KR20050039630A - 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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KR20050039630A
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나가세시게키
사카마키마사히코
우에다타케시
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고요 세이코 가부시키가이샤
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Abstract

파워 스티어링 장치에 있어서, 모터 전류의 검출에 있어서의 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값의 측정값에 근거한 갱신을 동작중에 있어서도 수시로 행할 수 있도록 한다.
모터를 구동하기 위한 PWM 방식의 구동회로에 있어서 아암에 삽입된 검출 저항에 의하여, 해당 하부 아암내의 접지측 스위칭 소자를 흐르는 전류를 해당 스위칭 소자의 온 기간 뿐만 아니라, 오프 기간에 있어서도 순차적으로 검출하는 전류 검출 수단을 구비함과 함께, 상기 오프 기간에 있어서의 검출값(t=t1, t3, …에서의 검출값)에 의해 오프셋(offset) 보정값을 순차적으로 갱신하는 오프셋(offset) 갱신부와, 상기 온 기간에 있어서의 검출값(t=t2, t4, …에서의 검출값)을 그 오프셋(offset) 보정값으로 보정하는 것으로써, 모터 전류값(보정 후의 전류 검출값)을 산출하는 검출 전류값 보정부를 구비한다.

Description

파워 스티어링 장치{POWER-ASSISTED STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동 모터에 의해 차량의 스티어링 기구에 조타 보조력을 부여하는 파워 스티어링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해당 전동 모터에 흐르는 전류의 검출에 관한 것이다.
종래부터, 운전자가 핸들(스티어링 휠)에 가하여지는 조타 토크에 따라 전동 모터를 구동하는 것으로써, 스티어링 기구에 조타 보조력을 부여하는 전동 파워 스티어링 장치가 이용되고 있다. 상기 전동 파워 스티어링 장치에는 조타를 위한 조작 수단인 핸들에 가해지는 조타 토크를 검출하는 토크 센서가 설치되어 있고, 상기 토크 센서에서 검출되는 조타 토크에 근거하여 전동 모터에 공급해야 할 전류의 목표값(이하, 「전류 목표값」라 한다)이 설정된다. 그리고, 상기 전류 목표값과 전동 모터에 실제로 흐르는 전류의 값과의 편차에 근거하는 비례 적분 연산에 의하여, 전동 모터의 구동 수단에게 부여하여야 할 지령값이 생성된다. 전동 모터의 구동 수단은 그 지령값에 따른 듀티비의 펄스폭 변조 신호(이하, 「PWM 신호」라 한다)를 생성하는 PWM 신호 생성 회로와, 상기 PWM 신호의 듀티비에 따라 온/오프하는 파워트랜지스터를 이용하여 구성되는 모터 구동회로를 구비하고, 상기 듀티비에 따른 전압을 전동 모터에 인가한다. 상기 전압 인가에 의해 전동 모터에 흐르는 전류는 전류 검출기에 의해 검출되고, 전류 목표값과 전류 검출값과의 차이가 상기 지령값을 생성하기 위한 편차로서 사용된다.
상기와 같은 구성에 있어서, 모터에 흘려야 할 전류가 제로임에도 불구하고, 실제로는 전류 검출기에서 전류가 검출될 수 있다. 이러한 전류는 오프셋(offset) 전류라고 하며, 모터의 동작중, 전류 검출기에 의해 검출되는 검출 전류값은 해당 모터에 흐르고 있는 전류에 오프셋(offset) 전류가 중첩된 것이 된다. 상기 오프셋(offset) 전류는 전류 검출기에 있어서의 검출 전류값에 오차(「오프셋(offset) 오차」라고 한다)를 발생시키는 원인이 된다. 이러한 오프셋(offset) 오차가 발생하면, 검출된 전류값과 실제로 모터에 흐르는 전류의 값이 일치하지 않기 때문에, 모터의 전류 제어를 설정대로에 행할 수 없고, 그 결과, 운전자에게 위화감을 주게 된다.
그런데, 전동 파워 스티어링 장치의 구동원으로서는 종래는 브러쉬가 부착된 모터가 많이 이용되어 왔지만, 근래는 신뢰성 및 내구성의 향상이나 관성의 저감 등의 관점으로부터 브러시리스 모터도 사용되고 있다. 브러시리스 모터를 이용한 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기와 같은 오프셋(offset) 오차가 발생하면, 조타시에 토크 리플이 발생한다. 상기 토크 리플은 조타 조작에 있어서 운전자에게 큰 위화감을 주므로, 상기 오프셋(offset) 오차는 브러시리스 모터를 이용한 전동 파워 스티어링 장치에 있어서 특히 문제가 되고 있다.
이것에 대해 특허 문헌 1에는 스위치 소자의 브릿지 회로를 교락(橋絡)하기 위하여 접속하고 있는 전동기의 전류를 전류 검출부에 의해 검출하기 위하여 구성하고 있는 전동기의 전류 검출 회로이며, 상기 전동기를 구동하고 있지 않을 때의 상기 전류 검출부의 전류 검출 신호를 전동기의 전류가 제로 상태와 대응되는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기의 전류 검출 회로가 개시되어 있다. 상기 전동기의 전류 검출 회로에 의하면, 상기의 오프셋(offset) 오차를 보정할 수 있고, 이러한 오프셋(offset) 오차의 보정을 전동 파워 스티어링 장치에 있어서 행하면, 오프셋(offset) 오차에 기인하는 토크 리플을 억제할 수 있다. 그래서, 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 종래부터, 제품 조립시 또는 동작 개시시(점화 스위치를 온(on)하여 전원을 투입했을 때)에 전류 검출기에서 검출되는 검출값을 오프셋(offset) 보정값으로서 소정의 기억 수단에 기입하여 보호 유지하여 두고, 모터의 동작중에 전류 검출기에 의해 검출되는 검출값을 상기 오프셋(offset) 보정값에 의해 보정한다고 하는 구성이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2의 「종래의 기술」의 란참조).
그러나, 전류 검출기의 오프셋(offset)치는 전동 파워 스티어링 장치의 전원 투입 후의 동작중에 있어서 온도 변화 등의 환경 변화에 의해 변동하므로, 보호 유지되고 있는 오프셋(offset) 보정값에서는 전류 검출기에서의 검출값을 충분히 보정할 수 없는 경우가 있다.
이것에 대하여, 상기 구성을 전제로 하여 전원 투입 후의 모터 제어중에 있어서 모터 전류가 흐르지 않는 등의 특수한 상태로 장치를 설정하고, 그 상태에 있어서 전류 검출기에 의해 검출되는 검출값으로 상기 오프셋(offset) 보정값을 갱신하도록 한 전동 파워 스티어링 장치도 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 2 참조).
그러나, 이러한 특수한 상태로 장치를 설정해야 하는 필요성에서, 모터 제어 동작이 불연속이 되어 운전자에게 위화감을 주거나 오프셋(offset) 보정값을 갱신할 수 있는 시점이 한정되어 필요한 때에 오프셋(offset) 보정값을 갱신할 수 없거나 하는 경우가 있다.
(특허 문헌 1) 일본국 특허 제 2847406호 공보
(특허 문헌 2) 일본국 특개 평 8-119132호 공보
상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해서는 오프셋(offset) 오차를 보정하기 위한 오프셋(offset) 보정값을 전원 투입 후의 장치의 동작중에 있어서 수시 갱신할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명은 모터 전류의 검출에 있어서 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값의 측정값에 근거한 갱신을 동작중에 있어서도 수시 가능과 하는 것으로써, 조타 조작에 있어서 운전자에게 위화감을 주지 않도록 한 파워 스티어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1)제 1 발명은 차량 조타를 위한 조작 수단에 의한 조작에 따라 결정되는 목표값에 근거하여 전동 모터를 구동하는 것으로써, 해당 차량의 스티어링 기구에 조타 보조력을 부여하는 파워 스티어링 장치이며,
전원 라인 측에 배치된 제 1 스위칭 소자와 접지 라인 측에 배치된 제 2 스위칭 소자로 이루어지는 서로 직렬로 접속된 스위칭 소자쌍을 포함하고, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자와의 접속점에서 상기 전동 모터에 전류를 공급하는 PWM 방식의 구동 회로와,
상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자중 어느 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류의 검출값에 근거하여 보정하고, 보정 후의 검출값을 출력하는 보정 수단과,
상기 목표값과 상기 보정 후의 검출값에 근거하여 상기 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자를 온/오프 시키는 것으로 상기 전동 모터의 구동을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
(2)제 2 발명은 제(1)의 발명에 있어서,
상기 전류 검출 수단은 상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태가 되는 각 기간 및 상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태가 되는 각 기간에, 상기 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하고,
상기 보정 수단은,
상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 오프셋(offset) 보정값으로서 보호 유지하고, 상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 해당 오프셋(offset) 보정값에 근거하여 보정하고, 보정 후의 검출값을 출력하는 검출 전류값 보정 수단과,
상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 상기 보호 유지되고 있는 오프셋(offset) 보정값을 갱신하는 오프셋(offset) 갱신 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
(3)제 3 발명은 제 (1) 발명에 있어서,
상기 전류 검출 수단은 상기 한쪽의 스위칭 소자와 상기 전원 라인 또는 상기 접지 라인과의 사이에 삽입된 검출 저항을 포함하고, 상기 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 해당 검출 저항의 양단간의 전압에 근거하여 검출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
<1. 전체 구성>
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 구성을 그것에 관련된 차량 구성과 함께 도시하는 개략도이다. 상기 전동 파워 스티어링 장치는 조타를 위한 조작 수단으로서의 핸들(100)에 일단이 고착되는 스티어링 샤프트(102)와, 상기 스티어링 샤프트(102)의 타단에 연결된 랙 피니언 기구(104)와 핸들(100)의 조작에 의해 스티어링 샤프트(102)에 가해지는 조타 토크(Ts)를 검출하는 토크 센서(3)와, 해당 차량의 주행 속도를 도시한 차속 신호(Vs)를 출력하는 차속 센서(4)와 핸들 조작에 있어서의 운전자의 부하를 경감하기 위한 조타 보조력을 발생하는 3상 브러시리스 모터(6)와, 상기 조타 보조력을 랙 축으로 전달하는 볼 나사 구동부(11)와, 브러시리스 모터(6)의 로터 회전 위치를 검출하는 위치 검출 센서(12)와, 차량 적재 배터리(8)로부터 전원의 공급을 받아, 토크 센서(3), 차속 센서(4) 및 위치 검출 센서(12)로부터의 센서 신호에 근거하여 모터(6)의 구동을 제어하는 전자 제어 유닛(5:ECU)을 구비하고 있다.
운전자가 핸들(100)을 조작하면, 토크 센서(3)에 의해 검출된 조타 토크(Ts)와 차속 센서(4)로부터의 차속 신호(Vs)에 의해 나타나는 차속과 위치 검출 센서(12)에 의해 검출된 로터의 회전 위치에 근거하여, ECU(5)에 의해 모터(6)가 구동된다. 이것에 의해 모터(6)는 조타 보조력을 발생하고, 상기 조타 보조력이 볼 나사 구동부(11)를 개재하여 랙 축에 가해지는 것으로, 운전자의 부하가 경감된다. 즉, 핸들 조작에 의해 가해지는 조타 토크(Ts)와 모터(6)의 발생하는 조타 보조력에 의하여, 랙 축이 왕복운동을 행한다. 랙 축의 양단은 연결봉(tie-rod) 및 너클 암으로 이루어지는 연결 부재(106)를 개재하여 차바퀴(108)에 연결되어 있고, 랙 축의 왕복 운동에 따라 차바퀴(108)의 방향이 바뀐다.
<2. 제어장치의 구성 및 동작>
전동 파워 스티어링 장치의 구동원으로서 브러시리스 모터가 사용되는 경우, 일반적으로, 다음과 같은 정현파 전류에 의한 피드백 제어를 한다.
브러시리스 모터는 통상, 영구자석으로 이루어지는 계자(界磁)로서의 로터와, U상, V상 및 W상의 3상 코일로 이루어지는 고정자로 구성된다. 브러시리스 모터의 구동 제어부에서는 조타 토크에 따라 설정되는 목표값의 전류가 해당 모터에 흐르도록 비례 적분 연산에 의해 전압 지령값이 산출되고, 그 전압 지령값에 근거하여, 로터의 회전 위치에 따라 정현파 형상으로 변화하는 정현파 전압이 해당 모터에 인가된다. 전동 파워 스티어링 장치는 이와 같이 모터 전류를 제어하기 위한 전류 제어 수단을 구비하고 있고, 상기 전류 제어 수단에서는 통상, 모터 구동에 관한 3상 교류로서의 전압 및 전류는 로터로서의 계자(界磁)에 의한 자속(磁束) 방향의 d축(「직축」이라고도 한다)과 d축에 수직으로 d축으로부터 π/2만큼 위상이 진행된 q축(「횡축」이라고도 한다)으로 이루어지는 회전하는 직교 좌표계(「d-q좌표」라고 한다)로 표현된다. 이러한 d-q좌표에 의하면, 모터에 흘려야 할 전류를 d축 성분과 q축 성분으로 이루어지는 직류 전류로서 취급할 수 있다. 이 경우, 전류 목표값과 실제로 모터에 흐르는 전류의 검출값과의 편차에 대한 비례 적분 연산이 d축 성분과 q축 성분의 각각에 대하여 행하여지고, 상기 비례 적분 연산에 의하여, 브러시리스 모터의 구동을 위한 전압 지령값으로서 d축 전압 지령값과 q축 전압 지령값이 산출된다. 그리고, 이러한 d축 및 q축 전압 지령값이 좌표변환에 의하여, 로터의 회전 위치에 따라 정현파 형상으로 변화하는 전압의 지령값인 U상, V상 및 W상 전압 지령값으로 변환되고, 그것들 U상, V상 및 W상 전압 지령값에 근거하여 브러시리스 모터가 구동된다.
본 실시 형태에 있어서도, 상기와 같은 d-q좌표계를 도입하여 전류 목표값 및 모터 전류의 검출값의 해당 d-q좌표상의 값에 근거하여 브러시리스 모터(6)가 구동된다. 이하, 이러한 본 실시 형태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치의 제어장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 실시 형태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치의 제어장치인 ECU(5)의 구성을 도시한 블럭도이다. 상기 ECU(5)는 마이크로 컴퓨터(10:이하, 「마이컴」이라고 약기한다)와 모터 구동부로 구성된다. 마이컴(10)은 그 내부의 메모리에 격납된 소정의 프로그램을 실행하는 것으로써, 차속(車速) 연산부(184)와, 목표 전류 연산부(114)와 감산기(122, 124)와 d축 전류 PI제어부(126)와, q축 전류 PI제어부(128)와, d-q/3상 교류 좌표변환부(132)와, 부호 반전 가산기(134)와, 3상 교류/d-q좌표변환부(138)와, 검출 전류값 보정부(170), 오프셋(offset) 갱신부(172)로 이루어지는 모터 제어부로서 기능한다. 목표 전류 연산부(114)에는 기본 어시스트 제어부(180)와 모터 전류 지령값 연산부(188)가 포함되어 있다. 모터 구동부는 모터 제어부로서의 마이컴(10)에서 출력되는 전압 지령값에 근거하여 3상의 브러시리스 모터(6)를 구동하는 하드웨어(회로)이며, PWM 신호 생성 회로(150)와, 모터 구동 회로(152)와, U상 전류 검출기(156)와, V상 전류 검출기(154)와, 로터 각도 위치 검출기(162)로 구성된다.
상기 전동 파워 스티어링 장치가 탑재된 차량에 있어서, 핸들(100)이 조작되면, 토크 센서(3)에 의해 검출되는 조타 토크(Ts)가 ECU(5)에 입력됨과 함께, 차속 센서(4)에 의해 검출되는 차속 신호(Vs)도 ECU(5)에 입력된다. 차속 연산부(184)에서는 차속 신호(Vs)에 근거하여 차속(V)이 산출된다. 또한, 모터(6)에 부착된 위치 검출 센서(12)로부터 출력되는 센서 신호에 근거하여, 모터 각도 위치 검출기(162)는 모터(6)의 로터인 회전 계자(界磁)의 회전 위치, 즉, 전기각(θre)을 나타내는 신호를 출력한다.
기본 어시스트 제어부(180)는 어시스트 맵이라는 조타 토크와 전류 목표값을 대응짓는 테이블을 참조하여, 조타 토크(Ts)와 차속(V)에 근거하여, 모터(6)에 흘려야 할 전류 목표값(It)을 결정한다. 모터 전류 지령값 연산부(188)는 전류 목표값(It)에 근거하여 q축 전류 지령값(iq*)을 출력한다.
모터 전류 지령값 연산부(188)로부터 출력되는 q축 전류 지령값(iq*)은 모터(6)가 발생해야 할 토크에 대응하는 전류값이며, 감산기(124)에 입력된다. 한편, d축 전류 지령값(id*)은 토크에 관여하지 않기 때문에 id*=0로서, 감산기(122)에 입력된다.
U상 전류 검출기(156) 및 V상 전류 검출기(154)는 각각 모터의 U상 코일, V상 코일에 흐르는 전류를 검출하고, U상 전류 검출 신호(Siu)와 V상 전류 검출 신호(Siv)를 각각 출력한다. 본 실시 형태에서는 후술하는 바와 같이, 모터 구동 회로(152)내에 있어서 U상 및 V상에 대응하는 전력용 스위칭 소자와 접지 라인과의 사이에 검출 저항을 삽입하고, U상 전류 검출기(156) 및 V상 전류 검출기(154)는 그것들 검출 저항의 양단간의 전압에 근거하여 U상 전류 검출 신호(Siu) 및 V상 전류 검출 신호(Siv)를 각각 출력한다. 여기서, U상 전류 검출 신호(Siu)는 모터(6)에 실제로 흐르는 U상 전류의 값을, V상 전류 검출 신호(Siv)는 모터(6)에 실제로 흐르는 V상 전류의 값을, 각각 나타내는 전압 신호이지만, 이들 전압 신호에 의해 나타나는 전류값에는 실제로 모터(6)에 흐른 전류의 값에 오프셋(offset) 전류의 값이 중첩되어 있다. 이러한 U상 전류 검출 신호(Siu) 및 V상 전류 검출 신호(Siv)는 검출 전류값 보정부(170) 및 오프셋(offset) 갱신부(172)에 입력된다. 또한, 하드웨어적으로는 아날로그 전압 신호로서의 U상 전류 검출 신호(Siu) 및 V상 전류 검출 신호(Siv)가 마이컴(10)에 입력되고, 마이컴(10)에 내장된 A/D변환기에 의하여, U상 전류 검출값 및 V상 전류 검출값을 각각 나타내는 표본화값으로서의 디지털값으로 변환된다. 그리고, 이들 디지털값으로서의 U상 전류 검출값(이하, 이것을 기호 "iu*로 나타내기로 한다) 및 V상 전류 검출값(이하, 이것을 기호 "iv*로 나타내는 것으로 한다)이 마이컴(10)에 의해 소프트웨어적으로 실현된 검출 전류값 보정부(170) 및 오프셋(offset) 갱신부(172)에 입력된다. 이들 검출 전류값 보정부(170)와 오프셋(offset) 갱신부(172)는 U상 전류 검출값(iu) 및 V상 전류 검출값(iv)에 대해서 오프셋(offset) 보정을 실시하는 것으로, U상 모터 전류값(imu:보정 후의 U상 전류 검출값) 및 V상 모터 전류값(보정 후의 V상 전류 검출값)을 산출하는 보정 수단으로서 기능한다.
검출 전류값 보정부(170)는 모터(6)에 흐르는 U상 전류가 제로일 때의 U상 전류 검출값을 U상 오프셋(offset) 보정값(iu0)으로서 모터(6)에 흐르는 V상 전류가 제로일 때의 V상 전류 검출값을 V상 오프셋(offset) 보정값(iv0)으로서, 각각 보호 유지하고 있고, 이러한 오프셋(offset) 보정값(iu0 및 iv0)에 근거하여 상기의 U상 전류 검출값(iu) 및 V상 전류 검출값(iv)을 보정하는 것으로써, U상 모터 전류값(imu) 및 V상 모터 전류값(imv)을 산출한다. 오프셋(offset) 갱신부(172)는 상기의 U상 전류 검출값(iu) 및 V상 전류 검출값(iv)으로부터 새로운 오프셋(offset) 보정값을 차례차례 취득하고, 그 새로운 오프셋(offset) 보정값에 의하여, 검출 전류값 보정부(170)에 보호 유지되는 상기 오프셋(offset) 보정값(iu0 및 iv0)을 차례차례 갱신한다. 이러한 검출 전류값 보정부(170) 및 오프셋(offset) 갱신부(172)의 동작의 자세한 것은 후술한다.
3상 교류/d-q좌표변환부(138)는 로터의 전기각(θre)에 근거하여, U상 모터 전류값(imu) 및 V상 모터 전류값(imv)을 d―q좌표상의 값인 d축 모터 전류값(id) 및 q축 모터 전류값(iq)으로 변환한다. 상기 d축 모터 전류값(id) 및 q축 모터 전류값(iq)은 감산기(122) 및 감산기(124)에 각각 입력된다.
감산기(122)는 d축 전류 지령값(id*)과 d축 모터 전류값(id)와의 편차 id*-id를 출력하고, d축 전류 PI제어부(126)는 상기 편차 id*-id에 근거하는 비례 적분 연산에 의해 d축 전압 지령값(vd*)을 생성한다. 한편, 감산기(124)는 q축 전류 지령값(iq*)과 q축 모터 전류값(iq)과의 편차 iq*-iq를 출력하고, q축 전류 PI제어부(126)은 상기 편차 iq*―iq에 근거하는 비례 적분 연산에 의해 q축 전압 지령값(vq*)을 생성한다. 이와 같이 하여 생성된 d축 전압 지령값(vd*) 및 q축 전압 지령값(vq*)은 d-q/3상 교류 좌표변환부(132)에 입력된다.
d-q/3상 교류 좌표변환부(132)는 모터(6)에 있어서 로터의 전기각θre에 근거하여, d축 전압 지령값(vd*) 및 q축 전압 지령값(vq*)을 3상 교류 좌표상의 값인 U상 전압 지령값(vu*) 및 V상 전압 지령값(vv*)으로 변환한다. 그리고, 부호 반전 가산기(134)는 U상 전압 지령값(vu*) 및 V상 전압 지령값(vv*)로부터 W상 전압 지령값(vw*)을 산출한다. 이와 같이 하여 얻어진 U상 전압 지령값(vu*), V상 전압 지령값(vv*), 및 W상 전압 지령값(vw*)는 마이컴(10)으로부터 출력되어 PWM 신호 생성 회로(150)에 입력된다.
PWM 신호 생성 회로(150)는 U상 전압 지령값(vu*), V상 전압 지령값(vv*), 및 W상 전압 지령값(vw*)에 각각 응하여 듀티비의 변화하는 PWM 신호(Su, Sv, Sw)를 생성한다. 모터 구동 회로(152)는 그들 PWM 신호(Su, Sv, Sw)에 의해 전력용 스위칭 소자를 온/오프시키는 것으로, PWM 신호(Su, Sv, Sw)의 듀티비에 각각 응한 상 전압(vu, vv, vw)을 생성한다. 또한, 후술하는 바와 같이 모터 구동 회로(152)는 각 상에 대하여, 상반적으로 온/오프하는 2개의 전력용 스위칭 소자인 FET(전계 효과형 트랜지스터)를 가지고 있고, U상에 대응하는 PWM 신호(Su)는 U상에 대응하는 2개의 FET의 게이트 단자에 각각 주어지는 2개의 PWM 신호(S1u 및 S2u)로 이루어지고, V상에 대응하는 PWM 신호(Sv)는 V상에 대응하는 2개의 FET 게이트 단자에 각각 주어지는 2개의 PWM 신호(S1v 및 S2v)로 이루어지고, W상에 대응하는 PWM 신호(Sw)는 W상에 대응하는 2개의 FET 게이트 단자에 각각 주어지는 2개의 PWM 신호(S1w 및 S2w)로 이루어진다.
상기와 같이 생성된 각 상 전압(vu, vv, vw)은 ECU(5)로부터 출력되어 모터(6)에 인가된다. 상기 전압 인가에 따라 모터(6)의 각 상(u, v, w)의 코일(미도시)에 전류가 흘러, 모터(6)는 상기 전류에 따라 조타 보조를 위한 토크(모터 토크)를 발생시킨다.
<3. 모터 전류 검출을 위한 검출 저항의 배치예>
다음에, 브러시리스 모터에 있어서 각 상의 전류를 검출하기 위해서 모터 구동 회로(152)에 삽입되는 검출 저항의 배치예를, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 ECU(5)의 상기 구성은 도 3에 도시한 배치예를 전제로 하고 있다.
도 3은 브러시리스 모터(6)에 있어서 각 상의 전류를 검출하기 위해서 모터 구동 회로(152)에 삽입되는 검출 저항의 제 1 배치예를 도시한 회로도이다. 도 3에는 모터 구동 회로(152)의 구성이 나타나 있고, 도 3에 도시한 회로에 있어서, 전원 라인(PWR)은 점화 스위치(9)를 개재하여 배터리(8)의 정극 단자에 접속되고, 접지 라인(GND)은 배터리(8)의 음극 단자에 접속되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 모터 구동 회로(152)는 PWM 방식의 구동회로이며, 전원 라인(PWR) 측에 배치되고 U상, V상, W상에 각각 대응하는 전력용 스위칭 소자인 FET(51U), 51V, 51W와, 접지 라인 측에 배치되고, U상, V상, W상에 각각 대응하는 전력용 스위칭 소자인 FET(52U), 52V, 52W를 구비하고 있고, 동일 상(相)에 대응하는 전원 라인측 FET(이하, 「Hi측 FET」라고 약기한다) 51X와 접지 라인측 FET(이하, 「Lo측 FET」라고 약기한다)52 x가 서로 쌍이 되도록 직렬로 접속 되어 있다(X=U, V, W). 일반적으로, FET(51U), 51V, 51W를 각각 포함하는 전원 라인측의 회로 부분은 「상부 아암」이라 하고, FET(52U), 52V, 52W를 각각 포함한 접지 라인측의 회로 부분은 「하부 아암」이라고 한다. 상부 아암과 하부 아암과의 각 접속점(Nu, Nv, Nw)는 동일 상(相)에 대응하는 Hi측 FET 51X와 Lo측 FET 52X와의 접속점에 상당하고(X=U, V, W), 이들 접속점(Nu, Nv, Nw)은 모터(6)에 있어서, U상, V상, W상의 단자에 각각 접속되어 있다.
Hi측 FET(51U), 51V, 51W의 게이트 단자에는 PWM 신호 S1u, S1v, S1w가 각각 주어지고, 이것에 의하여, Hi측 FET(51U), 51V, 51W가 온/오프 된다. 또한, Lo측 FET(52U), 52V, 52W의 게이트 단자에는 PWM 신호(S2u), S2v, S2w가 각각 주어지고, 이것에 의하여, Lo측 FET(52U), 52V, 52W가 Hi측 FET(51U), 51V, 51W와 각각 상반적으로 온/오프된다.
상기와 같은 모터 구동 회로(152)에 있어서, 접지 라인(GND)으로부터 Lo측 FET(52U), 52V, 52W에 각각 향하여 분기하는 접속점을 「접지측 분기점 NL」이라고 한다면, 도 3에 도시한 예에서는 U상에 대응하는 Lo측 FET(52U)와 접지측 분기점 NL과의 사이에, 해당 Lo측 FET(52U)를 흐르는 전류, 즉, U상에 대응하는 하부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 검출 저항(Ru:이하, 「U상 전류 검출 저항」이라고 한다)이 삽입되어 있다. 또한, V상에 대응하는 Lo측 FET(52V)와 접지측 분기점 NL과의 사이에, 해당 Lo측 FET(52V)를 흐르는 전류, 즉, V상에 대응하는 하부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 검출 저항(Rv:이하, 「V상 전류 검출 저항」이라고 한다)이 삽입되어 있다. 이것에 대하여, W상에 대응하는 Lo측 FET 52W와 접지측 분기점 NL과의 사이에는 검출 저항은 삽입되어 있지 않다.
그리고, Lo측 FET(52U)와 U상 전류 검출 저항(Ru)과의 접속점은 U상 전류 검출기(156)의 입력 단자에 접속되고, U상 전류 검출기(156)은 접지 라인(GND)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsu), 즉, U상 전류 검출 저항(Ru)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 전술한 U상 전류 검출 신호(Siu)로서 출력한다(도 2 참조). 또한, Lo측 FET(52V)와 V상 전류 검출 저항(Rv)과의 접속점은 V상 전류 검출기(154)의 입력 단자에 접속되고, V상 전류 검출기(154)는 접지 라인(GND)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsv), 즉, V상 전류 검출 저항(Rv)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 전술한 V상 전류 검출 신호(Siv)로서 출력한다. 또한, 브러시리스 모터(6)에 유입하는 전류를 양으로 하기 위해서, U상 전류 검출기(156) 및 V상 전류 검출기(154)는 U상 전류 검출 신호(Siu) 및 V상 전류 검출 신호(Siv)가 접지 라인(GND)을 기준으로 하는 상기 접속점의 전위(Vsu, Vsv)에 대해서 역의 극성이 되도록, 해당 U상 전류 검출 신호(Siu) 및 V상 전류 검출 신호(Siv)를 각각 출력하는 것으로 한다.
도 4는 모터 구동 회로(152)에 삽입되는 검출 저항의 제 2 배치예를 도시한 회로도이다. 도 4에는 모터 구동 회로(152)의 구성으로서 도 3에 도시한 구성과 같은 구성이 도시되어 있고, U상 전류 검출 저항(Ru) 및 V상 전류 검출 저항(Rv)도, 도 3에 도시한 배치 위치와 같은 위치에 배치되어 있다. 상기 제 2 배치예에서는 이들에 가하여, W상에 대응하는 Lo측 FET 52W와 접지측 분기점 NL과의 사이에, 해당 Lo측 FET 52W를 흐르는 전류, 즉, W상에 대응하는 하부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 검출 저항(Rw:이하, 「W상 전류 검출 저항」이라고 한다)이 삽입되어 있다.
이 경우, ECU(5)는 도 2에 도시한 구성과는 달리, U상 전류 검출기(156) 및 V상 전류 검출기(154)에 가하여 W상 전류 검출기를 구비하는 구성이 된다. 그리고, Lo측 FET 52W와 W상 전류 검출 저항(Rw)과의 접속점은 W상 전류 검출기의 입력 단자에 접속되고, W상 전류 검출기는 접지 라인(GND)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsw), 즉, W상 전류 검출 저항(Rw)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 W상 전류 검출 신호(Siw)로서 출력한다. 단, 브러시리스 모터(6)에 유입하는 전류를 양으로 하기 위해서, 상기 W상 전류 검출기는 W상 전류 검출 신호(Siw)가 접지 라인(GND)을 기준으로 하는 상기 접속점의 전위(Vsw)에 대하여 역의 극성이 되도록, 해당 W상 전류 검출 신호(Siw)를 출력하는 것으로 한다. 이 경우, ECU(5)에 있어서, 검출 전류값 보정부(170)는 U상 전류 검출 신호(Siu), V상 전류 검출 신호(Siv), 및 W상 전류 검출 신호(Siw)에 각각 근거하여, U상 모터 전류값(imu), V상 모터 전류값(imv), 및 W상 모터 전류값(imw)을 산출하고, 3상 교류/d-q좌표변환부(138)는 U상 모터 전류값(imu), V상 모터 전류값(imv), 및 W상 모터 전류값(imw)으로부터 d축 모터 전류값(id) 및 q축 모터 전류값(iq)을 산출하게 된다.
도 5는 모터 구동 회로(152)에 삽입되는 검출 저항의 제 3 배치예를 도시한 회로도이다. 도 5에 있어서도, 모터 구동 회로(52)의 구성은 도 3에 도시한 구성과 같지만, 검출 저항(Ru, Rv, Rw)이 하부 아암에 삽입되어 있던 제 1 및 제 2 배치예와는 달리, 상기 제 3 배치예에서는 검출 저항은 모두 상부 아암에 삽입되어 있다. 즉, 전원 라인(PWR)으로부터 Hi측 FET(51U), 51V, 51W에 각각 향하여 분기하는 접속점을 「전원측 분기점(NH)」이라고 한다면, U상에 대응하는 Hi측 FET(51U)와 전원측 분기점(NH)과의 사이에, 해당 Hi측 FET(51U)를 흐르는 전류, 즉, U상에 대응하는 상부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항이 U상 전류 검출 저항(Ru)으로서 삽입되어 있다. 또한, V상에 대응하는 Hi측 FET(51V)와 전원측 분기점(NH)과의 사이에, 해당 Hi측 FET(51V)를 흐르는 전류, 즉, V상에 대응하는 상부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항이 V상 전류 검출 저항(Rv)으로서 삽입되어 있다. 더욱이 W상에 대응하는 Hi측 FET(51W)와 전원측 분기점(NH)과의 사이에, 해당 Hi측 FET(51W)를 흐르는 전류, 즉, W상에 대응하는 상부 아암을 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항이 W상 전류 검출 저항(Rw)으로서 삽입되어 있다.
이 경우, Hi측 FET(51U)와 U상 전류 검출 저항(Ru)과의 접속점은 U상 전류 검출기(156)의 입력 단자에 접속되고, U상 전류 검출기(156)는 전원 라인(PWR)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsu), 즉, U상 전류 검출 저항(Ru)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 U상 전류 검출 신호(Siu)로서 출력한다. 또한, Hi측 FET(51V)와 V상 전류 검출 저항(Rv)과의 접속점은 V상 전류 검출기(154)의 입력 단자에 접속되고, V상 전류 검출기(154)는 전원 라인(PWR)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsv), 즉, V상 전류 검출 저항(Rv)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 V상 전류 검출 신호(Siv)로서 출력한다. 그리고, Hi측 FET(51W)와 W상 전류 검출 저항(Rw)과의 접속점은 W상 전류 검출기의 입력 단자에 접속되고, W상 전류 검출기는 전원 라인(PWR)을 기준으로 하는 해당 접속점의 전위(Vsw), 즉, W상 전류 검출 저항(Rw)의 양단간의 전압을 나타내는 신호를 W상 전류 검출 신호(Siw)로서 출력한다. 단, 브러시리스 모터(6)에 유입되는 전류를 양으로 하기 위해서, U상 전류 검출기(156), V상 전류 검출기(154), 및 W상 전류 검출기는 U상 전류 검출 신호(Siu), V상 전류 검출 신호(Siv), 및 W상 전류 검출 신호(Siw)가 전원 라인(PWR)을 기준으로 하는 상기 접속점의 전위(Vsu, Vsv, Vsw)에 대해서 역의 극성이 되도록, 해당 U상 전류 검출 신호(Siu), V상 전류 검출 신호(Siv), 및 W상 전류 검출 신호(Siw)를 각각 출력하는 것으로 한다. 또한, 상기 제 3 배치예에서는 U상, V상, W상에 각각 대응하는 3개의 상부 아암에 검출 저항(Ru, Rv, Rw)이 각각 삽입되어 있지만, 3상중 어느 2상의 모터 전류로부터 다른 1상의 모터 전류를 산출할 수 있으므로, 2개의 상에만 검출 저항이 삽입되는 구성, 예를 들면 U상, V상에 각각 대응하는 2개의 상부 아암에만 검출 저항이 삽입되는 구성이어도 좋고, 이 경우, ECU(5)는 도 2에 도시한 것 같은 구성이 된다.
<4. 모터 전류의 검출 및 오프셋(offset) 보정>
상기와 같이 검출 저항(Ru, Rv, Rw)에 근거하여 생성되는 전류 검출 신호(Siu, Siv, Siw)로부터, 전류 검출값에 대한 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값(iu0, iv0, iw0)이 오프셋(offset) 갱신부(172)에 의하여 취득되고, 그 오프셋(offset) 보정값(iu0, iv0, iw0)에 근거하여 전류 검출값이 검출 전류값 보정부(170)에 의해 보정되는 것으로, 모터 전류값(imu, imv, imw)이 산출된다. 이 때문에 본 실시형태에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 전류 검출 신호(Siu, Siv)는 마이컴(10)내에서 A/D변환되고, 전류 검출값을 도시한 디지털값(표본화값)으로 이루어지는 시계열 데이터(iu. iv)로서 오프셋(offset) 갱신부(172) 및 검출 전류값 보정부(170)에 입력된다. 상기 A/D변환에 있어서, U상에 대응하는 Lo측 FET(52U:이하, 「U상 Lo측 FET」라 한다)의 온(on) 기간 뿐만 아니라, 오프(off) 기간에 있어서도 전류 검출 신호(Siu)가 샘플링 되고, 그들의 샘플링 시점에서의 전류 검출 신호(Siu)의 값(표본화값)으로 이루어지는 시계열 데이터(iu)가, 오프셋(offset) 갱신부(172) 및 검출 전류값 보정부(170)에 입력된다. 또한, V상에 대응하는 Lo측 FET(52V:이하, 「V상 Lo측 FET」라 한다)의 온 기간 뿐만 아니라 오프 기간에 있어도 전류 검출 신호(Siv)가 샘플링 되고, 그들 샘플링 시점에서의 전류 검출 신호(Siv)의 값(표본화값)으로 이루어지는 시계열 데이터(iv)가, 오프셋(offset) 갱신부(172) 및 검출 전류값 보정부(170)에 입력된다.
오프셋(offset) 갱신부(172)는 이러한 표본화값으로서의 전류 검출값으로 이루어지는 시계열 데이터(iu, iv)중, U상 Lo측 FET(52U)의 오프 기간에 있어서의 표본화값(이하, 「오프 기간 표본화값」이라고 한다)을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 검출 전류값 보정부(170)에 보호 유지되어 있는 U상의 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 갱신함과 함께, V상 Lo측 FET(52V)의 오프 기간에 있어서의 표본화값 (오프 기간 표본화값)을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 검출 전류값 보정부(170)에 보호 유지되어 있는 V상의 오프셋(offset) 보정값(iv0)을 갱신한다. 여기서의 갱신은 오프 기간 표본화값이 1개 입력될 때마다 행하여도 좋지만, 소정 개수 입력될 때 마다 또는 소정 기간마다 행하여도 좋다. 한편, 검출 전류값 보정부(170)는 상기의 시계열 데이터(iu, iv)중, U상 Lo측 FET(52U)의 온 기간에 있어서의 표본화값(이하, 「온 기간 표본화값」이라고 한다)으로부터 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 감산하는 것으로써 U상 모터 전류값(imu)을 산출함과 함께, V상 Lo측 FET(52V)의 온 기간에 있어서의 표본화값(온 기간 표본화값)으로부터 오프셋(offset) 보정값(iv0)을 감산하는 것으로써 V상 모터 전류값(imv)을 산출한다. 또한, 이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 모터 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단은 모터 구동 회로(152)내의 검출 저항(Ru, Rv)과 U상 전류 검출기(156) 및 V상 전류 검출기(154)와 전류 검출 신호(Siu, Siv)를 디지털값으로 변환하는 마이컴(10)내의 A/D변환기에 의해 실현되고 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하면서, 이러한 모터 전류 검출을 위한 오프셋(offset) 갱신부(172) 및 검출 전류값 보정부(170)의 상세 동작에 대해 설명한다. 또한, 실제로는 전류 검출값에 대해서 오프셋(offset) 보정 외에 게인 보정도 행하여지지만, 게인 보정은 본 발명에는 직접 관계되지 않기 때문에 그 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는 검출 저항에 대하여 도 3에 도시한 제 1 배치예를 전제로 하고, 또한, 모터(6)에 있어서의 U상 전류에 대한 검출 동작을 예로 들어 설명하지만, 다른 배치예 및 다른 상에 대한 모터 전류의 검출 동작은 아래와 같은 설명으로 분명하므로, 그들의 설명도 생략한다. 더욱이 브러시리스 모터(6)에 공급되는 전류는 통상, 정현파 형상으로 변화하는 전류이지만, 도 6 내지 도 8에서는 설명의 편의를 위해서, 각각 소정의 일정치로서 나타나고 있다.
도 6은 본 실시 형태에 있어서 모터(6)에 U상 전류가 흐르지 않는 경우(U상 전류가 제로인 경우)의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이다. 이 경우, U상에 대응하는 Hi측 FET(51U:이하, 「U상 Hi측 FET」라고 한다) 및 Lo측 FET(52U)의 듀티비(Dr:FET가 온 하는 기간의 비율)는 모두 50%이고, U상 Lo측 FET(52U)의 게이트 단자에 부여되는 PWM 신호(S2u:이하, 「U상 Lo측 PWM 신호」라고 한다)는 도 6(a)에 도시한 것 같은 파형이 된다. 또한, U상 Hi측 FET(51U)의 게이트 단자에게 부여할 수 있는 PWM 신호(S1u:이하, 「U상 Hi측 PWM 신호」라고 한다)는 U상 Hi측 FET(51U)를 U상 Lo측 FET(52U)와 상반적으로 온/오프시키기 때문에, U상 Lo측 PWM 신호(S2u)와는 상보적인 관계로 되어 있다. 즉, U상 Lo측 PWM 신호(S2u)가 H레벨 일때에 L레벨이 되고, U상 Lo측 PWM 신호(S2u)가 L레벨 일때에 H레벨이 된다(이하 동일).
이 경우, 도 3에 도시한 U상 전류 검출 저항(Ru)에는 전류가 흐르지 않기 때문에, U상 전류 검출 신호(Siu)는 도 6(b)에 도시한 것 같은 파형이 된다. 상기 U상 전류 검출 신호(Siu:이하, 시간(t)의 함수인 것을 명시하는 경우에는 이것을 "Siu(t)"로 나타내는 것으로 한다)는 마이컴(10)내의 A/D변환기에서 차례차례 디지털값의 U상 전류 검출값(iu)으로 변환되어 검출 전류값 보정부(170) 및 오프셋(offset) 갱신부(172)에 입력된다. 상기 A/D변환에서는 도 6(b)에 도시한 바와 같이, U상 Lo측 FET(52U)의 온 기간에 있어서의 U상 전류 검출 신호(Siu)의 표본화값과 U상 Lo측 FET(52U)의 오프 기간에 있어서의 표본화값이 서로 나타나도록, 샘플링 시점이 설정되어 있다(도 6(b)에서는 온 기간의 표본화값은 검은 동그라미로, 오프 기간의 표본화값은 흰 동그라미로, 각각 나타내고 있다. 이하에서 언급하는 도면에 있어서도 동일.). 지금, 샘플링 시점(tk)에 있어서 표본화값으로서의 U상 전류 검출값을 iuk=Siu(tk)로 나타내는 것으로 하면(k=1, 2, …), iu1, iu 3, iu5, …는 오프 기간 표본화값이며, iu2, iu4, iu6, …는 온 기간 표본화값이다. 본 실시 형태에서는 PWM 신호의 듀티비에 관계없이(따라서, U상 Lo측 FET(52U)의 온/오프비에 관계없이), 샘플링 시점 t1, t3, t5, …은 U상 Lo측 FET(52U)의 오프 기간내로 설정되고, t2, t4, t6, …는 U상 Lo측 FET(52U)의 온 기간내로 설정된다. 이러한 샘플링 시점의 설정을 위한 샘플링 펄스는 예를 들면, U상 Lo측 PWM 신호(S2u) 등의 PWM 신호의 생성시에 사용되는 신호로부터 용이하게 생성할 수 있다.
오프셋(offset) 갱신부(172)는 상기와 같은 표본화값으로 이루어지는 시계열 데이터로서의 U상 전류 검출값(iuk)(k=1, 2, 3, …)중, 오프 기간 표본화값(iu1, iu3 , iu5, …)을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 U상의 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 순차적으로 갱신한다. 한편, 검출 전류값 보정부(170)는 상기의 시계열 데이터인 상 전류 검출값(iuk)(k=1, 2, 3, …)중, 온 기간 표본화값 iu2, iu 4 , iu6, …으로부터 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 감산하는 것으로써, U상 Lo측 FET(52U)의 온 기간내의 샘플링 시점(t2, t4, t6…)에 있어서의 U상 모터 전류값(imu)을 순차적으로 산출한다.
도 7은 본 실시 형태에 있어서 구동 회로(152)로부터 모터(6)에 U상 전류가 유입되는 경우(U상 전류가 양인 경우)의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이다. 이 경우, U상 Hi측 FET(51U)가 온 하는 기간의 비율을 50%보다 크게 하고, 거기에 따라, U상 Lo측 FET(52U)가 온 하는 기간의 비율을 50%보다 작게 하기 위해서, Lo측 PWM 신호(S2u)는 도 7(a)에 도시한 것 같은 파형이 된다. 그리고, U상 Hi측 FET(51U)가 온 하고 있는 기간에서는 전원 라인(PWR)으로부터 U상 Hi측 FET(51U)를 개재하여 모터(6)에 전류가 흐르지만, 이 때 U상 Lo측 PWM 신호(S2u)는 L레벨이며 U상 Lo측 FET(52U)는 오프 상태로 되어 있으므로, 도 3에 도시한 검출 저항(Ru)에는 전류가 흐르지 않는다. 즉, 도 7에 도시한 샘플링 시점(t1, t3, t5…)에서는 도 6의 경우와 같이, 검출 저항(Ru)에는 전류가 흐르지 않는다. 이것에 대하여, U상 Hi측 FET(51U)가 오프하고 있는 기간에서는 U상 Lo측 PWM 신호(S2u)가 H레벨이 되어 U상 Lo측 FET(52U)가 온 상태가 되고, 접지 라인(GND)으로부터 U상 Lo측 FET(52U)를 개재하여 유도성 부하로서의 모터(6)에 전류가 흐른다. 이 때문에, 샘플링 시점(t2, t4, t6…)에 있어서의 U상 전류 검출 신호(Siu)의 값, 즉 온 기간 표본화값(iu2, iu4 , iu6, …)은 모터(6)의 U상 전류값을 나타내고 있다. 그래서 상기와 같이, 오프셋(offset) 갱신부(172)는 샘플링 시점(t1, t3, t5 …)에 있어서의 U상 전류 검출 신호(Siu)의 값, 즉 오프 기간 표본화값(iu1, iu3 , iu 5, …)을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 U상의 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 순차적으로 갱신하고, 검출 전류값 보정부(170)는 온 기간 표본화값(iu2, iu4, iu 6, …)으로부터 해당 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 감산하는 것으로써, 샘플링 시점(t2, t4, t6…)에 있어서의 U상 모터 전류값(imu)(양의 값)을 순차적으로 산출한다. 예를 들면, 시각(t2)에서는, Siu(t2)-Siu(t1)=iu2-iu 1에 상당하는 값이 U상 모터 전류값(imu)으로서 산출된다.
도 8은 본 실시 형태에 있어서 모터(6)로부터 구동 회로(152)로 U상 전류가 유출하는 경우(U상 전류가 음인 경우)의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이다. 이 경우, U상 Hi측 FET(51U)가 온 하는 기간의 비율을 50%보다 작게하고, 거기에 따라, U상 Lo측 FET(52U)가 온 하는 기간의 비율을 50%보다 크게 하기 위해서, Lo측 PWM 신호(S2u)는 도 8(a)에 도시한 것 같은 파형이 된다. 이 경우, 도 8(b)에 도시한 U상 Lo측 PWM 신호(S2u)가 H레벨이 되고 U상 Lo측 FET(52U)가 온 하고 있는 기간에서는 모터(6)로부터 U상 Lo측 FET(52U)를 개재하여 접지 라인(GND)로 전류가 흐른다. 이 때문에, 샘플링 시점(t2, t4, t6…)에 있어서의 U상 전류 검출 신호(Siu)의 값, 즉 온 기간 표본화값(iu2, iu4 , iu6, …)은 모터(6)에 있어서의 U상 전류값을 나타내고 있다. 이것에 대하여, 도 8(b)에 도시한 U상 Lo측 PWM 신호(S2u)가 L레벨이 되고 U상 Lo측 FET(52U)가 오프하고 있는 기간에서는 U상 Hi측 FET(51U)가 온 상태가 되고, 유도성 부하로서의 모터(6)로부터 U상 Hi측 FET(51U)를 개재하여 전원 라인(PWR)으로 전류가 흘러, 도 3에 도시한 검출 저항(Ru)에는 전류가 흐르지 않는다. 거기서 상기와 같이, 오프셋(offset) 갱신부(172)는 샘플링 시점(t1, t3, t5…)에 있어서의 U상 전류 검출 신호(Siu)의 값, 즉 오프 기간 표본화값(iu1, iu3 , iu5, …)을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서 U상의 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 순차적으로 갱신하고, 검출 전류값 보정부(170)는 온 기간 표본화값(iu2, iu4 , iu6, …)으로부터 해당 오프셋(offset) 보정값(iu0)을 감산하는 것으로써, 샘플링 시점(t2, t4, t6…)에 있어서의 U상 모터 전류값(imu)(음의 값)을 순차적으로 산출한다.
또한, 이상에 있어서는 검출 저항(Ru)을 포함한 하부 아암에 포함되는 스위칭 소자, 즉, U상 Lo측 FET(52U)의 1개의 온 기간 및 1개의 오프 기간에는 온 기간 표본화값 및 오프 기간 표본화값이 각각 1개씩 대응하도록 샘플링 시점이 설정되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 1개의 온 기간 및 1개의 오프 기간에, 온 기간 표본화값 및 오프 기간 표본화값이 각각 복수개씩 대응하도록 샘플링 시점이 설정되어 있어도 좋다.
<5. 효과>
이상과 같이, 본 실시 형태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치에서는 PWM 방식의 모터 구동 회로가 사용되고 있고, 상기 구동 회로에 있어서의 하부 아암 또는 상부 아암에 삽입된 검출 저항(Ru, Rv)에 의하여, 해당 아암내의 스위칭 소자인 FET의 온 기간에 있어서의 전류 뿐만 아니라 오프 기간에 있어서의 전류도 순차적으로 검출된다(도 6 내지 도 8 참조). 그리고, 상기 오프 기간에 있어서의 전류 검출값(iu1, iu3, iu5,…)에 의해 오프셋(offset) 보정값(iu0)이 순차적으로 갱신되고, 상기 온 기간에 있어서의 전류 검출값(iu2, iu4, iu6,…)이 해당 오프셋(offset) 보정값(iu0)에 의해 보정되는 것으로 모터 전류값(imu 및 imv)이 순차적으로 산출되고, 이러한 모터 전류값(imu 및 imv)을 이용하여 모터(6)의 구동이 제어된다(도 2 참조). 이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 전동 파워 스티어링 장치의 동작중에 있어서, 모터 전류의 검출에 있어서의 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 새로운 오프셋(offset) 보정값이 추정치가 아니고 측정값으로서 순차적으로 취득되므로, 보호 유지되어 있는 오프셋(offset) 보정값(iu0. iv0)의 갱신을 최신 측정값에 근거하여 수시로 행할 수 있고, 더욱이, 오프셋(offset) 보정값을 측정값으로서 취득하기 위해서 전동 파워 스티어링 장치를 특수한 상태로 설정할 필요도 없다. 이것에 의하여, 브러시리스 모터(6)에 있어서의 토크 리플의 발생이 억제되는 등의 효과를 얻을 수 있고, 조타 조작에 있어서 운전자에게 위화감을 주지 않는 전동 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있다.
<6, 변형예>
상기 실시 형태에서는 전동 파워 스티어링 장치의 구동원으로서 3상 브러시리스 모터(6)가 사용되고 있지만, 모터(6)의 상수는 4이상이어도 좋고, 검출 저항은 모터 구동회로에 있어서의 각 아암 또는 소정 아암(상수보다 1만큼 적은 수의 아암)의 각각에 있어서 전원측 스위칭 소자(상기 실시 형태에서는 FET) 또는 접지측 스위칭 소자의 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류가 검출되도록, 해당 한쪽의 스위칭 소자를 포함한 상부 아암 또는 하부 아암에 삽입되어 있으면 좋다.
또한, 전동 파워 스티어링 장치의 구동원으로서 브러시리스 모터(6)대신에 브러쉬가 부착된 모터가 사용되고 있는 경우이라도, PWM 방식의 구동 회로가 사용되어 있으면 본 발명을 적용할 수 있다. 그리고, 상기 구동 회로내의 각 아암 또는 소정 암에 있어서의 전원측 스위칭 소자 또는 접지측 스위칭 소자의 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 수단에 의하여, 해당 한쪽의 스위칭이 온 상태 일때와 오프 상태 일때의 쌍방에 대한 전류 검출값을 차례차례 얻는 것으로, 모터 전류의 검출에 있어서의 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값의 측정값에 의한 갱신이 수시로 가능해진다. 이것에 의하여, 조타 조작에 있어서 운전자에게 위화감을 주지 않는 전동 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있다.
더욱이 상기 실시 형태에서는 모터 구동 회로(152)에 있어서의 상부 아암 또는 하부 아암에 검출 저항이 삽입되어 있지만, 전류 검출 수단은 검출 저항을 사용한 것에 한정되는 것은 아니고, 검출 저항 대신에 다른 검출용 소자를 사용하여 상부 아암 또는 하부 아암에 흐르는 전류를 검출하는 구성이어도 좋다.
또한, 전동모터에 의해 구동되는 펌프로부터의 압유(壓油)에 의해 조타 보조를 행하는 유압식 파워 스티어링 장치에 있어서, 해당 전동 모터에 흐르는 전류의 검출에 본 발명을 적용할 수 있다.
상기 제 1의 발명에 의하면, PWM 방식의 구동 회로에 있어서 전원 라인 측에 배치된 제 1 스위칭 소자와 접지 라인 측에 배치된 제 2 스위칭 소자중 어느 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태일 때 해당 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류의 검출값이 해당 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 해당 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류의 검출값에 근거하여 보정되고, 그 보정 후의 검출값에 근거하여 전동 모터의 구동이 제어된다. 이와 같이 하여, 해당 한쪽의 스위칭 소자의 오프 상태 때에 검출되는 전류값이 오프셋(offset) 오차를 보정하기 위한 오프셋(offset) 보정값으로서 사용되므로, 파워 스티어링 장치를 특수한 상태로 설정하지 않고, 모터 전류의 검출에 있어서 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값의 갱신을 측정값에 근거하여 수시로 행하는 것이 가능해진다. 이것에 의하여, 조타 조작에 있어서 운전자에게 위화감을 주지 않는 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있고,구동원으로서 브러시리스 모터가 사용되고 있는 경우에는 토크 리플의 억제 효과를 얻을 수 있으므로 특히 유효하다.
상기 제 2의 발명에 의하면, PWM 방식의 구동 회로에 있어서 전원 라인 측에 배치된 제 1 스위칭 소자와 접지 라인 측에 배치된 제 2 스위칭 소자중 어느 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태가 되는 각 기간에, 해당 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류가 검출되고, 그 검출값에 의해 오프셋(offset) 보정값이 갱신되므로, 파워 스티어링 장치를 특수한 상태로 설정하지 않고, 모터 전류의 검출에 있어서 오프셋(offset) 오차의 보정을 최신 측정에 의해 얻을 수 있는 오프셋(offset) 보정값에 의해 행하는 것이 가능해진다.
상기 제 3의 발명에 의하면, PWM 방식의 구동 회로에 삽입된 검출 저항의 양단간의 전압에 근거하여, 모터 전류가 검출됨과 함께, 상기 모터 전류의 검출값의 오프셋(offset) 오차의 보정을 위한 오프셋(offset) 보정값을 수시로 얻을 수 있으므로, 간단한 구성의 전류 검출 수단에 의해 고정밀의 오프셋(offset) 보정이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치의 구성을 거기에 관련된 차량 구성과 함께 도시하는 개략도이며,
도 2는 상기 실시 형태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치에 있어서의 제어장치인 ECU의 기능적 구성을 도시한 블럭도이며,
도 3은 브러시리스 모터에 있어서의 각 상의 전류를 검출하기 위해서 모터 구동 회로에 삽입되는 검출 저항의 제 1 배치예를 도시한 회로도이며,
도 4는 브러시리스 모터에 있어서의 각 상의 전류를 검출하기 위해서 모터 구동 회로에 삽입되는 검출 저항의 제 2 배치예를 도시한 회로도이며,
도 5는 브러시리스 모터에 있어서의 각 상의 전류를 검출하기 위해서 모터 구동 회로에 삽입되는 검출 저항의 제 3 배치예를 도시한 회로도이며,
도 6은 상기 실시 형태에 있어서의 모터에 U상 전류가 흐르지 않는 경우의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이며,
도 7은 상기 실시 형태에 있어서의 구동 회로로부터 모터에 U상 전류가 유입되는 경우(U상 전류가 양인 경우)의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이며,
도 8은 상기 실시 형태에 있어서의 모터로부터 구동 회로에 U상 전류가 유출하는 경우(U상 전류가 음인 경우)의 모터 전류의 검출 동작을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-
3; 토크 센서 4; 차속 센서
5; 전자 제어 유닛(ECU) 6; 브러시리스 모터
10; 마이크로 컴퓨터(제어 수단)
51U, 51V, 51W; Hi측 FET(전원측 스위칭 소자)
52U, 52V, 52W; Lo측 FET(접지측 스위칭 소자)
138; 3상 교류/d-q좌표변환부 150; PWM 신호 생성 회로
152; 모터 구동 회로 154; V상 전류 검출기
156; U상 전류 검출기 170; 검출 전류값 보정부
172; 오프셋(offset) 갱신부
id*; d축 전류 지령값 iq*; q축 전류 지령값
Siu; U상 전류 검출 신호 Siv; V상 전류 검출 신호
iu; U상 전류 검출값 iv; V상 전류 검출값
imu; U상 모터 전류값(보정 후의 U상 전류 검출값)
imv; V상 모터 전류값(보정 후의 V상 전류 검출값)
PWR; 전원 라인 GND; 접지 라인
NH; 전원측 분기점 NL; 접지측 분기점
Ru, Rv, Rw; 검출 저항

Claims (3)

  1. 차량 조타를 위한 조작 수단에 의한 조작에 따라 결정되는 목표값에 근거하여 전동 모터를 구동하는 것에 의하여, 해당 차량의 스티어링 기구에 조타 보조력을 부여하는 파워 스티어링 장치이며,
    전원 라인 측에 배치된 제 1 스위칭 소자와 접지 라인 측에 배치된 제 2 스위칭 소자로 이루어지는 서로 직렬로 접속된 스위칭 소자쌍을 포함하고, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자와의 접속점으로부터 상기 전동 모터에 전류를 공급하는 PWM 방식의 구동 회로와,
    상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자중 어느 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 수단과,
    상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의하여 검출되는 전류의 검출값을 상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의하여 검출된 전류의 검출값에 근거하여 보정하고, 보정 후의 검출값을 출력하는 보정 수단과,
    상기 목표값과 상기 보정 후의 검출값에 근거하여 상기 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자를 온/오프 시키는 것에 의하여 상기 전동 모터의 구동을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 검출 수단은 상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태가 되는 각 기간 및 상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태가 되는 각 기간에, 상기 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하고,
    상기 보정 수단은,
    상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 오프셋(offset) 보정값으로서 보호 유지하고, 상기 한쪽의 스위칭 소자가 온 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 해당 오프셋(offset) 보정값에 근거하여 보정하고, 보정 후의 검출값을 출력하는 검출 전류값 보정 수단과,
    상기 한쪽의 스위칭 소자가 오프 상태일 때 상기 전류 검출 수단에 의해 검출되는 전류의 검출값을 새로운 오프셋(offset) 보정값으로서, 상기 보호 유지되고 있는 오프셋(offset) 보정값을 갱신하는 오프셋(offset) 갱신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 검출 수단은 상기 한쪽의 스위칭 소자와 상기 전원 라인 또는 상기 접지 라인과의 사이에 삽입된 검출 저항을 포함하고, 상기 한쪽의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 해당 검출 저항의 양단간의 전압에 근거하여 검출하는 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 장치.
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