JP5034229B2 - In-vehicle motor control device, electric power steering device and electric brake device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載したバッテリの電力で駆動される車載用モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle motor control device driven by electric power of a battery mounted on a vehicle, an electric power steering device using the same, and an electric brake device.
一般に車両には、バッテリを電源として車載用モータを通電制御する車載用モータ制御装置が多々使用されている。例えば電動パワーステアリング装置においては、従来から、運転者がステアリングホイールに加える操舵トルクをトルクセンサで検出して、これに応じてモータをパルス幅変調(PWM)制御して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。 Generally, in-vehicle motor control devices that use a battery as a power source to control energization of an in-vehicle motor are often used in vehicles. For example, in an electric power steering device, conventionally, a steering torque applied to a steering wheel by a driver is detected by a torque sensor, and the motor is driven by pulse width modulation (PWM) control in accordance with the detected torque. Give steering assist force.
近年、小型車だけではなく、中型車や大型車に対しても電動パワーステアリング装置を搭載することが望まれ、モータやその制御装置の大容量化が図られている。モータについてはブラシによる電流制約があるブラシ付モータに代えてブラシレスモータを採用することが、また、制御装置については昇圧機能を搭載してより高出力を得ることが提案されている。 In recent years, it is desired to mount an electric power steering device not only on a small vehicle but also on a medium-sized vehicle and a large vehicle, and the capacity of a motor and its control device has been increased. It has been proposed to adopt a brushless motor instead of a brushed motor with a current restriction by a brush for the motor, and to obtain a higher output by installing a boosting function for the control device.
昇圧機能を有する車載用モータ制御装置の従来例としては、例えばバッテリから出力されるバッテリ電圧を昇圧回路で昇圧してモータ駆動回路に供給するように構成され、昇圧回路がバッテリの正極側に一端を接続したリアクトルと、このリアクトルの他端側とバッテリの負極側との間に介挿された電界効果トランジスタで構成されるスイッチング素子と、リアクトルとスイッチング素子との接続点にアノードが接続されたダイオードと、このダイオードのカソード側とバッテリの負極側との間に介挿された充放電用コンデンサとで構成し、スイッチング素子のゲートにオン・オフ信号を供給するチョッパ方式を採用したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、バッテリ電圧を昇圧回路で昇圧してモータ駆動回路に供給することにより、モータの駆動電力を増加させることができるものであるが、この場合の昇圧は、スイッチング素子を図15(a)に示すオン・オフ信号によって駆動することにより、スイッチング素子のソース−ドレイン間電圧は図15(b)に示すように零とバッテリ電圧とを交互に繰り返す。このとき、リアクトルに流れる電流は、図15(c)に示すように、スイッチング素子がオン状態であるときに電流ILが増加し、この状態で、スイッチング素子をオフ状態とすることにより、リアクトルに蓄積されたエネルギーがダイオードを介して充放電用コンデンサを充電して、充放電用コンデンサに高電圧を蓄積する。
However, in the conventional example described in
ところが、上記従来例では、スイッチング素子に図15(d)に示すようにスイッチング損失と定常損失とが発生する。スイッチング素子をオン・オフする際に、図15(d)に示すように多大なスイッチング損失が発生する。このスイッチング損失は、スイッチング素子のオン・オフ反転時の過渡時におけるドレイン・ソース間電圧VDSとドレイン電流IDとの積で表される。 However, in the above conventional example, switching loss and steady loss occur in the switching element as shown in FIG. When the switching element is turned on / off, a large switching loss occurs as shown in FIG. This switching loss is represented by the product of the drain-source voltage V DS and the drain current I D during a transient state when the switching element is turned on and off.
このときのドレイン電流IDは図16(a)で一点鎖線図示のようにスイッチング素子がオフ状態からオン状態に反転すると、零から急峻に立ち上がり、その後緩やかに上昇し、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に反転すると急峻に低下して零となる。一方、スイッチング素子のソース・ドレイン間電圧VDSは図16(a)で実線図示のようにドレイン電流IDとは逆にスイッチング素子がオフ状態からオン状態に反転すると電圧VDSが零近傍の値に低下し、この状態をスイッチング素子がオン状態を維持する間継続し、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に反転すると、急峻に昇圧電圧まで増加し、その後昇圧電圧を維持し、スイッチング素子がオフ状態からオン状態に反転すると、急峻に零近傍の値に低下する。このため、スイッチング損失は、図16(b)に示すように、定常損失に比較して無視できない値となる。 The drain current ID at this time rises steeply from zero when the switching element is inverted from the OFF state to the ON state as shown by the one-dot chain line in FIG. When reversed to the off state, it drops sharply and becomes zero. On the other hand, the source-drain voltage V DS of the switching element is a switching element opposite to the drain current I D as shown by the solid line shown in FIG. 16 (a) is from the off-state voltage V DS Invert the ON state is zero near the This state continues while the switching element is kept on, and when the switching element is reversed from the on state to the off state, it suddenly increases to the boost voltage, and then the boost voltage is maintained. When the state is reversed from the off state to the on state, the value rapidly decreases to a value near zero. For this reason, the switching loss is a value that cannot be ignored as compared with the steady loss, as shown in FIG.
このスイッチング損失を低減するためには、モータが低負荷状態であるときには昇圧回路の昇圧電圧を低減してスイッチングを抑制することが考えられるが、このようにスイッチングを抑制すると、突発的に大電力を必要とする場合に、昇圧電圧が目標値となるまでの応答遅れが発生し、滑らかなトルク特性を得ることができなくなると共に、緊急時に昇圧電圧を上昇させるには、昇圧回路の大容量化が必要で、過剰なバッテリ電流が発生してしまうという未解決の課題がある。 In order to reduce this switching loss, it is conceivable to suppress the switching by reducing the boosted voltage of the booster circuit when the motor is in a low load state. Response time until the boost voltage reaches the target value occurs, and smooth torque characteristics cannot be obtained, and in order to increase the boost voltage in an emergency, the capacity of the boost circuit must be increased. There is an unsolved problem that excessive battery current is generated.
しかも、スイッチング損失は、バッテリ電流と昇圧電圧に比例するため、大きなトルクを必要としてモータに大電力を供給する必要があるときに、スイッチング損失も急増する傾向にあり、このスイッチング損失の増加がまたバッテリ電圧の増加を招く結果となる。
以上のように、従来例によると、チョッパ方式のスイッチング損失によりバッテリ電流が増加した割りにモータ出力向上効果が少ないと共に、制御装置の発熱が増加し、放熱器の大型化が必要とするという課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、スイッチング損失を大幅に低下させることができる車載用モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置を提供することを目的としている。
Moreover, since the switching loss is proportional to the battery current and the boosted voltage, when a large torque is required and a large amount of power needs to be supplied to the motor, the switching loss tends to increase rapidly. This results in an increase in battery voltage.
As described above, according to the conventional example, although the battery output is increased due to the switching loss of the chopper method, the effect of improving the motor output is small, the heat generation of the control device is increased, and the radiator is required to be enlarged. There is.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and can be used for a vehicle-mounted motor control device that can significantly reduce switching loss, an electric power steering device using the same, and an electric motor It aims to provide a braking device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る車載用モータ制御装置は、直流電源から出力される電源電圧を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段から出力される昇圧電圧に基づいて多相モータをパルス幅変調信号で駆動制御するモータ駆動手段と、該モータ駆動手段の還流タイミングを検出し、検出した還流タイミングで前記昇圧手段のスイッチング制御を行う昇圧制御手段とを備え、前記昇圧手段は、直流電源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、該リアクトルの他端に順方向に接続されたダイオードと、該ダイオードの出力側に接続された充放電用コンデンサと、前記ダイオード及び充放電用コンデンサと並列に接続された第1のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子と前記充放電用コンデンサとの接続点と前記直流電源の負極側との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記ダイオード及び充放電用コンデンサの接続点と、前記第2のスイッチング素子及び直流電源の負極側との接続点とから導出された前記モータ駆動回路への出力端子とを有する昇圧部を備え、前記昇圧制御手段は、還流タイミングを検出していないときに、前記第1のスイッチング素子をオン状態に且つ第2のスイッチング素子をオフ状態に制御して、前記充放電用コンデンサの蓄積電圧を、前記リアクトルを介して入力される直流電源電圧に重畳した昇圧電圧をモータ駆動手段に出力し、前記還流タイミングの開始を検出したときに、前記第1のスイッチング素子をオフ状態としてから前記第2のスイッチング素子をオン状態として、前記充放電用コンデンサに電源電圧を充電し、前記還流タイミングが終了するときに、前記第2のスイッチング素子をオフ状態としてから前記第1のスイッチング素子をオン状態として、昇圧電圧供給状態に復帰させる昇圧制御を行うことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an on-vehicle motor control device according to
さらにまた、請求項2に係る車載用モータの制御装置は、請求項1の発明において、前記昇圧制御手段は、前記多相モータの低出力状態を検出する低出力検出手段を有し、該低出力検出手段で前記多相モータの低出力状態を検出したときに前記第1のスイッチング素子をオフ状態とし、且つ前記第2のスイッチング素子をオン状態に制御して、前記充放電用コンデンサの充放電を停止させるように構成されていることを特徴としている。
Furthermore, in the control device for a vehicle-mounted motor according to
なおさらに、請求項3に係る車載用モータ制御装置は、請求項1又は2に係る発明において、前記昇圧制御手段は、前記モータ駆動手段のパルス幅変調信号に基づいてハイサイド側及びロウサイド側の何れかでスイッチング素子が全てオン状態となるタイミングを還流タイミングとして検出するように構成されていることを特徴としている。
Still further, in the in-vehicle motor control device according to
また、請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至3の何れか1つに記載の車載用モータ制御装置を搭載したことを特徴としている。
さらに、請求項5に係る電動ブレーキ装置は、請求項1乃至3の何れか1つに記載の車載用モータ制御装置を搭載したことを特徴としている。
The electric power steering apparatus according to 請 Motomeko 4 is characterized in that mounting the car motor control apparatus according to any one of
Furthermore, an electric brake device according to a fifth aspect is characterized in that the on-vehicle motor control device according to any one of the first to third aspects is mounted.
請求項1に係る発明によれば、モータ駆動回路が還流状態であるときに昇圧回路のスイッチング素子のスイッチングを行うので、このときのモータ駆動回路の電源電流が略零となり、昇圧回路のスイッチング時にスイッチング素子に流れる電流や端子間電圧を小さく抑制することができ、これら電流及び端子間電圧の積で表されるスイッチング損失を前述した従来例に比較して格段に低下させることができ、バッテリ電流をモータトルク向上に有効利用することができるという効果が得られる。 According to the first aspect of the invention, since the switching element of the booster circuit is switched when the motor drive circuit is in the reflux state, the power supply current of the motor drive circuit at this time becomes substantially zero, and at the time of switching of the booster circuit The current flowing through the switching element and the voltage between the terminals can be suppressed to a small level, and the switching loss represented by the product of these currents and the voltage between the terminals can be significantly reduced as compared with the conventional example described above. Can be effectively used to improve motor torque.
また、請求項1に係る発明によれば、モータ駆動回路が還流状態ではないときに、第2のスイッチング素子をオフ状態とし、第1のスイッチング素子をオン状態とすることにより、充放電用コンデンサに蓄積されている充電電圧を、リアクトルを通じて供給されるバッテリ電圧に加算した昇圧電圧をモータ駆動回路に供給することができ、この状態からモータ駆動回路が還流状態となったときに、第1のスイッチング素子をオフ状態とし、第2のスイッチング素子をオン状態とすることにより、充放電用コンデンサを充電状態とし、その後第2のスイッチング素子をオフ状態とすることにより、充放電用コンデンサの充電を終了し、さらに第1のスイッチング素子をオン状態とすることにより、昇圧状態に復帰させることができ、昇圧回路の第1及び第2のスイッチング素子のスイッチング動作をモータ駆動回路が還流状態であるときに行うので、第1のスイッチング素子のオン・オフ反転時には端子間電圧は大きいが第1のスイッチング素子を通過する電流が小さい値となるので、スイッチング損失を小さくすることができ、第2のスイッチング素子のオン・オフ反転時には第2のスイッチング素子を流れる電流は多くなるが、端子間電圧は小さくなるので、スイッチング損失を確実に抑制することができるという効果が得られる。 According to the first aspect of the present invention, when the motor drive circuit is not in the reflux state, the second switching element is turned off and the first switching element is turned on, whereby the charge / discharge capacitor The boosted voltage obtained by adding the charging voltage stored in the battery voltage to the battery voltage supplied through the reactor can be supplied to the motor drive circuit. When the motor drive circuit enters the reflux state from this state, the first voltage The switching element is turned off, the second switching element is turned on, the charging / discharging capacitor is turned on, and then the second switching element is turned off, so that the charging / discharging capacitor is charged. When the first switching element is turned on, the boosting state can be restored. Since the switching operation of the first and second switching elements is performed when the motor drive circuit is in the reflux state, the current passing through the first switching element is large although the voltage between the terminals is large when the first switching element is turned on / off. Therefore, the switching loss can be reduced. When the second switching element is turned on / off, the current flowing through the second switching element is increased, but the voltage between the terminals is reduced. The effect that it can suppress reliably is acquired.
また、請求項2に係る発明によれば、モータ負荷が低負荷状態であるときには、第1のスイッチング素子をオフ状態とし、且つ第2のスイッチング素子をオン状態とすることより、充放電用コンデンサの充放電を停止させて、充放電用コンデンサを長寿命化させることができるという効果が得られる。しかも、低負荷状態から高負荷状態となった場合には、第1のスイッチング素子をオン状態とし、且つ第2のスイッチング素子をオフ状態とすることにより、瞬時に昇圧電圧を得ることができるという効果が得られる。 According to the second aspect of the present invention, when the motor load is in a low load state, the charge / discharge capacitor is provided by turning off the first switching element and turning on the second switching element. The effect that the charging / discharging can be stopped and the life of the charging / discharging capacitor can be extended is obtained. Moreover, when the low load state is changed to the high load state, the boost voltage can be instantaneously obtained by turning on the first switching element and turning off the second switching element. An effect is obtained.
さらに、請求項3に係る発明によれば、還流タイミング検出手段は、モータ駆動手段のパルス幅変調信号に基づいて還流タイミングを検出するので、簡易な構成で還流タイミングを正確に検出することができるという効果が得られる。
Furthermore, according to the invention of
また、請求項4に係る発明によれば、スイッチング損失が少なく、バッテリ電流を昇圧電圧に有効に利用することができる高出力の電動パワーステアリング装置を提供することができ、緊急回避時等の急操舵時に、操舵補助力を発生させる車載用モータを高応答性で、迅速に駆動することができるという効果が得られる。
さらにまた、請求項5に係る発明によれば、スイッチング損失が少なく、バッテリ電流を昇圧電圧に有効に利用することができる電動ブレーキ装置を提供することができ、緊急制動時等の急制動時に、電動ブレーキを作動させる車載用モータを高応答性で、迅速に駆動することができるという効果が得られる。
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to provide a high-output electric power steering device that can reduce the switching loss and can effectively use the battery current as the boosted voltage. At the time of steering, there is an effect that an on-vehicle motor that generates a steering assist force can be driven quickly with high responsiveness.
Furthermore, according to the invention according to
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の第1の実施形態における概略構成を示すブロック図である。図中、1は通常の車両に搭載されている定格電圧が12Vの直流電源としてのバッテリであって、このバッテリ1から出力されるバッテリ電力がバッテリ1の近傍に配設された昇圧手段としての昇圧回路2に供給され、この昇圧回路2で昇圧された昇圧された昇圧出力が操舵補助力を発生する車載用モータ3の近傍に配設されたモータ駆動回路4に入力されている。このモータ駆動回路4には、バッテリ1のバッテリ電力が制御用電力として供給されている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration in the first embodiment when the present invention is applied to an electric power steering apparatus. In the figure,
ここで、車載用モータ3は、3相交流駆動されるブラシレスモータで構成され、電動パワーステアリング装置の操舵補助トルクを発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。この車載用モータ3は、ステアリングホイール6が接続されたステアリングシャフト7に減速機構8を介して連結され、このステアリングシャフト7がラックピニオン機構9に連結され、このラックピニオン機構9がタイロッド等の連結機構10を介して左右の転舵輪11に連結されている。
Here, the in-
そして、ステアリングシャフト7には、ステアリングホイール6に入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ12が配設されていると共に、車載用モータ3にはモータ回転角を検出するレゾルバ13が配設され、操舵トルクセンサ12で検出した操舵トルク検出信号及びレゾルバ13で検出したモータ回転角検出信号がモータ駆動回路4へ入力されている。
The steering shaft 7 is provided with a
昇圧回路2は、図2に示すように、バッテリ1の正極側端子1p及び負極側端子1nに接続された入力端子20p及び20nと、これら入力端子20p及び20nに正極ライン21p及び負極ライン21nを介して接続された出力端子22p及び22nとを有する。
正極ライン21pには、リアクトルL1と順方向のダイオードD1とが直列に接続されて介挿されている。リアクトルL1と負極ライン21nとの間に平滑用コンデンサC1が介挿されていると共に、ダイオードD1のカソードと負極ライン21nとの間に充放電用コンデンサC2及び第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2が直列に介挿され、リアクトルL1及びダイオードD1の接続点と充放電用コンデンサC2と電界効果トランジスタFET2の接続点との間に第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2が介挿されている。
As shown in FIG. 2, the
A reactor L1 and a forward diode D1 are connected in series with the
そして、電界効果トランジスタFET1及びFET2のゲートに昇圧制御手段としての昇圧制御回路5から出力されるゲートパルスPG1及びPG2が供給されている。
モータ駆動回路4は、図2に示すように、昇圧回路2の出力端子22p及び22nに接続される入力端子40p及び40nを有し、入力端子40p及び40nにインバータ回路41が接続されている。
The gate pulses PG1 and PG2 output from the
As shown in FIG. 2, the
インバータ回路41は、入力端子40p及び40n間に直列に介挿された電界効果トランジスタFETu及びFETu′の直列回路、この直列回路と並列に接続された電界効果トランジスタFETv及びFETv′の直列回路及びこの直列回路と並列に接続された電界効果トランジスタFETw及びFETw′の直列回路とで3相ブリッジ回路の構成を有する。そして、各直列回路の電界効果トランジスタFETu,FETu′の接続点、電界効果トランジスタFETv,FETv′及び電界効果トランジスタFETw,FETw′の接続点から夫々モータ出力端子43u、43v及び43wが導出され、これら出力端子43u、43b及び43wが車載用モータ3のΔ結線された励磁巻線Lu、Lv及びLwの接続点u、v及びwに接続されている。
The
また、インバータ回路41を構成する各電界効果トランジスタFETu〜FETw及びFETu′〜FETw′のゲートにオン・オフ信号を供給するゲートドライブ回路45が設けられ、このゲートドライブ回路45にパルス幅変調(PWM)信号を出力するマイクロコンピュータ46が設けられている。
このマイクロコンピュータ46には、出力端子43u及び43wのモータ電流を検出する電流検出回路47u及び47wの電流検出信号Imu及びImwがA/D変換入力端子に入力されている。さらに、マイクロコンピュータ46には、操舵トルクセンサ12で検出した操舵トルク信号が入力され、これに基づいて操舵トルクを検出するトルク検出回路48からの操舵トルク検出信号TがA/D変換入力端子に入力されると共に、レゾルバ13の出力信号が入力されたモータ回転角信号を出力するモータ回転角検出回路49からのモータ回転角信号θM が入力端子に入力され、さらに車速を検出する車速センサ50から出力される車速検出信号が入力されている。
Further, a
In the
ここで、モータ回転角検出回路49は、励磁信号をレゾルバ13に供給し、このレゾルバ13から出力される余弦及び正弦波信号を受け、これらに基づいてモータ回転角を検出し、このモータ回転角をデジタル値に変換して、12ビットのデジタル信号をマイクロコンピュータ46の入力端子へ供給する。
そして、マイクロコンピュータ46では、図3に示す操舵補助制御処理を実行する。
Here, the motor rotation
Then, the
この操舵補助制御処理は、図3に示すように、先ず、ステップS1で電流検出回路47u及び47wで検出した車載用モータ3へ出力する相電流Imu及びImwを読込み、次いでステップS2に移行して、読込んだ相電流Imu及びImwに基づいて相電流Imvを算出し、次いでステップS3に移行して、トルク検出回路48で検出された操舵トルクT及び車速センサ50で検出した車速Vsを読込んでからステップS4に移行する。
As shown in FIG. 3, the steering assist control process first reads the phase currents Imu and Imw output to the in-
このステップS4では、読込んだ操舵トルクTs及び車速Vsをもとに図7に示す操舵補助指令値算出マップを参照してモータ指令電流値で表される操舵補助指令値IM *を算出する。
ここで、操舵補助指令値算出マップは、図4に示すように、横軸に操舵トルク検出値Tをとり、縦軸に操舵補助指令値IM *をとり、車速検出値Vsをパラメータとした特性線図で構成され、操舵トルクTsが“0”から正方向に増加して第1の設定値Ts1に達するまでの間は車速検出値Vsにかかわらず比較的緩い勾配で延長する直線部L1と、操舵トルクTsが第1の設定値Ts1より増加したときに、車速検出値Vsが比較的速い状態では、比較的緩やかな勾配で延長する直線部L2及びL3と操舵トルク検出値Tsが第1の設定値Ts1より大きい第2の設定値Ts2に近傍で横軸と平行となる直線部L4及びL5と、車速検出値Vsが遅い状態では、比較的勾配の大きい直線部L6及びL7と、これら直線部L6及びL7より勾配の大きい直線部L8及びL9と、直線部L8より勾配の大きい直線部L10と、直線部L9及びL10の終端から横軸と平行に延長する直線部L11及びL12とで構成される4本の特性線が形成され、同様に操舵トルクTsが負方向に増加する場合には、上記と原点を挟んで点対象となる4本の特性線が形成された構成を有する。
In this step S4, the steering assist command value I M * represented by the motor command current value is calculated with reference to the steering assist command value calculation map shown in FIG. 7 based on the read steering torque Ts and vehicle speed Vs. .
Here, as shown in FIG. 4, in the steering assist command value calculation map, the horizontal axis represents the steering torque detection value T, the vertical axis represents the steering assist command value I M * , and the vehicle speed detection value Vs is used as a parameter. A straight line portion L1 that is configured by a characteristic diagram and extends with a relatively gentle gradient regardless of the vehicle speed detection value Vs until the steering torque Ts increases in the positive direction from “0” and reaches the first set value Ts1. When the steering torque Ts increases from the first set value Ts1, the linear portions L2 and L3 that extend with a relatively gentle gradient and the steering torque detection value Ts are the first in the state where the vehicle speed detection value Vs is relatively fast. Straight line portions L4 and L5 that are parallel to the horizontal axis in the vicinity of the second set value Ts2 that is larger than the set value Ts1 of 1, and in a state where the vehicle speed detection value Vs is slow, the straight line portions L6 and L7 having a relatively large gradient; Gradient from these straight lines L6 and L7 Four characteristics composed of straight line portions L8 and L9 having a large slope, a straight line portion L10 having a larger gradient than the straight line portion L8, and straight line portions L11 and L12 extending in parallel with the horizontal axis from the ends of the straight line portions L9 and L10. Similarly, when the steering torque Ts increases in the negative direction, four characteristic lines to be pointed are formed with the above and the origin in between.
次いで、ステップS5に移行して、モータ回転角検出回路49で検出したモータ回転角θM を読込み、次いでステップS6に移行して、ステップS4で算出した操舵補助指令値IM *とモータ回転角θM とに基づいて車載用モータ3のU相、V相及びW相の目標相電流値Imu* 、Imv* 及びImw* に変換する三相分相処理を行ってからステップS7に移行する。
Next, the process proceeds to step S5, where the motor rotation angle θ M detected by the motor rotation
このステップS7では、ステップS1で読込んだモータ相電流Imu及びImwとステップS2で算出したモータ相電流Imvと上記ステップS6で変換した目標相電流値Imu* 、Imv* 及びImw* とに基づいて両者の偏差にPID処理を行って電流指令値Iut、Ivt及びIwtを算出する電流フィードバック処理を行い、次いでステップS8に移行して、算出した各相の電流指令値Iut、Ivt及びIwtに対応するパルス幅変調(PWM)信号を形成し、これをゲートドライブ回路45へ出力してから前記ステップS1に戻る。
In step S7, based on the motor phase currents Imu and Imw read in step S1, the motor phase current Imv calculated in step S2, and the target phase current values Imu * , Imv * and Imw * converted in step S6. A PID process is performed on the deviation between the two to perform a current feedback process for calculating the current command values Iut, Ivt and Iwt, and then the process proceeds to step S8 to correspond to the calculated current command values Iut, Ivt and Iwt of each phase. A pulse width modulation (PWM) signal is formed and output to the
また、昇圧制御回路5は、図2に示すように、マイクロコンピュータ46からゲートドライブ回路45に出力されるインバータ回路41のハイサイドの電界効果トランジスタFETu〜FETwに対するパルス幅変調信号PWMu〜PWMwが入力されるアンドゲート51と、インバータ回路41のロウサイドの電界効果トランジスタFETu′〜FETw′に対するパルス幅変調信号PWMu′〜PWMw′が入力されるアンドゲート52と、両アンドゲート51及び52の出力が入力されるオアゲート53と、このオアゲート53の出力を反転するインバータ54とで構成され、インバータ54から昇圧回路3の第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1のゲートに供給するゲートパルスPG1が出力され、オアゲート53から昇圧回路3の第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2のゲートに供給するゲートパルスPG2が出力される。これらゲートパルスPG1及びPG2はゲートドライブ回路55を介して昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2に供給される。
As shown in FIG. 2, the
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
今、例えば車両が停止状態で、ステアリングホイール6を運転者が右操舵して据え切り状態とすると、このときの車速センサ50で検出する車速Vsは“0”であるが、トルクセンサ12で検出される操舵トルクTが比較的大きな値となり、このため、モータ駆動回路4のマイクロコンピュータ46で図3に示す操舵補助制御処理が実行されると、ステップS1でモータ相電流Imu及びImwを読込、次いでステップS2に移行して、モータ相電流Imvを算出してからステップS3で操舵トルクTs、車速Vsを読込み、次いでステップS4に移行して、操舵トルクTs及び車速Vsに基づいて図4の操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値IM *を算出し、次いでモータ回転角検出回路49からモータ回転角θMを読込んでからステップS6に移行して三相文相処理を行って、車載用モータ3のU相、V相及びW相の目標相電流値Imu* 、Imv* 及びImw* を算出し、次いでステップS7に移行して、モータ相電流Imu及びImwとステップS2で算出したモータ相電流Imvと上記ステップS6で変換した目標相電流値Imu* 、Imv* 及びImw* とに基づいて両者の偏差にPID処理を行って電流指令値Iut、Ivt及びIwtを算出する電流フィードバック処理を行い、次いでステップS8に移行して算出した電流指令値Iut、Ivt及びIwtをゲートドライブ回路45に出力してからステップS9に移行し、制御を終了するか否かを判断し、制御を継続する場合には前記ステップS1に戻る。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Now, for example, when the vehicle is stopped and the steering wheel 6 is steered to the right by the driver, the vehicle speed Vs detected by the
このようにゲートドライブ回路45に、電流指令値Iut、Ivt及びIwtが出力されると、このゲートドライブ回路45でパルス幅変調処理を行って電流指令値Iut、Ivt及びIwtに対応したデューティ比のパルス幅変調信号PWMu〜PWMw及びPWMu′〜PWMw′を算出し、算出したパルス幅変調信号PWMu〜PWMwをインバータ回路41のハイサイドの電界効果トランジスタFETu〜FETwのゲートに、パルス幅変調信号PWMu′〜PWMw′をインバータ回路41のロウサイドの電界効果トランジスタFETu′〜FETw′のゲートに夫々供給することにより、インバータ回路41から車載用モータ3に三相駆動信号が出力されて、この車載用モータ3が回転駆動されて、操舵トルクTsに応じた操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速機構8を介してステアリングシャフト7に伝達されることにより、ステアリングホイール6を軽い操舵力で操舵することができる。
When the current command values Iut, Ivt, and Iwt are output to the
このとき、ゲートドライブ回路45から出力されるパルス幅変調信号PWMu,PWMu′、PWMv,PWMv′及びPWMw,PWMw′が例えば図5(a)〜(f)に示すように、インバータ回路41のハイサイドでは1PWM周期におけるオン区間がPWMuが一番長くデューティ比が大きくなり、次いでPWMw、PWMvの順にデューティ比が小さくなり、ロウサイドでは、ハイサイドの反転信号となることから1PWM周期におけるオン区間がPWMv′が一番長くデューティ比が大きくなり、次いでPWMw′、PWMu′の順にデューティ比が小さくなるものとする。
At this time, the pulse width modulation signals PWMu, PWMu ′, PWMv, PWMv ′ and PWMw, PWMw ′ output from the
このため、図6に示す昇圧制御回路5で形成されるゲート信号PG1及びPG2は、ハイサイド側のPWMu〜PWMwがアンドゲート51に供給されることから、このアンドゲート51の出力は、入力されるPWMu〜PWMwが共にオン状態となって、図6に示すようにインバータ回路41のハイサイド側で還流状態となる時点t1〜t2及びt5〜t6間で、オン状態となる。一方、ロウサイド側のPWMu′〜PWMw′がアンドゲート52に供給されることから、このアンドゲート52の出力は入力されるPWMu′〜PWMw′が共にオン状態となって、図7に示すようにインバータ回路41のロウサイド側で還流状態となる時点t3〜t4及びt7〜t8間で、オン状態となる。
Therefore, since the gate signals PG1 and PG2 formed by the
このため、オアゲート53から出力されるゲートパルスPG2は図5(h)に示すように、時点t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6及びt7〜t8間でオン状態となり、他の区間でオフ状態となる。また、インバータ54から出力されるゲートパルスPG1は図5(g)に示すように、時点t0〜t1、t2〜t3、t4〜t5、t6〜t7間でオン状態となり、他の区間でオフ状態となる。
Therefore, the gate pulse PG2 output from the
このため、昇圧回路2では、図8に示すように、今、ロウサイドの還流状態が終了した図7の時点t0の直後では、ゲートパルスPG1がオン状態であり、ゲートパルスPG2がオフ状態であるので、昇圧回路2の第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオン状態となり、第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2がオフ状態となって、昇圧回路2は、図8(a)に示すように、充放電用コンデンサC2の負極側が電界効果トランジスタFET1を介してリアクトルL1の他端側に接続された状態となる。このため、今、充放電用コンデンサC2が10Vに充電されているものとすると、バッテリ1からリアクトルL1を介して電界効果トランジスタFET1を介して充放電用コンデンサC2に10Vのバッテリ電圧Vbが供給されると、このバッテリ電圧Vbに充放電用コンデンサC2の充電電圧(10V)が加算されて計20Vの昇圧電圧となり、これがモータ駆動回路4のインバータ回路41に供給されるので、このインバータ回路41で車載用モータ3を高電圧駆動することができ、この車載用モータ3で十分な操舵補助力を余裕を持って発生することができる。
Therefore, in the
この昇圧状態を維持したまま時点t1の直前の時点t1′となると、時点t1でPWMvがオン状態となるときの貫通電流を抑制するためのデッドタイム期間となり、PWMv′が先にオフ状態となることから、インバータ回路41で半還流状態となり、その後時点t1で、インバータ回路41でハイサイド側が完全な還流状態となる。このため、インバータ回路41では流入する電源電流が“0”となり、この時点t1で、ゲートパルスGP1がオン状態からオフ状態となるスイッチングが行われる。このとき、昇圧回路2は図8(b)に示すように、充放電用コンデンサC2の充電電圧が上記昇圧状態で例えば1V放電されて9Vに低下し、第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオフ状態となるとドレイン・ソース間電圧は9Vとなるが、ドレイン電流は0Aとなり、リアクトルL1から流入する電流は平滑用コンデンサC1を充電する電流のみとなる。
When the time point t1 ′ immediately before the time point t1 is maintained while maintaining this boosted state, a dead time period for suppressing a through current when the PWMv is turned on at the time point t1 is reached, and the PWMv ′ is turned off first. For this reason, the
このため、第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオン状態からオフ状態にスイッチングしても、電界効果トランジスタFET1のドレイン電流が0Aであることからドレイン電流とドレイン・ソース間電圧との積で表されるスイッチング損失は略零となり極めて小さいものとなる。
この時点t1では、ゲートパルスGP2がオフ状態からオン状態となるので、これによって昇圧回路2は、図8(c)に示すように、第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2がオン状態となって、充放電用コンデンサC2の負極側が負極ライン21nに接続されることになり、破線図示のリアクトルL1のエネルギによる電流によって充放電用コンデンサC2の充電が開始される。このとき、電界効果トランジスタFET2のドレイン・ソース間電圧は1Vであって、小さい電圧であるので、充電電流が流れたとしても電界効果トランジスタFET2のスイッチングによるスイッチング損失は小さく抑制される。
For this reason, even if the field effect transistor FET1 as the first switching element is switched from the on state to the off state, the drain current of the field effect transistor FET1 is 0 A, so that the product of the drain current and the drain-source voltage is obtained. The switching loss expressed by is substantially zero and becomes very small.
At this time t1, the gate pulse GP2 changes from the OFF state to the ON state, so that the
その後、充放電用コンデンサC2の充電状態を継続して、時点t2となると、ゲートパルスGP2がオン状態からオフ状態に反転し、これに応じて昇圧回路2の第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2が図8(d)に示すようにオフ状態にスイッチングするが、この状態では、充放電用コンデンサC2の充電が完了してその負極側が接地電位の0Vとなっていることから、電界効果トランジスタFET2のドレイン・ソース間電圧も0Vとなることからスイッチング損失を小さく抑制することができる。
Thereafter, the charging state of the charging / discharging capacitor C2 is continued, and when the time point t2 is reached, the gate pulse GP2 is reversed from the on state to the off state, and accordingly, the field effect as the second switching element of the
この時点t2では、ゲートパルスGP1がオフ状態からオン状態に反転し、これによって第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1が図8(e)に示すようにオン状態となり、充放電用コンデンサC2の負極側が電界効果トランジスタFET1を介してリアクトルL1に接続されるが、インバータ回路41が還流状態から半還流状態に移行するが、まだ車載用モータ3に電流を供給する状態ではないので、リアクトルL1から平滑用コンデンサC1を充電する充電電流のみが流れる。この電界効果トランジスタFET1のスイッチング時でも、そのドレイン電流が略0であるので、スイッチング損失は小さい値に抑制することができる。
At this time t2, the gate pulse GP1 is inverted from the off state to the on state, whereby the field effect transistor FET1 as the first switching element is turned on as shown in FIG. 8E, and the charge / discharge capacitor C2 Is connected to the reactor L1 through the field effect transistor FET1, but the
その後、時点t2から僅かなデッドタイムが経過してPWMv′がオン状態となる時点で、半還流状態が解消されてモータ通電状態に復帰すると、前述した図8(a)と同様の昇圧状態に復帰する。
その後、時点t3〜t4間のインバータ回路41のロウサイド側で還流が発生する場合も上記と同様に昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2のスイッチングを行って充放電用コンデンサC2の充電を行い、その後、インバータ回路41での還流状態が発生する毎に同様の動作を行う。
After that, when a slight dead time elapses from the time point t2 and the PWMv ′ is turned on, when the half-reflux state is canceled and the motor energized state is restored, the boosted state similar to that in FIG. Return.
Thereafter, even when reflux occurs on the low side of the
このように、上記実施形態によると、インバータ回路41で還流状態にあって車載用モータ3に電流が供給されない状態で昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2のスイッチングを行うことにより、スイッチング素子のドレイン・ソース間電圧又はドレイン電流が極めて小さい状態で、スイッチングを行うことができ、スイッチング損失を小さい値に抑制することができる。このため、バッテリ1のバッテリ電力を有効に利用して昇圧電圧をインバータ回路41に供給することができ、急操舵を行う場合に車載用モータに大電力を必要とする場合でも最適な操舵補助力を発生させることができ、良好な操舵制御を行うことができる。
さらに、昇圧制御回路5を簡単な論理回路の組み合わせで容易に構成することができる。
Thus, according to the above embodiment, the switching of the field effect transistors FET1 and FET2 of the
Furthermore, the
次に、本発明の第2の実施形態を図9及び図10について説明する。
この第2の実施形態では、昇圧回路2で常時昇圧する場合に代えて、車載用モータ3で高電圧を必要とする場合のみ昇圧回路2で昇圧を行うようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図9に示すように、前述したステアリングシャフト7に操舵角を検出する操舵角センサ60を設け、この操舵角センサ60で検出した操舵角検出値θをマイクロコンピュータ61に入力し、このマイクロコンピュータ61で、昇圧制御処理を実行すると共に、昇圧制御回路5から出力されるゲートパルスPG1及びPG2を選択スイッチSW1及びSW2の一方の入力側に供給し、これら選択スイッチSW1及びSW2の他方の入力側にマイクロコンピュータ61から出力されるゲートパルスPG1s及びPG2sを供給し、これら選択スイッチSW1及びSW2をマイクロコンピュータ61から出力される選択信号SLで切換え、選択スイッチSW1及びSW2の選択出力を夫々ゲートドライブ回路55を介して昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2のゲートに供給するように構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, instead of the case where the
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 9, the
そして、マイクロコンピュータ61で実行する昇圧制御処理は、図10に示すように、先ず、ステップS11で、操舵角センサ60で検出した操舵角検出値θを読込み、次いでステップS12に移行して、読込操舵角検出値θを微分して操舵角速度θvを算出し、次いでステップS13に移行して、算出した操舵角速度θvが予め設定した設定値θvs以上であるか否かを判定し、θv<θvsであるときにはステアリングホイール6の操舵速度が遅く、車載用モータ3で大電力を必要としないものと判断して、ステップS14に移行する。
As shown in FIG. 10, the boost control processing executed by the
このステップS14では、選択スイッチSW1に対して低レベルのゲートパルスPG1sを出力すると共に、選択スイッチSW2に対して高レベルのゲートパルスPG2sを出力し、次いでステップS15に移行して、選択スイッチSW1及びSW2に対してゲートパルスPG1s及びPG2sを選択する例えば論理値“0”の選択信号SLを出力してから前記ステップS11に戻る。 In step S14, a low-level gate pulse PG1s is output to the selection switch SW1, and a high-level gate pulse PG2s is output to the selection switch SW2. Then, the process proceeds to step S15 to select the selection switch SW1 and For example, a selection signal SL having a logical value “0” for selecting the gate pulses PG1s and PG2s is output to SW2, and the process returns to step S11.
一方、前記ステップS13の判定結果が、θv≧θvsであるときには、ステアリングホイール6の操舵速度が速く車載用モータ3で大電力を必要とするものと判断してステップS16に移行して、選択スイッチSW1及びSW2に対して昇圧制御回路5からのゲートパルスPG1及びPG2を選択する論理値“1”の選択信号SLを出力してから前記ステップS1に戻る。
On the other hand, if the determination result in step S13 is θv ≧ θvs, it is determined that the steering speed of the steering wheel 6 is fast and a large amount of electric power is required by the in-
この図10の処理において、ステップS11〜S13の処理及び操舵角センサ60が低出力検出手段に対応している。
この第2の実施形態では、ステアリングホイール6の操舵速度が遅い場合には、通常の操舵操作であるものと判断して、選択スイッチSW1及びSW2に対して低レベルのゲートパルスPG1s及び高レベルのゲートパルスPG2sを出力してから選択信号SLを論理値“0”とすることにより、選択スイッチSW1及びSW2でゲートパルスPG1s及びPG2sを選択して昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2に出力する。
In the processing of FIG. 10, the processing of steps S11 to S13 and the
In the second embodiment, when the steering speed of the steering wheel 6 is low, it is determined that the steering operation is normal, and the low level gate pulse PG1s and the high level of the selection switches SW1 and SW2 are determined. After the gate pulse PG2s is output, the selection signal SL is set to a logical value “0”, so that the selection switches SW1 and SW2 select the gate pulses PG1s and PG2s and output them to the field effect transistors FET1 and FET2 of the
このため、昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1が常時オフ状態に制御されると共に、電界効果トランジスタFET2が常時オン状態に制御されることになる。このため、充放電用コンデンサC2が正極ライン21p及び負極ライン21n間に常時接続された状態となり、バッテリ電圧Vbの充電状態を維持しながら平滑用コンデンサC1と同様に平滑化機能を発揮するだけで、充放電制御及びリアクトルL1の出力電圧に充電電圧を加算する昇圧機能を有さない状態となるので、リアクトルL1から出力されるバッテリ電圧Vbがそのままインバータ回路41に供給されて、インバータ回路41によってバッテリ電圧Vbで車載用モータ3を回転駆動して、操舵補助制御を行う。
For this reason, the field effect transistor FET1 of the
このステアリングホイール6の操舵速度が遅い状態で走行していて、前方の障害物を避けるために、急操舵送を行うと、これによって、図10のステップS12で算出される操舵角速度θvが大きな値となり、設定値θvs以上となるので、ステップS13からステップS16に移行して、選択スイッチSW1及びSW2に対して論理値“1”の選択信号SLを出力する。
このため、選択スイッチSW1及びSW2で昇圧制御回路5から出力されるゲートパルスPG1及びPG2を選択して、これらを夫々ゲートドライブ回路55を介して昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2に供給する。
If the steering wheel 6 is traveling at a low steering speed and sudden steering is performed to avoid an obstacle ahead, the steering angular speed θv calculated in step S12 in FIG. Therefore, since it becomes equal to or larger than the set value θvs, the process proceeds from step S13 to step S16, and the selection signal SL having the logical value “1” is output to the selection switches SW1 and SW2.
Therefore, the selection switches SW1 and SW2 select the gate pulses PG1 and PG2 output from the
このため、前述した第1の実施形態における図8と同様の昇圧処理及び充電処理が実行されることになり、このとき、充放電用コンデンサC2は既にバッテリ電圧Vbの充電状態であるので、直ちに昇圧電圧をインバータ回路41に供給することができ、緊急回避操舵等の車載用モータ3に大電力を必要とする操舵状態となっても、高応答性をもって昇圧電圧をインバータ回路41を介して車載用モータ3に供給することができる。
For this reason, the same boosting process and charging process as in FIG. 8 in the first embodiment described above are executed. At this time, the charging / discharging capacitor C2 is already in the charged state of the battery voltage Vb. The boosted voltage can be supplied to the
この第2の実施形態では、急操舵が行われて、車載用モータ3で大電力を必要とする場合にのみ昇圧回路2の電界効果トランジスタFET1及びFET2がスイッチングされると共に、充放電用コンデンサC2の充放電が行われるので、特に充放電用コンデンサの充放電回数を減少させて、充放電特性の劣化を少なくして長寿命化させることができ、装置全体の信頼性を向上させることができる。
In the second embodiment, the field effect transistors FET1 and FET2 of the
なお、上記第2の実施形態では、車載用モータ3の低出力時をステアリングホイールの操舵速度で検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵トルクの変化率が小さいか否かを検出して低出力状態であるか否かを判定するようにしてもよく、さらには操舵補助制御処理で算出される操舵補助指令値IM *の変化量に基づいて車載用モータ3が低出力状態であるか否かを判定するようにしてもよい。
In the second embodiment, the case where the low output of the vehicle-mounted
また、上記第1及び第2の実施形態においては、昇圧回路2を構成する昇圧チョッパをリアクトルL1とダイオードD1と2つの電界効果トランジスタFET1及びFET2で構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ダイオードD1に代えて電界効果トランジスタを適用するようにしてもよい。
さらに、上記第1及び第2の実施形態においては、車載用モータ3の励磁巻線Lu、Lv及びLwがΔ結線されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、励磁巻線Lu、Lv及びLwをY結線する場合にも本発明を適用することができる。
In the first and second embodiments, the boost chopper constituting the
Further, in the first and second embodiments, the case where the excitation windings Lu, Lv, and Lw of the in-
次ぎに、本発明の第3の実施形態を図11〜図13について説明する。
この第3の実施形態では、昇圧回路2に二組の昇圧部を並列に形成し、これら昇圧部を交互に作動させて昇圧制御を行うようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態では、図11に示すように、前述した第1実施形態のダイオードD1に代えて充電制御用電界効果トランジスタFET3を設けると共に、この電界効果トランジスタFET3と充放電用コンデンサC2との接続点と出力端子との間に放電制御用電界効果トランジスタFET4を設けて1つの昇圧部25Aを構成し、さらにこの昇圧部25Aと並列に同様の構成を有する昇圧部25Bを接続して昇圧回路2を構成すると共に、昇圧制御回路5を図12に示すように構成したことを除いては前述した第1の実施形態と同様の構成を有し、図2との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。なお、車載用モータ3としてY結線モータが記載されているが、Δ結線モータを適用するようにしてもよい。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the third embodiment, two sets of boosting units are formed in parallel in the boosting
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 11, a charge control field effect transistor FET3 is provided in place of the diode D1 of the first embodiment, and the field effect transistor FET3 and the charge / discharge capacitor C2 are provided. A discharge control field effect transistor FET4 is provided between the connection point between the first and second output terminals to form one
ここで、昇圧制御回路5は、図12に示すように、ゲートドライブ回路45から出力されるインバータ回路41のロウサイド側に対するパルス幅変調信号PWMu′、PWMv′及びPWMw′が入力されるナンドゲート71と、ゲートドライブ回路45から出力されるパルス幅変調周期の1/2を表すトグル信号STがクロック入力端子CKに入力され、D入力端子に肯定出力端子Qから出力される出力パルスがインバータ72で反転されて入力されるD型フリップフロップ回路73と、このD型フリップフロップ回路73の肯定出力端子から出力されるトグル分周信号STa及びナンドゲート71の出力信号SAが入力されるアンドゲート74と、インバータ72から出力されるトグル分周信号STaを反転させたトグル分周信号STb及びナンドゲート71の出力SAが入力されるアンドゲート75と、前述した第2の実施形態における選択信号SLに相当するステップアップ許可信号SPが入力されるインバータ76と、このインバータ76の出力とインバータ72の出力STbとが入力されるオアゲート77と、ステップアップ許可信号SP及びアンドゲート74の出力が入力されるアンドゲート79と、ステップアップ許可信号SP及びアンドゲート75の出力が入力されるアンドゲート80とで構成されている。
Here, as shown in FIG. 12, the
そして、オアゲート77から出力されるゲートパルスPG11が昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET2及びFET3のゲートに供給され、アンドゲート79から出力されるゲートパルスPG12が昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET1のゲートに供給され、D型フリップフロップ回路73の肯定出力端子Qから出力されるトグル分周信号STaが昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET4のゲートに供給される。
The gate pulse PG11 output from the
また、オアゲート78から出力されるゲートパルスGP21が昇圧部25Bの電界効果トランジスタFET2及びFET3のゲートに供給され、アンドゲート80から出力されるゲートパルスPG22が昇圧部25Bの電界効果トランジスタFET1のゲートに供給され、インバータ72から出力されるトグル分周信号STbが昇圧部25Bの電界効果トランジスタFET4のゲートに出力される。
The gate pulse GP21 output from the
次ぎに、上記第3の実施形態の動作を説明する。
今、ステアリングホイール6が操舵されて、マイクロコンピュータ46で実行される操舵補助制御処理で、操舵トルク検出値Tsに応じた例えば図13に示すパルス幅変調信号PWMu〜PWMw及びPWMu′〜PWMw′がゲートドライブ回路45に出力されているものとする。
このとき、ステアリングホイール6の操舵速度が遅く、第2の実施形態におけるマイクロコンピュータ61から論理値“0”のステップアップ許可信号SPが出力されているものとする。
Next, the operation of the third embodiment will be described.
Now, in the steering assist control process executed by the
At this time, it is assumed that the steering speed of the steering wheel 6 is slow, and the step-up permission signal SP having the logical value “0” is output from the
このため、アンドゲート79及び80から出力されるゲートパルスPG12及びPG22がオフ状態であり、これによって、昇圧部25A及び25Bの第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオフ状態となると共に、オアゲート77及び78から出力されるゲートパルスPG11及びPG21がオン状態となるので、昇圧部25A及び25Bの第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2と電界効果トランジスタFET3とがオン状態となる。このため、昇圧部25A及び25Bの充放電用コンデンサC2の負極側が負極ライン21nに接続される。
For this reason, the gate pulses PG12 and PG22 output from the AND
さらに、図13の時点t1でトグル信号STがオン状態となり、これによってD型フリップフロップ回路73の肯定出力端子Qから出力されるトグル分周信号STaがオン状態となると、これが昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET4に供給されるので、この電界効果トランジスタFET4がオン状態となることにより、リアクトルL1から出力されるバッテリ電圧Vbがそのまま昇圧部25Aを介してインバータ回路41に供給され、このバッテリ電圧Vbで車載用モータ3が操舵トルク検出値Tsに応じた操舵補助力を発生するように駆動制御される。
Further, when the toggle signal ST is turned on at time t1 in FIG. 13 and thereby the toggle divided signal STa output from the positive output terminal Q of the D-type flip-
その後、時点t2でトグル信号STがオフ状態となり、時点t3で再度トグル信号STがオン状態となると、D型フリップフロップ回路73から出力されるトグル分周信号STaがオフ状態となり、これに応じてインバータ72から出力されるトグル分周信号STbがオン状態となり、これが昇圧部25Bの電界効果トランジスタFET4のゲートに供給されるので、この電界効果トランジスタFET4がオン状態となることにより、リアクトルL1から出力されるパッ照り電圧Vbがそのまま昇圧部25Bを介してインバータ回路41に供給され、このバッテリ電圧Vbで車載用モータ3が操舵トルク検出値Tsに応じた操舵補助力を発生するように駆動制御される。
After that, when the toggle signal ST is turned off at time t2, and when the toggle signal ST is turned on again at time t3, the toggle frequency dividing signal STa output from the D-type flip-
このように、車載用モータ3の回転速度が低い低出力状態では、ステップアップ許可信号SPが論理値“0”となって、昇圧部25A及び25Bは昇圧作用を行うことなく単に充放電用コンデンサC2がバッテリ電圧Vbに充電されて平滑化のみを行う。
この状態から、前方の障害物に対して緊急回避等を行うために、ステアリングホイール6を速い速度で操舵して車載用モータ3を高出力状態で駆動する必要が生じた場合には、マイクロコンピュータ61から論理値“1”のステップアップ許可信号SPが出力され、これが昇圧制御回路5に入力されるので、アンドゲート79及び80が開状態となると共に、オアゲート77及び78から出力されるゲートパルスPG11及びPG21がトグル分周信号STa及びSTbに対応したものとなる。
In this way, in the low output state where the rotational speed of the in-
If it is necessary to steer the steering wheel 6 at a high speed and drive the vehicle-mounted
このため、図13に示すように、インバータ回路41で還流状態である時点t1でトグル分周信号STaがオン状態となり、これがゲートパルスPG13として昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET4のゲートに供給されるので、この電界効果トランジスタFET4がオン状態となり、これより僅かに遅れた同様にインバータ回路41が還流状態を維持している時点t1′でゲートパルスPG12がオン状態となることにより、昇圧部25Aの第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオン状態となるので、前述した第1の実施形態における図8(a)に示すように、リアクトルL1から出力されるバッテリ電圧Vbに昇圧部25Aの充放電用コンデンサC2の充電電圧を加算した20Vの昇圧電圧をインバータ回路41に直ちに供給することになる。
For this reason, as shown in FIG. 13, at the time t1 when the
このため、インバータ回路41で、昇圧電圧で車載用モータ3を操舵トルク検出値Tsに基づく操舵補助力を発生するように回転駆動制御するので、緊急回避等の急操舵を過不足なく最適状態で行うことができる。
このとき、昇圧部25Bでは、時点t1で、ゲートパルスPG21がオン状態となることにより、電界効果トランジスタFET3及び第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2がオン状態に制御され、これによって昇圧部25Bの充放電用コンデンサC2が充電状態に維持される。
For this reason, since the
At this time, in the
その後、インバータ回路41で還流状態となっている時点t3で、トグル分周信号STaがオフ状態となり、これに代えてトグル分周信号STbがオン状態となることにより、ゲートパルスPG13がオフ状態となり、ゲートパルスPG23がオン状態となることにより、昇圧部25Aの電界効果トランジスタFET4がオフ状態、昇圧部25Bの電界効果トランジスタFET4がオン状態となり、これより僅かに遅れた時点でゲートパルスPG22がオン状態となって、昇圧部25Bの第1のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1がオン状態となるので、リアクトルL1から出力されるバッテリ電圧Vbに昇圧部25Bの充放電用コンデンサC2の充電電圧を加算して20Vの昇圧電圧を形成することができ、これがインバータ回路41に供給されるので、このインバータ回路41で引き続き車載用モータ3を高電圧駆動することができる。このときも、他方の昇圧部25Aでは、電界効果トランジスタFET3及び第2のスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET2がオン状態となって、昇圧部25Aの充放電用コンデンサC2を充電状態に維持する。
Thereafter, at the time t3 when the
このように、上記第3の実施形態では、昇圧回路2を2つの昇圧部25A及び25Bを並列に接続した構成とし、昇圧電圧を形成する場合には、両昇圧部25A及び25Bを一方を昇圧制御状態とし、他方を充電状態とし,これらを交互に切換えて、充電及び放電制御を交互に行うので、昇圧電圧が変動することなく、安定した昇圧電圧を形成することができる。
しかも、両昇圧部25A及び25Bのスイッチング素子としての電界効果トランジスタFET1〜FET4を全てインバータ回路41が還流状態となっている間にスイッチングするので、前述した第1の実施形態と同様にスイッチング損失を小さくしてバッテリ電力を有効利用して、最適な昇圧電圧を形成することができる。
As described above, in the third embodiment, the
In addition, since the field effect transistors FET1 to FET4 as the switching elements of the
また、車載用モータ3が大電力を必要としない場合には、前述した第2の実施形態と同様に昇圧部25A及び25Bを充放電用コンデンサC2を平滑コンデンサとして作用させて充電状態に維持し、車載用モータ3が大電力を必要とする場合に、直ちに何れかの昇圧部の充放電用コンデンサC2の充電電圧をリアクトルL1から出力されるバッテリ電圧Vbに加算して昇圧電圧を瞬時に形成することができ、高応答性をもって昇圧制御状態に移行することができる。
Further, when the on-
なお、上記実施形態においては、モータ駆動回路4のマイクロコンピュータ46で操舵補助制御処理を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、別途操舵補助制御を行う操舵補助制御装置を設け、この操舵補助制御装置からモータ電流指令値をマイクロコンピュータ46に供給してモータ駆動制御を行うようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、モータ回転角がレゾルバ13を使用して検出される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータリエンコーダやホール素子等を使用した回転角センサを適用するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the steering assist control process is executed by the
Furthermore, although the case where the motor rotation angle is detected using the resolver 13 has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a rotation angle sensor using a rotary encoder, a Hall element, or the like is applied. You may make it do.
さらに、上記実施形態においては、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置に本発明を適用するようにしてもよい。この電動ブレーキ装置としては、例えば図15に示すように、ブレーキディスク61の両面に対向する摩擦パッド62,63を有し、一方の摩擦パッド63にボールねじ機構64のボールねじ軸65が連結され、ボールねじ機構64のボールナット66が例えば遊星歯車機構等の減速機構67を介して車載用モータ3に連結されたキャリパ68を備え、車載用モータ3が前述した昇圧回路2から昇圧電圧が印加されるモータ駆動回路4によって駆動制御される。ここで、モータ駆動回路4のマイクロコンピュータ46では、前述した図3の操舵補助制御処理に代えてブレーキペダルの踏込量や、ヨーレート制御、トラクション制御等で必要とする制動量等に基づいて制動用電流値を算出するブレーキ制御処理を実行することを除いては同様の処理を実行する。この他、本発明は他の任意の車載用モータ制御装置に適用することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、車載用モータ3としてブラシレスモータを適用し、このブラシレスモータを三相交流駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、5相以上の交流駆動するようにしてもよい。
Furthermore, although the case where the present invention is applied to an electric power steering device has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to an electric brake device. As this electric brake device, for example, as shown in FIG. 15, there are
Furthermore, in the above embodiment, a case where a brushless motor is applied as the in-
1…バッテリ、2…昇圧回路、3…車載用モータ、4…モータ駆動回路、5…昇圧制御回路、6ステアリングホイール、7…ステアリングシャフト、11…転舵輪、12…操舵トルクセンサ、13…レゾルバ、L1…リアクトル、FET1,FET2…電界効果トランジスタ、D1…ダイオード、C2…充放電用コンデンサ、41…インバータ回路、45…ゲートドライブ回路、46…マイクロコンピュータ、47u,47w…モータ電流検出回路、48…操舵トルク検出回路、49…モータ回転角検出回路、50…車速センサ、60…操舵角センサ、61…マイクロコンピュータ61…ブレーキディスク、62,63…摩擦パッド、64…ボールねじ機構、67…減速機構、68…キャリパ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記昇圧手段は、直流電源の正極側に一端が接続されたリアクトルと、該リアクトルの他端に順方向に接続されたダイオードと、該ダイオードの出力側に接続された充放電用コンデンサと、前記ダイオード及び充放電用コンデンサと並列に接続された第1のスイッチング素子と、該第1のスイッチング素子と前記充放電用コンデンサとの接続点と前記直流電源の負極側との間に接続された第2のスイッチング素子と、前記ダイオード及び充放電用コンデンサの接続点と、前記第2のスイッチング素子及び直流電源の負極側との接続点とから導出された前記モータ駆動回路への出力端子とを有する昇圧部を備え、
前記昇圧制御手段は、還流タイミングを検出していないときに、前記第1のスイッチング素子をオン状態に且つ第2のスイッチング素子をオフ状態に制御して、前記充放電用コンデンサの蓄積電圧を、前記リアクトルを介して入力される直流電源電圧に重畳した昇圧電圧をモータ駆動手段に出力し、前記還流タイミングの開始を検出したときに、前記第1のスイッチング素子をオフ状態としてから前記第2のスイッチング素子をオン状態として、前記充放電用コンデンサに電源電圧を充電し、前記還流タイミングが終了するときに、前記第2のスイッチング素子をオフ状態としてから前記第1のスイッチング素子をオン状態として、昇圧電圧供給状態に復帰させる昇圧制御を行うことを特徴とする車載用モータ制御装置。 Boosting means for boosting a power supply voltage output from a DC power supply, motor driving means for driving and controlling a multiphase motor with a pulse width modulation signal based on the boosted voltage output from the boosting means, and return of the motor driving means A boost control means for detecting timing and performing switching control of the boost means at the detected reflux timing;
The boosting means includes a reactor having one end connected to the positive electrode side of a DC power supply, a diode connected in the forward direction to the other end of the reactor , a charge / discharge capacitor connected to the output side of the diode, A first switching element connected in parallel with the diode and the charging / discharging capacitor; and a first switching element connected between a connection point between the first switching element and the charging / discharging capacitor and a negative electrode side of the DC power supply. And an output terminal to the motor drive circuit derived from a connection point between the diode and the charging / discharging capacitor and a connection point between the second switching element and the negative electrode side of the DC power supply. With a booster,
The boost control means controls the first switching element to be in an on state and the second switching element to be in an off state when the reflux timing is not detected, and the accumulated voltage of the charge / discharge capacitor is The boosted voltage superimposed on the DC power supply voltage input through the reactor is output to the motor driving means, and when the start of the reflux timing is detected, the first switching element is turned off and the second switching element is turned off. When the switching element is turned on, the charging / discharging capacitor is charged with a power supply voltage, and when the return timing ends, the second switching element is turned off and then the first switching element is turned on. A vehicle-mounted motor control device that performs boost control for returning to a boosted voltage supply state.
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