JP3988065B2 - 直流モータ駆動装置および電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転方向が反転する直流モータの駆動技術分野に属する。本発明はまた、このような直流モータ駆動技術を利用した電動パワーステアリング装置の制御技術分野に属する。本発明の応用分野としては、たとえば、自動車の電動式後輪操舵装置や工作ロボットのアーム駆動装置などがあり、本発明は広い分野での適用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
通常の電動パワーステアリング装置におけるパワーアシストモータとしての直流モータは、Ｈブリッヂ回路と電流検出手段と電流制御手段とをもつ駆動装置によって駆動されている。ここで、Ｈブリッヂ回路は、四つのパワートランジスタをもち直流モータにパルス幅変調された駆動電流を流してパワーアシストモータとしての直流モータを駆動する回路である。また、電流検出手段は、この直流モータに流されている駆動電流の絶対値を検知して電流検出値とする検出手段であり、フィードバックのためのセンサないしセンサ回路に相当する。さらに、電流制御手段は、直流モータに流すべき電流を定める電流指令値の絶対値と電流検出値との差に基づきＰＩＤなどのフィードバックを行って適正な駆動電流のデューティ比を設定し、Ｈブリッヂ回路を制御する電子回路等である。
【０００３】
すなわち、図１６に示すように、操舵トルク信号Ｔｑおよび車速信号Ｖに基づいて、機能要素１３，１４，１５，１６からなる電流指令値演算手段により、直流モータとしてのパワーアシストモータ（図略）に流すべき電流を定める電流指令値Ｉｃが設定される。次に、通常の電流制御手段２００は、この電流指令値Ｉｃと実際にパワーアシストモータに流れた駆動電流の検出値Ｉｍとに基づき、パルス幅変調（ＰＷＭ）を行ってパワーアシストモータを駆動する駆動回路２７を制御する。通常の電流制御手段２００では、図１７に示すように、電流指令値Ｉｃの絶対値と駆動電流検出値Ｉｍとの電流偏差Ｉｄに基づいてＰＩ制御演算手段２５によりＰＩ（比例積分）フィードバック制御が行われ、デューティ比Ｄｔが定められる。これと並行して、電流指令値Ｉｃの符号を判定する方向指令演算手段２３により方向指令値Ｄｉｒが算出されており、電流制御手段２００からは方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが駆動回路２７に入力される。
【０００４】
ところが、ＰＩフィードバックなど積分補償項をもつフィードバックを行っていると、図１８に示すように、積分補償項に蓄積がなされて積分補償項が無視できないほど大きくなってしまうことがある。このような状態で電流指令値の正負を反転させ、直流モータの回転方向を反転させようとすると、蓄積した積分補償項により過大なデューティ比Ｄｔがいきなり生じる。それゆえ、直流モータには回転方向を反転させる方向に大きな駆動電流Ｉｍａがインパルス的に流れ、直流モータの回転軸に衝撃的な駆動作用が働く。その結果、直流モータが衝動的に反転し、直流モータおよびその周辺部材のバネ弾性によって振動が生じたりするなどの不都合が生じる。
【０００５】
ここで、直流モータが電動パワーステアリング装置のパワーアシストモータである場合には、ステアリング系に小さな衝撃を生じ、コツンとした不自然な衝撃がハンドルを通して運転者に感知される。その結果、当該電動パワーステアリング装置の操舵感覚に違和感を生じ、その電動パワーステアリング装置に対する運転者の評価が低下してしまうという不都合が生じる。
【０００６】
従来の技術としては、特開平１０−２０３３８４号公報に、電流指令値と電流検出値との差に基づき、デジタル演算器によるフィードバック制御を基本的に行う電動パワーステアリング装置が開示されている。この装置の特徴は、デジタル演算器によって算出された駆動電流が過大であった場合には、駆動電流を所定の制限値内に制限するとともに、フィードフォワード的にデジタル演算器の内部変数を補正することである。それゆえ、この公報の技術によれば、駆動電流が過大にならないように制限されるとともに、操舵応答の応答速度が向上するという効果がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、パワーアシストモータである直流モータを反転させる際等に、デューティ比に制限が設けられているとはいえ、蓄積した積分補償項に相当する部分が多分に残っている。その結果、やはり直流モータの回転方向の反転時には、インパルス的に過大な駆動電流が直流モータに流れて、電流異常検知手段が作動したり、直流モータが衝撃的に作動して振動を生じたりする不都合が生じる。この不都合は、電動パワーステアリング装置においては、操舵角速度の反転時にコツンとした衝撃がハンドルに伝達され、操舵感覚が劣化するという形で発現する。
【０００８】
そこで本発明は、直流モータの回転方向を反転させる際にも、インパルス的な駆動電流を生じず、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止されている直流モータ駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。また、かような直流モータ駆動装置を採用して、電動パワーステアリング装置の操舵角速度の反転時にも操舵感覚に違和感を生じることが防止されている電動パワーステアリング制御装置を提供することをも解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、電流制御手段は、補償項リセット演算手段により、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に、フィードバックの各成分のうち少なくとも積分補償項を、適正なリセット値にリセットする。すなわち、フィードバック成分のうち積分補償項に蓄積がされて積分補償項が大きくなっていた場合にも、直流モータの反転時などの駆動状態所定の切替え時には、積分補償項の値が強制的にゼロ付近か負のリセット値にリセットされる。すると、直流モータが反転なり始動なりする際には、積分補償項が小さなリセット値または負のリセット値にリセットされているので、駆動電流のデューティ比も小さく抑制されており、インパルス的に大きな駆動電流を生じることがなくなる。その結果、駆動電流の電流指令値に対する追随性が向上し、直流モータの動作が滑らかになって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止される。
【００１０】
したがって本手段によれば、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に当たっても、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作が滑らかになるという効果がある。また、インパルス的に大きな駆動電流を生じることが防止されているので、異常電流を検知して直流モータの駆動を停止させるなどの安全機能を持つフェールセーフ手段の誤動作が防止されるという効果もある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が抑止されているので、周囲の器機に対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００１１】
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、前記第１手段において、所定の切替え時とは、電流指令値の正負が切り替わったときであり、直流モータの回転方向を反転させようとするときである。それゆえ、このようなときにフィードバックのうち積分補償項がリセットされているので、駆動電流が突出することが防止され、デューティ比も小さく抑制されており、インパルス的に大きな駆動電流を生じることがない。その結果、駆動電流の電流指令値に対する追随性が向上し、直流モータの動作が滑らかになって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが有効に防止される。
【００１２】
したがって本手段によれば、直流モータの反転時に当たって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作が滑らかになるという効果がある。
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載の直流モータ駆動装置である。
【００１３】
本手段では、前記第１手段において、所定の切替え時とは、電流指令値の正負が切り替わり、かつ、電流指令値の方向が直流モータの回転方向と異なるときである。すなわち、電流指令値の正負が切り替わって直流モータを反転させようとしていながら、新たな電流指令値の方向に対して依然として直流モータが従来の方向へと回転を続けているときである。
【００１４】
このような場合は、急激な電流指令値の反転時に起こりやすく、積分補償項が過大に蓄積されている可能性が高いので、積分補償項のリセットなしには大きな衝撃を生じてしまう。そこで、本手段のように、大きな衝撃を生じる可能性が高い場合に限って積分補償項をリセットすることにすれば、最低限必要なときにだけしか積分補償項のリセットが行われないことになり、制御系の線形性が連続的に保たれることが多くなる。
【００１５】
したがって本手段によれば、直流モータの急激な反転時に当たってのみ、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、通常の反転時も含めて直流モータの動作がより滑らかになるという効果がある。
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載の直流モータ駆動装置である。
【００１６】
本手段では、所定の切替え時は、第２手段または第３手段のときに加え、電源投入後の直流モータの始動時と、電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際しての直流モータの再始動時とのうち、少なくとも一方である。すなわち、通常の制御においては、電源投入後の直流モータの始動時にも、電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際しての直流モータの再始動時にも、積分補償項が蓄積されて大きな値をとっている場合があり得る。すると、始動時ないし再始動時にいきなり大きな積分補償項が作用して、インパルス状に大きな駆動電流が直流モータに流れ、直流モータが衝撃的に始動したり振動を生じたりする不都合を生じる。そこで本手段では、始動時ないし再始動時に積分補償項をリセットして、いきなり大きな駆動電流が流れることを防止している。その結果、始動時ないし再始動時にも、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作がより滑らかになる。
【００１７】
したがって本手段によれば、前述の第２手段または第３手段の効果に加えて、始動時ないし再始動時にも、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作がより滑らかになるという効果がある。
（第５手段）
本発明の第５手段は、請求項５記載の直流モータ駆動装置である。
【００１８】
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、正の所定値以下である。すなわち、正の所定値が適正に小さく設定されていれば、積分補償項がリセットされて取りうるリセット値は、微少な駆動電流しか出さない小さな正の値か、ゼロか、あるいは負の値かである。
積分補償項等がリセットされるリセット値が、微少な駆動電流しか出さない小さな正の値であれば、リセット直後には直流モータは微少な駆動力しか出さないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。また、積分補償項等がリセットされるリセット値がゼロであった場合にも、リセット直後には直流モータはほとんど駆動力を発揮しないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。さらに、積分補償項等がリセットされるリセット値が負の値であった場合には、リセット直後にはデューティ比がゼロになっており、直流モータには駆動電流が流れないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。
【００１９】
したがって本手段によれば、積分補償項のリセット直後に直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止されるという効果がある。
なお、積分補償項がリセットされるリセット値の最適値は、モータの特性や電流指令値によって異なるので、最適値を定めることは設計事項に属する。また、本手段の直流モータ駆動装置は、適正な演算手段をもって自動的に最適値を定めるように構成されていてもよい。
【００２０】
（第６手段）
本発明の第６手段は、請求項６記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、正の所定値以下であり、かつ、負の所定値以上である。すなわち、前述の第５手段の限定だけでは、負の大きな値に積分補償項がリセットされる可能性がある。このように積分補償項があまり大きく負の値にリセットされると、リセット後にしばらくデューティ比が立ち上がらず、直流モータの応答がやや遅れる可能性があるという不都合を生じる。それゆえ本手段では、積分補償項がリセットされるリセット値のとりうる範囲について、負の値の大きさにも適正な制限が加えられており、直流モータの応答速度にも配慮されている。
【００２１】
したがって本手段によれば、前述の第５手段の効果に加えて、積分補償項のリセット直後にも直流モータが電流指令値に対する良好な追随性を発揮することができるという効果がある。
（第７手段）
本発明の第７手段は、請求項７記載の直流モータ駆動装置である。
【００２２】
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、直流モータに発生する誘起電圧に対抗する値である。すなわち、回転中の直流モータには誘起電圧が発生するので、この誘起電圧に対抗する値に積分補償項をリセットしてやれば、リセット直後の直流モータの駆動力はほとんどなくなり、直流モータの駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになる。
【００２３】
したがって本手段によれば、直流モータの駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになるという効果がある。
（第８手段）
本発明の第８手段は、請求項８記載の電動パワーステアリング制御装置である。すなわち本手段は、ステアリングシャフトにかかる操舵トルクの検出値である操舵トルク信号と操舵車輪を持つ車両の速度の検出値である車速信号とに基づいて前記電流指令値を定める電流指令値演算手段と、前記第１手段ないし前記第７手段の直流モータ駆動装置とを有し、操舵力を高めるパワーアシストモータとしての直流モータを駆動する電動パワーステアリング制御装置である。
【００２４】
本手段では、ハンドルの切り返し時や始動時および制御再始動時などの直流モータ（パワーアシストモータ）の駆動状態の所定の切替え時に、フィードバック成分のうち少なくとも積分補償項が適正な値にリセットされる。それゆえ、リセット直後に直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止されているので、ハンドルにコツンとした衝撃が加わるなどの不都合は防止されている。その結果、ハンドル操作における操舵感覚が改善される。
【００２５】
したがって本手段によれば、ハンドル操作等による直流モータ（パワーアシストモータ）の駆動状態の所定の切替え時に、ハンドルにコツンとした衝撃が加わることは防止されており、その結果、操舵感覚が向上するという効果がある。また、直流モータに流れる駆動電流の異常を検知して直流モータの駆動を抑制するなどの機能を持ったフェールセーフ機能を持つ場合には、誤判定が少なくなり、やはり操舵感覚が向上するという効果がある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が防止されているので、周囲の器機に対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の直流モータ駆動装置および電動パワーステアリング制御装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成および作用）
本発明の実施例１としての電動パワーステアリング制御装置は、図１に示すように、操舵トルクセンサ１からの信号と車速センサ２からの信号とに基づいて、直流モータであるパワーアシストモータ３を駆動するＥＣＵ１０００である。パワーアシストモータ３は、減速機を介して、ステアリングシャフトにかかる運転者の操舵力を補強し、操舵車輪の向きを変える（操舵する）作用を持つ。また、ＥＣＵ１０００のハードウェア上の構成は、図２に示すように、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）および波形整形器と、Ａ／Ｄ変換器１１およびＣＰＵ１１１とをもつマイクロコンピュータ１００と、駆動回路２７と、Ｈブリッヂ回路３０とからなる。ＥＣＵ１０００は、運転者のハンドル操作に追随して操舵力を高めるパワーアシストモータ３を駆動する。すなわち、操舵トルクセンサ１の出力信号によって主に定まる電流指令値の正負が切り替わるので、この電流指令値に従って、ＥＣＵ１０００は、パワーアシストモータ３の回転方向を適宜切替える。
【００２７】
本実施例の電動パワーステアリング制御装置であるＥＣＵ１０００の機能的な構成は、図３に示すように、電流指令値演算手段１０、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０からなる。ここで、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０は、本発明の直流モータ駆動装置の一実施例を構成しており、ＥＣＵ１０００（図２参照）は、この直流モータ駆動装置の一実施例を構成要素として内蔵している。すなわち、ＥＣＵ１０００は、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０からなる直流モータ駆動装置と、電流指令値演算手段１０とを有する。
【００２８】
電流指令値演算手段１０は、ステアリングシャフト（図１参照）にかかる操舵トルクの検出値である操舵トルク信号Ｔｑと、操舵車輪（図１参照）を持つ車両の速度の検出値である車速信号Ｖとに基づいて電流指令値を定める手段である。電流指令値演算手段１０は、Ａ／Ｄ変換器１１およびパルス計測手段１２と、ＣＰＵ１１１（図２参照）に格納されたソフトウェアよって実現される位相補償演算手段１３、電流マップ演算手段１４、慣性補償演算手段１５および加算手段１６とからなる。
【００２９】
操舵トルクセンサ１からの出力信号は、ローパスフィルタＬＰＦ（図２参照）を介してノイズ成分が除かれた後、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタル信号に変換され、操舵トルク信号Ｔｑとして位相補償演算手段１３および慣性補償演算手段１５に入力される。
位相補償演算手段１３に入力された操舵トルク信号Ｔｑは、伝達関数Ｈ（ｓ）＝（τｓ＋１）／（Ａτｓ＋１）に相当するデジタル演算により位相進み補償を受けて補償トルク信号Ｔｐに変換され、電流マップ演算手段１４に入力される。これと並行して、車速センサ２から波形整形回路（図２参照）を介してＣＰＵ１１１（図２参照）に車速パルスの割り込みがあると、パルス計測手段１２が作動し、前回の車速パルスからの経過時間に基づいて車速信号Ｖが算出される。車速信号Ｖも、補償トルク信号Ｔｐと共に電流マップ演算手段１４に入力される。電流マップ演算手段１４は、補償トルク信号Ｔｐが大きくなるほど大きくなり、車速信号Ｖが大きくなるほど小さくなるように、操舵アシストの基本電流指令値Ｉｃｂをマップの補間演算ないし関数演算により算出する。
【００３０】
一方、慣性補償演算手段１５に入力された操舵トルク信号Ｔｑは、微分値に相当する差分値が取られたうえで適正なゲインをかけられ、慣性補償電流指令値Ｉｃｉとして慣性補償演算手段１５から出力される。そして、基本電流指令値Ｉｃｂと慣性補償電流指令値Ｉｃｉとは、加算手段１６で加算され、電流指令値Ｉｃ＝Ｉｃｂ＋Ｉｃｉが合成される。
【００３１】
直流モータ駆動手段２０は、電流指令値演算手段１０によって算出された電流指令値Ｉｃと、電流検出手段４０からフィードバックされる電流検出値Ｉｍａとに基づいて、Ｈブリッヂ回路３０を制御する電子装置である。すなわち、直流モータ駆動手段２０は、ＣＰＵ１１１（図２参照）によりソフトウェア的に実現される各演算手段２１〜２６と、同演算手段によって算出される方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔに基づいて制御される駆動回路２７とからなる。
【００３２】
電流指令値演算手段１０によって算出された電流指令値Ｉｃは、直流モータ駆動手段２０の絶対値演算手段２１および方向指令演算手段２３に、それぞれ入力される。方向指令演算手段２３は、電流指令値Ｉｃの正負に基づいて、電流指令値Ｉｃによりパワーアシストモータ３を回そうとする回転方向を示す方向指令値Ｄｉｒを−１，０，１のうちいずれかに設定して、補償項リセット演算手段２４と駆動回路２７とに供給する。ここで、Ｄｉｒ＝１は正転指令値を、Ｄｉｒ＝０は非駆動指令値を、Ｄｉｒ＝−１は逆転指令値をそれぞれ示す。
【００３３】
一方、絶対値演算手段２１は、電流指令値Ｉｃの絶対値｜Ｉｃ｜である電流指令値Ｉｃａを算出し、減算手段２２に供給する。すると減算手段２２は、電流指令値Ｉｃａから前述の電流検出値Ｉｍａ（これも絶対値）を減算することにより電流偏差Ｉｄを算出し、ＰＩ制御演算手段２５に供給する。
ＰＩ制御演算手段２５は、電流偏差Ｉｄ（＝Ｉｃａ−Ｉｍａ）に基づいて比例積分フィードバック制御演算を行い、適正範囲に制限された制限駆動電圧Ｖｄｇを算出し、デューティ比演算手段２６に供給する。この際、補償項リセット演算手段２４は、方向指令値Ｄｉｒを基に電流指令値Ｉｃの正負が切り替わったときにリセット指令信号を生成し、ＰＩ制御演算手段２５に供給する。すると、ＰＩ制御演算手段２５は、積算されていた積分項を含む比例積分項を強制的にゼロ（または小さな正負の値）に再設定（リセット）する。こうして適正に設定された制限駆動電圧Ｖｄｇに基づいて、デューティ比演算手段２６は、０〜１００％の範囲でデューティ比Ｄｔを算出し、駆動回路２７に提供する。
【００３４】
駆動回路２７は、方向指令演算手段２３によって設定された方向指令値Ｄｉｒと、ＰＩ制御演算手段２５およびデューティ比演算手段２６によって設定されたデューティ比Ｄｔとに基づいて、Ｈブリッヂ回路３０を適正に制御する。すなわち駆動回路２７は、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、Ｈブリッヂ回路３０の四つのパワートランジスタ３１〜３４のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、パワーアシストモータ３を駆動する。
【００３５】
Ｈブリッヂ回路３０は、パワーアシストモータ３の周囲にＨ字状に配設された四つのパワートランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）３１〜３４を回路要素とする回路である。Ｈブリッヂ回路３０には、バッテリ４からリレー５を介して所定の電圧がかけられている。それゆえ、前述のように各パワートランジスタ３１〜３４が適正なＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦされれば、Ｈブリッヂ回路３０は、直流モータであるパワーアシストモータ３を適正な電流をもって所望の方向に駆動する。
【００３６】
電流検出手段４０は、Ｈブリッヂ回路３０の一端とアースとの間に設けられたシャント抵抗４１と、シャント抵抗４１の両端の間に生じる電圧差をもってパワーアシストモータ３に流れた電流を検出するオペアンプ４２と、オペアンプ４２の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器４３とからなる。Ａ／Ｄ変換器４３によってデジタル信号とされた電流検出値（モータ電流の絶対値）Ｉｍａは、フィードバック信号として、前述のように直流モータ駆動手段２０の減算手段２２に供給される。
【００３７】
以上のように、本実施例の電動パワーステアリング制御装置は、電流指令値演算手段１０と、直流モータ駆動装置とを有し、同直流モータ駆動装置は、直流モータ駆動手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０を有する。ここで、Ｈブリッヂ回路３０は、四つのパワートランジスタ３１〜３４をもち、直流モータとしてのパワーアシストモータ３にパルス幅変調された駆動電流を流してパワーアシストモータ３を駆動する回路である。一方、電流検出手段４０は、パワーアシストモータ３に流される駆動電流の絶対値を検知して電流検出値Ｉｍａとする電気電子回路である。
【００３８】
直流モータ駆動手段２０は、電流制御手段であって、パワーアシストモータ３に流すべき電流を定める電流指令値の絶対値Ｉｃａと電流検出値Ｉｍａとの差である電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａに基づいてＰＩフィードバックを行う。そして、パワーアシストモータ３に流すべき駆動電流に適正なデューティ比Ｄｔと、同駆動電流の方向を示す方向指令値Ｄｉｒとを設定してＨブリッヂ回路３０を制御する。この際、直流モータ駆動手段２０は、パワーアシストモータ３の駆動状態の所定の切替え時に、ＰＩフィードバックの積分比例補償項を、適正なリセット値Ｖｒｓｔにリセットする補償項リセット演算手段２４をもっている。
【００３９】
ここで、前述の所定の切替え時は、電流指令値Ｉｃの正負が切り替わったときであり、前記リセット値Ｖｒｓｔは、ゼロであって、正の所定値以下かつ負の所定値以上である。
（実施例１の制御ロジック）
本実施例の電動パワーステアリング制御装置は、以上の構成を持ち、その直流モータ駆動手段２０の各機能要素２１〜２６は、図４に示すように、以下の制御ロジックに従って作用する。
【００４０】
この制御ロジックは、ＥＣＵ１０００のマイクロコンピュータ１１１（図２参照）に２５０μｓ毎に割り込みがかけられてスタートする。そして、電流指令値Ｉｃと電流検出値Ｉｍａとに基づいて、駆動電流の方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔを設定する。
先ず、ステップＳ１〜Ｓ５では、方向指令演算が行われ、電流指令値Ｉｃの値に基づいて方向指令値Ｄｉｒが設定される。すなわち、Ｉｃ＞０のときにはＤｉｒ＝１（正転指令）、Ｉｃ＝０のときにはＤｉｒ＝０（停止指令）、Ｉｃ＜０のときにはＤｉｒ＝−１（逆転指令）というように設定される。
【００４１】
次に、処理ステップＳ６〜Ｓ１０では、電流指令値Ｉｃおよび電流検出値Ｉｍａから、適正な範囲内で制限駆動電圧Ｖｄｇが算出される。すなわち、処理ステップＳ６では、絶対値演算手段２１（図３参照）により電流指令値Ｉｃの絶対値Ｉｃａ＝｜Ｉｃ｜が算出され、処理ステップＳ７では電流検出値Ｉｍａが読み込まれる。次いで処理ステップＳ８では、減算手段２２により、両者の差から電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａが算出される。そして、処理ステップＳ９では、ＰＩ制御演算手段２５により、ガードのかけられた制限駆動電圧Ｖｄｇに基づいて、電流偏差Ｉｄによる離散時間でのＰＩフィードバック演算が行われ、次の数１に従って駆動電圧Ｖｄが算出される。
【００４２】
【数１】
Ｖｄ（ｎ）＝Ｖｄｇ（ｎ−１）＋Ｎ・Ｉｄ（ｎ）−Ｍ・Ｉｄ（ｎ−１）
ここで、ＮおよびＭは、後述するが、それぞれ離散時間ＰＩフィードバック制御を行う際の比例積分係数である。また、（ｎ）は今回値を示し、（ｎ−１）は前回値を示す。
さらに、処理ステップＳ１０では、同じくＰＩ制御演算手段２５により、駆動電圧Ｖｄ（ｎ）の範囲が±Ｖｌｉｍの範囲に制限されて、制限駆動電圧Ｖｄｇが設定される。すなわち、Ｖｄ（ｎ）＜−ＶｌｉｍのときにはＶｄｇ（ｎ）＝−Ｖｌｉｍ、Ｖｄ（ｎ）＞ＶｌｉｍのときにはＶｄｇ（ｎ）＝Ｖｌｉｍと置かれ、いずれでもない場合には、Ｖｄｇ（ｎ）＝Ｖｄ（ｎ）と制限駆動電圧Ｖｄｇ（ｎ）が設定される。
【００４３】
しかる後、ステップＳ１１，Ｓ１２で、パワーアシストモータ３の駆動状態の所定の切替え時には、フィードバック補償項がリセットされる補償項リセット演算が行われる。すなわち、判断ステップＳ１１で補償項リセット演算手段２４による判定が行われ、Ｄｉｒ（ｎ）≠Ｄｉｒ（ｎ−１）かつＤｉｒ（ｎ）≠０である場合に限って処理ステップＳ１２に進み、しからざる場合は処理ステップＳ１２をスキップする。処理ステップＳ１２に進んだ場合には、同ステップで、再びＰＩ制御演算手段２５により、制限駆動電圧Ｖｄｇが所定のリセット電圧値Ｖｒｓｔ（本実施例ではゼロ）に設定される。この場合は、電流指令値Ｉｃの符号が反転した場合と、電流指令値Ｉｃがいったんゼロになりその後正負いずれかになった場合とだけである。このようにして、制限駆動電圧Ｖｄｇが適正に設定される。
【００４４】
最後に、処理ステップＳ１３〜Ｓ１５で、デューティ比Ｄｔが適正に設定され、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが出力される。すなわち、デューティ比演算手段２６により、処理ステップＳ１３では、適正に設定された制限駆動電圧Ｖｄｇに適正な正の係数Ｋｄｔがかけられて、仮のデューティ比Ｄｔａが算出され、続いて処理ステップＳ１４でデューティ比Ｄｔが０〜１００％の範囲に収まるように、Ｄｔａに基づいてデューティ比Ｄｔが適正に定められる。すなわち、Ｄｔａ＜０％のときにはＤｔ＝０％と置かれ，Ｄｔａ＞１００％のときにはＤｔ＝１００％と置かれ、いずれでもない場合には、Ｄｔ＝Ｄｔａとデューティ比Ｄｔが設定される。そして最後に、処理ステップＳ１５で、以上のようにして適正に定められた方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが、方向指令演算手段２３およびデューティ比演算手段２６から、駆動回路２７（図３参照）に出力される。
【００４５】
以上のようにして、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔの二信号が駆動回路２７に入力されると、駆動回路２７は両信号に基づいて各パワートランジスタ３１〜３４（図３参照）を制御する。すなわち、駆動回路２７は、方向指令値Ｄｉｒが１であれば、パワーアシストモータ３を正転させるように、二つのパワートランジスタ３２，３３をオフにしておいたうえで、パワートランジスタ３１をオンにし、パワートランジスタ３４をデューティ比Ｄｔに応じたＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦする。逆に、方向指令値Ｄｉｒが−１であれば、パワーアシストモータ３を逆転させるように、二つのパワートランジスタ３１，３４をオフにしておいたうえで、パワートランジスタ３２をオンにし、パワートランジスタ３３をデューティ比Ｄｔに応じたＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦする。そして、方向指令値Ｄｉｒがゼロの場合には、全てのパワートランジスタ３１〜３４をオフにして、パワーアシストモータ３への通電を停止する。このようにして、パワーアシストモータ３が駆動される。
【００４６】
ところで、前述の数１は次のようにして導き出される。すなわち、ＰＩフィードバック制御演算では、電流指令値Ｉｃａと電流検出値Ｉｍａとの差である電流偏差Ｉｄは、伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓを通して伝達され、図示しない内部値である駆動電圧Ｖｄ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）Ｉｄ（ｓ）が生成される。ここで、Ｋｐは比例ゲインであり、Ｋｉは積分ゲインであって、ｓはラプラス演算子である。
【００４７】
ここでさらに、演算周期をｔとして、伝達関数Ｇ（ｓ）を双一次変換の式ｓ＝（２／ｔ）・（ｚ−１）／（ｚ＋１）によってｚ変換すると、次の数２のように、離散時間での伝達関数Ｇ（ｚ）が得られる。
【００４８】
【数２】
Ｇ（ｚ） ＝
｛（Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２）−（Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２）ｚ-1｝／（１−ｚ-1）
そこで、駆動電圧Ｖｄは、電流偏差Ｉｄが伝達関数Ｇ（ｚ）を通して伝達されたものであるから、Ｎ＝Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２，Ｍ＝Ｋｐ−Ｋｉ・ｔ／２と置くと、前述の数１で離散時間表記されるに至る。
【００４９】
（実施例１の作用効果）
本実施例の電動パワーステアリング制御装置では、補償項リセット演算手段２４の判定により、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に、フィードバック制御値である制限駆動電圧Ｖｄｇが、リセット電圧値Ｖｒｓｔにリセットされる。ここで、リセット電圧値Ｖｒｓｔはゼロである。すなわち、積分フィードバック作用により積分補償成分が大きくなっていた場合にも、直流モータであるパワーアシストモータ３の反転時などには、制限駆動電圧Ｖｄｇが強制的にゼロにリセットされる。
【００５０】
たとえば、図５に示すように、電流指令値Ｉｃの符号が正転側から逆転側に反転した場合には、方向指令値Ｄｉｒが０を経て−１になった瞬間に、制限駆動電圧Ｖｄｇが強制的にゼロにリセットされる。すると、デューティ比Ｄｔもゼロにリセットされ、Ｄｔ＝０からパワーアシストモータ３のＰＷＭ制御が始まるので、パワーアシストモータ３に流れる駆動電流ないし電流検出値Ｉｍはゼロからスタートして徐々に逆転方向に増していく。この際、従来技術と異なり、フィードバック積分項などの蓄積がゼロにリセットされているので、大きな駆動電流Ｉｍがパルス的に発生することはない。その結果、駆動電流Ｉｍの電流指令値Ｉｃに対する追随性が向上し、パワーアシストモータ３の動作が滑らかになって、パワーアシストモータ３に衝撃的な作動や振動を生じることが防止される。
【００５１】
すなわち、本実施例の電動パワーステアリング装置では、ハンドルの切り返し時に、パワーアシストモータ３にインパルス的な駆動電流Ｉｍが流れることがなくなる。それゆえ、ハンドルの切り返し時にパワーアシストモータ３が衝動的に作動したり振動したりすることは防止されているので、ハンドルにコツンとした衝撃が加わるなどの不都合は防止されている。その結果、ハンドル操作における操舵感覚が改善される。
【００５２】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、インパルス的に大きな駆動電流Ｉｍを生じることが防止されているから、ハンドル切り返し時にハンドルにコツンとした衝撃が加わることは防止されており、その結果、操舵感覚が向上するという効果がある。また、パワーアシストモータ３に流れる駆動電流Ｉｍの異常を検知してパワーアシストモータ３の駆動を抑制するなどの機能を持ったフェールセーフ機能を持つものとすると、同機能による誤判定が少なくなり、安全性と操舵感覚とが向上するという効果がある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が抑止されているので、本実施例の電動パワーステアリング制御装置と周囲の器機とに対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００５３】
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、図６のフローチャートに示すように、制御ロジックを変更した電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。この制御ロジックは、直流モータ駆動手段２０（図３参照）のうちマイクロコンピュータ１１１（図２参照）によって実行されるデジタル演算であるから、ソフトウェアの変更によって実施例１の制御ロジックから容易に変更することができる。
【００５４】
本変形態様では、実施例１と同様の方向指令演算（ステップＳ１〜Ｓ５）の直後に、絶対値での電流指令値Ｉｃａの値が、電流指令値Ｉｃの反転時などにリセット電流値Ｉｒｓｔにリセットされる。ここで、リセット電流値Ｉｒｓｔは、流しうる最大電流を目安にしてある程度大きな負の所定値、たとえば−２０［Ａ］などの負の所定値にあらかじめ設定されている。
【００５５】
すなわち、方向指令値Ｄｉｒがゼロでなく前回と異なる場合には、処理ステップＳ１２’でＩｃａ＝Ｉｒｓｔと設定され、そうでない場合には、処理ステップＳ６でＩｃａ＝｜Ｉｃ｜と設定される。つまり、ハンドルの切り返し時等にＰＩフィードバック制御の演算結果がゼロになるように、本来は絶対値としての内部変数である電流指令値Ｉｃａを負の所定値に強制的にリセットすることで、擬似的に積分補償項をリセットするわけである。
【００５６】
すると、リセット電流値Ｉｒｓｔが。流しうる最大電流を目安にした負の所定値に設定されているので、次の処理ステップＳ８では、電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａは、リセット直後には通常はある程度絶対値の大きな負の値になる。これに伴い、処理ステップＳ９では前記数１によって定まる駆動電圧Ｖｄも小さな値になる。今回演算された駆動電圧Ｖｄは、次回の制限駆動電圧Ｖｄｇに反映されるので、結果として前述の実施例１のように制限駆動電圧Ｖｄｇをリセットすることと同様の作用が得られる。
【００５７】
したがって本変形態様によっても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
（実施例１の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、図７に示すように、直流モータ駆動手段２０の一部をアナログ回路で代替した構成の電動パワーステアリング制御装置を実施することが可能である。本変形態様では、実施例１のＰＩ制御演算手段２５はアナログ回路からなるＰＩ制御演算回路２５’によって置換され、実施例１のデューティ比演算手段２６はやはりアナログ回路からなるデューティ比設定回路２６’によって置換されている。
【００５８】
先ず、電流検出手段４０からアナログ信号（電圧）として絶対値の電流検出値Ｉｍａが、直流モータ駆動手段２０のＰＩ制御演算回路２５’に供給される。ＰＩ制御演算回路２５’は、リセットスイッチＳＷ、入力抵抗Ｒ１，Ｒ１’、帰還抵抗Ｒ２、帰還容量Ｃおよびオペアンプ２５１からなる。通常はリセットスイッチＳＷは開いており、補償項リセット演算手段２４によってリセット信号が供給された瞬間にだけリセットスイッチＳＷは閉じる。また、デューティ比設定回路２６’は、入力抵抗Ｒ３，コンパレータ２６１および三角波発生回路２６１から構成されている。
【００５９】
ＰＩ制御演算回路２５’のリセットスイッチＳＷが開いている通常の場合には、次のようにしてＰＩフィードバック制御が行われる。すなわち、帰還抵抗Ｒ２と入力抵抗Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１が比例ゲインに相当し、帰還容量Ｃと入力抵抗Ｒ１との積の逆数１／（Ｒ１・Ｃ）が積分ゲインに相当して、ＰＩ制御のアナログ演算が行われる。そして、デューティ比設定回路２６’では、オペアンプ２５１の出力電圧と三角波発生回路２５２の出力電流との大小を、コンパレータ２６１によって比較することにより、デューティ比Ｄｔに相当するＰＷＭ信号が得られる。その結果、方向指令値ＤｉｒとＰＷＭ信号とが駆動回路２７’に供給されるので、駆動回路２７’はＨブリッヂ回路３０を制御してパワーアシストモータ３を駆動する。
【００６０】
逆に、電流指令値Ｉｃの符号が変わったりしてＰＩ制御演算回路２５’のリセットスイッチＳＷが閉じると、一時的に帰還抵抗Ｒ２および帰還容量Ｃが短絡し、帰還容量Ｃに蓄積された電荷である積分値はゼロクリヤされる。同時に、オペアンプ２５１のゲインもゼロになり、デューティ比設定回路２６’の出力であるＰＷＭのデューティ比Ｄｔはゼロになるので、インパルス的な駆動電流Ｉｍの突発は防止される。その後、方向指令値Ｄｉｒの値が一定であれば、リセットスイッチＳＷが開いた状態に保たれ、ＰＩ演算により徐々にデューティ比Ｄｔが増大する。それゆえ、電流指令値Ｉｃに追随性のよい駆動電流Ｉｍによって、パワーアシストモータ３は滑らかに駆動される。
【００６１】
したがって、本変形態様の電動パワーステアリング制御装置によっても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。ただし、ＰＩ制御演算回路２５’およびデューティ比設定回路２６’がアナログ回路要素から構成されているので、部品コスト、組立コストおよび調整コストが実施例１よりも余計にかかる。逆に言えば、実施例１では、本変形態様の回路要素のうちデジタル化できるものは、マイクロコンピュータ１１１（図２参照）のソフトウェアに取り込まれているので、部品コスト、組立コストおよび調整コストが低減されている。
【００６２】
［実施例２］
（実施例２の構成）
本発明の実施例２としての電動パワーステアリング制御装置は、要部を図８に示すように、方向指令値Ｄｉｒに加えて、パワーアシストモータ３の回転方向にも基づいて補償項リセット演算手段２４の判定が行われる。
【００６３】
すなわち、本実施例の電動パワーステアリング装置は、実施例１の構成に加えて、オペアンプ２８’、Ａ／Ｄ変換器２８、回転数演算手段２９を有している。また、補償項リセット演算手段２４’の制御ロジックも、図９に示すように、判断ステップＳ１１’の部分が実施例１の制御ロジックと異なっている。すなわち、本実施例では、電流指令値Ｉｃの正負が切り替わり、かつ、電流指令値Ｉｃの方向Ｄｉｒがパワーアシストモータ３の回転方向と異なるときが、補償項リセットすべきパワーアシストモータ３の駆動状態の切替え時である。
【００６４】
（実施例２の作用効果）
再び図８に示すように、オペアンプ２８’は、パワーアシストモータ３の端子間電圧検出用のものであって、その出力電圧はＡ／Ｄ変換器２８によってデジタル信号の端子間電圧Ｖｍとしてマイクロコンピュータ１１１（図２参照）に入力される。マイクロコンピュータ１１１は、回転数演算手段２９によりパワーアシストモータ３の回転数を推算し、モータ回転数θｍ’を算出して補償項リセット演算手段２４’に提供する。この際、回転数演算手段２９は、端子間電圧Ｖｍおよび電流検出値Ｉｍａに基づき、次の数３に従ってモータ回転数θｍ’を算出する。
【００６５】
【数３】
θｍ’＝ Ｋｖ・（Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍａ・Ｄｉｒ）
ここで、Ｋｖは誘起電圧定数の逆数に相当する定数であり、Ｒはパワーアシストモータ３およびそのハーネス等の回路抵抗である。回転数演算手段２９はさらに、図示しないデジタル・ローパスフィルタを内蔵しており、同ＬＰＦにモータ回転数θｍ’を通すことによって、モータ回転数θｍ’から信号ノイズの影響をある程度取り除いている。この演算処理は、図１０に示すように、段階を分けて処理ステップＳ２１〜２４によって行うことができる。
【００６６】
そして、再び図８に示すように、補償項リセット演算手段２４’では、回転数演算手段２９から提供されるモータ回転数θｍ’と、方向指令演算手段２３から提供される方向指令値Ｄｉｒとに基づいて、補償項リセットの判定が行われる。この判定は、再び図９に示すように、判断ステップＳ１１’で行われる。すなわち、パワーアシストモータ３の回転方向（モータ回転数θｍ’の正負から判定できる）と反対方向に方向指令値Ｄｉｒが切り替わった瞬間に、制限駆動電圧Ｖｄｇはリセット電圧値Ｖｒｓｔ（＝０）にリセットされる。
【００６７】
図９を図４と比べてみれば明らかなように、本実施例での制御ロジックは判断ステップＳ１１’でのみ実施例１の制御ロジックと異なっており、その他の部分では実施例１と同一である。それゆえ、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、実施例１と同様の効果が得られる。すなわち、図１１の右側の矢印に示すように、電流指令値Ｉｃの符号が反転し方向指令値Ｄｉｒが反転すると、制限駆動電圧Ｖｄｇはリセット電圧値Ｖｒｓｔ（ゼロ）にリセットされる。その結果、実施例１と同様に、電流指令値Ｉｃの符号が反転しても、パワーアシストモータ３の逆器電圧に起因してインパルス的に大電流が流れることは防止されている。
【００６８】
そればかりではなく、図１１のＡ部に示すように、実施例１とは異なり、方向指令値Ｄｉｒがいったんゼロになった後、正負反転することなしに以前と同一符号に復帰した場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇはゼロにリセットされない。なぜならば、このような場合にはパワーアシストモータ３が慣性で回っているので、モータ回転数θｍ’の符号が反転しておらず、復帰した方向指令値Ｄｉｒの符号と方向指令値Ｄｉｒの符号とが同一であるからである。それゆえ、方向指令値Ｄｉｒが反転することなくゼロから復帰したこのような場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われず、継続してパワーアシストモータ３の逆起電力にうち勝つように、高い制限駆動電圧Ｖｄｇが維持される。その結果、一時的に電流指令値Ｉｃがゼロになっても、駆動電流Ｉｍは電流指令値Ｉｃに高い追随性をもって追随し、パワーアシストモータ３の動作に遅れを生じることが有効に防止されている。
【００６９】
さらに発明者は、本実施例の電動パワーステアリング制御装置を装備して実車試験を行い、図１２に示すように、実際的な各種データを得た。その結果、前述のように、電流指令値Ｉｃの符号を示す方向指令値Ｄｉｒがいったんゼロになっても復帰している場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットは行われず、電流検出値Ｉｍａは電流指令値Ｉｃａに対して高い追随性を保っている。一方、電流指令値Ｉｃの符号が反転した場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされているので、電流検出値Ｉｍａにインパルスは生ぜず、モータ回転数θｍ’はスムースに制御されている。
【００７０】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、実施例１と同様の効果を持つばかりではなく、電流指令値Ｉｃが一時的にゼロになった後復帰した場合でも、ハンドルに引きずり感が発生しないという効果がある。それゆえ、実施例１に勝って操舵感覚が向上するという効果がある。
（実施例２の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、前述のリセット値Ｖｒｓｔは可変とし、パワーアシストモータ３に発生する誘起電圧に対抗する値をもってこれに当てる電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。
【００７１】
すなわち、本変形態様では、前述の実施例２と同様に電流指令値Ｉｃの符号が反転した時には制限駆動電圧Ｖｄｇがリセット電圧値Ｖｒｓｔに強制的に設定されるが、実施例２とは異なり、このリセット電圧値Ｖｒｓｔが可変である。そして、リセット電圧値Ｖｒｓｔは、パワーアシストモータ３に生じる誘起電圧すなわち逆起電力Ｖｅに応じて可変とされている。逆起電力Ｖｅは、以前に図１０のフローチャートにおけるステップＳ２２で示したように、次の数４に従って算出される。
【００７２】
【数４】
Ｖｅ ＝ Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍａ・Ｄｉｒ
ここで、Ｒはパワーアシストモータ３およびそのハーネス等の回路抵抗である。そして、本変形態様では、リセット電圧値Ｖｒｓｔは次の数５によって逆起電力Ｖｅに相当する値として設定される。
【００７３】
【数５】
Ｖｒｓｔ ＝ Ｖｅ・Ｄｉｒ
たとえばモータ回転数θｍ’が正であるときに、方向指令値Ｄｉｒが１から−１に反転したとすると、そのときの逆起電力Ｖｅの符号はモータ回転数θｍ’の符号と同じ正である。すると、リセット電圧値Ｖｒｓｔは、Ｄｉｒ＝−１であるから、この数５に従って−Ｖｅという負の値になり、デューティ比Ｄｔは０％に設定されるので、パワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅに起因する電流パルスの発生は防止される。逆に、モータ回転数θｍ’が負の時に方向指令値Ｄｉｒが−１から１に反転すると、逆起電力Ｖｅの符号は負であるが、リセット電圧値Ｖｒｓｔの符号も負であるから、やはりデューティ比Ｄｔは０％に設定される。その結果、いずれの場合にも、方向指令値Ｄｉｒが反転するとデューティ比Ｄｔは０％に設定されるので、パワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅに起因する電流パルスの発生は防止される。
【００７４】
一方、モータ回転数θｍ’が正であるときに方向指令値Ｄｉｒが１に反転する場合や、逆にモータ回転数θｍ’が負であるときに方向指令値Ｄｉｒが−１に反転する場合も、まれに起こりうる。これらの場合には、いずれもモータ回転数θｍ’と方向指令値Ｄｉｒとが同符号であるので、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットは行われない。それゆえ、これらの場合には継続的にパワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅにうち勝つ制限駆動電圧Ｖｄｇが維持され、駆動電流Ｉｍの電流指令値Ｉｃに対する追随性は確保される。
【００７５】
すなわち本変形態様では、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされるリセット電圧値Ｖｒｓｔは、パワーアシストモータ３に発生する逆起電力Ｖｅに対抗する値である。つまり、回転中のパワーアシストモータ３には逆起電力Ｖｅが発生しているので、逆起電力Ｖｅに対抗する値に制限駆動電圧Ｖｄｇをリセットしてやるわけである。すると、デューティ比Ｄｔが０％に設定されるので、リセット直後にはパワーアシストモータ３の駆動力はなくなり、パワーアシストモータ３の駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになる。
【００７６】
したがって本変形態様によれば、前述の実施例２の効果に加えて、パワーアシストモータ３の駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになるという効果がある。
（実施例２の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、運転中のハンドル切り返し時だけではなく、始動時と、異常停止状態からの復帰時とにも、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われる制御ロジックを持つ電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。すなわち本変形態様では、実施例２と同様のハンドル切り返し時に加えて、イグニッションスイッチ操作による電源投入後のパワーアシストモータ３の始動時と、フェールセーフ手段の作動による電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際してのパワーアシストモータ３の再始動時とに、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされる。
【００７７】
すなわち、本変形態様の電動パワーステアリング制御装置の要部構成は、図８を参照して説明した実施例２の構成において、補償項リセット演算手段２４’の判定ロジックに改修が加えられたものとしてとらえることができる。本変形態様の電動パワーステアリング制御装置における主要な制御ロジックは、図１３に示すように、図９を参照して説明した実施例２の制御ロジックに判断ステップＳ１１’が加わったものである。判断ステップＳ１１’では、電動パワーステアリング装置のシステムチェックの結果、異常発見によるパワーアシストモータ３の駆動禁止状態から駆動許可状態に復帰した瞬間にも、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われる。
【００７８】
それゆえ、電動パワーステアリング装置のシステムチェックで異常が発見されパワーアシストモータ３の駆動が禁止されている状態から、駆動を許可されている状態に復帰した瞬間に、大きくなったままの制限駆動電圧Ｖｄｇにより過大な駆動電流Ｉｍがインパルス的に発生するような不都合は防止されている。その結果、パワーアシストモータ３の駆動力の復帰が徐々に行われるので、復帰直後に運転者が力余ってハンドルを切りすぎてしまうような不都合は防止され、異常時からの回復時においても、操舵感覚が改善されるという効果がある。
【００７９】
この際、電動パワーステアリング装置のシステムチェックには、図１４に示すように、自己診断ロジックがマイクロコンピュータ１００のＣＰＵ１１１（図２参照）に組み込まれており、この自己診断ロジックがシステム初期化とシステムチェックとを行う。すなわち、イグニッションスイッチをオンにすると、他のロジックに先立って処理ステップＳ３１でシステム初期化が行われる。すなわち、マイクロコンピュータ１００のメモリの初期化や、前述の制御ロジックを含む各種割り込み処理の初期化が行われ、パワーアシストモータ３は駆動禁止状態に初期設定される。
【００８０】
そして、所定の周期でシステムチェックのルーチン（ステップＳ３２〜Ｓ３７）が実行される。すなわち、処理ステップＳ３２においては、操舵トルク信号Ｔｑが正常か、電流検出値Ｉｍａの値が正常かなどの各種診断が行われ、その結果をもって判断ステップＳ３３で異常なしか否かが判定される。判断ステップＳ３３で異常なしと判定された場合には、処理ステップＳ３４でパワーアシストモータ３の駆動を許可する判定フラッグが立てられる。そして、システムチェックのルーチンが繰り返されるたびに、処理ステップＳ３５で、駆動電流Ｉｍａの制限値である電流制限値Ｉｇｄが正常状態の所定値に達するまで徐々に増大させられる。逆に、判断ステップ３３Ｓで異常ありと判定された場合には、パワーアシストモータ３の暴走を防止するために、処理ステップＳ３６で電流制限値Ｉｄｇを即時ゼロにセットし、処理ステップＳ３７で駆動を許可する判定フラッグが寝かされてパワーアシストモータ３の駆動が禁止される。
【００８１】
前述の制御ロジック（図１３参照）では、判断ステップＳ１１’でこの判定フラッグが禁止状態から許可状態に変化したか否かが判定される。その結果、この判定フラッグが禁止状態から許可状態に変化した場合には、前述のように、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセット電圧値Ｖｒｓｔにリセットされてデューティ比Ｄｔがいったん０％になる。それゆえ、パワーアシストモータ３が徐々に立ち上がるので、始動時にも異常状態からの復帰時にもパワーアシストモータ３の駆動力が徐々に増すようになっており、運転者が操舵感覚の急変に驚かされるような不都合は防止されている。
【００８２】
なお、本変形態様における電流指令値演算手段１０（図３参照）での演算処理は、図１５に示すフローチャートに従って行われている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図
【図２】 実施例１としての電動パワーステアリング制御装置のハードウェア構成を示すブロック図
【図３】 実施例１の構成を示すブロック図
【図４】 実施例１の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図５】 実施例１の効果を模式的に示すグラフ
【図６】 実施例１の変形態様１の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図７】 実施例１の変形態様２の構成を示すブロック図
【図８】 実施例２としての電動パワーステアリング制御装置の要部構成を示すブロック図
【図９】 実施例２の直流モータ駆動装置の制御ロジックを示す流れ図
【図１０】実施例２での回転数演算手順を示す流れ図
【図１１】実施例２の効果を模式的に示すグラフ
【図１２】実施例２の効果を実験的に示すグラフ
【図１３】実施例２の変形態様２の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図１４】実施例２の変形態様２の自己診断ロジックを示す流れ図
【図１５】実施例２の変形態様２の予備演算ロジックを示す流れ図
【図１６】通常の電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図
【図１７】通常の電流制御手段の構成を示すブロック図
【図１８】通常の電動パワーステアリング制御装置の不都合を示すグラフ
【符号の説明】
１：トルクセンサ ２：車速センサ
３：パワーアシストモータ（直流モータとして）
４：バッテリ ５：リレー
１０００：ＥＣＵ（電動パワーステアリング制御装置として）
１００：マイクロコンピュータ １１１：ＣＰＵ
１０：電流指令値演算手段
１１：Ａ／Ｄ変換器 １２：パルス計測手段
１３：位相補償演算手段 １４：電流マップ演算手段
１５：慣性補償演算手段（微分演算） １６：加算手段
２０：直流モータ駆動手段（３０，４０とで直流モータ駆動装置として）
２１：絶対値演算手段 ２２：減算手段 ２３：方向指令演算手段
２４，２４’：補償項リセット演算手段 ２５：ＰＩ制御演算手段
２６：デューティ比演算手段 ２７，２７’：駆動回路
２５’：ＰＩ制御演算回路
２５１：オペアンプ（電流検出手段として）
２６’：デューティ比設定回路
２６１：コンパレータ ２６２：三角波発生回路
２８：オペアンプ（端子電圧検出用）
２８’：Ａ／Ｄ変換器 ２９：回転数演算手段
３０：Ｈブリッヂ回路
３１，３２，３３，３４：パワートランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
４０：電流検出手段
４１：シャント抵抗 ４２：オペアンプ ４３：Ａ／Ｄ変換器
Ｄｉｒ：方向指令値（−１，０，１） Ｄｔ：デューティ比（０〜１００％）
Ｉｃ：電流指令値 Ｉｃａ：電流指令値（絶対値）
Ｉｃｂ：基本電流指令値 Ｉｃｉ：慣性補償電流指令値
Ｉｄ：電流偏差 Ｉｒｓｔ：リセット電流値（負のリセット値として）
Ｉｍ：電流検出値（駆動電流） Ｉｍａ：電流検出値（絶対値）
Ｔｑ：操舵トルク信号 Ｖ：車速信号
Ｖｄ：駆動電圧 Ｖｄｇ：制限駆動電圧（制限後の駆動電圧）
Ｖｌｉｍ：駆動電圧制限値 Ｖｒｓｔ：リセット電圧値（リセット値として）
θｍ’：モータ回転数（角速度）
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転方向が反転する直流モータの駆動技術分野に属する。本発明はまた、このような直流モータ駆動技術を利用した電動パワーステアリング装置の制御技術分野に属する。本発明の応用分野としては、たとえば、自動車の電動式後輪操舵装置や工作ロボットのアーム駆動装置などがあり、本発明は広い分野での適用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
通常の電動パワーステアリング装置におけるパワーアシストモータとしての直流モータは、Ｈブリッヂ回路と電流検出手段と電流制御手段とをもつ駆動装置によって駆動されている。ここで、Ｈブリッヂ回路は、四つのパワートランジスタをもち直流モータにパルス幅変調された駆動電流を流してパワーアシストモータとしての直流モータを駆動する回路である。また、電流検出手段は、この直流モータに流されている駆動電流の絶対値を検知して電流検出値とする検出手段であり、フィードバックのためのセンサないしセンサ回路に相当する。さらに、電流制御手段は、直流モータに流すべき電流を定める電流指令値の絶対値と電流検出値との差に基づきＰＩＤなどのフィードバックを行って適正な駆動電流のデューティ比を設定し、Ｈブリッヂ回路を制御する電子回路等である。
【０００３】
すなわち、図１６に示すように、操舵トルク信号Ｔｑおよび車速信号Ｖに基づいて、機能要素１３，１４，１５，１６からなる電流指令値演算手段により、直流モータとしてのパワーアシストモータ（図略）に流すべき電流を定める電流指令値Ｉｃが設定される。次に、通常の電流制御手段２００は、この電流指令値Ｉｃと実際にパワーアシストモータに流れた駆動電流の検出値Ｉｍとに基づき、パルス幅変調（ＰＷＭ）を行ってパワーアシストモータを駆動する駆動回路２７を制御する。通常の電流制御手段２００では、図１７に示すように、電流指令値Ｉｃの絶対値と駆動電流検出値Ｉｍとの電流偏差Ｉｄに基づいてＰＩ制御演算手段２５によりＰＩ（比例積分）フィードバック制御が行われ、デューティ比Ｄｔが定められる。これと並行して、電流指令値Ｉｃの符号を判定する方向指令演算手段２３により方向指令値Ｄｉｒが算出されており、電流制御手段２００からは方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが駆動回路２７に入力される。
【０００４】
ところが、ＰＩフィードバックなど積分補償項をもつフィードバックを行っていると、図１８に示すように、積分補償項に蓄積がなされて積分補償項が無視できないほど大きくなってしまうことがある。このような状態で電流指令値の正負を反転させ、直流モータの回転方向を反転させようとすると、蓄積した積分補償項により過大なデューティ比Ｄｔがいきなり生じる。それゆえ、直流モータには回転方向を反転させる方向に大きな駆動電流Ｉｍａがインパルス的に流れ、直流モータの回転軸に衝撃的な駆動作用が働く。その結果、直流モータが衝動的に反転し、直流モータおよびその周辺部材のバネ弾性によって振動が生じたりするなどの不都合が生じる。
【０００５】
ここで、直流モータが電動パワーステアリング装置のパワーアシストモータである場合には、ステアリング系に小さな衝撃を生じ、コツンとした不自然な衝撃がハンドルを通して運転者に感知される。その結果、当該電動パワーステアリング装置の操舵感覚に違和感を生じ、その電動パワーステアリング装置に対する運転者の評価が低下してしまうという不都合が生じる。
【０００６】
従来の技術としては、特開平１０−２０３３８４号公報に、電流指令値と電流検出値との差に基づき、デジタル演算器によるフィードバック制御を基本的に行う電動パワーステアリング装置が開示されている。この装置の特徴は、デジタル演算器によって算出された駆動電流が過大であった場合には、駆動電流を所定の制限値内に制限するとともに、フィードフォワード的にデジタル演算器の内部変数を補正することである。それゆえ、この公報の技術によれば、駆動電流が過大にならないように制限されるとともに、操舵応答の応答速度が向上するという効果がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、パワーアシストモータである直流モータを反転させる際等に、デューティ比に制限が設けられているとはいえ、蓄積した積分補償項に相当する部分が多分に残っている。その結果、やはり直流モータの回転方向の反転時には、インパルス的に過大な駆動電流が直流モータに流れて、電流異常検知手段が作動したり、直流モータが衝撃的に作動して振動を生じたりする不都合が生じる。この不都合は、電動パワーステアリング装置においては、操舵角速度の反転時にコツンとした衝撃がハンドルに伝達され、操舵感覚が劣化するという形で発現する。
【０００８】
そこで本発明は、直流モータの回転方向を反転させる際にも、インパルス的な駆動電流を生じず、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止されている直流モータ駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。また、かような直流モータ駆動装置を採用して、電動パワーステアリング装置の操舵角速度の反転時にも操舵感覚に違和感を生じることが防止されている電動パワーステアリング制御装置を提供することをも解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、電流制御手段は、補償項リセット演算手段により、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に、フィードバックの各成分のうち少なくとも積分補償項を、適正なリセット値にリセットする。すなわち、フィードバック成分のうち積分補償項に蓄積がされて積分補償項が大きくなっていた場合にも、直流モータの反転時などの駆動状態所定の切替え時には、積分補償項の値が強制的にゼロ付近か負のリセット値にリセットされる。すると、直流モータが反転なり始動なりする際には、積分補償項が小さなリセット値または負のリセット値にリセットされているので、駆動電流のデューティ比も小さく抑制されており、インパルス的に大きな駆動電流を生じることがなくなる。その結果、駆動電流の電流指令値に対する追随性が向上し、直流モータの動作が滑らかになって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止される。
【００１０】
したがって本手段によれば、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に当たっても、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作が滑らかになるという効果がある。また、インパルス的に大きな駆動電流を生じることが防止されているので、異常電流を検知して直流モータの駆動を停止させるなどの安全機能を持つフェールセーフ手段の誤動作が防止されるという効果もある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が抑止されているので、周囲の器機に対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００１１】
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、前記第１手段において、所定の切替え時とは、電流指令値の正負が切り替わったときであり、直流モータの回転方向を反転させようとするときである。それゆえ、このようなときにフィードバックのうち積分補償項がリセットされているので、駆動電流が突出することが防止され、デューティ比も小さく抑制されており、インパルス的に大きな駆動電流を生じることがない。その結果、駆動電流の電流指令値に対する追随性が向上し、直流モータの動作が滑らかになって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが有効に防止される。
【００１２】
したがって本手段によれば、直流モータの反転時に当たって、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作が滑らかになるという効果がある。
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載の直流モータ駆動装置である。
【００１３】
本手段では、前記第１手段において、所定の切替え時とは、電流指令値の正負が切り替わり、かつ、電流指令値の方向が直流モータの回転方向と異なるときである。すなわち、電流指令値の正負が切り替わって直流モータを反転させようとしていながら、新たな電流指令値の方向に対して依然として直流モータが従来の方向へと回転を続けているときである。
【００１４】
このような場合は、急激な電流指令値の反転時に起こりやすく、積分補償項が過大に蓄積されている可能性が高いので、積分補償項のリセットなしには大きな衝撃を生じてしまう。そこで、本手段のように、大きな衝撃を生じる可能性が高い場合に限って積分補償項をリセットすることにすれば、最低限必要なときにだけしか積分補償項のリセットが行われないことになり、制御系の線形性が連続的に保たれることが多くなる。
【００１５】
したがって本手段によれば、直流モータの急激な反転時に当たってのみ、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、通常の反転時も含めて直流モータの動作がより滑らかになるという効果がある。
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載の直流モータ駆動装置である。
【００１６】
本手段では、所定の切替え時は、第２手段または第３手段のときに加え、電源投入後の直流モータの始動時と、電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際しての直流モータの再始動時とのうち、少なくとも一方である。すなわち、通常の制御においては、電源投入後の直流モータの始動時にも、電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際しての直流モータの再始動時にも、積分補償項が蓄積されて大きな値をとっている場合があり得る。すると、始動時ないし再始動時にいきなり大きな積分補償項が作用して、インパルス状に大きな駆動電流が直流モータに流れ、直流モータが衝撃的に始動したり振動を生じたりする不都合を生じる。そこで本手段では、始動時ないし再始動時に積分補償項をリセットして、いきなり大きな駆動電流が流れることを防止している。その結果、始動時ないし再始動時にも、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作がより滑らかになる。
【００１７】
したがって本手段によれば、前述の第２手段または第３手段の効果に加えて、始動時ないし再始動時にも、直流モータに衝撃的な作動や振動を生じることが防止され、直流モータの動作がより滑らかになるという効果がある。
（第５手段）
本発明の第５手段は、請求項５記載の直流モータ駆動装置である。
【００１８】
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、正の所定値以下である。すなわち、正の所定値が適正に小さく設定されていれば、積分補償項がリセットされて取りうるリセット値は、微少な駆動電流しか出さない小さな正の値か、ゼロか、あるいは負の値かである。
積分補償項等がリセットされるリセット値が、微少な駆動電流しか出さない小さな正の値であれば、リセット直後には直流モータは微少な駆動力しか出さないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。また、積分補償項等がリセットされるリセット値がゼロであった場合にも、リセット直後には直流モータはほとんど駆動力を発揮しないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。さらに、積分補償項等がリセットされるリセット値が負の値であった場合には、リセット直後にはデューティ比がゼロになっており、直流モータには駆動電流が流れないので、直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止される。
【００１９】
したがって本手段によれば、積分補償項のリセット直後に直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止されるという効果がある。
なお、積分補償項がリセットされるリセット値の最適値は、モータの特性や電流指令値によって異なるので、最適値を定めることは設計事項に属する。また、本手段の直流モータ駆動装置は、適正な演算手段をもって自動的に最適値を定めるように構成されていてもよい。
【００２０】
（第６手段）
本発明の第６手段は、請求項６記載の直流モータ駆動装置である。
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、正の所定値以下であり、かつ、負の所定値以上である。すなわち、前述の第５手段の限定だけでは、負の大きな値に積分補償項がリセットされる可能性がある。このように積分補償項があまり大きく負の値にリセットされると、リセット後にしばらくデューティ比が立ち上がらず、直流モータの応答がやや遅れる可能性があるという不都合を生じる。それゆえ本手段では、積分補償項がリセットされるリセット値のとりうる範囲について、負の値の大きさにも適正な制限が加えられており、直流モータの応答速度にも配慮されている。
【００２１】
したがって本手段によれば、前述の第５手段の効果に加えて、積分補償項のリセット直後にも直流モータが電流指令値に対する良好な追随性を発揮することができるという効果がある。
（第７手段）
本発明の第７手段は、請求項７記載の直流モータ駆動装置である。
【００２２】
本手段では、前記第１手段において、積分補償項等がリセットされるリセット値は、直流モータに発生する誘起電圧に対抗する値である。すなわち、回転中の直流モータには誘起電圧が発生するので、この誘起電圧に対抗する値に積分補償項をリセットしてやれば、リセット直後の直流モータの駆動力はほとんどなくなり、直流モータの駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになる。
【００２３】
したがって本手段によれば、直流モータの駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになるという効果がある。
（第８手段）
本発明の第８手段は、請求項８記載の電動パワーステアリング制御装置である。すなわち本手段は、ステアリングシャフトにかかる操舵トルクの検出値である操舵トルク信号と操舵車輪を持つ車両の速度の検出値である車速信号とに基づいて前記電流指令値を定める電流指令値演算手段と、前記第１手段ないし前記第７手段の直流モータ駆動装置とを有し、操舵力を高めるパワーアシストモータとしての直流モータを駆動する電動パワーステアリング制御装置である。
【００２４】
本手段では、ハンドルの切り返し時や始動時および制御再始動時などの直流モータ（パワーアシストモータ）の駆動状態の所定の切替え時に、フィードバック成分のうち少なくとも積分補償項が適正な値にリセットされる。それゆえ、リセット直後に直流モータが衝動的に作動したり振動したりすることは防止されているので、ハンドルにコツンとした衝撃が加わるなどの不都合は防止されている。その結果、ハンドル操作における操舵感覚が改善される。
【００２５】
したがって本手段によれば、ハンドル操作等による直流モータ（パワーアシストモータ）の駆動状態の所定の切替え時に、ハンドルにコツンとした衝撃が加わることは防止されており、その結果、操舵感覚が向上するという効果がある。また、直流モータに流れる駆動電流の異常を検知して直流モータの駆動を抑制するなどの機能を持ったフェールセーフ機能を持つ場合には、誤判定が少なくなり、やはり操舵感覚が向上するという効果がある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が防止されているので、周囲の器機に対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の直流モータ駆動装置および電動パワーステアリング制御装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成および作用）
本発明の実施例１としての電動パワーステアリング制御装置は、図１に示すように、操舵トルクセンサ１からの信号と車速センサ２からの信号とに基づいて、直流モータであるパワーアシストモータ３を駆動するＥＣＵ１０００である。パワーアシストモータ３は、減速機を介して、ステアリングシャフトにかかる運転者の操舵力を補強し、操舵車輪の向きを変える（操舵する）作用を持つ。また、ＥＣＵ１０００のハードウェア上の構成は、図２に示すように、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）および波形整形器と、Ａ／Ｄ変換器１１およびＣＰＵ１１１とをもつマイクロコンピュータ１００と、駆動回路２７と、Ｈブリッヂ回路３０とからなる。ＥＣＵ１０００は、運転者のハンドル操作に追随して操舵力を高めるパワーアシストモータ３を駆動する。すなわち、操舵トルクセンサ１の出力信号によって主に定まる電流指令値の正負が切り替わるので、この電流指令値に従って、ＥＣＵ１０００は、パワーアシストモータ３の回転方向を適宜切替える。
【００２７】
本実施例の電動パワーステアリング制御装置であるＥＣＵ１０００の機能的な構成は、図３に示すように、電流指令値演算手段１０、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０からなる。ここで、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０は、本発明の直流モータ駆動装置の一実施例を構成しており、ＥＣＵ１０００（図２参照）は、この直流モータ駆動装置の一実施例を構成要素として内蔵している。すなわち、ＥＣＵ１０００は、電流制御手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０からなる直流モータ駆動装置と、電流指令値演算手段１０とを有する。
【００２８】
電流指令値演算手段１０は、ステアリングシャフト（図１参照）にかかる操舵トルクの検出値である操舵トルク信号Ｔｑと、操舵車輪（図１参照）を持つ車両の速度の検出値である車速信号Ｖとに基づいて電流指令値を定める手段である。電流指令値演算手段１０は、Ａ／Ｄ変換器１１およびパルス計測手段１２と、ＣＰＵ１１１（図２参照）に格納されたソフトウェアよって実現される位相補償演算手段１３、電流マップ演算手段１４、慣性補償演算手段１５および加算手段１６とからなる。
【００２９】
操舵トルクセンサ１からの出力信号は、ローパスフィルタＬＰＦ（図２参照）を介してノイズ成分が除かれた後、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタル信号に変換され、操舵トルク信号Ｔｑとして位相補償演算手段１３および慣性補償演算手段１５に入力される。
位相補償演算手段１３に入力された操舵トルク信号Ｔｑは、伝達関数Ｈ（ｓ）＝（τｓ＋１）／（Ａτｓ＋１）に相当するデジタル演算により位相進み補償を受けて補償トルク信号Ｔｐに変換され、電流マップ演算手段１４に入力される。これと並行して、車速センサ２から波形整形回路（図２参照）を介してＣＰＵ１１１（図２参照）に車速パルスの割り込みがあると、パルス計測手段１２が作動し、前回の車速パルスからの経過時間に基づいて車速信号Ｖが算出される。車速信号Ｖも、補償トルク信号Ｔｐと共に電流マップ演算手段１４に入力される。電流マップ演算手段１４は、補償トルク信号Ｔｐが大きくなるほど大きくなり、車速信号Ｖが大きくなるほど小さくなるように、操舵アシストの基本電流指令値Ｉｃｂをマップの補間演算ないし関数演算により算出する。
【００３０】
一方、慣性補償演算手段１５に入力された操舵トルク信号Ｔｑは、微分値に相当する差分値が取られたうえで適正なゲインをかけられ、慣性補償電流指令値Ｉｃｉとして慣性補償演算手段１５から出力される。そして、基本電流指令値Ｉｃｂと慣性補償電流指令値Ｉｃｉとは、加算手段１６で加算され、電流指令値Ｉｃ＝Ｉｃｂ＋Ｉｃｉが合成される。
【００３１】
直流モータ駆動手段２０は、電流指令値演算手段１０によって算出された電流指令値Ｉｃと、電流検出手段４０からフィードバックされる電流検出値Ｉｍａとに基づいて、Ｈブリッヂ回路３０を制御する電子装置である。すなわち、直流モータ駆動手段２０は、ＣＰＵ１１１（図２参照）によりソフトウェア的に実現される各演算手段２１〜２６と、同演算手段によって算出される方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔに基づいて制御される駆動回路２７とからなる。
【００３２】
電流指令値演算手段１０によって算出された電流指令値Ｉｃは、直流モータ駆動手段２０の絶対値演算手段２１および方向指令演算手段２３に、それぞれ入力される。方向指令演算手段２３は、電流指令値Ｉｃの正負に基づいて、電流指令値Ｉｃによりパワーアシストモータ３を回そうとする回転方向を示す方向指令値Ｄｉｒを−１，０，１のうちいずれかに設定して、補償項リセット演算手段２４と駆動回路２７とに供給する。ここで、Ｄｉｒ＝１は正転指令値を、Ｄｉｒ＝０は非駆動指令値を、Ｄｉｒ＝−１は逆転指令値をそれぞれ示す。
【００３３】
一方、絶対値演算手段２１は、電流指令値Ｉｃの絶対値｜Ｉｃ｜である電流指令値Ｉｃａを算出し、減算手段２２に供給する。すると減算手段２２は、電流指令値Ｉｃａから前述の電流検出値Ｉｍａ（これも絶対値）を減算することにより電流偏差Ｉｄを算出し、ＰＩ制御演算手段２５に供給する。
ＰＩ制御演算手段２５は、電流偏差Ｉｄ（＝Ｉｃａ−Ｉｍａ）に基づいて比例積分フィードバック制御演算を行い、適正範囲に制限された制限駆動電圧Ｖｄｇを算出し、デューティ比演算手段２６に供給する。この際、補償項リセット演算手段２４は、方向指令値Ｄｉｒを基に電流指令値Ｉｃの正負が切り替わったときにリセット指令信号を生成し、ＰＩ制御演算手段２５に供給する。すると、ＰＩ制御演算手段２５は、積算されていた積分項を含む比例積分項を強制的にゼロ（または小さな正負の値）に再設定（リセット）する。こうして適正に設定された制限駆動電圧Ｖｄｇに基づいて、デューティ比演算手段２６は、０〜１００％の範囲でデューティ比Ｄｔを算出し、駆動回路２７に提供する。
【００３４】
駆動回路２７は、方向指令演算手段２３によって設定された方向指令値Ｄｉｒと、ＰＩ制御演算手段２５およびデューティ比演算手段２６によって設定されたデューティ比Ｄｔとに基づいて、Ｈブリッヂ回路３０を適正に制御する。すなわち駆動回路２７は、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、Ｈブリッヂ回路３０の四つのパワートランジスタ３１〜３４のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、パワーアシストモータ３を駆動する。
【００３５】
Ｈブリッヂ回路３０は、パワーアシストモータ３の周囲にＨ字状に配設された四つのパワートランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）３１〜３４を回路要素とする回路である。Ｈブリッヂ回路３０には、バッテリ４からリレー５を介して所定の電圧がかけられている。それゆえ、前述のように各パワートランジスタ３１〜３４が適正なＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦされれば、Ｈブリッヂ回路３０は、直流モータであるパワーアシストモータ３を適正な電流をもって所望の方向に駆動する。
【００３６】
電流検出手段４０は、Ｈブリッヂ回路３０の一端とアースとの間に設けられたシャント抵抗４１と、シャント抵抗４１の両端の間に生じる電圧差をもってパワーアシストモータ３に流れた電流を検出するオペアンプ４２と、オペアンプ４２の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器４３とからなる。Ａ／Ｄ変換器４３によってデジタル信号とされた電流検出値（モータ電流の絶対値）Ｉｍａは、フィードバック信号として、前述のように直流モータ駆動手段２０の減算手段２２に供給される。
【００３７】
以上のように、本実施例の電動パワーステアリング制御装置は、電流指令値演算手段１０と、直流モータ駆動装置とを有し、同直流モータ駆動装置は、直流モータ駆動手段２０、Ｈブリッヂ回路３０および電流検出手段４０を有する。ここで、Ｈブリッヂ回路３０は、四つのパワートランジスタ３１〜３４をもち、直流モータとしてのパワーアシストモータ３にパルス幅変調された駆動電流を流してパワーアシストモータ３を駆動する回路である。一方、電流検出手段４０は、パワーアシストモータ３に流される駆動電流の絶対値を検知して電流検出値Ｉｍａとする電気電子回路である。
【００３８】
直流モータ駆動手段２０は、電流制御手段であって、パワーアシストモータ３に流すべき電流を定める電流指令値の絶対値Ｉｃａと電流検出値Ｉｍａとの差である電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａに基づいてＰＩフィードバックを行う。そして、パワーアシストモータ３に流すべき駆動電流に適正なデューティ比Ｄｔと、同駆動電流の方向を示す方向指令値Ｄｉｒとを設定してＨブリッヂ回路３０を制御する。この際、直流モータ駆動手段２０は、パワーアシストモータ３の駆動状態の所定の切替え時に、ＰＩフィードバックの積分比例補償項を、適正なリセット値Ｖｒｓｔにリセットする補償項リセット演算手段２４をもっている。
【００３９】
ここで、前述の所定の切替え時は、電流指令値Ｉｃの正負が切り替わったときであり、前記リセット値Ｖｒｓｔは、ゼロであって、正の所定値以下かつ負の所定値以上である。
（実施例１の制御ロジック）
本実施例の電動パワーステアリング制御装置は、以上の構成を持ち、その直流モータ駆動手段２０の各機能要素２１〜２６は、図４に示すように、以下の制御ロジックに従って作用する。
【００４０】
この制御ロジックは、ＥＣＵ１０００のマイクロコンピュータ１１１（図２参照）に２５０μｓ毎に割り込みがかけられてスタートする。そして、電流指令値Ｉｃと電流検出値Ｉｍａとに基づいて、駆動電流の方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔを設定する。
先ず、ステップＳ１〜Ｓ５では、方向指令演算が行われ、電流指令値Ｉｃの値に基づいて方向指令値Ｄｉｒが設定される。すなわち、Ｉｃ＞０のときにはＤｉｒ＝１（正転指令）、Ｉｃ＝０のときにはＤｉｒ＝０（停止指令）、Ｉｃ＜０のときにはＤｉｒ＝−１（逆転指令）というように設定される。
【００４１】
次に、処理ステップＳ６〜Ｓ１０では、電流指令値Ｉｃおよび電流検出値Ｉｍａから、適正な範囲内で制限駆動電圧Ｖｄｇが算出される。すなわち、処理ステップＳ６では、絶対値演算手段２１（図３参照）により電流指令値Ｉｃの絶対値Ｉｃａ＝｜Ｉｃ｜が算出され、処理ステップＳ７では電流検出値Ｉｍａが読み込まれる。次いで処理ステップＳ８では、減算手段２２により、両者の差から電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａが算出される。そして、処理ステップＳ９では、ＰＩ制御演算手段２５により、ガードのかけられた制限駆動電圧Ｖｄｇに基づいて、電流偏差Ｉｄによる離散時間でのＰＩフィードバック演算が行われ、次の数１に従って駆動電圧Ｖｄが算出される。
【００４２】
【数１】
Ｖｄ（ｎ）＝Ｖｄｇ（ｎ−１）＋Ｎ・Ｉｄ（ｎ）−Ｍ・Ｉｄ（ｎ−１）
ここで、ＮおよびＭは、後述するが、それぞれ離散時間ＰＩフィードバック制御を行う際の比例積分係数である。また、（ｎ）は今回値を示し、（ｎ−１）は前回値を示す。
さらに、処理ステップＳ１０では、同じくＰＩ制御演算手段２５により、駆動電圧Ｖｄ（ｎ）の範囲が±Ｖｌｉｍの範囲に制限されて、制限駆動電圧Ｖｄｇが設定される。すなわち、Ｖｄ（ｎ）＜−ＶｌｉｍのときにはＶｄｇ（ｎ）＝−Ｖｌｉｍ、Ｖｄ（ｎ）＞ＶｌｉｍのときにはＶｄｇ（ｎ）＝Ｖｌｉｍと置かれ、いずれでもない場合には、Ｖｄｇ（ｎ）＝Ｖｄ（ｎ）と制限駆動電圧Ｖｄｇ（ｎ）が設定される。
【００４３】
しかる後、ステップＳ１１，Ｓ１２で、パワーアシストモータ３の駆動状態の所定の切替え時には、フィードバック補償項がリセットされる補償項リセット演算が行われる。すなわち、判断ステップＳ１１で補償項リセット演算手段２４による判定が行われ、Ｄｉｒ（ｎ）≠Ｄｉｒ（ｎ−１）かつＤｉｒ（ｎ）≠０である場合に限って処理ステップＳ１２に進み、しからざる場合は処理ステップＳ１２をスキップする。処理ステップＳ１２に進んだ場合には、同ステップで、再びＰＩ制御演算手段２５により、制限駆動電圧Ｖｄｇが所定のリセット電圧値Ｖｒｓｔ（本実施例ではゼロ）に設定される。この場合は、電流指令値Ｉｃの符号が反転した場合と、電流指令値Ｉｃがいったんゼロになりその後正負いずれかになった場合とだけである。このようにして、制限駆動電圧Ｖｄｇが適正に設定される。
【００４４】
最後に、処理ステップＳ１３〜Ｓ１５で、デューティ比Ｄｔが適正に設定され、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが出力される。すなわち、デューティ比演算手段２６により、処理ステップＳ１３では、適正に設定された制限駆動電圧Ｖｄｇに適正な正の係数Ｋｄｔがかけられて、仮のデューティ比Ｄｔａが算出され、続いて処理ステップＳ１４でデューティ比Ｄｔが０〜１００％の範囲に収まるように、Ｄｔａに基づいてデューティ比Ｄｔが適正に定められる。すなわち、Ｄｔａ＜０％のときにはＤｔ＝０％と置かれ，Ｄｔａ＞１００％のときにはＤｔ＝１００％と置かれ、いずれでもない場合には、Ｄｔ＝Ｄｔａとデューティ比Ｄｔが設定される。そして最後に、処理ステップＳ１５で、以上のようにして適正に定められた方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔが、方向指令演算手段２３およびデューティ比演算手段２６から、駆動回路２７（図３参照）に出力される。
【００４５】
以上のようにして、方向指令値Ｄｉｒおよびデューティ比Ｄｔの二信号が駆動回路２７に入力されると、駆動回路２７は両信号に基づいて各パワートランジスタ３１〜３４（図３参照）を制御する。すなわち、駆動回路２７は、方向指令値Ｄｉｒが１であれば、パワーアシストモータ３を正転させるように、二つのパワートランジスタ３２，３３をオフにしておいたうえで、パワートランジスタ３１をオンにし、パワートランジスタ３４をデューティ比Ｄｔに応じたＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦする。逆に、方向指令値Ｄｉｒが−１であれば、パワーアシストモータ３を逆転させるように、二つのパワートランジスタ３１，３４をオフにしておいたうえで、パワートランジスタ３２をオンにし、パワートランジスタ３３をデューティ比Ｄｔに応じたＰＷＭでＯＮ／ＯＦＦする。そして、方向指令値Ｄｉｒがゼロの場合には、全てのパワートランジスタ３１〜３４をオフにして、パワーアシストモータ３への通電を停止する。このようにして、パワーアシストモータ３が駆動される。
【００４６】
ところで、前述の数１は次のようにして導き出される。すなわち、ＰＩフィードバック制御演算では、電流指令値Ｉｃａと電流検出値Ｉｍａとの差である電流偏差Ｉｄは、伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓを通して伝達され、図示しない内部値である駆動電圧Ｖｄ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）Ｉｄ（ｓ）が生成される。ここで、Ｋｐは比例ゲインであり、Ｋｉは積分ゲインであって、ｓはラプラス演算子である。
【００４７】
ここでさらに、演算周期をｔとして、伝達関数Ｇ（ｓ）を双一次変換の式ｓ＝（２／ｔ）・（ｚ−１）／（ｚ＋１）によってｚ変換すると、次の数２のように、離散時間での伝達関数Ｇ（ｚ）が得られる。
【００４８】
【数２】
Ｇ（ｚ） ＝
｛（Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２）−（Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２）ｚ-1｝／（１−ｚ-1）
そこで、駆動電圧Ｖｄは、電流偏差Ｉｄが伝達関数Ｇ（ｚ）を通して伝達されたものであるから、Ｎ＝Ｋｐ＋Ｋｉ・ｔ／２，Ｍ＝Ｋｐ−Ｋｉ・ｔ／２と置くと、前述の数１で離散時間表記されるに至る。
【００４９】
（実施例１の作用効果）
本実施例の電動パワーステアリング制御装置では、補償項リセット演算手段２４の判定により、直流モータの駆動状態の所定の切替え時に、フィードバック制御値である制限駆動電圧Ｖｄｇが、リセット電圧値Ｖｒｓｔにリセットされる。ここで、リセット電圧値Ｖｒｓｔはゼロである。すなわち、積分フィードバック作用により積分補償成分が大きくなっていた場合にも、直流モータであるパワーアシストモータ３の反転時などには、制限駆動電圧Ｖｄｇが強制的にゼロにリセットされる。
【００５０】
たとえば、図５に示すように、電流指令値Ｉｃの符号が正転側から逆転側に反転した場合には、方向指令値Ｄｉｒが０を経て−１になった瞬間に、制限駆動電圧Ｖｄｇが強制的にゼロにリセットされる。すると、デューティ比Ｄｔもゼロにリセットされ、Ｄｔ＝０からパワーアシストモータ３のＰＷＭ制御が始まるので、パワーアシストモータ３に流れる駆動電流ないし電流検出値Ｉｍはゼロからスタートして徐々に逆転方向に増していく。この際、従来技術と異なり、フィードバック積分項などの蓄積がゼロにリセットされているので、大きな駆動電流Ｉｍがパルス的に発生することはない。その結果、駆動電流Ｉｍの電流指令値Ｉｃに対する追随性が向上し、パワーアシストモータ３の動作が滑らかになって、パワーアシストモータ３に衝撃的な作動や振動を生じることが防止される。
【００５１】
すなわち、本実施例の電動パワーステアリング装置では、ハンドルの切り返し時に、パワーアシストモータ３にインパルス的な駆動電流Ｉｍが流れることがなくなる。それゆえ、ハンドルの切り返し時にパワーアシストモータ３が衝動的に作動したり振動したりすることは防止されているので、ハンドルにコツンとした衝撃が加わるなどの不都合は防止されている。その結果、ハンドル操作における操舵感覚が改善される。
【００５２】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、インパルス的に大きな駆動電流Ｉｍを生じることが防止されているから、ハンドル切り返し時にハンドルにコツンとした衝撃が加わることは防止されており、その結果、操舵感覚が向上するという効果がある。また、パワーアシストモータ３に流れる駆動電流Ｉｍの異常を検知してパワーアシストモータ３の駆動を抑制するなどの機能を持ったフェールセーフ機能を持つものとすると、同機能による誤判定が少なくなり、安全性と操舵感覚とが向上するという効果がある。さらに、インパルス的に生じる急激な電流変化が抑止されているので、本実施例の電動パワーステアリング制御装置と周囲の器機とに対するノイズ輻射による悪影響（ＥＭＩ）が抑制されるという効果もある。
【００５３】
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、図６のフローチャートに示すように、制御ロジックを変更した電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。この制御ロジックは、直流モータ駆動手段２０（図３参照）のうちマイクロコンピュータ１１１（図２参照）によって実行されるデジタル演算であるから、ソフトウェアの変更によって実施例１の制御ロジックから容易に変更することができる。
【００５４】
本変形態様では、実施例１と同様の方向指令演算（ステップＳ１〜Ｓ５）の直後に、絶対値での電流指令値Ｉｃａの値が、電流指令値Ｉｃの反転時などにリセット電流値Ｉｒｓｔにリセットされる。ここで、リセット電流値Ｉｒｓｔは、流しうる最大電流を目安にしてある程度大きな負の所定値、たとえば−２０［Ａ］などの負の所定値にあらかじめ設定されている。
【００５５】
すなわち、方向指令値Ｄｉｒがゼロでなく前回と異なる場合には、処理ステップＳ１２’でＩｃａ＝Ｉｒｓｔと設定され、そうでない場合には、処理ステップＳ６でＩｃａ＝｜Ｉｃ｜と設定される。つまり、ハンドルの切り返し時等にＰＩフィードバック制御の演算結果がゼロになるように、本来は絶対値としての内部変数である電流指令値Ｉｃａを負の所定値に強制的にリセットすることで、擬似的に積分補償項をリセットするわけである。
【００５６】
すると、リセット電流値Ｉｒｓｔが。流しうる最大電流を目安にした負の所定値に設定されているので、次の処理ステップＳ８では、電流偏差Ｉｄ＝Ｉｃａ−Ｉｍａは、リセット直後には通常はある程度絶対値の大きな負の値になる。これに伴い、処理ステップＳ９では前記数１によって定まる駆動電圧Ｖｄも小さな値になる。今回演算された駆動電圧Ｖｄは、次回の制限駆動電圧Ｖｄｇに反映されるので、結果として前述の実施例１のように制限駆動電圧Ｖｄｇをリセットすることと同様の作用が得られる。
【００５７】
したがって本変形態様によっても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。
（実施例１の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、図７に示すように、直流モータ駆動手段２０の一部をアナログ回路で代替した構成の電動パワーステアリング制御装置を実施することが可能である。本変形態様では、実施例１のＰＩ制御演算手段２５はアナログ回路からなるＰＩ制御演算回路２５’によって置換され、実施例１のデューティ比演算手段２６はやはりアナログ回路からなるデューティ比設定回路２６’によって置換されている。
【００５８】
先ず、電流検出手段４０からアナログ信号（電圧）として絶対値の電流検出値Ｉｍａが、直流モータ駆動手段２０のＰＩ制御演算回路２５’に供給される。ＰＩ制御演算回路２５’は、リセットスイッチＳＷ、入力抵抗Ｒ１，Ｒ１’、帰還抵抗Ｒ２、帰還容量Ｃおよびオペアンプ２５１からなる。通常はリセットスイッチＳＷは開いており、補償項リセット演算手段２４によってリセット信号が供給された瞬間にだけリセットスイッチＳＷは閉じる。また、デューティ比設定回路２６’は、入力抵抗Ｒ３，コンパレータ２６１および三角波発生回路２６１から構成されている。
【００５９】
ＰＩ制御演算回路２５’のリセットスイッチＳＷが開いている通常の場合には、次のようにしてＰＩフィードバック制御が行われる。すなわち、帰還抵抗Ｒ２と入力抵抗Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１が比例ゲインに相当し、帰還容量Ｃと入力抵抗Ｒ１との積の逆数１／（Ｒ１・Ｃ）が積分ゲインに相当して、ＰＩ制御のアナログ演算が行われる。そして、デューティ比設定回路２６’では、オペアンプ２５１の出力電圧と三角波発生回路２５２の出力電流との大小を、コンパレータ２６１によって比較することにより、デューティ比Ｄｔに相当するＰＷＭ信号が得られる。その結果、方向指令値ＤｉｒとＰＷＭ信号とが駆動回路２７’に供給されるので、駆動回路２７’はＨブリッヂ回路３０を制御してパワーアシストモータ３を駆動する。
【００６０】
逆に、電流指令値Ｉｃの符号が変わったりしてＰＩ制御演算回路２５’のリセットスイッチＳＷが閉じると、一時的に帰還抵抗Ｒ２および帰還容量Ｃが短絡し、帰還容量Ｃに蓄積された電荷である積分値はゼロクリヤされる。同時に、オペアンプ２５１のゲインもゼロになり、デューティ比設定回路２６’の出力であるＰＷＭのデューティ比Ｄｔはゼロになるので、インパルス的な駆動電流Ｉｍの突発は防止される。その後、方向指令値Ｄｉｒの値が一定であれば、リセットスイッチＳＷが開いた状態に保たれ、ＰＩ演算により徐々にデューティ比Ｄｔが増大する。それゆえ、電流指令値Ｉｃに追随性のよい駆動電流Ｉｍによって、パワーアシストモータ３は滑らかに駆動される。
【００６１】
したがって、本変形態様の電動パワーステアリング制御装置によっても、前述の実施例１と同様の効果が得られる。ただし、ＰＩ制御演算回路２５’およびデューティ比設定回路２６’がアナログ回路要素から構成されているので、部品コスト、組立コストおよび調整コストが実施例１よりも余計にかかる。逆に言えば、実施例１では、本変形態様の回路要素のうちデジタル化できるものは、マイクロコンピュータ１１１（図２参照）のソフトウェアに取り込まれているので、部品コスト、組立コストおよび調整コストが低減されている。
【００６２】
［実施例２］
（実施例２の構成）
本発明の実施例２としての電動パワーステアリング制御装置は、要部を図８に示すように、方向指令値Ｄｉｒに加えて、パワーアシストモータ３の回転方向にも基づいて補償項リセット演算手段２４の判定が行われる。
【００６３】
すなわち、本実施例の電動パワーステアリング装置は、実施例１の構成に加えて、オペアンプ２８’、Ａ／Ｄ変換器２８、回転数演算手段２９を有している。また、補償項リセット演算手段２４’の制御ロジックも、図９に示すように、判断ステップＳ１１’の部分が実施例１の制御ロジックと異なっている。すなわち、本実施例では、電流指令値Ｉｃの正負が切り替わり、かつ、電流指令値Ｉｃの方向Ｄｉｒがパワーアシストモータ３の回転方向と異なるときが、補償項リセットすべきパワーアシストモータ３の駆動状態の切替え時である。
【００６４】
（実施例２の作用効果）
再び図８に示すように、オペアンプ２８’は、パワーアシストモータ３の端子間電圧検出用のものであって、その出力電圧はＡ／Ｄ変換器２８によってデジタル信号の端子間電圧Ｖｍとしてマイクロコンピュータ１１１（図２参照）に入力される。マイクロコンピュータ１１１は、回転数演算手段２９によりパワーアシストモータ３の回転数を推算し、モータ回転数θｍ’を算出して補償項リセット演算手段２４’に提供する。この際、回転数演算手段２９は、端子間電圧Ｖｍおよび電流検出値Ｉｍａに基づき、次の数３に従ってモータ回転数θｍ’を算出する。
【００６５】
【数３】
θｍ’＝ Ｋｖ・（Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍａ・Ｄｉｒ）
ここで、Ｋｖは誘起電圧定数の逆数に相当する定数であり、Ｒはパワーアシストモータ３およびそのハーネス等の回路抵抗である。回転数演算手段２９はさらに、図示しないデジタル・ローパスフィルタを内蔵しており、同ＬＰＦにモータ回転数θｍ’を通すことによって、モータ回転数θｍ’から信号ノイズの影響をある程度取り除いている。この演算処理は、図１０に示すように、段階を分けて処理ステップＳ２１〜２４によって行うことができる。
【００６６】
そして、再び図８に示すように、補償項リセット演算手段２４’では、回転数演算手段２９から提供されるモータ回転数θｍ’と、方向指令演算手段２３から提供される方向指令値Ｄｉｒとに基づいて、補償項リセットの判定が行われる。この判定は、再び図９に示すように、判断ステップＳ１１’で行われる。すなわち、パワーアシストモータ３の回転方向（モータ回転数θｍ’の正負から判定できる）と反対方向に方向指令値Ｄｉｒが切り替わった瞬間に、制限駆動電圧Ｖｄｇはリセット電圧値Ｖｒｓｔ（＝０）にリセットされる。
【００６７】
図９を図４と比べてみれば明らかなように、本実施例での制御ロジックは判断ステップＳ１１’でのみ実施例１の制御ロジックと異なっており、その他の部分では実施例１と同一である。それゆえ、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、実施例１と同様の効果が得られる。すなわち、図１１の右側の矢印に示すように、電流指令値Ｉｃの符号が反転し方向指令値Ｄｉｒが反転すると、制限駆動電圧Ｖｄｇはリセット電圧値Ｖｒｓｔ（ゼロ）にリセットされる。その結果、実施例１と同様に、電流指令値Ｉｃの符号が反転しても、パワーアシストモータ３の逆器電圧に起因してインパルス的に大電流が流れることは防止されている。
【００６８】
そればかりではなく、図１１のＡ部に示すように、実施例１とは異なり、方向指令値Ｄｉｒがいったんゼロになった後、正負反転することなしに以前と同一符号に復帰した場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇはゼロにリセットされない。なぜならば、このような場合にはパワーアシストモータ３が慣性で回っているので、モータ回転数θｍ’の符号が反転しておらず、復帰した方向指令値Ｄｉｒの符号と方向指令値Ｄｉｒの符号とが同一であるからである。それゆえ、方向指令値Ｄｉｒが反転することなくゼロから復帰したこのような場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われず、継続してパワーアシストモータ３の逆起電力にうち勝つように、高い制限駆動電圧Ｖｄｇが維持される。その結果、一時的に電流指令値Ｉｃがゼロになっても、駆動電流Ｉｍは電流指令値Ｉｃに高い追随性をもって追随し、パワーアシストモータ３の動作に遅れを生じることが有効に防止されている。
【００６９】
さらに発明者は、本実施例の電動パワーステアリング制御装置を装備して実車試験を行い、図１２に示すように、実際的な各種データを得た。その結果、前述のように、電流指令値Ｉｃの符号を示す方向指令値Ｄｉｒがいったんゼロになっても復帰している場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットは行われず、電流検出値Ｉｍａは電流指令値Ｉｃａに対して高い追随性を保っている。一方、電流指令値Ｉｃの符号が反転した場合には、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされているので、電流検出値Ｉｍａにインパルスは生ぜず、モータ回転数θｍ’はスムースに制御されている。
【００７０】
したがって、本実施例の電動パワーステアリング制御装置によれば、実施例１と同様の効果を持つばかりではなく、電流指令値Ｉｃが一時的にゼロになった後復帰した場合でも、ハンドルに引きずり感が発生しないという効果がある。それゆえ、実施例１に勝って操舵感覚が向上するという効果がある。
（実施例２の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、前述のリセット値Ｖｒｓｔは可変とし、パワーアシストモータ３に発生する誘起電圧に対抗する値をもってこれに当てる電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。
【００７１】
すなわち、本変形態様では、前述の実施例２と同様に電流指令値Ｉｃの符号が反転した時には制限駆動電圧Ｖｄｇがリセット電圧値Ｖｒｓｔに強制的に設定されるが、実施例２とは異なり、このリセット電圧値Ｖｒｓｔが可変である。そして、リセット電圧値Ｖｒｓｔは、パワーアシストモータ３に生じる誘起電圧すなわち逆起電力Ｖｅに応じて可変とされている。逆起電力Ｖｅは、以前に図１０のフローチャートにおけるステップＳ２２で示したように、次の数４に従って算出される。
【００７２】
【数４】
Ｖｅ ＝ Ｖｍ−Ｒ・Ｉｍａ・Ｄｉｒ
ここで、Ｒはパワーアシストモータ３およびそのハーネス等の回路抵抗である。そして、本変形態様では、リセット電圧値Ｖｒｓｔは次の数５によって逆起電力Ｖｅに相当する値として設定される。
【００７３】
【数５】
Ｖｒｓｔ ＝ Ｖｅ・Ｄｉｒ
たとえばモータ回転数θｍ’が正であるときに、方向指令値Ｄｉｒが１から−１に反転したとすると、そのときの逆起電力Ｖｅの符号はモータ回転数θｍ’の符号と同じ正である。すると、リセット電圧値Ｖｒｓｔは、Ｄｉｒ＝−１であるから、この数５に従って−Ｖｅという負の値になり、デューティ比Ｄｔは０％に設定されるので、パワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅに起因する電流パルスの発生は防止される。逆に、モータ回転数θｍ’が負の時に方向指令値Ｄｉｒが−１から１に反転すると、逆起電力Ｖｅの符号は負であるが、リセット電圧値Ｖｒｓｔの符号も負であるから、やはりデューティ比Ｄｔは０％に設定される。その結果、いずれの場合にも、方向指令値Ｄｉｒが反転するとデューティ比Ｄｔは０％に設定されるので、パワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅに起因する電流パルスの発生は防止される。
【００７４】
一方、モータ回転数θｍ’が正であるときに方向指令値Ｄｉｒが１に反転する場合や、逆にモータ回転数θｍ’が負であるときに方向指令値Ｄｉｒが−１に反転する場合も、まれに起こりうる。これらの場合には、いずれもモータ回転数θｍ’と方向指令値Ｄｉｒとが同符号であるので、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットは行われない。それゆえ、これらの場合には継続的にパワーアシストモータ３の逆起電力Ｖｅにうち勝つ制限駆動電圧Ｖｄｇが維持され、駆動電流Ｉｍの電流指令値Ｉｃに対する追随性は確保される。
【００７５】
すなわち本変形態様では、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされるリセット電圧値Ｖｒｓｔは、パワーアシストモータ３に発生する逆起電力Ｖｅに対抗する値である。つまり、回転中のパワーアシストモータ３には逆起電力Ｖｅが発生しているので、逆起電力Ｖｅに対抗する値に制限駆動電圧Ｖｄｇをリセットしてやるわけである。すると、デューティ比Ｄｔが０％に設定されるので、リセット直後にはパワーアシストモータ３の駆動力はなくなり、パワーアシストモータ３の駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになる。
【００７６】
したがって本変形態様によれば、前述の実施例２の効果に加えて、パワーアシストモータ３の駆動状態の切替えがよりスムースに行われるようになるという効果がある。
（実施例２の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、運転中のハンドル切り返し時だけではなく、始動時と、異常停止状態からの復帰時とにも、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われる制御ロジックを持つ電動パワーステアリング制御装置の実施が可能である。すなわち本変形態様では、実施例２と同様のハンドル切り返し時に加えて、イグニッションスイッチ操作による電源投入後のパワーアシストモータ３の始動時と、フェールセーフ手段の作動による電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際してのパワーアシストモータ３の再始動時とに、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセットされる。
【００７７】
すなわち、本変形態様の電動パワーステアリング制御装置の要部構成は、図８を参照して説明した実施例２の構成において、補償項リセット演算手段２４’の判定ロジックに改修が加えられたものとしてとらえることができる。本変形態様の電動パワーステアリング制御装置における主要な制御ロジックは、図１３に示すように、図９を参照して説明した実施例２の制御ロジックに判断ステップＳ１１’が加わったものである。判断ステップＳ１１’では、電動パワーステアリング装置のシステムチェックの結果、異常発見によるパワーアシストモータ３の駆動禁止状態から駆動許可状態に復帰した瞬間にも、制限駆動電圧Ｖｄｇのリセットが行われる。
【００７８】
それゆえ、電動パワーステアリング装置のシステムチェックで異常が発見されパワーアシストモータ３の駆動が禁止されている状態から、駆動を許可されている状態に復帰した瞬間に、大きくなったままの制限駆動電圧Ｖｄｇにより過大な駆動電流Ｉｍがインパルス的に発生するような不都合は防止されている。その結果、パワーアシストモータ３の駆動力の復帰が徐々に行われるので、復帰直後に運転者が力余ってハンドルを切りすぎてしまうような不都合は防止され、異常時からの回復時においても、操舵感覚が改善されるという効果がある。
【００７９】
この際、電動パワーステアリング装置のシステムチェックには、図１４に示すように、自己診断ロジックがマイクロコンピュータ１００のＣＰＵ１１１（図２参照）に組み込まれており、この自己診断ロジックがシステム初期化とシステムチェックとを行う。すなわち、イグニッションスイッチをオンにすると、他のロジックに先立って処理ステップＳ３１でシステム初期化が行われる。すなわち、マイクロコンピュータ１００のメモリの初期化や、前述の制御ロジックを含む各種割り込み処理の初期化が行われ、パワーアシストモータ３は駆動禁止状態に初期設定される。
【００８０】
そして、所定の周期でシステムチェックのルーチン（ステップＳ３２〜Ｓ３７）が実行される。すなわち、処理ステップＳ３２においては、操舵トルク信号Ｔｑが正常か、電流検出値Ｉｍａの値が正常かなどの各種診断が行われ、その結果をもって判断ステップＳ３３で異常なしか否かが判定される。判断ステップＳ３３で異常なしと判定された場合には、処理ステップＳ３４でパワーアシストモータ３の駆動を許可する判定フラッグが立てられる。そして、システムチェックのルーチンが繰り返されるたびに、処理ステップＳ３５で、駆動電流Ｉｍａの制限値である電流制限値Ｉｇｄが正常状態の所定値に達するまで徐々に増大させられる。逆に、判断ステップ３３Ｓで異常ありと判定された場合には、パワーアシストモータ３の暴走を防止するために、処理ステップＳ３６で電流制限値Ｉｄｇを即時ゼロにセットし、処理ステップＳ３７で駆動を許可する判定フラッグが寝かされてパワーアシストモータ３の駆動が禁止される。
【００８１】
前述の制御ロジック（図１３参照）では、判断ステップＳ１１’でこの判定フラッグが禁止状態から許可状態に変化したか否かが判定される。その結果、この判定フラッグが禁止状態から許可状態に変化した場合には、前述のように、制限駆動電圧Ｖｄｇがリセット電圧値Ｖｒｓｔにリセットされてデューティ比Ｄｔがいったん０％になる。それゆえ、パワーアシストモータ３が徐々に立ち上がるので、始動時にも異常状態からの復帰時にもパワーアシストモータ３の駆動力が徐々に増すようになっており、運転者が操舵感覚の急変に驚かされるような不都合は防止されている。
【００８２】
なお、本変形態様における電流指令値演算手段１０（図３参照）での演算処理は、図１５に示すフローチャートに従って行われている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図
【図２】 実施例１としての電動パワーステアリング制御装置のハードウェア構成を示すブロック図
【図３】 実施例１の構成を示すブロック図
【図４】 実施例１の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図５】 実施例１の効果を模式的に示すグラフ
【図６】 実施例１の変形態様１の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図７】 実施例１の変形態様２の構成を示すブロック図
【図８】 実施例２としての電動パワーステアリング制御装置の要部構成を示すブロック図
【図９】 実施例２の直流モータ駆動装置の制御ロジックを示す流れ図
【図１０】実施例２での回転数演算手順を示す流れ図
【図１１】実施例２の効果を模式的に示すグラフ
【図１２】実施例２の効果を実験的に示すグラフ
【図１３】実施例２の変形態様２の直流モータ駆動装置がもつ制御ロジックを示す流れ図
【図１４】実施例２の変形態様２の自己診断ロジックを示す流れ図
【図１５】実施例２の変形態様２の予備演算ロジックを示す流れ図
【図１６】通常の電動パワーステアリング制御装置の概略構成を示すブロック図
【図１７】通常の電流制御手段の構成を示すブロック図
【図１８】通常の電動パワーステアリング制御装置の不都合を示すグラフ
【符号の説明】
１：トルクセンサ ２：車速センサ
３：パワーアシストモータ（直流モータとして）
４：バッテリ ５：リレー
１０００：ＥＣＵ（電動パワーステアリング制御装置として）
１００：マイクロコンピュータ １１１：ＣＰＵ
１０：電流指令値演算手段
１１：Ａ／Ｄ変換器 １２：パルス計測手段
１３：位相補償演算手段 １４：電流マップ演算手段
１５：慣性補償演算手段（微分演算） １６：加算手段
２０：直流モータ駆動手段（３０，４０とで直流モータ駆動装置として）
２１：絶対値演算手段 ２２：減算手段 ２３：方向指令演算手段
２４，２４’：補償項リセット演算手段 ２５：ＰＩ制御演算手段
２６：デューティ比演算手段 ２７，２７’：駆動回路
２５’：ＰＩ制御演算回路
２５１：オペアンプ（電流検出手段として）
２６’：デューティ比設定回路
２６１：コンパレータ ２６２：三角波発生回路
２８：オペアンプ（端子電圧検出用）
２８’：Ａ／Ｄ変換器 ２９：回転数演算手段
３０：Ｈブリッヂ回路
３１，３２，３３，３４：パワートランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）
４０：電流検出手段
４１：シャント抵抗 ４２：オペアンプ ４３：Ａ／Ｄ変換器
Ｄｉｒ：方向指令値（−１，０，１） Ｄｔ：デューティ比（０〜１００％）
Ｉｃ：電流指令値 Ｉｃａ：電流指令値（絶対値）
Ｉｃｂ：基本電流指令値 Ｉｃｉ：慣性補償電流指令値
Ｉｄ：電流偏差 Ｉｒｓｔ：リセット電流値（負のリセット値として）
Ｉｍ：電流検出値（駆動電流） Ｉｍａ：電流検出値（絶対値）
Ｔｑ：操舵トルク信号 Ｖ：車速信号
Ｖｄ：駆動電圧 Ｖｄｇ：制限駆動電圧（制限後の駆動電圧）
Ｖｌｉｍ：駆動電圧制限値 Ｖｒｓｔ：リセット電圧値（リセット値として）
θｍ’：モータ回転数（角速度）
Claims (6)
- 四つのパワートランジスタをもち直流モータにパルス幅変調された駆動電流を流して該直流モータを駆動するＨブリッヂ回路と、
該駆動電流の絶対値を検知して電流検出値とする電流検出手段と、
該直流モータに流すべき電流を定める電流指令値の絶対値と該電流検出値との電流偏差に基づいてＰＩＤのうち少なくともＰＩフィードバックを行い、該駆動電流に適正なデューティ比を設定して該Ｈブリッヂ回路を制御する電流制御手段とを有し、
該電流指令値の正負が切り替わって該直流モータの回転方向を切替えることがある直流モータ駆動装置において、
前記電流制御手段は、前記直流モータの駆動状態の所定の切替え時に、前記フィードバックの各成分のうち少なくとも積分補償項を、適正なリセット値にリセットする補償項リセット演算手段をもち、
前記所定の切替え時は、前記電流指令値の正負が切り替わり、かつ、該電流指令値の方向が前記直流モータの回転方向と異なるときであることを特徴とする、
直流モータ駆動装置。 - 前記所定の切替え時は、請求項１のときに加え、電源投入後の前記直流モータの始動時と、電流異常時の駆動停止状態から正常状態への復帰に際しての該直流モータの再始動時とのうち、少なくとも一方である、
請求項１に記載の直流モータ駆動装置。 - 前記リセット値は、正の所定値以下である、
請求項１記載の直流モータ駆動装置。 - 前記リセット値は、負の所定値以上である、
請求項３記載の直流モータ駆動装置。 - 前記リセット値は、前記直流モータに発生する誘起電圧に対抗する値である、
請求項１記載の直流モータ駆動装置。 - ステアリングシャフトにかかる操舵トルクの検出値である操舵トルク信号と操舵車輪を持つ車両の速度の検出値である車速信号とに基づいて電流指令値を定める電流指令値演算手段と、
請求項１ないし請求項５に記載の直流モータ駆動装置と、
を有し、操舵力を高めるパワーアシストモータとしての直流モータを駆動することを特徴とする、
電動パワーステアリング制御装置。
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