【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子からなるスイッチング回路を駆動回路とする電動モータを操舵部材の操舵に応じて駆動し、電動モータの駆動力を操舵機構に与えて操舵補助を行う電動パワーステアリング装置、電動モータの駆動力により発生させた油圧により操舵補助を行う油圧式のパワーステアリング装置、及び操舵部材と舵取機構とが機械的に切り離されたステア・バイ・ワイヤ式舵取装置等の車両用操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータにより操舵又は操舵補助を行う車両用操舵装置では、電動モータを駆動する駆動回路であるスイッチング回路をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号によりスイッチングしている。ＰＷＭ信号のキャリア（搬送波）周波数は、ＰＷＭ信号が騒音の要因とならないように、可聴帯域を避けて２０ｋＨｚ程度に固定されている。
【０００３】
また、車両用操舵装置では、（１）ハンドルを端当てした場合（左右の回転限界で停止した場合）、（２）タイヤを縁石に乗り上げた場合（特に失敗した場合）、（３）タイヤを轍から抜く為にハンドルを切った場合、及び（４）ハンドルを据え切りした場合には、電動モータの電流を制御している半導体は、急激に発熱し高温により破損する虞がある。上記した場合のうち、（１）（２）（３）は、電動モータがロックし、トルクのみを発生している場合であり、（４）は、電動モータが低速度、高トルクで回転している場合である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０８１３４号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２７５９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上述したような発熱による温度上昇を抑制する為に、巨大な蓄熱器、ヒートシンク又は高熱伝導基板を使用したり、それらを使用した熱設計を行うことが必要であり、駆動回路の大型化及び部品コストの上昇が生じ、熱設計が困難になるという問題がある。また、このような問題は、半導体素子への電力を安定化させる為のコンデンサにも生じている。
【０００６】
このような問題に関連する技術として、特許文献１には、操作部材に入力される運転者の操作力に抗する力である反力を発生する反力発生手段の温度、又は反力発生手段に付与される電流を制御する駆動回路の温度を、検出又は推定する温度検出推定手段と、検出又は推定された温度に応じて反力発生手段に付与される電流の大きさを所定の電流制限値以下に制限する電流制限手段とを備える運転操作装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、ＰＷＭ駆動信号の駆動周波数をカーラジオのチャネル周波数に応じて変更し、ＰＷＭ駆動周波数の高調波成分に起因して、カーラジオへ飛び込むノイズを防止する車両の電動機駆動装置が開示されている。
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、電動モータの駆動回路の小型化及び部品コストの低減を図ることが出来、熱設計が容易な車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解決する為に、本発明では、電動モータの駆動回路であるスイッチング回路のスイッチング周波数を低下させる。スイッチング回路のスイッチング周波数を低下させると、スイッチング損失が低減され、発熱量が減少する。しかし、スイッチング周波数を低下させると、車両用操舵装置では、スイッチング周波数が可聴周波数帯域に入ることによる騒音、及び応答特性低下による操舵感の悪化を招くので、単純にスイッチング周波数を低下させることは出来ない。
【０００９】
そこで、上述した（１）〜（４）の場合を、つまり、スイッチング回路の半導体の温度が急激に上昇する場合を、電動モータの回転状態（操舵角、電動モータの回転子位置）と、電動モータの出力（操舵トルク）又はスイッチング回路に流れる電流とから判定し、温度が急激に上昇する場合と判定したときに限り、スイッチング周波数を低下させる。
【００１０】
第１発明に係る車両用操舵装置は、１又は複数の半導体素子からなり所定のスイッチング周波数によりスイッチングされるスイッチング回路を駆動回路とする電動モータを操舵部材の操舵に応じて駆動し、前記電動モータの駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う車両用操舵装置において、前記電動モータの回転状態を判定する回転状態判定手段と、前記半導体素子の温度を測定又は間接的に推定する温度判定手段と、前記回転状態判定手段及び温度判定手段の各判定結果に基づき前記スイッチング回路のスイッチング周波数を変更する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この車両用操舵装置では、所定のスイッチング周波数によりスイッチングされるスイッチング回路を駆動回路とする電動モータを操舵部材の操舵に応じて駆動し、その駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う。回転状態判定手段が、電動モータの回転状態を判定し、温度判定手段が、半導体素子の温度を測定又は間接的に推定する。変更する手段は、回転状態判定手段及び温度判定手段の各判定結果に基づきスイッチング回路のスイッチング周波数を変更する。
これにより、電動モータの駆動回路の小型化及び部品コストの低減を図ることが出来、熱設計が容易な車両用操舵装置を実現することが出来る。
【００１２】
第２発明に係る車両用操舵装置は、所定のスイッチング周波数によりスイッチングされる半導体スイッチング回路を駆動回路とする電動モータを操舵部材の操舵に応じて駆動し、電流検出回路により前記電動モータに流れる電流を検出し、前記電動モータの駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う車両用操舵装置において、前記電動モータの回転状態を判定する手段と、該手段の判定結果及び前記電流検出回路の検出結果に基づき前記半導体スイッチング回路のスイッチング周波数を変更する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この車両用操舵装置では、半導体スイッチング回路を駆動回路とする電動モータを操舵部材の操舵に応じて駆動する一方、電流検出回路により電動モータに流れる電流を検出し、電動モータの駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う。判定する手段が、電動モータの回転状態を判定し、変更する手段が、その判定結果及び電流検出回路の検出結果に基づき半導体スイッチング回路のスイッチング周波数を変更する。
これにより、電動モータの駆動回路の小型化及び部品コストの低減を図ることが出来、熱設計が容易な車両用操舵装置を実現することが出来る。
【００１４】
第３発明に係る車両用操舵装置は、所定のスイッチング周波数によりスイッチングされる半導体スイッチング回路を駆動回路とする電動モータをトルク検出器が検出した操舵部材の操舵トルク値に応じて駆動し、前記電動モータの駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う車両用操舵装置において、前記電動モータの回転状態を判定する手段と、該手段の判定結果及び前記トルク検出器の検出結果に基づき前記半導体スイッチング回路のスイッチング周波数を変更する手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この車両用操舵装置では、半導体スイッチング回路を駆動回路とする電動モータをトルク検出器が検出した操舵部材の操舵トルク値に応じて駆動し、その駆動力を操舵機構に与えて操舵又は操舵補助を行う。判定する手段が、電動モータの回転状態を判定し、変更する手段が、その判定結果及びトルク検出器の検出結果に基づき半導体スイッチング回路のスイッチング周波数を変更する。
これにより、電動モータの駆動回路の小型化及び部品コストの低減を図ることが出来、熱設計が容易な車両用操舵装置を実現することが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、それを示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態である電動パワーステアリング装置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、操舵軸（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ８（トルク検出器）が検出し出力したトルク検出信号が、インタフェイス回路１を介してマイクロコンピュータ２へ与えられ、車速を検出する車速センサ１０が検出し出力した車速信号が、インタフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ２へ与えられる。
【００１７】
マイクロコンピュータ２から出力されるリレー制御信号がリレー駆動回路５へ入力され、リレー駆動回路５はリレー制御信号に従ってフェイルセーフリレー接点５ａをオン又はオフさせる。
マイクロコンピュータ２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、内蔵するトルク／電流テーブル２ａを参照することにより、出力レベル指令値を作成し、作成した出力レベル指令値はモータ駆動回路３へ与えられる。モータ駆動回路３は、フェイルセーフリレー接点５ａを通じて、車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられた出力レベル指令値に基づき、操舵補助用の電動モータ４（ブラシレスモータ）を回転駆動させる。
【００１８】
電動モータ４が回転する際、回転子位置検出器１４がその回転子位置を検出し、その回転子位置信号をモータ駆動回路３及びマイクロコンピュータ２に与える。モータ駆動回路３は、与えられた回転子位置信号に基づき、電動モータ４を回転制御する。
電動モータ４に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路７（電流検出回路）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２に与えられる。
マイクロコンピュータ２は、トルク検出信号及びモータ電流信号に基づき、内蔵するトルク／電流テーブル２ａを参照することにより、出力レベル指令値を作成し、作成した出力レベル指令値はモータ駆動回路３へ与えられる。
【００１９】
図２は、電動モータ４、モータ駆動回路３、モータ電流検出回路７及び回転子位置検出器１４の構成例を示すブロック図である。電動モータ４は、コイルＡ，Ｂ，Ｃがスター結線された固定子４ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界により回転する回転子４ｂとを備え、回転子位置検出器１４が回転子４ｂの回転位置を検出する。
【００２０】
モータ駆動回路３は、スイッチング回路３ｂ（半導体スイッチング回路）が、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（半導体素子）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（半導体素子）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（半導体素子）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。
【００２１】
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。
【００２２】
回転子位置検出器１４が検出した、回転子４ｂの回転位置は、ゲート制御回路３ｃ及びマイクロコンピュータ２に通知される。
モータ駆動回路３は、マイクロコンピュータ２から与えられた出力レベル指令が、比較回路３ｄの反転入力端子に入力され、比較回路３ｄの非反転入力端子には、搬送波作成回路３ａが作成したＰＷＭ搬送波（三角波）が入力される。
【００２３】
ゲート制御回路３ｃには、比較回路３ｄが出力レベル指令とＰＷＭ搬送波とを比較し作成したＰＷＭ指令値（パルス幅変調されたパルス列）、及びマイクロコンピュータ２から与えられた回転方向の指示信号が与えられる。
ゲート制御回路３ｃ、与えられた回転子４ｂの回転位置及び回転方向の指示信号に応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子４ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００２４】
回転子４ｂは、永久磁石であり、この回転磁界から回転力を受けて回転する。
ゲート制御回路３ｃは、また、比較回路３ｄから与えられたＰＷＭ指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、ブラシレスモータである電動モータ４の回転トルクを増減制御する。
ダイオードＤ１〜Ｄ６は、還流（フライバック）ダイオードである。
モータ電流検出回路７は、電動モータ４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２へ与える。
【００２５】
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２は、トルクセンサ８が検出したトルク検出信号をインタフェイス回路１を介して読込み、車速センサ１０が検出した車速信号をインタフェイス回路１１を介して読込む。
マイクロコンピュータ２は、読込んだ車速信号及び読込んだトルク検出信号から、トルク／電流テーブル２ａ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２は、モータ電流検出回路７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、電動モータ４に目標モータ電流を流すべく、出力レベル指令値を決定する。
【００２６】
次に、マイクロコンピュータ２は、回転方向を決定し、決定した出力レベル指令値及び回転方向の指示信号をモータ駆動回路３へ与える。
モータ駆動回路３は、与えられた出力レベル指令値及び回転方向の指示信号に基づき、電動モータ４を回転駆動させる。
比較回路３ｄは、出力レベル指令と搬送波作成回路３ａが出力したＰＷＭ搬送波（三角波）とを比較して、ＰＷＭ指令値（パルス幅変調されたパルス列）を作成し、ゲート制御回路３ｃに与える。
【００２７】
ゲート制御回路３ｃは、与えられた回転子４ｂの回転位置及び回転方向の指示信号に応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖ，Ｕ−Ｖのように、固定子４ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させ、回転子４ｂは、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３ｃは、このとき、比較回路３ｄから与えられたＰＷＭ指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御することにより、ブラシレスモータである電動モータ４の回転トルクを増減制御する。
【００２８】
マイクロコンピュータ２は、上述した動作を行う一方、図３のフローチャートに示すような搬送波周波数制御の動作も行う。
マイクロコンピュータ２は、先ず、回転子位置検出器１４から回転子位置信号を読み込み（Ｓ２）、それ以前のサンプリング周期で読み込んだ回転子位置信号とから、電動モータの回転速度を算出する（Ｓ４）。次いで、算出した回転速度が所定値より小さいか否かを判定し（Ｓ６）、所定値より小さければ、モータ電流検出回路７からモータ電流値を読込む（Ｓ８）。
【００２９】
マイクロコンピュータ２は、次に、読み込んだモータ電流値（Ｓ８）が所定電流値より大きいか否かを判定し（Ｓ１０）、所定電流値より大きければ、ＰＷＭ制御の搬送波周波数を、その基準周波数値より低い所定の搬送波周波数にするように搬送波作成回路３ａに指令する（Ｓ１２）。所定電流値より大きくなければ、ＰＷＭ制御の搬送波周波数を、その基準周波数値とするように搬送波作成回路３ａに指令して（Ｓ１４）リターンする。搬送波作成回路３ａは、指令された搬送波周波数のＰＷＭ制御の搬送波を作成し出力する。
マイクロコンピュータ２は、算出した回転速度が所定値より小さくなければ（Ｓ６）、ＰＷＭ制御の搬送波周波数を、その基準周波数値とするように搬送波作成回路３ａに指令して（Ｓ１４）リターンする。
【００３０】
尚、スイッチング回路３ｂの雰囲気温度を検出する温度検出器を備え、マイクロコンピュータ２は、モータ電流検出回路７から与えられたモータ電流と、温度検出器から与えられた温度と、スイッチング回路３ｂをスイッチングするＰＷＭ信号の搬送波周波数との、例えば図４に示すような関係を定めた搬送波周波数テーブルを内蔵しておき、その搬送波周波数テーブルに従って、搬送波周波数を定めるようにしても良い。
また、モータ電流検出回路７から与えられたモータ電流値に代えて、トルクセンサ８が検出した操舵トルク値を用いても、同様の効果を奏することが出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る車両用操舵装置によれば、蓄熱器及びヒートシンクを小さくすることが出来、電動モータの駆動回路の小型化及び部品コストの低減を図ることが出来る。また高熱伝導構成にする必要がなく、部品コストを低減することが出来、熱設計が容易になり、品質を向上させることが出来る。また、半導体素子への電力を安定化させる為のコンデンサを小型化出来、部品コストを低減することが出来る。また、ノイズが低減し、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ；電磁環境両立性）対策が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態である電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】モータ駆動回路、電動モータ、モータ電流検出回路及び回転子位置検出器の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る車両用操舵装置の実施の形態である電動パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】スイッチング回路の雰囲気温度とモータ電流とＰＷＭ信号の搬送波周波数との関係を定めた搬送波周波数テーブルの例を示す説明図である。
【符号の説明】
２ マイクロコンピュータ
２ａ トルク／電流テーブル
３ モータ駆動回路（駆動回路）
３ａ 搬送波作成回路
３ｂ スイッチング回路（半導体スイッチング回路）
３ｃ ゲート制御回路
４ 電動モータ
４ａ 固定子
４ｂ 回転子
７ モータ電流検出回路（電流検出回路）
８ トルクセンサ（トルク検出器）
１０ 車速センサ
１４ 回転子位置検出器
Ｑ１〜Ｑ６ トランジスタ（半導体素子）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus and an electric motor that drive an electric motor having a switching circuit including a semiconductor element as a drive circuit in accordance with the steering of a steering member and apply a driving force of the electric motor to a steering mechanism to assist steering. And a vehicle steering device such as a steer-by-wire steering device in which a steering member and a steering mechanism are mechanically separated from each other. It is about.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a vehicle steering apparatus that performs steering or steering assist by an electric motor, a switching circuit that is a drive circuit that drives the electric motor is switched by a PWM (Pulse Width Modulation) signal. The carrier frequency of the PWM signal is fixed at about 20 kHz so as to avoid the audible band so that the PWM signal does not cause noise.
[0003]
Further, in the vehicle steering system, (1) when the steering wheel is brought to an end (when stopped at the left and right rotation limits), (2) when the tire runs on the curb (particularly when it fails), and (3) when the tire is When the steering wheel is turned to remove from the rut, and (4) when the steering wheel is stationary, the semiconductor controlling the electric current of the electric motor may generate heat rapidly and may be damaged by high temperature. Among the above cases, (1), (2), and (3) are cases where the electric motor is locked and generating only torque, and (4) is a case where the electric motor rotates at low speed and high torque. If you have.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-308134 A [Patent Document 2]
JP-A-10-327597
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in order to suppress the temperature rise due to the above-mentioned heat generation, it is necessary to use a huge heat storage device, a heat sink or a high heat conductive substrate, or to perform a thermal design using them, and a large drive circuit is required. However, there is a problem that thermal design becomes difficult due to the increase in cost and parts cost. Such a problem also occurs in a capacitor for stabilizing power to a semiconductor element.
[0006]
As a technique related to such a problem, Patent Literature 1 discloses a temperature of a reaction force generating unit that generates a reaction force that is a force opposing a driver's operation force input to an operation member, or a reaction force generation unit. Temperature detection and estimation means for detecting or estimating the temperature of the drive circuit for controlling the current applied to the motor; and limiting the magnitude of the current applied to the reaction force generating means according to the detected or estimated temperature to a predetermined current limit. A driving operation device including a current limiting means for limiting the driving operation value to a value or less is disclosed.
[0007]
Patent Literature 2 discloses an electric motor drive device for a vehicle that changes a drive frequency of a PWM drive signal according to a channel frequency of a car radio and prevents noise that jumps into the car radio due to a harmonic component of the PWM drive frequency. It has been disclosed.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a vehicle steering device that can reduce the size of a drive circuit of an electric motor and reduce the cost of parts, and can easily perform thermal design. With the goal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the present invention, the switching frequency of a switching circuit that is a drive circuit of an electric motor is reduced. When the switching frequency of the switching circuit is reduced, the switching loss is reduced, and the heat generation is reduced. However, when the switching frequency is reduced, in the vehicle steering system, the noise caused by the switching frequency falling within the audible frequency band and the steering feeling deteriorated due to the deterioration of the response characteristics are caused. Therefore, the switching frequency cannot be simply reduced. Absent.
[0009]
Therefore, in the above-mentioned cases (1) to (4), that is, when the temperature of the semiconductor of the switching circuit rises rapidly, the rotation state of the electric motor (steering angle, rotor position of the electric motor) and the electric motor The switching frequency is decreased only when it is determined from the output (steering torque) of the motor or the current flowing in the switching circuit, and only when it is determined that the temperature rises sharply.
[0010]
A vehicle steering apparatus according to a first aspect of the present invention drives an electric motor having a drive circuit, which is a switching circuit composed of one or a plurality of semiconductor elements and switched at a predetermined switching frequency, in accordance with steering of a steering member. In a vehicle steering system that performs steering or steering assist by providing a driving force of (i) to a steering mechanism, a rotation state determination unit that determines a rotation state of the electric motor, and a temperature that measures or indirectly estimates a temperature of the semiconductor element. And a switching unit for changing a switching frequency of the switching circuit based on each determination result of the rotation state determination unit and the temperature determination unit.
[0011]
In this vehicle steering device, an electric motor having a switching circuit that is switched at a predetermined switching frequency as a drive circuit is driven in accordance with the steering of a steering member, and the driving force is applied to a steering mechanism to perform steering or steering assistance. . Rotation state determination means determines the rotation state of the electric motor, and temperature determination means measures or indirectly estimates the temperature of the semiconductor element. The changing means changes the switching frequency of the switching circuit based on the respective determination results of the rotation state determining means and the temperature determining means.
As a result, it is possible to reduce the size of the drive circuit of the electric motor and reduce the cost of parts, and it is possible to realize a steering apparatus for a vehicle that is easy to thermally design.
[0012]
A vehicle steering apparatus according to a second aspect of the present invention drives an electric motor having a semiconductor switching circuit switched at a predetermined switching frequency as a drive circuit in accordance with steering of a steering member, and a current flowing through the electric motor by a current detection circuit. Detecting a rotation state of the electric motor in a vehicular steering device that performs steering or steering assist by applying a driving force of the electric motor to a steering mechanism; and a determination result of the means and the current detection circuit. Means for changing the switching frequency of the semiconductor switching circuit based on the detection result.
[0013]
In this vehicle steering apparatus, an electric motor having a semiconductor switching circuit as a drive circuit is driven in accordance with steering of a steering member, and a current flowing through the electric motor is detected by a current detection circuit, and the driving force of the electric motor is used as a steering mechanism. To provide steering or steering assistance. The determining means determines the rotational state of the electric motor, and the changing means changes the switching frequency of the semiconductor switching circuit based on the determination result and the detection result of the current detection circuit.
As a result, it is possible to reduce the size of the drive circuit of the electric motor and reduce the cost of parts, and it is possible to realize a steering apparatus for a vehicle that is easy to thermally design.
[0014]
The vehicle steering apparatus according to a third aspect of the present invention is a vehicle steering apparatus that drives an electric motor having a semiconductor switching circuit switched at a predetermined switching frequency as a drive circuit in accordance with a steering torque value of a steering member detected by a torque detector. In a vehicle steering device that performs steering or steering assist by providing a driving force of a motor to a steering mechanism, a means for determining a rotation state of the electric motor, and a determination result of the means and a detection result of the torque detector. Means for changing the switching frequency of the semiconductor switching circuit.
[0015]
In this vehicle steering apparatus, an electric motor having a semiconductor switching circuit as a drive circuit is driven in accordance with a steering torque value of a steering member detected by a torque detector, and the driving force is applied to a steering mechanism to perform steering or steering assistance. Do. The determining means determines the rotational state of the electric motor, and the changing means changes the switching frequency of the semiconductor switching circuit based on the determination result and the detection result of the torque detector.
As a result, it is possible to reduce the size of the drive circuit of the electric motor and reduce the cost of parts, and it is possible to realize a steering apparatus for a vehicle that is easy to thermally design.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering apparatus which is an embodiment of a vehicle steering apparatus according to the present invention. In this electric power steering device, a torque detection signal detected and output by a torque sensor 8 (torque detector) for detecting a torque applied to a steering shaft (not shown) is transmitted to a microcomputer 2 via an interface circuit 1. The vehicle speed signal detected and output by the vehicle speed sensor 10 for detecting the vehicle speed is supplied to the microcomputer 2 via the interface circuit 11.
[0017]
The relay control signal output from the microcomputer 2 is input to the relay drive circuit 5, and the relay drive circuit 5 turns on or off the fail-safe relay contact 5a according to the relay control signal.
The microcomputer 2 creates an output level command value by referring to a built-in torque / current table 2a based on the torque detection signal, the vehicle speed signal, and a motor current signal described later. Provided to circuit 3. The motor drive circuit 3 is supplied with the power supply voltage of the vehicle-mounted battery P through the fail-safe relay contact 5a, and rotationally drives the steering assist electric motor 4 (brushless motor) based on the given output level command value.
[0018]
When the electric motor 4 rotates, the rotor position detector 14 detects the rotor position and supplies the rotor position signal to the motor drive circuit 3 and the microcomputer 2. The motor drive circuit 3 controls the rotation of the electric motor 4 based on the given rotor position signal.
The motor current flowing through the electric motor 4 is detected by a motor current detection circuit 7 (current detection circuit) and provided to the microcomputer 2 as a motor current signal.
The microcomputer 2 creates an output level command value by referring to a built-in torque / current table 2a based on the torque detection signal and the motor current signal, and the created output level command value is given to the motor drive circuit 3. .
[0019]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the electric motor 4, the motor drive circuit 3, the motor current detection circuit 7, and the rotor position detector 14. The electric motor 4 includes a stator 4a in which the coils A, B, and C are star-connected, and a rotor 4b that is rotated by a rotating magnetic field generated by the coils A, B, and C. The rotational position of the child 4b is detected.
[0020]
The motor drive circuit 3 includes a switching circuit 3b (semiconductor switching circuit) including transistors Q1 and Q2 (semiconductor elements) connected in series between the positive terminal and the ground terminal, and diodes D1 and D1 connected in series in the opposite direction. Transistors Q5 and Q6 (semiconductor elements) in which D2 and D2 are connected in parallel and series-connected transistors Q3 and Q4 (semiconductor elements) are connected in parallel with diodes D3 and D4 connected in series in the opposite direction. And diodes D5 and D6 connected in series in the opposite direction are connected in parallel.
[0021]
The other terminal U of the star-connected coil A is connected to the common connection node of the transistors Q1 and Q2 and the common connection node of the diodes D1 and D2, and the common connection node of the transistors Q3 and Q4 and the diode D3 The other terminal V of the star-connected coil B is connected to the common connection node of D4, and the star connection is made to the common connection node of the transistors Q5 and Q6 and the common connection node of the diodes D5 and D6. The other terminal W of the coil C is connected.
[0022]
The rotation position of the rotor 4b detected by the rotor position detector 14 is notified to the gate control circuit 3c and the microcomputer 2.
The motor drive circuit 3 receives an output level command given from the microcomputer 2 at an inverting input terminal of the comparison circuit 3d, and inputs a PWM carrier (PWM) generated by the carrier generation circuit 3a to a non-inversion input terminal of the comparison circuit 3d. Triangular wave) is input.
[0023]
The gate control circuit 3c is provided with a PWM command value (pulse width modulated pulse train) created by comparing the output level command with the PWM carrier by the comparison circuit 3d and an instruction signal of the rotation direction given from the microcomputer 2. Can be
The gate control circuit 3c turns on / off each gate of the transistors Q1 to Q6 in response to a given instruction signal of the rotation position and the rotation direction of the rotor 4b, for example, UV, UW, VW. , VU, WU, WV, and UV, the path of the current flowing through the stator 4a is switched to generate a rotating magnetic field.
[0024]
The rotor 4b is a permanent magnet, and rotates by receiving a rotational force from the rotating magnetic field.
The gate control circuit 3c controls the on / off of the transistors Q1 to Q6 by PWM (Pulse Width Modulation) in accordance with the PWM command value given from the comparison circuit 3d, so that the rotational torque of the electric motor 4, which is a brushless motor, is controlled. Is increased or decreased.
The diodes D1 to D6 are free-wheel (flyback) diodes.
The motor current detection circuit 7 detects and adds currents flowing through the terminals U, V, and W of the electric motor 4 and supplies the result to the microcomputer 2 as a motor current signal.
[0025]
Hereinafter, the operation of the electric power steering device having such a configuration will be described.
The microcomputer 2 reads the torque detection signal detected by the torque sensor 8 via the interface circuit 1 and reads the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor 10 via the interface circuit 11.
The microcomputer 2 determines a target motor current from the read vehicle speed signal and the read torque detection signal with reference to the torque / current table 2a.
Next, the microcomputer 2 reads the motor current signal from the motor current detection circuit 7, calculates the difference between the determined target motor current and the read motor current signal, and outputs the target motor to the electric motor 4 based on the calculated difference. An output level command value is determined so that a current flows.
[0026]
Next, the microcomputer 2 determines the rotation direction, and supplies the determined output level command value and the rotation direction instruction signal to the motor drive circuit 3.
The motor drive circuit 3 drives the electric motor 4 to rotate based on the given output level command value and rotation direction instruction signal.
The comparison circuit 3d compares the output level command with the PWM carrier (triangular wave) output from the carrier generation circuit 3a to create a PWM command value (pulse width modulated pulse train), and provides the same to the gate control circuit 3c.
[0027]
The gate control circuit 3c turns on / off the gates of the transistors Q1 to Q6 in accordance with a given rotation position and rotation direction instruction signal of the rotator 4b, for example, UV, UW, V-. As in W, VU, WU, WV, and UV, the path of the current flowing through the stator 4a is switched to generate a rotating magnetic field, and the rotor 4b generates a rotating force from the rotating magnetic field. Rotate receiving.
At this time, the gate control circuit 3c PWM-controls the on / off of the transistors Q1 to Q6 according to the PWM command value given from the comparison circuit 3d, thereby increasing or decreasing the rotational torque of the electric motor 4 which is a brushless motor. .
[0028]
The microcomputer 2 performs the above-described operation, and also performs the operation of carrier frequency control as shown in the flowchart of FIG.
The microcomputer 2 first reads the rotor position signal from the rotor position detector 14 (S2), and calculates the rotation speed of the electric motor from the rotor position signal read in the previous sampling cycle (S4). . Next, it is determined whether or not the calculated rotation speed is lower than a predetermined value (S6). If the rotation speed is lower than the predetermined value, the motor current value is read from the motor current detection circuit 7 (S8).
[0029]
The microcomputer 2 next determines whether or not the read motor current value (S8) is larger than a predetermined current value (S10). If the motor current value is larger than the predetermined current value, the microcomputer 2 sets the carrier frequency of the PWM control to the reference frequency value. The carrier generation circuit 3a is instructed to set a lower predetermined carrier frequency (S12). If the current value is not larger than the predetermined current value, the carrier generation circuit 3a is instructed to set the carrier frequency of the PWM control to the reference frequency value (S14), and the process returns. The carrier generation circuit 3a generates and outputs a PWM control carrier having a commanded carrier frequency.
If the calculated rotation speed is not smaller than the predetermined value (S6), the microcomputer 2 instructs the carrier generation circuit 3a to use the carrier frequency of the PWM control as its reference frequency (S14) and returns.
[0030]
The microcomputer 2 is provided with a temperature detector for detecting the ambient temperature of the switching circuit 3b, and the microcomputer 2 switches the motor current supplied from the motor current detection circuit 7, the temperature supplied from the temperature detector, and the switching circuit 3b. For example, a carrier frequency table that defines a relationship as shown in FIG. 4 with the carrier frequency of the PWM signal to be performed may be built in, and the carrier frequency may be determined according to the carrier frequency table.
Further, the same effect can be obtained by using the steering torque value detected by the torque sensor 8 instead of the motor current value given from the motor current detection circuit 7.
[0031]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the steering apparatus for vehicles which concerns on this invention, a regenerator and a heat sink can be made small, and the miniaturization of the drive circuit of an electric motor and the cost reduction of parts can be aimed at. Also, there is no need to use a high heat conduction configuration, so that component costs can be reduced, thermal design can be facilitated, and quality can be improved. Further, the capacitor for stabilizing the power to the semiconductor element can be reduced in size, and the cost of parts can be reduced. In addition, noise is reduced and EMC (Electro Magnetic Compatibility) measures are facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering device which is an embodiment of a vehicle steering device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a motor drive circuit, an electric motor, a motor current detection circuit, and a rotor position detector.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of an electric power steering device which is an embodiment of the vehicle steering device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a carrier frequency table that defines a relationship among an ambient temperature of a switching circuit, a motor current, and a carrier frequency of a PWM signal.
[Explanation of symbols]
2 Microcomputer 2a Torque / current table 3 Motor drive circuit (drive circuit)
3a carrier generation circuit 3b switching circuit (semiconductor switching circuit)
3c Gate control circuit 4 Electric motor 4a Stator 4b Rotor 7 Motor current detection circuit (current detection circuit)
8 Torque sensor (torque detector)
10 Vehicle speed sensor 14 Rotor position detector Q1 to Q6 Transistor (semiconductor element)
