JP2007131017A - モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】指令値が閾値を超えていても、昇圧が不要になった場合は昇圧を停止させることで、電力損失を従来よりも更に低減する。
【解決手段】モータMに流すべき電流の目標値を算出する電流目標値算出部1と、モータMに流れる電流を検出する電流検出器8と、電流目標値算出部1が算出した電流目標値と電流検出器8が検出した電流値との偏差に基づき、モータMに対する指令値を算出する指令値算出部2と、指令値に基づいてモータMを駆動するPWM制御部3およびモータ駆動回路4と、モータMに供給される電圧を昇圧する昇圧回路6とを備えたモータ制御装置において、指令値算出部2で算出された指令値が所定の閾値を超えるか否かを判定するとともに、指令値の時間に対する変化量を算出し、上記判定の結果と指令値の変化量とに基づいて昇圧回路6の昇圧動作を制御する昇圧制御部7を設けた。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置などにおけるモータ制御に関し、特に、モータに供給される電源電圧の昇圧制御に関するものである。
電動パワーステアリング装置は、運転者が車両のステアリングホイールを操舵する際に、電動式モータによって操舵補助力を与えるものである。図11は、電動パワーステアリング装置の一例を示した構成図である。図において、50は車両の運転席に設けられているステアリングホイール(以下「ハンドル」という)、51はハンドル50に一端が連結されたシャフト、52は操舵時にシャフト51に加わるトルクを検出するトルクセンサ、53はシャフト51の他端に連結されたギヤ機構である。54は操舵補助力を発生させる電動式のモータ、55はハンドル50の操舵力およびモータ54の操舵補助力をギヤ機構53を介して車輪56へ伝達する伝達機構である。57はモータ54に流れる電流を検出する電流検出器、58は車両の走行速度を検出する車速センサである。59はモータ54を駆動するための電源電圧を供給するバッテリ、60はバッテリ59の電圧を昇圧する昇圧回路、61はモータ54の制御を行う電子制御ユニット(ECU;Electronic Control Unit)からなるコントローラである。
ハンドル50が操舵されると、操舵によりシャフト51に発生したトルクがトルクセンサ52により検出され、このトルク値と、車速センサ58によって検出された車速とに基づいて、モータ54に流すべき電流の目標値がコントローラ61で算出される。そして、この電流目標値に基づいて、コントローラ61に内蔵されているモータ駆動回路(図示省略)からモータ54に電流が供給され、モータ54が回転して操舵補助力が発生する。また、モータ54の電流は、電流検出器57で検出され、検出された電流値がコントローラ61に入力される。コントローラ61では、この検出された電流値と上記の電流目標値とを比較し、それらの偏差に基づき指令値を演算する。例えば、モータ駆動回路がPWM(Pulse Width Modulation)信号でオン/オフするスイッチング素子を備えていて、PWM信号のデューティ比に応じた電圧をモータに印加するようになっている場合は、そのデューティ比が指令値となる。そして、コントローラ61は、この指令値に基づいて、モータ54に目標値の電流が流れるように、フィードバック制御を行う。
このような電動パワーステアリング装置については、例えば後掲の特許文献1に記載されている。
ところで、上述した電動パワーステアリング装置において、バッテリ59の電圧が例えば12ボルトとすると、モータ54による操舵補助の最大負荷時(超低速走行時など)に、バッテリ59に数10アンペアの電流が流れるために、バッテリ59の内部抵抗による電圧降下のために、コントローラ61に与えられるモータ駆動用の電源電圧が減少する。また、コントローラ61においてもスイッチング素子等での電圧降下が発生し、さらに、コントローラ61とモータ54とを接続するケーブルでも電圧降下が発生することから、実際にモータ54へ供給される電圧は7ボルト程度まで減少する。このため、モータ54のトルクが小さくなって、十分な操舵補助力が得られないという問題が生じる。
そこで、このような問題に対処するため、図11においては、バッテリ59の電圧を昇圧するための昇圧回路60が設けられている。昇圧回路60は、例えば、パルスを出力する発振回路と、このパルスによりスイッチング動作を行うスイッチング素子と、スイッチング動作による電気エネルギーの蓄積/放出を繰り返して高電圧を発生するコイルと、昇圧された電圧を平滑するコンデンサなどから構成される。昇圧回路の詳細については、例えば、後掲の特許文献2に記載されている。このような昇圧回路60を設けることにより、モータ54に昇圧電圧を与えて、大きな操舵補助力を得ることができる。
しかしながら、従来の装置では、昇圧回路60が常時、昇圧した電圧をモータ54に供給するので、昇圧回路60におけるスイッチング素子は定常的にオン/オフ動作を繰り返し、これによって、スイッチング素子での電力損失が大きくなるという問題がある。そこで、前述した指令値(例えばPWM信号のデューティ比)に対して閾値を設定し、指令値が閾値を超えるまでは昇圧回路による昇圧は行なわず、指令値が閾値を超えたときに昇圧回路による昇圧を行うことが考えられる。このようにすれば、指令値が閾値を超えたとき、すなわち昇圧が必要となった場合にのみ、スイッチング素子がオン/オフ動作をして昇圧が行われるので、スイッチング素子での電力損失を抑制することができる。このような昇圧制御の技術に関しては、例えば、後掲の特許文献3、特許文献4に記載されている。
特許文献3、特許文献4においては、モータ電流の目標値と検出値との偏差から算出された指令値に基づいてPWM信号のデューティ比を算出し、この算出デューティ比が100%以下の場合は昇圧を行わず、算出デューティ比が100%を超えた場合は、その超過分に応じたデューティ比でスイッチング素子をオン/オフすることで、当該超過分に応じた昇圧電圧がモータ駆動回路に供給されるようにしている。
特公平6−51474号公報 特開2005−51951号公報 特開2003―153584号公報 特開2003−200845号公報
特許文献3や特許文献4のように指令値が閾値を超えたときに昇圧を行う方式では、指令値が閾値を超えている間、昇圧が継続される。しかしながら、指令値がいったん閾値を超えても、その後、時間とともに指令値が減少して、閾値を下回ることもある。このようなときには、モータは昇圧を必要としていないから、その場合にも昇圧動作を継続することは、昇圧回路のスイッチング素子において電力損失の無駄が生じる。
そこで、本発明の課題は、指令値が閾値を超えていても、昇圧が不要になった場合は昇圧を停止させることにより、電力損失を従来よりも更に低減できるようにすることにある。
第1の発明は、 モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、目標値算出手段が算出した電流目標値と電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、この指令値算出手段で算出された指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路とを備えたモータ制御装置において、指令値算出手段で算出された指令値が所定の閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、指令値の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、判定手段の判定結果および変化量算出手段が算出した指令値の変化量に基づいて、昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段とを設けたものである。
第2の発明は、モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、目標値算出手段が算出した電流目標値と電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、この指令値算出手段で算出された指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路とを備えたモータ制御装置において、モータの電源電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出されたモータの電源電圧に基づいて閾値を決定する閾値決定手段と、指令値算出手段で算出された指令値が、閾値決定手段で決定された閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、指令値の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、判定手段の判定結果および変化量算出手段が算出した指令値の変化量に基づいて、昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段とを設けたものである。
第1および第2の発明においては、指令値が閾値を超えたか否かだけによって昇圧の要/不要を判定するのではなく、これに加えて、指令値が時間に対してどのように変化するかを加味して昇圧の要/不要を判定するので、たとえ指令値が閾値を超えていても、指令値の変化の様子から昇圧が不要と判断された場合は、昇圧動作を停止させることにより、昇圧回路での無駄な電力損失をなくすことができる。
具体的には、例えば、判定手段により指令値が所定の閾値を超えると判定された場合に、昇圧制御手段は、変化量算出手段が算出した指令値の変化量が正の値(指令値増加)であれば、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御する。また、変化量算出手段が算出した指令値の変化量が負の値(指令値減少)であれば、モータに供給される電圧を昇圧しないように昇圧回路を制御する。
第1および第2の発明の好ましい実施形態では、閾値は第1の閾値と第2の閾値とからなる。そして、例えば、判定手段により指令値が第1の閾値を超えると判定された場合、昇圧制御手段は、指令値の変化量が正の値(指令値増加)であれば、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御し、指令値の変化量が負の値(指令値減少)であれば、モータに供給される電圧を昇圧しないように昇圧回路を制御する。また、判定手段により指令値が第2の閾値を超えると判定された場合、昇圧制御手段は、指令値の変化量の正負にかかわらず、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御する。これによると、指令値が第1の閾値を超えていても、指令値が減少している場合は昇圧動作を停止して無駄な電力損失をなくすことができるとともに、指令値が第2の閾値を超えている場合は、昇圧の継続が必要と判断して、指令値が減少しても昇圧動作を停止しないようにすることで、安定した昇圧電圧をモータに供給することができる。
次に、第3の発明は、モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、目標値算出手段が算出した電流目標値と電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、この指令値算出手段で算出された指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路とを備えたモータ制御装置において、モータの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段で検出されたモータの回転数が所定の閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、回転数の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、判定手段の判定結果、および変化量算出手段が算出した回転数の変化量に基づいて、昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段とを設けたものである。
第3の発明においては、回転数が閾値を超えたか否かだけによって昇圧の要/不要を判定するのではなく、これに加えて、回転数が時間に対してどのように変化するかを加味して昇圧の要/不要を判定するので、たとえ回転数が閾値を超えていても、回転数の変化の様子から昇圧が不要と判断された場合は、昇圧動作を停止させることにより、昇圧回路での無駄な電力損失をなくすことができる。
具体的には、例えば、判定手段により回転数が所定の閾値を超えると判定された場合に、昇圧制御手段は、変化量算出手段が算出した回転数の変化量が正の値(回転数増加)であれば、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御する。また、変化量算出手段が算出した回転数の変化量が負の値(回転数減少)であれば、モータに供給される電圧を昇圧しないように昇圧回路を制御する。
第3の発明の好ましい実施形態においても、閾値は第1の閾値と第2の閾値とからなる。そして、例えば、判定手段により回転数が第1の閾値を超えると判定された場合、昇圧制御手段は、回転数の変化量が正の値(回転数増加)であれば、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御し、回転数の変化量が負の値(回転数減少)であれば、モータに供給される電圧を昇圧しないように昇圧回路を制御する。また、判定手段により回転数が第2の閾値を超えると判定された場合、昇圧制御手段は、回転数の変化量の正負にかかわらず、モータに供給される電圧を昇圧するように昇圧回路を制御する。これによると、回転数が第1の閾値を超えていても、回転数が減少している場合は昇圧動作を停止して無駄な電力損失をなくすことができるとともに、回転数が第2の閾値を超えている場合は、昇圧の継続が必要と判断して、回転数が減少しても昇圧動作を停止しないようにすることで、安定した昇圧電圧をモータに供給することができる。
本発明によれば、指令値や回転数が閾値を超えている場合でも、指令値や回転数の変化量に基づいて昇圧の要/不要を判定するので、昇圧が不要になった場合は昇圧を停止することにより、昇圧回路での無駄な電力消費をなくすことができる。このため、指令値等が閾値を超えている間は昇圧動作が継続される従来のものに比べて、エネルギー損失を更に低減することが可能となる。
以下、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、電動パワーステアリング装置の基本的な構成は、図11に示したものと同様であるので、以下では図11を本発明の実施形態として引用する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。モータ制御装置は、電流目標値算出部1、指令値算出部2、PWM(Pulse Width Modulation)制御部3、モータ駆動回路4、バッテリ5、昇圧回路6、昇圧制御部7および電流検出器8の各ブロックから構成されている。電流目標値算出部1と、指令値算出部2と、PWM制御部3と、モータ駆動回路4と、昇圧制御部7とは、図11で示したコントローラ61に備わっているブロックである。また、バッテリ5、昇圧回路6、電流検出器8は、ぞれぞれ、図11におけるバッテリ59、昇圧回路60、電流検出器57に相当するブロックである。なお、図1においては、図11のトルクセンサ52および車速センサ58に相当する各センサの図示を省略してある。
電流目標値算出部1は、トルクセンサで検出されたトルク値と、車速センサで検出された車速値とに基づいて、モータMに流すべき電流の目標値を算出する。指令値算出部2は、電流目標値算出部1が算出した電流目標値と、電流検出器8が検出したモータ電流の電流値との偏差に基づいて、モータMに対する指令値を算出する。この指令値は、モータMに目標値の電流が流れるようにフィードバック制御を行うためのパラメータであって、ここではPWM信号のデューティ比として算出される。PWM制御部3は、指令値算出部2で算出された指令値に応じたデューティ比のPWM信号を生成する。
PWM制御部3から出力されるPWM信号は、モータ駆動回路4へ与えられる。モータ駆動回路4は公知の回路であって、4個のスイッチング素子Q1〜Q4からなるブリッジ回路を備えている。このブリッジ回路の一端は昇圧回路6へ接続され、他端は抵抗Rを介して接地されている。モータMは、スイッチング素子Q1およびQ2の接続点と、スイッチング素子Q3およびQ4の接続点との間にまたがって接続される。ここでは、スイッチング素子Q1〜Q4がMOS型のFET(電界効果トランジスタ)から構成されているが、これに代えて、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)のような素子を用いて構成してもよい。
今、例えばハンドルの右方向への操舵に対して、モータMによる操舵補助力を与える場合は、PWM制御部3からスイッチング素子Q1およびQ4のゲートにPWM信号が入力される。すると、スイッチング素子Q1およびQ4は、PWM信号のパルス幅に相当する期間だけオン状態となり、指令値(デューティ比)に応じた値の電圧がモータMに印加されて、この印加電圧に応じた電流がモータMに流れる。これによって、モータMは一方向へ回転し、流れる電流に応じた大きさの右方向のトルク、すなわち操舵補助力を発生する。
一方、ハンドルの左方向への操舵に対して、モータMによる操舵補助力を与える場合は、PWM制御部3からスイッチング素子Q2およびQ3のゲートにPWM信号が入力される。すると、スイッチング素子Q2およびQ3は、PWM信号のパルス幅に相当する期間だけオン状態となり、指令値(デューティ比)に応じた値の電圧がモータMに印加されて、この印加電圧に応じた電流がモータMに流れる。これによって、モータMは他方向へ回転し、流れる電流に応じた大きさの左方向のトルク、すなわち操舵補助力を発生する。
このようにして、PWM制御部3からモータ駆動回路4へ与えられるPWM信号に応じてモータMに電流が流れ、この電流値に応じたトルクがモータMで発生することにより、所定の操舵補助力が得られる。また、モータMに流れる電流は抵抗Rに流れるので、抵抗Rに接続された電流検出器8によって、モータ電流の電流値が検出される。この検出された電流値は、前述のように、指令値算出部2で指令値を算出する際に用いられる。
昇圧回路6は、バッテリ5の電圧を昇圧して、モータ駆動回路4へ供給する。昇圧回路6は、MOS型FETからなるスイッチング素子Q5、昇圧用のコイルL、整流用のダイオードDおよび平滑用のコンデンサCから構成される公知の回路である。スイッチング素子Q5は、後述する昇圧制御部7からの昇圧信号に基づいてオン/オフ動作を行う。このオン/オフ動作により、コイルLは電気エネルギーの蓄積/放出を繰り返して高電圧を発生する。発生した高電圧は、ダイオードDで整流され、コンデンサCで平滑されて、モータ駆動回路4へ与えられる。
昇圧制御部7は、指令値算出部2で算出された指令値(デューティ比)が所定の閾値を超えるか否かを判定し、また、指令値の時間に対する変化量を算出する。そして、上記判定の結果と、指令値の変化量とに基づいて、昇圧回路6の昇圧動作を制御する。昇圧動作が行われる場合は、昇圧制御部7から、所定のデューティ比を持ったパルス信号である昇圧信号が出力され、この信号が昇圧回路6のスイッチング素子Q5のゲートに与えられ、スイッチング素子Q5のオン/オフ動作に基づいて、バッテリ5の電圧の昇圧が行われる。昇圧動作が行われない場合は、昇圧制御部7から昇圧信号は出力されない。
以上の構成において、電流目標値算出部1は、本発明における目標値算出手段の一実施形態であり、指令値算出部2は、本発明における指令値算出手段の一実施形態であり、PWM制御部3およびモータ駆動回路4は、本発明におけるモータ駆動手段の一実施形態であり、昇圧制御部7は、本発明における判定手段、変化量算出手段および昇圧制御手段の一実施形態であり、電流検出器8は、本発明における電流検出手段の一実施形態である。
次に、第1実施形態における昇圧制御部7の制御動作の詳細につき、図2および図3を参照しながら説明する。
図2は、昇圧制御の例を示したグラフである。横軸は時間を表しており、縦軸は指令値、すなわち指令値算出部2で算出されたデューティ比(以下「算出デューティ比」という。)を表している。本実施形態においては、算出デューティ比Doに対する閾値として、δ1(第1の閾値)とδ2(第2の閾値)の2つの閾値が昇圧制御部7に設定されている。δ1とδ2とは、δ1<δ2の関係にある。例えば、算出デューティ比100%に対して、δ1は90%、δ2は95%に設定されている。算出デューティ比Doは、電流目標値算出部1に入力されるトルク値や車速値により時間的に変化するから、閾値δ1、δ2を超えたり下回ったりすることが起こる。
図2において、区間Aは、算出デューティ比Doが連続的に増加している領域であるが、算出デューティ比Doはまだ閾値δ1に達していないので、この区間Aでは昇圧の必要がない。したがって、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されず、昇圧回路6は昇圧動作を行わない。
区間Bでは、算出デューティ比Doが閾値δ1を超え、かつ増加を続けている。このとき、算出デューティ比Doの時間に対する変化量は正の値をとる。このような場合は、昇圧制御部7は昇圧の必要があると判断して昇圧信号を出力し、昇圧回路6へ与える。これによって、昇圧回路6は前述した昇圧動作を行う。
区間Cにおいては、最初のC1の部分では、算出デューティ比Doは閾値δ1を超えているが、減少に転じている。このとき、算出デューティ比Doの時間に対する変化量は負の値をとる。このような場合は、昇圧制御部7は昇圧の必要がないと判断して昇圧信号の出力を停止する。これによって、昇圧回路6は昇圧動作を行わなくなる。次のC2の部分では、算出デューティ比Doが閾値δ1を下回っているので、昇圧の必要がなく、昇圧の停止状態が継続される。その次のC3の部分では、算出デューティ比Doは増加に転じているが、閾値δ1に達していないので、昇圧動作は停止したままとなる。
区間Dにおいては、最初のD1の部分では、算出デューティ比Doが閾値δ1を超え、かつ増加を続けているので、区間Bと同様に、昇圧制御部7から昇圧信号が出力され、昇圧回路6は昇圧動作を行う。次のD2の部分では、算出デューティ比Doが閾値δ2を超えて更に増加を続けているので、昇圧動作が継続される。その次のD3の部分では、算出デューティ比Doは閾値δ2を超えているが、減少に転じている。しかし、この場合、昇圧制御部7は昇圧の必要がないとは判断せず、引き続き昇圧動作を継続する。このようにする理由は、算出デューティ比Doが閾値δ2を超えた状態では、算出デューティ比Doが100%に近い値となることから、安定した昇圧動作が必要とされるためである。もしD3の部分で昇圧を停止すると、その後算出デューティ比Doが増加に転じて昇圧を再開する場合に、タイムラグにより昇圧開始のタイミングに遅れが発生して、昇圧動作の安定性が損なわれることになる。
区間Eにおいては、最初のE1の部分では、算出デューティ比Doが閾値δ2を下回り、かつ減少を続けているので、区間CのC1の部分と同様に、昇圧制御部7は昇圧の必要がないと判断して昇圧信号の出力を停止する。これによって、昇圧回路6は昇圧動作を行わなくなる。次のE2の部分では、算出デューティ比Doが閾値δ1を下回っているので、区間CのC2の部分と同様に、昇圧の停止状態が継続される。
図3は、上述した第1実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。この手順は、昇圧制御部7において実行される手順を表している。ステップS11では、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されているか否かが判定される。昇圧信号が出力されておれば(ステップS11:YES)、ステップS12へ移って、算出デューティ比Doが閾値δ2を下回っているか否かを判定する。Doがδ2を下回ってなければ(ステップS12:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図2のD2、D3)、ステップS11へ戻る。Doがδ2を下回っている場合は(ステップS12:YES)、ステップS13へ移って、算出デューティ比Doの変化量ΔDoが負の値か否かを判定する。ΔDoが正の値であれば(ステップS13:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図2のB、D1)、ステップS11へ戻る。ΔDoが負の値であれば(ステップS13:YES)、ステップS14へ移って昇圧信号を停止し(図2のC1、E1)、ステップS11へ戻る。
また、ステップS11において、昇圧信号が出力されてなければ(ステップS11:NO)、ステップS15へ移って、算出デューティ比Doが閾値δ1を超えているか否かを判定する。Doがδ1を超えてなければ(ステップS15:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図2のA、C2、C3、E2)、ステップS11へ戻る。Doがδ1を超えている場合は(ステップS15:YES)、ステップS16へ移って、算出デューティ比Doの変化率ΔDoが正の値か否かを判定する。ΔDoが負の値であれば(ステップS16:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図2のC1、E1)、ステップS11へ戻る。ΔDoが正の値であれば(ステップS13:YES)、ステップS17へ移って昇圧信号を出力し(図2のB、D1)、ステップS11へ戻る。
以上のように、第1実施形態では、算出デューティ比Doが閾値を超えたか否かだけによって昇圧の要/不要を判定するのではなく、これに加えて、算出デューティ比Doの時間的変化ΔDoを加味して昇圧の要/不要を判定するので、たとえ算出デューティ比Doが閾値δ1を超えていても、その変化量ΔDoから昇圧が不要と判断された場合(図2のC1、E1)は、昇圧回路6の昇圧動作を停止させることにより、昇圧回路6での無駄な電力損失をなくすことができる。
また、第1実施形態では、閾値として2つの閾値δ1、δ2を用い、算出デューティ比Doが閾値δ1を超える場合は、算出デューティ比の変化量ΔDoが正の値であれば(図2のB、D1)昇圧を行い、変化量ΔDoが負の値であれば(図2のC1、E1)昇圧を行わないように昇圧回路6を制御する一方、算出デューティ比Doが閾値δ2を超えると判定された場合は(図2のD2、D3)、算出デューティ比の変化量ΔDoの正負にかかわらず、昇圧を行うように昇圧回路6を制御している。このため、算出デューティ比Doが閾値δ1を超えていても、算出デューティ比Doが減少している場合は、昇圧動作を停止して無駄な電力損失をなくすことができるとともに、算出デューティ比Doが閾値δ2を超えている場合は、算出デューティ比Doが減少しても昇圧動作が停止されないので、安定した昇圧電圧をモータMに供給することができる。
また、算出デューティ比が100%を超えて初めて昇圧を開始すると、昇圧開始のタイミングが、PWM制御部3へ与えられたデューティ比に基づくモータ駆動までに間に合わないことがあるが、本実施形態では、閾値δ1は算出デューティ比100%の手前の90%に設定されているので、早めに昇圧を開始することができ、昇圧動作に遅れが生じることがない。そして、昇圧開始後に昇圧が不要となった場合は、その時点で昇圧動作を停止させるので、電力損失を最小限にすることができる。さらに、2つの閾値δ1、δ2を設定したことにより、閾値が1つの場合に比べて、きめの細かい昇圧制御を行うことが可能となる。
図4は、本発明の第2実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。本実施形態は、バッテリ電圧の変動を検出して、モータへ印加する電圧を補正するようにしたものである。バッテリ5の電圧は一定ではなく、種々の要因により変動するため、バッテリ電圧の変動によってモータ電圧が影響を受けないようにすることが望まれる。そこで、図4では、図1の構成に加えて、電圧検出部9とモータ電圧補正部10とが設けられている。その他のブロックについては、図1と基本的に同じであるので、図1と同一のブロックには同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
図4において、電圧検出部9は昇圧回路6の出力側に接続されており、モータMの電源電圧を検出する。電圧検出部9を昇圧回路6の出力側に接続する理由は、コイルLの特性が温度により変化して昇圧電圧の値が理論値から変動するため、電圧検出部9を昇圧回路6の入力側に接続したのでは、実際のモータ電圧を正確に検出できなくなるからである。モータ電圧補正部10には、電圧検出部9で検出された電圧値Vと、指令値算出部2で算出された指令値Voとが入力される。このときの指令値Voは電圧値であって、以下これを「電圧指令値」という。モータ電圧補正部10は、これらの電圧値Vと電圧指令値Voとに基づいて、補正された算出デューティ比Dcを次式により算出する。
Dc=(Vo/V)・100%
上式において、Vo>Vとなって算出デューティ比Dcが100%を超えた場合は、算出デューティ比Dcとして100%の値を用いる。
また、電圧検出部9で検出された電圧値Vは、昇圧制御部7にも入力される。昇圧制御部7では、この電圧値Vに基づいて、電圧指令値Voに対する閾値を決定する。閾値としては、図5に示したように、V1(第1の閾値)とV2(第2の閾値)の2つが用いられ、それぞれは、V1=V×90%、V2=V×95%で算出される。
以上の構成において、電流目標値算出部1は、本発明における目標値算出手段の一実施形態であり、指令値算出部2およびモータ電圧補正部10は、本発明における指令値算出手段の一実施形態であり、PWM制御部3およびモータ駆動回路4は、本発明におけるモータ駆動手段の一実施形態であり、昇圧制御部7は、本発明における判定手段、変化量算出手段、昇圧制御手段および閾値決定手段の一実施形態であり、電流検出器8は、本発明における電流検出手段の一実施形態であり、電圧検出部9は、本発明における電圧検出手段の一実施形態である。
図5は、昇圧制御の例を示したグラフである。横軸は時間を表しており、縦軸は指令値、すなわち指令値算出部2で算出された電圧指令値Voを表している。V1とV2は、前述の閾値である。この図5は、先の図2と基本的に同じであり、図2の縦軸の算出デューティ比Doが図5では電圧指令値Voに置き換わり、図2の閾値δ1、δ2が図5では閾値V1、V2に置き換わっている点が異なるのみである。したがって、図5に関しては、以下で簡単に説明するにとどめる。
図5において、区間Aは、電圧指令値Voが閾値V1に達していないので、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されず、昇圧回路6は昇圧動作を行わない。区間Bでは、電圧指令値Voが閾値V1を超え、変化量も正の値をとるので、昇圧制御部7から昇圧信号が出力され、昇圧回路6が昇圧動作を行う。区間Cにおいて、C1では、電圧指令値Voは閾値V1を超えているが、変化量が負の値となるので、昇圧信号の出力が停止され、昇圧動作は行われない。C2では、電圧指令値Voが閾値V1を下回っているので昇圧は行われず、C3では、電圧指令値Voは増加に転じているが、閾値V1に達していないので昇圧動作は停止したままである。区間Dにおいて、D1では、電圧指令値Voが閾値V1を超え、増加を続けているので、昇圧が行われ、D2でも、電圧指令値Voが閾値V2を超えて増加を続けているので、昇圧動作が継続される。D3では、電圧指令値Voは閾値V2を超えているので、先に述べた理由により、電圧指令値Voが減少に転じても、昇圧動作が継続される。区間Eにおいて、E1では、電圧指令値Voが閾値V2を下回り、減少を続けているので、昇圧動作が停止され、E2では、電圧指令値Voが閾値V1を下回るので、昇圧の停止状態が継続される。
図6は、上述した第2実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。この手順は、昇圧制御部7において実行される手順を表している。ステップS21では、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されているか否かが判定される。昇圧信号が出力されておれば(ステップS21:YES)、ステップS22へ移って、閾値V2を計算する。既述のとおり閾値V2は、V2=V×95%で算出される。次に、ステップS23へ移って、電圧指令値Voが閾値V2を下回っているか否かを判定する。VoがV2を下回ってなければ(ステップS23:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図5のD2、D3)、ステップS21へ戻る。VoがV2を下回っている場合は(ステップS23:YES)、ステップS24へ移って、電圧指令値Voの変化量ΔVoが負の値か否かを判定する。ΔVoが正の値であれば(ステップS24:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図5のB、D1)、ステップS21へ戻る。ΔVoが負の値であれば(ステップS24:YES)、ステップS25へ移って昇圧信号を停止し(図5のC1、E1)、ステップS21へ戻る。
また、ステップS21において、昇圧信号が出力されてなければ(ステップS21:NO)、ステップS26へ移って、閾値V1を計算する。既述のとおり閾値V1は、V1=V×90%で算出される。次に、ステップS27へ移って、電圧指令値Voが閾値V1を超えているか否かを判定する。VoがV1を超えてなければ(ステップS27:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図5のA、C2、C3、E2)、ステップS21へ戻る。VoがV1を超えている場合は(ステップS27:YES)、ステップS28へ移って、電圧指令値Voの変化率ΔVoが正の値か否かを判定する。ΔVoが負の値であれば(ステップS28:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図5のC1、E1)、ステップS21へ戻る。ΔVoが正の値であれば(ステップS28:YES)、ステップS29へ移って昇圧信号を出力し(図5のB、D1)、ステップS21へ戻る。
以上のように、第2実施形態では、電圧指令値Voが閾値を超えたか否かだけによって昇圧の要/不要を判定するのではなく、これに加えて、電圧指令値Voの時間的変化ΔVoを加味して昇圧の要/不要を判定するので、たとえ電圧指令値Voが閾値V1を超えていても、その変化量ΔVoから昇圧が不要と判断された場合(図5のC1、E1)は、昇圧回路6の昇圧動作を停止させることにより、昇圧回路6での無駄な電力損失をなくすことができる。
また、第2実施形態でも、閾値として2つの閾値V1、V2を用い、電圧指令値Voが閾値V1を超える場合は、電圧指令値の変化量ΔVoが正の値であれば(図5のB、D1)昇圧を行い、変化量ΔVoが負の値であれば(図5のC1、E1)昇圧を行わないように昇圧回路6を制御する一方、電圧指令値Voが閾値V2を超えると判定された場合は(図5のD2、D3)、電圧指令値の変化量ΔVoの正負にかかわらず、昇圧を行うように昇圧回路6を制御している。このため、電圧指令値Voが閾値V1を超えていても、電圧指令値Voが減少している場合は、昇圧動作を停止して無駄な電力損失をなくすことができるとともに、電圧指令値Voが閾値V2を超えている場合は、電圧指令値Voが減少しても昇圧動作が停止されないので、安定した昇圧電圧をモータMに供給することができる。
また、電圧指令値の閾値V1は電源電圧Vの90%に設定されるので、第1実施形態と同様に、早めに昇圧を開始することができ、昇圧動作に遅れが生じることがない。そして、昇圧開始後に昇圧が不要となった場合は、その時点で昇圧動作を停止させるので、電力損失を最小限にすることができる。さらに、2つの閾値V1、V2を設定したことにより、閾値が1つの場合に比べて、きめの細かい昇圧制御を行うことが可能となる。
図7は、本発明の第3実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。本実施形態は、先の2つの実施形態における指令値の代わりに、モータの回転数を用いて、昇圧制御を行うものである。このため、図7では、図1の構成に加えて、モータMの回転数を検出する回転数検出部11が設けられている。また、図1では、指令値算出部2で算出された指令値(算出デューティ比)が昇圧制御部7に与えられたが、図7では、この指令値は昇圧制御部7に与えられない。その他のブロックについては、図1と基本的に同じであるので、図1と同一のブロックには同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
図7において、回転数検出部11は、例えば、モータMの回転に同期したパルス信号を発生するロータリエンコーダと、このロータリエンコーダから出力されるパルス信号を検出するパルス検出回路と、このパルス検出回路で検出されたパルスの周波数を計測してモータMの回転数を算出する演算回路などから構成されている。回転数検出部11で検出されたモータMの回転数Poは、昇圧制御部7に入力される。昇圧制御部7には、回転数Poに対する閾値として、図8に示したように、P1(第1の閾値)とP2(第2の閾値)の2つの閾値が設定されている。P1とP2とは、P1<P2の関係にある。例えば、最大回転数Pmに対して、P1はP1=Pm×90%、P2=Pm×95%に設定されている。
以上の構成において、電流目標値算出部1は、本発明における目標値算出手段の一実施形態であり、指令値算出部2は、本発明における指令値算出手段の一実施形態であり、PWM制御部3およびモータ駆動回路4は、本発明におけるモータ駆動手段の一実施形態であり、昇圧制御部7は、本発明における判定手段、変化量算出手段および昇圧制御手段の一実施形態であり、電流検出器8は、本発明における電流検出手段の一実施形態であり、回転数検出部11は、本発明における回転数検出手段の一実施形態である。
図8は、昇圧制御の例を示したグラフである。横軸は時間を表しており、縦軸は回転数検出部11で検出されたモータ回転数Poを表している。P1とP2は、前述の閾値である。この図8は、先の図2と基本的に同じであり、図2の縦軸の算出デューティ比Doが図8ではモータ回転数Poに置き換わり、図2の閾値δ1、δ2が図8では閾値P1、P2に置き換わっている点が異なるのみである。したがって、図8に関しては、以下で簡単に説明するにとどめる。
図8において、区間Aは、モータ回転数Poが閾値P1に達していないので、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されず、昇圧回路6は昇圧動作を行わない。区間Bでは、モータ回転数Poが閾値P1を超え、変化量も正の値をとるので、昇圧制御部7から昇圧信号が出力され、昇圧回路6が昇圧動作を行う。区間Cにおいて、C1では、モータ回転数Poは閾値P1を超えているが、変化量が負の値となるので、昇圧信号の出力が停止され、昇圧動作は行われない。C2では、モータ回転数Poが閾値P1を下回っているので昇圧は行われず、C3では、モータ回転数Poは増加に転じているが、閾値P1に達していないので昇圧動作は停止したままである。区間Dにおいて、D1では、モータ回転数Poが閾値P1を超え、増加を続けているので、昇圧が行われ、D2でも、モータ回転数Poが閾値P2を超えて増加を続けているので、昇圧動作が継続される。D3では、モータ回転数Poは閾値P2を超えているので、先に述べた理由により、モータ回転数Poが減少に転じても、昇圧動作が継続される。区間Eにおいて、E1では、モータ回転数Poが閾値P2を下回り、減少を続けているので、昇圧動作が停止され、E2では、モータ回転数Poが閾値P1を下回るので、昇圧の停止状態が継続される。
図9は、上述した第3実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。この手順は、昇圧制御部7において実行される手順を表している。ステップS31では、昇圧制御部7から昇圧信号が出力されているか否かが判定される。昇圧信号が出力されておれば(ステップS31:YES)、ステップS32へ移って、モータ回転数Poが閾値P2を下回っているか否かを判定する。PoがP2を下回ってなければ(ステップS32:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図8のD2、D3)、ステップS31へ戻る。PoがP2を下回っている場合は(ステップS32:YES)、ステップS33へ移って、モータ回転数Poの変化量ΔPoが負の値か否かを判定する。ΔPoが正の値であれば(ステップS33:NO)、昇圧信号の出力を継続して(図8のB、D1)、ステップS31へ戻る。ΔPoが負の値であれば(ステップS33:YES)、ステップS34へ移って昇圧信号を停止し(図8のC1、E1)、ステップS31へ戻る。
また、ステップS31において、昇圧信号が出力されてなければ(ステップS31:NO)、ステップS35へ移って、モータ回転数Poが閾値P1を超えているか否かを判定する。PoがP1を超えてなければ(ステップS35:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図8のA、C2、C3、E2)、ステップS31へ戻る。PoがP1を超えている場合は(ステップS35:YES)、ステップS36へ移って、モータ回転数Poの変化率ΔPoが正の値か否かを判定する。ΔPoが負の値であれば(ステップS36:NO)、昇圧信号の停止を継続して(図8のC1、E1)、ステップS31へ戻る。ΔPoが正の値であれば(ステップS36:YES)、ステップS37へ移って昇圧信号を出力し(図8のB、D1)、ステップS31へ戻る。
以上のように、第3実施形態では、モータ回転数Poが閾値を超えたか否かだけによって昇圧の要/不要を判定するのではなく、これに加えて、モータ回転数Poの時間的変化ΔPoを加味して昇圧の要/不要を判定するので、たとえモータ回転数Poが閾値P1を超えていても、その変化量ΔPoから昇圧が不要と判断された場合(図8のC1、E1)は、昇圧回路6の昇圧動作を停止させることにより、昇圧回路6での無駄な電力損失をなくすことができる。
また、第3実施形態でも、閾値として2つの閾値P1、P2を用い、モータ回転数Poが閾値P1を超える場合は、モータ回転数の変化量ΔPoが正の値であれば(図8のB、D1)昇圧を行い、変化量ΔPoが負の値であれば(図8のC1、E1)昇圧を行わないように昇圧回路6を制御する一方、モータ回転数Poが閾値P2を超えると判定された場合は(図8のD2、D3)、モータ回転数の変化量ΔPoの正負にかかわらず、昇圧を行うように昇圧回路6を制御している。このため、モータ回転数Poが閾値P1を超えていても、モータ回転数Poが減少している場合は、昇圧動作を停止して無駄な電力損失をなくすことができるとともに、モータ回転数Poが閾値P2を超えている場合は、モータ回転数Poが減少しても昇圧動作が停止されないので、安定した昇圧電圧をモータMに供給することができる。
また、回転数の閾値P1は最大回転数Pmの90%に設定されるので、第1実施形態と同様に、早めに昇圧を開始することができ、昇圧動作に遅れが生じることがない。そして、昇圧開始後に昇圧が不要となった場合は、その時点で昇圧動作を停止させるので、電力損失を最小限にすることができる。さらに、2つの閾値P1、P2を設定したことにより、閾値が1つの場合に比べて、きめの細かい昇圧制御を行うことが可能となる。
本発明では、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記各実施形態では、2つの閾値を用いて昇圧制御を行う例を示したが、本発明では必ずしも2つの閾値を用いる必要はなく、図10に示すように、指令値や回転数(以下、指令値で代表する)に対して1つの閾値を設定して、昇圧制御を行うようにしてもよい。図10においては、指令値が閾値を超えない場合は昇圧が行われず、閾値を超えた場合は、指令値の変化量が正の値(増加)であれば、昇圧回路6による昇圧が行われ、指令値の変化量が負の値(減少)であれば、昇圧回路6による昇圧は行われない。
また、上記各実施形態では、指令値や回転数が第1の閾値を超えた後、減少に転じた時点、すなわちそれらの変化率が負になった時点で昇圧を停止するようにしたが、変化率が負となる状態が一定時間継続したか否かを監視し、負の状態が一定時間継続するまでは昇圧を維持し、負の状態が一定時間継続した時点で昇圧を停止するようにしてもよい。
また、前記第3の実施形態では、モータMの回転数を検出するのに、ロータリエンコーダやパルス検出回路等からなる回転数検出部11を設けたが、電流検出器8で検出された電流値に基づいてモータ回転数を検出する回転数検出部を設けてもよい。
さらに、以上述べた実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げたが、本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も用いることができる。
本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。 昇圧制御の例を示したグラフである。 第1実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。 昇圧制御の例を示したグラフである。 第2実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。 本発明の第3実施形態に係るモータ制御装置の一例を示した回路構成図である。 昇圧制御の例を示したグラフである。 第3実施形態による昇圧制御の手順を示したフローチャートである。 昇圧制御の他の例を示したグラフである。 電動パワーステアリング装置の一例を示した構成図である。
符号の説明
1 電流目標値算出部
2 指令値算出部
3 PWM制御部
4 モータ駆動回路
5 バッテリ
6 昇圧回路
7 昇圧制御部
8 電流検出器
9 電圧検出部
10 モータ電圧補正部
11 回転数検出部
M モータ
Do 算出デューティ比
Vo 電圧指令値
Po モータ回転数
δ1,δ2 閾値
V1,V2 閾値
P1,P2 閾値

Claims (7)

  1. モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、
    前記モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、
    前記目標値算出手段が算出した電流目標値と前記電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、前記モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、
    前記指令値算出手段で算出された指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、
    前記モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路と、
    を備えたモータ制御装置において、
    前記指令値算出手段で算出された指令値が所定の閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、
    前記指令値の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、
    前記判定手段の判定結果、および前記変化量算出手段が算出した指令値の変化量に基づいて、前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段と、
    を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
  2. モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、
    前記モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、
    前記目標値算出手段が算出した電流目標値と前記電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、前記モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、
    前記指令値算出手段で算出された指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、
    前記モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路と、
    を備えたモータ制御装置において、
    前記モータの電源電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電圧検出手段で検出されたモータの電源電圧に基づいて閾値を決定する閾値決定手段と、
    前記指令値算出手段で算出された指令値が、前記閾値決定手段で決定された閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、
    前記指令値の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、
    前記判定手段の判定結果、および前記変化量算出手段が算出した指令値の変化量に基づいて、前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段と、
    を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置において、
    前記判定手段により前記指令値が所定の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記変化量算出手段が算出した指令値の変化量が正の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御し、前記変化量算出手段が算出した指令値の変化量が負の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧しないように前記昇圧回路を制御することを特徴とするモータ制御装置。
  4. 請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置において、
    前記閾値は、第1の閾値と第2の閾値とからなり、
    前記判定手段により前記指令値が第1の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記指令値の変化量が正の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御し、前記指令値の変化量が負の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧しないように前記昇圧回路を制御し、
    前記判定手段により前記指令値が第2の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記指令値の変化量の正負にかかわらず、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御することを特徴とするモータ制御装置。
  5. モータに流すべき電流の目標値を算出する目標値算出手段と、
    前記モータに流れる電流を検出してその電流値を出力する電流検出手段と、
    前記目標値算出手段が算出した電流目標値と前記電流検出手段が検出した電流値との偏差に基づき、前記モータに対する指令値を算出する指令値算出手段と、
    前記指令値算出手段で算出された指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、
    前記モータに供給される電圧を昇圧する昇圧回路と、
    を備えたモータ制御装置において、
    前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
    前記回転数検出手段で検出されたモータの回転数が所定の閾値を超えるか否かを判定する判定手段と、
    前記回転数の時間に対する変化量を算出する変化量算出手段と、
    前記判定手段の判定結果、および前記変化量算出手段が算出した回転数の変化量に基づいて、前記昇圧回路の昇圧動作を制御する昇圧制御手段と、
    を設けたことを特徴とするモータ制御装置。
  6. 請求項5に記載のモータ制御装置において、
    前記判定手段により前記回転数が所定の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記変化量算出手段が算出した回転数の変化量が正の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御し、前記変化量算出手段が算出した回転数の変化量が負の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧しないように前記昇圧回路を制御することを特徴とするモータ制御装置。
  7. 請求項6に記載のモータ制御装置において、
    前記閾値は、第1の閾値と第2の閾値とからなり、
    前記判定手段により前記回転数が第1の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記回転数の変化量が正の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御し、前記回転数の変化量が負の値であれば、前記モータに供給される電圧を昇圧しないように前記昇圧回路を制御し、
    前記判定手段により前記回転数が第2の閾値を超えると判定された場合に、前記昇圧制御手段は、前記回転数の変化量の正負にかかわらず、前記モータに供給される電圧を昇圧するように前記昇圧回路を制御することを特徴とするモータ制御装置。
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