JPH02168894A - 電動パワーステアリング用モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、補助操舵力発生用のアクチュエータとして直
流電動機を用いた電動パワーステアリング装置に係り、
特に乗用自動車に好適な電動パワーステアリング用モー
タ制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、自動車のパワーステアリングシステムとして
は、主として油圧方式のものが用いられていたが、近年
、補助操舵力発生用のアクチュエータとして直流電動機
を用いた、いわゆる電動パワーステアリング装置が実用
化されるようになり、小型化、省装備スペース化、ロー
コスト化などに役立っている。

ところで、この電動パワーステアリング装置では、その
直流電動機の制御に、主としてチョッパ制御が使用され
ており、その例を特公昭６２７６４０号公報にみること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかして、近年、自動車、とくに乗用自動車では、各種
の電装品の装備が進み、これら相互間での電磁波ノイズ
による問題が深刻化している。

しかしながら、上記従来技術では、チョッパ制御による
電磁波ノイズ発生について配慮がされておらず、マイコ
ン（マイクロコンピュータ）を用いた各種の制御装置で
の誤動作発生やラジオへの雑音の混入など、他の電装品
への影響の点で問題があった。

本発明の目的は、電磁波ノイズが最少限に抑えられ、電
動パワーステアリングシステムの特長が充分に活かせる
ようにしたモータ制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、電動パワーステアリングシステムでのアク
チュエータの動作の特殊性を考慮して、所定の条件のも
とで、直流電動機の通電制御を通常のチョッパ制御から
連続通電制御に切換える機能を設けることにより達成さ
れる。

［作用コ 直流電動機を通電制御するための半導体素子の温度を監
視し、この温度が所定値以下のときには、半導体スイッ
チング回路の制御をチョッパ制御か＝４ ら連続通電制御に切換える。

この連続通電制御動作中は、電動パワーステアリングが
動作しても、電磁波ノイズは発生されない。

他方、電動パワーステアリングシステムでは、その補助
操舵力発生用のアクチュエータが作動される頻度は、そ
れほど高くないから、結局、他の電装品に影響するよう
な電磁波ノイズが発生されるチャンスは、かなり少なく
でき、充分なノイズ抑制効果を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明による電動パワーステアリング用モータ制
御装置について、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、１は自動車
のバラチリからなる直流電源、２は十電源線、３は一電
源線、４はリレーの接点、５はチョッパ回路、６は直流
電動機で、電動パワーステアリング装置の電動アクチュ
エータとなるもの、７は自動車のキースイッチで、電源
スィッチに相当するもの、８はドライブ回路で、チＨツ
バ回路５を制御するもの、９はマイコン（マイクロコン
ピュータ）で、全体の制御を司るもの、１０．１１は増
幅回路、１２は温度センサで、チョッパ回路５を構成す
る半導体素子の温度を監視するもの、１３は昇圧回路、
１４はゲート電圧制御回路である。

チョッパ回路５は４個のパワーＦＥＴ　（電界効果形ト
ランジスタ）４１〜４４の４個のアームからなるブリッ
ジ接続のスイッチング回路構成となっており、ＦＥＴ４
２と４３とがオンしたときには、直流電動機６に正方方
向の電流が流れ、補助操舵力は右方向に働き、ＦＥＴ４
１と４４がオンしたときには、直流電動機６には図示と
反対方向の電流が流れ、左方向の補助操舵力となる。な
お、この実施例では、この直流電動機６として、永久磁
石界磁型の直流電動機が用いられている。

次に、下側のアームの２個のＦＥＴ４．３，４．４には
オン電流に比例した電流を取出すことができる端子に、
Ｍが設けられており、これらに抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続す
ることにより電流検出が行われ、検出した電流値は増幅
回路１０．１１を介してマイコン９に取込まれるように
なっている。なお、このような電流検出用の端子を有す
るブリッジ接続のスイッチング回路は公知である。

キースイッチ７が閉じられると、制御回路系に電圧が与
えられ、電動パワーステアリングとして機能させること
ができる。

ドライブ回路８は、これも公知の、ブリッジ接続された
各４個のＦＥＴからなるダブルブリッジ回路構成のもの
で、それぞれのブリッジのポール（アームに相当）から
の出力がチョッパ回路５の各ＦＥＴのゲートに接続され
ている。そして、このドライブ回路８に対する制御信号
はマイコン９から与えられ、この結果、入力信号１．Ａ
、２Ａにより、図中の上側のブリッジ回路が動作し、入
力信号ＩＢ、２Ｂにより下側のブリッジ回路が動作する
ようになっている。

マイコン９からの入力信号は２個のトランジスタＴｌ、
Ｔ２と、６個の抵抗Ｒ３〜Ｒ８を介してドライブ回路８
に入力されるようになっており、この結果、各ＦＥＴ４
１〜４４は、マイコン９からの制御信号ＰＷＭ　（Ｒ）
、Ｒ，ＰＷＭ　（Ｌ）。

Ｌにより、第２図に示すようにしてオン・オフ制御され
る。

第３図は、この第２図に示した動作のうち、制御信号Ｐ
ＷＭ　（Ｒ）、ＲによるＦＥＴ４２，４３の動作を示し
たものである。

ここで、チョッパ回路５の上アームのＦ　Ｅ　Ｔ４１゜
４２を制御するためには、十電源線２の電位よりも高い
電圧が必要である。そこで、昇圧回路１３により高電圧
を得、これをドライブ回路８の上側ブリッジ回路に供給
するようになっている。すなわち、トランジスタＴ３は
マイコン９からのタイマー信号により所定の周期でオン
・オフ制御されており、これにより接点４を動作させる
ためのリレーのコイルＬ１に逆起電力を発生させ、これ
が電源電圧に加算された電圧になる。これをダイオード
Ｄ１で整流し、コンデンサＣ１に充電させることにより
所定の高電圧を得るようにしているのである。

なお、ここで、ＺＤｌはツェナーダイオードであり、上
記した所定の高電圧の最大値が所定値以下に制限される
ように設けであるものである。

このとき、コイルＬ１としてリレーのコイルを利用して
いるため、キースイッチ７が閉じられたときには、第４
図に示すようにしてトランジスタＴ３を制御し、これに
よりリレーの接点４が確実に閉じられるようにしている
。つまり、最初、リレーが動作するのに充分な時間ｔの
間は、タイマー信号を連続的に出力し、その後、周期的
な断続信号に変え、昇圧動作に移行するのである。

般に、リレーは、ひとたびメーク動作したあとは、その
保持電流を小さくしても、メーク動作を継続するという
特性があるから、昇圧動作に移行してもリレーの接点４
がブレイクしてしまう虞れはない。

従って、この実施例によれば、リレーのコイルを流用す
ることにより、昇圧用のコイルを別途必要とせず、さら
に小型化とコストダウンが可能になる。

チョッパ回路５をチョッパ動作させるときには、マイコ
ン９からの出力信号ＰＷＭ　（Ｍ）のレベルをハイレベ
ルに保ち、トランジスタＴ４．Ｔ５を連続的にオン状態
にしておく。従って、このときの動作は第２図の通りに
なり、直流電動機６はデユーティ制御により、その速度
やトルクが制御される。なお、このときの制御は従来技
術と同じである。

しかしながら、この実施例では、チョッパ回路５のＦＥ
Ｔの温度などで定まる所定の条件のもとでは、直流電動
機６を連続通電制御するようになっている。そして、こ
のため、」二記したように。

温度センサ１２が設けられ、これにより、チョッパ回路
５の半導体素子である、ＦＥＴ４１〜４４の温度を監視
している。そして、この温度はマイコン９に信号ＡＤ３
として取込まれており、その結果、この温度が所定値以
下のときだけ、チョッパ制御に代えて上記した連続通電
制御が行われるようになっているのである。

この連続通電制御状態では、マイコン９は信号ＰＷＭ　
（Ｍ）としてパルスを出力させ、その通流率（デユーテ
ィ比）を所定値に保ち、これにより昇圧回路１３からト
ランジスタＴ５を介して、ドライブ回路８の上側ブリッ
ジに供給される電源電圧を制御し、チョッパ回路５の上
アームのＦＥＴ４１又は４２のゲート電圧を低下させ、
これらのＦＥＴが能動領域で動作されるようにするので
ある。

このときの動作を第５図に示す。

この第５図と第２図から明らかなように、この状態では
、チョッパ回路５のＦＥＴ４２，４３が連続的に導通し
ており、かつ、上アームのＦＥＴ４２はトランジスタＴ
５の導通量に応じたゲート電圧のもとて能動領域での動
作となっており、これにより直流電動機６の電流が連続
的に流れている状態で、その電流値が制御される、いわ
ばアナログ的な制御が実行されるようになっている。

同様に、ＦＥＴ４１と４４が導通制御され、直流電動機
６が反対方向に回転しているときでは、ＦＥＴ４１は能
動領域で動作されることになる。

つまり、このときには、ＦＥＴ４１，４２のチョッパ動
作は無くなり、これらの導通量の制御により直流電動機
６の電流が制御されることになるのである。

このときでの、マイコン９によるトランジスタＴ５の導
通量の制御は次のようにして行われる。

すなわち、マイコン９の出力ＰＷＭ　（Ｍ）からは、第
５図に示すようなパルス信号が発生され、これがトラン
ジスタ１゛４をオン・オフ制御させるが、この結果は、
抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２により積分されて平滑化され
、そのレベルが信号ＰＷＭ（Ｍ）のデユーティ比により
制御される。そこで、このデユーティ比をマイコン９で
制御してやれば、ドライブ回路８に供給される電源電圧
が制御され、結局、ＦＥＴ４１又はＦＥＴ４２の導通量
が制御されることになるのである。

このようにして、連続通電制御によれば、上記したチョ
ッパ制御に伴なう高速スイッチングによる電磁波ノイズ
の発生は無くなり、電波障害発生の虞れを無くすことが
できる。

しかしながら、このようにチョッパ回路５のＦＥＴを能
動領域で動作させると、その損失が大きくなり、この結
果、発熱量が増し、温度上昇によりＦＥＴの破壊の虞れ
を生じる。

そこで、この実施例では、第６図に示すようなチョッパ
制御領域と連続通電制御領域とを定め、これにしたがっ
た動作領域の切換え制御を行なうようになっている。な
お、この第６図は、ＦＥＴ４１〜４４などの半導体素子
のジャンクション温度が、半導体動作保証温度以上にな
らないようにするための条件から定まる特性である。

ここで、制限電流とは、第１図で抵抗Ｒ１，Ｒ２により
検出した電流値によりマイコン９が判断した、ＦＥＴ４
１〜４４に許し得る所定の最大電流値のことである。

このため、マイコン９は、上記したように、温度センサ
１２によりＦＥＴの温度を検出し、その検出データを取
込み、これと増幅回路１０．１１を介して取込んだ電流
値データとにより第６図の領域判定を行ない、可能な限
り、すなわち　ＦＥＴの温度が許容範囲にある限りは連
続通電制御モードで動作させるように制御処理を実行す
るものである。

一方、本発明が対象とする自動車用のパワーステアリン
グシステムでは、その補助操舵力発生用の直流電動機が
作動されるのは間欠的であり、かつ、その頻度も、それ
程は高くならないのが通例である。

従って、この実施例によれば、直流電動機６はかなり長
い期間、連続通電制御モードで動作されることになり、
この結果、電磁波ノイズの発生を充分に少なく抑えるこ
とができる。

次に、第７図は本発明の、さらに別の一実施例で、第１
図の実施例と異なる点は、ゲート電圧制御回路１４に加
えて、第２のゲート電圧制御回路１５が設けられており
、これにより、連続通電制御モート時には、ドライブ回
路８の下側ブリッジ回路に対する電源電圧の制御も同時
に行なうようにした点だけで、これ以外は同じである。

この第２のゲート電圧制御回路１５は、マイコン９の出
力ＰＷＭ　（Ｍ２）によりオン・オフ制御されるトラン
ジスタＴ６を有し、この１〜ランジスタＴ６の出力を抵
抗Ｒ１１，Ｒ１２とコンデンサＣ３からなる時定数回路
を介して１ヘランジスタＴ７に供給し、このトランジス
タＴ７の導通率を制御することによりドライブ回路８の
下側ブリッジの電源電圧を制御するようになっている。

なお、この結果、元からあるゲート電圧制御回路１４に
対するマイコン９の出力信号は、ＰＷＭ（Ｍｌ）となっ
ている。

この実施例によれば、連続通電制御時、チョッパ回路５
のＦＥＴ４１　（又はＦＥＴ４２）が能動領域で動作さ
れると共に、下側のＦＥＴ４．４．（又はＦＥＴ４３）
も同時に能動領域での動作モートに制御されることにな
り、この結果、能動領域でのＦＥＴの電圧降下が、２個
のＦＥＴで分担されることになり、これらの半導体素子
の電力容量を増加させることなく、その温度上昇を抑え
ることができ、連続通電制御モートでの動作期間を長く
することが可能になり、さらに電磁波ノイズの発生頻度
を減らすことができる。

ところで、以」二の説明では、本発明の実施例における
連続通電制御モードに移行する条件として、ＦＥＴの温
度を考慮していたが、これとは別に直流電動機６の始動
時を条件とするようにしてもよい。つまり、直流電動機
６の始動時が最も電流の立上りが大きく、この結果、電
磁波ノイズも強くなる。そこで、この期間を連続通電制
御モードに移行すべきものとするのである。

このときでの、直流電動機６の始動判定は、チョッパ回
路５の電流が零になったときから、電流が増加した場合
とか、チョッパ回路５の電流が零になり、その後、成る
規定された時間（例えば１秒）経過後に電流が流れ始め
たときなどとすれば良い。なお、この判定は、マイコン
９により容易に行なうことができるのは云うまでもない
。

第８図にこのときの制御動作を示す。すなわち、時刻ｔ
。でモータ始動と判定されたら、例えば１秒などの規定
時間が経過して時刻ｔ工になるまでは連続通電制御モー
１（で動作させ、その後、チョツバ制御モードに移行さ
せるのである。

従って、この実施例によっても充分に電磁波ノイズを軽
減させることができ、ラジオなどの電装品への影響を充
分に抑えることができる。

次に、直流電動機６の電流がかなり小さいときには、Ｆ
ＥＴを連続通電制御モードで動作させても、その発熱量
はあまり多くはならず、温度上昇も少なくて済むと考え
られるので、本発明の一実施例としては、このことを条
件にして連続通電制御モードを実行するようにしてもよ
い。

第９図は、このときの制御特性を示したもので、はぼ、
直流電動機６に対して供給すべき電流値だけにより制御
モードの移行切換えを行なうようにしたものである。

ところで、本発明は、以上の各実施例で示した制御を組
み合わせて実施するようにしてもよく、例えば、第９図
の破線で示したように、所定の温度Ｔ以上ではチョッパ
制御モードに移行させるようにしても良い。なお、これ
以外にも、例えば消費電力により移行制御するようにし
ても良い。

［発明の効果］ 本発明によれば、電動パワーステアリングシステムでの
、補助操舵力用モータの使用態様の特殊性を活かし、か
なりの期間中は連続通電制御モードで動作できるように
したので、チョッパ制御に伴なう電磁波ノイズ発生の虞
れを充分に抑えることが出来、ラジオへのノイズ混入な
ど、各種電装品への影響を最小限に抑えることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電動パワーステアリング用モータ
制御装置の一実施例を示す回路図、第２図は動作説明用
の論理図、第３図はチョッパ制御モード説明用のタイミ
ングチャート、第４図は昇圧回路とリレーの動作を説明
するタイミングチャート、第５図は電圧制御動作を説明
するタイミングチャート、第６図はモート移行特性図、
第７図は本発明の他の一実施例を示す回路図、第８図は
始動時連続通電制御モー１くを説明するタイミングチャ
ート、第９図はモータ電流によるモード切換特性図であ
る。 １・・・直流電源、２・・・・十電源線、３・・−電源
線、４・・・・リレーの接点、５・・・・チョッパ回路
、６・・・永久磁石界磁型の直流電動機、７　　キース
イッチ、８・・・・・ドライブ回路、９・・・・マイコ
ン（マイクロコンピュータ）、１０．１１・・・・・増
幅回路、１２・・・・・・温度センサ、１３・・　・昇
圧回路、１４．１５・・・・・ゲート電圧制御回路。 代理人　弁理士　　武　順次部（外１名）第２ 図 第３ 図 第４ 図 第５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、補助操舵力発生用直流電動機の通電制御を半導体ス
   イッチング回路によるチョッパ制御で行なうようにした
   電動パワーステアリング用モータ制御装置において、上
   記半導体スイッチング回路のスイッチング素子を飽和領
   域も含む能動領域で連続的に動作させる制御手段と、上
   記スイッチング素子の温度を監視するセンサ手段とを設
   け、上記スイッチング素子の温度が所定値以下にあると
   きには上記半導体スイッチング回路を上記制御手段によ
   る制御に切換えるように構成したことを特徴とする電動
   パワーステアリング用モータ制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記半導体スイッチング
   回路のスイッチング素子がパワーＦＥＴであり、上記制
   御手段が該パワーＦＥＴのゲート電圧を制御するための
   半導体ダブルブリッジ回路を含むことを特徴とする電動
   パワーステアリング用モータ制御装置。 ３、請求項２の発明において、上記制御手段が、上記半
   導体ダブルブリッジ回路の上アームと下アームの少なく
   とも一方の電源電圧を制御する回路を含むことを特徴と
   する電動パワーステアリング用モータ制御装置。 ４、請求項３の発明において、上記上アームと下アーム
   の少なくとも一方の電源電圧を制御する回路が、半導体
   チョッパ昇圧回路を含むことを特徴とする電動パワース
   テアリング用モータ制御装置。 ５、請求項４の発明において、上記半導体チョッパ昇圧
   回路が、上記半導体スイッチング回路の主電源オン・オ
   フ用電磁リレーの電磁コイルを昇圧用インダクタンスと
   して構成されていることを特徴とする電動パワーステア
   リング用モータ制御装置。