JP4683252B2

JP4683252B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4683252B2
Application number: JP2001143516A
Authority: JP
Inventors: 研福田; 佳幸橋本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002345295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する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、電動モータ（たとえば、ＤＣモータ）が発生する駆動力をステアリング機構に伝達し、これにより、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置が用いられている。
このような電動パワーステアリング装置の中には、電動モータの駆動回路として、４個のモータ駆動素子（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）を含むＨブリッジインバータ回路を採用したものがある。４個のモータ駆動素子は、２個のモータ駆動素子を一対として２つのモータ駆動素子対をなしている。ステアリングホイールに操舵トルクが加えられると、２つのモータ駆動素子対のうちの一方に、その操舵トルクに応じた目標電流と電動モータに実際に流れる電流（モータ電流）との偏差に対応するデューティのＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号が入力される。このとき、他方のモータ駆動素子対はオフ（遮断状態）にされる。これにより、電動モータには、上記一方のモータ駆動素子対に入力されたＰＷＭ制御信号のデューティに応じた駆動電圧が印加される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成（駆動方式）は、図４に示すように、モータ回転速度ωがω＝０の場合であっても、モータ駆動素子対にそれぞれ入力されるＰＷＭ制御信号のデューティの和が所定値（たとえば、１００％）を超えないと、電動モータにモータ電流が流れないという特性を有する。また、モータ回転速度ωがω＜０またはω＞０のときには、それぞれ電動モータに逆起電圧Ｋω（Ｋ：モータ逆起電圧定数）が発生するため、モータ駆動素子対にそれぞれ入力されるＰＷＭ制御信号のデューティの和が所定値と逆起電圧Ｋωとの和を超えないと、電動モータにモータ電流が流れないという特性を有する。このため、ＰＷＭ制御信号のデューティが上記所定値または上記所定値と逆起電圧Ｋωとの加算値に立ち上がるまでの間、制御応答性が悪く、操舵フィーリングが良くないという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ＰＷＭ制御信号のデューティの立ち上がり時にも優れた制御応答性を発揮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。
【０００５】
【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、ステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生する電動モータ（Ｍ）と、複数の駆動素子対（１１，１４および１３，１２）を有し、上記電動モータに駆動電流を供給するためのブリッジ回路（１）と、所定の制御演算により上記電動モータのモータ制御値を定め、そのモータ制御値に対応する第１および第２のデューティをそれぞれ有する第1および第２のＰＷＭ制御信号を、上記ブリッジ回路のいずれかのモータ駆動素子対にそれぞれ入力するＰＷＭ制御手段(４１，４２，４３，４４，４５，４６)と、上記ＰＷＭ制御手段による上記所定の制御演算のゲイン（Ｇｉ；Ｇｐ）を、上記モータ駆動素子対にそれぞれ入力される第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和（Ｄ１＋Ｄ２）が所定値（Ｓ２）以上のときには予め定めるゲイン（Ｇ２）以下の値に設定し、上記第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が上記所定値よりも小さいときには上記予め定めるゲインよりも大きな値に設定するゲイン設定手段（４８）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。
【０００６】
この発明によれば、第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が所定値以上のときには、制御演算のゲインが相対的に小さな値に設定され、モータ制御値は比較的小さな値に抑えられることになるから、制御安定性を確保することができ、また、モータ制御音を小さく抑えることができる。一方、第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が所定値よりも小さいときには、制御演算のゲインが相対的に大きな値に設定され、モータ制御値は比較的大きな値に設定されることになるから、目標電流に対するモータ電流の優れた追従性（制御応答性）を発揮することができる。
なお、上記所定の制御演算は、比例演算であってもよいし、積分演算であってもよい。また、比例演算と積分演算の両方であってもよい。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記ブリッジ回路に電力を供給するためのバッテリ（２）を含み、上記所定値は、上記電動モータに発生する逆起電圧を上記バッテリのバッテリ電圧で除算した値と、所定の閾値との加算値である、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置である。
本願の請求項２に係る発明では、第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が、電動モータに発生する逆起電圧をバッテリのバッテリ電圧で除算した値と所定の閾値との加算値より小さいときに、制御演算のゲインが相対的に大きな値に設定されるため、モータ回転速度ωが、ω＝０、ω＞０（切り込み時）およびω＜０（切り戻し時）のそれぞれの状態において、前記デューティの和が、電動モータに発生する逆起電圧をバッテリのバッテリ電圧で除算した値と所定の閾値との加算値まで立ち上がるまでの間の制御応答性を向上させることができる。これにより、目標電流に対するモータ電流の追従性を向上させることができる。
【０００８】
【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、車両のステアリング機構に関連して設けられ、そのステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生する電動モータＭ（たとえば、ＤＣモータ）を備えている。
【０００９】
電動モータＭには、モータ駆動回路１から駆動電流が供給されるようになっている。モータ駆動回路１は、図２に示すように、４個のモータ駆動素子（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）１１，１２，１３，１４を含むＨブリッジインバータ回路からなる。すなわち、モータ駆動回路１は、車両に搭載されたバッテリ２とアース３との間に、２個のモータ駆動素子１１，１２の直列回路と他の２個のモータ駆動素子１３，１４の直列回路とを互いに並列となるように接続した構成を有しており、電動モータＭは、モータ駆動素子１１，１２の接続点１５とモータ駆動素子１３，１４の接続点１６との間に接続されている。
【００１０】
モータ駆動回路１は、マイクロコンピュータを含む制御部４によって制御されるようになっている。この制御部４には、モータ駆動回路１に関連して設けられ、モータ駆動回路１から電動モータＭに供給される駆動電流（モータ電流）Ｉmを検出するモータ電流検出器５の検出信号が入力されている。また、電動モータＭに関連して、電動モータＭの端子間電圧Ｖmを検出するための端子間電圧検出回路６が設けられており、この端子間電圧検出回路６の出力信号も制御部４に入力されている。制御部４には、さらに、ステアリングホイールに入力されているトルクを検出するトルクセンサ７および車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ８の各検出信号が与えられている。制御部４は、上記各検出信号に基づいて、ステアリングホイール操作に応じた操舵補助力が電動モータＭから発生されるようにモータ駆動回路１を制御する。
【００１１】
制御部４は、マイクロコンピュータが所定のプログラム処理を実行することによってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を有している。すなわち、制御部４は、トルクセンサ７および車速センサ８の各出力信号に基づいて、電動モータＭに与えるべき目標電流Ｉtを設定する目標電流設定部４１と、この目標電流設定部４１によって設定された目標電流Ｉtとモータ電流検出器５によって検出されたモータ電流Ｉmとの偏差Ｉt−Ｉmを求める減算部４２と、この減算部４２が出力する偏差Ｉt−Ｉmに基づいて比例制御演算を行うＰ(Proportional)制御部４３と、減算部４２が出力する偏差Ｉt−Ｉmに基づいて積分制御演算を行うＩ(Integral)制御部４４と、Ｐ制御部４３の演算結果（Ｐ制御値）とＩ制御部４４の演算結果（Ｉ制御値）との加算値をモータ制御値として出力する加算部４５と、この加算部４５が出力するモータ制御値に対応するデューティＤ１，Ｄ２を設定し、このデューティＤ１，Ｄ２に応じたＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号を出力するＰＷＭ制御部４６とを備えている。
【００１２】
ＰＷＭ制御部４６から出力されるデューティＤ１，Ｄ２のＰＷＭ制御信号は、電動モータＭから右方向操舵を補助する方向のトルクを発生させるべき場合には、モータ駆動回路１において右方向駆動素子対をなすモータ駆動素子１１，１４（図２参照）にそれぞれ入力される。このとき、モータ駆動素子１２，１３（図２参照）はオフのままにされる。これにより、デューティＤ１，Ｄ２に応じた駆動電圧が電動モータＭに印加され、この駆動電圧に応じた大きさの右方向トルクが電動モータＭから出力される。一方、電動モータＭから左方向操舵を補助する方向のトルクを発生させるべき場合には、モータ駆動素子１１，１４はオフのままにされ、左方向駆動素子対をなすモータ駆動素子１２，１３にデューティＤ１，Ｄ２のＰＷＭ制御信号がそれぞれ入力される。これにより、デューティＤ１，Ｄ２に応じた駆動電圧が電動モータＭに印加され、この駆動電圧に応じた大きさの左方向トルクが電動モータＭから出力される。
【００１３】
制御部４は、さらに、電動モータＭに生じる逆起電圧を演算する逆起電圧演算部４７と、Ｉ制御部４４で行われる積分制御演算のゲインであるＩゲインＧiを設定するゲイン設定部４８とを備えている。これらの逆起電圧演算部４７およびゲイン設定部４８も、制御部４に内蔵されたマイクロコンピュータが所定のプログラム処理を実行することにより実現される。
逆起電圧演算部４７には、モータ電流検出器５および端子間電圧検出回路６の検出信号が入力されるようになっている。逆起電圧演算部４７は、端子間電圧検出回路６で検出される端子間電圧Ｖmから、電動モータＭの直流抵抗値Ｒとモータ電流検出器５で検出されるモータ電流Ｉmとの乗算値を減算することにより、電動モータＭに発生する逆起電圧Ｋω（Ｋ：モータ逆起電圧定数、ω：モータ回転速度）を求める。すなわち、逆起電圧Ｋωを下記第(1)式に従って演算する。
【００１４】
Ｋω＝Ｖm−Ｒ・Ｉm ・・・・・・(1)
逆起電圧演算部４７で求められる逆起電圧Ｋωは、ゲイン設定部４８に与えられるようになっている。ゲイン設定部４８にはまた、バッテリ２が発生する電圧（バッテリ電圧）Ｖbと、ＰＷＭ制御部４６によって設定されたデューティＤ１，Ｄ２とが入力されるようになっている。ゲイン設定部４８は、予め定めるゲイン補正マップに従って、下記第(2)式で定義される値Ｄ’に応じたＩゲインＧiを設定する。
【００１５】
Ｄ’＝Ｄ１＋Ｄ２−（Ｋω／Ｖb）・・・・・・(2)
ゲイン補正マップの一例は、図３に示されている。すなわち、ゲイン補正マップは、上記第(2)式に従って算出される値Ｄ’が予め定める第１のしきい値Ｓ１（たとえば、５０％）以下の範囲では、ＩゲインＧiが一定値Ｇ１に設定され、上記第(2)式に従って算出される値Ｄ’がしきい値Ｓ１よりも大きな第２のしきい値Ｓ２（たとえば、１００％）以上の範囲では、ＩゲインＧiが一定値Ｇ１よりも小さな一定値Ｇ２に設定されるように定められている。また、上記第(2)式に従って算出される値Ｄ’が一定値Ｇ１と一定値Ｇ２との間の範囲では、上記値Ｄ’の増加に応じてＩゲインＧiが一定値Ｇ１から一定値Ｇ２までリニアに減少するように定められている。
【００１６】
これにより、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２の和が逆起電圧Ｋωをバッテリ電圧Ｖbで除算した値と第２のしきい値Ｓ２との加算値以上のときには、ＩゲインＧiが相対的に小さな値Ｇ２に設定され、Ｉ制御部４４から出力されるＩ制御値は比較的小さな値に抑えられることになるから、制御安定性を確保することができ、また、モータ制御音を小さく抑えることができる。一方、デューティＤ１，Ｄ２の和が逆起電圧Ｋωをバッテリ電圧Ｖbで除算した値と第２のしきい値Ｓ２との加算値よりも小さいときには、ＩゲインＧiが相対的に大きな値（Ｇ２よりも大きな値）に設定され、Ｉ制御部４４から出力されるＩ制御値は比較的大きな値に設定されることになるから、目標電流に対するモータ電流の優れた追従性（制御応答性）を発揮することができる。
【００１７】
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可能である。たとえば、上述の実施形態では、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２などに基づいてＩゲインＧiを変更する構成を例にとったが、これに代えて、図１に破線で示すように、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２などに基づいて、Ｐ制御部４３で行われる比例制御演算のゲインであるＰゲインＧpを変更する構成が採用されてもよい。
【００１８】
また、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２などに基づくＩゲインＧiの変更と、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２などに基づくＰゲインＧpの変更との両方を行うようにしてもよい。すなわち、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２の和からバッテリ電圧Ｖbで逆起電圧Ｋωを除算した値を減算した値に応じてＰゲインＧpおよびＩゲインＧiを設定してもよく、こうすることにより、ＰＷＭ制御信号のデューティＤ１，Ｄ２の和に対するモータ電流特性を線形にすることができ、操舵条件に関係なく、優れたアシスト特性を確保することができ、かつ、従来の電動パワーステアリング装置に比べて応答性を向上させることができる。よって、操舵フィーリングの向上を図ることができる。
【００１９】
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。
【図２】モータ駆動回路の構成を示す電気回路図である。
【図３】ゲイン補正マップの一例を示す図である。
【図４】ＰＷＭデューティ−モータ電流特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１モータ駆動回路
４制御部
４１目標電流設定部
４２減算部
４３Ｐ制御部
４４Ｉ制御部
４５加算部
４６ＰＷＭ制御部
４７逆起電圧演算部
４８ゲイン設定部
Ｍ電動モータ

Claims

ステアリング機構に与えるべき操舵補助力を発生する電動モータと、
複数の駆動素子対を有し、上記電動モータに駆動電流を供給するためのブリッジ回路と、
所定の制御演算により上記電動モータのモータ制御値を定め、そのモータ制御値に対応する第１および第２のデューティをそれぞれ有する第1および第２のＰＷＭ制御信号を、上記ブリッジ回路のいずれかのモータ駆動素子対にそれぞれ入力するＰＷＭ制御手段と、
上記ＰＷＭ制御手段による上記所定の制御演算のゲインを、上記モータ駆動素子対にそれぞれ入力される第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が所定値以上のときには予め定めるゲイン以下の値に設定し、上記第1および第２のＰＷＭ制御信号のデューティの和が上記所定値よりも小さいときには上記予め定めるゲインよりも大きな値に設定するゲイン設定手段と
を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
上記ブリッジ回路に電力を供給するためのバッテリを含み、
上記所定値は、上記電動モータに発生する逆起電圧を上記バッテリのバッテリ電圧で除算した値と、所定の閾値との加算値である、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。