JP4027339B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、自動車のステアリング装置において、モータの動力をステアリング系に付与して、運転者の操舵力負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、ハンドル操舵トルクを検出する操舵トルク検出部および、車速を検出する車速検出部等の出力する信号に基づき、モータ制御部により、モータを駆動制御し操舵力の軽減を行っている。そのモータに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は知られているところである。

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は、ブラシとコミュテータ間の電圧降下によるモータ出力の低下や変動がないため、安定した操舵補助力が得られる。また、モータの慣性モーメントが、ブラシ付きモータと比較して小さいため、高速直進時やハンドルの切り返し時に良好な操舵フィーリングが得られる。

しかしながら、モータにブラシレスモータを用いた場合には、ブラシとコミュテータに代わり、モータの回転角（ロータの回転位置）に応じてモータ電流の通電量を制御することが必要となる。このため、モータの回転角（ロータの回転位置）を検出するモータ回転角検出部および、モータ電流検出部を設け、モータ回転角検出部およびモータ電流検出部の出力信号に基づいて、ブラシレスモータのＰＷＭ駆動制御を行う。モータ回転角検出部は、例えば、レゾルバとＲＤ（レゾルバデジタル）変換部によって形成されている。レゾルバからの信号は、ＲＤ変換部に連続的に供給される。ＲＤ変換部は、ブラシレスモータにおける回転子の固定子に対する角度（ロータの回転位置）θを計算して、計算された角度θに対応する信号を出力する。また、ＲＤ変換部は、ブラシレスモータにおける回転子の固定子に対する回転角速度ωを計算して、計算された回転角速度ωに対応する信号を出力する。

上記のようなモータの回転角（ロータの回転位置）を検出するためにレゾルバとＲＤ変換部を用いた装置は、特許文献１に開示されている。
特許３２１６４９１公報

従来の電動パワーステアリング装置では、レゾルバからの出力からロータの回転位置を求めるために前述したＲＤ変換部を用いているが、ＲＤ変換部は高価であり、コストアップを招くという問題点があった。また、ＲＤ変換部は、非常に短い周期で角度算出を行っており、例えばスパイクノイズが混入すると、演算自体が一旦リセット（演算停止）するため、運転者に違和感を与える可能性があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、レゾルバの出力からモータの回転角（ロータの回転位置）の算出を安価でノイズの影響を受けにくい装置で達成する電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１の電動パワーステアリング装置（請求項１に対応）は、ステアリング系にトルクを付与するブラシレスモータと、ブラシレスモータの回転子の回転角に対応する信号を出力する回転角検出手段と、操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、少なくとも操舵入力検出手段からの信号に基づいて目標電流を算出する機能を含む第１の制御手段と、ブラシレスモータへ通電を行うモータ駆動手段とを備え、第１の制御手段は、回転角検出手段から出力される回転角に対応する信号を入力し、回転角に対応する信号に基づいて第１の制御手段の内部の記憶手段に格納された所定のテーブルを参照することにより回転子の回転角を読み出す演算手段を有し、さらに第１の制御手段とは別の第２の制御手段を備え、第２の制御手段は、回転角検出手段から出力される回転角に対応する信号を入力し、回転角に対応する信号に基づいて第２の制御手段の内部の記憶手段に格納された所定のテーブルを参照することにより回転子の前記回転角を読み出す演算手段を有し、第１の制御手段と第２の制御手段のそれぞれは操舵入力検出手段で検出される操舵入力に基づいてブラシレスモータの回転を規制する方向禁止手段を備えることで特徴づけられる。

第２の電動パワーステアリング装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、第１の制御手段の演算手段により読み出された回転角の値と、第２の制御手段の演算手段により読み出された回転角の値とを比較することにより異常を検出することで特徴づけられる。

第３の電動パワーステアリング装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、第１の制御手段の方向禁止手段と第２の制御手段の方向禁止手段は、それぞれ、操舵入力検出手段を介して得られる操舵入力の回転方向と、回転角検出手段を介して得られるブラシレスモータの回転子の回転方向とが異なる場合にブラシレスモータの回転を規制する異常信号を出力し、２つの方向禁止手段のうちいずれか一方が異常信号を出力した場合にブラシレスモータへの通電をゼロにしてブラシレスモータの回転を停止させることで特徴づけられる。

第４の電動パワーステアリング装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、レゾルバから出力される回転角に対応する信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備え、第１の制御手段または第２の制御手段の一方がレゾルバへの基準クロックパルスとサンプルホールド回路へのサンプルホールドタイミングパルスとを出力することで特徴づけられる。

第１の電動パワーステアリング装置（請求項１に対応）によれば、ステアリング系にトルクを付与するブラシレスモータと、ブラシレスモータの回転位置を検出する回転角検出手段と、操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、少なくとも操舵入力検出手段からの信号に基づいて目標電流を算出する制御手段と、ブラシレスモータへ通電を行うモータ駆動手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、制御手段内に設けられた所定のテーブルを参照することにより回転角の算出を行うため、ノイズの影響を受けにくく、演算停止の可能性がなくなるので、操舵違和感を低減することができる。また、ＲＤ変換部が不要であることから、従来より安価な構成とすることができる。

第２の電動パワーステアリング装置（請求項２に対応）によれば、制御手段とは別の第２の制御手段を設け、第２の制御手段は制御手段と同様の回転角の算出を行い、制御手段の算出値と第２の制御手段の算出値とを比較することにより異常を検出するため、制御手段と第２の制御手段との間で出力差が非常に小さく、それぞれの信号の誤差のためのマージンを小さくすることができるため異常検出精度が向上する。

第３の電動パワーステアリング装置（請求項３に対応）によれば、制御手段とは別の第２の制御手段を設け、第２の制御手段は制御手段と同様の回転角の算出を行い、制御手段と第２の制御手段は運転者の操舵入力に基づいてブラシレスモータの回転を規制する方向禁止手段とを備えるため、万一制御手段と第２の制御手段のどちらか一方が異常となった場合でも他方によって確実な方向禁止を行うことが可能となる。また、制御手段と第２の制御手段の異常検出が不要となり、簡易な回路構成とすることができる。

第４の電動パワーステアリング装置（請求項４に対応）によれば、回転角検出手段はレゾルバであり、レゾルバからの出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備え、制御手段または第２の制御手段の一方がレゾルバへの基準クロックパルスとサンプルホールド回路へのサンプルホールドタイミングパルスとを出力するため、励磁信号のピークに正確に同期したサンプルホールドタイミングを出力できる。さらに、励磁信号のピークとサンプルホールドタイミングを正確に同期させたまま、タイミングを任意に変更することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図４を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２の上端はステアリングホイール１１に連結され、下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２に対し動力伝達機構１８を介してブラシレスモータ１９が設けられている。ブラシレスモータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２に与える。またステアリング軸１２には操舵トルク検出部２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２に加えたとき、ステアリング軸１２に加わる当該操舵トルクを検出する。２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報と車速に係る情報に基づいて、ブラシレスモータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。またブラシレスモータ１９には、レゾルバによって構成されるモータ回転角検出部２３が付設されている。モータ回転角検出部２３の回転角信号ＳＧ２は制御装置２２にフィードバックされている。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。

上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、ブラシレスモータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。

上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２に付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。さらに、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔおよび車速信号Ｖに基づいてブラシレスモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるブラシレスモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくブラシレスモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。

図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。

図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はブラシレスモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンド。３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。

図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２の支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成と、ブラシレスモータ１９および制御装置２２のレイアウトとが明示される。

図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２は２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルト４４で固定されている。ステアリング軸１３の下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢された当て部材４７でピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、ブラシレスモータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ４９とステアリング軸１２に固定されたウォームホイール５０とによって形成される。操舵トルク検出部２０は、ステアリング軸１２の周りに配置される操舵トルク検出センサ２０ａから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部２０ｂとから構成されている。操舵トルク検出センサ２０ａはリッド４３に取り付けられている。

図４は図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図４ではブラシレスモータ１９および制御装置２２の内部の具体的構成が明示される。

ブラシレスモータ１９は、回転軸５１に固定された永久磁石により成る回転子（ロータ）５２と、回転子５２の周囲に配置された固定子５４とを備える。固定子５４は固定子巻線５３を備える。回転軸５１は、２つの軸受け部５５，５６によって回転自在に支持される。回転軸５１の先部はブラシレスモータ１９の出力軸１９ａとなっている。ブラシレスモータ１９の出力軸１９ａは、トルクリミッタ５７を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸４８に結合されている。伝動軸４８には前述の通りウォームギヤ４９が固定され、これに噛み合うウォームホイール５０が配置されている。回転軸５１の後端部には、ブラシレスモータ１９の回転子５２の回転角（ロータの回転位置）を検出する前述のモータ回転角検出部（レゾルバ）２３が設けられる。モータ回転角検出部２３は、回転軸５１に固定された回転子２３ａと、この回転子２３ａの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子２３ｂとから構成される。以上のブラシレスモータ１９の構成要素は、モータケース５８の内部に配置される。

図５は、前述の制御装置２２のブロック構成図である。制御装置２２は、マイクロコンピュータ（制御手段）１００とモータ駆動部１０１と電流検出部１０２を備えている。

制御装置２２は、検出素子２３ｂからの出力を増幅部１０４，１０５で増幅し、サンプルホールド回路１０６，１０７によってサンプリングする。モータ回転角検出部２３は、ブラシレスモータ１９のロータと同軸に取り付けられた図示しない回転子２３ａと、この回転子２３ａの周囲に配置された励磁コイル１０８、ｓｉｎ出力コイル１０９およびｃｏｓ出力コイル１１０とから成る検出素子２３ｂを有している。回転子２３ａは、回転軸に直交する平面で切断した時の断面形状が略十字状に形成されており、その回転（ロータ回転）に応じて、ｓｉｎ出力コイル１０９およびｃｏｓ出力コイル１１０の出力値が変化する。

励磁コイル１０８には、マイクロコンピュータ１００から増幅器１０３を介して例えばｓｉｎωｔ（ω：角周波数、ｔ：時刻）で表されるリファレンス信号（電圧）が与えられる。一方、ｓｉｎ出力コイル１０９およびｃｏｓ出力コイル１１０は、マイクロコンピュータ１００から励磁コイル１０８にリファレンス信号が入力された時に、ｓｉｎ（ωｔ−θ）で表されるｓｉｎ信号（電圧）およびｃｏｓ（ωｔ−θ）で表されるｃｏｓ信号（電圧）を出力する。ｓｉｎ出力コイル１０９からのｓｉｎ信号およびｃｏｓ出力コイル１１０からのｃｏｓ信号は、それぞれ増幅器１０５，１０４で増幅された後、サンプルホールド回路１０７，１０６によりサンプルホールドしてマイクロコンピュータ１００に入力されるようになっている。なお、サンプルホールドするサンプルホールドタイミングをマイクロコンピュータ１００から出力される信号により決定されるようにしている。

マイクロコンピュータ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えており、ＲＯＭには、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の値（デジタルデータ）とロータ回転位置θとの関係がテーブル化されて格納されている。マイクロコンピュータ１００は、励磁コイル１０８に向けて出力したレファレンス信号を参照して、ｓｉｎ出力コイル１０９から出力される信号およびｃｏｓ出力コイル１１０から出力される信号をマイクロコンピュータ１００から出力されるタイミング信号に基づくタイミングでサンプルホールド回路によってサンプリングし、Ａ／Ｄ変換することによって、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を得ている。そして、ＲＯＭに格納されているテーブルを参照し、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の瞬間値に対応するロータ回転位置θを読み出す。これにより、モータのロータ回転位置θを検出できる。

マイクロコンピュータ１００は、操舵トルク検出センサ２０ａによって検出される操舵トルク、および図示しない車速センサによって検出される車速などに応じてブラシレスモータ１９の目標電流値を定める。そして、上述のようにして検出したロータ回転位置θに基づき、ブラシレスモータ１９のロータ回転位置θに応じたブラシレスモータ１９の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の目標電流値を求める。そして、それらの目標電流値に基づいてＰＷＭ制御信号を作成し、その作成したＰＷＭ制御信号をモータ駆動部１０１に出力する。これにより、ＰＷＭ制御信号に応じた電流がモータ駆動部１０１からブラシレスモータ１９の各相に供給され、ブラシレスモータ１９から操舵補助に必要なトルクが発生される。

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１００のみで、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づいてブラシレスモータ１９のロータ回転位置θを検出する。これにより、Ｒ／Ｄコンバータのような高価でノイズの影響を受ける可能性のある回路装置を必要とすることなく、ブラシレスモータのロータ回転位置θを検出でき、電動パワーステアリング装置の低コスト化および操舵フィールの向上を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。第２の実施形態では、図５で示した電動パワーステアリング装置における制御装置２２は、次に述べるように一部変更される。その制御装置を制御装置２２ａとする。

図６は、制御装置２２ａのブロック構成図である。制御装置２２は、図５で示した構成要素以外にマイクロコンピュータ（第２の制御手段）１１１を追加して設け、角度比較部１１２を備えている。また、制御装置２２ａの図５で示した制御装置２２と同様の構成要素には同一の符号を付け、説明を省略する。

マイクロコンピュータ１１１はマイクロコンピュータ１００と同様に、例えばＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えており、ＲＯＭには、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の値（デジタルデータ）とロータ回転位置θとの関係がテーブル化されて格納されている。マイクロコンピュータ１１１は、ｓｉｎ出力コイル１０９から出力される信号およびｃｏｓ出力コイル１１０から出力される信号をサンプルホールド回路によってサンプリングし、Ａ／Ｄ変換することによって、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を得ている。そして、ＲＯＭに格納されているテーブルを参照し、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の瞬間値に対応するロータ回転位置θを読み出す。これにより、モータのロータ回転位置θを演算する。そして、演算したロータ回転位置に係る信号θ２を角度比較部１１２に出力する。

角度比較部１１２は、マイクロコンピュータ１００から出力されるロータ回転位置に係る信号θ１とマイクロコンピュータ１１１から出力されるロータ回転位置に係る信号θ２を比較し、θ１とθ２が異なるときは１を、ほぼ等しいときはゼロを信号としてマイクロコンピュータ１００と異常表示部１１３に出力するが、マイクロコンピュータ１００は、その角度比較部１１２からの信号がゼロのときには、そのままの状態を保ち、角度比較部１１２からの入力が１のときには、マイクロコンピュータ１００からのモータ駆動部１０１への信号をモータの出力が漸減するように出力する。

図７は、角度比較部１１２を示すブロック構成図である。角度比較部１１２は、入力部１１４、出力部１１５、ＣＰＵ１１６、記憶部１１７を備えている。この角度比較部１１２では、マイクロコンピュータ１００から入力されるロータ回転位置に係る信号θ１と、マイクロコンピュータ１１１から入力されるロータ回転位置に係る信号θ２を比較し、その差が所定値より小さければ、正常であることを判断し、正常値信号、例えばゼロをマイクロコンピュータ１００と異常表示器１１３に出力し、その差が所定値より大きければ、故障と判断し、故障信号、例えば１をマイクロコンピュータ１００と故障表示部１１３に出力する。ここでの所定値は、予め記憶部１１７の記憶領域１１８に記憶させてある。

故障表示部１１３は、マイクロコンピュータ１００あるいは、マイクロコンピュータ１１１が故障かどうかを表示する装置であり、例えば、角度比較部１１２からの入力信号に基づいて点滅する発光ダイオードなどを設けたものである。その発光ダイオードは、角度比較部１１２からの信号がゼロのときには、点灯しない状態を保ち、角度比較部１１２からの入力が１のとき、点灯するようにすれば良い。それにより、発光ダイオードが点灯したとき、マイクロコンピュータ１００，１１１等が故障と判断することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。第３の実施形態では、図５で示した電動パワーステアリング装置における制御装置２２は、次に述べるように一部変更される。その制御装置を制御装置２２ｃと記載する。

図８は、制御装置２２ｃのブロック構成図である。制御装置２２ｃは、図５で示した構成要素以外にマイクロコンピュータ１１１を備え、また、マイクロコンピュータ１００とマイクロコンピュータ１１１内に図９で示す方向禁止部１２０，１１９を備えている。制御装置２２ｃで図５で示したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。方向禁止部１１９，１２０は、操舵方向とモータの回転方向が一致しないときは１を、操舵方向とモータの回転方向が一致するときはゼロを信号としてモータ駆動部１０１に出力する。その方向禁止部１１９，１２０からの信号がゼロのときには、そのままの状態を保ち、方向禁止部１１９，１２０のどちらかからの入力が１のときには、ブラシレスモータの出力がゼロになるようにモータ駆動部１０１を制御する。

図９は、方向禁止部１１９（１２０）を示すブロック構成図である。方向禁止部１１９と方向禁止部１２０は、同様の構造であるので、方向禁止部１１９のみを説明する。方向禁止部１１９は、操舵方向判定部１２１、モータ回転方向判定部１２２、方向禁止判定部１２３を備えている。この操舵方向判定部１２１では、舵角センサからの入力される信号から操舵方向を検出し、右回転ならば、例えば１信号を出力し、左回転ならば０信号を出力する。モータ回転方向判定部１２２は、マイクロコンピュータ１１１で演算したロータ回転位置からロータ回転方向を検出し、操舵を右回転にアシストするように回転する方向の場合には、１信号を出力し、操舵を左回転にアシストするように回転する方向の場合には、０信号を出力する。方向禁止判定部１２３は、操舵方向判定部からの信号と、モータ回転方向判定部からの信号を入力し、それらの信号が一致すれば、正常であることを判断し、正常値信号、例えばゼロをモータ駆動部１０１に出力し、それらの信号が不一致ならば異常と判断し、異常信号、例えば１をモータ駆動部１０１に出力する。方向禁止部１１９からの入力が１のときには、ブラシレスモータ１９の出力がゼロになるようにモータ駆動部１０１を制御する。

次に方向禁止部１１９（１２０）からの信号によるモータ制御部１０１の制御を図１０のフローチャートを用いて説明する。イグニッションスイッチをオン後、まず、モータ駆動部１０１は、方向禁止部１１９から方向禁止信号があるかどうか判断する（ステップＳＴ１１）。もし、なければ、リターンし、通常のモータ制御を行う。もし、マイクロコンピュータ１１１から方向禁止信号が有る場合は、方向禁止部１２０から方向禁止信号があるかどうか判断する（ステップＳ１２）。もし、方向禁止部１２０から方向禁止信号が有る場合は、モータ駆動部１０１は、方向禁止処理を実行する（ステップＳ１３）。もし、ステップＳ１２で方向禁止部１２０から方向禁止信号がなければ、方向禁止部１１９で方向禁止信号が出ているかどうか再チェックする（ステップＳ１４）。もし、方向禁止部１１９で方向禁止信号がなければ、リターンし、通常のモータ制御を行う。もし、ステップＳ１４で方向禁止部１１９から方向禁止信号がある場合、モータ駆動部１０１内の図示しないエラーカウンタをカウントし（ステップＳ１５）、方向禁止処理を実行する（ステップＳ１６）。次に、モータ駆動部のエラーカウンタのカウント値が所定値以上かどうか判断する（ステップＳ１７）。もし、カウント値が所定値より小さければ、リターンし、通常のモータ制御を行う。カウント値が所定値以上の場合は、方向禁止部１１９、１２０のどちらかに何らかの異常が発生しているとして、方向禁止部１１９，１２０にリセット信号を送り、方向禁止部１１９，１２０をリセットする（ステップＳ１８）。なお、ここでは方向禁止部１１９を正とし、方向禁止部１２０の信号が方向禁止部１１９の信号と一致しないときエラーカウンタをカウントアップする構成としているが、方向禁止部１１９の信号が方向禁止部１２０の信号と一致しないときをカウントするようにしてもよい。さらには、ＯＲ回路を用いて方向禁止部１１９と方向禁止部１２０との信号を比較するように構成してもよい。

これにより、角度比較手段等による信号比較、つまり２つのマイクロコンピュータの異常を検出することなく電動パワーステアリング装置の制御を正常に続行できる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を説明する。第４の実施形態では、図５で示した電動パワーステアリング装置における制御装置２２は、次に述べるように一部変更される。その制御装置を制御装置２２ｄとする。

図１１は、制御装置２２ｄのブロック構成図である。制御装置２２ｄは、図５で示した構成要素以外にマイクロコンピュータ１１１を追加して設けて、図６で示したものと同様の構成要素を含む。また、この制御装置では、図示しない角度比較部や方向禁止部を備えるようにしても良いが、これらについては前述の実施形態で説明したので説明を省略する。また、制御装置２２ｄの図５で示した制御装置２２と同様の構成要素、図６で示した制御装置２２ａと同様の構成要素には同一の符号を付け、説明を省略する。

励磁コイル１０８には、マイクロコンピュータ１００から増幅器１０３を介して例えばｓｉｎωｔ（ω：角周波数、ｔ：時刻）で表されるリファレンス信号（電圧）と基準クロックパルスが与えられる。この基準クロックパルスは、励磁信号タイミングを与えるものである。一方、ｓｉｎ出力コイル１０９およびｃｏｓ出力コイル１１０は、マイクロコンピュータ１００から励磁コイル１０８にリファレンス信号が入力された時に、ｓｉｎ（ωｔ−θ）で表されるｓｉｎ信号（電圧）およびｃｏｓ（ωｔ−θ）で表されるｃｏｓ信号（電圧）を出力する。ｓｉｎ出力コイル１０９からのｓｉｎ信号およびｃｏｓ出力コイル１１０からのｃｏｓ信号は、それぞれ増幅器１０５，１０４で増幅された後、サンプルホールド回路１０７，１０６によりサンプルホールドしてマイクロコンピュータ１００，１１１に入力されるようになっている。なお、サンプルホールドするサンプルホールドタイミングをマイクロコンピュータ１００から出力される信号により決定されるようにしている。このサンプルホールドタイミングと励磁信号のピークは正確に同期するようにレゾルバへの基準クロックパルスは出力される。

マイクロコンピュータ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えており、ＲＯＭには、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の値（デジタルデータ）とロータ回転位置θとの関係がテーブル化されて格納されている。マイクロコンピュータ１００は、励磁コイル１０８に向けて出力したレファレンス信号を参照して、また、基準クロックパルスに同期してサンプルホールドタイミングを出力して、ｓｉｎ出力コイル１０９から出力される信号およびｃｏｓ出力コイル１１０から出力される信号をマイクロコンピュータ１００から出力されるタイミング信号に基づくタイミングでサンプルホールド回路によってサンプリングし、Ａ／Ｄ変換することによって、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を得ている。そして、ＲＯＭに格納されているテーブルを参照し、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の瞬間値に対応するロータ回転位置θを読み出す。これにより、モータのロータ回転位置θを検出できる。

マイクロコンピュータ１１１はマイクロコンピュータ１００と同様に、例えばＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えており、ＲＯＭには、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の値（デジタルデータ）とロータ回転位置θとの関係がテーブル化されて格納されている。マイクロコンピュータ１１１は、ｓｉｎ出力コイル１０９から出力される信号およびｃｏｓ出力コイル１１０から出力される信号をサンプルホールド回路によってサンプリングし、Ａ／Ｄ変換することによって、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号を得ている。そして、ＲＯＭに格納されているテーブルを参照し、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の瞬間値に対応するロータ回転位置θを読み出す。

このように本実施形態では、レゾルバからの出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備え、制御手段（マイクロコンピュータ１００）または第２の制御手段（マイクロコンピュータ１１１）がレゾルバへの基準クロックパルスとサンプルホールド回路へのサンプルホールドタイミングパルスとを出力するため、励磁信号のピークに正確に同期したサンプルホールドタイミングを出力できる。さらに、励磁信号のピークとサンプルホールドタイミングを正確に同期させたまま、タイミングを任意に変更することが可能となる。

なお、第１の実施形態、第２の実施形態においては、各マイクロコンピュータは方向禁止部を備えない構成で説明したが、第１の実施形態、第２の実施形態において、各マイクロコンピュータに方向禁止部を備えた構成とすることもできる。

本発明は、モータ回転角検出部にレゾルバを用いた電動パワーステアリング装置に利用される。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。 制御装置のブロック構成図である。 本発明の第２の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のブロック構成図である。 角度比較部のブロック構成図である。 本発明の第３の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のブロック構成図である。 方向禁止部のブロック構成図である。 方向禁止部からの信号によるモータ制御部の制御を説明するフローチャートである。 本発明の第４の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のブロック構成図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリング軸
１８ 動力伝達機構
１９ ブラシレスモータ
２０ 操舵トルク検出部
２０ｄ 舵角センサ
２２ 制御装置
２３ モータ回転角検出部（レゾルバ）
１００ マイクロコンピュータ
１０１ モータ駆動部
１０２ 電流検出部
１０３ 増幅部
１０４ 増幅部
１０５ 増幅部
１０６ サンプルホールド回路
１０７ サンプルホールド回路
１０８ 励磁コイル
１０９ ｓｉｎ出力コイル
１１０ ｃｏｓ出力コイル
１１１ マイクロコンピュータ
１１２ 角度比較部
１１９，１２０ 方向禁止部

Claims (4)

1. ステアリング系にトルクを付与するブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータの回転子の回転角に対応する信号を出力する回転角検出手段と、
   操舵入力を検出する操舵入力検出手段と、
   少なくとも前記操舵入力検出手段からの信号に基づいて目標電流を算出する機能を含む第１の制御手段と、
   前記ブラシレスモータへ通電を行うモータ駆動手段と、
   を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記第１の制御手段は、前記回転角検出手段から出力される前記回転角に対応する前記信号を入力し、前記回転角に対応する前記信号に基づいて前記第１の制御手段の内部の記憶手段に格納された所定のテーブルを参照することにより前記回転子の前記回転角を読み出す演算手段を有し、
   さらに前記第１の制御手段とは別の第２の制御手段を備え、
   前記第２の制御手段は、前記回転角検出手段から出力される前記回転角に対応する前記信号を入力し、前記回転角に対応する前記信号に基づいて前記第２の制御手段の内部の記憶手段に格納された所定のテーブルを参照することにより前記回転子の前記回転角を読み出す演算手段を有し、
   前記第１の制御手段と前記第２の制御手段のそれぞれは前記操舵入力検出手段で検出される前記操舵入力に基づいて前記ブラシレスモータの回転を規制する方向禁止手段を備える、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記第１の制御手段の前記演算手段により読み出された前記回転角の値と、前記第２の制御手段の前記演算手段により読み出された前記回転角の値とを比較することにより異常を検出す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。
3. 前記第１の制御手段の前記方向禁止手段と前記第２の制御手段の前記方向禁止手段は、それぞれ、前記操舵入力検出手段を介して得られる前記操舵入力の回転方向と、前記回転角検出手段を介して得られる前記ブラシレスモータの前記回転子の回転方向とが異なる場合に前記ブラシレスモータの回転を規制する異常信号を出力し、
   ２つの前記方向禁止手段のうちいずれか一方が前記異常信号を出力した場合に前記ブラシレスモータへの前記通電をゼロにして前記ブラシレスモータの回転を停止させる、
   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。
4. 前記回転角検出手段はレゾルバであり、
   前記レゾルバから出力される前記回転角に対応する前記信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備え、
   前記第１の制御手段または前記第２の制御手段の一方が前記レゾルバへの基準クロックパルスと前記サンプルホールド回路へのサンプルホールドタイミングパルスとを出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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