JPH05338544A

JPH05338544A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH05338544A
Application number: JP17762092A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ueno; 弘植野
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】電流目標値に対するモータ電流の応答が遅く
なることがなく、パワーステアリング装置に適用した場
合にあっても、フリクション感が発生したり、振動的に
なったりすることがないモータ制御装置を提供する。【構成】制御部１５ａは、モータ２の制御量の電流目
標値と電流検出部１３により検出されたモータ電流等に
よりパルス幅変調を行うためのＰＷＭ指令値を作成す
る。駆動特性補正部１５ｃは、制御部１５ａより作成さ
れたＰＷＭ指令値に、予めＰＷＭ指令値とモータ電流と
の関係が略線形な特性になるように値が決定された補正
量を加える。ＰＷＭ駆動部１２は、Ｈブリッジ回路など
からなり、上記駆動特性補正部１５ｃによって補正さ
れ、さらにパルス発生部１５ｂにてパルスに変換された
ＰＷＭ指令値によってモータ２の電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両のパワース
テアリング装置に適用され、パルス幅変調（ＰＷＭ）に
よりモータ電流を制御するモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータはアクチュエータとして小型、軽
量等の利点から今後ともその使用が増加傾向にあり、例
えば車両のパワーステアリング装置にあっても、油圧式
に代えてモータを用いた電動式のものが用いられてい
る。このようなモータは、制御が重要になっている。

【０００３】図９は従来のモータ制御装置の構成を示す
ブロック図である。この図において、１はＣＰＵ（中央
処理装置）であり、例えばこのモータ制御装置をパワー
ステアリング装置に適用した場合には図示せぬ操舵トル
クセンサ（車両パワーステアリング装置おけるハンドル
の操舵力を検出する）および車速センサ等の信号を受入
れてモータ（ＤＣモータ）２の全体的な制御を統括す
る。

【０００４】具体的には、検出操舵トルクおよび検出車
速等に基づいてモータ２をアシストする電流指令値（Ｐ
ＷＭ指令値）を作成する。作成したＰＷＭ指令値は駆動
制御回路３に入力され、駆動制御回路３はアシストＰＷ
Ｍ指令値とモータ電流検出回路４によって検出されたモ
ータ電流との偏差およびアシストＰＷＭ指令値の極性に
応じて、４個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をパル
ス幅変調方式（ＰＷＭ方式）で制御する制御値を演算
し、この制御値をゲート駆動回路５に出力する。

【０００５】ＣＰＵ１には上記動作を行う指令プログラ
ムが書込まれた読出し専用メモリ（例えばＲＯＭ）と、
その動作において使用されるワークメモリ（例えばＲＡ
Ｍ）と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器等が内蔵されている。また、ゲート駆動回路５は
駆動制御回路３からの制御値に基づき昇圧電源回路６に
よって昇圧されたバッテリ電圧を入力してＰＷＭ方式に
より４個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のゲートを
駆動する。

【０００６】スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４はＨブリ
ッジ型に接続され、４個のダイオードＤ１〜Ｄ４ととも
にＨブリッジ回路７を構成し、モータ２の電流をスイッ
チング制御する。このＨブリッジ回路７はパワーリレー
８を介してバッテリ９に接続される。Ｈブリッジ回路７
は上述の如くＰＷＭ駆動され、例えば図１０において正
転の場合はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がＰＷＭ駆
動される。

【０００７】そして、この際、ＰＷＭオンのときは、バ
ッテリ９→スイッチング素子ＳＷ１→モータ２→スイッ
チング素子ＳＷ４→シャント抵抗Ｒｓ→ＧＮＤの経路で
電流が流れ、ＰＷＭオフのときは、モータ２→ダイオー
ドＤ３→バッテリ９→ＧＮＤ→シャント抵抗Ｒｓ→ダイ
オードＤ２→モータ２の経路で電流が流れる。

【０００８】Ｈブリッジ回路７の駆動特性（ＰＷＭ駆動
特性）は図１１に示すようになり、正転の場合にはＰＷ
Ｍ指令値のデューティ比が略５０％を超えるとモータ電
流が急激に増加し、逆転の場合にはＰＷＭ指令値のデュ
ーティ比が略５０％を超えるとモータ電流が急激に減少
する。

【０００９】なお、この場合、ＰＷＭ指令値のデューテ
ィ比が０％のときは全ゲートオフモードとなり、デュー
ティ比が５０％以下のときは負荷電流断続モードとな
る。また、デューティ比が５０％以上のときは負荷電流
連続モードとなる。

【００１０】図９に戻り、モータ電流検出回路４はシャ
ント抵抗ＲＳの両端電圧からモータ電流を検出する。こ
の検出結果はＣＰＵ１と過電流検出回路１０にそれぞれ
入力される。過電流検出回路１０はモータ２の過電流を
検出することでその検出結果をＣＰＵ１に供給する。ま
た、過電流検出回路１０の検出結果は駆動制御回路３に
も入力され、モータ２の過電流が検出されると、モータ
２の駆動が禁止される。

【００１１】上記駆動制御回路３、ゲート駆動回路５、
昇圧電源回路６およびＨブリッジ回路７はＰＷＭ駆動部
１２を構成する。また、上記モータ電流検出回路４およ
び過電流検出回路１０は電流検出部１３を構成する。

【００１２】次に、図１２はこのモータ制御装置の概略
構成を示すブロック図である。この図において、ＣＰＵ
１は電流目標値およびモータ電流検出値等を入力し、そ
の制御部１ａにて電圧操作量であるＰＷＭ指令値を作成
し、さらに、そのＰＷＭ発生部１ｂにてＰＷＭ指令をＰ
ＷＭパルスに変換する。そして、変換したＰＷＭパルス
をＰＷＭ駆動部１２に供給する。ＰＷＭ駆動部１２は入
力したＰＷＭパルスに基づいてモータ２に電圧を印加す
る。モータ電流は電流検出部１３にて検出され、その検
出値が制御部１ａに供給される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のモータ制御装置にあっては、ＰＷＭ駆動部１２の駆
動特性が非線形な場合に、電流目標値が小さい領域にお
けるモータ電流の応答が悪化するという問題点があっ
た。

【００１４】例えば、Ｈブリッジ回路７の接地側にシャ
ント抵抗Ｒｓを設けるとともに、Ｈブリッジ回路７の対
角側のパワー素子（例えばスイッチング素子ＳＷ１，
４）を同時にオン／オフ状態とするスイッチング方式で
は、ＰＷＭ駆動部１２の駆動特性が図８に示したように
非線形な特性になり、モータ電流制御時の電流目標値が
小さい領域（零近辺）では図１１に示すＡ部を使用する
ことになる。

【００１５】例えば、従来のモータ制御装置を電動パワ
ーステアリングに適用した場合においては、ＣＰＵを含
む周辺部品のコスト低減のため制御部の制御周期を長く
するようにしているので、周波数特性が低くなってい
る。このため、図１１に示すような駆動特性ではステア
リングの中立付近でフリクション感性が発生したり、振
動的になったりする。

【００１６】そこで本発明は、ＰＷＭ駆動部の駆動特性
を補正し、どのような電流目標値に対しても良好な電流
の応答が得られるモータ制御装置を提供することをも目
的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明によるモータ制御装置は、電流目標値と検出されたモ
ータ電流検出値等によりパルス幅変調を行うためのＰＷ
Ｍ指令値を作成する制御部と、前記ＰＷＭ指令値をパル
スに変換するＰＷＭ発生部と、前記ＰＷＭパルスに変換
されたＰＷＭ指令値によってモータ電流を制御するＰＷ
Ｍ駆動部とを備えたモータ制御装置において、前記ＰＷ
Ｍ指令値に補正量を加え前記ＰＷＭ駆動部の特性を補正
する駆動特性補正部を設けたことを特徴とする。

【００１８】また、好ましい態様として前記モータ制御
装置は、車両の電動式パワーステアリング装置に適用さ
れることを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明では、制御部より作成されたＰＷＭ指令
値が供給されると、駆動特性補正部が、このＰＷＭ指令
値に補正量を加え、ＰＷＭ指令値とモータ電流との関係
が略線形な特性になるように補正する。そして、補正さ
れたＰＷＭ指令値がパルス発生部に供給され、ここでパ
ルス幅変調を行うためのＰＷＭパルスに変換されてＨブ
リッジ等からなるＰＷＭ駆動部に供給される。ＰＷＭ駆
動部はＰＷＭパルスに変換されたＰＷＭ指令値によって
モータの電流を制御する。

【００２０】したがって、ＰＷＭ駆動部の駆動特性が非
線形な特性になっていても、ＰＷＭ指令値とモータ電流
との関係が略線形な特性になるように補正することによ
り駆動特性が改善され、どのような電流目標値に対して
も良好な電流の応答が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係わるモータ制御装置の一
実施例の概略構成を示すブロック図である。なお、この
図において、図１２と同一の機能を有する部分には同一
の符号を付けて説明を省略する。

【００２２】本実施例によるモータ制御装置の特徴は、
ＣＰＵ１５の制御部１５ａとＰＷＭ発生部１５ｂとの間
にＰＷＭ駆動部１２の特性を補正する駆動特性補正部１
５ｂを設けたことにある。この場合、制御部１５ａは図
１２における制御部１ａと同様の機能を有し、また、Ｐ
ＷＭ発生部１５ｂは図１２におけるＰＷＭ発生部１ｂと
同様の機能を有している。

【００２３】図１において、駆動特性補正部１５ｃは、
上述の如くＰＷＭ駆動部１２の特性を補正するものであ
り、これによってＰＷＭ指令値とモータ電流との関係を
線形な特性に近付ける。図２は駆動特性補正部１５ｃの
特性を示す図であり、横軸がＰＷＭ指令値を示し、縦軸
が補正量を示している。この場合、補正量は、モータ２
が正転の場合にはＰＷＭ指令値のデューティ比が２％か
ら５０％になるように決定され、逆転の場合にはＰＷＭ
指令値のデューティ比が２％から−５０％になるように
決定されている。

【００２４】また、ＰＷＭ指令値に対する補正量はテー
ブルの形でＣＰＵ１５内のＲＯＭ（図示略）に書き込ま
れて、適宜ＣＰＵ１５によって読み出される。

【００２５】このような特性の補正量をＰＷＭ指令値に
加え、ＰＷＭ発生部１５ｂの入力とすると、図３に示す
ようなＰＷＭ駆動特性、すなわちＰＷＭ指令値とモータ
電流との関係が略線形な特性が得られる。この結果、ど
のような電流目標値に対しても同じような電流制御特性
が得られる。

【００２６】また、図４は更に精密な補正を行うように
した駆動特性補正部の特性を示す図であり、この特性に
より図５に示すようなＰＷＭ駆動特性が得られる。この
場合は完全にＰＷＭ指令値とモータ電流との関係が線形
な特性になっているのがわかる。

【００２７】次に、本発明のモータ制御装置を例えば、
パワーステアリング装置に適用すると、非常に有効な効
果を得ることができるが、この例を図６〜図８を参照し
て説明する。

【００２８】図６は電動式パワーステアリング装置の機
械系の一例を示す構成図であり、この図において、操舵
ハンドル３１の回転力はハンドル軸を介してピニオンギ
アを含むステアリングギア３２に伝達されるとともに、
上記ピニオンギアによりラック軸３３に伝達され、さら
にナックルアーム等を経て車輪３４が転向される。

【００２９】また、コントロール装置３５により制御駆
動される操舵アシスト（補助）モータ（ＤＣモータ）２
（上記と同じ番号を付す）の回転力はピニオンギアを含
むステアリングギア３６とラック軸３３との噛み合いに
よりラック軸３３に伝達され、ハンドル３１による操舵
を補助することになる。

【００３０】ハンドル３１とモータ２の回転軸はギア３
２、３６およびラック軸３３により機械的に連結されて
いる。操舵トルクセンサ４１により、操舵トルク（戻り
トルク）が検出され、車速センサ４２により車速が検出
される。そして、これらの検出トルク、車速等に基づき
コントロール装置３５によってモータ２が制御される。
コントロール装置３５およびモータ２には車両に搭載さ
れたバッテリ３７から、その動作電力が供給される。

【００３１】コントロール装置３５は図７に示すように
モータ電流検出回路５１、モータ２を駆動するＰＷＭ駆
動回路５２、モータ２の全体的な制御を統括するＣＰＵ
５３（例えばマイクロプロセッサ）、メモリ５４、過電
流検出回路５５、Ａ／Ｄ変換回路５６〜５８およびコン
ピュータと上記入／出力機器とのインターフェース回路
等（図示略）を主に構成されている。

【００３２】図７において、操舵トルクセンサ４１によ
って検出された操舵トルクはＡ／Ｄ変換回路５７によっ
てデジタル信号に変換された後にＣＰＵ５３に取り込ま
れる。また、車速センサ４２によって検出された車速は
Ａ／Ｄ変換回路５６によってデジタル信号に変換された
後にカウンタ（図示略）によってカウントされ、車速を
表すカウント値はＣＰＵ５３に取り込まれる。

【００３３】ＣＰＵ５３は入力された操舵トルクおよび
車速に基づいてアシスト指令を作成し、それに基づく制
御信号をＰＷＭ駆動回路５２に出力し、ＰＷＭ駆動回路
５２によりモータ２が駆動される。この結果、ＰＷＭ駆
動回路５２から出力されるアシストトルク値（又はモー
タ電流指令値）は図８に示すように、検出トルクＶ_Tと
検出車速Ｖ_Sによって定められた値となる。

【００３４】図８は、操舵トルクＶ_Tに応じて、一定範
囲の操舵トルクＶ_Tに対してはこれにほぼ比例するモー
タ電流が流れ（アシストトルクが発生し）、上記範囲を
超えると、ある一定のモータ電流が流れる（アシストト
ルクが発生する）ように、また車速Ｖ_Sに応じて、車速
Ｖ_Sが速いときにはモータ電流（アシストトルク）を少
なくし、車速Ｖ_Sが遅いときにはモータ電流（アシスト
トルク）を多くするように、モータ２を制御するための
アシスト指令が発生することを表している。

【００３５】モータ電流はモータ電流検出回路５１によ
って検出され、Ａ／Ｄ変換回路５８によってデジタル信
号に変換された後にＣＰＵ５３に取り込まれる。メモリ
５４はＣＰＵ５３の処理に必要なプログラムやデータを
記憶している。また、モータ２の過電流状態は過電流検
出回路５５によって検出され、ＣＰＵ５３に取り込まれ
る。

【００３６】ここで、上記ＰＷＭ駆動回路５２として
は、前述した図１に示すものが使用されている。そのた
め、どのような電流目標値に対しても良好なＰＷＭ駆動
特性が得られ、特に、完全にＰＷＭ指令値とモータ電流
との関係が線形な特性になっる。したがって、本発明の
モータ制御装置をパワーステアリング装置に適用した場
合には、特にＣＰＵ５３を含む周辺部品のコスト低減の
ため制御部の制御周期を長くして周波数特性が低くなっ
ていたとしても、特にステアリングの中立付近でフリク
ション感性が発生したり、振動的になったりすることな
く、最適なアシスト力を得ることができる。

【００３７】なお、上記実施例においては、制御部１５
ａ、ＰＷＭ発生部１５ｂおよび駆動特性補正部１５ｃを
ＣＰＵ１５にて実現するようにしたが、それぞれ機能を
持たせた回路で実現するようにしても良い。

【００３８】また、本発明の適用はパワーステアリング
装置に限らず、モータの制御を行うものであれば、他の
制御装置にも適用できる。例えば、車両のサンペンショ
ン制御装置、車高制御装置、その他の車両制御装置に適
用することができるのは勿論のこと、さらに車両以外の
他の産業分野でモータを使用している各種装置に適用す
ることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ＰＷＭ駆動部の駆動特
性を補正し、ＰＷＭ指令値とモータ電流との関係が略線
形な特性となるようにしたので、どのような電流目標値
に対しても良好な電流の応答が得られる。

【００４０】そして、本発明を、例えばＣＰＵを含む周
辺部品のコスト低減のため制御部の制御周期を長くして
周波数特性が低くなっているパワーステアリング装置に
適用しても、ステアリングの中立付近でフリクション感
性が発生したり、振動的になったりすることがなく、最
適なアシスト力を得ることができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるモータ制御装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】同実施例における駆動特性補正部の特性を示す
図である。

【図３】同駆動特性補正部による補正後のＰＷＭ駆動特
性を示す図である。

【図４】本発明における実施例の他の駆動特性補正部の
特性を示す図である。

【図５】同駆動特性補正部による補正後のＰＷＭ駆動特
性を示す図である。

【図６】同実施例におけるモータ制御装置を適用したパ
ワーステアリング装置の機械系の一例を示す構成図であ
る。

【図７】同実施例におけるモータ制御装置を適用したパ
ワーステアリング装置のコントロール装置の詳細なブロ
ック図である。

【図８】同実施例におけるモータ制御装置を適用したパ
ワーステアリング装置のアシストトルクの特性を示す図
である。

【図９】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図１０】従来のモータ制御装置のスイッチング方式を
説明するための図である。

【図１１】従来のモータ制御装置のＰＷＭ駆動特性を示
す図である。

【図１２】従来のモータ制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

２モータ１２ＰＷＭ駆動部１３電流検出部１５ＣＰＵ１５ａ制御部１５ｂ駆動特性補正部１５ｃＰＷＭ発生部３１操舵ハンドル３５コントロール装置４１操舵トルクセンサ４２車速センサ５１モータ電流検出回路５２ＰＷＭ駆動回路５３ＣＰＵ５４メモリ５５過電流検出回路５６〜５８Ａ／Ｄ変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流目標値と検出されたモータ電流検出
値等によりパルス幅変調を行うためのＰＷＭ指令値を作
成する制御部と、前記ＰＷＭ指令値をパルスに変換するＰＷＭ発生部と、前記ＰＷＭパルスに変換されたＰＷＭ指令値によってモ
ータ電流を制御するＰＷＭ駆動部と、を備えたモータ制
御装置において、前記ＰＷＭ指令値に補正量を加え前記ＰＷＭ駆動部の特
性を補正する駆動特性補正部を設けたことを特徴とする
モータ制御装置。
【請求項２】前記モータ制御装置は、車両の電動式パ
ワーステアリング装置に適用されることを特徴とする請
求項１記載のモータ制御装置。