JP2009001217A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧回路を使用することなく高電圧を発生させることができ、バッテリ電流の過剰消費を抑制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
【解決手段】操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段１７と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータ５と、前記操舵トルク検出手段１７で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータ５を制御する操舵補助制御手段３１とを備えた電動パワーステアリング制御装置であって、通常の車載バッテリより高い電圧を出力する高電圧出力装置２６と、該高電圧出力装置２６から出力される高電圧を前記電動モータの駆動電圧として供給する駆動電圧供給手段ＲＬＹ２とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータと、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに伝達される操舵トルクに応じて電動モータを駆動制御することにより操舵系に操舵補助力を与えて、運転者が軽い操舵を行うことができるようにしているものであるが、前方の障害物を回避する場合のように急操舵を行う場合には、ステアリングホイールの操舵速度が速くなり、電動モータの誘起電圧即ち逆起電力が大きくなることにより、電動モータに流れる電流の増加が抑制され、操舵補助力が不足してしまう。

この操舵補助力不足を解消するために、従来、バッテリ電圧を昇圧回路で昇圧してモータ駆動回路に供給することが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
特開２００３−２００８４５号公報（段落番号「００２５」、図２） 特開２００３−２４４９４３号公報（第１頁、図１） 特開２００３−１５３５８４号公報（段落番号「００３４」、図５）

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の従来例にあっては、バッテリ電圧を昇圧回路で昇圧するようにしているので、バッテリから昇圧回路に供給する電流は、駆動電圧の昇圧に比例して増加すると共に、昇圧回路における電力損失もバッテリ電流の増加要因となり、バッテリ電流の増加は、バッテリ内部抵抗、ハーネス抵抗、ヒューズ抵抗、リレー抵抗、各部接触抵抗等における電力損失（Ｉ×Ｉ×Ｒ）となり、電流の二乗で増加することになり、バッテリ電流の増加に伴う電力損失の増加により、モータ出力向上の効果が少ないと共に、バッテリ電流を過剰に消費した場合、バッテリ電圧の低下により、車両全体の電装システムが停止してしまうおそれがあるという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、昇圧回路を使用することなく高電圧を発生させることができ、バッテリ電流の過剰消費を抑制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を目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータと、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、通常の車載バッテリより高い電圧を出力する高電圧出力装置と、該高電圧出力装置から出力される高電圧を前記電動モータの駆動電圧として供給する駆動電圧供給手段とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１の発明において、前記高電圧出力装置は、前記操舵補助制御手段の制御状態に応じて出力電圧を制御可能に構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２の発明において、前記高電圧出力装置の他に通常の車載バッテリを有し、前記駆動電圧供給手段は、前記車載バッテリ及び前記高電圧出力装置を選択手段で選択して前記電動モータの駆動電圧として供給するように構成されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜３の何れか１つの発明において、前記選択手段は、前記高電圧出力装置の高電圧出力停止時に、前記車載バッテリを選択するように構成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４の何れか１つの発明において、前記高電圧出力装置は、高電圧交流を発電する高電圧発電装置と、該高電圧発電装置で発電した高電圧交流を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータとで構成されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜５の何れか１つの発明において、前記高電圧出力装置は、電気エネルギを蓄積する電気エネルギ蓄積体で構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜６の何れか１つの発明において、前記高電圧出力装置は、ラジオノイズを除去するローパスフィルタを有することを特徴としている。

本発明によれば、高電圧発電機、高電圧電池、高電圧蓄電池等の高電圧出力装置を設けることにより、バッテリ電流を使用することなく、高電圧を得ることができ、この高電圧を電動モータに供給することにより電流値を低減することが可能となり、各部の抵抗における電力損失を大幅に低減することができ、モータ出力特性の向上を効率よく行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は通常の１２Ｖのバッテリ電圧Ｖｂ及びこれより高い例えば４２Ｖの高電圧Ｖｈを出力する電源回路であって、この電源回路１から出力されるバッテリ電圧Ｖｂ及び高電圧Ｖｈが操舵補助制御手段としての制御装置３に入力される。この制御装置３は、操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ５を駆動制御する。

ここで、電動モータ５は、例えば三相交流駆動されるブラシレスモータで構成され、ステアリング装置１０に対する操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。
ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１が装着されたステアリングシャフト１２を有し、このステアリングシャフト１２が例えばラックピニオン形式のステアリングギヤ機構１３に連結され、このステアリングギヤ機構１３がタイロッド等の連結機構１４を介して左右の転舵輪１５に連結されている。

そして、ステアリングシャフト１２には、例えばウォームギヤで構成される減速機構１６を介して電動モータ５が連結され、この電動モータ５で発生する操舵補助力が減速機構１６を介してステアリングシャフト１２に伝達される。
この電源回路１は、図２に示すように、通常電圧の１２Ｖの発電を行う例えばオルタネータで構成される通常電圧発電機２１及びこの通常電圧発電機２１で発電された通常電圧Ｖｕを直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ２２とで構成される通常電圧発電装置２３と、通常電圧Ｖｕより３．５倍程度高い４２Ｖの高電圧Ｖｈを発電する例えばオルタネータで構成される高電圧発電機２４及びこの高電圧発電機２４で発電された高電圧Ｖｈを直流に変換する全波整流器で構成されるＡＣ−ＤＣコンバータ２５とで構成される高電圧出力装置としての高電圧発電装置２６とを備え、ＡＣ−ＤＣコンバータ２２の正極側出力及び負極側出力が１２Ｖの車載バッテリ２７の正極端子ｔｐ及び負極端子ｔｎに接続されている。

そして、ＡＣ−ＤＣコンバータ２２及びバッテリ２７に接続された１２Ｖの低電圧正極側ライン２８ｕがヒューズ２９ｕを介して制御装置３に接続されると共に、ＡＣ−ＤＣコンバータ２５に接続された高電圧正極側ライン２８ｈが同様にヒューズ２９ｈを介して制御装置３に接続され、ＡＣ−ＤＣコンバータ２２，２５及び車載バッテリ２７の負極側が接地されている。

また、ステアリングシャフト１２には、ステアリングホイール１１に入力された操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ１７が配設されていると共に、電動モータ５にはモータ回転角θｍを検出する回転角センサ１８が配設され、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴ及びモータ回転角センサ１８で検出したモータ回転角θｍが制御装置３へ入力されている。

ここで、操舵トルクセンサ１７は、ステアリングホイール１１に付与されてステアリングシャフト１２に伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
さらに、制御装置３には車両の車速Ｖｓを検出する車速センサ１９で検出した車速Ｖｓが入力されていると共に、後述するインバータ内に配設されたモータ電流検出回路２０で検出したモータ電流Ｉａ〜Ｉｃが入力されている。

制御装置３は、図２に示すように、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓに基づいて電流指令値としての操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを演算し、この操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて所定の電流フィードバック電制御処理を行って３相電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆを算出し、算出した３相電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆを出力し、且つモータ角速度ωｍに基づいて後述する電源回路４０の高電圧発電機の界磁電流制御を行うと共に、電源回路４０のリレー制御処理を行うマイクロコンピュータ３１と、このマイクロコンピュータ３１から出力される３相電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆに基づいてパルス幅変調処理を行ってＦＥＴゲート駆動信号を形成するＦＥＴ駆動回路３２と、このＦＥＴ駆動回路３２から出力されるＦＥＴゲート駆動信号に基づいて夫々３個の電界効果トランジスタＦＥＴを有する上アーム及び下アームを有するインバータ３３とを備えている。

そして、制御装置３内では、低電圧正極ライン２８ｕが電源リレーＲＬＹ１、インダクタＬ１及び選択手段としてのスイッチングトランジスタＴＲ１を介して後述するインバータ３３の正極側に接続され、高電圧正極ライン２８ｈが電源リレーＲＬＹ２、インダクタＬ２を介してインバータ３３の正極側に接続され、スイッチングトランジスタＴＲ１の出力側及びインダクタＬ２の出力側との接続点と接地との間にコンデンサＣ１が接続されている。

このため、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１とでローパスフィルタを構成して通常電圧発電装置の出力ラインとなる正極側ライン２８ｕに重畳するノイズ及びモータ駆動時に発生するラジオノイズを抑制する。インダクタＬ２及びコンデンサＣ１とで同様にローパスフィルタを構成して高電圧発電装置の出力ラインとなる高電圧正極側ライン２８ｈに重畳するノイズ及びモータ駆動時に発生するラジオノイズを抑制する。

さらに、低電圧正極側ライン２８ｕのヒューズ２９ｕ及び電源リレーＲＬＹ１の接続点がイグニッションスイッチ２を介して安定化電源回路３０に接続されていると共に、このイグニッションスイッチ２と並列に自己保持用のスイッチングトランジスタＴＲ３が接続されている。この安定化電源回路３０で後述するマイクロコンピュータ３１及びＦＥＴ駆動回路３２で必要とする制御電圧を生成し、生成した制御電圧をマイクロコンピュータ３１及びＦＥＴ駆動回路３２に出力する。

そして、マイクロコンピュータ３１は、図３に示す操舵補助制御処理、図５に示す電力供給制御処理及び図６に示す高電圧発電装置制御処理を実行する。
操舵補助制御処理は、図３に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎にタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、操舵トルクセンサ１７、回転角センサ１８、車速センサ１９、モータ電流検出回路２０等の各種センサの検出値を読込み、次いでステップＳ２に移行して、操舵トルクＴをもとに図４に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆを算出してからステップＳ３に移行する。

ここで、操舵補助電流指令値算出マップは、図４に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速Ｖｓをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが"０"からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが"０"を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

このステップＳ３では、モータ回転角センサ１８で検出したモータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出し、次いでステップＳ４に移行して、モータ角速度ωｍを微分してモータ角加速度αｍを算出してからステップＳ５に移行する。
このステップＳ５では、モータ角速度ωｍに車速Ｖｓに応じて設定された補償係数Ｋｖを乗算して収斂性補償値Ｉｃを算出してからステップＳ６に移行する。

このステップＳ６では、モータ角加速度αｍに基づいて電動モータ５の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償値Ｉｉを算出し、次いでステップＳ７に移行して、操舵補助電流指令値ＩｒｅｆにステップＳ５及びＳ６で算出した収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉを加算して補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′を算出してからステップＳ８に移行する。

このステップＳ８では、算出した補償後操舵補助電流指令補償値Ｉｒｅｆ′にｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行してｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出し、次いでステップＳ９移行して２相／３相変換処理を行ってモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆを算出する。
次いで、ステップＳ１０に移行して、モータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆからモータ電流検出回路２０で検出したモータ電流Ｉａ〜Ｉｃを減算して電流偏差ΔＩａ〜ΔＩｃを算出し、次いでステップＳ１１に移行して、電流偏差ΔＩａ〜ΔＩｃについてＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆを算出し、次いでステップＳ１２に移行して算出した電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜ＶｃｒｅｆをＦＥＴ駆動回路３２に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。この図３の処理が操舵補助制御手段に対応している。

また、電源供給制御処理は、図５に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ２０で、各種センサで検出した信号を読込み、次いで、ステップＳ２１に移行して、モータ回転角センサ１８で検出したモータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出してからステップＳ２２に移行する。
このステップＳ２２では、イグニッションスイッチ２がオン状態であるか否かを判定し、これがオフ状態であるときには後述するステップＳ３５に移行し、イグニッションスイッチ２がオン状態であるときにはステップＳ２３に移行する。

このステップＳ２３では、スイッチングトランジスタＴＲ３をオフ状態に制御すると共に、制御装置３をイグニッションスイッチ２がオフ状態となった後にも所定時間作動を継続させるための遅延時間を設定する後述する計時タイマをクリアし、次いでステップＳ２４に移行して、高電圧発電装置２６で発生される高電圧Ｖｈを読込み、次いでステップＳ２５に移行して、読込んだ高電圧Ｖｈが予め設定された設定電圧Ｖｈｓ以上であるか否かを判定し、Ｖｈ＜Ｖｈｓであるときには正常状態であると判断してステップＳ２６に移行し、電源リレーＲＬＹ１をオン状態に制御し、次いでステップＳ２７に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態に制御してからタイマ割込処理を終了して処理のメインプログラムに復帰する。

一方、ステップＳ２５の判定結果が、Ｖｈ≧ＶｈｓであるときにはステップＳ２８に移行して、高電圧Ｖｈが予め設定した上限値Ｖｈ_LIM以上であるか否かを判定し、Ｖｈ＜Ｖｈ_LIMであるときにはステップＳ２９に移行して、リレーＲＬＹ２をオン状態に制御し、次いでステップＳ３０に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ１をオフ状態に制御してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

さらに、前記ステップＳ２８の判定結果が、Ｖｈ≧Ｖｈ_LIMであるときには、ステップＳ３１に移行して、モータ角速度ωｍが予め設定した設定値ωｍｓ以上であるか否かを判定し、ωｍ≧ωｍｓであるときには回生状態であるものと判断してステップＳ３２に移行し、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態に制御してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

さらにまた、前記ステップＳ３１の判定結果が、ωｍ＜ωｍｓであるときには高電圧発生装置２６の異常であると判断してステップＳ３３に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態に制御し、次いでステップＳ３４に移行して、リレーＲＬＹ２をオフ状態に制御してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
なおさらに、前記ステップＳ２２の判定結果が、イグニッションスイッチ２がオフ状態であるときには、ステップＳ３５に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ３がオフ状態であるか否かを判定し、オフ状態であるときには、ステップＳ３６に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ３をオン状態に制御し、次いでステップＳ３７に移行して、イグニッションスイッチスイッチ２をオン状態からオフ状態に反転させたときに制御装置３の作動状態を継続させるための遅延時間を確保する計時タイマをセットして計時開始させてからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

一方、ステップＳ３５の判定結果が、スイッチングトランジスタＴＲ３がオン状態であるときにはステップＳ３８に移行して、計時タイマがタイムアップしたか否かを判定し、計時タイマがタイムアップしていないときにはそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、計時タイマがタイムアップしたときにはステップＳ３９に移行して、電源リレーＲＬＹ１及びＲＬ２をオフ状態とし、次いでステップＳ４０に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ３をオフ状態としてからタイマ割込処理を終了する。

この図５の処理が駆動電圧供給手段に対応している
さらに、高電圧発電機制御処理は、図６に示すように、所定時間（例えば１ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ずステップＳ４１で、モータ回転角センサ１８で検出したモータ回転角θｍを読込み、次いでステップＳ４２に移行して、モータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出してからステップＳ４３に移行する。

このステップＳ４３では、モータ角速度ωｍが予め設定したモータ角速度ωｍｔ以上であるか否かを判定し、ωｍ≧ωｍｔであるときにはステップＳ４４に移行して、高電圧発電機２４の界磁電流を通常値に制御する界磁電流制御信号Ｃｆを電界効果トランジスタＴＲ２に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、ωｍ＜ωｍｔであるときにはステップＳ４５に移行して、高電圧発電機２４の界磁電流を通常値より少ない低電圧制御値に制御する界磁電流制御信号Ｃｆを電界効果トランジスタＴＲ２に出力してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、車両が停車していてイグニッションスイッチ２がオフ状態であるものとする。この状態では、電源リレーＲＬＹ１及びＲＬＹ２と電界効果トランジスタＴＲ１がオフ状態となっており、制御装置３の安定化電源回路３０にバッテリ２７からのバッテリ電圧が供給されず、この安定化電源回路３０から出力される制御電圧が零となっており、マイクロコンピュータ３１、ＦＥＴ駆動回路３２及びインバータ３３は共に非作動状態となっており、電動モータ５は停止状態にある。

この車両停車状態で、イグニッションスイッチ２をオン状態とすると、バッテリ２７のバッテリ電圧が安定化電源回路３０に入力され、この安定化電源回路３０から制御電圧がマイクロコンピュータ３１及びＦＥＴ駆動回路３２に出力される。
このため、マイクロコンピュータ３１が作動状態となって、図３の操舵補助制御処理、図５の電力供給制御処理及び図６の高電圧発電機制御処理が実行開始される。

このため、先ず、図５の電力供給制御処理で、電動モータ５が停止状態であることからモータ回転角θｍの変化はなく、モータ角速度ωｍは“０”となっている。
そして、イグニッションスイッチ２がオン状態となったことから、ステップＳ２３に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ３をオフ状態に制御すると共に、イグニッションスイッチ２をオフ状態としたときに制御装置３の作動状態を継続させる遅延時間を設定する計時タイマをクリアしてからステップＳ２４に移行して、高電圧発電装置２６から出力される高電圧Ｖｈを読込むが、高電圧Ｖｈが設定電圧Ｖｈｓ未満となることからステップＳ２６に移行して、電源リレーＲＬＹ１をオン状態とするリレー制御信号を電源リレーＲＬＹ１に出力して、この電源リレーＲＬＹ１をオン状態とし、次いでステップＳ２７に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態とする。これにより、バッテリ２７のバッテリ電圧がインバータ３３に供給されることにより、このインバータ３３が作動可能状態となる。

その後、イグニッションスイッチ２がオン状態となることにより、エンジンが始動すると、通常電圧発電装置２３の通常電圧発電機２１及び高電圧発電装置２６の高電圧発電機２４が共に回転駆動されて発電状態となる。このため、両発電装置２３及び２６から直流電圧が出力される。
このとき、高電圧発電装置２６から出力される高電圧Ｖｈが設定電圧Ｖｈｓを超えると、図５の電力供給制御処理で、ステップＳ２５からステップＳ２８に移行し、電源リレーＲＬＹ２をオン状態とすることにより、この電源リレーＲＬＹ２を通じて高電圧発電装置２６から出力される高電圧Ｖｈがインバータ３３に供給されることになり、インバータ３３で高電圧でのモータ電流制御が開始される。

この車両停車状態で、ステアリングホイール１１が操舵されていない場合には、操舵トルクセンサ１７で検出される操舵トルクＴが“０”であり、車速Ｖｓも“０”であるので、図３に示す操舵補助制御処理で、操舵トルクＴ及び車速Ｖｓをもとに操舵補助電流指令値算出マップを参照したときに操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが“０”となる。
このとき、電動モータ５も停止しているため、モータ回転角θｍを微分して演算されるモータ角速度ωｍ及びモータ角加速度αｍも共に“０”であるので、収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉが共に“０”となり、ステップＳ７で算出される補償後操舵補助電流補正値Ｉｒｅｆ′も“０”となる。

このため、ステップＳ８のｄ−ｑ軸電流指令値演算処理で算出されるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆも“０”となり、ステップＳ９で算出される３相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆも“０”となり、電動モータ５が停止しているので、モータ電流検出回路２０で検出されるモータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃも“０”となるので、ステップＳ１０で算出される電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃが共に“０”となるため、ステップＳ１１で算出される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆも“０”となり、これら電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆがＦＥＴ駆動回路３２に出力される。

このため、ＦＥＴ駆動回路３２から出力されるＦＥＴゲート信号もオフ状態となり、インバータ３３から出力されるモータ駆動電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃも“０”となり、電動モータ５は停止状態を継続する。
この車両の停車状態で、ステアリングホイール１１を操舵して所謂据え切りを行うと、これに応じて操舵トルクセンサ１７で検出される操舵トルクＴが比較的大きな値となることにより、図３の操舵補助制御処理で算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴに応じて急増する。

この状態でも電動モータ５が停止しているので、モータ角速度ωｍ及びモータ角加速度αｍも“０”を継続し、収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉも“０”を維持する。
このため、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆがそのままｄ−ｑ軸電流指令値演算処理されてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが算出され、これらを２相／３相変換して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに応じた３相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆが算出される。

このとき、モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃは“０”を継続しているので、ステップＳ１０で、３相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆがそのまま電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃとして算出され、これらがＰＩ制御されてから電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに変換されてＦＥＴ駆動回路３２に出力される。
このため、ＦＥＴ駆動回路３２から電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに応じたＦＥＴゲート駆動信号がインバータ３３に出力されて、このインバータ３３から３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃが電動モータ５に出力されて電動モータ５が回転駆動され、操舵トルクＴに応じた操舵補助力を発生する。

このとき、前述した図５の電力供給制御処理で、電源リレーＲＬＹ２がオン状態に制御され、且つスイッチングトランジスタＴＲ１がオフ状態に制御されるので、電動モータ５が高電圧発生装置２６で発生された高電圧Ｖｈのみに基づいてインバータ３３が駆動されるので、全ての電力ラインにおける電流値を低減することができ、これにより各部の抵抗における電力損失を大幅に低減して、電動モータ５のモータ出力特性を向上させることができると共に、バッテリ２７のバッテリ電流が消費されることがなく、バッテリ電流を過剰に消費することよるバッテリ電圧の低下を確実に防止することができ、バッテリ電圧の低下によって車両全体の電装システムが停止することを確実に防止することができる。

この電動モータ５で発生された操舵補助力は、減速機構１６を介してステアリングホイール１１からの操舵力が伝達されたステアリングシャフト１２に伝達されることにより、操舵力及び操舵補助力がステアリングギヤ機構１３で車幅方向の直線運動に変換されて連結機構１４を介して左右の転舵輪１５が転舵されて、軽い操舵トルクで転舵輪１５を転舵することができる。

そして、電動モータ５が駆動制御されることにより、ステップＳ３及びＳ４で算出されるモータ角速度ωｍ及びモータ角加速度αｍが増加することにより、これらに基づいて収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉが算出され、これらが操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算されて補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′が算出されることきにより、電流補償処理が行われる。

その後、車両を発進させると、車速Ｖｓの増加に伴って、図４の操舵補助電流指令値算出マップにおける特性曲線の傾きが小さくなることにより、操舵トルクＴに基づいて算出される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが小さくなり、車両の走行状態に応じた操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが算出され、この操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉを加算した補償後操舵補助指令値Ｉｒｅｆ′が据え切り時に比較して小さくなり、インバータ３３から走行時状態に応じたモータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃが電動モータ５に出力されて、走行状態に応じた最適な操舵補助力が発生される。

そして、上述したように電動モータ５が高電圧発生装置２６で発生された高電圧Ｖｈがインバータ３３に供給されることにより、モータ出力を向上させた状態で、電動モータ５を駆動している状態で、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴが大きい値となるか又は車両が低速走行状態となって、操舵補助電流指令値算出マップを参照して算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが大きな値となることにより、モータ角速度ωｍが設定値ωｍｓ以上であるときには、図６の高電圧発電機制御処理で、高電圧発電機２４の界磁コイルＬｆｇに供給する界磁電流を通常値に制御するゲート制御信号を電界効果トランジスタＴＲ２に出力することにより、高電圧発電機２４に対して通常の界磁制御を行うが、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴが小さい値となるか又は車両が高速走行状態となって、操舵補助電流指令値算出マップを参照して算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが小さな値となることにより、モータ角速度ωｍが設定値ωｍｔ未満となると、図６のステップＳ４３からステップＳ４５に移行して、高電圧発電機２４に対して界磁電流を通常値より少ない低電流制御値に制御するゲート制御信号を電界効果トランジスタＴＲ２に出力することにより、高電圧発電機２４の出力能力を低下させて、高電圧発電装置２６及びモータ駆動回路としてのインバータの損失を低減することができる。

ところが、電動モータ５を高速回転駆動している状態で、操舵トルクＴが低下することにより、インバータ３３から出力されるモータ電流Ｉａ〜Ｉｃが低下して回生状態となると、この回生状態で、電動モータ５で発電される電圧がインバータ３３に戻されて、高電圧Ｖｈが上限値Ｖｈ_LIMを超える状態となると、図５のステップＳ２８からステップＳ３１に移行し、この回生状態での電動モータ５に発生する電圧は電動モータ５のモータ角速度ωｍに比例することから、モータ角速度ωｍが設定値ωｍｓ以上となる。このため、ステップＳ３１からステップＳ３２に移行して、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態とすることにより、回生状態で電動モータ５から発生する高電圧をスイッチングトランジスタＴＲ１、インダクタＬ１、電源リレーＲＬＹ１及びヒューズ２９ｕを介してバッテリ２７に戻して、エネルギ吸収を行う。この場合、回生状態の電動モータ５で発生する高電圧は一時的なものであり、１２Ｖのバッテリ２７で十分にエネルギ吸収を行うことができる。

一方、高電圧発生装置２６が異常状態となって、出力される高電圧Ｖｈが上限値Ｖｈ_LIM以上となった場合には、電動モータ５のモータ角速度ωｍが回生状態のように設定値ωｍｓ以上となることはなく、図５の処理において、ステップＳ２８からステップＳ３１を経てステップＳ３３に移行し、スイッチングトランジスタＴＲ１をオン状態とするゲート制御信号をスイッチングトランジスタＴＲ１に出力し、次いでステップＳ３４に移行して、電源リレーＲＬＹ２をオフ状態とするリレー制御信号を電源リレーＲＬＹ２に出力する。

このため、高電圧発生装置２６で発生された異常高電圧は電源リレーＲＬＹ２がオフ状態となることにより、インバータ３３には供給されず、これに代えてバッテリ２７又は通常電圧発電装置２３で発電される通常電圧がインバータ３３に供給される。
この結果、異常な高電圧がインバータ３３に印加されてインバータ３３が損傷されることを確実に防止すると共に、バッテリ２７又は通常電圧発電装置２３からの通常電圧がインバータ３３に供給されることにより、電動モータ５から出力される操舵補助力は小さくなるが、電動モータ５の回転駆動は継続されて、操舵補助制御を継続することができる。

さらに、車両を停車させて、イグニッションスイッチ２をオフ状態とすると、図５の処理で、ステップＳ２２からステップＳ３５を経てステップＳ３６に移行し、スイッチングトランジスタＴＲ３をオン状態とすることにより、イグニッションスイッチ２と並列な自己保持回路が形成されて安定化電源回路３０に対するバッテリ電圧の供給が継続される。この状態では、スイッチングトランジスタＴＲ３がオン状態となっているので、計時タイマがタイムアップするまでの間、マイクロコンピュータ３１が作動状態を継続する。したがって、計時タイマがタイムアップするまでの間に再度イグニッションスイッチ２をオン状態として、エンジンを始動することにより、高電圧発電装置２６での高電圧Ｖｈによるモータ駆動制御を再開することができる。

そして、イグニッションスイッチ２をオフ状態としてから計時タイマがタイムアップすると、ステップＳ３９に移行して、電源リレーＲＬＹ１及びＲＬＹ２がオフ状態に制御され、続いてステップＳ４０でスイッチングトランジスタＴＲ３がオフ状態に制御されることにより自己保持回路が解消されて、安定化電源回路３０への電力供給が停止され、マイクロコンピュータ３１及びＦＥＴ駆動回路３２への制御電力供給が停止される。

このように、上記実施形態によると、通常時では、高電圧発電装置２６で発生された高電圧Ｖｈをインバータ３３に供給して、このインバータ３３で高電圧Ｖｈに基づいてモータ電流Ｉａ〜Ｉｃを形成して、電動モータ５を駆動制御するので、全ての電源ラインにおける電流値を低減することができ、各部の抵抗による電力損失を大幅に低減することができ、結果として電動モータ５のモータ出力特性の向上を効率良く行うことができると共に、バッテリ２７のバッテリ電流を消費することがないので、バッテリ電圧の低下を確実に防止して、バッテリ電圧低下による車両全体の電装システムの停止を確実に防止することができる。

しかも、通常電圧発電装置２３も合わせて使用することにより、エンジン始動時の発電電圧が低い状態では、バッテリからの電力供給により、電動モータ５を回転駆動することができると共に、高電圧発電装置２６で異常が発生したときに、通常電圧発電装置２３からの電力によって電動モータ５の駆動を継続することができる。
さらに、高電圧出力装置２６の出力電圧を操舵補助制御処理の制御状態に応じて制御可能としているので、高電圧発電装置及びモータ駆動回路の損失を低減することができる。

さらにまた、高電圧を発生させるために昇圧回路を必要としないので、制御装置３の小型化及び低発熱化を図ることができると共に、信頼性を向上させることができる。
なお、上記実施形態においては、高電圧出力装置として高電圧発電装置２６を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、高電圧出力装置として、電池や蓄電器のような高電圧を出力することが可能な電気エネルギ蓄積体を適用することができる。

また、上記実施形態においては、マイクロコンピュータ３１を適用して、ソフトウェア処理によって、操舵補助制御、電力供給制御及び高電圧発電制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、演算処理装置、比較回路、論理回路等のハードウェアによって操舵補助制御手段、電力供給制御手段及び高電圧発電制御手段を構成することもできる。

さらに、上記実施形態においては、高電圧発電装置２６で４２Ｖの高電圧Ｖｈを発生する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、通常の車載バッテリの１２Ｖより高い電圧であれば、任意の高電圧を適用することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、マイクロコンピュータ３１の操舵補助制御処理で、電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆを算出し、これをＦＥＴ駆動回路３２に出力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ＦＥＴ駆動回路３２で形成するゲート駆動制御信号を操舵補助制御処理で形成して、形成したゲート駆動制御信号を直接インバータ３３に出力するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、本発明をブラシレスモータの駆動に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータの駆動に適用することもでき、この場合には、インバータ３３を電動モータを駆動するＨブリッジ回路に変更すると共に、操舵補助制御処理におけるｄ−ｑ軸電流指令値演算処理を省略して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて電流フィードバック処理を行って、Ｈブリッジ回路を制御するようにすればよい。

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。 電源回路及び制御装置の具体的構成を示すブロック図である。 制御装置のマイクロコンピュータで実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。 マイクロコンピュータで実行する電力供給制御処理手順の一例を示すフローチャートである。 マイクロコンピュータで実行する高電圧発電機制御処理手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電源回路、２…イグニッションスイッチ、３…制御装置、５…電動モータ、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…ステアリングギヤ機構、１４…連結機構、１５…転舵輪、１６…減速機構、１７…操舵トルクセンサ、１８…モータ回転角センサ、１９…車速センサ、２０…モータ電流検出回路、２１…通常電圧発電機、２２…ＡＣ／ＤＣコンバータ、２３…通常電圧発電装置、２４…高電圧発電機、２５…ＡＣ／ＤＣコンバータ、２６…高電圧発電装置、２７…バッテリ、３０…安定化電源回路、３１…マイクロコンピュータ、３２…ＦＥＴ駆動回路、３３…インバータ、ＲＬＹ１，ＲＬＹ２…電源リレー、ＴＲ１，ＴＲ３…スイッチングトランジスタ、ＴＲ２…電界効果トランジスタ

Claims (7)

1. 操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵系に対して操舵補助力を発生させる電動モータと、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを制御する操舵補助制御手段とを備えた電動パワーステアリング制御装置であって、
   通常の車載バッテリより高い電圧を出力する高電圧出力装置と、該高電圧出力装置から出力される高電圧を前記電動モータの駆動電圧として供給する駆動電圧供給手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記高電圧出力装置は、前記操舵補助制御手段の制御状態に応じて出力電圧を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記高電圧出力装置の他に通常の車載バッテリを有し、前記駆動電圧供給手段は、前記車載バッテリ及び前記高電圧出力装置を選択手段で選択して前記電動モータの駆動電圧として供給するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記選択手段は、前記高電圧出力装置の高電圧出力停止時に、前記車載バッテリを選択するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記高電圧出力装置は、高電圧交流を発電する高電圧発電装置と、該高電圧発電装置で発電した高電圧交流を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータとで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記高電圧出力装置は、電気エネルギを蓄積する電気エネルギ蓄積体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記高電圧出力装置は、ラジオノイズを除去するローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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