JP3473523B2

JP3473523B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP3473523B2
Application number: JP30508499A
Authority: JP
Inventors: 拓哉大久保; 進小池
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001128478A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流モータの角速
度Ωをトランジスタによりチョッパ制御するモータ制御
装置に関し、特に、制御素子（トランジスタ）の少数
化、小型化、及び放射ノイズの軽減を図ったモータ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】チョッパ制御等により、直流モータの角
速度Ω（回転数）を制御するモータ制御装置において
は、発生するノイズを軽減するために、ある程度の長さ
のスイッチング時間を持たせる様にしたモータ制御装置
がある。図１０は、この様なノイズ対策を持つチョッパ
制御におけるモータ電圧波形のグラフである。ただし、
以下、図中の各変数の定義は、次の通りである。

【０００３】（変数定義）Ｖ（ｔ）：時刻ｔにおけるモータ電圧（直流モータの端
子に印加する電圧）Ｖ_cc ：電源電圧（モータ電圧のピーク値）Ｖ_n ：指令電圧（各デューティ周期内で実現される
べきモータ電圧の平均値） λ ：チョッパ制御のデューティ比 δｔ：１デューティ周期の長さａ：電圧降下時間（スイッチング時間）ｂ：電圧上昇時間（スイッチング時間）ｃ：トランジスタが完全にＯＮ状態の時間ｄ：トランジスタが完全にＯＦＦ状態の時間 τ ：スイッチング時間（τ≡ａ＋ｂ） ε ：スイッチング時間τの下限値（正の定数）

【０００４】例えばこの様に、電源電圧Ｖ_ccが一定で、
駆動電圧Ｖ（ｔ）を略一定の変化率で変化させる場合、
スイッチング時間τ（≡ａ＋ｂ＜δｔ）に対して適当な
下限値ε（＞０）を設ければ、モータ電流をチョッパ制
御するトランジスタ（ＦＥＴ）の端子電圧の急激な上昇
や降下を起さなくできるため、伝導ノイズや放射ノイズ
等の抑止効果が得られる。この様な電圧波形により、モ
ータ電圧Ｖ（ｔ）を制御する場合、デューティ比λに関
し、次式（１）が成り立つ。

【数１】 λ＝Ｖ_n／Ｖ_cc＝（ｃ＋τ／２）／δｔ≦１−τ／２δｔ， …（１）

【０００５】ただし、電源電圧Ｖ_ccが時径変化（降下）
する場合には、Ｖ_cc＝σＶ₀（σは「０≦σ≦１」なる
電源電圧降下係数、Ｖ₀は定数。）とし、この様な場合
には、λ＝Ｖ_n／Ｖ_cc＝Ｖ_n／σＶ₀であるので、デュ
ーティ比λは、「λ＝Λ／σ，（Λ≡Ｖ_n／Ｖ₀）」よ
り求める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以下、簡単のため、上
記の式（１）に基づいて、電源電圧Ｖ_ccの時径変化（降
下）が無視できる程度（σ＝一定値≒１）の比較的短い
期間における制御理論を中心に説明する。ただし、この
前提条件は、後からも「下限値εに対する評価」の所で
述べる様に、容易に解除できるものであり、従って、こ
の前提条件は、後からも述べる様に、本発明の適用範囲
を「電源電圧Ｖ_cc＝一定値」という狭い範囲内に限定す
るものではない。

【０００７】（問題点１）上記の様にモータ電圧Ｖ
（ｔ）を制御する場合、スイッチング時間τは、その下
限をε（＞０）によって抑えられるため、式（１）のデ
ューティ比λは、１に達しない。このため、電源電圧Ｖ
_ccを指令電圧Ｖ_nの最大値よりもある程度高く設定しな
ければ、所望の指令電圧Ｖ_nを実現することができな
い。このことは、モータ制御装置の生産コストの上昇を
招く要因となる。

【０００８】（問題点２）図１１は、上記の様な従来技
術により、モータ電圧Ｖ（ｔ）を制御する際のトランジ
スタ（ＦＥＴ）の熱損失量を示すグラフである。ただ
し、以下、図中の各変数の定義は、次の通りである。（変数定義）Ｖ_DS ：ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧Ｉ_D ：ＦＥＴのドレイン電流Ｐ₁,Ｐ₂：ＦＥＴのスイッチング・ロスにより消費され
る電力（単位時間当たりの熱損失量）Ｐ₀ ：ＦＥＴがＯＮ状態の時の単位時間当たりの熱
（電力）損失量

【０００９】この時、スイッチング・ロスによる消費電
力Ｐは、次式（２）によって与えられる。

【数２】Ｐ＝Ｉ_D×Ｖ_DS …（２）従って、本図１１からも判るように、スイッチング時間
τ（＞ε）が長くなる程、ＦＥＴのスイッチング・ロス
による熱損失量が増大する結果となる。逆に、スイッチ
ング時間τを短くすれば、スイッチング・ロスによる発
熱は抑止される。しかしながら上記εの値を小さくし過
ぎると、前記のノイズ対策が不十分となるため、ノイズ
対策を図った上で同時に、この様な熱損失量の増大を抑
止することは容易ではない。

【００１０】このため、特に、モータに大きな負荷が長
時間掛かったり、モータ制御装置が高温環境に置かれた
りする際には、上記の発熱に対する対策として、複数の
ＦＥＴの使用により発熱負荷を分散させたり、大容量の
ＦＥＴを使用したりしなければならなくなる。このこと
は、モータ制御装置の小型化の阻害要因になったり、生
産コストの上昇を招く要因になったりする。

【００１１】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、直流モータの角速度Ω
をトランジスタによりチョッパ制御するモータ制御装置
において、放射ノイズの軽減を図った上で、更に、上記
のノイズ対策におけるデメリットを解消して、制御素子
（トランジスタ）の少数化、小型化を実現することによ
り、モータ制御装置の生産コストを削減することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、トランジスタの端子間電圧の電圧降下時間ａ及び電
圧上昇時間ｂの和から成るスイッチング時間τを設定又
は制御して直流モータの角速度Ωをチョッパ制御するモ
ータ制御装置において、チョッパ制御の１デューティ周
期δｔにおけるスイッチング時間τを直流モータの角速
度の指令値Ω_n、直流モータの電流の測定値Ｉ_a、直流
モータの電圧の指令値Ｖ_n、チョッパ制御のデューティ
比λ、又は、これらΩ_n、Ｉ_a、Ｖ_n、λの内の少なく
とも何れか１つの関連値を独立変数とする単調減少関数
として制御し、このスイッチング時間τが０の時にチョ
ッパ制御においてスイッチングを抑止するスイッチング
抑止手段を備えることである。

【００１３】ただし、ここで、「従属変数Ａが独立変数
ｘ（ｘ₁≦ｘ≦ｘ₂）及び、独立変数ｙ（ｙ₁≦ｙ≦ｙ
₂）の単調減少関数である」とは、「Ａ＝Ｆ（ｘ，
ｙ），Ｆ（ｘ₁，ｙ₁）＞Ｆ（ｘ₂，ｙ₂）なる写像
（関数）Ｆが存在し、『ｘ₁≦ξ₁＜ξ₂≦ｘ₂⇒Ｆ
（ξ₁，∀ｙ）≧Ｆ（ξ₂，∀ｙ）』かつ『ｙ₁≦η₁
＜η₂≦ｙ₂⇒Ｆ（∀ｘ，η₁）≧Ｆ（∀ｘ，η₂）』
である」ことを意味するものとする。ただし、記号∀
は、上記定義域内の任意の値が許されることを表すもの
である。

【００１４】また、独立変数が１つ、或いは、３つ以上
の関数についても、この定義に準ずるものとする。即
ち、例えば、「従属変数Ａが独立変数ｘ（ｘ₁≦ｘ≦ｘ
₂）の単調減少関数である」とは、「Ａ＝Ｆ（ｘ），Ｆ
（ｘ₁）＞Ｆ（ｘ₂）なる写像（関数）Ｆが存在し、
『ｘ₁≦ξ₁＜ξ₂≦ｘ₂⇒Ｆ（ξ₁）≧Ｆ（ξ₂）』
である」ことを意味するものとする。

【００１５】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、単調減少関数の値域に、所定の定数ε（０＜ε
＜δｔ）に対して関数値τが「０＜τ≦ε」なることを
禁ずる禁制領域を設けることである。

【００１６】また、第３の手段は、上記の第２の手段に
おける単調減少関数をその関数値τが２つの値を取る２
値関数とすることである。

【００１７】また、第４の手段は、上記の第１又は第２
の手段における単調減少関数を、独立変数の定義域内の
所定領域において連続的又は多段階的に単調減少する関
数とすることである。

【００１８】更に、第５の手段は、自動車のパワー・ス
テアリング・シャフト又はパワー・ステアリング・ギヤ
に対してアシストトルクを与える直流モータの角速度Ω
を制御する際に、上記の第１乃至第４の何れか１つの手
段において、その自動車の車速ｕを用いてモータの角速
度の指令値Ω_nを決定し、この角速度の指令値Ω_n又は
この指令値Ω_nの関連値、及び、モータ電流の測定値Ｉ
_a又はこの測定値Ｉ_aの関連値を上記の単調減少関数の
独立変数とすることである。以上の手段により、前記の
課題を解決することができる。

【００１９】

【作用及び発明の効果】図１は、本発明の作用を説明す
るグラフである。モータ又はＦＥＴに対する負荷を総じ
てＬと書くものとする。この負荷Ｌとしては、モータの
角速度Ω，モータのトルク電流Ｉ，モータの駆動電圧
Ｖ，チョッパ制御のデューティ比λ、或いは、これらの
関連値などが考えられる。

【００２０】図１に示す様に、負荷Ｌが大きな値を取る
高負荷領域（Ｌ₀≦Ｌ）に限って、前記のスイッチング
時間τの値を０とすれば、式（１）から判るように、高
負荷時にはλ＝１とすることができる。この場合、図１
０からも判る様に、ｃ＝δｔ，ａ＝ｂ＝ｄ＝０となり、
スイッチングを行わなくて済むため、前記の問題点１を
解決することができる。

【００２１】即ち、上記の高負荷領域においては、ＦＥ
Ｔによるスイッチングを抑止し、λ＝１とすることで、
電源電圧Ｖ_ccを指令電圧Ｖ_nの最大値と同じ値に設定す
ればよくなり、前記のノイズ対策を実施する場合におい
ても、モータ制御装置の生産コストの上昇を抑制するこ
とが可能となる。

【００２２】図２は、本発明の更なる効果を説明するグ
ラフである。図１１（ｃ）と本図２とを比較すれば判る
様に、高負荷時にＦＥＴによるスイッチングを抑止する
本発明の手段によれば、高負荷時には、ｃ＝δｔ，ａ＝
ｂ＝０，Ｐ＝Ｐ₀＝（一定値）となり、スイッチング時
に多量に発生する熱損失が大幅に軽減されるため、前記
の問題点２を解決することができる。

【００２３】即ち、高負荷時にＦＥＴによるスイッチン
グを抑止する本発明の手段によれば、前記の発熱に対す
る対策として、多数のＦＥＴを使用したり、大容量のＦ
ＥＴを使用したりする必要が無くなる。これにより、モ
ータ制御装置の小型化や生産コストの低減を図ることが
可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。（第１実施例）図３は、本実施例における電子制御装置
（ＥＣＵ）１００のハードウェア構成図である。本電子
制御装置１００は、自動車のパワー・ステアリング・シ
ステムにモータ制御装置として搭載されるものである。

【００２５】パワー・ステアリング・システムの油圧式
のギヤに対して油を供給する電動式ポンプＰｍは、分巻
特性を有した永久磁石を用いたブラシ付きの直流モータ
Ｍによって駆動される。直流モータＭは、直流の駆動電
源（電源電圧Ｖ_CC）より、電力の供給を受けて駆動され
る。この直流の供給電力は、トランジスタ（パワーＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ）ＴＲと、ＰＭＯＳ駆動回路１０８と、Ｄ／
Ａ変換器１０５とを用いたチョッパ制御により、制御さ
れる。

【００２６】ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２及びＲＡＭ
１０３上に記憶されている数値を用いて、図１０に示し
た電圧Ｖ（ｔ）を計算し、Ｄ／Ａ変換器１０５に出力す
る。また、ＣＰＵ１０１は、この計算に必要な車両速度
ｕ〔ｍ／ｓｅｃ〕を図略の車速計より入力し、また、モ
ータＭの測定電圧Ｖ_a〔Ｖ〕（一時的最大値）をＡ／Ｄ
変換器１０４より、抵抗器１１０及びソースＳを流れる
ソース電流Ｉ_S〔Ａ〕をＡ／Ｄ変換器１０６より、それ
ぞれ入力する。ＣＰＵ１０１は、車両速度ｕに応じた電
圧指令値Ｖ_nの値を随時計算する。

【００２７】抵抗器１１０が、モータ電流路に対して直
列に接続されている。この抵抗器１１０の下位電圧側
（ソースＳ側）には、電流検出器１０９の正端子が、接
続されている。電流検出器１０９は、抵抗器１１０の両
端の電位差ｖ〔Ｖ〕を入力することにより、抵抗器１１
０を流れるソース電流Ｉ_Sを検出し、Ａ／Ｄ変換器１０
６に出力する。

【００２８】上記の電子制御装置（ＥＣＵ）１００を用
いて、前記のノイズ対策と発熱対策とを同時に合理的に
実施するための方法及び手段について、以下に示す。

【００２９】直流モータＭの角速度に対する指令値Ω_n
〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕は、図略の車速計より入力した車両
速度ｕに応じて、以下の様に決定される。

【数３】Ｑ_n＝Ｇ（ｕ） …（３）

【数４】 Ω_n＝２πＱ_n／ｑ＝（２π／ｑ）・Ｇ（ｕ） …（４）ただし、ここで、Ｑ_n〔ｃｃ／ｓｅｃ〕は、ポンプＰｍ
の単位時間当たりの吐出流量の指令値、ｑ〔ｃｃ／回
転〕は、このポンプＰｍの１回転当たりの吐出流量であ
る。また、Ｇは、ステアリングの操舵力が車両速度ｕが
小さい時程必要になるという事情から経験的に求められ
た関数である。

【００３０】図４は、本第１実施例における、スイッチ
ング時間τを決定する単調減少関数Ｆ₁の定義域を分類
するグラフである。ただし、ここで、Ｉ_E〔Ａ〕は後述
の式（９）により求められるモータ電流の実効値であ
る。本図４に示す通り、単調減少関数Ｆ₁の定義域は、
以下の様に分類される。（定義域の分類）Ｌ₁ ：低負荷領域（発熱量小）Ｌ₂，Ｌ₃：中負荷領域（操舵感敏感領域）Ｌ₄ ：高負荷領域（発熱量大）中負荷領域Ｌ₂，Ｌ₃は、ポンプＰｍの単位時間当たり
の吐出流量を急変させると操舵感に違和感を与える領域
（操舵感敏感領域）である。

【００３１】この時、関数Ｆ₁を以下の式（５）の通り
に定義する。

【数５】 τ＝Ｆ₁( Ｉ_E，Ω_n）＝τ₀ （Ｌ₁），Ｆ₁( Ｉ_E，Ω_n）＝ｆ₁( Ω_n）（Ｌ₂，Ｌ₃），Ｆ₁( Ｉ_E，Ω_n）＝０（Ｌ₄） …（５）

【００３２】ただし、ここで、関数ｆ₁は図５に示す単
調減少関数である。図５は、本第１実施例の中負荷領域
（Ｌ₂，Ｌ₃）においてスイッチング時間τを決定する
単調減少関数ｆ₁のグラフである。この様に単調減少関
数ｆ₁，Ｆ ₁を定義することにより、スイッチング時間
τは、中負荷領域（操舵感敏感領域）においては、車速
ｕの変化に応じて徐々に連続的に変化し、高負荷領域Ｌ
₄に近づくにつれてτは徐々に小さくなる。

【００３３】このため、モータ電流の実効値Ｉ_E（或い
は、モータＭのトルクの値）や角速度に対する指令値Ω
_nが大きな値を示す高負荷領域に近づくにつれて、スイ
ッチング時間τが小さくなり、ＦＥＴによる熱損失が小
さく抑えられる。また、高負荷領域Ｌ₄においては、τ
＝０となるため、式（１）により、λ＝１が達成され
る。尚、０＜τ≦εなる領域が、関数ｆ₁，Ｆ₁の値域
から除外されているのは、ノイズ対策を重視したためで
ある。

【００３４】この様な直流モータＭの制御を実現するた
めのモータ電圧制御手順のフローチャートを図６に示
す。本フローチャートは、図３の電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）１００のＣＰＵ１０１により実行されるものであ
る。本ルーチンでは、まず最初に、ステップ６０２によ
り、前記のチョッパ制御におけるデューティー比λの値
を暫定的に決定する。この初期値としては、「０≦λ≦
１」を満たす適当な値を経験的に選択すれば良い。な
お、このデューティー比λの初期値は、予めＲＡＭ１０
３に記憶させておく。

【００３５】次に、ステップ６０５では、電源電圧
Ｖ_cc，モータ電圧（一時的最大値）Ｉ_a，ドレイン電流
Ｉ_D，車速ｕを各検出器より入力する。次に、ステップ
６１０では、式（４）に従って、モータＭの角速度に対
する指令値Ω_nを計算する。ステップ６１５では、いわ
ゆるＰＩ制御において使用される次式（６）、及び式
（１）により、指令電圧Ｖ_n（各デューティ周期内で実
現されるべきモータ電圧の平均値）及び、チョッパ制御
のデューティ比λを算出する。

【００３６】

【数６】Ｖ_n＝ｇ₁（Ω_n−Ω_a）＋∫ｇ₂（Ω_n−Ω_a）ｄｔ＋ｇ₃ｄ（Ω_n−Ω_a）／ｄｔ …（６）ただし、ここで、Ω_a〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕はモータＭの
角速度の測定値であり、次式（７）〜（９）を用いて求
めるものである。また、ｇ₁，ｇ₂，ｇ₃は所定の係数
である。尚、時間ｔによる時間積分の積分範囲は、ＥＣ
Ｕ１００の立ち上げ後のある時刻から現在時刻に至るま
での期間とする。

【００３７】

【数７】 Ω_a＝（Ｖ_E−ＲＩ_E）／Ｋ …（７）

【数８】Ｖ_E＝λＶ_a …（８）

【数９】Ｉ_a＝ｈ（λ）Ｉ_D ，Ｉ_E＝（_k=1Σ^J _kＩ_a）／Ｊ＝ｈ（λ）・（_k=1Σ^J _kＩ_D）／Ｊ …（９）

【００３８】ただし、ここで、ｈ（λ）はデューティ比
λの関数で、ドレイン電流Ｉ_Dに対するモータ電流Ｉ_a
の比である。また、その他の変数の定義は、以下の通り
である。（変数定義）Ｖ_E ：モータ電圧の実効値（１デューティ周期δｔ内
での平均値）Ｉ_E ：モータ電流の実効値（１デューティ周期δｔ内
での平均値）Ｒ：モータＭの電機子抵抗の値Ｋ：モータＭの電機子定数（トルク定数）_k Ｉ_D ：１デューティ周期δｔ内でｋ番目に測定され
たドレイン電流Ｉ_Dの値

【００３９】次に、ステップ６２０では、図４に示す判
定基準に従って、現在のモータＭに対する負荷状況が、
低負荷領域（Ｌ₁）に有るか否かを判定し、低負荷なら
ばステップ６２５へ、そうでなければステップ６３０へ
制御を移す。ステップ６２５では、スイッチング時間τ
の値を図５に示すτ₀に設定する。

【００４０】ステップ６３０では、図４に示す判定基準
に従って、現在のモータＭに対する負荷状況が、高負荷
領域（Ｌ₄）に有るか否かを判定し、高負荷ならばステ
ップ６３５へ、そうでなければステップ６４５へ制御を
移す。ステップ６３５では、λの値を無条件に１とす
る。ステップ６４０では、τの値を０に設定する。これ
らのステップ６３０，６３５，６４０の作用により、ト
ランジスタＴＲによるスイッチングが自動的に抑止され
る。（スイッチング抑止手段）

【００４１】ステップ６４５では、式（５）及び図５に
示した単調減少関数ｆ₁により、スイッチング時間τの
値を決定する。ステップ６５０では、次式（10）によ
り、図１０、図１１に示す、電圧降下時間ａ、電圧上昇
時間ｂ、トランジスタＴＲが完全にＯＮ状態の時間ｃ、
及び、トランジスタＴＲが完全にＯＦＦ状態の時間ｄを
決定する。

【００４２】

【数１０】ａ＝ατ （０＜α＜１），ｂ＝（１−α）τ ，ｃ＝λ・δｔ − τ／２，ｄ＝δｔ−ａ−ｂ−ｃ …（10）

【００４３】ただし、ここで、αの値はτの下限値εを
小さく保持するために、１／２、又は１／２に近い値に
設定することが望ましい。例えば、α＝１／２とし、図
１０に示す様に電圧の降下、上昇を時間ｔに対してリニ
アに変動させる方法によれば、下限値εを最小化するこ
とができるため、デューティー比λの実現範囲を「０≦
λ＜１」において最も広く取ることが可能となる。

【００４４】ステップ６５５では、上記のａ，ｂ，ｃ，
ｄの値に従って、図１０に示す波形Ｖ（ｔ）を決定し、
次式（11）に示す時間間隔Δｔ毎に、図３のＤ／Ａ変換
器１０５に対して、Ｖ（ｔ）の値を出力する。

【数１１】 Δｔ＝δｔ／Ｎ …（11）ただし、ここで、ＮはＣＰＵ１０１の演算速度に応じて
適当に決定された定数である。ＮはＣＰＵ１０１の演算
速度が高速になる程、大きな値にすることができ、これ
により、波形Ｖ（ｔ）をより忠実に近似することができ
る様になる。

【００４５】以上のステップ６０５〜ステップ６５５ま
での一連の処理を１デューティ周期δｔ毎に繰り返し実
行すれば、電子制御装置（ＥＣＵ）１００を用いて、前
記のノイズ対策と発熱対策とを同時に合理的に実施する
ことができる。

【００４６】即ち、この様に、高負荷時にＦＥＴによる
スイッチングを抑止すれば、高負荷時にλ＝１とするこ
とができるため、電源電圧Ｖ_ccを指令電圧Ｖ_nの最大値
と同じ値に設定すればよくなった。また、図２に示す様
にＦＥＴによる熱損失が大幅に低減されたため、発熱に
対する対策として、多数のＦＥＴを使用したり、大容量
のＦＥＴを使用したりする必要が無くなった。これらの
作用・効果により、ノイズ対策を実施する場合にも、モ
ータ制御装置の小型化や生産コストの低減を図ることが
できるようになる。

【００４７】（第２実施例）第１実施例においては、式
（５）の単調減少関数Ｆ₁を使ってスイッチング時間τ
を２つの独立変数( Ｉ_E，Ω_n）により決定したが、こ
の様な単調減少関数の独立変数は、１つでも良い。

【００４８】図７に、１つの独立変数Ω_nによりスイッ
チング時間τを決定する本第２実施例の単調減少関数Ｆ
₂のグラフを示す。この関数Ｆ₂の方程式は、次式（1
2）により与えられる。

【数１２】Ｆ₂：（Ω_n／Ω₀）^j＋（τ／τ₀）^k＝１（０≦Ω_n≦Ω₀）， τ＝０（Ω₀＜Ω_n），（ただし、ｊ≧１，ｋ≧１） …（12）

【００４９】より具体的には、例えば、下記の各（ｊ，
ｋ）に対しては、単調減少関数Ｆ₂は、「０≦Ω_n≦Ω
₀，０≦τ≦τ₀」なる範囲において、点（０，τ₀）
及び点（Ω₀，０）を通る以下の図形となる。

【数１３】（ｊ，ｋ）＝（１，１）：「線分（１次式）」，（ｊ，ｋ）＝（２，２）：「楕円の一部」，（ｊ，ｋ）＝（２，１）：「縦軸を軸とする放物線の一部」，（ｊ，ｋ）＝（１，２）：「横軸を軸とする放物線の一部」 …（13）

【００５０】この様な関数Ｆ₂によりτを決定すれば、
式（４）から判る様に、スイッチング時間τを比較的変
化が穏やかな車速ｕのみに応じて徐々に連続的に変化さ
せることができる。これにより、デューティ比λも徐々
に連続的に変化させることができる様になり、操舵感に
違和感の無いパワーステアリングが実現できる。

【００５１】また、例えば、ｋ≧２とすれば、τはΩ_n
が０からΩ₀に近づく際に、Ω₀の極近傍においてのみ
急激に減少する。これにより、前記の禁制領域「０＜τ
≦ε」に対応するΩ_nの範囲をΩ₀の近傍における極限
られた狭い領域に限定することができる。これにより、
式（４）から判る様に、車速ｕの可変領域においてもノ
イズの発生領域が殆ど無いモータ制御が実現できる。

【００５２】尚、上記の単調減少関数Ｆ₂は（ｊ→＋
∞）又は（ｋ→＋∞）なる極限で、「τ＝τ₀（０≦Ω
_n＜Ω₀），τ＝０（Ω₀≦Ω_n）」なる２値関数に収
束する。単調減少関数Ｆ₂をこの様な２値関数とすれ
ば、第１実施例と同様に、実現される全ての車速ｕに対
してノイズの発生は抑止される。

【００５３】直流モータＭの制御を式（12）の単調減少
関数Ｆ₂を用いて実現するためのモータ電圧制御手順の
フローチャートを図８に示す。本フローチャートは、図
３の電子制御装置（ＥＣＵ）１００のＣＰＵ１０１によ
り実行されるものである。本フローチャートは、第１実
施例のフローチャート（図６）におけるステップ６２０
〜６４５の６つのステップを図８に示すステップ８１０
に置き換えたものであり、その他のステップ（６０２〜
６１５、６５０、６５５）については、第１実施例のフ
ローチャート（図６）の各ステップと同じものである。

【００５４】ステップ８１０においては、スイッチング
時間τを式（12）により決定する。ただし、τ₀，
Ω₀，ｊ，ｋの値は、モータＭを搭載する車種に応じた
適当なものが選択されているものとする。

【００５５】この様にモータＭの制御を行っても、第１
実施例と略同様の作用・効果を得ることができる。

【００５６】（第３実施例）また、図１０に示したスイ
ッチング時間τを決定する、負荷Ｌの単調減少関数は、
負荷Ｌの増加に伴って段階的に単調減少する関数であっ
ても良い。図９に、本第３実施例のスイッチング時間τ
を決定する単調減少関数ｆ₃のグラフを示す。本単調減
少関数ｆ₃は、第１実施例の関数ｆ₁と同様に、中負荷
領域（Ｌ₂，Ｌ₃）（図４）において、スイッチング時
間τを決定するためのものである。

【００５７】即ち、本第３実施例のスイッチング時間τ
は、第１実施例の各負荷領域Ｌ₁〜Ｌ₄において、次式
（14）で与えられる単調減少関数Ｆ₃により決定する。

【数１４】 τ＝Ｆ₃( Ｉ_E，Ω_n）＝τ₀ （Ｌ₁），Ｆ₃( Ｉ_E，Ω_n）＝ｆ₃( Ω_n）（Ｌ₂，Ｌ₃），Ｆ₃( Ｉ_E，Ω_n）＝０（Ｌ₄） …（14）

【００５８】この様な単調減少関数ｆ₃を第１実施例の
関数ｆ₁と置き換えて使用しても、第１又は第２実施例
と略同様の作用・効果を得ることができる。

【００５９】尚、上記の第１〜第３実施例においては、
負荷Ｌとして直流モータＭの角速度に対する指令値Ω_n
を用いたが、負荷Ｌとして用いる具体的な物理量は、Ｉ
_a，Ω_a，Ｑ_n，１／ｕなどでも良い。モータ又はＦＥ
Ｔに対する負荷Ｌとしては、モータの角速度Ω，モータ
のトルク電流Ｉ，モータの駆動電圧Ｖ，チョッパ制御の
デューティ比λ、或いは、これらの関連値などが考えら
れ、この様な物理量を前記の負荷Ｌとして選択した場合
においても、本発明の作用・効果を得ることができる。

【００６０】以上の様に、本発明の手段により、自動車
のパワー・ステアリング・システムにおいて、チョッパ
制御のノイズ対策が効果的に実施できると共に、車両速
度ｕに応じて、安定した流量の油を油圧式ギヤに対して
供給することが可能となる。また、これによって、操舵
力（ステアリング感覚）が安定したパワー・ステアリン
グ・システムを安価に提供することが可能となる。

【００６１】尚、上記の第１〜第３実施例において、電
源電圧Ｖ_ccが（よって、電源電圧降下係数σが）、時径
変化する場合には、下限値εを以下の様に決定すること
により、本発明の作用・効果を十分に得ることができ
る。

【００６２】（下限値εに対する評価）スイッチング期
間内（電圧降下時間ａ、及び電圧上昇時間ｂが占める期
間内）における電圧Ｖ（ｔ）の時間に対する変化率の絶
対値の平均値をｍとすると、図１０より、

【数１５】ｍ≡（_t1∫^t1+a｜ｄＶ／ｄｔ｜ｄｔ＋ _t1+a+d∫^t1+a+d+b｜ｄＶ／ｄｔ｜ｄｔ）／（ａ＋ｂ）＝２Ｖ_cc／τ …（15）ただし、この平均値ｍは、電圧Ｖ（ｔ）が曲線的に変化
する場合においても同じである。

【００６３】上記の電圧Ｖ（ｔ）の時間に対する変化率
の絶対値は、放射ノイズの強度に直接影響をあたえるも
のである。この変化率の絶対値の上限を経験的に規定す
る評価基準値をμとする。この時、上記のｍは平均値で
あるので、少なくとも評価基準値μよりもは、小さい値
でなければならない。従って、ｍ＜μより、次式(16)を
得る。

【数１６】 τ＞２Ｖ_cc／μ＝２Ｖ₀(σ／μ）≡ε …（16）

【００６４】即ち、Ｖ_ccが時径変化する場合には、その
ときの電源電圧降下係数σに従って（比例して）、下限
値εも小さく設定すれば良い。この様に、電源電圧Ｖ_cc
が時径変化する場合、式(16)により、下限値εの値も時
径変化させることにより、上記の第１〜第３実施例と同
様に、本発明の作用・効果を十分に得ることができる。

【００６５】ただし、電圧Ｖ（ｔ）を曲線的に変化させ
る場合においては、εの値は、平均値の定理により、式
(16)で与えられる値よりも大きくした方が、放射ノイズ
を抑制する上でより望ましい。また、式（10）のαの値
は、平均値の定理により、α＝１／２とした場合に、式
（10）に対する下限値εの値を最小にすることができ
る。

【００６６】また、上記の第１〜第３実施例において
は、モータＭの電機子抵抗値Ｒが、抵抗器１１０の抵抗
値ｒや、或いは、トランジスタＴＲのＯＮ状態における
抵抗値γよりも十分に大きいこと（ｒ≪Ｒ，γ≪Ｒ）を
仮定しているため、式（１）によりデューティー比λを
求めたが、ｒやγが無視できない場合、即ち、ｒ≪Ｒや
γ≪Ｒが成り立たない場合には、次式（17）により、デ
ューティー比λを求めれば良い。

【数１７】 λ＝Ｖ_n／｛Ｖ_CC−Ｉ_E（ｒ＋γ）｝ …（17）

【００６７】また、上記の実施例は、油圧式ギヤに対し
て安定した流量の油を供給するために、前記の本発明の
手段を用いたものであるが、モータを油圧機構を通さず
にパワー・ステアリング・シャフトやパワー・ステアリ
ング・ギヤに直接アシスト・トルクを与える様にダイレ
クトに接続して駆動させるパワー・ステアリング・シス
テムに本発明を適用しても、本発明の作用・効果を得る
ことができる。

【００６８】また、上記の実施例においては、自動車の
パワー・ステアリング・システムのモータ制御について
述べたが、本発明はＦＥＴ等のトランジスタを利用した
チョッパ制御のスイッチングにおけるノイズ対策と発熱
対策とを同時に行う一般の直流モータの制御にも用いる
ことができる。

【００６９】また、永久磁石の代わりに分巻励磁巻線を
有した分巻モータを前記の直流モータＭとして使用した
場合にも、本発明の適用により、本発明の作用・効果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するグラフ。

【図２】本発明の効果を説明するグラフ。

【図３】本発明の各実施例におけるモータ制御装置（電
子制御装置１００）のハードウェア構成図。

【図４】第１及び第３実施例の単調減少関数Ｆ₁，Ｆ₃
の定義域を分類するグラフ。

【図５】第１実施例の中負荷領域（Ｌ₂，Ｌ₃）におい
てスイッチング時間τを決定する単調減少関数ｆ₁のグ
ラフ。

【図６】第１実施例のモータ電圧制御手順を示すフロー
チャート。

【図７】第２実施例のスイッチング時間τを決定する単
調減少関数Ｆ₂のグラフ。

【図８】第２実施例のモータ電圧制御手順を示すフロー
チャート。

【図９】第３実施例の中負荷領域（Ｌ₂，Ｌ₃）におい
てスイッチング時間τを決定する単調減少関数ｆ₃のグ
ラフ。

【図１０】ノイズ対策を持つチョッパ制御におけるモー
タ電圧波形のグラフ。

【図１１】従来技術におけるトランジスタ（ＦＥＴ）の
熱損失量を示すグラフ。

【符号の説明】

ａ，ｂ，τ … スイッチング時間（τ≡ａ＋ｂ） ε … 正の定数（スイッチング時間τの下限値） δｔ … チョッパ制御の１デューティ周期 Ω … 直流モータの角速度 λ … チョッパ制御のデューティ比 Ω_n … 直流モータの角速度の指令値Ｉ_a … 直流モータの電流の測定値Ｖ_n … 直流モータの電圧の指令値ｕ … 車速 τ（Ｌ），Ｆ₁，ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，ｆ₃ … スイッチング時間τを決定する単調減少関数１００ … 電子制御装置（モータ制御装置）１０７ … 電圧検出器１０８ … ＰＭＯＳ駆動回路１０９ … 電流検出器６３０，６３５，６４０，８１０… スイッチング抑止手段Ｍ … 直流モータＰｍ … 油圧式電動ポンプＴＲ … トランジスタ（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｄ … ドレインＳ … ソース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−300310（ＪＰ，Ａ) 特開平２−168894（ＪＰ，Ａ) 特開平９−266693（ＪＰ，Ａ) 実開平３−94085（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 - 5/26 H02P 7/00 - 7/34 B62B 5/04 B62D 5/07 B62D 6/00 B62D 101:00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トランジスタの端子間電圧の電圧降下時
間ａ及び電圧上昇時間ｂの和から成るスイッチング時間
τを設定又は制御して直流モータの角速度Ωをチョッパ
制御するモータ制御装置において、前記チョッパ制御の
１デューティ周期δｔにおける前記スイッチング時間τ
を前記直流モータの角速度の指令値Ω_n、前記直流モータの電流の測定値Ｉ_a、前記直流モータの電圧の指令値Ｖ_n、前記チョッパ制御のデューティ比λ、又は、これら
Ω_n、Ｉ_a、Ｖ_n、λの内の少なくとも何れか１つの関
連値を独立変数とする単調減少関数として制御し、前記スイッチング時間τが０の時に前記チョッパ制御に
おいてスイッチングを抑止するスイッチング抑止手段を
備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】前記単調減少関数は、所定の定数ε（０
＜ε＜δｔ）に対して関数値τが「０＜τ≦ε」なるこ
とを禁ずる禁制領域を関数の値域に有することを特徴と
する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】前記単調減少関数は、その関数値τが２
つの値を取る２値関数であることを特徴とする請求項２
に記載のモータ制御装置。
【請求項４】前記単調減少関数は、前記独立変数の定
義域内の所定領域において、連続的、又は、多段階的に
単調減少することを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載のモータ制御装置。
【請求項５】自動車の車速ｕを用いて前記角速度の指
令値Ω_nを決定し、この角速度の指令値Ω_n又はこの指令値Ω_nの関連値、
及び、前記電流の測定値Ｉ_a又はこの測定値Ｉ_aの関連値を前
記独立変数とすることにより、前記自動車のパワー・ステアリング・シャフト又はパワ
ー・ステアリング・ギヤに対してアシストトルクを与え
る直流モータの角速度Ωを制御することを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御
装置。