JP2003033082A

JP2003033082A - 電動機の駆動装置

Info

Publication number: JP2003033082A
Application number: JP2001214603A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kimura; 誠木村; Susumu Tanaka; 進田中
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電動式パワーステアリング装置において、簡
単な回路構成によりアシストモータ８のアシスト方向を
判別できるとともに、逆アシストが生じた場合に装置の
異常と判断することができる電動機の駆動装置を提供す
る。【解決手段】バッテリ１３の正極と接地間に、リレー
回路１２ａ、電流検出用抵抗２１、ＦＥＴ２２ａ〜２２
ｄをブリッジ接続したブリッジ回路２２を順次直列に接
続し、共通接続点Ｐ₁，Ｐ₂間にアシストモータ８を接続
する。接続点Ｐ ₁，Ｐ₂の電圧を電圧モニタ回路２３ａ，
２３ｂで検出し、該検出電圧をサブマイクロコンピュー
タ２４_Sに取り込む。サブマイクロコンピュータ２４
_Sは、前記モータ両端の検出電圧の大小関係からモータ
電流の方向（すなわちアシストモータ８のアシスト方
向）を推定し、該アシスト方向とトルクセンサ７から取
り込んだ操舵トルク方向とが異なる時に、逆アシストと
判定（異常有りと判断）する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、簡単な回路構成に
より電動機の駆動方向を判別できるようにした電動機の
駆動装置に係り、例えば車両の操舵系に対して操舵補助
力を発生するアシストモータを有した電動式パワーステ
アリング装置において、アシストモータのアシスト方向
を判別し得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電動式パワーステアリング装置は
例えば図５のように構成されていた。図５において、ス
テアリングホィール１は第１のステアリングシャフト２
ａおよびユニバーサルジョイント３を介して第２のステ
アリングシャフト２ｂに連結されている。

【０００３】この第２のステアリングシャフト２ｂは、
ピニオン４およびラック５を介して操向車輪のタイロッ
ド６に結合されている。第２のステアリングシャフト２
ｂにはステアリングホィール１の操舵トルクを検出する
トルクセンサ７が設けられ、ステアリングホィール１の
操舵力を補助するアシストモータ（直流電動機）８が減
速ギヤ９を介して第２のステアリングシャフト２ｂに結
合されている。１０はセンサによりエンジン回転数、車
速、操舵輪荷重等の車両の走行状態を検出する車両状態
検出装置である。

【０００４】１１は、車両状態検出装置１０の検出出
力、トルクセンサ７の検出トルク、図示省略の電流検出
器、電圧検出器から得た検出電流、検出電圧等からモー
タ駆動電流（目標電流指令値）を求め、該目標電流指令
値に基づいてアシストモータ８に供給する電流を制御す
るコントローラであり、例えばマイクロコンピュータで
構成されている。

【０００５】１２は、イグニッションキーのキースイッ
チ投入によりオンとなり、例えば誤動作時にオフとなる
リレーである。コントローラ１１およびアシストモータ
８は、リレー１２を介して供給されるバッテリ１３の電
源によって駆動される。

【０００６】上記のように構成された装置では、コント
ローラ１１のモータ駆動制御部によってアシストモータ
８を駆動し、操舵トルクにアシストトルクを付加してス
テアリングホィール１の操作性を向上させている。

【０００７】この際、外力等の影響により、操舵アシス
ト方向（トルクセンサ７の操舵トルク検出方向）と逆方
向にアシストモータ８が駆動される（すなわち逆アシス
トとなる）ことがないようにするため、アシストモータ
８のアシスト方向を判別する必要がある。

【０００８】このアシストモータのアシスト方向を判別
するには、例えば特開平１０−２６４８４２号公報に開
示されているように、アシストモータの電流検出値と該
モータの端子電圧とによりアシストモータの回転方向を
推定する方法がある。

【０００９】また例えば、特開平２−２４６８７０号公
報や特開平３−１８６４７７号公報に開示されているよ
うに、モータの駆動回路（ＦＥＴ等の半導体制御素子を
ブリッジ接続したブリッジ回路）に橋絡された電流検出
用の抵抗を設け、該抵抗の端子電圧を差動アンプに入力
してモータの回転方向を検出する方法がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記特開
平１０−２６４８４２号公報に開示されたアシスト方向
判別方法は、モータの端子電圧検出手段に加え、モータ
の電流検出値を得るためにモータの駆動回路（ブリッジ
回路）に橋絡されたシャント抵抗等が必要となり、コス
トアップを招くという問題があった。

【００１１】またシャント抵抗による電流検出値も考慮
した制御を行わなければならず、その分パラメータが増
えてしまい回路構成も複雑化してしまうという欠点があ
った。

【００１２】また前記特開平２−２４６８７０号公報や
特開平３−１８６４７７号公報に開示されたアシスト方
向判別方法は、モータの駆動回路（ブリッジ回路）に橋
絡された抵抗が必要となるばかりか、差動アンプを含め
た回路構成が複雑となるという問題があった。

【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、簡単な回路構成により電動機の駆動方向を
判別することができるとともに、電動機の駆動方向指示
信号が示す駆動方向と電動機の駆動方向とが逆の場合、
例えば逆のアシストが生じた場合に装置の異常を判断す
ることができる電動機の駆動装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の電動機の駆動装置は、直流電源の正負電源母
線間に接続されるとともに、半導体制御素子をブリッジ
接続して成るブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の正極
側アームと負極側アームの共通接続点間に接続された電
動機と、前記電動機の両端子電圧値を検出する電圧値検
出手段と、前記両端子電圧値の大小判別を行う電圧大小
判別手段と、前記電圧大小判別手段によって判別された
端子電圧の大小関係によって電動機の駆動方向を判別す
る駆動方向判別手段とを有することを特徴としている。

【００１５】また、前記駆動方向判別手段によって判別
された電動機の駆動方向と、前記ブリッジ回路の半導体
制御素子を駆動制御する制御部の駆動方向指示信号とが
異なる場合、装置の異常と判断する異常判断手段を有す
ることを特徴としている。

【００１６】また、前記電動機は電動式パワーステアリ
ング装置におけるアシストモータで構成され、前記駆動
方向判別手段は前記アシストモータの駆動方向に基づく
アシスト方向を判別するアシスト方向判別手段で構成さ
れ、操舵軸に設けられた操舵アシスト方向検出手段によ
って検出された操舵アシスト方向と、前記アシスト方向
判別手段によって判別されたアシストモータのアシスト
方向とが異なる場合、装置の異常と判断する異常判断手
段を有することを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
一実施形態例を説明する。図１は、本発明を前記図５の
電動式パワーステアリング装置に適用した実施形態例を
示している。図１において図５と同一部分は同一符号を
もって示している。

【００１８】図１において、バッテリ１３の正極側はリ
レー回路１２ａおよび電流検出用抵抗２１を介して、電
界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する）２２ａ〜
２２ｄをブリッジ接続して成るブリッジ回路２２に接続
されている。

【００１９】ＦＥＴ２２ａおよび２２ｃの共通接続点Ｐ
₁とＦＥＴ２２ｂおよび２２ｄの共通接続点Ｐ₂との間に
は、アシストモータ８が接続されている。ＦＥＴ２２ｃ
および２２ｄの共通接続点は接地されている（バッテリ
１３の負極側に接続されている）。

【００２０】前記アシストモータ８の一方の端子側の前
記共通接続点Ｐ₁の電圧は電圧モニタ回路２３ａ（本発
明の電圧値検出手段）によって検出され、該検出電圧値
信号はサブマイクロコンピュータ２４_Sに導入される。

【００２１】前記アシストモータ８の他方の端子側の前
記共通接続点Ｐ₂の電圧は電圧モニタ回路２３ｂ（本発
明の電圧値検出手段）によって検出され、該検出電圧値
信号はサブマイクロコンピュータ２４_Sに導入される。

【００２２】このサブマイクロコンピュータ２４_Sは、
前記電圧モニタ回路２３ａ，２３ｂから導かれたアシス
トモータ８の両端子（Ｐ₁，Ｐ₂）の電圧値の大小を判別
する電圧大小判別機能と、該判別された端子電圧の大小
関係によってアシストモータ８の回転方向、すなわちア
シスト方向を判別するアシスト方向判別機能と、トルク
センサ７の検出トルク信号を取り込むとともに、該検出
トルク信号から得られる操舵アシスト方向と、前記アシ
ストモータ８のアシスト方向とが異なる場合、装置の異
常と判断する異常判断機能とを備えている。

【００２３】前記サブマイクロコンピュータ２４_Sの電
圧大小判別機能およびアシスト方向判別機能は、電圧モ
ニタ回路２３ａ，２３ｂからの検出電圧値（アシストモ
ータ８の両端子Ｐ₁，Ｐ₂の電圧と等価）を比較し、モー
タ電流が、電圧の高い端子側から低い端子側に流れるこ
とを利用して、モータ電流方向を推定することで実行さ
れる。

【００２４】また前記異常判断機能は、前記検出トルク
による操舵アシスト方向と前記推定されたモータ電流方
向（アシストモータ８のアシスト方向）とが異なると
き、すなわち図２の操舵トルク−モータ電流特性図に示
す逆アシスト判定領域となったときに、異常有りと判断
し、その場合はアシストモータ８への電源供給を断つ制
御を行う。

【００２５】２４_Mはメインマイクロコンピュータであ
り、前記電流検出用抵抗２１に流れる電流により検出し
た電圧をオペアンプ２５を介して取り込んだ電圧や、ト
ルクセンサ７のトルク検出信号等からモータ駆動電流
（目標電流指令値）を演算し、該目標電流指令値に基づ
いてアシストモータ８に供給する電流を制御する機能を
有している。

【００２６】２６はメインマイクロコンピュータ２４_M
およびサブマイクロコンピュータ２４_Sからアンドゲー
ト２７ａを介して導入される制御信号に基づいて、リレ
ー回路１２ａのコイルを励磁してその接点をオンした
り、該コイルを非励磁としてその接点をオフするリレー
駆動回路である。

【００２７】メインマイクロコンピュータ２４_Mおよび
サブマイクロコンピュータ２４_Sからは、イネーブル信
号用の制御信号がアンドゲート２７ｂに入力され、該ア
ンドゲート２７ｂのゲート出力（イネーブル信号）はア
ンドゲート２７ｃ，２７ｄの各一方の入力端子に入力さ
れる。

【００２８】前記アンドゲート２７ｃ，２７ｄの各他方
の入力端子には、メインマイクロコンピュータ２４_Mか
らの目標電流指令信号が供給され、各出力端子はプリド
ライバ２８ａ，２８ｂに接続されている。

【００２９】プリドライバ２８ａ，２８ｂはメインマイ
クロコンピュータ２４_Mで演算された目標電流指令値に
基づいて決定されるデューティ比のパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）信号を、前記ブリッジ回路２２のＦＥＴ２２ａ，２
２ｂの各ゲートに供給して該ＦＥＴをオン、オフ制御す
るプリドライバである。

【００３０】２８ｃ，２８ｄは、メインマイクロコンピ
ュータ２４_Mからの制御信号によって、アシストモータ
８を駆動する期間ブリッジ回路２２のＦＥＴ２２ｃ，２
２ｄの各ゲートに、連続した駆動信号（オン制御信号）
を供給するプリドライバである。

【００３１】前記電圧モニタ回路２３ａ，２３ｂは例え
ば図３のように構成される。すなわち、アシストモータ
８の一方の端子Ｐ₁と接地間に直列接続した抵抗３１
ａ，３２ａと該抵抗３２ａに並列接続したノイズ除去用
のコンデンサ３３ａとで電圧モニタ回路２３ａを構成
し、アシストモータ８の他方の端子Ｐ₂と接地間に直列
接続した抵抗３１ｂ，３２ｂと該抵抗３２ｂに並列接続
したノイズ除去用のコンデンサ３３ｂとで電圧モニタ回
路２３ｂを構成している。

【００３２】そして前記抵抗３１ａおよび３２ａの共通
接続点（分圧点）電位と、抵抗３１ｂおよび３２ｂの共
通接続点（分圧点）電位をサブマイクロコンピュータ２
４_Sに導入している。前記コンデンサ３３ａ，３３ｂ
は、ＦＥＴ２２ａ，２２ｂのＰＷＭ制御に影響を与えな
い容量に設定されている。

【００３３】尚メインマイクロコンピュータ２４_M、サ
ブマイクロコンピュータ２４_Sとその周辺回路との信号
の授受は図示省略のインターフェースを介して行われる
ものである。

【００３４】次に、上記のように構成された装置の動作
を図４の逆アシスト検出フローチャートに沿って述べ
る。まず、装置の通常運転時は、メインマイクロコンピ
ュータ２４_Mおよびサブマイクロコンピュータ２４_Sから
アンドゲート２７ａに例えばハイレベル信号が供給され
ており、リレー駆動回路２６から出力されるリレー駆動
信号によってリレー回路１２ａのコイルが励磁状態にさ
れ、その接点がオンとなり、バッテリ１３からブリッジ
回路２２へ電源が供給されている。

【００３５】またメインマイクロコンピュータ２４_Mお
よびサブマイクロコンピュータ２４_Sからアンドゲート
２７ｂには、ともにハイレベル信号が供給され、該アン
ドゲート２７ｂの出力信号（ハイレベルのイネーブル信
号）によってアンドゲート２７ｃ，２７ｄの各一方の入
力ゲートにはハイレベル信号が入力されている。

【００３６】ブリッジ回路２２のＦＥＴ２２ａ又は２２
ｂは、プリドライバ２８ａ又は２８ｂによってパルス幅
変調制御され、ＦＥＴ２２ｃ又は２２ｄはプリドライバ
２８ｃ又は２８ｄによって連続してオン制御される。

【００３７】このためバッテリ１３からリレー回路１２
ａおよび電流検出用抵抗２１を介してブリッジ回路２２
に供給される電流は、ＦＥＴ２２ａ（又は２２ｂ）→ア
シストモータ８→ＦＥＴ２２ｄ（又は２２ｃ）→接地な
る経路で流れ、アシストモータ８は右回転（又は左回
転）する。これによって、ステアリングホィール１によ
り操舵操作されている方向へ回転して、操舵力を補助す
る。

【００３８】このときサブマイクロコンピュータ２４_S
は、電圧モニタ回路２３ａ，２３ｂを介して導入される
アシストモータ８の両端子Ｐ₁，Ｐ₂の電圧を読み込む
（図４のステップＳ₁）。そして前記両端子Ｐ₁，Ｐ₂の
電圧値の大きさを比較し（ステップＳ₂）、該電圧値の
大小に基づいてモータ電流方向の推定を行う（ステップ
Ｓ₃）。

【００３９】例えばブリッジ回路２２内において、ＦＥ
Ｔ２２ａ→アシストモータ８→ＦＥＴ２２ｄなる経路で
電流が流れているときは、端子Ｐ₁の電圧＞端子Ｐ₂の電
圧となり、例えば右回転方向と推定され、またＦＥＴ２
２ｂ→アシストモータ８→ＦＥＴ２２ｃなる経路で電流
が流れているときは、端子Ｐ₂の電圧＞端子Ｐ₁の電圧と
なり、例えば左回転方向と推定される。

【００４０】次にステップＳ₄において、トルクセンサ
７のトルク検出信号を取り込む。すなわち、トーション
バートルクにハンドル振動低減の為のローパスフィルタ
ー処理（高域成分除去）を施し、操舵トルクとする。

【００４１】次にステップＳ₅，Ｓ₆において、操舵トル
ク方向とモータ電流方向とが一致するか否かを判定し、
一致しない場合、すなわち前記図２の逆アシスト領域の
場合は異常有りと判断する（逆アシスト検出フラグ：
１）。

【００４２】この場合はステップＳ₇においてフェイル
セーフ処理を行って、装置動作を停止させる。具体的に
は、サブマイクロコンピュータ２４_Sからアンドゲート
２７ａに供給される制御信号レベルがハイレベルからロ
ーレベルに切り換わり、アンド条件不成立となってリレ
ー駆動回路２６の動作がオフとなり、リレー回路１２ａ
のコイルに励磁電流は流れなくなりその接点はオフとな
る。このためブリッジ回路２２に電流は供給されなくな
る。

【００４３】またサブマイクロコンピュータ２４_Sから
アンドゲート２７ｂに供給される制御信号レベルがハイ
レベルからローレベルに切り換わって、アンド条件が不
成立となり（イネーブル信号がハイレベルからローレベ
ルとなる）、アンドゲート２７ｃ，２７ｄの出力ゲート
信号もローレベルとなるので、プリドライバ２８ａ，２
８ｂの駆動が停止し、ＦＥＴ２２ａ，２２ｂがオフ状態
となる。

【００４４】尚図４のステップＳ₆において、異常無し
と判断された（逆アシスト検出フラグ：０）場合は、再
度ステップＳ₁〜Ｓ₆の処理を繰り返す。

【００４５】尚、前記電流検出用抵抗２１からオペアン
プ２５を介してサブマイクロコンピュータ２４_Sに導入
される電流検出信号は、過電流検出時に装置動作を停止
させるためにも用いられる。

【００４６】上記のように、端子電圧Ｐ₁，Ｐ₂の電圧値
の大小関係を判別するだけで、アシストモータ８の回転
方向、すなわちアシスト方向を容易に判別することがで
きる。このためアシストモータ８の回転方向を判別する
ために、例えば高価なシャント抵抗等を特別に設ける必
要はない。

【００４７】さらに簡単な構成によって異常判断をする
ことができるので、電動パワーステアリング装置におけ
る逆アシストを確実に防止することができる。

【００４８】尚、前記メインマイクロコンピュータ２４
_Mおよびサブマイクロコンピュータ２４_Sは合体させて単
体で構成しても良い。

【００４９】また前記ブリッジ回路２２のＦＥＴ２２ａ
〜２２ｄは、前述したようにＦＥＴ２２ａ又は２２ｂを
ＰＷＭ制御し、ＦＥＴ２２ｃ又は２２ｄを連続してオン
制御するに限らず、他の制御方式で制御されるものであ
っても良い。

【００５０】またブリッジ回路を構成する半導体制御素
子は、ＦＥＴに限らず他の半導体制御素子で構成されて
も良い。

【００５１】尚本発明は、前記実施形態例のように電動
式パワーステアリング装置に適用するに限らず、他の装
置、例えば電動機の回転方向を監視し、表示する装置に
適用しても良い。この場合の異常判断手段は、前記判別
された電動機の駆動方向と、前記ブリッジ回路の半導体
制御素子を駆動制御する制御部の駆動方向指示信号とが
異なる場合、装置の異常と判断する手段で構成される。

【００５２】そしてこのように構成した場合も前記同様
に電動機両端子電圧値の大小関係を判別するだけで電動
機の駆動方向（回転方向）を容易に判別することができ
る。このため電動機の駆動方向の判別および異常判断の
ための回路構成が極めて簡単化される。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電動機両
端子電圧値の大小関係を判別するだけで電動機の駆動方
向（回転方向）を容易に判別することができる。このた
め電動機の駆動方向の判別および異常判断のための回路
構成が極めて簡単化される。

【００５４】特に本発明を電動式パワーステアリング装
置に適用した場合は、アシストモータの両端子電圧の電
圧値の大小関係を判別するだけで、アシストモータの回
転方向、すなわちアシスト方向を容易に判別することが
できる。このためアシストモータの回転方向を判別する
ために、例えば高価なシャント抵抗等を特別に設ける必
要はなく、コストを抑えることができる。さらに簡単な
構成によって異常判断をすることができるので、電動式
パワーステアリング装置における逆アシストを確実に防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例を示すモータ制御ブロッ
ク図。

【図２】電動式パワーステアリング装置における操舵ト
ルクとモータ電流の関係を示す特性図。

【図３】本発明の一実施形態例の要部回路図。

【図４】本発明の一実施形態例を示し、逆アシスト検出
のフローチャート。

【図５】電動式パワーステアリング装置の一例を示す構
成図。

【符号の説明】

１…ステアリングホィール７…トルクセンサ８…アシストモータ１２ａ…リレー回路１３…バッテリ２１…電流検出用抵抗２２…ブリッジ回路２２ａ〜２２ｄ…ＦＥＴ２３ａ，２３ｂ…電圧モニタ回路２４_M…メインマイクロコンピュータ２４_S…サブマイクロコンピュータ２５…オペアンプ２６…リレー駆動回路２７ａ〜２７ｄ…アンドゲート２８ａ〜２８ｄ…プリドライバ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…抵抗３３ａ，３３ｂ…コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D033 CA03 CA16 CA21 CA33 5H571 AA03 BB10 CC04 EE02 GG04 HA09 HC01 HD02 JJ04 LL22 LL23 MM08 MM20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源の正負電源母線間に接続される
とともに、半導体制御素子をブリッジ接続して成るブリ
ッジ回路と、前記ブリッジ回路の正極側アームと負極側アームの共通
接続点間に接続された電動機と、前記電動機の両端子電圧値を検出する電圧値検出手段
と、前記両端子電圧値の大小判別を行う電圧大小判別手段
と、前記電圧大小判別手段によって判別された端子電圧の大
小関係によって電動機の駆動方向を判別する駆動方向判
別手段とを有することを特徴とする電動機の駆動装置。
【請求項２】前記駆動方向判別手段によって判別され
た電動機の駆動方向と、前記ブリッジ回路の半導体制御
素子を駆動制御する制御部の駆動方向指示信号とが異な
る場合、装置の異常と判断する異常判断手段を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動装置。
【請求項３】前記電動機は電動式パワーステアリング
装置におけるアシストモータで構成され、前記駆動方向判別手段は前記アシストモータの駆動方向
に基づくアシスト方向を判別するアシスト方向判別手段
で構成され、操舵軸に設けられた操舵アシスト方向検出手段によって
検出された操舵アシスト方向と、前記アシスト方向判別
手段によって判別されたアシストモータのアシスト方向
とが異なる場合、装置の異常と判断する異常判断手段を
有することを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動
装置。