JPH08207794A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JPH08207794A
JPH08207794A JP7014531A JP1453195A JPH08207794A JP H08207794 A JPH08207794 A JP H08207794A JP 7014531 A JP7014531 A JP 7014531A JP 1453195 A JP1453195 A JP 1453195A JP H08207794 A JPH08207794 A JP H08207794A
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JP
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motor
signal
electric motor
current
pwm
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JP7014531A
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Inventor
Yoshinobu Mukai
良信 向
Eiki Noro
栄樹 野呂
Shinji Hironaka
慎司 広中
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D5/046Controlling the motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/03Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
    • H02P7/04Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors by means of a H-bridge circuit

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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルスノイズの影響を受けないPWM駆動を
実現し、電動機の異音およびステアリング系の発振やハ
ンチング防止できる電動パワーステアリング装置を提供
する。 【構成】 電動機電流IM+を供給する場合、電動機駆動
手段13の一対のFET(電界効果トランジスタ)Q
1、Q4にそれぞれオン信号VON、PWM信号VPW M
供給し、電動機電流IM-を供給する場合、電動機駆動手
段13の一対のFET(電界効果トランジスタ)Q2、
Q3にそれぞれオン信号VON、PWM信号VPWMを供給
する駆動制御手段21を備えた電動パワーステアリング
装置1。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電動機の動力をステア
リング系に直接作用させ、ドライバの操舵力を軽減する
電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電動パワーステアリング装置にお
いて、電動機を駆動する電動機駆動手段を4個のFET
(電界効果トランジスタ)で構成し、制御手段からPW
M(位相幅変調)信号でFETを駆動制御し、電動機を
所望の電動機電流で駆動するよう構成されたものは知ら
れている。
【0003】図3に従来の電動パワーステアリング装置
の全体構成図を示す。図3において、電動パワーステア
リング装置1は、ステアリングホイール2、ステアリン
グ軸3、ハイポイドギア4、ピニオン5aおよびラック
軸5bなどからなるラック&ピニオン機構5、タイロッ
ド6、操向車輪の前輪7、操舵補助力を発生する電動機
8、ステアリングホイール2に作用する操舵トルクを検
出して操舵トルクに対応した電気信号に変換された操舵
トルク信号Tを出力する操舵トルクセンサ10、車速を
検出して車速に対応した電気信号に変換された車速信号
Vを出力する車速センサ11、操舵トルク信号Tおよび
車速信号Vに基づいて電動機8を駆動、制御する制御手
段12、電動機駆動手段13、電動機電流検出手段14
等を備える。
【0004】ステアリングホイール2を操舵すると、ス
テアリング軸3に設けられた操舵トルクセンサ10が操
舵トルクを検出して対応する電気信号に変換し、操舵ト
ルク信号Tを制御手段12に送る。また、ステアリング
軸3に加えられる回転は、ラック&ピニオン機構5を介
してピニオン5aの回転力がラック軸5bの軸方向の直
線運動に変換され、タイロッド6を介して前輪7の操向
を変化させる。
【0005】一方、車速センサ11は、車両の車速を検
出して対応する電気信号に変換し、車速信号Vを制御装
置12に送る。制御手段12は、操舵トルク信号Tおよ
び車速信号Vに基づいて電動機駆動手段13に電動機制
御信号VOを供給し、電動機駆動手段13は電動機制御
信号VOに対応した電動機電圧VMを供給して電動機8を
駆動する。
【0006】電動機電圧VMにより駆動された電動機8
は、ハイポイドギア4を介して操舵補助力をステアリン
グ系に作用させ、ステアリングホイール2に加えられる
操舵力の軽減を図るよう構成されている。
【0007】図4に従来の電動パワーステアリングの要
部ブロック構成図を示す。電動パワーステアリング装置
1の制御手段12はマイクロプロセッサを基本に各種演
算手段、メモリ手段および処理手段等で構成し、操舵ト
ルクセンサ10からの操舵トルク信号Tおよび車速セン
サ11からの車速信号Vに基づき、図5に示す車速信号
Vをパラメータとした操舵トルク(T)―目標電流信号
(IMS)特性図(テーブル1)の目標電流信号IMSに変
換する目標電流設定手段15、目標電流信号IMSと、電
動機電流検出手段14が検出した電動機電流IMに対応
した電動機電流信号IMDをローパスフィルタ19を介し
た電動機電流信号IMOとの偏差信号ΔIを演算する偏差
決定手段16、偏差信号ΔIを電圧に変換し、電動機駆
動手段13をPWM制御して偏差信号ΔIを速やかに0
に収束させるような電動機制御信号VOを発生する駆動
制御手段17、電動機電流検出手段14からの電動機電
流信号IMDの高周波成分を除去するローパスフィルタ1
9を備える。
【0008】駆動制御手段17はPID制御手段、電動
機制御信号発生手段等を備え、偏差決定手段16からの
偏差信号ΔIにPID(比例、積分、微分)制御を施
し、目標電流信号IMSに対応したPWM信号、オン/オ
フ信号の電動機制御信号VOを電動機駆動手段13に提
供する。
【0009】ローパスフィルタ19は、例えば一次のC
R(抵抗、コンデンサ)ローパスフィルタで構成し、カ
ットオフ角周波数を超える周波数において、オクターブ
6dBの減衰量で高周波成分を除去することにより、操
舵特性に影響を与えず高い角周波数の帯域に含まれるノ
イズや高帯域のゲインを低減する
【0010】電動機駆動手段13は、例えばパワーFE
T(電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子4個
を用いたブリッジ回路で構成され、駆動制御手段17か
ら提供されるスイッチオン/オフ信号およびPWM信号
からなる電動機制御信号VOで、2個をペアとした二対
のパワーFETのそれぞれのペアを駆動制御することに
より、電動機8に供給する電動機電圧VMの電圧値と方
向が設定される。なお、電動機電圧VMの方向は、駆動
制御手段17から出力される電動機制御信号VOの極性
に対応して決定される。
【0011】例えば、右方向のステアリング操作を行う
と、プラス極性の操舵トルク信号Tが目標電流設定手段
15に入力され、図5に示すプラス極性の目標電流信号
MSが出力されて電動機8にもプラス極性の電動機電
流Iが流れ、右方向の操舵補助力が発生する。この状
態では、電動機電流検出手段14が検出する電動機電流
信号IMDもプラス極性となり、偏差決定手段16から出
力される偏差信号ΔIは目標電流信号IMSと電動機電流
信号IMDに対応した電動機電流信号IMOの差分(IMS
MO)となり、偏差信号ΔIは駆動制御手段17の制御
により速やかに0に収束され、電動機電流IMを目標電
流信号IMSに一致させることができる。
【0012】一方、左方向のステアリング操作を行う
と、図5に示す目標電流信号IMS、電動機電流IMおよ
び電動機電流信号IMD(=IMO)はマイナス極性とな
り、偏差決定手段16から出力される偏差信号ΔIは
(−IMS+IMO)となって、偏差信号ΔIは速やかに0
に収束される。
【0013】このように、制御手段12はステアリング
が左右いずれの方向であっても、偏差信号ΔIを0に収
束させ、速やかに電動機電流IMが目標電流信号IMS
制御するよう構成される。
【0014】図6に従来の電動機駆動手段のブリッジ回
路図を示す。図6において、電動機駆動手段13は、ブ
リッジ回路を形成する4個のパワーFET(電界効果ト
ランジスタ)Q1〜Q4を備え、各FETQ1〜Q4は
それぞれのソース、ドレイン間にダイオードD1〜D4
を内蔵しており、Q1およびQ3は直流電源EO、Q2
およびQ4は車体アース(GND)にそれぞれ接続され
る。一方、Q1とQ2の接続点、Q3とQ4の接続点間
には電動機8が接続され、図4の駆動制御手段17から
供給される電動機制御信号VOでFET(電界効果トラ
ンジスタ)Q1〜Q4のそれぞれのゲートG1〜G4を
制御することにより、電動機8にPWM信号で制御され
た電動機電圧VM、および電動機電流IMを供給する。な
お、ブリッジ回路はパワーFETに代えてダイオードを
並列接続したパワートランジスタで構成される場合もあ
る。
【0015】また、Q1とQ2の接続点、Q3とQ4の
接続点間には電動機8と直列に接続された電動機電流検
出手段14の電流検出素子である抵抗RDを配置し、こ
の抵抗RD両端に発生する電圧VIで電動機電流IMの絶
対値、電圧VIの符号に(±)により電動機電流IMの方
向検出する。
【0016】回転方向右のステアリング往き状態では、
例えば、電動機制御信号VOのオン信号VONをQ1のゲ
ートG1、PWM信号VPWMをQ4のゲートG4、オフ
信号VOFをそれぞれQ2のゲートG2とQ3のゲートG
3に供給することにより、直流電源EO→FET(電界
効果トランジスタ)Q1→抵抗RD→電動機8→FET
(電界効果トランジスタ)Q4→車体アース(GND)
の経路で電動機電流IM+(実線矢印方向)が流れ、電動
機8を電動機電流IM+で駆動する。
【0017】一方、回転方向左のステアリング往き状態
では、オン信号VONをQ3のゲートG3、PWM信号V
PWMをQ2のゲートG2、オフ信号VOFをそれぞれQ1
のゲートG1とQ4のゲートG4に供給することによ
り、直流電源EO→FET(電界効果トランジスタ)Q
3→電動機8→抵抗RD→FET(電界効果トランジス
タ)Q2→車体アース(GND)の経路で電動機電流I
M-(破線矢印方向)が流れ、電動機8を電動機電流IM-
で駆動する。
【0018】このように、電動機制御信号VOのオン信
号VONとPWM信号VPWMでブリッジ回路の対辺を形成
するFET(電界効果トランジスタ)Q1とQ4、FE
T(電界効果トランジスタ)Q2とQ3を制御すること
により、電動機電流IMの方向(IM+、IM-)と大きさ
を決定し、電動機8の回転方向と回転速度を制御するこ
とができる。
【0019】また、抵抗RDは電動機電流IM+、IM-
方向とレベルを電圧VI(極性と電圧値)として検出
し、電動機電流検出手段14で電流に変換して電動機電
流信号IMDを出力し、ローパスフィルタ19を介して電
動機電流信号IMOを偏差決定手段16にフィードバック
する。
【0020】図7に従来の電動機電流検出手段の要部構
成図を示す。電動機電流検出手段14は、直流電源EO
の1電源で動作する演算増幅器OP1を備えた差動増幅
器と、差動増幅器が検出した検出電圧VDを電動機8を
流れる電動機電流IM+、IM-の絶対値に対応する電動機
電流信号IMDに変換する電流変換手段18から構成す
る。
【0021】差動増幅器は、演算増幅器OP1、バイア
ス(仮想接地)を設定するための2個の抵抗R、入力イ
ンピーダンス設定用の2個の抵抗Ra、帰還抵抗Rbを
備え、仮想接地はEO/2、入力インピーダンスはR
a、電圧ゲインGは(−Rb/Ra)で設定し、抵抗R
Dの電位差VIを増幅して(電圧ゲインG)検出電圧VD
を電流変換手段18に出力する。
【0022】電流変換手段18はROM等のメモリで構
成された電圧―電流変換手段を備え、検出電圧VDを予
め設定した電動機電流IM+、IM-の絶対値に対応した電
動機検出電流IMDに変換して図4に示すローパスフィル
タ19に出力する。なお、電流変換手段18はピークホ
ールド回路でも構成される。
【0023】このように、従来の電動パワーステアリン
グ装置1は、操舵トルク信号Tおよび車速信号Vに基づ
いて電動機8に流す目標電流信号IMSを設定し、電動機
8に流れる電動機電流IMに対応した電動機電流信号I
MDをフィードバックし、目標電流信号IMSと電動機電流
信号IMDの偏差信号ΔIに基づいてPWM信号で電動機
駆動手段13を介して電動機8を駆動し、偏差信号ΔI
を速やかに0に収束させることができるので、電動機8
を目標電流に等しい電動機電流IMで駆動し、所望の操
舵補助力を発生することができる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】従来の電動パワーステ
アリング装置1は、4個のスイッチング素子からなるブ
リッジ回路で構成した電動機駆動手段13に電動機8お
よび電動機電流検出手段14の電流検出素子である抵抗
Dを直列に接続して高周波のPWM信号で駆動制御す
るため、抵抗RDと電動機8のインダクタンスとの直列
接続された電動機駆動手段13の負荷のパルス応答は、
電動機8の回転方向によって抵抗RDで検出される電圧
波形が異なる。
【0025】図8に従来の抵抗RDのパルス応答波形を
示す。図6に示す電動機駆動手段13のFET(電界効
果トランジスタ)Q1がオン駆動、Q4がPWM駆動さ
れ、電動機電流IM+(実線矢印方向)が流れる場合、Q
4が高周波(例えば、20KHz、周期T=0.05m
S)でPMW駆動されたパルス信号源となり、抵抗RD
のパルス成分電圧はパルス信号源が電動機8のインダク
タンスを介して発生するため、図8の実線で示すノイズ
検出電圧VINとなり、パルスノイズ成分のない小さな値
となる。
【0026】一方、電動機駆動手段13のQ3がオン駆
動、Q2がPWM駆動され、電動機電流IM-(破線矢印
方向)が流れる場合、Q2が高周波(例えば、20KH
z)でPMW駆動されたパルス信号源となり、抵抗RD
のパルス成分電圧はパルス信号源が印加されるため、図
8の破線で示すノイズ検出電圧VINとなり、パルスノイ
ズ成分の大きな値となる。
【0027】このように、従来の電動パワーステアリン
グ装置は、電動機駆動手段13のPWM駆動により、い
ずれか一方に操舵を行った場合には、パルスノイズ成分
の大きなノイズ検出電圧VINを発生し、電動機電流検出
手段14を介してフィードバックされ、電動機電流IM
が振動して電動機8に異音を発生する課題がある。
【0028】また、パルスノイズ成分の大きなノイズ検
出電圧VINにより電動機電流検出手段14で検出された
ノイズ成分の大きな電動機電流信号IMDは、図4に示す
ローパスフィルタ19を用いてノイズ成分を減衰させる
ことができるが、ローパスフィルタ19を介して電動機
電流信号IMDに位相変化を生じ、電流フィードバック経
路で発振やハンチングを発生する課題がある。
【0029】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的はパルスノイズの影響を受け
ないPWM駆動を実現し、電動機の異音およびステアリ
ング系の発振やハンチングを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。
【0030】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、電動機
電流検出手段の電流検出素子を電動機と直列接続すると
ともに、駆動制御手段は、ブリッジ回路の電動機が接続
されるスイッチング素子をPWM駆動することを特徴と
する。
【0031】
【作用】この発明に係る電動パワーステアリング装置
は、電動機電流検出手段の電流検出素子を電動機と直列
接続するとともに、駆動制御手段は、ブリッジ回路の電
動機が接続されるスイッチング素子をPWM駆動するの
で、高周波のパルスノイズは常に電動機のインダクタン
スを介して電流検出素子で検出されるため、電流検出素
子はパルスノイズ成分の極めて小さい電動機電流を検出
することができる。
【0032】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の要部ブロック構成図、図2はこの発明に係る
電動機駆動手段の動作説明図である。図1において、制
御手段20はマイクロプロセッサを基本に各種演算手
段、処理手段、メモリ等で構成し、目標電流設定手段1
5、偏差演算手段16、駆動制御手段21を備える。
【0033】目標電流設定手段15、偏差演算手段16
は図4に示す制御手段12と同じ構成であり、説明を省
略する。なお、制御手段20は、ローパスフィルタ19
を削除し、駆動制御手段17に代えて駆動制御手段21
を設けた点が制御手段12と異なる。
【0034】駆動制御手段21は、電動機駆動手段13
を駆動制御するPWM信号、オン/オフ信号の電動機制
御信号VOで、PWM駆動により発生する高周波のパル
スノイズ成分が電動機電流検出手段13に接続された電
流検出素子(抵抗RD)に発生しないよう、ブリッジ回
路構成のスイッチング素子Q1〜Q4のゲートG1〜G
4を制御する。
【0035】電流検出素子(抵抗RD)に高周波のパル
スノイズ成分が発生しないPWM制御を図2に基づいて
説明する。駆動制御手段21は、電動機電流IM+を電動
機8に供給する場合(例えば、電動機8の正回転)、電
動機駆動手段13の一対のFET(電界効果トランジス
タ)Q1、Q4にそれぞれオン信号VON、PWM信号V
PWMを供給すると同時に、もう一対のFET(電界効果
トランジスタ)Q2、Q3にオフ信号VOFFを供給す
る。
【0036】この状態で、電動機電流IM+は直流電源E
O→Q1→抵抗RD→電動機8→Q4→車体アース(GN
D)の経路で流れ、電動機電流IM+の値がQ4のPWM
信号VPWMによって決定される。
【0037】PWM信号VPWMの制御により、FET
(電界効果トランジスタ)Q4はPWM信号VPWMの高
周波パルス信号源を形成し、この高周波パルスの電圧ノ
イズは電動機8のインダクタンスを介して抵抗RDに供
給される。
【0038】抵抗RDは、電動機電流IM+と抵抗値RD
積の電圧VIで電動機電流IM+を検出するとともに、高
周波パルス信号源を電動機8のインダクタンスと抵抗値
Dで分割したパルスノイズ電圧として検出する。
【0039】しかし、高周波パルス信号源は電動機8の
インダクタンスに吸収され、抵抗RDには図8の実線で
示すような高周波パルス成分のない小さなレベルのみが
検出される。
【0040】一方、電動機電流IM-を電動機8に供給す
る場合(例えば、電動機8の逆回転)、駆動制御手段2
1は、電動機駆動手段13の一対のFET(電界効果ト
ランジスタ)Q2、Q3にそれぞれオン信号VON、PW
M信号VPWMを供給すると同時に、もう一対のFET
(電界効果トランジスタ)Q1、Q4にオフ信号VOFF
を供給する。
【0041】この状態で、電動機電流IM-は直流電源E
O→Q3→抵抗RD→電動機8→Q2→車体アース(GN
D)の経路で流れ、電動機電流IM-の値がQ3のPWM
信号VPWMによって決定される。
【0042】PWM信号VPWMの制御により、FET
(電界効果トランジスタ)Q3はPWM信号VPWMの高
周波パルス信号源を形成し、この高周波パルスの電圧ノ
イズは電動機8のインダクタンスを介して抵抗RDに供
給される。
【0043】抵抗RDは、電動機電流IM-と抵抗値RD
積の電圧VIで電動機電流IM-を検出するとともに、高
周波パルス信号源を電動機8のインダクタンスと抵抗値
Dで分割したパルスノイズ電圧として検出する。従っ
て、電動機電流IM+の場合と同様に、高周波パルス信号
源は電動機8のインダクタンスに吸収され、抵抗RD
は図8の実線で示すような高周波パルス成分のない小さ
なレベルのみが検出される。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る電
動パワーステアリング装置は、電動機電流検出手段の電
流検出素子を電動機と直列接続するとともに、駆動制御
手段から電動機が接続されるスイッチング素子をPWM
駆動するよう構成したので、PWM駆動により発生する
高周波パルスノイズを常に電動機のインダクタンスで吸
収することができ、電流検出素子が検出する高周波パル
スノイズを極めて小さなレベルに抑制することができ
る。
【0045】よって、パルスノイズの影響を受けないP
WM駆動を実現し、電動機の異音およびステアリング系
の発振やハンチング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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
要部ブロック構成図
【図2】この発明に係る電動機駆動手段の動作説明図
【図3】従来の電動パワーステアリング装置の全体構成
【図4】従来の電動パワーステアリングの要部ブロック
構成図
【図5】車速信号Vをパラメータとした操舵トルク
(T)―目標電流信号(IMS)特性図(テーブル1)
【図6】従来の電動機駆動手段のブリッジ回路図
【図7】従来の電動機電流検出手段の要部構成図
【図8】従来の抵抗RDのパルス応答波形
【符号の説明】
1…電動パワーステアリング装置、2…ステアリングホ
イール、3…ステアリング軸、4…ハイポイドギア、5
…ラック&ピニオン機構、5a…ピニオン、5b…ラッ
ク軸、6…タイロッド、7…前輪、8…電動機、10…
操舵トルクセンサ、11…車速センサ、12,20…制
御手段、13…電動機駆動手段、14…電動機電流検出
手段、15…目標電流設定手段、16…偏差決定手段、
17,21…駆動制御手段、18…電流変換手段、19
…ローパスフィルタ、EO…直流電源、IM,IM+,IM-
…電動機電流、IMD,IMO…電動機電流信号、IMS…目
標電流信号、ΔI…偏差信号、Q1〜Q4…FET(電
界効果トランジスタ)、RD…電流検出素子、T…操舵
トルク信号、V…車速信号、VM…電動機電圧、VO,V
PWM,VON,VOFF…電動機制御信号。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリング系に操舵補助力を作用する
    電動機と、それぞれオン駆動、PWM駆動される2個の
    スイッチング素子を一対とし、二対4個のスイッチング
    素子でブリッジ回路を形成して前記電動機を正回転およ
    び逆回転駆動する電動機駆動手段と、前記電動機に流れ
    る電動機電流を検出する電動機電流検出手段と、前記電
    動機の目標電流信号を設定する目標電流設定手段、前記
    目標電流信号と前記電動機電流検出手段が検出した電動
    機電流信号との偏差に基づいて前記電動機駆動手段に電
    動機制御信号を出力する駆動制御手段を備えた制御手段
    と、からなる電動パワーステアリング装置において、 前記電動機電流検出手段の電流検出素子を前記電動機と
    直列接続するとともに、前記駆動制御手段は、前記ブリ
    ッジ回路の前記電動機が接続されるスイッチング素子を
    PWM駆動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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