JPH0819290A - パワーステアリング用電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御性能を損なうことなく電動機の電流リッ
プルを抑制して、電動機から発生する振動や騒音を防止
する。 【構成】 ステアリングの操舵を補助する電動機と、こ
の電動機に通流する目標電流を設定する目標電流設定手
段と、この目標電流設定手段の出力の変化を緩和する緩
和手段と、前記電動機に通流している電流を検出する電
流検出手段と、前記緩和手段の出力と前記電流検出手段
の検出出力との誤差を増幅する誤差増幅手段と、この誤
差増幅手段の出力に基づき前記電動機に電力を供給する
電力供給手段とを備え、前記緩和手段の時定数は前記電
動機の電気的時定数と略同一、あるいはそれ以下とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動式のパワーステ
アリング装置に用いられる電動機を制御する装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動機を用いたパワーステアリン
グ装置において、電動機の電流のリップルにより振動や
騒音が発生していた。パワーステアリング装置において
振動の発生は特に重要な問題であって、この振動がステ
アリングに伝達されることにより運転者に不快感を与え
るとともに、最悪の場合はステアリング操作を誤まらせ
て事故を誘発するという恐れがあった。

【０００３】この問題を解決するものとして、例えば特
開昭６４−７８９７５号公報に示されたものが提案され
ている。この制御装置は、目標電流とモータに流れる電
流とを比較して、その誤差が０になるよう制御するいわ
ゆる電流フィードバック制御を採用したものであって、
モータ電流のリップルの原因となる高周波数成分を除去
すべく工夫が為されている。図２４に該公報に記された
制御装置を示す。図において、１はステアリングの操舵
を補助する電動機であるモータ、２はモータ１に通流す
る目標電流を設定する目標電流設定手段であって、図示
しないコンピュータで演算された目標電流値をディジタ
ル信号で受け、それをアナログ信号に変換して出力す
る。３はモータ１に流れるモータ電流を検出する電流検
出手段であって、モータ電流を検出する電流検出抵抗器
３ａと、この電流検出抵抗器３ａで検出された信号を増
幅する演算増幅器３ｂとから構成されている。４は目標
電流設定手段２および電流検出手段３の出力を受け両者
の誤差を増幅する誤差増幅手段、５は誤差増幅手段４の
出力を受け、その出力に対応した電力をモータ１に供給
する電力供給手段である。

【０００４】次に動作について説明する。目標電流設定
手段２から出力された信号は、抵抗器Ｒ１およびＲ２に
よって直流的に分圧されるとともに、コンデンサＣ１に
より信号中に含まれる高周波数成分が除去されて、演算
増幅器４ａの正入力端子に入力される。一方、モータ１
に流れる電流は、電流検出抵抗器３ａで検出され演算増
幅器３ｂにより増幅された後、抵抗器Ｒ４を介して演算
増幅器４ａの負入力端子に入力される。演算増幅器４ａ
は、正および負入力端子の入力された信号の誤差を増幅
して電力供給手段５に与える。この演算増幅器４ａの直
流ゲイン（増幅率）は抵抗器Ｒ３およびＲ４により制限
されている。また、制御装置の応答性に密接な関係があ
る帯域幅はコンデンサＣ２により制限されている。演算
増幅器４ａから信号を受けた電力供給手段５は、その誤
差を増幅した信号に基づき図示しないスイッチング手段
を駆動してモータ１に電力を供給する。

【０００５】ところで一般に、直流ゲインと帯域幅を制
限すればフィードバック制御系の安定性が向上すること
が知られている。即ち、図２４のものにおいては、制御
精度と制御応答性を犠牲にすることによりモータ電流の
リップルを減少させるものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は上述の如
く直流ゲインと帯域幅を大きく制限するものであった。
従って、直流ゲインを制限することにより、目標電流信
号とモータ電流の検出信号との誤差があまり増幅されず
モータ電流を目標電流に制御できない、即ち、定常偏差
が残る恐れがあった。また、帯域幅を制限することによ
り、応答性が鈍くなりステアリング操作に追従すること
ができず、ステアリングの操舵を充分補助することがで
きない恐れがあった。

【０００７】この発明は上述の問題点を解決するために
為されたものであって、第１の目的は、制御性能を損な
うことなく電動機から発生する振動や騒音を防止するこ
とである。

【０００８】また、第２の目的は、簡単な構成で電動機
から発生する振動や騒音を防止することである。

【０００９】また、第３の目的は、制御の安定性を向上
させて、電動機からの振動や騒音を防止することであ
る。

【００１０】また、第４の目的は、電動機から発生する
振動や騒音を防止し、電動機に流れる電流の検出出力に
ノイズが重畳していたとしても安定に動作させることで
ある。

【００１１】また、第５の目的は、パルス幅変調信号に
基づいて電動機に供給する電力を制御する方式のものに
おいて、誤差増幅手段が飽和したとしても電動機から発
生する振動や騒音を防止することである。

【００１２】また、第６の目的は、パルス幅変調信号に
基づいて電動機に供給する電力を制御する方式のものに
おいて、電源の電圧が変動したとしても、電動機から発
生する振動や騒音を防止することである。

【００１３】また、第７の目的は、パルス幅変調信号の
周波数の低下を防止して、電動機から発生する振動や騒
音を防止することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係るパワース
テアリング用電動機の制御装置は、時定数が電動機の電
気的時定数と略同一、あるいはそれ以下である緩和手段
を、目標電流設定手段と誤差増幅手段との間に設けたも
のである。

【００１５】また、緩和手段は、マイクロコンピュータ
で構成され、前回の目標電流と今回の目標電流との平均
値を演算し出力するものである。

【００１６】また、電流検出手段と誤差増幅手段との間
に所定の周波数帯域の位相を進める位相進み補償手段を
設けたものである。

【００１７】また、位相進み補償手段は、ダンピング手
段を有するものである。

【００１８】また、搬送波の振幅に基づいて予め定めら
れた所定の電圧範囲内になるよう誤差増幅手段の出力電
圧の電圧レベルを変換するレベル変換手段を設けたもの
である。

【００１９】また、レベル変換手段は、誤差増幅手段の
出力電圧を電源電圧の変動量に基づいて予め定められた
所定値以下に制限する制限手段を有するものである。

【００２０】また、レベル変換手段は、誤差増幅手段の
出力電圧の最小値および最大値を、搬送波の電圧の最小
値および最大値よりもそれぞれ小さくするものである。

【００２１】

【作用】上記のように構成されたパワーステアリング用
電動機の制御装置においては、緩和手段により目標電流
の変化が緩和され、電動機に流れる電流が滑らかにな
る。

【００２２】マイクロコンピュータのプログラムで構成
された緩和手段は、前回の目標電流と今回の目標電流と
の平均を目標電流として出力する。

【００２３】電流検出手段の検出出力は、位相進み補償
手段により所定の周波数帯域の位相が進められる。

【００２４】ダンピング手段は、電流検出手段の検出出
力に重畳したノイズ分を低減し、ノイズに応動して電動
機の電流が乱れることを防止する。

【００２５】レベル変換手段は、誤差増幅手段の出力電
圧をレベル変換してパルス幅変調手段に与えるので、誤
差増幅手段が飽和したとしてもその出力がパルス幅変調
手段にそのまま与えられることがない。

【００２６】制限手段は、誤差増幅手段の出力が電源電
圧の変動に応動して変化するのを防止する。

【００２７】レベル変換手段は、誤差増幅手段の出力の
最小値および最大値を制限することにより、パルス幅変
調手段から出力される信号の周波数が低下しないように
する。

【００２８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例について図を用いて
説明する。図１は、この発明の実施例の構成図であり、
図２４と同一符号のものは同一あるいは相当部分を示し
ている。図１において、６は目標電流設定手段２の出力
信号の変化を緩和させる緩和手段であって、抵抗器６ａ
およびコンデンサ６ｂからなる１次遅れ回路で構成され
ている。７は、緩和手段６の出力電圧と電流検出手段３
の出力電圧との電位差を増幅する誤差増幅手段であって
演算増幅器７ａ、コンデンサ７ｂおよび抵抗器７ｃから
なる積分回路である。８は後述する位相進み補償手段と
してのコンデンサであって、抵抗器７ｃと並列に接続さ
れている。

【００２９】さて、ここでモータの特性について説明し
ておく。図２は他励直流モータの電機子の等価回路とそ
の特性を示したものであって、Ｒａは電機子抵抗、Ｌａ
は電機子インダクタンス、Ｖｅはモータ誘起電圧、ＶM
はモータ印加電圧、Ｉａはモータ電流である。このもの
において、モータの出力軸を固定して（即ち、モータ誘
起電圧Ｖｅは０となる）、かつ、印加電圧ＶMを図示の
如く矩形波状で与える。この時の電流Ｉａは、図示の如
く滑らかに増大し、やがてある電流値に収束する。これ
を数式１で示す。 Ｉａ＝ＶM・（１−ｅ-t・Ra/La）／Ｒａ …………数式１

【００３０】この式から明らかなように、モータ電流Ｉ
ａの変化速度は、モータ１の電気的時定数Ｌａ／Ｒａに
よって制限されており、それ以上の速度で変化し得な
い。なお、モータの出力軸を固定しない場合は、モータ
誘起電圧Ｖｅが発生しモータ電流Ｉａの変化速度は更に
遅くなる。

【００３１】よって、もし図１に緩和手段６が設けられ
ていなかったら（即ち、図２４の装置の直流ゲインおよ
び帯域幅を制限しない場合に略相当する）、制御装置の
各電圧は図３のような特性を示す。図３は誤差増幅手段
７の正入力端子の入力電圧Ｖ４を矩形波状で与えた場合
の各部の電圧波形である。上述したようにモータ電流Ｉ
ａは、モータ１の電気的時定数以上の速度で変化できな
いので正入力端子の入力電圧Ｖ４に追従し得ない。よっ
て、誤差増幅手段７の負入力端子の入力電圧Ｖ５は図示
の如く滑らかに立ち上がる。誤差増幅手段７は、正入力
端子と負入力端子に入力される電圧の誤差Ｖｅｒｒを増
幅するものである。このため、誤差Ｖｅｒｒが大きいと
きは誤差増幅手段７が飽和して図示Ｖ３の如き電圧を出
力する。誤差増幅手段７が飽和してしまうと正確な制御
は望むべくもなく、モータ電流Ｉａは図３のＶ５に示す
如くオーバシュートし、これによりモータ１から振動や
騒音が発生するので実用に共し得ない。

【００３２】そこで、実施例１では誤差増幅手段７を飽
和させないために、目標電流設定手段２と誤差増幅手段
７との間に緩和手段を設けている。緩和手段６の時定数
は抵抗器６ａおよびコンデンサ６ｂにより定められ、モ
ータ１の電気的時定数と略同一、あるいはそれよりも小
さく設定されている。

【００３３】実施例１の動作を図４の特性図を用いて説
明する。目標電流設定手段２の出力電圧Ｖ１が矩形波状
で緩和手段６に与えられる。緩和手段６は所定の時定数
を有しているため、目標電流設定手段２の出力電圧Ｖ１
を受け、Ｖ４の如き電圧を誤差増幅手段７の正入力端子
に与える。この緩和手段６の出力電圧Ｖ４の変化は、モ
ータ１の電気的時定数と略同一であるので、モータ１は
この目標電流指令に充分応答することができ、Ｖ５の如
きモータ電流検出出力が得られる。誤差増幅手段７は、
緩和手段６の出力電圧Ｖ４と、モータ電流検出出力Ｖ５
との誤差Ｖｅｒｒを増幅するが、このときは誤差Ｖｅｒ
ｒがあまり大きくならないので誤差増幅手段７が飽和す
ることがない。よって、モータ電流Ｉａをオーバシュー
トさせることがない。これにより、実施例１では直流ゲ
インおよび帯域幅を制限することなく、モータ１から発
生する振動や騒音を防止することができる。

【００３４】さて次に、上記にて説明しなかった位相進
み補償手段８について説明する。一般に電流検出手段３
には検出遅れが存在し、これにより電流制御系の位相余
裕が減少し制御の安定性が良くない。

【００３５】また、目標電流設定手段２にマイクロコン
ピュータを用いた場合では、操舵フィーリングを向上さ
せるために、目標電流値を設定する周期ＴＳをできるだ
け短くすることが望ましい（通常は０．５〜２ｍＳ程
度）。しかしながら、Ｄ／Ａ変換器から出力される目標
電流値は離散的な値となるため、目標電流値を演算する
ために用いられるセンサ情報にノイズが重畳していた場
合には、図５に示す如く目標電流設定手段２から出力さ
れる目標電流値が矩形波状に最短で周期２ＴＳで変動す
る。

【００３６】一方、誤差増幅手段７は積分制御器が用い
られており、その電流制御系の伝達関数は図６、図７に
示す周波数特性を有している。ここで、操舵フィーリン
グを向上させるために周期ＴＳを短くする。このとき図
６の１／２ＴＳはカッティング周波数ｆｃに近づく。カ
ッティング周波数ｆｃ近傍では、図６の如く開ループの
ゲインが極めて低く、図７の如く閉ループの共振周波数
ｆｐに近くなる。このような状態で、目標電流値が変動
するとモータ電流は図８に示すように目標電流値の変動
に応動してオーバシュートあるいはアンダシュートして
しまう。このときの電流のリップル周波数は可聴領域内
であり耳障りな騒音が発生する。

【００３７】そこで、実施例１では抵抗器７ｃと並列に
コンデンサを接続することにより、電流検出手段の検出
出力Ｖ２の交流成分を抵抗器７ｃを介せずに誤差増幅手
段７に与えている。これにより、電流検出手段３の検出
出力Ｖ２の遅れを補償して、電流制御系の位相余裕を増
加し、制御の安定性の向上が図れる。

【００３８】また、コンデンサ８は、図９の如く所定の
周波数帯域（望ましくは１／２ＴＳ〜１／ＴＳ近傍）の
位相を進めることにより、カッティング周波数ｆｃおよ
び共振周波数ｆｐを１／２ＴＳから遠ざけている。これ
により目標電流値の変動に応動してモータ電流が大きく
変動することがなくなり、モータ電流は図１０に示す如
く安定したものとなる。

【００３９】また、制御の安定性をより向上させるため
に、位相進み補償手段８を図１１に示す位相進み補償手
段９にしてもよい。図において、９ａはコンデンサ、９
ｂはダンピング手段としての抵抗器である。このコンデ
ンサと抵抗器の直列回路は、図１の抵抗器７ｃと並列に
接続される。

【００４０】一般に電流検出手段３の検出出力Ｖ２には
ノイズが重畳している。従って、コンデンサのみで構成
される上記位相進み補償手段８では、高周波数域でのゲ
インが過大であるため、検出出力Ｖ２のＳ／Ｎ比（SIGN
AL/NOISE）が悪い場合にはこのノイズに応動してモータ
電流Ｉａが変動する恐れがある。そこで、位相進み補償
手段９では、高周波数域のゲインを必要以上に大きくし
ないために、抵抗器９ｂで制限している。これにより、
高周波数の信号であるノイズに対する応答性を抑制する
ことができ、モータ電流Ｉａがノイズに応動して変動す
ることを防止できる。

【００４１】参考までに、図１２に直流ゲインおよび周
波数応答について従来装置と実施例１の特性を示す。

【００４２】なお、上記実施例１において、緩和手段の
時定数をモータ１の電気的時定数と略同一にした。これ
は、時定数が大きくなるほど誤差増幅手段の飽和を確実
に防止することができるものの、あまり時定数を大きく
すると目標電流設定手段２の出力電圧に対する応答性が
悪化してしまうためである。また、緩和手段６は、１次
遅れ回路により構成しているが、目標電流設定手段２の
出力電圧の変化を緩和させることができるものであれば
よい。

【００４３】また、上記実施例１では緩和手段６は抵抗
器６ａとコンデンサ６ｂとからなる１次遅れ回路で構成
されていた。しかし目標電流設定手段が、図１３に示す
例えばラダー抵抗器を用いたＤ／Ａ変換器など出力抵抗
が解るものであるときは、目標電流設定手段１０の出力
抵抗１０ａとコンデンサ６ｂとで緩和手段を構成しても
よい。これにより、部品点数を削減することができる。

【００４４】実施例２．上記実施例１では、緩和手段６
をハードウェアで構成していたが、制御装置が図１４に
示す如くマイクロコンピュータを用いたものである場合
は緩和手段６をソフトウェアで構成することができる。
図１４は、マイクロコンピュータを用いたパワーステア
リング用電動機の制御装置を示す構成図であって、前出
の説明部分と同一あるいは相当部分には同一符号を付し
ている。１１はマイクロコンピュータであって、ＣＰＵ
１１ａ、プログラム等を保持するＲＯＭ１１ｂ、データ
等を一時保持するＲＡＭ１１ｃおよび演算結果を出力す
るＩ／Ｏポート１１ｄとから構成されている。

【００４５】次に実施例２の動作を説明するが、基本的
な動作は実施例１と同様であるのでその説明を省略し、
ここでは緩和手段６をプログラムで構成することについ
て説明する。図１５にマイクロコンピュータ１１におけ
る緩和手段６の動作をフローチャートで示す。ステップ
Ｓ１は、Ｉ／Ｏポート１１ｄ等の初期化処理である。初
期化処理の終了後にステップＳ２に進み、今回の目標電
流（ｎ）と前回にＩ／Ｏポート１１ｄから出力した前回
の目標電流（ｎ−１）を読み込む。なお、目標電流は、
図示しないセンサ類により得られた操舵トルク等の情報
に基づき別処理にて演算される。ステップＳ３では、今
回の目標電流（ｎ）と前回の目標電流（ｎ−１）との平
均、即ち移動平均を演算する。ステップＳ４では、ステ
ップＳ２で得られた目標電流（ｎ）を、前回の目標電流
（ｎ−１）に書き込んで次回の演算に備える。ステップ
Ｓ５では、ステップＳ３で得られた目標電流出力値をＩ
／Ｏポート１１ｄから出力し目標電流設定手段２に与え
る。目標電流設定手段２は、与えられた信号に基づき、
実施例１と同様に動作する。ステップＳ６は、ステップ
Ｓ２乃至ステップＳ５までの処理が一定時間で処理され
るようにするための待機処理である。

【００４６】実施例２によれば、ハードウェアから緩和
手段６をなくして構成を簡単にすることができる。ま
た、目標電流の出力値は、移動平均により得ているので
急峻に変化することがない。

【００４７】実施例３．実施例３は、電力供給手段５が
パルス幅変調信号に基づいて駆動されるもの、いわゆる
ＰＷＭ（PULSE WIDTH MODURATION）制御されるものを対
象としている。図１６に実施例３の構成図を示す。図に
おいて、同一符号を付しているものは前出と同一あるい
は相当部分を示す。５ａ乃至５ｄはベースがマイクロコ
ンピュータ１１に接続されたトランジスタで、マイクロ
コンピュータ１１により導通、非導通が制御される。こ
のトランジスタ５ａ乃至５ｄのコレクタは、ゲートドラ
イバ５ｇ乃至５ｊの入力端子に接続されるとともにダイ
オード５ｅ、５ｆを介して後述のパルス幅変調手段に接
続される。ゲートドライバ５ｇ乃至５ｊの出力は、Ｈ型
ブリッジ回路を構成するパワーＭＯＳＦＥＴである５ｋ
乃至５ｎにそれぞれ与えられている。なお、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ５ｋ乃至５ｎは、スイッチング手段を構成して
いる。５ｐは搬送波発生手段とパルス幅変調手段であっ
て、予め定められた周波数および振幅を有する搬送波で
ある三角波を作成する搬送波発生手段である三角波発振
回路５ｑ、誤差増幅手段７の出力電圧をレベル変換手段
１２でレベル変換した電圧と上記三角波とを比較するコ
ンパレータ５ｒ、コレクタがダイオード５ｅ、５ｆのカ
ソードに接続されコンパレータ５ｒの出力に基づきパル
ス幅変調信号であるＰＷＭ信号を発生するトランジスタ
５ｓとから構成されている。なお、コンパレータ５ｒお
よびトランジスタ５ｓは、パルス幅変調手段を構成して
いる。

【００４８】次に動作について説明する。図１７にマイ
クロコンピュータ１１に格納されたフローチャートを示
す。ステップＳ１はＩ／Ｏポート１１ｄの初期化処理で
ある。ステップＳ２では、別処理で演算した目標電流を
Ｉ／Ｏポート１１ｄを介して目標電流設定手段２に出力
する。ステップＳ３および４では、モータ１に正負いず
れの方向の電流を流すか、あるいは電流を０とするかに
よりステップＳ６乃至ステップＳ７のいずれかに進む。
ステップＳ５乃至ステップＳ７では、トランジスタ５ａ
乃至５ｄを駆動し、ステップＳ８では、ステップＳ２乃
至ステップＳ７が一定時間で処理されるよう待機してい
る。

【００４９】仮に、モータ１に図示左側から右側に流れ
る電流を与えるとする。この場合は、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ５ｋ、５ｍを導通させる。よって、ステップＳ３にて
ＹＥＳと判定されステップＳ７に進む。ステップＳ７で
は、トランジスタ５ａ、５ｃを非導通とし、５ｂ、５ｄ
を導通とする。トランジスタ５ａ、５ｃが非導通のと
き、ゲートドライバ５ｇ、５ｉによってパワーＭＯＳＦ
ＥＴ５ｋ、５ｍが駆動される。一方、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ５ｌ、５ｎは、ゲートドライバ５ｈ、５ｊの図示下側
トランジスタ（ＰＮＰ型）が導通しているのでＬレベル
の信号が供給されており非導通となっている。

【００５０】さて、パワーＭＯＳＦＥＴ５ｋ、５ｌの導
通によりモータ１への電流方向が規定された訳である
が、その電流量はパルス幅変調手段５ｐにより規定され
る。ＰＷＭ制御は一般によく知られた制御であるからこ
こでは簡単に説明する。三角波発生回路５ｑでは、所定
の周波数と振幅を有する三角波を発生し続けている。こ
の三角波は、コンパレータ５ｒの負入力端子に入力され
ている。一方、コンパレータ５ｒの正入力端子にはレベ
ル変換手段１２を介して誤差増幅手段７の出力が入力さ
れている。コンパレータ５ｒは両者を比較して矩形波状
のパルス信号をトランジスタ５ｓに供給する。今、トラ
ンジスタ５ｓが導通したとする。このとき、ゲートドラ
イバ５ｇ乃至５ｊの入力が全てＬレベルになるので図示
下側トランジスタ（ＰＮＰ型）が導通しパワーＭＯＳＦ
ＥＴ５ｋ乃至５ｎは全て非導通となる。逆にトランジス
タ５ｓが非導通であれば、パワーＭＯＳＦＥＴ５ｋ乃至
５ｎはトランジスタ５ａ乃至５ｄの状態により導通／非
導通が決定される。従って、コンパレータ５ｒの比較結
果に基づく矩形波状のパルスによりモータ１に流れる電
流量が制御されるわけである。

【００５１】次に、図１８に基づきレベル変換手段１２
を説明する。図において、Ｖ６は三角波発生回路５ｑの
出力電圧である。一方、Ｖ８は誤差増幅手段７の出力電
圧、Ｖ７は誤差増幅手段の出力電圧Ｖ８をレベル変換し
た電圧である。図に示す如く、誤差増幅手段７の出力電
圧Ｖ８の範囲は、三角波Ｖ６の範囲に比し大きい。従っ
て、モータ電流Ｉａがオーバシュートしたときなどは演
算増幅器７ａが飽和して、誤差増幅手段の出力電圧Ｖ８
は三角波Ｖ６の振幅電圧の範囲を大きく逸脱してしま
う。これを図１９に示す。図において破線は誤差増幅手
段７の出力電圧であり、実線はレベル変換した誤差増幅
手段７の出力電圧である。図１９から明らかなように、
誤差増幅手段７が飽和するとその出力電圧は三角波Ｖ６
から大きく逸脱している。このため、モータ電流をデュ
ーティ制御しようとするならば破線で示す電圧を三角波
Ｖ６の振幅範囲まで小さくする必要があり制御に遅れが
生じてしまう。従って、制御性能が著しく劣化しモータ
電流にリップルが生じる恐れがある。これは、演算増幅
器７ａが飽和したときに限らず、モータ１に大電流ある
いは微小電流を流そうとするときにも起こり得る。

【００５２】このため実施例３では、図１９における破
線を実線の如く変換すべく、誤差増幅手段７の出力電圧
Ｖ８の電圧レベルをＶ７に変換するレベル変換手段１２
を設けている。レベル変換手段１２は、下式により電圧
レベルを変換する。 Ｖ７＝（Ｒ５・Ｒ７・Ｖｃｃ＋Ｒ６・Ｒ７・Ｖ８）／（Ｒ５・Ｒ６＋Ｒ６・Ｒ７ ＋Ｒ７・Ｒ５） …………数式２ ここで、Ｖｃｃは一定の電圧、Ｒ５乃至Ｒ７は一定の抵
抗値である。また、演算増幅器７ａは、図１６に示すよ
うに定電圧ＶＢの片電源で動作しており、出力電圧範囲
は０Ｖ〜（ＶＢ−１．５Ｖ）で与えられている。よっ
て、誤差増幅手段７の出力電圧範囲もこれと同じとなり
以下のように表わされる。 ０Ｖ≦Ｖ８≦ＶＢ−１．５Ｖ …………数式３ よって、数式２、３に基づきレベル変換手段１２の出力
電圧Ｖ７の範囲が、図１８に示す如く三角波Ｖ６の振幅
の近傍になるように、抵抗値Ｒ５乃至Ｒ７を設定すれば
よい。

【００５３】実施例４．上記実施例３では、演算増幅器
７ａの電源ＶＢは定電圧であり、誤差増幅手段７の出力
電圧Ｖ８の範囲は一義的に決まるものとしていた。しか
しながら、電圧ＶＢは、電源であるバッテリから供給さ
れる電圧とすることもありこの場合は電圧が常に一定で
あるとは限らない。従って、バッテリ電圧ＶＢが変動す
るとこれに応動して誤差増幅手段７の出力電圧Ｖ８の範
囲も変動してしまう。実施例４ではこれを防止するため
に制限手段としてのツェナダイオード１２ａを設けてい
る。図２０は、実施例４におけるレベル変換手段の構成
図である。

【００５４】図２１にその動作を示す。図示の如く演算
増幅器７ａの出力電圧範囲は、バッテリ電圧ＶＢの変動
に応動する。これに応じて誤差増幅手段７の出力電圧Ｖ
８の範囲も変化するが、出力電圧Ｖ８はツェナダイオー
ド１２ａにより、所定のツェナ電位でクリップされてい
る。従って、Ｒ５乃至Ｒ７からなる電圧レベル変換部に
はバッテリ電圧ＶＢの変動の影響がない。これにより、
バッテリ電圧が変動したとしてもモータ電流Ｉａにリッ
プルが発生するのを防止することができる。

【００５５】実施例５．モータ電流ＩａをＰＷＭ制御す
る場合は、スイッチング素子のＰＷＭ駆動に伴う電流リ
ップルが振動や騒音の原因となり得る。従って、通常は
三角波Ｖ６の周波数を可聴周波数領域よりも高く設定し
ている。しかしながら、スイッチング素子の駆動デュー
ティ比が１００％と１００％未満との間、あるいは０％
と０％以上との間でハンチングすると三角波の周波数が
低下したのと等価な動作となり上記問題を引き起こす。
これを図２２を用いて説明する。図２２は、スイッチン
グ素子の駆動デューティ比が１００％と１００％未満と
の間で駆動デューティ比がハンチングした例である。図
示した如く、駆動デューティ比が１００％を越えるとコ
ンパレータ５ｒの出力はＨレベルに張り付いてしまう。
このためコンパレータ５ｒの出力電圧の平均周波数は三
角波Ｖ６の周波数に比し小さくなる。

【００５６】実施例５は、上記問題点をなくするもので
あって、具体的にはレベル変換手段１２により、誤差増
幅手段７の出力電圧Ｖ８の範囲を三角波Ｖ６の振幅電圧
の範囲と略同一あるいはそれよりも小さくしたものであ
る。図２３にその様子を示す。これによると、レベル変
換手段１２の出力電圧Ｖ７が、三角波Ｖ６の振幅電圧の
範囲を越えることがないので、図２２のようにコンパレ
ータ５ｒの出力電圧の周波数が三角波Ｖ６の周波数より
も小さくなってしまうということがない。

【００５７】なお、スイッチング素子の駆動デューティ
比を０％にならないようにする場合は、モータ１に常に
電流が流れることになるので、あまり大きな駆動デュー
ティ比でクリップせず、モータ１の出力軸にトルクが発
生しない程度の充分低い駆動デューティ比にクリップす
るよう注意する。

【００５８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００５９】緩和手段により目標電流設定手段の出力の
変化を緩和するとともに、その緩和手段の時定数を電動
機の電気的時定数と略同一あるいはそれ以下としたの
で、制御性能を損なうことなく電動機から発生する振動
や騒音を防止することができる。

【００６０】緩和手段をマイクロコンピュータで構成し
たので、簡単な構成で電動機から発生する振動や騒音を
防止することができる。

【００６１】位相進み補償手段を設けたので、制御の安
定性を向上するとともに、電動機からの振動や騒音を防
止する。

【００６２】ダンピング手段を有する位相進み補償手段
を設けたので、電動機から発生する振動や騒音を防止
し、制御の安定性を向上させるとともに、電動機に流れ
る電流の検出出力にノイズが重畳していたとしても安定
に動作させることができる。

【００６３】パルス幅変調信号に基づいて電動機に供給
する電力を制御する方式のものにおいて、誤差増幅手段
とパルス幅変調手段との間にレベル変換手段を設けたの
で、誤差増幅手段が飽和したとしても電動機から発生す
る振動や騒音を防止することができる。

【００６４】パルス幅変調信号に基づいて電動機に供給
する電力を制御する方式のものにおいて、制限手段を有
するレベル変換手段を設けたので、バッテリの電圧が変
動したとしても、電動機から発生する振動や騒音を防止
することができる。

【００６５】レベル変換手段は、誤差増幅手段の出力電
圧の最小値および最大値を、搬送波の電圧の最小値およ
び最大値よりもそれぞれ小さくしたので、パルス幅変調
信号の周波数の低下を防止して、電動機から発生する振
動や騒音を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１に係る構成図である。

【図２】 一般的な他励直流モータの電機子の等価回路
とその特性図である。

【図３】 この発明の実施例１において緩和手段を設け
ない場合の各部の電圧波形図である。

【図４】 この発明の実施例１に係る各部の電圧波形図
である。

【図５】 目標電流値の変動を示す特性図である。

【図６】 開ループの伝達関数の特性図である。

【図７】 閉ループの伝達関数の特性図である。

【図８】 目標電流値の変動に対するモータ電流の変動
を示す特性図である。

【図９】 位相進み補償手段により改善された後の開ル
ープの伝達関数の特性図である。

【図１０】 位相進み補償手段により改善された後の目
標電流値の変動に対するモータ電流の変動を示す特性図
である。

【図１１】 この発明に係るダンピング手段を有する位
相進み補償手段の構成図である。

【図１２】 直流ゲインおよび周波数応答についてこの
発明と従来装置とを比較した特性図である。

【図１３】 この発明の緩和手段の一例を示す構成図で
ある。

【図１４】 この発明にマイクロコンピュータを用いた
場合の構成図である。

【図１５】 緩和手段をプログラムで構成した例を示す
フローチャートである。

【図１６】 この発明をＰＷＭ制御方式の装置に適用し
た場合の構成図である。

【図１７】 モータの電流制御を示すフローチャートの
一例である。

【図１８】 各部の出力電圧の範囲を示す特性図であ
る。

【図１９】 レベル変換手段の動作を示す特性図であ
る。

【図２０】 制限手段を有するレベル変換手段の構成図
である。

【図２１】 制限手段を備えた場合の各部の出力電圧の
範囲を示す特性図である。

【図２２】 スイッチング素子の駆動デューティがハン
チングした場合の一例を示す特性図である。

【図２３】 この発明に係るレベル変換手段の特性図で
ある。

【図２４】 従来装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１：モータ、２：目標電流設定手段、３：電流検出手
段、４：誤差増幅手段、５：電力供給手段、６：緩和手
段、７：誤差増幅手段、８：位相進み補償手段、９：位
相進み補償手段、１０：目標電流設定手段、１１：マイ
クロコンピュータ、１２：レベル変換手段

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングの操舵を補助する電動機
   と、この電動機に通流する目標電流を設定する目標電流
   設定手段と、この目標電流設定手段の出力の変化を緩和
   する緩和手段と、前記電動機に通流している電流を検出
   する電流検出手段と、前記緩和手段の出力と前記電流検
   出手段の検出出力との誤差を増幅する誤差増幅手段と、
   この誤差増幅手段の出力に基づき前記電動機に電力を供
   給する電力供給手段とを備え、前記緩和手段の時定数は
   前記電動機の電気的時定数と略同一、あるいはそれ以下
   であることを特徴とするパワーステアリング用電動機の
   制御装置。
2. 【請求項２】 緩和手段はマイクロコンピュータにより
   構成され、前回の目標電流と今回の目標電流との平均値
   を演算し出力することを特徴とする請求項１記載のパワ
   ーステアリング用電動機の制御装置。
3. 【請求項３】 ステアリングの操舵を補助する電動機
   と、この電動機に通流する目標電流を設定する目標電流
   設定手段と、前記電動機に通流している電流を検出する
   電流検出手段と、この電流検出手段からの信号の所定の
   周波数帯域の位相を進めて出力する位相進み補償手段
   と、前記目標電流設定手段の出力と前記位相進み補償手
   段の出力との誤差を増幅する誤差増幅手段と、この誤差
   増幅手段の出力に基づき前記電動機に電力を供給する電
   力供給手段とを備えたことを特徴とするパワーステアリ
   ング用電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 位相進み補償手段は、ダンピング手段を
   有することを特徴とする請求項３記載のパワーステアリ
   ング用電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 ステアリングの操舵を補助する電動機
   と、この電動機に通流する目標電流を設定する目標電流
   設定手段と、前記電動機に通流している電流を検出する
   電流検出手段と、前記目標電流設定手段の出力と前記電
   流検出手段の検出出力との誤差を増幅する誤差増幅手段
   と、この誤差増幅手段の出力に基づき前記電動機に電力
   を供給する電力供給手段とを備え、前記電力供給手段
   は、前記電動機に電力を供給するスイッチング手段と、
   予め定められた周波数および振幅を有する搬送波を発生
   する搬送波発生手段と、前記搬送波の振幅に基づいて予
   め定められた所定の電圧範囲内になるよう前記誤差増幅
   手段の出力電圧の電圧レベルを変換するレベル変換手段
   により電圧レベルを変換された前記誤差増幅手段の出力
   と前記搬送波発生手段の出力との比較に基づきパルス幅
   変調信号を作成するとともに、該パルス幅変調信号に基
   づき前記スイッチング手段を駆動するパルス幅変調手段
   とを有することを特徴とするパワーステアリング用電動
   機の制御装置。
6. 【請求項６】 レベル変換手段は、電源電圧の変動量に
   基づいて予め定められた所定値以下に誤差増幅手段の出
   力電圧を制限する制限手段を有することを特徴とする請
   求項５記載のパワーステアリング用電動機の制御装置。
7. 【請求項７】 レベル変換手段は、誤差増幅手段の出力
   電圧の最小値および最大値を、搬送波の電圧の最小値お
   よび最大値よりもそれぞれ小さくすることを特徴とする
   請求項５記載のパワーステアリング用電動機の制御装
   置。