JP4946075B2

JP4946075B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4946075B2
Application number: JP2006018059A
Authority: JP
Inventors: 司飯田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007196860A

Description

本発明は、ハンドル（操舵部材）に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータとを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を流すように作成したＰＷＭ信号による電流を流して、電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力を電動モータにより補助するものであり、ハンドルが操舵軸を介して連結された舵取機構に、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助する電動モータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じて電動モータを駆動させることによりハンドルへの操作力を軽減するように構成してある。

電動パワーステアリング装置が備える操舵補助用の電動モータには、近年、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されるブラシレスモータが採用されるようになって来ている。ブラシレスモータは、ロータに永久磁石を備え、ステータに回転磁界を発生させる波形形成回路を、ロータの回転位置の検出信号に基づいて制御することにより、ロータを回転させるモータであり、ブラシが無いので機械的なノイズ及びブラシによる電気的なノイズは発生しない。
また、ブラシレスモータをＰＷＭ制御する際は、モータの振動を抑制する為に、例えば、図７に示すように、ＰＷＭ演算の周期（２００μｓ）毎に、求めたデューティファクタを４等分し、４等分したデューティファクタを有する４つの小パルス信号に分割している。
特開２００２−３４５２８３号公報

ブラシレスモータをＰＷＭ制御する電動パワーステアリング装置では、ＰＷＭ演算を行う周期（例えば２００μｓ）に応じた周波数（例えば５ｋＨｚ）でモータが振動し、その周波数の騒音を発生させているという問題がある。この騒音を抑制する最も簡易な方法として、モータの振動する周波数が可聴帯域外（２０ｋＨｚ以上）となるような周期（５０μｓ以下）でＰＷＭ演算する方法が挙げられるが、この場合、処理量が増大するので、処理能力の高い高価なマイクロコンピュータが必要となり、部品コストが上昇するという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロコンピュータの処理量の増加は軽微でありながら、電動モータの振動、騒音を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部のパルス幅を、残余のＰＷＭ信号のパルス幅と直前の周期の残余のＰＷＭ信号のパルス幅とに基づく補間により算出する手段を備え、該手段が算出したパルス幅により前記一部のＰＷＭ信号を作成するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータの回転角を検出し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を、前記回転角を変数とする関数に関連させて流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、検出した回転角に基づき前記ブラシレスモータの回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する回転角、該回転角に基づき前記回転角速度算出手段が算出した回転角速度及び前記周期に基づき、残余のＰＷＭ信号に対応する回転角を算出する手段と、該手段が算出した回転角により前記関数を演算して、前記残余のＰＷＭ信号を作成する手段とを備えることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータの回転角を検出し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を、前記回転角を変数とする関数に関連させて流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する前記回転角、直前の周期の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する前記回転角及び前記周期に基づく演算により、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の残余に対応する前記回転角を算出する手段と、該手段が算出した回転角により前記関数を演算して、前記複数のＰＷＭ信号の残余を作成する手段とを備えることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部のパルス幅を、残余のＰＷＭ信号のパルス幅と直前の周期の残余のＰＷＭ信号のパルス幅とに基づく補間により算出し、算出したパルス幅により一部のＰＷＭ信号を作成するので、ＰＷＭ信号間がより滑らかになり、マイクロコンピュータの処理量の増加は軽微でありながら、電動モータの振動、騒音を抑制することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、検出した回転角に基づきブラシレスモータの回転角速度を算出し、周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する回転角、この回転角に基づき算出した回転角速度及びＰＷＭ演算の周期に基づき、残余のＰＷＭ信号に対応する回転角を算出し、算出した回転角により関数を演算して、残余のＰＷＭ信号を作成するので、ＰＷＭ信号間がより滑らかになり、マイクロコンピュータの処理量の増加は軽微でありながら、ブラシレスモータの振動、騒音を抑制することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応するブラシレスモータの回転角、直前の周期の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する回転角及びＰＷＭ演算の周期に基づく演算により、周期毎の複数のＰＷＭ信号の残余に対応する回転角を算出し、算出した回転角により関数を演算して、複数のＰＷＭ信号の残余を作成するので、ＰＷＭ信号間がより滑らかになり、マイクロコンピュータの処理量の増加は軽微でありながら、ブラシレスモータの振動、騒音を抑制することができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ハンドル（操舵部材（図示せず））に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１２が検出し出力したトルク検出信号が、インターフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ１９へ与えられ、車速を検出する車速センサ２０が検出し出力した車速信号が、インターフェイス回路２１を介してマイクロコンピュータ１９へ与えられる。

マイクロコンピュータ１９から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路１５へ入力され、リレー駆動回路１５は、リレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点１５ａをオン又はオフさせる。
マイクロコンピュータ１９は、トルク検出信号、車速信号及び後述するモータ電流信号に基づき、メモリ１８内のトルク／電流テーブル１８ａを参照することにより、操舵補助用のブラシレスモータ２４に流すべき電流値である出力レベル指令値を作成する。マイクロコンピュータ１９内のＰＷＭ制御部１６は、作成された出力レベル指令値、及び後述する回転角信号に基づいてＰＷＭ演算し、ＰＷＭ制御信号を作成して、モータ駆動回路１３へ与える。

モータ駆動回路１３は、フェイルセーフリレー接点１５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたＰＷＭ制御信号に基づき、三相正弦波電圧を作成してブラシレスモータ２４を回転駆動させる。
ブラシレスモータ２４が回転する際、ロータ位置検出器１４がそのロータ位置を検出し、そのロータ位置信号をマイクロコンピュータ１９に与える。マイクロコンピュータ１９内の回転角算出部２５は、与えられたロータ位置信号に基づき、ロータ２４ｂの回転角を算出し、その回転角信号をＰＷＭ制御部１６に与える。また、ロータ２４ｂの回転角信号は、必要に応じて、回転角速度算出部２６に与えられ、回転角速度算出部２６は、与えられた回転角信号に基づきロータ２４ｂの回転角速度を算出し、その回転角速度信号をＰＷＭ制御部１６に与える。
ブラシレスモータ２４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１９に与えられる。

図２は、ブラシレスモータ２４、モータ駆動回路１３及びモータ電流検出回路１７の構成を示すブロック図である。ブラシレスモータ２４は、コイルＡ，Ｂ，Ｃの各一方の端子がスター結線されたステータ２４ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転するロータ２４ｂと、このロータ２４ｂの回転位置を検出するロータ位置検出器１４（レゾルバ）とを備えている。

モータ駆動回路１３はスイッチング回路８を備え、スイッチング回路８は、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。

トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。

モータ駆動回路１３はゲート制御回路９を備え、ゲート制御回路９は、マイクロコンピュータ１９から三相正弦波電圧の各相毎のＰＷＭ制御信号を与えられ、与えられた各ＰＷＭ制御信号に応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフする。その際、例えば、端子対Ｕ−Ｖ（コイルＡ，Ｂ），Ｕ−Ｗ（コイルＡ，Ｃ），Ｖ−Ｗ（コイルＢ，Ｃ），Ｖ−Ｕ（コイルＢ，Ａ），Ｗ−Ｕ（コイルＣ，Ａ），Ｗ−Ｖ（コイルＣ，Ｂ），Ｕ−Ｖ（コイルＡ，Ｂ）のように、ステータ２４ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。

ロータ２４ｂは、永久磁石を備えており、この回転磁界から回転力を受け回転する。ゲート制御回路９は、また、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御することにより、ブラシレスモータ２４の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。
モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ２４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与える。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
マイクロコンピュータ１９は、操舵補助動作において、トルクセンサ１２が検出したトルク検出信号をインターフェイス回路１１を介して読込み、車速センサ２０が検出した車速信号をインターフェイス回路２１を介して読込む。
マイクロコンピュータ１９は、読込んだ車速信号及びトルク検出信号から、トルク／電流テーブル１８ａを参照して、目標モータ電流を決定する。

次いで、マイクロコンピュータ１９は、モータ電流検出回路１７からモータ電流信号を読込み、決定した目標モータ電流と読込んだモータ電流信号との差を演算し、演算した差に基づき、ブラシレスモータ２４に目標モータ電流を流すべく、モータ電流指令値及び回転方向を決定し、ＰＷＭ制御部１６に与える。
ＰＷＭ制御部１６は、与えられたモータ電流指令値信号、回転方向信号、及び回転角算出部２５から与えられたブラシレスモータ２４の回転角信号に基づき、ブラシレスモータ２４を回転駆動する三相正弦波電圧を作成する為のＰＷＭ演算を行い、ＰＷＭ演算により求めたＰＷＭ制御信号をゲート制御回路９に与える。

マイクロコンピュータ１９は、ＰＷＭ演算を行う際は、三相正弦波電圧の各相毎に、図３のフローチャートに示すように、ＰＷＭ制御部１６が、先ず、従来通り、今回周期のＰＷＭ演算を行い、例えば、図４に示すように、ＰＷＭ演算の周期毎に４つに分割した今回のパルス幅の値ｗｏｒｋ１＝Ｓ（ｎ）を算出する（Ｓ１）。
ＰＷＭ制御部１６は、次に、分割された４つの小パルス信号の内、前半２つの小パルス信号のパルス幅の値ｗｏｒｋ２を、補間式ｗｏｒｋ２＝Ｓ（ｎ−１）＋（Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−１））／２により演算する（Ｓ３）。ここで、Ｓ（ｎ−１）は、直前周期で従来通りＰＷＭ演算され４分割された後半２つの小パルス信号のパルス幅の値である。

ＰＷＭ制御部１６は、次に、今回周期の４つの小パルス信号の内の前半２つの小パルス信号のパルス幅Ｓ（０），Ｓ（１）を、補間式で算出したｗｏｒｋ２の値により更新し、後半２つの小パルス信号のパルス幅Ｓ（２），Ｓ（３）をｗｏｒｋ１の値により更新して（Ｓ５）リターンする。
ゲート制御回路９は、与えられた各ＰＷＭ制御信号に応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフして、ブラシレスモータ２４のステータ２４ａに回転磁界を発生させ、ブラシレスモータ２４のロータ２４ｂを回転駆動させる。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態２のＰＷＭ制御信号を作成する動作を示すフローチャートである。この電動パワーステアリング装置の要部構成及びその他の動作は、実施の形態１で説明した要部構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
マイクロコンピュータ１９は、ＰＷＭ制御信号を作成するに際して、図５のフローチャートに示すように、回転角算出部２５が、与えられたロータ位置検出信号に基づき、ロータ２４ｂの回転角θ（ｎ）を算出する（Ｓ１１）。回転角速度算出部２６は、その算出された回転角θ（ｎ）に基づきロータ２４ｂの回転角速度ω（ｎ）＝ｄθ（ｎ）／ｄｔを算出する（Ｓ１３）。

ここで、算出された回転角θ（ｎ）（Ｓ１１）は、例えば、図６に示すように、ＰＷＭ演算の周期Ｔ（２００μｓ）毎に４つに分割された小パルス信号の内、今回周期の前半２つの小パルス信号のパルス幅の算出（例えば正弦波関数）に使用される。
ＰＷＭ制御部１６は、次に、回転角θ（ｎ）（Ｓ１１）、回転角速度ω（ｎ）（Ｓ１３）及びＰＷＭ演算の周期Ｔに基づき、今回周期の後半２つの小パルス信号のパルス幅を算出する為の回転角θ（ｎ）′を、補間式θ（ｎ）′＝ω（ｎ）×Ｔ／２＋θ（ｎ）により演算する（Ｓ１５）。

ＰＷＭ制御部１６は、次に、今回周期の前半２つの小パルス信号のパルス幅の値ｗｏｒｋ１を、回転角θ（ｎ）の正弦波関数に基づき演算し（Ｓ１７）（ＰＷＭ演算１）、今回周期の後半２つの小パルス信号のパルス幅の値ｗｏｒｋ２を、回転角θ（ｎ）′の正弦波関数に基づき演算する（Ｓ１９）（ＰＷＭ演算２）。
ＰＷＭ制御部１６は、次に、今回周期の４つの小パルス信号の内の前半２つの小パルス信号のパルス幅Ｓ（０），Ｓ（１）を、ＰＷＭ演算１で算出したｗｏｒｋ１の値により更新し、後半２つの小パルス信号のパルス幅Ｓ（２），Ｓ（３）をＰＷＭ演算２で算出したｗｏｒｋ２の値により更新して（Ｓ２１）リターンする。

尚、上述した実施の形態２では、回転角速度算出部２６が算出した回転角速度ω（ｎ）を使用して、ＰＷＭ演算の今回周期の後半２つの小パルス信号のパルス幅を算出する為の回転角θ（ｎ）′を演算している（Ｓ１５）が、他の方法で回転角θ（ｎ）′を演算することも可能である。
例えば、今回周期の回転角θ（ｎ）、前回周期の回転角θ（ｎ−１）及びＰＷＭ演算の周期Ｔに基づき、回転角θ（ｎ）′＝θ（ｎ）＋（θ（ｎ）−θ（ｎ−１））×（（Ｔ／２）／Ｔ）による外挿法により回転角θ（ｎ）′を求めることも可能である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。ブラシレスモータ、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の構成を示すブロック図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置のＰＷＭ演算を行う際の動作を示すフローチャートである。本発明に係る電動パワーステアリング装置のＰＷＭ演算を行う際の動作を示す説明図である。本発明に係る電動パワーステアリング装置のＰＷＭ演算を行う際の動作を示すフローチャートである。本発明に係る電動パワーステアリング装置のＰＷＭ演算を行う際の動作を示す説明図である。従来の電動パワーステアリング装置のＰＷＭ演算を行う際の動作を示す説明図である。

符号の説明

８スイッチング回路、９ゲート制御回路、１０トルクセンサ、１３モータ駆動回路、１４ロータ位置検出器、１６ＰＷＭ制御部、１７モータ電流検出回路、１８ａトルク／電流テーブル、１９マイクロコンピュータ、２４ブラシレスモータ、２４ｂロータ、２５回転角算出部、２６回転角速度算出部

Claims

操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の電動モータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部のパルス幅を、残余のＰＷＭ信号のパルス幅と直前の周期の残余のＰＷＭ信号のパルス幅とに基づく補間により算出する手段を備え、該手段が算出したパルス幅により前記一部のＰＷＭ信号を作成するように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータの回転角を検出し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を、前記回転角を変数とする関数に関連させて流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
検出した回転角に基づき前記ブラシレスモータの回転角速度を算出する回転角速度算出手段と、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する回転角、該回転角に基づき前記回転角速度算出手段が算出した回転角速度及び前記周期に基づき、残余のＰＷＭ信号に対応する回転角を算出する手段と、該手段が算出した回転角により前記関数を演算して、前記残余のＰＷＭ信号を作成する手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータの回転角を検出し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づく電流を、前記回転角を変数とする関数に関連させて流すように、所定の周期毎に複数のＰＷＭ信号を作成し、作成したＰＷＭ信号による電流を流して、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する前記回転角、直前の周期の複数のＰＷＭ信号の一部に対応する前記回転角及び前記周期に基づく演算により、前記周期毎の複数のＰＷＭ信号の残余に対応する前記回転角を算出する手段と、該手段が算出した回転角により前記関数を演算して、前記複数のＰＷＭ信号の残余を作成する手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。