JP2002315382A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

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
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〜Ｓ７の手順に従い、レゾルバに
よる検出信号に基づいて回転数を算出し、この回転数に
応じて最適な進角量を算出し、この進角量に対応するタ
イミング信号でブラシレスモータを駆動することによ
り、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。

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、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５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。

【０００５】そこで、本発明の目的は、前記のような電
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。

【０００６】

【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、この回転数算出手段
により算出された回転数に応じて進角量を算出する進角
量算出手段と、この進角量算出手段により算出された進
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。

【０００７】

【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は電源電流を示す波形図である。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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、こ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、この回
転数に応じて進角量を算出する進角量算出手段および、
この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。

【００１２】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。

【００１３】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（回転数算出手段、
進角量算出手段などの機能を含む）によりソフト的に行
われる。

【００１４】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）。

【００１５】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
４）。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
５）。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。

【００１６】その後、制御回路９において、算出された
回転数に基づいて、最適なロータの進角すべき進角量を
算出する（Ｓ６）。そして、算出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（Ｓ７）。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。

【００１７】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、回転数に応
じ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。

【００１８】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。

【００１９】このような転流制御により、進角量は回転
数の上昇とともに大きくすることで、ブラシレスモータ
１の効率を損なうことはなく、音の発生が防止できる。
すなわち、回転数が低いときは進角量を大きくとると進
角し過ぎとなり、もともと音の発生が低い領域では進角
量は小さい方がよい。反対に、回転数が高いときは進角
量を上げることで音の発生を防止でき、進角量を大きく
してもブラシレスモータ１の効率が低下することがな
い。

【００２０】よって、前記図５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
４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。

【００２１】従って、本実施の形態によれば、ロータの
回転角を検出するレゾルバ７と、このレゾルバ７による
検出信号に基づいて回転数を算出し、この回転数に応じ
て最適な進角量を算出し、この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、回
転数に応じて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、電流リップルを低減でき、これに
よってブラシレスモータ１からの音の削減ができるよう
になる。

【００２２】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。

【００２３】

【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、回転数に応じて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、電流リップルを低減するこ
とができ、これによりブラシレスモータからの音の発生
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、電源電流を示す波形図である。

【図５】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 ８ ＦＥＴ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） 3D033 CA02 CA03 CA16 CA20 CA21 5H560 AA08 BB05 BB12 DA10 DC01 DC03 DC12 EB01 RR01 UA05 XA02 XA15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記回転数算出手段により算出された回
   転数に応じて進角量を算出する進角量算出手段と、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。