JPH0815864B2

JPH0815864B2 - 電動パワ−ステアリングの制御装置

Info

Publication number: JPH0815864B2
Application number: JP20648986A
Authority: JP
Inventors: 清二駒村; 克邦加太; 文一杉本
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPS6361682A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ハンドルの正逆回転信号及びPWM回路か
らの出力信号に応じて、電動モータを制御する電動パワ
ーステアリングの制御装置に関する。

（従来の技術）この種の装置として特開昭60−35664号公報所載の発
明が従来らか知られているが、この従来の装置を簡略化
して示したのが、第６図のブロック図である。

この第６図に示した従来の装置は、信号処理回路１か
らの出力信号に応じて、トランジスタQ₁〜Q₄を動作させ
るようにしている。例えば、信号処理回路１から正転信
号が出力されると、トランジスタQ₄が常時オンになると
ともに、トランジスタQ₁がPWM信号に応じてオン、オフ
動作を繰り返し、このPWM信号のデューティ比に応じて
電動モータDMを制御する。

（本発明が解決しようとする問題点）上記のようにした従来の装置では、トランジスタQ₁が
オフのときにも、トランジスタQ₄がオンの状態を保つの
で、第６図の矢印で示すような閉回路を構成し、モータ
が外力によって回転させられると矢印のように電流が流
れ、当該電動モータDMにトルクが発生するが、それは制
御系と全く関係なく発生する。

この制御系と関係なく発生した電動モータのトルク
は、例えば、セルフアライニングトルクによってハンド
ルが戻るときに、ブレーキ作用をするので、ハンドルが
戻りにくくなるという問題があった。

そこで、上記トランジスタQ₄をPWM制御のパルス幅に
応じて、オン・オフさせることも考えられる。しかし、
この場合には、PWM信号の周波数が増加すると、PWM信号
のデューティ比と電動モータの出力トルクとのリニアリ
ティが、第７図に示すようにくずれてしまい、当該パワ
ーステアリングの制御性が悪くなるという別の問題が発
生する。

つまり、第８図に示すように、当該PWM信号の周波数
が増加すると、１パルス当りのエネルギーが小さくな
る。そのために上記デューティ比と電動モータの出力ト
ルクとのリニアリティがくずれてしまい、上記したよう
に当該パワーステアリングの制御性が悪くなるという問
題があった。

この発明の目的は、例えば、セルフアライニングトル
クによってハンドルが戻されるときなどに、当該電動モ
ータがブレーキ作用をせず、しかも、PWM信号のデュー
ティ比と電動モータの出力トルクとのリニアリティを保
つ制御装置を提供することである。

（問題点を解決する手段）上記の目的を達成するために、この発明は、電動モー
タも流れる電流を検出する電流信号処理回路と、この電
流信号処理回路から出力されるモータ電流相当電圧と走
行条件に応じて出力される指令電圧とを比較するコンパ
レータと、このコンパレータからの出力信号に応じて、
電動モータに印加される電圧を制御するか、あるいは電
動モータに流れる電流を制御するかを選択する選択回路
とを備え、しかもこの選択回路は、指令電圧がモータ電
流相当電圧よりも大きいとき、電圧制御を実施し、指令
電圧よりもモータ電流相当電圧が大きいとき、電流制御
を実施するとともに、この電流制御を実施していると
き、指令電圧に対するモータ電流相当電圧の差を補正す
る機能を備えた構成にしている。

（本発明の作用）上記のように構成したので、ハンドルを正逆いずれか
に回転させているとき、第３トランジスタあるいは第４
トランジスタがオンの状態を維持する。したがって、こ
れら第３、４トランジスタを介して回生電流が流れる。

モータに流れる電流は、電流信号処理回路によって検
出されるとともに、この処理回路からはモータ電流相当
電圧が出力される。

このモータ電流相当電圧は、コンパレータで指令電圧
と比較され、その比較結果が選択回路に入力する。この
選択回路では、指令電圧がモータ電流相当電圧よりも大
きいとき、電圧制御を選択し、指令電圧よりもモータ電
流相当電圧が大きいとき、電流制御を選択する。

しかも、この電流制御を実施しているとき、上記指令
電圧に対してモータ電流相当電圧が大きければ、当該モ
ータ電流相当電圧を低くする方向に補正する。

したがって、電動モータの出力トルクをゼロにするた
めの指令電圧が出力されているとき、上記回生電流が流
れれば、選択回路の電流制御機能によって、この回生電
流をゼロにする方向に補正する。

（本発明の効果）この発明の制御装置によれば、例えば、セルフアラニ
ングトルクによってハンドルを戻すときに、電動モータ
に回生電流が流れていても、それをゼロにするように制
御機能が発揮されるので、当該回生電流の作用で、電動
モータがブレーキ作用をするようなことはなくなる。し
たがって、当該パワーステアリングの制御性も向上す
る。

また、回生電流を積極的に流すようにしているので、
PWM周波数が高くなっても電流の流れが断続的になるこ
とはない。したがって、電動モータの出力トルクとPWM
信号のデューティ比とのリニアリティが維持される。

さらに、ハンドルを切っているときには、電圧制御が
実施されるので、電圧の変動が少なくなる。もし、ハン
ドルを切るときも電流制御とすると、当該電流を指令値
に維持させるために指令電圧が常に変動することにな
る。このように電圧が常に変動すると、モータから音が
発生することがある。しかし、この発明のように、ハン
ドルを切るときに電圧制御を実施すれば、当該電圧は指
令値に等しくなって、その変動がなくなるから、モータ
からの音の発生という問題もなくなる。

（本発明の実施例）第１〜５図に示したこの発明の実施例は、ハンドルＨ
に連結した入力軸２の先端にピニオン３を連結するとと
もに、このピニオン３をラック６にかみ合わせている。
このラック６の両側は、サイドロッド５及びナックルア
ーム４を介して車輪１に連結している。

また、正逆転可能にした電動モータｍには減速機７を
連結するとともに、この減速機７の出力軸８にピニオン
９を設け、このピニオン９を上記ラック６にかみ合せて
いる。

さらに、当該車両の車速を検出する車速センサー10と
入力軸２に作用する操舵トルクを検出するトルクセンサ
ー11とを設けているが、これら両センサー10、11を信号
処理装置12に接続している。

上記信号処理装置12は、モータ制御装置ａに接続して
いるが、このモータ制御装置ａの具体的な構成は第２図
のブロック図に示すとおりである。

上記モータ制御装置ａには、当該車両の走行条件に応
じた指令電圧Vcが入力する選択回路ｂを設けているが、
この選択回路ｂは差動入力型のオペ・アンプ13を有し、
このオペ・アンプの一方の入力端子13aに上記指令電圧V
_Cが入力し、他方の入力端子13bには、電動モータｍに流
れる電流を検出する電流信号処理回路14を接続してい
る。このようにした選択回路ｂには３つの抵抗Ra、Rs、
Rfを設けるとともに、抵抗Rfを抵抗Rsに対して十分に大
きくしている。

さらに、この選択回路ｂであって、上記オペ・アンプ
13の下流側にスイッチ15を設けている。このスイッチ15
は、接点15aと15bとを有し、接点15aが閉じているとき
には、上記オペ・アンプ13を機能させる。また、接点15
bが閉じているときには、選択回路ｂに入力した指令電
圧V_Cを、バイパス回路16から、後に述べる制御系の回路
に直接流すもので、オペ・アンプ13を実質的に機能させ
ないようにする。

そして、上記スイッチ15は、コンパレータ17に接続
し、このコンパレータ17の出力信号に応じて開閉動作す
るものである。

上記コンパレータ17には、電流信号処理回路14のモー
タ電流相当電圧V_Iを絶対値化する絶対値回路18からの出
力信号|V_I|と、指令電圧Vcの絶対値をα倍する絶対値増
幅回路19からの出力信号α|V_C|とが入力するようにして
いる。

そして、上記コンパレータ17は、|V_I|＜α|V_C|のとき
にオフになって、接点15bを閉じ、反対に|V_I|＞α|V_C|
のときには、当該コンパレータ17が機能して、接点15a
を閉じるようにしている。

そして、上記のように一方の接点15aが閉じていると
き、選択回路ｂに、上記指令電圧V_Cとモータ電流相当電
圧V_Iとが入力すると、そのときの出力電圧V₀は V₀＝V_C＋（Rf/Rs）（V_C−V_I）となる。

したがって、指令電圧V_Cとモータ電流相当電圧V_Iとが
等しいときには、上記出力電圧V₀が指令電圧V_Cと等しく
なる。また、上記モータ電流相当電圧V_Iが指令電圧V_Cよ
りも大きくなれば、出力電圧V₀を小さくし、逆に電圧V_I
が小さくなれば、出力電圧V₀を大きくする。

また、接点15bが閉じていると、電動モータｍに流れ
る電流すなわち上記モータ電流相当電圧V_Iに関係なく、
指令電圧V_Cと等しい出力電圧V₀を出力する。

上記のようにした選択回路ｂには、正負判定回路20と
絶対値回路21とを接続している。

上記正負判定回路20は、第１、２アンドゲート22、23
に接続するとともに、ノットゲート24を介して第３、４
アンドゲート25、26にも接続している。

上記第１、３アンドゲート22、25には、所定のパルス
信号を出力する発振回路27を接続しているが、第２、４
アンドゲート23、26には、上記絶対値回路21に接続した
PWM回路28を接続している。

いま、例えば、正負判定回路20から正転信号Ａが出力
されると、この正転信号Ａは第１、２アンドゲート22、
23に入力する。しかし、この正負判定回路20から正転信
号以外の信号すなわち逆転信号が出力されると、ノット
ゲート24が機能して逆転信号を出力するとともに、こ
の逆転信号Ａが第３、４アンドゲート25、26に入力す
る。

したがって、正負判定回路20からの正転信号Ａが第１
アンドゲート22に入力すると、その正転信号Ａが入力し
ている間、発振回路27のパルス信号Ｉと同一のパルス信
号Ｃが第１アンドゲート22から出力される。また、ノッ
トゲート24から出力される逆転信号Ａが第３アンドゲー
ト25に入力すると、その逆転信号が入力している間、上
記パルス信号Ｉと同一のパルス信号Ｄがこの第３アンド
ゲート25から出力される。

また、正転信号Ａが第２アンドゲート23に入力してい
るときには、その正転信号が入力している間、当該第２
アンドゲート23からPWM信号Ｅが出力される。また、ノ
ットゲート24からの逆転信号Ａが第４アンドゲート26に
入力していると、その逆転信号が入力している間、当該
第４アンドゲート26からPWM信号Ｆが出力される。

さらに、電動モータｍを介して、第１〜４電界効果ト
ランジスタ29〜32（以下には第１〜4FETという）でブリ
ッジ回路を構成している。そして、第１、2FET29、30の
ゲート側は、電圧変換回路33、34を介して第１、２アン
ドゲート22、23に接続し、第3FET31のゲート側を前記ノ
ットゲート24に直接接続し、第4FET32のゲート側を前記
正負反対回路20に直接接続している。

上記のようにしたブリッジ回路の第１、2FET29、30間
をバッテリ35のプラス側に接続し、第３、4FET31、32間
の電圧V₃、V₄をアース電位にしている。さらに、上記電
動モータｍの電圧V₁、V₂を、電圧変換回路33、34に導く
ようにしている。

上記のようにした電圧変換回路33、34は、第１、2FET
29、30のゲート電圧Ｇ、Ｈを確保するためのものであ
る。すなわち、第３、4FET31、32のソース電圧V₃、V
₄は、常に、アース電位であるが、第１、2FET29、30の
ソース電位V₁、V₂は、最大でバッテリ35の電圧まで変化
する。そこで、電圧変換回路33、34を機能させて、第
１、2FET29、30のゲート電圧Ｇ、Ｈとソース電圧V₁、V₂
との相対差を保つようにしている。

上記電圧変換回路33と第1FET29間を、第5FET36及びノ
ットゲート37を介して第２アンドゲート23に接続してい
るが、この第5FET36のドレイン側をアース電位にしてい
る。また、電圧変換回路34と第2FET30間を、第6FET38及
びノットゲート39を介して第４アンドゲート26に接続し
ているが、この第6FET38のドレイン側もアース電位にし
ている。

いま例えば、正負判定回路20から正転信号Ａが出力さ
れたとすると、この正転信号が出力している間、第１ア
ンドゲート22からパルス信号Ｃが出力されるとともに、
このパルス信号Ｃが電圧変換回路33に入力する。電圧変
換回路33にパルス信号Ｃが入力すると、この電圧変換回
路33から第1FET29に対するゲート電圧Ｇを出力する。

さらに、上記のように正転信号Ａが出力されると、そ
の正転信号Ａが第２アンドゲート23にも入力するので、
PWM回路28からの出力信号Ｂがこの第２アンドゲート23
からPWM信号Ｅとして出力される。このようにして第２
アンドゲート23から出力されたPWM信号Ｅはノットゲー
ト37に入力するが、このノットゲート37からは、PWM信
号がオフのときオンとなり、PWM信号がオンのときオフ
となるノット信号が出力され、そのノット信号が第5F
ET36のゲート側に入力する。この第5FET36のゲート側に
入力したノット信号がオンのときには、換言すればPWM
信号Ｅがオフのときには、第5FET36のゲート側に電圧が
印加され、当該第5FET36がオンとなる。

このように第5FET36がオンになれば、第1FET29のゲー
ト側がアースされるので、電圧変換回路33から出力され
ていたゲート電圧Ｇが、第1FET29のゲート側に供給され
なくなる。

反対に、このノット信号がオフのときには、換言す
れば、PWM信号Ｅがオンのときには、第5FET36のゲート
側に電圧が印加されない。そのためにPWM信号Ｅがオン
の間は、この第5FET36に通電されず、上記電圧変換回路
33からゲート電圧Ｇが第1FET29に印加され続ける。

したがって、第３図のタイムチャート図からも明らか
なように、第1FET29も、上記PWM信号Ｅのデューティ比
に応じてオン、オフ制御されることになる。

また、正負判定回路20から正転信号ではない信号が入
力すると、ノットゲート24から逆転信号が出力される
とともに、この逆転信号が第３アンドゲート25に入力す
る。そしてこの逆転信号が第３アンドゲート25に入力し
ている間、第３アンドゲート25からパルス信号Ｄが出力
されるとともに、このパルス信号Ｄが電圧変換回路34に
入力する。電圧変換回路34にパルス信号Ｄが入力する
と、この電圧変換回路34から第2FET30に対するゲート電
圧Ｈを出力する。

このとき第４アンドゲート26にも逆転信号Ａが入力す
るので、PWM回路28からの出力信号Ｂが、この第４アン
ドゲート26からPWM信号Ｆとして出力される。そして、
このPWM信号Ｆがノットゲート39に入力し、このノット
ゲート39から出力されるノット信号で第6FET38を制御
すること、上記第5FET36の場合と同様である。

したがって、第2FET30も、上記PWM信号Ｆのデューテ
ィ比に応じてオン、オフ制御されることになる。

上記のことからも明らかなように、第１、2FET29、30
がPWM信号に応じてオン・オフ動作するが、第３、4FET3
1、32は、ハンドルＨを左右いずれかに切り替えている
間、オンの状態を維持する。例えば、正転信号Ａが出力
されている間、第4FET32はオンの状態を維持する。した
がって、PWM信号がオフのときでも、電動モータｍに
は、矢印40方向の回生電流が流れる。この電動モータｍ
に流れる電流Ｉは、前記電流信号処理回路14で検出され
る。そして、この電流信号処理回路14からは、上記電流
Ｉに比例したモータ電流相当電圧V_Iが出力される。

上記のように電流信号処理回路14から出力されたモー
タ電流相当電圧V_Iは、絶対値回路18を経由してコンパレ
ータ17に入力するとともに、オペアンプ13にも入力す
る。

上記コンパレータ17には、指令電圧V_Cをα倍して絶対
値化した絶対値増幅回路19から出力信号も入力する。

そして、コンパレータ17は、前記したように上記両出
力信号を比較し、|V_I|＜α|V_C|であれば、スイッチ15の
接点15bを閉じ、逆に|V_I|＞α|V_C|であれば、接点15aを
閉じる。コンパレータ17に、上記のような制御をさせる
のは、ハンドルＨを切るときに電圧制御とし、ハンドル
Ｈを戻すときに電流制御とするためであるが、この制御
形態についてさらに詳細に説明する。

まず、モータ電圧は上記指令電圧V_Cに比例するととも
に、当該モータのロック時の電圧ともほぼ比例し、結
局、指令電圧V_Cとモータのロック時の電流も比例するこ
とになる。そして、上記モータのロック時とは、ハンド
ルＨを所定位置まで切って、その状態を保っているいわ
ゆる保舵状態に対応するものである。

したがって、ハンドルＨを切っているときに電圧制御
とし、それを戻しているときに電流制御とする場合に、
その両制御の切換点をモータのロック時の電圧に求める
ことができる。

そこで、この実施例では、モータロック時の電流を理
論的に求める。そして、この理論的に求めたロック電流
の電圧換算値を、絶対値増幅回路19で指令電圧V_Cをα倍
してα|V_C|とする。

この電圧信号α|V_C|と、モータ電流相当電圧V_Iを絶対
値回路18で絶対値化した電圧信号|V_I|とを、コンパレー
タ17に入力する。

そして、このコンパレータ17で比較された結果が、|V
_I|＜α|V_C|のときには、当該電動モータｍがロック状態
に達していず、ハンドルＨを切っているときなので、コ
ンパレータ17が動作せず、スイッチ15の接点15aを開
き、接点15bを閉じた状態に維持する。

上記のように接点15bが閉じているときには、指令電
圧V_Cが絶対値回路21からPWM回路28に直接伝達される。
したがって、この場合のモータ電圧は、指令電圧V_Cに応
じて制御される。つまり、ハンドルＨを切っているとき
には、電動モータは、指令電圧V_Cに応じて電圧制御され
るものである（第４図参照）。このようにハンドルＨを
切っているときには、指令電圧V_Cによる電圧制御が実施
されるので、当該モータ電圧は、上記指令電圧に等しく
なって変動しなくなるので、電圧の変化が原因で発生し
た音がなくなる。

また、上記コンパレータ17で比較された結果が、|V_I|
＞α|V_C|のときには、モータがロックされた状態に達し
ているので、コンパレータ17が動作して、スイッチ15の
接点15aを閉じ、接点15bを開く。

したがって、上記選択回路ｂでは、前記したように指
令電圧V_Cとモータ電流相当電圧V_Iとを比較し、モータ電
流相当電圧V_Iが指令電圧V_Cに対して大きすぎるとき、例
えば、指令電圧V_Cの値がゼロにもかかわらず、上記モー
タ電流相当電圧V_Iがゼロ以上の値のときは、電動モータ
ｍに供給される電流Ｉがゼロになるように出力電圧V₀を
制御する。したがって、このときには、上記電流Ｉを制
御する電流制御となる。

つまり、電動モータｍの回転数に関係なく指令電圧V_C
が一定であれば、電動モータｍの回転数に関係なく、電
動モータｍの出力トルクも一定になる（第４図参照）。
このことからも明らかなように、セルフアラニングトル
クによってハンドルＨを戻すときに、当該電動モータｍ
の回転数に規制されないので、ハンドルＨの戻り性能が
非常によくなる。

また、この実施例で、ハンドルＨを左右いずれかに切
り替えている最中には、第３、4FET31、32が常時オンの
状態を維持し、矢印40方向の回生電流が流れるので、第
５図に示すように、電流の流れが断絶することがない。
したがって、PWM信号の周波数が増加しても、エネルギ
ーがパルスごとに細分化されない。そのために上記デュ
ーティ比と電動モータの出力トルクとのリニアリティを
維持でき、当該パワーステアリングの制御性を良好に保
つことができる。

なお、上記実施例では、電界効果トランジスタを用い
たが、第６図に示した従来の装置にような通常のトラン
ジスタを用いてもよいこと当然である。要は、電動モー
タｍに流れる電流を検出して、それを指令電圧V_Cに応じ
た制御ができれば、トランジスタの種類を問わない。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜５図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はモータ制御装置のブロック図、第
３図はモータ制御装置のタイムチャート図、第４図はモ
ータの出力トルクと回転数との関係を示したグラフ、第
５図はPWM信号のパルスと回生電流との関係を示した
図、第６図は従来の装置の回路図、第７図はPWM信号の
デューティ比とモータの出力トルクとの関係を示したグ
ラフ、第８図は従来のPWM信号のパルスと回生電流との
関係を示した図である。ｍ……電動モータ、ｂ……選択回路、14……電流信号処
理回路、17……コンパレータ、V_C……指令電圧、V_I……
モータ電流相当電圧、28……PWM回路、28〜32……第１
〜４電界効果トランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−130781（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−119468（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４つのトランジスタと電動モータとでブリ
ッジ回路を構成するとともに、PWM回路からのPWM信号及
びハンドルの正転信号が入力したときオンになる第１ト
ランジスタと、PWM信号及びハンドルの逆転信号が入力
したときオンになる第２トランジスタと、ハンドルを正
転させたときオンになる第３トランジスタと、ハンドル
を逆転させたときオンになる第４トランジスタとを備え
た電動パワーステアリングの制御装置において、上記電
動モータに流れる電流を検出する電流信号処理回路と、
この電流信号処理回路から出力されるモータ電流相当電
圧と走行条件に応じて出力される指令電圧とを比較する
コンパレータと、このコンパレータからの出力信号に応
じて、電動モータに印加される電圧を制御するか、ある
いは電動モータに流れる電流を制御するかを選択する選
択回路とを備え、しかも、この選択回路は、指令電圧が
モータ電流相当電圧よりも大きいとき、電圧制御を実施
し、指令電圧よりもモータ電流相当電圧が大きいとき、
電流制御を実施するとともに、この電流制御を実施して
いるとき、指令電圧に対するモータ電流相当電圧の差を
補正する機能を備えた電動パワーステアリングの制御装
置。