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発明の名称 モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−151251(P2007−151251A)
公開日 平成19年6月14日(2007.6.14)
出願番号 特願2005−339833(P2005−339833)
出願日 平成17年11月25日(2005.11.25)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
発明者 鈴木 浩
要約 課題
エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供すること。

解決手段
マイコン11は、アシスト制御を実行するモータ制御演算部11aと、昇圧制御を実行する昇圧制御演算部11bとを備える。そして、昇圧制御演算部11bは、モータ制御演算部11aからq軸電流値Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差ΔIqを取得し、その偏差ΔIq(の絶対値)が所定の閾値α以下である場合(|ΔIq|≦α)には、その昇圧制御における目標電圧Vout*を徐々に低下させる。
特許請求の範囲
【請求項1】
電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、
前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下である場合には、前記出力電圧を徐々に低下させるべく前記昇圧回路の作動を制御すること、
を特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値以下である場合には、前記目標電圧の前回値から所定値を減じた値を新たな目標電圧とすること、
を特徴とするモータ制御装置。
【請求項3】
電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、
前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が所定の閾値よりも大きい場合には、該偏差に応じて前記目標電圧を増加させること、を特徴とするモータ制御装置。
【請求項4】
請求項3に記載のモータ制御装置において、
前記制御手段は、所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値よりも大きい場合には、前記目標電圧の前回値に前記偏差に基づく値を加えた値を新たな目標電圧とすること、を特徴とするモータ制御装置。
【請求項5】
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた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、昇圧回路を備えたモータ制御装置、及び電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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いる。そして、こうしたEPS用のモータ制御装置には、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1参照)。
【特許文献1】特開2003−319700号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、従来の昇圧機能付きモータ制御装置においては、要求されるアシスト力が低い場合やスタンバイ時においても、常時、その昇圧が行われる。このため、昇圧回路の発熱、及びそれに伴うエネルギーロスが大きいという問題がある。
【0004】
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、エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下である場合には、前記出力電圧を徐々に低下させるべく前記昇圧回路の作動を制御すること、を要旨とする。
【0006】
請求項2に記載の発明は、前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値以下である場合には、前記目標電圧の前回値から所定値を減じた値を新たな目標電圧とすること、を要旨とする。
【0007】
即ち、モータの電流制御における偏差が小さい場合には、モータへの印加電圧、つまり昇圧回路の出力電圧が過剰である場合が多い。従って、上記各構成よれば、このような場合に、その出力電圧を徐々に低下させるべく昇圧回路の作動を制御することで、昇圧回路の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。そして、この際、徐々に目標電圧を低下させることで、アシスト力の変動を抑えて良好な操舵フィーリングを確保することができる。
【0008】
請求項3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、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記出力電圧を目標電圧に追従させるべく前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が所定の閾値よりも大きい場合には、該偏差に応じて前記目標電圧を増加させること、を要旨とする。
【0009】
請求項4に記載の発明は、前記制御手段は、所定周期毎に前記昇圧回路の作動を制御するとともに、前記偏差が前記閾値よりも大きい場合には、前記目標電圧の前回値に前記偏差に基づく値を加えた値を新たな目標電圧とすること、を要旨とする。
【0010】
即ち、モータの電流制御における偏差が大きい場合には、モータへの印加電圧、つまり昇圧回路の出力電圧の不足により、逆起電力に抗してモータに必要な電流を流すことができない状態と推定することができる。従って、上記各構成によれば、このような場合に、その不足する電圧に対応する偏差に応じて目標電圧を増加させることで、昇圧に伴うエネルギー損失を最小限に抑えることができ、これによりエネルギー効率を向上させることができる。
【0011】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であること、を要旨とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、エネルギー効率に優れたモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明を昇圧機能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を制御するモータ制御装置としてのECU3とを備えている。
【0014】
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アシスト型EPSであり、モータ2が発生するアシストトルクは、ボールねじ機構(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。
【0015】
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。
【0016】
ECU3には、操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ14、及び車速を検出するための車速センサ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、ECU3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θm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θm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θm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(アシスト制御)。
【0017】
詳述すると、本実施形態のマイコン11は、アシスト制御を実行するモータ制御演算部11aと、後述する昇圧制御を実行する昇圧制御演算部11bとを備えており、モータ制御演算部11aは、d/q座標系における電流制御により上記モータ制御信号を生成する。具体的には、モータ制御演算部11aは、上記検出された操舵トルクτ及び車速Vに基づいてモータ2の発生するアシストトルクの目標値としてq軸電流指令値Iq*を決定するとともに、上記検出された相電流値Iu,Iv,Iwをd/q変換することにより、モータ2に通電される実電流値としてq軸電流値Iqを算出する。そして、モータ制御演算部11aは、このq軸電流値Iqをq軸電流指令値Iq*に追従させるべく、q軸電流値Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差ΔIqに基づくフィードバック制御によりモータ制御信号を生成する。
【0018】
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。
【0019】
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(バッテリー)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。
【0020】
また、EPS1は、電源電圧Vinを昇圧して駆動回路12に出力する昇圧回路25を備えている。本実施形態では、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、制御手段としてのマイコン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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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、この電圧が第2FET26bのオン時に接続点bに伝達される。そして、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。
【0024】
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)。
【0025】
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が接続されており、第2の電圧センサ30により検出された出力電圧Voutは上述の昇圧制御演算部11bに入力される。そして、昇圧制御演算部11b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を昇圧制御の制御目標値である目標電圧Vout*に追従させるべくフィードバック制御を行うことにより、昇圧回路25の作動を制御するための制御信号を生成する。尚、本実施形態では、目標電圧Vout*の初期値は、電源電圧Vinよりも高い所定の電圧に設定されている。そして、マイコン11は、この昇圧制御演算部11bにおいて生成された制御信号を第1FET26a及び第2FET26bに出力し、この制御信号の有するDUTY比に従って第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。
【0026】
(目標電圧可変制御)
上述のように、常時、昇圧制御を行うことにより、昇圧回路25の発熱、及びそれに伴うエネルギーロスが問題となる。この点を踏まえ、本実施形態では、マイコン11は、モータ2への印加電圧、即ち昇圧回路25の出力電圧Voutの過不足を判定する。そして、出力電圧Voutが過剰であると判定された場合には、その出力電圧Voutを徐々に低下させるべく昇圧回路25の作動を制御する。
【0027】
詳述すると、本実施形態では、昇圧制御を実行する上記昇圧制御演算部11bは、アシスト制御を実行するモータ制御演算部11aから、同アシスト制御における実電流値と電流指令値との偏差、即ちq軸電流値Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差ΔIqを取得する。そして、その偏差ΔIq(の絶対値)が所定の閾値α以下である場合(|ΔIq|≦α)には、その昇圧制御における目標電圧Vout*を徐々に低下させ、偏差ΔIqが閾値αより大きい場合(|ΔIq|>α)には、該偏差ΔIqに応じて目標電圧Vout*を増加させる。
【0028】
具体的には、図4のフローチャートに示すように、昇圧制御演算部11bは、先ずモータ制御演算部11aから電流偏差としてq軸電流値Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差ΔIqを取得し(ステップ101)、続いて図示しないメモリから目標電圧Vout*の前回値、即ち目標電圧前回値Vout_b*を読み出す(ステップ102)。
【0029】
次に、昇圧制御演算部11bは、偏差ΔIqの絶対値が所定の閾値α以下であるか否かを判定する(ステップ103)。そして、偏差ΔIqの絶対値が所定の閾値α以下である場合(|ΔIq|≦α、ステップ103:YES)には、目標電圧前回値Vout_b*から所定値V0を減じた値を新たな目標電圧Vout*として設定する(Vout*=Vout_b*−V0、ステップ104)。そして、上記ステップ103において、偏差ΔIqの絶対値が所定の閾値αより大きいと判定した場合(|ΔIq|>α、ステップ103:NO)には、上記偏差ΔIqに所定の定数Kを乗じ、これを目標電圧前回値Vout_b*に加算した値を新たな目標電圧Vout*として設定する(Vout*=Vout_b*+K・ΔIq、ステップ105)。
【0030】
次に、昇圧制御演算部11bは、上記ステップ104又はステップ105において設定された目標電圧Vout*に昇圧回路25の出力電圧Voutを追従させるべく制御信号を生成する(ステップ106)。そして、その目標電圧Vout*をメモリに記憶することにより、目標電圧前回値Vout_b*を更新する(ステップ107)。
【0031】
このように、昇圧制御演算部11bは、定時割り込みにより所定周期毎(例えば200μ秒毎)に上記ステップ101〜ステップ108の処理を実行する。そして、これにより、偏差ΔIq(の絶対値)が所定の閾値α以下である場合(|ΔIq|≦α)には、その実行周期毎にその目標電圧Vout*が低下するようになっている。
【0032】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1)マイコン11は、アシスト制御を実行するモータ制御演算部11aと、昇圧制御を実行する昇圧制御演算部11bとを備える。そして、昇圧制御演算部11bは、モータ制御演算部11aからq軸電流値Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差ΔIqを取得し、その偏差ΔIq(の絶対値)が所定の閾値α以下である場合(|ΔIq|≦α)には、その昇圧制御における目標電圧Vout*を徐々に低下させる。
【0033】
即ち、モータ2の電流制御における偏差ΔIqが小さい場合には、モータ2への印加電圧、つまり昇圧回路25の出力電圧Voutが過剰である場合が多い。従って、このような場合に、その出力電圧Voutを徐々に低下させるべく昇圧回路25の作動を制御することで、昇圧回路の発熱を抑制するとともに、そのエネルギー効率を向上させることができる。そして、この際、徐々に目標電圧Vout*を低下させることで、アシスト力の変動を抑えて良好な操舵フィーリングを確保することができる。
【0034】
(2)昇圧制御演算部11bは、偏差ΔIqが閾値αより大きい場合(|ΔIq|>α)には、該偏差ΔIqに応じて目標電圧Vout*を増加させる。
即ち、モータ2の電流制御における偏差ΔIqが大きい場合には、モータ2への印加電圧、つまり昇圧回路25の出力電圧Voutの不足により、逆起電力に抗してモータ2に必要な電流を流すことができない状態と推定することができる。従って、このような場合に、その不足する電圧に対応する偏差ΔIqに応じて目標電圧Vout*を増加させることで、昇圧に伴うエネルギー損失を最小限に抑えることができ、これによりエネルギー効率を向上させることができる。
【0035】
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、本発明を昇圧機能付き電動パワーステアリング装置(EPS)に具体化したが、これに限らず、その他用途に用いられるモータ制御装置に具体化してもよい。
【0036】
・本実施形態では、目標電圧Vout*の初期値は、電源電圧Vinよりも高い所定の電圧に設定することとしたが、電源電圧Vinに設定することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】電動パワーステアリング装置(EPS)の概略構成図。
【図2】EPSの電気的構成を示すブロック図。
【図3】昇圧回路の概略構成を示すブロック図。
【図4】目標電圧可変制御の態様を示すフローチャート。
【符号の説明】
【0038】
1…電動パワーステアリング装置(EPS)、2…モータ、3…ECU、4…ステアリング、11…マイコン、11a…モータ制御演算部、11b…昇圧制御演算部、12…駆動回路、20…直流電源(バッテリー)、25…昇圧回路、Iq…q軸電流値、Iq*…q軸電流指令値、ΔIq…偏差、α…閾値、Vout…出力電圧、Vout*…目標電圧、Vout_b*…目標電圧前回値、V0…所定値、Vin…電源電圧。




 

 


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