JP6911714B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、操舵制御装置に関する。
従来、車両の操舵機構にモータのトルクをアシスト力として付与するEPS(電動パワーステアリング装置)が存在する。たとえば特許文献1に記載されるように、EPSの制御装置は、回転角センサを通じて検出されるモータの電気角を使用してモータの駆動を制御する。また、制御装置は回転角センサに何らかの異常が発生したとき、回転角センサの検出結果に基づく電気角に代えて、モータで発生する誘起電圧(逆起電圧)に基づき推定される推定電気角を使用してモータの駆動を制御する、いわゆる回転角センサレス制御を実行する。制御装置は、誘起電圧に基づき加算角度(1演算周期の間にモータが回転した電気角)を演算し、当該加算角度を積算することにより推定電気角を演算する。加算角度の正負は、たとえば操舵トルクの正負に基づき推定されるモータの回転方向によって決まる。
近年では、車両の安全性をより向上させるための様々な運転支援機能を実現するADAS(先進運転支援システム)の開発が進められている。ADASの一例としては、たとえば自動駐車システム、および車線逸脱防止支援システムなどが挙げられる。ADASの制御装置は、その時々の車両の状態に基づき最適な制御方法を求め、その求められる制御方法に応じてEPSの制御装置を含む各車載システムの制御装置に対して個別の制御を指令する。EPSの制御装置は、ADASの制御装置により生成される指令値に基づきモータの駆動を制御する。
特開2014−138530号公報
ところが、推定電気角に基づく回転角センサレス制御を実行している場合、ADASの制御装置からの指令値に基づく運転支援制御を実行することが困難となるおそれがある。すなわち、運転支援制御の内容によっては、運転者はステアリングホイールに対して手を添えるだけの状況が想定される。この場合、運転者による積極的なステアリングホイールの操作が行われないため、操舵トルクが検出されないおそれがある。また、モータが回転しないため誘起電圧が発生することもない。したがって、適切な推定電気角を演算することができないことが懸念される。
本発明の目的は、回転角センサレス制御の実行中であれ運転支援制御を実行することができる操舵制御装置を提供することにある。
上記目的を達成し得る操舵制御装置は、少なくとも操舵トルクに基づき車両の操舵機構に付与する動力の発生源であるモータに対する電流指令値を演算するとともに、前記モータに発生する誘起電圧に基づき前記モータの推定電気角を演算し、この演算される推定電気角を使用して前記モータに対する給電を制御することを前提としている。
操舵制御装置は、前記誘起電圧に基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第1の加算角度を演算する第1の推定電気角演算部と、前記操舵トルクに基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第2の加算角度を演算する第2の推定電気角演算部と、前記誘起電圧がしきい値電圧よりも大きいときには前記第1の加算角度を、前記誘起電圧が前記しきい値電圧以下であるときには前記第2の加算角度を選択する選択部と、前記選択部により選択される前記第1の加算角度または前記第2の加算角度を積算することにより前記推定電気角を演算する積算部と、を有している。
前記第2の推定電気角演算部は、上位制御装置によって前記電流指令値を変化させるために生成される指令値に基づく運転支援制御が実行されるとき、前記操舵トルクに基づく前記第2の加算角度に代えて、前記指令値に基づき演算される前記第2の加算角度を使用する。
運転支援制御の内容によっては、運転者はステアリングホイールに対して手を添えるだけの状況が想定される。この場合、運転者による積極的なステアリングホイールの操作が行われないため、操舵トルクが検出されないおそれがある。
この点、上記の構成によれば、モータに発生する誘起電圧がしきい値電圧以下である場合、上位制御装置からの指令値に基づく運転支援制御が実行されるとき、操舵トルクに基づく第2の加算角度に代えて、指令値に基づく第2の加算角度が使用される。このため、たとえば運転支援が行われることなどに起因して、操舵トルクが検出されない状況が発生した場合であれ、指令値に基づく第2の加算角度が積算されることによりモータの推定電気角が演算される。このため、当該演算される推定電気角に基づきモータの駆動を制御することができる。したがって、推定電気角に基づきモータが制御される、いわゆる回転角センサレス制御の実行中であれ運転支援制御を実行することができる。
上記の操舵制御装置において、前記第2の推定電気角演算部は、前記操舵トルクに基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第1のプレ加算角度を演算する第1の演算部と、前記指令値に基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第2のプレ加算角度を演算する第2の演算部と、前記指令値に基づく運転支援制御の実行判定条件が成立しないときには前記第1のプレ加算角度を、前記実行判定条件が成立するときには前記第2のプレ加算角度を前記第2の加算角度として選択するプレ選択部と、を有していることが好ましい。
この構成によれば、指令値に基づく運転支援制御の実行判定条件の成否に基づき、第1のプレ加算角度または第2のプレ加算角度が第2の加算角度として適切に選択される。
上記の操舵制御装置において、前記第2の推定電気角演算部は、前記操舵トルクと前記第1のプレ加算角度との関係を規定する第1のマップと、前記指令値と前記第2のプレ加算角度との関係を規定する第2のマップと、を有していてもよい。前記第2の推定電気角演算部は、前記第1のマップを使用して前記第1のプレ加算角度を、前記第2のマップを使用して前記第2のプレ加算角度を演算することができる。
上記の操舵制御装置において、前記モータに対する給電を制御するために使用する前記モータの電気角として、前記モータに設けられる回転角センサを通じて検出される電気角、および前記積算部により演算される推定電気角のいずれか一を選択する回転角選択部を有していてもよい。前記回転角選択部は、前記回転角センサの異常が検出されないときには前記回転角センサを通じて検出される電気角を、前記回転角センサの異常が検出されるときには前記積算部により演算される推定電気角を選択することが好ましい。
この構成によれば、回転角センサに異常が発生した場合であれ、推定電気角を使用してモータに対する給電を継続して制御することができる。
本発明によれば、回転角センサレス制御の実行中であれ運転支援制御を実行することができる。
操舵制御装置の一実施の形態が搭載される電動パワーステアリング装置の概略を示す構成図。 一実施の形態の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。 一実施の形態の操舵制御装置のマイクロコンピュータの機能ブロック図。 一実施の形態の操舵制御装置における回転角推定部の機能ブロック図。 一実施の形態の回転角推定部における第2推定電気角演算部の機能ブロック図。 一実施の形態の第2推定電気角演算部で使用される第1のマップを示すグラフ。 一実施の形態の第2推定電気角演算部で使用される第2のマップを示すグラフ。
以下、操舵制御装置の一実施の形態を説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、運転者のステアリングホイール10の操作に基づいて転舵輪15を転舵させる操舵機構2、および運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構3を備えている。また、電動パワーステアリング装置1には、操舵制御装置50が搭載されている。
操舵機構2は、ステアリングホイール10と、ステアリングホイール10と固定されたステアリングシャフト11とを備えている。ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール10と連結されたコラムシャフト11aと、コラムシャフト11aの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト11bと、インターミディエイトシャフト11bの下端部に連結されたピニオンシャフト11cとを有している。ピニオンシャフト11cの下端部は、ラックアンドピニオン機構13を介してラックシャフト12に連結されている。ラックシャフト12の両端には、タイロッド14を介して、左右の転舵輪15が連結されている。したがって、ステアリングホイール10、すなわちステアリングシャフト11の回転運動は、ピニオンシャフト11c及びラックシャフト12からなるラックアンドピニオン機構13を介してラックシャフト12の軸方向(図1の左右方向)の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト12の両端にそれぞれ連結されたタイロッド14を介して、左右の転舵輪15,15にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪15,15の転舵角θtが変更される。
アシスト機構3は、モータ40を備えている。モータ40は、操舵機構2に対して付与する動力(アシスト力)の発生源であって、たとえば3相(U,V,W)の駆動電力に基づき回転する3相ブラシレスモータが採用される。モータ40の回転軸41は、減速機構42を介してコラムシャフト11aに連結されている。減速機構42は、モータ40(回転軸41)の回転を減速し、当該減速したモータ40の回転力をコラムシャフト11aに伝達する。コラムシャフト11aに伝達される回転力は、ラックアンドピニオン機構13を介して、ラックシャフト12の軸方向の力に変換される。当該変換される力がアシスト力としてラックシャフト12に付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。
操舵制御装置50は、各種のセンサの検出結果に基づき、モータ40の駆動を制御する。各種のセンサとしては、例えば、トルクセンサ60、回転角センサ61、および車速センサ62がある。トルクセンサ60は、コラムシャフト11aに設けられている。トルクセンサ60は、運転者のステアリングの操作を通じてステアリングシャフト11に付与される操舵トルクTrqを検出する。回転角センサ61は、モータ40に設けられている。回転角センサ61は、モータ40の電気角(回転角)θmaを検出する。車速センサ62は、車両の走行速度である車速Vを検出する。
ここで、車両には、安全でより良い運転を実現するために運転者の運転操作を支援するADAS(先進運転支援システム)などの協調制御システムが搭載されることがある。この場合、車両においては、操舵制御装置50と他の車載システムの制御装置との協調制御が行われる。協調制御とは、複数種の車載システムの制御装置が互いに連携して車両の動きを制御する技術をいう。車両には、たとえば各種の車載システムの制御装置を統括制御する上位制御装置100が搭載される。上位制御装置100は、その時々の車両の状態に基づき最適な制御方法を求め、その求められる制御方法に応じて各種の車載制御装置に対して個別の制御を指令する。
上位制御装置100は、たとえば緊急回避制御、レーンキープアシスト制御あるいはパーキングアシスト制御などの運転支援制御を実行するための指令値S*を生成する。緊急回避制御とは、緊急時の回避操作を促すために操舵を補助する制御をいう。レーンキープアシスト制御とは、走行中の車両が車線を逸脱しそうなとき、運転者の操舵を補助することにより車両の車線に沿った走行を支援するための制御をいう。パーキングアシスト制御とは、車庫入れなどの駐車の際、運転者の操舵を補助するための制御をいう。操舵制御装置50は、上位制御装置100により生成される指令値S*を加味してモータ40を制御する。
指令値S*は、運転支援制御の内容によって異なる。たとえば、上位制御装置100は、レーンキープアシスト制御あるいはパーキングアシスト制御を実行するための指令値として、目標操舵角(角度指令値)を生成する。目標操舵角は、その時々の車両の走行状態に応じて、車両を車線に沿って走行させるため、あるいは所定の駐車位置に車両を駐車するために必要とされる操舵角の目標値である。操舵制御装置50では、目標操舵角に実際の操舵角θsを追従させる角度フィードバック制御の実行を通じて付加電流指令値が演算される。当該演算される付加電流指令値は、電流指令値演算部70により演算される電流指令値に付加される。
ちなみに、実際の操舵角θsについては、回転角センサ61を通じて検出されるモータ40の電気角θmaに基づき演算してもよい。モータ40は減速機構42を介してステアリングシャフト11に連結されているため、モータ40の電気角θmaと、ステアリングホイール10(ステアリングシャフト11)の回転角度である操舵角θsとの間には相関関係がある。このため、モータ40の電気角θmaに基づき操舵角θsを演算することが可能である。また、ステアリングシャフト11にステアリングセンサが設けられているのであれば、当該ステアリングセンサを通じて操舵角θsを検出するようにしてもよい。
また、上位制御装置100は、たとえば緊急回避制御を実行するための指令値として、付加トルク指令値あるいは付加電流指令値を演算する。付加トルク指令値は、モータトルクに対する要求であって、緊急回避のために必要とされるモータトルクを発生させるためのものである。付加トルク指令値は電流値に変換されたうえで、電流指令値演算部70により演算される電流指令値(Id*,Iq*)に付加される。付加電流指令値は、モータ電流に対する要求であって、電流指令値演算部70により演算される電流指令値に付加される電流の値である。
上位制御装置100は、定められた実行判定条件が成立するとき、運転支援制御を実行する。実行判定条件は、運転支援制御による支援内容によって異なるところ、たとえばレーンキープ制御の実行判定条件としては、つぎの条件(A)〜(C)がある。
(A)運転席などに設けられる図示しないスイッチの操作を通じてレーンキープ制御機能がオンされていること。スイッチはそのオンオフ状態を示す電気信号Sswを生成する。
(B)車速Vがレーンキープ制御機能の作動下限速度以上であること。たとえばレーンキープ制御機能が高速道路および自動車専用道路を対象としている場合、作動下限速度は一般道の法定速度よりも大きな値に設定される。
(C)操舵トルクTrqの値がしきい値未満(ただし、零ではない。)であること。しきい値は、運転者の積極的なステアリング操作を判定する観点に基づき設定される。レーンキープ制御が実行されている場合、操舵トルクTrqの値がしきい値以上であるとき、レーンキープ制御の実行は停止される。これは、運転者の意思によるステアリング操作を優先させるためである。
ちなみに、レーンキープ制御以外の他の運転支援制御の実行判定条件は支援内容によって異なるものの、これら実行判定条件においても条件(A)、すなわち「運転支援制御機能をオンオフするためのスイッチがオンされていること」を含むことが好ましい。
<操舵制御装置>
つぎに、操舵制御装置50の電気的な構成について説明する。
図2に示すように、操舵制御装置50は、マイコン(マイクロコンピュータ)51、および駆動回路52を備えている。マイコン51は、モータ40の駆動を制御するためのモータ制御信号を生成する。駆動回路52は、マイコン51により生成されるモータ制御信号に基づいてモータ40に電流を供給する。駆動回路52とモータ40との間は、給電線W1u〜W1wにより接続されている。給電線W1u〜W1wには、電流センサ53u,53v,53wが設けられている。マイコン51と駆動回路52との間は、信号線W2u,W2v,W2wにより接続されている。信号線W2u,W2v,W2wには電圧センサ54u,54v,54wが設けられている。電圧センサ54u〜54wは、モータ40における各相の端子電圧を分圧抵抗R1,R2を通じて分圧し、それら分圧値に応じた検出信号Su〜Swを生成する。
マイコン51は、トルクセンサ60、回転角センサ61、および車速センサ62の検出結果(Trq,θma,V)を取り込む。また、マイコン51は、電流センサ53u,53v,53wの検出結果(Iu,Iv,Iw)、および電圧センサ54u,54v,54wの検出結果(検出信号Su,Sv,Sw)を取り込む。マイコン51は、これら取り込まれる検出結果に基づき、モータ制御信号としてPWM駆動信号α1〜α6を生成する。PWM駆動信号α1〜α6は、駆動回路52をPWM(パルス幅変調)駆動させるための信号である。ただし、マイコン51は、上位制御装置100において運転支援制御を実行するための指令値S*が生成されるとき、当該指令値S*を加味してPWM駆動信号α1〜α6を生成する。
駆動回路52は、車載バッテリなどの直流電源(電源電圧「+Vcc」)からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ40に供給するPWM方式のインバータ回路である。駆動回路52は、直列に接続された2つのスイッチング素子を1組とする3組のスイッチングアームが互いに並列に接続されてなる。スイッチング素子T1,T2はU相に、スイッチング素子T3,T4はV相に、スイッチング素子T5,T6はW相に対応するスイッチングアームを構成する。また、スイッチング素子T1,T3,T5は電源側に、スイッチング素子T2,T4,T6はグランド側に設けられている。
スイッチング素子T1とスイッチング素子T2との中点Pu、スイッチング素子T3とスイッチング素子T4との中点Pv、およびスイッチング素子T5とスイッチング素子T6との中点Pwは、給電線W1u〜W1wを介してモータ40の各相のコイルに接続されている。マイコン51により生成されるPWM駆動信号α1〜α6に基づいてスイッチング素子T1〜T6のオンオフが切り替わることによって、直流電源から供給される直流電圧が三相(U相、V相、W相)の交流電圧に変換される。この変換される三相交流電圧が給電線W1u〜W1wを介してモータ40の各相のコイルに供給されることによりモータ40が駆動する。
<マイクロコンピュータ>
つぎに、マイコン51について詳細に説明する。
図3に示すように、マイコン51は、電流指令値演算部70および制御信号生成部71を有している。
電流指令値演算部70は、電流指令値を演算する。電流指令値は、モータ40に発生させるべきアシスト力に対応した電流量の目標値である。電流指令値演算部70は、車速V及び操舵トルクTrqをそれぞれ取り込む。電流指令値演算部70は、車速V及び操舵トルクTrqに基づいて、d/q座標系におけるq軸上の電流指令値であるq軸電流指令値Iq*、およびd/q座標系におけるd軸上の電流指令値であるd軸電流指令値Id*を演算する。電流指令値演算部70は、操舵トルクTrqの絶対値が大きいほど、また車速Vの値が小さいほど、より大きな絶対値となるq軸電流指令値Iq*を演算する。ただし、電流指令値演算部70は、上位制御装置100において指令値S*が生成されるとき、当該指令値S*を加味して電流指令値(Id*,Id*)を演算する。また本例において、電流指令値演算部70は、d軸電流指令値Id*を「0(零値)」に固定する。
制御信号生成部71は、電流指令値に対応するPWM駆動信号α1〜α6を生成する。制御信号生成部71は、電流指令値(Iq*,Id*)、各相の電流値Iu,Iv,Iw、および電気角θmaをそれぞれ取り込む。制御信号生成部71は、モータ40の実際の電流値(q軸電流値,d軸電流値)を電流指令値(Iq*,Id*)に追従させるべく、各相の電流値Iu,Iv,Iwおよび電気角θmaに基づく電流フィードバック制御の実行を通じてPWM駆動信号α1〜α6を生成する。
ちなみに、制御信号生成部71では、回転角センサ61を通じて検出される電気角θmaに代えて、後述する回転角推定部77により演算される推定電気角θmbが使用されることがある。
制御信号生成部71は、d/q変換部72、フィードバック制御部(以下「F/B制御部」という。)73、d/q逆変換部74、およびPWM変換部75を有している。
d/q変換部72は、各相の電流値Iu,Iw,Iw、および電気角θmaをそれぞれ取り込む。d/q変換部72は、電気角θmaに基づいて、各相の電流値Iu,Iv,Iwをd/q座標上に写像することによって、d/q座標系におけるモータ40の実際の電流値であるd軸電流値Idおよびq軸電流値Iqを演算する。
F/B制御部73は、d軸電流指令値Id*からd軸電流値Idを減算することによって得られるd軸電流偏差ΔId、およびq軸電流指令値Iq*からq軸電流値Iqを減算することによって得られるq軸電流偏差ΔIqをそれぞれ取り込む。F/B制御部73は、d軸電流値Idをd軸電流指令値Id*に追従させるべく、d軸電流偏差ΔIdに基づく電流フィードバック制御を実行することによって、d軸電圧指令値Vd*を演算する。また、F/B制御部73は、q軸電流値Iqをq軸電流指令値Iq*に追従させるべく、q軸電流偏差ΔIqに基づく電流フィードバック制御を実行することによって、q軸電圧指令値Vq*を演算する。
d/q逆変換部74は、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*、ならびに電気角θmaをそれぞれ取り込む。d/q逆変換部74は、電気角θmaに基づいて、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を三相の交流座標系上に写像することによって、三相の交流座標系における各相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を演算する。
PWM変換部75は、各相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をそれぞれ取り込む。PWM変換部75は、各相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をPWM変換することによって、PWM駆動信号α1〜α6を生成する。これらPWM駆動信号α1〜α6は、駆動回路52の対応するスイッチング素子T1〜T6のゲート端子に対してそれぞれ印加される。
ここで、何らかの原因によって回転角センサ61に異常が発生した場合、正しい電気角θmaが検出できないとき、モータ40を適切に制御することが困難となるおそれがある。そこで本例では、回転角センサ61に異常が発生した場合、バックアップ制御として、いわゆる回転角センサレス制御を実行する。すなわち、マイコン51は、モータ40に発生する誘起電圧(逆起電力)に基づいて電気角を推定し、この推定される電気角(以下、「推定電気角」という。)を使用してモータ40を継続して制御する。
図3に示すように、マイコン51は、回転角センサレス制御を実行するための構成として、端子電圧値演算部76、回転角推定部77、異常検出部78、回転角選択部79、および判定部90を有している。
判定部90は、運転支援制御の実行判定条件の成否を判定する。たとえばレーンキープ制御については、運転者がレーンキープ制御機能をオンオフするためのスイッチの状態を示す電気信号Ssw、車速Vおよび操舵トルクTrqに基づき、前述したレーンキープ制御の実行判定条件(A)〜(C)の成否を判定する。判定部90は、実行判定条件の成否の判定結果に基づきフラグFの値をセットする。判定部90は、実行判定条件が成立している旨判定されるとき、フラグFを「1」にセットする。また、判定部90は、実行判定条件が成立していない旨判定されるとき、フラグFを「0」にセットする。
端子電圧値演算部76は、電圧センサ54u,54v,54wの検出結果である検出信号Su,Sv,Swをそれぞれ取り込む。端子電圧値演算部76は、検出信号Su,Sv,Swに基づいて、モータ40における各相の端子電圧値Vu,Vv,Vwを演算する。
回転角推定部77は、各相の端子電圧値Vu,Vv,Vw、操舵トルクTrq、および各相の電流値Iu,Iv,Iwをそれぞれ取り込む。回転角推定部77は、各相の端子電圧値Vu,Vv,Vw、操舵トルクTrq、および各相の電流値Iu,Iv,Iwに基づいて、推定電気角θmbを演算する。
異常検出部78は、電気角θmaを取り込む。異常検出部78は、電気角θmaに基づいて回転角センサ61の異常を検出する。異常検出部78は、たとえば電気角θmaの今回値と前回値との差の絶対値が予め定められた許容範囲を逸脱する場合、回転角センサ61の異常を検出する。許容範囲は、マイコン51の制御周期あるいは回転角センサ61の検出公差を考慮して設定される。異常検出部78は、検出結果に基づき異常検出信号Seを生成する。異常検出信号Seは、回転角センサ61の異常の有無を示す情報を含む。
回転角選択部79は、回転角推定部77により演算される推定電気角θmb、異常検出部78により生成される異常検出信号Se、および電気角θmaをそれぞれ取り込む。回転角選択部79は、異常検出信号Seが回転角センサ61に異常が発生していない旨示すものであるとき、回転角センサ61の検出結果である電気角θmaをモータ制御用の電気角として選択する。これに対し、回転角選択部79は、異常検出信号Seが回転角センサ61に異常が発生している旨示すものであるとき、回転角推定部77により演算される推定電気角θmbをモータ制御用の電気角として選択する。
<回転角推定部>
つぎに、回転角推定部77について詳細に説明する。
図4に示すように、回転角推定部77は、相誘起電圧値演算部84、誘起電圧値演算部85、角速度演算部86、第1推定電気角演算部80、第2推定電気角演算部81、選択部としての切替部82、および積算部83を有している。
相誘起電圧値演算部84は、各相の電流値Iu,Iv,Iw、および各相の端子電圧値Vu,Vv,Vwをそれぞれ取り込む。相誘起電圧値演算部84は、各相の電流値Iu〜Iw、および各相の端子電圧値Vu,Vv,Vwに基づいて、三相交流座標系における各相の誘起電圧値eu,ev,ewを演算する。相誘起電圧値演算部84は、各相の誘起電圧値eu,ev,ewを演算するに際して、モータ40の各相のコイルの抵抗値を考慮してもよい。
誘起電圧値演算部85は、相誘起電圧値演算部84により演算される各相の誘起電圧値eu,ev,ew、および推定電気角θmbの前回値(1演算周期前に演算された値)をそれぞれ取り込む。誘起電圧値演算部85は、推定電気角θmbの前回値を使用して各相の誘起電圧値eu,ev,ewをd/q座標系上の2相のベクトル成分である誘起電圧値(ed,eq)に変換する。誘起電圧値演算部85は、2相の誘起電圧値(ed,eq)の2乗和の平方根を誘起電圧(絶対値)Eとして演算する。
角速度演算部86は、誘起電圧値演算部85により演算される誘起電圧値Eを取り込む。角速度演算部86は、誘起電圧値Eに基づいて、モータ40の電気角θmaの単位時間当たりの変化量であるモータ40の角速度の推定値である推定角速度ωeを演算する。誘起電圧値Eと推定角速度ωeとは、比例関係を有するため、誘起電圧値Eを定められた誘起電圧定数(逆起定数)で除算することにより推定角速度ωeが得られる。
なお、モータ40の電気角θmaと、ステアリングホイール10(ステアリングシャフト11)の回転角度である操舵角θsとの間には相関関係がある。このため、モータ40の角速度と、ステアリングホイール10の操舵角θsの単位時間当たりの変化量である操舵速度(ωs)との間にも相関関係がある。
第1推定電気角演算部80は、操舵トルクTrq、および角速度演算部86により演算される推定角速度ωeを取り込む。第1推定電気角演算部80は、推定角速度ωeに基づいて、1演算周期における推定電気角θmbの変化量である第1の加算角度Δθm1を演算する。第1推定電気角演算部80は、推定角速度ωeに対して制御周期を乗算することにより第1の加算角度Δθm1を演算する。ただし、第1推定電気角演算部80は、操舵トルクTrqの値の正負をモータ40の回転方向とみなして、第1の加算角度Δθm1の値の正負を設定する。
第2推定電気角演算部81は、操舵トルクTrqを取り込む。第2推定電気角演算部81は、操舵トルクTrqに基づいて、1演算周期における推定電気角θmbの変化量である第2の加算角度Δθm2を演算する。第2推定電気角演算部81は、操舵トルクTrqの値の正負に基づいて、第2の加算角度Δθm2の値の正負を設定する。なお、第2推定電気角演算部81については後に詳述する。
切替部82は、第1の加算角度Δθm1、第2の加算角度Δθm2、および誘起電圧値Eを取り込む。切替部82は、誘起電圧値Eとしきい値電圧(正値)との比較を通じて、積算部83へ供給する加算角度を第1の加算角度Δθm1と第2の加算角度Δθm2との間で切り替える。切替部82は、誘起電圧値Eがしきい値電圧値よりも大きいとき、第1の加算角度Δθm1を積算部83へ供給する。切替部82は、誘起電圧値Eがしきい値電圧以下であるとき、第2の加算角度Δθm2を積算部83へ供給する。
しきい値電圧は、誘起電圧値Eに基づき演算される推定電気角θmbの誤差が、製品仕様などに基づき要求される許容範囲内の値となるかどうか、換言すれば、製品仕様などに基づき要求される推定電気角θmbの演算精度が確保できるかどうかの観点に基づき設定される。
誘起電圧値Eとモータ40の角速度との間、ならびにモータ40の角速度と操舵速度との間には相関関係がある。このため、操舵速度が速いときほど、誘起電圧値Eはより大きな値となる。逆に、操舵速度が遅いときほど、誘起電圧値Eはより小さな値となる。したがって、操舵速度がより遅い状況であるとき、誘起電圧値Eはしきい値電圧以下の値となる。この状況下においては、各センサ(53u〜53w,54u〜54w)の検出値に含まれるノイズの影響が大きくなりやすいため、推定電気角θmbの演算精度を確保することが困難である。これに対して、モータ40の角速度、ひいては操舵速度がより速い状況であるとき、誘起電圧値Eはしきい値電圧よりも大きな値となる。この状況下においては、推定電気角θmbの演算精度を確保することができる。
積算部83は、切替部82から供給される第1の加算角度Δθm1または第2の加算角度Δθm2を取り込む。積算部83は、推定電気角θmbの前回値(1演算周期前の値)を記憶する記憶部83aを有している。積算部83は、記憶部83aに記憶されている推定電気角θmbの前回値に対して、第1の加算角度Δθm1または第2の加算角度Δθm2を積算することによって、推定電気角θmbを演算する。
したがって、回転角推定部77は、推定電気角θmbの演算精度を確保できる状況であるとき(誘起電圧値E>しきい値電圧)、誘起電圧値Eに基づいて推定電気角θmbを演算する。すなわち、回転角推定部77は、第1推定電気角演算部80により演算される第1の加算角度Δθm1を積算することによって推定電気角θmbを演算する。これに対し、回転角推定部77は、推定電気角θmbの演算精度を確保できない状況であるとき(誘起電圧値E≦しきい値電圧)、誘起電圧値Eに代えて、操舵トルクTrqに基づいて推定電気角θmbを演算する。すなわち、回転角推定部77は、第2推定電気角演算部81により演算される第2の加算角度Δθm2を積算することによって推定電気角θmbを演算する。
ここで、推定電気角θmbを使用してモータ40を制御する回転角センサレス制御が実行されている場合、上位制御装置100により生成される指令値S*に基づく運転支援制御を実行することが困難となる状況が考えられる。たとえば、運転支援制御の内容によっては、運転者はステアリングホイール10に対して手を添えるだけの状況が想定される。この場合、運転者による積極的なステアリングホイール10の操作が行われないため、操舵トルクTrqが検出されないおそれがある。また、モータ40が回転しないため誘起電圧が発生することもない。したがって、適切な推定電気角θmbを演算することができないことが懸念される。そこで、本例では第2推定電気角演算部81をつぎのように構成している。
<第2推定電気角演算部>
図5に示すように、第2推定電気角演算部81は、第1の演算部91、第2の演算部92、およびプレ選択部としての切替部93を有している。
第1の演算部91は、操舵トルクTrqに基づいて第1のプレ加算角度β1を演算する。第1の演算部91は第1のマップM1を有し、当該第1のマップM1を使用して第1のプレ加算角度β1を演算する。
図6のグラフに示すように、第1のマップM1は、横軸を操舵トルクTrq、縦軸を第1のプレ加算角度β1とするマップであって、操舵トルクTrqと第1のプレ加算角度β1との関係を規定する。第1のマップM1は、つぎのような特性を有する。すなわち、操舵トルクTrqの絶対値が第1のしきい値Trq1以上であるとき、第1のプレ加算角度β1の絶対値は、操舵トルクTrqの絶対値が増大するにつれて増加し、第2のしきい値Trq2(>Trq1)を境として一定値に維持される。第1のプレ加算角度β1の正負は、操舵トルクTrqの正負と一致する。操舵トルクTrqの絶対値の「0」近傍(より正確には、第1のしきい値Trq1未満)の領域には、第1のプレ加算角度β1の値を「0」とする不感帯が設けられている。
図5に示すように、第2の演算部92は、上位制御装置100により生成される指令値S*に基づいて第2のプレ加算角度β2を演算する。第2の演算部92は第2のマップM2を有し、当該第2のマップM2を使用して第2のプレ加算角度β2を演算する。
図7のグラフに示すように、第2のマップM2は、横軸を指令値S*、縦軸を第2のプレ加算角度β2とするマップであって、指令値S*と第2のプレ加算角度β2との関係を規定する。第2のマップM2は、つぎのような特性を有する。すなわち、指令値S*の絶対値がしきい値Sth以上であるとき、第2のプレ加算角度β2の絶対値は、指令値S*の絶対値が増大するにつれて増加する。第2のプレ加算角度β2の正負は、指令値S*の正負と一致する。指令値S*の絶対値の「0」近傍(より正確には、しきい値Sth未満)の領域には、第2のプレ加算角度β2の値を「0」とする不感帯が設けられている。
図5に示すように、切替部93は、データ入力として、第1の演算部91により演算される第1のプレ加算角度β1、および第2の演算部92により演算される第2のプレ加算角度β2を取り込む。また、切替部93は、制御入力として、判定部90によりセットされるフラグFの値を取り込む。切替部93は、フラグFの値に基づき、第2の加算角度Δθm2として積算部83へ供給する値を、第1のプレ加算角度β1と第2のプレ加算角度β2との間で切り替える。切替部93は、フラグFの値が「0」であるとき、第1のプレ加算角度β1を第2の加算角度Δθm2として切替部82へ供給する。切替部93は、フラグFの値が「1」であるとき(より正確には、フラグFの値が「0」ではないとき)、第2のプレ加算角度β2を第2の加算角度Δθm2として切替部82へ供給する。
<実施の形態の作用および効果>
したがって、本実施の形態によれば、以下の作用および効果を得ることができる。
(1)運転支援制御の内容によっては、運転者による積極的なステアリングホイール10の操作が行われないことなどに起因して、操舵トルクTrqが検出されないおそれがある。この点、本例では回転角センサレス制御の実行開始の当初において、誘起電圧値Eがしきい値電圧以下である場合、上位制御装置100からの指令値S*に基づく運転支援制御が実行されるとき、操舵トルクTrqに基づく第1のプレ加算角度β1に代えて、指令値S*に基づく第2のプレ加算角度β2が第2の加算角度Δθm2として使用される。このため、操舵トルクTrqが検出されない状況であれ、第2の加算角度Δθm2が積算されることにより推定電気角θmbが演算される。このため、当該演算される推定電気角θmbに基づき、モータ40の駆動を制御することができる。この後、誘起電圧値Eがしきい値電圧よりも大きくなったとき、第2の加算角度Δθm2に代えて、第1の加算角度Δθm1が積算されることにより推定電気角θmbが演算されるとともに、当該演算される推定電気角θmbに基づきモータ40の駆動が制御される。したがって、回転角センサレス制御が実行されている場合であれ、運転支援制御を実行することができる。
(2)第2推定電気角演算部81は、第1の演算部91、第2の演算部92およびプレ選択部としての切替部93を有している。第1の演算部91は、操舵トルクTrqに基づき第1のプレ加算角度β1を演算する。第2の演算部92は、指令値S*に基づき第2のプレ加算角度β2を演算する。切替部93は、指令値S*に基づく運転支援制御の実行判定条件が成立しないときには第1のプレ加算角度β1を、実行判定条件が成立するときには第2のプレ加算角度β2を第2の加算角度Δθm2として選択する。この構成によれば、運転支援制御の実行判定条件の成否に基づき、第1のプレ加算角度β1または第2のプレ加算角度β2が第2の加算角度Δθm2として適切に選択される。
(3)操舵制御装置50は、回転角選択部79を有している。回転角選択部79は、モータ40に対する給電を制御するために使用するモータ40の電気角として、モータ40に設けられる回転角センサ61を通じて検出される電気角θma、および積算部83により演算される推定電気角θmbのいずれか一を選択する。回転角選択部79は、回転角センサ61の異常が検出されないときには回転角センサ61を通じて検出される電気角θmaを、回転角センサ61の異常が検出されるときには積算部83により演算される推定電気角θmbを選択する。この構成によれば、回転角センサ61に異常が発生した場合であれ、推定電気角θmbを使用してモータ40に対する給電を継続して制御することができる。
(4)第2推定電気角演算部81は、操舵トルクTrqと第1のプレ加算角度β1との関係を規定する第1のマップM1と、指令値S*と第2のプレ加算角度β2との関係を規定する第2のマップM2と、を有している。第2推定電気角演算部81は、第1のマップM1を使用して第1のプレ加算角度β1を、第2のマップM2を使用して第2のプレ加算角度β2を簡単に演算することができる。
(5)第1のマップM1において、操舵トルクTrqの絶対値が第1のしきい値Trq1未満であるとき、第1のプレ加算角度β1の値は「0」に設定される。このような不感帯を設けることにより、操舵トルクTrqの値が「0」付近において正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象、すなわち第1のプレ加算角度β1の値が正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象の影響が抑えられる。このため、第1のプレ加算角度β1の演算精度を確保することができる。
(6)第2のマップM2において、指令値S*の絶対値がしきい値Sth未満であるとき、第2のプレ加算角度β2の値は「0」に設定される。このような不感帯を設けることにより、ノイズなどの影響に起因して、指令値S*の値が「0」付近において正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象、すなわち第2のプレ加算角度β2の値が正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象の影響が抑えられる。このため、第2のプレ加算角度β2の演算精度を確保することができる。
<他の実施の形態>
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第1のマップM1および第2のマップM2として、不感帯を割愛した構成を採用してもよい。
・本例では、回転角センサ61に異常が発生した場合のバックアップ制御として推定電気角θmbに基づきモータ40を制御する回転角センサレス制御を実行したが、バックアップ制御としてではなく、常時、回転角センサ61を使用せずにモータ40を制御するようにしてもよい。この場合、回転角センサ61を割愛してもよい。
・本例では、ステアリングシャフト11(コラムシャフト11a)にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に操舵制御装置50を適用したが、ラックシャフト12にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に操舵制御装置50を適用してもよい。この場合、トルクセンサ60をピニオンシャフト11cに設けてもよい。
<他の技術的思想>
つぎに、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)前記第1のマップおよび前記第2のマップには、零値を含む所定範囲において不感帯が設定されていること。
2…操舵機構、40…モータ、50…操舵制御装置、61…回転角センサ、79…回転角選択部、80…第1の推定電気角演算部、81…第2の推定電気角演算部、82…切替部(選択部)、83…積算部、91…第1の演算部、92…第2の演算部、93…切替部(プレ選択部)、Iq*…q軸電流指令値、Id*…d軸電流指令値、E…誘起電圧値、Trq…操舵トルク、M1…第1のマップ、M2…第2のマップ、β1…第1のプレ加算角度、β2…第2のプレ加算角度、θmb…推定電気角、Δθm1…第1の加算角度、Δθm2…第2の加算角度。

Claims (4)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づき車両の操舵機構に付与する動力の発生源であるモータに対する電流指令値を演算するとともに、前記モータに発生する誘起電圧に基づき前記モータの推定電気角を演算し、この演算される推定電気角を使用して前記モータに対する給電を制御する操舵制御装置において、
    前記誘起電圧に基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第1の加算角度を演算する第1の推定電気角演算部と、
    前記操舵トルクに基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第2の加算角度を演算する第2の推定電気角演算部と、
    前記誘起電圧がしきい値電圧よりも大きいときには前記第1の加算角度を、前記誘起電圧が前記しきい値電圧以下であるときには前記第2の加算角度を選択する選択部と、
    前記選択部により選択される前記第1の加算角度または前記第2の加算角度を積算することにより前記推定電気角を演算する積算部と、を有し、
    前記第2の推定電気角演算部は、上位制御装置によって前記電流指令値を変化させるために生成される指令値に基づく運転支援制御が実行されるとき、前記操舵トルクに基づく前記第2の加算角度に代えて、前記指令値に基づき演算される前記第2の加算角度を使用する操舵制御装置。
  2. 請求項1に記載の操舵制御装置において、
    前記第2の推定電気角演算部は、
    前記操舵トルクに基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第1のプレ加算角度を演算する第1の演算部と、
    前記指令値に基づき1演算周期における推定電気角の変化量である第2のプレ加算角度を演算する第2の演算部と、
    前記指令値に基づく運転支援制御の実行判定条件が成立しないときには前記第1のプレ加算角度を、前記実行判定条件が成立するときには前記第2のプレ加算角度を前記第2の加算角度として選択するプレ選択部と、を有している操舵制御装置。
  3. 請求項2に記載の操舵制御装置において、
    前記第2の推定電気角演算部は、
    前記操舵トルクと前記第1のプレ加算角度との関係を規定する第1のマップと、
    前記指令値と前記第2のプレ加算角度との関係を規定する第2のマップと、を有し、
    前記第2の推定電気角演算部は、前記第1のマップを使用して前記第1のプレ加算角度を、前記第2のマップを使用して前記第2のプレ加算角度を演算する操舵制御装置。
  4. 請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
    前記モータに対する給電を制御するために使用する前記モータの電気角として、前記モータに設けられる回転角センサを通じて検出される電気角、および前記積算部により演算される推定電気角のいずれか一を選択する回転角選択部を有し、
    前記回転角選択部は、前記回転角センサの異常が検出されないときには前記回転角センサを通じて検出される電気角を、前記回転角センサの異常が検出されるときには前記積算部により演算される推定電気角を選択する操舵制御装置。
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