JPH08119132A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化や経時変化による３相交流モータの
ゼロ点のオフセットはもちろん、スイッチング素子やモ
ータコイルなどのばらつきによるゼロ点のオフセットも
補正できるようにする。 【構成】 トルクセンサ７による検出トルクに応じた目
標電流値に基づき、３相交流モータ12をＰＷＭ駆動し
て、操舵補助を行う。電流検出装置42により、モータ12
の各相の電流値をそれぞれ検出し、デューティ補正手段
49により、目標電流値の不感帯内で検出トルクが０近傍
の所定範囲内にある場合に各相をデューティ５０％で駆
動したときに各相に流れる電流値の検出結果に基づいて
各相のデューティを補正する。

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Ｐ
ＷＭ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、３相交流モータの各相の電流をフィードバック制
御しているが、その各相のゼロ点のオフセット（ずれ）
がモータのトルクリップルに大きく影響し、トルクリッ
プルによりハンドル軸の振動が生じる。

【０００３】そこで、初期診断時にＰＷＭ出力をオフに
してゼロ点のオフセット量を求め、これに基づいて各相
の電流値を補正するものが提案されている（特開平３−
１８６４７７号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
電流検出素子や経時変化の補正はできるが、ＰＷＭスイ
ッチング素子、モータコイルのばらつきなどは補正でき
ない。

【０００５】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
温度変化や経時変化によるゼロ点のオフセットはもちろ
ん、スイッチング素子やモータコイルなどのばらつきに
よるゼロ点のオフセットも補正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。

【０００６】

【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、トルクセンサによる検出トルク
に応じた目標電流値に基づき、３相交流モータをＰＷＭ
駆動して、操舵補助を行う電動パワーステアリング装置
において、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、ならびに目標電流値の不感帯内で検出
トルクが０近傍の所定範囲内にある場合に各相をデュー
ティ５０％で駆動したときに各相に流れる電流値の検出
結果に基づいて各相のデューティを補正するデューティ
補正手段を備えていることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】モータの各相のゼロ点のオフセットに対して随
時デューティの補正を行っているため、温度変化や経時
変化によるゼロ点のばらつきで発生するトルクリップル
および振動を抑制することができる。

【０００８】さらに、３相ともに、デューティ５０％で
駆動した状態、すなわちＰＷＭオンの状態でデューティ
の補正を行うため、スイッチング素子やモータコイルな
どのばらつきによるゼロ点のオフセットも補正すること
ができる。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】図３において、モータ制御装置(40)は、モ
ータ駆動回路(41)、電流検出手段としての電流検出装置
(42)およびＰＷＭ制御装置(43)を備えている。

【００２８】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。

【００２９】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３個の電流検出器(42
u)(42v)(42w) を備えている。電流検出器(42u) 〜(42w)
は、たとえば、ホールＣＴなどから構成されている。
そして、各電流検出器(42u) 〜(42w) の出力がそれぞれ
増幅器(44u)(44v)(44w) を通してＰＷＭ制御装置(43)に
入力する。

【００３０】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。ＰＷ
Ｍ制御装置(43)は、また、ゼロ点における各相のデュー
ティを補正するデューティ補正手段(49)を備えている。

【００３１】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。

【００３２】まず、車両のイグニッションキーがオンに
なると、所定の初期設定（ステップ１）および初期診断
（ステップ２）が行われ、フェイルセーフ用リレーがオ
ンになって（ステップ３）、モータ(12)が電源に接続さ
れる。そして、デューティ補正手段(49)による初期のデ
ューティ補正処理が行われる（ステップ４）。この処理
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、３相のデューティがそれぞれ５０％に
なるようにモータ駆動回路(41)に対してＰＷＭ出力が行
われる（ステップ41）。次に、各電流検出器(42u) 〜(4
2w) の出力より各相の電流値が検出され（ステップ4
2）、全相の電流値が０かどうかが調べられる（ステッ
プ43）。そして、１つでも電流値が０でない相があれ
ば、ステップ44に進み、他の２相と電流の方向が逆であ
る相のオフセット値をあらかじめ定められた所定量変化
させられ、ステップ42に戻る。なお、各相のオフセット
値は、デューティ５０％に対するものであり、ステップ
１の初期設定において０に設定されている。３相交流モ
ータにおいて、３相ともデューティが５０％であれば、
全相が同電圧となり、各相に電流は流れないはずである
が、実際は、各相のゼロ点にオフセットがあるため、各
相に電流が流れる。この電流は、電圧の高い相から低い
相に流れ、３相のうちのいずれか１相の電流の方向が残
りの２相の電流の方向と逆になる。そして、ステップ43
および44において、各相に電流が流れなくなるまで、他
の２相と電流の方向が逆になっている１相のオフセット
値を変化させていく。ステップ43において全相の電流値
が０になれば、ステップ45に進んで、各相のオフセット
値が記憶され、ステップ４の処理が終了する。このと
き、３つの相のオフセット値が０を中心としたものにな
るように、すなわち３つの相のデューティが５０％を中
心としたものになるように、オフセット値を補正して、
これを初期のオフセット値として記憶する。これによ
り、全相の全流値が０になるときの各相のオフセット値
が、初期のオフセット値として記憶される。図４におい
て、ステップ４の処理が終了したならば、回転位置セン
サ(35)からのロータ角の入力（ステップ５）、各電流検
出器(42u) 〜(42w) からの電流値の入力（ステップ６）
およびトルクセンサ(7) からの操舵トルクの入力（ステ
ップ７）が行われ、デューティ補正手段(49)による作動
中のデューティ補正処理が行われる（ステップ８）。こ
の処理の詳細が、図６のフローチャートに示されてい
る。図６において、まず、操舵トルクが図７の不感帯Ａ
中のゼロ領域Ｂにあるかどうかが調べられ（ステップ8
1）、ゼロ領域Ｂになければ、処理が終了する。図７は
操舵トルク（入力値）と目標電流値（出力値）の関係を
示している。図７から明らかなように、このモータ制御
装置(40)では、操舵トルクに一定の不感帯Ａを設け、操
舵トルクがこの不感帯Ａにあるときには目標電流値が０
になるようにしている。また、後述する各相のデューテ
ィ５０％に対するオフセット値の更新を行うかどうかを
判断するために、不感帯Ａ内に一定のゼロ領域Ｂを設定
し、操舵トルクがこのゼロ領域Ｂにないときには、オフ
セット値の更新を行わずに処理を終了するようになって
いる。ステップ81においてトルクがゼロ領域Ｂにあれ
ば、ステップ82に進み、車速センサ（図示略）により車
速が検出されて、車速が０であるかどうかが調べられ、
０でなければ、処理を終了する。ステップ82において車
速が０であれば、ステップ83に進んで、３相のデューテ
ィがそれぞれ５０％にそれぞれのオフセット値を加えた
ものになるようにモータ駆動回路(41)に対してＰＷＭ出
力が行われる。なお、最初は、先にステップ４において
記憶された初期のオフセット値が用いられ、２回目以降
は、後にステップ87において更新される新しいオフセッ
ト値が用いられる。次に、各電流検出器(42u) 〜(42w)
の出力より各相の電流値が検出され（ステップ84）、全
相の電流値が０かどうかが調べられる（ステップ85）。
そして、１つでも電流値が０でない相があれば、ステッ
プ86に進み、前述のステップ44の場合と同様に、他の２
相と電流の方向が逆である相のオフセット値が所定量変
化させられ、ステップ84に戻る。ステップ85において全
相の電流値が０になれば、ステップ87に進んで、各相の
オフセット値が更新されて記憶され、ステップ８の処理
が終了する。このときも、３つの相のオフセット値が０
を中心としたものになるように、すなわち３つの相のデ
ューティが５０％を中心としたものになるように、オフ
セット値を補正して、これをオフセット値として更新す
る。これにより、全相の全流値が０になるときの各相の
オフセット値が、新しいオフセット値として記憶され
る。図４において、ステップ８の処理が終了したなら
ば、目標電流値の演算（ステップ９）、目標電流値の３
相分相処理（ステップ10）、各相のＰＩ演算（ステップ
11）および各相のＰＷＭ出力（ステップ12）が行われ
る。ステップ９においては、目標電流値演算手段(45)に
より、図７に示すような関係に基づいて、目標電流値が
求められる。ステップ10においては、３相分相処理手段
(46)により、ステップ９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11においては、ＰＩ演算手段(47)により、各相につ
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12においては、Ｐ
ＷＭ駆動手段(48)により、各相の上記制御出力と各相の
デューティ補正手段(49)の出力つまり各相のオフセット
値との加算値に応じたパルス幅（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13）、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13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。

【００３３】

【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、モータの各相のゼロ点のオフ
セットに対して随時デューティの補正を行っているた
め、温度変化や経時変化によるゼロ点のばらつきで発生
するトルクリップルおよび振動を抑制することができ、
さらに、３相ともにＰＷＭオンの状態でデューティの補
正を行うため、スイッチング素子やモータコイルなどの
ばらつきによるゼロ点のオフセットも補正することがで
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初期のデューティ補
正処理の１例を示すフローチャートである。

【図６】図４のフローチャート中の作動中のデューティ
補正処理の１例を示すフローチャートである。

【図７】操舵トルクとモータの目標電流値との関係を表
わすグラフである。

【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（電流検出手段） (43) ＰＷＭ制御装置 (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 (48) ＰＷＭ駆動手段 (49) デューティ補正手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トルクセンサによる検出トルクに応じた目
   標電流値に基づき、３相交流モータをＰＷＭ駆動して、
   操舵補助を行う電動パワーステアリング装置において、 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、ならびに目標電流値の不感帯内で検出トルクが０
   近傍の所定範囲内にある場合に各相をデューティ５０％
   で駆動したときに各相に流れる電流値の検出結果に基づ
   いて各相のデューティを補正するデューティ補正手段を
   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。