JP6779604B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

従来から、運転者等によって操舵用のステアリングハンドルに加わる操舵トルクを操舵トルクセンサで検出し、検出した操舵トルクに応じた操舵アシスト力をモータにより発生させてステアリングハンドルに付与する電動パワーステアリング装置が知られている。最近では、操舵アシスト力の不足を回避するためにバッテリの電圧を昇圧回路で昇圧し、昇圧した電圧をモータ駆動回路に供給することで、より大きな操舵アシスト力を得ることができる電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような装置において、操舵アシスト力が不足しないようにバッテリの電圧を高めるように、昇圧回路によって昇圧を常時実施すると、昇圧回路が大型化する上に、昇圧回路を構成するトランジスタのスイッチング動作に基づくスイッチングロスが常に発生する。その結果、昇圧回路におけるエネルギー損失が大きくなるという課題がある。上記課題を解決するために、特許文献１には、モータ駆動回路のスイッチング素子をオン・オフさせるＰＷＭ（pulse width modulation）信号のデューティ比が所定の閾値である１００％を超えた場合に、必要な操舵トルクが得るため、昇圧回路でバッテリの電圧を昇圧する電動パワーステアリング装置が記載されている。これにより、昇圧回路によってバッテリの電圧を常時昇圧することを防止できるため、昇圧回路のスイッチングロスを低減させ、エネルギー損失を抑制することができる。

特開２００３−２００８４５号公報

ここで、特許文献１に記載されている電動パワーステアリング装置では、操舵トルクに基づき設定される目標電流値と電動モータに流れる電流の検出値との偏差に基づきＰＷＭ信号のデューティ比が予め設定された値である１００％を超えた場合にバッテリ電圧の昇圧を実施する。そのため、ＰＷＭ信号のデューティ比が１００％を超えるには時間を要する場合がある。したがって、運転者が急にハンドルを切るような場面では、実際に操舵アシスト力が必要であってもＰＷＭ信号のデューティ比が所定の閾値に到達していない場合があった。すなわち、特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置では、所望のタイミングでバッテリの電圧を昇圧することができず、実際に昇圧されるまでのタイムラグによって、運転者が操舵フィーリングに違和感を覚える事象が想定される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、急にステアリングハンドルが切られるような場合でも、運転者の操舵フィーリングの違和感を軽減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である。

本発明の一態様は、電動モータに流れるモータ電流値が目標電流値になるように電源からの電圧を前記電動モータに供給することで車両のステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置であって、前記電源の電圧を昇圧する昇圧回路と、前記車両のステアリングハンドルの操舵トルクに基づいて前記目標電流値を設定する目標電流取得部と、前記目標電流取得部により前記目標電流値が第１目標電流値から第２目標電流値に変更された場合には、前記電動モータの回転数と前記モータ電流値とに基づいて規定されるモータ動作点の単位時間あたりの変化を求め、前記モータ動作点の単位時間あたりの変化に基づいて前記モータ電流値が前記第２目標電流値に到達するときの前記モータ動作点を推定する推定部と、前記推定部で推定された前記モータ動作点が所定の範囲を超える場合に前記昇圧回路の昇圧を開始させる判定部と、を備え、前記モータ動作点が前記所定の範囲を超える場合とは、前記推定部で推定された前記モータ動作点で前記電動モータを動作させるのに必要な電圧が、前記電源の電圧を超える場合である、電動パワーステアリング装置である。

また、本発明の一態様は、上述の電動パワーステアリング装置であって、前記所定の範囲は、前記電源の電圧よりも高い電圧が前記電動モータに印加される場合にのみ前記電動モータがとり得る前記モータ動作点の範囲である。

また、本発明の一態様は、上述の電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータに印加される電圧に応じて前記開始条件を変更する条件制御部を備える。

また、本発明の一態様は、上述の電動パワーステアリング装置であって、前記判定部は、前記昇圧回路が前記電源の電圧を昇圧している場合に、前記目標電流値が変更されたことにより前記推定部により推定された前記モータ動作点が所定の停止条件に該当する場合に前記昇圧回路の昇圧を停止し、前記所定の停止条件は、前記電源の電圧が前記電動モータに印加されることで動作する前記電動モータのモータ動作点の範囲である。

また、本発明の一態様は、上述の電動パワーステアリング装置であって、前記所定の範囲と前記停止条件とはヒステリシス幅を備える。

以上説明したように、本発明によれば、急にステアリングハンドルが切られるような場合でも運転者の操舵フィーリングの違和感を軽減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ができる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置１の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態における制御装置１５の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態におけるモータ駆動部２１の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態における推定部３０１の目標動作点Ｓ_３の推定方法を説明する図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローチャート図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローを説明する第１模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローを説明する第２模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローを説明する第３模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローを説明する第４模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローチャート図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローを説明する第１模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローを説明する第２模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローを説明する第３模式図である。 本実施形態における昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローを説明する第４模式図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳシステム：Electric Power Steering System）は、電動モータに流れるモータ電流値が、車両の操舵用のステアリングハンドルの操舵トルクに基づいて決定される目標電流値になるように電源からの電圧を当該電動モータに供給することで電動モータのトルクによりステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する。そして、実施形態における電動パワーステアリング装置は、目標電流値が変更された場合に、モータ動作点の変化に基づいて、モータ電流値が目標電流値に到達するときのモータ動作点を推定し、推定したモータ動作点が開始条件に該当する場合に昇圧回路の昇圧を開始する。
以下、実施形態における電動パワーステアリング装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングハンドル９、トルクセンサ１０、ステアリングシャフト１１、ギアボックス１２、舵取機構１３、電動モータ１４、制御装置１５、バッテリ１６、回転角検出部１７及び車速センサ５０を備える。

ステアリングハンドル９は、ステアリングシャフト１１に接続されている。
ステアリングシャフト１１は、一端がステアリングハンドル９に接続され、他端がギアボックス１２に接続されている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングハンドル９が運転者により操作されると、ギアボックス１２との間に加わる操舵トルクＦが発生する。ステアリングシャフト１１は、操舵トルクＦを伴って回転する。
トルクセンサ１０は、ステアリングシャフト１１に発生する操舵トルクＦを検出するためのものであって、例えば、トーションバー式の捩れ力検出センサから構成されている。トルクセンサ１０は、検出した操舵トルクＦを制御装置１５に出力する。

舵取機構１３は、ギアボックス１２と連結されている。舵取機構１３は、ギアボックス１２を介して伝達された運転者のステアリングハンドルの操作力と操舵トルクＦに応じて車両の前輪（不図示）を操舵する。

電動モータ１４は、ギアボックス１２と連結されている。電動モータ１４は、制御装置１５に電気的に接続されている。電動モータ１４は、制御装置１５からの駆動信号により駆動される。電動モータ１４は、舵取機構１３が車両の前輪を操舵する操舵力をアシストする。すなわち、電動モータ１４の回転がギアボックス１２を介してステアリングシャフト１１に伝達される。これにより、舵取機構１３の動作が補助され、舵取りのための運転者の労力負担が軽減される。以下、本実施形態では、電動モータ１４が３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のブラシレスモータである場合について説明する。

回転角検出部１７は、電動モータ１４に備えられている。回転角検出部１７は、電動モータ１４のロータの回転角度を検出する。例えば、回転角検出部１７は、レゾルバ又はホールＩＣを備えた磁気式のロータリエンコーダである。回転角検出部１７は、検出した回転角度に応じた出力信号を制御装置１５に出力する。

制御装置１５は、車両に搭載されているバッテリ１６（請求項における電源）に電気的に接続されている。制御装置１５は、電動モータ１４に流れる電流が目標値になるように電動モータ１４の駆動を制御する。また、制御装置１５は、トルクセンサ１０により検出された操舵トルクＦに基づいて電動モータ１４の駆動を制御することで、舵取機構１３の操舵力をアシストする操舵補助力をステアリングシャフト１１に付与する。
車速センサ５０は、電動パワーステアリング装置１が搭載された車両の車速Ｅを測定する。車速センサ５０は、測定した車速Ｅを制御装置１５に供給する。

図２は、本実施形態における制御装置１５の概略構成の一例を示す図である。
図２に示すように、制御装置１５は、昇圧回路２０、モータ駆動部２１及び制御部２２を備える。
昇圧回路２０は、バッテリ１６からの電圧（以下、「バッテリ電圧」という。）Ｖ_ｂが供給される。
昇圧回路２０は、制御部２２から供給される昇圧回路駆動信号に基づいてバッテリ電圧Ｖ_ｂを昇圧し、昇圧した電圧（以下、「昇圧電圧」という。）Ｖ_ｓをモータ駆動部２１に供給する。ただし、昇圧回路２０は、制御部２２からの昇圧回路駆動信号が供給されない場合には、バッテリ電圧Ｖ_ｂを昇圧しない。したがって、昇圧回路２０は、制御部２２からの昇圧回路駆動信号が供給されない場合には、バッテリ電圧Ｖ_ｂをそのままモータ駆動部２１に供給する。

モータ駆動部２１は、制御部２２から供給される駆動信号に基づいて昇圧回路２０から供給される電圧を電動モータ１４に印加する。例えば、モータ駆動部２１は、複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路である。モータ駆動部２１は、制御部２２から供給される駆動信号に基づいて、後述するスイッチング素子をそれぞれＰＷＭ（パルス幅変調）駆動し、電動モータ１４に所定の駆動電圧を印加して、電動モータ１４を駆動する。

図３は、本実施形態におけるモータ駆動部２１の概略構成の一例を示す図である。
図３に示すように、モータ駆動部２１は、昇圧回路２０から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動モータ１４に印加する。昇圧回路２０から供給される直流電圧とは、バッテリ電圧Ｖ_ｂ又は昇圧電圧Ｖ_ｓである。
モータ駆動部２１は、６つのスイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬ、１２１ＶＨ、１２１ＶＬ、１２１ＷＨ、１２１ＷＬを備えている。モータ駆動部２１は、駆動信号によりスイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬのオンとオフとを切り替えて直流電圧を交流電圧に変換する。

直列に接続されたスイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬと、直列に接続されたスイッチング素子１２１ＶＨ、１２１ＶＬと、直列に接続されたスイッチング素子１２１ＷＨ、１２１ＷＬとは、それぞれ、電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗを介して接地電位との間に並列に接続されている。また、スイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬの接続点は、コイルＵの一端に接続されている。スイッチング素子１２１ＶＨ、１２１ＶＬの接続点、及びスイッチング素子１２１ＷＨ、１２１ＷＬの接続点は、それぞれがコイルＶの一端、コイルＷの一端に接続されている。

各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬは、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）、あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などと、還流ダイオードとが並列に接続された構成を有している。なお、本実施形態においては、ＦＥＴを用いた場合を説明しており、ＦＥＴ内部の寄生ダイオードが還流ダイオードの機能を有している。また、各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬは、制御部２２から入力される駆動信号に基づいて、オンとオフとが切り替えられる。

電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、モータ駆動部２１の内部において、スイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬと、スイッチング素子１２１ＶＨ、１２１ＶＬと、スイッチング素子１２１ＷＨ、１２１ＷＬに、それぞれグラウンドレベルの間に接続されている。例えば、電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗはシャント抵抗により構成されている。電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、モータ駆動部２１に流れる電流値、すなわち電動モータ１４に入力されるモータ電流値Ｉ_ｍを測定する。電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、測定したモータ電流値Ｉ_ｍを制御部２２に出力する。なお、本実施形態では、電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗがシャント抵抗である場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。

図２に戻り、制御部２２は、角度取得部２２１、目標電流取得部２２２、差分演算部２２３、ＰＩ演算部２２４、駆動信号取得部２２５及び昇圧制御部２２６を備える。

角度取得部２２１は、回転角検出部１７から供給された回転角度に基づいて電動モータ１４の回転数Ｎを取得する。例えば、角度取得部２２１は、回転角検出部１７から供給された回転角度に応じた出力信号を取得する。角度取得部２２１は、回転角検出部１７から供給される回転角を示す出力信号の単位時間あたりの変化量を検出し、検出した変化量から電動モータ１４（電動モータ１４のロータ）の回転数Ｎを算出する。この回転数Ｎより電動モータ１４の角速度ωが求められる。角度取得部２２１は、算出した回転数Ｎを昇圧制御部２２６に供給する。

目標電流取得部２２２は、車速センサ５０が測定した車両の車速Ｅとトルクセンサ１０から供給された操舵トルクＦとに基づいて、電動モータ１４に通電するモータ電流値の目標値（以下、「目標電流値」という。）Ｉ_ｔを取得する。目標電流取得部２２２は、取得した目標電流値Ｉ_ｔを差分演算部２２３に供給する。目標電流取得部２２２は、例えば予め設定された計算式やテーブルに基づき決定してもよい。これら計算式やテーブルは、例えば車速Ｅと操舵トルクＦとに基づいて、電動モータ１４の目標電流値Ｉ_ｔが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。予め設定されたテーブルを用いる場合には、各車速Ｅと、各操舵トルクＦと、その車速Ｅと操舵トルクＦとの組み合わせ毎に関連付けられたモータ電流値の目標電流値Ｉ_ｔとを備えるルックアップテーブルを不図示の記憶部に予め記憶されていてもよい。そして、目標電流取得部２２２は、トルクセンサ１０から供給された車速Ｅと操舵トルクＦとに対応する目標電流値Ｉ_ｔを上記ルックアップテーブルから取得し、取得した目標電流値Ｉ_ｔを差分演算部２２３に供給する。

差分演算部２２３は、目標電流取得部２２２から目標電流値Ｉ_ｔを取得する。差分演算部２２３は、モータ駆動部２１の電流測定部３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗが測定したモータ電流値Ｉ_ｍを取得する。
差分演算部２２３は、目標電流取得部２２２から供給された目標電流値Ｉ_ｔに対して、モータ駆動部２１から取得したモータ電流値Ｉ_ｍを減算することで差分値ΔＩ（＝目標電流値Ｉ_ｔ−モータ電流値Ｉ_ｍ）を取得する。差分演算部２２３は、取得した差分値ΔＩをＰＩ演算部２２４に供給する。

ＰＩ演算部２２４は、差分演算部２２３から供給された差分値ΔＩに対してＰ（Proportional：比例）制御処理及びＩ（Integral：積分）制御処理（以下、「ＰＩ制御」という。）を実行し、差分値ΔＩを所定値、例えば０に近づけようとする指令値Ｖ_ｄを演算する。例えば、指令値Ｖ_ｄは電動モータ１４に印加する電圧値である。ＰＩ演算部２２４は、演算した指令値Ｖ_ｄを昇圧制御部２２６及び駆動信号取得部２２５に供給する。ただし、本実施形態では、ＰＩ制御に限定されず、ＰＩＤ制御でもよいし、その他のフィードバック制御でもよい。

駆動信号取得部２２５は、ＰＩ演算部２２４から供給された指令値Ｖ_ｄを、モータ駆動部２１の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）によりオン・オフ駆動させる各パルスからなる駆動信号、すなわちパルス幅変調信号に変換する。駆動信号取得部２２５は、変換した駆動信号をモータ駆動部２１に供給する。

昇圧制御部２２６は、電動モータ１４に流れている電流（モータ駆動部２１から取得したモータ電流値Ｉ_ｍ）と電動モータ１４の回転数Ｎとに基づいて、現在の目標電流値Ｉ_ｔにおける電動モータ１４のモータ動作点を取得する。モータ動作点とは、その電動モータ１４の回転数Ｎ（又は回転速度）及び電動モータ１４の出力トルク等で示される、電動モータ１４の動作状態を示す動作点である。言い換えれば、その電動モータ１４の回転数Ｎを示す軸とその電動モータ１４の出力トルクを示す軸との２次元座標内において、１点で示される電動モータ１４の動作状態である。なお、電動モータ１４の出力トルクは電動モータ１４に流れる電流値から算出することができるため、モータ動作点をその電動モータ１４の回転数Ｎ（又は回転速度）及び電動モータ１４に流れる電流（例えば、モータ電流値Ｉ_ｍ）で示されてもよい。

昇圧制御部２２６は、新たな目標電流値Ｉ_ｔが設定された場合、新たな目標電流値Ｉ_ｔが設定されたことによるモータ動作点の変化に基づいて、最終的に到達する動作点（以下、「目標動作点」という。）を推定する。そして、昇圧制御部２２６は、推定し目標動作点が開始条件に該当する場合には昇圧回路２０においてバッテリ電圧Ｖ_ｂの昇圧の動作を開始する。また、昇圧制御部２２６は、昇圧回路２０の昇圧が実施されている場合に、推定した目標動作点が停止条件に該当する場合には昇圧回路２０の昇圧を停止する。ここで、開始条件とは、例えば、バッテリ電圧Ｖ_ｂより高い電圧が電動モータ１４に供給されることで動作する電動モータ１４の動作点の範囲である。すなわち、開始条件は予め設定された電動モータ１４のモータ特性の範囲外である。すなわち、推定した目標動作点が開始条件に該当することは、バッテリ電圧Ｖ_ｂにより電動モータ１４を駆動することでステアリングシャフト１１に付与することができる操舵補助力以上の操舵補助力が必要な場合である。したがって、本実施形態の昇圧制御部２２６は、推定した目標動作点を推定し、推定した目標動作点が開始条件に該当するか否かを判定することで従来よりも早く操舵補助力が必要な場合を予測することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１は、所望のタイミングでバッテリの電圧を昇圧することができる。そのため、運転者によって急にステアリングハンドルが切られるような場合でも操舵フィーリングの違和感を軽減することができる。また、停止条件とは、例えば、バッテリ電圧Ｖ_ｂが電動モータ１４に供給されることで動作する電動モータ１４の動作点の範囲である。すなわち、停止条件は予め設定された電動モータ１４のモータ特性の範囲内である。
また、昇圧制御部２２６は、昇圧回路２０からモータ駆動部２１に供給される昇圧電圧Ｖ_ｓの値を取得し、取得した昇圧電圧Ｖ_ｓが所望の電圧になるように昇圧回路２０を制御する。

以下に、本実施形態における昇圧制御部２２６の処理を、具体的に説明する。
図４は、本実施形態における昇圧制御部２２６の概略構成の一例を示す図である。図４に示すように、昇圧制御部２２６は、推定部３０１、記憶部３０２、判定部３０３及び条件制御部３０４を備える。

推定部３０１は、目標電流取得部２２２から供給された目標電流値Ｉ_ｔにおける電動モータ１４の動作点を取得する。本実施形態における電動モータ１４の動作点は、電動モータ１４の回転数Ｎと、電動モータ１４の出力トルクＦ_ｍとで示される。したがって、推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔにおいて、角度取得部２２１から供給された電動モータ１４の回転数Ｎと、そのときの電動モータ１４の出力トルクＦ_ｍとを取得する。電動モータ１４の出力トルクＦ_ｍは、モータ駆動部２１から供給されたモータ電流値Ｉ_ｍに基づいて算出することができる。例えば、推定部３０１は、例えば予め設定された計算式やテーブルに基づき出力トルクＦ_ｍを決定してもよい。これら計算式やテーブルは、例えば電動モータ１４に流れる電流に基づいて、電動モータ１４の出力トルクＦ_ｍが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。

現在の目標電流値Ｉ_ｔにおける電動モータ１４の回転数Ｎを回転数Ｎ_１とし、電動モータ１４の出力トルクＦ_ｍを出力トルクＦ_１とする。推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔにおける電動モータ１４の動作点Ｓ_１（Ｎ_１、Ｆ_１）を記憶部３０２に記憶させる。

推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔとは異なる目標電流値Ｉ_ｔが目標電流取得部２２２から新たに供給された場合、電動モータ１４の動作点の変化ΔＳを単位時間毎に算出する。例えば、推定部３０１は、単位時間毎に電動モータ１４の動作点Ｓ_２を取得し、単位時間毎に前回の動作点Ｓ_１（Ｎ_１、Ｆ_１）と今回の動作点Ｓ_２（Ｎ_２、Ｆ_２）とを比較することで、動作点の変化（以下、「動作点変化」という。）ΔＳを取得する。そして、推定部３０１は、取得した動作点変化ΔＳに基づいて、最終的に到達する動作点である目標動作点Ｓ_３（Ｎ_３、Ｆ_３）を推定する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、１つの動作点変化により目標動作点を推定したが、これに限定されない。すなわち、推定部３０１は、前回の動作点から今回の動作点とを比較することで動作点変化ΔＳを取得する処理を複数回行うことで目標動作点を推定してもよい。すなわち、本実施形態の推定部３０１は、取得した動作点変化ΔＳの回数には限定されない。また、最終的に到達する動作点とは、例えば、電流測定部３０が測定した電流値モータ電流値Ｉ_ｍが新たに設定された目標電流値Ｉ_ｔに到達したときの動作点である。推定部３０１は、推定した目標動作点Ｓ_３の情報を判定部３０３に供給する。
以下に、本実施形態における推定部３０１の目標動作点Ｓ_３の推定方法について、具体的に説明する。図５は、本実施形態における推定部３０１の目標動作点Ｓ_３の推定方法の一例を説明する図である。

例えば、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１から新たな目標電流値Ｉ_ｔ２が設定されたとする。その場合、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１における電動モータ１４の回転数ＮをＮ_１とし、電動モータ１４のモータ電流値Ｉ_ｍをモータ電流値Ｉ_ｍ１とする。そして、新たな目標電流値Ｉ_ｔ２に設定されたことにより変化した動作点Ｓ_２における電動モータ１４の回転数ＮをＮ_２とし、電動モータ１４のモータ電流値Ｉ_ｍをモータ電流値Ｉ_ｍ２とする。また、新たな目標電流値Ｉ_ｔ２に設定されたことにより最終的に到達する目標動作点Ｓ_３の電動モータ１４の回転数ＮをＮ_３とし、電動モータ１４のモータ電流値Ｉ_ｍを電流値モータ電流値Ｉ_ｍ３とする。

ここで、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１から新たな目標電流値Ｉ_ｔ２が設定された場合に、動作点Ｓ_１が動作点Ｓ_２に到達するまでの時間を時間ｔとし、動作点Ｓ_１が動作点Ｓ_３に到達するまでの時間を時間Ｔとする。この場合、時間Ｔと時間ｔとの比は、以下の式（１）で表される。
Ｔ：ｔ＝（Ｉ_ｍ３−Ｉ_ｍ１）：（Ｉ_ｍ２−Ｉ_ｍ１） …（１）

したがって、時刻Ｔは以下の式（２）で表すことができる。
Ｔ＝ｔ×（Ｉ_ｍ３−Ｉ_ｍ１）／（Ｉ_ｍ２−Ｉ_ｍ１） …（２）

また、時間Ｔと時間ｔとの比は、以下の式（３）でも表される。
Ｔ：ｔ＝（Ｎ_３−Ｎ_１）：（Ｎ_２−Ｎ_１） …（３）

したがって、目標動作点Ｓ_３の回転数Ｎ_３は以下の式（４）で表すことができる。
Ｎ_３＝Ｔ×（Ｎ_２−Ｎ_１）／ｔ＋Ｎ_１ …（４）

ここで、電流測定部３０が測定したモータ電流値Ｉ_ｍが新たに設定された目標電流値Ｉ_ｔ２に到達したときの動作点が目標動作点であるため、電流値モータ電流値Ｉ_ｍ３が目標電流値Ｉ_ｔ２となる。これにより、推定部３０１は、式（２）及び式（４）を用いることで、目標動作点Ｓ_３の回転数Ｎ_３を推定することができる。すなわち、目標電流値Ｉ_ｔ２、動作点Ｓ_１及び動作点Ｓ_２に基づいて目標動作点Ｓ_３を推定することができる。なお、目標動作点Ｓ_３は、回転数Ｎ_３と電流値モータ電流値Ｉ_ｍとで示される。ただし、上述したように電流値モータ電流値Ｉ_ｍが目標電流値Ｉ_ｔ２と略同一の値であるため、目標動作点Ｓ_３を回転数Ｎ_３として表してもよい。

判定部３０３は、推定部３０１で推定された電動モータ１４の動作状態をバッテリ電圧Ｖ_ｂで実現することができるか否かを判定する。すなわち、判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当するか否かを判定する。判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当する場合には昇圧回路駆動信号を昇圧回路２０に供給する。開始条件はバッテリ電圧Ｖ_ｂより高い電圧が供給されたときの電動モータ１４の回転数Ｎと電動モータ１４の出力トルクとの関係を示す。したがって、判定部３０３は、開始条件に目標動作点Ｓ_３が該当する場合には、バッテリ電圧Ｖ_ｂより高い電圧（昇圧電圧Ｖ_ｓ）を電動モータ１４に供給するために、昇圧回路２０に昇圧回路駆動信号を供給する。

判定部３０３は、昇圧回路２０がバッテリ電圧Ｖ_ｂの昇圧を実行している場合に、推定部３０１で推定された電動モータ１４の動作状態をバッテリ電圧Ｖ_ｂで実現することができるか否かを判定する。すなわち、判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当するか否かを判定する。判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当する場合には昇圧回路２０に対する昇圧回路駆動信号の供給を停止する。停止条件はバッテリ電圧Ｖ_ｂが供給されたときの電動モータ１４の回転数Ｎと電動モータ１４の出力トルクとの関係を示す。したがって、判定部３０３は、停止条件に目標動作点Ｓ_３が該当する場合には、昇圧電圧Ｖ_ｓより低い電圧（バッテリ電圧Ｖ_ｂ）を電動モータ１４に供給するために、昇圧回路２０に対して昇圧回路駆動信号の供給を停止する。

条件制御部３０４は、電動モータ１４に印加される電圧に応じて開始条件を変更する。電動モータ１４のモータ特性は、電動モータ１４に印加される電圧に応じて変動する。例えば、電動モータ１４に印加される電圧が高くなると電動モータ特性はより出力トルクが大きく、無負荷時の回転数が大きい特性となる。一方、電動モータ１４に印加される電圧が低くなると電動モータ特性はより出力トルクが小さく、無負荷時の回転数が小さい特性となる。

以下に、本実施形態における昇圧制御部２２６の処理について、説明する。まず、本実施形態における昇圧制御部２２６における昇圧回路２０に対する昇圧処理について説明する。図６は、昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローチャート図である。また、図７は、昇圧制御部２２６の昇圧処理のフローを説明する模式図である。

推定部３０１は、目標電流取得部２２２から供給された目標電流値Ｉ_ｔ１において、電動モータ１４の回転数Ｎ_１と出力トルクＦ_ｍ１とに基づいて電動モータ１４の動作点Ｓ_１を取得する（ステップＳ１０１：図７Ａ参照）。なお、出力トルクＦ_ｍ１は、モータ駆動部２１から供給されたモータ電流値Ｉ_ｍ１に基づいて決定される。

推定部３０１は、目標電流値Ｉ_ｔが新たな目標電流値に変更されたか否かを判定する。例えば、推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１とは異なる目標電流値Ｉ_ｔ２が目標電流取得部２２２から新たに供給されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１とは異なる目標電流値Ｉ_ｔ２が目標電流取得部２２２から新たに供給された場合（図７Ｂ参照）、動作点変化ΔＳを単位時間毎に算出する（ステップＳ１０３）。例えば、推定部３０１は、電動モータ１４の動作点Ｓ_２を取得し、単位時間毎に前回の動作点Ｓ_１と今回の動作点Ｓ_２とを比較することで、動作点変化ΔＳを取得する。

推定部３０１は、取得した動作点変化ΔＳに基づいて目標動作点Ｓ_３を推定する（ステップＳ１０４）。推定部３０１は、推定した目標動作点Ｓ_３を判定部３０３に供給する。例えば、推定部３０１は、動作点Ｓ_１でのモータ電流値Ｉ_ｍ１から動作点Ｓ_２でのモータ電流値Ｉ_ｍ２へのモータ電流値の変化ΔＩ_１を算出する。また、推定部３０１は、動作点Ｓ_１での回転数Ｎ_１から動作点Ｓ_２での回転数Ｎ_２への電動モータ１４の回転数の変化ΔＮ_１を算出する。推定部３０１は、算出した変化ΔＮに対して変化ΔＩ_１を除算することで傾きａ（＝ΔＮ_１／ΔＩ_１）を算出する。推定部３０１は、目標電流値Ｉ_ｔ２を目標動作点Ｓ_３のモータ電流値Ｉ_ｍ３として、動作点Ｓ_１でのモータ電流値Ｉ_ｍ１からモータ電流値Ｉ_ｍ３へのモータ電流値の変化ΔＩ_２に対して傾きａを乗算した値に動作点Ｓ_１での回転数Ｎ_１を加算することで、目標動作点Ｓ_３の回転数Ｎ_３を推定する。

判定部３０３は、目標動作点Ｓ_３に基づいて開始条件が成立したか否かを判定する。すなわち、判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当する場合において開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１０５）。
判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当する場合（図７Ｃ参照）、昇圧回路駆動信号を昇圧回路２０に供給する（ステップＳ１０６）。

判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当しない場合（図７Ｄ参照）、昇圧回路駆動信号を昇圧回路２０に供給しない。これにより、昇圧制御部２２６は、推定した目標動作点Ｓ_３が開始条件に該当した場合に昇圧回路２０の昇圧を開始させることができるため、従来よりも早く操舵補助力が必要な場合を予測することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１は、所望のタイミングでバッテリの電圧を昇圧することができる。そのため、運転者によって急にステアリングハンドルが切られるような場合でも操舵フィーリングの違和感を低減することができる。

次に、本実施形態における昇圧制御部２２６における昇圧回路２０に対する昇圧の停止処理について説明する。図８は、昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理フローチャート図である。また、図９は、昇圧制御部２２６の昇圧の停止処理のフローを説明する模式図である。なお、初期条件として、昇圧回路２０に昇圧回路駆動信号が供給されており、昇圧回路２０のバッテリ電圧Ｖ_ｂの昇圧が行われている場合について説明する。

推定部３０１は、目標電流取得部２２２から供給された目標電流値Ｉ_ｔ１において、電動モータ１４の回転数Ｎ_１と出力トルクＦ_ｍ１とに基づいて電動モータ１４の動作点Ｓ_１を取得する（ステップＳ２０１：図９Ａ参照）。なお、出力トルクＦ_ｍ１は、モータ駆動部２１から供給されたモータ電流値Ｉ_ｍ１に基づいて決定される。

推定部３０１は、目標電流値Ｉ_ｔが新たな目標電流値に変更されたか否かを判定する。例えば、推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１とは異なる目標電流値Ｉ_ｔ２が目標電流取得部２２２から新たに供給されたか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
推定部３０１は、現在の目標電流値Ｉ_ｔ１とは異なる目標電流値Ｉ_ｔ２が目標電流取得部２２２から新たに供給された場合（図９Ｂ参照）、動作点変化ΔＳを単位時間毎に算出する（ステップＳ２０３）。例えば、推定部３０１は、電動モータ１４の動作点Ｓ_２を取得し、単位時間毎に前回の動作点Ｓ_１と今回の動作点Ｓ_２とを比較することで、動作点変化ΔＳを取得する。

推定部３０１は、取得した動作点変化ΔＳに基づいて目標動作点Ｓ_３を推定する（ステップＳ２０４）。推定部３０１は、推定した目標動作点Ｓ_３を判定部３０３に供給する。例えば、推定部３０１は、動作点Ｓ_１でのモータ電流値Ｉ_ｍ１から動作点Ｓ_２でのモータ電流値Ｉ_ｍ２へのモータ電流値の変化ΔＩ_１を算出する。また、推定部３０１は、動作点Ｓ_１での回転数Ｎ_１から動作点Ｓ_２での回転数Ｎ_２への電動モータ１４の回転数の変化ΔＮ_１を算出する。推定部３０１は、算出した変化ΔＮに対して変化ΔＩ_１を除算することで傾きａ（＝ΔＮ_１／ΔＩ_１）を算出する。推定部３０１は、目標電流値Ｉ_ｔ２を目標動作点Ｓ_３のモータ電流値Ｉ_ｍ３として、動作点Ｓ_１でのモータ電流値Ｉ_ｍ１からモータ電流値Ｉ_ｍ３へのモータ電流値の変化ΔＩ_２に対して傾きａを乗算した値に動作点Ｓ_１での回転数Ｎ_１を加算することで、目標動作点Ｓ_３の回転数Ｎ_３を推定する。

判定部３０３は、目標動作点Ｓ_３に基づいて停止条件が成立したか否かを判定する。すなわち、判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当する場合において停止条件が成立したと判定する（ステップＳ２０５）。
判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当する場合（図９Ｃ参照）、昇圧回路２０に対する昇圧回路駆動信号の供給を停止する（ステップＳ２０６）。

判定部３０３は、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当しない場合（図９Ｄ参照）、昇圧回路２０に対して昇圧回路駆動信号の供給を継続する。これにより、昇圧制御部２２６は、推定した目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当した場合に昇圧回路２０の昇圧を停止させることができる。したがって、電動パワーステアリング装置１は、所望のタイミングでバッテリの電圧の昇圧を停止することができるため、運転者の操舵フィーリングの違和感を軽減することができる。

上述したように、本実施形態における電動パワーステアリング装置１は、目標電流値Ｉ_ｔが変更された場合に、電動モータ１４の回転数Ｎとモータ電流値Ｉ_ｍとに基づいて規定されるモータ動作点の変化に基づいて、モータ電流値Ｉ_ｍが目標電流値Ｉ_ｔに到達するときのモータ動作点（目標動作点）を推定する推定部３０１と、推定部３０１により推定されたモータ動作点が昇圧回路２０の昇圧の開始を制御する開始条件に該当する場合に昇圧回路の昇圧を開始する判定部３０３と、を備える。したがって、所望のタイミングでバッテリの電圧を昇圧することができるため、運転者の操舵フィーリングの違和感を軽減することができる。すなわち、操舵力をアシストする際に遅れがない昇圧制御が可能となる。

また、上述した実施形態における電動パワーステアリング装置１は、昇圧回路２０がバッテリ電圧Ｖ_ｂを昇圧している場合において、電動モータ１４の動作点の変化ΔＳに基づいて推定された目標動作点Ｓ_３が停止条件に該当する場合に昇圧回路２０の昇圧を停止する。したがって、所望のタイミングでバッテリの電圧の昇圧を停止することができるため、運転者の操舵フィーリングの違和感を軽減することができる。

上述の実施形態において、開始条件と停止条件とはヒステリシス幅を備えてもよい。すなわち、停止条件の範囲を開始条件と比較して狭くする。これにより、推定部３０１が推定した目標動作点Ｓ_３が変動することで短時間の間に昇圧回路２０の昇圧と非昇圧との繰り返し（チャタリング）が発生することを防止することができるため、運転者の操舵フィーリングの違和感をさらに軽減することができる。

また、上述の実施形態において、開始条件と停止条件とを同じ条件としてもよい。すなわち、開始条件が成立しない場合を停止条件が成立する条件としてもよい。

制御部２２の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、制御部２２の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶するように構成することも可能である。

上述した実施形態における昇圧制御部２２６をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１ 電動パワーステアリング装置
９ ステアリングハンドル
１０ トルクセンサ
１１ ステアリングシャフト
１２ ギアボックス
１３ 舵取機構
１４ 電動モータ
１５ 制御装置
２０ 昇圧回路
２１ モータ駆動部
２２ 制御部
５０ 車速センサ
２２１ 角度取得部
２２２ 目標電流取得部
２２３ 差分演算部
２２４ ＰＩ演算部
２２５ 駆動信号取得部
２２６ 昇圧制御部
３０１ 推定部
３０２ 記憶部
３０３ 判定部
３０４ 条件制御部

Claims (5)

1. 電動モータに流れるモータ電流値が目標電流値になるように電源からの電圧を前記電動モータに供給することで車両のステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電源の電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記車両のステアリングハンドルの操舵トルクに基づいて前記目標電流値を設定する目標電流取得部と、
   前記目標電流取得部により前記目標電流値が第１目標電流値から第２目標電流値に変更された場合には、前記電動モータの回転数と前記モータ電流値とに基づいて規定されるモータ動作点の単位時間あたりの変化を求め、前記モータ動作点の単位時間あたりの変化に基づいて前記モータ電流値が前記第２目標電流値に到達するときの前記モータ動作点を推定する推定部と、
   前記推定部で推定された前記モータ動作点が所定の範囲を超える場合に前記昇圧回路の昇圧を開始させる判定部と、
   を備え、
   前記モータ動作点が前記所定の範囲を超える場合とは、前記推定部で推定された前記モータ動作点で前記電動モータを動作させるのに必要な電圧が、前記電源の電圧を超える場合である、
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記所定の範囲は、前記電源の電圧よりも高い電圧が前記電動モータに印加される場合にのみ前記電動モータがとり得る前記モータ動作点の範囲である
   ことを特徴する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータに印加される電圧に応じて前記所定の範囲を変更する条件制御部を備える
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 前記判定部は、前記昇圧回路が前記電源の電圧を昇圧している場合に、前記目標電流値が変更されたことにより前記推定部により推定された前記モータ動作点が所定の停止条件に該当する場合に前記昇圧回路の昇圧を停止し、
   前記所定の停止条件は、前記電源の電圧が前記電動モータに印加されることで動作する前記電動モータのモータ動作点の範囲である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記所定の範囲と前記停止条件とはヒステリシス幅を備える請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。

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