JP3859961B2 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステアリングに加えられた操舵トルクを検出し、この検出トルクに応じて定めたモータ駆動電流を、直流モータに供給して該直流モータを駆動し、その回転力により操舵力を補助する電動パワーステアリング装置は公知である。
【０００３】
従来、このような電動パワーステアリング装置に係る制御装置で適用されたモータ電流の検出手段は、例えば図３に示されている。すなわち、同図には、モータ駆動回路１８及びモータ電流検出回路（モータ電流の検出手段）２６が示されている。
【０００４】
同図について簡単に説明する。
負電極を接地しているバッテリ１２の正電極は、電流検出用のシャント抵抗１９と、モータ駆動回路１８を介して接地されている。モータ電流検出回路２６は、モータＭのモータ電流を検出し、フィードバック制御を行う制御装置のＣＰＵ（中央処理装置）（図示しない）にその検出値を入力する。すなわち、前記シャント抵抗１９の両端子は、モータ電流検出回路２６に接続されている。前記モータ電流検出回路２６は、コンパレータ部と、ピークホールド回路とから構成されている。コンパレータ部は、シャント抵抗１９の両端子間電圧の差分を所定ゲインで増幅してピークホールド回路に出力するようにされている。同ピークホールド回路は、そのピーク値をＣＰＵに出力する。
【０００５】
前記モータ駆動回路１８は、ＦＥＴからなるスイッチ素子をＨブリッジ接続して構成されている。すなわち、モータ駆動回路１８は、一対のスイッチ素子を直列回路とし、その直列回路を２組互いに並列接続することにより構成されている。そして、各組の直列回路におけるスイッチ素子間の接続部との間に直流モータＭを介装させている。
【０００６】
電動パワーステアリング制御装置においては、前記ＣＰＵは、操舵トルク、車速等に基づいて算出した目標電流値とモータ電流検出回路２６が検出したモータ電流値とを比較し、その差に基づいてモータ制御電流値を算出する。
【０００７】
そして、ＣＰＵは、モータ制御電流値を公知のＰＷＭ回路に出力し、ＰＷＭ回路はそのモータ制御電流値に基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭ信号を発生させるとともに、モータ制御電流値の符号に基づいてモータＭの回転方向を決定する回転方向信号を前記モータ駆動回路１８に出力する。
【０００８】
モータ駆動回路１８は、前記ＰＷＭ回路から出力されたデューティ比のＰＷＭ信号と、回転方向信号とに基づいて前記各トランジスタをオンオフ制御することにより、モータＭを正転又は逆転駆動し、操舵力にアシストトルクを付与するようにされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ピークホールド回路は、前記ＰＷＭ回路にてモータ駆動回路１８が制御された際、ＦＥＴ（スイッチ素子）がオフした時、すなわち回生時の電流値を検出できない。特に低電流時は回生電流の割合が高いため、電流検出精度が粗くなり結果として電源から供給されるモータ電流の制御が粗くなる。したがって、たとえば、ステアリング切り込み時における電流の立ち上がり時のような低電流時は、モータの音および振動が生じたり、操舵フィーリングが悪くなるおそれがあった。
【００１０】
本発明の目的は、特に低電流時の電流検出精度を良くし、操舵フィーリングを向上させた電動パワーステアリング制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ステアリングの操作により発生する操舵トルクを補助するようにモータを制御するモータ制御部と、前記モータ制御部の制御により電源から供給されるモータ電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流値を用いてモータを制御するモータ制御電流値を演算する演算部と、を有した電動パワーステアリング制御装置において、前記電流検出部は、差動増幅回路を含む低電流検出用の第１電流検出部と、ピークホールド回路を含む低電流よりも大きな電流検出用の第２電流検出部とを備え、前記モータ制御部は前記第１電流検出部と前記第２電流検出部とを所定の基準電流値で切り換えて用いることを特徴とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電動パワーステアリング制御装置に具体化した実施形態を図１、図２に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
電動パワーステアリング制御装置としてのエレクトロニック・コントロールユニット１１（以下「ＥＣＵ」という）は、操舵トルク、車速又はエンジン回転数等の入力信号１３によりＰＷＭ制御し、モータＭを制御する。そしてこのモータＭの制御により図示しないステアリングの操作により発生する操舵トルクを補助するようにアシストトルクを発生させる。
【００１５】
前記ＥＣＵ１１は、中央処理装置１５、インターフェイス回路１６、プリドライブ回路１７、Ｈブリッジ回路１８、電流検出部１４等を備えている。
前記ＥＣＵ１１の構成について説明する。演算部としての中央処理装置１５（以下「ＣＰＵ」という）は、ＲＯＭ１５ａ、ＲＡＭ１５ｂ等を備えている。ＲＯＭ１５ａは、アシスト制御プログラム、電流ループ制御プログラム等の各種制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ１５ｂはＣＰＵ１５の前記制御プログラム実行処理時における、作業用メモリであり、一時的に、各種データが記憶される。
【００１６】
前記ＣＰＵ１５は、インターフェイス回路１６を介して入力された操舵トルク、車速又はエンジン回転数等の入力信号１３に基づき、モータ制御電流値Ｉを演算する。前記モータ制御電流値Ｉは、プリドライブ回路１７に出力され、同プリドライブ回路（ＰＷＭ回路）１７は、そのモータ制御電流値に基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭ信号を発生させるとともに、モータ制御電流値の符号に基づいてモータＭの回転方向を決定する回転方向信号を前記Ｈブリッジ回路１８に出力する。
【００１７】
モータ駆動回路としてのＨブリッジ回路１８について説明すると、負電極を接地しているバッテリ１２の正電極は、シャント抵抗１９を介して接続されている。Ｈブリッジ回路１８は、スイッチ素子であるＦＥＴ１８ａ、ＦＥＴ１８ｂ、ＦＥＴ１８ｃ、ＦＥＴ１８ｄをブリッジ接続して構成されている。Ｈブリッジ回路１８は、ＦＥＴ１８ａ及び１８ｂの直列回路と、ＦＥＴ１８ｃ及び１８ｄの直列回路とを並列接続して構成されている。
【００１８】
ＦＥＴ１８ａ、ＦＥＴ１８ｂ、ＦＥＴ１８ｃ、ＦＥＴ１８ｄのゲートには、プリドライブ回路１７から、ＦＥＴをチョッパ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）電圧（ＰＷＭ信号）が与えられる。ＦＥＴ１８ａとＦＥＴ１８ｂとの接続部と、ＦＥＴ１８ｃと１８ｄとの接続部との間には、直流モータ（以下モータという）Ｍが介装されている。
【００１９】
モータＭを正転させるときは、ＦＥＴ１８ａとＦＥＴ１８ｄとはＰＷＭ制御によりオンとオフが繰り返され、ＦＥＴ１８ｂとＦＥＴ１８ｃとは回転方向信号により常時オフにされる。これにより、ＦＥＴ１８ａとＦＥＴ１８ｄとがオンのときはバッテリ１２からシャント抵抗１９、ＦＥＴ１８ａ、モータＭ、ＦＥＴ１８ｄを通ってモータ電流が流れバッテリ１２へ戻る。また、ＦＥＴ１８ａとＦＥＴ１８ｄとがオフのときはＦＥＴ１８ｂに含まれるダイオード、モータＭ、ＦＥＴ１８ｃに含まれるダイオード、シャント抵抗１９、バッテリ１２を通って回生電流が流れる。
【００２０】
モータＭを逆転させるときは、ＦＥＴ１８ｃとＦＥＴ１８ｂとはＰＷＭ制御によりオンとオフが繰り返され、ＦＥＴ１８ａとＦＥＴ１８ｄとは回転方向信号により常時オフにされる。これにより、ＦＥＴ１８ｃとＦＥＴ１８ｂとがオンのときはバッテリ１２からシャント抵抗１９、ＦＥＴ１８ｃ、モータＭ、ＦＥＴ１８ｂを通ってモータ電流が流れバッテリ１２へ戻る。また、ＦＥＴ１８ｃとＦＥＴ１８ｂとがオフのときはＦＥＴ１８ｄに含まれるダイオード、モータＭ、ＦＥＴ１８ａに含まれるダイオード、シャント抵抗１９、バッテリ１２を通って回生電流が流れる。
【００２１】
この結果、バッテリ１２からモータＭに所望の電流値Ｉ２が供給され、操舵トルクを補助するアシストトルクが発生する。
そして、バッテリ１２から供給されたモータ電流はＨブリッジ回路１８の上流側に設けられた電流センサとしてのシャント抵抗１９にて検出される。このシャント抵抗１９の端子間電圧を検出することにより、シャント抵抗１９を流れる電流値を知ることができる。
【００２２】
電流検出部１４について説明する。
電流検出部１４は、第１電流検出部２０及び第２電流検出部２１とから構成されている。第１電流検出部２０は差動増幅回路２２とローパスフィルター２３（以下「ＬＰＦ」という）とから構成されている。
【００２３】
前記第１電流検出部２０の差動増幅回路２２はシャント抵抗１９の下流側の電圧Ｖ１と上流側の電圧Ｖ２とを検出し、ぞの差（Ｖ２―Ｖ１）を求める。そして、ＣＰＵ１５が認識できる値に増幅される。すなわち、シャント抵抗１９で検出されたシャント抵抗１９の端子間電圧値が増幅される。その後、その増幅された端子間電圧値がＬＰＦ２３に入力され積分されることにより、ＰＷＭ制御されている高周波の波形が平滑され検出電流値Ｉ１に対応する値となりＣＰＵ１５に入力される。その後、入力された値はＣＰＵ１５にて検出電流値Ｉ１として算出される。
【００２４】
また、第２電流検出部２１はコンパレータ部２４とピークホールド回路２５とから構成されている。
第２電流検出部２１のコンパレータ部２４はシャント抵抗１９の下流側の電圧Ｖ１と上流側の電圧Ｖ２とを比較し、その差（Ｖ２―Ｖ１）が正のとき、すなわち、モータＭの正転時においてバッテリ１２からシャント抵抗１９、ＦＥＴ１８ａ、モータＭ、ＦＥＴ１８ｄ、バッテリ１２へ電流が流れるとき、または、モータＭの逆転時においてバッテリ１２からシャント抵抗１９、ＦＥＴ１８ｃ、モータＭ、ＦＥＴ１８ｂ、バッテリ１２へ電流が流れるときは、シャント抵抗１９で検出された検出電流値Ｉ２に対応するシャント抵抗１９の端子間電圧値がピークホールド回路２５に伝達される。
【００２５】
シャント抵抗１９の下流側の電圧Ｖ１と上流側の電圧Ｖ２とを比較し、その差（Ｖ２―Ｖ１）が負のとき、すなわち、モータＭの正転時においてＦＥＴ１８ｂに含まれるダイオード、モータＭ、ＦＥＴ１８ｃに含まれるダイオード、シャント抵抗１９を通ってバッテリ１２へ回生電流が流れるとき、または、モータＭの逆転時においてＦＥＴ１８ｄに含まれるダイオード、モータＭ、ＦＥＴ１８ａに含まれるダイオード、シャント抵抗１９を通ってバッテリ１２へ回生電流が流れるときはシャント抵抗１９で検出された検出電流値Ｉ２に対応するシャント抵抗１９の端子間電圧値はピークホールド回路２５に伝達されない。
【００２６】
上記により、コンパレータ部２４はいわゆる半波整流回路としての役割を果たすことになる。
こうして伝達された検出電流値Ｉ２に対応するシャント抵抗１９の端子間電圧値は、ピークホールド回路２５でＣＰＵ１５が正確に認識できる値に増幅されるように設定されており、この増幅された検出電流値Ｉ２に対応するシャント抵抗１９の端子間電圧値がピークホールドされ、その値がＣＰＵ１５に入力される。その後、入力された値はＣＰＵ１５にて検出電流値Ｉ２として算出される。
【００２７】
前述のように、前記第１電流検出部２０および第２電流検出部２１で増幅された各電圧値（検出電流値）はＣＰＵ１５へ出力される。ＣＰＵ１５は、この検出した各電圧値をＲＡＭ１５ｂの所定領域に格納し、また、この各電圧値に基づいてモータ電流（検出電流値）Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ算出し、ＲＡＭ１５ｂの所定領域に格納する。そして、ＣＰＵ１５は検出電流値に応じて、いずれの電流検出部で検出された電流値をモータ制御電流値Ｉの演算に用いるかを選択判断する。ＣＰＵ１５は、前記選択したモータ電流値と前記モータ制御電流値Ｉと比較し、バッテリ１２からモータＭに供給される所望の電流値Ｉ２になるように、再度新しいモータ制御電流値Ｉを演算しＨブリッジ回路１８に出力するようにされている。
【００２８】
上記のＣＰＵ１５が行う処理、すなわち、ＣＰＵ１５が実行する電流ループ制御プログラムを図２のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートには、いずれの電流検出部で検出された電流値をモータ制御電流値Ｉの演算に用いるかを判断する処理も含まれる。なお、この制御プログラムは、図示しないイグニッションスイッチがオン操作された際に起動する。
【００２９】
まず、Ｓ１０では第１電流検出部２０又は第２電流検出部２１が検出し、ＣＰＵ１５にて算出されたモータ電流（以下、検出電流値Ｉｍという。なお、ＩｍはＩ１又はＩ２である。）をＲＡＭ１５ｂの所定記憶領域から読み込む。Ｓ２０では検出電流値Ｉｍと、基準電流値ＩＳとのいずれが大きいかを判断する。この基準電流値ＩＳはあらかじめ設定された値であって、検出電流値Ｉ２が低電流（モータＭが低負荷）か、中高電流（モータＭが中高負荷）かを判定するためのものである。基準電流値ＩＳは、第１電流検出部２０がこの電流に対応する値を検出する際に、ＬＰＦ２３が介在するため高速検出できずに、操舵フィーリングが悪化することがない電流値以上であり、かつ、第２電流検出部２１にてこの電流に対応する値を検出する際に、ステアリングの切り込み時の電流の立ち上がり時のような低電流時にモータの音および振動が生じない電流値以下に設定されていることが望ましい。
【００３０】
検出電流値Ｉｍが基準電流値ＩＳ未満である場合は、低電流時であると判断して、Ｓ３０へ移行し、第１電流検出部２０での検出電流値Ｉ１を選択し、Ｓ５０へ移行する。また、検出電流値Ｉｍが基準電流値ＩＳ以上である場合は、中高電流時であると判断して、Ｓ４０へ移行し、第２電流検出部２１での検出電流値Ｉ２を選択し、Ｓ５０へ移行する。このＳ２０からＳ４０までの流れにより、第１電流検出部２０と第２電流検出部２１のいずれかが検出した検出電流値は所定の基準電流値ＩＳに基づいて切り換えて用いられることになる。
【００３１】
なお、ここで選択された第１電流検出部２０または第２電流検出部２１で検出され、ＣＰＵ１５にて算出された検出電流値Ｉ１，Ｉ２が次回の制御サイクル時のＳ１０の実行時に、Ｉｍとして用いられる。
【００３２】
Ｓ５０では、Ｓ３０またはＳ４０にて選択された検出電流値Ｉ１又は検出電流値Ｉ２を用いてモータ制御電流値Ｉが演算される。Ｓ６０では演算されたモータ制御電流値Ｉによりプリドライブ回路１７でモータを制御するためのＨブリッジ回路１８を制御できるように制御信号が出力される。
【００３３】
したがって、本実施形態では、上記のように電動パワーステアリング制御装置を構成したことにより、次のような効果を得ることができる。
（１）低電流時は、第１電流検出部２０の差動増幅回路２２とＬＰＦ２３との構成を使用し、従来のようにコンパレータ部とピークホールド回路との構成を使用しないので、ＦＥＴオン時の電流とＦＥＴオフ時の回生電流との両方が検出されるため、電流が精度良く検出でき、この精度良く検出された検出電流をモータ制御に用いることができる。そのため、ステアリングの切り込み時の電流の立ち上がり時のような低電流時にモータの音および振動が生じなくなり、操舵フィーリングが向上する。またＬＰＦ２３を介在させているため、平滑された電流値がＣＰＵ１５に出力されることになり、ＣＰＵ１５の負荷が減少し、安価なＣＰＵ１５を使用することができる。
【００３４】
（２）中高電流時は、第２電流検出部２１のコンパレータ部２４とピークホールド回路２５との構成を使用するため、高速に電流を検出できる。そのためアシストトルクが必要なときに、必要なアシストトルクを瞬時に発生させることができ、操舵フィーリングが向上する。この第２電流検出部２１では回生時の電流値が検出できないが、中高電流時には回生電流の割合が低いため、実使用上、電流検出精度が粗くなるような問題は生じない。
【００３５】
なお、本実施形態は、以下のように変更して具体化しても良い。
・本実施形態では、シャント抵抗１９の位置はＨブリッジの上流側としたが、Ｈブリッジの下流側としても良い。このようにすれば、シャント抵抗１９の下流側がバッテリのＧＮＤ側と共通にできるため、モータ電流をさらに精度良く検出でき、操舵フィーリングが向上する。
【００３６】
・本実施形態では、ＬＰＦ２３は第１電流検出部２０に含んでいることとしたが、ＬＰＦ２３はなくても良い。このようにすれば、差動増幅回路２２の出力をＣＰＵ１５に直接入力できるのでさらに精度よくモータ電流が検出できるようになる。
【００３７】
・本実施形態では、１個の基準電流値ＩＳにより第１電流検出部２０と第２電流検出部２１とを切り換えたが、基準電流値を２個設定し、第１電流検出部２０と第２電流検出部２１とをヒステリシスをもって切り換えることもできる。このようにすれば、基準電流値付近で第１電流検出部２０と第２電流検出部２１とが頻繁に切り換わることがなくなり、さらに操舵フィーリングが良くなる。
【００３８】
・本実施形態では、基準電流値ＩＳはあらかじめ設定された値として使用したが、操舵角速度、操舵トルクまたは車速により変化させても良い。すなわち操舵角速度が速いとき、操舵トルクが大きいときまたは車速が速いときは基準電流値ＩＳの設定を小さくし、低電流状態の第１電流検出部２０を用いる状態から、中高電流状態の第２電流検出部２１を用いる状態へ移行させることにより、必要なアシストトルクを瞬時に発生できるようにでき、さらに操舵フィーリングが良くなる。
【００３９】
・本実施形態では、電流をシャント抵抗１９で検出したが、電流により発生する磁界を検出する等の非接触式のものを用いても良い。このようにすれば、シャント抵抗１９の発熱等の温度変化による抵抗値の変化に起因する電流検出精度の悪化がなくなり、電流検出精度を向上させることができる。
【００４０】
・本実施形態では、第１電流検出部２０と第２電流検出部２１とを切り換えていずれかを選択して使用したが、基準電流値ＩＳを検出電流の最低値、または、最高値に設定し、実質的にいずれか一方の電流検出部のみを使用することとしても良い。このようにすれば、いずれか一方の電流検出部が故障したときなどに、他方の電流検出部を用いることにより制御を継続することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、モータ電流の高低に応じて電流検出部を切り換えて用いるように構成したので、低電流時、中高電流時とも精度良く電流検出ができ、操舵フィーリングが向上する効果を奏する。
【００４２】
又、請求項１の発明は差動増幅回路を含む第１電流検出部と、ピークホールド回路を含む第２電流検出部とを切り換えて用いるので、低電流時には差動増幅回路によって回生電流も検出できるようになり、中高電流時にはピークホールド回路によって高速に電流を検出できることにより、上記の効果を奏し、低電流時にモータの音および振動が生じなくなり、操舵フィーリングが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における電動パワーステアリング制御装置。
【図２】 本発明におけるＣＰＵの処理動作を説明するフローチャート。
【図３】 従来の電動パワーステアリング制御装置。
【符号の説明】
１１…ＥＣＵ、１４…電流検出部、１５…ＣＰＵ（演算部）、
１８…Ｈブリッジ回路（モータ制御部）、２０…第１電流検出部、
２１…第２電流検出部、２２…差動増幅回路、２５…ピークホールド回路、
Ｍ…モータ、Ｉ…モータ制御電流値、ＩＳ…基準電流値。

Claims (1)

1. ステアリングの操作により発生する操舵トルクを補助するようにモータを制御するモータ制御部と、前記モータ制御部の制御により電源から供給されるモータ電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流値を用いてモータを制御するモータ制御電流値を演算する演算部と、を有した電動パワーステアリング制御装置において、
   前記電流検出部は、差動増幅回路を含む低電流検出用の第１電流検出部と、ピークホールド回路を含む低電流よりも大きな電流検出用の第２電流検出部とを備え、
   前記モータ制御部は前記第１電流検出部と前記第２電流検出部とを所定の基準電流値で切り換えて用いることを特徴とした電動パワーステアリング制御装置。

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