JP2007083772A - Steering gear for vehicle - Google Patents
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Description
この発明は、電動パワーステアリング装置などの車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus such as an electric power steering apparatus.
たとえば、電動パワーステアリング装置では、3相ブラシレスモータが駆動源として採用されており、ステアリングホイールの操作に基づいて、その3相ブラシレスモータが制御されることにより、ステアリングホイールの操作に応じた操舵補助力が3相ブラシレスモータから発生される。
3相ブラシレスモータは、3相ブリッジ回路により駆動されるのが一般的である。3相ブリッジ回路は、車両に搭載されたバッテリとグランドとの間に接続されており、3相ブラシレスモータの各相に対応して、2個のスイッチング素子の直列回路を並列に備えている。各直列回路は、2個のスイッチング素子の接続点で、3相ブラシレスモータのそれぞれ対応する相巻線に接続されている。各直列回路のスイッチング素子にPWM(Pulse Width Modulation)信号を与えると、それらのスイッチング素子がPWM信号のデューティでオン/オフし、そのデューティに応じた電流が3相ブリッジ回路から3相ブラシレスモータに供給される。そのため、ステアリングホイールの操作に応じたデューティのPWM信号を作成することにより、3相ブラシレスモータにステアリングホイールの操作に応じた電流値の電流を供給することができ、その結果、ステアリングホイールの操作に応じた操舵補助力を3相ブラシレスモータから発生させることができる。
For example, in an electric power steering apparatus, a three-phase brushless motor is employed as a drive source, and the three-phase brushless motor is controlled based on the operation of the steering wheel. Force is generated from a three-phase brushless motor.
A three-phase brushless motor is generally driven by a three-phase bridge circuit. The three-phase bridge circuit is connected between a battery mounted on the vehicle and a ground, and includes a series circuit of two switching elements in parallel corresponding to each phase of the three-phase brushless motor. Each series circuit is connected to a corresponding phase winding of the three-phase brushless motor at a connection point of two switching elements. When a PWM (Pulse Width Modulation) signal is applied to the switching elements of each series circuit, the switching elements are turned on / off at the duty of the PWM signal, and a current corresponding to the duty is transferred from the three-phase bridge circuit to the three-phase brushless motor. Supplied. Therefore, by creating a PWM signal with a duty corresponding to the steering wheel operation, it is possible to supply a current of a current value corresponding to the steering wheel operation to the three-phase brushless motor, and as a result, to the steering wheel operation A corresponding steering assist force can be generated from the three-phase brushless motor.
このような構成では、モータ駆動回路内のスイッチング素子に短絡故障が生じると、バッテリからモータ駆動回路に過電流が供給されて、バッテリから駆動回路への給電経路上での発熱や他のスイッチング素子の破壊などの問題を発生するおそれがある。そこで、スイッチング素子の短絡故障が生じた場合には、そのフェイルセーフとして、バッテリからモータ駆動回路への給電経路が切断されて、バッテリからモータ駆動回路への給電が停止されるようになっている。 In such a configuration, when a short circuit failure occurs in the switching element in the motor drive circuit, an overcurrent is supplied from the battery to the motor drive circuit, and heat is generated on the power supply path from the battery to the drive circuit and other switching elements. There is a risk of problems such as destruction. Therefore, when a short circuit failure of the switching element occurs, as a fail safe, the power supply path from the battery to the motor drive circuit is cut, and the power supply from the battery to the motor drive circuit is stopped. .
ところが、スイッチング素子に短絡故障が生じている場合に、3相ブラシレスモータの少なくとも1つの相巻線を含む閉ループが形成されることがある。この閉ループが形成されると、バッテリから3相ブリッジ回路に電力が供給されていない状態で、ステアリングホイールを操作したときに、3相ブラシレスモータに誘導電流が発生して、ステアリングホイールが極度に重くなったり、ステアリングホイールの重さにむら(トルクリップル)が生じたりする。 However, when a short circuit failure occurs in the switching element, a closed loop including at least one phase winding of the three-phase brushless motor may be formed. When this closed loop is formed, when the steering wheel is operated with no power supplied from the battery to the three-phase bridge circuit, an induction current is generated in the three-phase brushless motor, and the steering wheel becomes extremely heavy. Or uneven steering wheel weight (torque ripple).
この問題に対処すべく、従来の電動パワーステアリング装置では、3相ブリッジ回路と3相ブラシレスモータとの間にノーマルオープンのリレーが介在されている。そして、通常は、そのリレーに駆動電流を供給して、リレーをオンにしておき、スイッチング素子の短絡故障が生じると、リレーへの駆動電流の供給を停止し、リレーをオフにすることにより、3相ブリッジ回路と3相ブラシレスモータとの間に閉ループが形成されることを防止している。
しかし、従来の構成では、スイッチング素子の短絡故障が生じていない間、常にリレーに駆動電流を供給し続けなければならず、リレーからの発熱や消費電力量が大きいといった問題があった。
そこで、この発明の目的は、モータ駆動回路に短絡故障が生じた場合に、モータとモータ駆動回路との間に閉ループが形成されるのを防止することができながら、発熱の問題を回避することができ、かつ、消費電力量の低減を図ることができる車両用操舵装置を提供することである。
However, in the conventional configuration, there is a problem that the driving current must be continuously supplied to the relay while the switching element is not short-circuited, so that heat is generated from the relay and power consumption is large.
Therefore, an object of the present invention is to avoid the problem of heat generation while preventing a closed loop from being formed between the motor and the motor drive circuit when a short circuit failure occurs in the motor drive circuit. It is possible to provide a vehicle steering apparatus that can reduce power consumption.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、操作部材(1)の操作に応じて、車両の転舵輪(3)に転舵力を与える車両用操舵装置において、転舵力を発生するためのモータ(M)と、前記モータを駆動するためのモータ駆動回路(4)と、前記モータと前記モータ駆動回路との間に介在され、永久磁石を備え、その永久磁石の磁力により、前記モータと前記モータ駆動回路とを接続/切断する接点(14U,14V)が閉じられた状態を維持するスイッチ手段(12)とを含むことを特徴とする、車両用操舵装置である。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a vehicle steering apparatus that applies a steering force to the steered wheels (3) of the vehicle in accordance with an operation of the operation member (1). A motor (M) for generating, a motor drive circuit (4) for driving the motor, and a permanent magnet interposed between the motor and the motor drive circuit, and by the magnetic force of the permanent magnet A vehicle steering apparatus comprising: switch means (12) for maintaining a closed state of contacts (14U, 14V) for connecting / disconnecting the motor and the motor drive circuit.
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。以下、この項において同じ。
この構成によれば、モータとモータ駆動回路との間にスイッチ手段が介在されており、モータ駆動回路に短絡故障が生じたときに、そのスイッチ手段の接点を開くことにより、モータとモータ駆動回路との間に閉ループが形成されるのを防止することができる。そのため、モータ駆動回路への電力の供給が遮断されている状態で、操作部材が操作されたときに、モータに誘導電流が発生するのを防止することができる。その結果、操作部材が極度に重くなったり、操作部材の重さにむらが生じたりするのを防止することができる。しかも、短絡故障が生じていない期間には、スイッチ手段に電力を供給しなくてよいので、消費電力量の低減を図ることができる。また、発熱の問題を回避することができる。
In addition, the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
According to this configuration, the switch means is interposed between the motor and the motor drive circuit, and when the short circuit failure occurs in the motor drive circuit, the contact of the switch means is opened, thereby the motor and the motor drive circuit. It is possible to prevent a closed loop from being formed between the two. Therefore, it is possible to prevent an induction current from being generated in the motor when the operation member is operated in a state where the supply of electric power to the motor drive circuit is interrupted. As a result, it is possible to prevent the operation member from becoming extremely heavy or unevenness in the weight of the operation member. In addition, since it is not necessary to supply power to the switch means during a period when no short circuit failure has occurred, the amount of power consumption can be reduced. Moreover, the problem of heat generation can be avoided.
また、請求項2記載の発明は、操作部材(1)の操作に応じて、車両の転舵輪(3)に転舵力を与える車両用操舵装置において、転舵力を発生するためのモータ(M)と、前記モータを駆動するためのモータ駆動回路(4)と、前記モータと前記モータ駆動回路とを接続/切断する接点(17U,17V)と、この接点を開方向に付勢する付勢手段(18U,18V)と、電力が供給されていない状態で、前記付勢手段の付勢力に抗して前記接点を閉状態に維持し、電力が供給されると、その接点の閉状態を解除するアクチュエータ(21)とを含むことを特徴とする、車両用操舵装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor for generating a steering force in a vehicle steering apparatus that applies a steering force to the steered wheels (3) of the vehicle in response to an operation of the operation member (1). M), a motor drive circuit (4) for driving the motor, contacts (17U, 17V) for connecting / disconnecting the motor and the motor drive circuit, and energizing the contacts in the opening direction When the power is supplied to the biasing means (18U, 18V) and the power is not supplied, the contact is maintained in a closed state against the biasing force of the biasing means. And an actuator (21) for releasing
この構成によれば、アクチュエータにより接点が閉状態に維持されている状態では、モータとモータ駆動回路とが接続され、モータ駆動回路からモータに電力を供給することができ、モータ駆動回路に短絡故障が生じたときには、アクチュエータに電力を供給し、その閉状態を解除して、接点を開くことにより、モータとモータ駆動回路との間に閉ループが形成されるのを防止することができる。そのため、モータ駆動回路への電力の供給が遮断されている状態で、操作部材が操作されたときに、モータに誘導電流が発生するのを防止することができる。その結果、操作部材が極度に重くなったり、操作部材の重さにむらが生じたりするのを防止することができる。しかも、短絡故障が生じていない期間には、アクチュエータに電力を供給しなくてよいので、消費電力量の低減を図ることができる。また、発熱の問題を回避することができる。 According to this configuration, in a state where the contact is maintained in the closed state by the actuator, the motor and the motor drive circuit are connected, power can be supplied from the motor drive circuit to the motor, and a short circuit failure occurs in the motor drive circuit. When this occurs, it is possible to prevent the closed loop from being formed between the motor and the motor drive circuit by supplying electric power to the actuator, releasing the closed state, and opening the contact. Therefore, it is possible to prevent an induction current from being generated in the motor when the operation member is operated in a state where the supply of electric power to the motor drive circuit is interrupted. As a result, it is possible to prevent the operation member from becoming extremely heavy or unevenness in the weight of the operation member. In addition, since it is not necessary to supply power to the actuator during a period when no short circuit failure has occurred, the amount of power consumption can be reduced. Moreover, the problem of heat generation can be avoided.
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構成を図解的に示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されて用いられ、操作部材としてのステアリングホイール1の操作に応じて、3相ブラシレスモータからなる電動モータMを駆動し、この電動モータMが発生する動力を操舵機構2に伝達することにより、操舵機構2による操舵(車両の転舵輪3の転舵)を補助するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. This electric power steering apparatus is used by being mounted on a vehicle, and drives an electric motor M composed of a three-phase brushless motor in accordance with an operation of a steering wheel 1 as an operation member, and uses the electric power generated by the electric motor M. By transmitting to the
この電動パワーステアリング装置は、電動モータMに駆動電流を供給するためのモータ駆動回路4と、CPU、RAMおよびROMを含むPWM信号生成手段および各相電流値演算手段としてのマイクロコンピュータ5と、ステアリングホイール1に加えられた操舵トルクを検出するためのトルクセンサ6と、車両の走行速度(車速)を検出するための車速センサ7とを備えている。
This electric power steering apparatus includes a
モータ駆動回路4は、3相インバータ回路からなり、電源(たとえば、車載バッテリ)VbとグランドGとの間に、スイッチング素子(パワーMOSFET)8U,9Uの直列回路10Uと、スイッチング素子8V,9Vの直列回路10Vと、スイッチング素子8W,9Wの直列回路10Wとを並列に接続した構成を有している。
スイッチング素子8U,9Uの直列回路10Uは、これら2個のスイッチング素子8U,9Uの接続点20Uで、電動モータMのU相巻線11Uに接続されている。また、スイッチング素子8V,9Vの直列回路10Vは、これら2個のスイッチング素子8V,9Vの接続点20Vで、電動モータMのV相巻線11Vに接続され、スイッチング素子8W,9Wの直列回路10Wは、これら2個のスイッチング素子8W,9Wの接続点20Wで、電動モータMのW相巻線11Wに接続されている。
The
The
マイクロコンピュータ5には、トルクセンサ6の出力信号および車速センサ7の出力信号が入力されるようになっている。マイクロコンピュータ5は、トルクセンサ6および車速センサ7の出力信号に基づいて、電動モータMの各相巻線11U,11V,11Wに流れるべき電流の目標電流値を設定する。一方、マイクロコンピュータ5は、各相目標電流値と各相巻線11U,11V,11Wに実際に流れている各相電流値との偏差に基づいて、電動モータMの各相ごとにPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、その各相PWM信号をモータ駆動回路4の各直列回路10U,10V,10Wのスイッチング素子に入力する。これにより、モータ駆動回路4の各直列回路10U,10V,10Wのスイッチング素子がそれらに入力されるPWM信号のデューティに応じてオン/オフする。その結果、操舵トルクおよび車速に応じた電流が電動モータMに流れ、この電動モータMから操舵トルクおよび車速に応じた駆動力(転舵力)が発生される。
The microcomputer 5 receives an output signal from the torque sensor 6 and an output signal from the vehicle speed sensor 7. The microcomputer 5 sets the target current value of the current that should flow through the
さらに、この電動パワーステアリング装置には、モータ駆動回路4の直列回路10Uの接続点20Uと電動モータMのU相巻線11Uとの間およびモータ駆動回路4の直列回路10Vの接続点20Vと電動モータMのV相巻線11Vとの間を切断するためのラッチングリレー12と、このラッチングリレー12を駆動するためのリレー駆動回路13とが備えられている。
Further, in this electric power steering apparatus, the
ラッチングリレー12は、永久磁石を備え、通常時は、その永久磁石の磁力により、直列回路10Uの接続点20UとU相巻線11Uとを接続/切断する接点14Uおよび直列回路10Vの接続点20VとV相巻線11Vとを接続/切断する接点14Vが閉じられた状態を維持する、パルス入力によってオン/オフが切り替わり、その状態を自己保持するリレーである。そして、モータ駆動回路4のスイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9Wに短絡故障が生じ、モータ駆動回路4に過電流が流れると、マイクロコンピュータ5は、そのフェイルセーフとして、電源Vbからモータ駆動回路4への給電を遮断させるとともに、リレー駆動回路13を介してラッチングリレー12を作動させて、接点14U,14Vを開放し、直列回路10Uの接続点20UとU相巻線11Uとの間および直列回路10Vの接続点20VとV相巻線11Vとの間を切断する。
The
これにより、モータ駆動回路4のスイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9Wに短絡故障が生じたときに、電動モータMとモータ駆動回路4との間に閉ループが形成されるのを防止することができる。そのため、電源Vbからモータ駆動回路4への電力の供給が遮断されている状態で、ステアリングホイール1が操作されたときに、電動モータMに誘導電流が発生するのを防止することができる。その結果、ステアリングホイール1が極度に重くなったり、ステアリングホイール1の重さにむら(トルクリップル)が生じたりするのを防止することができる。
This prevents a closed loop from being formed between the electric motor M and the
また、スイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9Wの短絡故障が生じていない期間、ラッチングリレー12に電力を供給しなくてもよいので、消費電力量の低減を図ることができる。また、ラッチングリレー12からの発熱を抑制することができる。
なお、この実施形態では、ラッチングリレー12を用いた構成を取り上げたが、そのラッチングリレー12に代えて、図2に示すような構成が採用されてもよい。
Further, since it is not necessary to supply power to the latching
In this embodiment, the configuration using the latching
図2は、ラッチングリレー12に代えて採用可能な構成を示す斜視図である。この図2に示す構成は、モータ駆動回路4の直列回路10Uの接続点20Uに接続された駆動回路側配線15Uと、電動モータMのU相巻線11Uに接続されたモータ側配線16Uと、駆動回路側配線15Uとモータ側配線16Uとを接続/遮断する接点17Uと、モータ駆動回路4の直列回路10Vの接続点20Vに接続された駆動回路側配線15Vと、電動モータMのV相巻線11Vに接続されたモータ側配線16Vと、駆動回路側配線15Vとモータ側配線16Vとを接続/遮断する接点17Vとを備えている。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration that can be employed in place of the latching
接点17U,17Vは、金属薄板からなり、それぞれ一端部が駆動回路側配線15U,15Vに上方から対向している。また、接点17U,17Vの他端部は、それぞれ付勢手段としてのばね部材18U,18Vを介して、モータ側配線16U,16Vに固定されている。
ばね部材18U,18Vは、それら自身が、それぞれ接点17U,17Vを開方向(接点17U,17Vがそれぞれ駆動回路側配線15U,15Vから離間する方向)に弾性付勢する付勢力を有するとともに、V字状に屈曲形成されて、接点17U,17Vをさらに開方向に付勢するための付勢部19U,19Vを一体的に備えている。これにより、接点17U,17Vに外力が加えられていない状態では、それぞればね部材18U,18Vの付勢力により接点17U,17Vが開き、駆動回路側配線15U,15Vとモータ側配線16U,16Vとの各間が切断される。
The
The
また、この図2に示す構成は、接点17U,17V間に架設された止め具20と、この止め具20により接点17U,17Vを閉じた状態で維持し、またその状態を解除するためのアクチュエータとしての直動ソレノイド21とを備えている。
直動ソレノイド21は、電力が供給されていない状態で可動部22が本体から突出し、電力が供給されると、可動部22が本体側に退避する構成となっている。通常時は、直動ソレノイド21の可動部22が止め具20に対して接点17U,17Vと反対側から当接し、止め具20の上方への移動が規制されることにより、接点17U,17Vがそれぞれ駆動回路側配線15U,15Vと接触した状態が維持される。そして、モータ駆動回路4(図1参照)に過電流が流れると、そのフェイルセーフとして、直動ソレノイド21が作動(駆動)されて、直動ソレノイド21の可動部22が止め具20から離間される。これにより、止め具20の上方への移動が許容され、ばね部材18U,18Vの付勢力によって、接点17U,17Vが駆動回路側配線15U,15Vから離間する。その結果、駆動回路側配線15U,15Vとモータ側配線16U,16Vとの各間が切断される。
Further, the structure shown in FIG. 2 includes a
The
この図2に示す構成によっても、モータ駆動回路4のスイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9W(図1参照)に短絡故障が生じたときに、電動モータMとモータ駆動回路4との間に閉ループが形成されるのを防止することができる。また、スイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9Wの短絡故障が生じていない期間、直動ソレノイド21に電力を供給しなくてもよいので、消費電力量の低減を図ることができる。また、発熱の問題を生じるおそれもない。
Even in the configuration shown in FIG. 2, when a short circuit failure occurs in the
以上、この発明の2つの実施形態を説明したが、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、上記の実施形態では、モータ駆動回路4のスイッチング素子8U,9U,8V,9V,8W,9Wに短絡故障が生じたときに、直列回路10Uの接続点20UとU相巻線11Uとの間および直列回路10Vの接続点20VとV相巻線11Vとの間を切断する構成を例にとったが、直列回路10Vの接続点20VとV相巻線11Vとの間および直列回路10Wの接続点20WとW相巻線11Wとの間が切断されてもよいし、直列回路10Wの接続点20WとW相巻線11Wとの間および直列回路10Uの接続点20UとU相巻線11Uとの間が切断されてもよい。さらには、直列回路10Uの接続点20UとU相巻線11Uとの間、直列回路10Vの接続点20VとV相巻線11Vとの間および直列回路10Wの接続点20WとW相巻線11Wとの間がすべて切断されてもよい。
While the two embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other forms. For example, in the above embodiment, when a short circuit failure occurs in the
また、上記の実施形態では、電動パワーステアリング装置を取り上げたが、この発明は、電動パワーステアリング装置に限らず、電動モータにより駆動されるオイルポンプの発生油圧によって操舵補助力を発生する電動ポンプ式のパワーステアリング装置など、他の種類のパワーステアリング装置に適用されてもよい。また、ステアリングホイールと操舵機構とが機械的に切り離されていて、電動モータの駆動力を操舵機構に与えることにより車両の転舵輪の操舵を達成するようにした、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システムなど、パワーステアリング装置以外の車両用操舵装置に適用されてもよい。 In the above embodiment, the electric power steering device is taken up. However, the present invention is not limited to the electric power steering device, and the electric pump type that generates the steering assist force by the generated hydraulic pressure of the oil pump driven by the electric motor. The present invention may be applied to other types of power steering devices such as a power steering device. In addition, the steering wheel and the steering mechanism are mechanically separated from each other, and steer-by-wire (SBW) that achieves steering of the steered wheels of the vehicle by applying the driving force of the electric motor to the steering mechanism. The present invention may be applied to a vehicle steering apparatus other than the power steering apparatus such as a system.
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。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1:ステアリングホイール、3:転舵輪、4:モータ駆動回路、12:ラッチングリレー、14U,14V:接点、17U,17V:接点、18U,18V:ばね部材、21:直動ソレノイド、M:電動モータ 1: Steering wheel, 3: Steering wheel, 4: Motor drive circuit, 12: Latching relay, 14U, 14V: Contact, 17U, 17V: Contact, 18U, 18V: Spring member, 21: Direct acting solenoid, M: Electric motor
Claims (2)
転舵力を発生するためのモータと、
前記モータを駆動するためのモータ駆動回路と、
前記モータと前記モータ駆動回路との間に介在され、永久磁石を備え、その永久磁石の磁力により、前記モータと前記モータ駆動回路とを接続/切断する接点が閉じられた状態を維持するスイッチ手段とを含むことを特徴とする、車両用操舵装置。 In a vehicle steering device that applies a steering force to a steered wheel of a vehicle according to an operation of an operation member,
A motor for generating a steering force;
A motor drive circuit for driving the motor;
Switch means that is interposed between the motor and the motor drive circuit, includes a permanent magnet, and maintains a closed state of contacts for connecting / disconnecting the motor and the motor drive circuit by the magnetic force of the permanent magnet. And a vehicle steering apparatus.
転舵力を発生するためのモータと、
前記モータを駆動するためのモータ駆動回路と、
前記モータと前記モータ駆動回路とを接続/切断する接点と、
この接点を開方向に付勢する付勢手段と、
電力が供給されていない状態で、前記付勢手段の付勢力に抗して前記接点を閉状態に維持し、電力が供給されると、その接点の閉状態を解除するアクチュエータとを含むことを特徴とする、車両用操舵装置。 In a vehicle steering device that applies a steering force to a steered wheel of a vehicle according to an operation of an operation member,
A motor for generating a steering force;
A motor drive circuit for driving the motor;
A contact for connecting / disconnecting the motor and the motor drive circuit;
A biasing means for biasing the contact in the opening direction;
An actuator for maintaining the contact in a closed state against an urging force of the urging means in a state in which no electric power is supplied, and for releasing the closed state of the contact when electric power is supplied. A steering apparatus for a vehicle that is characterized.
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