JP4449918B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵ハンドルの操舵状態に応じて操舵アシストトルクを発生させる電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、電動パワーステアリング装置においては、マイクロコンピュータを主要部に備えたアシストコントローラを備え、このアシストコントローラにより、操舵ハンドルの操舵状態に応じて電動モータへの通電量を制御して、所望の操舵トルクをステアリング機構に付与する。
例えば、運転者のハンドル操作に伴って発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと車速を検出する車速センサとをアシストコントローラに接続し、この２つの検出信号に基づいて最適なアシストトルクが得られるためのモータの目標電流値を演算し、この目標電流値と実際にモータに流れる電流値（実電流値）との偏差をフィードバックしてモータの通電量を制御するようにしている。

こうした電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルを右方向あるいは左方向に速く切ってストロークエンド（操舵可能範囲の終端を機械的に規制するストッパ部分）に達すると、モータの回転が急に停止状態となるためモータの逆起電力が急激に消滅し、その影響でモータに流れる電流が急増してオーバーシュートする。
そこで、特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、この電流のオーバーシュートを検出したときに、フィードバック制御の制御ゲインを大きくしてオーバーシュートを軽減するようにしている。
また、特許文献２の電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクが所定値以上で、かつ、操舵回転速度（操舵速度）が所定値以下のときにモータに通電する目標電流を補正して、モータの過負荷電流を減少させるようにしている。
特開平１１−７８９１９号 特開平８−３４３５９号

しかしながら、特許文献１のものでは、実際にモータ電流が大きくオーバーシュートしたことを検出してストロークエンドを判定しているため、その判定が遅くなり、過大なトルクが発生してしまう。
また、特許文献２のものでは、操舵回転速度に基づいてストロークエンドを判断している。しかし、操舵回転速度が小さくなる状況は、ストロークエンド当たり時だけでなく、保舵している場合も同じである。そして保舵状態を判定するためには、回転停止状態の継続時間を検出する必要があることから、その分だけ過電流防止のタイミングが遅くなってしまう。かといってストロークエンドの判定を早くすると誤検出しやすく、この場合、保舵状態でアシストトルクを減らしてしまうケースが発生してしまい、良好な操舵アシストが得られなくなってしまう。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、早いタイミングでストロークエンド当たりを検出し、過大なトルクの発生を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵アシストトルクを付与するためのモータと、操舵ハンドルの操舵状態に応じてモータの目標電流値を決定する目標電流決定手段と、上記モータに実際に供給された電流値を検出する実電流検出手段と、上記目標電流決定手段により決定された目標電流値と上記実電流検出手段により検出された実電流値との偏差をフィードバックして、モータを駆動制御する制御量を決定するフィードバック制御手段と、上記フィードバック制御手段により決定された制御量にてモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、上記実電流検出手段により検出されるモータに実際に供給された実電流値の変化状態を検出する実電流変化検出手段と、上記フィードバック制御手段により決定されるモータの制御量の変化状態を検出する制御量変化検出手段と、上記検出された実電流値の変化状態と上記検出されたモータの制御量の変化状態とに基づいて、上記実電流値が増大側に変化し、上記モータ制御量が減少側に変化したときに、操舵位置が操舵可能範囲の終端を機械的に規制するストロークエンドに達したと判断するストロークエンド判断手段とを備えたことにある。

上記構成を有する本発明によれば、フィードバック制御手段が、目標電流決定手段により決定された目標電流と、実電流検出手段により検出された実電流値との偏差に基づいて、モータを駆動制御する制御量（例えば、モータに印加する電圧値）を決定し、モータ駆動手段がその決定された制御量にてモータに通電して駆動する。
そして、ストロークエンド判断手段が、実電流変化検出手段により検出された実電流値の変化状態と、制御量変化検出手段により検出されたモータの制御量の変化状態とに基づいて、実電流値が増大側に変化し、モータ制御量が減少側に変化したときに、操舵位置がストロークエンドに達したと判断する。

速い操舵操作により操舵位置がストロークエンドに達した場合、モータの回転が急激に停止するため、逆起電力が急激に減少し、モータに流れる実電流が増大する。つまり、モータ回転時においては、逆起電力が発生するため、それに打ち勝つだけの大きなモータ制御量（例えば、目標電圧）が設定されるが、モータの回転が急激に停止すると、逆起電力の消失によりモータ制御量が過大となり電流が流れやすくなって実電流が一気に増大する。
このため、フィードバック制御手段により決定されるモータの制御量が減少する。この場合、モータが急減速すればするほど、時間当たりの実電流の変化が大きくなる。
そこで、本発明では、この実電流値の変化とモータの制御量の変化を捉えることで、実際にモータに過電流が流れてしまう前にストロークエンドに達したことを判断することができる。従って、素早くストロークエンド当たりを検出して通電量の制限を行うことが可能となる。
この場合、例えば、実電流の増加度合いが所定値以上であり、かつ、モータ制御量の減少度合いが所定値以上のときに操舵位置がストロークエンドに達したと判断してもよい。

本発明の他の特徴は、上記ストロークエンドに達したことが判断されたとき、上記目標電流決定手段により決定される目標電流値の上限を所定の値に設定して目標電流値を制限する上限値設定手段を備えたことにある。
この場合、上記上限値設定手段は、上記操舵位置がストロークエンドに達したと判断される直前に検出された実電流値を、上記目標電流値の上限に設定するとよい。

この発明によれば、操舵位置がストロークエンドに達したことを検出すると、目標電流値の上限を所定値に設定するため、電流のオーバーシュートが抑制され、過剰なトルクの発生を防止する。また、目標電流値の上限を、操舵位置がストロークエンドに達したと判断される直前に検出された実電流の値に設定することで、過大なアシストトルクを発生させずに、最低限必要なアシストトルクを維持することができる。このため、アシストトルクが過小になって運転者が操舵する必要トルクが増大してしまうこともない。

一般に、電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルの操舵トルクをトーションバーのねじれにより検出しており、速いハンドル操作でストロークエンドに達したときには、ステアリングホイールの慣性力でトーションバーがねじられてトルク検出値が増大する。この検出トルクの増大は、必要アシストトルクを増大させるが、ストロークエンドに達している状態から、それ以上のトルクを発生させてもストッパを押し付けるだけで無駄なトルクとなる。そこで、本発明においては、目標電流値の上限を操舵位置がストロークエンドに達したと判断される直前に検出された実電流値に設定することで、無駄なトルクを発生しないようにすることができる。

本発明の他の特徴は、上記上限値設定手段により目標電流を制限しているときに、上記目標電流決定手段により決定される目標電流値が、所定値よりも下回った場合には、上記上限値設定手段による目標電流の上限値制限を解除する電流制限解除手段を備えたことにある。
例えば、この所定値を上限値設定手段により設定される上限値としてもよい。
これによれば、電流制限を適正な時期に解除することができ、不必要な電流制限を行うことを防止することができる。

本発明の他の特徴は、上記上限値設定手段による目標電流値の制限、あるいは、上記ストロークエンド判断手段による判断は、車両の停車中において行い、走行中においては行わないことにある。
走行中においては、路面から車輪側に外力が加わって（いわゆる逆入力）モータが回される場合が生じる。こうした場合には、ストロークエンド判断手段が誤判定を起こすおそれがある。そこで、この発明においては、車両の停車中においてのみ、ストロークエンドの判断や目標電流の上限値制限を行うようにすることで、精度を向上することができる。

本発明の他の特徴は、上記上限値設定手段による目標電流値の制限、あるいは、上記ストロークエンド判断手段による判断は、車両の停車中および所定の基準速度より小さい速度での走行中において行い、基準速度以上での走行中においては行わないことにある。
車両が微低速走行中においては、路面から車輪側に加わる外力によりストロークエンド判断手段が誤判定する確率は低く、また、仮に誤判定されても安全上問題ない。従って、この発明よれば、目標電流の上限値制限の適用範囲が広がるというメリットが得られる。

以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る電動パワーステアリング装置を概略的に示している。

この電動パワーステアリング装置１は、大別すると、操舵輪へ操舵アシスト力を付与する操舵アシスト機構１０と、操舵アシスト機構１０の電動モータ１５を駆動制御するアシスト制御装置３０とから構成される。

操舵アシスト機構１０は、操舵ハンドル１１の回動操作に連動したステアリングシャフト１２の軸線周りの回転をラックアンドピニオン機構１３によりラックバー１４の軸線方向の運動に変換して、このラックバー１４の軸線方向の運動に応じて操舵輪である左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵するようになっている。
ラックバー１４は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１６内に収納され、その左右両端がラックハウジング１６から露出してタイロッド１７と連結される。このラックバー１４のタイロッド１７との連結部には、ストロークエンドを構成するストッパ１８が形成され、このストッパ１８とラックハウジング１６両端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークを機械的に規制している。左右のタイロッド１７の他端は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に設けられたナックル１９に接続される。

ステアリングシャフト１２には減速ギヤ２５を介して電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、その回転により減速ギヤ２５を介してステアリングシャフト１２をその軸中心に回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。
電動モータ１５には回転角センサ２６が付設される。この回転角センサ２６は、レゾルバにより構成され、電動モータ１５の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を出力する。

ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１と減速ギヤ２５との中間位置に操舵トルクセンサ２０が組みつけられている。操舵トルクセンサ２０は、ステアリングシャフト１２に介装されて上端および下端をステアリングシャフト１２に接続したトーションバー２１と、トーションバー２１の上端部および下端部にそれぞれ組み付けられたレゾルバ２２，２３とからなる。レゾルバ２２，２３は、トーションバー２１の上端および下端の回転角をそれぞれ検出して、検出した各回転角を表す検出信号をそれぞれ出力する。従って、このレゾルバ２２，２３の検出回転角度をそれぞれ読み込むことで、操舵時におけるトーションバー２１の捩れに対応した両者の検出回転角度差から、操舵ハンドル１１に付与された操舵トルクを検出できる。

アシスト制御装置３０は、主要部をマイクロコンピュータにより構成される電子制御装置４０と、電子制御装置４０からの制御信号により電動モータ１５を駆動制御するモータ駆動回路５０とからなる。

電子制御装置４０は、操舵トルクセンサ２０にて検出した操舵トルクＴＲおよび車速センサ２８にて検出した車速ｖにもとづいて電動モータ１５への通電量を決定し、回転角センサ２６により検出したモータ回転角に応じたタイミングでモータ駆動回路５０を制御して所定の操舵アシスト力を発生させる。

モータ駆動回路５０は、図２に示すように、３相インバータ回路を構成するもので、電動モータ１５の各コイルＣＬｕ，ＣＬｖ，ＣＬｗにそれぞれ対応したスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２を有する。これらのスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２は、本実施形態においてはＭＯＳ−ＦＥＴが用いられ、電子制御装置４０からのＰＷＭ制御信号によりオン・オフ制御される。また、モータ駆動回路５０には、電動モータ１５に流れる電流値を検出する電流センサ５３ａ、５３ｂ、５３ｃが各相に設けられる。以下、この３つの電流センサ５３ａ、５３ｂ、５３ｃを合わせて電流センサ５３と呼ぶ。

次に、電動モータ１５および電動モータ１５を駆動制御する電子制御装置４０について詳述する。
本実施形態の電動モータ１５としては、三相同期式永久磁石モータで構成したブラシレスＤＣモータが用いられる。この電動モータ１５は、ハウジング内に固定されたステータを備え、ステータに巻かれたコイルＣＬｕ，ＣＬｖ，ＣＬｗに３相電流（電機子電流）を流すことにより３相回転磁界を形成し、この３相磁界内を永久磁石を固着したロータが３相電流に応じて回転するものである。

電子制御装置４０は、電動モータ１５のコイルＣＬｕ，ＣＬｖ，ＣＬｗに流す３相電流を制御するもので、図３に示すように、車速ｖおよび操舵トルクＴＲを入力してアシストトルクを得るために必要な必要アシスト電流を求め、その必要アシスト電流に対して所定の制限を加えた目標電流値を２相指令電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）のかたちで演算して、フィードバック制御部４２に指令する目標電流指令部４１を有する。
必要アシスト電流は、図４に示すように、操舵トルクＴＲの増加にしたがって増加するとともに車速ｖの増加にしたがって減少するように設定された算出マップを参照して計算される。

尚、この２相指令電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）は、図５の模式図に示すように、電動モータ１５の回転子上の永久磁石ＭＧが作り出す磁束と同一方向のｄ軸と、ｄ軸に直交したｑ軸とからなるｄ−ｑ座標系における電機子電流である。つまり、２相指令電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）は、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸上のｄ軸電機子電流と、ｑ軸上のｑ軸電機子電流とからなる指令電流となる。
３相同期式永久磁石モータを構成するブラシレスＤＣモータのトルクは、ｄ−ｑ座標系において、電機子巻線鎖交磁束数とｑ軸電機子電流の積に比例し、ｄ軸電機子電流の値に影響されない。従って、アシスト制御中においては、回転トルクを発生するｑ軸電機子電流のみが流れるように通電指令され、ｄ軸電機子指令電流Ｉｄ＊は「０」に設定される。

目標電流指令部４１からの指令信号（目標電流値）は、フィードバック制御部４２に出力される。このフィードバック制御部４２には、電動モータ１５のコイルＣＬｕ，ＣＬｖ，ＣＬｗに流れる３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値を２相電流に変換した２相電流Ｉｄｘ，Ｉｑｘの検出値が入力される。電動モータ１５に流れる３相電流Ｉｕｘ，Ｉｖｘ，Ｉｗｘは電流センサ５３により検出され、３相電流Ｉｕｘ，Ｉｖｘ，Ｉｗｘから２相電流Ｉｄｘ，Ｉｑｘへの変換は、３相／２相変換部４５によって行われる。

この３相／２相変換のために、３相／２相変換部４５には、回転角センサ２６により検出されたモータ回転角を電気角に変換する回転角変換部４６が接続されている。
フィードバック制御部４２は、電動モータ１５のコイルＣＬｕ，ＣＬｖ，ＣＬｗに流れる３相電流Ｉｕｘ，Ｉｖｘ，Ｉｗｘをフィードバック制御するために、２相指令電流（目標電流）Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と２相検出電流（実電流）Ｉｄｘ、Ｉｑｘとの偏差をあらわす差信号Ｉｄ＊−Ｉｄｘ，Ｉｑ＊−Ｉｑｘを算出する。
そして、フィードバック制御部４２は、２相電流の差信号Ｉｄ＊−Ｉｄｘ，Ｉｑ＊−Ｉｑｘに基づいて、２相の目標電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を算出する。この目標電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、電動モータ１５を駆動するための制御量に相当するもので、２相電流の差信号Ｉｄ＊−Ｉｄｘ，Ｉｑ＊−Ｉｑｘの値からＰＩＤ制御式等により算出される。この場合、電動モータ１５にトルクを発生しないｄ軸目標電圧Ｖｄ＊は０に設定される。
この目標電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊指令は、２相／３相変換部４３にて３相の信号に変換されてＰＷＭ制御部４４に出力される。尚、この２相／３相変換のために、２相／３相変換部４３には回転角変換部４６からの電気角信号が入力される。

ＰＷＭ制御部４４は、２相／３相変換部４３からの３相信号に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号をモータ駆動回路５０に出力する。モータ駆動回路５０では、このＰＷＭ制御信号に応じたパルス幅（デューティ比）で、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２がオンオフ制御され、そのパルス幅に応じた目標電圧で電動モータ１５を駆動する。

尚、目標電流指令部４１が本発明の目標電流決定手段に相当し、フィードバック制御部４２が本発明のフィードバック制御手段に相当し、２相／３相変換部４３，ＰＷＭ制御部４４，モータ駆動回路５０が本発明のモータ駆動手段に相当し、電流センサ５３，３相／２相変換部４５が本発明の実電流検出手段に相当する。

以上説明した目標電流指令部４１、フィードバック制御部４２、２相／３相変換部４３、ＰＷＭ制御部４４、３相／２相変換部４５、回転角変換部４６は、電動モータ１５をフィードバック制御する基本的構成であるが、本実施形態の電子制御装置４０は、更に、ストロークエンド当たり時に電動モータ１５の電流制限を行う目標電流制限指令部４７を備える。

この目標電流制限指令部４７は、フィードバック制御部４２から指令された目標電圧Ｖｑ＊信号を入力し、その入力信号から電気的なノイズ等の影響を除去するローパスフィルタ部４７ａと、ローパスフィルタ部４７ａでフィルタ処理した後の目標電圧Ｖｑ＊の時間当たりの変化量を算出する目標電圧変化量算出部４７ｂと、３相／２相変換部４５からフィードバック制御部４２に出力される実電流検出信号Ｉｑｘから電気的なノイズ等の影響を除去するローパスフィルタ部４７ｃと、ローパスフィルタ部４７ｃでフィルタ処理した後の実電流の時間当たりの変化量を算出する実電流変化量算出部４７ｄと、目標電圧変化量算出部４７ｂで算出された目標電圧変化量と実電流変化量算出部４７ｄで算出された実電流変化量とに基づいて操舵位置がストロークエンドに達したことを判定して、電動モータ１５の上限電流値制限指令を目標電流指令部４１に出力するエンド当たり判定部４７ｅとから構成される。

尚、このように構成された電子制御装置４０は、本実施形態においてはマイクロコンピュータのプログラムの実行により実現されるものであって、図３に示す構成は、その各機能をブロック図にて表したものである。
また、本実施形態における実電流変化量算出部４７ｄが本発明の実電流変化検出手段に相当し、目標電圧変化量算出部４７ｂが本発明の制御量変化検出手段に相当し、エンド当たり判定部４７ｅが本発明のストロークエンド判断手段に相当する。

次に、電動パワーステアリング装置１における電源供給系統について図２を用いて説明する。
電子制御装置４０および電動モータ１５は、バッテリ６０およぶオルタネータ７０から電源供給される。
バッテリ６０の電源端子（＋端子）６１に接続される電源供給元ライン６２は、発電機としてのオルタネータ７０が接続されるとともに、制御電源供給ライン６３と駆動電源供給ライン６４とに分岐して電動パワーステアリング装置１に接続される。

制御電源供給ライン６３は、電子制御装置４０に電源を供給するラインで、その途中にイグニッションスイッチ８０およびダイオード６８が設けられる。
駆動電源供給ライン６４は、モータ駆動回路５０を介して電動モータ１５に電源を供給するラインで、その途中に電源リレー６５が設けられるとともに、電源リレー６５の負荷側に、制御電源供給ライン６３とを結ぶ連結ライン６６が設けられる。この電源リレー６５は、電子制御装置４０からの制御信号により開閉制御される。連結ライン６６には、制御電源供給ライン６３から駆動電源供給ライン６４へ電流が流れないようにするダイオード６７が設けられる。

次に、電子制御装置４０の目標電流制限指令部４７が実行するストロークエンド当たり時における電流制限制御について説明する。
図６は、電子制御装置４０の目標電流制限指令部４７が実行する電流制限制御ルーチンを表すもので、電子制御装置４０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。
本制御ルーチンは、イグニッションスイッチのオン動作により起動し、上述した電動モータ１５の電流フィードバック制御の前に、その電流フィードバック制御と同期した所定の周期（例えば、数百マイクロ秒の周期）で繰り返し実行される。

本制御ルーチンが開始されると、電動モータ１５のフィードバック制御における実電流の検出信号Ｉｘ、目標電圧の指令信号Ｖ＊を読み込み、その信号にローパスフィルタ処理を施してフィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘ、目標電圧値Ｖｆ＊を求める（Ｓ１０）。
尚、本制御ルーチンにおいては、検出信号値や目標値は、ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸での値であるが、図３にて示した各種信号値の末尾に付した符号「ｑ」を省略する。

上述したように、操舵アシスト制御中においては、図４に示す算出テーブルを参照して、操舵トルクＴＲと車速ｖとから必要アシスト電流値Ｉａｓを求め、この必要アシスト電流値Ｉａｓを適宜補正（例えば、過熱防止などのための電流補正や、後述するストロークエンド当たり時の電流制限）を施して目標電流値Ｉ＊を算出する。そして、この目標電流値Ｉ＊と実際に電動モータ１５に流れる実電流値Ｉｘとの偏差をモータ駆動指令電圧値Ｖ＊にフィードバックさせる。このモータ駆動指令電圧値Ｖ＊は、モータ１５を駆動制御する制御量に相当し、ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸に印加する電圧となる。

そして、この電流制限制御ルーチンでは、操舵アシスト制御で用いる実電流値Ｉｘ、目標電圧値Ｖ＊の変化状態に基づいてストロークエンド当たりの検出を行うために、ステップＳ１０において、この実電流の検出信号Ｉｘおよび目標電圧の指令信号Ｖ＊に対して電気的なノイズなどの影響を排除するためにフィルタ処理を行う。このときのフィルタは、ローパスフィルタであり、電動モータ１５の電気、機械的な応答周波数を通過させ、それ以上の周波数信号を制限するような特性を有する。このステップＳ１０の処理は、図３に示すローパスフィルタ４７ａ，４７ｃの機能に相当する。

続いて、ステップＳ１１にてフィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘの時間当たりの変化量ｄＩｆｘおよびフィルタ処理後の目標電圧値Ｖｆ＊の時間当たりの変化量ｄＶｆ＊を算出する。
例えば、次のように算出する。
ｄＩｆｘ＝（Ｉｆｘ−Ｉｆｘｏｌｄ）／Δｔ
ｄＶｆ＊＝（Ｖｆ＊−Ｖｆ＊ｏｌｄ）／Δｔ
Ｉｆｘ：現在のフィルタ処理した実電流値
Ｉｆｘｏｌｄ：所定時間Δｔ前のフィルタ処理した実電流値
Ｖｆ＊：現在のフィルタ処理した目標電圧値
Ｖｆ＊ｏｌｄ：所定時間Δｔ前のフィルタ処理した目標電圧値

続いて、ステップＳ１２に移行し、左ストロークエンド当たりの判定処理を行う。この判定処理は、図７に示すように、４つの条件（Ｓ１２-１，Ｓ１２−２，Ｓ１２−３，Ｓ１２−４）が成立したときに左操舵方向にストロークエンド当たりが発生したと判定する。
条件１：ｄＩｆｘ＞ｄＩｘ０
条件２：ｄＶｆ＊＜−ｄＶ＊０
条件３：Ｉｆｘ＞Ｉｘ０
条件４：フラグＦ＝０

条件１（Ｓ１２−１）では、フィルタ処理後の実電流の変化量ｄＩｆｘが、判定基準用の変化量ｄＩｘ０よりも大きい場合に条件成立する。この判定値ｄＩｘ０は、正の値に設定される。
条件２（Ｓ１２−２）では、フィルタ処理後の目標電圧の変化量ｄＶｆ＊が、判定基準用の変化量−ｄＶ＊０よりも小さい場合に条件成立する。この判定値ｄＶ＊０はゼロまたは正の値に設定される。従って、目標電圧の減少度合いが基準値より大きい場合には、この条件２が成立する。
条件３（Ｓ１２−３）では、フィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘが、判定基準値Ｉｘ０よりも大きい場合に条件成立する。この条件３における判断は、電動モータ１５を駆動する向き（回転トルクの発生方向）が左操舵方向か右操舵方向かを判断するものであって、過電流を判断するものでないため、Ｉｘ０は小さな値(≧０）でよく、例えばＩｘ０＝０としてもよい。尚、この例では、電動モータ１５に左操舵方向への回転トルクを発生させる場合における電流値を正の値で表している。
条件４（Ｓ１２−４）では、フラグＦがＦ＝０に設定されている場合に条件成立する。このフラグＦは、左ストロークエンド当たりによる電流制限を行っている場合にＦ＝１に設定され、右ストロークエンド当たりによる電流制限を行っている場合にＦ＝２に設定され、電流制限中でなければＦ＝０に設定される。従って、電流制限中で無い場合に、この条件４が満足される。

つまり、このステップＳ１２における判定処理は、実電流の増加度合いが基準増加度合いより大きく（条件１）、目標電圧の減少度合いが基準減少度合いよりも大きく（条件２）、電動モータを左操舵方向に回転するように通電制御されており（条件３）、直前回の判定時にストロークエンド当たりが検出されていない（電流制限中でない）ときに（条件４）、この判定処理は左ストロークエンド当たりが発生したと判断する。

電動モータ１５が回転しているときには、必ず逆起電力が発生するため、それに打ち勝つように目標電圧が高く設定される。そのため、高速回転している電動モータ１５が急減速するとき、逆起電力が急に消滅して電流が流れやすくなり、実電流が一気に増大する。このとき、電流フィードバック制御によって電動モータ１５の指令電圧（目標電圧）が低減する。そこで、本実施形態においては、この現象をとらえてストロークエンド当たりを判定している。従って、実際に電動モータ１５の流れる実電流が過大になる前に、実電流と目標電圧の変化度合いからストロークエンド当たりを判断できる。
尚、条件３では、実電流の大きさを判定しているが、これは実電流が過大になったことを判定するのではなく、電流の向き（操舵方向）を確認しているものであり、この判定値Ｉｘ０は、過大電流より小さな電流値に設定される。
こうした条件判定により、電動モータ１５に過電流が流れる前に、早いタイミングでストロークエンド当たりの検出を行うことができる。

ステップＳ１２における判定処理が完了すると、続いて、ステップＳ１３に処理を進め、左エンド当たり判定処理における４条件が成立したか否かを判断し、成立した場合には、ステップＳ１４にてフラグＦをＦ＝１に設定する。
一方、条件成立していない場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１５に移行し、今度は、右ストロークエンド当たりの判定処理を行う。

この判定処理は、図８に示すように、４つの条件（Ｓ１５-１,Ｓ１５−２，Ｓ１５−３，Ｓ１５−４）が成立したときに右操舵方向にストロークエンド当たりが発生したと判定する。尚、この説明においては、電動モータ１５の転舵方向を区別するために、右転舵方向への駆動に対しては、その電流値、電圧値を負の値で表現する。
条件１：ｄＩｆｘ＜−ｄＩｘ０
条件２：ｄＶｆ＊＞ｄＶ＊０
条件３：Ｉｆｘ＜−Ｉｘ０
条件４：フラグＦ＝０

条件１（Ｓ１５−１）では、フィルタ処理後の実電流の変化量ｄＩｆｘが、判定基準用の変化量−ｄＩｘ０よりも小さい場合に条件成立される。電動モータ１５が右操舵方向に駆動されている場合、実電流は負の値をとるため、そうしたケースにおいて、実電流の絶対値の増加度合いが基準値よりも大きい場合に条件成立する。
条件２（Ｓ１５−２）では、フィルタ処理後の目標電圧の変化量ｄＶｆ＊が、判定基準用の変化量ｄＶ＊０よりも大きい場合に条件成立される。電動モータ１５が右操舵方向に駆動されている場合、目標電圧は負の値をとるため、そうしたケースにおいて、目標電圧の絶対値の減少度合いが基準値より大きい場合には、この条件２が成立する。
条件３（Ｓ１５−３）では、フィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘが、判定基準値−Ｉｘ０よりも小さい場合に条件成立される。この条件３における判断は、電動モータ１５に流れる電流の向き（回転トルクを与える方向）が左操舵方向か右操舵方向かを判断するものであって、過電流を判断するものでないため、Ｉｘ０は小さな値でよく、例えばＩｘ０＝０としてもよい。
条件４（Ｓ１５−４）ではフラグＦがＦ＝０に設定されている場合に条件成立する。従って、電流制限中で無い場合に、この条件４が満足される。

このステップＳ１５は、ステップＳ１３とは駆動方向（トルク発生方向）の違いにより目標電圧や実電流の符号（正負）が相違するのであって実質的には同様な判断となる。つまり、右操舵方向への実電流の増加度合いが基準増加度合いより大きく（条件１）、右操舵方向に駆動する目標電圧の減少度合いが基準減少度合いよりも大きく（条件２）、右操舵方向に回転するように電動モータ１５が通電制御されており（条件３）、直前回の判定時にストロークエンド当たりが検出されていない（電流制限中でない）ときに（条件４）、この判定処理は右ストロークエンド当たりが発生したと判断する。従って、早いタイミングでストロークエンド当たりの検出を行うことができる。

ステップＳ１５における判定処理が完了すると、続いて、ステップＳ１６に処理を進め、右エンド当たり判定処理における４条件が成立したか否かを判断し、成立した場合には、ステップＳ１７にてフラグＦをＦ＝２に設定する。
ステップＳ１６において条件成立しないと判断した場合、あるいは、ステップＳ１４，Ｓ１７においてフラグＦの設定処理が行われると、続いて、ステップＳ１８の処理に移行し、停車中か否かを判断する。例えば、車速センサ２８の検出信号に基づいて判断する。
そして、停車中であれば、以下の電流上限制限を行う。

まず、フラグＦの状況を確認し（Ｓ１９）、フラグＦがＦ＝１であれば（Ｓ１９：ＹＥＳ）、現在の目標電流値Ｉ＊が直前回のフィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘｏｌｄよりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０）。Ｉ＊＞Ｉｆｘｏｌｄであれば、目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍを実電流値Ｉｆｘｏｌｄに設定する（Ｓ２１）。つまり、ストロークエンド当たりを検出した直前の実電流値Ｉｆｘｏｌｄを目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍに設定する。
本実施形態においては、操舵ハンドル１１の操舵トルクをトーションバー２１のねじれにより検出しており、速いハンドル操作でストロークエンドに達したときには、操舵ハンドル１１の慣性力でトーションバー２１がねじられてトルク検出値が増大する。この検出トルクの増大は、必要アシストトルクを増大させるが、ストロークエンドに達している状態から、それ以上のトルクを発生させてもストッパ１８を押し付けるだけで無駄なトルクとなる。
そこで、この実施形態においては、目標電流の上限値を設定して、無駄なトルクが発生しないようにしている。
尚、ステップＳ２１の処理が本発明の上限値設定手段に相当する。

続いて、処理をステップＳ２２に進め、実電流値Ｉｆｘｏｌｄを所定の係数ｋを乗じた値に設定する。本制御ルーチンは所定の周期で繰り返し実行されることから、係数ｋ＝１の場合には、目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍがストロークエンド当たりを検出した直前の実電流値Ｉｆｘｏｌｄに保持される。また、係数ｋ＜１であれば、目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍが、徐々に低減され、逆に、係数ｋ＞１であれば、目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍが徐々に増大される。この係数ｋに関しては、必要とする性能によって任意に設定すればよい。
また、このように目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍにて電流制限されている状態においては、ステップＳ１１における実電流の変化量の計算ｄＩｆｘ＝（Ｉｆｘ−Ｉｆｘｏｌｄ）／Δｔで用いるＩｆｘｏｌｄは、このステップＳ２２にて設定された値となる。従って、Ｉｆｘｏｌｄの値が大きく変動しないため、ストロークエンド当たりの判定が安定する。

一方、ステップＳ２０における判断が「ＮＯ」、つまり、目標電流Ｉ＊が実電流値Ｉｆｘｏｌｄ以下の場合には、フラグＦをＦ＝０にリセットし（Ｓ２３）、目標電流の上限制限を解除する（Ｓ２４）。続いて、今まで電流制限処理のために使っていた実電流値Ｉｆｘｏｌｄの値を現在の実電流値Ｉｆｘに更新する（Ｓ２５）。従って、次回のステップＳ１１における実電流の変化量の計算ｄＩｆｘ＝（Ｉｆｘ−Ｉｆｘｏｌｄ）／Δｔで用いるＩｆｘｏｌｄは、新しい実電流値（次回の制御周期時にとっては、直前回の検出実電流値）に更新されることになる。

ストロークエンド当たりが生じた直後は、操舵ハンドル１１の慣性力と運転者の操舵トルクとでトーションバー２１がねじられるため、必要アシスト電流値Ｉａｓが増大して目標電流値Ｉ＊が増大するが、慣性力が無くなれば目標電流値Ｉ＊は減少する。そこで、このステップＳ２０〜Ｓ２５の処理は、現在の目標電流値Ｉ＊が、目標電流上限値を定めていた実電流値Ｉｆｘｏｌｄにまで低下したときに、電流制限を解除することで不必要な電流制限を行わないようにしている。
尚、ステップＳ２０，２４の処理が本発明の電流制限解除手段に相当する。

ステップＳ１９の判断が「ＮＯ」、つまりフラグＦがＦ＝１でない場合には、次に、フラグＦがＦ＝２に設定されているか否かを判断する（Ｓ２６）。フラグＦがＦ＝２であれば、ステップＳ２７に処理を進め、現在の目標電流値Ｉ＊が直前回のフィルタ処理後の実電流値Ｉｆｘｏｌｄよりも小さいか否かを判断する（Ｓ２０）。そして、Ｉ＊＜Ｉｆｘｏｌｄと判断された場合には、上述したステップＳ２１からの処理に移行して、目標電流制限値Ｉ＊ｌｉｍを実電流値Ｉｆｘｏｌｄに設定し、更に、実電流値Ｉｆｘｏｌｄを所定の係数ｋを乗じた値に設定する。
このステップＳ２７の判断は、電動モータ１５を右転舵方向に駆動するときの目標電流値Ｉ＊（負の値）と実電流値Ｉｆｘｏｌｄ（負の値）とを比較するもので、その絶対値で考えればステップＳ２０の処理と同様である。

一方、ステップＳ２６、あるいは、ステップＳ２７にて「ＮＯ」と判断された場合には、その処理を上述したステップＳ２３に進めて目標電流の上限値制限を行わないようにする。また、ステップＳ１８にて車両走行中であると判断した場合においても、その処理をステップＳ２３に進めて目標電流の上限値制限を行わないようにする。

車両が走行中においては、路面から左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に外力が加わって電動モータ１５が回転することがある。この場合、ストロークエンド当たりが発生した場合と同じ傾向で実電流値の変化量ｄＩｆｘと目標電圧値の変化量ｄＶｆ＊が検出されてしまう。そこで、ストロークエンド当たりの誤判定を防止するために、ステップＳ１８にて停車中か否かを判断し、停車中に限って目標電流値の上限制限を行うようにし、走行中には、その上限制限を解除するようにしている。このため、判定精度が向上し高い信頼性が得られる。

また、ステップＳ１２−３、あるいは、ステップＳ１５−３において、電動モータ１５の駆動方向（電流の正負）を判定条件の一つとして入れているが、これは、次のようなケースで有効になる。
例えば、駐車中にタイヤが路面に氷り付いて操舵できなくなったときに、ハンドル操作トルクとアシストトルクとにより氷を割る場合（いわゆる「氷割り」）がある。こうしたケースでは、実電流値と制御電圧値のそれぞれの変化方向だけを捉えてストロークエンド当たりの判定を行うと、「氷割り」の時においてもストロークエンド当たりが発生したと判定してしまう。つまり、「氷割り」のときには、氷でモータが止められた状態（実電流：大、制御電圧：小）から、氷が割れて急激にモータが回転（実電流：小、制御電圧：大）する。従って、実電流値と制御電圧値の変化方向だけではストロークエンド当たりの判定条件が成立してしまう。そこでモータの駆動方向を判定条件に加味している。

例えば、左操舵方向にトルクが発生するようにモータを駆動する場合（電流値：プラス）、電流変化の向きが小さくなる方向（電流：＋６０Ａ→＋２０Ａ）であれば「氷割り」、大きくなる方向（電流：＋２０Ａ→＋６０Ａ）であればストロークエンド当たりと判断する。また、右操舵方向にトルクが発生するようにモータを駆動する場合（電流値：マイナス）、電流変化の向きが大きくなる方向（電流：−６０Ａ→−２０Ａ）であれば「氷割り」、小さくなる方向（電流：−２０Ａ→−６０Ａ）であればストロークエンド当たりと判断する。
このように、実電流値の変化状態とモータの制御量の変化状態に加えて、モータの駆動方向を確認する駆動方向確認手段を備えることで、ストロークエンド当たりの検出を一層精度よく行うことができる。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置１によれば、電動モータ１５に供給される実電流値の変化と電動モータ１５の制御量の変化を捉えることで、実際に電動モータ１５に過電流が流れてしまう前に素早くストロークエンド当たりを検出することができる。そして、ストロークエンド当たりを検出したときには、目標電流値の上限を、ストローク当たり検出の直前に検出された実電流値に設定することで、電流のオーバーシュートを防止して、過大なアシストトルクを発生させずに、最低限必要なアシストトルクを維持することができる。このため、アシストトルクが過小になって運転者が操舵する必要トルクが増大してしまうこともない。

しかも、電流制限中においては、目標電流値が、ストローク当たり検出の直前に検出された実電流値まで低下したときに電流制限を解除するため、適正な時期に電流制限解除することができ、必要以上に電流制限を継続してしまうといった不具合を防止することができる。
更に、車両の走行中においては、目標電流の上限値制限を行わないようにしているため、路面から前輪ＦＷ１，ＦＷ２に入力される外力の影響によるストロークエンド当たりの誤判定を防止することができる。

以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置１について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、図６のステップＳ１８に示すように、車両が停車中か否かを判断し、停止中であると判断された場合においてのみ、目標電流の上限値制限を行うようにしているが、必ずしも停車中に限って上限値制限を行うようにする必要はない。例えば、停車中だけでなく微低速走行中においても目標電流の上限値制限を行うようにしてもよい。
図９は、この変形例として、上述した図６の電流制限制御ルーチンにおけるステップＳ１８の処理に代えてステップＳ１８Ａを行うもので、車速センサ２８により検出した車速ｖが基準速度ｖ０よりも小さいか否かを判断する。そして、ｖ＜ｖ０の条件を満たしている場合、つまり、車両が微低速走行中あるいは停車中であれば、上述したようにストロークエンド当たりの判定結果に基づいて、目標電流の上限値制限を行う。
微低速走行中においては、路面から車輪に加わる外力によりストロークエンド当たりが生じたと誤判定する確率は低く、また、仮に誤判定されても安全上問題ない。従って、この変形例によれば、電流上限値制限の適用範囲が広がるというメリットが得られる。

また、本実施形態では、ストロークエンド当たりの判定精度の向上のために電動モータ１５の駆動方向の確認も行っているが、駆動方向の確認処理を省略した構成であってもかまわない。
また、目標電流上限値の設定（本実施形態におけるステップＳ２２における係数ｋの設定）は、任意の値に設定することができる。例えば、操舵位置がストロークエンドに達する直前のモータの加速度に応じて、上限値を設定する上限値変更手段を備えてもよい。また、目標電流上限値は、予め定めた固定値であってもよい。
更に、電流の上限値制限を解除するタイミングを、本実施形態においては目標電流値がストローク当たり検出の直前に検出された実電流値まで低下したときに設定しているが、何らそうした構成に限るものでなく、例えば、目標電流値が予め定めた所定値にまで低下したときに設定してもよいし、ストロークエンド当たりの検出時からの経過時間に基づいてもよい。

また、ステップＳ１８における車両の停車判断を行うタイミングは、ストロークエンド当たり判定処理よりも前に行って（例えば、図６に示す制御ルーチンの冒頭に行って）もよい。この場合、走行中であれば、ストロークエンド当たりの判定処理を行わずに、そのまま制御ルーチンを抜けるようにすることができる。勿論、ステップＳ１８に代わる変形例としてのステップＳ１８Ａにおいても同様であり、車両が基準速度以上の速度で走行中であれば、ストロークエンド当たりの判定処理を行わずに、そのまま制御ルーチンを抜けるようにすることができる。

また、本実施形態においては、コラムシャフト方式の電動パワーステアリング装置を採用しているが、ラックバー１４を電動モータで駆動してアシストトルクを付与するようにした形式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
加えて、電動モータの選択においても、ＤＣブラシレスモータに限らず種々の電動モータを選択することができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 電動パワーステアリング装置の主にモータ駆動回路を表す概略回路構成図である。 電子制御装置のフィードバック制御系を表す機能ブロック図である。 アシスト電流算出マップである。 ｄ−ｑ座標軸における力の発生方向を説明する説明図である。 ストロークエンド当たり時における電流制限制御ルーチンを表すフローチャートである。 左ストロークエンド当たり判定処理を表すフローチャートである。 右ストロークエンド当たり判定処理を表すフローチャートである。 ストロークエンド当たり時における電流制限制御ルーチンを表すフローチャートの変形例である。

符号の説明

電動パワーステアリング装置…１、操舵アシスト機構…１０、電動モータ…１５、電子制御装置…４０、モータ駆動回路…５０、電流センサ…５３。

Claims (6)

1. 操舵アシストトルクを付与するためのモータと、
   操舵ハンドルの操舵状態に応じてモータの目標電流値を決定する目標電流決定手段と、
   上記モータに実際に供給された電流値を検出する実電流検出手段と、
   上記目標電流決定手段により決定された目標電流値と、上記実電流検出手段により検出された実電流値との偏差をフィードバックして、モータを駆動制御する制御量を決定するフィードバック制御手段と、
   上記フィードバック制御手段により決定された制御量にてモータを駆動するモータ駆動手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記実電流検出手段により検出されるモータに実際に供給された実電流値の変化状態を検出する実電流変化検出手段と、
   上記フィードバック制御手段により決定されるモータの制御量の変化状態を検出する制御量変化検出手段と、
   上記検出された実電流値の変化状態と、上記検出されたモータの制御量の変化状態とに基づいて、上記実電流値が増大側に変化し、上記モータ制御量が減少側に変化したときに、操舵位置が、操舵可能範囲の終端を機械的に規制するストロークエンドに達したと判断するストロークエンド判断手段と
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記ストロークエンドに達したことが判断されたとき、上記目標電流決定手段により決定される目標電流値の上限を所定の値に設定して目標電流値を制限する上限値設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 上記上限値設定手段は、上記操舵位置がストロークエンドに達したと判断される直前に検出された実電流値を、上記目標電流値の上限に設定することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記上限値設定手段により目標電流値を制限しているときに、上記目標電流決定手段により決定される目標電流値が、所定値よりも下回った場合には、上記上限値設定手段による目標電流の上限値制限を解除する電流制限解除手段を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記上限値設定手段による目標電流値の制限、あるいは、上記ストロークエンド判断手段による判断は、車両の停車中において行い、走行中においては行わないことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 上記上限値設定手段による目標電流値の制限、あるいは、上記ストロークエンド判断手段による判断は、車両の停車中および所定の基準速度より小さい速度での走行中において行い、基準速度以上での走行中においては行わないことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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