＭ’を格納しており、温度信号ＴＭの入力に応じて補正抵抗値ＲＭ’を瞬時に検索し、その補正抵抗値ＲＭ’を回転速度演算部１２Ｆ１に出力する。なお、この補正抵抗値ＲＭ’は、電動機１０の温度に応じて変化する固有抵抗値ＲＭの値として予め実験的に得られたデータを基準に設定される。
【００３６】
以上のように構成された参考例の電動パワーステアリング装置においては、図１に示すステアリングホイール１の操作に伴ない、操舵トルクセンサ５がステアリング系に発生する操舵トルクの方向および大きさを検出し、その検出した操舵トルク信号ＴＳを図２に示す電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａに出力する。また、車速センサ１１が車両の速度を検出し、その検出した車速信号ＶＰを電動機制御装置１２の目標電流設定部１２Ａおよびダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００３７】
電動機制御装置１２においては、操舵トルクセンサ５からの操舵トルク信号ＴＳおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力した目標電流設定部１２Ａが、ステアリング系の操舵トルクの増大に伴ない増大し、かつ、車速の増大に伴ない減少する基本特性の操舵補助トルクを電動機１０に発生させるための目標電流信号ＩＴを瞬時に検索し、その目標電流信号ＩＴをダンピング補正部１２Ｂに出力する。
【００３８】
ダンピング補正部１２Ｂは、目標電流設定部１２Ａからの目標電流信号ＩＴ、電動機回転速度推定部１２Ｆからの回転速度信号ＮＭおよび車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力することにより、回転速度信号ＮＭが大きいほど低減補正量を増大し、車速信号ＶＰが大きいほどその低減補正量をさらに増大するように目標電流信号ＩＴを低減補正し、その補正目標電流信号ＩＴ’を偏差演算部１２Ｃに出力する。
【００３９】
以後、電動機制御装置１２においては、偏差演算部１２Ｃがダンピング補正部１２Ｂからの補正目標電流信号ＩＴ’と電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭとの偏差信号ΔＩをＰＩＤ制御部１２Ｄに出力する。続いてＰＩＤ制御部１２Ｄが前記偏差をゼロに収束させるためのＰＩＤ動作信号ＩＣをＰＷＭ信号生成部１２Ｅに出力し、ＰＷＭ信号生成部１２ＥがＰＩＤ動作信号ＩＣに応じたＰＷＭ制御信号ＩＰを電動機駆動回路１３に出力する。そして、電動機駆動回路１３が電動機制御装置１２からのＰＷＭ制御信号ＩＰに応じて電動機１０を所定の駆動電流により回転駆動する。
【００４０】
従って、参考例の電動パワーステアリング装置においては、図１に示す電動機１０がボールネジ機構９を介してステアリング系のラック軸６Ｃに補助操舵トルクを付与するのであり、ステアリングホイール１の操舵トルクが軽減される。
【００４１】
その際、電動機１０による補助操舵トルクは、前記目標電流設定部１２Ａが出力する目標電流信号ＩＴに応じて、基本的にはステアリングホイール１の操舵トルクが大きいほど増大し、車速が大きいほど減少する。そして、ダンピング補正部１２Ｂが出力する補正目標電流信号ＩＴ’に応じて、電動機１０による補助操舵トルクは、ステアリングホイール１の操舵速度が速く電動機１０の回転速度が高いほど低減補正され、また、車速が高いほど低減補正される。こうしてダンピング制御されることにより、ステアリングホイール１の操舵の安定性が確保される。
【００４２】
ここで、参考例の電動パワーステアリング装置においては、電動機温度検出手段として電動機１０に付設された温度センサ１６が電動機１０の温度を直接検出し、その温度信号ＴＭを電動機制御装置１２における電動機回転速度推定部１２Ｆの抵抗値温度補正部１２Ｆ２に出力する。そこで、抵抗値温度補正部１２Ｆ２は、電動機１０の固有抵抗値ＲＭとして、その温度に応じた正確な補正抵抗値ＲＭ’を瞬時に検索して回転速度演算部１２Ｆ１に出力する。そして、回転速度演算部１２Ｆ１は、前式（１）のＲＭに補正抵抗値ＲＭ’を代入することにより、電動機１０の回転速度ＮＭを的確に演算し、その回転速度信号ＮＭを前記ダンピング補正部１２Ｂの補正量設定部１２Ｂ１に出力する。
【００４３】
一方、前記ダンピング補正部１２Ｂの補正量設定部１２Ｂ１は、前記電動機回転速度推定部１２Ｆにより的確に推定された電動機１０の回転速度信号ＮＭおよび前記車速センサ１１からの車速信号ＶＰを入力することにより、電動機１０の回転速度および車速に応じた過不足のない的確な補正量αを瞬時に検索して減算処理部１２Ｂ２に出力する。その結果、減算処理部１２Ｂ２は、電動機１０に流す目標電流信号ＩＴを電動機１０の回転速度および車速に応じ過不足なく低減補正する。従って、参考例の電動パワーステアリング装置によれば、電動機１０の温度変化に拘らず常に過不足のない的確なダンピング制御が可能となる。
【００４４】
参考例の電動パワーステアリング装置において、本発明では、前記電動機１０の温度を検出する手段に、前記温度センサ１６に代えて、前記電流センサ１４、あるいは前記操舵トルクセンサ５をその一部として使用する。
【００４７】
図６は、電動機温度検出手段として、前記電流センサ１４および電動機制御装置１２から出力される電動機１０を駆動するための制御信号を使用した例を示している。電動機１０の温度は、電動機１０に流れる駆動電流およびＰＷＭ信号生成部１２Ｅから出力されるＰＷＭ駆動信号ＩＰのデューティー値との相関関係があることが知られている。そこで、この場合、電流センサ１４からの駆動電流信号ＩＭおよびＰＷＭ信号生成部１２ＥからのＰＷＭ駆動信号ＩＰを入力して電動機１０の温度を推定する温度推定部１２Ｈを電動機制御装置１２に設ける。この温度推定部１２Ｈは、電動機１０を駆動するためのＰＷＭ駆動信号ＩＰに対する実際に電動機１０に流れる駆動電流の大きさと、電動機１０の温度との関係マップを検索して電動機１０の温度を推定し、その温度信号ＴＭを前記電動機制御装置１２の電動機回転速度推定部１２Ｆに出力する。
【００４８】
このように、電流センサ１４および温度推定部１２Ｈによって電動機温度検出手段を構成した場合、前記温度センサ１６のような新規のセンサを設けることなく電動機の温度を的確に検出することができる。しかも、通常に設けられる電流センサの他に、新規のハードウェアが不用であって、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００４９】
図７は、電動機温度検出手段として、前記操舵トルクセンサ５を使用した例を示している。この操舵トルクセンサ５は、たとえば特開平７−３３２９１０号公報に開示される技術のように、本体内に内蔵されるＬＲ積分回路５Ａと、このＬＲ積分回路５Ａにパルス電圧を供給するパルス発生回路５Ｂとを備えている。また、前記パルス発生回路５Ｂから供給されるパルス電圧に応じて前記ＬＲ積分回路５Ａが出力するパルス過渡応答電圧を入力し、これに含まれる高周波のスイッチングノイズを除去するローパスフィルタ５Ｃ，５Ｄと、ローパスフィルタ５Ｃ，５Ｄを介して入力したパルス過渡応答電圧のボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２を保持して出力するボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆとを備えている。さらに、前記ボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆから出力されるボトム電圧相互の偏差を演算し、所定のゲインだけ増幅した偏差電圧を出力する作動増幅器５Ｇと、この作動増幅器５Ｇから出力される偏差電圧を反転させ、例えば２．５Ｖの基準電圧分だけシフトさせたトルク検出電圧ＶＴ３（操舵トルク信号ＴＳ）を出力する反転増幅器５Ｈを備えている。
【００５０】
図７に示す操舵トルクセンサ５から出力されるパルス過渡応答電圧のボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２およびトルク検出電圧ＶＴ３（操舵トルク信号ＴＳ）のうち、ボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２は、図８に示すように、温度変化に伴いＶＴ１’，ＶＴ２’のように均一に変化する。これは、図７に示した操舵トルクセンサ５の本体に内蔵されているＬＲ積分回路５Ａが温度上昇すると、そのＬ成分であるコイルの内部抵抗が変化することに起因する。そこで、この場合、操舵トルクセンサ５のボトムホールド回路５Ｅ，５Ｆから出力される前記ボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２を入力して電動機１０の温度を推定する温度換算部１２Ｉを電動機制御装置１２に設ける。この温度換算部１２Ｉは、例えば図８に示すトルクが０のときのボトム電圧ＶＴ１，ＶＴ２と温度との関係マップを検索して電動機１０の温度を換算し、その温度信号ＴＭを前記電動機制御装置１２の電動機回転速度推定部１２Ｆに出力する。
【００５１】
このように、操舵トルクセンサ５および温度換算部１２Ｉによって電動機温度検出手段を構成した場合、前記温度センサ１６のような新規のセンサを設けることなく電動機の温度を的確に検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、ステアリングギヤボックス内に設けられて前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の請求項１および請求項２に係る電動パワーステアリング装置においては、電動機制御装置の電動機回転速度推定部が電流センサにより検出される駆動電流、電圧センサにより検出される駆動電圧および電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する。このような装置において、たとえばダンピング補正部が設けられている場合は、前記電動機回転速度推定部により推定される電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を低減補正する。その際、電動機温度検出手段が電動機の温度を検出し、抵抗値温度補正部が前記電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する。その結果、前記電動機回転速度推定部は、前記抵抗値温度補正部により温度補正された電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を的確に推定する。そして、前記ダンピング補正部は、前記電動機回転速度推定部により的確に推定された電動機の回転速度に応じて電動機に流す駆動電流の目標値を過不足なく低減補正する。従って、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動機の温度変化に拘らず常に過不足のない的確なダンピング制御が可能となる。
【００５５】
特に、請求項１に係る電動パワーステアリング装置においては、電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により前記電動機温度検出手段が構成されているので、通常に使用される電流センサの他に、温度センサのようなハードウェアが不用となり、電動パワーステアリング装置をコンパクトに構成することができる。
【００５６】
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置においては、トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により前記電動機温度検出手段が構成されているため、新規の温度センサを設けることなく電動機の温度を検出することができる。しかも、前記トルクセンサは、通常、前記電動機の近傍に配置されているため、電動機の温度を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係る電動パワーステアリング装置が適用されたステアリング系の構成図である。
【図２】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置のブロック構成図である。
【図３】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動回路を構成するブリッジ回路の回路図である。
【図４】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置を構成するダンピング補正部のブロック構成図である。
【図５】参考例に係る電動パワーステアリング装置の電動機制御装置を構成する電動機回転速度推定部のブロック構成図である。
【図６】一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する電動機温度検出手段として電流センサを使用した例を示すブロック構成図である。
【図７】一実施形態に係る電動パワーステアリング装置を構成する電動機温度検出手段として操舵トルクセンサを使用した例を示すブロック構成図である。
【図８】図７に示した操舵トルクセンサの出力電圧の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ：ステアリングホイール
５ ：操舵トルクセンサ
５Ａ：ＬＲ積分回路
５Ｅ，５Ｆ：ボトムホールド回路
１０ ：電動機
１１ ：車速センサ
１２ ：電動機制御装置
１２Ａ：目標電流設定部
１２Ｂ：ダンピング補正部
１２Ｃ：偏差演算部
１２Ｄ：ＰＩＤ制御部
１２Ｅ：ＰＷＭ信号生成部
１２Ｆ：電動機回転速度推定部
１２Ｇ：温度補正部
１２Ｈ：温度推定部
１２Ｉ：温度換算部
１３ ：電動機駆動回路
１３Ａ：ゲート駆動回路
１３Ｂ：ブリッジ回路
１４ ：電流センサ
１５ ：電圧センサ
１６ ：温度センサ
１７ ：水温センサ
Claims (2)
- 車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記電流センサにより検出される駆動電流および電動機制御装置から出力される制御信号に基いて電動機の温度を推定する電動機制御装置の温度推定部により構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 車両のステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、前記ステアリング系に操舵補助トルクを付加する電動機と、この電動機の駆動電流を検出する電流センサと、前記電動機の駆動電圧を検出する電圧センサと、少なくとも前記操舵トルクセンサにより検出される操舵トルクに応じて前記電動機に流す駆動電流の目標値を設定し、電動機を駆動するための制御信号を出力する電動機制御装置とを備え、この電動機制御装置には、前記電流センサにより検出される駆動電流、前記電圧センサにより検出される駆動電圧および前記電動機の固有抵抗値に基いて電動機の回転速度を推定する電動機回転速度推定部が設けられている電動パワーステアリング装置において、前記電動機の温度を直接または間接的に検出する電動機温度検出手段を備えると共に、この電動機温度検出手段により検出される電動機の温度に応じて電動機の固有抵抗値を温度補正する抵抗値温度補正部を前記電動機回転速度推定部に設け、前記電動機温度検出手段は、前記操舵トルクセンサから出力されるパルス過渡応答電圧に基いて電動機の温度を換算する電動機制御装置の温度換算部により構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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