(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助力を出力する電動機と、
前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記電動機制御手段を介して、前記電動機に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の電流値を検出する電流検出手段と、
前記昇圧回路の電流の増加に応じて電圧を低減するように前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記昇圧回路制御手段が、前記昇圧回路の電流値が所定値を超える領域で、前記昇圧回路の電流値と電圧値の積が一定になるように前記昇圧回路を制御する請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
操舵補助力を出力する電動機と、
前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記電動機制御手段を介して、前記電動機に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
電流値が大きくなると電圧が小さくなるように設定した前記昇圧回路の電流と電圧との出力特性に基づいて求められるデューティー比に上限を設定し、前記デューティー比の上限以下の範囲で前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
操舵補助力を出力する電動機と、
前記電動機を制御する電動機制御手段と、
前記電動機制御手段を介して、前記電動機に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の電圧を昇圧制御する昇圧回路制御手段と、
を備え、
操舵トルク、車速および舵角からアシストトルクを求めるとともに、前記アシストトルクから前記電動機を駆動させる電流値を求め、前記電流値と前記電動機のモータ回転数に基づいて、前記昇圧回路の電圧を昇圧制御することを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵系に操舵補助力を与える電気式操舵力補助装置に用いられる電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用の電気式操舵力補助装置においては、運転者による操舵力を軽減するために、モータによって操舵補助力を発生させる電動機の制御装置が用いられている。そして、このような電動機の制御装置としては、例えば、特開平１−１１５７７０号公報に開示されているように、高速走行時の急操舵性を向上させるために、昇圧回路を用いて、バッテリ電圧以上の電圧を出力させて、モータの効率を改善したり、より大きなトルクを発生させたりするものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記電動機の制御装置では、高速走行時だけ電圧を上げるため、モータを常時高電圧を想定した設計にできず、大幅なモータ効率の改善は望めないという問題がある。すなわち、モータの駆動電圧を高くする利点として、モータを高電圧用に設計することで、モータの電流を小さくすることが考えられ、電流を小さくすると、配線・パワー素子などでの損失が減少して、電動機の制御装置全体の効率が改善される。しかしながら、モータを常時高電圧に想定して設計できないとこの利点を得ることができない。
【０００４】
また、前記電動機の制御装置では、モータが、特に高電圧を必要としていない時にも同じように昇圧するため、無駄な昇圧となり効率が悪いという問題もある。例えば、車速等の条件が揃って昇圧した場合でも、状況によっては、それ程高い電圧が必要ない場合もある。その場合、インバータ部は、デューティー比を下げ実質的な降圧動作となる。さらに、昇圧が必要な状況になっても、判定の遅れや、昇圧回路自体の立ち上がり時間の影響で、瞬時に応答ができないといった昇圧回路のタイムラグがモータの応答性を損ねるという問題もある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたもので、その目的は、高電流領域での高い電圧が不要な場合には、昇圧電圧を下げて無駄な昇圧をなくすとともに、高電圧を想定した低電流のモータ設計が可能になり、さらに、応答性のよい電動機の制御装置を提供することである。
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る電動機の制御装置の特徴は、操舵補助力を出力する電動機と、電動機を制御する電動機制御手段と、電動機制御手段を介して、電動機に電力を供給するバッテリと、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の電流値を検出する電流検出手段と、昇圧回路の電流の増加に応じて電圧を低減するように昇圧回路を制御する昇圧回路制御手段とを備えたことにある。この場合、昇圧回路制御手段が、昇圧回路の電流値が所定値を超える領域で、昇圧回路の電流値と電圧値の積が一定になるように昇圧回路を制御することが好ましい。
【０００７】
前記のように構成した本発明の特徴によれば、昇圧回路の電流が大きくなった場合には、その電流増加に応じて昇圧電圧を下げることができ、無駄な昇圧を避けることができる。この場合、モータの特性を考慮して、昇圧電圧を適宜低減することができ、簡単な昇圧回路を使用しても十分に効果を奏することができる。また、昇圧回路の電流と電圧の積が一定になるように昇圧回路を制御することにより、モータの特性に対応した一定の傾向に基づく適正な制御が行えるようになる。
【０００８】
また、本発明の他の構成上の特徴は、操舵補助力を出力する電動機と、電動機を制御する電動機制御手段と、電動機制御手段を介して電動機に電力を供給するバッテリと、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、電流値が大きくなると、電圧が小さくなるように設定した昇圧回路の電流と電圧との出力特性に基づいて求められるデューティー比に上限を設定し、このデューティー比の上限以下の範囲で昇圧回路を制御する昇圧回路制御手段とを備えたことにある。
【０００９】
前記のように構成した本発明の特徴によれば、デューティー比に上限規制を設けることで、電圧を下げることができる。これによって、昇圧回路の電流を検出する電流検出手段を設けなくてすむようになり、コストの低減が図れるようになる。この場合、モータの電流・電圧特性を考慮して、デューティー比の上限を設定することにより、適正な制御が簡単に行えるようになる。
【００１０】
また、本発明の他の構成上の特徴は、操舵補助力を出力する電動機と、電動機を制御する電動機制御手段と、電動機制御手段を介して、電動機に電力を供給するバッテリと、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路の電圧を昇圧制御する昇圧回路制御手段とを備え、操舵トルク、車速および舵角からアシストトルクを求めるとともに、アシストトルクから電動機を駆動させる電流値を求め、電流値と電動機のモータ回転数に基づいて、昇圧回路の電圧を昇圧制御することにある。
【００１１】
前記のように構成した本発明の特徴によれば、昇圧回路を常時昇圧するようになり、モータを高電圧低電流対応の専用設計にすることができる。また、操舵トルクに基づいて昇圧電圧を設定することで、不必要な昇圧を抑制し、電動機の制御装置の効率を向上できる。さらに、電動機の駆動に必要な電流と電動機のモータ回転数に基づいて電圧の昇圧を制御することで、必要最小限の昇圧にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は同実施形態に係る電動機の制御装置を備えた車両の電動式操舵力補助装置１０を示した概略図であり、図２は、図１に示した電動式操舵力補助装置１０が備える電動機の制御装置１１の機能ブロック図である。
【００１３】
この電動式操舵力補助装置１０においては、ハンドル１２に連結されたステアリングシャフト１３の中間部分に、トルクセンサ１４および電動機としてのモータ１５が取り付けられており、ステアリングシャフト１３の下端部には、ピニオン１６が設けられている。そして、ピニオン１６に、ラック１７が噛合し、ラック１７の両端側には、操舵車輪１８ａ，１８ｂが連結されている。したがって、ハンドル１１を回転操作すると、その回転力は、ステアリングシャフト１３を介してピニオン１６に伝わり、ピニオン１６を回転させる。このピニオン１６の回転によって、ラック１７が図示の左右方向に移動し、ラック１７の移動により、操舵車輪１８ａ，１８ｂが転舵して方向を変えるようになる。
【００１４】
また、トルクセンサ１４およびモータ１５は、制御装置１９に含まれる電動機制御手段としてのインバータ２０に接続されている。トルクセンサ１４は、ステアリングシャフト１３に発生するねじれ量を可変抵抗器等によって電気量に変換して操舵トルクを検出するもので、ステアリングシャフト１３の操舵トルクの大きさを信号として、インバータ２０に送る。モータ１５は、インバータ２０によって回転数を制御され、減速機（図示せず）およびピニオン１６を介して、ラック１７に操舵補助力を与える。
【００１５】
インバータ２０は、トルクセンサ１４およびモータ１５の他、車速センサ２１および舵角センサ（図示せず）が接続されており、トルクセンサ１４からの操舵トルクｔ、車速センサ２１が検出する車両の前後方向の車両速度ｖおよび舵角センサが検出するステアリングシャフト１３の回転角度θ等の情報をもとに、モータ１５の回転速度、トルクを制御する。
【００１６】
制御装置１９は、インバータ２０の他、昇圧回路２２、昇圧回路制御手段としてのＰＷＭ調整器２３および電流検出器２４（図１ではＰＷＭ調整器２３および電流検出器２４は省略）を備えている。昇圧回路２２は、チョッパー回路からなっており、インバータ２０およびバッテリ２５に接続されている。そして、この昇圧回路２２は、ハンドル１２の操舵力を軽減させる操舵補助力に基づいてバッテリ２５の電圧を昇圧させる。この場合、例えば、バッテリ２５の電圧が１２ｖとすると、昇圧回路２２の昇圧電圧の領域を、１２〜２５ｖ程度の範囲で設定することにより、モータ１５の回転、トルクを最適に制御する。
【００１７】
また、ＰＷＭ調整器２３は、パルス幅を変調して、デューティー比を決定するもので、電流検出器２４が検出する昇圧回路２２の電流値および昇圧回路２２のＡ点の電圧値をもとに、昇圧回路２２の昇圧電圧を低減するように制御する。この場合、昇圧回路２２の電圧と電流との出力特性から判断して、電流値が一定範囲を超える領域では、昇圧する電圧を下げるようになっており、その関係を、図３に線ａで示している。
【００１８】
すなわち、図３の線ａは、昇圧回路２２における電圧と電流の出力特性を示しており、電流が所定値Ｉ1以下の場合は、電圧は一定値ＶMAXとされ、この一定電圧ＶMAXを、昇圧回路２２の電圧の最大値とする。そして、電流が所定値Ｉ1を超えて大きくなると、電圧は一定の割合で小さくなっていく。この一定の割合は、電圧値×電流値の電力値が一定になるようにして電圧値が求められ、線ａにおける曲線ｂの部分のように下方に向けて膨らんだ円弧状になる関係で表される割合になる。すなわち、昇圧回路２２の電流が大電流の場合には、電圧は小さくてすむため、大電流の場合には、昇圧電圧を小さくして昇圧に無駄が生じないようにしている。
【００１９】
昇圧回路２２の電圧と電流を、図３の線ａで示した関係に設定する根拠は、図４に領域ｃで示したモータ１５の電流・電圧特性による。図４は、モータ１５の必要最小電圧と、電源電流の関係を示しており、この場合の必要最小電圧とは、インバータ２０がモータ１５に所定の電流を流すために必要な最低電源電圧のことで、モータ１５の回転数、負荷状態によっても変わるものである。この必要最小電圧以上の電圧を加えても、インバータ２０のデューティー比が下がるだけで、モータ１５に印加される電圧は変わらず、実質的な降圧となる。
【００２０】
また、電源電流とは、インバータ２０の入力電流のことで、昇圧回路２２の出力電流に相当する。図３の線ａは、昇圧回路２２の電圧が、図４に示した領域ｃにおける必要最小電圧の最大部分以上になり、かつそれを大幅に越えない範囲で求められたものである。したがって、無駄に昇圧することがなく効率よく昇圧回路２２を昇圧することができる。この場合、昇圧回路２２は、常時昇圧した状態になって、すべての電流領域で、モータ１５に必要な電圧を確保できるため、高速応答性に優れたものとなる。また、モータ１５を高電圧用に設計することができる。
【００２１】
図５は、本発明の他の実施形態による電動機の制御装置３０の機能ブロック図を示している。この電動機の制御装置３０では、制御装置３１に、電流検出器２４が設けられてなく、ＰＷＭ調整器２３ａが、昇圧回路２２ａを制御する際に、Ｂ点における電圧値に基づいて、デューティー制限３２を行うようになっている。それ以外の構成については、図２に示した電動機の制御装置１１と同様である。したがって、同一部分に同一符号を記している。
【００２２】
この電動機の制御装置３０では、昇圧回路２２ａの電流検出は行わず、Ｂ点の電圧に応じて、ＰＷＭ調整器２３ａがデューティー制限３２を行うことにより昇圧回路２２ａの昇圧制御を行うようになっている。すなわち、Ｂ点の電圧が高い場合には、デューティー比を下げるように制御し、Ｂ点の電圧が低い場合には、デューティー比を上げるように制御される。
【００２３】
昇圧回路２２ａに、デューティー制限３２をかけた場合の電圧と電流の出力特性は、図６に線ｄで示したようになる。この場合、電流値が所定値Ｉ1以下の場合、電圧は、図３に線ａで示した一定値ＶMAXと同一にして、この一定電圧ＶMAXを昇圧回路２２ａの電圧の最大値としている。そして、電流が所定値Ｉ1を超えて大きくなると、電圧は、線ｄにおける直線ｅの部分のように一定の割合に比例して小さくなるように設定している。この場合、昇圧回路２２ａの電圧が、モータ１５の電流・電圧特性を示す領域ｃにおける必要最小電圧の最大部分以上で、かつ、それを超える範囲が極力小さくなる範囲で、デューティー制限３２が設定されている。
【００２４】
なお、破線ｆは、図３における曲線ｂの部分を示しており、線ｄにおける直線ｅは、電流が特に大きくなる領域で、曲線ｆよりも小さくなっている。したがって、この領域においては、制御装置３１の昇圧回路２２の方が、制御装置１９の昇圧回路２２ａよりも低い電圧になる。これによって、昇圧回路２２ａの電流が大きな電流の場合には、電圧を小さくして昇圧に無駄が生じないようになる。また、デューティー比に制限を設定するだけであるから簡単に制御が行えるようになる。さらに、電流検出器２４を設けないため、コスト削減が図れ、電動機の制御装置３０の簡素化もできるようになる。
【００２５】
また、さらに他の実施形態として、例えば、バッテリ２５の電圧を１２ｖとした場合に、図７に示したように、昇圧回路２２の昇圧目標電圧領域ｇを、実験データ等に基づいて、１２ｖ〜２５ｖ程度の範囲で設定しておき、この昇圧目標電圧領域ｇの電圧値によってモータ１５を制御することで、モータ１５の回転、トルクを最適にすることができる。
【００２６】
図７の昇圧目標電圧領域ｇは、以下のようにして求められる。すなわち、まず、トルクセンサ１４が検出する操舵トルクｔ、車速センサ２１が検出する車両速度ｖおよび舵角センサが検出する回転角度θ等の情報からアシストトルクを決定する。つぎに、このアシストトルクに基づいて電流指令値を決定する。この電流指令値は、モータ１５に流す電流の値であり、操舵トルクにある程度比例し、操舵トルクが大であればそれに応じて大になる。この電流指令値を求めるためのデータは、インバータ２０側に情報として記憶されており、アシストトルクの大きさに対応する電流値がデータとして予め算出されている。
【００２７】
そして、モータ１５の電源電圧とモータ負荷からモータ１５の回転数を算出し、このモータ１５の回転数と、電流指令値とから、モータ１５に電流指令値による電流を流すために必要な電圧値を求め、これをマップ化することにより、昇圧目標電圧領域ｇが求められる。したがって、モータ１５の回転数とアシストトルクから求めた電流指令値から、必要な昇圧電圧を求め、インバータ２０は、昇圧回路２２を制御してその電圧に昇圧させる。これによって、実験データに基づく理想的な昇圧が行える。
【００２８】
例えば、電流指令値が０Ａで、回転数も０rpmの場合、昇圧目標電圧は１２ｖになり、電流指令値が４０Ａで、回転数が１２００rpmの場合、昇圧目標電圧は２５ｖになる。このように、電流指令値が０〜４０Ａ、回転数が０〜１２００rpmの範囲で、適宜最適な昇圧目標電圧に設定される。
【００２９】
なお、本実施形態では、車速センサ２１が検出する車両速度ｖも考慮されているが、これは、車両速度ｖが操舵の状態を判断するために有効であるためである。例えば、モータ１５に、図３および図６に示した所定値Ｉ1以上の大きな電流が流れる場合としては、急操舵による操作をした場合や、車庫入れの場合がある。この急操舵時や車庫入れ時の電流と電圧の特性を、図４に示すと、急操舵時の電流と電圧の特性は、急操舵領域ｈに示される領域になり、車庫入れ時の電流と電圧の特性は、車庫入れ領域ｉに示される領域となる。したがって、このような急操舵と車庫入れの違いは、車速センサ２１が検出する車両速度ｖによって判断され、それぞれの状況に応じた制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による電動機の制御装置を備えた電動式操舵補助装置を示す概略図である。
【図２】  電動機の制御装置における機能を示す機能ブロック図である。
【図３】  昇圧回路の特性を示す特性線図である。
【図４】  モータの特性を示す特性線図である。
【図５】  本発明の他の実施形態による電動機の制御装置における機能を示す機能ブロック図である。
【図６】  図５の電動機の制御装置の昇圧回路にデューティー制限を設けた場合の出力特性を示す特性線図である。
【図７】  昇圧目標電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…電動式操舵力補助装置、１１，３０…電動機の制御装置、１４…トルクセンサ、１５…モータ、１９，３１…制御装置、２０…インバータ、２１…車速センサ、２２，２２ａ…昇圧回路、２３，２３ａ…ＰＷＭ調整器、２４…電流検出器、２５…バッテリ、３２…デューティー制限、ａ，ｄ…線、ｂ…曲線、ｃ…領域、ｅ…直線、ｇ…昇圧目標電圧領域、Ｉ1…所定値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004759879.tif 000006
【図６】
0004759879.tif 000007
【図７】
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