JPS6361682A

JPS6361682A - 電動パワ−ステアリングの制御装置

Info

Publication number: JPS6361682A
Application number: JP61206489A
Authority: JP
Inventors: Seiji Komamura; 駒村　清二; Katsukuni Kata; 加太　克邦; Bunichi Sugimoto; 杉本　文一
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1988-03-17
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0815864B2

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）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Ｈ−３５６ｆｌｉ４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０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、オフ動作を綴り返し、このＰＷＭ信号のデユーティ
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Ｑ＋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、セルファ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、Ｐ
ＷＭ信号のデユ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
。そのために上記デユ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、セルファライニングトルク
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、ＰＷＭｉ号のデユー
ティ比と電動モータの出力トルクとのりニアリティを保
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、セルファラニン
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、Ｐ
ＷＭ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ＰＷ
Ｍ信号のデユ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、このビニオン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にビニオン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すを設けているが、
この選択回路す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Ｖｃ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すには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、この選択回路すであって、上記オペ・アンプ１
３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１５ｂが閉じているときには、選択回路す
に入力した指令電圧Ｖｃ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Ｖｒを絶対値化する絶対値回路１８か
らの出力信号ＩＶＩＩと、指令電圧Ｖｃの絶対値を０倍
する絶対値増幅回路１９からの出力信号α１Ｖｃｌ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、ＩＶＩＩ＜α１Ｖｃ
ｌのときにオフになって、接点１５ｂを閉じ、反対にＩ
ＶＩＩ＞α１Ｖｃｌ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、選択回路すに、上記指令電圧Ｖｃとモータ電流相当
電圧■Ｉとが入力すると、そのときの出力電圧■０はＶｏ　＝Ｖｃ　＋　（Ｒｆ　／Ｒｓ　）　（Ｖｃ　−Ｖ
＋　）となる。

したがって、指令電圧Ｖｃとモータ電流相当電圧ｖｌと
が等しいときには、上記出力電圧ｖＯが指令電圧Ｖｃと
等しくなる。また、上記モータ電流相当電圧Ｖ、が指令
電圧Ｖｃよりも大きくなれば、出力電圧■０を小さくシ
、逆に電圧Ｖｌが小さくなれば、出力電圧ｖＯ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ｖＩに関係なく
、指令電圧Ｖｃと等しい出力電圧ＶＯを出力する。

上記のようにした選択回路すには、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Ｘ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２５．２
６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のパルス信号工と同一のパル
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、上記パルス信号工と同一のパルス信号りがこの
第３７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アントゲ−
）２Ｂ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２ＢからＰＷＭ信号信号比力
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２８〜３２（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１．２ＦＥ
Ｔ２９．３０のゲート側は、電圧変換回路３３．３４を
介して第１、？アンドゲート２２．２３に接続し、第３
ＦＥＴ３１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２
０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３．４Ｆ
ＥＴ３１．３２間ｃ７）を圧Ｖ３．　Ｖ４　ラフ−スミ
位にしている。さらに、上記電動モータｍの電圧ｖ、、
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１．２
ＦＥＴ２９．３０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　、ｖａは、常に、アース電位であるが、
第１．２ＦＥＴ２９．３０のソース電圧ｖ、、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
．８０のゲート電圧Ｇ、Ｈとソース電圧ｖ、、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５ＦＥ
Ｔ３６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５ＦＥＴａ６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
３Ｂを介して第４アンドゲート２Ｂ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１７
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＄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３
７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１が出力され、
そのノット信号が第５ＦＥＴ３Ｂのゲート側に入力する
。この第５ＦＥＴ３１３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５ＦＥＴ３Ｇのゲート側に電圧が印加され
、当該節５ＦＥＴ３Ｅｌがオンとなる。

このように第５ＦＥＴ３ｆ！がオンになれば、第１ＦＥ
Ｔ２９のゲート側がアースされるので、電圧変換回路３
３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、このノット信号百がオフのときには、換言すれ
ば、ＰＷＭ信号Ｅがオンのときには、第５ＦＥＴ３Ｂ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５ＦＥＴ３Ｂ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のデユー
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Ａ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
りが出力されるとともに、このパルス信号りが電圧変換
回路３４に入力する。電圧変換回路３４にパルス信号り
が入力すると、この電圧変換回路３４から第２ＦＥＴ３
０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２ＢからＰＷＭ信号Ｆとして出力される。

そして、このｐｗＭｇ号Ｆがノットゲート３８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丁で
第６ＦＥＴａ８を制御すること、上記第５ＦＥＴ３Ｂ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
ユ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
３．４ＦＥＴ３１．３２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６例えば、
正転信号Ａが出力されている間、第４ＦＥＴ２７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■に比例したモータ電流
相当電圧ＶＩ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Ｖｒ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Ｖｃを６倍して絶
対値化した絶対値増幅回路１８からの出力信号も入力す
る。

そして、コンパレータ１７は、前記したように上記再出
力信号を比較し、ＩＶＩＩ＜α１Ｖｃｌであれば、スイ
ー７−Ｆ−１５ノ接点１５ｂを閉じ、逆ニＩＶＩ　ｌ＞
　α１Ｖｃｌ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Ｖｃに比例するととも
に、当該モータのロック時の電圧ともはぼ比例し、結局
、指令電圧Ｖｃ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
の再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１８で指令電圧Ｖｃをα
倍してα１Ｖｃｌとする。

この電圧信号αＩＶｃｌと、モータ電流相当電圧Ｖｒを
絶対値回路１８で絶対値化した電圧信号ＩＶ■１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、Ｉ
ＶＩＩ＜α１Ｖｃｌのときには、当該電動モータｍがロ
ック状態に達していす、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Ｖｃ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Ｖｃ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Ｖｃ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Ｖｃ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、ＩＶ
ＩＩ＞α１Ｖｃｌ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、上記選択回路すでは、前記したように指令
電圧Ｖｃとモータ電流相当電圧Ｖｌ　とを比較し、モー
タ電流相当電圧Ｖ■が指令電圧Ｖｃに対して大きすぎる
とき、例えば、指令電圧Ｖｃの値がゼロにもかかわらず
、上記モータ電流相当電圧ｖｌがゼロ以上の値のときは
、電動モータｍに供給される電流工がゼロになるように
出力電圧Ｖｏ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Ｖｃ
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、セルファラニングトル
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
に上記デユ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墨。

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Ｖｃ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
号のデユ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、Ｖｃ・・・
指令電圧。Ｖ、・・・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。

Claims

【特許請求の範囲】

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。