JP3837247B2 - 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】
この発明は、モータが発生した駆動力をステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータが発生する駆動力を減速機などを介してステアリング機構に伝達することにより、操舵補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。
この種の電動パワーステアリング装置では、従来からの油圧式パワーステアリング装置に比較して、モータおよび減速機などの多くの機構部品がステアリング機構に関連して設けられている。そのため、メカ系のフリクションロスが大きく、とくに低速走行時の操舵後の操舵トルクをぬき、車両のセルフアライニングトルクによりハンドルが戻る時の戻りが悪いという問題がある。
【０００３】
そこで、従来では、ステアリング機構に回転角センサを取り付け、この回転角センサの出力信号に基づいて、マイクロコンピュータによって舵角を演算し、ハンドルの戻り方向にモータ電流を制御している（たとえば、特開平２−３０３９７３号公報参照）。これにより、良好なハンドル戻りを実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来技術では、回転角センサおよびその出力信号をマイクロコンピュータに入力するためのインタフェース回路の追加が必要である。加えて、舵角の演算を要するから、マイクロコンピュータには、演算能力の高いものを適用する必要がある。したがって、戻し制御のために大幅にコストが嵩むこととなっていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、コストを増大させることなく良好な戻し制御を実現できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生するモータ（４）と、このモータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段（２４）と、このＰＷＭ制御手段により制御されて上記モータを駆動するモータ駆動回路（５）と、上記ＰＷＭ制御手段が上記モータを制御するために設定するＰＷＭデューティに基づいてハンドルの戻し制御を行う戻し制御手段（８，ＧＲ，ＧＬ，２３）とを備え、この戻し制御手段は、基準電圧に基づいてオフセット電圧を発生するオフセット発生回路（８）が接続されたモータ電流検出回路（６）によって上記モータの電流が検出され、このモータ電流検出回路からＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧が出力されることにより、このモータ電流検出電圧を用いてＰＷＭデューティに基づくハンドル戻し制御を行うものであり、上記モータ電流検出回路は、上記モータ駆動回路と接地との間に接続されたモータ電流検出用のシャント抵抗（ＲＳ）と、このシャント抵抗の端子間電圧を検出するシャント抵抗両端電圧検出回路（６１）と、このシャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに右方向トルクを発生させている電流成分を電圧増加方向として出力する右方向電流検出回路（６２Ｒ）と、上記シャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに左方向トルクを発生させている電流成分を電圧減少方向として出力する左方向電流検出回路（６２Ｌ）と、これら右方向電流検出回路および左方向電流検出回路の出力を加算して、上記モータに実質的に流れているモータ電流の平均値を表すモータ電流検出電圧を出力する加算部（６３）とを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００７】
なお、括弧内は、後述の実施形態における対応構成要素等の参照符号を表す。以下、この項において同じである。
典型的な電動パワーステアリング装置では、モータに流れるモータ電流が検出され、このモータ電流を電流指令値と一致させるようにＰＷＭデューティが定められる。
【０００８】
電流指令値を零としておくと、ＰＷＭデューティはこの電流指令値に対応した一定の値をとるはずである。ところが、走行時のハンドルが右または左に切り込まれた状態から中立方向への戻り時には、ステアリング機構からの逆入力によってモータが回転して発電する。そのために、戻り時には、モータ停止時と同じＰＷＭデューティでは、モータ電流が零とはならず、これを打ち消すために、ＰＷＭデューティが上記一定の値からずれた値をとる。
【０００９】
そこで、この発明では、ＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧がモータ電流検出回路から出力され、これにより、ハンドルの戻り方向および速度が間接的に検出される。そして、検出されたＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧に応じて戻し制御が行われ、ハンドル戻りを改善する。
このようにして、この発明によれば、回転角センサなどを用いることなく、良好なハンドル戻りを実現できるので、コスト高となることがない。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、上記右方向電流検出回路および左方向電流検出回路と上記加算部との間にゲート回路（ＧＲ，ＧＬ）が各々設けられており、各ゲート回路には、上記モータ駆動回路を相補的に駆動する駆動パルスが各々入力され、上記右方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに右方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっており、上記左方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに左方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、上記オフセット発生回路は、上記基準電圧から接続され、オン／オフ制御されるゲート（８３）と、このゲートに直列に接続された抵抗（８４）と、この抵抗とともに平滑化回路を形成するコンデンサ（８５）と、上記抵抗およびコンデンサの接続点に入力端子が接続された演算増幅器（ＯＰ６）とを備え、上記オン／オフ制御のデューティ比によって上記コンデンサの充電電流を制御することにより、上記オフセット電圧を可変設定することができるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。ステアリング機構には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１が付設されており、制御部２は、トルクセンサ１の出力信号と、車速を検出する車速センサ３の出力信号とに基づいて、モータ４を制御する。このモータ４が発生する駆動力が、減速機などを含む適当な駆動力伝達機構を介して、操舵補助力としてステアリング機構に伝達され、操舵補助が行われるようになっている。
【００１３】
モータ４には、モータ駆動回路５からの電流が供給されるようになっている。そして、モータ４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路６によって検出され、モータ４の端子間電圧は、モータ端子電圧検出回路７によって検出されて、いずれも、フィードバック制御のために、制御部２に入力されるようになっている。
【００１４】
制御部２は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、このマイクロコンピュータが所定の動作プログラムに従って動作することにより、必要な機能を実現するようになっている。これにより、制御部２は、次に説明する複数の機能ブロックを実質的に有している。
すなわち、制御部２は、トルクセンサ１の出力信号の位相を進め、系を安定化させるための位相補償部２１と、位相補償部２１の出力などに基づいて適切な電流指令値を生成する電流指令値演算部２２と、電流指令値とモータ電流検出回路６によって検出されるモータ電流値との偏差を演算する減算部２３と、この減算部２３の出力に基づいてＰＷＭ駆動パルスを生成するＰＷＭ生成部２４とを備えている。
【００１５】
電流指令値演算部２２は、位相補償部２１が出力するトルク値Ｔに対応した目標電流値Ｉを出力するトルク−モータ電流特性テーブル３１と、位相補償部２１の出力トルク値Ｔの時間微分値ΔＴに基づいて電流補正値ΔＩを出力する微分制御テーブル３２と、モータ電流検出回路６およびモータ端子電圧検出回路７の各出力に基づいてモータ４の回転速度Ｎを検出するモータ回転検出部３３と、このモータ回転検出部３３が出力する回転速度Ｎに基づいて電流補正値Δｉを出力するダンピング制御テーブル３４とを含む。トルク−モータ電流特性テーブル３１は、車速域ごとに異なるトルク−モータ電流特性を設定した複数のテーブルを有しており、車速センサ３の出力信号が与えられているゲイン決定部３５によって、いずれか１つのテーブルが選択されるようになっている。
【００１６】
トルク−モータ電流特性テーブル３１は、右方向操舵に対する補助力を発生する方向のトルク（以下「右方向トルク」という。）をモータ４から発生させる場合に正の値の目標電流Ｉを出力し、左方向操舵に対する補助力を発生する方向のトルク（以下「左方向トルク」という。）をモータ４から発生させる場合に負の値の目標電流Ｉを出力する。また、位相補償部２１から入力されるトルク値Ｔは、ハンドルに右方向操舵トルクが作用しているときに正の値をとり、ハンドルに左方向操舵トルクが作用しているときに負の値をとる。そして、目標電流値Ｉは、一定の範囲内において、トルク値Ｔに対して目標電流値Ｉが単調に増加するように定められている。
【００１７】
微分制御テーブル３２は、モータ４およびこれに関連した機構部品の慣性に起因する応答遅れを改善するためのものである。すなわち、急操舵が行われることによりトルク値Ｔの時間微分値ΔＴの絶対値が大きな値をとるときには、それに応じて絶対値の大きな電流補正値ΔＩが生成される。この電流補正値ΔＩは、加算部３６において、トルク−モータ電流特性テーブル３１が出力する目標電流値Ｉに加算され、これにより、応答性改善のための補正が施された目標電流値Ｉ＋ΔＩが得られる。
【００１８】
ダンピング制御テーブル３４は、モータ４の慣性モーメントの影響を電流指令値に加味するためのものである。すなわち、モータ４が回転状態にあるとき、その回転方向と同方向のトルクをモータ４から発生させるには、モータ４が停止状態のときに比較して絶対値の小さな電流指令値が適切である。一方、モータ４が回転状態にあるときに、その回転方向と逆方向のトルクをモータ４から発生させるためには、モータ４を速やかに停止状態に導かなければならないから、モータ４が停止状態のときよりも絶対値の大きな電流指令値が適値となる。
【００１９】
そこで、ダンピング制御テーブル３４は、一定範囲内で、モータ４の回転速度Ｎに比例した電流補正値Δｉを生成する。ただし、モータ回転検出部３３が出力する回転速度Ｎは、モータ４の右方向回転に対しては正の値をとり、モータ４の左方向回転に対しては負の値をとる。
また、ダンピング制御テーブル３４は、車速域ごとに異なるテーブルを有しており、いずれかのテーブルが、車速センサ３によって検出された車速に基づいて、ゲイン決定部３５により選択されるようになっている。
【００２０】
ダンピング制御テーブル３４が出力する電流補正値Δｉは、減算部３７によって、目標電流値Ｉ＋ΔＩから減算される。これにより、モータ４の慣性モーメントを考慮して補正した目標電流値Ｉ＋ΔＩ−Δｉが得られ、これが電流指令値とされる。
モータ電流検出回路６には、オフセット発生回路８からオフセット電圧が供給されている。これにより、モータ電流検出回路６は、ＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出値を出力する。
【００２１】
図２は、モータ駆動回路５およびモータ電流検出回路６に関連する構成を示す電気回路図である。モータ駆動回路５は、車両に搭載されたバッテリ（電圧＋Ｂ）に、パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ２の直列回路と、パワートランジスタＴＲ３，ＴＲ４の直列回路とを並列に接続したブリッジ回路からなる。パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点と、パワートランジスタＴＲ３，ＴＲ４の接続点とに、モータ４の両端子が接続されている。ＰＷＭ生成部２４が発生するＰＷＭ駆動パルスは、バッファ５１を介して、一対のパワートランジスタＴＲ１，ＴＲ４のゲートに入力されている。また、ＰＷＭ駆動パルスは、反転部５２に入力されて反転ＰＷＭ駆動パルスに変換され、この反転ＰＷＭ駆動パルスは、他の一対のパワートランジスタＴＲ２，ＴＲ３のゲートに入力されるようになっている。これにより、パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ４の対と、パワートランジスタＴＲ２，ＴＲ３の対とは、交互に導通／遮断することになり、これに応じて、モータ４に印加される電圧の方向は交互に切り替わるようになっている。
【００２２】
ＰＷＭ生成部２４は、モータ４に流れるモータ電流を零にすべきときには、ＰＷＭデューティが５０パーセントのＰＷＭ駆動パルスを生成する。そして、モータ４に右方向トルクを発生させるべきときには、ＰＷＭデューティを５０パーセントよりも大きく設定し、モータ４に左方向トルクを発生させるべきときには、ＰＷＭデューティを５０パーセントよりも小さく設定する。
【００２３】
図２に示されているように、モータ電流検出回路６は、モータ駆動回路５と接地との間に接続されたモータ電流検出用のシャント抵抗ＲＳを備えている。このシャント抵抗ＲＳの端子間電圧を検出することにより、シャント抵抗ＲＳを流れる電流値を知ることができる。
モータ電流検出回路６は、さらに、シャント抵抗ＲＳの端子間電圧を検出するシャント抵抗両端電圧検出回路６１と、このシャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力などに基づいて、モータ４に右方向トルクを発生させている電流成分（トランジスタＴＲ１，ＴＲ４の導通によってモータ４に流れる電流）を電圧増加方向として出力する右方向電流検出回路６２Ｒと、モータ４に左方向トルクを発生させている電流成分（トランジスタＴＲ２，ＴＲ３の導通によってモータ４に流れる電流）を電圧減少方向として出力する左方向電流検出回路６２Ｌと、これら右方向電流検出回路６２Ｒおよび左方向電流検出回路６２Ｌの出力を加算して、モータ４に実質的に流れているモータ電流の平均値を表すモータ電流検出電圧ＶＳを出力する加算部６３とを備えている。
【００２４】
加算部６３が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、図３に示すように、モータ４に流れる電流の平均値が、右方向トルクを発生する方向のときに基準電圧Ｖｒより増加し、左方向トルクを発生する方向のときに基準電圧Ｖｒより減少する、モータ電流平均値に比例した値となる。
制御部２は、下記第(1) 式に従ってモータ電流検出値ＩＳを求め、減算部２３に入力する。このモータ電流検出値ＩＳは、モータ４の発生トルクの方向に対応した符号付きの値となる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
シャント抵抗両端電圧検出回路６１は、演算増幅器ＯＰ１を備えており、この演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、シャント抵抗ＲＳのモータ駆動回路５側の端子の電圧が抵抗Ｒ１を介して入力されている。また、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子には、シャント抵抗ＲＳの接地側の端子の電圧が抵抗Ｒ２を介して入力されているとともに、抵抗Ｒ４を介して基準電圧Ｖｒが与えられている。そして、演算増幅器ＯＰ１の出力端子とその反転入力端子との間には、抵抗Ｒ３が接続されており、これにより、シャント抵抗ＲＳを流れる電流ｉに応じてリニアに変動する出力信号を出力する差動増幅回路が形成されている。
【００２７】
右方向電流検出回路６２Ｒは、演算増幅器ＯＰ２を備え、その非反転入力端子には、シャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力信号が入力されており、その反転入力端子には出力端子からの信号が帰還されていて、正相増幅回路が形成されている。そして、演算増幅器ＯＰ２の出力信号は、ゲート回路ＧＲを介して、加算部６３に入力されている。
【００２８】
左方向電流検出回路６２Ｌは、演算増幅器ＯＰ３を備え、その反転入力端子に、シャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力信号が抵抗Ｒ６を介して入力されており、その非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒが与えられている。そして、演算増幅器ＯＰ３の出力信号は、抵抗Ｒ５を介して、反転入力端子に帰還されている。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、たとえば、等しい抵抗値を有しており、これにより、反転増幅回路が形成されている。演算増幅器ＯＰ３の出力信号は、ゲート回路ＧＬを介して、加算部６３に入力されている。
【００２９】
ゲート回路ＧＲには、右方向電流を流すための駆動パルスを出力するバッファ５１からの駆動パルスが入力されている。また、ゲート回路ＧＬには、左方向電流を流すための駆動パルスを出力する反転部５２の出力信号が入力されている。これにより、ゲート回路ＧＲは、モータ４に右方向電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成され、ゲート回路ＧＬは、モータ４に左方向電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成される。バッファ５１が出力するＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティと、反転部５２が出力する反転ＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティとは、いわば相補的な関係にあり、両者の加算結果は１００パーセントとなる。
【００３０】
加算部６３は、右方向電流検出回路６２Ｒおよび左方向電流検出回路６２Ｌの出力信号が与えられる抵抗Ｒ７と、この抵抗Ｒ７を介する電流により充電されるコンデンサＣ１とを有する平滑化回路を含む。この平滑化回路の出力信号は、正相増幅器を形成している演算増幅器ＯＰ４を介して、モータ電流検出電圧ＶＳとして出力される。
【００３１】
加算部６３では、右方向電流検出回路６２Ｒの出力信号と左方向電流検出回路６２Ｌの出力信号とが加算され、その出力は、モータ４に実質的に流れている電流値を表すことになる。
すなわち、図４(a) に示すように、モータ４に交互に電圧が印加されて図４(b) に示すモータ電流が流れているとき、シャント抵抗ＲＳの端子間電圧は、図４(c) のようにシャント抵抗ＲＳに流れる電流値を表すが、ゲート回路ＧＲ，ＧＬの出力の合成結果は図４(d) のようにモータ電流の変化を忠実に表す。そして、これを、平滑化することにより、図４(e) のようにモータ電流の平均値を表す電圧値が得られる。
【００３２】
図２に最も良く表されているように、シャント抵抗両端電圧検出回路６１には、オフセット発生回路８が接続されている。このオフセット発生回路８は、たとえば、基準電圧Ｖｒが与えられた半固定可変抵抗器６６と、正相増幅器を形成している演算増幅器ＯＰ５とからなり、半固定可変抵抗器６６によって基準電圧Ｖｒを分圧して発生される電圧αＶｒ（０＜α＜１）が、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に抵抗Ｒofを介して与えられている。
【００３３】
抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、たとえば、全て等しく設定される。この場合、オフセット発生回路８がなければ、演算増幅器ＯＰ３の出力電圧は、Ｖｒ＋ＲＳ×ＩM （ただし、ＲＳはシャント抵抗ＲＳの抵抗値、ＩM はモータ電流の平均値。）と表される。
これに対して、たとえば、抵抗Ｒofの抵抗値を抵抗Ｒ１〜Ｒ４と等しく設定した場合、オフセット発生回路８の発生電圧αＶｒを下記第(2) 式のとおりに設定すると、演算増幅器ＯＰ１の出力電圧は、Ｖｒ−ＲＳ×ＩM ＋Ｘとなり、Ｘ（ボルト）のオフセットが与えられる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
この場合、右方向電流検出回路６２Ｒの演算増幅器ＯＰ２の出力電圧のオフセットは＋Ｘとなり、左方向電流検出回路６２Ｌの演算増幅器ＯＰ３の出力電圧のオフセットは−Ｘとなる。
したがって、モータ電流が０アンペアのときのＰＷＭ生成部２４におけるＰＷＭデューティが５０パーセントであれば、加算部６３が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、次のとおりとなる。
【００３６】
もしも、モータ電流が０アンペアのときのＰＷＭ生成部２４におけるＰＷＭデューティが７０パーセントであれば、モータ電流検出電圧ＶＳは、次のとおりとなる。
【００３７】
また、モータ電流が０アンペアのときのＰＷＭ生成部２４におけるＰＷＭデューティが２０パーセントであれば、モータ電流検出電圧ＶＳは、次のとおりとなる。
【００３８】
このようにして、ＰＷＭデューティの変化によりモータ電流検出電圧ＶＳのオフセットが変化する。
次に、操舵トルクが０Ｎ・ｍの近傍、すなわち、電流指令値演算部２２が生成する電流指令値が零である場合の動作について考察する。
【００３９】
モータ４の回転停止に対応するＰＷＭデューティは、図５(a) に示すように、５０パーセントである。このとき、モータ４に実質的に流れる電流は０アンペアとなり、モータ電流検出回路６が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、Ｖｒとなって、オフセットＸの寄与はない。よって、モータ電流検出値ＩＳは、０アンペアとなる。
【００４０】
たとえば、走行時ハンドルが右方向に切られている状態から操舵トルクをぬき、セルフアライニングトルクにより中立方向へ戻ろうとしているとき、電流指令値演算部２２は、電流指令値を０アンペアとする。しかし、モータ４は左方向へ回されるため、モータ４が発電電圧を発生し、デューティが５０パーセントでは、右アシスト方向電流が増加（左アシスト方向電流が減少）する。電流指示値とモータ電流を一致させようとするフィードバック制御の作用により、この電流を打ち消すため右アシスト電流を減少（左アシスト電流を増加）させる方向、すなわちＰＷＭデューティ減少方向にデューティが変化する。この場合のＰＷＭデューティの値は、モータ４の発電電圧、すなわち、回転速度に依存することになるから、結局、戻し操舵の方向および速さに対応したＰＷＭデューティが設定されることになる。
【００４１】
たとえば、ＰＷＭデューティが３０パーセントの場合におけるオフセットＸのモータ電流検出電圧ＶＳに対する寄与は、次式で表される。
0.3 ×X ＋0.7 ×(-X)＝−０．４Ｘ ・・・・・・(6)
すなわち、モータ電流検出値ＩＳは、ＰＷＭデューティに対応して、−０．４Ｘ（ボルト）の分だけオフセットされることになる。そこで、オフセット値Ｘが負の適当な値となるように、オフセット発生回路８の半固定可変抵抗器６６を調整しておけば、モータ電流検出値ＩＳを右方向側（正の側）にオフセットすることができる。これにより、モータ電流検出値ＩＳに基づくフィードバック制御によって、ＰＷＭデューティは、左方向トルクを発生させるための小さな値に設定されるから、モータ４は、左方向トルクを発生し、戻りが補助される。
【００４２】
具体例として、オフセットＸが−４０ｍＶに設定されており、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が零とされている場合を想定する。そして、右方向にハンドルが切られている状態からハンドルが戻ろうとして、ＰＷＭデューティが３０パーセントになったものと仮定する。また、モータ電流検出回路６のゲインｇが、モータ電流５０アンペア当たり１ボルトであると仮定する。
【００４３】
この場合に、モータ電流検出値ＩＳに対するオフセットＸの寄与は、次式で与えられる。
すなわち、モータ電流検出値ＩＳは、モータ４が回転していない場合に比較して、０．４Ａ分だけ多くオフセットされる。すなわち、右回転方向にオフセットされる。
【００４４】
これに応じて、ＰＷＭデューティは、モータ電流を−０．４Ａだけオフセットするように設定されるから、モータ４は、左方向トルクを発生し、これより、戻りが助勢される。
左側にハンドルが切られた状態から中立方向に戻ろうとしているときには、上述の場合とは逆に、モータ４の発電電圧の影響でＰＷＭデューティが増加する。すなわち、図５(c) に示すように、ＰＷＭデューティは５０パーセントよりも大きな値をとる。このＰＷＭデューティに応じたオフセットＸの寄与により、モータ電流検出値ＩＳが少なくオフセットされることになる。すなわち、左方向側（負の側）にオフセットされる。これに応じて、ＰＷＭデューティは、モータ電流の右方向にオフセットされるから、モータ４は、右方向トルクを発生する。こうして、戻りが助勢される。
【００４５】
以上のようにこの実施形態によれば、ハンドル戻り時におけるモータ４の発電電圧に起因してＰＷＭデューティが変動すると、それに応じてモータ電流値ＩＳがオフセットされるようになっている。そして、このモータ電流値ＩＳのオフセットにより、戻り時に戻りが助勢されるようになっている。これにより、回転角センサやそのためのインタフェース回路などの高価な構成を要することなく、良好な戻りが実現される。しかも、制御部２を構成すべき、マイクロコンピュータは、回転角演算処理を行う必要がないので、さほど高性能のものである必要がない。これによっても、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
図６は、オフセット発生回路８に代えて用いることができるオフセット発生回路８０の構成を示す電気回路図である。このオフセット発生回路８０は、基準電圧Ｖｒを分圧する抵抗８１，８２と、この抵抗８１，８２の分圧点に接続されたゲート８３と、このゲート８３に直列に接続された抵抗８４と、この抵抗８４とともに平滑化回路を形成するコンデンサ８５とを備えている。抵抗８４およびコンデンサ８５の接続点は、演算増幅器ＯＰ６の非反転入力端子に接続され、演算増幅器ＯＰ６の出力は、抵抗Ｒof（図２参照）に接続される。
【００４７】
ゲート８３は、制御部２からの制御信号によって高速にオン／オフされる。このオン／オフのデューティ比によって、コンデンサ８５の充電電流を制御できるから、オフセット発生回路８０が発生するオフセット電圧を可変設定することができる。
また、ゲート８３をオフ状態に制御すれば、オフセット発生回路８０を、モータ電流検出回路６から切り離すことができる。
【００４８】
この構成のオフセット発生回路８０を採用することにより、たとえば、車種ごとに異なるオフセットＸを容易に設定することができる。また、車速センサ３（図１参照）の出力信号に応じて制御部２からの制御信号のデューティ比を可変設定すれば、車速に応じてオフセットＸを可変設定できる。これにより、高速走行時ほど戻り時の助勢力を小さくするなど、より適切な戻し制御を実現できる。
【００４９】
図７は、参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。この図７において上述の図１に示された各部と同等の機能を有する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この参考例では、オフセット発生回路は設けられておらず、ＰＷＭ生成部２４が発生するＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティを検出するＰＷＭデューティ検出部７１と、このＰＷＭデューティ検出部７１によって検出されたＰＷＭデューティに応じて、電流指令値を補正するための補正値Ｃを生成する戻し制御部７２と、この戻し制御部７２が生成する補正値Ｃを電流指令値から減算するための減算回路７３とが備えられている。
【００５０】
戻し制御部７２は、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が０アンペアのときに、ＰＷＭデューティ検出部７１によって検出されたＰＷＭデューティが５０パーセントよりも小さいときには、ハンドルが右方向に切られている状態から中立方向への戻り時と判断し、ＰＷＭデューティに応じた正の補正値Ｃを設定する。これにより、電流指令値が減少補正されるから、モータ４には左方向トルクを発生する電流が与えられる。
【００５１】
一方、戻し制御部７２は、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が０アンペアのときに、ＰＷＭデューティが５０パーセントよりも大きいときには、ハンドルが左方向に切られている状態から中立方向への戻り時と判断し、ＰＷＭデューティに応じた負の補正値Ｃを設定する。これにより、電流指令値が増加補正されるから、モータ４には、右方向トルクを発生する電流が与えられる。
【００５２】
このようにして、この参考例においても、ＰＷＭデューティの値に応じて、ハンドル戻り方向が検出され、それに応じた助勢が行われるので、ハンドル戻りを改善することができる。そして、回転角センサやこれに関連したインタフェース回路が不要であるので、コストの削減を図ることができる。
【００５３】
なお、上述の参考例において、補正値Ｃを、ＰＷＭデューティだけでなく、車速センサ３によって検出される車速をも加味して定めるようにしてもよい。これにより、車速に応じた最適なハンドル戻し制御を行える。
【００５４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】モータ駆動回路およびモータ電流検出回路に関連する構成を示す電気回路図である。
【図３】モータ電流検出電圧とモータ電流検出値との関係を示す特性図である。
【図４】モータ電流検出回路等の各部の信号波形を示す波形図である。
【図５】電流指令値が０アンペアのときのＰＷＭ駆動パルスを例示した波形図である。
【図６】オフセットの可変設定が可能なオフセット発生回路の構成例を示す電気回路図である。
【図７】 参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 制御部
３ 車速センサ
４ モータ
５ モータ駆動回路
６ モータ電流検出回路
８ オフセット発生回路
２２ 電流指令値演算部
２３ 減算部
２４ ＰＷＭ生成部
８０ オフセット発生回路
７１ ＰＷＭデューティ検出部
７２ 戻し制御部
７３ 減算回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータが発生した駆動力をステアリング機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータが発生する駆動力を減速機などを介してステアリング機構に伝達することにより、操舵補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。
この種の電動パワーステアリング装置では、従来からの油圧式パワーステアリング装置に比較して、モータおよび減速機などの多くの機構部品がステアリング機構に関連して設けられている。そのため、メカ系のフリクションロスが大きく、とくに低速走行時の操舵後の操舵トルクをぬき、車両のセルフアライニングトルクによりハンドルが戻る時の戻りが悪いという問題がある。
【０００３】
そこで、従来では、ステアリング機構に回転角センサを取り付け、この回転角センサの出力信号に基づいて、マイクロコンピュータによって舵角を演算し、ハンドルの戻り方向にモータ電流を制御している（たとえば、特開平２−３０３９７３号公報参照）。これにより、良好なハンドル戻りを実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来技術では、回転角センサおよびその出力信号をマイクロコンピュータに入力するためのインタフェース回路の追加が必要である。加えて、舵角の演算を要するから、マイクロコンピュータには、演算能力の高いものを適用する必要がある。したがって、戻し制御のために大幅にコストが嵩むこととなっていた。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、コストを増大させることなく良好な戻し制御を実現できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生するモータ（４）と、このモータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段（２４）と、このＰＷＭ制御手段により制御されて上記モータを駆動するモータ駆動回路（５）と、上記ＰＷＭ制御手段が上記モータを制御するために設定するＰＷＭデューティに基づいてハンドルの戻し制御を行う戻し制御手段（８，ＧＲ，ＧＬ，２３）とを備え、この戻し制御手段は、基準電圧に基づいてオフセット電圧を発生するオフセット発生回路（８）が接続されたモータ電流検出回路（６）によって上記モータの電流が検出され、このモータ電流検出回路からＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧が出力されることにより、このモータ電流検出電圧を用いてＰＷＭデューティに基づくハンドル戻し制御を行うものであり、上記モータ電流検出回路は、上記モータ駆動回路と接地との間に接続されたモータ電流検出用のシャント抵抗（ＲＳ）と、このシャント抵抗の端子間電圧を検出するシャント抵抗両端電圧検出回路（６１）と、このシャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに右方向トルクを発生させている電流成分を電圧増加方向として出力する右方向電流検出回路（６２Ｒ）と、上記シャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに左方向トルクを発生させている電流成分を電圧減少方向として出力する左方向電流検出回路（６２Ｌ）と、これら右方向電流検出回路および左方向電流検出回路の出力を加算して、上記モータに実質的に流れているモータ電流の平均値を表すモータ電流検出電圧を出力する加算部（６３）とを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００７】
なお、括弧内は、後述の実施形態における対応構成要素等の参照符号を表す。以下、この項において同じである。
典型的な電動パワーステアリング装置では、モータに流れるモータ電流が検出され、このモータ電流を電流指令値と一致させるようにＰＷＭデューティが定められる。
【０００８】
電流指令値を零としておくと、ＰＷＭデューティはこの電流指令値に対応した一定の値をとるはずである。ところが、走行時のハンドルが右または左に切り込まれた状態から中立方向への戻り時には、ステアリング機構からの逆入力によってモータが回転して発電する。そのために、戻り時には、モータ停止時と同じＰＷＭデューティでは、モータ電流が零とはならず、これを打ち消すために、ＰＷＭデューティが上記一定の値からずれた値をとる。
【０００９】
そこで、この発明では、ＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧がモータ電流検出回路から出力され、これにより、ハンドルの戻り方向および速度が間接的に検出される。そして、検出されたＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧に応じて戻し制御が行われ、ハンドル戻りを改善する。
このようにして、この発明によれば、回転角センサなどを用いることなく、良好なハンドル戻りを実現できるので、コスト高となることがない。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、上記右方向電流検出回路および左方向電流検出回路と上記加算部との間にゲート回路（ＧＲ，ＧＬ）が各々設けられており、各ゲート回路には、上記モータ駆動回路を相補的に駆動する駆動パルスが各々入力され、上記右方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに右方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっており、上記左方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに左方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、上記オフセット発生回路は、上記基準電圧から接続され、オン／オフ制御されるゲート（８３）と、このゲートに直列に接続された抵抗（８４）と、この抵抗とともに平滑化回路を形成するコンデンサ（８５）と、上記抵抗およびコンデンサの接続点に入力端子が接続された演算増幅器（ＯＰ６）とを備え、上記オン／オフ制御のデューティ比によって上記コンデンサの充電電流を制御することにより、上記オフセット電圧を可変設定することができるものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。ステアリング機構には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１が付設されており、制御部２は、トルクセンサ１の出力信号と、車速を検出する車速センサ３の出力信号とに基づいて、モータ４を制御する。このモータ４が発生する駆動力が、減速機などを含む適当な駆動力伝達機構を介して、操舵補助力としてステアリング機構に伝達され、操舵補助が行われるようになっている。
【００１３】
モータ４には、モータ駆動回路５からの電流が供給されるようになっている。そして、モータ４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路６によって検出され、モータ４の端子間電圧は、モータ端子電圧検出回路７によって検出されて、いずれも、フィードバック制御のために、制御部２に入力されるようになっている。
【００１４】
制御部２は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、このマイクロコンピュータが所定の動作プログラムに従って動作することにより、必要な機能を実現するようになっている。これにより、制御部２は、次に説明する複数の機能ブロックを実質的に有している。
すなわち、制御部２は、トルクセンサ１の出力信号の位相を進め、系を安定化させるための位相補償部２１と、位相補償部２１の出力などに基づいて適切な電流指令値を生成する電流指令値演算部２２と、電流指令値とモータ電流検出回路６によって検出されるモータ電流値との偏差を演算する減算部２３と、この減算部２３の出力に基づいてＰＷＭ駆動パルスを生成するＰＷＭ生成部２４とを備えている。
【００１５】
電流指令値演算部２２は、位相補償部２１が出力するトルク値Ｔに対応した目標電流値Ｉを出力するトルク−モータ電流特性テーブル３１と、位相補償部２１の出力トルク値Ｔの時間微分値ΔＴに基づいて電流補正値ΔＩを出力する微分制御テーブル３２と、モータ電流検出回路６およびモータ端子電圧検出回路７の各出力に基づいてモータ４の回転速度Ｎを検出するモータ回転検出部３３と、このモータ回転検出部３３が出力する回転速度Ｎに基づいて電流補正値Δｉを出力するダンピング制御テーブル３４とを含む。トルク−モータ電流特性テーブル３１は、車速域ごとに異なるトルク−モータ電流特性を設定した複数のテーブルを有しており、車速センサ３の出力信号が与えられているゲイン決定部３５によって、いずれか１つのテーブルが選択されるようになっている。
【００１６】
トルク−モータ電流特性テーブル３１は、右方向操舵に対する補助力を発生する方向のトルク（以下「右方向トルク」という。）をモータ４から発生させる場合に正の値の目標電流Ｉを出力し、左方向操舵に対する補助力を発生する方向のトルク（以下「左方向トルク」という。）をモータ４から発生させる場合に負の値の目標電流Ｉを出力する。また、位相補償部２１から入力されるトルク値Ｔは、ハンドルに右方向操舵トルクが作用しているときに正の値をとり、ハンドルに左方向操舵トルクが作用しているときに負の値をとる。そして、目標電流値Ｉは、一定の範囲内において、トルク値Ｔに対して目標電流値Ｉが単調に増加するように定められている。
【００１７】
微分制御テーブル３２は、モータ４およびこれに関連した機構部品の慣性に起因する応答遅れを改善するためのものである。すなわち、急操舵が行われることによりトルク値Ｔの時間微分値ΔＴの絶対値が大きな値をとるときには、それに応じて絶対値の大きな電流補正値ΔＩが生成される。この電流補正値ΔＩは、加算部３６において、トルク−モータ電流特性テーブル３１が出力する目標電流値Ｉに加算され、これにより、応答性改善のための補正が施された目標電流値Ｉ＋ΔＩが得られる。
【００１８】
ダンピング制御テーブル３４は、モータ４の慣性モーメントの影響を電流指令値に加味するためのものである。すなわち、モータ４が回転状態にあるとき、その回転方向と同方向のトルクをモータ４から発生させるには、モータ４が停止状態のときに比較して絶対値の小さな電流指令値が適切である。一方、モータ４が回転状態にあるときに、その回転方向と逆方向のトルクをモータ４から発生させるためには、モータ４を速やかに停止状態に導かなければならないから、モータ４が停止状態のときよりも絶対値の大きな電流指令値が適値となる。
【００１９】
そこで、ダンピング制御テーブル３４は、一定範囲内で、モータ４の回転速度Ｎに比例した電流補正値Δｉを生成する。ただし、モータ回転検出部３３が出力する回転速度Ｎは、モータ４の右方向回転に対しては正の値をとり、モータ４の左方向回転に対しては負の値をとる。
また、ダンピング制御テーブル３４は、車速域ごとに異なるテーブルを有しており、いずれかのテーブルが、車速センサ３によって検出された車速に基づいて、ゲイン決定部３５により選択されるようになっている。
【００２０】
ダンピング制御テーブル３４が出力する電流補正値Δｉは、減算部３７によって、目標電流値Ｉ＋ΔＩから減算される。これにより、モータ４の慣性モーメントを考慮して補正した目標電流値Ｉ＋ΔＩ−Δｉが得られ、これが電流指令値とされる。
モータ電流検出回路６には、オフセット発生回路８からオフセット電圧が供給されている。これにより、モータ電流検出回路６は、ＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出値を出力する。
【００２１】
図２は、モータ駆動回路５およびモータ電流検出回路６に関連する構成を示す電気回路図である。モータ駆動回路５は、車両に搭載されたバッテリ（電圧＋Ｂ）に、パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ２の直列回路と、パワートランジスタＴＲ３，ＴＲ４の直列回路とを並列に接続したブリッジ回路からなる。パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点と、パワートランジスタＴＲ３，ＴＲ４の接続点とに、モータ４の両端子が接続されている。ＰＷＭ生成部２４が発生するＰＷＭ駆動パルスは、バッファ５１を介して、一対のパワートランジスタＴＲ１，ＴＲ４のゲートに入力されている。また、ＰＷＭ駆動パルスは、反転部５２に入力されて反転ＰＷＭ駆動パルスに変換され、この反転ＰＷＭ駆動パルスは、他の一対のパワートランジスタＴＲ２，ＴＲ３のゲートに入力されるようになっている。これにより、パワートランジスタＴＲ１，ＴＲ４の対と、パワートランジスタＴＲ２，ＴＲ３の対とは、交互に導通／遮断することになり、これに応じて、モータ４に印加される電圧の方向は交互に切り替わるようになっている。
【００２２】
ＰＷＭ生成部２４は、モータ４に流れるモータ電流を零にすべきときには、ＰＷＭデューティが５０パーセントのＰＷＭ駆動パルスを生成する。そして、モータ４に右方向トルクを発生させるべきときには、ＰＷＭデューティを５０パーセントよりも大きく設定し、モータ４に左方向トルクを発生させるべきときには、ＰＷＭデューティを５０パーセントよりも小さく設定する。
【００２３】
図２に示されているように、モータ電流検出回路６は、モータ駆動回路５と接地との間に接続されたモータ電流検出用のシャント抵抗ＲＳを備えている。このシャント抵抗ＲＳの端子間電圧を検出することにより、シャント抵抗ＲＳを流れる電流値を知ることができる。
モータ電流検出回路６は、さらに、シャント抵抗ＲＳの端子間電圧を検出するシャント抵抗両端電圧検出回路６１と、このシャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力などに基づいて、モータ４に右方向トルクを発生させている電流成分（トランジスタＴＲ１，ＴＲ４の導通によってモータ４に流れる電流）を電圧増加方向として出力する右方向電流検出回路６２Ｒと、モータ４に左方向トルクを発生させている電流成分（トランジスタＴＲ２，ＴＲ３の導通によってモータ４に流れる電流）を電圧減少方向として出力する左方向電流検出回路６２Ｌと、これら右方向電流検出回路６２Ｒおよび左方向電流検出回路６２Ｌの出力を加算して、モータ４に実質的に流れているモータ電流の平均値を表すモータ電流検出電圧ＶＳを出力する加算部６３とを備えている。
【００２４】
加算部６３が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、図３に示すように、モータ４に流れる電流の平均値が、右方向トルクを発生する方向のときに基準電圧Ｖｒより増加し、左方向トルクを発生する方向のときに基準電圧Ｖｒより減少する、モータ電流平均値に比例した値となる。
制御部２は、下記第(1) 式に従ってモータ電流検出値ＩＳを求め、減算部２３に入力する。このモータ電流検出値ＩＳは、モータ４の発生トルクの方向に対応した符号付きの値となる。
【００２５】
【数１】
シャント抵抗両端電圧検出回路６１は、演算増幅器ＯＰ１を備えており、この演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、シャント抵抗ＲＳのモータ駆動回路５側の端子の電圧が抵抗Ｒ１を介して入力されている。また、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子には、シャント抵抗ＲＳの接地側の端子の電圧が抵抗Ｒ２を介して入力されているとともに、抵抗Ｒ４を介して基準電圧Ｖｒが与えられている。そして、演算増幅器ＯＰ１の出力端子とその反転入力端子との間には、抵抗Ｒ３が接続されており、これにより、シャント抵抗ＲＳを流れる電流ｉに応じてリニアに変動する出力信号を出力する差動増幅回路が形成されている。
【００２７】
右方向電流検出回路６２Ｒは、演算増幅器ＯＰ２を備え、その非反転入力端子には、シャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力信号が入力されており、その反転入力端子には出力端子からの信号が帰還されていて、正相増幅回路が形成されている。そして、演算増幅器ＯＰ２の出力信号は、ゲート回路ＧＲを介して、加算部６３に入力されている。
【００２８】
左方向電流検出回路６２Ｌは、演算増幅器ＯＰ３を備え、その反転入力端子に、シャント抵抗両端電圧検出回路６１の出力信号が抵抗Ｒ６を介して入力されており、その非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒが与えられている。そして、演算増幅器ＯＰ３の出力信号は、抵抗Ｒ５を介して、反転入力端子に帰還されている。抵抗Ｒ５，Ｒ６は、たとえば、等しい抵抗値を有しており、これにより、反転増幅回路が形成されている。演算増幅器ＯＰ３の出力信号は、ゲート回路ＧＬを介して、加算部６３に入力されている。
【００２９】
ゲート回路ＧＲには、右方向電流を流すための駆動パルスを出力するバッファ５１からの駆動パルスが入力されている。また、ゲート回路ＧＬには、左方向電流を流すための駆動パルスを出力する反転部５２の出力信号が入力されている。これにより、ゲート回路ＧＲは、モータ４に右方向電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成され、ゲート回路ＧＬは、モータ４に左方向電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成される。バッファ５１が出力するＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティと、反転部５２が出力する反転ＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティとは、いわば相補的な関係にあり、両者の加算結果は１００パーセントとなる。
【００３０】
加算部６３は、右方向電流検出回路６２Ｒおよび左方向電流検出回路６２Ｌの出力信号が与えられる抵抗Ｒ７と、この抵抗Ｒ７を介する電流により充電されるコンデンサＣ１とを有する平滑化回路を含む。この平滑化回路の出力信号は、正相増幅器を形成している演算増幅器ＯＰ４を介して、モータ電流検出電圧ＶＳとして出力される。
【００３１】
加算部６３では、右方向電流検出回路６２Ｒの出力信号と左方向電流検出回路６２Ｌの出力信号とが加算され、その出力は、モータ４に実質的に流れている電流値を表すことになる。
すなわち、図４(a) に示すように、モータ４に交互に電圧が印加されて図４(b) に示すモータ電流が流れているとき、シャント抵抗ＲＳの端子間電圧は、図４(c) のようにシャント抵抗ＲＳに流れる電流値を表すが、ゲート回路ＧＲ，ＧＬの出力の合成結果は図４(d) のようにモータ電流の変化を忠実に表す。そして、これを、平滑化することにより、図４(e) のようにモータ電流の平均値を表す電圧値が得られる。
【００３２】
図２に最も良く表されているように、シャント抵抗両端電圧検出回路６１には、オフセット発生回路８が接続されている。このオフセット発生回路８は、たとえば、基準電圧Ｖｒが与えられた半固定可変抵抗器６６と、正相増幅器を形成している演算増幅器ＯＰ５とからなり、半固定可変抵抗器６６によって基準電圧Ｖｒを分圧して発生される電圧αＶｒ（０＜α＜１）が、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に抵抗Ｒofを介して与えられている。
【００３３】
抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、たとえば、全て等しく設定される。この場合、オフセット発生回路８がなければ、演算増幅器ＯＰ３の出力電圧は、Ｖｒ＋ＲＳ×ＩM （ただし、ＲＳはシャント抵抗ＲＳの抵抗値、ＩM はモータ電流の平均値。）と表される。
これに対して、たとえば、抵抗Ｒofの抵抗値を抵抗Ｒ１〜Ｒ４と等しく設定した場合、オフセット発生回路８の発生電圧αＶｒを下記第(2) 式のとおりに設定すると、演算増幅器ＯＰ１の出力電圧は、Ｖｒ−ＲＳ×ＩM ＋Ｘとなり、Ｘ（ボルト）のオフセットが与えられる。
【００３４】
【数２】
この場合、右方向電流検出回路６２Ｒの演算増幅器ＯＰ２の出力電圧のオフセットは＋Ｘとなり、左方向電流検出回路６２Ｌの演算増幅器ＯＰ３の出力電圧のオフセットは−Ｘとなる。
したがって、モータ電流が０アンペアのときのＰＷＭ生成部２４におけるＰＷＭデューティが５０パーセントであれば、加算部６３が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、次のとおりとなる。
【００３６】
また、モータ電流が０アンペアのときのＰＷＭ生成部２４におけるＰＷＭデューティが２０パーセントであれば、モータ電流検出電圧ＶＳは、次のとおりとなる。
このようにして、ＰＷＭデューティの変化によりモータ電流検出電圧ＶＳのオフセットが変化する。
次に、操舵トルクが０Ｎ・ｍの近傍、すなわち、電流指令値演算部２２が生成する電流指令値が零である場合の動作について考察する。
【００３９】
モータ４の回転停止に対応するＰＷＭデューティは、図５(a) に示すように、５０パーセントである。このとき、モータ４に実質的に流れる電流は０アンペアとなり、モータ電流検出回路６が出力するモータ電流検出電圧ＶＳは、Ｖｒとなって、オフセットＸの寄与はない。よって、モータ電流検出値ＩＳは、０アンペアとなる。
【００４０】
たとえば、走行時ハンドルが右方向に切られている状態から操舵トルクをぬき、セルフアライニングトルクにより中立方向へ戻ろうとしているとき、電流指令値演算部２２は、電流指令値を０アンペアとする。しかし、モータ４は左方向へ回されるため、モータ４が発電電圧を発生し、デューティが５０パーセントでは、右アシスト方向電流が増加（左アシスト方向電流が減少）する。電流指示値とモータ電流を一致させようとするフィードバック制御の作用により、この電流を打ち消すため右アシスト電流を減少（左アシスト電流を増加）させる方向、すなわちＰＷＭデューティ減少方向にデューティが変化する。この場合のＰＷＭデューティの値は、モータ４の発電電圧、すなわち、回転速度に依存することになるから、結局、戻し操舵の方向および速さに対応したＰＷＭデューティが設定されることになる。
【００４１】
たとえば、ＰＷＭデューティが３０パーセントの場合におけるオフセットＸのモータ電流検出電圧ＶＳに対する寄与は、次式で表される。
0.3 ×X ＋0.7 ×(-X)＝−０．４Ｘ ・・・・・・(6)
すなわち、モータ電流検出値ＩＳは、ＰＷＭデューティに対応して、−０．４Ｘ（ボルト）の分だけオフセットされることになる。そこで、オフセット値Ｘが負の適当な値となるように、オフセット発生回路８の半固定可変抵抗器６６を調整しておけば、モータ電流検出値ＩＳを右方向側（正の側）にオフセットすることができる。これにより、モータ電流検出値ＩＳに基づくフィードバック制御によって、ＰＷＭデューティは、左方向トルクを発生させるための小さな値に設定されるから、モータ４は、左方向トルクを発生し、戻りが補助される。
【００４２】
具体例として、オフセットＸが−４０ｍＶに設定されており、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が零とされている場合を想定する。そして、右方向にハンドルが切られている状態からハンドルが戻ろうとして、ＰＷＭデューティが３０パーセントになったものと仮定する。また、モータ電流検出回路６のゲインｇが、モータ電流５０アンペア当たり１ボルトであると仮定する。
【００４３】
この場合に、モータ電流検出値ＩＳに対するオフセットＸの寄与は、次式で与えられる。
【００４４】
これに応じて、ＰＷＭデューティは、モータ電流を−０．４Ａだけオフセットするように設定されるから、モータ４は、左方向トルクを発生し、これより、戻りが助勢される。
左側にハンドルが切られた状態から中立方向に戻ろうとしているときには、上述の場合とは逆に、モータ４の発電電圧の影響でＰＷＭデューティが増加する。すなわち、図５(c) に示すように、ＰＷＭデューティは５０パーセントよりも大きな値をとる。このＰＷＭデューティに応じたオフセットＸの寄与により、モータ電流検出値ＩＳが少なくオフセットされることになる。すなわち、左方向側（負の側）にオフセットされる。これに応じて、ＰＷＭデューティは、モータ電流の右方向にオフセットされるから、モータ４は、右方向トルクを発生する。こうして、戻りが助勢される。
【００４５】
以上のようにこの実施形態によれば、ハンドル戻り時におけるモータ４の発電電圧に起因してＰＷＭデューティが変動すると、それに応じてモータ電流値ＩＳがオフセットされるようになっている。そして、このモータ電流値ＩＳのオフセットにより、戻り時に戻りが助勢されるようになっている。これにより、回転角センサやそのためのインタフェース回路などの高価な構成を要することなく、良好な戻りが実現される。しかも、制御部２を構成すべき、マイクロコンピュータは、回転角演算処理を行う必要がないので、さほど高性能のものである必要がない。これによっても、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
図６は、オフセット発生回路８に代えて用いることができるオフセット発生回路８０の構成を示す電気回路図である。このオフセット発生回路８０は、基準電圧Ｖｒを分圧する抵抗８１，８２と、この抵抗８１，８２の分圧点に接続されたゲート８３と、このゲート８３に直列に接続された抵抗８４と、この抵抗８４とともに平滑化回路を形成するコンデンサ８５とを備えている。抵抗８４およびコンデンサ８５の接続点は、演算増幅器ＯＰ６の非反転入力端子に接続され、演算増幅器ＯＰ６の出力は、抵抗Ｒof（図２参照）に接続される。
【００４７】
ゲート８３は、制御部２からの制御信号によって高速にオン／オフされる。このオン／オフのデューティ比によって、コンデンサ８５の充電電流を制御できるから、オフセット発生回路８０が発生するオフセット電圧を可変設定することができる。
また、ゲート８３をオフ状態に制御すれば、オフセット発生回路８０を、モータ電流検出回路６から切り離すことができる。
【００４８】
この構成のオフセット発生回路８０を採用することにより、たとえば、車種ごとに異なるオフセットＸを容易に設定することができる。また、車速センサ３（図１参照）の出力信号に応じて制御部２からの制御信号のデューティ比を可変設定すれば、車速に応じてオフセットＸを可変設定できる。これにより、高速走行時ほど戻り時の助勢力を小さくするなど、より適切な戻し制御を実現できる。
【００４９】
図７は、参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。この図７において上述の図１に示された各部と同等の機能を有する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。この参考例では、オフセット発生回路は設けられておらず、ＰＷＭ生成部２４が発生するＰＷＭ駆動パルスのＰＷＭデューティを検出するＰＷＭデューティ検出部７１と、このＰＷＭデューティ検出部７１によって検出されたＰＷＭデューティに応じて、電流指令値を補正するための補正値Ｃを生成する戻し制御部７２と、この戻し制御部７２が生成する補正値Ｃを電流指令値から減算するための減算回路７３とが備えられている。
【００５０】
戻し制御部７２は、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が０アンペアのときに、ＰＷＭデューティ検出部７１によって検出されたＰＷＭデューティが５０パーセントよりも小さいときには、ハンドルが右方向に切られている状態から中立方向への戻り時と判断し、ＰＷＭデューティに応じた正の補正値Ｃを設定する。これにより、電流指令値が減少補正されるから、モータ４には左方向トルクを発生する電流が与えられる。
【００５１】
一方、戻し制御部７２は、操舵トルクが０Ｎ・ｍ近傍、すなわち、電流指令値が０アンペアのときに、ＰＷＭデューティが５０パーセントよりも大きいときには、ハンドルが左方向に切られている状態から中立方向への戻り時と判断し、ＰＷＭデューティに応じた負の補正値Ｃを設定する。これにより、電流指令値が増加補正されるから、モータ４には、右方向トルクを発生する電流が与えられる。
【００５２】
このようにして、この参考例においても、ＰＷＭデューティの値に応じて、ハンドル戻り方向が検出され、それに応じた助勢が行われるので、ハンドル戻りを改善することができる。そして、回転角センサやこれに関連したインタフェース回路が不要であるので、コストの削減を図ることができる。
【００５３】
なお、上述の参考例において、補正値Ｃを、ＰＷＭデューティだけでなく、車速センサ３によって検出される車速をも加味して定めるようにしてもよい。これにより、車速に応じた最適なハンドル戻し制御を行える。
【００５４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】モータ駆動回路およびモータ電流検出回路に関連する構成を示す電気回路図である。
【図３】モータ電流検出電圧とモータ電流検出値との関係を示す特性図である。
【図４】モータ電流検出回路等の各部の信号波形を示す波形図である。
【図５】電流指令値が０アンペアのときのＰＷＭ駆動パルスを例示した波形図である。
【図６】オフセットの可変設定が可能なオフセット発生回路の構成例を示す電気回路図である。
【図７】 参考例に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 制御部
３ 車速センサ
４ モータ
５ モータ駆動回路
６ モータ電流検出回路
８ オフセット発生回路
２２ 電流指令値演算部
２３ 減算部
２４ ＰＷＭ生成部
８０ オフセット発生回路
７１ ＰＷＭデューティ検出部
７２ 戻し制御部
７３ 減算回路
Claims (3)
- ステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生するモータと、
このモータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
このＰＷＭ制御手段により制御されて上記モータを駆動するモータ駆動回路と、
上記ＰＷＭ制御手段が上記モータを制御するために設定するＰＷＭデューティに基づいてハンドルの戻し制御を行う戻し制御手段とを備え、
この戻し制御手段は、基準電圧に基づいてオフセット電圧を発生するオフセット発生回路が接続されたモータ電流検出回路によって上記モータの電流が検出され、このモータ電流検出回路からＰＷＭデューティに応じてオフセットされたモータ電流検出電圧が出力されることにより、このモータ電流検出電圧を用いてＰＷＭデューティに基づくハンドル戻し制御を行うものであり、
上記モータ電流検出回路は、
上記モータ駆動回路と接地との間に接続されたモータ電流検出用のシャント抵抗と、
このシャント抵抗の端子間電圧を検出するシャント抵抗両端電圧検出回路と、
このシャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに右方向トルクを発生させている電流成分を電圧増加方向として出力する右方向電流検出回路と、
上記シャント抵抗両端電圧検出回路の出力に基づいて、上記モータに左方向トルクを発生させている電流成分を電圧減少方向として出力する左方向電流検出回路と、
これら右方向電流検出回路および左方向電流検出回路の出力を加算して、上記モータに実質的に流れているモータ電流の平均値を表すモータ電流検出電圧を出力する加算部とを備えている
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、
上記右方向電流検出回路および左方向電流検出回路と上記加算部との間にゲート回路が各々設けられており、
各ゲート回路には、上記モータ駆動回路を相補的に駆動する駆動パルスが各々入力され、
上記右方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに右方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっており、
上記左方向電流検出回路のゲート回路は、上記モータに左方向トルクを発生させる電流を流すための駆動パルスが印加されている期間にのみ開成されるようになっている
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記オフセット発生回路は、
上記基準電圧から接続され、オン／オフ制御されるゲートと、
このゲートに直列に接続された抵抗と、
この抵抗とともに平滑化回路を形成するコンデンサと、
上記抵抗およびコンデンサの接続点に入力端子が接続された演算増幅器とを備え、
上記オン／オフ制御のデューティ比によって上記コンデンサの充電電流を制御することにより、上記オフセット電圧を可変設定することができるものである
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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