JPH08119124A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出電流値のゼロ点の微調整を不要にし、し
かも目標電流値が０のときに各相の電圧が基準電圧から
変化することを防止する。 【構成】 電流検出器44u 、44v 、44w により３相交流
モータ12の各相の電流値を検出し、ＡＤ変換器49u 、49
v 、49w により各電流検出器44u 〜44w の出力をＡＤ変
換し、フィードバック演算手段47により各ＡＤ変換器49
u 〜49w の出力と各相の目標電流値に基づいてモータ12
の各相の制御出力を演算する。各ＡＤ変換器49u 〜49w
の出力にオフセット値を加えて演算手段47に出力するオ
フセット手段50u 、50v 、50w 、および運転開始時に目
標電流値が０のときのいずれか１相のオフセット手段50
u 〜50w の出力の符号が残りの２相のオフセット手段50
u 〜50w の出力の符号と逆になるように各オフセット値
を設定するオフセット値設定手段51を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、３相交流モータを目
標電流値に基づいてＰＷＭ駆動することにより操舵補助
を行う電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のパワーステアリング装置におい
ては、電流検出器により３相交流モータの各相の電流を
それぞれ検出し、ＡＤ変換器により各電流検出器の出力
をそれぞれＡＤ変換し、フィードバック制御手段により
各ＡＤ変換器の出力と各相の目標電流値に基づいてモー
タの各相に対する制御出力を演算している。そして、Ｐ
ＷＭ電圧をＥとすると、目標電流値が０のときの各相の
制御電圧（基準電圧）はＥ／２（ＰＷＭデューティは５
０％付近）となり、目標電流が変化すると、各相の制御
電圧が基準電圧を中心に周期的に変化して、各相間に目
標電流値に応じた電流が流れるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＡＤ変換器
の出力には、通常、数ビット程度の振れがあり、各電流
検出器の出力が０であっても、各ＡＤ変換器の出力が０
にならず、３相のＡＤ変換器の出力が全て＋側に偏った
り、逆に−側に偏ったりすることがある。このように３
相のＡＤ変換器の出力が全て＋側あるいは−側に偏る
と、目標電流値が０のときに前述の電圧（Ｅ／２）が３
相ともに同じ割合で下降あるいは上昇し、最終的に、各
相が０％あるいは１００％のデューティとなる。このよ
うな状態から目標電流値が変化して、各相間に電流を流
す場合、いずれか１相は基準電圧に対して−方向に変化
しないと電流が流れないため、上記のように３相ともに
０％あるいは１００％のデューティとなるのは問題であ
る。このため、装置の製造時に、フィードバック演算手
段にフィードバックする検出電流値のゼロ点の微調整が
必要である。また、検出電流値のゼロ点は時間の経過に
伴って変化するので、このような経時変化に対する微調
整も必要になる。

【０００４】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
検出電流値のゼロ点の微調整が不要で、しかも目標電流
値が０のときに各相の電圧が基準電圧から変化すること
が防止できる電動パワーステアリング装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明による電動パワ
ーステアリング装置は、目標電流値に基づき、３相交流
モータを駆動して、操舵補助を行うものであって、上記
モータの各相の電流値をそれぞれ検出する電流検出手
段、上記各電流検出手段の出力をそれぞれＡＤ変換する
ＡＤ変換手段、および上記各ＡＤ変換手段の出力と各相
の目標電流値に基づいて上記モータの各相に対する制御
出力を演算するフィードバック演算手段を備えている電
動パワーステアリング装置において、上記各ＡＤ変換手
段の出力にそれぞれ所定のオフセット値を加えて上記フ
ィードバック演算手段に出力するオフセット手段、およ
び運転開始時に目標電流値が０のときのいずれか１相の
上記オフセット手段の出力の符号が残りの２相の上記オ
フセット手段の出力の符号と逆になるように上記各オフ
セット手段のオフセット値を設定するオフセット値設定
手段を備えていることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】各オフセット手段により、各ＡＤ変換手段の出
力にそれぞれオフセット値を加えた信号がモータの各相
の検出電流値としてフィードバック演算手段にフィード
バックされる。各オフセット値は、オフセット値設定手
段により、目標電流値が０のときのいずれか１相のオフ
セット手段の出力の符号が残りの２相のオフセット手段
の出力の符号と逆になるように設定されるので、目標電
流値が０のとき、３相のオフセット手段の出力が全て同
じ符号側に偏ることがない。このため、各ＡＤ変換手段
の出力に関係なく、目標電流値が０のときに、各相の電
圧は０％あるいは１００％のデューティに変化すること
がなく、基準電圧に保たれる。したがって、装置の製造
時に検出電流値のゼロ点の微調整を行う必要がない。ま
た、上記のオフセット値の設定は運転開始時に毎回行わ
れるので、経時変化に対する検出電流値のゼロ点の微調
整も不要である。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【０００８】図１は自動車の電動パワーステアリング装
置の機械的部分の１例を示し、図２はその主要部の詳細
を示している。なお、図１および図２の説明において、
図面の左右を左右とする。

【０００９】自動車の車体に左右方向に長いハウジング
(1) が固定されており、このハウジング(1) 内に左右方
向にのびるラック軸(2) が回転はしないが左右方向（軸
方向）に移動しうるように支持されている。ハウジング
(1) の左端寄りの部分に形成されたギヤボックス(3) 内
に、トーションバー（図示略）によって連結された入力
軸(4) と出力軸(5) が回転自在に支持されている。出力
軸(5) にはラック軸(2) のラック（図示略）とかみ合う
ピニオン(6) が一体に形成され、入力軸(4) は図示しな
いハンドル（ステアリングホイール）に連結されてい
る。ギヤボックス(3) には、入力軸(4) と出力軸(5) の
間のトーションバーのねじれを検出することによってハ
ンドルからの操舵トルクを検出するトルクセンサ(7) が
設けられている。ハウジング(1) から突出したラック軸
(2) の左右両端部に、ボール継手(8)(9)を介してタイロ
ッド(10)(11)が連結されている。

【００１０】ハウジング(1) の中間部内に、３相交流モ
ータであるブラシレスモータ(12)により回転させられる
筒状の外側回転軸(13)が軸受(14)(15)を介して軸方向に
は移動しないように回転支持されている。モータ(12)
は、ハウジング(1) 内に固定されたステータ(16)と外側
回転軸(13)の外周部に直接設けられたロータ(17)とから
構成されている。

【００１１】ラック軸(2) の周囲のハウジング(1) の適
当な位置にロータリエンコーダなどを使用した回転位置
センサ(35)が取付けられており、このセンサ(35)の入力
軸に固定された歯車(36)と外側回転軸(13)の右端部外周
に固定された歯車(37)とがかみ合わされている。そし
て、外側回転軸(13)の回転が歯車(37)(36)により増速さ
れてセンサ(35)に伝えられ、センサ(35)によって外側回
転軸(13)すなわちロータ(17)の回転位置（ロータ角）が
検出される。

【００１２】外側回転軸(13)の内側に、筒状の内側回転
軸(18)がスプライン(19)などを介して軸方向に移動しう
るが相互に回転はしないように取付けられ、内側回転軸
(18)の内側に、ブシュ(20)を介してラック軸(2) が相互
に回転および軸方向の移動ができるように通されてい
る。

【００１３】内側回転軸(18)の一部は、これが外側回転
軸(13)に対して移動しても常に外側回転軸(13)より左側
に突出しているようになっており、この部分が、次のよ
うに、第１ねじ結合手段を構成する第１ボールねじ(21)
を介してハウジング(1) に連結されている。すなわち、
内側回転軸(18)の外周面にねじ部(22)が形成され、この
ねじ部(22)が、ハウジング(1) に固定されたボールナッ
ト(23)に多数の循環ボール(24)を介してねじはめられて
いる。

【００１４】ラック軸(2) が、次のように、第２ねじ結
合手段を構成する第２ボールねじ(25)を介して内側回転
軸(18)の左端部に連結されている。すなわち、ラック軸
(2)の外周面にねじ部(26)が形成され、このねじ部(26)
が、内側回転軸(18)の左端部に固定されたボールナット
(27)に多数の循環ボール(28)を介してねじはめられてい
る。

【００１５】この実施例では、２つのボールねじ(21)(2
5)のねじの向きは逆であり、第２ボールねじ(25)のねじ
のリードが第１ボールねじ(21)のそれより大きくなって
いる。

【００１６】運転者がハンドルを回転させると、その回
転が入力軸(4) 、トーションバーおよび出力軸(5) を介
してピニオン(6) に伝えられ、ピニオン(6) の回転によ
りラック軸(2) が左右に移動させられて、車輪が操舵さ
れる。このとき、トルクセンサ(7) により検出された操
舵トルクの方向および大きさに基づいてモータ(12)が駆
動され、これによってラック軸(2) がピニオン(6) によ
るのと同じ方向に移動させられる。

【００１７】たとえば、ハンドル操作によりラック軸
(2) を左側に移動させる場合、モータ(12)のロータ(17)
は図面の右側から見て右方向（時計方向）に回転させら
れる。これにより、外側回転軸(13)と内側回転軸(18)も
同じ方向に同じ量だけ回転させられる。内側回転軸(18)
が上記の方向に回転すると、第１ボールねじ(21)の作用
により内側回転軸(18)がハウジング(1) に対して左側に
移動するとともに、第２ボールねじ(25)の作用によりラ
ック軸(2) が内側回転軸(18)に対して左側に移動する。
その結果、ラック軸(2) がハウジング(1) に対して左側
に移動し、その移動量は、ハウジング(1) に対する内側
回転軸(18)の移動量と内側回転軸(18)に対するラック軸
(2) の移動量の和に等しい。ハウジング(1) に対する内
側回転軸(18)の移動量は、内側回転軸(18)の回転量およ
び第１ボールねじ(21)のねじのリードに比例し、内側回
転軸(18)に対するラック軸(2) の移動量は、内側回転軸
(18)の回転量および第２ボールねじ(25)のねじのリード
に比例する。したがって、ハウジング(1) に対するラッ
ク軸(2) の移動量は、２つのボールねじ(21)(25)のねじ
のリードの和および内側回転軸(18)の回転量に比例す
る。

【００１８】ハンドル操作によりラック軸(2) を右側に
移動させる場合も、同様である。

【００１９】２つのボールねじ(21)(25)のねじの向きを
同じにすると、ハウジング(1) に対する内側回転軸(18)
の移動方向と内側回転軸(18)に対するラック軸(2) の移
動方向が逆になり、したがって、ハウジング(1) に対す
るラック軸(2) の移動方向は内側回転軸(18)の回転方向
と２つのボールねじ(21)(25)のねじのリードの大小関係
によって決まり、移動量はこれらのねじのリードの差お
よび内側回転軸(18)の回転量に比例する。

【００２０】このように、モータ(12)による内側回転軸
(18)の単位回転量当たりのラック軸(2) のハウジング
(1) に対する移動量すなわち減速比は２つのボールねじ
(21)(25)のねじのリードによって決まるので、これらを
適当に決めることによって減速比を任意に設定すること
ができる。

【００２１】モータ(12)による内側回転軸(18)の回転が
伝達ロスの非常に小さいボールねじ(21)(25)によってラ
ック軸(2) に伝達されるので、全体の伝達ロスが非常に
小さく、したがって、モータ(12)の容量を小さくするこ
とが可能である。

【００２２】たとえば、従来のようにウォームとラック
・ピニオンでモータの回転をラック軸に伝達する場合、
全体の伝達効率は約０．６であり、上記実施例のように
２つのボールねじでモータの回転をラック軸に伝達する
場合、全体の伝達効率は約０．９である。したがって、
上記実施例のようにすれば、従来の約２／３の容量のモ
ータで同じ駆動力が得られることになる。

【００２３】ブラシレスモータ(12)は、モータ特性が低
回転、高トルクであるため、減速比が小さくてよく、減
速機構が簡単になり、ブラシレスモータ(12)とボールね
じ(21)(25)を用いた減速機構を組合わせることにより、
低回転、高トルクのモータ特性を十分に生かすことがで
き、モータ慣性を小さくすることによるハンドル戻りな
どの性能が大幅に向上する。また、ブラシレスモータ(1
2)を用いているため、回転位置センサが必要になるが、
回転位置センサ(35)がラック軸(2) の周囲に設けられて
いるため、取付けの自由度が高い。

【００２４】上記のモータ(12)は、図３に示すように、
パワーステアリング装置のモータ制御装置(40)によって
制御される。

【００２５】図３において、モータ制御装置(40)は、モ
ータ駆動回路(41)、電流検出装置(42)およびＰＷＭ制御
装置(43)を備えている。

【００２６】モータ駆動回路(41)は、モータ(12)のＵ、
Ｖ、Ｗ各相について２個ずつ、合計６個のパワースイッ
チング素子たとえばＦＥＴ(41u1)(41u2)(41v1)(41v2)(4
1w1)(41w2)を備えている。各ＦＥＴ(41u1)〜(41w2)は、
後述するように、ＰＷＭ制御装置(43)によって開閉制御
され、これにより、モータ(12)の各相に流れる電流値が
制御される。

【００２７】電流検出装置(42)は、モータ(12)の各相に
流れる電流値をそれぞれ検出する電流検出手段としての
３個の電流検出器(44u)(44v)(44w) 、および各電流検出
器(44u) 〜(44w) の出力をそれぞれＡＤ変換してＰＷＭ
制御装置(43)に出力するＡＤ変換手段としての３個のＡ
Ｄ変換器(49u)(49v)(49w) を備えている。電流検出器(4
4u) 〜(44w) は、たとえば、ホールＣＴなどから構成さ
れている。

【００２８】ＰＷＭ制御装置(43)は、トルクセンサ(7)
および電流検出装置(42)の出力に基づいてモータ駆動回
路(41)の各ＦＥＴ(41u1)〜(41w2)を制御し、これにより
モータ(12)をＰＷＭ制御するものである。ＰＷＭ制御装
置(43)はたとえばマイクロコンピュータにより構成され
るが、その構成を機能的に表現すると、図３のようにな
る。すなわち、ＰＷＭ制御装置(43)は、トルクセンサ
(7) の出力に基づいてモータ(12)の目標電流値を演算す
る目標電流値演算手段(45)、この目標電流値および回転
位置センサ(35)の出力に基づいて３相分相処理を行う３
相分相処理手段(46)、これによる３相分相出力と電流検
出装置(42)の出力に基づいて各相のＰＩ演算を行うフィ
ードバック演算手段としてのＰＩ演算手段(47)、ならび
に各相のＰＩ演算結果に基づいて各相のＦＥＴ(41u1)〜
(41w2)をＰＷＭ駆動するＰＷＭ駆動手段(48)を有する。
なお、これらの機能は、従来のパワーステアリング装置
において公知のものである。ＰＷＭ制御装置(43)は、ま
た、各ＡＤ変換器(49u) 〜(49w) の出力にそれぞれ所定
のオフセット値を加えてＰＩ演算手段(47)に出力するオ
フセット手段(50u)(50v)(50w) 、および運転開始時に目
標電流値が０のときのいずれか１相のオフセット手段(5
0u) 〜(50w) の出力の符号が残りの２相のオフセット手
段(50u) 〜(50w) の出力の符号と逆になるようにオフセ
ット値を設定するオフセット値設定手段(51)を備えてい
る。

【００２９】次に、図４のフローチャートを参照して、
モータ制御装置(40)の動作の１例について説明する。

【００３０】まず、車両のイグニッションキーがオンに
なると、運転が開始され、所定の初期設定（ステップ
１）およびオフセット値の設定（ステップ２）が行われ
る。初期設定において、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相のオフセット値
はたとえば０に設定される。オフセット値の設定は、目
標電流値が０のときに、いずれか１相のオフセット手段
(50u) 〜(50w) の出力の符号が残りの２相のオフセット
手段(50u) 〜(50w) の出力の符号と逆になるようにオフ
セット値を設定するものであり、その処理の詳細が図５
のフローチャートに示されている。図５において、ま
ず、目標電流値が０に設定され（ステップ201 ）、ＡＤ
変換器(49u) からＵ相の検出電流値（デジタル値）が入
力され（ステップ202 ）、この値が０から＋５までの間
にあるかどうかが調べられる（ステップ203 ）。ステッ
プ203 においてＵ相の検出電流値が０から＋５までの間
になければ、オフセット手段(50u) の出力が０から＋５
までの間の値になるように、オフセット値設定手段(51)
によりＵ相のオフセット値が新たに設定され（ステップ
204 ）、ステップ205 に進む。ステップ203 においてＵ
相の検出電流値が０から＋５までの間にあれば、そのま
まステップ205 に進む。ステップ205 では、ＡＤ変換器
(49v) からＶ相の検出電流値が入力され、次に、この値
が０から−５までの間にあるかどうかが調べられる（ス
テップ206 ）。ステップ206 においてＶ相の検出電流値
が０から−５までの間になければ、オフセット手段(50
v) の出力が０から−５までの間の値になるように、オ
フセット値設定手段(51)によりＶ相のオフセット値が新
たに設定され（ステップ207 ）、ステップ208 に進む。
ステップ206 においてＶ相の検出電流値が０から−５ま
での間にあれば、そのままステップ208 に進む。ステッ
プ208 では、ＡＤ変換器(49w)からＷ相の検出電流値が
入力され、次に、この値が０から−５までの間にあるか
どうかが調べられる（ステップ209 ）。ステップ209 に
おいてＷ相の検出電流値が０から−５までの間になけれ
ば、オフセット手段(50W) の出力が０から−５までの間
の値になるように、オフセット値設定手段(51)によりＷ
相のオフセット値が新たに設定され（ステップ210 ）、
ステップ２の処理が終了する。ステップ209 においてＷ
相の検出電流値が０から−５までの間にあれば、そのま
ま処理が終了する。このステップ２の処理により、目標
電流値が０のときに、Ｕ相のオフセット手段(50u) の出
力が０から＋５までの間の正側の値に、Ｖ相およびＷ相
のオフセット手段(50v)(50w)の出力が０から−５までの
間の負側の値になるように、各相のオフセット値が設定
される。図４において、ステップ２の処理が終了する
と、所定の初期診断が行われ（ステップ３）、フェイル
セーフ用リレーがオンになって（ステップ４）、モータ
(12)が電源に接続される。次に、回転位置センサ(35)か
らのロータ角の入力（ステップ５）、および電流検出装
置(42)からの各相の電流値の入力（ステップ６）が行わ
れる。ステップ６においては、オフセット手段(50u) に
よりＡＤ変換器(49u) の出力にＵ相のオフセット値が加
えられて、これがＵ相の検出電流値としてＰＩ演算手段
(47)に出力される。同時に、オフセット手段(50v) によ
りＡＤ変換器(49v) の出力にＶ相のオフセット値が加え
られて、これがＶ相の検出電流値としてＰＩ演算手段(4
7)に出力され、オフセット手段(50w) によりＡＤ変換器
(49w) の出力にＷ相のオフセット値が加えられて、これ
がＷ相の検出電流値としてＰＩ演算手段(47)に出力され
る。次に、トルクセンサ(7) からの操舵トルクの入力
（ステップ７）、目標電流値の演算（ステップ８）、目
標電流値の３相分相処理（ステップ９）、各相のＰＩ演
算（ステップ10）および各相のＰＷＭ出力（ステップ1
1）が行われる。ステップ８においては、目標電流値演
算手段(45)により、あらかじめ設定されている操舵トル
クと目標電流値との関係に基づいて、目標電流値が求め
られる。ステップ９においては、３相分相処理手段(46)
により、ステップ８で求められた目標電流値に対して、
ロータ角に応じた各相の電流値が求められる。ステップ
10においては、ＰＩ演算手段(47)により、各相につい
て、目標電流値とオフセット手段(50u) 〜(50w) の出力
に基づいて、Ｐ（比例）およびＩ（積分）の演算が行わ
れ、各相の制御出力が求められる。ステップ11において
は、ＰＷＭ駆動手段(48)により、各相の制御出力に応じ
たパルス幅（デューティ）の出力すなわちＰＷＭ制御信
号の出力が行われる。そして、イグニッションキーがオ
フになっているかどうかが調べられ（ステップ12）、オ
フでなければ、ステップ５に戻って、上記の動作が繰返
される。ステップ12においてイグニッションキーがオフ
になれば、処理が終了する。

【００３１】

【発明の効果】この発明の電動パワーステアリング装置
によれば、上述のように、装置の製造時の検出電流値の
ゼロ点の微調整や経時変化に対する微調整が不要であ
り、しかも目標電流値が０のときに各相の電圧が基準電
圧から変化することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す電動パワーステアリン
グ装置の機械的部分の一部切欠き背面図である。

【図２】図１の主要部を拡大して示す一部切欠き背面図
である。

【図３】電動パワーステアリング装置のモータ制御装置
の構成の１例を示すブロック図である。

【図４】電動パワーステアリング装置のモータ制御装置
の処理の１例を示すフローチャートである。

【図５】図４のフローチャート中のオフセット値の設定
処理の１例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

(7) トルクセンサ (12) ブラシレスモータ（３相交流モ
ータ） (40) モータ制御装置 (41) モータ駆動回路 (42) 電流検出装置 (43) ＰＷＭ制御装置 (44u)(44v)(44w) 電流検出器（電流検出手段） (45) 目標電流値演算手段 (46) ３相分相処理手段 (47) ＰＩ演算手段（フィードバック
演算手段） (48) ＰＷＭ駆動手段 (49u)(49v)(49w) ＡＤ変換器（ＡＤ変換手段） (50u)(50v)(50w) オフセット手段 (51) オフセット値設定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】目標電流値に基づき、３相交流モータを駆
   動して、操舵補助を行うものであって、上記モータの各
   相の電流値をそれぞれ検出する電流検出手段、上記各電
   流検出手段の出力をそれぞれＡＤ変換するＡＤ変換手
   段、および上記各ＡＤ変換手段の出力と各相の目標電流
   値に基づいて上記モータの各相に対する制御出力を演算
   するフィードバック演算手段を備えている電動パワース
   テアリング装置において、 上記各ＡＤ変換手段の出力にそれぞれ所定のオフセット
   値を加えて上記フィードバック演算手段に出力するオフ
   セット手段、および運転開始時に目標電流値が０のとき
   のいずれか１相の上記オフセット手段の出力の符号が残
   りの２相の上記オフセット手段の出力の符号と逆になる
   ように上記各オフセット手段のオフセット値を設定する
   オフセット値設定手段を備えていることを特徴とする電
   動パワーステアリング装置。