JP2003153584A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチングロスをできるだけ少なくするよ
うに動作する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング
装置を提供する。 【解決手段】 モータ制御部としてのマイコンは、操舵
トルクおよび車速に基づき設定される目標電流値とモー
タ電流の検出値との偏差からフィードバック制御のため
の指令値を算出し、この指令値から、モータ駆動回路の
スイッチング素子をオン・オフするためのＰＷＭ信号の
デューティ比Ｄｃを算出する。この算出デューティ比Ｄ
ｃが１００％以下の場合には、昇圧回路は動作せず（Ｓ
２４６）バッテリ電圧がモータ駆動回路に供給される
が、算出デューティ比Ｄｃが１００％を越えると、マイ
コンは、その超過分に応じたデューティ比で昇圧回路の
スイッチング素子（ＬＯ−ＭＯＳ）をオン・オフさせる
ＰＷＭ信号を出力する（Ｓ２４４）。これにより、その
超過分に応じてバッテリ電圧が昇圧されてモータ駆動回
路に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両操舵のための
操作手段に加えられる操舵トルクに応じて電動モータを
駆動することにより、当該車両のステアリング機構に操
舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関し、
さらに詳しくは、このような電動パワーステアリング装
置において、バッテリ電圧を昇圧して電動モータに印加
すべき電圧を生成する昇圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、運転者がハンドル（ステアリ
ングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータ
を駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を
与える電動パワーステアリング装置が用いられている。
この電動パワーステアリング装置では、操舵のための操
作手段であるハンドルに加えられる操舵トルクを検出す
るトルクセンサが設けられており、そのトルクセンサで
検出される操舵トルクに基づき電動モータに流すべき電
流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モ
ータに実際に流れる電流の値との偏差に基づき、電動モ
ータの駆動手段に与えるべき指令値が生成される。電動
モータの駆動手段は、例えば、その指令値に応じたデュ
ーティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成する
ＰＷＭ信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比
に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構
成されるモータ駆動回路とから成り、そのデューティ比
に応じた電圧すなわち指令値に応じた電圧を電動モータ
に印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる
電流は電流検出器によって検出され、この検出値と上記
目標値との差が上記指令値を生成するための偏差として
使用される。電動パワーステアリング装置では、このよ
うにして、操舵トルクに基づき設定される目標値の電流
が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行わ
れる。

【０００３】このような電動パワーステアリング装置に
おいては、バッテリの電圧を昇圧して供給する昇圧回路
をさらに付加する構成が知られている。この昇圧回路に
は種々の構成が考えられる。図９は、昇圧回路の一例を
示した回路図である。この昇圧回路は、外部から制御信
号が入力されてこれに応じたパルス波を出力する発振回
路４０と、当該パルス波が入力され、これに応じてスイ
ッチング動作を行うトランジスタＴｒ４１と、このスイ
ッチング動作によってエネルギーの蓄積と放出とを繰り
返すコイルＬ４１と、コンデンサＣ４１，Ｃ４２とを備
える。この昇圧回路は、発振回路４０からのパルス波に
よってトランジスタＴｒ４１にスイッチング動作を行わ
せ、コイルＬ４１に流れる電流をオン・オフすることに
より、コイルＬ４１におけるエネルギーの蓄積と放出と
を繰り返し、ダイオードＤ４１のカソード端子側に高電
圧を繰り返し発生させて、コンデンサＣ４２により平滑
された昇圧電圧を生成する。このような構成によれば、
モータに対して昇圧した電圧を与えることにより、より
大きなトルクが得られる。

【０００４】また、上記昇圧回路に用いられるダイオー
ドでの順方向の電圧降下は０．６〜０．７Ｖであって大
きいことから、ダイオードに代えて電圧降下の小さいＭ
ＯＳ（金属酸化物半導体）型トランジスタ（以下、単に
「ＭＯＳ」という）を用いた昇圧回路が知られている。
このような回路構成では、ＭＯＳのソース端子とドレイ
ン端子とを、上記昇圧回路におけるダイオードＤ４１の
アノード端子とカソード端子とに対応させてＭＯＳをダ
イオードと置き換えている（構成例については、後述す
る図５のメイン昇圧部３１を参照）。このＭＯＳが上記
トランジスタＴｒ４１のオン・オフに対して相反的にオ
ン・オフされるように、ＭＯＳのゲート端子にパルス波
を与えて駆動すれば、ダイオードの場合と同様に、当該
ＭＯＳのドレイン端子側に高電圧を繰り返し発生させる
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の電動パ
ワーステアリング装置に用いられる昇圧回路は、基本的
に常時昇圧した電圧を供給するので、トランジスタのス
イッチング動作に基づくスイッチングロスなどが常に発
生する。その結果、エネルギー損失が大きくなるという
問題がある。

【０００６】また、ダイオードに代えてＭＯＳを用いた
昇圧回路において、当該ＭＯＳのＯＮ期間が所定の時間
を超えて長くなると、ドレイン端子側の電位がソース端
子側の電位よりも高くなって、ドレイン端子側からソー
ス端子側へ電流が逆流する現象（以下、「逆流現象」と
いう）が生じる。この逆流現象により、ＭＯＳに発熱が
生じ、昇圧効率が低下するという問題がある。

【０００７】さらに、たとえば車輪が溝に落ちるなどし
てモータが外力により急激に動かされた場合にはモータ
が発電する状態となる。この時にＭＯＳがオフされてい
ると、バッテリへ帰還すべき電流が帰還されずに内部破
損の危険を生じるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記のようなス
イッチングロスをできるだけ少なくするように動作する
昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置を提供す
ることである。また、本発明のさらなる目的は、上記逆
流現象による発熱や昇圧効率の低下を防ぎ、モータが発
電状態の時にも内部破損の危険を生じないように動作す
るＭＯＳを用いた昇圧回路を備えた電動パワーステアリ
ング装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明は、車両操舵のための操作手段に加えられる操舵ト
ルクに応じて電動モータを駆動することにより当該車両
のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワース
テアリング装置であって、前記車両操舵における操舵状
態を検出する操舵状態検出手段と、前記電動モータに流
れる電流を検出して当該電流の検出値を出力する電流検
出手段と、与えられる第１指令値に応じて前記電動モー
タを駆動するモータ駆動手段と、与えられる第２指令値
に応じて、前記モータ駆動手段に供給すべき電圧を昇圧
する昇圧手段と、前記電動モータに供給すべき電流の値
として前記操舵トルクに基づき設定される目標電流値と
前記電動モータに流れる電流の前記検出値との偏差に基
づき、前記電動モータのフィードバック制御のための指
令値を算出し前記第１指令値として前記モータ駆動手段
に与えるモータ駆動制御手段と、算出された前記第１指
令値が所定の閾値以下である場合には前記昇圧手段が動
作せず、算出された前記第１指令値が当該閾値を越える
場合には前記昇圧手段が前記操舵状態に応じて前記電圧
を昇圧するように、前記第２指令値を算出して前記昇圧
手段に与える昇圧制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】このような第１の発明によれば、第１指令
値が所定の閾値以上になるまでは昇圧回路を駆動しない
ようにすることにより、昇圧回路におけるスイッチング
ロスなどを低減させて、エネルギー損失を抑えることが
できる。

【００１１】第２の発明は、第１の発明において、前記
モータ駆動手段は、前記第１指令値に応じてデューティ
比の変化する第１ＰＷＭ信号に基づき前記電動モータを
駆動し、前記モータ駆動制御手段は、前記第１ＰＷＭ信
号が有すべきデューティ比を前記第１指令値に基づいて
算出し、前記昇圧制御手段は、前記モータ駆動制御手段
によって算出されたデューティ比が１００％または１０
０％近傍の所定値を越える場合にのみ前記昇圧手段が前
記電圧を昇圧するように前記第２指令値を算出すること
を特徴とする。

【００１２】このような第２の発明によれば、第１指令
値に基づいて算出されたデューティ比が１００％または
１００％近傍の所定値以上になるまでは昇圧回路を駆動
しないようにすることにより、エネルギー損失を最小限
に抑えることができる。

【００１３】第３の発明は、第１の発明において、前記
昇圧手段は、前記第２指令値に基づきパルス幅の変化す
る第２ＰＷＭ信号に応じてオン・オフする第１スイッチ
ング素子と、所定のインダクタンスを有し、一端が電源
に接続され他端が前記第１スイッチング素子を介して接
地されたリアクトルと、前記リアクトルと前記モータ駆
動手段との間に挿入され、前記第２ＰＷＭ信号に応じて
前記第１スイッチング素子と相反的にオン・オフする第
２スイッチング素子とを含み、前記昇圧制御手段は、前
記モータ駆動手段から前記リアクトルへの電流の逆流を
検知する検知手段と、前記検知手段によって前記逆流が
検知された場合に、前記第２スイッチング素子を強制的
にオフさせる逆流阻止手段とを含むことを特徴とする。

【００１４】このような第３の発明によれば、逆流現象
が生じる場合には第２スイッチング素子をＯＦＦするこ
とによって電流の逆流を阻止することができ、この逆流
現象によるＭＯＳの発熱や昇圧効率の低下を未然に防止
することができる。

【００１５】第４の発明は、第１の発明において、前記
昇圧手段は、前記第２指令値に基づきパルス幅の変化す
る第２ＰＷＭ信号に応じてオン・オフする第１スイッチ
ング素子と、所定のインダクタンスを有し、一端が電源
に接続され他端が前記第１スイッチング素子を介して接
地されたリアクトルと、前記リアクトルと前記モータ駆
動手段との間に挿入され、前記第２ＰＷＭ信号に応じて
前記第１スイッチング素子と相反的にオン・オフする第
２スイッチング素子とを含み、前記昇圧制御手段は、前
記電動モータが発電状態であるか否かを検知する検知手
段と、前記電動モータが発電状態であることが前記検知
手段によって検知された場合に、前記電動モータから前
記電源へ電流を帰還させるために前記第２スイッチング
素子を強制的にオンさせる帰還手段とを含むことを特徴
とする。

【００１６】このような第４の発明によれば、モータが
発電状態となり過電圧が生じている場合には第２スイッ
チング素子をＯＮすることにより必ずバッテリへ電流が
帰還されるので、内部破損が生じる危険を未然に防止す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。 ＜１．全体構成＞図１は、本発明の一実施形態に係る電
動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車
両構成と共に示した概略図である。この電動パワーステ
アリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンド
ル（ステアリングホイール）１００に一端が固着される
ステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャ
フト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０
４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャ
フト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセ
ンサ３と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負
荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ
６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリン
グシャフト１０２に伝達する減速ギア７と、車載バッテ
リ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を
受け、トルクセンサ３や車速センサ４からのセンサ信号
に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット
（ＥＣＵ）５とを備えている。

【００１８】このような電動パワーステアリング装置を
搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作す
ると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によ
って検出され、その操舵トルクの検出値Ｔｓと車速セン
サによって検出された車速とに基づいてＥＣＵ５により
モータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助
力を発生し、この操舵補助力が減速ギア７を介してステ
アリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵
操作による運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハン
ドル操作によって加えられる操舵トルクＴｓと、モータ
６の発生する操舵補助力によるトルク（以下「操舵補助
トルク」という）Ｔａとの和が、出力トルクＴｂとし
て、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオ
ン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回
転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によっ
てラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端は
タイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０
６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往
復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

【００１９】＜２．制御装置の構成および動作＞図２
は、上記電動パワーステアリング装置の制御装置である
ＥＣＵ５の詳細な構成を示すブロック図である。このＥ
ＣＵ５は、マイコン１０と、ＰＷＭ信号生成回路１７
と、電流検出器１９と、モータ駆動回路２０と、昇圧回
路３０とを備えている。

【００２０】トルクセンサ３は、ハンドル１００の操作
によって与えられる操舵トルクを検出する。すなわち、
ステアリングシャフト１０２において、ハンドル１００
側の部分と、減速ギア７を介して操舵補助トルクＴａの
加えられる部分との間にはトーションバーが介装されて
いる。トルクセンサ３は、そのトーションバーのねじれ
を検出することにより操舵トルクを検出する。このよう
にして検出された操舵トルクの検出値Ｔｓは、操舵トル
ク検出信号としてトルクセンサ３から出力され、マイコ
ン１０に入力される。

【００２１】車速センサ４は、この電動パワーステアリ
ング装置が搭載される車両の車速を検出し、その検出値
Ｓｓを示す信号を車速信号として出力する。この車速信
号もマイコン１０に入力される。

【００２２】電流検出器１９は、モータ６に実際に供給
される電流すなわちモータ６に流れる電流を検出し、そ
の電流を示す電流検出値Ｉｓを出力する。この電流検出
値Ｉｓもマイコン１０に入力される。

【００２３】ＰＷＭ信号生成回路１７は、後述するマイ
コン１０によって生成された指令値Ｖに応じた出力デュ
ーティ比Ｄｐのパルス信号、すなわち後述する指令値Ｖ
に応じてパルス幅の変化するパルス幅変調信号（以下
「モータ駆動用ＰＷＭ信号」という）を生成する。な
お、このＰＷＭ信号生成回路１７の機能は、マイコン１
０によって実現されてもよい。

【００２４】昇圧回路３０は、イグニションスイッチ９
を介してバッテリ８と接続されており、マイコン１０か
らの指令に応じてバッテリ８からの電源電圧を昇圧し、
モータ駆動回路２０へ供給する。この昇圧回路３０の構
成および動作の詳細については後述する。

【００２５】マイコン１０は、入力された上記操舵トル
ク検出信号Ｔｓ、車速信号Ｓｓ、および電流検出値Ｉｓ
に基づいて、適切な操舵補助力を発生させるために、Ｐ
ＷＭ信号生成回路１７へ上記指令値Ｖを与える。以下、
マイコン１０の動作について図４に示すフローチャート
を参照しながら説明する。

【００２６】まず、マイコン１０には、操舵トルクの検
出値Ｔｓ、車速の検出値Ｓｓ、および電流検出値Ｉｓが
それぞれ入力される（ステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１
６）。次に、マイコン１０は、入力された操舵トルクの
検出値Ｔｓに対して位相補償を施し、その位相補償後の
値および車速の検出値Ｓｓに基づいて、モータ６に供給
すべき目標電流の値（目標電流値）Ｉｔを算出する処理
（以下「目標電流設定処理」という）を行う（ステップ
Ｓ１８）。具体的には、適切な操舵補助力を発生させる
ためにモータ６に供給すべき目標電流値Ｉｔと操舵トル
クとの関係を車速をパラメータとして示すテーブル
（「アシストテーブル」と呼ばれる）を参照して、目標
電流値Ｉｔを設定する。

【００２７】さらに、マイコン１０は、上記目標電流値
Ｉｔと、電流検出器１９から出力される電流検出値Ｉｓ
との偏差Ｉｔ−Ｉｓを算出する。そして、この偏差Ｉｔ
−Ｉｓに基づき比例積分制御演算によって、フィードバ
ック制御のための指令値（以下、単に「指令値」とい
う）Ｖを生成する演算（以下「フィードバック制御演
算」という）を行う（ステップＳ２０）。この指令値Ｖ
は、モータ６に目標電流値Ｉｔの電流が流れるように、
偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づくフィードバック制御を行うため
の指令値であり、次式（１）により与えられる。 Ｖ＝Ｋｐ・（Ｉｔ−Ｉｓ）＋Ｋｉ・∫（Ｉｔ−Ｉｓ）ｄｔ …（１） ただし、Ｋｐは比例積分制御演算における比例制御のゲ
インであり、Ｋｉは比例積分制御演算における積分制御
のゲインである。そして、この指令値Ｖに基づいて、上
記ＰＷＭ信号生成回路１７に与えられる出力デューティ
比Ｄｐが算出される。もっとも、出力デューティ比Ｄｐ
は、信号を生成する際には１００％を超えることができ
ない。そこで、指令値Ｖに基づいて、１００％を超える
値を許容する計算上のデューティ比（以下「算出デュー
ティ比」という）Ｄｃ（第１指令値）をまず算出する。
次に、通常はこの算出デューティ比Ｄｃを出力デューテ
ィ比Ｄｐとしつつ、算出デューティ比Ｄｃが１００％を
超える場合には、出力デューティ比Ｄｐを１００％に設
定する。

【００２８】マイコン１０は、以上のようにして算出さ
れた出力デューティ比ＤｐをＰＷＭ信号生成回路１７に
与える（ステップＳ２２）。

【００２９】次に、マイコン１０は、必要に応じて、モ
ータ６に供給すべき電圧を昇圧するための昇圧回路３０
の動作を制御する処理（以下「昇圧回路制御処理」とい
う）を行う（サブルーチンステップＳ２４）。すなわ
ち、上記出力デューティ比Ｄｐが最大値（１００％）付
近であるにもかかわらず、さらにモータへ供給する電流
が必要である場合には、この出力デューティ比Ｄｐのみ
を用いて偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づくフィードバック制御を
行うことができなくなる。そこで、モータ６に昇圧した
電圧を印加してモータ６に目標電流値Ｉｔの電流が流れ
るように、昇圧回路を起動する。このような昇圧回路制
御処理の詳細については、後述する。

【００３０】最後に、マイコン１０は、たとえば車輪が
溝に落ちるなどしてモータ６が発電状態となり過電圧が
生じた場合には、これを検知して電流がバッテリ８へ帰
還するように昇圧回路３０を制御する処理（以下「過電
圧検知処理」という）を行う（サブルーチンステップＳ
２６）。そうすればバッテリへ帰還すべき電流が帰還さ
れずに内部破損を生じる危険が未然に防止される。この
過電圧検知処理については、後述する。こうしてマイコ
ン１０は、図４に示すステップＳ１２〜Ｓ２６までの処
理を繰り返して行う。なお、過電圧による内部破損の危
険を瞬時に防止するために、本サブルーチンステップＳ
２６は、独立した処理ルーチンとして構成され、過電圧
検知時には割り込み処理等によって優先的に実行される
ことが好ましい。

【００３１】モータ駆動回路２０は、上記モータ駆動用
ＰＷＭ信号の出力デューティ比Ｄｐに応じた電圧をモー
タ６に印加する。図３は、このモータ駆動回路２０の一
構成例を示す回路図である。この例では、４個の電力用
の電界効果型トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）２
１〜２４によってブリッジ回路が構成されており、この
ブリッジ回路は、昇圧回路３０からの電源ラインと接地
ラインとの間に接続されている。そして、右方向操舵を
補助する方向のトルク（以下「右方向トルク」という）
をモータ６に発生させるべき場合は、ＰＷＭ信号生成回
路１７からＦＥＴ２１，２４のゲートに上記モータ駆動
用ＰＷＭ信号が入力され、ＦＥＴ２２，２３のゲートに
はそれらをオフさせる所定信号が入力される。これによ
り、モータ駆動用ＰＷＭ信号のパルス幅に相当する期間
だけＦＥＴ２１，２４がオンして、指令値Ｖに応じた大
きさの電圧がモータ６に印加され、モータ６は、その電
圧印加によって流れる電流に応じた大きさの右方向トル
クを発生する。一方、左方向操舵を補助する方向のトル
ク（以下「左方向トルク」という）をモータ６に発生さ
せるべき場合は、ＰＷＭ信号生成回路１７からＦＥＴ２
２，２３のゲートに上記モータ駆動用ＰＷＭ信号が入力
され、ＦＥＴ２１，２４のゲートにはそれらをオフさせ
る所定信号が入力される。これにより、モータ駆動用Ｐ
ＷＭ信号のパルス幅に相当する期間だけＦＥＴ２２，２
３がオンして、指令値Ｖに応じた大きさの電圧がモータ
６に印加され、モータ６は、その電圧印加によって流れ
る電流に応じた大きさの左方向トルクを発生する。

【００３２】このように、ＰＷＭ信号生成回路１７とモ
ータ駆動回路２０からなるモータ駆動手段に与えられる
指令値Ｖ（ないし出力デューティ比Ｄｐ）に応じてモー
タ６に電流が供給され、この電流に応じた大きさのトル
クがモータ６から発生する。このときモータ６に供給さ
れる電流すなわちモータ６に流れる電流は、電流検出器
１９によって電流検出値Ｉｓとして検出されて、上記マ
イコン１０に入力され、既述のように、偏差Ｉｔ−Ｉｓ
を算出するために使用される。

【００３３】ここで、モータ駆動用ＰＷＭ信号の出力デ
ューティ比Ｄｐが最大値（１００％）付近になると、出
力デューティ比Ｄｐを変更してモータ６に流す電流値を
増大することはできなくなる。それ以上にモータ６へ電
流を供給する必要がある場合には、既述のように、マイ
コン１０の指令に応じて昇圧回路３０によって電圧を昇
圧してモータ６に与える。以下、図５を参照して、この
昇圧回路３０の詳細な構成および動作について説明す
る。

【００３４】昇圧回路３０は、メイン昇圧部３１と、コ
ンパレータ３２と、ＡＮＤ回路３３と、ＯＲ回路３４
と、第１プリドライバ３５と、第２プリドライバ３６
と、インバータ３７と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ６と、コンデン
サＣ２〜Ｃ４と、ダイオードＤ１とを備える。また、メ
イン昇圧部３１は、所定のインダクタンスを有するリア
クトル３１０と、リアクトル３１０に電流を流したり遮
断したりするためのＬＯ−ＭＯＳ３１１と、リアクトル
３１０からモータ駆動回路２０へ電流を流すためのＨＩ
−ＭＯＳ３１２と、平滑コンデンサＣ１とを含み、これ
らは、図５に示すように接続されている。すなわち、リ
アクトル３１０の一端はバッテリ８に接続され、他端
は、ＬＯ−ＭＯＳ３１１を介して接地されると共に、Ｈ
Ｉ−ＭＯＳ３１２を介してモータ駆動回路２０に接続さ
れている。また、ＨＩ−ＭＯＳ３１２のドレイン端子は
コンデンサＣ１を介して接地されている。なお、上記の
ＬＯ−ＭＯＳ３１１およびＨＩ−ＭＯＳ３１２は、いず
れもＭＯＳ型のトランジスタである。また、上記第１プ
リドライバ３５および第２プリドライバ３６は、対応す
るＬＯ−ＭＯＳ３１１およびＨＩ−ＭＯＳ３１２のゲー
トへ適切に調整された信号を与えるために設けられてい
る。

【００３５】このメイン昇圧部３１の動作は、従来例と
して前述したダイオードに代えてＭＯＳを用いた昇圧回
路の動作と同様である。ただし、トランジスタの駆動に
は発振回路の信号を用いるのではなく、マイコン１０に
よって算出される後述のデューティ比に応じてパルス幅
が変化するパルス幅変調信号（以下「ＭＯＳ駆動用ＰＷ
Ｍ信号」という）Ｓｃを用いる。すなわち、第２プリド
ライバ３６を介してＬＯ−ＭＯＳ３１１のゲート（Ｇ端
子）へＨレベルのＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓｃが与えら
れると、所定のＨレベル期間だけＬＯ−ＭＯＳ３１１が
ＯＮされて、バッテリ８からリアクトル３１０へ電流が
流れる。その後、ＬレベルのＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓ
ｃが与えられると上記ＬＯ−ＭＯＳ３１１はＯＦＦされ
て、リアクトル３１０を流れる電流が遮断されると共
に、上記ＬＯ−ＭＯＳ３１１と相反的に駆動されるＨＩ
−ＭＯＳ３１２が所定のＬレベル期間だけＯＮされる。
そうすると、電流の遮断による磁束の変化を妨げるよう
に、ＯＮされているＨＩ−ＭＯＳ３１２のドレイン（Ｄ
端子）側に高電圧が発生する。このような動作を繰り返
すことによって発生する高電圧は、平滑コンデンサＣ１
によって平滑されて、モータ駆動回路２０へ与えられ
る。

【００３６】ここで、上記メイン昇圧部３１を制御する
マイコン１０の動作（上記昇圧回路制御処理）について
説明する。図６は、上記昇圧回路制御処理（図４のサブ
ルーチンステップＳ２４）の詳細な内容を示すフローチ
ャートである。まず、マイコン１０は、指令値Ｖに基づ
く算出デューティ比Ｄｃが１００％またはそれに近い所
定の閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２４
２）。

【００３７】当該値を超えていれば、算出デューティ比
Ｄｃから１００％を差し引いた超過分に相当する値を参
照して、ＬＯ−ＭＯＳ３１１を駆動するためのデューテ
ィ比（以下「ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比」（第２
指令値）という）が算出される（ステップＳ２４４）。
このように、上記超過分に相当する値を参照すれば、超
過分に対応して不足している電流を昇圧動作によってモ
ータ６に対して供給することができる。また、当該値以
下であれば、上記ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比を０
％に設定する（ステップＳ２４６）。このような分岐処
理を行うことにより、算出デューティ比Ｄｃが１００％
を超えても上記フィードバック制御が行われ、また、算
出デューティ比Ｄｃが１００％付近を超えるまでは昇圧
回路を駆動しないようにすることにより、エネルギー損
失が最小限に抑えられる。なお、ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デ
ューティ比の算出に際しては、算出デューティ比Ｄｃの
超過分（１００％を越える分）に代えて、モータ回転数
や、操舵速度、操舵トルクの変化速度など、車両操舵に
おける操舵状態を広く参照してもよい。これは、算出デ
ューティ比Ｄｃが１００％を越えた場合に、算出デュー
ティ比Ｄｃの超過分以外の操舵状態を示す値に応じて昇
圧が行われてもよいことを意味する。

【００３８】以上のようにして設定されたＬＯ−ＭＯＳ
駆動用デューティ比を用いて、マイコン１０は、ＭＯＳ
駆動用ＰＷＭ信号Ｓｃを生成し、ポートＣから出力する
（ステップＳ２４８）。このＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓ
ｃは、ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比に応じたＨレベ
ル期間と、残りのＬレベル期間とを有する。もちろん、
ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比が０％に設定されてい
る場合には、すべての期間がＬレベルの信号となる。な
お、ここではＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓｃを昇圧回路制
御処理（図４のサブルーチンステップＳ２４）において
生成するように説明したが、一般的にパルス信号の繰り
返し周期は短いので、本処理は上記処理とは並行的に実
行される独立したプロセス（タスク）として構成されて
（または新たなパルス生成回路によって実現されて）、
高速かつ連続的に実行されることが好ましい。

【００３９】こうしてマイコン１０のポートＣから出力
された上記ＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓｃは、図５に示す
ように、ダイオードＤ１、抵抗器Ｒ６、およびコンデン
サＣ４で構成される波形調整回路を通って、第２プリド
ライバ３６へ入力される。この信号Ｓｃは、ＮＯＴ演算
を行うインバータ３７によって論理レベルを反転され、
ＡＮＤ回路３３およびＯＲ回路３４を介して、第１プリ
ドライバ３５へ入力される。ＡＮＤ回路３３およびＯＲ
回路３４の動作については後述する。このように、イン
バータ３７によって、第１プリドライバ３５へ入力され
る信号の論理レベルと第２プリドライバ３６へ入力され
る信号の論理レベルとは相反的な関係となるので、上記
昇圧回路３０におけるＬＯ−ＭＯＳ３１１とＨＩ−ＭＯ
Ｓ３１２とが相反的に駆動される。

【００４０】次に、過電圧が生じた場合のマイコン１０
の動作（過電圧検知処理）について説明する。図７は、
上記過電圧検知処理（図４のサブルーチンステップＳ２
６）の詳細な内容を示すフローチャートである。まず、
マイコン１０のポートＡには、図５に示す点Ｐからモー
タに供給される電圧Ｖｓが入力される（ステップＳ２６
２）。なお、当該ポートＡには、アナログ−デジタル
（Ａ／Ｄ）変換機能および過電圧からの保護機能が組み
込まれており、モータへの供給電圧値Ｖｓをデジタル値
で取得することができる。次に、マイコン１０は、モー
タへの供給電圧値Ｖｓと所定値Ｋとの比較から、モータ
が発電状態となり過電圧が生じているか否かを判断する
（ステップＳ２６４）。所定値Ｋを超えて過電圧が生じ
ている場合には、ポートＢから出力される信号ＳｂをＨ
レベルに設定し（ステップＳ２６６）、過電圧が生じて
いない場合には、上記信号ＳｂをＬレベルに設定する
（ステップＳ２６８）。ここで図５に示す上記信号Ｓｂ
は、ＯＲ回路３４を介して、第１プリドライバ３５へ入
力されている。したがって、上記信号ＳｂがＨレベルで
ある場合には、ＯＲ回路３４へ入力される他の信号の論
理レベルにかかわらずＨＩ−ＭＯＳ３１２がＯＮされる
ので、過電圧が生じた場合には必ずバッテリ８へ電流が
帰還されて、内部破損を生じる危険を未然に防止する。

【００４１】次に、昇圧回路３０において、ＨＩ−ＭＯ
Ｓ３１２のＯＮ期間が所定の時間を超えて長くなると、
ソース（Ｓ端子側）の電位がドレイン（Ｄ端子側）の電
位よりも低くなる。その結果、ドレインからソースへ電
流が逆流する現象が生じる。そこで、この逆流現象が生
じないようにＨＩ−ＭＯＳ３１２をＯＦＦして、ＭＯＳ
の発熱を抑え、昇圧効率が低下しないようにする構成が
必要となる。そこで、図５の昇圧回路３０は、コンパレ
ータ３２を用いて構成される下記の回路を含んでいる。
以下、その回路の動作について説明する。

【００４２】まず、コンパレータ３２の正端子には、Ｈ
Ｉ−ＭＯＳ３１２のソース（Ｓ端子側）の電位が抵抗器
Ｒ１およびＲ２で分圧されて入力される。この電圧をＶ
ａとする。また、その負端子には、ドレイン（Ｄ端子
側）の電位が抵抗器Ｒ３およびＲ４で分圧されて入力さ
れる。この電圧をＶｂとする。そして、コンパレータ３
２は、Ｖａ−Ｖｂが０以上ならば出力信号ＶｏをＨレベ
ルに設定し、負ならばＬレベルに設定する。したがっ
て、逆流現象が生じる場合には、Ｖａ−Ｖｂは負の値に
なるので、上記出力信号ＶｏはＬレベルとなる（Ｒ１と
Ｒ２による分圧比とＲ３とＲ４による分圧比とは同一と
する）。

【００４３】コンパレータ３２から出力された上記信号
Ｖｏは、抵抗器Ｒ５を介して、ＡＮＤ回路３３の一方の
入力端子に入力される。ＡＮＤ回路３３の他方の入力端
子には、前述したマイコン１０のポートＣからＭＯＳ駆
動用ＰＷＭ信号Ｓｃが（インバータ３７によって）反転
入力される。なお、このＭＯＳ駆動用ＰＷＭ信号Ｓｃ
は、ＬＯ−ＭＯＳ３１１をＯＮするためのＨレベル期間
とＨＩ−ＭＯＳ３１２をＯＮするためのＬレベル期間と
を有することは前述した。したがって、マイコン１０か
らＨＩ−ＭＯＳ３１２をＯＮするためにＬレベルの信号
Ｓｃが出力され、Ｈレベルの信号として反転入力された
ときであっても、逆流現象が生じたことにより、コンパ
レータ３２からの出力信号ＶｏがＬレベルとなった場合
には、ＡＮＤ回路３３からの出力信号はＬレベルとな
る。よって、逆流現象が生じた場合には、ＨＩ−ＭＯＳ
３１２はＯＦＦされるので、電流の逆流は防止される。
なお、過電圧が検知された場合には、ＯＲ回路３４によ
って、優先的にＨＩ−ＭＯＳ３１２がＯＮされることに
ついては前述したとおりである。

【００４４】図８は、逆流現象が発生する場合のＬＯ−
ＭＯＳ３１１およびＨＩ−ＭＯＳ３１２の駆動状態を示
す模式図である。ここでは、ＬＯ−ＭＯＳ駆動用デュー
ティ比は３０％であるものとする。したがって、ＬＯ−
ＭＯＳ３１１のＯＮ期間は全体の３０％であり、ＯＦＦ
期間は７０％である。図８に示すように、時刻ｔ１から
ｔ２までの時間はＯＮされ、時刻ｔ２からｔ４までの時
間はＯＦＦされている。また、これと相反的に駆動され
るＨＩ−ＭＯＳ３１２は、本来であれば、時刻ｔ１から
ｔ２までの時間はＯＦＦされ、時刻ｔ２からｔ４までの
時間はＯＮされるはずである。しかし、時刻ｔ３の時点
で、逆流現象が生じているので、コンパレータ３２から
の出力信号ＶｏはＬレベルとなってＨＩ−ＭＯＳ３１２
はＯＦＦされ、結局、時刻ｔ２からｔ３までの時間がＯ
Ｎされるにすぎない。このように、ＨＩ−ＭＯＳ３１２
が駆動されて、ドレインからソースへの電流の逆流が防
止される。

【００４５】＜３．効果＞上記実施形態によれば、指令
値Ｖに基づく算出デューティ比Ｄｃが１００％またはそ
れに近い所定の閾値を超えている場合にのみ、マイコン
１０がＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比を算出し、当該
閾値以下であればこのＬＯ−ＭＯＳ駆動用デューティ比
を０％に設定する。このようにして上記実施形態によれ
ば、算出デューティ比Ｄｃが１００％付近を超えるまで
は昇圧回路を駆動しないようにすることにより、ＬＯ−
ＭＯＳの駆動によるスイッチングロスなどを可及的に減
少させ、エネルギー損失を最小限に抑えることができ
る。

【００４６】また、上記実施形態によれば、モータ６へ
の供給電圧値からモータ６が発電状態となり過電圧が生
じているか否かをマイコン１０が判断し、過電圧が生じ
ている場合には、ポートＢから出力される信号ＳｂをＨ
レベルに設定することにより、ＯＲ回路３４へ入力され
る他の信号の論理レベルにかかわらずＨＩ−ＭＯＳ３１
２をＯＮする。このようにして上記実施形態によれば、
過電圧が生じた場合には必ずバッテリへ電流が帰還され
て、内部破損が生じる危険を未然に防止することができ
る。

【００４７】さらに、上記実施形態によれば、ＨＩ−Ｍ
ＯＳ３１２のソース電位がドレイン電位より高くなって
逆流現象が生じる場合には、コンパレータ３２が出力信
号ＶｏをＬレベルとしてＡＮＤ回路３３へ入力するの
で、ＡＮＤ回路３３にマイコン１０からのＨレベルの信
号が反転入力されたときであっても、ＡＮＤ回路３３か
らの出力信号はＬレベルとなる。このようにして上記実
施形態によれば、逆流現象が生じた場合にはＨＩ−ＭＯ
Ｓ３１２がＯＦＦされるので、ドレインからソースへの
電流の逆流を防止することができ、この逆流現象による
ＭＯＳの発熱や昇圧効率の低下を未然に防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す
概略図である。

【図２】 上記実施形態に係る電動パワーステアリング
装置における制御装置（ＥＣＵ）の構成を示すブロック
図である。

【図３】 上記実施形態におけるモータ駆動回路の構成
を示す回路図である。

【図４】 上記実施形態におけるマイコンの動作を示す
フローチャートである。

【図５】 上記実施形態における昇圧回路の構成を示す
回路図である。

【図６】 上記実施形態におけるマイコンの昇圧回路制
御処理の詳細な内容を示すフローチャートである。

【図７】 上記実施形態におけるマイコンの過電圧検知
処理の詳細な内容を示すフローチャートである。

【図８】 上記実施形態における逆流現象発生時のＬＯ
−ＭＯＳ３１１およびＨＩ−ＭＯＳ３１２の駆動状態を
示す模式図である。

【図９】 従来の昇圧回路の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

３ …トルクセンサ ４ …車速センサ ５ …電子制御ユニット（ＥＣＵ） ６ …モータ ８ …バッテリ １０ …マイコン １７ …ＰＷＭ信号生成回路 １９ …電流検出器 ２０ …モータ駆動回路 ３０ …昇圧回路 ３１ …メイン昇圧部 ３２ …コンパレータ（逆流検知手段） ３３ …ＡＮＤ回路（逆流阻止手段） ３４ …ＯＲ回路（帰還手段） ３７ …インバータ ３１０…リアクトル ３１１…ＬＯ−ＭＯＳ（第１スイッチング素子） ３１２…ＨＩ−ＭＯＳ（第２スイッチング素子） Ｉｔ …目標電流値 Ｉｓ …電流検出値（モータ電流） Ｔｓ …操舵トルクの検出値 Ｓｓ …車速の検出値 Ｖ …指令値 Ｖｓ …モータへの供給電圧値 Ｓｂ …ポートＢ出力信号 Ｓｃ …ポートＣ出力信号 Ｄｃ …算出デューティ比（第１指令値）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA03 CA13 CA16 CA21 5H571 AA03 BB02 CC01 DD00 EE02 EE03 GG04 HA09 HD02 JJ03 KK05 LL01 LL29

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両操舵のための操作手段に加えられる
   操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより当
   該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パ
   ワーステアリング装置であって、 前記車両操舵における操舵状態を検出する操舵状態検出
   手段と、 前記電動モータに流れる電流を検出して当該電流の検出
   値を出力する電流検出手段と、 与えられる第１指令値に応じて前記電動モータを駆動す
   るモータ駆動手段と、 与えられる第２指令値に応じて、前記モータ駆動手段に
   供給すべき電圧を昇圧する昇圧手段と、 前記電動モータに供給すべき電流の値として前記操舵ト
   ルクに基づき設定される目標電流値と前記電動モータに
   流れる電流の前記検出値との偏差に基づき、前記電動モ
   ータのフィードバック制御のための指令値を算出し前記
   第１指令値として前記モータ駆動手段に与えるモータ駆
   動制御手段と、 算出された前記第１指令値が所定の閾値以下である場合
   には前記昇圧手段が動作せず、算出された前記第１指令
   値が当該閾値を越える場合には前記昇圧手段が前記操舵
   状態に応じて前記電圧を昇圧するように、前記第２指令
   値を算出して前記昇圧手段に与える昇圧制御手段とを備
   えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記モータ駆動手段は、前記第１指令値
   に応じてデューティ比の変化する第１ＰＷＭ信号に基づ
   き前記電動モータを駆動し、 前記モータ駆動制御手段は、前記第１ＰＷＭ信号が有す
   べきデューティ比を前記第１指令値に基づいて算出し、 前記昇圧制御手段は、前記モータ駆動制御手段によって
   算出されたデューティ比が１００％または１００％近傍
   の所定値を越える場合にのみ前記昇圧手段が前記電圧を
   昇圧するように前記第２指令値を算出することを特徴と
   する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記昇圧手段は、 前記第２指令値に基づきパルス幅の変化する第２ＰＷＭ
   信号に応じてオン・オフする第１スイッチング素子と、 所定のインダクタンスを有し、一端が電源に接続され他
   端が前記第１スイッチング素子を介して接地されたリア
   クトルと、 前記リアクトルと前記モータ駆動手段との間に挿入さ
   れ、前記第２ＰＷＭ信号に応じて前記第１スイッチング
   素子と相反的にオン・オフする第２スイッチング素子と
   を含み、 前記昇圧制御手段は、 前記モータ駆動手段から前記リアクトルへの電流の逆流
   を検知する検知手段と、 前記検知手段によって前記逆流が検知された場合に、前
   記第２スイッチング素子を強制的にオフさせる逆流阻止
   手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電動
   パワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 前記昇圧手段は、 前記第２指令値に基づきパルス幅の変化する第２ＰＷＭ
   信号に応じてオン・オフする第１スイッチング素子と、 所定のインダクタンスを有し、一端が電源に接続され他
   端が前記第１スイッチング素子を介して接地されたリア
   クトルと、 前記リアクトルと前記モータ駆動手段との間に挿入さ
   れ、前記第２ＰＷＭ信号に応じて前記第１スイッチング
   素子と相反的にオン・オフする第２スイッチング素子と
   を含み、 前記昇圧制御手段は、 前記電動モータが発電状態であるか否かを検知する検知
   手段と、 前記電動モータが発電状態であることが前記検知手段に
   よって検知された場合に、前記電動モータから前記電源
   へ電流を帰還させるために前記第２スイッチング素子を
   強制的にオンさせる帰還手段とを含むことを特徴とす
   る、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。