JP5104028B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールを操作したとき、ステアリングシャフトの発生する操舵トルクをトルクセンサで検出し、検出された操舵トルクに基づいて操舵補助力を発生するモータへ供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値を演算し、一方、実際にモータに流れるモータ電流を検出して電流指令値にフィードバックし、電流指令値とモータ電流検出値との偏差が零になるように制御されたモータ電流制御値で電動モータを駆動し、操舵トルクに対応した操舵補助力をステアリング系に供給するように構成されたものがある。

図４は、電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を説明する図である。ステアリングホイール１０１のコラム軸１０２は、減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４Ａ、１０４Ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に接続されている。コラム軸１０２にはステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１１０が設けられており、操舵補助力を供給するモータ１２０が減速ギア１０３を介してコラム軸１０２に連結されている。

電動パワーステアリング装置を制御する制御装置１３０には、バッテリ１０４からイグニッションキー１１１を経て電力が供給される。制御装置１３０には、イグニッションキーＯＮ信号と、検出された操舵トルクＴと、車速センサ１１２で検出された車速Ｖとが入力され、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づき、予め設定されたアシストテーブル或いは所定の演算式から電流指令値Ｉを算出し、算出された電流指令値Ｉに基づいてモータ電流を制御してモータ１２０を駆動する。

上記した一般的な電動パワーステアリング装置では、ステアリング機構の構造上の制約から操向車輪の転舵角度（以下、舵角という）には制限があり、操向車輪の転舵を行うステアリング機構にはラックの移動限界（ラックエンド）を越える移動を阻止するためのラックエンド機構が設けられている。

図５は、操向車輪の転舵を行うステアリング機構１４０のラックエンド機構を説明する断面図である。ステアリング機構１４０のギアハウジング１４２には、ステアリングホイール１０１に繋がるピニオンシャフト１４１が配置され、ピニオンシャフト１４１の先端に配置された図示されていないピニオンに噛合したラック１４３は、車幅方向に移動自在に配置されている。ラック１４３の左右端部には、ボールイジョイント１４４を介してタイロッド１０６が連結されている。ボールイジョイント１４４のラック１４３側の端部には緩衝部材１４５が配置され、緩衝部材１４５に対向するギアハウジング１４２の内面には、ラック１４３が移動限界に達した時、緩衝部材１４５が当接する停止部材１４６が配置されており、ラック１４３の車幅方向の移動が停止される。

以下の説明では、上記したラックの移動限界、及びラックの移動限界に設けられた停止部材１４６を、単にラックエンドと呼ぶ場合がある。そして、ステアリング機構のラックがラックエンドに当接した状態を一般には「端当て」と呼ばれている。

ステアリングホイールの舵角に対応して移動するラック位置がラックエンド付近にあるときに、ステアリングホイールに更に大きな操舵トルクが加わると、大きな操舵トルクに応答した大きな電流指令値によりモータが駆動され、大きな操舵補助力が操舵装置に加わるから、ラックがラックエンドに激しく衝突して大きな衝撃音を発生させたり、ラックエンドの構成部品に破損や変形を生じさせるおそれがある。

この対策として、電動パワーステアリング装置の制御装置に、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界近傍の所定の舵角を越えたか否かを判定し、操舵限界近傍の所定の舵角を越えた場合は操舵補助トルクを付与する電動モータの出力を制限する出力制限部を設けたもの（特許文献１参照）、このような構成において、操舵限界近傍の所定の舵角を、ステアリングホイールの負荷と操舵速度に基づいて決定するもの（特許文献２参照）、さらに、トルクリミッタにより機械的に端当て時の衝撃を低減するもの（特許文献３参照）などが提案されている。
特開２００１−２５３３５６号公報 特開２００１−３０９３３号公報 特開２０００−３３５４３１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示された構成では、舵角を検出するために高価な舵角センサ又は制御装置に舵角推定機能を備えることが必要となるし、特許文献２に開示された構成では操舵速度を検出する操舵速度センサを必要とし、特許文献３に開示された構成ではトルクリミッタを組み込む必要があり、いずれも新たな部材を必要とするから、製造コストを高めるという不都合がある。

この対策として、操舵補助トルクを付与する電動モータに供給されるモータ電流検出値の変化率と予め設定された閾値とを対比して、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界に達したか否かを判断し、操舵限界に達したと判断されたときは、電圧指令値又はデューテイ比を制限して端当て時の衝撃を低減する構成が考えられる。

図６は、図４に示す電動パワーステアリング装置の制御装置１３０に上記した制御機能を組み込んだ制御回路の構成の一例を示すブロック図である。以下、制御装置１３０の構成と動作を説明する。

電流指令値演算部１５１には、トルクセンサ１１０で検出された操舵トルクＴと、車速センサ１１２で検出された車速Ｖとが入力される。電流指令値演算部１５１は、入力された操舵トルクＴと車速Ｖに基づいて、予め設定されたアシストテーブルを参照し或いは所定の演算式に基づいて電流指令値Ｉを算出する。

電流指令値補償部１５３には、モータ角速度検出部１６６から出力されたモータ角速度情報が入力され、電流指令値Ｉの特性を補償する収斂性補償情報、電動モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等を出力する。

加算器１５２では、演算された電流指令値Ｉに、電流指令値補償部１５３から出力された収斂性補償情報、電動モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等が加算されて所要の補償が行なわれ、補償済みの電流指令値Ｉref がモータ制御部１５５に出力される。

モータ制御部１５５はモータ１２０に供給するモータ電流を制御するもので、複数の機能要素から構成される。まず、減算器１６１には、前記した加算器１５２から出力された電流指令値Ｉref に後述するモータ電流検出部１６５で検出されたモータ電流検出値ｉmがフィードバックされて入力され、電流指令値Ｉref とモータ電流検出値ｉm との偏差（Ｉref −ｉm ）が演算される。

演算された偏差（Ｉref −ｉm ）は、ＰＩ制御部１６２においてＰＩ（比例及び積分演算）処理されて操舵特性が改善された電圧制御値ＥV がデューテイ比演算制限部１６３に出力される。

デューテイ比演算制限部１６３では、入力された電圧制御値ＥV に基づいて電動モータを駆動するときのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄが決定され、決定されたデューテイ比Ｄでインバータ１６４の半導体素子が駆動され、電動モータ１２０が駆動される。電動モータ１２０に流れるモータ電流はモータ電流検出部１６５で検出され、前記した減算器１６１にフィードバックされるほか、後述する電流変化率検出部１６０に入力される。

デューテイ比演算制限部１６３におけるデューテイ比Ｄの決定は、以下のようにして行われる。

まず、デューテイ比演算制限部１６３の構成を説明する。デューテイ比演算制限部１６３は、電圧制御値ＥV に基づいてデューテイ比ＤVNを演算するデューテイ比演算部１６３ａと、演算されたデューテイ比ＤVNを所定値、例えば３％に制限された制限デューテイ比ＤVLを演算するリミッタ１６３ｂと、前記デューテイ比ＤVNとデューテイ比ＤVLと選択する選択スイッチ１６３ｃとから構成される。

そして、選択スイッチ１６３ｃは、後述する電流変化率検出部１６０から出力される選択信号ＳＬがＳＬ0 の場合はデューテイ比ＤVNを選択してインバータ回路１６４に出力し、選択信号ＳＬがＳＬ1 の場合は制限デューテイ比ＤVLを選択してインバータ１６４に出力する。

電流変化率検出部１６０は、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界近傍の所定の舵角を越えたか否か、即ち「端当て」状態に接近したか否かを判定するもので、電流変化率検出部１６０は微分回路１６０ａと選択信号出力部１６０ｂ、及び予め設定された所定の閾値Δｉm を格納した閾値メモリ１６０ｃとを備えている。

微分回路１６０ａでは、入力されたモータ電流検出値ｉm の微分値が演算される。そして、選択信号出力部１６０ｂにおいて、演算されたモータ電流検出値ｉm の微分値ｄｉmが、閾値メモリ１６０ｃに格納されている所定の閾値Δｉm を越えたか否かが判定され、微分値ｄｉm が閾値Δｉm を越えていない（ｄｉm ＜Δｉm ）ときは、選択信号ＳＬ0 が前記選択スイッチ１６３ｃに出力され、微分値ｄｉm が閾値Δｉm を越えている（ｄｉm＞Δｉm ）ときは、選択信号ＳＬ1 が前記選択スイッチ１６３ｃに出力される。

即ち、電流変化率検出部１６０では、微分回路１６０ａで演算されたモータ電流検出値の微分値ｄｉm からモータ電流検出値ｉm の変化率が急激に増加して所定の閾値Δｉm を越えたと判定されたときはステアリングホイールの操舵角が操舵限界に接近したものと判断し、それまで出力されていた選択信号ＳＬ0 を選択信号ＳＬ1 に切換える。

デューテイ比演算制限部１６３の選択スイッチ１６３ｃは、操舵角が操舵限界に接近していない状態では選択信号ＳＬ0 に基づいてデューテイ比ＤVNを選択し、インバータ１６４に出力していたが、操舵角が操舵限界に接近して選択信号ＳＬ1 が入力されると、選択信号ＳＬ1 に基づいてデューテイ比ＤVL（例えば３％に制限されたデューテイ比）を選択し、インバータ１６４に出力する。

即ち、モータ電流検出値ｉm の変化率を示す微分値ｄｉm が急激に増加して所定の閾値Δｉm を越えたと判定されたときは、操舵限界に達したと判断してデューテイ比を制限するから、端当て時の衝撃を低減することができる。

そして、この構成によれば、従来の制御装置のように、舵角センサや操舵速度センサ又はトルクリミッタなど新たな部材を必要としないから、製造コストを高めることがなく、従来の構成からは得られない利点がある。

しかしながら、モータ電流検出値ｉｍにはノイズが含まれているため、モータ電流検出値の変化率を求めるとき、ノイズの影響が大きくなり、前記した閾値Δｉm との対比や、閾値そのものの設定が困難となる。また、ノイズの影響を避けるためローパスフイルタを使用すると、モータ電流検出値の変化率の位相に遅れが生じ、操舵限界についての判断が遅くなるので、端当て時の衝撃を低減するための操舵補助トルクを期待どおりに制限することができない、という不都合のあることが分かった。この発明は上記した課題を解決することを目的とするものである。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出された操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを供給する電動モータと、前記電流指令値に基づいて演算されたパルス幅変調信号によって前記電動モータを駆動制御するモータ制御部とを備え、前記モータ制御部は、前記電流指令値の変化率を演算する電流指令値変化率演算部と、演算された電流指令値変化率が予め設定された所定の閾値を越えたとき操舵限界であると判定する操舵限界判定部を備え、操舵限界であると判定されたときは、前記パルス幅変調信号のデューテイ比を制限してステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

そして、前記モータ制御部の電流指令値変化率演算部は、前記電流指令値演算部から出力された電流指令値の微分値を演算する演算器を備え、前記操舵限界判定部は、前記電流指令値の微分値が予め設定された所定の閾値を越えたか否かを判定する操舵限界判定器を備えている。

また、前記モータ制御部は、更にパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力するほか、演算されたデューテイ比を制限した制限デューテイ比を出力するデューテイ比演算制限部を備える。

そして、前記デューテイ比演算制限部は、前記電流指令値に基づいてパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力し、前記操舵限界判定部により操舵限界であると判定されたときは演算されたデューテイ比を所定の比率で制限した制限デューテイ比を電動モータを駆動制御するパルス幅変調信号のデューテイ比として選択出力し、ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限する。

そして、前記モータ制御部の操舵限界判定部は、電流指令値と、モータ角速度と、モータ角速度の変化率が所定の条件を満たしたときは、操舵限界ではないと判定して演算されたデューテイ比を制限しない。

請求項６の発明は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、少なくとも前記操舵トルク検出部で検出された操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを供給する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータをパルス幅変調信号によって駆動制御するモータ制御部とを備え、前記モータ制御部は、前記電流指令値の位相進み値を演算する電流指令値位相進み値演算部と、演算された電流指令値位相進み値が予め設定された所定の閾値を越えたとき操舵限界であると判定する操舵限界判定部とを備え、操舵限界であると判定されたときは、前記パルス幅変調信号のデューテイ比を制限してステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

そして、前記モータ制御部の電流指令値位相進み値演算部は、１個以上の位相進み／遅れフィルタが直列に接続されたフィルタ回路を備え、前記操舵限界判定部はフィルタ回路の出力が予め設定された所定の閾値を越えたか否かを判定する操舵限界判定器を備えている。

また、前記モータ制御部は、更にパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力するほか、演算されたデューテイ比を制限した制限デューテイ比を出力するデューテイ比演算制限部を備える。

そして、前記デューテイ比演算制限部は、前記電流指令値に基づいてパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力し、前記操舵限界判定部により操舵限界であると判定されたときは演算されたデューテイ比を所定の比率で制限した制限デューテイ比を電動モータを駆動制御するパルス幅変調信号のデューテイ比として選択出力し、ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限する。

そして、前記モータ制御部の操舵限界判定部は、電流指令値と、モータ角速度と、モータ角速度の変化率が所定の条件を満たしたときは、操舵限界ではないと判定して演算されたデューテイ比を制限しない。

請求項１の発明では、モータ制御部は、電流指令値の変化率を演算する電流指令値変化率演算部と、演算された電流指令値変化率が予め設定された所定の閾値を越えたとき操舵限界であると判定する操舵限界判定部を備え、操舵限界であると判定されたときは、前記パルス幅変調信号のデューテイ比を制限してステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限する。

請求項１の発明では、電流指令値の変化率が予め設定された所定の閾値を越えたか否かにより操舵限界を判定するから、電流検出値を使用する場合のように、電流検出値に含まれるノイズの影響を受けることがなく、前記した閾値との対比や閾値そのものの設定も容易に行うことができる。

請求項６の発明では、モータ制御部は、前記電流指令値の位相進み値を演算する電流指令値位相進み値演算部と、演算された電流指令値位相進み値が予め設定された所定の閾値を越えたとき操舵限界であると判定する操舵限界判定部とを備え、操舵限界であると判定されたときは、前記パルス幅変調信号のデューテイ比を制限してステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限する。

請求項６の発明では、電流指令値の位相進み値が予め設定された所定の閾値を越えたか否かにより操舵限界を判定するから、電流検出値を使用する場合のように、電流検出値に含まれるノイズの影響を受けることがなく、前記した閾値との対比や閾値そのものの設定も容易に行うことができる。

また、端当て時の電流指令値の周波数成分の位相のみを進ませた位相進み値を使用するから、操舵限界の判定をより迅速に行うことができる。

以下、この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置について説明する。電動パワーステアリング装置の全体構成は先に図４を参照して説明した構成と変らないし、ステアリング機構のラックエンド機構についても先に図５を参照して説明した構成と変らないので、以下説明する第１及び第２の実施の形態の説明においては、電動パワーステアリング装置の全体構成は先に説明した図４及び図５をを援用して説明を省略し、制御装置の構成と機能について説明する。以下説明する第１の実施の形態では、図４における制御装置１３０を制御装置１０と読み替え、第２の実施の形態では制御装置１３０を制御装置５０と読み替えるものとする。また、図４のトルクセンサ１１０はトルクセンサ１１と、車速センサ１１２は車速センサ１２と、電動モータ１２０は電動モータ３０と読み替えるものとする。

この発明の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置は、発明の課題で説明した、モータ電流検出値の変化率に基づく操舵限界の検出においてモータ電流検出値に含まれるノイズの影響を回避するため、モータ電流検出値に代えてモータ電流指令値を使用する第１の実施の形態と、モータ電流検出値に代えてモータ電流指令値の位相進み値を使用する第２の実施の形態とがある。第１の実施の形態と第２の実施の形態には共通の機能ブロックがあるので、共通の機能ブロックには同一符号を付して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、この発明の第１の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置１０の構成と機能を説明するブロック図である。

電流指令値演算部１５には、トルクセンサ１１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とが入力される。電流指令値演算部１５は、入力された操舵トルクＴと車速Ｖに基づいて、予め設定されたアシストテーブルを参照し或いは所定の演算式に基づいて電流指令値Ｉを算出する。

電流指令値補償部１７にはモータ角速度検出部２８から出力されたモータ角速度情報が入力され、電流指令値Ｉの特性を補償する収斂性補償情報、モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等が出力される。

加算器１６では、演算された電流指令値Ｉに、電流指令値補償部１７から出力された収斂性補償情報、モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等が加算されて所要の補償が行なわれ、補償済みの電流指令値Ｉref がモータ制御部２０に出力される。

モータ制御部２０は電動モータ３０に供給するモータ電流を制御するもので、複数の機能要素から構成される。まず、減算器２１には、前記した加算器１６から出力された電流指令値Ｉref に後述するモータ電流検出部２７で検出されたモータ電流検出値ｉm がフィードバックされて入力され、電流指令値Ｉref とモータ電流検出値ｉm との偏差（Ｉref−ｉm ）が演算される。

ＰＩ制御部２２は、演算された偏差（Ｉref −ｉm ）の操舵特性を改善するもので、入力された偏差（Ｉref −ｉm ）にＰＩ（比例及び積分演算）処理を行い、操舵特性が改善された電圧制御値ＥV をデューテイ比演算制限部２３に出力する。

デューテイ比演算制限部２３は、入力された電圧制御値ＥV に基づいてモータを駆動するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄを演算し、演算された基準デューテイ比ＤVN、或いは制限された制限デューテイ比ＤVLを出力する。デューテイ比演算制限部２３については後で詳細に説明する。

インバータ２４は複数の半導体素子で構成され、前記したパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄ（ＤVN又はＤVL）で半導体素子が駆動され、電動モータ３０を駆動する。電動モータ３０に流れるモータ電流ｉｍはモータ電流検出部２７で検出され、前記した減算器２１にフィードバックされる。

デューテイ比演算制限部２３は、入力された電圧制御値ＥV に基づいて基準デューテイ比ＤVNを演算するデューテイ比演算部２３ａと、演算された基準デューテイ比ＤVNを所定値、例えば３％に制限された制限デューテイ比ＤVLを演算するリミッタ２３ｂと、前記デューテイ比ＤVNとデューテイ比ＤVLとのいずれかを選択して出力する選択スイッチ２３ｃとから構成される。

そして、選択スイッチ２３ｃは、後述する操舵限界判定部２６から出力される選択信号ＳＬがＳＬ0 の場合は基準デューテイ比ＤVNを選択し、また選択信号ＳＬがＳＬ1 の場合は制限デューテイ比ＤVLを選択し、インバータ２４に出力する。

電流指令値変化率演算部２５は、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か、即ち「端当て」状態か否かを判定するために、電流指令値変化率を演算するものである。即ち、ステアリングホイールが「端当て」状態になると、操舵トルクが急激に増大するから電流指令値も急激に増大する。このため、電流指令値の変化率を検出することで、「端当て」状態か否かを検出することができるのである。

電流指令値変化率演算部２５は、微分回路を備え、入力された電流指令値Ｉref の微分値ｄＩref を演算する。演算された微分値ｄＩref は、後段の操舵限界判定部２６に出力される。

操舵限界判定部２６は、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か、即ち「端当て」状態か否かを判定するもので、操舵限界判定器２６ａと、予め設定された所定の閾値ΔＩm を格納した閾値メモリ２６ｂと備えている。

操舵限界判定部２６において、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か（「端当て」状態か否か）の誤判定を防止するため、電流指令値Ｉref の微分値と、モータ角速度と、モータ角速度の変化率を使用する。このため、モータ角速度変化率演算器２９を設け、モータ角速度検出部２８で検出されたモータ角速度の変化率を演算し、操舵限界判定器２６ａに入力する。

操舵限界判定器２６ａにおいては、電流指令値変化率検出部２５から出力された電流指令値の微分値ｄＩref と閾値メモリ２６ｂに格納されている閾値ΔＩm とが比較され、微分値ｄＩref が閾値ΔＩm を越えたか否かが判定される。そして、微分値ｄＩref が閾値ΔＩm を越えていない（ｄＩref ＜ΔＩm ）ときは選択信号ＳＬ0 が選択スイッチ２３ｃに出力され、微分値ｄＩref が閾値ΔＩm を越えている（ｄＩref ＞ΔＩm ）ときは選択信号ＳＬ1 が選択スイッチ２３ｃに出力される。

また、(1) 電流指令値の絶対値｜Ｉref ｜が所定値以上（「端当て」状態になると電流指令値が高くなる）、(2) モータ角速度の絶対値｜ω｜が所定値の範囲内（「端当て」状態になるとモータ角速度が所定範囲内に収まる）、(3) モータ角速度の絶対値｜ω｜の変化率（「端当て」状態になるとモータ角速度が遅くなる）の３条件において、上記(1) と(2) が成立し、(3) が零であれば、「端当て」状態ではないと判定し、電流指令値の微分値ｄＩref が閾値ΔＩm を越えても、以下説明するデューテイ比演算制限部２３の選択スイッチ２３ｃによる制限されたデューテイ比ＤVLを選択しないものとする。

デューテイ比演算制限部２３の選択スイッチ２３ｃは、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界にないときは、選択信号ＳＬ0 に基づいてデューテイ比ＤVNを選択してインバータ２４に出力するが、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界にあるときは、選択信号ＳＬ1 に基づいてデューテイ比ＤVL（例えば３％に制限されたデューテイ比）を選択し、インバータ２４に出力する。

即ち、電流指令値Ｉref の変化率が急激に増加して電流指令値の微分値ｄＩref が所定の閾値ΔＩm を越えたと判定されたときは、操舵限界に達したと判断してパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄを制限されたデューテイ比ＤVLに制限するから、端当て時の衝撃を低減することができる。

そして、この構成によれば、従来の制御装置のように舵角センサや操舵速度センサ、又はトルクリミッタなど新たな部材を必要としないから、製造コストを高めることがなく、従来の構成からは得られない利点がある。

また、電流指令値Ｉref 及びその微分値ｄＩref にはノイズが含まれていないから、ノイズの影響を受けることなく電流指令値の微分値ｄＩref と閾値ΔＩm との対比や、閾値そのものの設定を行うことができる。

また、先に説明した従来技術において、ノイズの影響を避けるためローパスフイルタを使用した場合は、モータ電流検出値の変化率の位相に遅れが生じ、操舵限界についての判断が遅くなるので、端当て時の衝撃を低減するための操舵補助トルクを期待どおりに制限することができないという不都合があったが、この発明ではローパスフイルタを使用しないので、上記した不都合が発生することもない。

［第２の実施の形態］
図２は、この発明の第２の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置５０の構成と機能を説明するブロック図である。

電流指令値演算部１５には、トルクセンサ１１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とが入力される。電流指令値演算部１５は、入力された操舵トルクＴと車速Ｖに基づいて、予め設定されたアシストテーブルを参照し或いは所定の演算式に基づいて電流指令値Ｉを算出する。

電流指令値補償部１７にはモータ角速度検出部２８から出力されたモータ角速度情報が入力され、電流指令値Ｉの特性を補償する収斂性補償情報、モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等が出力される。

加算器１６では、演算された電流指令値Ｉに、電流指令値補償部１７から出力された収斂性補償情報、モータの慣性補償情報、セルフアライニングトルク情報等が加算されて所要の補償が行なわれ、補償済みの電流指令値Ｉref がモータ制御部２０に出力される。

モータ制御部２０は電動モータ３０に供給するモータ電流を制御するもので、複数の機能要素から構成される。まず、減算器２１には、前記した加算器１６から出力された電流指令値Ｉref に後述するモータ電流検出部２７で検出されたモータ電流検出値ｉm がフィードバックされて入力され、電流指令値Ｉref とモータ電流検出値ｉm との偏差（Ｉref−ｉm ）が演算される。

ＰＩ制御部２２は、演算された偏差（Ｉref −ｉm ）の操舵特性を改善するもので、入力された偏差（Ｉref −ｉm ）にＰＩ（比例及び積分演算）処理を行い、操舵特性が改善された電流制御値ＥV をデューテイ比演算制限部２３に出力する。

デューテイ比演算制限部２３は、入力された電圧制御値ＥV に基づいてモータを駆動するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄを演算し、演算された基準デューテイ比ＤVN、或いは制限された制限デューテイ比ＤVLを出力する。デューテイ比演算制限部２３については後で詳細に説明する。

インバータ２４は複数の半導体素子で構成され、前記したパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄ（ＤVN又はＤVL）で半導体素子が駆動され、電動モータ３０を駆動する。電動モータ３０に流れるモータ電流ｉｍはモータ電流検出部２７で検出され、前記した減算器２１にフィードバックされる。

デューテイ比演算制限部２３は、入力された電圧制御値ＥV に基づいて基準デューテイ比ＤVNを演算するデューテイ比演算部２３ａと、演算された基準デューテイ比ＤVNを所定値、例えば３％に制限された制限デューテイ比ＤVLを演算するリミッタ２３ｂと、前記デューテイ比ＤVNとデューテイ比ＤVLとのいずれかを選択して出力する選択スイッチ２３ｃとから構成される。

そして、選択スイッチ２３ｃは、後述する操舵限界判定部２６から出力される選択信号ＳＬがＳＬ0 の場合は基準デューテイ比ＤVNを選択し、また選択信号ＳＬがＳＬ1 の場合は制限デューテイ比ＤVLを選択し、インバータ２４に出力する。

電流指令値位相進み値演算部５１は、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か、即ち「端当て」状態か否かを判定するために、位相のみを進ませた電流指令値の位相進み値を演算するものである。

先に説明した第１の実施の形態では、電流指令値変化率を示す数値として電流指令値Ｉref の微分値ｄＩref を使用したが、第２の実施の形態では、「端当て」状態か否かの判定をさらに迅速に行うため、電流指令値Ｉref の周波数成分の位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPを使用する。

電流指令値位相進み値演算部５１は、１個又は１個以上の位相進み／遅れフィルタが直列に接続されたフィルタ回路を備え、フィルタ回路により入力された電流指令値Ｉref の周波数成分の位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPを、後段の操舵限界判定部２６に出力する。

図３は、上記した１個又は１個以上の位相進み／遅れフィルタが直列に接続されたフィルタ回路の特性を説明する図で、横軸は周波数、縦軸は位相進み角、及び振幅である。図３に示すように、「端当て」状態において電流指令値Ｉref の位相進み角、及び振幅が大きくなるように設計されている。また、フィルタを直列に複数個（ここでは２個）接続することで位相進み角、及び振幅の差を大きくすることができ、端当て状態の判定を確実に行うことができる。

即ち、図３に示すように、フィルタを１個使用したときは、端当て時と端当て時以外の時の周波数成分の振幅の差は（ｂ）であるが、フィルタを２個直列に使用したときは、端当て時と端当て時以外の時の周波数成分の振幅の差は（ａ）であり、１個使用したときの振幅の差（ｂ）よりも大きな振幅の差（ａ）が得られ、端当て状態の判定を確実に行うことができる。

操舵限界判定部２６は、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か、即ち「端当て」状態か否かを判定するもので、操舵限界判定器２６ａと、予め設定された所定の閾値ΔＩm を格納した閾値メモリ２６ｂとを備えている。

操舵限界判定部２６において、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界を越えたか否か（「端当て」状態か否か）の誤判定を防止するため、電流指令値Ｉref の微分値と、モータ角速度と、モータ角速度の変化率を使用する。このため、モータ角速度変化率演算器５２を設け、モータ角速度検出部２８で検出されたモータ角速度の変化率を演算し、操舵限界判定器２６ａに入力する。

操舵限界判定器２６ａにおいて、電流指令値位相進み演算部５１から出力された位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPと閾値メモリ２６ｂに格納されている閾値ΔＩm を比較し、位相を進ませた電流指令値ＩrefPが閾値ΔＩm を越えたか否かが判定され、位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPが閾値ΔＩm を越えていないとき（ＩrefP＜ΔＩm ）は、選択信号ＳＬ0 が選択スイッチ２３ｃに出力され、位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPが閾値ΔＩm を越えているとき（ＩrefP＞ΔＩm ）は、選択信号ＳＬ1 が選択スイッチ２３ｃに出力される。

また、(1) 電流指令値の絶対値｜Ｉref ｜が所定値以上（「端当て」状態になると電流指令値が高くなる）、(2) モータ角速度の絶対値｜ω｜が所定値の範囲内（「端当て」状態になるとモータ角速度が所定範囲内に収まる）、(3) モータ角速度の絶対値｜ω｜の変化率（「端当て」状態になるとモータ角速度が遅くなる）の３条件において、上記(1) と(2) が成立し、(3) が零であれば、「端当て」状態ではないと判定し、電流指令値の位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPが閾値ΔＩm を越えても、以下説明するデューテイ比演算制限部２３の選択スイッチ２３ｃによる制限されたデューテイ比ＤVLを選択しないものとする。

デューテイ比演算制限部２３の選択スイッチ２３ｃは、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界にないときは、選択信号ＳＬ0 に基づいてデューテイ比ＤVNを選択してインバータ２４に出力するが、ステアリングホイールの操舵角が操舵限界にあるときは、選択信号ＳＬ1 に基づいてデューテイ比ＤVL（例えば３％に制限されたデューテイ比）を選択し、インバータ２４に出力する。

即ち、位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPが急激に増加して所定の閾値ΔＩm を越えたと判定されたときは、操舵限界に達したと判断してパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比Ｄを制限されたデューテイ比ＤVLに制限するから、端当て時の衝撃を低減することができる。

そして、この構成によれば、従来の制御装置のように舵角センサや操舵速度センサ、又はトルクリミッタなど新たな部材を必要としないから、製造コストを高めることがなく、従来の構成からは得られない利点がある。

また、位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPにはノイズが含まれていないから、ノイズの影響を受けることなく閾値ΔＩm との対比や、閾値そのものの設定を行うことができる。また、位相のみを進ませた電流指令値ＩrefPを使用することにより、より迅速に操舵限界に達したことを判断できる。

また、先に説明した従来技術において、ノイズの影響を避けるためローパスフイルタを使用した場合は、モータ電流検出値の変化率の位相に遅れが生じ、操舵限界についての判断が遅くなるので、端当て時の衝撃を低減するための操舵補助トルクを期待どおりに制限することができないという不都合があったが、この発明ではローパスフイルタを使用しないので、上記した不都合の発生することもない。

車両用のステアリング機構のラックがラックエンド附近にあるか否かを電流指令値に基づいて判定し、ラックがラックエンド附近にあるときは、電動モータを駆動するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のデューテイ比を制限して、電動モータの出力を制限し、ステアリング機構の破損を回避するように構成した電動パワーステアリング装置の制御装置である。

第１の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置の構成と機能を説明するブロック図。 第２の実施の形態の電動パワーステアリング装置の制御装置の構成と機能を説明するブロック図。 第２の実施の形態におけるフィルタ回路の特性を説明する図。 電動パワーステアリング装置の全体構成を説明する図。 ステアリング装置のラックエンド機構を説明する断面図。 図４に示す従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の構成と機能を説明するブロック図。

符号の説明

１０、５０ 制御装置
１１ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１５ 電流指令値演算部
１６ 加算器
１７ 電流指令値補償部
２０ モータ制御部
２１ 減算器
２２ ＰＩ制御部
２３ デューテイ比演算制限部
２３ａ デューテイ比演算器
２３ｂ リミッタ
２３ｃ 選択スイッチ
２４ インバータ
２５ 電流指令値変化率演算部
２６ 操舵限界判定部
２６ａ 操舵限界判定器
２６ｂ 閾値メモリ
２７ モータ電流検出部
２８ モータ角速度検出部
２９ モータ角速度変化率演算部
３０ 電動モータ
５１ 電流指令値位相進み値演算部
５２ モータ角速度変化率演算部

Claims (5)

1. ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
   少なくとも前記操舵トルク検出部で検出された操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
   前記ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを供給する電動モータと、
   前記電流指令値に基づいて演算されたパルス幅変調信号によって前記電動モータを駆動制御するモータ制御部とを備え、
   前記モータ制御部は、前記電流指令値の変化率を演算する電流指令値変化率演算部と、演算された電流指令値変化率が予め設定された所定の閾値を越えたとき操舵限界であると判定する操舵限界判定部を備え、操舵限界であると判定されたときは、前記パルス幅変調信号のデューテイ比を制限してステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータ制御部の電流指令値変化率演算部は、前記電流指令値演算部から出力された電流指令値の微分値を演算する演算器を備え、前記操舵限界判定部は、前記電流指令値の微分値が予め設定された所定の閾値を越えたか否かを判定する操舵限界判定器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記モータ制御部は、更にパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力するほか、演算されたデューテイ比を制限した制限デューテイ比を出力するデューテイ比演算制限部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記デューテイ比演算制限部は、前記電流指令値に基づいてパルス幅変調信号のデューテイ比を演算出力し、前記操舵限界判定部により操舵限界であると判定されたときは演算されたデューテイ比を所定の比率で制限した制限デューテイ比を電動モータを駆動制御するパルス幅変調信号のデューテイ比として選択出力し、ステアリング機構に付与する操舵補助トルクを制限することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記モータ制御部の操舵限界判定部は、電流指令値と、モータ角速度と、モータ角速度の変化率が所定の条件を満たしたときは、操舵限界ではないと判定して演算されたデューテイ比を制限しないことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
   

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