JP2007325495A - Electric power steering system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、自動車のステアリング装置において、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。 The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly, to an electric power steering apparatus that reduces the burden on a driver's steering force by applying motor power to a steering system in an automobile steering apparatus.
電動パワーステアリング装置は、ハンドル操舵トルクを検出する操舵トルク検出部および、車速を検出する車速検出部等の出力する信号に基づき、モータ制御部により、モータを駆動制御し操舵力の軽減を行っている。そのモータ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は知られているところである。 The electric power steering device performs driving control of the motor by the motor control unit to reduce the steering force based on signals output from the steering torque detection unit that detects the steering torque and the vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed. Yes. An electric power steering apparatus using a brushless motor as the motor is known.
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は、ブラシとコミテータ間の電圧降下によるモータ出力の低下や変動がないため、安定した操舵補助力が得られる。また、モータの慣性モーメントが、ブラシ付きモータと比較して小さいため、高速直進時やハンドルの切り替えし時に良好な操舵フィーリングが得られる。 Since the electric power steering apparatus using the brushless motor does not have a decrease or fluctuation in the motor output due to a voltage drop between the brush and the commutator, a stable steering assist force can be obtained. Further, since the moment of inertia of the motor is smaller than that of a motor with a brush, a good steering feeling can be obtained when the vehicle goes straight at a high speed or when the steering wheel is switched.
しかしながら、モータにブラシレスモータを用いた場合には、ブラシとコミテータに代わり、モータ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ため、モータの回転角を検出するモータ回転角検出部および、モータ電流検出部を設け、モータ回転角検出部およびモータ電流検出部の出力信号に基づいて、ブラシレスモータをPWM駆動制御する。 However, when a brushless motor is used as the motor, it is necessary to control the energization amount of the motor current according to the rotation angle of the motor instead of the brush and the commutator. An angle detection unit and a motor current detection unit are provided, and PWM drive control of the brushless motor is performed based on output signals of the motor rotation angle detection unit and the motor current detection unit.
図5は、ブラシレスモータの回転を制御するためのモータ制御部を示すブロック構成図である。ブラシレスモータ101には、ブラシレスモータ101の回転角を検出するためのレゾルバ102が取り付けられている。
FIG. 5 is a block diagram showing a motor control unit for controlling the rotation of the brushless motor. A
ブラシレスモータ101の回転角を制御するためのモータ制御部100は、位相補正部103、イナーシャ補正部104およびダンパー補正部105を備えている。
A
位相補正部103は、操舵トルク検出部106からの操舵トルク信号Tを車速検出部107からの車速信号vに基づいて位相補正をして、補正操舵トルク信号T’を目標電流設定部108に出力する。イナーシャ補正部104は、操舵トルク検出部106からの操舵トルク信号Tおよび車速検出部107からの車速信号vと、回転角速度ωに対応する信号を微分処理部121dで微分することにより得られた角加速度に対応する信号からイナーシャ補正をするためのイナーシャ補正信号diを生成し、そのイナーシャ補正信号diを加算演算子109に出力する。ダンパー補正部105は、操舵トルク検出部106からの操舵トルク信号Tおよび車速検出部107からの車速信号vと回転角速度ωに対応する信号からダンパー補正をするためのダンパー補正信号ddを生成し、そのダンパー補正信号ddを減算演算子110に出力する。
The
目標電流設定部108は、補正操舵トルク信号T’と車速信号vに基づいて、2相目標電流Id1,Iq1を計算し出力する。目標電流Id1,Iq1は、ブラシレスモータ101の回転子上の永久磁石が作り出す回転磁束と同期した回転座標系において、永久磁石と同一方向のd軸およびこれに直交したq軸にそれぞれ対応するもので、これらの目標電流Id1,Iq1をそれぞれ「d軸目標電流」および「q軸目標電流」という。
The target
目標電流Id1,Iq1には、加算演算部109において、イナーシャ補正信号diが加算され、イナーシャ補正後目標電流Id2,Iq2が出力される。イナーシャ補正後目標電流Id2,Iq2は、減算演算部110において、ダンパー補正信号ddで減算され、ダンパー補正後目標電流Id3,Iq3が出力される。このダンパー補正後目標電流Id3,Iq3をそれぞれ「d軸最終目標電流Id*」,「q軸最終目標電流Iq*」と呼ぶこととする。
The
それらのd軸およびq軸の最終目標電流Id*,Iq*は偏差演算部111において、d軸およびq軸の最終目標電流Id*,Iq*からd軸およびq軸の検出電流Id,Iqをそれぞれ減算することにより偏差DId,DIqを計算して、PI設定部112に出力する。
The final target current their d-axis and q-axis Id *, Iq * in the
PI設定部112は偏差DId,DIqを用いた演算の実行により、d軸およびq軸の検出電流Id,Iqがd軸およびq軸の最終目標電流に追従するようにd軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqをそれぞれ計算する。d軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqは、非干渉化制御部113および演算部114により、d軸およびq軸の補正目標電圧Vd’,Vq’に補正されてdq−3相変換手段115に出力される。
The
上記において、図5では図示の便宜上1組の加算演算部109と減算演算部110と偏差演算部111とPI設定部112と演算部114が示されているが、実際上これらの回路要素の組は2つの目標電流Id1,Id2のそれぞれについて個別に設けられる。
In FIG. 5, for convenience of illustration, FIG. 5 shows one set of
非干渉化制御部113は、d軸およびq軸の検出電流Id,Iqおよび回転子の回転角速度ωに基づいて、d軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqのための非干渉化制御補正値を計算する。
The
演算部114は、d軸およびq軸の目標電圧Vd,Vqから非干渉化制御補正値をそれぞれ減算することにより、d軸およびq軸の補正目標電圧Vd’,Vq’を算出して、dq−3相変換手段115に出力する。
The
dq−3相変換手段115は、d軸およびq軸の補正目標電圧Vd’,Vq’を3相目標電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換して、3相目標電圧Vu*,Vv*,Vw*をモータ駆動部116に出力する。
The dq-3
モータ駆動部116は、PWM電圧発生部とインバータ回路を含む。モータ駆動部116は、モータ駆動部116の中の図示しないPWM電圧発生部によって3相目標電圧Vu*,Vv*,Vw*に対応したPWM制御電圧信号UU,VU,WUを生成してモータ駆動部116の中の図示しないインバータ回路に出力する。インバータ回路は、PWM制御電圧信号UU,VU,WUに対応した3相の交流駆動電流Iu,Iv,Iwを発生し、これらを3相の駆動電流路117を介してブラシレスモータ101にそれぞれ供給する。3相の交流駆動電流Iu,Iv,IwはそれぞれブラシレスモータをPWM駆動するための正弦波電流である。
3相の駆動電流路117のうちの2つにはモータ電流検出部118,119が設けられ、各モータ電流検出部118,119は、ブラシレスモータ101に対し供給される3相の駆動電流Iu,Iv,Iwのうちの2つの駆動電流Iu,Iwを検出して3相−dq変換部120に出力する。この3相−dq変換部120では、検出駆動電流Iu,Iwに基づいて残りの駆動電流Ivも計算される。3相−dq変換部120は、これらの3相検出駆動電流Iu,Iv,Iwを2相のd軸およびq軸の検出電流Id,Iqに変換する。
Motor
レゾルバ102からの信号は、RD(レゾルバデジタル)変換部121に連続的に供給されている。RD変換部121は、ブラシレスモータ101における回転子の固定子に対する角度(回転角)θを計算して、計算された角度θに対応する信号をdq−3相変換部115と3相−dq変換部120に供給する。また、RD変換部121は、ブラシレスモータ101における回転子の固定子に対する回転角速度ωを計算して、計算された回転角速度ωに対応する信号をダンパー補正部105と微分処理部121dと非干渉化制御部113に供給する。上記のレゾルバ102とRD変換部121によってモータ回転角検出部102Aが形成される。
A signal from the
上記構成のモータ制御部100は、図6で示すように、各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ122により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。
As shown in FIG. 6, the
図6において、インターフェース回路123は、操舵トルク検出部106によって得られる操舵トルク信号Tと車速検出部107からの車速信号vとエンジン回転検出部124からのエンジン回転信号rのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備え、入力されたそれらのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ122に入力する。
In FIG. 6, the
インターフェース回路125は、モータ電流検出部118,119によって検出される駆動電流Iu,Iwをデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ122に入力する。インターフェース回路126は、RDコンバータ127からの励磁電流をレゾルバ102に送り、レゾルバ102からの出力信号をRDコンバータ127に送る。RDコンバータ127は、後に述べるように、レゾルバ102からの出力信号から角度信号を出力し、マイクロコンピュータ122に送る。モータ駆動部116は、プリドライブ回路128と、6つのパワーFETを備えたインバータ回路からなる。
The
マイクロコンピュータ122には、水晶発振子129とコンデンサ130,131が外付けで接続されており、マイクロコンピュータ122では、水晶発振子129の発振周波数が分周され、ブラシレスモータ101を駆動するためのPWM信号の周波数(PWM周波数)fPWMが生成される。
A
RDコンバータ127には、水晶発振子132とコンデンサ133,134が接続されており、RDコンバータ127では、水晶発振子132の発振周波数が分周され、VRレゾルバ102の励磁信号の周波数(励磁周波数)fRESが生成される。
A
滑らかな操舵フィーリングを有する電動パワーステアリング装置を得るためには、滑らかなブラシレスモータの出力が必要となる。このため、上述したようにモータ回転検出部およびモータ電流検出部の出力信号に基づき、モータ制御部にてブラシレスモータをベクトル制御し、正弦波電流をモータ電流として通電することにより、トルク変動の小さい出力を得ることが考えられる。 In order to obtain an electric power steering apparatus having a smooth steering feeling, a smooth output of a brushless motor is required. For this reason, as described above, based on the output signals of the motor rotation detection unit and the motor current detection unit, the motor control unit performs vector control of the brushless motor and energizes the sine wave current as the motor current so that the torque fluctuation is small. It is conceivable to obtain an output.
また、ブラシレスモータへの正弦波電流の通電は、FET等のスイッチング素子および周辺回路によって構成された、モータ駆動部(インバータ)を介して行われる。そのようなスイッチング素子は、可聴範囲外の周波数fPWMにて駆動され、ブラシレスモータ101に電力を供給する。
The brushless motor is energized with a sine wave current through a motor drive unit (inverter) constituted by a switching element such as an FET and a peripheral circuit. Such a switching element is driven at a frequency f PWM outside the audible range and supplies power to the
さらに、ベクトル制御にはブラシレスモータの回転絶対角度が必要であるため、レゾルバ等のモータ回転角(その他、角速度、角加速度)検出部が用いられる。レゾルバはロータ鉄心のギャップ変化を検出することにより、回転角を検出するものである。 Furthermore, since the absolute rotation angle of the brushless motor is required for vector control, a motor rotation angle (others, angular velocity, angular acceleration) detection unit such as a resolver is used. The resolver detects the rotation angle by detecting the gap change of the rotor core.
図7は、レゾルバの原理を示す模式図である。回転子Rの付近に励磁側のコイルとしてコイルAがあり、その反対側に互いに直角をなす2つの出力側のコイルとしてコイルB、Cがある。コイルAに流れる電流による磁場がコイルB、Cの内部を通り、電流は時間的に変化するのでファラデーの法則によりコイルB、Cに誘導起電力が発生する。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the principle of the resolver. In the vicinity of the rotor R, there is a coil A as an exciting coil, and coils B and C are two output coils that are perpendicular to each other on the opposite side. Since the magnetic field due to the current flowing through the coil A passes through the coils B and C and the current changes with time, induced electromotive forces are generated in the coils B and C according to Faraday's law.
すなわち、励磁側の端子R1,R2に1相励磁として、(1)式の角周波数ωEの電圧を印加する。 That is, the voltage of the angular frequency ω E in the equation (1) is applied to the excitation side terminals R1 and R2 as one-phase excitation.
それにより、回転子Rが角度θのとき、コイルBの端子S1,S3には、(2)式で表される電圧が出力され、コイルCの端子S2,S4には、(3)式で表される電圧が出力される。 Thereby, when the rotor R is at an angle θ, the voltage represented by the equation (2) is output to the terminals S1 and S3 of the coil B, and the terminals S2 and S4 of the coil C are represented by the equation (3). The represented voltage is output.
図8は、RDコンバータ127におけるRD変換の原理を示す。RDコンバータ127において入力された出力電圧ES1-S3は、演算部135により、内部ROMの角度φの正弦sinφとの積を計算する。また、演算部136により出力電圧ES2-S4と内部ROMの角度φの余弦cosφとの積を計算する。演算部137により(4)式で表される差D1を求める。
FIG. 8 shows the principle of RD conversion in the
この差D1は、次の(5)式のように変形される。 This difference D1 is transformed as the following equation (5).
この差D1の信号を同期検波部138において、励磁入力電圧と同期検波する。それにより、(6)式で表される信号D2が出力される。
The signal of the difference D1 is synchronously detected by the
この信号D2をVCO部139とカウンタ140により、信号D2が常にゼロとなるようにφの値を増減させ、角度θを出力する。
The signal D2 is increased or decreased by the
このように、1相を(1)式で示す正弦波にて励磁し、(2)式および(3)式で示す正弦波、余弦波に変調された2相(正弦波、余弦波)出力を得る。そして、この2相出力を上述のRD変換をすることにより角度出力を得る。ここで、励磁の駆動周波数fRESは、おおむね10kHzである。 In this way, one phase is excited by a sine wave represented by equation (1), and two phases (sine wave, cosine wave) output modulated by sine wave and cosine wave represented by equations (2) and (3) are output. Get. Then, the angle output is obtained by performing the above-described RD conversion on the two-phase output. Here, the excitation drive frequency f RES is approximately 10 kHz.
このとき、レゾルバ出力にPWM駆動によるスイッチングノイズが乗ってしまった場合、RDコンバータ127の出力にPWM周波数fPWMと励磁周波数fRESの差の周波数f1=fPWM−fRES、もしくはそれぞれの高次の周波数の差の周波数f2=nxfPWM−mxfRES(n=1,2,・・・、m=1,2,・・)の出力変動が生じ、その結果ブラシレスモータの出力にもf1(Hz)もしくはf2(Hz)の出力変動が生じる。この出力変動は、図6に示す従来のモータ制御手段においては、たとえ、PWM周波数fPWMと励磁周波数fRESを同じ周波数に取ったとしても、次の理由により生じてしまう。
At this time, if you've switching noise ride by PWM driving the resolver output, the frequency f1 = f PWM -f RES difference PWM frequency f PWM and the exciting frequency f RES to the output of the
図6において、PWM信号の周波数fPWMは、マイクロコンピュータ122での水晶発振子129の発振周波数が分周され、生成される。また、励磁電圧の周波数fRESは、RDコンバータ127での水晶発振子132の発振周波数が分周され、生成される。このように、PWM周波数fPWMと励磁周波数fRESは、それぞれ、2つの異なる水晶発振回路から生成されるため、水晶発振子のばらつきやコンデンサ130,131、コンデンサ133,134などのばらつきにより、負荷容量にばらつきが生じ、たとえ、周波数が安定な水晶発振であっても2つの異なる水晶発振回路から生成される信号の周波数には差が生じる。そのため、PWM周波数fPWMと励磁周波数fRESを全く同じにすることは困難であった。上記のことから、RDコンバータ127の出力に変動が生じ、その結果、操舵補助力にも変動が生じるため、ステアリングハンドルの振動となり操舵フィーリングを阻害するという問題点がある。
In FIG. 6, the frequency f PWM of the PWM signal is generated by dividing the oscillation frequency of the
本発明の目的は、上記問題を解決するため、ブラシ摩耗や回転子慣性モーメントによるフィーリング低下のないブラシレスモータを用いた場合において、ブラシレスモータの出力変動がなく、操舵補助力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングをする電動パワーステアリング装置を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above problems, in the case of using a brushless motor that does not have a feeling of deterioration due to brush wear or rotor inertia moment, there is no fluctuation in output of the brushless motor, and there is no fluctuation in steering assist force. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that has a smooth steering feeling.
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に、次のように構成される。 The electric power steering apparatus according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
第1の電動パワーステアリング装置(請求項1に対応)は、ハンドル操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、ステアリング系に補助トルクを付与するモータと、モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段と、モータに通電されるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、少なくとも操舵トルク検出手段およびモータ回転角検出手段およびモータ電流検出手段の出力する信号に基づきモータをPWM駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、モータはブラシレスモータであるとともに、モータ回転角検出手段はレゾルバを含んで構成され、PWM駆動とレゾルバ励磁を同一の発振子から生成され出力される信号により行うことによって、ブラシレスモータを駆動制御するPWM駆動周波数とレゾルバの励磁周波数のうちいずれか一方を他方の整数倍にすることで特徴づけられる。 A first electric power steering apparatus (corresponding to claim 1) includes a steering torque detecting means for detecting a steering torque, a motor for applying an auxiliary torque to a steering system, and a motor rotation angle detection for detecting a rotation angle of the motor. Motor current detecting means for detecting motor current supplied to the motor, and motor control means for PWM driving control of the motor based on signals output from at least steering torque detecting means, motor rotation angle detecting means, and motor current detecting means The motor is a brushless motor, and the motor rotation angle detection means includes a resolver, and a signal generated and output from the same oscillator for PWM drive and resolver excitation. PWM drive frequency that controls the drive of a brushless motor by And one of the excitation frequencies of the resolver is made an integral multiple of the other.
上記の電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータを駆動制御するPWM駆動周波数fPWMとレゾルバの励磁周波数fRESのうちいずれか一方を他方の整数倍にするので、f1=fPWM−fRESまたはf2=nxfPWM−mxfRES(n=1,2,・・,m=1,2,・・)は0Hzあるいはf1またはf2がfRESの整数倍となり、RD変換部からの出力の変動がなくなるため、ブラシレスモータの出力変動が生じることがなくなり、操舵補助力にも変動が生じることがなくなり、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。 According to the above electric power steering apparatus, since the other integral multiple of either one of the excitation frequency f RES of the PWM driving frequency f PWM and the resolver for driving and controlling the brushless motor, f1 = f PWM -f RES or f2 = nxf PWM− mxf RES (n = 1, 2,..., m = 1, 2,...) is 0 Hz or f1 or f2 is an integral multiple of f RES , and output fluctuation from the RD conversion unit is eliminated. Therefore, the output fluctuation of the brushless motor does not occur, the steering assist force does not vary, and a smooth steering feeling can be obtained.
また、ブラシレスモータを駆動制御するPWM駆動周波数fPWMとレゾルバの励磁周波数fRESを同一の発振子の出力により生成し、fPWMとfRESのうちいずれか一方を他方の整数倍としたので、f1=fPWM−fRESまたはf2=nxfPWM−mxfRES(n=1,2,・・,m=1,2,・・)は確実に0Hzあるいはf1またはf2がfRESの整数倍となり、RD変換部からの出力の変動がなくなるため、ブラシレスモータの出力変動が生じることがなくなり、操舵補助力にも変動が生じることがなくなり、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。 In addition , the PWM drive frequency f PWM for controlling the drive of the brushless motor and the excitation frequency f RES of the resolver are generated by the output of the same oscillator, and one of f PWM and f RES is an integral multiple of the other. f1 = f PWM −f RES or f2 = nxf PWM −mxf RES (n = 1, 2,..., m = 1, 2,...) is surely 0 Hz or f1 or f2 is an integral multiple of f RES , Since fluctuations in the output from the RD converter are eliminated, fluctuations in the output of the brushless motor do not occur, fluctuations in the steering assist force do not occur, and a smooth steering feeling can be obtained.
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。As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
ブラシレスモータを駆動制御するPWM駆動周波数fPWM drive frequency f for driving and controlling the brushless motor
PWMPWM
とレゾルバの励磁周波数fAnd resolver excitation frequency f
RESRES
のうちいずれか一方を他方の整数倍にしたので、f1=fSince one of them is an integral multiple of the other, f1 = f
PWMPWM
−f-F
RESRES
またはf2=nxfOr f2 = nxf
PWMPWM
−mxf-Mxf
RESRES
は0Hzあるいは励磁周波数fIs 0 Hz or excitation frequency f
RESRES
と一致あるいは整数倍となり、ブラシレスモータの出力変動が生じることが無くなり、操舵補助力にも変動が生じることがなくなり、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。Or an integral multiple of the output of the brushless motor, the fluctuation of the output of the brushless motor is not generated, the fluctuation of the steering assist force is not generated, and a smooth steering feeling can be obtained.
ブラシレスモータを駆動制御するPWM駆動周波数fPWM drive frequency f for driving and controlling the brushless motor
PWMPWM
とレゾルバの励磁周波数fAnd resolver excitation frequency f
RESRES
を同一の発振子の出力により生成し、PWM駆動周波数fIs generated by the output of the same oscillator, and the PWM drive frequency f
PWMPWM
とレゾルバの励磁周波数fAnd resolver excitation frequency f
RESRES
のうちいずれか一方を他方の整数倍にしたので、f1またはf2は確実に0Hzあるいは励磁周波数fSince one of them is an integral multiple of the other, f1 or f2 is reliably 0 Hz or the excitation frequency f
RESRES
と一致あるいは整数倍となり、ブラシレスモータの出力変動が生じることがなくなり、操舵補助力にも変動が生じることがなくなり、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。Or an integer multiple, the brushless motor output does not fluctuate, the steering assist force does not fluctuate, and a smooth steering feeling can be obtained.
以下、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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部および右端部を断面して表したものである。この図は、電動パワーステアリング装置10のラック軸11を、車幅方向(図左右方向)に延びるハウジング12に軸方向へスライド可能に収容したことを示す。その構成要素である13は、ギヤボックス、14は操舵トルク検出部、15はモータ制御部、16はモータであるブラシレスモータである。ラック軸11は、ハウジング12から突出した長手方向両端にボールジョイント17をねじ結合し、これらのボールジョイント17に左右のタイロッド18を連結した軸である。ハウジング12は、図示せぬ車体に取り付けるためのブラケット19を備えるとともに、長手方向両端部にストッパ20を取り付けたものである。また、80はイグニションスイッチであり、81はバッテリであり、82はACGである。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention, and shows a left end portion and a right end portion in cross section. This figure shows that the rack shaft 11 of the electric
ラック軸11が右へ所定量だけスライドすると、左のボールジョイント17の当接端面(ラックエンド)21がストッパ20に当たる。ラック軸11が左へ所定量だけスライドすると、右のボールジョイント17の当接端面(ラックエンド)21がストッパ20に当たる。このようにしてラック軸11の移動量を規制することで、図示せぬ左右の操舵輪の最大操舵角を制限することができる。すなわち、ラック軸11が移動終端まで移動したときに、左右の操舵輪の操舵角は最大になる。図中、22はダストシール用ブーツである。
When the rack shaft 11 slides to the right by a predetermined amount, the contact end surface (rack end) 21 of the left ball joint 17 hits the
図2は、図1の4−4線断面図であり、電動パワーステアリング装置10の縦断面構造を示す。電動パワーステアリング装置10は、入力軸23、ラックアンドピニオン機構24、操舵トルクセンサ25、トルクリミッタ、歯車式減速機構26をハウジング12に収納し、このハウジング12の上部開口をリッド27で塞いだものである。操舵トルクセンサ25は、ハウジング12またはリッド27に取り付けたものである。
2 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 1, and shows a vertical cross-sectional structure of the electric
ハウジング12は、入力軸23の下端部および長手中央部を、上下2個の軸受け28,29を介して回転可能に支持することで、縦置きにセットしたものであり、ラックガイド30を備える。31はリッド取り付けボルト、32は止め輪である。
The
ピニオン33並びにラック34は鋳造品(転造品を含む)等の塑性加工品であることを特徴とする。具体的には、入力軸23は、下部にピニオン33を一体に形成し、さらに下端部にねじ部35を形成するとともに、上端部をリッド27から外方へ突出したピニオン軸である。ラック34は、ラック軸11に一体に形成したものである。ねじ部35にナット36をねじ込むことで、入力軸23の長手方向(軸方向)の移動を規制することができる。37は袋ナット、38はオイルシール、39はスペーサである。
The
ラックガイド30は、ラック34と反対側からラック軸11に当てるガイド部40と、このガイド部40を圧縮ばね(調整ばね)41を介して押す調整ボルト42とからなる。このようなラックガイド30によれば、ハウジング12にねじ込んだ調整ボルト42にて、圧縮ばね41を介してガイド部40を適切な押圧力で押すことで、ガイド部40でラック34に予圧を与えて、ラック34をピニオン33に押し付けることができる。43はラック軸11の背面を滑らせる当て部材、44はロックナットである。
The
図3は、図2の5−5線断面図であり、入力軸23と電動機16とトルクリミッタ45と歯車式減速機構26との関係を示す。電動機16は、出力軸46を横向きにしてハウジング12に取り付け、ハウジング12内に出力軸46を延ばしたものである。
3 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 2, and shows a relationship among the
歯車式減速機構26は、電動機16で発生した補助トルクを入力軸23に伝達するトルク伝達手段であって、駆動ギヤと従動ギヤの組み合わせ構造である、ウォームギヤ機構からなる。詳しくは、歯車式減速機構26は、電動機16の出力軸46にトルクリミッタ45を介して連結した伝動軸47と、伝動軸47に形成したウォーム48と、ウォーム48に噛み合うと共に入力軸23に結合したウォームホイール49とからなる。電動機16の補助トルクを、入力軸23を介してラック・ピニオン機構に伝達することができる。
The
伝動軸47は、出力軸46と同心上に配置し、2個の軸受け50,51を介してハウジング12にて回転可能に支持した軸である。ハウジング12は、出力軸46に近い位置にある第1軸受け50を軸方向移動不能に取り付け、出力軸46から遠い位置にある第2軸受け51を軸方向移動可能に嵌合したものである。さらには、第2軸受け51の外輪の端面を、板ばね52を介して調整ボルト53で出力軸46側に押している。調整ボルト53と薄板円盤状の板ばね52の押圧力にて、第1、第2軸受け50,51に予圧を与えることで、伝動軸47の軸方向の遊びがないように調整する、すなわち、ガタ取りすることができる。しかも、ウォーム48の軸方向変位を調整して、ウォーム48とウォームホイール49の噛み合いを適切ね摩擦を保ちつつガタがないように調整することができる。また、板ばね52の弾力性により、伝動軸47の軸方向の熱膨張等を吸収することができる。54はロックナット、55は止め輪である。
The
図2,3において、ギヤボックス13の入力軸23は軸受け28,29により回転自在に支持され、図示しないハンドル、自在継ぎ手、コラム軸などを介して回転自在に連結される。ハンドルからの入力軸23の回転は、ピニオンギヤ24とラックギヤ34を介してラック軸11の軸方向変位に変換し、この軸方向変位によりタイロッド18を介して図示されない前輪を揺動して車両の舵取りを行う。
2 and 3, the
入力軸23のピニオンギヤ24の上方にウォームホイール49が固定されている。このウォームホイール49は、図3に示すように軸受け50,51により回転自在に支持されるウォームギヤ48が噛み合わされる。
A
入力軸23の内周にはセレーション56が設けられ、このセレーション56にブラシレスモータ16の出力軸46の外周面に設けられたセレーション57が勘合し、ブラシレスモータ16の出力がクラッチ58を介してウォームギヤに伝達される。
A
前述のモータ制御部15は、基本的には、図5,6において説明したものと同様であり、図4で示すように、1チップマイコンおよび周辺回路、プリドライブ回路、FETブリッジ、電流センサ、リレー、RDコンバータ等により構成される。図4において、従来のモータ制御部で説明した要素と同一要素には同一符号を付している。各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ122により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。また、従来は、モータ制御部においてマイクロコンピュータ122に接続した水晶発振子129と、RDコンバータ127に接続した水晶発振子132の2つの水晶発振子を用いていたが、本実施形態においては、1つの水晶発振子をマイクロコンピュータ122とRDコンバータ127の両方に接続している。
The
図4において、インターフェース回路123は、操舵トルク検出部106によって得られる操舵トルク信号Tと車速検出部107からの車速信号vとエンジン回転検出部124からのエンジン回転信号rのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータを備え、入力されたそれらのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ122に入力する。
In FIG. 4, the
インターフェース回路125は、モータ電流検出部118,119によって検出される励磁電流Iu,Iwをデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ122に入力する。インターフェース回路126は、RDコンバータ127からの励磁電流をレゾルバ102に送り、レゾルバ102からの出力信号をRDコンバータ127に送る。RDコンバータ127は、後に述べるように、レゾルバ102からの出力信号から角度信号を出力し、マイクロコンピュータ122に送る。モータ駆動部116は、プリドライブ回路128と、6つのパワーFETを備えたインバータ回路からなる。
The
マイクロコンピュータ122には、水晶発振子70とコンデンサ71,72が外付けで接続されており、マイクロコンピュータ122では、水晶発振子70の発振周波数が分周され、ブラシレスモータ101を駆動するためのPWM信号の周波数(PWM周波数)fPWMが生成される。
A
水晶発振子70とコンデンサ71,72は、マイクロコンピュータ122と並列にRDコンバータ127にも接続されている。RDコンバータ127では、水晶発振子70の発振周波数が分周され、VRレゾルバ102の励磁信号の周波数(励磁周波数)fRESが生成される。
The
次に本実施形態の作用について説明する。ハンドルの操舵トルクを、操舵トルク検出部106により検出し、操舵トルク検出部106の出力する操舵トルク信号が、モータ制御部1に出力される。モータ制御部1においては、操舵トルク検出部106の出力する操舵トルク信号および車速等に基づき、モータ通電目標電流(d軸およびq軸の最終目標電流Id*,Iq*)が演算される。
Next, the operation of this embodiment will be described. The steering
モータ通電目標電流とモータ電流検出部118,119が発生するモータ電流(駆動電流Iu,Iw)およびモータ回転角検出部が発生するモータ回転角信号に基づきブラシレスモータ101を駆動するPWMデューティー比が演算され、モータ駆動部116内のプリドライブ回路128、FETブリッジを介してブラシレスモータ101の巻線に正弦波電流(駆動電流Iu,Iv,Iw)を通電しベクトル制御を行う。モータ回転角検出部118,119はVRレゾルバ102およびRDコンバータ127とその周辺回路により構成されている。
The PWM duty ratio for driving the
ブラシレスモータ101を駆動するPWM周波数は可聴範囲外の周波数であり、マイクロコンピュータ122に接続された水晶発振子70の発振周波数をマイクロコンピュータ122内にて分周し生成される。また、この水晶発振子70はマイクロコンピュータ122と並列にモータ回転角検出部の一要素であるRDコンバータ127にも接続されており、VRレゾルバ102の励磁周波数は水晶発振子70の発振周波数をRDコンバータ127内にて分周し生成される。
The PWM frequency for driving the
ここでPWM周波数fPWMは20kHz、レゾルバ励磁周波数fRESは10kHzであるが、これらの周波数は、同一の水晶発振回路から生成されるため、PWM周波数fPWMは、正確に励磁周波数fRESの整数倍となっている。そのため、差の周波数f1=fPWM−fRESは、正確に10Hzとなり、励磁周波数fRESと一致する。また、高次の周波数の差の周波数f2=nxfPWM−mxfRES(n=1,2・・,m=1,2,・・)は0Hzまたは励磁周波数fRESと一致あるいは整数倍となる。それゆえ、図8で示したRD変換のときの同期検波部138における同期検波後の出力sin(θ−φ)に変動が生ぜず、RDコンバータによる出力に差の周波数f1あるいはf2の変動は現れない。その結果、ブラシレスモータの出力変動が発生することはない。従って、操舵補助力が低周波の変動を伴うことがない、滑らかな操舵フィーリングを有する電動パワーステアリング装置を得ることができる。
Here, the PWM frequency f PWM is 20 kHz and the resolver excitation frequency f RES is 10 kHz. Since these frequencies are generated from the same crystal oscillation circuit, the PWM frequency f PWM is accurately an integer of the excitation frequency f RES . It has doubled. Therefore, the frequency f1 = f PWM -f RES differences are exactly 10Hz becomes consistent with the excitation frequency f RES. Moreover, the frequency f2 = nxf PWM− mxf RES (n = 1, 2,..., M = 1, 2,...), Which is the difference between the higher-order frequencies, coincides with 0 Hz or the excitation frequency f RES or becomes an integral multiple. Therefore, no fluctuation occurs in the output sin (θ−φ) after the synchronous detection in the
なお、本実施形態においては、1つの水晶発振子をマイクロコンピュータおよびRDコンバータに並列に接続し、クロック周波数を共通にすることにより、PWM周波数をレゾルバ励磁周波数の整数倍とするようにしたが、水晶発振子をマイクロコンピュータに接続しクロック周波数信号をマイクロコンピュータよりRDコンバータに送ることにより、PWM周波数をレゾルバ励磁周波数の整数倍にさせてもよく、逆に水晶発振子をRDコンバータに接続し、クロック周波数信号をRDコンバータよりマイクロコンピュータに送ることによりPWM周波数をレゾルバ励磁周波数の整数倍にするようにしてもよい。 In the present embodiment, one crystal oscillator is connected in parallel to the microcomputer and the RD converter, and the clock frequency is made common so that the PWM frequency is an integer multiple of the resolver excitation frequency. By connecting the crystal oscillator to the microcomputer and sending the clock frequency signal from the microcomputer to the RD converter, the PWM frequency may be made an integer multiple of the resolver excitation frequency. Conversely, the crystal oscillator is connected to the RD converter, The PWM frequency may be set to an integral multiple of the resolver excitation frequency by sending a clock frequency signal from the RD converter to the microcomputer.
本発明は、乗用自動車等において、操舵系の操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置で操舵補助力に変動が生じない装置として利用される。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as a device that does not cause a change in steering assist force in an electric power steering device that assists the steering force of a steering system in a passenger car or the like.
10 電動パワーステアリング装置
13 ギヤボックス
14 操舵トルク検出部
15 モータ制御部
16 ブラシレスモータ
70 水晶発振子
71 コンデンサ
72 コンデンサ
102 レゾルバ
122 マイクロコンピュータ
123 インターフェース回路
124 インターフェース回路
125 インターフェース回路
126 RDコンバータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記モータはブラシレスモータであるとともに、前記モータ回転角検出手段はレゾルバを含んで構成され、The motor is a brushless motor, and the motor rotation angle detection means includes a resolver,
前記PWM駆動と前記レゾルバ励磁を同一の発振子から生成され出力される信号により行うことによって、前記ブラシレスモータを駆動制御する前記PWM駆動周波数と前記レゾルバの励磁周波数のうちいずれか一方を他方の整数倍にすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。By performing the PWM drive and the resolver excitation with a signal generated and output from the same oscillator, either the PWM drive frequency for driving the brushless motor or the excitation frequency of the resolver is set to the other integer. Electric power steering device characterized by doubling.
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