JP3959992B2

JP3959992B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP3959992B2
Application number: JP2001227156A
Authority: JP
Inventors: 修司遠藤; 慧陳; 勝和田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003040120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵力補助のための永久磁石回転型ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置に関し、特に、安価な構成で且つ慣性補償制御を操舵系に適用することにより、キックバック感あるいは慣性感を操舵者に伝えることなく快適な操舵フィーリングを実現できるようにした電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、アシストモータとして、ブラシ付きモータとブラスレスモータの両方が使われている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置のアシストモータとしてのブラシ付きモータは、フェライトマグネット材で作られている。しかし、フェライトマグネット材は低価格ではあるが、大きなトルクを得るために、ブラシ付きモータのロータを大きくしなければならず、結果としてモータのハンドル軸換算イナーシャが１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上になってしまうので、慣性感により操舵フィーリングが悪くなるという問題点があった。
【０００４】
このような問題に対し、慣性補償制御を操舵系に適用することで、操舵フィーリングのある程度の改善は可能であるが、モータのハンドル軸換算イナーシャが１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上になると、慣性補償制御が効かなくなり、制御の効果がかなり弱くなる。
【０００５】
一方、近年、電動パワーステアリング装置用アシストモータとして、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いた永久磁石回転型ブラシレスモータが使用されるようになってきた。これは、もともと高価であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石の低価格化が大きな要因と思われる。
【０００６】
しかし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石は、フェライト磁石に比較すると、その磁力が非常に強いため（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石の最大エネルギー積の値はフェライト磁石の約７倍程度である）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータをＥＰＳ用モータとして設計する場合に、得られるモータイナーシャは、フェライト磁石を用いたブラシレスモータの得られるモータイナーシャに比べ、かなり小さい（つまり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータのハンドル軸換算イナーシャは、４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以下になる）。従って、路面からのキックバック反力がハンドルに敏感に伝わり、操舵者に不快感を与えてしまい、操舵フィーリングが悪いという問題点があった。
【０００７】
また、電動パワーステアリング装置用モータは、自動車のエンジンの近くに設置されることが多く、例えば、図１に示すようなピニオンアシストタイプあるいは図２に示すようなデュアルピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置の場合、そもそも自動車のエンジンルームが高温であるため、さらにモータＭ自身の発熱を加味すると、モータＭの内部温度は２３０℃までに達してしまう。
【０００８】
一方、フェライト磁石とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石について、磁石の特性である残留磁束密度及び固有保磁力の温度変化率は、下記表１のようになる。
【０００９】
【表１】

なお、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石は、２０℃時の固有保磁力が１９９０ｋＡ／ｍである。上記表1に示されるように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石の固有保磁力の温度変化率は−０．５％／℃であるため、温度が２３０℃になると、下記（１）式が成立する。
【００１０】
{１−０．５／１００×（２３０℃−２０℃）}×１９９０＝−９９．５…（１）
従って、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石は、２３０℃時の固有保磁力が０ｋＡ／ｍとなる（計算値は−９９．５ｋＡ／ｍである）。つまり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石は、その材料特性上で高温に対し性能変化が大きいので、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータは高温環境での使用が難しい。よって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータは、２３０℃の高温環境下で、モータとしての性能が得られない問題点がある。
【００１１】
従って、上記のように高温特性に難点のあるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータについては、エンジンルーム内の高温環境下での使用には問題点があった。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータを使用する場合には、温度センシング等を行うか、あるいは、モータ内部温度が上がらないように電流を調整して使用するようにしていた。よって、電動パワーステアリング装置のコストが高くなる問題点があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類マグネット材は温度特性がシビアであるため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータは、エンジンルーム内の高温環境で使用し難いという問題があった。
【００１３】
また、図３に示すようなコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置ならば、そのアシストモータＭが自動車のエンジンルームの近くではなくハンドル軸に取りつけられているので、モータＭの内部温度は２３０℃までに達していないため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータでも使用できるが、やはり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石はフェライト磁石に比べて高価であるため、コストのメリットがないという問題もある。
【００１４】
要は、電動パワーステアリング装置のアシストモータとしてのブラシレスモータについては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータしか使用されていなくて、フェライト磁石を用いたＥＰＳ用ブラシレスモータがまだ実現されていない。その理由としては、車種にもよるが自動車にとって必要である特定のモータトルクを得るためには、ある程度のロータサイズが必要となるので、そのロータをフェライト磁石で構成すると、モータイナーシャが大きくなり過ぎることにより、慣性感が強くなってしまうという問題が発生するためである。
【００１５】
従って、モータイナーシャを小さくするために、ＥＰＳ用ブラシレスモータには、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石で構成されるロータを用いている。しかし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたブラシレスモータの得られるモータイナーシャが小さ過ぎるために、路面からのキックバック反力をハンドルに敏感に伝えすぎて操舵フィーリングが悪くなるという問題がある。
【００１６】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、操舵力補助のための永久磁石回転型ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置において、安価で高温環境に強いブラシレスモータを備えると共に、キックバック感あるいは慣性感を操舵者に伝えることなく快適な操舵フィーリングが得られるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵力補助のための永久磁石回転型ブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、永久磁石回転型ブラシレスモータを備え、該ブラシレスモータのトルクを減速機構部を介してステアリング軸部にアシストトルクとして伝達する電動パワーステアリング装置において、前記ブラシレスモータの直径が７０〜９０ｍｍ、長さが１１０〜１４０ｍｍの範囲であり、前記減速機構部の減速ギア比を１２〜２７の範囲とすることにより、前記減速ギヤ比及び前記ブラシレスモータのロータイナーシャで決定される前記ブラシレスモータのハンドル軸換算イナーシャが、快適な操舵フィーリングが得られる所定範囲に入り、キックバックの外乱を有効に遮蔽でき、良好な操舵フィーリングが得られるように、キックバック入力から操舵トルクまでの周波数伝達特性に基づき、前記所定範囲の下限値が４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２であり、前記キックバック入力から操舵トルクまでの周波数伝達特性のカットオフ周波数が２０Ｈｚ以下であり、慣性感を感じない良好な操舵フィーリングが得られるように、慣性補償制御を実施し、操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性に基づき、前記所定範囲の上限値が１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２であり、前記操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性のコーナ周波数が５Ｈｚ以上であることによって達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態においては、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、慣性補償制御を操舵系に適用すると共に、フェライト磁石を用いた永久磁石回転型ブラシレスモータを備え、該フェライト磁石ラシレスモータのトルクを減速機構部を介してステアリング軸部にアシストトルクとして伝達するようになっている。なお、該電動パワーステアリング装置のアシストモータ出力の範囲が３００〜６００ワットであることを前提とする。
【００２１】
一般に、電動パワーステアリング装置での操舵フィーリング改善のためには、慣性補償制御を効果的に使用する一方、キックバックによるハンドルへの反力を軽減することが求められる、両者の性能に影響を及ぼすのがハンドル軸換算イナーシャである。
【００２２】
要は、ハンドル軸換算イナーシャが大き過ぎると、慣性感により操舵フィーリングが悪くなる。慣性補償制御を働かせることで改善可能であるが、ハンドル軸換算イナーシャが１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上になると、制御の効果が弱い。一方、ハンドル軸換算イナーシャが小さ過ぎると、キックバック反力をハンドルに敏感に伝えすぎて、やはり操舵フィーリングが悪い。
【００２３】
上記のことにより、適切なハンドル軸換算イナーシャを選定する必要があり、一方では慣性補償制御で調整し、他方ではブラシレスモータの材質選定と仕様設計によりハンドル軸換算イナーシャを所定範囲に入るようにすることが本発明の最大の特徴である。
【００２４】
本実施形態では、ハンドル軸換算イナーシャとは、操舵軸系のうち減速機構部のイナーシャとモータ部のイナーシャをもとに定義する（軸その他の部材のイナーシャは影響が小さく、ほぼ同一とみなす）。
【００２５】
ここで、図１に示すようなピニオンアシストタイプ、図２に示すようなデュアルピニオンアシストタイプ及び図３に示すようなコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置を説明する。モータＭと、コラム軸あるいはラック軸とのトルク伝達は、図示されていないウォーム及びウォームホイールを介して行なわれる。
【００２６】
このときのウォームとウォームホイールのギヤ比をＧＲ、モータトルクをτ_Ｍ、アシストトルク（ハンドル軸トルク）Τ_Ｈ、モータイナーシャをＩ_Ｍ、モータＭのハンドル軸換算イナーシャをＩ_Ｈとすると、下記の（２）式及び（３）式が成立する。なお、ギヤ比ＧＲの範囲は１２〜２７である。
【００２７】
Τ_Ｈ＝ＧＲ×τ_Ｍ …（２）
Ｉ_Ｈ＝ＧＲ^２×Ｉ_Ｍ …（３）
下記表２は、アシストトルクΤ_Ｈが７５Ｎｍで、フェライト磁石を使用した場合のギヤ比ＧＲ（最小、中、最大）、モータのロータイナーシャＩ_Ｍ、ハンドル軸換算イナーシャＩ_Ｈの値を示す表である。
【００２８】
【表２】

下記表３は、アシストトルクΤ_Ｈが４０Ｎｍで、フェライト磁石を使用した場合のギヤ比ＧＲ（最小、中、最大）、モータのロータイナーシャＩ_Ｍ、ハンドル軸換算イナーシャＩ_Ｈの値を示す表である。
【００２９】
【表３】

要は、上記表２及び表３から、下記のようなことが分かる。
【００３０】
▲１▼及び▲５▼の場合は、キックバックがなく良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３１】
▲２▼及び▲６▼の場合は、キックバックにより外乱を遮蔽することができない。
【００３２】
▲３▼及び▲７▼の場合は、慣性感無しであるため、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３３】
▲４▼及び▲８▼の場合は、慣性感有り、操舵フィーリングが悪い。
【００３４】
なお、上記の実施形態では、永久磁石回転型ブラシレスモータにフェライト磁石を使用したが、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を使用しても同じような結果が得られる。しかし、下記のような欠点がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石には存在する。
【００３５】
つまり、ここで、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を使用してモータを設計する場合、フェライトに比べその大きさは１／３程度になる。
【００３６】
一般に使用されているフェライト磁石及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石の磁気特性を図４に示す。図４より、モータ設計上の磁気回路の磁気抵抗（１／Ｐｃ）を同一とした場合、Ｐｃ＝３とする。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の磁束密度は０．９Ｔで、一方、フェライト磁石の磁束密度は０．３Ｔで、両者を比較すると、３倍の違いがある。
【００３７】
ここで、相数をｍ、極数をｐ、巻線係数をｋ_ｗ、１相の直列巻数をｗ、１極の有効磁束をΦｇ、ギャップ磁束密度をＢ、ギャップ断面積をＳとすると、ｍ相機モータのトルクτは、下記（４）式に表すように、１極の有効磁束Φｇに比例するようになる。
【００３８】
τ＝（ｍ／２）√２・ｐｋ_ｗｗΦｇ … （４）
すなわち、下記（５）式に基づき、ギャップ断面積Ｓが同じである場合に、ｍ相機モータのトルクτは、ギャップ磁束密度Ｂだけに比例するようになる。
【００３９】
Φｇ＝ＢＳ … （５）
従って、フェライト磁石とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を使用して、適度で同様なトルク出力を得る永久磁石回転型ブラシレスモータを設計する場合において、フェライト磁石を用いたモータに比べ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたモータのほうは、得られるモータのロータイナーシャが小さ過ぎる。その結果として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を用いたモータのハンドル軸換算イナーシャは４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以下にならざるを得ない。
【００４０】
また、ギヤ比ＧＲは、かみ合いやギヤの大きさ等の関係から、１２〜２７の範囲でしかとり得ない。例えば、定格電圧は１２Ｖで、定格トルクは２．５Ｎｍで、定格回転数は１８００ｍｉｎ^−１で、電流は８０Ａであるような設計仕様を有する電動パワーステアリング装置において、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石を使用したモータ及びフェライト磁石を使用したモータのそれぞれのモータイナーシャは、下記の通りである。
【００４１】
フェライト磁石を使用したブラシレスモータは、モータイナーシャが１．３×１０^−４ｋｇ・ｍ^２である。更に、ギヤ比ＧＲが２７である場合には、モータのハンドル軸換算イナーシャＩ_Ｈは９．５×１０^−２ｋｇ・ｍ^２になる。
【００４２】
一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を使用したブラシレスモータは、モータイナーシャが５．３×１０^−５ｋｇ・ｍ^２である。更に、ギヤ比ＧＲが２７である場合には、モータのハンドル軸換算イナーシャＩ_Ｈは３．９×１０^−２ｋｇ・ｍ^２になる。
【００４３】
その結果、従来においては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を用いたブラシレスモータを設計する場合に、図５に示すように、モータのロータを長くするか、あるいは、図６に示すように、モータにフライホイールを取り付けるように工夫することによって、モータのハンドル軸換算イナーシャを４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上にするようにしていた。
【００４４】
しかし、本発明に係るフェライト磁石を用いたブラシレスモータの場合は、上述のようにフライホイール等を取り付けることなく、モータのハンドル軸換算イナーシャが、４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上になるので、快適な操舵フィーリングを得ることができる。
【００４５】
フェライト磁石を用いたブラシレスモータを設計する場合に、ギヤ比ＧＲを１２〜２７に、モータイナーシャＩ_Ｍを６．９×１０^−５〜６．９×１０^−１ｋｇ・ｍ^２に選択することにより、モータのハンドル軸換算イナーシャＩ_Ｈが４×１０^−２〜１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２という範囲に入ることを達成でき、快適な操舵フィーリングを提供することができる。
【００４６】
図７及び図８は、このモータのハンドル軸換算イナーシャの所定範囲を説明するための図である。要は、本発明に係る電動パワーステアリング装置において、ブラスレスモータのハンドル軸換算イナーシャの所定範囲は、下限値が４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２で、上限値が１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２である。
【００４７】
前述したように、ハンドル軸換算イナーシャは、モータのロータイナーシャにギヤ比の２乗を掛けた値である。従って、ある大きさのハンドル軸換算イナーシャにおいて、キックバック入力はそのイナーシャの影響によりハンドル軸では減衰する。図７は、キックバック入力から操舵トルクまでの周波数伝達特性Ｇ_１（ｓ）を表したものである。
【００４８】
図７より、ハンドル軸換算イナーシャが大きくなるほど周波数伝達特性Ｇ_１（ｓ）のカットオフ周波数は低くなることが判る。ハンドル軸でのハンドル軸換算イナーシャによるフィルタ効果を実現させる（キックバック入力を有効に減衰させる）ためには、周波数伝達特性Ｇ_１（ｓ）のカットオフ周波数をキックバック入力下限周波数より低くする必要がある。具体的には、キックバックの下限周波数は約２０Ｈｚであるため、周波数伝達特性Ｇ_１（ｓ）のカットオフ周波数は、２０Ｈｚ以下にしなければならない。従って、それに相応するモータのハンドル軸換算イナーシャは、４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上でなければならない。
【００４９】
更に図７を詳しく説明する。ここで、キックバック入力周波数を下限値である２０Ｈｚ、ハンドル軸換算イナーシャ大のイナーシャを４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２、ハンドル軸換算イナーシャ小のイナーシャを２×１０^−２ｋｇ・ｍ^２、平坦部を２０ｌｏｇ（｜Ｇ_１（ｓ）｜）＝Ａ（ｄＢ）とする。
【００５０】
よって、ハンドル軸換算イナーシャ大によるカットオフ周波数は２０Ｈｚ、ハンドル軸換算イナーシャ小によるカットオフ周波数は４０Ｈｚになる。ハンドル軸換算イナーシャ大による２０Ｈｚでの減衰は、−３（ｄＢ）であるが、ハンドル軸換算イナーシャ小の２０Ｈｚでの減衰は、０（ｄＢ）であることが判る。
【００５１】
要は、Ｇ_１（ｓ）により慣性が、４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上の場合、カットオフ周波数は２０Ｈｚ以下になる。キックバックの周波数は約２０Ｈｚ以上なので、Ｇ_１（ｓ）によりキックバックの外乱を有効に遮蔽することができる。
【００５２】
つまり、所定範囲の下限値４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２は、下記（６）式に表されるＧ_１（ｓ）に基づき、定義される。
【００５３】
Ｇ_１（ｓ）＝Ｔ_ｈ／Ｔ_ｄ … （６）
ここで、上記（６）式において、Ｔ_ｈは操舵トルクで、Ｔ_ｄはキックバックトルク（つまり、キックバック入力）である。キックバックトルクに対して操舵トルクの振幅が小さいことにより、キックバックの外乱を有効に遮蔽している。慣性が小さい場合は操舵トルクの振幅が大となるので操舵者がキックバックを感じる。
【００５４】
図８は、操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性Ｇ_２（ｓ）を表したものである。図８の２つの曲線は、慣性補償制御有りと慣性補償制御無しの場合の周波数伝達特性Ｇ_２（ｓ）を示す。操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性Ｇ_２（ｓ）はハイパスフィルタような特性になる。
【００５５】
慣性補償制御有りの場合、Ｇ_２（ｓ）特性のコーナ周波数は、慣性補償制御無しの場合より高くなる。Ｇ_２（ｓ）特性のコーナ周波数とは、図８の平坦部とコーナ部を加えた周波数である。コーナ周波数以下の周波数領域では、舵角周波数が大きくなっても操舵者は、操舵トルクを増す必要が無い。つまり、操舵者は慣性感を感じないことを意味している。
【００５６】
要は、２０ｌｏｇ（｜Ｇ_２（ｓ）｜）＝Ｂ（ｄＢ）とした場合、＋３（ｄＢ）までは、慣性感を感じない。逆に、コーナ周波数を超えた場合、操舵者は操舵トルクを増す必要があるので慣性感を感じてしまう。通常、Ｇ_２（ｓ）のコーナ周波数は５Ｈｚ以上であれば、操舵者は操舵時に慣性感を感じない。慣性補償制御後のコーナ周波数を５Ｈｚ以上にするには、ハンドル軸換算イナーシャを１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以下にする必要がある。
【００５７】
要は、Ｇ_２（ｓ）により慣性が、１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以下の場合、５Ｈｚまでは周波数特性がフラットで、それ以上の周波数領域ではゲインが上昇する。なお、ゲイン上昇とは、同じ舵角を操舵するためにより大きな操舵トルクが必要になるということである。つまり、ゲイン上昇の場合には、慣性感を感じてしまう。
【００５８】
つまり、所定範囲の上限値１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２は、下記（７）式に表されるＧ_２（ｓ）に基づき、定義される。
【００５９】
Ｇ_２（ｓ）＝Ｔ_ｈ／θ_ｈ … （７）
ここで、上記（７）式において、Ｔ_ｈは操舵トルク出力で、θ_ｈは舵角である。つまり、慣性補償制御が効いている時に、舵角入力に対して同程度の操舵トルクで十分であるが、慣性補償制御が効いていないと、舵角入力に対して大きな操舵トルクが必要になる。
【００６０】
電動パワーステアリング装置のアシストトルクは、自動車の前軸荷重により、適切な値が決まる。軽自動車の場合はアシストトルクの値が小さく、自動車の車種が大型になればなるほど、アシストトルクの値は大きくなる。本実施形態では、アシストトルクΤ_Ｈの値が４０Ｎｍ〜７５Ｎｍの範囲に入る電動パワーステアリングに限定する。
【００６１】
アシストトルクΤ_Ｈは、ギヤ比ＧＲとモータトルクτ_Ｍとの積算により求められる。ギヤ比ＧＲはかみ合い、ギヤの大きさの関係で１２〜２７の間でしかとり得ない。
【００６２】
モータトルクτ_Ｍはトルク定数τ×電流Ｉで表される。ブラシレスモータのトルク定数τは、上記（４）式に表すように、（ｍ／２）・√２・ｐ・ｋ_ｗ・ｗ・Φｇで表される。
【００６３】
同一形状の場合、極数と有効磁束は反比例する。電流Ｉは、モータに流し得る電流であるが、電動パワーステアリング装置の場合、電子コントロールユニットをもってモータを制御する。この場合、上記の発生トルクが、電流に比例することを利用し、電流をコントロールすることにより、アシスト力を決定している。電子コントロールユニットのパワー部には、ＦＥＴあるいはトランジスタが使用される。最大電流は、素子特性により決められる。
【００６４】
本実施形態では、定格電流を６０Ａ〜９０Ａとし、定格バッテリー電圧は１２Ｖの電動パワーステアリング装置に限定する。また、ブラシレスモータの大きさは、空間的な制約により直径７０ｍｍ〜９０ｍｍで、長さ１１０ｍｍ〜１４０ｍｍでのモータに限定する。
【００６５】
要は、
（１）アシストトルク：４０Ｎｍ〜７５Ｎｍ
（２）定格バッテリー電圧：１２Ｖ
（３）モータ電流：６０Ａ〜９０Ａ
（４）ギヤ比：１２〜２７
（５）永久磁石回転型ブラシレスモータ
（６）モータサイズ：直径Φ７０ｍｍ〜Φ９０ｍｍで、長さ１１０ｍｍ〜１４０ｍｍ
上記（１）〜（６）の条件がすべて揃った電動パワーステアリング装置において、図７に示すような周波数伝達Ｇ_１（Ｓ）より、ハンドル軸換算イナーシャを４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２以上にすることにより、快適な操舵フィーリングを提供することができる。
【００６６】
なお、上述では、本発明をコラムアシストタイプ、ピニオンアシストタイプ又はデュアルピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定するものではなく、他の同軸モータラックアシストタイプやオフセットアシストタイプの電動パワーステアリング装置についても本発明を同様に適用することができる。また、上述の実施形態では、ハンドル軸換算イナーシャを支配するファクターとしては、モータイナーシャとギヤ比を挙げていたが、電動パワーステアリング装置の種類によって、ハンドル軸換算イナーシャを支配するファクターは例えばボールねじナットをとしても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、安価で且つ高温環境に強いフェライト磁石ブラシレスモータを提供すると共に、良好な操舵フィーリングを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置の略図である。
【図２】デュアルピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置の略図である。
【図３】コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置の略図である。
【図４】フェライト磁石及びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ希土類磁石の磁気特性を示す図である。
【図５】モータのロータを長くするのを説明するための模式図である。
【図６】モータにフライホイールを取り付けるのを説明するための模式図である。
【図７】キックバックの影響による下限値の定義を説明するための図である。
【図８】慣性補償制御による慣性感を無くすための上限値の定義を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｇ_１（ｓ）ハンドル軸換算イナーシャの範囲下限値に係る周波数伝達特性
Ｇ_２（ｓ）ハンドル軸換算イナーシャの範囲上限値に係る周波数伝達特性
ＧＲギヤ比
Ｉ_Ｍモータイナーシャ
Ｉ_Ｈモータのハンドル軸換算イナーシャ
Ｍモータ
τ_Ｍモータトルク
Τ_Ｈアシストトルク（ハンドル軸トルク）
τ ｍ相機モータのトルク（モータのトルク定数）

Claims

永久磁石回転型ブラシレスモータを備え、該ブラシレスモータのトルクを減速機構部を介してステアリング軸部にアシストトルクとして伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ブラシレスモータの直径が７０〜９０ｍｍ、長さが１１０〜１４０ｍｍの範囲であり、前記減速機構部の減速ギア比を１２〜２７の範囲とすることにより、前記減速ギヤ比及び前記ブラシレスモータのロータイナーシャで決定される前記ブラシレスモータのハンドル軸換算イナーシャが、快適な操舵フィーリングが得られる所定範囲に入り、
キックバックの外乱を有効に遮蔽でき、良好な操舵フィーリングが得られるように、キックバック入力から操舵トルクまでの周波数伝達特性に基づき、前記所定範囲の下限値が４×１０^−２ｋｇ・ｍ^２であり、前記キックバック入力から操舵トルクまでの周波数伝達特性のカットオフ周波数が２０Ｈｚ以下であり、
慣性感を感じない良好な操舵フィーリングが得られるように、慣性補償制御を実施し、操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性に基づき、前記所定範囲の上限値が１０×１０^−２ｋｇ・ｍ^２であり、前記操舵トルク出力から舵角までの周波数伝達特性のコーナ周波数が５Ｈｚ以上であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。