JP2007145105A - モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】マイコンは、モータの回転角速度ωmを検出し（ステップ１０１）、この検出された回転角速度ωmが第１の閾値ω１以下である場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）には、上記昇圧制御を行わない（ステップ１０４）。
【選択図】図４

Description

本発明は、昇圧回路を備えたモータ制御装置、及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

近年、車両用パワーステアリング装置として、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が広く採用されるようになっている。そして、こうしたＥＰＳ用のモータ制御装置には、アシスト力の強化及びその立ち上がり特性の改善を図るべく、昇圧回路により電源電圧を昇圧し、該昇圧された昇圧電圧に基づいてモータ制御を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３１９７００号公報

しかし、従来の昇圧機能付きモータ制御装置においては、要求されるアシスト力が低い場合やスタンバイ時においても、常時、その昇圧が行われる。このため、昇圧回路の発熱、及びそれに伴うエネルギーロスが大きいという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電源電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、該昇圧された電圧に基づいてモータに駆動電力を供給するモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記モータの回転角速度が第１の閾値以下である場合には、前記昇圧する制御を行わないこと、を要旨とする。

即ち、回転角速度が低い場合には、要求されるアシスト力が低い、或いはスタンバイ状態と推定される。従って、上記構成によれば、こうした場合に昇圧制御を行わないことで、昇圧回路の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記昇圧する制御の実行中である場合には、前記検出された回転角速度が第１の閾値よりも低い第２の閾値以下である場合に、該昇圧する制御を停止すること、を要旨とする。

即ち、運転者は、操舵トルクの軽減（アシスト力の増加）よりもその増大（アシスト力の減少）を違和感として捉えやすい。従って、上記構成によれば、よりアシスト要求の低いと推定される場合にその昇圧制御を停止することができ、これにより、昇圧制御の停止に伴う操舵フィーリングの悪化を招くことなく、そのエネルギー効率を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、電源電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、該昇圧された電圧に基づいてモータに駆動電力を供給するモータ制御装置であって、前記制御手段は、モータ駆動に要求される要求電圧を演算し、該要求電圧が実効電源電圧より小さい場合には、前記昇圧する制御を行わないこと、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記要求電圧は、所定のモータ電圧方程式に基づき演算されること、を要旨とする。
請求項５に記載の発明は、前記要求電圧は、モータ駆動のための指令電圧、又は前記モータの端子間電圧であること、を要旨とする。

即ち、要求電圧が実効電源電圧よりも小さい場合には、その昇圧電圧が余剰であることを意味する。従って、上記各構成によれば、昇圧回路の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であること、を要旨とする。

本発明によれば、エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を昇圧機能付き電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。

図１に示すように、ＥＰＳ１は、車両の操舵系にアシスト力を付与する駆動源としてのモータ２と、該モータ２を制御するモータ制御装置としてのＥＣＵ３とを備えている。
ステアリング４は、ステアリングシャフト５を介してラック６に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト５の回転は、ラックアンドピニオン機構（図示略）にてラック６の往復直線運動に変換され操舵輪８に伝達される。本実施形態のＥＰＳ１は、モータ２がラック６と同軸に配置された所謂ラックアシスト型ＥＰＳであり、モータ２が発生するアシストトルクは、ボールねじ機構（図示略）を介してラック６に伝達される。そして、ＥＣＵ３は、このモータ２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

図２に示すように、ＥＣＵ３は、モータ制御信号を出力するマイコン１１と、モータ制御信号に基づいてモータ２に駆動電力を供給する駆動回路１２とを備えている。尚、本実施形態のモータ２はブラシレスモータであり、駆動回路１２は、モータ制御信号に基づいて三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。

ＥＣＵ３には、操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ１４、及び車速Ｖを検出するための車速センサ１５が接続されており（図１参照）、マイコン１１は、入力された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力、即ちモータ２が発生するアシストトルクを決定する。

また、ＥＣＵ３には、モータ２に通電される電流値を検出するための電流センサ１７，１８、及びモータ２の回転角θmを検出するための回転角センサ１９が接続されており、マイコン１１は、これら各センサの出力信号に基づいてモータ２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びその回転角θmを検出する。そして、マイコン１１は、この検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θmに基づいて、モータ２に上記決定されたアシストトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する。

尚、本実施形態では、マイコン１１は、相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ変換し、ｄ／ｑ座標系における電流制御、詳しくは、ｑ軸電流値がアシストトルクの目標値となるｑ軸電流指令値に追従するように制御する。そして、マイコン１１は、このｄ／ｑ座標系における電流制御に基づき決定されたモータ制御信号を駆動回路１２に出力する。

一方、駆動回路１２は、モータ２の相数に対応する複数（２×３個）のパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴ）により構成されており、具体的にはＦＥＴ２１ａ，２１ｄの直列回路、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの直列回路及びＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの直列回路を並列接続することにより構成されている。そして、ＦＥＴ２１ａ，２１ｄの接続点２２ｕはモータ２のＵ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの接続点２２ｖはモータ２のＶ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの接続点２２ｗはモータ２のＷ相コイルに接続されている。

マイコン１１から出力されるモータ制御信号は、各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆのゲート端子に印加される。そして、このモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆがオン／オフすることにより、直流電源（バッテリー）２０から供給される直流電圧が三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換されモータ２に供給されるようになっている。

また、ＥＰＳ１は、電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路１２に出力する昇圧回路２５を備えている。本実施形態では、昇圧回路２５は、直流電源２０と駆動回路１２との間の電力供給経路に設けられている。そして、昇圧回路２５は、制御手段としてのマイコン１１に制御されることにより直流電源２０の電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路１２に出力する。

図３に示すように、本実施形態の昇圧回路２５は、第１ＦＥＴ２６ａ、第２ＦＥＴ２６ｂ、昇圧コイル２７、及び平滑コンデンサ２８により構成されている。昇圧コイル２７は、一端が直流電源２０に接続されるとともに他端が第１ＦＥＴ２６ａの一端に接続されており、第１ＦＥＴ２６ａの他端は接地されている。また、昇圧コイル２７と第１ＦＥＴ２６ａとの間の接続点ａは、第２ＦＥＴ２６ｂの一端に接続されており、第２ＦＥＴ２６ｂの他端は、駆動回路１２に接続されている。そして、第２ＦＥＴ２６ｂと駆動回路１２との間の接続点ｂは、平滑コンデンサ２８を介して接地されている。

即ち、本実施形態では、第１ＦＥＴ２６ａが昇圧コイル２７を接地又は開放可能な第１のスイッチング素子を構成し、接続点ｂが昇圧回路２５の出力端子を構成する。そして、第２ＦＥＴ２６ｂが、昇圧コイル２７及び第１のスイッチング素子の接続点と出力端子とを接続又は開放可能な第２のスイッチング素子を構成する。

第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子は、マイコン１１と接続されており、マイコン１１は、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子に制御信号を印加することにより、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂを交互にオン／オフ制御する。これにより、接続点ａにおける電圧は、第１ＦＥＴ２６ａのオフ時に昇圧コイル２７に発生する逆起電力が電源電圧Ｖinに重畳された電圧となり、この電圧が第２ＦＥＴ２６ｂのオン時に接続点ｂに伝達される。そして、その脈動的に変化する電圧・電流が平滑コンデンサ２８にて平滑化されることにより、直流電源２０の電源電圧Ｖinを昇圧した出力電圧Ｖoutが出力されるようになっている。

本実施形態では、マイコン１１は、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂに対し、制御信号として所定のＤＵＴＹ比を有するパルス信号を出力する、即ちＰＷＭ制御することにより、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを制御する（昇圧制御）。

具体的には、マイコン１１には、電源電圧Ｖinを検出するための第１の電圧センサ２９とともに、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを検出するための第２の電圧センサ３０が接続されている。そして、マイコン１１は、この第２の電圧センサ３０により検出された出力電圧Ｖoutとその制御目標である目標電圧Ｖout*との偏差に基づいて、出力電圧Ｖoutのフィードバック制御演算を行う。そして、マイコン１１は、このフィードバック制御演算により決定されたＤＵＴＹ比を有する制御信号を第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂに出力し、同制御信号によって第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのオン／オフ時間が変化することにより、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutが制御されるようになっている。

尚、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutは、制御信号のＤＵＴＹ比（第１ＦＥＴ２６ａに対して出力する制御信号のオンＤＵＴＹ比）が大きい場合に高くなり、そのＤＵＴＹ比が小さい場合には低くなる。

［昇圧停止制御］
次に、本実施形態のＥＰＳにおける昇圧停止制御について説明する。
上述のように、常時、昇圧制御を行うことにより、昇圧回路２５の発熱、及びそれに伴うエネルギーロスが問題となる。この点を踏まえ、本実施形態では、マイコン１１は、要求されるアシスト力が低い、或いはスタンバイ状態と推定される場合には、上記の昇圧制御を行わない。

詳述すると、本実施形態では、マイコン１１は、モータ２の回転角速度ωmを検出する。そして、この検出された回転角速度ωmが第１の閾値ω１以下である場合には、上記昇圧制御を行わない。具体的には、図４のフローチャートに示すように、マイコン１１は、先ず回転角速度ωmを検出し（ステップ１０１）、続いて、昇圧制御中であるか否かを判定する（ステップ１０２）。尚、本実施形態では、昇圧制御中には、その旨を示すフラグがセットされるようになっており、マイコン１１は、このフラグがセットされているか否かに基づいて昇圧制御が行われているか否かを判定する。

次に、上記ステップ１０２において、昇圧制御中ではないと判定した場合（ステップ１０２：ＮＯ）、マイコン１１は、検出された回転角速度ωmが上記第１の閾値ω１以下であるか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、回転角速度ωmが上記第１の閾値ω１以下である場合（ωm≦ω１、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、上記昇圧制御を実行しない（ステップ１０４）。そして、上記ステップ１０３において、回転角速度ωmが上記第１の閾値ω１よりも大きい場合（ωm＞ω１、ステップ１０３：ＮＯ）には、昇圧制御の目標電圧Ｖout*を演算し（ステップ１０５）、出力電圧Ｖoutが、この目標電圧Ｖout*となるように昇圧制御を実行する（ステップ１０６）。

一方、上記ステップ１０２において、昇圧制御中であると判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）、マイコン１１は、検出された回転角速度ωmが上記第１の閾値ω１よりも小さい第２の閾値ω２よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０７）。そして、回転角速度ωmがこの第２の閾値ω２よりも大きい場合（ωm＞ω２、ステップ１０７：ＹＥＳ）には、上記ステップ１０５，１０６の処理を行うことにより昇圧制御を実行する。そして、回転角速度ωmが第２の閾値ω２以下である場合（ωm≦ω２、ステップ１０７：ＮＯ）には、その昇圧制御を停止する（ステップ１０８）。

尚、本実施形態では、マイコン１１は、目標電圧Ｖout*を電源電圧Ｖinとすることにより、その昇圧制御をオフとする。そして、定時割り込みにより、上記ステップ１０１〜ステップ１０８の処理を実行することにより、昇圧回路２５の作動を制御する。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）マイコン１１は、モータ２の回転角速度ωmを検出し（ステップ１０１）、この検出された回転角速度ωmが第１の閾値ω１以下である場合には、上記昇圧制御を行わない（ステップ１０４）。

即ち、回転角速度ωmが低い場合には、要求されるアシスト力が低い、或いはスタンバイ状態と推定される。そして、このような場合には昇圧制御を行わないことにより、昇圧回路２５の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。

（２）マイコン１１は、昇圧制御中であるか否かを判定し（ステップ１０２）、昇圧制御中である場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、続いて回転角速度ωmが上記第１の閾値ω１よりも小さい第２の閾値ω２よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０７）。そして、回転角速度ωmが第２の閾値ω２以下である場合（ωm≦ω２、ステップ１０７：ＮＯ）には、その昇圧制御を停止する（ステップ１０８）。

即ち、運転者は、操舵トルクの軽減（アシスト力の増加）よりもその増大（アシスト力の減少）を違和感として捉えやすい。この点、上記構成によれば、よりアシスト要求の低いと推定される場合にその昇圧制御を停止する。従って、昇圧制御の停止に伴う操舵フィーリングの悪化を招くことなく、そのエネルギー効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を昇圧機能付き電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、本実施形態においてもハードウェア構成は上記第１の実施形態におけるＥＰＳ１と同様であり、マイコン１１による昇圧制御及びその停止制御の態様のみが相違する。従って、上記第１の実施形態と同一の符号を付してその具体的説明は省略する。

本実施形態では、マイコン１１は、モータ２を駆動するために要求される要求電圧Ｖdを演算する。そして、この要求電圧Ｖdが、モータ２に印加される実効電源電圧Ｖe、即ち電源電圧Ｖinから送電ロス等からなる損失電圧Ｖ０を減じた値（Ｖe＝Ｖin−Ｖ０）より小さい場合には、その昇圧制御を行わない。

具体的には、図５のフローチャートに示すように、マイコン１１は、先ず上記実効電源電圧Ｖe及び要求電圧Ｖdの演算に用いる各状態量（回転角速度ωm，モータ電流値ｉ、電源電圧Ｖin）を検出する（ステップ２０１）。尚、本実施形態では、モータ２は三相の駆動電力により駆動されるブラシレスモータであるため、モータ電流値ｉには、上記ｄ／ｑ座標系におけるｑ軸電流値が用いられる。そして、マイコン１１は、その検出された各状態量に基づいて、実効電源電圧Ｖeを演算し（ステップ２０２）、続いて要求電圧Ｖdを演算する（ステップ２０３）。

ここで、本実施形態では、要求電圧Ｖdは、次式（１）に示す公知のモータ電圧式に基づいて演算される。尚、次式において「Ｒ」はモータ抵抗値、「Ｌ」はモータインダクタンス、そして「Ｋ」はモータ逆起電力定数である。

Ｖd＝（Ｒ＋Ｌ・ｄ／ｄｔ）ｉ＋Ｋω ・・・（１）
次に、マイコン１１は、要求電圧Ｖdが実効電源電圧Ｖe以上であるか否かを判定する（ステップ２０４）。そして、要求電圧Ｖdが実効電源電圧Ｖe以上である場合（Ｖd≧Ｖe、ステップ２０４：ＹＥＳ）には、昇圧制御の目標電圧Ｖout*を演算し（ステップ２０５）、出力電圧Ｖoutが、この目標電圧Ｖout*となるように昇圧制御を実行する（ステップ２０６）。そして、上記ステップ２０４において、要求電圧Ｖdが実効電源電圧Ｖeよりも小さいと判定した場合（Ｖd＜Ｖe、ステップ２０４：ＮＯ）には、その昇圧制御をオフとする（ステップ２０７）。

即ち、要求電圧Ｖdが実効電源電圧Ｖeよりも小さい場合には、その昇圧電圧が余剰であることを意味する。従って、このような場合に昇圧制御を行わないことにより、昇圧回路２５の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、本発明を昇圧機能付き電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化したが、これに限らず、その他用途に用いられるモータ制御装置に具体化してもよい。

・上記各実施形態では、目標電圧Ｖout*を電源電圧Ｖinとすることにより、その昇圧制御をオフとするとしたが、第１ＦＥＴ２６ａをオフとすることにより行う構成としてもよい。

・上記第２の実施形態では、要求電圧Ｖdは、上記式（１）に示される公知のモータ電圧式に基づいて演算されることとした。しかし、これに限らず、モータ駆動のための指令電圧、又はモータの端子間電圧を取得し、これを要求電圧Ｖdとする構成としてもよい。

・上記第２の実施形態では、実効電源電圧Ｖeは、電源電圧Ｖinから送電ロス等からなる損失電圧Ｖ０を減じた値（Ｖe＝Ｖin−Ｖ０）としたが、この場合において損失電圧Ｖ０は、ハードウェア構成に応じて任意に設定してもよく、これを「０」として実質的に実効電源電圧Ｖeを電源電圧Ｖinと等しく設定してもよい。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの電気的構成を示すブロック図。 昇圧回路の概略構成を示すブロック図。 第１の実施形態における昇圧制御の態様を示すフローチャート。 第２の実施形態における昇圧制御の態様を示すフローチャート。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…モータ、３…ＥＣＵ、４…ステアリング、１１…マイコン、１２…駆動回路、２０…直流電源（バッテリー）、２５…昇圧回路、ωm…回転角速度、ω１，ω２…閾値、Ｖin…電源電圧、Ｖd…要求電圧、Ｖe…実効電源電圧。

Claims (6)

1. 電源電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、該昇圧された電圧に基づいてモータに駆動電力を供給するモータ制御装置であって、
   前記制御手段は、前記モータの回転角速度が第１の閾値以下である場合には、前記昇圧する制御を行わないこと、を特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記制御手段は、前記昇圧する制御の実行中である場合には、前記検出された回転角速度が第１の閾値よりも低い第２の閾値以下である場合に、該昇圧する制御を停止すること、
   を特徴とするモータ制御装置。
3. 電源電圧を昇圧する昇圧回路と、該昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、該昇圧された電圧に基づいてモータに駆動電力を供給するモータ制御装置であって、
   前記制御手段は、モータ駆動に要求される要求電圧を演算し、該要求電圧が実効電源電圧より小さい場合には、前記昇圧する制御を行わないこと、
   を特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記要求電圧は、所定のモータ電圧方程式に基づき演算されること、
   を特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記要求電圧は、モータ駆動のための指令電圧、又は前記モータの端子間電圧であること、を特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。

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