JP2002331946A - 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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JP2002331946A JP2001137586A JP2001137586A JP2002331946A JP 2002331946 A JP2002331946 A JP 2002331946A JP 2001137586 A JP2001137586 A JP 2001137586A JP 2001137586 A JP2001137586 A JP 2001137586A JP 2002331946 A JP2002331946 A JP 2002331946A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御手段の信頼性を維持するとともにブラシ
レスモータを正確に制御でき、操舵フィーリングにも優
れる電動パワーステアリング装置を提供することを課題
とする。 【解決手段】 電動機6と、操舵トルク検出手段(操舵
トルクセンサ)TSと、電動機回転検出手段13と、電
動機電流検出手段12と、目標電流設定手段(目標電流
設定部)40と、駆動制御手段(駆動制御部)50と、
電動機駆動手段(電動機駆動回路)51とを備え、電動
機6はブラシレスモータからなる電動パワーステアリン
グ装置であって、目標電流設定手段40を含んで構成さ
れる制御手段(制御装置)4と、駆動制御手段50およ
び電動機駆動手段51を含んで構成され、電動機回転信
号PMOが入力される駆動手段(駆動装置)5とを備
え、制御手段4と駆動手段5とは、離間して配設され、
通信線によって電気的に接続されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機パワーをス
テアリング系に直接作用させてドライバの操舵力を軽減
する電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電動パワーステアリング装置は、電動機
の駆動力を直接利用してドライバの操舵力をアシストす
るための装置である。そのために、電動パワーステアリ
ング装置は、電動機の他に、ステアリング系に作用する
操舵トルクを検出するための操舵トルク検出手段、電動
機を制御するための制御手段、電動機を駆動するための
電動機駆動手段等を備えている。この電動機駆動手段
は、複数のFET[Field Effect Transistor]等によっ
て構成され、電動機を駆動するために数10アンペア程
度の電流を発生させるので熱を発する。そのため、制御
手段は、電動機駆動手段の近傍に配置されると、入力さ
れる操舵トルク信号を整形するための内部のアナログ回
路等が熱による影響を受けて信頼性が低下する恐れがあ
る。
【0003】そこで、本出願人による実公平4−277
43号公報では、制御回路(制御手段)およびトルク検
出器と駆動回路(電動機駆動手段)とをラック軸を挟ん
で離間して配設したラックアンドピニオン式の電動パワ
ーステアリング装置を開示している。したがって、この
制御回路は、駆動回路の発熱による影響を受けない。し
かしながら、この電動パワーステアリング装置は、電動
機として直流ブラシ付きモータを用いるので、経年変化
によりブラシが磨耗する場合がある。ブラシが磨耗する
と、ブラシとコンミテータ間の電圧降下が大きくなった
り、あるいはモータに流れる電流が不安定になる。その
ため、モータの出力が低下したり、あるいはモータの出
力が不安定となるため、操舵フィーリングが低下する恐
れがある。また、このモータは、ブラシ付きモータのた
め、ロータは巻線が施された鉄芯により構成されるの
で、慣性モーメントが大きい。慣性モーメントはステア
リングホイールに作用するので、慣性モーメントが大き
いと微少な操舵量に対するステアリングホイール操作が
難しくなる。そのため、高速道路走行時の微少なステア
リングホイール操作が困難となったり、あるいはステア
リングホイールの切り返し時に引っ掛かり感が発生した
りし、操舵フィーリングが低下する恐れがある。
【0004】そこで、電動機としてブラシレスモータを
用いた電動パワーステアリングも提案されている。ブラ
シレスモータは、アウタステータとして3相巻線が設け
られるとともに、インナロータとして複数の永久磁石が
設けられている。そして、ブラシレスモータは、インナ
ロータの回転角度に基づいて3相巻線が通電制御され、
インナロータを回転駆動している。したがって、ブラシ
レスモータは、ブラシを必要としないので、前記したよ
うなブラシの磨耗に起因して操舵フィーリングを低下さ
せることはない。また、ブラシレスモータのインナロー
タは磁石により構成できるため、慣性モーメントが小さ
いので、前記したような慣性モーメントが大きいことに
起因して操舵フィーリングを低下させることもない。
【0005】ここで、図6を参照して、従来のブラシレ
スモータを用いた電動パワーステアリング装置の制御装
置について説明しておく。制御装置100は、ブラシレ
スモータ102を駆動する電動機駆動回路101を構成
する6つのFETをPWM[Pulse Width Modulation]駆
動あるいはオフするために、電動機制御信号VOを電動
機駆動回路101に出力している。そのために、制御装
置100は、目標電流設定部100aで操舵トルクセン
サTSからの操舵トルク信号Tおよび車速センサVSか
らの車速信号Vに基づいて目標電流信号を設定するとと
もに、補正電流設定部100bで操舵トルク信号Tや車
速信号Vに基づいてイナーシャ制御やダンピング制御等
を加味した補正電流信号を設定する。そして、制御装置
100は、補正部100cで目標電流信号に補正電流信
号を加減算する。さらに、制御装置100は、駆動制御
部100dで補正後の目標電流信号、電動機電流検出手
段103で検出された電動機電流信号IMOおよび電動
機回転検出手段104で検出された電動機回転信号PM
Oに基づいて電動機制御信号VOを生成する。すると、
電動機駆動回路101では、この電動機制御信号VOに
基づいてFETがPWM駆動し、ブラシレスモータ10
2の3相巻線に電圧VMを印加する。ちなみに、電動機
駆動回路101は、FETによって数10アンペアの電
流を発生させるので熱を発している。そのため、ブラシ
レスモータ102を用いる場合にも、前記した実公平4
−27743号公報での構成に基づいて、制御装置10
0は、熱による信頼性の低下を防止するために、電動機
駆動回路101から離間して配設されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】実公平4−27743
号公報の構成に基づきブラシレスモータを用いた前記の
電動パワーステアリング装置では、電動機回転信号PM
Oに基づく信号の流れ(あるいは、供給する電流)は、
電動機回転検出手段104→制御装置100→電動機駆
動回路101→ブラシレスモータ102となり、伝達経
路が長くなる。特に、制御装置100と電動機駆動回路
101とは、熱の影響を受けないために離間して配設さ
れているので、伝達経路が長くなっている。そのため、
電動機回転信号PMOに基づく信号は、その伝達経路を
伝達するのに時間を要し、位相遅れが発生する。ブラシ
レスモータ102を駆動する場合、インナロータの回転
角度に基づいて正確に通電制御しなければならない。し
かし、前記したような構成では電動機回転信号PMOに
基づく信号に位相遅れが発生するので、位相遅れを含ん
だインナロータの回転位相によってブラシレスモータ1
02が制御され、正確に制御することができない場合が
ある。その結果、ブラシレスモータ102の出力が振動
したりあるいは不安定となり、ステアリングホイールが
ハンチングしたりし、操舵フィーリングが低下する恐れ
がある。
【0007】そこで、本発明の課題は、制御手段の信頼
性を維持するとともにブラシレスモータを正確に制御で
き、操舵フィーリングにも優れる電動パワーステアリン
グ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング
系に補助トルクを付加する電動機と、前記ステアリング
系に作用する操舵トルクを検出し、操舵トルク信号を出
力する操舵トルク検出手段と、前記電動機の回転を検出
し、電動機回転信号を出力する電動機回転検出手段と、
前記電動機に流れる電動機電流を検出し、電動機電流信
号を出力する電動機電流検出手段と、少なくとも前記操
舵トルク信号に基づいて目標電流を設定し、目標電流信
号を出力する目標電流設定手段と、少なくとも前記目標
電流信号と前記電動機電流信号と前記電動機回転信号と
に基づいて電動機制御信号を出力する駆動制御手段と、
前記電動機制御信号に基づいて前記電動機を駆動する電
動機駆動手段とを備え、前記電動機はブラシレスモータ
からなる電動パワーステアリング装置であって、少なく
とも前記目標電流設定手段を含んで構成される制御手段
と、少なくとも前記駆動制御手段および前記電動機駆動
手段を含んで構成される駆動手段とを備え、前記制御手
段と前記駆動手段とは、離間して配設され、通信線によ
って電気的に接続されることを特徴とする。
【0009】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、操舵トルク検出手段から入力される操舵トルク信号
を整形するためのアナログ回路等の熱による影響を避け
なければならない構成を含む制御手段を、熱を発する電
動機駆動手段を含む駆動手段から離間して配設している
ので、制御手段では熱による影響を受けることなく目標
電流を設定することができる。また、この電動パワース
テアリング装置では、電動機回転信号が駆動手段に入力
されるので、電動機回転信号に基づく信号の流れが電動
機回転検出手段→駆動手段→電動機となり、伝達経路が
短くなる。そのため、この電動パワーステアリング装置
では、電動機回転信号に基づく信号に位相遅れが発生す
ることなく、電動機(ブラシレスモータ)を正確に制御
することができる。
【0010】さらに、前記電動パワーステアリング装置
において、前記駆動手段は、前記電動機に近接して配設
されることを特徴とする。
【0011】この電動パワーステアリング装置によれ
ば、駆動手段を電動機に近接して設けるので、電動機駆
動手段と電動機との間を電気的に接続するリード線の長
さを短くすることができる。そのため、電動機への通電
時に、リード線による電圧降下が殆どなく、電動機の出
力低下も殆どなくなり、快適な操舵フィーリングが得ら
れる。なお、駆動手段を電動機に近接して配設する場
合、リード線を短くできればできるほどよいが、駆動手
段および電動機の大きさと形状、さらにこれらの組み付
け箇所の形状等を考慮して、リード線による電圧降下の
影響がでない程度に近づけて配設されていればよい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る電動パワーステアリング装置の実施の形態について
説明する。
【0013】本発明に係る電動パワーステアリング装置
は、電動機をブラシレスモータとすることによって、直
流ブラシ付きモータのようにブラシの磨耗や大きな慣性
モーメントによって操舵フィーリングが低下することは
ない。また、この電動パワーステアリング装置は、制御
手段(目標電流設定手段)と駆動手段(駆動制御手段お
よび電動機駆動手段)とを離間して配設することによっ
て、熱による制御手段の信頼性の低下の防止と電動機回
転信号に基づく信号の位相遅れの防止を両立させる。さ
らに、この電動パワーステアリング装置は、駆動手段を
電動機に近接して配設することによって、リード線によ
る電圧降下を極力抑える。
【0014】本実施の形態に係る電動パワーステアリン
グ装置は、ブラシレスモータに供給する目標電流を設定
するための制御装置と目標電流に基づいてブラシレスモ
ータを駆動するための駆動装置とが離間して配設され、
制御装置と駆動装置との間がワイヤハーネスによって接
続されている。制御装置は、操舵トルクセンサ(操舵ト
ルク検出手段)から入力される操舵トルク信号を整形す
るためのアナログ回路、各種演算を行うための1チップ
マイクロコンピュータ(以下、マイコンと記載する)
や、目標電流や補正電流を設定するための各種マップを
格納するための記憶装置等によって構成され、ピニオン
軸に沿って配設される。一方、駆動装置は、各種演算を
行うための1チップマイコンや6つのFETのブリッジ
回路からなる電動機駆動回路等によって構成され、ブラ
シレスモータに隣接して配設される。
【0015】まず、図1を参照して、電動パワーステア
リング装置1の全体構成について説明する。図1は、電
動パワーステアリング装置の模式図である。
【0016】電動パワーステアリング装置1は、ステア
リングホイール3から操舵輪W,Wに至るステアリング
系Sに備えられ、手動操舵力発生手段2による操舵力を
アシストする。そのために、電動パワーステアリング装
置1は、制御装置4からの補正後の目標電流信号IM
S’に基づいて駆動装置5で電動機電圧VMを発生し、
この電動機電圧VMによってブラシレスモータ6を駆動
して補助トルク(補助操舵力)を発生させ、手動操舵力
発生手段2による手動操舵力を軽減する。なお、本実施
の形態では、制御装置4が特許請求の範囲に記載の制御
手段に相当し、駆動装置5が特許請求の範囲の駆動手段
に相当し、ブラシレスモータ6が特許請求の範囲に記載
の電動機に相当する。
【0017】手動操舵力発生手段2は、ステアリングホ
イール3に一体に設けられたステアリング軸2aに連結
軸2bを介してラック&ピニオン機構7のピニオン軸7
aが連結されている。なお、連結軸2bは、その両端に
自在継ぎ手2c,2dを備えている。ラック&ピニオン
機構7は、ピニオン軸7aの先端のピニオン7bに噛み
合うラック7dがラック軸7cに形成され、ピニオン7
bとラック7dの噛み合いにより、ピニオン軸7aの回
転運動をラック軸7cの横方向(車両幅方向)の往復運
動とする機構である。さらに、ラック軸7cには、その
両端にボールジョイント8,8およびタイロッド9,9
を介して、操舵輪としての左右の前輪W,Wが連結され
ている。
【0018】また、電動パワーステアリング装置1は、
補助トルクを発生させるために、ブラシレスモータ6を
備えている。ブラシレスモータ6は、補助トルクをトル
クリミッタ10および歯車式減速機構11を介してピニ
オン軸7aに作用させる。
【0019】つまり、電動パワーステアリング装置1
は、ドライバがステアリングホイール3に加えた操舵ト
ルクをピニオン軸7aに伝達するとともにその操舵トル
クに応じたブラシレスモータ6で発生させた補助トルク
をピニオン軸7aに伝達し、ラック&ピニオン機構7に
よって操舵輪W,Wを転舵させる装置である。
【0020】制御装置4は、車速センサVS、操舵トル
クセンサTSの各検出信号V,Tが入力される。そし
て、制御装置4は、これらの検出信号V,Tに基づいて
ブラシレスモータ6に流す目標となる電流として補正後
の目標電流信号IMS’を演算し、この目標電流信号I
MS’を駆動装置5に出力する。制御装置4は、駆動装
置5とワイヤハーネスWHによって電気的に接続されて
いる(図2参照)。なお、本実施の形態では、操舵トル
クセンサTSが特許請求の範囲に記載の操舵トルク検出
手段に相当し、ワイヤハーネスWHが特許請求の範囲に
記載の通信線に相当する。
【0021】駆動装置5は、電動機電流検出手段12、
電動機回転検出手段13の各検出信号IMO,PMOが
入力される。そして、駆動装置5は、駆動制御部50で
目標電流信号IMS’とこれらの検出信号IMO,PM
Oに基づいて電動機制御信号VOを生成し、電動機駆動
回路51によって電動機制御信号VOに基づいてブラシ
レスモータ6に電動機電圧VMを印加する(図5参
照)。また、駆動装置5は、バッテリBTにフューズF
Sを介して直接接続されるとともにフューズFS,FS
およびイグニッションスイッチIGを介して接続され、
バッテリ電源(12V)が供給される。そして、駆動装
置5は、バッテリ電源(12V)によって定電圧(5
V)を発生させ、この定電圧を制御装置4にも供給して
いる。
【0022】車速センサVSは、車速を単位時間当たり
のパルス数として検出するセンサであり、検出したパル
ス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Vとして制
御装置4に送信している。なお、車速センサVSは、電
動パワーステアリング装置1の専用センサであってもよ
いし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。
【0023】操舵トルクセンサTSは、ピニオン軸7a
に作用したトルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイル
によって電気磁気的に検出する磁式トルクセンサであ
り、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方
向を検出している。そして、操舵トルクセンサTSは、
検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵
トルク信号Tとして制御装置4に送信している。なお、
操舵トルク信号Tは、大きさを示す操舵トルクとトルク
の向きを示すトルク方向の情報を含んでいる。
【0024】電動機電流検出手段12は、ブラシレスモ
ータ6に対して直列に接続された抵抗またはホール素子
等を備え、ブラシレスモータ6に実際に流れる電動機電
流IMを検出している。そして、電動機電流検出手段1
2は、電動機電流IMに対応した電動機電流信号IMO
を駆動装置5にフィードバック(負帰還)している。な
お、電動機電流信号IMOは、三相交流信号であり、ブ
ラシレスモータ6の各相の巻線に実際に流れる電流の大
きさを示す電動機電流値と、ブラシレスモータ6の3相
巻線の中で電動機電流が流れている相の巻線の情報とを
含んでいる。
【0025】電動機回転検出手段13は、ブラシレスモ
ータ6の一端側に配設され、ブラシレスモータ6のイン
ナロータ6bの電動機回転角度PMを検出するためのレ
ゾルバである(図4参照)。そのために、電動機回転検
出手段13は、モータ軸6aの一端に取り付けられた積
層コアロータ13aと、その積層コアロータ13aの回
転角度を磁気的に検知する検知素子(励磁コイルと検出
コイルの組合せ)13bを備えている(図4参照)。そ
して、電動機回転検出手段13は、電動機回転角度PM
に対応した電動機回転信号PMOを駆動装置4に送信し
ている。なお、電動機回転信号PMOは、ブラシレスモ
ータ6のインナロータ6bの回転方向、回転角度等の情
報を含み、2つの励磁信号、2つの余弦信号および2つ
の正弦信号からなる。
【0026】次に、図2乃至図4を参照して、電動パワ
ーステアリング装置1の内部構成について説明する。図
2は、電動パワーステアリング装置の全体構成を示す正
面図である。図3は、図2のA−A線側断面図である。
図4は、図2のB−B線平断面図である。
【0027】図2に示すように、電動パワーステアリン
グ装置1は、ラック軸7cを車幅方向に延びるハウジン
グ20に軸長手方向へスライド可能に収納している。ラ
ック軸7cは、ハウジング20から突出した長手方向両
端にボールジョイント8,8をねじ結合し、ボールジョ
イント8,8に左右のタイロッド9,9を連結した軸で
ある。ハウジング20は、車体(図示せず)に取り付け
られるためにブラケット20a,20aが設けられてい
る。また、ラック軸7cの両端には、ラック軸7cを覆
うダストシール用ブーツ21,21が設けられている。
【0028】また、図3および図4に示すように、ハウ
ジング20には、ラック&ピニオン機構7やトルクリミ
ッタ10、歯車式減速機構11が収納されている。ハウ
ジング20の上部開口部は、リッド22によって塞が
れ、リッド22がリッド取付ボルト22aによって固定
されている。リッド22は、中央にピニオン軸7aが挿
通され、内部に操舵トルクセンサTSが取り付けられて
いる。また、リッド22の先端には、オイルシール22
bが設けられている。さらに、リッド22の外周面に
は、制御装置4を収納するための収納ケース22cが取
り付けられ、制御装置4が配設されている。
【0029】さらに、ハウジング20は、ピニオン軸7
aの下端部および中央部を2つの軸受23,24を介し
て回転自在に支持している。軸受24とウォームホイー
ル11cとの間にはスペーサ24aが取り付けられ、軸
受24とピニオン7bとの間には止め輪24bが取り付
けられている。ピニオン軸7aは、その下部にピニオン
7bが一体で形成されており、さらにその下端部にねじ
部7eが形成され、上端部がリッド22から外方に突出
している。ねじ部7eにはナット7fがねじ込まれるこ
とによって、ピニオン軸7aの軸方向の移動を規制して
いる。そして、ハウジング20の最下端には、ナット7
fを覆うように袋ナット25が取り付けられている。
【0030】ハウジング20のラック軸7c側には、ラ
ックガイド26が設けられている。ラックガイド26
は、ラック7dの反対側からラック軸7cに当てるガイ
ド部26aや、このガイド部26aを圧縮ばね26bを
介して押圧する調整ボルト26c等から構成されてい
る。このラックガイド26では、ハウジング20にねじ
込んだ調整ボルト26cによって圧縮ばね26bを介し
てガイド部26aを押圧することによって、ガイド部2
6aでラック7dをピニオン7bに押し付けている。ガ
イド部26aは、当接部材26dによってラック軸7c
の背面を滑らせて押している。また、ラックガイド26
は、ロックナット26eによってハウジング20に取り
付けられている。
【0031】さらに、図4に示すように、ハウジング2
0の側部開口は、リッド27によって塞がれ、リッド2
7がリッド取付ボルト27aによって固定されている。
リッド27のハウジング20との反対側には、リッド取
付ボルト27bによってモータケース28が取り付けら
れている。モータケース28は、底付きの筒状であり、
ブラシレスモータ6を収納している。ブラシレスモータ
6は、モータ軸6aをハウジング20内まで延ばしてい
る。そして、リッド27およびモータケース28では、
そのモータ軸6aを軸受29,30によって回転可能に
支持している。
【0032】ブラシレスモータ6は、モータ軸6aの外
周に沿ってインナロータ6bが取り付けられ、その外周
に第2アウタステータ6cとさらにその外周に第1アウ
タステータ6dが配設されている。第1アウタステータ
6dは、環状であり、モータケース28の内周面に取り
付けられている。第2アウタステータ6cは、内周側が
筒状部6eになっており、この筒状部6eから9つの突
極6f,・・・が等ピッチで放射状に外周側に延び、そ
の突極6f,・・・の外端部が第1アウタステータ6d
に嵌合している。さらに、第2アウタステータ6cは、
各突極6f,・・・に電気子巻線6g,・・・が各々巻
かれており、周方向に9極の電気子巻線6g,・・・を
有した磁性体である。突極6f,・・・は、所定の厚み
を有するフィンである。インナロータ6bは、周方向に
8つ(8極)の永久磁石6h,・・・を有した回転体で
ある。8つの永久磁石6h,・・・は、径方向(内・外
面方向)に着磁した円弧状部材であり、周方向にN極と
S極とが交互に配列するように並べられている。さら
に、ブラシレスモータ6は、9つの突極6f,・・・に
巻いた電気子巻線6g,・・・の隣接する3極ずつを直
列に接続して各々1相とした3相(U相、V相、W相)
巻線として構成されている。ちなみに、第1アウタステ
ータ6dと第2アウタステータ6cによって、1組のア
ウタロータを構成している。また、インナロータ6bと
第2アウタステータ6cとの間は、隙間6iを有してい
る。
【0033】さらに、モータケース28には、ブラシレ
スモータ6の一端側に電動機回転検出手段13が収納さ
れている。電動機回転検出手段13は、モータ軸6aに
積層コアロータ13aが取り付けられ、その外周に検知
素子13bが設けられている。そして、モータケース2
8には、電動機回転検出手段13を覆うようにカバー2
8aが取り付けられている。
【0034】また、モータケース28の外周面には、駆
動装置5を収納するための収納ケース28bが取り付け
られ、さらに収納ケース28bの開口部が蓋28dによ
って閉じられている。したがって、駆動装置5は、ブラ
シレスモータ6および電動機回転検出手段13に隣接し
て配設されている。さらに、モータケース28の駆動装
置5側には、リード線5a,5bを挿通するための小さ
な開口部28eが設けられている。リード線5aは、駆
動装置5の出力端とブラシレスモータ6の入力端に接続
され、ブラシレスモータ6に通電するためのリード線で
ある。また、リード線5bは、電動機回転検出手段13
の出力端と駆動装置5の入力端に接続され、電動機回転
信号PMOを送信するためのリード線である。このよう
に、駆動装置5をブラシレスモータ6および電動機回転
検出手段13に隣接して配設しているので、リード線5
a、5bを非常に短くでき、電動機回転信号PMOに関
する信号(あるいは、供給する電流)の伝達経路が非常
に短くなる。
【0035】ハウジング20の側部開口の内側には、ト
ルクリミッタ10が収納されている。トルクリミッタ1
0は、ブラシレスモータ6のモータ軸6aにセレーショ
ン結合した雄テーパ状のインナ部材10aを歯車式減速
機構11のウォーム軸11aにセレーション結合した雌
テーパ状(カップ状)のアウタ部材10bに嵌合したト
ルク制限機構である。インナ部材10aは、ナット10
cによって規制された皿ばね10dによって押圧されて
いる。また、アウタ部材10bは、止め輪10eによっ
て移動が規制されている。このトルクリミッタ10で
は、インナ部材10aの外周面にアウタ部材10bの内
周面を所定の摩擦力を有して連結することができる。
【0036】トルクリミッタ10に所定の摩擦力を上回
る大きなトルクが作用すると、インナ部材10aの外周
面とアウタ部材10bの内周面とがスリップする。その
ため、ブラシレスモータ6から歯車式減速機構11へ伝
達する補助トルクを制限し、オーバトルクをカットする
ことができる。したがって、ブラシレスモータ6に過大
なトルクが発生することなく、トルクリミッタ10の下
流側にも過大なトルクが伝わらない。
【0037】さらに、ハウジング20には、歯車式減速
機構11が収納されている。歯車式減速機構11は、ブ
ラシレスモータ6で発生した補助トルクをピニオン軸7
aに伝達するトルク伝達手段であり、ウォームギア機構
からなる。歯車式減速機構11は、ブラシレスモータ6
のモータ軸6aにトルクリミッタ10を介して連結した
ウォーム軸11a、ウォーム軸11aに形成したウォー
ムギア11bと、ピニオン軸7aに連結したウォームホ
イール11cから構成される。
【0038】ウォームギア11bおよびウォームホイー
ル11cの歯の進み角は、摩擦角より若干大きくなるよ
うに設定してある。というのは、ブラシレスモータ6が
停止しているときに、ピニオン軸7aの操舵トルクによ
りウォームホイール11c、ウォームギア11b、ウォ
ーム軸11aの経路でブラシレスモータ6のモータ軸6
aを回転可能とするためである。
【0039】ウォーム軸11aは、モータ軸6aと同心
上に配置され、2つの軸受11d,11eを介してハウ
ジング20に回転可能に支持される軸である。ハウジン
グ20は、モータ軸6aに近い位置にある軸受11dを
軸長手方向移動不能に取り付け、モータ軸6aに遠い位
置にある軸受11eを軸長手方向移動可能に取り付けて
いる。軸受11dは、止め輪11iによって移動が規制
されている。
【0040】さらに、軸受11eの外輪の端面を、板ば
ね11fを介して調整ボルト11gでモータ軸6a側に
押圧している。調整ボルト11gと薄板円盤状の板ばね
11fによって軸受11d,11eを押圧することによ
って、ウォーム軸11aの軸長手方向の遊びがないよう
に調整し、ガタ取りを行っている。この調整ボルト11
gは、ロックナット11hによって調整可能である。し
かも、ウォームギア11bの軸長手方向変位を調整し、
ウォームギア11bとウォームホイール11cの噛み合
いを適切な摩擦に保ち、ガタのないように調整してい
る。また、板ばね11fの弾性力によって、ウォーム軸
11aの軸長手方向の熱膨張等を吸収することができ
る。
【0041】次に、図5を参照して、制御装置4の構成
について説明する。図5は、制御装置および駆動装置の
ブロック構成図である。
【0042】制御装置4は、前記したように、ピニオン
軸7aに沿ってリッド22の外周面に設けられ、駆動装
置5とは離間している(図3参照)。そのため、制御装
置4は、駆動装置5とはワイヤハーネスWHによって電
気的に接続されており、ワイヤハーネスWHを介して各
種信号の入出力や定電圧電源の入力を行っている(図2
参照)。また、制御装置4は、1チップマイコン、各種
センサの入力回路、各種信号の出力回路、各種マップを
記憶するためのROM等の記憶装置等から構成されてい
る。ちなみに、制御装置4は、熱の影響によって信頼性
が低下する恐れがある入力される操舵トルク信号Tを整
形するためのアナログ回路を備えているが、熱を発する
電動機駆動回路51を備える駆動装置5とは離間してい
るので熱の影響を受けない。
【0043】そして、制御装置4は、車両からの各種検
出信号に基づいて、ブラシレスモータ6に流す目標とな
る電動機電流を設定する。そのために、制御装置4は、
目標電流設定部40、補正電流設定部41および補正部
42を備えている。なお、本実施の形態では、目標電流
設定部40が特許請求の範囲に記載の目標電流設定手段
である。
【0044】目標電流設定部40は、操舵トルクセンサ
TSからの操舵トルク信号Tおよび車速センサVSから
の車速信号Vが入力され、補正部42に目標電流信号I
MSを出力する。目標電流設定部40は、予め実験値ま
たは設計値に基づいて設定した操舵トルク信号Tおよび
車速信号Vと目標電流信号IMSとの対応するマップに
基づいて、内蔵するアナログ回路を介して整形された操
舵トルク信号Tおよび車速信号Vをアドレスとして対応
する目標電流信号IMSを読み出す。この目標電流信号
IMSは、ブラシレスモータ6に流す目標の電動機電流
を設定する上で基準となる電流の情報を含む信号であ
る。ちなみに、目標電流信号IMSは、車速信号Vに対
して、路面反力の大きい低速の場合には大きい値が対応
づけられ、走行時の安定性を確保するために高速の場合
には小さい値が対応づけられている。また、目標電流信
号IMSは、操舵トルク信号Tに対して、操舵トルク信
号Tが0近傍では0に対応づけられ、所定の操舵トルク
信号T以上になると操舵トルク信号Tの増加に従って増
加する値に対応づけられている。なお、目標電流信号I
MSは、ブラシレスモータ6に流すことができる最大電
流が規定されているので、最大目標電流以下に設定され
る。
【0045】補正電流設定部41は、操舵トルクセンサ
TSからの操舵トルク信号Tおよび車速センサVSから
の車速信号Vが入力され、補正部42に補正電流信号R
Sを出力する。補正電流設定部41は、操舵フィーリン
グを向上させるために、イナーシャ制御やダンピング制
御等によって目標電流を補正するための補正電流信号R
Sを設定する。イナーシャ制御は、操舵時の応答性を向
上させるために、操舵トルクの微分値や車速等に基づい
てイナーシャ補正値を設定し、目標電流に加算補正す
る。また、ダンピング制御は、操舵時の安定性を向上さ
せるために、電動機回転速度や車速等に基づいてダンピ
ング補正値を設定し、目標電流を減衰補正する。例え
ば、補正電流設定部41は、操舵トルク信号Tを時間微
分し、操舵トルクの時間微分値を算出する。そして、補
正電流設定部41は、予め実験値または設計値に基づい
て設定した操舵トルクの時間微分値および車速信号Vと
イナーシャ補正電流信号との対応するマップに基づい
て、操舵トルクの時間微分値および車速信号Vをアドレ
スとして対応するイナーシャ補正電流信号を読み出す。
さらに、補正電流設定部41は、予め実験値または設計
値に基づいて設定した車速信号Vとダンピング補正電流
信号との対応するマップに基づいて、車速信号Vをアド
レスとして対応するダンピング補正電流信号を読み出
す。そして、補正電流設定部41は、イナーシャ補正電
流信号やダンピング補正電流信号等に基づいて補正電流
信号RSを設定する。
【0046】補正部42は、目標電流設定部40からの
目標電流信号IMSおよび補正電流設定部41からの補
正電流信号RSが入力され、駆動装置5に補正後の目標
電流信号IMS’を出力する。補正部42は、操舵トル
ク信号Tの回転方向等を考慮して、目標電流信号IMS
に補正電流信号RSを加算あるいは減算し、補正後の目
標電流信号IMS’を算出する。
【0047】ちなみに、目標電流信号IMS’は、ディ
ジタル信号であり、シリアル通信によって送信される。
なお、目標電流信号IMS’は、シリアル通信ではな
く、PWM信号等の他のディジタル信号でもよい。
【0048】次に、図5を参照して、駆動装置5の構成
について説明する。
【0049】駆動装置5は、前記したように、ブラシレ
スモータ6に隣接して設けられ、制御装置4とは離間し
ている(図4参照)。駆動装置5は、1チップマイコ
ン、各種検出手段の入力回路、出力回路、定電圧回路、
駆動回路、スイッチング素子等から構成されている。
【0050】そして、駆動装置5は、制御装置4からの
目標電流信号IMS’に基づいて電動機制御信号VOを
設定し、ブラシレスモータ6を駆動するために通電す
る。そのために、駆動装置5は、駆動制御部50および
電動機駆動回路51を備えている。ちなみに、駆動装置
5は、熱の影響によって信頼性が低下する恐れがある操
舵トルク信号Tを整形するためのアナログ回路等を備え
ていないので、熱を発する電動機駆動回路51を備えて
いても支障はない。なお、本実施の形態では、駆動制御
部50が特許請求の範囲に記載の駆動制御手段に相当
し、電動機駆動回路51が特許請求の範囲に記載の電動
機駆動手段に相当する。
【0051】駆動制御部50は、制御装置4からの補正
後の目標電流信号IMS’、電動機電流検出手段12か
らの電動機電流信号IMOおよび電動機回転検出手段1
3からの電動機回転信号PMOが入力され、電動機駆動
回路51に電動機制御信号VOを出力する。そのため
に、駆動制御部50は、回転信号変換部50a、電流信
号変換部50b、偏差演算部50c、PI[Proportiona
l Integral]制御部50dおよび電動機制御信号生成部
50eを備えている。
【0052】回転信号変換部50aは、電動機回転検出
手段13からの電動機回転信号PMOが入力され、電流
信号変換部50bおよび電動機制御信号生成部50eに
ディジタル信号である電動機回転信号PMO’を出力す
る。回転信号変換部50aは、アナログ信号である電動
機回転信号PMOから回転方向、回転角度を演算し、デ
ィジタル信号である電動機回転信号PMO’に変換する
変換部であり、例えば、RD[Resolver Digital]コンバ
ータで構成される。
【0053】電流信号変換部50bは、電動機電流検出
手段12からの電動機電流信号IMOと回転信号変換部
50aからの電動機回転信号PMO’が入力され、偏差
演算部50cに直流信号である電動機電流信号IMO’
を出力する。電流信号変換部50bは、三相交流信号で
ある電動機電流信号IMOと電動機回転信号PMO’の
回転角度や回転方向等に基づいて、電動機電流の大きさ
とブラシレスモータ6の回転角度を示す直流信号である
電動機電流信号IMO’に変換する。
【0054】偏差演算部50cは、制御装置4からの補
正後の目標電流信号IMS’と電流信号変換部50bか
らの電動機電流信号IMO’が入力され、PI制御部5
0dに偏差信号ΔIMを出力する。偏差演算部50c
は、目標電流信号IMS’から電動機電流信号IMO’
を減算し、偏差信号ΔIM(=IMS’−IMO’)を
算出する。
【0055】PI制御部50dは、偏差演算部50cか
らの偏差信号ΔIMが入力され、電動機制御信号生成部
50eにPI制御信号を出力する。PI制御部50d
は、偏差信号ΔIMにP(比例)およびI(積分)制御
を行い、偏差を0に近づけるためにブラシレスモータ6
に供給する電動機電流IMの電流値とブラシレスモータ
6の回転方向を示すPI制御信号を生成する。
【0056】電動機制御信号生成部50eは、回転信号
変換部50aからの電動機回転信号PMO’とPI制御
部50dからのPI制御信号が入力され、電動機駆動回
路51に電動機制御信号VOを出力する。電動機制御信
号生成部50eは、電動機回転信号PMO’ による実
際の回転角度や回転方向に基づいて、3相(U相、V
相、W相)巻線のうちの電動機電流IMを流す相の巻線
を決定する。さらに、電動機制御信号生成部50eは、
PI制御信号に基づいてブラシレスモータ6に供給する
電動機電流IMの電流値と各相(U相、V相、W相)に
対応したPWM信号またはオフ信号を電動機駆動回路5
1のFET51a〜51fに対して各々生成する。つま
り、電動機制御信号生成部50eでは、電動機回転信号
PMO’による電動機電流IMを供給する相の巻線の情
報に基づいてPWM信号を生成する対象となるFET5
1a〜51fを判断し、PI制御信号による電動機電流
IMの電流値の情報に基づいてPWM信号のデューティ
比を設定し、デューティ比に応じた電動機電圧VMを発
生する。
【0057】ちなみに、ブラシレスモータ6は、U相、
V相、W相の3相巻線で構成されており、電動機電圧V
M(VMU,VMV,VMW)が各相の端子U0,V0
0に印加され、3相の巻線が位相順に3相交流として
通電されることによってインナロータ6b(モータ軸6
a)が回転する(図4参照)。また、ブラシレスモータ
6は、U相→V相→W相→U相の位相順あるいはU相→
W相→V相→U相の位相順に通電されることによって、
正回転駆動あるいは逆回転駆動する。そこで、PI制御
部50dでは偏差信号ΔIMによってブラシレスモータ
6を回転させる方向と電動機電流IMの電流値を判断
し、電動機制御信号生成部50eでは電動機回転信号P
MO’によって通電する相の巻線を決定している。
【0058】電動機駆動回路51は、駆動制御部50か
らの電動機制御信号VOが入力され、ブラシレスモータ
6に電動機電圧VMを印加する。そのために、電動機駆
動回路51は、FET51a,51b,51c,51
d,51e,51fでブリッジ回路が構成され、電源電
圧51gから12Vの電圧が供給される。さらに、電動
機駆動回路51は、ブラシレスモータ6のU0端子がF
ET51aのソースSaとFET51bのドレインDb
との接続端に接続され、ブラシレスモータ6のV 0端子
がFET51cのソースScとFET51dのドレイン
Ddとの接続端に接続され、ブラシレスモータ6のW0
端子がFET51eのソースSeとFET51fのドレ
インDfとの接続端に接続されている。FET51a〜
51fは、各ゲートGa〜GfにPWM信号またはオフ
信号が各々入力され、PWM信号が入力されて論理レベ
ル1の時にオンする。なお、ブラシレスモータ6に印加
される電動機電圧VMは、選択的にPWM駆動されるF
ETのPWM信号のデューティ比によって決定される。
【0059】それでは、図1乃至図5を参照して、電動
パワーステアリング装置1の動作について説明する。こ
こでは、ドライバによってステアリングホイール3が操
舵される場合について説明する。
【0060】ドライバがステアリングホイール3に操舵
力を加えると、操舵トルクセンサTSでは、その操舵力
の大きさを示す操舵トルクとトルク方向を検出し、操舵
トルク信号Tを制御装置4に送信している。
【0061】また、制御装置4では、目標電流設定部4
0で操舵トルク信号Tと車速信号Vに基づいて目標電流
信号IMSを設定し、補正電流設定部41で操舵トルク
信号Tと車速信号Vに基づいて補正電流信号RSを設定
する。さらに、制御装置4では、目標電流信号IMSお
よび補正電流信号RSから目標電流信号IMS’を演算
する。そして、制御装置4は、その目標電流信号IM
S’をワイヤハーネスWHを介して駆動装置5に送信す
る。なお、制御装置4では、一定時間毎に、目標電流信
号IMS’を演算し、その目標電流信号IMS’を駆動
装置5に送信している。
【0062】さらに、駆動装置5には、電動機回転検出
手段13から電動機回転信号PMOがリード線5bを介
して送信されている。
【0063】そして、駆動装置5では、駆動制御部50
の偏差演算部50cで目標電流信号IMS’と電流信号
変換部50bで変換された電動機電流信号IMO’から
偏差信号ΔIMを演算する。さらに、駆動装置5では、
駆動制御部50のPI制御部50dで偏差信号ΔIMか
らPI制御信号を生成し、さらに電動機制御信号生成部
50eで回転信号変換部50aで変換した電動機回転信
号PMO’とPI制御信号に基づいて電動機制御信号V
Oを生成し、電動機駆動回路51に電動機制御信号VO
を出力する。
【0064】さらに、駆動装置5では、電動機駆動回路
51で電動機制御信号VOに対応してFET51a,5
1b,51c,51d,51e,51fが選択的にPW
M駆動し、ブラシレスモータ6のU0端子、V0端子ある
いはW0端子に電動機電圧VMをリード線5aを介して
印加する。電動機駆動回路51では、電動機制御信号V
Oに応じてブラシレスモータ6を正回転方向(または逆
回転方向)に駆動するために、選択的にPWM駆動する
FET51a,51b,51c,51d,51e,51
fを順次変え、印加する電動機電圧VMの電圧値も変化
させている。
【0065】そして、ブラシレスモータ6では、U相、
V相、W相のいずれかの巻線に電動機電圧VMが印加さ
れ、電動機電流IMが流れる。すると、ブラシレスモー
タ6では、インナロータ6bが正回転方向あるいは逆回
転方向に駆動され、モータ軸6aが正回転あるいは逆回
転する。このとき、電動機電流検出手段12では、電動
機電流IMを検出し、電動機電流信号IMOを駆動装置
5に送信している。また、電動機回転検出手段13で
は、インナロータ6bの電動機回転角度PMを検出し、
電動機回転信号PMOを駆動装置5にリード線5bを介
して送信している。
【0066】続いて、ブラシレスモータ6のモータ軸6
aの回転駆動力は、トルクリミッタ10および歯車式減
速機構11を介してピニオン軸7aに伝達される。する
と、ピニオン軸7aでは、この回転駆動力が補助トルク
として作用し、ドライバによる操舵トルク(操舵力)を
アシストする。その結果、ドライバによる操舵力が軽減
される。
【0067】なお、電動機回転検出手段13からの電動
機回転信号PMOに基づく信号(あるいは、供給する電
流)の流れは、電動機回転検出手段13→リード線5b
→駆動装置5→リード線5a→ブラシレスモータ6であ
る。電動機回転検出手段13、駆動装置5およびブラシ
レスモータ6は、隣接しており、伝達時間は殆ど零であ
る。したがって、電動機回転検出手段13で検出された
電動機回転信号PMOは位相遅れなくブラシレスモータ
6の駆動制御に反映され、ブラシレスモータ6は正確に
制御される。そのため、ブラシレスモータ6の出力は、
振動することなく、安定したものとなる。
【0068】この電動パワーステアリング装置1によれ
ば、電動機としてブラシレスモータ6を用いているの
で、ブラシの磨耗に起因して操舵フィーリングが低下す
ることはない。また、電動パワーステアリング装置1に
よれば、ブラシレスモータ6でインナロータ6bを構成
しているので、アウトロータによる大きな慣性モーメン
トに起因して操舵フィーリングが低下することはない。
【0069】さらに、この電動パワーステアリング装置
1によれば、制御装置4と駆動装置5とを離間して配設
しているので、制御装置4の操舵トルク信号Tを整形す
るアナログ回路等が電動機駆動回路51で発生する熱の
影響を受けることはない。そのため、制御装置4では熱
影響を受けることなく目標電流信号IMS’を設定する
ことができるので、制御装置4としての信頼性を維持す
ることができる。
【0070】また、この電動パワーステアリング装置1
によれば、駆動装置5をブラシレスモータ6および電動
機回転検出手段13に隣接して設けたので、電動機回転
検出手段13から駆動装置5への通信時間や駆動装置5
からブラシレスモータ6への電流の供給時間は殆ど時間
を要しない。そのため、ブラシレスモータ6の駆動制御
では、インナロータ6bの電動機回転角度PMの検出信
号が位相遅れなく制御中で用いられ、ブラシレスモータ
6を正確に制御することができる。その結果、ブラシレ
スモータ6の出力が安定し、快適な操舵フィーリングが
得られる。
【0071】さらに、この電動パワーステアリング装置
1によれば、電動機駆動回路51とブラシレスモータ6
との間のリード線5aが非常に短いので、ブラシレスモ
ータ6への通電時に、リード線5aによる電圧降下が殆
どなく、ブラシレスモータ6の出力低下も殆どなくな
る。その結果、ブラシレスモータ6の出力が安定し、快
適な操舵フィーリングが得られる。
【0072】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は、前記の実施の形態に限定されることな
く、様々な形態で実施される。例えば、本実施の形態で
は制御装置をピニオン軸に沿って配設したが、この位置
に限定されることなく駆動装置から熱の影響を受けない
程度に離間していればよい。また、駆動装置の位置も限
定されることなく、制御装置に熱の影響を与えない位置
であり、望ましくはブラシレスモータに隣接した位置で
あればよい。また、本実施の形態ではブラシレスモータ
によってピニオン軸に補助トルクを作用させる構成とし
たが、ラック軸に補助トルクを作用させる構成でもよ
い。また、本実施の形態では電動機回転検出手段によっ
てブラシレスモータの回転角度を検出する構成とした
が、電動機回転検出手段をブラシレスモータの回転位
相、回転速度または回転加速度を検出する手段として構
成し、回転位相、回転速度または回転加速度の信号に基
づいて制御するようにしてもよい。
【0073】
【発明の効果】本発明の請求項1に係る電動パワーステ
アリング装置は、制御手段を電動機駆動手段を含む駆動
手段から離間させるので、制御手段では熱による影響を
受けることなく(あるいは、殆ど影響を受けることな
く)目標電流を設定することができ、制御手段の信頼性
が高い。また、この電動パワーステアリング装置では、
駆動手段に電動機回転信号が入力されるので、電動機回
転信号に基づく信号の流れが電動機回転検出手段→駆動
手段→電動機となり、伝達経路が短くなる。そのため、
この電動パワーステアリング装置では、電動機回転信号
に基づく信号に位相遅れが発生することなく(あるい
は、殆ど発生することなく)電動機を正確に制御するこ
とができる。その結果、電動機の出力が安定するので、
良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【0074】本発明の請求項2に係る電動パワーステア
リング装置は、駆動手段を電動機に近接して設けるの
で、電動機駆動手段と電動機との間の電圧降下や電動機
の出力低下が殆どなくなり(あるいは、なくなり)、快
適な操舵フィーリングが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る電動パワーステアリング装
置の模式図である。
【図2】本実施の形態に係る電動パワーステアリング装
置の全体構成を示す正面図である。
【図3】図2のA−A線側断面図である。
【図4】図2のB−B線平断面図である。
【図5】本実施の形態に係る制御装置および駆動装置の
ブロック構成図である。
【図6】従来のブラシレスモータを用いた電動パワース
テアリング装置の制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
1・・・電動パワーステアリング装置 4・・・制御装置(制御手段) 5・・・駆動装置(駆動手段) 6・・・ブラシレスモータ(電動機) 12・・・電動機電流検出手段 13・・・電動機回転検出手段 40・・・目標電流設定部(目標電流設定手段) 50・・・駆動制御部(駆動制御手段) 51・・・電動機駆動回路(電動機駆動手段) S・・・ステアリング系 WH・・・ワイヤハーネス(通信線) TS・・・操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅海 壽夫 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3D032 CC08 CC22 DA15 DA23 DA63 DA64 DB11 DC03 DC08 DD02 DD10 DD17 EC23 3D033 CA03 CA13 CA16 CA20 CA21 5H560 AA08 BB04 BB07 BB12 DA01 DC03 DC12 EB01 EB05 EC10 UA05 XA02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリング系に補助トルクを付加する
    電動機と、 前記ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し、操
    舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、 前記電動機の回転を検出し、電動機回転信号を出力する
    電動機回転検出手段と、 前記電動機に流れる電動機電流を検出し、電動機電流信
    号を出力する電動機電流検出手段と、 少なくとも前記操舵トルク信号に基づいて目標電流を設
    定し、目標電流信号を出力する目標電流設定手段と、 少なくとも前記目標電流信号と前記電動機電流信号と前
    記電動機回転信号とに基づいて電動機制御信号を出力す
    る駆動制御手段と、 前記電動機制御信号に基づいて前記電動機を駆動する電
    動機駆動手段と、 を備え、 前記電動機はブラシレスモータからなる電動パワーステ
    アリング装置であって、 少なくとも前記目標電流設定手段を含んで構成される制
    御手段と、 少なくとも前記駆動制御手段および前記電動機駆動手段
    を含んで構成される駆動手段と、 を備え、 前記制御手段と前記駆動手段とは、離間して配設され、
    通信線によって電気的に接続され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】 前記駆動手段は、前記電動機に近接して
    配設されることを特徴とする請求項1に記載の電動パワ
    ーステアリング装置。
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