JP2002308121A

JP2002308121A - 電動式パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2002308121A
Application number: JP2001112684A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Fujii; 秀明藤井; Masamichi Okubo; 雅通大久保; Yoshiaki Taniguchi; 義章谷口; Yoshihiro Takemoto; 憙弘竹本
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電動パワーステアリングにおいて、操舵時の
ハンドルのガタならびに高回転の音の発生を防止できる
電動式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】自動車の前輪などの操向車輪の操舵装置
として取り付けられる電動式パワーステアリング装置で
あって、ブラシレスモータによる操舵補助力と、操向ハ
ンドルの操作による手動操舵力とにより操向車輪が転舵
されるようになっており、このブラシレスモータの制御
回路部において、Ｓ１〜Ｓ８の手順に従い、トルクセン
サによる検出信号に応じて進角量を算出し、レゾルバに
よる検出信号に基づいて回転数を算出し、この負荷に見
合った進角量を回転数に応じて補正した最適な進角でブ
ラシレスモータを駆動することにより、低回転時のトル
クリップルの低減ならびに高回転時の電流リップルを低
減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用の電動式パ
ワーステアリング装置のセンシング技術に関し、特に電
動式パワーステアリング用ブラシレスモータを負荷に応
じた最適な進角に対応するタイミングで駆動することが
可能な電動式パワーステアリング装置に適用して有効な
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、本発明者が検討した技術とし
て、電動式パワーステアリング装置は、自動車の前輪な
どの操向車輪の操舵装置として取り付けられ、ブラシの
整流子に対する当たり方が変わることによる性能変化が
ないこと、長寿命化などを考慮してブラシレスモータが
用いられるようになってきている。このブラシレスモー
タを用いた電動式パワーステアリング装置としては、ブ
ラシレスモータがラック軸に同軸的に設けられ、このラ
ック軸に設けられたブラシレスモータによって操舵補助
力を得る、いわゆるラックアシスト式と呼ばれるものが
知られている。

【０００３】このラックアシスト式の電動式パワーステ
アリング装置は、ブラシレスモータと、このブラシレス
モータに同軸的に設けられたラック軸と、このラック軸
と連結機構を介してラック・アンド・ピニオン結合され
た操向車輪、および操向ハンドルなどからなり、ブラシ
レスモータの発生する操舵補助力をボールねじ機構を介
してラック軸に伝達する。そして、このブラシレスモー
タによる操舵補助力と、操向ハンドルの操作による手動
操舵力とにより操向車輪を転舵し、運転者の操舵負担を
軽減できるようになっている（たとえば特開平８−２５
１９７５号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ブラシ
レスモータを用いた電動式パワーステアリング装置にお
いては、ブラシレスモータをロータの位置検出情報に応
じて転流制御しているが、時としてブラシレスモータの
トルクリップルが大きくなり、そのトルクリップルがハ
ンドル軸を介して運転者にハンドルのガタとして伝わる
ことから、運転者の操舵フィーリングに悪影響を及ぼす
ことがある。

【０００５】さらに、ロータの位置情報に応じて転流制
御を行うと、たとえば図６のように電源電流の変動（電
流リップル）が大きくなる。この電流リップルによりブ
ラシレスモータから音が発生することになる。特に、ハ
ンドルを早く切ったときのようにブラシレスモータの回
転数が高いときは音が顕著なものとなり、運転者に不快
感を与えることになる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、前記のようなブ
ラシレスモータのトルクリップル、電源電流の電流リッ
プルに着目し、電動パワーステアリングにおいて、操舵
時のハンドルのガタならびに高回転の音の発生を防止す
ることができる電動式パワーステアリング装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電動式パワース
テアリング装置は、前記目的を達成するために、操舵補
助力を発生するブラシレスモータと、このブラシレスモ
ータの各相のコイルを通電／非通電してブラシレスモー
タを所定の方向に回転させる駆動手段と、ブラシレスモ
ータにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、この負荷
検出手段が検出した負荷に応じて進角量を算出する進角
量算出手段と、ブラシレスモータのロータの位置を検出
する位置検出手段と、この位置検出手段の検出信号に基
づいてブラシレスモータの回転数を算出する回転数算出
手段と、進角量算出手段により算出された進角量を回転
数算出手段により算出された回転数に応じて補正する進
角量補正手段と、この進角量補正手段により補正された
進角量に対応するタイミング信号を発生し、このタイミ
ング信号により駆動手段を制御し、ブラシレスモータの
各相のコイルの通電／非通電時間を所定の進角に対応す
る転流タイミングで制御する制御手段とを有するもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形
態である電動式パワーステアリング装置の要部を示す概
略構成図、図２は本実施の形態の電動式パワーステアリ
ング装置において、ブラシレスモータの制御回路部を示
す機能ブロック図、図３は制御回路部の処理を示すフロ
ーチャート、図４は進角に対するトルクと電源電流変動
率との関係を示す特性図、図５は電源電流を示す波形図
である。

【０００９】まず、図１により本実施の形態の電動式パ
ワーステアリング装置の一例の概略構成を説明する。本
実施の形態の電動式パワーステアリング装置は、たとえ
ば自動車の前輪などの操向車輪の操舵装置として取り付
けられ、ブラシレスモータ１と、このブラシレスモータ
１に同軸的に設けられたラック軸２と、このラック軸２
の両端にロッドやアームなどの連結機構を介して連結さ
れた操向車輪（図示せず）と、ラック軸２に操舵軸など
の連結機構を介して連結された操向ハンドル３と、ブラ
シレスモータ１の駆動を制御する制御回路部４と、ブラ
シレスモータ１の発生する操舵補助力をラック軸２に伝
達するボールねじ駆動部５などから構成され、ブラシレ
スモータ１による操舵補助力と、操向ハンドル３の操作
による手動操舵力とにより操向車輪が転舵されるように
なっている。

【００１０】この電動式パワーステアリング装置のブラ
シレスモータ１は、操向ハンドル３とラック軸２との間
に設けられたトルクセンサ６と、ブラシレスモータ１の
ロータの位置（回転角）を検出するためのレゾルバ７と
の検出結果に基づいて制御回路部４を介して制御され
る。このブラシレスモータ１は、たとえばインナーロー
タ型とされ、外周部にステータが配置され、その内周部
にロータが設けられている。ステータの内周部には５相
のコイルが保持され、またロータの外周部にはマグネッ
トが配置されている。

【００１１】次に、図２によりブラシレスモータ１の制
御回路部４の一例の構成を説明する。このブラシレスモ
ータ１の制御回路部４は、前記において概略を示した、
ａ相〜ｅ相の５相のコイルを有し、操舵補助力を発生す
るブラシレスモータ１と、このブラシレスモータ１にか
かる負荷（操舵トルク）を検出する負荷検出手段である
トルクセンサ６と、ブラシレスモータ１のロータの位置
（回転角）を検出する位置検出手段であるレゾルバ７な
どに接続されている。

【００１２】この制御回路部４は、ブラシレスモータ１
の各相のコイルを通電／非通電してブラシレスモータ１
を所定の方向に回転させる駆動手段としての、ＦＥＴゲ
ート回路８および５組のＦＥＴ１〜ＦＥＴ１０と、レゾ
ルバ７の検出信号が入力されるロータ位置検出回路１０
と、トルクセンサ６が検出した負荷に応じて進角量を算
出する進角量算出手段、ロータ位置検出回路１０のロー
タの回転角の検出信号に基づいてブラシレスモータ１の
回転数を算出する回転数算出手段、進角量算出手段によ
り算出された進角量を回転数算出手段により算出された
回転数に応じて補正する進角量補正手段および、この進
角量補正手段により補正された進角量に対応するタイミ
ング信号を発生し、このタイミング信号によりＦＥＴゲ
ート回路８を制御するとともに、各相のコイルの通電／
非通電時間を所定の進角に対応する転流タイミングで所
定のデューティとなるように制御する制御手段としての
機能を有する制御回路９などから構成されている。

【００１３】５組のＦＥＴ１〜ＦＥＴ１０は、それぞれ
のゲートがＦＥＴゲート回路８に接続されて、駆動デュ
ーティおよびＦＥＴ切り換え信号に基づいてＯＮ／ＯＦ
Ｆが制御される。ＦＥＴ１のドレインは電源電圧に接続
され、このソースがＦＥＴ２のドレインに接続され、こ
のソースが電流検出回路１１を介して接地電圧に接続さ
れ、ＦＥＴ１のソースとＦＥＴ２のドレインとの接続ノ
ードからブラシレスモータ１のコイルのａ相に接続され
ている。同様に、ＦＥＴ３とＦＥＴ４、ＦＥＴ５とＦＥ
Ｔ６、ＦＥＴ７とＦＥＴ８、ＦＥＴ９とＦＥＴ１０も電
源電圧と接地電圧間に接続され、それぞれの接続ノード
からブラシレスモータ１のコイルのｂ相、ｃ相、ｄ相、
ｅ相に接続されている。この５組のＦＥＴ１〜ＦＥＴ１
０をＯＮ／ＯＦＦ制御し、各相のコイルに流れる電流を
転流タイミングで制御することでブラシレスモータ１を
時計方向、反時計方向に回転させることができる。

【００１４】次に、本実施の形態の作用について、図３
によりブラシレスモータ１の制御回路部４の動作を説明
する。この制御回路部４における処理は、ＣＰＵからな
る制御回路９で所定のアルゴリズム（進角量算出手段、
回転数算出手段、進角量補正手段などの機能を含む）に
よりソフト的に行われる。

【００１５】まず、ブラシレスモータ１の駆動制御を行
うために、初期設定を行い（Ｓ１）、そしてトルクセン
サ６で操舵トルクを検出した後（Ｓ２）、制御回路９に
おいて、この検出信号をアルゴリズムに従って処理し、
検出された操舵トルクに応じた出力電流を算出する（Ｓ
３）。そして、制御回路９において、算出された出力電
流に基づいて、負荷に見合ったロータの進角すべき進角
量を算出する（Ｓ４）。

【００１６】続いて、ブラシレスモータ１に接続された
レゾルバ７により、ロータの回転角を検出する（Ｓ
５）。さらに、制御回路９において、回転角の検出信号
をアルゴリズムに従って処理し、回転数を算出する（Ｓ
６）。この回転数の算出は、レゾルバ７の角度信号の切
り替わり時間から得ることが可能である。

【００１７】その後、制御回路９において、算出された
進角量を、算出された回転数に応じて、最適なロータの
進角すべき進角量に補正する（Ｓ７）。そして、補正さ
れた進角量に対応するタイミング信号、レゾルバ７の絶
対角度信号をもとに、ブラシレスモータ１の起動処理を
行う（Ｓ８）。この起動後は、所定のタイミングで随
時、Ｓ２からの処理を実行する。

【００１８】これにより、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ１０を、Ｆ
ＥＴゲート回路８を介して転流制御し、ブラシレスモー
タ１の各相のコイルの通電／非通電時間を、負荷に見合
った進角量を回転数に応じて補正した最適な進角に対応
する転流タイミングで制御することができる。

【００１９】たとえば、５相のブラシレスモータ１にお
いては、通常の転流タイミングは０度、３６度、７２
度、１０８度、・・・となる。しかし、本実施の形態で
は、たとえば進角を５度とすると、３５５度、３１度、
６７度、１０３度、・・・という転流タイミングにな
る。従って、レゾルバ７より得られるロータの回転角が
先の転流角と一致した時点で、制御回路９は転流制御を
行ってＦＥＴ１〜ＦＥＴ１０を切り換えればよい。

【００２０】以上のように、本実施の形態の転流制御に
おいては、負荷に見合った電流値から進角を算出し、そ
の算出値に回転数から進角の補正を行う。すなわち、負
荷電流が大きければ進角量を大きくし、さらに回転数が
高いほど進角量が大きくなるように補正することで、ト
ルクリップルと騒音とを防止できる。よって、低回転時
は効率重視で、高回転時は騒音を防止する。ただし、回
転が上昇するにつれて進角した方がモータ効率も良いの
で、ブラシレスモータの著しい効率低下はない。

【００２１】たとえば、進角に対するトルクと電源電流
変動率との関係は図４のようになり、実線はトルクの特
性、一点鎖線（回転数Ｎ₁）および二点鎖線（回転数
Ｎ₂）は電源電流変動率の特性をそれぞれ示す。図４の
ように、トルクがピークのトルク重視の進角量に対し
て、進角を進み方向に移行することで、電源電流変動率
を重視した設定となる。また、回転数に関しては、高い
とき（Ｎ₁）の方が進角量が小さいと電源電流変動率が
大きく、進角していくにつれて小さくなり、一方、回転
数が低いとき（Ｎ₂）は電源電流の立ち上がりが早いの
で電源電流変動率が大きくならない。すなわち、電源電
流変動率を重視した設定進角範囲においては、許容値
（ＭＡＸ）に対して、回転数が高いときは進角量が小さ
く、低いときは大きくすることにより、トルクリップル
と騒音とを防止することができる。

【００２２】また、前記図６のような、ロータの位置情
報に応じて転流制御を行う場合に比べて、たとえば図５
のように電源電流の波形が平坦になり、電源電流の変動
（電流リップル）を小さくすることができる。このよう
に、電流リップルが小さくなることにより、ブラシレス
モータ１から音が発生することがなく、運転者に不快感
を与えることもなくなる。

【００２３】従って、本実施の形態によれば、操舵トル
クを検出するトルクセンサ６と、ロータの回転角を検出
するレゾルバ７と、トルクセンサ６による検出信号に応
じて進角量を算出し、レゾルバ７による検出信号に基づ
いて回転数を算出し、この算出された進角量を回転数に
応じて補正し、この補正された進角量に対応するタイミ
ング信号を発生する制御回路９を有することにより、負
荷に見合った進角量を回転数に応じて補正した最適な進
角でブラシレスモータ１を駆動することができるので、
低回転時のトルクリップルの低減ならびに高回転時の電
流リップルを低減でき、これによって操舵時のハンドル
のガタならびに音の発生を防止できるようになる。

【００２４】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】本発明の電動式パワーステアリング装置
によれば、ブラシレスモータの転流タイミングを進角さ
せることで、低回転時のトルクリップルの低減ならびに
高回転時の電流リップルを低減することができ、これに
より操舵時のハンドルのガタならびに音の発生を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である電動式パワーステ
アリング装置の要部を示す概略構成図である。

【図２】本発明の一実施の形態の電動式パワーステアリ
ング装置において、ブラシレスモータの制御回路部を示
す機能ブロック図である。

【図３】本発明の一実施の形態の電動式パワーステアリ
ング装置において、制御回路部の処理を示すフローチャ
ートである。

【図４】本発明の一実施の形態の電動式パワーステアリ
ング装置において、進角に対するトルクと電源電流変動
率との関係を示す特性図である。

【図５】本発明の一実施の形態の電動式パワーステアリ
ング装置において、電源電流を示す波形図である。

【図６】本発明の前提となる電動式パワーステアリング
装置において、電源電流を示す波形図である。

【符号の説明】

１ブラシレスモータ２ラック軸３操向ハンドル４制御回路部５ボールねじ駆動部６トルクセンサ７レゾルバ８ＦＥＴゲート回路９制御回路１０ロータ位置検出回路１１電流検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口義章群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内 (72)発明者竹本憙弘群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 3D032 CC08 DA15 DA63 DB11 DD17 EA01 EC23 3D033 CA02 CA03 CA16 CA20 CA21 5H560 AA10 BB05 BB12 DA10 DA17 DC03 DC07 EB01 EB07 GG04 HC01 JJ12 JJ13 RR01 RR10 SS01 TT15 UA05 XA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵補助力を発生するブラシレスモータ
と、前記ブラシレスモータの各相のコイルを通電／非通
電して前記ブラシレスモータを所定の方向に回転させる
駆動手段と、前記ブラシレスモータにかかる負荷を検出
する負荷検出手段と、前記負荷検出手段が検出した負荷
に応じて進角量を算出する進角量算出手段と、前記ブラ
シレスモータのロータの位置を検出する位置検出手段
と、前記位置検出手段の検出信号に基づいて前記ブラシ
レスモータの回転数を算出する回転数算出手段と、前記
進角量算出手段により算出された進角量を前記回転数算
出手段により算出された回転数に応じて補正する進角量
補正手段と、前記進角量補正手段により補正された進角
量に対応するタイミング信号を発生し、このタイミング
信号により前記駆動手段を制御し、前記ブラシレスモー
タの各相のコイルの通電／非通電時間を所定の進角に対
応する転流タイミングで制御する制御手段とを有するこ
とを特徴とする電動式パワーステアリング装置。