JP3881974B2 - 電動パワーステアリング装置の電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバーのステアリング操作をアシストするモータにバッテリから供給される実電流をシャント抵抗の両端の電圧に基づいて検出する電動パワーステアリング装置の電流検出装置に関する。

電動パワーステアリング装置のモータを、４個のスイッチング素子を備えたＨブリッジ回路を介して駆動するものが、下記特許文献１により公知である。Ｈブリッジ回路は、その４個のスイッチング素子のうち、第１の対角位置にある２個のスイッチング素子をＯＮすることによりモータを正転駆動し、第２の対角位置にある２個のスイッチング素子をＯＮすることによりモータを逆転駆動することができる。

電動パワーステアリング装置は、バッテリとモータを駆動するＨブリッジ回路との間に配置されたシャント抵抗の両端の電圧に基づいてモータに流れる実電流を算出し、その実電流を目標電流に一致させる電流フィードバック制御を行っている。図７のラインＣに示すように、シャント抵抗の両端の電圧が０Ｖのときに実電流が０Ａ（モータのトルクが０）であるのが望ましいが、実際にはシャント抵抗のばらつき、シャント抵抗の温度特性、モータの逆起電力等の要因によって０Ｖが基準値となることは殆どなく、０Ｖからずれた電圧が基準値となる。特に、図７のラインＡのように基準値が負側にずれると破線部分の電圧が読めなくなるため、図７のラインＢのように意図的に正値のオフセット電圧（例えば１Ｖ）を発生させている。従って、シャント抵抗の両端の電圧からオフセット電圧を減算して較正した電圧を用いることで、シャント抵抗を流れる実電流を正しく算出することができる。但し、オフセット電圧は１Ｖから変動するため、イグニッションスイッチをＯＮする度に検出したオフセット電圧の複数回の平均値を算出し、この平均値を順次更新しながら使用することが行われている。
特開２０００−１９０８６１号公報

しかしながら、オフセット電圧の算出中に以下の（１）〜（３）のような理由で検出誤差が発生してしまい、それがシャント抵抗を流れる実電流の算出精度を低下させる原因となっていた。
（１）他の電装機器が起動したためにバッテリ電圧が低下してしてオフセット電圧の検出値が変化する。
（２）他の電装機器のリレーがＯＮしたときのスパイクが乗ることでオフセット電圧の検出値が変化する。
（３）ステアリングハンドルが操作されたためにモータの逆起電力が発生してオフセット電圧の検出値が変化する。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、電動パワーステアリング装置のモータ電流検出手段のシャント抵抗のオフセット電圧を精度良く算出することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ドライバーのステアリング操作をアシストするモータと、バッテリからモータに供給される実電流をシャント抵抗の両端の電圧に基づいて検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出手段で検出した実電流が目標電流に一致するようにＨブリッジ回路を介してモータを制御する制御手段と備え、モータ電流検出手段は、モータの停止時に算出されるオフセット電圧に基づいてモータに供給される実電流を較正する電動パワーステアリング装置の電流検出装置において、バッテリの電圧およびＨブリッジ回路のスイッチング素子を駆動する昇圧電圧の少なくとも一方が閾値以下のときに、前記オフセット電圧の算出を禁止することを特徴とする、電動パワーステアリング装置の電流検出装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、ドライバーのステアリング操作をアシストするモータと、バッテリからモータに供給される実電流をシャント抵抗の両端の電圧に基づいて検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出手段で検出した実電流が目標電流に一致するようにモータを制御する制御手段と備え、モータ電流検出手段は、モータの停止時に算出されるオフセット電圧に基づいてモータに供給される実電流を較正する電動パワーステアリング装置の電流検出装置において、バッテリの電圧からモータの端子間電圧を減算した値が閾値以下のときに、前記オフセット電圧の算出を禁止することを特徴とする、電動パワーステアリング装置の電流検出装置が提案される。

尚、実施例のモータ電流検出回路４９は本発明のモータ電流検出手段に対応し、実施例の第１〜第４スイッチング素子４６ａ〜４６ｄは本発明のスイッチング素子に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明の制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、バッテリからＨブリッジ回路を介してモータに供給される実電流を検出するシャント抵抗のオフセット電圧を算出する際に、バッテリの電圧およびＨブリッジ回路のスイッチング素子を駆動する昇圧電圧の少なくとも一方が閾値以下のときにオフセット電圧の算出を禁止するので、システムが不安定な状態で不正確なオフセット電圧が算出されるのを防止することができる。

請求項２の構成によれば、バッテリからＨブリッジ回路を介してモータに供給される実電流を検出するシャント抵抗のオフセット電圧を算出する際に、バッテリの電圧からモータの端子間電圧を減算した値が閾値以下のときにオフセット電圧の算出を禁止するので、モータが大きな逆起電圧を発生している状態で不正確なオフセット電圧が算出されるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４はモータの駆動回路を示す図、図５はモータの正転時および逆転時の作用説明図、図６はオフセット電圧算出の作用を説明するフローチャートである。

図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速機１６から上方に突出するピニオンシャフト１７に接続される。減速機１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速機１６にはモータＭが支持されており、このモータＭの作動が、減速機１６の内部に収納した操舵トルクセンサＳｔからの信号が入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、減速機１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２６，２７で前記ピニオンシャフト１７が回転自在に支持される。ピニオンシャフト１７の下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられたラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みが抑制される。

減速機１６の内部に延びるモータＭの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持されており、モータＭの回転軸３４に設けられたウオーム３７が、ピニオンシャフト１７に固定されたウオームホイール３８に噛合する。

従って、モータＭを駆動すると回転軸３４のトルクがウオーム３７およびウオームホイール３８を介してピニオンシャフト１７に伝達され、ドライバーのステアリング操作がモータＭによってアシストされる。

図４には、電子制御ユニットＵからの指令でモータＭを駆動するモータ駆動回路Ｃが示される。モータ駆動回路ＣはＨブリッジ回路４１を備えており、その高圧端子ＴＨはシャント抵抗４２、パワーリレー４３およびチョークコイル４４を介して車載の１２Ｖのバッテリ４５のプラス極４５ａに接続され、その低圧端子ＴＬは接地されてバッテリ４５のマイナス極４５ｂに接続される。Ｈブリッジ回路４１の第１出力端子ＴＭ１および第２出力端子ＴＭ２はモータＭに接続されており、低圧端子ＴＬおよび第１出力端子ＴＭ１が第１スイッチング素子４６ａで接続され、低圧端子ＴＬおよび第２出力端子ＴＭ２が第２スイッチング素子４６ｂで接続され、高圧端子ＴＨおよび第１出力端子ＴＭ１が第３スイッチング素子４６ｃで接続され、高圧端子ＴＨおよび第２出力端子ＴＭ２が第４スイッチング素子４６ｄで接続される。第１〜第４スイッチング素子４６ａ〜４６ｄは、例えば電界効果トラジスタ（ＦＥＴ）で構成される。第１出力端子ＴＭ１および第２出力端子ＴＭ２の何れか一方（実施例では第１出力端子ＴＭ１）とモータＭとの間に、フェイルセーフリレー４７が配置される。

バッテリ４５からＨブリッジ回路４１への電力の供給をＯＮ／ＯＦＦするパワーリレー４３と、異常時にモータＭを停止させるフェイルセーフリレー４７とは、電子制御ユニットＵにより制御される共通のリレー駆動回路４８に接続されており、パワーリレー４３およびフェイルセーフリレー４７は連動してＯＮ／ＯＦＦする。即ち、パワーリレー４３がＯＮするとフェイルセーフリレー４７もＯＮし、パワーリレー４３がＯＦＦするとフェイルセーフリレー４７もＯＦＦし、これによりコストの低減およびリレー駆動回路４８の故障率の低減が図られる。

パワーリレー４３およびＨブリッジ回路４１間に配置されたシャント抵抗４２はモータ電流検出回路４９に接続されており、電子制御ユニットＵに接続されたモータ電流検出回路４９は、シャント抵抗４２の両端の電位差とシャント抵抗４２の抵抗値とに基づいて、バッテリ４５からＨブリッジ回路４１に供給される電流を検出する。

第１出力端子ＴＭ１の電位ＶＭＮおよび第２出力端子ＴＭ２の電位ＶＭＰ、つまりモータＭの両端子の電位は、電子制御ユニットＵに接続されたモータ端子電圧検出回路５０により検出される。モータＭが作動していないとき、第１出力端子ＴＭ１の電位ＶＭＮおよび第２出力端子ＴＭ２の電位ＶＭＰはバッテリ４５により２Ｖ〜３Ｖにプルアップされている。

Ｈブリッジ回路４１の第１〜第４スイッチング素子４６ａ〜４６ｄは、電子制御ユニットＵに接続されたスイッチング素子駆動回路５１によりデューティ制御される。即ち、図５（Ａ）に示すように、対角位置にある第１スイッチング素子４６ａおよび第４スイッチング素子４６ｄがＯＮすると、第１出力端子ＴＭ１が低圧端子ＴＬに接続されて０Ｖになり、第２出力端子ＴＭ２が高圧端子ＴＨに接続されて１２Ｖになることで、モータＭが正転する。このとき、第１スイッチング素子４６ａおよび第４スイッチング素子４６ｄの何れか一方のデューティ比を制御することで、モータＭに流れる電流を制御することができる。

また図５（Ｂ）に示すように、他の対角位置にある第２スイッチング素子４６ｂおよび第３スイッチング素子４６ｃがＯＮすると、第２出力端子ＴＭ２が低圧端子ＴＬに接続されて０Ｖになり、第１出力端子ＴＭ１が高圧端子ＴＨに接続されて１２Ｖになることで、モータＭが逆転する。このとき、第２スイッチング素子４６ｂおよび第３スイッチング素子４６ｃの何れか一方のデューティ比を制御することで、モータＭに流れる電流を制御することができる。

ところで、シャント抵抗４２の両端の電圧が０Ｖのときに実電流が０Ａになることが望ましいが、実際には実電流が０Ａのときに０Ｖからずれた電圧（オフセット電圧）が検出されるため、シャント抵抗４２の両端の電圧からオフセット電圧を減算して較正した電圧を用いて実電流を算出する必用がある。以下、オフセット電圧を精度良く算出する手法を、図６のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップＳ１でバッテリ電圧ＡＤＶＢＵがバッテリ電圧下限値♯ＩＭＶＢＵＬ以下であるか、あるいはステップＳ２でスイッチング素子駆動回路５１がスイッチング素子４６ａ〜４６ｄを駆動する電圧（昇圧電圧）ＡＤＶＢＲが昇圧電圧下限値♯ＩＭＶＢＲＬ以下であるとき、システムが不安定な状態でオフセット電圧の正確な算出が不可能であると判断し、オフセット電圧の算出を中止する。

前記ステップＳ１でバッテリ電圧ＡＤＶＢＵがバッテリ電圧下限値♯ＩＭＶＢＵＬを越えており、かつステップＳ２で昇圧電圧ＡＤＶＢＲが昇圧電圧下限値♯ＩＭＶＢＲＬを越えているとき、ステップＳ３でバッテリ電圧ＡＤＶＢＵから、ステアリングハンドル１１が操作されてモータＭが外力で駆動されて発生する逆起電力ＤＶＭＡを減算した値が閾値♯ＶＢＤＭ（実施例では１．８５Ｖ）以下であるとき、つまりモータＭの逆起電力ＤＶＭＡが大きくてシャント抵抗４２による実電流の検出に影響が及ぶ場合にオフセット電圧の正確な算出が不可能であると判断し、オフセット電圧の算出を中止する。

前記ステップＳ３でバッテリ電圧ＡＤＶＢＵから逆起電力ＤＶＭＡを減算した値が閾値♯ＶＢＤＭよりも大きいとき、ステップＳ４〜Ｓ１２でオフセット電圧を算出する。本実施例では正確を期するためにオフセット電圧ＩＭＯＦＳとして加算値（平均値）を算出する。即ち、オフセット電圧ＩＭＯＦＳは１０回連続して検出された１０個の検出値から、その最大値ＡＤＩＭＨおよび最小値ＡＤＩＭＬを除いた８個の検出値の加算値として算出される。尚、８個の加算値を８で除算した平均値をオフセット電圧ＩＭＯＦＳとしても良い。

具体的に説明すると、ステップＳ４でオフセット電圧ＩＭＯＦＳの前回の加算値に今回の検出値ＡＤＩＭ１を加算したものを今回のオフセット電圧ＩＭＯＦＳの加算値とする。続くステップＳ５で検出値ＡＤＩＭ１が最大値ＡＤＩＭＨを越えていれば、ステップＳ６でその検出値ＡＤＩＭ１で最大値ＡＤＩＭＨを更新する。続くステップＳ７で検出値ＡＤＩＭ１が最小値ＡＤＩＭＬ未満であれば、ステップＳ８でその検出値ＡＤＩＭ１で最小値ＡＤＩＭＬを更新する。続くステップＳ９で検出値ＡＤＩＭ１の加算回数をカウントするカウンタＣＩＭＯＦＡＶ（実施例では初期値１０）をデクリメントする。

続くステップＳ１０でカウンタＣＩＭＯＦＡＶが０になって検出値ＡＤＩＭ１の１０回の加算が完了すると、ステップＳ１１，Ｓ１２で１０回の加算値から前記最大値ＡＤＩＭＨおよび最小値ＡＤＩＭＬを減算し、その減算値を最終的なオフセット電圧ＩＭＯＦＳの加算値（平均値）とする。そしてステップＳ１３で前記最終的なオフセット電圧ＩＭＯＦＳの加算値から予め記憶している基準値ＩＭＩＥＰ Ｕとの偏差を算出し、その偏差が閾値♯ＳＢＴＩＭ（実施例では０．２Ｖ）以上であれば、つまりオフセット電圧ＩＭＯＦＳの加算値が基準値ＩＭＩＥＰ Ｕから大きく外れていれば、異常が発生したと判断してステップＳ１４で故障を確定する。

このように、オフセット電圧ＩＭＯＦＳを算出する際に、複数回の検出値ＡＤＩＭ１の加算値（平均値）を採用し、かつ複数回の検出値ＡＤＩＭ１のうちの最大値ＡＤＩＭＨおよび最小値ＡＤＩＭＬを除外するので、スパイクやノイズの影響を排除して正確なオフセット電圧ＩＭＯＦＳを算出することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではオフセット電圧ＩＭＯＦＳの加算値（平均値）を算出する際に検出値ＡＤＩＭ１を１０回加算してしているが、最大値ＡＤＩＭＨおよび最小値ＡＤＩＭＬを除外できるように３回以上加算すれば良い。

電動パワーステアリング装置の全体斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３−３線断面図 モータの駆動回路を示す図 モータの正転時および逆転時の作用説明図 オフセット電圧算出の作用を説明するフローチャート オフセット電圧の説明図

符号の説明

４１ Ｈブリッジ回路
４２ シャント抵抗
４５ バッテリ
４６ａ 第１スイッチング素子（スイッチング素子）
４６ｂ 第２スイッチング素子（スイッチング素子）
４６ｃ 第３スイッチング素子（スイッチング素子）
４６ｄ 第４スイッチング素子（スイッチング素子）
４９ モータ電流検出回路（モータ電流検出手段）
ＩＭＯＦＳ オフセット電圧
Ｍ モータ
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）

Claims (2)

1. ドライバーのステアリング操作をアシストするモータ（Ｍ）と、バッテリ（４５）からモータ（Ｍ）に供給される実電流をシャント抵抗（４２）の両端の電圧に基づいて検出するモータ電流検出手段（４９）と、モータ電流検出手段（４９）で検出した実電流が目標電流に一致するようにＨブリッジ回路（４１）を介してモータ（Ｍ）を制御する制御手段（Ｕ）と備え、
   モータ電流検出手段（４９）は、モータ（Ｍ）の停止時に算出されるオフセット電圧（ＩＭＯＦＳ）に基づいてモータ（Ｍ）に供給される実電流を較正する電動パワーステアリング装置の電流検出装置において、
   バッテリ（４５）の電圧およびＨブリッジ回路（４１）のスイッチング素子（４６ａ〜４６ｄ）を駆動する昇圧電圧の少なくとも一方が閾値以下のときに、前記オフセット電圧（ＩＭＯＦＳ）の算出を禁止することを特徴とする、電動パワーステアリング装置の電流検出装置。
2. ドライバーのステアリング操作をアシストするモータ（Ｍ）と、バッテリ（４５）からモータ（Ｍ）に供給される実電流をシャント抵抗（４２）の両端の電圧に基づいて検出するモータ電流検出手段（４９）と、モータ電流検出手段（４９）で検出した実電流が目標電流に一致するようにモータ（Ｍ）を制御する制御手段（Ｕ）と備え、
   モータ電流検出手段（４９）は、モータ（Ｍ）の停止時に算出されるオフセット電圧（ＩＭＯＦＳ）に基づいてモータ（Ｍ）に供給される実電流を較正する電動パワーステアリング装置の電流検出装置において、
   バッテリ（４５）の電圧からモータ（Ｍ）の端子間電圧を減算した値が閾値以下のときに、前記オフセット電圧（ＩＭＯＦＳ）の算出を禁止することを特徴とする、電動パワーステアリング装置の電流検出装置。

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