JP3827349B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータが駆動する油圧ポンプを作動油圧の発生源とし、この作動油圧で操舵補助を行うパワーステアリング装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、本発明の出願人が出願した特願平７−５００７２号特許願に記載されたパワーステアリング装置の要部構成例を簡略化したブロック図である。このパワーステアリング装置は、電動モータＭの回転速度の目標値に応じて、目標電圧決定回路４が目標電圧を決定する。モータ駆動回路７は、この目標電圧に従って、電動モータＭを駆動し、電動モータＭは、これにより、油圧ポンプ１０を駆動して作動油圧を発生させる。
【０００３】
モータ駆動回路７及び電動モータＭの間には、電動モータＭに流れる電流を検出するモータ電流検出回路１ａが設けられ、そのモータ電流検出信号は、平滑回路１ｂにより平滑された後、無負荷電流検出回路２へ入力される。
無負荷電流検出回路２は、この入力された信号の最小値を検出し保持出力するが、入力信号が、保持出力している信号より大きいときは、所定の特性に従って、保持出力している信号を所定値へ向かって漸増させる。無負荷電流検出回路２は、これにより、電動モータＭに流れる電流が最も小さくなる、電動モータＭが低速回転の状態で操舵入力がない無負荷のときのモータ電流を検出し保持出力する。
また、無負荷電流検出回路２には、起動時の無負荷電流検出回路２の出力を所定値にリセットするためのリセット回路９が接続されている。
【０００４】
無負荷電流検出回路２が保持出力する信号は、差動アンプ３へ入力される。差動アンプ３は、平滑回路１ｂが出力する信号と、無負荷電流検出回路２が保持出力する信号との差を検出し目標電圧決定回路４へ与える。
目標電圧決定回路４は、この差により、電動モータＭを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモードと、高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモードとを切り換え、各モードでの電動モータＭへ印加すべき目標電圧を決定し指示する。
【０００５】
また、目標電圧決定回路４は、操舵補助の応答性を良くするために、スタンバイモードとパワーモードとで、図１４に示すように、閾値を低と高とに切り換え設定する閾値設定回路５を備えている。閾値設定回路５は、差動アンプ３の出力信号によりスタンバイモードとパワーモードとを識別している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなパワーステアリング装置では、目標電圧決定回路４が決定し指示した目標電圧に従って、モータ駆動回路７が、バッテリー電圧を電動モータＭに印加する時間を制御するＰＷＭ波のデューティ比を決め、このデューティ比によりＰＷＭ制御された印加時間、バッテリー電圧を電動モータＭへ印加し、電動モータＭを駆動している。
ところが、バッテリー電圧は、ライトの点滅、ブレーキランプの点滅等により変動することがあり、この変動が、電動モータＭの印加電圧に影響して、図１３に示すように、電動モータＭに流れる電流を変化させていた。そのため、モータ電流検出回路１ａが出力するモータ電流検出信号は、油圧ポンプ１０の負荷を正確に表さないことがあった。
【０００７】
尚、このような問題を解決するパワーステアリング装置として、電源電圧と目標電圧とから、記憶しているマップにより、ＰＷＭ波の基本デューティ比を求め、この基本デューティ比の補正デューティ比を目標電圧とモータ電流とから、記憶しているマップにより求めて、基本デューティ比に補正デューティ比を加えるものが、特開平３−１３２４７０号公報に開示されている。
【０００８】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、電源であるバッテリー電圧が変動しても、電動モータへの印加電圧を略一定に保持し、モータ電流を略一定に保つことができ、ハンドルの操作状態を精度良く検出できるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るパワーステアリング装置は、電動モータにより油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプが発生させる油圧により操舵補助を行い、前記電動モータを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモードと、前記電動モータを高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモードとが切換えられるように構成されると共に、前記電動モータに流れるモータ電流を検出する手段と、該手段により検出されたモータ電流に基づき、前記電動モータをスタンバイモードで駆動する為の目標電圧、又はパワーモードで駆動する為の目標電圧を設定する目標電圧設定手段とを備えるパワーステアリング装置において、前記電動モータの端子間電圧を検出する手段と、検出した端子間電圧に基づき、前記目標電圧設定手段が設定した目標電圧を補正する補正手段とを備え、該補正手段が補正した目標電圧により、前記電動モータを駆動するように構成してあると共に、前記検出されたモータ電流に基づき、操舵入力が無い無負荷時のモータ電流を無負荷電流として検出し保持する手段を備え、前記目標電圧設定手段は、前記スタンバイモードとパワーモードとを前記無負荷電流に応じて切換える為の閾値を設定する手段を有し、該手段は、スタンバイモードからパワーモードへ切換わるときには、そのときのスタンバイモード時の無負荷電流に対応するパワーモード時の無負荷電流を、無負荷時の、モータ印加電圧に対するモータ電流の温度特性から求め、求めたパワーモード時の無負荷電流より大きい電流値をパワーモードとする為の閾値とするように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
このパワーステアリング装置では、電動モータの端子間電圧を検出し、検出した端子間電圧に基づき、前記目標電圧を補正する。そのため、電源であるバッテリー電圧が変動し、電動モータの端子間電圧が変動しかけても、前記目標電圧を補正する手段が、その変動を打ち消すように前記目標電圧を高低に補正し、電動モータへの印加電圧を略一定に保つことができるので、電動モータに流れる電流も略一定に保つことができる。
また、上述のように、電動モータの前記目標電圧を電動モータの端子間電圧でフィードバック制御することにより、車両毎のバッテリ電圧のバラツキを吸収することができ、作動油の最低流量を高精度に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の１形態の要部構成例を示すブロック図である。このパワーステアリング装置は、電動モータＭの回転速度の目標値に応じた、目標電圧決定回路４が指示する目標電圧に従って、モータ駆動回路７が、バッテリー電圧を電動モータＭに印加する時間を制御するＰＷＭ波のデューティ比を決める。そして、このデューティ比によりＰＷＭ制御された印加時間、バッテリー電圧を電動モータＭへ印加し、電動モータＭを駆動している。電動モータＭは、これにより、油圧ポンプ１０を駆動して作動油圧を発生させる。
【００１４】
モータ駆動回路７には、電動モータＭの端子間電圧を検出し、そのモータ電圧検出信号を出力するモータ電圧検出回路８が設けられている。目標電圧決定回路４及びモータ駆動回路７の間には、目標電圧決定回路４から目標電圧信号を与えられ、モータ電圧検出回路８からのモータ電圧検出信号に基づき、目標電圧信号を補正する電圧制御回路６が設けられている。
電圧制御回路６は、モータ電圧が変動するときは、その変動を打ち消すように目標電圧を高低に補正する。モータ駆動回路７は、この補正された目標電圧に従って、バッテリー電圧をＰＷＭ制御するＰＷＭ波のデューティ比を大小に補正する。
モータ駆動回路７及び電動モータＭの間には、電動モータＭに流れる電流を検出するモータ電流検出回路１ａが設けられ、そのモータ電流検出信号は、平滑回路１ｂにより平滑された後、無負荷電流検出回路２へ入力される。
【００１５】
無負荷電流検出回路２は、この入力された信号の最小値を検出し保持出力するが、入力信号が、保持出力している信号より大きいときは、所定の特性に従って、保持出力している信号を所定値へ向かって漸増させる。無負荷電流検出回路２は、これにより、電動モータＭに流れる電流が最小になる、電動モータＭが低速回転の状態で操舵入力がない無負荷のときのモータ電流を検出し保持出力する。
また、無負荷電流検出回路２には、起動時の無負荷電流検出回路２の出力を所定値にリセットするためのリセット回路９が接続されている。
【００１６】
無負荷電流検出回路２が保持出力する信号は、差動アンプ３へ入力される。差動アンプ３は、平滑回路１ｂが出力する信号と、無負荷電流検出回路２が保持出力する信号との差を検出し目標電圧決定回路４へ与える。
目標電圧決定回路４は、この差により、電動モータＭを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモードと、高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモードとを切り換え制御し、電動モータＭへの印加電圧を指示する。
【００１７】
また、目標電圧決定回路４は、操舵補助の応答性を良くするために、その切り換えのための閾値を、図１４に示すように、スタンバイモードとパワーモードとで、低と高とに切り換える閾値設定回路５ａを備えている。
閾値設定回路５ａは、無負荷電流検出回路２の出力を与えられている。これにより、閾値設定回路５ａは、スタンバイモードからパワーモードへ切り換わるときには、そのときのスタンバイモード時の無負荷電流に対応するパワーモード時の無負荷電流を、図４に示すような、無負荷時の、モータ印加電圧に対するモータ電流の温度特性から求め（例えば、６Ｖのときの無負荷電流が分かれば、作動油の温度が特定でき、１２Ｖのときの無負荷電流が分かる）、求めたパワーモード時の無負荷電流より少し大きい電流値をパワーモード時の閾値とする。
【００１８】
ところで、作動油の粘性が温度によって変化するため、油圧ポンプ１０の負荷は温度によって異なり、モータ電流は、図１４に示すように、作動油が常温のときより低温のときの方が大きくなる。特に、パワーモード時の操舵入力がない無負荷状態でのモータ電流は、常温時と低温時とでその差が大きい。そのため、従来のパワーステアリング装置は、図１４に示すように、作動油が低温のときには、無負荷状態でのモータ電流が、常温時に設定された閾値を下回ることができず、スタンバイモードに戻らないことがあったが、上述のようにすることにより、確実にスタンバイモードに戻ることができる。
【００１９】
閾値設定回路５ａは、パワーモードからスタンバイモードへ切り換わるときには、従来通り、スタンバイモード時の閾値を、スタンバイモード時の無負荷電流との差を一定として決める。
閾値設定回路５ａは、差動アンプ３の出力信号が、パワーモード時の閾値より所定値大きい値を超えると、閾値をパワーモード時の閾値に切り換え、スタンバイモード時の閾値より所定値小さい値を下回ると、閾値をスタンバイモード時の閾値に切り換えるようになっている。これにより、パワーモードとスタンバイモードとの間でハンチングが生じることを防止する。
【００２０】
以下に、このような構成のパワーステアリング装置の動作を説明する。
このパワーステアリング装置は、電動モータＭの回転速度の目標値に応じた、目標電圧決定回路４が指示する目標電圧に従って、モータ駆動回路７が電動モータＭを駆動させ、電動モータＭは油圧ポンプ１０を駆動して作動油圧を発生させる。
モータ電圧検出回路８は、電動モータＭの端子間電圧を検出し、そのモータ電圧検出信号を電圧制御回路６へ与える。電圧制御回路６は、このモータ電圧が変動するときは、その変動を打ち消すように目標電圧を高低に補正する。モータ駆動回路７は、この補正された目標電圧に従って、バッテリー電圧を電動モータＭに印加する時間を制御するＰＷＭ波のデューティ比を決める。そして、このデューティ比によりＰＷＭ制御された印加時間、バッテリー電圧を電動モータＭへ印加し、電動モータＭを駆動する。
【００２１】
これにより、図２に示すように、電源電圧が変動しても、モータ電圧（電動モータＭの端子間電圧）は略一定であり、これに従って、モータ電流も略一定である。
また、このパワーステアリング装置は、上述のように、電動モータの目標電圧を電動モータの端子間電圧でフィードバック制御しているので、図３に示すように、電源電圧が所定値（例えば１２Ｖ）付近で変動しても、電動モータの目標電圧は、略一定に制御される。
【００２２】
モータ電流検出回路１ａは、電動モータＭに流れる電流を検出し、そのモータ電流検出信号は、平滑回路１ｂにより平滑された後、無負荷電流検出回路２へ入力される。
無負荷電流検出回路２は、この平滑されたモータ電流検出信号の最小値を検出し保持出力するが、入力信号が、保持出力している信号より大きいときは、所定の特性に従って、保持出力している信号を所定値へ向かって漸増させる。このとき、入力信号が保持出力している信号より小さくなれば、出力信号を入力信号に追従させる。
【００２３】
パワーモードからスタンバイモードへ遷移するとき、油圧ポンプ１０の慣性力により、電動モータＭには逆起電力による電流が生じ、無負荷電流検出回路２の入力にアンダーシュートが生じるが、無負荷電流検出回路２は、このアンダーシュートを除去するようになっている。
リセット回路９は、起動時に無負荷電流検出回路２の出力を所定値（起動時の無負荷電流に相当する値より大きい値）にリセットし、起動時に無負荷電流検出回路２が出力を無負荷電流に相当する値へ漸増させて、時間を費やすことがないようにする。
【００２４】
差動アンプ３は、平滑回路１ｂが出力する信号と、無負荷電流検出回路２が保持出力する信号との差を検出し目標電圧決定回路４へ与える。
目標電圧決定回路４は、この差により、電動モータＭを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモードと、高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモードとを切り換え制御し、電動モータＭへの印加電圧を指示する。
このとき、閾値設定回路５ａは、目標電圧決定回路４の、スタンバイモードとパワーモードとを切り換えるための閾値を、スタンバイモードとパワーモードとで、低と高とに切り換える。
【００２５】
閾値設定回路５ａは、無負荷電流検出回路２の出力を与えられ、スタンバイモードからパワーモードへ切り換わるときには、そのときのスタンバイモード時の無負荷電流に対応するパワーモード時の無負荷電流を、図４に示すような、無負荷時の、モータ印加電圧に対するモータ電流の温度特性から求め、求めたパワーモード時の無負荷電流より少し大きい電流値をパワーモード時の閾値とする。
閾値設定回路５ａは、パワーモードからスタンバイモードへ切り換わるときには、従来通り、スタンバイモード時の閾値を、スタンバイモード時の無負荷電流との差を一定として決める。
【００２６】
図５及び図６は、このようなパワーステアリング装置の回路の一例である。
無負荷電流検出回路２は、ＯＰアンプ１７の出力端子に抵抗１８を介してダイオード２０が逆接続され、ダイオード２０のアノードは、ＯＰアンプ１７の反転入力端子に接続され負帰還がかけられる。ＯＰアンプ１７の非反転入力端子には、一体となっているモータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂの出力信号が、接続節点Ｈを介して与えられている。
ダイオード２０のアノードには抵抗１８ａが接続され、抵抗１８ａの他方には、電源電圧Ｖccが印加されている。
ダイオード２０のアノード及びカソードには、他方が接地された電解コンデンサ１９，２０がそれぞれ接続されている。
【００２７】
ダイオード２０のアノードは、ＯＰアンプ２３の非反転入力端子に接続され、ＯＰアンプ２３の非反転入力端子には、他方が接地された電解コンデンサ２０が接続されている。ＯＰアンプ２３は、負帰還がかけられたバッファ回路である。
無負荷電流検出回路２は、抵抗１８ａが無ければ、通常の最小値ホールド回路であるが、抵抗１８ａが付加されているので、抵抗１８ａと電解コンデンサ１９，２１とで定まる時定数に従って、保持出力している信号が所定電圧値へ向かって漸増する。漸増する信号は、ＯＰアンプ２３のバッファ回路を通じて、差動アンプ３と閾値設定回路５ａとへ与えられる。
【００２８】
差動アンプ３は、ＯＰアンプ３１に抵抗３０とコンデンサ２９との並列回路により負帰還をかけた差動増幅器である。ＯＰアンプ３１の反転入力端子には、抵抗２８を通じて、無負荷電流検出回路２からの保持出力信号が入力され、非反転入力端子には、抵抗３２，３２ａ及びコンデンサ３３からなる平滑回路及び接続節点Ｈを通じて、モータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂの出力信号が与えられている。
差動アンプ３は、ＯＰアンプ３１の差動増幅器により、無負荷電流検出回路２からの保持出力信号とモータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂの出力信号との差を演算し、閾値設定回路５ａと目標電圧決定回路４ａとへ与える。
【００２９】
閾値設定回路５ａは、ＯＰアンプ３９に抵抗３８の正帰還をかけたコンパレータと、ＯＰアンプ３９ａに抵抗２６の負帰還をかけた差動増幅器とからなっている。
ＯＰアンプ３９の非反転入力端子には、電源電圧Ｖccの抵抗３６，３７による分圧が印加され、反転入力端子には、差動アンプ３のＯＰアンプ３１の出力が、抵抗３４と他方が接地されたコンデンサ３５とからなる平滑回路を介して与えられている。ＯＰアンプ３９の出力端子は、抵抗３８ａを通じて電源電圧Ｖccが印加され、また、エミッタ接地されたＮＰＮトランジスタ４０のベースに接続されている。
【００３０】
ＯＰアンプ３９ａの反転入力端子には、電源電圧Ｖccの抵抗２４，２５による分圧が印加され、非反転入力端子には、無負荷電流検出回路２のＯＰアンプ２３の出力が与えられている。ＯＰアンプ３９ａの出力端子には、ダイオード２７のアノードが接続され、ダイオード２７のカソードは、抵抗２６を通じてＯＰアンプ３９ａの反転入力端子に接続されている。ダイオード２７のアノードには、ＮＰＮトランジスタ４０のコレクタが接続され、カソードには、目標電圧決定回路４ａのＯＰアンプ４３の非反転入力端子が接続されている。
【００３１】
目標電圧決定回路４ａは、ＯＰアンプ４３の非反転入力端子には、電源電圧Ｖccの抵抗４１，４２による分圧が印加され、反転入力端子には、差動アンプ３のＯＰアンプ３１の出力が与えられている。
ＯＰアンプ４３の出力端子には、他方が接地された電解コンデンサ４４が接続されると共に、エミッタに電源電圧Ｖccが印加されたＰＮＰトランジスタ４５，４６の各ベースが接続されている。
【００３２】
閾値設定回路５ａは、差動アンプ３の出力が所定値（抵抗３６，３７の分圧及びＯＰアンプ３９の出力により決まる）より小さいときは、ＯＰアンプ３９の出力が略＋Ｖccとなって、ＮＰＮトランジスタ４０をオンにする。そのため、ダイオード２７のアノードが略０ＶになってＯＰアンプ３９ａの出力は封じられるので、ＯＰアンプ４３の出力は、抵抗４１，４２による分圧（スタンバイモード時の閾値に相当）が差動アンプ３の出力より大又は小かによって決まり、ＰＮＰトランジスタ４５，４６をオフ又はオンにする。
【００３３】
閾値設定回路５ａは、ＰＮＰトランジスタ４５，４６がオンになってパワーモードになり、差動アンプ３の出力が所定値より大きくなったときは、ＯＰアンプ３９の出力が略−Ｖccとなって、ＮＰＮトランジスタ４０をオフにする。そのため、ＯＰアンプ３９ａの出力は、ダイオード２７を通じて、ＯＰアンプ４３の非反転入力端子に与えられ、抵抗４１，４２による分圧を強制的に引き上げる（パワーモード時の閾値に相当）。また、ＯＰアンプ３９の非反転入力端子に与えられる所定値は、ＯＰアンプ３９の出力が略−Ｖccとなったことにより、小さくなっている。
【００３４】
このとき、無負荷電流検出回路２からの保持出力信号の大きさに従って、ＯＰアンプ３９ａの出力も大きくなり、ＯＰアンプ４３の非反転入力端子に与えられる電圧は高くなる。
この状態で、ＯＰアンプ４３の出力は、非反転入力端子に与えられる電圧が差動アンプ３の出力より大又は小かによって、ＰＮＰトランジスタ４５，４６をオフ又はオンにする。パワーモード時には無負荷電流検出回路２の入力は大きくなるが、無負荷電流検出回路２の出力はその影響を受けない。また、ＰＮＰトランジスタ４５がオンになって、接続節点Ｅを通じて、電解コンデンサ１９が略＋Ｖccで充電されるが、ダイオード２０により、無負荷電流検出回路２の出力は、その影響を受けない。
【００３５】
閾値設定回路５ａは、ＰＮＰトランジスタ４５，４６がオフになってスタンバイモードになり、差動アンプ３の出力が所定値（上述のように小さくなっている）より小さくなったときは、ＯＰアンプ３９の出力が略＋Ｖccとなって、ＮＰＮトランジスタ４０をオンにする。そのため、ダイオード２７のアノードが略０ＶになってＯＰアンプ３９ａの出力は封じられるので、ＯＰアンプ４３の出力は、抵抗４１，４２による分圧（スタンバイモード時の閾値に相当）が差動アンプ３の出力より大又は小かによって決まり、ＰＮＰトランジスタ４５，４６をオフ又はオンにする。また、ＯＰアンプ３９の非反転入力端子に与えられる所定値は、ＯＰアンプ３９の出力が略＋Ｖccとなったことにより、大きくなっている。
【００３６】
パワーモードからスタンバイモードへ遷移するとき、油圧ポンプの慣性力により、電動モータＭには逆起電力による電流が生じ、無負荷電流検出回路２の入力にアンダーシュートが生じるが、無負荷電流検出回路２は、電解コンデンサ１９の放電により、このアンダーシュートを除去する。電解コンデンサ１９は、上述のように、パワーモード時にＰＮＰトランジスタ４５によって充電されている。
【００３７】
目標電圧決定回路４ａのＰＮＰトランジスタ４６は、オンになったとき（パワーモードになったとき）、接続節点Ｂを通じて、目標電圧決定回路４ｂの電源電圧Ｖccの抵抗７５，７６による分圧を、強制的に略＋Ｖccに引き上げる。この引き上げられた電圧は電圧制御回路６に与えられる。
電圧制御回路６は、ＯＰアンプ７４にコンデンサ７３による負帰還をかけた積分回路であり、ＯＰアンプ７４の非反転入力端子に目標電圧決定回路４ｂの電源電圧Ｖccの抵抗７５，７６による分圧が与えられ、反転入力端子に抵抗７２を介してモータ電圧検出回路８の出力が与えられる。
ＯＰアンプ７４の非反転入力端子は、スタンバイモードのときには、電源電圧Ｖccの抵抗７５，７６による分圧が与えられ、ＯＰアンプ７４の出力は小さい。パワーモードのときには、強制的に引き上げられた略＋Ｖccが与えられ、ＯＰアンプ７４の出力は大きい。
【００３８】
電圧制御回路６の出力は、モータ駆動回路７のＯＰアンプ８２の非反転入力端子に与えられる。ＯＰアンプ８２の反転入力端子には、ＯＰアンプ８０等で構成されたマルチバイブレータの鋸歯状波出力が与えられる。
マルチバイブレータは、ＯＰアンプ８０の非反転入力端子に電源電圧Ｖccの抵抗７７，７８による分圧が印加され、反転入力端子に他方が接地されたコンデンサ８１が接続されている。ＯＰアンプ８０には、抵抗７９による正帰還と抵抗７９ａによる負帰還がかけられ、マルチバイブレータの鋸歯状波出力はＯＰアンプ８０の反転入力端子から出力される。
【００３９】
ＯＰアンプ８２の出力端子には、抵抗８２ａを介して電源電圧Ｖccが印加され、エミッタ同士が接続されたＮＰＮトランジスタ８３及びＰＮＰトランジスタ８４のそれぞれのベースが接続されている。ＮＰＮトランジスタ８３のコレクタにはバッテリー電圧Ｖb が与えられ、ＰＮＰトランジスタ８４のコレクタは接地されている。
ＮＰＮトランジスタ８３及びＰＮＰトランジスタ８４の共通接続されたエミッタは、抵抗８５、８６及び８７を介して、それぞれＮチャネル形ＦＥＴ９２、９３及び９４の各ベースに接続されている。Ｎチャネル形ＦＥＴ９２、９３及び９４の各ソースは、他方が接地された、モータ電流検出回路１ａの抵抗９５に共通接続されている。
【００４０】
Ｎチャネル形ＦＥＴ９２、９３及び９４の各ドレインは、電動モータＭの−側端子に接続され、電動モータＭの＋側端子は、他方が接地されたコンデンサ９０が接続されている。電動モータＭの＋側端子及び−側端子間には、ダイオード９１が逆接続されている。
電動モータＭの−側端子には、ダイオード８９のアノードが接続され、ダイオード８９のカソードには、ツェナーダイオード８８のカソードが接続されている。ツェナーダイオード８８のアノードは、Ｎチャネル形ＦＥＴ９２のベースに接続されている。
【００４１】
モータ駆動回路７は、ＯＰアンプ８２が、電圧制御回路６の出力とＯＰアンプ８０からの鋸歯状波出力とでデューティ比が定まるＰＷＭ制御信号を出力する。
電圧制御回路６の出力が小さいとき（スタンバイモードのとき）、ＰＷＭ制御信号のデューティ比は小さく（ＯＰアンプ８２が負電圧を出力する時間が長い）、ＮＰＮトランジスタ８３及びＰＮＰトランジスタ８４をオン及びオフする、単位時間当たりの時間は短い。これに応じて、Ｎチャネル形ＦＥＴ９２、９３及び９４が、単位時間当たりにオンする時間も短く、電動モータＭに印加される平均電圧は低い。
【００４２】
電圧制御回路６の出力が大きいとき（パワーモードのとき）、ＰＷＭ制御信号のデューティ比は大きく、ＮＰＮトランジスタ８３及びＰＮＰトランジスタ８４をオン及びオフする、単位時間当たりの時間は長い。これに応じて、Ｎチャネル形ＦＥＴ９２、９３及び９４が、単位時間当たりにオンする時間も長く、電動モータＭに印加される平均電圧は高い。
【００４３】
モータ電流検出回路１ａの抵抗９５の両端電圧は、接続節点Ａを介して、モータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂに与えられ、モータ電流が検出される。
モータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂは、抵抗４７、コンデンサ４８及び抵抗５０からなる平滑回路と、非反転入力端子に電源電圧Ｖccの抵抗４９，５０による分圧が印加され、反転入力端子に他方が接地された抵抗５１が接続されたＯＰアンプ５０ａとから構成されている。ＯＰアンプ５０ａの出力端子には、ダイオード５３が順接続され、ＯＰアンプ５０ａは、抵抗５２により負帰還がかけられている。
ダイオード５３のカソードには抵抗５４ａと他方が接地されたコンデンサ５４が接続され、コンデンサ５４の一方は、接続節点Ｈを介して、無負荷電流検出回路２及び差動アンプ３の各入力端子に接続されている。
【００４４】
コンデンサ５４の一方（モータ電流検出回路１ａ及び平滑回路１ｂの出力端子）は、抵抗５５を介して、ＯＰアンプ５７の反転入力端子に接続され、ＯＰアンプ５７の非反転入力端子には、電源電圧Ｖccの抵抗５８，５９による分圧が印加されている。ＯＰアンプ５７は、コンデンサ５６により負帰還がかけられ、その出力端子は、逆接続されたダイオード６０を通じて、モータ駆動回路７のＯＰアンプ８２の非反転入力端子に接続されている。
【００４５】
電動モータＭの＋側端子及び−側端子は、それぞれ接続節点Ｃ及びＤを介して、モータ電圧検出回路８の抵抗６８及び６４に接続されている。
モータ電圧検出回路８は、抵抗６４、コンデンサ６６及び抵抗６５からなる平滑回路が反転入力端子に接続され、抵抗６８、コンデンサ６７、抵抗６９、抵抗７０及びコンデンサ７１からなる平滑回路及び分圧回路が接続されたＯＰアンプ６３を備えている。
ＯＰアンプ６３は、抵抗６２とコンデンサ６１との並列回路により負帰還をかけた差動増幅器であり、電動モータＭの＋側端子及び−側端子間の電圧を検出して、電圧制御回路へ出力する。
【００４６】
リセット回路９は、カソードにバッテリー電圧Ｖb が印加されたツェナーダイオード１１のアノードに、エミッタ接地されたＮＰＮトランジスタ１２のベースが接続され、ＮＰＮトランジスタ１２のコレクタは、他方が電源Ｖccに接続された抵抗１２ａと、エミッタ接地されたＮＰＮトランジスタ１３，１４の各ベースとに接続されている。
ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタは、他方が接地されたコンデンサ１５と、他方がＰＮＰトランジスタ１６のベースに接続された抵抗１５ａとに接続されている。ＰＮＰトランジスタ１６のエミッタは電源Ｖccに、コレクタは無負荷電流検出回路２のＯＰアンプ１７の反転入力端子にそれぞれ接続されている。
ＮＰＮトランジスタ１３のコレクタは、接続節点Ｇを介して、モータ駆動回路７のＯＰアンプ８２の出力端子に接続されている。
【００４７】
リセット回路９は、起動時に電源がオンされると、ＮＰＮトランジスタ１２，１４がオンになり、ＰＮＰトランジスタ１６もオンになって、ＯＰアンプ１７の反転入力端子と抵抗１８ａ及びコンデンサ２１の接続点とに略電源電圧Ｖccを与え、コンデンサ２１を充電する。しかし、抵抗１５ａにより制限されたＰＮＰトランジスタ１６のベース電流により、コンデンサ１５が充電され、ＰＮＰトランジスタ１６のベース電位が上昇すると、ＰＮＰトランジスタ１６はオフになり、ＯＰアンプ１７の反転入力端子の電位は、抵抗１８ａとコンデンサ２１との接続点の電位となる。
【００４８】
図７は、今回、開示されるパワーステアリング装置の１形態の要部構成例を示すブロック図である。このパワーステアリング装置は、電動モータＭの回転速度の目標値に応じた、目標電圧決定回路４ｆが指示する目標電圧に従って、モータ駆動回路７が、バッテリー電圧を電動モータＭに印加する時間を制御するＰＷＭ波のデューティ比を決める。そして、このデューティ比によりＰＷＭ制御された印加時間、バッテリー電圧を電動モータＭへ印加し、電動モータＭを駆動している。電動モータＭは、これにより、油圧ポンプ１０を駆動して作動油圧を発生させる。
【００４９】
目標電圧決定回路４ｆには、差動アンプ３及び閾値設定回路５ａからの各信号の他に、車速検出器（図示せず）からの車速に応じた電圧信号が与えられる。車速検出器はパルスピックアップ式であり、車速信号は車速の高低によって周波数が高低する交流電圧信号である。この交流電圧信号は、波形整形回路１００に入力されて矩形波に整形された後、Ｆ／Ｖ（周波数／電圧）変換回路１０１へ与えられて電圧信号に変換され、目標電圧決定回路４ｆへ与えられる。その他の構成は、上述で説明した図１のパワーステアリング装置と同様であるので、説明を省略する。
【００５０】
以下に、このような構成のパワーステアリング装置の動作を説明する。
目標電圧決定回路４ｆは、差動アンプ３からの信号より、操舵入力の有無を判断し、電動モータＭを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモード（操舵入力無）と、高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモード（操舵入力有）とを切り換え制御し、電動モータＭへ印加すべき目標電圧を指示する。
このとき、目標電圧決定回路４ｆは、スタンバイモード時及びパワーモード時で異なる、車速と電動モータＭへの印加電圧との特性に従って、目標電圧を指示する。
【００５１】
本例では、目標電圧決定回路４ｆは、図８に例示するような、スタンバイモード時及びパワーモード時それぞれの、車速と電動モータＭへの印加電圧との特性に従う。
この特性では、スタンバイモード時の、電動モータＭへ印加すべき目標電圧は、車速が５ｋｍ／ｈ迄の徐行時には６Ｖであり、５〜３５ｋｍ／ｈの低速のときには、車速の増加に応じて高くなり、３５〜５０ｋｍ／ｈの中速のときには、１２Ｖ（最高電圧）に維持され、５０〜１００ｋｍ／ｈの高速のときには、車速の増加に応じて低くなり、１００ｋｍ／ｈ以上の高速のときには、３Ｖ（最低電圧）に維持される。
【００５２】
パワーモード時の、電動モータＭへ印加すべき目標電圧は、３５ｋｍ／ｈ迄の徐行時及び低速時には、１２Ｖに維持され、３５ｋｍ／ｈ以上の中速時及び高速時には、上述のスタンバイモード時の特性と同様の特性に従う。その他の動作は、上述で説明した図１のパワーステアリング装置と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
従来のパワーステアリング装置では、車速によってのみ、電動モータへの印加電圧を決定しているが、消費エネルギーが大きかった。また、操舵角センサを用いて操舵入力の有無を判断し、操舵入力が無いときに、電動モータへの印加電圧を下げるものもあるが、製造コストが増加していた。
しかし、本例のパワーステアリング装置によれば、操舵角センサのようなセンサを追加せずに、省エネルギー性能を向上させることができると共に、車速による目標電圧制御を導入することにより、中高速時の操舵フィーリングが向上する。
【００５４】
図９、図１０及び図１１は、このようなパワーステアリング装置の回路の一例である。
波形整形回路１００は、カソードに波形整形回路１００の入力端子が接続されたダイオード１０５が、アノードに抵抗１０６を介して電源電圧Ｖccが印加されている。ダイオード１０５のアノードには、他方にコンデンサ１０８が接続された抵抗１０７が接続され、コンデンサ１０８の他方は接地されている。抵抗１０７の他方は、アノードが接地されたダイオード１０９のカソードと、ＯＰアンプ１１２の反転入力端子とに接続されている。
ＯＰアンプ１１２の非反転入力端子には、抵抗１１０，１１１による電源電圧Ｖccの分圧が与えられ、出力端子には、抵抗１１４を介して電源電圧Ｖccが印加されている。ＯＰアンプ１１２には、抵抗１１３により正帰還がかけられている。
【００５５】
波形整形回路１００は、入力された交流電圧信号の車速信号を、ダイオード１０５で半波整流し、半波整流された車速信号は、抵抗１０７及びコンデンサ１０８でなるフィルタ回路で高周波成分が除去された後、シュミット・トリガ回路であるＯＰアンプ１１２に入力される。ダイオード１０９は、負電圧に振られ過ぎないための保護回路である。
ＯＰアンプ１１２は、入力が抵抗１１０，１１１による分圧により定まる所定値を超えているときは、Ｌレベル信号を出力し、超えていないときは、Ｈレベル信号を出力し、波形整形回路１００に入力された交流電圧信号の谷の数だけの矩形波を出力する。
【００５６】
Ｆ／Ｖ変換回路１０１は、Ｆ／Ｖ変換回路１０１の入力端子にコンデンサ１１５が接続され、コンデンサ１１５の他方は、他方が接地された抵抗１１６に接続されている。コンデンサ１１５の他方には、アノードが接地されたダイオード１１７のカソードと、カソードがＯＰアンプ１２１の反転入力端子に接続されたダイオード１１８のアノードとが接続されている。
ＯＰアンプ１２１の非反転入力端子には、抵抗１１９，１２０による電源電圧Ｖccの分圧が与えられ、出力端子には、抵抗１２２を介して電源電圧Ｖccが印加されている。ＯＰアンプ１２１の出力端子には、他方が接地された電解コンデンサ１２３と、抵抗１２４、コンデンサ１２５、抵抗１２６及びコンデンサ１２７で構成される平滑回路とが接続されている。
【００５７】
Ｆ／Ｖ変換回路１０１は、波形整形回路１００から入力された矩形波を、コンデンサ１１５及び抵抗１１６でなる微分回路で微分する。この微分信号は、ダイオード１１７及びダイオード１１８でなるポンプ回路を通じて、ＯＰアンプ１２１の反転入力端子に与えられ、ＯＰアンプ１２１は、この微分信号の、抵抗１１９，１２０による分圧により定まる所定値を超える部分に応じた負電圧信号を出力する。
【００５８】
ＯＰアンプ１２１がこの負電圧信号を出力する都度、電解コンデンサ１２３は放電するので、微分信号の単位時間当たりの個数が多い程、電解コンデンサ１２３の端子間電圧は低下する。従って、車速が高速である程、電解コンデンサ１２３の端子間電圧は低下する。
電解コンデンサ１２３の端子間電圧は、抵抗１２４、コンデンサ１２５、抵抗１２６及びコンデンサ１２７で構成される平滑回路で平滑され、Ｆ／Ｖ変換回路１０１の出力電圧として、目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｅへ与えられる。
【００５９】
目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｅは、部分回路４ｅの入力端子に接続された抵抗１２８の他方が、ＯＰアンプ１３１の反転入力端子に接続されている。ＯＰアンプ１３１の非反転入力端子には、抵抗１２９，１３０による電源電圧Ｖccの分圧が与えられ、出力端子には、他方が接地されたツェナーダイオード１３３が接続されている。ＯＰアンプ１３１には、抵抗１３２により負帰還がかけられている。
ＯＰアンプ１３１の出力端子は、接続節点Ｋを介して、目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｄの抵抗７６の一端に接続されている（この一端は、図６に示す回路では接地されている）。
【００６０】
目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｅの入力端子は、また、ＯＰアンプ１３６の反転入力端子に接続されている。ＯＰアンプ１３６の非反転入力端子には、抵抗１３４，１３５による電源電圧Ｖccの分圧が与えられ、出力端子には、抵抗１３７を通じて、電源電圧Ｖccが印加されている。
ＯＰアンプ１３６の出力端子は、接続節点Ｊを介して、目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｃの、エミッタ接地されたＮＰＮトランジスタ１４７のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ１４７のコレクタは、ＯＰアンプ４３の出力端子に接続されている（このＮＰＮトランジスタ１４７は、図５に示す回路では存在しない）。
【００６１】
目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｅの入力端子は、また、抵抗１３８，１３９でなる分圧回路に接続されている。抵抗１３８，１３９により分圧された、部分回路４ｅの入力は、ＯＰアンプ１４０の非反転入力端子に与えられる。ＯＰアンプ１４０の反転入力端子には、抵抗１４４，１４５による電源電圧Ｖccの分圧が抵抗１４３を通じて与えられ、出力端子には、他方が接地されたツェナーダイオード１４２が接続されている。ＯＰアンプ１４０には、抵抗１４１により負帰還がかけられている。
【００６２】
抵抗１４４，１４５の共通接続点は、コレクタ接地されたＰＮＰトランジスタ１４６のエミッタに接続され、ＰＮＰトランジスタ１４６のベースは、接続節点Ｊを介して、ＯＰアンプ１３６の出力端子に接続されている。
ＯＰアンプ１４０の出力端子は、接続節点Ｌを介して、目標電圧決定回路４ｆの部分回路４ｄの抵抗７５の一端に接続されている（この一端は、図６に示す回路では、電源電圧Ｖccが印加されている）。
【００６３】
以下に、目標電圧決定回路４ｆ（部分回路４ｃ，４ｄ，４ｅ）の動作を、図８の車速と電動モータＭへの印加電圧との特性を参照しながら説明する。
目標電圧決定回路４ｆの入力信号が５ｋｍ／ｈ迄の車速に相当する電圧のとき、接続節点Ｋの電圧は、ツェナーダイオード１３３が順方向に導通して、略０Ｖである。接続節点Ｊの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６をオン、ＮＰＮトランジスタ１４７をオフにする。接続節点Ｌの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６のエミッタが接地され、ＯＰアンプ１４０の出力電圧が高になるので、ツェナーダイオード１４２のツェナー降伏電圧である。
【００６４】
従って、ＯＰアンプ７４（電圧制御回路６）の非反転入力端子に入力される、電動モータＭへ印加すべき目標電圧信号は、ツェナーダイオード１４２のツェナー降伏電圧の抵抗７５，７６による分圧に略等しくなり、目標電圧は６Ｖになる。
この状態で、パワーモードに切り換わったときは、ＰＮＰトランジスタ４６がオンになって、目標電圧信号が引き上げられて略電源電圧Ｖccになり、目標電圧は１２Ｖになる。
【００６５】
目標電圧決定回路４ｆの入力信号が５〜３５ｋｍ／ｈの車速に相当する電圧のとき、接続節点Ｋの電圧は、ＯＰアンプ１３１の出力電圧が車速の上昇（入力信号の低下）に応じて上昇するので、同様に上昇する。接続節点Ｊの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６をオン、ＮＰＮトランジスタ１４７をオフにする。接続節点Ｌの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６のエミッタが接地され、ＯＰアンプ１４０の出力電圧が高になるので、ツェナーダイオード１４２のツェナー降伏電圧である。
【００６６】
従って、ＯＰアンプ７４の非反転入力端子に入力される、電動モータＭへ印加すべき目標電圧信号は、車速の上昇に応じて（接続節点Ｋの電圧上昇に応じて）上昇し、目標電圧は６Ｖから１２Ｖに漸増する。
この状態で、パワーモードに切り換わったときは、ＰＮＰトランジスタ４６がオンになって、目標電圧信号が引き上げられて略電源電圧Ｖccになり、目標電圧は１２Ｖになる。
【００６７】
目標電圧決定回路４ｆの入力信号が３５〜５０ｋｍ／ｈの車速に相当する電圧のとき、接続節点Ｋの電圧は、ＯＰアンプ１３１の出力電圧が車速の上昇（入力信号の低下）に応じて上昇するので、同様に上昇する。接続節点Ｊの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６をオフ、ＮＰＮトランジスタ１４７をオンにする。接続節点Ｌの電圧は、ＯＰアンプ１４０の出力電圧が車速の上昇（入力信号の低下）に応じて低下するので、同様に低下する。
【００６８】
従って、ＯＰアンプ７４の非反転入力端子に入力される、電動モータＭへ印加すべき目標電圧信号は、接続節点Ｋの電圧上昇と接続節点Ｌの電圧低下とが相殺しあって一定となり、目標電圧は１２Ｖで一定である。
この状態では、ＮＰＮトランジスタ１４７がオンであるので、ＰＮＰトランジスタ４６がオフに維持され、パワーモードに切り換わらず、スタンバイモードとパワーモードとは同じ特性を取る。
【００６９】
目標電圧決定回路４ｆの入力信号が５０〜１００ｋｍ／ｈの車速に相当する電圧のとき、接続節点Ｋの電圧は、ＯＰアンプ１３１の出力電圧が高になるので、ツェナーダイオード１３３のツェナー降伏電圧である。接続節点Ｊの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６をオフ、ＮＰＮトランジスタ１４７をオンにする。接続節点Ｌの電圧は、ＯＰアンプ１４０の出力電圧が車速の上昇（入力信号の低下）に応じて低下するので、同様に低下する。
【００７０】
従って、ＯＰアンプ７４の非反転入力端子に入力される、電動モータＭへ印加すべき目標電圧信号は、車速の上昇に応じて（接続節点Ｌの電圧低下に応じて）低下し、目標電圧は１２Ｖから３Ｖに漸減する。
この状態では、ＮＰＮトランジスタ１４７がオンであるので、ＰＮＰトランジスタ４６がオフに維持され、パワーモードに切り換わらず、スタンバイモードとパワーモードとは同じ特性を取る。
【００７１】
目標電圧決定回路４ｆの入力信号が１００ｋｍ／ｈ以上の車速に相当する電圧のとき、接続節点Ｋの電圧は、ＯＰアンプ１３１の出力電圧が高になるので、ツェナーダイオード１３３のツェナー降伏電圧である。接続節点Ｊの電圧は、ＰＮＰトランジスタ１４６をオフ、ＮＰＮトランジスタ１４７をオンにする。接続節点Ｌの電圧は、ツェナーダイオード１４２が順方向に導通して、略０Ｖである。
【００７２】
従って、ＯＰアンプ７４の非反転入力端子に入力される、電動モータＭへ印加すべき目標電圧信号は、ツェナーダイオード１３３のツェナー降伏電圧の抵抗７６，７５による分圧（上述の車速が５ｋｍ／ｈ迄のときとは、分圧比が逆になる）に略等しくなり、目標電圧は３Ｖになる。
この状態では、ＮＰＮトランジスタ１４７がオンであるので、ＰＮＰトランジスタ４６がオフに維持され、パワーモードに切り換わらず、スタンバイモードとパワーモードとは同じ特性を取る。
このパワーステアリング装置の回路のその他の構成及び動作は、上述で説明した、図５及び図６に示す回路と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係るパワーステアリング装置によれば、電源であるバッテリー電圧が変動しても、電動モータへの印加電圧を略一定に保持し、モータ電流を略一定に保つことができ、ハンドルの操作状態を精度良く検出できる。また、個々の電動モータの抵抗値のバラツキと、コントローラ（特に電動モータの端子間電圧を検出する手段）の製造過程に起因するバラツキとを吸収することができ、作動油の最低流量を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパワーステアリング装置の１形態の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るパワーステアリング装置の電源電圧が変動したときの動作を説明するための波形図である。
【図３】本発明に係るパワーステアリング装置の電圧制御動作を説明するための説明図である。
【図４】無負荷時の、モータ印加電圧に対するモータ電流の温度特性を示す特性図である。
【図５】本発明に係るパワーステアリング装置の回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明に係るパワーステアリング装置の回路の一例を示す回路図である。
【図７】開示されたパワーステアリング装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図８】開示されたパワーステアリング装置の電圧制御動作を説明するための説明図である。
【図９】開示されたパワーステアリング装置の回路の一例を示す回路図である。
【図１０】開示されたパワーステアリング装置の回路の一例を示す回路図である。
【図１１】開示されたパワーステアリング装置の回路の一例を示す回路図である。
【図１２】従来のパワーステアリング装置の１例の要部構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のパワーステアリング装置の電源電圧が変動したときの動作を説明するための波形図である。
【図１４】作動油が常温のとき及び低温のときにおけるモータ電流の相違を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ａ モータ電流検出回路
１ｂ 平滑回路
２ 無負荷電流検出回路
３ 差動アンプ
４，４ｆ 目標電圧決定回路
５ａ 閾値設定回路
６ 電圧制御回路（目標電圧を補正する手段）
７ モータ駆動回路
８ モータ電圧検出回路（電動モータの端子間電圧を検出する手段）
９ リセット回路
１０ 油圧ポンプ
Ｍ 電動モータ
１００ 波形整形回路
１０１ Ｆ／Ｖ変換回路

Claims (1)

1. 電動モータにより油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプが発生させる油圧により操舵補助を行い、前記電動モータを低電圧／低回転速度で駆動制御するスタンバイモードと、前記電動モータを高電圧／高回転速度で駆動制御するパワーモードとが切換えられるように構成されると共に、前記電動モータに流れるモータ電流を検出する手段と、該手段により検出されたモータ電流に基づき、前記電動モータをスタンバイモードで駆動する為の目標電圧、又はパワーモードで駆動する為の目標電圧を設定する目標電圧設定手段とを備えるパワーステアリング装置において、
   前記電動モータの端子間電圧を検出する手段と、検出した端子間電圧に基づき、前記目標電圧設定手段が設定した目標電圧を補正する補正手段とを備え、該補正手段が補正した目標電圧により、前記電動モータを駆動するように構成してあると共に、前記検出されたモータ電流に基づき、操舵入力が無い無負荷時のモータ電流を無負荷電流として検出し保持する手段を備え、前記目標電圧設定手段は、前記スタンバイモードとパワーモードとを前記無負荷電流に応じて切換える為の閾値を設定する手段を有し、該手段は、スタンバイモードからパワーモードへ切換わるときには、そのときのスタンバイモード時の無負荷電流に対応するパワーモード時の無負荷電流を、無負荷時の、モータ印加電圧に対するモータ電流の温度特性から求め、求めたパワーモード時の無負荷電流より大きい電流値をパワーモードとする為の閾値とするように構成してあることを特徴とするパワーステアリング装置。

Images