JP6098194B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、補助電源を有する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置は、操舵をアシストする電動モータと、主電源に接続された補助電源とを有する。従来の電動パワーステアリング装置は、同装置が消費する電力である電源電力が主電源から補助電源への充電および補助電源から電動モータへの放電を切り替える基準値である充放電閾値以上のとき、主電源および補助電源から電動モータへ電力を供給する。なお、特許文献１は、従来の電動パワーステアリング装置の構成の一例を示している。

特開２００９−２８００３９号公報

従来の電動パワーステアリング装置においては、操舵速度に応じたアシストを実行するため、操舵速度が大きくなるにつれて電動モータのモータ回転数を大きくすることが好ましい。

ところで、電動モータは、主電源の電圧における電動モータのモータ出力領域および主電源および補助電源の合計の電圧におけるモータ出力領域が予め設定されている。このため、従来の電動パワーステアリング装置においては、電源電力が充放電閾値未満かつ操舵速度が大きいとき、主電源の電圧におけるモータ出力領域のモータ回転数の上限値よりも操舵速度に基づくモータ回転数が大きくなる場合がある。このとき、電動モータが操舵速度に対応するモータ回転数に達することができないため、操舵フィーリングが悪化する場合がある。

本発明は、このような背景を踏まえて創作されたものであり、操舵フィーリングの悪化を抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本手段は「操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、前記補助電源から前記電動モータへの放電を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動モータの出力が前記主電源の電圧に基づく前記電動モータのモータ出力領域を超えると予測されるとき、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御を実行し、前記モータ出力領域は、モータトルクおよびモータ回転数により区画された領域として形成され、前記モータトルクの上限値および前記主電源の電圧に基づく前記モータ回転数の上限値を含む判定出力領域が区画され、前記制御装置は、前記モータトルクおよび前記モータ回転数の座標が前記判定出力領域内と判定したとき、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御を実行する電動パワーステアリング装置」を有する。

上記電動パワーステアリング装置においては、電動モータの出力が主電源の電圧に基づくモータ出力領域を超えると予測されるとき、補助電源が電動モータに放電されることにより、電動モータに印加される電圧が高くなる。これにより、電動モータのモータ出力領域が拡大する。このため、モータ回転数の上限値が大きくなる。これにより、操舵速度が大きい場合においても電動モータが操舵速度に対応するモータ回転数に達しやすくなる。したがって、操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。

上記手段の一形態は「前記主電源から前記補助電源への充電および前記補助電源から前記電動モータへの放電の切り替えの基準値となる充放電閾値を有し、前記アシストトルクを生じさせるアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力が前記充放電閾値以上となるとき、前記補助電源が前記電動モータに放電し、前記充放電閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも小さい第２閾値とを有し、前記制御装置は、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御として前記充放電閾値を前記第１閾値から前記第２閾値に変更する電動パワーステアリング装置」を有する。

上記電動パワーステアリング装置においては、充放電閾値を第１閾値から第２閾値に変更するため、電動パワーステアリング装置の電源電力が充放電閾値以上になりやすくなる。これにより、補助電源が電動モータに放電しやすくなる。

本電動パワーステアリング装置は、操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図。 実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成を示す回路図。 実施形態の電動パワーステアリング装置のグラフであり、ＥＰＳ要求電力の推移を示すグラフ。 実施形態の電動パワーステアリング装置の制御装置が実行する電源制御の処理手順を示すフローチャート。 実施形態の電動モータのマップであり、モータトルクとモータ回転数とにより区画されるモータ出力領域を示すマップ。 実施形態の電動パワーステアリング装置の制御装置が実行する閾値変更制御の処理手順を示すフローチャート。 実施形態の電動パワーステアリング装置のグラフであり、ＥＰＳ要求電力の推移を示すグラフ。

図１を参照して、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ１」）の構成について説明する。
ＥＰＳ１は、ＥＰＳ本体１０、アシスト装置２０、制御装置３０、補助電源装置４０、およびトルクセンサ５０を有する。ＥＰＳ１においては、主電源４および車速センサ５が制御装置３０に電気的に接続されている。ＥＰＳ１は、主電源４となるバッテリおよび補助電源装置４０から制御装置３０を介してアシスト装置２０に電力が供給される構成を有する。ＥＰＳ１は、アシスト装置２０により操舵部品２の操作をアシストする。なお、操舵部品２として、例えばステアリングホイールが用いられている。

ＥＰＳ本体１０は、コラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、ピニオンシャフト１３、ラックシャフト１４、ラックアンドピニオン機構１５、および２個のタイロッド１６を有する。ＥＰＳ本体１０は、操舵部品２の回転にともないコラムシャフト１１、インターミディエイトシャフト１２、およびピニオンシャフト１３を一体に回転させる。ＥＰＳ本体１０は、ピニオンシャフト１３の回転によりラックシャフト１４を往復動させることにより車輪３の転舵角を変化させる。

ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンシャフト１３のピニオンギヤ１３Ａおよびラックシャフト１４のラックギヤ１４Ａが互いに噛み合わせられた構成を有する。ラックアンドピニオン機構１５は、ピニオンギヤ１３Ａおよびラックギヤ１４Ａの噛み合いによりピニオンシャフト１３の回転をラックシャフト１４の往復動に変換する。

アシスト装置２０は、３相ブラシレスモータとしての電動モータ２１およびウォームギヤとしての減速機構２２を有する。アシスト装置２０は、減速機構２２を介して電動モータ２１の回転をコラムシャフト１１に伝達することによりコラムシャフト１１を回転させる力（以下、「アシストトルクＴＡ」）をコラムシャフト１１に付与する。このようにＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。

トルクセンサ５０は、車載通信ネットワークを通じてトルク信号を制御装置３０に送信する。
車速センサ５は、車載通信ネットワークを通じて車速信号を制御装置３０に送信する。

制御装置３０は、トルクセンサ５０のトルク信号に基づいてコラムシャフト１１の中間部分に接続されたトーションバー１１Ａのねじれ、すなわち操舵部品２の操作にともないコラムシャフト１１に付与されたトルク（以下、「操舵トルクτ」）の大きさおよび方向を算出する。制御装置３０は、車速センサ５の車速信号に基づいて車両の走行速度（以下、「車速ＶＳ」）を算出する。制御装置３０は、電動モータ２１の動作を制御することにより操舵をアシストするアシスト制御を実行する。

図２を参照して、制御装置３０および補助電源装置４０の構成について説明する。
制御装置３０は、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン３１」）、モータ駆動回路３４、電流センサ３５、および電圧センサ３６を有する。制御装置３０は、モータ駆動回路３４に印加される電圧（以下、「モータ駆動電圧ＶＭＤ」）を制御する。

電流センサ３５は、電動モータ２１に供給される実電流（以下、「モータ電流ＩＭ」）の大きさに応じた信号をマイコン３１のモータ制御部３３に送信する。
電圧センサ３６は、補助電源装置４０とモータ駆動回路３４との間の電圧、すなわちモータ駆動電圧ＶＭＤの大きさに応じた信号をマイコン３１の電源管理部３２に送信する。

マイコン３１は、電源管理部３２およびモータ制御部３３を有する。マイコン３１は、電源管理部３２において補助電源装置４０の充放電の動作を制御する。マイコン３１は、モータ制御部３３においてモータ駆動回路３４の動作を制御する。

電源管理部３２は、補助電源装置４０のリレー４１、昇圧回路４３、および充放電回路４４の動作を制御する。電源管理部３２は、リレー４１の動作を制御するためのリレー信号ＳＲをリレー４１に出力する。電源管理部３２は、昇圧回路４３の動作を制御するための昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２を昇圧回路４３に出力する。電源管理部３２は、充放電回路４４の動作を制御するための充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２を充放電回路４４に出力する。

モータ制御部３３は、アシスト制御を実行するためのモータ制御信号ＳＭを生成する。詳細には、モータ制御部３３は、操舵トルクτおよび車速ＶＳに基づいて目標アシストトルクを演算する。モータ制御部３３は、モータ電流ＩＭが目標アシストトルクに対応する電流指令値に一致するように電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号ＳＭを生成する。そしてモータ制御部３３は、モータ制御信号ＳＭをモータ駆動回路３４に出力する。なお、目標アシストトルクは、操舵トルクτの絶対値が大きくなるにつれて、または車速ＶＳの絶対値が小さくなるにつれて大きくなる。

モータ駆動回路３４は、電動モータ２１の各相に対して２個のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）が直列に接続された周知の構成を有する。モータ駆動回路３４においては、モータ制御部３３のモータ制御信号ＳＭに基づいてモータ駆動回路３４の各相の２個のスイッチング素子のオン状態およびオフ状態が交互に切り替えられる。モータ駆動回路３４は、各スイッチング素子のオン状態およびオフ状態の切り替えによりモータ駆動電圧ＶＭＤをＰＷＭ駆動として電動モータ２１に印加する。

補助電源装置４０は、主電源４とは個別に形成されている。補助電源装置４０は、主電源４と直列に接続されている。補助電源装置４０は、リレー４１、電流センサ４２、昇圧回路４３、充放電回路４４、および補助電源としてのキャパシタ４５を有する。補助電源装置４０は、キャパシタ４５により制御装置３０を介して電動モータ２１に放電する。

リレー４１は、主電源４と昇圧回路４３との間に配置されている。リレー４１は、主電源４によりモータ駆動回路３４に電力が供給されるオン状態と、主電源４によりモータ駆動回路３４に電力が供給されないオフ状態とを切り替える。

電流センサ４２は、リレー４１と昇圧回路４３との間に配置されている。電流センサ４２は、主電源４の出力電流（以下、「バッテリ電流ＩＢ」）の大きさに応じた信号を電源管理部３２に送信する。

昇圧回路４３は、主電源４の電圧に基づく出力電圧、すなわち主電源４と補助電源装置４０との接続点Ｐ１における出力電圧（以下、「出力電圧Ｖ１」）を昇圧してキャパシタ４５の出力端子である接続点Ｐ２に印加することによりキャパシタ４５を充電可能にしている。

昇圧回路４３は、一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂおよび昇圧コイル４３Ｃを有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの一端が直列に接続された一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂの接続点Ｐ３に接続される構成を有する。昇圧回路４３は、昇圧コイル４３Ｃの他端において出力電圧Ｖ１が印加される。

一対のスイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。上段側のスイッチング素子４３Ａは、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。スイッチング素子４３Ａは、他端において下段側のスイッチング素子４３Ｂに接続されている。下段側のスイッチング素子４３Ｂは、一端において接地されている。各スイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、電源管理部３２の昇圧信号ＳＢ１，ＳＢ２に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。

スイッチング素子４３Ａ，４３Ｂは、電源管理部３２により同時にオン状態とならないように動作が制御されている。スイッチング素子４３Ａは、オン状態のとき、昇圧コイル４３Ｃからキャパシタ４５への給電が可能な状態となる。スイッチング素子４３Ａは、オフ状態のとき、昇圧コイル４３Ｃからキャパシタ４５への給電が不能な状態となる。スイッチング素子４３Ｂは、オン状態のとき、昇圧コイル４３Ｃが接地される。スイッチング素子４３Ｂは、オフ状態のとき、昇圧コイル４３Ｃが接地されない。

充放電回路４４は、昇圧回路４３と直列に接続されている。充放電回路４４は、一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂが直列に接続された構成を有する。充放電回路４４は、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの接続点Ｐ４においてモータ駆動回路３４と接続されている。

一対のスイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。上段側のスイッチング素子４４Ａは、一端においてキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に接続されている。スイッチング素子４４Ａは、他端において下段側のスイッチング素子４４Ｂに接続されている。下段側のスイッチング素子４４Ｂは、一端において電流センサ４２およびリレー４１を介して主電源４に電気的に接続されている。

各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、電源管理部３２の充放電信号ＳＣＤ１，ＳＣＤ２に基づいて導通状態であるオン状態および非導通状態であるオフ状態を周期的に切り替える。スイッチング素子４４Ａは、オン状態のとき、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ａは、オフ状態のとき、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電が不能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オン状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への給電が可能な状態となる。スイッチング素子４４Ｂは、オフ状態のとき、主電源４からスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への給電が不能な状態となる。

キャパシタ４５は、昇圧回路４３および充放電回路４４の間において、昇圧回路４３および充放電回路４４と並列に接続されている。キャパシタ４５は、一端において接続点Ｐ２に接続されている。キャパシタ４５は、他端において電流センサ４２およびスイッチング素子４４Ｂの間の接続点Ｐ５に接続されている。キャパシタ４５としては、電気二重層コンデンサが用いられている。

キャパシタ４５は、マイコン３１と電気的に接続されている。キャパシタ４５の端子間電圧（以下、「キャパシタ電圧Ｖ２」）は、マイコン３１のＡ／Ｄ変換を用いて測定される。キャパシタ電圧Ｖ２は、マイコン３１により常時モニタされている。

昇圧回路４３の動作について説明する。
昇圧回路４３は、下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態からオフ状態に切り替えられることにより生じる昇圧電圧Ｖ３をキャパシタ４５の出力端子（接続点Ｐ２）に印加する。具体的には、昇圧回路４３においては、スイッチング素子４３Ｂがオン状態により導通して昇圧コイル４３Ｃの一端を接地する。そして、昇圧回路４３は、スイッチング素子４３Ｂがオフ状態からオン状態に切り替えられたことにより昇圧コイル４３Ｃに生じる誘起電圧を出力電圧Ｖ１に重畳して出力する。なお、上段側のスイッチング素子４３Ａは、キャパシタ４５側から昇圧回路４３側への電流の回り込み（逆流）を防止する機能を有する。

充放電回路４４の動作について説明する。
充放電回路４４は、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂのオン状態およびオフ状態の組合せに基づいて、主電源４からモータ駆動回路３４に電力を供給する第１電源形態、および主電源４およびキャパシタ４５からモータ駆動回路３４に電力を供給する第２電源形態を切り替える。なお、各スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂは、電源管理部３２により同時にオン状態にならないように動作が制御される。

第１電源形態は、上段側のスイッチング素子４４Ａがオフ状態かつ下段側のスイッチング素子４３Ｂがオン状態となる。第１電源形態においては、主電源４のバッテリ電流ＩＢがキャパシタ４５に供給されかつ下段側のスイッチング素子４４Ｂを介してモータ駆動回路３４に供給される。第１電源形態においては、上段側のスイッチング素子４４Ａがオフ状態のため、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４に放電されない。

第２電源形態は、上段側のスイッチング素子４４Ａがオン状態かつ下段側のスイッチング素子４４Ｂがオフ状態となる。第２電源形態は、主電源４およびキャパシタ４５が互いに直列に接続された状態となる。第２電源形態においては、主電源４によるモータ駆動回路３４への給電に加え、キャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電される。

また、第２電源形態においては、スイッチング素子４４Ａの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比およびスイッチング素子４４Ｂの１周期におけるオン状態の比率であるＤＵＴＹ比のそれぞれが０％および１００％以外の値も採用される。各スイッチング素子４４Ａ，４４ＢのＤＵＴＹ比が変更されることによりモータ駆動電圧ＶＭＤが変更される。具体的には、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤが大きくなる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が１００％のとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値となる。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が５０％のとき、モータ駆動電圧ＶＭＤが最大値の半分の値となる。また、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比は、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が大きくなるにつれて小さくなる。

制御装置３０は、アシスト制御以外に、ＥＰＳ１に供給する電源の動作を制御する電源制御と、電源制御におけるキャパシタ４５の放電タイミングを変更する閾値変更制御とを実行する。以下、各制御の詳細について説明する。

図３および図４を参照して、電源制御の内容について説明する。なお、図３および図４を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。

なお、「電源電力ＰＳ」は、ＥＰＳ１のアシスト制御により主電源４が補助電源装置４０に供給する実電力を示す。電源電力ＰＳは、バッテリ電流ＩＢに基づいて算出される。また、「充放電閾値ＫＥ」は、主電源４からキャパシタ４５への充電およびキャパシタ４５からモータ駆動回路３４（電動モータ２１）への放電の切り替えの基準値を示す。充放電閾値ＫＥは、試験等により予め設定される。

図３において、ＥＰＳ１のアシスト制御により主電源４に要求される電力（以下、「ＥＰＳ要求電力」）は、充放電閾値ＫＥ以上となる期間（以下、「放電期間」）と充放電閾値ＫＥ未満の期間に区分される。

電源電力ＰＳは、ＥＰＳ要求電力が充放電閾値ＫＥ未満の期間において、充放電閾値ＫＥ未満となる。電源電力ＰＳは、放電期間において、充放電閾値ＫＥ以上となる。電源電力ＰＳは、例えば時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３から充放電回路４４が第１電源形態から第２電源形態に切り替えられるまでの期間において充放電閾値ＫＥよりも大きくなる。なお、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上となる場合として車両の車庫入れ時または駐車時において運転者が操舵部品２の据切り操舵を実行することが挙げられる。

電源制御は、電源電力ＰＳおよび充放電閾値ＫＥの比較に基づいてキャパシタ４５の動作を制御する。キャパシタ４５は、放電期間においてモータ駆動回路３４（図２参照）に放電する。キャパシタ４５は、充放電閾値ＫＥ未満の期間かつキャパシタ４５が満充電ではない期間（以下、「充電期間」）において主電源４により充電される。

図４を参照して、電源制御の処理手順について説明する。本処理は、所定時間毎に繰り返し実行されている。
制御装置３０は、ステップＳ１１において、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上か否かを判定する。制御装置３０は、ステップＳ１１において肯定判定のとき、ステップＳ１２において充放電回路４４を第２電源形態に設定する。そして、制御装置３０は、ステップＳ１３においてキャパシタ４５の放電を制御する放電制御を実行する。このため、ＥＰＳ要求電力は、電源電力ＰＳに加え、充放電閾値ＫＥを超えるＥＰＳ要求電力の電力量をキャパシタ４５の放電により補われる。したがって、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上のとき、電源切替制御により電源電力ＰＳ（バッテリ電流ＩＢ）が充放電閾値ＫＥにおいてピークカットされる。このため、主電源４の負荷が小さくなる。

一方、制御装置３０は、ステップＳ１１において否定判定のとき、ステップＳ１４において充放電回路４４を第１電源形態に設定する。このため、ＥＰＳ要求電力は、電源電力ＰＳにより供給される。

そして、制御装置３０は、ステップＳ１５においてキャパシタ４５が満充電か否かを判定する。制御装置３０は、ステップＳ１５において肯定判定のとき、キャパシタ４５を充電する必要がないと判断する。そして制御装置３０は、一旦処理を終了する。一方、制御装置３０は、ステップＳ１５において否定判定のとき、キャパシタ４５を充電する必要があると判断する。そして制御装置３０は、ステップＳ１６においてキャパシタ４５を充電するための充電制御を実行する。制御装置３０は、充電制御において昇圧回路４３の昇圧電圧Ｖ３をキャパシタ４５に印加することによりキャパシタ４５を充電する。

放電制御の詳細な内容について説明する。
制御装置３０は、放電制御において、充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更するとき、キャパシタ４５の容量不足となることを抑制することを目的として、キャパシタ４５の放電を次のように制御する。

制御装置３０は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれてモータ駆動電圧ＶＭＤを大きくする。詳細には、制御装置３０は、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれてスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を大きくする。

また、制御装置３０は、放電制御において、充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更するとき、モータ駆動電圧ＶＭＤの急激な変化に起因するアシストトルクＴＡの急激な変化を抑制することを目的として、キャパシタ４５の放電を次のように制御する。

制御装置３０は、キャパシタ４５からモータ駆動回路３４に放電が開始されるとき、キャパシタ４５の放電を指示する指示信号に遅れを入れる。詳細には、制御装置３０は、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が０％の状態からスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を所定の増加幅により徐々に増加する。これにともない、制御装置３０は、スイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比が１００％の状態からスイッチング素子４４ＢのＤＵＴＹ比を所定の減少幅により徐々に減少する。これにより、モータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に高くなる。

スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、ＰＩＤ制御となる電力フィードバック制御における伝達関数の時定数に基づいて決定される。スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比の増加幅は、時定数が大きくなるにつれて小さくなる。なお、時定数は予め設定されている。また、電力フィードバック制御は、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥよりも大きいとき、電源電力ＰＳを充放電閾値ＫＥに一致させるようにモータ駆動電圧ＶＭＤを変更する制御を示す。

図５および図６を参照して、閾値変更制御の詳細な内容について説明する。なお、図５および図６を参照する以下の説明において、符号が付されたＥＰＳ１に関する各構成要素は、図１または図２に記載された各構成要素を示す。

また、「モータトルクＭＴ」は、モータ電流ＩＭに基づいて算出される電動モータ２１のトルクを示す。「モータ回転数ＭＲ」は、電動モータ２１内の回転センサ（図示略）に基づいて算出される電動モータ２１の回転数を示す。

制御装置３０は、閾値変更制御において図５に示される電動モータ２１のトルク回転数特性のマップ（以下、「モータ特性マップＭＰ」）を用いて充放電閾値ＫＥの値を変更する。詳細には、制御装置３０には、充放電閾値ＫＥとして第１閾値ＫＥ１および第１閾値ＫＥ１よりも小さい第２閾値ＫＥ２が記憶されている。制御装置３０は、モータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲと、モータ特性マップＭＰとに基づいて充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第２閾値ＫＥ２に変更する。これにより、キャパシタ４５の放電タイミングが変更される。

モータ特性マップＭＰの内容について説明する。
モータ特性マップＭＰは、モータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲにより区画された電動モータ２１の出力領域（以下、「モータ出力領域ＭＯＲ」）を示している。モータ出力領域ＭＯＲは、基準モータ出力領域ＭＲＣ、判定出力領域ＭＲＫ、および拡大出力領域ＭＲＥを有する。

基準モータ出力領域ＭＲＣは、充放電回路４４が第１電源形態のときのモータトルクＭＴとモータ回転数ＭＲとにより区画された領域を示している。すなわち基準モータ出力領域ＭＲＣは、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１のときのモータ出力領域ＭＯＲを示している。

基準モータ出力領域ＭＲＣは、モータトルクＭＴが値ＭＴ１において上限値となる（以下、「トルク上限値ＭＴ１」）。基準モータ出力領域ＭＲＣは、図５中の実線により区画された領域として示される。基準モータ出力領域ＭＲＣは、モータトルクＭＴがトルク上限値ＭＴ１およびモータ回転数ＭＲが「０」となる座標とモータトルクＭＴがトルク上限値ＭＴ１およびモータ回転数ＭＲが値ＭＲ２となる座標とを互いに結ぶ直線において区画される。基準モータ出力領域ＭＲＣは、モータトルクＭＴがトルク上限値ＭＴ１およびモータ回転数ＭＲが値ＭＲ２となる座標と、モータトルクＭＴが値ＭＴ２（ＭＴ２＜ＭＴ１）およびモータ回転数ＭＲが値ＭＲ４（ＭＲ４＞ＭＲ２）となる座標とを互いに結ぶ直線において区画される。

判定出力領域ＭＲＫは、図５中の斜線の領域として示される。判定出力領域ＭＲＫは、基準モータ出力領域ＭＲＣ内の領域として区画される。判定出力領域ＭＲＫは、モータトルクＭＴがトルク上限値ＭＴ１およびモータ回転数ＭＲが値ＭＲ１（ＭＲ１＜ＭＲ２）となる座標と、モータトルクＭＴが値ＭＴ２およびモータ回転数ＭＲが値ＭＲ３（ＭＲ２＜ＭＲ３＜ＭＲ４）となる座標とを互いに結ぶ直線ＬＳを有する。判定出力領域ＭＲＫは、直線ＬＳを含み、かつ直線ＬＳよりも基準モータ出力領域ＭＲＣのモータ回転数ＭＲが増大側の領域により形成されている。

拡大出力領域ＭＲＥは、充放電回路４４が第２電源形態のときのモータトルクＭＴとモータ回転数ＭＲとにより区画された領域を示している。すなわち、拡大出力領域ＭＲＥは、モータ駆動電圧ＶＭＤが出力電圧Ｖ１およびキャパシタ電圧Ｖ２の合計のときのモータ出力領域ＭＯＲを示している。拡大出力領域ＭＲＥは、キャパシタ電圧Ｖ２の変化に起因してモータ駆動電圧ＶＭＤが増大するにつれてモータ回転数ＭＲが増大する側に拡大する。拡大出力領域ＭＲＥは、モータ回転数ＭＲが値ＭＲ４よりも大きい値を有する。

制御装置３０は、閾値変更制御においてアシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標からなる電動モータ２１の出力が基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測されるとき、キャパシタ４５を電動モータ２１に放電するための制御として充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第２閾値ＫＥ２に変更する。

なお、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲが基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測されるか否かの判定は、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標が判定出力領域ＭＲＫの範囲内か否かに基づいて実行される。すなわち、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標が判定出力領域ＭＲＫの範囲内のとき、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲが基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測される。一方、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標が判定出力領域ＭＲＫの範囲外のとき、アシスト制御に基づくモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲが基準モータ出力領域ＭＲＣを超えないと予測される。

図６を参照して、閾値変更制御の処理手順について説明する。
制御装置３０は、ステップＳ２１においてモータ電流ＩＭおよびモータ回転数ＭＲを検出する。そして、制御装置３０は、ステップＳ２２において電動モータ２１の出力を推定する。詳細には、制御装置３０は、モータ電流ＩＭに基づいてモータトルクＭＴを算出する。そして制御装置３０は、電動モータ２１の出力としてモータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標を作成する。

次に、制御装置３０は、ステップＳ２３において電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内か否かを判定する。
ステップＳ２３において肯定判定のとき、モータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標が基準モータ出力領域ＭＲＣの範囲外となると予測される。すなわち、基準モータ出力領域ＭＲＣの範囲内の電動モータ２１の出力特性では、アシスト制御が適切に実行されないと予測される。そして、制御装置３０は、ステップＳ２４において充放電閾値ＫＥを第２閾値ＫＥ２に設定する。

一方、ステップＳ２３において否定判定のとき、モータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの座標が基準モータ出力領域ＭＲＣの範囲内となると予測される。すなわち、基準モータ出力領域ＭＲＣの範囲内の電動モータ２１の出力特性でアシスト制御が適切に実行されると予測される。そして、制御装置３０は、ステップＳ２５において充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１に設定する。

なお、制御装置３０は、充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第２閾値ＫＥ２に変更した後、次のように充放電閾値ＫＥを第２閾値ＫＥ２から第１閾値ＫＥ１に変更する。すなわち、制御装置３０は、電源電力ＰＳが第２閾値ＫＥ２以上となった後、所定時間を経過したと判断したとき、充放電閾値ＫＥを第２閾値ＫＥ２から第１閾値ＫＥ１に変更する。なお、所定時間は、試験等により予め設定されている。

図７を参照して、本実施形態のＥＰＳ１の作用について説明する。
なお、「仮想ＥＰＳ」は、ＥＰＳ１から閾値変更制御を省略した構成を示す。「仮想モータ」は、閾値変更制御が実行されない電動モータの構成を示す。仮想モータの出力性能は、電動モータ２１の出力性能と同等である。

図７のグラフは、時刻ｔ２１から時刻ｔ２４までの期間において操舵速度が大きい操舵が実行され、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までの期間において操舵速度が小さい操舵が実行されたときのＥＰＳ要求電力の推移を示している。

モータ回転数ＭＲは、操舵速度が大きくなるにつれて大きくなる。仮想ＥＰＳにおいては、例えば時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間のように電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ未満かつ操舵速度が過度に大きくなるとき、モータ特性マップＭＰは基準モータ出力領域ＭＲＣのままであるため、モータ回転数ＭＲが基準モータ出力領域ＭＲＣの範囲外となる場合がある。このとき、仮想ＥＰＳは、操舵速度に対してアシストするモータ回転数ＭＲが小さいため、アシスト制御を適切に実行することができない。このため、仮想ＥＰＳは、操舵フィーリングが悪化してしまう。

一方、仮想ＥＰＳは、操舵速度の増大にともない電源電力ＰＳも増大するため、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ（第１閾値ＫＥ１）以上のとき（時刻ｔ２３）に充放電回路４４が第２電源形態に変更される。これにより、キャパシタ４５が放電されるため、モータ駆動電圧ＶＭＤが増大する。このため、仮想モータの出力性能は、基準モータ出力領域ＭＲＣから拡大出力領域ＭＲＥに変更される。したがって、仮想ＥＰＳは、操舵速度に対してアシストするモータ回転数ＭＲの不足が補われる。これにより、仮想ＥＰＳは、操舵フィーリングの悪化が改善される。

このように仮想ＥＰＳにおいては、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ（第１閾値ＫＥ１）未満の状態において、操舵速度が過度に大きくなるときに操舵フィーリングの悪化を招いてしまう。そして、仮想ＥＰＳにおいては、操舵フィーリングの悪化が改善されるまでの時間が長い。

これに対して、本実施形態のＥＰＳ１は、閾値変更制御により電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ（第１閾値ＫＥ１）未満の状態において操舵速度が過度に大きいとき、充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第１閾値ＫＥ１よりも小さい第２閾値ＫＥ２に変更する。これにより、ＥＰＳ１は、仮想ＥＰＳよりも速やかに充放電回路４４が第２電源形態に変更される。すなわち、ＥＰＳ１は、仮想ＥＰＳよりも速やかに電動モータ２１の出力性能を基準モータ出力領域ＭＲＣから拡大出力領域ＭＲＥに変更する。これにより、ＥＰＳ１は、仮想ＥＰＳよりも操舵フィーリングが悪化することを抑制することができる。また、ＥＰＳ１は、操舵フィーリングの悪化を招いたとしても仮想ＥＰＳよりも速やかに操舵フィーリングの悪化を改善することができる。

本実施形態のＥＰＳ１は以下の効果を奏する。
（１）ＥＰＳ１は、電動モータ２１の出力が基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測されるとき、キャパシタ４５を放電するための制御を実行する。この構成によれば、キャパシタ４５を放電することにより基準モータ出力領域ＭＲＣから拡大出力領域ＭＲＥに変更される。したがって、操舵速度が大きい場合においても電動モータ２１により適切なアシストが実行される。したがって、操舵フィーリングの悪化が抑制される。

（２）ＥＰＳ１は、閾値変更制御において充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第２閾値ＫＥ２に変更する。この構成によれば、操舵速度が大きいときにキャパシタ４５がモータ駆動回路３４に放電しやすくなる。したがって、仮想ＥＰＳと比較して、操舵フィーリングの悪化が抑制される。

（３）ＥＰＳ１は、放電制御においてキャパシタ４５の放電が開始されるとき、スイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比が０％の状態からスイッチング素子４４ＡのＤＵＴＹ比を所定の増加幅により徐々に増加させる。この構成によれば、モータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に上昇するため、キャパシタ４５の放電の際にアシストトルクＴＡが急激に変化することが抑制される。

一方、このような放電制御が実行された場合、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上になったとしてもモータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に上昇するため、拡大出力領域ＭＲＥの増加速度が緩やかとなる。このため、仮想ＥＰＳにおいては、操舵フィーリングの悪化が改善されるまでの時間がさらに長くなる。

これに対して、本実施形態のＥＰＳ１は、閾値変更制御により電動モータ２１の出力が基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測されるとき、充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第１閾値ＫＥ１よりも小さい第２閾値ＫＥ２に変更する。このため、仮想ＥＰＳよりもキャパシタ４５の放電タイミングが早くなる。したがって、モータ駆動電圧ＶＭＤが徐々に上昇してもキャパシタ４５の放電タイミングを早くしているため、操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。また操舵フィーリングが悪化したとしても短時間にて改善することができる。

（４）ＥＰＳ１は、放電制御において電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上となるとき、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなるにつれてキャパシタ４５の放電量を多くする。この構成によれば、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が小さいとき、キャパシタ４５の放電量が少ない。このため、キャパシタ４５の蓄電量の低下が抑制される。

一方、このような放電制御が実行された場合、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上になったとしても電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が小さいときにはキャパシタ４５の放電量が少ないため、拡大出力領域ＭＲＥの増加量が少なくなる。このため、仮想ＥＰＳにおいては、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ以上になったとしても操舵速度に基づくモータ回転数ＭＲに達することができない場合がある。したがって、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

これに対して、本実施形態のＥＰＳ１は、閾値変更制御により電動モータ２１の出力が基準モータ出力領域ＭＲＣを超えると予測されるとき、充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第１閾値ＫＥ１よりも小さい第２閾値ＫＥ２に変更する。このため、仮想ＥＰＳと比較して、電源電力ＰＳと充放電閾値ＫＥとの差が大きくなる。したがって、電源電力ＰＳが充放電閾値ＫＥ（第２閾値ＫＥ２）以上のとき、電動モータ２１が操舵速度に基づくモータ回転数ＭＲに達することができないことが抑制される。したがって、操舵フィーリングの悪化が抑制される。

本電動パワーステアリング装置は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本電動パワーステアリング装置のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。

・実施形態の制御装置３０は、閾値変更制御において充放電閾値ＫＥを予め設定された第１閾値ＫＥ１および第２閾値ＫＥ２の２つの閾値の切り替えを実行している。ただし、充放電閾値ＫＥの変更の方法は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、モータ回転数ＭＲの増加速度に基づいて充放電閾値ＫＥの第２閾値ＫＥ２を可変に制御する。詳細には、変形例の制御装置３０は、モータ回転数ＭＲの増加速度が大きくなるにつれて第１閾値ＫＥ１に対して第２閾値ＫＥ２をより小さい値に変更する。すなわち、モータ回転数ＭＲの増加速度が大きい場合の第２閾値ＫＥ２は、モータ回転数ＭＲの増加速度が小さい場合の第２閾値ＫＥ２より小さい値に変更される。また、別の変形例の制御装置３０は、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、操舵速度に基づいて充放電閾値ＫＥの第２閾値ＫＥ２を可変に制御する。詳細には、別の変形例の制御装置３０は、操舵速度が大きくなるにつれて第１閾値ＫＥ１に対して第２閾値ＫＥ２をより小さい値に変更する。すなわち、操舵速度が大きい場合の第２閾値ＫＥ２は、操舵速度が小さい場合の第２閾値ＫＥ２がより小さい値に変更される。要するに、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、電動モータ２１の出力が基準モータ出力領域ＭＲＣを超える可能性が高くなるにつれて第２閾値ＫＥ２をより小さい値に変更する構成であればよい。

・実施形態の制御装置３０は、モータ特性マップＭＰにおいて１つの判定出力領域ＭＲＫを有する。ただし、判定出力領域ＭＲＫの個数は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、モータ特性マップＭＰにおいて複数の判定出力領域ＭＲＫを有する。そして変形例の制御装置３０は、各判定出力領域ＭＲＫに対応した充放電閾値ＫＥを有する。詳細には、変形例の制御装置３０は、判定出力領域ＭＲＫにおけるモータ回転数ＭＲの上限値がより大きい判定出力領域ＭＲＫの充放電閾値ＫＥは、第１閾値ＫＥ１からの減少幅が大きい値を有する。

・実施形態の制御装置３０は、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、キャパシタ４５を電動モータ２１に放電するための制御として、充放電閾値ＫＥを第１閾値ＫＥ１から第２閾値ＫＥ２に変更する。ただし、キャパシタ４５を電動モータ２１に放電するための制御は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、充放電回路４４を第１電源形態から第２電源形態に変更する。

・実施形態の制御装置３０は、電動モータ２１の出力が判定出力領域ＭＲＫ内のとき、充放電閾値ＫＥを変更する。ただし、充放電閾値ＫＥを変更する条件は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、モータ回転数ＭＲがモータ閾値以上のとき、充放電閾値ＫＥを変更する。なお、モータ閾値として、例えば図５のモータ回転数ＭＲの値ＭＲ２が用いられる。

・実施形態の制御装置３０は、モータトルクＭＴおよびモータ回転数ＭＲの関係を示すモータ特性マップＭＰを用いて閾値変更制御を実行している。ただし、モータ特性マップＭＰは実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の制御装置３０は、モータ電流ＩＭおよびモータ駆動電圧ＶＭＤの関係を示すモータ特性マップＭＰを用いて閾値変更制御を実行する。

・実施形態の補助電源装置４０は、キャパシタ４５を有する。ただし、補助電源装置４０の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の補助電源装置４０は、キャパシタ４５に代えて、リチウムイオン電池等の二次電池を有する。

・実施形態のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサが用いられている。ただし、キャパシタ４５の種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のキャパシタ４５は、電気二重層コンデンサに代えて、リチウムイオンキャパシタが用いられる。

・実施形態の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。ただし、スイッチング素子４４Ａ，４４Ｂの種類は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の充放電回路４４は、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢとしてＩＧＢＴが用いられる。要するに、スイッチング素子４４Ａ，４４ＢはＤＵＴＹ比を変更することが可能な構成であれば、ＭＯＳＦＥＴ以外の構成であってもよい。

・実施形態の電動モータ２１は、３相ブラシレスモータの構成を有する。ただし、電動モータ２１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動モータ２１はブラシ付きモータの構成を有する。

・実施形態の補助電源装置４０において、複数個のキャパシタ４５を有してもよい。
・実施形態のＥＰＳ１は、コラムアシスト型の構成を有する。ただし、ＥＰＳ１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のＥＰＳ１は、ピニオンアシスト型、デュアルピニオンアシスト型、ラック同軸型、またはラックパラレル型の構成を有する。また、別の変形例のＥＰＳ１は、ステアバイワイヤ型の構成を有する。

次に、上記各実施形態から把握することができる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）前記補助電源から前記電動モータへの放電が開始されるとき、前記補助電源の放電を指示する指示信号に遅れを入れる請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

上記電動パワーステアリング装置においては、制御装置が補助電源の放電を指示する指示信号に遅れを入れることにより、補助電源から電動モータへの放電が開始されるとき、電動モータに印加される電圧の増大速度が遅くなる。このため、電動モータに印加される電圧の増大にともなう電動モータの消費電力が急激に増大することが抑制される。したがって、電動モータが発生するアシストトルクが急激に変化することが抑制される。

（ロ）前記補助電源から前記電動モータへの放電が可能となるオン状態と前記補助電源から前記電動モータへの放電が不能となるオフ状態と周期的に切り替えるスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は、１周期における前記オン状態の割合としてのＤＵＴＹ比に基づいて動作し、前記指示信号は、前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比であり、前記制御装置は、前記指示信号の遅れとして前記スイッチング素子のＤＵＴＹ比を徐々に増加させる付記（イ）に記載の電動パワーステアリング装置。

１…ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）、４…主電源（バッテリ）、２１…電動モータ、３０…制御装置、４０…補助電源装置、４５…キャパシタ（補助電源）、Ｖ１…出力電圧（主電源の電圧）、ＰＳ…電源電力、ＫＥ…充放電閾値、ＫＥ１…第１閾値、ＫＥ２…第２閾値、ＭＯＲ…モータ出力領域、ＭＲＣ…基準モータ出力領域（主電源の電圧に基づく電動モータのモータ出力領域）、ＭＲＫ…判定出力領域、ＭＴ…モータトルク、ＭＲ…モータ回転数、τ…操舵トルク、ＴＡ…アシストトルク。

Claims (2)

1. 操舵トルクに基づいてアシストトルクを生じさせる電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給する主電源に接続されて前記電動モータに放電することが可能な補助電源と、
   前記補助電源から前記電動モータへの放電を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、前記電動モータの出力が前記主電源の電圧に基づく前記電動モータのモータ出力領域を超えると予測されるとき、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御を実行し、
   前記モータ出力領域は、モータトルクおよびモータ回転数により区画された領域として形成され、前記モータトルクの上限値および前記主電源の電圧に基づく前記モータ回転数の上限値を含む判定出力領域が区画され、
   前記制御装置は、前記モータトルクおよび前記モータ回転数の座標が前記判定出力領域内と判定したとき、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御を実行する
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記主電源から前記補助電源への充電および前記補助電源から前記電動モータへの放電の切り替えの基準値となる充放電閾値を有し、
   前記アシストトルクを生じさせるアシスト制御により消費される当該電動パワーステアリング装置の電源電力が前記充放電閾値以上となるとき、前記補助電源が前記電動モータに放電し、
   前記充放電閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも小さい第２閾値とを有し、
   前記制御装置は、前記補助電源を前記電動モータに放電するための制御として前記充放電閾値を前記第１閾値から前記第２閾値に変更する
   請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。