JP2003040119A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電動モータの寿命の長期化を図る。エンジンル
ーム内のレイアウトの自由度を増す。 【解決手段】電動パワーステアリング装置は、自動車な
どの車両１に備えられて、モータＭが発生する駆動力
（操舵補助力）をステアリング機構２に伝達し、これに
より、運転者のステアリング操作を補助するものであ
る。操舵補助力の発生源としてのモータＭには、回転子
の角度位置を検出するための回転位置センサおよびブラ
シを備えていないセンサレスブラシレスモータが採用さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、電動モータが発
生する駆動力を用いて操舵を達成する車両用操舵装置に
関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車などの車両に搭載されるパワース
テアリング装置には、電動モータの発生する駆動力を操
舵補助力として用いる方式のものがある。このような方
式のパワーステアリング装置は、一般に電動パワーステ
アリング装置と呼ばれていて、電動モータとしては、ブ
ラシ付モータまたはセンサ付ブラシレスモータが採用さ
れている。センサ付ブラシレスモータとは、回転子の角
度位置を検出するためのセンサ（たとえば、レゾルバま
たはホール素子）がブラシレスモータに付設されたもの
である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】エンジンが運転席より
も前方に配置されたフロントエンジン搭載型の自動車で
は、電動パワーステアリング装置は、エンジンが収容さ
れたエンジンルーム内に配置されることになる。エンジ
ンルームは、エンジンからの発熱により、雰囲気温度が
１２０℃以上の高温環境下になる。そのため、ブラシ付
モータを採用した電動パワーステアリング装置では、ブ
ラシ摩耗が激しく、寿命が短いという課題があった。一
方、センサ付ブラシレスモータを採用した電動パワース
テアリング装置では、回転子の角度位置を検出するため
のセンサの耐温度性能によっては、電動モータ（センサ
付ブラシレスモータ）をエンジン近傍に配置できず、エ
ンジンルーム内のレイアウトがかなり制約されるという
問題があった。 【０００４】また、ステアリングホイールと舵取り機構
との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの回
転操作に応じて駆動される電動モータが発生する駆動力
で舵取り機構を動作させて、舵取り用車輪を転舵させる
ことにより操舵を達成するようにした操舵装置（いわゆ
るステア・バイ・ワイヤ装置）においても、電動モータ
にブラシ付モータまたはセンサ付ブラシレスモータが採
用されており、上述の電動パワーステアリング装置の場
合と同様な課題があった。すなわち、上述の課題は、電
動パワーステアリング装置およびステア・バイ・ワイヤ
装置を含む車両用操舵装置に共通の課題であった。 【０００５】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、電動モータの寿命の長期化を図ることが
でき、かつ、エンジンルーム内のレイアウトの自由度を
増すことのできる車両用操舵装置を提供することであ
る。 【０００６】 【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モー
タ（Ｍ）が発生する駆動力を用いて操舵を達成する車両
用操舵装置であって、上記電動モータにセンサレスブラ
シレスモータが用いられていることを特徴とする車両用
操舵装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施
形態における対応構成要素等を表す。 【０００７】この発明によれば、駆動力の発生源として
の電動モータに、回転子の角度位置を検出するための回
転位置センサおよびブラシを備えていないセンサレスブ
ラシレスモータが採用されている。センサレスブラシレ
スモータは、ブラシ摩耗の問題を生じることがないの
で、ブラシ付モータに比べて寿命が長い。また、センサ
レスブラシレスモータは、ブラシおよび回転位置センサ
を備えていないのでエンジンの近傍に設置することもで
きる。ゆえに、電動モータにセンサレスブラシレスモー
タを採用したことにより、電動モータの寿命の長期化を
図ることができ、また、エンジンルーム内のレイアウト
の自由度が増す。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の
概略構成を示す斜視図である。電動パワーステアリング
装置は、自動車などの車両１に備えられて、モータＭが
発生する駆動力をステアリング機構２に伝達し、これに
より、運転者のステアリング操作を補助するものであ
る。 【０００９】ステアリング機構２は、車幅方向に沿って
配置されたラック２１と、このラック２１に噛合するピ
ニオンギア２２Ｇを先端部に有するピニオン軸２２と、
ラック２１の両端に結合された転舵機構２３とを備えて
いる。転舵機構２３は、タイロッドやナックルアームな
どを含み、ラック２１の車幅方向の直線運動を舵取り用
車輪（左右前輪）Ｗの転舵に変換するための機構であ
る。ピニオン軸２２の基端部は、ユニバーサルジョイン
ト２４を介してステアリングシャフト２５に結合されて
おり、このステアリングシャフト２５の一端には、たと
えばステアリングホイール２６が固定されている。ステ
アリングシャフト２５は、ステアリングホイール２６側
に結合された入力軸２５Ａとユニバーサルジョイント２
４側に結合された出力軸２５Ｂとに分割されていて、こ
れらの入力軸２５Ａおよび出力軸２５Ｂは、ステアリン
グホイール２６に加えられた操舵トルクに応じてねじれ
を生じるトーションバーによって互いに連結されてい
る。 【００１０】ステアリングシャフト２５の出力軸２５Ｂ
に関連して、モータＭが設けられている。このモータＭ
の出力トルクは、出力軸２５Ｂの回転力に変換されるよ
うになっている。出力軸２５Ｂの回転力は、ユニバーサ
ルジョイント２４を介してピニオン軸２２に伝達され、
さらにピニオンギア２２Ｇを介してラック２１に伝達さ
れて、ラック２１を車幅方向に直線運動させる。こうし
て、モータＭから発生されるトルクが操舵補助力として
ステアリング機構２に与えられるようになっている。 【００１１】モータＭには、回転子の角度位置を検出す
るための回転位置センサおよびブラシを備えていないセ
ンサレスブラシレスモータが採用されている。このこと
は、この実施形態の特徴の１つである。センサレスブラ
シレスモータは、ブラシ摩耗の問題を生じることがない
ので、ブラシ付モータに比べて寿命が長い。また、セン
サレスブラシレスモータは、ブラシおよび回転位置セン
サを備えていないのでエンジンの近傍に設置することも
できる。ゆえに、モータＭにセンサレスブラシレスモー
タを採用したことにより、モータＭの寿命の長期化を図
ることができ、また、エンジンルーム内のレイアウトの
自由度が増す。 【００１２】モータＭは、コントローラ３によって駆動
制御されるようになっている。コントローラ３には、車
両１に搭載されたバッテリ４から駆動電流の生成に必要
な電圧が印加されている。また、コントローラ３には、
ステアリングホイール２６に加えられた操舵トルクを検
出するトルクセンサ５の検出信号などが入力されてい
る。コントローラ３は、トルクセンサ５の検出信号など
に基づいて、モータＭに対して正弦波の電力を加え、そ
のときの電圧と電流の位相差を検出してその差が零にな
るように周波数を制御し、かつ、その周波数が設定され
た値になるように電流を制御することにより、モータＭ
から発生される操舵補助力を制御する。 【００１３】図２は、コントローラ３の電気的構成を示
すブロック図である。コントローラ３には、モータＭの
駆動電流を生成する三相インバータ回路（ＩＮＶ）３１
と、この三相インバータ回路３１を制御するためのモー
タ制御回路３２と、三相インバータ回路３１からモータ
Ｍの界磁巻線７１に供給される電流（モータ電流）を検
出するモータ電流検出器３３とが備えられている。モー
タ制御回路３２は、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage
Controlled Oscilator）３２１を備えている。電圧制御
発振器３２１は、直流電圧によって発振周波数を制御可
能な発振器であり、この電圧制御発振器３２１の発振出
力は、基準波発生器３２２に入力されている。基準波発
生器３２２は、電圧制御発振器３２１の発振周波数に等
しい周波数で、コントローラ３に内蔵されたマイクロコ
ンピュータから入力される波高値の１８０°正弦波電圧
信号を基準波として出力する。 【００１４】基準波発生器３２２が出力する基準波は、
減算器３２３の一方の入力端子に入力されている。減算
器３２３の他方の入力端子には、モータ電流検出器３３
の検出信号が入力されている。減算器３２３では、基準
波とモータ電流検出器３３の検出信号との偏差がとられ
て誤差信号が生成される。減算器３２３で生成された誤
差信号は、誤差増幅器３２４で適当に増幅された後、Ｐ
ＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路３２５に入力
される。ＰＷＭ制御回路３２５は、誤差増幅器３２４で
増幅された誤差信号に対応するデューティを設定し、そ
の設定したデューティに応じたＰＷＭ制御信号を出力す
る。そして、このＰＷＭ制御信号によって三相インバー
タ回路３１が制御され、三相インバータ回路３１からモ
ータＭに１８０°正弦波形の交流電流が供給される。 【００１５】モータ制御回路３２はさらに、位相比較器
３２６を備えており、この位相比較器３２６と電圧制御
発振器３２１および基準波発生器３２２とによってＰＬ
Ｌ（Phase Locked Loop）回路が構成されている。位相
比較器３２６には、基準波発生器３２２が出力する基準
波と、誤差増幅器３２４で増幅された誤差信号とが入力
されている。位相比較器３２６は、基準波発生器３２２
から入力される基準波の位相と増幅後の誤差信号の位相
とを比較し、これらの位相差に比例した直流電圧を電圧
制御発振器３２１に与える。これにより、電圧制御発振
器３２１は、位相比較器３２６が出力する直流電圧に応
じた周波数で発振し、その結果、基準波発生器３２２か
ら出力される基準波（電圧信号）の周波数が、増幅後の
誤差信号（電流信号）との位相差が零となるような周波
数に制御される。よって、モータＭの力率を１に制御す
ることができ、モータＭの脱調を生じることなく、モー
タＭを良好に駆動制御することができる。 【００１６】コントローラ３に内蔵されたマイクロコン
ピュータは、トルクセンサ５（図１参照）によって検出
される操舵トルクに応じた操舵補助力がモータＭから出
力されるように、基準波発生器３２２が出力する基準波
の波高値を設定する。たとえば、零を含む微小なトルク
範囲を不感帯として、この不感帯外の操舵トルクに対し
て、操舵トルクの増加に応じて単調に増加するように波
高値を設定する。これにより、トルクセンサ５によって
検出される操舵トルクが大きいほど波高値が大きく設定
され、その結果、操舵トルクが大きいほど大きな操舵補
助力がモータＭから発生されることになる。 【００１７】また、トルク不感帯内の操舵トルクに対し
ては、基準波発生器３２２が出力する基準波の波高値を
予め定める微小値に設定する。この微小値は、基準波発
生器３２２の出力する基準波に基づいて三相インバータ
回路３１から出力される交流電流がモータＭに供給され
ても、そのモータＭの回転子７２が回転しない程度の微
小な値に定められている。ここで、トルクセンサ５によ
って検出される操舵トルクがトルク不感帯内であれば、
基準波発生器３２２が出力する基準波の波高値を零に設
定して、モータＭへの供給電流を零にすることが考えら
れる。しかし、回転子７２の角度位置を検出するための
センサを有していないセンサレスブラシレスモータＭで
は、モータＭへの供給電流を零にすると、その後、モー
タＭの回転開始（起動）時に、モータＭが所望する方向
とは反対の方向に回転するおそれがある。すなわち、モ
ータＭの回転子７２を開始させるために界磁巻線７１に
交流電流を供給開始した瞬間において、図３に示すよう
に、その供給された交流電流により界磁巻線７１に励起
された磁極と回転子７２の磁極とがずれていると、回転
子７２を図中反時計回りに回転させたいにもかかわら
ず、回転子７２の磁極が界磁巻線７１に励起された磁極
に引き寄せられて、回転子７２が図中時計回りにほぼ半
回転してしまう。このような所望しない方向に回転子７
２が回転すると、運転者によるステアリングホイール２
６の操作方向とは反対の方向に舵取り用車輪Ｗが転舵さ
れ、運転者に操舵違和感を与えてしまう。 【００１８】そこで、この実施形態では、トルク不感帯
内の操舵トルクに対して、基準波発生器３２２が出力す
る基準波の波高値が予め定める微小値に設定される。こ
れにより、モータＭの停止時には、界磁巻線７１に微弱
な磁極が励磁され、この励磁されている磁極と対応した
状態で回転子７２が停止する。したがって、モータＭの
起動時には、図４に示すように、界磁巻線７１に入力さ
れている交流電流の波高値を操舵トルクに応じた波高値
に引き上げることにより、モータＭの回転子７２を所望
の方向にスムーズに回転開始させることができる。 【００１９】以上のように、この実施形態では、操舵補
助力の発生源としてのモータＭに、回転子の角度位置を
検出するための回転位置センサおよびブラシを備えてい
ないセンサレスブラシレスモータが採用されている。セ
ンサレスブラシレスモータは、ブラシ摩耗の問題を生じ
ることがないので、ブラシ付モータに比べて寿命が長
い。また、センサレスブラシレスモータは、ブラシおよ
び回転位置センサを備えていないのでエンジンの近傍に
設置することもできる。ゆえに、モータＭにセンサレス
ブラシレスモータを採用したことにより、モータＭの寿
命の長期化を図ることができ、また、エンジンルーム内
のレイアウトの自由度が増す。 【００２０】さらには、回転位置センサが付設されてい
ない分、モータＭにセンサ付ブラシレスモータを採用し
た場合に比べて、モータＭのサイズを小さくすることが
できる。また、上述の実施形態では、三相インバータ回
路３１がコントローラ３に備えられているとしたが、三
相インバータ回路３１をモータＭに付設すれば、コント
ローラ３のサイズの小型化を図ることもできる。なお、
三相インバータ回路３１をモータＭに付設する場合に
は、三相インバータ回路３１を冷却するためのファンを
共に付設することが好ましい。 【００２１】以上、この発明の一実施形態について説明
したが、この発明はさらに他の形態で実施することもで
きる。たとえば、上述の実施形態では、モータＭに１８
０°正弦波形の交流電流を供給する１８０°通電方式を
例にとって説明したが、モータＭへの通電方式として１
２０°通電方式を採用してもよい。この場合、図５に示
すように、三相インバータ回路３１からモータＭに供給
される電流に基づく電圧波形が零である期間Ａにおい
て、モータＭに生じる逆起電圧を検出し、その検出した
逆起電圧に基づいてモータ回転子の角度位置を検出し、
これに基づいてモータ制御を行うことが好ましい。こう
することにより、モータ起動時の回転速度が遅い状態で
も、モータＭに生じている逆起電圧を良好に検出するこ
とができ、起動直後の短時間のうちに、モータＭをコミ
ュテーションモード（センサレスモード）にすることが
できる。 【００２２】また、１２０°通電方式を採用した場合に
は、モータ停止時に微小な波高値の正弦波電流を供給す
ることによってモータ起動時の所望しない逆回転を防止
する手法を採用することができないので、モータＭの回
転を出力軸２５Ｂの回転に変換するためのギア機構のギ
ア比（モータＭの回転量に対する出力軸２５Ｂの回転量
の比）を１０〜２０に設定して、モータＭの起動時に生
じる所望しない逆回転をギア機構で吸収することが好ま
しい。 【００２３】さらに、上述の実施形態では、モータＭの
出力トルクが出力軸２５Ｂに入力されるタイプ（コラム
タイプ）の電動パワーステアリング装置を例にあげた
が、この発明は、モータの出力トルクがラック２１に入
力されるタイプ（ピニオンタイプ）の電動パワーステア
リング装置に適用されてもよい。また、電動パワーステ
アリング装置に限らず、電動モータが発生する駆動力を
用いて操舵を達成する装置であれば、たとえば、ステア
リングホイールと舵取り機構との機械的な結合をなく
し、ステアリングホイールの回転操作に応じて駆動され
る電動モータが発生する駆動力で舵取り機構を動作させ
て、舵取り用車輪を転舵させることにより操舵を達成す
るようにした操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ
装置）に本発明が適用されてもよい。 【００２４】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の概略構成を示す斜視図である。 【図２】コントローラの電気的構成を示すブロック図で
ある。 【図３】モータ起動時における所望しない逆回転につい
て説明するための図解図である。 【図４】モータに供給される電流波形を示す図である。 【図５】１２０°通電方式について説明するための波形
図である。 【符号の説明】 ３ コントローラ Ｍ モータ

フロントページの続き (72)発明者 久保 厚 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D033 CA03 5H019 CC03 DD01 FF01

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】電動モータが発生する駆動力を用いて操舵
   を達成する車両用操舵装置であって、 上記電動モータにセンサレスブラシレスモータが用いら
   れていることを特徴とする車両用操舵装置。