JP4557143B2 - パワーステアリング制御装置、方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、検出電流のオフセットの学習を行うことにより、検出電流のオフセットを自動的に補正可能なパワーステアリング制御装置、方法、およびプログラムに関する。

自動車用の補助操舵装置として、電動モータのトルクを用いた電動パワーステアリング装置が利用されている。このパワーステアリング装置は、ドライバによるハンドルの操作を検出するトルクセンサと、トルクセンサからの検出信号に基づき補助操舵力を演算するパワーステアリング制御装置（ＥＣＵ）と、ＥＣＵからの出力信号に基づき回転トルクを発生する電動モータと、回転トルクをステアリング機構に伝える減速ギア等を備えて構成されている。

上述のＥＣＵは例えば、図１７のように構成されていた。この図において、ＥＣＵ９０にはトルクセンサ９１および車速センサ９２からの信号が入力されており、ＥＣＵ９０はこれらの信号に基づき電動モータ９３を制御する機能を有している。ＥＣＵ９０は、電流指令値演算部９０１、加算器９０２、電流制御部９０３、駆動回路９０４、電流検出回路９０５を備えて構成されている。電流指令値演算部９０１は、トルクセンサ９１および車速センサ９２からの信号に基づき電流指令値Ｉを演算するものである。加算器９０３は電流値指令値Ｉと電流検出回路９０５によって検出された検出電流ｉとの偏差電流ΔＩを算出するものであり、電流制御部９０３は誤差電流ΔＩがゼロとなるようなモータ制御信号を算出するためのものである。モータ駆動回路９０４は、モータ制御信号に基づき三相電流を電動モータ９３に供給する機能を備えている。電流検出回路９０５は２つの電流センサを有しており、三相電流のうちの１つを基準とした他の２つの電流値を検出するものである。検出された電流ｉは上述の加算器９０２に負信号として入力される構成となっている。

このように構成されたＥＣＵ９０において、検出電流ｉが電流指令値Ｉに等しくなるように負帰還制御が行われる。ところが、例えば電流検出回路９０５等の検出系に誤差が存在する場合には、当該誤差は三相電流にそのまま表れてしまう。電流検出回路９０５を構成する２つの電流センサにおいてオフセット電流または検出利得の誤差が存在する場合、駆動回路９０４から出力される三相電流の各電流値に誤差が生じ、この結果、電動モータ９３のトルクリップルが発生してしまう。かかるトルクリップルはハンドルフィーリング等に悪影響を与えるものである。

検出系により生ずるトルクリップルを低減可能な従来技術として、例えば特開２００２−２９４３２号公報に記載の電動パワーステアリング制御装置が案出されている。この制御装置は、三相電流の指令値をゼロとした場合における検出電流をオフセット値として学習させ、このオフセット値を三相電流の指令値の補正を行うものである。

しかしながら、この制御装置は、オフセット学習時において、デューティ指令値を所定値に固定するものではないため、電流検出回路に微少電流が流れてしまい、オフセット学習において誤差が生じやすい。また、電流値がゼロになった場合にのみオフセット学習がなされるので、オフセット学習の条件の成立頻度が低く、十分なオフセット学習を行うことが困難である。

さらに、オフセット学習結果は、電流制御部のみならず、検出電流を利用しているＥＣＵの全ての機能に反映されてしまうため、十分な学習結果が得られなかった場合に電流制御のみならず他の機能にも影響が及んでしまうおそれがある。

また、他の従来技術として、特開２００３−１６４１９２号公報に記載の電動パワーステアリング制御装置が案出されている。この装置は、電流指令値の各相のデューティ比が５０％の状態で電流検出オフセットの学習を行うものであるが、オフセット学習時においてデューティ指令値を所定値に固定するものではないため、学習時における検出誤差が生じてしまう。また、上述の従来技術と同様に、オフセット学習のための条件が極めて限定されており、十分なオフセット学習を行うことができない。
特開２００２−２９４３２号公報 特開２００３−１６４１９２号公報

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の解決しようとする第１の課題は、パワーステアリング制御装置において検出電流のオフセット学習時のデューティ指令値を所定の値に固定することにより、オフセット学習精度を向上させることにある。また、本発明の第２の課題は、オフセット学習における学習条件を最適に設定することにより、十分なオフセット学習を実現することにある。さらに、本発明の第３の課題は、オフセット学習の結果を電流制御部のみに反映させることにより、不十分なオフセット学習時においても他の機能に対する影響を最小限に抑えることにある。

上述の問題を解決するために、本発明は、ステアリングに印加された操舵トルクを検出するトルクセンサと、検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための電流指令値を算出する電流指令値演算部と、前記電流指令値に基づき、パルス幅変調された多相のデューティ指令値を算出する電流制御部と、前記デューティ指令値に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動回路と、前記多相モータにおける前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出回路と、前記電流検出信号をＡ／Ｄ変換し、電流検出値を出力するＡ／Ｄコンバータと、前記駆動電流が略ゼロになった場合、オフセット学習の開始の可否を決定するとともに、オフセット学習の開始を決定した場合には、前記デューティ指令値を５０％のデューティ比に設定する学習条件判定部と、オフセット学習の開始が決定された場合には、前記電流検出値を検出し、前記電流検出回路のオフセット電流値を推定するオフセット推定部と、前記オフセット電流値に基づき、前記電流検出値の各相の補正を行うオフセット補正部とを備え、新たに推定された第１のオフセット電流値と、以前に推定された第２のオフセット電流値との差分が所定値以上である場合には、前記オフセット推定部は、当該差分が少なくなるように前記第１のオフセット推定値を修正する。

前記学習条件判定部は、前記電流指令値、前記デューティ指令値、前記モータの回転数、または、車速の少なくとも一つに基づき、オフセット学習の開始の可否を決定する。
前記学習条件判定部は、前回のオフセット学習から所定時間経過後に、オフセット学習の開始を決定する。
前記オフセット推定部は、前記電流検出値を複数回サンプリングすることにより前記オフセット電流値を推定する。

また、パワーステアリング制御装置は、ディジタル値で表された複数の前記電流検出信号を増幅し、これらの平均値を算出する手段をさらに備える。

さらに、本発明によれば、学習条件判定部は駆動電流が略ゼロになった場合に、オフセット学習の開始を決定した場合には、デューティ比５０％のデューティ指令値を出力する。この状態において、オフセット推定部は、電流検出回路のオフセット電流値を推定、オフセット補正部は、推定されたオフセット電流値に基づき、電流検出値の各相の補正を行う。すなわち、オフセット学習時においてモータに流れる電流を殆どゼロにすることができ、この結果、オフセット電流を正確に検出することが可能となる。また、新たに推定された第１のオフセット電流値と、以前に推定された第２のオフセット電流値との差分が所定値以上である場合には、オフセット推定部は、差分が少なくなるように第１のオフセット推定値を修正する。これにより、オフセット補正値が急激に変更されるのを防止でき、自然なオフセット学習が可能となる。

また、学習条件判定部は、電流指令値、デューティ指令値、モータの回転数、または、車速の少なくとも一つに基づき、オフセット学習の開始の可否を決定する。よって、駆動電流がゼロになる状態を正確に推定でき、高精度なオフセット学習を行うことができる。

学習条件判定部は、前回のオフセット学習から所定時間経過後に、オフセット学習の開始を決定する。このため、必要以上にオフセット学習が実行されてしまうことを回避でき、アシスト制御がオフセット学習によって妨げられるのを防止できる。

オフセット推定部は、電流検出値を複数回サンプリングすることによりオフセット電流値を推定するので、電流検出値のばらつきを抑え、オフセット電流を精度良く推定することが可能となる。

また、パワーステアリング制御装置は、ディジタル値で表された複数の前記電流検出信号を増幅し、これらの平均値を算出する手段をさらに備えている。このため、Ａ／Ｄコンバータの１ＬＳＢあたりの分解能を実質的に高めることができ、電流検出値のＡ／Ｄ変換における変換誤差を低減することが可能となる。

以下に、図面を参照しながら本発明の最良の実施の形態を説明する。
図１は、本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。この図において、ステアリング６１はステアリングシャフト６２、ユニバーサルジョイント６３、６４、シャフト６５を介してラック＆ピニオン６６に連結されている。さらに、ラック＆ピニオン６６には車輪のタイロッド６７が設けられており、ハンドル６１の回転運動はタイロッド６７の軸方向の運動に変換される構造となっている。

シャフト６５にはトルクセンサ４が設けられており、トルクセンサ４はステアリング６１に印加された操舵トルクを検出し、トルク信号を出力可能である。さらに、シャフト６５には減速ギア３１、モータ３が取り付けられており、モータ３の回転トルクが減速ギア３１を介してシャフト６５に伝達される構成となっている。

ＥＣＵ１は上述のようにトルクセンサ４からのトルク信号、車速センサ２からの車速信号に基づき補助操舵トルクを算出し、この算出結果に基づく駆動電流をモータ３に送出するものである。ＥＣＵ１にはイグニッションキー５ａを介して電源５が接続されており、イグニッションキー５ａをオンにすることによりＥＣＵ１に電流が供給される構成となっている。

図２はＥＣＵ１のハードウェア構成を表すブロック図である。ＥＣＵ１は、バス１００、Ａ／Ｄコンバータ１１０，インタフェース１１１，クロック発生回路１１２，ＣＰＵ１１３，ＲＯＭ１１４，ＲＡＭ１１５、ＲＤコンバータ１１６，ＰＷＭコントローラ１１７，モータ駆動回路１１８、モータ電流検出回路１２０、１２１を備えて構成されている。

バス１００はＡ／Ｄコンバータ１１０、Ｉ／Ｆ１１１、クロック発生回路１１２、ＣＰＵ１１３、ＲＯＭ１１４、ＲＡＭ１１５等の間でデータの送受信を行うためのものである。Ａ／Ｄコンバータ１１０は、トルクセンサ４から出力されたメイントルク信号およびサブトルク信号、モータ電流検出回路１２０、１２１からの検出電流、ＲＤコンバータ１１６からのモータ回転角信号、モータ３の端子間電圧を入力し、ディジタル信号に変換するためのものである。

上述のトルクセンサ４は、メイントルク信号、サブトルク信号の２つの出力信号を備え、これらの信号の合計電圧は一定電圧（例えば５Ｖ）であるクロス特性となるように設定されている。すなわち、ステアリングにトルクが印加されない場合には、メイントルク信号およびサブトルク信号はそれぞれトルク中立電圧２．５Ｖとなり、ステアリングに何らかのトルクが印加された場合には、メイントルク信号およびサブトルク信号は中立電圧２．５Ｖを基準として互いに逆方向に変動する。

インタフェース１１１は車速センサ２からの車速パルスをカウントしディジタル信号に変換するものである。ＲＯＭ１１４はモータ３の制御プログラム、ＰＷＭの演算プログラム、フェールセーフプログラム等を記憶するためのメモリとして使用され、ＲＡＭ１１５は当該プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。

ＰＷＭコントローラ１１７はモータ３のトルクを表す信号をパルス幅変調されたデューティ指令値Ｗ，Ｖ，Ｕ，Ｗｂ，Ｖｂ，Ｕｂに変換するためのものである。ここで、パルス信号Ｗ，Ｖ，Ｕは正相の三相信号を表し、パルス信号Ｗｂ，Ｖｂ，Ｕｂは逆相の三相信号を表している。

モータ駆動回路１１８は、WVUの三相電流を発生させるための３つのインバータ回路より構成され、各インバータ回路は電源電圧側（上段）のスイッチングトランジスタと接地電位側（下段）のスイッチングトランジスタを有している。上段のスイッチングトランジスタのゲートには、正相のデューティ指令値Ｗ，Ｖ，Ｕが入力され、下段のスイッチングトランジスタには逆相のデューティ指令値Ｗｂ，Ｖｂ，Ｕｂが入力されている。すなわち、上段、下段のスイッチングトランジスタは相補接続されており、交互にオン、オフ動作を繰り返すことにより、所望のパルス幅の駆動電流Ｉu、Ｉv、Ｉwを生成する。なお、上段のスイッチングトランジスタと下段のスイッチングトランジスタとが同時にオンにならないように、両者がオフになる時間（デッドタイム）が正相のデューティ指令値Ｗ，Ｖ，Ｕと逆相のデューティ指令値Ｗｂ，Ｖｂ，Ｕｂのオンの時間の前後に設けられている。このように、デッドタイムを設けることにより、上段、下段のスイッチングトランジスタの短絡を回避することができる。ＲＤコンバータ１１６は、励磁電流をレゾルバ３１に与えるとともに、レゾルバ３１からの出力信号を回転角信号としてＡ／Ｄコンバータ１１０に出力する機能を有している。

モータ電流検出回路１２０、１２１は抵抗等の電流−電圧変換素子から構成され、モータ３への駆動電流Ｉu、Iwを検出し、電流に応じた電圧を有する電流検出値を出力するためのものである。電流検出値は図示されていない電源電圧補正回路によって電圧変動補正がなされた後、Ａ／Ｄコンバータ１１０によってディジタル信号に変換される構成となっている。なお、電流検出値はＡ／Ｄ変換前にハードウェア増幅回路によって増幅されており、Ａ／Ｄコンバータ１１０における電流検出値の分解能は０．３３２Ａ／ＬＳＢ程度となっている。この電流検出値の分解能は、後述するソフトウェア上における増幅および平均化処理等によって、さらに高められる構成となっている。

図３に、ECU１の機能ブロック図を示す。トルクセンサ４からのメイントルク信号、サブトルク信号はＡ／Ｄ変換された後、電流指令値演算部１1に入力されている。電流指令値演算部１1は、トルク信号、車速信号に基づき電流指令値を演算する機能を有している。また、電流指令値演算部１２は、ハンドル戻り補償、モータ最大電流制御を有している。例えば、ハンドル戻り補償は、ハンドル６１を中立位置に復元させるための制御を行うものである。一般に、電動パワーステアリング装置においては、減速ギア３１等の影響によりセルフアライニングトルクが弱くなり易く、このためにハンドル６１が中立位置に戻り難くなってしまう。そこで、セルフアライニングトルクの作用によってモータ３が回転させられる際のモータの端子間電圧およびモータ電流を検出することによりモータ角速度を検出し、または角度センサの角度差分からモータ角速度を検出することにより、ハンドルを中立位置に復元させるための補償電流値を算出することが可能である。

電流指令値制限部１２はモータ回転数に基づき電流指令値を制限し、ベクトル制御部１３はモータ角度に基づきＵＶＷの各相の電流指令値を表す三相電流指令値を出力する。この電流指令値は加算器１４に入力され、電流検出値と電流指令値とが一致するように負帰還制御が行われる。

モータ電流検出回路１２０、１２１はモータ３に供給されたＵ相、Ｗ相の電流を検出し、電流値に応じた電圧値を有する電流検出値を出力する。電流検出値はＡ／Ｄ変換された後、増幅部１２４によって増幅され、さらに加算器１６およびオフセット学習部に入力される。増幅部１２４は、Ａ／Ｄ変換された電流検出値を数ビット分シフトすることにより、ソフトウェア上において利得を増加するためのものである。本実施形態によれば、電流検出値の利得を増加し、後述する平均化処理を行うことにより、電流検出値の１ＬＳＢあたりの分解能を高めることができる。また、利得増加処理と電流制御部１５における積分処理とを組み合わせることにより、電流検出値の１ＬＳＢあたりの分解能を高めても良い。例えば、電流検出値を増幅することにより、０．３３２Ａ／ＬＳＢの分解能を０．０４９Ａ／ＬＳＢに高めることができ、高精度のオフセット学習が可能となる。

オフセット学習部は、パワーステアリング装置の動作状態が所定の条件に合致した場合に、オフセット電流補正の学習を行い、オフセット補正値を加算器１６に出力するものである。
加算器１６は電流検出値からオフセット補正値を減算し、Ｕ相およびＷ相の補正後の電流検出値を出力する。Ｖ相電流推定部１７はＶ相の電流検出値の利得等をＵ相およびＷ相に合わせる補正を行うためのものである。このようにして補正の行われたＵＶＷ相の電流検出値は加算器１４において電流指令値と比較され、制御偏差Δｉが電流制御部１５に与えられる。電流制御部１５は制御偏差Δｉに基づき、比例制御および積分制御を組み合わせたいわゆるＰＩ制御を行うためのものである。電流制御部１５からの出力信号は駆動回路１１７に出力され、三相の駆動電流がモータ３に出力される。

故障判断部１８はトルク信号、電源電圧等を監視することにより、パワーステアリング装置の初期診断、フェールセーフ処理を行うためのものである。例えば、故障診断部１５が、モータ３、トルクセンサ４等の異常を検出した場合には、補助トルクの漸減処理を行うように電流指令値演算部１１に指示を与えることができる。

図４は、オフセット学習部のブロック図である。オフセット学習部は学習条件判定部２１、オフセット推定部２２，オフセット補正部２３を備えて構成されている。学習条件判定部２１は複数の学習条件に基づき、オフセット補正の学習を実行するか否かを判断するためのものである。学習条件判定部がオフセット補正の学習を行うと判断した場合には、学習条件判定部２１は電流指令値をデューティ５０％に固定するためのデューティ５０％指令を出力するとともに、学習実行を表す状態フラグをオフセット推定部２２に出力する。

学習条件判定部２１がオフセット学習を決定した場合には、オフセット推定部２２はデューティ５０％出力時における電流検出値を読み取り、オフセット電流を推定する機能を有している。オフセット電流推定部２２がオフセット電流の推定を実行すると、所定の状態フラグとともにオフセット推定値をオフセット補正部２３に出力する。これらの信号を入力したオフセット補正部２２は従前のオフセット補正値をオフセット推定値に更新する。更新後のオフセット補正値は、図３に示された加算器１６に出力され、電流検出値のオフセット補正が行われる。

このように、本実施例によれば、オフセット学習された電流検出値は電流制御部１５に対してのみ与えられ、他の機能に対してはオフセット学習されていない電流検出値が与えられる。このため、オフセット学習が不十分であった場合でも、モータ制御以外の他の機能に弊害が及ぶのを回避することができる。
以下に、オフセット学習部２０の各部の詳細の構成を説明する。

＜学習条件判定部＞
図５は学習条件判定部２１のブロック図である。学習条件判定部２１は、複数の学習条件に基づきオフセット学習の可否を判定する判定部２１０と、前回のオフセット学習のタイムスタンプを記録する学習頻度カウンタ２１１とを備えて構成されている。判定部２１０には、学習条件として、アシスト状態、車速信号、デューティ指令値、電流指令値、モータ回転数、前回からの学習経過時間等が入力されている。判定部２１０はこれらの条件を参照し、ステアリングが回転しておらず、かつ、モータ３に電流が殆ど流れていない場合に、オフセット学習の開始を決定する。

オフセット学習条件の詳細を図７に示す。この図において、「ＡＮＤ」は複数の条件が全て満たされることを示し、「ＯＲ」は複数の条件のいずれかが満たされることを示している。学習条件の欄において、例えば、「車速０ｋｍ／ｈ ＡＮＤ アシスト許可状態になる初回時」は、両者の条件が同時に成立することを示している。さらに、「車速０ｋｍ／ｈ ＡＮＤ アシスト許可状態 AND 前回の学習より３００sec以上経過」は、これら３つの条件が全て満たされる必要があることを示している。これらの条件のいずれかが成立し、かつ、デューティ指令値の絶対値が８０dec以下、モータ回転数の絶対値が５dec以下、電流指令値の絶対値が２０dec以下の条件が全て満たされた場合に、オフセット学習の開始条件が成立する。

さらに、同図の確定条件の欄に示されたように、上述の開始条件が成立した後、アシスト許可状態になってから６０秒経過後、または、初めてアシスト許可状態になった場合に、オフセット学習条件が確定する。このように、開始条件成立の状態が所定時間継続した後に、オフセット学習を実行することにより、安定した状態の検出電流値を読み出すことができ、オフセット学習の精度を高めることが可能となる。

このように、学習条件が確定した場合には、確定時処理の項目に示された処理が実行される。すなわち、判定部２１０は、デューティ指令値をデューティ５０％に固定する指令を電流制御部１５に出力するとともに、電流制御部１５の積分要素における過去の演算値を初期化する。さらに、判定部２１０は学習判定の確定状態を表す状態フラグを「１」にセットする。この状態フラグを受けたオフセット推定部２２はオフセット学習を開始する。

同図の終了条件の欄は、オフセット学習確定条件を終了させるための条件を表している。すなわち、確定条件が成立してから最大２０ｍｓｅｃ経過後に、オフセット学習処理が終了する。また、終了時の処理の欄に示されたように、オフセット学習終了時には、判定部２１０は状態フラグを「０」にセットするとともに、学習頻度カウンタ２１１の値をクリアする。

さらに、同図のサンプリング周期の欄に示されたように、電流検出値は２５０μsec毎にサンプリングされる。また、オフセット学習の中断条件として、学習条件が成立しなくなった場合には、オフセット学習は中断され、状態フラグは「０」にセットされる。

上述のように、オフセット学習開始条件の一つとして、電流指令値の絶対値が２０dec以下であることが要求されている。測定結果によれば、ステアリングから手を離した状態では、電流指令値は±１０decの範囲に収まり、ステアリングを軽く操舵した場合には、電流指令値は±２０decの範囲に収まった。これらの結果から、本実施形態においては、オフセット学習開始条件としての電流指令値は±２０decに設定されている。

また、モータは、車体振動およひ操舵状態によって、多少回転することがある。例えば、ステアリングから手を離した状態では、モータ回転数は０rpmであるが、ステアリングに手を添えた状態では、モータ回転数は±５rpm（１dec／１rpm）であった。この結果から、オフセット学習開始条件として、モータ回転数は±５rpmと設定されている。

さらに、オフセット開始条件として、デューティ指令値は±８０decの範囲内に設定されている。PWM駆動回路１１７のスイッチングトランジスタのオン時間がデッドタイムを越えてからモータ３に電流が流れ始めるため、デューティ指令値がデッドタイム以下であればモータ３には殆ど電流が流れない。一般に、PWM駆動回路１１７のスイッチングトランジスタのデッドタイムは±１００dec程度であるため、スイッチングトランジスタのばらつきを考慮して、本実施形態においては±８０decをデューティ指令値のオフセット開始条件としている。

オフセット開始条件としての車速は、本実施形態では０km／ｈ、１dec／２km／hに設定されている。これは、ドライバの安全を考え、停止中にのみオフセット学習を許容しているためである。

＜オフセット推定部＞
図６は、オフセット推定部２２のブロック図である。このオフセット推定部２２は、オフセット電流を検出する判定処理部２２０と、検出されたオフセット電流の平均化を行うサンプリング平均化処理部２２１とを備えて構成されている。判定処理部２２０には電流検出値が入力されており、この電流検出値が所定範囲内にある場合に、判定処理部２２０は電流検出値をオフセット電流として読み込む。サンプリング平均化処理部２２１は、判定処理部２２０によって読み取られたオフセット電流を複数回サンプリングすることにより、平均化処理を行う機能を有している。このように、オフセット電流の平均化処理を行うことにより、オフセット電流のばらつき低減することが可能となる。すなわち、オフセット電流をＡ／Ｄ変換する際に、１ビットの範囲でデジタル値が変動し、オフセット電流の１回のサンプリングだけでは正確なオフセット電流を把握することが難しい。そこで、本実施形態によれば、オフセット電流を６４回サンプリングし、オフセット電流のばらつきを低減している。

図１０、図１１に、サンプリング回数とオフセット電流のばらつきとの関係を示す。これらの図において、サンプリング回数を０〜６４回まで順に増加させることにより、オフセット電流の雑音成分が低減することが確認できる。本実施形態によれば、６４回のサンプリングを行うことで、十分な雑音低減効果を得ることができた。

図８に、オフセット推定処理の詳細を示す。同図の開始条件の欄に示されたように、状態フラグが「１」であり、かつ、電流指令値の絶対値が１６decよりも小さい場合に、オフセット推定処理の開始条件が成立する。オフセット推定部２２は、UW相の検出電流値をサンプリングし、この値をオフセット電流として読み込む。さらに、オフセット推定部２２は、読み取ったオフセット電流の絶対値が８dec以下であれば、このオフセット電流をそのままサンプリングおよび加算し、オフセット電流の絶対値が９〜１５decの範囲内にあれば，±８decのいずれかをオフセット値として加算する。このようにして、オフセット推定部２２は、６４回の加算を行い、加算結果を６４で除算した結果をオフセット値として推定する。なお、上述のように、電流検出値はソフトウェア上において利得の増加がなされており、さらに電流検出値の平均化処理を行うことにより、Ａ／Ｄ変換における１ＬＳＢあたりの分解能を実質的に向上させることができる。

オフセット推定処理の中断条件は、同図に示されたように、状態フラグが「０」であり、かつ、電流指令値が１６dec以上である場合である。オフセット推定処理が中断した場合には、判定処理部２２０はオフセット推定値を元の状態に戻し、状態フラグを「０」に戻すとともに、サンプリング平均化処理部２２１の加算値をクリアする。

＜オフセット補正部＞
図９は、オフセット補正値更新処理の詳細を表している。オフセット補正値更新処理は、上述のオフセット推定値をオフセット補正値として更新するためのものである。オフセット補正値更新処理の開始条件は、状態フラグが「２」であり、オフセット前回値がオフセット推定値に等しくなく、かつ、オフセット推定値が８dec以下の場合である。この条件が成立した場合には、オフセット補正値の更新処理が行われる。すなわち、オフセット推定値−オフセット前回値の絶対値が４dec以下の場合には、オフセット補正部２３はオフセット推定値をオフセット補正値に置き換える。また、オフセット推定値−オフセット前回値の絶対値が４decより大きい場合には、オフセット補正部は（オフセット推定値−オフセット前回値）／２の値をオフセット補正値に置き換える。すなわち、オフセット推定値とオフセット前回値との差が大きい場合には、段階的にオフセット補正値が更新される。これにより、急激な制御の変化を回避することができる。オフセット補正値更新処理が終了すると、オフセット補正部２３は状態フラグを「０」に戻す。このようにして更新されたオフセット補正値は、図３の加算器１６に出力され、電流検出値のオフセット補正が行われる。

＜動作＞
続いて、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置の動作を説明する。図１２はパワーステアリング制御装置の動作を表すメインフローチャートである。先ず、イグニッションスイッチ５ａをオンにすると、ＥＣＵ１は動作を開始し、パワーステアリング装置の初期診断等の初期設定を実行する（ステップＳ１）。初期設定が正常に終了し、ＥＣＵ１がパワーステアリングのアシスト動作を許可すると（ステップＳ２でＹＥＳ）、アシストの制御を開始する（ステップＳ３）。すなわち、電流指令値演算部１１はトルク信号等に基づき、電流指令値を算出し、ベクトル制御部１３は三相の電流指令値を出力する。電流検出回路１２０，１２１はモータ３への駆動電流を検出し、電流検出値を出力する。電流制御部１５は電流検出値が電流指令値に等しくなるように駆動回路１１７にＰＷＭ信号を出力し、ＰＷＭ駆動回路１１７は三相の駆動電流をモータ３に供給し、補助操舵トルクがステアリング６１に印加される。

ＥＣＵ１のオフセット学習部２０は電流検出値等を監視しながらオフセット学習の条件を判断し、オフセット条件が成立すれば、電流検出値におけるオフセット電流補正を行う（ステップＳ４）。イグニッションスイッチ５ａがオフになるまで（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＥＣＵ１は上述の処理を繰り返し実行する。

図１３，図１４は上述のオフセット学習処理（ステップＳ４）の詳細を表すフローチャートである。先ず、学習条件判定部２１は、アシスト状態、車速信号、デューティ指令値、電流指令値、モータ回転数等を監視することにより、オフセット学習の開始条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１０１）。オフセット学習の開始条件は、上述の図７の表に示されたとおりである。すなわち、アシスト許可状態になった直後、または、前回の学習から３００sec経過後であって、モータ３に電流が殆ど流れず、かつ、車速０ｋｍ／ｈの場合に、開始条件が成立する。例えば、図１５に示されたように、イグニッションスイッチ５ａがオンになってから、アシスト許可状態における停車時（時刻ｔ０）、または、前回の学習から３００sec経過後における停車時（時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３）において、オフセット学習開始条件が成立する。また、図１６に示されたように、学習条件の成立は時刻ｔ１０から最大で２０msec経過する時刻ｔ１４まで継続する。

学習条件が成立しない場合（ステップＳ１０１でＮＯ）には、状態フラグを「０」にセットし（ステップS１０７）、処理は図１１のメインフローチャートに戻る。一方、学習条件が成立した場合（ステップＳ１０１でＹＥＳ）には、学習判定部２１は、オフセット学習の確定条件が成立したか否かをさらに判断する（ステップＳ１０２）。上述のように、アシスト許可状態になってから６０sec経過後、または、アシスト許可状態になった直後に、オフセット学習の確定条件が成立する。オフセット学習の確定条件が成立しない場合（ステップS１０２でNO）には、処理は図１１のメインフローチャートに戻り、確定条件が成立した場合（ステップS１０２でＹＥＳ）には、学習条件判定部２１はステップＳ１０３以下の処理を実行する（図１６の時刻ｔ１１）。

すなわち、学習条件判定部２１は状態フラグを「１」にセットし（ステップＳ１０３）、電流制御部１５に対してデューティ比５０％のデューティ指令値出力するように指示する（ステップＳ１０４）。さらに、学習条件判定部２１は電流制御部１５における積分要素の過去値をクリアする（ステップＳ１０５）。これにより、モータ３への駆動電流は殆どゼロになり、電流検出回路１２０，１２１からの電流検出値はオフセット成分のみになる。さらに、学習条件判定部２１は電流制御部１５の積分制御要素の過去値をクリアし、過去値によってモータ３に電流が流れるのを防止している（ステップＳ１０５）。

続いて、オフセット推定部２２はオフセット推定条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。すなわち、状態フラグが「１」であり、かつ、検出電流値の絶対値が１６decより小さい場合に、オフセット推定部２２はオフセット推定条件が成立したと判断し（ステップS１０６でＹＥＳ）、オフセット電流推定処理を開始する（図１６の時刻ｔ１２）。一方、オフセット推定条件が成立しない場合（ステップＳ１０６でＮＯ）には、状態フラグを「０」に戻すとともに（ステップS１０７）、オフセット推定値を前回値に戻し、処理はメインフローチャートに戻る。

オフセット推定条件が成立した場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）には、Ｕ相、Ｗ相の電流検出値をオフセット電流値としてサンプリングする（ステップＳ１０８）。サンプリングされたオフセット電流の絶対値が８dec以下であれば、オフセット推定部２２はオフセット電流をオフセット値と判定する。一方、オフセット電流の絶対値が１６decよりも大きければ、オフセット推定部２２は±８decの上限または下限をオフセット値と判定する（ステップＳ１０９）。オフセット推定部２２は、このようにして判定されたオフセット値を６４回サンプリングし、それらの平均値をオフセット推定値とする（ステップＳ１１０）。このようにして、オフセット値の推定処理終了後、オフセット推定部２２は状態フラグを「２」にセットする（ステップＳ１１５）。

続いて、オフセット補正部２３は、オフセット値更新条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ１１１）。すなわち、状態フラグが「２」であり、オフセット前回値がオフセット推定値に等しくなく、かつ、オフセット推定値が８dec以下であれば、オフセット補正部２３はオフセット値更新条件が成立したと判断する（ステップＳ１１１でＹＥＳ）。一方、オフセット値更新条件が成立しなければ、処理はメインフローチャートに戻る。

ステップＳ１１２において、オフセット推定値−オフセット前回値の絶対値が４dec以下の場合には、オフセット補正部２３はオフセット推定値をオフセット補正値に置き換える。また、オフセット推定値−オフセット前回値の絶対値が４decより大きい場合には、オフセット補正部２３は（オフセット推定値−オフセット前回値）／２の値をオフセット補正値に置き換える。

このようにして、オフセット補正値更新処理が終了すると（ステップＳ１１３）、オフセット補正部２３は状態フラグを「０」に戻し（ステップＳ１１４）、処理はメインフローチャートに戻る（図１６の時刻ｔ１３）。このようにして更新されたオフセット補正値は、図３の加算器１６に出力され、電流検出値のオフセット補正が行われる。

以上述べたように、本発明によれば、デューティ指令値を固定した状態においてオフセット電流の学習を行うことにより、高精度のオフセット補正を実現することが可能となる。すなわち、モータへの駆動電流がゼロになるため、電流検出回路におけるオフセット電流のみを検出できる。

また、モータ回転数、電流指令値、車速等を考慮することにより、モータへの駆動電流がゼロとなる状態を推定することができる。これにより、アシスト動作中においても高精度なオフセット学習を実行することが可能となる。

さらに、本発明によれば、オフセット学習によるオフセット補正値は電流制御によってのみ使用される。よって、万一、オフセット学習が十分に機能しなかった場合であっても、他の機能への影響を最小限に抑えることができる。

以上、本実施形態を説明したが、本発明は上述の構成に拘泥されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置はコラムタイプ、ラックタイプを問わず、また、油圧式パワーステアリング装置にも適用可能である。さらに、プログラムの形態は上述のフローチャートに限定されず、同様の機能を実現できるものであれば変更可能である。また、上述の閾値、継続時間、パラメータ等の各種数値は例示にすぎず、他の数値を使用できることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係るパワーステアリング装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るパワーステアリング制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係るパワーステアリング制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るオフセット学習部のブロック図である。 本発明の実施形態に係る学習条件判定部のブロック図である。 本発明の実施形態に係るオフセット推定部のブロック図である。 本発明の実施形態に係る学習判定処理の詳細を表す図である。 本発明の実施形態に係るオフセット推定処理の詳細を表す図である。 本発明の実施形態に係るオフセット更新処理の詳細を表す図である。 本発明の実施形態に係るサンプリング回数毎のオフセット値を表すグラフである。 本発明の実施形態に係るサンプリング回数毎のオフセット値を表すグラフである。 本発明の実施形態に係るパワーステアリング制御装置の動作を表すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るオフセット学習処理の詳細を表すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るオフセット学習処理の詳細を表すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るオフセット学習処理のタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係るオフセット学習処理のタイミングチャートである。 従来のパワーステアリング制御装置のブロック図である。

１ ＥＣＵ
３ モータ
４ トルクセンサ
１１ 電流指令値演算部
１３ ベクトル制御部
１５ 電流制御部
２０ オフセット学習部
２１ 学習条件判定部
２２ オフセット推定部
２３ オフセット補正部
１２０，１２１ 電流検出回路
１２４，１２５ 増幅回路

Claims (5)

1. ステアリングに印加された操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   検出された操舵トルクに基づき、多相の駆動電流を制御するための電流指令値を算出する電流指令値演算部と、
   前記電流指令値に基づき、パルス幅変調された多相のデューティ指令値を算出する電流制御部と、
   前記デューティ指令値に基づく駆動電流を、操舵補助トルク発生用の多相モータに与える駆動回路と、
   前記多相モータにおける前記駆動電流の値を検出し、電流検出信号を出力する電流検出回路と、
   前記電流検出信号をＡ／Ｄ変換し、電流検出値を出力するＡ／Ｄコンバータと、
   前記駆動電流が略ゼロになった場合に、オフセット学習の開始の可否を決定するとともに、オフセット学習の開始を決定した場合には、前記デューティ指令値を５０％のデューティ比に設定する学習条件判定部と、
   オフセット学習の開始が決定された場合には、前記電流検出値を検出し、前記電流検出回路のオフセット電流値を推定するオフセット推定部と、
   前記オフセット電流値に基づき、前記電流検出値の各相の補正を行うオフセット補正部とを備え、
   新たに推定された第１のオフセット電流値と、以前に推定された第２のオフセット電流値との差分が所定値以上である場合には、前記オフセット推定部は、当該差分が少なくなるように前記第１のオフセット推定値を修正するパワーステアリング制御装置。
2. 前記学習条件判定部は、前記電流指令値、前記デューティ指令値、前記モータの回転数、または、車速の少なくとも一つに基づき、オフセット学習の開始の可否を決定することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
3. 前記学習条件判定部は、前回のオフセット学習から所定時間経過後に、オフセット学習の開始を決定することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
4. 前記オフセット推定部は、前記電流検出値を複数回サンプリングすることにより前記オフセット電流値を推定することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。
5. ディジタル値で表された複数の前記電流検出信号を増幅し、これらの平均値を算出する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。

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