JP2004322863A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置に関し、特に、モータの動力をステアリング系に付与して運転者の操舵力負担を軽減する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】
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール(操舵ハンドル)を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および、車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部(モータ駆動制御回路)の制御動作に基づいて、補助操舵力を出力する支援用のモータをPWM駆動し、運転者の操舵力を軽減している。
【0003】
モータ制御部の制御動作では、上記の操舵トルク信号と車速信号に基づきモータに通電するモータ電流の目標電流値を設定し、この目標電流値に係る信号(目標電流信号)と、モータに実際に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部からのモータ電流信号との差を求め、この偏差信号に対して比例・積分の補償処理(PI制御)を行い、モータを駆動制御する信号を発生させている。
【0004】
上記の電動パワーステアリング装置に関する実際の構成要素のレイアウトでは、操舵力補助用のモータはステアリング軸等にその回転力を与えることができるようにステアリング軸の近くに設置され、さらにモータ制御部を構成する電子回路を備えた回路基板はモータに付設した配置状態で装備されている。モータとしてはブラシ付きモータやブラシレスモータが使用される。
【0005】
上記電動式パワーステアリング装置において、例えば、ブラシ付きモータの駆動を制御するモータ制御部は、図8に示すように、例えば4個の電界効果型トランジスタ(以下FETと記す)211,212,213,214から成るH型ブリッジ回路と、FETのゲートに駆動信号電圧(ゲート電圧)を印加するブリッジ駆動回路(図示せず)を備える(特許文献1参照)。
【0006】
マイクロコンピュータから成るブリッジ駆動回路が出力するPWM駆動制御信号に基づき、モータMを駆動制御する。上記のH型ブリッジ回路の入力端子間にはバッテリ(電源)Vが接続され、出力端子間にはモータMが接続される。PWM駆動制御信号に基づいてFET211,214または、222の第2FET212を駆動することにより、モータMの回転方向が制御される。例えばFET211,214が導通状態にあるときは、電流はFET211、モータMおよびFET214を経て流れ、モータMに正方向の電流が流れる。
【0007】
FET211(またはFET212)を、目標電流信号とモータ電流信号との差に基づいて決定されるデューティ比のPWM駆動制御信号(パルス幅変調信号)で駆動することにより、モータ電流の大きさが制御される。特に図8に示したH型ブリッジ回路では高電位側のFET211,212に対して昇圧回路215を設けて、FET211,212をこの昇圧回路215を介して駆動するようにしている。これにより、滑らかな操舵フィーリングを得ている。
【0008】
【特許文献1】
特許第2864474号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなH型ブリッジ回路で構成されるモータ駆動制御回路を有する電動式パワーステアリング装置では、急激な操舵が連続した場合等に、モータMに対して通電する電流の方向を急激な操舵に応じて切り替ることとなる。このとき、FETがオンからオフに変わっても、モータ駆動制御回路や回路パターンのインピーダンス等の影響により、オフしたFETにも電力が供給されてしまうことがあった。特に図8で示したように昇圧回路215が1つであると、回路パターンのインピーダンス等の影響により、昇圧回路215の電力がオフした側の回路部分にも供給され、応答性が遅くなり、また、オンする側のFETに供給すべき昇圧回路からの出力が変動する場合があった。この変動が操舵フィーリングに悪い影響を与えていた。
【0010】
ここで、1つのFETに注目する。図9は、FETと、FETに印加される電圧値と、FETに流れる電流値とを示す図である。ドレイン−ソース間に印加される電圧値をVDS、ゲート−ソース間に印加される電圧値をVGSと示し、ドレインからソースへ流れる電流値をIDと示す。FETの温度はT[℃]となっている。
【0011】
上述した急激な操舵による電圧変動において、FETのゲート−ソース間の電圧VGSが低下したとき、FETに電流を流そうとしても、FETのオン抵抗RDSが高くなってしまいFETをオンできないおそれがある。図10は、ドレイン−ソース間の電圧VDSとFETに流れる電流IDとの関係をゲート−ソース間の電圧VGSをパラメータとして示した図である。FETのオン抵抗RDSはVDS/IDで算出されるものである。
【0012】
急激な操舵による電圧変動によって低下したときのFETのゲート−ソース間の電圧VGSが、例えば、図10中の5[V]であったときは、FETをオンするために必要な電流ID Tを流すことができない。電圧VGSが5[V]であるときには、どんなに電圧VDSをあげても、FETを駆動させるために必要な電流ID Tを流すことができない。一方、モータ制御部はモータMに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部からのモータ電流信号のフィードバックに基づいて、FETに流れる電流を一定に保とうと制御するが、この場合にはジュール熱(Q=I2Rt)が発生し、FETの温度が上昇する。その結果、さらにオン抵抗RDSが高くなってしまう。つまり、フィードバックされたモータ電流とモータ制御部において設定された目標電流との差が大きくなるため、モータ制御部は大きな電流を流そうとしてしまう。
【0013】
図11はオン抵抗RDSと温度[℃]の関係を示した図である。温度TFETのときに、オン抵抗RDSが1[Ω]となるようにしている。温度が上がるほど、オン抵抗RDSが高くなることがわかる。モータ電流のフィードバック制御を行なっているモータ制御部によって、大きな電流がFETに流れ、結果としてFETの温度が上がってしまい、さらにFETのオン抵抗が高くなってしまうという循環に陥ってしまう。また、このような過程によりモータ電流に微振動(ハンチング)が発生することがあった。
【0014】
上述したように、急激な操舵によって電圧が変動した結果、FETのオン抵抗RDSが高くなり、モータを駆動する電圧が変動し、操舵フィーリングに影響を与えていた。また、FETのオン抵抗RDSが高くなると、FET自体が発熱し高温となるため、さらにオン抵抗RDSが高くなり、モータ電流の微振動(ハンチング)が発生することにより滑らかな操舵フィーリングを得ることができないことがあった。
【0015】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、急激な操舵が連続した場合等に、モータ電流の方向が急激に切り替わるような状況であっても、モータ電流の微振動が発生することなく、補助操舵力が変動しない、滑らかな操舵フィーリングを実現する電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【0017】
本発明に係る電動パワーステアリング装置(請求項1に対応)は、操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをPWM駆動するモータ駆動制御回路を備えた電動パワーステアリング装置であって、モータ駆動制御回路が複数のスイッチング素子(電界効果トランジスタ)を有するブリッジ回路を備え、このブリッジ回路の高電位側のスイッチング素子を含んだ枝路の各々に対してゲート駆動信号用昇圧回路を設けたことを特徴とする。
【0018】
ブリッジ回路の高電位側のスイッチング素子を含んだ枝路の各々に対してゲート駆動信号用昇圧回路を設けたので、急激な操舵が連続した場合等に、モータ電流の方向が急激に切り替わるような状況であっても、オンする側のFETに供給すべき昇圧回路からの出力が変動することがなくなり、FETのゲート駆動信号の電圧低下によってFETのオン抵抗が高くなることがなくなり、モータ電流の微振動の発生を抑えることができ、操舵フィーリングが向上する。ここで、枝路には複数個のスイッチング素子を並列接続してなる枝路も含む。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0020】
図1、図2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機械的機構の要部構成および電子回路を説明する。図1は本発明に係る電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部構成図である。電動パワーステアリング装置は、入力軸1、操舵速度検出部2、操舵トルク検出部3、ラック軸4、ボールリサキュレーテイングナット(ボールねじ)5、ブラシ付きモータ7、マイクロコンピュータユニット(MCU)8、モータ駆動回路9、電源回路9Aと、を備える。
【0021】
入力軸1の一端は図示しないユニバーサルジョイントを介してステアリングホイールに連結され、その他端にはピニオンギヤ1bが一体に取り付けられている。ラック軸4は、ピニオン1bに噛合し、入力軸1の回転変位をラック軸4の軸方向変位に変換している。ラック軸4の両端は、それぞれ図示しないボールジョイント、タイロッド、ナックルに連結され、車輪の操向を変化させる。
【0022】
ここで、ラック軸4に負荷が作用し、その負荷が大きい場合には、ピニオン1bがラック軸4との噛み合い部を中心に回転する。例えば、入力軸1を矢印Xの方向にトルクを作用させ回転させると、そのトルクの大きさに応じてトーションバー15が捩られ、ピニオン・ホルダ12を矢印Yの方向に回転させる。この時の回転変位は、入力軸1に与えたトルク、即ち操舵トルクに比例する。
【0023】
従って、ピン11bにより可動鉄心16を軸方向の変位Zに変換する。即ち、操舵トルクは可動鉄心16の軸方向変位に比例し、この軸方向変位はコイル部17により検出される。
【0024】
このように、操舵トルク検出部3は、ピニオンギヤ1b、ラック軸4、ピニオン・ホルダ12、ピン11b、可動鉄心16、差動変圧器より構成され、操舵トルクの大きさと、その方向が検出される。
【0025】
入力軸1には、多数のスリット18aを周方向に有する遮光板18が一体的に設けられており、この遮光板18を挟む位置にフォト・カプラ19,20がピニオン・ホルダに一体的に固着されている。
【0026】
このフォト・カプラ19,20により遮光板18のスリット18aを通過する光を検出し、パルス状の電気信号が出力される。また、フォト・カプラ19と20の取付位置は、パルスの位相が約90゜異なるように設けられる。このように、操舵速度検出部2は遮光板18とフォト・カプラ19,20により構成され、操舵速度の大きさと、その回転速度を検出する。なお、操舵トルク検出部はトーションバータイプや磁歪式トルクセンサ等に置き換えられることは言うまでもない。
【0027】
また、ナット21の一端側にはラックケースに固着されるスラスト軸受22が設けられ、ナット21の他端には断面V溝のプーリ23が一体的に設けられている。さらに、プーリ23の端面にはラックケースに固着されるスラスト軸受(図示省略)が設けられており、ナット21が軸方向に不動で回転自在に支承されている。
【0028】
また、プーリ23に沿ってブラシ付きモータ7の回転軸に取付けられた断面V溝のプーリ24が配設されており、これらプーリ23とプーリ24の間には、Vベルト25が懸け渡されている。ブラシ付きモータ7は弾性部材を介して車体に支持されている。したがって、ブラシ付きモータ7の回転は、ボールねじ5の回転を通じてラック軸4を軸方向に変位させることとなる。
【0029】
一方、制御手段は電源回路9A、マイクロコンピュータユニット8およびモータ駆動回路9とからなる。フォト・カプラ19,20にはマイクロコンピュータユニット8を通じて電源が供給され、フォト・カプラ19,20からの出力がマイクロコンピュータユニット8へ入力される。
【0030】
電源回路9Aは、車載バッテリ26の+端子にヒューズ27を介して接続されるリレー回路28を備えており、このリレー回路28は、マイクロコンピュータユニット8からのPWM駆動制御信号T1 によりオン・オフ制御され、リレー回路28の出力側からモータ駆動回路9に電源が供給されている。
【0031】
図2はモータ駆動回路9の電子回路図である。ここで、図2にはモータ7との接続関係が認識できるように、モータ7を明示している。モータ駆動回路9は、FET30A,30B,31A,31Bにより構成されたブリッジ回路を備えている。ここで、高電位側のスイッチング素子を含む枝路とはFET30Aを含む枝路、FET31Aを含む枝路をいう。これらの枝路に対して、それぞれ昇圧回路39a、昇圧回路39bが設けられる。ブリッジ回路の互いに対向する対辺に位置するFET30Aと30B、FET31Aと31Bがそれぞれ一組となって動作する。
【0032】
FET30Aと31Aとのドレイン端子が接続され、この接続部がリレー回路28の出力側に接続される一方、FET30Bと31Bとのソース端子が接続され、この接続部が抵抗32を介してコモン側(アース)に接続されており、これらの接続部が入力端子となる。
【0033】
FET30Aのゲート端子には抵抗33を介してエミッタ接地のトランジスタ34のコレクタに接続され、そのベースにはマイクロコンピュータユニット8からのPWM駆動制御信号T4が入力される。他方のFET31Aのゲート端子には同様に抵抗35を介してエミッタ接地のトランジスタ36のコレクタに接続され、そのベースにはマイクロコンピュータユニット8からのPWM駆動制御信号T5が入力される。符号51,52はMCU8に設けられるFET駆動回路である。
【0034】
トランジスタ34のコレクタには、抵抗37を介してリレー回路28の出力側に接続された昇圧回路39aに接続され、この昇圧回路39aにより約2倍に昇圧された動作用電源電圧が供給されている。また、トランジスタ36のコレクタには、抵抗38を介してリレー回路28の出力側に接続された昇圧回路39bに接続され、この昇圧回路39bにより約2倍に昇圧された動作用電源電圧が供給されている。高電位側のFET30A,31Aの各々に対してゲート駆動信号用の昇圧回路39a,39bを設けため、急激な操舵が連続した場合等により電圧変動が生じても、高電位側のFET30A,31Aに昇圧された動作用電源電圧が供給され、確実にFET30A,31Aがオン・オフ動作し、従来よりも操舵フィーリングが向上する。
【0035】
FET30Bのゲート端子には抵抗40を介してマイクロコンピュータユニット8からのPWM駆動制御信号T2 が入力される一方、FET31Bのゲート端子には抵抗41を介してマイクロコンピュータユニット8からのPWM駆動制御信号T3 が入力され、PWM駆動制御信号T2 またはT3 によりFET30Bまたは31BがPWM駆動される。
【0036】
したがって、例えば、PWM駆動制御信号T4 を“Lレベル”、PWM駆動制御信号T2 を“PWM信号”とし、この場合他のPWM駆動制御信号T5 を“Hレベル”、T3 を“Lレベル”にしたり、反対にPWM駆動制御信号T5 を“Lレベル”、PWM駆動制御信号T3 を“PWM信号”とし、この場合他のPWM駆動制御信号T4 を“Hレベル”、T2 を“Lレベル”にすることにより、ブラシ付きモータ7の回転方向を制御するとともに、PWM駆動制御信号T4 またはPWM駆動制御信号T5 のパルス幅制御によりブラシ付きモータ7に適切な制御電力が供給される。
【0037】
次に本発明の他の実施形態を図3に示す。図3は本発明に係る電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路9を示す図である。ここで、図3ではモータ7との接続関係が認識できるように、モータ7を明示している。モータ駆動回路9は、小電流容量のFETを並列接続してブリッジ回路を構成したものである。すなわち、先の実施形態の各FET30A,30B,31A,31Bのソースおよびドレイン端子に、それぞれ同様のFET42A,42B,43A,43Bが並列に接続されている。符号51,52はMCU8に設けられる、PWM駆動制御信号を送るFET駆動回路部を模式的に示したものである。ここで、高電位側のスイッチング素子を含む枝路とは、並列接続されたFET30A、FET42Aを含む枝路、並列接続されたFET31A、FET43Aを含む枝路をいう。これらの枝路に対して、それぞれ昇圧回路39a、昇圧回路39bが設けられる。
【0038】
FET駆動回路51は、昇圧回路39aにより昇圧された動作用電源電圧を受け、FET30A、FET42Aのゲートへ供給する。FET駆動回路52も、同様に昇圧回路39bにより昇圧された動作用電源電圧を受け、FET31A、FET43Aのゲートへ供給する。また、並列接続された各FET30Aと42A、30Bと42B、31Aと43A、31Bと43Bのソース・ドレイン間のオン抵抗がさらに小さくなり、電力損失をさらに減少することが可能となる。
【0039】
以上のように、ブラシ付きモータを用いた電動パワーステアリング装置における本実施形態では、高電位側のFETを含む枝路の各々に対して昇圧回路を設けたので、急激な操舵が連続した場合であっても、高電位側のFETのゲートに確実に動作用電源電圧を供給することができる。また、高電位側のFETの各々に対して昇圧回路を設けたので、回路パターンによるインピーダンスの差異がなくなり、応答性が良くなる。
【0040】
次に、ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置について説明する。図4〜図7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機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。図4は、電動パワーステアリング装置110の機械的機構の要部と電気系の具体的構成に示す。ラック軸114の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸114は、車幅方向(図4中左右方向)に配置される筒状ハウジング131の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング131から突出したラック軸114の両端にはボールジョイント132がネジ結合され、これらのボールジョイント132に左右のタイロッド116が連結されている。ハウジング131は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット133を備えると共に、両端部にストッパ134を備えている。
【0041】
図4において、135はイグニションスイッチ、136は車載バッテリ、137は車両エンジンに付設された交流発電機(ACG)である。交流発電機137は車両エンジンの動作で発電を開始する。モータ制御装置122に対してバッテリ136または交流発電機137から必要な電力が供給される。モータ制御装置122はブラシレスモータ119に付設されている。また符号138はラック軸114の移動時にストッパ134に当たるラックエンド、符号139はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【0042】
図5は図4中のA−A線断面図である。図5では、ステアリング軸112の支持構造、操舵トルク検出部120、動力伝達機構118、ラック・ピニオン機構115の具体的構成と、ブラシレスモータ119およびモータ制御装置122のレイアウトとが明示される。
【0043】
図5において、上記ギヤボックス124を形成するハウジング124aにおいてステアリング軸112は2つの軸受け部141,142によって回転自在に支持されている。ハウジング124aの内部にはラック・ピニオン機構115と動力伝達機構118が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部120が付設されている。ハウジング124aの上部開口はリッド143で塞がれ、リッド143はボルト144で固定されている。ステアリング軸112の下端部に設けられたピニオン113は軸受け部141,142の間に位置している。ラック軸114は、ラックガイド145で案内され、かつ圧縮されたスプリング146で付勢された当て部材147でピニオン113側へ押え付けられている。動力伝達機構118は、ブラシレスモータ119の出力軸に結合される伝動軸148に固定されたウォームギヤ149とステアリング軸112に固定されたウォームホイール150とによって形成される。操舵トルク検出部120は、ステアリング軸112の周りに配置される操舵トルク検出センサ120aと、操舵トルク検出センサ120aから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部120bとから構成されている。操舵トルク検出センサ120aはリッド143に取り付けられている。
【0044】
図6は図5中のB−B線断面図である。図6ではブラシレスモータ119およびモータ制御装置122の内部の具体的構成が明示される。
【0045】
ブラシレスモータ119は、回転軸151に固定された永久磁石により成る回転子152と、回転子152の周囲に配置された固定子154とを備える。固定子154は固定子巻線153を備える。回転軸151は、2つの軸受け部155,156によって回転自在に支持される。回転軸151の先部はブラシレスモータ119の出力軸119aとなっている。ブラシレスモータ119の出力軸119aは、トルクリミッタ157を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸148に結合されている。伝動軸148には前述の通りウォームギヤ149が固定され、これに噛み合うウォームホイール150が配置されている。回転軸151の後端部には、ブラシレスモータ119の回転子152の回転角(回転位置)を検出するモータ回転角検出部(位置検出部)123が設けられる。モータ回転角検出部123は、回転軸151に固定された回転子123aと、この回転子123aの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子123bとから構成される。モータ回転角検出部123には例えばレゾルバが用いられる。固定子154の固定子巻線153には3相交流であるモータ電流Iu,Iv,Iwが供給される。以上のブラシレスモータ119の構成要素は、モータケース158の内部に配置される。
【0046】
モータ制御装置122は、ブラシレスモータ119のモータケース158の外側に取り付けられた制御ボックス161の内部に配置されている。モータ制御装置122は回路基板162上に電子回路要素を取り付けて成る電子回路で構成される。電子回路要素としては、1チップのマイクロコンピュータおよびその周辺回路、プリドライブ回路、FETブリッジ回路、インバータ回路等である。モータ制御装置122からブラシレスモータ119の固定子巻線153に対してモータ電流Iu,Iv,Iw(駆動制御信号)が供給される。またモータ回転角検出部123で検出された回転角信号はモータ制御装置122に入力される。
【0047】
次に図7を参照してモータ制御装置122の電子回路の構成を説明する。図7は、モータ制御装置122の内部構成であって3相のブラシレスモータ119の回転動作を制御するための回路構成を示す図である。
【0048】
モータ制御装置122の内部には、操舵トルク検出部120、車速検出部121、エンジン回転検出部125、レゾルバ123cの各検出部からの検出信号に基づいて目標電流を設定し、ブラシレスモータ119を駆動する信号を出力する1チップマイコン171が設けられている。操舵トルク検出部120、車速検出部121、エンジン回転検出部125からの検出信号はインターフェイス172を介して1チップマイコン171に入力され、レゾルバ123cからの検出信号はインターフェイス173とRD(Resolver−Digital)変換部123dを介して1チップマイコン171に入力される。また、1チップマイコン171へは、電流センサ175,176からモータ電流に係る電流信号がフィードバックされ、インターフェイス174を介して入力される。
【0049】
ブラシレスモータ119では、ブラシレスモータ119の回転子152(回転軸151)の回転角に応じてモータ電流の通電量を制御することが必要となるので、3相交流であるモータ電流Iu,Iv,Iwのうちの例えば2相に電流センサ175,176を設けてモータ電流の通電量を検出すると共に、モータ回転角検出部123を設けてモータ回転角を検出している。ブラシレスモータ119は、モータ制御装置122の内部に設けられた1チップマイコン171とブリッジ回路に基づいて、かつモータ回転角検出部123と2つの電流センサ175,176のそれぞれから出力される検出信号を利用することによって、PWM駆動される。
【0050】
ブラシレスモータ119のモータ回転角検出部123は、ブラシレスモータ119に付設されたレゾルバ123cとRD変換部123dから構成されている。RD変換部123dは励磁電流をレゾルバ123cへ送り、レゾルバ123cからの出力信号はRD変換部123dへ送られる。RD変換部123dは、レゾルバ123cからの出力信号に基づいてブラシレスモータ119の回転子152の回転位置に係る回転角信号(θ)と回転角速度信号(ω)を取り出して出力する。回転角速度信号ωは1チップマイコン171へフィードバックされる。
【0051】
モータ制御装置122は、3相のブラシレスモータ119の回転動作を制御する複数のFET181,182,191,192,201,202から成るブリッジ回路を有し、U相、V相、W相に対応してそれぞれにFETドライブ回路183,193,203を備える。ここで、高電位側のスイッチング素子を含む枝路とは、FET181を含む枝路、FET191を含む枝路、FET201を含む枝路をいう。これらの枝路にあるFET18,191,201に対してFETドライブ回路183,193,203を介してそれぞれ昇圧回路184,194,204が設けられる。FETドライブ回路183,193,203は、それぞれに設けられた昇圧回路184,194,204から昇圧された電圧の供給を受け、FET181,191,201のゲートに昇圧された動作用電源電圧を供給する。
【0052】
以上のように、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における本実施形態では、高電位側のスイッチング素子を含む枝路に対応した複数のFETドライブ回路の各々に対して昇圧回路を設けたので、急激な操舵が連続した場合であっても、各のFETに確実に動作用電源電圧を供給することができる。また、複数のFETドライブ回路の各々に対して昇圧回路を設けたので、FETへ供給する電流追従性が良くなる。
【0053】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【0054】
本発明は、操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをPWM駆動するモータ駆動制御回路を備えた電動パワーステアリング装置において、モータ駆動制御回路が、複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路で構成され、このブリッジ回路の高電位側であって、スイッチング素子を含んだ枝路の各々に対しての昇圧回路を設けたので、急激な操舵が連続した場合であっても、各々の高電位側のスイッチング素子に確実に動作用電源電圧を供給することができ、モータ電流の微振動の発生を抑えることができる。従って、補助操舵力が変動せず、滑らかな操舵フィーリングを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部構成および電子回路図である。
【図2】本発明に係る電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路を示す図である。
【図3】本発明に係る電動パワーステアリング装置の他の実施形態のモータ駆動回路を示す図である。
【図4】電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。
【図5】図4におけるA−A線断面図である。
【図6】図5におけるB−B線断面図である。
【図7】モータ制御装置の電気回路構成を示す図である。
【図8】従来の電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す図である。
【図9】FETとFETに印加される電圧値およびFETに流れる電流値を示す図である。
【図10】ドレイン−ソース間の電圧VDSとFETに流れる電流IDとの関係をゲート−ソース間の電圧VGSをパラメータとして示した図である。
【図11】オン抵抗RDSと温度[℃]の関係を示した図である。
【符号の説明】
2 操舵速度検出部
3 操舵トルク検出部
7 ブラシ付きモータ
9 モータ駆動回路
9A 電源回路
26 車載バッテリ
28 リレー回路
30A,30B,31A,31B FET
39a,39b 昇圧回路
51,52 FET駆動回路
110 電動パワーステアリング装置
119 ブラシレスモータ
120 操舵トルク検出部
121 車速検出部
122 モータ制御装置
123 モータ回転角検出部
183,193,203 ドライブ回路
184,194,204 昇圧回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device, and more particularly to an electric power steering device that reduces the steering force burden on a driver by applying the power of a motor to a steering system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An electric power steering device is a support device that assists a steering force by linking a motor when a driver operates a steering wheel (steering wheel) while driving an automobile. In an electric power steering device, a motor control is performed by using a steering torque signal from a steering torque detection unit that detects a steering torque generated on a steering shaft by a driver's steering wheel, and a vehicle speed signal from a vehicle speed detection unit that detects a vehicle speed. Based on the control operation of the section (motor drive control circuit), the assisting motor that outputs the auxiliary steering force is PWM-driven to reduce the driver's steering force.
[0003]
In the control operation of the motor control unit, a target current value of a motor current to be supplied to the motor is set based on the steering torque signal and the vehicle speed signal, and a signal (a target current signal) relating to the target current value is actually transmitted to the motor. A difference from a motor current signal from a motor current detection unit for detecting a flowing motor current is obtained, a proportional / integral compensation process (PI control) is performed on the difference signal, and a signal for driving and controlling the motor is generated. I have.
[0004]
In the layout of the actual components related to the electric power steering device described above, the steering force assisting motor is installed near the steering shaft so as to apply the rotating force to the steering shaft and the like, and further configures the motor control unit. The circuit board provided with the electronic circuit to be mounted is mounted in a state attached to the motor. As the motor, a brushed motor or a brushless motor is used.
[0005]
In the above-mentioned electric power steering apparatus, for example, as shown in FIG. 8, the motor control unit for controlling the driving of the brush motor includes, for example, four field effect transistors (hereinafter, referred to as FETs) 211, 212, 213, and An H-type bridge circuit composed of an H. 214 and a bridge drive circuit (not shown) for applying a drive signal voltage (gate voltage) to the gate of the FET (see Patent Document 1).
[0006]
The motor M is driven and controlled based on a PWM drive control signal output from a bridge drive circuit including a microcomputer. A battery (power supply) V is connected between input terminals of the H-type bridge circuit, and a motor M is connected between output terminals. By driving the
[0007]
The magnitude of the motor current is controlled by driving the FET 211 (or FET 212) with a PWM drive control signal (pulse width modulation signal) having a duty ratio determined based on the difference between the target current signal and the motor current signal. You. In particular, in the H-type bridge circuit shown in FIG. 8, a
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2864474
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the electric power steering apparatus having the motor drive control circuit configured by the H-type bridge circuit as described above, the direction of the current supplied to the motor M is changed to a sharp steering when the sharp steering is continued. It will switch accordingly. At this time, even if the FET changes from on to off, power may be supplied to the off FET under the influence of the impedance of the motor drive control circuit and the circuit pattern. In particular, as shown in FIG. 8, when there is one
[0010]
Here, attention is focused on one FET. FIG. 9 is a diagram illustrating an FET, a voltage value applied to the FET, and a current value flowing through the FET. The voltage applied between the drain and source is VDSAnd the voltage applied between the gate and the source is VGSAnd the current flowing from the drain to the source is represented by IDIs shown. The temperature of the FET is T [° C.].
[0011]
In the above-described voltage fluctuation due to the rapid steering, the gate-source voltage VGSWhen the current drops, the on-resistance R of the FET isDSAnd the FET may not be turned on. FIG. 10 shows the voltage V between the drain and the source.DSAnd the current I flowing through the FETDWith the voltage V between the gate and the source.GSFIG. 3 is a diagram showing as parameters. FET ON resistance RDSIs VDS/ IDIs calculated.
[0012]
The voltage V between the gate and the source of the FET when the voltage is reduced by the voltage fluctuation due to rapid steering.GSIs 5 [V] in FIG. 10, for example, the current I necessary to turn on the FET isD TCan not flow. Voltage VGSIs 5 [V], no matter how much the voltage VDSThe current I required to drive the FETD TCan not flow. On the other hand, the motor control unit controls to keep the current flowing through the FET constant based on the feedback of the motor current signal from the motor current detection unit that detects the motor current flowing through the motor M. In this case, the Joule heat ( Q = I2Rt) occurs, and the temperature of the FET rises. As a result, the on-resistance RDSWill be higher. That is, the difference between the fed-back motor current and the target current set in the motor control unit becomes large, so that the motor control unit attempts to flow a large current.
[0013]
FIG. 11 shows the on-resistance RDSFIG. 3 is a diagram showing a relationship between temperature and temperature [° C.]. Temperature TFETWhen the ON resistance RDSIs 1 [Ω]. As the temperature rises, the on-resistance RDSIs higher. A large current flows through the FET by the motor control unit that performs the feedback control of the motor current, and as a result, the temperature of the FET rises and the on-resistance of the FET increases, resulting in a circulation. In addition, such a process may cause a slight vibration (hunting) in the motor current.
[0014]
As described above, as a result of the voltage fluctuating due to rapid steering, the on-resistance R of the FET is reduced.DSAnd the voltage for driving the motor fluctuates, affecting the steering feeling. Also, the on-resistance R of the FETDSAs the FET becomes higher, the FET itself generates heat and becomes higher in temperature, so that the on-resistance RDSAnd a slight vibration (hunting) of the motor current occurs, so that a smooth steering feeling may not be obtained.
[0015]
An object of the present invention is to solve the above-described problem. In a case where the direction of the motor current is suddenly switched, for example, when rapid steering is continuously performed, a slight vibration of the motor current occurs. An object of the present invention is to provide an electric power steering device that realizes a smooth steering feeling without any change in the auxiliary steering force.
[0016]
Means and action for solving the problem
The electric power steering apparatus according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
[0017]
An electric power steering apparatus according to the present invention (corresponding to claim 1) is an electric power steering apparatus including a motor drive control circuit that performs PWM driving of a motor that generates an auxiliary torque corresponding to a steering torque. The circuit includes a bridge circuit having a plurality of switching elements (field effect transistors), and a booster circuit for a gate drive signal is provided for each of the branches including the switching element on the high potential side of the bridge circuit. And
[0018]
A gate drive signal booster circuit is provided for each of the branches including the switching element on the high-potential side of the bridge circuit, so that the direction of the motor current suddenly switches when sudden steering is continued. Even in the situation, the output from the booster circuit to be supplied to the FET on the side to be turned on does not fluctuate, the on-resistance of the FET does not increase due to the voltage drop of the gate drive signal of the FET, and the motor current is reduced. The occurrence of micro vibration can be suppressed, and the steering feeling is improved. Here, the branch includes a branch formed by connecting a plurality of switching elements in parallel.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0020]
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, a main configuration and an electronic circuit of a mechanical mechanism of the electric power steering apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a main part configuration diagram of a mechanical mechanism of the electric power steering device according to the present invention. The electric power steering device includes an
[0021]
One end of the
[0022]
Here, a load acts on the
[0023]
Therefore, the movable core 16 is converted into the displacement Z in the axial direction by the pin 11b. That is, the steering torque is proportional to the axial displacement of the movable iron core 16, and the axial displacement is detected by the coil unit 17.
[0024]
As described above, the steering
[0025]
The
[0026]
Light passing through the slit 18a of the light shielding plate 18 is detected by the
[0027]
A thrust bearing 22 fixed to the rack case is provided at one end of the nut 21, and a pulley 23 having a V-shaped cross section is integrally provided at the other end of the nut 21. Further, a thrust bearing (not shown) fixed to the rack case is provided on an end surface of the pulley 23, and the nut 21 is supported so as to be axially immovable and rotatable.
[0028]
A pulley 24 having a V-shaped section is mounted along the pulley 23 on the rotating shaft of the motor 7 with a brush. A V-
[0029]
On the other hand, the control means comprises a power supply circuit 9A, a microcomputer unit 8, and a motor drive circuit 9. Power is supplied to the
[0030]
The power supply circuit 9A includes a relay circuit 28 connected to the + terminal of the on-vehicle battery 26 via a fuse 27. The relay circuit 28 is turned on / off by a PWM drive control signal T1 from the microcomputer unit 8. Power is supplied to the motor drive circuit 9 from the output side of the relay circuit 28.
[0031]
FIG. 2 is an electronic circuit diagram of the motor drive circuit 9. Here, FIG. 2 clearly shows the motor 7 so that the connection relationship with the motor 7 can be recognized. The motor drive circuit 9 includes a bridge circuit composed of
[0032]
The drain terminals of the
[0033]
The gate terminal of the
[0034]
The collector of the
[0035]
The PWM drive control signal T2 from the microcomputer unit 8 is input to the gate terminal of the
[0036]
Therefore, for example, the PWM drive control signal T4 is set to "L level", the PWM drive control signal T2 is set to "PWM signal", and in this case, the other PWM drive control signals T5 are set to "H level" and T3 is set to "L level". Conversely, the PWM drive control signal T5 is set to "L level", the PWM drive control signal T3 is set to "PWM signal", and in this case, the other PWM drive control signals T4 are set to "H level" and T2 is set to "L level". Thus, the rotation direction of the brushed motor 7 is controlled, and appropriate control power is supplied to the brushed motor 7 by the pulse width control of the PWM drive control signal T4 or the PWM drive control signal T5.
[0037]
Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a motor drive circuit 9 of the electric power steering device according to the present invention. Here, FIG. 3 clearly shows the motor 7 so that the connection relationship with the motor 7 can be recognized. The motor drive circuit 9 is configured by connecting FETs having a small current capacity in parallel to form a bridge circuit. That is,
[0038]
The
[0039]
As described above, in the present embodiment of the electric power steering apparatus using the brush motor, the booster circuit is provided for each of the branches including the FET on the high potential side, so that the case where the rapid steering is continued. Even if there is, the power supply voltage for operation can be reliably supplied to the gate of the FET on the high potential side. Further, since a booster circuit is provided for each of the FETs on the high potential side, there is no difference in impedance depending on the circuit pattern, and the responsiveness is improved.
[0040]
Next, an electric power steering device including a brushless motor will be described. With reference to FIGS. 4 to 7, a description will be given of a main configuration of a mechanical mechanism of the electric power steering apparatus according to the present invention and a layout of an electronic circuit unit. FIG. 4 shows a main part of a mechanical mechanism of the electric
[0041]
In FIG. 4,
[0042]
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 5 clearly shows the support structure of the
[0043]
In FIG. 5, a
[0044]
FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 6 shows a specific configuration inside the
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
Next, a configuration of an electronic circuit of the
[0048]
In the
[0049]
In the
[0050]
The motor rotation
[0051]
The
[0052]
As described above, in the present embodiment in the electric power steering apparatus using the brushless motor, since the booster circuit is provided for each of the plurality of FET drive circuits corresponding to the branch including the switching element on the high potential side, Even when the rapid steering is continued, the power supply voltage for operation can be reliably supplied to each FET. In addition, since the booster circuit is provided for each of the plurality of FET drive circuits, the ability to follow the current supplied to the FET is improved.
[0053]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0054]
The present invention relates to an electric power steering device including a motor drive control circuit that performs PWM drive on a motor that generates an auxiliary torque corresponding to a steering torque, wherein the motor drive control circuit is configured by a bridge circuit including a plurality of switching elements; Since a booster circuit is provided for each of the branches including the switching element on the high potential side of the bridge circuit, the switching of each high potential side can be performed even if the rapid steering is continued. The power supply voltage for operation can be reliably supplied to the element, and the occurrence of minute vibration of the motor current can be suppressed. Therefore, a smooth steering feeling can be realized without the auxiliary steering force fluctuating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part configuration and an electronic circuit diagram of a mechanical mechanism of an electric power steering device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a motor drive circuit of the electric power steering device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a motor drive circuit of another embodiment of the electric power steering device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a main part of a mechanical mechanism of the electric power steering device and a specific configuration of an electric system.
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG.
6 is a sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an electric circuit configuration of the motor control device.
FIG. 8 is a diagram showing a motor control unit of a conventional electric power steering device.
FIG. 9 is a diagram showing an FET, a voltage value applied to the FET, and a current value flowing through the FET.
FIG. 10 shows a voltage V between a drain and a source.DSAnd the current I flowing through the FETDWith the voltage V between the gate and the source.GSFIG. 3 is a diagram showing as parameters.
FIG. 11: ON resistance RDSFIG. 3 is a diagram showing a relationship between temperature and temperature [° C.].
[Explanation of symbols]
2 Steering speed detector
3 Steering torque detector
7 Brushed motor
9 Motor drive circuit
9A power supply circuit
26 In-vehicle battery
28 relay circuit
30A, 30B, 31A, 31B FET
39a, 39b booster circuit
51,52 FET drive circuit
110 Electric power steering device
119 brushless motor
120 Steering torque detector
121 Vehicle speed detector
122 Motor control device
123 Motor rotation angle detector
183,193,203 Drive circuit
184, 194, 204 booster circuit
Claims (1)
前記モータ駆動制御回路は、複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路を備え、このブリッジ回路の高電位側のスイッチング素子を含んだ枝路の各々に対してゲート駆動信号用昇圧回路を設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。An electric power steering device including a motor drive control circuit that performs PWM driving of a motor that generates an auxiliary torque corresponding to a steering torque,
The motor drive control circuit includes a bridge circuit having a plurality of switching elements, and a gate drive signal booster circuit is provided for each branch including the high-potential side switching element of the bridge circuit. Electric power steering device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009220766A (en) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Jtekt Corp | Electric power steering device |
-
2003
- 2003-04-24 JP JP2003120611A patent/JP2004322863A/en active Pending
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Legal Events
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A521 | Written amendment |
Effective date: 20060825 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060919 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |