JP3860103B2 - 電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法に関し、特に、モータの動力をステアリング系に作用させて、運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にモータを備え、モータから供給する動力を、制御装置を用いて制御することにより、運転者の操舵力を軽減するものである。
【０００３】
図９は、電動パワーステアリング装置の模式構造図である。電動パワーステアリング装置１００では、ステアリング・ホイール（ハンドル）１０１に一体的に設けられたステアリング軸１０２に、自在継手１０３ａ，１０３ｂを有する連結軸１０３を介して、ラック・ピニオン機構１０５のピニオン１０５ａに連結されることによって、手動操舵トルク発生機構１０６が構成されている。
【０００４】
ピニオン１０５ａに噛み合うラック歯１０７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸１０７は、その両端にタイロッド１０８を介して転動軸としての左右の前輪１０９に連結されている。運転者は、ハンドル１０１を操作することにより、手動操舵トルク発生機構１０６と通常のラック・ピニオン式のステアリング装置を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えることができる。
【０００５】
この手動操舵トルク発生機構１０６によって発生する操舵トルクを軽減するために、アシストトルク（操舵補助トルク）を供給するモータ１１０が例えばラック軸１０７と同軸的に配設され、ラック軸１０７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構１１１を介してモータ１１０からの回転運動により供給されるアシストトルクが直進運動のための力に変換され、ラック軸１０７に作用する。
【０００６】
モータ１１０のロータには、駆動側ヘリカルギヤ１１０ａが一体的に設けられている。このヘリカルギヤ１１０ａは、ボールねじ機構１１１のねじ軸１１１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギヤ１１１ｂと噛み合っている。また、ボールねじ機構１１１のナットは、ラック軸１０７に連結されている。
【０００７】
図１０は、電動パワーステアリング装置の制御装置を示す図である。図９において、図示しないステアリングギヤボックス内には、ピニオン１０５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する手動操舵トルク検出部１１２が設けられる。この手動操舵トルク検出部１１２は、検出した手動操舵トルクＴを手動操舵トルク検出信号Ｔｄに変換し、その変換された手動操舵トルク検出信号Ｔｄを制御装置１１４へ入力する。制御装置１１４は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄを主信号として、モータ駆動信号１１６ａを出力してモータ１１０の運転を行って、モータ１１０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【０００８】
制御装置１１４は、目標電流決定部１１５と、制御部１１６とを備える。目標電流決定部１１５は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを決定し、目標補助トルクをモータ１１０から供給するために必要となる目標電流信号ＩＴを出力する。
【０００９】
図１１は、制御装置１１４のブロック構成図である。制御装置１１４は、目標電流決定部１１５と制御部１１６とを備え、制御部１１６は、偏差演算部１１７とモータ運転制御部１１８とモータ駆動部１１９と電流検出部１２０を備えている。偏差演算部１１７は、目標電流決定部１１５から出力された目標電流信号ＩＴと電流検出部（電流センサ）１２０からのモータ電流信号ＩＭとの偏差を求め、その値を偏差信号１１７ａとして出力する。
【００１０】
モータ運転制御部１１８は、偏差電流制御部１２１とＰＷＭ信号生成部１２２とを備えている。偏差電流制御部１２１は、入力された偏差信号１１７ａに対して比例、積分、微分等の処理を施して偏差信号１１７ａの値がゼロに近づくように、モータ１１０に供給するモータ電流を制御するための駆動電流信号１２１ａを生成・出力する。
【００１１】
ＰＷＭ信号生成部１２２は、駆動電流信号１２１ａに基づいてモータ１１０をＰＷＭ運転するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号１２２ａとして出力する。
【００１２】
モータ駆動部１１９は、ゲート駆動回路部１２３と４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路１２４とを備える。ゲート駆動回路部１２３は、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）１２２ａに基づいて、ハンドル１０１の操舵方向に応じて２つの電界効果トランジスタを選択し、選択した２つの電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。
【００１３】
電流検出部１２０は、モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）を検出してモータ電流信号ＩＭを出力する。
【００１４】
以上により、制御装置１１４は、手動操舵トルク検出部１１２によって検出された手動操舵トルクＴに基づいてバッテリ電源１２６からモータ１１０へ供給する電流をＰＷＭ制御し、モータ１１０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００１５】
また、図１１に示すように、制御装置１１４は、制御部１１６においてモータ１１０に実際に流れるモータ電流をモータ電流信号ＩＭとして検出し、モータ電流信号ＩＭに基づくフィードバック制御を行うことで、モータ１１０の制御特性を向上させている。
【００１６】
以上のようにして、運転者の手動操舵トルクＴは、手動操舵トルク発生機構１０６の手動操舵トルク検出部１１２により検出されて、制御装置１１４により、モータ１１０の出力を駆動制御してステアリングギヤボックスのラック軸１０７が直進運動するための力をアシストする。このような電動パワーステアリング装置はいくつかの文献で開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平９−１１９１８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
制御装置１１４は電動パワーステアリング装置の制御を司るマイクロコンピュータを有し、マイクロコンピュータは手動操舵トルクＴに応じた目標電流信号ＩＴにモータ電流が一致するように電流フィードバックを行う。モータ電流は、電流検出部（電流センサ）１２０によってセンシングされるが、電流センサ出力は温度や経年劣化や初期ばらつき等の要因によりゼロ点がドリフトしオフセットが起こる。このうち、経年劣化や初期ばらつき等の要因によるオフセットはシステムのイニシャルチェックによりある程度補正することが可能であるが、温度ドリフトのように時間と共にオフセット値を変化させる成分はそのドリフト成分の特定が困難である場合が多い。特に電動パワーステアリング装置では電流フィードバック制御を行っているため、制御中のアクティブチェックは困難であった。従来技術として、ハンドル操作が左右で平均して同じ時間操作されると仮定すると、車両を一定時間運転してデューティ比出力方向が一定時間積算された場合に、電流検出部からの信号の積算値が左右で等しくなるはずであるとして左右の積算値が不均衡な場合にゼロ点からのオフセット値の記憶値を補正する手法が知られるが、一定時間積算された電流検出部からの信号の積算値を使った間接的なゼロ点補正手法となるため、その補正精度の向上が求められている。
【００１９】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、電流センサのゼロ点を補正することにより温度ドリフトなどによる電流センサのドリフト成分を除去し、電流フィードバック制御の性能を向上させる電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００２１】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法（請求項１に対応）は、ステアリング系に補助トルクを付与するモータと、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも操舵トルク信号に基づいてモータに供給すべき目標電流を決定する目標電流決定手段と、モータに流れる電流を検出する電流センサと、モータを駆動するモータ駆動手段とを有する電動パワーステアリング装置において、装置作動中、目標電流を所定値と比較するステップと、目標電流を所定値と比較するステップの結果、目標電流が所定値以下のときにモータ駆動部を停止するステップと、電流センサのゼロ点からのオフセット方向を検出するステップと、ゼロ点の補正を行うステップと、から成ることで特徴づけられる。
【００２２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法によれば、装置作動中、目標電流が所定値以下のときにモータ駆動部を停止するステップと、電流センサのゼロ点からのオフセット方向を検出するステップと、ゼロ点の補正を行うステップと、から成るため、電流センサからの信号の一定時間の積算値ではなく、作動中の電流センサの出力そのものによるオフセット値の診断なので、電流センサのゼロ点からのオフセット方向およびオフセット量をより正確に把握することができる。また、これにより、高精度な電流センサのゼロ点補正を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
電動パワーステアリング装置の構造は、図９に示したものと基本的に同じであり、その構造ならびに動作については前述した通りである。
【００２５】
図１は、この発明に係る電動パワーステアリング装置の制御を行うための制御装置のブロック構成図である。図１に示す制御装置１は、図１０と図１１に示した従来の制御装置１１４に対して、強制停止指令部１０と強制停止部１１とゼロ点補正部１２を追加したものである。
【００２６】
強制停止指令部１０は、アシスト動作が不要な領域、すなわち、操舵入力が微少なときにＨ型ブリッジ回路を強制的に停止するために、強制停止部１１に強制停止信号を送る装置である。また、この強制停止中に操舵入力が確認された場合は、即時Ｈ型ブリッジ回路の駆動が許可されアシスト動作に復帰するために強制停止部１１に強制停止中止信号を送る装置である。
【００２７】
強制停止部１１は、強制停止指令部１０からの強制停止信号が入力されたときに、偏差電流制御部１２１からの駆動電流信号１２１ａをゼロとするものである。また、強制停止中止信号が入力されたときは、偏差電流制御部１２１からの駆動電流信号をそのままＰＷＭ信号生成部１２２に通過するものである。
【００２８】
ゼロ点補正部１２は、イニシャルチェックによる電流検出部（電流センサ）のゼロ点補正値（オフセット値）を記憶し、駆動回路停止中の電流検出部のオフセット方向を記憶し、その記憶されたオフセット方向と反対に規定値補正し、補正モータ電流値ＩＰＭを出力する。そして、その補正モータ電流値ＩＰＭが偏差演算部１１７に入力され、フィードバック制御に用いられる。
【００２９】
図２は、強制停止指令部１０の構成図である。強制停止指令部１０には、ＣＰＵ２０とメモリ２１を備えており、メモリ２１には、強制的に停止するしきい値となる目標電流しきい値２２と強制停止指令処理プログラム２３を記憶させてある。また、強制停止指令部１０は、入力部２４と出力部２５を備えている。
【００３０】
目標電流しきい値２２は、強制停止信号を出力するしきい値となる目標電流の値である。
【００３１】
強制停止指令処理プログラム２３は、強制停止指令処理を行うためのプログラムであり、そのフローチャートを図３で示す。強制停止指令部１０に目標電流決定部１１５から目標電流ＩＴが入力されると（ステップＳＴ１０）、ＣＰＵ２０により、目標電流しきい値と比較する（ステップＳＴ１１）、もし、目標電流ＩＴが目標電流しきい値よりも小さい場合は強制停止信号を強制停止部１１とゼロ点補正部１２に出力する（ステップＳＴ１２）。そして、強制停止信号を受けた強制停止部１１は、偏差電流制御部１２１からの駆動電流信号１２１ａをゼロとする。また、もし、目標電流ＩＴが目標電流しきい値以上の場合は強制停止中止信号を強制停止部１１とゼロ点補正部１２に出力する（ステップＳＴ１３）。そして、強制停止部１１により、偏差電流制御部１２１からの駆動電流信号をそのままＰＷＭ信号生成部１２２に通過する。また、ゼロ点補正部１２からの強制停止信号出力指示信号が入力されたときもステップＳＴ１２を実行し強制停止信号を出力する。そして、強制停止信号を受けた強制停止部１１は、偏差電流制御部１２１からの駆動電流信号１２１ａをゼロとする。
【００３２】
これらの処理により、アシスト動作が不要な領域、すなわち、操舵入力が微少なときにＨ型ブリッジ回路を強制的に停止する。また、この強制停止中に操舵入力が確認された場合は、即時Ｈ型ブリッジ回路の駆動が許可されアシスト動作に復帰する。
【００３３】
図４は、ゼロ点補正部１２の構成図である。ゼロ点補正部１２には、ＣＰＵ３０とメモリ３１と入力部３２と出力部３３を備えており、メモリ３１には、オフセット記憶領域３４が設けられており、また、補正するときに必要な規定量Ｄと処理プログラム３５を記憶させてある。処理プログラム３５は、イニシャル処理プログラム３５−１と通常処理プログラム３５−２とオフセット補正処理プログラム３５−３から成っている。
【００３４】
オフセット記憶領域３４は、電流検出部１２０のゼロ点からのオフセット値が記憶される領域である。
【００３５】
イニシャル処理プログラム３５−１は、電流検出部１２０の初期状態でのゼロ点からのオフセット値を求めるためのプログラムであり、そのフローチャートを図５で示す。イグニッションスイッチがオンされるとイグニッションスイッチオン信号（ＩＧｏｎ信号）が入力部に入力され（ステップＳＴ２０）、強制停止指令部１０に強制停止信号出力指示信号が出力される（ステップＳＴ２１）。それにより、強制停止指令部１０の図３で示した強制停止指令処理プログラムが動作し強制停止信号が強制停止部１１に出力され（図３のステップＳＴ１２）、Ｈ型ブリッジ回路が強制停止される。その状態で電流検出部ゼロ点補正部１２に電流検出部１２０から電流値が入力される（ステップＳＴ２２）。この電流値は、強制停止状態での電流であるから、ゼロ点からのオフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔである。ＣＰＵ３０により、オフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔをメモリ３１のオフセット値記憶領域３４に記憶する。（ステップＳＴ２３）。
【００３６】
通常処理プログラム３５−２は、通常に電動パワーステアリング装置を動作させているときの電流検出部１２０で検出した電流値Ｉｍから補正電流値ＩＰＭを求めるためのプログラムであり、そのフローチャートを図６で示す。ゼロ点補正部１２に強制停止指令部１０から強制停止信号があるかどうか判断する（ステップＳＴ３０）。強制停止信号がある場合には、オフセット補正処理プログラム３５−３が実行される（ステップＳＴ３１）。強制停止信号がない場合には、ゼロ点補正部１２に電流検出部１２０から検出電流値Ｉｍが入力されると（ステップＳＴ３２）、ＣＰＵ３０により、その検出電流値Ｉｍからオフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔを差し引いた値である補正電流値ＩＰＭを求め（ステップＳＴ３３）、その補正電流値ＩＰＭを偏差演算部１１７に出力する（ステップＳＴ３４）。
【００３７】
オフセット補正処理プログラム３５−３は、駆動回路停止中に電流検出部のオフセット方向と記憶されたオフセット方向によりオフセット値記憶領域３４に記憶されたオフセット値を更に補正するためのプログラムであり、そのフローチャートを図７で示す。ゼロ点補正部１２に強制停止指令部から強制停止信号があるかどうか判断する（ステップＳＴ４０）。強制停止信号がない場合には、正補正カウンタをクリアにし（ステップＳＴ４１）、負補正カウンタをクリアにし（ステップＳＴ４２）、通常処理処理プログラムが実行される（ステップＳＴ４３）。強制停止信号がある場合には、電流検出部ゼロ点補正部１２に電流検出部１２０から検出電流値Ｉｍが入力されると（ステップＳＴ４４）、ＣＰＵ３０により検出電流値Ｉｍがゼロかどうか判断する（ステップＳＴ４５）。検出電流値Ｉｍがゼロのときには、オフセット値がゼロとして、オフセット記憶領域３４にオフセットがゼロとして記憶し（ステップＳＴ４６）、ステップＳＴ４１を実行する。検出電流値Ｉｍがゼロではないとき、電流検出部１２０からの検出電流値Ｉｍが正の値か負の値かを判断する（ステップＳＴ４７）。検出電流値Ｉｍが負の値のときには、正補正カウンタをカウントアップし（ステップＳＴ４８）、規定時間経過したかどうか判断する（ステップＳＴ４９）。規定時間経過しないのであれば、リターンする。また、規定時間経過したならば、ＣＰＵ３０により、オフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔに規定量Ｄを加えて補正しその値をオフセット値記憶領域３４に記憶する（ステップＳＴ５０）。そして、正補正カウンタクリアして（ステップＳＴ５１）、リターンする。一方、ステップＳＴ４７で検出電流値Ｉｍが正の値のときには、負補正カウンタをカウントアップし（ステップＳＴ５２）、規定時間経過したかどうか判断する（ステップＳＴ５３）。規定時間経過しないのであれば、リターンする。また、規定時間経過したならば、ＣＰＵ３０により、オフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔに規定量Ｄを引いて補正しその値をオフセット値記憶領域３４に記憶する（ステップＳＴ５４）。そして、負補正カウンタクリアして（ステップＳＴ５５）、リターンする。
【００３８】
なお、これらの処理プログラム３５では、電流検出部１２０の出力が、電流がゼロのとき、電圧として検出される値がゼロであるような電流検出部１２０を用いた装置で説明したが、図８で示すような、電流がゼロのとき、電圧として検出される値がゼロでない値であるような電流検出部を用いた場合、例えば、電流がゼロのとき、２．５Ｖの電圧として検出されるような装置では、ステップＳＴ４７の判断が２．５Ｖを中心にしてそれ以上の値かそれ以下の値かで実行するようにすれば良い。
【００３９】
次に、図１に示す制御装置での制御方法を説明する。まず、イグニッションスイッチをオンにすると、イニシャル処理プログラム３５−１により駆動回路に電流が流れていない状態で電流検出部１２０の検出値、すなわち、オフセット値がゼロ点補正部１２に記憶される。その後、図１で示される偏差演算部１１７は、目標電流決定部１１５から出力される目標電流信号ＩＴとゼロ点補正部１２からの補正電流値ＩＰＭとの偏差を求め、その値を偏差信号１１７ａとして出力する。その偏差信号１１７ａが入力されたモータ運転制御部１１８は、従来と同様にして駆動制御信号１２２ａをモータ駆動部１１９に出力する。それにより、モータ駆動部１１９は従来と同様にモータを駆動する。
【００４０】
そのときのモータに流れる電流は、図１で示した電流検出部１２０で検出される。その検出電流値Ｉｍは、ゼロ点補正部１２に送られる。検出電流値Ｉｍが入力されるとゼロ点補正部１２は、通常処理プログラム３５−２に従って動作し、ＣＰＵ３０により、その検出電流値Ｉｍからオフセット値Ｉｏｆｆｓｅｔを差し引いた値である補正電流値（補正値）ＩＰＭを求め出力する。
【００４１】
その補正電流値ＩＰＭを偏差演算部１１７に入力し、目標電流信号ＩＴとの偏差を演算し、従来の制御部１１６と同様、その偏差が小さくなるように、制御部１により最終出力をモータ駆動部１１９に送信する。
【００４２】
また、操舵入力が小さいとき、すなわち、目標電流が所定値以下の場合、強制停止指令部１０により強制停止信号が強制停止部１１に送られ駆動回路の強制停止がなされる。そのとき、強制停止信号は、電流検出部ゼロ点補正部１２にも送られ、それにより、オフセット補正処理プログラム３５−３に従ってオフセット値が変更されメモリ３１に記憶される。その後、操舵入力が大きくなり、目標電流が所定値以上になったとき、強制停止が中止され、通常の動作となる。その通常動作では、変更されたオフセット値に基づいて、検出電流値Ｉｍがオフセット補正され、偏差演算部１１７に出力される。これにより、電流検出部１２０に温度ドリフトがあっても良好な制御を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、強制停止指令部でのＣＰＵと強制停止部でのＣＰＵとゼロ点補正部でのＣＰＵを別々に記載したが、一つのＣＰＵで共通に用いるようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００４５】
電動パワーステアリング装置が作動中で、目標電流が所定値以下の領域においてモータ駆動部を停止し、電流センサのゼロ点からのオフセット方向を検出し、ゼロ点の補正を行うため、電流センサからの信号の一定時間の積算値ではなく、電流センサの出力そのものによるオフセット値の診断なので、電流センサのゼロ点からのオフセット方向およびオフセット量をより正確に把握することができる。また、これにより、高精度な電流センサのゼロ点補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置における制御部のブロック構成図である。
【図２】強制停止指令部の構成図である。
【図３】強制停止処理プログラムのフローチャートである。
【図４】ゼロ点補正部の構成図である。
【図５】イニシャル処理プログラムのフローチャートである。
【図６】通常処理プログラムのフローチャートである。
【図７】ゼロ点補正プログラムのフローチャートである。
【図８】電流検出部の入力電流に対する出力電圧の関係を示すグラフである。
【図９】電動パワーステアリング装置の模式構造図である。
【図１０】従来の電動パワーステアリング装置の制御機構を示す図である。
【図１１】従来の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
１０ 強制停止指令部
１１ 強制停止部
１２ ゼロ点補正部
２０ ＣＰＵ
２１ メモリ
２２ 目標電流しきい値
２３ 強制停止指令処理プログラム
２４ 入力部
２５ 出力部
３０ ＣＰＵ
３１ メモリ
３２ 入力部
３３ 出力部
３４ オフセット値記憶領域
３５ 処理プログラム
３５−１ イニシャル処理プログラム
３５−２ 通常処理プログラム
３５−３ オフセット補正処理プログラム
１１０ モータ
１１２ 手動操舵トルク検出部
１１４ 制御装置
１１５ 目標電流決定部
１１６ 制御部
１１７ 偏差演算部
１１８ モータ運転制御部
１１９ モータ駆動部
１２０ 電流検出部

Claims (1)

1. ステアリング系に補助トルクを付与するモータと、前記ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク信号に基づいて前記モータに供給すべき目標電流を決定する目標電流決定手段と、前記モータに流れる電流を検出する電流センサと、前記モータを駆動するモータ駆動手段とを有する電動パワーステアリング装置において、
   装置作動中、前記目標電流を所定値と比較するステップと、
   前記目標電流を所定値と比較するステップの結果、前記目標電流が所定値以下のときに前記モータ駆動部を停止するステップと、
   前記電流センサのゼロ点からのオフセット方向を検出するステップと、
   前記ゼロ点の補正を行うステップと、
   から成ることを特徴とする電動パワーステアリング装置の電流センサゼロ点補正方法。

Images