JP2005219625A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源ノイズによるマイクロコンピュータの誤動作を防止する。
【解決手段】トルクセンサ４や車速センサ９等の信号に基づき電動モータ５の駆動量を演算するマイクロコンピュータ１５と、このマイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ２に電源を供給する基準電圧用電源回路２１とを備え、このマイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ２と基準電圧用電源回路２１の電源出力部との間の電源ライン２１ａにインダクタ２７を介装する。
【選択図】図２

Description

本発明は、運転者により行われるステアリングホイール(ハンドル)等の操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して運転者の操舵補助を行うパワーステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置として、ステアリングホイールの操舵操作時に、電動モータによる操舵補助トルクをステアリング機構に付加することで運転者の操舵力を軽減する、いわゆる電動パワーステアリング装置が近年普及している。

かかる電動パワーステアリング装置は、通常、電動モータと、操舵トルクを検出するトルクセンサや車両の速度（車速）を検出する車速センサ等の各種センサと、電子制御ユニット（ＥＣＵ）とから構成されており、ＥＣＵには、少なくとも主たる制御部となるマイクロコンピュータと、各種センサからのセンサ信号を処理する複数のインタフェースと、複数のパワーＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタからなるモータ駆動回路と、電源回路とが含まれている。

上記の電動パワーステアリング装置においては、各センサのセンサ信号をＥＣＵ内のインタフェースで処理したのち、マイクロコンピュータに取り込ませ、マイクロコンピュータにおいては、取り込んだセンサ信号から、内蔵する操舵補助プログラムや操舵補助データに従い、上記操舵補助に適したトルクを発生するのに必要な電動モータの駆動量を演算し、その駆動量に対応する駆動制御信号を生成して、これをモータ駆動回路に与える。モータ駆動回路では、内蔵の各トランジスタが、駆動制御信号に応答してスイッチング動作することで、電動モータを駆動する。
特開平１０−３２７５９７号公報

上記の電動パワーステアリング装置においては、外部で発生したノイズがＥＣＵの内部に伝導し、ＥＣＵに含まれるマイクロコンピュータを誤作動させるおそれがある。そのため、従来は、外部のセンサ用にＥＣＵから導出されているハーネスケーブル等の電線に外来のノイズが重畳しないよう、これらの電線をシールド線化することが行われているが、コストが嵩むという問題がある。

本発明によるパワーステアリング装置は、操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助するパワーステアリング装置であって、パワーステアリング制御用のマイクロコンピュータと、上記マイクロコンピュータの電源受給部に電源を供給する電源回路と、上記マイクロコンピュータの電源受給部と電源回路の電源出力部との間の電源ラインに介装されたインダクタとを備えたことを特徴とするものである。

本発明によると、電源ラインを伝導するノイズはインダクタにより減衰ないしは除去され、マイクロコンピュータ内の電源受給部を介して、当該マイクロコンピュータ内に入り込むおそれが低減するようになる結果、外来ノイズによるマイクロコンピュータの誤動作、動作停止等の不具合を未然に防止することができる。

また、本発明においては、チップ型のインダクタを使用すると、当該インダクタをＥＣＵの回路基板上に半田付けで搭載できるから、ハーネスケーブルの全体をシールド線化する等のノイズ対策に比べ、容易にかつ安価に実施しうる。

さらに、本発明においては、上記インダクタは、マイクロコンピュータの電源受給部と接地との間に接続されたコンデンサとともにノイズフィルタを構成した場合、ノイズをより広範囲の周波数にわたって効果的に除去することができる。

本発明によると、パワーステアリング制御用のマイクロコンピュータの電源受給部と電源回路の電源出力部との間の電源ラインを伝導するノイズにより、当該マイクロコンピュータが誤動作することを有効に防止できるようになるから、信頼性に優れたパワーステアリング装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明による最良の形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。図１は、同電動パワーステアリング装置を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。

この電動パワーステアリング装置は、操舵部材としてのハンドル（ステアリングホイール）１に一端が固着されるステアリングシャフト２と、そのステアリングシャフト２の他端に連結されたラックピニオン機構等からなるステアリング機構３と、ハンドル１の操作によってステアリングシャフト２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）４と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負荷を軽減するための操舵補助トルクを発生させる電動モータ５と、電動モータ５が発生する操舵補助トルクをステアリングシャフト２に伝達する減速ギヤ６と、車載バッテリ７からイグニッションスイッチ８を介して電源の供給を受け、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号や車速センサ９からの車速検出信号、エンジン回転センサ１０からのエンジン回転数検出信号等に基づき電動モータ５の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１とを備える。

ステアリングシャフト２は、少なくともハンドル１側の部分とステアリング機構３側の部分とに分割して構成されており、これら両部分がトーションバー(図示省略)で結合され、このトーションバーの個所にトルクセンサ４が設けられている。

そして、上記電動パワーステアリング装置を搭載した車両においては、運転者がハンドル１を操作すると、その操作による操舵トルクはトルクセンサ４により検出される。ＥＣＵ１１は、その検出された操舵トルクの情報と、車速センサ９によって検出された車速の情報等に基づいて、電動モータ５を駆動制御する。これにより、電動モータ５は操舵補助トルクを発生し、この操舵補助トルクが減速ギヤ６を介してステアリングシャフト２に加えられることにより、操舵操作を行う運転者の負担が軽減される。

すなわち、ハンドル１の操作によって加えられる操舵トルクと、電動モータ５が発生する操舵補助トルクとの和が、出力トルクとして、ステアリングシャフト２を介してステアリング機構３に与えられる。これにより、ステアリング機構３の入力軸が回転すると、その回転がステアリング機構３によって出力軸であるラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材１２を介して操向用の車輪１３に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１３の向きが変わる。

以上の構成を備えた電動パワーステアリング装置において、外部のセンサ、例えばトルクセンサ４には、その動作用の電源がＥＣＵ１１側から電源線（外部電源線）１９ａを通じて供給されるようになっている。ＥＣＵ１１の外部で発生するノイズは、外部のセンサ、例えばトルクセンサ４への電源線１９ａを通じてＥＣＵ１１の内部に伝わり、ＥＣＵ１１の内部では、例えばスパイクノイズとなって、電動パワーステアリング制御用マイクロコンピュータ１５に所定の基準電圧の電源を供給する電源ライン（内部電源ライン）を通じてマイクロコンピュータ１５内部に伝わり、マイクロコンピュータ１５を誤動作させるおそれがある。

また、モータ駆動回路２３を構成する複数のパワーＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタをＰＷＭ信号でスイッチング動作させて電動モータ５を駆動する方式では、そのＰＷＭ信号の高周波成分の放射ノイズが内部電源ラインに重畳し、上記ノイズと同様に、例えばスパイクノイズとなってマイクロコンピュータ１５内部に伝導して、マイクロコンピュータ１５を誤動作させるおそれもある。

さらには、車載バッテリ７のバッテリ電圧が変動し、その変動したバッテリ電圧のリップル成分が、例えばリップルノイズとしてそのリップル周波数に依存してマイクロコンピュータ１５を誤動作させるおそれもある。

このマイクロコンピュータの誤動作としては、各種演算の誤動作、メモリへの書き込みや読み出しの誤動作となり、また、マイクロコンピュータ１５から出力する各種制御信号の誤りを来たすおそれもある。このように、上記ノイズは、マイクロコンピュータ１５の電動パワーステアリング制御に影響する。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１１の内部に伝導したノイズが、内部電源ラインであるマイクロコンピュータ１５への電源ラインを通じてマイクロコンピュータ１５に伝導しないようにしている。

図２を参照して、ＥＣＵ１１の構成を詳しく説明すると、ＥＣＵ１１は、上記したマイクロコンピュータ１５と、このマイクロコンピュータ１５と各センサ４，９，１０それぞれとの間に介在するインタフェース１６，１７，１８と、トルクセンサ４に電源を供給するセンサ用電源回路１９と、２つの基準電圧用電源回路２０，２１と、マイクロコンピュータ１５からの駆動制御信号Ｓａを所要の電圧レベルに昇圧する等の動作を行う駆動前段回路２２と、昇圧された駆動制御信号Ｓｂによりオンオフ動作する複数のパワーＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタからなるモータ駆動回路２３とを備えている。

そして、このＥＣＵ１１において、マイクロコンピュータ１５を除く各回路のうち、インタフェース１６，１７，１８と、センサ用電源回路１９と、基準電圧用電源回路２０，２１と、駆動前段回路２２とは、鎖線で示すように、単一のＩＣチップであるカスタムＩＣ２４上に設けられている。

マイクロコンピュータ１５は、インタフェース１６，１７，１８それぞれが接続される入力部ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３と、基準電圧用電源回路２０，２１それぞれが接続される電源受給部Ｖｃ１，Ｖｃ２と、駆動前段回路２２が接続される信号出力部ＯＵＴとを備える。

マイクロコンピュータ１５は、ハードウエア上は特に図示しないが、電動パワーステアリング装置の制御の中心を司るＣＰＵと、プログラムメモリと、データメモリとを含んでいる。プログラムメモリは、電動パワーステアリング装置全体の制御のための制御プログラムや、各インタフェース１６，１７，１８それぞれの処理を受けて与えられる、トルクセンサ４や車速センサ９等のセンサ信号に基づき、電動モータ５の駆動量を演算するための演算プログラムを記憶している。データメモリは、後述のアシストテーブルメモリ等の、電動パワーステアリング制御に必要なデータ等を格納して、ＣＰＵの動作のためのワークエリアを提供している。

そして、マイクロコンピュータ１５は、上記演算プログラムに従い、所要の演算を行い、電動モータ５の駆動量に対応する駆動制御信号Ｓａを生成する駆動演算手段１５ａと、駆動演算手段１５ａの演算に必要なアシストテーブルが記憶されているアシストテーブルメモリ１５ｂとを備える。

駆動演算手段１５ａは、トルクセンサ４の操舵トルク検出信号から得た操舵トルク情報と、車速センサ９の車速検出信号から得た車速情報とに基づいて、電動モータ５に供給すべき目標電流値を算出し、さらに、モータ電流検出回路から得たモータ電流検出値Ｓｃと目標電流値との偏差を演算し、この偏差がゼロになるように、駆動制御信号Ｓａを生成する。アシストテーブルメモリ１５ｂには、適切な操舵補助力を発生させるために電動モータ５に供給すべき目標電流値と操舵トルクとの関係を、車速をパラメータとして示すアシストテーブルが記憶されており、駆動演算手段１５ａは目標電流値の設定に、このアシストテーブルを参照する。

センサ用電源回路１９は、供給電圧が比較的高く(例えば８Ｖ)、その電源電圧は電源線１９ａを介してトルクセンサ４に供給される。トルクセンサ４は、この電源電圧の供給により動作状態に維持される。２つの基準電圧用電源回路２０，２１は、いずれもマイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ１，Ｖｃ２に電源を供給するもので、互いに供給電圧が異なり、基準電圧用電源回路２０の供給電圧は例えば５Ｖであり、基準電圧用電源回路２１の供給電圧は３．３Ｖである。これら基準電圧用電源回路２０，２１の電源電圧は、それぞれの電源ライン２０ａ，２１ａを通じて、マイクロコンピュータ１５の各電源受給部Ｖｃ１，Ｖｃ２に印加される。各基準電圧用電源回路２０，２１の電源ライン２０ａ，２１ａは、ＥＣＵ１１の回路基板に形成された導電パターンで構成されている。

マイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ１と接地との間には、平滑用としてコンデンサ２５１と電解コンデンサ２６１とが並列に接続されており、同じく、マイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ２と接地との間にも、同様に、コンデンサ２５２と電解コンデンサ２６２とが並列に接続されている。

そして、本実施形態においては、マイクロコンピュータ１５の電源受給部Ｖｃ２と基準電圧用電源回路２１の電源出力部との間の電源ライン２１ａに、インダクタ２７が直列に介装されている。このインダクタ２７は、ＥＣＵ１１の回路基板上の導電パターンからなる電源ライン２１ａに半田付けにより取り付けられている。このインダクタ２７は、チップ型であってもよく、また、巻線型、非巻線型であってもよい。非巻線型のインダクタ２７とした場合、より小型化が可能であり、高周波で安定したインダクタンス特性を得ることができる。また、インダクタ２７は、印刷コイルや、レーザ切削コイル等、種々のものを採用することができる。インダクタ２７のインダクタンス値の範囲は、上記ノイズの周波数範囲に依存して実験等により適宜に決定することができる。また、本実施形態では、インダクタ２７は、一つだけで示されているが、複数のインダクタ２７を直列や並列に接続するなどして構成することができる。

モータ駆動回路２３は、具体的には図示していないが、例えば、電動モータ５が三相ブラシレスモータであれば、車載バッテリ７と接地との間で直列に接続された２個のトランジスタの共通接続部にブラシレスモータのＵ相巻線を接続し、別の２個のトランジスタの共通接続部にブラシレスモータのＶ相巻線を接続し、さらに別の２個のトランジスタの共通接続部にブラシレスモータのＷ相巻線を接続してなる３相インバータ回路構成とされている。モータ駆動回路２３はまた、上述の公知の構成に限らず、電動モータ５を駆動する回路構成であれば、他の公知の構成とされたものでもよいことはもちろんである。また、本実施形態の電動モータ５は、上述したブラシレスモータに限らず、ブラシ付きモータでもよく、他の型式の公知の電動モータでもよいことはもちろんである。

以上の構成を備えたＥＣＵ１１において、上記したノイズは、カスタムＩＣ２４内の回路である高圧側および低圧側の各基準電圧用電源回路２０，２１の電源ライン２０ａ，２１ａを伝導することになるが、同じノイズでも、低圧側の基準電圧に重畳した場合の方が、高圧側の基準電圧に重畳した場合よりも、基準電圧に対する変動の割合が相対的に大きくなり、影響が大きい。そのため、本実施形態では、低圧側の基準電圧用電源回路２１の電源ライン２１ａにインダクタ２７を介装している。上記インダクタ２７は、コンデンサ２５２，２６２と共にノイズフィルタを構成しており、より効果的にノイズを吸収除去することができる。インダクタ２７が、吸収ないし除去する対象となるノイズには、コモンモードノイズ、ノーマルモードノイズを含む。

一方、高圧側の基準電圧用電源回路２０の電源ライン２０ａを伝導するノイズは、平滑用のコンデンサ２５１，２６１により除去される。高圧側の基準電圧用電源回路２０の電源ライン２０ａに、インダクタを直列に介装してもよい。電動モータ５は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号で駆動するものであってもよい。

本発明は、電動モータにより、油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプからの圧油を油圧アクチュエータに供給して操舵補助を行う油圧式パワーステアリング装置にも適用できる。

本発明を実施するための最良の形態に係る電動パワーステアリング装置とそれに関連する車両構成とを概略的に示す図 電動パワーステアリング装置の制御ブロック図

符号の説明

５ 電動モータ
１１ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１５ マイクロコンピュータ
１９ センサ用電源回路
２０，２１ 基準電圧用電源回路
２１ａ 電源ライン
２４ カスタムＩＣ
２５１，２５２ コンデンサ
２６１，２６２ 電解コンデンサ
２７ インダクタ
Ｖｃ２ 電源受給部

Claims (2)

1. 操舵部材の操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助するパワーステアリング装置であって、
   パワーステアリング制御用のマイクロコンピュータと、
   上記マイクロコンピュータの電源受給部に電源を供給する電源回路と、
   上記マイクロコンピュータの電源受給部と電源回路の電源出力部との間の電源ラインに介装されたインダクタと、
   を備えたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 上記インダクタは、上記電源受給部と接地との間に接続されたコンデンサとともにノイズフィルタを構成している、ことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

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