(57)【要約】【課題】補助電源が電動モータへの放電を開始するときにアシストトルクの急激な変化を抑制す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。【解決手段】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ１）は、操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータ２１と、電動モータ２１に電力を供給する主電源４に直列に接続されて電動モータ２１に放電することが可能な補助電源４０と、電動モータ２１に印加される電圧を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、補助電源４０から電動モータ２１への放電が開始されるとき、補助電源４０の放電を指示する指示信号であるスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を徐々に増大させる。【選択図】図２
2014091343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に直列に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、前記電動モータに印加される電圧を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記補助電源から前記電動モータへの放電が開始されるとき、前記補助電源の放電を指示する指示信号に遅れを入れる
電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御装置は、操舵をアシストするアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力と、前記主電源から前記補助電源への充電および前記補助電源から前記電動モータへの放電の切り替えの基準値となる充放電閾値との差に基づいて、前記電動モータに印加するための電圧を可変に制御する
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】
前記補助電源から前記電動モータへの放電が可能となるオン状態と前記補助電源から前記電動モータへの放電が不能となるオフ状態と周期的に切り替えるスイッチング素子を有し、
前記スイッチング素子は、１周期における前記オン状態の割合としてＤＵＴＹ比が設定され、
前記指示信号は、前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比であり、
前記制御装置は、前記指示信号の遅れとして前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比を徐々に増加させる
請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電源を有する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリング装置は、主電源に直列に接続された補助電源を有する。この電動パワーステアリング装置は、車両の車庫入れ時または駐車時等の据切り操舵時のようにステアリングホイールの操舵をアシストする電動モータの消費電力が大きいとき、主電源の給電に加え補助電源の放電により電動モータを駆動する。これにより主電源の消費電力が抑制される。また、電動パワーステアリング装置は、高速走行時のように電動モータの消費電力が小さいとき、主電源の給電のみにより電動モータを駆動する。なお、特許文献１は、従来の電動パワーステアリング装置の構成の一例を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６５３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動パワーステアリング装置においては、主電源の給電のみにより電動モータを駆動する形態から主電源の給電および補助電源の放電により電動モータを駆動する形態に変更するとき、主電源の電圧に補助電源の電圧を加えた電圧が電動モータに印加される。このため、電動モータに印加される電圧が急激に増大するため、アシストトルクが急激に変化する。これにより、運転者がステアリングホイールを操作するとき、違和感を与えるような操舵感が運転者に付与されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、補助電源が電動モータへの放電を開始するときにアシストトルクの急激な変化を抑制す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）第１の手段は「操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に直列に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、前記電動モータに印加される電圧を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は前記補助電源から前記電動モータへの放電が開始されるとき、前記補助電源の放電を指示する指示信号に遅れを入れる電動パワーステアリング装置」を有する。
【０００７】
上記電動パワーステアリング装置においては、制御装置が補助電源の放電を指示する指示信号に遅れを入れることにより、補助電源から電動モータへの放電が開始されるとき、電動モータに印加される電圧の増大速度が遅くなる。このため、電動モータに印加される電圧の増大にともなう電動モータの消費電力が急激に増大することが抑制される。したがって、電動モータが発生するアシストトルクが急激に変化することが抑制される。
【０００８】
（２）第２の手段は「前記制御装置は、操舵をアシストするアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力と、前記主電源から前記補助電源への充電および前記補助電源から前記電動モータへの放電の切り替えの基準値となる充放電閾値との差に基づいて、前記電動モータに印加するための電圧を可変に制御する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置」を有する。
【０００９】
上記電動パワーステアリング装置においては、補助電源が電動モータに放電するとき、制御装置が電動モータに印加するための電圧を可変に制御することにより、補助電源が電動モータに放電する放電量を適切に制御することができる。このため、補助電源が全容量を放電すると仮定した構成と比較して、電源電力と充放電閾値との差が小さいとき、補助電源が電動モータに放電する放電量を減らすことができる。したがって、補助電源の容量不足に起因して補助電源が電動モータに対して適切に放電することが不能となることが抑制される。
【００１０】
（３）第３の手段は「前記補助電源から前記電動モータへの放電が可能となるオン状態と前記補助電源から前記電動モータへの放電が不能となるオフ状態と周期的に切り替えるスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は、１周期における前記オン状態の割合としてＤＵＴＹ比が設定され、前記指示信号は、前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比であり、前記制御装置は、前記指示信号の遅れとして前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比を徐々に増加させる請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置」を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本電動パワーステアリング装置は、補助電源が電動モータへの放電を開始するときにアシストトルクの急激な変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図。
【図２】実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図。
【図３】実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、（ａ）は電動パワーステアリング装置の電源電力の推移を示すグラフ、（ｂ）はキャパシタの蓄電量の推移を示すグラフ。
【図４】実施形態の電動パワーステアリング装置に関するグラフであり、（ａ）および（ｂ）は充放電回路の各スイッチング素子のＤＵＴＹ比の推移を示すグラフ、（ｃ）はモータ駆動電圧の推移を示すグラフ、（ｄ）はアシストトルクの推移を示すグラフ。
【図５】実施形態の制御装置により実行されるモータ駆動電圧可変制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】その他の実施形態の制御装置により実行される充放電閾値変更制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ１」）の構成について説明する。
ＥＰＳ１は、ＥＰＳ本体１０、アシスト装置２０、制御装置３０、補助電源４０、トルクセンサ５０、および車速センサ６０を有する。ＥＰＳ１は、主電源４となるバッテリおよび補助電源４０から制御装置３０を介してアシスト装置２０に電力が供給される構成を有する。ＥＰＳ１は、トルクセンサ５０および車速センサ６０に基づいて、ステアリングホイール２の操作をアシスト装置２０によりアシストする。
【００１４】
ＥＰＳ本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、および２個のタイロッド１６を有する。ＥＰＳ本体１０は、ステアリングホイール２の回転にともないコラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、およびピニオンシャフト１３を一体的に回転させる。ＥＰＳ本体１０は、ピニオンシャフト１３の回転によりラックシャフト１４を往復動させることにより車輪３の操舵角を変化させる。
【００１５】
ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギヤ（図示略）およびラックシャフト１４のラックギヤ（図示略）が互いに噛み合わせられた構成を有する。ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンギヤおよびラックギヤの噛み合いによりピニオンシャフト１３の回転をラックシャフト１４の往復動に変換する。
【００１６】
アシスト装置２０は、３相ブラシレスモータとしての電動モータ２１および減速機構２２を有する。アシスト装置２０は、減速機構２２を介して電動モータ２１の回転をコラムシャフト１１に伝達することによりコラムシャフト１１を回転させる力（以下、「アシストトルクＴＡ」）をコラムシャフト１１に付与する。このようにＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。
【００１７】
トルクセンサ５０は、コラムシャフト１１の中間部分に接続されたトーションバー５１の捩れ、すなわちステアリングホイール２の操作にともないコラムシャフト１１に付与された操舵トルク（以下、「操舵トルクτ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。トルクセンサ５０は、電圧信号を制御装置３０に出力する。
【００１８】
車速センサ６０は、車両の駆動軸（図示略）の回転数、すなわち車両走行速度（以下、「車速Ｖ」）に応じて電圧信号の出力レベルが変化する。車速センサ６０は、電圧信号を制御装置３０に出力する。
【００１９】
制御装置３０は、トルクセンサ５０の電圧信号に基づいて操舵トルクτの大きさおよび方向を算出する。制御装置３０は、車速センサ６０の電圧信号に基づいて車速Ｖを算出する。制御装置３０は、操舵をアシストするアシスト制御を実行する。具体的には、制御装置３０は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づいて目標アシストトルクを算出する。そして制御装置３０は、目標アシストトルクに応じた電力を電動モータ２１に供給することにより電動モータ２１の動作を制御する。
【００２０】
図２を参照して、制御装置３０および補助電源４０の構成の詳細について説明する。
制御装置３０は、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン３１」）、モータ駆動回路３４、電流センサ３５、および電圧センサ３６を有する。制御装置３０は、モータ駆動回路３４に印加される電圧（以下、「モータ駆動電圧ＶＭＤ」）を制御する。
【００２１】
電流センサ３５は、電動モータ２１に供給される実電流（以下、「モータ電流ＩＭ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ３５は、電圧信号をモータ制御部３３に出力する。
【００２２】
電圧センサ３６は、補助電源４０とモータ駆動回路３４との間の電圧、すなわちモータ駆動電圧ＶＭＤの大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電圧センサ３６は、電圧信号をマイコン３１の電源管理部３２に出力する。
【００２３】
マイコン３１は、電源管理部３２およびモータ制御部３３を有する。マイコン３１は、電源管理部３２において補助電源４０の充放電の動作を制御する。マイコン３１は、モータ制御部３３においてモータ駆動回路３４の動作を制御する。
【００２４】
電源管理部３２は、補助電源４０のリレー４１、昇圧回路４３、および充放電回路４４の動作を制御する。電源管理部３２は、リレー４１の動作を制御するためのリレー信号ＳＲをリレー４１に出力する。電源管理部３２は、昇圧回路４３の動作を制御するための昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２を昇圧回路４３に出力する。電源管理部３２は、充放電回路４４の動作を制御するための充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２を充放電回路４４に出力する。
【００２５】
モータ制御部３３は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づいて目標アシストトルクを演算する。モータ制御部３３は、モータ電流ＩＭが目標アシストトルクに対応する電流指令値ＩＭＳに一致するように電流フィードバック制御する。モータ制御部３３は、電流フィードバック制御の実行により生成したモータ制御信号ＳＭをモータ駆動回路３４に出力する。なお、モータ制御信号ＳＭは、モータ駆動回路３４をＰＭＷ制御する信号としての機能も有する。また、目標アシストトルクは、操舵トルクτの絶対値が大きくなるにつれて、または車速Ｖの絶対値が小さくなるにつれて大きくなる。
【００２６】
モータ駆動回路３４は、電動モータ２１の各相に対して２個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）が直列に接続される周知の構成を有する。モータ駆動回路３４においては、モータ制御部３３のモータ制御信号ＳＭに基づいて、モータ駆動回路３４の各相の二個のスイッチング素子が交互にオン状態およびオフ状態に切り替えられる。モータ駆動回路３４は、各スイッチング素子のオン状態およびオフ状態の切り替えによりモータ駆動電圧ＶＭＤをＰＷＭ駆動として電動モータ２１に印加する。
【００２７】
補助電源４０は、主電源４とは個別に形成されている。補助電源４０は、主電源４と直列に接続されている。補助電源４０は、リレー４１、電流センサ４２、昇圧回路４３、充放電回路４４、およびキャパシタ４５を有する。補助電源４０は、キャパシタ４５により電動モータ２１への放電が可能である。
【００２８】
リレー４１は、主電源４と昇圧回路４３との間に配置されている。リレー４１は、主電源４がモータ駆動回路３４に電力を供給するオン状態と、主電源４がモータ駆動回路３４に電力を供給しないオフ状態とを切り替える。
【００２９】
電流センサ４２は、リレー４１と昇圧回路４３との間に配置されている。電流センサ４２は、主電源４の出力電流（以下、「バッテリ電流ＩＢ」）の大きさに応じて電圧信号の出力レベルが変化する。電流センサ４２は、電圧信号を電源管理部３２に出力する。
【００３０】
昇圧回路４３は、主電源４の電圧（バッテリ電圧）に基づく出力電圧、すなわち主電源４と補助電源４０との接続点Ｐ１における出力電圧（以下、「出力電圧Ｖ１」）を昇圧してキャパシタ４５の出力端子である接続点Ｐ２に印加することによりキャパシタ４５を充電可能にしている。
【００３１】
昇圧回路４３は、一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂおよび昇圧コイル４３Ｃを有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの一端が直列に接続された一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂの接続点Ｐ３に接続される構成を有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの他端において出力電圧Ｖ１が印加される構成を有する。
【００３２】
一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが採用されている。上段側のスイッチング素子４３Ａは、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。下段側のスイッチング素子４３Ｂは、一端において接地されている。各スイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、電源管理部３２の昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。
【００３３】
充放電回路４４は、昇圧回路４３と直列に接続されている。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂを有する。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂが直列に接続された構成を有する。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの接続点Ｐ４においてモータ駆動回路３４に接続されている。
【００３４】
一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが採用されている。上段側のスイッチング素子４４Ａの一端は、キャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。下段側のスイッチング素子４３Ｂの一端は、リレー４１および電流センサ４２を介して主電源４に接続されている。各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、電源管理部３２の充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２に基づいて、導通状態であるオン状態および非導通状態であるオフ状態を周期的に切り替える。スイッチング素子４４Ａは、オン状態のとき、キャパシタ４５（補助電源４０）からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ａは、オフ状態のとき、キャパシタ４５（補助電源４０）からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が不能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オン状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４への給電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オフ状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４への給電が不能な状態となる。
【００３５】
キャパシタ４５は、昇圧回路４３および充放電回路４４の間において、昇圧回路４３および充放電回路４４と並列に接続されている。キャパシタ４５は、一端において接続点Ｐ２に接続され、他端において電流センサ４２とスイッチング素子４４Ｂとの間の接続点Ｐ５に接続されている。キャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが採用されている。
【００３６】
リレー４１の動作について説明する。
リレー４１は、電源管理部３２のリレー信号ＳＲに基づいてオン状態およびオフ状態が切り替えられる。リレー４１は、車両のイグニッションスイッチ（図示略）がオン操作されたとき、オフ状態からオン状態に切り替えられる。リレー４１は、イグニッションスイッチがオフ操作されたとき、オン状態からオフ状態に切り替えられる。
【００３７】
昇圧回路４３の動作について説明する。
昇圧回路４３は、下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態からオフ状態に切り替えられることにより生じる昇圧電圧Ｖ３をキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に印加する。具体的には、昇圧回路４３においては、下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態により導通して昇圧コイル４３Ｃの一端を接地する。そして、昇圧回路４３は、スイッチング素子４３Ｂがオフ状態からオン状態に切り替えられたことにより昇圧コイル４３Ｃに生じる誘起電圧を出力電圧Ｖ１に重畳して出力する。なお、上段側のスイッチング素子４３Ａは、キャパシタ４５側から昇圧回路４３側への電流の回り込み（逆流）を防止する機能を有する。
【００３８】
充放電回路４４の動作について説明する。
充放電回路４４は、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂのオン状態およびオフ状態の組合せに基づいて、主電源４によりキャパシタ４５が充電可能となる第１電源形態、およびキャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電可能となる第２電源形態を切り替える。なお、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは同時にオン状態にならないように電源管理部３２により制御される。
【００３９】
第１電源形態は、上段側のスイッチング素子４３Ａがオフ状態かつ下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態となる。第１電源形態においては、主電源４のバッテリ電流ＩＢがキャパシタ４５に供給されかつ下段側のスイッチング素子４３Ｂを介してモータ駆動回路３４に給電される。第１電源形態においては、上段側のスイッチング素子４３Ａがオフ状態のため、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電されない。第１電源形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１となる。
【００４０】
第２電源形態は、上段側のスイッチング素子４３Ａがオン状態かつ下段側のスイッチング素子４３Ｂがオフ状態となる。第２電源形態は、主電源４および補助電源４０（キャパシタ４５）が互いに直列に接続された状態となる。第２電源形態においては、主電源４のモータ駆動回路３４への給電に加え、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電される。第２電源形態においては、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１とキャパシタ４５の出力電圧Ｖ２との合計となる。
【００４１】
また、第２電源形態においては、スイッチング素子４４Ａの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比およびスイッチング素子４４Ｂの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比のそれぞれが１００％以外の値も採用される。これにより、モータ駆動電圧ＶＭＤが異なる。すなわち、モータ駆動電圧ＶＭＤは、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比に応じて変更される。具体的には、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比においてモータ駆動回路３４に電力を供給する比率が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤが大きくなる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が１００％となるとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値となる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が５０％となるとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値の半分の値となる。
【００４２】
図３を参照して、制御装置３０によるモータ駆動回路３４への給電動作の制御について説明する。なお、図３を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。
【００４３】
図３は、ＥＰＳ１がアシスト制御により主電源４に要求する電源電力の推移を示している。図３において、第１放電期間ＴＤ１は時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間を示している。第１充電期間ＴＣ１は時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間を示している。第２放電期間ＴＤ２は時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間を示している。第２充電期間ＴＣ２は時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間を示している。第３放電期間ＴＤ３は時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間を示している。第３充電期間ＴＣ３は時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの期間を示している。
【００４４】
なお、以降では、主電源４からＥＰＳ１に供給される実電源電力を「電源電力ＰＳ」として示す。電源電力ＰＳは、電流センサ４２により検出されたバッテリ電流ＩＢに基づいて電源管理部３２（図２参照）により算出される。
【００４５】
制御装置３０は、充放電回路４４の第１電源形態および第２電源形態の切り替えを制御する。具体的には、図３（ａ）に示されるように、制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満のとき、すなわち第１充電期間ＴＣ１、第２充電期間ＴＣ２、および第３充電期間ＴＣ３において充放電回路４４を第１電源形態に設定する。制御装置３０は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、すなわち第１放電期間ＴＤ１、第２放電期間ＴＤ２、および第３放電期間ＴＤ３において充放電回路４４を第２電源形態に設定する。なお、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上の場合として、車両の車庫入れ時または駐車時に運転者がステアリングホイール２の据切り操舵を行うことが挙げられる。また、電源電力ＰＳは、例えば時刻ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５から充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられる期間において充放電閾値ＫＥ以上となる。
【００４６】
このように制御装置３０が充放電回路４４の第１電源形態および第２電源形態の切り替えを制御することにより、電源電力ＰＳ（バッテリ電流ＩＢ）が充放電閾値ＫＥにおいてピークカットされる。このため、主電源４の負荷が小さくなる。
【００４７】
ところで、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたとき、補助電源４０のキャパシタ４５に蓄電した電力の全てをモータ駆動回路３４に供給すると仮定した場合、次のような問題が生じる。すなわち、図３（ｂ）の二点鎖線のグラフにより示されるように、電源電力ＰＳが第２放電期間ＴＤ２よりも少ない第１放電期間ＴＤ１においてキャパシタ４５の全ての電力をモータ駆動回路３４に供給した場合、時刻ｔ１２においてキャパシタ４５に蓄電された電力は「０」となる。そして、第１充電期間ＴＣ１におけるキャパシタ４５の充電量が第１放電期間ＴＤ１におけるキャパシタ４５の放電量よりも少ないため、キャパシタ４５は、第２放電期間ＴＤ２において必要とされる電力をモータ駆動回路３４に供給することができない。すなわち、キャパシタ４５は、第２放電期間ＴＤ２において容量不足となる。
【００４８】
このような問題により、各放電期間ＴＤ１〜ＴＤ３においては、キャパシタ４５の全ての電力をモータ駆動回路３４に供給するのではなく、電源電力ＰＳの大きさに基づいてキャパシタ４５の放電量を調整することが好ましい。
【００４９】
そこで、本実施形態の制御装置３０は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいてモータ駆動電圧ＶＭＤを可変制御するモータ駆動電圧可変制御を実行する。モータ駆動電圧ＶＭＤは、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれて大きくなる。
【００５０】
そして、制御装置３０は、モータ駆動電圧可変制御において、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に応じて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比を算出する。なお、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂが所定のＤＵＴＹ比において、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥよりも大きくなる場合、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に応じて算出されたＤＵＴＹ比を各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの所定のＤＵＴＹ比に対して補正する。
【００５１】
次に、図４を参照して、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたときのモータ駆動電圧ＶＭＤの変化の制御について作用とともに説明する。なお、図４を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。
【００５２】
図４は、時刻ｔ２１においてスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの動作、モータ駆動電圧ＶＭＤの推移、およびアシストトルクＴＡの推移をそれぞれ示している。図４は、スイッチング素子４４Ａをオフ状態すなわちＤＵＴＹ比０％からオン状態すなわちＤＵＴＹ比１００％に変更する形態を示し、スイッチング素子４４Ｂをオン状態すなわちＤＵＴＹ比１００％からオフ状態すなわちＤＵＴＹ比０％に変更する形態を示している。
【００５３】
図４（ａ）の二点鎖線により示されるように、充放電回路４４のスイッチング素子４４Ａが時刻ｔ２１においてＤＵＴＹ比０％からＤＵＴＹ比１００％に直接的に切り替えられると仮定したとき、次のような問題が生じる。
【００５４】
図４（ｂ）の二点鎖線により示されるように、充放電回路４４のスイッチング素子４４Ｂが時刻ｔ２１においてＤＵＴＹ比１００％からＤＵＴＹ比０％に変更される。これにより、主電源４のモータ駆動回路３４への給電に加え、モータ駆動回路３４へのキャパシタ４５の最大電圧での放電が行われる。このため、図４（ｃ）の破線により示されるように、モータ駆動電圧ＶＭＤは、時刻ｔ２１において出力電圧Ｖ２が出力電圧Ｖ１に重畳されることにより急激に増大する。その結果、図４（ｄ）の二点鎖線に示されるように、アシストトルクＴＡが急激に変化する。このため、運転者がステアリングホイール２を操作するとき、違和感を与えるような操舵感が運転者に付与されるおそれがある。
【００５５】
そこで、本実施形態の制御装置３０は、図４（ａ）の実線により示されるように、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比０％の状態（オフ状態）から所定の増加幅により徐々にＤＵＴＹ比を増加させる。そして、制御装置３０は、時刻ｔ２２においてスイッチング素子４４ＡをＤＵＴＹ比１００％の状態（オン状態）に変更する。すなわち、制御装置３０は、キャパシタ４５の放電を指示する指示信号であるスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比に遅れを入れる。これにともない制御装置３０は、図４（ｂ）の実線により示されるように、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比１００％の状態（オン状態）から所定の減少幅により徐々にＤＵＴＹ比を減少させる。そして、制御装置３０は、時刻ｔ２２においてスイッチング素子４４ＢをＤＵＴＹ０％の状態（オフ状態）に変更する。なお、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅の絶対値と、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比の減少幅の絶対値とは互いに等しい。
【００５６】
このようなスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの動作により、図４（ｃ）の実線により示されるように、モータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に増大する。その結果、図４（ｄ）の実線により示されるように、アシストトルクＴＡが急激に変化することが抑制される。このため、運転者がステアリングホイール２を操作するとき、違和感を与えるような操舵感が運転者に付与されることが抑制される。
【００５７】
次に、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅の算出について説明する。
スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、ＰＩＤ制御となる電力フィードバック制御に基づいて決定される。具体的には、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの偏差ｅ（ｔ）とモータ駆動電圧ＶＭＤの変更量となる制御量ｃ（ｔ）との間の伝達関数Ｇ（ｓ）の時定数に基づいて決定される。偏差ｅ（ｔ）と制御量ｃ（ｔ）との関係式は、以下の式（１）となる。
2014091343.tif 000003
ここで、「ｋｐ」は比例ゲインを示し、「ｋｐ／τｉ」は積分ゲインを示し、「ｋｐτｄ」は微分ゲインを示す。
【００５８】
上記式（１）をラプラス変換することにより以下の式（２）となる。
2014091343.tif 000004
ここで、「ｃ（ｓ）」は制御量を示し、「Ｅ（ｓ）」は偏差を示し、「ｋｐ／τｉｓ」は積分ゲインを示し、「ｋｐτｄｓ」は微分ゲインを示す。
【００５９】
このため、伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の式（３）となる。
2014091343.tif 000005
このように伝達関数Ｇ（ｓ）の時定数は、積分ゲインおよび微分ゲインにより決定される。そして、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたとき、モータ駆動電圧ＶＭＤの増加速度（応答速度）は、時定数が大きくなるにつれて小さくなる。積分ゲインおよび微分ゲインは、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられたときかつキャパシタ４５の出力電圧Ｖ２が「０」からキャパシタ４５の電圧の最大値に変更されるとき、アシストトルクＴＡが急激に変化しないような値となる。また、積分ゲインおよび微分ゲインは、試験またはシミュレーションを通じて予め設定されている。
【００６０】
図５を参照して、制御装置３０により実行されるモータ駆動電圧可変制御の処理手順について説明する。この処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。なお、図５を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図２に記載された各構成要素を示す。
【００６１】
制御装置３０は、ステップＳ１１において電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上か否かを判定する。制御装置３０は、目標アシストトルクに基づいて電源電力ＰＳを算出する。具体的には、電源電力ＰＳは、目標アシストトルクが大きくなるにつれて大きくなる。
【００６２】
制御装置３０は、ステップＳ１１において肯定判定のとき、ステップＳ１２において充放電回路４４を第２電源形態に設定する。そして、制御装置３０は、ステップＳ１３およびステップＳ１４においてモータ駆動電圧ＶＭＤを変更する制御を実行する。一方、制御装置３０は、ステップＳ１１において否定判定のとき、ステップＳ１５において充放電回路４４を第１電源形態に設定する。このとき、モータ駆動電圧ＶＭＤは、主電源４のバッテリ電圧となる出力電圧Ｖ１となる。
【００６３】
制御装置３０は、ステップＳ１３において電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいてＤＵＴＹ比を算出する。そして、制御装置３０は、ステップＳ１４において、ＤＵＴＹ比に応じて各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢをＰＷＭ駆動する。
【００６４】
本実施形態のＥＰＳ１は以下の効果を奏する。
（１）ＥＰＳ１は、モータ駆動電圧可変制御において、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を徐々に増加させることによりモータ駆動電圧ＶＭＤの急激な上昇を抑制している。したがって、アシストトルクＴＡの急激な変化が抑制されるため、運転者がステアリングホイール２を操作するとき、違和感を与えるような操舵感が運転者に付与されることが抑制される。
【００６５】
（２）ＥＰＳ１は、モータ駆動電圧可変制御において、充放電回路４４が第２電源形態のとき、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が設定される。このため、キャパシタ４５の電力を過度に消費することが抑制される。したがって、キャパシタ４５の容量不足となることが抑制される。
【００６６】
本電動パワーステアリング装置は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本電動パワーステアリング装置のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
【００６７】
・実施形態の充放電閾値ＫＥは、予め設定された固定値である。ただし、充放電閾値ＫＥは実施形態に例示された内容に限られない。変形例の充放電閾値ＫＥは、ＥＰＳ１以外による主電源４の負荷状態（以下、「電源負荷状態」）に基づいて変更される。電源負荷状態は、高負荷状態、中負荷状態、および低負荷状態に区分される。高負荷状態は、例えばエアコンが相対的に高風量により動作し、かつカーナビゲーション装置が動作している状態が挙げられる。中負荷状態は、例えばエアコンが相対的に低風量により動作し、かつカーナビゲーション装置が動作している状態が挙げられる。低負荷状態は、例えばエアコンの動作およびカーナビゲーション装置の動作がともに停止している状態が挙げられる。そして、制御装置３０は、電源負荷状態に応じて充放電閾値ＫＥを切り替える充放電閾値変更制御を実行する。具体的には、制御装置３０は、電源負荷状態に応じて、充放電閾値ＫＥの基準値となる基準充放電閾値よりも大きい第１充放電閾値、または基準充放電閾値よりも小さい第２充放電閾値に変更する。
【００６８】
図６を参照して、充放電閾値変更制御の処理手順について説明する。この処理は所定周期毎に繰り返し実行される。
制御装置３０は、以下のステップＳ２１，Ｓ２２により電源負荷状態を判定する。すなわち、制御装置３０は、ステップＳ２１において電源負荷状態が高負荷状態か否かを判定する。制御装置３０は、ステップＳ２２において電源負荷状態が低負荷状態か否かを判定する。ステップＳ２１において肯定判定のとき、すなわち電源負荷状態が高負荷状態と判定されたとき、制御装置３０は、ステップＳ２３において充放電閾値ＫＥを第１充放電閾値ＫＥ１に変更する。ステップＳ２１において否定判定かつステップＳ２２において肯定判定のとき、すなわち電源負荷状態が低負荷状態と判定されたとき、制御装置３０は、ステップＳ２４において充放電閾値ＫＥを第２充放電閾値ＫＥ２に変更する。ステップＳ２１およびステップＳ２２において否定判定のとき、すなわち電源負荷状態が中負荷状態と判定されたとき、制御装置３０は、ステップＳ２５において充放電閾値ＫＥを基準充放電閾値に維持する。
【００６９】
この構成によれば、電源負荷状態が高くなるにつれて充放電閾値ＫＥが小さくなるため、電源負荷状態が高くなるにつれて充放電回路４４が第２電源形態の場合によるモータ駆動回路３４への給電の頻度が高くなる。このため、主電源４のピークカットの頻度が高くなるため、主電源４の負担を減らすことができる。また、電源負荷状態が低負荷状態のとき、充放電閾値ＫＥが大きくなるため、キャパシタ４５の放電の頻度が低くなる。このため、キャパシタ４５の充放電の繰り返しによる補助電源４０の寿命の低下が抑制される。
【００７０】
・上記変形例において、制御装置３０は、モータ駆動電圧可変制御において充放電閾値ＫＥの変更にともないそのときどきの充放電閾値と電源電力ＰＳとの差に基づいてＤＵＴＹ比を算出する。
【００７１】
・実施形態の制御装置３０において、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に変更されたことを条件として、モータ駆動電圧可変制御を実行することもできる。具体的には、制御装置３０は、モータ駆動電圧可変制御において、図５のステップＳ１１とステップＳ１２との間に充放電回路４４が第１電源形態か否かの判定が追加される。この判定において肯定判定のとき、すなわち充放電回路４４が第１電源形態のとき、ステップＳ１２に移行する。一方、上記判定において否定判定のとき、すなわち充放電回路４４が第２電源形態のとき、一旦処理を終了する。
【００７２】
・実施形態の制御装置３０は、モータ駆動電圧可変制御において、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差に基づいて、モータ駆動電圧ＶＭＤの変化を制御する。ただし、モータ駆動電圧の変化の制御は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に変更されるとき、キャパシタ４５の充電された容量を放電することによりモータ駆動電圧ＶＭＤを変化させる。変形例の制御装置３０は、伝達関数を１／（ｓＴ＋１）として設定する。なお、Ｔは時定数を示している。
【００７３】
この構成によれば、変形例の制御装置３０の伝達関数の時定数によりスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅およびスイッチング素子４４Ｂの減少幅が設定される。すなわち、各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比に遅れが入れられる。このため、モータ駆動電圧ＶＭＤの急激な増大が抑制されるため、アシストトルクＴＡの急激な変化が抑制される。
【００７４】
・実施形態のＥＰＳ１において、複数個の補助電源４０を有してもよい。
・実施形態の補助電源４０は、キャパシタ４５を有する。ただし、補助電源４０の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の補助電源４０は、キャパシタ４５に代えて、リチウムイオン電池等の二次電池を有する。
【００７５】
・実施形態のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが採用されている。ただし、キャパシタ４５の種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサに代えて、リチウムイオンキャパシタが採用される。
【００７６】
・実施形態の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＭＯＳＦＥＴが採用されている。ただし、スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＩＧＢＴが採用される。要するに、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢはＤＵＴＹ比を変更することが可能な構成であれば、ＭＯＳＦＥＴ以外の構成であってもよい。
【００７７】
・実施形態の電動モータ２１は、３相ブラシレスモータの構成を有する。ただし、電動モータ２１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動モータ２１はブラシ付きモータの構成を有する。
【００７８】
・実施形態のＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。ただし、ＥＰＳ１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、ピニオンアシスト型、デュアルピニオンアシスト型、ラック同軸型、またはラックパラレル型の構成を有する。
【００７９】
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）前記制御装置は、前記主電源において当該電動パワーステアリング装置以外の電気機器への電力の供給状態に基づいて充放電閾値を可変に制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
【００８０】
上記電動パワーステアリング装置においては、電動パワーステアリング装置以外の電気機器による主電源への負荷が大きい状態のとき、充放電閾値を小さくすることにより補助電源が放電されるため、主電源の負担が小さくなる。一方、電動パワーステアリング装置以外の電気機器による主電源への負荷が小さい状態のとき、充放電閾値を大きくすることにより補助電源の放電の頻度が低くなる。このため、補助電源の充放電の繰り返しによる補助電源の寿命の低下が抑制される。なお、電気機器としては、例えばエアコンおよびカーナビゲーション装置が挙げられる。
【符号の説明】
【００８１】
１…ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）、４…主電源、２１…電動モータ、３０…制御装置、４０…補助電源、４４Ａ…スイッチング素子、４４Ｂ…スイッチング素子、ＫＥ…充放電閾値、ＫＥ１…第１充放電閾値、ＫＥ２…第２充放電閾値、ＰＳ…電源電力、ＴＡ…アシストトルク、ＶＭＤ…モータ駆動電圧、τ…操舵トルク。
【図１】
2014091343.tif 000006
【図２】
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【図３】
2014091343.tif 000008
【図４】
2014091343.tif 000009
【図５】
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【図６】
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