JP2004282963A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の操舵装置、特に自動車用の操舵装置において、近年、低燃燃費化あるいはステアリング系統の簡略化及び軽量化を図るために、電動パワーステアリング装置(電動油圧パワーステアリング装置を概念として含む)を採用する車種が増えてきている。電動パワーステアリング装置においては、操舵軸の回転をアシスト用モータの駆動力により補助するとともに、操舵用ハンドルの操作角に応じた操舵角が得られるようにアシスト用モータを回転駆動制御する。この回転駆動制御は、モータ駆動電圧の入力をスイッチング制御することにより行なわれることが多い(例えばPWM制御)。また、一般にアシスト用モータは高出力のため、バッテリーやDC−DCコンバータなどで構成された車載電源電圧を、昇圧回路によりモータ駆動電圧に昇圧して使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モータ駆動電圧を発生させるための昇圧回路は、前述したスイッチングによるモータ制御の場合、スイッチングドライバを経てアシスト用モータに供給される。そして、昇圧回路が、いわゆるステップアップ型DC−DCコンバータで構成されている場合、次のような問題を生ずる。ステップアップ回路においては、出力電圧保持及び平滑化用のコンデンサ、該昇圧用整流部よりも上段側において電源電圧を受電するコイル、及び該コイルの通過電流を断続的に変化させることにより昇圧用誘導電圧波形を発生させる昇圧用スイッチング部のほか、コンデンサの昇圧回路入力側への逆流放電を阻止するための昇圧用整流部が必須の構成要素となる。ダイオードなどで構成された昇圧用整流部は、昇圧回路側からモータ側への電流通過は許容するが、逆方向、すなわち、モータ側から昇圧回路側への電流通過は遮断する働きをなす。
【0004】
しかし、急ハンドル操作時や、大きな段差に乗り上げながらハンドル操作をする場合など、操舵用ハンドル側からの大きな逆回転負荷がモータに作用する状況では、モータの発電作用による逆起電力が増加する。この場合、上記のように昇圧回路側に昇圧用整流部が存在して逆起電力電流の通過が遮断されていると、スイッチングドライバに組み込まれたFET等のスイッチング素子には、上記逆起電力による過大な電圧が印加され、素子を破損したり寿命を短くしたりする問題を生ずる。もちろん、この逆起電力電圧は昇圧用整流部にも印加されるから、昇圧用整流部をなすダイオード等の素子にも同様の悪影響が及ぶ可能性がある。
【0005】
本発明の課題は、アシスト用モータからの逆起電力による過大な電圧が、該アシスト用モータ駆動用のスイッチング素子に印加される不具合を効果的に防止でき、ひいては、該スイッチング素子の長寿命化を図ることができる電動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及び作用・効果】
本発明の電動パワーステアリング装置(電動油圧パワーステアリング装置を概念として含む)は、操舵軸の回転をアシスト用モータの駆動力により補助するとともに、操舵用ハンドルの操作角に応じた操舵角が得られるように、アシスト用モータを回転駆動制御するようにした電動パワーステアリング装置であって、上記の課題を解決するために、
モータ駆動電源からの電源電圧を昇圧してモータ駆動電圧とする昇圧回路と、昇圧回路から出力されるモータ駆動電圧をスイッチングしつつアシスト用モータに入力することにより、該アシスト用モータの回転駆動を行なうスイッチングドライバとを備え、
昇圧回路が、昇圧回路の出力電圧保持及び平滑化用のコンデンサと、該コンデンサの昇圧回路入力側への逆流放電を阻止するための昇圧用整流部と、該昇圧用整流部よりも上段側において電源電圧を受電するコイルと、該コイルの通過電流を断続的に変化させることにより昇圧用誘導電圧波形を発生させる昇圧用スイッチング部とを備え、該昇圧用誘導電圧波形を電源電圧の入力電圧波形に重畳させ、昇圧用整流部を経てコンデンサにより平滑化しつつモータ駆動電圧として出力するステップアップ型昇圧回路として構成され、
スイッチングドライバを経て昇圧回路側へ逆流するアシスト用モータの逆起電力電流を、昇圧用整流部を回避して通過させる逆起電力通過用分岐経路が設けられていることを特徴とする。
【0007】
上記の構成においては、アシスト用モータを駆動するスイッチングドライバの上段側に、該スイッチングドライバにモータ駆動電圧を供給するための、ステップアップ型DC−DCコンバータよりなる昇圧回路が設けられている。該ステップアップ型DC−DCコンバータ内に設けられた昇圧用整流部は、アシスト用モータからスイッチングドライバを経て昇圧回路側に流れ込む逆起電力電流を遮断する。そして、本発明の電動パワーステアリング装置においては、昇圧用整流部を回避した形で上記逆起電力電流を通過させる逆起電力通過用分岐経路が設けられているので、アシスト用モータにて大きな逆起電力が生じた場合でも、それに基づく過大な電圧が、スイッチングドライバ内のスイッチング素子に印加される不具合を効果的に防止することができ、ひいては、該スイッチング素子の長寿命化を図ることができる。また、昇圧用整流部への高電圧印加も同様に抑制され、昇圧用整流部の保護を図ることもできる。
【0008】
また、本発明の電動パワーステアリング装置においては、昇圧用整流部のカソード側の電圧に応じて、逆起電力通過用分岐経路を通過させる電流量を調整する通過電流調整手段を設けることができる。逆起電力通過用分岐経路は、昇圧回路内の電圧保持用のコンデンサには放電経路として作用するので、昇圧回路の電圧出力を安定化させる観点からは、該逆起電力通過用分岐経路を電流通過させるのは、過大な逆起電力が発生した場合など、必要最小限に留めるのがよい。昇圧用整流部のカソード側の電圧は、アシスト用モータからの逆起電力が大きくなった場合に大きくなるので、上記の構成では、これに応じて逆起電力通過用分岐経路を通過させる電流量を大きくする。これにより、逆起電力の小さい通常状態では、逆起電力通過用分岐経路の通過電流値を小さくなるのでコンデンサの充電状態を維持でき、昇圧回路の出力電圧を安定化させることができる。他方、逆起電力が過度に大きくなった場合に限って、逆起電力通過用分岐経路の通過電流値を増加させることで、逆起電力に基づく過大な電圧がスイッチングドライバ内のスイッチング素子に印加される不具合防止も問題なく図ることができる。
【0009】
通過電流調整手段は、具体的には、逆起電力通過用分岐経路の逆起電力電流の通過を許容/遮断の間で切り替える逆起電力通過用スイッチ部と、昇圧用整流部のカソード側の電圧を検出するカソード側電圧検出部と、該カソード側電圧検出部の検出電圧が予め定められた基準電圧を超えたとき、逆起電力通過用スイッチ部を遮断状態から通過許容状態に切り替える逆起電力通過用スイッチ部制御手段とを有するものとして構成できる。この構成によれば、逆起電力による電圧上昇が著しくなった場合にのみ、逆起電力通過用分岐経路の電流通過が許容され、それ以外の場合は、電流通過が遮断されるので、昇圧回路のコンデンサの放電を最小限に留めることができ、ひいては昇圧回路の出力電圧を安定に維持することができる。
【0010】
さらに、逆起電力通過用分岐経路上には、通過する逆起電力電流の電気エネルギーを消費させる負荷抵抗を設けることができる。これにより、逆起電力電流のエネルギーが負荷抵抗にて消費され、当該負荷抵抗の影響が分岐経路を経て他の回路部分に及ぶことを効果的に防止ないし抑制することができる。
【0011】
また、逆起電力通過用分岐経路は、昇圧用整流部のカソード側とアノード側とをバイパスするバイパス経路とすることができる。この構成によると、逆起電力の一部を、昇圧用にフィードバックできる利点がある。ただし、過大なフィードバックが生じないよう、上記の負荷抵抗を設けて適当に電圧降下させてからフィードバックさせることが望ましい。例えば、モータ駆動電源が、直流車載電源(例えば燃料電池)の直流出力を交流変換する交流変換部と、該交流変換された車載電源電圧を出力用に変圧するトランスと、該トランスの二次側交流出力を整流する整流部とを有したDC−DCコンバータを有するものとされている場合、上記の負荷抵抗を設けることは、大きな逆起電力発生時に該DC−DCコンバータ内の整流部を保護する上で有効である。
【0012】
他方、モータ駆動電源が車載バッテリーである場合は、逆起電力電流のエネルギーを、バイパス経路を経て車載バッテリーに戻す構成とすることで、バッテリーの消耗を抑制することができ、エネルギー効率を高めることができる。この場合は、負荷抵抗は必ずしも設ける必要はなくなる(むしろ、逆起電力によりバッテリーの充電を促進する観点からは、負荷抵抗は省略した方がよい場合がある)。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図1は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置の、構成の一例を示す回路図である(なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない)。該電動パワーステアリング装置1は、操舵用ハンドル2に操舵軸3が結合され、該操舵軸3の先端に設けられた、該操舵軸3とともに回転するピニオン10が、ラックバー11を軸線方向に往復動させることにより、車輪13,13の転舵角が変化する。また、ラックバー11の往復動すなわち操舵軸3の回転は、アシスト用モータ6の駆動力により補助される。本実施形態では、ラックバー11と噛み合う別のピニオン4をアシスト用モータ6が回転させるようになっている。
【0014】
操舵軸3の角度位置とアシスト用モータ6の回転角度位置とは、それぞれ、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなる操舵軸角度検出部101及びモータ角度位置検出部103により検出される。また、操舵制御部110はCPU111、ROM112、RAM113及び入出力インターフェース110を有するマイコンにて構成されている。操舵制御部110はROM112に格納された制御プログラムの実行により、検出された操舵軸3の角度位置とアシスト用モータ6の角度位置とに基づいて、操舵用ハンドル2の操作角に応じた操舵角が得られるように、スイッチングドライバ18を介したPWM制御によりアシスト用モータ6の動作を制御する。
【0015】
アシスト用モータ6はブラシレスモータ、本実施形態では3相ブラシレスモータにて構成されている。3相ブラシレスモータは、図3に示すように、120゜間隔で配置された3相のコイルU,V,Wからなり、これらのコイルU,V,Wと、電機子34との相対的な角度関係が、モータ内に設けられた角度センサをなすホールICにより検出される。そして、これらホールICの出力を受けて、図1のスイッチングドライバ18は、図3に示すように、コイルU,V,Wの通電を、W→U(1)、U→V(3)、V→W(5)のごとく循環的に順次切り替える(正方向回転の場合:逆方向回転の場合は、上記の逆順のスイッチングとなる)。
【0016】
該アシスト用モータ6の回転制御は、上記コイルU,V,Wの各相の通電切り替えシーケンスに、駆動制御部110からのPWM信号によるデューティ比制御シーケンスが重畳された形で行なわれる。図4は、スイッチングドライバ18の回路例を示すもので、コイルU,V,Wの各端子u,u’,v,v’,w、w’に対応したFET(スイッチング素子)75〜80が、周知のH型ブリッジ回路を構成するように配線されている(符号87〜92は、コイルU,V,Wのスイッチングに伴なう誘導電流のバイパス経路を形成するフライホイールダイオードである)。ANDゲート81〜86によりアシスト用モータ側のホールIC(角度センサ)からのスイッチング信号と駆動制御部100からのPWM信号との論理積信号を作り、これを用いてFET75〜80をスイッチング駆動すれば、通電に関与する相のコイルを選択的にPWM通電することができる。
【0017】
図1に戻り、アシスト用モータ6の駆動電源は、本実施形態においては、直流車載電源150と、該直流車載電源150の出力電圧をモータ駆動直流電圧に変換するDC−DCコンバータ157とからなる。直流車載電源150は例えば燃料電池であり、自動車の主動力モータ(図示せず)の駆動用マージンを考慮して、出力電圧が200〜450Vと高く設定されている。他方、アシスト用モータ6の駆動電源を含めた自動車内の周辺電装系には、主動力系よりは低電圧(例えば30〜50V:本実施形態では42V)の周辺電装用直流電源が使用され、DC−DCコンバータ157は直流車載電源150からの入力電圧を降圧して、前記周辺電装用直流電源電圧として出力する。
【0018】
DC−DCコンバータ157は、具体的には、図2に示すように、直流車載電源150からの入力直流電圧を交流変換する交流変換部162と、該交流変換された電圧を出力用に降圧するトランス163と、該トランス163の二次側交流出力を整流する整流部164とを有する。交流変換部162は、周知のスイッチング用トランジスタブリッジにより構成され、入力直流電圧を一定周波数でスイッチングして双極性方形波交流に変換する。なお、交流変換部162の入力側には、ノイズ除去用のコモンモードチョークコイル101が設けられている。また、スイッチングにより生成された交流電圧波形はトランス163に入力され、二次側から降圧された波形が出力される。整流部164はダイオードブリッジからなる全波整流部であり、LCローパスフィルタ型の平滑化部165にてリップル除去され、直流波形として出力される。
【0019】
図1に戻り、昇圧回路120は、昇圧回路120の出力電圧保持及び平滑化用のコンデンサ124と、該コンデンサ124の昇圧回路入力側への逆流放電を阻止するための昇圧用整流部123と、該昇圧用整流部123よりも上段側において電源電圧を受電するコイル121と、該コイル121の通過電流を断続的に変化させることにより昇圧用誘導電圧波形を発生させる昇圧用スイッチング部122とを備えたステップアップ型DC−DCコンバータとして構成されている。該昇圧用誘導電圧波形は電源電圧の入力電圧波形に重畳され、昇圧用整流部123を経てコンデンサ124により平滑化されつつモータ駆動電圧として出力される。
【0020】
本実施形態においては、車載電源側のDC−DCコンバータ157からの直流出力が、電源リレー141と電源フィルタ140とを介して昇圧回路120に入力される。なお、符号142はイグニッションスイッチと連動して操作される電源スイッチであり、該電源スイッチ142が閉になると、電源リレー141が動作して、DC−DCコンバータ157から昇圧回路120への電圧入力が許容される。
【0021】
DC−DCコンバータ157からの入力経路134上には、電源フィルタ140の下段側に昇圧用のコイル121が配置され、そのさらに下段から接地側に分岐するスイッチング分岐経路135上に、前述の昇圧用スイッチング部122が設けられている。他方、入力経路134には、スイッチング分岐経路135の分岐点よりも下段側に昇圧用整流部123が配置され、さらにその先にコンデンサ124が並列分岐する形で設けられている。
【0022】
また、昇圧用整流部123のカソード側において入力経路134からは、スイッチングドライバ18を経て昇圧回路120側へ逆流するアシスト用モータ6の逆起電力電流を、昇圧用整流部123を回避して通過させる逆起電力通過用分岐経路126が設けられている。本実施形態では、該逆起電力通過用分岐経路126は、昇圧用整流部123のカソード側とアノード側とをバイパスするバイパス経路とされているが、末端をアノード側に接続せず、接地する形としてもよい。
【0023】
上記の逆起電力通過用分岐経路126には、逆起電力電流の通過を許容/遮断の間で切り替える逆起電力通過用スイッチ部128が設けられている。また、昇圧用整流部123のカソード側の電圧測定点Pから分岐する形で、分圧抵抗129,130からなるカソード側電圧検出部が設けられ、該電圧測定点Pの電圧が分圧調整された形で操舵制御部110の入出力インターフェース114(A/D変換ポート)に入力されている。操舵制御部110をなすマイコン(以下、「マイコン110」とも記す)は、上記カソード側電圧検出部の検出電圧が予め定められた基準電圧を超えたとき、逆起電力通過用スイッチ部128に切替信号SBを送り、これを遮断状態から通過許容状態に切り替える(すなわち、逆起電力通過用スイッチ部制御手段の機能を実現している)。また、逆起電力通過用分岐経路126上には、逆流防止用の分岐経路側整流部をなすダイオード127と、該経路を通過する逆起電力電流の電気エネルギーを消費させる負荷抵抗131が設けられている。なお、ダイオード127は省略することも可能である。
【0024】
次に、昇圧用整流部123は、図1においては、昇圧制御用FETが有する寄生ダイオードとされている。図5を用いて具体的に説明する。寄生ダイオードを有したFET構造は、例えばMOSFETを採用したときに現われる。図5上図はMOSFET(nチャネル型)の断面模式図であり、下図は等価回路図である。シリコン基板の層厚方向に、ドレインをなす半導体部分と空乏層をなす半導体部分とが隣接してp−n接合を作り、チャネル領域に形成されるFET構造部分に対し、並列接続された形で寄生ダイオードが生じている。
【0025】
モータ駆動などのパワー駆動回路において、ステップアップ昇圧回路の整流部に通常のシリコンダイオードを用いると、通過電流値が大きいためp−n接合の順方向電圧降下ひいては出力側の電圧損失が大きくなり、問題となる場合がある。この場合、昇圧用整流部123を、昇圧用スイッチング部122と位相反転させた形で同期して導通・遮断される昇圧制御用FET(以下、「昇圧制御用FET123」と記載する)とすることにより、該問題を解消することができる。すなわち、図1において、昇圧用スイッチング部122のON(閉)周期においては、コイル121に流れ込む電流(電気エネルギー)が増加し、昇圧用の重畳電圧波形は減少傾向をたどる。次に、昇圧用スイッチング部122をOFF(開)にすると、スイッチング分岐経路135に流れ込む電流が遮断され、コイル121は誘導電流を放出する。これに伴い、昇圧用の重畳電圧波形は増加傾向に転ずる。そこで、この昇圧用スイッチング部122のOFF周期に同期させて、昇圧制御用FETをON状態にすると、図5において、電流は直流抵抗の高い寄生ダイオード部分を迂回し、抵抗の低いFET部分を通過して流れるので、電圧損失を抑制することができる。他方、昇圧用スイッチング部122のON周期に同期させて、昇圧制御用FETをOFFにすると、FET部分のチャネルが閉じる。図5の寄生ダイオード部分は、図1においてコンデンサ124側が高電位であれば逆バイアス状態となり、電流通過が遮断される。すなわち、昇圧用整流部としての機能を果たす。
【0026】
なお、昇圧用スイッチング部122と昇圧制御用FET123との同期スイッチング制御は、操舵制御部110をなすマイコンが行なう。本実施形態では、昇圧用スイッチング部122及び逆起電力通過用スイッチ部128が、昇圧制御用FET123とともにパワーMOSFETにて構成されている。これらパワーMOSFETのゲート駆動電圧は比較的高いので、マイコン110からの駆動指令信号を、スイッチング用昇圧回路115においてバッテリー電圧を用いて昇圧後、スイッチング駆動回路116を経て各パワーMOSFET122,123,128のゲートに供給するようにしている。なお、本実施形態においてスイッチング駆動回路116は、昇圧用スイッチング部及び昇圧制御用FETをなすパワーMOSFET122,123の同期スイッチング制御を行なうに際し、それらFET122,123のゲート電圧とソース電圧とをモニタし、該モニタ値をマイコン110に供給するようにしている。マイコン110は、各FET122,123のゲート−ソース間電圧が略一定保持されるように(すなわち、アシスト用モータ6に略一定の駆動電圧が供給されるように)、スイッチング駆動回路116への駆動指令信号の出力パターンを変化させ、安定化電源としての機能を実現している。
【0027】
例えば、昇圧用スイッチング部122をスイッチング制御する場合、モニタしたゲート−ソース間電圧の目標値から差分に応じて、スイッチングパターンを変化させることができる。スイッチングのデューティ比と周波数が一定であれば、常時スイッチングを継続させた場合の重畳電圧波形の電圧レベル(整流・平滑化したときの値)が、概ねステップアップによる電圧増分の最大値となる。従って、該ステップアップによる電圧増分の最大値が、入力されるゲート−ソース間電圧のレベルと、得るべき直流出力の目標電圧との差分よりも大きくなるようにスイッチング周波数を設定しておけば、そのスイッチング動作の停止/継続の時間比を調整することで、目標電圧に出力電圧を調整することができる。
【0028】
例えば、ゲート−ソース間電圧の目標値から差分が大きいときは、スイッチング動作の停止/継続の時間比を大きくし、逆に目標値からの差分が小さいかオーバーシュートした場合(例えば、後述のように逆起電力電流が大きくなっている場合)は、該時間比を小さくするように制御を行なう。また、スイッチング動作の停止/継続の時間比を調整する代わりに、モニタしたゲート−ソース間電圧の目標値から差分に応じて、スイッチングのデューティηを変化させる方法(つまり、PWM方式)を採用することもできる。この場合、昇圧制御用FET123は、同じデューティηにて位相反転させた形で(すなわち、FET122がONのときFET123をOFFとし、FET122がOFFのときFET123をONとする)同期スイッチングする。
【0029】
上記電動パワーステアリング装置1においては、例えば急ハンドルを切ったり、縁石などの大きな段差に乗り上げながらハンドル操作をする場合、アシスト用モータ6には大きな逆起電力が発生する。発生する逆起電力レベルが上昇すると、図1の測定点P(昇圧制御用FETをなすパワーMOSFET123が有する寄生ダイオードのカソード側)の電圧が上昇する。マイコン110は、昇圧回路120のFET122,123のスイッチング駆動を継続しながら、該電圧をモニタし、これが規定の基準電圧を超えた場合は、逆起電力通過用スイッチ部128をONとし、逆起電力電流を逆起電力通過用分岐経路126に導く。該逆起電力電流は負荷抵抗131により電力消費される。これにより、スイッチングドライバ18内のスイッチング素子(図4のFET76〜80)及び車載電源側のDC−DCコンバータ157の整流部164(図2)を、過大な逆起電力電圧印加から保護することができる。
【0030】
また、昇圧制御用FET123は、ON周期であれば、自身が逆起電力電流を通過させることができるため破損等の心配はないが、OFF周期のときは同様に大きな逆起電力電圧印加が付加されるおそれがある。従って、逆起電力通過用分岐経路126を導通させて逆起電力電流をバイパスさせることにより、該昇圧制御用FET123を保護する効果も得られる。
【0031】
この場合、昇圧制御用FET123は、昇圧用スイッチング部122のスイッチング継続時には、これと位相反転させた形で(すなわち、FET122がONのときFET123をOFFとし、FET122がOFFのときFET123をONとする)同期スイッチングを行なうようにする。また、スイッチング動作の停止時には、昇圧制御用FET123を常時閉状態とすることで、逆起電力通過用分岐経路126側の電流通過を促進し(このエネルギーは負荷抵抗131で消費される)、その状態でゲート−ソース間電圧が縮小するのを待つようにすることができる。また、スイッチング停止期間を設けず、一定周波数でのスイッチングを継続しつつデューティ比ηを変化させるPWM方式を用いる場合は、逆起電力通過用スイッチ部128がONとなっている周期において、昇圧制御用FET123をなるべくOFF期間が長くなるように(例えばOFF期間のデューティ比1−ηが1に近くなるように)制御を行なうことができる。いずれの場合においても、大きな逆起電力電流が生じている場合に負荷抵抗131の通過電流を大きくし、電力消費を促進することは、昇圧制御用FET123及びDC−DCコンバータ157の整流部164を保護する観点においても有利となる。
【0032】
なお、図6に示すように、車載電源は車載バッテリー57とすることもできる(図1と共通の部分については詳細な説明は省略する)。この場合は、車載電源側に整流部が設けられないので、逆起電力電流をバッテリー12に戻すことができる。従って、逆起電力通過用分岐経路126上の負荷抵抗は省略することが望ましい。また、逆起電力通過用スイッチ部128がONになっているとき、昇圧制御用FET123のON・OFF状態は任意に設定できるが、なるべくON期間が長くなるように(例えばON期間のデューティ比ηが1に近くなるように)制御を行なうことで、バッテリー57に戻す電流量を増やすことができる。
【0033】
なお、昇圧制御用FET123をなすパワーMOSFETは、大きな逆起電力電流を通過させるとき、ソース・ゲート間電圧が不足しやすくなる場合があり、仮にON期間のデューティ比ηを最大値1に設定しても、ON抵抗増大のために電流損失が大きくなる場合がある。従って、この観点においても逆起電力通過用分岐経路126を設けて、バッテリー57への電流帰還経路を増やすことは有利であるといえる。
【0034】
さらに、図7に示すように(図1と共通の部分については詳細な説明は省略する)、昇圧用整流部として昇圧制御用FETに代え、通常のダイオード127を用いることもできる。この場合、ダイオード127を逆起電力電流が通過することはできないので、逆起電力通過用分岐経路126を設けることは、バッテリー57への電流帰還経路確保の上で必須となる。
【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第1実施形態を示す回路図。
【図2】車載電源を構成するDC−DCコンバータの一例を示す回路図。
【図3】アシスト用モータを構成する三相ブラシレスモータの動作説明図。
【図4】図4の三相ブラシレスモータを駆動するためのスイッチングドライバの一例を示す回路図。
【図5】MOSFETの断面構造と、寄生ダイオードを含むその等価回路を示す図。
【図6】本発明の電動パワーステアリング装置の第2実施形態を示す回路図。
【図7】本発明の電動パワーステアリング装置の第3実施形態を示す回路図。
【符号の説明】
1 電動パワーステアリング装置
2 操舵用ハンドル
3 操舵軸
6 アシスト用モータ
18 スイッチングドライバ
57 車載バッテリー(モータ駆動電源)
110 操舵制御部(マイコン、分岐経路側スイッチ部制御手段
120 昇圧回路
121 コイル
122 昇圧用スイッチング部
123 昇圧制御用FET(昇圧用整流部)
124 コンデンサ
126 逆起電力通過用分岐経路
127 ダイオード(分岐経路側整流部)
129,130 分圧抵抗(カソード側電圧検出部)
131 負荷抵抗
150 直流車載電源
157 DC−DCコンバータ
223 ダイオード(昇圧用整流部)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an electric power steering device (including the concept of an electro-hydraulic power steering device) has been used in a vehicle steering device, particularly a vehicle steering device, in order to achieve low fuel consumption or to simplify and reduce the weight of a steering system. The number of vehicles to be used is increasing. In the electric power steering device, the rotation of the steering shaft is assisted by the driving force of the assist motor, and the assist motor is rotationally controlled so that a steering angle corresponding to the operation angle of the steering handle is obtained. This rotation drive control is often performed by controlling the input of the motor drive voltage (for example, PWM control). In general, since the assist motor has a high output, a vehicle-mounted power supply voltage composed of a battery, a DC-DC converter, and the like is used after being boosted to a motor drive voltage by a booster circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the booster circuit for generating the motor drive voltage is supplied to the assist motor via the switching driver in the case of the above-described motor control by switching. When the step-up circuit is constituted by a so-called step-up DC-DC converter, the following problem occurs. In the step-up circuit, a capacitor for holding and smoothing the output voltage, a coil for receiving the power supply voltage on the upper stage side from the rectifying unit for boosting, and a boosting induction by intermittently changing a current passing through the coil. In addition to the step-up switching section for generating the voltage waveform, the step-up rectifying section for preventing the backflow discharge of the capacitor to the input side of the step-up circuit is an essential component. The step-up rectifier configured by a diode or the like allows the passage of current from the booster circuit side to the motor side, but blocks the current flow in the reverse direction, that is, the current passage from the motor side to the booster circuit side.
[0004]
However, in a situation where a large reverse rotation load is applied to the motor from the steering wheel side, such as when operating the steering wheel abruptly or when riding the steering wheel while riding on a large step, the back electromotive force due to the power generation action of the motor increases. In this case, if the step-up rectifying section exists on the side of the step-up circuit and the passage of the back electromotive force current is blocked as described above, the switching element such as an FET incorporated in the switching driver includes the back electromotive force. Excessive voltage is applied, which causes a problem that the element is damaged or the life is shortened. Of course, since this back electromotive force voltage is also applied to the boost rectifying unit, there is a possibility that a similar adverse effect is exerted on elements such as a diode forming the boost rectifying unit.
[0005]
An object of the present invention is to effectively prevent a problem in which an excessive voltage due to a back electromotive force from an assist motor is applied to a switching element for driving the assist motor, thereby extending the life of the switching element. An object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of achieving the following.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
The electric power steering device (including the concept of the electric hydraulic power steering device) of the present invention assists the rotation of the steering shaft by the driving force of the assist motor and obtains a steering angle corresponding to the operation angle of the steering handle. As described above, an electric power steering device configured to rotationally control an assist motor, in order to solve the above-described problem,
A booster circuit that boosts a power supply voltage from a motor drive power supply to generate a motor drive voltage, and inputs a motor drive voltage output from the booster circuit to the assisting motor while switching the motor driving voltage, thereby rotating the assisting motor. Switching driver to perform
A booster circuit, a capacitor for holding and smoothing an output voltage of the booster circuit, a booster rectifier for preventing a backflow of the capacitor from flowing back to the booster circuit input side, and a booster rectifier on the upper side than the booster rectifier. A coil for receiving a power supply voltage; and a booster switching section for generating a booster induced voltage waveform by intermittently changing a current passing through the coil, wherein the booster induced voltage waveform is converted to an input voltage waveform of the power supply voltage. Is configured as a step-up type booster circuit that outputs as a motor drive voltage while smoothing with a capacitor via a boosting rectifier,
A back electromotive force passing branch path is provided for passing the back electromotive force current of the assist motor that flows back to the booster circuit side via the switching driver, bypassing the boosting rectifier.
[0007]
In the above configuration, a booster circuit including a step-up DC-DC converter for supplying a motor drive voltage to the switching driver is provided above the switching driver that drives the assist motor. A step-up rectifier provided in the step-up DC-DC converter blocks a back electromotive force current flowing from the assist motor to the step-up circuit via the switching driver. Further, in the electric power steering apparatus of the present invention, since the back electromotive force passage branch path for passing the back electromotive force current is provided in a form avoiding the boosting rectifier, a large reverse power is provided by the assist motor. Even when an electromotive force is generated, an excessive voltage based on the electromotive force can be effectively prevented from being applied to the switching element in the switching driver, and the life of the switching element can be extended. . In addition, application of a high voltage to the boost rectifier is similarly suppressed, and protection of the boost rectifier can be achieved.
[0008]
Further, in the electric power steering apparatus according to the present invention, it is possible to provide a passing current adjusting means for adjusting the amount of current passing through the branch path for passing back electromotive force in accordance with the voltage on the cathode side of the rectifier for boosting. Since the branch path for passing back electromotive force acts as a discharge path for the capacitor for holding voltage in the booster circuit, from the viewpoint of stabilizing the voltage output of the booster circuit, the branch path for passing back electromotive force passes through the branch path for passing back electromotive force. It is preferable to keep the passage to a minimum necessary when an excessive back electromotive force is generated. Since the voltage on the cathode side of the boosting rectifier increases when the back electromotive force from the assist motor increases, in the above configuration, the amount of current that passes through the back electromotive force passage branch path accordingly. To increase. Thus, in the normal state where the back electromotive force is small, the passing current value of the branch path for passing the back electromotive force is reduced, so that the charged state of the capacitor can be maintained, and the output voltage of the booster circuit can be stabilized. On the other hand, only when the back electromotive force is excessively large, an excessive voltage based on the back electromotive force is applied to the switching element in the switching driver by increasing the passing current value of the branch path for passing the back electromotive force. It is possible to prevent the occurrence of troubles without any problem.
[0009]
More specifically, the passing current adjusting means includes a back electromotive force passing switch for switching the passage of the back electromotive force current in the back electromotive force passing branch path between allowance and cutoff, and a cathode side of the boosting rectification unit. A cathode-side voltage detection unit for detecting a voltage; and a back electromotive force that switches a back electromotive force passing switch unit from a cutoff state to a passage allowable state when a detection voltage of the cathode side voltage detection unit exceeds a predetermined reference voltage. And a power passage switch control means. According to this configuration, only when the voltage rise due to the back electromotive force becomes remarkable, the current passage of the back electromotive force passage branch path is permitted, and otherwise, the current passage is cut off. Discharge of the capacitor can be minimized, and the output voltage of the booster circuit can be maintained stably.
[0010]
Further, a load resistor for consuming the electric energy of the passing back electromotive current can be provided on the back electromotive force passage branch path. As a result, the energy of the back electromotive force current is consumed by the load resistance, and the effect of the load resistance can be effectively prevented or suppressed from affecting other circuit parts via the branch path.
[0011]
Further, the branch path for passing back electromotive force may be a bypass path that bypasses the cathode side and the anode side of the step-up rectifier. According to this configuration, there is an advantage that a part of the back electromotive force can be fed back for boosting. However, it is desirable to provide the above-described load resistance and appropriately lower the voltage before performing feedback so that excessive feedback does not occur. For example, the motor drive power supply includes an AC conversion unit that converts the DC output of a DC vehicle-mounted power supply (for example, a fuel cell) into an AC, a transformer that transforms the AC-converted vehicle-mounted power supply voltage for output, and a secondary side of the transformer. When a DC-DC converter having a rectifier for rectifying an AC output is provided, the provision of the load resistor protects the rectifier in the DC-DC converter when a large back electromotive force occurs. It is effective in doing.
[0012]
On the other hand, when the motor drive power source is an in-vehicle battery, the energy of the back electromotive force is returned to the in-vehicle battery via the bypass path, thereby reducing battery consumption and improving energy efficiency. Can be. In this case, it is not always necessary to provide a load resistor (rather, it may be better to omit the load resistor from the viewpoint of promoting the charging of the battery by the back electromotive force).
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a configuration of an electric power steering device to which the present invention is applied (in the present embodiment, “vehicle” is an automobile, but the application target of the present invention is not limited to this. Is not what is done). In the electric
[0014]
The angular position of the
[0015]
The assist
[0016]
The rotation control of the
[0017]
Returning to FIG. 1, in the present embodiment, the drive power supply for the
[0018]
As shown in FIG. 2, the DC-
[0019]
Returning to FIG. 1, the
[0020]
In the present embodiment, a DC output from the DC-
[0021]
On the
[0022]
Further, a back electromotive force current of the
[0023]
The back electromotive force
[0024]
Next, the boosting
[0025]
In a power drive circuit such as a motor drive, if a normal silicon diode is used in the rectifier of the step-up booster circuit, the forward current drop of the pn junction and, consequently, the voltage loss on the output side increase because the passing current value is large, May be problematic. In this case, the step-up
[0026]
The microcomputer that forms the
[0027]
For example, when switching control is performed on the boosting
[0028]
For example, when the difference from the target value of the gate-source voltage is large, the stop / continue time ratio of the switching operation is increased, and when the difference from the target value is small or overshoots (for example, as described later). (When the back electromotive force current is large), control is performed to reduce the time ratio. Instead of adjusting the time ratio of the stop / continuation of the switching operation, a method of changing the switching duty η according to the difference from the monitored target value of the gate-source voltage (that is, the PWM method) is employed. You can also. In this case, the
[0029]
In the electric
[0030]
In addition, the
[0031]
In this case, when the switching of the boosting
[0032]
As shown in FIG. 6, the vehicle-mounted power supply may be a vehicle-mounted battery 57 (detailed description of parts common to FIG. 1 is omitted). In this case, since the rectifying unit is not provided on the vehicle power supply side, the back electromotive force current can be returned to the battery 12. Therefore, it is desirable to omit the load resistance on the
[0033]
Note that the power MOSFET serving as the
[0034]
Further, as shown in FIG. 7 (detailed description of portions common to FIG. 1 is omitted), a
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an electric power steering device of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a DC-DC converter included in a vehicle-mounted power supply.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation of a three-phase brushless motor constituting the assist motor.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a switching driver for driving the three-phase brushless motor of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a MOSFET and its equivalent circuit including a parasitic diode.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the electric power steering device of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a third embodiment of the electric power steering device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
110 Steering control unit (microcomputer, branch path side switch unit control means 120 Step-
129,130 Voltage dividing resistor (cathode side voltage detector)
131
Claims (8)
モータ駆動電源からの電源電圧を昇圧してモータ駆動電圧とする昇圧回路と、前記昇圧回路からのモータ駆動電圧をスイッチングしつつ前記アシスト用モータに入力することにより、該アシスト用モータの回転駆動を行なうスイッチングドライバとを備え、
前記昇圧回路が、昇圧回路の出力電圧保持及び平滑化用のコンデンサと、該コンデンサの昇圧回路入力側への逆流放電を阻止するための昇圧用整流部と、該昇圧用整流部よりも上段側において前記電源電圧を受電するコイルと、該コイルの通過電流を断続的に変化させることにより昇圧用誘導電圧波形を発生させる昇圧用スイッチング部とを備え、該昇圧用誘導電圧波形を前記電源電圧の入力電圧波形に重畳させ、前記昇圧用整流部を経て前記コンデンサにより平滑化しつつ前記モータ駆動電圧として出力するステップアップ型DC−DCコンバータとして構成され、
前記スイッチングドライバを経て前記昇圧回路側へ向かう前記アシスト用モータの逆起電力電流を、前記昇圧用整流部を回避して通過させる逆起電力通過用分岐経路が設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。In the electric power steering device, the rotation of the steering shaft is assisted by the driving force of the assist motor, and the assist motor is rotationally controlled so as to obtain a steering angle corresponding to the operation angle of the steering handle. ,
A booster circuit that boosts a power supply voltage from a motor drive power supply to generate a motor drive voltage; and switches the motor drive voltage from the booster circuit to the assist motor while switching the motor drive voltage, thereby rotating the assist motor. Switching driver to perform
The booster circuit includes a capacitor for holding and smoothing an output voltage of the booster circuit, a booster rectifier for preventing backflow discharge of the capacitor to the booster circuit input side, and an upper stage than the booster rectifier. A coil that receives the power supply voltage, and a boosting switching unit that generates a boosted induction voltage waveform by intermittently changing a passing current of the coil, A step-up DC-DC converter configured to superimpose on an input voltage waveform and output as the motor drive voltage while smoothing by the capacitor via the boosting rectifying unit;
A back electromotive force passing branch path is provided to pass the back electromotive force current of the assisting motor toward the booster circuit side via the switching driver, bypassing the boosting rectifier. Electric power steering device.
前記昇圧用整流部のカソード側の電圧を検出するカソード側電圧検出部と、
該カソード側電圧検出部の検出電圧が予め定められた基準電圧を超えたとき、前記逆起電力通過用スイッチ部を遮断状態から通過許容状態に切り替える逆起電力通過用スイッチ部制御手段とを有する請求項1記載の電動パワーステアリング装置。A back electromotive force passing switch unit that switches between passing and blocking of the back electromotive force current through the back electromotive force passing branch path;
A cathode-side voltage detector that detects a cathode-side voltage of the step-up rectifier,
When the detected voltage of the cathode-side voltage detection section exceeds a predetermined reference voltage, the control section has a back electromotive force passing switch section control means for switching the back electromotive force passing switch section from a cut-off state to a passage permitting state. The electric power steering device according to claim 1.
前記バイパス経路上に、通過する逆起電力電流のエネルギーを消費させる負荷抵抗が設けられている請求項5記載の電動パワーステアリング装置。The motor drive power supply includes an AC converter that converts the DC output of the DC vehicle-mounted power supply into an AC, a transformer that transforms the AC-converted vehicle-mounted power supply voltage for output, and a rectifier that rectifies a secondary-side AC output of the transformer. And a DC-DC converter having a
6. The electric power steering device according to claim 5, wherein a load resistor for consuming energy of the passing back electromotive force current is provided on the bypass path.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009096410A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Honda Motor Co Ltd | Electrically-operated power steering device |
US20100109588A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Jtekt Corporation | Motor drive circuit and electric power steering apparatus |
JP2011148420A (en) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Toyota Motor Corp | Electric power steering device |
JP2012182867A (en) * | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Denso Corp | Power supply unit |
CN104113238A (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-22 | 三美电机株式会社 | Motor Driver Apparatus And Method Of Controlling The Same |
WO2019017139A1 (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 新電元工業株式会社 | Power supply device and method for controlling power supply device |
-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003074383A patent/JP2004282963A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009096410A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Honda Motor Co Ltd | Electrically-operated power steering device |
US20100109588A1 (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-06 | Jtekt Corporation | Motor drive circuit and electric power steering apparatus |
CN101741311A (en) * | 2008-11-04 | 2010-06-16 | 株式会社捷太格特 | Motor drive circuit and electric power steering apparatus |
US8159166B2 (en) * | 2008-11-04 | 2012-04-17 | Jtekt Corporation | Motor drive circuit and electric power steering apparatus |
CN101741311B (en) * | 2008-11-04 | 2014-06-04 | 株式会社捷太格特 | Motor drive circuit and electric power steering apparatus |
JP2011148420A (en) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Toyota Motor Corp | Electric power steering device |
JP2012182867A (en) * | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Denso Corp | Power supply unit |
CN104113238A (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-22 | 三美电机株式会社 | Motor Driver Apparatus And Method Of Controlling The Same |
WO2019017139A1 (en) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 新電元工業株式会社 | Power supply device and method for controlling power supply device |
JP2019022418A (en) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 新電元工業株式会社 | Power supply device and control method of the power supply device |
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