JP2009106129A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、複数のアナログ信号を同時に検出してデジタルデータに変換できる電子装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置６は、電力変換部６０と、信号変換ＩＣ６１と、マイクロコンピュータ６２とから構成されている。信号変換ＩＣ６１は、各相電流に相当するアナログ電圧を同時にデジタルデータに変換しマイクロコンピュータ６２に順次送信する。マイクロコンピュータ６２は、順次送信される各相電流のデジタルデータを受信し電力変換部６０制御する。デジタルデータへの変換は、信号変換ＩＣ６１で行われるため、マイクロコンピュータ６２にＡ／Ｄ変換器を内蔵する必要もなく、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを使用できる。また、マイクロコンピュータ６２には、デジタルデータが送信されるため、アナログ電圧を配線する必要がなく、ノイズの影響も受けにくい。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のアナログ信号を同時に検出してデジタルデータに変換し、変換した複数のデジタルデータに基づいて処理を行う電子装置に関する。

近年、モータとして、ブラシレスモータが広く用いられている。ブラシレスモータは、相電流を制御することで所定のトルクを発生する。そのため、各相電流の検出が必要となる。一般的に、相電流は、アナログ信号として検出される。しかし、ブラシレスモータの制御は、デジタルデータに基づいてソフト的に行われるため、検出したアナログ信号をデジタルデータに変換する必要がある。また、各相電流を同時に検出することができず、検出タイミングのずれたデジタルデータに基づいて制御すると、トルクリプルを発生する可能性がある。従って、各相電流を同時に検出してデジタルデータに変換しなければならない。このような理由から、ブラシレスモータの制御装置には、各相電流を同時に検出可能な相数分のＡ／Ｄ変換器を内蔵した高価なマイクロコンピュータが必要とされていた。

これに対し、内蔵されるＡ／Ｄ変換器を減らし、安価なマイクロコンピュータを用いることができる制御装置として、例えば特許文献１に開示されているモータ制御装置がある。このモータ駆動装置は、駆動回路と、Ａ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロコンピュータとから構成されている。マイクロコンピュータは、基準タイミングに対して所定時間前後する２点のアナログ信号を順次デジタルデータに変換する。そして、これらの平均値から基準タイミングにおける相電流のデジタルデータを推測する。これにより、Ａ／Ｄ変換器が相数分内蔵されていなくても、同一タイミングにおける各相電流のデジタルデータを求めることができる。
特開２００６−６０７６号公報

しかし、この相電流の推定方法は、基準タイミングに対して所定時間前後する２点間において、制御状態を変えずに相電流が時間にほぼ比例する場合にしか用いることができないという問題があった。また、マイクロコンピュータに内蔵されたＡ／Ｄ変換器にアナログ信号を配線しなければならず、外部からのノイズの影響を受けやすいという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、複数のアナログ信号を同時に検出してデジタルデータに変換できる電子装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、複数のアナログ信号を同時にデジタルデータに変換して順次送信する変換手段を設けることで、マイクロコンピュータの構成を簡素化できるとともに、耐ノイズ性も向上できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電子装置は、複数のアナログ信号を同時にデジタルデータに変換するとともに、変換した複数のデジタルデータを順次送信する変換手段と、順次送信される複数のデジタルデータを受信するとともに、受信した複数のデジタルデータに基づいて処理を行うマイクロコンピュータとを有することを特徴とする。

この構成によれば、複数のアナログ信号を同時にデジタルデータに変換することができる。アナログ信号からデジタルデータへの変換は、変換手段によって行われる。そのため、従来のように、マイクロコンピュータにＡ／Ｄ変換器を内蔵する必要がない。従って、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができる。また、マイクロコンピュータには、変換されたデジタルデータが順次送信される。そのため、従来のように、マイクロコンピュータにアナログ信号を配線する必要がない。従って、ノイズの影響も受けにくい。

請求項２に記載の電子装置は、請求項１に記載の電子装置において、変換手段は、変換タイミング信号に基づいて、複数のアナログ信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、変換した複数のデジタルデータを順次送信する送信手段とを有し、マイクロコンピュータは、順次送信される複数のデジタルデータを受信する受信手段と、複数のＡ／Ｄ変換手段に同一の変換タイミング信号を出力するとともに、受信した複数のデジタルデータに基づいて処理を行う処理手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、複数のアナログ信号を確実にデジタルデータに変換して送信することができる。また、送信される複数のデジタルデータを確実に受信して処理することができる。

請求項３に記載の電子装置は、請求項２に記載の電子装置において、送信手段及び受信手段は、デジタルデータをシリアル送受信することを特徴とする。この構成によれば、変換手段とマイクロコンピュータとの間の配線数を抑えることができる。

請求項４に記載の電子装置は、請求項１に記載の電子装置において、複数のアナログ信号は、多相ブラシレスモータの各相電流に対応する信号であり、マイクロコンピュータは、各相電流に基づいて多相ブラシレスモータを制御するための処理を行うことを特徴とする。この構成によれば、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、複数の相電流を同時に検出してデジタルデータに変換できる多相ブラシレスを制御する電子装置を構成することができる。

請求項５に記載の電子装置は、請求項２又は３に記載の電子装置において、複数のアナログ信号は、多相ブラシレスモータの各相電流に対応する信号であり、処理手段は、各相電流に基づいて多相ブラシレスモータを制御するための処理を行うことを特徴とする。この構成によれば、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、複数の相電流を同時に検出してデジタルデータに変換できる多相ブラシレスモータを制御する電子装置を構成することができる。

請求項６に記載の電子装置は、請求項４又は５に記載の電子装置において、多相ブラシレスモータは、車両においてステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生することを特徴とする。この構成によれば、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、複数の相電流を同時に検出してデジタルデータに変換できるステアリングホイールの操舵を補助する電子装置を構成することができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電子装置を、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生する電動パワーステアリング装置に適用した例を示す。

まず、図１及び図２を参照して電動パワーステアリング装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。図２は、ブラシレスモータ及び制御装置のブロック図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、トルクセンサ２と、車速センサ３と、モータ４と、減速装置５と、制御装置６（電子装置）とから構成されている。ステアリングホイール７は、ステアリングシャフト８の一端部に固定されている。ステアリングシャフト８の他端部には、ピニオンギア（図略）が形成されている。ピニオンギアは、ステアリングギアボックス９内に収容されるラック１０と噛合している。ラック１０の両端部には、タイロッド１１及びナックルアーム１２を介して、タイヤ１３の装着された車輪１４が回転可能に固定されている。

トルクセンサ２は、ステアリングホイール７の操舵トルクを検出するセンサである。トルクセンサ２は、ステアリングシャフト８に設置されている。車速センサ３は、車両速度を検出するセンサである。車速センサ３は、車輪１４の近傍に設置されている。

モータ４は、ステアリングホイール７の操舵を補助するためのトルクを発生する装置である。具体的には、図２に示すように、Ｙ結線されたＵ相コイル４０、Ｖ相コイル４１及びＷ相コイル４２を有する三相ブラシレスモータである。モータ４には、ロータの回転角を検出するための回転角センサ４３が設けられている。図１に示すように、減速装置５は、モータ４の回転を減速し、発生したトルクをステアリングシャフト８に伝達する装置である。モータ４は、減速装置５を介して、ステアリングシャフト８に噛合されている。

制御装置６は、トルクセンサ２及び車速センサ３の出力に基づいてモータ４を制御する装置である。制御装置６には、直流電圧を供給するバッテリ１５が接続されている。図２に示すように、制御装置６は、電力変換部６０と、信号変換ＩＣ６１（変換手段）と、マイクロコンピュータ６２とから構成されている。

電力変換部６０は、図１のバッテリ１５から供給される直流電力を三相の交流電力に変換してモータ４に供給するブロックである。具体的には三相インバータ回路である。電力変換部６０は、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆによって構成されている。ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆは、三相ブリッジ接続されている。上側にある３つのＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｃのドレインは、バッテリの正極端子に接続されている。下側にある３つのＭＯＳＦＥＴ６０ｄ〜６０ｆのソースは、抵抗６０ｇ〜６０ｉを介して接地され、結果的にバッテリの負極端子に接続されることとなる。ここで、抵抗６０ｇ〜６０ｉは、モータ４に流れる相電流、具体的にはＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流に相当する電流を検出し、アナログ電圧として出力するための素子である。また、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆのゲートは、信号変換ＩＣ６１にそれぞれ接続されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ、６０ｄの接続点、ＭＯＳＦＥＴ６０ｂ、６０ｅの接続点、及び、ＭＯＳＦＥＴ６０ｃ、６０ｆの接続点は、モータ４のＵ相コイル４０、Ｖ相コイル４１及びＷ相コイル４２にそれぞれ接続されている。

信号変換ＩＣ６１は、抵抗６０ｇ〜６０ｉによって検出された各相電流に相当する３つのアナログ電圧を同時にデジタルデータに変換するとともに、マイクロコンピュータ６２に順次送信する素子である。また、後述するマイクロコンピュータ６２の出力するＰＷＭ信号を、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆを駆動するための駆動信号に変換する素子でもある。信号変換ＩＣ６１は、増幅回路６１ａ〜６１ｃと、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆと、変換タイミング生成回路６１ｇと、シリアル通信回路６１ｈと、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６１ｉとからなり、１つのＩＣとして構成されている。

増幅回路６１ａ〜６１ｃは、抵抗６０ｇ〜６０ｉの出力する各相電流に相当するアナログ電圧を増幅する回路である。増幅回路６１ａ〜６１ｃの入力端子は、抵抗６０ｇ〜６０ｉの両端にそれぞれ接続されている。

Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆは、変換タイミング生成回路６１ｇの出力する変換タイミング信号に基づいて、増幅回路６１ａ〜６１ｃによって増幅されたアナログ電圧を、パラレルのデジタルデータに変換する回路である。Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆの入力端子は、増幅回路６１ａ〜６１ｃの出力端子にそれぞれ接続されている。また、変換タイミング信号入力端子は、変換タイミング生成回路６１ｇに接続されている。

変換タイミング生成回路６１ｇは、マイクロコンピュータ６２の出力するＰＷＭ信号から、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆの変換タイミングを指示する変換タイミング信号を生成する回路である。変換タイミング生成回路６１ｇの入力端子は、マイクロコンピュータ６２に接続されている。また、出力端子は、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆの変換タイミング信号入力端子に接続されている。

シリアル通信回路６１ｈは、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆによって変換された各相電流に相当するパラレルのデジタルデータを、シリアルのデジタルデータに変換して、マイクロコンピュータ６２に順次送信する回路である。シリアル通信回路６１ｈの入力端子は、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆの出力端子にそれぞれ接続されている。また、出力端子は、マイクロコンピュータ６２に接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６１ｉは、マイクロコンピュータ６２の出力するＰＷＭ信号を、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆを駆動するための駆動信号に変換する回路である。ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６１ｉの入力端子は、マイクロコンピュータ６２に接続されている。また、出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆのゲートにそれぞれ接続されている。

マイクロコンピュータ６２は、図１のトルクセンサ２の検出した操舵トルク、及び、車速センサ３の検出した車両速度に基づいて、モータ４の出力すべきトルクに相当するトルク指令を演算する素子である。また、算出したトルク指令、回転角センサ４３の検出したロータの回転角、及び、抵抗６０ｇ〜６０ｉの検出した各相電流に基づいて、電力変換部６０を制御するためのＰＷＭ信号を出力する素子でもある。マイクロコンピュータ６２は、シリアル通信回路６２ａと、演算処理部６２ｂとからなり、１つのＩＣとして構成されている。

シリアル通信回路６２ａは、シリアル通信回路６１ｈから送信される各相電流に相当するシリアルのデジタルデータを、パラレルのデジタルデータに変換して演算処理部６２ｂに出力する回路である。シリアル通信回路６２ａの入力端子は、シリアル通信回路６１ｈの出力端子に接続されている。また、出力端子は、演算処理部６２ｂに接続されている。

演算処理部６２ｂは、回路及びプログラムによって構成され、操舵トルク及び車両速度に基づいて、トルク指令を演算するブロックである。また、算出したトルク指令、検出したロータの回転角及び各相電流に基づいて、電力変換部６０を制御するためのＰＷＭ信号を出力するブロックでもある。演算処理部６２ｂの入力端子は、図１のトルクセンサ２及び車速センサ３にそれぞれ接続されている（図略）。また、シリアル通信回路６２ａ及び回転角センサ４３にそれぞれ接続されている。さらに、出力端子は、変換タイミング生成回路６１ｇ及びＭＯＳＦＥＴ駆動回路６１ｉに
それぞれ接続されている。

次に、図１〜図３を参照して電動パワーステアリング装置の動作について説明する。ここで、図３は、ＰＷＭ信号と変換タイミング信号の関係を示すタイムチャートである。

図１において、電圧が供給されると、電動パワーステアリング装置１は作動を開始する。図２において、演算処理部６２ｂがＰＷＭ信号を出力すると、変換タイミング生成回路６１ｇは、ＰＷＭ信号から変換タイミング信号を生成する。具体的には、図３に示すように、ＰＷＭ信号のオン期間又はオフ期間の中央において変換タイミング信号を出力する。なお、オン期間又はオフ期間の中央は、それ以前のオン期間又はオフ期間の時間に基づいて求めることができる。抵抗６０ｇ〜６０ｉは、モータ４に流れる各相電流を検出し、各相電流に相当するアナログ電圧を出力する。抵抗６０ｇ〜６０ｉの出力するアナログ電圧は、増幅回路６１ａ〜６１ｃによって増幅される。Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆは、増加回路６１ａ〜６１ｃによって増幅されたアナログ電圧を、変換タイミング信号に同期して同時にパラレルのデジタルデータに変換する。変換されたパラレルのデジタルデータは、シリアル通信回路６１ｈによって、シリアルのデジタルデータに変換され、マイクロコンピュータ６２に順次送信される。

マイクロコンピュータ６２に送信されたシリアルのデジタルデータは、シリアル通信回路６２ａによってパラレルのデジタルデータに変換され、演算処理部６２ｂに出力される。演算処理部６２ｂは、操舵トルク及び車両速度に基づいてトルク指令を演算する。また、算出したトルク指令、検出したロータの回転角、及び、シリアル通信回路６２ａから出力された各相電流のデジタルデータに基づいて、電力変換部６０を制御するための
ＰＷＭ信号を出力する。演算処理部６２ｂの出力するＰＷＭ信号は、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路６１ｉによってＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆの駆動信号に変換される。電力変換部６０は、駆動信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ６０ａ〜６０ｆをスイッチングさせ、図１において、バッテリ１５から供給される直流電力を三相の交流電力に変換してモータ４に供給する。三相の交流電力が供給されることで、モータ４は、ステアリングホイール７の操舵を補助するためのトルクを発生する。これにより、ステアリングホイール７の操舵が適切に補助され、操舵時の負荷が軽減される。

最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、モータ４の各相電流に相当する３つのアナログ電圧を同時にデジタルデータに変換することができる。アナログ電圧からデジタルデータへの変換は、信号変換ＩＣ６１によって行われる。そのため、従来のように、マイクロコンピュータ６２にＡ／Ｄ変換器を内蔵する必要がない。従って、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができる。また、マイクロコンピュータ６２は、信号変換ＩＣ６１によって変換されたデジタルデータが順次送信される。そのため、従来のように、マイクロコンピュータ６２に各相電流に相当する３つのアナログ電圧を配線する必要がない。従って、ノイズの影響も受けにくい。これにより、簡素な構成の安価なマイクロコンピュータを用いることができ、ノイズの影響も受けにくく、モータ４の各相電流を同時に検出してデジタルデータに変換できる電動パワーステアリング装置１を構成することができる。

また、本実施形態によれば、信号変換ＩＣ６１は、Ａ／Ｄ変換器６１ｄ〜６１ｆと、シリアル通信回路６１ｈとを備えている。そのため、各相電流に相当するアナログ電圧を確実にデジタルデータに変換して送信することができる。また、マイクロコンピュータ６２は、シリアル通信回路６２ａと、演算処理部６２ｂとを備えている。そのため、信号変換ＩＣ６１から送信される各相電流に相当するデジタルデータを確実に受信して処理することができる。

さらに、本実施形態によれば、信号変換ＩＣ６１はシリアル通信回路６１ｈを、マイクロコンピュータ６２はシリアル通信回路６２ｂを備えている。そのため、信号変換ＩＣ６１とマイクロコンピュータ６２の間でデジタルデータをシリアル送受信することができる。従って、信号変換ＩＣ６１とマイクロコンピュータ６２との間の配線数を抑えることができる。

なお、本実施形態では、信号変換ＩＣ６１側で、ＰＷＭ信号に基づいて変換タイミング信号を生成する例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、マイクロコンピュータ６２側から直接変換タイミング信号を出力するようにしてもよい。

また、本実施形態では、電力変換部６０に設けられた抵抗６０ｇ〜６０ｉによって、各相電流に相当する電流を検出している例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、電力変換部６０とＵ相コイル４０、Ｖ相コイル４１及びＷ相コイル４２との間にそれぞれ抵抗を設け、直接各相電流を検出するようにしてもよい。

本実施形態における電動パワーステアリング装置の構成図である。 ブラシレスモータ及び制御装置のブロック図である。 ＰＷＭ信号と変換タイミング信号の関係示すタイムチャートである。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置、２・・・トルクセンサ、３・・・車速センサ、４・・・モータ、４０・・・Ｕ相コイル、４１・・・Ｖ相コイル、４２・・・Ｗ相コイル、４３・・・回転角センサ、５・・・減速装置、６・・・制御装置（電子装置）、６０・・・電力変換部、６０ａ〜６０ｆ・・・ＭＯＳＦＥＴ、６０ｇ〜６０ｉ・・・抵抗、６１・・・信号変換ＩＣ（変換手段）、６１ａ〜６１ｃ・・・増幅回路、６１ｄ〜６１ｆ・・・Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）、６１ｇ・・・変換タイミング生成回路、６１ｈ・・・シリアル通信回路（送信手段）、６１ｉ・・・ＭＯＳＦＥＴ駆動回路、６２・・・マイクロコンピュータ、６２ａ・・・シリアル通信回路（受信手段）、６２ｂ・・・演算処理部（処理手段）、７・・・ステアリングホイール、８・・・ステアリングシャフト、９・・・ステアリングギアボックス、１０・・・ラック、１１・・・タイロッド、１２・・・ナックルアーム、１３・・・タイヤ、１４・・・車輪、１５・・・バッテリ

Claims (6)

1. 複数のアナログ信号を同時にデジタルデータに変換するとともに、変換した前記複数のデジタルデータを順次送信する変換手段と、
   順次送信される前記複数のデジタルデータを受信するとともに、受信した前記複数のデジタルデータに基づいて処理を行うマイクロコンピュータと、
   を有することを特徴とする電子装置。
2. 前記変換手段は、変換タイミング信号に基づいて、前記複数のアナログ信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、変換した前記複数のデジタルデータを順次送信する送信手段と、を有し、
   マイクロコンピュータは、順次送信される前記複数のデジタルデータを受信する受信手段と、前記複数のＡ／Ｄ変換手段に同一の変換タイミング信号を出力するとともに、受信した前記複数のデジタルデータに基づいて処理を行う処理手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記送信手段及び前記受信手段は、デジタルデータをシリアル送受信することを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記複数のアナログ信号は、多相ブラシレスモータの各相電流に対応する信号であり、 前記マイクロコンピュータは、各相電流に基づいて前記多相ブラシレスモータを制御するための処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 前記複数のアナログ信号は、多相ブラシレスモータの各相電流に対応する信号であり、 前記処理手段は、各相電流に基づいて前記多相ブラシレスモータを制御するための処理を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の電子装置。
6. 前記多相ブラシレスモータは、車両においてステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生することを特徴とする請求項４又は５に記載の電子装置。