JP2007091121A - モータ制御装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの制御の応答性および安定性を向上できるモータ制御装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】この装置は、車載バッテリ８からの電圧を昇圧する昇圧回路１２と、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏを電動モータＭに印加するモータ駆動回路１３と、目標電圧値Ｖrefに対する出力電圧Ｖｏの偏差ｅを求める電圧偏差演算部２６と、偏差ｅに対して比例・積分演算を行い、デューティ指令値を生成する比例・積分演算部４１と、デューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して昇圧回路１２に与えるＰＷＭ信号生成部４２と、デューティ指令値に応じて、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを可変設定するゲイン設定部４３とを備える。昇圧回路１２は、ＰＷＭ信号によって駆動され、このＰＷＭ信号のデューティ比に応じて車載バッテリ８からの電圧を昇圧する。
【選択図】図４

Description

この発明は、モータ駆動目標値とモータ印加電圧との偏差に基づく比例・積分制御によってデューティ指令値を生成し、これに基づいて電源電圧を昇圧して電動モータに給電する構成のモータ制御装置、およびこのようなモータ制御装置を用いた電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動モータの駆動力を車両のステアリング機構に機械的に伝達することによって操舵補助する装置である。電動モータは、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクに応じて設定される目標駆動値に基づいて制御され、これによって、操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構に与えられる。
車載バッテリからの電力を電動モータに給電するモータ制御装置は、たとえば、下記特許文献１に示されているように、車載バッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路の出力電圧を電動モータに印加する駆動回路と、昇圧回路および駆動回路を制御するマイクロコンピュータとを含む。

昇圧回路は、車載バッテリと駆動回路との間に直列に接続されたコイルおよびダイオードと、コイルおよびダイオードの間と接地電位部との間に接続されたトランジスタと、ダイオードおよび接地電位部の間に接続された平滑コンデンサとを備えた昇圧チョッパ回路からなる。マイクロコンピュータは、トランジスタにＰＷＭ信号を与え、このトランジスタをオン／オフする。これにより、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて昇圧された電圧が昇圧回路から出力される。マイクロコンピュータは、昇圧回路の出力電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御し、これにより、昇圧回路の出力電圧を目標電圧に導く。
特開２００４−３２０９２２号公報

ＰＷＭ信号のデューティ比に対する昇圧回路の出力電圧の特性（昇圧回路の入出力特性）は、デューティ比の増加に対して出力電圧が非線形に変化する特性である。より具体的には、デューティ比が低い領域（低デューティ域。たとえば６０％以下の領域）では、デューティ比に対する出力電圧の変化率は小さく、デューティ比が高い領域（高デューティ域。たとえば７０〜９０％の領域）では同変化率が大きい。そのため、フィードバック制御のゲインを一定値としていると、低デューティ域では応答性が不十分になるおそれがあり、高デューティ域では大きすぎるゲインのために制御系が不安定になるおそれがある。

また、昇圧回路の入出力特性は、電動モータに流れる電流（負荷電流）にも依存している。具体的には、負荷電流が大きいほど（すなわち、昇圧回路から見た負荷抵抗が小さいほど）、昇圧回路の出力電圧が低くなる。したがって、デューティ比に対する出力電圧の変化率は、負荷電流が大きいほど小さくなる。そのため、フィードバック制御のゲインを一定値としていると、小負荷電流域では制御系が不安定になるおそれがあり、大負荷電流域では応答性が不足するおそれがある。

このように、従来技術では、昇圧回路の出力電圧の制御の応答性および安定性が不十分であり、それに応じて、電動モータの制御の応答性および安定性が不足するおそれがあり、目標とする操舵特性を得難いという課題があった。
そこで、この発明の目的は、電動モータの制御の応答性および安定性を向上できるモータ制御装置を提供することである。

また、この発明の他の目的は、電動モータの制御の応答性および安定性を向上することにより、操舵特性を改善することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ＰＷＭ信号によって駆動されることにより、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電源電圧を昇圧して、電動モータ（Ｍ）に印加すべき出力電圧を出力する昇圧回路（１２）と、この昇圧回路の出力電圧を前記電動モータに印加するモータ駆動回路（１３）と、目標電圧値に対する前記昇圧回路の出力電圧の偏差を求める偏差演算手段（２６）と、この偏差演算手段によって求められた偏差に対して比例・積分演算を行い、デューティ指令値を生成する比例・積分演算手段（４１）と、前記比例・積分演算手段によって演算されたデューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して前記昇圧回路に与えるＰＷＭ信号生成手段（４２）と、前記比例・積分演算手段が演算するデューティ指令値に応じて、前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するゲイン設定手段（４３）とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、デューティ指令値に応じて、比例・積分演算のゲインが可変設定されるので、デューティ比に応じた適切なゲインを設定することができる。これにより、いずれのデューティ比においても、応答性の不足がなく、かつ、制御系の安定性を損なうことのない適切なゲインを設定することができるから、昇圧回路の出力制御の応答性および安定性を向上できる。その結果、電動モータの制御の応答性および安定性を改善できる。

ＰＷＭ信号生成手段が生成するＰＷＭ信号のデューティ比は、比例・積分演算手段によって生成されるデューティ指令値に対応している。したがって、ＰＷＭ信号生成手段が生成するＰＷＭ信号のデューティ比を別途求めて、これに基づいて比例・積分演算のゲインをゲイン設定手段によって可変設定するようにしてもよい。
前記昇圧回路は、ＰＷＭ信号のデューティ比に対して出力電圧が非線形に変化する入出力特性を有するものであってもよい。より具体的には、昇圧回路は、低デューティ域におけるデューティ比に対する出力電圧の変化率が、前記低デューティ域よりも高デューティの高デューティ域における同変化率よりも小さいものであってもよい。この場合、ゲイン設定手段は、低デューティ域におけるゲインよりも、高デューティ域におけるゲインを小さく設定するものであることが好ましい。

さらに、昇圧回路は、デューティ比の上限値付近の上限デューティ域において、デューティ比の増加に伴って出力電圧が減少し、前記上限デューティ域よりも低デューティの通常デューティ域において、デューティ比の増加に伴って出力電圧が増加する入出力特性を有するものであってもよい。この場合、前記ゲイン設定手段は、前記通常デューティ域におけるゲインを正の値に設定し、前記上限デューティ域におけるゲインを負の値に設定するものであることが好ましい。

前記昇圧回路は、前記ＰＷＭ信号によってオン／オフされるスイッチング素子を含むものであってもよい。より具体的には、前記昇圧回路は、電源（８）とモータ駆動回路（１３）との間の給電ライン（３１）に直列に介装されたリアクトル（３２）と、このリアクトルおよびモータ駆動回路の間から分岐して接地電位部との間に接続され、前記ＰＷＭ信号によってオン／オフされるスイッチング素子（３４）とを含む昇圧チョッパ回路であってもよい。この昇圧チョッパ回路は、前記リアクトルとモータ駆動回路との間の給電ラインに直列に介装され、前記スイッチング素子のオン時にモータ駆動回路からリアクトルに向かう電流を阻止する電流阻止手段（３３）と、この電流阻止手段およびモータ駆動回路との間から分岐して接地電位部との間に接続された平滑コンデンサ（３５）とをさらに含むことが好ましい。前記電流阻止手段は、前記スイッチング素子に対して相反的にオン／オフ駆動される別のスイッチング素子（３３）であってもよいし、リアクトルからモータ駆動回路に向かう方向についてだけ電流を通過させるダイオード素子であってもよい。

請求項２記載の発明は、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（１４）をさらに含み、前記ゲイン設定手段は、さらに、前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいて前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するものであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置である。

この構成によれば、デューティ指令値だけでなく、モータ電流（負荷電流）をも加味して、比例・積分演算のゲインが可変設定されるから、昇圧回路の入出力特性が負荷電流に依存して変動する場合でも、この変動を補償して、昇圧回路の出力電圧制御の応答性および安定性を確保できる。
請求項３記載の発明は、ＰＷＭ信号によって駆動されることにより、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電源電圧を昇圧して、電動モータ（Ｍ）に印加すべき出力電圧を出力する昇圧回路（１２）と、この昇圧回路の出力電圧を前記電動モータに印加するモータ駆動回路（１３）と、目標電圧値に対する前記昇圧回路の出力電圧の偏差を求める偏差演算手段（２６）と、この偏差演算手段によって求められた偏差に対して比例・積分演算を行い、デューティ指令値を生成する比例・積分演算手段（４１）と、前記比例・積分演算手段によって演算されたデューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して前記昇圧回路に与えるＰＷＭ信号生成手段（４２）と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（１４）と、このモータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に応じて、前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するゲイン設定手段（４３）とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。

この構成によれば、モータ電流（負荷電流）に応じて比例・積分演算のゲインが可変設定されるので、モータ電流に応じた適切なゲインを設定することができる。これにより、モータ電流に依存する昇圧回路の入出力特性の変動を補償できるから、いずれのモータ電流においても、応答性の不足がなく、かつ、制御系の安定性を損なうことのない適切なゲインを設定することができる。これにより、昇圧回路の出力制御の応答性および安定性を向上でき、その結果、電動モータの制御の応答性および安定性を改善できる。

前記昇圧回路は、出力電圧がモータ電流（負荷電流）に依存するものであってもよい。より具体的には、前記昇圧回路は、ＰＷＭ信号のデューティ比に対する出力電圧の特性（入出力特性）が、モータ電流の大小に依存するものであってもよい。さらに具体的には、前記昇圧回路は、モータ電流が大きいほど、ＰＷＭ信号のデューティ比に対する出力電圧の増加率が小さくなるものであってもよい。この場合には、前記ゲイン設定手段は、モータ電流が大きいほど、前記ゲインを大きく設定するものであることが好ましい。

請求項４記載の発明は、電動モータ（Ｍ）の動力を車両の操舵機構（３）に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータを駆動制御する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ制御装置（１０）を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
この構成によれば、デューティ指令値および／またはモータ電流に応じて、比例・積分演算のゲインを適切に設定することができるので、デューティ指令値および／またはモータ電流によらずに、良好な応答性および制御安定性を確保できる。これにより、操舵特性（操舵フィーリング）を改善することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。車両の操向のための操作手段としてのステアリングホイール１に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト２を介して、ステアリング機構３に機械的に伝達される。ステアリング機構３には、電動モータＭからの操舵補助力が、減速機構（図示せず）を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、伝達されるようになっている。

ステアリングシャフト２は、ステアリングホイール１側に結合された入力軸２Ａと、ステアリング機構３側に結合された出力軸２Ｂとに分割されていて、これらの入力軸２Ａおよび出力軸２Ｂは、トーションバー４によって互いに連結されている。トーションバー４は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ５によって検出されるようになっている。また、ステアリングシャフト２の回転角を操舵角として検出する舵角センサ７が設けられている。

トルクセンサ５は、たとえば、入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ５の出力信号は、モータ制御装置としてのコントローラ１０（ＥＣＵ）に入力されている。
コントローラ１０には、トルクセンサ５の出力信号のほかに、車速センサ６が出力する車速信号が入力されている。コントローラ１０は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に応じて、目標駆動値としてのモータ電流目標値を定め、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構３に与えられるように、電動モータＭを駆動制御する。コントローラ１０は、車両の電装品に電力を供給する電源としての車載バッテリ８からの電力を電動モータＭに供給することによって、この電動モータＭを駆動制御する。

コントローラ１０は、マイクロコンピュータ１１と、昇圧回路１２と、モータ駆動回路１３と、電動モータＭに流れるモータ電流（負荷電流）を検出するモータ電流検出回路１４とを備えている。モータ駆動回路１３は、昇圧回路１２を介して車載バッテリ８からの電力の供給を受けるとともに、電流検出用抵抗１５を介して接地電位部に接続されている。昇圧回路１２は、たとえば、車載バッテリ８が発生するバッテリ電圧（たとえば１２Ｖ）を、必要に応じた高電圧（たとえば４２Ｖ）に昇圧して、モータ駆動回路１３に与える。マイクロコンピュータ１１は、目標電圧値に従って昇圧回路１２を駆動して、目標電圧値に制御された安定した電圧がモータ駆動回路１３に供給されるようにする。たとえば、電動モータＭを比較的高回転で駆動すべき操舵条件のときには、マイクロコンピュータ１１は、目標電圧を高く（たとえば４２Ｖ）設定する。これにより、コントローラ１０は、電動モータＭの逆起電力に打ち勝って、この電動モータＭに電力を供給できる。

マイクロコンピュータ１１は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速に基づいて、モータ電流目標値および目標電圧値を設定し、これらに基づいて昇圧回路１２およびモータ駆動回路１３を制御する。
より具体的には、マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。この複数の機能処理部は、アシスト特性記憶部２１と、モータ電流目標値設定部２２と、昇圧電圧設定部２３と、昇圧回路１２の駆動のための昇圧ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部２４と、モータ駆動回路１３の駆動のための電流ＰＷＭ制御部２５と、電圧偏差演算部２６と、電流偏差演算部２７と、操舵速度検出部２８とを備えている。

アシスト特性記憶部２１は、操舵トルクおよび車速に対応したモータ電流目標値を予め定めた基本アシスト特性（アシストマップ）を記憶している。
モータ電流目標値設定部２２は、トルクセンサ５によって検出される操舵トルクおよび車速センサ６によって検出される車速を、アシスト特性記憶部２１に記憶された基本アシスト特性に当てはめて、モータ電流目標値Ｉobjを求める。このモータ電流目標値設定部２２は、基本アシスト特性から求められるモータ電流目標値に対して、いわゆる慣性補償制御やダンピング制御などの公知の補償制御演算を施してモータ電流目標値Ｉobjを求めるものであってもよい。

モータ電流目標値設定部２２によって設定されるモータ電流目標値Ｉobjは、電流偏差演算部２７に与えられる。この電流偏差演算部２７には、さらに、モータ電流検出回路１４によって検出されるモータ電流Ｉが与えられている。電流偏差演算部２７は、モータ電流目標値Ｉobjに対するモータ電流Ｉの偏差（電流偏差）を求め、これを電流ＰＷＭ制御部２５に与える。

電流ＰＷＭ制御部２５は、電流偏差演算部２７から与えられる電流偏差が零になるように、すなわち、モータ電流Ｉがモータ電流目標値Ｉobjに等しくなるように、比例・積分演算によってデューティ比を定める。電流ＰＷＭ制御部２５は、このようにして定められたデューティ比の電流ＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動回路１３に与える。
モータ駆動回路１３は、電流ＰＷＭ制御部２５から与えられる電流ＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）を備え、その電流ＰＷＭ信号のデューティ比で、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏを電動モータＭに印加する。

一方、昇圧電圧設定部２３は、操舵条件等に応じて、電動モータＭに印加すべき目標電圧値Ｖrefを生成する。この実施形態では、操舵速度検出部２８が舵角センサ７の出力に基づいて操舵速度を検出するようになっている。そして、昇圧電圧設定部２３は、たとえば、モータ電流目標値設定部２２によって設定されるモータ電流目標値および操舵速度検出部２８によって検出される操舵速度に基づいて、目標電圧値Ｖrefを生成する。

この目標電圧値Ｖrefは、電圧偏差演算部２６に与えられる。この電圧偏差演算部２６には、さらに、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏ（モータ駆動回路１３によって電動モータＭに印加される電圧）が入力されるようになっている。電圧偏差演算部２６は、出力電圧Ｖｏの目標電圧値Ｖrefに対する偏差（電圧偏差）を求め、この電圧偏差を昇圧ＰＷＭ制御部２４に与える。

昇圧ＰＷＭ制御部２４は、前記電圧偏差が零になるように、すなわち、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏが目標電圧値Ｖrefになるように、昇圧回路１２に与える昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御する。
図２は、昇圧回路１２の構成例を示す電気回路図である。この昇圧回路１２は、車載バッテリ８からモータ駆動回路１３への給電ライン３１に直列に介装されたリアクトル３２（所定のインダクタンスを有するコイル）と、給電ライン３１においてリアクトル３２よりもモータ駆動回路１３側に直列に介装された第１電界効果型トランジスタ（ＰチャネルＭＯＳトランジスタ）３３と、リアクトル３２および第１電界効果型トランジスタ３３の間において給電ライン３１に一端（ドレインＤ）が接続された第２電界効果型トランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）３４と、給電ライン３１において第１電界効果型トランジスタ３３よりもモータ駆動回路１３側に一端が接続された平滑コンデンサ３５とを備えた昇圧チョッパ回路からなる。第２電界効果型トランジスタ３４の他端（ソースＳ）は接地されており、平滑コンデンサ３５の他端も同じく接地されている。そして、第１および第２電界効果型トランジスタ３３，３４のゲートＧに、昇圧ＰＷＭ制御部２４からの昇圧ＰＷＭ信号が共通に入力されるようになっている。

Ｐチャネルトランジスタである第１電界効果型トランジスタ３３は、昇圧ＰＷＭ信号がハイレベルの期間にオフし、昇圧ＰＷＭ信号がローレベルの期間にオンする。Ｎチャネルトランジスタである第２電界効果型トランジスタ３４は、逆に、昇圧ＰＷＭ信号がハイレベルの期間にオンし、昇圧ＰＷＭ信号がローレベルの期間にオフする。すなわち、第１および第２電界効果型トランジスタ３３，３４は、相反的に駆動される。

昇圧ＰＷＭ信号がハイレベルの期間は、第１電界効果型トランジスタ３３のオフ期間であり、第２電界効果型トランジスタ３４のオン期間である。この期間には、第２電界効果型トランジスタ３４へと電流が引き込まれることにより、車載バッテリ８からリアクトル３２へと電流が流れ込む。この期間には、オフ状態の第１電界効果型トランジスタ３３によって、平滑コンデンサ３５側（モータ駆動回路１３側）から第２電界効果型トランジスタ３４に向かう電流が阻止される。一方、昇圧ＰＷＭ信号がローレベルの期間は、第１電界効果型トランジスタのオン期間であり、第２電界効果型トランジスタ３４のオフ期間である。この期間には、リアクトル３２に流れる電流が遮断される。このとき、オン状態の第１電界効果型トランジスタ３３では、そのモータ駆動回路１３側であるドレインＤにおいて、リアクトル３２の電流遮断による磁束の変化を妨げるように、高電圧が生じる。このような動作を繰り返すことによって発生する高電圧は、平滑コンデンサ３５によって平滑化されて、モータ駆動回路１３に与えられる。

第１電界効果型トランジスタ３３のドレインＤ側に発生する高電圧は、昇圧ＰＷＭ信号のハイレベル期間が長いほど高くなる。昇圧ＰＷＭ信号は、昇圧ＰＷＭ制御部２４内で定められるデューティ比に応じたパルス幅（ハイレベル期間長）を有する信号である。したがって、昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比を大きく定めるほど、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏは高くなる。このデューティ比が「０」であれば、第１電界効果型トランジスタ３３はオン状態に保持され、第２電界効果型トランジスタ３４はオフ状態に保持されるので、車載バッテリ８の発生電圧がそのままモータ駆動回路１３に供給される。

図３は、昇圧回路１２の入出力特性を説明するための図であり、昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比に対する出力電圧Ｖｏの変化が示されている。曲線Ｌ１〜Ｌ６は、モータ電流Ｉ（負荷電流値）のさまざまな値に対応する入出力特性をそれぞれ示す。より具体的には、図３は、車載バッテリ８の出力電圧が約１２Ｖの場合の入出力特性であり、曲線Ｌ１〜Ｌ６は、昇圧回路１２から見た電動モータＭ側の負荷抵抗Ｚが、それぞれ、０．２，０．１，０．０８，０．０６，０．０４，０．０２である場合の特性を示す。むろん、負荷抵抗Ｚが小さいほど、モータ電流Ｉは大きい。

図３に示された入出力特性は、次の特徴を有している。
Ａ．デューティ比「１」（１００％）の近傍の上限デューティ域（デューティ比の増加に伴って出力電圧Ｖｏが単調に減少するデューティ域を指す。）よりも低い通常デューティ域（デューティ比の増加に伴って出力電圧Ｖｏが単調に増加するデューティ域を指す。）では、デューティ比に対する出力電圧Ｖｏの増加率は、デューティ比が大きいほど大きい。

Ｂ．前記通常デューティ域では、デューティ比の増加に伴って出力電圧Ｖｏが単調に増加するが、上限デューティ域ではデューティ比の増加に伴って出力電圧Ｖｏが減少する。
Ｃ．モータ電流が大きくなるほど（負荷抵抗Ｚが小さくなるほど）、出力電圧Ｖｏが減少し、それに応じて、デューティ比に対する出力電圧Ｖｏの変化率が減少する。
前記特徴Ａは、通常デューティ域内において、低デューティ域（たとえば６０％以下のデューティ域）では、デューティ比を変化させても出力電圧Ｖｏの速やかな変化が生じず、逆に、高デューティ域（たとえば７０〜９０％のデューティ域）では、デューティ比の変化に速やかに応答して出力電圧Ｖｏの変化が生じることを意味する。このことは、つまり、昇圧ＰＷＭ制御部２４において、一定の制御ゲインでデューティ比をフィードバック制御すると、低デューティ域においては応答遅れが生じるおそれがあり、高デューティ域では制御系の安定性が損なわれるおそれがあることを意味する。

前記特徴Ｂは、昇圧ＰＷＭ制御部２４において、一定の制御ゲインでデューティ比をフィードバック制御すると、上限デューティ域においては、目標電圧値Ｖrefから遠ざかる方向に出力電圧Ｖｏが変動することを意味する。
前記特徴Ｃは、モータ電流が小さい小負荷電流域では、デューティ比の変化に速やかに応答して出力電圧Ｖｏが変化し、モータ電流が大きい大負荷電流域では、デューティ比が変化しても出力電圧Ｖｏには速やかな変化が生じないことを意味する。つまり、一定の制御ゲインでデューティ比をフィードバック制御すると、小負荷電流域では制御系の安定性が損なわれるおそれがあり、大負荷電流域では応答遅れが生じるおそれがある。

そこで、この実施形態では、昇圧ＰＷＭ制御部２４は、昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比の制御のために適用されるゲインが、デューティ比の値およびモータ電流に応じて可変設定されるようになっている。
図４は、昇圧ＰＷＭ制御部２４の構成を説明するためのブロック図である。昇圧ＰＷＭ制御部２４は、電圧偏差演算部２６によって演算される電圧偏差ｅ（＝Ｖref−Ｖｏ）に対して比例・積分演算を行って、昇圧ＰＷＭ信号のデューティ指令値を生成する比例・積分演算部４１と、この比例・積分演算部４１によって生成されるデューティ指令値のデューティ比に対応した昇圧ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部４２と、比例・積分演算部４１における比例・積分演算のゲインを設定するゲイン設定部４３と、ローパスフィルタ４４とを備えている。

比例・積分演算部４１は、電圧偏差ｅを積分する積分処理部４５と、この積分処理部４５によって求められた積分値に積分ゲインｋｉを乗じる積分ゲイン乗算部４６と、電圧偏差ｅに比例ゲインｋｐを乗じる比例ゲイン乗算部４７と、積分ゲイン乗算部４６および比例ゲイン乗算部４７の演算結果を加算してデューティ指令値を生成する加算部４８とを備えている。

ゲイン設定部４３は、加算部４８が出力し、ローパスフィルタ４４を通過することによって高周波成分が除去されたデューティ指令値、およびモータ電流検出回路１４によって検出されるモータ電流Ｉに基づいて、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを可変設定する。ローパスフィルタ４４によって、デューティ指令値の急変を抑制することができる。
ゲイン設定部４３は、具体的には、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを次のように設定する。

ａ．デューティ指令値が通常デューティ域内の値であれば、デューティ指令値が大きいほど、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを小さく設定する。
ｂ．デューティ指令値が通常デューティ域内の値であれば、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを正の値に設定し、デューティ指令値が上限デューティ域内の値であれば、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを負の値に設定する。

ｃ．モータ電流が大きいほど、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを大きく設定する。
より具体的には、ゲイン設定部４３は、図５に例示するような特性曲線に従って、比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉを可変設定する。曲線Ｌ１１〜Ｌ１６は、さまざまな値のモータ電流Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３，Ｉ１４，Ｉ１５，Ｉ１６（ただしＩ１１＜Ｉ１２＜Ｉ１３＜Ｉ１４＜Ｉ１５＜Ｉ１６）に対応するゲイン設定特性を示している。ゲイン設定部４３は、このようなゲイン設定特性曲線を記憶したマップ（デューティ指令値およびモータ電流に対応した比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉの各設定値を記憶したもの）で構成されてもよい。

以上のようにこの実施形態によれば、デューティ指令値およびモータ電流Ｉに応じて比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉが可変設定されるようになっている。これにより、低デューティ域における応答の不足が生じたり、高デューティ域における制御系の不安定が生じたりすることがなく、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏを良好な応答性で安定に制御できる。また、上限デューティ域では比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉが負の値に設定されるので、上限デューティ域においても、出力電圧Ｖｏを目標電圧値Ｖrefに近づけるように制御できる。さらに、モータ電流Ｉに応じて比例ゲインｋｐおよび積分ゲインｋｉが可変設定されることにより、モータ電流Ｉに依存する昇圧回路１２の入出力特性変動を補償でき、この昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏを良好な応答性で安定に制御することができる。

このように、昇圧回路１２の出力電圧Ｖｏに関する制御の応答性および安定性が向上されることにより、電動モータＭの制御の応答性および安定性が向上されることになり、ひいては、ステアリングホイール１を通じて運転者が感じる操舵フィーリング（操舵特性）を向上することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、昇圧回路１２としては、図２に示した構成例以外のものであってもよい。たとえば、図２の電界効果型トランジスタ３３の代わりに、リアクトル３２側をアノードとし、平滑コンデンサ３５側をカソードとして、ダイオードを接続してもよい。

また、前述の実施形態では、デューティ指令値およびモータ電流Ｉの両方に基づいて比例・積分演算のゲインを可変設定する構成となっているが、デューティ指令値およびモータ電流Ｉのいずれか一方のみに基づいてゲインを可変設定する構成としてもよい。
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置に適用されたモータ制御装置について説明したが、この発明のモータ制御装置は、電動パワーステアリング装置以外の装置に備えられた電動モータの制御のために適用されてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。 前記電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置に備えられた昇圧回路の構成例を示す電気回路図である。 前記昇圧回路の入出力特性を説明するための図である。 前記昇圧回路を駆動する昇圧ＰＷＭ制御部の構成を説明するためのブロック図である。 前記昇圧ＰＷＭ制御部に備えられたゲイン設定部によるゲインの可変設定例を示す図である。

符号の説明

８…車載バッテリ、１０…コントローラ、１１…マイクロコンピュータ、２６…電圧偏差演算部、４１…比例・積分演算部

Claims (4)

1. ＰＷＭ信号によって駆動されることにより、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電源電圧を昇圧して、電動モータに印加すべき出力電圧を出力する昇圧回路と、
   この昇圧回路の出力電圧を前記電動モータに印加するモータ駆動回路と、
   目標電圧値に対する前記昇圧回路の出力電圧の偏差を求める偏差演算手段と、
   この偏差演算手段によって求められた偏差に対して比例・積分演算を行い、デューティ指令値を生成する比例・積分演算手段と、
   前記比例・積分演算手段によって演算されたデューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して前記昇圧回路に与えるＰＷＭ信号生成手段と、
   前記比例・積分演算手段が演算するデューティ指令値に応じて、前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するゲイン設定手段とを含むことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段をさらに含み、
   前記ゲイン設定手段は、さらに、前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいて前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するものであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. ＰＷＭ信号によって駆動されることにより、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電源電圧を昇圧して、電動モータに印加すべき出力電圧を出力する昇圧回路と、
   この昇圧回路の出力電圧を前記電動モータに印加するモータ駆動回路と、
   目標電圧値に対する前記昇圧回路の出力電圧の偏差を求める偏差演算手段と、
   この偏差演算手段によって求められた偏差に対して比例・積分演算を行い、デューティ指令値を生成する比例・積分演算手段と、
   前記比例・積分演算手段によって演算されたデューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成して前記昇圧回路に与えるＰＷＭ信号生成手段と、
   前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
   このモータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に応じて、前記比例・積分演算手段における比例・積分演算のゲインを可変設定するゲイン設定手段とを含むことを特徴とするモータ制御装置。
4. 電動モータの動力を車両の操舵機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータを駆動制御する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ制御装置を含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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