JP5082267B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に高速操舵（急転舵、高速転舵）時のハンドルの追従性能を改善すると共に、通常操舵状態（通常操舵時）の操舵性能、操舵音を維持したまま操舵フィーリングの良い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力（操舵補助力）を付与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力を付与するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を、図１５を参照して説明する。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Ｔ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の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。

また、モータ２０はコントロールユニット３０からの電流Ｉによって制御され、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る。更に、コントロールユニット３０には、車速センサ１２から車速Ｖが入力されている。

このように構成された電動パワーステアリング装置の制御について、図１６を参照して説明する。

先ず、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとが電流指令値決定部３１０内のアシストマップ３１１に入力され、アシストマップ３１１は操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助指令値Ｉｒを算出して加算部３１２に入力する。電流指令値決定部３１０内には補償値演算部３１３が設けられており、補償値演算部３１３では収れん性演算部３１３Ａ、慣性演算部３１３Ｂ及びＳＡＴ（セルフアライニングトルク）３１３Ｃで算出された収れん性、慣性及びＳＡＴの補償値を加算部３１４、３１５で加算し、その加算結果を加算部３１２で操舵補助指令値Ｉｒに加算してトルク指令値Ｔｒｅｆを決定する。トルク指令値Ｔｒｅｆは電流指令値演算部３１６に入力され、電流指令値演算部３１６で電流指令値Ｉｒｅｆが演算されて減算部３０１に入力される。

なお、モータ２０がブラシレスモータの場合には、トルク指令値Ｔｒｅｆの他にロータの回転角度も電流指令値演算部３１６に入力して電流指令値Ｉｒｅｆが演算される。

一方、モータ２０へ供給されるモータ電流Ｉｍは電流検出器３０４で検出され、電流指令値決定部３１０からの電流指令値Ｉｒｅｆと共に減算部３０１へ入力され、減算部３０１でその偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍ）が算出される。偏差ΔＩは電流制御部３２０内の比例積分制御部に入力される。本例では、比例ゲインＫｐである比例項３２１と積分ゲインＫｉである積分項３２２とに入力される。比例項３２１の出力と積分項３２２の出力は加算部３２３で加算され、電圧指令値Ｖｒｅｆとして出力される。

ＰＷＭ制御部３０２は電圧指令値Ｖｒｅｆを入力し、インバータ３０３へのＰＷＭ信号を出力することにより、電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいたＰＷＭ信号がインバータ３０３へ入力される。インバータ３０３はそのＰＷＭ信号に基づいたモータ電流Ｉｍをモータ２０へ供給し、モータ２０を駆動する。

上述は電流制御部３２０にＰＩ制御を用いた場合の説明であるが、比例積分に関するゲインＧｉを式で表すと、下記数１のように示される。

つまり、偏差ΔＩが小さい値であってもゲインＧｉが無限大になるため、ハンドル保舵時やゆっくりした操舵時にも電圧指令値Ｖｒｅｆは大きな値として出力され、以下のような問題が発生する。

つまり、最近の電動パワーステアリング装置は大容量化、即ち大電流化しているが、ＣＰＵを中心として構成される制御装置に用いられるＡＤ変換器などは、例えば分解能が１０ｂｉｔのままなので、大電流化においてその分解能が相対的に粗くなってきている。そして、この分解能の粗さによって発生するノイズのような演算誤差が、保舵時やゆっくりした操舵時の偏差ΔＩが小さい時のゲインが無限大となるフィードバックゲインによって増幅され、ハンドルの振動や騒音となって、運転者に不快な感じを与える問題がある。

ところで、電動パワーステアリング装置の電流制御においては、積分制御（Ｉ制御）、比例積分制御（ＰＩ制御）や比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）が一般的に用いられる。しかし、積分項を含む電流制御は、そのゲインが定常状態において無限大となるために、電動パワーステアリング装置の定常状態である保舵状態やゆっくりした操舵の場合に、ハンドルを介して振動や騒音を感じて、ハンドル操舵に不快感を覚える問題がある。

そこで、特開２０００−１０８９１６号公報（特許文献１）では、かかる問題を解決すべく、フィードバック制御において、電流指令値Ｉｒｅｆと実際のモータ電流Ｉｍとの偏差ΔＩ＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍを積分項を含む電流制御系に入力する前に調整ゲインを設け、偏差ΔＩが小さい場合は調整ゲインを小さくし、偏差ΔＩが大きい場合は調整ゲインを大きくするような工夫を施している。
特開２０００−１０８９１６号公報

しかし、上記従来の電動パワーステアリング装置では、電流フィードバックの偏差に応じて変化する調整ゲインを決定する設計（しきい値）が難しかったり、また、積分項のゲインが無限大であるため、調整ゲインをいくら小さくしても、トータルのゲインは大きくなってしまい、ハンドル保舵時やゆっくりした操舵時に発生する振動や騒音を感じる問題は解決されていない。また、電動パワーステアリング装置の制御装置としてＣＰＵを利用する場合の、実装の問題である離散時間や固定小数点演算なども考慮されていない問題がある。

更に、従来の電流制御部応答性は通常操舵時の転舵音、保舵音、外乱によるノイズを考慮して応答性を設計しており、このため急転舵や高速転舵時のモータ追従性能が不十分であった。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、高速操舵時のハンドルの追従性能を改善すると共に、通常操舵時や中低速操舵時においても操舵性能、操舵音を維持したまま操舵フィーリングの良い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、車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサからの操舵トルク値に基づいて電流指令値を決定する電流指令値決定手段と、モータ電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値及びモータ電流に基づいて電圧指令値を出力する電流制御手段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、前記操舵トルク値、前記電流指令値、車速、前記モータのモータ角度、モータ回転速度の少なくとも１つを用いて前記操舵系の操舵状態を検出する操舵状態検出部と、前記操舵トルク値、前記電流指令値、前記車速、前記モータ回転速度に基づいて高速操舵を判定する高速操舵判定部とを備え、前記電流制御手段がゲインを緩やかに変更する徐変ゲイン部及び進み遅れ関数で成る電流制御器で構成され、前記高速操舵判定部で前記高速操舵が判定された場合、前記徐変ゲイン部のゲインを大きく、前記電流制御器の進角要素のゲインを小さくすると共に、前記操舵状態検出部で保舵が判定された場合、前記徐変ゲイン部のゲインを小さく、前記電流制御器の進角要素のゲインを大きくすることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記高速操舵の判定が、前記操舵トルク値が操舵トルク所定値よりも大きい場合、又は前記電流指令値が電流指令値所定値よりも大きい場合、又は前記モータの回転速度が回転速度所定値よりも大きい場合であることにより、或いは前記電流制御器が更にデッドタイム補償機能を有し、前記高速操舵の判定時にデッドタイム補償のパラメータを補正し、フィードバックモデルの位相遅れを小さくすることにより、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、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖ、モータ角度θ、モータの回転角速度ωの少なくとも１つを用いて操舵状態を検出し、検出された操舵状態に応じて電流制御応答性の制御ゲイン（パラメータ）を補正すると共に、高速操舵状態を判定して電流制御応答性のパラメータを補正するようにしている。このため、高速操舵時のハンドルの追従性能を著しく改善できると共に、通常操舵時（中低速時）の操舵性能、操舵音を維持したまま、より良い操舵フィーリングが得られる。

更に、本発明では、高速操舵状態に電流制御部のパラメータと共に、進角補償のパラメータを補正し、デッドタイム補償のパラメータを補正しているので、急転舵若しくは高速転舵時のモータの追従性を確保することができ、操舵フィーリングも維持することができる。

本発明の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖ、モータ角度θ、モータの回転角速度ωの少なくとも１つを用いて操舵状態を検出し、検出された操舵状態に応じて電流制御部のパラメータを補正すると共に、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖ、モータの回転角速度ωに基づいて高速操舵状態を判定し、高速操舵状態時に電流制御応答性、進角補償又はデッドタイム補償のパラメータを補正するようにしている。

以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を図１６に対応させて示しており、本発明では操舵状態を検出する操舵状態検出部３３０と、高速操舵を判定する高速状態判定部３４０とを設けており、電流制御部３２０はゲインを緩やかに変更する徐変ゲイン部３２４と、進み遅れ関数で構成されている伝達関数（Ｌ・ｓ＋Ｒ）／（Ｔ・ｓ＋ａ）の電流制御器３２５とで成っている。Ｌはモータ２０のインダクタンス値、Ｒはモータ２０の抵抗値、Ｔは電流制御器３２５の時定数、ａ（＞０）は定数である。

図１に示されるように、トルクセンサで検出された操舵トルクＴと、車速センサで検出された車速Ｖとが電流指令値決定部３１０に入力されて電流指令値Ｉｒｅｆが決定されると共に、操舵トルクＴ及び車速Ｖは操舵状態検出部３３０及び高速操舵判定部３４０に入力される。電流指令値決定部３１０で決定された電流指令値Ｉｒｅｆは減算部３０１に入力されると共に、操舵状態検出部３３０及び高速操舵判定部３４０に入力される。モータ２０のモータ電流Ｉｍは電流検出器３０４で検出されて減算器３０１にフィードバックされ、電流指令値Ｉｒｅｆとの偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍ）が算出される。また、モータ２０にはロータ位置検出センサとしてレゾルバ（若しくはホールセンサ）２１が取り付けられており、モータ角度θ及びモータの回転角速度ωが検出されて操舵状態検出部３３０に入力され、回転角速度ωは高速操舵判定部３４０に入力される。

操舵状態検出部３３０で保舵状態が検出されると、保舵信号ＳＳが出力されて電流制御部３２０内の徐変ゲイン部３２４及び電流制御器３２５に入力され、高速操舵判定部３４０で高速操舵が判定されると、高速操舵信号ＨＳが出力されて電流制御部３２０内の徐変ゲイン部３２４及び電流制御器３２５に入力される。

操舵状態検出部３３０は、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖ、モータ角度θ、モータの回転角速度ωの少なくとも１つを用いて操舵状態（開放、切増し切戻しや保舵）を検出し、保舵状態が検出された場合に保舵信号ＳＳを出力し、通常操舵状態では保舵信号ＳＳを出力しないようにしている。保舵状態の検出については後述する。

また、高速操舵判定部３４０は操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆ、車速Ｖ、モータの回転角速度ωに基づいて高速操舵を判定し、高速操舵が検出されたときに高速操舵信号ＨＳを出力する。高速操舵判定部３４０は、モータの回転角速度ωに基づくモータ回転数が所定値（スレッショルド）以上のときを高速操舵と判定し、高速操舵信号ＨＳを出力して電流制御部３２０内の電流制御器３２５のパラメータを補正する。高速操舵の判定にはモータ回転数を使用するが、パワーステアリングの状態に基づいてという観点から、操舵トルクＴや電流指令値Ｉｒｅｆも考慮する。例えば通常アスファルト走行（停車を含む）で高速操舵をした場合、モータ回転数、操舵トルクＴ、電流指令値Ｉｒｅｆは大きく、追従性能が必要なためパラメータの補正を行う。また、低摩擦路の場合、モータ回転数は大きいが、操舵トルクＴや電流指令値Ｉｒｅｆは小さくなるので、追従性能より操舵音、操舵性能を重視し、高速回転と判定せずにパラメータの補正を行わない。例えば、車速条件は所定車速値（スレッショルド）以上の車速Ｖで緊急回避など追従性能を要求する場合、高速転舵と判定してパラメータの補正を行う。また、車速Ｖが所定車速値（スレッショルド）以下の低車速や停車のときは、操舵性能、操舵音重視のためにパラメータを通常制御ゲインとする。つまり、車両の状態に基づいてという観点から、車速Ｖに基づいたパラメータ補正を行う。同様に、操舵トルクＴや電流指令値Ｉｒｅｆを考慮することも可能である。

減算部３０１からの偏差ΔＩ、操舵状態検出部３３０からの保舵信号ＳＳ及び高速操舵判定部３４０からの高速操舵信号ＨＳは、電流制御部３２０内の徐変ゲイン部３２４に入力され、保舵信号ＳＳ及び高速操舵信号ＨＳは電流制御器３２５に入力され、徐変ゲイン部３２４でゲイン補正された偏差ΔＩａが進み遅れ関数の電流制御器３２５に入力され、電流制御器３２５から電圧指令値Ｖｒｅｆが出力される。電圧指令値Ｖｒｅｆ以降の動作は、図１６の場合と同様である。即ち、ＰＷＭ制御部３０２は電流制御部３２０からの電圧指令値Ｖｒｅｆを入力し、インバータ３０３へＰＷＭ信号を出力することにより、インバータ３０３はそのＰＷＭ信号に基づいてモータ２０へモータ電流Ｉｍを供給して駆動する。

図２は操舵状態の時間変化を示しており、操舵状態検出部３３０からの保舵信号ＳＳが徐変ゲイン部３２４に入力された場合、つまりハンドルが保舵状態であると判定された場合（図２の時点ｔ５）、ゲインＧを徐々に下げて電流制御器３２５の時定数Ｔを大きくすることによって、電流制御応答性を保舵状態の電流制御応答性まで下げる（図２の時点ｔ５〜ｔ６）。換言すれば、電流制御部３２０のゲイン（以下、単に「制御ゲイン」とも称する）を通常操舵状態ゲインＧ１から保舵状態ゲインＧ２まで下げる。また、操舵状態検出部３３０から保舵信号ＳＳが出力されていない場合、つまりハンドルが通常操舵状態であると判定された場合、ゲインを徐々に上げて電流制御器３２５の時定数Ｔを小さくすることによって、図２の時点ｔ７〜ｔ８のように電流制御応答性を通常操舵状態の電流制御応答性に戻す。換言すれば、電流制御部３２０の制御ゲインＧを保舵状態ゲインＧ２から通常操舵状態ゲインＧ１に上げる。

このように通常操舵状態と保舵状態を検出して制御ゲインＧを変化させると、その電流制御応答性の周波数特性は図３に示すようになり、通常操舵状態では操舵性能を確保でき、保舵状態では保舵音性能を確保することができる。

一方、高速操舵判定部３４０からの高速操舵信号ＨＳが徐変ゲイン部３２４及び電流制御器３２５に入力された場合、つまりハンドル操作が高速状態であると判定された場合（図２の時点ｔ１）、電流制御部３２０の制御ゲインＧを上げて電流制御器３２５の時定数Ｔを小さくすることによって、電流制御応答性を高速操舵状態の電流制御応答性まで上げる。換言すれば、電流制御部３２０の制御ゲインＧを通常操舵状態ゲインＧ１から高速状態ゲインＧ３まで上げる（時点ｔ１〜ｔ２）。また、高速操舵判定部３４０から高速操舵信号ＨＳが出力されていない場合、つまりハンドルが通常操舵状態であると判定された場合（時点ｔ３）、電流制御部３２０の制御ゲインを小さくすることによって、電流制御応答性を通常操舵状態の電流制御応答性に戻す。換言すれば、電流制御部３２０の制御ゲインＧを高速状態ゲインＧ３から通常操舵状態ゲインＧ１に下げる（時点ｔ３〜ｔ４）。

このように通常操舵状態と高速操舵状態を検出して制御ゲインＧを変化させると、その電流制御応答性の周波数特性は図４に示すようになり、通常操舵状態では操舵性能を確保でき、高速操舵状態では追従性能を確保することができる。また、通常操舵状態と高速操舵状態の振幅と位相の周波数特性（ボード線図）は図５の（Ａ）及び（Ｂ）のようになり、通常操舵状態と高速操舵状態の位相特性で位相差があるために、進角制御の切替が必要である。

電流制御器３２５が進み遅れ関数（Ｌ・ｓ＋Ｒ）／（Ｔ・ｓ＋ａ）で構成された場合、図３及び図４に示すように定常時（低周波数）のゲインが下がり、徐変ゲイン部３２４のゲインを下げると更に下がる現象が起こり、電流が大きい時に電流低下が起こる。これを防ぐため、電流制御応答性を切り替える際に、ハンドルが保舵状態であると判定された場合、徐変ゲイン部３２４のゲインを小さく徐変するのに合せて定数ａを０又は小さい値に徐変する。また、ハンドルが通常操舵状態であると判定された場合には、小さくなったゲインを元の値に徐変するのに合せて定数ａの値を元の値に徐変する。逆に、ハンドルが高速操舵状態であると判定された場合、徐変ゲイン部３２４のゲインを大きく徐変するのに合せて定数ａを大きい値に徐変する。また、ハンドルが通常操舵状態であると判定された場合には、大きくなったゲインを元の値に徐変するのに合せて定数ａの値を元の値に徐変する。

ここで、操舵状態検出部３３０において、操舵状態が通常操舵状態から保舵状態に切り替わったことを検出する保舵状態判定について説明する。保舵状態判定には、例えば下記（Ａ１）〜（Ａ７）の条件が挙げられる。
（Ａ１）操舵トルクＴの微分値（時間変化量）が所定値以下である。
（Ａ２）操舵トルクＴが所定値範囲に属する。つまり、Ｔ_１＜Ｔ＜Ｔ_２が成立する。
（Ａ３）車速Ｖが所定値以下、例えばＶ≦８ｋｐｈの場合である。
（Ａ４）モータ角度θに変化がない場合で、例えばモータ角度センサとしてホールセン
サを用いた場合に、ホールＩＣパターン継続時間≧０．２秒の場合である。
（Ａ５）モータ角度θの微分値が所定値以下である。
（Ａ６）モータの回転角速度ωが所定値以下である。
（Ａ７）電流指令値Ｉｒｅｆが所定値範囲で、Ｉｒｅｆ_１＜Ｉｒｅｆ＜Ｉｒｅｆ_２が成
立し、例えば２Ａ＜Ｉｒｅｆ＜９３Ａの場合である。

上記条件（Ａ１）〜（Ａ７）のうち、いくつかの条件を組み合わせて論理積（ＡＮＤ条件）をとり、結果が「ＴＲＵＥ」となったときに操舵状態が通常操舵状態から保舵状態に切り替わったと判断し、保舵信号ＳＳを出力する。

上記条件（Ａ１）〜（Ａ７）以外の場合、或いは前記論理積が「ＦＡＬＳＥ」の場合、保舵状態から通常操舵状態に戻ったと判断する。例えば、車速Ｖが大きい時は走行時の操舵性能を確保するため、電流制御応答性を常に通常操舵状態の電流制御応答性とする。また、電流指令値Ｉｒｅｆが小さい時は、ハンドル中立位置付近の操舵性能を確保するため、電流制御応答性を保舵状態の電流制御応答性から通常操舵状態の電流制御応答性に戻す。更に電流指令値Ｉｒｅｆが大きい時は、電流制御器３２５の定数ａにいくらかの値が入っているとき、電流制御応答性を下げると制御ゲインＧも下がり、電流の大きい領域での出力ダウンが大きいため、電流制御応答性を保舵状態の電流制御応答性から通常操舵状態の電流制御応答性に戻す。

一方、高速操舵判定部３４０は、操舵状態が通常操舵状態から高速操舵状態に切り替わったことを次のように判定する。高速操舵判定部３４０は、モータの回転角速度ωに基づくモータ回転数が所定値（スレッショルド）以上になったときに高速操舵と判定し、高速操舵信号ＨＳを出力して電流制御部３２０内の電流制御器３２５のパラメータを補正する。高速操舵の判定にはモータ回転数を使用するが、パワーステアリングの状態に基づいてという観点から、操舵トルクＴや電流指令値Ｉｒｅｆをも考慮して判定する。

以上のように、本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、ハンドルの操舵状態及び高速操舵に応じて、電流制御部の制御ゲイン（時定数Ｔ）を補正することで電流制御応答性を変えるようにしている。つまり、ハンドルが保舵状態又は通常操舵状態であると判断された時には、図３に示すように電流制御部３２０の制御ゲインが小さい値を有する状態に切り替えられるので、保舵音性能（保舵音が発生しない性能）を向上することができる。また、ハンドルが高速操舵状態又は通常操舵状態であると判断された時には、電流制御部３２０の制御ゲインが大きい値を有する状態に切り替えられるので、追従性能を向上することができる。

上述の実施例の電流制御部３２０では、電流制御器３２５の前段に徐変ゲイン部３２４を設けているが、図６に示すように電流制御器３２５の後段に設けても良い。図６に示す実施例では、電流制御部３２０は電流制御器３２５と徐変ゲイン部３２６とで構成され、徐変ゲイン部３２６には電流制御器３２５からの偏差ΔＩｂが入力されると共に、保舵信号ＳＳ及び高速操舵信号ＨＳが入力される。

図７は電流制御器３２５の具体例を示す回路図であり、この回路を用いて電流制御器３２５の時定数Ｔを変更することができる。図７の回路を適用した電流制御器３２５では、電流制御応答性変更の前後で出力が一定となるように、積分の中間変数Ｗ_ｎ−１を計算すれば、電流制御応答性を急に変えても出力が急変しない。中間変数Ｗ_ｎ−１リセットの具体例を数式で表わすと、以下のようになる。

よって、数３において、今回の出力ｙ_ｎに前回出力ｙ_ｎ−１を代入すれば、今回の出力ｙ_ｎが前回出力ｙ_ｎ−１に等しくなる。

図８は本発明における電流制御応答性の変更原理を説明するための図であり、例えば図８に示すような電流波形で電流指令値Ｉｒｅｆが１０Ａで、かつ電流検出値Ｉｍが図示の電流波形で１０Ａの場合、電流指令値Ｉｒｅｆと電流検出値Ｉｍとの偏差ΔＩは０Ａの電流波形となる。偏差ΔＩは電流制御器３２５に入力され、操舵状態検出部３３０からの保舵信号ＳＳ又は高速操舵判定部３４０からの高速操舵信号ＨＳが徐変ゲイン部３２６に入力され、徐変ゲイン部３２６からは制御ゲインを上下した電圧指令値Ｖｒｅｆが出力される。即ち、保舵信号ＳＳが操舵状態検出部３３０から徐変ゲイン部３２６に入力された場合、或いは高速操舵信号ＨＳが高速操舵判定部３４０から徐変ゲイン部３２６に入力された場合に電流制御部３２０の応答性を上げ、追従性能が改善される。また保舵信号ＳＳが入力された場合は応答性を下げ、振動が小さくなり、保舵音が改善される。

ところで、図５（Ｂ）に示すように、通常操舵状態と高速操舵状態の周波数応答では位相差があるために進角制御の切替が必要である。進角制御は、ベクトル制御におけるモータ電流の遅れを進角で補償して性能を向上させる機能であり、図１及び図６では進角制御部分を省略している。即ち、ベクトル制御では理論的にトルクリップルをなくす電流指令値を生成する必要があり、トルクリップルをなくすためにはモータ電流に遅れがないことが条件であるが、サンプリング周期や電流制御の遅れにより、モータ電流は電流指令値より遅れることになり、かかる遅れを補償するために進角制御が実施されている（例えば特開２００３−１８９６５８、特開２００５−１９９７３５）。本発明では通常操舵状態と高速操舵状態の判定に応じて、進角制御部のパラメータを補正するようにしており、その構成を図１に対応させて図９に示して説明する。

図９に示すように、レゾルバ２１からのモータ角度θ及びモータの回転角速度ωは進角制御部３５０に入力され、高速操舵判定部３４０からの高速操舵信号ＨＳも進角制御部３５０に入力され、進角制御部３５０で進角されたモータ角度θｅａがベクトル制御の所定部（例えば２相／３相変換部（図示せず）や３相／２相変換部（図示せず））に入力される。

進角制御部３５０は図１０に示すような構成となっており、レゾルバ２１からのモータ回転角速度ωは進角要素３５１で進角制御され、進角制御された回転角速度ωａが加算部３５２でモータ角度θと加算され、制限部３５３で０〜３６０度内に限定されて出力される。進角制御されたモータ角度θｅａがベクトル演算に使用される。進角要素３５１の構成は図１１に示すように、オフセットＯｓにゲインＧＡを加算（又は減算）することにより得られる一次関数で出力するものである。なお、図１１は正領域のみを示しているが、負領域の場合は点対称の特性であり、進角要素３５１は下記数４の演算を行う。
（数４）
ωａ＝ω・ＧＡ＋ｓｉｇｎ（ω）・Ｏｓ

本発明では、進角要素５３１のゲインＧＡを通常操舵時と高速操舵時とで切り替える。即ち、進角要素３５１に高速操舵信号ＨＳが入力されていない場合には、図１１に示す実線のゲインＧＡを使用し、進角要素３５１に高速操舵信号ＨＳが入力された場合には、図１１に示す破線のゲインＧＢ（＜ＧＡ）を使用する。このように回転角速度ωを操舵状態に応じて進角制御して角度θに加算し、その加算結果を電流指令値の生成時に使用することにより、モータ電流の遅れ量を操舵状態に適合して補償することができ、全領域においてトルクリップルや動作ノイズを減少することができる。

一方、ＰＷＭ制御部３０２及びインバータ３０３は２相モータ２０の場合は図１２に示すように、スイッチング駆動素子であるＦＥＴ１〜ＦＥＴ４から成るインバータ部と、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。インバータ部はＦＥＴ１及びＦＥＴ３による上下アームと、ＦＥＴ２及びＦＥＴ４による上下アームとで構成されてＨブリッジを構成している。ゲート制御部にはＰＷＭ制御部３０２からの電流制御値Ｖｒｅｆが変換部３０３１に入力され、各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４を駆動するタイミング信号Ｄ１〜Ｄ４が生成され、ゲート駆動回路３０３２ａ，３０３２ｂ、３０３３ａ、３０３３ｂへ入力されてＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート駆動が可能なゲート信号が生成される。しかし、タイミング信号３及びＤ４は直接ゲート駆動回路３０３３ａ及び３０３３ｂに入力されず、それぞれデッドタイム回路３０３４及び３０３５に入力されている。この理由は、次の通りである。

インバータ部を構成する各上下アーム、例えばＦＥＴ１及びＦＥＴ３は交互にオン／オフされ、同様にＦＥＴ２及びＦＥＴ４も交互にオン／オフされる。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／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アームが短絡する。そこで、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３０３２ａへオフ信号を与えた場合、ゲート駆動回路３０３３ａに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム回路３０３４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３０３３ａに与えることにより、ＦＥＴ１及びＦＥＴ３の上下の短絡を防止している。ＦＥＴ２及びＦＥＴ４についても同様である。かかるデッドタイムの補償により、電動パワーステアリング装置の制御におけるトルク不足やトルクリップルの問題を解消するが、従来のデッドタイム補償では操舵状態を考慮していない。つまり、デッドタイム補償制御系が通常操舵パラメータに設計してあるため、高速操舵時、電流制御器時定数が変わるとデッドタイム補償タイミングが遅れ、操舵フィーリングが悪化する恐れがある。このため、本発明では高速操舵時、デッドタイム補償制御系を高速操舵用に切り替える。

デッドタイム制御系の構成例を図１３に示して説明すると、電流指令値決定部３１０からの電流指令値Ｉｒｅｆは高速操舵判定部３４０に入力されると共に、デッドバンド特性部（演算部）３４３に入力される。デッドバンド特性部（演算部）３４３からのデッドバンド特性はゲイン部３４５に入力される。デッドバンド特性部（演算部）３４３は、電流指令値Ｉｒｅｆに対して図１４に示すような特性のデッドバンド特性を有するデッドタイム補正値ＤＢを出力する。また、モータの検出電流又は電流指令値Ｉｒｅｆに基づいてモデル電流ＩＭを生成する電流モデル部３４１が設けられ、極性判定部３４２はヒステリシス付き特性でモデル電流の極性を判定するものであり、極性判定部３４２には電流モデル部３４１からモデル電流ＩＭが入力され、高速操舵判定部３４０からの高速操舵信号ＨＳに基づき電流モデル部３４１が変更される。モデル電流ＩＭは、電流指令値Ｉｒｅｆを下記数５の伝達関数で変換することにより得られる（例えば特願２００３−３１０１３１）。
（数５）
ＭＲ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｃ・ｓ）
ここで、Ｔｃ＝１／（２π・ｆｃ）であり、ｆｃは電流制御ループのカットオフ周波
数である。

上記数５の１次遅れ関数は、モータを示す伝達関数１／（Ｒ＋ｓ・Ｌ）を電流制御部３２０、ＰＷＭ制御部３０２、インバータ３０３、電流検出器３０４を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。

実際のモータ電流はノイズを多く含んでおり、これが零電流付近での極性判定を困難なものにしているが、電流モデル部３４１によりノイズの無い電流指令値Ｉｒｅｆを基に１次遅れ回路を介してモータのモデル電流ＩＭを生成し、モデル電流ＩＭに基づいて極性を判定しているので精度が高い。高速操舵判定部３４０が高速操舵を判定した場合には高速操舵信号ＨＳが電流モデル部３４１及びゲイン部３４５に入力され、高速操舵用の特性に切り替えられる。極性判定部３４２で決定された極性ｓｉｇｎ（Ｐｉ）は乗算部３４４に入力され、ゲイン部３４５からのゲイン調整されたＤＢａと乗算され、デッドタイム補正値Δｔとして出力される。

本発明の実施例を示すブロック構成図である。 本発明の動作例を示すタイムチャートである。 本発明の動作例（通常操舵と保舵状態）を示す周波数特性図である。 本発明の動作例（通常操舵と高速操舵状態）を示す周波数特性図である。 通常操舵状態と高速操舵状態の振幅と位相の周波数特性（ボード線図）である。 本発明の他の実施例を示すブロック構成図である。 電流制御器の構成例を示すブロク構成図である。 電流制御応答性の変更原理を説明するための図である。 進角制御部を有する本発明の実施例を示すブロック構成図である。 進角制御部の構成例を示すブロック図である。 進角制御部の動作例を示す特性図である。 ＰＷＭ制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。 本発明によるデッドタイム補償の制御系を示すブロック図である。 デッドバンド特性部の一例を示す特性図である。 従来の電動パワーステアリング装置の一般的な構成図である。 従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
２１ レゾルバ（ホールセンサ）
３０ コントロールユニット
３０２ ＰＷＭ制御部
３０３ インバータ
３１０ 電流指令値決定部
３１１ アシストマップ
３１３ 補償値演算部
３１６ 電流指令値演算部
３２０ 電流制御部
３２４ 徐変ゲイン部
３２５ 電流制御器
３３０ 操舵状態検出部
３４０ 高速操舵判定部
３５０ 進角制御部

Claims (3)

1. 車両の操舵系に操舵補助力を付与するモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサからの操舵トルク値に基づいて電流指令値を決定する電流指令値決定手段と、モータ電流を検出する電流検出手段と、前記電流指令値及びモータ電流に基づいて電圧指令値を出力する電流制御手段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、
   前記操舵トルク値、前記電流指令値、車速、前記モータのモータ角度、モータ回転速度の少なくとも１つを用いて前記操舵系の操舵状態を検出する操舵状態検出部と、前記操舵トルク値、前記電流指令値、前記車速、前記モータ回転速度に基づいて高速操舵を判定する高速操舵判定部とを備え、
   前記電流制御手段がゲインを緩やかに変更する徐変ゲイン部及び進み遅れ関数で成る電流制御器で構成され、
   前記高速操舵判定部で前記高速操舵が判定された場合、前記徐変ゲイン部のゲインを大きく、前記電流制御器の進角要素のゲインを小さくすると共に、前記操舵状態検出部で保舵が判定された場合、前記徐変ゲイン部のゲインを小さく、前記電流制御器の進角要素のゲインを大きく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. 前記高速操舵の判定が、前記操舵トルク値が操舵トルク所定値よりも大きい場合、又は前記電流指令値が電流指令値所定値よりも大きい場合、又は前記モータの回転速度が回転速度所定値よりも大きい場合である請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記電流制御器が更にデッドタイム補償機能を有し、前記高速操舵の判定時にデッドタイム補償のパラメータを補正し、フィードバックモデルの位相遅れを小さくする請求項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。

Images