JP5768998B2 - モータ制御装置および車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
電動パワーステアリング装置は、電動パワーステアリング用モータ(EPS(Electric Power Steering)用モータ)を含む。テレスコピック調整装置は、テレスコピック調整用モータを含む。チルト調整装置は、チルト調整用モータを含む。EPS用モータは、たとえば、三相ブラシレスモータである。テレスコピック調整用モータおよびチルト調整用モータは、たとえば、ブラシ付直流モータである。
FET(電界効果トランジスタ:field Effect Transistor)等のスイッチング素子を含んでいるため、多数のスイッチング素子が必要となる。
この発明の目的は、1つの駆動回路によって、三相モータと2つの直流モータとを駆動することが可能となるモータ制御装置を提供することである。
この構成では、前記時分割駆動時には、第2相に対応するローサイドのスイッチング素子(図2の例ではFET4)のオンオフに同期して、第1のスイッチ(R1)がオンオフされ、第2相に対応するハイサイドのスイッチング素子(図2の例ではFET3)のオンオフに同期して、第2のスイッチ(R2)がオンオフされる。
この構成では、前記時分割駆動時には、第2相に対応するハイサイドのスイッチング素子(図2の例ではFET3)のオンオフに同期して、第1のスイッチ(R1)がオンオフされ、第2相に対応するローサイドのスイッチング素子(図2の例ではFET4)のオンオフに同期して、第2のスイッチ(R2)がオンオフされる。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を含む車両用操舵装置の概略的な構成を示す模式図である。
車両用操舵装置は、ステアリングホイール(操舵部材)1と、ステアリングコラム2と、電動パワーステアリング装置3と、電動テレスコピック調整装置(図示略)と、電動チルト調整装置(図示略)と、モータ制御装置としての電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)10とを備えている。
電動パワーステアリング装置3は、運転者の操舵を補助するための装置である。電動テレスコピック調整装置は、ステアリングホイール1の前後位置(コラム軸方向位置)を調整するための装置である。電動チルト調整装置は、ステアリングホイール1の上下位置(コラム軸方向に対する傾動位置)を調整するための装置である。ECU10は、電動パワーステアリング装置3と、電動テレスコピック調整装置と、電動チルト調整装置とを制御するための装置である。電動テレスコピック調整装置と電動チルト調整装置とを総称して位置調整装置という場合がある。
電動テレスコピック調整装置は、ステアリングホイール1をコラム軸方向に移動させるための機構と、この機構を駆動するためのテレスコピック調整用モータ(以下、「テレスコピックモータ8」という)を含んでいる。テレスコピックモータ8は、この実施形態では、ブラシ付直流モータからなる。
ECU10は、各モータ6,8,9の駆動電力を生成する駆動回路11と、駆動回路11を制御するための制御部12とを備えている。制御部12は、CPU(中央処理装置)とこのCPUの動作プログラム等を記憶したメモリ(ROM,RAM、書き換え可能な不揮発性メモリ等)とを含むマイクロコンピュータで構成されている。
この駆動回路11では、EPS用モータ6のU相に対応した一対の電界効果トランジスタFET1,FET2の直列回路と、V相に対応した一対の電界効果トランジスタFET3,FET4の直列回路と、W相に対応した一対の電界効果トランジスタFET5,FET6の直列回路とが、直流電源13と接地との間に並列に接続されている。以下において、各相の一対のFETのうち、電源13側のものを「ハイサイドFET」といい、接地側のものを「ローサイドFET」という場合がある。
テレスコピックモータ8は、U相配線15とV相配線16との間に、第2の給電回路21,22を介して接続されている。具体的には、テレスコピックモータ8の正極側端子(+)は、第1接続線21およびテレスコピックリレーR1を介してU相配線15に接続されている。一方、テレスコピックモータ8の負極側端子(−)は、第2接続線22を介してV相配線16に接続されている。テレスコピックモータ8の周囲には、テレスコピックモータ8のロータの回転位置(ロータ回転角)を検出するための回転位置センサ24が設けられている。この実施形態では、テレスコピックモータ8が正転方向に回転されるとステアリングホイール1の位置が車両の後方に移動し、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転されるとステアリングホイール1の位置が車両の前方に移動する。
ローサイドFET2,FET4およびFET6と接地とを接続するための各接続線には、EPS用モータ6のV相、W相およびU相の相電流IV,IW,IUを検出するための電流センサ27V,27W,27Uがそれぞれ設けられている。これらの電流センサ27V,27W,27Uは、テレスコピックモータ8、チルトモータ9等に流れる電流を検出するために用いることが可能である。これらの電流センサ27V,27W,27Uは、制御部12に接続されている。
メモリ制御キー35は、ステアリングホイール1の現在位置(テレスコピックモータ8の回転位置およびチルトモータ9の回転位置)を不揮発性メモリに記憶させたり、不揮発性メモリに記憶されている位置までステアリングホイール1の位置を自動的に移動させたりするために使用されるキーである。運転手は、ステアリングホイール1の現在位置を不揮発性メモリに記憶させたい場合にはメモリ制御キー35を長押し、不揮発性メモリに記憶されている位置までステアリングホイール1の位置を自動的に移動させたい場合には、メモリ制御キー35を短押しする。「長押し」とは、メモリ制御キー35を所定時間以上にわたって押下し続ける操作をいい、「短押し」とは、前記所定時間より短い期間だけメモリ制御キー35を押下する操作をいう。
制御部12は、常時は、EPS用リレー18A,18Bをオン状態とし、操舵トルクセンサ32によって検出される操舵トルク、車速センサ31によって検出される車速、電流センサ27U,27V,27Wによって検出される相電流および回転位置センサ19によって検出されるEPS用モータ6の回転位置(ロータ回転角)に基づいて、EPS用モータ6を制御する。具体的には、制御部12は、操舵トルクと車速とに基づいて目標電流値を決定し、実際のモータ電流が目標電流値に近づくようにFET1〜FET6を制御する。
位置調整用モータ(テレスコピックモータ8またはチルトモータ9)を駆動する場合の制御モードには、単独制御モードと、同時制御モードと、メモリ制御モードとがある。単独制御モードは、テレスコピックモータ8またはチルトモータ9を単独で駆動するための制御モードである。同時制御モードは、テレスコピックモータ8とチルトモータ9とをほぼ同時に駆動するための制御モードである。メモリ制御モードは、ステアリングホイール1の現在位置を不揮発性メモリに記憶させたり、不揮発性メモリに記憶されている位置までステアリングホイール1の位置を自動的に移動させたりするための制御モードである。
第3モード:位置調整用モータ8,9のうち、チルトモータ9のみが正転方向に回転するモードであり、キー34Uの操作に基づいて設定されるモードである。
第4モード:位置調整用モータ8,9のうち、チルトモータ9のみが逆転方向に回転するモードであり、キー34Dの操作に基づいて設定されるモードである。
第6モード:テレスコピックモータ8が正転方向に回転するとともにチルトモータ9が逆転方向に回転するモードであり、キー34RDの操作に基づいて設定されるモードである。
第8モード:テレスコピックモータ8が逆転方向に回転するとともにチルトモータ9が逆転方向に回転するモードであり、キー34FDの操作に基づいて設定されるモードである。
第1モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第1のFET1および第4のFET4がオンとされる。したがって、電源14から、第1のFET1、テレスコピックリレーR1、テレスコピックモータ8および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8の正極側端子(+)に正電圧が印加されるので、テレスコピックモータ8が正転方向に回転する。
第2モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第2のFET2および第3のFET3がオンとされる。したがって、電源14から、第3のFET3、テレスコピックモータ8、テレスコピックリレーR1および第2のFET2を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8の負極側端子(−)に正電圧が印加されるので、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転する。
第3モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第4のFET4および第5のFFET5がオンとされる。したがって、電源14から、第5のFET5、チルトリレーR2、チルトモータ9および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れる。これにより、チルトモータ9の正極側端子(+)に正電圧が印加されるので、チルトモータ9が正転方向に回転する。
第4モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第3のFET3および第6のFET6がオンとされる。したがって、電源14から、第3のFET3、チルトモータ9、チルトリレーR2および第6のFET6を通って、接地へと電流が流れる。これにより、チルトモータ9の負極側端子(−)に正電圧が印加されるので、チルトモータ9が逆転方向に回転する。
第5モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第1のFET1、第4のFET4および第5のFET5がオンとされる。したがって、電源14から、第1のFET1、テレスコピックリレーR1、テレスコピックモータ8および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れるとともに、電源14から、第5のFET5、チルトリレーR2、チルトモータ9および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8が正転方向に回転するとともに、チルトモータ9が正転方向に回転する。この場合には、テレスコピックモータ8とチルトモータ9とが並列運転される。
第8モードでは、位置調整用リレーR1,R2がオンされるとともに、第2のFET2、第3のFET3および第6のFET6がオンとされる。したがって、電源14から、第3のFET3、テレスコピックモータ8、テレスコピックリレーR1および第2のFET2を通って、接地へと電流が流れるとともに、電源14から、第3のFET3、チルトモータ9、チルトリレーR2および第6のFET6を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転するとともに、チルトモータ9が逆転方向に回転する。この場合には、テレスコピックモータ8とチルトモータ9とが並列運転される。
図9は、第6モードにおけるECU10の動作を説明するためのタイムチャートである。図10Aおよび図10Bは、第6モードにおけるECU10の動作を説明するための電気回路図である。
具体的には、図9に示すように、第1のFET1および第6のFET6がオン状態とされると同時に、第4のFET4およびテレスコピックリレーR1がオンされる。そうすると、図10Aに示されるように、電源14から、第1のFET1、テレスコピックリレーR1、テレスコピックモータ8および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8の正極側端子(+)に正電圧が印加されるので、テレスコピックモータ8が正転方向に回転する。
次に、第7モードにおけるECU10の動作を説明する。第7モードは、この実施形態では、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転され、チルトモータ9が正転方向に回転される動作モードである。この場合、位置調整用リレーR1,R2をオンにするとともに、第2のFET2および第5のFET5をオンすることによって、チルトモータ9側からテレスコピックモータ8側に電流が流れるように、テレスコピックモータ8とチルトモータ9とを直列運転することが考えられる。しかしながら、テレスコピックモータ8とチルトモータ9とを直列運転すると、各モータ8,9に印加される電圧が低下するため、各モータ8,9のトルクが低下する。
図11は、第7モードにおけるECU10の動作を説明するためのタイムチャートである。図12Aおよび図12Bは、第7モードにおけるECU10の動作を説明するための電気回路図である。
具体的には、図11に示すように、第2のFET2および第5のFET5がオン状態とされると同時に、第3のFET3およびテレスコピックリレーR1がオンされる。そうすると、図12Aに示されるように、電源14から、第3のFET3、テレスコピックモータ8、テレスコピックリレーR1および第2のFET2を通って、接地へと電流が流れる。これにより、テレスコピックモータ8の負極側端子(−)に正電圧が印加されるので、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転する。
図13は、制御部12の動作を説明するためのフローチャートである。
イグニッションキーがオンされると、制御部12は、入出力ポート(I/Oポート)を初期化する(ステップS1)。そして、制御部12は、位置調整装置の初期設定を行う(ステップS2)。具体的には、制御部12は、ステアリングホイール1の位置が所定の初期位置となるように、テレスコピックモータ8およびチルトモータ9を制御する(ステップS2)。
前記ステップS8において、EPS電流の絶対値が所定のしきい値A未満であると判別された場合には(ステップS8:YES)、制御部12は、操舵角が中立位置付近の不感帯であると判断し、EPS用リレー18A,18Bをオフする(ステップS9)。この後、制御部12は、位置調整用リレー(テレスコピック用リレーR1およびチルト用リレーR2)をオンさせる(ステップS10)。そして、制御部12は、位置調整モータ8,9の制御処理(位置調整制御処理)を行なう(ステップS11)。位置調整制御処理の詳細については後述する。
まず、制御部12は、制御モードが単独制御モード(第1モード〜第4モード)であるか否かを判別する(ステップS21)。この判別は、前記ステップS3で読み込まれた8つの位置調整キー34およびメモリ制御キー35のオンオフ状態に基づいて行われる。具体的には、制御部12は、単独調整キー(チルト調整キー34U,34Dおよびテレスコピック調整キー34F,34R)のうちの1つがオンとなっているときには、制御モードが単独制御モードであると判別する。また、同時調整キー34RU,34RD,34FU,34FDのうちの1つがオンとなっているときには、制御部12は制御モードが同時制御モードであると判別する。また、メモリ制御キー35がオンとなっている場合には、制御部12は、制御モードがメモリ制御モードであると判別する。
前記ステップS24において、位置調整操作が行なわれていると判別された場合には(ステップS24:YES)、制御部12は、前記ステップS23で読み込まれた位置調整キー34およびメモリ制御キー35のオンオフ状態に基づいて、オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じであるか否かを判別する(ステップS28)。つまり、同じキーが押下され続けているか否かが判別される。オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じである場合には(ステップS28:YES)、ステップS23に戻る。この場合には、FET1〜FET6のオンオフ状態は、そのまま維持される。
前記ステップS21において、制御モードが単独制御モードではないと判別された場合には(ステップS21:NO)、図15のステップS30に移行する。ステップS30では、制御部12は、制御モードが同時制御モードであるか否かを判別する。具体的には、4つの同時調整キー34RU,34RD,34FU,34FDのうちの1つがオンとなっているときには、制御部12は制御モードが同時制御モードであると判別する。制御モードが同時制御モードである場合には(ステップS30:YES)、制御部12は、動作モードが第5モードであるか否かを判別する(ステップS31)。具体的には、同時調整キー34RUがオンとなっているか否かを判別する。動作モードが第5モードである場合には(ステップS31:YES)、制御部12は、第1のFET1、第4のFET4および第5のFET5をオンさせる(ステップS32)。これにより、テレスコピックモータ8およびチルトモータ9が第5モード(図7参照)で駆動される。
前記ステップS34において、位置調整操作が行なわれていると判別された場合には(ステップS34:YES)、制御部12は、前記ステップS33で読み込まれた位置調整キー34およびメモリ制御キー35のオンオフ状態に基づいて、オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じであるか否かを判別する(ステップS35)。つまり、同じキーが押下され続けているか否かが判別される。オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じである場合には(ステップS35:YES)、ステップS33に戻る。この場合には、FET1〜FET6のオンオフ状態は、そのまま維持される。
前記ステップS31において、動作モードが第5モードではないと判別された場合には(ステップS31:NO)、制御部12は、動作モードが第8モードであるか否かを判別する(ステップS37)。具体的には、同時調整キー34FDがオンとなっているか否かを判別する。動作モードが第8モードである場合には(ステップS37:YES)、制御部12は、第2のFET2、第3のFET3および第6のFET6をオンさせる(ステップS38)。これにより、テレスコピックモータ8およびチルトモータ9が第8モード(図8参照)で駆動される。
前記ステップS40において、位置調整操作が行なわれていると判別された場合には(ステップS40:YES)、制御部12は、前記ステップS39で読み込まれた位置調整キー34およびメモリ制御キー35のオンオフ状態に基づいて、オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じであるか否かを判別する(ステップS41)。つまり、同じキーが押下され続けているか否かが判別される。オンとなっているキーが前回にオンであったキーと同じである場合には(ステップS41:YES)、ステップS39に戻る。この場合には、FET1〜FET6のオンオフ状態は、そのまま維持される。
前記ステップS37において、動作モードが第8モードではないと判別された場合には(ステップS37:NO)、制御部12は、図16のステップS42に移行する。ステップS42では、制御部12は、位置制御用リレーR1,R2をオフにさせる。そして、制御部12は、動作モードが第6モードであるか否かを判別する(ステップS43)。具体的には、同時調整キー34RDがオンとなっているか否かを判別する。動作モードが第6モードである場合には(ステップS43:YES)、図9に示すように、制御部12は、第1のFET1および第6のFET6をオンさせた後に(ステップS44)、第4のFET4をオンさせる(ステップS45)。また、制御部12は、テレスコピックリレーR1をオンさせる(ステップS46)。これにより、図10Aに示すように、電源14から、第1のFET1、テレスコピックリレーR1、テレスコピックモータ8および第4のFET4を通って、接地へと電流が流れる。この結果、テレスコピックモータ8が正転方向に回転する。
前記ステップS58において、位置調整操作が行なわれていないと判別された場合には(ステップS58:NO)、制御部12はステップS25(図14参照)に戻る。
ステップS62では、図11に示すように、制御部12は、第2のFET2および第5のFET5をオンさせる。また、制御部12は、第3のFET3をオンさせるとともに(ステップS63)、テレスコピックリレーR1をオンさせる(ステップS64)。これにより、図12Aに示すように、電源14から、第3のFET3、テレスコピックモータ8、テレスコピックリレーR1および第2のFET2を通って、接地へと電流が流れる。この結果、テレスコピックモータ8が逆転方向に回転する。
前記ステップS76において、位置調整操作が行なわれていないと判別された場合には(ステップS76:NO)、制御部12はステップS25(図14参照)に戻る。
ステップS80では、制御部12は、メモリ制御キー25の操作が短押であるか長押しであるかを判別するために、位置調整用入力ポートのうち、メモリ制御キー35の操作信号が入力される入力ポート(メモリ入力ポート)の読み込みを、所定時間にわたって繰り返し行う(ステップS80,S81)。そして、制御部12は、メモリ制御キー35が長押しされたか短押しされたかを判別する(ステップS82)。メモリ制御キー35が長押しされたと判別された場合には(ステップS82:YES)、制御部12は、ステアリングホイール1の現在位置を不揮発性メモリに記憶する(ステップS83)。具体的には、制御部12は、現在のチルトモータ9の回転位置と、現在のテレスコピックモータ8の回転位置とを不揮発性メモリに記憶する。そして、ステップS25(図14参照)に移行する。なお、ステップS83の処理によって、不揮発性メモリに最新に記憶されたチルトモータ9の回転位置を「チルト用記憶値」といい、不揮発性メモリに最新に記憶されたテレスコピックモータ8の回転位置を「テレスコピック用記憶値」ということにする。
また、前述したように、チルトモータ9およびテレスコピックモータ8を直列運転可能な動作モードである第6モードまたは第7モードにおいては、チルトモータ9およびテレスコピックモータ8を時分割駆動させることができる。このため、第6モードまたは第7モードにおいて、これらのモータ8,9のトルクが低下するのを防止できる。この際、駆動回路11内のFETのうち、第3のFET3と第4のFET4とが交互にオンオフされるだけなので、三相ブリッジインバータ回路内のスイッチング素子の制御が簡単となる。
Claims (5)
- 三相モータと、
前記三相モータの第1相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子と、前記三相モータの第2相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子と、前記三相モータの第3相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子とを有し、前記第1相、第2相および前記第3相にそれぞれ対応する第1相配線、第2相配線および第3相配線からなる第1の給電回路を介して前記三相モータに接続された三相ブリッジインバータ回路と、
前記第1の給電経路を開閉するための経路開閉手段と、
正極側端子が第2の給電回路を介して前記第1相配線に接続され、負極側端子が前記第2の給電回路を介して前記第2相配線に接続された第1の直流モータと、
正極側端子が第3の給電回路を介して前記第3相配線に接続され、負極側端子が前記第3の給電回路を介して前記第2相配線に接続された第2の直流モータと、
前記第2の給電回路のうち、前記第1相配線と前記第1の直流モータとを接続する部分を開閉する第1のスイッチと、
前記第3の給電回路のうち、前記第3相配線と前記第2の直流モータとを接続する部分を開閉する第2のスイッチと、
前記第1の直流モータが正転方向に回転し、前記第2の直流モータが逆転方向に回転する動作モードにおいて、前記第1の直流モータと前記第2の直流モータとを時分割駆動させる制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記第1相に対応するハイサイドのスイッチング素子と前記第3相に対応するローサイドのスイッチング素子とをオン状態とし、前記第2相に対応するローサイドのスイッチング素子およびハイサイドのスイッチング素子を交互にオンオフさせるとともに、これと同期して、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを交互にオンオフさせるように構成されている、モータ制御装置。 - 前記制御手段は、前記第2相に対応するローサイドのスイッチング素子のオンオフに同期して、前記第1のスイッチをオンオフさせ、前記第2相に対応するハイサイドのスイッチング素子のオンオフに同期して、前記第2のスイッチをオンオフさせるように構成されている、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 三相モータと、
前記三相モータの第1相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子と、前記三相モータの第2相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子と、前記三相モータの第3相に対応したハイサイドおよびローサイドのスイッチング素子とを有し、前記第1相、第2相および前記第3相にそれぞれ対応する第1相配線、第2相配線および第3相配線からなる第1の給電回路を介して前記三相モータに接続された三相ブリッジインバータ回路と、
前記第1の給電経路を開閉するための経路開閉手段と、
正極側端子が第2の給電回路を介して前記第1相配線に接続され、負極側端子が前記第2の給電回路を介して前記第2相配線に接続された第1の直流モータと、
正極側端子が第3の給電回路を介して前記第3相配線に接続され、負極側端子が前記第3の給電回路を介して前記第2相配線に接続された第2の直流モータと、
前記第2の給電回路のうち、前記第1相配線と前記第1の直流モータとを接続する部分を開閉する第1のスイッチと、
前記第3の給電回路のうち、前記第3相配線と前記第2の直流モータとを接続する部分を開閉する第2のスイッチと、
前記第1の直流モータが逆転方向に回転し、前記第2の直流モータが正転方向に回転する動作モードにおいて、前記第1の直流モータと前記第2の直流モータとを時分割駆動させる制御手段とを含み、
前記制御手段は、第3相に対応するハイサイドのスイッチング素子と第1相に対応するローサイドのスイッチング素子とをオン状態とし、前記第2相に対応するハイサイドのスイッチング素子およびローサイドのスイッチング素子を交互にオンオフさせるとともに、これと同期して、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを交互にオンオフさせるように構成されている、モータ制御装置。 - 前記制御手段は、前記第2相に対応するハイサイドのスイッチング素子のオンオフに同期して、前記第1のスイッチをオンオフさせ、前記第2相に対応するローサイドのスイッチング素子のオンオフに同期して、前記第2のスイッチをオンオフさせるように構成されている、請求項3に記載のモータ制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置を含み、
前記三相モータが電動パワーステアリング用の三相ブラシレスモータであり、
前記第1の直流モータおよび前記第2の直流モータのうちのいずれか一方が操舵部材の所定の第1方向位置を調整するためのチルト調整用モータであり、他方が前記操舵部材の所定の第2方向位置を調整するためのテレスコピック調整用モータである、車両用操舵装置。
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