JP2002321631A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2002321631A
JP2002321631A JP2001127990A JP2001127990A JP2002321631A JP 2002321631 A JP2002321631 A JP 2002321631A JP 2001127990 A JP2001127990 A JP 2001127990A JP 2001127990 A JP2001127990 A JP 2001127990A JP 2002321631 A JP2002321631 A JP 2002321631A
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steering
electric motor
motor
battery
electric power
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Yasushi Norifuji
安司 則藤
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速操舵時に発生するモータ回生電流に基づく
操舵トルクの増加を減少させて、高速操舵を容易にす
る。 【解決手段】電動モータ13を駆動するモータ駆動回路
30と、バッテリ34との間にスイッチングトランジス
タTreを挿入し、電動モータ13からバッテリ34へ
回生電流が流れる条件(モータ両端電圧>バッテリ電
圧)を検出した場合に、前記スイッチングトランジスタ
Treを遮断するスイッチング制御部33を備える。 【効果】モータ13の制動トルクの発生を防止し、ステ
アリングがマニュアルステアリング状態以上に重くなる
のを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータが発生
するトルクをステアリング機構に伝達することによって
操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】電動モータが発生する出力トルクをステ
アリング機構に伝達することによって、運転者のステア
リングホイール操作を補助する電動パワーステアリング
装置が用いられている。前記電動モータを駆動するモー
タ駆動回路は、スイッチング素子などにより構成されて
いる。電動パワーステアリング装置では、ステアリング
の操舵速度が速くなると、電動モータの起電圧により電
動モータに電流が流れにくくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】操舵速度がモータの無
負荷回転速度を超えると、電動モータの発電電流がモー
タ駆動回路内のダイオードを通じてバッテリ側に流れ、
電動モータが制動力を発生し、マニュアルステアリング
状態の時よりもステアリングが重くなる。図4(a)
は、モータ回転速度(操舵速度に対応する)とモータ出
力トルクとの関係を示すグラフであり、図4(b)は、
操舵速度と操舵トルクとの関係を示すグラフである。
【0004】操舵速度が大きくなるほど、モータ出力ト
ルクは減り、操舵トルクは増加する(ステアリングが重
くなる)。モータ出力トルクが0になる無負荷回転速度
を超えると、逆向きのモータ出力トルクが発生し、これ
によって、操舵トルクがさらに増加する。この領域を、
図4(a)では斜線Aで、図4(b)では斜線Bで示し
ている。この斜線Bの領域における操舵トルクの増加を
減らして、高速操舵を容易にすることができる電動パワ
ーステアリング装置が求められている。
【0005】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明の
電動パワーステアリング装置は、電動モータ(13)を駆動
するモータ駆動回路(30)と、バッテリ(34)とモータ駆動
回路との間の電源供給線(35)に挿入されたスイッチング
素子(Tre)と、電動モータからバッテリへ回生電流が流
れる状態を検出したことを条件に、前記スイッチング素
子を遮断するスイッチング制御手段(33)とを備えるもの
である。
【0006】前記の構成によれば、電動モータからバッ
テリへ回生電流が流れる状態を検出したときに、前記ス
イッチング素子を遮断し、電動モータの回生電流が流れ
ないようにすることができる。従って、モータの制動ト
ルクの発生を防止し、ステアリングがマニュアルステア
リング状態以上に重くなるのを防止することができる。
したがって、高速操舵を容易にすることができ、運転者
の負担を軽減することができる。
【0007】前記「電動モータからバッテリへ回生電流
が流れる状態」とは、具体的には、電動モータの駆動電
圧(Vb-Vc)がバッテリの電圧以上(Va)になった状態、で
ある。また、電動モータの駆動電圧がバッテリの電圧を
超えて、さらに高い所定電圧(Vu)に達したことを検出す
れば、前記スイッチング素子を接続して、スイッチング
素子を過電圧より保護することが好ましい。これによ
り、前記スイッチング素子に耐圧を超えた電圧がかかる
のを防止することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、電動パ
ワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図であ
る。この電動パワーステアリング装置は、車両のステア
リング機構1に関連して設けられ、操舵補助力を与える
ための装置である。ステアリング機構1は、運転者によ
って操作されるステアリングホイール2と、このステア
リングホイール2に連結されたステアリング軸3と、ス
テアリング軸3の先端に設けられたピニオン4と、ピニ
オン4に歯合するラックギヤ部5aを有し車両の左右方
向(車幅方向)に延びたラック軸5とを備えている。
【0009】ラック軸5の両端には、タイロッド6がそ
れぞれ結合されており、このタイロッド6は、それぞれ
操舵輪としての前左右輪FL,FRを支持するナックル
アーム7に連結されている。8はキングピンを示す。こ
の構成により、ステアリングホイール2が操作されてス
テアリング軸3が回転されると、この回転がピニオン4
及びラック軸5によって、車両の左右方向に沿う直線運
動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム7の
キングピン8まわりの回動に変換され、これによって、
前左右輪FL,FRの転舵が行われる。
【0010】ステアリング軸3は、ステアリングホイー
ル2に連結された入力軸3Aと、ピニオン4に連結され
た出力軸3Bとに分割されている。入力軸3Aと出力軸
3Bとは、ステアリングホイール2に加えられた操舵ト
ルクの方向及び大きさに応じて捩れを生じるトーション
バー9によって結合されている。トーションバー9に関
連して、入力軸3Aと出力軸3Bとの相対角度変位を検
出することによって、操舵トルクの方向及び大きさを検
出するトルクセンサ10が配置されている。また、出力
軸3Bに関連して、この出力軸3Bの回転角を検出する
ことによりステアリング機構の転舵角を検出する転舵角
センサ11が設けられている。
【0011】出力軸3B又はラック軸5のいずれかに
は、減速機構12を介して電動モータ13が結合され、
電動モータ13が発生するトルクは、減速機構12によ
って所定の減速比で減速されて、ステアリング機構1に
操舵補助力として伝達されるようになっている。この電
動モータ13に関連して、電動モータ13を駆動するモ
ータ駆動回路30と、電動モータ13に実際に流れる電
流(モータ電流)を検出するための電流検出回路14と
が設けられている。
【0012】電動モータ13は、電子制御ユニット(E
CU)20によって制御されるようになっている。電子
制御ユニット20は、トルクセンサ10によって検出さ
れる操舵トルクT、転舵角センサ11によって検出され
る転舵角θ等に基づいて、電動モータ13の目標電流値
を定め、電流検出回路14の出力信号を参照して、目標
電流が流れるように、電動モータ13をフィードバック
制御するものである。電子制御ユニット20は、転舵速
度dθ/dtを算出する回転速度演算部23と、前記操
舵トルクT、転舵角θ、転舵速度dθ/dtの大きさ及
び方向に応じた目標電流値iを定める目標電流値設定部
22とを備えている。
【0013】目標電流値iは、電動モータ13の目標電
流値として減算部28に与えられる。減算部28は、目
標電流値iと電流検出回路14によって検出されたモー
タ電流Iとの偏差を求め、この偏差をモータ制御部29
に与える。このモータ制御部29は、PI(比例積分)
制御演算を行うPI制御部と、このPI制御部の出力に
基づいてPWM(パルス幅変調)制御のためのデューテ
ィを定めるデューティ設定部と、このデューティ設定部
によって設定されたデューティのパルス幅駆動信号を生
成するパルス幅制御部とを含むものである。
【0014】図2は、モータ制御部29により制御され
るモータ駆動回路30を示す回路図である。当該モータ
駆動回路30は、4つのトランジスタTra〜Trdでブ
リッジ回路31を構成し、ブリッジ内に電動モータ13
を接続している。34はブリッジ回路31に、電源供給
線35を通して電源を供給するためのバッテリであり、
この電源供給線35に、電動モータ13から電源に流れ
る回生電流を阻止するためのスイッチングトランジスタ
Treを挿入している。
【0015】電動モータ13を正回転させるときは、い
ずれかの対角方向のトランジスタ(例えばTra,Tr
d)をオン状態にして、ゲート電流を通してPWM制御
する。電動モータ13を逆回転させるときは、他の対角
方向のトランジスタ(例えばTrb,Trc)をオン状態
にして、ゲート電流を通してPWM制御する。さらにモ
ータ駆動回路30は、電動モータ13の端子電圧Vb,
Vcを検出する演算増幅器32、演算増幅器32により
検出された電動モータ13の両端電圧|Vb−Vc|と、
バッテリ34の電圧Vaとを比較し、以下に説明する手
順によってスイッチングトランジスタTreをPWM制
御(オンオフ制御を含む)するスイッチング制御部33
とを備えている。
【0016】以上のスイッチング制御部33は、マイク
ロコンピュータを有するものであって、スイッチング制
御部33の機能の全部又は一部は、プログラムROM等
の記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータが実
行することにより実現される。図3は、スイッチング制
御部33の行うスイッチングトランジスタTreに対す
る制御手順を説明するためのフローチャートである。
【0017】スイッチング制御部33は、電動モータ1
3の両端電圧|Vb−Vc|と、バッテリ34の電圧Va
(定格値12V)とを比較する(ステップS1)。|V
b−Vc|<Vaであれば、スイッチングトランジスタT
reをオンし、バッテリ34の電源を電動モータ13に
供給する(ステップS2)。なお、図3のステップS2
の「デューティ」とは、ブリッジ回路31のトランジス
タTra〜Trdのデューティではなく、スイッチングト
ランジスタTreのデューティ、すなわちスイッチング
トランジスタTreをオンオフする時間比を示している
(ステップS5,S6において同じ)。
【0018】ステップS1において|Vb−Vc|≧Va
であり、その状態が一定時間、例えば100msec以上続け
ば(ステップS3)、電動モータ13からバッテリ34
へ回生電流が流れる状態であると判断する。前記一定時
間は、誤検出を防止するための判断保留時間である。ス
テップS4で、|Vb−Vc|がしきい値Vu(Vu>V
a)以上であるかどうか判断する。しきい値Vu未満であ
れば、スイッチングトランジスタTreをオフにし、バ
ッテリ34とブリッジ回路31とを遮断する(ステップ
S5)。
【0019】これにより、電動モータ13の回生電流が
バッテリ34を通して流れないようにすることができ
る、電動モータ13の制動トルクの発生を防止し、ステ
アリングが重くなるのを防止することができる。ステッ
プS4で、|Vb−Vc|がしきい値Vu以上であれば、
電動モータ13の発電電圧が高くなりすぎ、スイッチン
グトランジスタTreの耐圧を超えるおそれがあると判
断し、スイッチングトランジスタTreをオンにし、バ
ッテリ34とブリッジ回路31とを接続する(ステップ
S6)。これにより、電動モータ13の回生電流を流す
ようにして、発電電圧を低下させ、スイッチングトラン
ジスタTreを保護することができる。
【0020】このときは、直ちにデューティ100%に
するのではなく、|Vb−Vc|とVuとの差に応じてデ
ューティを少しずつ上げていく。直ちにデューティ10
0%にすれば、ステアリングが急激に軽くなり、運転者
の操作に違和感を与えるからである。なお、前記しきい
値Vuは、スイッチングトランジスタTreの耐圧との関
係で決定され、例えば30Vである。
【0021】以上で、本発明の実施の形態を説明した
が、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものでは
ない。前述の例では、バッテリとモータ駆動回路との間
にスイッチングトランジスタを挿入していたが、これ以
外にオンオフが制御できる素子、例えば機械接点式のリ
レーなどを使用することもできる。本発明の範囲内で、
種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電動パワーステアリング装置の基本的
な構成を示す概念図である。
【図2】電動モータ13のモータ駆動回路30を示す回
路図である。
【図3】スイッチング制御部33の行うスイッチングト
ランジスタTreの制御手順を説明するためのフローチ
ャートである。
【図4】(a)は、モータ回転速度(操舵速度に対応す
る)とモータ出力トルクとの関係を示すグラフであり、
(b)は、操舵速度と操舵トルクとの関係を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 ステアリング機構 2 ステアリングホイール 3 ステアリング軸 3A 入力軸 3B 出力軸 4 ピニオン 5 ラック軸 10 トルクセンサ 11 転舵角センサ 12 減速機構 13 電動モータ 14 電流検出回路 20 電子制御ユニット 22 目標電流値設定部 23 回転速度演算部 28 減算部 29 モータ制御部 30 モータ駆動回路 31 ブリッジ回路 32 演算増幅器 33 スイッチング制御部 34 バッテリ Tre スイッチングトランジスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動モータを駆動源として操舵補助力をス
    テアリング機構に与える電動パワーステアリング装置で
    あって、 電動モータを駆動するモータ駆動回路と、 バッテリとモータ駆動回路との間の電源供給線に挿入さ
    れたスイッチング素子と、 電動モータからバッテリへ回生電流が流れる状態を検出
    したことを条件に、前記スイッチング素子を遮断するス
    イッチング制御手段とを備えることを特徴とする電動パ
    ワーステアリング装置。
  2. 【請求項2】前記スイッチング制御手段は、電動モータ
    の駆動電圧を検出する駆動電圧検出部を有し、 電動モータの駆動電圧がバッテリの電圧以上になったこ
    とを検出すれば、前記スイッチング素子を遮断するもの
    である請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 【請求項3】前記スイッチング制御手段は、電動モータ
    の駆動電圧がバッテリの電圧を超えて、さらに高い所定
    電圧に達したことを検出すれば、前記スイッチング素子
    を接続して、スイッチング素子を過電圧より保護するも
    のである請求項2記載の電動パワーステアリング装置。
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Cited By (5)

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US7253573B2 (en) 2005-04-15 2007-08-07 Jtekt Corporation Power source for a hybrid vehicle
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