JP2012090383A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】操舵力補助装置は、電動モータ12、モータ駆動回路26A,26B及び制御手段11を全て独立して2個有し、電動モータ12はステータのティースに同一極性でモータ特性の異なる巻線を2個有する。このモータ特性は、高速回転/低トルク特性及び低速回転/高トルク特性であり、車両の走行状態によって選択できる。
【選択図】図4
Description
以上の点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
その結果、システムの信頼性が維持でき、車両の走行状況に応じた適切な操舵フィーリングが得られる。
その結果、車両の走行状況に応じたモータ特性で制御できるので、適切な操舵フィーリングが得られる。即ち、車速が中速または高速時で、大きなモータ回転数が必要な場合(例えば緊急操舵時)には高速回転/低トルク特性で制御し、一方、車速が低速または停止時で、大きな出力トルクが必要な場合(例えば据え切り時)には低速回転/高トルク特性により制御できる。
いる場合には、他方の前記電動モータの三相を相開放すること、を要旨とする。
回生ブレーキが働かず、回生ブレーキによる操舵フィーリングの低下が防止できる。
図1に示すように、本実施形態のEPS1において、ステアリング2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されている。そして、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、コラムシャフト3a、インターミディエイトシャフト3b、及びピニオンシャフト3cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の往復直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド6を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪7の舵角が変更される。
図2に示すように、本実施形態のモータ12は、独立した二系統の第1系統モータコイル21Aと、第2系統モータコイル21Bを同一のステータ22に巻回することにより形成されている。具体的には、第1系統モータコイル21A(21ua、21va、21wa)及び第2系統モータコイル21B(21ub、21vb、21wb)は、ステータ22の各ティース23(23u,23v,23w)に対して、それぞれ、その対応する相(U,V,W)毎に巻回されている。そして、これらの各ティース23(23u,23v,23w)の径方向内側には、回転自在に支承されたロータ24が設けられている。
また、第2系統モータコイル21Bと制御信号出力部31(後述する)は、図3(B)で示す第2系統システム特性を生成する。該第2系統システム特性は、同じく横軸をモータトルク、縦軸をモータ回転数で表した場合、図示したような高回転/低トルク型となる。これにより、高回転/低トルク型のモータ12として機能させることができる。
そして、第1系統システム特性は車速が低速または停止(例えば据え切り)時で、大きな出力トルクが必要な場合に有効であり、第2系統システム特性は車速が中速または高速時で、大きなモータ回転数が必要な場合(例えば緊急操舵)時に有効である。
これは、各ティース23(23u,23v,23w)のロータ24側の剛性よりも、反ロータ24側の剛性の方が高いので、第1系統モータコイル21Aが大きな出力トルクを発生してもティースの振動を抑制でき、またモータの発生する音、振動も抑制できるからである。
また、第2系統モータ駆動回路26Bは、第2系統動力線28B(28ub,28vb,28wb)と、第2系統動力線閉開放部(43,44,45)及び第2系統動力線28BB(28ubb,28vbb,28wbb)とを介してを介して第2系統モータコイル21Bに接続されている。
一方のMOS−FETを第1スイッチSW1、他方のMOS−FETを第2スイッチSW2とすると、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2とは、ソース-ドレイン間が第1系統動力線28A(28ua)に直列に設けられ、第2プリドライブ回路48(図4参照)の第1系統動力線閉開放出力信号PWM2_aが上記第1スイッチSW1と第2スイッチSW2のゲートに接続されている。そして、残りの第1系統動力線閉開放部41,42も同様な構成となっている。
一方のMOS−FETを第1スイッチSW1、他方のMOS−FETを第2スイッチSW2とすると、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2とは、ソース-ドレイン間が第1系統動力線28B(28ub)に直列に設けられ、第2プリドライブ回路48(図4参照)の第2系統動力線閉開放出力信号PWM2_bが上記第1スイッチSW1と第2スイッチSW2のゲートに接続されている。そして、残りの第2系統動力線閉開放部44,45も同様な構成となっている。
図6に示すように、本実施形態のCPU27は、目標アシスト力に対応するモータトルクを発生させるべく、モータ12に対する電力供給の基礎指令Iq*を生成するアシスト制御部30と、その基礎指令Iq*に基づいて、上記二系統の第1系統制御信号Smc_aと、第2系統制御信号Smc_bを第1プリドライブ回路47を介して出力する制御信号出力部31とを備えている。
まず、異常検知部50には、モータ12の第1系統各相電流値Iu_a,Iv_a,Iw_a及び第2系統各相電流値Iu_b,Iv_b,Iw_b、及び回転角速度ω、並びに第1系統duty指令値αx_a,第2系統duty指令値αx_b,等が入力される。
第1系統異常判定部50_aは、第1系統のX_a相(X=U,V,W)の通電異常を判定するX_a相通電異常判定部51_aと、X_a相通電異常判定部51_aで判定したX_a相通電正常・異常判定結果を記憶するX_a相通電正常・異常判定記憶部52_aで構成されている。
例えば、通電不良相発生の検出は、X_a相の相電流値Ix_aが所定電流値Ith以下(|Ix_a|≦Ith)、且つ回転角速度ωが断線判定の対象範囲内(|ω|≦ω0)である場合に、該相に対応するduty指令値αx_aが所定電流値Ith及び判定対象範囲を規定する所定回転角速度値ω0に対応する所定範囲(αLO≦αx_a≦αHI)にない状態が継続するか否かにより行なわれる。
・電流指令自体が略「0」である場合
この点を踏まえ、本実施形態では、先ず、判定対象であるX_a相の相電流値Ix_aを所定電流値Ithと比較することにより、当該相電流値Ix_aが「0」であるか否かを判定する。そして、断線時以外に相電流値Ix_aが「0」若しくは「0に近い値」をとる上記二つのケースに該当するか否かを判定し、当該二つのケースに該当しない場合には、X_a相に断線が発生したものと判断する。
例えば、通電不良相発生の検出は、X_b相の相電流値Ix_bが所定電流値Ith以下(|Ix_b|≦Ith)、且つ回転角速度ωが断線判定の対象範囲内(|ω|≦ω0)である場合に、該相に対応するduty指令値αx_bが所定電流値Ith及び判定対象範囲を規定する所定回転角速度値ω0に対応する所定範囲(αLO≦αx_b≦αHI)にない状態が継続するか否かにより行なわれる。
・電流指令自体が略「0」である場合
この点を踏まえ、本実施形態では、先ず、判定対象であるX_b相の相電流値Ix_bを所定電流値Ithと比較することにより、当該相電流値Ix_bが「0」であるか否かを判定する。そして、断線時以外に相電流値Ix_bが「0」若しくは「0に近い値」をとる上記二つのケースに該当するか否かを判定し、当該二つのケースに該当しない場合には、X_b相に断線が発生したものと判断する。
操舵力補助装置は、モータ、モータ駆動回路及び制御手段を全て独立して2個有し、電動モータはステータのティースに同一極性でモータ特性の異なる巻線を2個有する。
即ち、モータのステータに設けた同一極性でモータ特性の異なる2個の巻線のそれぞれを、2個の独立したモータ駆動回路及び制御手段により制御することができるので、車両の走行状況に応じ、高速回転/低トルク特性及び低速回転/高トルク特性のモータ特性を選択することで、適切な操舵フィーリングが得られる。また、2個の独立したモータ、モータ駆動回路及び制御手段により各第1系統システム、第2制御システムを構成するので、EPSシステムとしての信頼性を低下させない。
更に、第1系統システム、第2制御システムのどちらかのシステムに異常が生じた場合には、残りの正常なシステムでの操舵が可能となる。
本実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置(EPS)に具体化したが、EPS以外の用途に用いられるモータ制御装置に具体化してもよい。
3:ステアリングシャフト、3a:コラムシャフト、
3b:インターミディエイトシャフト、3c:ピニオンシャフト、
4:ラックアンドピニオン機構、5:ラック軸、6:タイロッド、7:転舵輪、
10:EPSアクチュエータ、11:ECU、12:モータ、13:減速機構、
14:トルクセンサ、15:車速センサ、
21A:第1系統モータコイル、21B:第2系統モータコイル、
22:ステータ、23:ティース、24:ロータ、
26A:第1系統モータ駆動回路、26B:第2系統モータ駆動回路、
27:CPU、28A:第1系統動力線、28B:第2系統動力線、
30:アシスト制御部、31:制御信号出力部、
32A:第1系統電流センサ、32B:第2系統電流センサ、
33:モータ回転角センサ、35A:第1系統電流制御部、35B:第2系統電流制御部、36A:第1系統PWM変換部、36B:第2系統PWM変換部、
40,41,42:第1系統動力線閉開放部、
43,44,45:第2系統動力線閉開放部、
47:第1プリドライブ回路、48:第2プリドライブ回路、50:異常検知部、
50_a:第1系統異常判定部、50_b:第2系統異常判定部、
51_a:X_a相通電異常判定部、51_b:X_b相通電異常判定部、
52_a:X_a相通電正常・異常判定記憶部、
52_b:X_b相通電正常・異常判定記憶部、
53:制御系統判定部、
V:車速、V0:所定車速値、τ:操舵トルク、θ:モータ回転角、
Smc_a:第1系統制御信号、Smc_b:第2系統制御信号、
PWM2_a:第1系統動力線閉開放出力信号、
PWM2_b:第2系統動力線閉開放出力信号、
Iu_a、Iv_a、Iw_a:第1系統各相電流値、
Iu_b、Iv_b、Iw_b:第2系統各相電流値、
Ix_a:第1系統X相電流値、Ix_b:第2系統X相電流値、Ith:所定電流値、
αx_a:第1系統X相duty指令値、αx_b:第2系統X相duty指令値、
αLO、αHI:duty閾値、ω:モータ回転角速度、ω0:所定モータ回転角速度値、
T1、T2:最大出力トルク、N1、N2:最大モータ回転数、
Stmx_a:第1系統X相(X=U,V,W)通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmu_a:第1系統U相通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmv_a:第1系統V相通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmw_a:第1系統W相通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmx_b:第2系統X相(X=U,V,W)通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmu_b:第2系統U相通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmv_b:第2系統V相通電正常・異常判定状態フラグ、
Stmw_b:第2系統W相通電正常・異常判定状態フラグ、
FLG1:第1系統システム状態フラグ、
FLG2:第2系統システム状態フラグ
Claims (4)
- 操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置と、
前記アシスト力を発生する電動モータと、
前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路を制御する制御手段とを備えるとともに、
前記電動モータはマグネットを有するロータと、巻線を巻回すティースを有するステータとを備え、
前記操舵力補助装置は、前記電動モータ、前記モータ駆動回路及び前記制御手段を全て独立して2個有し、
前記電動モータは前記ステータに同一極性でモータ特性の異なる巻線を2個有する
こと、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記モータ特性は、高速回転/低トルク特性及び低速回転/高トルク特性であること、
を特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記電動モータは、前記ステータのティースに低速回転/高トルク特性の巻線を巻回すとともに、
前記電動モータのロータと、前記低速回転/高トルク特性の巻線との間の前記ステータのティースに、高速回転/低トルク特性の巻線を巻回したこと、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記制御手段は、前記電動モータの一方のみを駆動している場合には、他方の前記電動モータの三相を相開放すること、
を特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
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