JP6098157B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、補助電源を有する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置は、主電源に直列に接続された補助電源を有する。この電動パワーステアリング装置は、車両の車庫入れ時または駐車時等の据切り操舵時のようにステアリングホイールの操舵をアシストする電動モータの消費電力が大きいとき、主電源の給電に加え補助電源の放電により電動モータを駆動する。これにより主電源の消費電力が抑制される。また、電動パワーステアリング装置は、高速走行時のように電動モータの消費電力が小さいとき、主電源の給電のみにより電動モータを駆動する。なお、特許文献１は、従来の電動パワーステアリング装置の構成の一例を示している。

特開２００９−１６６６７９号公報

従来の電動パワーステアリング装置においては、主電源の給電のみにより電動モータを駆動する形態から主電源の給電および補助電源の放電により電動モータを駆動する形態に変更するとき、主電源の電圧に補助電源の電圧を加えた電圧が電動モータに印加される。このため、電動モータに印加される電圧が急激に増大するため、アシストトルクが急激に変化する。これにより、運転者がステアリングホイールを操作するとき、違和感を与えるような操舵感が運転者に付与されるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するため、補助電源が電動モータへの放電を開始するときにアシストトルクの急激な変化を抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本手段は「操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、前記主電源から前記電動モータに電力を供給する第１電源形態、および前記主電源および前記補助電源から前記電動モータに電力を供給する第２電源形態を切り替えることにより前記電動モータに印加される電圧を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、操舵をアシストするアシスト制御により消費される主電源の実電力である電源電力が所定の充放電閾値未満となるとき、前記第１電源形態を設定し、前記電源電力が前記充放電閾値以上となるとき、前記第２電源形態を設定し、前記電源電力が前記充放電閾値未満となるときであっても、前記電源電力の単位時間当たりの変化量となる電力変化速度が所定の速度閾値以上となったときには、前記第１電源形態から前記第２電源形態に変更し、この変更のときから前記補助電源から前記電動モータへの放電の可否状態であるオン状態とオフ状態とを周期的に切り替えるスイッチング素子のＤＵＴＹ比を、前記電動モータに印加される前記電圧が徐々に増大するように、徐々に増加させる電動パワーステアリング装置」を有する。

ところで、第２電源形態に設定されるとき、電動モータに印加される電圧が高くなるため、主電源により消費される電流が小さくなる。しかし、電動モータに印加される電圧の増大速度が遅くなることにより、主電源により消費される電流が小さくなるタイミングが遅くなるおそれがある。

また、電力変化速度が高くなるにつれて操舵装置の据切り操舵等の電源電力が大電力を消費する確率が高くなる。すなわち、電力変化速度が高いときには、電源電力が充放電閾値以上になる確率が高いと予測される。

本電動パワーステアリング装置は、電力変化速度が所定の速度閾値以上のときに第１電源形態から第２電源形態に変更する。このため、本電動パワーステアリング装置は、電源電力が充放電閾値未満の状態においても電源電力が充放電閾値以上になると予測されるときに第１電源形態から第２電源形態に変更する。したがって、主電源により消費される電流が小さくなるタイミングが遅くなることが抑制される。

上記手段の一形態は「前記制御装置は、前記電力変化速度が前記速度閾値以上のとき、前記電力変化速度と前記速度閾値の差が大きくなるにつれて、前記電動モータに印加するための電圧が大きくなるように制御する電動パワーステアリング装置」を有する。

上記電動パワーステアリング装置においては、補助電源が電動モータに放電するとき、制御装置が電力変化速度と速度閾値との差に基づいて電動モータに印加するための電圧を可変に制御する。これにより、補助電源が電動モータに放電する放電量を適切に制御することができる。このため、補助電源が電動モータに放電するときに補助電源が全容量を放電すると仮定した構成と比較して、電力変化速度と速度閾値との差が小さいとき、補助電源が電動モータに放電する放電量を減らすことができる。したがって、補助電源の容量不足に起因して補助電源が電動モータに対して適切に放電することが困難となることが抑制される。

本電動パワーステアリング装置は、補助電源が電動モータへの放電を開始するときにアシストトルクの急激な変化を抑制することができる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図。 実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図。 実施形態の電動パワーステアリング装置のグラフであり、ＥＰＳ要求電力の推移を示すグラフ。 実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、（ａ）および（ｂ）は充放電回路の各スイッチング素子のＤＵＴＹ比の推移を示すグラフ、（ｃ）はモータ駆動電圧の推移を示すグラフ、（ｄ）はアシストトルクの推移を示すグラフ。 実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、（ａ）はＥＰＳ要求電力の推移を示すグラフ、（ｂ）は電源電力の推移を示すグラフ、（ｃ）は電力変化速度の推移を示すグラフ、（ｄ）および（ｅ）は充放電回路の各スイッチング素子のＤＵＴＹ比の推移を示すグラフ、（ｆ）はモータ駆動電圧の推移を示すグラフ。 実施形態の制御装置により実行される電源制御の処理手順を示すフローチャート。

図１を参照して、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ１」）の構成について説明する。
ＥＰＳ１は、ＥＰＳ本体１０、アシスト装置２０、制御装置３０、補助電源装置４０、およびトルクセンサ５０を有する。ＥＰＳ１においては、主電源４および車速センサ５が制御装置３０に電気的に接続されている。ＥＰＳ１は、主電源４となるバッテリおよび補助電源装置４０から制御装置３０を介してアシスト装置２０に電力が供給される構成を有する。ＥＰＳ１は、アシスト装置２０により操舵部品２の操作をアシストする。なお、操舵部品２としては、ステアリングホイールが用いられている。

ＥＰＳ本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、および２個のタイロッド１６を有する。ＥＰＳ本体１０は、操舵部品２の回転にともないコラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、およびピニオンシャフト１３が一体に回転させる。ＥＰＳ本体１０は、ピニオンシャフト１３の回転によりラックシャフト１４を往復動させることにより車輪３の転舵角を変化させる。

ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギヤ１３Ａおよびラックシャフト１４のラックギヤ１４Ａが互いに噛み合わせられた構成を有する。ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａの噛み合いによりピニオンシャフト１３の回転をラックシャフト１４の往復動に変換する。

アシスト装置２０は、３相ブラシレスモータとしての電動モータ２１およびウォームギヤとしての減速機構２２を有する。アシスト装置２０は、減速機構２２を介して電動モータ２１の回転をコラムシャフト１１に伝達することによりコラムシャフト１１を回転させる力（以下、「アシストトルクＴＡ」）をコラムシャフト１１に付与する。このようにＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。

トルクセンサ５０は、車載通信ネットワークを通じてトルク信号を制御装置３０に送信する。
車速センサ５は、車載通信ネットワークを通じて車速信号を制御装置３０に送信する。

制御装置３０は、トルクセンサ５０のトルク信号に基づいてコラムシャフト１１の中間部分に接続されたトーションバー１１Ａのねじれ、すなわち操舵部品２の操作にともないコラムシャフト１１に付与されたトルク（以下、「操舵トルクτ」）の大きさおよび方向を算出する。制御装置３０は、車速センサ５の車速信号に基づいて車両の走行速度（以下、「車速Ｖ」）を算出する。制御装置３０は、電動モータ２１の動作を制御することにより操舵をアシストするアシスト制御と、補助電源装置４０の動作を制御することにより主電源４の電力および補助電源装置４０の電力を制御する電源制御とを実行する。

図２を参照して、制御装置３０および補助電源装置４０の構成について説明する。
制御装置３０は、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン３１」）、モータ駆動回路３４、電流センサ３５、および電圧センサ３６を有する。制御装置３０は、モータ駆動回路３４に印加される電圧（以下、「モータ駆動電圧ＶＭＤ」）を制御する。

電流センサ３５は、電動モータ２１に供給される実電流（以下、「モータ電流ＩＭ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ３５は、電圧信号をマイコン３１のモータ制御部３３に出力する。

電圧センサ３６は、補助電源装置４０とモータ駆動回路３４との間の電圧、すなわちモータ駆動電圧ＶＭＤの大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電圧センサ３６は、電圧信号をマイコン３１の電源管理部３２に出力する。

マイコン３１は、電源管理部３２およびモータ制御部３３を有する。マイコン３１は、電源管理部３２において補助電源装置４０の充放電の動作を制御する。マイコン３１は、モータ制御部３３においてモータ駆動回路３４の動作を制御する。

電源管理部３２は、補助電源装置４０のリレー４１、昇圧回路４３、および充放電回路４４の動作を制御する。電源管理部３２は、リレー４１の動作を制御するためのリレー信号ＳＲをリレー４１に出力する。電源管理部３２は、昇圧回路４３の動作を制御するための昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２を昇圧回路４３に出力する。電源管理部３２は、充放電回路４４の動作を制御するための充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２を充放電回路４４に出力する。

モータ制御部３３は、アシスト制御を実行するためのモータ制御信号ＳＭを生成する。詳細には、モータ制御部３３は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づいて目標アシストトルクを演算する。モータ制御部３３は、モータ電流ＩＭが目標アシストトルクに対応する電流指令値に一致するように電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号ＳＭを生成する。そしてモータ制御部３３は、モータ制御信号ＳＭをモータ駆動回路３４に出力する。なお、目標アシストトルクは、操舵トルクτの絶対値が大きくなるにつれて、または車速Ｖの絶対値が小さくなるにつれて大きくなる。

モータ駆動回路３４は、電動モータ２１の各相に対して２個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）が直列に接続された周知の構成を有する。モータ駆動回路３４においては、モータ制御部３３のモータ制御信号ＳＭに基づいてモータ駆動回路３４の各相の２個のスイッチング素子が交互にオン状態およびオフ状態が切り替えられる。モータ駆動回路３４は、各スイッチング素子のオン状態およびオフ状態の切り替えによりモータ駆動電圧ＶＭＤをＰＷＭ駆動として電動モータ２１に印加する。

補助電源装置４０は、主電源４とは個別に形成されている。補助電源装置４０は、主電源４と直列に接続されている。補助電源装置４０は、リレー４１、電流センサ４２、昇圧回路４３、充放電回路４４、および補助電源としてのキャパシタ４５を有する。補助電源装置４０は、キャパシタ４５により制御装置３０を介して電動モータ２１へ放電する。

リレー４１は、主電源４と昇圧回路４３との間に配置されている。リレー４１は、主電源４によりモータ駆動回路３４に電力が供給されるオン状態と、主電源４によりモータ駆動回路３４に電力が供給されないオフ状態とを切り替える。

電流センサ４２は、リレー４１と昇圧回路４３との間に配置されている。電流センサ４２は、主電源４の出力電流（以下、「バッテリ電流ＩＢ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ４２は、電圧信号を電源管理部３２に出力する。

昇圧回路４３は、主電源４の電圧（バッテリ電圧）に基づく出力電圧、すなわち主電源４と補助電源装置４０との接続点Ｐ１における出力電圧（以下、「出力電圧Ｖ１」）を昇圧してキャパシタ４５の出力端子である接続点Ｐ２に印加することによりキャパシタ４５を充電可能にしている。

昇圧回路４３は、一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂおよび昇圧コイル４３Ｃを有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの一端が直列に接続された一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂの接続点Ｐ３に接続される構成を有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの他端において出力電圧Ｖ１が印加される。

一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。上段側のスイッチング素子４３Ａは、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。スイッチング素子４３Ａは、他端において下段側のスイッチング素子４３Ｂに接続されている。下段側のスイッチング素子４３Ｂは、一端において接地されている。各スイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、電源管理部３２の昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。

充放電回路４４は、昇圧回路４３と直列に接続されている。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂが直列に接続された構成を有する。充放電回路４４は、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの接続点Ｐ４においてモータ駆動回路３４と接続されている。

一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。上段側のスイッチング素子４４Ａは、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。スイッチング素子４４Ａは、他端において下段側のスイッチング素子４４Ｂに接続されている。下段側のスイッチング素子４４Ｂは、一端において電流センサ４２およびリレー４１を介して主電源４に電気的に接続されている。

各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、電源管理部３２の充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２に基づいて導通状態であるオン状態および非導通状態であるオフ状態を周期的に切り替える。スイッチング素子４４Ａは、オン状態のとき、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ａは、オフ状態のとき、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が不能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オン状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への給電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オフ状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への給電が不能な状態となる。

キャパシタ４５は、昇圧回路４３および充放電回路４４の間において、昇圧回路４３および充放電回路４４と並列に接続されている。キャパシタ４５は、一端において接続点Ｐ２に接続されている。キャパシタ４５は、他端において電流センサ４２およびスイッチング素子４４Ｂの間の接続点Ｐ５に接続されている。キャパシタ４５としては、電気二重層コンデンサが用いられている。

リレー４１の動作について説明する。
リレー４１は、電源管理部３２のリレー信号ＳＲに基づいてオン状態およびオフ状態が切り替えられる。リレー４１は、車両のイグニッションスイッチ（図示略）がオン操作されたとき、オフ状態からオン状態に切り替えられる。リレー４１は、イグニッションスイッチがオフ操作されたとき、オン状態からオフ状態に切り替えられる。

昇圧回路４３の動作について説明する。
昇圧回路４３は、下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態からオフ状態に切り替えられることにより生じる昇圧電圧Ｖ３をキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に印加する。具体的には、昇圧回路４３においては、スイッチング素子４３Ｂがオン状態により導通して昇圧コイル４３Ｃの一端を接地する。そして、昇圧回路４３は、スイッチング素子４３Ｂがオフ状態からオン状態に切り替えられたことにより昇圧コイル４３Ｃに生じる誘起電圧を出力電圧Ｖ１に重畳して出力する。なお、上段側のスイッチング素子４３Ａは、キャパシタ４５側から昇圧回路４３側への電流の回り込み（逆流）を防止する機能を有する。

充放電回路４４の動作について説明する。
充放電回路４４は、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂのオン状態およびオフ状態の組合せに基づいて、主電源４からモータ駆動回路３４に電力を供給する第１電源形態、および主電源４およびキャパシタ４５からモータ駆動回路３４に電力を供給する第２電源形態を切り替える。なお、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、電源管理部３２により同時にオン状態にならないように動作が制御される。

第１電源形態は、上段側のスイッチング素子４４Ａがオフ状態かつ下段側のスイッチング素子４４Ｂがオン状態となる。第１電源形態においては、主電源４のバッテリ電流ＩＢがキャパシタ４５に供給されかつ下段側のスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４に供給される。第１電源形態においては、上段側のスイッチング素子４４Ａがオフ状態のため、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４に放電されない。

第２電源形態は、上段側のスイッチング素子４４Ａがオン状態かつ下段側のスイッチング素子４４Ｂがオフ状態となる。第２電源形態は、主電源４およびキャパシタ４５が互いに直列に接続された状態となる。第２電源形態においては、主電源４によるモータ駆動回路３４への給電に加え、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電される。

また、第２電源形態においては、スイッチング素子４４Ａの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比およびスイッチング素子４４Ｂの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比のそれぞれが０％および１００％以外の値も採用される。各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比が変更されることによりモータ駆動電圧ＶＭＤが変更される。具体的には、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤが大きくなる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が１００％のとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値となる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が５０％のとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値の半分の値となる。また、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比は、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が大きくなるにつれて小さくなる。

図３および図４を参照して、制御装置３０により実行される電源制御について説明する。なお、図３および図４を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。

電源制御は、電源切替制御、放電タイミング制御、放電速度制御、および電圧可変制御を有する。電源制御は、電源切替制御および放電タイミング制御において、充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に切り替える。電源制御は、放電速度制御において、キャパシタ４５が単位時間に放電する放電量（以下、「放電速度」）を制御する。電源制御は、電圧可変制御において、キャパシタ４５の放電量を制御することによりモータ駆動電圧ＶＭＤを可変に制御する。

図３を参照して、電源切替制御の詳細について説明する。
なお、「電源電力ＰＳ」は、ＥＰＳ１のアシスト制御により主電源４が補助電源装置４０に供給する実電力を示す。電源電力ＰＳは、バッテリ電流ＩＢに基づいて算出される。また、「充放電閾値ＫＥ」は、主電源４からキャパシタ４５への充電およびキャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電の切り替えの基準値を示す。充放電閾値ＫＥは、試験等により予め設定される。

図３において、ＥＰＳ１のアシスト制御により主電源４に要求される電力（以下、「ＥＰＳ要求電力」）は、充放電閾値ＫＥ以上となる期間（以下、「放電期間」）と充放電閾値ＫＥ未満の期間に区分される。充放電閾値ＫＥ未満の期間かつキャパシタ４５が満充電ではない期間（以下、「充電期間」）においてキャパシタ４５が主電源４により充電される。

ＥＰＳ要求電力は、放電期間として、第１放電期間ＴＤ１、第２放電期間ＴＤ２、および第３放電期間ＴＤ３を有する。第１放電期間ＴＤ１は時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間を示す。第２放電期間ＴＤ２は時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間を示す。第３放電期間ＴＤ３は時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間を示す。

ＥＰＳ要求電力は、充電期間として、第１充電期間ＴＣ１、第２充電期間ＴＣ２、および第３充電期間ＴＣ３を有する。第１充電期間ＴＣ１は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間を示す。第２充電期間ＴＣ２は時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間を示す。第３充電期間ＴＣ３は時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの期間を示す。

電源電力ＰＳは、第１充電期間ＴＣ１、第２充電期間ＴＣ２、および第３充電期間ＴＣ３において、充放電閾値ＫＥ未満となる。電源電力ＰＳは、第１放電期間ＴＤ１、第２放電期間ＴＤ２、および第３放電期間ＴＤ３において、充放電閾値ＫＥ以上となる。電源電力ＰＳは、例えば時刻ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５から充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられるまでの期間において充放電閾値ＫＥよりも大きくなる。なお、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上となる場合として車両の車庫入れ時または駐車時において運転者が操舵部品２の据切り操舵を実行することが挙げられる。

電源切替制御は、電源電力ＰＳおよび充放電閾値ＫＥに基づいて充放電回路４４の第１電源形態および第２電源形態の切り替えを制御する。詳細には、制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満のとき、充放電回路４４を第１電源形態に設定する。このため、ＥＰＳ要求電力は、電源電力ＰＳにより供給される。また制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、充放電回路４４を第２電源形態に設定する。このため、ＥＰＳ要求電力は、電源電力ＰＳに加え、充放電閾値ＫＥを超えるＥＰＳ要求電力の電力量をキャパシタ４５の放電により補われる。したがって、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のときにおいて、電源切替制御により電源電力ＰＳ（バッテリ電流ＩＢ）が充放電閾値ＫＥにおいてピークカットされる。このため、主電源４の負荷が小さくなる。

次に、放電タイミング制御の詳細について説明する。
なお、「電力変化速度ＰＶ」は、単位時間当たりの電源電力ＰＳの変化量を示す。電力変化速度ＰＶは、電源電力ＰＳが増加する場合、正の値となる。電力変化速度ＰＶは、電源電力ＰＳが減少する場合、負の値となる。また、「速度閾値ＫＶ」は、運転者が据切り操舵により電源電力ＰＳが大きくなるときの電力変化速度である。速度閾値ＫＶは、試験等により予め設定される。

放電タイミング制御は、電力変化速度ＰＶおよび速度閾値ＫＶに基づいて充放電回路４４の第１電源形態および第２電源形態の切り替えを制御する。詳細には、制御装置３０は、電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ未満のとき、充放電回路４４を第１電源形態に設定する。制御装置３０は、電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上のとき、充放電回路４４を第２電源形態に設定する。

制御装置３０は、電源切替制御および放電タイミング制御により電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上または電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上のとき、充放電回路４４を第２電源形態に設定する。

図４を参照して、放電速度制御の詳細について説明する。
図４は、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を０％から１００％に変更する形態、およびスイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比を１００％から０％に変更する形態を示している。

放電速度制御は、第１電源形態から第２電源形態に変更されたときのキャパシタ４５からモータ駆動回路３４への放電においてキャパシタ４５の放電を指示する指示信号であるスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比に遅れを入れる。

詳細には、図４（ａ）に示されるように、制御装置３０は、第１電源形態から第２電源形態に変更したとき（時刻ｔ２１）、充放電信号ＳＣＤ１に基づいてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を０％の状態から所定の増加幅により徐々に増加させる。そして、時刻ｔ２２においてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が１００％となる。すなわち、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が０％から１００％に直接変更されたと仮定した構成（以下、「比較構成」）と比較して、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が０％から１００％に変更されるまでの期間が長い。このため、放電速度制御による放電速度は、比較構成の放電速度よりも低い。

図４（ｂ）に示されるように、制御装置３０は、時刻ｔ２１から充放電信号ＳＣＤ２に基づいてスイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比を１００％の状態から所定の減少幅により徐々に減少させる。そして、時刻ｔ２２においてスイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比が０％となる。なお、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅の絶対値と、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比の減少幅の絶対値とは互いに等しい。

図４（ｃ）に示されるように、放電速度制御によりキャパシタ４５が徐々に放電するため、モータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に増大する。これにより、図４（ｄ）に示されるように、アシストトルクＴＡが徐々に増大する。したがって、比較構成と比較して、モータ駆動電圧ＶＭＤが急激に増大することが抑制される。このため、アシストトルクＴＡが急激に変化することが抑制される。

次に、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅の算出について説明する。
スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、ＰＩＤ制御となる電力フィードバック制御に基づいて決定される。具体的には、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの偏差ｅ（ｔ）とモータ駆動電圧ＶＭＤの変化量となる制御量ｃ（ｔ）との間の伝達関数Ｇ（ｓ）の時定数に基づいて決定される。偏差ｅ（ｔ）と制御量ｃ（ｔ）との関係式は、以下の式（１）となる。

ここで、「ｋｐ」は比例ゲインを示し、「ｋｐ／τｉ」は積分ゲインを示し、「ｋｐτｄ」は微分ゲインを示す。また、「τｉ」は積分時間を示し、「τｄ」は微分時間を示す。

上記式（１）をラプラス変換することにより以下の式（２）となる。

ここで、「ｃ（ｓ）」は制御量を示し、「Ｅ（ｓ）」は偏差を示し、「ｋｐ／τｉｓ」は積分ゲインを示し、「ｋｐτｄｓ」は微分ゲインを示す。また、「τｉｓ」は積分時間を示し、「τｄｓ」は微分時間を示す。

このため、伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の式（３）となる。

このように伝達関数Ｇ（ｓ）の時定数は、積分ゲインおよび微分ゲインにより決定される。そして、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたとき、モータ駆動電圧ＶＭＤの増大速度（応答速度）は、時定数が大きくなるにつれて小さくなる。積分ゲインおよび微分ゲインは、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたとき、アシストトルクＴＡが急激に変化しない値となる。また、積分ゲインおよび微分ゲインは、試験またはシミュレーションを通じて予め設定される。

電圧可変制御の詳細について説明する。
電圧可変制御は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上かつ電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ未満のとき、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいてキャパシタ４５の放電量を制御する。詳細には、制御装置３０は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれてキャパシタ４５の放電量が多くなるように充放電回路４４のスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を大きくする。これにより、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤの増大幅が大きくなる。また制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上において、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥと差の積分値が大きくなるにつれてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を大きくする。これにより、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差の積分値が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤが高くなる。

電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥよりも僅かに大きい場合において、電圧可変制御によりキャパシタ４５の放電量が僅かとなるため、キャパシタ４５の放電時にキャパシタ４５の蓄電量の低減が抑制される。このため、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のときにキャパシタ４５の蓄電量の全てを放電すると仮定した構成（以下、「第１仮想構成」）と比較して、キャパシタ４５の容量が「０」となる期間が短くなる。したがって、第１仮想構成と比較して、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のときにキャパシタ４５の容量が不足する可能性が低くなる。

また、電圧可変制御は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満かつ電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上のとき、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差に基づいてキャパシタ４５の放電量を制御する。詳細には、制御装置３０は、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差が大きくなるにつれてキャパシタ４５の放電量が多くなるように充放電回路４４のスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を大きくする。これにより、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤの増大幅が大きくなる。また制御装置３０は、電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上において、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差の積分値が大きくなるにつれてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を大きくする。これにより、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差の積分値が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤが高くなる。

電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶよりも僅かに大きい場合において、電圧可変制御によりキャパシタ４５の放電量が僅かとなるため、キャパシタ４５の放電時にキャパシタ４５の蓄電量の低減が抑制される。このため、電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上のときにキャパシタ４５の蓄電量の全てを放電すると仮定した構成（以下、「第２仮想構成」）と比較して、キャパシタ４５の容量が「０」となる期間が短くなる。したがって、第２仮想構成と比較して、キャパシタ４５の容量が不足する可能性が低くなる。

図５を参照して、ＥＰＳ１の作用について説明する。図５を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。

なお、「比較ＥＰＳ」は、ＥＰＳ１の電源制御から放電タイミング制御を省略した構成を示す。「比較電源電力」は、比較ＥＰＳのアシスト制御により主電源４が比較ＥＰＳの補助電源装置に供給する実電力を示す。「比較スイッチング素子ＣＡ」は、比較ＥＰＳにおいてＥＰＳ１のスイッチング素子４４Ａに相当するスイッチング素子を示す。「比較スイッチング素子ＣＢ」は、比較ＥＰＳにおいてＥＰＳ１のスイッチング素子４４Ｂに相当するスイッチング素子を示す。

図５（ａ）のＥＰＳ要求電力の推移は、ＥＰＳ１および比較ＥＰＳに共通のものとして取り扱う。図５は、スイッチング素子４４Ａ（比較スイッチング素子ＣＡ）のＤＵＴＹ比を０％から１００％に変更する形態、およびスイッチング素子４４Ｂ（比較スイッチング素子ＣＢ）のＤＵＴＹ比を１００％から０％に変更する形態を示している。

図５（ａ）に示されるように、比較ＥＰＳは、ＥＰＳ要求電力が充放電閾値ＫＥ以上となるとき（時刻ｔ３２）、図５（ｂ）の一点鎖線により示されるように、比較電源電力が充放電閾値ＫＥ以上となる。このため、比較ＥＰＳは、電源切替制御において充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更する。また、比較ＥＰＳは、時刻ｔ３２において、放電速度制御を実行する。このため、図５（ｄ）および（ｅ）の一点鎖線により示されるように、時刻ｔ３２から時間の経過とともに比較スイッチング素子ＣＡのＤＵＴＹ比が所定の増加幅にて徐々に増加し、比較スイッチング素子ＣＢのＤＵＴＹ比が所定の減少幅にて徐々に減少する。これにより、図５（ｆ）の一点鎖線により示されるように、モータ駆動電圧ＶＭＤは、時刻ｔ３２から時間の経過とともに徐々に増大する。

ところで、比較ＥＰＳにおいては、モータ駆動電圧ＶＭＤを徐々に増大させるため、時刻ｔ３２から時刻ｔ３３にわたり比較ＥＰＳのキャパシタの放電量による比較電源電力の増加量は、比較電源電力と充放電閾値ＫＥとの差により規定される電力量よりも少ない。このため、図５（ｂ）の一点鎖線により示されるように、比較電源電力は、時刻ｔ３２から比較スイッチング素子ＣＡのＤＵＴＹ比が１００％となる時刻ｔ３３までの期間にわたり、充放電閾値ＫＥよりも大きくなる。すなわち、比較ＥＰＳにおいては、時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までの期間において主電源４のピークカットが十分にできていない。

また、運転者が据切り操舵を実行するときには、電源電力ＰＳ（比較電源電力）が急激に増大する。そして、電源電力ＰＳ（比較電源電力）は充放電閾値ＫＥを大きく上回ることが多い。このため、時刻ｔ３２において放電速度制御によりモータ駆動電圧ＶＭＤを徐々に増大させる場合、電源電力ＰＳ（比較電源電力）が充放電閾値ＫＥ以上となる量が顕著に多くなる。

この点を踏まえ、運転者が据切り操舵を実行する等の電源電力ＰＳが急激に増大すると予測されるとき、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上となる前に充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更することが好ましい。

そこで、本実施形態のＥＰＳ１は、時刻ｔ３２よりも前の時刻であり、電源電力ＰＳが急激に増加する時刻ｔ３１において、放電タイミング制御により充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更する。すなわち、ＥＰＳ１は、図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ３１において電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上となるため、充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更する。そして、ＥＰＳ１は、時刻ｔ３１において、放電速度制御を実行する。これにより、図５（ｄ）および図５（ｅ）の実線により示されるように、時刻ｔ３１から時間の経過とともにスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が所定の増加幅にて徐々に増加し、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比が所定の減少幅にて徐々に減少する。これにより、図５（ｆ）の実線により示されるように、モータ駆動電圧ＶＭＤは、時刻ｔ３１から時間の経過とともに徐々に増大する。

このため、図５（ｂ）の実線により示されるように、電源電力ＰＳは、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間において、比較電源電力よりも小さくなる。また、電力変化速度ＰＶは、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの期間において、比較電源電力の電力変化速度よりも低くなる。これにより、電源電力ＰＳは、充放電閾値ＫＥよりも大きくなることが抑制される。

図６を参照して、電源制御の処理手順について説明する。電源制御は、所定時間毎に繰り返し実行される。
制御装置３０は、以下の判定に基づいて充放電回路４４の動作を設定する。
（Ａ）電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上かつ電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満か否か（ステップＳ１１）。
（Ｂ）電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ未満かつ電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上か否か（ステップＳ１２）。

制御装置３０は、ステップＳ１１において肯定判定のとき、ステップＳ２１において充放電回路４４を第２電源形態に設定する。そして、制御装置３０は、ステップＳ２２において電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差に基づいて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比を算出する。そして、制御装置３０は、ステップ２３において、各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比に応じて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＰＷＭ駆動を実行する。

制御装置３０は、ステップＳ１１において否定判定かつステップＳ１２において肯定判定のとき、ステップＳ２４において充放電回路４４を第２電源形態に設定する。そして、制御装置３０は、ステップＳ２５において電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比を算出する。そして、制御装置３０は、ステップ２３に移行する。

制御装置３０は、ステップＳ１１およびステップＳ１２において否定判定のとき、ステップＳ２６において充放電回路４４を第１電源形態に設定する。そして、制御装置３０は、一旦処理を終了する。

本実施形態のＥＰＳ１は以下の効果を奏する。
（１）ＥＰＳ１は、電源制御において第１電源形態から第２電源形態に変更するとき、放電速度制御を実行する。この構成によれば、キャパシタ４５から電動モータ２１への放電が開始されるとき、制御装置３０がキャパシタ４５の放電を指示する指示信号に遅れを入れることによりモータ駆動電圧ＶＭＤの増大速度が遅くなる。このため、モータ駆動電圧ＶＭＤの増大にともなう電動モータ２１の消費電力が急激に増大することが抑制される。したがって、アシストトルクＴＡが急激に変化することが抑制される。

また、ＥＰＳ１は、電源制御において電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上のとき、充放電回路４４を第２電源形態に設定する。この構成によれば、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満の状態においても電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上になると予測されるときに第１電源形態から第２電源形態に変更する。したがって、バッテリ電流ＩＢが小さくなるタイミングが遅くなることが抑制される。このため、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥよりも大きくなることが抑制される。

（２）ＥＰＳ１は、電源制御において電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥとの差に基づいてモータ駆動電圧ＶＭＤを可変に制御する。この構成によれば、キャパシタ４５が電動モータ２１に放電する放電量を適切に制御することができる。このため、第１仮想構成と比較して、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が小さいとき、キャパシタ４５が電動モータ２１に放電する放電量を減らすことができる。したがって、キャパシタ４５の容量不足に起因してキャパシタ４５が電動モータ２１に対して適切に放電することが不能となることが抑制される。

（３）ＥＰＳ１は、電源制御において電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶのとき、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差に基づいてモータ駆動電圧ＶＭＤを可変に制御する。この構成によれば、キャパシタ４５が電動モータ２１に放電する放電量を適切に制御することができる。このため、第２仮想構成と比較して、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差が小さいとき、キャパシタ４５が電動モータ２１に放電する放電量を減らすことができる。したがって、キャパシタ４５の容量不足に起因してキャパシタ４５が電動モータ２１に対して適切に放電することが不能となることが抑制される。

本電動パワーステアリング装置は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本電動パワーステアリング装置のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。

・実施形態の制御装置３０の電源制御において、ステップＳ１０として電力変化速度ＰＶが速度閾値ＫＶ以上かつ電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上か否かの判定をステップＳ１１の前に追加することもできる。この変形例の制御装置３０は、ステップＳ１０が肯定判定のとき、充放電回路４４を第２電源形態に設定する。そして、変形例の制御装置３０は、電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差および電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比を算出する。変形例の制御装置３０は、ステップＳ１０が否定判定のとき、ステップＳ１１に移行する。

・実施形態の制御装置３０は、電圧可変制御において電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差または電力変化速度ＰＶと速度閾値ＫＶとの差に基づいてモータ駆動電圧ＶＭＤの変化を制御する。ただし、電圧可変制御は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に変更されるとき、キャパシタ４５の充電された容量を放電することによりモータ駆動電圧ＶＭＤを変化させる。変形例の制御装置３０は、伝達関数を１／（ｓＴ＋１）として設定する。なお、Ｔは時定数を示している。

この構成によれば、変形例の制御装置３０の伝達関数の時定数によりスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅およびスイッチング素子４４Ｂの減少幅が設定される。すなわち、各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比に遅れが入れられる。このため、モータ駆動電圧ＶＭＤの急激な増大が抑制されるため、アシストトルクＴＡの急激な変化が抑制される。

・実施形態の制御装置３０は、放電タイミング制御において、運転者が据切り操舵により電源電力ＰＳが大きくなるときの電力変化速度として速度閾値ＫＶを設定している。ただし、速度閾値ＫＶの設定内容は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、スラローム走行により電源電力ＰＳが大きくなるときの電力変化速度として速度閾値ＫＶを設定する。要するに、速度閾値ＫＶは、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上となると予測される電力変化速度であればよい。

・実施形態の制御装置３０において、電源制御から電圧可変制御を省略することもできる。
・実施形態の補助電源装置４０は、キャパシタ４５を有する。ただし、補助電源装置４０の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の補助電源装置４０は、キャパシタ４５に代えて、リチウムイオン電池等の二次電池を有する。

・実施形態のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが用いられている。ただし、キャパシタ４５の種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサに代えて、リチウムイオンキャパシタが用いられる。

・実施形態の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。ただし、スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＩＧＢＴが用いられる。要するに、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢはＤＵＴＹ比を変更することが可能な構成であれば、ＭＯＳＦＥＴ以外の構成であってもよい。

・実施形態のＥＰＳ１において、複数個の補助電源装置４０を有してもよい。
・実施形態の補助電源装置４０において、複数個のキャパシタ４５を有してもよい。
・実施形態の電動モータ２１は、３相ブラシレスモータの構成を有する。ただし、電動モータ２１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動モータ２１はブラシ付きモータの構成を有する。

・実施形態のＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。ただし、ＥＰＳ１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、ピニオンアシスト型、デュアルピニオンアシスト型、ラック同軸型、またはラックパラレル型の構成を有する。

１…ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）、４…主電源、２１…電動モータ、３０…制御装置、４４Ａ…スイッチング素子、４４Ｂ…スイッチング素子、４５…キャパシタ（補助電源）、ＫＥ…充放電閾値、ＫＶ…速度閾値、ＰＳ…電源電力、ＰＶ…電力変化速度、ＴＡ…アシストトルク、ＶＭＤ…モータ駆動電圧、τ…操舵トルク。

Claims (2)

1. 操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、
   前記主電源から前記電動モータに電力を供給する第１電源形態、および前記主電源および前記補助電源から前記電動モータに電力を供給する第２電源形態を切り替えることにより前記電動モータに印加される電圧を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   操舵をアシストするアシスト制御により消費される主電源の実電力である電源電力が所定の充放電閾値未満となるとき、前記第１電源形態を設定し、
   前記電源電力が前記充放電閾値以上となるとき、前記第２電源形態を設定し、
   前記電源電力が前記充放電閾値未満となるときであっても、前記電源電力の単位時間当たりの変化量となる電力変化速度が所定の速度閾値以上となったときには、前記第１電源形態から前記第２電源形態に変更し、この変更のときから前記補助電源から前記電動モータへの放電の可否状態であるオン状態とオフ状態とを周期的に切り替えるスイッチング素子のＤＵＴＹ比を、前記電動モータに印加される前記電圧が徐々に増大するように、徐々に増加させる
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御装置は、前記電力変化速度が前記速度閾値以上のとき、前記電力変化速度と前記速度閾値の差が大きくなるにつれて、前記電動モータに印加するための電圧が大きくなるように制御する
   請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。