JP3969162B2 - 電動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、電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する構成の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、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の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。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
より具体的には、電動モータの制御のための電子制御ユニット（ＥＣＵ）が装備されており、この電子制御ユニットには、電動モータに流れるモータ電流を検出するための電流センサの検出信号が入力されるようになっている。電子制御ユニットは、電流センサが検出するモータ電流が目標電流値に等しくなるように、電動モータをフィードバック制御する。
【０００３】
電動モータへの供給電流が大きいため、電流センサには、ホール素子を利用したものが適用されることが多い。ただし、コスト上の問題から、高精度のものを装備することはできず、安価なホール素子が用いられるのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、安価なホール素子の入出力特性は、図４に示すように、顕著なヒステリシス特性を示す。すなわち、モータ電流が増加傾向にあるときには、実際の値よりも低いモータ電流値に対応した出力電圧（モータ電流検出値）となり、逆に、モータ電流が減少傾向にあるときには、実際の値よりも高いモータ電流値に対応した出力電圧となる。しかも、実際のモータ電流値に対するホール素子出力の誤差は、ピーク電流値に依存する。
【０００５】
このような電流センサの出力誤差は、電動モータのトルクリップルの原因となり、操舵時における不所望な振動を引き起こす。
そこで、この発明の目的は、高価な電流センサを用いることなくモータ電流を正確に検出することができ、これにより不所望な振動を効果的に防止することが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、電動モータ（Ｍ）の駆動力をステアリング機構（３３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出するトルクセンサ（８）と、このトルクセンサが検出する操舵トルクに基づいて、上記電動モータの目標電流値を設定する目標電流値設定手段（４１）と、上記電動モータに流れるモータ電流を検出してモータ電流検出値を出力する電流センサ（６）と、この電流センサが出力するモータ電流検出値が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを検出するモータ電流増減検出手段（４５）と、このモータ電流増減検出手段がモータ電流検出値の増加傾向を検出したときには、第１の態様で上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正し、上記モータ電流増減検出手段がモータ電流検出値の減少傾向を検出したときには、上記第１の態様とは異なる第２の態様で上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正して、補正後のモータ電流検出値を出力するモータ電流値補正手段（４２，４６）と、このモータ電流値補正手段によって出力される補正後のモータ電流検出値と、上記目標電流値設定手段によって設定される目標電流値との偏差に基づいて、上記電動モータをフィードバック制御するモータ制御手段（４３，４４）とを含み、上記モータ電流値補正手段は、上記電流センサが出力するモータ電流検出値に応じて変化し、かつ、上記目標電流値設定手段が設定する目標電流値に応じて変化するモータ電流補正値を生成するモータ電流補正値生成手段（４６）と、このモータ電流補正値生成手段によって生成されるモータ電流補正値に基づいて上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正するモータ電流値補正部（４２）とを含む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、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、電流センサが出力するモータ電流検出値が、モータ電流値補正手段によって補正され、この補正後のモータ電流検出値と目標電流値とに基づいて電動モータがフィードバック制御される。したがって、モータ電流値補正手段により、電流センサの入出力特性に応じて、その検出誤差を補償するようにモータ電流検出値を補正することによって、安価で精度の良くない電流センサを用いる場合であっても、正確なモータ電流値の検出が可能になり、これに応じてステアリング機構の不所望な振動を効果的に防止することができる。
【０００８】
しかも、モータ電流値補正手段は、モータ電流検出値が増加傾向にあるか減少傾向にあるかに応じて、異なる２つの態様でモータ電流検出値を補正するから、たとえば、電流センサが、ヒステリシスを有する入出力特性のもの（たとえばホール素子を含むもの）であったとしても、モータ電流検出値を適正に補正して、その検出誤差を良好に補償することができる。
【０００９】
また、この発明によれば、電流センサが出力するモータ電流検出値に応じたモータ電流補正値に基づき、モータ電流検出値が補正されるから、電流センサの検出誤差をより正確に補償することができる。
たとえば、モータ電流検出値が増加傾向にあるときの電流センサの出力特性に応じた第１モータ電流補正値曲線（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３）と、モータ電流検出値が減少傾向にあるときの電流センサの出力特性に対応した第２モータ電流補正値曲線（Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３）とのいずれかに従って、モータ電流検出値を補正することとすればよい。上記の第１モータ電流補正値曲線および第２モータ電流補正値曲線は、モータ電流検出値の様々な値に対応するモータ電流補正値の値を定めたマップ（テーブル）の形式でメモリ（２３）に記憶しておくこととしてもよい。
【００１０】
さらに、また、この発明によれば、モータ電流補正値が、目標電流値に応じて定められるので、さらに適正に電流センサの検出誤差を補償することができる。たとえば、電流センサがヒステリシスを有する入出力特性のものである場合に、電流センサの検出誤差は、モータ電流のピーク値に依存する。モータ電流のピーク値は、目標電流値に依存するから、目標電流値に応じてモータ電流補正値を可変設定することによって、電流センサの検出誤差を良好に排除することができる。
【００１１】
たとえば、目標電流値の種々の値に対応した第１モータ電流補正値曲線群（Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３）および第２モータ電流補正値曲線群（Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３）を用意しておけばよい。より具体的には、メモリ（２３）に、上記第１モータ電流補正値曲線群および第２モータ電流補正値曲線群に対応した複数のマップを格納しておき、モータ電流検出値が増加傾向にあるか減少傾向にあるか、および目標電流値の値に応じて、いずれかのマップを選択するとともに、このマップから電流センサが出力するモータ電流検出値に対応するモータ電流補正値を読み出すこととすればよい。
【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。操作部材としてのステアリングホイール３１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト３２を介して、ステアリング機構３３に伝達される。ステアリング機構３３には、電動モータＭから操舵補助力が伝達されるようになっている。
【００１３】
ステアリングホイール３１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ８によって検出されるようになっている。このトルクセンサ８の出力信号は、電動モータＭを駆動制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０に入力されている。電子制御ユニット４０には、さらに、車速センサ７の出力信号が与えられている。電動モータＭは、たとえば３相ブラシレスモータからなっている。この電動モータＭの制御のために、レゾルバ等からなる回転角センサ５が設けられている。回転角センサ５は、電動モータＭのロータの回転角を検出して、電子制御ユニット４０に入力する。
【００１４】
電子制御ユニット４０は、電動モータＭに駆動電流を供給するための駆動回路１と、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２およびＲＯＭ２３を含むマイクロコンピュータ２とを備えている。
駆動回路１は、電源（たとえば車載バッテリ）３とアース４との間にパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｕ，１２Ｕの直列回路と、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，１２Ｖの直列回路と、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２Ｗの直列回路とを並列に接続したインバータ回路で構成されている。パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｕ，１２Ｕの直列回路は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｕ，１２Ｕの接続点で電動モータＭのＵ相巻線に接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，１２Ｖの直列回路は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，１２Ｖの接続点で電動モータＭのＶ相巻線に接続されている。そして、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２Ｗの直列回路は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２Ｗの接続点で電動モータＭのＷ相巻線に接続されている。
【００１５】
駆動回路１から電動モータＭのＵ相巻線およびＶ相巻線への給電経路上には、それぞれＵ相電流センサ６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖ（以下、総称するときには「電流センサ６」という。）が設けられている。電流センサ６には、たとえばホール素子を用いたものが適用される。この電流センサ６の出力信号は、マイクロコンピュータ２に与えられるようになっている。
マイクロコンピュータ２は、回転角センサ５の検出信号に基づいて、電動モータＭの各相の目標電流値を設定し、その目標電流値とＵ相電流センサ６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖの検出信号とに基づいて、駆動回路１の各パワーＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御する。
【００１６】
図２は、マイクロコンピュータ２の機能的な構成を説明するためのブロック図である。マイクロコンピュータ２は、ＲＯＭ２３に記憶された動作プログラムを実行することによって、実質的に複数の機能処理部として作用する。すなわち、マイクロコンピュータ２は、車速センサ７およびトルクセンサ８の出力信号に基づいて電動モータＭの目標電流値Ｉoを設定する目標電流値設定部４１と、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmを補正するモータ電流値補正部４２と、モータ電流値補正部４２が出力する補正後のモータ電流検出値Ｉm′の目標電流値Ｉoに対する偏差Ｉo−Ｉm′を求める偏差演算部４３と、この偏差演算部４３によって求められた偏差Ｉo−Ｉm′に基づいて駆動回路１に駆動制御信号を与えるモータ制御部４４とを備えている。
【００１７】
マイクロコンピュータ２は、さらに、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmが増加傾向にあるかまたは減少傾向にあるかを検出するモータ電流増減検出部４５を備え、さらに、モータ電流増減検出部４５の検出結果、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmおよび目標電流値設定部４１が設定する目標電流値Ｉoに基づいて、モータ電流補正値ΔＩmを生成するモータ電流補正値生成部４６を備えている。このモータ電流補正値生成部４６が生成するモータ電流補正値ΔＩmは、モータ電流値補正部４２においてモータ電流検出値Ｉmに加算され、この加算結果が補正後のモータ電流検出値Ｉm′として偏差演算部４３に与えられることになる。
【００１８】
モータ制御部４４は、目標電流値Ｉoと補正後のモータ電流検出値Ｉmとの偏差Ｉo−Ｉm′に対応したデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成し、このＰＷＭ制御信号を駆動回路１に入力する。こうして、駆動回路１のパワーＭＯＳＦＥＴがＰＷＭ制御信号のデューティでオン／オフされ、車速および操舵トルクに応じた電流が電動モータＭに供給され、これにより、この電動モータＭから車速および操舵トルクに応じた駆動力（操舵補助力）が発生されることになる。
【００１９】
図３は、目標電流値設定部４１の働きを説明するための図であり、操舵トルクに対する目標電流値Ｉoの関係が示されている。操舵トルクは、たとえば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、目標電流値Ｉoは、電動モータＭから右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータＭから左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
【００２０】
目標電流値Ｉoは、操舵トルクの正の値に対しては正の値をとり、操舵トルクの負の値に対しては負の値をとる。操舵トルクが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲（不感帯）の微小な値のときには、目標電流値Ｉoは零とされる。また、目標電流値Ｉoは、車速センサ７によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００２１】
図４は、電流センサ６の入出力特性を示す図である。ホール素子（とくに安価なホール素子）を用いた電流センサ６は、ヒステリシスを有する入出力特性を示す。すなわち、ヒステリシス曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３で示されているように、モータ電流が増大するときには、曲線Ｌｉで示す理論出力値よりも、電流センサ６の出力値（モータ電流検出値Ｉm）は低くなり、モータ電流値が減少するときには、曲線Ｌｉで示される理論出力値よりも大きな出力値（モータ電流検出値Ｉm）が電流センサ６から導出される。
【００２２】
さらに、ヒステリシス曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３に示すように、電流センサ６の検出誤差（理論出力値に対する実際の出力値の偏差）は、電動モータＭに流れるピーク電流値が大きいほど大きく現れる。モータ電流値補正部４２では、電流センサ６が検出するモータ電流検出値Ｉmを、曲線Ｌｉ上の理論出力値に補正するための処理が行われる。
図５（Ａ）（Ｂ）は、モータ電流補正値生成部４６の働きを説明するための図である。図５（Ａ）には、モータ電流検出値Ｉmが増加傾向にあるときに採用されるモータ電流補正値曲線群が示されており、図５（Ｂ）には、モータ電流検出値Ｉmが減少傾向にあるときに採用されるモータ電流補正値曲線群が示されている。
【００２３】
図５（Ａ）の曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３は、それぞれ、図４の曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の下側部分（モータ電流検出値Ｉmの増加時に相当する部分）に対応した電流センサ６の出力信号を補正するために用いられるモータ電流補正値ΔＩmを示す。同様に、図５（Ｂ）の曲線Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３は、それぞれ、図４の曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３における上側部分（モータ電流検出値Ｉmの減少時に相当する部分）に対応する電流センサ６の出力信号を補正するために用いられるモータ電流補正値を示す。
【００２４】
モータ電流補正値ΔＩmは、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmに応じて変化する値となっており、モータ電流検出値Ｉmに対応するモータ電流補正値ΔＩmを当該モータ電流検出値Ｉmに加算することによって、図４の曲線Ｌｉに対応した理論出力値に相当する補正後のモータ電流検出値Ｉm′（＝Ｉm′＋ΔＩm）が得られるようになっている。
すなわち、曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の下側部分に対して、図５（Ａ）の曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３にそれぞれ従うモータ電流補正値ΔＩmによる補正を施すことにより、理論出力値に対応した曲線Ｌｉが得られる。
【００２５】
同様に、曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の上側部分に対して、図５（Ｂ）に示す曲線Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３にそれぞれ従うモータ電流補正値ΔＩmによる補正を施すことにより、理論出力値に対応した曲線Ｌｉが得られる。
モータ電流検出値Ｉmの増加時には、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmは理論出力値を下回るので、曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３に従うモータ電流補正値ΔＩmは正の値とされている。したがって、モータ電流検出値Ｉmは増加補正されることになる。
【００２６】
また、モータ電流検出値Ｉmの減少時には、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmは理論出力値を上回るので、曲線Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３に従うモータ電流補正値ΔＩmは負の値とされている。したがって、モータ電流検出値Ｉmは減少補正されることになる。
図５（Ａ）（Ｂ）に示すモータ電流補正値曲線群は、モータ電流検出値Ｉmの様々な値にそれぞれ適切なモータ電流補正値ΔＩmを対応付けたマップ（テーブル）の形式で、マイクロコンピュータ２内のメモリ（たとえば、ＲＯＭ２３）に記憶されている。すなわち、曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３に対応するマップが用意されている。
【００２７】
モータ電流増減検出部４５の検出結果に応じて、モータ電流補正値曲線群Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３またはモータ電流補正値曲線群Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３のいずれかが選択され、さらに、目標電流値設定部４１によって設定される目標電流値Ｉoに基づいて、曲線群Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３のなかのいずれか１つまたは曲線群Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３のなかのいずれか１つが選択されることになる。すなわち、モータ電流補正値生成部４６は、目標電流値設定部４１が設定する目標電流値Ｉoをモータ電流値のピーク値と見なして、曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３；Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３のいずれかを選択する。より具体的には、目標電流値Ｉoが大きいほど、絶対値が大きなモータ電流補正値ΔＩmに相当する曲線が選択される。
【００２８】
モータ電流補正値生成部４６は、このようにして選択される１つのモータ電流補正値曲線に対応したマップを選択し、電流センサ６が出力するモータ電流検出値Ｉmに対応したモータ電流補正値ΔＩmを当該マップから読み出して生成する。マイクロコンピュータ２は、所定のサンプリング周期毎に電流センサ６の検出信号をサンプリングする。そこで、モータ電流増減検出部４５は、所定時間間隔毎のモータ電流検出値Ｉmを参照して、モータ電流検出値Ｉmが増加傾向にあるか減少傾向にあるかを検出し、その検出結果をモータ電流補正値生成部モータ電流値補正部４６に与えるようになっている。
【００２９】
以上のように、この実施形態によれば、電流センサ６の入出力特性に現れるヒステリシスが補正され、補正後のモータ電流検出値Ｉm′と目標電流値Ｉoとの偏差Ｉo−Ｉm′に基づいて電動モータＭがフィードバック制御される。これにより、電流センサ６の検出誤差に起因する電動モータＭのトルクリップルを抑制することができるから、ステアリング機構３３に不所望な振動が生じることを防止できる。
【００３０】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもでき、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】電動モータの制御のための構成を説明するためのブロック図である。
【図３】操舵トルクに対する目標電流値の関係を示す図である。
【図４】電流センサの入出力特性を示す図である。
【図５】モータ電流補正値曲線を示す図である。
【符号の説明】
１ 駆動回路
２ マイクロコンピュータ
６，６Ｕ，６Ｖ 電流センサ（ホール素子）
７ 車速センサ
８ トルクセンサ
３１ ステアリングホイール
３３ ステアリング機構
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４１ 目標電流値設定部
４２ モータ電流値補正部
４３ 偏差演算部（モータ制御手段）
４４ モータ制御部
４６ モータ電流補正値生成部
Ｍ 電動モータ

Claims (1)

1. 電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   このトルクセンサが検出する操舵トルクに基づいて、上記電動モータの目標電流値を設定する目標電流値設定手段と、
   上記電動モータに流れるモータ電流を検出してモータ電流検出値を出力する電流センサと、
   この電流センサが出力するモータ電流検出値が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを検出するモータ電流増減検出手段と、
   このモータ電流増減検出手段がモータ電流検出値の増加傾向を検出したときには、第１の態様で上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正し、上記モータ電流増減検出手段がモータ電流検出値の減少傾向を検出したときには、上記第１の態様とは異なる第２の態様で上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正して、補正後のモータ電流検出値を出力するモータ電流値補正手段と、
   このモータ電流値補正手段によって出力される補正後のモータ電流検出値と、上記目標電流値設定手段によって設定される目標電流値との偏差に基づいて、上記電動モータをフィードバック制御するモータ制御手段とを含み、
   上記モータ電流値補正手段は、上記電流センサが出力するモータ電流検出値に応じて変化し、かつ、上記目標電流値設定手段が設定する目標電流値に応じて変化するモータ電流補正値を生成するモータ電流補正値生成手段と、このモータ電流補正値生成手段によって生成されるモータ電流補正値に基づいて上記電流センサが出力するモータ電流検出値を補正するモータ電流値補正部とを含む
   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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