JP4585358B2 - 電動ステアリング装置 - Google Patents
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Description
また、このような状況下において、ブラシレスモータを用いて電動ステアリング装置の制御をした場合、微小電流での検出精度がブラシモータに比べて低下することから、微小電流領域での電流制御をより正確に行えず、操舵フィーリングが損なわれやすい状況にあった。
図1において、電動パワーステアリング装置1は、ステアリング2を有し、このステアリング2が、これと一体的に設けられたステアリング軸3に自在継ぎ手4a,4bを備えた連結軸5を介して、ピニオン6に連結されている。そして、ピニオン6には、ラック歯7が噛み合い、この噛み合いにより、ラック軸8が往復運動するように構成されている。ラック軸8の両端には、それぞれ、タイロッド9を介して左右の前輪10が連結されている。
また、前記した連結軸5には、操舵トルクセンサ11が取り付けられ、この操舵トルクセンサ11が、ドライバによるステアリング2の操舵に応じた操舵トルクを検出するようになっている。そして、操舵トルクセンサ11が、検出した操舵トルクを示す操舵トルク信号d1を制御部17のECU(制御装置)12に出力する。制御部17には、ECU12のほか、後記する電動機駆動手段14および電流検出手段(電流検出装置)16が搭載されている。
電動機駆動手段14は、例えば、三相ブリッジ回路で構成され、ECU12からの制御信号d3に基づく電動機電圧Vmを電動機15に出力し、電動機15をPWM制御する。電動機15としては、例えば、三相ブラシレスモータを用いることとするが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他のモータを用いてもよい。
電流検出手段(電流検出センサ)16は、後記するシャント抵抗16aと電流検出回路16bとを含み、電動機15に流れる電流(以下「電動機電流」という)を検出し、その電動機電流に基づく電流信号d4をECU12に出力する。このように構成することにより、ECU12が、電流検出手段16からの電流信号d4に基づいて電動機駆動手段14を駆動制御して、電動機15をより正確に制御することが可能となる。以下にこれらの内容を詳述する。
ブリッジ回路では、パワーFET141aのソースとパワーFET141bのドレインとの間には、電動機15のU相端子が接続され、また、パワーFET141cのソースとパワーFET141dのドレインとの間には電動機15のV相端子が接続されている。さらに、パワーFET141eのソースとパワーFET141fのドレインとの間には電動機15のW相端子が接続されている。
そして、これらの各パワーFET141a〜141fのゲートには、ステアリング2の操作に応じ、PWM信号またはオフ信号のいずれかを示す制御信号d3がECU12から各パワーFET141a〜141fに入力されるようになっている。そして、この入力により、電動機15に電動機電圧Vmが印加されて電動機電流Imが電動機15に流れ、電動機15が正回転あるいは逆回転することとなる。これにより、ステアリング2に補助操舵力が作用して、車両が右方向あるいは左方向に操向することとなる。
電動機電流信号変換手段162は、ROMなどのメモリで構成され、後記する検出電圧(電圧信号)Voを目標電流になるレベル信号、すなわち電流信号d4(図1参照)に変換して、ECU12に出力する。
対数増幅回路161は、シャント抵抗16aに流れる電動機電流Imに基づき検出された電圧Vm(=Vm1−Vm2)をプレインターフェース160に入力し、さらに、プレインターフェース160の出力電圧を対数増幅した検出電圧Voを電動機電流信号変換手段162に出力する。具体的には、対数増幅回路161は、反転増幅回路161aのフィードバックにトランジスタ(半導体素子)161bが接続されている。これにより、電動機15に流れる電動機電流Imと出力電圧(ここでは検出電圧Voを意味する)との関係を対数関数に近くさせることが可能となる。なお、対数増幅回路161は、例えば、単一電源Vr(=5V)で作動し、図示しないバイアス抵抗でVr/2(=2.5V)の仮想接地点を形成している。
まず、比較例における反転増幅回路の出力特性T2について説明する。この出力特性T2では、電動機電流Imと検出電圧Voとの関係が、リニア関係になっている。
この出力特性T2においては、電動機電流1A(アンペア)あたりの検出電圧Voの変化量は、基準電圧5V/(100A+100A)より、0.025V/Aとなる。したがって、例えば、電動機電流Imが0.1Aの場合、Voの変化量は、0.025V/A×0.1Aより、0.0025Vとなる。なお、この0.0025Vという値は、後記する出力特性T1の場合と比較するために用いる。
また、1ビットあたりの出力電圧Voの分解能は、基準電圧/分解能=5V/210より、0.005Vとなる。
以上から、例えば、電動機電流Imが0.1Aのとき、Voの変化量0.0025Vが、0.005V(1ビットあたりのVoの分解能)よりも小さくなってしまう。このため、Im=0.1Aの場合のVoは、分解能の問題から、検出することができない。
さらに、電動機15の実効値と同じ最大値であるブラシモータ(最大値=実効値)を、−71Aから+71Aまでの範囲を10ビットの分解能で検出する場合を考えると(図4の出力特性T3を参照)、電動機電流1Aあたりの検出電圧Voの変化量は、基準電圧5V/(71A+71A)より0.035V/Aとなり、電動機電流Imが0.1Aの場合のVoの変化量は、0.0035Vとなる。すなわち、電動機15の実効値と同じ最大値であるブラシモータ(最大値=実効値)においては、0.1AあたりのVoの変化量は、電動機15(実効値71A,最大値100A)の場合に比べて大きくなるものの、依然Im=0.1Aの場合のVoを検出することはできない。
ただし、kは定数(=0.542)、Imは電動機電流を表す。(Im>0)
1ビットあたりの出力電圧Voの分解能は、前記した出力特性T2の場合と同様、基準電圧/分解能=5V/210より、0.005Vとなる。
以上から、例えば、電動機電流Imが0.1Aのとき、前記した出力特性T2の場合と異なり、Voの変化量0.022Vが、1ビットあたりのVoの分解能0.005Vよりも大きくなる。このため、分解能の精度に問題がないので、Im=0.1Aの場合のVoを検出することが可能となる。よって、微小電流領域における分解能の精度が比較例の場合に比べて向上することがわかる。
また、このような対数増幅回路161を含む電流検出手段16を用いて電動パワーステアリング装置1が制御を行なうので、微小電流領域での電流制御も正確に行なうことが可能となる。よって、操舵フィーリングが向上する。
前記した実施の形態において、電流検出手段16の対数増幅回路161は、図3の場合で説明したが、例えば図5のように構成してもよい。図5に示す対数増幅回路161Aは、シャント抵抗16aおよびプレインターフェース160のほか、2個のトランジスタ161d,161eおよび反転増幅回路161b,161cを含んで構成されている。例えば、トランジスタ161d,161eは、温度的に結合したデュアルタイプのものを用いる。このように構成すると、トランジスタ161d,161eの各ベースエミッタ間電圧が、温度の影響をキャンセルすることとなり、より正確な電動機電流Imを検出することが可能となる。
また、電動パワーステアリング装置1を自動車用の場合で説明したが、例えば、航空機などの移動体に適用するようにしてもよい。さらに、ステアリングホイールなどと転蛇輪が機械的に切り離されているステアバイワイヤなどのバイワイヤ技術に広く適用するようにしてもよい。
12 ECU(制御装置)
15 電動機
16 電流検出手段
161 対数増幅回路(増幅手段)
161a トランジスタ(半導体)
Claims (3)
- 操舵トルクに対応した目標電流と電動機に流れる電流とに基づいて、ステアリングの操舵補助力または操舵力を作用させる前記電動機を制御する制御装置と、
電流検出素子に流れる前記電流に基づく電圧信号を増幅して当該電流を検出する電流検出装置を備え、
前記電流検出装置は、前記電流の正負にかかわらず所定の範囲で検出が可能であり、また、前記電流がゼロ付近で、かつ、前記電圧信号と仮想接地点の電圧との差の絶対値がゼロ付近での増幅率を、前記電圧信号と仮想接地点の電圧との差の絶対値がゼロ付近以外の他での増幅率に比べて大きくするために、前記電流検出素子に流れる前記電流と前記電圧信号との関係が略対数関係になるように前記電圧信号を増幅する半導体素子を有する増幅手段を備え、
増幅された前記電圧信号に基づいて前記電流を算出することを特徴とする電動ステアリング装置。 - 前記増幅手段は、反転増幅回路のフィードバックにトランジスタを接続してなる対数増幅回路であることを特徴とする請求項1に記載の電動ステアリング装置。
- 前記電動機は、多相ブラシレスモータであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動ステアリング装置。
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