JP2004064858A - 電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧専用のＰＷＭ信号生成部を追加することなく昇圧を可能にし、電子装置部の構成を簡素化し、製造コストを低減し、電子部品の実装スペースを小さくする電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置を提供する。
【解決手段】ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出部と、ステアリング系に補助トルクを与えるモータ１９と、操舵トルク信号に基づいてモータに供給すべき目標電流を演算し、この目標電流に基づき制御用デューティ信号を生成し、このデューティ信号に基づきスイッチング回路を作動させてモータ電流を制御しモータを駆動するモータ制御部４２と、ＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子を含む昇圧回路１００が備えられる。モータ制御部に含まれるＣＰＵ５４は昇圧制御用のＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号で昇圧回路を駆動制御する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置に関し、特に、電力系に設けられた昇圧回路に供給されるＰＷＭ信号を電動パワーステアリング制御用のＣＰＵから与えるようにした電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール（操舵ハンドル）を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操作によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および、車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部の制御動作に基づいて補助操舵力を出力する支援用モータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減している。モータ制御部の制御動作では、上記の操舵トルク信号と車速信号に基づきモータに通電するモータ電流の目標電流値を決定し、この目標電流値に係る信号（目標電流信号）と、モータに実際に流れるモータ電流を検出するモータ電流検出部からフィードバックされるモータ電流信号との差を求め、この偏差信号に対して比例・積分の補償処理（ＰＩ制御）を行い、モータを駆動制御する信号を発生させている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置では、上記モータに昇圧された電圧を与えるため、電力系に昇圧回路を備えている。本出願人が先に提案した昇圧回路の例を図６に示す。この昇圧回路は、特願２００２−３５９９２（平成１４年２月１３日に出願）で提案され、未だ公知になっていない。昇圧回路１００は、アース線１０１に対して、入力側に設けられたコイル１０２と、２つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０３，１０４と、出力側に設けられたコンデンサ１０５とを、図示のごときπ型の結線関係で接続することにより構成される。昇圧回路１００では、電圧Ｖｉｎを入力端子１００ａに入力すると、出力端子１００ｂから昇圧された電圧Ｖｏｕｔが出力される。昇圧回路１００では、２つのＦＥＴ１０３，１０４の各ゲートに所要タイミングで所要デューティを有するＰＷＭ信号ＳＧ１１，ＳＧ１２を与えることにより、コンデンサ１０５で充電を繰り返す作用に基づいて出力電圧を昇圧させ、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。出力端子１００ｂから出力された電圧Ｖｏｕｔはモータ駆動用電圧として用いられる。
【０００４】
上記の昇圧回路１００を用いて構成される電動パワーステアリング装置のモータ駆動用昇圧部として、従来の考え方によれば、図７に示される構成例が考えられる。昇圧回路１００から出力された電圧はモータ駆動回路１１１を経由してモータ１１２に与えられる。モータ１１２は、電動パワーステアリング装置における前述した支援用モータである。１１３は昇圧回路１００に対して上記ＰＷＭ信号を与えるＰＷＭ信号生成回路である。昇圧回路１００から出力された電圧の一部は、分圧によって取り出され、２入力比較器１１４を経由してＰＷＭ信号生成回路１１３にフィードバックされる。比較器１１４では、基準電圧源１１５からの基準電圧が残りの入力端子に与えられている。比較器１１４は出力誤差増幅器である。以上の構成を有するモータ駆動用昇圧部によれば、昇圧回路１００の出力電圧を分圧し、これを基準電圧源１１５から与えられる基準電圧と比較し、その電圧差をＰＷＭ信号生成回路１１３に入力することによりＰＷＭ信号波形のデューティを決定するようにしている。
【０００５】
なお図７では主にモータ１１２に対する専用のモータ駆動用昇圧部のみが示されており、電動パワーステアリング装置の前述したモータ制御部（制御用ＣＰＵやメモリ等から構成される）の図示は省略されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置においてその電力系で電力増大用の昇圧回路を備えるとき、昇圧回路内に含まれる２つのＦＥＴのオン・オフ動作を制御して昇圧作用を生じさせるため、当該昇圧回路にＰＷＭ信号が供給されることが必要である。この場合、昇圧用ＩＣで構成された昇圧回路専用の装置部を設けて、昇圧専用のＰＷＭ信号が生成されるように構成するのが、従来の一般的な考え方である。このような考え方によれば、電動パワーステアリング装置の製造コストの上昇を招き、かつ電子部品の実装スペースを余分に必要とするという問題が提起される。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、昇圧回路専用のＰＷＭ信号生成用電子装置部を追加することなく昇圧を可能にし、電子装置部の構成を簡素化し、製造コストを低減し、電子部品の実装スペースを小さく保持できる電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【０００９】
第１の電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置（請求項１に対応）は、ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出部と、ステアリング系に補助トルクを与える支援用モータと、少なくとも操舵トルク信号に基づいてモータに供給すべき目標電流を演算し、この目標電流に基づき制御用デューティ信号を生成し、このデューティ信号に基づきスイッチング回路を作動させてモータ電流を制御しモータを駆動するモータ制御部と、ＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子を含む昇圧回路を備え、さらに上記モータ制御部に含まれるＣＰＵ（中央処理ユニット）は、昇圧制御用のＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号で上記の昇圧回路を駆動制御するように構成されている。
【００１０】
上記の構成に従えば、電動パワーステアリング装置のモータ制御部に設けられるＣＰＵに基づき、昇圧に用いられるＰＷＭ信号をソフト的に生成して昇圧回路に与えるように構成され、かつ昇圧のための専用のコントローラや電子装置部を設ける必要をなくしている。そのため電動パワーステアリング装置の製造コストの低減や省スペース化を実現することが可能となる。
【００１１】
第２の電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、ＣＰＵは、昇圧回路から出力される電圧信号に基づき昇圧制御用のＰＷＭ信号を生成する変換部を含むことで特徴づけられる。この構成では、昇圧制御用のＰＷＭ信号の生成についてフィードバック制御系の構成が採用される。具体的に、上記ＣＰＵから出力された昇圧制御用ＰＷＭ信号のデューティに基づいて昇圧回路から出力された昇圧電圧を、当該ＣＰＵ自身におけるＡ／Ｄコンバータで読取り、そのデジタル電圧値によりＰＷＭ信号のデューティを決定し、ＰＷＭ信号出力にフィードバックさせるように構成されている。これにより、精度の高い昇圧制御用ＰＷＭ信号を生成することが可能となる。
【００１２】
第３の電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置（請求項３に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、ＣＰＵは、目標電流を演算する演算部から出力される目標電流に係る信号を用いて予想テーブルに基づき昇圧制御用のＰＷＭ信号を生成する生成部を含むことで特徴づけられる。この構成では、予想制御に基づきフィードフォワード制御系の構成が採用される。この構成によれば、ＣＰＵにおいて速い周期での電圧読取りや演算が不要となり、ＣＰＵ性能のグレードアップを図ることなく、電動パワーステアリング装置のモータ制御部を昇圧用ＰＷＭ信号の生成に併用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００１４】
なお以下の実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００１５】
最初に図１〜図３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および本発明の第１実施形態に係る特徴的構成を説明する。
【００１６】
電動パワーステアリング装置１０は例えば乗用車両に装備される。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を介して例えばブラシレスモータ等のモータ１９が設けられている。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に加わる操舵トルクを検出する。また２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はマイクロコンピュータ等を利用したコンピュータシステム（ＣＰＵやメモリ等を含む）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等を取り入れ、操舵トルクや車速等に係る情報に基づいて、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。またモータ１９には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（電気角）に係る信号ＳＧ２は制御装置２２に入力されている。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。また上記制御装置２２に対してはバッテリ２５から電力が供給されている。バッテリ２５は、車両に搭載された直流電源、または、そこから分圧して所要電圧を取り出して出力するように構成された直流電源部である。
【００１７】
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、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。
【００１８】
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。また車速検出部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に基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。このモータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助の操舵トルクをステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくモータ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。
【００１９】
上記制御装置２２は、大きな観点で見ると、図２に示されるごとく、目標電流決定部３１と制御部３２とから構成されている。
【００２０】
目標電流決定部３１は、主に操舵トルク信号Ｔに基づいて目標補助トルクを決定し、この目標補助トルクをモータ１９から供給させるために必要となる目標電流値に係る信号（目標電流信号）ＩＴを出力する。
【００２１】
制御部３２の詳しい構成は図３に示される。制御部３２は、モータ電流を制御するための制御系として、偏差演算部４１とモータ制御部４２とモータ駆動部４３と電流値検出部４４を備えている。偏差演算部４１は、目標電流信号ＩＴと電流値検出部４４で検出されたモータ電流（Ｉ_Ｍ）との偏差が求められる。モータ制御部４２は偏差電流制御部４５とＰＷＭ信号生成部４６とから成る。偏差電流制御部４５は、偏差演算部４１から与えられる電流信号に基づきモータ電流を制御するための駆動電流信号を生成し出力する。ＰＷＭ信号生成部４６は、偏差電流制御部４５から与えられる駆動電流信号に基づいてモータ１９をＰＷＭ運転するＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成する。モータ駆動部４３は、ゲート駆動回路部４７とモータ駆動回路４８から構成される。モータ駆動回路４８は、４つのＦＥＴで形成されるＨ型ブリッジ回路であり、前述のモータ駆動回路１１１に相当している。ゲート駆動回路部４７は、上記駆動制御信号（ＰＷＭ信号）に基づいてモータ駆動回路４８内のＦＥＴをスイッチング動作させる。
【００２２】
上記の構成により、制御装置２２は、操舵トルク検出部２０によって検出された操舵トルクに基づいて上記バッテリ２５からモータ１９へ供給されるモータ電流をモータ駆動回路４８でＰＷＭ制御し、モータ１９が出力する動力（補助操舵トルク）を制御する。
【００２３】
なお、バッテリ２５と制御部３２のモータ駆動回路４８との間には、前述した昇圧回路１００が接続されている。昇圧回路１００は２つのＦＥＴを含み、ＰＷＭ信号によって駆動されて昇圧作用を生じる。この昇圧回路１００によってバッテリ２５から供給される電圧が所要レベルに昇圧され、この昇圧された電圧がモータ駆動回路４８に提供される。
【００２４】
さらに上記制御部３２は、モータ電流を供給する電力系を制御する構成として、前述した第１のＰＷＭ信号生成部４６に対して、第２の昇圧用のＰＷＭ信号生成部５１を有している。このＰＷＭ信号生成部５１は、昇圧回路１００から出力された電圧信号が分圧で取り出されて入力され、フィードバックされた当該出力信号に基づいて所要のデューティを有するＰＷＭ信号ＳＧ１１，ＳＧ１２を出力する。ＰＷＭ信号生成部５１から出力された昇圧制御用のＰＷＭ信号ＳＧ１１，ＳＧ１２は昇圧回路１００に与えられる。
【００２５】
上記のＰＷＭ信号生成部５１の具体的構成を示すと、図４のごとくなる。ＰＷＭ信号生成部５１はＡ／Ｄコンバータ５２とデータテーブル５３によって構成される。昇圧回路１００から出力された昇圧電圧（Ｖｏｕｔ）は、通常は所要レベルにてＡ／Ｄコンバータ５２に入力され、ここでアナログ信号状態からデジタル信号状態に変換される。データテーブル５３は、昇圧回路１００から出力される昇圧電圧の値に応じて対応するデューティを求め、このデューティを用いてＰＷＭ信号ＳＧ１１，ＳＧ１２を出力させる。
【００２６】
上記において、ＰＷＭ信号生成部５１は、図３に示すごとく、電動パワーステアリング装置の制御部３２の要部機能を実現するＣＰＵ５４においてソフト的に実現される。データテーブル５３は、ＣＰＵ５４に付設されたメモリ内に予め用意される。従って、モータ電流を供給する電力系を制御する構成としてのＰＷＭ信号生成部５１は、電動パワーステアリング装置１０の制御用ＣＰＵ５４内に形成される。
【００２７】
なおＣＰＵ５４において、ＰＷＭ信号生成部５１での上記データテーブル５３は、演算機能部による計算によって代用することもできる。
【００２８】
以上の第１実施形態に係る構成によれば、電動パワーステアリング装置１０の制御装置２２において制御用に実装されたＣＰＵ５４によって、ソフト的にかつフィードバック制御系に基づいて、昇圧回路１００を駆動するためのＰＷＭ信号を生成し出力するようにしたため、昇圧用ＰＷＭ信号を生成するための専用コントローラを追加する必要がなくなり、電子装置の構成を簡素化できる。
【００２９】
次に図５を参照して本発明の第２実施形態を説明する。図５は第１実施形態の図３に対応している。第２実施形態の構成によれば、上記のＣＰＵ５４において、他の制御原理でＰＷＭ信号生成部５１が構成される。この実施形態によるＰＷＭ信号生成部５１では、目標電流決定部３１から出力される目標電流信号ＩＴに基づいて昇圧用ＰＷＭ信号ＳＧ１１，ＳＧ１２を生成し出力する昇圧用データテーブル５５が設けられる。昇圧用データテーブル５５は、目標電流値に基づいてデューティを予想してＰＷＭ信号を生成する予想テーブルである。第２実施形態のモータ駆動制御装置によれば、ＰＷＭ信号生成部５１は、フィードフォワード制御系に基づいて構成されている。その他の構成については、第１実施形態で説明された構成と同じである。
【００３０】
上記の第２実施形態の構成によれば、電動パワーステアリング装置の目標電流決定部で決定された目標電流値を利用してフィードフォワード制御に基づき昇圧用ＰＷＭ信号を生成し、昇圧制御を行う。このため、ＣＰＵ５４における負荷を軽減し、高性能のＣＰＵを用いることなく、精度の高い昇圧電圧の制御を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、電力系にＰＷＭ信号で駆動される昇圧回路を備える電動パワーステアリング装置における制御装置で、制御用ＣＰＵを利用してソフト的に昇圧用ＰＷＭ信号生成部を構成したために、昇圧回路専用のＰＷＭ信号生成用電子装置部を追加することなく昇圧を行うことができ、電子装置部の構成を簡素化し、製造コストを低減し、電子部品の実装スペースを小さく保持できる。
【００３２】
制御用ＣＰＵにおいてフィードフォワード制御系を利用して構成された昇圧用ＰＷＭ信号生成部によれば、ＣＰＵの負担を軽減することができ、高性能のＣＰＵを用いることなく、精度の高い昇圧電圧制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の全体構成を模式的に示した構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御装置の内部構成を示すブロック構成図である。
【図３】制御装置内の制御部の内部構成を詳細に示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る昇圧用のＰＷＭ信号信号生成部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る昇圧用のＰＷＭ信号信号生成部の構成例を示された図３と同様なブロック図である。
【図６】本発明の前提となる２つのＦＥＴを利用して構成される昇圧回路の回路図である。
【図７】図６に示された昇圧回路を駆動するための従来の考え方に基づく昇圧駆動部の構成図である。
【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
１５　　　　　　　ラック・ピニオン機構
１６　　　　　　　タイロッド
１７　　　　　　　前輪
１９　　　　　　　モータ
２０　　　　　　　操舵トルク検出部
２１　　　　　　　車速検出部
２２　　　　　　　制御装置
２５　　　　　　　バッテリ
３１　　　　　　　目標電流決定部
３２　　　　　　　制御部
５１　　　　　　　昇圧用のＰＷＭ信号生成部
１００　　　　　　　昇圧回路

Claims (3)

1. ステアリング系に作用する操舵トルクを検出し操舵トルク信号を出力する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング系に補助トルクを与えるモータと、少なくとも前記操舵トルク信号に基づいて前記モータに供給すべき目標電流を演算し、この目標電流に基づき制御用デューティ信号を生成し、このデューティ信号に基づきスイッチング回路を作動させてモータ電流を制御し前記モータを駆動するモータ制御手段を備える電動パワーステアリング装置において、
   ＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子を含む昇圧回路を備え、
   前記モータ制御手段に含まれるＣＰＵは、昇圧制御用の前記ＰＷＭ信号を生成し、前記昇圧回路を駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置のモータ駆動用制御装置。
2. 前記ＣＰＵは、前記昇圧回路から出力される電圧信号に基づき昇圧制御用の前記ＰＷＭ信号を生成する変換手段を含む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のモータ駆動用制御装置。
3. 前記ＣＰＵは、前記目標電流を演算する手段から出力される前記目標電流に係る信号を用いて予想テーブルに基づき昇圧制御用の前記ＰＷＭ信号を生成する手段を含む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のモータ駆動用制御装置。

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