JP5226646B2 - 昇圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧から入力される電圧を昇圧させる昇圧回路を備え、昇圧を制御する昇圧装置に関する。

直流昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）は、電子スイッチ、ダイオード、インダクタンス、コンデンサ等で構成され、１次側電圧をより高い出力電圧に変換するよう制御する。最近の自動車（以下、「車両」という）には多くの電装品が搭載されており、電圧を昇圧させることは部品や配線の小型化、軽量化につながることから、ＤＣ−ＤＣコンバータによる昇圧は重要な役割を担っている。電装品としては、例えば、ラック・アンド・ピニオン式の電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」（Electric Power Steering）という）があり、このＥＰＳは電動機を備えており、ＤＣ−ＤＣコンバータは車載されたバッテリや発電機の電圧を昇圧してこの電動機に電力を供給している。

しかし、バッテリが劣化している場合に、ＥＰＳの電動機に大電流が流れてバッテリ電圧が大きく下がり、ＥＰＳの作動停止や、自動車全体の電源システムダウンのおそれがあった（特許文献１参照）。

かかる状況を鑑み、従来のＤＣ−ＤＣコンバータの出力制御においては、出力電流の上限値をＤＣ−ＤＣコンバータの仕様に応じて設定し、出力電流がこの設定された上限値を超えたとき、出力を制限するように構成する技術が開示されている。この出力制限は、ＤＣ−ＤＣコンバータが過負荷となること、および電力の供給源が過負荷となることを防止するために設けられている。

特開２００７−１５１２４７号公報

しかしながら、通常、ラック・アンド・ピニオン式のＥＰＳにおける所定の処理インターバルは、約０．５ｍｓを一周期としている。ラックエンドに突き当たるステアリング操作がなされて過大な電流が過渡的に流れるのは３ｍｓ程度であり、およそ６回の処理が実行される。かかる状況において、特許文献１で開示された技術では、出力電流の上限値の制限が間に合わないおそれがあった。また、一定の上限値を設定して電流を制限させるだけでは、電流が上限値近傍を推移することとなり回路の素子が過熱するおそれもある。さらに、出力電流の上限値を制限する制御では、過大な電流が過渡的に流れるとき、電力の供給不足が一時的に生ずることが想定され、電力の供給不足の大きさによっては制御プロセスがリセットされるおそれもある。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータのような電源システムは、通常、大容量のコンデンサを備え、このコンデンサに充電された電流が流れる構成となっているため、出力電流を制限するだけでは、コンデンサから流れる電流を制限できないおそれがある。

自動車に搭載されたＤＣ−ＤＣコンバータの電力供給源（１次電源）には、バッテリと小型の発電機が適用される。前記したラックエンドに突き当たるステアリング操作は、車両が通常の走行をしているときには行われないため、このときの電力供給源はバッテリが支配的となっている。そのため、想定以上の電力が、１次電源から持ち出されると、バッテリの電圧低下やヒューズの溶断を生じさせるおそれがあり、他のシステムへの影響や、ＤＣ−ＤＣコンバータの作動自体にも影響を与えることがある。このように、従来のＤＣ−ＤＣコンバータの出力制御は、過渡的な出力が要求されるシステムでは、電力の供給不足等が一時的に生じて、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた制御装置の商品性に悪影響を与えるおそれがあった。

本発明は前記背景を鑑みてなされたもので、過大な電流が過渡的に流れるときに、必要以上にＤＣ−ＤＣコンバータの出力を制限することの無い商品性の高い昇圧装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を提供することを目的とする。

本発明は、入力電圧を昇圧させて接続された負荷（Ｍ）に出力する昇圧装置（１００）に関する。本装置は、前記入力電圧を昇圧させる昇圧回路（１３０）と、前記昇圧回路（１３０）からの出力電圧値（Ｖｏｕｔ）をフィードバック制御して前記出力電圧値（Ｖｏｕｔ）を前記負荷（Ｍ）に対する要求に基づいて設定された目標電圧値（Ｖｏｂｊ）に近づけるよう、前記昇圧回路（１３０）の昇圧値を制御する制御手段（１２０）と、少なくとも前記昇圧回路（１３０）への入力電流値（Ｉｉｎ）を含む前記昇圧回路（１３０）の状態量を検出する状態量検出手段（１０２）と、前記負荷側の要求値に基づいて設定された目標電流値（Ｉｏｂｊ）と、検出された前記状態量とから、前記入力電流値（Ｉｉｎ）の制限値となる入力制限電流値（Ｉｉｎｍａｘ）を設定する電流設定手段（１０１）と、検出される前記入力電流値（Ｉｉｎ）と設定された前記入力制限電流値（Ｉｉｎｍａｘ）との差（ΔＩｉｎ）に応じて前記出力電圧値（Ｖｏｕｔ）のフィードバック制御ゲイン（Ｐｖ）を算出し、前記制御手段（１２０）へ出力する補正手段（１１０）とを備えている。前記補正手段（１１０）は、前記差（ΔＩｉｎ）が所定値（ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢ）よりも小さくなるに従って、前記目標電圧値（Ｖｏｂｊ）に対応するフィードバック制御ゲイン（Ｐｏ）を減少させるように構成されている。

前記構成によれば、入力電流値と負荷側の要求値に基づいて設定された入力制限電流値との差に応じて、過渡的な電流の増加が入力制限電流値に近づいたときにフィードバック制御ゲインを下げるため、従来技術のように電流制限が間に合わないという課題を解消することができる。ここで、入力電流値は昇圧制御回路の基本要素であることから、新たな回路の追加を回避することができ、低コストかつ省スペースの昇圧装置を実現できる。

また、前記構成によれば、大電流が流れるときにだけ制御ゲインを減少させるため、入力電流の急激な変動が減少する。このことは、入力電流を制御する素子に過大な電流が流れることを防止するため、過剰な定格の素子を適用することを回避できるとともに入力電流のオーバーシュートを防止するヒューズ容量も小さくすることができる。このため、基本的な昇圧回路の構成を変更することがなく、低コストで安定した昇圧装置を提供することができる。

さらに、前記構成によれば、入力電流値と入力制限電流値との差が所定値になるまでは制御ゲインは操作されないため、制御が必要な電流値の近傍までは通常の応答性が維持され、その後も差が小さくなるに従って制御ゲインを減少させるため、応答性を維持したまま過大な入力電流を防止することができる。

前記構成において、前記状態量には、前記負荷の特性、出力電流値（Ｉｏｕｔ）およびこの出力電流値の時間的変化が含まれ、前記電流設定手段（１０１）は、前記負荷の特性とともに、前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）および前記出力電流値の時間的変化の少なくとも一つ、もしくは両方の状態量に基づいて前記入力制限電流値（Ｉｉｎｍａｘ）を設定するように構成することが好適である。

前記構成によれば、入力制限電流値は、負荷特性、実際の出力電流値、出力電流値の時間的変化から得られる傾き等から設定されるため、適正な時期に制御ゲインを減少させることができる。ここで、負荷特性とは、車両に搭載されたＥＰＳを例にとれば、電動機の特性やステアリングギアレシオ、バリアブルギアレシオ等の基本的なステアリング特性とともに、転舵に伴うＥＰＳ全体としての摩擦などの負荷をも含めるものである。かかる負荷特性が考慮されてＥＰＳの電動機の軸力の要求値が設定され、この軸力の要求値に基づいて入力電流を推定することもできる。

前記構成において、前記補正手段（１１０）は、予め設定されたマップに基づいて前記入力電流値と前記入力制限電流値との差に応じた補正係数（ｋｉ、１１２）を算出し、この補正係数（ｋｉ）を前記フィードバック制御ゲイン（Ｐｏ）に乗じて、前記補正を行うように構成することが好適である。

前記構成によれば、昇圧装置が搭載されるシステムの特性等に応じてマップを設定できるため、基本的な昇圧回路の構成を変更することがなく、低コストで安定した昇圧装置を提供することができる。

また、本発明は、入力電圧を昇圧させて接続された負荷（Ｍ）に出力する昇圧装置（２００）であって、前記入力電圧を昇圧させる昇圧回路（２３０）と、前記昇圧回路（２３０）からの出力電圧値（Ｖｏｕｔ）をフィードバック制御して前記出力電圧値を前記負荷（Ｍ）に対する要求に基づいて設定された目標電圧値（Ｖｏｂｊ）に近づけるよう、前記昇圧回路（２３０）の昇圧値を制御する制御手段（２２０）と、少なくとも前記昇圧回路（２３０）からの出力電流値（Ｉｏｕｔ）を含む前記昇圧回路（２３０）の状態量を検出する状態量検出手段（２０２）と、前記負荷側の要求値に基づいて設定された目標電流値（Ｉｏｂｊ）と、検出された前記状態量とから、前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）の制限値となる出力制限電流値（Ｉｏｕｔｏｂｊ）を設定する電流設定手段（２０１）と、検出される前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）と設定された前記出力制限電流値（Ｉｏｕｔｏｂｊ）との差（ΔＩｏｕｔ）に応じて出力電圧値（Ｖｏｕｔ）のフィードバック制御ゲイン（Ｐｖ）を算出し、前記制御手段へ出力する補正手段（２２０）とを備え、前記補正手段（２２０）は、前記差（ΔＩｏｕｔ）が所定値（ΔＩｏｕｔＡ，ΔＩｏｕｔＢ）よりも小さくなるに従って、前記目標電圧値（Ｖｏｂｊ）に対応するフィードバック制御ゲイン（Ｐｏ）を減少させるように構成することもできる。

前記構成において、前記状態量には、前記負荷（Ｍ）の特性、検出された前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）および前記出力電流値の時間的変化が含まれ、前記電流設定手段（２０１）は、前記負荷（Ｍ）の特性とともに、前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）および前記出力電流値の時間的変化の少なくとも一つ、もしくは両方の状態量に基づいて前記入力制限電流値（Ｉｏｕｔｏｂｊ）を設定するように構成することもできる。

前記構成において、前記補正手段（２１０）は、予め設定されたマップに基づいて前記出力電流値（Ｉｏｕｔ）と前記出力制限電流値（Ｉｏｕｔｏｂｊ）との差に応じた補正係数（ｋｏｕｔ、２１２）を算出し、この補正係数（ｋｏｕｔ）を前記フィードバック制御ゲイン（Ｐｏ）に乗じて、前記補正を行うように構成することができる。

本発明の負荷（Ｍ）は、車両に搭載され、運転者の操舵入力に応じて駆動制御される電動パワーステアリング装置（１）の操舵アシスト用の電動機（１１）とすることができる。

前記構成において、前記電動パワーステアリング装置は、操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、前記負荷側の要求値は、検出された前記操舵角と操舵される方向とから推定されるように構成することができる。

本発明によれば、過大な電流が過渡的に流れるときに、必要以上に出力を制限することの無い商品性の高い昇圧装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる制御のプロセスを示すフロー図である。 本発明の第１実施形態にかかる制御の概念図である。 本発明の第２実施形態にかかる昇圧装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態にかかる制御のプロセスを示すフロー図である。 本発明の第３実施形態にかかる昇圧装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の第３実施形態にかかる昇圧装置を備えた電動パワーステアリング装置における負荷特性の一例を示したものであり、モータに要求される軸力と、この軸力を発生するの入力電流との関係を示している。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１を参照すると、本実施形態にかかる昇圧装置１００は、状態量検出部（状態量検出手段）１０２と、電流設定部（電流設定手段）１０１と、補正部（補正手段）１１０と、制御部（制御手段）１２０と、昇圧回路１３０とから構成されている。かかる昇圧装置１００を車両に搭載した場合、状態量検出部１０２、電流設定部１０１、補正部１１０と、制御部１２０は、車両の各種システムを統括制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」（Electronic Control Unit）という）によって実現できる。ＥＣＵは、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（以下、「ＣＰＵ」という）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（以下、「ＲＡＭ」という）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（以下、「ＲＯＭ」という）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

昇圧回路１３０は、バッテリＢと外部で接続された負荷Ｍとの間に配設されたコイルＬと第２スイッチング素子ＳＷ２の直列回路を備え、コイルＬと第２スイッチング素子ＳＷ２との間でコイルＬへ励磁電流を流し、遮断するための第１スイッチング素子ＳＷ１を備えている。第１，２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、トランジスタ（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ）を使用することができる。第２スイッチング素子ＳＷ２の出力側は、コンデンサＣを介して接地されている。

後記する制御部１２０のＰＷＭ（Pulse width modulation：パルス幅変調）出力部１２４は、制御部１２０で設定されたデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）をデューティ比駆動信号に変換して、第１，２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２へ送出する。このデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）に基づいたＰＷＭ制御によって昇圧回路１３０のスイッチング動作が行われ、コイルＬにおいてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、第２スイッチング素子ＳＷ２の出力側は放出の際に高電圧となる。高電圧が繰り返し発生することによってコンデンサＣが充電され、昇圧された電圧が得られ、負荷Ｍに出力される。なお、昇圧回路１３０の構成は一例であり、かかる構成には限定されず、例えば第２スイッチング素子ＳＷ２にダイオードを適用することもできる。

また、バッテリＢとコイルＬとの間には電流センサＰ１が配設されて検出された電流に応じた信号を送出し、昇圧回路１３０のコンデンサＣと負荷Ｍの接続点には電圧印可点Ｐ２が配設され、電圧検出を行っている。

状態量検出部１０２は、前記した電流センサＰ１、電圧印加点Ｐ２からの信号に加えて、図示しない電流センサにより昇圧回路１３０からの出力電流値や、負荷Ｍの特性を取得する。ここで負荷Ｍの特性とは、例えば、２相、３相、ブラシレス等の電動機の電流、電圧の特性をいい、実際に系に搭載されたときの負荷状態や損失等も含まれた特性である。また、出力電流値の時間的変化である電流の傾きを算出する。状態量検出部１０２が取得した、もしくは算出した状態量は、信号として電流設定部１０１へ送出される。

電流設定部１０１は、目標電流値Ｉｏｂｊおよび状態量検出部１０２から送出された信号を取得して、読込を行う。目標電流値Ｉｏｂｊは、例えば、前記したＥＣＵが昇圧装置１００への負荷Ｍの要求を車載ネットワーク（ＣＡＮ：Controller Area Network）などの通信手段で検知することによって設定される。電流設定部１０１は、目標電流値Ｉｏｂｊ、状態量検出部１０２から送出された負荷Ｍの特性、出力電流値の時間的変化、出力電流値の現在値等から、入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘを算出し、補正部１１０へ送出する。かかる構成によって、システムの特性に応じた入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘを設定することができる。

補正部１１０は、演算器１１１において、入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘから電流センサＰ１から送出された入力電流値Ｉｉｎを減じ、差ΔＩｉｎ（絶対値）を算出する。補正部１１０の係数ｋ算出部１１２は、この差ΔＩｉｎに基づいて、電圧制御ゲインを補正する補正係数ｋｉを算出する。差ΔＩｉｎと補正係数ｋｉとの関係は、予め設定しておき、図に一例として示すようにマップとしてメモリに格納する構成とすることができる。

例示されたマップを参照すると、差ΔＩｉｎが所定値ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢよりも小さくなり０に近づくに従って、電圧制御ゲインを減少させるように補正係数ｋｉが推移するようにしている。すなわち、差ΔＩｉｎが大きいときには不足分を補うために補正係数ｋｉは１として、差ΔＩｉｎが小さくなるに従って補正係数ｋｉが小さくなるようにしている。なお、このマップは一例であり、昇圧装置が搭載されるシステムの特性等に応じて適宜マップを設定することができる。

次に補正部１１０は、演算器１１３において、基本制御ゲインＰｏに補正係数ｋｉを乗じて基本制御ゲインＰｏを補正し、フィードバック制御ゲインＰｖを算出する。算出されたフィードバック制御ゲインＰｖは制御部１２０へ送出される。ここで、基本制御ゲインＰｏは、例えば前記したＥＣＵが負荷特性等から設定したフィードバック制御ゲインである。

制御部１２０は、目標電圧値Ｖｏｂｊ、補正部１１０から送出されたフィードバック制御ゲインＰｖおよび電圧印可点Ｐ２で検出された出力電圧値Ｖｏｕｔの信号を取得する。ここで、目標電圧値Ｖｏｂｊは、例えば、前記したＥＣＵが昇圧装置１００への負荷の要求値を車載ネットワークなどの通信手段で検知することによって設定される。

制御部１２０は、演算器１２１において目標電圧値Ｖｏｂｊと出力電圧値Ｖｏｕｔとの差を算出し、演算器１２２においてこの差にフィードバック制御ゲインＰｖを乗じたＰｖ×（Ｖｏｂｊ−Ｖｏｕｔ）を算出して、演算器１２３において前回値となるデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ−１）に加算して補正されたデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）を設定する。ＰＷＭ出力部１２４は、補正されたデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）をデューティ比駆動信号に変換して、第１，２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２へ送出する。なお、前回値となるデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ−１）は、メモリに記憶することができる。

本実施形態にかかる昇圧装置１００は、かかる構成によって、昇圧のための制御ゲインを昇圧回路１３０への入力電流で制御することで、低コスト、省スペースかつ安定した昇圧装置を実現できる。

次に、本実施形態における補正プロセスの一実施例について図２を参照して説明するが、かかるプロセスは前記した装置構成の説明と重複する部分があるため簡単に説明する。具体的に、これらのプロセスは、状態量検出部１０２、電流設定部１０１、補正部１１０と、制御部１２０によって実現できる。車両に搭載された昇圧装置１００であれば、例えばＥＣＵのメモリにプログラムとしてこれらのプロセスを格納することができ、所定の処理インターバルをもって繰り返し実行されるように構成することができる。

図２を参照すると、電流設定部１０１は、ＥＣＵ等によって設定された目標電流値Ｉｏｂｊを読み込み（ステップＳ２０１）、この目標電流値Ｉｏｂｊと、状態量検出部１０２から送出された負荷Ｍの特性、出力電流値の時間的変化、現在値等とから、入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘを算出する（ステップＳ２０２）。

続いて、補正部１１０は、入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘから電流センサＰ１より送出された入力電流値Ｉｉｎを減じて差ΔＩｉｎを算出し（ステップＳ２０３）、係数ｋ算出部１１２は、この差ΔＩｉｎに基づいて、電圧制御ゲインを補正する補正係数ｋｉを算出する（ステップＳ２０４）。次に補正部１１０は、基本制御ゲインＰｏに補正係数ｋｉを乗じて基本制御ゲインＰｏを補正し、フィードバック制御ゲインＰｖを算出する（Ｓ２０５）。ここで補正係数ｋｉは、図１に示すように差ΔＩｉｎが所定値ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢよりも大きいときには不足分を補うために１として、差ΔＩｉｎが所定値ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢよりも小さくなるに従って値が小さくなるように推移するマップを使用して算出することができる。なお、この所定値ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢは系によって適宜設定される。

続いて、制御部１２０は、目標電圧値Ｖｏｂｊと出力電圧値Ｖｏｕｔとの差を算出し、この差にフィードバック制御ゲインＰｖを乗じたＰｖ×（Ｖｏｂｊ−Ｖｏｕｔ）を算出して、前回値となるデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ−１）に加算して補正されたデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）を設定して（ステップＳ２０６）、本プロセスを終了する。

次に、図３を参照して、本プロセスが適用された一実施例と従来の制御が適用された比較例との差異を説明する。図３は、過大な電流が急激に流れたときの電流と電圧のタイムチャートを示しており、例えばラック・アンド・ピニオン式のＥＰＳにおいてラックエンドに突き当たるステアリング操作がなされて過大な電流が過渡的に流れる場合が相当する。図３では横軸となる時間の単位を記載していないが、電流は数マイクロ秒（μｓｅｃ）のオーダーで立ち上がる場合がある。

先ず従来の制御が適用された比較例を参照すると、電流が立ち上がったとき制御ゲインが高いため電流のオーバーシュート量が大きく、これに伴い電圧の降下も大きくなっている。この電圧不足の大きさによっては制御プロセスがリセットされるおそれもある。なお、特許文献１のように一定の電流値に達したときに制限を行うようにした場合には、急激な電流の上昇に追従することが難しいとともに、制限された電流が上限値近傍を推移することとなり回路の素子が加熱するおそれもある。

続いて、実施例を参照すると、急激な電流上昇があった当初は電力の供給不足を補うため制御ゲインは基本制御ゲインＰｏを使ったそれまでの制御と同様となる。しかし、電流が入力電流制限値Ｉｉｎｍａｘに近づく、換言すれば差ΔＩｉｎが小さくなって所定値ΔＩｉｎＡ，ΔＩｉｎＢを超えたとき、制御ゲインは、例えば図１のマップに示した補正係数ｋｉが乗ぜられることで減少し、電流のオーバーシュート量を抑制させることができる。このため、電圧の降下も小さくなり、電力の供給不足等が一時的に生じて、ＤＣ−ＤＣコンバータの商品性に悪影響を与えることを防止することができる。

このように、前記した本実施形態のプロセスは、従来の制御はもとより、一定の電流値に達したときに制限を行う特許文献１で開示された制御技術とも異なり、電流に応じて常時フィードバック制御ゲインを補正しているため、急峻な電力上昇にも対応することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、前記した第１実施形態と重複する部分、同じ機能の構成については同じ参照符号を付して説明を省略し、差異のある部分を中心に説明する。図４を参照すると、本実施形態にかかる昇圧装置２００では、第１実施形態と異なり、昇圧回路２３０の第２スイッチング素子ＳＷ２と負荷Ｍとの間に電流センサＰ１が配設されて、出力電流値Ｉｏｕｔを検出する構成としている。

続いて、図５も併せて参照して本実施形態のプロセスについて説明する。電流設定部２０１は、ＥＣＵ等によって設定された目標電流値Ｉｏｂｊを読み込み（ステップＳ３０１）、この目標電流値Ｉｏｂｊと、状態量検出部２０２から送出された負荷Ｍの特性、出力電流値の時間的変化、現在値等とから、入力電流制限値Ｉｏｕｔｏｂｊを算出する（ステップＳ３０２）。

続いて、補正部２１０は、入力電流制限値Ｉｏｕｔｏｂｊから電流センサＰ１より送出された入力電流値Ｉｏｕｔを減じて差ΔＩｏｕｔを算出し（ステップＳ３０３）、係数ｋ算出部２１２は、この差ΔＩｏｕｔに基づいて、電圧制御ゲインを補正する補正係数ｋｏｕｔを算出する（ステップＳ３０４）。次に補正部２１０は、基本制御ゲインＰｏに補正係数ｋｏｕｔを乗じて基本制御ゲインＰｏを補正し、フィードバック制御ゲインＰｖを算出する（Ｓ３０５）。ここで補正係数ｋｏｕｔは、図４に示すように差ΔＩｏｕｔが大きいときには不足分を補うために１として、差ΔＩｏｕｔが小さくなるに従って値が小さくなるように推移するマップを使用することができる。

続いて、制御部２２０は、目標電圧値Ｖｏｂｊと出力電圧値Ｖｏｕｔとの差を算出し、この差にフィードバック制御ゲインＰｖを乗じたＰｖ×（Ｖｏｂｊ−Ｖｏｕｔ）を算出して、前回値となるデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ−１）に加算して補正されたデューティ比Ｄｕｔｙ（ｎ）を設定して（ステップＳ３０６）、本プロセスを終了する。

前記構成によれば、出力電流が大きくなり制限値に近づいたときだけ制御ゲインを減少させていることから、過渡的な出力電流を必要以上に出力を制限することの無い、商品性の高い昇圧装置を提供することができる。

＜第３実施形態＞
次に、運転者の操舵入力に応じて駆動制御されるＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）の操舵アシスト用の電動機が負荷Ｍである場合の実施形態について説明する。なお、昇圧装置の基本的構成および機能は、前記した第１，２実施形態で説明した昇圧装置が適用されるため説明を省略する。また、図６において、昇圧制御装置１２は、図１の状態量検出部１０２と、電流設定部１０１と、補正部１１０と、制御部１２０とから構成されているものとし、バッテリＢおよび昇圧部１３は、それぞれ図１の昇圧回路１３０のバッテリＢ、およびそれ以外の回路部分を表している。なお、モータ１１は、図１の負荷Ｍに相当する。

図６に、本実施形態にかかる車両用の電動パワーステアリング装置ＥＰＳ１の概略構成を示す。図に示されるように、ＥＰＳ１は、運転者がステアリングホイール２を操作することによって前輪Ｗ、Ｗを転舵するステアリング系によって構成される。ステアリングホイール２には、ステアリングシャフト３の一端が同軸に一体結合されており、ステアリングシャフト３の他端には、自在継ぎ手を備えた連結軸４を介してラック＆ピニオン機構５が連結されている。ラック＆ピニオン機構５は、ステアリングシャフト側のピニオン６と、ピニオン６に噛み合うラック歯７ａが形成されたラック軸７とにより構成され、ステアリングホイール２から入力された回転運動をラック軸７の軸方向（車幅方向）の往復直線運動に変換する。ラック軸７の両端には、タイロッド８、８を介して左右の前輪Ｗ、Ｗが連結されており、ラック軸７の往復直線運動により、前輪Ｗ，Ｗが左右に転舵される。

ＥＰＳ１は、運転者のステアリング操作をアシストするアシストトルクを発生させるために、ラック軸７と同軸上に設置されたモータ１１と、昇圧部１３を介してモータ１１を駆動制御する昇圧制御装置１２とを備えている。なお、モータ１１は、複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）を有する埋込磁石構造のブラシレスＤＣモータであり、ｄｑ軸電流成分に基づくベクトル制御により、昇圧制御装置１２によって駆動制御される。

ＥＰＳ１は、昇圧制御装置１２からのモータ制御信号に基づいて、バッテリＢからの電圧を昇圧部１３によって昇圧してモータ１１に供給し、モータ１１を駆動してアシストトルクを発生させる。モータ１１のアシストトルクは、ラック軸７と同軸に設けられたボールねじ機構９を介して推力に変換されてラック軸７に作用し、運転者のステアリング操作をアシストする。

さらに、ＥＰＳ１は、モータ１１に流れる電流を検出するモータ電流検出手段１４と、ピニオン６に作用する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１５と、車両の走行速度に対応した車速信号を出力する車速センサ１６と、バッテリＢの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段１７と、モータ１１の周辺温度を検出するモータ雰囲気温度検出手段１８と、モータ１１のロータ角度すなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出するレゾルバやエンコーダ等からなる回転センサ３２とを備えている。

これらモータ電流検出手段１４、操舵トルクセンサ１５、車速センサ１６、バッテリ電圧検出手段１７、モータ雰囲気温度検出手段１８の各検出信号に基づいて算出されたアシストトルクから必要な目標電流が設定される。昇圧制御装置１２は、第１，２実施形態で説明した補正を実行してこの目標電流に応じたモータ制御信号を昇圧部１３に対して出力する。

ここで、図７を参照してＥＰＳ１において上記アシストトルク算出ための負荷特性の例について説明する。負荷特性は、モータ１１の特性、ステアリングギアレシオ、バリアブルギアレシオ等の基本的な特性とともに、転舵に伴うＥＰＳ１全体としての摩擦などの負荷をも含むものである。かかる負荷特性が考慮されてモータ１１の軸力の要求値が設定され、この軸力の要求値に基づいて目標となる入力電流（目標電流）が推定される。図７はこの負荷特性の一例を示したものであり、モータ１１に要求される軸力と、この軸力を発生するの入力電流との関係を示している。なお、図７における矢印は転舵の方向を表している。

図７に示すように、モータ１１に要求される軸力は転舵方向（矢印）と舵角の二つの物理量で表すことができる。図７（ａ）を参照すると、乗員が直進状態から右へ操舵するとき、モータ１１に要求される軸力（実線）は単調的に増加する。そして、角度に対する軸力の増加量は右エンドに近づくほど大きくなる。この軸力の推移を実現させるべく、モータ１１へ供給される入力電流（破線）が推定される。

一方、図７（ｂ）を参照すると、乗員が右エンドから左エンドへステアリングを操舵するとき、モータ１１に要求される軸力（実線）は、右へ転舵するときと逆となる。ただし、図７（ａ）も併せて参照すると、左操舵の軸力の推移は、右操舵の場合と比べて、軸力０の水平軸線に対して上下対称となり、右操舵と同様に、角度に対する軸力の増加量は左エンドに近づくほど大きくなる。この軸力の推移を実現させるべく、モータ１１へ供給される入力電流（破線）が推定され、図７（ａ）も併せて参照すると、入力電流の推移は、右操舵の場合と比べて、電流０の垂直軸線に対して左右対称となる。

このように、ＥＰＳ１の負荷特性に基づく要求値は操舵角と操舵される方向とから推定され、必要な入力電流を推定することができ、運転者のステアリング操作をアシストするアシストトルクを発生させるためのモータ１１の軸力とこの軸力を発生させるための入力電流を推定することができる。図７に示したグラフはマップとして昇圧制御装置１２のメモリに格納しておき、このマップを使って検出された状態量から入力電流を推定することができる。

モータ電流検出手段１４は、例えば、モータ１１の各巻線ごとに設けられたカレントトランスフォーマで形成され、モータ１１に実際に流れるモータ電流の大きさおよび方向を検出する。そして、モータ電流検出手段１４は、モータ電流に対応したモータ電流信号を昇圧制御装置１２にフィードバックする。

ステアリング・ギアボックス内に配設された操舵トルクセンサ１５は、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさおよび方向を検出する。そして、操舵トルクセンサ１５は、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号として昇圧制御装置１２に送信する。

車速センサ１６は、車速Ｖｓを単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号として昇圧制御装置１２に送信する。なお、車速センサ１６は、ＥＰＳ１に専用のものを用いてもよく、他のシステムの車速センサを利用してもよい。

バッテリ電圧検出手段１７は、バッテリＢの端子電圧を検出する電圧センサであり、昇圧部１３に供給される直流電力の電圧を検出し、検出した電圧に対応したアナログ電気信号をバッテリ電圧信号として昇圧制御装置１２に送信する。

モータ雰囲気温度検出手段１８は、モータ１１の近傍に配置され、モータ１１の雰囲気温度を検出する。検出したモータ雰囲気温度ＴＭは、対応するアナログ電気信号に変換され、雰囲気温度信号として昇圧制御装置１２に送信される。

かかる構成のＥＰＳ１に、第１，２実施形態で説明した状態量検出部と、電流設定部と、補正部と、制御部とから構成された昇圧制御装置１２が搭載されることで、例えば、ラックエンドに突き当たるステアリング操作がなされて過大な電流が過渡的に流れる場合があっても、出力電流が大きいときだけ制御ゲインを減少させていることから、過渡的な出力電流を必要以上に出力を制限することの無い、商品性の高い昇圧制御を実現させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

１ ステアリング装置
２ ステアリングホイール
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ モータ
１２ 昇圧制御装置
１３ 昇圧部
１４ モータ電流検出手段
１５ 操舵トルクセンサ
１６ 車速センサ
１７ バッテリ電圧検出手段
１８ モータ雰囲気温度検出手段
１９ 目標電流設定部
３２ 回転センサ
１００，２００ 昇圧装置
１０１，２０１ 電流設定部
１０２，２０２ 状態量検出部
１１０，２１０ 補正部
１１２，２１２ 係数ｋ算出部
１２０，２２０ 制御部
１２４，２２４ ＰＷＭ（パルス幅変調）出力部
１３０，２３０ 昇圧回路
Ｂ バッテリ
Ｃ コンデンサ
Ｌ コイル
Ｍ 負荷（電動機）
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子

Claims (8)

1. 入力電圧を昇圧させて接続された負荷に出力する昇圧装置であって、
   前記入力電圧を昇圧させる昇圧回路と、
   前記昇圧回路からの出力電圧値をフィードバック制御して前記出力電圧値を前記負荷に対する要求に基づいて設定された目標電圧値に近づけるよう、前記昇圧回路の昇圧値を制御する制御手段と、
   少なくとも前記昇圧回路への入力電流値を含む前記昇圧回路の状態量を検出する状態量検出手段と、
   前記負荷側の要求値に基づいて設定された目標電流値と、検出された前記状態量とから、前記入力電流値の制限値となる入力制限電流値を設定する電流設定手段と、
   検出される前記入力電流値と設定された前記入力制限電流値との差に応じて前記出力電圧値のフィードバック制御ゲインを算出し、前記制御手段へ出力する補正手段とを備え、
   前記補正手段は、前記差が所定値よりも小さくなるに従って、前記目標電圧値に対応するフィードバック制御ゲインを減少させることを特徴とする昇圧装置。
2. 前記状態量には、前記負荷の特性、出力電流値およびこの出力電流値の時間的変化が含まれ、
   前記電流設定手段は、前記負荷の特性とともに、前記出力電流値および前記出力電流値の時間的変化の少なくとも一つ、もしくは両方の状態量に基づいて前記入力制限電流値を設定することを特徴とする請求項１に記載の昇圧装置。
3. 前記補正手段は、予め設定されたマップに基づいて前記入力電流値と前記入力制限電流値との差に応じた補正係数を算出し、この補正係数を前記フィードバック制御ゲインに乗じて、前記補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の昇圧装置。
4. 入力電圧を昇圧させて接続された負荷に出力する昇圧装置であって、
   前記入力電圧を昇圧させる昇圧回路と、
   前記昇圧回路からの出力電圧値をフィードバック制御して前記出力電圧値を前記負荷に対する要求に基づいて設定された目標電圧値に近づけるよう、前記昇圧回路の昇圧値を制御する制御手段と、
   少なくとも前記昇圧回路からの出力電流値を含む前記昇圧回路の状態量を検出する状態量検出手段と、
   前記負荷側の要求値に基づいて設定された目標電流値と、検出された前記状態量とから、前記出力電流値の制限値となる出力制限電流値を設定する電流設定手段と、
   検出される前記出力電流値と設定された前記出力制限電流値との差に応じて前記出力電圧値のフィードバック制御ゲインを算出し、前記制御手段へ出力する補正手段とを備え、
   前記補正手段は、前記差が所定値よりも小さくなるに従って、前記目標電圧値に対応するフィードバック制御ゲインを減少させることを特徴とする昇圧装置。
5. 前記状態量には、前記負荷の特性、検出された前記出力電流値および前記出力電流値の時間的変化が含まれ、
   前記電流設定手段は、前記負荷の特性とともに、前記出力電流値および前記出力電流値の時間的変化の少なくとも一つ、もしくは両方の状態量に基づいて前記入力制限電流値を設定することを特徴とする請求項４に記載の昇圧装置。
6. 前記補正手段は、予め設定されたマップに基づいて前記出力電流値と前記出力制限電流値との差に応じた補正係数を算出し、この補正係数を前記フィードバック制御ゲインに乗じて、前記補正を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の昇圧装置。
7. 前記負荷は、車両に搭載され、運転者の操舵入力に応じて駆動制御される電動パワーステアリング装置の操舵アシスト用の電動機であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の昇圧装置。
8. 前記電動パワーステアリング装置は、操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、
   前記負荷側の要求値は、検出された前記操舵角と操舵される方向とから推定されることを特徴とする請求項７に記載の昇圧装置。

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