JP5050421B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリング系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にラックエンド近傍若しくは操舵限界位置に達したときに電磁ブレーキによって操舵アシストを制限し、衝撃力の最大値を低減した電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢（アシスト）する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷をアシストするようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１３に示して説明すると、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力をアシストするモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク値Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵ（Micro Processor Unit）やＭＣＵ（Micro Controller Unit）も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図１４のようになる。

図１４を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク値Ｔ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖは、電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルク値Ｔ及び車速Ｖに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆを決定する。電流指令値Ｉｒｅｆは減算部３２に入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍ）が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された操舵補助指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御とモータ駆動部としてのモータ駆動回路５０に入力され、モータ駆動回路５０を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２にフィードバックされる。モータ駆動回路５０は駆動素子としてＦＥＴが用いられ、ＦＥＴのブリッジ回路（モータ２０が２相の場合はＨブリッジ、モータ２０が３相の場合は３相ブリッジ）で構成されている。

上述のような一般的な電動パワーステアリング装置では、操向ハンドル１の一定以上の転舵を阻止するためのラックエンド機構が設けられており、操向ハンドルを中立位置から左右にそれぞれ所定のラックエンド角まで操舵して、操向ハンドル１の転舵角が最大転舵角に達すると、それ以上は同方向に操向ハンドル１を転舵できないようになっている。このため、操向ハンドル１がラックエンド角近傍まで操舵されているにも拘わらず、操向ハンドル１に大きな操舵トルクが加えられたことに応答して、モータからステアリング機構に大きな操舵アシストが与えられると、ラックエンド機構のストッパに当たったときにラックエンド機構に大きな衝撃力が加わって、大きな衝撃音を発生したり、ラックエンド機構の構成部品や減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５等のトルク伝達系の破損や変形などを生じたりする恐れがある。

このような問題を回避する装置として、例えば特開平１０−３１５９８７号公報（特許文献１）に開示されているものがある。特許文献１に記載の装置では、操向ハンドルの操舵角がラックエンド角近傍の所定角度に達した後、目標電流値を転舵角の増加に伴って減少させて行き、転舵角がラックエンド角に達したときに目標電流値を零にすることにより、ラックエンド機構に大きな衝撃が加わることを防止するようにしている。しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、操舵ハンドルがラックエンド角近傍で反対方向へ切り返された場合に、転舵角が所定角度以下になるまでの間、目標電流値に制限が加えられるため、操舵トルクに応じた十分な操舵アシストをステアリング機構に与えることができず、操向ハンドルが重くなってしまう問題がある。

また、特開２０００−３３５４３１号公報（特許文献２）によれば、操向ハンドルがステアリングエンドに達した時に操向ハンドルの操舵動作が急激に拘束され、大きな衝撃力が発生する状況であっても、トルクリミッタの存在によってモータによるトルクの増加を制限することができ、衝撃力を軽減することが可能となる。従って、ドライバに不快感を与える振動の発生や電動パワーステアリング装置の構成部材の破損等を防止することができる。しかしながら、特許文献２に記載の装置では、部品数が増加してしまうのでコストがかかり、また機械的な対策になっているため、電動パワーステアリング装置の信頼性が高いものではない。

また、特開２００１−３０９３３号公報（特許文献３）によれば、操向ハンドルが最大舵角に達した際の衝撃を効果的に低減することができ、ドライバに不快感を与える振動の発生や電動パワーステアリング装置の構成部材の破損等を防止ないしは緩和することができる。しかしながら、特許文献３に記載の装置では、モータからの操舵アシストはデューティ比の制限によって制限されるが、アシスト制限がドライバに衝撃として伝わり、操舵フィーリングが損なわれる問題がある。

さらに、特開２００４−１７５１９６号公報（特許文献４）によれば、舵角検出によって所定角度以上の舵角が検出されているときに、モータの駆動目標値を制限する制限手段（図１０における電流制限部３３）を設け、この制限手段による駆動目標値の制限が行われているときに、操舵トルク検出手段によって操向ハンドルを中立位置に戻す方向の所定トルク値以上の操舵トルクが検出されたことに応答して、制限手段による駆動目標値の制限を解除するようにしている。しかしながら、特許文献４に記載の装置では、ラックエンドへ当てた前後ではトルクが大きく変化し、適切な所定値を設定することが極めて困難であるといった問題がある。
特開平１０−３１５９８７号公報 特開２０００−３３５４３１号公報 特開２００１−３０９３３号公報 特開２００４−１７５１９６号公報

最近は電動パワーステアリング装置搭載の車両が大型化してきており、電動パワーステアリング装置の大型化に伴い大きな操舵アシストを伝達するようになってきていると共に、ラックエンド機構のストッパ（以下、「ラックエンドストッパ」若しくは単に「ストッパ」とする）や減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５等のトルク伝達系も大型化し、レイアウト性への影響も出てきている。

上述の従来装置では、機構としての対策は特許文献１及び２が実施しており、特許文献１及び２の機構対策ではコストがかかり、また部品数が増加して装置の信頼性が低下してしまう問題がある。また、特許文献３で示されるようなデューティ制限による対策や、特許文献４で示されるような電流指令値制限による対策は、次のような問題がある。即ち、モータは電流が流れなくなっても慣性で回り続けるので、ストッパに当たるときにもアシストが発生してしまい、それを避けるには早めに制限を加える必要がある一方、本来、ストッパに当たる瞬間までは通常通りのアシストができることが理想であるので、制限をかけるのはできるだけ遅くしたいという要請があり、互いに矛盾する要求を同時に満足できない問題がある。

さらに、タイヤが縁石等に当たりストッパに当たる前に操舵限界位置となった場合、或いは大きな操舵トルクや速い操舵角速度でストッパに当てた場合などは、当たった後もモータの慣性によるアシストが発生しないよう保護制御を実施しなければならない要請がある。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、機構を使用することなく、ラック移動量、ラック移動速度(操舵角速度)、モータ電流を考慮した操舵限界判定部によりラックエンド(操舵限界位置)に近づいたことを検出し、ラックエンドに近づいたときにモータからのアシストトルクを下げる制限を加え、制限を加えた指令値が零になるタイミングに合わせてモータ端子間を短絡させて電磁ブレーキを発生させることにより、ストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系への衝撃力を緩和させるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ラック移動量及びラック移動速度を考慮してラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部を具備し、前記ラックエンドに近づいたときに前記電流指令値を制限し、前記制限した電流指令値が零となるタイミングで前記モータの前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定時間だけ所定値に固定することにより達成され、前記電流指令値の制限を徐々に行うことにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値に固定する場合、前記モータに電磁ブレーキをかけるようにモータ駆動回路の上アーム又は下アームを短絡することにより、或いは前記ラックエンド判定部は舵角及び操舵角速度を入力して前記ラックエンドに近づいたことを判定することにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、前記電流指令値及び前記モータ電流に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ電流又は操舵角速度に基づいて操舵限界位置に達したことを判定する操舵限界判定部を具備し、前記操舵限界に達したときに前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定時間だけ所定値１に固定することにより達成され、前記操舵限界判定部は前記モータ電流の変化率が所定値２以上で、かつ前記操舵角速度が所定値３以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定することにより、或いは前記操舵限界判定部は前記操舵角速度の変化率が所定値４以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定することにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を前記所定値１に固定する場合、前記モータへ出力されるデューティ比を前記所定値１で制限した値に切替えることにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値１に固定してから所定時間が経過したときに、前記デューティ比の前記所定値１への固定を解除することにより、より効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、機構を使用することなくラックエンドに近づいたことを電気的に判定し、ラックエンドに近づいたことを判定した時に電流指令値を徐々に制限すると共に、制限した電流指令値が零となるタイミングでモータ端子間を短絡することにより電磁ブレーキ力を発生させているので、運転者に衝撃が伝わることもなく、操舵感を向上させることができる。

ラックエンドストッパ手前の領域より電磁ブレーキをかけるようにしているので、ストッパへの衝撃力を著しく低減させる効果があり、コストアップもなく、運転者の操舵感を損なうこともない。

また、ストッパに当たる瞬間まで通常通りのアシストができることが理想であるので、制限をかけるのはできるだけ遅くしたいという要請があるが、本発明においては、電流が流れなくなるときのタイミングで電磁ブレーキをかけるので、通常アシストを実施できる範囲を広くすることができる。

更に、ストッパに当たった後も操舵角速度等に基づいて操舵限界位置に達したことを判定して、モータの慣性によるアシストが発生しないようデューティ比を所定値に固定して保護制御を実施しているので、ストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系に発生する衝撃カの最大値を低減させることができる。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、ラック移動量と比例関係にある舵角（ハンドル回転角）を検出する舵角センサと、舵角からラック移動速度と比例関係にある操舵角速度（ハンドル回転速度）を算出する角速度算出部と、舵角及び操舵角速度に基づいてラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部とを設け、ラックエンドに近づいたときに電流指令値を徐々に減衰させる制限を加え、制限を加えた電流指令値が零になるタイミングに合わせ、ラックエンドストッパの手前の領域よりモータ端子間を短絡させ、電磁ブレーキをかけることによって衝撃を低減させる。

モータ電流と操舵角速度に基づいて操舵限界位置に達したことを判定する操舵限界判定部を設け、ストッパに当たった後もモータの慣性によるアシストが発生しないようにデューティ比を所定値に固定してストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系に発生する衝撃カの最大値を低減させる。

また、その際、操舵角速度に対応させて電流指令値の減衰のさせ方や電磁ブレーキ力を変化させるように制御することも可能である。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施例を図１４に対応させて示しており、舵角センサ４１により検出された舵角θはラックエンド判定部４０に入力されると共に、角速度算出部４２に入力される。角速度算出部４２で算出された操舵角速度ω（ω＝ｄθ／ｄｔ）はラックエンド判定部４０に入力される。

ラックエンド判定部４０は、舵角センサ４１により検出された舵角θと角速度算出部４２で検出された操舵角速度ωとに応じてラックエンドに近づいたことを判定し、ラックエンドに近づいたことが判定されたときに判定信号ＣＤ１を出力する。電流制限部３３はラックエンド判定部４０から判定信号ＣＤ１が入力されると、電流指令値Ｉｒｅｆを零になるまで徐々に低減させる。また、ラックエンド判定部４０は、電流指令値Ｉｒｅｆが零になるタイミングに合わせ、判定信号ＣＤ２を出力する。モータ駆動回路５０はラックエンド判定部４０から判定信号ＣＤ２が入力されると、モータ端子間の短絡（回生制動）によってモータ２０に電磁ブレーキをかける。

モータ駆動回路５０の詳細を図２に示して説明する。モータ駆動回路５０は駆動素子であるＦＥＴ１〜ＦＥＴ４から成るＨブリッジ回路部と、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを制御するゲート制御部とから構成されている。Ｈブリッジ回路部はＦＥＴ１及びＦＥＴ２による上段アームと、ＦＥＴ３及びＦＥＴ４による下段アームとで構成されている。ゲート制御部では、操舵補助指令値Ｖｒｅｆが変換部５１に入力され、変換部５１で各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４に対するタイミング信号Ｄ１〜Ｄ４が生成され、タイミング信号Ｄ１〜Ｄ４がゲート駆動回路５４ａ、５５ａ、５４ｂ、５５ｂへ入力され、ＦＥＴの駆動が可能なゲート信号が生成される。しかし、変換部５１で作成されたタイミング信号Ｄ３及びＤ４は直接ゲート駆動回路５５ａ及び５５ｂに入力されず、それぞれデッドバンド補償のためのデッドタイム回路５２及び５３に入力され、デッドタイムΔｔを補償するようになっている。

Ｈブリッジ回路部を構成するＦＥＴ１及びＦＥＴ３は交互にオン・オフを繰り返し、同じようにＦＥＴ２及びＦＥＴ４は交互にオン・オフを繰り返す。しかし、ＦＥＴは理想スイッチではなく、ゲート信号の指示通りに瞬時にオン又はオフせず、ターンオンタイムやターンオフタイムを要する。このため、ＦＥＴ１へのオンの指示とＦＥＴ３へのオフの指示が同時になされると、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３が同時にオンになって上下段アームが短絡する問題がある。そこで、通常アシスト時にＦＥＴ１及びＦＥＴ３が同時にオンすることのないように、ゲート駆動回路５４ａへオフ信号を与えた場合、ゲート駆動回路５５ａに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム回路５２でデッドタイムΔｔの間をおいてオン信号をゲート駆動回路５５ａに与えることにより、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３の上下段短絡を防止している。ＦＥＴ２及びＦＥＴ４も同様である。

次に、舵角θと判定信号ＣＤ１，ＣＤ２の関係について説明する。

ラックエンド判定部４０には舵角θと操舵角速度ωが入力され、舵角θはラック移動量と正比例の関係にあり、ハンドル中立（直進状態）位置の舵角を零とし、ラックエンドストッパに当りそれ以上ハンドルが切れない最大舵角をθｅとする。中立位置からハンドルを切り続け、所定の舵角θｊに達するとラックエンド判定部４０は操舵角速度ωの値に基づいて、電流指令値Ｉｒｅｆを減衰させ始める減衰開始舵角θｓと、電流指令値Ｉｒｅｆが減衰して零になるブレーキ舵角θｂとを決定する。

ハンドルを切り続け減衰開始舵角θｓに達すると、ラックエンド判定部４０は舵角θに応じた判定信号ＣＤ１を出力して電流制限部３３に入力する。電流制限部３３は判定信号ＣＤ１の値に従って電流指令値Ｉｒｅｆを減衰させ、更に舵角θがブレーキ舵角θｂに達したときに電流指令値Ｉｒｅｆは零となる。舵角θがブレーキ舵角θｂに達すると、ラックエンド判定部４０は舵角θに応じた判定信号ＣＤ２を出力してモータ駆動回路５０に入力する。モータ駆動回路５０は、判定信号ＣＤ２の値に従ってモータ２０に電磁ブレーキをかける。この時、電流制限部３３で制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍは零となっているので、モータ２０は駆動されていない。従って、モータ２０に電磁ブレーキをかけても、モータ駆動の急変により運転者に違和感を与える心配はない。

ここで、ラックエンド判定部４０がどのように各舵角を決定するかを、図３に各舵角θの関係を示して説明する。

最大舵角θｅはラックエンドストッパに当るまでの角度であるので、ストッパの設定位置により決まっている。右切り時の減衰開始舵角θｓと左切り時の減衰開始舵角θｓの幅である舵角範囲θｗは、電流指令値Ｉｒｅｆに制限をかけていない通常のアシスト制御が行われる舵角範囲である。従って、可能な限り舵角範囲θｗを広くとることが望ましい。即ち、減衰開始舵角θｓをできるだけ大きくし、減衰開始舵角θｓからストッパまでの操舵角度Δθをできるだけ小さくすることが望ましい。

一方、本発明の目的であるストッパへの衝撃を小さくするためには、できるだけ早めに電流指令値Ｉｒｅｆに制限を加え、早めに電磁ブレーキをかけることが望ましい。即ち、ストッパへの衝撃を小さくするためには、減衰開始舵角θｓからストッパまでの操舵角度Δθをできるだけ大きくすることが望ましい。そこで、次に各舵角θの最適値を求める方法について説明する。

電流指令値Ｉｒｅｆを減衰させ、零にするまでに要する時間は、操舵角速度ωが大きいほど長く、操舵角速度ωが小さいほど短くすることにより、運転者に違和感を与えないスムーズな減衰を行うことができる。本発明では、舵角θがスレッショルド舵角θｊに達したときに、操舵角速度ωから電流指令値Ｉｒｅｆの減衰に要する最適な時間を算出し、この減衰に要する時間から、その間に変位するであろう舵角θを推定することにより、減衰開始舵角θｓと電流指令値Ｉｒｅｆが零になるブレーキ舵角θｂの間隔を決定する。

電流指令値Ｉｒｅｆを減衰させる方法の一例として、図４に示すように減衰開始舵角θｓの判定信号ＣＤ１を「１」とし、舵角θが減衰開始舵角θｓから進むに従って徐々に判定信号ＣＤ１を小さくし、ブレーキ舵角θｂで零となるような特性を設定する。電流制限部３３では電流指令値Ｉｒｅｆと判定信号ＣＤ１とを乗算し、制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍとして出力する。他の方法を採用することも可能である。

同様に、舵角θがスレッショルド舵角θｊに達したときに、操舵角速度ωから、舵角θがブレーキ舵角θｂに達してから電磁ブレーキをかけはじめ、最大舵角θｅで適切な衝突力（理想的には零）となるような時間を算出し、その間に変位するであろう舵角θを推定することにより、ブレーキ舵角θｂと最大舵角θｅとの間隔を決定する。図５に示すようにＨブリッジ回路の上段のＦＥＴ１及びＦＥＴ２をオフすると共に、下段ＦＥＴの一方（本例ではＦＥＴ３）をデューティ比１００％でオンし、他方（本例ではＦＥＴ４）をＰＷＭ制御で徐々に電磁ブレーキをかける。電磁ブレーキのかけ方（ＰＷＭ制御によるデューティ比の与え方）の一例として、図６のように舵角θに応じた判定信号ＣＤ２を決めると良い。即ち、ブレーキ舵角θｂから最大舵角θｅまで、舵角θに比例して判定信号ＣＤ２（デューティ比）を大きくする。他の方法で判定信号ＣＤ２を決めることも可能である。

電流指令値Ｉｒｅｆの減衰のさせ方、電磁ブレーキのかけ方（ＰＷＭ制御によるデューティ比の与え方）は、運転者に違和感を与えないように操舵角速度ωに応じて決定され、それに応じた減衰開始舵角θｓ及びブレーキ舵角θｂが決定される。これらの舵角θｓ及びθｂは、舵角θがスレッショルド舵角θｊに達したときに演算される。スレッショルド舵角θｊの値は、舵角θを推定する際の誤差を小さくするためにもできるだけ大きな値が望ましい。そこで、搭載する車両データから推定されるストッパまでの操舵角度Δθが最も大きくなる場合を想定し、その時の減衰開始舵角θｓの値をスレッショルド舵角θｊとすることが望ましい。

ここで、ラックエンド判定部４０の動作を図７のフローチャ−トに従って説明する。

ラックエンド判定部４０は、先ず操舵トルク値Ｔを０とし（ステップＳ１０）、舵角センサ４１から舵角θを入力し（ステップＳ１１）、舵角θがスレッショルド舵角θｊ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、舵角θがスレッショルド舵角θｊよりも小さければ操舵トルク値Ｔを零とし（ステップＳ１３）、通常アシストを実行し（ステップＳ２０６）、上記ステップＳ１１にリターンする。

上記ステップＳ１２で、入力された舵角θがスレッショルド舵角θｊ以上と判定された場合には、操舵トルク値Ｔが零であるか否かを判定し（ステップＳ１４）、操舵トルク値Ｔが零である場合には操舵角速度ωに応じたブレーキ舵角θｂ及び減衰開始舵角θｓを決定する（ステップＳ１５）。そして、操舵トルク値Ｔを「１」とし（ステップＳ１６）、舵角θが減衰開始舵角θｓ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。また、上記ステップＳ１４で操舵トルク値Ｔが零でないと判定された場合も、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０で舵角θが減衰開始舵角θｓよりも小さいと判定された場合には、通常アシストを実行し（ステップＳ２０）、上記ステップＳ１１にリターンする。また、上記ステップＳ３０で舵角θが減衰開始舵角θｓ以上と判定された場合には、判定信号ＣＤ１による電流指令値Ｉｒｅｆを減衰させ（ステップＳ３１）、その後に舵角θが減衰開始舵角θｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。そして、舵角θが減衰開始舵角θｂ以上であれば上記ステップＳ１１にリターンし、舵角θが減衰開始舵角θｂよりも小さければ判定信号ＣＤ２の出力によって電磁ブレーキをかけ（ステップＳ３３）、上記ステップＳ１１にリターンする。

上記第１実施例では、操舵角θと操舵角速度ωに基づいてラックエンドに近づいたことを検出し、衝撃に対する保護制御を実施している。タイヤが縁石等に当たりストッパに当たる前に操舵限界位置となった場合、或いは大きな操舵トルクや速い操舵角速度でストッパに当てた場合(電磁ブレーキのかけ方が不足した場合)など、当たった後に発生する衝撃カの最大値を低減させることを目的とする第２実施例を、以下に説明する。

第１実施例１の保護制御を実施しない状態で、操舵限界位置に達した場合のモータ電流Ｉｍは図８（Ａ）のようになり、操舵角速度ωは図８（Ｂ）のようになる。ラックの移動が急停止され、ピニオンラック機構、ユニバーサルジョイント、減速ギアを介してモータの回転が停止されるので、大きなモータ電流Ｉｍが流れると共に操舵角速度ωは減少し、モータの慣性モーメントによるトルクがトルク伝達系に加わる。特にモータ電流Ｉｍの時間変化率が大きく、通常の操舵では発生しないような大きな傾きである。この図８（Ａ）の例では４０００Ａ／ｓｅｃ程度であり、機械的な操舵限界に当たった場合にしか生じない電流変化率である。

この特性より、モータ電流Ｉｍの時間変化率を演算し、電流変化率が所定値(例えば３５００Ａ／ｓｅｃ)以上の場合、操舵角速度ωの時間変化率が所定値以上の場合、モータ２０へ出力されるデューティを所定値(例えば３％)に固定してモータ２０から発生するトルクを低減すれば良いことが分かる。

このようなことより本実施例では図９に示すように、モータ電流Ｉｍ、操舵角速度ωに基づいて操舵限界位置を判定する操舵限界判定部６０を設け、操舵限界判定部６０からの操舵限界フラグＦｌｇによってモータ駆動回路５０Ａにおけるデューティ指令値を切替えるようにしている。

モータ駆動回路５０Ａの詳細構成は図１０に示すようになっており、操舵補助指令値Ｖｒｅｆはデューティ演算部５０Ａ１に入力されてデューティ演算され、デューティ演算された操舵補助指令値Ｖｒｅｆａはリミッタ５０Ａ２に入力されて最大値（又は最小値）を制限されると共に、切替部５０Ａ３の接点ｂに入力される。リミッタ５０Ａ２で最大値（又は最小値）を制限された操舵補助指令値Ｖｒｅｆｌは切替部５０Ａ３の接点ａに入力され、切替部５０Ａ３の出力信号が変換部５１に入力され、操舵限界フラグＦｌｇがオンのときに切替部５０Ａ３の接点は“ｂ”となっており、オフのときに接点“ａ”となっている。即ち、操舵限界フラグＦｌｇがオンのときは、リミッタ５０Ａ２で最大値（又は最小値）を制限された操舵補助指令値Ｖｒｅｆｌが接点ａを経て変換部５１に入力されてタイミング信号Ｄ１〜Ｄ４が生成され、操舵限界フラグＦｌｇがオフのときは、操舵補助指令値Ｖｒｅｆａが接点ｂを経て変換部５１に入力されてタイミング信号Ｄ１〜Ｄ４が生成される。

このような構成において、操舵限界判定部６０の動作を図１１のフローチャートを参照して説明する。

先ずモータ電流Ｉｍを読込み（ステップＳ３０）、操舵角速度ωを読込み（ステップＳ３１）、電流変化率ΔＩｍを演算する（ステップＳ３２）。そして、電流変化率ΔＩｍが所定値Ｉｔｈより大きく、かつ操舵角速度ωの時間変化率が所定値ωｔｈより大きいか否かを判定し（ステップＳ３３）、電流変化率ΔＩｍが所定値Ｉｔｈより大きく、かつ操舵角速度ωが所定値ωｔｈより大きい場合には操舵限界フラグＦｌｇをオンし（ステップＳ３４）、そうでなければ操舵限界フラグＦｌｇをオフし（ステップＳ３５）、リターンとなる。

また、操舵角速度ωの時間変化率Δωを操舵限界判定に用いた例を図１２に示して説明する。

先ず操舵角速度ωを読込み（ステップＳ４０）、角速度変化率Δωを演算する（ステップＳ４１）。そして、角速度変化率Δωが所定値ωｔｈより大きいか否かを判定し（ステップＳ４２）、角速度変化率Δωが所定値ωｔｈより大きい場合には操舵限界フラグＦｌｇをオンし（ステップＳ４３）、そうでなければ操舵限界フラグＦｌｇをオフし（ステップＳ４４）、リターンとなる。図８（Ａ）、（Ｂ）のような特性であるため、電流変化率ΔＩｍと角速度変化率Δωの向きが逆の場合に、操舵限界フラグＦｌｇをオンにするようにして誤検出を防止するようにしても良い。

このように操舵限界判定部６０ではモータ電流Ｉｍの時間変化率ΔＩｍを演算し、電流変化率ΔＩｍが所定値Ｉｔｈよりも大きく、かつ操舵角速度ωが所定値ωｔｈよりも大きい場合に、或いは角速度変化率Δωが所定値ωｔｈよりも大きい場合に操舵限界フラグＦｌｇをオンに設定し、リミッタ５０Ａ２で制限されたデューティを操舵補助指令値Ｖｒｅｆｌとするように切替える。操舵補助指令値Ｖｒｅｆｌは、モータ駆動回路５０の変換部５１で各ＦＥＴへのパルス幅変調信号に変換され、ブリッジ回路のＦＥＴへ出力される。

本実施例の目的は、ストッパやユニバーサルジョイント等のトルク伝達系に発生する衝撃カの低減である。従って、操舵限界へ達した場合でも大きなトルクが発生しない場合は保護制御を実施する必要がない。また、通常操舵中においても、ベルジアン路等でブレーキを踏んだ場合には、タイヤから大きな振動荷重が入力される。大きな振動荷重はモータ電流Ｉｍの傾きが大きくなるため、不要な保護制御を実施してしまう恐れもある。そこで、操舵限界位置を確実に検出するために判定条件を追加して、モータ電流Ｉｍの絶対値が所定値(例えば４０Ａ)以上の状態が所定時間(例えば１０ｍｓ)継続したとき、保護制御を実施するようにしても良い。

タイヤからの振動荷重の場合、モータ電流Ｉｍの傾きは大きいが、継続して大きなモータ電流Ｉｍが流れることがないため、操舵限界と区別することができる。また、操舵角速度ωが所定値ωｔｈよりも大きい場合は大きな衝撃荷重が発生するため、保護制御を実施する。判定に使用する操舵角速度ωは操舵限界に達した後に急速に減少するため、端当て検出時間(１０ｍｓ)より十分過去の操舵角速度ωを使用する(例えば２０ｍｓ過去)。

操舵限界検出後、所定時間(例えば２０ｍｓ) デューティを固定し続け、発生する衝撃力のピークを低減する。そして、所定時間(例えば２０ｍｓ)経過後にデューティ固定を解除し、通常操舵に戻す。余り長い時間デューティを固定すると、ドライバに違和感として伝わってしまうため、衝撃力のピークを低減する最も短い時間を設定する。

操舵角速度ωが大きい場合は大きな衝撃荷重が発生するため、デューティ固定解除時間を長く設定しても良い。

デューティの固定方法は前述のように、リミッタ５０Ａ２によって制限されたデューティの操舵補助指令値Ｖｒｅｆｌと切替えてもよいし、第１実施例のように上アーム又は下アームのＦＥＴを短絡させ、電磁ブレーキモードを発生させるようにしてモータからトルク伝達系に伝わるトルクを低減させても良い。

デューティ固定や電磁ブレーキ処理の実施中はモータ電流Ｉｍが激しく変動するため、第１実施例と第２実施例を同時に実施する場合は、操舵角速度ωの時間変化率Δωを演算し、時間変化率Δωが所定値以上のとき保護制御を実施するようにしても良い。

本発明の実施例の説明は以上の通りであるが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例では、モータの駆動目標値は目標電流値であるが、目標電圧値や目標トルク値であってもよい。また、上記実施例ではモータ駆動力を徐々に減衰するようにしているが、急峻にデューティ比を減じてもよい。また、上記実施例では、モータ２０に対する駆動電流のデューティ比を減じることでモータ駆動力を減衰させているが、電圧を減じる等、他の手段により駆動電力を低減してモータ駆動力を減衰するようにしても良い。

更に、上述では２相モータについて説明したが、３相モータについても同様に適用可能である。判定に用いるモータ駆動電流Ｉｍは３／２相変換したｑ軸電流検出値を使用すればよいし、インバータの上アーム又は下アームのＦＥＴを全てオンするようにデューティ比を固定すれば電磁ブレーキを発生できる。舵角センサとして、コラム軸に取り付けられた既存の舵角センサを用いると良い。また、演算によりラックの移動量を得られるデータであれば、舵角以外のデータを利用しても良いし、直接ラックの移動量を測定しても良い。モータ回転角検出器が備わっている場合、操舵角速度の代わりにモータ回転速度を用いても良い。

本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。 電動パワーステアリング装置におけるモータ駆動部の一実施例である。 各舵角の関係を示す図である。 判定信号ＣＤ１の求め方の一例を示す図である。 Ｈブリッジ回路の下段ＦＥＴを一方の側をデューティ比１００％で、他方の側をＰＷＭにて徐々に電磁ブレーキをかける場合の回路結線図である。 判定信号ＣＤ２の求め方の一例を示す図である。 ラックエンド判定部の動作例を示すフローチャートである。 操舵限界位置に達した場合のモータ電流と操舵角速度の一例を示す特性である。 本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。 モータ駆動回路の例を示すブロック図である。 第２実施例の動作例（角速度、電流変化率）を示すフローチャートである。 第２実施例の動作例（角速度変化率）を示すフローチャートである。 一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。 コントロールユニットの一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３１ 電流指令値演算部
３３ 電流制限部
３８ 電流検出部
４０ ラックエンド判定部
４１ 舵角センサ
４２ 角速度算出部
５０、５０Ａ モータ駆動回路
５０Ａ１ デューティ演算部
５０Ａ２ リミッタ
５０Ａ３ 切替部
５１ 変換部
５２、５３ デッドタイム回路
６０ 操舵限界判定部

Claims (9)

1. 操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   ラック移動量及びラック移動速度を考慮してラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部を具備し、前記ラックエンドに近づいたときに前記電流指令値を制限し、前記制限した電流指令値が零となるタイミングで前記モータの前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定時間だけ所定値に固定することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記電流指令値の制限を徐々に行うようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値に固定する場合、前記モータに電磁ブレーキをかけるようにモータ駆動回路の上アーム又は下アームを短絡するようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記ラックエンド判定部は舵角及び操舵角速度を入力して前記ラックエンドに近づいたことを判定するようになっている請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、前記電流指令値及び前記モータ電流に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記モータ電流又は操舵角速度に基づいて操舵限界位置に達したことを判定する操舵限界判定部を具備し、前記操舵限界に達したときに前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定時間だけ所定値１に固定することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記操舵限界判定部は前記モータ電流の変化率が所定値２以上で、かつ前記操舵角速度が所定値３以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定するようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記操舵限界判定部は前記操舵角速度の変化率が所定値４以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定するようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
8. 前記パルス幅変調制御のデューティ比を前記所定値１に固定する場合、前記モータへ出力されるデューティ比を前記所定値１で制限した値に切替えるようになっている請求項５乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
9. 前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値１に固定してから所定時間が経過したときに、前記デューティ比の前記所定値１への固定を解除するようになっている請求項５乃至８のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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