JP4501599B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧を昇圧して出力す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ものである。

近年、車両用パワーステアリング装置として、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が広く採用されるようになっており、こうしたＥＰＳには、アシスト力の強化及びその立ち上がり特性の改善を図るべく、昇圧回路により電源電圧を昇圧し、該昇圧された昇圧電圧に基づいてモータ制御を行うものがある。

例えば、特許文献１に記載のＥＰＳは、車載電源と駆動回路との間に設けられた昇圧回路を備え、該昇圧回路は、一端に電源電圧が印加される昇圧コイルと、その他端を接地又は開放可能な第１のスイッチング素子と、昇圧コイル及び第１のスイッチング素子の接続点と出力端子とを接続又は開放可能な第２のスイッチング素子とを有している。

そして、その第１及び第２のスイッチング素子を交互にオン／オフすることにより、電源電圧を昇圧し、その脈動的に変化する電圧・電流を出力端子に接続された平滑コンデンサにて平滑化して駆動回路に印加するようになっている。
特開２００３−３１９７００号公報

ところが、イグニッション・オフ（ＩＧオフ）やＥＰＳの異常等によりアシスト制御が停止した場合、その出力端子とその負荷であるモータとの接続がオフとなる。従って、アシスト制御の停止とともに昇圧制御を停止し、平滑コンデンサと車載電源との接続をオフとすれば、昇圧制御の停止後においても平滑コンデンサに蓄えられたエネルギーが消費されず、その端子電圧が長時間にわたって高電圧に維持されたままとなる。そのため、この高電圧部位がメンテナンス上の制約要因となっており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、アシスト制御の停止後、速やかに昇圧回路の平滑コンデンサの端子電圧を低下させることの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。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路の出力電圧を制御する制御手段とを備え、昇圧された前記出力電圧に基づく駆動電力の供給により制御されるモータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置であって、前記制御手段は、検出された出力電圧とその目標電圧との偏差に基づくフィードバック制御により前記出力電圧を制御し、前記アシスト力の付与が停止された後は、前記目標電圧を時間経過とともに徐々に低減すること、を要旨とする。

本発明によれば、アシスト制御の停止後、速やかに昇圧回路の平滑コンデンサの端子電圧を低下させ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ができる。

以下、本発明を昇圧装置付き電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は、車両の操舵系にアシスト力を付与する駆動源としてのモータ２と、該モータ２を制御するＥＣＵ３とを備えている。

ステアリングホイール（ステアリング）４は、ステアリングシャフト５を介してラック６に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト５の回転は、ラックアンドピニオン機構（図示略）にてラック６の往復直線運動に変換され操舵輪８に伝達される。本実施形態のＥＰＳ１は、モータ２がラック６と同軸に配置された所謂ラック型ＥＰＳであり、モータ２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック６に伝達される。そして、ＥＣＵ３は、このモータ２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する。

図２に示すように、ＥＣＵ３は、モータ制御信号を出力するマイコン１１と、モータ制御信号に基づいてモータ２に駆動電力を供給する駆動回路１２とを備えている。尚、本実施形態のモータ２はブラシレスモータであり、駆動回路１２は、モータ制御信号に基づいて三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。

マイコン１１には、操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ１４、及び車速センサ１５が接続されており（図１参照）、マイコン１１は、入力された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力、即ちモータ２が発生するアシストトルクを決定する。

また、マイコン１１には、モータ２に通電される電流値を検出するための電流センサ１７，１８、及びモータ２の回転角（電気角）θを検出するための回転角センサ１９が接続されており、マイコン１１は、これら各センサの出力信号に基づいてモータ２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びその回転角θを検出する。そして、マイコン１１は、この検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θに基づいて、モータ２に上記決定されたアシストトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する。

尚、本実施形態では、マイコン１１は、相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ変換し、ｄ／ｑ座標系における電流制御、詳しくは、ｑ軸電流値がアシストトルクの目標値となるｑ軸電流指令値に追従するように制御する。そして、マイコン１１は、このｄ／ｑ座標系における電流制御に基づき決定されたモータ制御信号を駆動回路１２に出力する。

一方、駆動回路１２は、モータ２の相数に対応する複数（２×３個）のパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴ）により構成されており、具体的にはＦＥＴ２１ａ，２１ｄの直列回路、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの直列回路及びＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの直列回路を並列接続することにより構成されている。そして、ＦＥＴ２１ａ，２１ｄの接続点２２ｕはモータ２のＵ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの接続点２２ｖはモータ２のＶ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの接続点２２ｗはモータ２のＷ相コイルに接続されている。

マイコン１１から出力されるモータ制御信号は、各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆのゲート端子に印加される。そして、このモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆがオン／オフすることにより、直流電源２０から供給される直流電圧が三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換されモータ２に供給されるようになっている。

また、ＥＰＳ１は、電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路１２に出力する昇圧装置２３を備えている。本実施形態では、昇圧装置２３は、昇圧回路２５と、制御手段としてのマイコン１１とにより構成されており、昇圧回路２５は、直流電源２０と駆動回路１２との間の電力供給経路に設けられている。そして、昇圧回路２５は、マイコン１１に制御されることにより直流電源２０の電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路１２に出力する。

図３に示すように、本実施形態の昇圧回路２５は、第１ＦＥＴ２６ａ、第２ＦＥＴ２６ｂ、昇圧コイル２７、及び平滑コンデンサ２８により構成されている。昇圧コイル２７は、一端が直流電源２０に接続されるとともに他端が第１ＦＥＴ２６ａの一端に接続されており、第１ＦＥＴ２６ａの他端は接地されている。また、昇圧コイル２７と第１ＦＥＴ２６ａとの間の接続点ａは、第２ＦＥＴ２６ｂの一端に接続されており、第２ＦＥＴ２６ｂの他端は、駆動回路１２に接続されている。そして、第２ＦＥＴ２６ｂと駆動回路１２との間の接続点ｂは、平滑コンデンサ２８を介して接地されている。

即ち、本実施形態では、第１ＦＥＴ２６ａが昇圧コイル２７を接地又は開放可能な第１のスイッチング素子を構成し、接続点ｂが昇圧回路２５の出力端子を構成する。そして、第２ＦＥＴ２６ｂが、昇圧コイル２７及び第１のスイッチング素子の接続点と出力端子とを接続又は開放可能な第２のスイッチング素子を構成する。

第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子は、マイコン１１と接続されており、マイコン１１は、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子に制御信号を印加することにより、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂを交互にオン／オフ制御する。これにより、接続点ａにおける電圧は、第１ＦＥＴ２６ａのオフ時に昇圧コイル２７に発生する逆起電力が電源電圧Ｖinに重畳された電圧となり、第１ＦＥＴ２６ａがオン時に接地電位となる。そして、この電圧が第２ＦＥＴ２６ｂのオン時に接続点ｂに伝達され、その脈動的に変化する電圧・電流が平滑コンデンサ２８にて平滑化されることにより、直流電源２０の電源電圧Ｖinを昇圧した出力電圧Ｖoutが出力されるようになっている。

本実施形態では、マイコン１１は、第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂに対し、制御信号として所定のＤＵＴＹ比を有するパルス信号を出力する、即ちＰＷＭ制御することにより、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを制御する（昇圧制御）。

具体的には、マイコン１１には、電源電圧Ｖinを検出するための第１の電圧センサ２９とともに、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを検出するための第２の電圧センサ３０が接続されている。そして、マイコン１１は、この第２の電圧センサ３０により検出された出力電圧Ｖoutとその制御目標である目標電圧との偏差に基づいて、出力電圧Ｖoutのフィードバック制御演算を行う。そして、マイコン１１は、このフィードバック制御演算により決定されたＤＵＴＹ比を有する制御信号を第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂに出力し、同制御信号によって第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂのオン／オフ時間が変化することにより、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutが制御されるようになっている。

尚、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutは、制御信号のＤＵＴＹ比（第１ＦＥＴ２６ａに対して出力する制御信号のオンＤＵＴＹ比）が大きい場合に高くなり、そのＤＵＴＹ比が小さい場合には低くなる。そして、本実施形態では、マイコン１１は、予め設定された所定電圧Ｖ１を目標電圧として昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutを制御する。

［アシスト制御停止後の昇圧制御］
次に、アシスト制御停止後における昇圧制御の態様について詳述する。
図２に示すように、マイコン１１には、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧオフ）されたことを示すＩＧオフ信号、及びモータ２を含むＥＰＳシステムに何らかの異常が発生した旨を示す異常検出信号が入力されるようになっている。そして、マイコン１１は、これらＩＧオフ信号又は異常検出信号の入力があった場合には、モータ２への駆動電力の供給を行うためのモータ制御信号の出力、即ち操舵系にアシスト力を付与するためのアシスト制御を停止する。

また、本実施形態のマイコン１１は、こうしたアシスト制御停止後も、出力電圧Ｖoutの制御を続行する。そして、昇圧回路２５の平滑コンデンサ２８の端子電圧を速やかに低下させるべく、昇圧回路２５の第１ＦＥＴ２６ａ及び第２ＦＥＴ２６ｂをオン／オフ制御する。

具体的には、マイコン１１は、アシスト制御停止後、第１ＦＥＴ２６ａをオフ（第１ＦＥＴ２６ａに出力する制御信号のオンＤＵＴＹ比を「０」に固定）として電源電圧Ｖinの昇圧を停止する。そして、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１に低下するまで、第２ＦＥＴ２６ｂをオン（第２ＦＥＴ２６ｂに出力する制御信号のオンＤＵＴＹ比を「１００」に固定）とする。尚、本実施形態では、所定電圧Ｖ１は、メンテナンス性の妨げとならない電源電圧Ｖinと同等程度の電圧に設定されている。

次に、本実施形態のマイコン１１によるアシスト制御停止判定及び昇圧制御の処理手順について説明する。
本実施形態では、マイコン１１は、定時割り込みにより、アシスト制御停止判定及び昇圧制御を実行する。即ち、図４のフローチャートに示すように、マイコン１１は、ＩＧオフ信号又は異常検出信号の入力があるか否かを判定することにより、アシスト制御の停止判定を行う（ステップ１０１）。そして、ＩＧオフ信号又は異常検出信号の入力がある場合（ステップ１０１：ＹＥＳ）には、アシスト制御を停止し、アシスト制御停止フラグを「ＯＮ」とする（ステップ１０２）。尚、ＩＧオフ信号又は異常検出信号の入力がない場合（ステップ１０１：ＮＯ）には、上記ステップ１０２の処理を実行せず、アシスト制御停止フラグを「ＯＦＦ」とする（ステップ１０３）。

また、図５のフローチャートに示すように、マイコン１１は、昇圧制御処理において、先ず、目標電圧Ｖout*の設定（ステップ２０１）、及び出力電圧Ｖoutの検出（ステップ２０２）を実行し、続いて、アシスト制御停止フラグが「ＯＮ」であるか否かを判定する（ステップ２０３）。そして、アシスト制御停止フラグが「ＯＮ」ではない場合（ステップ２０３：ＮＯ）には、フィードバック制御演算を実行し、出力電圧Ｖoutを目標電圧Ｖout*に制御すべく制御信号の出力を実行する（ステップ２０４）。

一方、上記ステップ２０３において、アシスト制御停止フラグが「ＯＮ」であると判定した場合（ステップ２０３：ＹＥＳ）、マイコン１１は、続いて出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下であるか否かを判定する（ステップ２０５）。そして、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１よりも大きい場合（Ｖout＞Ｖ１、ステップ２０５：ＮＯ）には、第１ＦＥＴ２６ａをオフ、及び第２ＦＥＴ２６ｂをオンとする（ステップ２０６）。そして、上記ステップ２０５において、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下と判定した場合（Ｖout≦Ｖ１、ステップ２０５：ＹＥＳ）には、昇圧回路２５への制御信号の出力、即ち昇圧制御を停止する（ステップ２０７）。

このように、マイコン１１は、定時割り込みにて、上記アシスト制御停止判定及び昇圧制御を実行することにより、アシスト制御の停止後（アシスト制御停止フラグが「ＯＮ」、ステップ２０３：ＹＥＳ）は、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下となる（Ｖout≦Ｖ１、ステップ２０５：ＹＥＳ）まで、第２ＦＥＴ２６ｂをオンとする（ステップ２０６）。

即ち、第２ＦＥＴ２６ｂのオンにより、昇圧コイル２７と平滑コンデンサ２８とが接続され、同平滑コンデンサ２８に蓄積されたエネルギー（電荷）を昇圧コイル２７を介して直流電源２０に帰還させることが可能になる。そして、出力電圧Ｖout、即ち接続点ｂに接続された平滑コンデンサ２８の端子電圧が所定電圧Ｖ１に低下するまで、第２ＦＥＴ２６ｂをオンに固定することにより、その電圧をメンテナンス性の妨げとならない程度の電圧まで、速やかに低下させることができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、アシスト制御の停止後は、第２ＦＥＴ２６ｂをオンに固定することとしたが、これに限らず、第２ＦＥＴ２６ｂを断続的にオンとする構成としてもよい。この場合、アシスト制御停止後、第２ＦＥＴ２６ｂに出力する制御信号のオンＤＵＴＹ比を任意に設定すればよい。

・本実施形態では、アシスト制御の停止後は、昇圧回路２５の出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１に低下するまで、第２ＦＥＴ２６ｂをオンとすることとしたが、これに限らず、アシスト制御の停止後、所定時間を経過するまで、第２ＦＥＴ２６ｂをオンとする構成としてもよい。このような構成としても。アシスト制御の停止後、速やかに昇圧回路の平滑コンデンサの端子電圧を低下させることができる。

・また、アシスト制御の停止後は、フィードバック制御演算の目標電圧を時間経過とともに徐々に低減する構成としてもよい。例えば、目標電圧Ｖout*にアシスト制御停止からの時間経過とともに減少する補正係数Ｇ（図６参照）を乗ずることにより同目標電圧Ｖout*を補正し、その補正後の目標電圧Ｖout**に基づいてフィードバック制御演算を行う。

即ち、図７のフローチャートに示すように、アシスト制御停止フラグが「ＯＮ」であると判定し（ステップ３０３：ＹＥＳ）、続いて出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１よりも大きいと判定した場合（Ｖout＞Ｖ１、ステップ３０５：ＮＯ）には、アシスト制御停止からの経過時間ｔに基づいて補正係数Ｇを決定する（ステップ３０６）。

次に、この補正係数Ｇに基づいて目標電圧Ｖout*を補正し（Ｖout**＝Ｖout*×Ｇ、ステップ３０７）、出力電圧Ｖoutをその補正後の目標電圧Ｖout**に制御すべく制御信号の出力を実行する（ステップ３０８）。そして、アシスト制御停止からの経過時間ｔを計測するタイマをカウントアップする（ステップ３０９）。尚、この場合、アシスト制御停止からの経過時間ｔは、アシスト制御停止判定において、アシスト制御停止フラグを「オン」とした際に、経過時間ｔを計測するタイマをクリアし経過時間ｔ＝０とすればよい（図４参照、ステップ１０２）。

そして、上記ステップ３０５において、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下と判定された場合（Ｖout≦Ｖ１、ステップ３０５：ＹＥＳ）には、昇圧回路２５への制御信号の出力、即ち昇圧制御を停止する（ステップ３１０）。

このように、アシスト制御停止後（ステップ３０３：ＹＥＳ）は、定時割り込み毎に、上記ステップ３０６〜ステップ３０９の処理を実行することで、ステップ３０６において決定される補正係数Ｇが経過時間ｔの増加とともに減少し、ステップ３０７において演算される補正後の目標電圧Ｖout**もまた、経過時間ｔの増加とともに減少する。そして、その補正後の目標電圧Ｖout**に出力電圧Ｖoutを制御することで、速やかに昇圧回路の平滑コンデンサの端子電圧を低下させることができる。

従って、以上のように構成しても、本実施形態と同様の効果を得ることができ、加えて、昇圧回路の構成に依存しないという利点がある。尚、図７のフローチャートにおけるステップ３０１〜ステップ３０４の処理は、図５に示すフローチャートにおけるステップ２０１〜ステップ２０４の処理と同一であるため、その説明を省略する。

また、補正係数Ｇ並びに補正後の目標電圧Ｖout**の決定方法については、上記図７のフローチャートに示す方法に限るものではなく、アシスト制御停止からの時間経過とともに減少させるものであればよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を記載する。
（イ）電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路の出力電圧を制御する制御手段とを備えた昇圧装置であって、前記昇圧回路は、一端に電源電圧が印加される昇圧コイルと、該昇圧コイルの他端を接地又は開放可能な第１のスイッチング素子と、前記昇圧コイル及び前記第１のスイッチング素子の接続点と出力端子とを接続又は開放可能な第２のスイッチング素子と、前記出力端子に接続された平滑コンデンサとを備え、前記制御手段は、前記第１及び第２のスイッチング素子をオン／オフ駆動することにより前記出力電圧を制御し、前記昇圧を停止する際には、前記出力電圧が所定電圧となるまで、前記第２のスイッチング素子をオンとすること、を特徴とする昇圧装置。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳの電気的構成を示すブロック図。 昇圧装置の概略構成を示すブロック図。 アシスト制御停止判定の処理手順を示すフローチャート。 アシスト制御停止後における昇圧制御の処理手順を示すフローチャート。 補正係数についての決定方法を示す説明図。 別例の昇圧制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ＥＰＳ、２…モータ、１１…マイコン、２０…直流電源、２３…昇圧装置、２５…昇圧回路、２６ａ…第１ＦＥＴ、２６ｂ…第２ＦＥＴ、２７…昇圧コイル、２８…平滑コンデンサ、ａ，ｂ…接続点、Ｖin…電源電圧、Ｖout…出力電圧、Ｖout*，Ｖout**…目標電圧、Ｖ０，Ｖ１…所定電圧、ｔ…経過時間。

Claims (1)

1. 電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路の出力電圧を制御する制御手段とを備え、昇圧された前記出力電圧に基づく駆動電力の供給により制御されるモータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御手段は、検出された出力電圧とその目標電圧との偏差に基づくフィードバック制御により前記出力電圧を制御し、前記アシスト力の付与が停止された後は、前記目標電圧を時間経過とともに徐々に低減すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。

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