(57)【要約】【課題】ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置において、動作中の温度変化により、電流検出回路４１〜４３で検出される相電流検出値のオフセット値が変動しても、トルクリップルを発生させることなくモータ６を駆動する。【解決手段】モータ駆動回路５０の全ての相に電流検出回路４１〜４３を備える。モータ制御部２０には、全ての相の電流検出回路４１〜４３で検出された検出信号に基づくモータ電流値の総和をモータ６の相数で除することにより補正値を算出する補正値算出手段と、その補正値をモータ電流値から減ずることにより当該モータ電流値を補正するモータ電流値補正手段とを備える。これにより、モータ６の各相に実際に流れる電流値に基づいてモータ６が駆動される。【選択図】図２
2005059786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ブラシレスモータの各相毎に設けられ、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、
前記検出信号に基づいて得られた前記モータ電流値を補正するための補正値を、前記ブラシレスモータの全ての相の前記モータ電流値の和を当該ブラシレスモータの相数で除することにより算出する補正値算出手段と、
前記補正値に基づいて前記モータ電流値を補正するモータ電流値補正手段と、
前記モータ電流値補正手段によって補正された前記モータ電流値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動手段とを備えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、目標電流値と検出電流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５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とから構成されている。
【０００４】
モータ駆動回路５０には、図５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。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５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。
【０００５】
図６は、別の従来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５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６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。このような図６に示す構成の方が図５に示す構成よりも回路が簡素化されるため、図６に示す構成の方が一般的となっている。
【０００６】
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。例えば、図５および図６に示すように、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、次式（１）で求められる。
Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）    ・・・（１）
【０００７】
ところで、モータに流すべき電流の値が零であるにも拘わらず、実際には電流検出回路で電流が検出されることがある。このような電流はオフセット電流と呼ばれており、モータの動作中、電流検出回路で検出される検出電流値は、当該モータに流れている電流の値にオフセット電流の値（以下「オフセット値」という）が重畳されたものとなる。上記従来技術による構成によると、このようなオフセット電流が生じた場合、本来モータの各相に流すべき電流と実際にモータの各相に流れる電流との間に誤差が生じ、トルクリップルが発生することがある。そこで、イグニッションスイッチがオンにされたときに電流検出回路で検出される検出電流値をオフセット補正値として保持し、モータの動作中には電流検出回路で検出される検出電流値をそのオフセット補正値に基づいて補正する電動パワーステアリング装置が提案されている。
【特許文献１】特開平８−１１９１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の構成によると、イグニッションスイッチがオンにされた時のオフセット値が保持されるので、電動パワーステアリング装置の動作開始時における各電流検出回路の特性による影響は補正される。ところが、電動パワーステアリング装置の動作中、電流検出回路は温度変化等の影響を受け、オフセット値は変動する。オフセット値の変動後は、本来モータの各相に流すべき電流と実際にモータの各相に流れる電流との間に誤差が生じ、トルクリップルが発生している。このため、運転者はハンドル操作に違和感を感じることがある。
【０００９】
そこで本発明では、動作中に温度変化等の環境変化が生じても、トルクリップルが発生することなく、運転者に違和感のない操舵感を与え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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、
前記ブラシレスモータの各相毎に設けられ、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、
前記検出信号に基づいて得られた前記モータ電流値を補正するための補正値を、前記ブラシレスモータの全ての相の前記モータ電流値の和を当該ブラシレスモータの相数で除することにより算出する補正値算出手段と、
前記補正値に基づいて前記モータ電流値を補正するモータ電流値補正手段と、
前記モータ電流値補正手段によって補正された前記モータ電流値に基づいて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記第１の発明によれば、ブラシレスモータの全ての相において、各相に設けられたモータ電流検出手段によって検出された検出電流値に基づいて当該各相のモータ電流値が求められる。このため、ブラシレスモータの全ての相のモータ電流値について、計算による誤差が生じなくなる。また、ブラシレスモータの各相に設けられたモータ電流検出手段によって検出された検出電流値のオフセット値の変動分が、モータ電流値を補正するための補正値として算出される。そして、その補正値により、ブラシレスモータを駆動するためのモータ電流値が補正される。このため、温度変化等によって、モータ電流検出手段で検出される検出電流値のオフセット値に変動が生じても、そのオフセット値の変動が補償されるようにブラシレスモータが駆動される。これにより、環境変化が生じても、トルクリップルの発生を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
＜１．全体構成＞
図１は、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。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。
【００１４】
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。
【００１５】
＜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ＦＥＴ５１Ｈ〜５３Ｈと下アームの各ラインに設けられた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相すべてに下アームの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相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、およびＷ相電流検出値Ｉｗが算出される。なお、ここで算出される電流検出値には、オフセット値が含まれている。
【００１６】
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で検出された車速と、モータ駆動回路５０の各相に設けられた電流検出回路４１〜４３で検出された相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとを受け取る。モータ制御部２０は、その相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗからオフセット値を減算し、モータ６の各相に流れる電流値（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。なお、モータ電流値の算出とその算出されたモータ電流値の補正についての詳しい説明は後述する。
【００１７】
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信号を生成する。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。
【００１８】
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９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９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。
【００１９】
＜３．モータ電流値の算出および補正＞
次に、本実施形態におけるモータ電流値の算出と算出されたモータ電流値の補正について説明する。本実施形態では、モータ６の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相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、およびＷ相電流検出値Ｉｗが検出される。そして、各相それぞれについて、相電流検出値からオフセット値を減算することによりモータ電流値が求められる。
【００２０】
ここで、電動パワーステアリング装置の動作中に電流検出回路４１〜４３で生じるオフセット値が変動しないのであれば、相電流検出値からオフセット値を減算して算出されたモータ電流値に基づいてモータ６を駆動してもトルクリップルは発生しない。ところが、上述のように、電動パワーステアリング装置の動作中、温度変化等の環境変化の影響により、電流検出回路４１〜４３で生じるオフセット値は変動する。このため、上記のモータ電流値と実際にモータ６に流れている電流値とは、オフセット値の変動分（以下「オフセット変動値」という）だけ誤差がある。これにより、本来モータ６の各相に流すべき電流と実際にモータ６の各相に流れる電流との間に誤差が生じ、トルクリップルが発生する。そこで、本実施形態では、オフセット変動値に基づいてモータ電流値が補正される。
【００２１】
Ｙ結線による３相のブラシレスモータでは、各相に流れるモータ電流値（Ｕ相モータ電流値Ｉｍｕ、Ｖ相モータ電流値Ｉｍｖ、Ｗ相モータ電流値Ｉｍｗ）の総和は零になるので、オフセット値の変動がなければ、次式（２）が成立する。
Ｉｍｕ＋Ｉｍｖ＋Ｉｍｗ＝０    ・・・（２）
ところが、前述のとおりオフセット値は変動する。また、各相に設けられた電流検出回路４１〜４３は近接して配置されているので、各相それぞれが受ける温度変化等の影響はほぼ等しいと考えられる。このため、或る相に設けられた電流検出回路で生じるオフセット変動値を「ａ」で示すと、次式（３）が成立する。
Ｉｍｕ＋Ｉｍｖ＋Ｉｍｗ＝３ａ    ・・・（３）
そこで、上式（３）に基づいて算出されたオフセット変動値によってモータ電流値を補正することにより、実際のモータ電流値（以下「補正後モータ電流値」という）が算出される。この補正後モータ電流値に基づいて、モータ６が駆動される。
【００２２】
図３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手順を示すフローチャートである。以下、図３を参照しつつ説明する。
【００２３】
この電動パワーステアリング装置において、各電流検出回路４１〜４３で生じるオフセット値の初期特性を取得するために、イグニッションスイッチがオンにされると、その時に電流検出回路４１〜４３で検出される相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗを、Ｕ相オフセット補正値Ｉｏｕ、Ｖ相オフセット補正値Ｉｏｖ、およびＷ相オフセット補正値Ｉｏｗとして設定する（ステップＳ１０１）。
【００２４】
ステップＳ１０３では、電流検出回路４１〜４３が出力した検出信号に基づいて、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、およびＷ相電流検出値Ｉｗを取得する。さらに、ステップＳ１０５では、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、およびＷ相電流検出値ＩｗからそれぞれＵ相オフセット補正値Ｉｏｕ、Ｖ相オフセット補正値Ｉｏｖ、およびＷ相オフセット補正値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。
【００２５】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０５で算出された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を補正するための補正値を算出する。本実施形態では３相のブラシレスモータが用いられているので、次式（４）のように、各相のモータ電流値Ｉｍｕ、Ｉｍｖ、およびＩｍｗの総和を３（相数）で除することにより補正値Ｉｈｏを算出する。
Ｉｈｏ＝（Ｉｍｕ＋Ｉｍｖ＋Ｉｍｗ）／３    ・・・（４）
なお、このステップＳ１０７によって、補正値算出手段が実現される。
【００２６】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０５で算出されたモータ電流値を補正する。具体的には、次式（５）〜（７）のように、ステップＳ１０５で算出された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からステップＳ１０７で算出された補正値Ｉｈｏを減算する。以下、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の補正後のモータ電流値をそれぞれ、Ｕ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｕ、Ｖ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｖ、およびＷ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｗという。
Ｉｈｍｕ＝Ｉｍｕ−Ｉｈｏ    ・・・（５）
Ｉｈｍｖ＝Ｉｍｖ−Ｉｈｏ    ・・・（６）
Ｉｈｍｗ＝Ｉｍｗ−Ｉｈｏ    ・・・（７）
なお、このステップＳ１０９によって、モータ電流値補正手段が実現される。
【００２７】
ステップＳ１１１では、各相のオフセット補正値Ｉｏｕ、Ｉｏｖ、Ｉｏｗを更新する。ステップＳ１０７で算出された補正値Ｉｈｏは各相に設けられた電流検出回路４１〜４３のオフセット変動値であるので、次式（８）〜（１０）のように、Ｕ相オフセット補正値Ｉｏｕ、Ｖ相オフセット補正値Ｉｏｖ、およびＷ相オフセット補正値ＩｏｗそれぞれにステップＳ１０７で算出された補正値Ｉｈｏを加算する。
Ｉｏｕ←Ｉｏｕ＋Ｉｈｏ    ・・・（８）
Ｉｏｖ←Ｉｏｖ＋Ｉｈｏ    ・・・（９）
Ｉｏｗ←Ｉｏｗ＋Ｉｈｏ    ・・・（１０）
【００２８】
ステップＳ１１３では、上述の手順により得られたＵ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｕ、Ｖ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｖ、およびＷ相補正後モータ電流値Ｉｈｍｗ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Ｓ１０３に戻り、上述の処理が繰り返される。
【００２９】
＜４．変形例等＞
図４は、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の制御装置であるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。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、図４に示すように、電流検出回路８１〜８３をモータ駆動回路５０とモータ６との間に備える構成としてもよい。この構成においても、全ての相において電流検出回路により電流が検出されるので、上記実施形態と同様の手順によりモータ電流値が正しく算出される。
【００３０】
また、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、本発明のブラシレスモータの相数は３相に限定されるものではない。モータ６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も適用することができる。この場合、各相のモータ電流値を補正するための補正値は、ブラシレスモータの全ての相のモータ電流値の和を当該ブラシレスモータの相数で除することにより算出される。
【００３１】
＜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、ブラシレスモータの全ての相に電流検出回路が設けられ、各相に流れるモータ電流値が検出される。そして、各相に流れる電流値の和を当該ブラシレスモータの相数で除することにより、オフセット変動値が補正値として算出される。また、その補正値をモータ電流値から減ずることにより当該モータ電流値は補正される。これにより、電動パワーステアリング装置の動作中に、電流検出回路で検出される相電流検出値のオフセット値が温度変化等の影響により変動しても、全ての相においてモータ電流値が正しく算出される。そして、その正しく算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、トルクリップルの発生が抑制される。このため、運転者に違和感のない操舵感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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の制御装置であるＥＣＵの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モータ制御部のモータ電流値算出手順を示すフローチャートである。
【図４】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の制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】従来の電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図６】別の従来例の電動パワーステアリング装置の制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
２０  …モータ制御部
４１〜４３、８１〜８３  …電流検出回路
５０  …モータ駆動回路
【図１】
2005059786.tif 000003
【図２】
2005059786.tif 000004
【図３】
2005059786.tif 000005
【図４】
2005059786.tif 000006
【図５】
2005059786.tif 000007
【図６】
2005059786.tif 000008