JP3989400B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、自動車のステアリング装置において、モータの動力をステアリング系に付与して、運転者の操舵力負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置は、モータを動力源とする操舵力倍力装置や、マイクロコンピュータユニットおよびモータ駆動装置等からなる制御装置を備え、ステアリングハンドルに付与される操舵力、車速等を検出し、これらの検出信号に基づいて制御装置によってモータをＰＷＭ駆動することにより、補助トルクを発生させ、ハンドル操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
モータを駆動するモータ駆動回路はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）ブリッジ回路および、ＦＥＴのゲートに駆動信号電圧を印加するブリッジ駆動回路（プリドライブ回路）からなり、マイクロコンピュータが出力するＰＷＭ駆動信号に基づき、モータを駆動制御している。
【０００４】
ＦＥＴブリッジ回路の高電位側ＦＥＴのドレインは電源に、低電位側ＦＥＴのソースはグランドに接続されており、高電位側ＦＥＴのソースと低電位側ＦＥＴのドレインを接続し、ここを出力端子としてモータが接続され、高電位側ＦＥＴを昇圧回路を介して駆動することにより、滑らかな操舵フィールを得ている。このような電動パワーステアリング装置は、特許文献１等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８６４４７４号
【０００６】
図９は、モータ駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御部の回路図である。図９において、インターフェース回路１２３は、操舵トルク検出部１０６によって得られる操舵トルク信号Ｔと車速検出部１０７からの車速信号ｖとエンジン回転検出部１２４からのエンジン回転信号ｒのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備え、入力されたそれらのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１２２に入力する。
【０００７】
インターフェース回路１２５は、モータ電流検出部１１８，１１９によって検出される駆動電流Ｉｕ，Ｉｗをデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１２２に入力する。インターフェース回路１２６は、ＲＤコンバータ１２７からの励磁電流をレゾルバ１０２に送り、レゾルバ１０２からの出力信号をＲＤコンバータ１２７に送る。ＲＤコンバータ１２７は、レゾルバ１０２からの出力信号から角度信号を出力し、マイクロコンピュータ１２２に送る。モータ駆動回路１１６は、プリドライブ回路１２８と、６つのパワーＦＥＴを備えたインバータ回路からなる。また、プリドライブ回路１２８と電源１２９の電圧を昇圧する昇圧回路１３０によってブリッジ駆動回路を構成している。例えば、この昇圧回路１３０によって、１２Ｖの電源電圧を２倍の２４Ｖの電圧に昇圧して高電位側のＦＥＴに駆動信号を供給している。
【０００８】
マイクロコンピュータ１２２には、水晶発振子１３１とコンデンサ１３２，１３３が外付けで接続されており、マイクロコンピュータ１２２では、水晶発振子１３１の発振周波数が分周され、ブラシレスモータ１０１を駆動するためのＰＷＭ信号の周波数（ＰＷＭ周波数）ｆＰＷＭが生成される。
【０００９】
ＲＤコンバータ１２７にも、水晶発振子１３１とコンデンサ１３２，１３３が接続されており、ＲＤコンバータ１２７でも、水晶発振子１３１の発振周波数が分周され、ＶＲレゾルバ１０２の励磁信号の周波数（励磁周波数）ｆＲＥＳが生成される。
【００１０】
上記のようなモータ制御部１００では、モータ駆動回路１１６中のプリドライブ回路１２８において、高電位側ＦＥＴを昇圧回路１３０を介して駆動することにより、滑らかな操舵フィールを得ている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリ（電源）１２９が劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータ１０１が駆動され、バッテリ１２９から電流が持ち出されると車両の電源電圧が急激に低下する。このような場合、電源１２９からの電圧が低下しているために、昇圧回路１３０で昇圧された電圧も低くなってしまう。そのため、プリドライブ回路１２８から出力されるＦＥＴのゲート駆動信号の電圧も低下するので、ＦＥＴのオン抵抗が高くなり、モータを駆動する電圧が変動してしまう。それにより、モータ出力が変動し操舵フィーリングが低下する。さらに、ＦＥＴのオン抵抗が高くなると通電電流によりＦＥＴ自体が発熱し高温となるため、さらにオン抵抗が高くなり、滑らかな操舵フィーリングが得られなくなる。
【００１２】
この様子を図１０〜図１３を用いて説明する。図１０は、バッテリ（電源）の端子電圧とバッテリの放電電流との関係を示すグラフである。横軸はバッテリの放電電流を示し、縦軸はバッテリの端子電圧を示す。また、曲線Ａ１はバッテリが劣化していない初期状態のバッテリでの端子電圧と放電電流の関係を示し、放電電流が増加するにしたがって、端子電圧は減少することが分かる。この関係から、車両中の他の装置が駆動され、放電電流が増加すると、端子電圧は減少する。例えば、１２Ｖの電源を用いている場合、通常は、１０〜１２Ｖの範囲で変動している。ところが、車両中の他の装置の駆動により、急激な電圧降下が起こった場合には８Ｖ程度にまで低下することがある。また、曲線Ａ２は、バッテリが劣化したときの端子電圧と放電電流の関係を示すグラフである。劣化状態では、初期状態より、端子電圧が減少していることが分かる。これにより、バッテリが劣化したときは、初期状態より、さらに、端子電圧が放電電流の増加で減少することが分かる。
【００１３】
図１１は、ブリッジ回路に用いられるＦＥＴの構成図である。図１１において、ＦＥＴは、ソース端子Ｓ、ドレイン端子Ｄ、ゲート端子Ｇを備えている。そして、ソース端子−ドレイン端子間の電圧をＶＤＳ、ゲート−ソース端子間の電圧（ゲート電圧）をＶＧＳと表す。
【００１４】
図１２は、ＦＥＴの電流電圧特性を示す。横軸はソース−ドレイン端子電圧ＶＤＳを示し、縦軸は、ドレイン電流ＩＤを示す。曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６は、それぞれゲート電圧ＶＧＳが１０Ｖ，９Ｖ，８Ｖ，７Ｖ，６Ｖ，５Ｖのときの電流電圧特性を示す。ゲート電圧ＶＧＳが減少するにしたがって電流電圧特性の勾配は減少し、すなわち、端子間抵抗（オン抵抗）が増加する。また、ゲート電圧ＶＧＳが減少するにしたがって、ドレイン電流ＩＤは減少する。また、ゲート電圧ＶＧＳが５Ｖでは、ソース−ドレイン電圧ＶＤＳを増加してもモータ駆動に必要な電流８０Ａには達しないことが分かる。
【００１５】
図１２から分かるように、モータ駆動に必要な８０Ａの電流を得るには、ゲート電圧ＶＧＳが６Ｖ以上必要であることが分かる。また、ゲート電圧ＶＧＳが１０Ｖの場合、ＶＤＳは０．６Ｖである。また、ＶＧＳが６Ｖの場合、ＶＤＳが１．５Ｖとなりモータの駆動電圧は低下し、操舵フィールが低下する。それゆえ、通常、電源電圧を昇圧回路によって昇圧し、十分高い電圧を持つゲート駆動信号によってＦＥＴを動作させている。
【００１６】
図１３は、ＦＥＴのオン抵抗の温度依存性のグラフである。横軸は、温度であり、縦軸はオン抵抗を示す。オン抵抗は、温度の増加に従って増加することが分かる。
【００１７】
図１０〜図１３を見て分かるように、ゲート電圧が低いとＦＥＴのオン抵抗が増加し、一定電流を流そうと制御すると、（Ｑ＝Ｉ２Ｒｔより）ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。それによって、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバックでモータ電流を一定に保とうとするために、減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするために、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ出力は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。それにより、操舵フィールが低下してしまう。
【００１８】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、車両の電源電圧が変動しても、モータ出力が変動せず補助操舵力が変動しない、滑らかな操舵フィールを備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００２２】
第１の電動パワーステアリング装置（請求項１に対応）は、操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置において、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子をスイッチングするプリドライブ回路と、プリドライブ回路に供給される電圧を昇圧する昇圧回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別に昇圧回路を介してプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設け、これによりブリッジ回路に供給される電圧よりも高い電圧をプリドライブ回路に供給することで特徴づけられる。
【００２３】
第１の電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子のうち高電位側の能動素子を昇圧回路を介してスイッチングするプリドライブ回路と、プリドライブ回路に供給される電圧を昇圧する昇圧回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別に昇圧回路を介してプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設け、これによりブリッジ回路に供給される電圧よりも高い電圧をプリドライブ回路に供給するため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリ（電源）が劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路（昇圧回路＋プリドライブ回路）には電源とは別の第２の電源より電力が供給されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く安定しており、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、さらに滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図４を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２の上端はステアリングホイール１１に連結され、下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２に対し動力伝達機構１８を介してブラシレスモータ１９が設けられている。ブラシレスモータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２に与える。またステアリング軸１２には操舵トルク検出部２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２に加えたとき、ステアリング軸１２に加わる当該操舵トルクを検出する。また、２０ｄは舵角を検出する舵角センサであり、２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと舵角センサ２０ｄから出力される舵角信号と車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を舵角に係る情報と車速に係る情報に基づいて、ブラシレスモータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。またブラシレスモータ１９には、レゾルバ等によって構成されるモータ回転角検出部２３が付設されている。モータ回転角検出部２３の回転角信号ＳＧ２は制御装置２２にフィードバックされている。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。
【００２７】
上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、舵角センサ２０ｄ、車速検出部２１、制御装置２２、ブラシレスモータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００２８】
上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２に付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、舵角センサ２０ｄは、舵角を検出し舵角信号を制御装置２２へ出力する。さらに、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、舵角信号および車速信号Ｖに基づいてブラシレスモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるブラシレスモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくブラシレスモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００２９】
図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。
【００３０】
図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ（電源）、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はブラシレスモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンド、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【００３１】
図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２の支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成と、ブラシレスモータ１９および制御装置２２のレイアウトとが明示される。
【００３２】
図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２は２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルト４４で固定されている。ステアリング軸１２の下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢された当て部材４７でピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、ブラシレスモータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ４９とステアリング軸１２に固定されたウォームホイール５０とによって形成される。操舵トルク検出部２０は、ステアリング軸１２の周りに配置される操舵トルク検出センサ２０ａから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部２０ｂとから構成されている。操舵トルク検出センサ２０ａはリッド４３に取り付けられている。
【００３３】
図４は図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図４ではブラシレスモータ１９および制御装置２２の内部の具体的構成が明示される。
【００３４】
ブラシレスモータ１９は、回転軸５１に固定された永久磁石により成る回転子５２と、回転子５２の周囲に配置された固定子５４とを備える。固定子５４は固定子巻線５３を備える。回転軸５１は、２つの軸受け部５５，５６によって回転自在に支持される。回転軸５１の先部はブラシレスモータ１９の出力軸１９ａとなっている。ブラシレスモータ１９の出力軸１９ａは、トルクリミッタ５７を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸４８に結合されている。伝動軸４８には前述の通りウォームギヤ４９が固定され、これに噛み合うウォームホイール５０が配置されている。回転軸５１の後端部には、ブラシレスモータ１９の回転子５２の回転角（回転位置）を検出する前述のモータ回転角検出部（位置検出部）２３が設けられる。モータ回転角検出部２３は、回転軸５１に固定された回転子２３ａと、この回転子２３ａの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子２３ｂとから構成される。モータ回転角検出部２３には例えばレゾルバが用いられる。固定子５４の固定子巻線５３にはモータ電流が供給される。以上のブラシレスモータ１９の構成要素は、モータケース５８の内部に配置される。
【００３５】
図５は、ブラシレスモータの回転を制御するためのモータ制御部を示すブロック構成図である。ブラシレスモータ１９には、ブラシレスモータ１９の回転角を検出するためのレゾルバ２３が取り付けられている。
【００３６】
ブラシレスモータ１９の回転角を制御するためのモータ制御部６０は、位相補正部６３、イナーシャ補正部６４およびダンパー補正部６５を備えている。
【００３７】
位相補正部６３は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔを車速検出部２１からの車速信号ｖに基づいて位相補正をして、補正操舵トルク信号Ｔ’を目標電流設定部６８に出力する。イナーシャ補正部６４は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔおよび車速検出部２１からの車速信号ｖと、回転角速度ωに対応する信号を微分処理部８１ｄで微分することにより得られた角加速度に対応する信号からイナーシャ補正をするためのイナーシャ補正信号ｄｉを生成し、そのイナーシャ補正信号ｄｉを加算演算部６９に出力する。ダンパー補正部６５は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔおよび車速検出部２１からの車速信号ｖと回転角速度ωに対応する信号からダンパー補正をするためのダンパー補正信号ｄｄを生成し、そのダンパー補正信号ｄｄを減算演算部７０に出力する。
【００３８】
目標電流設定部６８は、補正操舵トルク信号Ｔ’と車速信号ｖに基づいて、２相目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１を計算し出力する。目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１は、ブラシレスモータ１９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、永久磁石と同一方向のｄ軸およびこれに直交したｑ軸にそれぞれ対応するもので、これらの目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１をそれぞれ「ｄ軸目標電流」および「ｑ軸目標電流」という。
【００３９】
目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１には、加算演算部６９において、イナーシャ補正信号ｄｉが加算され、イナーシャ補正後目標電流Ｉｄ２，Ｉｑ２が出力される。イナーシャ補正後目標電流Ｉｄ２，Ｉｑ２は、減算演算部７０において、ダンパー補正信号ｄｄで減算され、ダンパー補正後目標電流Ｉｄ３，Ｉｑ３が出力される。このダンパー補正後目標電流Ｉｄ３，Ｉｑ３をそれぞれ「ｄ軸最終目標電流Ｉｄ＊」，「ｑ軸最終目標電流Ｉｑ＊」と呼ぶこととする。
【００４０】
それらのｄ軸およびｑ軸の最終目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は偏差演算部７１において、ｄ軸およびｑ軸の最終目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊からｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減算することにより偏差ＤＩｄ，ＤＩｑを計算して、ＰＩ設定部７２に出力する。
【００４１】
ＰＩ設定部７２は偏差ＤＩｄ，ＤＩｑを用いた演算の実行により、ｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑがｄ軸およびｑ軸の最終目標電流に追従するようにｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑをそれぞれ計算する。ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑは、非干渉化制御部７３および演算部７４により、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’に補正されてｄｑ−３相変換部７５に出力される。
【００４２】
上記において、図５では図示の便宜上１組の加算演算部６９と減算演算部７０と偏差演算部７１とＰＩ設定部７２と演算部７４が示されているが、実際上これらの回路要素の組は２つの目標電流Ｉｄ１，Ｉｄ２のそれぞれについて個別に設けられる。
【００４３】
非干渉化制御部７３は、ｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑおよび回転子の回転角速度ωに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑのための非干渉化制御補正値を計算する。
【００４４】
演算部７４は、ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑから非干渉化制御補正値をそれぞれ減算することにより、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’を算出して、ｄｑ−３相変換手段７５に出力する。
【００４５】
ｄｑ−３相変換手段７５は、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’を３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をモータ駆動部（モータ駆動回路）７６に出力する。
【００４６】
モータ駆動部７６は、ＰＷＭ電圧発生部（プリドライブ回路）とインバータ回路を含む。モータ駆動部７６は、モータ駆動部７６の中の図示しないＰＷＭ電圧発生部によって３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号（ゲート駆動信号）ＵＵ，ＶＵ，ＷＵを生成してモータ駆動部７６の中の図示しないインバータ回路に出力する。インバータ回路は、ＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＵに対応した３相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを発生し、これらを３相の駆動電流路７７を介してブラシレスモータ１９にそれぞれ供給する。３相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗはそれぞれブラシレスモータをＰＷＭ駆動するための正弦波電流である。
【００４７】
３相の駆動電流路７７のうちの２つにはモータ電流検出部７８，７９が設けられ、各モータ電流検出部７８，７９は、ブラシレスモータ１９に対し供給される３相の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの駆動電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相−ｄｑ変換部８０に出力する。この３相−ｄｑ変換部８０では、検出駆動電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて残りの駆動電流Ｉｖも計算される。３相−ｄｑ変換部８０は、これらの３相検出駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相のｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。
【００４８】
レゾルバ２３からの信号は、ＲＤ（レゾルバデジタル）変換部８１に連続的に供給されている。ＲＤ変換部８１は、ブラシレスモータ１９における回転子の固定子に対する角度（回転角）θを計算して、計算された角度θに対応する信号をｄｑ−３相変換部７５と３相−ｄｑ変換部８０に供給する。また、ＲＤ変換部８１は、ブラシレスモータ１９における回転子の固定子に対する回転角速度ωを計算して、計算された回転角速度ωに対応する信号をダンパー補正部６５と微分処理部８１ｄと非干渉化制御部７３に供給する。上記のレゾルバ２３とＲＤ変換部８１によってモータ回転角検出部２３Ａが形成される。
【００４９】
前述のモータ制御部６０の回路構成は、基本的には、図９において説明したものと同様であり、図６で示すように、１チップマイコンおよび周辺回路、第１の昇圧回路８２、第２の昇圧回路８３、プリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ、電流センサ、リレー、ＲＤコンバータ等により構成される。図６において、従来のモータ制御部で説明した要素と同一要素には同一符号を付している。各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ１２２により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。また、従来は、モータ制御部においてプリドライブ回路１２８に接続した１つの昇圧回路によって、電源電圧を昇圧してゲート駆動信号を送っていたが、本実施形態においては、モータ駆動回路１１６は複数（６つ）の能動素子（ＦＥＴ）９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃ，９５Ｄ，９５Ｅ，９５Ｆによって構成されたブリッジ回路９５と能動素子（ＦＥＴ）９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃ，９５Ｄ，９５Ｅ，９５Ｆをスイッチングするプリドライブ回路１２８と電源１２９の電圧（電源電圧）を昇圧する第２の昇圧回路８３と第２の昇圧回路８３で昇圧された電圧をさらに昇圧する第１の昇圧回路８２を備え、プリドライブ回路１２８には、第２の昇圧回路８３によって昇圧された電源電圧をさらに第１の昇圧回路８２で昇圧された電圧が供給されるように接続されている。
【００５０】
図６において、図９の従来のモータ制御部で説明した要素の符号と同一符号を付している要素については説明を省略する。
【００５１】
図７は、第１の昇圧回路８２の一例を示す。また、第２の昇圧回路８３は、第１の昇圧回路８２と同様な回路を用いる。昇圧回路８２，８３は、スイッチング素子ＳＴとコイルＬとダイオードＤとコンデンサＣから構成される（参考文献：パワーエレクトロニクス回路、電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編、株式会社オーム社発行、平成１２年１１月３０日第１版発行）。スイッチング素子ＳＴがオンのときに、コイルＬにエネルギーを蓄積させ、スイッチング素子がオフのときに蓄積エネルギーならびに電源からのエネルギーを負荷に供給する。Ｌが十分大きく、Ｌを流れる電流は一定値であると考えると、ＳＴがオンのときＬに蓄えられるエネルギーは、ＳＴがオンしている時間をｔＯＮとすれば、Ｅ１Ｉ１ｔＯＮとなる。次に、ＳＴがオフになると負荷に放出されるエネルギーは、Ｃが十分大きく出力電圧が一定であると考え、ＳＴのオフしている時間をｔＯＦＦとすれば、（Ｅ２−Ｅ１）Ｉ１ｔＯＦＦとなる。定常状態ではこの両者が等しいので、
【００５２】
【数１】
Ｅ１Ｉ１ｔＯＮ＝（Ｅ２−Ｅ１）Ｉ１ｔＯＦＦ （１）
【００５３】
となるから、
【００５４】
【数２】
Ｅ２＝（（ｔＯＮ＋ｔＯＦＦ）／ｔＯＦＦ）Ｅ１＝（Ｔ／ｔＯＦＦ）Ｅ１ （２）
【００５５】
が得られる。式（２）においてＴ／ｔＯＦＦが１より大きいから、出力電圧は入力電圧よりも大きくなる。こうして、入力電圧を昇圧することができる。
【００５６】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００５７】
図１〜図３において、ハンドルの操舵トルクを、操舵トルク検出部２０により検出し、操舵トルク検出部２０の出力する操舵トルク信号が、制御装置２２に出力される。制御装置２２においては、操舵トルク検出部２０の出力する操舵トルク信号および車速およびモータの回転等に基づき、モータのｑ軸目標電流およびｄ軸目標電流が演算される。
【００５８】
一方、図５で示したようにモータ電流検出部７８，７９により検出された相電流信号およびモータ回転検出部（レゾルバ）２３により検出された回転信号等に基づきｄ−ｑ変換を用いて、モータのｑ軸電流およびｄ軸電流が演算される。
【００５９】
次に、ｄ−ｑ変換後のモータのｑ軸電流およびｄ軸電流は、ｑ軸目標電流およびｄ軸目標電流と比較され、それぞれの偏差に基づきＰＩ制御・ｄｑ−３相変換を介してＰＷＭデューティーが演算される。演算されたＰＷＭデューティーに基づき、図６に示すようにＦＥＴブリッジ駆動回路８４（第１の昇圧回路８２＋プリドライブ回路１２８）を介してＰＷＭ信号（ゲート駆動信号）がＦＥＴのゲートに供給され、ブラシレスモータ１９の巻線に正弦波電流を通電しベクトル制御を行う。
【００６０】
高電位側のＦＥＴはブリッジ駆動回路８４内の第１の昇圧回路８２を介して駆動されている。さらに、ブリッジ駆動回路８４の電源には、車両の電源１２９が第２の昇圧回路８３を介して供給されている。第２の昇圧回路８３では、図７において説明したように、電源電圧が、昇圧され、例えば、２倍に昇圧されるように、回路素子が構成され、また、スイッチング素子ＳＴのスイッチングを設定してある。それにより、例えば電源電圧１２Ｖが、２４Ｖに昇圧され、第１の昇圧回路８２に入力される。また、第１の昇圧回路８２では、第２の昇圧回路８３と同様な構成により、入力電圧が２倍になるようにしてある。それにより、第１の昇圧回路８２からの出力電圧は、４８Ｖになり、この４８Ｖがプリドライブ回路１２８に供給されることになる。
【００６１】
図１２において、説明したように、ゲート電圧ＶＧＳに対するオン抵抗の変化は、ゲート電圧ＶＧＳが高くなるほど減少する。すなわち、ゲート電圧ＶＧＳが低い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの少しの変動でも、オン抵抗は大きく増加してしまう。ところが、ゲート電圧ＶＧＳが高い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、従来は、１２Ｖの電源電圧を１つの昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給していた。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下したとき、昇圧回路から出力される電圧も２４Ｖから１６Ｖに低下し、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧も低下する。このとき、ゲート駆動電圧が低いために、ＦＥＴのオン抵抗も２４Ｖの時よりも高くなる。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧２４ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が１６Ｖになってしまったときに、オン抵抗が増加するために目標電流を得るためには、デューティ比Ａよりも大きいデューティ比Ｂで駆動するようになる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。そのとき、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバック制御により減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするので、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ出力は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。
【００６２】
一方、本実施形態でのように、ゲート電圧ＶＧＳが高い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、本発明では、１２Ｖの電源電圧を第２の昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、さらに、第１の昇圧回路により４８Ｖに昇圧して、プリドライブ回路に供給する。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下しても、第２昇圧回路から出力される電圧も４８Ｖから３２Ｖに低下するが、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧は充分に高く、このとき、ＦＥＴのオン抵抗は、従来のものに比べて低くなっている。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧４８ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が３２Ｖになってしまったとしても、オン抵抗はあまり変化せず、電圧低下が起きる前と同様のデューティ比Ａで駆動することができる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱は増加せず、ＦＥＴの温度も増加しない。これによりＦＥＴに流れる電流も変化せず、従来のような微振動の発生を抑制することができる。
【００６３】
このように、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化しているときに、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出されたときに、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、プリドライブ回路に供給する電源は、車両の電源に対して昇圧されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。第２の実施形態においては、第２の電源を設けた以外は、同様であるので、モータ制御部の回路図によって説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態におけるモータ駆動回路を備えるモータ制御部の回路図である。基本的には、図６において説明したものと同様であり、図８で示すように、１チップマイコンおよび周辺回路、プリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ、電流センサ、リレー、ＲＤコンバータ等により構成される。図８において、従来のモータ制御部で説明した要素と同一要素には同一符号を付している。各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ１２２により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。また、従来は、モータ制御部において、ブリッジ回路に供給する電源を用いて、１つの昇圧回路を介してプリドライブ回路に電力を供給していたが、本実施形態においては、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源１２９と、その第１の電源１２９とは別にプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源９０を設けている。第２の電源は、例えば２４Ｖ電源にしている。また、第２の電源９０と昇圧回路１３０との間にはリレー９７が設けられている。
【００６６】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００６７】
第１の電源１２９は、ブリッジ回路に電力を供給している。例えば、１２Ｖ電源が用いられる。また、第２の電源９０からの電圧は、昇圧回路１３０で、図７において説明したように昇圧される。例えば、電源電圧として２４Ｖのものを用い、その電圧が２倍に昇圧されるように、回路素子が構成され、また、スイッチング素子のスイッチングを設定している。それにより、第２の電源電圧２４Ｖが、４８Ｖに昇圧され、この４８Ｖがプリドライブ回路１２８に供給されることになる。
【００６８】
図１２において、説明したように、ゲート電圧に対するオン抵抗の変化は、ゲート電圧が高くなるほど減少する。すなわち、ゲート電圧が低い領域では、ゲート電圧の少しの変動でも、オン抵抗は大きく増加してしまう。ところが、ゲート電圧が高い領域では、ゲート電圧の変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、従来は、１２Ｖの電源電圧を１つの昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給していた。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下したとき、昇圧回路から出力される電圧も２４Ｖから１６Ｖに低下し、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧も低下する。このとき、ゲート駆動電圧が低いために、ＦＥＴのオン抵抗も２４Ｖの時よりも高くなる。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧２４ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が１６Ｖになってしまったときに、オン抵抗が増加するために目標電流を得るためには、デューティ比Ａよりも大きいデューティ比Ｂで駆動するようになる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。そのとき、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバック制御により、減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするので、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ電流は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。
【００６９】
一方、本実施形態でのように、プリドライブ回路専用の第２の電源９０を設けているので、車両の他の装置が駆動されても第２の電源の電圧は変化しない。例えば、本発明では、２４Ｖの電源電圧を昇圧回路により４８Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給する。そのため、第１の電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下しても、第２の電源電圧は変動しないため、プリドライブ回路に供給させる電圧は常に安定であり、ゲート駆動信号の変動も起こらない。これにより、ＦＥＴに流れる電流も変化せず、従来のような微振動の発生を抑制することができる。
【００７０】
このように、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化しているときに、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出されたときに、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路に供給する電源は、プリドライブ回路専用の電源であるため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、一定であるため、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を付与するモータとして、ブラシレスモータを正弦波駆動するものについて述べたが、本発明の範囲は上記に限定される訳ではなく、例えば、他の駆動方式のブラシレスモータや、ブラシ付きモータについてもおよぶことは言うまでもない。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７３】
操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子のうち高電位側の能動素子を第１の昇圧回路を介してスイッチングするプリドライブ回路と、を備えた電動パワーステアリング装置において、電源電圧を昇圧する第２の昇圧回路を備え、プリドライブ回路には、第２の昇圧回路で昇圧された電圧が供給されるため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路に供給する電源は、車両の電源に対して昇圧されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００７４】
モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子をスイッチングするプリドライブ回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別にプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設けたため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路には電源とは別の第２の電源より電力が供給されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く安定しており、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、さらに滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】モータ制御部を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図７】第１の昇圧回路の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図１０】バッテリ（電源）の端子電圧のバッテリの放電電流との関係を示すグラフである。
【図１１】ブリッジ回路に用いられるＦＥＴの構成図である。
【図１２】ＦＥＴの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１３】ＦＥＴのオン抵抗の温度依存性のグラフである。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリング軸
１３ ピニオンギヤ
１４ ラック軸
１５ ラック・ピニオン機構
１６ タイロッド
１７ 前輪
１８ 動力伝達機構
１９ ブラシレスモータ
２０ 操舵トルク検出部
２１ 車速検出部
２２ 制御装置
８２ 第１の昇圧回路
８３ 第２の昇圧回路
９０ 第２の電源
１２８ プリドライブ回路
１２９ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、自動車のステアリング装置において、モータの動力をステアリング系に付与して、運転者の操舵力負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置は、モータを動力源とする操舵力倍力装置や、マイクロコンピュータユニットおよびモータ駆動装置等からなる制御装置を備え、ステアリングハンドルに付与される操舵力、車速等を検出し、これらの検出信号に基づいて制御装置によってモータをＰＷＭ駆動することにより、補助トルクを発生させ、ハンドル操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
モータを駆動するモータ駆動回路はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）ブリッジ回路および、ＦＥＴのゲートに駆動信号電圧を印加するブリッジ駆動回路（プリドライブ回路）からなり、マイクロコンピュータが出力するＰＷＭ駆動信号に基づき、モータを駆動制御している。
【０００４】
ＦＥＴブリッジ回路の高電位側ＦＥＴのドレインは電源に、低電位側ＦＥＴのソースはグランドに接続されており、高電位側ＦＥＴのソースと低電位側ＦＥＴのドレインを接続し、ここを出力端子としてモータが接続され、高電位側ＦＥＴを昇圧回路を介して駆動することにより、滑らかな操舵フィールを得ている。このような電動パワーステアリング装置は、特許文献１等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８６４４７４号
【０００６】
図９は、モータ駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置のモータ制御部の回路図である。図９において、インターフェース回路１２３は、操舵トルク検出部１０６によって得られる操舵トルク信号Ｔと車速検出部１０７からの車速信号ｖとエンジン回転検出部１２４からのエンジン回転信号ｒのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備え、入力されたそれらのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１２２に入力する。
【０００７】
インターフェース回路１２５は、モータ電流検出部１１８，１１９によって検出される駆動電流Ｉｕ，Ｉｗをデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ１２２に入力する。インターフェース回路１２６は、ＲＤコンバータ１２７からの励磁電流をレゾルバ１０２に送り、レゾルバ１０２からの出力信号をＲＤコンバータ１２７に送る。ＲＤコンバータ１２７は、レゾルバ１０２からの出力信号から角度信号を出力し、マイクロコンピュータ１２２に送る。モータ駆動回路１１６は、プリドライブ回路１２８と、６つのパワーＦＥＴを備えたインバータ回路からなる。また、プリドライブ回路１２８と電源１２９の電圧を昇圧する昇圧回路１３０によってブリッジ駆動回路を構成している。例えば、この昇圧回路１３０によって、１２Ｖの電源電圧を２倍の２４Ｖの電圧に昇圧して高電位側のＦＥＴに駆動信号を供給している。
【０００８】
マイクロコンピュータ１２２には、水晶発振子１３１とコンデンサ１３２，１３３が外付けで接続されており、マイクロコンピュータ１２２では、水晶発振子１３１の発振周波数が分周され、ブラシレスモータ１０１を駆動するためのＰＷＭ信号の周波数（ＰＷＭ周波数）ｆＰＷＭが生成される。
【０００９】
ＲＤコンバータ１２７にも、水晶発振子１３１とコンデンサ１３２，１３３が接続されており、ＲＤコンバータ１２７でも、水晶発振子１３１の発振周波数が分周され、ＶＲレゾルバ１０２の励磁信号の周波数（励磁周波数）ｆＲＥＳが生成される。
【００１０】
上記のようなモータ制御部１００では、モータ駆動回路１１６中のプリドライブ回路１２８において、高電位側ＦＥＴを昇圧回路１３０を介して駆動することにより、滑らかな操舵フィールを得ている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリ（電源）１２９が劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータ１０１が駆動され、バッテリ１２９から電流が持ち出されると車両の電源電圧が急激に低下する。このような場合、電源１２９からの電圧が低下しているために、昇圧回路１３０で昇圧された電圧も低くなってしまう。そのため、プリドライブ回路１２８から出力されるＦＥＴのゲート駆動信号の電圧も低下するので、ＦＥＴのオン抵抗が高くなり、モータを駆動する電圧が変動してしまう。それにより、モータ出力が変動し操舵フィーリングが低下する。さらに、ＦＥＴのオン抵抗が高くなると通電電流によりＦＥＴ自体が発熱し高温となるため、さらにオン抵抗が高くなり、滑らかな操舵フィーリングが得られなくなる。
【００１２】
この様子を図１０〜図１３を用いて説明する。図１０は、バッテリ（電源）の端子電圧とバッテリの放電電流との関係を示すグラフである。横軸はバッテリの放電電流を示し、縦軸はバッテリの端子電圧を示す。また、曲線Ａ１はバッテリが劣化していない初期状態のバッテリでの端子電圧と放電電流の関係を示し、放電電流が増加するにしたがって、端子電圧は減少することが分かる。この関係から、車両中の他の装置が駆動され、放電電流が増加すると、端子電圧は減少する。例えば、１２Ｖの電源を用いている場合、通常は、１０〜１２Ｖの範囲で変動している。ところが、車両中の他の装置の駆動により、急激な電圧降下が起こった場合には８Ｖ程度にまで低下することがある。また、曲線Ａ２は、バッテリが劣化したときの端子電圧と放電電流の関係を示すグラフである。劣化状態では、初期状態より、端子電圧が減少していることが分かる。これにより、バッテリが劣化したときは、初期状態より、さらに、端子電圧が放電電流の増加で減少することが分かる。
【００１３】
図１１は、ブリッジ回路に用いられるＦＥＴの構成図である。図１１において、ＦＥＴは、ソース端子Ｓ、ドレイン端子Ｄ、ゲート端子Ｇを備えている。そして、ソース端子−ドレイン端子間の電圧をＶＤＳ、ゲート−ソース端子間の電圧（ゲート電圧）をＶＧＳと表す。
【００１４】
図１２は、ＦＥＴの電流電圧特性を示す。横軸はソース−ドレイン端子電圧ＶＤＳを示し、縦軸は、ドレイン電流ＩＤを示す。曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６は、それぞれゲート電圧ＶＧＳが１０Ｖ，９Ｖ，８Ｖ，７Ｖ，６Ｖ，５Ｖのときの電流電圧特性を示す。ゲート電圧ＶＧＳが減少するにしたがって電流電圧特性の勾配は減少し、すなわち、端子間抵抗（オン抵抗）が増加する。また、ゲート電圧ＶＧＳが減少するにしたがって、ドレイン電流ＩＤは減少する。また、ゲート電圧ＶＧＳが５Ｖでは、ソース−ドレイン電圧ＶＤＳを増加してもモータ駆動に必要な電流８０Ａには達しないことが分かる。
【００１５】
図１２から分かるように、モータ駆動に必要な８０Ａの電流を得るには、ゲート電圧ＶＧＳが６Ｖ以上必要であることが分かる。また、ゲート電圧ＶＧＳが１０Ｖの場合、ＶＤＳは０．６Ｖである。また、ＶＧＳが６Ｖの場合、ＶＤＳが１．５Ｖとなりモータの駆動電圧は低下し、操舵フィールが低下する。それゆえ、通常、電源電圧を昇圧回路によって昇圧し、十分高い電圧を持つゲート駆動信号によってＦＥＴを動作させている。
【００１６】
図１３は、ＦＥＴのオン抵抗の温度依存性のグラフである。横軸は、温度であり、縦軸はオン抵抗を示す。オン抵抗は、温度の増加に従って増加することが分かる。
【００１７】
図１０〜図１３を見て分かるように、ゲート電圧が低いとＦＥＴのオン抵抗が増加し、一定電流を流そうと制御すると、（Ｑ＝Ｉ２Ｒｔより）ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。それによって、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバックでモータ電流を一定に保とうとするために、減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするために、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ出力は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。それにより、操舵フィールが低下してしまう。
【００１８】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、車両の電源電圧が変動しても、モータ出力が変動せず補助操舵力が変動しない、滑らかな操舵フィールを備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００２２】
第１の電動パワーステアリング装置（請求項１に対応）は、操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置において、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子をスイッチングするプリドライブ回路と、プリドライブ回路に供給される電圧を昇圧する昇圧回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別に昇圧回路を介してプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設け、これによりブリッジ回路に供給される電圧よりも高い電圧をプリドライブ回路に供給することで特徴づけられる。
【００２３】
第１の電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子のうち高電位側の能動素子を昇圧回路を介してスイッチングするプリドライブ回路と、プリドライブ回路に供給される電圧を昇圧する昇圧回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別に昇圧回路を介してプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設け、これによりブリッジ回路に供給される電圧よりも高い電圧をプリドライブ回路に供給するため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリ（電源）が劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路（昇圧回路＋プリドライブ回路）には電源とは別の第２の電源より電力が供給されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く安定しており、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、さらに滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図４を参照して本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体的構成、機械的機構の要部構成、および電子回路ユニットのレイアウトを説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２の上端はステアリングホイール１１に連結され、下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２に対し動力伝達機構１８を介してブラシレスモータ１９が設けられている。ブラシレスモータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２に与える。またステアリング軸１２には操舵トルク検出部２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２に加えたとき、ステアリング軸１２に加わる当該操舵トルクを検出する。また、２０ｄは舵角を検出する舵角センサであり、２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと舵角センサ２０ｄから出力される舵角信号と車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を舵角に係る情報と車速に係る情報に基づいて、ブラシレスモータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。またブラシレスモータ１９には、レゾルバ等によって構成されるモータ回転角検出部２３が付設されている。モータ回転角検出部２３の回転角信号ＳＧ２は制御装置２２にフィードバックされている。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。
【００２７】
上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、舵角センサ２０ｄ、車速検出部２１、制御装置２２、ブラシレスモータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００２８】
上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２に加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２に付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、舵角センサ２０ｄは、舵角を検出し舵角信号を制御装置２２へ出力する。さらに、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、舵角信号および車速信号Ｖに基づいてブラシレスモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるブラシレスモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２に作用させる。以上のごとくブラシレスモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００２９】
図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。
【００３０】
図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ（電源）、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はブラシレスモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンド、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【００３１】
図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２の支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成と、ブラシレスモータ１９および制御装置２２のレイアウトとが明示される。
【００３２】
図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２は２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルト４４で固定されている。ステアリング軸１２の下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢された当て部材４７でピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、ブラシレスモータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ４９とステアリング軸１２に固定されたウォームホイール５０とによって形成される。操舵トルク検出部２０は、ステアリング軸１２の周りに配置される操舵トルク検出センサ２０ａから出力される検出信号を電気的に処理する電子回路部２０ｂとから構成されている。操舵トルク検出センサ２０ａはリッド４３に取り付けられている。
【００３３】
図４は図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図４ではブラシレスモータ１９および制御装置２２の内部の具体的構成が明示される。
【００３４】
ブラシレスモータ１９は、回転軸５１に固定された永久磁石により成る回転子５２と、回転子５２の周囲に配置された固定子５４とを備える。固定子５４は固定子巻線５３を備える。回転軸５１は、２つの軸受け部５５，５６によって回転自在に支持される。回転軸５１の先部はブラシレスモータ１９の出力軸１９ａとなっている。ブラシレスモータ１９の出力軸１９ａは、トルクリミッタ５７を介して、回転動力が伝達されるように伝動軸４８に結合されている。伝動軸４８には前述の通りウォームギヤ４９が固定され、これに噛み合うウォームホイール５０が配置されている。回転軸５１の後端部には、ブラシレスモータ１９の回転子５２の回転角（回転位置）を検出する前述のモータ回転角検出部（位置検出部）２３が設けられる。モータ回転角検出部２３は、回転軸５１に固定された回転子２３ａと、この回転子２３ａの回転角を磁気的な作用を利用して検出する検出素子２３ｂとから構成される。モータ回転角検出部２３には例えばレゾルバが用いられる。固定子５４の固定子巻線５３にはモータ電流が供給される。以上のブラシレスモータ１９の構成要素は、モータケース５８の内部に配置される。
【００３５】
図５は、ブラシレスモータの回転を制御するためのモータ制御部を示すブロック構成図である。ブラシレスモータ１９には、ブラシレスモータ１９の回転角を検出するためのレゾルバ２３が取り付けられている。
【００３６】
ブラシレスモータ１９の回転角を制御するためのモータ制御部６０は、位相補正部６３、イナーシャ補正部６４およびダンパー補正部６５を備えている。
【００３７】
位相補正部６３は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔを車速検出部２１からの車速信号ｖに基づいて位相補正をして、補正操舵トルク信号Ｔ’を目標電流設定部６８に出力する。イナーシャ補正部６４は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔおよび車速検出部２１からの車速信号ｖと、回転角速度ωに対応する信号を微分処理部８１ｄで微分することにより得られた角加速度に対応する信号からイナーシャ補正をするためのイナーシャ補正信号ｄｉを生成し、そのイナーシャ補正信号ｄｉを加算演算部６９に出力する。ダンパー補正部６５は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔおよび車速検出部２１からの車速信号ｖと回転角速度ωに対応する信号からダンパー補正をするためのダンパー補正信号ｄｄを生成し、そのダンパー補正信号ｄｄを減算演算部７０に出力する。
【００３８】
目標電流設定部６８は、補正操舵トルク信号Ｔ’と車速信号ｖに基づいて、２相目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１を計算し出力する。目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１は、ブラシレスモータ１９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、永久磁石と同一方向のｄ軸およびこれに直交したｑ軸にそれぞれ対応するもので、これらの目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１をそれぞれ「ｄ軸目標電流」および「ｑ軸目標電流」という。
【００３９】
目標電流Ｉｄ１，Ｉｑ１には、加算演算部６９において、イナーシャ補正信号ｄｉが加算され、イナーシャ補正後目標電流Ｉｄ２，Ｉｑ２が出力される。イナーシャ補正後目標電流Ｉｄ２，Ｉｑ２は、減算演算部７０において、ダンパー補正信号ｄｄで減算され、ダンパー補正後目標電流Ｉｄ３，Ｉｑ３が出力される。このダンパー補正後目標電流Ｉｄ３，Ｉｑ３をそれぞれ「ｄ軸最終目標電流Ｉｄ＊」，「ｑ軸最終目標電流Ｉｑ＊」と呼ぶこととする。
【００４０】
それらのｄ軸およびｑ軸の最終目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は偏差演算部７１において、ｄ軸およびｑ軸の最終目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊からｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑをそれぞれ減算することにより偏差ＤＩｄ，ＤＩｑを計算して、ＰＩ設定部７２に出力する。
【００４１】
ＰＩ設定部７２は偏差ＤＩｄ，ＤＩｑを用いた演算の実行により、ｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑがｄ軸およびｑ軸の最終目標電流に追従するようにｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑをそれぞれ計算する。ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑは、非干渉化制御部７３および演算部７４により、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’に補正されてｄｑ−３相変換部７５に出力される。
【００４２】
上記において、図５では図示の便宜上１組の加算演算部６９と減算演算部７０と偏差演算部７１とＰＩ設定部７２と演算部７４が示されているが、実際上これらの回路要素の組は２つの目標電流Ｉｄ１，Ｉｄ２のそれぞれについて個別に設けられる。
【００４３】
非干渉化制御部７３は、ｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑおよび回転子の回転角速度ωに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑのための非干渉化制御補正値を計算する。
【００４４】
演算部７４は、ｄ軸およびｑ軸の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑから非干渉化制御補正値をそれぞれ減算することにより、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’を算出して、ｄｑ−３相変換手段７５に出力する。
【００４５】
ｄｑ−３相変換手段７５は、ｄ軸およびｑ軸の補正目標電圧Ｖｄ’，Ｖｑ’を３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をモータ駆動部（モータ駆動回路）７６に出力する。
【００４６】
モータ駆動部７６は、ＰＷＭ電圧発生部（プリドライブ回路）とインバータ回路を含む。モータ駆動部７６は、モータ駆動部７６の中の図示しないＰＷＭ電圧発生部によって３相目標電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御電圧信号（ゲート駆動信号）ＵＵ，ＶＵ，ＷＵを生成してモータ駆動部７６の中の図示しないインバータ回路に出力する。インバータ回路は、ＰＷＭ制御電圧信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＵに対応した３相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを発生し、これらを３相の駆動電流路７７を介してブラシレスモータ１９にそれぞれ供給する。３相の交流駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗはそれぞれブラシレスモータをＰＷＭ駆動するための正弦波電流である。
【００４７】
３相の駆動電流路７７のうちの２つにはモータ電流検出部７８，７９が設けられ、各モータ電流検出部７８，７９は、ブラシレスモータ１９に対し供給される３相の駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの駆動電流Ｉｕ，Ｉｗを検出して３相−ｄｑ変換部８０に出力する。この３相−ｄｑ変換部８０では、検出駆動電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて残りの駆動電流Ｉｖも計算される。３相−ｄｑ変換部８０は、これらの３相検出駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相のｄ軸およびｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。
【００４８】
レゾルバ２３からの信号は、ＲＤ（レゾルバデジタル）変換部８１に連続的に供給されている。ＲＤ変換部８１は、ブラシレスモータ１９における回転子の固定子に対する角度（回転角）θを計算して、計算された角度θに対応する信号をｄｑ−３相変換部７５と３相−ｄｑ変換部８０に供給する。また、ＲＤ変換部８１は、ブラシレスモータ１９における回転子の固定子に対する回転角速度ωを計算して、計算された回転角速度ωに対応する信号をダンパー補正部６５と微分処理部８１ｄと非干渉化制御部７３に供給する。上記のレゾルバ２３とＲＤ変換部８１によってモータ回転角検出部２３Ａが形成される。
【００４９】
前述のモータ制御部６０の回路構成は、基本的には、図９において説明したものと同様であり、図６で示すように、１チップマイコンおよび周辺回路、第１の昇圧回路８２、第２の昇圧回路８３、プリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ、電流センサ、リレー、ＲＤコンバータ等により構成される。図６において、従来のモータ制御部で説明した要素と同一要素には同一符号を付している。各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ１２２により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。また、従来は、モータ制御部においてプリドライブ回路１２８に接続した１つの昇圧回路によって、電源電圧を昇圧してゲート駆動信号を送っていたが、本実施形態においては、モータ駆動回路１１６は複数（６つ）の能動素子（ＦＥＴ）９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃ，９５Ｄ，９５Ｅ，９５Ｆによって構成されたブリッジ回路９５と能動素子（ＦＥＴ）９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃ，９５Ｄ，９５Ｅ，９５Ｆをスイッチングするプリドライブ回路１２８と電源１２９の電圧（電源電圧）を昇圧する第２の昇圧回路８３と第２の昇圧回路８３で昇圧された電圧をさらに昇圧する第１の昇圧回路８２を備え、プリドライブ回路１２８には、第２の昇圧回路８３によって昇圧された電源電圧をさらに第１の昇圧回路８２で昇圧された電圧が供給されるように接続されている。
【００５０】
図６において、図９の従来のモータ制御部で説明した要素の符号と同一符号を付している要素については説明を省略する。
【００５１】
図７は、第１の昇圧回路８２の一例を示す。また、第２の昇圧回路８３は、第１の昇圧回路８２と同様な回路を用いる。昇圧回路８２，８３は、スイッチング素子ＳＴとコイルＬとダイオードＤとコンデンサＣから構成される（参考文献：パワーエレクトロニクス回路、電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編、株式会社オーム社発行、平成１２年１１月３０日第１版発行）。スイッチング素子ＳＴがオンのときに、コイルＬにエネルギーを蓄積させ、スイッチング素子がオフのときに蓄積エネルギーならびに電源からのエネルギーを負荷に供給する。Ｌが十分大きく、Ｌを流れる電流は一定値であると考えると、ＳＴがオンのときＬに蓄えられるエネルギーは、ＳＴがオンしている時間をｔＯＮとすれば、Ｅ１Ｉ１ｔＯＮとなる。次に、ＳＴがオフになると負荷に放出されるエネルギーは、Ｃが十分大きく出力電圧が一定であると考え、ＳＴのオフしている時間をｔＯＦＦとすれば、（Ｅ２−Ｅ１）Ｉ１ｔＯＦＦとなる。定常状態ではこの両者が等しいので、
【００５２】
【数１】
Ｅ１Ｉ１ｔＯＮ＝（Ｅ２−Ｅ１）Ｉ１ｔＯＦＦ （１）
【００５３】
となるから、
【００５４】
【数２】
Ｅ２＝（（ｔＯＮ＋ｔＯＦＦ）／ｔＯＦＦ）Ｅ１＝（Ｔ／ｔＯＦＦ）Ｅ１ （２）
【００５５】
が得られる。式（２）においてＴ／ｔＯＦＦが１より大きいから、出力電圧は入力電圧よりも大きくなる。こうして、入力電圧を昇圧することができる。
【００５６】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００５７】
図１〜図３において、ハンドルの操舵トルクを、操舵トルク検出部２０により検出し、操舵トルク検出部２０の出力する操舵トルク信号が、制御装置２２に出力される。制御装置２２においては、操舵トルク検出部２０の出力する操舵トルク信号および車速およびモータの回転等に基づき、モータのｑ軸目標電流およびｄ軸目標電流が演算される。
【００５８】
一方、図５で示したようにモータ電流検出部７８，７９により検出された相電流信号およびモータ回転検出部（レゾルバ）２３により検出された回転信号等に基づきｄ−ｑ変換を用いて、モータのｑ軸電流およびｄ軸電流が演算される。
【００５９】
次に、ｄ−ｑ変換後のモータのｑ軸電流およびｄ軸電流は、ｑ軸目標電流およびｄ軸目標電流と比較され、それぞれの偏差に基づきＰＩ制御・ｄｑ−３相変換を介してＰＷＭデューティーが演算される。演算されたＰＷＭデューティーに基づき、図６に示すようにＦＥＴブリッジ駆動回路８４（第１の昇圧回路８２＋プリドライブ回路１２８）を介してＰＷＭ信号（ゲート駆動信号）がＦＥＴのゲートに供給され、ブラシレスモータ１９の巻線に正弦波電流を通電しベクトル制御を行う。
【００６０】
高電位側のＦＥＴはブリッジ駆動回路８４内の第１の昇圧回路８２を介して駆動されている。さらに、ブリッジ駆動回路８４の電源には、車両の電源１２９が第２の昇圧回路８３を介して供給されている。第２の昇圧回路８３では、図７において説明したように、電源電圧が、昇圧され、例えば、２倍に昇圧されるように、回路素子が構成され、また、スイッチング素子ＳＴのスイッチングを設定してある。それにより、例えば電源電圧１２Ｖが、２４Ｖに昇圧され、第１の昇圧回路８２に入力される。また、第１の昇圧回路８２では、第２の昇圧回路８３と同様な構成により、入力電圧が２倍になるようにしてある。それにより、第１の昇圧回路８２からの出力電圧は、４８Ｖになり、この４８Ｖがプリドライブ回路１２８に供給されることになる。
【００６１】
図１２において、説明したように、ゲート電圧ＶＧＳに対するオン抵抗の変化は、ゲート電圧ＶＧＳが高くなるほど減少する。すなわち、ゲート電圧ＶＧＳが低い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの少しの変動でも、オン抵抗は大きく増加してしまう。ところが、ゲート電圧ＶＧＳが高い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、従来は、１２Ｖの電源電圧を１つの昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給していた。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下したとき、昇圧回路から出力される電圧も２４Ｖから１６Ｖに低下し、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧も低下する。このとき、ゲート駆動電圧が低いために、ＦＥＴのオン抵抗も２４Ｖの時よりも高くなる。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧２４ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が１６Ｖになってしまったときに、オン抵抗が増加するために目標電流を得るためには、デューティ比Ａよりも大きいデューティ比Ｂで駆動するようになる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。そのとき、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバック制御により減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするので、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ出力は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。
【００６２】
一方、本実施形態でのように、ゲート電圧ＶＧＳが高い領域では、ゲート電圧ＶＧＳの変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、本発明では、１２Ｖの電源電圧を第２の昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、さらに、第１の昇圧回路により４８Ｖに昇圧して、プリドライブ回路に供給する。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下しても、第２昇圧回路から出力される電圧も４８Ｖから３２Ｖに低下するが、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧は充分に高く、このとき、ＦＥＴのオン抵抗は、従来のものに比べて低くなっている。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧４８ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が３２Ｖになってしまったとしても、オン抵抗はあまり変化せず、電圧低下が起きる前と同様のデューティ比Ａで駆動することができる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱は増加せず、ＦＥＴの温度も増加しない。これによりＦＥＴに流れる電流も変化せず、従来のような微振動の発生を抑制することができる。
【００６３】
このように、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化しているときに、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出されたときに、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、プリドライブ回路に供給する電源は、車両の電源に対して昇圧されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。第２の実施形態においては、第２の電源を設けた以外は、同様であるので、モータ制御部の回路図によって説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態におけるモータ駆動回路を備えるモータ制御部の回路図である。基本的には、図６において説明したものと同様であり、図８で示すように、１チップマイコンおよび周辺回路、プリドライブ回路、ＦＥＴブリッジ、電流センサ、リレー、ＲＤコンバータ等により構成される。図８において、従来のモータ制御部で説明した要素と同一要素には同一符号を付している。各種センサおよびインバータ回路を除いて電子回路ユニット内に収められており、マイクロコンピュータ１２２により構成されている。そして、電子回路ユニット内の各部は、プログラム処理により各機能が実現されるようになっている。また、従来は、モータ制御部において、ブリッジ回路に供給する電源を用いて、１つの昇圧回路を介してプリドライブ回路に電力を供給していたが、本実施形態においては、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源１２９と、その第１の電源１２９とは別にプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源９０を設けている。第２の電源は、例えば２４Ｖ電源にしている。また、第２の電源９０と昇圧回路１３０との間にはリレー９７が設けられている。
【００６６】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００６７】
第１の電源１２９は、ブリッジ回路に電力を供給している。例えば、１２Ｖ電源が用いられる。また、第２の電源９０からの電圧は、昇圧回路１３０で、図７において説明したように昇圧される。例えば、電源電圧として２４Ｖのものを用い、その電圧が２倍に昇圧されるように、回路素子が構成され、また、スイッチング素子のスイッチングを設定している。それにより、第２の電源電圧２４Ｖが、４８Ｖに昇圧され、この４８Ｖがプリドライブ回路１２８に供給されることになる。
【００６８】
図１２において、説明したように、ゲート電圧に対するオン抵抗の変化は、ゲート電圧が高くなるほど減少する。すなわち、ゲート電圧が低い領域では、ゲート電圧の少しの変動でも、オン抵抗は大きく増加してしまう。ところが、ゲート電圧が高い領域では、ゲート電圧の変動に対して、オン抵抗は、それほど変化しない。例えば、従来は、１２Ｖの電源電圧を１つの昇圧回路により２４Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給していた。そのため、電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下したとき、昇圧回路から出力される電圧も２４Ｖから１６Ｖに低下し、プリドライブ回路からのゲート駆動電圧も低下する。このとき、ゲート駆動電圧が低いために、ＦＥＴのオン抵抗も２４Ｖの時よりも高くなる。目標電流を得るために、例えば、ゲート電圧２４ＶでＦＥＴを駆動している場合、デューティ比Ａで駆動させてモータ電流が得られているとする。ところが、電源電圧の低下によりゲート電圧が１６Ｖになってしまったときに、オン抵抗が増加するために目標電流を得るためには、デューティ比Ａよりも大きいデューティ比Ｂで駆動するようになる。そのとき、ＦＥＴに生じるジュール熱が増加し、ＦＥＴの温度が上昇する。そのとき、図１３において示したように、オン抵抗が増加し、ＦＥＴに流れる電流が減少し、モータ電流も減少する。モータ電流が減少すると、フィードバック制御により、減少したモータ電流を目標電流に一致させようとするので、さらに、デューティ比を増加させ、それにより、さらに、ジュール熱が発生し、また、ＦＥＴのオン抵抗が増加する。このような過程により、モータ電流は、一定の値を中心に、微振動が発生することになる。
【００６９】
一方、本実施形態でのように、プリドライブ回路専用の第２の電源９０を設けているので、車両の他の装置が駆動されても第２の電源の電圧は変化しない。例えば、本発明では、２４Ｖの電源電圧を昇圧回路により４８Ｖに昇圧し、プリドライブ回路に供給する。そのため、第１の電源電圧が１２Ｖから８Ｖに低下しても、第２の電源電圧は変動しないため、プリドライブ回路に供給させる電圧は常に安定であり、ゲート駆動信号の変動も起こらない。これにより、ＦＥＴに流れる電流も変化せず、従来のような微振動の発生を抑制することができる。
【００７０】
このように、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化しているときに、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出されたときに、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路に供給する電源は、プリドライブ回路専用の電源であるため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、一定であるため、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を付与するモータとして、ブラシレスモータを正弦波駆動するものについて述べたが、本発明の範囲は上記に限定される訳ではなく、例えば、他の駆動方式のブラシレスモータや、ブラシ付きモータについてもおよぶことは言うまでもない。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７３】
操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子のうち高電位側の能動素子を第１の昇圧回路を介してスイッチングするプリドライブ回路と、を備えた電動パワーステアリング装置において、電源電圧を昇圧する第２の昇圧回路を備え、プリドライブ回路には、第２の昇圧回路で昇圧された電圧が供給されるため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路に供給する電源は、車両の電源に対して昇圧されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【００７４】
モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と能動素子をスイッチングするプリドライブ回路を備え、ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別にプリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設けたため、車両中の他の装置が駆動されている場合や、バッテリが劣化している場合に、電動パワーステアリング装置のモータが駆動され、バッテリから電流が持ち出された時に、車両の電源電圧が急激に低下した場合においても、ブリッジ駆動回路には電源とは別の第２の電源より電力が供給されているため、ＦＥＴのゲート駆動信号の電圧は充分に高く安定しており、ＦＥＴのオン抵抗の増加はなくなり、モータ出力の変動による操舵力の変動のない、さらに滑らかな操舵フィーリングが得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】モータ制御部を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図７】第１の昇圧回路の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図９】従来の電動パワーステアリング装置のモータ制御部を示す回路図である。
【図１０】バッテリ（電源）の端子電圧のバッテリの放電電流との関係を示すグラフである。
【図１１】ブリッジ回路に用いられるＦＥＴの構成図である。
【図１２】ＦＥＴの電流電圧特性を示すグラフである。
【図１３】ＦＥＴのオン抵抗の温度依存性のグラフである。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリング軸
１３ ピニオンギヤ
１４ ラック軸
１５ ラック・ピニオン機構
１６ タイロッド
１７ 前輪
１８ 動力伝達機構
１９ ブラシレスモータ
２０ 操舵トルク検出部
２１ 車速検出部
２２ 制御装置
８２ 第１の昇圧回路
８３ 第２の昇圧回路
９０ 第２の電源
１２８ プリドライブ回路
１２９ 電源
Claims (1)
- 操舵トルクに対応した補助トルクを発生するモータをＰＷＭ駆動するモータ駆動回路を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記モータ駆動回路は複数の能動素子によって構成されたブリッジ回路と、
前記能動素子をスイッチングするプリドライブ回路と、
前記プリドライブ回路に供給される電圧を昇圧する昇圧回路を備え、
前記ブリッジ回路に電圧を供給する第１の電源と、その第１の電源とは別に前記昇圧回路を介して前記プリドライブ回路に電圧を供給する第２の電源を設け、これにより前記ブリッジ回路に供給される電圧よりも高い電圧を前記プリドライブ回路に供給することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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