JP4201972B2 - 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、電動モータを駆動源として車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータが発生する駆動力を車両のステアリング機構に伝達し、これによりステアリング操作の補助を行う電動パワーステアリング装置が知られている。たとえば、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクがトルクセンサによって検出され、その検出された操舵トルクに応じた目標電流値が設定される。この目標電流値に基づいて、電動モータがＰＩ（比例積分）制御によってフィードバック制御される。これにより、ステアリング機構には、操舵トルクに応じた適切な補助力が与えられるので、運転者は適度な操舵反力を感じながら、ステアリング操作を快適に行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電動モータに電力を供給しているバッテリの電圧変動が生じると、ＰＩ制御ループの応答遅れのために、操舵補助力が一時的に大きく変動することになり、運転者はステアリングホイールを通じて操舵違和感を感じることになる。そこで、この発明の目的は、電源電圧の変動に伴う操舵違和感を改善または解消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。
【０００４】
【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、電源（５）からの給電を受ける電動モータ（Ｍ）を駆動源としてステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、運転者のステアリング操作に応じて駆動目標値を定め、この駆動目標値に基づいて、上記電源から電動モータへの給電を制御するための駆動制御信号を発生するモータ駆動制御手段（１，１１，２３，１６，１７，１８）と、上記電源の電圧変化分を検出する電圧変化分検出手段（１２，１３）と、この電圧変化分検出手段によって検出された電圧変化分に相当する値を上記駆動目標値および上記駆動制御信号の少なくとも一方に加算する電源電圧変動補償手段（１４，１５，２１，２２）とを含み、上記電圧変化分検出手段は、上記電源の電圧自体を検出する電源電圧検出手段（１２）と、この電源電圧検出手段の検出結果の微分値を上記電圧変化分として検出する微分手段（１３）とを含む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。たとえば、微分手段の出力を適宜増幅して、駆動目標値および／または駆動制御信号に加算するようにすればよい。
なお、括弧内の英数字は、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。
【０００５】
上記の構成によれば、電源電圧自体の検出結果の微分値が電圧変化分として検出され、この電圧変化分に相当する値が駆動目標値および／または駆動制御信号に加算されるから、電圧変化分を速やかに補償できる。すなわち、たとえば、電源電圧が低下したときに、それに応じて電動モータに流れる電流が減少して操舵トルクが大きくなり、それを補償するために駆動目標値を増加させるという過程を経ることなく、駆動目標値を一時的に増加させることができる。また、たとえば、ＰＩ（比例積分）制御により電動モータをフィードバック制御している場合に、ＰＩ制御ループによる応答を待つことなく、駆動制御信号に対して電圧変動分相当値が加算され、電源電圧変動を補償するように駆動制御信号が一時的に変化する。
【０００６】
このようにして、電源電圧に変動が生じると、電圧変動分相当値を駆動目標値および／または駆動制御信号に加算することによって、電源電圧変動直後における補償が即座に行われる。その後は、駆動制御信号が変動後の電源電圧に追従していくことになる。
こうして、この発明によれば、電源電圧の変動を即座に補償することができるので、電源電圧変動に伴う操舵違和感を改善または解消することができる。
【０００７】
なお、モータ駆動制御手段は、たとえば、運転者のステアリング操作に応じて駆動目標値（目標電流値または目標電圧値）を定める目標値設定手段（１１）と、この目標値設定手段によって設定された目標値を達成するための駆動制御信号を発生して電動モータをフィードバック制御する駆動制御信号発生手段（１６，１７，１８，２３）とを含むものであってもよい。この場合に、駆動制御信号発生手段は、電動モータをＰＩ（比例積分）制御するものであってもよい。また、駆動制御信号発生手段は、電動モータに駆動電流を供給するドライバ回路（３）に与えるＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号のデューティを定めるデューティ設定手段（１７）を含むものであってもよい。
【０００９】
【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。この電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されて用いられるものであって、電動モータＭが発生する駆動力を車両のステアリング機構に伝達することによって、ステアリング操作の補助を行う装置である。
【００１０】
電動モータＭは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１によって制御されるドライバ回路３から駆動電流を与えられて作動する。ドライバ回路３は、車両に搭載されたバッテリ５に接続されており、このバッテリ５からの電力を電動モータＭに供給する。電子制御ユニット１には、車速センサ６、トルクセンサ７および電流検出回路８が接続されている。
トルクセンサ７は、運転者によって操作される操作部材としてのステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出し、その操舵トルクの方向および大きさを表すトルク信号を電子制御ユニット１に入力する。たとえば、ステアリングホイールとステアリング機構とを連結するステアリング軸が入力軸と出力軸とに分割されていて、これらの入力軸と出力軸との間がトーションバーによって連結されている構成を採用すれば、トーションバーの捻れの方向および大きさを検出することによって、操舵トルクを検出できる。
【００１１】
電流検出回路８は、電動モータＭまたはドライバ回路３に関連して設けられ、電動モータＭに実際に流れているモータ電流を検出し、その大きさに対応した信号を電子制御ユニット１に入力する。
電子制御ユニット１は、トルクセンサ７からのトルク信号および車速センサ６からの車速信号に基づいて、電動モータＭに供給すべき電流の目標値である目標電流値を設定する目標電流設定部１１を備えている。この目標電流設定部１１は、たとえば、微小なトルク範囲を不感帯とするとともに、一定のトルク範囲において零から所定の上限値までリニアに変化する目標電流値を出力する。上記一定のトルク範囲の上限値を超える操舵トルクに対しては、操舵トルクによらずに上限の目標電流値が出力される。このように目標電流値を設定することによって、操舵トルクが大きいほど大きな操舵補助力が電動モータＭから発生されることになる。目標電流値の上限を定めているから、操舵補助力が過大になることはない。
【００１２】
操舵トルクに対する目標電流値のリニアな変動の傾きや目標電流値の上限値は、車速に応じて変更されるようになっていて、いわゆる車速感応制御が行われるようになっている。すなわち、低速走行時（車速が零の場合を含む）には、大きな目標電流値が設定されて大きな操舵補助力が電動モータＭから発生される。これに対して、高速走行時には、小さな目標電流値が設定され、操舵補助力は比較的小さくなる。これにより、いずれの車速範囲でも適度な操舵反力を残しつつ、良好な操舵補助を行える。
【００１３】
電子制御ユニット１には、さらに、バッテリ５の電圧（バッテリ電圧）ＶＢ自体を検出するバッテリ電圧検出回路１２と、このバッテリ電圧検出回路１２によって検出されたバッテリ電圧ＶＢの時間微分信号ＶＢ′を求める微分回路１３と、この微分回路１３が出力する時間微分信号ＶＢ′を増幅率−Ｋ１，−Ｋ２（Ｋ１，Ｋ２は正の値）でそれぞれ増幅（反転増幅）する増幅回路１４，１５とを備えている。さらに、電子制御ユニット１は、目標電流設定部１１によって設定された目標電流値に増幅回路１４の出力を加算する第１加算部２１と、この第１加算部２１の出力から電流検出回路８の出力を減算する減算部２３と、この減算部２３の出力に基づいてＰＩ（比例積分）制御演算を行うＰＩ制御部１６と、このＰＩ制御部１６の出力に基づいて、ドライバ回路３をパルス幅制御する際のＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部１７と、このデューティ設定部１７の出力に増幅回路１５の出力を加算する第２加算部２２と、この第２加算部２２から与えられるデューティ比でドライバ回路３をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部１８とを備えている。
【００１４】
電動モータＭをフィードバックするＰＩ制御ループは、ＰＩ制御部１６、デューティ設定部１７、ＰＷＭ制御部１８、ドライバ回路３、電動モータＭ、電流検出回路８および減算部２３によって形成されている。ＰＩ制御部１６には、減算部２３から、目標電流値に対する実際のモータ電流の偏差が入力されるから、これにより、電動モータＭのモータ電流が目標値へと導かれる。
バッテリ５の発生電圧であるバッテリ電圧ＶＢが安定している限りにおいて、微分回路１３の出力は零に保持される。したがって、目標電流設定部１１によって設定された目標電流とモータ電流との偏差に応じて、電動モータＭがフィードバック制御される。
【００１５】
バッテリ電圧ＶＢに変動（増加または減少）が生じると、その変動の直後の期間において、その変動に応じた有意な時間微分信号ＶＢ′が微分回路１３から出力される。この有意な時間微分信号ＶＢ′が増幅回路１４によって反転増幅されて加算部２１に与えられる。したがって、バッテリ電圧ＶＢに変動が生じた直後の期間に限り、目標電流設定部１１によって設定された目標電流値に時間微分信号ＶＢ′に相当する値（バッテリ電圧ＶＢの変動を補償する値）が加算され、この加算後の目標電流値に対するモータ電流値の偏差に応じて、電動モータＭが制御される。さらに、バッテリ電圧ＶＢに変動が生じた直後の期間に限り、デューティ設定部１７によって設定されたデューティに対して、時間微分信号ＶＢ′に相当する値（バッテリ電圧ＶＢの変動を補償する値）がフィードフォワードされて加算され、この加算後のデューティで電動モータＭが駆動されることになる。
【００１６】
このような処理によって、バッテリ電圧ＶＢに変動が生じたときに、その変動分に対する補償が速やかになされる。これにより、ＰＩ制御ループの応答遅れ等に起因して操舵補助力が急変したりすることがなく、運転者に操舵違和感を与えることがない。
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る。たとえば、上述の実施形態では、バッテリ電圧ＶＢの変動分に相当する値を目標電流値およびデューティにそれぞれ加算することとしているが、目標電流値またはデューティのいずれかに対する加算のみによっても、操舵違和感の改善に関して一定の効果を得ることができる。
【００１７】
なお、微分回路１３、増幅回路１４，１５などの機能は、ハードウエアにより実現されてもよいが、コンピュータが実行するソフトウエア処理によって達成されてもよい。目標電流設定部１１，加算部２１，２２、減算部２３、ＰＩ制御部１６およびデューティ設定部１７についても同様である。
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。
【符号の説明】
１ 電子制御ユニット
３ ドライバ回路
５ バッテリ
８ 電流検出回路
１１ 目標電流設定部
１２ バッテリ電圧検出回路
１３ 微分回路
１４ 増幅回路
１５ 増幅回路
１６ ＰＩ制御部
１７ デューティ設定部
１８ ＰＷＭ制御部
２１ 加算部
２２ 加算部
２３ 減算部
Ｍ 電動モータ
ＶＢ バッテリ電圧
ＶＢ′ 時間微分信号

Claims (1)

1. 電源からの給電を受ける電動モータを駆動源としてステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
   運転者のステアリング操作に応じて駆動目標値を定め、この駆動目標値に基づいて、上記電源から電動モータへの給電を制御するための駆動制御信号を発生するモータ駆動制御手段と、
   上記電源の電圧変化分を検出する電圧変化分検出手段と、
   この電圧変化分検出手段によって検出された電圧変化分に相当する値を上記駆動目標値および上記駆動制御信号の少なくとも一方に加算する電源電圧変動補償手段とを含み、
   上記電圧変化分検出手段は、上記電源の電圧自体を検出する電源電圧検出手段と、
   この電源電圧検出手段の検出結果の微分値を上記電圧変化分として検出する微分手段とを含む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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