JP2523285B2

JP2523285B2 - 電動パワ−ステアリングの制御装置

Info

Publication number: JP2523285B2
Application number: JP16704286A
Authority: JP
Inventors: 清二駒村; 克邦加太; 文一杉本
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JPS6325174A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ハンドルの正転・逆転信号及びPWM信号
に応じて、電動モータを制御する電動パワーステアリン
グの制御装置に関する。

（従来の技術）この種の装置として特開昭60−35664号公報記載の発
明が従来から知られているが、この従来の装置を簡略化
して示したのが、第６図のブロック図である。

この第６図に示した従来の装置は、信号処理回路１か
らの出力信号に応じて、トランジスタQ₁〜Q₄を動作させ
るようにしている。例えば、信号処理回路１から正転信
号が出力されると、トランジスタQ₄が常時オンになると
ともに、トランジスタQ1がPWM信号に応じてオン、オフ
動作を繰り返し、このPWM信号のデューティ比に応じて
電動モータDMを制御する。

（本発明が解決しようとする問題点）上記のようにした従来の装置では、トランジスタQ₁が
オフのときにも、トランジスタQ₄がオンの状態を保つの
で、第６図の矢印で示すような閉回路を構成することに
なる。そして、このときに、電動モータDMが外力によっ
て回転させられると、矢印のように電流が流れ、制御系
と全く関係なく当該電動モータDMにトルクが発生してし
まう。

このようにして制御系と関係なく発生した電動モータ
DMのトルクは、例えば、セルフアライニングトルクによ
ってハンドルが戻るときに、ブレーキ作用をしてしま
い、ハンドルが戻りにくくなるという問題があった。

そこで、上記トランジスタQ₄をPWM制御のパルス幅に
応じて、オン・オフさせることも考えられる。しかし、
この場合には、PWM信号の周波数が増加すると、PWM信号
のデューティ比と電動モータの出力トルクとのリニアリ
ティが、第７図に示すようにくずれてしまい、当該パワ
ーステアリングの制御性が悪くなるという別の問題が発
生する。

つまり、第８図に示すように、当該PWM信号の周波数
が増加すると、１パルス当りのエネルギーが小さくな
る。そのために上記デューティ比と電動モータの出力ト
ルクとのリニアリティがくずれてしまい、上記したよう
に当該パワーステアリングの制御性が悪くなるという問
題があった。

この発明の目的は、例えば、セルフアライニングトル
クによってハンドルが戻るときなどに、当該電動モータ
がブレーキ作用をせず、しかも、PWM信号のデューティ
比と電動モータの出力トルクとのリニアリティを保つこ
とのできる制御装置を提供することである。

（問題点を解決する手段）上記の目的を達成するために、この発明は、走行状態
に応じて制御信号を出力する信号処理装置と、制御信号
をPWM信号及びハンドルの正転・逆転信号に変換する制
御装置と、PWM信号及びハンドルの正転・逆転信号に応
じて電動モータに電流を流すブリッジ回路とを備え、し
かも、上記ブリッジ回路は、アシスト力を付与する電動
モータと、電源側に設けられ、OWM信号及びハンドルの
正転信号が入力したときにオンになる第１トランジスタ
と、同じく電源側に設けられ、PWM信号及びハンドルの
逆転信号が入力したときにオンになる第２トランジスタ
と、アース側に設けられ、ハンドルの正転信号が入力し
たときにオンになる第３トランジスタと、同じくアース
側に設けられ、ハンドルの逆転信号が入力したときにオ
ンになる第４トランジスタと、第１あるいは第２トラン
ジスタがPWM信号によりオフとなったときに、第３ある
いは第４トランジスタ及び電動モータを含む閉回路を形
成するダイオードとから構成される電動パワーステアリ
ングの制御装置を前提とする。

そして、第３トランジスタと電動モータとの間、ある
いは、電動モータと第４トランジスタとの間に設けら
れ、電動モータを流れる電流を検出して検出信号に変換
する電流検出器と、上記制御信号を検出信号に比較し、
それら両者の差を補正して信号を制御装置に出力する補
正回路とを備えた点に特徴を有する。

（本発明の作用）上記のように構成したので、ハンドルを操舵すると、
走行状態に応じて信号処理装置から制御信号が出力され
る。そして、この制御信号が、制御装置でPWM信号及び
正転・逆転信号に変換され、ブリッジ回路へと出力され
る。

したがって、例えば、ハンドルを正逆いずれかに回転
させているとき、第３トランジスタあるいは第４トラン
ジスタがオンの状態を維持する。同時に、PWM信号によ
って第１トランジスタあるいは第２トランジスタがオン
・オフされ、電動モータに流れる電流を制御し、電動モ
ータがその電流に応じてアシスト力を付与することにな
る。

このようにした電動パワーステアリングの制御装置で
は、第１トランジスタあるいは第２トランジスタがオフ
となったとき、ブリッジ回路に閉回路が形成される。そ
して、このとき電動モータが外力により回転させられる
と、この閉回路には回生電流が流れてしまう。

そこで、ここでは、電動モータに流れる電流を電流検
出器によって検出し、それに応じた検出信号を補正回路
に導いている。そして、補正回路では、検出信号が制御
信号よりも大きければ、制御信号を所定量だけ小さく補
正して制御装置に出力し、また、検出信号が制御信号よ
りも小さければ、制御信号を所定量だけ大きく補正して
制御装置に出力する。

したがって、電動モータの出力トルクをゼロにするた
めの制御信号が出力されているときに、上記回生電流が
流れれば、補正回路が機能して、この回線電流をゼロに
する方向に補正する。

（本発明の効果）この発明の制御装置によれば、例えば、ハンドルを切
り終えて、セルフアラニングトルクによってハンドルが
戻るときに、閉回路に回生電流が流れても、それをゼロ
にするように補正回路が機能する。したがって、当該回
生電流による運動モータのブレーキ作用を防止でき、当
該パワーステアリングの制御性が悪くなるようなことも
なくなる。

また、回路電流を積極的に流すようにしているので、
PWM周波数が高くなっても電流の流れが断続的になるこ
とはない。したがって、電動モータの出力トルクとPWM
信号のデューティ比とのリニアリティを維持することが
できる。

（本発明の実施例）第１〜５図に示したこの発明の実施例は、ハンドルＨ
に連結した入力軸２の先端にピニオン３を連結するとと
もに、このピニオン３をラック６にかみ合わせている。
このラック６は両側は、サイドロッド５を介してナック
ルアーム４に連結している。

また、正逆転可能にした電動モータｍには減速機７を
連結するとともに、この減速機７の出力軸８にピニオン
９を設け、このピニオン９を上記ラック６にかみ合せて
いる。

さらに、当該車両の車速を検出する車速センサー10と
入力軸２を作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ
ー11とを設けているが、これら両センサー10、11を信号
処理装置12に接続している。この信号処理装置12は、モ
ータ制御装置ａに接続しているが、このモータ制御装置
ａの具体的な構成は第２図のブロック図に示すとおりで
ある。

このモータ制御装置ａには、当該車両の走行条件に応
じた制御信号Vcが入力する補正回路ｂを設けているが、
この補正回路ｂは差動入力型のオペ・アンプ13を有し、
その一方の入力端子13aに上記制御信号Vcが入力し、他
方の入力端子13bには電流検出器14を接続している。こ
の電流検出器14は、電動モータｍに流れる電流を検出
し、その検出信号を電圧信号Viとして出力するものであ
る。このようにした補正回路ｂには３つの抵抗Ra、Rs、
Rfを設けるとともに、抵抗Rfを抵抗Rsに対して十分に大
きくしている。

上記のようにした補正回路ｂに、上記制御信号Vcと電
圧信号Viとがオペ・アンプ13に入力すると、この補正回
路ｂからは、制御信号Vcを補正した出力信号Voは Vo＝Vc＋（Rf/Rs）（Vc−Vi）が出力されることになる。

したがって、制御信号Vcと電圧信号Viとが等しいとき
には、上記出力信号Voは制御信号Vcとして出力される。
しかし、電流検出器14からの電圧信号Viが制御信号Vcよ
りも大きくなれば、出力信号Voが小さく、また、逆に信
号Viが小さくなれば、出力信号Voが大きく出力される。

上記のようにした補正回路ｂには、正負判定回路15と
絶対値回路16とを接続している。

上記正負判定回路15は、第１、３アンドゲート17、18
に接続するとともに、ノットゲート19を介して第２、４
アンドゲート20、21にも接続している。

上記第１、２アンドゲート17、20には、所定のパルス
信号を出力する発振回路22を接続しているが、第３、４
アンドゲート18、21には、上記絶対値回路16に接続した
PWM回路23を接続している。

いま、例えば、正負判定回路15から正転信号Ａが出力
されると、この正転信号Ａは第１、３アンドゲート17、
18に入力する。しかし、この正負判定回路15から正転信
号以外の信号すなわち逆転信号が出力されると、ノット
ゲート19が機能して逆転信号Ａを出力するとともに、こ
の逆転信号Ａが第２、４アンドゲート20、21に入力す
る。

したがって、正負判定回路15からの正転信号Ａが第１
アンドゲート17に入力すると、その正転信号Ａが入力し
ている間、発振回路22のパルス信号Ｉと同一のパルス信
号Ｃが第１アンドゲート17から出力される。また、ノッ
トゲート19から出力される逆転信号Ａが第２アンドゲー
ト20に入力すると、その逆転信号が入力している間、上
記パルス信号Ｉと同一のパルス信号Ｄがこの第２アンド
ゲート20から出力される。

また、正転信号Ａが第３アンドゲート18に入力してい
るときには、その正転信号が入力している間、当該第３
アンドゲート18からPWM信号Ｅが出力される。また、ノ
ットゲート19からの逆転信号Ａが第４アンドゲート21に
入力していると、その逆転信号が入力している間、当該
第４アンドゲート21からPWM信号Ｆが出力される。

さらに、電動モータｍを介して、第１〜４電界効果ト
ランジスタ24〜27（以下には第１〜4FETという）でブリ
ッジ回路を構成している。そして、第１、2FET24、25の
ゲート側は、電圧変換回路28、29を介して第１、２アン
ドゲート17、20に接続し、第3FET26のゲート側を前記正
負反対回路15に直接接続し、第4FET27のゲート側を前記
ノットゲート19に直接接続している。

上記のようにしたブリッジ回路の第１、2FET24、25間
をバッテリ30のプラス側に接続し、第３、4FET26、27間
の電圧V₃、V₄をアース電位にしている。さらに、上記電
動モータｍの電圧V₁、V₂を、電圧変換回路28、29に導く
ようにしている。

上記のようにした電圧変換回路28、29は、第１、2FET
24、25のゲート電圧Ｇ、Ｈを確保するためのものであ
る。すなわち、第３、4FET26、27のソース電圧V₃、V
₄は、常に、アース電位であるが、第１、2FET24、25の
ソース電圧V₁、V₂は、最大でバッテリ30の電圧まで変化
する。そこで、電圧変換回路28、29を機能させて、第
１、2FET24、25のゲート電圧Ｇ、Ｈとソース電圧V₁、V₂
との相対差を保つようにしている。

上記電圧変換回路28と第1FET24間を、第5FET31及びノ
ットゲート32を介して第３アンドゲート18に接続してい
るが、この第5FET31のドレイン側をアース電位にしてい
る。また、電圧変換回路29と第2FET25間を、第6FET33及
びノットゲート34を介して第４アンドゲート21に接続し
ているが、この第6FET33のドレイン側もアース電位にし
ている。

いま例えば、正負判定回路15から正転信号Ａが出力さ
れたとすると、この正転信号が出力している間、第１ア
ンドゲート17からパルス信号Ｃが出力されるとともに、
このパルス信号Ｃが電圧変換回路28に入力する。電圧変
換回路28にパルス信号Ｃが入力すると、この電圧変換回
路28から第1FET24に対するゲート電圧Ｇを出力する。

さらに、上記のように正転信号Ａが出力されると、そ
の正転信号Ａが第３アンドゲート18にも入力するので、
PWM回路23からの出力信号Ｂがこの第３アンドゲート18
からPWM信号Ｅとして出力される。このようにして第３
アンドゲート18から出力されたPWM信号Ｅはノットゲー
ト32に入力するが、このノットゲート32からは、PWM信
号がオフのときオンとなり、PWM信号がオンのときオフ
となるノット信号Ｅが出力され、そのノット信号が第5F
ET31のゲート側に入力する。この第5FET31のゲート側に
入力したノット信号がオンのときには、換言すれば、PW
M信号Ｅがオフのときには、第5FET31のゲート側に電圧
が印加され、当該第5FET31がオンとなる。

このように第5FET31がオンになれば、第1FET24のゲー
ト側がアースされるので、電圧変換回路28から出力され
ていたゲート電圧Ｇが、第1FET24のゲート側に供給され
なくなる。

反対に、このノット信号Ｅがオフのときには、換言す
れば、PWM信号Ｅがオンのときには、第5FET31のゲート
側に電圧が印加されない。そのためにPWM信号Ｅがオン
の間は、この第5FET31に通電されず、上記電圧変換回路
28からゲート電圧Ｇが第1FET24に印加され続ける。

したがって、第３図のタイムチャート図からも明らか
なように、第1FET24も、上記PWM信号Ｅのデューティ比
に応じてオン、オフ制御されることになる。

また、正負判定回路15から正転信号ではない信号が入
力すると、ノットゲート19から逆転信号Ａが出力される
とともに、この逆転信号が第２アンドゲート20に入力す
る。そしてこの逆転信号が第２アンドゲート20に入力し
ている間、第２アンドゲート20からパルス信号Ｄが出力
されるとともに、このパルス信号Ｄが電圧変換回路29に
入力する。電圧変換回路29にパルス信号Ｄが入力する
と、この電圧変換回路29から第2FET25に対するゲート電
圧Ｈを出力する。

このとき第４アンドゲート21にも逆転信号Ａが入力す
るので、PWM回路24からの出力信号Ｂが、この第４アン
ドゲート21からPWM信号Ｆとして出力される。そして、
このPWM信号Ｆがノットゲート32に入力し、このノット
ゲート32から出力されるノット信号Ｆで第6FET33を制御
すること、上記第5FET31の場合と同様である。

したがって、第2FET25も、上記PWM信号Ｆのデューテ
ィ比に応じてオン、オフ制御されることになる。

上記のことからも明らかなように、第１、2FET24、25
がPWM信号に応じてオン・オフ動作するが、第３、4FET2
6、27は、ハンドルＨを左右いずれかに切り替えている
間、オンの状態を維持する。例えば、正転信号Ａが出力
されている間、第3FET26はオンの状態を維持する。した
がって、PWM信号がオフのときでも、電動モータｍに
は、矢印35方向の回生電流が流れる。この電動モータｍ
に流れる電流Ｉは、前記電流検出器14で検出される。そ
して、この電流検出器14からは、上記電流Ｉに比例した
電圧信号Viが出力され、当該信号Viが補正回路ｂにフィ
ードバックされる。

この補正回路ｂでは、前記したように制御信号Vcと電
圧信号Viとを比較し、電圧信号Viが制御信号Vcに対して
大きすぎるとき、例えば、制御信号Vcの値がゼロにもか
かわらず、上記電圧信号Viがゼロ以上の値のときは、電
動モータｍに供給される電流Ｉがゼロになるように出力
電圧Voを制御する。

つまり、電動モータｍの回転数に関係なく制御信号Vc
が一定であれば、電動モータｍの出力トルクも一定にな
る（第４図参照）。このことからも明らかなように、セ
ルフアラニングトルクによってハンドルＨを戻すとき
に、当該電動モータｍの回転数に規制されないので、ハ
ンドルＨの戻り性能が非常によくなる。

また、この実施例では、ハンドルＨを左右いずれかに
切り替えている最中には、第3FET26あるいは第4FET27が
常時オンの状態を維持して閉回路を形成するので、回生
電流が流れて、第５図に示すように、電流の流れが断絶
することがない。したがって、PWM信号の周波数が増加
しても、エネルギーがパルスごとに細分化されない。そ
のために上記デューティ比と電動モータの出力トルクと
のリニアリティを維持でき、当該パワーステアリングの
制御性を良好に保つことができる。

なお、以上述べた実施例では、制御信号VcをPWM信号
及び正転・逆転信号に変換する制御装置が、正負判定回
路15、絶対値回路16、発振回路22、PWM回路23、及びこ
れらを接続するゲート類などによって構成されている。
そして、この制御装置と、電流検出器14及び補正回路ｂ
とを一体にしたものを、モータ制御装置ａとしている。

また、上記実施例では、電界効果トランジスタを用い
たが、第６図に示した従来の装置にような通常のトラン
ジスタを用いてもよいこと当然である。要は、電動モー
タｍに流れる電流を検出して、それを制御信号Vcに応じ
た制御ができれば、トランジスタの種類を問わない。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜５図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はモータ制御装置のブロック図、第
３図はモータ制御装置のタイムチャート図、第４図はモ
ータの出力トルクと回転数との関係を示したグラフ、第
５図はPWM信号のパルスと回生電流との関係を示した
図、第６図は従来の装置の回路図、第７図はPWM信号の
デューティ比とモータの出力トルクとの関係を示したグ
ラフ、第８図は従来のPWM信号のパルスと回生電流との
関係を示した図である。ｍ……電動モータ、ｂ……補正回路、14……電流検出
器、23……PWM回路、24〜27……第１〜４電界効果トラ
ンジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−193765（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−35664（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】走行状態に応じて制御信号を出力する信号
処理装置と、制御信号をPWM信号及びハンドルの正転・
逆転信号に変換する制御装置と、PWM信号及びハンドル
の正転・逆転信号に応じて電動モータに電流を流すブリ
ッジ回路とを備え、しかも、上記ブリッジ回路は、アシ
スト力を付与する電動モータと、電源側に設けられ、PW
M信号及びハンドルの正転信号が入力したときにオンに
なる第１トランジスタと、同じく電源側に設けられ、PW
M信号及びハンドルの逆転信号が入力したときにオンに
なる第２トランジスタと、アース側に設けられ、ハンド
ルの正転信号が入力したときにオンになる第３トランジ
スタと、同じくアース側に設けられ、ハンドルの逆転信
号が入力したときにオンになる第４トランジスタと、第
１あるいは第２トランジスタがPWM信号によりオフとな
ったときに、第３あるいは第４トランジスタ及び電動モ
ータを含む閉回路を形成するダイオードとから構成され
る電動パワーステアリングの制御装置において、第３ト
ランジスタと電動モータとの間、あるいは、電動モータ
と第４トランジスタとの間に設けられ、電動モータを流
れる電流を検出して検出信号に変換する電流検出器と、
上記制御信号を検出信号に比較し、それら両者の差を補
正して信号を制御装置に出力する補正回路とを備えたこ
とを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。