JP2007151251A - 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１１は、アシスト制御を実行するモータ制御演算部１１ａと、昇圧制御を実行する昇圧制御演算部１１ｂとを備える。そして、昇圧制御演算部１１ｂは、モータ制御演算部１１ａからｑ軸電流値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差ΔＩqを取得し、その偏差ΔＩq（の絶対値）が所定の閾値α以下である場合（|ΔＩq|≦α）には、その昇圧制御における目標電圧Ｖout*を徐々に低下させる。
【選択図】図２

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、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下である場合には、前記出力電圧を徐々に低下させるべく前記昇圧回路の作動を制御すること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値以下である場合には、前記目標電圧の前回値から所定値を減じた値を新たな目標電圧とすること、を要旨とする。

即ち、モータの電流制御における偏差が小さい場合には、モータへの印加電圧、つまり昇圧回路の出力電圧が過剰である場合が多い。従って、上記各構成よれば、このような場合に、その出力電圧を徐々に低下させるべく昇圧回路の作動を制御することで、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。そして、この際、徐々に目標電圧を低下させることで、アシスト力の変動を抑えて良好な操舵フィーリングを確保することができる。

請求項３に記載の発明は、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が所定の閾値よりも大きい場合には、該偏差に応じて前記目標電圧を増加させること、を要旨とする。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値よりも大きい場合には、前記目標電圧の前回値に前記偏差に基づく値を加えた値を新たな目標電圧とすること、を要旨とする。

即ち、モータの電流制御における偏差が大きい場合には、モータへの印加電圧、つまり昇圧回路の出力電圧の不足により、逆起電力に抗してモータに必要な電流を流すことができない状態と推定することができる。従って、上記各構成によれば、このような場合に、その不足する電圧に対応する偏差に応じて目標電圧を増加させることで、昇圧に伴うエネルギー損失を最小限に抑えることができ、これによりエネルギー効率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４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。

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）に具体化した一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（アシスト制御）。

詳述すると、本実施形態のマイコン１１は、アシスト制御を実行するモータ制御演算部１１ａと、後述する昇圧制御を実行する昇圧制御演算部１１ｂとを備えており、モータ制御演算部１１ａは、ｄ／ｑ座標系における電流制御により上記モータ制御信号を生成する。具体的には、モータ制御演算部１１ａは、上記検出された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいてモータ２の発生するアシストトルクの目標値としてｑ軸電流指令値Ｉq*を決定するとともに、上記検出された相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ変換することにより、モータ２に通電される実電流値としてｑ軸電流値Ｉqを算出する。そして、モータ制御演算部１１ａは、このｑ軸電流値Ｉqをｑ軸電流指令値Ｉq*に追従させるべく、ｑ軸電流値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差ΔＩqに基づくフィードバック制御によりモータ制御信号を生成する。

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が接続されており、第２の電圧センサ３０により検出された出力電圧Ｖoutは上述の昇圧制御演算部１１ｂに入力される。そして、昇圧制御演算部１１ｂ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を昇圧制御の制御目標値である目標電圧Ｖout*に追従させるべくフィードバック制御を行うことにより、昇圧回路２５の作動を制御するための制御信号を生成する。尚、本実施形態では、目標電圧Ｖout*の初期値は、電源電圧Ｖinよりも高い所定の電圧に設定されている。そして、マイコン１１は、この昇圧制御演算部１１ｂにおいて生成された制御信号を第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂに出力し、この制御信号の有するＤＵＴＹ比に従って第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。

（目標電圧可変制御）
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、モータ２への印加電圧、即ち昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutの過不足を判定する。そして、出力電圧Ｖoutが過剰であると判定された場合には、その出力電圧Ｖoutを徐々に低下させるべく昇圧回路２５の作動を制御する。

詳述すると、本実施形態では、昇圧制御を実行する上記昇圧制御演算部１１ｂは、アシスト制御を実行するモータ制御演算部１１ａから、同アシスト制御における実電流値と電流指令値との偏差、即ちｑ軸電流値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差ΔＩqを取得する。そして、その偏差ΔＩq（の絶対値）が所定の閾値α以下である場合（|ΔＩq|≦α）には、その昇圧制御における目標電圧Ｖout*を徐々に低下させ、偏差ΔＩqが閾値αより大きい場合（|ΔＩq|＞α）には、該偏差ΔＩqに応じて目標電圧Ｖout*を増加させる。

具体的には、図４のフローチャートに示すように、昇圧制御演算部１１ｂは、先ずモータ制御演算部１１ａから電流偏差としてｑ軸電流値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差ΔＩqを取得し（ステップ１０１）、続いて図示しないメモリから目標電圧Ｖout*の前回値、即ち目標電圧前回値Ｖout_b*を読み出す（ステップ１０２）。

次に、昇圧制御演算部１１ｂは、偏差ΔＩqの絶対値が所定の閾値α以下であるか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、偏差ΔＩqの絶対値が所定の閾値α以下である場合（|ΔＩq|≦α、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、目標電圧前回値Ｖout_b*から所定値Ｖ０を減じた値を新たな目標電圧Ｖout*として設定する（Ｖout*＝Ｖout_b*−Ｖ０、ステップ１０４）。そして、上記ステップ１０３において、偏差ΔＩqの絶対値が所定の閾値αより大きいと判定した場合（|ΔＩq|＞α、ステップ１０３：ＮＯ）には、上記偏差ΔＩqに所定の定数Ｋを乗じ、これを目標電圧前回値Ｖout_b*に加算した値を新たな目標電圧Ｖout*として設定する（Ｖout*＝Ｖout_b*＋Ｋ・ΔＩq、ステップ１０５）。

次に、昇圧制御演算部１１ｂは、上記ステップ１０４又はステップ１０５において設定された目標電圧Ｖout*に昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを追従させるべく制御信号を生成する（ステップ１０６）。そして、その目標電圧Ｖout*をメモリに記憶することにより、目標電圧前回値Ｖout_b*を更新する（ステップ１０７）。

このように、昇圧制御演算部１１ｂは、定時割り込みにより所定周期毎（例えば２００μ秒毎）に上記ステップ１０１〜ステップ１０８の処理を実行する。そして、これにより、偏差ΔＩq（の絶対値）が所定の閾値α以下である場合（|ΔＩq|≦α）には、その実行周期毎にその目標電圧Ｖout*が低下するようになっている。

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、アシスト制御を実行するモータ制御演算部１１ａと、昇圧制御を実行する昇圧制御演算部１１ｂとを備える。そして、昇圧制御演算部１１ｂは、モータ制御演算部１１ａからｑ軸電流値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差ΔＩqを取得し、その偏差ΔＩq（の絶対値）が所定の閾値α以下である場合（|ΔＩq|≦α）には、その昇圧制御における目標電圧Ｖout*を徐々に低下させる。

即ち、モータ２の電流制御における偏差ΔＩqが小さい場合には、モータ２への印加電圧、つまり昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutが過剰である場合が多い。従って、このような場合に、その出力電圧Ｖoutを徐々に低下させるべく昇圧回路２５の作動を制御することで、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。そして、この際、徐々に目標電圧Ｖout*を低下させることで、アシスト力の変動を抑えて良好な操舵フィーリングを確保することができる。

（２）昇圧制御演算部１１ｂは、偏差ΔＩqが閾値αより大きい場合（|ΔＩq|＞α）には、該偏差ΔＩqに応じて目標電圧Ｖout*を増加させる。
即ち、モータ２の電流制御における偏差ΔＩqが大きい場合には、モータ２への印加電圧、つまり昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutの不足により、逆起電力に抗してモータ２に必要な電流を流すことができない状態と推定することができる。従って、このような場合に、その不足する電圧に対応する偏差ΔＩqに応じて目標電圧Ｖout*を増加させることで、昇圧に伴うエネルギー損失を最小限に抑えることができ、これによりエネルギー効率を向上させることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、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。

・本実施形態では、目標電圧Ｖout*の初期値は、電源電圧Ｖinよりも高い所定の電圧に設定することとしたが、電源電圧Ｖinに設定することとしてもよい。

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。 目標電圧可変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、１１ａ…モータ制御演算部、１１ｂ…昇圧制御演算部、１２…駆動回路、２０…直流電源（バッテリー）、２５…昇圧回路、Ｉq…ｑ軸電流値、Ｉq*…ｑ軸電流指令値、ΔＩq…偏差、α…閾値、Ｖout…出力電圧、Ｖout*…目標電圧、Ｖout_b*…目標電圧前回値、Ｖ０…所定値、Ｖin…電源電圧。

Claims (5)

1. 電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、
   前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下である場合には、前記出力電圧を徐々に低下させるべく前記昇圧回路の作動を制御すること、
   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、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値以下である場合には、前記目標電圧の前回値から所定値を減じた値を新たな目標電圧とすること、
   を特徴とするモータ制御装置。
3. 電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、
   前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が所定の閾値よりも大きい場合には、該偏差に応じて前記目標電圧を増加させること、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、
   前記制御手段は、所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値よりも大きい場合には、前記目標電圧の前回値に前記偏差に基づく値を加えた値を新たな目標電圧とすること、を特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１〜請求項４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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