電動パワーステアリング装置
【課題】インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護することができる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１（Ｉ０）以上になった場合（ステップ、Ｓ１０１：ＹＥＳ）が、所定時間Ｔ１以上経過（ステップ、Ｓ１０２：ＹＥＳ）し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２（Ｖ１）以下になった場合（ステップ、Ｓ１０３：ＹＥＳ）には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する（ステップ、Ｓ１０４）。昇圧回路の第１、および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
【解決手段】インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１（Ｉ０）以上になった場合（ステップ、Ｓ１０１：ＹＥＳ）が、所定時間Ｔ１以上経過（ステップ、Ｓ１０２：ＹＥＳ）し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２（Ｖ１）以下になった場合（ステップ、Ｓ１０３：ＹＥＳ）には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する（ステップ、Ｓ１０４）。昇圧回路の第１、および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用のパワーステアリング装置には、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。こうしたＥＰＳでは、アシスト力の強化、および、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が昇圧される。そして、昇圧された昇圧電圧はインバータ装置に供給され、昇圧電圧を供給されたインバータ装置は、モータを駆動する。
【０００３】
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、または、開放可能な第１のスイッチング素子と、昇圧コイルおよび第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または、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および第２のスイッチング素子を交互にオン/オフ駆動することにより、電源電圧を昇圧している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３-３１９７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、上記インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合、スイッチング素子に流れる過電流により、上記昇圧回路の第２のスイッチング素子の出力電圧が低下する。すると、低下した出力電圧を上昇させるため、上記昇圧回路の第１のスイッチング素子のオン/オフ比（duty比）が１００％近くになり、第１のスイッチング素子が短絡故障する虞があり、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。
【０００６】
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り、その目的は、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータ（１２）を駆動源として操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置（１０）と、前記モータ（１２）を駆動するインバータ装置（３１）と、前記インバータ装置（３１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１８u、１８ｖ、１８ｗ）と、前記インバータ装置（３１）に供給する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路（２５）と、該昇圧回路（２５）の出力電圧を検出する出力電圧検出手段（３０）と、前記昇圧回路（２５）の出力電圧を制御する制御手段（１６）を備えた電動パワーステアリング装置（１）において、前記昇圧回路（２５）は、一端に電源電圧（２０）が印加される昇圧コイル（２７）と、該昇圧コイル（２７）の他端を接地、または、開放可能な第１のスイッチング素子（２６a）と、前記昇圧コイル（２７）および前記第１のスイッチング素子（２６a）の接続点と、出力端子とを接続、または、開放可能な第２のスイッチング素子（２６ｂ）とを備え、前記制御手段（１６）は、前記第１（２６a）および第２のスイッチング素子（２６ｂ）をオン/オフ駆動することにより、前記出力電圧を制御し、前記電流検出手段（１８u、１８ｖ、１８ｗ）から検出した少なくとも１相以上の電流値が所定値１（Ｉ０）以上になった場合が、所定時間（Ｔ１）以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段（３０）から検出した出力電圧が所定値２（Ｖ１）以下になった場合には、前記第１（２６a）および第２のスイッチング素子（２６ｂ）のオン/オフ比を５０％に制限すること、を要旨とする。
【０００８】
請求項１の電動パワーステアリング装置によれば、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する。
すなわち、昇圧回路の第１、および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
これにより、請求項１の電動パワーステアリング装置は、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護す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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】昇圧装置の概略構成を示すブロック図。
【図４】過電流検出後における昇圧力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】
【００１１】
以下、本発明をコラム型の電動パワーステアリング装置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、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。
【００１２】
尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３a、インターミディエイトシャフト３b、及びピニオンシャフト３cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００１３】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。
【００１４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３aと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、モータ１２には、ブラシレスＤＣモータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３aに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１５】
一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４、車速センサ１５およびモータ回転角センサ２４が接続されている。そして、ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号に基づいて、操舵トルクτ、車速Ｖ、及びモータ回転角θｍを検出する。
【００１６】
詳述すると、本実施形態では、コラムシャフト３aの途中、詳しくは、上記ＥＰＳアクチュエータ１０を構成する減速機構１３よりもステアリング２側にトーションバー１７が設けられている。そして、本実施形態のトルクセンサ１４は、このトーションバー１７の捩れに基づいて、ステアリングシャフト３を介して伝達される操舵トルクτを検出可能なセンサ信号Ｓａ，Ｓｂを出力するセンサ素子１４a、１４bを備えて構成されている。
【００１７】
尚、このようなトルクセンサは、例えば、トーションバー１７の捩れに基づき磁束変化が生ずるセンサコア（図示略）の外周に、二つの磁気検出素子（本実施形態ではホールＩＣ）を上記各センサ素子１４a、１４bとして配置することにより形成することが可能である。
【００１８】
即ち、回転軸であるステアリングシャフト３に対するトルク入力によりトーションバー１７が捩れることで、その各センサ素子１４a、１４bを通過する磁束が変化する。
そして、本実施形態のトルクセンサ１４は、その磁束変化に伴い変動する各センサ素子１４a、１４bの出力電圧を、それぞれセンサ信号Ｓａ，ＳｂとしてＥＣＵ１１に出力する構成となっている。
【００１９】
そして、ＥＣＵ１１は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ１０に発生させるべく、その駆動源であるモータ１２への駆動電力の供給を通じて、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。
【００２０】
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン１６と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３１とを備えている。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗを検出するための電流センサ１８u、１８v、１８w、およびモータ１２のモータ回転角θｍを検出するためのモータ回転角センサ２４が接続されている。そして、マイコン１６は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ１８u、１８v、１８w、およびモータ回転角センサ２４の出力信号に基づき、検出されたモータ１２の各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗ、およびモータ回転角θｍに基づいて、駆動回路３１に出力するモータ制御信号を生成する。
【００２２】
尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン１６が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン１６は、所定のサンプリング周期で、上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【００２３】
具体的には、本実施形態では、マイコン１６は、各相電流値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１６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３１に出力する。
【００２４】
一方、駆動回路３１は、モータ１２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、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１２のＵ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｂ、２１eの接続点２２ｖは、モータ１２のＶ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｃ、２１ｆの接続点２２ｗは、モータ１２のＷ相コイルに接続されている。
【００２５】
マイコン１６から出力されるモータ制御信号は、各ＦＥＴ２１a〜ＦＥＴ２１ｆ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〜ＦＥＴ２１ｆ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１２に供給されるようになっている。
【００２６】
また、ＥＰＳ１は、電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路３１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１６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３１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１６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３１に出力する。
【００２７】
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、および平滑コンデンサ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３１に接続されている。そして、第２ＦＥＴ２６ｂと駆動回路３１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。
【００２８】
即ち、本実施形態では、第１ＦＥＴ２６aが昇圧コイル２７を接地、または開放可能な第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、および第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または開放可能な第２のスイッチング素子を構成する。
【００２９】
第１ＦＥＴ２６a、および第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子は、マイコン１６と接続されており、マイコン１６は、第１ＦＥＴ２６a、および第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子に制御信号（Ｓga、Ｓgb）を印加することにより、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３０】
本実施形態では、マイコン１６は、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３１】
具体的には、マイコン１６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１６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１６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、および第２ＦＥＴ２６ｂに出力し、同制御信号によって、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３２】
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１６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。
【００３３】
次に、過電流検出後における昇圧制御の態様について詳述する。
図３に示すように、マイコン１６には、電流センサ１８u、１８v、１８wで検出された各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗが入力されている。そして、マイコン１６は、検出された各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗの少なくとも１つの値が、所定値以上になった状態が所定時間以上継続した場合には、過電流を検出したとして、次に、昇圧回路の出力電圧Ｖoutが所定値電圧Ｖ１以下かを判定する。
【００３４】
そして、マイコン１６は、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下の場合には、第１ＦＥＴ２６aおよび第２ＦＥＴ２６ｂのduty比を５０％として交互にオン/オフすることにより、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑制させる。
【００３５】
次に、本実施形態のマイコン１６による過電流検出後における昇圧力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１６は、定時割り込みにより、過電流検出、および昇圧制御を実施する。即ち、図４のフローチャートに示すように、マイコン１６は、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上か否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、処理を終える。
【００３６】
一方、上記ステップＳ１０２において、所定時間Ｔ１が経過したと判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、マイコン１６は、続いて、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１以下の場合（Ｖout≦Ｖ１、ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、第１ＦＥＴ２６aおよび第２ＦＥＴ２６ｂのduty比を５０％として交互にオン/オフする（ステップＳ１０４）。そして、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１より大きい場合（Ｖout＞Ｖ１、ステップＳ１０３：ＮＯ）には、処理を終える。
【００３７】
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。
マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する。
【００３８】
上記構成によれば、昇圧回路の第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内を流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
その結果、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護することができる。
【００３９】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
上記実施形態では、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとした。しかし、これに限らず、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過した場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとしてもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとした。しかし、これに限らず、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上、かつ出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとしてもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。また、ＥＰＳに限ったことではなく、工作機械の数値制御装置やロボットの制御装置等に適用しても勿論よい。
【符号の説明】
【００４２】
１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、３a：コラムシャフト、
３b：インターミディエイトシャフト、３c：ピニオンシャフト、
４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、６：タイロッド、７：転舵輪、
１０：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、１１：ＥＣＵ、１２：モータ、
１３：減速機構、１４：トルクセンサ、１４a、１４b：センサ素子、
１５：車速センサ、１６：マイコン、１７：トーションバー、
１８u、１８ｖ、１８ｗ：電流センサ（電流検出手段）、２０：直流電源、
２１a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１e、２１ｆ：ＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）、
２２u、２２ｖ、２２ｗ：接続点、２３：昇圧装置、
２４：モータ回転角センサ、２５：昇圧回路、
２６a：第１ＦＥＴ（第１のスイッチング素子）、
２６ｂ：第２ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）、
２７：昇圧コイル、２８：平滑コンデンサ、２９：第１の電圧センサ、
３０：第２の電圧センサ、３１：駆動回路（インバータ装置）、
τ：操舵トルク、Ｓa，Ｓb：センサ信号、Ｖ：車速、θｍ：モータ回転角、
Ｉu,Ｉv,Ｉw：各相電流値、I０：１相の電流値の所定値、
Ｖin：電源電圧、Ｖout*：目標電圧、Ｖout：出力電圧、Ｖ１：所定電圧、
Ｓga、Ｓgb：制御信号
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用のパワーステアリング装置には、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。こうしたＥＰＳでは、アシスト力の強化、および、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が昇圧される。そして、昇圧された昇圧電圧はインバータ装置に供給され、昇圧電圧を供給されたインバータ装置は、モータを駆動する。
【０００３】
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、または、開放可能な第１のスイッチング素子と、昇圧コイルおよび第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または、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および第２のスイッチング素子を交互にオン/オフ駆動することにより、電源電圧を昇圧している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３-３１９７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、上記インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合、スイッチング素子に流れる過電流により、上記昇圧回路の第２のスイッチング素子の出力電圧が低下する。すると、低下した出力電圧を上昇させるため、上記昇圧回路の第１のスイッチング素子のオン/オフ比（duty比）が１００％近くになり、第１のスイッチング素子が短絡故障する虞があり、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。
【０００６】
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り、その目的は、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータ（１２）を駆動源として操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置（１０）と、前記モータ（１２）を駆動するインバータ装置（３１）と、前記インバータ装置（３１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１８u、１８ｖ、１８ｗ）と、前記インバータ装置（３１）に供給する電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路（２５）と、該昇圧回路（２５）の出力電圧を検出する出力電圧検出手段（３０）と、前記昇圧回路（２５）の出力電圧を制御する制御手段（１６）を備えた電動パワーステアリング装置（１）において、前記昇圧回路（２５）は、一端に電源電圧（２０）が印加される昇圧コイル（２７）と、該昇圧コイル（２７）の他端を接地、または、開放可能な第１のスイッチング素子（２６a）と、前記昇圧コイル（２７）および前記第１のスイッチング素子（２６a）の接続点と、出力端子とを接続、または、開放可能な第２のスイッチング素子（２６ｂ）とを備え、前記制御手段（１６）は、前記第１（２６a）および第２のスイッチング素子（２６ｂ）をオン/オフ駆動することにより、前記出力電圧を制御し、前記電流検出手段（１８u、１８ｖ、１８ｗ）から検出した少なくとも１相以上の電流値が所定値１（Ｉ０）以上になった場合が、所定時間（Ｔ１）以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段（３０）から検出した出力電圧が所定値２（Ｖ１）以下になった場合には、前記第１（２６a）および第２のスイッチング素子（２６ｂ）のオン/オフ比を５０％に制限すること、を要旨とする。
【０００８】
請求項１の電動パワーステアリング装置によれば、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する。
すなわち、昇圧回路の第１、および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
これにより、請求項１の電動パワーステアリング装置は、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護す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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】昇圧装置の概略構成を示すブロック図。
【図４】過電流検出後における昇圧力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】
【００１１】
以下、本発明をコラム型の電動パワーステアリング装置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、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。
【００１２】
尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３a、インターミディエイトシャフト３b、及びピニオンシャフト３cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
【００１３】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。
【００１４】
本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３aと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、モータ１２には、ブラシレスＤＣモータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３aに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１５】
一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４、車速センサ１５およびモータ回転角センサ２４が接続されている。そして、ＥＣＵ１１は、これら各センサの出力信号に基づいて、操舵トルクτ、車速Ｖ、及びモータ回転角θｍを検出する。
【００１６】
詳述すると、本実施形態では、コラムシャフト３aの途中、詳しくは、上記ＥＰＳアクチュエータ１０を構成する減速機構１３よりもステアリング２側にトーションバー１７が設けられている。そして、本実施形態のトルクセンサ１４は、このトーションバー１７の捩れに基づいて、ステアリングシャフト３を介して伝達される操舵トルクτを検出可能なセンサ信号Ｓａ，Ｓｂを出力するセンサ素子１４a、１４bを備えて構成されている。
【００１７】
尚、このようなトルクセンサは、例えば、トーションバー１７の捩れに基づき磁束変化が生ずるセンサコア（図示略）の外周に、二つの磁気検出素子（本実施形態ではホールＩＣ）を上記各センサ素子１４a、１４bとして配置することにより形成することが可能である。
【００１８】
即ち、回転軸であるステアリングシャフト３に対するトルク入力によりトーションバー１７が捩れることで、その各センサ素子１４a、１４bを通過する磁束が変化する。
そして、本実施形態のトルクセンサ１４は、その磁束変化に伴い変動する各センサ素子１４a、１４bの出力電圧を、それぞれセンサ信号Ｓａ，ＳｂとしてＥＣＵ１１に出力する構成となっている。
【００１９】
そして、ＥＣＵ１１は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をＥＰＳアクチュエータ１０に発生させるべく、その駆動源であるモータ１２への駆動電力の供給を通じて、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち、操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。
【００２０】
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン１６と、そのモータ制御信号に基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２に駆動電力を供給する駆動回路３１とを備えている。
【００２１】
本実施形態では、ＥＣＵ１１には、モータ１２に通電される各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗを検出するための電流センサ１８u、１８v、１８w、およびモータ１２のモータ回転角θｍを検出するためのモータ回転角センサ２４が接続されている。そして、マイコン１６は、上記各車両状態量、並びにこれら電流センサ１８u、１８v、１８w、およびモータ回転角センサ２４の出力信号に基づき、検出されたモータ１２の各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗ、およびモータ回転角θｍに基づいて、駆動回路３１に出力するモータ制御信号を生成する。
【００２２】
尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン１６が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン１６は、所定のサンプリング周期で、上記各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
【００２３】
具体的には、本実施形態では、マイコン１６は、各相電流値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１６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３１に出力する。
【００２４】
一方、駆動回路３１は、モータ１２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、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１２のＵ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｂ、２１eの接続点２２ｖは、モータ１２のＶ相コイルに接続され、ＦＥＴ２１ｃ、２１ｆの接続点２２ｗは、モータ１２のＷ相コイルに接続されている。
【００２５】
マイコン１６から出力されるモータ制御信号は、各ＦＥＴ２１a〜ＦＥＴ２１ｆ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〜ＦＥＴ２１ｆ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１２に供給されるようになっている。
【００２６】
また、ＥＰＳ１は、電源電圧Ｖinを昇圧して駆動回路３１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１６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３１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１６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３１に出力する。
【００２７】
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、および平滑コンデンサ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３１に接続されている。そして、第２ＦＥＴ２６ｂと駆動回路３１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。
【００２８】
即ち、本実施形態では、第１ＦＥＴ２６aが昇圧コイル２７を接地、または開放可能な第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、および第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または開放可能な第２のスイッチング素子を構成する。
【００２９】
第１ＦＥＴ２６a、および第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子は、マイコン１６と接続されており、マイコン１６は、第１ＦＥＴ２６a、および第２ＦＥＴ２６ｂのゲート端子に制御信号（Ｓga、Ｓgb）を印加することにより、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３０】
本実施形態では、マイコン１６は、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３１】
具体的には、マイコン１６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１６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１６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、および第２ＦＥＴ２６ｂに出力し、同制御信号によって、第１ＦＥＴ２６a、および第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。
【００３２】
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１６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。
【００３３】
次に、過電流検出後における昇圧制御の態様について詳述する。
図３に示すように、マイコン１６には、電流センサ１８u、１８v、１８wで検出された各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗが入力されている。そして、マイコン１６は、検出された各相電流値Ｉu、Iｖ、Ｉｗの少なくとも１つの値が、所定値以上になった状態が所定時間以上継続した場合には、過電流を検出したとして、次に、昇圧回路の出力電圧Ｖoutが所定値電圧Ｖ１以下かを判定する。
【００３４】
そして、マイコン１６は、出力電圧Ｖoutが所定電圧Ｖ１以下の場合には、第１ＦＥＴ２６aおよび第２ＦＥＴ２６ｂのduty比を５０％として交互にオン/オフすることにより、昇圧回路内に流れる電流の急激な増加を抑制させる。
【００３５】
次に、本実施形態のマイコン１６による過電流検出後における昇圧力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１６は、定時割り込みにより、過電流検出、および昇圧制御を実施する。即ち、図４のフローチャートに示すように、マイコン１６は、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上か否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）には、所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、少なくとも１相の電流値が所定値I０以上でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、処理を終える。
【００３６】
一方、上記ステップＳ１０２において、所定時間Ｔ１が経過したと判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、マイコン１６は、続いて、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１以下の場合（Ｖout≦Ｖ１、ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、第１ＦＥＴ２６aおよび第２ＦＥＴ２６ｂのduty比を５０％として交互にオン/オフする（ステップＳ１０４）。そして、出力電圧Ｖoutが所定出力電圧Ｖ１より大きい場合（Ｖout＞Ｖ１、ステップＳ１０３：ＮＯ）には、処理を終える。
【００３７】
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。
マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限する。
【００３８】
上記構成によれば、昇圧回路の第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限するので、昇圧回路内を流れる電流の急激な増加を抑えることができる。
その結果、インバータ装置を構成しているスイッチング素子に過電流が流れた場合でも、昇圧回路を構成するスイッチング素子を保護することができる。
【００３９】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
上記実施形態では、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとした。しかし、これに限らず、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過した場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとしてもよい。
【００４０】
・上記実施形態では、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとした。しかし、これに限らず、マイコン１６は、インバータ装置に流れる少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上、かつ出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することとしてもよい。
【００４１】
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。また、ＥＰＳに限ったことではなく、工作機械の数値制御装置やロボットの制御装置等に適用しても勿論よい。
【符号の説明】
【００４２】
１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２：ステアリング、
３：ステアリングシャフト、３a：コラムシャフト、
３b：インターミディエイトシャフト、３c：ピニオンシャフト、
４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、６：タイロッド、７：転舵輪、
１０：ＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）、１１：ＥＣＵ、１２：モータ、
１３：減速機構、１４：トルクセンサ、１４a、１４b：センサ素子、
１５：車速センサ、１６：マイコン、１７：トーションバー、
１８u、１８ｖ、１８ｗ：電流センサ（電流検出手段）、２０：直流電源、
２１a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１e、２１ｆ：ＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）、
２２u、２２ｖ、２２ｗ：接続点、２３：昇圧装置、
２４：モータ回転角センサ、２５：昇圧回路、
２６a：第１ＦＥＴ（第１のスイッチング素子）、
２６ｂ：第２ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）、
２７：昇圧コイル、２８：平滑コンデンサ、２９：第１の電圧センサ、
３０：第２の電圧センサ、３１：駆動回路（インバータ装置）、
τ：操舵トルク、Ｓa，Ｓb：センサ信号、Ｖ：車速、θｍ：モータ回転角、
Ｉu,Ｉv,Ｉw：各相電流値、I０：１相の電流値の所定値、
Ｖin：電源電圧、Ｖout*：目標電圧、Ｖout：出力電圧、Ｖ１：所定電圧、
Ｓga、Ｓgb：制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置と、
前記モータを駆動するインバータ装置と、
前記インバータ装置に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータ装置に供給する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検出する出力電圧検出手段と、
前記昇圧回路の出力電圧を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
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、または、開放可能な第１のスイッチング素子と、
前記昇圧コイルおよび前記第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または、開放可能な第２のスイッチング素子とを備え、
前記制御手段は、前記第１および第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、
前記電流検出手段から検出した少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
モータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置と、
前記モータを駆動するインバータ装置と、
前記インバータ装置に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータ装置に供給する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検出する出力電圧検出手段と、
前記昇圧回路の出力電圧を制御する制御手段を備えた電動パワーステアリング装置において、
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、または、開放可能な第１のスイッチング素子と、
前記昇圧コイルおよび前記第１のスイッチング素子の接続点と、出力端子とを接続、または、開放可能な第２のスイッチング素子とを備え、
前記制御手段は、前記第１および第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、
前記電流検出手段から検出した少なくとも１相以上の電流値が所定値１以上になった場合が、所定時間Ｔ１以上経過し、かつ、前記出力電圧検出手段から検出した出力電圧が所定値２以下になった場合には、前記第１および第２のスイッチング素子のオン/オフ比を５０％に制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３４３１１（Ｐ２０１３−３４３１１Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９２２２（Ｐ２０１１−１６９２２２）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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