JP3585594B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オルタネータの脈動からエンジン回転数を算出する電動式パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、６に示す従来例の電動式パワーステアリング装置では、アシスト力を付与するための電動モータｍが、コントローラーＣを介してバッテリＢに接続している。
上記バッテリＢには、オルタネータ１を接続している。オルタネータ１は、図示しないエンジンに連動して駆動し、交流電圧を発電するものである。そして、この交流電圧を整流して、バッテリＢに蓄電させる。
このオルタネータ１には図示しないレギュレータを接続し、オルタネータ１の発電量を調整している。例えば、バッテリ電圧が上昇すると、レギュレータがオルタネータ１の発電を停止させる。それに対し、バッテリ電圧が下降すると、レギュレータがオルタネータ１に発電を開始させる。このようにして、レギュレーターがオルタネータ１をオン・オフ調整して、バッテリＢの蓄電量を一定に保っている。
【０００３】
また、上記コントローラーＣは、電動モータｍを制御するためのものである。コントローラーＣは、電動モータｍに電圧を印加し、それを正転あるいは逆転させる駆動回路２と、この駆動回路２を制御する制御回路３と、コントローラーＣに印加させる主電源及びバックアップ用電源のスイッチングを制御する電源回路４とから構成されている。
これら各回路のうち、制御回路３は、車両の走行状態に応じて駆動回路２を制御する制御部７を備え、さらに、電源電圧Ｖからオルタネータの脈動周波数を読み込む読込み部５と、読み込まれた脈動周波数からエンジン回転数Ｎを算出する算出部６とを備えている。
【０００４】
この従来例の電動式パワーステアリング装置では、次のようにして、エンジン回転数Ｎを算出している。
電源電圧Ｖには、オルタネータ１の発電交流電圧を整流した電圧が重畳している。ここで、オルタネータ１はエンジンに連動して駆動するので、それが発電した交流電圧はエンジン回転の脈動に比例した脈動周波数を有する。したがって、この交流電圧を整流した電圧の脈動周波数も、エンジン回転数Ｎに比例することになる。
つまり、図６に示すように、電源電圧Ｖには、オルタネータ１の脈動により脈動が発生することになる。
したがって、この電源電圧Ｖの脈動周波数を読み取り部５で読み込めば、オルタネータ１の脈動周波数を知ることができる。そして、オルタネータの脈動周波数を知ることができれば、算出部６でエンジン回転数Ｎを算出できる。
【０００５】
このようにしてエンジン回転数Ｎを算出できれば、制御回路３が電源回路４を制御し、コントローラーＣのスイッチングを制御できる。例えば、算出したエンジン回転数Ｎが設定値よりも大きければ、制御回路３が電源回路４を駆動させ主電源をコントローラーＣに印加させる。それに対し、エンジン回転数Ｎが設定値以下であれば、制御回路３はシステムを起動させる必要が無いと判断し、電源回路４を駆動させバックアップ電源のみをコントローラーＣに印加させる。
このようにすれば、コントローラーＣのスイッチングを、外部のイグニッションスイッチなどに連動させる必要がなくなるので、外部配線を少なくでき、電動式パワーステアリング装置のコストダウン及び小型化が可能となる。
また、エンジン回転数Ｎは車速にほぼ比例するので、この算出されたエンジン回転数Ｎに応じて駆動回路２を制御することができる。したがって、車速センサを設けなくても、車速に応じたアシスト力制御ができ、コストダウン及び小型化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、電源電圧の脈動にムラが生じたり、脈動が乱れたりすることがあり、正確にエンジン回転数を算出できないことがあった。その原因としては、次のことが考えられる。
第１の原因は、オルタネータ１がレギュレータによりオン・オフ調整されているからである。そして、レギュレータによりオン・オフが繰り返されると、オルタネータ１が発電・停止を繰り返し、その電圧変動が電源電圧にも影響してしまう。
例えば、オルタネータ１の発電を停止させると、その発電電圧が電源電圧Ｖに重畳しなくなるので、エンジンが回転しているにもかかわらず、電源電圧１の脈動がほとんどなくなってしまうことがある。そのため、間違ったエンジン回転数を算出してしまう。
【０００７】
第２の原因は、バッテリＢに、この電動式パワーステアリング装置以外に、他の電気負荷８を接続しているからである。そして、他の電気負荷８で電圧変動が生じると、その電圧変動が電源電圧Ｖに重畳してしまう。
例えば、他の電気負荷８でをオン・オフすると、このときに生じる電圧変動により電源電圧Ｖの脈動が乱れてしまうことがある。そのため、間違ったエンジン回転数を算出してしまう。
この発明は、電源電圧の脈動のムラや乱れによる電源電圧の脈動の変化を無視することで、正確なエンジン回転数を算出する電動式パワーステアリング装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アシスト力を付与する電動モータと、電動モータに電圧を印加する駆動回路、及び駆動回路を制御する制御回路からなるコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係するオルタネータとを備え、しかも、上記コントローラーの制御回路は、オルタネータの脈動周波数あるいは周期を読み込む読込み部と、読み込まれた周波数あるいは周期からエンジン回転数を算出する算出部とを備えた電動式パワーステアリング装置を前提とする。
そして、制御回路には、読込み部で読み込まれた周波数あるいは周期を、所定の基準にしたがって算出部へ出力する信号と出力しない信号とにより分けるフィルター部を設けた点に特徴を有する。
このような構成としたので、電源電圧の脈動にムラが生じたり、乱れたりすると、これらムラや乱れにより変化した周波数や周期は、信号として算出部へ出力されない。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、制御回路のフィルター部は、読込み部で読み込まれた最新の周期を含め、過去Ｘ回の周期をメモリできるメモリ機能を有し、しかも、最新にメモリされた周期が、その前にメモリされた周期を基準として所定の範囲内にあるか否かを比較して判断するステップと、所定の範囲内にあるときカウントするステップと、所定の範囲外にあるときカウントをゼロにするステップとからなる第１プログラムを実行し、同時に、カウント数が所定の数Ｘ以上であれば、メモリされたＸ回の周期の平均値を算出するステップと、この平均周期を制御回路の算出部へ出力するステップとからなる第２プログラムを実行する点に特徴を有する。
【００１０】
このような構成としたので、第１プログラムでは、まず、最新にメモリされた周期が、その前にメモリされた周期を基準として所定の範囲内にあるか否かを比較される。なお、所定の範囲としては、例えば、最新にメモリされた周期が、その前にメモリされた周期の設定％の範囲で変化しているか否かを判断すればよい。
そして、所定の範囲内にあるときは、正常な周期としてカウントされる。しかし、所定の範囲外にあるときは、異常な周期としてカウントをゼロにする。
また、第２プログラムでは、カウント数が所定の数Ｘ以上であれば、つまり、正常な周期がＸ回続けてメモリされたら、これらメモリされたＸ回の周期の平均値を算出する。そして、この平均周期を、オルタネータの脈動の周期とみなして制御回路の算出部へ出力する。
【００１１】
第３の発明は、第１あるいは第２の発明において、制御回路には、算出されたエンジン回転数が上限設定値よりも大きくなったとき、上限値以上の回転数を無視し、上限設定値を出力するリミッタを設けた点に特徴を有する。
このような構成としたので、エンジン回転数が上限設定値よりも大きければ、この上限値が出力される。したがって、例えば、上限設定値を高回転域で設定しておけば、算出されたエンジン回転数に応じてアシスト力を制御する場合、車両の高速走行時に小さなアシスト力に一定に保つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜３に示すこの発明の実施の形態における電動式パワーステアリング装置では、コンパレータ９を設け、それに電源電圧Ｖを入力している。このコンパレータ９は、電源電圧Ｖをある基準電圧で比較し、その脈動を矩形波に変換して出力するものである。
そして、矩形波に変換された出力信号は、制御回路３の読込み部５に導かれ、その周期が読み込まれることになる。そして、この読み込まれた周期は、フィルター部１０に出力される。
上記フィルター部１０は、読み込まれた周期を所定の基準にしたがって、算出部６に出力するものと出力しないものとにより分けるものである。
そして、この実施の形態におけるフィルター部１０では、図２及び３に示すフローチャートに対応した第１及び第２プログラムを逐次実行することで、読み込まれた周期をより分けている。
【００１３】
図２に示すフローチャートでは、まず、ステップ１０１で、読込み部５で読み込まれた周期がバッファにメモリされる。このバッファは、最新に読み込まれた周期を含め過去Ｘ回の周期をメモリできるものである。そして、より新しい周期がメモリされると、メモリされている最も古い周期は消去されることになる。
ステップ１０２、１０３では、最新にメモリされた周期ｔ_ｘ（ｘ＝１、２、・・・）が、その前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１を基準として所定の範囲内にあるか否か判断している。
つまり、ステップ１０２では、メモリされた最新の周期ｔ_ｘが、その前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１としきい値ａ（＞１）との積よりも大きいか否か判断される。そして、大きくなければ、次にステップ１０３で、この最新の周期ｔ_ｘが、周期ｔ_ｘ−１としきい値ｂ（＜１）との積よりも小さいか否かが判断される。さらに、小さくなければ、ステップ１０４でカウント＋１とする。
このように、最新の周期ｔ_ｘが、ｔ_ｘ−１×ｂ＜ｔ_ｘ≦ｔ_ｘ−１×ａの範囲にあれば、この周期ｔ_ｘは正常なものであると判断され、カウント＋１とする。
そして、より新しい周期ｔ_ｘ＋１がメモリされれば、今度は、この周期ｔ_ｘ＋１がその前にメモリされた周期ｔ_ｘを基準として所定の範囲内にあるか否か判断されることになる。
【００１４】
ただし、ステップ１０２で、メモリされた最新の周期ｔ_ｘがその前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１としきい値ａ（＞１）との積よりも大きければ、あるいは、ステップ１０３で、メモリされた最新の周期ｔ_ｘが、その前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１としきい値ｂ（＜１）との積よりも小さければ、カウントが０に戻されることになる。
つまり、最新の周期ｔ_ｘが、ｔ_ｘ＜ｔ_ｘ−１×ｂあるいはｔ_ｘ−１×ａ≦ｔ_ｘの範囲にあれば、この周期ｔ_ｘは異常であると判断され、カウント数が０に戻される。
【００１５】
図３に示すフローチャートでは、ステップ２０１で、カウント数が所定の数Ｘよりも大きいか否か判断される。
そして、カウント数がＸに達していれば、ステップ２０２で、メモリされているＸ個の周期の平均値Ｔを算出する。平均の周期Ｔは、メモリされているＸ個の周期を足し合わせ、Ｘで割り算すれば算出できる。
このようにして平均周期Ｔを算出したら、ステップ２０３で、この平均周期Ｔを算出部６に出力する。
なお、算出部６では、平均周期Ｔをオルタネータ１の脈動の周期としてみなし、エンジン回転数Ｎを算出する。エンジン回転数Ｎは、次式（１）
Ｎ＝６０／ｋ×ａ×Ｔ・・・（１）
ｋ：オルタネータの極数 （オルタネータの一回転で発生する脈動）
ａ：プーリ比 （エンジンとオルタネータとの回転数比）
Ｔ：平均周期 （ｓｅｃ）
により算出することができる。
【００１６】
ここで、図２、３に示すフローチャートを、より具体的に説明する。
例えば、しきい値ａを１．５とし、また、しきい値ｂを０．５とする。つまり、メモリされた最新の周期ｔ_ｘが、その前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１を基準として±５０％の範囲にあれば、この周期ｔ_ｘが正常なものと判断されることになる。逆にいえば、周期ｔ_ｘが、その前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１を基準として±５０％の範囲外にあれば、電圧電源Ｖの脈動に異常があったと判断される。
また、所定の数Ｘを４とする。つまり、４回続けて、メモリされた周期ｔ_ｘがその前にメモリされた周期ｔ_ｘ−１を基準として±５０％の範囲にあれば、その４回の周期の平均値を算出し、この平均周期Ｔをオルタネータ１の脈動の周期とみなして算出部６に出力する。
【００１７】
いま、ある周期ｔ_０が初めてメモリされたとする。そして、その次にメモリされた周期ｔ_１が、周期ｔ_０を基準として±５０％の範囲にあったならば、カウント＋１となる。
新しく周期ｔ_２がメモリされると、今度はこの周期ｔ_２が、周期ｔ_１を基準として±５０％の範囲にあるか否か比較して判断される。そして、±５０％の範囲にあれば、カウント＋１となるので、カウント数は２となる。
このようにして、４回続けて、つまり、周期ｔ_１〜ｔ_４がそれぞれ周期ｔ_０〜ｔ_３を基準として±５０％の範囲にあれば、カウント数が４になる。したがって、これら周期ｔ_１〜ｔ_４の平均周期Ｔをオルタネータ１の脈動の周期とみなし、算出部６に出力することになる。
【００１８】
そして、より新しい周期ｔ_５がメモリされると、メモリされている最も古い周期ｔ_１が消去される。
そして、この周期ｔ_５が周期ｔ_４を基準として±５０％の範囲にあるか否か比較して判断され、±５０％の範囲にあればカウント＋１とする。したがって、カウント数が５となり、周期ｔ_２〜ｔ_５の平均周期Ｔをオルタネータの脈動の周期とみなして算出部６に出力することになる。
以後、同様にして、最新にメモリされた周期が、その前にメモリされた周期を基準として±５０％の範囲にあるか否か比較され、±５０％の範囲にあれば、その最新の周期を含めて過去４回の平均周期Ｔを、算出部６に出力することになる。
【００１９】
しかし、例えば、メモリされた最新の周期ｔ_６が、その前にメモリされた周期ｔ_５を基準として±５０％の範囲外にあったとする。このとき、この周期ｔ_６は異常なものであると判断され、カウントは０に戻される。
そして、さらに次にメモリされた周期ｔ_７が、その前にメモリされた周期ｔ_６を基準として±５０％の範囲にあるか否か比較され、±５０％の範囲にあれば＋１とする。このようにして、これら第１及び第２プログラムを繰り返していくことになる。
なお、このときは、カウント数が新たに４に達するまでは、周期ｔ_２〜ｔ_５の平均周期Ｔにより算出されたエンジン回転数Ｎが、最新のエンジン回転数Ｎとしてみなされることになる。
【００２０】
次に、この実施の形態における電動式パワーステアリング装置の作用を説明する。
いま、エンジン回転数がほぼ一定であれば、フィルター部１０に入力される周期もほぼ一定に保たれる。したがって、メモリされた最新の周期が、その前にメモリされた周期を基準として±５０％の範囲外にあることはない。
また、そのエンジン回転数からエンジン回転数を急に高くしたり低くしても、電源電圧Ｖの脈動はそれに追随して変動するので、急激に小さくなったり大きくなったりしない。つまり、エンジン回転数を急に高くしたり低くしても、メモリされた最新の周期が、その前にメモリされた周期を基準として±５０％の範囲を一気に越えることはなく、徐々に小さくなったり大きくなったりする。
以上述べた状態では、周期ｔ_０〜ｔ_４までがフィルター部に入力された以後は、フィルター部１０に最新の周期がメモリされるごとに、その周期を含めて過去４回の平均周期Ｔが算出部６に出力される。そして、これら平均周期Ｔに基づいて式（１）によりエンジン回転数Ｎを算出することになる。
【００２１】
ここで、例えば、あるエンジン回転数のときに、レギュレータによりオルタネータ１が発電を停止したとする。このとき、オルタネータ１の脈動がなくなるので、エンジンが回転しているにもかかわらず、電源電圧Ｖの脈動がほとんどなくなる。したがって、このときの電源電圧Ｖの脈動の周期は、その前にメモリされた周期を基準として±５０％の範囲を一気に越えることになる。そして、±５０％の範囲を越えれば、カウント数が０に戻される。
このように、オルタネータ１のオフにより電源電圧の脈動がなくなっても、その間の周期変化を無視できるので、間違ったエンジン回転数を算出してしまうことがない。
そして、再びレギュレータがオルタネータ１の発電を開始すれば、電源電圧Ｖに脈動が発生するので、フィルター部１０は、最初の周期ｔ_０からメモリし始め、同様にしてエンジン回転数Ｎを算出していく。
【００２２】
また、例えば、他の電気負荷８のオン・オフなどにより電圧変動が生じ、電源電圧Ｖの脈動が乱れたとする。そして、このときの電源電圧Ｖの脈動の周期が、その前にメモリされた周期を基準として±５０％の範囲を越えれば、カウント数が０に戻されることになる。
このように、他の電気負荷８の電圧変動により電源電圧Ｖの脈動が一瞬乱れたとしても、その瞬間の周期変化は無視できるので、間違ったエンジン回転数を算出してしまうことがない。
そして、再び電源電圧Ｖの脈動が安定したら、最初の周期ｔ_０からメモリし始め、同様にしてエンジン回転数Ｎを算出していく。
【００２３】
なお、オルタネータ１が発電を停止したり、他の電気負荷で電圧変動が生じたりする間は、これらの直前に算出されたエンジン回転数が、現在のエンジン回転数としてみなされることになる。しかし、これら電源電圧Ｖの脈動の変化は、実際のエンジン回転数の変動の速度に比べれば非常に短い時間でおきるので、直前に算出されたエンジン回転数を保持していてもなんら問題はない。
この実施の形態における電動式パワーステアリング装置によれば、電源電圧の脈動にムラが生じたり、乱れたりすると、これらムラや乱れにより変化した周波数や周期は、算出部６へ信号として出力されない。したがって、間違ったエンジン回転数を算出してしまうことがない。
【００２４】
図４に示す他の実施形態は、制御回路における算出部６と制御部７との間にリミッタ１１を設けた例である。そして、このリミッタ１１により、算出部６で算出されたエンジン回転数Ｎが上限設定値Ｎ_ｍａｘより大きくなったとき、この上限設定値Ｎ_ｍａｘ以上の回転数は無視し、上限設定値Ｎ_ｍａｘをエンジン回転数として制御部７に出力される。
ここで、この実施の形態における電動式パワーステアリング装置では、制御部７が、算出されたエンジン回転数Ｎから車速を推定し、アシスト力を制御しているものとする。そして、この場合は、車両の低速走行時には、車速に応じて大きなアシスト力を付与し、また、高速走行時にはほとんどアシスト力を付与しないのが一般的である。
したがって、上限設定値Ｎ_ｍａｘを高速走行域のエンジン回転数、例えば５０００（ｒｐｍ）程度としておけば、高速走行域で小さなアシスト力に一定に制御することができる。
なお、リミッタ１１は、フィルター部１０と算出部６との間に設けてもよい。この場合、上限設定値は周期ｔ_ｍａｘとして設定されることになるが、この設定周期ｔ_ｍａｘは、上限設定エンジン回転数Ｎ_ｍａｘを決めれば式（１）から求めることができる。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電源電圧の脈動にムラや乱れが生じると、それにより変化した周波数や周期は、算出部へ信号として出力されない。したがって、間違ったエンジン回転数を算出することがない。
第２の発明によれば、第１の発明において、Ｘ回続けて、正常とみなされた周期がメモリされると、それらＸ回の周期の平均値をオルタネータの脈動の周期として算出部へ信号として出力する。
そして、もし、異常な周期が読み込まれると、カウント数をゼロにすることにより、その周期を含んだＸ回の周期の平均処理は行わない。
したがって、間違った周期を算出部へ信号として出力することがなく、より正確なエンジン回転数を算出できる。
第３の発明によれば、第１あるいは第２の発明において、例えば、算出されたエンジン回転数から車速を推定しアシスト力を制御する場合、アシスト力のほとんど要らない高速域において、アシスト力を小さく一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の電動式パワーステアリング装置の回路図である。
【図２】フィルター部１０で逐次実行される第１プログラムを示したフローチャートである。
【図３】フィルター部１０で逐次実行される第２プログラムを示したフローチャートである。
【図４】他の実施形態の電動式パワーステアリング装置の回路図である。
【図５】従来例の電動式パワーステアリング装置の回路図である。
【図６】電源電圧の脈動特性を示した図である。
【符号の説明】
ｍ 電動モータ
Ｃ コントローラー
Ｂ バッテリ
１ オルタネータ
２ 駆動回路
３ 制御回路
５ 読込み部
６ 算出部
７ 制御部
８ 他の電気負荷
１０ フィルター部
１１ リミッタ

Claims (3)

1. アシスト力を付与する電動モータと、電動モータに電圧を印加する駆動回路、及び駆動回路を制御する制御回路からなるコントローラーと、コントローラーに接続したバッテリと、エンジンに連係するオルタネータとを備え、しかも、上記コントローラーの制御回路は、オルタネータの脈動周波数あるいは周期を読み込む読込み部と、読み込まれた周波数あるいは周期からエンジン回転数を算出する算出部とを備えた電動式パワーステアリング装置において、制御回路には、読込み部で読み込まれた周波数あるいは周期を、所定の基準にしたがって、算出部へ出力する信号と出力しない信号とにより分けるフィルター部を設けたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 制御回路のフィルター部は、読込み部で読み込まれた最新の周期を含め過去Ｘ回の周期をメモリできるメモリ機能を有し、しかも、最新にメモリされた周期が、その前にメモリされた周期を基準として所定の範囲内にあるか否かを比較して判断するステップと、所定の範囲内にあるときカウントするステップと、所定の範囲外にあるときカウントをゼロにするステップとからなる第１プログラムを実行し、同時に、カウント数が所定の数Ｘ以上であれば、メモリされたＸ回の周期の平均値を算出するステップと、この平均周期を制御回路の算出部へ出力するステップとからなる第２プログラムを実行することを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 制御回路には、算出されたエンジン回転数が上限設定値よりも大きくなったとき、上限値以上の回転数を無視し、上限設定値を出力するリミッタを設けたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の電動式パワーステアリング装置。

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