JP4042848B2

JP4042848B2 - 電動式ステアリングの制御装置

Info

Publication number: JP4042848B2
Application number: JP2002330361A
Authority: JP
Inventors: 倫行杉山; 啓純益; 和正小玉; 巡児河室; 隆博小城; 慎利中津
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: US7031813B2; DE60310854D1; JP2004161147A; DE60310854T2; EP1419952A3; US20040148079A1; EP1419952A2; EP1419952B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵系における電動モータを制御する電動式ステアリングの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の電動式ステアリングの制御装置では、指令値生成部において運転状況に応じた電流指令値を演算し、その電流指令値に従った駆動電流をモータ駆動回路から電動モータに流して操舵系にトルクを付与していた。また、モータ駆動回路は、電流指令値に従って種々の電気素子（例えば、ＦＥＴ）を作動させることで駆動電流を出力する構成になっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５３３５７号公報（段落［００３８］〜［００４１］、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したモータ駆動回路に備えた電気素子は温度により特性が変化するので、発熱や雰囲気温度が変化するとモータ駆動回路の出力特性も変化する。しかしながら、従来の電動式ステアリングの制御装置では、モータ駆動回路の温度とは無関係に電流指令値を決定する構成になっていたため、寒暖の差や回路自体の発熱の影響を受けて、操舵フィーリングが変化する可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、寒暖の差や発熱の影響を抑えた安定したステアリング操作を可能とする電動式ステアリングの制御装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る電動式ステアリングの制御装置は、ステアリングホイールから操舵輪への舵角の伝達比を車速に応じて変更可能な伝達比可変機構と、その伝達比可変機構の駆動源でありかつスパイラルケーブルを介して駆動電流を受けて作動する電動モータとを有した電動式ステアリングの制御装置であって、車速に応じて電流指令値を生成する指令値生成部と、電流指令値に従った駆動電流をスパイラルケーブルを介して電動モータに流すモータ駆動回路と、モータ駆動回路を実装した基板の温度を検出する温度センサとを備え、温度センサの検出した基板温度に基づき、スパイラルケーブルが規定温度以上に発熱しているか否かを推定して、その規定温度以上に発熱しないように管理する電動式ステアリングの制御装置において、指令値生成部は、温度センサが検出した基板温度に基づいて、電流指令値を補正するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の電動式ステアリングの制御装置において、所定の基板温度において、所定の駆動電流を流すために必要な電流指令値をＸとし、様々な基板温度において、所定の駆動電流を流すために必要な電流指令値をＹとした場合に、これらＸとＹの比率で求められる補正値Ｒを様々な基板温度に対応させて記憶した補正マップを設け、指令値生成部は、温度センサが検出した基板温度に応じて補正マップから補正値Ｒを読み込み、その補正値Ｒを用いてモータ駆動回路から出力される電流指令値を補正するところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の電動式ステアリングの制御装置において、補正マップを構成する複数の補正値Ｒのうちの一部を記憶した記憶手段を設け、車両のイグニッションをオンしたときに、記憶手段に記憶した補正値Ｒから補正マップの全体を生成するように構成したところに特徴を有する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の電動式ステアリングの制御装置において、記憶手段に記憶した補正値Ｒは、製造された電動式ステアリングの制御装置毎に実測して求めたものであるところに特徴を有する。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の電動式ステアリングの制御装置では、モータ駆動回路を実装した基板の温度に基づいて電流指令値を補正することで、寒暖の差や発熱の影響を抑えたトルクを電動モータから操舵系に付与することができる。これにより、寒暖の差や発熱の影響を抑えた安定したステアリング操作が可能となる。また、電動モータに備えたスパイラルケーブルの発熱管理のための温度センサを、電流指令値の補正用にも兼用したので、これらを別々に設けた場合に比べて部品点数の削減が図られる。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
請求項２の電動式ステアリングの制御装置では、温度センサが検出した基板温度に応じて補正マップから補正値Ｒを読み込み、その補正値Ｒを用いてモータ駆動回路から出力される電流指令値を補正することができる。
【００１４】
＜請求項３の発明＞
請求項３の電動式ステアリングの制御装置では、車両のイグニッションをオンしたときに、記憶手段から一部の補正値Ｒを読み込んで補正マップの全体を生成するので、イグニッションのオフ時に補正値Ｒを記憶しておく記憶手段の容量を抑えることができる。しかも、記憶手段に記憶した一部の補正値Ｒを変更することで、補正マップの全体を容易に変更することができる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
請求項４の電動式ステアリングの制御装置では、記憶手段に記憶された補正値Ｒは、製造された電動式ステアリングの制御装置毎に実測して求めたものであるので、製造上のばらつきを抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をステアリング装置１１に適用した一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態のステアリング装置１１は、ステアリングホイール１２の回転量に対する操舵輪２０，２０（例えば、車両の前輪）の切れ角を、車速に応じて変更する所謂、伝達比可変機構（Variable Gear Ratio System、以下、「ＶＧＲＳ」という）を備えている。
【００１７】
ＶＧＲＳの主要部はギヤ比可変ユニット１４によって構成され、そのギヤ比可変ユニット１４の入力部に入力側ステアリングシャフト１５が連結される一方、出力部に出力側ステアリングシャフト１６が連結されている。また、入力側ステアリングシャフト１５の一端にはステアリングホイール１２が固定されており、そのステアリングホイール１２の回転角即ち、入力側ステアリングシャフト１５の回転角（以下、適宜「舵角θ１」という）は、舵角センサ３０により検出可能となっている。
【００１８】
一方、出力側ステアリングシャフト１６の回転角（以下、適宜「ＡＣＴ角θ２」という）は、ＡＣＴ回転角センサ３１により検出可能となっている。また、出力側ステアリングシャフト１６の一端には、ピニオンギヤ１７が連結され、そのピニオンギヤ１７が操舵輪２０，２０の間で延びたラック１８に噛合している。ラック１８の両端からはタイロッド１９，１９が延びており、これらタイロッド１９，１９が左右の操舵輪２０，２０の回転支持部２１に連結されている。これにより、出力側ステアリングシャフト１６の回転に伴って左右の操舵輪２０，２０の切れ角が連動して変更される。
【００１９】
ギヤ比可変ユニット１４は、入力側ステアリングシャフト１５と出力側ステアリングシャフト１６とを差動連結する減速機２２を電動モータ２３により駆動する構成となっている。そして、本発明の「電動式ステアリングの制御装置」に相当するＥＣＵ１０により電動モータ２３が駆動制御される。
【００２０】
詳細には、電動モータ２３は、例えば、三相のブラシレスモータであって、ＥＣＵ１０に備えたモータ駆動回路５２によって駆動される。モータ駆動回路５２は、図２に詳細が示されており、スイッチング素子としてのＦＥＴ５１を複数備えた三相ブリッジ回路５３Ｂとゲート駆動回路５３Ａとからなる。そして、ＥＣＵ１０に備えたＣＰＵ２５（本発明の「指令値生成部」に相当する）の出力信号に基づいてゲート駆動回路５３Ａが各ＦＥＴ５１をオンオフし、これにより、三相ブリッジ回路５３Ｂに接続されたモータ電源５６の出力電圧からパルス波が生成される。ここで、ＣＰＵ２５は、後に詳説する電流指令値（Ｄｕｔｙ比）に基づいてＰＷＭ制御を行ってパルス幅を変更し、電流指令値に対応した三相交流の駆動電流がモータ駆動回路５２から電動モータ２３に流される。
【００２１】
本実施形態の電動モータ２３には、スパイラルケーブル２３Ｓが備えられている。このスパイラルケーブル２３Ｓは、図２に示すように、電動モータ２３のＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成する各電路を平行に並べてＦＦＣ（Flexible Flat Cable、図２及び図３の符合２３Ｃ参照）に敷設しかつ、図３に示すように、渦巻き状に巻回してなる。そして、スパイラルケーブル２３Ｓの一端が電動モータ２３のステータに固定される一方、スパイラルケーブル２３Ｓの他端が電動モータ２３の出力軸に固定され、これにより、電動モータ２３のロータ側に給電可能としてある。ロータが回転したときには、スパイラルケーブル２３Ｓが絞まったり緩んだりしてＵ相、Ｖ相及びＷ相の各電路への負荷の低減が図られる。
【００２２】
ところで、このスパイラルケーブル２３Ｓは、電動モータ２３の電路における最弱部分であるため、規定温度以上に発熱しないように管理する必要がある。ここで、スパイラルケーブル２３Ｓとモータ駆動回路５２とは、同じ電流が流れるので互いに連動して温度変化する関係になっており、そのモータ駆動回路５２の発熱に伴って基板５４の温度が上昇する。そこで、図２に示すように、基板５４に温度センサ５５を実装し、温度センサ５５の検出結果に基づいてスパイラルケーブル２３Ｓの発熱管理を可能にしてある。
【００２３】
図４に示すように、ＣＰＵ２５には車速センサ３２が検出した車速Ｖと、舵角センサ３０及びＡＣＴ回転角センサ３１が検出した舵角θ１及びＡＣＴ角θ２とが取り込まれている。そして、ＣＰＵ２５は、運転状況に応じて電動モータ２３の目標角（回転角指令値）θ３と、電流指令値とを演算する。詳細には、ＥＣＵ１０に備えたＲＯＭ２７（図１参照）には、モータ回転角特性マップ（図示せず）が記憶されており、ＣＰＵ２５は、そのモータ回転角特性マップを参照して車速Ｖ及び舵角θ１から電動モータ２３の回転角を決定する。ここで、モータ回転角特性マップは、車速Ｖの増加に対して電動モータ２３の目標角θ３の変化を対応させたものであり、これにより車速Ｖに対して目標角θ３が一義的に決定される。次いで、決定された目標角θ３とＡＣＴ角θ２との偏差角（＝θ３−θ２）に、例えば所定の定数を乗じて本発明に係る電流指令値としてのＤｕｔｙ比を決定する。そして、電流指令値（Ｄｕｔｙ比）に対応した電流を電動モータ２３に流して電動モータ２３を差動させ、その電動モータ２３のエンコーダ２３Ｅが検出したモータ出力回転角と目標角θ３との偏差が収束するようにフィードバック制御を行う。
【００２４】
これにより、ギヤ比可変ユニット１４の入力部（入力側ステアリングシャフト１５）の回転量に対する出力部（出力側ステアリングシャフト１６）の回転量が車速Ｖに応じてリアルタイムで変更される。即ち、車速Ｖに応じてギヤ比可変ユニット１４の減速比（＝出力回転／入力回転）が変更され、従って、ステアリングホイール１２の舵角θ１に対する操舵輪２０，２０の切れ角が変更される。具体的には、例えば、低速走行時には、ステアリングホイール１２の舵角θ１に対する操舵輪２０の切れ角が比較的大きくなり、駐車等が容易になる。一方、高速走行時には、ステアリングホイール１２の舵角θ１に対する操舵輪２０の切れ角が比較的小さくなり、高速時における急ハンドルを防ぐことができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、外乱の影響を受けない安定したステアリングフィーリングを実現すべく、上述のように決定した電流指令値（Ｄｕｔｙ比）に、以下の２つの補正を施している。即ち、モータ電源５６の出力電圧は、電源電圧検出回路４０（図２参照）にて検出されてＣＰＵ２５に取り込まれている。そして、ＣＰＵ２５は、モータ電源５６が出力電圧が降下した場合に、Ｄｕｔｙ比を上げる補正を行って、電圧降下を補償するようにパルス幅を大きくする。
【００２６】
さて、上記補正に加え、本実施形態では、モータ駆動回路５２の温度変化に関する補正も行う。ここで、ＦＥＴ５１は、オンした際のドレイン・ソース間の抵抗が、温度が高くなるに従って小さくなるという温度特性を有する。そこで、モータ駆動回路５２を実装した基板５４の温度を温度センサ５５にて検出してＣＰＵ２５に取り込み、ＣＰＵ２５は、基板温度が所定の基準温時に比べて低い場合には、Ｄｕｔｙ比を上げることでパルス幅を大きくする一方、基板温度が所定の基準温時に比べて高い場合には、Ｄｕｔｙ比を下げることでパルス幅を小さくして、温度の影響を抑えている。
【００２７】
より詳細には、ＥＣＵ１０に備えたＲＡＭ２８（図１参照）には、図５に概念的に示した補正マップＭが記憶されている。そして、ＣＰＵ２５は、温度センサ５５が検出した基板温度に応じて補正マップＭから補正値Ｒを読み込み、その補正値Ｒを用いて電流指令値を補正する。ここで、補正マップＭの構成は以下のようである。即ち、例えば基準の基板温度に対し、電動モータ２３に設計値通りの基準電流を出力するために必要な基準Ｄｕｔｙ比を定めておき、基板温度が変化した場合に、基準電流と同じ電流を電動モータ２３に流すためのＤｕｔｙ比を求める。このようにして求めたＤｕｔｙ比から補正値Ｒ［％］を決定し、その補正値Ｒを各基板温度毎に対応させてＲＡＭ２８に記憶することで、補正マップＭが構成されている。
【００２８】
ＥＣＵ１０に備えたＥＥＰＲＯＭ２６には、補正マップＭを構成する複数の補正値Ｒのうちの一部が記憶されており、車両のイグニッションをオンした際に、それら一部の補正値Ｒから補正マップＭの全体が生成されてＲＡＭ２８に記憶される。ここで、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶された補正値Ｒは、製造メーカーが各テアリング装置１１毎にトリミングして設定してある。具体的には、図５に示した補正マップＭのうち例えば３つの代表点の座標データ（基板温度Ｔ，補正値Ｒ）を記憶してある。
【００２９】
次に、上記構成からなる本実施形態のテアリング装置１１の動作を説明する。
図６に示すように、車両のイグニッションをオンすると、ＣＰＵ２５がＥＥＰＲＯＭ２６に記憶された３つの補正値Ｒの座標データ（基板温度Ｔ，補正値Ｒ）を読み込み（Ｓ１）、これら座標データ（基板温度Ｔ，補正値Ｒ）を結ぶ直線上の座標データ群を求め、補正マップＭの全体を生成する（Ｓ２）。
【００３０】
さて、車を運転すると、車速Ｖや舵角θ１等の運転状況に応じて電流指令値（Ｄｕｔｙ比）がＥＣＵ１０に備えたＣＰＵ２５により演算される。そして、電流指令値（Ｄｕｔｙ比）に対応した駆動電流がモータ駆動回路５２から電動モータ２３に流される。ここで、モータ駆動回路５２に備えたＦＥＴ５１は、温度によりドレイン・ソース間の抵抗が変動するので、温度が変化するとモータ駆動回路５２から流される駆動電流も変化する。
【００３１】
しかしながら、本実施形態のＥＣＵ１０では、モータ駆動回路５２を実装した基板５４の温度に基づいて電流指令値を補正する。具体的には、ＣＰＵ２５に基板温度を取り込み、補正マップＭを参照して補正値Ｒ［％］を決定する。そして、補正値Ｒ［％］で、電流指令値に温度よる補正を行い、補正済みの電流指令値（Ｄｕｔｙ比）に対応した駆動電流がモータ駆動回路５２から電動モータ２３に流される。より具体的には、基板温度が高いときには常温時より電流指令値（Ｄｕｔｙ比）が小さくなるように補正する一方、基板５４の温度が低いときには電流指令値（Ｄｕｔｙ比）が大きくなるように補正し、それら温度変化による駆動電流への影響を排除する。これにより、寒暖の差や発熱の影響を抑えたトルクを電動モータ２３から操舵系に付与することができる。
【００３２】
このように、本実施形態のＥＣＵ１０（本発明の「電動式ステアリングの制御装置」）によれば、電動モータ２３を駆動するための電流指令値に温度補正を行うことで、寒暖の差や発熱の影響を抑えた安定したステアリング操作が可能となる。また、モータ駆動回路５２自体ではなく、そのモータ駆動回路５２を実装した基板５４に温度センサ５５を配置したので温度センサ５５の配置の自由度が高くなる。しかも、電動モータ２３に備えたスパイラルケーブル２３Ｓの発熱管理のための温度センサ５５を、電流指令値の補正用に兼用したので部品点数の削減が図られる。
【００３３】
さらに、一部の補正値ＲをＥＥＰＲＯＭ２６に記憶しておき、イグニッションをオンしたときに、その一部の補正値Ｒから補正マップＭの全体を生成するので、イグニッションのオフ時に必要なメモリ容量を抑えることができる。また、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶した一部の補正値Ｒを変更することで、補正マップＭの全体を容易に変更することができる。また、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶された補正データは、製造したＥＣＵ１０毎にトリミング（実測）して求めたものであるので製造上のばらつきを抑えることができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記第１実施形態では、車両のイグニッションをオンしたときに、ＥＥＰＲＯＭ２６に記憶した補正値Ｒから補正マップＭの全体を生成する構成であったが、イグニッションのオン・オフに関わらず補正マップの全体をＲＯＭに記憶した構成としてもよい。
【００３９】
（２）前記第１実施形態では、補正マップＭを参照して補正値Ｒを求める構成であったが、補正マップの代わりに計算式を記憶しておき、基板温度から補正値を計算して求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るテアリング装置の模式図
【図２】モータ駆動回路を示す回路図
【図３】電動モータに備えたスパイラルケーブを示した斜視図
【図４】電流指令値を生成するための構成を示したブロック図
【図５】基板温度と補正値との関係を示したグラフ
【図６】基板温度に対する補正のフローチャート
【符号の説明】
１０…ＥＣＵ（電動式ステアリングの制御装置）
２３…電動モータ
２３Ｓ…スパイラルケーブル
２５…ＣＰＵ（指令値生成部）
３２…車速センサ
５２…モータ駆動回路
５４…基板
５５…温度センサ
２６…ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）

Claims

ステアリングホイールから操舵輪への舵角の伝達比を車速に応じて変更可能な伝達比可変機構と、その伝達比可変機構の駆動源でありかつスパイラルケーブルを介して駆動電流を受けて作動する電動モータとを有した電動式ステアリングの制御装置であって、
車速に応じて電流指令値を生成する指令値生成部と、
前記電流指令値に従った駆動電流を前記スパイラルケーブルを介して前記電動モータに流すモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路を実装した基板の温度を検出する温度センサとを備え、
前記温度センサの検出した基板温度に基づき、前記スパイラルケーブルが規定温度以上に発熱しているか否かを推定して、その規定温度以上に発熱しないように管理する電動式ステアリングの制御装置において、
前記指令値生成部は、前記温度センサが検出した前記基板温度に基づいて、前記電流指令値を補正することを特徴とする電動式ステアリングの制御装置。
所定の前記基板温度において、所定の前記駆動電流を流すために必要な電流指令値をＸとし、
様々な基板温度において、前記所定の駆動電流を流すために必要な電流指令値をＹとした場合に、これらＸとＹの比率で求められる補正値Ｒを前記様々な基板温度に対応させて記憶した補正マップを設け、
前記指令値生成部は、前記温度センサが検出した基板温度に応じて前記補正マップから前記補正値Ｒを読み込み、その補正値Ｒを用いて前記モータ駆動回路から出力される電流指令値を補正することを特徴とする請求項１に記載の電動式ステアリングの制御装置。
前記補正マップを構成する複数の前記補正値Ｒのうちの一部を記憶した記憶手段を設け、前記車両のイグニッションをオンしたときに、前記記憶手段に記憶した前記補正値Ｒから前記補正マップの全体を生成するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の電動式ステアリングの制御装置。
前記記憶手段に記憶した前記補正値Ｒは、製造された電動式ステアリングの制御装置毎に実測して求めたものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動式ステアリングの制御装置。