JP4640785B2 - 車両のモータ電流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のパワーステアリングシステムのブラシ付モータのモータ電流を制御する車両のモータ電流制御装置に関する。

従来、ブラシ付モータを用いた車両の電動パワーステアリングシステム（以下、ＥＰＳという）は、そのブラシ付モータにより、ドライバのステアリング操作をアシストするトルク力を発生して車両のステアリング機構を駆動する。

そして、ブラシ付モータのモータ電流は、ドライバがステアリングを操作して発生する操舵トルクの検出に基づくＰＩ制御あるいはＰＩＤ制御でフィードバック制御され、その制御定数は、従来、ブラシ付モータの所定のモータ定数を基準にした固定値に設定される（例えば、特許文献１参照。）。

具体的には、この種のＥＰＳが備える従来の車両のモータ電流制御装置は図５に示すように構成され、トルクセンサ１の時々刻々の操舵トルクの検出に基いて、マイクロコンピュータ等によって形成されたＥＰＳの制御ＥＣＵ２ａの指令電流演算器３が必要なアシストトルク力に相当するモータ電流の指令値（指令電流値）Ｉｒを形成する。

また、ステアリング機構を駆動する制御対象のブラシ付モータ（ＤＣモータ）４は制御ＥＣＵ２ａのモータ駆動回路５から給電されたモータ電流によって駆動され、そのモータ電流が、例えばモータ駆動回路５に内蔵されたモータ電流検出回路（図示せず）によって検出される。

さらに、制御ＥＣＵ２ａの減算器６、電流制御器７ａ及びモータ駆動回路５のループによってモータ電流フィードバック制御ループ８ａが形成され、このループ８ａにおいて、減算器６が指令電流値Ｉｒと前記モータ電流検出回路の検出モータ電流値Ｉｘとの誤差ΔＩ（＝Ｉｒ−Ｉｘ）を出力し、電流制御器７ａが誤差ΔＩに基くＰＩ制御あるいはＰＩＤ制御でモータ電流制御値としての駆動の指令電圧値を形成する。

なお、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のＰは比例、Ｉは積分、Ｄは微分であり、電流制御器７ａは通常はＰＩ制御を行なうように形成されるが、必要に応じてＰＩＤ制御を行なうように形成されることもある。

そして、ＰＩ制御を行なう一般的な場合、電流制御器７ａは例えば図６に示すＰＩ制御器に形成され、比例（Ｐ）要素としての増幅器９により誤差ΔＩを設定された一定ゲインで増減する。

また、誤差ΔＩを固定ゲインのゲイン設定器１０を介して積分（Ｉ）要素としての積分器１１で積分する。

さらに、加算器１２により増幅器９、積分器１１の出力を加算し、誤差ΔＩを設定された所定の制御定数で増幅・積分して前記の指令電圧値を形成する。

このとき、増幅器９及びゲイン設定器１０のゲイン設定に基き、電流制御器７ａの比例ゲイン及び積分ゲインは、モータ電流フィードバック制御ループ８ａの制御定数（ＰＩ制御定数）が、ブラシ付モータ４の規定のモータ定数を基準にした一定値（固定値）に設定される。

そして、加算器１２の指令電圧値に基き、検出モータ電流値Ｉｘが指令電流値Ｉｒに等しくなって前記誤差ΔＩが０になるように、ブラシ付モータ４のモータ電流がフィードバック制御される。

特開２００１−６１２９２号公報（段落［０００２］、図６）

前記図５のブラシ付モータ４等のＥＰＳのブラシ付モータは、そのブラシ部分の抵抗に基き、モータ電流によってモータ定数の抵抗成分（モータ抵抗値）が、例えば図３の実線αに示すようにモータ電流の増加によって非線形に減少する。

そのため、前記図５、図６の従来装置のように、モータ電流のフィードバック制御の制御定数（ＰＩ制御定数）をブラシ付モータ４のモータ定数を基準にした一定値（固定値）に設定すると、モータ電流の大小によってモータ定数と制御定数との不整合が発生し、フィードバック制御特性にばらつきが生じる。

したがって、モータ電流フィードバック制御ループ８ａの指令電流値Ｉｒに対する検出モータ電流値Ｉｘの応答特性が、モータ電流の大小によって図７のボード線図に示すように異なるようになる。

図７は周波数に対するゲイン特性図、位相特性図を示し、実線Ｓ、Ｌがモータ電流小、モータ電流大の特性である。

そして、指令電流値Ｉｒに対する検出モータ電流値Ｉｘの応答特性がモータ電流の大小によって異なることにより、ＥＰＳの従来装置のモータ電流のフィードバック制御では、ステアリングアシストの追従性のばらつきや微振動等が生じ、ステアリング操作のフィーリングが低下する等の問題がある。

本発明は、ＥＰＳのブラシ付モータのモータ電流を、その大小によらず同じ応答特性で安定にフィードバック制御し、ステアリング操作のフィーリングの向上等を図ることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両のモータ電流制御装置は、ＥＰＳのブラシ付モータのモータ電流を制御する車両のモータ電流制御装置において、操舵トルクの検出に基いて前記モータ電流を設定された制御定数でフィードバック制御するモータ電流フィードバック制御ループと、前記モータ電流に応じて前記制御定数を可変し、前記モータ電流の増加によって減少する前記ブラシ付モータの抵抗値特性の変化にしたがって前記制御定数を調整する制御定数調整手段とを備えたことを特徴としている（請求項１）。

また、本発明の車両のモータ電流制御装置は、前記のモータ電流フィードバック制御ループがＰＩ制御器を備え、前記の制御定数調整手段がモータ電流の検出に応じて前記ＰＩ制御器の積分ゲインを可変するゲイン調整器からなり、前記積分ゲインの可変により、前記ＰＩ制御器の制御定数を前記モータ電流の増加によって減少するブラシ付モータの抵抗値特性の変化にしたがって調整するようにしたことを特徴としている（請求項２）。

まず、請求項１の構成によれば、モータ電流フィードバック制御ループの制御定数がモータ電流に応じた制御対象のブラシ付モータの前記モータ電流の増加によって減少する抵抗値特性にしたがって変化し、モータ電流の大小によるモータ定数と制御ループの制御定数との不整合を防止し、モータ電流の大小によらず同じ応答特性で安定にフィードバック制御することができる。

そのため、ブラシ付モータを備えたＥＰＳにおいて、モータ電流のフィードバック制御に伴うステアリングアシストの追従性のばらつきや微振動等の発生を防止し、ステアリング操作のフィーリングの向上等を図ることができる。

また、請求項２の構成によれば、モータ電流がＰＩ制御でフィードバック制御され、しかも、その制御定数の前記モータ電流の増加によって減少するブラシ付モータの抵抗値特性の変化にしたがった調整が、モータ電流に応じた前記ＰＩ制御の積分ゲインの可変によって実現され、実用的な構成で前記請求項１の構成の場合と同様の効果を奏することができる。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、その一実施形態について、図１〜図４にしたがって詳述する。

図１は車両に搭載されたＥＰＳのモータ電流制御装置のブロック図、図２は図１の一部の詳細なブロック図、図３は制御対象のブラシ付モータ４のモータ電流に対する抵抗値特性の説明図、図４は図１の制御特性のボード線図であり、（ａ）はゲイン特性図、（ｂ）は位相特性図である。

そして、図１において、図５と同一符号は同一のものを示し、異なる点は、図５の制御ＥＣＵ２ａに代えて、つぎに説明する制御ＥＣＵ２ｂを設けた点である。

すなわち、制御ＥＣＵ２ｂは図５の電流制御器７ａの代わりに図２の構成の電流制御器７ｂを設けて形成され、減算器６、電流制御器７ｂ、モータ駆動回路５によりＰＩ制御器を備えたモータ電流フィードバック制御ループ８ｂが形成されている。なお、演算器３、減算器６、電流制御器７ｂ等は、他の回路部と同様にハードウエア回路で形成してもよいが、この実施形態の場合、マイクロコンピュータのソフトウエア処理によって実現される。

そして、電流制御器７ｂは、図６のゲイン設定器１０に代えて、制御定数調整手段を形成するゲイン調整器１３が設けられ、このゲイン調整器１３は、図３に示したブラシ付モータ４の抵抗成分のモータ電流特性、すなわち、制御対象のブラシ付モータ４のモータ電流に対する抵抗値特性に基づき、モータ電流フィードバック制御ループ８ｂの制御定数の最適な変化特性にしたがって設定ゲインが変化するようにプログラム設定され、検出モータ電流値Ｉｘに応じてゲイン量が変化し、後段の積分器１１の積分レベル（入力レベル）をブラシ付モータ４の抵抗成分の変化に関連して（前記抵抗値特性に基づいて）可変する。

この積分器１１の積分レベルの可変により、モータ電流フィードバック制御ループ８ｂの制御定数がモータ電流に応じたブラシ付モータ４の抵抗成分の変化にしたがって変化し、モータ電流の大小によるモータ定数と制御ループ８ｂの制御定数との不整合が防止される。

この結果、モータ電流フィードバック制御ループ８ｂの指令電流値Ｉｒに対する検出モータ電流値Ｉｘの応答特性は、図４のボード線図に示すようにモータ電流が大小に変化しても変わることがなく、同一になる。なお、図４の（ａ）、（ｂ）の実線ＳＬがモータ電流を大小に変化したときの検出モータ電流値Ｉｘの応答特性を示す。

したがって、この実施形態の場合、ＰＩ制御のモータ電流フィードバック制御ループ８ｂの電流制御器７ｂにゲイン調整器１３を設けた簡単で実用的な構成により、その制御ループ８ｂの制御定数を、モータ電流の大小によらずブラシ付モータ４のモータ定数と整合させることができ、ＥＰＳのブラシ付モータ４のモータ電流を、必要なアシストトルク力に応じたその大小によらず、同じ応答特性で安定にフィードバック制御することができ、ステアリングアシストの追従性のばらつきや微振動等を防止してステアリング操作のフィーリングを著しく向上することができる。

そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えばモータ電流フィードバック制御ループ８ｂがＰＩＤ制御ループ等の場合にも、実施形態と同様にして本発明を適用することができる。

また、図１の制御ＥＣＵ２ｂの内部構成等はどのようであってもよく、モータ電流に応じたモータ電流フィードバック制御ループ８ｂの制御定数の可変特性等は、実験等によって適当に設定してよく、その時定数のモータ電流に応じた可変を、前記の積分レベルの可変以外のレベル可変等によって実現するようにしてもよい。

そして、本発明は、ブラシ付モータを備えた種々のＥＰＳのモータ電流制御に適用することができる。

この発明の一実施形態のブロック図である。 図１の一部の詳細なブロック図である。 ブラシ付モータのモータ電流に対する抵抗値特性の説明図である。 図１の制御特性のボード線図である。 従来例のブロック図である。 図５の一部の詳細なブロック図である。 図５の制御特性のボード線図である

符号の説明

４ ブラシ付モータ
７ｂ 電流制御器
８ｂ モータ電流フィードバック制御ループ
１３ ゲイン調整器

Claims (2)

1. パワーステアリングシステムのブラシ付モータのモータ電流を制御する車両のモータ電流制御装置において、
   操舵トルクの検出に基いて前記モータ電流を設定された制御定数でフィードバック制御するモータ電流フィードバック制御ループと、
   前記モータ電流に応じて前記制御定数を可変し、前記モータ電流の増加によって減少する前記ブラシ付モータの抵抗値特性の変化にしたがって前記制御定数を調整する制御定数調整手段とを備えたことを特徴とする車両のモータ電流制御装置。
2. 請求項１記載の車両のモータ電流制御装置において、
   モータ電流フィードバック制御ループがＰＩ制御器を備え、
   制御定数調整手段がモータ電流の検出に応じて前記ＰＩ制御器の積分ゲインを可変するゲイン調整器からなり、
   前記積分ゲインの可変により、前記ＰＩ制御器の制御定数を前記モータ電流の増加によって減少するブラシ付モータの抵抗値特性の変化にしたがって調整するようにしたことを特徴とする車両のモータ電流制御装置。

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