JP2012228985A

JP2012228985A - 電動パワーステアリング装置および制御装置

Info

Publication number: JP2012228985A
Application number: JP2011099382A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Komuro; 好光古室; Takahiro Kasuga; 高寛春日
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】基板に実装される部品の大きさを変更することなく小型化を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、電動モータに流れる電流を切り換えるブリッジ回路と、ステアリングホイールの操舵トルクに基づいてブリッジ回路を制御して電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、を有する制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、モータ駆動制御部が実装された制御基板１２と、制御基板１２に対峙して配置される平行基板１３１と、制御基板１２の板面に対して交差する方向に配置され、電動モータに流れる電流を調整するコンデンサ３１０が実装される垂直基板１３２とを有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置および制御装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置の制御装置として、スイッチング素子やコンデンサなどの大電流部品が実装された基板と、マイクロコンピュータなどの小電流部品が実装された基板とを、これらの基板の板面に垂直な方向に並べて構成する装置が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子、コンデンサおよびシャント抵抗器などの大電流部品が搭載された金属基板と、ＣＰＵ、駆動回路などが搭載された制御基板とが、これら基板の板面に垂直な方向に並べられた制御装置を備えている。

特開２００２−１２０７３９号公報

部品を実装する複数の基板を、基板の板面に垂直な方向に並べて構成する場合、この垂直な方向の大きさは、基板に実装される部品の大きさに左右される。そのため、基板に実装される部品の、基板に垂直な方向の大きさが大きい場合には、小型化を図り難くなる。
本発明は、基板に実装される部品の大きさを変更することなく小型化を図ることができる装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、前記電動モータに流れる電流を切り換えるブリッジ回路と、前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて当該ブリッジ回路を制御して当該電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、を有する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記モータ駆動制御部が実装された第１の基板と、当該第１の基板に対峙して配置される第２の基板と、当該第１の基板の板面に対して交差する方向に配置され、前記電動モータに流れる電流を調整する調整部品が実装される交差基板と、を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサであるとよい。
また、前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータへの電流の通電・遮断を切り替えるリレーであるとよい。
また、前記制御装置の前記第２の基板は、前記交差基板の板面に対して交差する方向に配置される基板であり、前記交差基板は、当該第２の基板に支持されるとよい。
また、前記制御装置の前記第２の基板には、前記ブリッジ回路を構成するスイッチング素子が実装されているとよい。

また、他の観点から捉えると、本発明は、電動モータに流れる電流を切り換えるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を制御して前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、を備える制御装置であって、前記モータ駆動制御部が実装された第１の基板と、
当該第１の基板に対峙して配置される第２の基板と、当該第１の基板の板面に対して交差する方向に配置され、前記電動モータに流れる電流を調整する調整部品が実装される交差基板と、を有することを特徴とする制御装置である。

また、前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサであるとよい。
また、前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータへの電流の通電・遮断を切り替えるリレーであるとよい。

本発明によれば、基板に実装される部品の大きさを変更することなく本発明を採用しない場合に比べて小型化を図ることができる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の外観図である。電動パワーステアリング装置の概略構成図である。電動パワーステアリング装置の断面図である。図３におけるＸ部の拡大図である。実施の形態に係る相対角度検出部の主要部品の概略構成図である。相対角度検出部を、図３におけるＹ方向から見た図である。トルク検出部の出力部が出力する第１のトルク信号および第２のトルク信号と、操舵トルクとの関係を示す図である。ステアリング装置のＥＣＵの概略構成図である。目標電流算出部の概略構成図である。制御部の概略構成図である。パワー基板の等価回路図である。ＥＣＵ用基板の概略構成を示す図である。（ａ）は、コンデンサの外観図であり、（ｂ）は、リレーの外観図である。本実施の形態に係るＥＣＵの利点を説明するための図である。他の形態に係るＥＣＵの概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の外観図である。図２は、電動パワーステアリング装置１００の概略構成図である。図３は、電動パワーステアリング装置１００の断面図である。なお、図２においては、後述するＥＣＵ１０のカバー１５を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「ステアリング装置」と称す。）１００は、コラムアシスト式の装置であり、右ハンドル仕様の、例えば自動車などの乗り物に適用される装置である。ステアリング装置１００は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト１０１と、このステアリングシャフト１０１の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム１０５と、を備えている。

また、ステアリング装置１００は、後述するウォームホイール１５０およびウォームギヤ１６１を収納するギヤボックス１１０と、ステアリングコラム１０５およびギヤボックス１１０を、乗り物の本体フレームに直接的または間接的に固定するブラケット１０６と、を備えている。
また、ステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ１６０と、電動モータ１６０の作動を制御する制御装置の一例としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する場合もある。）１０と、運転者の操舵トルクＴを検出するトルク検出装置２０と、を備えている。

ステアリングシャフト１０１は、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される第１の回転軸１２０と、この第１の回転軸１２０とトーションバー１４０を介して同軸的に連結された第２の回転軸１３０とを有している。第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、ギヤボックス１１０に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。

ギヤボックス１１０は、第１の回転軸１２０を回転可能に支持する第１部材１１１と、第２の回転軸１３０を回転可能に支持するとともに第１部材１１１に例えばボルトなどにより結合される第２部材１１２と、を有している。第１部材１１１は、電動モータ１６０を取り付ける部位であるモータ取付部１１１ａと、ＥＣＵ１０を取り付ける部位であるＥＣＵ取付部１１１ｂと、を有している。

ステアリング装置１００は、右ハンドル仕様の乗り物に適用されるコラムアシスト式の装置であり、第１部材１１１のモータ取付部１１１ａは、電動モータ１６０の回転軸がステアリングシャフト１０１の軸心に対して垂直となり、電動モータ１６０が、乗り物が自動車であればエンジンルームの内側を向くように設けられている。そして、ＥＣＵ１０に設けられる後述する接続コネクタ１６が、自動車の左右方向に関して、電動モータ１６０よりも外側に配置され、通常自動車のエンジンルームの左右方向における端部に設けられているバッテリ１７０やアースポイントに近い位置に配置されるように、ＥＣＵ取付部１１１ｂが設けられている。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、トルク検出装置２０が、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出し、ＥＣＵ１０が、検出された操舵トルクＴに基づいて電動モータ１６０の駆動を制御し、その回転駆動力をウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、トルク検出装置２０について詳述する。
トルク検出装置２０は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する相対角度検出部２１と、相対角度検出部２１が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出するトルク検出部５０と、を有している。

先ずは、相対角度検出部２１について説明する。
図４は、図３におけるＸ部の拡大図である。図５は、実施の形態に係る相対角度検出部２１の主要部品の概略構成図である。図６は、相対角度検出部２１を、図３におけるＹ方向から見た図である。なお、図６においては、ブラケット６０は省略している。
相対角度検出部２１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる磁石２２と、磁石２２が形成する磁界内に配置されたヨーク３０と、ヨーク３０に生じる磁束密度を検出する磁気センサ４０と、ヨーク３０を支持するブラケット６０と、を有している。

磁石２２は、円筒状であり、図５に示すように、第１の回転軸１２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石２２は、カラー２３を介して第１の回転軸１２０に取り付けられている。つまり、磁石２２がカラー２３に固定されており、カラー２３が第１の回転軸１２０に固定されている。そして、磁石２２は第１の回転軸１２０とともに回転する。なお、磁石２２の第１の回転軸１２０の軸方向の長さは、ヨーク３０の長さよりも長い。

ヨーク３０は、第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２と、を有している。これら第１のヨーク３１および第２のヨーク３２は、インサートモールド成形により一体化されている。インサートモールド成形する際にブラケット６０をも一体成形している。
第１のヨーク３１は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転軸１２０の軸方向に伸びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。
第２のヨーク３２は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから第１の回転軸１２０の軸方向に伸びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。

第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂおよび第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石２２のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石２２のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂも１２個形成されており、第２の突起部３２ｂも１２個形成されている。そして、この第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図４，図６に示すように、磁石２２の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、その第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの磁石２２と対向する面は、第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。第１の突起部３１ｂと第２の突起部３２ｂとは、第１の回転軸１２０の周方向に交互に配置されている。

そして、本実施の形態に係るトルク検出装置２０においては、トーションバー１４０に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときに、図６に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＮ極とＳ極との境界線と第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。

第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、中立状態のときに、第１の回転軸１２０の周方向において、図６に示すように、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＳ極とＮ極との境界線と第２の突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１４０に操舵トルクが加わってトーションバー１４０に捩れが生じ、第１の突起部３１ｂが磁石２２のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂが対向する磁極とは異なる極性の磁極に対向する。

ブラケット６０は、第２の回転軸１３０の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位６１と、軸方向部位６１から第２の回転軸１３０の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位６２とを有する。そして、ブラケット６０の軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に圧入、溶接あるいはねじ止めされることにより、軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に固定されている。これにより、ヨーク３０は、第２の回転軸１３０に固定される。

磁気センサ４０は、後述するトルク検出部５０の検出用基板５０ａを介してギヤボックス１１０に固定されており、第１の回転軸１２０の軸方向において、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されている。磁気センサ４０は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力するセンサであり、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、ホール素子などを例示することができる。

次に、トルク検出部５０について説明する。
トルク検出部５０は、ステアリングホイールに操舵トルクＴが付与されておらず、トーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときの磁気センサ４０の出力値である基準値を記憶する記憶部５１（図８参照）と、この記憶部５１に記憶された基準値と磁気センサ４０の出力値とに基づいて操舵トルクＴに応じた電気信号（本実施の形態においては電圧信号）であるトルク信号を出力する出力部５２（図８参照）とを備えている。
出力部５２は、磁気センサ４０から取得した値と記憶部５１に記憶された基準値との差を演算するとともに、演算することにより得た値に応じた値であり、かつ相関関係がある２つの電圧信号である第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。

図７は、トルク検出部５０の出力部５２が出力する第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２と、操舵トルクＴとの関係を示す図である。
図７においては、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を示している。横軸は、操舵トルクＴが零の状態、言い換えれば、トーションバー１４０の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクＴをプラス、左方向の操舵トルクＴをマイナスとしている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出部５０の出力部５２は、図７に示すように、第１のトルク信号Ｔ１が示す第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２が示す第２の電圧Ｖ２が、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏとの間で変化するように出力する。なお、最大電圧ＶＨｉは、トルク検出部５０が第１のトルク信号Ｔ１,第２のトルク信号Ｔ２として出力可能な出力上限値よりわずかに低く、最小電圧ＶＬｏは、出力可能な出力下限値よりわずかに高く設定される。

図７の実線で示すように、第１のトルク信号Ｔ１は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加（トーションバー１４０の右方向への回転量が増加）するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１が上昇する。他方、図７の破線で示すように、第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２は、第１のトルク信号Ｔ１と逆の特性（負の相関関係）を有し、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が低下する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２が低下する。

そして、中点では第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２とが等しい電圧(以下、「中点電圧Ｖｃ」と称する場合がある)となるように構成されている。中点電圧Ｖｃは、例えば、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏの中間の電圧（Ｖｃ＝（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）／２)である。
さらに、操舵トルクＴの変化に対する第１のトルク信号Ｔ１の変化の割合と第２のトルク信号Ｔ２の変化の割合(絶対値)は等しく、同じ操舵トルクＴを示す第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を合計した合計電圧が常に予め定められた所定電圧（２Ｖｃ）となる特性を有する。

トルク検出部５０は、図２，図３に示した、算術論理演算回路が実装された検出用基板５０ａにて構成される。出力部５２は、検出用基板５０ａに接続されたリード線５０ｂを介して第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。リード線５０ｂは、ＥＣＵ１０の後述する制御基板１２に接続されている。また、検出用基板５０ａは、リード線５０ｂを介して、電源電圧およびＧＮＤ電圧が供給される。

次に、ＥＣＵ１０について詳述する。
図８は、ステアリング装置１００のＥＣＵ１０の概略構成図である。
ＥＣＵ１０には、上述したトルク検出装置２０からの出力信号、車速センサ（不図示）にて検出された車速Ｖが出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。
そして、ＥＣＵ１０は、トルク検出装置２０からの出力信号をトルク信号Ｔｄに変換する変換部２１５と、変換部２１５から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２２０と、目標電流算出部２２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部２３０とを有している。

変換部２１５は、トルク検出装置２０から出力された第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２からトルク検出装置２０に異常が生じているか否かを診断するとともに、異常が生じていない場合には、第１のトルク信号Ｔ１を操舵トルクＴに応じたデジタル信号であるトルク信号Ｔｄに変換するとともに、変換したトルク信号Ｔｄを、目標電流算出部２２０へ向けて出力する。

図９は、目標電流算出部２２０の概略構成図である。
目標電流算出部２２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２２１と、電動モータ１６０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２２と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２２３とを備えている。また、目標電流算出部２２０は、ベース電流算出部２２１、イナーシャ補償電流算出部２２２、ダンパー補償電流算出部２２３などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部２２５を備えている。さらに、目標電流算出部２２０は、トルク信号Ｔｄの位相補償を行う位相補償部２２６を備えている。

なお、目標電流算出部２２０には、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１６０の回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓとが入力される。回転速度信号Ｎｍｓは、例えば３相ブラシレスモータである電動モータ１６０に設けられ、この電動モータ１６０の回転子（ロータ）の回転角度を検出するセンサ（例えば、回転子の回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路）の出力信号が微分されることにより得られるものであることを例示することができる。
なお、ＥＣＵ１０には、車速センサ、電動モータ１６０の回転角度を検出するセンサなどからの信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、目標電流算出部２２０に取り込んでいる。

ベース電流算出部２２１は、位相補償部２２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサからの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｂを出力する。なお、ベース電流算出部２２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１６０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１６０の回転速度信号Ｎｍｓとに基づいて、電動モータ１６０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍｓと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、検出されたトルク信号Ｔｄと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍｓとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。

目標電流決定部２２５は、ベース電流算出部２２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｂ、イナーシャ補償電流算出部２２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。目標電流決定部２２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流と目標電流との対応を示すマップに代入することにより目標電流を算出する。

図１０は、制御部２３０の概略構成図である。
制御部２３０は、電動モータ１６０の作動を制御するモータ駆動制御部２３１と、電動モータ１６０を駆動させるモータ駆動部２３２と、電動モータ１６０に実際に流れる実電流Ｉｍを検出するモータ電流検出部２３３とを有している。
モータ駆動制御部２３１は、目標電流算出部２２０にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部２３３にて検出された電動モータ１６０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部２４０と、電動モータ１６０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部２６０とを有している。

フィードバック制御部２４０は、目標電流算出部２２０にて最終的に決定された目標電流とモータ電流検出部２３３にて検出された実電流Ｉｍとの偏差を求める偏差演算部２４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部２４２とを有している。
偏差演算部２４１は、目標電流算出部２２０からの出力値である目標電流信号ＩＴとモータ電流検出部２３３からの出力値であるモータ電流信号Ｉｍｓとの偏差の値を偏差信号２４１ａとして出力する。モータ電流信号Ｉｍｓは、モータ電流検出部２３３にて検出された実電流Ｉｍが出力信号に変換された信号である。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部２４２は、目標電流と実電流Ｉｍとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、入力された偏差信号２４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号２４２ａを生成・出力する。
ＰＷＭ信号生成部２６０は、フィードバック制御部２４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号２６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号２６０ａを出力する。

モータ駆動部２３２は、所謂インバータであり、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）３０１（図１１参照）を備え、６個の内の３個のトランジスタ３０１は電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている（図１１参照）。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタ３０１をスイッチング動作させることにより、電動モータ１６０の駆動を制御する。
モータ電流検出部２３３は、モータ駆動部２３２に接続されたシャント抵抗３０４（図１１参照）の両端に生じる電圧から電動モータ１６０に流れる実電流Ｉｍの値を検出して、検出した実電流Ｉｍをモータ電流信号Ｉｍｓに変換して出力する。

上述したＥＣＵ１０の変換部２１５、目標電流算出部２２０および制御部２３０は、電子部品が実装されたＥＣＵ用基板１１にて構成される。ＥＣＵ用基板１１は、目標電流算出部２２０、モータ駆動制御部２３１、モータ電流検出部２３３などを構成する、マイクロコンピュータやその周辺機器が実装された制御基板１２（図２参照）と、モータ駆動部２３２を構成する、電動モータ１６０を駆動制御するトランジスタ３０１などが実装されたパワー基板１３（図２参照）と、を備えている。制御基板１２には、トルク検出部５０のリード線５０ｂが挿入される挿入孔１２ａ（図２参照）が形成されている。パワー基板１３には、電動モータ１６０に挿入されて電動モータ１６０の巻き線端子（不図示）に電気的に接続されるモータ端子１８が取り付けられている。なお、制御基板１２は、モータ駆動制御部２３１が実装された第１の基板の一例である。

また、ＥＣＵ１０は、制御基板１２をギヤボックス１１０の第１部材１１１に取り付けるためのフレーム１４（図２参照）と、制御基板１２、パワー基板１３およびフレーム１４などを覆うカバー１５（図１参照）と、を備えている。
フレーム１４は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板１２とパワー基板１３とを電気的に接続する。このフレーム１４には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリ１７０や、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク（ＣＡＮ）などに接続するための接続コネクタ１６が取り付けられている（図１，図２参照）。

このように構成されるＥＣＵ１０をギヤボックス１１０に組み付けるにあたっては、先ず、ステアリングシャフト１０１、相対角度検出部２１およびトルク検出部５０などが取り付けられたギヤボックス１１０のＥＣＵ取付部１１１ｂに、パワー基板１３を取り付ける。その後、パワー基板１３の上に、制御基板１２がビス止めされたフレーム１４を置き、トルク検出部５０のリード線５０ｂを制御基板１２の挿入孔１２ａに挿入して、例えば半田付けなどで接続するとともに、制御基板１２とパワー基板１３とを電気的に接続する。その後、カバー１５を、制御基板１２などを覆うように配置し、図３に示すように、フレーム１４とともにギヤボックス１１０のＥＣＵ取付部１１１ｂにボルトで締結する。

次に、パワー基板１３について詳述する。
図１１は、パワー基板１３の等価回路図である。
パワー基板１３には、電動モータ１６０のトルクの大きさ及び方向に応じて電動モータ１６０に流れる電流を切り替えるスイッチング素子としての複数（本実施の形態においては６個）のトランジスタ（ＦＥＴ）３０１が実装されている。これら複数のトランジスタ３０１にて３相のブリッジ回路３０２を構成している。また、パワー基板１３には、ブリッジ回路３０２のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズを外部へ流出するのを防止するコイル３０３と、電動モータ１６０に流れる実電流を検出するためのシャント抵抗３０４とが実装されている。また、パワー基板１３には、電動モータ１６０に流れる電流のリップル成分を吸収するための大容量の複数（本実施の形態においては３個）のコンデンサ３１０と、電流を通電したり遮断したりする各種のリレー３２０とが実装されている。このリレー３２０としては、ブリッジ回路３０２への電流を通電・遮断するパワーリレー３２０ａと、３つの経路が並列に配置されたモータ端子１８の内の２つの経路に各々直列に接続されて、ブリッジ回路３０２から電動モータ１６０に供給される電流を通電・遮断するモータリレー３２０ｂとが設けられている。

図１２は、ＥＣＵ用基板１１の概略構成を示す図である。図１２（ａ）は、パワー基板１３を、制御基板１２の板面に垂直な方向に見た図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ方向に見た図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＣ方向に見た図である。なお、図１２（ｂ）においては、後述する垂直基板１３２の配線パターンを網掛けして表示している。
本実施の形態に係るパワー基板１３は、板面が制御基板１２の板面に平行に配置される第２の基板の一例としての平行基板１３１と、板面が制御基板１２の板面に対して交差する方向（本実施の形態においては垂直方向）に配置される交差基板の一例としての垂直基板１３２とを有している。これら平行基板１３１および垂直基板１３２は、アルミニウムなどの金属にて成形された金属基板、あるいは金属板の全体が樹脂によりモールド封止された基板であり、その表面（板面）に配線パターンが形成されている。これら平行基板１３１および垂直基板１３２の厚さは、約２．１ｍｍであり、配線パターンは、大電流に対応できるように充分な断面積を有し、電動モータ１６０に流れる大電流に対応する回路部品を実装できるように形成されている。そして、平行基板１３１と垂直基板１３２とは、例えばネジ１３３によるネジ止めなどの固定方法で結合されるとともに電気的にも接続されている。

図１１および図１２に示すように、垂直基板１３２には、３個のコンデンサ３１０と、３個のリレー３２０とが実装され、図１１に示すように、平行基板１３１には、６個のトランジスタ３０１から構成されるブリッジ回路３０２、コイル３０３、シャント抵抗３０４などが実装されている。そして、図１２（ａ）に示すように、制御基板１２の板面に垂直な方向に見た場合には、３個のコンデンサ３１０が配置される部位には、平行基板１３１を設けないように構成されている。

図１３（ａ）は、コンデンサ３１０の外観図であり、図１３（ｂ）は、リレー３２０の外観図である。
コンデンサ３１０は、Ｚ方向が柱方向となる円柱状の円柱状部３１１と、ＸＹ平面が略正方形でＺ方向が柱方向となる四角柱状の四角柱部３１２と、四角柱部３１２からＺ方向に伸びる複数の端子３１３とから構成されている。そして、コンデンサ３１０は、図１２に示すように、Ｚ方向が制御基板１２の板面と平行となるようにパワー基板１３の垂直基板１３２に端子３１３が挿入固定され実装されている。
リレー３２０は、Ｘ方向の辺が、Ｙ方向およびＺ方向の辺よりも小さな略直方体状のリレー本体３２１と、リレー本体３２１からＺ方向に伸びる複数の端子３２２とから構成されている。そして、リレー３２０は、図１２に示すように、リレー本体３２１のＹＺ平面が制御基板１２の板面と対向し、Ｚ方向が制御基板１２の板面と平行となるようにパワー基板１３の垂直基板１３２に端子３２２が挿入固定され実装されている。

図１４は、本実施の形態に係るＥＣＵ１０の利点を説明するための図である。
図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、それぞれ本実施の形態に係るＥＣＵ１０における、コンデンサ３１０の実装部の拡大図、リレー３２０の実装部の拡大図である。
図１４（ｃ）は、コンデンサ３１０およびリレー３２０を平行基板１３１に実装した場合の構成を示す図である。本実施の形態に係るＥＣＵ１０のＥＣＵ用基板１１のパワー基板１３のように垂直基板１３２を設けずに平行基板１３１のみにて構成し、この平行基板１３１にコンデンサ３１０およびリレー３２０を実装した構成を図１４（ｃ）に示している。

図１４（ｃ）に示すように、コンデンサ３１０を平行基板１３１に実装する場合、コンデンサ３１０と制御基板１２との間にコンデンサ３１０の防爆弁のための空間が必要となる。この空間としては、コンデンサ３１０のＺ方向の端部（頂部）と制御基板１２との間に、少なくとも数ｍｍ程度の隙間を設ける必要がある。これに対して、本実施の形態に係るＥＣＵ１０においては、コンデンサ３１０を垂直基板１３２に実装することから、制御基板１２の板面に垂直な方向におけるコンデンサ３１０と制御基板１２との間に防爆弁のための空間を設ける必要がない。そのため、本実施の形態に係るＥＣＵ１０においては、最大、防爆弁のための空間の分、図１４（ｃ）に示す構成と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。また、コンデンサ３１０を垂直基板１３２に実装する場合には、図１４（ｃ）で見た場合のコンデンサ３１０の下方に平行基板１３１を配置する必要がないため、図１２に示すように、本実施の形態に係るＥＣＵ１０は、コンデンサ３１０の下方に平行基板１３１を配置していない。それゆえ、本実施の形態に係るＥＣＵ１０においては、最大、平行基板１３１の厚さ分、図１４（ｃ）に示す構成と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。

図１３（ｂ）に示すように、リレー３２０のリレー本体３２１は、Ｘ方向の辺よりもＺ方向の辺の長さが大きい。これは、リレー３２０の端子３２２の延長方向（Ｚ方向）に沿ってリレー３２０の固定接点を含み、さらに可動接点の可動領域が形成されている為である。図１４（ｃ）に示す構成のように、リレー３２０を平行基板１３１に実装する場合には、リレー３２０のリレー本体３２１のＺ方向の辺が制御基板１２の板面に垂直な方向となる。これに対して、図１４（ｂ）に示す構成のように、リレー本体３２１のＹＺ平面が制御基板１２の板面と対向するようにリレー３２０を垂直基板１３２に実装する場合には、リレー本体３２１のＸ方向の辺が制御基板１２の板面に垂直な方向となる。それゆえ、本実施の形態に係るＥＣＵ１０においては、最大、リレー本体３２１のＺ方向の辺の長さとＸ方向の辺の長さとの差の分、図１４（ｃ）に示す構成と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。
さらに、リレー３２０を垂直基板１３２に実装する場合には、図１４で見た場合のリレー３２０の下方に平行基板１３１を配置しなくてもよい。かかる場合には、最大、平行基板１３１の厚さ分、図１４（ｃ）に示す構成と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。

図１５は、他の形態に係るＥＣＵ１０の概略構成を示す図である。図１５（ａ）は、右ハンドル仕様のＥＣＵ１０を示す図であり、図１５（ｂ）は、左ハンドル仕様のＥＣＵ１０を示す図である。
上述した実施の形態に係るステアリング装置１００は、コラムアシスト式のステアリング装置１００であり、右ハンドルの自動車などの乗り物に適用される装置である。左ハンドルの乗り物に適用されるステアリング装置１００の構成としては、ギヤボックス１１０、電動モータ１６０およびＥＣＵ１０などの配置をステアリングシャフト１０１の軸心を通る垂直面に対して面対称とすることが考えられる。つまり、運転者から見た場合にステアリングシャフト１０１の軸心よりも右側に電動モータ１６０を、電動モータ１６０よりも左側にＥＣＵ１０を配置することが考えられる。かかる場合、ＥＣＵ１０の制御基板１２の板面に垂直な方向に見ると、図１５に示すように、右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とで、ＥＣＵ１０の接続コネクタ１６およびモータ端子１８を線対称とする必要がある。

右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とで、ＥＣＵ１０の接続コネクタ１６およびモータ端子１８を線対称とする場合には、制御基板１２、パワー基板１３の平行基板１３１およびフレーム１４などを線対称に変更するなどしなければならない。これに対して、上述した実施の形態に係るＥＣＵ１０のようにパワー基板１３を平行基板１３１と垂直基板１３２とから構成することにより、図１５に示すように、垂直基板１３２を、右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とで１８０度回転して用いることが可能となる。その結果、垂直基板１３２を右ハンドル仕様と左ハンドル仕様とで共用することができるので、部品点数を削減することができ、低コスト化、製造容易化を図ることが可能となる。

なお、上述したＥＣＵ１０においては、複数のコンデンサ３１０およびリレー３２０の全てをパワー基板１３の垂直基板１３２に実装しているが、これらの一部もしくは全てを配線パターンが形成されたフレーム１４に実装し、コンデンサ３１０，リレー３２０のＺ方向が制御基板１２の板面に平行となるように配置してもよい。かかる構成においても、図１４（ｃ）に示す構成のようにコンデンサ３１０，リレー３２０を平行基板１３１に実装する場合と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。
また、複数のコンデンサ３１０およびリレー３２０の一部を垂直基板１３２に実装し、残りを平行基板１３１に実装してもよい。かかる構成においては、これら全てを平行基板１３１に実装する場合と比べて、制御基板１２の板面に垂直な方向の大きさを小さくすることが可能となる。

１０…ＥＣＵ、１１…ＥＣＵ用基板、１２…制御基板、１３…パワー基板、１６…接続コネクタ、２０…トルク検出装置、２１…相対角度検出部、２２…磁石、３０…ヨーク、４０…磁気センサ、５０…トルク検出部、６０…ブラケット、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングシャフト、１０５…ステアリングコラム、１１０…ギヤボックス、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１３１…平行基板、１３２…垂直基板、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ

Claims

ステアリングホイールの操作に対するアシスト力を付与する電動モータと、
前記電動モータに流れる電流を切り換えるブリッジ回路と、前記ステアリングホイールの操舵トルクに基づいて当該ブリッジ回路を制御して当該電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、を有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記モータ駆動制御部が実装された第１の基板と、
当該第１の基板に対峙して配置される第２の基板と、
当該第１の基板の板面に対して交差する方向に配置され、前記電動モータに流れる電流を調整する調整部品が実装される交差基板と、
を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサ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。
前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータへの電流の通電・遮断を切り替えるリレーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御装置の前記第２の基板は、前記交差基板の板面に対して交差する方向に配置される基板であり、前記交差基板は、当該第２の基板に支持されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記制御装置の前記第２の基板には、前記ブリッジ回路を構成するスイッチング素子が実装されていることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
電動モータに流れる電流を切り換えるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路を制御して前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、
を備える制御装置であって、
前記モータ駆動制御部が実装された第１の基板と、
当該第１の基板に対峙して配置される第２の基板と、
当該第１の基板の板面に対して交差する方向に配置され、前記電動モータに流れる電流を調整する調整部品が実装される交差基板と、
を有することを特徴とする制御装置。
前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサであることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
前記制御装置の前記交差基板に実装される前記調整部品は、前記電動モータへの電流の通電・遮断を切り替えるリレーであることを特徴とする請求項６又は７に記載の制御装置。