JP2003312517A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置Info
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Abstract
ングの悪化を防止することができ、又、通常走行上、最
も多い直線走行では、非同期整流によるPWM駆動にて
行うため、昇圧回路の発熱を抑制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】電動パワーステアリング装置の昇圧回路1
00はコイルL、第2トランジスタQ2、第1トランジ
スタQ1、コンデンサC2とを備える。昇圧回路100
は第1トランジスタQ1をPWM駆動信号によりオン、
オフすることにより、バッテリから昇圧用コイルに供給
される電流を制御し、コンデンサC2に昇圧電圧を充電
する。CPU21は、モータの負荷状態を判定し、モー
タが、高負荷のときは、第1トランジスタQ1、第2ト
ランジスタQ2を同期整流する。モータが低負荷のとき
は、低負荷状態が所定時間継続したときに、第1トラン
ジスタQ1のみをPWM制御して非同期整流する。
Description
舵系にモータによるアシスト力を付与する電動パワース
テアリング装置に係り、詳しくは、車載バッテリからの
モータへの供給電流を調整することができる昇圧回路を
備えた電動パワーステアリング装置に関する。
ステアリングホイールの操作を補助する電動パワーステ
アリング装置が用いられている。
おいては、運転者がステアリングホイールを回転させて
操舵を行った時に、アシスト制御による操舵トルクに応
じたアシスト指令値が算出され、このアシスト指令値に
基づいた操舵補助力が、モータからステアリング機構に
与えられるようになっている。
リング装置は大きなトルクを得ようとするために大電流
を必要とするシステムである。従来は、車載バッテリ
(DC12V)を直に印加するようにしており、モータ
もDC12V仕様のものを使用し、大電流を前記モータ
に供給するために、モータの大型化、使用配線の大容量
化(太線化)は避けることはできない。
らの供給電流を調整することができる電動パワーステア
リング装置(特開平8−127350号公報)等が提案
されている。
は、モータに電流を供給する回路に図11に示すような
昇圧回路300及び昇圧回路制御装置301を設けてい
る。昇圧回路300は、車載バッテリからのバッテリ電
圧VPIG(DC12V)の印加点P1と前記モータへの
電圧印加点P2との間に設けられている。昇圧回路30
0はコンデンサC1,C2、コイルL、ダイオードD、
スイッチング用の第1トランジスタQ1を備えている。
0の第1トランジスタQ1に対して、昇圧のためのPW
M演算により制御量としてのデューティ比が演算され
る。そして、昇圧回路制御装置301は、このデューテ
ィ比に基づいてデューティ比駆動信号(PWM駆動信
号)を出力し、このデューティ比駆動信号によって、第
1トランジスタQ1をデューティ制御する。このデュー
ティ制御により、第1トランジスタQ1が図12に示す
ようにスイッチング動作を行ない、この結果、コイルL
でエネルギーの蓄積と放出とが繰り返され、ダイオード
Dのカソード側に放出の際の高電圧が現れる。なお、図
12に示すように本明細書中、Tαはオン時間、Tはパ
ルス周期、αはデューティ比(オンデューティ)を示し
ている。第1トランジスタQ1がオンとなるとコイルL
に電流が流れ、第1トランジスタQ1がオフとなるとコ
イルLに流れる電流が遮断される。
の電流の遮断による磁束の変化を妨げるように、ダイオ
ードDのカソード側に高電圧が発生する。この繰り返し
によって、ダイオードDのカソード側に高電圧が繰り返
し発生し、コンデンサC2で平滑(充電)され、出力電
圧VBPIG として電圧印加点P2に生じる。
る電圧は昇圧回路制御装置301から出力されるデュー
ティ比駆動信号のデューティ比と関連する。デューティ
比が大きければ出力電圧VBPIGは高くなり、デューティ
比が小さければ出力電圧VBPIGは低くなる。
ードDを使用しているため、モータが回生状態に入った
とき、このダイオードDのために電圧印加点P2側から
バッテリBに電流が流れることができず、出力電圧VBP
IGが上昇する。この電圧の上昇により、昇圧回路300
が破損する虞があった。例えば、上記例では、昇圧回路
300を構成しているコンデンサC2が破壊される虞が
ある。
て、図4に示すように第2トランジスタQ2を接続した
昇圧回路を提案している。すなわち、第2トランジスタ
Q2は、ソースがコイルLに接続され、ドレインが電圧
印加点P2に接続したものである。この構成において
は、第1トランジスタQ1と第2トランジスタQ2とを
交互にオンオフする、すなわち同期整流方式にて制御し
ている。
ランジスタQ2がデューティ制御によりオン作動し、回
生電流は第2トランジスタQ2を介してバッテリBに流
れることにより吸収される。この結果、コンデンサC2
の破壊を防止できる。
行時にはモータの負荷状態に応じて、高負荷の場合、第
1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2を同期整流
方式で駆動し、低負荷の場合には、第1トランジスタQ
1のみをPWM駆動し、第2トランジスタQ2は全オフ
する非同期整流方式が考えられる。
トランジスタQ2のスイッチングロスがなくなるためで
好ましい。例えば、モータ回転数が高い領域の場合に
は、高負荷であるとして同期整流し、モータ回転数が低
い領域の場合、低負荷であるとして非同期整流を行うよ
うにする。
合、ステアリングホイール(ハンドル)を左右に繰り返
し操舵していると、ステアリングホイールを切り返す瞬
間に、モータが一瞬停止するため、非同期整流に移行
し、ステアリングホイールが動き出すと、同期整流に移
行する。そのため、非同期整流・同期整流を繰り返すこ
とになる。
昇圧電圧が乱れるため、この結果、操舵フィーリングが
悪化する虞があった。本発明の目的は、上記問題点に着
目して、ステアリングの切返し操舵による操舵フィーリ
ングの悪化を防止することができ、又、通常走行上、最
も多い直線走行では、非同期整流によるPWM駆動にて
行うため、昇圧回路の発熱を抑制できる電動パワーステ
アリング装置を提供することにある。
めに、請求項1に記載の発明は、電動機制御値に基づい
て電動機を駆動する電動機駆動手段と、直流電源と前記
電動機駆動手段間に設けられ、電源電圧を昇圧する昇圧
手段と、PWM駆動信号を生成出力する昇圧制御手段と
を備え、前記昇圧手段は、直流電源の出力端子に接続さ
れた昇圧用コイルと、同昇圧用コイルの出力端子に対し
て共に接続された第1スイッチング素子と第2スイッチ
ング素子と、前記第2スイッチング素子の出力端子に接
続された昇圧用コンデンサとを備え、前記両スイッチン
グ素子の内少なくとも前記第1スイッチング素子を前記
PWM駆動することにより、前記直流電源から昇圧用コ
イルに供給される電流を制御し、前記昇圧用コンデンサ
に昇圧電圧を充電する電動パワーステアリング装置にお
いて、電動機の負荷状態を判定する負荷状態判定手段を
設け、前記昇圧制御手段は、前記負荷状態判定手段の判
定結果により電動機が高負荷のときは、前記両スイッチ
ング素子を同期整流し、低負荷のときは、低負荷状態が
所定時間継続したときに第1スイッチング素子のみをP
WM制御して非同期整流することを特徴とする電動パワ
ーステアリング装置。
記昇圧制御手段は、高負荷のときは、PWM駆動信号の
キャリア周期を高周期にして前記両スイッチング素子を
同期整流し、低負荷のときは、低負荷状態が所定時間継
続したときに前記両スイッチング素子の内、第1スイッ
チング素子のみを、PWM駆動信号のキャリア周期を低
周期にして非同期整流することを特徴とする。
において、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を
備え、前記負荷状態判定手段は、前記操舵トルク検出手
段が検出した操舵トルクが小のときは、電動機の負荷状
態が低負荷であると判定し、操舵トルクが大のときは電
動機の負荷状態が高負荷であると判定することを特徴と
する。
において、前記電動機の回転数を推定する電動機回転数
推定手段を備え、前記負荷状態判定手段は、前記電動機
回転数推定手段が推定した回転数が小のときは、電動機
の負荷状態が低負荷であると判定し、回転数が大のとき
は、電動機の負荷状態が高負荷であると判定することを
特徴とする。
において、前記負荷状態判定手段は、前記電動機制御
値、又は、電動機に流れる実電流の検出値に基づいて電
動機の負荷状態を判定することを特徴とする。
具体化した電動パワーステアリング装置の実施形態を図
1〜図7に従って説明する。
御装置20の概略を示す。ステアリングホイール1(ハ
ンドル)に連結したステアリングシャフト2には、トー
ションバー3が設けられている。このトーションバー3
には、トルクセンサ4が装着されている。そして、ステ
アリングシャフト2が回転してトーションバー3に力が
加わると、加わった力に応じてトーションバー3が捩
れ、その捩れ、即ちステアリングホイール1にかかる操
舵トルクτをトルクセンサ4が検出している。
成している。又、ステアリングシャフト2には減速機5
が固着されている。この減速機5には電動機としての電
動モータ(以下、モータ6という)の回転軸に取着した
ギア7が噛合されている。前記モータ6は、三相同期式
永久磁石モータで構成したブラシレスモータである。
検出するためのロータリエンコーダにより構成された回
転角センサ30が組み付けられている(図2参照)。回
転角センサ30は、モータ6の回転子の回転に応じてπ
/2ずつ位相の異なる2相パルス列信号と基準回転位置
を表す零相パルス列信号を出力する。
固着されている。ピニオンシャフト8の先端には、ピニ
オン9が固着されるとともに、このピニオン9はラック
10と噛合している。ラック10の両端には、タイロッ
ド12が固設されており、そのタイロッド12の先端部
にはナックル13が回動可能に連結されている。このナ
ックル13には、タイヤとしての前輪14が固着されて
いる。又、ナックル13の一端は、クロスメンバ15に
回動可能に連結されている。
数は減速機5によって減少されてピニオンシャフト8に
伝達され、ピニオン及びラック機構11を介してラック
10に伝達される。そして、ラック10は、タイロッド
12を介してナックル13に設けられた前輪14の向き
を変更して車両の進行方向を変えることができる。
ている。次に、この電動パワーステアリング装置の制御
装置(以下、制御装置20という)の電気的構成を示
す。
1の操舵トルクτに応じた電圧を出力している。車速セ
ンサ16は、その時の車速を前輪14の回転数に相対す
る周期のパルス信号として出力する。
1)、読み出し専用メモリ(ROM22)及びデータを
一時記憶する読み出し及び書き込み専用メモリ(RAM
23)を備えている。このROM22には、CPU21
による演算処理を行わせるための制御プログラムが格納
されている。RAM23は、CPU21が演算処理を行
うときの演算処理結果等を一時記憶する。
ップが格納されている。基本アシストマップは、操舵ト
ルクτ(回動トルク)に対応し、かつ車速に応じた基本
アシスト電流を求めるためのものであり、操舵トルクτ
に対する基本アシスト電流が記憶されている。
モータを駆動制御する機能は公知の構成であるため、簡
単に説明する。図3は、前記CPU21内部において、
プログラムで実行される機能を示す制御ブロック図であ
る。同制御ブロック図で図示されている各部は、独立し
たハードウエアを示すものではなく、CPU21で実行
される機能を示している。
計算するための基本アシスト力演算部51、戻し力演算
部52及び加算部53を備える。基本アシスト力演算部
51は、トルクセンサ4からの操舵トルクτ及び車速セ
ンサ16によって検出された車速Vを入力し、操舵トル
クτの増加にしたがって増加するとともに車速Vの増加
にしたがって減少するアシストトルクを計算する。
6の回転子の電気角θ(回転角に相当)及び角速度ωを
入力し、これらの入力値に基づいてステアリングシャフ
ト2の基本位置への復帰力及びステアリングシャフト2
の回転に対する抵抗力に対応した戻しトルクを計算す
る。加算部53は、アシストトルクと戻しトルクを加算
することにより指令トルクτ*を計算し、指令電流設定
部54に出力する。
基づいて、2相のd軸指令電流Id*,q軸指令電流Iq*
を計算する。両指令電流は、モータ6の回転子上の永久
磁石が作り出す回転磁束と同期した回転座標系におい
て、永久磁石の磁束の方向と同一方向のd軸及びこれに
直交したq軸にそれぞれ対応する。
算器55,56に供給される。減算器55,56は、d
軸指令電流Id*,q軸指令電流Iq*と、d軸検出電流I
d及びq軸検出電流Iqとのそれぞれの差分値ΔId,Δ
Iqを演算し、その結果をPI制御部(比例積分制御
部)57,58に供給する。
ΔIqに基づきd軸検出電流Id及びq軸検出電流Iqが
d軸指令電流Id*,q軸指令電流Iq*に追従するように
d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧Vq*をそれぞれ計算
する。
は、非干渉制御補正値演算部63及び減算器59,60
により、d軸補正指令電圧Vd**及びq軸補正指令電圧
Vq**に補正されて2相/3相座標変換部61に供給さ
れる。
電流Id及びq軸検出電流Iq及びモータ6の回転子の角
速度ωに基づいて、d軸指令電圧Vd*及びq軸指令電圧
Vq*のための非干渉制御補正値 ω・La・Iq,−ω・
(φa+La・Id)を計算する。なお、インダクタンスL
a、及び磁束φaは、予め決められた定数である。
びq軸指令電圧Vq*から前記非干渉制御補正値をそれぞ
れ減算することにより、d軸補正指令電圧Vd**及びq
軸補正指令電圧Vq**を算出して、2相/3相座標変換
部61に出力する。2相/3相座標変換部61は、d軸
補正指令電圧Vd**及びq軸補正指令電圧Vq**を3相指
令電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換して、同変換した3相指
令電圧Vu*,Vv*,Vw*をPWM制御部62に出力す
る。
u*,Vv*,Vw*に対応したPWM制御信号UU,VU,WU
(PWM波信号及びモータ6の回転方向を表す信号を含
む)に変換し、インバータ回路であるモータ駆動装置3
5に出力する。
当する。モータ駆動装置35は、電動機駆動手段に相当
する。モータ駆動装置35は、図2に示すようにFET
(Field-Effect Transistor)81U,82Uの直列回路
と、FET81V,82Vの直列回路と、FET81
W,82Wの直列回路とを並列に接続して構成されてい
る。各直列回路には、車両に搭載されたバッテリの電圧
よりも昇圧された電圧が印加されている。そして、FE
T81U,82U間の接続点83Uがモータ6のU相巻
線に接続され、FET81V,82V間の接続点83V
がモータ6のV相巻線に接続され、FET81W,82
W間の接続点83Wがモータ6のW相巻線に接続されて
いる。
2V及びFET81W,82Wには、それぞれPWM制
御部62からPWM制御信号UU,VU,WU(各相のPWM
制御信号にはPWM波信号及びモータ6の回転方向を表
す信号を含む)が入力される。
U,VU,WUに対応した3相の励磁電流を発生して、3相
の励磁電流路を介してモータ6にそれぞれ供給する。3
相の励磁電流路のうちの2つには電流センサ71,72
が設けられ、各電流センサ71,72は、モータ6に対
する3相の励磁電流Iu,Iv,Iwのうちの2つの励磁
電流Iu,Ivを検出して図3に示す3相/2相座標変換
部73に出力する。
算器74にて励磁電流Iu,Ivに基づいて計算された励
磁電流Iwが入力される。3相/2相座標変換部73
は、これらの励磁電流Iu,Iv,Iwを2相のd軸検出
電流Id及びq軸検出電流Iqに変換し、減算器55,5
6、非干渉制御補正値演算部63に入力する。
信号及び零相パルス列信号は、所定のサンプリング周期
で電気角変換部64に連続的に供給されている。電気角
変換部64は、前記各パルス列信号に基づいてモータ6
における回転子の固定子に対する電気角θを演算し、演
算された電気角θを角速度変換部65に入力する。角速
度変換部65は、電気角θを微分して回転子の固定子に
対する角速度ωを演算する。角速度ωは、正により回転
子の正方向の回転を表し、負により回転子の負方向の回
転を表している。
00及び同昇圧回路100を制御する昇圧回路制御装置
について説明する。本実施形態では、昇圧回路制御装置
は、前記CPU21が兼用している。昇圧回路100は
昇圧手段に相当する。
バッテリ(以下、バッテリBという)とモータ駆動装置
35間の電流供給回路に設けられている。本実施形態の
昇圧回路100においては、印加点P1と電圧印加点P
2間に、昇圧用コイル(以下、単にコイルLという)
と、第2トランジスタQ2が接続されている。前記第2
トランジスタQ2は、ソースがコイルLの出力端子に接
続され、ドレインが電圧印加点P2に接続されている。
又、第2トランジスタQ2のゲートは制御装置20のC
PU21に接続されている。D2は第2トランジスタQ
2の寄生ダイオードである。
を介して接地されている。印加点P1は、直流電源の出
力端子に相当する。電圧印加点P2は昇圧用のコンデン
サC2を介して接地されている。
2の出力端子となるドレインに接続されている。コンデ
ンサC2は、昇圧用コイルによる昇圧電圧を充電する昇
圧用コンデンサに相当する。
ルLの出力端子と第2トランジスタQ2の接続点に接続
され、ソースが接地されている。又、第1トランジスタ
Q1のゲートは昇圧回路制御装置101のCPU21に
接続されている。D1は第1トランジスタQ1の寄生ダ
イオードである。電圧印加点P2の電圧検出のために、
電圧印加点P2は制御装置20のCPU21の図示しな
い電圧入力ポートに接続され、出力電圧VBPIGを実測値
として検出可能にされている。
ジスタQ2はnチャンネル形のMOSFETからなる。
第1トランジスタQ1は第1スイッチング素子を構成
し、第2トランジスタQ2は第2スイッチング素子に相
当する。
U21について説明する。図5は、CPU21の機能ブ
ロック図を示している。すなわち、CPU21内部にお
いて、プログラムで実行される機能を示す制御ブロック
図である。
は、独立したハードウエアを示すものではなく、CPU
21で実行される機能を示す。CPU21は昇圧制御手
段及び負荷状態判定手段を構成する。
部120、PWM演算部130、A/D変換部150を
備えている。演算器110は、ROM22に予め格納さ
れている目標出力電圧VBPIG*(本実施形態では20
V)と、A/D変換部150を介して入力したVBPIGと
の偏差を算出し、PID制御部120にその偏差を供給
する。
べく、すなわち、フィードバック制御を行うために、比
例(P)・積分(I)・微分(D)処理を施して、第1
トランジスタQ1,第2トランジスタQ2の制御量を演
算する回路である。PID制御部120にて演算された
制御量は、さらにPWM演算部130によって制御量に
対応するデューティ比αが演算されてデューティ比駆動
信号(PWM駆動信号)に変換され、該変換されたデュ
ーティ比駆動信号が昇圧回路100の各トランジスタに
印加される。
ューティ比駆動信号を、第1トランジスタQ1と第2ト
ランジスタQ2に対して印加して交互にオンオフ制御す
る同期整流方式(図6(a)参照)、又は第1トランジ
スタQ1のみに印加してPWM駆動する非同期整流方式
にて行われる(図6(b)参照)。
荷のとき及び回生時に行われ、非同期整流方式は、力行
時のモータ6の低負荷のときに行われる。なお、低負荷
は、本明細書では負荷が印加されない無負荷の場合も含
む趣旨である。
するパルス信号(デューティ比駆動信号)を示してお
り、Tαはオン時間、Tはパルス周期、αは第1トラン
ジスタQ1に係るデューティ比(オンデューティ)であ
る。なお、第2トランジスタQ2に係るデューティ比は
(1−|α|)となる。
行状態、「−」のときは回生状態である。第1実施形態
では、力行状態でのデューティ比αは、0≦α≦α0<
1としている。α0は制限値であり、PWM演算部13
0にてデューティ比αを算出した結果が、α0を超える
場合には、デューティ比αとして、α0が決定される。
|≦1としている。なお、第1実施形態を始めとして、
他の実施形態において、第2トランジスタQ2が第1ト
ランジスタQ1と交互にオンオフする場合、第2トラン
ジスタQ2のデューティ比については(1−|α|)に
て算出できるため、特に断らない限り説明を省略する。
1トランジスタQ1がオンのときは、オフとし、第1ト
ランジスタQ1がオフのときには、オンするパルス信号
(デューティ比駆動信号)が印加される。
PU21が実行する力行時に実行される制御プログラム
のフローチャートであり、デューティ比αが「+」のと
きに所定の制御周期で実行される。
読込む。なお、閾値τ0は、予めROM22に格納され
ている。S20においては、操舵トルクτと閾値τ0と
の大小関係を判定する。すなわち、モータ6が低負荷状
態か、或いは高負荷状態かを判定する。操舵トルクτ
が、閾値τ0以下の場合には、モータ6が低負荷である
として、S40に移行し、操舵トルクτが閾値τ0を越
えている場合には、モータ6が高負荷であるとして、S
30に移行する。
は第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2をPW
M駆動する。すなわち、図6(a)に示す駆動パターン
のデューティ比駆動信号により、第1トランジスタQ
1,第2トランジスタQ2を交互にオンオフ駆動する。
は、昇圧回路100では前記デューティ比駆動信号によ
るデューティ制御により、第1トランジスタQ1がスイ
ッチング動作を行なう。この結果、コイルLでエネルギ
ーの蓄積と放出とが繰り返され、第2トランジスタQ2
のドレイン側に放出の際、高電圧が現れる。すなわち、
第1トランジスタQ1がオンして、第2トランジスタQ
2がオフすると、第1トランジスタQ1を介して接地側
に電流が流れる。次に第1トランジスタQ1がオフとな
ると、コイルLに流れる電流が遮断される。コイルL1
に流れる電流が遮断されると、この電流の遮断による磁
束の変化を妨げるように、オン作動している第2トラン
ジスタQ2のドレイン側に高電圧が発生する。この繰り
返しによって、第2トランジスタQ2のドレイン側に高
電圧が繰り返し発生し、コンデンサC2で平滑(充電)
され、出力電圧VBPIG として電圧印加点P2に生じ
る。
れる電圧はCPU21から出力されるデューティ比駆動
信号のデューティ比αと関連する。デューティ比αが大
きければ出力電圧VBPIGは高くなり、デューティ比αが
小さければ出力電圧VBPIGは低くなる。
を終了する。S40では、カウンタCを1つインクリメ
ントし、S50でカウンタCの値が所定時間C0を経過
したか否かを判定する。カウンタCの値が所定時間C0
を経過していない場合には、S30で同期整流を行う。
経過している場合には、S60に移行する。S60に移
行すると、CPU21は、非同期整流にて、第1トラン
ジスタQ1のみをPWM駆動した後、S70で、カウン
タCの値を0にリセットした後、一旦このフローチャー
トを終了する。
は、昇圧回路100の熱発生抑制モードに相当する。非
同期整流では、第2トランジスタQ2を常時オフとし、
第1トランジスタQ1のみを前記デューティ比駆動信号
にてPWM駆動する。この非同期整流の場合、コンデン
サC2が充電されて、電圧印加点P2の電圧が目標出力
電圧VBPIG*に達していると、実際には、第1トランジ
スタQ1のデューティ比(オンデューティ)は0に近い
ものとなる。
め、コンデンサC2からのモータ6に供給される放電電
流が少なく、特に無負荷の場合には、放電電流が流れる
ことはない。
すように、フィードバック制御を行っているため、一
旦、電圧印加点P2の電圧が目標出力電圧VBPIG*に達
してしまうと、昇圧のためのデューティ比(オンデュー
ティ)が0に近くなるためである。なお、デューティ比
(オンデューティ)が0に近くなるとは、コンデンサC
2には漏れ電流が生じて、実際には、少しずつ電荷が抜
け、その分に見合うだけのフィードバック制御が行われ
て完全にデューティ比が0となることはないためであ
る。
流方式だけで、第1トランジスタQ1及び第2トランジ
スタQ2をオンオフ駆動すると、モータ6が低負荷の場
合、モータ6が駆動されず、コンデンサC2の放電電流
が消費されない。すなわち、この状態で、コンデンサC
2に充電された電荷は、第2トランジスタQ2がオンさ
れると、コイルLを介してバッテリBに返してしまうこ
とになる。このとき、第2トランジスタQ2のオンオフ
によるスイッチングロスと、コイルLの発熱が生ずる。
このように、第2トランジスタQ2のスイッチングロス
の発生及びコイルLの発熱により、昇圧回路100が発
熱してしまい、大変効率が悪くなる。
低負荷時、非同期整流で、第2トランジスタQ2を全オ
フし、かつ、第1トランジスタQ1をPWM駆動する
と、第2トランジスタQ2のオンオフによるスイッチン
グロスが解消されるとともに、コイルLへは、コンデン
サC2から電荷がコイルLに流れることがない。このた
め、第2トランジスタQ2のスイッチングロス及びコイ
ルLの発熱がなくなり、昇圧回路100の温度上昇を抑
制することができる。
整流だけで、第1トランジスタQ1のみをPWM駆動で
オンオフ駆動する場合、第2トランジスタQ2の寄生ダ
イオードD2を介して電圧印加点P2側へ電流を供給す
る形になる。この場合、モータ6の高負荷時において
は、電圧印加点P2側への電流値が大きくなり、第2ト
ランジスタQ2(寄生ダイオードD2)での損失(発
熱)が大きくなり、好ましくない。
は、同期整流方式でCPU21は第1トランジスタQ
1、第2トランジスタQ2をPWM駆動する。このと
き、モータ6からの回生電流により出力電圧VBPIGが上
昇するが、第2トランジスタQ2がデューティ制御によ
りオン作動している。このため、第2トランジスタQ2
を介してバッテリBに回生電流が流れて吸収される。
がある。 (1) 第1実施形態の電動パワーステアリング装置
は、q軸指令電流Iq*(電動機制御値)に基づいてモー
タ6(電動機)を駆動するモータ駆動装置35(電動機
駆動手段)を備えている。
リB(直流電源)とモータ駆動装置35間に設けられ、
バッテリ電圧(電源電圧)を昇圧する昇圧回路100
(昇圧手段)と、デューティ比駆動信号(PWM駆動信
号)を生成出力するCPU21(昇圧制御手段)を備え
ている。
コイル)、第2トランジスタQ2(第2スイッチング素
子)、第1トランジスタQ1(第1スイッチング素
子)、コンデンサC2(昇圧コンデンサ)とを備えてい
る。そして、昇圧回路100は第1トランジスタQ1を
PWM駆動信号によりオン、オフすることにより、バッ
テリBから昇圧用コイルに供給される電流を制御し、コ
ンデンサC2に昇圧電圧を充電するようにした。
制御手段)は、モータ6の負荷状態を判定し、モータ6
が、高負荷のときは、第1トランジスタQ1、第2トラ
ンジスタQ2を同期整流した。又、モータ6が、低負荷
のときは、低負荷状態が所定時間C0継続したときに、
第1トランジスタQ1のみをPWM制御して非同期整流
した。
繰り返し、操舵した場合、ステアリングホイール1を切
返す瞬間にもモータ6の一瞬停止し、CPU21は低負
荷であると判定する。しかし、低負荷状態が所定時間C
0継続しないと、非同期整流に移行しないため、すなわ
ち、所定時間C0内は同期整流となるため、非同期整流
・同期整流を、繰り返すことはない。このため、操舵フ
ィーリングが悪化することはない。
行上、最も多い直線走行では、非同期整流によるPWM
駆動を行うため、昇圧回路100の発熱を抑制すること
ができる。
は、高負荷時に比して昇圧回路100の発熱の抑制がで
きる。 (2) 第1実施形態では、操舵トルクτを検出するト
ルクセンサ4(操舵トルク検出手段)を備えた。そし
て、CPU21(負荷状態判定手段)は、トルクセンサ
4が検出した操舵トルクτが閾値τ0以下のときは、モ
ータ6の負荷状態が低負荷であると判定し、操舵トルク
τが閾値τ0を越えたときはモータ6の負荷状態が高負
荷であると判定するようにした。
り、モータ6が低負荷か高負荷の判定を容易にできる。 (第2実施形態)次に、第2実施形態を図8を参照して
説明する。
判定するパラメータとして、操舵トルクτとしたが、第
2実施形態ではモータ6の負荷状態を判定するパラメー
タとして、モータ6のモータ回転数nを使用していると
ころが異なる。
30は、モータ6の回転位置を検出する回転位置センサ
を兼用し、CPU21は、昇圧制御手段、負荷状態判定
手段、及び電動機回転数推定手段に相当する。
される制御プログラムのフローチャートであり、デュー
ティ比αが「+」のときに所定の制御周期で実行され
る。第2実施形態では、第1実施形態のS10,S20
の代わりにそれぞれS10A,S20Aが実行される。
サ30からの検出信号に基づいて、公知の演算式を使用
してモータ回転数nを算出する。S20Aでは、モータ
回転数nと予めROM22に格納した回転数閾値n0と
の大小関係、すなわち、モータ6が低負荷状態か、或い
は高負荷状態かを判定する。モータ回転数nが回転数閾
値n0以下の場合には、モータ6が低負荷であるとし
て、S40に移行し、モータ回転数nが回転数閾値n0
よりも大きい場合には、モータ6が高負荷であるとし
て、S30に移行する。
他、以下のような特徴がある。 (1) 第2実施形態では、CPU21はモータ6の回
転数を推定する電動機回転数推定手段としている。そし
て、CPU21(負荷状態判定手段)は、推定したモー
タ6の回転数(モータ回転数n)が回転数閾値n0以下
のときは、モータ6の負荷状態が低負荷であると判定
し、モータ回転数nが回転数閾値n0を越えるときは、
モータ6の負荷状態が高負荷であると判定するようにし
た。
0とにより、モータ6が低負荷か高負荷の判定を容易に
できる。第2実施形態の構成を下記のように変更しても
よい。
ータを使用したが、ブラシレスモータの代わりにブラシ
付モータ(以下、この項において、単にモータという)
に変更してもよい。この場合においても、図8のフロー
チャートを実行するものとする。
モータ回転数nを演算(推定)する。なお、モータのモ
ータ電流を検出するために、モータにはモータ電流検出
回路(図示しない)及びモータ端子間電圧を検出するた
めのモータ端子電圧検出回路(図示しない)が設けられ
ている。
nを算出するため、まず、前記モータ電流検出回路(図
示しない)によって検出されるモータ電流の平均値(モ
ータ電流平均値Ia)と、モータ端子電圧検出回路によ
って検出される端子間電圧の平均値(端子間電圧平均値
Va)とを求める。求めたモータ電流平均値Ia及び端
子間電圧平均値Vaから、式(1)に従ってモータの内
部抵抗の瞬時値(モータ内部抵抗瞬時値R)を算出す
る。
の内部抵抗値Riを求め、この内部抵抗値Ri、モータ
電流平均値Iaと端子間電圧平均値Vaに基づいて式
(2)を使用してモータの逆起電圧Vcを求める。
圧Vcに対する回転数の比であるモータ発電定数Kを乗
算し、モータ回転数nを算出する。
符号に対応した符号を有する。なお、モータ回転数nに
はモータの右方向回転に対しては正の値をとり、モータ
の左方向回転に対しては負の値をとる。すなわち、モー
タ回転数nは、モータの回転方向成分を含む回転速度で
ある。
にて、大小関係を判定する。
CPU21は、昇圧制御手段、負荷状態判定手段、及び
電動機回転数推定手段に相当する。
ンドル)の回転数を検出するハンドル回転数センサを設
け、このハンドル回転数センサが検出したハンドル回転
数に基づいて、CPU21はモータ回転数nを算出(推
定)するようにしてもよい。ハンドル回転数とモータ回
転数nとは比例関係にあるため、これでもよい。
制御手段、負荷状態判定手段、及び電動機回転数推定手
段に相当する。 (第3実施形態)次に、第3実施形態を図9を参照して
説明する。
判定するパラメータとして、操舵トルクτとしたが、第
3実施形態ではモータ6の負荷状態を判定するパラメー
タとして、アシスト指令電流、すなわちq軸指令電流I
q*(電動機制御値)を使用しているところが異なる。
21は、昇圧制御手段、負荷状態判定手段に相当する。
図9はCPU21が実行する力行時に実行される制御プ
ログラムのフローチャートであり、デューティ比αが
「+」のときに所定の制御周期で実行される。
0,S20の代わりにそれぞれS10B,S20Bが実
行される。S10Bでは、CPU21は、q軸指令電流
Iq*(電動機制御値)を読込む。
ROM22に格納した指令値閾値Iq*sとの大小関係、
すなわち、モータ6が低負荷状態か、或いは高負荷状態
かを判定する。
Iq*s以下の場合には、モータ6が低負荷であるとし
て、S40に移行し、q軸指令電流Iq*が、それぞれ指
令値閾値Iq*sよりも大きい場合には、モータ6が高負
荷であるとして、S30に移行する。
他、以下のような特徴がある。 (1) 第3実施形態では、CPU21(負荷状態判定
手段)は、q軸指令電流Iq*(電動機制御値)に基づい
て、モータ6の負荷状態が低負荷か高負荷であると判定
するようにした。
M22に格納した指令値閾値Iq*sとの大小関係によ
り、モータ6が低負荷状態か、或いは高負荷状態かを判
定するようにした。
M22に格納した指令値閾値Iq*sとにより、モータ6
が低負荷か高負荷の判定を容易にできる。第3実施形態
の構成を下記のように変更してもよい。 ○ 第3実施形態では、q軸指令電流Iq*(電動機制御
値)に基づいて、モータ6の負荷状態が低負荷か高負荷
であると判定するようにした。これに代えて、q軸検出
電流Iqと、予めROM22に格納した閾値との大小関
係に基づいてモータ6の負荷を判定するようにしてもよ
い。
検出電流Iqが越えていれば、モータ6が高負荷状態で
あると判定し、q軸検出電流Iqが閾値以下であれば、
モータ6が低負荷状態であると判定するようにする。
実電流を検出する実電流検出手段に相当する。前記q軸
検出電流Iqは、モータ6に流れる実電流の検出値に相
当する。
荷状態判定手段に相当する。 (第4実施形態)次に第4実施形態を図10を参照して
説明する。
フローチャートにおいて、S30、S60の代わりに、
S30A、S60Aが実行されるところが異なり、他の
構成は同一となっている。
りも大きいと、モータ6が高負荷であると判定されてい
るため、第1トランジスタQ1,第2トランジスタQ2
をPWM駆動信号のキャリア周期を高周期で同期整流す
る。
0以下であると、モータ6が低負荷であると判定されて
いるため、PWM駆動信号のキャリア周期を低周期にし
て第1トランジスタQ1のみを非同期整流する。
低負荷の場合、PWM駆動信号のキャリア周期を低周期
にしているため、スイッチングロスが少なくなり、スイ
ッチングロスによるトランジスタの発熱が少なくなり、
昇圧回路100の発熱を抑制できる。
場合、第1トランジスタQ1,第2トランジスタQ2を
高周期で同期整流しているため、各トランジスタのオン
オフ時のリップル電圧を小さくできる。
流すると、モータ6は高負荷状態、すなわち、操舵トル
クτが出ている状態であるため、リップル電圧が抑制さ
れているほど、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
無負荷の場合は、モータ6は電力消費がないため、PW
M駆動信号のキャリア周期を長くし(低周期)て、両ト
ランジスタを同期整流している。すなわち、この場合、
操舵トルクτが出ていない状態(操舵していない状態)
であり、このため、操舵フィーリングに影響が出ること
はない。
状態判定手段に相当する。従って、第4実施形態では、
第1実施形態の(1)の効果の他、下記の特徴がある。
(昇圧制御手段)は、モータ6が高負荷のときは、PW
M駆動信号のキャリア周期を高周期にして第1トランジ
スタQ1,第2トランジスタQ2の両トランジスタ(両
スイッチング素子)を同期整流するようにした。又、C
PU21は、モータ6が低負荷のときは、低負荷状態が
所定時間継続したときに、PWM駆動信号のキャリア周
期を低周期にして第1トランジスタQ1,第2トランジ
スタQ2の両トランジスタを同期整流するようにした。
イッチングロスによるトランジスタの発熱が少なくな
り、昇圧回路100の発熱を抑制できる。又、モータ6
は高負荷状態では、PWM駆動信号のキャリア周期を高
周期で両トランジスタを同期整流しているため、リップ
ル電圧が抑制され、操舵フィーリングの悪化を防止でき
る。
してもよい。 (A) 第4実施形態のフローチャートのうち、S1
0、S20を第2実施形態のS10A、S20Aにそれ
ぞれ変更すること。その結果、第2実施形態の上記
(1)の効果を奏する。
うち、S10、S20を第3実施形態のS10B、S2
0Bにそれぞれ変更すること。その結果、第3実施形態
の上記(1)の効果を奏する。
更してもよい。 ○ 前記各実施形態では、操舵トルクτと、車速Vとを
使用した実施形態に代えて、操舵トルクτのみで、電動
機制御値を決定するようにしてもよい。
項5の発明は、ステアリングの切返し操舵による操舵フ
ィーリングの悪化を防止することができ、又、通常走行
上、最も多い直線走行では、非同期整流によるPWM駆
動にて行うため、昇圧回路の発熱を抑制できる効果を奏
する。
ステアリング装置の概略図。
ックダイヤグラム。
グラム。
ジスタのPWM駆動信号の波形図、(b)は、非同期整
流方式の場合における両トランジスタのPWM駆動信号
等の波形図。
グラムのフローチャート。
グラムのフローチャート。
グラムのフローチャート。
ログラムのフローチャート。
路の電気回路図。
図。
電動機回転数推定手段) 35…モータ駆動装置(電動機駆動手段) 100…昇圧回路(昇圧手段) B…バッテリ(直流電源) L…コイル(昇圧用コイル) C2…コンデンサ(昇圧用コンデンサ) Q1…第1トランジスタ(第1スイッチング素子) Q2…第2トランジスタ(第2スイッチング素子)
Claims (5)
- 【請求項1】 電動機制御値に基づいて電動機を駆動す
る電動機駆動手段と、直流電源と前記電動機駆動手段間
に設けられ、電源電圧を昇圧する昇圧手段と、PWM駆
動信号を生成出力する昇圧制御手段とを備え、前記昇圧
手段は、直流電源の出力端子に接続された昇圧用コイル
と、同昇圧用コイルの出力端子に対して共に接続された
第1スイッチング素子と第2スイッチング素子と、前記
第2スイッチング素子の出力端子に接続された昇圧用コ
ンデンサとを備え、前記両スイッチング素子の内少なく
とも前記第1スイッチング素子を前記PWM駆動するこ
とにより、前記直流電源から昇圧用コイルに供給される
電流を制御し、前記昇圧用コンデンサに昇圧電圧を充電
する電動パワーステアリング装置において、 電動機の負荷状態を判定する負荷状態判定手段を設け、 前記昇圧制御手段は、前記負荷状態判定手段の判定結果
により電動機が高負荷のときは、前記両スイッチング素
子を同期整流し、低負荷のときは、低負荷状態が所定時
間継続したときに第1スイッチング素子のみをPWM制
御して非同期整流することを特徴とする電動パワーステ
アリング装置。 - 【請求項2】 前記昇圧制御手段は、高負荷のときは、
PWM駆動信号のキャリア周期を高周期にして前記両ス
イッチング素子を同期整流し、低負荷のときは、低負荷
状態が所定時間継続したときに前記両スイッチング素子
の内、第1スイッチング素子のみを、PWM駆動信号の
キャリア周期を低周期にして非同期整流することを特徴
とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 【請求項3】 操舵トルクを検出する操舵トルク検出手
段を備え、 前記負荷状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段が検
出した操舵トルクが小のときは、電動機の負荷状態が低
負荷であると判定し、操舵トルクが大のときは電動機の
負荷状態が高負荷であると判定することを特徴とする請
求項1及び請求項2に記載の電動パワーステアリング装
置。 - 【請求項4】 前記電動機の回転数を推定する電動機回
転数推定手段を備え、 前記負荷状態判定手段は、前記電動機回転数推定手段が
推定した回転数が小のときは、電動機の負荷状態が低負
荷であると判定し、回転数が大のときは、電動機の負荷
状態が高負荷であると判定することを特徴とする請求項
1及び請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 【請求項5】 前記負荷状態判定手段は、前記電動機制
御値、又は、電動機に流れる実電流の検出値に基づいて
電動機の負荷状態を判定することを特徴とする請求項1
及び請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
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