JP4856383B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の操舵装置に電動機の動力を付与して運転者の操舵力負担を軽減させる電動パワーステアリング装置に関し、特に、ブラシレスモータを用いて操舵力の制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルクを発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減化を図っている。つまり、操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを制御装置の制御によって発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達してステアリングホイールの操舵力を軽減している。このように、電動機の制御によって電動パワーステアリング装置を実現している技術は種々報告されている（例えば、特許文献１参照）。

また、３相ブラシレスモータを用いて補助トルクを発生させ、操舵トルクをアシストする技術も知られている。この技術によれば、３相ブラシレスモータの３相電流から任意の２相の電流を検出し、３相ブラシレスモータの回転角度信号に基づいてｄ軸電流（界磁電流）とｑ軸電流（トルク軸電流）にｄｑ変換（３相２軸変換）してフィードバックしている。そして、フィードバックされたｄ軸電流とｑ軸電流は個別に指令電流と比較制御され、それぞれｄ軸ＰＩ制御とｑ軸ＰＩ制御が行われて、ｄｑ逆変換（２軸３相変換）された後に３相ＰＷＭ信号に変換されて３相ブラシレスモータをデューティ制御している。このようなｄｑ変換手法を用いることによって、３相電流のうち任意の２相の電流を検出することで３相ブラシレスモータをベクトル制御することができるので、制御系が極めて簡素化される（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ｑ軸電流の値が所定値以上のときはそのｑ軸電流を制限してトルク電流を補正する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。この技術によれば、電動機（モータ）の出力トルクが低下する素早い操舵時に界磁を弱めるようにｑ軸電流が制限されるため、電動機出力トルクのさらなる低下を軽減することができる。
特開２０００−２７９０００号公報（段落番号００１０〜００２３、図１〜図５参照） 特開２００４−４０８８３号公報（段落番号００２７〜００３８、図２参照） 特許第３５５９２５８号公報（段落番号００４５〜００５８、図１〜図３参照）

しかしながら、前記の特許文献１乃至特許文献３に開示されている電動パワーステアリング装置はいずれもバッテリを電源として駆動しているので、特に、特許文献２のように電動機として３相ブラシレスモータを用いている場合は、比較的大きな電流が消費されるので、バッテリの限られたエネルギを過剰に消費するおそれがある。ところが、前記の特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置は、バッテリの充電状態に関わらずｑ軸成分の電流が出力トルクの目標値に等しくなるように電動機を制御している。そのため、バッテリが充分に充電されていない充電状態のときには、電動機への出力電流の取り過ぎによってバッテリ電圧がさらに低下し、照明灯や室内灯などのライト光度が低下するなどの不具合が生じる。

また、前記の特許文献３に開示された電動パワーステアリング装置においては、バッテリが良好な充電状態の場合は、素早い操舵時において、ｑ軸電流の値が所定値以上のときにｑ軸電流を制限してトルク電流を補正してモータ出力トルクの低下を抑制することができる。しかし、素早い操舵時においてバッテリ電圧が低下しているときにはｑ軸電流の値が所定値以上とならないため、ｑ軸電流の制限動作が行われないために電動機出力トルクの低下を抑制する制御が正常に行われないこともある。さらには、バッテリが充分に充電されていない充電状態のときには、バッテリから電動パワーステアリング装置への電流の取り過ぎによってバッテリ電圧をさらに低下させてしまい、電動パワーステアリング装置のシステムをリセットさせてしまい、運転者に違和感を与えるおそれもある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリの充電状態に応じて電動機を適正に動作させながら操舵力の制御を行う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を目的とする。

本発明の電動パワーステアリング装置は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出し、この算出した目標電流に応じて、ステアリング系に操舵力を付与する電動機を駆動制御する制御手段を有し、前記制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって前記電動機の制御を行う電動パワーステアリング装置であって、前記電動機へ電力を供給する電源電圧の電圧値に応じて前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を制限設定するＱ軸電圧制限手段を備え、前記Ｑ軸電圧制限手段は、前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を前記電源電圧の電圧値が低下するにつれて小さくなるように設定し、前記電源電圧の電圧値が上昇するにつれて大きくなるように設定し、前記電源電圧の電圧値が第一の所定の電圧値未満の値では、前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を、前記電源電圧の電圧値よりも小さくするようにオフセットさせたＱ軸電圧制限値を設定する構成を採っている。

このような構成によれば、Ｑ軸電圧制限手段は、電動機へ電力を供給する電源電圧、すなわちバッテリ電圧が高いときにはＱ軸に印加する電圧（Ｑ軸電圧）の最大値を高くして大きなＱ軸電流を電動機に供給し、電動機に高いトルクを発生させる。また、バッテリ電圧が低いときにはＱ軸に印加する電圧（Ｑ軸電圧）の最大値を低くして小さなＱ軸電流を電動機に供給し、バッテリ電圧がさらに低下しないようにする。このようにして、バッテリの充電状態に応じてＱ軸電流の最大値を制限することにより、バッテリからの電力の持ち出しを適正に行うことができ、結果的に電源状態を良好に保つことができる。

なお、電動機は、回転速度が上昇するにつれて大きな逆起電力が発生して回転速度が上昇しにくくなる。したがって、Ｑ軸電圧制限手段は、電動機の回転速度が上昇するにつれてＱ軸電圧の最大値の制限を緩和したり、電動機が所定の回転速度より高回転になったときはＱ軸電圧の最大値の制限を行わないようにしている。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、電動パワーステアリング装置を駆動するバッテリの充電状態に応じてＱ軸電圧の最大値を制限することにより、バッテリから電動パワーステアリング装置へ供給される電力（つまり、バッテリから電動機へ供給されるＱ軸電流）の持ち出しを適正に行うことができ、結果的にバッテリの電源状態を良好に保つことができる。例えば、バッテリ電圧の低いときにはＱ軸電圧を低くして電動機へ供給するＱ軸電流を制限しているので、バッテリ電圧がさらに低下することはなくなる。これによって、電動パワーステアリング装置の動作中に照明灯や室内灯などのライト光度が低下することはなくなるし、電動パワーステアリング装置のシステムをリセットさせてしまい、運転者に違和感を与えるおそれもある。

《発明の概要》
本発明の電動パワーステアリング装置は、バッテリ電圧を常時監視し、電動機にトルクを発生させるＱ軸電圧の制限値（最大値）をバッテリ電圧に応じて可変させるようなＱ軸電圧制限手段を設ける。例えば、Ｑ軸電圧制限手段は、バッテリ電圧が上がればＱ軸電圧の制限値を高くするように電圧リミットを上げ、バッテリ電圧が下がればＱ軸電圧の制限値を低くするように電圧リミットを下げる。これによって、バッテリ電圧が低いときには電動機に供給される電流が制限されるので、ブラシレスモータが大電流を取り過ぎてバッテリ電圧がさらに低下するおそれはなくなる。したがって、バッテリ電圧の低いときに電動パワーステアリング装置が動作しても自動車の照明灯や室内灯などのライト光度が低下することはなくなる。

なお、本発明の電動パワーステアリング装置では、従来の電動パワーステアリング装置と区別するために、従来の電動パワーステアリング装置で表現していたｄ軸、ｑ軸を、本発明の電動パワーステアリング装置ではＤ軸、Ｑ軸と大文字で表現して弁別することにする。また、本発明の電動パワーステアリング装置ではその他のアルファベット符号も大文字で表現することにする。但し、数字の添え字はアルファベット符号の小文字を使用する。

《発明の実施の形態》
以下、本発明にかかる電動パワーステアリング装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。まず、図１に示す電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。図１において、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４は、自在継ぎ手５ａ、５ｂを有する連結軸５を介して、ステアリング・ギアボックス６内にあるラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａと連結され、手動操舵力発生手段２を構成している。さらに、ピニオン７ａにかみ合うラック歯７ｂと、これらのかみ合いにより往復運動するラック軸９は、その両端にタイロッド１０、１０を介して転動輪としての左右前輪Ｗ、Ｗに連結されて、操舵時にはラック＆ピニオン式のステアリング系を介して前輪Ｗ、Ｗを転動させて車両の方向が変えられるように構成されている。この手動操舵力発生手段２による操舵力を軽減するために補助操舵力を供給する電動機８を設け、操舵トルクに応じた補助トルクを制御手段１２の制御によって発生させ、この補助トルクをラック軸９に伝達してステアリングホイール３の操舵力を軽減するように構成されている。

すなわち、本実施の形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から前輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓが備えられ、手動操舵力発生手段２によって操舵力をアシストしている。そのため、電動パワーステアリング装置１は、制御手段１２からの電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力をアシストする。なお、本実施の形態では、電動機８として３相ブラシレスモータを用い、電動機８の駆動制御としてＤ軸（界磁電流軸）とＱ軸（トルク軸）を制御するＤＱ制御を行っている。

手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体的に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス６内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備えている。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いによりピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動にしている。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、転動輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助トルク）を発生させるために、電動機８がラック軸９と同軸上に配設されている。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させている。

制御手段１２には、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサＴＳ、電動機電流検出手段１４の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯが入力される。そして、制御手段１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯに基づいて電動機８にかける電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力している。さらに、制御手段１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定して電動機８の駆動を制御している。なお、制御手段１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、および記憶手段（図示せず）で構成されている。ちなみに、制御手段１２はＣＰＵを備え、そのＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。

車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御手段１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。

操舵トルクセンサＴＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御手段１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含む。トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。

電動機電流検出手段１４は、例えば、電動機８の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマ（ＣＴ）で形成され、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさおよび方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御手段１２にフィードバック（負帰還）する。

電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加して電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティに応じて電動機駆動手段１３内のプリドライブ回路およびＦＥＴブリッジを介して電動機８の各巻線に例えば正弦波電流を通電してベクトル制御を行う。

次に、図１の制御手段１２について詳細に説明する。図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置１における制御手段１２とその周辺の構成を示すブロック図である。制御手段１２は、相電流検出手段２１、３相２軸変換手段２２、レゾルバ２３、角度算出手段２４、電動機速度算出手段２５、界磁電流手段２６、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８、２軸３相変換手段２９、ＰＷＭ変換手段３０、非干渉制御手段３１、およびＱ軸電圧制限手段３２を備えた構成となっている。また、周辺機器として、電動機８、電動機駆動手段１３、電流センサ１４ａ、１４ｂを有する電動機電流検出手段１４、およびバッテリ１９を備えている。なお、制御手段１２はＣＰＵからの指令信号によって動作を行うが、この図ではＣＰＵは図示されていない。

このような制御手段１２は、２相回転磁束座標系（以下、ＤＱ座標系という）で表わされるベクトル制御によって指令トルクに応じた電動機８のベクトル制御を行っている。すなわち、ステアリング系Ｓ（図１参照）のハンドルに加わる操舵トルクを操舵トルクセンサＴＳにより検出し、この検出した操舵トルクに応じたアシストトルクが得られるように、電動機８をベクトル制御することにより操舵のアシストを行っている。

まず、図示しないＣＰＵ内において、操舵トルクセンサＴＳが検出して出力した操舵トルク信号Ｔ、操舵角速度信号、および車速センサＶＳが検出して出力した車速信号Ｖなどから指令トルクが求められ、さらに、この指令トルクはトルク電流変換によってＱ軸電流指令値に変換され、制御手段１２のＱ軸ＰＩ制御手段２７へ入力される。また、ＣＰＵからの指令信号と電動機速度算出手段２５からの回転速度信号ＭＶＥＬが界磁電流手段２６へ入力され、Ｄ軸電流指令値に変換されてＤ軸ＰＩ制御手段２８へ入力される。

また、電動機８の各相電流（例えば、Ｕ相電流ＩＵ、Ｗ相電流ＩＷ）が電動機電流検出手段１４の電流センサ（ＣＴ）１４ａ、１４ｂで検出され、相電流検出手段２１によって所定の周期でサンプリングされる。そして、相電流検出手段２１から出力された各相電流（ＩＵ、ＩＷ）は３相２軸変換手段２２へ入力される。一方、レゾルバ２３が検出した電動機８の回転位置は角度算出手段２４によって角度信号ＡＮＧＬＥに変換され、その角度信号が３相２軸変換手段２２へ入力される。そして、３相２軸変換手段２２は、入力された角度信号に基づいて各相電流（ＩＵ、ＩＷ）をＤＱ変換してＤ軸電流（ＩＤ）とＱ軸電流（ＩＱ）を出力する。

次に、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７は、ＣＰＵから入力されたＱ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＱ軸電流（ＩＱ）とに基づいて、Ｐ（Proportional：比例）制御処理およびＩ（Integral：積分）制御処理を実行し、その結果としてＱ軸に対しての指令電圧ＶＱを生成して、この指令電圧ＶＱを２軸３相変換手段２９へ入力する。また、Ｄ軸ＰＩ制御手段２８は、界磁電流手段２６から入力されたＤ軸電流指令値とフィードバック系によって入力されたＤ軸電流（ＩＤ）とに基づいて、Ｐ（比例）制御処理およびＩ（積分）制御処理を実行し、その結果としてＤ軸に対しての指令電圧ＶＤを生成して、この指令電圧ＶＤを２軸３相変換手段２９へ入力する。

すると、２軸３相変換手段２９は、これらの指令電圧ＶＱ、ＶＤに対してＤＱ逆変換を行って電動機８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対するそれぞれの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに変換する。そして、これらの指令電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷはＰＷＭ変換手段３０でＰＷＭデュ−ティ信号となり、このＰＷＭデューティ信号が電動機駆動手段１３内の図示しないプリドリブ回路およびＦＥＴブリッジ回路を制御する。これによって、ブラシレスモータなどの電動機８の各相巻線にはＰＷＭ制御された正弦波電流が通電され、電動機８に対して所定のベクトル制御を行う。

なお、非干渉制御手段３１は、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７とＤ軸ＰＩ制御手段２８のように複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉がある場合に、１つの制御入力の影響が１つの制御量だけに及ぶように相互干渉を絶つ働きをする。図２の例では、非干渉制御手段３１は、電動機角速度と電動機電流のフィードバックループを小さくする（つまり、フィードバックループの応答速度を速くする）ために用いられている。

ところで、本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、図２に示すように、Ｑ軸ＰＩ制御手段２７の後段にＱ軸電圧制限手段３２を設けている。そして、このＱ軸電圧制限手段３２が、バッテリ１９の電圧を常時監視し、バッテリ１９の電圧に応じて電動機８にトルクを発生させるＱ軸電圧の制限値を可変している。つまり、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ１９の電圧が上がればＱ軸ＰＩ制御手段２７から出力されたＱ軸電圧の上限値を高くするように電圧リミットを上げる。また、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ１９の電圧が下がればＱ軸ＰＩ制御手段２７から出力されたＱ軸電圧の上限値を低くするように電圧リミットを下げる。

図３は、図２に示す電動パワーステアリング装置におけるＱ軸電圧制限手段３２の制御特性図であり、横軸に電動機回転速度（ｒｐｍ）を表わし、縦軸にＱ軸電圧の定格に対する比率（％）を表わしている。また、バッテリ電圧をパラメータとして、鎖線（１）はバッテリ電圧の高いとき、実線（２）はバッテリ電圧が定格のとき、破線（３）はバッテリ電圧の低いときの特性をそれぞれ表わしている。

実線（２）のバッテリ電圧が定格のときは、電動機回転速度の上昇に比例してＱ軸電圧が上昇するが、所定の回転速度Ｎ１に達するとＱ軸電圧制限手段３２がＱ軸電圧の最大値を抑制する。これによって、電動機８が高速回転になったときにバッテリ１９から電動機８へ大電流が出力されないように抑制することができる。

鎖線（１）のバッテリ電圧が高いときは、電動機回転速度の上昇に比例してＱ軸電圧が上昇するが、所定の回転速度Ｎ１に達するとＱ軸電圧制限手段３２がＱ軸電圧の最大値を抑制する。このとき、例えば、バッテリ電圧が定格より１０％高ければ、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ電圧が定格のときのＱ軸電圧上限値より１０％高いＱ軸電圧上限値で電圧リミットをかける。これによって、バッテリ電圧が高いときには、高いＱ軸電圧に応じた大きなＱ軸電流を電動機８に供給して大きなトルクを発生させることができる。

破線（３）のバッテリ電圧が低いときは、電動機回転速度の上昇に比例してＱ軸電圧が上昇するが、所定の回転速度Ｎ１に達するとＱ軸電圧制限手段３２がＱ軸電圧の最大値を抑制する。このとき、例えば、バッテリ電圧が定格より１０％低ければ、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ電圧が定格のときのＱ軸電圧上限値より１０％低いＱ軸電圧上限値で電圧リミットをかける。これによって、バッテリ電圧が低いときには、電動機８に大電流が供給されないようにしてバッテリ電圧の更なる低下を抑制することができる。

すなわち、バッテリ１９の電圧が高いときにはＱ軸電圧の上限値が高くなるので、その電圧に応じて大きなＱ軸電流が電動機８に供給され、結果的に電動機８は大きなトルクを発生させることができる。また、バッテリ１９の電圧が低いときにはＱ軸電圧の上限値が低くなるので、その電圧に応じて小さなＱ軸電流が電動機８に供給される。その結果、電動機８が大電流を取り過ぎてバッテリ１９の電圧がさらに低下するおそれはなくなる。

図４は、図２に示す電動パワーステアリング装置におけるＱ軸電圧制限手段３２の別形態の制御特性図であり、横軸に電動機回転速度（ｒｐｍ）を表わし、縦軸にＱ軸電圧の定格に対する比率（％）を表わしている。つまり、Ｑ軸電圧制限手段３２は、図３の制御特性に示すように、電動機８の回転速度がＮ１まで上昇したときにＱ軸電圧の上昇に制限をかけたが、図４の制御特性に示すように、電動機８の回転速度が上昇してもＱ軸電圧の上昇に制限をかけないようにすることもできる。しかし、Ｑ軸電圧制限手段３２はバッテリ電圧の値に応じてＱ軸電圧の上昇特性を可変させるようにする。

例えば、Ｑ軸電圧制限手段３２は、実線（２）のバッテリ電圧が定格のときのＱ軸電圧の上昇特性に対して、鎖線（１）のバッテリ電圧が高いときはＱ軸電圧の上昇特性を１０％高くし、破線（３）のバッテリ電圧が低いときはＱ軸電圧の上昇特性を１０％低くするように制御することもできる。これによって、バッテリ電圧に応じたＱ軸電流を電動機８に供給するので、不必要にバッテリ電圧を低下させるおそれはなくなる。

なお、電動機８は、回転速度が上昇するにつれて大きな逆起電力が発生して回転速度が上昇しにくくなる特性を有している。したがって、Ｑ軸電圧制限手段３２は、電動機８の回転速度が上昇するにつれてＱ軸電圧の最大値の制限を緩和するようにしている。つまり、電動機８の回転速度が上昇するにつれてＱ軸電圧の上限リミット電圧を徐々に高くするようにしている。あるいは、電動機８が所定の回転速度より高回転になったときはＱ軸電圧の最大値の制限を行わないようにしている。これによって、高回転域に入っても電動機８の回転速度をスムーズに所望の回転速度まで上昇させることができる。

図５は、図２に示す電動パワーステアリング装置１のＱ軸電圧制限手段３２が行うＱ軸電圧のリミット決定の流れを示すフローチャートである。Ｑ軸電圧制限手段３２は、図５において、バッテリ電圧が１２Ｖ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、バッテリ電圧が１２Ｖ以上であれば（ステップＳ１でＹｅｓの場合）、Ｑ軸電圧の上限値にリミットをかける必要がないのでリミットオフセット（つまり、Ｑ軸電圧の上限値のリミットレベルを下げるマージン）を０にする（ステップＳ２）。すなわち、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ電圧が１２Ｖ以上であればバッテリは最良の充電状態にあるので、Ｑ軸電圧の上限値を最高レベルまで持ってゆき、電動機８に大きなＱ軸電流を流して大きなトルクを発生させる。

一方、バッテリ電圧が１２Ｖ以上でないときは（ステップＳ１でＮｏの場合）、バッテリ電圧が１０Ｖ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、バッテリ電圧が１０Ｖ以下であれば（ステップＳ３でＹｅｓの場合）、リミットオフセットを最大にする。言い換えれば、上限値のリミットレベルを下げるマージンを最大にしてＱ軸電圧の上限レベルを最低まで下げる（ステップＳ４）。すなわち、Ｑ軸電圧制限手段３２は、バッテリ電圧が１０Ｖ以下であればバッテリは最悪の充電状態にあるので、Ｑ軸電圧の上限値を最低レベルまで持ってゆき、バッテリが耐えるＱ軸電流を電動機８に流してバッテリ電圧の更なる低下を防止する。また、車速が増大すると必要なトルクは減少する傾向にあるため、たとえばバッテリ電圧が低いとき（Ｑ軸電圧の上限値が最低レベルの時）は、車速が増大するにしたがって、Ｑ軸電圧の上限値最高レベルよりもさらに上限値を下げる処理を行って、バッテリ電圧の低下を更に防止するようにしてもよい。
また、逆に、バッテリ電圧が高い状態のときには、車速が減少するにしたがって、Ｑ軸電圧の上限値最高レベルよりも更に上限値を上げる処理を行い、車庫入れ等の大きなトルクが必要な状況に対応できるようにしてもよい。

次に、ステップＳ３でバッテリ電圧が１０Ｖ以下でなければ（ステップＳ３でＹｅｓの場合）、バッテリ電圧は１０Ｖから１２Ｖの範囲にあるので、リミットオフセットをＱ軸電圧制限手段のゲイン×（１２Ｖ−現在のバッテリ電圧）とする（ステップＳ５）。例えば、バッテリ電圧が１０．５Ｖであれば、リミットオフセットをゲイン×１．５Ｖとする。すなわち、バッテリ電圧が１０Ｖから１２Ｖの間にあるときは、１２Ｖと現電圧との差分電圧に応じたリミットオフセットだけＱ軸電圧の上限値を下げる。次に、前記の各フローでバッテリ電圧に応じたリミットオフセットを決定したら、電動機の回転速度に応じてＱ軸電圧の基準値（ベース）を決定する（ステップＳ６）。

すなわち、バッテリ電圧が１２Ｖ以上のときはＱ軸電圧に上限リミットをかけないで最大限のＱ軸電流を電動機８へ供給する。また、バッテリ電圧が１２Ｖから１０Ｖの範囲にあるときは、１２Ｖと現在のバッテリ電圧との差分電圧にゲインを掛けた値をリミットオフセットとし、Ｑ軸電圧の上限値をそのリミットオフセットのレベルまで下げてＱ軸電流を電動機８に供給する。つまり、バッテリ電圧が１２Ｖから１０Ｖの範囲にあるときは、バッテリ電圧が上がればＱ軸電圧の上限値を上げてＱ軸電流を増加させ、バッテリ電圧が下がればＱ軸電圧の上限値を下げてＱ軸電流を減少させる。さらに、バッテリ電圧が１０Ｖ以下のときはＱ軸電圧の上限値を最大限に下げてＱ軸電流を電動機８に供給する。これによって、バッテリ電圧がさらに低下することを防止することができる。本発明は、ステアリング系Ｓにおけるステアリングホイール３と前輪（転蛇輪）Ｗとが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer_By_Wire）にも適用可能である。

本発明の実施の形態に適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置における制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置におけるＱ軸電圧制限手段の制御特性図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置におけるＱ軸電圧制限手段の別形態の制御特性図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置において、Ｑ軸電圧制限手段が行うＱ軸電圧のリミット決定の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置
２…手動操舵力発生手段
３…ステアリングホイール
４…ステアリング軸
５…連結軸
５ａ，５ｂ…自在継ぎ手
６…ステアリング・ギアボックス
７…ラック＆ピニオン機構
７ａ…ピニオン
８…電動機
９…ラック軸
１０…タイロッド
１１…ボールねじ機構
１２…制御手段
１３…電動機駆動手段
１４…電動機電流検出手段
１４ａ，１４ｂ…電流センサ
１５…電動機電圧検出手段
１９…バッテリ
２１…相電流検出手段
２２…３相２軸変換手段
２３…レゾルバ
２４…角度算出手段
２５…電動機速度算出手段
２６…界磁電流手段
２７…Ｑ軸ＰＩ制御手段
２８…Ｄ軸ＰＩ制御手段
２９…２軸３相変換手段
３０…ＰＷＭ変換手段
３１…非干渉制御手段
３２…Ｑ軸電圧制限手段
Ｓ…ステアリング系
ＴＳ…操舵トルクセンサ
ＶＳ…車速センサ
Ｗ…前輪

Claims (6)

1. 操舵入力の大きさに基づいて目標電流を算出し、この算出した目標電流に応じて、ステアリング系に操舵力を付与する電動機を駆動制御する制御手段を有し、前記制御手段が、界磁電流のベクトル方向をＤ軸としたとき、そのＤ軸に直交するベクトル方向をＱ軸とする２相回転磁束座標で表わされるベクトル制御によって前記電動機の制御を行う電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動機へ電力を供給する電源電圧の電圧値に応じて前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を制限するＱ軸電圧制限手段を備え、
   前記Ｑ軸電圧制限手段は、
   前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を
   前記電源電圧の電圧値が低下するにつれて小さくなるように設定し、
   前記電源電圧の電圧値が上昇するにつれて大きくなるように設定し、
   前記電源電圧の電圧値が
   第一の所定の電圧値未満の値では、前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値を、前記電源電圧の電圧値よりも小さくするようにオフセットさせたＱ軸電圧制限値を設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記Ｑ軸電圧制限手段は、前記電動機の回転速度が上昇するにつれて前記Ｑ軸に印加する電圧の最大値の制限を緩和することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記Ｑ軸電圧制限手段は、前記電動機が所定の回転速度より高回転になったときは前記Ｑ軸に印加する電圧の最大値の制限を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記電源電圧の電圧値が所定の範囲内のときには、前記第一の所定の電圧値と前記電源電圧の電圧値との差にゲインを乗じることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電源電圧の電圧値が第二の所定の電圧値以下のときには、前記Ｑ軸に印加するＱ軸電圧の最大値の制限を最大とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記車速が増大するに従って、前記Ｑ軸電圧制限値をより下げる処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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