JP3898019B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータによって車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関し、更に詳しくは、そのようなパワーステアリング装置におけるブラシレスモータの駆動方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置が用いられている。このパワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクに基づき電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流の検出値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、その指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）を生成するＰＷＭ信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とを備え、そのデューティ比に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出回路によって検出され、この検出値と上記目標値との差が上記指令値を生成するための偏差として使用される。パワーステアリング装置では、このようにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。
【０００３】
このようなパワーステアリング装置において使用される電動モータとして、従来はブラシモータが多く用いられてきたが、近年は信頼性及び耐久性の向上や慣性の低減等の観点からブラシレスモータも使用されている。例えば、３相ブラシレスモータを使用したパワーステアリング装置では、図６に示すようなモータ駆動回路２５０が使用される。このモータ駆動回路２５０は、電源ライン側に配置されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ（以下「Ｈｉ側ＦＥＴ」と略記する）５ｊＨと接地ライン側に配置されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ（以下「Ｌｏ側ＦＥＴ」と略記する）５ｊＬとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対を３対並列に接続して構成されている（ｊ＝１，２，３）。そして、Ｈｉ側ＦＥＴ５ｊＨとＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとの各接続点は、３相ブラシレスモータ２０６の各端子２６ｊに接続されている。
【０００４】
上記モータ駆動回路２５０における各ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌ，５１Ｈ〜５３Ｈは、それらのゲート端子に供給される制御信号に基づき、図７に示すようなオン／オフ動作を行う。すなわち、ブラシレスモータ２０６内に取り付けられた位置検出器（エンコーダまたはレゾルバ等）によって検出されるロータ位置に応じて、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈが交番かつ循環的に選択されてその選択期間だけ連続的にオンすると共に、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌが交番かつ循環的に選択されてその選択期間だけ断続的にオンする。ここで断続なオン動作は、選択されたＬｏ側ＦＥＴのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号に基づいており、このＰＷＭ信号のデューティ比により、ブラスレスモータ２０６に供給される電流が制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ブラシレスモータ２０６を使用した従来のパワーステアリング装置では、操舵トルクに基づき算出された目標値の電流がブラシレスモータ２０６に流れるように、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３ＬのみがＰＷＭ信号に基づき断続的にオンし（以下、このようにＦＥＴを断続的にオンさせることを「ＰＷＭ駆動」という）、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈはそれぞれの選択期間において連続的にオンする（以下、このようにＦＥＴを連続的にオンさせることを「オン駆動」という）。
【０００６】
ところで一般に、ＦＥＴを断続的にオンさせると、ＦＥＴを連続的にオンさせた場合に比べて、スイッチング損失により発熱が大きくなる。したがって、ブラシレスモータ２０６を使用した上記従来のパワーステアリング装置では、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに比べてＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌの発熱量が多くなる。その結果、ブラシレスモータ２０６に定格電流を流せる時間が短くなり、これに対処するためには、より容量の大きいＦＥＴを使用しなければならなかった。
【０００７】
そこで、本発明では、モータ駆動回路におけるＦＥＴ等のスイッチング素子の大容量化を回避しつつ、駆動源としてのブラシレスモータに定格電流を長時間流すことの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。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両操舵のための操作手段に加えられる操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置であって、
前記ブラシレスモータのロータ位置を検出し、当該ロータ位置を示すセンサ信号を出力する位置検出センサと、
電源ライン側に配置されたスイッチング素子であるＨｉ側スイッチング素子と接地ライン側に配置されたスイッチング素子であるＬｏ側スイッチング素子とからなる互いに直列に接続されたスイッチング素子対を前記ブラシレスモータの相数だけ並列に接続して構成され、前記Ｈｉ側スイッチング素子と前記Ｌｏ側スイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの端子に接続されているモータ駆動回路と、
前記操舵トルクに応じたデューティ比で前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を断続的にオンさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ブラシレスモータによって前記操舵補助力を発生させるための駆動電流が前記ブラシレスモータに供給されるように、前記モータ駆動回路において前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を連続的または断続的にオンさせるスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するための信号を、前記センサ信号に基づき各スイッチング素子につき素子選択信号として生成する素子選択信号生成回路と、
前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を第１の期間と第２の期間とに分割するための当該第１の期間を示すＰＷＭ駆動選択信号を、前記Ｈｉ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号と前記Ｌｏ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号との論理積演算によって各スイッチング素子について生成し、当該ＰＷＭ駆動選択信号の反転信号と前記ＰＷＭ信号との論理和の信号を生成し、各スイッチング素子につき当該論理和の信号と前記素子選択信号との論理積の信号を当該スイッチング素子のためのスイッチング制御信号として生成するスイッチング制御信号生成回路とを含み、
前記スイッチング制御信号により、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択されるとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択され、
前記選択されたＨｉ側およびＬｏ側スイッチング素子は前記第１の期間では断続的にオンすると共に前記第２の期間では連続的にオンし、かつ、
前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が断続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が連続的にオンし、前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が連続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が断続的にオンすることを特徴とする。
【０００９】
このような第１の発明によれば、モータ駆動回路における各スイッチング素子が、そのスイッチング素子の選択される各期間の部分期間である第１の期間で断続的にオンする（ＰＷＭ駆動される）。すなわち、Ｌｏ側スイッチング素子のみがＰＷＭ駆動されていた従来の駆動方式と相違し、ＰＷＭ駆動される期間がＨｉ側およびＬｏ側スイッチング素子の全てに割り当てられる。その結果、スイッチング動作による発熱は、従来のようにＬｏ側スイッチング素子に集中することはなく、各スイッチング素子に分散される。したがって、スイッチング素子の大容量化を回避しつつ、従来よりも長い時間ブラシレスモータに定格電流を流すことができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記スイッチング制御手段は、前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を前記第１および第２の期間からなる２つの期間に等分割することを特徴とする。
【００１１】
このような第２の発明によれば、前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれにおいて断続的にオンする期間であるＰＷＭ駆動期間と連続的にオンする期間であるオン駆動期間とが同じ長さとなるので、スイッチング動作による発熱量が各スイッチング素子に均等化される。したがって、スイッチング素子の大容量化を回避しつつ、より長い時間ブラシレスモータに定格電流を流すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータ６と、その操舵補助力をラック軸に伝達するボールねじ駆動部１１と、ブラシレスモータ６のロータの回転位置を検出する位置検出センサ１２と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４、位置検出センサ１２からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によって検出され、その検出された操舵トルクＴｓと車速センサ４によって検出された車速Ｖｓと位置検出センサ１２によって検出されたロータの回転位置とに基づいて、ＥＣＵ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力がボールねじ駆動部１１を介してラック軸に加えられることにより、操舵操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓによる操舵力とモータ６の発生する操舵補助力との和によって、ラック軸が往復運動を行う。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。
【００１３】
＜２．制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）とモータ駆動部とから構成される。マイコンは、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、電流目標値設定部２２と減算器２４とＰＩ制御演算部２６とからなるモータ制御部２０として機能する。モータ駆動部は、ＰＷＭ信号生成回路３０と、スイッチング制御信号生成回路４０と、モータ駆動回路５０と、電流検出回路７２と、ＦＥＴ選択信号生成回路８０とから構成される。モータ駆動回路５０は、従来例（図６）と同様、電源ライン側に配置されたＨｉ側ＦＥＴ５ｊＨと接地ライン側に配置されたＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対５ｊＨ，５ｊＬを３対並列に接続して構成されている（ｊ＝１，２，３）。
【００１４】
モータ制御部２０において、電流目標値設定部２２は、トルクセンサ３から出力される操舵トルクの検出値Ｔｓと車速センサ４から出力される車速の検出値Ｖｓとに基づき、モータ６を回転させるべき方向Ｄｉｒおよびモータ６に流すべき電流の目標値Ｉｔを決定する。そして、その方向Ｄｉｒを示す回転方向信号Ｓdirがモータ制御部２０から出力されてＦＥＴ選択信号生成回路８０に入力される。一方、電流目標値Ｉｔは減算器２４に入力される。減算器２４は、この電流目標値Ｉｔと電流検出回路７２から出力される電流検出値Ｉｄとの偏差Ｉｔ−Ｉｄを算出する。ＰＩ制御演算部２６は、この偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路３０に与えるべきフィードバック制御のための指令値Ｄfbを生成する。
【００１５】
モータ駆動部では、ＰＷＭ信号生成回路３０が上記指令値Ｄfbを受け取り、その指令値Ｄfbに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号Ｓpwmを生成する。このＰＷＭ信号Ｓpwmは、スイッチング制御信号生成回路４０に入力される。一方、モータ６に取り付けられた位置検出センサ１２から出力されるセンサ信号Ｓrotは、モータ６のロータ位置を示す信号としてＦＥＴ選択信号生成回路８０に入力される。また、ＦＥＴ選択信号生成回路８０には、上記のように回転方向信号Ｓdirも入力される。ＦＥＴ選択信号生成回路８０は、これらセンサ信号Ｓrotおよび回転方向信号Ｓdirから、上記回転方向信号Ｓdirの示す方向にモータ６が回転するようにモータ駆動回路５０におけるＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌをそれぞれを連続的または断続的にオンさせる期間を指定する信号（以下「ＦＥＴ選択信号」という」）ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLを生成する。例えば、右操舵を補助する方向にモータ６を回転させるべき場合は、図４（ａ）〜（ｆ）に示すようなＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLを生成する。スイッチング制御信号生成回路４０は、これらのＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLとＰＷＭ信号Ｓpwmとから、ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌのゲート端子にそれぞれ供給すべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLを生成する。これらのスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLは、図４（ｈ）〜（ｍ）に示すように、各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルとなる各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１がＰＷＭ信号Ｓpwmで置き換えられた信号であって、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳVH，ＳWHのいずれかが断続的にアクティブ（Ｈレベル）となる期間Ｔ１では、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUL，ＳVL，ＳWLのいずれかが連続的にアクティブとなり、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳVH，ＳWHのいずれかが連続的にアクティブとなる期間Ｔ２では、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUL，ＳVL，ＳWLのいずれかが断続的にアクティブとなる。このスイッチング制御信号生成回路４０の詳細構成については後述する。
【００１６】
モータ駆動回路５０は、上記スイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLに基づき次のように動作する。すなわち、各ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ，５１Ｌ〜５３は、それぞれの各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１では断続的にオンし、その後半部分Ｔ２では連続的にオンし、かつ、いずれかのＨｉ側ＦＥＴが断続的にオンする期間（ＰＷＭ駆動の期間）ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴが連続的にオンし（オン駆動され）、いずれかのＨｉ側ＦＥＴが連続的にオンする期間（オン駆動の期間）ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴが断続的にオンする（ＰＷＭ駆動される）。これは、図７に示すようにＬｏ側ＦＥＴのみがＰＷＭ駆動されていた従来例とは異なり、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３ＨとＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌとが均等にＰＷＭ駆動されることを意味する（図４（ｈ）〜（ｍ）参照）。
【００１７】
上記モータ駆動回路５０のＨｉ側ＦＥＴ５ｊＨとＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとの接続点５ｊＣは、３相ブラシレスモータ６の端子６ｊにそれぞれ接続されている（ｊ＝１，２，３）。したがって、上記のモータ駆動回路５０の各ＦＥＴのスイッチング動作により、上記回転方向信号Ｓdirが示す方向にブラシレスモータ６が回転するように上記指令値Ｄｆｂに応じた大きさの電圧がブラシレスモータ６に印加される。そして、この電圧印加に応じてモータ６に電流が流れる。電流検出回路７２は、モータ駆動回路５０におけるＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌと接地ラインとの間に挿入された抵抗の両端間の電圧によりモータ６に流れる電流を検出し、電流検出値Ｉｄを出力する。この電流検出値Ｉｄは、既述のように減算器２４に入力される。これにより、所望の操舵補助力をモータ６によって発生させるべく、電流検出値Ｉｄが電流目標値Ｉｔに等しくなるように、フィードバック制御が行われる。
【００１８】
＜３．スイッチング制御信号生成回路の構成＞
図３（ａ）は、本実施形態におけるＥＣＵ５に含まれるスイッチング制御信号生成回路４０の一構成例を示すブロック図である。このスイッチング制御信号生成回路４０は、ＰＷＭ駆動選択信号生成回路４８と第１〜第６のゲート回路４１〜４６から構成される。既述のように、このスイッチング制御信号生成回路４０には、モータ駆動回路５０を構成するＨｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３ＨおよびＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌをそれぞれ連続的または断続的にオンさせる期間を選択期間として指定するＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWL（図５（ａ）〜（ｆ））と、モータ電流のフィードバック制御のための指令値Ｄfbに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号Ｓpwmとが入力される。なお、ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLは、対応するＦＥＴを連続的または断続的にオンさせる期間（対応するＦＥＴの選択期間）においてＨレベルとなる。
【００１９】
このスイッチング制御信号生成回路４０において、ＰＷＭ駆動選択信号生成回路４８は、各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLのＨレベルの期間、すなわち各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓを同一の長さの第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とに分割し、図５（ｇ）〜（ｌ）に示すように第１の期間でＨレベルとなり他の期間でＬレベルとなるＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLを生成する。これらのＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLは、ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌにそれぞれに対応し、対応するＦＥＴをＰＷＭ駆動すべき期間を指定する。この例では、各ＰＷＭ駆動選択信号がＨレベルとなる期間に、そのＰＷＭ駆動信号に対応するＦＥＴがＰＷＭ駆動される（断続的にオンする）。このようなＰＷＭ駆動選択信号は、具体的には、ＡＮＤゲートなどを使用して容易に生成することができる。例えば、図５（ｇ）に示すＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUHは、図５（ａ）に示すＦＥＴ選択信号ＦUHと図５（ｅ）に示すＦＥＴ選択信号ＦVLとの論理積の信号として生成することができる。
【００２０】
上記のようにして生成されたＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLは、第１〜第６のゲート回路４１〜４６にそれぞれ入力される。また、第１〜第６のゲート回路４１〜４６には、ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLもそれぞれ入力され、さらにＰＷＭ信号Ｓpwmも入力される。各第１〜第６のゲート回路４１〜４６は、そのゲート回路に入力されるＦＥＴ選択信号とＰＷＭ信号とＰＷＭ駆動選択信号とから、各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌのゲート端子にそれぞれに供給すべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLを生成する。具体的には、例えばＨｉ側ＦＥＴ５１Ｈのオン／オフを制御するためにそのゲート端子に供給すべきスイッチング制御信号ＳUH（図５（ｎ））は、図３（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号Ｓpwm（図５（ｍ））とＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH（図５（ｇ））の反転信号との論理和の信号と、ＦＥＴ選択信号ＦUHとの論理積の信号として、生成することができる。他のスイッチング制御信号ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLも、図３（ｂ）に示した構成と同様の構成により生成することができる。
【００２１】
＜４．モータ駆動回路の動作＞
次に、図４を参照してモータ駆動回路５０の動作を説明する。
本実施形態におけるモータ駆動回路５０を構成するスイッチング素子である各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌは、それぞれに対応する各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルの期間だけ駆動される（ＰＷＭ駆動またはオン駆動される）。この点では従来例と同様であるが（図７参照）、本実施形態では、各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌの駆動期間すなわち各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルとなる期間のそれぞれは、対応するＦＥＴがＰＷＭ駆動される期間とオン駆動される期間とに分割されており、この点で従来例と相違する。そして本実施例では、いずれかのＨｉ側ＦＥＴがＰＷＭ駆動されている期間ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴがオン駆動され、いずれかのＨｉ側ＦＥＴがオン駆動されている期間ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴがＰＷＭ駆動される（図４（ｈ）〜（ｍ））。したがって、モータ６のステータを構成する各コイルには、モータ制御部２０から出力される指令値Ｄfbにしたがって従来と同様に電流が流れ、電流目標値Ｉｔに応じた大きさおよび回転方向信号Ｓdirの示す方向のトルクがモータ６から発生する。
【００２２】
なお、上記では右方向操作を補助すべき方向にブラシレスモータ６を回転させる場合について説明しているが、左方向操舵を補助すべき方向にブラシレスモータ６を回転させる場合についても同様である。すなわち、後者の場合であっても、従来例と同様の電流がブラシレスモータ６に供給され、かつ、ＰＷＭ駆動される期間が各ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ，５１Ｌ〜５３Ｌに均等に割り当てられる。
【００２３】
＜５．効果＞
上記のような本実施形態によれば、従来と同様に、モータ制御部２０から出力される指令値Ｄfbに応じてモータ６に電流が供給され、電流目標値Ｉｔに応じたトルクがモータ６から発生する。しかし、図７に示すようにＬｏ側ＦＥＴのみがＰＷＭ駆動されていた従来例と相違し、本実施形態では、図４（ｈ）〜（ｍ）示すようにＨｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとが均等にＰＷＭ駆動される。このため、ＦＥＴのスイッチングによる発熱は、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとに均等に分散される。その結果、従来よりも長い時間モータ６に定格電流を流すことができ、定格電流を流す時間を従来と同様とすれば、従来よりも容量の小さいＦＥＴを使用することができる。
【００２４】
＜６．変形例＞
上記実施形態では、モータ駆動回路５０を構成するスイッチング素子である各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓは２等分され、選択されたＦＥＴは、それの各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１ではＰＷＭ駆動され（断続的にオンし）、後半部分Ｔ２ではオン駆動される（連続的にオンする）が、前半部分Ｔ１でオン駆動され、後半部分Ｔ２ではＰＷＭ駆動されるようにしてもよい。また、各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓの分割は２分割に限定されるものではない。すなわち、各選択期間Ｔｓの分割数が２以外であっても、ＰＷＭ駆動される期間がモータ駆動回路５０を構成する各ＦＥＴに均等に割り当てられ、かつ、ＰＷＭ駆動とオン駆動とがＨｉ側の選択ＦＥＴとＬｏ側の選択ＦＥＴとの間で相反的に行われるようにすれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
また、上記実施形態では、３相ブラシレスモータが使用されているが、４相以上のブラシレスモータを使用する場合であっても、同様にして、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとを均等にＰＷＭ駆動すれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。一般にＮ相ブラシレスモータを使用する場合、モータ駆動回路は、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対をＮ対並列に接続して構成することができ、この場合、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとのＮ個の接続点がブラシレスモータのＮ個の端子にそれぞれ接続される。このようなモータ駆動回路をＮ相ブラシレスモータと共に使用する場合においても、位置検出センサ１２からのセンサ信号Ｓrotおよびモータ制御部２０からの指令値Ｄfbに基づき、Ｈｉ側ＦＥＴのいずれかを交番かつ循環的に選択してオン駆動またはＰＷＭ駆動すると共に、Ｌｏ側ＦＥＴのいずれかを交番かつ循環的に選択してオン駆動またはＰＷＭ駆動し、かつ、ＰＷＭ駆動とオン駆動とをＨｉ側の選択ＦＥＴとＬｏ側の選択ＦＥＴとの間で相反的に行い、かつ、ＰＷＭ駆動される期間を各ＦＥＴに均等に割り当てることにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、モータ６の回転軸がボールねじ駆動部１１を介してラック軸に機械的に結合した構成となっているが、本発明は、このような電動式パワーステアリング装置のみならず、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステリング装置にも適用可能である。すなわち、後者のパワーステアリング装置では、ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することによってステアリングホイールの操作が補助される構成となっており、この構成において、オイルポンプを駆動する電動モータとしてブラシレスモータを使用し、そのブラシレスモータを上記実施形態のＥＣＵ５と同様の構成の制御装置によって制御するようにしてもよい。
【００２７】
なお、図２に示したモータ制御部２０の機能的構成は、本発明に直接に関係しない部分を省略した簡略的なものであり、実際のパワーステアリング装置では、操舵の安定性を向上させるための位相補償や、制御応答性を向上させるためのフィードフォワード制御等も行われる。また、図３に示したスイッチング制御信号生成回路４０の構成も、本発明に直接に関係しない部分を省略した簡略的なものであり、実際には、信号レベルの変換等のためのインターフェース用の回路等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態におけるスイッチング制御信号生成回路の構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態におけるモータ駆動部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】上記実施形態におけるスイッチング制御信号生成回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】ブラシレスモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】ブラシレスモータの従来の駆動回路におけるスイッチング素子であるＦＥＴのオン／オフ動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６ …ブラシレスモータ
８ …バッテリ
１１ …ボールねじ駆動部
１２ …位置検出センサ
２０ …モータ制御部（マイクロコンピュータ）
２２ …電流目標値設定部
２４ …減算器
２６ …ＰＩ制御演算部
３０ …ＰＷＭ信号生成回路
４０ …スイッチング制御信号生成回路
５０ …モータ駆動回路
５１Ｈ〜５３Ｈ …Ｈｉ側ＦＥＴ
５１Ｌ〜５３Ｌ …Ｌｏ側ＦＥＴ
６１〜６３ …モータ端子
７２ …電流検出回路
８０ …ＦＥＴ選択信号生成回路
Ｔｓ …操舵トルク
Ｉｔ …目標電流値
Ｉｄ …電流検出値
Ｄfb …指令値
Ｓpwm …パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）
ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWL …ＦＥＴ選択信号
ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWL …スイッチング制御信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータによって車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関し、更に詳しくは、そのようなパワーステアリング装置におけるブラシレスモータの駆動方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置が用いられている。このパワーステアリング装置では、ハンドルに加えられる操舵トルクに基づき電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流の検出値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、その指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）を生成するＰＷＭ信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とを備え、そのデューティ比に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出回路によって検出され、この検出値と上記目標値との差が上記指令値を生成するための偏差として使用される。パワーステアリング装置では、このようにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。
【０００３】
このようなパワーステアリング装置において使用される電動モータとして、従来はブラシモータが多く用いられてきたが、近年は信頼性及び耐久性の向上や慣性の低減等の観点からブラシレスモータも使用されている。例えば、３相ブラシレスモータを使用したパワーステアリング装置では、図６に示すようなモータ駆動回路２５０が使用される。このモータ駆動回路２５０は、電源ライン側に配置されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ（以下「Ｈｉ側ＦＥＴ」と略記する）５ｊＨと接地ライン側に配置されたスイッチング素子としての電界効果型トランジスタ（以下「Ｌｏ側ＦＥＴ」と略記する）５ｊＬとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対を３対並列に接続して構成されている（ｊ＝１，２，３）。そして、Ｈｉ側ＦＥＴ５ｊＨとＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとの各接続点は、３相ブラシレスモータ２０６の各端子２６ｊに接続されている。
【０００４】
上記モータ駆動回路２５０における各ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌ，５１Ｈ〜５３Ｈは、それらのゲート端子に供給される制御信号に基づき、図７に示すようなオン／オフ動作を行う。すなわち、ブラシレスモータ２０６内に取り付けられた位置検出器（エンコーダまたはレゾルバ等）によって検出されるロータ位置に応じて、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈが交番かつ循環的に選択されてその選択期間だけ連続的にオンすると共に、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌが交番かつ循環的に選択されてその選択期間だけ断続的にオンする。ここで断続なオン動作は、選択されたＬｏ側ＦＥＴのゲート端子に供給されるＰＷＭ信号に基づいており、このＰＷＭ信号のデューティ比により、ブラスレスモータ２０６に供給される電流が制御される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ブラシレスモータ２０６を使用した従来のパワーステアリング装置では、操舵トルクに基づき算出された目標値の電流がブラシレスモータ２０６に流れるように、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３ＬのみがＰＷＭ信号に基づき断続的にオンし（以下、このようにＦＥＴを断続的にオンさせることを「ＰＷＭ駆動」という）、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈはそれぞれの選択期間において連続的にオンする（以下、このようにＦＥＴを連続的にオンさせることを「オン駆動」という）。
【０００６】
ところで一般に、ＦＥＴを断続的にオンさせると、ＦＥＴを連続的にオンさせた場合に比べて、スイッチング損失により発熱が大きくなる。したがって、ブラシレスモータ２０６を使用した上記従来のパワーステアリング装置では、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに比べてＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌの発熱量が多くなる。その結果、ブラシレスモータ２０６に定格電流を流せる時間が短くなり、これに対処するためには、より容量の大きいＦＥＴを使用しなければならなかった。
【０００７】
そこで、本発明では、モータ駆動回路におけるＦＥＴ等のスイッチング素子の大容量化を回避しつつ、駆動源としてのブラシレスモータに定格電流を長時間流すことの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。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両操舵のための操作手段に加えられる操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置であって、
前記ブラシレスモータのロータ位置を検出し、当該ロータ位置を示すセンサ信号を出力する位置検出センサと、
電源ライン側に配置されたスイッチング素子であるＨｉ側スイッチング素子と接地ライン側に配置されたスイッチング素子であるＬｏ側スイッチング素子とからなる互いに直列に接続されたスイッチング素子対を前記ブラシレスモータの相数だけ並列に接続して構成され、前記Ｈｉ側スイッチング素子と前記Ｌｏ側スイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの端子に接続されているモータ駆動回路と、
前記操舵トルクに応じたデューティ比で前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を断続的にオンさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ブラシレスモータによって前記操舵補助力を発生させるための駆動電流が前記ブラシレスモータに供給されるように、前記モータ駆動回路において前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を連続的または断続的にオンさせるスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するための信号を、前記センサ信号に基づき各スイッチング素子につき素子選択信号として生成する素子選択信号生成回路と、
前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を第１の期間と第２の期間とに分割するための当該第１の期間を示すＰＷＭ駆動選択信号を、前記Ｈｉ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号と前記Ｌｏ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号との論理積演算によって各スイッチング素子について生成し、当該ＰＷＭ駆動選択信号の反転信号と前記ＰＷＭ信号との論理和の信号を生成し、各スイッチング素子につき当該論理和の信号と前記素子選択信号との論理積の信号を当該スイッチング素子のためのスイッチング制御信号として生成するスイッチング制御信号生成回路とを含み、
前記スイッチング制御信号により、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択されるとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択され、
前記選択されたＨｉ側およびＬｏ側スイッチング素子は前記第１の期間では断続的にオンすると共に前記第２の期間では連続的にオンし、かつ、
前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が断続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が連続的にオンし、前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が連続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が断続的にオンすることを特徴とする。
【０００９】
このような第１の発明によれば、モータ駆動回路における各スイッチング素子が、そのスイッチング素子の選択される各期間の部分期間である第１の期間で断続的にオンする（ＰＷＭ駆動される）。すなわち、Ｌｏ側スイッチング素子のみがＰＷＭ駆動されていた従来の駆動方式と相違し、ＰＷＭ駆動される期間がＨｉ側およびＬｏ側スイッチング素子の全てに割り当てられる。その結果、スイッチング動作による発熱は、従来のようにＬｏ側スイッチング素子に集中することはなく、各スイッチング素子に分散される。したがって、スイッチング素子の大容量化を回避しつつ、従来よりも長い時間ブラシレスモータに定格電流を流すことができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記スイッチング制御手段は、前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を前記第１および第２の期間からなる２つの期間に等分割することを特徴とする。
【００１１】
このような第２の発明によれば、前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれにおいて断続的にオンする期間であるＰＷＭ駆動期間と連続的にオンする期間であるオン駆動期間とが同じ長さとなるので、スイッチング動作による発熱量が各スイッチング素子に均等化される。したがって、スイッチング素子の大容量化を回避しつつ、より長い時間ブラシレスモータに定格電流を流すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータ６と、その操舵補助力をラック軸に伝達するボールねじ駆動部１１と、ブラシレスモータ６のロータの回転位置を検出する位置検出センサ１２と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４、位置検出センサ１２からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によって検出され、その検出された操舵トルクＴｓと車速センサ４によって検出された車速Ｖｓと位置検出センサ１２によって検出されたロータの回転位置とに基づいて、ＥＣＵ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力がボールねじ駆動部１１を介してラック軸に加えられることにより、操舵操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓによる操舵力とモータ６の発生する操舵補助力との和によって、ラック軸が往復運動を行う。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。
【００１３】
＜２．制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）とモータ駆動部とから構成される。マイコンは、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、電流目標値設定部２２と減算器２４とＰＩ制御演算部２６とからなるモータ制御部２０として機能する。モータ駆動部は、ＰＷＭ信号生成回路３０と、スイッチング制御信号生成回路４０と、モータ駆動回路５０と、電流検出回路７２と、ＦＥＴ選択信号生成回路８０とから構成される。モータ駆動回路５０は、従来例（図６）と同様、電源ライン側に配置されたＨｉ側ＦＥＴ５ｊＨと接地ライン側に配置されたＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対５ｊＨ，５ｊＬを３対並列に接続して構成されている（ｊ＝１，２，３）。
【００１４】
モータ制御部２０において、電流目標値設定部２２は、トルクセンサ３から出力される操舵トルクの検出値Ｔｓと車速センサ４から出力される車速の検出値Ｖｓとに基づき、モータ６を回転させるべき方向Ｄｉｒおよびモータ６に流すべき電流の目標値Ｉｔを決定する。そして、その方向Ｄｉｒを示す回転方向信号Ｓdirがモータ制御部２０から出力されてＦＥＴ選択信号生成回路８０に入力される。一方、電流目標値Ｉｔは減算器２４に入力される。減算器２４は、この電流目標値Ｉｔと電流検出回路７２から出力される電流検出値Ｉｄとの偏差Ｉｔ−Ｉｄを算出する。ＰＩ制御演算部２６は、この偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路３０に与えるべきフィードバック制御のための指令値Ｄfbを生成する。
【００１５】
モータ駆動部では、ＰＷＭ信号生成回路３０が上記指令値Ｄfbを受け取り、その指令値Ｄfbに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号Ｓpwmを生成する。このＰＷＭ信号Ｓpwmは、スイッチング制御信号生成回路４０に入力される。一方、モータ６に取り付けられた位置検出センサ１２から出力されるセンサ信号Ｓrotは、モータ６のロータ位置を示す信号としてＦＥＴ選択信号生成回路８０に入力される。また、ＦＥＴ選択信号生成回路８０には、上記のように回転方向信号Ｓdirも入力される。ＦＥＴ選択信号生成回路８０は、これらセンサ信号Ｓrotおよび回転方向信号Ｓdirから、上記回転方向信号Ｓdirの示す方向にモータ６が回転するようにモータ駆動回路５０におけるＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌをそれぞれを連続的または断続的にオンさせる期間を指定する信号（以下「ＦＥＴ選択信号」という」）ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLを生成する。例えば、右操舵を補助する方向にモータ６を回転させるべき場合は、図４（ａ）〜（ｆ）に示すようなＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLを生成する。スイッチング制御信号生成回路４０は、これらのＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLとＰＷＭ信号Ｓpwmとから、ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌのゲート端子にそれぞれ供給すべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLを生成する。これらのスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLは、図４（ｈ）〜（ｍ）に示すように、各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルとなる各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１がＰＷＭ信号Ｓpwmで置き換えられた信号であって、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳVH，ＳWHのいずれかが断続的にアクティブ（Ｈレベル）となる期間Ｔ１では、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUL，ＳVL，ＳWLのいずれかが連続的にアクティブとなり、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳVH，ＳWHのいずれかが連続的にアクティブとなる期間Ｔ２では、Ｌｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌに供給されるべきスイッチング制御信号ＳUL，ＳVL，ＳWLのいずれかが断続的にアクティブとなる。このスイッチング制御信号生成回路４０の詳細構成については後述する。
【００１６】
モータ駆動回路５０は、上記スイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLに基づき次のように動作する。すなわち、各ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ，５１Ｌ〜５３は、それぞれの各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１では断続的にオンし、その後半部分Ｔ２では連続的にオンし、かつ、いずれかのＨｉ側ＦＥＴが断続的にオンする期間（ＰＷＭ駆動の期間）ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴが連続的にオンし（オン駆動され）、いずれかのＨｉ側ＦＥＴが連続的にオンする期間（オン駆動の期間）ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴが断続的にオンする（ＰＷＭ駆動される）。これは、図７に示すようにＬｏ側ＦＥＴのみがＰＷＭ駆動されていた従来例とは異なり、Ｈｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３ＨとＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌとが均等にＰＷＭ駆動されることを意味する（図４（ｈ）〜（ｍ）参照）。
【００１７】
上記モータ駆動回路５０のＨｉ側ＦＥＴ５ｊＨとＬｏ側ＦＥＴ５ｊＬとの接続点５ｊＣは、３相ブラシレスモータ６の端子６ｊにそれぞれ接続されている（ｊ＝１，２，３）。したがって、上記のモータ駆動回路５０の各ＦＥＴのスイッチング動作により、上記回転方向信号Ｓdirが示す方向にブラシレスモータ６が回転するように上記指令値Ｄｆｂに応じた大きさの電圧がブラシレスモータ６に印加される。そして、この電圧印加に応じてモータ６に電流が流れる。電流検出回路７２は、モータ駆動回路５０におけるＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌと接地ラインとの間に挿入された抵抗の両端間の電圧によりモータ６に流れる電流を検出し、電流検出値Ｉｄを出力する。この電流検出値Ｉｄは、既述のように減算器２４に入力される。これにより、所望の操舵補助力をモータ６によって発生させるべく、電流検出値Ｉｄが電流目標値Ｉｔに等しくなるように、フィードバック制御が行われる。
【００１８】
＜３．スイッチング制御信号生成回路の構成＞
図３（ａ）は、本実施形態におけるＥＣＵ５に含まれるスイッチング制御信号生成回路４０の一構成例を示すブロック図である。このスイッチング制御信号生成回路４０は、ＰＷＭ駆動選択信号生成回路４８と第１〜第６のゲート回路４１〜４６から構成される。既述のように、このスイッチング制御信号生成回路４０には、モータ駆動回路５０を構成するＨｉ側ＦＥＴ５１Ｈ〜５３ＨおよびＬｏ側ＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌをそれぞれ連続的または断続的にオンさせる期間を選択期間として指定するＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWL（図５（ａ）〜（ｆ））と、モータ電流のフィードバック制御のための指令値Ｄfbに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号Ｓpwmとが入力される。なお、ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLは、対応するＦＥＴを連続的または断続的にオンさせる期間（対応するＦＥＴの選択期間）においてＨレベルとなる。
【００１９】
このスイッチング制御信号生成回路４０において、ＰＷＭ駆動選択信号生成回路４８は、各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLのＨレベルの期間、すなわち各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓを同一の長さの第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とに分割し、図５（ｇ）〜（ｌ）に示すように第１の期間でＨレベルとなり他の期間でＬレベルとなるＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLを生成する。これらのＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLは、ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌにそれぞれに対応し、対応するＦＥＴをＰＷＭ駆動すべき期間を指定する。この例では、各ＰＷＭ駆動選択信号がＨレベルとなる期間に、そのＰＷＭ駆動信号に対応するＦＥＴがＰＷＭ駆動される（断続的にオンする）。このようなＰＷＭ駆動選択信号は、具体的には、ＡＮＤゲートなどを使用して容易に生成することができる。例えば、図５（ｇ）に示すＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUHは、図５（ａ）に示すＦＥＴ選択信号ＦUHと図５（ｅ）に示すＦＥＴ選択信号ＦVLとの論理積の信号として生成することができる。
【００２０】
上記のようにして生成されたＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH，ＰＷＭUL，ＰＷＭVH，ＰＷＭVL，ＰＷＭWH，ＰＷＭWLは、第１〜第６のゲート回路４１〜４６にそれぞれ入力される。また、第１〜第６のゲート回路４１〜４６には、ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLもそれぞれ入力され、さらにＰＷＭ信号Ｓpwmも入力される。各第１〜第６のゲート回路４１〜４６は、そのゲート回路に入力されるＦＥＴ選択信号とＰＷＭ信号とＰＷＭ駆動選択信号とから、各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌのゲート端子にそれぞれに供給すべきスイッチング制御信号ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLを生成する。具体的には、例えばＨｉ側ＦＥＴ５１Ｈのオン／オフを制御するためにそのゲート端子に供給すべきスイッチング制御信号ＳUH（図５（ｎ））は、図３（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号Ｓpwm（図５（ｍ））とＰＷＭ駆動選択信号ＰＷＭUH（図５（ｇ））の反転信号との論理和の信号と、ＦＥＴ選択信号ＦUHとの論理積の信号として、生成することができる。他のスイッチング制御信号ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWLも、図３（ｂ）に示した構成と同様の構成により生成することができる。
【００２１】
＜４．モータ駆動回路の動作＞
次に、図４を参照してモータ駆動回路５０の動作を説明する。
本実施形態におけるモータ駆動回路５０を構成するスイッチング素子である各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌは、それぞれに対応する各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルの期間だけ駆動される（ＰＷＭ駆動またはオン駆動される）。この点では従来例と同様であるが（図７参照）、本実施形態では、各ＦＥＴ５１Ｈ，５１Ｌ，５２Ｈ，５２Ｌ，５３Ｈ，５３Ｌの駆動期間すなわち各ＦＥＴ選択信号ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWLがＨレベルとなる期間のそれぞれは、対応するＦＥＴがＰＷＭ駆動される期間とオン駆動される期間とに分割されており、この点で従来例と相違する。そして本実施例では、いずれかのＨｉ側ＦＥＴがＰＷＭ駆動されている期間ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴがオン駆動され、いずれかのＨｉ側ＦＥＴがオン駆動されている期間ではいずれかのＬｏ側ＦＥＴがＰＷＭ駆動される（図４（ｈ）〜（ｍ））。したがって、モータ６のステータを構成する各コイルには、モータ制御部２０から出力される指令値Ｄfbにしたがって従来と同様に電流が流れ、電流目標値Ｉｔに応じた大きさおよび回転方向信号Ｓdirの示す方向のトルクがモータ６から発生する。
【００２２】
なお、上記では右方向操作を補助すべき方向にブラシレスモータ６を回転させる場合について説明しているが、左方向操舵を補助すべき方向にブラシレスモータ６を回転させる場合についても同様である。すなわち、後者の場合であっても、従来例と同様の電流がブラシレスモータ６に供給され、かつ、ＰＷＭ駆動される期間が各ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ，５１Ｌ〜５３Ｌに均等に割り当てられる。
【００２３】
＜５．効果＞
上記のような本実施形態によれば、従来と同様に、モータ制御部２０から出力される指令値Ｄfbに応じてモータ６に電流が供給され、電流目標値Ｉｔに応じたトルクがモータ６から発生する。しかし、図７に示すようにＬｏ側ＦＥＴのみがＰＷＭ駆動されていた従来例と相違し、本実施形態では、図４（ｈ）〜（ｍ）示すようにＨｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとが均等にＰＷＭ駆動される。このため、ＦＥＴのスイッチングによる発熱は、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとに均等に分散される。その結果、従来よりも長い時間モータ６に定格電流を流すことができ、定格電流を流す時間を従来と同様とすれば、従来よりも容量の小さいＦＥＴを使用することができる。
【００２４】
＜６．変形例＞
上記実施形態では、モータ駆動回路５０を構成するスイッチング素子である各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓは２等分され、選択されたＦＥＴは、それの各選択期間Ｔｓの前半部分Ｔ１ではＰＷＭ駆動され（断続的にオンし）、後半部分Ｔ２ではオン駆動される（連続的にオンする）が、前半部分Ｔ１でオン駆動され、後半部分Ｔ２ではＰＷＭ駆動されるようにしてもよい。また、各ＦＥＴの各選択期間Ｔｓの分割は２分割に限定されるものではない。すなわち、各選択期間Ｔｓの分割数が２以外であっても、ＰＷＭ駆動される期間がモータ駆動回路５０を構成する各ＦＥＴに均等に割り当てられ、かつ、ＰＷＭ駆動とオン駆動とがＨｉ側の選択ＦＥＴとＬｏ側の選択ＦＥＴとの間で相反的に行われるようにすれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
また、上記実施形態では、３相ブラシレスモータが使用されているが、４相以上のブラシレスモータを使用する場合であっても、同様にして、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとを均等にＰＷＭ駆動すれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。一般にＮ相ブラシレスモータを使用する場合、モータ駆動回路は、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとからなる互いに直列に接続されたＦＥＴ対をＮ対並列に接続して構成することができ、この場合、Ｈｉ側ＦＥＴとＬｏ側ＦＥＴとのＮ個の接続点がブラシレスモータのＮ個の端子にそれぞれ接続される。このようなモータ駆動回路をＮ相ブラシレスモータと共に使用する場合においても、位置検出センサ１２からのセンサ信号Ｓrotおよびモータ制御部２０からの指令値Ｄfbに基づき、Ｈｉ側ＦＥＴのいずれかを交番かつ循環的に選択してオン駆動またはＰＷＭ駆動すると共に、Ｌｏ側ＦＥＴのいずれかを交番かつ循環的に選択してオン駆動またはＰＷＭ駆動し、かつ、ＰＷＭ駆動とオン駆動とをＨｉ側の選択ＦＥＴとＬｏ側の選択ＦＥＴとの間で相反的に行い、かつ、ＰＷＭ駆動される期間を各ＦＥＴに均等に割り当てることにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、モータ６の回転軸がボールねじ駆動部１１を介してラック軸に機械的に結合した構成となっているが、本発明は、このような電動式パワーステアリング装置のみならず、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステリング装置にも適用可能である。すなわち、後者のパワーステアリング装置では、ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することによってステアリングホイールの操作が補助される構成となっており、この構成において、オイルポンプを駆動する電動モータとしてブラシレスモータを使用し、そのブラシレスモータを上記実施形態のＥＣＵ５と同様の構成の制御装置によって制御するようにしてもよい。
【００２７】
なお、図２に示したモータ制御部２０の機能的構成は、本発明に直接に関係しない部分を省略した簡略的なものであり、実際のパワーステアリング装置では、操舵の安定性を向上させるための位相補償や、制御応答性を向上させるためのフィードフォワード制御等も行われる。また、図３に示したスイッチング制御信号生成回路４０の構成も、本発明に直接に関係しない部分を省略した簡略的なものであり、実際には、信号レベルの変換等のためのインターフェース用の回路等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態におけるスイッチング制御信号生成回路の構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態におけるモータ駆動部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】上記実施形態におけるスイッチング制御信号生成回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】ブラシレスモータの駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】ブラシレスモータの従来の駆動回路におけるスイッチング素子であるＦＥＴのオン／オフ動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
３ …トルクセンサ
４ …車速センサ
５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６ …ブラシレスモータ
８ …バッテリ
１１ …ボールねじ駆動部
１２ …位置検出センサ
２０ …モータ制御部（マイクロコンピュータ）
２２ …電流目標値設定部
２４ …減算器
２６ …ＰＩ制御演算部
３０ …ＰＷＭ信号生成回路
４０ …スイッチング制御信号生成回路
５０ …モータ駆動回路
５１Ｈ〜５３Ｈ …Ｈｉ側ＦＥＴ
５１Ｌ〜５３Ｌ …Ｌｏ側ＦＥＴ
６１〜６３ …モータ端子
７２ …電流検出回路
８０ …ＦＥＴ選択信号生成回路
Ｔｓ …操舵トルク
Ｉｔ …目標電流値
Ｉｄ …電流検出値
Ｄfb …指令値
Ｓpwm …パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）
ＦUH，ＦUL，ＦVH，ＦVL，ＦWH，ＦWL …ＦＥＴ選択信号
ＳUH，ＳUL，ＳVH，ＳVL，ＳWH，ＳWL …スイッチング制御信号
Claims (2)
- 車両操舵のための操作手段に加えられる操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置であって、
前記ブラシレスモータのロータ位置を検出し、当該ロータ位置を示すセンサ信号を出力する位置検出センサと、
電源ライン側に配置されたスイッチング素子であるＨｉ側スイッチング素子と接地ライン側に配置されたスイッチング素子であるＬｏ側スイッチング素子とからなる互いに直列に接続されたスイッチング素子対を前記ブラシレスモータの相数だけ並列に接続して構成され、前記Ｈｉ側スイッチング素子と前記Ｌｏ側スイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの端子に接続されているモータ駆動回路と、
前記操舵トルクに応じたデューティ比で前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を断続的にオンさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
前記ブラシレスモータによって前記操舵補助力を発生させるための駆動電流が前記ブラシレスモータに供給されるように、前記モータ駆動回路において前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子を連続的または断続的にオンさせるスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかを交番かつ循環的に選択するための信号を、前記センサ信号に基づき各スイッチング素子につき素子選択信号として生成する素子選択信号生成回路と、
前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を第１の期間と第２の期間とに分割するための当該第１の期間を示すＰＷＭ駆動選択信号を、前記Ｈｉ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号と前記Ｌｏ側スイッチング素子を選択するための前記素子選択信号との論理積演算によって各スイッチング素子について生成し、当該ＰＷＭ駆動選択信号の反転信号と前記ＰＷＭ信号との論理和の信号を生成し、各スイッチング素子につき当該論理和の信号と前記素子選択信号との論理積の信号を当該スイッチング素子のためのスイッチング制御信号として生成するスイッチング制御信号生成回路とを含み、
前記スイッチング制御信号により、
前記Ｈｉ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択されるとともに前記Ｌｏ側スイッチング素子のいずれかが交番かつ循環的に選択され、
前記選択されたＨｉ側およびＬｏ側スイッチング素子は前記第１の期間では断続的にオンすると共に前記第２の期間では連続的にオンし、かつ、
前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が断続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が連続的にオンし、前記選択されたＨｉ側スイッチング素子が連続的にオンしているときには前記選択されたＬｏ側スイッチング素子が断続的にオンすることを特徴とする、パワーステアリング装置。 - 前記スイッチング制御手段は、前記Ｈｉ側およびＬｏ側スイッチング素子のそれぞれが選択される各期間を前記第１および第２の期間からなる２つの期間に等分割することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング装置。
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