JP5333837B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより油圧ポンプを駆動して操舵補助力を発生するパワーステアリング装置に関する。

ラックアンドピニオン機構等の操舵機構に連結されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を供給することによって、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置において、油圧ポンプの駆動源として、例えば３相ブラシレスモータからなる電動モータが用いられている場合がある。この場合、電動モータがステアリングホイールの操舵速度に応じた目標回転速度で回転されるように、電動モータに供給される駆動電力が制御される。

上記電動モータの駆動方式を、１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替えることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許第４０１６８３５号公報

例えば、電動モータの実際の回転速度（実回転速度）に応じて、１２０度通電方式および１８０度通電方式を切り替えることが考えられる。すなわち、低回転速度領域では１２０度通電方式とすることで省エネルギ性の向上（高効率化）を図るとともに、高回転速度領域では１８０度通電方式として充分なトルクを確保することができる。
しかし、実回転速度のみを基準にして通電方式を切り替えても、必ずしも最適な通電方式を選択することができない。

例えば、悪路走行中には、緩やかな操舵速度であるにもかかわらず、大きな操舵トルクが要求される場合がある。この場合、実回転速度が、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切り替え条件の回転速度に満たないときに、電動モータの負荷が増大したとき、電動モータがトルク不足となる。その結果、電動モータの実回転速度が、目標回転速度に追従できなくなる。このため、操舵補助が十分でなく、操舵フィーリングに、いわゆる「ひっかかり感」を生じ、操舵フィーリングが悪くなる。

また、電動モータの現在の負荷に対して最適な通電方式が採用されていないときには、エネルギ効率が悪い。例えば、比較的滑り易い路面では電動モータの負荷が小さいから、電動モータの実回転速度が目標回転速度に追従し易い傾向にある。このような場面において、電動モータの負荷とは無関係に、実回転速度に応じて１８０度通電方式が採用された場合、無駄なエネルギを消費することになり、電動モータの効率が悪くなる。また、操舵フィーリングとして、安定した中立感や安定した保舵感が得られない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高効率で且つ操舵フィーリングに優れたパワーステアリング装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、操舵補助力を発生する油圧ポンプ（２２）を駆動するための電動モータ（２４）と、駆動回路（２６）から電動モータへの駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置（２５）と、を備え、上記モータ制御装置は、電動モータの駆動方式を１２０度通電方式および１８０度通電方式に択一的に切り替える駆動方式切替手段（３８）と、電動モータの回転速度を演算する回転速度演算手段（３５）と、電動モータの消費電流を検出する消費電流検出手段（２９）と、を含み、上記駆動方式切替手段（３８）は、上記回転速度演算手段により演算された回転速度に基づいて駆動方式を切り替える通常制御部（３８１）と、通常制御部による切替に拘らず上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流および上記回転速度演算手段により演算された上記回転速度に基づいて駆動方式を切り替える最適化制御部（３８２）とを含むことを特徴とするものである。

本発明では、回転速度演算手段により演算された回転速度（電動モータの実際の回転速度）に基づく通常制御部の切替に拘らず、消費電流検出手段により検出された上記消費電流および回転速度演算手段により演算された回転速度に基づいて、すなわち電動モータの実際の負荷に基づいて、駆動方式を最適化する。したがって、電動モータの回転速度を目標回転速度に精度良く追従させて操舵フィーリングを向上することができ、また、電動モータの効率を向上することができる。

また、１２０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流（ｉ）が所定値以上になった（ｉ１≦ｉ）ときには、上記最適化制御部が駆動方式を１８０度通電方式に切り替える場合がある（請求項２）。このような構成とすれば、１２０度通電方式での電動モータの駆動時において、仮に、電動モータの実際の回転速度が低い場合でも、電動モータの負荷が大きいときには、最適化制御部が１８０度通電方式に切り替えるので、電動モータがトルク不足になることがない。その結果、電動モータの回転速度の追従性を向上することができる。また、操舵フィーリングにおける、いわゆる「ひっかかり感」をなくして操舵フィーリングを向上することができる。

また、１８０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流（ｉ）が所定値未満になった（ｉ＜ｉ２またはｉ＜ｉ１）ときには、上記回転速度演算手段により演算された回転速度（ω）が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内（ω＜ω１またはω＜ω２）にあることを条件として、上記最適化制御部が駆動方式を１２０度通電方式に切り替える場合がある（請求項３）。

この場合、１８０度通電方式での電動モータの駆動時において、電動モータの負荷が小さいときには、電動モータの実際の回転速度が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になれば、最適化制御部が直ちに１２０度通電方式に切り替える。これにより、省エネルギを図ることができ、電動モータの効率を向上することができる。
また、上記パワーステアリング装置が、上記油圧ポンプの油圧力を受けて軸方向（Ｘ１）に移動する転舵軸（７）と、転舵軸の転舵位置を検出する転舵位置検出手段（１３）と、を備え、上記駆動方式切替部が、転舵位置検出手段によって検出された転舵位置が、転舵軸のストロークエンドを含む所定範囲内にあるときに、上記最適化制御部による処理を禁止する最適化制御禁止部（３８３）を含む場合がある（請求項４）。

この構成では、転舵位置が転舵軸のストロークエンドを含む所定範囲内にあることを検出した場合には、最適化制御禁止部が最適化制御部の処理を禁止する。したがって、転舵軸がストロークエンドに達しているか脱輪等により、それ以上移動できない状態になっているにもかかわらず、電動モータが１８０度通電方式に切り替えられて無駄にエネルギが浪費されるようなことがない。これにより、省エネルギを図ることができる。なお、最適化制御部による処理の禁止により、通常制御部による処理が実行されることになる。

また、上記パワーステアリング装置が、上記油圧ポンプの油圧力を受けて軸方向に移動する転舵軸を備え、上記駆動方式切替部が、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流が所定値以上にある状態が所定時間以上継続したときに、上記最適化制御部による処理を禁止する最適化制御禁止部（３８４）を含む場合がある（請求項５）。
この構成では、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流が所定値以上にある状態が所定時間以上継続した場合には、転舵軸がストロークエンド付近にあると判断し、最適化制御禁止部が最適化制御部の処理を禁止する。したがって、転舵軸がストロークエンドに達しているか脱輪等により、それ以上移動できない状態になっているにもかかわらず、電動モータが１８０度通電方式に切り替えられて無駄にエネルギが浪費されるようなことがない。これにより、省エネルギを図ることができる。なお、最適化制御部による処理の禁止により、通常制御部による処理が実行されることになる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 電動モータおよびＥＣＵの概略図である。 （ａ）は本実施の形態において、回転速度演算部により演算された回転速度、電流検出回路により検出された電流、および駆動方式の変化を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は比較形態における、回転速度および駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。 本発明の別の実施の形態における電動モータおよびＥＣＵの概略図である。 大電流域、中電流域および小電流域にそれぞれ従う制御の切り替えにヒステリシスを付加する例を説明するための図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構２に関連して設けられ、このステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。
ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作される操作部材としてのステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に油圧制御弁１４を介して連結されピニオンギヤ６を持つピニオンシャフト５と、ピニオンギヤ６に噛合するラックギヤ部７ａを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。

ラック軸７の両端にはタイロッド８がそれぞれ連結されており、このタイロッド８は、それぞれ、左右の転舵輪９，１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２回りに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転が、ピニオンギヤ６およびラックギヤ部７ａによって、ラック軸７の軸方向Ｘ１に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回動に変換され、これにより、左右の転舵輪９，１０の転舵が達成される。

油圧制御弁１４は、ロータリバルブであり、ステアリングシャフト４に接続されたスリーブ弁体（図示せず）と、ピニオンシャフト５に接続されたシャフト弁体（図示せず）と、両弁体を連結するトーションバー（図示せず）とからなる。トーションバーは、ステアリングホイール３に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じ、このトーションバーのねじれの方向および大きさに応じて油圧制御弁１４の開度が変化する。

この油圧制御弁１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与えるパワーシリンダ１５に接続されている。パワーシリンダ１５は、ラック軸７に一体に設けられたピストン１６と、このピストン１６によって区画された一対のシリンダ室１７，１８とを有しており、シリンダ室１７，１８は、それぞれ、対応する油路１９，２０を介して、油圧制御弁１４に接続されている。

油圧制御弁１４は、さらに、リザーバタンク２１および操舵補助力発生用の油圧ポンプ２２を通る油循環路２３の途中部に介装されている。油圧ポンプ２２は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ２４によって駆動され、リザーバタンク２１に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御弁１４に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁１４から油循環路２３を介してリザーバタンク２１に帰還される。

電動モータ２４は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ２２を駆動するものである。具体的には、電動モータ２４は、その出力軸が油圧ポンプ２２の入力軸に連結されており、電動モータ２４の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２２の入力軸が回転して油圧ポンプ２２の駆動が達成される。
油圧制御弁１４は、トーションバーに一方方向のねじれが加わった場合には、油路１９，２０のうちの一方を介してパワーシリンダ１５のシリンダ室１７，１８のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク２１に戻す。また、トーションバーに他方方向のねじれが加えられた場合には、油路１９，２０のうちの他方を介してシリンダ室１７，１８のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク２１に戻す。

トーションバーにねじれがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ１５の両シリンダ室１７，１８は等圧に維持され、作動油は油循環路２３を循環する。操舵により油圧制御弁１４の両弁体が相対回転すると、パワーシリンダ１５のシリンダ室１７，１８のいずれかに作動油が供給され、ピストン１６が車幅方向に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用することになる。

電動モータ２４は三相ブラシレスモータからなる。その電動モータ２４の駆動は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）２５によって制御されるようになっている。ＥＣＵ２５は、電動モータ２４の駆動電力を生成する駆動回路２６と、駆動回路２６を制御するための制御部２７とを備えている。制御部２７は、ＣＰＵとこのＣＰＵの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。

ＥＣＵ２５の制御部２７には、操舵角検出手段としての操舵角センサ１３の出力信号と、上記駆動回路２６に設けられた消費電流検出手段としての電流検出回路２９の出力信号と、電動モータ２４のロータの回転位置を検出する回転位置センサ３０の出力信号とが、それぞれ与えられるようになっている。
操舵角センサ１３は、ステアリングホイール３の操舵角を検出するようステアリングシャフト４に取り付けられるものであり、出力信号を制御部２７に与える。操舵角センサ１３は、転舵軸としてのラック軸７の転舵位置を検出する転舵軸検出手段としても機能している。電流検出回路２９は、電動モータ２４を流れる電流値（消費電流値に相当）を検出するための回路である。制御部２７は、回転位置センサ３０から与えられた信号に基づいて、電動モータ２４の出力軸の回転速度（実回転速度）を演算する。

また、制御部２７には、車両の速度を検出する車速検出手段としての車速センサ３１の出力信号が与えられるようになっている。車速センサ３１は、車両の速度を直接的に検出するものであってもよいし、転舵輪９，１０に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車両の速度を計算により求めるものであってもよい。
ＥＣＵ２５は、操舵角センサ１３、電流検出回路２９、回転位置センサ３０および車速センサ３１から与えられる信号に基づいて、適切な操舵補助力がステアリング機構２に与えられるように電動モータ２４の駆動を制御する。

図２は、モータ制御装置としてのＥＣＵ２５の構成を示す概略図である。電動モータ２４は、Ｕ相界磁コイル２４Ｕ、Ｖ相界磁コイル２４ＶおよびＷ相界磁コイル２４Ｗを有するステータと、これらの界磁コイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗからの反発磁界を受ける永久磁石が固定されたロータとを備えている。このロータの回転位置が回転位置センサ３０によって検出されるようになっている。回転位置センサ３０は、ロータの回転位置を３０ｄｅｇ／３６０ｄｅｇ（＝１／１２）以上の分解能で検出可能なものであり、その検出信号は、制御部２７に入力されるようになっている。

駆動回路２６は、３相ブリッジインバータ回路であり、電動モータ２４のＵ相に対応した一対の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの直列回路と、Ｖ相に対応した一対の電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの直列回路と、Ｗ相に対応した一対の電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬとを、直流電源３２とアース３３との間に並列に接続して構成されている。電動モータ２４のＵ相界磁コイル２４Ｕは、電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの間の接続点に接続されており、Ｖ相界磁コイル２４Ｖは、電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの間の接続点に接続されており、Ｗ相界磁コイル２４Ｗは、電界効果トランジスタの直列回
路ＷＨ，ＷＬの間の接続点に接続されている。

直流電源３２と３相ブリッジインバータ回路とを連結する直流回路に、電動モータ２４の消費電流に相当する直流電流を検出する消費電流検出手段としての電流検出回路２９が配されている。電流検出回路２９の検出信号は、制御部２７に与えられるようになっている。
制御部２７は、そのマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、電動モータ２４の目標回転速度ω^＊を設定する目標回転速度設定部３４と、回転位置センサ３０の検出信号に基づいて、電動モータ２４の回転速度（実回転速度）ωを演算する回転速度演算手段としての回転速度演算部３５と、電動モータ２４を１２０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１２０度通電演算部３６と、電動モータ２４を１８０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１８０度通電演算部３７と、電動モータ２４の駆動方式を１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替える駆動方式切替手段としての駆動方式切替部３８と、１２０度通電演算部３６または１８０度通電演算部３７の演算結果に基づいて、目標回転速度ω^＊を達成するために駆動回路２６の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに与えるべき駆動信号を生成する駆動信号生成部３９の各機能を実現する。

目標回転速度設定部３４は、ステアリングホイール３の操舵角速度および車速センサ３１により検出された車速に基づいて、電動モータ２４の目標回転速度ω^＊を設定するものであってもよい。なお、操舵角速度は、操舵角センサ１３の出力値を時間で微分することによって演算される。
駆動方式切替部３８は、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωに基づいて駆動方式を切り替える通常制御部３８１と、通常制御部３８１による切替に拘らず、電流検出回路２９により演算された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）に基づいて最適な通電方式に駆動方式を切り替える最適化制御部３８２と、所定の禁止条件が満足されたときに最適化制御部３８２による制御処理を禁止する最適化制御禁止部３８３とを含んでいる。

駆動信号生成部３９は、たとえば、駆動回路２６の電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対して、電気角で１２０度または１８０度に相当する期間だけ順にオン状態とする信号を与える一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに対しては、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスからなる駆動信号を与えるようになっている。
１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、駆動信号生成部３９から電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えられるＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）は、１２０度通電演算部３６によって演算される。すなわち、１２０度通電演算部３６は、１２０度通電方式による電動モータ２４の駆動時に、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度ω^＊に応じたＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部３６１を有している。デューティ設定部３６１は、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度ω^＊と回転速度演算部３５が演算した回転速度ωとの偏差に基づいて、ＰＩ（Proportional-Integral ：比例積分）制御演算を行い、電動モータ２４に印加すべき制御電圧値を求め、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。

そして、駆動信号生成部３９は、１２０度通電演算部３６から与えられたＰＷＭデューティおよび回転位置センサ３０によって検出されるロータの回転位置に基づいて、１２０度通電方式に従う駆動信号を生成する。電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対しては、電気角で１２０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１２０度ずつ位相をずらして与える。その一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬには、１２０度通電演算部３６が設定したＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与える。これにより、そのＰＷＭデューティに応じた駆動電圧が駆動回路２６から電動モータ２４に印加され、電動モータ２４が目標回転速度設定部３４によって設定された目標回転速度ω^＊で駆動される。

一方、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、駆動信号生成部３９から電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えられるＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）は、１８０度通電演算部３７によって演算される。すなわち、１８０度通電演算部３７は、１８０度通電方式による電動モータ２４の駆動時に、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度ω^＊に応じたＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部３７１を有している。デューティ設定部３７１は、目標回転速度設定部３４が設定した目標回転速度ω^＊と回転速度演算部３５が演算した回転速度ωとの偏差に基づいて、ＰＩ（Proportional-Integral ：比例積分）制御演算を行い、電動モータ２４に印加すべき制御電圧値を求め、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。

そして、駆動信号生成部３９は、１８０度通電演算部３７から与えられたＰＷＭデューティおよび回転位置センサ３０によって検出されるロータの回転位置に基づいて、１８０度通電方式に従う駆動信号を生成する。電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対しては、電気角で１８０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１８０度ずつ位相をずらして与える。その一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬには、１８０度通電演算部３７が設定したＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与える。これにより、そのＰＷＭデューティに応じた駆動電圧が駆動回路２６から電動モータ２４に印加され、電動モータ２４が目標回転速度設定部３４によって設定された目標回転速度ω^＊で駆動される。

次いで、駆動方式切替部３８が、１２０度通電方式および１８０度通電方式に駆動方式を切り替える動作について図３を参照して説明する。
駆動方式切替部３８の通常制御部３８１は、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωに基づいて、駆動方式を切り替える。具体的には、通常制御部３８１は、下記の通常制御Ａと通常制御Ｂを実行する。
（１）通常制御Ａ
通常制御部３８１は、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが第１閾値ω１以上の高速域（ω１≦ω）になった時点（すなわち、上記回転速度ωが増加して第１閾値ω１に達した時点）で、駆動方式を１８０通電方式に切り替える。
（２）通常制御Ｂ
また、通常制御部３８１は、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが、第１閾値ω１よりも低い第２閾値ω２未満の低速域（ω＜ω２）になった時点（すなわち、上記回転速度ωが減少して第２閾値ω２を下回った時点）で、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。

なお、上記回転速度ωが第１閾値ω１以上である領域が、高速域であり、１８０度通電方式でないと駆動できない領域である。また、上記回転速度ωが第２閾値ω２未満である領域が、低速域であり、１２０度通電方式でも十分に駆動できる領域である。
また、上記回転速度ωが第２閾値ω２以上第１閾値ω１未満である領域が、中速域である。上記中速域は、電動モータ２４の負荷が大きい（すなわち、検出された電流ｉが後述する大電流域にある）場合には、１８０度通電方式でないと駆動できないが、電動モータ２４の負荷が小さい（すなわち、検出された電流ｉが後述する中電流域、または後述する小電流域にある）場合には、１２０度通電方式で駆動可能である中間領域である。

駆動方式切替部３８の最適化制御部３８２は、下記の最適化制御Ａ、最適化制御Ｂおよび最適化制御Ｃを実行する。
（１）最適化制御Ａ
最適化制御部３８２は、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、電流検出回路２９により検出された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）が第１閾値ｉ１以上の大電流域（ｉ１≦ｉ）になった時点（すなわち、上記電流ｉが増加して第１閾値ｉ１に達した時点。後述する図３（ａ）のタイミングチャートのタイミングｔ１，ｔ３およびｔ５に相当）で、駆動方式を１８０通電方式に強制的に切り替える。つまり、最適化制御Ａは、大電流域（ｉ１≦ｉ）において、通常制御に介入する。

このときの切替条件は、操舵角の増大する方向に操舵を行う、いわゆる切り操舵のときに適合する条件である。切り操舵のときは、電動モータ２４の負荷が大きく増大するが、この負荷の増大に素早く対応して１８０度通電方式に切り替えることができる。したがって、ステアリングホイール３を素早く切り操舵したときに、運転者が、操舵トルクの不足を感じることがない。換言すると、切り操舵に要する時間全体に占める、１８０度通電方式での駆動時間の割合を高くすることにより、操舵トルクの不足を解消することができる。

なお、タイミングｔ１，ｔ３は悪路等で操舵角速度が小さく、従って、モータ回転速度が低速に制御されているにもかかわらず、電動モータ２４の負荷が大きい状況である。
（２）最適化制御Ｂ
また、最適化制御部３８２は、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、電流検出回路２９により検出された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）が減少して第２閾値ｉ２未満の小電流域（ｉ＜ｉ２）になったときは、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが高速域にないこと（ω＜ω１）を条件として、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える（後述する図３（ａ）のタイミングチャートのタイミングｔ４に相当）。つまり、最適化制御Ｂは、小電流域（ｉ＜ｉ２）において、回転速度ωが高速域でない（ω＜ω１）ときに、通常制御に介入する。
（３）最適化制御Ｃ
また、最適化制御部３８２は、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、電流検出回路２９により検出された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）が減少して第１閾値ｉ１未満の中電流域（ｉ＜ｉ１）になったときは、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが低速域にあること（ω＜ω２）を条件として、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える（後述する図３（ａ）のタイミングチャートのタイミングｔ２に相当）で、駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。

操舵角の減少する方向に操舵を行う、いわゆる戻り操舵のときは、電動モータ２４の負荷が格段に小さい（ｉ＜ｉ１）。この場合には、最適化制御Ｂ，Ｃにより、１８０度通電方式での駆動中に、上記回転速度ωが第１閾値ω１（ｉ＜ｉ２のとき）または第２閾値ω２（ｉ＜ｉ１のとき）を下回って１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になった時点で、直ちに１２０度通電方式に切り替えられる。とくに、最適化制御Ｂにより、回転速度ωが中速域（ω２＜ω＜ω１）であっても、電流ｉが小電流域であれば、強制的に１２０度通電方式とされる。これにより、省エネルギを図ることができる。換言すると、戻り操舵に要する時間全体に占める、１８０度通電方式での駆動時間の割合を低くすることにより、省エネルギを達成することができる。

最適化制御禁止部３８３は、操舵角センサ１３によって検出された転舵位置が、ラック軸７のストロークエンドを含む所定範囲内にあるという禁止条件が満足されたときに、最適化制御部３８２による制御処理を禁止する。
下記の表１は、通常制御部３８および最適化制御部３８２を含む駆動方式切替部３８全体としての制御ロジックを示すものである。

表１に示すように、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが、高速域（ω１≦ω）、中速域（ω２≦ω＜ω１）および低速域（ω＜ω２）の３つのレベルで判定される。また、電流検出回路２９により検出された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）が、大電流域（ｉ１≦ｉ）、中電流域（ｉ２≦ｉ＜ｉ１）および小電流域（ｉ＜ｉ２）の３つのレベルで判定される。

上記回転速度ωが高速域にあること、および上記電流ｉが大電流域にあることの少なくとも一方が満たされた場合には、１８０度通電方式で駆動される。また、上記電流ｉが小電流域にあって、且つ上記回転速度ωが中速域または低速域にあるときは、１２０度通電方式で駆動される。
また、電流検出回路２９により検出された電流ｉが中電流域にあり、且つ回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが中速域にあるときは、それまで実行していた通電方式を継続する。これは、最適化制御部３８２の制御において、上記電流ｉの増加時と減少時とで、駆動方式の切替のための閾値ω１，ω２を異ならせて、切替特性にヒステリシスを持たせていることによる。

そして、電流検出回路２９により検出された電流ｉが中電流域にあり、且つ回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが低速域にあるときは、１２０度通電方式で電動モータ２４が駆動される。
つまり、中電流域（ｉ２≦ｉ＜ｉ１）においては、通常制御部３８１による通電方式切替制御に従う。そして、電動モータ２４の負荷が大きな大電流域（ｉ１≦ｉ）においては、最適化制御部３８２による最適化制御Ａに従って、強制的に１８０度通電方式となる。また、電動モータ２４の負荷が小さな小電流域（ｉ＜ｉ２）においては、高速域（ω≧ω１）では通常制御部３８１による通電方式切替制御に従い、中速域（ω２≦ω＜ω１）および低速域（ω＜ω２）では最適化制御部３８２による最適化制御Ｂに従って、強制的に１２０度通電方式となる。

図３（ａ）は本実施の形態において、回転速度演算部３５により演算された回転速度ω、電流検出回路２９により検出された電流ｉ、および駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。図３（ｂ）は、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態において、回転速度ωが本実施の形態の図３（ａ）の回転速度ωと同じ変化をするときの、駆動方式の変化を示すタイミングチャートである。

図３（ａ）を参照して、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、悪路等で緩やかな切り操舵が行われると、検出された電流ｉが増加して第１閾値ｉ１に達したタイミングｔ１で、回転速度ωが低速域（ω＜ω２）にあるに拘らず、１８０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａが寄与している。すなわち、回転速度ωが低速域にあっても、負荷が大きくなれば、ただちに１８０度通電方式に切り替えられ、トルク不足となることを抑制または防止している。

次いで、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが低下して第１閾値ｉ１を下回ったタイミングｔ２で、１２０度通電方式に切り替えられている。すなわち、回転速度ωが低速域（ω＜ω２）であるため、電流ｉが中電流域（ｉ２≦ｉ＜ｉ１）まで低下すると、ただちに１２０度通電方式に切り替えられ、省エネルギが図られている。この切り替えには、最適化切替部３８２による最適化制御Ｃが寄与している。

次いで、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが増加して第１閾値ｉ１に達したタイミングｔ３で、上記回転速度ωが中速域（ω２≦ω＜ω１）にあるに拘らず、１８０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａが寄与している。
タイミングｔ３での電流ｉおよび回転速度ωの増加は、切り操舵に伴うものである。この切り操舵のときに、電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応して、１８０度通電方式に切り替えることができる。したがって、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。

これに対して、比較形態である図３（ｂ）を参照して、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態では、回転速度ωが高速域に達しない限り、１８０度通電方式への切り替えが起こらない（通常制御Ａ）。そのため、比較形態では、切り操舵のときの電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応できないので、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じて操舵フィーリングが悪くなる。

図３（ａ）を参照して、その後、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが減少して第２閾値ｉ２を下回ったタイミングｔ４において、回転速度ωが中速域（ω２≦ω＜ω１）にあるに拘わらず、１２０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ｂが寄与している。すなわち、中速域であっても、負荷が小さければ（ｉ＜ｉ２）、回転速度ωの低下を待つことなく１２０度通電方式に切り替えられるので、省エネルギが図られる。

さらに、その後、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが増加して第１閾値ｉ１に達したタイミングｔ５で、回転速度ωが低速域（ω＜ω２）にあるに拘らず、１８０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２による最適化制御Ａが寄与している。
タイミングｔ５での電流ｉおよび回転速度ωの増加は、切り操舵に伴うものである。この切り操舵のときに、電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応して、１８０度通電方式に切り替えることができる。したがって、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じることがなく、操舵フィーリングを向上することができる。

これに対して、比較形態である図３（ｂ）を参照して、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態では、本実施の形態の図３（ａ）での上記タイミングｔ５から所定時間経過して、上記回転速度ωが第１閾値ω１に達したタイミングｔ６で、１８０度通電方式に切り替えられることになる（通常制御Ａ）。このため、比較形態では、切り操舵のときの電動モータ２４の負荷の増大に素早く対応できないので、切り操舵のときに運転者がトルク不足を感じて操舵フィーリングが悪くなる。

再び、本実施の形態の図３（ａ）を参照して、タイミングｔ７では、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが減少して第２の閾値ｉ２を下回るが、演算された回転速度ωが第１閾値ω１以上の高速域にあるため、最適化制御部３８２の最適化制御Ｂの条件を満足せず、最適化制御Ｂが介入しない。したがって、１２０度通電方式に切り替えられることがない。

次いで、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、検出された電流ｉが第２閾値ｉ２未満の小電流域にある期間に、演算された回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内（ω＜ω１。すなわち、中速域または低速域）になったタイミングｔ８で、１２０度通電方式に切り替えられている。この切り替えには、最適化制御部３８２の最適化制御Ｂが寄与している。タイミングｔ８での、上記電流ｉが小電流域にある状態での上記回転速度ωの減少は、戻り操舵に伴うものである。この戻り操舵のときに、回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になった時点で素早く１２０度通電方式に切り替えることができるので、省エネルギを図ることができる。

これに対して、比較形態である図３（ｂ）を参照して、通常制御部のみで駆動方式の切替を行う比較形態では、本実施の形態の図３（ａ）の上記タイミングｔ８から所定時間経過して、上記回転速度ωが第２閾値ω２を下回ったタイミングｔ９で、１２０度通電方式に切り替えられることになる（通常制御Ｂ）。このため、比較形態では、戻り操舵のときに１２０通電方式への切り替えが遅くなるので、省エネルギ上、好ましくない。

本実施の形態によれば、回転速度演算部３５により演算された回転速度ω（電動モータ２４の実際の回転速度）に基づく通常制御部３８１の切替に拘らず、電流検出回路２９により演算された電流ｉ（電動モータ２４の消費電流に相当）に基づいて、すなわち電動モータ２４の実際の負荷に基づいて、駆動方式を最適化するので、電動モータ２４の回転速度を目標回転速度に精度良く追従させて操舵フィーリングを向上することができ、また、電動モータ２４の効率を向上することができる。

また、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、電流検出回路２９により検出された電流ｉが第１閾値ｉ１以上になった（ｉ１≦ｉ）ときには、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωの大小に拘らず、上記したタイミングｔ１，ｔ３およびｔ５での切り替えのように、最適化制御部３８２が駆動方式を１８０度通電方式に切り替える。したがって、下記の利点がある。すなわち、１２０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、仮に、電動モータ２４の実際の回転速度ωが低い場合でも、電動モータ２４の負荷が大きいときには、最適化制御部３８２が１８０度通電方式に切り替えるので、電動モータ２４がトルク不足になることがない。その結果、電動モータ２４の回転速度の追従性を向上することができる。また、操舵フィーリングにおける、いわゆる「ひっかかり感」をなくして操舵フィーリングを向上することができる。

また、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時に、電流検出回路２９により検出された電流ｉが第１閾値ｉ１未満になった（ｉ＜ｉ１）ときには、回転速度演算部３５により演算された回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内（ｉ＜ｉ２ならω＜ω１、ｉ２≦ｉ＜ｉ１ならω＜ω２）にあることを条件として、上記したタイミングｔ８での切り替えのように、最適化制御部３８２が駆動方式を１２０度通電方式に切り替える。したがって、下記の利点がある。すなわち、１８０度通電方式での電動モータ２４の駆動時において、電動モータ２４の負荷が小さいときには、電動モータ２４の実際の回転速度ωが１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内になれば、最適化制御部３８２が直ちに１２０度通電方式に切り替える。これにより、省エネルギを図ることができ、電動モータ２４の効率を向上することができる。とくに、最適化制御Ｂにより、電流ｉが第２閾値ｉ２未満になると、回転速度ωが中速域（ω２≦ω＜１）であっても、１２０度通電方式に切り替えられるので、優れた省エネルギ効果を得ることができる。

また、操舵角センサ１３により検出された転舵位置がラック軸７のストロークエンドを含む所定範囲内にあることを検出した場合には、最適化制御禁止部３８３が、最適化制御部３８２による処理を禁止する。したがって、ラック軸７がストロークエンドに達して、それ以上移動できない状態になっているにもかかわらず、電動モータ２４が１８０度通電方式に切り替えられて無駄にエネルギが浪費されるようなことがない。これにより、省エネルギを図ることができる。

図４は本発明の別の実施の形態を示している。本実施の形態が図２の実施の形態と異なるのは、下記である。すなわち、図２の実施の形態では、駆動方式切替部３８の最適化制御禁止部３８３が、操舵角センサ１３により検出された転舵位置に基づいて、最適化制御部３８２の制御処理を禁止していた。これに対して、本実施の形態では、駆動方式切替部３８は、電流検出回路２９により検出された電流が所定値以上にある状態が所定時間以上継続したときに、最適化制御部３８２による処理を禁止する最適化制御禁止部３８４を有している。

本実施の形態では、最適化制御禁止部３８４は、電流検出回路２９により検出された電流ｉが所定値以上である状態が所定時間以上継続したときには、ラック軸７がストロークエンド付近にあるとともに、油圧ポンプ２２のリリーフバルブ（図示せず）が解放された状態であると判断し、最適化制御部３８２の処理を禁止する。本実施の形態においても、ラック軸７がストロークエンドに達して、それ以上移動できない状態になっているにもかかわらず、電動モータが１８０度通電方式に切り替えられて無駄にエネルギが浪費されるようなことがない。これにより、省エネルギを図ることができる。

以上、この発明の一実施の形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、大電流域と中電流域とを一つの閾値ｉ１により区別しているが、図５に示すように、２の閾値ｉ１１，ｉ１２（ｉ１１＞ｉ１２）を用いてもよい。より具体的には、中電流域に対応する制御（表１の中段）が実行されているときには、電流ｉが第１高閾値ｉ１１以上となることを大電流域に対応する制御（表１の上段）への切替条件とする。逆に、大電流域に対応する制御（表１の上段）が実行されているときには、電流ｉが第２高閾値ｉ１２未満となることを中電流域に対応する制御（表１の中段）への切替条件とする。同様に、前述の実施形態では、中電流域と小電流域とを一つの閾値ｉ２により区別しているが、図５に示すように、２つの閾値ｉ２１，ｉ２２（ｉ２１＞ｉ２２）を用いて判断してもよい。より具体的には、小電流域に対応する制御（表１の下段）が実行されているときには、電流ｉが第１低閾値ｉ２１以上となることを中電流域に対応する制御（表１の中段）への切替条件とする。逆に、中電流域に対応する制御（表１の中段）が実行されているときには、電流ｉが第２低閾値ｉ２２未満となることを小電流域に対応する制御（表１の下段）への切替条件とする。

このように、電流ｉに基づく駆動方式切替制御にヒステリシス特性を導入することによって、駆動方式が頻繁に切り換わるハンチングを抑制または防止できるので、操舵フィーリングを一層向上することができる。
その他、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、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。

１…パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、７…ラック軸（転舵軸）、Ｘ１…軸方向、１３…操舵角センサ（転舵位置検出手段）、２２…油圧ポンプ、２４…電動モータ、２５…ＥＣＵ（モータ制御装置）、２６…駆動回路、２７…制御部、２９…電流検出回路（消費電流検出手段）、３０…回転位置センサ、３４…目標回転速度設定部、３５…回転速度演算部（回転速度演算手段）、３６…１２０度通電演算部、３７…１８０度通電演算部、３６１，３７１…デューティ設定部、３８…駆動方式切替部（駆動方式切替手段）、３８１…通常制御部、３８２…最適化制御部、３８３，３８４…最適化制御禁止部、３９…駆動信号生成部、ｉ…電流、ｉ１…第１閾値（所定値）、ｉ２…第２閾値（所定値）、ω…回転速度、ω１…第１閾値、ω２…第２閾値

Claims (5)

1. 操舵補助力を発生する油圧ポンプを駆動するための電動モータと、
   駆動回路から電動モータへの駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置と、を備え、
   上記モータ制御装置は、電動モータの駆動方式を１２０度通電方式および１８０度通電方式に択一的に切り替える駆動方式切替手段と、
   電動モータの回転速度を演算する回転速度演算手段と、
   電動モータの消費電流を検出する消費電流検出手段と、を含み、
   上記駆動方式切替手段は、上記回転速度演算手段により演算された回転速度に基づいて駆動方式を切り替える通常制御部と、通常制御部による切替に拘らず上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流および上記回転速度演算手段により演算された上記回転速度に基づいて駆動方式を切り替える最適化制御部とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項１において、１２０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流が所定値以上になったときには、上記最適化制御部が駆動方式を１８０度通電方式に切り替えることを特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項１において、１８０度通電方式での電動モータの駆動時に、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流が所定値未満になったときには、上記回転速度演算手段により演算された回転速度が１２０度通電方式で駆動可能な回転速度の範囲内にあることを条件として、上記最適化制御部が駆動方式を１２０度通電方式に切り替えることを特徴とするパワーステアリング装置。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記油圧ポンプの油圧力を受けて軸方向に移動する転舵軸と、転舵軸の転舵位置を検出する転舵位置検出手段とを備え、
   上記駆動方式切替手段は、上記転舵位置検出手段により検出された転舵位置が転舵軸のストロークエンドを含む所定範囲内にあるときに、上記最適化制御部による処理を禁止する最適化制御禁止部を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
5. 請求項１から３の何れか１項において、上記油圧ポンプの油圧力を受けて軸方向に移動する転舵軸を備え、
   上記駆動方式切替手段は、上記消費電流検出手段により検出された上記消費電流が所定値以上にある状態が所定時間以上継続したときに、上記最適化制御部による処理を禁止する最適化制御禁止部を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。

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