(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
電動モータの制御に必要な操舵トルク情報を取得するために駆動されるトルク検出用コイルを有するトルク検出回路と、
所定電圧を中心として正弦波状に変化する、前記トルク検出用コイルを駆動するための擬似正弦波電圧信号を発生し、前記トルク検出回路から入力されるトルク検出信号に基づいて前記電動モータを駆動するマイクロコンピュータとを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記擬似正弦波電圧信号に含まれるノイズ成分を除去するための第１のローパスフィルタをさらに含み、
前記擬似正弦波電圧信号は、前記第１のローパスフィルタを通過した後、前記トルク検出用コイルを駆動するために用いられることを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記擬似正弦波電圧信号から基準動作電圧を生成するための第２のローパスフィルタをさらに含み、
前記第２のローパスフィルタで生成される基準動作電圧は、前記トルク検出回路に供給されることを特徴とする、請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイールが操舵されると、このステアリングホイールに加えられた操舵トルクがステアリングシャフトを介してステアリング機構に機械的に伝達され、このとき、操舵トルクに基づいて電動モータが駆動されて、電動モータが発生する駆動力がステアリング機構に与えられることにより操舵補助が達成される。
【０００３】
ステアリングシャフトは、ステアリングホイール側の入力軸とステアリング機構側の出力軸とに分割されていて、これらの入力軸および出力軸は、操舵トルクに応じてねじれを生じるトーションバーによって互いに連結されている。このトーションバーに関連して、トーションバーに生じるねじれの量に応じてインピーダンスが変化するトルク検出用コイルが設けられており、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクは、トルク検出用コイルに誘起される交流電圧に基づいて検出されるようになっている。
【０００４】
すなわち、トルク検出用コイルには、アナログ発振器から正弦波電圧信号が入力されることにより、インピーダンスに応じた交流電圧が誘起されている。したがって、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが変化すると、この変化に応じてトルク検出用コイルのインピーダンスが変化し、その結果、トルク検出用コイルに誘起する交流電圧が変化するから、この交流電圧に基づいて操舵トルクを検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アナログ発振器は、正弦波電圧信号の発振周波数および振幅の変化や発振停止などを防止するために、高精度な抵抗およびコンデンサなどを用いて構成しなければならない。そのため、アナログ発振器は比較的高価であり、この高価なアナログ発振器を備えていることが、電動パワーステアリング装置のコストを上げる原因の１つになっていた。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、コストの低減を図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である。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータが発生する駆動力を用いて操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、電動モータの制御に必要な操舵トルク情報を取得するために駆動されるトルク検出用コイル（Ｌ１，Ｌ２）を有するトルク検出回路（２）と、所定電圧を中心として正弦波状に変化する、前記トルク検出用コイルを駆動するための擬似正弦波電圧信号を発生し、前記トルク検出回路から入力されるトルク検出信号に基づいて前記電動モータを駆動するマイクロコンピュータ（１）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００８】
括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
この発明によれば、コイルを駆動するための正弦波信号を発振するアナログ発振器を必要としないから、装置コストの低減を達成することができる。
また、マイクロコンピュータから出力される擬似正弦波電圧信号は、マイクロコンピュータ内のクロックに基づいて生成され、その発振周波数および振幅は安定しているから、コイルを良好に駆動することができる。
【０００９】
なお、前記コイルは、前記ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに応じてインピーダンスが変化するものであることが好ましい。また、前記マイクロコンピュータから前記コイルに擬似正弦波信号を入力したときに、当該コイルに誘起される交流電圧に基づいて前記ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段（１）をさらに含むことが好ましい。
また、請求項２に記載のように、前記擬似正弦波電圧信号に含まれるノイズ成分を除去するための第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ１）をさらに含み、前記擬似正弦波電圧信号は、前記第１のローパスフィルタを通過した後、前記トルク検出用コイルを駆動するために用いられてもよい。
さらには、請求項３に記載のように、前記擬似正弦波電圧信号から基準動作電圧を生成するための第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）をさらに含み、前記第２のローパスフィルタで生成される基準動作電圧は、前記トルク検出回路に供給されることが好ましい。マイクロコンピュータからの擬似正弦波電圧信号に基づいて生成した基準動作電圧をトルク検出回路の各部の動作電圧に用いれば、トルク検出回路の各部の動作電圧を安定に保つことができ、トルク検出回路の各部を安定に動作させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この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電気的構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに基づいて電動モータを駆動し、この電動モータが発生する駆動力をステアリング機構に伝達することにより操舵補助を達成するものであり、電動モータなどを制御するためのマイクロコンピュータ１と、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するためのトルク検出回路２とを備えている。マイクロコンピュータ１およびトルク検出回路２は、たとえば、ＥＣＵ（電子制御ユニット）内の共通の基板上に実装されている。
【００１１】
マイクロコンピュータ１は、たとえば、０〜５Ｖの範囲で２．５Ｖを中心として正弦波状に変化する擬似正弦波電圧信号をＤ／Ａ出力ポートから出力している。また、マイクロコンピュータ１は、擬似正弦波電圧信号と同じ出力タイミングで同じ周波数のパルス信号をパルス出力ポートから出力している。このパルス出力ポートから出力されるパルス信号は、マイクロコンピュータ１と同一基板上に実装されたウオッチドッグタイマ回路３に入力されている。ウオッチドッグタイマ回路３は、入力されるパルス信号に基づいて、マイクロコンピュータ１が正常に動作しているか否かを判断し、マイクロコンピュータ１が正常に動作していないとき（暴走しているとき）には、マイクロコンピュータ１のリセットポートにリセット信号を与えて、マイクロコンピュータ１の動作を停止させる。これにより、マイクロコンピュータ１の暴走による操舵トルクの誤検出を防止できる。
【００１２】
トルク検出回路２は、ローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２、電流増幅回路２１、反転電流増幅回路２２、サンプリングパルス発生回路２３、差動増幅回路２４，２５、サンプルホールド回路２６，２７、出力回路２８，２９、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２の直列回路、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列回路、ならびに抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の直列回路を備えている。
マイクロコンピュータ１が出力する擬似正弦波電圧信号は、２つのローパスフィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ２に並列に入力されている。ローパスフィルタＬＰＦ１は、擬似正弦波電圧信号に含まれるノイズ成分を除去するためのものであり、ローパスフィルタＬＰＦ２は、擬似正弦波電圧信号から基準動作電圧（たとえば、２．５Ｖ）を生成するためのものである。ローパスフィルタＬＰＦ２で生成された基準動作電圧は、必要に応じて増幅器Ａで所定電圧（たとえば、３．５Ｖ）まで増幅されて、このトルク検出回路２の各部に動作電圧として供給されている。具体的には、ローパスフィルタＬＰＦ２で生成された基準動作電圧は、差動増幅回路２４，２５および出力回路２８，２９の動作電圧として用いられる。また、増幅器Ａから出力される所定電圧は、サンプリングパルス発生回路２３の動作電圧として用いられる。このように、マイクロコンピュータ１からの擬似正弦波電圧信号に基づいて生成した電圧をトルク検出回路２の各部の動作電圧に用いることにより、トルク検出回路２の各部の動作電圧を安定に保つことができ、トルク検出回路２の各部を安定に動作させることができる。
【００１３】
ローパスフィルタＬＰＦ１を通過した擬似正弦波電圧信号は、電流増幅回路２１および反転電流増幅回路２２にそれぞれ入力されている。電流増幅回路２１は、擬似正弦波電圧信号を位相を変化させずに増幅することにより交流電圧信号を生成し、この生成した交流電圧信号を出力する。一方、反転電流増幅回路２２は、擬似正弦波電圧信号を位相を反転させる（位相を１８０度ずらす）とともに増幅することにより、電流増幅回路２１から出力される交流電圧信号とは逆位相の交流電圧信号を生成して出力する。
【００１４】
電流増幅回路２１の出力端子と、反転電流増幅回路２２の出力端子との間には、補償用コイルＬ１とトルク検出用コイルＬ２との直列回路、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列回路および抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の直列回路が互いに並列となるように接続されている。これにより、各直列回路には、電流増幅回路２１から出力される交流電圧信号と反転電流増幅回路２２から出力される交流電圧信号との差に相当する交流電圧が印加されることになる。その結果、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２には、それぞれインピーダンスに応じた交流電圧が誘起される。
【００１５】
補償用コイルＬ１とトルク検出用コイルＬ２との接続点は、差動増幅回路２４の一方の入力端子に接続されている。一方、差動増幅回路２４の他方の入力端子は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列回路の中間点、すなわち電流増幅回路２１に接続された端子側の合成抵抗値と反転電流増幅回路２２に接続された端子側の合成抵抗値とが一致するような点に接続されている。したがって、差動増幅回路２４には、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２の接続点の電圧を表す信号と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の直列回路の中間点の電圧を表す信号とが入力されており、差動増幅回路２４は、これらの入力信号の差を増幅してサンプルホールド回路２６に与える。
【００１６】
サンプルホールド回路２６にはまた、サンプリングパルス発生回路２３で発生されるサンプリングパルスが入力されている。サンプリングパルス発生回路２３は、ローパスフィルタＬＰＦ１を通過した擬似正弦波電圧信号を取り込み、たとえば、この擬似正弦波電圧信号のピーク時（振幅が最大となる時）に同期してサンプリングパルスをサンプルホールド回路２６に与える。サンプルホールド回路２６は、サンプリングパルスが与えられたタイミングで差動増幅回路２４から入力される信号をサンプリングし、このサンプリングした信号を次のサンプリングパルスが与えられるまでホールドして出力する。サンプルホールド回路２６の出力信号は、出力回路２８で適当なレベルに増幅された後、トルク検出信号Ｔmainとしてマイクロコンピュータ１に入力されている。
【００１７】
ここで、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２は、操舵トルクに応じてねじれを生じるトーションバーに関連して、このトーションバーに生じるねじれの量に応じてインピーダンスが変化するように設けられている。つまり、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２は、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じてインピーダンスが変化するものである。補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２のインピーダンスが変化すると、その変化に応じて、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２に誘起される交流電圧が変化し、さらに補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２の接続点の電圧が変化する。ゆえに、差動増幅回路２４の出力信号を所定のタイミングでサンプルホールドして得られる信号のレベルは、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２のインピーダンスに応じて変化することになる。したがって、マイクロコンピュータ１は、サンプルホールド回路２６の出力信号を出力回路２８で増幅して得られるトルク検出信号Ｔmainに基づいて、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出することができる。
【００１８】
差動増幅回路２５、サンプルホールド回路２７および出力回路２９は、差動増幅回路２４、サンプルホールド回路２６または出力回路２８に故障が発生していないかを判断するためにトルク検出信号Ｔmainと比較される補助トルク検出信号Ｔsubを取得するための回路である。差動増幅回路２５には、補償用コイルＬ１とトルク検出用コイルＬ２との接続点の電圧を表す信号と、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の直列回路の中間点の電圧を表す信号とが入力されており、差動増幅回路２５は、これらの入力信号の差を増幅してサンプルホールド回路２７に与える。サンプルホールド回路２７は、サンプリングパルス発生回路２３からサンプリングパルスが与えられるタイミングで、差動増幅回路２５の出力信号をサンプリングホールドする。そして、サンプルホールド回路２７の出力信号が出力回路２９で増幅されることにより補助トルク検出信号Ｔsubが生成され、この補助トルク検出信号Ｔsubがマイクロコンピュータ１に入力されている。マイクロコンピュータ１は、トルク検出信号Ｔmainと補助トルク検出信号Ｔsubとを比較し、これらの偏差が所定値よりも大きい場合には、差動増幅回路２４、サンプルホールド回路２６または出力回路２８に故障が発生しているために、操舵トルクが良好に検出されていないと判断する。
【００１９】
以上のようにこの実施形態によれば、マイクロコンピュータ１から擬似正弦波電圧信号を出力させ、この擬似正弦波電圧信号を増幅および反転増幅して生成した交流電圧信号を、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２の直列回路に入力することにより、補償用コイルＬ１およびトルク検出用コイルＬ２にインピーダンスに応じた交流電圧を誘起させている。これにより、従来の電動パワーステアリング装置に備えられているアナログ発振器を必要としないから、装置コストの低減を達成することができる。
【００２０】
また、マイクロコンピュータ１から出力される擬似正弦波電圧信号は、マイクロコンピュータ１内のクロックに基づいて生成されるから、その発振周波数および振幅は安定している。ゆえに、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに良好に対応したトルク検出信号Ｔmainを得ることができ、このトルク検出信号Ｔmainに基づいて操舵トルクを精度良く検出することができる。
なお、この実施形態では、トルク検出回路２がマイクロコンピュータ１と共通の基板に実装されているとしたが、トルク検出回路２は、マイクロコンピュータ１以外の部品が実装された基板に実装されてもよいし、専用の基板（トルクセンサ基板）に実装されてもよい。
【００２１】
この発明の一実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この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電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      マイクロコンピュータ（トルク検出手段）
２      トルク検出回路
Ｌ１    補償用コイル
Ｌ２    トルク検出用コイル
【図１】
0003985428.tif 000002