JP2008006919A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 目標電流値と実電流値との偏差に基づいて電動モータの通電をフィードバック制御する電動パワーステアリング装置において、急激なハンドル操作に対しても良好な応答性を得る。
【解決手段】 比例積分制御部４１は、補正ｑ軸目標電流値Ｉｑ＊’からｑ軸実電流値Ｉｑを減算したｑ軸指令電流ΔＩｑに基づいてｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を計算する。比例積分制御部４２は、補正ｄ軸目標電流Ｉｄ＊からｄ軸実電流Ｉｄを減算したｄ軸指令電流ΔＩｄに基づいてｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を計算する。ＰＩゲイン演算部５０は、この比例積分制御部４１，４２における制御ゲイン（比例項ゲイン、積分項ゲイン）を、ｑ軸実電流Ｉｑ、ｄ軸実電流Ｉｄが大きくなるにしたがって小さい値になるように設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、操舵ハンドルに付与される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータに発生させるようにした車両の電動パワーステアリング装置はよく知られている。
例えば、特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、操舵ハンドルに加えられた操舵トルクと車速とに基づいて電動モータの目標電流値を設定し、この目標電流値と電流検出器により検出されるモータ電流値（実電流値）との偏差に基づいて、偏差が零になるように電動モータをフィードバック制御する。そして、フィードバック制御における制御ゲイン（比例ゲインおよび積分ゲイン）を、目標電流値に基づいて変更している。つまり、目標電流値が小さいほど比例ゲインおよび積分ゲインを大きく設定し、目標電流値が大きいほど比例ゲインおよび積分ゲインを小さく設定している。これにより、電動モータに小電流を流すべき場合の応答遅れを補償しようとしている。
特開２００１−１９１７

しかしながら、特許文献１のものでは、操舵ハンドルを急激に操舵操作した場合の応答性が悪い。つまり、操舵ハンドルの急激な操舵操作を行うと、操舵トルクの急増に伴って目標電流値が増大し、これに合わせて制御ゲインが小さく設定されてしまう。このため、目標電流値と実電流値との偏差が大きくなるにもかかわらず、小さく設定された制御ゲインに基づいて電動モータの電流がフィードバック制御されることとなり、電流値を早く増大させることができず、その結果、応答性が悪くなってしまう。従って、良好な操舵フィーリングが得られない。

本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、急な操舵操作に対しても応答性のよい電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシスト力を発生する電動モータと、上記操舵ハンドルの操舵操作に応じて、上記電動モータの作動を制御するための目標電流値を算出する目標電流値算出手段と、上記電動モータに流れる電流値を検出する実電流値検出手段と、上記目標電流値算出手段により算出された目標電流値に対して、上記実電流値検出手段により検出された電動モータに流れる電流値をフィードバックして上記電動モータの通電を制御するフィードバック制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値に基づいて、上記フィードバック制御手段によるフィードバック制御の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段を備えたことにある。

この場合、上記制御ゲイン変更手段は、上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が大きいほど上記制御ゲインを小さく設定する、あるいは、上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が所定電流値より大きいときには、その所定電流値以下のときに比べて上記制御ゲインを小さく設定するとよい。

上記のように構成した本発明によれば、フィードバック制御手段が目標電流値に対して電動モータに流れる実電流値をフィードバックして、つまり、目標電流値と実電流値との偏差が零になるように電動モータの通電を制御する。このとき、制御ゲイン変更手段は、電動モータに流れる電流値に基づいてフィードバック制御の制御ゲインを変更する。例えば、実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が大きいほど制御ゲインを小さくする。

これにより、急な操舵操作時においては、制御ゲインが急激に減らされることがなく、応答性を高めることができる。つまり、急な操舵操作時においては、目標電流値は瞬時に増大されるものの、実電流値は制御結果として増大するものであるため、この実電流値に基づいて設定される制御ゲインは、目標電流値の変化ほどは急激に減少しない。
従って、急操舵操作時には、目標電流値と実電流値との大きな偏差と大きな制御ゲインを用いてフィードバック制御できるため応答性が良好となる。そして、このフィードバック制御により実電流値が増大すると制御ゲインが低減されるため、今度は、実電流値が目標電流値に対してハンチングしてしまうことが抑制される。
また、電動モータに流れる実電流値が小さい状況下においては、制御ゲインが大きく設定されるため、この場合においても良好な応答性を得ることができる。
これらの結果、操舵フィーリングが向上する。

この制御ゲインの変更を行うにあたっては、例えば、実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が所定電流値より大きいときには、その所定電流値以下のときに比べて制御ゲインを小さく設定するようにしてもよい。この場合、制御ゲインを切り替える所定電流値を複数設定して制御ゲインを複数段に切替設定してもよい
尚、目標電流値算出手段により算出される目標電流値は、例えば、操舵ハンドルに働く操舵トルクを検出するトルク検出手段と、車速を検出する車速検出手段との少なくとも２つの検出値に基づいて算出するとよい。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す概略図である。

この車両の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。

ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５は、三相同期式永久磁石モータ（ブラシレスモータ）である交流モータによって構成されている。電動モータ１５の回転軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵をアシストする。
ボールねじ機構１６は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ１５の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。また、電動モータ１５をラックバー１４に組み付けるのに代えて、電動モータ１５をステアリングシャフト１２に組み付けて、電動モータ１５の回転を減速器を介してステアリングシャフト１２に伝達して同シャフト１２を軸線周りに駆動するように構成してもよい。

次に、電動モータ１５の作動を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵トルクセンサ２１、車速センサ２２および回転角センサ２３を備えている。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられていて、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクＴを検出する。操舵トルクＴは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時における操舵トルクの大きさをそれぞれ表す。
また、操舵トルクセンサ２１をステアリングシャフト１２に組み付けるのに代え、ラックバー１４に組み付けて、ラックバー１４の軸線方向の歪み量から操舵トルクＴをそれぞれ検出するようにしてもよい。車速センサ２２は、車速Ｖを検出して車速Ｖを表す検出信号を出力する。

回転角センサ２３は、電動モータ１５内に組み込まれたエンコーダにより構成されており、電動モータ１５の回転子の回転に応じてπ／２ずつ位相の異なる２相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を出力する。この回転角センサ２３からの検出信号は、電動モータ１５の回転角θおよび角速度ωの計算に利用される。一方、この電動モータ１５の回転角θは、操舵ハンドル１１の操舵角に比例するものであるので、本明細書では、この回転角θは、操舵ハンドル１１の操舵角としても共通に用いられる。

また、電動モータ１５の角速度ωは、操舵ハンドル１１の操舵角速度に比例するものであるので、本明細書では、この角速度ωは、操舵ハンドル１１の操舵角速度としても共通に用いられる。尚、この回転角センサ２３の検出出力を用いるのに代えて、ステアリングシャフト１２の回転角またはラックバー１４の軸線方向の位置を検出するセンサを用意し、前記センサによって検出された回転角および変位量を操舵ハンドル１１の操舵角として用いるとともに、それらの微分値を操舵ハンドル１１の操舵角速度としてそれぞれ用いるようにしてもよい。このようにして検出された操舵角θおよび操舵角速度ωも、正負の値により、操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵角および操舵角速度を表す。

これらの操舵トルクセンサ２１、車速センサ２２および回転角センサ２３は、電子制御ユニット３０に接続されている。電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするとともに、電動モータ１５の駆動制御回路も含む。
次に、この電子制御ユニット３０について詳細に説明する。図２は、プログラムの実行によって実現される前記マイクロコンピュータの機能を表す機能ブロックを含む電子制御ユニット３０の全体ブロック図である。
電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータ１５の回転を制御する。尚、これらのｑ軸およびｄ軸について、表現方法を換えると、ｄ軸が電動モータ１５の永久磁石による界磁方向であり、ｑ軸がそれに直交する方向である。

電子制御ユニット３０は、基本アシスト力演算部３１および補償値演算部３２を備えている。基本アシスト力演算部３１は、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じて図３の特性グラフに示すように変化する基本アシスト力Ｔａｓを記憶した基本アシスト力テーブルを有する。基本アシスト力演算部３１は、操舵トルクセンサ２１からの操舵トルクＴ及び車速センサ２２からの車速Ｖを入力して、基本アシスト力テーブルを参照することにより基本アシスト力Ｔａｓを計算する。この場合、基本アシスト力Ｔａｓは、操舵トルクＴの増加にしたがって増加するとともに車速Ｖの増加にしたがって減少する。

尚、図３の特性グラフは、正領域すなわち右方向の操舵トルクＴおよび基本アシスト力Ｔａｓの関係についてのみ示しているが、負領域すなわち左方向の操舵トルクＴおよび基本アシスト力Ｔａｓに関しては、前記図３の特性グラフを原点を中心に点対称の位置に移した関係になる。また、本実施形態では、基本アシスト力Ｔａｓを基本アシスト力テーブルを用いて計算するようにしたが、基本アシスト力テーブルに代えて操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じて変化する基本アシスト力Ｔａｓを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて基本アシスト力Ｔａｓを計算するようにしてもよい。

補償値演算部３２は、前記車速Ｖと共に、後述する電動モータ１５の回転角θ（操舵ハンドル１１の操舵角θに相当）および電動モータ１５の角速度ω（操舵ハンドル１１の操舵角速度ωに相当）を入力し、基本アシスト力Ｔａｓに対する補償値Ｔｒｔを計算する。すなわち、補償値演算部３２は、基本的には、操舵角θに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の基本位置への復帰力と、操舵角速度ωに比例して大きくなるステアリングシャフト１２の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクとの和を補償値Ｔｒｔとして計算する。また、前記補償値Ｔｒｔは、車速Ｖの増加に従って増加する。尚、他の各種センサからの信号も加えて、前記補償値Ｔｒｔを計算してもよい。

これらの計算された基本アシスト力Ｔａｓおよび補償値Ｔｒｔは演算部３３に入力される。演算部３３は、基本アシスト力Ｔａｓと補償値Ｔｒｔを加算し、加算結果を目標指令トルクＴ＊としてｑ軸目標電流演算部３４に供給する。ｑ軸目標電流演算部３４は、前記目標指令トルクＴ＊に比例したｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。このｑ軸目標電流Ｉｑ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｑ軸成分電流であり、電動モータ１５によって発生される回転トルクの大きさを制御するものである。

電子制御ユニット３０は、電動モータ１５の効率化および小型高出力化のための弱め界磁制御に関係した弱め界磁制御パラメータ演算部３５を備えている。弱め界磁制御パラメータ演算部３５は、詳しくは後述する電動モータ１５の角速度ω、電動モータ１５に対するｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’および電動モータ１５のｑ軸実電流Ｉｑを入力し、第１〜第３パラメータテーブルを参照して、前記角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じた第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算する。これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉは、ｄ軸目標電流演算部３６に供給される。ｄ軸目標電流演算部３６は、第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉに正の係数ｋを乗算して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊（＝ｋ・Ｃｗ・Ｃｑ・Ｃｉ）を計算する。このｄ軸目標電流Ｉｄ＊は、前記２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御におけるｄ軸成分電流であり、電動モータ１５の界磁を弱めるためのものである。

次に、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉについて説明しておく。第１パラメータテーブルは、図４の特性グラフに示すように、電動モータ１５の角速度ωが小さい部分では「０」を示し、角速度ωの大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第１パラメータＣｗを記憶している。言い換えれば、角速度ωが大きくなるに従って大きくなる値を示す第１パラメータＣｗを記憶している。したがって、この特性に従って決定される第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が大きな領域で弱め界磁電流を大きくすることを意味し、電動モータ１５を出力トルク重視の特性から回転速度重視の特性に変更する。また、この第１パラメータＣｗは、電動モータ１５の回転速度が遅いとき、すなわち操舵ハンドル１１の回動速度が遅いときに、無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第２パラメータテーブルは、図５の特性グラフに示すように、電動モータ１５のｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’が小さい部分では「０」を示し、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’の大きい部分ではほぼ一定の正の値を示す第２パラメータＣｑを記憶している。言い換えれば、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’が大きくなるに従って大きくなる値を示す第２パラメータＣｑを記憶している。このｑ軸指令電圧Ｖｑが大きいことは、詳しくは後述するｑ軸指令電流ΔＩｑが大きいこと、すなわちｑ軸目標電流Ｉｑ＊（補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’）と電動モータ１５の実ｑ軸電流Ｉｑとの偏差が大きいことを意味し、前記偏差が大きくなるに従って電動モータ１５の弱め界磁電流は大きくなる。これにより、第２パラメータＣｑは、車両走行中に操舵ハンドル１１をゆっくりかつ小さく回動操作した場合に、前記偏差が大きなときに弱め界磁制御を行って電動モータ１５の回転速度を上昇させ、前記偏差が小さなときには無駄な弱め界磁電流が流れることを防止する。

第３パラメータテーブルは、図６の特性グラフに示すように、ｑ軸実電流Ｉｑの小さい部分ではほぼ一定の正の値を示すとともにｑ軸実電流Ｉｑの大きい部分では「０」を示す第３パラメータＣｉを記憶している。言い換えれば、ｑ軸実電流Ｉｑが大きくなるに従って小さくなる値を示す第１パラメータＣｉを記憶している。この第３パラメータＣｉは、電動モータ１５の角速度ωが大きな状態で、操舵ハンドル１１をさらに速く回動操作した場合に、電動モータ１５による操舵アシスト力が減少制御されて、操舵ハンドル１１の操舵トルクが増加することを回避する。尚、本実施形態では、これらの第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを第１〜第３パラメータテーブルを用いて計算するようにしたが、これらのテーブルに代えて角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊’およびｑ軸実電流Ｉｑに応じて変化する第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉをそれぞれ定義した関数を用意しておき、同関数を用いて第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを計算するようにしてもよい。

前記計算されたｑ軸目標電流Ｉｑ＊およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊はｑ軸目標電流補正演算部３７に供給される。
ｑ軸目標電流補正演算部３７は、ｑ軸目標電流演算部３４からｑ軸目標電流Ｉｑ＊を入力し、ｄ軸目標電流演算部３６からｄ軸目標電流Ｉｄ＊を入力する。そして、ｑ軸目標電流補正演算部３７は、図７に示す補正係数テーブルを参照して、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊に対応した補正係数αを算出するとともに、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊をその補正係数αで除算することにより、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を補正した補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を計算して（Ｉｑ＊’＝Ｉｑ＊／α）、その計算結果である補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’を演算部３８に出力する。
この補正係数テーブルは、ｑ軸目標電流補正演算部３７に設けられており、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の増加に従って減少する正の補正係数αを記憶している。
これにより、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊が大きくなる従ってｑ軸目標電流Ｉｑ＊を大きくなる側に補正した値を示す。
尚、本実施形態では、補正係数αを補正係数テーブルを用いて計算するようにしたが、補正係数テーブルに代えてｄ軸目標電流Ｉｄ＊に応じて変化する補正係数αを定義した関数を用意しておき、同関数を用いて補正係数αを計算するようにしてもよい。

演算部３８は、補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’からｑ軸実電流Ｉｑを減算し、減算結果をｑ軸指令電流ΔＩｑとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４１に供給する。演算部３９はｄ軸目標電流Ｉｄ＊からｄ軸実電流Ｉｄを減算し、減算結果をｄ軸指令電流ΔＩｄとして比例積分制御部（ＰＩ制御部）４２に供給する。比例積分制御部４１および比例積分制御部４２は、ｑ軸指令電流ΔＩｑおよびｄ軸指令電流ΔＩｄに基づいて、ｑ軸実電流Ｉｑおよびｄ軸実電流Ｉｄが補正ｑ軸目標電流Ｉｑ＊’およびｄ軸目標電流Ｉｄ＊にそれぞれ追従するようにｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を計算する。例えば、比例積分制御部４１，４２は、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を下記比例積分演算式（１），（２）により計算する。

この比例積分制御部４１，４２が演算する上記演算式（１），（２）における制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄは、ＰＩゲイン演算部５０により設定される。このＰＩゲイン演算部５０は、電動モータ１５に流れる実電流値をあらわすｑ軸実電流Ｉｑとｄ軸実電流Ｉｄとを後述する３相／２相座標変換部５３から入力し、このｑ軸実電流Ｉｑとｄ軸実電流Ｉｄとに基づいて制御ゲインテーブルを参照することにより、制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを算出する。
図８から図１１は、ＰＩゲイン演算部５０が記憶する制御ゲインテーブルを表す。

制御ゲインＫｐｑは、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出するための演算式（１）の比例項の制御ゲインを表し、図８に示す制御ゲインテーブルによりｑ軸実電流Ｉｑに応じた値に設定される。本実施形態においては、制御ゲインＫｐｑは、ｑ軸実電流Ｉｑが大きくなるほど小さな値に設定される。
制御ゲインＫｉｑは、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出するための演算式（１）の積分項の制御ゲインを表し、図９に示す制御ゲインテーブルによりｑ軸実電流Ｉｑに応じた値に設定される。この制御ゲインＫｉｑは、制御ゲインＫｐｑと同様に、ｑ軸実電流Ｉｑが大きくなるほど小さな値に設定される。

また、制御ゲインＫｐｄは、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出するための演算式（２）の比例項の制御ゲインを表し、図１０に示す制御ゲインテーブルによりｄ軸実電流Ｉｄに応じた値に設定される。本実施形態においては、制御ゲインＫｐｄは、ｄ軸実電流Ｉｄが大きくなるほど小さな値に設定される。
制御ゲインＫｉｄは、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出するための演算式（２）の積分項の制御ゲインを表し、図１１に示す制御ゲインテーブルによりｄ軸実電流Ｉｄに応じた値に設定される。この制御ゲインＫｉｄは、制御ゲインＫｐｄと同様に、ｄ軸実電流Ｉｄが大きくなるほど小さな値に設定される。

尚、ｑ軸およびｄ軸における実電流Ｉｄ，Ｉｑと目標電流Ｉｑ＊’，Ｉｑ＊，Ｉｄ＊とは、正負の符号によりモータ１５の回転方向を特定した電流値をあらわすが、この制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを算出するに際しては、その大きさ（絶対値）に基づいて行われる。

尚、本実施形態では、制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを制御ゲインテーブルを用いて算出するようにしたが、こうした制御ゲインテーブルに代えて、ｑ軸実電流Ｉｑ、ｄ軸実電流Ｉｄに応じて変化する制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄの値を定義した関数を用意しておき、この関数を用いて制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを計算するようにしてもよい。

比例積分制御部４１および比例積分制御部４２により算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊は、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５により補正されてｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’として２相／３相座標変換部４６に供給される。非干渉補正値演算部４３は、ｑ軸実電流Ｉｑとｄ軸実電流Ｉｄと回転子の角速度ωとに基づいて、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊のための非干渉補正値−ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ω・Ｌa・Ｉｑを計算する。尚、前記インダクタンスＬa及び磁束φaは、予め決められた定数である。
演算部４４、４５は、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊から非干渉補正値−ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)，ω・Ｌa・Ｉｑをそれぞれ減算して、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’（＝Ｖｑ＊＋ω・(φa＋Ｌa・Ｉｄ)）およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’（＝Ｖｄ＊−ω・Ｌa・Ｉｑ）を算出する。

２相／３相座標変換部４６は、ｑ軸補正指令電圧Ｖｑ＊’およびｄ軸補正指令電圧Ｖｄ＊’を３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、同変換した３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ電圧発生部４７に供給する。ＰＷＭ電圧発生部４７は、３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号UU，VU，WUをインバータ回路４８に出力する。インバータ回路４８は、前記ＰＷＭ制御電圧信号UU，VU，WUに対応した３相の励磁電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生して、同励磁電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを３相の励磁電流路を介して電動モータ１５にそれぞれ供給する。

３相の励磁電流路のうちの２つには電流センサ５１，５２が設けられ、各電流センサ５１，５２は、電動モータ１５に対する３相の励磁電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの励磁電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相／２相座標変換部５３に出力する。この３相／２相座標変換部５３には、演算部５４にて前記実電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて計算された励磁電流Ｉｖも供給されている。３相／２相座標変換部５３は、これらの３相実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相実電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。この２相実電流値Ｉｄ，Ｉｑは、演算部３８，３９、ＰＩゲイン演算部５０、非干渉補正値演算部４３に供給される。また、２相実電流値Ｉｑは弱め界磁制御パラメータ演算部３５にも供給される。

また、回転角センサ２３からの２相パルス列信号及び零相パルス列信号は、所定のサンプリング周期で電気角変換部５５に連続的に供給されている。電気角変換部５５は、前記各パルス列信号に基づいて電動モータ１５における回転子の固定子に対する電気角を計算して、角速度変換部５６に供給する。角速度変換部５６は、前記電気角を微分して回転子の固定子に対する角速度を計算する。これらの電気角および角速度が電動モータ１５の回転角（操舵ハンドル１１の操舵角）θおよび角速度（操舵ハンドル１１の操舵角速度）ωに対応するもので、これらの回転角θおよび角速度ωは、前述した補償値演算部３２、弱め界磁制御パラメータ演算部３５、２相／３相座標変換部４６および３相／２相座標変換部５３などにも供給されて利用される。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、この回動操作は、ステアリングシャフト１２およびピニオンギヤ１３を介してラックバー１４に伝達されて、ラックバー１４の軸線方向の変位により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵される。これと同時に、操舵トルクセンサ２１はステアリングシャフト１２に付与される操舵トルクＴを検出し、電動モータ１５が電子制御ユニット３０によりサーボ制御されて前記操舵トルクＴに応じたアシストトルクでラックバー１４を駆動するので、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は電動モータ１５の駆動力によりアシストされながら操舵される。

この電子制御ユニット３０によるサーボ制御においては、基本アシスト力演算部３１、補償値演算部３２及び演算部３３が、前記検出操舵トルクＴ、車速Ｖ、電動モータ１５の回転角（操舵ハンドル１１の操舵角）θ及び電動モータ１５の角速度（操舵ハンドル１１の操舵角速度）ωに基づいて目標指令トルクＴ＊を計算するとともに、ｑ軸目標電流演算部３４がこの目標指令トルクＴ＊に基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。また、ｄ軸目標電流演算部３６が、弱め界磁制御パラメータ演算部３５にて電動モータ１５の角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑおよびｑ軸実電流Ｉｑに基づいて計算された第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉを用いて、ｄ軸目標電流Ｉｑ＊を計算する。

そして、演算部３８，３９、比例積分制御部４１，４２、２相／３相座標変換部４６、ＰＷＭ電圧発生部４７及びインバータ回路４８が、電流センサ５１，５２、３相／２相座標変換部５３及び演算部５４によってフィードバックされたｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑを用いて、電動モータ１５を制御する。この場合、ＰＩゲイン演算部５０は、ｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑに基づいて比例積分制御部４１，４２の制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを設定する。また、非干渉補正値演算部４３及び演算部４４，４５は、ｄ，ｑ軸間で干渉し合う速度起電力を打ち消すために比例積分制御部４１，４２からのｑ軸指令電圧Ｖｑ＊およびｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を補正する。

以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、最終的な目標電流Ｉｑ＊’，Ｉｄ＊と実電流Ｉｄ，Ｉｑとの偏差ΔＩｑ，ΔＩｄに基づいて比例積分制御部４１，４２により電動モータ１５の指令電圧Ｖｑ＊，Ｖｄ＊を算出するが、この比例積分演算に使われる制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，ＫｉｄをＰＩゲイン演算部５０により実電流Ｉｄ，Ｉｑが大きいほど小さい値になるように設定する。従って、操舵ハンドル１１を急激に回動操作したときの応答性が良好となる。

つまり、急激な操舵操作時においては操舵トルクＴの急増により目標電流Ｉｑ＊’，Ｉｄ＊は急に増大するものの、実電流Ｉｄ，Ｉｑは制御結果として増大するものであるため、この実電流Ｉｄ，Ｉｑの大きさに基づいて設定される制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄは急激には減少しない。従って、電動モータ１５は、目標電流Ｉｑ＊’，Ｉｄ＊と実電流Ｉｄ，Ｉｑとの大きな偏差ΔＩｑ，ΔＩｄと、大きな制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄとを用いてフィードバック制御されるため応答性が高い。

そして、このフィードバック制御により実電流Ｉｄ，Ｉｑが増大すると、それに応じてＰＩゲイン演算部５０により制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄが低減されるため、今度は、実電流Ｉｄ，Ｉｑの目標電流Ｉｑ＊’，Ｉｄ＊に対するオーバーシュートやこれに伴うダウンシュートが抑制され、ハンチングを防止することができる。また、ハンチング防止により、異音、振動の発生を防止することができる。
更に、電動モータ１５に流れる実電流Ｉｄ，Ｉｑが小さい状況においては、制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄが大きく設定されるため、応答性を向上させることができる。
これらの結果、運転者にとって良好な操舵フィーリングが得られる。

また、本実施形態においては、電動モータ１５の回転方向をｑ軸とするとともに回転方向と直交する方向をｄ軸とする２相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御によって電動モータ１５の回転が制御される。そして、このベクトル制御においては、ｄ軸目標電流演算部３６が弱め界磁制御パラメータ演算部３５にて計算された第１〜第３パラメータＣｗ，Ｃｑ，Ｃｉに基づいてｄ軸目標電流Ｉｄ＊を計算して、電動モータ１５のｄ軸電流を角速度ω、ｑ軸指令電圧Ｖｑおよびｑ軸実電流Ｉｑに応じて弱め界磁制御を行っている。したがって、電動モータ１５の効率化および小型高出力化が弱め界磁制御によって期待されるとともに、無駄な弱め界磁電流が流れることも回避される。

また、ｑ軸目標電流演算部３４にて計算されるｑ軸目標電流Ｉｑ＊は、ｑ軸目標電流補正演算部３７にて、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊に応じて補正される。このｑ軸目標電流Ｉｑ＊の補正においては、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊またはｄ軸実電流Ｉｄが大きくなる従ってｑ軸目標電流Ｉｑ＊を大きくなる側に補正される。したがって、上記実施形態によれば、電動モータ１５の効率化および小型高出力化のために電動モータの弱め界磁制御を行っても、電動モータ１５の出力トルクが確保されるので、操舵アシスト力が不足する事態を回避することができて、運転者の操舵フィーリングの悪化を避けることができる。

さらに、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態においては、電動モータ１５の電流フィードバック制御をＰＩ制御により行っているが、積分項を省略して比例項のみを使ったＰ制御や、微分項をも含めたＰＩＤ制御を採用してもよい。また、ＰＩ制御における制御ゲインの調整は、比例項の制御ゲインのみ、あるいは積分項の制御ゲインのみであってもよく、少なくとも１つの制御ゲインを調整するものであればよい。
また、本実施形態においては、トルクを発生するｑ軸電流だけでなく、ｄ軸電流についても制御ゲインを実電流に応じて変更したが、ｄ軸電流については、制御ゲインを変更しないものであってもよい。

更に、本実施形態においては、電動モータ１５に流れる電流値Ｉｑ，Ｉｄが大きいほど制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを小さな値に設定しているが、例えば、図１２あるいは図１３に示すように、実電流値Ｉｑ，Ｉｄが所定電流値より大きいときには、所定電流値以下のときに比べて制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを小さく設定するようにしてもよい。また、図１４あるいは図１５に示すように、制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを切り替える所定電流値を複数設定して、制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄを複数段に切替設定してもよい。

尚、本実施形態におけるｑ軸目標電流演算部３４、ｑ軸目標電流補正演算部３７、ｄ軸目標電流演算部３６が本発明の目標電流値算出手段に相当し、本実施形態における電流センサ５１，５２、演算部５４、３相／２相座標変換部５３が本発明の実電流値検出手段に相当し、本実施形態における演算部３８，３９、比例積分制御部４１，４２が本発明のフィードバック制御手段に相当し、本実施形態におけるＰＩゲイン演算部５０が本発明の制御ゲイン変更手段に相当する。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。 図１の電子制御ユニットの詳細を示すブロック図である。 操舵トルクと基本アシスト力との関係を示す特性グラフである。 電動モータの角速度と弱め界磁制御パラメータ中の第１パラメータＣｗとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸指令電圧と弱め界磁制御パラメータ中の第２パラメータＣｑとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸実電流と弱め界磁制御パラメータ中の第３パラメータＣｉとの関係を示す特性グラフである。 ｄ軸目標電流Ｉｄ＊と補正係数との関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸実電流Ｉｑと制御ゲインＫｐｑとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｑ軸実電流Ｉｑと制御ゲインＫｉｑとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｄ軸実電流Ｉｄと制御ゲインＫｐｄとの関係を示す特性グラフである。 電動モータのｄ軸実電流Ｉｄと制御ゲインＫｉｄとの関係を示す特性グラフである。 変形例としての電動モータのｑ軸実電流Ｉｑと制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑとの関係を示す特性グラフである。 変形例としての電動モータのｄ軸実電流Ｉｄと制御ゲインＫｐｄ，Ｋｉｄとの関係を示す特性グラフである。 他の変形例としての電動モータのｑ軸実電流Ｉｑと制御ゲインＫｐｑ，Ｋｉｑとの関係を示す特性グラフである。 他の変形例としての電動モータのｄ軸実電流Ｉｄと制御ゲインＫｐｄ，Ｋｉｄとの関係を示す特性グラフである。

符号の説明

１１…操舵ハンドル、１５… 電動モータ、２１…操舵トルクセンサ、２２…車速センサ、２３…回転角センサ、３０…電子制御ユニット、３１…基本アシスト力演算部、３４…ｑ軸目標電流演算部、３６…ｄ軸目標電流演算部、３７…ｑ軸目標電流補正演算部、３８，３９…演算部、４１，４２…比例積分制御部、インバータ４８、５０…ＰＩゲイン演算部、５１，５２…電流センサ、Ｋｐｑ，Ｋｉｑ，Ｋｐｄ，Ｋｉｄ…制御ゲイン、ＦＷ１，ＦＷ２…左右前輪（転舵輪）。

Claims (2)

1. 操舵ハンドルの操舵により転舵輪を転舵する転舵機構と、
   上記転舵機構に設けられ、上記操舵ハンドルの操舵操作に対して操舵アシスト力を発生する電動モータと、
   上記操舵ハンドルの操舵操作に応じて、上記電動モータの作動を制御するための目標電流値を算出する目標電流値算出手段と、
   上記電動モータに流れる電流値を検出する実電流値検出手段と、
   上記目標電流値算出手段により算出された目標電流値に対して、上記実電流値検出手段により検出された電動モータに流れる電流値をフィードバックして上記電動モータの通電を制御するフィードバック制御手段と
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値に基づいて、上記フィードバック制御手段によるフィードバック制御の制御ゲインを変更する制御ゲイン変更手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 上記制御ゲイン変更手段は、上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が大きいほど上記制御ゲインを小さく設定する、あるいは、上記実電流検出手段により検出された電動モータに流れる電流値が所定電流値より大きいときには、その所定電流値以下のときに比べて上記制御ゲインを小さく設定することを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング。
   

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