JP4163607B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路上に三相モータを配置し、制御手段により制御されるモータ駆動回路を介して三相モータを駆動して車輪を操舵する電動パワーステアリング装置に関する。

かかる電動パワーステアリング装置は、下記特許文献１により公知である。この電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路は６個のスイッチング素子を組み合わせた三相ブリッジ回路を備えており、それら６個のスイッチング素子を所定にタイミングでＯＮ／ＯＦＦすることで三相モータのＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに三相交流電流を供給するようになっている。
特開２００２−３３１９４６号公報

ところで、６個のスイッチング素子の何れかがＯＮ故障した場合や、三相モータのバスバーが短絡した場合に該モータが不適切な作動をしないように、制御手段と三相モータとを接続するＵ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインにフェイルセーフリレーを介装し、異常時にフェイルセーフリレーを開放して三相モータの駆動を禁止することが考えられる。この場合、Ｕ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインのうちの何れか２本のラインを開放すれば三相モータの駆動を禁止することが可能なため、フェイルセーフリレーの構造を簡素化するために前記２本のラインだけを開放する構造が採用される。

しかしながら、Ｕ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインのうち、フェイルセーフリレーが介装された２本のラインは、残りの１本のラインに比べてフェイルセーフリレーの接触抵抗の分だけ抵抗値が高くなるため、Ｕ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインを流れる電流がアンバランスになって三相モータのトルク変動が発生し、操舵フィーリングが低下する問題がある。

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駆動回路および三相モータ間に介装したフェイルセーフリレーに起因する三相モータのトルク変動を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを車輪に伝達する操舵トルク伝達経路上に配置された三相モータと、複数のスイッチング素子を有して三相モータを駆動するモータ駆動回路と、ステアリングハンドルに入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、操舵トルクセンサで検出した操舵トルクに基き、モータ駆動回路を介して三相モータの駆動を制御する制御手段と、モータ駆動回路および三相モータを接続するＵ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインのうちの第１、第２のラインを開放可能なフェイルセーフリレーとを備えており、前記制御手段が、Ｕ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインに流れる電流が等しくなるように、前記第１、第２のラインに流れる電流、あるいは第３のラインに流れる電流を所定の補正量だけ変化させる電動パワーステアリング装置であって、前記制御手段は、前記第１、第２のラインに所定の電流を流してフェイルセーフリレーの抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする電動パワーステアリング装置が提案される。

尚、実施例の第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆ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。

本発明によれば、モータ駆動回路および三相モータを接続するＵ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインのうちの第１、第２のラインをフェイルセーフリレーで開放可能とした場合、フェイルセーフリレーの接触抵抗の影響を補償してＵ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインに流れる電流が等しくなるように、前記第１、第２のラインに流れる電流、あるいは第３のラインに流れる電流を所定の補正量だけ変化させるので、三相モータの出力トルクの変動を抑制して操舵フィーリングを高めることができる。

また特にフェイルセーフリレーが介装された第１、第２のラインに所定の電流を流して抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてＵ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインに流れる電流の補正量を算出するので、Ｕ相ライン、Ｖ相ラインおよびＷ相ラインに流れる電流を補正により精度良く一致させることができる。

以下、本発明の実施形態を、添付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８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Ｕ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流の大きさを示すグラフ、図６はＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流により発生する出力トルクの大きさを示すグラフ、図７はＷ相電流の減少させる制御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には三相交流モータ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は三相ブリッジ回路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。三相ブリッジ回路４１の高圧端子ＴＨおよび低圧端子ＴＬ間には、直列に接続された第１スイッチング素子４６ａ、第１出力端子ＴＭ１および第２スイッチング素子４６ｂと、直列に接続された第３スイッチング素子４６ｃ、第２出力端子ＴＭ２および第４スイッチング素子４６ｄと、直列に接続された第５スイッチング素子４６ｅ、第３出力端子ＴＭ３および第６スイッチング素子４６ｆとが、相互に並列に接続される。そして第１、第２、第３出力端子ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３が、モータＭのスター結線されたＵ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗに、それぞれＵ相ライン６２Ｕ、Ｖ相ライン６２ＶおよびＷ相ライン６２Ｗを介して接続される。第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆは、例えば電界効果トラジスタ（ＦＥＴ）で構成される。

第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆの何れかがＯＮ故障した場合や、モータＭのバスバーが短絡した場合に、モータＭが不適切な作動をするのを防止すべく、Ｕ相ライン６２Ｕ、Ｖ相ライン６２ＶおよびＷ相ライン６２Ｗのうちの何れか２本のライン（本実施例ではＵ相ライン６２ＵおよびＶ相ライン６２Ｖ）にフェイルセーフリレー４７が介装される。フェイルセーフリレー４７はＵ相ライン６２Ｕ、Ｖ相ライン６２ＶおよびＷ相ライン６２Ｗの３本のラインに介装しても良いが、２本のラインに介装すればモータＭを停止させられるため、このようになっている。

バッテリ４５から三相ブリッジ回路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および三相ブリッジ回路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から三相ブリッジ回路４１に供給される電流を検出する。

三相ブリッジ回路４１の第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆを電子制御ユニット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することで、モータＭのＵ相コイル６１Ｕ、Ｖ相コイル６１ＶおよびＷ相コイル６１Ｗに、図５に示すような三相交流を供給することができる。このとき、第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆを均等にデューティ制御しても、Ｕ相ライン６２ＵおよびＶ相ライン６２Ｖに介装したフェイルセーフリレー４７の接点の接触抵抗により、Ｕ相電流およびＶ相電流がフェイルセーフリレー４７を通過しないＷ相電流よりも若干小さくなることが避けられない。その結果、図６に示すように、Ｕ相電流およびＶ相電流により発生する出力トルクに対してＷ相電流により発生する出力トルクが若干大きくなり、それらの出力トルクを加算したモータＭの出力トルクが正弦波状に変動し、これが騒音や振動の原因なったり操舵フィーリング低下の原因となったりする問題がある。

しかしながら本実施例では、Ｕ相電流およびＶ相電流に対して大きくなるＷ相電流を所定量だけ減少させる補正制御を行うことでＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流を等しくし、騒音、振動、操舵フィーリング低下を防止している。

以下、Ｗ相電流を所定量だけ減少させる補正制御の内容を、図７のフローチャートに基づいて説明する。

イグニッションスイッチをＯＮした直後に電子制御ユニットＵからの指令でＵ相ライン６２ＵおよびＶ相ライン６２Ｖに微小電流を供給した状態で、先ずステップＳ１でＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖと、フェイルセーフリレー４７の接触抵抗Ｒとを用いて、その接触抵抗Ｒによる発熱量Ａｔｅｍｐを、
Ａｔｅｍｐ←（｜Ｉｕ｜＋｜Ｉｖ｜）² ×Ｒ
により算出する。

続くステップＳ２で前記発熱量Ａｔｅｍｐを電子制御ユニットＵのメモリに記憶し、ステップＳ３でメモリ回数が予め設定したｎ回に達すると、ステップＳ４で発熱量Ａｔｅｍｐの移動平均としてのリレー抵抗温度特性係数Ｋｔｅｍｐを、
Ｋｔｅｍｐ←ΣＡｔｅｍｐ／ｎ
により算出する。

そしてステップＳ５でａを定数として、Ｗ相電流のデューティ値Ｗ Ｄｕｔｙを、
Ｗ Ｄｕｔｙ←Ｗ Ｄｕｔｙ−（Ｒ＋ａ×Ｋｔｅｍｐ）
により算出する。

このように、通電によるフェイルセーフリレー４７の発熱で接触抵抗Ｒの大きさが変化することを考慮してＷ相電流のデューティ値Ｗ Ｄｕｔｙを算出するので、Ｗ相電流をＵ相電流およびＶ相電流に精度良く一致させることができる。

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、第１〜第６スイッチング素子４６ａ〜４６ｆは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に限定されず、絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の他種のスイッチング素子であっても良い。

また実施例ではＷ相電流を減少させてＵ相電流およびＶ相電流に一致させているが、Ｕ相電流およびＶ相電流を増加させてＷ相電流に一致させても良い。

また実施例ではイグニッションスイッチのＯＮ時にＷ相電流のデューティ値Ｗ Ｄｕｔｙを算出しているが、それをモータＭが駆動されない車両の直進走行時に行うことも可能である。

実施例に係る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 モータ駆動回路を示す図 Ｕ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流の大きさを示すグラフ Ｕ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流により発生する出力トルクの大きさを示すグラフ Ｗ相電流の減少させる制御を説明するフローチャート

符号の説明

１１ ステアリングハンドル
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）
４６ｅ 第５スイッチング素子（スイッチング素子）
４６ｆ 第６スイッチング素子（スイッチング素子）
４７ フェイルセーフリレー
６２Ｕ Ｕ相ライン
６２Ｖ Ｖ相ライン
６２Ｗ Ｗ相ライン
Ｃ モータ駆動回路
Ｍ 三相モータ
Ｓｔ 操舵トルクセンサ
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
ＷＬ 車輪
ＷＲ 車輪

Claims (1)

1. ステアリングハンドル（１１）に入力される操舵トルクを車輪（ＷＬ，ＷＲ）に伝達する操舵トルク伝達経路上に配置された三相モータ（Ｍ）と、
   複数のスイッチング素子（４６ａ〜４６ｆ）を有して三相モータ（Ｍ）を駆動するモータ駆動回路（Ｃ）と、
   ステアリングハンドル（１１）に入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（Ｓｔ）と、
   操舵トルクセンサ（Ｓｔ）で検出した操舵トルクに基き、モータ駆動回路（Ｃ）を介して三相モータ（Ｍ）の駆動を制御する制御手段（Ｕ）と、
   モータ駆動回路（Ｃ）および三相モータ（Ｍ）を接続するＵ相ライン（６２Ｕ）、Ｖ相ライン（６２Ｖ）およびＷ相ライン（６２Ｗ）のうちの第１、第２のラインを開放可能なフェイルセーフリレー（４７）とを備えており、
   前記制御手段（Ｕ）が、Ｕ相ライン（６２Ｕ）、Ｖ相ライン（６２Ｖ）およびＷ相ライン（６２Ｗ）に流れる電流が等しくなるように、前記第１、第２のラインに流れる電流、あるいは第３のラインに流れる電流を所定の補正量だけ変化させる電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御手段（Ｕ）は、前記第１、第２のラインに所定の電流を流してフェイルセーフリレー（４７）の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする、電動パワーステアリング装置。

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