JP2005001574A

JP2005001574A - Electric power steering device

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Publication number: JP2005001574A
Application number: JP2003168712A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nagase; 茂樹長瀬
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: JP4140454B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a torque pulsation by an environmental variation from occurring, and also, to sufficiently bring out the performance of a motor without limiting the duty ratio in an electric power steering device using a brushless motor. <P>SOLUTION: Current sensing circuits 41 to 43 are provided on all phases of a motor driving circuit 50. At a motor control unit 20, a command value V for driving a motor 6 is determined on the basis of a differential between a motor current value based on sense signals which are sensed by the current sensing circuits 41 to 43 of all phases, and a target current value which is set in response to a steering torque. Also, at a PWM signal generating circuit 17, a PWM signal of a duty ratio in response to the command value V is generated. When a lower side duty ratio becomes less than a specified value in either one of the phases, the motor current value which flows in the phase is determined by a motor current value of a phase other than that phase. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特にブラシレスモータによって車両のステアリング機構に操舵補助力が与えられる電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置には、操舵のための操作手段であるハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、トルクセンサで検出される操舵トルクに基づき電動モータに供給すべき電流の目標値（以下「目標電流値」という）が設定される。そして、この目標電流値と電動モータに実際に流れる電流の値との偏差に基づいて比例積分演算により電動モータの駆動手段に与えるべき指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、その指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）を生成するＰＷＭ信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とを備え、そのデューティ比に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出回路によって検出され、この目標電流値と検出値との差が上記指令値を生成するための偏差として使用される。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置において、近年は電動モータとしてブラシレスモータが使用されているものもある。図６は、３相のブラシレスモータが使用されている従来の電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、モータ制御部２０とモータ駆動部１０とリレー駆動回路７０と電流検出回路８１、８２とを備えている。モータ制御部２０は、マイクロコンピュータで構成されており、メモリに格納された所定のプログラムを実行することにより作動する。モータ駆動部１０は、ＰＷＭ信号生成回路１７と、モータ駆動回路５０とから構成される。リレー駆動回路７０は、リレー９を開閉することによりモータ駆動部１０やモータ６に対して電源供給や電源遮断を行うために設けられている。
【０００４】
モータ駆動回路５０には、図６に示すように、電源ライン側（バッテリ８側）に配置されたＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）５１Ｈ〜５３Ｈと接地ライン側に配置されたＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌとが互いに対となるように直列に接続されており、そのＦＥＴ対が３対並列に接続されて構成されている。各ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ、５１Ｌ〜５３Ｌは、ゲートに印加される電圧に応じて導通状態と非導通状態とが切り替わるスイッチング素子として動作する。なお、一般的にこのような回路において、電源ライン側の回路部分は「上アーム」と呼ばれ、接地ライン側の回路部分は「下アーム」と呼ばれている。上アームと下アームとの接続点は、それぞれモータ端子６１〜６３と接続されている。図６では、モータ端子６１、６２、６３はそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子を示している。また、Ｕ相とＶ相とについては、モータ駆動回路５０とモータ６との間に電流検出回路８１、８２が設けられている。この電流検出回路８１、８２にはホール素子が含まれており、このホール素子に生じる電圧に基づいて、電流が検出される。
【０００５】
上述のＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈ、５１Ｌ〜５３Ｌは、ＰＷＭ信号生成回路１７によって生成されたＰＷＭ信号に基づいてオン／オフされる。これにより、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧がモータ６に印加され、モータ６が駆動される（以下、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じてスイッチング素子がオン／オフし、そのデューティ比に応じた電圧がモータに印加されることにより当該モータが駆動されることを「ＰＷＭ駆動」という）。このとき、モータ６のＵ相及びＶ相に流れる電流は、電流検出回路８１、８２によってそれぞれ検出される。電流検出回路８１、８２はモータ制御部２０と接続されているので、検出された電流値はモータ制御部２０に与えられる。
【０００６】
図７は、上記従来例と別の例の電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。図６に示す従来例では、モータ６に流れる電流を検出するために、モータ駆動回路５０とモータ６との間に電流検出回路８１、８２が設けられていたが、図７に示す例では、Ｕ相及びＶ相の下アームにおいて、ＦＥＴ５１Ｌ、５２Ｌと直列に接続された電流検出回路４１、４２がそれぞれ設けられている。この電流検出回路４１、４２にはシャント抵抗が含まれており、そのシャント抵抗の両端間の電圧に基づいて、電流が検出される。このような図７に示す構成の方が図６に示す構成よりも回路が簡素化されるため、図７に示す構成の方が一般的となっている。
【０００７】
上記従来技術による構成では、電流検出回路は３相のうちいずれか２相にのみ設けられている。上記のような３相のブラシレスモータを用いた構成においては、モータ６に流れる電流は３相交流となり、各相に流れる電流の値の総和は零になる。図６および図７に示すように、例えばＵ相とＶ相とに電流検出回路が設けられている場合、Ｗ相に流れる電流の値Ｉｗは、Ｕ相に流れる電流の値ＩｕとＶ相に流れる電流の値Ｉｖとに基づき、以下の式（１）で求められる。
Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）・・・（１）
このようにして、３相のうちの２相の電流値によって他の１相の電流値を求めることができる。このため、従来、３相のブラシレスモータを用いている電動パワーステアリング装置では、電流検出回路は２相にのみ設けられ、他の１相の電流値は、モータ制御部２０にて式（１）による計算で求められていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−３２３８５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような計算によってモータ６に流れる電流値を求めた場合、電流値が正しく得られないことがある。電動パワーステアリング装置においては、電流検出回路で検出されるオフセット電流の値（オフセット値）が保持されており、所望の電流制御が可能となるように、イグニッションスイッチがオンにされるごとにそのオフセット値は補正される。上記従来例によると、環境変化によってオフセット値が変動すると、Ｕ相、Ｖ相はその変動分、また計算によって得られるＷ相は、Ｕ相、Ｖ相の逆方向に変動分だけ実際のモータ電流値と異なった値で制御される。このことがトルク脈動が発生する要因となっている。
【００１０】
また、図７に示す従来例によると、上アームのデューティ比が１００％であるＰＷＭ駆動が行われると、電流検出回路で電流が検出されないことがある。Ｕ相を例に挙げて説明すると、ＦＥＴ５１ＨとＦＥＴ５１Ｌとは交互にオン／オフするようにＰＷＭ信号生成回路１７から信号が送られるが、上アームのデューティ比が１００％であると、その駆動期間中、ＦＥＴ５１Ｈは常にオン状態となり、ＦＥＴ５１Ｌは常にオフ状態となる。
【００１１】
下アームのＦＥＴ５１Ｌが常にオフ状態になると、Ｕ相の下アームに設けられている電流検出回路４１では電流が検出されない。このとき、Ｕ相とＶ相とに電流検出回路４１、４２が設けられていても、電流が検出されるのはＶ相に設けられた電流検出回路４２のみとなる。その結果、上記例ではＵ相とＷ相の電流値は求められない。このため、下アームのＦＥＴが常にオフ状態になることがないよう、モータ制御部２０において、下側デューティ比が所定値未満となるＰＷＭ駆動が行われないよう処理されていた（なお、「下側デューティ比」とは、ＰＷＭ駆動されたときに、その駆動期間中における下アーム側のＦＥＴがオン状態である時間の割合のことをいう）。これにより、モータが所望のデューティ比でＰＷＭ駆動されないことがあり、モータの性能が十分には引き出されていなかった。
【００１２】
そこで本発明では、環境変化に起因するトルク脈動を防止することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。また、モータの性能を十分に引き出すことができる電動パワーステアリング装置を提供することをも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両操舵のための操作手段に加えられる操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
電源ライン側に配置された第１のスイッチング素子と接地側に配置された第２のスイッチング素子とからなる互いに直列に接続されたスイッチング素子対を含むアームが並列に複数接続された、前記ブラシレスモータのためのモータ駆動回路と、
前記ブラシレスモータの各相に流れる電流を検出し、その検出信号を出力するモータ電流検出手段と、
前記ブラシレスモータを駆動するためのモータ駆動目標電流値を前記操舵トルクに基づいて設定するとともに、前記ブラシレスモータに流れるモータ電流値を前記検出信号に基づいて算出し、前記モータ駆動目標電流値と前記モータ電流値との偏差に基づいて前記ブラシレスモータを駆動するための指令値を生成するモータ制御手段と、
前記指令値に応じたデューティ比で前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを断続的にオンさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
このような第１の発明によれば、モータ駆動回路の全ての相において、流れる電流の値がモータ電流検出手段によって検出される。これにより、環境変化等によって検出値が変動した場合でも、全ての相において同様の影響が出る為、影響が互いにキャンセルされた電流値に基づいてモータが駆動されるため、トルク脈動の発生が抑制される。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、
前記モータ電流検出手段は、前記第２のスイッチング素子を含む各アームの接地側に配置されたことを特徴とする。
【００１６】
このような第２の発明によれば、回路が簡素化される。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、
前記モータ制御手段は、前記モータ駆動回路におけるいずれか１つのアームの第２のスイッチング素子が所定値未満のデューティ比で断続的にオンする場合に、前記指令値の生成に使用される前記モータ電流値のうち前記１つのアームの接地側に流れる電流値を、前記所定値以上のデューティ比で断続的にオンする第２のスイッチング素子を含むアームの接地側に設けられた前記モータ電流検出手段が出力する検出信号に基づいて算出されたモータ電流値から求めることを特徴とする。
【００１８】
このような第３の発明によれば、いずれかの相の下アームに流れる電流値が所定値未満になると、その相の電流値は、他の相において電流検出回路で検出された電流値により求められる。これにより、常に所望のデューティ比でモータがＰＷＭ駆動される。このため、モータの本来の性能を十分に引き出すことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ３と、当該車両の走行速度Ｖｓを検出する車速センサ４と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生するブラシレスモータ６と、その操舵補助力をラック軸に伝達するボールねじ駆動部１１と、ブラシレスモータ６のロータの回転位置を検出するモータ位置センサ１２と、車載バッテリ８から電源の供給を受けて、トルクセンサ３および車速センサ４からのセンサ信号に基づきブラシレスモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。
【００２０】
運転者がハンドル１００を操作すると、トルクセンサ３によって検出された操舵トルクＴｓと車速センサ４によって検出された車速Ｖｓとモータ位置センサ１２によって検出されたロータの回転位置とに基づいて、ＥＣＵ５によりブラシレスモータ６が駆動される。これによりブラシレスモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力がボールねじ駆動部１１を介してラック軸に加えられることにより、運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓとブラシレスモータ６の発生する操舵補助力とによって、ラック軸が往復運動を行う。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。
【００２１】
＜２．制御装置の構成＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、モータ制御部２０とモータ駆動部１０とリレー駆動回路７０とサンプルホールド回路３１〜３３とを備えている。モータ制御部２０は、マイクロコンピュータで構成され、メモリに格納された所定のプログラムを実行することにより作動する。モータ駆動部１０は、ＰＷＭ信号生成回路１７とモータ駆動回路５０とから構成される。モータ駆動回路５０は、上アームの各ラインに設けられた第１のスイッチング素子であるＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈと下アームの各ラインに設けられた第２のスイッチング素子であるＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌとが互いに対となるように直列に接続して構成されており、そのＦＥＴ対が３対並列に接続された３相の構成となっている。そして、上アームと下アームとの各接続点は、モータの各相の端子６１〜６３と接続されている。また、３相すべての下アームのＦＥＴ５１Ｌ〜５３Ｌと直列に接続された電流検出回路４１〜４３がそれぞれ設けられている。この電流検出回路４１〜４３にはシャント抵抗が含まれており、そのシャント抵抗の両端間の電圧に基づいて、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗが検出される。
【００２２】
モータ制御部２０は、トルクセンサ３で検出された操舵トルクと、車速センサ４により検出された車速と、サンプルホールド回路３１〜３３を介して得られるモータ駆動回路５０の各相に流れる電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとを受け取る。サンプルホールド回路３１〜３３が出力する信号はアナログ信号であり、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換により順次デジタル信号に変換される。モータ制御部２０は、そのＡＤ変換後の電流値からオフセット値を減算し、モータ６の各相に実際に流れる電流値（以下「モータ電流値」という）を求める。また、アシストマップと呼ばれる、操舵トルクと目標電流値とを対応づけるテーブルを参照して、操舵トルクと車速とに基づいて、モータ６に流すべき目標電流値を決定する。そして、その目標電流値とモータ電流値との偏差に基づき比例積分演算を行い、ＰＷＭ信号生成回路１７に与える指令値Ｖを生成する。また、モータ制御部２０は、故障等の検出結果に基づいてリレー駆動回路７０を制御するためのリレー制御信号を出力する。
【００２３】
モータ駆動部１０では、ＰＷＭ信号生成回路１７が上記指令値Ｖを受け取り、その指令値Ｖに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号が生成される。このＰＷＭ信号に基づいて、モータ駆動回路５０がモータ６に電圧を印加することによりモータ６が駆動される。なお、モータ駆動部１０の詳しい動作については後述する。
【００２４】
サンプルホールド回路３１〜３３では、入力された信号値が一時的に保持される。本実施形態においては、マイクロコンピュータであるモータ制御部２０で、電流検出回路４１〜４３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換している。ところが、現在のマイクロコンピュータでは、３つ以上のアナログ信号を同時にデジタル信号に変換することができない。このため、モータ制御部２０と電流検出回路４１〜４３との間にサンプルホールド回路３１〜３３が設けられている。これにより、電流検出回路４１〜４３から出力されたアナログ信号はサンプルホールド回路３１〜３３に一時的に保持されるので、順次モータ制御部２０でデジタル信号に変換することができる。
【００２５】
リレー駆動回路７０は、モータ制御部２０が出力したリレー制御信号に基づいて動作する。リレー駆動回路７０は、故障が検出された旨を示す信号をモータ制御部２０から受け取るまでは、リレーを閉状態に保ち、モータ駆動部１０及びモータ６への電源供給を続ける。モータ制御部２０における故障検出処理で故障が検出されると、リレー駆動回路７０は、モータ制御部２０より故障が検出された旨を示す信号を受け取る。これにより、リレー駆動回路７０は、リレーを開状態にし、モータ駆動部１０およびモータ６への電源供給を遮断する。
【００２６】
＜３．モータ駆動部の動作＞
次に、本実施形態におけるモータ駆動部１０の動作について説明する。
ＰＷＭ信号生成回路１７は、モータ制御部２０で生成された指令値Ｖを受け取り、その指令値Ｖに応じてデューティ比の変化するＰＷＭ信号を生成する。図３は、Ｕ相の上アームおよび下アームに設けられたＦＥＴ５１Ｈ、ＦＥＴ５１Ｌのオン／オフの動作を示すタイミングチャートである。
【００２７】
図３において、Ｔ１で示す期間は、デューティ比が７０％（下側デューティ比が３０％）でＰＷＭ駆動されている。Ｔ１で示す期間中、ＦＥＴ５１Ｈがオン状態である時間とＦＥＴ５１Ｌがオン状態である時間との比は７対３となっている。Ｔ１ａで示す期間中、ＦＥＴ５１Ｈはオン状態であり、ＦＥＴ５１Ｌはオフ状態である。このとき、Ｕ相では、ＦＥＴ５１Ｈとモータ端子６１との間に電流が流れる。一方、Ｔ１ｂで示す期間中、ＦＥＴ５１Ｈはオフ状態であり、ＦＥＴ５１Ｌはオン状態である。このとき、Ｕ相では、ＦＥＴ５１Ｌとモータ端子６１との間に電流が流れる。ここで、図３で点線にて示している時点の直前（ＦＥＴ５１Ｌがオンからオフに変わる直前）では、Ｕ相の下アームに設けられた電流検出回路４１によって、電流が検出される。これにより、Ｔ１期間中にモータのＵ相に流れる電流の値Ｉｕが検出される。
【００２８】
以上のことは、Ｖ相及びＷ相についても同様である。このため、各相の下アームに設けられた電流検出回路４１〜４３によって、Ｕ相の電流値Ｉｕ、Ｖ相の電流値Ｉｖ、およびＷ相の電流値Ｉｗが検出される。そして、検出された電流値からオフセット値を減算することでモータ電流値が求められる。ここで、環境変化等によりモータに流れる電流のオフセット値が変動した場合について説明する。例えば、オフセット値が上昇したとき、従来の構成では、電流検出回路が設けられていない相のモータ電流値は、前述のように、他の２相とは逆方向にオフセット電流が生じたものとして計算される。しかし、実際には、全ての相において、ほぼ同様にオフセット電流は変動する。本実施形態では、全ての相に電流検出回路４１〜４３が設けられているので、或る１相のモータ電流値を他の２相のモータ電流値より計算で算出する必要はない。このため、オフセット値の変動に拘わらず、全ての相で本来のモータ電流値が得られる。
【００２９】
次に、デューティ比が１００％（下側デューティ比が０％）でＰＷＭ駆動される場合について説明する。図３において、Ｔ２で示す期間は、デューティ比が１００％でＰＷＭ駆動されている。Ｔ２で示す期間中、ＦＥＴ５１Ｈは常にオンされており、ＦＥＴ５１Ｌは常にオフされている。このとき、Ｕ相では、常にＦＥＴ５１Ｈとモータ端子６１との間に電流が流れる。一方、ＦＥＴ５１Ｌとモータ端子６１との間に電流が流れることはない。このため、Ｕ相の下アームに設けられた電流検出回路４１によって、Ｔ２期間中にモータのＵ相に流れる電流の値Ｉｕは検出されない。
【００３０】
以上のことは、Ｖ相およびＷ相についても同様である。また、図３で点線にて示している時点の直前で電流を検出していると、ＦＥＴ５１Ｌがオンされている期間がごく短い場合、電流を検出する時点から図３で点線にて示している時点までの間でのみ電流が流れることがある。このような場合、検出される電流値の信頼度は低くなる。そこで、本実施形態においては、或る相において下側デューティ比が所定値未満となった場合には、その相のモータ電流値は、他の２相から計算により求められる。以下、或る相のモータ電流値を他の２相のモータ電流値から計算により求めることとするデューティ比の閾値を下側基準デューティ比Ｄｂという。図４は、本実施形態におけるモータ制御部２０のモータ電流値算出の手順を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ説明する。
【００３１】
この電動パワーステアリング装置において、モータ制御が開始されると、モータ制御部２０は、下側基準デューティ比Ｄｂを設定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０３では、電流検出回路４１〜４３によって検出された電流値に基づいて、Ｕ相オフセット値Ｉｏｕ、Ｖ相オフセット値Ｉｏｖ、Ｗ相オフセット値Ｉｏｗを設定する。
【００３２】
ステップＳ１０５では、各相のそれぞれに与えられるＰＷＭ信号のデューティ比（Ｕ相下側デューティ比Ｄｕ、Ｖ相下側デューティ比Ｄｖ、Ｗ相下側デューティ比Ｄｗ）を取得する。ステップＳ１０７では、Ｕ相下側デューティ比Ｄｕが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であるか否かを判定する。判定の結果、Ｕ相下側デューティ比Ｄｕが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であれば、ステップＳ１４１に進む。Ｕ相下側デューティ比Ｄｕが下側基準デューティ比Ｄｂ以上であれば、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、Ｖ相下側デューティ比Ｄｖが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であるか否かを判定する。判定の結果、Ｖ相下側デューティ比Ｄｖが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であれば、ステップＳ１３１に進む。Ｖ相下側デューティ比Ｄｖが下側基準デューティ比Ｄｂ以上であれば、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、Ｗ相下側デューティ比Ｄｗが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であるか否かを判定する。判定の結果、Ｗ相下側デューティ比Ｄｗが下側基準デューティ比Ｄｂ未満であれば、ステップＳ１２１に進む。Ｗ相下側デューティ比Ｄｗが下側基準デューティ比Ｄｂ以上であれば、ステップＳ１１３に進む。
【００３３】
ステップＳ１１３では、電流検出回路４１、４２、４３が出力した検出信号に基づいて、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、およびＷ相電流値Ｉｗを取得する。さらに、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値ＩｖおよびＷ相電流値ＩｗからそれぞれＵ相オフセット値Ｉｏｕ、Ｖ相オフセット値ＩｏｖおよびＷ相オフセット値Ｉｏｗを減算することにより、Ｕ相モータ電流値Ｉｍｕ、Ｖ相モータ電流値ＩｍｖおよびＷ相モータ電流値Ｉｍｗを算出する。その後、ステップＳ１５１に進む。
【００３４】
ステップＳ１２１では、Ｕ相およびＶ相の電流検出回路４１、４２が出力した検出信号に基づいて、Ｕ相電流値ＩｕとＶ相電流値Ｉｖとを取得する。さらに、Ｕ相電流値ＩｕおよびＶ相電流値ＩｖからそれぞれＵ相オフセット値ＩｏｕおよびＶ相オフセット値Ｉｏｖを減算することにより、Ｕ相モータ電流値ＩｍｕおよびＶ相モータ電流値Ｉｍｖを算出する。その後、ステップＳ１２３に進む。
【００３５】
ステップＳ１２３では、Ｕ相モータ電流値ＩｍｕとＶ相モータ電流値Ｉｍｖとに基づきＷ相モータ電流値Ｉｍｗを次式（２）により算出する。
Ｉｍｗ＝−（Ｉｍｕ＋Ｉｍｖ）・・・（２）
Ｗ相モータ電流値Ｉｍｗが算出されると、ステップＳ１５１に進む。
【００３６】
ステップＳ１３１では、ステップＳ１２１と同様にして、Ｕ相モータ電流値ＩｍｕおよびＷ相モータ電流値Ｉｍｗを算出し、その後、ステップＳ１３３に進む。ステップＳ１３３では、ステップＳ１２３と同様にして、Ｖ相モータ電流値Ｉｍｖを算出し、その後、ステップＳ１５１に進む。ステップＳ１４１では、ステップＳ１２１と同様にして、Ｖ相モータ電流値ＩｍｖおよびＷ相モータ電流値Ｉｍｗを算出し、その後、ステップＳ１４３に進む。ステップＳ１４３では、ステップＳ１２３と同様にして、Ｕ相モータ電流値Ｉｍｕを算出し、その後、ステップＳ１５１に進む。
【００３７】
ステップＳ１５１では、上述の手順により得られたＵ相モータ電流値Ｉｍｕ、Ｖ相モータ電流値ＩｍｖおよびＷ相モータ電流値Ｉｍｗに基づいて、従来と同様のモータ駆動処理を行う。その後、ステップＳ１０５に戻り、上述の処理が繰り返される。
【００３８】
図４に示すフローチャートのステップＳ１０１では、下側基準デューティ比Ｄｂは、例えば５％と設定される。この場合、例えばＷ相下側デューティ比Ｄｗが５％未満になると、Ｗ相モータ電流値Ｉｍｗは、Ｕ相電流値Ｉｕから算出されたＵ相モータ電流値Ｉｍｕと、Ｖ相電流値Ｉｖから算出されたＶ相モータ電流値Ｉｍｖとに基づいて計算により求められる。これにより、下側デューティ比が０％もしくは微小な値となった場合にも、所望のデューティ比によるＰＷＭ駆動が行われる。
【００３９】
＜４．変形例＞
上記実施形態においては、電流検出回路４１〜４３はモータ駆動回路５０の各相の下アームに設けられたが、本変形例においては、図５に示すように、電流検出回路８１〜８３は、モータ駆動回路５０とモータ６との間に設けられている。この構成によると、デューティ比１００％駆動が行われても、各相に設けられた電流検出回路８１〜８３で電流が検出される。このため、下側デューティ比が所定値未満となった場合でも、或る１相のモータ電流値を他の２相のモータ電流値から計算により求める必要がなくなる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、電流検出回路により検出された３相の電流値をＡＤ変換するためにサンプルホールド回路を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ピークホールド回路を用いて、ＰＷＭ駆動の制御周期中における各相の電流のピーク値を保持するようにしてもよい。なお、サンプルホールド回路やピークホールド回路を用いることにより複数のアナログ信号をデジタル信号に変換する処理は公知であるので、説明は省略する。
【００４１】
＜５．効果＞
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置では、モータ駆動回路の全ての相に電流検出回路が設けられている。これにより、環境変化等により電流検出回路で検出されるオフセット電流が変動しても、全ての相においてモータ電流値が正しく検出される。そして、その正しく検出されたモータ電流値に基づいてモータが駆動されるため、トルク脈動の発生が抑制される。また、或る相の下側デューティ比が所定値未満になったとき、その相に流れるモータ電流値は、他の相において電流検出回路で検出されたモータ電流値により求められる。このため、常に所望のデューティ比でモータがＰＷＭ駆動される。これにより、モータの本来の性能を十分に引き出すことが可能となる。
【００４２】
なお上記実施形態では、３相のブラシレスモータを例に挙げて説明したが、本発明は３相に限定されるものではない。モータのそれぞれの相に電流検出回路を備えることにより、４相以上の複数相のブラシレスモータが使用されている電動パワーステアリング装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態におけるＵ相の上アームおよび下アームに設けられたＦＥＴの動作を示すタイミングチャートである。
【図４】上記実施形態におけるモータ制御部２０のモータ電流値算出の手順を示すフローチャートである。
【図５】上記実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。
【図６】従来の電動パワーステアリング装置におけるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図７】上記従来例の変形例に係る電動パワーステアリング装置におけるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５ …ＥＣＵ（電子制御ユニット）
６ …ブラシレスモータ
１０ …モータ駆動部
１７ …ＰＷＭ信号生成回路
２０ …モータ制御部
３１〜３３ …サンプルホールド回路
４１〜４３、８１〜８３ …電流検出回路
５０ …モータ駆動回路
５１Ｈ〜５３Ｈ、５１Ｌ〜５３Ｌ …ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device, and more particularly to an electric power steering device in which a steering assist force is applied to a steering mechanism of a vehicle by a brushless motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque applied to a steering wheel (steering wheel) by a driver has been used. This electric power steering apparatus is provided with a torque sensor for detecting a steering torque applied to a steering wheel as an operation means for steering, and a current to be supplied to the electric motor based on the steering torque detected by the torque sensor. Target value (hereinafter referred to as “target current value”) is set. Then, based on the deviation between the target current value and the value of the current actually flowing through the electric motor, a command value to be given to the driving means of the electric motor is generated by proportional integration calculation. The drive means of the electric motor is turned on / off according to the PWM signal generation circuit that generates a pulse width modulation signal (hereinafter referred to as “PWM signal”) having a duty ratio corresponding to the command value, and the duty ratio of the PWM signal. A motor drive circuit configured using a power transistor, and a voltage corresponding to the duty ratio is applied to the electric motor. The current flowing through the electric motor by this voltage application is detected by a current detection circuit, and the difference between the target current value and the detected value is used as a deviation for generating the command value.
[0003]
In such an electric power steering device, there is a brushless motor recently used as an electric motor. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the ECU 5, which is a control device in a conventional electric power steering device in which a three-phase brushless motor is used. The ECU 5 includes a motor control unit 20, a motor drive unit 10, a relay drive circuit 70, and current detection circuits 81 and 82. The motor control unit 20 is composed of a microcomputer and operates by executing a predetermined program stored in a memory. The motor drive unit 10 includes a PWM signal generation circuit 17 and a motor drive circuit 50. The relay drive circuit 70 is provided to supply power to or cut off the power to the motor drive unit 10 and the motor 6 by opening and closing the relay 9.
[0004]
As shown in FIG. 6, the motor drive circuit 50 includes FETs (field effect transistors) 51H to 53H arranged on the power supply line side (battery 8 side) and FETs 51L to 53L arranged on the ground line side. They are connected in series so as to form a pair, and three pairs of FETs are connected in parallel. Each FET 51H-53H and 51L-53L operate | move as a switching element in which a conduction | electrical_connection state and a non-conduction state switch according to the voltage applied to a gate. Generally, in such a circuit, the circuit portion on the power supply line side is called “upper arm”, and the circuit portion on the ground line side is called “lower arm”. Connection points between the upper arm and the lower arm are connected to motor terminals 61 to 63, respectively. In FIG. 6, motor terminals 61, 62, and 63 indicate U-phase, V-phase, and W-phase terminals, respectively. For the U phase and the V phase, current detection circuits 81 and 82 are provided between the motor drive circuit 50 and the motor 6. The current detection circuits 81 and 82 include a Hall element, and a current is detected based on a voltage generated in the Hall element.
[0005]
The FETs 51H to 53H and 51L to 53L described above are turned on / off based on the PWM signal generated by the PWM signal generation circuit 17. As a result, a voltage corresponding to the duty ratio of the PWM signal is applied to the motor 6 and the motor 6 is driven (hereinafter, the switching element is turned on / off according to the duty ratio of the PWM signal, and according to the duty ratio. Driving the motor by applying the applied voltage to the motor is referred to as “PWM driving”). At this time, currents flowing in the U phase and the V phase of the motor 6 are detected by the current detection circuits 81 and 82, respectively. Since the current detection circuits 81 and 82 are connected to the motor control unit 20, the detected current value is given to the motor control unit 20.
[0006]
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the ECU 5, which is a control device in an electric power steering apparatus different from the conventional example. In the conventional example shown in FIG. 6, current detection circuits 81 and 82 are provided between the motor drive circuit 50 and the motor 6 in order to detect the current flowing through the motor 6. In the example shown in FIG. 7, Current detection circuits 41 and 42 connected in series with the FETs 51L and 52L are provided in the lower arms of the U phase and the V phase, respectively. The current detection circuits 41 and 42 include a shunt resistor, and a current is detected based on the voltage across the shunt resistor. Since the circuit shown in FIG. 7 is simpler than the circuit shown in FIG. 6, the circuit shown in FIG. 7 is more general.
[0007]
In the configuration according to the above prior art, the current detection circuit is provided only in any two of the three phases. In the configuration using the three-phase brushless motor as described above, the current flowing through the motor 6 is a three-phase alternating current, and the sum of the current values flowing through the respective phases is zero. As shown in FIGS. 6 and 7, for example, when current detection circuits are provided in the U phase and the V phase, the value Iw of the current flowing in the W phase becomes the value Iu of the current flowing in the U phase and the V phase. Based on the value Iv of the flowing current, the following formula (1) is obtained.
Iw = − (Iu + Iv) (1)
In this way, the current value of the other one phase can be obtained from the current value of the two phases of the three phases. For this reason, in the conventional electric power steering apparatus using a three-phase brushless motor, the current detection circuit is provided only in two phases, and the current value of the other one phase is expressed by the equation (1) in the motor control unit 20. It was calculated by calculation.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-323853
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the current value flowing through the motor 6 is obtained by the above calculation, the current value may not be obtained correctly. In the electric power steering device, the value of the offset current (offset value) detected by the current detection circuit is held, and the offset is turned on each time the ignition switch is turned on so that desired current control can be performed. The value is corrected. According to the above conventional example, when the offset value fluctuates due to environmental changes, the actual motor current is the amount of fluctuation in U phase and V phase, and the W phase obtained by calculation is the amount of fluctuation in the opposite direction of U phase and V phase. Controlled by a value different from the value. This is a factor causing torque pulsation.
[0010]
Further, according to the conventional example shown in FIG. 7, when PWM driving with the upper arm duty ratio of 100% is performed, the current may not be detected by the current detection circuit. The U phase will be described as an example. A signal is sent from the PWM signal generation circuit 17 so that the FET 51H and the FET 51L are alternately turned on / off. If the duty ratio of the upper arm is 100%, the drive period In the middle, the FET 51H is always on, and the FET 51L is always off.
[0011]
When the lower arm FET 51L is always turned off, no current is detected by the current detection circuit 41 provided in the U-phase lower arm. At this time, even if the current detection circuits 41 and 42 are provided in the U phase and the V phase, the current is detected only in the current detection circuit 42 provided in the V phase. As a result, the current values of the U phase and the W phase cannot be obtained in the above example. For this reason, in order to prevent the lower arm FET from being always turned off, the motor control unit 20 has been processed so as not to perform the PWM drive in which the lower duty ratio is less than a predetermined value (“lower” The “side duty ratio” refers to the ratio of the time during which the lower arm side FET is in the ON state during the PWM drive). As a result, the motor may not be PWM driven at a desired duty ratio, and the performance of the motor has not been sufficiently extracted.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can prevent torque pulsation caused by environmental changes. It is another object of the present invention to provide an electric power steering device that can sufficiently bring out the performance of the motor.
[0013]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
A first invention is an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving a brushless motor according to a steering torque applied to an operation means for steering the vehicle,
The brushless motor in which a plurality of arms including a pair of switching elements connected in series, each consisting of a first switching element disposed on the power supply line side and a second switching element disposed on the ground side, are connected in parallel. Motor drive circuit for,
Motor current detection means for detecting a current flowing in each phase of the brushless motor and outputting a detection signal;
A motor drive target current value for driving the brushless motor is set based on the steering torque, a motor current value flowing through the brushless motor is calculated based on the detection signal, and the motor drive target current value and the motor drive target current value are calculated. Motor control means for generating a command value for driving the brushless motor based on a deviation from a motor current value;
And a PWM signal generation circuit configured to generate a PWM signal for intermittently turning on the first switching element and the second switching element at a duty ratio corresponding to the command value.
[0014]
According to the first invention as described above, the value of the flowing current is detected by the motor current detection means in all phases of the motor drive circuit. As a result, even if the detected value fluctuates due to environmental changes, etc., the same effect is produced in all phases, so the motor is driven based on the current values whose influences are canceled with each other, thereby suppressing the occurrence of torque pulsation. Is done.
[0015]
According to a second invention, in the first invention,
The motor current detecting means is arranged on the ground side of each arm including the second switching element.
[0016]
According to such a second invention, the circuit is simplified.
[0017]
According to a third invention, in the second invention,
The motor control means uses the motor current used for generating the command value when the second switching element of any one arm in the motor drive circuit is intermittently turned on with a duty ratio less than a predetermined value. The motor current detection means provided on the ground side of the arm including the second switching element that intermittently turns on the current value flowing to the ground side of the one arm among the values at a duty ratio greater than or equal to the predetermined value. It is obtained from a motor current value calculated based on a detection signal to be output.
[0018]
According to the third aspect of the invention, when the current value flowing through the lower arm of any phase becomes less than a predetermined value, the current value of that phase depends on the current value detected by the current detection circuit in the other phase. Desired. As a result, the motor is always PWM driven with a desired duty ratio. For this reason, it becomes possible to fully draw out the original performance of the motor.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<1. Overall configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention, together with the vehicle configuration related thereto. This electric power steering apparatus includes a steering shaft 102 whose one end is fixed to a handle 100 as an operation means for steering, a rack and pinion mechanism 104 connected to the other end of the steering shaft 102, and an operation of the handle 100. A torque sensor 3 for detecting a steering torque Ts applied to the steering shaft 102, a vehicle speed sensor 4 for detecting a traveling speed Vs of the vehicle, and a brushless for generating a steering assist force for reducing a driver's load due to a steering operation. The motor 6, the ball screw drive unit 11 that transmits the steering assist force to the rack shaft, the motor position sensor 12 that detects the rotational position of the rotor of the brushless motor 6, and the power supplied from the in-vehicle battery 8 receive torque. Based on sensor signals from sensor 3 and vehicle speed sensor 4 An electronic control unit for controlling the driving of Rashiresumota 6 (ECU) and a 5.
[0020]
When the driver operates the handle 100, the ECU 5 performs brushless operation based on the steering torque Ts detected by the torque sensor 3, the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 4, and the rotational position of the rotor detected by the motor position sensor 12. The motor 6 is driven. As a result, the brushless motor 6 generates a steering assist force, and this steering assist force is applied to the rack shaft via the ball screw drive unit 11, thereby reducing the driver's load. That is, the rack shaft reciprocates by the steering torque Ts applied by the steering operation and the steering assist force generated by the brushless motor 6. Both ends of the rack shaft are connected to a wheel 108 via a connecting member 106 composed of a tie rod and a knuckle arm, and the direction of the wheel 108 changes according to the reciprocating motion of the rack shaft.
[0021]
<2. Configuration of control device>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ECU 5 which is a control device of the electric power steering device. The ECU 5 includes a motor control unit 20, a motor drive unit 10, a relay drive circuit 70, and sample hold circuits 31 to 33. The motor control unit 20 is constituted by a microcomputer and operates by executing a predetermined program stored in a memory. The motor drive unit 10 includes a PWM signal generation circuit 17 and a motor drive circuit 50. In the motor drive circuit 50, FETs 51H to 53H, which are first switching elements provided in each line of the upper arm, and FETs 51L to 53L, which are second switching elements provided in each line of the lower arm, are paired with each other. It is configured to be connected in series so that the FET pair has a three-phase configuration in which three pairs of FETs are connected in parallel. And each connection point of an upper arm and a lower arm is connected with the terminals 61-63 of each phase of a motor. In addition, current detection circuits 41 to 43 connected in series with the FETs 51L to 53L of the lower arms of all three phases are provided. Each of the current detection circuits 41 to 43 includes a shunt resistor, and a U-phase current value Iu, a V-phase current value Iv, and a W-phase current value Iw are detected based on the voltage across the shunt resistor. .
[0022]
The motor control unit 20 controls the steering torque detected by the torque sensor 3, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 4, and the current value Iu flowing through each phase of the motor drive circuit 50 obtained via the sample hold circuits 31 to 33. , Iv, Iw. Signals output from the sample hold circuits 31 to 33 are analog signals, which are sequentially converted into digital signals by AD (analog-digital) conversion. The motor control unit 20 subtracts the offset value from the current value after the AD conversion to obtain a current value that actually flows in each phase of the motor 6 (hereinafter referred to as “motor current value”). Further, a target current value to be supplied to the motor 6 is determined based on the steering torque and the vehicle speed with reference to a table called an assist map that associates the steering torque with the target current value. Then, proportional-integral calculation is performed based on the deviation between the target current value and the motor current value, and a command value V to be given to the PWM signal generation circuit 17 is generated. In addition, the motor control unit 20 outputs a relay control signal for controlling the relay drive circuit 70 based on a detection result such as a failure.
[0023]
In the motor drive unit 10, the PWM signal generation circuit 17 receives the command value V, and a PWM signal whose duty ratio changes according to the command value V is generated. Based on the PWM signal, the motor drive circuit 50 applies a voltage to the motor 6 to drive the motor 6. Detailed operation of the motor drive unit 10 will be described later.
[0024]
In the sample hold circuits 31 to 33, the input signal value is temporarily held. In this embodiment, the motor control unit 20 that is a microcomputer converts the analog signals output from the current detection circuits 41 to 43 into digital signals. However, current microcomputers cannot simultaneously convert three or more analog signals into digital signals. For this reason, sample hold circuits 31 to 33 are provided between the motor control unit 20 and the current detection circuits 41 to 43. As a result, the analog signals output from the current detection circuits 41 to 43 are temporarily held in the sample hold circuits 31 to 33, so that the motor control unit 20 can sequentially convert them into digital signals.
[0025]
The relay drive circuit 70 operates based on the relay control signal output from the motor control unit 20. The relay drive circuit 70 keeps the relay closed and continues supplying power to the motor drive unit 10 and the motor 6 until a signal indicating that a failure has been detected is received from the motor control unit 20. When a failure is detected in the failure detection process in the motor control unit 20, the relay drive circuit 70 receives a signal indicating that a failure has been detected from the motor control unit 20. Thereby, the relay drive circuit 70 opens the relay and shuts off the power supply to the motor drive unit 10 and the motor 6.
[0026]
<3. Operation of motor drive section>
Next, the operation of the motor drive unit 10 in this embodiment will be described.
The PWM signal generation circuit 17 receives the command value V generated by the motor control unit 20 and generates a PWM signal whose duty ratio changes according to the command value V. FIG. 3 is a timing chart showing the on / off operation of the FET 51H and FET 51L provided in the upper and lower arms of the U phase.
[0027]
In FIG. 3, during the period indicated by T1, PWM driving is performed with a duty ratio of 70% (lower duty ratio is 30%). During the period indicated by T1, the ratio of the time during which the FET 51H is on to the time during which the FET 51L is on is 7: 3. During the period indicated by T1a, the FET 51H is in the on state and the FET 51L is in the off state. At this time, a current flows between the FET 51H and the motor terminal 61 in the U phase. On the other hand, during the period indicated by T1b, the FET 51H is in an off state and the FET 51L is in an on state. At this time, a current flows between the FET 51L and the motor terminal 61 in the U phase. Here, immediately before the time point indicated by the dotted line in FIG. 3 (immediately before the FET 51L changes from on to off), the current is detected by the current detection circuit 41 provided in the lower arm of the U phase. Thereby, the value Iu of the current flowing in the U phase of the motor during the T1 period is detected.
[0028]
The same applies to the V phase and the W phase. Therefore, the current detection circuits 41 to 43 provided in the lower arm of each phase detect the U-phase current value Iu, the V-phase current value Iv, and the W-phase current value Iw. Then, the motor current value is obtained by subtracting the offset value from the detected current value. Here, a case where the offset value of the current flowing through the motor fluctuates due to an environmental change or the like will be described. For example, when the offset value rises, in the conventional configuration, the motor current value of the phase in which the current detection circuit is not provided is assumed that the offset current is generated in the opposite direction to the other two phases as described above. Calculated. However, in practice, the offset current fluctuates in almost the same manner in all phases. In the present embodiment, since the current detection circuits 41 to 43 are provided for all phases, it is not necessary to calculate a certain one-phase motor current value by calculation from the other two-phase motor current values. For this reason, original motor current values can be obtained in all phases regardless of fluctuations in the offset value.
[0029]
Next, a case where PWM driving is performed at a duty ratio of 100% (lower duty ratio is 0%) will be described. In FIG. 3, during the period indicated by T2, the PWM drive is performed with the duty ratio of 100%. During the period indicated by T2, the FET 51H is always on, and the FET 51L is always off. At this time, in the U phase, a current always flows between the FET 51H and the motor terminal 61. On the other hand, no current flows between the FET 51L and the motor terminal 61. For this reason, the current detection circuit 41 provided in the lower arm of the U phase does not detect the value Iu of the current flowing in the U phase of the motor during the period T2.
[0030]
The same applies to the V phase and the W phase. Further, if the current is detected immediately before the time point indicated by the dotted line in FIG. 3, if the period during which the FET 51L is on is very short, it is indicated by the dotted line in FIG. 3 from the time point when the current is detected. Current may flow only up to the point in time. In such a case, the reliability of the detected current value is low. Therefore, in the present embodiment, when the lower duty ratio is less than a predetermined value in a certain phase, the motor current value of that phase is obtained by calculation from the other two phases. Hereinafter, the threshold value of the duty ratio for obtaining a motor current value of a certain phase by calculation from the motor current values of the other two phases is referred to as a lower reference duty ratio Db. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for calculating the motor current value of the motor control unit 20 in the present embodiment. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0031]
In this electric power steering apparatus, when motor control is started, the motor control unit 20 sets the lower reference duty ratio Db (step S101). In step S103, a U-phase offset value Iou, a V-phase offset value Iov, and a W-phase offset value Iow are set based on the current values detected by the current detection circuits 41 to 43.
[0032]
In step S105, the PWM signal duty ratio (U-phase lower duty ratio Du, V-phase lower duty ratio Dv, W-phase lower duty ratio Dw) given to each phase is acquired. In step S107, it is determined whether or not the U-phase lower duty ratio Du is less than the lower reference duty ratio Db. As a result of the determination, if the U-phase lower duty ratio Du is less than the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S141. If the U-phase lower duty ratio Du is greater than or equal to the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S109. In step S109, it is determined whether or not the V-phase lower duty ratio Dv is less than the lower reference duty ratio Db. As a result of the determination, if the V-phase lower duty ratio Dv is less than the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S131. If the V-phase lower duty ratio Dv is greater than or equal to the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S111. In step S111, it is determined whether or not the W-phase lower duty ratio Dw is less than the lower reference duty ratio Db. As a result of the determination, if the W-phase lower duty ratio Dw is less than the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S121. If the W-phase lower duty ratio Dw is greater than or equal to the lower reference duty ratio Db, the process proceeds to step S113.
[0033]
In step S113, the U-phase current value Iu, the V-phase current value Iv, and the W-phase current value Iw are acquired based on the detection signals output from the current detection circuits 41, 42, and 43. Further, the U-phase motor current value Imu is obtained by subtracting the U-phase offset value Iou, the V-phase offset value Iov and the W-phase offset value Iow from the U-phase current value Iu, the V-phase current value Iv and the W-phase current value Iw, respectively. V-phase motor current value Imv and W-phase motor current value Imw are calculated. Thereafter, the process proceeds to step S151.
[0034]
In step S121, the U-phase current value Iu and the V-phase current value Iv are acquired based on the detection signals output from the U-phase and V-phase current detection circuits 41 and 42. Further, the U-phase motor current value Imu and the V-phase motor current value Imv are calculated by subtracting the U-phase offset value Iou and the V-phase offset value Iov from the U-phase current value Iu and the V-phase current value Iv, respectively. Thereafter, the process proceeds to step S123.
[0035]
In step S123, a W-phase motor current value Imw is calculated by the following equation (2) based on the U-phase motor current value Imu and the V-phase motor current value Imv.
Imw = − (Imu + Imv) (2)
When the W-phase motor current value Imw is calculated, the process proceeds to step S151.
[0036]
In step S131, the U-phase motor current value Imu and the W-phase motor current value Imw are calculated in the same manner as in step S121, and then the process proceeds to step S133. In step S133, the V-phase motor current value Imv is calculated in the same manner as in step S123, and then the process proceeds to step S151. In step S141, the V-phase motor current value Imv and the W-phase motor current value Imw are calculated in the same manner as in step S121, and then the process proceeds to step S143. In step S143, the U-phase motor current value Imu is calculated in the same manner as in step S123, and then the process proceeds to step S151.
[0037]
In step S151, a motor driving process similar to the conventional one is performed based on the U-phase motor current value Imu, the V-phase motor current value Imv, and the W-phase motor current value Imw obtained by the above-described procedure. Then, it returns to step S105 and the above-mentioned process is repeated.
[0038]
In step S101 of the flowchart shown in FIG. 4, the lower reference duty ratio Db is set to 5%, for example. In this case, for example, when the W-phase lower duty ratio Dw is less than 5%, the W-phase motor current value Imw is calculated from the U-phase motor current value Imu calculated from the U-phase current value Iu and the V-phase current value Iv. It is obtained by calculation based on the V-phase motor current value Imv. As a result, even when the lower duty ratio becomes 0% or a minute value, PWM driving is performed with a desired duty ratio.
[0039]
<4. Modification>
In the above embodiment, the current detection circuits 41 to 43 are provided in the lower arm of each phase of the motor drive circuit 50. However, in the present modification, as shown in FIG. It is provided between the motor drive circuit 50 and the motor 6. According to this configuration, even when driving with a duty ratio of 100% is performed, current is detected by the current detection circuits 81 to 83 provided in each phase. For this reason, even when the lower duty ratio becomes less than the predetermined value, there is no need to calculate a certain one-phase motor current value from the other two-phase motor current values.
[0040]
In the above embodiment, the sample hold circuit is used for AD conversion of the three-phase current values detected by the current detection circuit. However, the present invention is not limited to this. For example, a peak hold circuit may be used to hold the peak value of the current of each phase during the PWM drive control period. In addition, since the process which converts a some analog signal into a digital signal by using a sample hold circuit or a peak hold circuit is well-known, description is abbreviate | omitted.
[0041]
<5. Effect>
As described above, in the electric power steering apparatus according to the present embodiment, the current detection circuit is provided in all phases of the motor drive circuit. As a result, even if the offset current detected by the current detection circuit fluctuates due to environmental changes or the like, the motor current value is correctly detected in all phases. Since the motor is driven based on the correctly detected motor current value, the occurrence of torque pulsation is suppressed. When the lower duty ratio of a certain phase becomes less than a predetermined value, the motor current value flowing in that phase is obtained from the motor current value detected by the current detection circuit in the other phase. For this reason, the motor is always PWM driven at a desired duty ratio. As a result, the original performance of the motor can be sufficiently extracted.
[0042]
In the above embodiment, a three-phase brushless motor has been described as an example, but the present invention is not limited to three phases. By providing a current detection circuit in each phase of the motor, it can be applied to an electric power steering apparatus in which a brushless motor having four or more phases is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention, together with a vehicle configuration related thereto.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the electric power steering device according to the embodiment as viewed from a control viewpoint.
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the FETs provided on the upper and lower arms of the U phase in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for calculating a motor current value of a motor control unit 20 in the embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering device according to a modification of the embodiment as viewed from a control viewpoint.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an ECU in a conventional electric power steering apparatus.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an ECU in an electric power steering apparatus according to a modification of the conventional example.
[Explanation of symbols]
5 ... ECU (Electronic Control Unit)
6 ... Brushless motor
10: Motor drive unit
17 ... PWM signal generation circuit
20: Motor control unit
31-33 ... Sample hold circuit
41-43, 81-83 ... current detection circuit
50 ... Motor drive circuit
51H to 53H, 51L to 53L ... FET (field effect transistor)

Claims

車両操舵のための操作手段に加えられる操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
電源ライン側に配置された第１のスイッチング素子と接地側に配置された第２のスイッチング素子とからなる互いに直列に接続されたスイッチング素子対を含むアームが並列に複数接続された、前記ブラシレスモータのためのモータ駆動回路と、
前記ブラシレスモータの各相に流れる電流を検出し、その検出信号を出力するモータ電流検出手段と、
前記ブラシレスモータを駆動するためのモータ駆動目標電流値を前記操舵トルクに基づいて設定するとともに、前記ブラシレスモータに流れるモータ電流値を前記検出信号に基づいて算出し、前記モータ駆動目標電流値と前記モータ電流値との偏差に基づいて前記ブラシレスモータを駆動するための指令値を生成するモータ制御手段と、
前記指令値に応じたデューティ比で前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを断続的にオンさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路とを備えたことを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving a brushless motor in accordance with a steering torque applied to an operation means for vehicle steering,
The brushless motor in which a plurality of arms including a pair of switching elements connected in series, each consisting of a first switching element disposed on the power supply line side and a second switching element disposed on the ground side, are connected in parallel. Motor drive circuit for,
Motor current detection means for detecting a current flowing in each phase of the brushless motor and outputting a detection signal;
A motor drive target current value for driving the brushless motor is set based on the steering torque, a motor current value flowing through the brushless motor is calculated based on the detection signal, and the motor drive target current value and the motor drive target current value are calculated. Motor control means for generating a command value for driving the brushless motor based on a deviation from a motor current value;
A PWM signal generation circuit that generates a PWM signal for intermittently turning on the first switching element and the second switching element at a duty ratio according to the command value; Electric power steering device.

前記モータ電流検出手段は、前記第２のスイッチング素子を含む各アームの接地側に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the motor current detection unit is disposed on a ground side of each arm including the second switching element. 3.

前記モータ制御手段は、前記モータ駆動回路におけるいずれか１つのアームの第２のスイッチング素子が所定値未満のデューティ比で断続的にオンする場合に、前記指令値の生成に使用される前記モータ電流値のうち前記１つのアームの接地側に流れる電流値を、前記所定値以上のデューティ比で断続的にオンする第２のスイッチング素子を含むアームの接地側に設けられた前記モータ電流検出手段が出力する検出信号に基づいて算出されたモータ電流値から求めることを特徴とする、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。The motor control means uses the motor current used for generating the command value when the second switching element of any one arm in the motor drive circuit is intermittently turned on with a duty ratio less than a predetermined value. The motor current detecting means provided on the ground side of the arm including the second switching element that intermittently turns on the current value flowing to the ground side of the one arm among the values at a duty ratio equal to or greater than the predetermined value. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the electric power steering apparatus is obtained from a motor current value calculated based on a detection signal to be output.