JP5157511B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、マイクロコンピュータやマイクロプロセッサ等の演算装置から出力されるPWM信号の分解能は、演算装置の動作周波数により制限されてしまい、例えば、動作周波数が20MHz(クロック周期50ns)の場合、分解能は50μs÷50ns=1000となる。つまり、PWM駆動により制御できるモータ駆動電圧の最小分解能は、バッテリ電圧÷1000[V]となる。
その結果、「モータ駆動電圧の最小分解能電圧」を「モータ端子間抵抗値」で除算した値は、数百mAとなってしまうため、モータ電流を精度良く制御し難く、電動パワーステアリングで必要とされる滑らかなモータトルク制御が理想通りに行えない。
車載バッテリと前記駆動回路との間に、前記車載バッテリのバッテリ電圧を降圧して前記駆動回路に供給する降圧回路を備え、前記降圧回路は、前記電動モータの駆動状態が、滑らかな操舵フィーリングが要求される微舵領域であることを示すとき、当該電動モータの駆動状態に応じて、前記駆動回路に供給する降圧電圧を前記車載バッテリのバッテリ電圧よりも降圧することを特徴としている。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。このトルクセンサ3から出力されるトルク検出値Tはコントローラ15に入力される。
また、本実施形態の電動モータ12は、例えば3相ブラシレスモータであり、図2に示すように、ロータの回転位置を検出するレゾルバ、エンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路13aを備え、回転角センサ13はこのロータ位置検出回路13aから出力されるロータ回転位置をもとにモータ回転角θを検出するようになっている。
このコントローラ15は、操舵トルクT及び車速検出値Vに基づいて電流指令値Irefを演算し、演算した電流指令値Irefとモータ角度θとに基づいて、操舵補助力を電動モータ12で発生するための各相電圧指令値Vrefu、Vrefv及びVrefwを出力する例えばマイクロコンピュータで構成される制御演算装置23と、電動モータ12を駆動する電界効果トランジスタ(FET)で構成されるモータ駆動回路24と、制御演算装置23から出力される各相電圧指令値Vrefu、Vrefv及びVrefwに基づいてパルス幅変調(PWM)制御処理を実行し、モータ駆動回路24の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するゲートドライブ回路(FETゲート駆動回路)25と、を備えている。
ここで、操舵補助電流指令値算出マップは、図3に示すように、横軸に操舵トルクTをとり、縦軸に電流指令値Irefをとると共に、車速検出値Vをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクTが“0”からその近傍の設定値Ts1までの間は電流指令値Irefが“0”を維持し、操舵トルクTが設定値Ts1を超えると最初は電流指令値Irefが操舵トルクTの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクTが増加すると、その増加に対して電流指令値Irefが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が、車速Vが増加するに従って傾きが小さくなるように設定されている。
一方、制御演算装置23は、モータ電流検出回路14で検出されたモータ電流Imu及びImvを読込み、モータ電流Imu及びImvに基づいてモータ電流Imwを算出する。
モータ駆動回路24は、2つの電界効果トランジスタFET1及びFET2が直列に接続された直列回路と、この直列回路と並列に接続された同様に2つの電界効果トランジスタFET3及びFET4の直列回路、電界効果トランジスタFET5及びFET6の直列回路とで所謂インバータが構成されている。
このモータ駆動回路24には、降圧回路40から出力される電圧Vd_regが供給され、その電圧Vd_regをもとに駆動制御されるようになっている。
降圧回路40は、リレー31とモータ駆動回路24との間に配置されており、リレー31を介して入力されるバッテリ電圧Vbを降圧して電圧Vd_regを生成し、この電圧Vd_regをモータ駆動回路24に出力する。
この降圧回路40は、制御演算装置23から出力される電圧制御信号が入力されることで、電動モータ12の駆動状態に応じて降圧電圧Vd_regを制御可能に構成されている。
図4は、降圧回路40の回路構成を示す図である。
この図4に示すように、降圧回路40は、バッテリ17の出力側にドレインが接続された電界効果トランジスタ(FET)41と、このFET41のソースに一端が接続されたリアクトルLdと、FET41及びリアクトルLdとの接続点と接地との間にアノードを接地側として介挿されたダイオードD1と、リアクトルLdの他端と接地との間に介挿された平滑用コンデンサC1とで構成され、平滑用コンデンサC1の両端から電圧Vd_regが出力される。
ステップS3では、降圧回路40のFET41をON/OFF制御するための電圧制御信号(所定の降圧用デューティ比Dsd)を降圧回路40に対して出力してから、降圧電圧制御処理を終了する。このように、FET41をON/OFF制御することで、降圧回路40からの出力電圧をバッテリ電圧Vbより降圧する。
このように、本実施形態では、電流指令値Irefが降圧判定閾値Aより小さく、且つモータ角速度ωが降圧判定閾値Bより小さい微舵領域では、バッテリ電圧Vbを降圧した電圧Vd_regをもとにモータ駆動回路24を駆動制御し、電流指令値Irefが降圧判定閾値A以上、若しくはモータ角速度ωが降圧判定閾値B以上である高負荷領域では、バッテリ電圧Vbを降圧せず、バッテリ電圧Vbとほぼ同等の電圧Vd_regをもとにモータ駆動回路24を駆動制御する。
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
今、緩やかなカーブ路において、運転者が中立位置付近でステアリング操作を行っているものとする。この場合、トルクセンサ3から比較的小さい操舵トルクTが検出され、制御演算装置23では、降圧判定閾値Aより小さい電流指令値Irefが演算されると共に、回転角センサ13から検出されるモータ回転角θに基づいて、降圧判定閾値Bより小さいモータ角速度ωが演算される。そのため、制御演算装置23は、図5のステップS1でYes、ステップS2でYesと判定してステップS3に移行し、降圧回路40のFET41をON/OFF制御するための電圧制御信号として、所定の降圧用デューティ比Dsdを降圧回路40に対して出力する。これにより、降圧回路40は、バッテリ電圧Vbを降圧した電圧Vd_regを生成し、これをモータ駆動回路24へ供給する。
しかしながら、マイクロコンピュータやマイクロプロセッサ等の演算装置から出力されるPWM信号の分解能は、演算装置の動作周波数により制限されてしまい、例えば、動作周波数が20MHz(クロック周期50ns)の場合、分解能は50μs÷50ns=1000となる。つまり、PWM駆動により制御できるモータ駆動電圧の最小分解能は、供給電圧÷1000[V]となる。
このとき、Vd_reg<Vbであるため、最小分解能Vd_reg÷1000[V]は、バッテリ電圧Vbをそのままモータ駆動電圧として使用する場合の最小分解能Vb÷1000[V]より小さくできる。したがって、降圧した電圧Vd_regをモータ駆動電圧として使用した場合の方が、モータ駆動電圧をより緻密に制御することができる。
さらに、電流指令値が所定の電流指令値閾値より小さく、且つモータ角速度が所定の角速度閾値より小さいときに電源電圧を降圧するので、滑らかな操舵フィーリングが要求される微舵領域における緻密なPWM制御を可能とすると共に、電流指令値が上記電流指令値閾値以上、若しくはモータ角速度が上記角速度閾値以上となる高負荷領域では、電源電圧を降圧せずに制御することで、適切にモータ出力を得ることができる。
さらに、上記実施形態においては、電動モータとして3相ブラシレスモータを適用する場合について説明したが、ブラシ付きモータを適用することもできる。
Claims (3)
- 操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、半導体素子で構成された駆動回路を介して駆動され、操舵系に対して操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置において、
車載バッテリと前記駆動回路との間に、前記車載バッテリのバッテリ電圧を降圧して前記駆動回路に供給する降圧回路を備え、
前記降圧回路は、前記電動モータの駆動状態が、滑らかな操舵フィーリングが要求される微舵領域であることを示すとき、当該電動モータの駆動状態に応じて、前記駆動回路に供給する降圧電圧を前記車載バッテリのバッテリ電圧よりも降圧することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記モータ制御手段は、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段を有し、該電流指令値演算手段で演算した電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するものであり、前記降圧回路は、前記電流指令値演算手段で演算した電流指令値とモータ角速度との関数にて、車載バッテリのバッテリ電圧を降圧して前記駆動回路に供給する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。
- 前記降圧回路は、前記電流指令値が所定の電流指令値閾値よりも小さく、且つ前記モータ角速度が所定の角速度閾値より小さいとき、車載バッテリのバッテリ電圧を降圧して前記駆動回路に供給す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。
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